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KR20120029173A - Quantun dot light emitting device using graphene - Google Patents

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KR20120029173A
KR20120029173A KR1020100091104A KR20100091104A KR20120029173A KR 20120029173 A KR20120029173 A KR 20120029173A KR 1020100091104 A KR1020100091104 A KR 1020100091104A KR 20100091104 A KR20100091104 A KR 20100091104A KR 20120029173 A KR20120029173 A KR 20120029173A
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KR
South Korea
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light emitting
layer
quantum dot
transport layer
emitting device
Prior art date
Application number
KR1020100091104A
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Korean (ko)
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KR101689663B1 (en
Inventor
차남구
황성원
정훈재
손철수
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삼성엘이디 주식회사
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: A quantum dot light emitting device which uses a graphene structure is provided to improve quantum efficiency by preventing defects such as dislocation and etc. by selectively forming a quantum dot using a patterned graphene layer. CONSTITUTION: An electron transport layer(130) is arranged on a substrate(110). A quantum dot light emitting layer(150) is arranged on the electron transport layer. The quantum dot light emitting layer comprises a quantum dot(154) which is formed within a graphene layer(152) and a plurality of nano holes. The graphene layer comprises one or more graphene sheets. A hole transport layer(170) is arranged on the quantum dot light emitting layer.

Description

그래핀을 이용한 양자점 발광소자{Quantun dot light emitting device using graphene}Quantum dot light emitting device using graphene

본 개시는 그래핀을 이용한 양자점 발광소자에 대한 것이다. The present disclosure relates to a quantum dot light emitting device using graphene.

발광소자(Light Emitting Device; LED)는 화합물 반도체(compound semiconductor)의 PN접합을 통해 발광원을 구성함으로서, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다. 최근, 물리적, 화학적 특성이 우수한 질화물을 이용하여 구현된 청색 LED 및 자외선 LED가 등장하였고, 또한 청색 또는 자외선 LED와 형광물질을 이용하여 백색광 또는 다른 단색광을 만들 수 있게 됨으로써 발광소자의 응용범위가 넓어지고 있다. A light emitting device (LED) refers to a semiconductor device capable of realizing various colors of light by configuring a light emitting source through a PN junction of a compound semiconductor. Recently, blue LEDs and ultraviolet LEDs implemented using nitrides having excellent physical and chemical properties have emerged, and white or other monochromatic light can be produced using blue or ultraviolet LEDs and fluorescent materials, thereby increasing the application range of light emitting devices. ought.

또한, 반도체 산업의 급속한 발전에 따라 개발된 초미세 제조기술은 물질의 크기를 수십 nm 이하로 작게 만드는 것을 가능하게 하고 있으며, 반도체 양자점(quantum dot: QD)의 발광 특성을 이용한 발광소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 반도체 양자점은 3차원적인 크기가 드브로이 파장의 길이보다 작은 시료의 반도체 물질을 말한다. 반도체 양자점은 수십만개 이상의 전자로 이루어져 있지만, 대부분의 전자들은 원자핵에 견고하게 속박되어 있어 속박되지 않은 자유 전자의 수는 1 내지 100개 정도로 제한된다. 이 경우, 전자들이 가지는 에너지 준위가 불연속적으로 제한되어 연속적인 밴드를 형성하는 벌크(bulk) 상태의 반도체와는 다른 전기적 및 광학적 특성을 나타낸다. 양자점은 크기에 따라 밴드갭을 조절할 수 있어 발광 파장을 조절할 수 있다. In addition, the ultra-fine manufacturing technology developed according to the rapid development of the semiconductor industry makes it possible to reduce the size of the material to several tens of nm or less, and studies on the light emitting device using the light emitting characteristics of the semiconductor quantum dot (QD) Is actively underway. A semiconductor quantum dot refers to a semiconductor material of a sample whose three-dimensional size is smaller than the length of the de Broglie wavelength. Semiconductor quantum dots are made up of hundreds of thousands of electrons, but most electrons are tightly bound to the atomic nucleus, so the number of unbound free electrons is limited to between 1 and 100. In this case, the energy levels of the electrons are discontinuously limited, and thus exhibit electrical and optical characteristics different from those of bulk semiconductors, which form continuous bands. The quantum dot can adjust the band gap according to the size, thereby controlling the emission wavelength.

그러나, 발광소자의 활성층으로 양자점 층을 형성함에 있어서, 양자점의 불규칙한 성장이 문제시된다. 즉, 두께나 수평적인 밀도를 정확하기 조절하기가 여려워 불균일한 표면 프로파일이 나타나는데, 이는 발광특성을 저해하는 요인이된다. However, in forming the quantum dot layer as the active layer of the light emitting device, irregular growth of the quantum dots is a problem. That is, it is difficult to accurately control the thickness or the horizontal density, resulting in an uneven surface profile, which is a factor that hinders the luminescence properties.

본 개시는 그래핀을 적용한 양자점 발광층을 도입하여, 구동전압이 낮고 발광효율이 우수한 양자점 발광 소자 및 그 제조방법을 제시하고자 한다. The present disclosure proposes a quantum dot light emitting device having a low driving voltage and excellent luminous efficiency by introducing a quantum dot light emitting layer to which graphene is applied, and a method of manufacturing the same.

일 유형에 따르는 양자점 발광소자는 전자수송층; 상기 전자수송층 위에 형성된 것으로, 다수의 나노홀을 구비하는 형태로 패터닝된 그래핀층과, 상기 다수의 나노홀 내에 형성된 양자점을 포함하는 양자점 발광층; 상기 양자점 발광층 위에 형성된 정공수송층;을 포함한다. A quantum dot light emitting device according to one type includes an electron transport layer; A quantum dot emission layer formed on the electron transport layer and including a graphene layer patterned in a form having a plurality of nano holes and a quantum dot formed in the plurality of nano holes; It includes; a hole transport layer formed on the quantum dot light emitting layer.

상기 그래핀층은 하나 또는 복수의 그래핀 시트(grapheme sheet)로 이루어질 수 있다. The graphene layer may be made of one or a plurality of graphene sheets.

상기 다수의 나노홀은 일정한 크기와 피치를 가지는 형태로 형성될 수 있다. The plurality of nanoholes may be formed in a shape having a constant size and pitch.

하나의 나노홀에 하나의 양자점이 형성될 수 있고, 또는, 하나의 나노홀에 2이상의 양자점이 형성될 수 있다. One quantum dot may be formed in one nanohole, or two or more quantum dots may be formed in one nanohole.

상기 전자수송층은 TiO2, ZrO2, HfO2 등의 금속 산화물, Si3N4을 포함하는 무기물, 또는 n형 반도체 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. The electron transport layer may include any one of a metal oxide such as TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , an inorganic material including Si 3 N 4 , or an n-type semiconductor.

상기 정공수송층은 PEDOT, PSS, PPV, PVK 등의 전도성 고분자 또는 p형 반도체 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. The hole transport layer may include any one of a conductive polymer such as PEDOT, PSS, PPV, PVK, or a p-type semiconductor.

상기 양자점은 Si계 나노결정, II-VI족계 화합물 반도체 나노결정, III-V족계 화합물 반도체 나노결정, IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 나노 결정을 포함하여 이루어질 수 있다. The quantum dot may include nanocrystals of any one of a Si-based nanocrystal, a II-VI compound semiconductor nanocrystal, a III-V compound semiconductor nanocrystal, a IV-VI compound semiconductor nanocrystal, and a mixture thereof. .

상기 전자수송층 및 정공수송층 각각의 일측에는 전자, 정공 주입을 위한 제1전극 및 제2전극이 형성될 수 있다. One side of each of the electron transport layer and the hole transport layer may be formed with a first electrode and a second electrode for electron, hole injection.

상기 제1전극 및 제2전극은 수직형 배치로 형성될 수 있고, 이 경우, 상기 제1전극 및 제2전극 중 어느 하나는 상기 양자점 발광층에서 생성된 광이 일방향으로 출사되게 반사하는 반사전극으로 구성될 수 있다. The first electrode and the second electrode may be formed in a vertical arrangement, in which case, one of the first electrode and the second electrode is a reflective electrode that reflects the light generated in the quantum dot light emitting layer in one direction Can be configured.

상기 제1전극 및 제2전극은 메사형 배치로 형성될 수 있고, 이 경우, 상기 전자수송층 및 전공수송층의 어느 일면의 일측에는 상기 양자점 발광층에서 생성된 광이 일방향으로 출사되도록 반사하는 반사전극이 더 구비될 수 있다. The first electrode and the second electrode may be formed in a mesa-type arrangement, in this case, on one side of any one surface of the electron transport layer and the major transport layer is a reflective electrode that reflects the light generated in the quantum dot light emitting layer in one direction It may be further provided.

상기 제1전극과 전자수송층 사이 및 상기 제2전극과 정공수송층 사이 각각에는 브래그 반사층이 더 구비될 수 있다. A Bragg reflecting layer may be further provided between each of the first electrode and the electron transport layer and between the second electrode and the hole transport layer.

본 발명의 일 유형에 따르면, 전자수송층, 정공수송층 및 상기 전자수송층과 정공수송층 사이에 마련된 양자점 발광층을 포함하는 발광소자 제조방법에 있어서, 그래핀(graphene)층을 형성하는 단계; 상기 그래핀층에 다수의 나노홀을 형성하는 단계; 상기 다수의 나노홀에 양자점을 형성하여 양자점 발광층을 형성하는 단계;를 포함하는 방법이 제공된다.According to one type of the present invention, there is provided a light emitting device including a electron transport layer, a hole transport layer and a quantum dot light emitting layer provided between the electron transport layer and the hole transport layer, forming a graphene layer (graphene); Forming a plurality of nano holes in the graphene layer; Forming a quantum dot in the plurality of nano holes to form a quantum dot emitting layer is provided.

상기 양자점 발광층을 형성하는 단계는 상기 패터닝된 그래핀층을 탬플릿으로하여 양자점을 선택적 성장시키는 것을 특징으로 한다. In the forming of the quantum dot emitting layer, the patterned graphene layer may be grown as a template to selectively grow quantum dots.

상기 양자점 발광층을 형성하는 단계는 상기 패터닝된 그래핀층 상에 다수의 양자점이 분산된 용액을 코팅하는 것을 특징으로 한다. Forming the quantum dot light emitting layer is characterized in that for coating a solution in which a plurality of quantum dots dispersed on the patterned graphene layer.

상술한 발광 소자는 패터닝된 그래핀층을 이용하여 양자점을 선택적으로 형성하고 있어, 전위(dislocation) 등의 결함이 적어 양자 효율이 증대된다.The above-described light emitting device selectively forms quantum dots using a patterned graphene layer, so that there are few defects such as dislocations, thereby increasing quantum efficiency.

또한, 양자점의 표면 밀도를 용이하게 조절할 수 있으며, 그래핀층에 의해 보다 효과적으로 전자, 정공이 주입될 수 있어, 광 효율이 개선된다. In addition, the surface density of the quantum dots can be easily adjusted, and electrons and holes can be injected more effectively by the graphene layer, thereby improving light efficiency.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광 소자의 개략적인 구성을 보인다.
도 2는 도 1의 발광 소자에 채용될 수 있는 패터닝된 그래핀층의 평면도이다.
도 3은 도 1의 발광 소자에 채용될 수 있는 일 예에 따른 양자점 발광층의 평면도이다.
도 4는 도 1의 발광 소자에 채용될 수 있는 변형예에 따른 양자점 발광층의 평면도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 발광 소자의 개략적인 구성을 보인다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 발광 소자의 개략적인 구성을 보인다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
100, 200, 300...양자점 발광소자 110, 210, 310...기판
130...전자수송층 150, 150'...양자점 발광층
152...그래핀층 154, 154'...양자점
170...정공수송층 181, 191...제1전극
182, 183...제2전극 190...반사층
320...하부 브래그반사층 350...상부 브래그반사층1 shows a schematic configuration of a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a patterned graphene layer that may be employed in the light emitting device of FIG. 1.
3 is a plan view of a quantum dot light emitting layer according to an example that may be employed in the light emitting device of FIG. 1.
4 is a plan view of a quantum dot light emitting layer according to a modification that may be employed in the light emitting device of FIG. 1.
5 shows a schematic configuration of a light emitting device according to another embodiment.
6 shows a schematic configuration of a light emitting device according to another embodiment.
Description of the Related Art [0002]
100, 200, 300 ... Quantum light emitting element 110, 210, 310 ... substrate
130 ... electron transport layer 150, 150 '... quantum dot emitting layer
152 ... Graphene layer 154, 154 '... Quantum store
170 ... hole transport layer 181, 191 ... first electrode
182, 183 ... Second electrode 190 ... Reflective layer
320 ... Bragg reflection layer 350 ... Bragg reflection layer

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings refer to like elements, and the size or thickness of each element may be exaggerated for clarity.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광 소자(100)의 개략적인 구성을 보인다. 도 2는 도 1의 발광 소자에 채용될 수 있는 패터닝된 그래핀층(152)의 평면도이고, 도 3은 도 1의 발광 소자에 채용될 수 있는 일 예에 따른 양자점 발광층(150)의 평면도이며, 도 4는 도 1의 발광 소자에 채용될 수 있는 변형예에 따른 양자점 발광층(150')의 평면도이다.1 shows a schematic configuration of a light emitting device 100 according to an embodiment of the present invention. 2 is a plan view of a patterned graphene layer 152 that may be employed in the light emitting device of FIG. 1, and FIG. 3 is a plan view of a quantum dot light emitting layer 150 according to an example that may be employed in the light emitting device of FIG. 1. 4 is a plan view of a quantum dot light emitting layer 150 ′ according to a modification that may be employed in the light emitting device of FIG. 1.

도면들을 참조하면, 발광 소자(100)는 전자수송층(130), 전자수송층(130) 위에 형성된 양자점 발광층(150) 및 양자점 발광층(150) 위에 형성된 정공수송층(170)을 포함한다. Referring to the drawings, the light emitting device 100 includes an electron transport layer 130, a quantum dot light emitting layer 150 formed on the electron transport layer 130, and a hole transport layer 170 formed on the quantum dot light emitting layer 150.

실시예의 양자점 발광층(150)은 양자점(quantum dot)의 결함을 줄이고 양자 효율을 보다 높일 수 있는 구조로 제시되고 있다. 이를 위하여, 양자점 발광층(150)은 다수의 나노홀(h)을 구비하는 형태로 패터닝된 그래핀층(152)과, 다수의 나노홀(h) 내에 형성된 양자점(154)을 포함한다. The quantum dot emitting layer 150 of the embodiment is proposed as a structure capable of reducing defects of quantum dots and increasing quantum efficiency. To this end, the quantum dot emission layer 150 includes a graphene layer 152 patterned in the form of a plurality of nano holes (h), and a quantum dot 154 formed in the plurality of nano holes (h).

그래핀층(152)은 하나 또는 복수의 그래핀 시트(grapheme sheet)를 포함할 수 있다. 그래핀 시트(sheet)는 탄소로 이루어진 육방정계(hexagonal) 단층 구조물이다. 이러한 그래핀 시트(sheet)는 이차원 탄도 이동(2-dimensional ballistic transport) 특성을 갖는다. 전하가 물질 내에서 이차원 탄도 이동한다는 것은 산란(scattering)에 의한 저항이 거의 없는 상태로 이동한다는 것을 의미한다. 따라서 그래핀 시트내에서 전하의 이동도(mobility)는 매우 높고, 그래핀 시트는 매우 낮은 비저항을 갖는다. 아울러, 그래핀 시트는 우수한 투광성을 갖는다. 그래핀 시트의 적층 수가 늘어날수록 탄소간 상호작용(carbon to carbon interaction)에 의해 비저항이 다소 커질 수 있고, 광 투과율은 감소할 수 있지만, 약 10층 이내의 적은 수의 그래핀 시트가 적층된 경우, 그래핀층(152)은 하나의 그래핀 시트와 유사한 수준의 비저항 및 광 투과율을 가질 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 그래핀층(152)의 적층수는 형성하고자 하는 양자점(154)의 크기를 고려하여 적정 범위에서 정할 수 있을 것이다.The graphene layer 152 may include one or a plurality of graphene sheets. Graphene sheet is a hexagonal monolayer structure made of carbon. This graphene sheet has a two-dimensional ballistic transport property. The movement of two-dimensional ballistics within a material means that the charges move to a state where there is little resistance due to scattering. Thus, the mobility of charge in the graphene sheet is very high, and the graphene sheet has a very low resistivity. In addition, the graphene sheet has excellent light transmittance. As the number of graphene sheets is increased, the specific resistance may be slightly increased by carbon to carbon interaction, and the light transmittance may be decreased, but a small number of graphene sheets having about 10 layers are laminated. It is known that the graphene layer 152 may have a similar level of resistivity and light transmittance as one graphene sheet. Therefore, the number of stacked layers of the graphene layer 152 may be determined in an appropriate range in consideration of the size of the quantum dot 154 to be formed.

그래핀층(152)에는 복수의 나노홀(h)이 패터닝되어 있으며, 통상의 포토 리소그라피(photo-lithography) 또는 전자빔 리소그라피(e-beam lithography) 공정에 의해 나노홀(h)이 형성될 수 있다. 다수의 나노홀(h)은 일정한 크기와 피치를 가지며 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다양한 크기나 피치를 가질 수 있다. 나노홀(h)의 형상은 도시된 원형 뿐 아니라, 타원형, 다각형 등의 다양한 형상을 가질 수 있다.A plurality of nano holes h are patterned in the graphene layer 152, and nano holes h may be formed by a conventional photo-lithography or e-beam lithography process. A plurality of nano holes (h) may be formed having a predetermined size and pitch, but is not limited thereto, and may have various sizes or pitches. The shape of the nano holes h may have various shapes such as an ellipse, a polygon, and the like, as well as the illustrated circle.

도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 나노홀(h)에 하나의 양자점(154)이 형성될 수 있으며, 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 나노홀(h)에 복수의 양자점(154')이 형성될 수 있다. 양자점(154, 154')의 이러한 배치는 패터닝된 그래핀층(152) 상에 양자점(154, 154')을 형성하는 공정에 따라 달라지는 것이며, 도시된 개수나 형태에 한정되는 것은 아니다. As shown in FIG. 3, one quantum dot 154 may be formed in one nanohole h, or as shown in FIG. 4, a plurality of quantum dots 154 in one nanohole h. ') May be formed. This arrangement of the quantum dots 154 and 154 'depends on the process of forming the quantum dots 154 and 154' on the patterned graphene layer 152 and is not limited to the number or shape shown.

패터닝된 그래핀층(152)을 이용하여 양자점(154)을 형성하는 방법으로는 패터닝된 그래핀층(152)을 탬플릿으로 하여 나노홀(h) 내에 양자점(154)을 선택적으로 성장시키는 방법이 있다. 통상의 반도체 제조공정인 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)법을 사용할 수 있다. 이와 같은 과정에서 도 3과 같이, 하나의 나노홀(h)에 하나의 양자점(154)이 형성될 수 있으며, 즉, 나노홀(h)의 크기에 따라 양자점(154)의 크기가 정해진다. 이 경우, 생성하고자 하는 광의 파장 및 이에 필요한 양자점(154)의 크기를 고려하여, 패터닝된 그래핀층(152)의 나노홀(h) 크기를 정할 수 있을 것이다.As a method of forming the quantum dots 154 using the patterned graphene layer 152, there is a method of selectively growing the quantum dots 154 in the nano holes h using the patterned graphene layer 152 as a template. MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method which is a conventional semiconductor manufacturing process can be used. In this process, as shown in FIG. 3, one quantum dot 154 may be formed in one nanohole (h), that is, the size of the quantum dot 154 is determined according to the size of the nanohole (h). In this case, the size of the nanoholes (h) of the patterned graphene layer 152 may be determined in consideration of the wavelength of the light to be generated and the size of the quantum dot 154 required therefor.

또는, 액상 프로세스에 의해 나노홀(h) 내에 양자점(154')을 형성할 수 있다. 예를 들어, 다수의 양자점(154')은 톨루엔(toluene), 클로로포름(chloroform), 에탄올(ethanol) 등의 유기용매 혹은 에폭시(epoxy), 실리콘(silicone), 폴리스틸렌(polysthylene), 아크릴레이트(acrylate)등과 같은 고분자 수지에 분산된 액상 형태를 가질 수 있으며, 이러한 액체를 패터닝된 그래핀층(152) 상에 스핀 코팅, 딥 코팅, 프린팅 또는 스프레이 코팅 공정 등에 의해 코팅할 수 있다. 이 과정에서, 양자점(154')은 패터닝된 그래핀층(152)의 영역 중 나노홀(h) 위치에 자기조립(self assemble)되며 선택적으로 배치되게 된다. 이러한 과정으로 양자점 발광층(150)을 형성할 때, 도 4와 같이, 하나의 나노홀(h) 내에 하나 또는 복수의 양자점(154')이 배치될 수 있다. 이 경우, 양자점(154')의 크기는 나노홀(h)의 크기와 무관한 것이므로, 나노홀(h)의 크기는 양자점(154')의 배치 간격이나 밀도를 고려하여 정하고, 양자점(154')의 크기는 생성하고자 하는 파장에 알맞은 크기로 정할 수 있을 것이다. Alternatively, the quantum dot 154 ′ may be formed in the nanohole h by a liquid phase process. For example, the plurality of quantum dots 154 'may be organic solvents such as toluene, chloroform, ethanol, or epoxy, silicon, polysthylene, and acrylate. It may have a liquid form dispersed in a polymer resin such as), such a liquid may be coated on the patterned graphene layer 152 by spin coating, dip coating, printing or spray coating process. In this process, the quantum dot 154 ′ is self-assembled and selectively disposed at a position of the nano holes h in the region of the patterned graphene layer 152. When the quantum dot emission layer 150 is formed in this process, as illustrated in FIG. 4, one or a plurality of quantum dots 154 ′ may be disposed in one nanohole h. In this case, since the size of the quantum dot 154 'is irrelevant to the size of the nanohole h, the size of the nanohole h is determined in consideration of the spacing and density of the quantum dot 154', and the quantum dot 154 ' ) May be set to a size appropriate to the wavelength to be generated.

발광 소자(100)의 보다 구체적인 구성 요소 및 각 구성 요소의 재질에 대해 살펴보면 다음과 같다.Looking at the more specific components of the light emitting device 100 and the material of each component as follows.

전자수송층(electron transport layer)(130)은 양자점 발광층(150)에 전자를 전달할 수 있는 다양한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, TiO2, ZrO2, HfO2 등의 금속 산화물들 또는 Si3N4을 포함하는 무기물이 사용될 수 있다. 또는, n형 반도체 재질, 예를 들어, n-AlxGayInzN (x+y+z=1) 등이 사용될 수 있다. 전자수송층(130)은 단층으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것이고, 다층막 구성을 가질 수도 있다.The electron transport layer 130 may be formed of various materials capable of transferring electrons to the quantum dot emission layer 150. For example, metal oxides such as TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , or inorganic materials including Si 3 N 4 may be used. Alternatively, an n-type semiconductor material, for example, n-Al x Ga y In z N (x + y + z = 1) or the like may be used. The electron transport layer 130 is shown as a single layer, but this is exemplary and may have a multilayer film configuration.

양자점 발광층(150)을 구성하는 양자점(154)은 Si계 나노결정, II-VI족계 화합물 반도체 나노결정, III-V족계 화합물 반도체 나노결정, IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 나노결정을 포함할 수 있다. II-VI족계 화합물 반도체 나노결정은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe 및 HgZnSTe로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. III-V족계 화합물 반도체 나노결정은 GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정은 SbTe일 수 있다.The quantum dot 154 constituting the quantum dot emission layer 150 may be any one of a Si-based nanocrystal, a II-VI compound semiconductor nanocrystal, a III-V compound semiconductor nanocrystal, a IV-VI compound semiconductor nanocrystal, and a mixture thereof. It may comprise one nanocrystal. Group II-VI compound semiconductor nanocrystals are CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTd, ZgSte, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, and HgZnSeS Group III-V compound semiconductor nanocrystals are GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs , GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNPs, InAlNAs, and InAlPAs can be any one selected from the group consisting of. Group IV-VI compound semiconductor nanocrystals may be SbTe.

정공수송층(hole transport layer)(170)은 양자점 발광층(170)에 정공을 전달할 수 있는 다양한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, PEDOT, PSS, PPV, PVK 등의 전도성 고분자 재질이 사용될 수 있으며, 또는, p형 반도체 재질, 예를 들어, p-AlxGayInzN (x+y+z=1)이 사용될 수 있다. 정공수송층(170)은 단층으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며, 다층막 구성일 수도 있다.The hole transport layer 170 may be formed of various materials capable of transferring holes to the quantum dot emission layer 170. For example, a conductive polymer material such as PEDOT, PSS, PPV, PVK, or the like may be used, or a p-type semiconductor material, for example, p-Al x Ga y In z N (x + y + z = 1) This can be used. The hole transport layer 170 is illustrated as a single layer, but is not limited thereto. The hole transport layer 170 may have a multilayer structure.

기판(110)의 재질로는 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 사파이어(sapphire) GaN, LiGaO2, ZrB2, ZnO 또는 (Mn,Zn)FeO4 등이 채용될 수 있으며, 이 외에도, 기판(110) 상에 형성되는 전자수송층(130)의 재질에 알맞은 다양한 물질이 채용될 수 있다. As the material of the substrate 110, silicon (Si), silicon carbide (SiC), sapphire (sapphire) GaN, LiGaO 2, ZrB 2, ZnO, or (Mn, Zn) FeO 4 may be employed. In addition, the substrate 110 may be employed. Various materials suitable for the material of the electron transport layer 130 formed on the) may be employed.

전자수송층(130) 및 정공수송층(170) 각각의 일측에는 전자, 정공 주입을 위한 제1전극(181) 및 제2전극(182)이 형성되며, 도시된 바와 같이, 정공수송층(170)의 상면에 제1전극(181)이 형성되고, 기판(110)의 하면에 제2전극(182)이 형성될 수 있다. 이러한 전극 구조는 통상 수직형 구조라고 하며, 기판(110)이 전도성 재질일 때, 채용될 수 있다. One side of each of the electron transport layer 130 and the hole transport layer 170 is formed with a first electrode 181 and a second electrode 182 for electron and hole injection, as shown, the upper surface of the hole transport layer 170 The first electrode 181 may be formed on the second electrode 181, and the second electrode 182 may be formed on the bottom surface of the substrate 110. Such an electrode structure is generally referred to as a vertical structure, and may be employed when the substrate 110 is a conductive material.

제1전극(181) 및 제2전극(182) 중 어느 하나는 양자점 발광층(150)에서 생성된 광이 일방향으로 출사되되도록 광을 반사시키기 위해, 반사전극으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 기판(110)의 하면에 마련된 제2전극(152)을 반사전극으로 구성하는 경우, 양자점 발광층(150)에서 생성된 광은 전면(front side)으로 출사되게 된다. 반사전극인 제2전극(182)은 Al, Cu 등과 같은 반사 메탈 소재로 형성될 수 있다. 제1전극(181)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명 전극 소재로 형성될 수 있다. 투명 전극 소재로 된 제1전극(181)과 반사 메탈 소재로 된 제2전극(182)의 위치는 서로 바뀔 수 있다.One of the first electrode 181 and the second electrode 182 may be configured as a reflective electrode in order to reflect light so that the light generated in the quantum dot emission layer 150 is emitted in one direction. For example, when the second electrode 152 provided on the bottom surface of the substrate 110 is configured as a reflective electrode, the light generated by the quantum dot emission layer 150 is emitted to the front side. The second electrode 182 which is a reflective electrode may be formed of a reflective metal material such as Al, Cu, or the like. The first electrode 181 may be formed of a transparent electrode material such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO). The positions of the first electrode 181 made of a transparent electrode material and the second electrode 182 made of a reflective metal material may be interchanged.

도 5는 다른 실시예에 따른 발광 소자(200)의 개략적인 구성을 보인다. 발광 소자(200)는 기판(210) 상에 순차 형성된 전자수송층(130), 양자점 발광층(150), 정공수송층(170)을 포함한다. 본 실시예는 제2전극(183)의 배치에서 도 1의 발광 소자(100)와 차이가 있다. 즉, 제2전극(183)은 전자수송층(130)의 상면 일측에 형성되어 있다. 이러한 구조는 통상, 메사 구조라 하는데, 기판(210) 상에 전자수송층(130), 양자점 발광층(150), 정공수송층(170)을 순차 형성한 후, 정공수송층(170)과 양자점 발광층(150)의 영역 일부를 전자수송층(130) 상면 일부가 드러나도록 에칭한 후, 이 영역에 제2전극(183)을 마련하는 것이다. 기판(210)이 전도성이 없는 재질인 경우, 이러한 구조가 채용될 수 있다. 기판(210)은 투광성 소재로 형성될 수 있다. 기판(310)의 하면에는 메탈 소재의 반사층(190)을 더 형성될 수 있고 이에 따라, 양자점 발광층(150)에서 생성된 광은 전면(front side)으로 출사되게 된다. 반사층(190)의 위치는 기판(310)과 전자수송층(130) 사이의 위치로 변형될 수도 있다. 5 shows a schematic configuration of a light emitting device 200 according to another embodiment. The light emitting device 200 includes an electron transport layer 130, a quantum dot light emitting layer 150, and a hole transport layer 170 sequentially formed on the substrate 210. The present embodiment differs from the light emitting device 100 of FIG. 1 in the arrangement of the second electrode 183. That is, the second electrode 183 is formed on one side of the upper surface of the electron transport layer 130. Such a structure is commonly referred to as a mesa structure, and the electron transport layer 130, the quantum dot light emitting layer 150, and the hole transport layer 170 are sequentially formed on the substrate 210, and then the hole transport layer 170 and the quantum dot light emitting layer 150 After etching a portion of the region to expose the upper surface of the electron transport layer 130, a second electrode 183 is provided in this region. If the substrate 210 is a non-conductive material, such a structure may be employed. The substrate 210 may be formed of a light transmissive material. A reflective layer 190 made of a metal material may be further formed on the bottom surface of the substrate 310, and thus, light generated in the quantum dot emission layer 150 may be emitted to the front side. The position of the reflective layer 190 may be changed to a position between the substrate 310 and the electron transport layer 130.

도 6은 또 다른 실시예에 따른 발광 소자(300)의 개략적인 구성을 보인다. 실시예의 발광 소자(300)는 양자점 발광층(150)에서 생성된 광의 파장 범위 중, 소정 공진 조건을 만족하는 특정 파장의 광을 증폭 출사하는 레이저 다이오드이다.6 shows a schematic configuration of a light emitting device 300 according to another embodiment. The light emitting device 300 according to the embodiment is a laser diode that amplifies and emits light of a specific wavelength satisfying a predetermined resonance condition among wavelength ranges of light generated by the quantum dot light emitting layer 150.

발광 소자(300)는 기판(310) 상에 순차 형성된, 하부 브래그반사층(320), 전자수송층(130), 양자점 발광층(150), 정공수송층(170), 상부 브래그반사층(350)을 포함한다. 하부 브래그반사층(320) 및 상부 브래그반사층(350)은 굴절률이 다른 유전체 물질이 교번 적층된 구조로 이루어지며, 적층수는 반사율을 고려하여 적절히 정해질 수 있다. 상부 브래그반사층(350)의 상면에는 제1전극(191)이, 기판(310)의 하면에는 제2전극(192)이 형성된다. 제1전극(191)은 양자점 발광층(150)에서 생성된 광을 하부로 반사시키도록 반사전극으로 구성된다. 제2전극(192)도 반사전극으로 구성되며, 소정 크기의 어퍼쳐(A) 간격으로 이격된 두 부분으로 나뉘어져 있다. 양자점 발광층(150)에서 생성된 소정 파장 범위의 광 중, 상부 브래그반사층(350)과 하부 브래그반사층(320) 사이에서 공진하며 증폭된 특정 파장의 광이 상기 어퍼쳐(A)를 통해 출사된다.The light emitting device 300 includes a lower Bragg reflection layer 320, an electron transport layer 130, a quantum dot light emitting layer 150, a hole transport layer 170, and an upper Bragg reflection layer 350, which are sequentially formed on the substrate 310. The lower Bragg reflection layer 320 and the upper Bragg reflection layer 350 has a structure in which dielectric materials having different refractive indices are alternately stacked, and the number of stacked layers may be appropriately determined in consideration of reflectance. The first electrode 191 is formed on the upper surface of the upper Bragg reflection layer 350, and the second electrode 192 is formed on the lower surface of the substrate 310. The first electrode 191 is configured as a reflective electrode to reflect light generated in the quantum dot emission layer 150 downward. The second electrode 192 is also composed of a reflective electrode, and is divided into two parts spaced apart from the aperture A by a predetermined size. Among the light having a predetermined wavelength range generated by the quantum dot light emitting layer 150, light having a specific wavelength amplified while resonating between the upper Bragg reflection layer 350 and the lower Bragg reflection layer 320 is emitted through the aperture A.

상술한 발광소자(100, 200, 300)들은 발광층에 패터닝된 그래핀층과 양자점을 함께 채용한 것으로 예시적인 구조를 설명한 것이며, 이로부터 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 발광소자가 적용되는 용도에 따라 기판이나 전극 구조가 변경될 수 있으며, 예시된 수직형, 수평형 외에, 수직-수평 구조가 사용될 수 있다. 또한, 박막 품질을 개선하고, 발광 효율을 높이기 위해 전자수송층, 정공수송층의 재질 변경이나 기타 다른 버퍼층의 도입, 그래핀층의 형성에 필요한 버퍼층 도입이 가능하다. 또한, 발광층에서 생성된 광이 외부로 출사되는 효율을 높이기 위한 출사패턴 등을 함께 적용하는 것이 가능하다. The above-described light emitting devices 100, 200, and 300 employ a graphene layer and a quantum dot patterned together in the light emitting layer to describe an exemplary structure, and various modifications are possible therefrom. For example, the substrate or the electrode structure may be changed according to the application to which the light emitting device is applied, and in addition to the illustrated vertical and horizontal structures, a vertical-horizontal structure may be used. In addition, in order to improve thin film quality and improve luminous efficiency, it is possible to change the material of the electron transport layer, the hole transport layer, introduce other buffer layers, and introduce a buffer layer necessary for forming the graphene layer. In addition, it is possible to apply an emission pattern and the like together to increase the efficiency that the light generated in the light emitting layer is emitted to the outside.

이러한 본원 발명인 양자점 발광소자 및 그 제조방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.Such a quantum dot light emitting device of the present invention and a method of manufacturing the same have been described with reference to the embodiments shown in the drawings for clarity, but these are merely exemplary, and those skilled in the art can various modifications and equivalents therefrom. It will be appreciated that other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.

Claims (17)

전자수송층;
상기 전자수송층 위에 형성된 것으로,
다수의 나노홀을 구비하는 형태로 패터닝된 그래핀층과, 상기 다수의 나노홀 내에 형성된 양자점을 포함하는 양자점 발광층;
상기 양자점 발광층 위에 형성된 정공수송층;을 포함하는 발광 소자. Electron transport layer;
Formed on the electron transport layer,
A quantum dot emission layer including a graphene layer patterned in a form having a plurality of nano holes and a quantum dot formed in the plurality of nano holes;
And a hole transport layer formed on the quantum dot light emitting layer. 제1항에 있어서,
상기 그래핀층은 하나 또는 복수의 그래핀 시트(grapheme sheet)로 이루어지는 발광 소자.The method of claim 1,
The graphene layer is a light emitting device consisting of one or a plurality of graphene sheets (grapheme sheet). 제1항에 있어서,
상기 다수의 나노홀은 일정한 크기와 피치를 가지며 형성된 발광 소자.The method of claim 1,
The plurality of nano-holes are formed having a constant size and pitch. 제1항에 있어서,
하나의 나노홀에 하나의 양자점이 형성된 발광 소자.The method of claim 1,
A light emitting device in which one quantum dot is formed in one nanohole. 제1항에 있어서,
하나의 나노홀에 2이상의 양자점이 형성된 발광 소자.The method of claim 1,
A light emitting device in which two or more quantum dots are formed in one nanohole. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자수송층은 TiO2, ZrO2, HfO2 등의 금속 산화물, Si3N4을 포함하는 무기물 또는 n형 반도체 중 어느 하나를 포함하여 이루어지는 발광 소자.The method according to any one of claims 1 to 5,
The electron transport layer includes a metal oxide such as TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , an inorganic material containing Si 3 N 4 , or an n-type semiconductor. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 정공수송층은 PEDOT, PSS, PPV, PVK 등의 전도성 고분자 또는 p형 반도체 중 어느 하나를 포함하여 이루어지는 발광 소자.The method according to any one of claims 1 to 5,
The hole transport layer is a light emitting device comprising any one of a conductive polymer such as PEDOT, PSS, PPV, PVK or p-type semiconductor. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양자점은 Si계 나노결정, II-VI족계 화합물 반도체 나노결정, III-V족계 화합물 반도체 나노결정, IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 나노 결정을 포함하여 이루어지는 발광 소자.The method according to any one of claims 1 to 5,
The quantum dot is a light emitting device comprising a nano-crystal of any one of Si-based nanocrystals, II-VI-based compound semiconductor nanocrystals, III-V-based compound semiconductor nanocrystals, IV-VI-based compound semiconductor nanocrystals and mixtures thereof . 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자수송층 및 정공수송층 각각의 일측에는 전자, 정공 주입을 위한 제1전극 및 제2전극이 형성되는 발광 소자.The method according to any one of claims 1 to 5,
One side of each of the electron transport layer and the hole transport layer is a light emitting device is formed with a first electrode and a second electrode for electron, hole injection. 제9항에 있어서,
상기 제1전극 및 제2전극은 수직형 배치로 형성되는 발광 소자.10. The method of claim 9,
The first electrode and the second electrode is a light emitting device formed in a vertical arrangement. 제10항에 있어서,
상기 제1전극 및 제2전극 중 어느 하나는 상기 양자점 발광층에서 생성된 광이 일방향으로 출사되게 반사하는 반사전극으로 구성되는 발광 소자.The method of claim 10,
One of the first electrode and the second electrode is a light emitting device consisting of a reflective electrode for reflecting the light generated in the quantum dot light emitting layer in one direction. 제9항에 있어서,
상기 제1전극 및 제2전극은 메사형 배치로 형성되는 발광 소자.10. The method of claim 9,
The first electrode and the second electrode of the light emitting device is formed in a mesa arrangement. 제12항에 있어서,
상기 전자수송층 및 전공수송층의 어느 일면의 일측에는
상기 양자점 발광층에서 생성된 광이 일방향으로 출사되도록 반사하는 반사층이 더 구비된 발광 소자.The method of claim 12,
On one side of either side of the electron transport layer and the major transport layer
The light emitting device further comprises a reflective layer for reflecting light emitted from the quantum dot light emitting layer in one direction. 제9항에 있어서,
상기 제1전극과 전자수송층 사이 및 상기 제2전극과 정공수송층 사이 각각에는 브래그 반사층이 더 구비된 발광 소자.10. The method of claim 9,
A light emitting device further comprising a Bragg reflection layer between each of the first electrode and the electron transport layer and between the second electrode and the hole transport layer. 전자수송층, 정공수송층 및 상기 전자수송층과 정공수송층 사이에 마련된 양자점 발광층을 포함하는 발광소자 제조방법에 있어서,
그래핀(graphene)층을 형성하는 단계;
상기 그래핀층에 다수의 나노홀을 형성하는 단계;
상기 다수의 나노홀에 양자점을 형성하여 양자점 발광층을 형성하는 단계;를 포함하는 방법.In the light emitting device manufacturing method comprising an electron transport layer, a hole transport layer and a quantum dot light emitting layer provided between the electron transport layer and the hole transport layer,
Forming a graphene layer;
Forming a plurality of nano holes in the graphene layer;
Forming a quantum dot emitting layer by forming quantum dots in the plurality of nanoholes. 제15항에 있어서,
상기 양자점 발광층을 형성하는 단계는
상기 패터닝된 그래핀층을 탬플릿으로하여 양자점을 선택적 성장시키는 것을 특징으로 하는 방법.16. The method of claim 15,
Forming the quantum dot light emitting layer is
And selectively growing quantum dots using the patterned graphene layer as a template. 제15항에 있어서,
상기 양자점 발광층을 형성하는 단계는
상기 패터닝된 그래핀층 상에 다수의 양자점이 분산된 용액을 코팅하는 것을 특징으로 하는 방법.16. The method of claim 15,
Forming the quantum dot light emitting layer is
And coating a solution in which a plurality of quantum dots are dispersed on the patterned graphene layer.
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