KR100928305B1 - 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법 및 금속 산화물 나노입자가 분포된 발광층을 포함하는 발광 소자 및 그 발광소자 제작 방법 - Google Patents
금속 산화물 나노 입자의 형성 방법 및 금속 산화물 나노입자가 분포된 발광층을 포함하는 발광 소자 및 그 발광소자 제작 방법 Download PDFInfo
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Abstract
금속 산화물 나노 입자의 형성 방법 및 금속 산화물 나노 입자가 분포된 발광층을 포함하는 발광 소자 및 그 발광 소자 제작 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 절연성 고분자 물질과 전도성 고분자 물질이 혼합된 혼합물 박막으로 형성되며, 상기 혼합물 박막의 내부에 발광 매개체인 금속 산화물 나노 입자가 분포되어 있는 발광층을 포함하는 발광 소자가 제공될 수 있다. 여기서, 금속 산화물 나노 입자는 본 발명의 실시예에 따라 절연성 고분자 물질의 전구체와 전도성 고분자 물질이 혼합된 제1 혼합물 박막을 형성하는 단계; 상기 제1 혼합물 박막의 일면에 금속 박막을 형성하는 단계; 및 열처리를 통해 상기 전구체를 경화시켜 상기 절연성 고분자 물질과 상기 전도성 고분자 물질이 혼합된 제2 혼합물 박막을 형성하고, 상기 경화 과정에서 상기 제2 혼합물 박막의 내부에 분포되는 금속 산화물 나노 입자를 형성하는 단계에 의해 제조될 수 있다.
금속 산화물, 나노 입자, 전도성 고분자, 발광 소자.
Description
본 발명은 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법과 그 금속 산화물 나노 입자가 분포된 발광층을 포함하는 발광 소자 및 그 발광 소자의 제작 방법에 관한 것이다.
발광 소자는 전기 신호를 빛으로 변환하는 소자를 말하는 것으로서, 이러한 발광 소자는 백라이트 유닛(Backlight unit)과 같은 광원 및 조명 장치, 액정 표시 장치(LCD : Liquid crystal display)와 같은 디스플레이 장치, 광학 센서, 탐지 센서와 같은 수광 소자, 태양 전지와 같은 광기전력 소자 등에 광범위하게 이용되고 있다.
발광 소자의 제작을 위하여 종래에 이용되오던 방법에는 아래와 같은 기술들 이 존재하여왔다. 이를 아연 산화물 나노 입자를 발광체로서 이용하는 발광 소자의 경우를 예로 들어 설명한다.
첫번째로, 실리콘(Si)과 같은 무기물 박막 내에 이온 주입법을 이용하여 아연(Zn) 입자를 직접 주입한 후, 고온의 열처리 과정을 통하여 아연을 산화시켜 수십 나노미터 크기를 갖는 ZnO 나노 입자를 형성하는 방법이 있다. 두번째로, 무기물 박막 상에 ZnO 박막을 성장시킨 후, 기상 증착법을 이용하여 무기물 박막 위에 기둥 형태의 ZnO 나노 로드를 형성하는 방법이 있다. 그러나 전술한 방법들은 이온 주입기나 기상 증착기와 같은 고가의 장비를 필요로 하고, 공정 과정에서 600℃ 이상의 열처리를 필요로 하므로, 공정의 유지에 많은 비용이 요구되어 발광 소자의 제품 가격이 상승하는 문제점이 있다. 또한, Si 기판과 같은 소수 한정된 기판에서만 시료 성장 및 공정이 가능하다는 한계가 있다.
세번째로, 미리 제조된 ZnO 나노 입자를 졸-겔법을 이용하여 고분자에 혼합시키는 방법이 있다. 그러나 이러한 방법은 미리 제조된 시료를 사용하므로 ZnO 나노 입자의 크기 등을 다양히 변화시키는데 한계가 있으며, 나노 입자의 크기는 곧 발광 특성과 깊은 상관 관계를 가진다는 점에서 발광 특성을 제조자의 요구에 따라 변화시키는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
네번째로, 금속염이나 무기 아세테이트와 같은 금속 화합물을 산성 용액에 용해시키고 이를 별도의 고분자와 섞은 후, 열분해를 통해 고분자 내에 분산된 ZnO 나노 입자를 형성하는 방법이 있다. 이러한 화학적 합성법은 이온 주입기 등과 같은 고가의 장비가 필요 없으며, 대략 300℃ 이하의 저온에서 공정이 가능하다는 이 점이 있다. 그러나 화합적 합성법을 이용하기 위해서는 금속염 또는 무기 아세테이트와 같은 금속 화합물 전구체가 반드시 필요로 하기 때문에, 전구체가 없는 물질의 경우에는 제작 자체가 불가능하거나 물질마다 다른 합성법이 필요로 한 단점이 있다. 또한, 화학적 합성법을 이용하여 성장된 나노 입자를 발광체로서 사용하기 위해서는 나노 입자 표면의 불순물을 제거하여야 하므로, 불순물 제거를 위한 2차 공정과 이에 사용될 별도의 표면 처리용 고분자가 더 필요로 하여 전체 제조 공정이 복잡해지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 절연성 고분자와 전도성 고분자에 의한 혼합물 박막 안에 자발 형성된 금속 산화물 나노 입자를 이용하여 발광이 이루어지도록 함으로써, 고효율, 장수명 및 저소비전력를 갖는 발광 소자와 그 제작 방법 및 이에 이용될 수 있는 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 스핀 코팅 및 열 경화 공정과 같은 간단한 방법으로 발광 소자를 제작함으로써, 발광 소자의 제조 비용의 절감 및 제조 공정의 간소화가 가능한 발광 소자와 그 제작 방법 및 이에 이용될 수 있는 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 공정 조건에 따라 발광 매개체인 금속 산화물 나노 입자의 밀도 및 크기를 조절함으로써, 발광 소자의 발광 세기 및 발광 효율을 제어하고 발광 대역의 변화를 통해 색변조가 가능한 발광 소자와 그 제작 방법 및 이에 이용될 수 있는 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법을 제공한다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 절연성 고분자 물질과 전도성 고분자 물질이 혼합된 혼합물 박막으로 형성되며, 상기 혼합물 박막의 내부에 발광 매개체인 금속 산화물 나노 입자가 분포되어 있는 발광층을 포함하는 발광 소자가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 절연성 고분자 물질은 폴리이미드이고, 상기 전도성 고분자 물질은 N형의 폴리비닐카바졸일 수 있다.
여기서, 상기 금속 산화물 나노 입자는 ZnO, Cu2O, SnO2, MgO2, ZrO2, Zr1-XCdXO, Zn1-X CoXO 및 Zn1-XMnXO 중 어느 하나의 나노 입자일 수 있다.
여기서, 상기 발광 소자는 2개의 전극을 포함하되, 상기 발광층은 상기 2개의 전극 사이에 개재될 수 있다. 이때, 상기 2개의 전극 중 적어도 하나는 투명 전극으로 구현될 수 있고, 상기 투명 전극은 ITO(indium-tin-oxide) 전극일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 절연성 고분자 물질의 전구체와 전도성 고분자 물질이 혼합된 제1 혼합물 박막을 형성하는 단계; 상기 제1 혼합물 박막의 일면에 금속 박막을 형성하는 단계; 및 열처리를 통해 상기 전구체를 경화시켜 상기 절 연성 고분자 물질과 상기 전도성 고분자 물질이 혼합된 제2 혼합물 박막을 형성하고, 상기 경화 과정에서 상기 제2 혼합물 박막의 내부에 분포되는 금속 산화물 나노 입자를 형성하는 단계를 포함하는 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법이 제공될 수 있다.
여기서, 상기 제1 혼합물 박막을 형성하는 단계는, 상기 절연성 고분자 물질의 전구체와 상기 전도성 고분자 물질을 용매에 녹인 혼합 용액을 제조하는 단계; 상기 혼합 용액을 기판 상에 스핀 코팅하는 단계; 및 상기 기판 상에 스핀 코팅된 혼합 용액에서 상기 용매를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 용매는 엔-메틸-2-피롤리돈(NMP)일 수 있고, 상기 용매의 제거는 135℃에서 30분 동안의 가열 공정에 의할 수 있다.
여기서, 상기 혼합 용액을 제조하는 단계는, 상기 절연성 고분자 물질의 전구체를 상기 용매에 질량비 1:3 비율로 용해시킨 전구체 용액을 제조하는 단계; 및 상기 전구체 용액과 상기 전도성 고분자 물질을 몰비 1:1 비율로 혼합시키는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 절연성 고분자 물질의 전구체는 비페닐테트라카르복실릭 디안하이드라이드-피-페닐렌디아민(BPDA-PDA) 형의 폴리아믹산이되, 상기 전구체의 경화에 의해 형성되는 상기 절연성 고분자 물질은 폴리이미드일 수 있다. 또한, 상기 전도성 고분자 물질은 N형의 폴리비닐카바졸일 수 있다.
여기서, 상기 금속 박막은 상기 전구체의 경화 과정에서 발생된 산소와 결합함을 통해 상기 제2 혼합물 박막의 내부에서 금속 산화물 나노 입자의 형태로 변환 분포될 수 있다.
여기서, 상기 금속 박막은 아연, 구리, 주석, 지르코늄, 지르코늄-카드뮴 합금, 아연-코발트 합금 및 아연-망간 합금 중 어느 하나의 재료로 형성되되, 상기 금속 산화물 나노 입자는 상기 금속 박막을 형성하는 재료에 상응하여 ZnO, Cu2O, SnO2, MgO2, ZrO2, Zr1-XCdXO, Zn1-X CoXO 및 Zn1-XMnXO 중 어느 하나의 나노 입자로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 열처리는 질소(N2) 환경에서 350℃에서 2 ~ 4시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기의 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법에 의해 형성된 금속 산화물 나노 입자가 내부에 분포된 발광층을 제작하는 단계; 상기 발광층의 일면 및 타면에 전극을 각각 형성하는 단계; 및 상기 전극에 전원 공급을 위한 구동 회로를 연결하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제작 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법 및 이를 이용한 발광 소자와 그 제작 방법에 의하면, 절연성 고분자와 전도성 고분자에 의한 혼합물 박막 안에 자발 형성된 금속 산화물 나노 입자를 이용하여 발광이 이루어지도록 함으로써, 고효율, 장수명 및 저소비전력를 갖는 발광 소자를 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 스핀 코팅 및 열 경화 공정과 같은 간단한 방법으로 발광 소자를 제작함으로써, 발광 소자의 제조 비용의 절감 및 제조 공정의 간소화가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 공정 조건에 따라 발광 매개체인 금속 산화물 나노 입자의 밀도 및 크기를 조절함으로써, 발광 소자의 발광 세기 및 발광 효율을 제어하고 발광 대역의 변화를 통해 색변조가 가능한 효과가 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치 하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 대략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 제작 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자(100)는 기판(110), 제1 전극(120), 제2 전극(150) 및 제1 전극(120)과 제2 전극(150) 간에 개재되며 내부에 금속 산화물 나노 입자(140)가 분포되어 있는 혼합물 박막(130)을 포함한다. 여기서, 제1 전극(120)과 제2 전극(150) 간은 구동 회로(160)에 의해 연결된다. 또한, 본 발명에서 금속 산화물 나노 입자(140)는 발광 소자에서 발광을 매개하는 발광 매개체로서 기능하므로, 내부에 금속 산화물 나노 입자(140)가 분포된 혼합물 박막(130)은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자에서 그 전체로서 발광층으로 역할한다.
기판(110)은 일반적인 반도체 소자용 기판이 이용될 수 있다. 예를 들어, 기판(110)으로는 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP), 인듐비소(InAs), 인듐안티몬(InSb), 갈륨인(GaP), 아연텔루르(ZnTe), 알루미나(Al2O3), 탄화규소(SiC), 글 래스(glass), 쿼츠(quartz) 등의 무기물 기판을 사용할 수 있다. 또한, PET, PS, PI, PVC, PE 등의 고분자 기판도 사용될 수 있다.
제1 전극(120)과 제2 전극(130)은 전극 재료로서 기능할 수 있는 어떠한 물질(예를 들어, 알루미늄(Al)과 같은 금속, MgAg와 같은 금속 화합물 등)이라도 이용될 수 있음은 물론이다. 다만, 발광 소자로서 의도하는 기능을 수행(즉, 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 외부로 방출)할 수 있도록, 발광 소자의 적어도 어느 하나의 일면은 빛을 외부로 투과할 수 있는 물질로 구성될 필요가 있다. 이를 위해, 예를 들어 제2 전극(150)을 ITO(Indium-tim-oxide) 전극과 같은 투명 전극으로 구성할 수 있다. 또는 제1 전극(120)을 투명 전극으로 구성하고, 기판(110)도 글래스(glass) 기판과 같이 광투과 물질로 제작하는 방법이 사용될 수도 있을 것이다. 또한, 기판(110) 자체가 전도성을 갖는 물질로 제작되거나 도핑 처리됨으로써 전극으로 기능할 수 있도록 제작되는 경우에는 도 1 및 도 2에서 제1 전극(120)이 생략될 수도 있음은 자명하다.
혼합물 박막(130)의 내부에는 금속 산화물 나노 입자(140)가 분포되어 있다. 여기서, 금속 산화물 나노 입자(140)는 혼합물 박막(130)의 내부에서 발광 매개체로서 기능한다. 즉, 구동 회로(160)를 통해 인가되는 직류 전압에 상응하여 제1 전극(120)과 제2 전극(150)으로부터 공급된 전자 및 정공은 혼합물 박막(130)의 내부에 분포하는 금속 산화물 나노 입자(140)에 의해 포획되며, 포획된 전자 및 정공이 결합함에 의해 본 발명의 발광 소자(100)는 발광을 수행하게 되는 것이다. 이와 같이 발광 매개체로서 기능하는 금속 산화물 나노 입자(140)로는 ZnO 나노 입자, Cu2O 나노 입자, SnO2 나노 입자, MgO2 나노 입자, ZrO2 나노 입자, Zr1-XCdXO 나노 입자, Zn1-XCoXO 나노 입자, Zn1-XMnXO 나노 입자 등이 이용될 수 있으며, 여기서 x는 0 < x < 1의 범위를 가질 수 있다.
혼합물 박막(130)은 절연성 고분자 물질과 전도성 고분자 물질이 혼합된 박막으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 절연성 고분자 물질로는 폴리이미드(polyimide)와 같은 절연성 유기 고분자 등이 이용될 수 있으며, 전도성 고분자 물질로는 N형의 폴리비닐카바졸(poly N-vinylcarbazole)과 같은 전도성 고분자 등이 이용될 수 있다.
본 발명에서 혼합물 박막(130)이 발광 소자의 발광 특성에 기여하는 바를 설명하면 다음과 같다.
우선, 혼합물 박막(130)은 발광 매개체인 금속 산화물 나노 입자(140)가 안정적으로 분포할 수 있도록 가둬두는 매트릭스(matrix, 기반층 혹은 모(母)층)로서의 기능을 수행한다. 특히, 본 발명에서 혼합물 박막(130)에는 폴리이미드와 같이 절연성이 우수한 고분자 물질이 포함되어 있으므로, 소자 동작 과정에서 금속 산화물 나노 입자(140)에 포획되었던 전하(전자 및 정공)가 혼합물 박막(130)의 외부로 다시 빠져나가 버리는 전하 누설의 문제를 크게 개선할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 금속 산화물 나노 입자(140)에 의한 혼합물 박막(130) 내부에서의 전자 및 정공의 결합율을 크게 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 발광 세기, 발광 효율을 증대시킬 수 있게 된다.
다음으로, 혼합물 박막(130)은 인가 전압에 따라 각 전극(120, 150)으로부터 공급되는 전자 및 정공이 금속 산화물 나노 입자(140)가 분포된 위치까지 보다 쉽게 이동하여 포획될 수 있도록 돕는 전하 수송층으로서의 기능을 아울러 수행한다. 왜냐하면, 본 발명의 혼합물 박막(130)에는 N형의 폴리비닐카바졸과 같은 전도성 고분자 물질이 함께 혼합되어 있어, 각 전극(120, 150)으로부터 공급된 전자 및 정공은 전도성 고분자 물질의 에너지 대역을 따라 혼합물 박막(130)의 내부로 쉽게 이동할 수 있게 되기 때문이다. 이는 도 6을 통해 명확히 확인할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 절연성 고분자 물질(도 6의 식별번호 130-1 참조)의 에너지 대역은 그 절연적 특성때문에 전도성 고분자 물질(도 6의 식별번호 130-2 참조)의 에너지 대역에 비해 높다. 즉, 전자 및 정공(도 6의 식별번호 111 및 112 참조)이 절연성 고분자 물질을 직접 통과하여 혼합물 박막(130)의 내부에 분포된 금속 산화물 나노 입자(140)까지 이동하는데에는 전도성 고분자 물질을 경유하는 경우보다 보다 높은 에너지가 필요하다. 이러한 이유로 금속 산화물 나노 입자(140)를 가둬두는 매트릭스로서 절연성 고분자 물질만으로 이루어진 박막을 이용하는 경우보다 본 발명에서와 같이 전도성 고분자 물질이 함께 혼합된 혼합물 박막을 이용하는 경우가 전하 수송의 측면에서 보다 많은 이점을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 전술한 전하 누설의 측면과 전하 수송의 측면을 모두 고려하여 금속 산화물 나노 입자(140)를 가둬두는 매트릭스로서 절연성 고분자 물질과 전도성 고분자 물질에 의한 혼합물 박막(130)을 이용하고 있다. 이에 의해 본 발명의 일 실시예에서는 상대적으로 낮은 인가 전압에서도 높은 발광 효율의 구현 이 가능한 발광 소자를 제공할 수 있게 된다.
여기서, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 도 2를 통해 예시된 순서(도 2의 단계 (a)부터 단계 (d)까지)에 따라 제작 가능하며, 이는 별도의 설명이 없더라도 자명히 이해될 수 있는 내용이라 할 것이다. 다만, 본 발명에서 발광층으로서 역할하는 혼합물 박막(130) 및 그 내부에 분포된 금속 산화물 나노 입자(140)의 형성 방법에 대해서는 구체적인 설명이 필요한 부분이므로, 이하 도 3을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 절연성 고분자 물질과 전도성 고분자 물질에 의한 혼합물 박막 및 그 내부에 분포된 금속 산화물 나노 입자를 형성하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3에서는 혼합물 박막(130) 및 금속 산화물 나노 입자(140)의 형성 공정을 도 1 및 도 2를 통해 도시된 각 실시예에서와 구분하여 일반화된 공정으로서 설명하기 위하여, 기반층으로서 기능하는 기판에 별도의 식별번호를 부여하였지만, 도 3의 기판(200)은 도 1 및 도 2와 대비하는 경우 일면에 전극(120)이 형성되어 있는 기판(110)과 대응되는 구성임을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 3의 단계 (a)를 참조하면, 기판(200) 상에 혼합 용액(130a)을 도포한다.
여기서, 혼합 용액(130a)은 절연성 고분자 물질의 전구체와 전도성 고분자 물질을 용매에 녹여 제조 가능하다. 여기에 이용될 절연성 고분자 물질이 폴리이미드(polyimide)이고, 전도성 고분자 물질이 N형의 폴리비닐카바졸(poly N- vinylcarbazole)인 경우를 이하 가정하여 설명하면 예를 들어 다음과 같을 수 있다.
먼저, 폴리이미드의 전구체인 BPDA-PDA(Biphenyltetracarboxylic Dianhydride-p-Phenylenediamine)형의 폴리아믹산을 용매인 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone)에 질량비 1 : 3 비율이 되게 용해시킨 폴리아믹산 용액을 제조한다. 이후, 폴리아믹산 용액에 N형의 폴리비닐카바졸을 1 : 1 몰(mole) 비율로 혼합시킨다. 이때, 보다 고르게 혼합시키기 위하여 초음파 교반기를 이용하여 2시간 이상 교반시키는 과정이 더 포함될 수도 있다.
여기서, 혼합 용액의 제조시, 절연성 고분자 물질의 전구체(본 예에서는 폴리아믹산)와 절연성 고분자 물질(본 예에서는 폴리이미드)의 혼합 비율은 발광 소자의 설계시 요구되는 조건, 사양에 따라 위의 사례(1 : 1 몰 비율로 혼합)와 달라질 수 있음은 물론이다. 그 이유는 다음과 같다.
혼합 용액(130a)에서 절연성 고분자 물질의 전구체의 구성 비율이 높아지게 되면 추후 형성될 혼합물 박막(130)이 갖는 절연적 특성이 증가하게 되며, 반대로 전도성 고분자 물질의 구성 비율이 높아지게 되면 혼합물 박막(130)이 갖는 전도 특성이 증가하게 된다. 따라서, 혼합 용액(130a)에서 절연성 고분자 물질의 전구체가 높은 구성 비율을 갖는 경우에는 그 절연적 특성에 기인하여 전하 저장 시간을 늘릴 수 있는 이점이 있다. 왜냐하면, 혼합물 박막(130)의 절연성 증가로 인하여 금속 산화물 나노 입자(140)에 의한 포획 전하(전자 및 정공)의 누설율을 보다 줄일 수 있기 때문이다. 다만, 대비적으로 발광 소자의 구동 전압은 높아지게 된다. 전도성 고분자 물질의 구성 비율이 그만큼 감소되므로, 전자 및 정공의 수송을 위해 필요한 인가 전압의 크기는 증가되어야 하기 때문이다. 반대로 혼합 용액(130a)에서 전도성 고분자 물질이 높은 구성 비율을 갖는 경우에는 전도성의 증가로 인해 발광 소자의 구동 전압을 보다 낮출 수 있는 이점이 있다. 혼합물 박막(130)의 전도성 증가로 인하여 전자 및 전하의 수송에 큰 에너지가 필요하지 않기 때문이다. 이 경우에도 대비적으로 혼합물 박막(130)의 절연적 특성의 감소로 인하여 전하 저장 시간은 줄어들게 될 것이다.
즉, 혼합 용액(130a)의 제조시의 절연성 고분자 물질의 전구체와 전도성 고분자 물질의 혼합 비율은 상호간 트레이드-오프(trade-off) 관계에 있는 설계 조건이라 볼 수 있고, 이러한 이유로 설계자는 적절한 혼합 비율을 선택할 필요가 있다. 발광 소자의 응용 대상, 응용 분야 등을 고려할 때, 구동 전압의 크기를 일정 값 이상으로 증가시키기 어려운 설계 조건에 있는 경우를 가정하면, 혼합 용액(130a)에서 전도성 고분자 물질의 구성 비율을 보다 높이는 선택을 하는 것이 그 일 예이다. 이와 같은 이유로 혼합 용액(130a)의 혼합 비율은 상술한 사례와 달리 다양히 변화될 수 있는 것이다.
전술한 과정을 통해 혼합 용액(130a)이 제조되면, 이를 기판(200) 상에 스핀 코팅(spin coating)한다. 여기서, 스핀 코팅의 회전수 및 회전시간을 조절함으로써 기판(200) 상에 형성되는 혼합 용액(130a)에 의한 박막의 두께를 조절할 수 있음은 물론이다.
도 3의 단계 (b)를 참조하면, 기판(200) 상에 도포된 혼합 용액(130a)에서 용매를 제거한다. 예를 들어, 용매(NMP)의 제거에는 135℃에서 30분 동안의 가열 공정이 이용될 수 있다. 본 단계를 통해 혼합 용액(130a)에서 용매가 제거되면, 기판(200) 상에는 절연성 고분자 물질의 전구체와 전도성 고분자 물질에 의한 혼합물 박막(이하, 이를 제1 혼합물 박막(130b)이라 별도 명명함)이 형성된다.
도 3의 단계 (c)를 참조하면, 제1 혼합물 박막(130b)의 일면에 금속 박막(141)을 형성한다. 이때, 금속 박막(141)의 형성에는 스퍼터링(sputtering), 전자빔 증착(e-beam evaporation) 등의 다양한 방법이 이용될 수 있음은 물론이다. 또한 이때, 금속 박막(141)의 두께는 추후 금속 산화물 나노 입자(140)로서의 기능 수행을 고려하더라도 수 나노미터 정도면 충분하다.
여기서, 금속 박막(141)은 전술한 바와 같이 최종적으로는 금속 산화물 나노 입자(140)를 형성하게 될 소스가 되는 것이므로, 최종 형성하고자 하는 금속 산화물 나노 입자(140)의 종류에 상응하는 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 최종 형성하고자 하는 금속 산화물 나노 입자(140)가 ZnO 나노 입자, Cu2O 나노 입자, SnO2 나노 입자, MgO2 나노 입자, ZrO2 나노 입자, Zr1-XCdXO 나노 입자, Zn1-XCoXO 나노 입자, Zn1-XMnXO 나노 입자 중 어느 하나인 경우(여기서 x는 0 < x < 1의 범위를 가질 수 있음), 본 단계에서 금속 박막(141)은 이에 상응하여 아연, 구리, 주석, 지르코늄, 지르코늄-카드뮴 합금, 아연-코발트 합금 및 아연-망간 합금 중 어느 하나의 재료로 형성될 수 있는 것이다.
도 3의 단계 (d)를 참조하면, 전술한 단계를 통해 기판(200) 상에 형성된 제1 혼합물 박막(130b) 및 금속 박막(141)을 열처리한다. 이러한 열처리는 예를 들어 질소(N2) 환경에서 가열 온도를 350℃로 하여 2 ~ 4 시간 동안 수행될 수 있다.
본 단계를 통한 열처리를 통하여 기판(200) 상에는 금속 산화물 나노 입자(140)가 내부에 고르게 분포되어 있는 제2 혼합물 박막이 형성되게 된다(도 3의 단계 (e) 참조). 이때, 도 3의 단계 (e)를 통해 형성되는 제2 혼합물 박막은 도 1 및 도 2에서의 혼합물 박막(130)과 동일한 물질인 것이므로 동일한 식별번호를 부여하기로 한다. 도 3의 단계 (d)로부터 도 3의 단계 (e)까지의 금속 산화물 나노 입자(140) 및 제2 혼합물 박막(130)의 형성 과정을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3의 단계 (d)의 열처리 공정을 통해 제1 혼합물 박막(130b)을 구성하던 절연성 고분자 물질의 전구체는 절연성 고분자 물질로 경화(예를 들어, 폴리아믹산으로부터 폴리이미드로 경화)됨으로써, 절연성 고분자 물질과 전도성 고분자 물질(예를 들어, 폴리이미드와 N형의 폴리비닐 카바졸)의 혼합에 의한 제2 혼합물 박막(130)이 형성된다. 또한, 열처리 공정에 의한 전술한 경화 과정에서 금속 박막(141)은 절연성 고분자 물질의 전구체로부터 발생된 산소와 결합함으로써 금속 산화물 나노 입자(140)의 형태로 자발 변환되게 된다. 결국, 도 3의 단계 (d)에서의 열처리 공정이 완료된 이후에는 도 3의 단계 (e)에서와 같이 금속 산화물 나노 입자(140)가 내부에 고르게 분포되어 있는 제2 혼합물 박막(130)이 형성되는 것이다.
이때, 금속 산화물 나노 입자(140)는 열처리 시간에 따라 그 크기가 달라질 수 있다. 예를 들어, 열처리 시간을 줄이면 제2 혼합물 박막(130)의 내부에서 금속 산화물 나노 입자(140)가 형성될 시간이 줄어들기 때문에 최종 형성되는 금속 산화물 나노 입자(140)의 크기는 작아지며, 열처리 시간을 늘리면 제2 혼합물 박막(130)의 내부에 형성되는 금속 산화물 나노 입자(140)의 크기가 커진다. 일 예로서 ZnO 나노 입자의 경우, 열처리 시간을 약 2시간으로 하였을 때 대략 4 ~ 6nm의 크기(지름)을 가졌으며, 열처리 시간을 약 3시간 반에서 4시간으로 하였을 때 대략 10nm 내외의 크기를 가졌다. 이는 타 공정 조건은 동일히 적용하고 열처리 시간만을 조절한 경우를 가정한 것이며, 혼합물 박막의 내부에 형성될 금속 산화물 나노 입자(140)의 크기는 열처리 시간 이외에도 다른 공정 조건들(예를 들어, 혼합 용액의 혼합 비율, 증착된 금속 박막의 두께, 농도 등)에 의해서도 변화될 수 있다는 것은 굳이 설명하지 않더라도 당업자라면 자명히 이해될 수 있는 부분이라 할 것이다.
이러한 금속 산화물 나노 입자(140)의 크기는 발광 소자의 발광 특성과 깊은 연관성을 갖는다. 위의 예에 따라 ZnO 나노 입자가 4 ~ 6nm의 크기를 가졌을 때 발광 소자는 자외선 영역에서의 발광 특성을 나타냈으며(후술할 도 8 참조), 10nm 내외의 크기를 가졌을 때 발광 소자는 청색 영역에서의 발광 특성을 나타냈다(후술할 도 7 참조). 금속 산화물 나노 입자(140)의 크기가 발광 소자의 발광 특성과 상관 관계를 가지게 되는 구체적인 이유에 관하여는 이하 도 6에서 설명하기로 한다. 따라서, 설계자는 발광 소자의 제작 과정에서 이러한 상관 관계를 이용하여 발광 소자가 의도하는 파장 대역에서의 발광 특성을 나타낼 수 있도록 하는 금속 산화물 나노 입자(140)의 크기를 선택하는 것이 가능하다. 열처리 시간의 변화, 혼합 비율의 조정, 금속 박막의 증착 두께, 농도 등의 조정 등을 포함하여 공정 조건을 적절히 제어하게 되면, 원하는 크기를 갖는 금속 산화물 나노 입자(140)를 형성시킬 수 있기 때문이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 스핀 코팅과 금속의 증착 및 열처리 공정이라는 간단한 제조 방법에 의하여 혼합물 박막 및 금속 산화물 나노 입자를 형성한다. 따라서, 종래 기술에서와 같이 금속 산화물 나노 입자를 형성하기 위하여 이온 주입기 혹은 기상 증착기와 같은 고가의 장비를 이용할 필요가 없으며, 화학적 합성법을 이용하던 경우와 같이 화학적으로 복잡한 합성 과정을 거치거나 나노 입자 표면의 불순물을 제거하기 위한 별도의 표면 처리 공정(즉, 2차 공정) 등을 거칠 필요가 없어, 본 발명은 제조 공정의 간소화 및 제조 비용의 절감이 가능한 이점이 있다.
전술한 전체 과정을 통하여 절연성 고분자 물질과 전도성 고분자 물질에 의한혼합물 박막의 내부에 자발 형성된 금속 산화물 나노 입자(140)의 일 예가 도 4 및 도 5를 통해 도시되고 있다. 여기서, 도 4는 혼합물 박막의 내부에 자발 형성된 ZnO 나노 입자에 대한 투과 전자 현미경상을 보여주고 있다. 도 4의 투과 전자 현미경상을 참조하면, 전술한 단계들을 거쳐 자발 형성된 ZnO 나노 입자는 혼합물 박막의 내부에서 분산된 형태로 균일하게 분포하고 있으며, 나노 입자 간에 상호 응집 작용이 없음을 확인할 수 있다. 또한, 도 5는 혼합물 박막의 내부에 자발 형성된 ZnO 나노 입자에 대한 전자 회절상을 보여주고 있다. 도 5의 전자 회절상을 참 조하면, ZnO 나노 입자에 회절 고리(도 5의 식별번호 1 내지 5 참조)가 나타나고 있으며, 각 회절 고리에 따른 결정 방향이 표시되고 있다. 일반적으로 회절 고리에 따른 결정 방향을 해석하면 해당 물질이 갖는 결정 구조를 확인할 수 있는 것이므로, 도 5에서 ZnO 나노 입자에 이와 같은 회절 고리가 나타난다는 것은 곧 혼합물 박막의 내부에서 결정 구조를 가지면서 나노 크기의 결정체로서 존재함을 확인시켜 주고 있는 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자에서의 발광 원리를 설명하기 위하여 발광 소자의 에너지 대역도를 나타낸 도면이다.
여기서, LUMO(lowest unoccupied molecular orbital, 최저 비점유 분자 궤도)는 물질의 분자 궤도에서 전자가 비어 있는 에너지 준위 중 가장 낮은 에너지 준위를 의미한다. 따라서, LUMO(1)은 혼합물 박막(130)을 구성하는 절연성 고분자 물질(도 6의 식별번호 130-1 참조), LUMO(2)는 혼합물 박막(130)을 구성하는 전도성 고분자 물질(도 6의 식별번호 130-2 참조)의 분자 궤도에서 전자가 비어 있는 에너지 준위 중 가장 낮은 에너지 준위를 나타낸다. HOMO(highest occupied molecular orbital, 최고 점유 분자 궤도)는 물질의 분자 궤도에서 전자가 채워져 있는 에너지 준위 중 가장 높은 에너지 준위를 의미한다. 따라서, HOMO(1)은 혼합물 박막(130)을 구성하는 절연성 고분자 물질(도 6의 식별번호 130-1 참조), HOMO(2)는 혼합물 박막(130)을 구성하는 전도성 고분자 물질(도 6의 식별번호 130-2 참조)의 분자 궤도에서 전자가 채워져 있는 에너지 준위 중 가장 높은 에너지 준 위를 나타낸다. 이와 같이 혼합물 박막(130)은 절연성 고분자 물질(130-1)과 전도성 고분자 물질(130-2)이 혼합된 형태로 존재하기 때문에 그 에너지 대역도도 서로 겹쳐져 있는 것으로 묘사되고 있다. 또한, E1은 금속 산화물 나노 입자(140)의 전도대(conduction band)에 형성된 양자화된 기저 상태의 부띠 에너지 준위이고, HH1은 금속 산화물 나노 입자(140)의 가전자대에서 형성된 양자화된 중정공의 기저 상태의 부띠 에너지 준위를 나타낸다. 또한, Ec는 금속 산화물 나노 입자(140)의 전도대에서 가장 낮은 에너지 준위이고, Ev는 금속 산화물 나노 입자(140)의 가전자대에서 가장 높은 에너지 준위를 나타낸다.
이하, 도 6의 에너지 대역도를 참조하여 본 발명의 발광 소자의 동작 원리를 설명한다. 이를 위해 제1 전극(120) 쪽에 (+)극이, 제2 전극(150) 쪽에 (-)극이 연결되어 직류 전원이 인가되는 경우를 가정한다.
직류 전원이 인가됨에 따라 제1 전극(120)으로부터 정공(112)이 주입되며, 제2 전극(150)으로부터는 전자(111)가 주입된다. 이때, 절연성 고분자 물질(130-1)의 에너지 대역은 그 절연적 특성으로 기인하여 전도성 고분자 물질(130-2)의 에너지 대역보다 훨씬 크기 때문에, 혼합물 박막(130)의 내부로 주입된 전자(111) 및 정공(112)은 전도성 고분자 물질(130-2)의 에너지 대역을 따라 수송된다. 즉, 본 발명에서 혼합물 박막(130)을 구성하는 절연성 고분자 물질(130-1)은 절연체로서 금속 산화물 나노 입자(140)를 고정시키는 역할을 하며, 전자(111) 및 정공(112)의 이동에는 관여하지 않는다. 전도성 고분자 물질(130-2)의 에너지 대역에 따라 수송 된 전자(111) 및 정공(112)은 금속 산화물 나노 입자(140)에 포획되며, 포획된 전자(111) 및 정공(112)은 금속 산화물 나노 입자(140)에서 양자 구속 효과에 의해 형성된 에너지 준위 E1과 HH1 에서 서로 결합하게 된다. 이 과정에서 금속 산화물 나노 입자(140)의 에너지 준위 E1과 HH1의 에너지 차이에 해당하는 파장 대역의 발광이 이루어진다. 이때, 혼합물 박막(130)의 내부에 형성된 금속 산화물 나노 입자(140)의 크기가 크면 양자 구속 효과에 의해 E1과 HH1의 에너지 차이는 작아지며, 금속 산화물 나노 입자(140)의 크기가 작아지면 E1과 HH1의 에너지 차이가 커지므로, 이에 따라 각각 상이한 파장 대역의 빛을 발생시킬 수 있다. 참고로, 후술할 도 7의 경우에는 ZnO 나노 입자의 크기가 커서 청색 영역에서 발광이 이루어지는 것이며, 도 8의 경우에는 ZnO 나노 입자의 크기가 작기때문에 자외선 영역에서 발광이 이루어지게 되는 것이 그 일 예이다.
여기서, 금속 산화물 나노 입자(140)의 크기는 전술한 바와 같이 소자 제작 과정 중에서 열처리 조건(전술한 도 3의 단계 (d) 참조)을 적절히 조절함으로써 쉽게 변화시킬 수 있다. 즉, 열처리 시간을 줄이면 금속 산화물 나노 입자(140)의 크기는 작아지며, 열처리 시간을 늘리면 금속 산화물 나노 입자(140)의 크기는 커지게 된다. 이외에도, 금속 산화물 나노 입자(140)의 크기는 혼합 용액(도 3의 단계 (a) 참조)에 혼합된 절연성 고분자 물질의 전구체와 전도성 고분자 물질의 혼합 비율, 증착된 금속 박막의 두께 등을 조절함으로써도 변화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 설계자가 공정 조건을 간단히 변화시키는 것만으로도 발광 소자의 발광 특 성(발광 파장 대역)을 의도하는 바대로 결정, 선택할 수 있는 이점이 있다. 즉, 금속 산화물 나노 입자(140)의 크기에 따라서 발광 소자가 갖는 출사광의 파장 혹은 색상이 상이해질 수 있는 것이므로, 본 발명에 의하면 색변조가 가능한 발광 소자를 제작할 수 있는 것이다.
이에 관한 일 예로서, 도 7 및 도 8에는 폴리이미드(PI)와 폴리비닐카바졸(PVK)의 혼합물 박막 내부에 ZnO 나노 입자가 형성되어 있는 경우의 발광 특성이 도시되고 있다. 도 7 및 도 8은 ZnO 나노 입자의 크기를 각기 달리하여 파장 대역별로의 광루미네센스(photo luminescence)를 측정한 것이다.
일반적으로 ZnO는 3.37 Ev의 큰 에너지 대역을 가진 물질로서, ZnO를 박막 형태가 아닌 나노 입자 또는 나노 로드와 같은 3차원 구조를 형성시키는 경우 벌크(Bulk) 상태일 때보다 우수한 광학 특성(특히, 청색 내지 자외선 영역)을 보인다. 이는 도 7 및 도 8을 통해 쉽게 확인할 수 있다.
도 7은 ZnO 나노 입자의 크기(지름)가 대략 10nm 내외인 경우의 ZnO 나노 입자의 발광 특성을 보여주고 있다. 도 7을 참조하면, 444nm의 파장에서 청색 파장 대역의 피크(peak)가 검출되고, 510nm의 파장에서 녹색 파장 대역의 피크가 검출됨으로써, 전체적으로 청색 파장 대역에서 우수한 발광 특성을 가짐을 확인할 수 있다. 일반적으로 종래 기술에 따라 제작된 ZnO 나노 입자의 발광은 ZnO 자체의 불순물 특성으로 인하여 녹색 영역에서 일어나며, 청색 영역에서의 발광을 위해서는 불순물 제거를 위한 별도의 화학적 처리가 필요하였었다. 이에 비하여 본 발명에서와 같이 스핀 코팅, 열처리 공정을 통하여 형성된 ZnO 나노 입자의 경우, 도 7을 통해 쉽게 확인할 수 있는 바와 같이 별도의 화학적 처리가 필요없을 정도로 청색 발광 특성이 우수하다.
도 8은 ZnO 나노 입자의 크기(지름)가 대략 4nm ~ 6nm인 경우의 ZnO 나노 입자의 발광 특성을 보여주고 있다. 도 8을 참조하면, 375nm의 파장에서 자외선 영역의 피크가 검출되고, 420nm의 파장에서 청색 영역의 피크가 검출되고, 510nm의 파장에서 녹색 영역의 피크가 각각 검출되고 있다. 그러나, 자외선 영역에서의 피크가 다른 두 파장 대역에서의 크기보다 훨씬 큰 값을 가지고 있어, 전체적으로는 자외선 파장 대역에서의 발광에 우수한 특성을 보여주고 있다.
도 7 및 도 8을 종합하면, ZnO 나노 입자가 대략 5nm 정도의 크기일 때는 청색 영역의 발광 특성을 나타내고, 대략 10nm 정도의 크기일 때는 자외선 영역의 발광 특성을 나타낸다는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 동일한 혼합물 박막과 동일한 금속 산화물 나노 입자를 이용하는 경우라도 금속 산화물 나노 입자의 크기를 변화(즉, 공정 조건을 변화)시킴으로써, 각각 상이한 파장 대역에서의 발광 특성을 갖는 발광 소자의 제작이 가능하다. 따라서, 본 발명에 의하면, 공정 조건들을 조금씩 상이하게 적용하여 상이한 발광 특성을 갖는 발광 소자를 각각 제작하고 이들을 적절히 조합시키는 방법으로 총천연색의 디스플레이 구현도 가능하게 될 것이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 구조를 대략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 제작 방법을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 절연성 고분자 물질과 전도성 고분자 물질에 의한 혼합물 박막 및 그 내부에 분포된 금속 산화물 나노 입자를 형성하는 방법을 나타낸 도면.
도 4는 혼합물 박막의 내부에 자발 형성된 ZnO 나노 입자에 대한 투과 전자 현미경상.
도 5는 혼합물 박막의 내부에 자발 형성된 ZnO 나노 입자에 대한 전자 회절상.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자에서의 발광 원리를 설명하기 위하여 발광 소자의 에너지 대역도를 나타낸 도면.
도 7은 혼합물 박막의 내부에 자발 형성된 ZnO 나노 입자의 발광 특성의 일 예로서 청색 파장 대역에서의 발광 특성을 나타내는 도면.
도 8은 혼합물 박막의 내부에 자발 형성된 ZnO 나노 입자의 발광 특성의 다른 예로서 자외선 파장 대역에서의 발광 특성을 나타내는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 발광 소자 110 : 기판
120 : 제1 전극 150 : 제2 전극
130 : 혼합물 박막 140 : 금속 산화물 나노 입자
160 : 구동 회로
Claims (18)
- 절연성 고분자 물질과 전도성 고분자 물질이 혼합된 혼합물 박막으로 형성되며, 상기 혼합물 박막의 내부에 발광 매개체인 금속 산화물 나노 입자가 분포되어 있는 발광층을 포함하는 발광 소자.
- 제1항에 있어서,상기 절연성 고분자 물질은 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
- 제1항에 있어서,상기 전도성 고분자 물질은 N형의 폴리비닐카바졸인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
- 제1항에 있어서,상기 금속 산화물 나노 입자는 ZnO, Cu2O, SnO2, MgO2, ZrO2, Zr1-XCdXO, Zn1-XCoXO 및 Zn1-XMnXO 중 어느 하나의 나노 입자이며, 여기서, x는 0 < x < 1의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
- 제1항에 있어서,상기 발광 소자는 2개의 전극을 포함하되, 상기 발광층은 상기 2개의 전극 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
- 제5항에 있어서,상기 2개의 전극 중 적어도 하나는 투명 전극으로 구현되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
- 제6항에 있어서,상기 투명 전극은 ITO(indium-tin-oxide) 전극인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
- 절연성 고분자 물질의 전구체와 전도성 고분자 물질이 혼합된 제1 혼합물 박막을 형성하는 단계;상기 제1 혼합물 박막의 일면에 금속 박막을 형성하는 단계; 및열처리를 통해 상기 전구체를 경화시켜 상기 절연성 고분자 물질과 상기 전도성 고분자 물질이 혼합된 제2 혼합물 박막을 형성하고, 상기 경화 과정에서 상기 제2 혼합물 박막의 내부에 분포되는 금속 산화물 나노 입자를 형성하는 단계를 포함하는 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법.
- 제8항에 있어서,상기 제1 혼합물 박막을 형성하는 단계는,상기 절연성 고분자 물질의 전구체와 상기 전도성 고분자 물질을 용매에 녹인 혼합 용액을 제조하는 단계;상기 혼합 용액을 기판 상에 스핀 코팅하는 단계; 및상기 기판 상에 스핀 코팅된 혼합 용액에서 상기 용매를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법.
- 제9항에 있어서,상기 용매는 엔-메틸-2-피롤리돈(NMP)인 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법.
- 제10항에 있어서,상기 용매의 제거는 135℃에서 30분 동안의 가열 공정에 의하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법.
- 제9항에 있어서,상기 혼합 용액을 제조하는 단계는,상기 절연성 고분자 물질의 전구체를 상기 용매에 질량비 1:3 비율로 용해시킨 전구체 용액을 제조하는 단계; 및상기 전구체 용액과 상기 전도성 고분자 물질을 몰비 1:1 비율로 혼합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법.
- 제8항에 있어서,상기 절연성 고분자 물질의 전구체는 비페닐테트라카르복실릭 디안하이드라이드-피-페닐렌디아민(BPDA-PDA) 형의 폴리아믹산이되,상기 전구체의 경화에 의해 형성되는 상기 절연성 고분자 물질은 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법.
- 제8항에 있어서,상기 전도성 고분자 물질은 N형의 폴리비닐카바졸인 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법.
- 제8항에 있어서,상기 금속 박막은 상기 전구체의 경화 과정에서 발생된 산소와 결합함을 통해 상기 제2 혼합물 박막의 내부에서 금속 산화물 나노 입자의 형태로 변환 분포되는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법.
- 제8항에 있어서,상기 금속 박막은 아연, 구리, 주석, 지르코늄, 지르코늄-카드뮴 합금, 아연-코발트 합금 및 아연-망간 합금 중 어느 하나의 재료로 형성되되,상기 금속 산화물 나노 입자는 상기 금속 박막을 형성하는 재료에 상응하여 ZnO, Cu2O, SnO2, MgO2, ZrO2, Zr1 - XCdXO, Zn1 - XCoXO 및 Zn1 - XMnXO 중 어느 하나의 나노 입자로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법.
- 제8항에 있어서,상기 열처리는 질소(N2) 환경에서 350℃에서 2 ~ 4 시간동안 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법.
- 제8항 내지 제17항 중 어느 한 항에 의해 형성된 금속 산화물 나노 입자가 내부에 분포된 발광층을 제작하는 단계;상기 발광층의 일면 및 타면에 전극을 각각 형성하는 단계; 및상기 전극에 전원 공급을 위한 구동 회로를 연결하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제작 방법.
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