원자층 증착법을 통한 양자점 발광 다이오드의 성능 향상과 패터닝 공정 개발 = Improvement of Quantum Dot Light Emitting Diode Performance and Patterning Process Development through Atomic Layer Deposition

국문 초록 (Abstract)

양자점(quantum dot, QD)은 입자의 크기 및 조성의 변화를 통해 밴드갭(band gap)의 제어 가 가능하여 다양하게 발광 파장을 구현할 수 있다. 또한 좁은 반치폭(full-width at half maximum)으로 인해 높은 색 순도를 표현하는 특성을 가지기 때문에 차세대 발광 소재로서 많은 연구가 진행되고 있다. 하지만 양자점은 nm 스케일의 크기로 형성 되어 있어 화학적으로 불안정하고 열과 습도, 빛에 의해서 표면에서 산화와 분해가 발생하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 점 때문에 현재 디스플레이 시장에 QD light-emitting didoe (QD-LED) 또는 QLED 의 상용화에 어려움을 겪고 있다. 그리고 소자(device)로 제작 되었을 때 문제가 되는 것들 중 가 장 대두되는 부분은 수명 문제와 열화(degradation)현상이다. 이러한 문제점은 QLED 의 구 조 에서 양자점 층(QD film)에 주입되는 전자과 정공의 전하 불균형(charage unbalance)에서 나 타나는 현상 때문이다. 본 연구는 이것을 해결하기 위해 전자수송층(electron transport layer) 과 양자점층 사이 원 자층증착법(atomic layer deposition, ALD) 중간층을 삽입, 양자점에 주입 되는 전하의 balance 를 조절 하는 실험을 진행했다. 그리고 양자점 층 위 ALD 를 실시했을 때 양자점의 용매 (solvent)인 toluene에 대한 저항성을 나타내는 것을 확인했다. 추가적인 실험을 통해 다른 용 매들에 대해서도 저항성을 갖는 것 또한 확인 하였다. 이에 optical lithography 를 실시했을 때에 소수성(hydrophobic)의 성질을 갖고 있는 감광제(photoresist)에 대한 저항성을 확인했다. 이를 통해, Pixel patterning의 구현에 대한 가능성을 확인했고, 여러 가지 test 를 실 시해 본 결과 2200 PPI (pixels per inch) 이상의 해상도를 나타낼 수 있었다. 본 연구의 결과 로 QLED 의 비용절감, 공정 간소화에 따른 대중화에 큰 기여를 할 수 있을 것 이라는 기대를 갖 고 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Quantum dots can implement various emission wavelengths by controlling the band gap through changes in the size and composition of the dots. In addition, since it has the characteristic of expressing high color purity due to its narrow full width half maximum, many studies are being conducted as a next-generation light emitting material. However, because quantum dots are formed in the size of the nm scale, they are chemically unstable, and oxidation and decomposition occur on the surface due to heat, humidity, and light. Because of this, it is difficult to commercialize QLED in the current display market. And among the things that cause problems when manufactured as a device, the lifetime and degradation phenomena are the most emerging. This problem is due to a phenomenon occurring in the chrage unbalance of electrons and holes injected into the quantum dot film in the structure of the QLED. To solve this problem, this study is an experiment to control the balance with holes by inserting an ALD intermediate layer between the charge transport layer and the quantum dot layer, reducing the amount of electron charge transfer injected into the quantum dot film. did. And when ALD was performed on the quantum dot layer, it was confirmed that the quantum dot exhibited resistance to toluene, a solvent. It was also confirmed that it has resistance to other solvents through additional experiments. Thus, when optical lithography was performed, resistance to photoresist, which has hydrophobic properties, was confirmed. The possibility of implementing pixel patterning was confirmed, and as a result of conducting various tests, a resolution of >2200p.p.i.(pixcel per inch) was shown. As a result of this study, it is expected that it will be able to contribute greatly to the popularization of QLEDs through cost reduction and process simplification.

목차 (Table of Contents)

• 목차 i
• 그림목차 ⅲ
• 표목차 ⅴ
• 국문초록 ⅵ
• 제 1 장 이론적 배경
• 1.1 양자점(quantum dot) 1
• 1.2 QD-LED 발광다이오드 7
• 1.3 원자층 증착(atomic layer deposition) 9
• 1.4 가교결합(cross-linking) 11
• 1.5 리소그래피(lithography) 13
• 제 2 장 실험 방법
• 2.1 양자점 합성법 15
• 2.2 ITO patterning 15
• 2.3 소자제작 17
• 2.3.1 ZnO ALD 사이클의 변화 17
• 2.3.2 Electon only device(EOD) 19
• 2.3.3 ZnO ALD의 증착순서의 변화 19
• 2.3.4 ALD interlayer의 증착에 따른 특성평가 19
• 2.4 양자점 패터닝(quantum dot patterning) 20
• 제 3 장 실험 결과
• 3.1 양자점의 성능과 QD flim의 특성평가 22
• 3.2 양자점 전계발광 소자 31
• 3.2.1 QD-LED의 구조 31
• 3.2.2 ZnO ALD 사이클에 따른 QD-LED의 EL 특성평가 33
• 3.2.3 Electon only device(EOD) 33
• 3.2.4 ZnO ALD의 증착순서에 따른 특성평가 36
• 3.2.5 ALD interlayer의 증착에 따른 특성평가 38
• 3.3 원자층 증착법을 통한 양자점 박막의 패터닝 43
• 제 4 장 결론 46
• 참고문헌 47
• Abstract 48