감광제 종류에 따른 양자점 패터닝 공정 고찰

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Colloidal quantum dot light-emitting diodes (QD-LEDs) are promising display devices owing to the high color purity of the QDs and their large-scale solution processability. However, adapting QDs to display engineering poses several challenges, with fabricating pixels being a major one. In a previous report, we used photolithography to fabricate pixels by depositing urtrathin atomic layer deposition (ALD) ZnO on the QD surface. However, for InP-based QDs, the photo active compound (PAC) type photoresist (PR) employed in the process deteriorates the photoluminescence (PL) intensity due to the presence of sulfonic groups in DNQ. Negative type PR also have limitation when it comes to high resolution and fabricating multi-color pixels.
To Address theses issues, we used a photoacid generator (PAG) type PR to create QD patterns. PAGs generate acid when exposed to ultraviolet (UV) light, meaning that unexposed PR does not degrade the QD pixels underneath. By using PAG type PR, we achieve high-resolution pixels (>2000 PPI) and mulitcolor patterning of InP QD films. Additionally, the patterning process did no degrade the performance of QD-LED devices. This process is suitable for both thin and thick QD films used in QD-LED and color conversion layer with backlights.

국문 초록 (Abstract)

양자점을 습식 공정을 통한 대량 생산과 용액 공정으로 인한 대면적화가 이로우며 좁은 반치폭을 통해 넓은 색좌표를 가질 수 있는 장점으로 디스플레이 산업에서 각광 받고 있다. 하지만 양자점을 디스플레이 산업에 적용하기 위해서는 몇 가지 해결해야할 이슈가 존재한다. 그 중 양자점을 픽셀화하는 공정의 확립이 중요한 이슈로 떠오르고 있다. 양자점은 용액 상태로 존재하기 때문에 기존 반도체 공정에서 활용하는 노광 공정을 활용하게 될 경우, 먼저 증착되어있던 양자점 박막에 큰 피해가 가기 때문에 현재 산업에서는 잉크젯 프린팅을 활용하여 픽셀을 형성하고 있다. 잉크젯 프린팅의 경우에는 노즐 막힘 문제와 고해상도 픽셀을 구현함에 있어 제한성이 있다.
이 논문에서는 선행 연구에서 알려진 것과 같이 양자점 박막에 원자층 증착법을 활용해 산화 아연을 증착하여 용매에 대한 저항성을 부여한 뒤 기존 반도체 공정에서 활용하는 노광 공정을 진행한다. 이때 사용되는 감광제는 Positive로 PAC와 PAG를 사용하며 Negative 감광제까지 총 3가지 종류를 사용한다. 각 감광제가 갖는 장점과 단점을 확인하고 이를 해결할 수 있는 방법을 제시한다. PAC 방식의 감광제는 고해상도 픽셀을 형성함에 있어 이로움을 갖고 있지만 PAC 물질인 DNQ에 의한 광발광 특성을 잃어 InP 기반에 양자점에 적용 시 약 70 %의 광 밝기를 잃는다. 그에 반해 Negative 감광제는 DNQ가 존재하지 않아 광발광 특성을 유지시키지만 AR, VR 등 차세대 디스플레이에 적용하기 위한 고해상도 픽셀 구현에 어려움이 있으며, 공정 중 지속적인 열처리에 의해 감광제가 제거되지 않아 다색 픽셀 구현에 어려움이 있다. PAG 방식의 경우 빛을 받은 부분만 산이 형성되어 픽셀을 구성하는 양자점의 경우 광 특성을 유지할 수 있으며 다색 픽셀 구현 또한 가능하다.

목차 (Table of Contents)

• List of Figures ⅲ
• Abstract ⅴ
• Chapter 1. Introduction
• 1.1 Quantum Dot 1
• 1.2 Quantum Dot Light Emitting Diode 5
• 1.3 Quantum Dot Patterning Process 8
• 1.4 Lithography 12
• Chapter 2. Experimental
• 2.1 Quantum Dot Synthesis
• 2.1.1 Cd-based Quantum Dot Synthesis 15
• 2.1.2 InP-based Quantum Dot Synthesis 16
• 2.2 Quantum Dot Patterning
• 2.2.1 Positive Photoresist (PAC process) 17
• 2.2.2 Negative Photoresist 17
• 2.2.3 Positive Photoresist (PAG process) 18
• 2.3 Device Fabrication 19
• Chapter 3. Result & Discussion
• 3.1 Experimental schematic 21
• 3.2 Comparison of QD film characteristic by type of photoresist
• 3.2.1 Positive Photoresist (PAC process) 25
• 3.2.2 Negative Photoresist 32
• 3.2.3 Positive Photoresist (PAG process) 36
• 3.3 QD film Patterning image
• 3.3.1 Positive Photoresist (PAC process) 41
• 3.3.2 Negative Photoresist 43
• 3.3.3 Positive Photoresist (PAG process) 46
• 3.4 QD Electroluminescence device
• 3.4.1 Positive Photoresist (PAC process) 49
• 3.4.2 Negative Photoresist 50
• 3.4.3 Positive Photoresist (PAG process) 54
• Chapter 4. Conclusion 56
• References 57
• Korean Abstract 62
• List of publications 63