유기발광다이오드는 우수한 장치 성능과 평면 패널 디스플레이 활용 가능성으로 큰 주목을 받고 있다. 풀컬러 디스플레이를 달성하는 기존의 방법은 진공증착 과정동안 파인 메탈 마스크(FMM)를 사용하여 각 기본 색상 발광층을 개별적으로 패터닝하는 것이다. 그러나 이러한 접근 방식은 shadow effect, 입자 오염 및 FMM 정렬 불량과 같은 여러 가지 문제로 인해 대면적 및 대량 생산에 어려움이 있다. 한편, 콜로이드 양자점과 양자점발광다이오드는 높은 발광 양자 수율, 좁은 방출 대역폭, 우수한 광안정성과 같은 탁월한 광전자 특성으로 인해 차세대 디스플레이 장치의 유망한 후보로 부상했다. 하지만 적색, 녹색 및 청색 양자점 패터닝에 이용되는 복잡한 용액 과정은 양자점발광다이오드의 성능을 제한하고 풀컬러 디스플레이의 해상도를 높이기 어렵게 했다. 따라서 유기발광다이오드와 양자점발광다이오드를 실용화하기 위한 시급한 과제 중 하나는 풀컬러 및 고해상도 디스플레이 구현을 위한 간단하고 생산 비용이 낮은 패터닝 기술의 개발이다.
이 논문은 양자점을 복합 발광 장치에 사용하여 풀컬러 디스플레이의 패터닝 과정 및 제조 비용을 줄일 수 있는 새로운 공통층 구조를 소개한다. 공통층 구조에 대한 연구는 기존에도 있었으나 그 활용은 유기물에 제한되었다. 이 논문에서는 지금까지의 연구 중 최초로 공통층 구조의 활용을 두 가지 유형의 양자점 활용 구조로 확장하였다.
첫 번째로 제안하는 방식에서는 용액 공정을 이용해 양자점을 전체 발광 영역에 성막함으로써, 풀컬러 복합 발광 장치 구조에서의 빨간색 픽셀에 대한 FMM 이용 과정을 생략할 수 있도록 했다. 이 구조에서 녹색 및 청색 유기발광다이오드는 아래에 위치한 양자점에서는 발광하지 않고 각각의 발광층에서만 빛을 발생하였으며, 이는 정공제어층의 큰 최고 점유 분자 궤도함수값에 의한 효과적인 정공 차단을 통해 발광층 내에 엑시톤을 국한시킴으로써 가능했다. 이에 따라 단일 기판에 양자점 공통층 구조를 활용한 풀컬러 양자점-유기물 복합 발광 장치는 각 하위 픽셀의 색 순도를 성공적으로 유지하였다.
두 번째 공통층 구조로는 전체 하위 픽셀에 마스크 없이 진공 증착된 유기 청색 공통층을 사용한 양자점-유기 복합 발광 다이오드를 소개한다. 최적화된 소자 구조에서 적색 및 녹색 양자점발광다이오드는 청색 공통층이 있는 경우에도 각각의 색좌표를 유지하였다. 또한 청색 공통층에서 양자점으로의 Förster 공진 에너지 전달로 인해 적색 및 녹색 양자점발광다이오드의 외부 양자 효율이 각각 38.4% 및 11.7% 증가하였다. 이러한 청색 공통층 구조를 사용하여 단일 기판에 풀컬러 양자점-유기 복합 발광 장치를 시연하였다. 따라서 본 논문에서 제시하는 공통층 구조를 활용한 양자점-유기물 복합 발광 다이오드는 발광층 패터닝 공정을 한 단계 줄임으로써 용액 공정을 기반으로 한 고해상도 및 풀컬러 디스플레이의 보다 쉬운 제조에 기여할 수 있을 것이다.