JP7281522B2 - Semiconductor nanomaterials with high stability - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ナノ材料に関し、詳細には、高い安定性を有する半導体ナノ材料に関する。 The present invention relates to semiconductor nanomaterials, and in particular to semiconductor nanomaterials with high stability.

量子ドット(QD)とも呼ばれる半導体ナノ粒子は、ナノサイズ(一般に<100nm)の寸法及び結晶構造を有する半導体材料であり、数百~数千の原子を含むことができる。QDは非常に小さいため、比表面積が大きく、量子閉じ込め効果も示す。したがって、QDは、そのサイズに基づいて、対応するバルク半導体材料の固有の特性とは異なる、独特の物理化学的特性を有する。 Semiconductor nanoparticles, also called quantum dots (QDs), are semiconductor materials with nano-sized (generally <100 nm) dimensions and crystal structures and can contain hundreds to thousands of atoms. Since the QDs are very small, they have a large specific surface area and also exhibit quantum confinement effects. Therefore, QDs, based on their size, have unique physico-chemical properties that differ from those of corresponding bulk semiconductor materials.

QDのフォトルミネッセンスは、半値全幅(FWHM)が狭く、より純粋な色を発する。さらに、QDの光電特性は、コアのサイズを調整することによって容易に制御することができる。したがって、QDは、例えばディスプレイ用途で、今でも活発に研究されている。しかしながら、QDをディスプレイ装置で使用する場合、安定性、フォトルミネッセンス量子収率、寿命、及びその他の関連する特性をさらに向上させる必要がある。 The photoluminescence of QDs has a narrow full width at half maximum (FWHM) and emits purer colors. Moreover, the photoelectric properties of QDs can be easily controlled by adjusting the size of the core. Therefore, QDs are still under active research, for example for display applications. However, when QDs are used in display devices, there is a need to further improve their stability, photoluminescence quantum yield, lifetime, and other related properties.

現在、QD用途の最大の課題は、長期安定性である。強い光、高温、湿気、揮発性物質、及び酸化剤などの外部要因は、QDフォトルミネッセンス強度の不可逆的な減衰を引き起こす可能性がある。QDのサイズ、主にシェルの厚さを増やすことで安定性を高めることができるが、これには、元のQD合成後に余分な外側シェルを形成するための複数の反応工程を追加するか、又はQDの合成反応時間を長くする必要があり、いずれもコストが高くなり、フォトルミネッセンス量子収率が低下につながることが多い。 Currently, the biggest challenge for QD applications is long-term stability. External factors such as intense light, high temperature, humidity, volatiles, and oxidants can cause irreversible decay of QD photoluminescence intensity. Stability can be enhanced by increasing the size of the QDs, primarily the thickness of the shell, either by adding multiple reaction steps to form an extra outer shell after the original QD synthesis, Alternatively, it is necessary to lengthen the QD synthesis reaction time, both of which increase the cost and often lead to a decrease in the photoluminescence quantum yield.

本発明は、より優れた保護を提供して量子ドットの安定性を向上さるために、二層シェルがコアを包む量子ドットを提供し、それによって、量子ドットに対する外部要因の影響を効果的に回避又は低減する。 The present invention provides a quantum dot with a bilayer shell enveloping the core to provide better protection and improve the stability of the quantum dot, thereby effectively blocking the influence of external factors on the quantum dot. Avoid or reduce.

本発明は、InPで構成されたコアと、ZnSeで構成された第1のシェルと、第2のシェルと、傾斜合金中間層と、を含む量子ドットを提供する。第1のシェルは、コアの表面を包む。第2のシェルは、第1のシェルの表面を包み、第1のシェルとは異なる材料を有する。傾斜合金中間層は、コアと第1のシェルとの間に形成される。傾斜合金中間層は、In、P、Zn及びSeから構成された合金を含む。In及びPの含有量は、コアから第1のシェルに向かう方向に沿って徐々に減少する。Zn及びSeの含有量は、コアから第1のシェルに向かう方向に沿って徐々に増加する。量子ドットの粒径は、11nm以上である。量子ドットは、励起時に、50%以上のフォトルミネッセンス量子収率で発光することができる。 The present invention provides a quantum dot that includes a core composed of InP, a first shell composed of ZnSe, a second shell, and a graded alloy intermediate layer. A first shell envelops the surface of the core. A second shell wraps around the surface of the first shell and has a different material than the first shell. A graded alloy intermediate layer is formed between the core and the first shell. The graded alloy interlayer includes an alloy composed of In, P, Zn and Se. The In and P contents gradually decrease along the direction from the core to the first shell. The Zn and Se contents gradually increase along the direction from the core to the first shell. The particle size of the quantum dots is 11 nm or more. Quantum dots can emit light with a photoluminescence quantum yield of 50% or more when excited.

本発明の一実施形態では、第2のシェルは、ZnSで構成されている。 In one embodiment of the invention, the second shell is composed of ZnS.

本発明の一実施形態では、量子ドットの粒径は、11nm~15nmの範囲にある。 In one embodiment of the invention, the particle size of the quantum dots is in the range of 11 nm to 15 nm.

本発明の一実施形態では、量子ドットの粒径は、15nm以上である。 In one embodiment of the invention, the particle size of the quantum dots is greater than or equal to 15 nm.

本発明の一実施形態では、励起時に、量子ドットは、60%~90%の範囲のフォトルミネッセンス量子収率で発光することができる。 In one embodiment of the invention, upon excitation, the quantum dots can emit light with a photoluminescence quantum yield in the range of 60% to 90%.

本発明の一実施形態では、量子ドットは、励起時に、90%以上のフォトルミネッセンス量子収率で発光することができる。 In one embodiment of the present invention, the quantum dots are capable of emitting light with a photoluminescence quantum yield of 90% or greater upon excitation.

本発明の一実施形態では、高温で保管する前と後で量子ドットのフォトルミネッセンス量子収率は、5%以下減少する。 In one embodiment of the present invention, the photoluminescence quantum yield of the quantum dots before and after storage at elevated temperature decreases by 5% or less.

本発明の一実施形態では、量子ドットのコアは、光源の一定の波長域の光を吸収し、少なくとも1つの異なる波長域の光を放出することができる。 In one embodiment of the invention, the core of the quantum dot is capable of absorbing light in certain wavelength bands of the light source and emitting light in at least one different wavelength band.

上記に基づいて、本発明は、量子ドットの直径(又は粒径)が11nm以上になるように、二層シェルがコアを包む量子ドットを提供する。この場合、本発明の量子ドットは、量子ドットの長期安定性を向上させるためのより優れた保護を有することができ、それによって、量子ドットに対する外部要因(例えば、強い光、高温、湿気、揮発性物質、酸化剤など)の影響を効果的に回避又は低減することができる。同時に、本発明の量子ドットは、フォトルミネッセンス量子収率を50%以上に維持することもできる。したがって、本発明の量子ドットは、強い光、高温などを伴うディスプレイ装置(例えば、発光ダイオード(LED)デバイス又はプロジェクタのカラーホイール)に適用するのに適している。 Based on the above, the present invention provides quantum dots with a bilayer shell enveloping the core such that the diameter (or particle size) of the quantum dots is 11 nm or greater. In this case, the quantum dots of the present invention can have better protection to improve the long-term stability of the quantum dots, thereby protecting the quantum dots from external factors (e.g. strong light, high temperature, moisture, volatilization, etc.). substances, oxidizing agents, etc.) can be effectively avoided or reduced. At the same time, the quantum dots of the present invention can also maintain a photoluminescence quantum yield of 50% or higher. Therefore, the quantum dots of the present invention are suitable for application in display devices (eg, light-emitting diode (LED) devices or color wheels of projectors) involving intense light, high temperatures, and the like.

添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は、本発明の実施形態を示し、説明と合わせて本発明の原理を説明する役割を果たす。 The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the invention, and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.

本発明の一実施形態による量子ドットを示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a quantum dot according to one embodiment of the invention; FIG.

実施例1からの量子ドットの透過型電子顕微鏡(TEM)画像である。1 is a transmission electron microscope (TEM) image of quantum dots from Example 1. FIG.

比較例1からの量子ドットのTEM画像である。1 is a TEM image of quantum dots from Comparative Example 1;

本明細書において、「ある数値~別の数値」で表される範囲は、本明細書においてその範囲内のすべての数値を列挙することを回避するための概略的な表現である。したがって、特定の数値範囲の列挙は、本明細書に明示的に記載される任意の数値とそれよりも小さい数値範囲の場合と同様に、数値範囲内の任意の数値と、その数値範囲内の任意の数値によって規定されるより小さい数値範囲とを開示する。例えば、「11nm~15nmの粒径」の範囲は、他の数値が本明細書に列挙されているかどうかにかかわらず、「12nm~13nmの粒径」の範囲を開示する。 As used herein, ranges expressed as "one numerical value to another numerical value" are schematic expressions to avoid listing all numerical values within the range herein. Accordingly, the recitation of a particular numerical range includes any numerical value within that numerical range, as well as any numerical value within that numerical range, as well as any numerical value within that numerical range, as well as any numerical value within that numerical range, as well as any numerical value within that numerical range, as well as any numerical value within that numerical range. Smaller numerical ranges are disclosed as defined by any numerical value. For example, a range of "11 nm to 15 nm particle size" discloses a range of "12 nm to 13 nm particle size", regardless of whether other values are recited herein.

図1は、本発明の一実施形態による量子ドットを示す概略図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a quantum dot according to one embodiment of the invention.

図1を参照すると、量子ドット100は、リン化インジウム(InP)で構成されたコア102と、第1のシェル106と、第2のシェル108と、傾斜合金中間層104と、を含む。第1のシェル106は、コア102の表面を包む。第2のシェル108は、第1のシェル106の表面を包む。本実施形態では、第1のシェル106は、コア102の表面を完全に包み、第2のシェル108は、第1のシェル106の表面を完全に包む。第1のシェル106及び第2のシェル108は、異なる材料を有してもよい。例えば、第1のシェル106は、セレン化亜鉛(ZnSe)で構成され、第2のシェル108は、硫化亜鉛(ZnS)で構成される。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、コア102を保護するための他の材料を、第1のシェル106及び第2のシェル108の材料として使用することもできる。量子ドットの安定性を向上させるために、第2のシェル108は、コア102に対してより優れた保護を提供する材料(例えば、硫化亜鉛)を選択する。しかしながら、保護に優れた材料とコア102との間には大きな格子不整合が存在するため、2つの材料間に強い結合を形成することがより困難になる。したがって、第1のシェル106は、コア102に対する保護は低いが、コア102との格子不整合が小さい材料(例えば、セレン化亜鉛)を使用する。 Referring to FIG. 1, a quantum dot 100 includes a core 102 composed of indium phosphide (InP), a first shell 106, a second shell 108, and a graded alloy intermediate layer 104. As shown in FIG. A first shell 106 encases the surface of the core 102 . A second shell 108 wraps around the surface of the first shell 106 . In this embodiment, the first shell 106 completely wraps the surface of the core 102 and the second shell 108 completely wraps the surface of the first shell 106 . First shell 106 and second shell 108 may have different materials. For example, the first shell 106 is composed of zinc selenide (ZnSe) and the second shell 108 is composed of zinc sulfide (ZnS). However, the invention is not so limited and other materials for protecting the core 102 can be used as the materials for the first shell 106 and the second shell 108 . To improve the stability of the quantum dots, second shell 108 is selected from materials that provide better protection to core 102 (eg, zinc sulfide). However, a large lattice mismatch exists between the protective material and the core 102, making it more difficult to form a strong bond between the two materials. Therefore, the first shell 106 uses a material that provides less protection to the core 102 but has a smaller lattice mismatch with the core 102 (eg, zinc selenide).

図1に示すように、傾斜合金中間層104は、コア102と第1のシェル106との間に形成されてもよい。傾斜合金中間層104は、コア102と第1のシェル106との間の格子不整合をさらに低減することができることに留意されたい。言い換えれば、傾斜合金中間層104は、コア102と第1のシェル106との間の格子配置を最適化して、第1のシェル106の成長を促進し、それによって量子ドット100の粒径100sを大きくすることができる。一方、傾斜合金中間層104は、欠陥を低減し、量子収率を向上させることもできる。したがって、傾斜合金中間層のない量子ドットと比較して、本発明の実施形態は、シェル層106の厚さを効果的に増加させて、量子ドットの安定性を向上させるだけでなく、量子ドット100の量子収率を維持することもできる。一実施形態では、傾斜合金中間層104は、In、P、Zn、及びSeで構成された合金を含む。In及びPの含有量は、コア102から第1のシェル106に向かう方向(すなわち、コアから外側に向かう方向)に沿って徐々に減少し、一方、Zn及びSeの含有量は、コア102から第1のシェル106に向かう方向に沿って徐々に増加する。 As shown in FIG. 1, a graded alloy intermediate layer 104 may be formed between core 102 and first shell 106 . Note that the graded alloy intermediate layer 104 can further reduce the lattice mismatch between the core 102 and the first shell 106 . In other words, the graded alloy intermediate layer 104 optimizes the lattice arrangement between the core 102 and the first shell 106 to promote the growth of the first shell 106, thereby reducing the grain size 100s of the quantum dots 100 to You can make it bigger. On the other hand, the graded alloy interlayer 104 can also reduce defects and improve quantum yield. Therefore, compared to quantum dots without a graded alloy intermediate layer, embodiments of the present invention effectively increase the thickness of the shell layer 106 to not only improve the stability of the quantum dots, but also A quantum yield of 100 can also be maintained. In one embodiment, graded alloy interlayer 104 includes an alloy composed of In, P, Zn, and Se. The In and P contents gradually decrease along the direction from the core 102 toward the first shell 106 (i.e., outward from the core), while the Zn and Se contents decrease from the core 102 It gradually increases along the direction towards the first shell 106 .

一部の実施形態では、量子ドット100の粒径100sは、11nm以上である。代替の実施形態では、量子ドット100の粒径100sは、11nm~15nmの範囲にある。他の実施形態では、量子ドット100の粒径100sは、15nm以上、例えば、16nm、17nm、18nm、19nm、20nmなどである。本明細書において、いわゆる「粒径」とは、量子ドットの直径を指す。量子ドットが非球形又は準球形の場合、直径は、量子ドットの第1軸に垂直な断面の長さを指し、第1軸は、必ずしも量子ドットの最長軸であるとは限らない。例えば、断面が円形でない場合、直径は、断面の最長軸と最短軸の平均値である。球状構造の場合、直径は、球の中心を通って一方の側からもう一方の側まで測定される。 In some embodiments, the particle size 100s of the quantum dots 100 is 11 nm or greater. In an alternative embodiment, the quantum dot 100 particle size 100s is in the range of 11 nm to 15 nm. In other embodiments, the particle size 100s of the quantum dots 100 is 15 nm or greater, such as 16 nm, 17 nm, 18 nm, 19 nm, 20 nm, and the like. As used herein, the so-called "particle size" refers to the diameter of the quantum dots. If the quantum dot is non-spherical or quasi-spherical, the diameter refers to the length of a cross-section perpendicular to the quantum dot's first axis, which is not necessarily the quantum dot's longest axis. For example, if the cross-section is not circular, the diameter is the average of the longest and shortest axes of the cross-section. For spherical structures, the diameter is measured from one side to the other through the center of the sphere.

一方、量子ドット100のコア102は、光を吸収及び放出するために使用することができる。一部の実施形態では、量子ドット100のコア102は、光源の一定の波長域の光を吸収し、少なくとも1つの異なる波長域の光を放出することができる。例えば、コア102は、ピーク波長が400nm未満の紫外(UV)光を吸収し、コア102の粒径に応じて異なる色の可視光(例えば、赤色光、緑色光、又は青色光)を放出することができる。別の例では、コア102は、コア102の粒径に応じて、青色光を吸収し、異なる色の可視光(例えば、赤色光又は緑色光)を放出することができる。一部の実施形態では、量子ドット100は、励起されると発光することができ、50%以上のフォトルミネッセンス量子収率を有する。代替の実施形態では、量子ドット100は、60%~90%の範囲のフォトルミネッセンス量子収率を有することができる。他の実施形態では、量子ドット100は、90%以上、例えば、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%のフォトルミネッセンス量子収率を有することができる。 On the other hand, core 102 of quantum dot 100 can be used to absorb and emit light. In some embodiments, the core 102 of the quantum dot 100 can absorb light in certain wavelength bands of the light source and emit light in at least one different wavelength band. For example, the core 102 absorbs ultraviolet (UV) light with a peak wavelength of less than 400 nm and emits different colors of visible light (eg, red, green, or blue light) depending on the particle size of the core 102. be able to. In another example, core 102 can absorb blue light and emit different colors of visible light (eg, red light or green light) depending on the particle size of core 102 . In some embodiments, quantum dots 100 can emit light when excited and have a photoluminescence quantum yield of 50% or greater. In alternate embodiments, quantum dots 100 can have photoluminescence quantum yields in the range of 60% to 90%. In other embodiments, the quantum dots 100 have a photoluminescence quantum yield of 90% or greater, such as 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%. can have

本発明において、量子ドット100は、励起時に、50%以上のフォトルミネッセンス量子収率で発光することができ、これは、量子ドット100のコア102が良好な品質を有し、欠陥が極めて少ないことを意味することに留意されたい。言い換えれば、本発明の量子ドット100は、高い量子収率を維持しつつ、長期安定性を高めることができる。したがって、本発明の量子ドット100は、強い光、高温などを伴うディスプレイ装置(例えば、発光ダイオード(LED)デバイス又はプロジェクタのカラーホイール)に適用するのに適している。 In the present invention, the quantum dot 100 can emit light with a photoluminescence quantum yield of 50% or more when excited, which is because the core 102 of the quantum dot 100 has good quality and very few defects. Note that it means In other words, the quantum dot 100 of the present invention can improve long-term stability while maintaining high quantum yield. Therefore, the quantum dots 100 of the present invention are suitable for application in display devices (eg, light-emitting diode (LED) devices or color wheels of projectors) that involve intense light, high temperatures, and the like.

本発明の信頼性を向上させるために、以下に、本発明の量子ドットをさらに説明するためのいくつかの例を列挙する。以下の実験について説明するが、使用される材料及びそのそれぞれの量及び比率、並びに取り扱いの詳細及び取り扱い手順などは、本発明の範囲を超えることなく適切に変更することができる。したがって、以下に説明する実施形態に基づいて、本発明に対して限定的な解釈を行うべきではない。 In order to improve the reliability of the present invention, some examples are listed below to further illustrate the quantum dots of the present invention. Although the following experiments are described, the materials used and their respective amounts and proportions, as well as handling details and procedures, etc., can be varied as appropriate without exceeding the scope of the invention. Therefore, the present invention should not be construed as limiting based on the embodiments described below.

実験例1 Experimental example 1

0.575mmolの酢酸インジウム、0.284mmolの酢酸亜鉛、2.29mmolのパルミチン酸、及び125mmolの1-オクタデセンを、真空環境下で、140℃で2時間加熱する。次に、反応系をN環境に変更し、反応系を室温まで冷却する。 0.575 mmol of indium acetate, 0.284 mmol of zinc acetate, 2.29 mmol of palmitic acid, and 125 mmol of 1-octadecene are heated at 140° C. for 2 hours under vacuum. The reaction is then changed to a N2 environment and the reaction is cooled to room temperature.

その後、室温で0.39mmolのトリス(トリメチルシリル)ホスフィンと0.39mmolのトリオクチルホスフィンを加えた後、270℃に昇温し、この温度を2分間維持して反応液を形成する。 After that, 0.39mmol of tris(trimethylsilyl)phosphine and 0.39mmol of trioctylphosphine are added at room temperature, then the temperature is raised to 270°C and this temperature is maintained for 2 minutes to form a reaction solution.

その後、前記反応液の温度を150℃に下げた後、4.05mmolのトリオクチルホスフィンに溶解したセレン(2.4mmol)及び88mmolの1-オクタデセンに溶解したステアリン酸亜鉛(25.27mmol)を加える。その後、反応温度を320℃に上げ、30分間維持する。 Then, after the temperature of the reaction solution is lowered to 150° C., selenium (2.4 mmol) dissolved in 4.05 mmol of trioctylphosphine and zinc stearate (25.27 mmol) dissolved in 88 mmol of 1-octadecene are added. . The reaction temperature is then raised to 320° C. and maintained for 30 minutes.

320℃の温度で、4.05mmolのトリオクチルホスフィンに溶解したセレン(2.4mmol)及び88mmolの1-オクタデセンに溶解したステアリン酸亜鉛(25.27mmol)を加え、30分間維持する。 At a temperature of 320° C., add selenium (2.4 mmol) dissolved in 4.05 mmol trioctylphosphine and zinc stearate (25.27 mmol) dissolved in 88 mmol 1-octadecene and maintain for 30 minutes.

次に、320℃の温度で、16.2mmolのトリオクチルホスフィンに溶解した硫黄(16mmol)を加え、10分間維持する。 Then, at a temperature of 320° C., sulfur (16 mmol) dissolved in 16.2 mmol of trioctylphosphine is added and maintained for 10 minutes.

320℃の温度で、22mmolの1-オクタデセンに溶解したステアリン酸亜鉛(6.32mmol)を加え、10分間維持する。 At a temperature of 320° C., zinc stearate (6.32 mmol) dissolved in 22 mmol of 1-octadecene is added and maintained for 10 minutes.

320℃の温度で、16.166mmolのトリオクチルホスフィンに溶解した硫黄(16mmol)を加え、10分間維持する。 At a temperature of 320° C., sulfur (16 mmol) dissolved in 16.166 mmol of trioctylphosphine is added and maintained for 10 minutes.

320℃の温度で、19.33mmolの1-オクタデセンに溶解したステアリン酸亜鉛(5.55mmol)を加え、10分間維持する。 At a temperature of 320° C., zinc stearate (5.55 mmol) dissolved in 19.33 mmol of 1-octadecene is added and maintained for 10 minutes.

320℃の温度で、96.96mmolのトリオクチルホスフィンに溶解した硫黄(96mmol)を加え、10分間維持する。 At a temperature of 320° C., sulfur (96 mmol) dissolved in 96.96 mmol of trioctylphosphine is added and maintained for 10 minutes.

320℃の温度で、116mmolの1-オクタデセンに溶解したステアリン酸亜鉛(33.32mmol)を加え、30分間維持する。 At a temperature of 320° C., zinc stearate (33.32 mmol) dissolved in 116 mmol of 1-octadecene is added and maintained for 30 minutes.

前記反応液を200℃に冷却した後、20.75mmolの1-ドデカンチオールを加え、25分間維持する。 After cooling the reaction to 200° C., 20.75 mmol of 1-dodecanethiol is added and maintained for 25 minutes.

冷却することによって反応を停止させた後、反応液にエタノールを加えて生成物を沈殿させ、遠心分離によって固体を回収して、トルエンに再溶解する。 After stopping the reaction by cooling, ethanol is added to the reaction solution to precipitate the product, and the solid is recovered by centrifugation and re-dissolved in toluene.

比較例1 Comparative example 1

0.575mmolの酢酸インジウム、0.359mmolの酢酸亜鉛、1.725mmolのパルミチン酸、及び30mmolの1-オクタデセンを、真空環境下で、120℃で2時間加熱する。次に、反応系をN環境に変更し、温度を280℃に維持する。 0.575 mmol of indium acetate, 0.359 mmol of zinc acetate, 1.725 mmol of palmitic acid, and 30 mmol of 1-octadecene are heated at 120° C. for 2 hours under vacuum. The reaction system is then changed to a N2 environment and the temperature is maintained at 280°C.

その後、280℃で0.43mmolのトリス(トリメチルシリル)ホスフィン及び0.43mmolのトリオクチルホスフィンを加え、この温度を2分間維持して反応液を形成する。 After that, 0.43 mmol of tris(trimethylsilyl)phosphine and 0.43 mmol of trioctylphosphine are added at 280° C. and the temperature is maintained for 2 minutes to form a reaction solution.

その後、前記反応液の温度を180℃に下げた後、4.05mmolのトリオクチルホスフィンに溶解したセレン(0.115mmol)、30mmolの1-オクタデセンに溶解した酢酸亜鉛(5.175mmol)、及び10.35mmolのオレイン酸を加える。次いで、反応温度を280℃に上げる。 Then, after lowering the temperature of the reaction solution to 180° C., selenium (0.115 mmol) dissolved in 4.05 mmol of trioctylphosphine, zinc acetate (5.175 mmol) dissolved in 30 mmol of 1-octadecene, and 10 .35 mmol of oleic acid are added. The reaction temperature is then raised to 280°C.

次に、280℃の温度で、0.029mmolのトリオクチルホスフィンに溶解した硫黄(0.029mmol)を加えた後、温度を300℃に上げ、30分間維持する。 Then, at a temperature of 280° C., sulfur (0.029 mmol) dissolved in 0.029 mmol of trioctylphosphine is added, after which the temperature is raised to 300° C. and maintained for 30 minutes.

300℃の温度で、0.115mmolのトリオクチルホスフィンに溶解した硫黄(0.115mmol)を加え、30分間維持する。 At a temperature of 300° C., sulfur (0.115 mmol) dissolved in 0.115 mmol of trioctylphosphine is added and maintained for 30 minutes.

300℃の温度で、0.23mmolのトリオクチルホスフィンに溶解した硫黄(0.23mmol)を加え、30分間維持する。 At a temperature of 300° C., sulfur (0.23 mmol) dissolved in 0.23 mmol of trioctylphosphine is added and maintained for 30 minutes.

300℃の温度で、2.30mmolのトリオクチルホスフィンに溶解した硫黄(2.30mmol)を加え、30分間維持する。 At a temperature of 300° C., sulfur (2.30 mmol) dissolved in 2.30 mmol of trioctylphosphine is added and maintained for 30 minutes.

冷却することによって反応を停止させた後、反応液にエタノールを加えて生成物を沈殿させ、遠心分離によって固体を回収して、トルエンに再溶解した。 After the reaction was stopped by cooling, ethanol was added to the reaction solution to precipitate the product, and the solid was recovered by centrifugation and re-dissolved in toluene.

粒径の比較 Particle size comparison

図2及び図3は、それぞれ、実験例1及び比較例1の量子ドットのTEM画像である。図2及び図3に示すように、実験例1のInP量子ドットの粒径は約11nmであり、比較例1のInP量子ドットの粒径は約6nmである。これは、実験例1のInP量子ドットの粒径が、比較例1のInP量子ドットの粒径よりも大きいことを明確に示す。加えて、図2に示すように、実験例1のInP量子ドットは、球形ではなく、エッジ及びコーナーを有する多角形である。 2 and 3 are TEM images of the quantum dots of Experimental Example 1 and Comparative Example 1, respectively. As shown in FIGS. 2 and 3, the InP quantum dots of Experimental Example 1 have a particle size of about 11 nm, and the InP quantum dots of Comparative Example 1 have a particle size of about 6 nm. This clearly shows that the particle size of the InP quantum dots of Experimental Example 1 is larger than that of the InP quantum dots of Comparative Example 1. In addition, as shown in FIG. 2, the InP quantum dots of Experimental Example 1 are not spherical, but polygonal with edges and corners.

高温保管 high temperature storage

実験例1及び比較例1のInP量子ドットが1重量%含まれる溶液をそれぞれn-ヘキサンに溶解し、60℃で4時間保管する。次に、高温で保管する前と後で実験例1及び比較例1の量子収率(QY)を比較する。以下の表1に示すように、高温で保管する前の実験例1の量子収率は83%であり、高温で保管した後の量子収率は79%に低下している。量子収率は、4%減少している。一実施形態では、高温で保管する前と後で本発明の量子ドットのフォトルミネッセンス量子収率の減少は、5%以下である。代替の実施形態では、高温で保管する前と後で本発明の量子ドットのフォトルミネッセンス量子収率の減少は、0%~6%である場合がある。一方、高温で保管する前と後で比較例1の量子収率は、81%から58%に減少しており、量子収率の減少が23%とより大きくなっている。この結果は、比較例1のInP量子ドットの薄いシェル層と比較して、実験例1のInP量子ドットは、より厚いシェルを有し、これにより、より優れた保護を提供することができ、それによって安定性を向上させることができることを示している。 The solutions containing 1% by weight of InP quantum dots of Experimental Example 1 and Comparative Example 1 are each dissolved in n-hexane and stored at 60° C. for 4 hours. Next, the quantum yields (QY) of Experimental Example 1 and Comparative Example 1 before and after storage at high temperature are compared. As shown in Table 1 below, the quantum yield of Experimental Example 1 before storage at high temperature was 83%, and the quantum yield after storage at high temperature decreased to 79%. The quantum yield is reduced by 4%. In one embodiment, the reduction in photoluminescence quantum yield of the quantum dots of the present invention before and after storage at elevated temperatures is no more than 5%. In an alternative embodiment, the reduction in photoluminescence quantum yield of the quantum dots of the present invention before and after storage at elevated temperatures may be between 0% and 6%. On the other hand, before and after storage at high temperature, the quantum yield of Comparative Example 1 decreased from 81% to 58%, and the decrease in quantum yield was larger at 23%. This result indicates that compared to the thin shell layer of the InP quantum dots of Comparative Example 1, the InP quantum dots of Experimental Example 1 have a thicker shell, which can provide better protection. This indicates that the stability can be improved.

Figure 0007281522000001
Figure 0007281522000001

加えて、本発明において、量子ドットを形成する方法は、Inを含む前駆体、Pを含む前駆体、Znを含む前駆体、及びSeを含む前駆体を一緒に混合した後、高温(約270℃~320℃)で反応させて傾斜合金を有する量子ドットを形成することである。まずInPコアを形成し、次いでInPコアを包むシェル層を形成する方法(すなわち、この方法は傾斜合金を形成しない)と比較して、本発明の量子ドットは、InPコアとZnSeシェルとの間の格子配列を最適化するために、InPコアとZnSeシェルとの間に傾斜合金中間層を有することができる。言い換えれば、本発明の傾斜合金中間層は、シェル層の厚さを効果的に増加させることができるだけでなく、量子ドットの量子収率を維持することもできる。さらに、本発明の量子ドットを形成する方法は、高温で行われるため、反応時間を効果的に短縮し、InPコアへの損傷を低減することができ、それによって、InPコアの品質を向上させ、高い量子収率を維持することができる。 Additionally, in the present invention, the method of forming quantum dots includes mixing together In-containing precursors, P-containing precursors, Zn-containing precursors, and Se-containing precursors, followed by high temperature (about 270 to 320° C.) to form quantum dots with graded alloys. Compared to the method of first forming an InP core and then forming a shell layer surrounding the InP core (i.e., this method does not form a graded alloy), the quantum dots of the present invention have a can have a graded alloy intermediate layer between the InP core and the ZnSe shell to optimize the lattice alignment of . In other words, the graded alloy intermediate layer of the present invention can not only effectively increase the thickness of the shell layer, but also maintain the quantum yield of quantum dots. In addition, the method of forming quantum dots of the present invention is performed at high temperature, which can effectively shorten the reaction time and reduce damage to the InP core, thereby improving the quality of the InP core. , a high quantum yield can be maintained.

要約すると、本発明は、量子ドットの直径(又は粒径)が11nm以上になるように、二層シェルがコアを包む量子ドットを提供する。この場合、本発明の量子ドットは、量子ドットの長期安定性を向上させるためのより優れた保護を有することができ、それによって、量子ドットに対する外部要因(例えば、強い光、高温、湿気、揮発性物質、酸化剤など)の影響を効果的に回避又は低減することができる。同時に、本発明の量子ドットは、50%以上のフォトルミネッセンス量子収率を維持することもできる。したがって、本発明の量子ドットは、強い光、高温などを伴うディスプレイ装置(例えば、発光ダイオード(LED)デバイス又はプロジェクタのカラーホイール)に適用するのに適している。 In summary, the present invention provides quantum dots with a bilayer shell enveloping the core such that the quantum dot has a diameter (or particle size) of 11 nm or greater. In this case, the quantum dots of the present invention can have better protection to improve the long-term stability of the quantum dots, thereby protecting the quantum dots from external factors (e.g. strong light, high temperature, moisture, volatilization, etc.). substances, oxidizing agents, etc.) can be effectively avoided or reduced. At the same time, the quantum dots of the present invention can also maintain a photoluminescence quantum yield of 50% or more. Therefore, the quantum dots of the present invention are suitable for application in display devices (eg, light-emitting diode (LED) devices or color wheels of projectors) involving intense light, high temperatures, and the like.

本発明は上記の実施形態を参照して説明されてきたが、本発明の精神から逸脱することなく、説明された実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、上記の詳細な説明ではなく、添付の特許請求の範囲によって定義される。 Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that changes can be made to the described embodiments without departing from the spirit of the invention. Accordingly, the scope of the invention is defined by the appended claims rather than by the above detailed description.

本開示において、高い安定性を有する半導体ナノ材料が提供される。半導体ナノ材料は、二層シェルがコアを包む量子ドットを含む。この場合、量子ドットは、より優れた保護を提供して量子ドットの長期安定性を向上させるために、11nm以上の直径(又は粒径)を有し、それによって量子ドットに対する外部要因(例えば、強い光、高温、湿気、揮発性物質、酸化剤など)の影響を効果的に回避又は低減する。その結果、本発明の量子ドットは、強い光、高温などを伴うディスプレイ装置(例えば、発光ダイオード(LED)デバイス又はプロジェクタのカラーホイール)に適用するのに適している。 In the present disclosure, semiconductor nanomaterials with high stability are provided. Semiconductor nanomaterials include quantum dots in which a bilayer shell surrounds a core. In this case, the quantum dots have a diameter (or particle size) of 11 nm or greater in order to provide better protection and improve long-term stability of the quantum dots, whereby external factors to the quantum dots (e.g. effectively avoid or reduce the effects of strong light, high temperature, humidity, volatile substances, oxidants, etc.). As a result, the quantum dots of the present invention are suitable for application in display devices (eg, light-emitting diode (LED) devices or color wheels of projectors) involving intense light, high temperatures, and the like.

100:量子ドット
100s:粒径
102:コア
104:傾斜合金中間層
106:第1のシェル
108:第2のシェル
100: Quantum dot 100s: Grain size 102: Core 104: Gradient alloy intermediate layer 106: First shell 108: Second shell

Claims (8)

InPで構成されたコアと、
ZnSeで構成され、前記コアの表面を包む第1のシェルと、
前記第1のシェルの表面を包み、前記第1のシェルとは異なる材料を有する第2のシェルと、
前記コアと前記第1のシェルとの間に形成され、In、P、Zn、及びSeで構成された合金を含む傾斜合金中間層であって、前記In及びPの含有量が前記コアから前記第1のシェルへの方向に沿って徐々に減少し、前記Zn及びSeの含有量が前記コアから前記第1のシェルへの前記方向に沿って徐々に増加する、傾斜合金中間層と、を含み、
前記量子ドットの粒径が11nm以上であり、前記量子ドットが、励起時に、50%以上のフォトルミネッセンス量子収率で発光することができる、
量子ドット。
a core made of InP;
a first shell made of ZnSe and enveloping the surface of the core;
a second shell encasing the surface of the first shell and having a different material than the first shell;
A graded alloy intermediate layer formed between the core and the first shell and comprising an alloy composed of In, P, Zn, and Se, wherein the In and P contents vary from the core to the a graded alloy intermediate layer, wherein the Zn and Se content gradually decreases along the direction toward the first shell and the content of said Zn and Se gradually increases along said direction from said core to said first shell; including
The quantum dots have a particle size of 11 nm or more, and the quantum dots can emit light with a photoluminescence quantum yield of 50% or more when excited.
quantum dots.
前記第2のシェルがZnSで構成されている、請求項1に記載の量子ドット。 2. The quantum dot of claim 1, wherein said second shell is composed of ZnS. 前記量子ドットの前記粒径が11nm~15nmの範囲にある、請求項1又は2に記載の量子ドット。 3. The quantum dot according to claim 1, wherein said particle size of said quantum dot is in the range of 11 nm to 15 nm. 前記量子ドットの前記粒径が15nm以上である、請求項1又は2に記載の量子ドット。 3. The quantum dot according to claim 1 , wherein said particle size of said quantum dot is 15 nm or more. 前記量子ドットが、励起時に、60%~90%の範囲のフォトルミネッセンス量子収率で発光することができる、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の量子ドット。 5. The quantum dot of any one of claims 1-4, wherein the quantum dot is capable of emitting light with a photoluminescence quantum yield in the range of 60% to 90% upon excitation. 前記量子ドットが、励起時に、90%以上のフォトルミネッセンス量子収率で発光することができる、請求項1から請求項のいずれか1項に記載の量子ドット。 5. The quantum dot of any one of claims 1-4 , wherein the quantum dot is capable of emitting light with a photoluminescence quantum yield of 90% or greater upon excitation. 60℃で保管する前と後で前記量子ドットの前記フォトルミネッセンス量子収率が5%以下減少する、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の量子ドット。 7. The quantum dot of any one of claims 1-6, wherein the photoluminescence quantum yield of the quantum dot decreases by 5% or less before and after storage at 60<0>C. 前記量子ドットの前記コアが、光源の一定の波長域の光を吸収し、少なくとも1つの異なる波長域の光を放出することができる、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の量子ドット。 8. Any one of claims 1 to 7, wherein the core of the quantum dot is capable of absorbing light in a certain wavelength band of a light source and emitting light in at least one different wavelength band. quantum dot.
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