KR101415727B1 - 혼합금속산화물-양자점 복합체 및 이를 이용한 발광 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양자점 및 이를 이용한 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 혼합금속산화물-양자점 복합체 및 이를 이용한 발광 소자에 관한 것이다.
본 발명에 따른 발광 소자는 혼합금속산화물-양자점 복합체를 이용하여 발광된 광을 변환시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서와 같이, 혼합금속산화물 표면 보호층이 표면에 도입된 양자점은 외부의 산소나 수분과 같은 외부물질의 침투를 최소화하여 양자점의 발광특성을 보호할 수 있다. 그러므로 안정한 양자점 발광 소재로 이용될 수 있다. 또한 혼합이중산화물은 가시광선 영역에서 높은 광투과성을 가지고 있으므로 발광소재로 이용하기에 적합하다.

Description

혼합금속산화물-양자점 복합체 및 이를 이용한 발광 소자{COMPLEX OF MIXED METAL OXIDE-QUANTUM DOTS AND LIGHT-EMITTING DEVICES USING IT}

본 발명은 양자점 및 이를 이용한 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 혼합금속산화물-양자점 복합체 및 이를 이용한 발광 소자에 관한 것이다.

현재 광범위하게 실용화되어 있는 백색 LED는 청색의 광원으로부터 컬러 변화층을 이용하는 방법인 다운변환 (down conversion )방법을 적용, 청색 발광 LED 위에 황색 형광체를 도포하는 소자이다. 이 방법을 이용하여 일본의 니치아사가 갈륨 나이트라이드 (GaN)로 제작된 청색 LED 소자 위에 Y₃Al₅O₁₂:Ce^{3 +}(YAG:Ce) 형광체를 결합하여 개발하였다. 하지만 색상 조절이 어려워 자연광에 가까운 백색광의 구현이 어렵고 주위 온도 변화에 따른 색변환 현상이 발생하는 단점이 있다.

이를 극복하기 위하여 LED와 양자점을 이용한 차세대 발광 소자 개발 연구가 진행되고 있다.(S. Jeong 등, J. Phys . Chem . C 2010, 114, 14362; W. Zou 등, J. Mater. Chem . 2011, 21, 13276.)

양자점은 수 나노미터 크기의 작은 반도체 입자로서, 특유의 수광/발광 특성으로 인해 의학 영상, 태양 전지 및 발광 소자 등에 응용되어 왔다. 그러나, 이러한 양자점들은 공기, 산소, 혹은 수분과의 접촉에 의해서 쉽게 활성이 저하되는 문제가 있어, 발광소자에 사용할 경우 발광 안정성을 확보하기 어렵다는 문제가 있어 왔다. 이에 따라, 양자점을 이용하면서도 발광안정성이 좋은 새로운 발광소자와 그 제조 방법에 대한 요구가 계속되고 있다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 발광 안정성이 우수한 새로운 양자점 및 이를 이용한 발광 소자를 제공하는 것이다.

본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 발광 안정성이 우수한 새로운 양자점 및 이를 이용한 발광 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 발광 소자는 혼합금속산화물-양자점 복합체를 포함하는 몰드물을 이용하여 발광소자의 광을 변환시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 혼합금속산화물은 두 종류 이상의 금속의 산화물로 이루어지며, 바람직하게는 2가 금속의 산화물과 3가 금속의 산화물로 이루어진다. 본 발명에 있어서, 상기 2가 금속은 Zn^{2 +}, Mn^{2 +}, Ni^{2 +}, Co^{2 +}, Fe^{2 +}, Cu^{2 +}, Sn^{2 +}, Ba^{2 +}, Ca²⁺ 및 Mg^{2 +}에서 선택해서 사용될 수 있으며, 3가 금속은 Al^{3 +}, Cr^{3 +}, Fe^{3 +}, Co^{3 +}, Mn³⁺, Ni^{3 +}, Ce^{3 +}및 Ga^{3 +}에서 선택해서 사용될 수 있다.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 혼합금속산화물은 하기 화학식(1)로 표현되는 층상이중수산화물의 산화물이다.

(1)

여기서, M^{2 +}는 Zn^{2 +}, Mn^{2 +}, Ni^{2 +}, Co^{2 +}, Fe^{2 +}, Cu^{2 +}, Sn^{2 +}, Ba^{2 +}, Ca^{2 +}, Mg^{2 +}으로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택되며, M^{3 +}은 Al^{3 +}, Cr^{3 +}, Fe^{3 +}, Co^{3 +}, Mn^{3 +}, Ni^{3 +}, Ce^{3 +}및 Ga^{3 +}으로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택되며, m 및 n은 m/n이 1 내지 10이 되는 값을 가지며, b는 0 내지 10 범위의 값을 가지며, X는 음이온이다.

이론적으로 한정된 것은 아니지만, 혼합금속산화물이 양자점의 피막이나 양자점이 분산되는 모체(matrix)로 작용하여 대기 중의 산소와 수분과 같은 외부물질의 침투율을 낮추어 양자점의 광학성질에 안정성을 부여하게 된다.

본 발명에 있어서, 상기 양자점은 모양, 구조, 성분 등에서 특별한 제약은 없으며, 예를 들어 핵/껍질 구조의 양자점 혹은 단일구조의 양자점을 사용할 수 있다. 상기 양자점은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, InP, InAs, InSb, AlP, AlS, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, PbS, PbSe, Si, Ge, MgS, MgSe, MgTe에서 선택될 수 있으며, 바람직하게는 CdSe나 InP를 기반으로 하고 있는 양자점이다.

본 발명에 있어서, 상기 혼합금속산화물-양자점 복합체는 양자점 입자들이 혼합금속산화물 매트릭스에 분사된 형태를 이룬다. 상기 혼합금속산화물-양자점 복합체에서 양자점은 입사되는 광량이나 광 변환 정도에 따라 조절될 수 있으며, 바람직한 실시예에서, 상기 양자점은 혼합금속산화물-양자점 복합체의 0.1-20 중량%의 범위로 사용될 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.5-10 중량%의 범위가 좋고, 보다 더 바람직하게는 복합체 중량의 1~5 중량%인 것이 바람직하다. 양자점의 함량이 지나치게 낮으면 LED에서 발광되는 광에 대한 충분한 변환 효과를 나타내기 어렵고, 지나치게 많으면 발광안정성이 떨어질 우려가 있다.

본 발명에 있어서, 상기 혼합금속산화물-양자점 복합체를 포함하는 몰드물은 복합체와 액상의 수지를 혼합하여 경화시켜 제조될 수 있으며, 일예로 에폭시를 경화시켜 제조한 몰드물 일 수 있다. 몰드물의 형상은 몰드의 형상에 따라 자유롭게 변형될 수 있으며, 일 예로 돔형, 컵형, 반구형 등의 형태를 이룰 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시에 있어서, 안정성을 증대시킨 혼합금속산화물 표면 보호층이 도입된 양자점을 이용하여, 에폭시와 같은 고분자 레진 등에 혼합되어 복합체를 형성할 수 있으며 이를 청색 발광 LED의 파장변환소자로 이용하여 백색광 LED를 구현할 수 있다. 도 4와 같이 청색 LED 표면을 혼합금속산화물 보호층이 도입된 황색 발광 양자점-에폭시 복합체로 코팅하여 광안정성을 갖춘 고 에너지 효율의 백색 LED를 제조하였다.

본 발명에 있어서, 상기 혼합금속산화물-양자점 복합체는 층상이중수산화물-양자점 복합체의 열처리에 의해서 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 층상이중수산화물-양자점 복합체는 LDH 층간에 음이온을 띤 양자점 나노입자가 삽입된 복합체일 수 있다. 층상이중수산화물은 도 2와 같이 2차원의 금속수산화물로 이루어져 있는 구조체이다. 2차원 금속수산화물은 2가 또는 3가 금속이온과 수산화이온의 8면체 구성단위로 이루어진다. 2가 금속 이온으로는 아연, 마그네슘, 코발트, 니켈, 철 이온 등이 사용될 수 있고 3가 금속이온으로는 알루미늄, 크롬, 갈륨 이온 등이 사용될 수 있다. 2차원 금속수산화물은 임의적으로 분포하고 있는 3가 금속 이온의 존재에 의해서 전체적으로 양전하를 띤다. 일반적으로 수용액에서 합성되는데 수용액 내의 음이온 (예: 탄산이온 (CO₃ ^{2 -}))들과 정전기적 인력에 의해서 도 2와 같이 양전하 판과 음이온이 교대로 존재하는 구조를 이루고 있다.

양전하를 띠는 2차원 금속수산화물이 수용액에서 형성되는 과정에서 도 3과 같은 구조처럼 표면에 음전하를 띠는 작용기를 도입한 양자점을 첨가하여, 두 물질 간 정전기적 인력 또는 배위결합에 의한 결합을 유도함으로써 층상이중수산화물이 양자점 표면에 도입된 복합체가 형성하게 된다.

본 발명에서, 상기 층상이중수산화물은 하기 화학식(1)과 같은 형태로 표현될 수 있다.

(1)

여기서, M^{2 +}는 2가 금속 이온, 예컨대 Zn^{2 +}, Mn^{2 +}, Ni^{2 +}, Co^{2 +}, Fe^{2 +}, Cu^{2 +}, Sn^{2 +}, Ba²⁺, Ca^{2 +} 및 Mg^{2 +}이며, M^{3 +}은 3가 금속 이온, 예컨대 Al^{3 +}, Cr^{3 +}, Fe^{3 +}, Co^{3 +}, Mn^{3 +}, Ni³⁺, Ce^{3 +}및 Ga^{3 +}이며, m 및 n은 m/n이 1 내지 10이 되는 값을 가지며, b는 0 내지 10 범위의 값을 가지며, X는 당 분야의 통상의 지식을 가진 사람에게 공지된 적당한 음이온일 수 있으며, 적어도 일부가 음이온 양자점 나노입자에 형성된 음이온이다. 당 분야의 통상의 지식을 가진 사람에게 공지된 음이온의 예로는 히드록시드, 카르보네이트, 비카르보네이트, 니트레이트, 클로라이드, 브로마이드, 설포네이트, 설페이트, 비설페이트, 바나데이트, 텅스테이트, 보레이트, 포스페이트 등이며, 및 케긴-이온(Keggin-ions)을 포함한다.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 양자점 나노입자의 크기는 형성되는 복합체의 구조상 10 nm 이하가 적절하며, 또한 상기 나노입자와 층상이중수산화물의 무게비는 복합체 구조상 1/50 이하가 적절하다.

본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 층상이중수산화물-양자점 복합체는 2가 및 3가 금속 양이온 수용액에 수산화 이온 및 음이온 양자점 나노입자를 첨가하여 공침시켜 형성될 수 있으며, 수산화이온은 NaOH 수용액 형태로 사용될 수 있다.

상기 음이온 양자점 나노입자는 LDH와 반응할 수 있는 음이온 작용기와 양자점 나노입자에 결합할 수 있는 표면 결합기를 가지는 양쪽 관능성 화합물을 양자점 나노입자와 반응시켜 제조될 수 있다.

상기 양쪽 관능성 화합물은 LDH와 반응할 수 있는 음이온성기를 포함하며, 예를 들어, 카르복실레이트, 설페이트, 설포네이트, 니트레이트, 포스페이트 및 포스포네이트를 포함하며, 바람직하게는 카르복실레이트를 포함한다. 또한, 양쪽 관능성 화합물은 양자점 나노입자의 표면에 화학적으로 결합할 수 있는 표면 결합기를 포함하며, 예를 들어, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 히드록실, 클로라이드, 브로마이드, 아민, 에폭시, 티올, 비닐, 디설파이드, 폴리설파이드, 카르바메이트, 암모늄, 설폰산, 설핀산, 설포늄, 포스포늄, 포스핀산, 이소시아네이트, 히드라이드, 이미드, 니트로소벤질, 디니트로소벤질, 페놀, 아세톡시, 사이놀기, 디사이놀기 및 무수물을 포함하며, 바람직하게는 사이놀기 또는 다이사이놀기를 포함한다. 또한, 상기 양쪽 관능성 화합물은 음이온 작용기와 표면 결합기를 연결하는 연결부를 포함할 수 있으며, 적어도 2개의 탄소 원자, 바람직하게는 적어도 6개의 탄소 원자, 더욱 바람직하게는 적어도 8개의 탄소 원자, 가장 바람직하게는 적어도 10개의 탄소 원자를 포함하며, 통상 1,000개 이하의 탄소 원자, 바람직하게는 500개 이하의 탄소 원자, 가장 바람직하게는 100개 이하의 탄소 원자를 포함한다. 일 예로 적절한 양쪽 관능성 화합물은 리포산이다.

본 발명에 있어서, 층상이중수산화물 표면층이 도입된 양자점 복합체는 양자점을 단독으로 사용하는 것에 비해서 공기 중의 산소 혹은 수분과의 접촉이 어려워 안정성이 높아지며, 열처리를 통해 이러한 층상이중수산화물이 혼합금속산화물로 전환되면, 혼합금속산화물이 양자점의 전이상태에서의 공기 중의 산소 혹은 수분과의 접촉을 효과적으로 막아주어서 발광안정성을 확보하게 된다. 예를 들어 자외선 조사 조건에서 장시간 동안 양자점 발광 특성이 유지되게 된다.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 열처리는 층상이중수산화물-양자점 복합체를 고온의 산화환경에서 가열하여 이루어질 수 있다. 일예로 층상이중수산화물-양자점 복합체 용액을 유리기판에 코팅 건조시킨 다음, 공기 중에서 400 ℃에서 2시간 동안 열을 가해 이중금속산화물-양자점 복합체로 변환시킬 수 있다. 상기 열처리 과정에서 층상이중수산화물의 층간구조가 붕괴되어 적어도 일부가 무정형을 이룰 수 있다.

본 발명은 일 측면에서, 발광칩에서 발광되는 청색광을 황색 형광되는 혼합금속산화물-양자점 복합체 또는 전구체를 포함하는 몰드물을 투과시켜 백색광으로 변환시키는 발광소자를 제공한다.

본 발명은 다른 일 측면에서, 혼합금속산화물과 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합체를 제공한다. 상기 혼합금속산화물은 Zn^{2 +}, Mn^{2 +}, Ni^{2 +}, Co^{2 +}, Fe²⁺, Cu^{2 +}, Sn^{2 +}, Ba^{2 +}, Ca^{2 +} 및 Mg^{2 +}으로 이루어진 그룹에서 선택되는 2가 금속의 산화물과 Al^{3 +}, Cr^{3 +}, Fe^{3 +}, Co^{3 +}, Mn^{3 +}, Ni^{3 +}, Ce^{3 +}및 Ga^{3 +}으로 이루어진 3가 금속의 산화물로 이루어지며, 혼합금속산화물에 양자점의 보호막으로 작용하여 광 안정성이 뛰어나 장시간의 사용에도 광효율을 얻을 수 있다. 상기 양자점은 10 나노미터 이하의 나노입자가 바람직하며, 상기 복합체에서 양자점은 0.1-20 중량% 함유된다.

본 발명은 또 다른 일 측면에서, 층간에 적어도 일부의 양자점을 포함하는 층상이중수산화물을 열처리하여 복합체를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은 또 다른 일 측면에서, 양자점, 혼합금속산화물을 포함하는 광변환용 몰드를 제공한다.

본 발명에서와 같이, 혼합금속산화물 표면 보호층이 표면에 도입된 양자점은 외부의 산소나 수분과 같은 외부물질의 침투를 최소화하여 양자점의 발광특성을 보호할 수 있다. 그러므로 안정한 양자점 발광 소재로 이용될 수 있다. 또한 혼합이중산화물은 가시광선 영역에서 높은 광투과성을 가지고 있으므로 발광소재로 이용하기에 적합하다.

이러한 복합체를 백색 LED광원을 조명등으로 사용하여 기존의 백열전구나 형광등을 대체한다면, 에너지 효율이 높고 수명이 길고 진동이나 충격에도 강할 뿐만 아니라 수은 등의 유독물질의 사용이 불필요하기 때문에 에너지 절약, 환경보호, 비용 절감 차원에서 유리하다.

또한, 백색 LED는 기존 LCD의 백라이트로 사용되는 냉음극 형광등에 비하여 색순수도가 우수할 수 있으며 소비전력이 적고 소형화가 용이하기 때문에 LCD TV와 모니터의 광원으로도 유리하다.

도 1은 혼합금속산화물 표면 보호층이 도입된 양자점의 모식도이다.
도 2는 양전하를 띠는 2차원의 층들로 구성된 층상이중수산화물의 모식도이다.
도 3은 음전하 표면을 가지는 양자점의 모식도이다.
도 4는 청색 LED 여기 광원과 혼합금속산화물 표면 보호층이 도입된 황색 발광 양자점-에폭시 복합체를 이용한 백색 LED 모식도이다.
도 5는 금속 이온 전구체, 수산화이온, 양자점을 포함한 수용액 반응을 통한 층상이중수산화물 표면 보호층이 도입된 양자점 형성 모식도이다.
도 6은 리포산으로 표면 치환된 InP 양자점의 제타 전위이다.
도 7은 층상이중수산화물 보호층 도입 전과 후의 InP 양자점 형광의 변화이다.
도 8은 층상이중수산화물 표면보호층을 가지는 양자점과 열처리를 통하여 얻어진 층상이중산화물 표면보호층을 가지는 양자점의 형광스펙트럼(좌)과 UV램프 하에서 발광하는 샘플 사진(우)이다.
도 9는 양자점, 혼합금속산화물 표면 보호층이 도입된 양자점, 그리고 혼합금속산화물 표면 보호층이 도입된 양자점-에폭시의 시간에 따른 형광 변화이다.
도 10은 혼합금속산화물 표면 보호층이 도입된 황색 발광 양자점-에폭시 복합체와 청색 발광 LED 광원으로 구성된 백색광 LED의 스펙트라 ( 좌 )와 이미지 ( 우 )이다.

이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 상세하게 예시하는 것으로서, 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다.

실시예 1. 양자점의 표면 개질

실시예에서 사용된 양자점은 단일구조의 InP 양자점을 이용하였다. 이 InP 양자점의 합성은 S. Hussain, N. Won, J. Nam, J. Bang, H. Chung, S. Kim, Chem . Phys . Chem . 2009, 10, 1466.에 이미 보고된 방법을 이용하였다. 또한 보고된 방법을 이용하여 이 InP 양자점의 표면에 dihydrolipoic acid 표면분자체를 도입하여 표면 음전하를 가지게 하였다. 상세하게는 다음과 같다.

Induim acetate, myristic acid, PEG을 둥근 바닥 플라스크에 넣고 섭씨 120 도로 가열하면서 진공 상태, 질소 주입상태를 번갈아 바꾸어 주어 결국 주변 환경을 질소 기체로만 가득 채운 환경으로 바꾸어 준다. 이후 둥근 바닥 플라스크의 온도를 섭씨 150 도까지 올리고, 트리옥틸포스핀(trioctyl phosphine)에 녹인 트리스 트리메틸실릴포스핀(tris(trimethylsilyl)phosphine)을 고온의 플라스크에 넣어 준다. 이 때, 온도는 원하는 InP 나노 입자의 크기에 따라 조절될 수 있다. 이후 반응 용기인 플라스크를 천천히 식힌 후, 헥세인용액을 넣어주어 InP를 헥세인층으로 이동시켰다. 그리고 InP 나노 입자를 클로로포름에 분산시켰다. 리포산이 과량으로 용해되어 있는 수용액과 정제된 InP 나노 입자가 있는 클로로포름을 상온에서 교반한다. 리포산이 가진 디시올(dithiol)은 InP 나노 입자와 강한 표면 결합력을 가지고 있어, InP 나노입자 표면의 유기 분자 리간드가 리포산으로 리간드 치환되면서 수용액 층으로 분산되었다. 클로로포름 층은 층분리 후 제거하고 수용액 층만을 투석하여 수용액 내에 존재하는 여분의 리간드를 제거하여 리포산 표면 치환된 InP 나노 입자를 얻었다.

이렇게 표면에 카르복시기를 도입한 양자점은 도 6에서와 같이, 제타 전위 -47.5 mV의 값을 나타내었다. 이처럼 큰 표면 음전하는 층상이중수산화물의 전구체나 중간체와 정전기적인 결합을 가능하게 할 수 있으며, 양자점 표면의 카르복시기를 통하여 층상이중수산화물의 전구체나 중간체와의 배위결합 또한 가능하다.

실시예 2. 층상이중수산화물-양자점 복합체 제조

상온에서 0.01 M 아연 나이트레이트, 0.003 M 알루미늄 나이크레이트 수용액을 교반하면서 0.01 M 암모니아와 0.5 μM의 실시예 1에서 제조한 표면개질한 양자점 넣어주고 24시간 동안 교반하면서 온도를 상온으로 유지시킨다. 반응이 끝난 후에 원심분리기를 이용하여 양자점을 가라앉힌 후에 상층액을 제거하여 정제해 주었다. 도 7에서 도시된 바와 같이, 양자점 표면에 층상이중수산화물층이 도입됨에 따라 양자점의 형광이 증가함을 확인할 수 있었다. 이를 통해 양자점과 층상이중수산화물 간 상호작용(정전기적 인력 또는 배위결합)에 의해 양자점의 형광 특성이 향상된다는 것을 알 수 있다.

실시예 3. 층상이중산화물 표면 보호층을 가지는 양자점의 합성

실시예 2에서 얻은 층상이중수산화물 표면보호층이 도입된 InP 양자점을 유리 기판 위에 올리고 건조시킨 후 400 ℃에서 30분 동안 열처리를 하였다. 열처리를 통하여 혼합금속산화물로 변화되었으며, 도 8에서 도시한 바와 같이, 혼합금속산화물 표면 보호층이 도입된 양자점이 층상이중수산화물 표면보호층을 가지는 양자점에 비하여 그 형광이 더욱 증가함을 확인하였다.

실시예 3. 혼합금속산화물 표면 보호층을 가지는 양자점의 광안정성 테스트

혼합금속산화물 표면보호층을 가지는 양자점의 발광 안정성을 확인하기 위하여 표면 보호층을 가지지 않는 양자점과 비교하여 405 nm 자외선 광원을 3 mW/㎠의 출력으로 연속적으로 조사하여 주는 조건에서 50 시간 동안 형광의 세기 변화를 관찰하였다.

또한 표면 보호층을 가지지 않는 양자점의 경우 에폭시와 같은 고분자 레진과 혼합하여 경화시켰을 경우 발광효율이 나빠지고 또한 양자점끼리 응집하여 발광 파장대역이 변하는 등의 변성이 흔히 일어나는 데 비하여 혼합금속산화물 표면보호층을 가지고 있는 양자점의 경우 에폭시 수지와 같이 안정적으로 경화되어 광학성질의 변화가 없음을 관찰할 수 있었다. 이렇게 얻은 혼합금속산화물 표면보호층을 가지는 양자점-에폭시 복합체 또한 위와 동일한 방법으로 발광안정성을 확인하였다.

사용한 에폭시 수지는 Struers 사의 Epofix^TM이며 혼합금속산화물 표면보호층을 가지고 있는 양자점을 에폭시 수지와 섞은 뒤, 에폭시 경화제를 에폭시에 대해 부피비 0.13 만큼 넣어 200 ℃조건에서 30분 동안 경화하는 방법으로 합성하였다. 표면 보호층이 도입되지 않은 양자점의 경우 위 광안정성 확인조건에서 조시시간 50 시간 후 처음의 형광 세기의 39 %로 감소하였다. 혼합금속산화물 표면 보호층이 도입된 동일한 양자점은 같은 조건에서 처음의 형광세기의 68 %를 유지하였으며, 에폭시와의 복합체를 형성한 혼합금속산화물 표면 보호층이 도입된 양자점의 경우 가장 우수한 광안정성을 보여서 처음 형광세기의 83 %를 유지하였다.

실시예 5. 층상이중산화물 표면 보호층이 도입된 양자점- 에폭시 복합체를 이용한 백색광 LED 구현

에폭시 수지 (Struers, EpoFix) 100 ㎕와 혼합금속산화물 표면보호층이 도입된 양자점 45 mg 그리고 13 ㎕의 에폭시 경화제 (Struers, EpoFix hardender)를 균질하게 섞은 후 몰드에 넣고 상층부에 청색 InGaN LED (한양 반도체, LUB50343)를 담구어 준 후 공기 중에서 경화시켜주었다. 1 시간 후, 경화가 완료되면 몰드를 제거하고 혼합금속산화물 표면 보호층을 가지고 있는 양자점-에폭시 복합체를 입힌 청색 LED 광원에 의한 백색광 구현을 시연하였다.

양자점은 황색 형광 (592 nm 최대발광파장)을 가지고 있으며, LED의 청색 광원 (473 nm)과의 혼합에 의해 유사 백색광을 구현하였다.

Claims (19)

1. 혼합금속산화물-양자점 복합체를 포함하는 몰드물을 이용하여 발광소자의 광을 변환시키는 발광 소자에 있어서,
   상기 혼합금속산화물-양자점 복합체는 층상이중수산화물 층간에 음이온을 띤 양자점 나노입자가 삽입된 복합체의 열처리물인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 혼합금속산화물은 2가 금속과 3가 금속의 산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광소자.
3. 제2항에 있어서, 상기 2가 금속은 Zn^{2 +}, Mn^{2 +}, Ni^{2 +}, Co^{2 +}, Fe^{2 +}, Cu^{2 +}, Sn^{2 +}, Ba²⁺, Ca^{2 +} 및 Mg^{2 +}으로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
4. 제2항에 있어서, 상기 3가 금속은 Al^{3 +}, Cr^{3 +}, Fe^{3 +}, Co^{3 +}, Mn^{3 +}, Ni^{3 +}, Ce^{3 +}및 Ga³⁺으로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
5. 제1항에 있어서, 상기 혼합금속산화물은 하기 화학식(1)로 표현되는 화합물의 산화물인 것을 특징으로 하는 발광소자.
   

   

   (1)
   여기서, M^{2 +}는 Zn^{2 +}, Mn^{2 +}, Ni^{2 +}, Co^{2 +}, Fe^{2 +}, Cu^{2 +}, Sn^{2 +}, Ba^{2 +}, Ca^{2 +}, Mg^{2 +}으로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택되며, M^{3 +}은 Al^{3 +}, Cr^{3 +}, Fe^{3 +}, Co^{3 +}, Mn^{3 +}, Ni^{3 +}, Ce^{3 +}및 Ga^{3 +}으로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택되며, m 및 n은 m/n이 1 내지 10이 되는 값을 가지며, b는 0 내지 10 범위의 값을 가지며, X는 음이온임.
6. 제1항에 있어서, 상기 양자점은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, InP, InAs, InSb, AlP, AlS, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, PbS, PbSe, Si, Ge, MgS, MgSe, MgTe으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 반도체 물질로 이루어진 나노입자인 것을 특징으로 하는 발광소자.
7. 제1항에 있어서, 상기 혼합금속산화물-양자점 복합체는 양자점이 복합체의 0.1-20 중량%인 것을 특징으로 하는 발광소자.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서, 상기 몰드물은 혼합금속산화물-양자점 복합체를 포함하는 수지를 경화시킨 몰드물인 것을 특징으로 하는 발광소자.
10. 발광칩에서 발광되는 청색광을 황색 형광되는 혼합금속산화물-양자점 복합체를 포함하는 몰드물을 투과시켜 백색광으로 변환시키고,
    상기 혼합금속산화물-양자점 복합체는 층간이중수산화물 층간에 음이온을 띤 양자점 나노입자가 삽입된 복합체의 열처리물인 것을 특징으로 하는 발광소자.
11. 혼합금속산화물과 양자점을 포함하는 혼합금속산화물-양자점 복합체에 있어서, 상기 혼합금속산화물-양자점 복합체는 층간이중수산화물 층간에 음이온을 띤 양자점 나노입자가 삽입된 복합체의 열처리물인 것을 특징으로 하는 복합체.
12. 제11항에 있어서, 혼합 금속 산화물은 Zn^{2 +}, Mn^{2 +}, Ni^{2 +}, Co^{2 +}, Fe^{2 +}, Cu^{2 +}, Sn²⁺, Ba^{2 +}, Ca^{2 +} 및 Mg^{2 +}으로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택되는 2가 금속과, Al³⁺, Cr^{3 +}, Fe^{3 +}, Co^{3 +}, Mn^{3 +}, Ni^{3 +}, Ce^{3 +}및 Ga^{3 +}으로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택되는 3가 금속의 금속 산화물인 것을 특징으로 하는 복합체.
13. 제11항에 있어서, 상기 양자점은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, InP, InAs, InSb, AlP, AlS, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, PbS, PbSe, Si, Ge, MgS, MgSe, MgTe으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 반도체 물질인 것을 특징으로 하는 복합체.
14. 제11항에 있어서, 상기 복합체는
    하기 화학식(1)로 표현되는 층간이중수산화물의 층간에 양자점이 삽입된 층간이중수산화물-양자점 복합체의 산화물인 것을 특징으로 하는 복합체.
    

    

    (1)
    여기서, M^{2 +}는 Zn^{2 +}, Mn^{2 +}, Ni^{2 +}, Co^{2 +}, Fe^{2 +}, Cu^{2 +}, Sn^{2 +}, Ba^{2 +}, Ca^{2 +}, Mg^{2 +}으로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택되며, M^{3 +}은 Al^{3 +}, Cr^{3 +}, Fe^{3 +}, Co^{3 +}, Mn^{3 +}, Ni^{3 +}, Ce^{3 +}및 Ga^{3 +}으로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택되며, m 및 n은 m/n이 1 내지 10이 되는 값을 가지며, b는 0 내지 10 범위의 값을 가지며, X는 음이온임.
15. 제11항에 있어서, 상기 양자점은 10 나노미터 이하의 반도체 입자로 이루어진 양자점인 것을 특징으로 하는 복합체.
16. 제11항에 있어서, 상기 양자점은 복합체의 0.1-20 중량%인 것을 특징으로 하는 복합체.
17. 층간에 음이온을 띤 양자점 나노입자가 삽입된 층상이중수산화물을 열처리하는 것을 특징으로 하는 혼합금속산화물-양자점 복합체 제조 방법.
18. 제17항에 있어서, 2가 및 3가 금속 양이온 수용액을 수산화 이온 및 음이온을 띤 양자점과 반응시켜 상기 층간에 양자점을 포함하는 층상 이중수산화물을 제조하는 것을 특징으로 하는 혼합금속산화물-양자점 복합체 제조 방법.
19. 혼합금속산화물-양자점 복합체를 포함하고, 상기 혼합금속산화물-양자점 복합체는 층상이중수산화물 층간에 음이온을 띤 양자점 나노입자가 삽입된 복합체의 열처리물 인 것을 특징으로 하는 몰드물.
    
    

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