KR102047115B1 - I-Ⅲ-VI type blue light-emitting quantum dots and method for synthesizing the same - Google Patents

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Abstract

청색 발광을 하면서 높은 양자효율을 갖는 I-Ⅲ-VI계 양자점 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 청색 발광 양자점은 I-Ⅲ-VI계 사성분계 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점 및 ZnS 쉘을 가지는 양자점으로서, 상기 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점에서 Ag : (Zn + Ga)은 1 : 30 ~ 1 : 5이고, Zn/Ga 몰비가 0 보다 크고 2 이하인 것을 특징으로 한다. 특히 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점 및 ZnS 쉘을 가지는 청색 발광 양자점은 440 ~ 460nm 사이의 발광 파장을 가질 수 있고 특히 450nm의 짧은 매우 이상적인 청색 파장을 보일 뿐 아니라, 광소자 제작에 실제 적용할 수 있을 정도로 높은 58-69% 수준의 높은 QY을 가진다. 비 Cd계에서 이와 같은 정도의 파장과 QY을 가진 청색 발광 양자점을 구현한 예는 아직까지 알려져 있지 않다. Provided are I-III-VI quantum dots having high quantum efficiency while emitting blue light, and a method of manufacturing the same. The blue light emitting quantum dot according to the present invention is a quantum dot having an I-III-VI-based tetracomponent Zn-Ag-Ga-S core quantum dot and a ZnS shell, wherein Ag: (Zn + Ga in the Zn-Ag-Ga-S core quantum dot ) Is 1:30 to 1: 5, and the Zn / Ga molar ratio is greater than 0 and less than or equal to 2. In particular, the blue light emitting quantum dots with Zn-Ag-Ga-S core quantum dots and ZnS shells produced by the method according to the invention can have emission wavelengths between 440 and 460 nm and not only show a short very ideal blue wavelength of 450 nm It has high QY level of 58-69%, which is high enough for practical application in optical device fabrication. An example of implementing a blue light emitting quantum dot having such a wavelength and QY in a non-Cd system is not known yet.

Description

I-Ⅲ-VI계 청색 발광 양자점 및 그 제조 방법{I-Ⅲ-VI type blue light-emitting quantum dots and method for synthesizing the same}I-III-VI type blue light-emitting quantum dots and a manufacturing method therefor {I-III-VI type blue light-emitting quantum dots and method for synthesizing the same}

본 발명은 비 Cd 조성의 양자점 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, I-Ⅲ-VI계 청색 발광 양자점 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a quantum dot of a non-Cd composition and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an I-III-VI-based blue light emitting quantum dot and a method of manufacturing the same.

고품질 형광 콜로이달 반도체 양자점(Quantum Dot : QD)의 합성이 가능해짐에 따라 색변환 QD-발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)와 QD-전기발광(Electrophoto Luminescence : EL) 소자도 발전해 오고 있다. 색변환 QD-LED의 경우, 사용처에 따라 녹색-적색 범위의 발광을 가지는 다양한 QD를 여기시키는 데에 청색 InGaN LED 칩이 가장 흔히 사용된다. 높은 색 재현성을 가진 디스플레이 장치를 구현하기 위하여, 적색 발광을 가진 QD와 녹색 발광을 가진 QD, 이렇게 두 종류만 사용한다. 반면에, 조명 소자에서는 고 연색지수(Color Rendering Index : CRI)를 달성하기 위해 가능한 한 넓은 범위의 스펙트럼을 가져야 하므로, 넓은 발광 스펙트럼을 가지는 QD를 사용하거나 다양한 색 조합의 QD들을 사용하는 것이 선호되고 있다. 색변환 QD-LED에서는 청색 QD가 불필요하다는 것이 이점으로 작용하여 상업화가 쉬웠던 반면, EL 소자에서는 총천연색 디스플레이 구현을 위해서나 백색 조명을 위해서나 청색 QD를 반드시 필요로 한다. As the synthesis of high quality fluorescent colloidal semiconductor quantum dots (QDs) becomes possible, color conversion QD-light emitting diodes (LEDs) and QD-electroluminescent (EL) devices have also been developed. In the case of color conversion QD-LEDs, blue InGaN LED chips are most commonly used to excite various QDs with green-red light emission depending on the application. In order to implement a display device with high color reproducibility, only two types, QD with red light emission and QD with green light emission, are used. On the other hand, in lighting devices it is desirable to have a spectrum as wide as possible to achieve a high color rendering index (CRI), so it is preferable to use a QD with a wide emission spectrum or use QDs of various color combinations. have. The advantage is that blue QDs are not required for color conversion QD-LEDs, making them easy to commercialize, while EL devices require blue QDs for full-color display implementation, white illumination, or the like.

청색 QD는 CdZnS, CdZnSe, 및 CdZnSeS와 같이 Cd 함유 Ⅱ-VI 조성으로 합성이 되어 단색 혹은 다색 EL-QD-LED의 활성 발광요소로 활용이 되어 왔다. 그러나 청색 QD 안의 유해한 Cd 물질은 환경 파괴없이 지속가능한 차세대 제품 제조에 바람직하지 않다. Blue QD has been synthesized with Cd-containing II-VI compositions, such as CdZnS, CdZnSe, and CdZnSeS, and has been utilized as an active light emitting element of monochromatic or multicolor EL-QD-LEDs. However, harmful Cd substances in blue QDs are undesirable for the manufacture of next generation products that are sustainable without destroying the environment.

가시광 발광을 할 수 있는 비 Cd 조성 후보 중 Ⅲ-V계 InP는 Cd QD에 필적하는 광 발광(Photo Luminescence : PL), 양자효율(Quantum Yield : QY)과 발광 밴드너비를 가진다. 그러나, InP QD 합성은 주로 녹색-적색 발광에 비중을 두어 연구되었고 청색은 거의 연구되지 않았다. InP는 비교적 낮은 에너지의 벌크 밴드갭(실온에서 1.35 eV)을 가지므로, 높은 에너지의 청색 발광을 하기 위해서는, InP QD가 매우 작은 크기가 되거나 매우 강한 양자 감금 영역에 위치하여야 하는데, 이를 위한 제어된 합성이 매우 까다로워진다. 방출 피크 파장이 <480 nm인 청색 InP QD 몇 종류가 제안되었지만, 이 경우 코어/쉘 구조에 따라 QD의 QY이 5-40%에 그쳐 만족스럽지 못하다.Among the non-Cd composition candidates capable of emitting visible light, III-V-based InP has photoluminescence (PL), quantum efficiency (QY), and emission band width comparable to that of Cd QD. However, InP QD synthesis has been studied mainly with a focus on green-red luminescence and little on blue. Since InP has a relatively low energy bulk bandgap (1.35 eV at room temperature), for high energy blue emission, the InP QD must be either very small or located in a very strong quantum confinement region. Synthesis becomes very tricky. Several types of blue InP QDs with an emission peak wavelength of <480 nm have been proposed, but in this case, the QY of the QD is only 5-40%, depending on the core / shell structure, which is not satisfactory.

비 Cd 조성 후보의 다른 것은 Ⅱ-VI계 ZnSe이다. ZnSe의 밴드갭(2.69 eV)은 InP의 밴드갭보다 크다. 따라서, 적절한 청색 파장을 내려면 ZnSe QD의 크기가 상대적으로 커져야 하는데, 이 또한 실제 QD 합성에 있어서는 까다로운 일이다. 이 때문에, 현재까지 개발된 ZnSe QD 대부분은 보라색과 청색 사이의 중간 파장을 나타내고 있다. Another of the non-Cd composition candidates is II-VI ZnSe. The bandgap (2.69 eV) of ZnSe is larger than that of InP. Therefore, the size of the ZnSe QD must be relatively large in order to achieve an appropriate blue wavelength, which is also difficult for actual QD synthesis. For this reason, most of the ZnSe QDs developed to date show intermediate wavelengths between purple and blue.

I-Ⅲ-VI계 칼코게나이드도 가시광 발광을 할 수 있는 비 Cd 조성 후보 중 하나이다. 조성, 크기 및 양이온 비화학양론(off-stoichiometry) 조절을 통해 QD의 밴드갭을 변경함으로써, 녹색-적색에 걸치는 넓은 발광 대역을 달성할 수 있었다. 하지만, 약 500nm(청록색에 해당)보다 짧은 파장을 방출하는 고형광 I-Ⅲ-VI계 QD에 관한 연구는 아직까지 부족한 실정이며, 그마저도 주로 Cu-In-S 또는 Cu-Ga-S 조성에 국한되어 있다. I-III-VI chalcogenide is also one of the non-Cd composition candidates capable of emitting visible light. By varying the bandgap of QD through composition, size, and cationic off-stoichiometry adjustment, a wide emission band over green-red could be achieved. However, studies on solid fluorescence I-III-VI QDs emitting wavelengths shorter than about 500 nm (corresponding to cyan) are still lacking, and are mainly limited to Cu-In-S or Cu-Ga-S compositions. It is.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 청색 발광을 하면서 높은 양자효율을 갖는 I-Ⅲ-VI계 양자점 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide an I-III-VI-based quantum dot having a high quantum efficiency while emitting blue light and a manufacturing method thereof.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 양자점은 I-Ⅲ-VI계 사성분계 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점 및 ZnS 쉘을 가지는 양자점으로서, 상기 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점에서 Ag : (Zn + Ga)은 1 : 30 ~ 1 : 5이고, Zn/Ga 몰비가 0 보다 크고 2 이하인 것을 특징으로 하는 청색 발광 양자점이다.In order to solve the above problems, the quantum dot according to the present invention is a quantum dot having an I-III-VI-based tetracomponent Zn-Ag-Ga-S core quantum dot and a ZnS shell, and the Ag in the Zn-Ag-Ga-S core quantum dot (Zn + Ga) is 1:30 to 1: 5, and is a blue light emitting quantum dot characterized by a Zn / Ga molar ratio of greater than 0 and 2 or less.

이러한 청색 발광 양자점은 440 ~ 460nm 사이의 발광 파장을 가질 수 있다. The blue light emitting quantum dots may have an emission wavelength of 440 nm to 460 nm.

본 발명에 따른 청색 발광 양자점에 있어서, 상기 ZnS 쉘은 다중 쉘인 것이 바람직하다.In the blue light emitting quantum dot according to the present invention, the ZnS shell is preferably a multi-shell.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 청색 발광 양자점 제조 방법은, I-Ⅲ-VI계 삼성분계 Ag-Ga-S 코어 양자점을 형성하는 단계; 상기 Ag-Ga-S 코어 양자점에 Zn을 합금화하여 I-Ⅲ-VI계 사성분계 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점을 형성하는 단계; 및 상기 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점 상에 ZnS 쉘을 형성하는 단계를 포함한다.In order to solve the above problems, a method for manufacturing a blue light emitting quantum dot according to the present invention includes the steps of forming an I-III-VI based ternary Ag-Ga-S core quantum dot; Alloying Zn on the Ag-Ga-S core quantum dots to form an I-III-VI based four-component Zn-Ag-Ga-S core quantum dots; And forming a ZnS shell on the Zn-Ag-Ga-S core quantum dots.

이 때, 상기 Ag-Ga-S 코어 양자점을 형성하는 단계는 Ag, Ga 및 S의 전구체, 황(sulfur) 및 용매를 혼합한 혼합 용액을 가열하여 수행하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점을 형성하는 단계는 상기 Ag-Ga-S 코어 양자점이 형성되어 있는 상기 혼합 용액 안에 Zn 전구체를 첨가하여 수행할 수 있다. At this time, the step of forming the Ag-Ga-S core quantum dot is preferably performed by heating a mixed solution of Ag, Ga and S precursor, sulfur (sulfur) and a solvent. The forming of the Zn-Ag-Ga-S core quantum dots may be performed by adding a Zn precursor into the mixed solution in which the Ag-Ga-S core quantum dots are formed.

본 발명에 따른 다른 청색 발광 양자점 제조 방법은, I-Ⅲ-VI계 사성분계 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점을 형성하는 단계; 및 상기 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점 상에 ZnS 쉘을 형성하는 단계를 포함한다. 이 때, 상기 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점을 형성하는 단계는 Zn, Ag, Ga 및 S의 전구체, 황 및 용매를 혼합한 혼합 용액을 가열하여 수행하는 것일 수 있다. Another blue light-emitting quantum dot manufacturing method according to the present invention comprises the steps of forming an I-III-VI-based four-component Zn-Ag-Ga-S core quantum dot; And forming a ZnS shell on the Zn-Ag-Ga-S core quantum dots. At this time, the step of forming the Zn-Ag-Ga-S core quantum dot may be performed by heating a mixed solution of a precursor, sulfur and a solvent of Zn, Ag, Ga and S.

본 발명에 따른 청색 발광 양자점 제조 방법들에 있어서, 상기 ZnS 쉘을 형성하는 단계는 ZnS 스톡 용액을 적용하여 수행할 수 있다. In the method of manufacturing blue light emitting quantum dots according to the present invention, the forming of the ZnS shell may be performed by applying a ZnS stock solution.

상기 ZnS 쉘을 형성하는 단계는 두 번 이상 연속하여 수행할 수 있고, 상기 두 번 이상 연속하여 수행할 때에 각 ZnS 스톡 용액의 종류, 농도 및 반응 온도 중 적어도 어느 하나를 달리하는 것일 수 있다.The forming of the ZnS shell may be performed two or more times in succession, and may be performed by varying at least one of the type, concentration, and reaction temperature of each ZnS stock solution when the two or more consecutive times are performed.

바람직한 실시예에서, 상기 Ag-Ga-S 코어 양자점을 형성하는 단계는 요오드화 은(AgI), 질산 은(Ag nitrate), 아세트산 은(Ag acetate), 브롬화 은(AgBr) 및 염화 은(AgCl) 중 어느 하나, 갈륨 아세틸아세토네이트(Ga(acac)3), 요오드화 갈륨(GaI3), 아세트산 갈륨(Ga acetate), 염화 갈륨(GaCl3) 및 브롬화 갈륨(GaBr3) 중 어느 하나, 1-도데칸티올(dodecanethiol), 1-옥탄티올(octanethiol), 헥사데칸티올(hexadecanethiol) 및 데칸티올(decanethiol) 중 어느 하나, 황, 및 올레일아민(oleylamine)을 혼합한 혼합 용액을 가열하여 수행하고, 상기 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점을 형성하는 단계는 상기 Ag-Ga-S 코어 양자점이 형성되어 있는 상기 혼합 용액 안에 ZnCl2를 첨가하여 수행하며, 상기 ZnS 쉘을 형성하는 단계는 아세트산 아연, 옥타데센과 올레산을 포함하는 ZnS 스톡 용액을 적용하는 단계와, 스테아르산 아연, 옥타데센과 올레산을 포함하는 다른 ZnS 스톡 용액을 적용하는 단계를 수행한다.In a preferred embodiment, the step of forming the Ag-Ga-S core quantum dots comprises silver iodide (AgI), silver nitrate (Ag nitrate), silver acetate (Ag acetate), silver bromide (AgBr) and silver chloride (AgCl). Either one of gallium acetylacetonate (Ga (acac) 3 ), gallium iodide (GaI 3 ), gallium acetate (Ga acetate), gallium chloride (GaCl 3 ) and gallium bromide (GaBr 3 ), 1-dodecane A mixed solution of thiol (dodecanethiol), 1-octanethiol (octanethiol), hexadecanethiol (hexadecanethiol) and decanthiol (decanethiol), sulfur, and oleylamine is carried out by heating, and The forming of the Zn-Ag-Ga-S core quantum dots is performed by adding ZnCl 2 to the mixed solution in which the Ag-Ga-S core quantum dots are formed, and the forming of the ZnS shell is performed by zinc acetate and octa Applying a ZnS stock solution comprising decene and oleic acid; Applying another ZnS stock solution comprising lead, octadecene and oleic acid is performed.

다른 바람직한 실시예에서, 상기 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점을 형성하는 단계는 ZnCl2, AgI, 질산 은(Ag nitrate), 아세트산 은(Ag acetate), 브롬화 은(AgBr) 및 염화 은(AgCl) 중 어느 하나, 갈륨 아세틸아세토네이트(Ga(acac)3), 요오드화 갈륨(GaI3), 아세트산 갈륨(Ga acetate), 염화 갈륨(GaCl3) 및 브롬화 갈륨(GaBr3) 중 어느 하나, 1-도데칸티올(dodecanethiol), 1-옥탄티올(octanethiol), 헥사데칸티올(hexadecanethiol) 및 데칸티올(decanethiol) 중 어느 하나, ZnCl2 , 황, 및 올레일아민을 혼합한 혼합 용액을 가열하여 수행하고, 상기 ZnS 쉘을 형성하는 단계는 아세트산 아연, 옥타데센과 올레산을 포함하는 ZnS 스톡 용액을 적용하는 단계와, 스테아르산 아연, 옥타데센과 올레산을 포함하는 다른 ZnS 스톡 용액을 적용하는 단계를 수행한다.In another preferred embodiment, the step of forming the Zn-Ag-Ga-S core quantum dots is ZnCl 2, AgI, silver nitrate (Ag nitrate), silver acetate (Ag acetate), silver bromide (AgBr) and silver chloride (AgCl) ), Any one of gallium acetylacetonate (Ga (acac) 3 ), gallium iodide (GaI 3 ), gallium acetate (Ga acetate), gallium chloride (GaCl 3 ), and gallium bromide (GaBr 3 ), 1- Dodecanethiol, 1-octanethiol, hexadecanethiol and decanethiol, a mixed solution of ZnCl 2 , sulfur, and oleylamine was performed by heating, The forming of the ZnS shell may include applying a ZnS stock solution containing zinc acetate, octadecene and oleic acid, and applying another ZnS stock solution including zinc stearate, octadecene and oleic acid. .

특히, 본 발명에 따른 청색 발광 양자점 제조 방법들에 있어서, 상기 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점에서 Ag : (Zn + Ga)은 1 : 30 ~ 1 : 5이고, Zn/Ga 몰비가 0 보다 크고 2 이하인 것이 바람직하다. In particular, in the blue light emitting quantum dot manufacturing method according to the present invention, in the Zn-Ag-Ga-S core quantum dot Ag: (Zn + Ga) is 1: 30 ~ 1: 5, Zn / Ga molar ratio is more than 0 It is preferable that it is large and 2 or less.

본 발명에 따르면 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점 및 ZnS 쉘을 가지는 양자점을 제조하여 매우 높은 PL과 QY의 청색 발광 스펙트럼을 구현할 수 있다. 비 Cd계에서 이와 같은 정도의 QY을 가진 청색 발광 양자점을 구현한 예는 아직까지 알려져 있지 않다. According to the present invention, a quantum dot having a Zn-Ag-Ga-S core quantum dot and a ZnS shell can be manufactured to implement a blue emission spectrum of very high PL and QY. An example of implementing a blue light emitting quantum dot having such a degree of QY in a non-Cd system is not known yet.

특히 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점 및 ZnS 쉘을 가지는 청색 발광 양자점은 440 ~ 460nm 사이의 발광 파장을 가질 수 있고 특히 450nm로 짧은 매우의 이상적인 청색 파장을 보일 뿐 아니라, 광소자 제작에 실제 적용할 수 있을 정도로 높은 58-69% 수준의 높은 QY을 가진다. In particular, blue light emitting quantum dots with Zn-Ag-Ga-S core quantum dots and ZnS shells produced by the process according to the invention can have emission wavelengths between 440 and 460 nm and only show very ideal blue wavelengths as short as 450 nm. Rather, it has a high QY level of 58-69%, which is high enough for practical application in optical device fabrication.

도 1은 본 발명에 따른 청색 발광 양자점의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 청색 발광 양자점 제조 방법의 일 실시예를 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 청색 발광 양자점 제조 방법의 다른 실시예를 도시한 순서도이다.
도 4는 1/8 몰비의 Ag/Ga 전구체를 가지고 합성한 Ag 부족 AGS 코어, ZAGS 코어 및 AIGS 코어의 (a) 흡수, (b) 광학 밴드갭 및 (c) ICP 분석한 실제 Zn/Ga 및 In/Ga 몰비를 나타낸다.
도 5의 (a)는 AGS 코어 QD, ZAGS 코어 QD 및 AIGS 코어 QD의 (Ahν)2- 그래프이고, (b)는 AGS/ZnS, ZAGS/ZnS 및 AIGS/ZnS의 (Ahν)2- 그래프이다.
도 6은 Z1. 0AGS, Z0. 25AGS, AGS, AI0.05G0.45S, AI0.1G0.4S 코어/쉘 QD의 흡수 대 PL 스펙트럼을 보여준다.
도 7은 Z1. 0AGS, Z0. 25AGS, AGS, AI0.05G0.45S, AI0.1G0.4S 코어/쉘 QD의 (a) 흡수, (b) 정규화된 PL 스펙트럼, (c) UV-조사 형광 이미지 및 (d) PL 피크 파장과 PL QY 변화를 도시한다.
도 8의 (a),(b)는 저배율 TEM 사진이고 (c),(d)는 고배율 TEM 사진이며, (a),(c)는 Z1. 0AGS/ZnS, (b),(d)는 AGS/ZnS QD 샘플이다.
1 is a schematic diagram of a blue light emitting quantum dot according to the present invention.
2 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for manufacturing a blue light emitting quantum dot according to the present invention.
3 is a flowchart illustrating another embodiment of a method for manufacturing a blue light emitting quantum dot according to the present invention.
4 shows the actual Zn / Ga of (a) absorption, (b) optical bandgap and (c) ICP analysis of Ag deficient AGS cores, ZAGS cores and AIGS cores synthesized with 1/8 molar ratio of Ag / Ga precursor; In / Ga molar ratio is shown.
(A) of Figure 5 AGS core QD, ZAGS core QD and AIGS core QD (Ahν) 2 - and graph, (b) it is 2 (Ahν) of AGS / ZnS, ZAGS / ZnS and AIGS / ZnS - It is a graph.
6 is Z 1. 0 AGS, Z 0. 25 AGS, AGS, AI 0.05 G 0.45 S, AI 0.1 G 0.4 S shows the PL spectra for the absorption of the core / shell QD.
7 is a Z 1. 0 AGS, Z 0. 25 AGS, AGS, AI 0.05 G 0.45 S, AI 0.1 G 0.4 S (a) absorption of a core / shell QD, (b) normalizing the PL spectrum, (c) UV -Irradiated fluorescence image and (d) PL peak wavelength and PL QY change.
(A), (b) of Figure 8 is a low magnification TEM image (c), (d) is a high-magnification TEM image, (a), (c) is Z 1. 0 AGS / ZnS, ( b), (d ) Is an AGS / ZnS QD sample.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you.

도 1은 본 발명에 따른 청색 발광 양자점의 개략적인 도면이다. 1 is a schematic diagram of a blue light emitting quantum dot according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에서는 청색 발광을 할 수 있는 비 Cd계 양자점(10)을 제안한다. 이 양자점(10)은 I-Ⅲ-VI계 사성분계 Zn-Ag-Ga-S(이하, ZAGS) 코어 QD(20) 및 ZnS 쉘(30)을 가지는 것이다. Referring to FIG. 1, the present invention proposes a non-Cd quantum dot 10 capable of emitting blue light. The quantum dot 10 has an I-III-VI four-component Zn-Ag-Ga-S (hereinafter referred to as ZAGS) core QD 20 and a ZnS shell 30.

본 발명에 따른 코어 QD(20)는 ZAGS 조성이다. 이러한 코어 QD(20)에 ZnS 코팅을 하여 ZnS 쉘(30)을 형성하면 PL과 QY가 모두 향상된다. The core QD 20 according to the invention is a ZAGS composition. When the ZnS coating is formed on the core QD 20 to form a ZnS shell 30, both PL and QY are improved.

본 발명자들은 I-Ⅲ-VI계 양자점이 청색 발광을 하려면 Ag, Ga와 S를 반드시 포함하여야 하고, 즉 Ag-Ga-S(이하 AGS)가 기본이 되어야 하고, 특히 Ag와 Ga의 비가 1 : 30 ~ 1 : 5로서 Ag가 Ga와 같은 양이거나 약간 부족한 쪽으로 화학적 조성이 맞추어져야 한다는 것을 발견하였다(비화학양론 off-stoichiometry). 그리고 이러한 AGS 조성에 Zn를 합금화(alloying)하여 ZAGS 조성을 만들면 청색 발광을 하는 것을 발견하였다. Ag와 Ga의 비율이 1/30 이상이면 Zn 첨가를 통해 청색 발광을 할 수 있고 비율이 1/5보다 큰 경우에는 청색 발광이 되지 않는다. The present inventors must include Ag, Ga, and S in order to emit blue light of the I-III-VI-based quantum dot, that is, Ag-Ga-S (hereinafter, AGS) should be the basis, and in particular, the ratio of Ag and Ga is 1: As 30 to 1: 5, it was found that the chemical composition should be adjusted to the same amount or slightly lack of Ag (Non-stoichiometry off-stoichiometry). In addition, alloying Zn with the AGS composition results in blue light emission when the ZAGS composition is formed. When the ratio of Ag and Ga is 1/30 or more, blue light can be emitted through Zn addition, and when the ratio is larger than 1/5, blue light is not emitted.

그리고, 코어 QD(20)의 ZAGS 조성에서 Ag : (Zn + Ga)은 1 : 30 ~ 1 : 5임이 바람직하다. 특히, 각 조성에서 Zn/Ga 몰비가 0 보다 크고 2 이하일 수 있다. 여기서 Zn/Ga 몰비는 실제 몰비이다. Zn/Ga 몰비가 0 보다 크다는 것은 Zn이 적어도 포함이 되어 있다는 것이다. AGS 조성에 Zn을 적어도 포함시킴으로써 발광 파장은 청색 편이한다. Zn 양이 증가할수록 파장은 더욱 청색 편이한다. Zn/Ga 몰비가 1.24인 경우에 가장 이상적인 450nm 발광 파장에 도달할 수 있다. Zn/Ga 몰비가 1.24보다 커도 발광 파장은 거의 변화가 없다. 그런데 Zn/Ga 몰비가 2보다 커지면 QY가 나빠진다. 따라서, 굳이 Zn/Ga 몰비를 2보다 크게 할 필요가 없다. In the ZAGS composition of the core QD 20, Ag: (Zn + Ga) is preferably 1:30 to 1: 5. In particular, the Zn / Ga molar ratio in each composition may be greater than zero and less than or equal to two. Where the Zn / Ga molar ratio is the actual molar ratio. If the Zn / Ga molar ratio is greater than zero, Zn is included at least. By including at least Zn in the AGS composition, the emission wavelength shifts blue. As the amount of Zn increases, the wavelength shifts bluer. When the Zn / Ga molar ratio is 1.24, the most ideal 450nm emission wavelength can be reached. Even if the Zn / Ga molar ratio is larger than 1.24, the emission wavelength hardly changes. However, when the Zn / Ga molar ratio is greater than 2, QY worsens. Therefore, it is not necessary to make Zn / Ga molar ratio larger than two.

이와 같이 Ga과 그를 일부 치환할 수 있는 Zn간의 구성비를 조절하는 것은 파장의 특성을 조절하기 위하여 수행하는 것이지만 Ag와 Ga의 비율이 조정되는 가운데에 Ga과 Zn의 조성비 조절이 이루어지는 것은 본 발명의 특유한 사항이다. 이러한 조성 조건 하에서 사성분계 ZAGS 코어 양자점은 청색 발광을 매우 이상적으로 구현할 수 있다. As described above, adjusting the composition ratio between Ga and Zn, which may partially replace it, is performed to control the characteristics of the wavelength, but it is unique that the composition ratio of Ga and Zn is adjusted while the ratio of Ag and Ga is adjusted. It is. Under these compositional conditions, the four-component ZAGS core quantum dot can realize blue light emission very ideally.

ZnS 쉘(30)은 다중으로, 예를 들어 이중 혹은 삼중으로 형성될 수 있다. 즉 도시한 바와 같이, 점선으로 표시한 부분까지 먼저 ZnS 쉘을 형성한 후 실선으로 표시한 부분까지 나머지 ZnS 쉘을 형성할 수 있다. 특히 아래 설명하는 바와 같이 ZnS 쉘 형성 공정은 연속적으로 수행하기 때문에 ZnS 쉘(30) 안의 층 구별은 사실상 없을 수 있다. 각 층은 조성이 다를 수 있다. 이 때의 조성은 점선을 기준으로 불연속적으로 변할 수도 있고 ZnS 쉘(30) 전체에 걸쳐 연속적으로 변할 수도 있다. 이러한 다중 ZnS 쉘(30)은 패시베이션 효과가 탁월하다. 이에 따라 양자점(10)의 QY이 개선될 수 있다. The ZnS shell 30 may be formed in multiples, for example double or triple. That is, as shown, the ZnS shell may be formed first up to the portion indicated by the dotted line, and then the remaining ZnS shell may be formed up to the portion indicated by the solid line. In particular, since the ZnS shell forming process is performed continuously as described below, there may be virtually no layer discrimination in the ZnS shell 30. Each layer can have a different composition. The composition at this time may be changed discontinuously based on the dotted line or may be continuously changed throughout the ZnS shell 30. This multiple ZnS shell 30 has an excellent passivation effect. Accordingly, the QY of the quantum dot 10 may be improved.

이와 같이 본 발명에 따르면, ZAGS 코어 QD(20) 및 ZnS 쉘(30)을 가지는 양자점(10)을 사용하여 청색 발광을 구현할 수 있다. 또한 높은 QY을 나타낼 수 있다. As described above, according to the present invention, blue light emission may be realized by using the quantum dot 10 having the ZAGS core QD 20 and the ZnS shell 30. It can also show high QY.

코어 QD(20)는 핫 콜로이드(hot colloid) 방법, 용매열(solvothermal) 방법, 또는 가열(heating-up)이나 핫-인젝션(hot-injection)을 통하여 제조할 수 있고, ZnS 쉘(30)은 양이온 교환 공정(cation exchange process), 용매열 방법 등으로도 수행될 수 있는데, 아래에서 바람직한 제조 방법의 실시예를 설명한다. The core QD 20 may be manufactured by hot colloid method, solvent thermal method, or heating-up or hot-injection, and the ZnS shell 30 may be It may also be carried out by a cation exchange process, a solvent heat method and the like, which will be described below.

도 2는 본 발명에 따른 청색 발광 양자점 제조 방법의 일 실시예를 도시한 순서도이다. 2 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for manufacturing a blue light emitting quantum dot according to the present invention.

우선 Ag, Ga 및 S의 전구체, 황 및 용매를 혼합하여 제조한 혼합 용액을 가열하여 AGS 코어 QD를 먼저 성장시킨다(단계 S5). First, a mixed solution prepared by mixing Ag, Ga and S precursors, sulfur and a solvent is heated to grow AGS core QD first (step S5).

일반적으로 A-In-X (A=Cu, Ag, X=S, Se)는 가시광 QD 합성에 가장 많이 연구된 I-Ⅲ-VI 삼성분계 조성이며 전형적으로는 녹색보다 낮은 에너지 발광을 보인다. 본 발명에서는, 상기 조성보다 높은 벌크 밴드갭인 2.43 eV 정도의 밴드갭을 가지는 AGS 조성을 선택하고, Ag/Ga 화학량론 제어(stoichiometric control)를 통해 500nm 미만의 짧은 발광 파장을 일단 달성하도록 삼성분계 AGS 코어 QD를 먼저 합성하도록 한다. In general, A-In-X (A = Cu, Ag, X = S, Se) is the most studied I-III-VI ternary composition for visible light QD synthesis and typically exhibits lower energy emission than green. In the present invention, the AGS composition having a bandgap of about 2.43 eV, which is a bulk bandgap higher than the above composition, is selected, and through the Ag / Ga stoichiometric control, a short emission wavelength of less than 500 nm is once obtained. Let's first synthesize the core QD.

AGS 코어 QD를 성장시키기 위한 출발 물질은 은 전구체인 요오드화 은(AgI), 갈륨 전구체인 갈륨 아세틸아세토네이트(Ga(acac)3), 황 전구체인 1-도데칸티올(dodecanethiol), 황(sulfur), 그리고 용매인 올레일아민(oleylamine)을 기본 조합으로 할 수 있다.Starting materials for growing the AGS core QD include silver precursor silver iodide (AgI), gallium precursor gallium acetylacetonate (Ga (acac) 3 ), sulfur precursor 1-dodecanethiol, sulfur And oleylamine, which is a solvent, may be used as a basic combination.

출발 물질의 비율은 앞서 언급한 바와 같이 Ag : Ga = 1 : 30 ~ 1 : 5의 범위로 한다. 은 전구체의 경우 AgI 이외에 질산 은(Ag nitrate), 아세트산 은(Ag acetate), 브롬화 은(AgBr) 또는 염화 은(AgCl) 등을 사용할 수도 있다. 갈륨 전구체의 경우 갈륨 아세틸아세토네이트 이외에 요오드화 갈륨(GaI3), 아세트산 갈륨(Ga acetate), 염화 갈륨(GaCl3) 또는 브롬화 갈륨(GaBr3) 등을 사용할 수도 있다. 황 전구체의 경우 1-도데칸티올 이외에 1-옥탄티올(octanethiol), 헥사데칸티올(hexadecanethiol), 데칸티올(decanethiol) 등과 같은 다양한 알킬티올(alkyl thiol)계를 사용할 수 있다. 용매의 경우 올레일아민 이외에 도데실아민(dodecylamine), 트리옥틸아민(trioctylamine) 등과 같은 다양한 지방 아민(fatty amine)계를 사용할 수 있다. The ratio of starting material is in the range of Ag: Ga = 1: 30-1: 5 as mentioned above. In the case of a silver precursor, silver nitrate (Ag nitrate), silver acetate (Ag acetate), silver bromide (AgBr), or silver chloride (AgCl) may be used in addition to AgI. In the case of a gallium precursor, gallium iodide (GaI 3 ), gallium acetate (Ga acetate), gallium chloride (GaCl 3 ), gallium bromide (GaBr 3 ), or the like may be used in addition to gallium acetylacetonate. In the case of the sulfur precursor, various alkyl thiol systems such as 1-octanethiol, hexadecanethiol, decanthiol, etc. may be used in addition to 1-dodecanethiol. In the case of a solvent, various fatty amines such as dodecylamine, trioctylamine, etc. may be used in addition to oleylamine.

혼합 용액의 가열은 여러 단계로 이루어질 수 있다. 먼저 120℃로 가열해 디가스(degas)를 수행할 수 있다. 이후 성장 온도인 240℃까지 승온할 수 있다. 이 때, N2 퍼징(purging)을 수행할 수 있다. 이로써 혼합 용액 안에 AGS 코어 QD가 성장이 된다. Heating of the mixed solution can be done in several stages. First, it may be heated to 120 ℃ to perform degas (degas). Since the growth temperature may be raised to 240 ℃. At this time, N 2 purging may be performed. This causes AGS core QDs to grow in the mixed solution.

그런 다음, AGS 코어 QD 성장 용액 안에 Zn 전구체를 첨가하여 AGS 코어 QD에 Zn을 합금화해 사성분계 ZAGS 코어 QD(20)를 형성한다(단계 S10). Then, Zn precursor is added to the AGS core QD growth solution to alloy Zn to the AGS core QD to form a four-component ZAGS core QD 20 (step S10).

앞 단계에서 만든 AGS 코어 QD(호스트) 안으로 Zn을 합금화하여 ZAGS 코어 QD(20)를 합성하면 청색 범위 안의 고에너지 또는 단파장 발광을 구현할 수 있다. The ZAGS core QD 20 can be synthesized by alloying Zn into the AGS core QD (host) created in the previous step to achieve high energy or short wavelength emission in the blue range.

여기서 사용하는 Zn 전구체는 ZnCl2, 아세테이트산 아연 등일 수 있다. The Zn precursor used herein may be ZnCl 2 , zinc acetate, or the like.

코어 QD(20)를 형성한 다음에는, 코어 QD(20) 상에 ZnS 스톡 용액을 적용하여 ZnS 쉘(30)을 형성한다(단계 S20, S30). After the core QD 20 is formed, a ZnS shell 30 is formed by applying a ZnS stock solution on the core QD 20 (steps S20 and S30).

ZnS 쉘을 형성하는 단계는 S20, S30을 수행함으로써 두 번 이상 연속하여 수행할 수 있다. 이 때, 각 단계의 ZnS 스톡 용액의 종류, 농도 및 반응 온도 중 적어도 어느 하나와 시간을 달리할 수 있다. 두 번째 반응시 온도가 더 높거나 시간이 더 길 수 있다. The forming of the ZnS shell may be performed two or more times in succession by performing S20 and S30. At this time, at least one of the type, concentration and reaction temperature of the ZnS stock solution in each step may be different. In the second reaction, the temperature may be higher or longer.

예를 들어, 코어 QD(20)가 형성된 결과물 용액 안에 일차적으로 ZnS 스톡 용액을 적용하여 ZnS 쉘을 형성하여 단계 S20을 수행한 후, 그 결과물 용액에 다른 ZnS 스톡 용액을 적용하여 ZnS 쉘을 추가 형성함으로써 단계 S30을 단계 S20에 연속하여 수행한다. For example, after applying the ZnS stock solution to the resultant solution in which the core QD 20 is formed to form a ZnS shell, step S20 is performed, and then another ZnS stock solution is applied to the resultant solution to further form the ZnS shell. By doing so, step S30 is performed continuously to step S20.

S20, S30 각 단계도 세분화하여 두 번 이상의 쉘 공정으로 진행할 수 있다. The steps S20 and S30 may also be divided into two or more shell processes.

예를 들어, 단계 S20의 첫 번째 ZnS 스톡 용액은 Zn 전구체인 아세트산 아연, 용매인 옥타데센과 올레산을 기본 조합으로 하여 제조할 수 있다. 이 때, 아연 전구체의 경우, 아세트산 아연 이외에 스테아르산 아연, 아연 산화물, 아연 질화물, 아연 아세틸아세토네이트 등이 사용될 수 있고, 올레산의 경우 스테아르산, 미리스트산(myristic acid) 등이 사용될 수 있다. 단계 S20의 첫 번째 ZnS 쉘 반응 온도는 200~280℃ 범위이며, 반응 시간은 1분~2시간 범위로 할 수 있다. 바람직하게는 240℃의 온도에서 1시간 15분간 반응을 유지한다. For example, the first ZnS stock solution of step S20 may be prepared using Zn precursor zinc acetate, octadecene solvent and oleic acid as a basic combination. At this time, in the case of zinc precursor, zinc stearate, zinc oxide, zinc nitride, zinc acetylacetonate, etc. may be used in addition to zinc acetate, and in case of oleic acid, stearic acid, myristic acid (myristic acid) may be used. The first ZnS shell reaction temperature in step S20 is in the range of 200 to 280 ° C, and the reaction time may be in the range of 1 minute to 2 hours. Preferably, the reaction is maintained at a temperature of 240 ° C. for 1 hour and 15 minutes.

단계 S20의 두 번째 ZnS 스톡 용액도 Zn 전구체인 아세트산 아연, 용매인 옥타데센과 올레산을 기본 조합으로 하되, 첫 번째 ZnS 스톡 용액과 농도가 다른 것을 이용할 수 있다. 단계 S20의 두 번째 ZnS 쉘 반응 온도는 첫 번째 ZnS 반응 온도와 동일한 상태일 수 있으며, 반응 시간은 첫 번째 ZnS 반응 시간보다 짧게 할 수 있다. 바람직하게는 240℃의 온도에서 30분간 반응을 유지한다. The second ZnS stock solution of step S20 may also be based on Zn precursor zinc acetate, solvent octadecene and oleic acid, but different concentrations from the first ZnS stock solution. The second ZnS shell reaction temperature of step S20 may be the same state as the first ZnS reaction temperature, the reaction time may be shorter than the first ZnS reaction time. Preferably the reaction is maintained for 30 minutes at a temperature of 240 ℃.

단계 S30의 다른 ZnS 스톡 용액은 단계 S20의 첫 번째, 두 번째 ZnS 스톡 용액과 다른 종류의 것으로 한다. 예를 들어, Zn 전구체인 스테아르산 아연, 황 전구체인 1-도데칸티올, 용매인 옥타데센을 기본 조합으로 하여 제조할 수 있다. 이 때, 아연 전구체의 경우, 스테아르산 아연 이외에 아세트산 아연, 아연 산화물, 아연 질화물, 아연 아세틸아세토네이트 등이 사용될 수 있고, 황 전구체의 경우도 다른 종류의 알킬티올계 등이 사용될 수 있다. The other ZnS stock solution of step S30 is different from the first and second ZnS stock solutions of step S20. For example, zinc stearate as a Zn precursor, 1-dodecanethiol as a sulfur precursor, and octadecene as a solvent can be prepared as a basic combination. In this case, in addition to zinc stearate, zinc acetate, zinc oxide, zinc nitride, zinc acetylacetonate, and the like may be used in the case of zinc precursors, and other types of alkylthiols may be used in the case of sulfur precursors.

단계 S30의 ZnS 쉘 반응 온도는 180~300℃ 범위이며, 반응 시간은 1분~24시간 범위로 할 수 있다. 단계 S30의 반응시 단계 S20보다 온도가 더 높거나 시간이 더 길 수 있다. 바람직하게, 추가의 ZnS 쉘 형성을 위한 최종적인 반응은 250℃에서 1시간 동안 진행할 수 있다. The ZnS shell reaction temperature of step S30 is 180-300 degreeC, and reaction time can be 1 minute-24 hours. In the reaction of step S30, the temperature may be higher or longer than step S20. Preferably, the final reaction for further ZnS shell formation can proceed at 250 ° C. for 1 hour.

도 3은 본 발명에 따른 양자점 제조 방법의 다른 실시예를 도시한 순서도이다. 도 2와 비교시, 도 3은 도 2의 단계 S5와 단계 S10이 합쳐진 단일 단계 S15를 갖는다.3 is a flowchart illustrating another embodiment of a method for manufacturing a quantum dot according to the present invention. In comparison with FIG. 2, FIG. 3 has a single step S15 in which step S5 and step S10 of FIG. 2 are combined.

도 3을 참조하면, 처음부터 ZAGS 코어 QD(20)을 형성한다(단계 S15). 이후 코어 QD(20) 상에 ZnS 스톡 용액을 적용하여 ZnS 쉘(30)을 형성한다(단계 S20, S30). Referring to Fig. 3, a ZAGS core QD 20 is formed from the beginning (step S15). Thereafter, a ZnS stock solution is applied on the core QD 20 to form a ZnS shell 30 (steps S20 and S30).

ZAGS 코어 QD(20)을 형성하는 단계는 Zn, Ag, Ga 및 S의 전구체, 황 및 용매를 혼합한 혼합 용액을 가열하여 수행한다.The step of forming the ZAGS core QD 20 is performed by heating a mixed solution in which precursors of Zn, Ag, Ga and S, sulfur and a solvent are mixed.

예를 들어 ZAGS 코어 QD를 성장시키기 위한 출발 물질은 앞서 언급한 AGS 코어 QD를 성장시키기 위한 출발 물질인 AgI, Ga(acac)3, 1-도데칸티올, 황, 그리고 올레일아민에 추가하여 Zn 전구체인 ZnCl2를 기본 조합으로 할 수 있다. 출발 물질의 종류만 AGS 코어 QD의 경우와 다르고 가열 조건, 디가스, 퍼징, 반응 시간 등은 AGS 코어 QD의 경우와 동일하거나 유사하게 할 수 있다. For example, the starting material for growing ZAGS core QD is Zn in addition to AgI, Ga (acac) 3 , 1-dodecanethiol, sulfur, and oleylamine, starting materials for growing AGS core QD mentioned above. ZnCl 2 as a precursor can be used as a basic combination. Only the type of starting material is different from that of the AGS core QD and the heating conditions, degassing, purging, reaction time, etc. can be the same or similar to that of the AGS core QD.

이와 같이 본 발명에서는 I-Ⅲ-VI계 삼성분계 AGS 코어 QD에 Zn이 합금화된 I-Ⅲ-VI계 사성분계 ZAGS 코어 QD를 형성하고 ZnS 쉘을 형성한다. ZAGS 코어 QD를 형성하는 단계는 도 3과 같은 1 단계 또는 도 2와 같은 2 단계로 수행될 수 있다.As described above, the present invention forms an I-III-VI-based four-component ZAGS core QD in which Zn is alloyed on the I-III-VI ternary system AGS core QD, and forms a ZnS shell. The forming of the ZAGS core QD may be performed in one step as shown in FIG. 3 or two steps as shown in FIG. 2.

실험 결과, Zn의 첨가량에 비례하여 발광 파장이 청색 편이되는 것을 확인하였는데, 이것은 본 발명 방법에 따를 때에 Zn이 Ag-Ga-S에 성공적으로 합금화되었음을 나타낸다. 또한, 아래 후술하는 실험 방법에 따라 ZnS 쉘까지 형성한 후 QD의 QY는 58-69%에 달하여, 유사한 발광 대역을 갖는 InP QD에서는 달성할 수 없는 결과를 얻을 수 있었다. As a result of the experiment, it was confirmed that the emission wavelength shifted blue in proportion to the amount of Zn added, which indicates that Zn was successfully alloyed with Ag-Ga-S according to the method of the present invention. In addition, the QY of the QD reached 58-69% after the formation of the ZnS shell according to the experimental method described below, and the result was not achieved in the InP QD having a similar emission band.

이하, 구체적인 실험예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 실험예에서는 본 발명에 따른 ZAGS 코어 QD를 제조하였다. 비교예로서 AGS 코어 QD와 Ag-In-Ga-S(이하, AIGS) 코어 QD도 제조하였다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific experimental examples. In the experimental example was prepared ZAGS core QD according to the present invention. As a comparative example, AGS core QD and Ag-In-Ga-S (hereinafter referred to as AIGS) core QD were also produced.

실험 방법:Experiment method:

ZAGS 코어 QD의 근간이 되는 Ag-Ga-S 조성에서 두 양이온(Ag, Ga)간의 의도적인 비화학양론은 밴드갭에 상당한 영향을 미친다. 실험예에서는 Ag/Ga 비화학양론 비를 1/8로 채택하였는데, Ag/Ga 비화학양론 비를 1/4, 1/5 및 1/8로 달리하여 실험한 결과, 1/8인 경우가 QY 면에서 가장 우수했다. Intentional non-stoichiometry between two cations (Ag, Ga) in the Ag-Ga-S composition underlying ZAGS core QD has a significant effect on the bandgap. In the experimental example, the Ag / Ga non-stoichiometric ratio was adopted as 1/8, but the Ag / Ga non-stoichiometric ratio was changed to 1/4, 1/5 and 1/8, and it was 1/8. It was the best in QY.

비교예Comparative example AGSAGS 코어  core QDQD 제조 Produce

Ag/Ga 비화학양론 비가 1/8인 조성을 택하였다. 0.0625 mmol의 AgI(99.999%), 0.5 mmol의 Ga(acac)3(99.99%) 및 1 mmol의 황(99.998%)을 1-도데칸티올(DDT≥98%) 1.5 mL 및 올레일 아민(OLA, 70%) 5 mL와 함께 플라스크(three-neck flask)에 넣어 혼합 용액을 제조하고, 혼합 용액을 120℃로 가열해 디가스한 후 N2 퍼징을 하며 성장 온도인 240℃까지 승온하였다. 이 온도에서 30분간 유지하여 AGS 코어 QD를 성장시켰다. A composition with an Ag / Ga stoichiometric ratio of 1/8 was chosen. 0.0625 mmol of AgI (99.999%), 0.5 mmol of Ga (acac) 3 (99.99%) and 1 mmol of sulfur (99.998%) with 1.5 mL of 1-dodecanethiol (DDT≥98%) and oleyl amine (OLA , 70%) was added to a flask (three-neck flask) with 5 mL to prepare a mixed solution. The mixed solution was heated to 120 ° C. and degassed, followed by N 2 purging to raise the growth temperature to 240 ° C. The AGS core QDs were grown by holding at this temperature for 30 minutes.

본 발명 The present invention ZAGSZAGS 코어  core QDQD  And 비교예Comparative example AIGSAIGS QDQD 제조 Produce

이하 실험예에서도 0.0625 mmol의 AgI를 사성분계 QD 합성에 적용하였다. ZAGS QD와 AIGS QD를 제조하기 위해 AGS 코어 QD 성장용 혼합 용액에 ZnCl2(≥98%)와 인듐 아세테이트(In(Ac)3, 99.99%)를 각각 추가하였다. 각각의 혼합 용액을 120℃로 가열해 디가스한 후 N2 퍼징을 하며 성장 온도인 240℃까지 승온하였다. 이 온도에서 30분간 유지하여 ZAGS 코어 QD 및 AIGS QD를 성장시켰다. In the following experimental example, 0.0625 mmol of AgI was applied to the four-component QD synthesis. To prepare ZAGS QD and AIGS QD, ZnCl 2 (≥98%) and indium acetate (In (Ac) 3 , 99.99%) were added to the mixed solution for AGS core QD growth, respectively. Each mixed solution was heated to 120 ° C, degassed, and then purged with N 2 to raise the growth temperature to 240 ° C. The ZAGS core QD and AIGS QD were grown by holding at this temperature for 30 minutes.

ZAGS 코어 QD 제조시에는, ZnCl2(≥98%)를 0.25 및 1.0 mmol 양으로 각각 첨가하여, Zn/Ga 전구체 몰비가 서로 다른 두 가지 샘플을 준비하였다. 각 샘플에서 전구체 몰비는 0.5(ZnCl2 0.25mmol/Ga 전구체 0.5 mmol)와 2(ZnCl2 1.0mmol/Ga 전구체 0.5 mmol)이고 각각 Z0. 25AGS 및 Z1. 0AGS라고 칭하기로 한다.In preparing the ZAGS core QD, ZnCl 2 (≧ 98%) was added in amounts of 0.25 and 1.0 mmol, respectively, to prepare two samples with different Zn / Ga precursor molar ratios. In each sample, the precursor molar ratio is referred to as 0.5 (ZnCl 2 0.25mmol / Ga precursor 0.5 mmol) and 2 (ZnCl 2 1.0mmol / Ga precursor 0.5 mmol) and Z and Z, respectively 0. 25 AGS 1. 0 AGS.

유사하게, AIGS 코어 QD 제조시에는, In(Ac)3를 0.05 및 0.1 mmol 양으로 각각 첨가하여 In/Ga 전구체 몰비가 서로 다른 두 가지 샘플을 준비하였다. 각 샘플은 AI0.05G0.45S 및 AI0.1G0.4S라고 칭하기로 한다. Similarly, in preparing AIGS core QDs, two samples with different In / Ga precursor molar ratios were prepared by adding In (Ac) 3 in amounts of 0.05 and 0.1 mmol, respectively. Each sample will be referred to as AI 0.05 G 0.45 S and AI 0.1 G 0.4 S.

AGS 코어 QD와 Z0. 25AGS 코어 QD 및 Z1. 0AGS 코어 QD를 합성하는 데에는 동일한 0.5mmol의 Ga(acac)3를 사용하였지만, AI0.05G0.45S 코어 QD 및AI0 .1G0.4S 코어 QD를 합성하는 데에는 Ga(acac)3의 양을 각각 0.45 및 0.4mmol로 감소시켰다. While using the AGS core QD and Z 0. 25 AGS core QD and Z 1. There 0.5mmol the same for synthesizing 0 AGS core QD Ga (acac) 3, AI 0.05 G 0.45 S QD core and AI G 0 .1 0.4 The synthesis of S core QDs reduced the amount of Ga (acac) 3 to 0.45 and 0.4 mmol, respectively.

모든 삼성분계 및 사성분계 코어 QD(Z1. 0AGS 코어 QD, Z0. 25AGS 코어 QD, AGS 코어 QD, AI0.05G0.45S 코어 QD 및 AI0.1G0.4S 코어 QD)는 다음의 다중-쉘 형성 공정에 동일하게 투입하였다.All ternary system and four component system core QD (Z 0 1. AGS core QD, Z 0. 25 AGS core QD, QD core AGS, AI 0.05 G 0.45 S QD core and AI 0.1 0.4 G S core QD) is then of the multi- It injected into the shell formation process similarly.

먼저 8mmol의 아세트산 아연(Zn acetate dehydrate, reagent grade), 8mL 올레산(OA, 90%) 및 4mL 1-옥타데센(ODE, 90%)을 포함하는 첫 번째 ZnS 쉘 스톡 용액을 240℃의 코어 QD가 형성된 결과물 용액에 천천히 첨가하여 1시간 15분간 반응을 시켰다. 이후, 4mmol의 스테아르산 아연(10-12% Zn basis), 4mL OA와 2mL ODE를 포함하는 다른 ZnS 용액을 방울방출 적하하여 최종 쉘 반응을 250℃에서 1시간 동안 진행하였다. 합성된 양자점들은 과량 에탄올을 첨가하여 침전시키고 원심분리기(9000 rpm, 10분)를 이용하여 헥산/에탄올 조합 용매로 정화시켰다. 마지막으로 양자점들을 헥산이나 클로로포름에 재분산하여 스펙트럼 측정 등 분석하였다. First, the first ZnS shell stock solution containing 8 mmol of zinc acetate (Zn acetate dehydrate, reagent grade), 8 mL oleic acid (OA, 90%) and 4 mL 1-octadecene (ODE, 90%) was subjected to 240 ° C. core QD. The resulting solution was slowly added and reacted for 1 hour and 15 minutes. Thereafter, another ZnS solution containing 4 mmol zinc stearate (10-12% Zn basis), 4 mL OA, and 2 mL ODE was added dropwise dropwise thereto, and the final shell reaction was performed at 250 ° C. for 1 hour. The synthesized quantum dots were precipitated by adding excess ethanol and clarified with a hexane / ethanol combination solvent using a centrifuge (9000 rpm, 10 minutes). Finally, quantum dots were redispersed in hexane or chloroform and analyzed for spectral measurement.

평가 툴:Evaluation tool:

양자점의 UV-Vis 흡수 및 PL 스펙트럼은 각각 흡수 분광장치(Shimadzu, UV-2450) 및 500 W 크세논 램프-장착된 분광광도계(PSI Inc., Darsa Pro-5200)를 가지고 기록하였다. 희석된 양자점 분산액의 PL QY 절대값은 PL QY 측정 시스템(QE-2000, Otsuka Electronics)을 가지고 평가하였고, 370nm에서 동일한 0.05 광학 밀도를 가진 쿠마린 1(절대 QY 73%) 에탄올 분산액에 대한 상대 QY 측정으로 검증하였다. QD의 실제 화학 조성은 유도 결합 플라즈마 광학 발광 분광기(ICP-OES, OPTIMA 8300, PerkinElmer)를 가지고 분석하였다. 양자점 이미지를 얻기 위하여, 200kV에서 작동하는 JEM-2100F(JEOL Ltd.)를 이용해 TEM 작업을 수행하였다. UV-Vis absorption and PL spectra of quantum dots were recorded with an absorption spectrometer (Shimadzu, UV-2450) and a 500 W xenon lamp-mounted spectrophotometer (PSI Inc., Darsa Pro-5200), respectively. The absolute PL QY value of the diluted quantum dot dispersion was evaluated using the PL QY measurement system (QE-2000, Otsuka Electronics) and measured relative QY for coumarin 1 (absolute QY 73%) ethanol dispersion with the same 0.05 optical density at 370 nm. Verified by. The actual chemical composition of the QD was analyzed with an inductively coupled plasma optical emission spectrometer (ICP-OES, OPTIMA 8300, PerkinElmer). To obtain the quantum dot image, TEM operation was performed using JEM-2100F (JEOL Ltd.) operating at 200 kV.

결과:result:

도 4는 1/8 몰비의 Ag/Ga 전구체를 가지고 합성한 Ag 부족 AGS 코어, ZAGS 코어 및 AIGS 코어의 (a) 흡수, (b) 광학 밴드갭 및 (c) ICP 분석한 실제 Zn/Ga 및 In/Ga 몰비를 나타낸다. 도 4의 (c)의 에러바는 세 번 측정에 의한 것이다.4 shows the actual Zn / Ga of (a) absorption, (b) optical bandgap and (c) ICP analysis of Ag deficient AGS cores, ZAGS cores and AIGS cores synthesized with 1/8 molar ratio of Ag / Ga precursor; In / Ga molar ratio is shown. The error bar of FIG. 4C is based on three measurements.

도 4의 (a)를 참조하면, AGS 코어에 비하여 Zn이 추가된 ZAGS 코어는 청색 편이하고 In이 추가된 AIGS 코어는 적색 편이한다. 도 4의 (a)에 비교되어 있는 바와 같이, ZAGS 코어 QD의 흡수 스펙트럼은 Zn 양의 증가에 따라 점점 청색 편이하는데, 이것은 Zn 합금화가 실제 일어났다는 것을 가리킨다. 화학양론을 만족하는 AGS의 밴드갭이 2.51-2.73 eV이고, ZnS의 밴드갭은 그보다 높은 3.54 eV, Ag-In-S의 밴드갭은 그보다 낮은 1.87 eV라는 점을 감안하면 성공적인 합금화 및 고용체(solid solution) 형성에 따른 결과이다. 본 발명의 Ag 부족 AGS 밴드갭은 2.43 eV이었다. Referring to FIG. 4A, the ZAGS core to which Zn is added is blue shifted and the AIGS core to which In is added is redshifted compared to the AGS core. As compared to FIG. 4 (a), the absorption spectrum of the ZAGS core QD gradually shifts blue with increasing Zn amount, indicating that Zn alloying actually occurred. Given that the bandgap of AGS satisfying the stoichiometry is 2.51-2.73 eV, the bandgap of ZnS is higher than that of 3.54 eV, and the bandgap of Ag-In-S is lower than that of 1.87 eV. solution). Ag-deficient AGS bandgap of the present invention was 2.43 eV.

각 코어 QD의 광학적 밴드갭을 측정하기 위하여, (Ahν)2- 관계식(A=흡수, h=플랑크 상수, ν= 광 주파수)을 이용해 흡수 스펙트럼을 타우 그래프(Tauc plot)로 변환한 결과, 도 5를 얻었다. In order to measure the optical bandgap of each core QD, the absorption spectrum was converted into a Tauc plot using the ( Ahν ) 2 - relationship ( A = absorption, h = Planck's constant, ν = optical frequency). 5 was obtained.

도 5의 (a)는 AGS 코어 QD, ZAGS 코어 QD 및 AIGS 코어 QD의 (Ahν)2- 그래프이고, (b)는 AGS/ZnS, ZAGS/ZnS 및 AIGS/ZnS의 (Ahν)2- 그래프이다. 도 5로부터 도 4의 (b)의 광학적 밴드갭(Eg)-QD 조성 그래프가 도출된다. (A) of Figure 5 AGS core QD, ZAGS core QD and AIGS core QD (Ahν) 2 - and graph, (b) it is 2 (Ahν) of AGS / ZnS, ZAGS / ZnS and AIGS / ZnS - It is a graph. The optical bandgap (E g ) -QD composition graph of FIG. 4B is derived from FIG. 5.

ICP로 평가한 실제 QD 조성은 도 4의 (c)와 같으며, 공칭값(전구체 몰비)보다 실제값(코어 QD 안에서의 몰비)이 작은 것을 보여준다. 즉, Z0. 25AGS에서 공칭값은 0.5인데 실제값은 0.49 정도이고, Z1. 0AGS에서 공칭값은 2인데 실제값은 1.24 정도이다. 따라서, ZAGS/ZnS에서 Zn 양은 코어로부터만 비롯되는 것이 아님에 주목할 필요가 있다. 예를 들어 실제 Zn/Ga 몰비가 1.24인 Z1. 0AGS 코어 QD가 조성적으로 균일하다면, 결과적인 밴드갭은 도 4의 (b)에서 보이는 값인 3.07 eV보다 훨씬 높아야 한다. 따라서, Zn 전구체 중의 상당한 양은 ZnS 쉘을 형성하는 데에도 소모되었음을 알 수 있다. The actual QD composition evaluated by ICP is the same as in (c) of FIG. 4, and shows that the actual value (molar ratio in core QD) is smaller than the nominal value (precursor molar ratio). That it is, in the Z 0. 25 AGS nominal value and the actual value of inde 0.5 0.49 degree, from 0 Z 1. AGS nominal value is two inde is 1.24 degree of the actual values. Therefore, it should be noted that the Zn amount in ZAGS / ZnS does not originate only from the core. For example, the actual Zn / Ga molar ratio is 1.24, the Z 0 1. AGS QD if the core is uniform in the crude grades, and the resulting band gap should be much higher than the 3.07 eV value shown in (b) of FIG. Thus, it can be seen that a significant amount in the Zn precursor was also consumed to form the ZnS shell.

모든 코어 QD는 동일한 조건 하에서 ZnS 쉘로 표면이 패시베이션되었다. 도 5의 (a)와 (b)를 비교하여 보면, 코어/쉘 QD의 흡수 곡선 모양은 각각 대응되는 코어 QD의 흡수 곡선 모양과 유사하며, 단지 QD 조성에 따라 <90 meV의 청색 편이가 더 수반된다는 점이 차이가 있다. All core QDs were surface passivated with ZnS shells under the same conditions. Comparing Figs. 5 (a) and 5 (b), the absorption curve shapes of the core / shell QDs are similar to the absorption curve shapes of the corresponding core QDs, respectively, except that a blue shift of <90 meV is more dependent on the QD composition. The difference is that it involves.

이러한 밴드갭의 증가는 미리 성장시켜 놓은 코어 QD에 ZnS 쉘을 형성하는 동안, 코어 QD와 쉘간의 양이온 교환 및/또는 합금화 때문이다. 기존 Cu-In-S QD에서는 ZnS 쉘을 형성함에 따라 밴드갭 증가가 현저한 것으로 알려진 반면, 본 발명의 AGS 기반 QD에서는 쉘 형성에 따른 밴드갭 증가가 그다지 두드러지지 않은 것처럼 보인다. 이것은 Zn2 +의 이온 반경 8.8Å을 호스트 QD의 이온 반경, Cu+(9.1Å), Ag+(12.9Å), In3 +(9.4Å), Ga3 +(7.6Å)와 비교해 보면 이해가 된다. This increase in bandgap is due to cation exchange and / or alloying between the core QD and the shell during the formation of the ZnS shell in the previously grown core QD. In the existing Cu-In-S QD, the band gap increase is known to be remarkable as the ZnS shell is formed, whereas in the AGS-based QD of the present invention, the band gap increase due to the shell formation does not seem to be very noticeable. This comparison of the ionic radii of 8.8Å Zn 2 + and the ionic radius, Cu + (9.1Å), Ag + (12.9Å), In 3 + (9.4Å), Ga 3 + (7.6Å) for the host to understand the QD do.

도 6은 Z1. 0AGS, Z0. 25AGS, AGS, AI0.05G0.45S, AI0.1G0.4S 코어/쉘 QD의 흡수 대 PL 스펙트럼을 보여준다. 도 6 참조시, 550-650 meV 범위의 큰 스토크 쉬프트(Stoke's shift)가 나타남을 알 수 있다. 잘 알려진 바와 같이 PL(형광) 스펙트럼은 흡수 스펙트럼보다 더욱 긴 파장에서 발생하는 것을 볼 있으며 이와 같은 현상이 스토크 쉬프트이다. 6 is Z 1. 0 AGS, Z 0. 25 AGS, AGS, AI 0.05 G 0.45 S, AI 0.1 G 0.4 S shows the PL spectra for the absorption of the core / shell QD. Referring to FIG. 6, it can be seen that a large Stoke's shift in the range of 550-650 meV appears. As is well known, the PL (fluorescence) spectrum is seen to occur at longer wavelengths than the absorption spectrum, and this is the stoke shift.

도 7은 Z1. 0AGS, Z0. 25AGS, AGS, AI0.05G0.45S, AI0.1G0.4S 코어/쉘 QD의 (a) 흡수, (b) 정규화된 PL 스펙트럼, (c) UV-조사 형광 이미지 및(d) PL 피크 파장과 PL QY 변화를 도시한다. 7 is a Z 1. 0 AGS, Z 0. 25 AGS, AGS, AI 0.05 G 0.45 S, AI 0.1 G 0.4 S (a) absorption of a core / shell QD, (b) normalizing the PL spectrum, (c) UV -Irradiated fluorescence image and (d) PL peak wavelength and PL QY change.

도 7의 (b), (c)를 참조하면 Z1. 0AGS의 청색 발광(PL 피크가 450nm)으로부터 AI0.1G0.4S의 호박색(amber)(PL 피크가 570nm)까지 조성에 따라 색이 변화되며 이것은 앞에서 본 밴드갭 변화의 결과와 일치한다. 도 7의 (d)에서와 같이 PL QY는 58-69% 정도로 그동안 보고된 어떠한 PL QY보다 높은 편이다. With reference to FIG. (B), (c) when Z 7 1. amber (amber) of AI 0.1 0.4 G S from the blue light-emitting of 0 AGS (PL peak at 450nm) is colored according to the composition to (PL peak at 570nm) This is consistent with the result of the bandgap change seen earlier. As shown in (d) of FIG. 7, the PL QY is higher than any PL QY reported in the range of 58-69%.

I-Ⅲ-VI계 QD에서는 갭내 상태에서의 비방사성 재결합이 일어나 스토크 쉬프트가 크며, 그 때문에 적절한 피크 파장(예를 들어 450nm)을 갖는 청색 발광을 달성하기가 어렵다는 근본적인 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서와 같이 Zn이 높은 함량으로 포함된 Z1. 0AGS/ZnS QD에서 450nm의 피크 파장이 달성된 것은 매우 놀라운 결과이다. 도 6에서 본 바와 같이 스토크 쉬프트는 흡수와 PL 스펙트럼을 함께 플롯하여 얻을 수 있고 본 발명에서는 550-650meV 범위로 나타났다. In I-III-VI-based QDs, non-radioactive recombination occurs in a gap state, resulting in a large stoke shift, and thus, a fundamental problem is that it is difficult to achieve blue light emission having an appropriate peak wavelength (for example, 450 nm). Thus, it is the Z 1. 0 AGS / ZnS QD is at the peak wave length of 450nm is achieved a very surprising result Zn is contained at a high content as in the present invention. As seen in FIG. 6, the stoke shift can be obtained by plotting the absorption and PL spectra together, and in the present invention it was in the range of 550-650 meV.

CdSe와 같은 Ⅱ-VI계, InP와 같은 Ⅲ-V계에서는 방사성 재결합이 일어난다. 이와 다르게 I-Ⅲ-VI계에서는 갭내 결함 준위에서 전하들의 재결합에 의해 PL이 발생한다. 따라서, I-Ⅲ-VI계에서는 >200 meV의 스토크 쉬프트가 필연적인 것이다. 이러한 갭내 준위는 양이온 및 음이온의 공공(vacancy), 치환형 자리(substitutional site), 침입형 자리(interstitial site)와 관계된 것이고 이들 결함은 억셉터나 도너로 작용한다. Radioactive recombination occurs in II-VI systems such as CdSe and III-V systems such as InP. In contrast, in the I-III-VI system, PL is generated by recombination of charges at a defect level in a gap. Therefore, a stoke shift of> 200 meV is inevitable in the I-III-VI system. These levels in the gap are related to the vacancy, substitutional sites, and interstitial sites of cations and anions and these defects act as acceptors or donors.

벌크 재료에서와 마찬가지로, I-Ⅲ-VI계 사성분계 QD에서는 두 가지 양이온을 포함함에 따른 자유도 증가 때문에 위와 같은 다양한 점 결함이 존재한다. I-Ⅲ-VI계 QD의 재결합 채널은 두 가지 관점에서 제안되어 있다. 하나는 도너-억셉터 쌍(donor-acceptor pair : DAP) 재결합인데, 양이온 공공 또는 침입형 음이온 자리로부터의 깊은 억셉터 준위와 음이온 공공 또는 침입형 양이온 자리로부터의 얕은 도너 준위에 관계되어 있다. 다른 하나는 “free-to-bound” 재결합이라고 흔히 부르는 것으로, 비편재화된 전도대(Delocalized Conduction Band : CB) 전자와 점 결함(주로 억셉터인 VCu 또는 VAg)에 편재된 홀에 관계되어 있다. 본 발명자들은 ZAGS에서의 PL은 DAP 재결합보다는 CB-to-VAg의 결과라고 간주한다. As with bulk materials, there are various point defects as described above in I-III-VI based tetracomponent QDs because of the increased degrees of freedom due to the inclusion of two cations. Recombination channels of I-III-VI based QDs have been proposed in two respects. One is a donor-acceptor pair (DAP) recombination, which relates to deep acceptor levels from cationic vacancy or invasive anion sites and shallow donor levels from anionic vacancy or invasive cation sites. The other is commonly referred to as “free-to-bound” recombination, with Delocalized Conduction Band (CB) electrons and point defects (primarily acceptor V Cu). Or V Ag ). We consider that PL in ZAGS is the result of CB-to-V Ag rather than DAP recombination.

본 발명의 기본이 되는 AGS계 QD에서의 스토크 쉬프트는 도 6에서도 보는 바와 같이, 기존에 보고된 CIS 및 ZCIS에 비하여 크다. 이것은 VCu와 VAg의 에너지 준위 차이 때문일 것으로 생각된다. VAg 준위가 VCu 준위에 비하여 가전자대로부터 멀리 위치하기 때문에, CB-to-VCu 재결합 대비 CB-to-VAg 재결합에서 더 낮은 에너지 방출을 가져온다. 큰 스토크 쉬프트, 즉 흡수와 PL 사이의 최소한의 스펙트럼 중첩은 DC-LED 등의 활용에 QD를 적용하기 위해 매우 바람직한 특징이다. 내부에서의 QD-광 재흡수를 효과적으로 감소시키기 때문이다. The stoke shift in the AGS-based QD, which is the basis of the present invention, is larger than in the previously reported CIS and ZCIS, as shown in FIG. This may be due to the difference in energy levels between V Cu and V Ag . V Ag Level is V Cu CB-to-V Cu because it is located far from the valence band relative to the level CB-to-V Ag vs. Recombination Recombination results in lower energy release. Large stoke shifts, i.e., minimal spectral overlap between absorption and PL, are highly desirable features for applying QD to the utilization of DC-LEDs and the like. This is because the internal QD-light resorption is effectively reduced.

도 8의 (a),(b)는 저배율 TEM 사진이고 (c),(d)는 고배율 TEM 사진이며, (a),(c)는 Z1. 0AGS/ZnS, (b),(d)는 AGS/ZnS QD 샘플이다. 각 QD의 크기는 서로 비슷하며, 측정 결과 평균 직경이 5.0-5.3 nm 범위이며 조성에 따른 약간의 차이가 존재하였다. (A), (b) of Figure 8 is a low magnification TEM image (c), (d) is a high-magnification TEM image, (a), (c) is Z 1. 0 AGS / ZnS, ( b), (d ) Is an AGS / ZnS QD sample. The size of each QD was similar to each other, and the average diameter ranged from 5.0-5.3 nm and there were some differences in composition.

이상 설명한 바와 같이, Ag 부족이 되도록 하는 비화학양론 Ag/Ga 비를 이용하여 밴드갭을 2.43eV 정도로 맞춰 하늘색-청록색 정도의 발광을 하는 조성을 기본으로 하고, 여기에 Zn을 첨가함으로써 파장을 청색 편이시킬 수 있도록 ZAGS 코어 QD를 성장시켰다. ZAGS 코어 QD 합성시 Zn을 과하게 추가하고, 여기에 적절한 ZnS 쉘을 형성하면, 높은 정도로 코어 QD가 합금화되어 440 ~ 460nm 사이의 발광 파장을 가질 수 있고 특히 450 nm(이상적인 청색) 발광 파장을 보일 뿐 아니라, 광소자 제작에 실제 적용할 수 있을 정도로 높은 QY를 가지는 ZAGS/ZnS QD를 제조할 수 있다. 특히 Z1. 0AGS QD는 발광 파장이 450 nm이므로 청색 발광을 하여, EL 소자를 위한 청색 발광체 용도로서 디스플레이 및 발광소자 분야에서 활용이 될 수 있다. 즉 기존의 Cd 함유 Ⅱ-VI 조성을 대체하여 단색 혹은 다색 EL-QD-LED의 활성 발광요소로 활용할 수 있다. As described above, based on the composition that emits light of light blue-cyan by adjusting the band gap to about 2.43 eV using a non-stoichiometric Ag / Ga ratio that causes Ag deficiency, the wavelength is blue shifted by adding Zn to it. ZAGS core QDs were grown. Excessive addition of Zn in the ZAGS core QD synthesis and formation of a suitable ZnS shell can lead to a high degree of alloying of the core QDs to a luminescence wavelength between 440 and 460 nm, especially at 450 nm (ideal blue) emission wavelengths. In addition, it is possible to manufacture a ZAGS / ZnS QD having a high QY that can be practically applied to optical device fabrication. 1. In particular, Z 0 AGS QD may be because the light emitting wavelength 450 nm to the blue emission, and the light emitting element used in the display field as a blue light emitting EL device, for the production. That is, it can be used as an active light emitting element of monochromatic or multicolor EL-QD-LED by replacing the existing Cd-containing II-VI composition.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.

10 : 양자점
20 : Zn-Ag-Ga-S 코어 QD
30 : ZnS 쉘
10: quantum dot
20: Zn-Ag-Ga-S Core QD
30: ZnS Shell

Claims (11)

Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점 및 ZnS 다중쉘을 가지는 양자점으로서,
상기 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점에서 Ag : (Zn + Ga)은 1 : 30 ~ 1 : 5이고, Zn/Ga 몰비가 0 보다 크고 2 이하이며, Ag/Ga 비가 1/4 내지 1/8이고 440-460 nm 범위의 발광 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 청색 발광 양자점.
A quantum dot having a Zn-Ag-Ga-S core quantum dot and a ZnS multishell,
In the Zn-Ag-Ga-S core quantum dot, Ag: (Zn + Ga) is 1:30 to 1: 5, Zn / Ga molar ratio is greater than 0 and less than or equal to 2, and Ag / Ga ratio is 1/4 to 1 / And a light emitting wavelength in the range of 440-460 nm.
삭제delete Ag-Ga-S 코어 양자점을 형성하는 단계;
상기 Ag-Ga-S 코어 양자점에 Zn을 합금화하여 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점을 형성하는 단계; 및
상기 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점 상에 ZnS 다중쉘을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점에서 Ag : (Zn + Ga)은 1 : 30 ~ 1 : 5이고, Zn/Ga 몰비가 0 보다 크고 2 이하이며, Ag/Ga 비가 1/4 내지 1/8이고 440-460 nm 범위의 발광 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 청색 발광 양자점 제조 방법.
Forming an Ag-Ga-S core quantum dot;
Alloying Zn with the Ag-Ga-S core quantum dot to form a Zn-Ag-Ga-S core quantum dot; And
Forming a ZnS multishell on the Zn-Ag-Ga-S core quantum dots,
In the Zn-Ag-Ga-S core quantum dot, Ag: (Zn + Ga) is 1:30 to 1: 5, Zn / Ga molar ratio is greater than 0 and less than or equal to 2, and Ag / Ga ratio is 1/4 to 1 / 8 and a light emission wavelength in the range of 440-460 nm.
제3항에 있어서, 상기 Ag-Ga-S 코어 양자점을 형성하는 단계는 Ag, Ga 및 S의 전구체, 황 및 용매를 혼합한 혼합 용액을 가열하여 수행하는 것을 특징으로 하는 청색 발광 양자점 제조 방법. The method of claim 3, wherein the forming of the Ag—Ga—S core quantum dots is performed by heating a mixed solution of Ag, Ga, and S precursors, sulfur, and a solvent. 제4항에 있어서, 상기 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점을 형성하는 단계는 상기 Ag-Ga-S 코어 양자점이 형성되어 있는 상기 혼합 용액 안에 Zn 전구체를 첨가하여 수행하는 것을 특징으로 하는 청색 발광 양자점 제조 방법.The method of claim 4, wherein the forming of the Zn-Ag-Ga-S core quantum dots is performed by adding a Zn precursor to the mixed solution in which the Ag-Ga-S core quantum dots are formed. Quantum dot manufacturing method. Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점을 형성하는 단계; 및
상기 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점 상에 ZnS 다중쉘을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점을 형성하는 단계는 Zn, Ag, Ga 및 S의 전구체, 황 및 용매를 혼합한 혼합 용액을 가열하여 수행하고,
상기 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점에서 Ag : (Zn + Ga)은 1 : 30 ~ 1 : 5이고, Zn/Ga 몰비가 0 보다 크고 2 이하이며, Ag/Ga 비가 1/4 내지 1/8이고 440-460 nm 범위의 발광 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 청색 발광 양자점 제조 방법.
Forming a Zn-Ag-Ga-S core quantum dot; And
Forming a ZnS multishell on the Zn-Ag-Ga-S core quantum dots,
The step of forming the Zn-Ag-Ga-S core quantum dot is performed by heating a mixed solution of a precursor, sulfur and a solvent of Zn, Ag, Ga and S,
In the Zn-Ag-Ga-S core quantum dot, Ag: (Zn + Ga) is 1:30 to 1: 5, Zn / Ga molar ratio is greater than 0 and less than or equal to 2, and Ag / Ga ratio is 1/4 to 1 / 8 and a light emission wavelength in the range of 440-460 nm.
제3항 또는 제6항에 있어서, 상기 ZnS 다중쉘을 형성하는 단계는 ZnS 스톡 용액을 적용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 청색 발광 양자점 제조 방법. The method of claim 3 or 6, wherein the forming of the ZnS multishell is performed by applying a ZnS stock solution. 제7항에 있어서, 상기 ZnS 다중쉘을 형성하는 단계는 두 번 이상 연속하여 수행하는 것을 특징으로 하는 청색 발광 양자점 제조 방법. The method of claim 7, wherein the forming of the ZnS multishell is performed two or more times in succession. 제8항에 있어서, 상기 두 번 이상 연속하여 수행할 때에 각 ZnS 스톡 용액의 종류, 농도 및 반응 온도 중 적어도 어느 하나를 달리하는 것을 특징으로 하는 청색 발광 양자점 제조 방법. The method of claim 8, wherein at least one of a kind, a concentration, and a reaction temperature of each ZnS stock solution is different when the two or more successive runs are performed. 제3항에 있어서, 상기 Ag-Ga-S 코어 양자점을 형성하는 단계는 요오드화 은(AgI), 질산 은(Ag nitrate), 아세트산 은(Ag acetate), 브롬화 은(AgBr) 및 염화 은(AgCl) 중 어느 하나, 갈륨 아세틸아세토네이트(Ga(acac)3), 요오드화 갈륨(GaI3), 아세트산 갈륨(Ga acetate), 염화 갈륨(GaCl3) 및 브롬화 갈륨(GaBr3) 중 어느 하나, 1-도데칸티올(dodecanethiol), 1-옥탄티올(octanethiol), 헥사데칸티올(hexadecanethiol) 및 데칸티올(decanethiol) 중 어느 하나, 황(sulfur), 및 올레일아민(oleylamine)을 혼합한 혼합 용액을 가열하여 수행하고,
상기 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점을 형성하는 단계는
상기 Ag-Ga-S 코어 양자점이 형성되어 있는 상기 혼합 용액 안에 ZnCl2를 첨가하여 수행하며,
상기 ZnS 다중쉘을 형성하는 단계는 아세트산 아연, 옥타데센과 올레산을 포함하는 ZnS 스톡 용액을 적용하는 단계와, 스테아르산 아연, 옥타데센과 올레산을 포함하는 다른 ZnS 스톡 용액을 적용하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 청색 발광 양자점 제조 방법.
The method of claim 3, wherein the forming of the Ag-Ga-S core quantum dots comprises silver iodide (AgI), silver nitrate (Ag nitrate), silver acetate (Ag acetate), silver bromide (AgBr), and silver chloride (AgCl). Any one of gallium acetylacetonate (Ga (acac) 3 ), gallium iodide (GaI 3 ), gallium acetate (Ga acetate), gallium chloride (GaCl 3 ) and gallium bromide (GaBr 3 ), 1-dode Heated a mixed solution of any one of dodecanethiol, 1-octanethiol, hexadecanethiol, and decanthiol, sulfur, and oleylamine Doing,
Forming the Zn-Ag-Ga-S core quantum dots
ZnCl 2 is added to the mixed solution in which the Ag-Ga-S core quantum dot is formed,
Forming the ZnS multishell comprises applying a ZnS stock solution comprising zinc acetate, octadecene and oleic acid, and applying another ZnS stock solution comprising zinc stearate, octadecene and oleic acid. A blue light emitting quantum dot manufacturing method, characterized in that.
제6항에 있어서, 상기 Zn-Ag-Ga-S 코어 양자점을 형성하는 단계는 ZnCl2, 요오드화 은(AgI), 질산 은(Ag nitrate), 아세트산 은(Ag acetate), 브롬화 은(AgBr) 및 염화 은(AgCl) 중 어느 하나, 갈륨 아세틸아세토네이트(Ga(acac)3), 요오드화 갈륨(GaI3), 아세트산 갈륨(Ga acetate), 염화 갈륨(GaCl3) 및 브롬화 갈륨(GaBr3) 중 어느 하나, 1-도데칸티올(dodecanethiol), 1-옥탄티올(octanethiol), 헥사데칸티올(hexadecanethiol) 및 데칸티올(decanethiol) 중 어느 하나, 황(sulfur), 및 올레일아민(oleylamine)을 혼합한 혼합 용액을 가열하여 수행하고,
상기 ZnS 다중쉘을 형성하는 단계는 아세트산 아연, 옥타데센과 올레산을 포함하는 ZnS 스톡 용액을 적용하는 단계와, 스테아르산 아연, 옥타데센과 올레산을 포함하는 다른 ZnS 스톡 용액을 적용하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 청색 발광 양자점 제조 방법.
The method of claim 6, wherein the forming of the Zn-Ag-Ga-S core quantum dots comprises ZnCl 2 , silver iodide (AgI), silver nitrate (Ag nitrate), silver acetate, silver bromide (AgBr), and Any one of silver chloride (AgCl), gallium acetylacetonate (Ga (acac) 3 ), gallium iodide (GaI 3 ), gallium acetate (Ga acetate), gallium chloride (GaCl 3 ) and gallium bromide (GaBr 3 ) One, 1-dodecanethiol, 1-octanethiol, hexadecanethiol and decanethiol, any one of the sulfur (sulfur), and oleylamine (oleylamine) Performed by heating the mixed solution,
Forming the ZnS multishell comprises applying a ZnS stock solution comprising zinc acetate, octadecene and oleic acid, and applying another ZnS stock solution comprising zinc stearate, octadecene and oleic acid. A blue light emitting quantum dot manufacturing method, characterized in that.
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