KR102075626B1 - 고색순도 디스플레이 적용을 위한 발광파장 및 좁은 반가폭을 가지는 적색 발광 양자점 및 이의 제조방법 - Google Patents

고색순도 디스플레이 적용을 위한 발광파장 및 좁은 반가폭을 가지는 적색 발광 양자점 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시 예는 고색순도 디스플레이 적용을 위한 InP계 나노입자의 제조방법에 관한 것으로, InX계 양자점 시드를 포함한 혼합물을 준비하는 단계, 상기 혼합물에 Zn(In)X계 클러스터를 연속 주입하여 InX계 코어를 형성하는 단계, 상기 혼합물에 셀레늄 화합물 및 상기 아연 전구체를 넣어 상기 In계 코어상에 코팅된 제1 쉘을 형성하는 단계 및 상기 혼합물에 황 화합물 및 상기 아연 전구체를 넣어 상기 제1 쉘 상에 코팅된 제2 쉘을 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 제1 쉘은 ZnSe으로 형성되고, 상기 제2 쉘은 ZnS로 형성된 것을 특징으로 하고, 상기 X는 인(P), 비소(As) 또는 안티몬(Sb)을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조방법을 제공하여 균일한 코어 양자점 합성기술을 제공하고, 종래 양자점의 색순도 향상 및 안정성 문제를 해결한 차세대 자발광 발광소자의 발광층을 제공하는 것이다.

Description

고색순도 디스플레이 적용을 위한 발광파장 및 좁은 반가폭을 가지는 적색 발광 양자점 및 이의 제조방법 {Red light emitting quantumdot having a light emitting wavelength and a narrow half-value width for high color puritydisplay application and a method for manufacturing the same}
본 발명은 고색순도 디스플레이 적용을 위한 발광파장 및 좁은 반가폭을 가지는 적색 발광 양자점 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시드 합성 성장 및 클러스터 연속 주입법을 사용하여 고색순도 디스플레이 적용을 위한 발광파장 및 좁은 반가폭을 갖는 양자점 제조방법에 관한 것이다.
양자점(Quantum Dot, QD)이란 3차원적으로 제한된 크기를 가지는 반도체성 나노크기 입자로서, 벌크(bulk) 상태에서 반도체성 물질이 가지고 있지 않는 우수한 광학적, 전기적 특성을 나타낸다. 예를 들어, 양자점은 같은 물질로 만들어지더라도 입자의 크기에 따라서 방출하는 빛의 색상이 달라질 수 있다. 이와 같은 특성에 의하여, 양자점은 차세대 고휘도 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED), 바이오 센서(bio sensor), 레이저, 태양전지 나노 소재 등으로 주목을 받고 있다.
현재 양자점을 형성하는데 보편적으로 이용되는 제조방법은 비가수분해 합성법(nonhydrolytic synthesis)이다. 이에 의하면, 상온의 유기금속 화합물을 선구 물질 또는 전구체로 사용하여 고온의 용매에 빠르게 주입(rapidinjection)함으로써, 열분해 반응을 이용하여 핵을 생성(nuclraization)한 다음 온도를 가하여 이 핵을 성장시킴으로써 양자점을 제조해왔다. 그리고 이 방법에 의하여 주로 합성되는 양자점은 카드뮴셀레늄(CdSe)이나 카드뮴텔루륨(CdTe) 등과 같이 카드뮴(Cd)을 함유하고 있다. 하지만, 환경 문제에 대한 인식이 높아져 녹색 산업을 추구하는 현재의 추세를 고려할 경우에, 수질과 토양을 오염시키는 대표적인 환경오염 물질 중의 하나인 카드뮴(Cd)은 그 사용을 최소화할 필요가 있다.
따라서, 기존의 CdSe 양자점이나 CdTe 양자점을 대체하기 위한 대안으로서 카드뮴을 포함하지 않는 반도체 물질로서 양자점을 제조하는 것이 고려되고 있는데, 인듐포스파이드(InP) 양자점은 그 중의 하나이다. InP 양자점은 CdSe양자점 재료와 유사한 발광영역인 가시광 영역에서의 발광이 가능하므로 대체가능하고, 고휘도 발광 다이오드 소자 등을 제조하는데 이용될 수 있다.
하지만, 일반적으로 합성이 어렵기 때문에 InP 양자점도 대량 생산에 어려움이 있을 뿐만 아니라 입자 크기의 균일도 확보나 QY(Quantum Yield)가 기존의 CdSe에 비하여 좋지 않은 단점이 있다.
InP 양자점이 갖는 전술한 단점을 해결하기 위하여 InP 코어(core)의 표면에 징크설파이드(ZnS) 등과 같은 밴드갭이 코어에 비해 넓은 II-VI족 화합물로 형성되는 껍질(shell)을 코팅하는 방법이 있다. 밴드갭이 코어에 비해 넓은 II-VI족 화합물 껍질을 InP 코어에 코팅하면, III-V족 화합물인 InP 양자점의 발광 안정성을 유지하거나 크기를 제어하기 어려운 문제를 어느 정도 해결할 수가 있다. 다만, 껍질을 코팅하는데 있어서도, 생산성(반응 시간), 제조 비용이나 환경(시료의 양이나 냄새 등), 코팅의 균일성 확보 등의 문제가 충분히 고려될 필요가 있다. 만일, 껍질의 형성이 잘 이루어지지 않은 경우에는 양자점의 발광 효율이 감소할 뿐만 아니라 표면 분자의 변화에 매우 민감한 발광 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 기존에 보고된 red-emission InP계 나노입자는 양자효율이 50%이하이고, 색 순도를 결정하는 반가폭이 50nm 이상으로 색순도 향상 및 안정성에 문제가 있는 것으로 보고 되어 있어 반가폭 및 양자효율의 문제점을 해결한 양자점이 필요하다.
한국 등록특허 10-1665450
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 친환경 양자점 코어 쉘 구조의 나노입자가 반가폭의 한계인 40nm 이하의 반가폭 및 70%이상의 양자효율을 이루지 못하는 문제점을 본 발명의 red-emission 양자점 및 쉘 코팅 방법에 의해 해결하고 본 발명의 양자점을 제조하여 디스플레이 적용 가능한 양자점을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예는 양자점 제조방법을 제공한다. 본 발명의 양자점 제조방법은 InX계 양자점 시드를 포함한 혼합물을 준비하는 단계, 상기 혼합물에 Zn(In)X계 클러스터를 연속 주입하여 InX계 코어를 형성하는 단계, 상기 혼합물에 셀레늄 화합물 및 상기 아연 전구체를 넣어 상기 InX계 코어상에 코팅된 제1 쉘을 형성하는 단계 및 상기 혼합물에 황 화합물 및 상기 아연 전구체를 넣어 상기 제1 쉘 상에 코팅된 제2 쉘을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 쉘은 ZnSe으로 형성되고, 상기 제2 쉘은 ZnS로 형성된 것을 특징으로 하고, 상기 X는 인(P), 비소(As) 또는 안티몬(Sb)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 InX계 양자점 시드는 인듐 전구체, 산 및 트리메틸실릴 전구체를 혼합하여 InX나노입자를 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 Zn(In)X계 클러스터는 인듐 전구체, 산, 아연 전구체 및 트리메틸실릴 전구체를 혼합하여 In 및 Zn결정이 결합된 초결정 상태의 집합체를 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 인듐 전구체는 아세트산인듐(Indium acetate), 인듐 아세토네이트(Indium acetylacetonate), InSb 또는 InAs을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 산은 카르복실산 리간드인 것을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 카르복실산 리간드는 팔미트산(palmitic acid), 스테아르산(Stearic acid), 미리스트산(Myristic acid) 또는 올레산(oleic acid)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 트리메틸실릴 전구체는 트리스포스핀(Tris(trimethylsilyl)phosphine ((TMS)3P), Tris(trimethylsilyl)antimony 또는 Tris(trimethylsilyl)arsenide를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 InX계 양자점 시드는 InP, InAs, InSb, InxGa1-xP, InxGa1-xAs, InxGa1-xSb, InxAl1-xP, InxAl1-xAs, InxAl1-xSb, InxZnyP, InxZnyAs, InxZnySb, InxMgyP, InxMgyAs, InxMgySb를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 x또는y는 1내지30인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 Zn(In)X계 클러스터는 0.05mmol/h내지 0.3mmol/h 속도로 200℃ 이상 에서 연속 주입하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 코어의 크기는 1.9nm내지 4.5nm인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 코어의 크기는 3.5nm내지 4.5nm인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 셀레늄 화합물은 TOP(Trioctylphosphine)Se를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 아연 전구체는 아세트산아연(zinc acetate), 아연 아세토네이트(Zinc acetylacetonate), 스테아르산아연(zinc stearate) 및 올래산아연(zinc oleate)중 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 황 화합물은 1- dodecanethiol (1-DDT)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1 쉘 및 상기 제2 쉘은 SILAR (Successive Ion Layer Adsorption and Reaction) 법을 수행하여 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 SILAR (Successive Ion Layer Adsorption and Reaction)법은 200℃ 내지 400℃ 온도에서 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 양자점의 크기는 1.9nm 내지 6nm인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 양자점의 크기는 3.7nm 내지 6nm인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 양자점의 발광파장은 380nm 내지 750nm의 파장에서 발광하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 양자점의 발광파장은 600nm 내지 750nm의 파장에서 발광하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 380nm 내지 800 nm의 파장에서 가변 및 높은 색 순도의 발광이 가능한 In X 계 코어/ ZnSe쉘 / ZnS쉘 양자점의 합성을 제공한다.
또한, InX계 코어는 가시광선에서 근적외선 영역까지 광범위한 발광 영역에서 발광효율, 색 순도 및 색 재현성이 우수한 효과를 얻을 수 있다.
또한, InX계 코어 상에 ZnSe / ZnS쉘을 이루어 외부 환경에 따른 코어의 표면 및 내부의 결함에서 보호하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, InX계 코어 상에 ZnSe / ZnS멀티쉘을 이루어 단일 쉘 보다 높은 양자효율 및 전자의 수송특성을 향상하여 전자 이동도를 우수하게 하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 시드 성장법 및 클러스터 연속 주입법을 이용하여 양자점을 균일하게 성장시키고 흡수 스팩트럼에서 좁은 크기의 분포를 나타낼 수 있다.
또한, 코어 형성중에 아연(Zn)이 혼입되어 종래의 제조방법에서 발생한 흡수특성을 저하시키고 넓은 방출 선폭을 초래하는 문제점을 해결하고 코어와 쉘 사이의 계면을 부드럽게 할 수 있어 ZnSe쉘의 균일한 코팅을 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법으로 In X 계 코어/ ZnSe쉘 / ZnS쉘 코어-쉘 양자점을 형성함으로써, 약 40nm이하의 반가폭 및70%이상의 높은 양자수득률(QY)을 얻는 적색 발광 양자점을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 시드 성장법 및 연속 주입법 제조방법으로 균일한 코어 양자점 합성기술 및 쉘 계면의 결함 없이 쉘을 증착하는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명 양자점 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명 실시 예에 따른 클러스터 연속 주입을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명 실시 예에 따른 양자점 제조방법을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명 실시 예에 따른 실험 데이터를 나타낸 그래프 및 TEM 사진이다.
도 5는 본 발명 실시 예에 따라 제조된 양자점의 가시광선 파장대에서 발광 및 흡수를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명 실시 예에 따라 제조된 양자점을 사용하여 제작한 디스플레이 장치의 모식도 및 그래프이다.
도 7은 본 발명 실시 예에 따라 제조된 양자점 성장을 3단계로나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명 실시 예에 따른 시드 성장 합성법을 종래 가열승온법 및 SILAR법과 비교한 그래프이다.
도 9는 본 발명 실시 예의 클러스터 주입 속도에 따른 양자점 성장을 실험한 그래프이다.
도 10은 본 발명 실시 예의 클러스터 주입 속도에 따른 양자점 흡수피크 위치 변화 실험 그래프이다.
도 12는 본 발명 실시 예의 반응 온도에 따른 양자점 성장을 실험한 그래프이다.
도 11은 본 발명 실시 예에 따라 제조된 양자점의 TEM 사진이다.
도 13은 본 발명 실시 예에 따라 제조된 양자점의 XRD그래프 및 HAADF-STEM 사진이다.
도 14는 본 발명 실시 예에 따라 제조된 양자점의 HAADF-STEM 사진 및 에너지 분산 X선 화학지도 이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 양자점 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면 InX계 양자점 시드를 포함한 혼합물을 준비하는 단계(S100), 상기 혼합물에 Zn(In)X계 클러스터를 연속 주입하여 InX계 코어를 형성하는 단계(S200), 상기 혼합물에 셀레늄 화합물 및 상기 아연 전구체를 넣어 상기 InX계 코어상에 코팅된 제1 쉘을 형성하는 단계(S300) 및 상기 혼합물에 황 화합물 및 상기 아연 전구체를 넣어 상기 제1 쉘 상에 코팅된 제2 쉘을 형성하는 단계(S400)를 포함하고, 상기 제1 쉘은 ZnSe으로 형성되고, 상기 제2 쉘은 ZnS로 형성된 것을 특징으로 하고, 상기 X는 인(P), 비소(As) 또는 안티몬(Sb)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
먼저, InX계 양자점 시드를 포함한 혼합물을 준비한다(S100).
상기 InX계 양자점 시드는 인듐 전구체, 산 및 트리메틸실릴 전구체를 혼합하여 InX나노입자를 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 InX계 양자점 시드(QD Seeds)는 In 및 X의 나노입자로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
예를 들어, 상기 X는 인(P), 비소(As) 또는 안티몬(Sb)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
예를 들어, 상기 InX계 양자점 시드는 InP, InAs, InSb, InxGa1-xP, InxGa1-xAs, InxGa1-xSb, InxAl1-xP, InxAl1-xAs, InxAl1-xSb, InxZnyP, InxZnyAs, InxZnySb, InxMgyP, InxMgyAs, InxMgySb를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 x또는y는 1내지30인 것을 특징으로 할 수 있다.
예를 들어, 인듐 전구체로 아세트산인듐(Indium acetate), 산으로 팔미트산(palmitic acid), 트리메틸실릴 전구체로 트리스포스핀(Tris(trimethylsilyl)phosphine ((TMS)3P) 를 혼합하여 InP나노입자가 형성되어 형성된 InP양자점 시드를 준비할 수 있다.
그 다음으로, 상기 혼합물에 Zn(In)X계 클러스터를 연속 주입하여 InX계 코어를 형성한다(S200).
상기 Zn(In)X계 클러스터는 인듐 전구체, 산, 아연 전구체 및 트리메틸실릴 전구체를 혼합하여In 및 Zn결정이 결합된 초결정 상태의 집합체를 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
예를 들어, 상기 X는 인(P), 비소(As) 또는 안티몬(Sb)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 Zn(In)X계 클러스터는 초결정(super crystal) 의 상태로 결정들이 서로 연결되어 이루어진 결정군 또는 거대한 결정들의 집합체를 의미할 수 있다.
또한, InX계 코어는 InX계 양자점 시드(QD Seeds)에 일정 농도와 속도의 Zn(In)X계 클러스터를 연속 주입함으로 InX계 양자점 시드(QD Seeds) 상에 Zn(아연)이 성장되어 InX계 코어로 표현할 수 있다.
예를 들어, 상기 인듐 전구체는 아세트산인듐(Indium acetate), 인듐 아세토네이트(Indium acetylacetonate), InSb 또는 InAs을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 산은 카르복실산 리간드인 것을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
예를 들어, 상기 카르복실산 리간드는 팔미트산(palmitic acid), 스테아르산(Stearic acid), 미리스트산(Myristic acid) 또는 올레산(oleic acid)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
예를 들어, 상기 아연 전구체는 아세트산아연(zinc acetate), 아연 아세토네이트(Zinc acetylacetonate), 스테아르산아연(zinc stearate) 및 올래산아연(zinc oleate)중 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 트리메틸실릴 전구체는 트리스포스핀(Tris(trimethylsilyl)phosphine ((TMS)3P), Tris(trimethylsilyl)antimony 또는 Tris(trimethylsilyl)arsenide를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
예를 들어, InP양자점 시드에 인듐 전구체로 아세트산인듐(Indium acetate), 산으로 올레산(oleic acid), 아연 전구체로 아세트산아연(zinc acetate), 트리메틸실릴 전구체로 트리스포스핀(Tris(trimethylsilyl)phosphine ((TMS)3P)를 혼합하여 In 및 Zn결정이 결합된 초결정 상태의 집합체인 Zn(In)P 클러스터를 연속 주입 하면 InP코어를 준비할 수 있다.
예를 들어, 상기 Zn(In)X계 클러스터는 0.05mmol/h내지 0.3mmol/h 속도로 200℃ 이상에서 연속 주입하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 Zn(In)X계 클러스터를 주입하는 속도는 클러스터 농도에 영향을 줄 수 있고 0.05mmol/h내지 0.3mmol/h 일 경우 양자점의 크기가 우수한 색 순도 및 적색 발광 다이오드 효과를 갖는 알맞은 크기로 성장하여 상기 속도 범위가 바람직 할 수 있다.
예를 들어, 0.1 mmol/h속도로 클러스터가 연속 주입되는 경우 시드로 부터 성장한 양자점의 흡수피크는 넓은 범위를 가질 수 있다.
또한, InX계 양자점 시드의 성장은 시드 표면에 올레 에이트 리간드의 단단한 결합 및 높은 커버리지를 기반으로 하는데 상기 Zn(In)X계 클러스터를 주입하는 온도가 200℃ 미만일 경우 저온에서 연속적 성장하기 위해서는 단량체가 표면쪽으로 확산되어 성장하는 결정의 표면 반응의 활동성이 떨어지고 시드를 성장시키는 표면에 모노머의 접근 가능성이 차단될 수 있다.
또한, 상기 InX계 양자점 시드에 상기 Zn(In)X계 클러스터를 연속 주입하여 클러스터 내부에 InX계 양자점 시드가 성장하여 시드 보다 크기가 큰 코어를 형성할 수 있다.
또한, 상기 양자점 시드에 클러스터를 연속 주입하여 코어를 형성하는 방법은 종래의 빠른 전구체 소비에 따른 균일한 코어 양자점 합성기술의 어려움을 해결함으로써 클러스터를 초기에 합성하여 반응기에 주입함으로써 안정한 전구체 공급 및 반응 메커니즘 제어를 통하여 매우 균일한 코어 입자 합성기술을 제공할 수 있다.
상기 코어의 크기는 1.9nm내지 4.5nm인 것을 특징으로 할 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 코어의 크기는 3.5nm내지 4.5nm인 것을 특징으로 할 수 있다.
예를 들어, 종래 코어의 평균 크기는 1.9nm로 합성될 수 있고, 크기가 더 이상 커지지 못하는 한계가 있었지만, 본 발명은 코어의 크기를 성장시키기 위해 양자점 시드에 클러스터를 연속 주입하는 방법을 사용하여 4.5nm의 크기로 코어를 성장시켜 490nm 내지 650nm파장 범위에 흡수 스팩트럼 을 갖는 코어를 형성 할 수 있다.
또한, 상기 코어의 크기가 1.9nm내지 4.5nm로 형성되어 본 발명의 양자점은 종래의 반가폭 한계 문제를 해결하여 40nm이하의 반가폭 및 70%이상의 양자효율을 갖는 적색 방사 나노입자를 제공할 수 있다.
그 다음에, 상기 혼합물에 셀레늄 화합물 및 상기 아연 전구체를 넣어 상기 InX계 코어상에 코팅된 제1 쉘을 형성한다(S300).
예를 들어, 상기 셀레늄 화합물은 TOP(Trioctylphosphine)Se을 포함하는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 상기 아연 전구체는 아세트산아연(zinc acetate), 스테아르산아연(zinc stearate) 및 올래산아연(zinc oleate)중 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서 상기 InX계 코어를 감싸는 제1 쉘은 TOP-Se(Trioctylphosphine-Se) 및 Zinc stearate를 넣어 반응시킨 후 TOP-Se(Trioctylphosphine-Se)를 한번 더 넣어주어 제1 쉘인 ZnSe쉘을 형성하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, TOP-Se를 합성한 후 InX계 코어에 직접 주입하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1 쉘은 코어로만 이루어진 양자점의 외부환경에 의해 산화되기 쉬운 문제점 및 양자점 코어의 표면상에 결함이나 댕글링 결함(dangling bonds)에 의해 발생하는 전자-홀 재조합 등으로 인해 양자 효율이 낮아지는 문제점을 해결하고, 코어를 보호하고 효율을 지키기 위해 무기물로 이루어진 쉘을 형성한다.
그 다음에, 상기 혼합물에 황 화합물 및 상기 아연 전구체를 넣어 상기 제1 쉘 상에 코팅된 제2 쉘을 형성한다(S400).
예를 들어, 상기 황 화합물은 1- dodecanethiol (1-DDT)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 상기 아연 전구체는 아세트산아연(zinc acetate), 스테아르산아연(zinc stearate) 및 올래산아연(zinc oleate)중 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 제2 쉘은 1-DDT(1-dodecanethiol)을 및 Zn-oleate를 반응시켜 제2 쉘인 ZnS쉘을 형성하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 쉘 및 상기 제2 쉘은 SILAR (Successive Ion Layer Adsorption and Reaction) 법을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, SILAR (Successive Ion Layer Adsorption and Reaction)법은 200℃ 내지 400℃ 온도에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 SILAR (Successive Ion Layer Adsorption and Reaction)법은 코어에 연속적으로 주입하고 고온에서 반응시켜 연속 이온 층 흡착 및 반응기술로, SILAR법을 통한 양자점의 성장은 균일한 크기 분포를 유지할 수 있다.
예를 들어, SILAR 사이클을 7번 반복함으로써, 우리는 1.8nm 내지 3.6nm로 크기 증가에 해당하는 양자점 흡수 피크는 480nm애서 615nm까지 조정할 수 있다.
따라서, 상기 제1쉘 및 제2쉘은 연속 주입법을 통하여 연속적으로 쉘 합성 및 전구체를 정량적으로 공급함으로 계면에 결함이 없는 우수한 특성을 갖는 나노쉘을 증착 공정을 제공할 수 있다.
또한, 상기 쉘은 양자점의 코어를 외부로부터 오는 산소와 수분에 쉽게 산화되는 것을 보호하고 발광특성을 개선하는 것을 특징으로 한다.
쉘이 발광 특성을 개선하는 방법은 더 밝은 밴드갭을 가져 밝게 발광하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 쉘의 두께가 증가할수록 화학적 안정성이 높아지지만 양자점의 양자 효율을 극대화하려면 두께의 최적화가 필요하다.
예를 들어, In(Zn)P 코어 상에 ZnSe / ZnS멀티쉘을 이루어 단일 쉘 보다 높은 양자효율 및 전자의 수송특성을 향상시켜 전자 이동도를 우수하게 하는 효과를 얻을 수 있다.
따라서, In(Zn)P/ZnSe/ZnS양자점은 종래에 III-V족의 InP 코어에 II-VI족 원소인 제1 쉘을 형성할 때 격자불일치에 의해 쉘을 두껍게 형성하지 못한 문제점을 코어 합성 중 넣은 아연(Zn)이 표면에 혼입되어 코어와 쉘 사이 계면의 격자 파라미터를 부드럽게하여 균일한 코팅을 가능하게 한다.
또한, 제2 쉘을 한층 더 형성한 본 발명의 멀티쉘은 코어를 보호하는 쉘의 두께를 두껍게 형성하여 코어보호 효과, 광 안정성 및 신뢰성이 떨어지는 문제점을 해결할 수 있다.
상기 양자점의 크기는 1.6nm 내지 6nm 특징으로 할 수 있다.
또한, 더욱 바람직하게는 상기 양자점의 크기는 3.7nm 내지 6nm인 것을 특징으로 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 코어는 시드에 클러스터를 연속 주입하는 본 발명의 방법으로 평균크기인 1.9nm크기가 3.5nm 내지 4.5nm로 성장될 수 있고, 코어상에 쉘이 형성되므로 본 발명의 양자점 크기는 3.7nm 내지 6nm로 성장될 수 있다.
양자점 입자의 크기가 작으면 짧은 파장의 빛을 발생하여 청색을 띄고, 입자의 크기가 클수록 긴 파장의 빛을 발생하면서 적색에 가까운 색을 구현할 수 있다.
상기 양자점의 발광파장은 380nm 내지 750nm의 파장에서 발광하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 발광파장은 가시광선 파장대역일 수 있고, 상기 발광 파장 에서 발광할 수 있다.
또한, 더욱 바람직하게는 상기 양자점의 발광파장은 600nm 내지 750nm의 파장에서 발광하는 것을 특징으로 할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 양자점의 발광파장이 450nm 내지 750nm일 수 있다.
본 발명의 양자점은 특히 종래의 반가폭 한계인 40nm이하의 반가폭 및 70%이상의 양자효율을 가지는 적색발광 양자점을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 시드에 클러스터를 연속 주입하여 성장시킨 양자점은 3.7nm 내지 6nm의 크기를 갖고, 600nm 내지 750nm의 파장에서 적색발광하는 양자점을 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제조방법으로 양자점의 크기를 성장시켜 양자점의 크기가 클수록 에너지 준위의 사이가 좁아 상대적으로 낮은 에너지인 파장이긴 적색을 발광하는 양자점을 제공할 수 있다.
또한, 상기 양자점 수득률이 70%이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 양자점 제조방법은 양자점의 수득률을 70%이상으로 얻을 수 있다.
상기 전단계는 단일용기 내에서 합성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전 단계가 단일용기 내에서 이루어지므로 간단한 공정으로 양자점을 제조할 수 있는 효과를 가져온다.
또한, 상기 상술된 양자점 제조방법으로 제조된 본 발명의 양자점 구조는 크기에 따라 다른 색을 발광하며 InX계로 형성된 코어, 상기 코어보다 큰 밴드갭을 가져 밝게 발광하며 상기 코어 상에 코팅된 제1 쉘 및 상기 코어를 외부로부터 산화되는 것을 보호하며 상기 제1 쉘 상에 코팅된 제2 쉘을 포함하고, 상기 제1 쉘은 ZnSe로 형성되고, 상기 제2 쉘은 ZnS로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
예를 들어, 상기 In(Zn)P계로 형성된 코어 에서 상기In(Zn)P코어구조는 코어 내에 In(인듐), Zn(아연) 및 P(인) 을 포함하고 코어 표면에 Zn(아연)층이 형성되는 구조인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 양자점의 크기는 1.6nm 내지 6nm 특징으로 할 수 있다.
예를 들어, 상기 양자점의 발광파장은 380nm 내지 750nm의 파장에서 발광하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 발광파장은 가시광선 파장대역일 수 있고, 상기 발광 파장 에서 발광할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 양자점의 발광파장이 488nm 내지 641nm일 수 있다.
상기 양자점의 양자 수득률이 70%이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 양자점 제조방법은 양자점의 양자수득률을 70%이상으로 얻을 수 있다.
또한, InX계 코어는 종래의 카드뮴(Cd)을 포함한 코어의 사용에 의한 환경문제를 해결 할 수 있고, 가시광선에서 근적외선 영역까지 광범위한 발광영역을 갖고, 카드뮴(Cd)를 포함한 코어와 유사한 광학적 특성으로 발광효율이 우수하여 대체할 수 있다.
상기 제1 쉘 및 상기 제2 쉘을 포함하는 쉘은 적어도 2층이상 코팅되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 상기 상술한 양자점 제조방법으로 제조된 양자점을 제공할 수 있다.
이러한 양자점은 가시광선에서 근적외선 영역까지 광범위한 발광 영역에서 발광효율, 색 순도 및 색 재현성이 우수한 효과를 얻을 수 있고, 외부 환경에 따른 코어의 표면 및 내부의 결함에서 보호하는 효과를 얻을 수 있다.
제조 예 1
Zn(In)-P 클러스터
1) 삼각 플라스크에 인듐 아세테이트 1mmol, 아연 아세테이트 0.5mmol, 올레산 4mmol을 ODE10ml에 혼합하여 혼합물을 형성하고 Schlenk line에 환류 응축기로 고정시킨 후 진공에서 12시간동안 120℃ 가열하였다.
2) 플라스크를 질소로 충전시키고 실온으로 냉각시켰다.
3) 0.66mmol의 (TMS)3P 및 1ml 의 TOP를 함유하는 용액을 플라스크 내로 신속하게 주입하고 실온에서 60분동안 유지하였다.
제조 예 2
In(Zn)P/ZnSe/ZnS QDs
1) InP QD seed 5ml를 건조된 ODE10ml와 혼합하고 280℃로 가열한다.
2) 상기 제조 예1로 제조된 In(Zn)P 클러스터를 주사기 펌프를 사용하여 1ml/h속도로 주입하여 In(Zn)P QDs을 형성했다.
3) 상기 In(Zn)P QDs 코어를 150℃로 냉각하였다.
4) 1ml의 0.4M 스테아르산 아연을 주입하고 같은 온도에서 30분동안 유지하였다.
5) 0.4M TOP-Se 0.5ml를 플라스크에 넣어 300℃에서 15분간 유지하였다.
6) 스테아르산 아연1.5ml를 주입한 후 10분 유지하고 0.6ml의 TOP-Se를 주입하고 300℃에서 15분 동안 유지하였다.
7) 1.5ml 의 스테아르산 아연 주입후 10분 대기하고 0.6ml의 TOP-Se주입하여 15분 유지하여 ZnSe쉘을 코팅하였다.
8) 2ml의 스테아르산 아연을 첨가하고 0.8ml의 TOP-Se주입하여 한번 더 ZnSe쉘을 코팅한다.
9) 2.5ml 스테아르산 아연을 넣고 10분간 기다린후 1ml TOP-S를 첨가하고 300℃에서 15분간 유지하여 ZnS쉘을 성장시켰다.
9) 실온으로 냉각 시킨후 이소프로필알콜 50ml에 6000rpm에서 30분간 원심분리하여 침전시켜 InP/ZnSe/ZnS 양자점을 얻었다.
10) 양자점을 헥산으로 3회 세척한후 이소프로필알코올을 첨가하여 침전시킨 후 질소를 채운 바이알 헥산에 보관하였다.
도 2는 본 발명 실시 예에 따른 클러스터 연속 주입을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명 실시 예에 따른 양자점 제조방법을 나타낸 모식도이다.
도2 내지 도3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 양자점 제조방법을 알 수 있다.
도3(a)는 양자점 시드형성에 필요한 indium oleate (인듐 전구체)이다. 상기 인듐 전구체에 (TMS)3P(트리메틸실린 전구체)를 첨가하여 도3(b) InP”seed”를 형성하고 시드(seed)에 syring pump를 사용하여 In(Zn)P precursor(Zn(In)X계 클러스터)를 연속 주입하여 도3(c)의 larger InP QDs (큰 InX계 코어)를 형성했다.
상기 InP QDs코어에 ZnSe/ZnS shell을 형성하여 도3(d)의 Luminescent InP/ZnSe/ZnS QDs (본 발명의 양자점)을 형성하였다.
도 4는 본 발명 실시 예에 따른 실험 데이터를 나타낸 그래프 및 TEM 사진이다.
도 4 를 참조하면, 도4(a)는 InP 시드에 단량체를 외부 적으로 공급하여 합성된 서로 다른 크기의 InP QD의 UV-vis 흡수 스펙트럼이다. 이것을 통해 InP시드가 490nm에서 650nm로 이동하는 흡수 스펙트럼을 가진 더 큰 양자점으로 지속 성장하였으며, 이는 크기가 1.9nm에서 4.5nm로 성장한 것을 나타냈다.
도4(b)는 InP QD의 HWHM에의해 나타나는 흡수피크 위치 및 상대 크기분포이고 이를 통해 성장 외에도 150분간의 반응 후 초기 반값의 흡수 반값 폭이 감소함에 따라 크기 분포가 크게 개선되었음을 관찰 할 수 있다.
도4(c) 성장하는 동안 310nm파장에서의 InPQD크기 및 흡광도의 변화를 나타낸 것이다. 그래프와 같이 흡광도에 따라 선형적으로 증가하여 주입된 전구체가 기존 InP QD에 전적으로 추가되었으며 QD성장을 방해하고 흡수스펙트럼을 확장시키는 2차핵 생성을 배제하였다.
도4(d)는 InP시드 및 4.5nm InP QD의 XRD패턴이다. 시드 QD의 넓은 X-선회절(XRD)피크는 반응 후 크기가 커지며 크기의 변화 특성을 나타낸다.
도4(e) 내지 도4(f)는 InP의 TEM 이미지 및 크기 분포 히스토그램 그래프이다. 단분산 QD의 형성을 확인할 수 있고, 합성의 초기 단게에서 QDs은 도4(e) 에서 보듯이5%미만의 크기 분포를 갖는 시드의 구형을 유지하지만, 반응 종결시 형상 분포가 구형에서 4면체로 변화 하여 분포가 도4(f)에서 보듯이 9%로증가하였다.
도 5는 본 발명 실시 예에 따라 제조된 양자점의 가시광선 파장대에서 발광 및 흡수를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 도5(a)는 InP/ZnSe/ZnS양자점의 흡광도, 도5(b)는 는 InP/ZnSe/ZnS양자점의 발광 스펙트럼 및 UV를 조사한 후 찍은 사진을 나타낸다. 도5는 본 발명의 양자점이 모든 방출 파장에 대해 40nm미만의 방출 반값 전폭(FWHM: full width at half-maximum)값으로 가시 대부분을 조정할 수 있는 밝은 발광을 나타냈다.
도 6은 본 발명 실시 예에 따라 제조된 양자점을 사용하여 제작한 디스플레이 장치의 모식도 및 그래프이다.
도 6을 참조하면, 도6(a)는 InP / ZnSe / ZnS 기반 QLEDs 구조의 개략도, 도6(b)는 전류 밀도 및 휘도 대 QLED의 전압 그래프, 도6(c)는 용액 중의 QDs, EL 스펙트럼 및 0.1 mA에서 QLED의 사진의 PL 스펙트럼, 도6(d)은0.1 mA 이하의 QLEDs EL 스펙트럼의 CIE 좌표를 나타낸 그래프이다.
도 6에 따라 본 발명의 양자점을 활용하여 제조된 QLED는 녹색(533nm) 및 적색(625nm) 방출 QD는 모든 방출 파장에 대해 40nm미만의 방출 FWHM 및 62% 및 45%의 양자효율(QY)을 갖아 가시광선 전 영역에 걸쳐 높은 색순도 및 높은 발광성 효과를 제공하고, 고색순도 디스플레이 적용을 위한 발광파장 및 좁은 반가폭을 가지는 적색발광 QLED를 제공하는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명 실시 예에 따라 제조된 양자점 성장을 3단계로나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 본 발명은 파랑색선으로 표시되며1)monomers 단량체생성, 2)nucleation 핵 형성, 3)growth 핵 생성 된 입자 표면에 단량체 첨가함으로써 성장 하는 세 단계를 포함하는 단분산 입자 합성을 위한 lamer plot이다.
적색 선은 일반적인 InPQD합성의 다양한 단계에서 시간에 따른 전구체 농도이고 일반적인 합성방법은 Ostwald ripening(오스트발트 숙성)이 일어나 입자 표면 에너지가 구동력이 되어 분산계의 보다 작은 입자가 더욱 작게되거나 소멸하여 보다 큰 입자가 성장하는 형상이 발생하므로 양자점 성장의 한계를 나타냈다.
도 8은 본 발명 실시 예에 따른 시드 성장 합성법을 종래 가열승온법 및 SILAR법과 비교한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 종래에 사용한 가열승온법(heating-up method) 및 SILARmethod와 본 발명의 시드 매개 합성(seed mediated synthesis)법을 비교하였다. 본 발명의 시드 매개 합성 법은 종래의 가열승온법 및 SILAR법과 파장에 따른 흡수 스펙트럼의 차이를 보인다. 이는 본 발명의 방법으로 얻은 양자점이 크기분포가 종래 합성방법보다 훨씬 우수하다는 것을 보여준다.
도 9는 본 발명 실시 예의 클러스터 주입 속도에 따른 양자점 성장을 실험한 그래프이다.
도 10은 본 발명 실시 예의 클러스터 주입 속도에 따른 양자점 흡수피크 위치 변화 실험 그래프이다.
도 9 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 주입 속도 에 따른 흡광 스펙트럼 및 흡수피크 위치의 변화를 확인할 수 있다.
이를 통해 클러스터 주입속도는 빠른 속도로 주입할수록 양자점의 크기가 느리게 성장하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 0.1mmol/h의 속도로 주입할 경우 전구체 농도에 따른 흡수 피크는 더 높아져 가시광선 전 영역대의 흡수 피크가 나타나는 것을 알 수 있다.
도 11은 본 발명 실시 예에 따라 제조된 양자점의 TEM 사진이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따라280℃에서 0.3mmol/h의 클러스터 주입속도 조건으로 제조된 InP QDs의 TEM이미지를 확인 할 수 있다.
도 12는 본 발명 실시 예의 반응 온도에 따른 양자점 성장을 실험한 그래프이다.
도 12를 참조하면, 도12(a) 내지 도12(c)는 200℃, 240℃, 310℃의 에서 반응온도를 달리하여 본 발명의 실시 예에 따라 양자점을 제조한 양자점의 흡수 스펙트럼을 측정한 것이다.
상기 그래프를 통해 반응온도가 입자성장에 영향을 주는 것을 확인할 수 있고, 250℃미만의 온도로 양자점을 제조하면 InP시드의 성장이 관찰되지 않는 것을 확인할 수 있다.
도 12(d)는 각 다른 온도로 제조된 양자점의 전구체 농도에 따른 흡수 피크를 확인할 수 있다.
도 12(e)는 각 다른 온도로 제조된 양자점을 전구체 농도에 따른 310nm파장에서의 흡수 피크를 확인할 수 있다.
따라서 온도가 높을수록 InP시드가 크게 성장하고, 크게 성장한 양자점은 가시광선 전 영역대에서의 흡광도를 확인할 수 있다.
도 13은 본 발명 실시 예에 따라 제조된 양자점의 XRD그래프 및 HAADF-STEM 사진이다.
도 14는 본 발명 실시 예에 따라 제조된 양자점의 HAADF-STEM 사진 및 에너지 분산 X선 화학지도 이다.
도 13 내지 도14를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 양자점의 XRD 패턴 도 13(a), 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 InP/ZnSe/ZnS QDs의 HAADF-STEM 사진 도 13(b)을 확인 할 수 있고, 도 14(a) 내지 도 14(b)로 In, P, Zn의 오버레이 이미지 또한 확인할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 380nm 내지 800 nm의 파장에서 가변 및 높은 색 순도의 발광이 가능한 In X 계 코어/ ZnSe쉘 / ZnS쉘 양자점의 합성을 제공한다.
또한, InX계 코어는 가시광선에서 근적외선 영역까지 광범위한 발광 영역에서 발광효율, 색 순도 및 색 재현성이 우수한 효과를 얻을 수 있다.
또한, InX계 코어 상에 ZnSe / ZnS쉘을 이루어 외부 환경에 따른 코어의 표면 및 내부의 결함에서 보호하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, InX계 코어 상에 ZnSe / ZnS멀티쉘을 이루어 단일 쉘 보다 높은 양자효율 및 전자의 수송특성을 향상하여 전자 이동도를 우수하게 하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 시드 성장법 및 클러스터 연속 주입법을 이용하여 양자점을 균일하게 성장시키고 흡수 스팩트럼에서 좁은 크기의 분포를 나타낼 수 있다.
또한, 코어 형성중에 아연(Zn)이 혼입되어 종래의 제조방법에서 발생한 흡수특성을 저하시키고 넓은 방출 선폭을 초래하는 문제점을 해결하고 코어와 쉘 사이의 계면을 부드럽게 할 수 있어 ZnSe쉘의 균일한 코팅을 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법으로 In X 계 코어/ ZnSe쉘 / ZnS쉘 코어-쉘 양자점을 형성함으로써, 약 40nm이하의 반가폭 및70%이상의 높은 양자수득률(QY)을 얻는 적색 발광 양자점을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 시드 성장법 및 연속 주입법 제조방법으로 균일한 코어 양자점 합성기술 및 쉘 계면의 결함 없이 쉘을 증착하는 효과를 제공할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (21)

  1. InX계 양자점 시드를 포함한 혼합물을 준비하는 단계;
    상기 혼합물에 Zn(In)X계 클러스터를 연속 주입하여 InX계 코어를 형성하는 단계;
    상기 혼합물에 셀레늄 화합물 및 아연 전구체를 넣어 상기 InX계 코어상에 코팅된 제1 쉘을 형성하는 단계; 및
    상기 혼합물에 황 화합물 및 아연 전구체를 넣어 상기 제1 쉘 상에 코팅된 제2 쉘을 형성하는 단계; 를 포함하고,
    상기 InX계 코어는 코어 내에 In, Zn 및 P을 포함하고 코어 표면에 Zn층이 형성되고, 상기 제1 쉘은 ZnSe으로 형성되고, 상기 제2 쉘은 ZnS로 형성된 것을 특징으로 하고, 상기 X는 인(P), 비소(As) 또는 안티몬(Sb)을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 InX계 양자점 시드는 인듐 전구체, 산 및 트리메틸실릴 전구체를 혼합하여 InX나노입자를 형성하는 것을 특징으로 하는 양자점의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 Zn(In)X계 클러스터는 인듐 전구체, 산, 아연 전구체 및 트리메틸실릴 전구체를 혼합하여 In 및 Zn결정이 결합된 초결정 상태의 집합체를 형성하는 것을 특징으로 하는 양자점의 제조방법.
  4. 제2항 또는 3항에 있어서,
    상기 인듐 전구체는 아세트산인듐(Indium acetate), 인듐 아세토네이트(Indium acetylacetonate), InSb 또는 InAs을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조방법.
  5. 제2항 또는 3항에 있어서,
    상기 산은 카르복실산 리간드인 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 카르복실산 리간드는 팔미트산(palmitic acid), 스테아르산(Stearic acid), 미리스트산(Myristic acid) 또는 올레산(oleic acid)을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조방법.
  7. 제2항 또는 3항에 있어서,
    상기 트리메틸실릴 전구체는 트리스포스핀(Tris(trimethylsilyl)phosphine ((TMS)3P), Tris(trimethylsilyl)antimony 또는 Tris(trimethylsilyl)arsenide를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 InX계 양자점 시드는 InP, InAs 또는 InSb를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 Zn(In)X계 클러스터는 0.05mmol/h내지 0.3mmol/h 속도로 200℃ 이상 에서 연속 주입하는 것을 특징으로 하는 양자점의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 코어의 크기는 1.9nm내지 4.5nm인 것을 특징으로 하는 양자점의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 코어의 크기는 3.5nm내지 4.5nm인 것을 특징으로 하는 양자점의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 셀레늄 화합물은 TOP(Trioctylphosphine)Se를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 아연 전구체는 아세트산아연(zinc acetate), 아연 아세토네이트(Zinc acetylacetonate), 스테아르산아연(zinc stearate) 및 올래산아연(zinc oleate)중 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 황 화합물은 1- dodecanethiol (1-DDT)를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 쉘 및 상기 제2 쉘은 SILAR (Successive Ion Layer Adsorption and Reaction)법을 수행하여 형성되는 것을 특징으로 하는 양자점의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 SILAR (Successive Ion Layer Adsorption and Reaction)법은 200℃ 내지 400℃ 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 양자점의 제조방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 양자점의 크기는 1.9nm 내지 6nm인 것을 특징으로 하는 양자점의 제조방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 양자점의 크기는 3.7nm 내지 6nm인 것을 특징으로 하는 양자점의 제조방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 양자점의 발광파장은 380nm 내지 750nm의 파장에서 발광하는 것을 특징으로 하는 양자점의 제조방법.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 양자점의 발광파장은 600nm 내지 750nm의 파장에서 발광하는 것을 특징으로 하는 양자점의 제조방법.
  21. 청구항 1항의 양자점 제조방법으로 제조된 양자점.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3819354B1 (en) * 2019-11-08 2023-08-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Inznp/znse/zns quantum dots and composite and display device including the same
CN111117602B (zh) * 2019-12-30 2022-12-23 上海大学 具有梯度核壳结构的大尺寸磷化铟量子点的制备方法
KR20220022517A (ko) * 2020-08-18 2022-02-28 삼성디스플레이 주식회사 반도체 나노입자 및 이를 포함한 전자 장치
CN114958334A (zh) * 2021-02-22 2022-08-30 陈学仕 稳定性佳的量子点及其制作方法
KR20230144397A (ko) * 2022-04-07 2023-10-16 (주)디씨티 양자점의 제조방법
CN114836214B (zh) * 2022-06-07 2023-04-07 兰州大学 窄带蓝光量子点的制备及应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101768998B1 (ko) * 2016-10-17 2017-08-16 한국기계연구원 나노클러스터를 이용한 양자점의 제조방법

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102098788B1 (ko) * 2013-03-15 2020-04-08 나노코 테크놀로지스 리미티드 Iii-v/아연 칼코겐 화합물로 합금된 반도체 양자점
KR101486529B1 (ko) * 2013-04-05 2015-01-26 한국기계연구원 양자점과 그의 제조방법
KR101665450B1 (ko) 2015-05-29 2016-10-13 울산과학기술원 인듐갈륨계 금속 질화물의 양자점을 포함하는 발광소자 및 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 발광장치
KR102519945B1 (ko) * 2015-08-31 2023-04-10 엘지디스플레이 주식회사 양자점, 양자점 필름, 양자점을 포함하는 엘이디 패키지 및 표시장치
KR101774775B1 (ko) * 2015-12-30 2017-09-20 주식회사 상보 합금-다중 쉘 양자점, 그 제조 방법, 합금-다중 쉘 양자점 및 이를 포함하는 백라이트 유닛
KR101739751B1 (ko) * 2015-12-30 2017-05-26 주식회사 상보 합금-쉘 양자점 제조 방법, 합금-쉘 양자점 및 이를 포함하는 백라이트 유닛
CN106479482B (zh) * 2016-09-20 2018-11-06 纳晶科技股份有限公司 InP量子点及其制备方法
CN106987250A (zh) * 2017-01-16 2017-07-28 中国药科大学 近红外荧光发射的InP量子点的制备

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101768998B1 (ko) * 2016-10-17 2017-08-16 한국기계연구원 나노클러스터를 이용한 양자점의 제조방법

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