KR102220405B1 - 광학소자 및 이를 포함한 전자 장치 - Google Patents

광학소자 및 이를 포함한 전자 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102220405B1
KR102220405B1 KR1020140095091A KR20140095091A KR102220405B1 KR 102220405 B1 KR102220405 B1 KR 102220405B1 KR 1020140095091 A KR1020140095091 A KR 1020140095091A KR 20140095091 A KR20140095091 A KR 20140095091A KR 102220405 B1 KR102220405 B1 KR 102220405B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
emitting material
array
nanowires
layer
Prior art date
Application number
KR1020140095091A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160012843A (ko
Inventor
전신애
구젤터크 버락
볼칸 디미르 힐미
장은주
우란 칸
얼덤 탈하
군고르 키방크
Original Assignee
삼성전자주식회사
빌켄트 유니버시티
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사, 빌켄트 유니버시티 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020140095091A priority Critical patent/KR102220405B1/ko
Priority to US14/807,322 priority patent/US9997664B2/en
Priority to EP15178071.5A priority patent/EP2977798B1/en
Publication of KR20160012843A publication Critical patent/KR20160012843A/ko
Priority to US15/981,649 priority patent/US10381514B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102220405B1 publication Critical patent/KR102220405B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3025—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state
    • G02B5/3058—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state comprising electrically conductive elements, e.g. wire grids, conductive particles
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3025—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/0229—Optical fibres with cladding with or without a coating characterised by nanostructures, i.e. structures of size less than 100 nm, e.g. quantum dots
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035209—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H10K50/115—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers comprising active inorganic nanostructures, e.g. luminescent quantum dots
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/80—Constructional details
    • H10K50/868—Arrangements for polarized light emission
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2101/00—Properties of the organic materials covered by group H10K85/00
    • H10K2101/90—Multiple hosts in the emissive layer

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Optical Filters (AREA)

Abstract

금속 나노 와이어들의 어레이; 및 발광 재료를 포함하고, 상기 어레이에서, 상기 금속 나노 와이어들은 상기 발광 재료로부터 나온 광의 적어도 일부가 선편광될 수 있도록 세로 방향으로 정렬되어 있는 광학 소자 및 이를 포함한 전자 장치가 제공된다.

Description

광학소자 및 이를 포함한 전자 장치 {OPTICAL ELEMENTS AND ELECTRONIC DEVICES INCLUDING THE SAME}
광학소자 및 이를 포함한 전자 장치에 관한 것이다.
액정 디스플레이는, 정보를 표현하기 위해 외부 광원이 필요한　수광형 디스플레이이다. 액정 디스플레이의 패널 가장 뒷면에 위치하는 백라이트 유닛(BLU)으로부터 나온 백색광은 비편광된 광인데, 이러한 백색광은 편광자(polarizer)를 통해 편광된 빛(polarized light)으로 바뀌고, 이렇게 편광된 빛은 액정층, 컬러필터, 및 추가의 편광자를 통과하여 최종 사용자에게 화상 정보를 제공한다. 발광 다이오드 (LED) 또는 냉음극관 (CCFL)을 포함하는 백라이트 유닛이 제공하는 광은, 액정 디스플레이 내에 존재하는 다수개의 광학층들을 통과하면서, 그의 최초 광량의 대략 2 내지 8% 로 감소된 광량을 가지게 되므로, 광학 효율이 매우 낮다. 액정 디스플레이에 포함된 다수개의 광학층들 중에서 편광자는 가장 큰 광학적 손실을 일으키는 요소이며, 이 때문에, 편광자에서의 광 손실을 최소화하기 위해 다양한 연구가 진행되어 왔다. 예를 들어, 광 이용 효율을 높이기 위해 흡수형 편광자 대신 반사형 편광자, 예컨대, 와이어그리드 편광자가 제안된 바 있다. 반사형 편광자는 특정 진동 방향의 광을 투과시키고, 다른 방향의 광은 반사시켜 재활용할 수 있어 편광비(polarization ratio)가 높은 편이다. 그러나, 와이어 그리드 편광자는 집속 이온빔 리소그라피 (focused ion beam lithography), 이온빔 리소그라피(electron beam lithography), 나노 임프린트 리소그라피 (nanoimprint lithography) 등 매우 특수한(special) 나노리소그라피 기술을 사용하여 제작하여야 하며, 이러한 기술들은 고가의 장비와 고도의 정밀성을 필요로 하며, 제작 시간도 길기 때문에 생산성 면에서 불리하다. 특히, 원하는 형태를 가진 와이어 그리드를 제조하는 것도 쉽지 않다.
이에, LCD 등 디스플레이에서 광학적 효율을 높이기 위해 백라이트 유닛 등 광원으로부터의 광 손실을 줄일 수 있는 기술의 개발은 여전히 필요하다.
일 구현예는 광원으로부터 방출된 광의 광학적 효율을 향상시킬 수 있는 광학 소자(optical element)에 관한 것이다.
다른 구현예는, 상기 광학 소자를 포함한 전자 장치에 대한 것이다.
일 구현예에서, 광학 소자는 금속 나노 와이어들의 어레이; 및 발광 재료를 포함하며, 상기 어레이에서, 상기 금속 나노 와이어들은, 상기 발광 재료로부터 나온 광의 적어도 일부가 선편광(linearly polarlized)될 수 있도록 세로 방향으로 정렬(longitudinally aligned)되어 있다.
상기 광학 소자는 투명 기재를 더 포함할 수 있고, 상기 금속 나노 와이어들의 어레이는, 상기 기재 상에 배치될 수 있다.
상기 투명 기재는, 가요성 (flexible)일 수 있다.
상기 금속 나노 와이어들은, 자성 나노 와이어일 수 있다.
상기 자성 나노 와이어는, 자성을 가지는 하나 이상의 제1 세그먼트 및 표면 플라즈몬 커플링을 나타낼 수 있는 하나 이상의 제2 세그먼트를 포함할 수 있다. 제1 세그멘트 또는 제2 세그멘트는 동일한 금속을 포함하거나 혹은 상이한 금속을 포함할 수 있다.
상기 제1 세그먼트는, 니켈, 코발트, 철, 산화철, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 제2 세그먼트는, 금, 은, 구리, 백금, 니켈, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 금속 나노 와이어는, 직경 300 nm 이하 및 종횡비 10 이상일 수 있다.
상기 금속 나노 와이어들의 어레이는 하나의 층으로 될 수 있다. 대안적으로, 상기 금속 나노 와이어의 어레이는, 2개 이상의 층들을 형성할 수 있다.
상기 발광 재료는 양자점, 나노크기의 무기형광체, 유기 염료, 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 양자점은 2 nm 내지 30 nm의 평균 입경을 가지고, 300 nm 내지 700 nm 범위의 파장의 광을 흡수하여 400 nm 내지 750 nm 범위의 파장의 광을 방출할 수 있다.
상기 발광 재료는 300 nm 내지 650 nm 의 파장의 광을 흡수하여 450 nm 내지 660 nm 의 파장의 광을 방출할 수 있다.
상기 발광 재료는, 폴리머 또는 금속 산화물로 코팅된 입자일 수 있다.
상기 발광 재료는 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 화합물 또는 이들의 조합을 포함하는 양자점을 포함할 수 있다.
상기 발광 재료는, 코어쉘 구조를 가질 수 있다.
상기 광학 소자는, 제1 층 및, 상기 제1 층의 한쪽 면에 접하는 제2 층을 포함하고, 상기 제1 층은 제1 호스트 매트릭스 및 상기 제1 호스트 매트릭스 내에 분산된 상기 금속 나노 와이어들의 어레이를 포함하고 상기 제2 층은, 제2 호스트 매트릭스 및 상기 제2 호스트 매트릭스에 분산된 상기 발광 재료를 포함할 수 있다.
상기 광학 소자는, 하나의 호스트 매트릭스 내에 상기 금속 나노 와이어들의 어레이 및 상기 발광 재료를 포함하는 하나의 층을 포함할 수 있다.
상기 호스트 매트릭스는 투명 폴리머(transparent polymer)를 포함할 수 있다.
상기 발광 재료는, 상기 발광 재료로부터 나온 적어도 일부의 광이 상기 자성 나노 와이어의 표면 플라즈몬과 커플링할 수 있도록 상기 자성 나노 와이어들의 어레이에 인접하여 위치할 수 있다.
상기 발광 재료 105 중량부 당 상기 나노 와이어는 1 내지 10 중량부로 존재할 수 있다.
일 구현예에서 전자 장치는, 광원; 및 광학 소자를 포함하며, 상기 광학 소자는 나노 와이어들의 어레이; 및 발광 재료를 포함하며, 상기 어레이에서, 상기 나노 와이어들은, 상기 발광 재료로부터 나온 광의 적어도 일부가 선편광될 수 있도록 세로 방향으로 정렬되어 있다.
상기 전자 장치에서, 상기 광학 소자는, 상기 광원으로부터 나온 제1 파장의 광이 상기 발광입자를 여기시켜 제2 파장의 광을 방출하고, 상기 제2 파장의 광이 상기 나노 와이어들의 어레이를 통과하면서 선편광되도록 배치될 수 있다.
상기 나노 와이어들은, 자성을 가지는 하나 이상의 제1 세그먼트 및 표면 플라즈몬 공명을 나타낼 수 있는 하나 이상의 제2 세그먼트를 포함할 수 있다.
상기 제1 세그먼트는, 니켈, 코발트, 철, 산화철, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 상기 제2 세그먼트는, 금, 은, 구리, 백금, 니켈, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 금속 나노 와이어는, 직경 300 nm 이하 및 종횡비 10 이상일 수 있다.
상기 금속 나노 와이어의 어레이는 하나의 층일 수 있다. 대안적으로, 상기 금속 나노 와이어 어레이는 2개 이상의 층들을 형성할 수 있다.
상기 발광 재료는 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 화합물 또는 이들의 조합을 포함하고 코어쉘 구조를 가지는 양자점을 포함할 수 있다.
상기 광학 소자는, 제1 층 및, 상기 제1 층의 한쪽 면에 접하는 제2 층을 포함하고, 상기 제1 층은 제1 호스트 매트릭스 및 상기 제1 호스트 매트릭스 내에 분산된 나노 와이어의 어레이를 포함하고 상기 제2 층은, 제2 호스트 매트릭스 및 상기 발광 재료를 포함할 수 있다.
상기 광학 소자는, 하나의 호스트 매트릭스 내에 나노 와이어의 어레이 및 상기 발광 재료를 포함하는 하나의 층을 포함할 수 있다.
상기 전자 장치는, 발광 다이오드(LED), 유기발광 다이오드(OLED), 센서(Sensor), 또는 태양전지 전자 소자, 또는 액정 디스플레이(LCD)일 수 있다.
일구현예에 따른 광학 소자는, 나노 와이어 어레이와 발광 재료, 예컨대, 양자점을 포함하는 발광 편광 나노 구조를 가지므로 편광자 통과 전에 광원으로부터의 원하는 방향으로 편광된 광이 방출될 수 있다. 따라서, LCD 등 수광형 디스플레이에 있어서, 광학적 손실이 큰 편광자에 의한 편광 공정을 개선할 수 있으며, 동시에 발광 재료의 발광 효율도 향상시킬 수 있다. 또한, 일구현예에 따른 광학 소자를 사용할 경우, 편광자의 사용이 배제 또는 감소된 LCD 등 수광형 디스플레이를 얻을 수 있다.
도 1은, 일구현예에 따른 광학 소자의 구조를 모식적으로 나타낸 도이다.
도 2는, 일구현예에 따른 광학 소자에 포함되는 나노 와이어들의 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 실시예 1에서 제조된 나노 와이어의 현미경 사진이다.
도 4는, 실시예 2에서 제조된 정렬된 나노 와이어들의 어레이의 현미경 사진이다.
도 5는, 실시예 4에서 편광도 측정을 위한 장치를 모식적으로 나타낸 도이다.
도 6은, 실시예 3에서 제조된 광학 소자 (필름 1 포함)의 p 편광값 및 s 편광값과 s/p 비율을 발광 파장에 대하여 그래프화한 도이다.
도 7은, 실시예 3에서 제조된 광학 소자 (필름 2 포함)의 p 편광값 및 s 편광값과 s/p 비율을 발광 파장에 대하여 그래프화한 도이다.
도 8은, 일구현예에 따른 전자 장치 (LCD)의 구조를 나타낸 도이다.
도 9 및 도 10은 실시예 3의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도이다.
도 11 및 도 12는, 다른 구현예에 따른 광학 소자의 구조를 모식적으로 나타낸 도이다.
도 13은, 또 다른 구현예에 따른 광학 소자의 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 14 및 도 15는, 실시예 4의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 구현예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 구현예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
일 구현예에서 광학 소자는 금속 나노 와이어들의 어레이; 및 발광 재료를 포함한다. 상기 어레이에서, 상기 금속 나노 와이어들은, 세로 방향으로 정렬되어 있어, 상기 발광 재료로부터 나온 광의 적어도 일부가 선편광된다.
본 명세서에서 "세로 방향으로 정렬됨" 이라는 것은, 복수개의 금속 나노 와이어들의 장축(예를 들어, 단면에 수직한 축)들이 정렬 방향에 실질적으로 평행하게 배열되어 있는 것을 의미한다. 예를 들어, "세로 방향으로 정렬된 복수개의 금속 나노 와이어들"은 와이어 전체 길이에 걸쳐 상기 나노 와이어들이 서로 만나지 않을 수 있다. 본 명세서에서 "선편광된(linealy polarized)"이라 함은, 전자기파(광)의 전계 성분(electronic field component)이 구속되어 진행 방향에 수직인 단일면으로 진동하는 것을 의미한다. 본 명세서에서 나노 와이어의 종횡비라 함은, 나노 와이어의 길이를 그의 직경으로 나눈 값 (길이/직경)을 의미한다.
상기 발광 재료는 비편광된 광(unpolarized light)을 방출한다. 상기 발광 재료로부터 나온 비편광된 광이 상기 나노 와이어 어레이에 도달하면, 나노 와이어의 정렬 방향에 수직으로 진동하는 전계(electric field)를 가지는 광 은 상기 나노 와이어 어레이를 통과하고, 나머지 광들은 상기 나노 와이어 어레이를 통과하지 못한다. 통과하지 못한 광들의 적어도 일부는 반사될 수 있다. 즉, 상기 금속 나노 와이어 어레이는, 전방 산란자(forward scatterer)로서의 역할을 하여, 정렬된 어레이에 수직한 편광은 투과(transmit)되고, 정렬된 어레이에 평행하는 편광은 다시 산란되거나, 혹은 흡수될 수 있다. 반사 (또는 산란)된 광은, 발광 재료의 여기원으로서 재사용될 수 있다. 따라서, 발광 재료부터 방출되는 광은 비편광된 광이지만, 상기 광학 소자는, 특정 방향으로 (예컨대, 상기 금속 나노 와이어의 정렬방향에 수직으로) 편광된 광을 우세하게 방출한다. 예컨대, 상기 광학 소자는, 식 1에 의해 정의되는 편광도(degree of polarization, P)가 0.3 이상, 바람직하게는 0.6 이상일 수 있다
[식 1]
P = (s 편광 - p 편광)/ (s 편광 + p 편광)
상기 식에서, s 편광은 나노 와이어의 정렬 방향 (즉, 나노 와이어의 길이 방향)에 수직으로 진동하는 전계를 가진 투과광(transmited light)을 말하고, p 편광은 나노 와이어의 정렬 방향에 평행하게 진동하는 전계를 가진 투과광을 말한다.
상기 광학 소자는 프리 스탠딩(free-standing) 필름일 수 있다. 대안적으로 상기 광학 소자는 투명 기재를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 금속 나노 와이어들의 어레이는, 상기 투명 기재 상에 배치되어 있을 수 있다. 상기 투명 기재의 재질은 특별히 제한되지 않으며 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 상기 투명 기재는, 폴리이미드, 폴리아크릴계, 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌, 폴리스타이렌, poly(vinyl pyrolidone) (PVP) 등의 폴리머, 유리, 석영, 인듐주석 산화물(indium tin oxide), 주석 산화물(tin oxide), 아연 산화물(zinc oxide), 티타늄 산화물 (titanium oxide) 등의 무기 재료, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 기재는 가요성일 수 있다.
도 1은, 일구현예에 따른 광학 소자의 구조를 모식적으로 나타낸 도이다. 도 1을 참조하면, 광원으로부터 방출된 (파장 λpump의) 광은, 발광 재료(예컨대, 양자점)를 제2 매트릭스 (예컨대, 폴리비닐피롤리돈)내에 포함한 층 및 나노 와이어들의 어레이를 포함한 층을 통과하여 파장 λ발광재료 의 광으로 변환되어 방출된다.
상기 금속 나노 와이어들의 어레이에서, 인접하는 금속 나노 와이어들 간의 거리 (이하, 피치라 함)는, 발광 입자로부터 방출된 광의 최대 피크 파장의 62% 이하, 예컨대, 61% 이하, 54% 이하, 50 % 이하, 47% 이하, 또는 40% 이하일 수 있다. 상기 어레이의 피치가 이러한 범위를 가지는 경우, 발광 입자로부터 방출된 광을 효율적으로 선 편광시킬 수 있다.
상기 금속 나노 와이어들의 평균 직경이 300 nm 이하, 예를 들어, 280 nm 이하, 260 nm 이하, 200 nm 이하, 150nm 이하, 또는 100 nm 이하일 수 있다. 상기 금속 나노 와이어들은, 평균 직경이, 2 nm 이상, 예컨대, 5 nm 이상, 또는 10nm 이상일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 금속 나노 와이어들의 평균 길이는 특별히 제한되지 않으며, 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 상기 금속 나노와이어들의 평균 길이는, 3 ㎛ 이상, 예를 들어, 5 ㎛ 이상, 8 ㎛ 이상, 9 ㎛ 이상, 또는 10 ㎛ 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 상기 금속 나노와이어들의 평균 길이는, 500㎛ 이하, 예를 들어, 100㎛ 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 금속 나노 와이어들은, 평균 종횡비가 10 이상, 예컨대, 12 이상, 또는 20 이상일 수 있다.
상기 금속 나노 와이어들은, 자성 나노 와이어일 수 있다. 이 경우, 상기 금속 나노 와이어들이 자기장 하에서 배향될 수 있으므로, 세로 방향으로 정렬된 나노 와이어들의 어레이를 쉽게 얻을 수 있다. 예컨대, 강자성 부분(ferromagnetic part)을 포함한 나노 와이어는, 외부에서 가해지는 자기장 하에서 정렬할 수 있다. 템플레이트를 사용하여 다량의 나노 와이어를 제조하고, 여기에 자기장 보조 정렬법을 함께 사용할 경우, 대면적 박막에 걸쳐 고도로 평행한 다수의 나노 와이어를 얻을 수 있으므로, 나노 와이어 제조 비용을 크게 감소시킬 수 있다. 일구현예에 따르면, 센티미터 크기의 상업적으로 입수 가능한 자석을 사용하는 자기장 보조 정렬법은 표면 관능화 없이도 호스트 매질 내에서 나노 와이어들을 정렬시킬 수 있다.
외부에서 가해진 자기장은, 나노 와이어를 자화(magnetization)시켜 가해진 장의 방향에 따라 이들이 회전 및 배치될 수 있도록 한다. 이는, 나노 와이어의 높은 종횡비 기하(high aspect ratio geometry)에 기인한 것일 수 있는데, 이는 나노 와이어의 자성 세그멘트가 보다 높은 자화를 경험하게 하고 자하(magnetic charge)을 유도하여 외부 자기장과 상호 작용케 한다. 그 결과, 나노 와이어에 토크력이 작용하여 이들을 장의 방향으로 정렬시킨다. 나노 와이어의 세그멘트 길이를 더 길게 하는 경우, 더 잘 정렬할 수 있다. 또한, 가하는 자기장의 세기 (H)를 높일수록 더 잘 정렬시킬 수 있다. 따라서, 나노 세그멘트 길이 및 자기장의 세기를 조절하여 잘 정렬된 나노 와이어 어레이를 얻을 수 있다.
선형 광학 편광자는 투과축(transmission axis)에 평행한 전계를 가지는 광 (s-편광)을 선택적으로 투과시키고, 수직 방향 편광에서 전자기장의 투과 (p-편광)를 막는다. 편광자는 광학 시스템의 중요 부품이며 LCD 분야 등에서 응용될 수 있다. LCD의 경우, 백라이트 유닛으로부터의 비편광된 광원이 편광자를 통해 편광된 광으로 전환된다. 이러한 과정에서 가장 큰 손실이 발생하므로, 편광된 광원은 매우 바람직하다. 일구현예에 따르면, (예컨대, 자기학적으로) 정렬된 나노 와이어와 결합된 콜로이드성 양자점 (QD) 등의 발광 소재의 박막을 포함하는 전술한 광학 소자는 고도로 편광된 광을 발할 수 있다.
일구현예에서, 상기 나노 와이어는, 단일 조성의 나노와이어일 수 있다. 상기 단일 조성의 나노 와이어는, 니켈, 금, 은, 구리, 백금, 또는 이들의 조합 (예컨대, 이들의 합금)을 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 나노 와이어는, 멀티 세그멘트화 나노 와이어일 수 있다. 본 명세서에서 "멀티 세그멘트화 나노 와이어" 라 함은 2개 이상의 세그멘트를 포함하고, 적어도 하나의 세그멘트는 다른 세그멘트와 상이한 물질을 포함하는 나노 와이어를 말한다. 나노 와이어는, 선택적으로 에칭되어 편광 효과를 증가시키고, 예컨대, 니켈, 철 등 자성 세그멘트에 의해 유발되는 광학적 손실을 감소시킬 수 있다.
일구현예에서, 상기 나노 와이어는, 멀티 세그멘트화 자성 나노와이어일 수 있다. 상기 멀티 세그멘트화 나노 와이어는, 자성을 가지는 하나 이상의 제1 세그먼트 및 표면 플라즈몬 커플링을 나타낼 수 있는 하나 이상의 제2 세그먼트를 포함할 수 있다. 도 2 (a) 내지 (c) 는 일구현예에 따른 나노 와이어를 모식적으로 나타낸다. 나노 와이어는, 도 2 (a) 에서와 같이 단일 조성 (예컨대, 니켈, 철, 금, 은, 등)의 나노 와이어일 수 있다. 나노 와이어는, 단일 조성의 자성 나노와이어일 수도 있다. 나노 와이어는, 도 2 (b) 에서와 같이, 자성을 가지는 금속 세그먼트 (즉, 제1 세그멘트, 예컨대, 니켈 또는 코발트 포함 세그멘트)와 표면 플라즈몬 커플링을 나타낼 수 있는 하나 이상의 금속 세그먼트 (즉, 제2 세그멘트, 예컨대, 금 또는 은 포함 세그멘트) 를 포함한 멀티 세그멘트화 나노 와이어일 수 있다. 나노 와이어는, 도 2 (c)에서와 같이, 제1 세그멘트(예컨대, 니켈 또는 코발트 세그멘트), 제2 세그멘트(예컨대, 금 또는 은) 세그먼트, 및 제1 세그멘트 (예컨대, 니켈 또는 코발트 세그멘트)를 포함한 멀티 세그멘트화 나노 와이어일 수 있다. 그러나, 도 2 (a) 내지 (c)는 예시적인 것으로, 상기 금속 나노 와이어는 필요에 따라 임의의 구조를 가질 수 있다. 또, 자성 세그멘트의 길이를 조절하여 정렬도 및 발광 세기를 조절할 수 있다.
이러한 나노 와이어는, 알려진 방법으로 합성할 수 있다. 예를 들어, 나노 와이어는, 나노 다공성 템플레이트로 기재를 전착(electrodeposition) 시킴에 의해 제조될 수 있다. 이러한 방법은, 다수개의 나노 와이어를 제조할 수 있으며, 길이에 따라서 나노 와이어의 조성을 조절할 수 있다는 점에서 유리하다. 템플레이트 재료는, 그의 두께 내에서 나노와이어를 유지하며, 나노 와이어는 템플레이트 면에 수직하다. 많은 수의 평행벽의 나노 포어를 가진 템플레이트를 사용함에 의해, 다수개의 나노 와이어들을 동시에 성장할 수 있으며, 와이어의 직경은, 포어 직경을 선택함에 의해, 소망에 따라 조절할 수 있다. 이러한 방법에서는, 템플레이트의 포어의 모폴로지를 잘 제어하여 소망하는 물성을 가지는 나노 와이어를 다량으로 제조할 수 있다. 템플레이트의 재질은 적절히 선택할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 템플레이트는, 나노채널 유리 필름, 알루미늄의 애노드 산화에 의해 형성된 다공성 알루미나 필름, 에칭된 핵입자 트랙을 포함하는 마이카 필름, 또는 폴리카보네이트 멤브레인을 포함할 수 있다. 이러한 템플레이트는, 알려진 방법에 의해 제조할 수 있거나, 혹은 상업적으로 입수 가능하다.
전착에 의해 나노 와이어를 제조함에 있어서, 다공성 템플레이트의 한쪽면은 통상 금속층으로 코팅되는데, 이러한 금속층은 쓰리-일렉트로드 디포지션 셀(three-electrode deposition cell) 내에서 워킹 일렉트로드(working electrode)로서 역할을 한다. 전착은 나노 포어 안쪽에서 일어나며, 금속층으로부터 시작된다. 멀티 세그멘트화 나노 와이어는 전착 용액의 조성을 순차적으로 바꾸거나, 혹은 단일의 다시약 용액 (multi-reagent solution)으로부터 전착 전위를 바꿈에 의해 제조할 수 있다.
전착 용액의 제조 및 사용 시약들의 종류는 제조하고자 하는 나노 와이어 조성에 따라 달라지며, 구체적인 사항은 공지되어 있으며, 시약들은 상업적으로 입수 가능하다.
나노와이어의 분산액을 생성하기 위해, 상기 템플레이트를 용해시켜 템플레이트로부터 나노 와이어를 우선 제거한다. 예를 들어, 폴리카보네이트는 클로로포름에 용해되고, 알루미나는 (예컨대, 따뜻한) 수산화칼륨 또는 수산화나트륨에 용해될 수 있으며, 마이카는 불산에 용해될 수 있다. 적절한 세정 후, 와이어는 초음파 교반에 의해 다양한 용매(예컨대, 탈이온수 등)에 분산될 수 있다. 멀티세그멘트화 나노 와이어의 경우, 나노 와이어 분산액 생성 전 (예컨대, 은 에칭 전), 포스트 서멀 베이킹 프로세스(post thermal baking process)를 수행하여, 세그멘트 계면 결합을 강화하여 세그멘트화 나노 와이어를 견고(robust)하게 손상없이 유지할 수 있다.
자성 나노 와이어의 경우, 조성을 조절하여 그의 자성(magnetism)을 조정할 수 있다. 자성은, 주어진 자기장 하에서 소망하는 방향으로 소망하는 정도의 피치를 가지고 나노 와이어들을 정렬하는 것을 용이하게 할 수 있다.
상기 금속 나노 와이어의 어레이는 하나의 층(즉, 모노 레이어)일 수 있다 (참조: 도 1). 대안적으로, 상기 금속 나노 와이어 어레이는, 2개 이상의 층들을 포함할 수 있다 (참조: 도 13).
상기 발광 재료는, 상기 발광 재료로부터 나온 적어도 일부의 광이 상기 금속 나노 와이어의 표면 플라즈몬과 (예컨대, 근접장(near-field)) 커플링하도록 상기 자성 나노 와이어들의 어레이에 인접하여 위치할 수 있다. 이로 인해, 상기 어레이 내에서 금속 나노 와이어들의 표면 플라스몬 진동은, 인접한 발광재료 (예컨대, 양자점)로부터 방출된 광과 커플링되어 향상된 방사성 재결합율을 유도한다. 다시말해, 발광 재료와 금속 나노 와이어의 근접장 표면 플라즈몬 커플링에 의해, 상기 발광 재료는 향상된 방사 재결합율(radiative recombination rate)을 나타낼 수 있으며, 따라서, 전술한 바에 따라, 나노 와이어 어레이에 의해 소망하는 방향으로 선편광된 광은 더 높은 발광 세기(즉, 발광된 빛의 세기)을 나타낼 수 있다.
일구현예에서, 전술한 구조의 광학 소자는, 제1 층 및, 상기 제1 층의 한쪽 면에 접하는 제2 층을 포함할 수 있다 (참조: 도 1 및 도 12). 상기 제1 층은 제1 호스트 매트릭스 및 상기 제1 호스트 매트릭스 내에 분산된 상기 금속 나노 와이어들의 어레이를 포함하고 상기 제2 층은, 제2 호스트 매트릭스 및 상기 제2 호스트 매트릭스에 분산된 상기 발광 재료를 포함한다. 상기 제1 호스트 매트릭스 및 상기 제2 호스트 매트릭스는, 동일하거나 상이한 재료일 수 있다. 상기 제1 호스트 매트릭스 및 상기 제2 호스트 매트릭스는 투명 폴리머일 수 있다. 상기 폴리머는 유전성 (예컨대, 절연성) 폴리머일 수 있다. 비제한적인 예에서, 투명 폴리머는, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리스타이렌, 폴리에틸렌, 폴리아크릴, 폴리프로필렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리부틸메타크릴레이트(PBMA), 이들의 공중합 형태, 또는 이들의 조합일 수 있다. 제1층 및 제2층의 두께는 적절히 선택할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 제1층과 제2 층의 두께를 적절히 조절하는 것은, 상기 발광 재료로부터 나온 적어도 일부의 광이 상기 자성 나노 와이어의 표면 플라즈몬과 커플링하는 것을 보다 용이하게 할 수 있다. 호스트 매트릭스의 재료는, 발광 재료(양자점)의 발광을 퀀칭(quenching)하지 않도록 선택할 수 있다. 또한, 호스트 매트릭스 재료는, 적절한 수준의 점도를 가져서 건조 동안 필름의 사이드(side)로 나노 와이어들이 당겨지지 않도록 한다. 일구현예에서, 폴리비닐피롤리돈 등의 호스트 매트릭스는, 점도가 적절하여, 높은 편광비를 위해 요구되는 나노 와이어의 위치화(positioning)를 조절할 수 있도록 한다. 한편, 일단 건조된 후, 호스트 매트릭스는 나노 와이어의 배향을 정렬된 채로 유지될 수 있도록 하여, 나노 와이어가 1차원을 따라 고도로 정렬되어 있는 3차원 구조를 제공할 수 있다.
다른 구현예에서, 전술한 구조의 광학 소자는 상기 광학 소자는, 하나의 호스트 매트릭스 내에 상기 금속 나노 와이어들의 어레이 및 상기 발광 재료를 포함하는 하나의 층을 포함할 수 있다 (참조: 도 11). 상기 호스트 매트릭스에 대한 내용은 제1 및 제2 호스트 매트릭스에 대하여 기재된 바와 같다. 예컨대, 상기 호스트 매트릭스는 투명 폴리머일 수 있다. 비제한적인 예에서, 투명 폴리머는, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리스타이렌, 폴리에틸렌, 폴리아크릴, 폴리프로필렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리부틸메타크릴레이트(PBMA), 이들의 공중합 형태, 또는 이들의 조합일 수 있다.
일구현예에서, 상기 광학 소자는, 발광 재료 105 중량부 당 상기 나노 와이어를 1 내지 10 중량부로 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
상기 발광 재료는 양자점, 나노크기의 무기형광체, 유기 염료, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 발광재료는, 기하학적으로 등방성 발광체 (isotropic emitter)일 수 있다. 상기 발광 재료는, 카르복실레이트 음이온기(carboxylate anion group, -COO-), 아민기, 티올기, 또는 이들의 조합을 가질 수 있는 고분자 (예컨대, 폴리(메타)아크릴레이트 (e.g., 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리부틸메티크릴레이트 (PBMA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리(에틸렌-코-아크릴산) (Poly(ethylene-co-acrylic acid) 등); 또는 실리카(silca), 티타늄 산화물(titanium oxide), 지르코늄옥사이드(zirconium oxide), 주석산화물(tin oxide), 아연산화물(zinc oxide), 바나듐 산화물(vanadium oxide) 등의 금속 산화물 또는 이들의 복합물; 또는 고분자와 금속산화물로 코팅될 수 있다. 상기 발광 재료는 UV 내지 visible 영역 (200nm 내지 700nm)의 광을 흡수하여, 흡수광보다 더 긴 파장, 예컨대, 청색(blue), 녹색(green), 적색(red) 영역에 해당하는 광을 방출할 수 있다. 예컨대, 상기 양자점은, 300 nm 내지 700 nm 범위의 파장의 광을 흡수하여, 400 nm 내지 750 nm 범위의 파장의 광을 발할 수 있다. 발광 파장은, 양자점의 조성, 크기 등에 따라 용이하게 조절할 수 있다. 발광 재료의 함량 및 나노 와이어의 함량은 적절히 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 재료 105 중량부 당 상기 나노 와이어는 1 내지 10 중량부로 존재할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 양자점은, II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 양자점은 제1 나노결정을 포함하는 코어; 및 상기 코어를 둘러싼, 결정질 또는 비정질 물질을 포함하는 쉘을 포함할 수 있다. 상기 쉘은 각각의 층이 동일 또는 상이한 결정질 또는 비정질 물질을 포함하는 다층쉘일 수 있다. 양자점은, LCD 백라이트 유닛으로서 적합한 발광체의 중요한 부류를 대표할 수 있다. 이들은 순수한 발광색을 가지며, 이는 LCD의 컬러 필터와 쉽게 매칭될 수 있어 LCD의 광학적 성능을 강화할 수 있다.
상기 제1 나노결정은, II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 쉘에 포함된 결정질 또는 비정질 물질은 제 1 나노결정과 동일하거나 상이한 조성을 가질 수 있다. 상기 결정질 또는 비정질 물질은, II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 화합물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 쉘에 포함된 물질은, 제 1 나노 결정보다 밴드갭이 큰 물질일 수 있다.
예를 들어, 상기 II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 HgZnTeS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 IV족 화합물은 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 단원소 화합물; 및 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 양자점은 50% 이상, 바람직하게는, 70% 이상의 양자 수율(QY)을 나타낼 수 있다. 상기 양자점은 55nm 이하, 바람직하게는, 50nm 이하, 또는 40 nm 이하의 반치폭을 나타낼 수 있다.
상기 양자점의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 나노 결정은, 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic) 형상을 가질 수 있다. 상기 양자점은, 나노입자, 나노튜브, 나노와이어, 나노섬유, 나노 판상 등의 형태일 수 있다.
상기 양자점은 화학 습식법에 의해 제조되어 표면에 배위된 리간드 화합물을 가질 수 있다. 화학적 습식법에 의해 양자점을 제조하는 방법은 잘 알려져 있다. 상기 리간드 화합물은 공지된 대부분의 리간드 화합물을 사용할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 상기 리간드 화합물은, RCOOH, RNH2, R2NH, R3N, RSH, RH2PO, R2HPO, R3PO, RH2P, R2HP, R3P, ROH, RCOOR', RPO(OH)2, R2POOH (여기서, R, R'는 각각 독립적으로 C1 내지 C24의 알킬기, C2 내지 C24의 알케닐기, C2 내지 C24의 알키닐기, 또는 C5 내지 C20의 아릴기임), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 유기 리간드 화합물은 제조된 양자점 표면을 배위하며, 양자점이 용매 내에 잘 분산되어 있도록 할 뿐 아니라 발광 및 전기적 특성에 영향을 줄 수 있다. 상기 유기 리간드 화합물의 구체적인 예로서는, 메탄 티올, 에탄 티올, 프로판 티올, 부탄 티올, 펜탄 티올, 헥산 티올, 옥탄 티올, 도데칸 티올, 헥사데칸 티올, 옥타데칸 티올, 벤질 티올; 메탄 아민, 에탄 아민, 프로판 아민, 부틸 아민, 펜틸 아민, 헥실 아민, 옥틸 아민, 도데실 아민, 헥사데실 아민, 옥타데실 아민, 디메틸 아민, 디에틸 아민, 디프로필 아민; 메탄산, 에탄산, 프로판산, 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 도데칸산, 헥사데칸산, 옥타데칸산, 올레인산, 벤조산; 메틸 포스핀, 에틸 포스핀, 프로필 포스핀, 부틸 포스핀, 펜틸 포스핀 등의 포스핀; 메틸 포스핀 옥사이드, 에틸 포스핀 옥사이드, 프로필 포스핀 옥사이드, 부틸 포스핀 옥사이드, 트리옥틸포스핀 등의 포스핀 화합물 또는 그의 옥사이드 화합물; 다이 페닐 포스핀, 트리 페닐 포스핀 화합물 또는 그의 옥사이드 화합물; 포스폰산(phosphonic acid) 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 유기 리간드 화합물은, 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용할 수 있다.
상기 나노크기의 무기형광체는, 500 nm 이하, 바람직하게는 10nm 내지 100nm 의 크기를 가지는 무기 형광체일 수 있다. 여기서, "나노크기(nano-sized)"란 용어는, 해당 형광체의 입경 중 가장 긴 입경, 즉, 장방향 평균 입경이 1㎛ 미만임을 의미한다. 이는 해당 형광체의 전자주사 현미경(SEM) 사진 등을 통하여 확인할 수 있다. 예를 들어, 해당 형광체의 SEM 사진 중 샘플링된 형광체들의 장방향 입경의 평균값이 1㎛ 미만이라면, 해당 형광체는 나노-사이즈 형광체라 할 수 있다. 일구현예에서, 상기 나노 사이즈 무기 형광체는, 파장 200 nm 이상 (예컨대, 200 내지 400nm)의 광을 흡수하여, 가시광 영역의 광을 방출할 수 있다. 상기 나노-사이즈 무기 형광체의 조성은 특별히 제한되지 않으며, 공지된 임의의 조성을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 무기 형광체는, BaMg2Al16O27:Eu2 + (청색 발광 무기 형광체), CeMgAl11O19:Tb3+ (녹색 발광 무기 형광체), 또는 Y2O3:Eu3 + (적색 발광 무기 형광체일 수 있다. 다른 비제한적 예에서, 청색 발광 무기 형광체는, (Ba,Sr,Ca)5(PO4)3(Cl,F,OH):Eu2+; (Ba,Sr,Ca)MgAl10O17:Eu2 +; 또는 (Ba,Sr,Ca)BPO5:Eu2 + 일 수 있다. 다른 비제한적 예에서, 청녹색 발광 무기 형광체는, Sr4Al14O25:Eu2 +; BaAl8O13:Eu2+; 2SrO?0.84P2O5?0.16B2O3:Eu2 +; MgWO4; BaTiP2O8; (Ba,Sr,Ca)MgAl10O17:Eu2+,Mn2+; 또는 (Ba,Sr,Ca)5(PO4)3(Cl,F,OH):Sb3 + 일 수 있다. 다른 비제한적 예에서, 녹색발광 무기 형광체는, LaPO4:Ce3 +,Tb3 +; GdMgB5O10:Ce3+,Tb3+,Mn2+; 또는 GdMgB5O10:Ce3 +, Tb3 +일 수 있다. 다른 비제한적 예에서, 황색-주황색 발광 무기 형광체는, (Tb,Y,Lu,La,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce3 +; 또는 (Ba,Sr,Ca)5(PO4)3(Cl,F,OH):Eu2+, Mn2 +, Sb3 +일 수 있다. 다른 비제한적 예에서, 적색 발광 무기 형광체는, (Y,Gd,La,Lu,Sc)2O3:Eu3 +; (Y,Gd,La,In,Lu,Sc)BO3:Eu3 +; (Y,Gd,La)(Al,Ga)O3:Eu3+; (Ba,Sr,Ca)(Y,Gd,La,Lu)2O4:Eu3 +; (Y,Gd)Al3B4O12:Eu3 +; monoclinic Gd2O3:Eu3 +; (Gd,Y)4(Al,Ga)2O9:Eu3 +; (Ca,Sr)(Gd,Y)3(Ge,Si)Al3O9:Eu3 +; (Sr,Mg)3(PO4)2:Sn2+; GdMgB5O10:Ce3 +,Mn2 +; 또는 3.5MgO.0.5MgF2.GeO2:Mn4 +일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이러한 나노 크기 무기 형광체의 제조 방법은 알려져 있다.
상기 유기 염료는, 발광 특성을 가지는 유기물 염료이며, 그 종류가 특별히 제한되지는 않는다. 비제한적으로, 상기 유기 염료는, 유기 형광염료 및/또는 유기 인광염료일 수 있다. 비제한적으로, 상기 유기 염료는, 유기금속착물 또는 유기물 염료일 수 있다. 일구현예에서, 상기 유기 염료는, 예를 들어, Forrest, Stephen R. et al. Appl. Phys, Lett., 1999, 75(1), p46 에서 사용된 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐(Ir(ppy))등의 유기 금속 착물 형태의 유기 염료 또는 쿠마린(coumarin), 로다민(Rhodamine), 페녹사존(phenoxazone), 스틸벤(stilbene), 테르페닐(terphenyl), 쿼터페닐(quarterphenyl) 등의 유기물로만 구성된 유기 염료일 수 있다.
전술한 광학 소자는, 예를 들어, 하기 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다:
금속 나노 와이어가 길이 방향으로 정렬된 금속 나노 와이어들의 어레이들이 제1 호스트 매트릭스 내에 분산된 제1 층을 제조하는 단계; 및
상기 제1층의 한쪽 면과 직접 접촉하고 발광 재료가 제2 호스트 매트릭스에 분산된 제 2층을 제조하는 단계.
제1층의 제조 및 제2 층의 제조는 임의의 순서로 이루어질 수 있다. 즉, 제1층 제조 후 제1 층의 한쪽 면에 제2 층을 형성할 수 있거나 혹은 이와 반대일 수 있다.
제1층은, 금속 나노 와이어들을 제1 호스트 매트릭스 내에 분산시킨 분산액을 얻고, 상기 분산액에 (예컨대, 영구 자석 또는 전자 자석 등을 사용하여) 외부 자기장을 가하고, 선택에 따라 건조하여 얻을 수 있다. 분산액의 제조에는 금속 나노 와이어의 종류 및 제1 호스트 매트릭스의 종류를 고려하여 적절한 용매 (비제한적인 예를 들어, 물, 알코올류 (예컨대, 탄소수 1 내지 12의 알코올), 헥산, 헵탄 등 C1 내지 C15의 지방족 탄화수소류, 클로로포름 등 할로겐화된 지방족 탄화수소류, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등 C6 내지 C20의 방향족 탄화수소 등)가 사용될 수 있다. 상기 분산액을, 금속 나노 와이어들의 장축에 수직하도록 배치된 2개의 자석 사이에 위치시켜 상기 분산액에 외부 자기장을 가할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
비제한적인 예에서, 제2층은, 발광 재료를 제2 호스트 매트릭스 내에 분산시키고, 선택에 따라, 건조하여 제2 층을 얻을 수 있다. 발광 재료를 분산시키기 위해, 발광 재료의 종류 및 제2 호스트 매트릭스의 종류를 고려하여, 적절한 용매 (비제한적인 예를 들어, 물, 알코올류 (예컨대, 탄소수 1 내지 12의 알코올), 헥산, 헵탄 등 C1 내지 C15의 지방족 탄화수소류, 클로로포름 등 할로겐화된 지방족 탄화수소, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등 C6 내지 C20의 방향족 탄화수소등)가 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 금속 나노 와이어, 제1 호스트 매트릭스, 및 제2 호스트 매트릭스에 대한 상세 내용은 위에서 설명한 바와 같다.
다른 예에서, 전술한 광학 소자는, 금속 나노 와이어들 및 발광재료가 호스트 매트릭스 내에 분산된 층을 제조하는 단계; 및
상기 층에 자기장을 가하고, 선택에 따라 건조시켜, 금속 나노 와이어가 길이 방향으로 정렬된 금속 나노 와이어들의 어레이들을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
전술한 광학 소자는, 예를 들어, 수광형 표시 장치에서 백라이트 유닛, 컬러필터, 등에서 유리하게 사용될 수 있다.
다른 구현예에서, 전자 장치(electronic device)는 광원, 및 상기 광원으로부터의 광이 지나가는 경로에 배치된 광학 소자를 포함한다. 상기 광학 소자는, 전술한 바와 같다. 도 1을 참조하여 설명하면, 상기 전자 장치에서, 상기 광학 소자는, 상기 광원으로부터 나온 제1 파장(예컨대, λ pump)의 광이 상기 발광입자를 여기시켜 제2 파장의 광을 방출하고, 상기 제2 파장(예컨대, λ발광재료)의 광이 상기 나노 와이어들의 어레이를 통과하면서 선편광되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 광원은 제2 층 위쪽에 배치될 수 있다.
상기 전자 장치는, 발광 다이오드(LED), 유기발광 다이오드(OLED), 센서(Sensor), 또는 태양전지 전자 소자, 또는 액정 디스플레이(LCD)일 수 있다. 전자 장치의 일례로서, LCD 패널의 구조를 도 8에 모식적으로 나타내지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전자 장치에서 구체적인 예들에 대한 상세한 구조는 잘 알려져 있다. 전술한 광학 소자는, 상기 전자 장치 중 파장 변환 요소 (wavelength conversion element), 편광 요소(elements for polarization), 백라이트 유닛(BLU), 등에 포함될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 발명의 범위가 제한되어서는 안된다.
[ 실시예 ]
실시예 1: 멀티 세그멘트화 나노 와이어의 제조
Whatmann Anodisc membrane (기공 밀도: 109 cm-2)을 템플레이트로 사용하여 전착(electrodeposition)법에 의해 직경이 약 250nm 인 Au/Ni/Au 나노와이어(NW)를 합성한다. 전착을 위하여 Whatmann Anodisc membrane 한쪽 면에 열 증발에 의해 200nm 두께의 은 층(silver layer)을 형성하여 작동 전극(working electrode)으로 사용한다. 대극(Counter electrode)으로서 O-링 유리관 (O-ring glass tube) 안쪽에 있는 상기 멤브레인 위 5cm 정도에 백금 메쉬(mesh platinum)를 제공한다. 우선, 은욕(silver bath: TechniSilver E-2, Italgalvano, 11.5 % 포타슘 실버시아나이드(potassium silver cyanide))를 사용하여 멤브레인의 브랜칭(branching) 부분을 막는다. 이어서, 상기 멤브레인을 금 전착액 (Orotemp 24: 6.87% 포타슘 골드 시아나이드: potassium aurocyanide)에 넣고 Versastat 3 potentiostat - 1.6 mA 전류를 가하여 약 1.5 마이크로미터 길이의 Au 세그멘트를 성장시키고, 멤브레인을 금 전착액으로부터 꺼내어 물 로 세정한다. 이어서, 상기 멤브레인을 니켈 전착액 (조성: nickel sulfamate (20-35%)+nickel bromide (0.5-1.5%) + boric acid (1-3%)에 침지하고 전착액에 1.6 mA 전류를 걸어서 약 7 μm 길이의 니켈 세그멘트를 성장시키고, 멤브레인을 니켈 전착액으로부터 제거하여 물로 세정한다. 이어서, 상기 멤브레인을 다시 상기 금 전착액에 침지하고 1.6 mA 전류를 가하여 1.5 마이크로미터 길이의 Au 세그멘트를 성장시킨다. 금과 니켈의 성장속도는 각각 2nm/s 및 1.5 nm/s임을 확인한다. 금 세그멘트는 대략 3 마이크로미터 이고, 나머지 7 마이크로미터는 니켈이다. 전착 후, 멤브레인에서 은으로 막아둔 부분을 질산 용액 (HNO3, 30%)로 에칭(etching)하고 알루미나 디스크(alumina disc)는 수산화나트륨(NaOH of 3M)으로 녹여, Au/Ni/Au 조성을 가진 세그멘트화 나노 와이어를 얻는다. 얻어진 나노와이어를 탈이온수에 분산시키고, 3000 rpm에서 원심 분리에 의해 분리하는 세정 과정을 3회 반복한다. 최종 분리된 나노 와이어는 탈이온수에 분산시켜 보관한다.
멀티 세그멘트화 나노 와이어는, 은 에칭 공정 중에 분리될 수 있으므로, 금 세그멘트와 니켈 세그멘트 간의 결합력을 올리기 위해 포스트 써멀 백킹 프로세스를 수행할 수 있다. 포스트 써멀 백킹 프로세스는, 나노와이어를 포함한 멤브레인을 250도 정도의 고온에서 20분간 열처리하는 방법으로 수행할 수 있다.
알루미나 멤브레인 제거 전 멀티 세그멘트화 나노 와이어의 현미경 사진 및 알루미나 멤브레인 에칭 후 제조된 멀티 세그멘트화 나노 와이어를 유리 기판에 올려놓은 상태의 현미경 사진을 각각 도 3 (a) 및 (b)에 나타낸다. 도 3 (a) 및 (b)로부터 멀티 세그멘트화된 Au/Ni/Au 나노 와이어가 제조되었음을 확인한다.
실시예 2: 나노 와이어들의 어레이를 포함한 필름의 제조
실시예 1에서 제조한 나노 와이어 수분산액을 750 마이크로리터 의 폴리비닐 피롤리돈 용액 (용매: 물)과 혼합하여 유리 기판 상에 드롭 캐스팅하여 자기장 하에서 상온에서 하룻밤 건조시켜 나노 와이어 어레이들이 분산되어 있는 나노 와이어 필름을 얻는다. 두께 200um의 얇은 필름 (이하, 필름 1)에 대하여는 375 마이크로리터의 나노 와이어 수분산액 및 두께 400um의 두꺼운 필름(이하, 필름 2)에 대하여는 500 마이크로리터의 나노 와이어 수분산액을 사용한다. 400 Gauss의 자기장의 적용을 위해서는, 5 mm x 10 mm x 40 mm 크기의 Nd (Neodium) 영구 자석 2개를 사용한다. 나노 와이어들의 어레이를 포함한 제조된 필름의 현미경 사진을 도 4에 나타낸다. 도 4로부터 나노 와이어들이 자기장 방향에 대응되도록 세로 방향으로 정렬되어 1차원 어레이를 형성함을 확인한다. 상기 필름 내에는 복수개의 어레이들이 존재할 수 있으며, 어레이들 내에서 나노 와이어들의 분포에는 부분적으로 불균일할 수 있다. 예컨대, 나노 와이어들은 규칙적인 그리드 유사 구조를 형성할 수도 있다. 또, 일부 어레이에서는, 나노 와이어들의 조밀하게 (즉, 좁게 이격되어) 정렬되어 있을 수 있다. 또, 일부 어레이에서, 나노 와이어들은 넓은 간격으로 이격될 수 있다. 자기장 정렬법은 어느 정도의 랜덤 성질을 가지므로, 어레이 내에서 혹은 어레이들 간에 나노 와이어들의 정렬은 불규칙성을 가질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이하의 결과로부터 명백한 바와 같이, 정렬된 금속 나노 와이어와 발광재료 (예컨대, 양자점)를 포함하는 하이브리드 구조는 합리적으로 높은 값의 편광도를 제공할 수 있다.
실시예 3: 나노 와이어 어레이와 양자점 간의 표면 플라즈몬 효과에 대한 시뮬레이션 실험
나노 와이어 어레이에 대하여, 양자점으로부터 발광된 빛을 조사한 경우, 표면 플라즈몬 커플링을 할 수 있는 재료의 나노 와이어 근처에서 발생하는 빛의 강도를 시뮬레이션으로 조사한다. 그 결과를 도 9 및 도 10에 나타낸다.
도 9는, 표면 플라즈몬이 없는 나노 와이어에 대한 것이고, 도 10은 표면 플라즈몬이 있는 나노 와이어에 대한 것이다. 도 9 및 도 10의 비교로부터, 표면 플라즈몬 커플링할 수 있는 재료를 포함하는 나노 와이어는 조사된 빛을 더 높은 세기로 방출함을 확인할 수 있다.
실시예 4: 나노 와이어의 편광 효과 시뮬레이션 실험
제조된 나노 와이어 어레이가 발광 재료(예컨대, 양자점)로부터 편광된 빛을 제공할 수 있음을 확인하기 위해 유한 차분 시간 영역법(Finite difference time domain method: FDTD)을 사용한다. 본 시뮬레이션에서 니켈 나노 와이어 (10 ㎛) 및 금(1.5㎛)-니켈(7㎛)-금(1.5㎛) 멀티 세그멘트화 나노 와이어를 사용한다. QD 층은 광학 타원 편광법 (optical ellipsometry) 에 의해 측정된 굴절률(refractive index)의 실수 및 허수부(real and imaginary part)를 사용하여 모델링한다. FDTD 시뮬레이션에서, 광학 소자는 도 13에 나타낸 것과 같은 구조를 가지며, QD 필름에 의해 발광된 광은 얼라인된 나노 와이어 네트워크를 통과하는 것으로 가정한다. 나노 와이어 네트워크 각각은, 랜덤하게 위치한 나노 와이어들로서 나노와이어 대 나노 와이어의 간격은 250, 300, 350, 및 400 nm 이다. 이렇게 랜덤하게 분포된 나노 와이어 매트릭스는 종단면(lateral plane)을 따라 수 cm2에 이를 수 있는 매우 큰 면적을 차지한다.
S 편광 및 p 편광을 조사하여 편광도를 계산하고, 2개의 수직하는 편광에 대하여 투과력을 계산한다. 그 결과를 도 14 및 도 15 에 나타낸다.
QD의 발광 피크는 대략 650nm 이다. 도 14는, QD발광 피크 650nm 에서 나노 와이어를 통한 s 편광과 p 편광의 비을 나타내는 시뮬레이션 결과이다. 도 15 는 s 편광 및 p 편광에 대하여 QD의 발광 피크에서 나노 와이어를 통해 투과된 강도 (normalized)를 나타낸 것이다.
나노 와이어의 길이를 따라서, 발광된 빛의 평행 편광 전계 성분은 도전성 매질을 경험하여 흡수/산란된다. 반면, 발광된 광의 수직 편광 전계 성분은 정렬된 나노 와이어와 훨씬 적게 상호 작용하며, 따라서, 수직 편광된 광 (s 편광)은 더 많이 투과된다. 도 14 및 도 15의 결과에 따르면, 정렬된 나노 와이어는 이방성 물성 (즉, 투과에 대한 s/p 비율 증가)을 나타내며, 이는 나노 와이어간 거리의 감소에 따라 강화된다. 나노 와이어의 간격이 250nm 이하일 경우, 금/니켈/금 세그멘트화 나노 와이어의 경우, 10 이상의 편광비를 나타낼 수 있다. 니켈 나노 와이어의 경우, 매우 높은 편광도를 나타낼 수 있다.
실시예 5: 나노와이어 어레이- 양자점 포함 광학 소자의 제조 I
CdTe 양자점은 다음과 같이 제조한다:
4.59g의 Cd(ClO4)2?6H2O를 0.5 L의 Milli-Q water에 녹인 용액에 1.33 g의 thioglycolic acid (TGA)를 넣고 NaOH를 가하여 상기 혼합물의 pH가 12가 되도록 하여 Cd 함유 수용액을 제조한다. 0.8 g의 Al2Te3에 알곤 가스를 약 1시간 동안 flow하여 공기를 완전히 제거하고 0.5 M H2SO4를 Al2Te3에 넣어 H2Te gas를 만든다. 제조된 H2Te gas 가스를, 위에서 제조한 Cd 함유 수용액과 약 100도에서 약 20시간 동안 반응시켜, 물에 분산된 CdTe 양자점을 포함하는 CdTe 용액을 얻는다.
얻어진 CdTe용액 1600 마이크로리터를 1200 마이크로리터의 PVP 용액 (농도 42.4 mg/ml, 용매: 물)과 혼합하고, 얻어진 혼합액을 실시예 2에서 제조한 나노 와이어 필름 1 및 필름 2 상에 각각 드롭 캐스팅하고, 상온에서 하룻밤 동안 건조하여 광학 소자를 얻는다.
실시예 6: 나노와이어 어레이- 양자점 포함 광학 소자의 제조 II
실시예 1에서 제조한 나노 와이어 수분산액을 750 마이크로리터 의 폴리비닐 피롤리돈 용액 (용매: 물)과 혼합하여 제조한 용액과, 실시에 3에서 제조한 CdTe 1600 마이크로리터 용액을 750 마이크로리터 폴리비닐 피롤리돈 용액과 혼합하여 제조한 용액을 모두 혼합한 후 유리 기판 상에 드롭 캐스팅하고 자기장 하에서 상온에서 하룻밤 건조시켜 CdTe와 나노 와이어 어레이들이 분산되어 있는 나노 와이어 필름을 얻는다. 400 Gauss의 자기장의 적용을 위해서는, 5 mm x 10 mm x 40 mm 크기의 Nd(Neodium) 영구 자석 2개를 사용하여 나노 와이어를 어레이시킨다.
실시예 7: 제조된 광학 소자의 발광 특성(편광도) 측정
실시예 3에서 제조된 광학소자로부터 방출되는 광의 편광도를 도 5에 모식적으로 나타낸 장치를 사용하여 아래와 같이 측정한다:
375nm laser로부터 나온 광을 상기 광학 소자에 조사하고, 광학 소자로부터 나오는 광은 선 평광자, 모노크로메터(monochoromator) 및 포토 멀티플라이어 튜브(photomultiplier tube)를 통과하게 하여 PMT 포토디텍터로 분석한다. 광학 소자로부터 방출되는 광에 대하여, 파장에 따른 S 편광 (나노 와이어들의 정렬 방향에 수직인 성분) 및 P 편광 (나노 와이어들의 정렬 방향에 평행한 성분)을 측정한다.
측정된 결과를 도 6 (필름 1을 포함한 광학 소자) 및 도 7(필름 2를 포함한 광학 소자)에 각각 나타낸다.
전체 파장에 대하여, S 편광/P 편광비(polarization ratio: s/p)을 계산한 결과, 필름 1을 포함한 광학 소자는 10 (편광도로 환산할 경우, (10-1)/(10+1) = 0.82)이고, 필름 2를 포함한 광학 소자는 15 (편광도로 환산할 경우, (15-1)/(15+1) = 0.88) 임을 확인한다. 참고로, 나노 와이어 없는 CdTe 양자점 - 폴리비닐피롤리돈 필름은, S 편광/P 편광 값이 1이다.
도 6 및 도 7과 전술한 S 편광/P 편광 값의 결과로부터, 실시예 3에서 제조한 광학 소자는 편광된 광을 방출할 수 있음을 확인한다. 이렇게 편광된 빛을 방출하는 광원을 사용하는 경우, 편광자(polarizer)를 사용하여 편광된 빛을 사용하는 모든 광학소자의 광원을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (29)

  1. 금속 나노 와이어들의 어레이; 및 발광 재료를 포함한 광학 소자 (optical element)로서,
    상기 어레이에서, 상기 금속 나노 와이어들은 상기 발광 재료로부터 나온 광의 적어도 일부가 선편광(linearly polarlized)될 수 있도록 세로 방향(longitudinally aligned)으로 정렬(align)되어 있고,
    상기 광학 소자는, 제1 층 및, 상기 제1 층의 한쪽 면에 접하는 제2 층을 포함하고 상기 제1 층은 제1 호스트 매트릭스 및 상기 제1 호스트 매트릭스 내에 분산된 상기 금속 나노 와이어들의 어레이를 포함하고 상기 제2 층은 제2 호스트 매트릭스 및 상기 제2 호스트 매트릭스에 분산된 상기 발광 재료를 포함하거나,
    혹은
    상기 광학 소자는, 하나의 호스트 매트릭스 내에 상기 금속 나노 와이어들의 어레이 및 상기 발광 재료를 포함하는 하나의 층을 포함하는 광학 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학 소자는 투명 기재를 더 포함하고, 상기 금속 나노 와이어들의 어레이는, 상기 기재 상에 배치되는 광학 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 투명 기재는, 가요성 (flexible)인 광학 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 나노 와이어들은, 자성 나노 와이어인 광학 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자성 나노 와이어는, 자성을 가지는 하나 이상의 제1 세그먼트 및 표면 플라즈몬 커플링을 나타낼 수 있는 하나 이상의 제2 세그먼트를 포함하는 광학 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 세그먼트는, 니켈, 코발트, 철, 산화철, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 제2 세그먼트는, 금, 은, 구리, 백금, 니켈, 또는 이들의 조합을 포함하는 광학 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속 나노 와이어는, 직경 300 nm 이하 및 종횡비 10 이상인 광학 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속 나노 와이어의 어레이는 하나의 층을 이루거나, 혹은 2개 이상의 층들을 형성하는 광학 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발광 재료는 양자점, 나노크기의 무기형광체, 유기 염료, 또는 이들의 조합인 광학 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 양자점은 2 nm 내지 30 nm의 입경을 가지고, 300 nm 내지 700 nm 의 파장의 광을 흡수하여 400 nm 내지 750 nm 의 파장의 광을 방출하는 광학 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 발광 재료는 300 nm 내지 650 nm 의 파장을 흡수하여 450 nm 내지 660 nm 의 파장을 발광하는 광학 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 발광 재료는, 폴리머 또는 금속 산화물로 코팅된 광학 소자.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 발광 재료는 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 화합물 또는 이들의 조합을 포함하는 양자점을 포함하는 광학 소자.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 발광 재료는, 코어쉘 구조를 가지는 광학 소자.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 호스트 매트릭스 또는 상기 제2 호스트 매트릭스는 투명 폴리머(transparent polymer)를 포함하는 광학 소자.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 호스트 매트릭스는 투명 폴리머(transparent polymer)를 포함하는 광학 소자.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 발광 재료는, 상기 발광 재료로부터 나온 적어도 일부의 광이 상기 금속 나노 와이어의 표면 플라즈몬과 커플링할 수 있도록 상기 금속 나노 와이어들의 어레이에 인접하여 위치하는 광학 소자.
  20. 광원; 및
    금속 나노 와이어들의 어레이와 발광 재료를 포함하되, 상기 어레이에서, 상기 금속 나노 와이어들은, 상기 발광 재료로부터 나온 광의 적어도 일부가 선편광될 수 있도록 세로 방향으로 정렬되어 있는 광학 소자
    를 포함하는 전자 장치(electronic device)로서,
    상기 광학 소자는, 제1 층 및, 상기 제1 층의 한쪽 면에 접하는 제2 층을 포함하고, 상기 제1 층은 제1 호스트 매트릭스 및 상기 제1 호스트 매트릭스 내에 분산된 상기 금속 나노 와이어들의 어레이를 포함하고 상기 제2 층은 제2 호스트 매트릭스 및 상기 제2 호스트 매트릭스에 분산된 상기 발광 재료를 포함하거나,
    혹은
    상기 광학 소자는, 하나의 호스트 매트릭스 내에 상기 금속 나노 와이어들의 어레이 및 상기 발광 재료를 포함하는 하나의 층을 포함하는
    전자 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 광학 소자는, 상기 광원으로부터 나온 제1 파장의 광이 상기 발광 재료를 여기시켜 제2 파장의 광을 방출하고, 상기 제2 파장의 광이 상기 금속 나노 와이어들의 어레이를 통과하면서 선편광되도록 배치되는 전자 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 금속 나노 와이어들은, 자성을 가지는 하나 이상의 제1 세그먼트 및 표면 플라즈몬 공명을 나타내는 하나 이상의 제2 세그먼트를 포함하는 전자 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 세그먼트는, 니켈, 코발트, 철, 산화철, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 제2 세그먼트는, 금, 은, 구리, 백금, 니켈, 또는 이들의 조합을 포함하는 전자 장치.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 금속 나노 와이어는, 직경 300 nm 이하 및 종횡비 10 이상을 가지는 전자 장치.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 금속 나노 와이어의 어레이는 하나의 층을 이루거나, 혹은 2개 이상의 층들을 형성하는 전자 장치.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 발광 재료는 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 화합물 또는 이들의 조합을 포함하고 코어쉘 구조를 가지는 반도체 나노결정을 포함하는 전자 장치.
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 제20항에 있어서,
    상기 전자 장치는, 발광 다이오드(LED), 유기발광 다이오드(OLED), 센서(Sensor), 태양전지 전자 소자, 또는 액정 디스플레이(LCD)인 전자장치.
KR1020140095091A 2014-07-25 2014-07-25 광학소자 및 이를 포함한 전자 장치 KR102220405B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140095091A KR102220405B1 (ko) 2014-07-25 2014-07-25 광학소자 및 이를 포함한 전자 장치
US14/807,322 US9997664B2 (en) 2014-07-25 2015-07-23 Optical elements and electronic devices including the same
EP15178071.5A EP2977798B1 (en) 2014-07-25 2015-07-23 Optical element and electronic device including the same
US15/981,649 US10381514B2 (en) 2014-07-25 2018-05-16 Optical element and electronic device including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140095091A KR102220405B1 (ko) 2014-07-25 2014-07-25 광학소자 및 이를 포함한 전자 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160012843A KR20160012843A (ko) 2016-02-03
KR102220405B1 true KR102220405B1 (ko) 2021-02-25

Family

ID=53761214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140095091A KR102220405B1 (ko) 2014-07-25 2014-07-25 광학소자 및 이를 포함한 전자 장치

Country Status (3)

Country Link
US (2) US9997664B2 (ko)
EP (1) EP2977798B1 (ko)
KR (1) KR102220405B1 (ko)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104765092A (zh) * 2015-04-13 2015-07-08 京东方科技集团股份有限公司 一种偏光片及其制造方法、显示装置
US10067069B2 (en) * 2016-03-11 2018-09-04 Smart Vision Lights Machine vision systems incorporating polarized electromagnetic radiation emitters
EP3545043A1 (en) * 2016-11-28 2019-10-02 Merck Patent GmbH Composition comprising a nanosized light emitting material
CN106444155A (zh) * 2016-11-29 2017-02-22 天津市中环量子科技有限公司 一种背光模组及液晶显示器
CN106773285B (zh) * 2016-11-30 2024-02-06 南方科技大学 主动增亮膜、其制备方法及基于fdtd分析主动增亮膜偏振性的方法
CN108241187B (zh) * 2016-12-23 2024-03-15 苏州星烁纳米科技有限公司 量子点偏光片、液晶面板及液晶显示装置
US10824011B2 (en) 2017-01-04 2020-11-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Photoluminescent polarizers having metal film with surface plasmon coupling and electronic devices including the same
CN108630827B (zh) * 2017-03-15 2020-01-14 Tcl集团股份有限公司 一种量子点固态膜、量子点发光二极管及其制备方法
CN109427488A (zh) * 2017-08-28 2019-03-05 絜静精微有限公司 结合电化学及纳米转印的薄膜太阳能电池磊晶法
US10446778B2 (en) * 2017-10-16 2019-10-15 Wuhan China Star Optoelectronics Semiconductor Display Technology Co., Ltd. OLED panel, OLED display and manufacturing method of OLED panel
CN107623078A (zh) * 2017-10-16 2018-01-23 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 Oled面板、显示器及oled面板制造方法
EP3807379B1 (en) * 2018-06-18 2024-04-10 Universiteit Gent Nanostructured shapes having anisotropic absorption and emission
US10598838B2 (en) * 2018-06-29 2020-03-24 Intel Corporation Pixel level polarizer for flexible display panels
CN108987500B (zh) * 2018-07-04 2020-04-21 中国科学院半导体研究所 金属纳米线和多孔氮化物复合材料半导体及其制备方法
CN110416423B (zh) * 2018-08-03 2022-07-12 广东聚华印刷显示技术有限公司 Qled器件及其制备方法
CN110165063A (zh) * 2019-05-27 2019-08-23 深圳市华星光电技术有限公司 量子棒发光二极管器件
CN112018249B (zh) * 2019-05-30 2024-05-07 云谷（固安）科技有限公司 发光器件及其制造方法、显示装置
CN110426770A (zh) * 2019-07-05 2019-11-08 清华大学 无机亚纳米线偏光薄膜及其应用
CN112420949A (zh) * 2020-11-17 2021-02-26 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 一种显示面板
KR20230032599A (ko) * 2021-08-31 2023-03-07 삼성에스디아이 주식회사 편광판 및 이를 포함하는 광학 표시 장치
KR102562695B1 (ko) * 2022-05-09 2023-08-01 충남대학교산학협력단 광학 적층체 및 이의 제조방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008102416A (ja) 2006-10-20 2008-05-01 Hitachi Displays Ltd ワイヤーグリッド偏光子及びそれを用いた液晶表示装置
JP2009157126A (ja) 2007-12-27 2009-07-16 Hitachi Displays Ltd 液晶表示装置
JP2013239673A (ja) 2012-05-17 2013-11-28 Stanley Electric Co Ltd 発光装置、および車両用灯具

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US141116A (en) * 1873-07-22 Improvement in the processes for the manufacture of artificial leather
US7768018B2 (en) 2003-10-10 2010-08-03 Wostec, Inc. Polarizer based on a nanowire grid
DE10355599B4 (de) * 2003-11-28 2009-05-14 Qimonda Ag Verfahren zur Durchführung einer lithographischen Belichtung mithilfe polarisierter elektromagnetischer Strahlung in einer lithographischen Belichtungseinrichtung
US7318651B2 (en) * 2003-12-18 2008-01-15 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. Flash module with quantum dot light conversion
US20080128728A1 (en) * 2004-09-10 2008-06-05 Luminus Devices, Inc. Polarized light-emitting devices and methods
US7960251B2 (en) 2005-12-01 2011-06-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Method for producing nanowires using a porous template
JPWO2007105593A1 (ja) * 2006-03-13 2009-07-30 日本電気株式会社 フォトダイオード、およびその製造方法、ならびに光通信デバイスおよび光インタコネクションモジュール
US7561760B2 (en) 2006-07-19 2009-07-14 Northrop Grumman Systems Corporation System and method for optical beam steering using nanowires and method of fabricating same
US20090052029A1 (en) 2006-10-12 2009-02-26 Cambrios Technologies Corporation Functional films formed by highly oriented deposition of nanowires
KR100863570B1 (ko) * 2006-12-19 2008-10-15 삼성전자주식회사 와이어 그리드 편광자의 제조방법
KR20080092784A (ko) * 2007-04-13 2008-10-16 삼성전자주식회사 나노 와이어 그리드 편광자 및 이를 채용한 액정디스플레이 장치
KR20090028334A (ko) 2007-09-14 2009-03-18 삼성전자주식회사 나노와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법
KR101592481B1 (ko) * 2009-02-06 2016-02-05 삼성전자 주식회사 액정 표시 장치 및 그 제조 방법
US20120206805A1 (en) 2009-08-18 2012-08-16 Liquidia Technologies, Inc Nanowire grid polarizers and methods for fabricating the same
KR101995309B1 (ko) * 2010-11-05 2019-07-02 이섬 리서치 디벨러프먼트 컴파니 오브 더 히브루 유니버시티 오브 예루살렘 엘티디. 편광 조명 시스템
KR101771138B1 (ko) 2011-05-13 2017-08-25 삼성전자주식회사 와이어 그리드 편광자, 상기 와이어 그리드 편광자의 제조 방법 및 상기 와이어 그리드 편광자를 포함하는 디스플레이 패널
US20130182405A1 (en) 2011-12-30 2013-07-18 Lightwave Power, Inc. Nanowire enhanced transparent conductor and polarizer
US9252770B2 (en) * 2012-03-28 2016-02-02 Nissha Printing Co., Ltd. Touch sensor and manufacturing method for the same, as well as transfer ribbon for touch sensor manufacturing
KR101979233B1 (ko) 2012-07-27 2019-05-17 삼성디스플레이 주식회사 와이어 그리드 편광 구조물, 와이어 그리드 편광 구조물의 제조 방법 및 와이어 그리드 편광 구조물을 포함하는 유기 발광 표시 장치
DE102012111693A1 (de) 2012-11-30 2014-06-05 Gd Optical Competence Gmbh Strahlformungseinrichtung
US20140254011A1 (en) * 2013-03-08 2014-09-11 Ravenbrick, Llc Fabrication of coatable wire grid polarizers
US9472788B2 (en) * 2014-08-27 2016-10-18 3M Innovative Properties Company Thermally-assisted self-assembly method of nanoparticles and nanowires within engineered periodic structures

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008102416A (ja) 2006-10-20 2008-05-01 Hitachi Displays Ltd ワイヤーグリッド偏光子及びそれを用いた液晶表示装置
JP2009157126A (ja) 2007-12-27 2009-07-16 Hitachi Displays Ltd 液晶表示装置
JP2013239673A (ja) 2012-05-17 2013-11-28 Stanley Electric Co Ltd 発光装置、および車両用灯具

Also Published As

Publication number Publication date
US10381514B2 (en) 2019-08-13
US20160027963A1 (en) 2016-01-28
EP2977798B1 (en) 2021-12-08
EP2977798A1 (en) 2016-01-27
US9997664B2 (en) 2018-06-12
US20180269353A1 (en) 2018-09-20
KR20160012843A (ko) 2016-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102220405B1 (ko) 광학소자 및 이를 포함한 전자 장치
KR102293604B1 (ko) 자발광 액정 표시 장치
TWI615457B (zh) 發光材料與發光材料的製備方法
KR101462651B1 (ko) 나노결정 혼합물 및 그를 이용하는 발광 다이오드
US9778510B2 (en) Nanocrystal polymer composites and production methods thereof
KR102427698B1 (ko) 양자점-폴리머 미분 복합체, 그의 제조 방법 및 이를 포함하는 성형품과 전자 소자
US9196682B2 (en) Nanoparticle complex, method of manufacturing the same, and device including the nanoparticle complex
KR102650010B1 (ko) 이방성 반도체 나노 결정 입자를 포함하는 백라이트 유닛, 그 제조 방법, 및 이를 포함한 전자 소자
KR101644050B1 (ko) 반도체 나노결정을 포함하는 케이스 및 이를 포함하는 광전자 소자
US20100084629A1 (en) Quantum dot-metal oxide complex, method of preparing the same, and light-emitting device comprising the same
JP2006322001A (ja) コーティングされたナノ粒子およびそれを利用した電子素子
KR102569311B1 (ko) 자발광 편광자 및 이를 포함한 전자 소자
KR102362784B1 (ko) 포화 담금질을 감소시킨 양자점들
KR20130077576A (ko) 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 액정 디스플레이 장치
WO2020063256A1 (zh) 量子点及其制备方法
KR20170103421A (ko) 양자점을 포함하는 도광판
TW201842156A (zh) 組成物、膜、積層構造體、發光裝置及顯示器
KR101060231B1 (ko) 표면에 전하가 도입된 반도체 나노결정 및 이를 포함하는 광소자
CN116769462A (zh) 量子点、其形成方法及包括其的发光装置
KR101151079B1 (ko) 다층 구조 반도체 나노결정의 발광 파장 가변 방법
CN116265566A (zh) 制备量子点的方法、量子点和包括量子点的电子设备
KR20130077313A (ko) 나노 입자를 포함하는 비등방성 광전달 소재

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant