KR20120022372A

KR20120022372A - 양자점을 이용한 ｌｅｄ 램프 및 제조방법

Info

Publication number: KR20120022372A
Application number: KR1020100085918A
Authority: KR
Inventors: 송진원; 서원식
Original assignee: 주식회사 큐디솔루션
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2012-03-12
Also published as: KR101176510B1

Abstract

본 발명은 금속 나노입자에 금속산화물이 코팅된 코어쉘 구조의 금속산화물-금속 나노입자와 양자점을 극성용매에 분산시켜 분산된 슬러리를 LED 단위소자가 위치한 골에 예를 들면, 그루브멍(Glove)에 충진시켜 제조된 양자점 LED 램프에 관한 것이다. 본 발명에 따른 LED 램프는 양자점을 코팅한 Au를 사용함으로써 양자점만 사용한 LED보다 발광 휘도가 증가하는 장점이 있다.

Description

양자점을 이용한 ＬＥＤ 램프 및 제조방법{LED lamp using quantum dots and Method for producing}

본 발명은 금속 나노입자에 금속산화물이 코팅된 코어쉘 구조의 금속산화물-금속 나노입자와 양자점을 극성용매에 분산시켜 분산된 슬러리를 LED 단위소자가 위치한 그루브멍(Glove)에 충진시켜 제조된 LED 램프에 관한 것이다.

최근 LED 램프는 다양한 용도로서 활용되고 있으나, LED 램프는 하나의 발광물질을 이용하여 제조되는 것이 일반적이므로 자연광에 가까운 다양한 파장의 빛을 방출하지 못하는 한계가 있다. 또한 무기물 형광체의 발광효율이 낮으며 연색성 지수가 낮아 자연광을 얻기 어려운 단점이 있다.

한편 양자점은 나노 크기의 반도체 물질로서 양자제한(quantum confinement) 효과를 나타내는 물질이다. 이러한 양자점은 여기원(excitation source)으로부터 빛을 흡수하여 에너지 여기 상태에 이르면, 양자점의 에너지 밴드 갭(band gap)에 해당하는 에너지를 방출하게 된다. 따라서, 양자점의 크기 또는 물질 조성을 조절하게 되면 에너지 밴드 갭(band gap)을 조절할 수 있게 되어 자외선 영역에서부터 적외선 영역까지 전 영역에서 발광이 가능하게 된다. 양자점은 통상적으로 수 나노의 크기를 가진다. 양자점을 제조하는 방법으로는 위에서 언급한 바와 같이, MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)나 MBE(molecular beam epitaxy)와 같은 기상 증착법이 사용될 수도 있고, 바람직하게는 화학적 습식 합성법이 사용될 수 있다. 화학적 습식합성법에 의해 제조된 양자점은 콜로이드 상태로 용매 내에 분산되어 있으므로, 원심분리를 통해 용매로부터 양자점을 분리해 낸다. 상기와 같이 분리해 낸 양자점은 상기에서 제조된 금속-유기물 전구체 용액에 분산된다. 이 때, 양자점은 금속-유기물 전구체의 유기물과의 결합에 의하여 안정화될 수 있다.

이러한 양자점을 형광체로 이용하여 LED 소자를 제작하고자 하는 기술이 최근에 많이 연구되어 지고 있다. 양자점을 형광체로 이용하게 되면 열적 안정성이 우수하며 연색성을 자연광에 근접하게 표현할 수 있고 발광파장에 따라 다양한 색을 구현할 수 있는 장점을 갖고 있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 현재는 양자점의 양자효율이 60%정도로 기존 무기물형광체를 이용한 LED 소자의 휘도를 대체하기에는 한계가 있으며, 충분한 색을 내기위하여 양자점의 농도를 높이면 퀀칭문제가 발생하여 오히려 발광휘도가 감소하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속 금속 나노입자에 금속산화물이 코팅된 코어쉘 구조의 금속산화물-금속 나노입자와 양자점을 극성용매에 분산시켜 분산된 슬러리를 LED 단위소자가 위치한 그루브멍(Glove)에 충진시켜 제조된 LED 램프의 발광 휘도를 증가시키는 것을 목적으로 한다.

금속 나노입자에 금속산화물이 코팅된 코어쉘 구조의 금속산화물-금속 나노입자와 양자점을 극성용매에 분산시켜 분산된 슬러리를 LED 단위소자가 위치한 그루브멍(Glove)에 충진시켜 제조된 LED 램프의 발광 휘도를 증가시키는 것에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다..

본 발명에 따른 LED 램프는 양자점을 극성용매에 분산시켜 분산된 슬러리를 제공하는 제1단계, 금속 나노입자를 금속산화물로 코팅함으로써, 금속 나노입자에 금속산화물이 코팅된 금속산화물-금속 코어쉘 나노입자를 제조하는 제2단계, 상기 제2단계에 의해 제조된, 금속산화물-금속 코어쉘 나노입자를 제1단계에서 제공된 슬러리에 침지하고 교반함으로써, 양자점이 금속산화물-금속 나노입자의 금속산화물층에 코팅된 양자점이 포함된 LED용 나노입자 슬러리를 제조하는 제3단계, 상기 제3단계에서 제조된 양자점이 포함된 LED용 나노입자 슬러리를 LED 단위소자가 위치한 골에, 예를 들면, 글루브에 충진시키는 제4단계를 포함한다.

이하 본 발명의 상기 제1단계를 보다 구체적으로 살펴본다.

본 발명에서 상기 양자점은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe와 같은 II-VI족 화합물 반도체나노결정, GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs와 같은 III-V족 화합물 반도체 나노결정 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되거나; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe,CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe 및 HgZnSTe로 이루어진 군에서 선택되거나; 또는 GaNP,GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, InAlPAs로 이루어진 복합물군에서 선택될 수 있다.

상기 양자점의 크기는 1~20nm인 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 3~10 nm의 크기의 범위를 가질 수 있다.

또한 상기 양자점이 화학적 습식 합성법에 의해 제조될 수 있으며, 종래기술에 따르면 화학적 습식합성법에 의해 나노 크기의 양자점을 합성하기 위해서는 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 분위기 하에서 적절한 용매에 계면 활성제의 종류 및 농도를 조절하여 같이 넣어 결정 구조가 성장할 수 있는 반응 온도를 유지하고, 양자점의 전구체 물질을 혼합 반응 용액에 주입하여, 양자점의 크기를 조절할 수 있도록 반응시간을 유지한 후 반응을 종료하고, 온도를 내린 후 용액에서 분리함으로써 제조할 수 있다. 이 때 사용되는 용매는 탄소수 6 내지 22의 알킬 포스핀, 탄소수 6 내지 22의 알킬 포스핀 옥사이드, 탄소수 6 내지 22의 알킬 아민, 탄소수 6 내지 22의 알칸, 탄소수 6 내지 22의 알켄 또는 그의 혼합물을 예로 들 수 있다. 결정성장을 용이하게 하면서 용매의 안정성을 보장하기 위한 바람직한 반응온도 범위는 100℃ 내지 400℃, 보다 바람직하게는 180℃ 내지 360℃이다. 또한, 반응시간은 바람직하게는 1초 내지 4시간, 보다 바람직하게는 10초 내지 3시간이다.

양자점을 극성용매에 분산시켜 분산된 슬러리를 제공하는 제1단계는 상기 극성용매는 물 또는 탄소수 1-5의 알코올이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 물 또는 탄소수 1-3의 알코올이 바람직하다.

상기 슬러리를 제공하는 단계에서 사용되는 용매 및 양자점의 비율은 용매 100g 당 0.01~10 g정도가 적당하며, 바람직하게는 0.1 ~ 1 g이 바람직하다.

본 발명의 상기 제2단계를 보다 구체적으로 살펴본다.

본 발명에서의 금속산화물-금속 나노입자의 의미는 금속 나노입자상에 금속산화물이 코팅된 물질을 의미한다. 상기 금속 나노입자에 금속산화물이 코팅된 금속산화물-금속 나노입자를 제조하는 단계에서 사용되는 금속 나노입자의 크기는 5~50 nm이고, 바람직하게는 10~30 nm이다. 상기 범위의 금속 나노입자 크기를 사용함으로써 LED 칩에서 나오는 빛이 양자점을 지나면서 빛이 다시 칩 안쪽으로 들어가는 반사광 등을 다시 바깥쪽으로 빼내어 빛을 증가시키기가 좋다.

본 발명에서 사용되는 금속 나노입자의 종류로서는 금, 팔라듐, 백금, 니켈, 코발트, 철, 루테늄, 은, 구리, 카드뮴, 은(Ag) 또는 이들을 포함하는 혼합재료로 이루어진 군에서 선택되며, 바람직하게는 금이 바람직하다. 또한 얻어진 금속산화물 코팅은 그 두께가 1~50 nm가 적당하며 바람직하게는 10~30nm 가 바람직하다. 상기 범위의 금속산화물 두께를 사용함으로써Au-Si 구 표면에 코팅이 제대로 될 수 있다.

한편 상기 금속산화물의 종류는 실리카, 티타니아, ZnO, AlO₃, 제올라이트 또는 이들의 혼합물이 적당하며 바람직하게는 실리카, 제올라이트, ZnO이 바람직하고 더욱 바람직하게는 실리카를 사용할 수 있다.

상기 제2단계는 금속나노입자의 표면을 고분자 재료로 코팅한 후, 염기성 수용액 및 금속산화물 전구체로 처리하는 것을 포함하여 이루어진다. 일예로서 공개특허공보 제2007-0050655에 기재된 바와 같이, 금속 나노입자의 표면을 친수성 유기물로 치환하고 계면활성제를 포함하는 유기용매에 금속산화물 전구체를 주입하여 코팅할 수 있다.

본 발명에서는 금속 나노입자에 수용성 고분자를 코팅하고 이를 물 또는 유기용매하에서 염기성 용액과 금속산화물 전구체를 사용하여 반응함으로써 코팅을 진행하였다. 금속 나노입자에 코팅되는 상기 금속 산화물 층의 두께는 도입되는 금속산화물 전구체의 양과 염기성 수용액의 양에 의해 조절될 수 있다. 바람직한 금속산화물의 전구체는 실리카는 TEOS 티타니아는 티타니움 이소프로폭사이드 등과 같은 금속 알콕사이드가 적당하나, 이에 제한되지는 않는다.

이하 제3단계의 구성을 살펴본다.

상기 제3단계에서의 금속과 양자점의 중량비는 1:10 내지 1:500 이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1: 20 내지 1: 50 이다. 상기 금속과 양자점의 중량비의 범위를 통해 가장 휘도가 증가하는 효과가 있다.

상기 제3단계의 코팅조건은 금속산화물-금속 나노입자와 제1단계에서 제공된 슬러리를 20℃ 내지 30℃에서 침지하고 이를 20℃ 내지 25℃에서 6 시간 내지 12시간 교반시킬 수 있다.

본 발명에 의해 제조되는, 금속 산화물층이 금속 나노입자의 표면에 코팅되고 상기 금속산화물층에 양자점이 코팅된, LED용 나노입자의 SEM 사진을 도5에 도시하였다.

상기 도5에서 보는 바와 같이 본 발명에 의해 얻어지는 LED용 나노입자는 표면이 실리카 이고, 양자점이 상기 금속산화물의 표면에 고르게 코팅되어 있음을 볼 수 있다.

본 발명에 의해 제조되는, 양자점이 금속산화물-금속 나노입자의 금속산화물층에 코팅된 LED용 나노입자는 LED 소자에 적용될 수 있다. 일예로, LED소자의 형광층에 부가되는 재료로서 사용될수 있으며, 또한 봉지재층에 담지되어 사용될 수 있다. 또한 상기 재료는 충전 매트릭스 물질과 혼합하여 LED 소자에 적용될 수 있다. 여기서 충전 매트릭스물질의 입경은 0.001 ~100 ㎛이고, 실리카, 티타니아, ZnO, AlO₃, 제올라이트, 에폭시, 실리콘, 아크릴계 고분자, 유리, 카보네이트계 고분자 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

또한 본 발명에 의해 제조되는, 양자점이 금속산화물-금속 나노입자의 금속산화물층에 코팅된 LED용 나노입자는 충전 매트릭스물질을 포함하는 슬러리 용액에 침지되어 상기 LED용 나노입자를 포함하는 슬러리 용액으로 제조되고, 이를 LED가 들어있는 LED 램프의 구멍(Glove)에 충진함으로써, LED 램프를 제조할 수 있다.

마찬가지로 충전 매트릭스물질의 입경은 0.001~100㎛이고, 실리카, 티타니아, ZnO, AlO₃, 제올라이트, 에폭시, 실리콘, 아크릴계 고분자, 유리, 카보네이트계 고분자 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 이 경우 상기 LED용 나노입자에 포함되는 양자점의 크기(사이즈)를 조절하여 금속산화물층에 코팅하면, LED 램프에서 방출되는 발광성질을 조절할 수 있게 된다. 보다 구체적으로, 양자점의 크기는 종래기술에서 이미 다양한 방법을 통해 조절할 수 있는 것으로 밝혀져 있으며, 이를 바탕으로 크기가 임의로 조절된 양자점을 금속 산화물에 코팅함으로써, 방출파장 등의 발광특성을 사용자가 원하는 대로 조절할 수 있다.

본 발명은 양자점을 극성용매에 분산시켜 분산된 슬러리를 제공하는 제1단계; 금속 나노입자를 금속산화물로 코팅함으로써, 금속 나노입자에 금속산화물이 코팅된 금속산화물-금속 코어쉘 나노입자를 제조하는 제2단계; 상기 제2단계에 의해 제조된, 금속산화물-금속 코어쉘 나노입자를 제1단계에서 제공된 슬러리에 침지하고 교반함으로써, 양자점이 금속산화물-금속 나노입자의 금속산화물층에 코팅된 양자점이 포함된 LED용 나노입자 슬러리를 제조하는 제3단계; 및 상기 제3단계에서 제조된 양자점이 포함된 LED용 나노입자 슬러리를 LED 단위소자가 위치한 골에, 예를 들면, 글루브에 충진시키는 제4단계; 를 포함하여 제조되는 양자점 LED램프의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 양자점이 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe와 같은 II-VI족 화합물 반도체나노결정, GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs와 같은 III-V족 화합물 반도체 나노결정 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되거나; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe 및 HgZnSTe로 이루어진 군에서 선택되거나; 또는 GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, InAlPAs로 이루어진 복합물군에서 선택되는 양자점 LED램프의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 금속 나노입자가 금, 팔라듐, 백금, 니켈, 코발트, 철, 루테늄, 은, 구리, 카드뮴, 은(Ag) 또는 이들을 포함하는 혼합재료로 이루어진 군에서 선택되는 양자점 LED 램프의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하여 제작된 LED 램프는 양자점만을 형광체로 이용하여 제작된 LED 램프보다 발광 휘도를 50~90% 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 LED 램프는, Au 나노파티클과 양자점을 함께 형광체로 이용함으로써 양자점의 발광 특성을 개선시키는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 LED 램프의 개략도이다.
(도 1의 1은 LED램프를 나타내고, 2는 LED unit을 나타내고, 3은 양자점으로 코팅된 나노입자를 나타내며 4는 글루브를 나타낸다.)
도 2와 도3은 본 발명의 실시예 4의 금 나노입자에 실리카가 코팅되어 있는 SEM 사진이다.
도 4은 본 발명의 실시예에서 제조된 나노입자의 성분을 분석한 EDX data 이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 silica 함량(두께)에 따른 양자점의 발광 스펙트럼(PL intensity)이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 양자점이 코팅된 나노입자의 SEM 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 양자점의 함량에 따라 실제 제작된 LED의 발광 스펙트럼(PL intensity)이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

[제조예 1] 양자점의 제조

CdSe 코어와 ZnS쉘 구조를 갖는 양자점 나노결정을 아래와 같이 제조하였다.

1-1. 코어쉘구조의 양자점 제조

카드뮴 2,4-팬타다이오네이트 1.5g, 올레인 산 2g(Oleic aicd, 이하 OA라 칭함), Squalane(or 1-Ocatadecene(이하 ODE라 칭함)) 50ml을 환류 콘덴서가 설치된 100㎖ 삼구플라스크에 넣고, 질소분위기에서 반응온도를 150℃까지 증가시켰다. 이때 혼합물이 잘 섞이도록 1150rpm으로 교반하였다. 이후 100℃까지 하온시킨 뒤 진공분위기에서 이차반응을 시킨다. 반응이 끝나면 25℃까지 하온시킨 뒤 올레이아민(Oleylamine, 이하 OLA라 칭함) 20ml를 넣어 최종 카드뮴전구체 50ml를 만들었다.

이와 별도로, 질소 분위기에서 Se 분말 3.5g 을 순도 90%의 트리옥틸포스핀(Trioctylphosphine, 이하, TOP이라 칭함)에 녹여서 Se 농도 2M 인 Se-TOP 착물용액 5ml를 을 만들었다.

만들어진 Se-TOP에 Squalane(or 1-Ocatadecene(이하 ODE라 칭함)) 50ml을 환류 콘덴서가 설치된 100㎖ 삼구플라스크에 넣어 셀레늄전구체 55ml를 준비하였다.

징크 디에칠디치오카르바메이트(Zinc diethyldithiocarbamate) 3g에 TOP 20ml와 OLA 5ml 를 삼구플라스크에 넣었다. 이때 혼합물이 잘 섞이도록 1150rpm으로 교반하여 진크설퍼 전구체를 준비하였다.

위에서 준비된 카드뮴 전구체와 셀레늄 전구체를 혼합하여 주입하고 300 ℃에서 10분간 반응하여 580nm의 PL peak을 갖는 CdSe 코어(Core)로 반응시켰다.

여기서 얻어진 CdSe 코어(Core) 100ml와 진크설퍼 전구체 (ZnS전구체) 25ml를 혼합하여 반응온도 150℃에서 천천히 반응시켰다.

최종 배출된 반응물 120ml를 아세톤 100ml과 부탄올 100ml을 부가하여 원심 분리하였다. 원심 분리된 침전물을 제외한 용액의 상등액은 버리고, CdSe 코어(Core)와 ZnS 쉘(Shell) 구조의 나노결정을 갖는 침전물에 헥산 30ml 을 부가하여 분산시켰다.

1-2. 에탄올에 분산된 양자점 제조

메탄올 6㎖, Mercaptoethanol 0.3㎖를 1-1에서 생성된 CdSe 코어(Core)와 ZnS 쉘(Shell) 구조의 양자점을 분산한 핵산 용액에 넣고 질소 가스 분위기 하에서 24시간 교반하였다. 반응시킨 용액에 테트라메틸암모늄히드록시드(teramethylammonium hydroxide) 용액을 0.3㎖ 첨가한 후 원심분리 하였다. 침전물을 Hot plate 온도 80℃에서 24시간 건조 한 후 에탄올 2㎖에 분산하였다.

[실시예 1~실시예 4]

금 나노입자의 silica 코팅법

금 나노입자의 제조는 이미 알려진 환원제에 의한 금 이온의 환원을 통하여 제조하였다. 1%(w/w) 염화금산 수화물(HAuCl₄?3H₂O)수용액 10.3ml에 240ml의 증류수를 가하고 핫플레이트(hotplate)를 사용하여 1150 rpm으로 가열 교반하면서 수용액의 온도가 100℃가 되면, 25ml의 38.8mM trisodium citrate을 첨가하였다. 이 상태에서 15 분간 유지하면 금 이온(Au)은 환원 반응을 통하여 금 나노입자가를 제조하였다.

이렇게 만들어진 Au-Solution 50㎖에 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone) 6g을 24시간 교반시킨 후 원심분리를 하여 정제를 하면 Au나노입자에 PVP가 코팅된 Au solution을 얻을수 있다. 이렇게 만들어진 PVP 코팅 Au 나노입자 0.5ml를 에탄올 2.5ml, 증류수 0.25ml, 암모니아수 0.15ml, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 0.001ml와 혼합하여 12시간 교반시켰다. 이후 원심분리를 통하여 상층액을 제거하고 에탄올에 재분산하여 Si가 코팅된 Au 나노입자를 얻었다.

Si 코팅막의 두께 조절은 표 1에 기재된 것과 같이 TEOS의 양을 조절하여 두께를 조절하였다.

silica 코팅된 Au 나노입자에 양자점 코팅 방법

표 1에 기재된 각각의 TEOS 함량으로 제조된 Si 코팅 Au 나노입자에 상기 1-2에 제조된 용액을 양자점을 0.12g 이 되도록 첨가하고 상온에서 8시간 교반시켰다. 이 후 원심분리를 통하여 상층액을 제거하면 양자점이 코팅된 나노입자 가 만들어 진다. 이렇게 코팅된 나노입자의 SEM 사진을 도 5에 나타내었다. 중앙에 위치한 Au 주변의 수 나노미터크기의 양자점이 코팅되어져 있는 것을 알 수 있다.

표 1. TEOS의 함량비를 달리한 나노입자의 제조

도 2는 금(Au)에 실리카가 코팅되어 있는 실시예 4의 SEM 사진이며, 도 3은 금과 실리카의 함량을 측정한 EDX data이다. Si와 Au의 peak이 검출되는 것으로 보아 Au에 Si가 코팅이 잘되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 표 1과 같이 TEOS의 함량을 달리 하였을 때 발광특성 data를 도 4에 나타냈다. TEOS의 함량이 증가할수록 Au 주변에 실리카의 코팅이 잘 이루어지게 되며, 이에 따라 Au에 코팅되는 양자점의 밀도가 증가하여 발광특성이 증가하게 되는 것을 확인할 수 있었다.

[실시예 5~실시예 9]

하기 표 2의 실시예 4와 같이 silica 코팅된 Au 나노입자에 양자점의 첨가량만을 제외하고는 상기 실시예 1~실시예 4와 동일한 방법으로 양자점이 코팅된 실리카-Au나노입자를 표 2와같이 제조하였다.

발광소자의 제작

실시예 5~9와 같이 제조된 양자점-Au나노입자에, 에폭시 수지와 경화제를 4:1 중량비로 섞은 용액을 2g 가하여 혼합용액을 제조하였다. 이렇게 만들어진 혼합용액을 480nm의 UV 광원이 발광되는 칩 위에 도포 (dispensing)하고, 120℃를 유지하는 오븐에서 1시간 동안 경화시킴으로써 CdSe/CdS 나노결정을 발광체로 사용한 발광소자를 완성하였다. 이렇게 제조된 다이오드에 약 20mA정도의 전류가 흐르도록 하면, 적색 빛을 발광하였다.

[표 2]

발광을 위한 양자점의 최적의 코팅조건을 도출하기 위해, 표 2에서와 같이 금속산화물-금속 나노입자(실리카가 코팅된 Au나노입자)의 함량을 고정시키고 양자점의 함량을 달리하여 확인하였다. 표2에서 실시예5~실시예9의 결과를 도 6 에 도시하였다. 최적의 발광 특성을 보이는 것은 Au와 QD의 함량이 1:48의 경우로 발광 스펙트럼이 약 95%정도 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

Claims

금속 나노입자에 금속산화물이 코팅된 코어쉘 구조의 금속산화물-금속 나노입자와 양자점을 극성용매에 분산시켜 양자점을 금속산화물-금속나노입자에 코팅한 입자를 LED 단위소자에 충진시켜 제조된 양자점 LED 램프.
제 1항에 있어서,
상기 양자점이 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe와 같은 II-VI족 화합물 반도체나노결정, GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs와 같은 III-V족 화합물 반도체 나노결정 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되거나; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe 및 HgZnSTe로 이루어진 군에서 선택되거나; 또는 GaNP,GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, InAlPAs로 이루어진 복합물군에서 선택되는 양자점 LED 램프.
제 1항에 있어서,
상기 양자점의 크기는 1~20nm인 양자점 LED 램프.
제 1항에 있어서,
상기 금속 나노입자의 크기는 5 ~ 50 nm인 양자점 LED 램프.
제 1항에 있어서,
상기 금속 나노입자는 금, 팔라듐, 백금, 니켈, 코발트, 철, 루테늄, 은, 구리, 카드뮴, 은(Ag) 또는 이들을 포함하는 혼합재료로 이루어진 군에서 선택되는 양자점 LED 램프.
제 1항에 있어서,
상기 금속 산화물의 두께는 1 ~50 nm이고, 실리카, 티타니아, ZnO, AlO₃,제올라이트 또는 이들의 혼합물인 양자점 LED 램프.
제 1항에 있어서,
코어쉘 구조의 금속산화물-금속 나노입자는 금속나노입자의 표면을 고분자 재료로 코팅한 후, 염기성 수용액 및 금속산화물 전구체로 처리하는 양자점 LED 램프.
제 1항에 있어서,
금속산화물-금속 나노입자와 양자점의 비는 전이금속과 양자점 기준으로 1:10 내지 1:500 중량비인 양자점 LED 램프.
제 1항에 있어서,
상기 분산 슬러리를 실리카, 티타니아, ZnO, AlO₃, 제올라이트, 에폭시, 실리콘, 아크릴계 고분자, 유리, 카보네이트계 고분자 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 충전 매트릭스물질에 혼합되어 충진되는 양자점 LED 램프.
양자점을 극성용매에 분산시켜 분산된 슬러리를 제공하는 제1단계;
금속 나노입자를 금속산화물로 코팅함으로써, 금속 나노입자에 금속산화물이 코팅된 금속산화물-금속 코어쉘 나노입자를 제조하는 제2단계;
상기 제2단계에 의해 제조된, 금속산화물-금속 코어쉘 나노입자를 제1단계에서 제공된 슬러리에 침지하고 교반함으로써, 양자점이 금속산화물-금속 나노입자의 금속산화물층에 코팅된 양자점이 포함된 LED용 나노입자 슬러리를 제조하는 제3단계; 및
상기 제3단계에서 제조된 양자점이 포함된 LED용 나노입자 슬러리를 LED 단위소자가 위치한 골에, 예를 들면, 글루브에 충진시키는 제4단계;
를 포함하여 제조되는 양자점 LED램프의 제조방법.
제 10항에 있어서,
상기 양자점은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe와 같은 II-VI족 화합물 반도체나노결정, GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs와 같은 III-V족 화합물 반도체 나노결정 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되거나; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS,CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe,CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe 및 HgZnSTe로 이루어진 군에서 선택되거나; 또는 GaNP,GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, InAlPAs로 이루어진 복합물군에서 선택되는 양자점 LED램프의 제조방법.
제 10항에 있어서,
상기 금속 나노입자는 금, 팔라듐, 백금, 니켈, 코발트, 철, 루테늄, 은, 구리, 카드뮴, 은(Ag) 또는 이들을 포함하는 혼합재료로 이루어진 군에서 선택되는 양자점 LED 램프의 제조방법.