KR20130123042A - Quantum dot for light emitting diode and white light emission device using the same - Google Patents

Quantum dot for light emitting diode and white light emission device using the same Download PDF

Info

Publication number
KR20130123042A
KR20130123042A KR1020120046147A KR20120046147A KR20130123042A KR 20130123042 A KR20130123042 A KR 20130123042A KR 1020120046147 A KR1020120046147 A KR 1020120046147A KR 20120046147 A KR20120046147 A KR 20120046147A KR 20130123042 A KR20130123042 A KR 20130123042A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
quantum dot
quantum dots
zns
light emitting
emitting diode
Prior art date
Application number
KR1020120046147A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101360073B1 (en
Inventor
양희선
송우석
Original Assignee
홍익대학교 산학협력단
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 홍익대학교 산학협력단 filed Critical 홍익대학교 산학협력단
Priority to KR1020120046147A priority Critical patent/KR101360073B1/en
Publication of KR20130123042A publication Critical patent/KR20130123042A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101360073B1 publication Critical patent/KR101360073B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/62Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing gallium, indium or thallium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/62Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing gallium, indium or thallium
    • C09K11/621Chalcogenides
    • C09K11/623Chalcogenides with zinc or cadmium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/48Semiconductor 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 body packages
    • H01L33/50Wavelength conversion elements
    • H01L33/501Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502Wavelength conversion materials
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00Electroluminescent light sources
    • H05B33/12Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/14Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of the electroluminescent material, or by the simultaneous addition of the electroluminescent material in or onto the light source

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Disclosed are a quantum dot for light emitting diode and a white light emission device using the same. The quantum dot according to the present invention is a quantum dot generating wavelength conversion light converting excite light of the light emitting diode and is Cu1-xIn1-yGayS2/ZnS Core/Shell quantum dot (0.5≤x≤0.95, 0≤y<1). By using Cu1-xIn1-yGayS2/ZnS Core/Shell quantum dot (0.5≤x≤0.95, 0≤y<1), wide yellow luminescence band can be realized. Even when one type of quantum dot is used, white LED can be created through a blue LED combination, thereby enabling Cu1-xIn1-yGayS2/ZnS Core/Shell quantum dot (0.5≤x≤0.95, 0≤y<1) according to the present invention to replace a bulk fluorescent substance such as YAG : Ce.

Description

발광다이오드용 양자점 및 이를 이용한 백색 발광 소자{Quantum dot for light emitting diode and white light emission device using the same} Quantum dot for light emitting diode and white light emission device using the same

본 발명은 발광다이오드의 여기광을 파장 변환하여 파장 변환광을 발생시키는 발광다이오드용 양자점(quantum dots, QDs)에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 청색 발광다이오드와 결합하여 백색 발광을 할 수 있는 양자점 및 이를 이용한 백색 발광 소자에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to quantum dots (QDs) for light emitting diodes that wavelength convert an excitation light of a light emitting diode to generate wavelength converted light. More specifically, the present invention relates to a quantum dot capable of emitting white light in combination with a blue light emitting diode. And it relates to a white light emitting device using the same.

양자점은 반도체 특성을 갖는 수십 나노미터(nm) 이하 크기의 나노 입자를 말하며, 양자 제한 효과(quantum confinement effect)에 의해 벌크 크기의 입자들과는 상이한 특성을 나타내기 때문에 크게 주목받고 있는 핵심 소재이다. 이러한 양자점은 여기원(excitation source)으로부터 빛을 흡수하여 에너지 여기 상태에 이르면, 양자점의 에너지 밴드 갭(band gap)에 해당하는 에너지를 방출하여 발광하게 된다. 따라서, 양자점의 크기 또는 물질 조성을 조절하게 되면 밴드 갭을 조절할 수 있게 되어 다양한 수준의 파장대의 에너지를 이용할 수 있다. 일반적으로 양자점은 입자의 크기가 감소함에 따라 밴드 갭이 커지게 되는 현상을 보이며 이에 따라 입자의 크기가 감소할수록 발광 파장이 청색 편이(blue-shift)하는 현상을 보이게 된다. 또한 입자의 크기가 극단적으로 감소하게 되면 물질 표면에 존재하는 원자나 이온의 비율이 증가하게 되며, 이로 인해 융점이 낮아지거나 결정격자 상수가 감소하는 등 극히 작은 입자들의 크기로 인해 벌크 크기의 입자에서 볼 수 없었던 새로운 광학적, 전기적, 물리적 특성을 나타낸다. 따라서, 상기 특성을 지닌 양자점을 이용하여 디스플레이, 발광다이오드(LED) 및 바이오 분야 등에서 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.Quantum dots refer to nanoparticles of a few tens of nanometers (nm) in size with semiconductor characteristics, and are a key material of great interest because they exhibit different characteristics from bulk-sized particles due to quantum confinement effects. When the quantum dots absorb light from an excitation source and reach an energy excited state, the quantum dots emit energy corresponding to the energy band gap of the quantum dots to emit light. Therefore, when the size or material composition of the quantum dot is adjusted, the band gap can be adjusted to use energy of various levels of wavelength bands. In general, the quantum dots show a phenomenon in which the band gap increases as the size of the particles decreases. As a result, the emission wavelength is blue-shifted as the size of the particles decreases. In addition, the extreme reduction in particle size increases the proportion of atoms or ions on the surface of the material, which can lead to bulky particles due to the size of extremely small particles, such as lower melting points and lower crystal lattice constants. It shows new optical, electrical and physical properties that could not be seen. Therefore, researches for applying in the fields of display, light emitting diode (LED), biotechnology, etc. using the quantum dots having the above characteristics are actively underway.

LED 분야에서는 백색 LED에 대한 수요가 높다. 백색 LED를 제조하는 방식에는 여러 색상의 LED 칩을 조합하여 백색을 나타내게 하거나, 또는 특정색의 광을 발광하는 LED 칩과 특정색의 형광을 발광하는 형광체를 조합하는 방식이 있다. 현재 상용화되어 있는 백색 LED는 후자의 방법이 적용되어, 청색 LED 칩 위에 YAG : Ce 벌크 황색 형광체를 디스펜싱하여 백색 LED 패키지를 얻는다.Demand for white LEDs is high in the LED field. In the method of manufacturing a white LED, there is a method of combining white LEDs with LED chips of various colors, or combining LED chips emitting light of a specific color and phosphors emitting fluorescence of a specific color. The current commercially available white LED is applied with the latter method to obtain a white LED package by dispensing YAG: Ce bulk yellow phosphor on a blue LED chip.

LED 분야에서 기존에 사용되는 벌크 형광체를 대체하기 위해서, 청색 LED 칩 위에 여러 가지 다른 파장의 빛을 낼 수 있는 여러 종류의 양자점을 적용하는 것도 알려져 있다. Jang 등은 녹색- 및 적색-발광의 CdSe/다중-쉘 양자점과 청색의 InGaN LED를 조합하면 20 mA의 동작 전류에서 41 lm/W의 발광 효율을 나타낸다고 보고하였다[2010 Adv. Mater. 22 3076]. Wang 등에 따르면, 녹색-, 황색- 및 적색-발광의 CdSe/다중-쉘 양자점과 청색 LED를 조합하면 40 mA의 동작 전류에서 32 lm/W의 발광 효율을 나타내고 색지수가 88이라고 한다[2011 J. Mater. Chem. 21 8558]. In order to replace the bulk phosphor used in the LED field, it is also known to apply various kinds of quantum dots that can emit light of different wavelengths on a blue LED chip. Jang et al. Reported the combination of green- and red-emitting CdSe / multi-shell quantum dots with blue InGaN LEDs yielded a luminous efficiency of 41 lm / W at an operating current of 20 mA [2010 Adv. Mater. 22 3076]. According to Wang et al., The combination of green-, yellow- and red-emitting CdSe / multi-shell quantum dots with a blue LED results in luminous efficiency of 32 lm / W at an operating current of 40 mA and a color index of 88 [2011 J]. Mater. Chem. 21 8558].

이와 같이 양자점 기반의 LED가 활발히 연구되고는 있지만 단일 종류의 양자점을 사용하여 백색 LED를 구현한 예는 아직까지 알려져 있지 않으며, YAG : Ce 벌크 황색 형광체를 대체할 정도로 우수한 양자점도 개발된 바가 없다. As such, quantum dot-based LEDs have been actively studied, but an example of implementing a white LED using a single type of quantum dots is not known so far, and no excellent quantum dots have been developed to replace YAG: Ce bulk yellow phosphors.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 YAG : Ce 벌크 황색 형광체를 대체할 정도로 우수한 양자점 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide a quantum dot excellent enough to replace the YAG: Ce bulk yellow phosphor and its manufacturing method.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 이러한 양자점을 이용함으로써 단일 종류의 양자점을 사용하여도 백색 발광하는 백색 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a white light emitting device that emits white light even when using a single type of quantum dot by using such a quantum dot, and a method of manufacturing the same.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 양자점은 발광다이오드의 여기광을 파장 변환하여 파장 변환광을 발생시키는 양자점으로서, Cu1-xIn1-yGayS2/ZnS 코어/쉘 양자점(0.5≤x≤0.95, 0≤y<1)이다.In order to solve the above problems, the quantum dot according to the present invention is a quantum dot that converts the excitation light of the light emitting diode to generate wavelength converted light, and includes a Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 / ZnS core / shell quantum dot ( 0.5 ≦ x ≦ 0.95, 0 ≦ y <1).

이러한 양자점을 제조하는 방법은, 전구체 및 용매를 혼합하고 가열하여 Cu1-xIn1-yGayS2 코어 양자점(0.5≤x≤0.95, 0≤y<1)을 성장시키는 단계; 및 상기 Cu1-xIn1-yGayS2 코어 양자점 상에 ZnS 쉘 스톡 용액을 적용하여 ZnS 코팅을 하는 단계를 포함한다.The method for preparing such quantum dots includes mixing and heating a precursor and a solvent to grow Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 core quantum dots (0.5 ≦ x ≦ 0.95, 0 ≦ y <1); And applying a ZnS shell stock solution on the Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 core quantum dots to perform ZnS coating.

이와 같은 양자점을 청색 발광다이오드에 결합하면 단일 종류의 양자점을 사용하면서 백색 발광하는 발광 소자를 제조할 수 있다. When such a quantum dot is combined with a blue light emitting diode, a light emitting device that emits white light while using a single type of quantum dot can be manufactured.

이와 같은 양자점을 청색 발광다이오드에 결합하는 데에는 열경화성 실리콘 수지와 경화제를 가해 양자점 페이스트를 제조한 후 이를 청색 발광다이오드 위에 디스펜스하는 방법이 이용될 수 있다.In order to couple the quantum dot to the blue light emitting diode, a method of preparing a quantum dot paste by adding a thermosetting silicone resin and a curing agent and then dispensing the quantum dot on the blue light emitting diode may be used.

대신에, 고분자를 유기용매에 녹여 고분자 용액을 준비한 다음, 이와 같은 양자점을 상기 고분자 용액에 혼합하고 이를 건조시켜 고분자 박막을 형성한 후, 상기 고분자 박막의 적어도 한 면에 무기산화물 보호막을 형성하여 양자점-고분자 복합체 플레이트를 제조하고 나서, 이 양자점-고분자 복합체 플레이트를 상기 청색 발광다이오드 위에 접착하는 방법을 이용해도 된다. Instead, a polymer solution is prepared by dissolving a polymer in an organic solvent, and then mixing the quantum dots with the polymer solution and drying them to form a polymer thin film, and then forming an inorganic oxide protective film on at least one side of the polymer thin film. A polymer composite plate may be prepared, and then a method of adhering the quantum dot-polymer composite plate onto the blue light emitting diode may be used.

조명용 백색 LED는 통상 청색 LED 칩 위에 황색 벌크 형광체(YAG : Ce 또는silicate-based compositions)를 조합하여 제조되고 있다. LED 제조를 위한 파장 변환용으로 양자점이 사용된 예도 있다. 그러나, 백색광을 실현하려면 서로 다른 파장 윈도우를 갖는 다양한 종류의 양자점이 사용되어야 한다. Lighting white LEDs are typically manufactured by combining yellow bulk phosphors (YAG: Ce or silicate-based compositions) on a blue LED chip. An example is the use of quantum dots for wavelength conversion for LED manufacturing. However, to realize white light, various kinds of quantum dots having different wavelength windows must be used.

이에 비하여, 본 발명에 따르면 구리 부족한 Cu1-xIn1-yGayS2/ZnS 코어/쉘 양자점(0.5≤x≤0.95, 0≤y<1)을 사용하여 넓은 황색 발광 대역을 구현할 수 있다. 이에 따라 한 종류의 양자점을 사용하여도 청색 LED와의 조합을 통해 백색 LED를 구현할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 Cu1-xIn1-yGayS2/ZnS 코어/쉘 양자점은 YAG : Ce와 같은 벌크 형광체를 대체할 수 있다. In contrast, according to the present invention, a wide yellow emission band can be realized by using Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 / ZnS core / shell quantum dots (0.5 ≦ x ≦ 0.95, 0 ≦ y <1), which lack copper. have. Accordingly, even if one type of quantum dot is used, the white LED can be realized by combining with the blue LED. Thus, the Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 / ZnS core / shell quantum dots according to the present invention may replace bulk phosphors such as YAG: Ce.

단일 종류의 양자점을 이용해서 백색 LED를 구현하는 예는 아직까지 알려져 있지 않다. 단일 종류의 양자점을 이용하는 경우에는 여러 종류의 양자점을 이용하는 경우에 비하여 제어해야 할 변수가 줄어들기 때문에 재현성이 좋은 소자를 제조할 수 있는 이점이 있다. 본 발명에 따라 제조된 백색 LED와 같은 백색 발광 소자는 20 mA의 전류 하에서 72보다 큰 연색지수(color rendering index)를 보이고 63 lm/W보다 큰 발광 효율을 나타낸다. An example of implementing a white LED using a single kind of quantum dot is not known yet. In the case of using a single type of quantum dot, there is an advantage in that a device with good reproducibility can be manufactured because the variable to be controlled is reduced as compared with the case of using several types of quantum dots. White light emitting devices, such as white LEDs manufactured according to the present invention, exhibit a color rendering index greater than 72 and a luminous efficiency greater than 63 lm / W under a current of 20 mA.

도 1(a)는 다양한 Cu/In 비율에 대해 CIS 양자점의 흡수 스펙트럼을 보여주고, 도 1(b)는 그 CIS 양자점의 정규화된 발광 스펙트럼과 형광 이미지를 도시하고, 도 1(c)는 다양한 Cu/In 비율에 대해 CIS/ZnS 양자점의 흡수 스펙트럼을 보여주며, 도 1(d)는 CIS/ZnS 양자점의 정규화된 발광 스펙트럼과 형광 이미지를 도시한다.
도 2(a)는 Cu/In가 1/1, 1/2 및 1/4인 경우에 CIS/ZnS 양자점과 결합된 LED의 20 mA 순방향 전류 하에서의 EL 스펙트럼이고, 도 2(b)는 CIE 색 좌표이다. 도 2(c)는 Cu/In가 1/4인 경우에 CIS/ZnS 양자점과 결합된 LED에서 순방향 전류 20 mA를 가하기 전과 후의 사진이다.
도 3은 Cu/In가 1/4인 경우에 CIS/ZnS 양자점과 결합된 LED에서 순방향 전류를 5 mA에서 100 mA까지 증가시키며 측정한 EL 스펙트럼이다.
도 4(a)는 Cu/In가 1/4인 경우에 CIS/ZnS 양자점과 결합된 LED에서 순방향 전류를 5 mA에서 100 mA까지 증가시키며 측정한 CIE 색 좌표이고, 도 4(b)는 CRI/CCT이며, 도 4(c)는 발광효율/광 변환 효율 그래프이다.
FIG. 1 (a) shows absorption spectra of CIS quantum dots for various Cu / In ratios, FIG. 1 (b) shows normalized emission spectra and fluorescence images of the CIS quantum dots, and FIG. 1 (c) shows various Absorption spectra of CIS / ZnS quantum dots are shown for the Cu / In ratio, and FIG. 1 (d) shows normalized emission spectra and fluorescence images of CIS / ZnS quantum dots.
FIG. 2 (a) is the EL spectrum under 20 mA forward current of the LED combined with CIS / ZnS quantum dots when Cu / In is 1/1, 1/2 and 1/4, and FIG. 2 (b) is the CIE color Coordinates. FIG. 2 (c) is a photograph before and after applying a forward current of 20 mA in an LED combined with a CIS / ZnS quantum dot when Cu / In is 1/4.
FIG. 3 is an EL spectrum measured with increasing forward current from 5 mA to 100 mA in an LED combined with CIS / ZnS quantum dots when Cu / In is 1/4.
Figure 4 (a) is the CIE color coordinates measured by increasing the forward current from 5 mA to 100 mA in the LED combined with CIS / ZnS quantum dots when Cu / In is 1/4, Figure 4 (b) is CRI 4C is a light emission efficiency / light conversion efficiency graph.

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, preferred 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.

본 발명에서는 백색 LED 구현을 위하여 Cu1-xIn1-yGayS2/ZnS 코어/쉘 양자점(0.5≤x≤0.95, 0≤y<1)을 황색 발광 형광체로 사용한다. In the present invention, to implement a white LED, Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 / ZnS core / shell quantum dots (0.5 ≦ x ≦ 0.95, 0 ≦ y <1) are used as yellow light emitting phosphors.

Cu1-xIn1-yGayS2(0.5≤x≤0.95, 0≤y<1) 양자점은 핫 콜로이드(hot colloid) 방법, 용매열(solvothermal) 방법 이외에도, 가열(heating-up)이나 핫-인젝션(hot-injection)을 통하여 제조할 수 있다. Cu1-xIn1-yGayS2(0.5≤x≤0.95, 0≤y<1) 코어에 ZnS 코팅을 하면 PL(Photoluminescence)과 양자 효율(QY : quantum yield)이 향상된다. ZnS 코팅은 양이온 교환 공정(cation exchange process), 용매열 방법 등으로도 수행될 수 있다.Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 (0.5≤x≤0.95, 0≤y <1) In addition to the hot colloid method and the solvent thermal method, the quantum dots may be heated or It can be prepared by hot-injection. ZnS coating on Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 (0.5≤x≤0.95, 0≤y <1) cores improves PL (photoluminescence) and quantum efficiency (QY). ZnS coating may also be carried out by a cation exchange process, a solvent heat method, or the like.

일반적으로 알려진 CuInS2 양자점은 내부 결함에 의존하는 특성이 있으므로 넓은 발광 대역을 보인다. 따라서, 특정 색상을 위한 좁은 대역폭을 요구하는 디스플레이 분야에 사용하기에는 부적절하다. 그러나, 백색 LED를 구현하는 데 있어서는 넓은 스펙트럼 영역을 확보하는 데에 넓은 발광 대역의 형광체가 선호되므로 CuInS2 양자점이 유리하다. Generally known CuInS 2 quantum dots have a characteristic of being dependent on internal defects and thus exhibit a wide emission band. Thus, it is not suitable for use in display applications that require a narrow bandwidth for a particular color. However, CuInS 2 quantum dots are advantageous in implementing white LEDs because phosphors of a wide emission band are preferred to secure a wide spectral region.

본 발명자들은 CuInS2/ZnS 코어/쉘 양자점이 황색 발광 형광체로 사용되려면 코어 양자점인 CuInS2에서 구리가 부족한 쪽으로 화학적 조성이 맞추어져야 한다는 것을 발견하였다. 즉, Cu와 In이 1 : 1 비율이 아닌 Cu가 In에 비하여 적은 비화학양론의 조성을 가져야 한다. 본 발명에 따르면, 이러한 구리 부족 Cu1-xInS2(0.5≤x≤0.95, 즉 Cu와 In의 비율은 1/20 ~ 1/2)은 핫 콜로이드 방법 또는 용매열 방법을 통하여 70% 이상의 우수한 양자 효율과 104 nm 이상의 넓은 발광 반가폭을 가지도록 제조될 수 있다. 청색 LED에 본 발명에 따른 황색 발광의 구리 부족 CIS/ZnS 양자점을 적용하면, 청색과 황색 발광이 조합됨으로써, 단일 종류의 양자점으로 이루어진 양자점 기반의 백색 LED를 구현할 수 있다. Cu와 In의 비율이 1/20보다 크기만 하면 황색 형광체로서의 사용이 문제가 없고 Cu와 In의 비율이 1/2보다 큰 경우에는 황색 형광체가 되지 않는다. The inventors found that the CuInS 2 / ZnS core / shell quantum dots had to be chemically aligned towards the lack of copper in the core quantum dot CuInS 2 to be used as a yellow light emitting phosphor. In other words, Cu and In are not in a 1: 1 ratio, and Cu should have a less stoichiometric composition than In. According to the present invention, such copper-deficient Cu 1-x InS 2 (0.5≤x≤0.95, i.e., the ratio of Cu and In is 1/20 to 1/2) is excellent by more than 70% through the hot colloid method or the solvent heat method. It can be manufactured to have a quantum efficiency and a wide emission half width of 104 nm or more. When the yellow light-emitting copper-deficient CIS / ZnS quantum dots according to the present invention are applied to the blue LEDs, blue and yellow light emission are combined to realize a quantum dot-based white LED made of a single type of quantum dots. If the ratio of Cu and In is larger than 1/20, the use as a yellow phosphor is not a problem, and if the ratio of Cu and In is larger than 1/2, it does not become a yellow phosphor.

한편, 본 발명에 따른 구리 부족 CIS/ZnS 양자점에서 Ga이 In 자리에 부분적으로 치환된 형태인 Cu1-x(In,Ga)S2/ZnS 코어/쉘 양자점(0.5≤x≤0.95)도 황색 근처의 발광을 하기 때문에 백색 LED용 색변환 소재로 매우 적절하다. 따라서, 본 발명에 따른 양자점은 Cu1-xIn1-yGayS2/ZnS(0.5≤x≤0.95, 0≤y<1)의 화학식을 가진다. Meanwhile, Cu 1-x (In, Ga) S 2 / ZnS core / shell quantum dots (0.5 ≦ x ≦ 0.95), in which Ga is partially substituted at In sites in the copper-deficient CIS / ZnS quantum dots according to the present invention, are also yellow. Because it emits light nearby, it is very suitable as a color conversion material for white LEDs. Accordingly, the quantum dot according to the present invention has a chemical formula of Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 / ZnS (0.5 ≦ x ≦ 0.95, 0 ≦ y <1).

본 발명과 같이 단일 종류의 양자점을 이용해서 백색 LED를 구현하는 예는 아직까지 알려져 있지 않다. 단일 종류의 양자점을 이용하는 경우에는 여러 종류의 양자점을 이용하는 경우에 비하여 제어해야 할 변수가 줄어들기 때문에 재현성이 좋은 소자를 제조할 수 있는 이점이 있다. 본 발명에 따라 제조된 백색 LED와 같은 백색 발광 소자는 20 mA의 전류 하에서 72보다 큰 연색지수를 보이고 63 lm/W보다 큰 발광 효율을 나타낸다. An example of implementing a white LED using a single type of quantum dot as in the present invention is not known yet. In the case of using a single type of quantum dot, there is an advantage in that a device with good reproducibility can be manufactured because the variable to be controlled is reduced as compared with the case of using several types of quantum dots. A white light emitting device such as a white LED manufactured according to the present invention has a color rendering index greater than 72 and a luminous efficiency greater than 63 lm / W under a current of 20 mA.

이하, 구체적인 실험예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific experimental examples.

<CIS와 CIS/ZnS 양자점 합성 및 양자점 기반 LED 제조 방법><CIS and CIS / ZnS quantum dot synthesis and quantum dot based LED manufacturing method>

인듐 전구체의 양은 고정하고 구리 전구체의 양을 달리 하여 Cu/In 조성이 1/1, 1/2, 1/4로 각기 다른 CIS 양자점을 먼저 제조하였다. Cu/In 조성이 1/1인 CIS 양자점을 제조하기 위하여, 0.5 mmol(0.095 g)의 CuI, 0.5 mmol(0.146 g)의 In(Ac)3, 그리고 5 mL의 DDT를 50 mL 플라스크(three-neck flask)에 넣었다. 반응 혼합물은 100℃로 가열하는 동안 디가스(degas)되고 Ar으로 백필(backfill)된 후 10분 안에 230℃까지 가열하였다. 이 온도에서 5분을 방치하여 CIS 코어 양자점을 성장시켰다. Cu/In 조성이 1/2, 1/4인 CIS 양자점의 경우도 이 방법과 동일하게 제조하였으며, 다만 CuI 사용량이 각각 0.25 mmol과 0.125 mmol이었다. The amount of the indium precursor was fixed and the amount of the copper precursor was changed to prepare CIS quantum dots having different Cu / In compositions of 1/1, 1/2, and 1/4. To prepare a CIS quantum dot with a Cu / In composition of 1/1, 0.5 mL (0.095 g) of CuI, 0.5 mmol (0.146 g) of In (Ac) 3 , and 5 mL of DDT were added to a 50 mL flask. into a neck flask). The reaction mixture was degassed while heating to 100 ° C. and backfilled with Ar and then heated to 230 ° C. in 10 minutes. After 5 minutes at this temperature, CIS core quantum dots were grown. The CIS quantum dots having a Cu / In composition of 1/2 and 1/4 were prepared in the same manner as in this method, except that the amount of CuI was 0.25 mmol and 0.125 mmol, respectively.

Ga이 In 자리에 부분적으로 치환된 형태인 양자점을 얻으려면 구리 전구체, 인듐 전구체, 갈륨 전구체 및 용매를 혼합하여 위의 방법대로 양자점을 형성하면 된다.  In order to obtain a quantum dot in which Ga is partially substituted at an In site, a quantum dot may be formed by mixing a copper precursor, an indium precursor, a gallium precursor, and a solvent as described above.

ZnS 쉘 코팅을 하기 위하여, ZnS 쉘 스톡 용액(stock solution)을 제조하였다. ZnS 쉘 스톡 용액은 4 mmol(2.528 g)의 Zn stearate, 1 mL의 DDT, 그리고 4 mL의 ODE를 혼합 후 핫 플레이트를 이용해 190℃로 가열하여 제조하였다. 이러한 쉘 스톡 용액은 230℃의 CIS 코어가 형성되어 있는 용액 안에 0.91.0 mL/min의 속도로 적하하였다. 그런 다음 240℃로 가열하여 코팅에 필요한 최적 시간동안 유지하였다. 최적 시간은 60~70 분이었다. CIS 코어와 CIS/ZnS 코어/쉘 양자점은 과량의 에탄올로 침전시킨 후 클로로폼/에탄올 조합의 용매를 이용한 원심분리 방법(7000 rpm/10 분)으로 반복적으로 정화시킨 후 최종적으로는 클로로폼 안에 분산시켰다. ZnS shell stock solutions were prepared for ZnS shell coating. A ZnS shell stock solution was prepared by mixing 4 mmol (2.528 g) of Zn stearate, 1 mL of DDT, and 4 mL of ODE followed by heating to 190 ° C. using a hot plate. This shell stock solution was dripped at the rate of 0.91.0 mL / min in the solution in which the CIS core of 230 degreeC was formed. It was then heated to 240 ° C. to maintain the optimum time needed for the coating. The optimal time was 60-70 minutes. CIS core and CIS / ZnS core / shell quantum dots were precipitated with excess ethanol and then repeatedly purified by centrifugation using a solvent of chloroform / ethanol combination (7000 rpm / 10 minutes), and finally dispersed in chloroform. I was.

표면 실장 방식의 InGaN계 청색 발광 LED와 CIS/ZnS 양자점-실리콘 수지 혼합물의 조합을 통하여 양자점 기반의 LED를 제조하는 방법은 다음과 같다. A method of manufacturing a quantum dot-based LED by combining a surface mount InGaN-based blue light emitting LED and a CIS / ZnS quantum dot-silicon resin mixture is as follows.

먼저, 1.23 g의 열경화성 실리콘 수지(OE-6630 B, Dow Corning Co.)에 CIS/ZnS 양자점 클로로폼 분산 용액을 혼합하였다. CIS/ZnS 양자점 클로로폼 분산 용액은 450 nm에서 3.0 정도의 광학 밀도를 가지는 것으로, 대략의 농도는 43 mg/mL이었다. 그런 다음 90℃에서 1 시간 동안 가열하여, 혼합물 속에서의 클로로폼을 제거하였다.First, CIS / ZnS quantum dot chloroform dispersion solution was mixed with 1.23 g of a thermosetting silicone resin (OE-6630 B, Dow Corning Co.). The CIS / ZnS quantum dot chloroform dispersion solution had an optical density of about 3.0 at 450 nm, and the approximate concentration was 43 mg / mL. It was then heated at 90 ° C. for 1 hour to remove chloroform in the mixture.

그런 다음, 동량(1.23 g)의 경화제(OE-6630 A)를 CIS/ZnS 양자점-실리콘 수지 혼합물에 가해 최종적인 양자점 페이스트를 제조하고, 이를 청색 LED 칩 몰드 위에 디스펜스하였다. 디스펜스된 양자점 페이스트는 오븐 안에서 70℃ 30분 동안, 120℃ 1 시간 동안 2 단계 열처리하였다. An equivalent amount (1.23 g) of curing agent (OE-6630 A) was then added to the CIS / ZnS quantum dot-silicone resin mixture to produce the final quantum dot paste, which was dispensed onto a blue LED chip mold. The dispensed quantum dot paste was heat-treated in an oven for 2 hours at 70 ° C. for 30 minutes and 120 ° C. for 1 hour.

<CIS와 CIS/ZnS 양자점의 형광 특성><Fluorescence Characteristics of CIS and CIS / ZnS Quantum Dots>

도 1(a)는 Cu/In가 1/1, 1/2 및 1/4인 경우에 CIS 양자점의 흡수 스펙트럼이고, 도 1(b)는 정규화된 PL스펙트럼이다. PL 측정을 위한 여기 파장은 450 nm이었다. 클로로폼 안에 분산시킨 CIS 양자점의 365 nm UV 조사 하에서의 형광은 도 1(b) 안의 삽입 그림으로 나타내었다. FIG. 1 (a) shows absorption spectra of CIS quantum dots when Cu / In is 1/1, 1/2 and 1/4, and FIG. 1 (b) shows normalized PL spectrum. The excitation wavelength for the PL measurement was 450 nm. Fluorescence under 365 nm UV irradiation of CIS quantum dots dispersed in chloroform is shown in the inset in FIG.

도 1(a)를 참조하면 구리 부족 정도가 클수록 흡수에서의 청색 편이 또는 높은 밴드 갭이 확인된다. 이와 같이 CID 양자점에서의 밴드 갭은 Cu/In 조성에 의존한다.Referring to Figure 1 (a), the greater the degree of copper shortage, the more blue shift or higher band gap in absorption is confirmed. As such, the band gap in the CID quantum dots depends on the Cu / In composition.

도 1(b)에서 보는 바와 같이, 모든 코어 양자점은 원적색 영역(Cu/In이 1/1인 경우 피크 파장은 717nm, Cu/In이 1/4인 경우 피크 파장은 665nm)에서 발광하였으며, 발광 반가폭은 128~141 nm로 넓은 편이다. Cu/In가 1/1, 1/2 및 1/4인 경우에 대하여 CIS 양자점의 발광 양자 효율은 8.6, 11.3 및 12.7%로 측정되었다. As shown in FIG. 1 (b), all the core quantum dots emit light in the far red region (peak wavelength is 717 nm when Cu / In is 1/1 and peak wavelength is 665 nm when Cu / In is 1/4). The half width of light emission is wide at 128-141 nm. The emission quantum efficiencies of the CIS quantum dots were measured to be 8.6, 11.3, and 12.7% for the case of Cu, In, 1/1, 1/2, and 1/4.

Cu/In가 1/1, 1/2 및 1/4인 CIS 코어 양자점에 ZnS 코팅을 수행하였다. ZnS coatings were performed on CIS core quantum dots with Cu / In of 1/1, 1/2 and 1/4.

도 1(c)는 Cu/In가 1/1, 1/2 및 1/4인 경우에 CIS/ZnS 양자점의 정규화된 흡수 스펙트럼이고, 도 1(d)는 정규화된 PL스펙트럼이다. PL 측정을 위한 여기 파장은 450 nm이었다. 클로로폼 안에 분산시킨 CIS/ZnS 양자점의 365 nm UV 조사 하에서의 형광은 도 1(d) 안의 삽입 그림으로 나타내었다. FIG. 1 (c) is normalized absorption spectrum of CIS / ZnS quantum dots when Cu / In is 1/1, 1/2 and 1/4, and FIG. 1 (d) is normalized PL spectrum. The excitation wavelength for the PL measurement was 450 nm. Fluorescence under 365 nm UV irradiation of CIS / ZnS quantum dots dispersed in chloroform is shown in the inset in FIG.

도 1(c)를 참조하면, 모든 CIS/ZnS 양자점의 흡수 피크가 최초의 CIS 코어 양자점에 비하여 단파장 쪽으로 이동한 것을 볼 수 있다. Referring to FIG. 1 (c), it can be seen that the absorption peaks of all the CIS / ZnS quantum dots are shifted toward shorter wavelengths than the first CIS core quantum dots.

도 1(d)를 참조하면, CIS/ZnS 양자점 안에서의 CIS 코어의 밴드 갭이 증가할수록 CIS/ZnS 양자점의 발광 스펙트럼은 최초의 CIS 코어 양자점에 비하여 청색 편이하여, Cu/In가 1/1, 1/2 및 1/4인 경우에 각각 적색 (623 nm), 주황색 (598 nm) 및 황색 (564 nm) 발광을 보였다. 발광 양자 효율도 극적으로 상승하였다.Referring to FIG. 1 (d), as the band gap of the CIS core in the CIS / ZnS quantum dot increases, the emission spectrum of the CIS / ZnS quantum dot is shifted blue as compared to the original CIS core quantum dot, and Cu / In is 1/1, 1/2 and 1/4 showed red (623 nm), orange (598 nm) and yellow (564 nm) luminescence, respectively. The luminescence quantum efficiency also increased dramatically.

ZnS 쉘층에 의해 표면 보호가 효과적으로 이루어짐에 따라 CIS/ZnS 양자점의 양자 효율은 Cu/In가 1/1, 1/2 및 1/4인 경우에 각각 68, 74 및 78%로 상승되었다. 그리고 이러한 결과는 재현성이 있었다. As surface protection is effectively achieved by the ZnS shell layer, the quantum efficiency of CIS / ZnS quantum dots has risen to 68, 74 and 78% for Cu / In of 1/1, 1/2 and 1/4, respectively. And these results were reproducible.

백색 LED 구현에 있어서 가장 유용한 황색 발광의 경우 78%의 양자 효율은 기존의 결과에 비하여 매우 향상된 결과이다. 뿐만 아니라 본 발명을 따른 다른 조성의 CIS/ZnS에서는 85%와 같이 80%를 넘는 양자 효율을 보인 결과도 있었다. For the most useful yellow light emission in white LED implementations, 78% quantum efficiency is a significant improvement over previous results. In addition, the CIS / ZnS of the composition according to the present invention also showed a quantum efficiency of more than 80%, such as 85%.

<CIS/ZnS 양자 기반 LED의 EL(electroluminescence) 특성> <Electroluminescence Characteristics of CIS / ZnS Quantum-Based LEDs>

양자점 기반의 LED를 제조하기 위하여, Cu/In가 1/1, 1/2 및 1/4인 경우의 각 CIS/ZnS 양자점을 실리콘 레진에 분산시켜 20 mA에서 15.7 lm/W의 발광 효율을 가진 청색 LED 위에 디스펜스하였다. In order to manufacture quantum dot-based LEDs, each CIS / ZnS quantum dot when Cu / In is 1/1, 1/2, and 1/4 is dispersed in silicon resin, and has a luminous efficiency of 15.7 lm / W at 20 mA. Dispensed over a blue LED.

도 2(a)는 Cu/In가 1/1, 1/2 및 1/4인 경우에 CIS/ZnS 양자점과 결합된 LED의 20 mA 순방향 전류 하에서의 EL 스펙트럼이고, 도 2(b)는 CIE 색 좌표이다. FIG. 2 (a) is the EL spectrum under 20 mA forward current of the LED combined with CIS / ZnS quantum dots when Cu / In is 1/1, 1/2 and 1/4, and FIG. 2 (b) is the CIE color Coordinates.

도 2(a)에는 참고용으로 형광체를 사용하지 않은 청색 InGaN LED의 EL 스펙트럼도 함께 포함시켰고, 이러한 방법으로 제조한 발광 소자의 단면도도 제시하였다. In FIG. 2 (a), the EL spectrum of the blue InGaN LED without the phosphor was included as a reference, and a cross-sectional view of the light emitting device manufactured by this method was also presented.

도 2(b)에서 보는 바와 같이, Cu/In가 1/1이어서 적색을 발광하였던 양자점으로부터 제조된 양자점 기반의 LED는 (0.270, 0.128)의 색좌표를 보이고, Cu/In가 1/2이어서 주황색을 발광하였던 양자점으로부터 제조된 양자점 기반의 LED는 (0.327, 0.182)의 색좌표를 보며, 이 둘은 백색 발광과는 거리가 있었다. As shown in FIG. 2 (b), the quantum dot-based LED manufactured from quantum dots that emit red color when Cu / In is 1/1 shows color coordinates of (0.270, 0.128), and orange when Cu / In is 1/2. The quantum dot-based LEDs manufactured from the quantum dots emitting light showed color coordinates of (0.327, 0.182), which were far from white light emission.

그러나 Cu/In가 1/4이어서 황색을 발광하였던 양자점으로부터 제조된 양자점 기반의 LED는 (0.347, 0.288)의 색좌표를 보이고 색지수는 72이었다. 따라서, LED로부터의 청색광과 양자점으로부터의 황색광 조합으로 백색 발광을 얻을 수 있었다.However, quantum dot-based LEDs manufactured from quantum dots that emit yellow when Cu / In was 1/4 showed color coordinates of (0.347, 0.288) and a color index of 72. Therefore, white light emission was obtained by the combination of the blue light from the LED and the yellow light from the quantum dot.

20 mA의 순방향 전류 하에서, 적색, 주황색, 황색 발광의 CIS/ZnS 양자점의 발광 효율은 각각 14.8, 27.6 및 63.4 lm/W이었다. 이것은 황색 양자점의 양자 효율이 다른 것보다 높은 것에 일부 기인한다. Under 20 mA forward current, the luminous efficiencies of the CIS / ZnS quantum dots of red, orange and yellow luminescence were 14.8, 27.6 and 63.4 lm / W, respectively. This is due in part to the higher quantum efficiency of the yellow quantum dots than others.

도 2(c)는 Cu/In가 1/4인 경우에 CIS/ZnS 양자점과 결합된 LED에서 순방향 전류 20 mA를 가하기 전과 후의 사진이다. 이와 같이, 본 발명에 따르면 단일 종류 양자점을 사용해 백색 발광의 양자점 기반 LED를 제조할 수 있다. FIG. 2 (c) is a photograph before and after applying a forward current of 20 mA in an LED combined with a CIS / ZnS quantum dot when Cu / In is 1/4. As described above, according to the present invention, a single type of quantum dot can be used to manufacture a white light emitting quantum dot-based LED.

도 3은 Cu/In가 1/4인 경우에 CIS/ZnS 양자점과 결합된 LED에서 순방향 전류를 5 mA에서 100 mA까지 증가시키며 측정한 EL 스펙트럼이다. 도 3을 참조하면, 순방향 바이어스가 증가할수록 청색 발광과 양자점 발광이 단조 증가한다. FIG. 3 is an EL spectrum measured with increasing forward current from 5 mA to 100 mA in an LED combined with CIS / ZnS quantum dots when Cu / In is 1/4. Referring to FIG. 3, as the forward bias increases, the blue light emission and the quantum dot light emission monotonously increase.

도 4(a)는 Cu/In가 1/4인 경우에 CIS/ZnS 양자점과 결합된 LED에서 순방향 전류를 5 mA에서 100 mA까지 증가시키며 측정한 CIE 색 좌표이고, 도 4(b)는 CRI/CCT이며, 도 4(c)는 발광효율/광 변환 효율 그래프이다. Figure 4 (a) is the CIE color coordinates measured by increasing the forward current from 5 mA to 100 mA in the LED combined with CIS / ZnS quantum dots when Cu / In is 1/4, Figure 4 (b) is CRI 4C is a light emission efficiency / light conversion efficiency graph.

도 4(a)와 도 4(b)를 참조하면, 색 좌표는 (0.334~0.348, 0.273~0.291)이고, CRI는 72~75이며, CCT는 4447~5380 K 범위 안에 놓인다. 이것은 순방향 전류 변화에 대해서 양자점 기반의 LED가 매우 안정한 성질을 보인다는 것을 확인케 한다.4 (a) and 4 (b), the color coordinates are (0.334-0.348, 0.273-0.291), the CRI is 72-75, and the CCT is in the range of 4447-5380 K. This confirms that quantum dot-based LEDs are very stable against forward current changes.

광 변환 효율은 양자점 기반의 LED 패키지 안에서 변환된 양자점 발광과 양자점 발광으로 변환되기 위해 소모된 청색 발광의 비로 정의된다. 도 4(c)를 참조하면, 5 mA에서의 광 변환 효율 75.2%로부터 100 mA에서의 광 변환 효율 62.0%로 서서히 감소하는 것을 볼 수 있다. 20 mA에서의 74.7%라는 광 변환 효율은 기존의 양자점 기반 LED(거의 100% 양자 효율을 가진 녹색 발광 CdSe/다양한 쉘 양자점)에서 기록된 72%보다 높은 것이다. 광 변환 효율과 비교해서, 발광 효율은 5 mA에서의 79.3 lm/W로부터 100 mA에서의 28.1 lm/W로 보다 빠르게 감소한다. 질화물계 LED에서 주입 전류 증가에 따라 내부 양자 효율이 감소하는 것은 잘 알려져 있다. 형광체를 사용하지 않은 청색 LED에 대해서도 각 작동 전류에서의 발광 효율을 측정하였는데 5 mA에서의 19.9 lm/W로부터 100 mA에서의 7.6 lm/W로 감소를 보였다. 형광체를 사용하지 않은 청색 LED에서의 효율 감소는 62% 정도이고 본 발명에 따른 양자점 기반의 LED에서의 효율 감소는 65% 정도이므로, 본 발명에 따른 양자점 기반의 LED에서의 효율 감소는 양자점 포화가 원인이 아니라 질화물계 LED에서 주입 전류 증가에 따라 내부 양자 효율이 감소하는 고유의 성질이 원인이라는 것을 알 수 있다. Light conversion efficiency is defined as the ratio of blue light emission consumed to be converted into quantum dot light emission converted in a quantum dot based LED package. Referring to FIG. 4C, it can be seen that the light conversion efficiency at 5 mA gradually decreases from 75.2% to 62.0% at 100 mA. The light conversion efficiency of 74.7% at 20 mA is higher than 72% recorded in conventional quantum dot based LEDs (green light emitting CdSe / various shell quantum dots with nearly 100% quantum efficiency). Compared with the light conversion efficiency, the luminous efficiency decreases more rapidly from 79.3 lm / W at 5 mA to 28.1 lm / W at 100 mA. It is well known that internal quantum efficiency decreases with increasing injection current in nitride based LEDs. The luminous efficiency at each operating current was also measured for blue LEDs without phosphors, decreasing from 19.9 lm / W at 5 mA to 7.6 lm / W at 100 mA. Since the efficiency reduction in the blue LED without the phosphor is about 62% and the efficiency reduction in the quantum dot based LED according to the present invention is about 65%, the efficiency reduction in the quantum dot based LED according to the present invention is the quantum dot saturation It is not the cause but the inherent property that the internal quantum efficiency decreases with increasing injection current in nitride-based LEDs.

한편, 본 발명에 따른 양자점을 청색 LED에 결합하는 데에는 앞에서 설명한 바와 같이 열경화성 실리콘 수지와 경화제를 가해 양자점 페이스트를 제조한 후 이를 청색 LED 위에 디스펜스하는 방법 이외에 아래와 같은 방법도 이용될 수 있다.On the other hand, to combine the quantum dot according to the present invention to a blue LED, as described above, in addition to the method of dispensing the blue quantum dot paste by adding a thermosetting silicone resin and a curing agent on the blue LED, the following method can also be used.

먼저 고분자를 유기용매에 녹여 준비한다. 고분자는 Cu1-xIn1-yGayS2 코어/쉘 양자점(0.5≤x≤0.95, 0≤y<1)을 고르게 분산시켜 고정하는 매트릭스의 역할을 하기 위한 것으로, 클로로폼 또는 톨루엔(toluene)과 같은 유기용매에 용해될 수 있으면서 가시광에 투명한 고분자이면 가능하다. 예를 들어, 폴리우레탄(PU), 폴리에테르우레탄, 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 폴리메틸아크릴레이트(PMA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리아크릴 공중합체, 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리퍼퓨릴알콜(PPFA), 폴리라우릴메타아크릴레이트(PL MA), 폴리스티렌(PS), 폴리스티렌 공중합체, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리에틸렌옥사이드 공중합체, 폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리비닐카바졸(PVK), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리비닐리덴플루오라이드 공중합체 및 폴리아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 혹은 그 혼합물일 수 있다. 유기용매는 클로로폼, 톨루엔, 옥탄, 헵탄, 헥산, 펜탄, 트라이클로에틸렌, 다이메틸폼아마이드(DMF) 및 테트라하이드로퓨란(THF)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 혹은 그 혼합물일 수 있다. 용해는 마그네틱 바(magnetic bar)를 이용한 교반(stirring) 방식에 의할 수 있는데, 예컨대 24시간 동안 이루어질 수 있다. First, prepare a polymer by dissolving it in an organic solvent. The polymer is intended to serve as a matrix for uniformly dispersing and fixing Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 core / shell quantum dots (0.5 ≦ x ≦ 0.95, 0 ≦ y <1), and may be selected from chloroform or toluene ( A polymer that can be dissolved in an organic solvent such as toluene and is transparent to visible light is possible. For example, polyurethane (PU), polyetherurethane, polyurethane copolymers, cellulose acetate, cellulose acetate butylate, cellulose acetate propionate, polymethylacrylate (PMA), polymethylmethacrylate (PMMA), Polyacryl copolymer, polyvinylacetate (PVAc), polyvinylacetate copolymer, polyperfuryl alcohol (PPFA), polylauryl methacrylate (PL MA), polystyrene (PS), polystyrene copolymer, polyethylene oxide (PEO) ), Polypropylene oxide (PPO), polyethylene oxide copolymer, polypropylene oxide copolymer, polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), polycaprolactone (PCL), polyvinylcarbazole (PVK), polyvinyl Any one selected from the group consisting of lithium fluoride (PVdF), polyvinylidene fluoride copolymer and polyamide There must be water. The organic solvent may be any one or mixture thereof selected from the group consisting of chloroform, toluene, octane, heptane, hexane, pentane, trichloroethylene, dimethylformamide (DMF) and tetrahydrofuran (THF). Dissolution may be by means of stirring with a magnetic bar, for example for 24 hours.

다음, 위에서 얻은 고분자 용액에 양자점을 일정량 혼합한다. 혼합 후 음파처리(sonication)를 통해 분산시키는 과정을 거칠 수 있다. 그런 다음, 이 용액을 예컨대 진공 상태로 12시간 건조 후, 대기 중에서 추가로 12시간 건조하여 유기용매를 제거함으로써, 양자점이 포함된 고분자 박막을 얻을 수 있다. Next, a certain amount of quantum dots are mixed with the polymer solution obtained above. After mixing, dispersion may be performed by sonication. Then, the solution is dried, for example, in a vacuum state for 12 hours, and then further dried in the air for 12 hours to remove the organic solvent, thereby obtaining a polymer thin film containing quantum dots.

다음, 고분자 박막에 고분자 접착층을 형성한다. 고분자 박막을 PVP 또는 PVA가 용해된 에탄올 용액에 딥 코팅(dip caoting)하고 예컨대 60℃에서 1시간 동안 건조하면 고분자 박막 양면에 고분자 접착층을 형성할 수 있다. 고분자 접착층은 이후에 형성되는 무기산화물 보호막이 균일하게 코팅될 수 있도록 하는 버퍼의 역할을 한다. 코팅 횟수를 조절하여 고분자 접착층 두께를 조절할 수 있다. Next, a polymer adhesive layer is formed on the polymer thin film. When the polymer thin film is dip-coated with ethanol solution in which PVP or PVA is dissolved and dried at 60 ° C. for 1 hour, a polymer adhesive layer may be formed on both sides of the polymer thin film. The polymer adhesive layer serves as a buffer to uniformly coat the inorganic oxide protective film formed thereafter. The thickness of the polymer adhesive layer may be controlled by controlling the number of coatings.

다음, 무기산화물 보호막을 형성한다. 무기산화물 보호막은 양자점이 산소나 수분과 접촉되는 것을 차단하기 위한 것으로, 간단한 용액 코팅 공정으로 형성할 수 있는 것이 바람직하며, SiO2, TiO2, Al2O3 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 물질의 박막일 수 있다. 이와 같은 무기산화물 보호막은 유기물에 비하여 기체 투과율이 낮아 양자점 수명 단축을 방지할 수 있고 소자 안정성 측면에서 매우 유리하다. 무기산화물 보호막이 SiO2 박막인 경우, 상기 고분자 박막을 실리카 졸 용액에 딥 코팅하고 예컨대 60℃에서 1시간 동안 건조하는 방법에 의할 수 있다. 코팅 횟수를 조절하여 무기산화물 보호막 두께를 조절할 수 있다. Next, an inorganic oxide protective film is formed. The inorganic oxide protective film is for blocking quantum dots from contact with oxygen or moisture, and is preferably formed by a simple solution coating process, and is selected from the group consisting of SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3, and mixtures thereof. It may be a thin film of. Such an inorganic oxide protective film has a lower gas permeability than an organic material to prevent shortening of the quantum dot life and is very advantageous in terms of device stability. When the inorganic oxide protective film is a SiO 2 thin film, the polymer thin film may be dip-coated on the silica sol solution and dried at 60 ° C for 1 hour, for example. The thickness of the inorganic oxide protective film may be controlled by controlling the number of coatings.

이후 원하는 크기로 양자점-고분자 복합체 플레이트를 잘라 접착제(σ-시아노 아크릴산 에스테르)로 개별화된 LED 위에 접착하는 공정을 추가하여 손쉽게 봉지화하는 응용이 가능하다. 물론 웨이퍼 레벨의 반도체 적층체 위에 양자점-고분자 복합체 플레이트를 적용한 후 상기 반도체 적층체와 양자점-고분자 복합체 플레이트를 함께 절단하여 개별 소자화하는 경우도 가능하다. 반도체 적층체는 청색의 여기광을 방출하는 것일 수 있으며, 황색 형광체로서의 양자점을 사용하므로 이 둘 조합에 따라 백색 LED로써 응용될 수 있다. After that, it is possible to easily apply a process of bonding a quantum dot-polymer composite plate with a desired size to the LED with an adhesive (σ-cyanoacrylate ester) on an individual LED to easily encapsulate it. Of course, it is also possible to apply a quantum dot-polymer composite plate on a wafer-level semiconductor laminate, and then cut the semiconductor laminate and the quantum dot-polymer composite plate together to form individual elements. The semiconductor laminate may be one that emits blue excitation light, and may be applied as a white LED according to the combination of the two because it uses a quantum dot as a yellow phosphor.

이와 같은 봉지 방식에 따르면, 기존에 사용되고 있는 실리콘 수지 및 에폭시 수지를 사용하여 제조하는 경우에 발생될 양자점의 응집 현상을 예방할 수 있다. 소수성 표면을 갖는 양자점과 실리콘 수지 또는 에폭시 수지와의 혼합시 발생하는 양자점의 응집 현상을 방지하기 위해 유기용매에 고분자를 사용하여 양자점을 보다 균일하게 분산시킴으로써 빛 산란(light scattering)을 최소화하여 높은 투과율을 유지하는 양자점-고분자 복합체 플레이트를 이용하기 때문이다. According to this encapsulation method, it is possible to prevent the aggregation phenomenon of the quantum dots to be generated when using a conventionally used silicone resin and epoxy resin. In order to prevent agglomeration of quantum dots generated when mixing a quantum dot with a hydrophobic surface and a silicone resin or an epoxy resin, polymers are used in an organic solvent to more uniformly disperse the quantum dots, thereby minimizing light scattering and high transmittance. This is because a quantum dot-polymer composite plate is used to maintain the.

그리고, 양자점을 포함하는 고분자 박막 표면에 무기산화물 보호막을 형성하여 대기 중의 수분 및 산소에 의한 양자점의 표면 산화 및 리간드 탈착(ligand detachment)을 방지할 수 있다. 또한 종래에 비하여 양자점과 LED가 이격되는 원격 타입인 양자점-고분자 복합체 플레이트의 제작으로 LED 칩 자체의 발열에 의한 양자점 열화 현상을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 장시간 구동 시에도 LED의 특성 변화가 크지 않아 양자점 기반 백색 LED의 구동 시간에 따른 소자 안정성(stability)을 향상시킬 수 있다. An inorganic oxide protective film may be formed on the surface of the polymer thin film including the quantum dots to prevent surface oxidation and ligand detachment of the quantum dots by moisture and oxygen in the atmosphere. In addition, the manufacture of a quantum dot-polymer composite plate, which is a remote type in which quantum dots and LEDs are separated from each other, can reduce quantum dot deterioration due to heat generation of the LED chip itself. Accordingly, even when driving for a long time, the characteristics of the LED are not changed so that the stability of the device according to the driving time of the quantum dot-based white LED can be improved.

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. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation in the embodiment in which said invention is directed. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the scope of the appended claims.

Claims (6)

발광다이오드의 여기광을 파장 변환하여 파장 변환광을 발생시키는 양자점으로서, Cu1-xIn1-yGayS2 코어/쉘 양자점(0.5≤x≤0.95, 0≤y<1).Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 core / shell quantum dots (0.5 ≦ x ≦ 0.95, 0 ≦ y <1) as quantum dots for converting the excitation light of the light emitting diode to generate wavelength converted light. 발광다이오드의 여기광을 파장 변환하여 파장 변환광을 발생시키는 양자점 제조 방법으로서,
구리 전구체, 인듐 전구체 및 용매를 혼합하고 가열하여 Cu1-xIn1-yGayS2 코어 양자점(0.5≤x≤0.95, 0≤y<1)을 성장시키는 단계; 및
상기 Cu1-xIn1-yGayS2 코어 양자점 상에 ZnS 쉘 스톡 용액을 적용하여 ZnS 코팅을 하는 단계를 포함하는 Cu1-xIn1-yGayS2/ZnS 코어/쉘 양자점(0.5≤x≤0.95, 0≤y<1) 제조 방법.
A quantum dot manufacturing method for converting excitation light of a light emitting diode to generate wavelength converted light,
Mixing and heating a copper precursor, an indium precursor, and a solvent to grow a Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 core quantum dot (0.5 ≦ x ≦ 0.95, 0 ≦ y <1); And
The Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 core quantum dots onto the ZnS shell stock solution applied to Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 / ZnS core / shell quantum dots comprising the ZnS coated (0.5 ≦ x ≦ 0.95, 0 ≦ y <1) A manufacturing method.
청색 발광다이오드에 단일 종류의 제1항 기재의 Cu1-xIn1-yGayS2/ZnS 코어/쉘 양자점(0.5≤x≤0.95, 0≤y<1)이 결합되어 백색 발광하는 발광 소자. Light emission that emits white light by combining a blue light emitting diode with a single type of Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 / ZnS core / shell quantum dots (0.5 ≦ x ≦ 0.95, 0 ≦ y <1) device. 제1항 기재의 Cu1-xIn1-yGayS2/ZnS 코어/쉘 양자점(0.5≤x≤0.95, 0≤y<1)을 청색 발광다이오드에 결합하는 단계를 포함하는 양자점 기반의 발광 소자 제조 방법.A quantum dot-based method comprising coupling a Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 / ZnS core / shell quantum dot (0.5 ≦ x ≦ 0.95, 0 ≦ y <1) as described in claim 1 to a blue light emitting diode. Light emitting device manufacturing method. 제4항에 있어서,
상기 Cu1-xIn1-yGayS2/ZnS 코어/쉘 양자점(0.5≤x≤0.95, 0≤y<1)에 열경화성 실리콘 수지와 경화제를 가해 양자점 페이스트를 제조하는 단계; 및
상기 양자점 페이스트를 상기 청색 발광다이오드 위에 디스펜스하는 단계를 포함하는 발광 소자 제조 방법.
5. The method of claim 4,
Preparing a quantum dot paste by adding a thermosetting silicone resin and a curing agent to the Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 / ZnS core / shell quantum dots (0.5 ≦ x ≦ 0.95, 0 ≦ y <1); And
And dispensing the quantum dot paste on the blue light emitting diode.
제4항에 있어서,
고분자를 유기용매에 녹여 고분자 용액을 준비하는 단계;
상기 Cu1-xIn1-yGayS2/ZnS 코어/쉘 양자점(0.5≤x≤0.95, 0≤y<1)을 상기 고분자 용액에 혼합하는 단계;
상기 Cu1-xIn1-yGayS2/ZnS 코어/쉘 양자점이 혼합된 고분자 용액을 건조시켜 Cu1-xIn1-yGayS2/ZnS 코어/쉘 양자점이 포함된 고분자 박막을 형성하는 단계;
상기 고분자 박막의 적어도 한 면에 무기산화물 보호막을 형성하여 Cu1-xIn1-yGayS2/ZnS 코어/쉘 양자점-고분자 복합체 플레이트를 제조하는 단계; 및
상기 Cu1-xIn1-yGayS2/ZnS 코어/쉘 양자점-고분자 복합체 플레이트를 상기 청색 발광다이오드 위에 접착하는 단계를 포함하는 발광 소자 제조 방법.
5. The method of claim 4,
Preparing a polymer solution by dissolving the polymer in an organic solvent;
Mixing the Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 / ZnS core / shell quantum dots (0.5 ≦ x ≦ 0.95, 0 ≦ y <1) with the polymer solution;
The Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 / ZnS core / shell quantum dots of drying the mixed polymer solution containing the Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 / ZnS core / shell quantum dots polymer thin film Forming a;
Preparing a Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 / ZnS core / shell quantum dot-polymer composite plate by forming an inorganic oxide protective film on at least one surface of the polymer thin film; And
Bonding the Cu 1-x In 1-y Ga y S 2 / ZnS core / shell quantum dot-polymer composite plate onto the blue light emitting diode.
KR1020120046147A 2012-05-02 2012-05-02 Quantum dot for light emitting diode and white light emission device using the same KR101360073B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120046147A KR101360073B1 (en) 2012-05-02 2012-05-02 Quantum dot for light emitting diode and white light emission device using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120046147A KR101360073B1 (en) 2012-05-02 2012-05-02 Quantum dot for light emitting diode and white light emission device using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130123042A true KR20130123042A (en) 2013-11-12
KR101360073B1 KR101360073B1 (en) 2014-02-07

Family

ID=49852463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120046147A KR101360073B1 (en) 2012-05-02 2012-05-02 Quantum dot for light emitting diode and white light emission device using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101360073B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104701430A (en) * 2015-02-10 2015-06-10 河南大学 Method for prolonging service life of quantum dot LED
KR101665550B1 (en) * 2015-08-24 2016-10-12 홍익대학교 산학협력단 I--VI I--VI type white light-emitting quantum dots and method for synthesizing the same
CN111525018A (en) * 2014-08-06 2020-08-11 Ns材料株式会社 Resin molded article, wavelength conversion member, and illumination member

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111525018A (en) * 2014-08-06 2020-08-11 Ns材料株式会社 Resin molded article, wavelength conversion member, and illumination member
CN111525018B (en) * 2014-08-06 2023-10-24 Ns材料株式会社 Resin molded article, wavelength conversion member, and illumination member
CN104701430A (en) * 2015-02-10 2015-06-10 河南大学 Method for prolonging service life of quantum dot LED
KR101665550B1 (en) * 2015-08-24 2016-10-12 홍익대학교 산학협력단 I--VI I--VI type white light-emitting quantum dots and method for synthesizing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR101360073B1 (en) 2014-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cui et al. The use of carbon quantum dots as fluorescent materials in white LEDs
KR101643052B1 (en) Wavelength conversion substance, manufacturing method of the same and light-emitting device comprising the same
Yang et al. Designed glass frames full color in white light-emitting diodes and laser diodes lighting
JP5295518B2 (en) White light emitting diode and manufacturing method thereof
KR100900620B1 (en) White Light Emitting Device
KR100819337B1 (en) White LED structure using quantum dots and the manufacturing method thereof
US7737457B2 (en) Phosphor down converting element for an LED package and fabrication method
WO2014104143A1 (en) Phosphor, phosphor-containing composition and light emitting device each using said phosphor, and image display device and lighting device each using said light emitting device
Li et al. Detailed study on pulse-sprayed conformal phosphor configurations for LEDs
CN103597622A (en) Semiconductor nanoparticle-based materials for use in light emitting diodes, optoelectronic displays and the like
WO2008127460A2 (en) Light-emitting device having semiconductor nanocrystal complexes
KR101707858B1 (en) Quantum dot embedded silica and luminescent film comprising the silica
JP2014203932A (en) Light-emitting device
US10340426B2 (en) Phosphor and illumination device utilizing the same
KR101568707B1 (en) White lighting emitting diode comprising luminescent film comprising quantum dot embedded silica and method for producing the WLED
Song et al. Synthesis of Ba2Si3O8: Eu2+ Phosphor for fabrication of white light-emitting diodes assisted by ZnCdSe/ZnSe quantum dot
KR101360073B1 (en) Quantum dot for light emitting diode and white light emission device using the same
KR101413660B1 (en) Quantum dot-polymer composite plate for light emitting diode and method for producing the same
Yin et al. Applying InP/ZnS green-emitting quantum dots and InP/ZnSe/ZnS red-emitting quantum dots to prepare WLED with enhanced photoluminescence performances
JP7066676B2 (en) Fluorescent material arrangement and its manufacturing method
CN104119679B (en) Silicone resin composite material and its manufacture method, illuminating device, application
KR101532072B1 (en) Quantum dot-based planar white light emission device and fabricating method thereof
KR101436099B1 (en) Dual quantum dot-polymer composite plate for light emitting diode and method for producing the same
KR101581231B1 (en) Method for producing quantum dot embedded silica and luminescent film comprising the silica
TWI464235B (en) Phosphor composition and light emitting diode device using the same

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
LAPS Lapse due to unpaid annual fee