KR20190059632A - Fabricating methods of quantum dots-oxide composite and on-chip package quantum dots-LED using the same - Google Patents

Fabricating methods of quantum dots-oxide composite and on-chip package quantum dots-LED using the same Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a production method of a quantum dot-oxide composite, which improves fluorescence stability under degradation conditions without decreasing quantum efficiency (QY), and a production method of an on-chip package quantum dot-LED using the same. The production method of a quantum dot-oxide composite comprises the steps of: producing a quantum dot dispersion in which quantum dots are dispersed in a solvent; adding an oxide precursor to the quantum dot dispersion to produce a mixed solution; and placing the mixed solution in a thermo-hygrostat without adding a catalyst or water to the mixed solution to surround the quantum dots with oxides derived from the oxide precursor.

Description

양자점-산화물 복합체 제조 방법 및 이를 이용한 온-칩 패키지 양자점-LED 제조 방법{Fabricating methods of quantum dots-oxide composite and on-chip package quantum dots-LED using the same} METHOD FOR MANUFACTURING QUANTUM-OXIDE COMPOSITION AND ON-CHIP PACKAGE USING THE SAME <br> <br> <br> Patents - stay tuned to the technology METHOD FOR MANUFACTURING QUANTUM DOT-OXIDE COMPOSITE AND ON-

본 발명은 금속 산화물 내에 양자점이 분포되어 있는 양자점-산화물 복합체 제조 방법 및 이를 이용한 온-칩 패키지 양자점-LED 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a quantum dot-oxide composite in which quantum dots are distributed in a metal oxide, and an on-chip package quantum dot-LED manufacturing method using the same.

반도체 특성을 갖는 수십 나노미터 이하 크기의 나노 입자, 즉 양자점(quantum dots, QDs)은 양자 제한 효과(quantum confinement effect)에 의해 벌크 입자들과는 상이한 특성을 나타내어 크게 주목받고 있는 핵심 소재이다. 나노 입자의 크기가 감소함에 따라 나노 입자의 밴드 갭이 커지게 되어 입자의 크기가 상대적으로 감소할수록 발광 파장은 청색 편이(blue-shift)하게 된다. 또한 입자의 크기가 극단적으로 감소하게 되면 물질 표면에 존재하는 원자나 이온의 비율이 증가하게 되며, 이로 인해 융점이 낮아지거나 결정 격자 상수가 감소하는 등 극히 작은 입자들의 크기로 인해 벌크 크기의 입자에서 볼 수 없었던 새로운 광학적, 전기적, 물리적 특성을 나타낸다.The quantum dots (QDs) having a semiconductor characteristic of a size of several tens of nanometers or less, that is, quantum dots (QDs), are different from the bulk particles due to the quantum confinement effect. As the size of the nanoparticles decreases, the bandgap of the nanoparticles increases, and as the size of the particles decreases, the emission wavelength becomes blue-shifted. In addition, when the particle size is extremely reduced, the proportion of the atoms or ions existing on the surface of the material increases. As a result, due to the extremely small size of the particles such as the lowering of the melting point or the decrease of the crystal lattice constant, It exhibits new optical, electrical and physical properties that could not be seen.

이러한 물리적, 광학적 특성의 변화를 보이는 반도체 나노 입자 중에서 콜로이드 형태의 Ⅱ-Ⅵ 계열 화합물 반도체 양자점은 60% 이상의 높은 양자 효율(quantum yield, QY)과 광, 화학적 안정성으로 인하여 많은 주목을 받고 있다. 대표적인 Ⅱ-Ⅵ 계열 화합물 반도체 양자점으로는 CdSe 등이 있으며, 높은 QY 및 안정성 등의 특성으로 주목을 끌며 많은 연구가 진행되어 왔다. Among the semiconductor nanoparticles showing such changes in physical and optical properties, the colloidal II-VI compound semiconductor quantum dots are attracting much attention due to their high quantum yield (QY) of 60% or more and their optical and chemical stability. Typical II-VI compound semiconductor quantum dots include CdSe, and many studies have been conducted with high QY and stability characteristics.

최근에는 Ⅱ-Ⅵ 계열 화합물 반도체 양자점을 대체하도록 Ⅲ-Ⅴ 계열 화합물 반도체 양자점(예를 들어 InP)이나 I-Ⅲ-VI 칼코게나이드 계열 양자점(예를 들어 Cu-In-S)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존의 연구는 Cd 대체 양자점들의 QY를 높이는 데에 초점이 맞추어져 있고 일부 성공적인 연구 사례도 보고되고 있다. Recently, studies on III-V compound semiconductor quantum dots (eg, InP) and I-III-VI chalcogenide-based quantum dots (eg, Cu-In-S) have been conducted to replace Ⅱ-VI compound semiconductor quantum dots It is actively proceeding. Existing research has focused on improving the QY of Cd replacement quantum dots and some successful cases have been reported.

하지만, 광자와 열에 장기적으로 노출되는 것과 같은 열화 환경에 대해서도 형광 안정성을 갖는 양자점을 제조하는 것은 당면한 과제이다. 양자점은 청색 LED 펌핑 소스와 조합되어 색 변환 에미터로서 LCD 백라이트 유니트(BLU)에 상업적으로 적용되고 있다. 이러한 적용에서 양자점은 대면적 폴리머 레진 필름 안에 분산되고 이러한 QD-레진 복합 필름은 산소와 물 분자에 의해 열화되지 않도록 두 개의 산화물 가스 배리어 필름 사이에 샌드위치된다. 하지만 이와 같은 구조는 고비용이므로 온-칩 패키지와 같이 LED에 QD를 직접 집적할 수 있는 방법이 요구되고, 이러한 온-칩 패키지에서는 고온이나 UV 조사와 같은 열화 환경에 대해 양자점의 안정성을 확보하는 것이 선행되어야 한다. However, it is a challenge to manufacture quantum dots having fluorescence stability for degradation environments such as long-term exposure to photons and heat. Quantum dots are commercially available in LCD backlight units (BLUs) as color conversion emitters in combination with blue LED pumping sources. In such applications, the Qdots are dispersed in a large-area polymer resin film and sandwiched between the two oxide gas barrier films so that the QD-resin composite film is not degraded by oxygen and water molecules. However, since such a structure is expensive, it is required to directly integrate QDs in LEDs as in an on-chip package. In such an on-chip package, securing the stability of a quantum dot in a deteriorated environment such as a high temperature or UV irradiation Should be preceded.

양자점의 광 안정성 및 열 안정성을 향상시키는 데에는 다중 쉘이나 조성 구배 쉘과 같이, 두꺼운 쉘을 형성하는 것이 도움이 되지만, 열화 조건 하에서의 형광 안정성을 높이는 데에는 부족하다. 종래에는, 광 안정성을 위하여, 화학적으로 안정한 산화물로 양자점을 개별 코팅하여 양자점을 물리적으로 포위하는 방법들이 제안되어 있다. It is helpful to form thick shells, such as multiple shells or compositionally gradient shells, to improve the light stability and thermal stability of quantum dots, but it is not sufficient to enhance fluorescence stability under degradation conditions. Conventionally, methods for physically surrounding quantum dots by separately coating quantum dots with chemically stable oxides for optical stability have been proposed.

대표적인 것은 졸-겔 반응으로 형성한 실리카를 양자점에 개별 코팅하거나 실리카 안에 양자점을 임베딩(embedding)하는 것이다. 촉매를 사용하여 TEOS를 실리카로 합성하는 방법으로

Figure pat00001
방법과 RM(reverse microemulsion) 방법이 잘 알려져 있다. 그러나, 실리카 반응 동안에 양자점 표면이 화학적으로 열화되어 궁극적으로는 QY를 상당히 감소시킨다는 문제가 있다. 적색 InP/ZnS 양자점에 대해 RM 방법으로 실리카를 코팅하게 되면 최초 QY인 30-50%가 15%까지 감소되는 것이 보고되어 있다. 다른 예로는 In2O3, ZnGa2O4, Al2O3 등으로 양자점 표면을 개별 코팅하는 것이 있다. 그러나, 현재까지 제안된 산화물로 코팅하는 방법에서는 양자점 표면에 피할 수 없는 손상이 일어나기 때문에 QY가 낮아지게 된다는 한계가 있다.Typically, the silica formed by the sol-gel reaction is coated either individually on the quantum dot or embedding the quantum dot in silica. As a method of synthesizing TEOS with silica using a catalyst
Figure pat00001
Method and a reverse microemulsion (RM) method are well known. However, there is a problem in that during the silica reaction, the surface of the quantum dots is chemically deteriorated and ultimately the QY is considerably reduced. It has been reported that when the silica is coated by the RM method on the red InP / ZnS quantum dots, the initial QY of 30-50% is reduced by 15%. Another example is to coat the surfaces of the quantum dots separately with In 2 O 3 , ZnGa 2 O 4 , Al 2 O 3 and the like. However, in the method of coating with the oxide proposed so far, inevitable damage occurs on the surface of the quantum dots, so that QY is lowered.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 QY 감소 없이, 열화 조건 하에서의 형광 안정성을 높인 양자점-산화물 복합체 제조 방법을 제공하는 것이다. A problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a quantum dot-oxide composite which improves fluorescence stability under degradation conditions without reducing QY.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 이러한 양자점-산화물 복합체 제조 방법을 이용한 온-칩 패키지 양자점-LED 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an on-chip package quantum dot-LED manufacturing method using such a method of manufacturing a quantum dot-oxide complex.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 양자점-산화물 복합체 제조 방법은 양자점을 용매에 분산시킨 양자점 분산액을 제조하는 단계; 상기 양자점 분산액에 산화물 전구체를 첨가하여 혼합액을 제조하는 단계; 및 상기 혼합액에 촉매나 물을 첨가하지 않은 채 상기 혼합액을 항온항습기(thermohygrostat) 안에 두어, 상기 양자점 주변을 상기 산화물 전구체로부터 유래된 산화물로 포위시키는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a quantum dot-oxide composite comprising: preparing a quantum dot dispersion in which quantum dots are dispersed in a solvent; Adding an oxide precursor to the quantum dot dispersion to prepare a mixed solution; And placing the mixed solution in a thermohygrostat without adding a catalyst or water to the mixed solution to surround the quantum dots with an oxide derived from the oxide precursor.

상기 양자점은 코어/쉘 구조의 양자점일 수 있다. 이 때, 양자점의 코어 조성은 Ⅱ-Ⅵ 또는 Ⅲ-Ⅴ 또는 I-Ⅲ-VI 계열 화합물 반도체일 수 있다. 특히 양자점의 코어는 예를 들어 InP이거나 A-B-X (A=Cu+, Ag+, B=In3 +, Ga3 +, X=S2-, Se2 -)일 수 있다. The quantum dot may be a quantum dot of the core / shell structure. At this time, the core composition of the quantum dot may be a II-VI or III-V or I-III-VI compound semiconductor. In particular, the core of the quantum dot may be, for example, InP or ABX (A = Cu + , Ag + , B = In 3 + , Ga 3 + , X = S 2- , Se 2 - ).

바람직하게, 상기 항온항습기의 온도 조건은 10~100℃이고 상대 습도 조건은 10~100%일 수 있다. Preferably, the temperature and humidity conditions of the thermo-hygrostat may be 10 to 100 ° C and 10 to 100%, respectively.

상기 양자점 분산액 제조를 위한 상기 용매는 톨루엔(toluene), 클로로벤젠(chlorobenzene), 클로로포름(chloroform) 및 알칸계 용매 중 어느 하나일 수 있다. 알칸계 용매의 예로는 헥산, 옥탄 등이 있다.The solvent for preparing the quantum dot dispersion may be any one of toluene, chlorobenzene, chloroform and alkane solvents. Examples of the alkane-based solvent include hexane, octane, and the like.

본 발명에 따르면, 상기 양자점-산화물 복합체는 상기 산화물 기지(matrix) 내에 양자점이 임베드된 입자일 수 있다. 이 때, 상기 산화물은 실리카, 알루미나, 지르코니아 및 티타니아 중 어느 하나일 수 있다.According to the present invention, the quantum dot-oxide complex may be a particle in which a quantum dot is embedded in the oxide matrix. At this time, the oxide may be any one of silica, alumina, zirconia, and titania.

이러한 양자점-산화물 복합체를 얻기 위하여, 상기 산화물 전구체는 사일렌 계열, 알루미늄 알콕사이드 계열, 지르코늄 알콕사이드 계열 및 티타늄 알콕사이드 계열 중 어느 하나일 수 있다.In order to obtain such a quantum dot-oxide complex, the oxide precursor may be any one of a silane series, an aluminum alkoxide series, a zirconium alkoxide series, and a titanium alkoxide series.

상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 온-칩 패키지 양자점-LED 제조 방법은, 본 발명에 따른 양자점-산화물 복합체 제조 방법으로 제조한 양자점-산화물 복합체에 열경화성 에폭시 레진과 경화제를 첨가하여 페이스트를 제조하는 단계; 상기 페이스트를 표면 실장형 LED 몰드 위에 도포하는 단계; 및 도포된 상기 페이스트를 열경화시키는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an on-chip package quantum dot-LED according to the present invention, wherein a thermosetting epoxy resin and a curing agent are added to the quantum dot- Producing; Applying the paste onto a surface mount LED mold; And thermally curing the applied paste.

본 발명에 따르면, 산화물로 포위된 양자점과 같은 양자점-산화물 복합체를 제공할 수 있고, 양자점의 우수한 성능을 유지할 수 있다. 양자점-산화물 복합체 안의 양자점은 열화 조건 하에서도 높은 형광 안정성을 유지한다. According to the present invention, a quantum dot-oxide complex such as a quantum dot surrounded by an oxide can be provided, and excellent performance of the quantum dot can be maintained. Quantum dots in the quantum dot-oxide complexes maintain high fluorescence stability under degradation conditions.

본 발명에 따른 양자점-산화물 복합체는 UV 조사 환경이나 열적 에이징 상태를 지속하여도 열화가 심하게 일어나지 않는다. 실험예에 따르면 80%에 달하는 양자점의 최초 QY을 75-78%까지 유지하였다. The quantum dot-oxide composite according to the present invention does not deteriorate severely even in the UV irradiation environment or the thermal aging state. According to the experimental example, the first QY of the quantum dots of 80% was maintained at 75-78%.

본 발명에 따른 방법으로 제조한 양자점-산화물 복합체를 이용한 양자점-LED는 구동 시간이 증가하여도 양자점 발광 면적의 변화가 거의 없으며 높은 광 변환 효율(light conversion efficiency, LCE)과 발광 효율(luminous efficacy, LE)을 유지할 수 있다. The quantum dot-LED using the quantum dot-oxide complex produced by the method according to the present invention has little change in the quantum dot emission area even when the driving time is increased, and has high light conversion efficiency (LCE) and luminous efficacy LE) can be maintained.

이처럼 본 발명에 따르면, 높은 효율을 가진 LED용 광 변환 소재로서의 양자점-산화물 복합체를 제공할 수 있고, 이를 이용해 저렴하고 안정성이 높은 온-칩 패키지 양자점-LED를 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to provide a quantum dot-oxide composite as a light conversion material for LEDs having a high efficiency, and to provide an inexpensive and highly stable on-chip package quantum dot-LED.

도 1은 본 발명에 따른 양자점(QD)-산화물 복합체 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2의 (a)는 본 발명 실험예에 따라 TMOS 첨가 이후 InP/ZnSeS/ZnS QD의 PL QY의 경시 변화를 보여준다. 도 2의 (b)는 순수 QD 및 12시간 TMOS 처리한 QD 분산액의 PL 스펙트럼 및 UV-조사 형광 이미지를 보여준다.
도 3의 (a)는 본 발명 실험예에 따라 복합체 샘플 2 제조를 위해 TMOS 대신에 TEOS 첨가 이후 InP/ZnSeS/ZnS QD의 PL QY의 경시 변화를 보여준다. 도 3의 (b)는 순수 QD 및 12시간 TEOS 처리한 QD 분산액의 PL 스펙트럼 및 UV-조사 형광 이미지를 보여준다.
도 4 순수 QD(QD 샘플 1)와 QD-실리카 복합체(복합체 샘플 1)의 TEM 이미지들이다.
도 5는 InP/ZnSeS/ZnS QD-실리카 복합체(복합체 샘플 1)의 사진이다.
도 6의 (a)는 TEOS 및 후속 NH4OH 첨가로 이루어진 RM 실리카 반응을 하는 동안 InP/ZnSeS/ZnS QD의 PL 세기 경시 변화를 보여준다. 도 6의 (b)는 순수 QD(QD 샘플 1), 본 발명에 따른 QD-실리카 복합체(복합체 샘플 1) 및 비교예 RM 방법에 따른 QD-실리카 복합체(복합체 비교예 1)의 PL 세기를 비교한 것이다.
도 7의 (a)는 복합체 비교예 1의 TEM 이미지이고 (b)는 복합체 비교예 2의 TEM 이미지이다.
도 8의 (a)는 UV 노출 시간 경과에 따른 순수 QD(QD 샘플 1) PL 세기 변화를 나타내고, (b)는 UV 노출 시간 경과에 따른 본 발명에 따른 QD-실리카 복합체(복합체 샘플 1) PL 세기 변화를 나타낸다. (c)는 (a), (b)로부터 계산된 상대 QD 발광 면적의 변화를 나타낸다.
도 9의 (a)는 85℃/85% 노출 시간 경과에 따른 순수 QD(QD 샘플 1) PL 세기 변화를 나타내고, (b)는 85℃/85% 노출 시간 경과에 따른 본 발명에 따른 QD-실리카 복합체(복합체 샘플 1) PL 세기 변화를 나타낸다. (c)는 (a), (b)로부터 계산된 상대 QD 발광 면적의 변화를 나타낸다.
도 10은 입력 전류 60 mA에서 수집된, (a) 순수 QD를 가지고 제조한 온-칩 패키지 QD-LED(QD-LED 비교예) 및 (b) QD-실리카 복합체를 가지고 제조한 온-칩 패키지 QD-LED(QD-LED 실험예 1)의 EL 스펙트럼이다.
도 11은 60 mA 구동 전류에서 (a) 순수 QD를 가지고 제조한 온-칩 패키지 QD-LED(QD-LED 비교예) 및 (b) QD-실리카 복합체를 가지고 제조한 온-칩 패키지 QD-LED(QD-LED 실험예 1)의 구동시간에 따른 EL 스펙트럼의 변화를 보여준다.
도 12는 60 mA 구동 전류에서 구동 시간의 함수로 나타낸, 순수 QD 및 QD-실리카 복합체를 가지고 제조한 온-칩 패키지 QD-LED(각각 QD-LED 비교예, QD-LED 실험예 1)의 (a) 상대 QD 발광 면적의 변화 및 (b) QD-LED의 LCE-LE 변화를 도시한 것이다.
도 13의 (a)는 QD-실리카 복합체(복합체 샘플 3)의 TEM 이미지이다. (b)는 60 mA 구동 전류에서 복합체 샘플 3을 가지고 제조한 온-칩 패키지 QD-LED(QD-LED 실험예 2)의 구동시간에 따른 EL 스펙트럼의 변화를 보여준다. (c)는 상대 QD 발광 면적의 변화를 나타낸다.
1 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a quantum dot (QD) -oxide complex according to the present invention.
FIG. 2 (a) shows the change in PL QY over time of InP / ZnSeS / ZnS QD after TMOS addition according to the experimental example of the present invention. Figure 2 (b) shows PL spectra and UV-irradiated fluorescence images of pure QD and QD dispersions with TMOS treatment for 12 hours.
FIG. 3 (a) shows the change in PL QY of InP / ZnSeS / ZnS QD after TEOS addition instead of TMOS for preparing composite sample 2 according to the experimental example of the present invention. Figure 3 (b) shows the PL spectra and UV-irradiated fluorescence images of QD dispersion with pure QD and 12 hours TEOS treatment.
Fig. 4 TEM images of pure QD (QD sample 1) and QD-silica complex (composite sample 1).
5 is a photograph of an InP / ZnSeS / ZnS QD-silica composite (composite sample 1).
Figure 6 (a) shows the change in PL intensity over time of InP / ZnSeS / ZnS QD during RM silica reaction with TEOS and subsequent NH 4 OH addition. Figure 6 (b) compares the PL intensities of QD-QD (QD sample 1), QD-silica composite (composite sample 1) according to the present invention and QD-silica composite according to the comparative RM method (composite composite 1) It is.
7 (a) is a TEM image of Composite Comparative Example 1 and (b) is a TEM image of Composite Comparative Example 2. Fig.
(Composite sample 1) PL according to the present invention with respect to the elapsed time of UV exposure. Fig. 8 (a) shows a change in PL QD of pure QD (QD sample 1) Represents a change in intensity. (c) shows a change in the relative QD emission area calculated from (a) and (b).
9 (a) shows the variation of the pure QD (QD sample 1) PL intensity with the elapse of 85 ° C / 85% exposure time, (b) shows the QD- Silica composite (composite sample 1). (c) shows a change in the relative QD emission area calculated from (a) and (b).
Figure 10 shows an on-chip package QD-LED (QD-LED comparison example) fabricated with (a) pure QD and (b) a QD- And the EL spectrum of the QD-LED (QD-LED Experimental Example 1).
Fig. 11 shows an on-chip package QD-LED (QD-LED comparison example) manufactured with (a) pure QD at a driving current of 60 mA and QD- (Experimental Example 1 of QD-LED) shows the change of EL spectrum according to driving time.
Fig. 12 is a plot of the (QD-LED Comparative Example, QD-LED Experimental Example 1) on-chip package QD-LEDs fabricated with pure QD and QD- (a) the change in the relative QD emission area and (b) the change in the LCE-LE of the QD-LED.
13 (a) is a TEM image of a QD-silica composite (composite sample 3). (b) shows the change of the EL spectrum according to the driving time of the on-chip package QD-LED (QD-LED Experiment 2) manufactured with the composite sample 3 at a driving current of 60 mA. (c) shows the change of the relative QD emission area.

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. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to let you know.

도 1은 본 발명에 따른 양자점(QD)-산화물 복합체 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a quantum dot (QD) -oxide complex according to the present invention.

도 1을 참조하면, 먼저 양자점 분산액을 제조한다(S1).Referring to FIG. 1, a quantum dot dispersion is first prepared (S1).

양자점 분산액은 양자점을 용매에 분산시킨 것이다. The quantum dot dispersion is obtained by dispersing quantum dots in a solvent.

상기 양자점은 코어/쉘 구조의 양자점일 수 있다. 이 때, 양자점의 코어 조성은 Ⅱ-Ⅵ 또는 Ⅲ-Ⅴ 또는 I-Ⅲ-VI 계열 화합물 반도체일 수 있다. 특히 양자점의 코어는 예를 들어 InP이거나 A-B-X (A=Cu+, Ag+, B=In3 +, Ga3 +, X=S2-, Se2 -)일 수 있다. The quantum dot may be a quantum dot of the core / shell structure. At this time, the core composition of the quantum dot may be a II-VI or III-V or I-III-VI compound semiconductor. In particular, the core of the quantum dot may be, for example, InP or ABX (A = Cu + , Ag + , B = In 3 + , Ga 3 + , X = S 2- , Se 2 - ).

양자점 코어는 핫 콜로이드(hot colloid) 방법, 용매열(solvothermal) 방법, 또는 가열(heating-up)이나 핫-인젝션(hot-injection)을 통하여 제조할 수 있고, 쉘은 양이온 교환 공정(cation exchange process), 용매열 방법 등으로도 수행될 수 있다. 본 발명이 특정 양자점의 형태, 조성 및 제조 방법에 제한되는 것은 아니지만, 아래에서 바람직한 양자점 합성 방법의 일 예를 설명한다. The quantum dot core may be prepared by a hot colloid method, a solvothermal method, or heating-up or hot-injection, and the shell may be prepared by a cation exchange process ), A solvent heating method, and the like. Although the present invention is not limited to the form, composition and manufacturing method of a specific quantum dot, an example of a preferable method of quantum dot synthesis will be described below.

우선 양자점 전구체들을 포함하는 용액으로부터 코어 QD를 성장시키는 단계를 수행한다. 양자점 전구체와 용매를 혼합하여 제조한 혼합 용액을 가열하여 코어 QD를 먼저 성장시킨다. 혼합 용액의 가열은 여러 단계로 이루어질 수 있다. 먼저 디가스(degas) 온도, 예컨대 120℃로 가열해 디가스를 수행할 수 있다. 이후 성장 온도, 예를 들어 240℃까지 승온할 수 있다. 이 때, N2 퍼징(purging)을 수행할 수 있다. First, the step of growing the core QD from the solution containing the quantum dot precursors is performed. The mixed solution prepared by mixing the QD precursor and the solvent is heated to grow the core QD first. Heating of the mixed solution can be done in several steps. First, the degassing can be performed by heating at a degassing temperature, for example, 120 deg. Thereafter, the temperature can be raised to a growth temperature, for example, 240 ° C. At this time, N 2 purging can be performed.

다음으로, 쉘을 형성한다. 코어 QD를 형성한 혼합 용액에 쉘 형성을 위한 스톡 용액을 적용함으로써 쉘을 형성할 수 있다. 쉘을 형성하는 단계는 두 번 이상 연속하여 수행할 수 있다. 이 때, 각 단계의 스톡 용액의 농도 및 반응 온도와 시간을 달리할 수 있다. 두 번째 반응시 온도가 더 높거나 시간이 더 길 수 있다. Next, a shell is formed. A shell can be formed by applying a stock solution for forming a shell to a mixed solution in which core QD is formed. The step of forming the shell may be performed two or more times in succession. At this time, the concentration of the stock solution in each step, the reaction temperature and the time may be different. The temperature of the second reaction may be higher or longer.

이와 같이, 쉘은 다중으로, 예를 들어 이중 혹은 삼중으로 형성될 수 있으며, 각 층은 조성이 다를 수도 있다. 이 때의 조성은 불연속적으로 변할 수도 있고 연속적으로 변할 수도 있다. 이러한 다중 쉘은 기본적인 코어 QD 패시베이션 효과가 탁월하다. 이에 따라 양자점의 QY가 개선될 수 있다. 쉘을 형성하면 코어 QD 상태에 비하여 PL(photoluminescence)과 QY가 모두 향상되므로, 양자점으로는 코어/쉘 구조를 이용함이 바람직하다.As such, the shells may be formed in multiple, e.g., double or triple, and each layer may have a different composition. The composition at this time may vary discontinuously or continuously. These multi-shells have excellent core QD passivation effects. As a result, QY of the quantum dot can be improved. When the shell is formed, PL (photoluminescence) and QY are both improved as compared with the core QD state, so it is preferable to use a core / shell structure as the quantum dot.

상기 양자점 분산액 제조를 위한 상기 용매는 상기 양자점을 분산시킬 수 있는 성질의 것이다. 바람직하기로, 톨루엔(toluene), 클로로벤젠(chlorobenzene), 클로로포름(chloroform) 및 알칸계 용매 중 어느 하나일 수 있다. 알칸계 용매의 예로는 헥산(hexane), 옥탄(octane) 등이 있다. The solvent for preparing the quantum dot dispersion is of a nature capable of dispersing the quantum dots. Preferably, it may be any one of toluene, chlorobenzene, chloroform and alkane solvents. Examples of the alkane-based solvent include hexane, octane, and the like.

일반적으로 양자점의 표면은 소수성이다. 이러한 양자점을 분산시킬 수 있는 용매는 유기 용매 중 극성 혹은 비극성일 수 있으며, 되도록 물과 섞이지 않는 것이 이후 공정상 바람직하다. In general, the surface of the quantum dot is hydrophobic. The solvent capable of dispersing such quantum dots may be polar or non-polar in an organic solvent, and it is preferable in the subsequent process not to be mixed with water.

다음으로, 상기 양자점 분산액에 산화물 전구체를 첨가하여 혼합액을 제조한다(S2). Next, an oxide precursor is added to the quantum dot dispersion to prepare a mixed solution (S2).

상기 산화물 전구체는 사일렌(Silane) 계열, 알루미늄 알콕사이드(Aluminum alkoxide) 계열, 지르코늄 알콕사이드(Zirconium alkoxide) 계열 및 티타늄 알콕사이드(Titanium alkoxide) 계열 중 어느 하나일 수 있다. 아래 표 1에는 다양한 산화물 전구체의 예를 나타내었다. The oxide precursor may be one selected from the group consisting of silane series, aluminum alkoxide series, zirconium alkoxide series, and titanium alkoxide series. Table 1 below shows examples of various oxide precursors.

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다음으로, 상기 혼합액을 항온항습기 안에 두어, 상기 양자점 주변을 상기 산화물 전구체로부터 유래된 산화물로 포위시킨다(S3).Next, the mixed solution is placed in a thermo-hygrostat to surround the quantum dots with an oxide derived from the oxide precursor (S3).

이 때, 상기 혼합액에 촉매나 물을 인위적으로 첨가하지 않는다. 균일한 반응을 위하여 상기 혼합액은 교반 상태로 둘 수 있다. At this time, no catalyst or water is artificially added to the mixed solution. The mixed solution may be left in a stirred state for a uniform reaction.

상기 항온항습기의 온도 조건은 10~100℃이고 상대 습도 조건은 10~100%일 수 있다. 상기 항온항습기의 온도가 10℃보다 낮으면 산화물 전구체의 분해 반응 속도가 너무 느리다. 상기 항온항습기의 온도가 100℃보다 높으면 상기 혼합액에 원치 않는 반응이 일어날 수 있다. 상기 항온항습기의 상대 습도는, 상기 산화물 전구체의 가수분해를 일으킬 정도의 소량의 수증기는 공급될 수 있는 것이어야 한다. 10%보다 낮은 상대 습도에서는 수증기의 공급이 충분하지 않아 산화물 전구체의 분해 반응 속도가 너무 느리다. The temperature condition of the thermo-hygrostat may be 10 to 100 ° C and the relative humidity condition may be 10 to 100%. If the temperature of the thermo-hygrostat is lower than 10 ° C, the decomposition reaction rate of the oxide precursor is too slow. If the temperature of the thermo-hygrostat is higher than 100 ° C, an unwanted reaction may occur in the mixture. The relative humidity of the thermo-hygrostat should be such that a small amount of water vapor sufficient to cause hydrolysis of the oxide precursor can be supplied. At less than 10% relative humidity, the supply of water vapor is not sufficient and the decomposition rate of the oxide precursor is too slow.

반응 시간은 원하는 정도의 산화물 코팅 두께, 산화물로 개별 포위할지 산화물 기지 내에 양자점을 임베드할지 여부에 따라 달라질 수 있는데, 통상 20-24시간 진행하면, 산화물 기지 내에 양자점이 임베드된 입자들을 얻을 수 있음을 실험적으로 확인하였다. 이후 원심분리, 세척, 건조를 통하여 양자점-산화물 복합체를 얻을 수 있다.The reaction time may vary depending on the desired oxide coating thickness, whether to encapsulate the oxide individually, or whether to embed the quantum dots in the oxide matrix, and typically 20-24 hours, particles with quantum dots embedded in the oxide matrix can be obtained Respectively. Then, the quantum dot-oxide complex can be obtained by centrifugation, washing and drying.

기존에 알려진 촉매를

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방법과 RM 방법에서는 촉매를 사용하여 TEOS를 실리카로 합성한다. 이들 방법에서는 상 전이 등을 위해 리간드 교환이 일어나고, 촉매가 QD 표면을 화학적으로 부식시킬 수가 있다. 본 발명에서는 촉매를 사용하지 않는다. RM 방법에서는 특히 촉매로서 사용하는 암모니아(NH4OH) 때문에 물이 더 공급된다. 본 발명에서는 물을 첨가하지 않고 항온항습기 안에서 수증기 상태로 공급한다. 촉매와 물이 없이 진행되는, 수증기에 의한 가수 분해 반응은 급격한 반응이 없고, 양자점 표면에 대한 손상이 없이 진행된다.Known catalysts
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In the method and the RM method, TEOS is synthesized as silica using a catalyst. In these methods, ligand exchange occurs for phase transition and the like, and the catalyst can chemically corrode the QD surface. In the present invention, no catalyst is used. In the RM method, water is further supplied because of ammonia (NH 4 OH) used as a catalyst in particular. In the present invention, water is supplied in a vapor state in a constant temperature and humidity chamber without adding water. The hydrolysis reaction by the water vapor, which proceeds without the catalyst and water, has no abrupt reaction and proceeds without any damage to the surface of the quantum dots.

또한, 양자점 분산액 안의 용매를 되도록 물과 섞이지 않는 것으로 선택하면 수증기가 용매에 섞이지 않고, 양자점 표면에만 제공되어 유효하게 산화물 전구체의 가수 분해 반응에 이용이 될 수 있다. 이러한 표면에서의 가수 분해 반응은 양자점 표면에 산화물이 균일하게 둘러쌀 수 있도록 한다. Also, when the solvent in the quantum dot dispersion is selected so as not to be mixed with water, water vapor can be supplied only to the surface of the quantum dots without being mixed with the solvent, and can be effectively used for the hydrolysis reaction of the oxide precursor. This hydrolysis reaction on the surface allows the oxide to uniformly surround the surface of the quantum dots.

상기와 같은 단계 S3을 통해, 상기 양자점이 상기 산화물 기지(matrix) 내에 임베드된 것과 같은 입자 형태의 양자점-산화물 복합체를 제조할 수 있다. 반응 시간 등을 조절하면 양자점 주변에 산화물을 개별 코팅한 형태도 제조할 수 있다. 단계 S3에서의 반응은 양자점의 표면을 손상시키는 일이 없이 천천히 이루어지므로, 급격한 졸-겔 반응을 진행시키는 경우와 비교해, 본 발명의 양자점-산화물 복합체는 양자점의 우수한 특성이 그대로 유지된다. Through the above step S3, a quantum dot-oxide complex in the form of particles such as the quantum dots embedded in the oxide matrix can be produced. The reaction time and the like can be controlled to form the oxide coated on the periphery of the quantum dot. Since the reaction in step S3 is performed slowly without damaging the surface of the quantum dots, the quantum dot-oxide complex of the present invention maintains excellent characteristics of the quantum dot as compared with the case where the rapid sol-gel reaction proceeds.

상기 산화물 전구체가 사일렌 계열인 경우 양자점-실리카 복합체를 제조할 수 있고, 상기 산화물 전구체가 알루미늄 알콕사이드 계열인 경우 양자점-알루미나 복합체를 제조할 수 있으며, 상기 산화물 전구체가 지르코늄 알콕사이드 계열인 경우 양자점-지르코니아 복합체를 제조할 수 있다. 또한, 상기 산화물 전구체가 티타늄 알콕사이드 계열인 경우 양자점-티타니아 복합체를 제조할 수 있다. The quantum dot-alumina composite can be prepared when the oxide precursor is a silane-based compound, and the quantum dot-alumina composite can be prepared when the oxide precursor is an aluminum alkoxide-based compound. When the oxide precursor is a zirconium alkoxide- Complex can be produced. Further, when the oxide precursor is titanium alkoxide-based, a quantum dot-titania composite can be prepared.

일 실시예에서 InP 양자점에 다중 쉘을 적용한, InP/ZnSeS/ZnS 양자점을 제조하여 80%의 절대 QY를 가지는 적색 발광 양자점을 마련한 후, 사일렌 계열인 TMOS를 산화물 전구체로 사용하여, InP/ZnSeS/ZnS 양자점-실리카 복합체를 제조한다. 다른 실시예에서는 TEOS를 산화물 전구체로 사용한다. 또 다른 실시예에서는 녹색 발광 양자점을 마련하고, APTMS를 산화물 전구체로 사용하여 양자점-실리카 복합체를 제조한다. In one embodiment, InP / ZnSeS / ZnS quantum dots were prepared by applying multiple shells to InP quantum dots, and red emission quantum dots having an absolute QY of 80% were prepared. Then, using a silane series TMOS as an oxide precursor, InP / ZnSeS / ZnS quantum dot-silica complex. In another embodiment, TEOS is used as an oxide precursor. In another embodiment, a green light emitting quantum dot is provided and a quantum dot-silica composite is prepared using APTMS as an oxide precursor.

이러한 본 발명에 따른 방법으로 제조한 양자점-산화물 복합체는 LED용 광 변환 소재로 이용할 수 있다. 특히 온-칩 패키지 LED 제조에 이용하여 광 변환 소재로 이용할 수 있다. The quantum dot-oxide composite prepared by the method according to the present invention can be used as a light conversion material for LED. In particular, it can be used as a photo-conversion material by being used in on-chip package LED manufacturing.

본 발명에 따른 온-칩 패키지 양자점-LED 제조 방법은, 앞의 단계 S1~S3에 따라 제조한 양자점-산화물 복합체에 열경화성 에폭시 레진과 경화제를 첨가하여 페이스트를 제조하는 단계; 상기 페이스트를 표면 실장형 LED 몰드 위에 도포하는 단계; 및 도포된 상기 페이스트를 열경화시키는 단계를 포함한다. The method for manufacturing an on-chip package quantum dot-LED according to the present invention comprises the steps of: preparing a paste by adding a thermosetting epoxy resin and a curing agent to the quantum dot-oxide composite produced according to the above steps S1 to S3; Applying the paste onto a surface mount LED mold; And thermally curing the applied paste.

이와 같이, 본 발명은 산화물을 가지고 양자점을 물리적으로 포위시키는, 양자점의 패시베이션 및 이를 통한 양자점의 발광 안정성 확보, 더 나아가 이를 통해 LED용 광 변환 소재로 적용하는 것에까지 관계되어 있다. As described above, the present invention relates to passivation of quantum dots physically surrounding quantum dots with oxides, securing luminescence stability of quantum dots through the passivation, and further to application as a light conversion material for LEDs.

이하에서는 상세한 실험예를 통해, 본 발명에 대해 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to detailed experimental examples.

실험 방법:Experimental Method:

QDQD 샘플 1 : 적색 발광  Sample 1: Red light emission InPInP // ZnSeSZnSeS // ZnSZnS QDQD 합성 synthesis

적색 발광 InP/ZnSeS/ZnS 다중 쉘 QD 합성을 위하여, 0.45 mmol의 인듐 클로라이드(indium chloride, InCl3, 99.999%), 2.2 mmol의 아연 클로라이드(zinc chloride, ZnCl2, 99.999%) 및 6 ml의 올레일아민(oleylamine, OLA,70%)을 플라스크(three-neck flask)에 넣어 혼합 용액을 제조하고, 혼합 용액을 120℃에서 1시간 가열해 디가스한 후 N2 퍼징을 하며 180℃까지 승온하였다. 그런 다음, 0.35 ml의 tris(dimethylamino)phosphine(P(N(CH3)2)3), P(DMA)3, 97%)을 재빨리 주입한 후 그 온도에서 혼합물을 25분 유지하여 InP 코어 QD를 성장시켰다. 그런 다음, 다음과 같은 방법으로 음이온 및 양이온 쉘 전구체를 교대로 주입하여 조성 구배를 가진 ZnSeS 중간 쉘을 단계적으로 성장시켰다: Se 스톡 용액(셀레늄(Se, 99.99%) 0.12 mmol을 1 ml의 trioctylphosphine(TOP, 90%)에 녹인 것)을 주입하여 200℃에서 30분간 반응시켰다. 그리고, Zn 스톡 용액(1.58 mmol의 스테아르산 아연(zinc stearate)을 4 ml 1-옥타데센(octadecene, ODE, 90%)에 녹인 것)을 주입하고 220℃에서 30분간 반응시켰다. 연속하여, Se-S 스톡 용액(0.06 mmol Se와 2 mmol 황(S, 99.99%)을 1.6ml TOP에 녹인 것)을 주입하여 240℃에서 30분간 반응시킨 다음, 앞의 Zn 스톡 용액을 다시 주입하여 260℃에서 30분간 반응시켰다. ZnSeS 중간 쉘의 마지막 단계로서 다른 Se-S 스톡 용액(S가 더 많은 것으로, 0.02 mmol Se와 4 mmol 황(S,99.99%)을 2ml TOP에 녹인 것)을 주입하여 280℃에서 30분간 반응시킨 다음, 앞의 Zn 스톡 용액을 다시 주입하여 300℃에서 60분간 반응시켰다.For the red luminescent InP / ZnSeS / ZnS multi-shell QD synthesis, 0.45 mmol of indium chloride (InCl 3 , 99.999%), 2.2 mmol of zinc chloride (ZnCl 2 , 99.999% The mixed solution was prepared by adding oleylamine (OLA, 70%) into a three-neck flask, and the mixed solution was degassed by heating at 120 ° C for 1 hour, then purged with N 2 and heated to 180 ° C . Then, 0.35 ml of tris (dimethylamino) phosphine (P (N (CH 3 ) 2 ) 3 ), P (DMA) 3 , 97%) was rapidly injected and the mixture was kept at that temperature for 25 minutes. . Then, a ZnSeS intermediate shell with a composition gradient was stepwise grown by alternately injecting anions and cation shell precursors in the following manner: Se stock solution (0.12 mmol of selenium (Se, 99.99%), 1 ml of trioctylphosphine TOP, 90%), and the mixture was reacted at 200 DEG C for 30 minutes. Then, Zn stock solution (1.58 mmol of zinc stearate dissolved in 4 ml of octadecene (ODE, 90%)) was injected and reacted at 220 ° C. for 30 minutes. Subsequently, a Se-S stock solution (0.06 mmol Se and 2 mmol sulfur (S, 99.99%) dissolved in 1.6 ml of TOP) was injected and reacted at 240 ° C. for 30 minutes. And allowed to react at 260 DEG C for 30 minutes. As the last step of the ZnSeS intermediate shell, another Se-S stock solution (S, 0.02 mmol Se and 4 mmol sulfur (S, 99.99%) dissolved in 2 ml of TOP) was injected and reacted at 280 ° C for 30 minutes Next, the Zn stock solution was injected again and reacted at 300 ° C for 60 minutes.

ZnS 외곽 셀을 연속적으로 성장시키기 위하여, 5 ml 1-도데칸티올(dodecanethiol)을 방울 방울 적하한 다음 200℃에서 60분간 반응시켰다. 다중 쉘 InP/ZnSeS/ZnS QD 제조는 3 mmol의 아세트산 아연(Zn acetate, 98%)이 3 ml의 올레산(oleic acid, 90%)에 녹여진 것을 주입하고 190℃에서 120분간 반응을 유지하여 마무리하였다. 반응물을 냉각시킨 후, 합성된 InP/ZnSeS/ZnS QD는 헥산에 분산시킨 후 과량 에탄올을 첨가하여 침전시키고 원심분리기(8000 rpm, 15분)를 이용하여 헥산/에탄올 조합 용매로 정화시키는 사이클을 여러 번 수행하였다. 정화된 InP/ZnSeS/ZnS QD는 헥산이나 톨루엔에 재분산시켰다. 이하에서는, 산화물로 포위하지 않은, 순수 적색 발광 InP/ZnSeS/ZnS QD를 QD 샘플 1이라고 한다. To continuously grow the cells outside the ZnS, 5 ml of 1-dodecanethiol was dropwise added dropwise, followed by reaction at 200 ° C for 60 minutes. For the multi-shell InP / ZnSeS / ZnS QD, 3 mmol of zinc acetate (98%) was dissolved in 3 ml of oleic acid (90%) and the reaction was maintained at 190 ° C for 120 min. Respectively. After the reaction was cooled, the synthesized InP / ZnSeS / ZnS QD was dispersed in hexane, precipitated by addition of excess ethanol, and purified by a centrifugal separator (8000 rpm, 15 minutes) using hexane / Respectively. The purified InP / ZnSeS / ZnS QD was redispersed in hexane or toluene. Hereinafter, pure red luminescent InP / ZnSeS / ZnS QD not enclosed by oxide is referred to as QD sample 1.

복합체 샘플 1 : Composite Sample 1: TMOSTMOS 이용해 적색 발광  Using red light InPInP // ZnSeSZnSeS // ZnSZnS QDQD -실리카 복합체 제조- Preparation of silica complex

QD 샘플 1 제조 공정을 진행하고, 이어, 574 nm에서의 광학 밀도가 2.0으로 조절된, 순수 InP/ZnSeS/ZnS QD-톨루엔 분산액 2 ml를 18 ml의 톨루엔에 첨가하여, 574 nm에서의 광학 밀도가 0.2인 QD 분산액 20 ml를 제조하였다. 산화물 전구체인 TMOS 1 ml를 이 QD 분산액에 첨가한 후, 그 혼합물을 30℃ 및 상대 습도 70%로 세팅된 항온항습기(thermohygrostat : TH-PE-100, JEIO Tech., Korea)에 넣어 교반하였다. 통상 20-24시간 반응하도록 두면, 용액 안에 QD-임베드된 실리카의 응집이 관찰되었다. 원심분리기(8000 rpm, 10분)를 이용하여 응집된 입자를 침전시키고 과량의 아세톤으로 두 번 세척하였다. 이와 같이 제조한 적색 발광 InP/ZnSeS/ZnS QD-실리카 복합체(TMOS 이용)를 이하에서는 복합체 샘플 1이라고 한다. QD Samples 1 were run and then 2 ml of a pure InP / ZnSeS / ZnS QD-toluene dispersion, adjusted to an optical density of 2.0 at 574 nm, was added to 18 ml of toluene, and the optical density at 574 nm 20 &lt; / RTI &gt; 1 ml of an oxide precursor, TMOS, was added to the QD dispersion, and the mixture was stirred in a thermohygrostat (TH-PE-100, JEIO Tech., Korea) set at 30 ° C and a relative humidity of 70%. Generally, when the reaction was allowed to take place for 20 to 24 hours, aggregation of QD-embedded silica was observed in the solution. The agglomerated particles were precipitated using a centrifuge (8000 rpm, 10 minutes) and washed twice with excess acetone. The red luminescent InP / ZnSeS / ZnS QD-silica composite (using TMOS) thus prepared is hereinafter referred to as composite sample 1.

복합체 샘플 2 : Composite Sample 2: TEOSTEOS 이용해 적색 발광  Using red light InPInP // ZnSeSZnSeS // ZnSZnS QDQD -실리카 복합체 제조- Preparation of silica complex

다른 조건은 변경시키지 않고 TMOS 대신에 TEOS를 사용한 실험도 진행하였다. QD 용액 안으로 TEOS를 주입하는 것 이외에, 다른 조건들은 복합체 샘플 1과 유사하게 진행되었다. 적색 발광 InP/ZnSeS/ZnS QD-실리카 복합체(TEOS 이용)를 이하에서는 복합체 샘플 2라고 한다. Experiments using TEOS instead of TMOS were carried out without changing other conditions. In addition to injecting TEOS into the QD solution, other conditions were similar to the complex sample 1. The red luminescent InP / ZnSeS / ZnS QD-silica complex (using TEOS) is hereinafter referred to as composite sample 2.

복합체 Complex 비교예Comparative Example 1 :  One : RMRM 방법에 따른 적색 발광  Red emission by method InPInP // ZnSeSZnSeS // ZnSZnS QDQD -실리카 복합체 제조- Preparation of silica complex

종래 전형적인 RM 방법에 따라 적색 발광 InP/ZnSeS/ZnS QD를 패시베이션하는 실험도 진행하였다. RM 방법에서는 암모니아 촉매를 사용한다. Experiments have also been carried out to passivate the red luminescent InP / ZnSeS / ZnS QD according to the conventional RM method. In the RM method, an ammonia catalyst is used.

1.7 ml의 IGEPAL 520을 10 ml의 시클로헥산에 용해하고, 이것을 574 nm에서의 광학 밀도가 2.0으로 조절된, 순수 InP/ZnSeS/ZnS QD-톨루엔 분산액 0.1 ml에 첨가하였다. 계속하여, 80 μl의 TEOS를 이 혼합물에 주입한 후 30분간 교반하였다. 그런 다음, 0.04 ml의 암모니아(NH4OH, 28 wt%)를 첨가해 TEOS의 가수분해를 시켜 24시간 동안 반응하게 두었다. 원심분리기(8000 rpm, 10분)를 이용하여, 응집된 입자를 침전시키고 과량의 아세톤으로 두 번 세척하였다. 적색 발광 InP/ZnSeS/ZnS QD-실리카 복합체(RM 방법, 0.04 ml 암모니아)를 이하에서는 복합체 비교예 1이라고 한다. 1.7 ml of IGEPAL 520 were dissolved in 10 ml of cyclohexane and this was added to 0.1 ml of a pure InP / ZnSeS / ZnS QD-toluene dispersion, the optical density at 574 nm being adjusted to 2.0. Subsequently, 80 占 퐇 of TEOS was injected into the mixture, followed by stirring for 30 minutes. Then, 0.04 ml of ammonia (NH 4 OH, 28 wt%) was added to allow hydrolysis of TEOS and allowed to react for 24 hours. The agglomerated particles were precipitated using a centrifuge (8000 rpm, 10 minutes) and washed twice with excess acetone. The red luminescent InP / ZnSeS / ZnS QD-silica complex (RM method, 0.04 ml ammonia) is hereinafter referred to as Composite Comparative Example 1.

복합체 Complex 비교예Comparative Example 2 :  2 : RMRM 방법에 따른 적색 발광  Red emission by method InPInP // ZnSeSZnSeS // ZnSZnS QDQD -실리카 복합체 제조- Preparation of silica complex

복합체 비교예 1과 동일하나, 0.04 ml 암모니아 대신에 0.3 ml 암모니아를 사용한 점이 다르다. 이 방법으로 제조한 적색 발광 InP/ZnSeS/ZnS QD-실리카 복합체(RM 방법, 0.3 ml 암모니아)를 이하에서는 복합체 비교예 2라고 한다. Composite The same as Comparative Example 1 except that 0.3 ml of ammonia was used instead of 0.04 ml of ammonia. The red luminescent InP / ZnSeS / ZnS QD-silica composite (RM method, 0.3 ml ammonia) prepared by this method is hereinafter referred to as Composite Comparative Example 2.

QDQD 샘플 2 : 녹색 발광  Sample 2: Green light emission InPInP // ZnSeSZnSeS // ZnSZnS QDQD 합성 synthesis

본 실험의 경우에는 적색 발광이 아닌 녹색 발광 InP/ZnSeS/ZnS 양자점을 제조하였다. 구성 원소의 조성비를 조절함에 따라 발광 파장의 변화가 가능하다. 산화물로 포위하지 않은, 순수 녹색 발광 InP/ZnSeS/ZnS QD를 QD 샘플 2라고 한다. In this experiment, green luminescent InP / ZnSeS / ZnS quantum dots were prepared. The emission wavelength can be changed by adjusting the composition ratio of the constituent elements. The pure green emitting InP / ZnSeS / ZnS QD, which is not surrounded by oxide, is called QD sample 2.

복합체 샘플 3 : 녹색 발광 Composite Sample 3: Green Glow InPInP // ZnSeSZnSeS // ZnSZnS QDQD -실리카 복합체 제조- Preparation of silica complex

QD 샘플 2와 같은 녹색 발광 InP/ZnSeS/ZnS 양자점을 가지고 진행되었다. 전체적인 반응은 복합체 샘플 1의 적색 발광 InP/ZnSeS/ZnS QD-실리카 복합체 실험과 유사하다. 산화물 전구체로는 TMOS 대신에 APTMS((3-Aminopropyl)trimethoxysilane)를 사용하였다. 녹색 발광 InP/ZnSeS/ZnS QD-실리카 복합체(APTMS 이용)를 이하에서는 복합체 샘플 3이라고 한다. And a green luminescent InP / ZnSeS / ZnS quantum dot as in QD Sample 2. The overall reaction is similar to the red luminescent InP / ZnSeS / ZnS QD-silica complex experiment of composite sample 1. As the oxide precursor, APTMS ((3-Aminopropyl) trimethoxysilane) was used instead of TMOS. The green luminescent InP / ZnSeS / ZnS QD-silica complex (using APTMS) is hereinafter referred to as composite sample 3.

QDQD -LED 제조-LED manufacturing

QD-LED를 제조하기 위하여, 6 mg의 순수 QD(QD 샘플 1)과 18 mg의 QD-실리카 복합체(복합체 샘플 1 및 복합체 샘플 3)를 0.3g 열경화성 에폭시 레진(YD-128, Kukdo Chem., Korea)에 각각 혼합하였다. 이러한 QD-레진 혼합물에 경화제 0.3g을 첨가하였다(KFH-271, Kukdo Chem., Korea). 완성 페이스트는 표면 실장형 청색 InGaN LED(λ = 455 nm) 몰드 위에 디스펜싱한 후 90℃ 1 시간 및 120℃ 30분간 열경화 공정을 통해 경화시켰다. QD 샘플 1로 제조한 QD-LED는 QD-LED 비교예, 복합체 샘플 1로 제조한 QD-LED는 QD-LED 실험예 1, 그리고 복합체 샘플 3으로 제조한 QD-LED는 QD-LED 실험예 2라고 한다. To prepare the QD-LED, 6 mg of pure QD (QD sample 1) and 18 mg of QD-silica complex (composite sample 1 and composite sample 3) were mixed with 0.3 g thermosetting epoxy resin (YD-128, Kukdo Chem. Korea). To this QD-resin mixture, 0.3 g of a curing agent was added (KFH-271, Kukdo Chem., Korea). The finished paste was dispensed onto a surface mount type blue InGaN LED (? = 455 nm) mold and cured through a thermal curing process at 90 占 폚 for 1 hour and 120 占 폚 for 30 minutes. The QD-LED manufactured by the QD-LED is QD-LED Comparative Example, the QD-LED manufactured by the composite sample 1 is QD-LED Experimental Example 1, and the QD-LED manufactured by the composite sample 3 is QD-LED Experimental Example 2 .

표 2에 이상 각 실험예 내용을 정리하였다.Table 2 summarizes the contents of each experimental example.

Figure pat00004
Figure pat00004

안정성 테스트Stability test

QD 샘플들, 복합체 샘플들을 60℃ 진공 오븐에서 완전 건조하여 분말화하였다. 모든 분말은 스테인리스 샘플 홀더(직경 7mm, 깊이 0.5mm) 안에 충진하고 UV 조사 및 85℃/85% 상대 습도 조건에 소정 시간 노출하여 열화시켰다. QD samples, composite samples were completely dried in a 60 &lt; 0 &gt; C vacuum oven and powdered. All powders were packed in a stainless steel sample holder (diameter 7 mm, depth 0.5 mm) and deteriorated by exposure to UV radiation and 85 [deg.] C / 85% relative humidity conditions for a period of time.

UV 조사 테스트의 경우, 365 nm-다중 밴드 UV 램프를 사용해 120 시간 동안 지속적으로 UV 조사하고 조사 시간에 따른 PL 세기 경시 변화를 모니터링하였다.For the UV irradiation test, continuous UV irradiation was performed for 120 hours using a 365 nm-multiband UV lamp and the change in PL intensity over time was monitored.

열적 에이징 테스트의 경우, 항온항습기 안에 소정 시간 동안 두었다. In the case of a thermal aging test, it was left in a thermostat for a predetermined time.

평가 툴:Evaluation tools:

양자점 이미지를 얻기 위하여, 200kV에서 작동하는 JEM-2100F(JEOL Ltd.)를 이용해 TEM 작업을 수행하였다. 양자점의 PL 스펙트럼은 500 W 크세논 램프-장착된 분광광도계(PSI Inc., Darsa Pro-5200)를 가지고 기록하였다. 희석된 QD 분산액의 PL QY 절대값은 PL QY 측정 시스템(C9920-02, Hamamatsu)을 가지고 평가하였다. To obtain the quantum dot image, a TEM operation was performed using JEM-2100F (JEOL Ltd.) operating at 200 kV. The PL spectra of the quantum dots were recorded with a 500 W xenon lamp-equipped spectrophotometer (PSI Inc., Darsa Pro-5200). The PL QY absolute values of the diluted QD dispersions were evaluated with a PL QY measurement system (C9920-02, Hamamatsu).

QD-LED의 EL(electroluminescence) 데이터, 즉 EL 스펙트럼과 발광 효율(LE)은 다이오드 어레이 분석 시스템(PSI Co. Ltd)을 가지고 측정하였다. The EL (electroluminescence) data of the QD-LED, that is, the EL spectrum and the luminous efficiency (LE) were measured with a diode array analysis system (PSI Co. Ltd).

실험 결과:Experiment result:

도 2의 (a)는 본 발명 실험예에 따라 복합체 샘플 1 제조를 위해 TMOS 첨가 이후 InP/ZnSeS/ZnS QD의 PL QY의 경시 변화를 보여준다. 순수 QD(QD 샘플 1)의 원래 QY(80%)는 별표 표시하였다. 에러바는 5번 측정에 따른 것이다. (b)는 순수 QD(흑색 실선) 및 12시간 TMOS 처리한 QD 분산액(적색 실선)의 PL 스펙트럼 및 UV-조사 형광 이미지를 보여준다. PL 여기 파장은 450nm이었다. FIG. 2 (a) shows changes in PL QY of InP / ZnSeS / ZnS QD after addition of TMOS for preparing composite sample 1 according to the experimental example of the present invention. Original QY (80%) of pure QD (QD sample 1) is starred. The error bar is according to the 5th measurement. (b) shows PL spectra and UV-irradiation fluorescence images of pure QD (black solid line) and QD dispersion (red solid line) subjected to 12 hours TMOS treatment. The PL excitation wavelength was 450 nm.

QD 샘플 1인 순수 적색 발광 InP/ZnSeS/ZnS QD는 코어에서 바깥쪽으로 갈수록 ZnS가 많아지는 ZnSeS 중간 조성 구배 쉘 및 ZnS 최외각 쉘을 가지는 것으로, 도 2의 (b)에서 보는 바와 같이 피크 파장은 611 nm이고 QY는 80%이다. 20ml QD 톨루엔 분산액에 1 ml TMOS를 첨가하면 도 2의 (a)에서와 같이 반응 시간 경과에 따라 QY가 80%에서 77%로 감소하는 것이 관찰되지만, 이후 반응 시간이 더 경과하여도 전반적인 QY 값은 75-78%로 유지가 된다. The pure red luminescence InP / ZnSeS / ZnS QD of the QD sample 1 has a ZnSeS intermediate composition gradient shell and ZnS outermost shell which increase in ZnS from the core to the outside, and as shown in FIG. 2 (b) 611 nm and QY is 80%. When 1 ml of TMOS was added to the 20 ml QD toluene dispersion, the QY decreased from 80% to 77% as the reaction time elapsed as shown in FIG. 2 (a), but after the reaction time elapsed, the overall QY value Is maintained at 75-78%.

도 2의 (b)를 참조하면, 12시간 TMOS 반응시킨 QD 용액의 PL 스펙트럼이 순수 QD 용액의 PL 스펙트럼과 거의 차이가 없고, QY는 75%이다. 이처럼 본 발명에 따를 경우 InP 계열 QD의 QY를 손상시키지 않고 QD-실리카 복합체를 제조할 수 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 2 (b), the PL spectrum of the QD solution reacted for 12 hours is almost the same as the PL spectrum of the pure QD solution, and QY is 75%. Thus, it can be seen that the QD-silica complex can be prepared without damaging the QY of the InP-based QD according to the present invention.

도 3의 (a)는 본 발명 실험예에 따라 복합체 샘플 2 제조를 위해 TMOS 대신에 TEOS 첨가 이후 InP/ZnSeS/ZnS QD의 PL QY의 경시 변화를 보여준다. 순수 QD(QD 샘플 1)의 원래 QY (80%)는 별표 표시하였다. 에러바는 3번 측정에 따른 것이다. 도 3의 (b)는 순수 QD(흑색 실선) 및 12시간 TEOS 처리한 QD 분산액(적색 실선)의 PL 스펙트럼 및 UV-조사 형광 이미지를 보여준다. PL 여기 파장은 450nm이었다. FIG. 3 (a) shows the change in PL QY of InP / ZnSeS / ZnS QD after TEOS addition instead of TMOS for preparing composite sample 2 according to the experimental example of the present invention. Original QY (80%) of pure QD (QD sample 1) is starred. The error bar is based on the third measurement. FIG. 3 (b) shows PL spectra and UV-irradiated fluorescence images of QD dispersions (red solid lines) subjected to pure QD (black solid line) and 12-hour TEOS treatment. The PL excitation wavelength was 450 nm.

도 3의 (a) 참조시, QD 용액 안으로 TEOS를 주입하면 QY가 52%로까지 떨어졌지만, 반응 시간이 경과하여도 50-55% 사이로 유지가 되었다. 이것으로부터, TMOS보다는 TEOS가 QD 표면의 유기 리간드를 제거함으로써 QD 표면을 악화시키는 정도가 크다는 것을 추측할 수 있다. 도 3의 (b) 참조시 12시간 TEOS 반응시킨 QD 용액의 PL 세기는 순수 QD 용액의 PL 세기보다 낮고, QY는 50%이다. Referring to FIG. 3 (a), when the TEOS was injected into the QD solution, the QY was reduced to 52%, but the reaction time was maintained at 50-55%. From this, it can be inferred that the degree of deterioration of the QD surface by TEOS is higher than that of TMOS by removing the organic ligand on the QD surface. Referring to FIG. 3 (b), the PL intensity of the QD solution subjected to the TEOS reaction for 12 hours is lower than the PL intensity of the pure QD solution, and QY is 50%.

도 4는 순수 QD(QD 샘플 1)와 QD-실리카 복합체(복합체 샘플 1)의 TEM 이미지들이다. 도 4의 (a), (c)는 저배율 TEM 이미지이고 (b), (d)는 고배율 TEM 이미지이다. (a), (b)는 순수 QD의 경우이고 (c), (d)는 QD-실리카 복합체의 경우이다. Figure 4 is TEM images of pure QD (QD sample 1) and QD-silica complex (composite sample 1). 4 (a) and 4 (c) are low magnification TEM images, and FIGS. 4 (b) and 4 (d) are high magnification TEM images. (a) and (b) are for pure QD, and (c) and (d) are for QD-silica complex.

도 4 (a), (b)의 순수 QD TEM 이미지에서 보는 바와 같이, InP/ZnSeS/ZnS QD는 직경이 7nm 정도인데, 이 크기는 대개 5.5nm 직경을 가지는 일반적인 단일 QD나 다중 쉘 QD에 비하여 큰 것이다. 이것은 격자 상수 불일치가 7.7%로 큰 InP 코어와 ZnS 최외곽 쉘의 계면 응력을 효과적으로 완화하기 위한 것임을 의미한다. 도 4 (c), (d)의 QD-실리카 복합체 TEM 이미지를 보면, 각각의 QD는 실리카 기지 안에 매립되어 있다. 기지 안의 QD는 눈에 띄는 응집 없이 매우 고르게 분포되어 있어, FRET(Forster resonant energy transfer)에 의한 PL ?칭이 일어나지 않는다. As shown in the pure QD TEM image of FIGS. 4 (a) and 4 (b), the InP / ZnSeS / ZnS QD has a diameter of about 7 nm, which is larger than a general single QD or multiple shell QD having a diameter of 5.5 nm It is big. This means that the lattice constant mismatch is effective to alleviate the interfacial stresses of the InP core and ZnS outermost shell at 7.7%. In the TEM image of the QD-silica composite of FIGS. 4 (c) and 4 (d), each QD is embedded in a silica matrix. The QD in the matrix is distributed very uniformly without noticeable aggregation, and no PL is caused by FRET (Forster resonant energy transfer).

이와 같은 InP/ZnSeS/ZnS QD-실리카 복합체는 도 5와 같이 분말 형태로 완전 건조시켜 열화 조건에서의 안정성 테스트에 이용하였다. 도 5는 InP/ZnSeS/ZnS QD-실리카 복합체(복합체 샘플 1)의 사진으로, (a)는 자연광에서 촬영한 사진이고 (b)는 UV 램프 하에서 촬영한 사진이다. The InP / ZnSeS / ZnS QD-silica complex was completely dried in powder form as shown in FIG. 5 and used for stability test under deteriorated condition. 5 is a photograph of an InP / ZnSeS / ZnS QD-silica composite (composite sample 1), wherein (a) is a photograph taken in natural light and (b) is a photograph taken under UV lamp.

본 발명에 따른 방법이 QD의 원래 QY를 보존하는 점의 우수성을 확인하기 위하여, 종래 전형적인 RM 방법에 따라 InP/ZnSeS/ZnS QD를 패시베이션하는 실험도 앞서 설명한 복합체 비교예 1, 2로 진행하였다. In order to confirm the excellence of preserving the original QY of the QD according to the present invention, experiments for passivating the InP / ZnSeS / ZnS QD according to the conventional RM method proceeded to the composite comparative examples 1 and 2 described above.

도 6의 (a)는 복합체 비교예 1 제조를 위해 순수 QD에 TEOS 및 후속 NH4OH 첨가로 이루어진 RM 실리카 반응을 하는 동안 InP/ZnSeS/ZnS QD의 PL 세기 경시 변화를 보여준다. 도 6의 (b)는 순수 QD(QD 샘플 1), 본 발명에 따른 QD-실리카 복합체(복합체 샘플 1) 및 비교예 RM 방법에 따른 QD-실리카 복합체(복합체 비교예 1)의 PL 세기를 비교한 것이다. PL 여기 파장은 450nm이었다. 6 (a) shows changes in the PL intensity over time of the InP / ZnSeS / ZnS QD during the RM silica reaction comprising TEOS and subsequent NH 4 OH added to pure QD for preparation of the composite Comparative Example 1. Figure 6 (b) compares the PL intensities of QD-QD (QD sample 1), QD-silica composite (composite sample 1) according to the present invention and QD-silica composite according to the comparative RM method (composite composite 1) It is. The PL excitation wavelength was 450 nm.

도 6 (a)를 참조하면, 앞의 복합체 샘플 2 결과(도 3)에서와 같이 QD 분산액에 TEOS를 첨가한 것에서와 마찬가지로, 순수 QD의 PL 세기(적색 그래프)에 비해 TEOS를 QD 시클로헥산 분산액에 넣자 PL 손실이 크게 발생하였다. TEOS 첨가 후 0.5시간 경과한 상태의 PL을 나타내었다(보라색 그래프). 가수분해와 응축을 위해 NH4OH를 첨가하자 QD 분산액의 PL 세기는 더 감소되었다. NH4OH 첨가 직후(0h)와 1시간 경과후(1h)의 PL 세기는 거의 동일하다(각각 주황색, 황녹색 그래프). InP QD PL 세기에 있어서의 이러한 급격한 감소는 이전 연구 결과들에서 보고된 바와 유사하고(30-50% → 15%), NH4OH 양과 같은 일부 합성 변수를 조절하여도 피할 수 없는 것이다. Referring to Figure 6 (a), TEOS is compared with the PL intensity (red graph) of pure QD, as is the case with TEOS added to the QD dispersion as in the previous composite sample 2 (Figure 3). QD cyclohexane dispersion The PL loss was large. PL was shown 0.5 hour after TEOS addition (purple graph). The addition of NH 4 OH for hydrolysis and condensation further reduced the PL intensity of the QD dispersion. The PL intensities immediately after addition of NH 4 OH (0 h) and after 1 h (1 h) are almost the same (orange, yellow and green graphs respectively). This rapid decrease in InP QD PL intensity is similar to that reported in previous studies (30-50% → 15%), and some synthetic parameters such as the amount of NH 4 OH can not be avoided.

RM 방법에 의한 실리카 반응에서의 PL 감소를 경감시키기 위하여 두 가지 다른 NH4OH 양을 실험하여 복합체 비교예 1과 복합체 비교예 2를 제조하였다. 그러나, NH4OH 양에 변화를 주어도 PL 감소를 최소화하는 데에는 도움이 되지 않았다. 대신 QD-실리카 복합체의 모폴러지에는 영향을 주었다.In order to alleviate the PL reduction in the silica reaction by the RM method, two different NH 4 OH contents were tested to prepare composite COMPARATIVE EXAMPLE 1 and COMPLEX COMPARATIVE EXAMPLE 2. However, changing the amount of NH 4 OH did not help to minimize PL reduction. Instead, it affected the morphology of the QD-silica complex.

도 7의 (a)는 복합체 비교예 1의 TEM 이미지이고 (b)는 복합체 비교예 2의 TEM 이미지이다. 복합체 비교예 1에 비하여 복합체 비교예 2의 암모니아 양이 많다. 암모니아 양 증가에 따라 최종 복합체의 형태에 구형으로의 변화만 있을 뿐이다. 7 (a) is a TEM image of Composite Comparative Example 1 and (b) is a TEM image of Composite Comparative Example 2. Fig. Compared with Comparative Example 1, the amount of ammonia in the composite Comparative Example 2 is large. As the amount of ammonia increases, only the shape of the final complex changes to spherical shape.

도 6의 (b)를 다시 참조하면, 세 가지 분말 샘플의 PL 스펙트럼을 볼 수 있다. 도 6의 (b)에는 순수 QD(QD 샘플 1), 본 발명에 따른 QD-실리카 복합체(복합체 샘플 1, TMOS-계 무촉매 방법) 및 비교예 RM 방법에 따른 QD-실리카 복합체(복합체 비교예 1, TEOS-계 RM 방법)의 PL 세기가 비교되어 있다. Referring again to Figure 6 (b), the PL spectra of the three powder samples can be seen. FIG. 6 (b) shows a QD-silica composite according to the present invention (composite sample 1, TMOS-based catalyst-free method) and a QD-silica composite according to the comparative RM method 1, TEOS-based RM method).

본 발명에 따른 복합체 샘플 1의 PL 세기(적색 그래프)는 순수 QD의 PL 세기(흑색 그래프)와 거의 비슷하지만, 복합체 비교예 1의 PL 세기(분홍색 그래프)는 매우 낮다. 이처럼, 본 발명에 따른 QD-산화물 복합체 제조 방법에서는 종래 실리카 반응에 수반되었던 QD 표면의 악화를 효과적으로 방지하여, QD의 본래 QY를 최대한 유지하는 데에 상당히 유리하다는 것을 알 수 있다. The PL intensity (red graph) of the composite sample 1 according to the present invention is very similar to the PL intensity (black graph) of pure QD, but the PL intensity (pink graph) of the composite comparative example 1 is very low. As described above, it can be seen that the method of producing the QD-oxide complex according to the present invention is advantageous for effectively preventing deterioration of the surface of the QD accompanied by the conventional silica reaction and maintaining the original QY of the QD as much as possible.

실리카 임베딩이 QD 안정성에 기여하는 효능을 입증하기 위하여, 순수 QD(QD 샘플 1)와 본 발명에 따른 QD-실리카 복합체(복합체 샘플 1)를 대기 중 UV 조사 환경(365nm)에 노출시켰다. 도 8에 그 결과를 정리하였다.To demonstrate the efficacy of silica embedding contributing to QD stability, pure QD (QD sample 1) and the QD-silica complex according to the present invention (composite sample 1) were exposed to an atmospheric UV irradiation environment (365 nm). The results are summarized in FIG.

도 8의 (a)는 UV 노출 시간 경과에 따른 순수 QD(QD 샘플 1) PL 세기 변화를 나타내고, (b)는 UV 노출 시간 경과에 따른 본 발명에 따른 QD-실리카 복합체(복합체 샘플 1) PL 세기 변화를 나타낸다. (c)는 (a), (b)로부터 계산된 상대 QD 발광 면적의 변화를 나타낸다. (Composite sample 1) PL according to the present invention with respect to the elapsed time of UV exposure. Fig. 8 (a) shows a change in PL QD of pure QD (QD sample 1) Represents a change in intensity. (c) shows a change in the relative QD emission area calculated from (a) and (b).

도 8의 (a), (b)를 참조하면, 0시간, 10분, 1시간, 2시간, 5시간, 10시간, 15시간 순으로 노출 시간이 경과함에 따라 PL 세기는 감소한다. 도 8의 (c)를 참조하면, 15 시간 경과 후, 복합체 샘플 1(적색 원)은 처음 PL 세기의 80%를 유지한 반면, 순수 QD(흑색 원)에서는 더 심한 감소(42%)가 관찰되었다. 이와 같이 본 발명에서처럼 산화물로 양자점을 포위하는 경우에 광 안정성이 증가하는 것임을 확인할 수 있다. Referring to FIGS. 8A and 8B, the PL intensity decreases with exposure time in the order of 0 hours, 10 minutes, 1 hour, 2 hours, 5 hours, 10 hours, and 15 hours. Referring to FIG. 8 (c), after 15 hours, the composite sample 1 (red circle) retained 80% of the initial PL intensity, while a more significant decrease (42%) in pure QD . As described above, it can be confirmed that the light stability is increased when the quantum dots are surrounded by the oxide as in the present invention.

계속하여 두 샘플을 85℃ 및 85% 상대 습도 항온항습기에 144 시간 두었다. 도 9는 그 결과를 정리한 것이다.Subsequently, the two samples were placed in a 85 ° C and 85% relative humidity thermostat for 144 hours. Figure 9 summarizes the results.

도 9의 (a)는 85℃/85% 노출 시간 경과에 따른 순수 QD(QD 샘플 1) PL 세기 변화를 나타내고, (b)는 85℃/85% 노출 시간 경과에 따른 본 발명에 따른 QD-실리카 복합체(복합체 샘플 1) PL 세기 변화를 나타낸다. (c)는 (a), (b)로부터 계산된 상대 QD 발광 면적의 변화를 나타낸다. 85℃/85% 노출은 상당한 고온 고습 환경이며, QD-LED 사용에 있어서의 가혹한 환경을 모사한 것이다. 9 (a) shows the variation of the pure QD (QD sample 1) PL intensity with the elapse of 85 ° C / 85% exposure time, (b) shows the QD- Silica composite (composite sample 1). (c) shows a change in the relative QD emission area calculated from (a) and (b). 85 ° C / 85% exposure is a significant high temperature and high humidity environment, simulating the harsh environment in which QD-LEDs are used.

도 9의 (a), (b)를 참조하면, 0시간, 1시간, 5시간, 24시간, …, 144시간 순으로 노출 시간이 경과함에 따라 PL 세기는 감소한다. 도 9의 (c)를 참조하면, 복합체 샘플 1(적색 원)은 노출 시간이 꽤 흐른 후에도 상대 QD 발광 면적이 30%까지만 감소한 반면, 순수 QD(흑색 원)에서는 53%나 감소하였다. 실리카가 외부의 열화 환경에서 QD를 보호하는 물리적 장벽으로서 기능하여 QD 표면의 악화를 저해하는 역할을 하기는 하지만 실리카 패시베이션을 한다고 해서 PL을 완전히 유지하는 것은 어렵다. 졸-겔 반응으로 생성된 비정질 실리카에 다공성 네트워크 구조(기공도가 10-15%)가 되어, 산소 및 수증기 분자가 QD 표면에 도달할 수 있고 이에 따라 산화 및/또는 부식이 일어나기 때문인 것으로 이해될 수 있다. 그러나 실리카가 없는 경우보다는 PL 유지 효과가 뛰어나다. Referring to Figures 9 (a) and 9 (b), 0 hour, 1 hour, 5 hours, 24 hours, ... , And 144 hours, the PL intensity decreases as the exposure time elapses. Referring to FIG. 9 (c), the relative QD emission area of the composite sample 1 (red circle) was reduced by only 30%, while that of pure QD (black circle) was reduced by 53% even after a considerable exposure time. Although silica acts as a physical barrier to protect QD in an external degradation environment and serves to inhibit deterioration of the QD surface, it is difficult to completely maintain PL by silica passivation. It is to be understood that the amorphous silica produced by the sol-gel reaction has a porous network structure (porosity of 10-15%), which allows oxygen and water vapor molecules to reach the QD surface and thus oxidation and / or corrosion . However, the PL preservation effect is superior to that without silica.

QD-LED 비교예 및 QD-LED 실험예 1 제조 후 비교적 높은 입력 전류인 60 mA에서 EL 스펙트럼을 측정하였다. QD-LED Comparative Example and QD-LED Experimental Example 1 After manufacture, EL spectra were measured at a relatively high input current of 60 mA.

도 10은 입력 전류 60 mA에서 수집된, (a) 순수 QD를 가지고 제조한 온-칩 패키지 QD-LED(QD-LED 비교예) 및 (b) QD-실리카 복합체를 가지고 제조한 온-칩 패키지 QD-LED(QD-LED 실험예 1)의 EL 스펙트럼이다(적색 그래프). 청색-적색 광 변환 효율을 계산하기 위하여, 60mA 구동 청색 LED의 EL 스펙트럼도 조사하였다(청색 그래프). 광 변환 효율(LCE)은 변환을 위해 소비된 청색 LED 발광 대비 변환된 QD 발광의 스펙트럼 적분비로 평가하였다. Figure 10 shows an on-chip package QD-LED (QD-LED comparison example) fabricated with (a) pure QD and (b) a QD- And the EL spectrum of the QD-LED (QD-LED Experimental Example 1) (red graph). To calculate the blue-red light conversion efficiency, the EL spectrum of a 60-mA driven blue LED was also examined (blue graph). The light conversion efficiency (LCE) was evaluated by the spectral integral ratio of converted QD emission versus blue LED emission consumed for conversion.

도 10의 (a), (b)로부터, QD-LED 비교예의 LCE는 46%이고, QD-LED 실험예 1의 LCE는 48%이다. 이처럼 둘 사이의 유사한 LCE는 본 발명에 따른 복합체가 순수 QD의 본래 QY를 매우 효과적으로 보존할 수 있다는 것임을 다시 한번 입증해준다. 보통 QD-LED에서는 LED로부터의 강한 광자 플럭스와 상당한 열이 QD에 영향을 주기 때문에 소자 구동 환경에서 QD가 처음의 발광 세기를 잃을 염려가 존재한다. 그러나 본 발명에 따르면 산화물이 매우 효과적으로 QD를 패시베이션하고 있어 오랜 구동 후에도 QD의 우수한 성질이 거의 그대로 보존되기 때문에 QD-LED를 안정적으로 유지하여 장기 수명화할 수 있다. 10 (a) and 10 (b), the LCE of the QD-LED comparative example is 46%, and the LCE of the QD-LED Experimental Example 1 is 48%. Thus, a similar LCE between the two again proves that the complex according to the present invention can very effectively preserve the original QY of pure QD. In general, there is a concern that QD may lose its original luminescence intensity in a device-driven environment due to the strong photon flux from the LED and significant heat affecting the QD. However, according to the present invention, since the oxide passivates the QD very effectively, the excellent properties of the QD can be substantially preserved even after long driving, so that the QD-LED can be stably maintained and the life can be prolonged.

앞선 도 4의 TEM 이미지로부터 유추할 수 있는 바와 같이, 순수 QD에 비하여 QD-실리카 복합체 분말 안에서 QD 간격이 증가할 것이다. 이에 따라 FRET에 의한 QD 발광 ?칭이 QD-실리카 복합체로 제조한 QD-LED에서 감소한다. 일반적으로 온-칩 패키지 QD-LED는 폴리머 레진 안에서의 QD 응집이나 레진과 QD 사이의 굴절률 차이 때문에 광 산란을 일으키고, 외부로 방출되는 광자 플럭스가 감소한다. 특히, 굴절률에서의 차이는 QD와 레진 사이의 중간 굴절률 값을 나타내도록 하여, 실리카-계 QD 복합체를 만들어 경감할 수 있다. 이처럼 FRET 및 광 산란에서의 감소 덕분에 순수 QD로 만든 것보다 실리카-계 QD 복합체로 만든 소자의 LCE를 향상시킬 수 있는 것이다. As can be deduced from the TEM image of FIG. 4, the QD interval in the QD-silica composite powder will increase relative to pure QD. As a result, the QD emission by FRET is reduced in the QD-LED fabricated by the QD-silica composite. In general, on-chip package QD-LEDs cause light scattering due to QD cohesion in the polymer resin or difference in refractive index between resin and QD, and the photon flux emitted to the outside is reduced. In particular, the difference in refractive index can be reduced by creating a silica-based QD complex, allowing intermediate refractive index values between the QD and the resin. This reduction in FRET and light scattering can improve the LCE of devices made of silica-based QD composites rather than pure QDs.

계속하여 QD-LED 비교예 및 QD-LED 실험예 1을 60 mA 구동 전류에서 100 시간동안 구동하였다. Then, the QD-LED Comparative Example and the QD-LED Experimental Example 1 were driven for 100 hours at a driving current of 60 mA.

도 11은 60 mA 구동 전류에서 (a) 순수 QD를 가지고 제조한 온-칩 패키지 QD-LED(QD-LED 비교예) 및 (b) QD-실리카 복합체를 가지고 제조한 온-칩 패키지 QD-LED(QD-LED 실험예 1)의 구동시간에 따른 EL 스펙트럼의 변화를 보여준다. 좌측 삽입그림은 초기 상태 및 100 시간 구동 후 상태의 EL 이미지이다. Fig. 11 shows an on-chip package QD-LED (QD-LED comparison example) manufactured with (a) pure QD at a driving current of 60 mA and QD- (Experimental Example 1 of QD-LED) shows the change of EL spectrum according to driving time. The left inset is the EL image in the initial state and after 100 hours of driving.

도 11 (a), (b)의 비교에서 보여지는 바와 같이, 구동시간이 0시간에서부터 100시간으로 경과하는 동안 QD-LED 실험예 1의 QD 방출 세기는 약간만 감소하는 반면(도 11의 (b) 참조), QD-LED 비교예의 경우에는 QD 발광 ?칭이 일어난다(도 11의 (a) 참조). 그 결과, 도 11 안의 삽입 그림에서와 같이 순수 QD를 가지고 제조한 QD-LED 비교예에서 100 시간 구동 후 더 눈에 띄는 EL 색 변화가 관찰된다. 11 (a) and 11 (b), the QD-emission intensity of the QD-LED Experimental Example 1 is slightly reduced while the driving time elapsed from 0 hours to 100 hours ), And in the case of the QD-LED comparison example, QD light emission occurs (see FIG. 11 (a)). As a result, as shown in the inset in FIG. 11, a more noticeable EL color change is observed after driving for 100 hours in the QD-LED comparative example manufactured with pure QD.

구동 시간에 따라 QD 발광 면적의 변화도 측정하였다. The change in QD emission area was also measured according to the driving time.

도 12는 60 mA 구동 전류에서 구동 시간의 함수로 나타낸, 순수 QD 및 QD-실리카 복합체를 가지고 제조한 온-칩 패키지 QD-LED(각각 QD-LED 비교예, QD-LED 실험예 1)의 (a) 상대 QD 발광 면적의 변화 및 (b) QD-LED의 LCE-LE 변화를 도시한 것이다. 그래프에서 적색 원은 QD-LED 실험예 1이고 흑색원은 QD-LED 비교예이다. Fig. 12 is a plot of the (QD-LED Comparative Example, QD-LED Experimental Example 1) on-chip package QD-LEDs fabricated with pure QD and QD- (a) the change in the relative QD emission area and (b) the change in the LCE-LE of the QD-LED. The red circle in the graph is QD-LED Experimental Example 1 and the black circle is a QD-LED comparative example.

도 12의 (a)를 먼저 참조하면, 100 시간 구동 후 실리카 임베딩이 없는 QD-LED 비교예의 경우 초기 값의 65%를 보유하고, 실리카 임베딩이 있는 QD-LED 실험예 1의 경우 초기 값의 88%를 보유하는 것을 알 수 있다. 이처럼 높은 청색 광자 플럭스와 50℃(60 mA 구동 전류에 수반되는 온도)의 공기 분위기 하인, 열화성 LED 구동 환경에 대해, 실리카 장벽이 QD를 보호하는 효과를 알 수 있다. QD 패키징에 사용되는 에폭시 봉지재의 느슨한 구조 때문에 대기 중의 가스 종들은 QD-실리카 복합체에 쉽게 도달할 수 있고, 실리카의 다공성 채널을 통해 QD로까지 침투할 수 있다. 이 때문에 QD의 열화가 발생한다. 그렇다고 하더라도 실리카 기지 안에 매립되어 있는 QD의 광 열화는 지연이 되어, 100 시간 구동 후에 단지 12%만이 손실된 것이다. Referring to FIG. 12 (a), QD-LED having 65% of the initial value in the case of the QD-LED without silica embedding after 100 hours of driving, and 88% of the initial value in case of QD-LED Experimental Example 1 with silica embedding %. &Lt; / RTI &gt; The silica barrier protects the QD against such a high blue photon flux and in a thermal LED driving environment at 50 ° C (temperature associated with a 60 mA drive current) air atmosphere. Due to the loose structure of the epoxy encapsulant used in QD packaging, atmospheric gas species can easily reach the QD-silica complex and penetrate into the QD through the porous channels of silica. This causes deterioration of QD. Even so, the photodegradation of the QD embedded in the silica matrix is delayed, with only 12% lost after 100 hours of operation.

도 12의 (a) 결과를 참고하여, LCE의 경시 변화를 계산한 결과, 도 12 (b)에 나타낸 바와 같이, 100 시간 구동 후, QD-LED 비교예의 경우에는 46→34%, QD-LED 실험예 1의 경우에는 48→42%로 변화하였다. QD-LED 실험예 1의 LE는 26.3 lm/W로, QD-LED 비교예의 LE인 24.7 lm/W보다 높다. LE의 경시 변화도 상대 QD 발광 세기나 LCE에서의 변화 경향과 동일하다. 도 12 (b)를 참조하면, 100 시간 구동 후, QD-LED 비교예의 경우에는 24.7→19.4 lm/W, QD-LED 실험예 1의 경우에는 26.3→23.8 lm/W로 변화하였다. As a result of calculating the LCE change over time with reference to the result of FIG. 12 (a), as shown in FIG. 12 (b), after driving for 100 hours, the QD- In the case of Experimental Example 1, it changed from 48 to 42%. QD-LED The LE of Experimental Example 1 is 26.3 lm / W, which is higher than the LE of Comparative Example of QD-LED of 24.7 lm / W. The change with time of LE is also the same as the change in relative QD emission intensity or LCE. Referring to FIG. 12 (b), after driving for 100 hours, the QD-LED was changed from 24.7 to 19.4 lm / W in the comparative example and from 26.3 to 23.8 lm / W in the case of the QD-LED Experimental Example 1.

이상의 결과를 참고하면, 본 발명에 따른 QD-산화물 복합체 제조 방법은 QD의 QY를 최대한 유지할 뿐만 아니라 QD를 효과적으로 패시베이션하여 고효율, 고 안정성의 QD-LED 시스템을 제조하는 실제적인 수단을 제공한다는 것이 확실하다.As a result, it can be concluded that the QD-oxide composite manufacturing method according to the present invention provides a practical means of manufacturing a QD-LED system with high efficiency and high stability by effectively passivating QD as well as QD of QD as much as possible Do.

한편, 실험예에서 사용된 양자점은 InP 기반이지만 다른 조성의 양자점에도 본 발명에 따른 방법을 적용하는 것이 물론 가능하다. 그리고, 앞의 결과들은 적색 발광 양자점에 관한 것이지만 복합체 샘플 3 및 QD-LED 실험예 2처럼 녹색 발광 양자점을 이용한 경우에 대해서도 유사한 결과를 얻을 수 있었다.On the other hand, the quantum dots used in the experimental examples are based on InP, but it is of course possible to apply the method according to the present invention to quantum dots of other compositions. Although the above results are related to red light emitting quantum dots, similar results can be obtained when using green light emitting quantum dots as in the case of composite sample 3 and QD-LED Experimental Example 2.

도 13의 (a)는 QD-실리카 복합체(복합체 샘플 3)의 TEM 이미지이다. (b)는 60 mA 구동 전류에서 복합체 샘플 3을 가지고 제조한 온-칩 패키지 QD-LED(QD-LED 실험예 2)의 구동시간에 따른 EL 스펙트럼의 변화를 보여준다. (c)는 상대 QD 발광 면적의 변화를 나타낸다. 13 (a) is a TEM image of a QD-silica composite (composite sample 3). (b) shows the change of the EL spectrum according to the driving time of the on-chip package QD-LED (QD-LED Experiment 2) manufactured with the composite sample 3 at a driving current of 60 mA. (c) shows the change of the relative QD emission area.

도 13의 (b)에서와 같이 QD-LED 실험예 2의 경우도 100 시간 구동 후 EL 세기 변화가 거의 없고, (c)에서와 같이 상대 QD 발광 면적도 93% 이상의 안정성을 보이는 것을 확인하였다. 이처럼 양자점의 종류에 상관없이, 그리고 산화물 전구체가 달라져도 본 발명에 따른 QD-산화물 복합체 제조 방법에 의할 경우 QD의 QY는 보존하면서 안정적으로 QD-산화물 복합체를 형성할 수 있음을 알 수 있다. As shown in FIG. 13 (b), in the case of QD-LED Experimental Example 2, there was almost no EL intensity change after driving for 100 hours, and it was confirmed that the relative QD luminescence area as shown in FIG. As described above, the QD-oxide complex according to the present invention can form a QD-oxide complex while preserving the QY of the QD regardless of the kind of the quantum dots and the oxide precursor.

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 (5)

양자점을 용매에 분산시킨 양자점 분산액을 제조하는 단계;
상기 양자점 분산액에 산화물 전구체를 첨가하여 혼합액을 제조하는 단계; 및
상기 혼합액에 촉매나 물을 첨가하지 않은 채 상기 혼합액을 항온항습기 안에 두어, 상기 양자점 주변을 상기 산화물 전구체로부터 유래된 산화물로 포위시키는 단계를 포함하는, 양자점-산화물 복합체 제조 방법.
Preparing a quantum dot dispersion in which quantum dots are dispersed in a solvent;
Adding an oxide precursor to the quantum dot dispersion to prepare a mixed solution; And
And placing the mixed solution in a constant-temperature and humidity chamber without adding a catalyst or water to the mixed solution to surround the quantum dots with an oxide derived from the oxide precursor.
제1항에 있어서, 상기 항온항습기의 온도 조건은 10~100℃이고 상대 습도 조건은 10~100%인 것을 특징으로 하는 양자점-산화물 복합체 제조 방법. The method of claim 1, wherein the temperature and humidity conditions of the thermo-hygrostat is 10 to 100 ° C and 10 to 100%. 제1항에 있어서, 상기 용매는 톨루엔(toluene), 클로로벤젠(chlorobenzene), 클로로포름(chloroform) 및 알칸계 용매 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 양자점-산화물 복합체 제조 방법. The method of claim 1, wherein the solvent is any one of toluene, chlorobenzene, chloroform, and an alkane-based solvent. 제1항에 있어서, 상기 산화물 전구체는 사일렌 계열, 알루미늄 알콕사이드 계열, 지르코늄 알콕사이드 계열 및 티타늄 알콕사이드 계열 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 양자점-산화물 복합체 제조 방법. The method of claim 1, wherein the oxide precursor is one selected from the group consisting of a silane series, an aluminum alkoxide series, a zirconium alkoxide series, and a titanium alkoxide series. 제1항 기재의 방법으로 제조한 양자점-산화물 복합체에 열경화성 에폭시 레진과 경화제를 첨가하여 페이스트를 제조하는 단계;
상기 페이스트를 표면 실장형 LED 몰드 위에 도포하는 단계; 및
도포된 상기 페이스트를 열경화시키는 단계를 포함하는, 온-칩 패키지 양자점-LED 제조 방법.
Preparing a paste by adding a thermosetting epoxy resin and a curing agent to the quantum dot-oxide composite produced by the method of claim 1;
Applying the paste onto a surface mount LED mold; And
And thermally curing the applied paste. &Lt; Desc / Clms Page number 20 &gt;
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