KR20220064478A - 반도체 나노 입자, 이를 포함한 색변환 부재, 이를 포함한 전자 장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

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권영수
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Abstract

i) InP, ii) 인듐(In), 인(P) 및 I족 내지 VII족 원소 중 하나로 이루어진 삼원소 화합물, 및 iii) I족 내지 VII족 전이금속 중 적어도 하나가 도핑된 InP 중 적어도 하나를 함유한 코어(core), 상기 코어를 덮고, 붕소(B), 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나의 인화물(phosphide)을 함유한, 내부 쉘(inner shell), 상기 내부 쉘을 덮고, ZnSe 및 ZnSexS1-x 중 적어도 하나를 함유한 중간 쉘(middle shell) 및 상기 중간 쉘을 덮고, II-VI족 화합물을 함유한 외부 쉘(outer shell)을 포함하고, 상기 x는 0 < x < 1을 만족하는, 반도체 나노 입자, 이를 포함한 색변환 부재, 이를 포함한 전자 장치 및 이의 제조방법이 제공된다.

Description

반도체 나노 입자, 이를 포함한 색변환 부재, 이를 포함한 전자 장치 및 이의 제조방법{SEMICONDUCTOR NANOPARTICLES, COLOR CONVERSION MEMBER INCLUDING THE SAME, ELECTRONIC APPARATUS INCLUDING THE SAME, AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
반도체 나노 입자, 이를 포함한 색변환 부재, 이를 포함한 전자 장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 나노 입자는 반도체 물질의 나노 결정으로서, 양자 구속 효과(quantum confinement effect)를 나타내는 물질이고, 양자점(quantum dot)이라고도 일컬어진다. 상기 양자점은 여기원(excitation source)으로부터 빛을 받아 에너지 여기 상태에 이르면, 자체적으로 해당하는 에너지 밴드 갭(band gap)에 따른 에너지를 방출하게 된다. 이 때, 같은 물질의 경우라도 입자 크기에 따라 파장이 달라지는 특성을 나타내므로, 양자점의 크기를 조절하여 원하는 파장 영역의 빛을 얻을 수 있고, 우수한 색 순도 및 높은 발광 효율 등의 특성을 나타낼 수 있기 때문에 다양한 소자 또는 장치에 응용할 수 있다.
조명 장치는 다양한 용도에 사용될 수 있다. 예를 들면, 조명 장치는 실내 또는 실외 조명, 무대 조명, 장식 조명 및 휴대용 전자제품(휴대폰, 캠코더, 디지털 카메라 및 개인 휴대 정보 단말기(PDA) 등)에 사용되는 액정 표시 장치(liquid crystal display: LCD)의 백라이트 유닛(backlight unit: BLU)에 사용될 수 있다.
대표적인 조명 장치의 용도로는, 예를 들면 액정 표시 장치의 백라이트 유닛 등으로 사용되는 것이 있다. 액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 들어 있는 액정층으로 이루어진다. 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치는 컬러 형성을 위해, 색변환 부재를 사용하는데, 백라이트 광원으로부터 출사된 광이 적색, 녹색, 청색 색변환 부재를 통과할 때, 각각의 색변환 부재에 의해 광량이 약 1/3로 감소되어 광효율이 낮다.
이러한 광효율 저하를 보완하고 높은 색재현성을 위해 제안되는 포토루미네선트 액정 표시 장치(Photo-Luminescent Liquid Crystal Display Apparatus; PL-LCD)는 기존의 액정 표시 장치에 사용되는 색변환 부재를 QD-CCL(quantum dot color conversion layer)로 대체한 액정 표시 장치이다. PL-LCD는 광원으로부터 발생되어 액정층에 의해 제어된 자외선 또는 청색광 등 저파장대역의 광이 색변환층(Color Conversion Layer; CCL)에 조사될 때 발생하는 가시광을 이용하여 컬러 영상을 표시한다.
반치폭이 좁고, 양자 효율이 우수한 반도체 나노 입자 및 및 이를 포함한 장치를 제공하는 것이다.
일 측면에 따르면,
i) InP, ii) 인듐(In), 인(P) 및 I족 내지 VII족 원소 중 하나로 이루어진 삼원소 화합물, 및 iii) I족 내지 VII족 전이금속 중 적어도 하나가 도핑된 InP 중 적어도 하나를 함유한 코어(core),
상기 코어를 덮고, 붕소(B), 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나의 인화물(phosphide)을 함유한, 내부 쉘(inner shell),
상기 내부 쉘을 덮고, ZnSe 및 ZnSexS1-x 중 적어도 하나를 함유한 중간 쉘(middle shell) 및
상기 중간 쉘을 덮고, II-VI족 화합물을 함유한 외부 쉘(outer shell)을 포함하고,
상기 x는 0 < x < 1을 만족하는, 반도체 나노 입자가 제공된다.
다른 측면에 따르면, 상기 반도체 나노 입자를 포함한 색변환 부재가 제공된다.
다른 측면에 따르면, 상기 색변환 부재 및 표시 장치를 포함한, 전자 장치가 제공된다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 반도체 나노 입자를 제조하는 방법으로서,
인듐을 포함하는 제1전구체와 아미노포스핀(aminophosphine)을 반응시켜 제1물질을 제조하는 단계;
ZnSe 및 ZnSexS1-x 중 적어도 하나를 함유한 제2물질을 제조하는 단계;
상기 제1물질, 상기 제2물질 및 붕소, 알루미늄 또는 갈륨(Ga)을 포함하는 제2전구체의 혼합물을 준비하는 단계; 및
상기 혼합물에, II-VI족 화합물을 첨가하는 단계;를 포함하는, 반도체 나노 입자의 제조방법이 제공된다.
상기 반도체 나노 입자는 광발광(photoluminescence) 스펙트럼의 반치폭이 좁고, 양자 효율이 우수하다. 따라서, 상기 반도체 나노 입자를 포함한 색변환 부재는 광전환 효율이 우수하고, 고색순도를 구현할 수 있다.
도 1은 일 구현예를 따르는 반도체 나노 입자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 일 구현예에 따른 색변환 부재의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 다른 구현예에 따른 색변환 부재의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 일 구현예에 따른 전자 장치의 개략도이다.
도 5는 일 구현예에 따른 전자 장치의 개략도이다.
도 6은 일 구현예에 따른 전자 장치의 개략도이다.
도 7은 실시예 1 및 비교예 1의 광발광 스펙트럼이다.
도 8a 및 8b는 각각 일 실시예에 따른 반도체 나노 입자의 Ga 전구체 함량 변화에 따른 반치폭 및 양자 효율의 변화를 측정한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 명세서 중 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
본 명세서 중 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서 중 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 예를 들어, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 달리 한정되지 않는 한 명세서상에 기재된 특징 또는 구성요소만으로 이루어지는(consist of) 경우 및 다른 구성요소를 더 포함하는 경우를 모두 의미할 수 있다.
본 명세서에서, "I족"은 IUPAC 주기율표상 IB족 원소를 포함할 수 있으며, I족 원소는 예를 들어, 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, "II족"은 IUPAC 주기율표상 IIA족 원소 및 IIB족 원소를 포함할 수 있으며, II족 원소는 예를 들어, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 수은(Hg) 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, "III족"은 IUPAC 주기율표상 IIIA족 원소 및 IIIB족 원소를 포함할 수 있으며, III족 원소는 예를 들어, 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl) 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, "IV족"은 IUPAC 주기율표상 IVA족 원소 및 IVB족 원소를 포함할 수 있으며, IV족 원소는 예를 들어, 탄소(C), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb) 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, "V족"은 IUPAC 주기율표상 VA족 원소 및 VB족 원소를 포함할 수 있으며, V족 원소는 예를 들어, 질소(N), 인(P), 비소(As), 안티모니(Sb) 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, "VI족"은 IUPAC 주기율표상 VIA족 원소 및 VIB족 원소를 포함할 수 있으며, VI족 원소는 예를 들어, 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te) 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, "VII족"은 IUPAC 주기율표상 VIIB족 원소를 포함할 수 있으며, VIIB족 원소는 예를 들어, 망간(Mn) 등을 포함할 수 있다.
이하 도 1을 참조하여 본 발명의 일 구현예를 따르는 반도체 나노 입자(1)를 설명한다.
상기 반도체 나노 입자(1)는 i) InP, ii) 인듐(In), 인(P) 및 I족 내지 VII족 원소 중 하나로 이루어진 삼원소 화합물, 및 iii) I족 내지 VII족 전이금속 중 적어도 하나가 도핑된 InP 중 적어도 하나를 함유한 코어(core)(10), 상기 코어를 덮고, 붕소(B), 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나의 인화물(phosphide)을 함유한, 내부 쉘(inner shell)(20), 상기 내부 쉘을 덮고, ZnSe 및 ZnSexS1-x 중 적어도 하나를 함유한 중간 쉘(middle shell)(30) 및 상기 중간 쉘을 덮고, II-VI족 화합물을 함유한 외부 쉘(outer shell)(400)을 포함한다.
일 구현예를 따르면, 상기 코어(10)는 InP, InGaP, InAlP, Cu가 도핑된 InP, Mn이 도핑된 InP, 및 Ag가 도핑된 InP; 중 적어도 하나를 함유할 수 있다.
예를 들어, 상기 코어(10)는 InP를 함유할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 코어(10)는 반지름이 0.5nm 내지 2.5nm, 예를 들어 0.6nm 내지 2.4nm, 또는 0.75nm 내지 2.25nm, 또는 1nm 내지 2nm일 수 있다.
상기 B, Al 또는 Ga의 인화물은 코어(10)에 함유된 InP계 물질이 내부 쉘(20)에 도입된 B, Al 또는 Ga 포함 물질과 양이온 교환(cation exchange) 반응을 진행하여 생성될 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 내부 쉘(20)은 BP, AlP 및 GaP 중 적어도 하나를 함유할 수 있다.
예를 들어, 상기 내부 쉘(20)은 BP, 및 GaP 중 적어도 하나를 함유할 수 있다. 예를 들어, 상기 내부 쉘(20)은 GaP를 함유할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 내부 쉘(20)에 포함된 B, Al 또는 Ga의 총 몰수 대 상기 코어(10)에 포함된 In의 몰수의 비는 0.01 내지 10일 수 있다.
상기 범위를 만족했을 때, 상기 반도체 나노 입자(1)는 우수한 양자 효율을 확보할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 내부 쉘(20)은 두께가 0.1nm 내지 0.7nm, 예를 들어 0.1nm 내지 0.6nm, 또는 0.2nm 내지 0.6nm일 수 있다.
상기 내부 쉘(20)은 코어(10) 내 전자가 중간 쉘(30)이나 외부 쉘(400)로 누설되는 것을 억제할 수 있다.
상기 ZnSexS1-x 중 x는 0 < x < 1을 만족한다.
상기 x는 상기 반도체 나노 입자(1)의 중간 쉘(30)에 포함된 ZnSexS1-x 중 Zn에 대한 Se의 조성비를 나타낸다.
상기 중간 쉘(30)은 ZnSe 및 ZnSexS1-x 중 적어도 하나를 함유한다.
상기 중간 쉘(30)이 ZnSe 및 ZnSexS1-x 중 적어도 하나를 함유함으로써, 상기 중간 쉘(30)의 상기 II-VI족 화합물을 함유한 외부 쉘(400)에 대한 결정비결합에 따른 구조적 결함이 감소되고, 따라서 중간 쉘(30)의 두께를 충분히 형성하여 내부 코어(10)를 보호할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 중간 쉘(30)은 ZnSe를 함유할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 중간 쉘(30)은 ZnSexS1-x를 함유할 수 있다. 또한, 일 구현예를 따르면, 상기 중간 쉘(30)이 x가 서로 상이한 2종 이상의 ZnSexS1-x를 함유할 수 있다.
예를 들어, 상기 중간 쉘은 ZnSe, ZnSe0.75S0.25, ZnSe0.66S0.33, ZnSe0.50S0.50 및 ZnSe0.33S0.66 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 내부 쉘(20)과 상기 중간 쉘(30)의 계면은 상기 중간 쉘(30)에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 중간 쉘(30)은 두께가 0.5nm 내지 2nm, 예를 들어 0.6nm 내지 1.9nm, 또는 0.7nm 내지 1.8nm, 또는 1.0nm 내지 1.7nm, 또는 1.2nm 내지 1.5nm일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 중간 쉘(30)은 상기 내부 쉘(20)에 인접한 부분에 B, Al 및 Ga 중 적어도 하나의 금속이 도핑된 ZnSe 및 ZnSexS1-x 중 적어도 하나를 함유하는 도핑층을 더 포함하는 다중 쉘일 수 있다.
예를 들어, 상기 도핑층은 B 및 Ga 중 적어도 하나의 금속이 도핑된 ZnSe 및 ZnSexS1-x 중 적어도 하나를 함유할 수 있다.
상기 외부 쉘(400)은 II-VI족 화합물을 함유한다.
예를 들어, 상기 중간 쉘(30)과 외부 쉘(400)은 상이할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 II-VI족 화합물은 Zn을 함유할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 II-VI족 화합물은 이원소 화합물 또는 삼원소 화합물일 수 있다.
예를 들어, 상기 II-VI족 화합물은 ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, ZnSeS, ZnSeTe 및 ZnSTe 중에서 선택된 1종 이상의 화합물일 수 있다.
예를 들어, 상기 II-VI족 화합물은 ZnS일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 중간 쉘(20)과 상기 외부 쉘(30)의 계면은 상기 외부 쉘(30)에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 외부 쉘(30)은 두께가 0.5nm 내지 2nm, 예를 들어 0.6nm 내지 1.9nm, 또는 0.7nm 내지 1.8nm, 또는 1.0nm 내지 1.7nm, 또는 1.2nm 내지 1.5nm일 수 있다.
상기 반도체 나노 입자(1)의 중간 쉘(30) 및 외부 쉘(400)은 상기 코어(10) 화학적 변성을 방지하고 반도체 특성을 유지하기 위한 보호층 역할을 및/또는 상기 반도체 나노 입자에 전기 영동 특성을 부여하기 위한 차징층(charging layer)의 역할을 수행할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 반도체 나노 입자는 청색 이외의 가시광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 나노 입자는 최대 발광 파장이 500 nm 내지 650m인 광을 방출할 수 있다. 이에 따라, 상기 반도체 나노 입자를 색변환 부재에 적용할 경우에 청색광을 흡수하여 다양한 색상 범위의 파장을 방출하도록 설계할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 반도체 나노 입자(1)는 최대 발광 파장이 500 nm 내지 600 nm인 녹색광을 방출할 수 있다. 이에 따라, 상기 반도체 나노 입자를 색변환 부재에 적용할 경우에 고휘도 및 고색순도의 녹색을 구현할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 반도체 나노 입자는 직경이 3.2 nm 내지 14.4 nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 나노 입자의 직경이 4nm 내지 12nm, 예를 들어 5nm 내지 11nm, 또는 6nm 내지 10nm, 또는 7 nm 내지 9nm일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 반도체 나노 입자는 450 nm의 청색광에 대한 흡광도가 0.1 이상, 예를 들어 0.15 이상일 수 있다. 이에 따라, 상기 반도체 나노 입자를 조명 장치의 광변환층에 적용할 경우에 광원으로부터의 청색광에 대한 흡수도가 높아 고효율의 광변환이 가능하고, 고색순도의 녹색을 구현할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 반도체 나노 입자는 발광 파장 스펙트럼의 반치폭(full width at half maximum, FWHM)이 60 nm 이하, 예를 들어 55 nm 이하일 수 있다. 상기 반도체 나노 입자의 반치폭이 전술한 범위를 만족할 때, 색순도와 색재현성이 우수하고 광 시야각이 향상될 수 있다.
종래의 InP/ZnSe1-aSa(a는 0 내지 1의 정수) 조성의 코어-쉘 양자점은 lnP 코어층에서만 450 nm 청색 여기광이 효율적으로 흡수되고, ZnSe 중에서는 일부만이 청색 여기광을 흡수하는 현상이 나타난다. 따라서, lnP의 크기가 작은 녹색 양자점의 경우에는 ZnSe 쉘의 두께가 두껍게 형성되어야 청색광에 대한 흡수도를 충분히 높일 수 있었고, 이 경우에는 InP 코어와 ZnSe 쉘 사이에 결정비결합에 따른 구조적 결함이 발생하는 문제가 있었다.
일 구현예에 따른 반도체 나노 입자(1)는 청색광에 대한 흡광도가 뛰어나고, 코어(10)와 쉘(20, 30, 40) 사이의 계면의 결함 생성이 감소되어, 충분한 두께의 쉘(20, 30, 40)을 이용하여 반도체 나노 입자(1)의 코어(10)를 보호하면서도 동시에 높은 광효율 및 고색순도를 구현할 수 있다.
상기 반도체 나노 입자(1)는 쉘(20, 30, 40) 중 코어(10)에 가장 가까운 내부 셀(20)에 B, Al, 또는 Ga의 인화물을 함유함으로써, 코어(10) 내 전자가 주변 쉘(30, 40)로 누설되는 것을 억제하여, 우수한 양자 효율을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 반도체 나노 입자(1)는 상술한 바와 같이, InP계 물질(예를 들어, InP, In, P, 및 전이금속으로 이루어진 삼원소 화합물, 및 전이금속이 도핑된 InP)을 함유하는 코어(10)와 II-VI족 화합물을 함유한 외부 쉘(400) 사이에 B, Al, 또는 Ga의 인화물을 함유하는 내부 쉘(20)을 포함함으로써, 상기 코어(10) 내 전자가 중간 쉘(30) 또는 외부 쉘(400)로 누설되는 것을 억제할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 반도체 나노 입자(1)의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에서 일반적으로 사용하는 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 나노 입자(1)는 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등의 형태를 가질 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 반도체 나노 입자(1)는 전술한 조성 외에도 다른 화합물을 더 함유할 수 있다.
예를 들어, 상기 반도체 나노 입자(1)는 상기 코어(10), 상기 내부 쉘(20), 상기 중간 쉘(30) 또는 상기 외부 쉘(400)에, II-VI족 화합물, III-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소 또는 화합물, I-III-VI족 화합물 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다.
II-VI족 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
III-VI족 화합물은 In2S3, In2Se3 등과 같은 이원소 화합물; InGaS 3 , InGaSe3 등과 같은 삼원소 화합물; 또는 이의 임의의 조합;을 포함할 수 있다.
III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InGaP, InAlP, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 III-V족 반도체 화합물은 II족 금속을 더 포함할 수 있다(예를 들어, InZnP 등)
IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 원소로는 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 화합물로는 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물일 수 있다.
상기 I-III-VI족 반도체 화합물 AgInS, AgInS2, CuInS, CuInS2, CuGaO2, AgGaO2, AgAlO2 등과 같은 삼원소 화합물; 또는 이의 임의의 조합;을 포함할 수 있다.
이때, 이원소 화합물, 삼원소 화합물 또는 사원소 화합물은 균일한 농도로 입자 내에 존재하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어져 동일 입자 내에 존재하는 것일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 내부 쉘(20), 중간 쉘(30) 및/또는 상기 외부 쉘(400)은 금속 또는 비금속의 산화물, 반도체 화합물 또는 이들의 조합 등을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 또는 비금속의 산화물은 SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO, MnO, Mn2O3, Mn3O4, CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoO, Co3O4, NiO 등의 이원소 화합물, 또는 MgAl2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CoMn2O4등의 삼원소 화합물일 수 있다.
또한, 예를 들어, 상기 반도체 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnSeS, ZnTeS, GaAs, GaP, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InGaP, InSb, AlAs, AlP, AlSb 등일 수 있다.
다른 일 측면에 따르면, 상기 반도체 나노 입자(1)의 제조방법이 제공된다.
상기 반도체 나노 입자(1)의 제조방법은,
인듐을 포함하는 제1전구체와 아미노포스핀(aminophosphine)을 반응시켜 제1물질을 제조하는 단계;
ZnSe 및 ZnSexS1-x 중 적어도 하나를 함유한 제2물질을 제조하는 단계;
상기 제1물질, 상기 제2물질 및 붕소, 알루미늄 또는 갈륨(Ga)을 포함하는 제2전구체의 혼합물을 준비하는 단계;
상기 혼합물에, II-VI족 화합물을 첨가하는 단계;를 포함한다.
일 구현예를 따르면, i) 상기 제1물질에 상기 제2전구체를 첨가한 후, 상기 제2물질을 첨가하거나,
ii) 상기 제1물질에 상기 제2물질을 첨가한 후, 상기 제2전구체를 첨가하거나, 또는
iii) 상기 제1물질에 상기 제2물질 및 제2전구체를 동시에 첨가할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1물질 및 제2전구체의 함량 비는 100:1 내지 1:10일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1전구체는 특별히 한정되지는 않으나, 인듐 클로라이드(Indium chloride), 인듐 아세테이트(Indium acetate) 또는 인듐 옥사이드(Indium oxide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2전구체는 특별히 한정되지는 않으나, GaI3, GaBr3, GaCl3, Ga2Cl4, Ga2O4, GaN, Ga(NO3)3·αH2O, GaSb, Ga2(SO4)3, Ga2S3, Ga2(SO4)3·αH2O, Ga(CIO4)3·αH2O, C12H36Ga2N6 및Ga(CH3)3 (여기서, 0≤α≤10) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2전구체는 용매와 함께 포함될 수 있다.
상기 용매는 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine, TOP), 트리부틸포스핀(tributylphosphine, TBP), 트리페닐포스핀(triphenylphosphine, TPP), 디페닐포스핀(diphenylphosphine, DPP), 올레일아민(oleylamine, OLA), 도데실아민(dodecylamine, DDA), 헥사데실아민(hexadecylamine, HDA), 옥타데실아민(octadecylamine, ODA), 옥틸아민(octylamine, OTA), 트리옥틸아민(trioctylamine, TOA), 올레산(oleic acid, OA), 1-옥타데센(1-octadecene, ODE) 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1물질, 상기 제2물질 및 제2전구체의 혼합물을 준비하는 단계는 상기 혼합물을 승온하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 혼합물을 120℃ 내지 300℃의 온도로 승온할 수 있다.
상기 반도체 나노 입자의 제조방법에 대한 상세한 내용은 후술하는 실시예를 참조하여 당업자가 인식할 수 있다.
다른 일 측면에 따르면, 상기 반도체 나노 입자를 포함하는 색변환 부재가 제공된다.
일 구현예를 따르면, 상기 색변환 부재의 적어도 일 영역이 상기 반도체 나노 입자를 포함하고, 상기 반도체 나노 입자는 청색광을 흡수하여 청색 이외의 가시광, 예를 들어 최대 발광 파장이 500 nm 내지 650 nm인 가시광을 방출할 수 있다. 이에 따라, 상기 반도체 나노 입자를 포함한 색변환 부재가 청색광을 흡수하여 다양한 색상 범위의 파장을 방출하도록 설계할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 색변환 부재의 적어도 일 영역이 상기 반도체 나노 입자를 포함하고, 상기 반도체 나노 입자는 청색광을 흡수하여 최대 발광 파장이 500 nm 내지 600 nm인 녹색광을 방출할 수 있다. 이에 따라, 상기 반도체 나노 입자를 포함한 색변환 부재가 고휘도 및 고색순도의 녹색을 구현할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 색변환 부재 및 표시 장치를 포함한 전자 장치가 제공된다.
일 구현예를 따르면, 상기 표시 장치가 최대 발광 파장이 400 nm 내지 490 nm인 청색광을 방출하는 것일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 전자 장치 중 색변환 부재의 적어도 일 영역이 상기 반도체 나노 입자를 포함하고, 상기 영역이 상기 표시 장치로부터 방출된 청색광을 흡수하고 청색 이외의 가시광, 예를 들어 최대 발광 파장이 500 nm 내지 650 nm인 가시광을 방출할 수 있다. 이에 따라, 상기 반도체 나노 입자를 포함한 색변환 부재가 표시 장치로부터 방출된 청색광을 흡수하여 다양한 색상 범위의 파장을 방출하도록 설계할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 전자 장치 중 색변환 부재의 적어도 일 영역이 상기 반도체 나노 입자를 포함하고, 상기 영역이 상기 표시 장치로부터 방출된 청색광을 흡수하고 최대 발광 파장이 500 nm 내지 600 nm인 녹색광을 방출할 수 있다. 이에 따라, 상기 반도체 나노 입자를 포함한 색변환 부재가 표시 장치로부터 방출된 청색광을 흡수하여 고휘도 및 고색순도의 녹색을 구현할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 표시 장치는 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치 또는 무기 발광 표시 장치를 포함할 수 있다.
상기 색변환 부재 및 전자 장치에 대해서는 후술되는 바를 참조하여, 보다 상세히 설명된다.
도 2는 본 발명의 일 구현예를 따르는 색변환 부재(100)의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 색변환 부재(100)는 서로 다른 컬러 형성을 위한 제1 화소 영역(C1), 제2 화소 영역(C2) 및 제3 화소 영역(C3)을 포함한다. 예를 들어, 외부로부터의 광(예를 들어, 청색광)이 색변환 부재(100)에 입사되면, 제1 화소 영역(C1), 제2 화소 영역(C2) 및 제3 화소 영역(C3)에서 각각 적색광, 녹색광 및 청색광이 출사될 수 있다.
제1 화소 영역(C1)은 입사광을 입사광의 파장보다 장파장 대역의 제1컬러의 광으로 변환하여 출사한다.
일 구현예에 따르면, 상기 제1 화소 영역은 발광 입자를 포함하는 제1 색변환층(140)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 발광 입자는 광을 방출할 수 있는 입자이다. 상기 발광 입자는 상술한 반도체 나노 입자를 포함할 수 있다. 상기 발광 입자는 외부로부터 광(예를 들어, 청색광)이 조사되는 경우 약 600 nm 내지 700 nm의 파장을 갖는 광(즉, 적색광)을 방출할 수 있으므로, 청색광이 제1 화소 영역(C1)에 입사되면, 제1 색변환층(140)에 포함된 상기 반도체 나노 입자에 의해 청색광은 적색광으로 변환될 수 있다.
상기 제1 색변환층(140)은 입사광의 광 경로를 증가시키기 위해 산란체를 더 포함할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 제1 화소 영역(C1)에는 제1 색변환층(140)에서 색변환되지 않은 청색광이 제1 화소 영역(C1)에서 출사되지 않도록 차단하는 제1 밴드 컷 필터(120)가 더 포함될 수 있다.
상기 제1 밴드 컷 필터(120)는 특정 대역을 갖는 광을 선택적으로 투과시키는 필터를 의미한다. 예를 들어, 상기 제1 밴드 컷 필터(120)는 특정 대역을 갖는 광을 투과시키고, 특정 대역을 벗어나는 광을 흡수 또는 반사시키기 위한 단일 층 또는 복수의 층을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 밴드 컷 필터가 복수의 층을 포함하는 경우, 복수의 층들 각각은 서로 상이한 재료를 포함하고, 굴절률이 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 밴드 컷 필터(120)는 청색광을 흡수하고, 그 밖에 광을 투과시키는 옐로우 컬러 필터(Yellow color filter)일 수 있다.
제2 화소 영역(C2)은 입사광을 입사광의 파장보다 장파장 대역의 제2컬러의 광으로 변환하여 출사한다.
일 구현예에 따르면, 상기 제2 화소 영역(C2)는 반도체 나노 입자를 포함하는 제2 색변환층(150)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 반도체 나노 입자에 대한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조한다. 상기 반도체 나노 입자는 상술한 바와 같이 외부로부터 광(예를 들어, 청색광)이 조사되는 경우 약 500 nm 내지 600 nm의 파장을 갖는 광(즉, 녹색광)을 방출할 수 있으므로, 청색광이 제2 화소 영역(C2)에 입사되면, 제2 색변환층(150)에 포함된 상기 반도체 나노 입자에 의해 청색광은 녹색광으로 변환될 수 있다.
상기 제2 색변환층(150)은 입사광의 광 경로를 증가시키기 위해 산란체를 더 포함할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 제2 화소 영역(C2)에는 제2 색변환층(150)에서 색변환되지 않은 청색광이 제2 화소 영역(C2)에서 출사되지 않도록 차단하는 제1 밴드 컷 필터(120)가 더 포함될 수 있다.
제3 화소 영역(C3)은 입사광을 산란시키는 산란 물질층(160)을 포함한다. 산란 물질층(160)은 입사된 청색광을 그대로 통과시키므로, 제3 화소 영역(C3)에서는 청색광이 출사된다.
도 3을 참조하면, 다른 측면에 따른 색변환 부재가 제공된다.
도 3을 참조하면, 입사광을 투과시키되 색변환된 광이 입사 방향으로 방출되는 것을 방지하기 위하여, 제1 색변환층(140), 제2 색변환층(150), 및 산란 물질층(160)의 입사 방향 측 표면에 제2 밴드 컷 필터(170)를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 제2 밴드컷 필터(170)는 특정 대역을 갖는 광은 투과하고, 그 밖의 광은 반사하는 필터를 의미한다. 예를 들어, 상기 제2 밴드컷 필터(170)는 청색광은 투과하고, 녹색, 적색 광은 반사시킬 수 있는 필터일 수 있다. 상기 제2 밴드컷 필터를 제1 색변환층(140), 제2 색변환층(150), 및 산란 물질층(160)의 입사 방향 측 표면에 구비함으로써, 반도체 나노 입자로부터 입사 방향측으로 출사되는 색변환된 광을 반사시켜서 외부로 출광시킬 수 있다. 따라서, 상기 제2 밴드컷 필터(170)를 통해 광전환효율을 높일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 제2 밴드컷 필터(170)는 단일 층 또는 복수의 층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 밴드컷 필터(170)는 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 밴드컷 필터(170)는 제1층 및 제2층이 교번 적층된 복수의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1층은 저굴절률을 갖고, 상기 제2층은 고굴절률을 가질 수 있고, 그 반대의 경우도 가능하다.
일 구현예에 따르면, 상기 제2 밴드컷 필터(170)는 Si 산화물, Si 탄산화물(oxycarbide), Si 질화물 및 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1층은 Si 산화물, Si 탄산화물, Si 질화물을 포함할 수 있고, 상기 제2층은 Ti, Ta, Hf, 및 Zr의 산화물을 포함할 수 있다. 반대로, 상기 제1층은 Ti, Ta, Hf, 및 Zr의 산화물을 포함할 수 있고, 상기 제2층은 Si 산화물, Si 탄산화물, Si 질화물을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 제2 밴드컷 필터(170)는 Si 질화물 층 및 Si 산화물 층을 포함한다. 예를 들어, 상기 제2 밴드컷 필터(170)는 Si 질화물 층 및 Si 산화물 층이 교번 적층된 복수의 층을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 화소 영역(C1), 제2 화소 영역(C2) 및 제3 화소 영역 (C3)은 투명 기판(110) 상에 형성될 수 있고, 투명 기판(110) 상에는 각 화소 영역을 구획하기 위한 격벽(130)이 형성될 수 있다.
도 4 내지 6에 따르면, 상기 색변환 부재(1300) 및 표시 장치(2300, 2400, 2500)를 포함하는 전자 장치가 제공된다.
일 구현예에 따르면, 상기 색변환 부재(1300)는, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 내용을 참조하고, 상기 표시 장치로부터 출사된 입사광을 제1컬러의 광으로 변환하여 출사하는 제1 색변환층(1340); 상기 표시 장치로부터 방출된 입사광을 제2컬러의 광으로 변환하여 출사하는 제2 색변환층(1350); 및 상기 표시 장치로부터 방출된 입사광을 투과시키는 산란 물질층(1360);을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 전자 장치는, 구체적으로 도시되지 않지만, 색변환 부재 상에 배치되며 상기 입사광과 동일 파장 영역의 광의 출사를 차단하는 제1 밴드 컷 필터를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 밴드 컷 필터에 관한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조한다.
일 구현예에 따르면, 상기 제1컬러는 적색광이고, 상기 제2컬러는 녹색광일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 전자 장치는, 구체적으로 도시되지 않지만, 상기 표시 장치 및 상기 색변환 부재 사이에 배치되며 상기 색변환 부재로부터 표시 장치 측으로 출사되는 광을 차단하는 제2 밴드 컷 필터를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 밴드 컷 필터에 관한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조한다.
일 구현예에 따르면, 상기 표시 장치는 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치 또는 무기 발광 표시 장치를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 표시 장치는 액정 표시 장치를 포함하고, 상기 액정 표시 장치는 청색광을 방출하는 광원을 포함할 수 있다.
도 4을 참조하면, 상기 색변환 부재(1300)는 상부기판(1310)의 액정층(2340)을 향하는 면 쪽에 위치하고, 상기 액정 표시 장치(2300)는 액정층(2340), 박막트랜지스터(TFT) 어레이층(2330), 하부기판(2320), 및 청색광을 방출하는 광원 (2310)을 더 포함할 수 있다.
도시되지는 않지만, 액정층(2340) 및 색변환 부재(1300) 사이에는 공통 전극이 제공될 수 있고, 액정층(2340) 및 박막트랜지스터 어레이층(2330) 사이에는 화소 전극이 제공될 수 있다. 상기 액정층(2340)이 화소 전극 및 공통 전극 사이에 제공됨으로써, 화소 전극 및 공통 전극에 의해 형성되는 전기장에 의하여 액정 분자가 일정 방향으로 정렬되어 빛을 차단하거나 통과시킴으로써, 광량을 조절하는 역할을 수행한다.
또한, 도시되지는 않지만, 액정층(2340) 및 공통 전극 사이에는 제1배향막이 제공될 수 있고, 상기 액정층 및 상기 화소 전극 사이에는 제2 배향막이 제공될 수 있다.
상기 제1 및 제2 배향막은 액정 분자를 균일하게 배향시키는 역할을 담당하고 있다. 상기 배향막은 당해 분야에서 널리 알려진 물질로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 배향막은 폴리이미드를 포함할 수 있다.
또한, 박막트랜지스터 어레이층은, 도시되지는 않지만, 다수의 트랜지스터, 다수의 트랜지스터 각각에 게이트 신호, 데이터 신호를 각각 인가하기 위한 게이트 배선, 데이터 배선을 포함할 수 있으며, 상기 박막트랜지스터 상에는 패터닝된 화소전극이 제공될 수 있다. 화소 전극은 박막트랜지스터 어레이층에 형성된 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되어 데이터 전압을 인가 받는다.
또한, 도시되지는 않지만, 공통 전극과 색변환 부재(1300) 사이에 제1편광판이 제공될 수 있다.
상기 제1편광판은 와이어 그리드 편광판(WGP; wire-grid polarizer)일 수 있다. 상기 와이어 그리드 편광판은 평행하게 배치되어 있는 미세 금속 와이어들의 규칙적인 어레이로 구성될 수 있다. 상기 와이어 그리드 편광판은 금속 격자와 평행한 편광 성분은 반사하고 수직한 편광 성분은 투과시키되 반사된 광을 재사용함으로써, 고효율 및 고휘도를 제공할 수 있다. 또한, 상기 제1편광판은 폴리머 재료로 형성된 박막일 수 있다.
또한, 도시되지는 않지만, 상기 광원(2310) 및 하부기판(2320) 사이에 제2편광판이 더 제공될 수 있다.
상기 상부기판(1310) 및 하부기판(2320)은 글래스 또는 투명 플라스틱 등 다양한 소재로 형성될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상부기판(1310) 및 하부기판(2320)은 플렉서블 소재의 기판을 포함할 수 있다.
상기 광원(2310)은 청색광을 방출하는 백라이트 유닛일 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 표시 장치는 청색광을 방출하는 유기 발광 표시 장치(2400)일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 표시 장치는 유기 발광 표시 장치를 포함하고, 상기 유기 발광 표시 장치는 유기 발광 소자를 포함하고, 상기 유기 발광 소자는 유기 화합물을 포함하고, 청색광을 방출하는 유기 발광층을 포함할 수 있다.
상기 유기 발광 표시 장치(2400)는 청색광을 방출하는 발광층(2410), 박막트랜지스터(TFT) 어레이층(2430), 및 하부기판(2420)을 포함할 수 있다.
상기 박막트랜지스터 어레이층(2430) 및 하부기판(2420)에 관한 설명은 전술한 바를 참조한다.
상기 박막트랜지스터 어레이층(2430) 및 색변환 부재(1300) 사이에는 청색광을 방출하는 발광층(2410)을 포함하는 유기 발광 소자가 포함될 수 있다. 상기 유기 발광 소자는, 구체적으로 도시되지는 않지만, 제1전극; 제1전극에 대향하는 제2전극; 및 제1전극 및 제2전극 사이에 배치되고, 발광층(2410)을 포함하는 유기층을 포함하고, 상기 유기층은 i) 상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 배치되고 정공 주입층, 정공 수송층, 버퍼층, 전자 저지층 또는 이의 임의의 조합을 포함한 정공 수송 영역 및 ii) 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 배치되고 정공 저지층, 버퍼층, 전자 수송층, 전자 주입층 또는 이의 임의의 조합을 포함한 전자 수송 영역을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 2개 이상의 발광층을 포함하는 유기층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 발광 소자는 제1전극 및 제2전극 사이에, 정공 수송층, 발광층, 및 전자 수송층을 포함하는 발광 유닛을 2개 이상 포함하는 유기층을 포함할 수 있다. 상기 2개 이상의 발광 유닛들 사이에 전하 생성층(Charge generation layere; CGL)이 더 포함될 수 있다.
도 5에 따른 전자 장치는 상부기판(1310) 상에 색변환층들(1340, 1350) 및 산란 물질층(1360)을 형성하여 색변환 부재(1300)를 별도로 제작한 후, 유기 발광 표시 장치(2400) 상에 색변환 부재를 접합시키는 공정에 의해 전자 장치가 제작될 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 도 6에 따른 전자 장치는, 박막트랜지스터 어레이층(2430)이 형성되는 하부기판(2420)으로부터 색변환 부재(1300)에 이르기까지 순차적 적층 공정에 의하여 제작될 수 있다. 이 경우, 색변환 부재(1300)를 형성하기 위한 별도의 상부기판(도 5의 1310 참조)이 필요하지 않으며, 유기 발광 표시 장치(2400)와 색변환 부재(1300)를 합착하는 공정이 필요 없으므로 전자 장치의 두께를 감소시킬 수 있고 공정을 단순화 할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 표시 장치는 무기 발광 표시 장치를 포함하고, 상기 무기 발광 표시 장치는 무기 발광 소자를 포함하고, 상기 무기 발광 소자는 무기 화합물을 포함하고, 청색광을 방출하는 무기 발광층을 포함할 수 있다.
이하에서, 실시예를 들어, 본 발명의 일 구현예를 따르는 반도체 나노 입자에 대해 보다 상세히 설명한다.
[실시예]
실시예 1: InP/GaP/ZnSe 0.5 S 0.5 /ZnS 반도체 나노 입자의 합성
1.0mmol의 InCl3, 5g의 올레일 아민을 삼구 플라스크(three-neck flask)에 혼합한 후, 100℃에서 120분 동안 탈기(degassing) 및 교반하면서 내부의 산소와 수분을 제거하여 반응 용액을 형성하였다. 그런 다음, 상기 반응 용액을 아르곤 분위기에서 290℃까지 승온시키고, 일정 시간을 유지한 다음 220℃로 냉각한 후에, 0.25mmol의 P(N(CH3)2)를 빠르게 주입하고, 일정 시간 동안 반응시켜 InP 양자점 코어를 성장시켰다.
이후 진공을 풀고 비활성 기체로 채운 후 온도를 230℃로 승온하였다. 230℃에서, Zinc Oleate 1.0mmol, trioctylphosphine selenide 1.0mmol, GaI3 0.05mmol 및 트리옥틸포스핀 10 mL을 넣어준 후 1시간 동안 반응시켜 GaP 내부 쉘과 Zinc selenide 중간 쉘을 형성하였다.
이후 Zinc Oleate 2 mmol, trioctylphosphine sulfide 2mmol을 넣어준 후 1시간 동안 반응시켜 Zinc Sulfide 쉘을 형성하여 실시예 1의 반도체 나노 입자를 얻었다.
비교예 1: InP/ZnSe 0.5 S 0.5 /ZnS 반도체 나노 입자의 합성
GaI3 0.05mmol 및 트리옥틸포스핀 10 mL을 투입하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여, 비교예 1의 반도체 나노 입자를 얻었다.
실시예 2
GaI3 함량을 0.10mmol로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여, 실시예 2의 반도체 나노 입자를 얻었다.
실시예 3
GaI3 함량을 0.15mmol로 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여, 실시예 3의 반도체 나노 입자를 얻었다.
평가예 1
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제작한 반도체 나노 입자 각각에 대하여 최대 발광 파장, 반치폭(FWHM), 및 발광 양자 수율을 평가하여, 그 결과를 표 1 및 도 7에 나타내었다.
측정 방법은 하기와 같다: 반도체 나노 입자의 광학 농도(optical density)를 0.01~0.05로 조절한 용액(용매: hexane 또는 chloroform)에 대하여, 최대 발광 파장, 및 반치폭은 PL spectrometer를 이용하여 측정한 PL 스펙트럼을 분석하여 평가하였다. 발광 양자 수율은 절대 양자 효율 측정 장비를 이용하여 평가하였다.
반도체 나노 입자 최대 발광 파장
(nm)		 반치폭
(nm)		 발광 양자 수율
(%)
실시예 1 InP/GaP/ZnSe0.5S0.5/ZnS 523 37 90
비교예 1 InP/ZnSe0.5S0.5/ZnS 528 39 80
상기 표 1 및 도 7로부터, 실시예 1의 반도체 나노 입자는 반치폭이 좁고, 발광 양자 수율이 우수한 것을 확인하였다.
평가예 2
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 제작한 반도체 나노 입자 각각에 대하여 반치폭(FWHM) 및 발광 양자 수율을 평가하여, 그 결과를 각각 도 8a 및 8b에 나타내었다. 측정 방법은 상술한 바를 참조한다.
도 8a 및 8b로부터, 실시예 1 내지 3의 반도체 나노 입자는 반치폭이 좁고,발광 양자 수율이 우수한 것을 확인하였다.
10: 반도체 나노 입자
100: 코어
200: 내부 쉘
300: 중간 쉘
400: 외부 쉘

Claims (20)

  1. i) InP, ii) 인듐(In), 인(P) 및 I족 내지 VII족 원소 중 하나로 이루어진 삼원소 화합물, 및 iii) I족 내지 VII족 전이금속 중 적어도 하나가 도핑된 InP 중 적어도 하나를 함유한 코어(core), 상기 코어를 덮고, 붕소(B), 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나의 인화물(phosphide)을 함유한, 내부 쉘(inner shell),
    상기 내부 쉘을 덮고, ZnSe 및 ZnSexS1-x 중 적어도 하나를 함유한 중간 쉘(middle shell) 및
    상기 중간 쉘을 덮고, II-VI족 화합물을 함유한 외부 쉘(outer shell)을 포함하고,
    상기 x는 0 < x < 1을 만족하는, 반도체 나노 입자.
  2. 제1항에 있어서,
    청색 이외의 가시광을 방출하는, 반도체 나노 입자.
  3. 제1항에 있어서,
    최대 발광 파장이 500 nm 내지 650 nm인 광을 방출하는, 반도체 나노 입자.
  4. 제1항에 있어서,
    최대 발광 파장이 500 nm 내지 600 nm인 녹색광을 방출하는, 반도체 나노 입자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코어는 InP, InGaP, InAlP, Cu가 도핑된 InP, Mn이 도핑된 InP, 및 Ag가 도핑된 InP; 중 적어도 하나를 함유한, 반도체 나노 입자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 내부 쉘은 BP, AlP 및 GaP 중 적어도 하나를 함유한, 반도체 나노 입자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 II-VI족 화합물은 Zn을 함유하고, 이원소 화합물 또는 삼원소 화합물인, 반도체 나노 입자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 II-VI족 화합물은 ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, ZnSeS, ZnSeTe 및 ZnSTe 중에서 선택된 1종 이상의 화합물인, 반도체 나노 입자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 II-VI족 화합물은 ZnS인, 반도체 나노 입자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 내부 쉘에 포함된 B, Al 또는 Ga의 총 몰수 대 상기 코어에 포함된 In의 몰수의 비는 0.01 내지 10인, 반도체 나노 입자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 내부 쉘의 두께가 0.1nm 내지 0.7nm인, 반도체 나노 입자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 나노 입자의 발광 파장 스펙트럼의 반치폭(full width at half maximum, FWHM)이 60 nm 이하인, 반도체 나노 입자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 중간 쉘은 상기 내부 쉘에 인접한 부분에 B, Al 및 Ga 중 적어도 하나의 금속이 도핑된 ZnSe 및 ZnSexS1-x 중 적어도 하나를 함유하는 도핑층을 더 포함하는 다중 쉘인, 반도체 나노 입자.
  14. 반도체 나노 입자를 포함한 색변환 부재로서, 상기 반도체 나노 입자는
    i) InP, ii) 인듐(In), 인(P) 및 I족 내지 VII족 원소 중 하나로 이루어진 삼원소 화합물, 및 iii) I족 내지 VII족 전이금속 중 적어도 하나가 도핑된 InP 중 적어도 하나를 함유한 코어(core),
    상기 코어를 덮고, 붕소(B), 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나의 인화물(phosphide)을 함유한, 내부 쉘(inner shell),
    상기 내부 쉘을 덮고, ZnSe 및 ZnSexS1-x 중 적어도 하나를 함유한 중간 쉘(middle shell) 및
    상기 중간 쉘을 덮고, II-VI족 화합물을 함유한 외부 쉘(outer shell)을 포함하고,
    상기 x는 0 < x < 1을 만족하는, 색변환 부재.
  15. 제14항에 따른 색변환 부재 및 표시 장치를 포함한, 전자 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 색변환 부재의 적어도 일 영역이 상기 반도체 나노 입자를 포함하고, 상기 영역이 상기 표시 장치로부터 방출된 가시광을 흡수하는, 전자 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 영역은 청색 이외의 가시광을 방출하는, 전자 장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 표시 장치는 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치 또는 무기 발광 표시 장치를 포함한, 전자 장치.
  19. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 반도체 나노 입자를 제조하는 방법으로서,
    인듐을 포함하는 제1전구체와 아미노포스핀(aminophosphine)을 반응시켜 제1물질을 제조하는 단계;
    ZnSe 및 ZnSexS1-x 중 적어도 하나를 함유한 제2물질을 제조하는 단계;
    상기 제1물질, 상기 제2물질 및 붕소, 알루미늄 또는 갈륨(Ga)을 포함하는 제2전구체의 혼합물을 준비하는 단계; 및
    상기 혼합물에, II-VI족 화합물을 첨가하는 단계;를 포함하는, 반도체 나노 입자의 제조방법.
  20. 제19항에 있어서,
    i) 상기 제1물질에 상기 제2전구체를 첨가한 후, 상기 제2물질을 첨가하거나,
    ii) 상기 제1물질에 상기 제2물질을 첨가한 후, 상기 제2전구체를 첨가하거나, 또는
    iii) 상기 제1물질에 상기 제2물질 및 제2전구체를 동시에 첨가하는, 반도체 나노 입자의 제조방법.
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