KR20220075102A - Water-stable fluorescent material, and fluorescent film and light emitting device containing the same, and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

수분에 안정한 형광 소재, 이를 포함하는 형광 필름 및 발광소자, 및 이의 제조방법이 개시된다. 상기 형광 소재는, 무기 고분자 매트릭스; 상기 무기 고분자 매트릭스 내에 내포된(embedded) 소수성의 형광 나노입자; 및 상기 무기 고분자 매트릭스 표면에 결합한 페닐 유도체;를 포함한다. 상기 형광 소재는 수분, UV, 열에 대한 안정성이 우수할 뿐만 아니라, 봉지제와 함께 경화되는 특성이 매우 우수하고, 경화된 필름이나 발광소자의 안정성과 광특성 또한 우수하다. 따라서, LED, 디스플레이 등 다양한 분야에 활용될 수 있다.A fluorescent material stable to moisture, a fluorescent film and a light emitting device including the same, and a method for manufacturing the same are disclosed. The fluorescent material may include: an inorganic polymer matrix; hydrophobic fluorescent nanoparticles embedded in the inorganic polymer matrix; and a phenyl derivative bound to the surface of the inorganic polymer matrix. The fluorescent material has excellent stability against moisture, UV, and heat, as well as excellent curing properties with an encapsulant, and excellent stability and optical properties of a cured film or light emitting device. Therefore, it can be utilized in various fields such as LED and display.

Description

수분에 안정한 형광 소재, 이를 포함하는 형광 필름 및 발광소자, 및 이의 제조방법 {Water-stable fluorescent material, and fluorescent film and light emitting device containing the same, and method of manufacturing the same}Moisture-stable fluorescent material, fluorescent film and light emitting device including same, and method for manufacturing the same

형광 소재, 이를 포함하는 형광 필름 및 발광소자, 및 이의 제조방법에 관한 것이다.It relates to a fluorescent material, a fluorescent film and a light emitting device including the same, and a method for manufacturing the same.

무기물질로 구성된 CsPbX3 (X = Cl, Br, I) 페로브스카이트 양자점 소재는 뛰어난 형광효율과 색순도, 음이온 조성 변화에 의한 다양한 색 구현, 저온 합성방법 등의 장점 때문에 이를 실용화하려는 연구가 매우 활발하게 진행되고 있다. 그러나 수분, UV, 열에 대한 안정성이 나빠서 실용화에 걸림돌이 되고 있다. 특히, 페로브스카이트 양자점은 이온성 결정이기 때문에 물에 잘 녹아 이온으로 해리되는 성질이 있어서 수분에 극도로 취약하다. CsPbX 3 (X = Cl, Br, I) perovskite quantum dot material composed of inorganic materials has advantages such as excellent fluorescence efficiency and color purity, various colors by changing anion composition, and low-temperature synthesis method, so research on practical use is very good. is being actively pursued. However, its poor stability against moisture, UV, and heat is an obstacle to its practical use. In particular, as perovskite quantum dots are ionic crystals, they dissolve well in water and dissociate into ions, so they are extremely vulnerable to moisture.

이를 개선하기 위해서 실리카, 알루미나, 또는 이 둘의 화합물과 같은 무기 고분자 매트릭스 내에 페로브스카이트 양자점이 임베딩 (embedding)된 분말을 제조하거나, 기공을 갖는 상기의 무기 고분자 비드 내에 페로브스카이트 양자점이 함입 (infiltration)된 분말을 제조함으로써, 수분, UV, 열에 대한 안정성을 의미있게 향상시킨 형광 분말들이 보고되었다 (예를 들어, 비특허문헌 J1, J2, J3 참조). In order to improve this, a powder in which perovskite quantum dots are embedded in an inorganic polymer matrix such as silica, alumina, or a compound of these two is prepared, or perovskite quantum dots are formed in the inorganic polymer beads having pores. Fluorescent powders with significantly improved stability to moisture, UV, and heat by preparing infiltration powder have been reported (eg, refer to non-patent literature J1, J2, and J3).

실리카 및 알루미나 분말은 실리카 및 알루미나 전구체의 솔젤반응을 통해서 얻어지는데, 실리카 및 알루미나 전구체는 유사한 솔젤 반응을 진행하기 때문에, 따로 또는 혼합하여 사용이 가능하다. 알콕시실란, 퍼하이드로폴리실라잔 (PHPS), 알콕시알루미늄 등이 실리카 및 알루미나의 대표적인 전구체인데, 실리카 또는 알루미나로 변환되기 위해서는 물이 절대적으로 필요하다. 페로브스카이트 양자점을 추가한 상태에서 실리카 및 알루미나 전구체의 솔젤반응을 진행하면 실리카 및 알루미나 매트릭스 내에 양자점이 임베딩된 형광 분말을 제조할 수 있다. 따라서, 페로브스카이트 양자점을 추가한 상태에서, 용매 또는 대기 중에 자연적으로 포함된 미량의 수분을 이용하여 실리카 및 알루미나 전구체의 솔젤반응을 진행함으로써 양자점을 매트릭스 내에 장시간에 걸쳐 임베딩한다. 임베딩 반응이 진행하는 동안, 이온성 결정인 페로브스카이트 양자점이 미량이나마 수분에 접촉하게 되므로 형광효율이나 형광세기가 다소 감소하는 것은 근본적으로 피할 수 없는 현상이다.Silica and alumina powder are obtained through a sol-gel reaction of silica and alumina precursors, and since silica and alumina precursors undergo similar sol-gel reactions, they can be used separately or in combination. Alkoxysilane, perhydropolysilazane (PHPS), alkoxyaluminum, etc. are representative precursors of silica and alumina, but water is absolutely required to be converted to silica or alumina. If the sol-gel reaction of silica and alumina precursors is performed in the state in which perovskite quantum dots are added, a fluorescent powder in which quantum dots are embedded in silica and alumina matrices can be prepared. Therefore, in the state in which perovskite quantum dots are added, the sol-gel reaction of silica and alumina precursors is carried out using a trace amount of moisture naturally contained in a solvent or atmosphere, whereby the quantum dots are embedded in the matrix for a long time. During the embedding reaction, since perovskite quantum dots, which are ionic crystals, come into contact with moisture even in a trace amount, a decrease in fluorescence efficiency or fluorescence intensity is fundamentally unavoidable.

페로브스카이트 양자점을 실리카 및 알루미나 매트릭스에 임베딩한 형광 분말들이 원래의 페로브스카이트 양자점보다는 우수한 안정성을 나타내지만, 아직은 형광 필름이나 발광 소자에 적용할 만큼 충분한 안정성을 확보하지 못하고 있다. 게다가, 실용화를 위해서 정작 중요한 것은 형광 분말을 포함하는 형광 필름이나 발광소자의 안정성이다. 즉, 형광 분말을 활용하기 위해서는, 양자점을 내포하고 있는 형광 분말을 봉지제 (encapsulant)와 섞어서 경화하여 형광 필름이나 발광소자를 제작하게 되는데, 제작된 필름이나 소자의 안정성이 그 성능을 크게 좌우한다. 그럼에도 불구하고, 페로브스카이트 양자점을 포함하는 형광 분말을 포함하는 형광 필름이나 발광소자의 장기 안정성 또는 구동 안정성에 관한 연구는 거의 없는 실정이다.Fluorescent powders in which perovskite quantum dots are embedded in silica and alumina matrices exhibit better stability than the original perovskite quantum dots, but they do not yet secure sufficient stability to be applied to fluorescent films or light emitting devices. In addition, the most important thing for practical use is the stability of the fluorescent film or the light emitting device containing the fluorescent powder. That is, in order to utilize the fluorescent powder, the fluorescent powder containing quantum dots is mixed with an encapsulant and cured to produce a fluorescent film or a light emitting device. The stability of the manufactured film or device greatly influences its performance. . Nevertheless, there are few studies on long-term stability or driving stability of a fluorescent film or a light emitting device including a fluorescent powder containing perovskite quantum dots.

따라서, 수분, UV, 열 등에 대한 안정성이 우수하고 봉지제와 함께 경화되는 특성이 우수한 형광소재에 대한 개발이 여전히 요구되고 있다.Accordingly, there is still a demand for development of a fluorescent material having excellent stability against moisture, UV, heat, and the like, and excellent curing properties together with an encapsulant.

J1. Hung-Chia Wang et. al, Mesoporous Silica Particles Integrated with All-Inorganic CsPbBr3 Perovskite Quantum-Dot Nanocomposites (MP-PQDs) with High Stability and Wide Color Gamut Used for Backlight Display. Angewandte Chemie International Edition 2016, 55, 7924-7929.J1. Hung-Chia Wang et. al, Mesoporous Silica Particles Integrated with All-Inorganic CsPbBr3 Perovskite Quantum-Dot Nanocomposites (MP-PQDs) with High Stability and Wide Color Gamut Used for Backlight Display. Angewandte Chemie International Edition 2016, 55, 7924-7929. J2. Shouqiang Huang et.al, Enhancing the Stability of CH3NH3PbBr3 Quantum Dots by Embedding in Silica Spheres Derived from Tetramethyl Orthosilicate in "Waterless" Toluene. Journal of the American Chemical Society 2016, 138, 5749-5752.J2. Shouqiang Huang et.al, Enhancing the Stability of CH3NH3PbBr3 Quantum Dots by Embedding in Silica Spheres Derived from Tetramethyl Orthosilicate in "Waterless" Toluene. Journal of the American Chemical Society 2016, 138, 5749-5752. J3. D. H. Park et. al, Facile synthesis of thermally stable CsPbBr3 perovskite quantum dot-inorganic SiO2 composites and their application to white light-emitting diodes with wide color gamut. Dyes and Pigments 2018, 149, 246-252.J3. D. H. Park et. al, Facile synthesis of thermally stable CsPbBr3 perovskite quantum dot-inorganic SiO2 composites and their application to white light-emitting diodes with wide color gamut. Dyes and Pigments 2018, 149, 246-252.

본 발명의 일 측면은 수분, UV, 열에 대한 안정성이 우수하고 레진과 함께 경화되는 특성이 우수한 형광 소재를 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a fluorescent material having excellent stability against moisture, UV, and heat, and excellent curing properties with resin.

본 발명의 다른 측면은 상기 형광 소재를 포함하는 형광 필름을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a fluorescent film including the fluorescent material.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 형광 소재를 포함하는 발광소자를 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a light emitting device including the fluorescent material.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 형광 소재의 제조방법을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a method for manufacturing the fluorescent material.

본 발명의 일 측면에서는, In one aspect of the present invention,

무기 고분자 매트릭스;inorganic polymer matrix;

상기 무기 고분자 매트릭스 내에 내포된(embedded) 소수성의 형광 나노입자; 및hydrophobic fluorescent nanoparticles embedded in the inorganic polymer matrix; and

상기 무기 고분자 매트릭스 표면에 결합한 페닐 유도체;a phenyl derivative bound to the surface of the inorganic polymer matrix;

를 포함하는 형광 소재가 제공된다.A fluorescent material comprising:

상기 형광 소재는 상기 무기 고분자 매트릭스 내에, 표면에 요철 구조의 나노패턴이 형성된 소수성의 기저 입자를 더 포함할 수 있다.The fluorescent material may further include, in the inorganic polymer matrix, hydrophobic basal particles having a nanopattern having a concave-convex structure formed on a surface thereof.

상기 소수성의 형광 나노입자의 적어도 일부가 상기 기저 입자 표면의 요철 구조의 오목한 부분에 배치되어 하이브리드 입자를 형성할 수 있다.At least a portion of the hydrophobic fluorescent nanoparticles may be disposed in a concave portion of the concave-convex structure of the surface of the base particle to form a hybrid particle.

상기 무기 고분자 매트릭스 표면에 결합한 페닐 유도체는 탄소수 1 내지 6개의 탄화수소 사슬에 의해 연결될 수 있다. The phenyl derivative bound to the surface of the inorganic polymer matrix may be connected by a hydrocarbon chain having 1 to 6 carbon atoms.

상기 무기 고분자 매트릭스 표면에 결합한 페닐 유도체는 무기 고분자 매트릭스에 존재하는 극미세 기공 네트워크에 의한 열린 채널을 막아서 내포된 형광 나노입자를 보호할 수 있다.The phenyl derivative bound to the surface of the inorganic polymer matrix can protect the embedded fluorescent nanoparticles by blocking open channels by the micropore network present in the inorganic polymer matrix.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 형광 소재 및 고분자를 포함하는 형광 필름이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a fluorescent film including the fluorescent material and the polymer.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 형광 소재를 포함하는 발광소자가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a light emitting device including the fluorescent material.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

무기 고분자 매트릭스에 내포된 소수성의 형광 나노입자를 포함하는 제1 형광분말을 알코올/톨루엔 혼합 용매에 분산하여 제 1 용액을 준비하는 단계;preparing a first solution by dispersing a first fluorescent powder including hydrophobic fluorescent nanoparticles embedded in an inorganic polymer matrix in an alcohol/toluene mixed solvent;

상기 제 1 용액에 반응에 필요한 최소량의 물과 암모니아수를 추가하고 혼합하여 제 2 용액을 준비하는 단계: 및Preparing a second solution by adding and mixing a minimum amount of water and ammonia water necessary for the reaction to the first solution: And

상기 제 2 용액에 알콕시실란 전구체와 페닐 유도체의 전구체를 시간간격을 두고 순차적으로 가하는 단계; 및sequentially adding an alkoxysilane precursor and a phenyl derivative precursor to the second solution at time intervals; and

상기 혼합된 결과물을 반응시키는 단계;reacting the mixed product;

를 포함하는 상기 형광 소재의 제조방법이 제공된다.There is provided a method of manufacturing the fluorescent material comprising a.

일 구현예에 따른 상기 형광 소재는 수분, UV, 열에 대한 안정성이 우수할 뿐만 아니라, 봉지제와 함께 경화되는 특성이 매우 우수하고, 경화된 필름이나 발광소자의 안정성과 광특성 또한 우수하다. 따라서, LED, 디스플레이 등 다양한 분야에 활용될 수 있다.The fluorescent material according to an exemplary embodiment has excellent stability against moisture, UV, and heat, as well as excellent curing properties with an encapsulant, and excellent stability and optical properties of a cured film or light emitting device. Therefore, it can be utilized in various fields such as LED and display.

도 1은 기존의 페로브스카이트 양자점이 내포된 실리카 형광 분말의 미세 구조를 보여주는 단면 모식도이다.
도 2는 기존의 페로브스카이트 양자점과 소수성 실리카 기저입자가 하이브리드된 입자를 내포된 실리카 형광 분말의 미세 구조를 보여주는 단면 모식도이다.
도 3은 실시예 1에서 준비한 형광 소재(PS*)의 사진과 형광 스펙트럼이다.
도 4는 실시예 1에서 준비한 형광 소재(SPS*)의 사진과 형광 스펙트럼이다.
도 5는 실시예 2에서 준비한 형광 소재(QS*)의 사진과 형광 스펙트럼이다.
도 6은 실시예 2에서 준비한 형광 소재(SQS*)의 사진과 형광 스펙트럼이다.
도 7a는 비교예 3에서 준비한 PS 및 SPS 형광 필름을 물 속에 넣어두었을 때의 안정성 평가 결과이다.
도 7b는 실시예 3에서 준비한 PS* 및 SPS* 형광 필름을 물 속에 넣어두었을 때의 안정성 평가 결과이다.
도 8은 실시예 3에서 준비한 PS* 및 SPS* 형광 필름의 UV에 대한 안정성 평가 결과이다.
도 9는 실시예 3에서 준비한 PS* 및 SPS* 형광 필름의 85 ℃에서의 안정성 평가 결과와 이후 실온에 보관하면서 형광을 회복한 결과이다.
도 10은 실시예 4에서 PS*와 QS*로부터 준비한 백색 LED의 사진과 제조 후 시간 경과에 따른 electroluminescence(EL) 스펙트럼 및 색좌표이다.
도 11은 실시예 4에서 SPS*와 SQS*로부터 준비한 백색 LED의 제조 후 시간 경과에 따른 EL 스펙트럼이다.
도 12는 실시예 4에서 PS*와 QS*로부터 준비한 백색 LED에 인가 전류를 변화하면서 얻은 EL 스펙트럼이다.
도 13a는 실시예 4에서 PS*와 QS*로부터 준비한 백색 LED에 20 mA의 전류를 인가하고 장시간 구동할 때의 EL 스펙트럼이다.
도 13b는 실시예 4에서 PS*와 QS*로부터 준비한 백색 LED에 20 mA의 전류를 인가하고 장시간 구동할 때의 광효율(luminous efficacy) 측정 결과이다.
1 is a schematic cross-sectional view showing the microstructure of a conventional silica fluorescent powder containing perovskite quantum dots.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the microstructure of a silica fluorescent powder in which particles in which conventional perovskite quantum dots and hydrophobic silica base particles are hybridized.
3 is a photograph and a fluorescence spectrum of the fluorescent material (PS * ) prepared in Example 1.
4 is a photograph and a fluorescence spectrum of the fluorescent material (SPS * ) prepared in Example 1. FIG.
5 is a photograph and a fluorescence spectrum of the fluorescent material (QS * ) prepared in Example 2.
6 is a photograph and a fluorescence spectrum of the fluorescent material (SQS * ) prepared in Example 2.
7a is a stability evaluation result when the PS and SPS fluorescent films prepared in Comparative Example 3 were put in water.
7b is a stability evaluation result when the PS * and SPS * fluorescent films prepared in Example 3 were put in water.
FIG. 8 is a result of evaluation of stability against UV of PS * and SPS * fluorescent films prepared in Example 3. FIG.
9 shows the results of stability evaluation at 85° C. of the PS * and SPS * fluorescent films prepared in Example 3 and the results of recovering fluorescence while stored at room temperature.
10 is a photograph of a white LED prepared from PS * and QS * in Example 4, and electroluminescence (EL) spectrum and color coordinates according to time after manufacture.
11 is an EL spectrum over time after manufacturing the white LED prepared from SPS * and SQS * in Example 4. FIG.
12 is an EL spectrum obtained while changing the applied current to the white LED prepared from PS * and QS * in Example 4. FIG.
13A is an EL spectrum when a 20 mA current is applied to the white LED prepared from PS * and QS * in Example 4 and driven for a long time.
13B is a measurement result of luminous efficacy when applying a current of 20 mA to the white LED prepared from PS * and QS * in Example 4 and driving it for a long time.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 구현 예를 도시한 것으로서, 이는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The accompanying drawings show exemplary embodiments of the present invention, which are provided only to help the understanding of the present invention, and the technical scope of the present invention is not limited thereby.

본 발명자들은 종래의 형광 분말 및 형광 분말을 포함하는 형광 필름 및 발광소자가 충분한 안정성을 확보하지 못하는 주된 이유가, 첫째로, 도 1 및 2에 나타낸 바와 같이 페로브스카이트 양자점 또는 페로브스카이트 양자점과 소수성 실리카 기저입자가 함께 임베딩 되어있는 무기 고분자 매트릭스가 물질의 특성상 근본적으로 가지게 되는 1 내지 2 nm 크기의 극미세 기공 네트워크가 열린 채널로 작용하기 때문이며, 둘째로, 상기의 양자점을 내포하는 무기 고분자 매트릭스로 구성된 형광 분말이 친수성을 갖기 때문이며, 셋째로, 상기 형광 분말의 친수성 표면이 울퉁불퉁하기 때문에, 실리콘 레진과 같은 봉지제와 혼합하여 형광 필름이나 발광소자 부속물로 경화시킬 경우에, 형광 분말과 봉지제가 밀착되지 못하고 비어있는 미세 공간이 형성된다는 것을 간파하였다. 이렇게 빈 미세 공간을 중심으로 크랙이 발생하고, 발생한 크랙이 필름이나 소자의 표면까지 전파되어 안정성, 특히 수분에 대한 안정성을 해치게 된다고 보았다.The present inventors found that the main reason that the conventional fluorescent powder and the fluorescent film and the light emitting device containing the fluorescent powder do not secure sufficient stability is, first, as shown in FIGS. 1 and 2, perovskite quantum dots or perovskite This is because the inorganic polymer matrix in which quantum dots and hydrophobic silica base particles are embedded together acts as an open channel with a 1 to 2 nm-sized ultra-fine pore network that is fundamentally possessed by the nature of the material. This is because the fluorescent powder composed of a polymer matrix has hydrophilicity, and thirdly, because the hydrophilic surface of the fluorescent powder is rough, when it is mixed with an encapsulant such as silicone resin and cured into a fluorescent film or a light emitting device accessory, the fluorescent powder and It was discovered that the encapsulant did not adhere and an empty microcavity was formed. In this way, cracks occur centered on the empty microcavity, and the generated cracks propagate to the surface of the film or device, impairing stability, especially stability against moisture.

기공을 갖는 무기 고분자 비드 내에 함입된 페로브스카이트 양자점의 경우에는, 비드의 기공이 수 nm 내지 수십 nm 크기로 외부를 향해 열려있고 물 분자의 반데르발스 직경은 0.34 nm이므로, 비드 내에 함입된 페로브스카이트 양자점이 수분에 취약할 수 있다. 무기 고분자 매트릭스 내에 페로브스카이트 양자점을 임베딩해서 제조한 형광 분말은 무기 고분자 비드 내에 함입된 페로브스카이트 양자점보다 수분에 대해 좀 더 안정된 특성을 나타낸다. 그러나, 상기의 실리카 및 알루미나 무기 고분자는 친수성을 나타내고 물에 잘 분산되기 때문에 상기 무기 고분자 내에 임베딩된 페로브스카이트 양자점의 수분에 대한 안정성은 상기 무기 고분자의 구조적 특성에 의해 제한적일 수 있다. 즉, 전구체의 솔젤 반응에 의해 합성된 실리카 및 알루미나 분말들은, 무정형이고, 1 nm 내지 2 nm 크기의 극미세 기공들이 네트워크를 이루고 있으며, 이러한 극미세 기공 네트워크가 외부로 열린 채널을 이루고 있다. 하지만, 이러한 구조적 특성이 형광 소재 전문가들에게는 거의 알려져 있지않은 실정이다. 본 발명자는 오랜 연구개발을 통해 상기의 사실을 인지하게 되었고, 실리카 및 알루미나가 양자점을 임베딩하고 있는 형광 분말의 경우에도, 이들 무기 고분자 매트릭스는 무정형이고, 1 nm 내지 2 nm 크기의 극미세 기공들이 네트워크를 이루고 있으며, 이러한 극미세 기공 네트워크가 외부로 열린 채널을 이루고 있다는 것을 유추하게 되었다 (도 1 및 도 2 참조). 이러한 이유로 인해, 페로브스카이트 양자점을 실리카 및 알루미나 매트릭스에 임베딩한 형광 분말들이 원래의 페로브스카이트 양자점보다는 우수한 안정성을 나타내지만, 아직은 형광 필름이나 발광 소자에 적용할 만큼 충분한 안정성을 확보하지 못하고 있다.In the case of perovskite quantum dots embedded in inorganic polymer beads having pores, the pores of the beads are open to the outside with a size of several nm to several tens of nm, and the van der Waals diameter of water molecules is 0.34 nm. Perovskite quantum dots may be vulnerable to moisture. A fluorescent powder prepared by embedding perovskite quantum dots in an inorganic polymer matrix exhibits more stable properties against moisture than perovskite quantum dots embedded in inorganic polymer beads. However, since the silica and alumina inorganic polymers exhibit hydrophilicity and are well dispersed in water, the stability of the perovskite quantum dots embedded in the inorganic polymer to moisture may be limited by the structural properties of the inorganic polymer. That is, the silica and alumina powders synthesized by the sol-gel reaction of the precursor are amorphous and form a network of micropores having a size of 1 nm to 2 nm, and these micropore networks form an open channel to the outside. However, these structural properties are hardly known to experts in fluorescent materials. The present inventors have recognized the above facts through long research and development, and even in the case of a fluorescent powder in which silica and alumina are embedded with quantum dots, these inorganic polymer matrices are amorphous, and ultrafine pores with a size of 1 nm to 2 nm network, and it was inferred that this ultrafine pore network constitutes an open channel to the outside (see FIGS. 1 and 2). For this reason, the fluorescent powders in which perovskite quantum dots are embedded in silica and alumina matrices show superior stability than the original perovskite quantum dots, but still do not secure sufficient stability to be applied to fluorescent films or light emitting devices. have.

이에, 본 발명자들은 양자점을 내포하고 있는 형광 분말에 존재하는 극미세 기공 네트워크 채널을 막아서 양자점을 보호하는 동시에 형광 분말 표면에 소수성을 부여하고, 소수성 실리콘 봉지제와 잘 섞여서 경화되도록 페닐 유도체를 제 1 형광 분말(PS 및 SPS) 표면에 결합한 제 2 형광 분말(PS* 및 SPS*) 및 이를 개발하는 방법을 개발하였다.Therefore, the present inventors block the ultrafine pore network channel present in the fluorescent powder containing the quantum dots to protect the quantum dots and at the same time provide hydrophobicity to the surface of the fluorescent powder, and mix well with the hydrophobic silicone encapsulant to cure the first phenyl derivative. A second fluorescent powder (PS * and SPS * ) bound to the surface of the fluorescent powder (PS and SPS) and a method for developing the same were developed.

예를 들어 설명하면, 페닐 유도체 중에서 페닐메틸기와 구조가 거의 같은 톨루엔의 경우 반데르발스 직경이 0.56 nm로 알려져 있다. 탄소 사슬이 하나씩 늘어나면 분자 길이가 대략 0.1 nm 정도씩 증가한다고 가정할 때, 탄소가 1개 내지 6개인 탄화수소 사슬에 연결된 페닐 유도체들은 0.56 내지 1.06 nm의 분자 길이를 가지므로, 1 내지 2 nm 크기의 극미세 기공 입구에 결합된 페닐 유도체들은 서로 인접하면서 상기의 극미세 기공을 막게 될 것이다. 또한, 소수성을 가지므로 물을 밀어내게 될 것이고, 소수성 봉지제와 우수한 밀착성을 갖고 경화될 것이다. 그 결과, 수분, UV, 열에 대한 안정성, 특히 수분에 대한 안정성이 크게 향상되고 우수한 광특성을 제공할 수 있는 형광 소재 및 이를 포함하는 필름과 소자를 제공할 수 있는 것이다.For example, in the case of toluene having almost the same structure as a phenylmethyl group among phenyl derivatives, it is known that the van der Waals diameter is 0.56 nm. Assuming that the molecular length increases by approximately 0.1 nm when the carbon chain is increased one by one, the phenyl derivatives linked to the hydrocarbon chain having 1 to 6 carbons have a molecular length of 0.56 to 1.06 nm, so the size of 1 to 2 nm Phenyl derivatives bound to the micropore entrance of In addition, since it has hydrophobicity, it will repel water and will be cured with excellent adhesion to the hydrophobic encapsulant. As a result, it is possible to provide a fluorescent material and a film and device including the same, which have significantly improved stability against moisture, UV, and heat, particularly moisture, and provide excellent optical properties.

보통 알콕시실란의 솔젤반응은 예를 들어, 에탄올 용매 100 mL에 증류수 4.5 mL, NH4OH 3 mL처럼 충분한 양의 물과 촉매를 넣고 알콕시실란을 추가한 후에 25 ℃실온에서 3시간 정도 반응시킬 수 있다. 제 1 형광 분말인 PS 및 SPS에 페닐 유도체를 결합하는 반응도 일종의 솔젤반응이다. 그러나, 알콕시실란의 솔젤반응과 비슷한 조건에서 PS 및 SPS 형광 분말에 페닐 유도체를 결합하는 반응을 진행하면, 형광이 곧 모두 사라지는 것을 확인하였다. 물과 암모니아수가 PS 및 SPS 형광 분말의 열린 채널을 통해 내부로 들어가서 임베딩되어 있는 이온성 형광 나노결정을 용해시키기 때문이다. Usually, the sol-gel reaction of alkoxysilane is, for example, 4.5 mL of distilled water and 3 mL of NH 4 OH in 100 mL of ethanol solvent, add sufficient amount of water and catalyst, add alkoxysilane, and then react at 25 °C for about 3 hours at room temperature. have. The reaction of binding a phenyl derivative to PS and SPS, which are the first fluorescent powders, is also a kind of sol-gel reaction. However, it was confirmed that all fluorescence immediately disappeared when the reaction of combining phenyl derivatives with PS and SPS fluorescent powders was performed under conditions similar to the sol-gel reaction of alkoxysilane. This is because water and ammonia water enter the interior through the open channels of PS and SPS phosphors and dissolve the embedded ionic fluorescent nanocrystals.

이러한 문제를 해결하기 위해서 본 발명자는 진공 및 85 ℃ 열처리로 충분히 건조한 제 1 형광분말 PS를 알코올과 톨루엔을 혼합한 혼합 용매, 예컨대 에탄올/톨루엔(예컨대 2/1 부피비) 혼합 용매에 분산하여 소수성을 증가시키고, 반응에 필요한 최소량(예컨대 1/7 이하 농도)의 물과 암모니아수만을 추가하여 혼합한 후에, 일정 시간 간격(예컨대, 2분 내지 5분)을 두고 알콕시실란 및 페닐유도체가 결합된 알콕시실란을 추가하여 솔젤반응을 단시간(예컨대 2시간) 내에 진행함으로써 이온성 형광 나노결정인 페로브스카이트 양자점 및 이의 형광 특성을 보존하면서 페닐 유도체를 제 1 형광 분말인 PS 및 SPS에 결합하여 제 2 형광분말인 PS* 및 SPS*를 제조하는데 성공할 수 있었다.In order to solve this problem, the present inventors dispersed the first fluorescent powder PS sufficiently dried by vacuum and heat treatment at 85° C. in a mixed solvent of alcohol and toluene, for example, ethanol/toluene (eg, 2/1 by volume) to reduce hydrophobicity. After adding and mixing only the minimum amount of water and ammonia water required for the reaction (for example, 1/7 or less concentration), the alkoxysilane to which the alkoxysilane and the phenyl derivative are combined at a certain time interval (for example, 2 to 5 minutes) By adding a phenyl derivative to PS and SPS, which are the first fluorescent powders, the second fluorescence is obtained while preserving the ionic fluorescent nanocrystals, perovskite quantum dots, and their fluorescence properties by performing the sol-gel reaction within a short time (eg, 2 hours). We were able to succeed in producing the powders PS * and SPS * .

일 구현예에 따른 형광 소재는, Fluorescent material according to an embodiment,

무기 고분자 매트릭스;inorganic polymer matrix;

상기 무기 고분자 매트릭스 내에 내포된(embedded) 소수성의 형광 나노입자; 및hydrophobic fluorescent nanoparticles embedded in the inorganic polymer matrix; and

상기 무기 고분자 매트릭스 표면에 결합한 페닐 유도체(phenyl derivatives);를 포함한다.and phenyl derivatives bound to the surface of the inorganic polymer matrix.

상기 무기 고분자 매트릭스 표면에 결합한 페닐 유도체는 1 내지 6개의 탄화수소 사슬에 의해 Si 원자에 결합된 페닐기를 포함할 수 있다.The phenyl derivative bonded to the surface of the inorganic polymer matrix may include a phenyl group bonded to a Si atom by 1 to 6 hydrocarbon chains.

상기 페닐 유도체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.The phenyl derivative may be a compound represented by Formula 1 below.

<화학식 1><Formula 1>

R1Si(OR2)3 R 1 Si(OR 2 ) 3

상기 식에서, R1은 페닐기가 결합된 탄소수 1-6의 알킬기이고, R2는 탄소수 1-4의 알킬기이다.In the above formula, R 1 is an alkyl group having 1-6 carbon atoms to which a phenyl group is bonded, and R 2 is an alkyl group having 1-4 carbon atoms.

예를 들어, 상기 페닐 유도체는 페닐에틸트리메톡시실란일 수 있다.For example, the phenyl derivative may be phenylethyltrimethoxysilane.

상기 무기 고분자 매트릭스 표면에 결합한 페닐 유도체는, 형광 분말의 구조적 특성에 의해 형성된 즉, 무기 고분자 매트릭스에 존재하는 극미세 기공 네트워크 채널을 막아 내포된 형광 나노입자를 보호하고, 형광 분말에 소수성을 제공함으로써, 수분에 대한 안정성을 향상시키며, 소수성인 실리콘 레진과 잘 밀착되므로 소수성 봉지제와의 접착성을 향상시킬 수 있다. 이에 의해 상기 형광 소재를 이용하여 수분에 대한 안정성이 획기적으로 향상된 형광 필름 및 발광소자를 제공할 수 있다.The phenyl derivative bound to the surface of the inorganic polymer matrix protects the fluorescent nanoparticles contained therein by blocking the ultrafine pore network channels that are formed by the structural properties of the fluorescent powder, that is, present in the inorganic polymer matrix, and provides hydrophobicity to the fluorescent powder. , it improves stability against moisture, and adheres well to the hydrophobic silicone resin, so it is possible to improve adhesion with the hydrophobic encapsulant. Accordingly, it is possible to provide a fluorescent film and a light emitting device having remarkably improved stability to moisture by using the fluorescent material.

상기 무기 고분자 매트릭스 내에 내포된(embedded) 소수성의 형광 나노입자는, 표면에 요철 구조의 나노패턴이 형성된 소수성의 기저 입자 없이 단독으로 내포될 수 있다.The hydrophobic fluorescent nanoparticles embedded in the inorganic polymer matrix may be embedded alone without hydrophobic base particles having a nanopattern of a concave-convex structure formed on the surface.

일 실시예에 따르면, 상기 무기 고분자 매트릭스 내에, 표면에 요철 구조의 나노패턴이 형성된 소수성의 기저 입자를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the inorganic polymer matrix may further include hydrophobic basal particles having a nanopattern having a concave-convex structure on a surface thereof.

상기 형광 소재에서, 기저 입자는 공기보다 굴절율이 높고 발광나노입자보다 굴절율이 낮은 무기 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 실리카, 알루미나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the fluorescent material, the base particle may be made of an inorganic material having a refractive index higher than that of air and lower than that of light emitting nanoparticles, and may include, for example, silica, alumina, or a combination thereof, but is not limited thereto.

상기 기저 입자의 표면에 제1 소수성 작용기 또는 리간드를 포함하고, 상기 형광 나노입자의 표면에 제2 소수성 작용기 또는 리간드를 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 기저 입자 표면의 제1 소수성 작용기 또는 리간드와 상기 형광 나노입자 표면의 제2 소수성 작용기 또는 소수성 리간드 사이에 물리적 결합이 형성될 수 있다.A first hydrophobic functional group or ligand may be included on the surface of the base particle, and a second hydrophobic functional group or ligand may be included on the surface of the fluorescent nanoparticle. In this case, the first hydrophobic functional group or ligand on the surface of the base particle and A physical bond may be formed between the second hydrophobic functional group or the hydrophobic ligand on the surface of the fluorescent nanoparticles.

기저 입자의 표면에 결합된 제1 소수성 작용기 또는 리간드는 예를 들어 탄소수 6 내지 20의 탄화수소 사슬을 포함할 수 있다. 상기 제1 소수성 작용기 또는 리간드는 예를 들어 비치환된 C6-C20 알킬기, 비치환된 C6-C20 알케닐기, 비치환된 C6-C20 알키닐기로부터 선택되는 적어도 하나의 작용기를 더 포함할 수 있다.The first hydrophobic functional group or ligand bound to the surface of the base particle may include, for example, a hydrocarbon chain having 6 to 20 carbon atoms. The first hydrophobic functional group or ligand may further include at least one functional group selected from, for example, an unsubstituted C6-C20 alkyl group, an unsubstituted C6-C20 alkenyl group, and an unsubstituted C6-C20 alkynyl group.

소수성의 기저 입자의 평균입경은 예를 들어 50 nm 내지 200 nm일 수 있다.The average particle diameter of the hydrophobic base particles may be, for example, 50 nm to 200 nm.

상기 형광 소재에서, 형광 나노입자는 페로브스카이트 나노결정, II-VI족 화합물 반도체 나노결정, III-V족 화합물 반도체 나노결정 및 무기 형광체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In the fluorescent material, the fluorescent nanoparticles may include at least one selected from the group consisting of perovskite nanocrystals, group II-VI compound semiconductor nanocrystals, group III-V compound semiconductor nanocrystals, and inorganic phosphors. .

페로브스카이트 나노결정은 예를 들어, ABX3 구조를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The perovskite nanocrystals may include, for example, an ABX 3 structure, but is not limited thereto.

여기서, 상기 A 및 B는 서로 다른 크기를 가지는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속 및 란타넘 족 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함할 수 있다. 상기 A 및 B는 예를 들어 세슘(Cs), 납(Pb), 티타늄(Ti), 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 이트륨(Y), 가돌리늄(Gd), 란타넘(La), 철(Fe), 망간(Mn), 소듐(Na), 포타슘(K), 루비듐(Rb) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있다. Here, A and B may include a metal selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, and lanthanum groups having different sizes and combinations thereof. A and B are, for example, cesium (Cs), lead (Pb), titanium (Ti), strontium (Sr), calcium (Ca), barium (Ba), yttrium (Y), gadolinium (Gd), lanthanum It may include a material selected from the group consisting of (La), iron (Fe), manganese (Mn), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), and combinations thereof.

상기 X는 산소 또는 할로젠 원소(F, Cl, Br, I)를 포함할 수 있다.The X may include oxygen or halogen elements (F, Cl, Br, I).

상기 B는 X와 6-fold coordination의 corner-sharing octahedron 형태로서 결합되어 있는 것일 수 있다.The B may be combined with X in the form of a corner-sharing octahedron of 6-fold coordination.

페로브스카이트 나노결정은 예를 들어, CsPbX3(여기서 X는 Cl, Br 또는 I임)으로 표시되는 금속 할라이드 페로브스카이트일 수 있다.The perovskite nanocrystals may be, for example, metal halide perovskite represented by CsPbX 3 , wherein X is Cl, Br or I.

II-VI족 화합물 반도체 나노결정은 예를 들어, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe 및 HgTe로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Group II-VI compound semiconductor nanocrystals may include, for example, at least one selected from the group consisting of CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, and HgTe.

III-V족 화합물 반도체 나노결정은 예를 들어, GaN, GaP, GaAs, InP 및 InAs로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Group III-V compound semiconductor nanocrystals may include, for example, at least one selected from the group consisting of GaN, GaP, GaAs, InP, and InAs.

무기 형광체는 예를 들어, La2O2S:Eu, Li2Mg(MoO4):Eu,Sm, (Ba, Sr)2SiO4:Eu, ZnS:Cu,Al, SrGa2S4:Eu, Sr5(PO4)3Cl:Eu, (SrMg)5PO4Cl:Eu, BaMg2Al16O27:Eu, Na(Y,Gd,Ln)F4:(Yb,Er) (여기서 Ln은 Yb와 Er을 제외한 란탄족 원소를 적어도 하나 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나) 및 코어/쉘 구조의 Na(Y,Gd,Ln)F4:(Yb,Er)/Na(Gd,L)F4:(Ce,Tb) (여기서 L은 Yb, Er, Ce와 Tb를 제외한 란탄족 원소 또는 Y를 적어도 하나 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The inorganic phosphor is, for example, La 2 O 2 S:Eu, Li 2 Mg(MoO 4 ):Eu,Sm, (Ba, Sr) 2 SiO 4 :Eu, ZnS:Cu,Al, SrGa 2 S 4 :Eu , Sr 5 (PO 4 ) 3 Cl:Eu, (SrMg) 5 PO 4 Cl:Eu, BaMg 2 Al 16 O 27 :Eu, Na(Y,Gd,Ln)F 4 :(Yb,Er) (where Ln is any one selected from the group containing at least one lanthanide element other than Yb and Er) and Na(Y,Gd,Ln)F 4 of a core/shell structure: (Yb,Er)/Na(Gd,L) F 4 : (Ce, Tb) (wherein L is any one selected from the group consisting of Yb, Er, lanthanide elements other than Ce and Tb or Y) can

형광 나노입자는 다음의 (1) 내지 (3) 중 적어도 하나의 코어/쉘 구조를 갖는 것일 수 있다. 또한, 코어와 쉘 사이에 코어 물질과 쉘 물질의 합금을 포함하는 중간층을 더 포함할 수 있다. The fluorescent nanoparticles may have a core/shell structure of at least one of the following (1) to (3). In addition, an intermediate layer including an alloy of the core material and the shell material may be further included between the core and the shell.

(1) II-VI족 화합물 반도체 나노결정 (코어)/ II-VI족 화합물 반도체 나노결정 (쉘), (1) Group II-VI compound semiconductor nanocrystals (core) / Group II-VI compound semiconductor nanocrystals (shell);

(2) III-V족 화합물 반도체 나노결정 (코어)/ III-V족 화합물 반도체 나노결정 (쉘), (2) group III-V compound semiconductor nanocrystals (core) / group III-V compound semiconductor nanocrystals (shell);

(3) III-V족 화합물 반도체 나노결정 (코어)/ II-VI족 화합물 반도체 나노결정 (쉘). (3) Group III-V compound semiconductor nanocrystals (core)/Group II-VI compound semiconductor nanocrystals (shell).

상기 II-VI족 화합물 반도체 나노결정 (코어)/ II-VI족 화합물 반도체 나노결정 (쉘) 구조로는 예를 들어, CdSe/ZnS 등이 있고, 상기 III-V족 화합물 반도체 나노결정 (코어)/ III-V족 화합물 반도체 나노결정 (쉘) 구조로는 예를 들어 InP/GaN 등이 있고, 상기 III-V족 화합물 반도체 나노결정 (코어)/ II-VI족 화합물 반도체 나노결정 (쉘) 구조로는 예를 들어 InP/ZnS 등이 있을 수 있으나, 이들 예로 한정되는 것은 아니다.The group II-VI compound semiconductor nanocrystal (core)/group II-VI compound semiconductor nanocrystal (shell) structure includes, for example, CdSe/ZnS, and the group III-V compound semiconductor nanocrystal (core) / Group III-V compound semiconductor nanocrystal (shell) structure includes, for example, InP/GaN, and the group III-V compound semiconductor nanocrystal (core)/ Group II-VI compound semiconductor nanocrystal (shell) structure As the example, there may be InP/ZnS, and the like, but is not limited thereto.

형광 나노입자 표면에 결합된 제2 소수성 작용기 또는 리간드는 예를 들어 탄소수 6 내지 20의 탄화수소 사슬을 포함한다. 제2 소수성 작용기 또는 리간드는 예를 들어 R(CH3)2NBr, R-NH2, R-SH, R-CO2H, R3-P, R3-PO 등의 작용기를 가질 수 있고, 여기서 R은 C6-C20의 알킬 사슬일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The second hydrophobic functional group or ligand bound to the surface of the fluorescent nanoparticle includes, for example, a hydrocarbon chain having 6 to 20 carbon atoms. The second hydrophobic functional group or ligand may have, for example, a functional group such as R(CH 3 ) 2 NBr, R-NH 2 , R-SH, R-CO 2 H, R 3 -P, R 3 -PO, etc.; wherein R may be a C6-C20 alkyl chain, However, the present invention is not limited thereto.

형광 나노입자의 평균입경은 특별히 한정되는 것은 아니나, 기저 입자의 오목한 부분에 끼워질 수 있는 범위가 바람직하며, 예를 들어 (1) 3 nm 내지 15 nm일 수 있다. 상기 범위에서 기저 입자 표면의 요철구조를 따라 넓은 면적에 걸쳐 형광 나노입자와 하이브리드될 가능성이 커진다. 예를 들어, 형광 나노입자의 평균입경이 (1) 3 nm 내지 10 nm인 경우, 기저 입자 표면의 요철구조를 따라 넓은 면적에 걸쳐 형광 나노입자가 끼워진 상태, 즉 하이브리드된 상태를 유지하려는 경향이 우세할 수 있다. 형광 나노입자의 평균입경이 10nm 내지 15nm인 경우, 기저 입자 표면의 오목한 부분에 형광 나노입자가 끼워졌다가 일부는 빠질 수도 있다. 그러나, 형광 나노입자의 평균입경이 15nm보다 큰 경우에는 기저 입자 표면의 오목한 부분에 처음부터 끼워지지 않아, 기저 입자와 형광 나노입자가 하이브리드될 수 없다.The average particle diameter of the fluorescent nanoparticles is not particularly limited, but is preferably in a range that can be fitted into the concave portion of the base particle, for example (1) 3 nm to 15 nm. In the above range, the possibility of hybridization with the fluorescent nanoparticles increases over a large area along the concave-convex structure of the surface of the base particle. For example, when the average particle diameter of the fluorescent nanoparticles is (1) 3 nm to 10 nm, there is a tendency to maintain a state in which the fluorescent nanoparticles are embedded, that is, a hybrid state, over a large area along the uneven structure of the surface of the base particle. can prevail. When the average particle diameter of the fluorescent nanoparticles is 10 nm to 15 nm, the fluorescent nanoparticles may be inserted into the concave portion of the surface of the base particle and some may be removed. However, when the average particle diameter of the fluorescent nanoparticles is greater than 15 nm, the fluorescent nanoparticles cannot be hybridized with the base particles because they are not initially fitted into the concave portion of the surface of the base particles.

상기 형광 소재는 형광 나노입자와 함께, Au, Ag, 이들의 합금 또는 이들의 조합을 포함하는 금속 나노입자를 더 포함할 수 있다. 상기 형광 나노입자와 상기 금속 나노입자, 예컨대 금 나노입자가 혼합되는 경우, 플라즈몬 효과에 의해 형광이 더욱 증가할 수 있다. 상기 금속 나노입자는 기저 입자 표면의 요철 구조의 나노패턴의 오목한 부분에 상기 형광 나노입자와 함께 배치될 수 있다.The fluorescent material may further include metal nanoparticles including Au, Ag, alloys thereof, or a combination thereof, together with the fluorescent nanoparticles. When the fluorescent nanoparticles and the metal nanoparticles, such as gold nanoparticles, are mixed, fluorescence may further increase due to a plasmon effect. The metal nanoparticles may be disposed together with the fluorescent nanoparticles in a concave portion of the nanopattern of the concave-convex structure on the surface of the base particle.

상기 형광 소재에서, 무기 고분자 매트릭스는 예를 들어 실리카, 알루미나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 무기 고분자 매트릭스는 기저 입자와 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 무기 고분자 매트릭스와 기저 입자가 동일한 물질로 이루어지는 경우, 기저입자와의 결합력이 우수하고 크랙 발생이 현저하게 억제될 수 있다.In the fluorescent material, the inorganic polymer matrix may include, for example, silica, alumina, or a combination thereof, but is not limited thereto. The inorganic polymer matrix may be made of the same material as the base particles. When the inorganic polymer matrix and the base particles are made of the same material, the bonding force to the base particles is excellent and cracking can be significantly suppressed.

상기 형광 소재는 분말 형태를 가질 수 있다. 분말 형태의 형광 소재는 고분자 소재와 혼합되어 형광 필름을 형성하기 용이하다.The fluorescent material may have a powder form. The fluorescent material in powder form is easily mixed with the polymer material to form a fluorescent film.

상기 형광 소재는 형광 나노입자의 응집을 억제하여 크랙을 방지하고 수분, UV, 열에 대한 안정성이 더 우수할 뿐만 아니라, 형광세기 및 광특성 또한 우수하다. 이는 LED, 디스플레이 등 다양한 분야에 활용될 수 있다.The fluorescent material inhibits aggregation of fluorescent nanoparticles to prevent cracks, and has better stability against moisture, UV, and heat, as well as excellent fluorescence intensity and optical properties. This can be used in various fields such as LEDs and displays.

본 발명의 다른 구현예에서는, 상기 형광 소재 및 고분자를 포함하는 형광 필름이 제공된다.In another embodiment of the present invention, there is provided a fluorescent film including the fluorescent material and the polymer.

본 발명의 또 다른 구현예에서는, 상기 형광 소재를 포함하는 발광소자가 제공된다. 상기 발광소자는 예를 들어 발광 다이오드(light-emitting diode), 발광 트랜지스터(light-emitting transistor), 레이저(laser) 및 편광(polarized) 발광 소자 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In another embodiment of the present invention, a light emitting device including the fluorescent material is provided. The light emitting device may be, for example, a light emitting diode, a light emitting transistor, a laser, or a polarized light emitting device, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 구현예에 따른 형광 소재의 제조방법은,A method of manufacturing a fluorescent material according to another embodiment of the present invention,

무기 고분자 매트릭스에 내포된 소수성의 형광 나노입자를 포함하는 제1 형광분말을 알코올/톨루엔 혼합 용매에 분산하여 제 1 용액을 준비하는 단계;preparing a first solution by dispersing a first fluorescent powder including hydrophobic fluorescent nanoparticles embedded in an inorganic polymer matrix in an alcohol/toluene mixed solvent;

상기 제 1 용액에 반응에 필요한 최소량의 물과 암모니아수를 추가하고 혼합하여 제 2 용액을 준비하는 단계: 및Preparing a second solution by adding and mixing a minimum amount of water and ammonia water necessary for the reaction to the first solution: And

상기 제 2 용액에 알콕시실란 전구체와 페닐 유도체의 전구체를 시간간격을 두고 순차적으로 가하는 단계; 및sequentially adding an alkoxysilane precursor and a phenyl derivative precursor to the second solution at time intervals; and

상기 혼합된 결과물을 반응시키는 단계;를 포함한다.and reacting the mixed product.

상기 제 1 용액은 표면에 요철 구조의 나노패턴이 형성된 소수성의 기저 입자를 더 포함할 수 있다.The first solution may further include hydrophobic basal particles having a nanopattern of a concave-convex structure formed on a surface thereof.

상기 제1 용액 및 제2 용액은 모두 혼합 유기용매를 사용한 것일 수 있다. 혼합 유기용매는 알코올/톨루엔 혼합 용매일 수 있다. 예를 들어, 혼합 유기용매는 에탄올/톨루엔 혼합 용매일 수 있다. 이와 같은 혼합 유기용매를 사용하는 이유는 용매의 소수성을 증가시켜서 반응물질인 제 1형광분말을 보호하기 위함이며, 또 생성물질인 제 2 형광분말을 잘 분산되도록 하기 위함이다. 페로브스카이트 양자점과 같은 형광 나노입자를 임베딩한 무기 고분자 매트릭스 분말은 극미세 기공 네트워크 채널을 통해 물이 이동하는 경우에, 이온성 결정인 양자점을 용해시킬 수 있으므로, 반응에 필요한 최소량의 물과 촉매를 사용하고, 이들을 잘 섞어주면서도 최대한 소수성인 용매를 사용하여 최단시간 내에 반응을 끝내야만 임베딩된 형광 나노입자를 보호할 수있다. 예를 들어, 상기 혼합된 결과물을 1.5시간 동안 실온에서 반응시킨 후에, 30 ℃로 온도를 올려서 0.5 시간 더 반응함으로써 2시간 이내에 반응시켜 반응을 종료시킬 수 있다.Both the first solution and the second solution may use a mixed organic solvent. The mixed organic solvent may be an alcohol/toluene mixed solvent. For example, the mixed organic solvent may be an ethanol/toluene mixed solvent. The reason for using such a mixed organic solvent is to increase the hydrophobicity of the solvent to protect the first fluorescent powder, which is a reactant, and to disperse the second fluorescent powder, which is a product, well. Inorganic polymer matrix powder embedded with fluorescent nanoparticles such as perovskite quantum dots can dissolve quantum dots, which are ionic crystals, when water moves through micropore network channels. It is possible to protect the embedded fluorescent nanoparticles only when the reaction is completed in the shortest time using a solvent that is as hydrophobic as possible while using a catalyst and mixing them well. For example, after reacting the mixed product at room temperature for 1.5 hours, the reaction may be terminated by reacting within 2 hours by raising the temperature to 30° C. and reacting for 0.5 hours.

상기 형광 소재의 제조방법은 건조 단계에서 얻은 벌크 형태의 결과물을 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 분말 형태의 형광 소재로 제공할 수 있다.The manufacturing method of the fluorescent material may further include the step of pulverizing the resultant in bulk form obtained in the drying step, and may be provided as a fluorescent material in powder form.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 예시적인 구현예들이 더욱 상세하게 설명된다. 이하의 실시예는 본 발명이 더욱 명확하고 용이하게 이해될 수 있도록 하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. Exemplary embodiments are described in more detail through the following examples and comparative examples. The following examples are provided to make the present invention more clear and easily understood, so the scope of the present invention is not limited by these examples.

제조예 1: 소수성 페로브스카이트 양자점(P) 및 소수성 나노구조 실리카(S) 제조Preparation Example 1: Preparation of hydrophobic perovskite quantum dots (P) and hydrophobic nanostructured silica (S)

후술하는 제조예 2에서 양자점 및 나노구조 하이브리드 입자 또는 혼합 입자를 내포한 형광 분말을 제조하는데 사용할 소수성 페로브스카이트 양자점(이하 "P"로 표시함)을 문헌 [J. Song et. al, Room-Temperature Triple-Lgand Surface Engineering Synergistically Boosts Ink Stability, Recombination Dynamics, and Charge Injection toward EQE-11.6% Perovskite QLEDs. Advanced Materials 2018, 30, 1800764]에 따라 합성하였고, 본 발명의 제조 과정에 적합하게 정제 방법을 개선하여 사용하였다. 즉, 합성 원액에 에틸아세테이트 대신 메틸아세테이트를 추가하여 원심분리한 후에, 더 이상의 수세과정 없이 톨루엔에 분산(6.2 mg/mL)하여 보관하고, 필요할 때마다 소량씩 덜어서 사용하였다. 이 시료의 TEM 이미지를 얻어서 입자의 크기를 확인한 결과 평균 11 nm 였고, 양자효율을 측정하니 55 %였다.Hydrophobic perovskite quantum dots (hereinafter referred to as “P”) to be used for preparing a fluorescent powder containing quantum dots and nanostructured hybrid particles or mixed particles in Preparation Example 2 to be described later were prepared in the literature [J. Song et. al, Room-Temperature Triple-Lgand Surface Engineering Synergistically Boosts Ink Stability, Recombination Dynamics, and Charge Injection toward EQE-11.6% Perovskite QLEDs. Advanced Materials 2018, 30, 1800764], and the purification method was improved and used for the manufacturing process of the present invention. That is, after centrifugation by adding methyl acetate instead of ethyl acetate to the synthetic stock solution, it was dispersed in toluene (6.2 mg/mL) and stored without further washing with water, and used in small portions whenever necessary. A TEM image of this sample was obtained and the size of the particles was confirmed. As a result, the average was 11 nm, and when the quantum efficiency was measured, it was 55%.

한편, 후술하는 제조예 2 내지 3에서 사용할 소수성 나노구조 실리카(이하 "S"로 표시함)는 아래와 같이 제조하였다.On the other hand, hydrophobic nanostructured silica (hereinafter referred to as "S") to be used in Preparation Examples 2 to 3 to be described later was prepared as follows.

에탄올 400 mL에 증류수 9 mL와 NH4OH 6 mL를 넣고 30분간 잘 저어준 후에, 테트라에톡시실란 5.3 mL와 옥타데실트리메톡시실란 2.3 mL를 동시에 가하고 1일간 저어주었다 (제 1일). 이 용액에 증류수 9 mL와 NH4OH 6 mL를 넣고 30분간 잘 저어준 후에, 테트라에톡시실란 5.3 mL와 옥타데실트리메톡시실란 2.3 mL를 동시에 가하고 1일간 저어주었다 (제 2일). 그 다음, 상기 용액에 에탄올 400 mL, 증류수 9 mL, NH4OH 6 mL를 넣고 30분간 잘 저어준 후에, 테트라에톡시실란 5.3 mL와 옥타데실트리메톡시실란 2.3 mL를 동시에 가하고 1일간 저어주었다 (제 3일). 이 용액에 증류수 9 mL와 NH4OH 6 mL를 넣고 30분간 잘 저어준 후에, 테트라에톡시실란 5.3 mL와 옥타데실트리메톡시실란 2.3 mL를 동시에 가하고 1일간 저어주었다 (제 4일). 상기 용액에 에탄올 200 mL, 증류수 9 mL, NH4OH 6 mL를 넣고 30분간 잘 저어준 후에, 테트라에톡시실란 5.3 mL와 옥타데실트리메톡시실란 2.3 mL를 동시에 가하고 1일간 저어주었다 (제 5일). After adding 9 mL of distilled water and 6 mL of NH 4 OH to 400 mL of ethanol and stirring well for 30 minutes, 5.3 mL of tetraethoxysilane and 2.3 mL of octadecyltrimethoxysilane were simultaneously added and stirred for 1 day (Day 1). 9 mL of distilled water and 6 mL of NH 4 OH were added to this solution, and after stirring well for 30 minutes, 5.3 mL of tetraethoxysilane and 2.3 mL of octadecyltrimethoxysilane were simultaneously added and stirred for 1 day (day 2). Then, 400 mL of ethanol, 9 mL of distilled water, and 6 mL of NH 4 OH were added to the solution and stirred well for 30 minutes, then 5.3 mL of tetraethoxysilane and 2.3 mL of octadecyltrimethoxysilane were simultaneously added and stirred for 1 day. (Day 3). After adding 9 mL of distilled water and 6 mL of NH 4 OH to this solution, and stirring well for 30 minutes, 5.3 mL of tetraethoxysilane and 2.3 mL of octadecyltrimethoxysilane were simultaneously added and stirred for 1 day (day 4). To the solution, 200 mL of ethanol, 9 mL of distilled water, and 6 mL of NH 4 OH were added and stirred well for 30 minutes, then 5.3 mL of tetraethoxysilane and 2.3 mL of octadecyltrimethoxysilane were simultaneously added and stirred for 1 day (No. 5). Work).

이 용액을 원심분리하여 얻은 소수성 나노구조 실리카(S) 입자를 40 mL의 에탄올로 1회, 25 mL 에탄올과 15 mL 클로로포름 혼합용액으로 1회 세척하고, 원심분리한 입자를 40 mL의 클로로포름에 분산 (0.051 g/mL)하고 필요할 때마다 소량씩 덜어서 사용하였다. 나노구조 실리카 입자의 크기는 평균 146 nm 였다.The hydrophobic nanostructured silica (S) particles obtained by centrifuging this solution were washed once with 40 mL of ethanol and once with a mixed solution of 25 mL of ethanol and 15 mL of chloroform, and the centrifuged particles were dispersed in 40 mL of chloroform. (0.051 g/mL) and used by taking a small amount whenever necessary. The average size of the nanostructured silica particles was 146 nm.

제조예 2: 페로브스카이트 양자점(P) 및 양자점과 소수성 나노구조 실리카(S)의 하이브리드 입자를 포함하는 형광 분말 (PS 및 SPS)제조Preparation Example 2: Preparation of fluorescent powders (PS and SPS) containing perovskite quantum dots (P) and hybrid particles of quantum dots and hydrophobic nanostructured silica (S)

PS 형광 분말을 제조하기 위해서, 페로브스카이트 양자점(P) 용액을 톨루엔으로 묽혀서 1 mg/mL 용액 5 mL를 제조하고 2 시간 이상 저어준 후에 PHPS 용액 (Perhydropolysilazane 18.6 wt% in dibutyl ether) 2 mL와 NH4OH 촉매 0.002 mL를 추가하였다. 이 용액이 담겨있는 바이알을 자성 교반기를 갖춘 60 ℃의 물중탕에 설치하였다. 상기 용액에 반응물인 증류수 0.18 mL 를 10분 간격으로 6회에 걸쳐 나누어 넣으면서 총 70분간 저어주었다. 상기 용액을 물중탕에서 꺼내어 어두운 실온에 150분간 정치하여 젤화 반응을 완결하였다. 상기 용액에 톨루엔 3 mL를 추가로 사용하여 원심분리하고 진공데시케이터에 넣어 3시간 이상 건조하였다. 상기 시료를 막자사발에 갈아서 분쇄하고, 이어 85 ℃ 오븐에서 3 시간 동안 건조하여 PS 분말 0.369g을 제조하였다.To prepare PS fluorescent powder, dilute the perovskite quantum dot (P) solution with toluene to prepare 5 mL of a 1 mg/mL solution, and after stirring for 2 hours or more, PHPS solution (Perhydropolysilazane 18.6 wt% in dibutyl ether) 2 mL and 0.002 mL of NH 4 OH catalyst were added. The vial containing this solution was placed in a water bath at 60 °C equipped with a magnetic stirrer. 0.18 mL of distilled water as a reactant was added to the solution 6 times at 10-minute intervals and stirred for a total of 70 minutes. The solution was taken out of the water bath and left at room temperature in the dark for 150 minutes to complete the gelation reaction. To the solution was further centrifuged using 3 mL of toluene, put in a vacuum desiccator and dried for 3 hours or more. The sample was ground in a mortar and pulverized, and then dried in an oven at 85° C. for 3 hours to prepare 0.369 g of PS powder.

SPS 형광 분말을 제조하기 위해서는, 제조예 1에서 합성한 소수성 나노구조 실리카(S) 입자 0.11 g에 해당하는 용액을 초음파중탕 및 vortex 처리하여 분산성을 높인 후에 진공에 연결하여 건조하였다. 한편, 페로브스카이트 양자점(P) 용액을 톨루엔으로 묽혀서 1 mg/mL 용액 5 mL를 제조하고 2 시간 이상 저어준 후에 상기에서 건조한 소수성 나노구조 실리카 입자를 넣고, 5분 이내로 초음파 중탕처리를 하고 나서, 밤새도록 부드럽게 저어주었다. 상기 용액에 PHPS 용액 2 mL와 NH4OH 촉매 0.002 mL를 추가하였다. 이 용액이 담겨있는 바이알을 자성 교반기를 갖춘 60 ℃의 물중탕에 설치하였다. 반응물인 증류수 0.18 mL 를 10분 간격으로 6회에 걸쳐 나누어 넣으면서 총 70분간 저어주었다. 상기 용액을 물중탕에서 꺼내어 어두운 실온에 150분간 정치하여 젤화 반응을 완결하였다. 상기 용액에 톨루엔 3 mL를 추가로 사용하여 원심분리하고 진공데시케이터에 넣어 3시간 이상 건조하였다. 상기 시료를 막자사발에 갈아서 분쇄하고, 이어 85 ℃ 오븐에서 3 시간 동안 건조하여 SPS 분말 0.471 g을 제조하였다.In order to prepare the SPS fluorescent powder, the solution corresponding to 0.11 g of the hydrophobic nanostructured silica (S) particles synthesized in Preparation Example 1 was subjected to ultrasonic bath and vortex treatment to increase dispersibility, and then dried by connecting to a vacuum. On the other hand, dilute the perovskite quantum dot (P) solution with toluene to prepare 5 mL of a 1 mg/mL solution, and after stirring for 2 hours or more, add the hydrophobic nanostructured silica particles dried above, and ultrasonic bath treatment within 5 minutes After that, gently stir overnight. 2 mL of PHPS solution and 0.002 mL of NH 4 OH catalyst were added to the solution. The vial containing this solution was placed in a water bath at 60 °C equipped with a magnetic stirrer. The reactant, 0.18 mL of distilled water, was added 6 times at 10-minute intervals and stirred for a total of 70 minutes. The solution was taken out of the water bath and left at room temperature in the dark for 150 minutes to complete the gelation reaction. To the solution was further centrifuged using 3 mL of toluene, put in a vacuum desiccator and dried for 3 hours or more. The sample was ground in a mortar and pulverized, and then dried in an oven at 85° C. for 3 hours to prepare 0.471 g of SPS powder.

제조예 3: 양자점 (Q) 및 양자점과 소수성 나노구조 실리카(S)의 하이브리드 입자를 포함하는 형광 분말 (QS 및 SQS)제조Preparation Example 3: Preparation of quantum dots (Q) and fluorescent powders (QS and SQS) containing hybrid particles of quantum dots and hydrophobic nanostructured silica (S)

QS 형광 분말을 제조하기 위해서, CdSe/ZnS 코어/쉘 구조 양자점 (Q, 제우스사 제품) 용액을 톨루엔으로 묽혀서 1 mg/mL 용액 5 mL를 제조하고 2 시간 이상 저어준 후에 PHPS 용액 2 mL를 추가하였다. 이 용액이 담겨있는 바이알을 자성 교반기를 갖춘 60 ℃의 물중탕에 설치하였다. 상기 용액에 반응물인 증류수 0.18 mL 를 10분 간격으로 6회에 걸쳐 나누어 넣으면서 총 70분간 저어주었다. 상기 용액을 물중탕에서 꺼내어 어두운 실온에 150분간 정치하여 젤화반응을 완결하였다. 상기 용액에 톨루엔 3 mL를 추가로 사용하여 원심분리하고 진공데시케이터에 넣어 3시간 이상 건조하였다. 상기 시료를 막자사발에 갈아서 분쇄하고, 이어 85 ℃ 오븐에서 3 시간 동안 건조하여 PS 분말 0.356g을 제조하였다.To prepare QS fluorescent powder, prepare 5 mL of a 1 mg/mL solution by diluting a CdSe/ZnS core/shell structured quantum dot (Q, manufactured by Zeus) solution with toluene. After stirring for 2 hours or more, 2 mL of PHPS solution was added. added. The vial containing this solution was placed in a water bath at 60 °C equipped with a magnetic stirrer. 0.18 mL of distilled water as a reactant was added to the solution 6 times at 10-minute intervals and stirred for a total of 70 minutes. The solution was taken out of the water bath and left at room temperature in the dark for 150 minutes to complete the gelation reaction. To the solution was further centrifuged using 3 mL of toluene, put in a vacuum desiccator and dried for 3 hours or more. The sample was ground in a mortar and pulverized, and then dried in an oven at 85° C. for 3 hours to prepare 0.356 g of PS powder.

SQS 형광 분말을 제조하기 위해서는, 제조예 1에서 합성한 소수성 나노구조 실리카(S) 입자 0.11 g에 해당하는 용액을 초음파중탕 및 vortex 처리하여 분산성을 높인 후에 진공에 연결하여 건조하였다. 한편, 양자점(Q) 용액을 CHCl3 용매로 묽혀서 1 mg/mL 용액 5 mL를 제조하고 2 시간 이상 저어준 후에 상기에서 건조한 소수성 나노구조 실리카 입자를 넣고, 5분 이내로 초음파 중탕처리를 하고 나서, 밤새도록 부드럽게 저어주었다. 상기 용액에 PHPS 용액 2 mL를 추가하였다. 이 용액이 담겨있는 바이알을 자성교반기를 갖춘 60 ℃의 물중탕에 설치하였다. 반응물인 증류수 0.18 mL 를 10분 간격으로 6회에 걸쳐 나누어 넣으면서 총 70분간 저어주었다. 상기 용액을 물중탕에서 꺼내어 어두운 실온에 150분간 정치하여 젤화반응을 완결하였다. 상기 용액에 톨루엔 3 mL를 추가로 사용하여 원심분리하고 진공데시케이터에 넣어 3시간 이상 건조하였다. 상기 시료를 막자사발에 갈아서 분쇄하고, 이어 85 ℃ 오븐에서 3 시간 동안 건조하여 SQS 분말 0.405 g을 제조하였다.To prepare the SQS fluorescent powder, the solution corresponding to 0.11 g of the hydrophobic nanostructured silica (S) particles synthesized in Preparation Example 1 was subjected to ultrasonic bath and vortex treatment to increase dispersibility, and then dried by connecting to a vacuum. On the other hand, dilute the quantum dot (Q) solution with CHCl 3 solvent to prepare 5 mL of a 1 mg/mL solution, and after stirring for 2 hours or more, add the hydrophobic nanostructured silica particles dried above, and ultrasonic bath treatment within 5 minutes , gently stirred overnight. 2 mL of PHPS solution was added to the solution. The vial containing this solution was installed in a water bath at 60 °C equipped with a magnetic stirrer. The reactant, 0.18 mL of distilled water, was added 6 times at 10-minute intervals and stirred for a total of 70 minutes. The solution was taken out of the water bath and left at room temperature in the dark for 150 minutes to complete the gelation reaction. To the solution was further centrifuged using 3 mL of toluene, put in a vacuum desiccator and dried for 3 hours or more. The sample was ground in a mortar and pulverized, and then dried in an oven at 85° C. for 3 hours to prepare 0.405 g of SQS powder.

모든 과정은 양자점이 빛에 노출되는 시간을 최소화하면서 진행하였다.All processes were carried out while minimizing the time the quantum dots were exposed to light.

실시예 1: 페로브스카이트 양자점 입자(P) 및 나노구조 하이브리드 입자(SP)를 내포하고 페닐 유도체가 결합된 형광분말(PSExample 1: Fluorescent powder (PS) containing perovskite quantum dot particles (P) and nanostructured hybrid particles (SP) and bound to a phenyl derivative (PS) ** 및 SPS and SPS ** ) 제조) Produce

제조예 2에서 합성한 PS 형광 분말 0.25 g을 에탄올/톨루엔(2/1) 혼합 용매 75 mL에 분산하였다. 상기 분산 용액에 증류수 0.45 mL, NH4OH 0.3 mL를 가하고 5분간 저어주었다. 테트라에톡시실란 0.21 mL를 가하고 2분간 저어준 후에 페닐에틸트리메톡시실란 0.09 mL를 가하고 1.5 시간 동안 실온에서 저어주고 이어서 30 ℃ 물중탕에서 0.5 시간 동안 더 저어주어 반응을 종료함으로써, 반응 시간을 단축하였다. 상기 용액을 원심분리하고 고체를 에탄올 10 mL로 씻어준 후에 3 시간 이상 진공건조하고, 85 ℃ 오븐에서 2 시간 더 건조하여 PS* 형광 분말 0.243 g을 제조였다. 0.25 g of the PS fluorescent powder synthesized in Preparation Example 2 was dispersed in 75 mL of a mixed solvent of ethanol/toluene (2/1). To the dispersion solution, 0.45 mL of distilled water and 0.3 mL of NH 4 OH were added and stirred for 5 minutes. After adding 0.21 mL of tetraethoxysilane and stirring for 2 minutes, 0.09 mL of phenylethyltrimethoxysilane was added, stirring at room temperature for 1.5 hours, and then stirring for 0.5 hours in a water bath at 30 ° C. shortened. After centrifuging the solution and washing the solid with 10 mL of ethanol, it was vacuum dried for 3 hours or more, and dried in an oven at 85° C. for 2 hours to prepare 0.243 g of PS * fluorescent powder.

SPS* 형광 분말을 제조하기 위해서는, 제조예 2에서 합성한 SPS 형광 분말 0.42 g을 에탄올/톨루엔(2/1) 혼합 용매 126 mL에 분산하였다. 상기 분산 용액에 증류수 0.75 mL, NH4OH 0.5 mL를 가하고 5분간 저어주었다. 테트라에톡시실란 0.35 mL를 가하고 2분간 저어준 후에 페닐에틸트리메톡시실란 0.15 mL를 가하고 1.5 시간 동안 실온에서 저어주고, 이어서 30 ℃ 물중탕에서 0.5 시간 동안 더 저어주어 반응 시간을 단축하였다. 상기 용액을 원심분리하고 고체를 에탄올 10 mL로 씻어준 후에 3 시간 이상 진공건조하고, 85 ℃ 오븐에서 2 시간 더 건조하여 SPS* 형광 분말 0.397 g을 제조하였다. To prepare the SPS * fluorescent powder, 0.42 g of the SPS fluorescent powder synthesized in Preparation Example 2 was dispersed in 126 mL of an ethanol/toluene (2/1) mixed solvent. To the dispersion solution, 0.75 mL of distilled water and 0.5 mL of NH 4 OH were added and stirred for 5 minutes. After adding 0.35 mL of tetraethoxysilane and stirring for 2 minutes, 0.15 mL of phenylethyltrimethoxysilane was added and stirred at room temperature for 1.5 hours, followed by further stirring in a water bath at 30° C. for 0.5 hours to shorten the reaction time. The solution was centrifuged and the solid was washed with 10 mL of ethanol, dried in vacuum for 3 hours or more, and dried in an oven at 85° C. for 2 hours to prepare 0.397 g of SPS * fluorescent powder.

상기에서 표면개질하여 제조한 PS* 및 SPS* 형광 분말이 반응 물질인 PS 및 SPS 분말보다 양이 적은 이유는, 제조한 PS* 및 SPS* 형광 분말이 표면의 페닐 유도체로 인해 강산 소수성을 갖게 되어 정전기 현상이 심해서 건조 및 수득량 측정 과정에서 일부 분말을 손실했기 때문이다.The reason why the PS * and SPS * fluorescent powders prepared by the surface modification described above has a smaller amount than the reactive materials PS and SPS powders is that the prepared PS * and SPS * fluorescent powders have strong acid hydrophobicity due to the phenyl derivative on the surface. This is because the static electricity was so severe that some powder was lost during drying and yield measurement.

상기에서 표면개질하여 제조한 PS* 및 SPS* 형광 분말의 양자효율은 23% 및 22%였고, UV 유무에 따른 실제 이미지와 형광 스펙트럼을 도 3 및 도 4에 나타냈다.The quantum efficiencies of the PS * and SPS * fluorescent powders prepared by the above surface modification were 23% and 22%, and actual images and fluorescence spectra with and without UV are shown in FIGS. 3 and 4 .

상기에서 PS* 및 SPS* 형광 분말의 분말 상태에서 측정한 양자효율이 다소 낮지만, 양자효율은 내포된 형광 나노입자의 농도 및 측정 방식에 따라 오차가 심하고, 이후 형광 필름과 발광 소자를 제조한 상태에서의 발광세기 및 광효율이 우수하므로 참고용으로 기록할 뿐이다.In the above, the quantum efficiency measured in the powder state of PS * and SPS * fluorescent powder is somewhat low, but the quantum efficiency has a large error depending on the concentration and measurement method of the contained fluorescent nanoparticles. Since the luminous intensity and luminous efficiency in the state are excellent, it is recorded only for reference.

실시예 2: 양자점 입자(Q) 및 나노구조 하이브리드 입자(SQ)를 내포하고 페닐 유도체가 결합된 형광분말(QSExample 2: Fluorescent powder (QS) containing quantum dot particles (Q) and nanostructured hybrid particles (SQ) and bound to a phenyl derivative (QS) ** 및 SQS and SQS ** ) 제조) Produce

제조예 3에서 합성한 QS 형광 분말 0.26 g을 에탄올/톨루엔(2/1) 혼합 용매 75 mL에 분산하였다. 상기 분산 용액에 증류수 0.45 mL, NH4OH 0.3 mL를 가하고 5분간 저어주었다. 테트라에톡시실란 0.21 mL를 가하고 2분간 저어준 후에 페닐에틸트리메톡시실란 0.09 mL를 가하고 1.5 시간 동안 실온에서 저어주고 이어서 30 ℃ 물중탕에서 0.5 시간 동안 더 저어주어 반응 시간을 단축하였다. 상기 용액을 원심분리하고 고체를 에탄올 10 mL로 씻어준 후에 3 시간 이상 진공건조하고, 85 ℃ 오븐에서 2 시간 더 건조하여 QS* 형광 분말 0.230 g을 제조였다. 0.26 g of the QS fluorescent powder synthesized in Preparation Example 3 was dispersed in 75 mL of an ethanol/toluene (2/1) mixed solvent. To the dispersion solution, 0.45 mL of distilled water and 0.3 mL of NH 4 OH were added and stirred for 5 minutes. 0.21 mL of tetraethoxysilane was added and stirred for 2 minutes, then 0.09 mL of phenylethyltrimethoxysilane was added, stirred at room temperature for 1.5 hours, and then stirred in a water bath at 30° C. for 0.5 hours to shorten the reaction time. The solution was centrifuged and the solid was washed with 10 mL of ethanol, dried under vacuum for 3 hours or more, and dried in an oven at 85° C. for 2 hours to prepare 0.230 g of QS * fluorescent powder.

SQS* 형광 분말을 제조하기 위해서는, 제조예 3에서 합성한 SQS 형광 분말 0.20 g을 에탄올/톨루엔(2/1) 혼합 용매 60 mL에 분산하였다. 상기 분산 용액에 증류수 0.36 mL, NH4OH 0.24 mL를 가하고 5분간 저어주었다. 테트라에톡시실란 0.168 mL를 가하고 2분간 저어준 후에 페닐에틸트리메톡시실란 0.072 mL를 가하고 1.5 시간 동안 실온에서 저어주고, 이어서 30 ℃ 물중탕에서 0.5 시간 동안 더 저어주어 반응 시간을 단축하였다. 상기 용액을 원심분리하고 고체를 에탄올 10 mL로 씻어준 후에 3 시간 이상 진공건조하고, 85 ℃ 오븐에서 2 시간 더 건조하여 SQS* 형광 분말 0.197 g을 제조하였다. To prepare the SQS * fluorescent powder, 0.20 g of the SQS fluorescent powder synthesized in Preparation Example 3 was dispersed in 60 mL of an ethanol/toluene (2/1) mixed solvent. 0.36 mL of distilled water and 0.24 mL of NH 4 OH were added to the dispersion solution and stirred for 5 minutes. After adding 0.168 mL of tetraethoxysilane and stirring for 2 minutes, 0.072 mL of phenylethyltrimethoxysilane was added, stirring at room temperature for 1.5 hours, and then stirring in a water bath at 30° C. for 0.5 hours to shorten the reaction time. The solution was centrifuged and the solid was washed with 10 mL of ethanol, dried in a vacuum for 3 hours or more, and dried in an oven at 85° C. for 2 hours to prepare 0.197 g of SQS * fluorescent powder.

상기에서 페닐 유도체를 결합하여 제조한 QS* 및 SQS* 형광 분말이 반응 물질인 QS 및 SQS 분말보다 양이 적은 이유는, 제조한 QS* 및 SQS* 형광 분말이 표면의 페닐 유도체로 인해 강산 소수성을 갖게 되어 정전기 현상이 심해서 건조 및 수득량 측정 과정에서 일부 분말을 손실했기 때문이다.The reason why the QS * and SQS * fluorescent powders prepared by combining phenyl derivatives in the above is less than the reactant QS and SQS powders is that the prepared QS * and SQS * fluorescent powders have strong acid hydrophobicity due to the phenyl derivative on the surface. This is because the static electricity was so severe that some powder was lost during drying and yield measurement.

상기에서 표면개질하여 제조한 QS* 및 SQS* 형광 분말의 양자효율은 93% 및 127%였고, UV 유무에 따른 실제 이미지와 형광 스펙트럼을 도 5 및 도 6에 나타냈다.The quantum efficiencies of the QS * and SQS * fluorescent powders prepared by surface modification were 93% and 127%, and actual images and fluorescence spectra with and without UV are shown in FIGS. 5 and 6 .

실시예 3: 페닐 유도체가 결합된 형광분말(PSExample 3: Phenyl derivative-conjugated fluorescent powder (PS ** 및 SPS and SPS ** )을 함유하는 형광 필름 제조) to prepare a fluorescent film containing

상기 실시예 1에서 제조한 PS* 및 SPS* 형광분말을 함유하는 폴리머 필름을 아래와 같이 제작하였다. A polymer film containing the PS * and SPS * fluorescent powders prepared in Example 1 was prepared as follows.

상기 PS* 및 SPS* 형광분말을 각각 실리콘 레진 OE6630 A/B(1/4) 혼합물과 100:8의 무게비로 함께 섞어서 기포를 제거하였다. 1.5 cm ⅹ 1.5 cm 면적의 슬라이드 글라스 위에 상기 기포를 제거한 혼합물을 일정량씩 올려 평평하게 만들었다. 이 후 모든 시편을 85 ℃ 오븐에서 1 시간, 그리고 120 ℃로 올려서 1 시간 동안 열경화하여 형광 필름을 제조하였다. The PS * and SPS * fluorescent powders were mixed together with a silicone resin OE6630 A/B (1/4) mixture in a weight ratio of 100:8, respectively, to remove air bubbles. On a slide glass having an area of 1.5 cm × 1.5 cm, a predetermined amount of the mixture from which the air bubbles were removed was placed on a glass slide to make it flat. After that, all the specimens were heated in an oven at 85° C. for 1 hour, and heated to 120° C. for 1 hour to prepare a fluorescent film.

상기 경화 조건은 후술하는 실시예 4에서 백색 LED를 제조하는 조건과 일치하므로, 안정성 평가 결과를 서로 상보적으로 참조할 수 있다.Since the curing conditions coincide with the conditions for manufacturing the white LED in Example 4 to be described later, the stability evaluation results may be complementary to each other.

비교예 3: 페닐 유도체가 없는 형광분말(PS 및 SPS)을 함유하는 형광 필름 제조Comparative Example 3: Preparation of Fluorescent Film Containing Phenyl Derivative-Free Fluorescent Powders (PS and SPS)

제조예 2에서 준비한 PS 및 SPS 형광 분말을 각각 실리콘 레진 OE6630 A/B(1/4) 혼합물과 100:3의 무게비로 섞은 것을 제외하고 나머지는 실시예 3과 동일하게 각각의 형광 필름을 제조하였다. Each fluorescent film was prepared in the same manner as in Example 3 except that the PS and SPS fluorescent powders prepared in Preparation Example 2 were mixed with the silicone resin OE6630 A/B (1/4) mixture in a weight ratio of 100:3, respectively. .

참고로 실시예 3과 동일하게, PS 및 SPS 형광 분말을 각각 실리콘 레진 OE6630 A/B(1/4) 혼합물과 100:8의 무게비로 섞어서 열경화를 진행하면 경화가 제대로 진행되지 않고 불투명하며 불균일한 물질이 되어 비교 평가가 불가능했다.For reference, in the same manner as in Example 3, when PS and SPS fluorescent powders are mixed with a silicone resin OE6630 A/B (1/4) mixture in a weight ratio of 100:8, respectively, and thermal curing is performed, curing does not proceed properly and is opaque and non-uniform. As a single material, comparative evaluation was impossible.

비교예 4: 페로브스카이트 양자점 입자(P)를 그대로 사용한 형광 필름 제조Comparative Example 4: Preparation of a fluorescent film using perovskite quantum dot particles (P) as it is

참고용으로 P 용액을 PS 보다 2배 진한 몰비로 넣고 OE6630 A/B(1/4)와 섞어서 용매와 기포를 제거한 것을 제외하고는, 제조예 3과 동일하게 필름을 제조하였다. For reference, a film was prepared in the same manner as in Preparation Example 3, except that the P solution was added at a molar ratio twice thicker than PS and mixed with OE6630 A/B (1/4) to remove the solvent and air bubbles.

실시예 3 및 비교예 3에서 PS*, SPS* 및 PS, SPS를 넣어 제조한 형광 필름은 열처리 후에 보면 녹색 형광을 내고 있는데 반해, 비교예 4의 페로브스카이트 양자점(P) 용액을 직접 넣어 제조한 필름은 형광이 거의 소멸되어 사용할 수 없는 상태였다(도 8 및 도 9의 사진에서 P 필름 참고). 형광 필름 제조시 페로브스카이트 양자점을 그대로 사용하기에는 열에 대한 안정성이 매우 취약함을 알 수 있었으므로, 양자점(P)만을 포함하는 필름에 대해서는 더 이상의 안정성 조사를 진행하지 않았다. 또, 비교예 3에서 PS 및 SPS 형광분말을 넣어 제조한 형광 필름은 친수성을 갖는 것이 특성이므로 비교를 위해 수분에 대한 안정성 조사만을 실시하였다.In Example 3 and Comparative Example 3, the fluorescent films prepared by putting PS * , SPS * and PS, SPS emitted green fluorescence after heat treatment, whereas the perovskite quantum dot (P) solution of Comparative Example 4 was directly added The prepared film was in an unusable state because fluorescence was almost extinguished (see P film in the photos of FIGS. 8 and 9). Since it was found that the stability to heat was very weak to use the perovskite quantum dots as they are in the manufacture of the fluorescent film, further stability studies were not conducted on the film containing only the quantum dots (P). In addition, since the fluorescent film prepared by adding PS and SPS fluorescent powder in Comparative Example 3 has a hydrophilic property, only stability to moisture was investigated for comparison.

한편, 실시예 3에서 PS* 및 SPS* 형광분말을 넣어 제조한 형광 필름에 대해서 아래와 같이 수분, UV, 열에 대한 안정성 조사를 실시하였다. 이하 PS*, SPS* 및 PS, SPS를 넣어 제조한 형광 필름을 편리하게 PS*, SPS* 필름 및 PS, SPS 필름이라 명명하기로 한다.On the other hand, in Example 3, the fluorescent film prepared by adding PS * and SPS * fluorescent powder was investigated for stability against moisture, UV, and heat as follows. Hereinafter, PS * , SPS * and the fluorescent film prepared by putting PS and SPS will be conveniently referred to as PS * , SPS * film and PS, SPS film.

평가예 1: 형광 필름의 수분, UV, 열에 대한 안정성 평가Evaluation Example 1: Evaluation of the stability of fluorescent films against moisture, UV, and heat

(1) 수분에 대한 안정성 평가(1) Stability evaluation against moisture

수분에 대한 안정성을 평가하기 위하여 먼저 비교예 3의 PS, SPS 필름이 부착된 슬라이드 글라스 세트를 물에 잠기게 한 후, 시간에 따라 UV를 비추면서 육안으로 관찰한 결과를 사진으로 찍어 도 7a에 나타내었다.In order to evaluate the stability against moisture, first, the slide glass set to which the PS and SPS films of Comparative Example 3 are attached is immersed in water, and then the results of observation with the naked eye while irradiating UV over time are photographed as shown in FIG. 7a. indicated.

도 7a에서 보는 바와 같이, 육안으로 관찰할 때 비교예 3의 PS, SPS 필름이 처음 4 시간 동안은 안정한 거동을 보이다가, 8 시간부터는 PS가 먼저 형광을 잃기 시작했고, 1일 뒤에는 PS, SPS 필름 모두 눈에 뜨이게 형광이 감소하였다.As shown in FIG. 7a, when observed with the naked eye, the PS and SPS films of Comparative Example 3 showed stable behavior for the first 4 hours, but after 8 hours, PS first started to lose fluorescence, and after 1 day, PS, SPS The fluorescence decreased noticeably in both films.

한편, 실시예 3의 PS*, SPS* 필름은 물 속에 잠긴 채로 하루가 지나도 전혀 형광 감소를 육안으로 관찰할 수 없었다. 따라서 필름을 꺼내어 형광 스펙트럼을 측정하고 다시 물 속에 잠기게 하면서 16일까지 관찰하였다. 시간에 따라 각각의 형광 피크 면적을 구하여 최초 시간의 형광 피크 면적으로 나누어 시간에 따른 형광 세기 변화를 측정하고, 그 결과를 도 7b에 나타냈다. 도 7b에서 보는 바와 같이, 실시예 3의 PS*, SPS* 필름(도 7b)이 비교예 3의 PS, SPS 필름(도 7a)과 비교할 수 없을 만큼 안정한 거동을 보였을 뿐만 아니라, 오히려 형광 세기가 물 속에 잠기기 전보다 10 내지 20% 증가하는 놀라운 거동을 나타내었다.On the other hand, the PS * , SPS * film of Example 3 could not visually observe any decrease in fluorescence even after one day while submerged in water. Therefore, the film was taken out, the fluorescence spectrum was measured, and it was observed until the 16th day while submerged in water again. Each fluorescence peak area was obtained over time and divided by the fluorescence peak area of the first time to measure the change in fluorescence intensity over time, and the results are shown in FIG. 7B . As shown in Fig. 7b, the PS * , SPS * film of Example 3 (Fig. 7b) not only showed incomparably stable behavior with the PS and SPS films of Comparative Example 3 (Fig. 7a), but rather the fluorescence intensity It showed surprising behavior, which increased by 10 to 20% compared to before submersion.

(2) UV에 대한 안정성 평가(2) Stability evaluation against UV

UV에 대한 안정성을 평가하기 위하여 실시예 3의 PS*, SPS* 필름 1 개 세트를 5 cm 거리에 6 W의 UV(365 nm)를 켜놓고 시간에 따른 형광 스펙트럼을 측정하였다. 시간에 따라 각각의 형광 피크 면적을 구하여 최초 시간의 형광 피크 면적으로 나누어 시간에 따른 형광 세기 변화를 측정하고, 그 결과를 도 8에 나타내었다. 최초의 형광 사진과 134 시간 후의 형광 사진도 도 8에 함께 나타내었다.In order to evaluate the stability to UV, the PS * , SPS * film set of Example 3 was turned on at a distance of 5 cm with 6 W UV (365 nm) on and the fluorescence spectrum was measured over time. Each fluorescence peak area was obtained over time and divided by the fluorescence peak area of the first time to measure the change in fluorescence intensity over time, and the results are shown in FIG. 8 . The first fluorescence photograph and the fluorescence photograph after 134 hours are also shown in FIG. 8 .

도 8에서 보는 바와 같이, 134 시간 동안 PS*와 SPS* 필름 모두 발광세기가 오차 범위 내에서 별다른 변화를 보이지 않았다. As shown in FIG. 8 , both the PS * and SPS * films showed no significant change in luminescence intensity within the error range for 134 hours.

(3) 열에 대한 안정성 평가(3) thermal stability evaluation

열에 대한 안정성을 평가하기 위하여 실시예 3의 PS*와 SPS* 필름 1 개 세트를 미리 85 ℃로 가열한 오븐에 넣고, 134 시간까지 시간에 따른 형광 스펙트럼을 측정하였다. 134 시간이 지난 후부터는 상기 필름을 어두운 실온에 17일까지 보관하면서 날짜에 따른 형광 스펙트럼을 측정하였다. 각각의 형광 피크 면적을 구하여 최초 시간의 형광 피크 면적으로 나누어 시간에 따른 형광 세기 변화를 측정하고, 그 결과를 형광 사진과 함께 도 9에 나타냈다. 도 9의 그래프에서 물결 무늬 왼쪽은 85 ℃ 열에 대한 형광세기 변화를 평가한 것이고, 오른쪽은 85 ℃에서 134 시간 동안 평가를 했던 상기 필름을 실온에 보관하면서 다시 형광 특성을 회복하는 성능을 평가한 것이다. In order to evaluate the stability to heat, a set of PS * and SPS * films of Example 3 were placed in an oven heated to 85° C. in advance, and fluorescence spectra were measured over time up to 134 hours. After 134 hours, the film was stored at dark room temperature for up to 17 days, and fluorescence spectra were measured according to the date. Each fluorescence peak area was obtained and divided by the fluorescence peak area of the initial time to measure the change in fluorescence intensity over time, and the results are shown in FIG. 9 together with a fluorescence photograph. In the graph of FIG. 9, the left side of the wave pattern evaluates the change in fluorescence intensity with respect to heat at 85 °C, and the right side evaluates the performance of recovering the fluorescence properties while keeping the film evaluated at 85 °C for 134 hours at room temperature. .

도 9에서 보는 바와 같이, PS*와 SPS* 필름 모두 형광세기가 시간에 따라 감소하는 유사한 거동을 나타냈다. 134 시간 후에 실시예 3의 PS* 필름은 최초 형광세기의 52%를, SPS* 필름은 최초 형광세기의 42%를 유지하였는데, 흥미롭게도 상기 필름들을 실온에 보관하면 17일 후에 PS* 필름은 최초 형광세기의 87%를, SPS* 필름은 최초 형광세기의 72%를 회복하였다. 그 동안의 경험으로 보아 1 개월까지는 형광 세기가 꾸준히 회복될 것으로 예측된다. 두 필름 모두 상당히 우수한 열안정성을 나타낸다고 할 수 있다. As shown in FIG. 9 , both PS * and SPS * films showed similar behavior in which the fluorescence intensity decreased with time. After 134 hours, the PS * film of Example 3 maintained 52% of the original fluorescence intensity and the SPS * film maintained 42% of the original fluorescence intensity. Interestingly, if the films were stored at room temperature, the PS * film after 17 days 87% of the fluorescence intensity and the SPS * film recovered 72% of the original fluorescence intensity. Based on the experience so far, it is predicted that the fluorescence intensity will recover steadily for up to one month. It can be said that both films exhibit very good thermal stability.

실시예 4: 페닐 유도체가 결합된 형광분말(PSExample 4: Fluorescent powder to which a phenyl derivative is bound (PS) ** , QS, QS ** set 및 SPS set and SPS ** , SQS, SQS ** set)을 함유하는 백색 LED 제조 white LED manufacturing containing set)

상기 실시예 1 및 실시예 2에서 제조한 녹색 PS* 및 적색 QS* 형광분말 세트와 녹색 SPS* 및 적색 SQS* 형광분말 세트를 각각 실리콘 레진과 함께 섞어서 청색 LED 칩 (동부 LED Ltd., AL051) 위에 올려서 아래와 같이 백색 LED를 제작하였다.The green PS * and red QS * fluorescent powder sets and the green SPS * and red SQS * fluorescent powder sets prepared in Examples 1 and 2 were mixed with a silicone resin, respectively, and a blue LED chip (East LED Ltd., AL051) It was placed on top to produce a white LED as shown below.

상기 녹색 PS* 및 적색 QS* 형광분말을 각각 실리콘 레진 OE6630 A/B(1/4) 혼합물과 16:5:200(녹색:적색:레진)의 무게비로 섞어서 진공을 연결하여 기포를 제거한 후에 상기 청색 LED 칩의 컵 구조 안에 볼록하게 채워 넣었다. 상기 녹색 SPS* 및 적색 SQS* 형광분말도 상기와 똑같은 무게비와 방법으로 상기 청색 LED 칩의 컵 구조 안에 볼록하게 채워 넣었다. 이 후 모든 LED 칩을 85 ℃ 오븐에서 1 시간, 그리고 120 ℃로 올려서 1 시간 동안 열경화하여 백색 LED를 제작하였다.The green PS * and red QS * fluorescent powders were mixed with a silicone resin OE6630 A/B (1/4) mixture in a weight ratio of 16:5:200 (green:red:resin), respectively, and vacuum was connected to remove air bubbles. It is convexly filled in the cup structure of the blue LED chip. The green SPS * and red SQS * fluorescent powders were also convexly filled in the cup structure of the blue LED chip in the same weight ratio and method as above. After that, all the LED chips were heated in an oven at 85° C. for 1 hour, and then heated to 120° C. for 1 hour to prepare a white LED.

상기에서 백색 LED를 만들기 위한 녹색 형광분말 : 적색 형광분말 : 실리콘 레진의 무게비를 찾기 위해 여러 가지 비율을 시도하였으며, 당해 발명에서는 최적의 조건만을 기록하였다.In the above, various ratios were tried to find the weight ratio of green fluorescent powder: red fluorescent powder: silicone resin for making a white LED, and only the optimal conditions were recorded in the present invention.

비교예 4: 표면개질 전의 형광분말(PS, QS set 및 SPS, SQS set)을 함유하는 백색 LED 제조Comparative Example 4: Preparation of white LED containing fluorescent powder (PS, QS set and SPS, SQS set) before surface modification

제조예 2 및 3에서 준비한 형광분말(PS, QS set 및 SPS, SQS set)을 실리콘 레진과 섞어서 청색 LED 위에 올려 백색광을 만들려고 시도하였으나, 백색광에 가까운 16:5:200 (녹색 형광분말 : 적색 형광분말 : 실리콘 레진) 무게비의 형광분말 농도에서는 경화가 완료되지 않고, 불투명하며, 울퉁불퉁한 LED 칩이 제작되어 평가할 가치가 없다고 판단되었다.An attempt was made to make white light by mixing the fluorescent powders (PS, QS set, and SPS, SQS set) prepared in Preparation Examples 2 and 3 and putting them on a blue LED, but 16:5:200 (green fluorescent powder: red) At the fluorescent powder concentration of the fluorescent powder: silicone resin) weight ratio, curing was not completed, and an opaque and uneven LED chip was produced, which was judged not to be evaluated.

평가예 2: 제조한 백색 LED의 장기 안정성, 인가 전류, 및 구동 시간에 대한 안정성 평가Evaluation Example 2: Stability evaluation of the manufactured white LED for long-term stability, applied current, and driving time

(1) 장기 안정성에 대한 안정성 평가(1) Stability evaluation for long-term stability

실시예 4에서 녹색 PS* 및 적색 QS* 형광분말 세트를 사용하여 제작한 백색 LED를 전광속 측정장비(LEOS OPI 100)에 연결하고 20 mA의 전류를 흘려주면서 electroluminescence (EL) 스펙트럼과 광효율(luminous efficacy)을 측정하였다. 제작 후 실온에 보관하면서 4개월간의 추이를 측정하여 EL 스펙트럼 변화, 색좌표 변화, 그리고 전류 on/off 시의 사진과 함께 도 10에 나타내었다. In Example 4, the white LED manufactured using the green PS * and red QS * fluorescent powder set was connected to a total luminous flux measuring device (LEOS OPI 100) and an electroluminescence (EL) spectrum and luminous efficiency (luminous) spectrum were applied while a current of 20 mA was passed. efficacy) was measured. After production, the trend was measured for 4 months while stored at room temperature, and it is shown in FIG.

열경화 후 실온에 보관하면서 1개월까지는 EL이 크게 증가하고 그 후에는 소소한 증가를 보이다가 안정되었고, 이에 따라 색좌표는 중심의 백색광으로 옮겨갔다. 형광체는 일반 불빛에서 노란색을 띠다가 전류를 인가하면 백색광을 내었고, 20 mA, 2.71 V에서 측정된 최고 광효율은 43.2 lm/W였다.After heat curing and storing at room temperature, the EL increased significantly for up to 1 month, then showed a slight increase and then stabilized, and the color coordinates shifted to the central white light. The phosphor had a yellow color under normal light and emitted white light when an electric current was applied, and the highest luminous efficiency measured at 20 mA and 2.71 V was 43.2 lm/W.

마찬가지로 실시예 4에서 녹색 SPS* 및 적색 SQS* 형광분말 세트를 사용하여 제작한 백색 LED를 상기의 백색 LED와 동일하게 실온에 보관하면서 4개월간의 EL 스펙트럼 변화를 측정하여 도 11에 나타내었다.Similarly, in Example 4, the white LED prepared using the green SPS * and the red SQS * fluorescent powder set was stored at room temperature in the same manner as the above white LED, and the EL spectrum change for 4 months was measured and shown in FIG. 11 .

열경화 후 실온에 보관하면서 1개월까지는 EL이 크게 증가하고 그 후에는 소소한 증가를 보이다가 안정되었다. 20 mA, 2.55 V에서 측정된 최고 광효율은 34.7 lm/W였다.After heat curing and storage at room temperature, the EL increased significantly for up to 1 month, and then showed a slight increase and then stabilized. The highest luminous efficiency measured at 20 mA and 2.55 V was 34.7 lm/W.

따라서 백색 LED 제작 후, 1개월 정도 후에 사용하면 최상의 조건에서 작동하게 될 것으로 판단된다. 또한, PS* 및 QS* 형광분말 세트를 사용하여 제작한 백색 LED의 광효율 값(43.2 lm/W)이 SPS* 및 SQS* 형광분말 세트를 사용하여 제작한 백색 LED의 광효율 값(34.7 lm/W)보다 우수하므로 아래의 인가 전류 및 구동 시간에 대한 안정성 평가는 PS* 및 QS* 형광분말 세트를 사용하여 제작한 백색 LED에 한하여 실시하였다.Therefore, it is judged that the white LED will be operated under the best conditions if used about one month after production. In addition, the luminous efficiency value (43.2 lm/W) of the white LED produced using the PS * and QS * fluorescent powder sets is the luminous efficiency value (34.7 lm/W) of the white LED produced using the SPS * and SQS * fluorescent powder sets. ), the stability evaluation for the applied current and driving time below was performed only for white LEDs manufactured using PS * and QS * fluorescent powder sets.

(2) 인가 전류에 대한 안정성 평가(2) Stability evaluation for applied current

실시예 4에서 녹색 PS* 및 적색 QS* 형광분말 세트를 사용하여 제작한 백색 LED를 전광속 측정장비(LEOS OPI 100)에 연결하고 10 mA부터 100 mA의 전류를 인가하면서 electroluminescence (EL) 스펙트럼과 광효율(luminous efficacy)을 측정하였다. EL 스펙트럼을 도 12에 나타내었고, 10, 20, 40, 60, 80, 100 mA를 인가하였을 때 대응되는 광효율은 각각 41.2, 40.1, 37.4, 34.8, 32.7, 30.9 lm/W였다. 제작한 백색 LED가 인가 전류를 변화할 때 이에 대응되는 안정한 광특성을 나타내는 것을 확인하였다. In Example 4, the white LED manufactured using the green PS * and red QS * fluorescent powder set was connected to a total luminous flux measuring instrument (LEOS OPI 100) and an electroluminescence (EL) spectrum was obtained while applying a current from 10 mA to 100 mA. Luminous efficacy was measured. The EL spectrum is shown in FIG. 12, and when 10, 20, 40, 60, 80, and 100 mA were applied, the corresponding luminous efficiencies were 41.2, 40.1, 37.4, 34.8, 32.7, and 30.9 lm/W, respectively. It was confirmed that the manufactured white LED exhibited stable optical characteristics corresponding to the change in applied current.

(3) 구동 시간에 대한 안정성 평가(3) Stability evaluation for running time

실시예 4에서 녹색 PS* 및 적색 QS* 형광분말 세트를 사용하여 제작한 백색 LED를 전광속 측정장비(LEOS OPI 100)에 연결하고 20 mA의 전류를 지속적으로 흘려주면서 electroluminescence (EL) 스펙트럼과 광효율(luminous efficacy)을 측정하여 도 13a 및 도 13b에 나타내었다. 초반에 광효율이 감소하는 것은 일반적인 현상이며, 2일간 계속 구동되는 동안 약간의 감소를 보이다가 안정화되었는데, 상당히 고무적인 결과이다. 광효율이 감소하는 것은, EL 스펙트럼에서 볼 때, 녹색 PS * 형광분말의 형광 감소에서 기인한 것이며, LED를 장시간 구동할 때 발생하는 열에 의해 형광분말의 안정성이 일부 감소했기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 현재까지 보고된 예중에 가장 안정한 것으로 평가된다. 평가예 1에서 PS* 및 SPS* 형광필름이 수분이나 UV에 대한 안정성은 매우 우수했으나, 열안정성은 약간 감소했다가 실온에 두면 상당히 회복되는 것으로 보아 백색 LED도 비슷한 특성을 보일 것으로 예측된다.In Example 4, the white LED manufactured by using the green PS * and red QS * fluorescent powder set was connected to a total luminous flux measuring device (LEOS OPI 100) and an electroluminescence (EL) spectrum and light efficiency while continuously flowing a current of 20 mA (luminous efficacy) was measured and shown in FIGS. 13a and 13b. A decrease in luminous efficiency at the beginning is a common phenomenon, and it stabilized after showing a slight decrease during continuous operation for 2 days, which is a very encouraging result. The decrease in luminous efficiency is, as seen in the EL spectrum, green PS * This is due to the decrease in the fluorescence of the fluorescent powder, and the stability of the fluorescent powder is partially reduced due to the heat generated when the LED is driven for a long time. Nevertheless, it is evaluated as the most stable among the examples reported to date. In Evaluation Example 1, the PS * and SPS * fluorescent films had very good stability to moisture or UV, but the thermal stability was slightly decreased and recovered considerably when left at room temperature, so it is expected that the white LED will also show similar characteristics.

이상의 평가 결과로 보아, 본 발명의 페닐 유도체가 결합된 형광 소재가 지금까지 보고된 페로브스카이트 양자점을 포함한 무기고분자 입자의 경우보다 안정성이 월등히 우수한 형광 필름과 발광소자를 제공한다.As a result of the above evaluation, the fluorescent material to which the phenyl derivative of the present invention is bonded provides a fluorescent film and a light emitting device having significantly superior stability than the case of inorganic polymer particles including perovskite quantum dots reported so far.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.In the above, a preferred embodiment according to the present invention has been described with reference to the drawings and examples, but this is merely an example, and various modifications and equivalent other embodiments are possible by those skilled in the art. will be able to understand Accordingly, the protection scope of the present invention should be defined by the appended claims.

P: 페로브스카이트 양자점
Q: CdSe/ZnS 코어/쉘 양자점
S: 나노구조의 소수성 실리카 입자
SP: 나노구조의 소수성 실리카 입자와 페로브스카이트 양자점들의 하이브리드 입자
SQ: 나노구조의 소수성 실리카 입자와 CdSe/ZnS 코어/쉘 양자점들의 하이브리드 입자
SPS: SP들이 내포된 실리카 형광분말
SQS: SQ들이 내포된 실리카 형광분말
SPS*: SP들이 내포된 실리카 표면에 페닐 유도체가 결합된 형광분말
SQS*: SQ들이 내포된 실리카 표면에 페닐 유도체가 결합된 형광분말
PS: P들이 직접 내포된 실리카 형광분말
QS: Q들이 직접 내포된 실리카 형광분말
10: 페로브스카이트 양자점
11: 소수성 실리카 기저입자
20: 무기 고분자 매트릭스 (실리카, 알루미나, 또는 이 둘의 화합물)
30: 극미세 기공 네트워크 채널
P: perovskite quantum dots
Q: CdSe/ZnS core/shell quantum dots
S: Nanostructured hydrophobic silica particles
SP: Hybrid particles of nanostructured hydrophobic silica particles and perovskite quantum dots
SQ: Nanostructured hydrophobic silica particles and hybrid particles of CdSe/ZnS core/shell quantum dots
SPS: Silica Fluorescent Powder with SPs
SQS: Silica Fluorescent Powder with SQs
SPS * : Fluorescent powder in which a phenyl derivative is bound to the surface of silica containing SPs
SQS * : Fluorescent powder in which a phenyl derivative is bound to the surface of silica containing SQs
PS: Silica fluorescent powder directly containing Ps
QS: Silica Fluorescent Powder with Directly Embedded Qs
10: perovskite quantum dots
11: Hydrophobic silica base particles
20: Inorganic polymer matrix (silica, alumina, or a combination of both)
30: micropore network channel

Claims (22)

무기 고분자 매트릭스;
상기 무기 고분자 매트릭스 내에 내포된(embedded) 소수성의 형광 나노입자; 및
상기 무기 고분자 매트릭스 표면에 결합한 페닐 유도체;
를 포함하는 형광 소재.
inorganic polymer matrix;
hydrophobic fluorescent nanoparticles embedded in the inorganic polymer matrix; and
a phenyl derivative bound to the surface of the inorganic polymer matrix;
Fluorescent material containing.
제1항에 있어서,
상기 무기 고분자 매트릭스 표면에 결합한 페닐 유도체는 탄소수 1 내지 6개의 탄화수소 사슬에 의해 연결된 페닐기를 포함하는 형광 소재.
According to claim 1,
The phenyl derivative bonded to the surface of the inorganic polymer matrix comprises a phenyl group connected by a hydrocarbon chain having 1 to 6 carbon atoms.
제1항에 있어서,
상기 페닐 유도체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 형광 소재:
<화학식 1>
R1Si(OR2)3
상기 식에서, R1은 페닐기가 결합된 탄소수 1-6의 알킬기이고, R2는 탄소수 1-4의 알킬기이다.
According to claim 1,
The phenyl derivative is a fluorescent material comprising a compound represented by the following formula (1):
<Formula 1>
R 1 Si(OR 2 ) 3
In the above formula, R 1 is an alkyl group having 1-6 carbon atoms to which a phenyl group is bonded, and R 2 is an alkyl group having 1-4 carbon atoms.
제1항에 있어서,
상기 무기 고분자 매트릭스 표면에 결합된 상기 페닐 유도체가, 상기 무기 고분자 매트릭스에 존재하는 극미세 기공 네트워크 채널을 막아 상기 형광 나노입자를 보호하고, 상기 무기 고분자 매트릭스 표면이 소수성을 띠게 되는 형광 소재.
The method of claim 1,
A fluorescent material in which the phenyl derivative bound to the surface of the inorganic polymer matrix blocks the micropore network channels present in the inorganic polymer matrix to protect the fluorescent nanoparticles, and the surface of the inorganic polymer matrix becomes hydrophobic.
제1항에 있어서,
상기 무기 고분자 매트릭스 내에, 표면에 요철 구조의 나노패턴이 형성된 소수성의 기저 입자를 더 포함하는 형광 소재.
According to claim 1,
In the inorganic polymer matrix, the fluorescent material further comprising hydrophobic basal particles having a nano-pattern of a concave-convex structure on the surface.
제5항에 있어서,
상기 소수성의 형광 나노입자의 적어도 일부가 상기 기저 입자 표면의 요철 구조의 오목한 부분에 배치되어 하이브리드 입자를 형성하는 형광 소재.
6. The method of claim 5,
At least a portion of the hydrophobic fluorescent nanoparticles is disposed in a concave portion of the concave-convex structure of the surface of the base particle to form a hybrid particle.
제6항에 있어서,
상기 기저 입자의 표면에 제1 소수성 작용기 또는 리간드를 포함하고, 상기 형광 나노입자의 표면에 제2 소수성 작용기 또는 리간드를 포함하며, 상기 기저 입자 표면의 제1 소수성 작용기 또는 리간드와 상기 형광 나노입자 표면의 제2 소수성 작용기 또는 소수성 리간드 사이에 물리적 결합이 형성된 것인 형광 소재.
7. The method of claim 6,
A first hydrophobic functional group or ligand is included on the surface of the basal particle, a second hydrophobic functional group or ligand is included on the surface of the fluorescent nanoparticle, and the first hydrophobic functional group or ligand on the surface of the basal particle and the surface of the fluorescent nanoparticle A fluorescent material in which a physical bond is formed between the second hydrophobic functional group or the hydrophobic ligand.
제7항에 있어서,
상기 제1 소수성 작용기 또는 리간드 및 상기 제2 소수성 작용기 또는 리간드는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 20의 탄화수소 사슬을 포함하는 형광 소재.
8. The method of claim 7,
The first hydrophobic functional group or ligand and the second hydrophobic functional group or ligand each independently include a hydrocarbon chain having 6 to 20 carbon atoms.
제5항에 있어서,
상기 기저 입자는 실리카, 알루미나 또는 이들의 조합을 포함하는 형광 소재.
6. The method of claim 5,
The base particle is a fluorescent material comprising silica, alumina, or a combination thereof.
제5항에 있어서,
상기 기저 입자의 평균입경이 50 nm 내지 200 nm인 형광 소재.
6. The method of claim 5,
A fluorescent material having an average particle diameter of the base particles of 50 nm to 200 nm.
제1항에 있어서,
상기 형광 나노입자는 페로브스카이트 나노결정, 반도체 나노결정, 무기 형광체, 형광 염료, 및 염료 도핑된 투명 금속 산화물로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 형광 소재.
The method of claim 1,
The fluorescent nanoparticles include at least one selected from perovskite nanocrystals, semiconductor nanocrystals, inorganic phosphors, fluorescent dyes, and dye-doped transparent metal oxides.
제1항에 있어서,
상기 형광 나노입자의 평균입경이 3 nm 내지 15 nm인 형광 소재.
The method of claim 1,
A fluorescent material having an average particle diameter of the fluorescent nanoparticles of 3 nm to 15 nm.
제1항에 있어서,
상기 무기 고분자 매트릭스는 실리카, 알루미나 또는 이들의 조합을 포함하는 형광 소재.
The method of claim 1,
The inorganic polymer matrix is a fluorescent material comprising silica, alumina, or a combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 형광 나노입자와 함께 Au, Ag, 이들의 합금, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 금속 나노입자를 더 포함하는 형광 소재.
The method of claim 1,
A fluorescent material further comprising metal nanoparticles including at least one selected from Au, Ag, alloys thereof, or a combination thereof together with the fluorescent nanoparticles.
제1항에 있어서,
상기 형광 소재가 분말 형태인 형광 소재.
According to claim 1,
A fluorescent material in which the fluorescent material is in the form of a powder.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 형광 소재 및 고분자를 포함하는 형광 필름.A fluorescent film comprising the fluorescent material according to any one of claims 1 to 15 and a polymer. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 형광 소재를 포함하는 발광소자.A light emitting device comprising the fluorescent material according to any one of claims 1 to 15. 제17항에 있어서,
상기 발광소자는 발광 다이오드(light-emitting diode), 발광 트랜지스터(light-emitting transistor), 레이저(laser) 및 편광(polarized) 발광 소자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 발광소자.
18. The method of claim 17,
The light emitting device is a light emitting device selected from the group consisting of a light emitting diode (light-emitting diode), a light emitting transistor (light-emitting transistor), a laser (laser), and a polarized (polarized) light emitting device.
무기 고분자 매트릭스에 내포된 소수성의 형광 나노입자를 포함하는 제1 형광분말을 알코올/톨루엔 혼합 용매에 분산하여 제 1 용액을 준비하는 단계;
상기 제 1 용액에 반응에 필요한 최소량의 물과 암모니아수를 추가하고 혼합하여 제 2 용액을 준비하는 단계: 및
상기 제 2 용액에 알콕시실란 전구체와 페닐 유도체가 결합된 알콕시실란 전구체를 시간간격을 두고 순차적으로 가하는 단계; 및
상기 혼합된 결과물을 반응시키는 단계;
를 포함하는 제1항에 따른 형광 소재의 제조방법.
preparing a first solution by dispersing a first fluorescent powder including hydrophobic fluorescent nanoparticles embedded in an inorganic polymer matrix in an alcohol/toluene mixed solvent;
Preparing a second solution by adding and mixing a minimum amount of water and ammonia water necessary for the reaction to the first solution: And
sequentially adding an alkoxysilane precursor in which an alkoxysilane precursor and a phenyl derivative are bonded to the second solution at a time interval; and
reacting the mixed product;
The method of manufacturing a fluorescent material according to claim 1, comprising a.
제19항에 있어서,
상기 제 1 용액은 표면에 요철 구조의 나노패턴이 형성된 소수성의 기저 입자를 더 포함하는 형광 소재의 제조방법.
20. The method of claim 19,
The method of manufacturing a fluorescent material, wherein the first solution further comprises hydrophobic base particles having a nanopattern having an uneven structure on the surface.
제19항에 있어서,
상기 제 2 용액에 알콕시실란을 먼저 가하고, 2 내지 5 분간 반응시킨 후에 페닐 유도체가 결합된 알콕시실란을 가하여 반응시킴으로써, 무기 고분자 매트릭스에 있는 1 내지 2 nm 크기의 극미세 기공 네트워크 채널이 페닐 유도체에 의해 막히게 하는 형광 소재의 제조방법.
20. The method of claim 19,
Alkoxysilane is first added to the second solution, and after reaction for 2 to 5 minutes, alkoxysilane to which a phenyl derivative is added is added and reacted, whereby 1 to 2 nm-sized ultra-fine pore network channels in the inorganic polymer matrix are formed in the phenyl derivative. A method for producing a fluorescent material that is blocked by
제19항에 있어서,
상기 반응 단계에서 얻은 결과물을 진공 건조 및 열 건조하는 단계를 더 포함하는 형광 소재의 제조방법.
20. The method of claim 19,
The method of manufacturing a fluorescent material further comprising vacuum drying and thermal drying the resultant obtained in the reaction step.
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