KR20220093953A

KR20220093953A - 코어쉘 양자점 및 이를 포함하는 전자 소자

Info

Publication number: KR20220093953A
Application number: KR1020200185149A
Authority: KR
Inventors: 원유호; 김회윤; 이정희; 장은주; 장효숙
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2022-07-05
Also published as: US11713418B2; US20220204844A1

Abstract

일 구현예에 따른 양자점은 아연, 텔루리움, 셀레늄, 및 황을 포함하는 코어쉘 양자점으로서, 발광 피크 파장이 600nm 이상이고, 효율이 50% 이상인 무카드뮴 적색 발광 양자점으로서, 표시 소자의 발광 요소 또는 전계발광소자의 발광층으로 유용하게 적용 가능하다.

Description

코어쉘 양자점 및 이를 포함하는 전자 소자{CORE SHELL QUANTUM DOT AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}

코어쉘 양자점 및 이를 포함하는 전자 소자에 관한 것이다.

나노 입자는 벌크물질과 달리 물질의 고유 특성이라 알려져 있는 물리적 특성(에너지 밴드갭, 녹는점 등)을 입자 크기에 따라 조절할 수 있다. 예를 들어, 양자점(quantum dot)이라고도 불리우는 반도체 나노 결정 입자는 수 나노 크기의 결정성 재료이며, 크기가 매우 작기 때문에 단위 부피당 표면적이 넓고, 양자 구속(quantum confinement) 효과를 나타내므로, 동일 조성의 벌크 물질의 특성과 다른 물성을 나타낼 수 있다. 양자점은 여기원(excitation source)으로부터 광을 흡수하여 에너지 여기 상태로 되고, 그의 에너지 밴드갭에 상응하는 에너지를 방출하게 된다.

일 구현예는 향상된 효율로 적색광을 방출하는 무카드뮴 적색 발광 양자점에 관한 것이다.

다른 구현예는 상기 무카드뮴 적색 발광 양자점을 포함하는 양자점-폴리머 복합체에 관한 것이다.

또 다른 구현예는 상기 양자점-폴리머 복합체를 포함하는 표시 소자에 관한 것이다.

또 다른 구현예는 상기 무카드뮴 적색 발광 양자점을 발광층에 포함하는 전계 발광 소자에 관한 것이다.

일 구현예에 따른 양자점은 아연, 텔루리움, 셀레늄, 및 황을 포함하는 코어쉘 양자점으로서, 발광 피크 파장이 600nm 이상이고, 효율이 50% 이상인 무카드뮴 적색 발광 양자점이다.

상기 양자점의 코어는 아연과 텔루리움을 포함한다.

상기 양자점의 쉘은 아연과 셀레늄을 포함한다.

상기 양자점의 쉘은 황을 더 포함할 수 있다.

상기 양자점의 쉘은 반경 방향으로 변화하는 조성을 가질 수 있다.

상기 양자점의 쉘은 상기 코어 바로 위에 배치되는 제1층 및 상기 제1층 위에 배치되는 제2층을 포함하고, 상기 제1층과 상기 제2층은 서로 다른 조성을 가지는 반도체 나노결정을 포함할 수 있다.

상기 제1층은 아연, 셀레늄, 및 선택에 따라 황을 포함하고, 상기 제2층은 아연 및 황을 포함한다.

상기 제2층은 상기 양자점의 최외각층이고, 상기 제2 층은 셀레늄을 포함하지 않는다.

상기 양자점 내 아연과 텔루리움의 몰비는 약 1:0.01 내지 1:0.1의 범위이다.

상기 양자점 내 아연과 셀레늄의 몰비는 약 1:0.2 내지 1:0.7의 범위이다.

상기 양자점의 아연과 황의 몰비는 약 1:0.1 내지 1:0.6의 범위이다.

상기 양자점의 평균 입경은 6 nm 이상이다.

상기 양자점의 쉘의 두께는 2 nm 이상이다.

상기 양자점의 발광 피크 파장의 반치폭은 60 nm 이하이다.

다른 일 구현예에 따른 양자점-폴리머 복합체는 폴리머 매트릭스; 및 상기 폴리머 매트릭스 내에 분산되어 있는 일 구현예에 따른 양자점을 포함한다.

상기 폴리머 매트릭스는 티올렌 수지, (메타)아크릴레이트계 폴리머, 우레탄계 수지, 에폭시계, 비닐계 폴리머, 실리콘 수지, 또는 이들의 조합을 포함한다.

또 다른 일 구현예에 따른 표시 소자는 광원 및 발광 요소를 포함하고, 상기 발광 요소는 일 구현예에 따른 양자점-폴리머 복합체를 포함하고, 상기 광원은 상기 발광 요소에 입사광을 제공하도록 구성된다.

또 다른 일 구현예에 따른 전계 발광 소자는 서로 마주보는 제1 전극과 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하고 복수개의 양자점들을 포함하는 양자점 발광층을 포함하되, 상기 복수개의 양자점들은 일 구현예에 따른 양자점을 포함한다.

상기 전계 발광 소자는 상기 제1 전극과 상기 양자점 발광층 사이, 상기 제2 전극과 상기 양자점 발광층 사이, 또는 상기 제1 전극과 상기 양자점 발광층 사이 및 상기 제2 전극과 상기 양자점 발광층 사이에 전하 보조층을 포함할 수 있다.

상기 전하 보조층은 전하 수송층, 전하 주입층, 또는 이들의 조합을 포함한다.

일 구현예에 따른 양자점은 적색광을 방출하는 양자점으로서, 높은 발광 효율을 나타내며, 발광 피크의 반치폭 또한 낮아서, 우수한 광학적 물성을 나타낼 수 있다. 이러한 양자점은 표시 소자의 색 변환층 또는 전계 발광 소자의 발광층에서 사용되어 고색재현 디스플레이를 구현할 수 있다. 또한, 생물학적 레이블링 (바이오센서, 바이오 이미징), 포토디텍터, 태양전지, 하이브리드 컴포지트 등에도 유리하게 사용될 수 있다.

도 1은 일 구현예에 따른 표시 소자의 분해도를 나타낸 것이다.
도 2a 및 도 2b는 다른 일 실시예에 따른 표시 소자의 모식적 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 또 다른 일 실시예에 따른 표시 소자의 모식적 단면도를 나타낸 것이다.
도 4는 일 구현예에 따른 전계 발광 장치의 모식적 단면도를 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1에 따른 양자점의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.

이후 설명하는 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 구현되는 형태는 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 할 수 있다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

이하에서 별도의 정의가 없는 한, "치환" 이란, 화합물 또는 해당 잔기가, 수소 대신, C1 내지 C30의 알킬기, C2 내지 C30의 알케닐기, C2 내지 C30의 알키닐기, C6 내지 C30의 아릴기, C7 내지 C30의 알킬아릴기, C1 내지 C30의 알콕시기, C1 내지 C30의 헤테로알킬기, C3 내지 C30의 헤테로알킬아릴기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C30의 사이클로알키닐기, C2 내지 C30의 헤테로사이클로알킬기, 할로겐(-F, -Cl, -Br 또는 -I), 히드록시기(-OH), 니트로기(-NO₂), 시아노기(-CN), 아미노기(-NRR' 여기서 R과 R'은 서로 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C6 알킬기임), 아지도기(-N₃), 아미디노기(-C(=NH)NH₂)), 히드라지노기(-NHNH₂), 히드라조노기(=N(NH₂)), 알데히드기(-C(=O)H), 카르바모일기(carbamoyl group, -C(O)NH₂), 티올기(-SH), 에스테르기(-C(=O)OR, 여기서 R은 C1 내지 C6 알킬기 또는 C6 내지 C12 아릴기임), 카르복실기(-COOH) 또는 그것의 염(-C(=O)OM, 여기서 M은 유기 또는 무기 양이온임), 술폰산기(-SO₃H) 또는 그것의 염(-SO₃M, 여기서 M은 유기 또는 무기 양이온임), 인산기(-PO₃H₂) 또는 그것의 염(-PO₃MH 또는 -PO₃M₂, 여기서 M은 유기 또는 무기 양이온임) 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.

여기서 탄화수소기라 함은, 탄소와 수소를 포함하는 기 (예컨대, 알킬, 알케닐, 알키닐, 또는 아릴기 등)을 말한다. 탄화수소기는, 알칸, 알켄, 알킨, 또는 아렌으로부터 1개 이상의 수소원자의 제거에 의해 형성되는 1가 이상의 기일 수 있다. 탄화 수소기에서 하나 이상의 메틸렌은 옥사이드 잔기, 카르보닐 잔기, 에스테르 잔기, -NH-, 또는 이들의 조합으로 대체될 수 있다.

여기서 알킬이라 함은, 선형 또는 측쇄형의 포화 1가 탄화수소기 (메틸, 에틸 헥실 등) 이다.

여기서 알케닐이라 함은, 1개 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 가지는 선형 또는 측쇄형의 1가의 탄화수소기를 말한다.

여기서 알키닐이라 함은, 1개 이상의 탄소-탄소 3중결합을 가지는 선형 또는 측쇄형의 1가의 탄화수소기를 말한다.

여기서, 아릴이라 함은, 방향족기로부터 하나 이상의 수소가 제거됨에 의해 형성되는 기 (예컨대, 페닐 또는 나프틸기)를 말한다.

여기서 헤테로라 함은, N, O, S, Si, P, 또는 이들의 조합일 수 있는 1 내지3개의 헤테로원자를 포함하는 것을 말한다.

본 명세서에서, "족(Group) "은 원소 주기율표의 족을 말한다.

반도체 나노결정 입자 (이하, 양자점이라고도 함)는 여기원으로부터 광을 흡수하여 그 에너지 밴드갭에 해당하는 광을 방출할 수 있다. 양자점의 에너지 밴드갭은 나노결정의 크기 및 조성에 따라 변화할 수 있다. 예컨대, 양자점은 크기가 증가할수록 좁은 에너지 밴드갭을 가질 수 있으며 발광 파장이 증가할 수 있다. 반도체 나노결정은 디스플레이 소자, 에너지 소자 또는 생체 발광 소자 등 다양한 분야에서 발광 소재로서 주목을 받고 있다.

실제 응용 가능한 수준의 발광 물성을 가지는 대다수의 양자점들은 카드뮴(Cd)에 기초한다. 카드뮴은 심각한 환경/보건 문제를 제기하며 다수의 국가들에서 유해물질 제한 지침(RoHS) 상 규제 대상 원소이다. 따라서, 예컨대, 전계 발광 소자에 적용되어 향상된 발광 특성을 가지면서 소망하는 파장의 광을 방출할 수 있는 무카드뮴 양자점 개발이 필요하다.

카드뮴이나 납(Pb) 등의 중금속을 포함하지 않으면서 적색 발광이 가능한 양자점으로서 인듐포스파이드(InP), 구리인듐설파이드(CuInS₂)계 양자점이 알려져 있다. InP 양자점의 경우 광특성이 우수하나 In은 희유 금속으로 언젠가는 대체가 필요할 수 있다. CuInS₂양자점의 경우, In을 포함하고 있을 뿐만 아니라 반치폭이 100nm 이상으로 커서, 디스플레이에 적용하기 어려운 문제가 있다. 따라서 새로운 조성의 고효율 적색 발광 양자점 개발이 필요하다.

일 구현예에 따른 양자점은 아연(Zn)과 텔루리움(Te), 셀레늄(Se), 및 황(S)을 포함하는 코어쉘 양자점으로서, 상기 쉘이 일정 두께 이상으로 균일하게 형성됨으로써, 카드뮴을 포함하지 않으면서도 높은 효율로 적색광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점은 아연과 텔루리움, 예컨대, 얼로이 형태의 아연텔루라이드(ZnTe)를 코어에 포함하는 ZnTe 기반 양자점으로서, 지금까지 ZnTe 기반의 양자점으로서 적색 광을 방출하면서 높은 발광 효율을 갖는 양자점은 알려져 있지 않았다.

상술한 바와 같이, 양자점의 발광 파장을 높이기 위해서는 양자점의 크기를 증가시켜야 하며, 이를 위해 양자점의 코어 위에 배치되는 쉘의 두께를 증가시키는 것을 고려할 수 있으나, 쉘의 두께를 증가시키면서도 균일한 형태로 쉘을 형성하기는 어려웠다. 예를 들어, 5 모노레이어 (ML) 이상의 두께로 쉘을 형성할 경우, 형성되는 쉘의 형태가 불균일해지면서 발광 효율이 급격히 감소하는 문제가 있었다. 즉, 증가된 쉘의 두께, 및 그에 따라 적색 광을 발광하면서도 높은 발광 효율을 가지는 무카드뮴 양자점을 제조하기는 어려웠다.

일 구현예에서는 아연, 텔루리움, 셀레늄, 및 황을 포함하는 코어쉘 양자점으로서, 발광 피크 파장이 600nm 이상이고, 효율이 50% 이상, 예를 들어, 51% 이상, 52% 이상, 53% 이상, 54% 이상, 55% 이상, 56% 이상, 57% 이상, 58% 이상, 59% 이상, 또는 60% 이상이며, 발광 피크 파장의 반치폭이 60 nm 이하인 고효율, 고색순도를 나타내는 무카드뮴 적색 발광 양자점을 제공한다.

일 실시예에서, 상기 양자점의 코어는 아연과 텔루리움을 포함할 수 있고, 예컨대, 상기 아연과 텔루리움을 얼로이 형태, 즉, ZnTe 형태의 반도체 나노결정으로서 포함할 수 있다.

선택에 따라, 상기 양자점의 코어는 아연과 텔루리움 외, 황, 및/또는 셀레늄을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 양자점의 코어는 아연과 텔루리움을 포함하는 반도체 나노결정을 포함할 수 있다.

상기 양자점의 쉘은 아연과 셀레늄을 포함할 수 있으며, 또한, 상기 쉘은 황을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 쉘은 아연과 셀레늄, 및 선택에 따라 황을 더 포함하는 반도체 나노결정을 포함할 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 상기 양자점의 쉘은 아연, 셀레늄, 및 황을 포함하고, 선택에 따라 텔루리움을 더 포함하는 반도체 나노결정을 포함할 수 있다.

상기 쉘은 상기 코어 바로 위에 배치되는 제1층, 및 상기 제1층 위에 배치되는 제2층을 포함하고, 상기 제1층과 상기 제2층은 서로 다른 조성을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 제1층은 아연, 셀레늄, 및 선택에 따라 황을 포함하고, 상기 제2층은 아연 및 황을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제2층은 양자점의 최외각 층일 수 있고, 이 때 상기 제2층은 셀레늄을 포함하지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제2 층은 아연과 황을 포함하는 반도체 나노결정으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2층은 아연과 황으로 이루어진 반도체 나노결정이 상기 제1층 위에 1 모노레이어 (Monolayer: ML) 이상 적층되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2층은 1 ML 이상, 2 ML 이상, 3 ML 이상의 두께로 형성될 수 있고, 이에 제한되지 않는다.

일 실시예에서, 상기 제1층은 아연과 셀레늄을 포함하는 반도체 나노결정을 포함하거나, 또는 아연, 셀레늄, 및 황을 포함하는 반도체 나노결정을 포함할 수 있다.

상기 제1층은 상기 반도체 나노결정들이 상기 코어 상에 6 모노레이어(Monolayer; ML) 이상, 예를 들어, 7 ML 이상, 8 ML 이상, 9 ML 이상, 10 ML 이상, 11 ML 이상, 12 ML 이상, 13 ML 이상, 14 ML 이상, 또는 15 ML 이상 적층된 다층으로 이루어질 수 있다.

상기 다층은 모두 동일한 조성으로 이루어지거나, 또는 상이한 조성을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 다층은 상기 양자점의 반경 방향으로 변화하는 조성을 가지는 그래디언트 얼로이를 포함할 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 상기 다층 내 셀레늄의 함량은 양자점의 코어로부터 양자점의 최외각 방향으로 갈수록 감소하는 농도 구배를 가지고, 상기 다층 내 황의 함량은 양자점의 코어로부터 양자점의 최외각 방향으로 갈수록 증가하는 농도 구배를 가질 수 있다.

일 구현예에 따른 양자점 내, 예컨대, 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광분석 (ICP-AES)에 의해 측정되는 아연과 텔루리움의 몰비는 약 1:0.01 내지 1:0.1의 범위, 예를 들어, 1: 0.012 내지 1:0.1, 1: 0.014 내지 1:0.1, 1: 0.016 내지 1:0.1, 1: 0.018 내지 1:0.1, 1: 0.020 내지 1:0.1, 1: 0.022 내지 1:0.1, 1: 0.024 내지 1:0.1, 1: 0.026 내지 1:0.1, 1: 0.028 내지 1:0.1, 1: 0.030 내지 1:0.1, 1: 0.032 내지 1:0.1, 1: 0.034 내지 1:0.1, 1: 0.036 내지 1:0.1, 1: 0.038 내지 1:0.1 나, 1: 0.040 내지 1:0.1, 1: 0.045 내지 1:0.1, 1: 0.050 내지 1:0.1, 1: 0.055 내지 1:0.1, 1: 0.060 내지 1:0.1, 1: 0.065 내지 1:0.1, 1: 0.070 내지 1:0.1, 1: 0.075 내지 1:0.1, 1: 0.080 내지 1:0.1, 1: 0.085 내지 1:0.1, 1: 0.090 내지 1:0.1, 1:0.095 내지 1:0.1의 범위이거나, 또는 1: 0.095 내지 1:0.01, 1: 0.090 내지 1:0.01, 1: 0.085 내지 1:0.01, 1: 0.080 내지 1:0.01, 1: 0.075 내지 1:0.01, 1: 0.070 내지 1:0.01, 1: 0.065 내지 1:0.01, 1: 0.060 내지 1:0.01, 1: 0.055 내지 1:0.01, 1: 0.050 내지 1:0.01, 1: 0.045 내지 1:0.01, 1: 0.040 내지 1:0.01, 1: 0.035 내지 1:0.01, 1: 0.035 내지 1:0.015, 1: 0.035 내지 1:0.02, 1: 0.030 내지 1:0.02, 1: 0.030 내지 1:0.025, 의 범위일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.

일 구현예에 따른 양자점에서 아연과 텔루리움의 몰비가 상기 범위에 있을 때, 상기 양자점은 600 nm 이상의 발광 피크 파장을 가지며, 높은 발광 효율을 나타낼 수 있다.

일 구현예에 따른 양자점 내, 예컨대, 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광분석 (ICP-AES)에 의해 측정되는 아연과 셀레늄의 몰비는 약 1:0.2 내지 1:0.7의 범위, 예를 들어, 1:0.25 내지 1:0.7, 1:0.30 내지 1:0.7, 1:0.35 내지 1:0.7, 1:0.40 내지 1:0.7, 1:0.45 내지 1:0.7, 1:0.46 내지 1:0.7, 1:0.47 내지 1:0.7, 1:0.48 내지 1:0.7, 1:0.49 내지 1:0.7, 1:0.50 내지 1:0.7, 1:0.51 내지 1:0.7, 1:0.52 내지 1:0.7, 1:0.53 내지 1:0.7, 1:0.54 내지 1:0.7, 1:0.55 내지 1:0.7, 1:0.60 내지 1:0.7, 1:0.65 내지 1:0.7의 범위이거나, 또는 1:0.65 내지 1:0.2, 1:0.60 내지 1:0.20, 1:0.55 내지 1:0.20, 1:0.50 내지 1:0.25, 1:0.45 내지 1:0.20, 1:0.45 내지 1:0.25, 1:0.45 내지 1:0.30, 1:0.45 내지 1:0.35, 1:0.45 내지 1:0.40, 1:0.40 내지 1:0.20, 1:0.40 내지 1:0.25, 1: 0.40 내지 1:0.30, 또는 1: 0.35 내지 1:0.30의 범위일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.

일 구현예에 따른 양자점에서 아연과 셀레늄의 몰비가 상기 범위에 있을 때, 상기 양자점은 600 nm 이상의 발광 피크 파장을 가지며, 높은 발광 효율 및 낮은 반치폭, 예를 들어, 약 60 nm 이하의 반치폭을 나타낼 수 있다.

일 구현예에 따른 양자점 내, 예컨대, 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광분석 (ICP-AES)에 의해 측정되는 아연과 황의 몰비는 약 1:0.1 내지 1:0.6의 범위, 예를 들어, 1: 0.15 내지 1:0.6, 1: 0.18 내지 1:0.6, 1: 0.2 내지 1:0.6, 1: 0.25 내지 1:0.6, 1: 0.28 내지 1:0.6, 1: 0.3 내지 1:0.6, 1: 0.35 내지 1:0.6, 1: 0.4 내지 1:0.6, 1: 0.45 내지 1:0.6, 1: 0.5 내지 1:0.6, 1: 0.55 내지 1:0.6, 또는 1: 0.59 내지 1:0.1, 1: 0.58 내지 1:0.1, 1: 0.57 내지 1:0.1, 1: 0.55 내지 1:0.1, 1: 0.50 내지 1:0.1, 1: 0.45 내지 1:0.1, 1: 0.40 내지 1:0.1, 1: 0.35 내지 1:0.1, 1: 0.33 내지 1:0.1, 1: 0.30 내지 1:0.1, 1: 0.25 내지 1:0.1, 1: 0.20 내지 1:0.1, 또는 1: 0.15 내지 1:0.1의 범위일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.

일 구현예에 따른 양자점에서 아연과 황의 몰비가 상기 범위에 있을 때, 상기 양자점은 600 nm 이상의 발광 피크 파장을 가지며, 높은 발광 효율 및 낮은 반치폭, 예를 들어, 약 60 nm 이하의 반치폭을 나타낼 수 있다.

일 구현예에 따른 양자점이 전술한 상기 양자점 내 아연과 텔루리움, 아연과 셀레늄, 및 아연과 황의 몰비를 가질 때, 상기 양자점의 코어의 반경은 1 nm 이상, 예컨대, 1.5 nm 이상, 2 nm 이상, 2.5 nm 이상, 3 nm 이상, 3.5 nm 이상, 4 nm 이상, 또는 4.5 nm 이상일 수 있고, 또한, 5 nm 이하, 예컨대, 4.5 nm 이하, 4 nm 이하, 3.5 nm 이하, 또는 3 nm 이하일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.

일 구현예에 따른 양자점의 코어의 반경이 상기 범위에 있을 때, 상기 양자점의 쉘의 두께는 약 2 nm 이상, 예를 들어, 약 2.2 nm 이상, 2.4 nm 이상, 2.5 nm 이상, 2.6 nm 이상, 2.7 nm 이상, 2.8 nm 이상, 2.9 nm 이상, 3.0 nm 이상, 3.1 nm 이상, 3.2 nm 이상, 3.3 nm 이상, 3.4 nm 이상, 3.5 nm 이상, 3.6 nm 이상, 3.7 nm 이상, 3.8 nm 이상, 3.9 nm 이상, 4.0 nm 이상, 4.1 nm 이상, 4.2 nm 이상, 4.3 nm 이상, 4.4 nm 이상, 4.5 nm 이상, 4.6 nm 이상, 4.7 nm 이상, 4.8 nm 이상, 4.9 nm 이상, 5.0 nm 이상일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.

일 구현예에 따른 양자점이 상기 범위의 코어의 반경 및 쉘의 두께를 가질 때, 상기 양자점의 평균 입자 크기는 약 6 nm 이상, 예를 들어, 약 6.5 nm 이상, 약 7.0 nm 이상, 약 7.5 nm 이상, 약 8.0 nm 이상, 약 8.5 nm 이상, 약 9.0 nm 이상, 약 9.5 nm 이상, 약 10.0 nm 이상, 약 10.5 nm 이상, 약 11.0 nm 이상, 약 11.5 nm 이상, 또는 약 12.0 nm 이상일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.

여기서, 양자점의 크기는, 직경, 또는 구형이 아닌 경우, 양자점의 전자 현미경 2차원 이미지로부터 구형을 가정하여 계산되는 직경을 의미할 수 있다.

상기 양자점은 임의의 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점은, 구형, 다면체형, 멀티포드, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 이들에 제한되지 않는다. 상기 양자점은 등방성 형태일 수 있다.

일 구현예에 따른 양자점이 상기 범위의 코어 반경, 쉘 두께, 및 그에 따라 상기 평균 입자 크기를 가짐으로써, 상기 양자점은 발광 피크 파장이 600 nm 이상으로 적색 광을 발광하면서, 발광 효율이 50% 이상으로 높고, 또한, 반치폭이 약 60 nm 이하로 낮아 색순도가 높을 수 있다. 이에 따라, 일 구현예에 따른 양자점은 디스플레이 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.

상기 양자점은 표면에 유기 리간드를 포함할 수 있다. 상기 유기 리간드는 RCOOH, RNH₂, R₂NH, R₃N, RSH, RH₂PO, R₂HPO, R₃PO, RH₂P, R₂HP, R₃P, ROH, RCOOR', RPO(OH)₂, RHPOOH, R₂POOH (여기서, R, R'는 각각 독립적으로 C1 내지 C40, 예컨대, C3 내지 C30 또는 C6 내지 C24의 치환 또는 비치환의 지방족 탄화수소, 또는 C6 내지 C40의 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소, 또는 이들의 조합을 포함), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 유기 리간드는 단독으로 또는 2 이상의 화합물의 혼합물로 사용될 수 있다.

상기 유기 리간드 화합물의 구체적인 예로서는, 메탄 티올, 에탄 티올, 프로판 티올, 부탄 티올, 펜탄 티올, 헥산 티올, 옥탄 티올, 도데칸 티올, 헥사데칸 티올, 옥타데칸 티올, 벤질 티올; 메탄 아민, 에탄 아민, 프로판 아민, 부탄 아민, 펜탄 아민, 헥산 아민, 옥탄 아민, 도데칸 아민, 헥사데실 아민, 올레일 아민, 옥타데실 아민, 디메틸 아민, 디에틸 아민, 디프로필 아민; 메탄산, 에탄산, 프로판산, 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 도데칸산, 헥사데칸산, 옥타데칸산, 올레인산, 벤조산, 팔미트산(palmitic acid), 스테아르산(stearic acid); 메틸 포스핀, 에틸 포스핀, 프로필 포스핀, 부틸 포스핀, 펜틸 포스핀, 트리부틸포스핀, 트리옥틸포스핀 등의 포스핀; 메틸 포스핀 옥사이드, 에틸 포스핀 옥사이드, 프로필 포스핀 옥사이드, 부틸 포스핀 옥사이드, 트리옥틸포스핀 옥사이드 등의 포스핀 화합물 또는 그의 옥사이드 화합물; 다이 페닐 포스핀, 트리 페닐 포스핀 화합물 또는 그의 옥사이드 화합물; 포스폰산(phosphonic acid) 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 유기 리간드 화합물은, 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 유기 리간드 화합물은 RCOOH 와 아민 (e.g., RNH₂, R₂NH, 및/또는 R₃N)의 조합일 수 있다. 상기 유기 리간드는, 글루타티온을 포함하지 않을 수 있다. 상기 양자점은 수불용성(water insoluble)일 수 있다. 유기 용매는 후술하는 바와 같다.

일 구현예에 따른 양자점은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자들에게 잘 알려진 다양한 양자점의 제조 방법을 사용하여 제조할 수 있고, 그러한 제조 방법은 특별한 방법으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 양자점은 상기 양자점의 코어 및 쉘을 형성하는 반도체 나노결정들의 전구체 화합물을 유기 용매 중에서 반응시켜 콜로이드상 양자점을 제조하는 습식 제조 방법을 통해 제조할 수 있다. 이러한 습식 제조 방법을 사용한 일 구현예에 따른 양자점의 제조 방법은, 예를 들어, 아연 및 텔루리움을 포함하는 제1 반도체 나노결정을 포함하는 코어를 준비하는 단계; 및 유기 용매 내에서, 상기 코어 및 유기 리간드의 존재 하에, 아연 전구체와, 셀레늄 전구체, 및 황 전구체로부터 선택된 1종 이상의 비금속 전구체를 쉘 형성 온도에서 반응시켜, 상기 코어의 표면에 아연, 그리고 셀레늄 및 황 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 나노결정 쉘을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 반도체 나노결정 쉘을 형성하는 단계는, 상기 아연 전구체와 상기 셀레늄 전구체를 반응시킨 다음, 상기 아연 전구체와 상기 황 전구체 반응시키는 것을 포함할 수 있다.

상기 코어를 준비하는 단계는, 아연 및 텔루리움을 포함하는 제1 반도체 나노결정을 포함하는 상업적으로 입수 가능한 코어를 구입하거나, 또는, 통상의 기술자들에게 잘 알려진 상기 코어의 제조 방법에 따라 직접 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 코어는, 일 실시예에 따라, 아연 전구체 및 유기 리간드를 포함하는 아연 전구체 용액을 준비하고; 텔루리움 전구체를 준비하고; 상기 아연 전구체 용액을 코어 형성 반응 온도로 가열하고, 여기에 상기 텔루리움 전구체를 선택에 따라 유기 리간드와 함께 부가하여 반응을 진행함으로써 얻을 수 있다. 이 때, 상기 아연과 텔루리움의 몰비는, 일 구현예에 따른 양자점 내 전체 아연과 텔루리움의 몰비가 1: 0.01 내지 1:0.1의 범위가 되도록, 상기 양자점의 쉘에 포함되는 아연의 함량을 고려하여, 상기 코어 내 아연과 텔루리움의 몰비를 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 코어 내 아연과 텔루리움의 몰비는 약 1: 0.5 내지 약 1: 1의 범위일 수 있다.

상기와 같이 제조된 코어 상에 상기 반도체 나노결정 쉘을 형성함에 있어서, 일 구현예에 따른 양자점 내 전체 아연의 몰수 대비 셀레늄과 황의 몰수의 비가, 각각 약 1: 0.2 내지 1:0.7, 및 약 1: 0.1 내지 1:0.6의 범위 내에 있도록, 상기 반도체 나노결정 쉘을 형성하기 위한 아연과 셀레늄, 및 황의 전구체의 함량을 조절하여 반응시킬 수 있다.

상기 아연 전구체는, Zn 금속 분말, ZnO, 알킬화 Zn 화합물 (예컨대, 디에틸아연 등 C2 내지 C30의 디알킬아연), Zn 알콕시드(예컨대, 아연에톡시드), Zn 카르복실레이트 (예컨대, 아연 아세테이트), Zn 나이트레이트, Zn 퍼콜레이트, Zn 설페이트, Zn 아세틸아세토네이트, Zn 할로겐화물 (예컨대, 염화아연등), Zn 시안화물, Zn 히드록시드, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 아연 전구체의 예로는, 디메틸아연(dimethyl zinc), 디에틸아연(diethyl zinc), 아연아세테이트(zinc acetate), 아연아세틸아세토네이트(zinc acetylacetonate), 아연아이오다이드(zinc iodide), 아연브로마이드(zinc bromide), 아연클로라이드(zinc chloride), 아연플루오라이드(zinc fluoride), 아연카보네이트(zinccarbonate), 아연시아나이드(zinc cyanide), 아연나이트레이트(zinc nitrate), 아연옥사이드(zinc oxide), 아연퍼옥사이드(zinc peroxide), 아연퍼클로레이트(zinc perchlorate), 아연설페이트(zinc sulfate), 또는 이들의 조합을 들 수 있다.

상기 텔루리움 전구체는 텔루르-트리부틸포스핀(Te-TBP), 텔루르-트리페닐포스핀(Te-TPP), 텔루르-다이페닐포스핀 (Te-DPP), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이들에 제한되지 않는다.

상기 셀레늄 전구체는 셀렌-트리옥틸포스핀(Se-TOP), 셀렌-트리부틸포스핀(Se-TBP), 셀렌-트리페닐포스핀(Se-TPP), 셀렌-다이페닐포스핀 (Se-DPP), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이들에 제한되지 않는다.

상기 황 전구체는 헥산 싸이올, 옥탄 싸이올, 데칸 싸이올, 도데칸 싸이올, 헥사데칸 싸이올, 머캡토 프로필 실란, 설퍼-트리옥틸포스핀(S-TOP), 설퍼-트리부틸포스핀(S-TBP), 설퍼-트리페닐포스핀(S-TPP), 설퍼-트리옥틸아민(S-TOA), 설퍼-옥타데센(S-ODE), 비스트리메틸실릴 설퍼(bistrimethylsilyl sulfur), 황화 암모늄, 황화 나트륨, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.

상기 유기 용매는 헥사데실아민 등의 C6 내지 C22의 1차 아민, 다이옥틸아민 등의 C6 내지 C22의 2차 아민, 트리옥틸아민 등의 C6 내지 C40의 3차 아민, 피리딘 등의 질소함유 헤테로고리 화합물, 옥타데센 등의 C6 내지 C40의 올레핀, 헥사데칸, 옥타데칸, 스쿠알란(squalane) 등의 C6 내지 C40의 지방족 탄화수소, 페닐도데칸, 페닐테트라데칸, 페닐 헥사데칸 등 C6 내지 C30의 알킬기로 치환된 방향족 탄화수소, 적어도 하나 (예컨대, 1개, 2개, 또는 3개)의 C6 내지 C22의 알킬기로 치환된 1차, 2차, 또는 3차 포스핀 (예컨대, 트리옥틸아민), (예컨대, 1개, 2개, 또는 3개)의 C6 내지 C22의 알킬기로 치환된 포스핀옥사이드(e.g. 트리옥틸포스핀옥사이드), 페닐 에테르, 벤질 에테르 등 C12 내지 C22의 방향족 에테르, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

상기 유기 리간드는 제조된 나노결정의 표면을 배위하며, 나노결정이 용액 상에 잘 분산되도록 할 뿐만 아니라, 양자점의 발광 특성 및 전기적 특성에 영향을 줄 수 있다. 상기 유기 리간드에 대한 상세 내용은 전술한 바와 같다.

상기 양자점의 코어 형성을 위한 반응온도는 약 200℃ 이상, 예를 들어, 약 220℃ 이상, 240℃ 이상, 260℃ 이상, 280℃ 이상, 300℃ 이상, 320℃ 이상, 또는 330℃ 이상일 수 있고, 또한 약 340℃ 이하, 예컨대, 330℃ 이하일 수 있다. 코어 형성을 위한 반응 시간은 특별히 제한되지 않으며, 적절히 선택할 수 있다.

상기 양자점의 쉘 형성을 위한 반응 온도, 시간 등의 반응 조건은 소망하는 쉘 조성을 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 비제한적인 일 실시예에서, 진공 하에 용매 및 선택에 따라 유기 리간드를 소정의 온도 (예컨대, 100℃ 이상)로 가열 (또는 진공처리)하고, 불활성 기체 분위기로 바꾸어 다시 소정의 온도 (예컨대, 100℃ 이상)로 가열한다. 이어서, 코어를 투입하고, 쉘 전구체들을 순차적으로 또는 동시에 투입하고, 소정의 반응 온도로 가열하여 반응을 수행한다. 쉘 전구체들은 상이한 비율의 혼합물을 반응 시간 동안 순차적으로 투입하여 소망하는 조성 (예컨대, 그래디언트를 가지거나 혹은 다층)의 쉘을 형성할 수 있다. 일 실시예에서는, 아연 전구체 및 셀레늄 전구체를 반응시켜 쉘의 제1층을 형성하고, 이어서, 아연 전구체 및 황 전구체를 반응시켜 쉘의 제2층을 형성할 수 있다. 상기 쉘 형성을 위한 반응 온도는 280℃ 이상, 예컨대, 290℃ 이상, 300℃ 이상, 310℃ 이상, 320℃ 이상, 330℃ 이상, 340℃ 이상, 또는 350℃ 이상일 수 있고, 또한, 360℃ 이하, 350℃ 이하, 340℃ 이하, 330℃ 이하, 320℃ 이하, 310℃ 이하, 또는 300℃ 이하일 수 있다.

반응계 내 각 전구체의 함량 및 농도는 소망하는 코어 및 쉘 조성과 전구체들간의 반응성을 고려하여 선택할 수 있다. 예를 들어, 최종 양자점의 소망하는 조성 (Zn, Te, Se, S 등)을 고려하여, 각 전구체 간의 비율을 조절할 수 있다. 최종 양자점에서의 조성은 유도결합플라즈마 원자발광 분석 등 적절한 분석 수단에 의해 확인할 수 있다.

반응 종료 후, 반응 생성물에 비용매(nonsolvent)를 부가하면 상기 리간드 화합물이 배위된 나노결정 입자들이 분리될 수 있다. 비용매는 코어 형성 및/또는 쉘 형성 반응에 사용된 상기 용매와 혼화되지만, 제조된 나노결정을 분산시킬 수 없는 극성 용매일 수 있다. 비용매는 반응에 사용한 용매에 따라 결정할 수 있으며, 예컨대, 아세톤, 에탄올, 부탄올, 이소프로판올, 에탄다이올, 물, 테트라히드로퓨란(THF), 디메틸술폭시드(DMSO), 디에틸에테르(diethylether), 포름 알데하이드, 아세트 알데하이드, 에틸렌 글라이콜, 상기 나열된 용매들과 유사한 용해도 파라미터(solubility parameter)를 갖는 용매, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 분리는 원심 분리, 침전, 크로마토 그래피, 또는 증류를 이용할 수 있다. 분리된 나노결정은 필요에 따라 세정 용매에 부가되어 세정될 수 있다. 세정 용매는 특별히 제한되지 않으며, 상기 리간드와 유사한 용해도 파라미터를 갖는 용매를 사용할 수 있으며, 그 예로는 헥산, 헵탄, 옥탄, 클로로포름, 톨루엔, 벤젠 등을 들 수 있다.

다른 일 구현예 따른 양자점-폴리머 복합체는 폴리머 매트릭스, 및 상기 폴리머 매트릭스 내에 분산되어 있는 일 구현예에 따른 양자점을 포함한다.

상기 폴리머 매트릭스는 바인더 고분자, 탄소-탄소 불포화 결합을 1 이상, 예컨대, 2 이상, 3 이상, 4 이상, 또는 5 이상 포함하는 (광)중합성 단량체의 중합 생성물, 및 선택에 따라 상기 (광)중합성 단량체와 말단에 적어도 2개의 티올기를 가지는 다중 티올 화합물 간의 중합 생성물을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 폴리머 매트릭스는 가교된 폴리머, 및 선택에 따라 카르복시기 함유 바인더 고분자를 포함할 수 있다. 상기 가교된 폴리머는 티올렌 수지, 가교된 폴리(메타)아크릴레이트, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 가교된 폴리머는 상기 (광)중합성 모노머, 및 선택에 따라 다중 티올 화합물의 중합 생성물일 수 있다.

상기 바인더 고분자는 카르복시산기를 포함할 수 있다. 상기 바인더 고분자는 카르복시산기 및 탄소-탄소 이중결합을 포함하는 제1 모노머, 탄소-탄소 이중결합 및 소수성 잔기를 가지며 카르복시산기를 포함하지 않는 제2 모노머, 및 선택에 따라 탄소-탄소 이중결합을 가지고 친수성 잔기를 가지며 카르복시산기를 포함하지 않는 제3 모노머를 포함하는 모노머 혼합물의 공중합체; 주쇄 내에, 2개의 방향족 고리가 다른 고리형 잔기의 구성 원자인 4급 탄소원자와 결합한 골격 구조를 가지고, 카르복시산기(-COOH)를 포함하는 다중 방향족 고리(multiple aromatic ring) 함유 폴리머; 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

상기 탄소-탄소 불포화 결합을 1 이상, 예컨대, 2 이상, 3 이상, 4 이상, 또는 5 이상 포함하는 (광)중합성 단량체는 상기 (메타)아크릴계 모노머를 포함할 수 있다. 상기 (메타)아크릴계 모노머의 예로는 C1-C10 알킬(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,4-부탄디올디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨디(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨디(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 비스페놀 A 디(메타)아크릴레이트, 비스페놀A에폭시아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜모노메틸에테르 (메타)아크릴레이트, 노볼락에폭시 (메타)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리스(메타)아크릴로일옥시에틸 포스페이트, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

상기 다중 티올 화합물은, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다:

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

R¹은 수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30의 헤테로아릴알킬기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 사이클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로사이클로알킬기; C1 내지 C10의 알콕시기; 히드록시기; -NH₂; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 아민기 (-NRR', 여기에서 R과 R'은 서로 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기이되 둘다 동시에 수소는 아님); 이소시아네이트기; 할로겐; -ROR' (여기에서 R은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬렌기이고 R'은 수소 또는 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임); 아실 할라이드(-RC(=O)X, 여기에서 R은 치환 또는 비치환된 알킬렌기이고 X는 할로겐임); -C(=O)OR' (여기에서 R'은 수소 또는 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임); -CN; -C(=O)NRR' 또는 -C(=O)ONRR' (여기에서 R과 R'은 서로 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임)에서 선택되고,

L₁은 탄소 원자, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴렌기이되, 상기 치환된 C1 내지 C30의 알킬렌기에 포함된 메틸렌(-CH₂-)은 설포닐(-SO₂-), 카르보닐(CO), 에테르(-O-), 설파이드(-S-), 설폭사이드(-SO-), 에스테르(-C(=O)O-), 아마이드(-C(=O)NR-)(여기서 R은 수소 또는 C1 내지 C10의 알킬기임) 또는 이들의 조합으로 치환될 수 있고,

Y₁는 단일결합; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 알킬렌기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 알케닐렌기; 적어도 하나의 메틸렌(-CH₂-)이 설포닐(-S(=O)₂-), 카르보닐(-C(=O)-), 에테르(-O-), 설파이드(-S-), 설폭사이드(-S(=O)-), 에스테르(-C(=O)O-), 아마이드(-C(=O)NR-)(여기서 R은 수소 또는 C1 내지 C10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임), 이민(-NR-)(여기서 R은 수소 또는 C1 내지 C10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임) 또는 이들의 조합으로 치환된 C1 내지 C30의 알킬렌기 또는 C2 내지 C30의 알케닐렌기이고,

m은 1 이상의 정수이고,

k1은 0 또는 1 이상의 정수이고 k2는 1 이상의 정수이고,

m과 k2의 합은 3이상의 정수이되,

Y₁이 단일 결합이 아닌 경우 m 은 Y₁의 원자가를 넘지 않고, k1 과 k2의 합은 L₁의 원자가를 넘지 않는다.

상기 다중 티올 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다:

[화학식 2]

상기 화학식 2에서,

L₁'는 탄소, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴렌기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로아릴렌기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 사이클로알킬렌기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 헤테로사이클로알킬렌기이고,

Y_a 내지 Y_d는 각각 독립적으로, 직접결합; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 알킬렌기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 알케닐렌기; 또는 적어도 하나의 메틸렌(-CH₂-)이 설포닐(-S(=O)₂-), 카르보닐(-C(=O)-), 에테르(-O-), 설파이드(-S-), 설폭사이드(-S(=O)-), 에스테르(-C(=O)O-), 아마이드(-C(=O)NR-)(여기서 R은 수소 또는 C1 내지 C10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임), 이민(-NR-)(여기서 R은 수소 또는 C1 내지 C10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임) 또는 이들의 조합으로 치환된 C1 내지 C30의 알킬렌기 또는 C2 내지 C30의 알케닐렌기이고,

R_a 내지 R_d는 각각 독립적으로 화학식 6의 R¹ 또는 SH 이되, R_a 내지 R_d중 적어도 2개는 SH이다.

상기 티올 화합물은, 디티올 화합물, 트리티올 화합물, 테트라티올 화합물, 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 상기 티올 화합물은, 글리콜디-3-머켑토프로피오네이트, 글리콜디머캅토 아세테이트, 트리메틸올프로판트리스(3-머캅토프로피오네이트), 펜타에리트리톨 테트라키스(3-머캅토프로피오네이트), 펜타에리트리톨 테트라키스(2-머캅토아세테이트), 1,6-헥산디티올, 1,3-프로판디티올, 1,2-에탄디티올, 에틸렌글라이콜 반복 단위를 1 내지 10개 포함하는 폴리에틸렌글라이콜 디티올, 또는 이들의 조합일 수 있다.

전술한 바와 같이, 일 구현예에 따른 양자점은 높은 양자 효율로 적색광을 발광할 수 있다. 따라서, 상기 양자점-폴리머 복합체의 양자 효율도 높을 수 있으며, 적색광을 발광할 수 있다. 이에, 상기 양자점-폴리머 복합체는 다른 일 구현예에 따른 표시 소자의 광발광 요소로 적용될 수 있다.

따라서, 일 구현예에 따른 표시 소자는 광원 및 광발광 요소를 포함하고, 상기 광발광 요소는 일 구현예에 따른 상기 양자점-폴리머 복합체를 포함하고, 상기 광원은 상기 광발광 요소에 입사광을 제공하도록 구성된다.

상기 입사광은 440 nm 이상, 예컨대, 450 nm 이상 및 460 nm 이하의 범위에 있는 발광 피크 파장을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 상기 광발광 요소는 상기 양자점-폴리머 복합체의 시트 (sheet) 또는 패턴을 포함할 수 있다.

상기 표시 소자는 액정 패널을 더 포함하고, 상기 광원과 상기 액정패널 사이에 상기 양자점 폴리머 복합체의 시트 (QD 시트) 또는 패턴(QD 패턴)이 개재될 수 있다.

도 1에 비제한적인 표시 소자의 분해도를 나타낸다. 도1을 참조하면, 상기 표시 소자는 반사판(Reflector), 도광판(LGP), 청색 LED 광원 (Blue-LED), 전술한 양자점-폴리머 복합체 시트 (QD 시트), 및 예컨대, 프리즘, 이중 휘도 향상 필름 (Double brightness enhance film: DBEF) 등의 각종 광학 필름이 적층되어 있고, 그 위에 액정 패널(LC)이 위치하는 구조를 가질 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 표시 소자는, 예컨대, 투명한 기판, 및 상기 기판 상에 배치되는 발광층, 예컨대, 광발광층을 포함하는 적층 구조물을 발광 요소로서 포함할 수 있고, 상기 적층 구조물에서, 상기 발광층은 양자점-폴리머 복합체의 패턴을 포함하고, 상기 패턴은, 미리 정해진 파장의 광을 방출하는 하나 이상의 반복 구획(section)을 포함할 수 있다. 상기 양자점 폴리머 복합체의 패턴은 제1광을 방출하는 제1 구획, 및 제2광을 방출하는 제2 구획으로부터 선택된 적어도 하나의 반복 구획(section)을 포함할 수 있다.

상기 제1광 및 상기 제2광은 발광 스펙트럼에서 발광 피크 파장이 상이할 수 있다. 일 실시예에서, 제1광은 최대 발광 피크 파장이 600 nm 내지 650 nm (예컨대, 620 nm 내지 650 nm)에 존재하는 적색광일 수 있고, 제2광은, 최대 발광 피크 파장이 500 nm 내지 550 nm (예컨대, 510 nm 내지 550 nm)에 존재하는 녹색광일 수 있다.

기판은, 절연 재료를 포함하는 기판일 수 있다. 상기 기판은, 유리; 폴리에티렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트 등과 같은 다양한 폴리머; 폴리실록산 (e.g. PDMS); Al2O3, ZnO 등의 무기 재료; 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 기판의 두께는, 기판 재료 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 기판은 유연성일 수 있다. 상기 기판은 양자점으로부터 방출되는 광에 대하여 투과율이 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 또는 90% 이상이 되도록 구성될 수 있다.

상기 기판의 적어도 일부는 청색광을 차단 (예컨대, 흡수 또는 반사)하도록 구성될 수 있다. 상기 기판의 적어도 일부 표면에는 청색광을 차단할 수 있는 층 (청색광 차단층)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 청색광 차단층은 유기재료 (예컨대, 폴리머), 및 소정의 염료 (황색 염료 또는 녹색/적색광을 투과하고 청색광을 흡수하는 염료)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

전술한 표시 소자에서, 상기 광원은, 상기 제1 구획 및 상기 제2 구획에 각각 대응하는 복수개의 발광 단위를 포함하고, 상기 발광 단위는 서로 마주보는 제1 전극과 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 전계 발광층을 포함할 수 있다.

상기 전계 발광층은 유기 발광 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 광원의 각 발광 단위는 소정 파장의 광(예컨대, 청색광, 녹색광, 또는 이들의 조합)을 방출하도록 구성된 전계 발광 소자(예컨대, 유기 발광 다이오드)를 포함할 수 있다. 전계 발광 소자 및 유기 발광 다이오드의 구조 및 재료는 알려져 있으며, 특별히 제한되지 않는다.

상기 표시 소자의 구체적인 예를 도 2a 및 2b에 나타낸다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 광원은 (예컨대, 청색광 또는 파장 500 nm 이하의 광을 방출하는) 유기 발광 다이오드를 포함한다. 유기 발광 다이오드는, 기판 위에 형성된 2 이상의 화소 전극, 이웃하는 화소 전극들 사이에 형성된 화소 정의막, 및 각각의 화소 전극 위에 형성된 유기발광층, 유기발광층 위에 형성된 공통 전극층을 포함할 수 있다.

유기 발광 다이오드 아래에는 박막 트랜지스터 및 기판이 배치될 수 있다. 유기 발광 다이오드에 대한 내용은 전술한 바와 같다. 유기발광 다이오드의 화소 영역들은, 각각, 후술하는, 제1, 제2, 및 제3 구획에 대응하도록 배치될 수 있다.

상기 광원 상에는 (예컨대, 상기 광원 바로 위에는) 일 구현예에 따른 양자점-폴리머 복합체의 패턴 (예컨대, 녹색 양자점을 포함하는 제1 구획, 및 적색 양자점을 포함하는 제2 구획을 포함하는 패턴), 및 기판을 포함하는 적층 구조물 또는 상기 양자점-폴리머 복합체 패턴이 배치될 수 있다.

광원으로부터 방출된 광, 예컨대, 청색광은 상기 패턴의 제2 구획 및 제1 구획에 입사되어 각각 적색 및 녹색광을 방출한다. 광원으로부터 방출된 청색광은 제3 구획을 통과할 수 있다. 적색광을 방출하는 제2 구획 및 녹색광을 방출하는 제1 구획 상에는 청색 (및 선택에 따라 녹색) 광을 차단(예컨대, 반사 또는 흡수)하는 광학 요소 청색광 차단층 또는 제1 광학필터)가 배치될 수 있다. 청색광 차단층은 기판 상에 배치될 수 있다. 청색광 차단층은 기판과 양자점-폴리머 복합체 패턴 사이에서 제1 구획 및 제2 구획 상에 배치될 수도 있다. 청색광 차단층에 대한 상세 내용은 이하 후술하는 제1 광학필터에 대한 기재와 같다.

이러한 소자는, 전술한 적층 구조물과, 예컨대, 청색광을 방출하는 OLED를 별도로 제조한 후 결합하여 제조될 수 있다. 대안적으로, 상기 소자는, 상기 OLED 상에 양자점 폴리머 복합체의 패턴을 직접 형성함으로써 제조할 수도 있다.

다른 실시예에서, 표시 소자는 하부 기판, 상기 하부 기판 아래에 배치되는 편광판, 그리고, 양자점-폴리머 복합체의 패턴 (예컨대, 녹색 양자점을 포함하는 제1 구획, 및 적색 양자점을 포함하는 제2 구획을 포함하는 패턴) 및 기판을 포함하는 적층 구조물과 상기 하부 기판의 사이에 개재된 액정층을 더 포함하고, 상기 적층 구조물은 광발광층, 즉, 양자점 폴리머 복합체 패턴이 상기 액정층을 대면하도록 배치될 수 있다. 상기 표시 소자는, 상기 액정층과 상기 광발광층 사이에 편광판을 더 포함할 수 있다. 상기 광원은 LED, 및 선택에 따라 도광판을 더 포함할 수 있다. 이러한 표시 소자의 구체적인 예를 도 3에 나타낸다.

도 3을 참조하면, 비제한적인 일 실시예에서, 상기 표시 소자는 액정 패널 (200), 상기 액정 패널(200) 위 및/또는 아래에 배치된 광학 소자(300) (e.g. 편광판), 및 광학 소자 (300) 아래 배치된 청색광 방출 광원(110)을 포함하는 백라이트 유닛을 포함한다. 백라이트 유닛은 광원 (110) 및 도광판(120)을 포함할 수 있다 (에지형). 백라이트 유닛은 도광판이 없는 직하형일 수 있다 (미도시). 상기 액정 패널 (200)은, 하부 기판 (210), 상부 기판(240), 상기 상부 및 하부 기판의 사이에 개재된 액정층(220)을 포함하고, 상기 상부 기판(240)의 상면 또는 저면에 배치되는 컬러필터층(230)을 포함할 수 있다. 상기 컬러필터층(230)은 전술한 양자점-폴리머 복합체, 또는 그 패턴을 포함할 수 있다.

내부 표면, 예컨대, 하부 기판 (210) 상면에는 배선판 (211)이 제공될 수 있다. 상기 배선판(211)은 화소 영역을 정의하는 다수개의 게이트 배선 (미도시)과 데이터 배선 (미도시), 게이터 배선과 데이터 배선의 교차부에 인접하여 제공되는 박막 트랜지스터, 각 화소 영역을 위한 화소 전극을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이러한 배선판의 구체적 내용은 알려져 있으며, 특별히 제한되지 않는다.

상기 배선판 (211) 위에는 액정층(220)이 제공된다. 액정층(220)은 그 내부에 포함된 액정 물질의 초기 배향을 위해, 상기 층의 위와 아래에, 각각 배향막(221)을 포함할 수 있다. 액정 물질 및 배향막에 대한 구체적 내용 (예컨대, 액정 물질, 배향막 재료, 액정층 형성방법, 액정층의 두께 등)은 알려져 있으며, 특별히 제한되지 않는다.

일 실시예에서, 액정층(220)과 상부 기판(240) 사이에 상부 광학소자 또는 편광판(300)이 제공될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 상부 편광판은 액정층(220) 또는 공통 전극(231)과 광발광층(230) (또는 양자점 폴리머 복합체 패턴) 사이에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 광학 소자(300)는 편광자(polarizer)일 수 있다. 상기 상부 기판(240), 예컨대, 그의 저면에는 개구부를 포함하고, 상기 하부 기판 (210) 상에 제공된 배선판의 게이트선, 데이터선, 및 박막 트랜지스터 등을 가리는 블랙 매트릭스(241)가 제공된다. 적색광을 방출하는 제2 컬러필터(R), 녹색광을 방출하는 제1 컬러필터(G), 및/또는 청색광의 방출 또는 투과를 위한 제3 컬러필터 (B)가 상기 블랙매트릭스 (241) 상에 상기 블랙 매트릭스의 개구부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 블랙 매트릭스(241)는 격자 형상을 가질 수 있다. 원하는 경우, 상기 광발광층은 하나 이상의 제4 구획을 더 포함할 수 있다. 제4 구획은, 제1-3 구획으로부터 방출되는 광과 다른 색, 예컨대, 청록색 (cyan), 자주색(magenta), 및 황색 (yellow)의 광을 방출하도록 구성될 수 있다.

상기 컬러필터층(230)은 투명 공통 전극(231) 상에 배치될 수 있다.

원하는 경우, 상기 표시 소자는, 청색광 차단층(이하, 제1 광학 필터층이라고도 함)을 더 가질 수 있다. 상기 청색광 차단층은, 상기 제2 구획 (R) 및 상기 제1 구획 (G)의 저면과 상기 상부 기판(240) 사이 또는 상부 기판(240)의 상면에 배치될 수 있다. 상기 청색광 차단층은, 청색을 표시하는 화소 영역(제3 구획)에 대응하는 부분에는 개구부를 가지는 시트를 포함할 수 있어서, 제1 및 제2 구획에 대응하는 부분에 형성되어 있을 수 있다. 제1 광학 필터층은 제3 구획과 중첩되는 부분을 제외한 나머지 부분들 위에 일체 구조로 형성되어 있을 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 및 제2 구획과 각각 중첩되는 위치에 2 이상의 제1 광학 필터층이 각각 이격 배치되어 있을 수도 있다.

제1 광학 필터층은, 예컨대, 가시광 영역 중 일부 파장 영역의 광을 차단하고 나머지 파장 영역의 광을 투과할 수 있으며, 예컨대 청색광을 차단하고 청색광을 제외한 광은 투과할 수 있다. 예컨대, 녹색광, 적색광, 및/또는 이들의 혼색광인 황색광은 투과시킬 수 있다.

제1 광학 필터층은 차단하고자 하는 파장을 흡수하는 염료 및/또는 안료를 포함한 고분자 박막을 포함할 수 있으며, 예를 들어 480 nm 미만의 청색광을 80% 이상, 90% 이상, 심지어 95% 이상 흡수하는 반면, 약 500 nm 초과 내지 700 nm 이하의 나머지 가시광에 대해서는 약 70 % 이상, 80 % 이상, 90 % 이상, 심지어 100 %의 광 투과도를 가질 수 있다.

제1 광학 필터층은 약 500 nm 이하의 청색광을 흡수하여 실질적으로 차단하되, 예를 들어 녹색광, 또는 적색광을 선택적으로 투과하는 것일 수도 있다. 이 경우, 제1 광학 필터층은 2 이상이 제1 내지 제2 구획과 중첩되는 위치마다 각각 서로 이격 배치되어 있을 수 있다. 예를 들어, 적색광을 선택적으로 투과하는 제1 광학 필터층은 적색광 방출 구획과 중첩되는 위치에, 녹색광을 선택적으로 투과하는 제1 광학 필터층은 녹색광 방출 구획과 중첩되는 위치에 각각 배치되어 있을 수 있다.

예컨대, 제1 광학 필터층은 청색광 및 적색광을 차단, 예컨대, 흡수하고, 소정의 범위, 예컨대, 약 500 nm 이상, 약 510 nm 이상, 또는 약 515 nm 이상 및 약 550 nm 이하, 약 540 nm 이하, 약 535 nm 이하, 약 530 nm 이하, 약 525 nm 이하, 또는 약 520 nm 이하의 광을 선택적으로 투과시키는 제1 영역, 및 청색광 및 녹색광을 차단, 예컨대, 흡수하고, 소정의 범위, 예컨대, 약 600 nm 이상, 약 610 nm 이상, 또는 약 615 nm 이상 및 약 650 nm 이하, 약 640 nm 이하, 약 635 nm 이하, 약 630 nm 이하, 약 625 nm 이하, 또는 약 620 nm 이하의 광을 선택적으로 투과시키는 제2 영역 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 영역은 녹색광 방출 구획과 중첩되는 위치에 배치되고, 제2 영역은 적색광 방출 구획과 중첩되는 위치에 배치될 수 있다. 제1 영역과 제2 영역은, 예컨대, 블랙 매트릭스 등에 의해, 광학적으로 고립화되어 있을 수 있다. 이러한 제1 광학필터층은 표시 소자의 색 순도의 향상에 기여할 수 있다.

제1 광학 필터층은 굴절률이 상이한 복수개의 층들 (예컨대, 무기재료층)을 포함하는 반사형 필터일 수 있으며, 예컨대 굴절률이 상이한 2층이 교번적으로 적층하여 형성될 수 있고, 예컨대 고굴절률을 갖는 층과 저굴절률을 갖는 층을 교번적으로 적층하여 형성될 수 있다.

상기 표시소자는 광발광층과 액정층 사이, 예컨대, 광발광층과 상기 상부 편광자 사이에 배치되고, 제3 광의 적어도 일부를 투과하고, 상기 제1 광 및/또는 제2 광의 적어도 일부를 반사시키는 제2 광학 필터층, 예컨대, 적색/녹색광 또는 황색광 리사이클층을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 광학 필터층은 500 nm 초과의 파장 영역을 갖는 광을 반사할 수 있다. 상기 제1광은 녹색 또는 적색 광이고 상기 제2광은 적색 또는 녹색 광이며, 상기 제3광은 청색광일 수 있다.

일 구현예에 따른 양자점은 양자점 함유 전계 발광소자에서 발광층으로 사용될 수도 있다 (참조: 도 4). 상기 발광 소자는, 서로 마주보는 애노드 (1)와 캐소드(5); 상기 애노드와 캐소드 사이에 위치하고 복수개의 양자점을 포함하는 양자점 발광층(3); 그리고 상기 애노드와 상기 양자점 발광층 사이에 배치된 정공 보조층(2)을 포함할 수 있다. 상기 정공 보조층은, 정공 주입층(hole injecting layer, HIL), 정공 수송층(hole transporting layer, HTL), 전자 차단층(electron blocking layer, EBL), 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다. 상기 정공 보조층은 정공 특성을 가지는 임의의 유기/무기물을 포함할 수 있다. 상기 양자점 발광 소자는, 상기 캐소드와 상기 양자점 발광층 사이에 전자 보조층(4)을 더 포함할 수 있다. 상기 전자 보조층은, 전자 주입층(electron injecting layer, EIL), 전자 수송층(electron transporting layer, ETL), 정공 차단층(hole blocking layer, HBL), 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다. 상기 전자 보조층은 전자 특성을 가지는 임의의 유기/무기물을 포함할 수 있다.

이하에서는 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 발명의 범위가 제한되어서는 아니된다.

실시예

분석 방법

[1] 광발광 (Photoluminescence) 분석

Hitachi F-7000 스펙트로미터를 이용하여 조사 파장 450 nm에서 제조된 나노 결정의 광발광(photoluminescence: PL) 스펙트럼을 얻는다.

[2] ICP 분석

Shimadzu ICPS-8100를 사용하여 유도결합 플라즈마 원자 발광 분광분석(ICP-AES)을 수행한다.

[3] TEM 분석

UT F30 Tecnai electron microscope를 사용하여 제조된 양자점의 투과전자 현미경 사진을 얻는다.

합성은 특별히 언급하지 않는 한 불활성 기체 분위기 (질소 flowing 조건 하)에서 수행한다.

참조예 1: 직경 약 2.75 nm의 ZnTe 코어의 제조

셀레늄, 황, 및 텔루리움을 각각 트리옥틸포스핀 (TOP)에 분산시켜 약 0.1 M 내지 0.4 M 농도의 Se/TOP stock solution, S/TOP stock solution, 및 Te/TOP stock solution을 얻는다. 상기 Te/TOP stock solution과, 다이페닐포스핀 및 올레일아민을 포함하는 유기 리간드, 그리고 리튬알루미늄하이드라이드를 포함하는 혼합액을 준비한다.

300 mL의 반응 플라스크 내에 아연 아세테이트 0.9 mmol를 올레산과 함께 1-Octadecene 내에 용해시키고, 진공 하에 120℃로 가열한다. 1 시간 후 반응기 내 분위기를 불활성 기체로 전환하고, 300℃까지 가열한다. 이어서, 상기 Te/TOP stock solution을 포함하는 혼합액을 신속히 주입하고 반응시켜 코어를 형성한다. 이후, 반응 용액을 상온으로 신속하게 냉각하고, 아세톤을 넣고 원심 분리하여 얻은 침전을 톨루엔에 분산시켜 ZnTe 코어를 얻는다. Zn 1몰에 대한 Te 사용량은 0.5 몰 정도로 한다.

투과전자현미경 분석법(TEM(Transmission Electron Microscope)을 사용하여 이미지 분석한 결과, 얻어진 ZnTe 코어의 직경은 약 2.75 nm 임을 확인한다.

비교예 1 및 2: ZnTe/ZnSe 양자점 및 ZnTe/ZnSe/ZnS 양자점 제조

300 mL의 반응 플라스크 내에 TOA (트리옥틸 아세테이트)를 넣고, 아연 아세테이트와 올레산을 부가한 다음, 120℃에서 진공 처리한다. 질소(N₂)로 상기 플라스크 내를 치환한다. 반응 플라스크를 340℃까지 가열하면서, 참조예 1에서 제조한 ZnTe 코어의 톨루엔 분산액을 신속히 넣고, 이어서 Se/TOP stock solution을 부가하고, 약 60 분 내지 약 100 분 사이에서 각각 다른 시간 동안 반응시켜, 상기 코어 상에 각각 상이한 두께로 형성된 ZnSe 층을 포함하는 2 종류의 ZnTe/ZnSe 코어쉘 구조의 양자점을 형성한다.

상기 형성된 ZnTe/ZnSe 양자점 중, ZnSe 층을 형성하는 시간을 더 길게 한 한 종류의 양자점에 대해, 아연 올리에이트와 함께 S/Top stock solution을 부가하고, 각각 약 30 분간 더 반응시켜 ZnS 층이 추가로 형성된 ZnTe/ZnSe/ZnS 양자점을 형성한다.

상기 형성된 ZnTe/ZnSe 코어쉘 구조의 양자점 (비교예 1), 및 ZnS 층이 더 형성된 ZnTe/ZnSe/ZnS 코어쉘 구조의 양자점 (비교예 2) 각각의 ZnSe 쉘 및 ZnS 쉘의 두께를 ICP와 TEM 분석을 통해 측정하고, 또한 광발광 특성을 분석하여 그 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 1 및 실시예 2: ZnTe/ZnSe/ZnS 양자점 제조

300 mL의 반응 플라스크 내에 TOA (트리옥틸 아세테이트)를 넣고, 아연 아세테이트와 올레산을 부가한 다음, 120℃에서 진공 처리한다. 질소(N₂)로 상기 플라스크 내를 치환한다. 반응 플라스크를 340℃까지 가열하면서, 참조예 1에서 제조한 ZnTe 코어의 톨루엔 분산액을 신속히 넣고, 이어서 Se/TOP stock solution을 부가하고, 약 60 분 내지 약 100 분 사이에서 각각 각각 다른 시간 동안 반응시켜, 상기 코어 상에 각각 상이한 두께를 가지는 ZnSe 층을 형성한다.

이어서, 상기 ZnSe 층이 형성된 두 종류의 양자점을 각각 포함하는 용액에 아연 아세테이트와 함께 S/Top stock solution을 부가하고, 각각 약 30 분간 반응시켜 ZnS 층을 형성한다.

상기 반응으로 제조된 실시예 1 및 실시예 2에 따른 ZnTe/ZnSe/ZnS 코어쉘 구조의 양자점에 대하여, ZnSe 쉘 및 ZnS 쉘의 두께를 ICP와 TEM 분석을 통해 측정하고, 또한 광발광 특성을 분석하여 그 결과를 표 1에 함께 나타낸다. 또한, 실시예 1에 따른 양자점의 ICP 분석을 수행하여 그 결과를 표 2에 정리하고, 실시예 1에 따른 양자점의 발광 스펙트럼을 도 5에 나타낸다.

	ZnSe (두께)	ZnS (두께)	발광 피크 파장 (nm)	FWHM (nm)	AQY (%)
실시예 1	11 ML	3 ML	628	56	64
실시예 2	8 ML	2 ML	626	59	-
비교예 1	2 ML	-	490	51	-
비교예 2	2 ML	1 ML	490	47	-

	Mole ratio
	S	Zn	Se	Te
실시예 1	0.44	1.00	0.48	0.029

표 1로부터 알 수 있는 것처럼, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 양자점은 ZnTe 코어 상에 8 ML 이상 두께로 ZnSe 쉘을 포함하고, 그 위에 추가로 ZnS 쉘을 포함하는 코어쉘 구조의 양자점으로서, 발광 피크 파장이 600 nm를 초과하여 적색광을 발광하며, 반치폭이 60 nm 이하로 낮아 색순도가 높으며, 또한 발광 효율이 50% 이상으로 높은 무카드뮴 적색광 발광 양자점이다. 이러한 양자점은 높은 양자 효율 및 좁은 반치폭으로 인해 디스플레이용 양자점으로 사용할 수 있다.

반면, 비교예 1의 양자점은 ZnSe 쉘의 두께가 3 ML 이하이고 또한 ZnS 쉘도 포함하지 않음에 따라, 발광 피크 파장이 500 nm 미만으로 적색광을 발광하지 못한다.

비교예 2에 따른 양자점의 경우, ZnS 쉘을 더 포함하나, ZnSe 쉘의 두께가 3 ML로서 양자점의 크기가 충분히 커질 수 없어, 해당 양자점의 발광 피크 파장 역시 500 nm 미만으로, 적색광을 발광하지 못한다.

이와 같이, 코어쉘 구조의 양자점으로서 아연, 텔루리움, 황, 및 셀레늄을 모두 포함하고, 코어가 아연 및 텔루리움을 포함할 때 코어 위에 배치되는 쉘이 아연과 셀레늄을 포함하고, 또한 이러한 쉘이 충분한 두께로 형성되며, 최외각에 황을 포함하는 추가의 쉘이 형성된 일 구현예에 따른 양자점은, 일정 크기 이상으로 증가된 코어쉘 구조를 가져 높은 효율로 적색광을 발광하며 감소된 반치폭을 가져, 디스플레이 등에서 유리하게 사용될 수 있다.

이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims

아연, 텔루리움, 셀레늄, 및 황을 포함하는 코어쉘 양자점으로서, 발광 피크 파장이 600nm 이상이고, 효율이 50% 이상인, 무카드뮴 적색 발광 양자점.
제1항에서, 상기 양자점의 코어는 아연과 텔루리움을 포함하는 양자점.
제1항에서, 상기 양자점의 쉘은 아연과 셀레늄을 포함하는 양자점.
제3항에서, 상기 양자점의 쉘은 황을 더 포함하는 양자점.
제1항에서, 상기 양자점의 쉘은 반경 방향으로 변화하는 조성을 가지는 양자점.
제1항에서, 상기 양자점의 쉘은 상기 코어 바로 위에 배치되는 제1층, 및 상기 제1층 위에 배치되는 제2층을 포함하고, 상기 제1층과 상기 제2층은 서로 다른 조성을 가지는 반도체 나노결정을 포함하는 양자점.
제6항에서, 상기 제1층은 아연, 셀레늄, 및 선택에 따라 황을 포함하고, 상기 제2층은 아연 및 황을 포함하는 양자점.
제7항에서, 상기 제2층은 상기 양자점의 최외각층이고, 상기 제2 층은 셀레늄을 포함하지 않는 양자점.
제1항에서, 상기 양자점의 아연과 텔루리움의 몰비는 약 1: 0.01 내지 1:0.1의 범위인 양자점.
제1항에서, 상기 양자점의 아연과 셀레늄의 몰비는 약 1: 0.2 내지 1:0.7의 범위인 양자점.
제1항에서, 상기 양자점의 아연과 황의 몰비는 1: 0.1 내지 1:0.6의 범위인 양자점.
제1항에서, 상기 양자점의 평균 입경은 6 nm 이상인 양자점.
제1항에서, 상기 양자점의 쉘의 두께는 2 nm 이상인 양자점.
제1항에서, 상기 양자점의 발광 피크 파장의 반치폭은 60 nm 이하인 양자점.
폴리머 매트릭스; 및
상기 폴리머 매트릭스 내에 분산되어 있는 제1항의 양자점을 포함하는 양자점-폴리머 복합체.
제15항에서, 상기 폴리머 매트릭스는 티올렌 수지, (메타)아크릴레이트계 폴리머, 우레탄계 수지, 에폭시계, 비닐계 폴리머, 실리콘 수지, 또는 이들의 조합을 포함하는 양자점-폴리머 복합체.
광원 및 발광 요소를 포함하고,
상기 발광 요소는 제15항에 따른 양자점-폴리머 복합체를 포함하고,
상기 광원은 상기 발광 요소에 입사광을 제공하도록 구성되는 표시 소자.
서로 마주보는 제1 전극과 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하고 복수개의 양자점들을 포함하는 양자점 발광층을 포함하되,
상기 복수개의 양자점들은 제1항의 양자점을 포함하는 전계 발광 소자.
제18항에서, 상기 제1 전극과 상기 양자점 발광층 사이, 상기 제2 전극과 상기 양자점 발광층 사이, 또는 상기 제1 전극과 상기 양자점 발광층 사이 및 상기 제2 전극과 상기 양자점 발광층 사이에 전하 보조층을 포함하는 전계 발광 소자.
제19항에서, 상기 전하 보조층은, 전하 수송층, 전하 주입층, 또는 이들의 조합을 포함하는 전계 발광 소자.