KR20230036920A - Ⅱ-Ⅵ based non-Cd quantum dots, manufacturing method thereof and QLED using the same - Google Patents

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Abstract

Provided are an II-VI series non-Cd blue light emitting quantum dot which improves a wide full width at half maximum and poor quantum efficiency, and a manufacturing method thereof. In addition, a quantum dot-light emitting device using the II-VI series non-Cd blue light emitting quantum dot is also provided. The quantum dot according to the present invention is a ZnSeTe/ZnSe/ZnS core/shell/shell quantum dot which comprises: II-VI ternary ZnSeTe core with a nominal Te/Se ratio of 0.01-0.05; a ZnSe inner shell surrounding the core and having a thickness of 1-3 nm; and a ZnS outer shell surrounding the ZnSe inner shell and having a thickness of 0.5-2 nm. Accordingly, QLEDs can be manufactured with a solution method using the quantum dot.

Description

Ⅱ-Ⅵ계 비 Cd 양자점, 그 제조 방법 및 이를 이용한 양자점-발광소자{Ⅱ-Ⅵ based non-Cd quantum dots, manufacturing method thereof and QLED using the same}II-VI based non-Cd quantum dots, manufacturing method thereof and quantum dot-light emitting device using the same {II-VI based non-Cd quantum dots, manufacturing method thereof and QLED using the same}

본 발명은 비 Cd 조성의 양자점(QD), 그 제조 방법 및 이를 이용한 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는, Ⅱ-Ⅵ계 청색 발광 QD, 그 제조 방법 및 이를 이용한 QD-발광소자에 관한 것이다. The present invention relates to a non-Cd composition quantum dot (QD), a manufacturing method thereof, and a device using the same, and more particularly, to a II-VI blue light emitting QD, a manufacturing method thereof, and a QD-light emitting device using the same.

유기발광다이오드(organic light-emitting diode, OLED)의 강력한 경쟁자로서, QD 디스플레이 소자는 액정표시소자(LCD) 기반 QD-강화 필름(QD-enhancement film, QDEF) 비 자발광 방식으로부터 OLED 구동 QD 픽셀(통칭 QD-OLED) 자발광 방식으로 발전하고 있다. 두 QD 디스플레이 소자는 서로 다른 작동 원리에도 불구하고 전자는 InGaN 청색 LED 칩이, 후자는 청색 OLED가 제공하는 청색 광원의 여기에 의해 녹색과 적색 발광 QD의 색상 변환을 활용하는 것이 공통점이다. 위의 색상 변환 QD 소자 외에도 QD 전계 발광(electroluminescence, EL) 소자(QD 발광다이오드, QLED라고도 함)는 최고의 자발광 플랫폼으로 여겨져 왔다. 코어/쉘 QD의 이종구조 설계, 전하 운반 재료 및 소자 아키텍처의 뛰어난 발전에 힘입어, Cd(Se, S)와 심지어 비 Cd 조성 기반 QLED에서도 최대 20% 이상의 뛰어난 외부 양자 효율(EQE)이 달성되었다.As a strong competitor of organic light-emitting diodes (OLEDs), QD display devices are liquid crystal display devices (LCD)-based QD-enhancement film (QDEF) non-self-emissive method to OLED-driven QD pixels ( Commonly known as QD-OLED), it is developing into a self-luminous method. Although the two QD display devices have different operating principles, the former utilizes the color conversion of green and red emitting QDs by excitation of a blue light source provided by an InGaN blue LED chip and the latter by a blue OLED. In addition to the above color conversion QD devices, QD electroluminescence (EL) devices (also known as QD light emitting diodes, QLEDs) have been considered the best self-emissive platforms. Thanks to outstanding advances in heterostructure design of core/shell QDs, charge transport materials and device architecture, outstanding external quantum efficiencies (EQEs) of up to 20% or more have been achieved in Cd (Se, S) and even non-Cd composition based QLEDs. .

비 Cd계로서 중금속을 사용하지 않는 Ⅲ-V계 InP QD이 환경친화적인 디스플레이 및 조명용 발광 재료로 각광을 받고 있다. 하지만 InP QD는 녹색과 적색에만 유효해 보이며, 청색 발광성은 광발광(photoluminescence, PL) 파장과 양자효율(quantum yield, QY) 모두에서 크게 떨어진다. InP QD은 1.35 eV의 비교적 낮은 에너지의 벌크 밴드 갭(band gap)을 가지므로, 높은 에너지의 청색 발광을 하기 위해서는, InP QD이 매우 작은 크기가 되거나 매우 강한 양자 제한 영역에 위치하여야 한다. 그런데, 이를 제어하기 위한 합성 방법의 개발이 어렵다. 그동안 몇 종류의 InP 청색 발광 QD이 제안되었으나 발광파장이 >468 nm이고, 청색 InP QD의 QY가 45% 이하로 상용화에 어려움이 있다.Non-Cd type III-V type InP QDs that do not use heavy metals are in the limelight as environmentally friendly light emitting materials for displays and lighting. However, InP QDs appear to be only effective in green and red, and their blue luminescence is significantly inferior to both photoluminescence (PL) wavelength and quantum yield (QY). Since InP QDs have a relatively low-energy bulk band gap of 1.35 eV, in order to emit high-energy blue light, InP QDs must be very small or located in a very strong quantum confinement region. However, it is difficult to develop a synthesis method for controlling it. In the meantime, several types of InP blue light-emitting QDs have been proposed, but the emission wavelength is >468 nm and the QY of blue InP QDs is less than 45%, making it difficult to commercialize them.

비 Cd 조성 후보 중 Ⅱ-Ⅵ계 ZnSe QD은 벌크 밴드 갭(2.69 eV)이 청색에 가깝다. 보다 적절한 청색 파장(450~460nm)을 내려면 ZnSe QD의 크기가 매우 커져야 하는데, 이 또한 크기 제어를 위한 합성 방법의 개발이 어렵다. 때문에, 현재까지 개발된 ZnSe QD 대부분은 보라색(420nm)과 청색(440nm) 사이의 중간 파장이 보고되어 있다. Te를 ZnSe QD에 합금화하는 것이 PL을 점진적으로 장파장 쪽으로 확장해가는 가장 실행 가능한 수단이다. 그러나, 넓은 반치폭(full width at half maximum, FWHM)과 열등한 QY를 개선해야만 한다. Among the non-Cd composition candidates, the bulk band gap (2.69 eV) of II-VI ZnSe QDs is close to blue. In order to produce a more appropriate blue wavelength (450-460 nm), the size of ZnSe QDs must be very large, but it is also difficult to develop a synthesis method for size control. For this reason, most of the ZnSe QDs developed to date have been reported with intermediate wavelengths between violet (420 nm) and blue (440 nm). Alloying Te to ZnSe QDs is the most feasible means to gradually extend the PL towards longer wavelengths. However, the wide full width at half maximum (FWHM) and poor QY must be improved.

기존의 청색 발광 ZnSeTe QD 관련하여, PL QY가 70%이고 EL 소자의 EQE가 4.2%인 결과가 있다(Jang, E.-P.; Han, C.-Y.; Lim, S.-W.; Jo, J.-H.; Jo, D.-Y.; Lee, S.-H.; Yoon, S.-Y.; Yang, H. Synthesis of Alloyed ZnSeTe Quantum Dots as Bright, Color-Pure Blue Emitters. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 46062-46069). PL QY가 84%인 청색(445nm) QD 합성 및 QLED에서 9.5% EQE를 달성한 결과도 있다(Han, C.-Y.; Lee, S.-H.; Song, S.-W.; Yoon, S.-Y.; Jo, J.-H.; Jo, D.-Y.; Kim, H.-M.; Lee, B.-J.; Kim, H.-S.; Yang, H. More Than 9% Efficient ZnSeTe Quantum Dot-Based Blue Electroluminescent Devices. ACS Energy Lett. 2020, 5, 1568-1576). Regarding the existing blue light-emitting ZnSeTe QDs, the PL QY is 70% and the EQE of the EL device is 4.2% (Jang, E.-P.; Han, C.-Y.; Lim, S.-W. ;Jo, J.-H.; Jo, D.-Y.; Lee, S.-H.; Yoon, S.-Y.; Yang, H. Synthesis of Alloyed ZnSeTe Quantum Dots as Bright, Color-Pure Blue Emitters. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019 , 11 , 46062-46069). There are also results that achieved 9.5% EQE in blue (445 nm) QD synthesis and QLED with PL QY of 84% (Han, C.-Y.; Lee, S.-H.; Song, S.-W.; Yoon , S.-Y.; Jo, J.-H.; Jo, D.-Y.; Kim, H.-M.; Lee, B.-J.; Kim, H.-S.; Yang, H.; More Than 9% Efficient ZnSeTe Quantum Dot-Based Blue Electroluminescent Devices. ACS Energy Lett. 2020 , 5 , 1568-1576).

큐브 모양의 청색(457nm) QD 합성의 결과도 있다(Kim, T.; Kim, K.-H.; Kim, S.; Choi, S.-M.; Jang, H.; Seo, H.-K.; Lee, H.; Chung, D.-Y.; Jang, E. Efficient and Stable Blue Quantum Dot Light-Emitting Diode. Nature 2020, 586, 385-389). 큐브 모양의 QD는 정밀하지만 복잡하게 2단계 방식으로 불산(HF) 및 ZnCl2를 첨가하여 ZnSe 내측 쉘의 적층 결함(stacking fault)을 제거한 후 별도의 유기-무기 리간드 교환(즉, 올레산 →Cl-)을 실시해야 한다. QD 표면을 Cl- 처리하고 이로부터 제조한 청색 QLED는 14.3%의 높은 EQE를 보였다. There are also results for the synthesis of cube-shaped blue (457 nm) QDs (Kim, T.; Kim, K.-H.; Kim, S.; Choi, S.-M.; Jang, H.; Seo, H.- K.; Lee, H.; Chung, D.-Y.; Jang, E. Efficient and Stable Blue Quantum Dot Light-Emitting Diode. Nature 2020 , 586 , 385-389). Cube-shaped QDs were prepared in a precise but complex two-step manner by adding hydrofluoric acid (HF) and ZnCl 2 to eliminate stacking faults in the ZnSe inner shell, followed by separate organic-inorganic ligand exchange (i.e., oleic acid → Cl - ) should be performed. The QD surface was treated with Cl and the fabricated blue QLED showed a high EQE of 14.3%.

Ⅱ-Ⅵ계 청색 발광 QD의 상용화를 위해서는 발광특성이 더욱 개선된 QD 제조 방법이 필요하다. For the commercialization of II-VI blue light-emitting QDs, a QD manufacturing method with further improved emission characteristics is required.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 넓은 반치폭과 열등한 양자효율을 개선하면서 Ⅱ-Ⅵ계 비 Cd 청색 발광 양자점 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a II-VI non-Cd blue light emitting quantum dot and a manufacturing method thereof while improving a wide half width and poor quantum efficiency.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 이러한 Ⅱ-Ⅵ계 비 Cd 청색 발광 양자점을 이용한 양자점-발광소자를 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a quantum dot-light emitting device using such II-VI non-Cd blue light emitting quantum dots.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 양자점은, 공칭 Te/Se 비율이 0.01-0.05인 Ⅱ-Ⅵ계 삼성분계 ZnSeTe 코어; 상기 코어를 둘러싸며 1nm-3nm 두께를 갖는 ZnSe 내측 쉘; 및 상기 ZnSe 내측 쉘을 둘러싸며 0.5nm-2nm 두께를 갖는 ZnS 외측 쉘을 포함하는 것을 특징으로 하는 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 코어/쉘/쉘 양자점이다.In order to solve the above problems, the quantum dot according to the present invention is a II-VI ternary ZnSeTe core having a nominal Te/Se ratio of 0.01-0.05; a ZnSe inner shell surrounding the core and having a thickness of 1 nm to 3 nm; and a ZnS outer shell surrounding the ZnSe inner shell and having a thickness of 0.5 nm to 2 nm.

상기 코어 직경은 5nm-8nm일 수 있다. The core diameter may be 5 nm-8 nm.

상기 양자점은 청색 발광을 한다. The quantum dots emit blue light.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 양자점 제조 방법은, Zn 전구체와 용매를 포함하는 제1 혼합 용액에 Se 전구체와 Te 전구체를 주입하여 Ⅱ-Ⅵ계 삼성분계 ZnSeTe 코어를 형성하는 단계; 상기 ZnSeTe 코어가 형성되어 있는 상기 제1 혼합 용액에 대해 ZnSe 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액과 Se 전구체를 주입하여, 상기 ZnSeTe 코어를 둘러싸는 ZnSe 내측 쉘을 형성하여 ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 양자점을 형성하는 단계; 상기 제1 혼합 용액으로부터 상기 ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 양자점을 분리해낸 후, ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 양자점 분산액을 제조하는 단계; 및 상기 ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 양자점 분산액을 포함하는 제2 혼합 용액에 ZnS 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액과 S 전구체를 주입하여, 상기 ZnSe 내측 쉘을 둘러싸는 ZnS 외측 쉘을 형성하여 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 코어/쉘/쉘 양자점을 형성하는 단계를 포함한다.In order to solve the above problems, the quantum dot manufacturing method according to the present invention comprises the steps of injecting a Se precursor and a Te precursor into a first mixed solution containing a Zn precursor and a solvent to form a II-VI ternary ZnSeTe core; A Zn source solution capable of forming a ZnSe shell and a Se precursor are injected into the first mixed solution in which the ZnSeTe core is formed to form a ZnSe inner shell surrounding the ZnSeTe core, thereby forming a ZnSeTe/ZnSe core/shell quantum dot. forming a; preparing a ZnSeTe/ZnSe core/shell quantum dot dispersion after separating the ZnSeTe/ZnSe core/shell quantum dots from the first mixed solution; And by injecting a Zn raw material solution capable of forming a ZnS shell and an S precursor into the second mixed solution including the ZnSeTe/ZnSe core/shell quantum dot dispersion to form a ZnS outer shell surrounding the ZnSe inner shell, thereby forming a ZnSeTe/ and forming ZnSe/ZnS core/shell/shell quantum dots.

본 발명에 따른 양자점 제조 방법에 있어서, 상기 ZnSeTe 코어를 형성하는 단계는, Zn 전구체와 용매를 포함하는 제1 혼합 용액을 1차 가열하는 단계; 상기 제1 혼합 용액을 상기 1차 가열 온도보다 높은 온도로 2차 가열하는 단계; 및 상기 제1 혼합 용액에 Se 전구체와 Te 전구체를 주입하여 반응시키는 단계를 포함할 수 있다. In the method for manufacturing a quantum dot according to the present invention, the forming of the ZnSeTe core may include: firstly heating a first mixed solution including a Zn precursor and a solvent; Secondarily heating the first mixed solution to a temperature higher than the first heating temperature; and injecting and reacting the Se precursor and the Te precursor into the first mixed solution.

이 때, 상기 제1 혼합 용액에 Se 전구체와 Te 전구체를 주입하여 반응시키는 단계 동안에 상기 2차 가열 온도보다 높은 온도로 3차 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.In this case, during the step of injecting and reacting the Se precursor and the Te precursor into the first mixed solution, a third step of heating at a temperature higher than the second heating temperature may be further included.

상기 ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 양자점을 형성하는 단계는, 상기 ZnSeTe 코어가 형성되어 있는 상기 제1 혼합 용액에 60분 이상 180분 이하의 반응 시간 동안 ZnSe 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액과 Se 전구체를 주입하는 단계를 포함할 수 있다. In the step of forming the ZnSeTe/ZnSe core/shell quantum dots, the Zn raw material solution and the Se precursor capable of forming a ZnSe shell during a reaction time of 60 minutes or more and 180 minutes or less in the first mixed solution in which the ZnSeTe core is formed It may include the step of injecting.

상기 ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 양자점을 형성하는 단계 동안에 상기 ZnSeTe 코어와 상기 ZnSe 내측 쉘 사이의 상호 확산이 이루어질 수 있다.Mutual diffusion between the ZnSeTe core and the ZnSe inner shell may be performed during the forming of the ZnSeTe/ZnSe core/shell quantum dots.

상기 ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 양자점을 형성하는 단계 동안에 상기 제1 혼합 용액의 온도를 300℃ 이상으로 유지함이 바람직하다. During the step of forming the ZnSeTe/ZnSe core/shell quantum dots, the temperature of the first mixed solution is preferably maintained at 300° C. or higher.

상기 ZnSe 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액은 Zn 전구체를 지방산(fatty acid)과 TOP, TBP 및 TOA 중 1종 이상을 포함하는 용매에 녹여 준비한 것일 수 있다. The Zn raw material solution capable of forming the ZnSe shell may be prepared by dissolving a Zn precursor in a solvent containing fatty acid and at least one of TOP, TBP, and TOA.

본 발명에 따른 양자점 제조 방법에 있어서, 상기 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 코어/쉘/쉘 양자점을 형성하는 단계는, In the quantum dot manufacturing method according to the present invention, the forming of the ZnSeTe / ZnSe / ZnS core / shell / shell quantum dots,

Zn 전구체와 용매를 포함하는 제2 혼합 용액을 1차 가열하는 단계; 상기 제2 혼합 용액에 상기 ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 양자점 분산액을 주입한 후 상기 제2 혼합 용액을 상기 1차 가열 온도보다 높은 온도로 2차 가열하는 단계; 및 상기 제2 혼합 용액에 ZnS 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액과 S 전구체를 주입하여 반응시키는 단계를 포함할 수 있다. heating a second mixed solution containing a Zn precursor and a solvent; secondarily heating the second mixed solution to a temperature higher than the first heating temperature after injecting the ZnSeTe/ZnSe core/shell quantum dot dispersion into the second mixed solution; and injecting and reacting a Zn source solution capable of forming a ZnS shell with an S precursor into the second mixed solution.

상기 ZnS 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액은 Zn 전구체를 지방산, 1차아민(primary amine) 및 TOA을 포함하는 용매에 녹여 준비한 것일 수 있다.The Zn raw material solution capable of forming the ZnS shell may be prepared by dissolving a Zn precursor in a solvent containing fatty acid, primary amine, and TOA.

이 때, 상기 제2 혼합 용액을 2차 가열하는 상기 2차 가열시의 온도는 320-350℃일 수 있다.At this time, the temperature during the secondary heating of the secondary heating of the second mixed solution may be 320-350 °C.

본 발명에 따른 양자점 제조 방법에 있어서, 상기 ZnSeTe 코어의 공칭 Te/Se 비율은 0.01-0.05가 되게 하고, 상기 ZnSe 내측 쉘의 두께는 1nm-3nm가 되게 하며, 상기 ZnS 외측 쉘의 두께는 0.5nm-2nm가 되게 할 수 있다.In the quantum dot manufacturing method according to the present invention, the nominal Te/Se ratio of the ZnSeTe core is 0.01-0.05, the thickness of the ZnSe inner shell is 1 nm-3 nm, and the thickness of the ZnS outer shell is 0.5 nm. -2nm can be made.

상기 코어 직경은 5nm-8nm이 되게 할 수 있다. The core diameter may be 5 nm-8 nm.

본 발명에서는 본 발명에 따른 양자점을 포함하는 양자점-발광 소자도 제공한다. 이 양자점-발광 소자는, 정공 수송층, 양자점 발광층, 및 전자 수송층을 포함하고, 상기 양자점 발광층이 본 발명에 따른 양자점을 포함하는 것이다.The present invention also provides a quantum dot-light emitting device comprising the quantum dots according to the present invention. This quantum dot-light emitting device includes a hole transport layer, a quantum dot light emitting layer, and an electron transport layer, and the quantum dot light emitting layer includes the quantum dots according to the present invention.

본 발명에 따른 양자점-발광 소자는, 양극, 정공 주입층 및 음극을 더 포함하고, 상기 정공 수송층과 정공 주입층은 poly(ethylenedioxythiophene):polystyrene sulphonate(PEDOT:PSS), poly[(9, 9-dioctyl-fluorenyl-2, 7-diyl)-co-(4, 4'-(N-(p-butylphenyl))diphenylamine)](TFB), poly(9-vinlycarbazole)(PVK), N, N, N, N', N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine(TPD), poly-TPD, 4, 4', 4''-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine(TCTA), N, N'-bis(naphthalen-1-yl)-N, N'bis(phenyl)-9, 9-spiro-bifluorene(spiro-NPB), dipyrazino[2, 3-f:2', 3'-h]quinoxaline-2, 3, 6, 7, 10, 11-hexacarbonitrile(HATCN), 1, 1-bis[(di-4-tolylamino)phenylcyclohexane(TAPC), p-형 금속 산화물 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The quantum dot-light emitting device according to the present invention further includes an anode, a hole injection layer, and a cathode, and the hole transport layer and the hole injection layer are poly(ethylenedioxythiophene):polystyrene sulphonate (PEDOT:PSS), poly[(9, 9- dioctyl-fluorenyl-2, 7-diyl)-co-(4,4'-(N-(p-butylphenyl))diphenylamine)](TFB), poly(9-vinlycarbazole)(PVK), N, N, N , N', N'-tetrakis (4-methoxyphenyl) -benzidine (TPD), poly-TPD, 4, 4', 4''-tris (N-carbazolyl) -triphenylamine (TCTA), N, N'-bis (naphthalen-1-yl)-N, N'bis(phenyl)-9, 9-spiro-bifluorene (spiro-NPB), dipyrazino[2, 3-f:2', 3'-h]quinoxaline-2, It may be any one selected from 3, 6, 7, 10, 11-hexacarbonitrile (HATCN), 1, 1-bis[(di-4-tolylamino)phenylcyclohexane (TAPC), p-type metal oxides, and combinations thereof. .

상기 전자 수송층이 금속 산화물 나노입자를 포함하며, 상기 금속 산화물 나노입자는 Zn1-xMgxO(0≤x≤0.5) 조성의 Zn 함유 Mg 산화물 나노입자; 및 상기 나노입자 표면에 형성된 Mg 이온 표면 처리층을 포함하고 있는 것일 수 있다. The electron transport layer includes metal oxide nanoparticles, and the metal oxide nanoparticles include Zn-containing Mg oxide nanoparticles having a composition of Zn 1-x Mg x O (0≤x≤0.5); and a Mg ion surface treatment layer formed on the surface of the nanoparticles.

본 발명에 따르면, 최대 96%의 뛰어난 PL QY와 적절한 딥블루(특히 >450nm) 발광성을 보유하는 QD가 제공된다. 그리고 이러한 QD를 이용하여 용액 방법으로 QLED를 제조할 수 있다. According to the present invention, QDs with excellent PL QYs of up to 96% and moderate deep blue (especially >450 nm) luminescence are provided. And using these QDs, QLEDs can be manufactured by a solution method.

본 발명에 따라 제조되는 청색 QLED는 ZnSe 내측 쉘, ZnS 외측 쉘 두께 및 ZnSeTe 코어 조성에 따라 6107-12654 cd/m2의 휘도와 5.3-18.6%의 외부 양자 효율이라는 높은 전계 발광 성능을 보인다. The blue QLED manufactured according to the present invention shows high electroluminescence performance of luminance of 6107-12654 cd/m 2 and external quantum efficiency of 5.3-18.6% depending on the ZnSe inner shell, ZnS outer shell thickness, and ZnSeTe core composition.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 QD의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 QD 제조 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 QD-발광소자의 단면도이다.
도 4는 ZnSe 쉘 성장 시간의 함수로서 나타낸 (a) PL 스펙트럼, (b) PL 피크 파장, QY, FWHM의 변화 및 (c) ZnSeTe/ZnSe QD의 흡수 스펙트럼, (d) TEM 이미지, (e) ZnSeTe 코어가 ZnSe 쉘링 과정에서 확대되는 것을 그린 개략도이다.
도 5는 (a) ZnSeTe, (b) ZnSeTe/얇은-ZnSe, (c) ZnSeTe/중간-ZnSe, (d) ZnSeTe/두꺼운-ZnSe QD의 PL 스펙트럼 분해도, (e)는 (a) 내지 (d)로부터 얻은 결과를 정리한 것이다.
도 6은 (a) ZnSeTe/ZnSe/ZnS QD의 TEM 이미지, (b) ZnSeTe 코어, ZnSeTe/ZnSe/ZnS QD의 XRD 패턴, (c) 표준화된 PL, (d) PL 피크 파장, QY, FWHM 및 (e) PL 붕괴 프로파일이다.
도 7은 (a) 0.035의 공칭 Te/Se 몰비로 합성된 ZnSeTe 코어의 EDS 스펙트럼 및 실제 조성, (b) ZnSeTe/얇은-ZnSe/ZnS QD, ZnSeTe/중간-ZnSe/ZnS QD, 및 ZnSeTe/두꺼운-ZnSe/ZnS QD의 EDS 스펙트럼, (c) Zn, Se, S의 조성(원자%)이다.
도 8은 코어/쉘과 코어/쉘/쉘 QD 간 흡수 스펙트럼 비교로서, (a) 얇은 ZnSe, (b) 중간 ZnSe, (c) 두꺼운 ZnSe의 경우이다.
도 9는 코어/쉘과 코어/쉘/쉘 QD 간 PL 붕괴 프로파일 비교로서, (a) 얇은 ZnSe, (b) 중간 ZnSe, (c) 두꺼운 ZnSe의 경우이다.
도 10은 (a) 다층 청색 QLED 소자 개략도, (b) ZnSeTe/중간-ZnSe/ZnS QD로 제작된 청색 QLED의 단면 TEM 이미지(삽입그림: 점 영역에 해당하는 더 높은 배율), (c) 다층 청색 QLED의 에너지 레벨, (d) 정규화된 EL 스펙트럼(8V에서 수집), (e) 전류 밀도-전압, (f) 휘도-전류 밀도 및 (g) 전류 효율과 EQE-전류 밀도 관계이다.
도 11은 (a) ZnSeTe/얇은-ZnSe/ZnS 및 (b) ZnSeTe/두꺼운-ZnSe/ZnS QD로 제작된 청색 QLED의 확대된 단면 TEM 이미지이다.
도 12는 용액 PL(상부) 대 8V 구동 EL(하부)의 스펙트럼 비교로서, (a) ZnSeTe/얇은-ZnSe/ZnS, (b) ZnSeTe/중간-ZnSe/ZnS, (c) ZnSeTe/두꺼운-ZnSe/ZnS QD의 경우이다.
도 13은 (a) ZnSeTe 코어 및 (b) Te/Se 몰비가 0.023, 0.035, 0.047인 ZnSeTe/중간-ZnSe 코어/쉘 QD의 흡수 및 PL 스펙트럼이다.
도 14는 (a) 흡수와 PL 스펙트럼 및 (b) 다른 Te/Se 몰비 0.023, 0.035, 0.047로 합성된 청색 ZnSeTe/중간 ZnSe/ZnS QD의 PL 피크 파장, QY, FWHM 비교, (c) 실내 조명 및 UV 램프 하에서의 사진이다.
도 15는 쉘링 단계에 따른 PL 피크 파장, QY 및 FWHM 변화로서, (a) 0.023, (b) 0.035 및 (c) 0.047의 Te/Se 비율이다.
도 16은 (a) Te/Se 몰 비율이 0.023, 0.035, 0.047인 ZnSeTe/중간 ZnSe/ZnS QD로 제작된 청색 소자의 전류 밀도-전압, (b) 휘도-전류 밀도 및 (d) 전류 효율 및 EQE-전류 밀도 관계, (d) Te/Se 몰 비율이 0.023인 소자의 전압 의존 EL 스펙트럼 진화, (e) Te/Se 몰 비율이 0.035인 소자의 전압 의존 EL 스펙트럼 진화, (f) Te/Se 몰 비율이 0.047인 소자의 전압 의존 EL 스펙트럼 진화, (g) 8V에서 기록된 CIE 색상 좌표이다.
도 17은 (a) Te/Se=0.035 기반 ZnSeTe/중간-ZnSe/얇은-ZnS 및 ZnSeTe/중간-ZnSe/두꺼운-ZnS QD의 TEM 이미지, (b) 흡수, (c) ZnS 외측 쉘 두께 의존 코어/쉘/쉘 QD의 PL의 스펙트럼 비교, (d) ZnS 외측 쉘 두께의 함수로써 나타낸 전류 밀도와 휘도-전압, (f) ZnS 외측 쉘 두께의 함수로써 나타낸 EOD와 HOD의 전류 밀도 전압 특성, (g) ZnS 외측 쉘 두께에 따라 전자와 정공의 주입 정도(전하 균형 차이)를 다르게 묘사한 개략도이다.
도 18은 ZnS 외측 쉘 두께 의존 코어/쉘/쉘 QD의 PL 피크 파장, QY, FWHM 비교 그래프이다.
1 is a schematic diagram of a QD according to one embodiment of the present invention.
2 is a flow chart of a QD manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a QD-light emitting device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows (a) PL spectrum as a function of ZnSe shell growth time, (b) changes in PL peak wavelength, QY, and FWHM, (c) absorption spectrum of ZnSeTe/ZnSe QD, (d) TEM image, and (e) It is a schematic diagram depicting the enlargement of the ZnSeTe core during the ZnSe shelling process.
5 is a PL spectral decomposition diagram of (a) ZnSeTe, (b) ZnSeTe/thin-ZnSe, (c) ZnSeTe/medium-ZnSe, (d) ZnSeTe/thick-ZnSe QDs, (e) are (a) to (d) ), which summarizes the results obtained from
6 shows (a) TEM image of ZnSeTe/ZnSe/ZnS QD, (b) XRD pattern of ZnSeTe core, ZnSeTe/ZnSe/ZnS QD, (c) normalized PL, (d) PL peak wavelength, QY, FWHM and (e) PL decay profile.
7 shows (a) EDS spectra and actual compositions of ZnSeTe cores synthesized with a nominal Te/Se molar ratio of 0.035, (b) ZnSeTe/thin-ZnSe/ZnS QDs, ZnSeTe/medium-ZnSe/ZnS QDs, and ZnSeTe/thick -EDS spectrum of ZnSe/ZnS QD, (c) Composition (atomic %) of Zn, Se, and S.
8 is a comparison of absorption spectra between core/shell and core/shell/shell QDs, in the case of (a) thin ZnSe, (b) medium ZnSe, and (c) thick ZnSe.
9 is a comparison of PL decay profiles between core/shell and core/shell/shell QDs, in the case of (a) thin ZnSe, (b) medium ZnSe, and (c) thick ZnSe.
10 shows (a) a schematic diagram of a multilayer blue QLED device, (b) a cross-sectional TEM image of a blue QLED fabricated with ZnSeTe/mid-ZnSe/ZnS QDs (inset: higher magnification corresponding to the dot region), and (c) multilayer EQE-current density relationship with energy level of blue QLED, (d) normalized EL spectrum (collected at 8 V), (e) current density-voltage, (f) luminance-current density and (g) current efficiency.
11 is an enlarged cross-sectional TEM image of blue QLEDs fabricated with (a) ZnSeTe/thin-ZnSe/ZnS and (b) ZnSeTe/thick-ZnSe/ZnS QDs.
12 is a spectral comparison of solution PL (top) vs. 8 V driven EL (bottom): (a) ZnSeTe/thin-ZnSe/ZnS, (b) ZnSeTe/medium-ZnSe/ZnS, (c) ZnSeTe/thick-ZnSe This is the case for /ZnS QDs.
13 shows absorption and PL spectra of (a) ZnSeTe core and (b) ZnSeTe/mid-ZnSe core/shell QDs with Te/Se molar ratios of 0.023, 0.035, and 0.047.
14 shows (a) absorption and PL spectra, (b) comparison of PL peak wavelength, QY, and FWHM of blue ZnSeTe/intermediate ZnSe/ZnS QDs synthesized with different Te/Se molar ratios of 0.023, 0.035, and 0.047, and (c) room illumination. and a photograph under a UV lamp.
15 shows changes in PL peak wavelength, QY, and FWHM according to the shelling step, with Te/Se ratios of (a) 0.023, (b) 0.035, and (c) 0.047.
16 shows (a) current density-voltage, (b) luminance-current density, and (d) current efficiency of blue devices fabricated with ZnSeTe/Medium ZnSe/ZnS QDs with Te/Se molar ratios of 0.023, 0.035, and 0.047; EQE-current density relationship, (d) voltage-dependent EL spectrum evolution of a device with a Te/Se molar ratio of 0.023, (e) voltage-dependent EL spectrum evolution of a device with a Te/Se molar ratio of 0.035, (f) Te/Se Voltage-dependent EL spectral evolution of a device with a molar ratio of 0.047, (g) CIE color coordinates recorded at 8 V.
17 shows (a) TEM images of ZnSeTe/Medium-ZnSe/Thin-ZnS and ZnSeTe/Medium-ZnSe/Thick-ZnS QDs based on Te/Se=0.035, (b) Absorption, (c) ZnS outer shell thickness dependent core Comparison of PL spectra of /shell/shell QDs, (d) current density and luminance-voltage as a function of ZnS outer shell thickness, (f) current density-voltage characteristics of EOD and HOD as a function of ZnS outer shell thickness, ( g) It is a schematic diagram depicting the degree of injection of electrons and holes (difference in charge balance) differently according to the thickness of the ZnS outer shell.
18 is a graph comparing PL peak wavelength, QY, and FWHM of ZnS outer shell thickness dependent core/shell/shell QDs.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only these embodiments will complete the disclosure of the present invention, and will fully cover the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to inform you.

삼원계 ZnSeTe QD은 자발광 QD 디스플레이 소자 또는 QLED 제작에 활용할 수 있는 가장 유망한 비 Cd 청색 발광체이다. 본 발명에서는 독특한 2-스텝 접근법으로 ZnSe 내측 쉘과 ZnS 외측 쉘의 이중 쉘 구조를 가진 고품질 청색 ZnSeTe QD를 제공할 수 있다. Ternary ZnSeTe QDs are the most promising non-Cd blue emitters for the fabrication of self-emissive QD display devices or QLEDs. In the present invention, a high-quality blue ZnSeTe QD with a double shell structure of a ZnSe inner shell and a ZnS outer shell can be provided by a unique two-step approach.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 QD의 개략적인 도면이다. 1 is a schematic diagram of a QD according to one embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 QD(100)은, Ⅱ-Ⅵ계 삼성분계 ZnSeTe 코어(10), 상기 코어(10)를 둘러싸는 ZnSe 내측 쉘(20) 및 상기 ZnSe 내측 쉘(20)을 둘러싸는 ZnS 외측 쉘(30)을 포함한다. The QD 100 according to an embodiment of the present invention surrounds the II-VI ternary ZnSeTe core 10, the ZnSe inner shell 20 surrounding the core 10, and the ZnSe inner shell 20. includes a ZnS outer shell 30.

ZnSeTe 코어(10)에서 Te/Se 비율은 청색(450nm 이상)의 발광대역을 달성할 수 있도록 하기 위해 조정된다. ZnSe(2.69eV)보다 더 작은 벌크 밴드 갭을 갖는 ZnTe(2.3eV)와 합금화를 통해 구현하기 어려운 청색파장을 구현함에 있어 Te/Se 비율에 따라 밴드 갭이 변화한다. Te/Se 비율을 적절히 조절하여 원하는 타겟 파장을 표현할 수 있다. 제조 방법에 따라 QD의 크기와 모양이 조금씩 다르고 그에 따라 같은 조성의 QD이어도 각각의 밴드 갭이 다르다는 점을 감안하여 본 발명의 코어의 Te/Se 비율을 이해하여야 한다. In the ZnSeTe core 10, the Te/Se ratio is adjusted to achieve a blue (450 nm or more) emission band. In realizing a blue wavelength that is difficult to implement through alloying with ZnTe (2.3eV), which has a smaller bulk band gap than ZnSe (2.69eV), the band gap changes according to the Te/Se ratio. A desired target wavelength can be expressed by appropriately adjusting the Te/Se ratio. The Te/Se ratio of the core of the present invention should be understood in consideration of the fact that the size and shape of the QDs vary slightly depending on the manufacturing method, and thus the band gaps of the QDs of the same composition are different.

Te/Se 비율은 전류 효율성에도 영향을 미친다. Te/Se 비율이 클수록 전체 전류 밀도 영역에서 전류 효율성이 더 높다. Te/Se 비율은 FWHM에도 영향을 미친다. ZnSeTe 코어(10)가 451nm-463nm의 파장과 18nm-38nm의 FWHM을 가질 수 있도록 하기 위하여, 바람직하게, ZnSeTe 코어(10)에서 공칭 Te/Se 비율은 0.01-0.05으로 한다. 상기 0.01-0.05 비율을 벗어나면 청색(450nm 이상)의 발광대역을 달성하기 어렵다. 더욱 바람직하게, 0.023-0.047으로 한다. 공칭 Te/Se 비율 0.023에서 0.047로 변화할수록, ZnSeTe/ZnSe/ZnS 코어/쉘/쉘 QD(100)에서 PL 피크 파장이 451에서 463nm로, FWHM은 18에서 38nm로 확대된다. 상기 0.023-0.047 비율을 벗어나면 PL 피크 파장과 FWHM이 달라진다. The Te/Se ratio also affects the current efficiency. The higher the Te/Se ratio, the higher the current efficiency over the entire current density range. The Te/Se ratio also affects the FWHM. In order for the ZnSeTe core 10 to have a wavelength of 451 nm-463 nm and a FWHM of 18 nm-38 nm, the nominal Te/Se ratio in the ZnSeTe core 10 is preferably 0.01-0.05. Outside of the 0.01-0.05 ratio, it is difficult to achieve a blue (450 nm or more) emission band. More preferably, it is 0.023-0.047. As the nominal Te/Se ratio changes from 0.023 to 0.047, the PL peak wavelength expands from 451 to 463 nm and the FWHM from 18 to 38 nm in the ZnSeTe/ZnSe/ZnS core/shell/shell QD (100). Outside the 0.023-0.047 ratio, the PL peak wavelength and FWHM are different.

ZnSe 내측 쉘(20)은 ZnSeTe 코어(10)를 둘러싸며 피복한다. ZnS 외측 쉘(30)은 ZnSe 내측 쉘(20)을 둘러싸며 피복한다. ZnSeTe 코어(10) 표면에는 각종 결함이 존재할 수 있고, 이러한 결함은 비방사성 이완 사이트(non-radiative relaxation site)로 작용하여 열등한 QY를 보이게 된다. ZnSe 내측 쉘(20) 및 ZnS 외측 쉘(30)은 ZnSeTe 코어(10)의 표면 결함을 캡핑하여 보다 향상된 QY와 좁은 반치폭을 갖도록 한다. The ZnSe inner shell 20 surrounds and covers the ZnSeTe core 10 . The ZnS outer shell 30 surrounds and covers the ZnSe inner shell 20 . Various defects may exist on the surface of the ZnSeTe core 10, and these defects act as non-radiative relaxation sites, resulting in inferior QY. The ZnSe inner shell 20 and the ZnS outer shell 30 cap surface defects of the ZnSeTe core 10 to have a more improved QY and a narrower half width.

코어(10) 직경은 5nm 이상일 수 있다. 예를 들어 코어(10) 직경은 5nm-8nm일 수 있다. 이러한 직경의 코어(10)를 포함하는 코어/쉘/쉘 구조의 QD(100)는 직경이 10nm 이상일 수 있다. 예를 들어 코어/쉘/쉘 구조의 QD(100)는 직경이 10nm-12nm일 수 있다. 이러한 QD(100)는 청색발광할 수 있다. The diameter of the core 10 may be greater than 5 nm. For example, the diameter of the core 10 may be 5 nm-8 nm. A QD 100 having a core/shell/shell structure including a core 10 of this diameter may have a diameter of 10 nm or more. For example, a core/shell/shell QD 100 may have a diameter of 10 nm-12 nm. These QDs (100) can emit blue light.

ZnSeTe 코어 직경이 커지면, 비방사성 경로가 되어 QLED 효율성에 있어 가장 해로운 요소로 잘 알려진 Auger 재결합이 어려워지기 때문에 바람직하다. 하지만 기존에 알려진 제조 방법으로는 제어 가능하게 ZnSeTe 코어 직경을 5nm 이상으로 크게 하기 어려웠다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 ZnSeTe 코어(10) 직경을 5nm 이상으로 만들 수 있다. 이러한 코어(10)를 포함하는 QD(100)는 PL 특성이 우수해진다. A larger ZnSeTe core diameter is desirable because it becomes a non-radiative pathway and makes Auger recombination, which is well-known the most detrimental factor in QLED efficiency, difficult. However, it is difficult to increase the ZnSeTe core diameter to 5 nm or more in a controllable manner using conventional manufacturing methods. According to one embodiment of the present invention, the diameter of the ZnSeTe core 10 can be made 5 nm or more. The QD 100 including such a core 10 has excellent PL characteristics.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 코어(10) 크기는 5nm 이상으로 커질 수 있어 10nm 정도까지도 만들 수 있지만, 직경이 큰 코어에 후속적으로 쉘들을 균일한 두께로 원활하게 형성하기가 어려울 수도 있다. 쉘들이 잘 형성되지 못하면 오히려 QD의 PL 특성을 저하시키게 된다. 따라서, 코어(10) 크기는 8nm 이하로 할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the size of the core 10 can be increased to 5 nm or more and can be made up to about 10 nm, but it may be difficult to smoothly form shells with a uniform thickness subsequent to the large-diameter core. . If the shells are not well formed, the PL characteristics of the QD are rather deteriorated. Therefore, the size of the core 10 can be 8 nm or less.

ZnSe 내측 쉘(20)의 두께는 1nm-3nm일 수 있다. ZnS 외측 쉘(30)의 두께는 0.5nm-2nm일 수 있다. 이러한 두께는 만족할 만한 수준의 PL 또는 EL 특성을 나타내기 위한 두께이다. ZnSe 내측 쉘(20)의 두께가 1nm보다 작아지고 ZnS 외측 쉘(30)의 두께가 0.5nm보다 작아지면 코어(10)에 대한 패시베이션 정도가 불충분하고 FWHM을 좁아지게 할 수 없어 바람직하지 않다. ZnSe 내측 쉘(20)의 두께가 3nm보다 커지고 ZnS 외측 쉘(30)의 두께가 2nm보다 커지면 PL QY가 감소되어 바람직하지 않다. The thickness of the ZnSe inner shell 20 may be 1 nm-3 nm. The thickness of the ZnS outer shell 30 may be 0.5 nm-2 nm. This thickness is a thickness for exhibiting a satisfactory level of PL or EL characteristics. When the thickness of the ZnSe inner shell 20 is less than 1 nm and the thickness of the ZnS outer shell 30 is less than 0.5 nm, the passivation degree of the core 10 is insufficient and the FWHM cannot be narrowed, which is not preferable. When the thickness of the ZnSe inner shell 20 is greater than 3 nm and the thickness of the ZnS outer shell 30 is greater than 2 nm, PL QY is reduced, which is not preferable.

실험예에서, 5.38nm의 크기를 갖는 ZnSeTe 코어에 대해 2.16nm 두께의 ZnSe 내측 쉘(20)이 형성될 때에 가장 높은 QY(40%)가 달성되었다. 상당한 계면 응력없이 일관성있게 성장이 가능한 ZnSe 내측 쉘(20)의 임계 두께는 2.16nm이라고 추정할 수 있다. ZnS 외측 쉘(30)을 더 형성하면 PL QY가 더 증가한다. 5.38nm의 크기를 갖는 ZnSeTe 코어에 대해 ZnSe 내측 쉘(20)의 두께는 1.14nm-2.47nm일 수 있다. 그리고 ZnS 외측 쉘(30)의 두께는 0.52nm-1.00nm일 수 있다. 이와 같이 ZnSe 내측 쉘(20)과 ZnS 외측 쉘(30)을 포함함에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 QD(100)는 최대 96%의 뛰어난 PL QY를 나타낼 수 있다. In the experimental example, the highest QY (40%) was achieved when a 2.16 nm thick ZnSe inner shell 20 was formed for a ZnSeTe core having a size of 5.38 nm. It can be estimated that the critical thickness of the ZnSe inner shell 20, which can grow consistently without significant interfacial stress, is 2.16 nm. Further formation of the ZnS outer shell 30 further increases PL QY. For a ZnSeTe core with a size of 5.38 nm, the thickness of the ZnSe inner shell 20 may be 1.14 nm-2.47 nm. And the thickness of the ZnS outer shell 30 may be 0.52nm-1.00nm. In this way, as the ZnSe inner shell 20 and the ZnS outer shell 30 are included, the QD 100 according to an embodiment of the present invention may exhibit an excellent PL QY of up to 96%.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 QD(100)는 청색 발광 QD이다. 특히 본 발명의 일 실시예에 따른 QD(100)는 적절한 딥블루(특히 >450nm) 발광성을 보유한다.QD (100) according to an embodiment of the present invention having such a configuration is a blue light-emitting QD. In particular, QDs 100 according to an embodiment of the present invention possess appropriate deep blue (particularly >450 nm) luminescence.

이러한 이중 쉘의 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 이종구조인 QD(100)에서, ZnSe 내측 쉘(20)과 ZnS 외측 쉘(30)의 두께뿐만 아니라 ZnSeTe 코어(10)의 Te/Se 조성을 조절하여 QD(100)의 PL 및 이러한 QD(100)를 포함하는 소자의 EL 성능을 조절할 수 있다. ZnSeTe 코어(10)에서 공칭 Te/Se 비율을 0.023-0.047으로 한 결과, 딥블루 ZnSeTe/ZnSe/ZnS QD는 451-463nm의 튜닝 가능한 PL 파장과 18-38nm의 좁은 대역폭을 나타내며, ZnSe 내측 쉘(20) 두께와 함께 ZnSeTe 코어(10) 조성에 의해 그 특성이 제어된다. In this double-shell ZnSeTe / ZnSe / ZnS heterostructure QD (100), by controlling the thickness of the ZnSe inner shell 20 and the ZnS outer shell 30 as well as the Te / Se composition of the ZnSeTe core 10, It is possible to adjust the PL of ) and the EL performance of a device including these QDs (100). As a result of a nominal Te/Se ratio of 0.023–0.047 in the ZnSeTe core (10), the deep blue ZnSeTe/ZnSe/ZnS QDs exhibit tunable PL wavelengths of 451–463 nm and narrow bandwidths of 18–38 nm, with a ZnSe inner shell (20 ), its properties are controlled by the composition of the ZnSeTe core 10 together with the thickness.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 QD 제조 방법의 순서도이다. 2 is a flow chart of a QD manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서는 앞에서 설명한 바와 같은 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 구조의 청색 QD를 2-스텝 접근법으로 합성하는 방법을 제안한다. 여기에서는, 제어 가능한 ZnSe 두께를 가지도록 연속적으로 성장한 단일 쉘 ZnSeTe/ZnSe QD를 별도의 포트(pot)로 옮겨 다음의 ZnS 쉘링에 배치하는 것을 제안한다. 이러한 2-스텝 접근법에 의해 청색 QD의 광범위한 합성을 수행할 수 있다. 그리고, 매우 간단한 방법으로 고효율의 QD을 합성할 수 있다. The present invention proposes a method for synthesizing blue QDs of the ZnSeTe/ZnSe/ZnS structure as described above by a two-step approach. Here, we propose to transfer continuously grown single-shell ZnSeTe/ZnSe QDs with controllable ZnSe thickness to a separate pot and place them on the next ZnS shelling. Extensive synthesis of blue QDs can be performed by this two-step approach. And, it is possible to synthesize high-efficiency QDs in a very simple way.

도 2를 참조하면, 먼저 Ⅱ-Ⅵ계 삼성분계 ZnSeTe 코어를 합성한다(단계 S10). Referring to FIG. 2, first, a II-VI ternary ZnSeTe core is synthesized (step S10).

ZnSeTe 코어의 합성에 있어, 저온에서 전구체 물질을 혼합한 후 고온으로 가열하여 코어를 형성하는 가열(heat-up) 방법이 가장 바람직하다. 그러나 본 발명은 여기에 한정되지 않고, 고온에서 전구체 물질을 주입하여 코어를 형성하는 핫 인젝션(hot-injection) 방법에 의할 수도 있다. In the synthesis of the ZnSeTe core, a heat-up method of forming a core by mixing a precursor material at a low temperature and then heating it to a high temperature is most preferred. However, the present invention is not limited thereto, and a hot-injection method may be used to form a core by injecting a precursor material at a high temperature.

예를 들어, Zn 전구체와 Se 전구체와 Te 전구체를 반응시켜 ZnSeTe 코어를 합성한다. 먼저 Zn 전구체와 용매를 포함하는 제1 혼합 용액을 낮은 온도, 예를 들어 120℃로 1차 가열하고 디개싱할 수 있다. 제1 혼합 용액의 용매는 올레산(oleic acid, OA), 1-옥타데센(1-octadecene, ODE)일 수 있다. For example, a ZnSeTe core is synthesized by reacting a Zn precursor, a Se precursor, and a Te precursor. First, the first mixed solution containing the Zn precursor and the solvent may be primarily heated to a low temperature, for example, 120° C., and degassed. The solvent of the first mixed solution may be oleic acid (OA) or 1-octadecene (ODE).

Zn 전구체는 아연 아세테이트[Zn(Ac)2]가 가능하다. 이외에도 Zn 전구체를 준비하는 데 있어 Zn 금속 분말, ZnO, 아연 클로라이드 또는 아연 스테아레이트 등이 포함될 수 있다. Zn precursor may be zinc acetate [Zn(Ac) 2 ]. In addition to preparing the Zn precursor, Zn metal powder, ZnO, zinc chloride or zinc stearate may be included.

그런 다음 상기 제1 혼합 용액을 상기 1차 가열 온도보다 높은 온도로 2차 가열할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 혼합 용액의 온도를 210℃까지 올릴 수 있다. 온도가 안정화된 후 Se 전구체와 Te 전구체를 원하는 Te/Se 비율로 상기 제1 혼합 용액에 주입할 수 있다. Then, the first mixed solution may be secondarily heated to a temperature higher than the first heating temperature. For example, the temperature of the first mixed solution may be raised to 210°C. After the temperature is stabilized, the Se precursor and the Te precursor may be injected into the first mixed solution at a desired Te/Se ratio.

Se 전구체는 Se 분말 또는 Se 분말을 용해시켜 준비한 Se 스톡용액일 수 있다. 마찬가지로 Te 전구체는 Te 스톡용액일 수 있다. 스톡용액의 용매는 DPP(diphenylphosphine), TOP(trioctylphosphine), TBP(tributylphosphine) 및 TPP(tri-phenylphosphine) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어 Se 전구체는 Se-DPP이고, Te 전구체는 Te-TOP일 수 있다. The Se precursor may be Se powder or a Se stock solution prepared by dissolving Se powder. Likewise, the Te precursor may be a Te stock solution. The solvent of the stock solution may include one or more of diphenylphosphine (DPP), trioctylphosphine (TOP), tributylphosphine (TBP), and tri-phenylphosphine (TPP). For example, the Se precursor may be Se-DPP, and the Te precursor may be Te-TOP.

Se 전구체와 Te 전구체를 주입한 다음에는 반응이 충분히 이루어지도록 일정 시간 유지할 수 있다. 이 때 상기 2차 가열 온도보다 높은 온도로 3차 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 210℃인 상기 제1 혼합 용액의 온도를 더 올려, 예를 들어 300℃로 올려, 일정 시간 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 방법에 의해 상기 제1 혼합 용액 내에 ZnSeTe 코어가 합성이 된다. ZnSeTe 코어의 크기는 반응 온도 및 시간으로 조절할 수 있다. After injecting the Se precursor and the Te precursor, it may be maintained for a certain period of time so that the reaction is sufficiently performed. At this time, the step of performing third heating at a temperature higher than the second heating temperature may be further included. That is, the step of raising the temperature of the first mixed solution of 210 ° C., for example, to 300 ° C., and maintaining the temperature for a certain period of time may be further included. By this method, the ZnSeTe core is synthesized in the first mixed solution. The size of the ZnSeTe core can be controlled by the reaction temperature and time.

다음으로, 상기 코어를 둘러싸는 ZnSe 내측 쉘(도 1의 20에 해당)을 형성함으로써, ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 양자점을 형성한다(단계 S20). 이 때, ZnSeTe 코어가 합성되어 있는 상기 제1 혼합 용액으로부터 ZnSeTe 코어를 꺼내는 일이 없이, 즉 ZnSeTe 코어 합성 단계와 연속적으로, ZnSeTe 코어가 합성되어 있는 상기 제1 혼합 용액에 대해 ZnSe 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액과 Se 전구체를 주입하여, ZnSeTe 코어를 둘러싸는 ZnSe 내측 쉘(20)을 형성하는 것이 중요하다. Zn 원료 용액과 Se 전구체를 함께 ZnSe 스톡 용액이라고 부를 수도 있다. Next, by forming a ZnSe inner shell (corresponding to 20 in FIG. 1) surrounding the core, a ZnSeTe/ZnSe core/shell quantum dot is formed (step S20). At this time, without taking out the ZnSeTe core from the first mixed solution in which the ZnSeTe core is synthesized, that is, continuously with the ZnSeTe core synthesizing step, a ZnSe shell is formed for the first mixed solution in which the ZnSeTe core is synthesized. It is important to form the ZnSe inner shell 20 surrounding the ZnSeTe core by injecting a possible Zn raw material solution and Se precursor. The Zn raw material solution and the Se precursor may be referred to together as a ZnSe stock solution.

예를 들어, 앞선 단계 S10에서 ZnSeTe 코어 합성시의 최종 온도가 300℃이면, 바람직하게 그 온도를 계속 유지한 상태에서 ZnSe 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액과 Se 전구체를 상기 제1 혼합 용액에 주입한다. 이 때, ZnSe 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액은 Zn 전구체를 지방산(fatty acid)과 TOP, TBP 및 TOA 중 1종 이상을 포함하는 용매에 녹여 준비한 것을 사용할 수 있다. 지방산 은 팔미트산(palmitic acid), 미리스트산(myristic acid, stearic acid) 또는 올레산(oleic acid, OA)일 수 있다. 예를 들어, Zn(Ac)2를 OA, TOP 및 트리옥틸아민(TOA)에 녹여 준비한 것을 사용할 수 있다(이하에서, Zn(OA)2 용액이라고 함). For example, if the final temperature at the time of synthesizing the ZnSeTe core in the previous step S10 is 300 ° C, preferably, the Zn raw material solution capable of forming the ZnSe shell and the Se precursor are added to the first mixed solution while maintaining the temperature continuously. inject At this time, a Zn raw material solution capable of forming a ZnSe shell may be prepared by dissolving a Zn precursor in a solvent containing fatty acid and at least one of TOP, TBP, and TOA. The fatty acid may be palmitic acid, myristic acid (stearic acid) or oleic acid (OA). For example, a solution prepared by dissolving Zn(Ac) 2 in OA, TOP, and trioctylamine (TOA) may be used (hereinafter referred to as Zn(OA) 2 solution).

앞서 예를 든 바와 같이 ZnSe 쉘링이 고온인 300℃에서 진행되면, 쉘링하는 동안 미리 성장한 ZnSeTe 코어와 ZnSe 쉘 사이의 상호 확산 가능성이 매우 높으며, 이를 통해 ZnSeTe 코어의 유효 영역을 어느 정도 확장해 비로소 도 1의 QD(100)의 ZnSeTe 코어(10) 영역이 정해질 수 있다. 쉘링이 진행됨에 따라, 확대된 ZnSeTe 코어에서는 Se에 대한 Te 함량이 낮아지게 되므로, 테일 발광을 완화하여 전체 PL의 스펙트럼 대칭성을 더 좁히거나 색상 순도를 더 높이도록 개선되는 효과가 있다. As in the previous example, if ZnSe shelling is performed at a high temperature of 300 ° C, there is a very high possibility of mutual diffusion between the pre-grown ZnSeTe core and the ZnSe shell during shelling, and through this, the effective area of the ZnSeTe core can be expanded to some extent. The area of the ZnSeTe core 10 of QD 100 of 1 can be defined. As shelling progresses, since the content of Te to Se in the enlarged ZnSeTe core is lowered, the tail emission is mitigated to further narrow the spectral symmetry of the entire PL or to improve color purity.

ZnSe 쉘링은 300℃ 이상의 더 고온에서 진행하면 더 개선되는 효과를 기대할 수 있다. 따라서, ZnSe 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액의 용매는 비등점이 300℃보다 높은 것을 사용해 반응 온도를 300℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 상기 용매로서 TOA를 사용할 수 있는데, TOA의 비등점이 365℃이므로, ZnSe 쉘링을 300℃, 또는 그 이상으로 높여서 진행할 수 있다. ZnSe shelling can be further improved by proceeding at a higher temperature of 300 ° C or higher. Therefore, it is preferable to set the reaction temperature to 300°C or higher by using a solvent having a boiling point higher than 300°C for the Zn raw material solution capable of forming the ZnSe shell. In this embodiment, TOA may be used as the solvent. Since TOA has a boiling point of 365° C., ZnSe shelling may be increased to 300° C. or higher.

이와 같이 본 발명에서는 ZnSe 쉘링을 진행하는 반응 온도를 300℃ 이상으로 높여 전체 PL의 스펙트럼 대칭성을 더 좁히거나 색상 순도를 더 높일 수 있다. 반응 온도의 상한은 용매의 비등점일 수 있다. As such, in the present invention, the reaction temperature for performing the ZnSe shelling may be increased to 300° C. or more, and the spectral symmetry of the entire PL may be further narrowed or the color purity may be further increased. The upper limit of the reaction temperature may be the boiling point of the solvent.

Zn 원료 용액과 Se 전구체의 양과 주입 속도는, 원하는 두께의 ZnSe 내측 쉘(20)을 형성하기 적합하게 적절히 제어될 수 있다. 예를 들어, Zn 원료 용액과 Se 전구체의 양이 많아질수록 ZnSe 내측 쉘(20)의 두께가 증가할 수 있다. The amount and injection speed of the Zn raw material solution and the Se precursor may be appropriately controlled to form the ZnSe inner shell 20 having a desired thickness. For example, as the amount of the Zn raw material solution and the Se precursor increases, the thickness of the ZnSe inner shell 20 may increase.

예를 들어, Zn 원료 용액으로서 Zn(OA)2 용액을 사용하고 Se 전구체로서 Se-TOP를 사용하는 경우, Zn(OA)2 용액 10mL, Se-TOP 2.5mL를 주입하는 경우에 비해, Zn(OA)2 용액 20mL, Se-TOP 5.0mL를 주입하는 경우에 ZnSe 내측 쉘(20)의 두께가 더 크다. 마찬가지로, Zn(OA)2 용액 20mL, Se-TOP 5.0mL를 주입하는 경우에 비해 Zn(OA)2 용액 30mL, Se-TOP 7.5mL를 주입하는 경우에 ZnSe 내측 쉘(20)의 두께가 더 크다.For example, when using a Zn(OA) 2 solution as a Zn raw material solution and Se-TOP as a Se precursor, compared to the case of injecting 10 mL of Zn(OA) 2 solution and 2.5 mL of Se-TOP, Zn ( When OA) 2 solution 20mL and Se-TOP 5.0mL are injected, the thickness of the ZnSe inner shell 20 is greater. Similarly, the thickness of the ZnSe inner shell 20 is greater when 30mL of Zn(OA) 2 solution and 7.5mL of Se-TOP are injected than when 20mL of Zn(OA) 2 solution and 5.0mL of Se-TOP are injected. .

Zn 원료 용액과 Se 전구체를 상기 제1 혼합 용액에 주입하는 시간, 즉 ZnSe 내측 쉘(20)을 형성하는 반응 시간도 ZnSe 내측 쉘(20)의 두께에 영향을 미친다. 반응 시간이 길어질수록 ZnSe 내측 쉘(20)의 두께가 증가한다. 바람직하게, 60분 이상 180분 이하의 반응 시간을 가지도록 한다. The time for injecting the Zn raw material solution and the Se precursor into the first mixed solution, that is, the reaction time for forming the ZnSe inner shell 20 also affects the thickness of the ZnSe inner shell 20 . As the reaction time increases, the thickness of the ZnSe inner shell 20 increases. Preferably, the reaction time is 60 minutes or more and 180 minutes or less.

반응 시간 증가에 따라 ZnSe 내측 쉘(20)의 두께가 증가할수록 ZnSeTe 코어에서의 피크 파장이 점차 적색편이 된다. 하지만 일정 시간이 지나면 반응 시간을 더 증가시켜도 적색편이가 발생하지 않는다. 반응 시간 증가에 따라 PL QY도 변화한다. PL QY는 반응 시간 증가에 따라 점차 증가하다가 감소할 수 있다. 적당한 시간보다 더 긴 반응 시간으로 인해 과도하게 두꺼운 ZnSe 내측 쉘(20)이 형성되면 계면 응력의 증가 때문에 PL QY가 감소되는 것이다.As the reaction time increases, as the thickness of the ZnSe inner shell 20 increases, the peak wavelength in the ZnSeTe core gradually redshifts. However, after a certain period of time, the redshift does not occur even if the reaction time is further increased. As the reaction time increases, the PL QY also changes. PL QY may gradually increase and then decrease as the reaction time increases. If an excessively thick ZnSe inner shell 20 is formed due to a reaction time longer than appropriate, PL QY is reduced due to an increase in interfacial stress.

실험예에서, 5.38nm의 크기를 갖는 ZnSeTe 코어에 대해 2.16nm 두께의 ZnSe 내측 쉘(20)이 형성될 때에 가장 높은 QY(40%)가 달성되었다. 이러한 두께의 ZnSe 내측 쉘(20)을 형성하도록 하는 반응 시간은 120분이었다. 상당한 계면 응력없이 일관성있게 성장이 가능한 ZnSe 내측 쉘(20)의 임계 두께는 2.16nm이라고 추정할 수 있다. 그리고, 다른 모든 조건이 동일하다면, 반응 시간은 120분을 전후하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.In the experimental example, the highest QY (40%) was achieved when a 2.16 nm thick ZnSe inner shell 20 was formed for a ZnSeTe core having a size of 5.38 nm. The reaction time to form the ZnSe inner shell 20 of this thickness was 120 minutes. It can be estimated that the critical thickness of the ZnSe inner shell 20, which can grow consistently without significant interfacial stress, is 2.16 nm. And, if all other conditions are the same, it can be seen that the reaction time is preferably around 120 minutes.

이와 같이 ZnSe 내측 쉘(20)의 두께에 따라 PL 파장과 QY가 변화되는 것 외에도, PL 대역폭에 영향을 미쳐, ZnSe 내측 쉘(20)의 두께가 증가할수록 FWHM은 좁아진다. As described above, in addition to changing the PL wavelength and QY according to the thickness of the ZnSe inner shell 20, the FWHM narrows as the thickness of the ZnSe inner shell 20 increases by affecting the PL bandwidth.

또한, Auger 재결합은 QD 이종구조 세부사항에도 크게 의존하게 된다. ZnSe 내측 쉘(20)이 두꺼울수록 Auger 재결합을 느리게 한다. 이 맥락에서, 비대칭적으로 과도한 전자 주입으로 인해 소자 작동 시 QD가 음전하를 띠게 되는 청색 QLED의 경우, 두꺼운 ZnSe 내측 쉘(20)을 가진 QD가 Auger 재결합 억제에서 우수할 수 있어, 소자 효율성 향상으로 이어질 가능성이 높다. 그리고 ZnSe 내측 쉘(20)이 두꺼워질수록 QD(100) 평균 수명은 길어진다. In addition, Auger recombination also becomes highly dependent on QD heterostructure details. The thicker the ZnSe inner shell 20 slows Auger recombination. In this context, in the case of blue QLEDs, where QDs are negatively charged during device operation due to asymmetrically excessive electron injection, QDs with a thick ZnSe inner shell (20) can be superior in suppressing Auger recombination, leading to improved device efficiency. It is highly likely that And the thicker the ZnSe inner shell 20 is, the longer the average lifetime of the QD 100 is.

따라서, 이 모든 조건들을 고려해 적절한 PL 파장과 QY와 FWHM을 나타내도록 하기 위하여 ZnSe 내측 쉘(20)의 두께를 조절할 수 있으며, 본 발명에서는 Zn 원료 용액과 Se 전구체의 양, 및/또는 반응 시간을 이용해 조절할 수 있음을 제안한다. Therefore, in consideration of all these conditions, the thickness of the ZnSe inner shell 20 can be adjusted in order to exhibit an appropriate PL wavelength, QY, and FWHM, and in the present invention, the amount of Zn raw material solution and Se precursor, and / or reaction time We suggest that you can use it to adjust.

Zn 원료 용액과 Se 전구체 주입 완료 후에는 상기 제1 혼합 용액을 상온으로 냉각하고 그 결과로 생긴 ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 QD(즉, ZnSeTe 코어(10)를 ZnSe 내측 쉘(20)이 둘러싸고 있는 구조)를 상기 제1 혼합 용액으로부터 분리해낸 후, 예를 들어 헥산과 같은 용매에 분산시켜 ZnSeTe/ZnSe QD 분산액을 제조한다(단계 S30). After completion of injection of the Zn raw material solution and the Se precursor, the first mixed solution is cooled to room temperature, and the resultant ZnSeTe/ZnSe core/shell QD (that is, a structure in which the ZnSe core 10 is surrounded by the ZnSe inner shell 20) ) is separated from the first mixed solution, and then dispersed in a solvent such as hexane to prepare a ZnSeTe/ZnSe QD dispersion (step S30).

다음으로, ZnSeTe/ZnSe QD 분산액을 이용하여, ZnSeTe/ZnSe QD 표면에 ZnS 외측 쉘(30)을 형성함으로써 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 코어/쉘/쉘 양자점을 형성하도록 한다(단계 S40).Next, by using the ZnSeTe / ZnSe QD dispersion, a ZnS outer shell 30 is formed on the surface of the ZnSeTe / ZnSe QD to form ZnSeTe / ZnSe / ZnS core / shell / shell quantum dots (step S40).

이러한 단계를 수행하기 위하여, 예를 들어 Zn 전구체와 용매를 포함하는 제2 혼합 용액을 낮은 온도, 예를 들어 120℃로 1차 가열하고 디개싱할 수 있다. 상기 제2 혼합 용액의 용매는 예를 들어 OA, 1-헥사데실아민(HDA), TOA일 수 있다. To perform this step, for example, the second mixed solution including the Zn precursor and the solvent may be first heated to a low temperature, for example, 120° C., and then degassed. The solvent of the second mixed solution may be, for example, OA, 1-hexadecylamine (HDA), or TOA.

온도가 안정화된 후 상기 ZnSeTe/ZnSe QD 분산액을 상기 제2 혼합 용액에 주입한다. 그런 다음, 상기 제2 혼합 용액을 상기 1차 가열 온도보다 높은 온도로 2차 가열할 수 있다. 예를 들어 330℃까지 올릴 수 있다. 이어서, ZnS 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액과 S 전구체를 상기 제2 혼합 용액에 주입해 반응시킨다. ZnS 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액과 S 전구체를 ZnS 스톡용액이라고 부를 수도 있다. After the temperature is stabilized, the ZnSeTe/ZnSe QD dispersion is injected into the second mixed solution. Then, the second mixed solution may be secondarily heated to a temperature higher than the first heating temperature. For example, it can be raised to 330 ° C. Subsequently, a Zn raw material solution capable of forming a ZnS shell and an S precursor are injected into the second mixed solution and reacted. The Zn raw material solution and the S precursor capable of forming a ZnS shell may also be referred to as a ZnS stock solution.

이 때, ZnS 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액은 Zn 전구체를 지방산, 1차아민(primary amine) 및 TOA을 포함하는 용매에 녹여 준비한 것을 사용할 수 있다. 지방산은 팔미트산, 미리스트산 또는 OA일 수 있다. 1차아민은 올레일 아민(oleyl amine), 옥틸 아민(octyl amine), HAD일 수 있다. 예를 들어, ZnS 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액은 앞의 단계 S20에서 사용한 것과 같은, Zn(OA)2 용액을 사용할 수 있다. S 전구체는 S 스톡용액일 수 있다. 스톡용액의 용매는 앞서 언급한 바와 같이, TOP, TBP, TPP, DPP 등일 수 있다. 예를 들어 S 전구체는 S-TOP일 수 있다. At this time, a Zn raw material solution capable of forming a ZnS shell may be prepared by dissolving a Zn precursor in a solvent containing fatty acid, primary amine, and TOA. The fatty acid may be palmitic acid, myristic acid or OA. The primary amine may be oleyl amine, octyl amine, or HAD. For example, as the Zn raw material solution capable of forming the ZnS shell, the same Zn(OA) 2 solution used in step S20 may be used. The S precursor may be a S stock solution. As mentioned above, the solvent of the stock solution may be TOP, TBP, TPP, DPP, or the like. For example, the S precursor may be S-TOP.

Zn 원료 용액과 S 전구체의 양과 주입 속도는, 원하는 두께의 ZnS 외측 쉘(30)을 형성하기 적합하게 적절히 제어될 수 있다. 예를 들어, Zn 원료 용액과 S 전구체의 양이 많아질수록 ZnS 외측 쉘(30)의 두께가 증가할 수 있다. The amount and injection speed of the Zn raw material solution and the S precursor can be appropriately controlled to suitably form the ZnS outer shell 30 having a desired thickness. For example, as the amount of the Zn raw material solution and the S precursor increases, the thickness of the ZnS outer shell 30 may increase.

예를 들어, Zn 원료 용액으로서 Zn(OA)2 용액을 사용하고 S 전구체로서 S-TOP를 사용하는 경우, Zn(OA)2 용액 2mL, S-TOP 0.5mL를 주입하는 경우에 비해, Zn(OA)2 용액 4mL, S-TOP 1.0mL를 주입하는 경우에 ZnS 외측 쉘(30)의 두께가 더 크다. 마찬가지로, Zn(OA)2 용액 4mL, S-TOP 1.0mL를 주입하는 경우에 비해 Zn(OA)2 용액 6mL, S-TOP 1.5mL를 주입하는 경우에 ZnS 외측 쉘(30)의 두께가 더 크다.For example, when a Zn(OA) 2 solution is used as a Zn raw material solution and S-TOP is used as an S precursor, compared to the case of injecting 2 mL of Zn(OA) 2 solution and 0.5 mL of S-TOP, Zn ( When OA) 2 solution 4mL and S-TOP 1.0mL are injected, the thickness of the ZnS outer shell 30 is greater. Similarly, the thickness of the ZnS outer shell 30 is greater when 6mL of Zn(OA) 2 solution and 1.5mL of S-TOP are injected than when 4mL of Zn(OA) 2 solution and 1.0mL of S-TOP are injected. .

ZnS 외측 쉘(30)까지 포함하는 QD(100)는, ZnSeTe 코어(10)를 ZnSe 내측 쉘(20)이 둘러싸고 있는 구조에 비하여 청색편이되며, 이는 양자 제한의 강화와 밴드 갭의 증가 때문이다. ZnS 외측 쉘(30)은 전자 파장 함수의 비편재화에 대해 높은 에너지 장벽을 구축할 수 있다. ZnS 외측 쉘(30)을 형성하면 PL QY가 증가한다. 이는 본 발명에 따른 ZnS 외측 쉘(30) 형성이 매우 효과적인 표면 패시베이션을 제공하기 때문이다. 높은 비등점(365℃)을 가진 TOA를 용매로 사용함으로써 ZnS 외측 쉘(30)을 형성하는 반응 온도를 예를 들어 335℃까지도 올릴 수 있다. 이와 같이 비교적 높은 온도에서 ZnS 외측 쉘(30)을 균일한 ZnS를 두껍게 형성하기 용이하고 이로써 PL QY가 증가된 QD(100)를 제조할 수 있다. The QD 100 including the ZnS outer shell 30 is blue-shifted compared to the structure in which the ZnSe inner shell 20 surrounds the ZnSeTe core 10, which is due to the strengthening of quantum confinement and the increase in band gap. The ZnS outer shell 30 can build a high energy barrier against delocalization of the electronic wavelength function. Forming the ZnS outer shell 30 increases PL QY. This is because the formation of the ZnS outer shell 30 according to the present invention provides very effective surface passivation. By using TOA having a high boiling point (365° C.) as a solvent, the reaction temperature for forming the ZnS outer shell 30 can be raised to, for example, 335° C. As such, it is easy to form the ZnS outer shell 30 uniformly and thickly at a relatively high temperature, thereby manufacturing a QD 100 having an increased PL QY.

ZnS 외측 쉘(30)의 두께를 증가시키면 정공에 비해 전자 주입이 오히려 더 방해를 받게 되고, 이는 QD(100)를 포함하는 소자에서 더 나은 전하 균형에 이르게 한다. 이런 점에서 ZnS 외측 쉘(30)의 두께가 증가할수록 전하 균형 및 소자 효율 면에서 우수성을 보일 수 있다. ZnS 외측 쉘(30)이 두꺼울수록 휘도도 향상된다. 하지만 ZnS 외측 쉘(30)이 두꺼울수록 전류 밀도는 감소하게 된다.Increasing the thickness of the ZnS outer shell 30 makes injection of electrons rather than holes more impeded, which leads to better charge balance in a device comprising QDs 100. In this regard, as the thickness of the ZnS outer shell 30 increases, it may show superiority in terms of charge balance and device efficiency. The thicker the ZnS outer shell 30 is, the higher the luminance is. However, the thicker the ZnS outer shell 30 is, the lower the current density.

따라서, 이러한 모든 조건을 고려하여 ZnS 외측 쉘(30)의 두께를 조절할 수 있으며, 본 발명에서는 Zn 원료 용액과 S 전구체의 양, 및/또는 반응 온도를 이용해 조절할 수 있음을 제안한다. Therefore, considering all these conditions, the thickness of the ZnS outer shell 30 can be adjusted, and the present invention proposes that it can be adjusted using the amount of the Zn raw material solution and the S precursor, and/or the reaction temperature.

Zn 원료 용액과 S 전구체 주입 완료 후에는 상기 제2 혼합 용액을 상온으로 냉각하고 그 결과로 생긴 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 코어/쉘/쉘 QD(즉, ZnSeTe 코어(10)를 ZnSe 내측 쉘(20)이 둘러싸고 있고, ZnSe 내측 쉘(20)을 ZnS 외측 쉘(30)이 둘러싸고 있는, 본 발명의 일 실시예에 따른 QD(100))를 분리해낸다. After completion of the injection of the Zn raw material solution and the S precursor, the second mixed solution is cooled to room temperature, and the resulting ZnSeTe/ZnSe/ZnS core/shell/shell QD (ie, the ZnSeTe core 10 is replaced with the ZnSe inner shell 20) This surrounds the ZnSe inner shell 20 and the ZnS outer shell 30 surrounds the QD 100 according to an embodiment of the present invention.

이러한 방법을 통해 제조된 QD(100)는 예를 들어 옥탄과 같은 용매에 재분산되어 보관, 유통, 혹은 용액 방법으로 소자를 제조하는 데에 이용될 수 있다.The QD 100 manufactured through this method may be redispersed in a solvent such as, for example, octane, and stored, distributed, or used to manufacture a device by a solution method.

이상 설명한 바와 같이, ZnSeTe 코어(10)를 ZnSe 내측 쉘(20)이 둘러싸고 있고, ZnSe 내측 쉘(20)을 ZnS 외측 쉘(30)이 둘러싸고 있는, 본 발명의 일 실시예에 따른 QD(100)에서, ZnSeTe 코어(10)와 ZnSe 내측 쉘(20)은 하나의 포트 내에서 연속적으로 형성된다. ZnS 외측 쉘(30)은 다른 포트 내에서 형성되기 때문에, ZnSe 내측 쉘(20)과 ZnS 외측 쉘(30)은 비연속적으로 형성된다. 즉, 내측 쉘(20)을 형성하는 단계까지는 하나의 포트에서 진행하고, 외측 쉘(30)을 형성하는 단계는 다른 포트에서 진행하는 독특한 2-스텝 접근법이다. As described above, the ZnSe inner shell 20 surrounds the ZnSeTe core 10, and the ZnSe inner shell 20 is surrounded by the ZnS outer shell 30, QD 100 according to an embodiment of the present invention In , the ZnSeTe core 10 and the ZnSe inner shell 20 are continuously formed in one pot. Since the ZnS outer shell 30 is formed in another pot, the ZnSe inner shell 20 and the ZnS outer shell 30 are formed discontinuously. That is, it is a unique two-step approach where the step of forming the inner shell 20 proceeds in one port and the step of forming the outer shell 30 proceeds in the other port.

하나의 공정 내에서 ZnSe 내측 쉘(20)에 ZnS 외측 쉘(30)을 연속하여 형성하지 않고, 원하는 두께의 ZnSe 내측 쉘(20)을 형성한 후에 공정을 종료하기 때문에, 후속 공정에서 ZnS 외측 쉘(30)을 형성하는 동안에 ZnSe 내측 쉘(20)의 두께 변화가 적으며, 이에 따라 ZnSeTe QD(100)의 PL 및 이를 포함하는 소자의 EL 특성을 원하는 바로 제조할 수 있게 된다. Since the ZnS outer shell 30 is not continuously formed on the ZnSe inner shell 20 within one process and the process is terminated after forming the ZnSe inner shell 20 of a desired thickness, in a subsequent process, the ZnS outer shell During the formation of (30), the change in the thickness of the ZnSe inner shell 20 is small, and accordingly, the PL of the ZnSeTe QD 100 and the EL characteristics of the device including the same can be manufactured as desired.

본 발명에서는 독특한 2-스텝 접근법으로 ZnSe 내측 쉘(20)과 ZnS 외측 쉘(30)의 이중 쉘 구조를 가진 고품질 청색 ZnSeTe QD(100)를 제조할 수 있다. ZnSeTe/ZnSe/ZnS 이종구조에서 ZnSe 내측 쉘(20)의 두께를 변화시키면 ZnS 외측 쉘(30)의 두께뿐만 아니라 피크 파장, 색상 순도 관련 대역폭, 양자 효율 등 PL 특성이 변화된다. 만족할만한 수준의 PL 특성을 얻을 수 있도록, ZnSe 내측 쉘(20)의 두께 및 ZnSeTe 코어(10)의 Te/Se 비를 조절할 수 있다. 특히 ZnS 외측 쉘(30)을 형성하는 단계를 분리하여 진행함으로써, 앞선 단계에서 조절한 ZnSe 내측 쉘(20)의 두께 및 ZnSeTe 코어(10)의 Te/Se 비의 유의미한 변화없이 ZnS 외측 쉘(30)을 형성할 수가 있다. 또한, ZnS 외측 쉘(30) 형성을 고온에서 진행할 수 있으므로 완벽한 캡핑을 이룰 수 있다. In the present invention, a high-quality blue ZnSeTe QD (100) with a double shell structure of ZnSe inner shell (20) and ZnS outer shell (30) can be fabricated with a unique two-step approach. In the ZnSeTe/ZnSe/ZnS heterostructure, changing the thickness of the ZnSe inner shell 20 changes not only the thickness of the ZnS outer shell 30 but also PL characteristics such as peak wavelength, color purity related bandwidth, and quantum efficiency. To obtain a satisfactory level of PL characteristics, the thickness of the ZnSe inner shell 20 and the Te/Se ratio of the ZnSeTe core 10 may be adjusted. In particular, by separately proceeding the step of forming the ZnS outer shell 30, the ZnS outer shell 30 without a significant change in the thickness of the ZnSe inner shell 20 and the Te / Se ratio of the ZnSeTe core 10 adjusted in the previous step. ) can be formed. In addition, since the formation of the ZnS outer shell 30 can be performed at a high temperature, perfect capping can be achieved.

앞서 종래기술에서 언급한 Kim, T. 등의 논문에서 PL QY를 50-93%까지 극적으로 향상시킬 수 있게 한 첨가제(HF, ZnCl2)가 도입되지 않음에도 불구하고, 본 발명의 일 실시예에 따라 합성되는 QD(100)는 89% 이상의 PL QY를 보일 수 있으며, 실험예에 의하면 특히 최고 96%까지 높은 PL QY를 보였다. Despite the fact that additives (HF, ZnCl 2 ) that can dramatically improve PL QY by 50-93% in the papers of Kim, T., etc. mentioned in the prior art are not introduced, one embodiment of the present invention The QD (100) synthesized according to can show a PL QY of 89% or more, and according to the experimental example, it showed a particularly high PL QY up to 96%.

본 발명의 일 실시예에 의한 QD(100)는 청색 QD-발광소자 제조에 이용될 수 있다. 즉, 이상의 방법으로 제조한 본 발명에 따른 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 코어/쉘/쉘 조성을 갖는 QD는 디스플레이용 청색 QLED에 QD 발광층(EML)로 적용 가능하다. 이 때 청색 QLED 구조는 양극/정공 주입층(HIL)/정공 수송층(HTL)/청색 QD EML/전자 수송층(ETL)/음극의 정구조 또는 위 적층순서와 반대인 역구조일 수 있다. 본 발명에 따른 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 코어/쉘/쉘 조성을 갖는 QD을 QD EML에 적용한 디스플레이용 청색 QLED는 색변환 소자의 청색 여기 광원으로 적용될 수 있다. 이 QLED를 청색 여기 광원으로 사용하여 예컨대 녹색 및 적색 InP QD을 색변환시킴으로써, 청색, 녹색, 적색을 구현하는 자발광 디스플레이 소자를 제조할 수도 있다.QD (100) according to an embodiment of the present invention can be used to manufacture a blue QD-light emitting device. That is, the QD having the ZnSeTe/ZnSe/ZnS core/shell/shell composition according to the present invention prepared by the above method can be applied as a QD light emitting layer (EML) to a blue QLED for display. At this time, the blue QLED structure may have a positive structure of anode/hole injection layer (HIL)/hole transport layer (HTL)/blue QD EML/electron transport layer (ETL)/cathode, or an inverse structure opposite to the above stacking order. A blue QLED for display in which the QD having the ZnSeTe/ZnSe/ZnS core/shell/shell composition according to the present invention is applied to the QD EML can be applied as a blue excitation light source of a color conversion device. By using this QLED as a blue excitation light source and color-converting, for example, green and red InP QDs, a self-luminous display device implementing blue, green, and red may be manufactured.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 QD-발광소자의 단면도이다. 3 is a cross-sectional view of a QD-light emitting device according to an embodiment of the present invention.

도 3에 예로 든 것은 QLED(200)이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 QLED(200)는, 정공 수송층(140, HTL), QD 발광층(150, EML), 및 전자 수송층(160, ETL)을 포함한다. QD 발광층(150)은 각각 정공 수송층(140)과 전자 수송층(160)으로부터 들어온 정공과 전자를 결합시켜 발광시키는 층이다. 이러한 다층 구조는 기계적 지지 역할을 하는 기판(110) 상부에 형성될 수 있으며, 정공 주입을 위한 양극(120, anode)과 전자 주입을 위한 음극(170, cathode), 그리고 양극(120)과 정공 수송층(140) 사이에 정공 주입층(130, HIL)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. The example shown in FIG. 3 is the QLED 200 . The QLED 200 according to an embodiment of the present invention includes a hole transport layer 140 (HTL), a QD light emitting layer 150 (EML), and an electron transport layer 160 (ETL). The QD light emitting layer 150 is a layer that emits light by combining holes and electrons coming from the hole transport layer 140 and the electron transport layer 160, respectively. Such a multilayer structure may be formed on the substrate 110 serving as a mechanical support, and includes an anode 120 for hole injection, a cathode 170 for electron injection, and the anode 120 and the hole transport layer. A hole injection layer 130 (HIL) may be further included between the layers 140.

기판(110)은 투명하고 표면이 편평한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판일 수 있다. 기판(110)은 오염 물질의 제거를 위해 이소프로필알코올(IPA), 아세톤, 메탄올 등의 용매로 초음파 세척하고 UV-오존 처리를 한 후 사용할 수 있다. The substrate 110 may be a transparent glass substrate or a transparent plastic substrate having a flat surface. The substrate 110 may be used after ultrasonic cleaning with a solvent such as isopropyl alcohol (IPA), acetone, or methanol and UV-ozone treatment to remove contaminants.

양극(120) 및 음극(170)은 금속을 포함하여, 각 투명/불투명 조건에 맞는 금속 산화물이거나 그 외 기타 비산화물의 무기물로 이루어진다. 하부 발광을 위해서 양극(120)은 투명한 ITO, IZO, ITZO, AZO와 같은 투명 전도성 금속으로 이루어질 수 있고, 음극(170)은 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 금속 즉, I, Ca, Ba, Ca/Al, LiF/Ca, LiF/Al, BaF2/Al, BaF2/Ca/Al, Al, Mg, Ag:Mg 합금 등을 사용할 수 있다. The anode 120 and the cathode 170 include metals, metal oxides suitable for each transparent/opaque condition, or other non-oxide inorganic materials. For bottom light emission, the anode 120 may be made of a transparent conductive metal such as ITO, IZO, ITZO, or AZO, and the cathode 170 may be a metal having a small work function such as I, Ca, Ba, Ca/Al, LiF/Ca, LiF/Al, BaF 2 /Al, BaF 2 /Ca/Al, Al, Mg, Ag:Mg alloy, and the like can be used.

정공 주입층(130)과 정공 수송층(140)은 양극(120)으로부터 정공 주입을 용이하게 해주고, QD 발광층(150)으로의 정공을 전달하는 역할을 한다. 이들을 형성하기 위해 유기물 또는 무기물 적용이 가능하며, poly(ethylenedioxythiophene):polystyrene sulphonate(PEDOT:PSS), poly[(9, 9-dioctyl-fluorenyl-2, 7-diyl)-co-(4, 4'-(N-(p-butylphenyl))diphenylamine)](TFB), poly(9-vinlycarbazole)(PVK), N, N, N, N', N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine(TPD), poly-TPD, 4, 4', 4''-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine(TCTA), N, N'-bis(naphthalen-1-yl)-N, N'bis(phenyl)-9, 9-spiro-bifluorene(spiro-NPB), dipyrazino[2, 3-f:2', 3'-h]quinoxaline-2, 3, 6, 7, 10, 11-hexacarbonitrile(HATCN), 1, 1-bis[(di-4-tolylamino)phenylcyclohexane(TAPC), p-형 금속 산화물 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. p-형 금속 산화물은 예컨대 NiO, MoO3, WO3일 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 정공 수송층(140)은 유기물이다. 하나의 구체적인 예에서, 상기 정공 주입층(130)은 PEDOT:PSS, 상기 정공 수송층(140)은 PVK 또는 TFB이다.The hole injection layer 130 and the hole transport layer 140 facilitate hole injection from the anode 120 and serve to transfer holes to the QD light emitting layer 150 . Organic or inorganic materials can be applied to form them, and poly(ethylenedioxythiophene):polystyrene sulphonate (PEDOT:PSS), poly[(9, 9-dioctyl-fluorenyl-2, 7-diyl)-co-(4, 4' -(N-(p-butylphenyl))diphenylamine)](TFB), poly(9-vinlycarbazole)(PVK), N, N, N, N', N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine (TPD) , poly-TPD, 4, 4', 4''-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine (TCTA), N, N'-bis(naphthalen-1-yl)-N, N'bis(phenyl)-9 , 9-spiro-bifluorene (spiro-NPB), dipyrazino[2, 3-f:2', 3'-h]quinoxaline-2, 3, 6, 7, 10, 11-hexacarbonitrile (HATCN), 1, 1 It may be any one selected from -bis[(di-4-tolylamino)phenylcyclohexane (TAPC), p-type metal oxides, and combinations thereof. The p-type metal oxide may be, for example, NiO, MoO 3 , or WO 3 . According to a preferred embodiment, the hole transport layer 140 is an organic material. In one specific example, the hole injection layer 130 is PEDOT:PSS, the hole transport layer 140 is PVK or TFB.

QD 발광층(150)은, 본 발명에 따른 QD(100)들이 채워져 이루어진 층이며, 여기서, QD 발광층(150)은 예를 들어, 용매에 QD(100)을 포함시킨 분산액을 코팅하는 용액 공정으로 정공 수송층(140) 상에 코팅한 후, 용매를 휘발시켜 형성할 수 있다. 코팅 방법은 예를 들면, 드롭캐스팅(drop casting), 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 분무코팅(spray coating), 흐름코팅(flow coating), 스크린 인쇄(screen printing) 또는 잉크젯 프린팅 등을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다. The QD light emitting layer 150 is a layer formed by filling the QDs 100 according to the present invention. Here, the QD light emitting layer 150 is formed by, for example, a solution process of coating a dispersion containing the QDs 100 in a solvent. After coating on the transport layer 140, it may be formed by volatilizing a solvent. The coating method may be, for example, drop casting, spin coating, dip coating, spray coating, flow coating, screen printing or inkjet. Printing and the like may be used alone or in combination.

전자 수송층(160)은 음극(170)으로부터의 전자 주입을 용이하게 해주고, QD 발광층(150)으로 전자를 전송하는 역할을 한다. 이 전자 수송층(160)은 금속 산화물 나노입자를 포함한다. 예를 들어, 전자 수송층(160)은 용매에 상기 금속 산화물 나노입자를 포함시킨 분산액을 코팅하는 용액 공정으로 QD 발광층(150) 상에 코팅한 후, 용매를 휘발시켜 형성할 수 있다. The electron transport layer 160 facilitates injection of electrons from the cathode 170 and serves to transport electrons to the QD light emitting layer 150 . The electron transport layer 160 includes metal oxide nanoparticles. For example, the electron transport layer 160 may be formed by coating the QD light emitting layer 150 in a solution process of coating a dispersion containing the metal oxide nanoparticles in a solvent and then volatilizing the solvent.

상기 금속 산화물 나노입자는 Zn1-xMgxO(0≤x≤0.5) 조성의 Zn 함유 Mg 산화물 나노입자; 및 상기 나노입자 표면에 형성된 Mg 이온 표면 처리층을 포함할 수 있다. Mg 이온 표면 처리층을 통해 전하 불균형 현상을 개선할 수 있다. QD 발광층(150) 내로 균형 있는 전자 및 정공의 주입을 가능케 하므로, QLED(200)의 성능, 특히 휘도 및 효율을 향상시킬 수 있다. The metal oxide nanoparticles may include Zn-containing Mg oxide nanoparticles having a composition of Zn 1-x Mg x O (0≤x≤0.5); and a Mg ion surface treatment layer formed on the surface of the nanoparticles. The charge imbalance phenomenon can be improved through the Mg ion surface treatment layer. Since balanced injection of electrons and holes into the QD light emitting layer 150 is possible, performance of the QLED 200, particularly luminance and efficiency, can be improved.

이와 같이 용액을 이용한 공정을 가지고 청색 QLED(200)을 제조할 수 있다. 실험예에서는 소자 성능에 대한 ZnSe 내측 쉘(20) 및 ZnS 외측 쉘(30)의 두께의 영향을 조사하여, 전하 균형 개선을 할 수 있도록 한 결과, 비교적 두꺼운 외측 쉘이 있는 최적의 QD 이종구조에서 18.6%의 높은 EQE를 달성할 수 있음을 확인하였다. In this way, the blue QLED 200 can be manufactured with a process using a solution. In the experimental example, the effect of the thickness of the ZnSe inner shell 20 and the ZnS outer shell 30 on the device performance was investigated to improve the charge balance. As a result, in the optimal QD heterostructure with a relatively thick outer shell, It was confirmed that a high EQE of 18.6% could be achieved.

이하에서는 본 발명의 실험예를 상세히 설명함으로써 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 하지만 아래의 실험예로 본 발명이 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by explaining the experimental examples of the present invention in detail. However, the present invention is not limited to the experimental examples below.

실험을 통하여, ZnSeTe/ZnSe/ZnS 이종 구조에서 ZnSe 내측 쉘의 두께를 변화시키면 ZnS 외측 쉘의 두께뿐만 아니라 피크 파장, 색상 순도 관련 대역폭, QY 등 PL 특성에도 변화를 가져옴을 확인하였다. 딥블루 영역에서 중간 수준의 PL 변조가능성을 입증하기 위해 ZnSeTe 코어의 Te/Se 비를 정밀하게 조절할 수 있으며, ZnS 외측 쉘의 두께가 QLED 성능에 미치는 영향을 검사하였다. Through experiments, it was confirmed that changing the thickness of the ZnSe inner shell in the ZnSeTe/ZnSe/ZnS heterostructure resulted in a change in PL characteristics such as peak wavelength, color purity related bandwidth, and QY as well as the thickness of the ZnS outer shell. To prove the medium-level PL modulator in the deep blue region, the Te/Se ratio of the ZnSeTe core can be precisely controlled, and the effect of the thickness of the ZnS outer shell on the QLED performance is examined.

재료ingredient

아연 아세테이트(Zn(Ac)2, ≥ 99.9%), 셀레늄(Se, 99.999% 분말), 1-헥사데실아민(HDA, 90%)은 Alfa Aesar에서 구매할 수 있다. 황(S, 99.998%, 금속기준), 텔루륨(Te, 99.8%, 분말), 올레산(OA, 90%) 1-옥타데센(ODE, 90%), PVK(Mw = ~25000-50000)는 Sigma Aldrich에서 구매할 수 있다. TPBi(99.9%), CBP(99.9%), 몰리브덴옥사이드(MoO3, 99.95%)는 OSM에서는 구매할 수 있다. 다이페닐포스핀(DPP, > 98%)과 트리옥틸포스핀(TOP, ≥99%)은 Lake Materials 에서 구매할 수 있다. 트리옥틸아민(TOA, 97%)은 Acros Organics에서 구입할 수 있다. 위 모든 화학물질은 수령된 것을 추가 처리 없이 실험에 사용하였다.Zinc acetate (Zn(Ac) 2 , ≥ 99.9%), selenium (Se, 99.999% powder), 1-hexadecylamine (HDA, 90%) can be purchased from Alfa Aesar. Sulfur (S, 99.998%, on a metal basis), tellurium (Te, 99.8%, powder), oleic acid (OA, 90%) 1-octadecene (ODE, 90%), PVK (Mw = ~25000-50000) are It can be purchased from Sigma Aldrich. TPBi (99.9%), CBP (99.9%) and Molybdenum Oxide (MoO 3 , 99.95%) can be purchased from OSM. Diphenylphosphine (DPP, >98%) and trioctylphosphine (TOP, ≥99%) are available from Lake Materials. Trioctylamine (TOA, 97%) is available from Acros Organics. All of the above chemicals were used in experiments as received without further treatment.

특성 분석characterization

QD의 UV-Vis 흡수 및 PL 스펙트럼은 각각 흡수 분광장치(Shimadzu, UV-2450) 및 500 W 크세논 램프-장착된 분광광도계(PSI Inc., Darsa Pro-5200)를 가지고 기록하였다. 희석된 QD 분산액의 PL 양자효율 절대값은 PL QY 측정 시스템 (Otsuka, QE-2000)을 가지고 평가하였다. QD 입자의 TEM 영상과 단면 QLED는 JEM-2100F(JEOL Ltd.)를 활용해 확보했다. 40 kV 및 30 mA에서 작동하는 Cu Kα 방사선의 분말 X선 회절계(Rigaku, Ultima IV))를 사용하여 QD의 이종구조 진화에 대한 보충 정보를 얻었다. QD의 원소 성분은 15kV에서 작동하는 에너지 분산형 X선 분광계(옥스포드 기기 X-MAX 80)가 장착된 전계 발광 주사 전자 현미경(JEOL JSM-7800F)으로 평가하였다. QD의 VBM 수준은 UV 광전자 분광계(Kratos Inc. AXIS Ultra DLD)로 추정하였다. QD의 PL 붕괴 프로파일은 피코초 펄스 다이오드 레이저(EPL-375) 장착 분광 광도계(에딘버그 인스트루먼트 FS5)에 시간 상관 단일 광자 계수(TCSPC) 방식으로 기록됐다. QLED의 EL 스펙트럼 및 전류-전압-휘도(I-V-L) 특성은 Konica-Minolta CS-2000A 분광 휘도계와 Keithley 2400 전압-전류 전원 장치로 측정되었다.UV-Vis absorption and PL spectra of the QDs were recorded with an absorption spectrometer (Shimadzu, UV-2450) and a spectrophotometer (PSI Inc., Darsa Pro-5200) equipped with a 500 W xenon lamp, respectively. The absolute value of the PL quantum efficiency of the diluted QD dispersion was evaluated with a PL QY measurement system (Otsuka, QE-2000). TEM images of QD particles and cross-sectional QLEDs were obtained using a JEM-2100F (JEOL Ltd.). Supplementary information on the heterostructure evolution of the QDs was obtained using a powder X-ray diffractometer (Rigaku, Ultima IV) of Cu Kα radiation operating at 40 kV and 30 mA. The elemental composition of the QDs was evaluated by an electroluminescence scanning electron microscope (JEOL JSM-7800F) equipped with an energy dispersive X-ray spectrometer (Oxford Instruments X-MAX 80) operating at 15 kV. The VBM level of the QDs was estimated with a UV photoelectron spectrometer (Kratos Inc. AXIS Ultra DLD). The PL decay profiles of the QDs were recorded by time-correlated single photon counting (TCSPC) method on a spectrophotometer (Edinburg Instruments FS5) equipped with a picosecond pulsed diode laser (EPL-375). The EL spectrum and current-voltage-luminance (I-V-L) characteristics of the QLEDs were measured with a Konica-Minolta CS-2000A spectroluminometer and a Keithley 2400 voltage-current power supply.

ZnSeTe/ZnSe/ZnS QD 합성Synthesis of ZnSeTe/ZnSe/ZnS QDs

청색 발광 ZnSeTe 코어를 합성하기 위해, 100 mL 3목 플라스크 안에서 Zn(Ac)2 2 mmol, OA 2 mL, ODE 15 mL를 함유한 혼합물을 120℃로 가열하고 1시간 동안 디개싱하였다. 그런 다음 N2 분위기에서 반응 플라스크를 210℃까지 가열하였다. 온도가 안정화된 후 2 M Se-DPP 0.5 mL와 0.047 M Te-TOP 용액 0.75 mL(즉, 공칭 Te/Se 비율 = 0.035)를 순차적으로 반응 플라스크에 주입하였다. ZnSeTe 코어의 성장은 이 온도에서 30분간 유지하다가 300℃로 온도를 증가시켜 1시간 더 유지하였다.To synthesize a blue light-emitting ZnSeTe core, a mixture containing 2 mmol of Zn(Ac) 2 , 2 mL of OA, and 15 mL of ODE was heated to 120 °C and degassed for 1 hour in a 100 mL three-necked flask. The reaction flask was then heated to 210 °C in a N 2 atmosphere. After the temperature stabilized, 0.5 mL of 2 M Se-DPP and 0.75 mL of 0.047 M Te-TOP solution (i.e., nominal Te/Se ratio = 0.035) were sequentially injected into the reaction flask. The growth of the ZnSeTe core was maintained at this temperature for 30 minutes, then increased to 300 °C and maintained for 1 hour.

1.2 M Se-TOP 2.5, 5.0, 7.5 mL와 10, 20, 30 mL의 Zn(OA)2 용액(Zn(Ac)2 60 mmol를 OA 40 mL, TOP 20 mL 및 TOA 20 mL에 녹여서 준비) 각각을, 300℃에서 시린지 펌프로 함께 적가하여, 각각 얇은, 중간, 두꺼운 ZnSe 내측 쉘을 형성하게 함으로써, 두께가 다른 ZnSe 내측 쉘을 가지는 QD를 형성하도록 하였다(주입 속도: Se-TOP의 경우 2.5 mL/h, Zn(OA)2의 경우 10 mL/h). 1.2 M Se-TOP 2.5, 5.0, 7.5 mL and 10, 20, 30 mL of Zn(OA) 2 solution (prepared by dissolving 60 mmol of Zn(Ac) 2 in 40 mL of OA, 20 mL of TOP, and 20 mL of TOA) respectively were added dropwise together with a syringe pump at 300 ° C to form thin, medium, and thick ZnSe inner shells, respectively, to form QDs having ZnSe inner shells of different thicknesses (injection rate: 2.5 mL for Se-TOP) /h, 10 mL/h for Zn(OA) 2 ).

주입 완료 후 반응 플라스크를 상온으로 냉각하고 그 결과로 생긴 ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 QD를 에탄올로 침전시켜 헥산 9 mL로 재분산해 ZnSeTe/ZnSe QD 분산액을 제조하였다. After completion of the injection, the reaction flask was cooled to room temperature, and the resulting ZnSeTe/ZnSe core/shell QDs were precipitated with ethanol and redispersed in 9 mL of hexane to prepare a ZnSeTe/ZnSe QD dispersion.

ZnS 외측 쉘 형성을 위하여, 50 mL 3목 플라스크 안에서 Zn(Ac)2 2 mmol, HDA 4 mmol, OA 2 mL, TOA 20 mL로 조성된 혼합물을 120℃에서 10분간 디개싱하였다. N2로 백필링(backfilling) 후, 상기 ZnSeTe/ZnSe QD 분산액을 3 mL 주입하고 온도를 330℃까지 높였다. 이어서 1.2 M S-TOP 0.5, 1.0, 1.5 mL를, Zn(OA)2 2, 4, 6 mL 각각과 함께 지속적으로 주입하여 1시간 동안 반응시킴으로써, 얇은, 중간, 두꺼운 ZnS를 각각 생성하였다. 그 결과 생성된 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 코어/쉘/쉘 QD는 헥산과 과잉 아세톤 혼합 용매를 가지고 원심분리 방식으로 반복적으로 정제되었다. 정제된 QD는 특성 분석 및 EML 스핀 캐스팅을 위해 옥탄에 분산되었다. To form the ZnS outer shell, a mixture composed of 2 mmol of Zn(Ac) 2 , 4 mmol of HDA, 2 mL of OA, and 20 mL of TOA was degassed at 120° C. for 10 minutes in a 50 mL three-necked flask. After backfilling with N 2 , 3 mL of the ZnSeTe/ZnSe QD dispersion was injected and the temperature was raised to 330 °C. Subsequently, 0.5, 1.0, and 1.5 mL of 1.2 M S-TOP were continuously injected together with 2 , 4, and 6 mL of Zn(OA) 2 and reacted for 1 hour to produce thin, medium, and thick ZnS, respectively. The resulting ZnSeTe/ZnSe/ZnS core/shell/shell QDs were repeatedly purified by centrifugation using a mixed solvent of hexane and excess acetone. The purified QDs were dispersed in octane for characterization and EML spin casting.

ZnMgO 나노입자(NP) 형성ZnMgO nanoparticle (NP) formation

ZnMgO 나노입자는 용액-침전 화학 방법을 통해 합성하였다.ZnMgO nanoparticles were synthesized through a solution-precipitation chemistry method.

10 mmol의 TMAH(tetramethylammoniumhydroxide) 및 10 mL의 에탄올을 포함하는 투명 용액을 실온에서 8.5 mmol의 Zn 아세테이트 디하이드레이트 및 1.5 mmol Mg 아세테이트 테트라하이드레이트가 30 mL의 DMSO(dimethyl sulfoxide) 안에 용해되어 있는 양이온 용액에 천천히 추가한 후 온도를 유지하며 1시간 동안 유지하였다. 합성된 ZnMgO 나노입자를 과량의 아세톤으로 침전시키고 ETL 스핀 코팅을 위해 에탄올에 재분산시켰다.A clear solution containing 10 mmol of tetramethylammoniumhydroxide (TMAH) and 10 mL of ethanol was dissolved in a cationic solution of 8.5 mmol of Zn acetate dihydrate and 1.5 mmol of Mg acetate tetrahydrate in 30 mL of dimethyl sulfoxide (DMSO) at room temperature. After adding slowly, the temperature was maintained for 1 hour. The synthesized ZnMgO nanoparticles were precipitated with an excess of acetone and redispersed in ethanol for ETL spin coating.

QLED 제작Fabrication of QLEDs

다층 아키텍처를 갖춘 청색 발광 QLED는 Al 음극을 제외한 모든 층을 순차적 용액 증착으로 제작하였다. 패턴 있는 ITO 유리는 아세톤과 메탄올로 각각 10분간 초음파 세척한 후 UV-오존으로 30분간 처리하였다. 30nm 두께의 PEDOT: PSS(Heraeus Clevios AI 4083)를 30초 동안 3000rpm으로 스핀 코팅한 후, 30분 동안 150℃에서 베이킹하여 HIL을 형성하였다. PVK 용액(클로로벤젠 내 PVK 10mg/mL)을 사용하여 두께가 25nm인 HTL을 HIL 위에 3000rpm에서 30초간 스핀 코팅한 후 150℃에서 30분간 베이킹하였다. A blue light-emitting QLED with a multilayer architecture was fabricated by sequential solution deposition for all layers except for the Al cathode. The patterned ITO glass was ultrasonically cleaned with acetone and methanol for 10 minutes each and then treated with UV-ozone for 30 minutes. A 30 nm thick PEDOT:PSS (Heraeus Clevios AI 4083) was spin-coated at 3000 rpm for 30 seconds and then baked at 150° C. for 30 minutes to form an HIL. HTL with a thickness of 25 nm using a PVK solution (10 mg/mL of PVK in chlorobenzene) was spin-coated onto the HIL at 3000 rpm for 30 seconds followed by baking at 150° C. for 30 minutes.

그 후 옥탄에 7.5mg/mL의 농도로 분산한 ZnSeTe/ZnSe/ZnS QD 분산액을 20초 동안 3000rpm에서 스핀 코팅해 거의 모노레이어 두께의 QD EML으로 형성한 후 70℃에서 10분간 베이킹하였다. QD EML 형성 후에는, ZnMgO 나노입자 에탄올 분산액(농도 28~30 mg/mL)을 3000 rpm에서 30초간 스핀코팅하여 40nm 두께의 ZnMgO NP ETL을 형성하였다. Then, the ZnSeTe/ZnSe/ZnS QD dispersion dispersed in octane at a concentration of 7.5 mg/mL was spin-coated at 3000 rpm for 20 seconds to form a nearly monolayer-thick QD EML, which was then baked at 70 °C for 10 minutes. After formation of the QD EML, ZnMgO NP ETL with a thickness of 40 nm was formed by spin-coating an ethanol dispersion of ZnMgO nanoparticles (concentration: 28-30 mg/mL) at 3000 rpm for 30 seconds.

마지막으로 선형 금속 마스크를 통한 열 증발법에 의해 100nm 두께의 Al 음극을 형성하여 소자의 제조를 완료하였다.Finally, the fabrication of the device was completed by forming an Al cathode with a thickness of 100 nm by thermal evaporation through a linear metal mask.

ZnS 외측 쉘 두께가 전하 균형에 미치는 영향을 추가로 조사하기 위해 EOD, HOD도 제작하였다. EOD의 구조는 ITO/ZnMgO NP(40nm)/QDs/TPBi(40nm)/Al이고, HOD의 구조는 ITO/PEDOT:PSS(30nm)/PVK(25nm)/QD/CBP(40nm)/MoO3(10nm)/Al이었다. EOD and HOD were also fabricated to further investigate the effect of ZnS outer shell thickness on the charge balance. The structure of EOD is ITO/ZnMgO NP (40 nm)/QDs/TPBi (40 nm)/Al, and the structure of HOD is ITO/PEDOT:PSS (30 nm)/PVK (25 nm)/QD/CBP (40 nm)/MoO 3 ( 10 nm)/Al.

결과result

InP 이종구조 QD 제조와 유사하게, 보통 ZnSeTe 코어/쉘 QD는 1-포트 또는 2-스텝 방식으로 제조되어 오고 있다. 전형적인 2-스텝 유도 다중쉘 InP 또는 ZnSeTe QD에서는, 코어 성장 용액에서 추출된 사전 성장 코어에 대해 이중 쉘을 연속적으로 형성한다. 이러한 기존 2-스텝 프로토콜과 다르게, 본 발명에서는 동일한 포트에서 연속적으로 합성된 내측 쉘(20)을 가지는 ZnSeTe/ZnSe QD를 다른 포트로 분리하여 최종 ZnS 외측 쉘(30)을 형성하는 방법을 제안한다. Similar to InP heterostructure QD fabrication, usually ZnSeTe core/shell QDs have been fabricated in a one-port or two-step method. In a typical two-step induction multishell InP or ZnSeTe QD, a double shell is continuously formed on a pre-grown core extracted in a core growth solution. Unlike these existing two-step protocols, the present invention proposes a method of forming the final ZnS outer shell 30 by separating the ZnSeTe/ZnSe QDs having the inner shell 20 continuously synthesized in the same port into another port. .

도 4는 ZnSe 쉘 성장 시간의 함수로서 나타낸 (a) PL 스펙트럼, (b) PL 피크 파장, QY, FWHM의 변화 및 (c) ZnSeTe/ZnSe QD의 흡수 스펙트럼, (d) TEM 이미지, (e) ZnSeTe 코어가 ZnSe 쉘링 과정에서 확대되는 것을 그린 개략도이다. Figure 4 shows (a) PL spectrum as a function of ZnSe shell growth time, (b) changes in PL peak wavelength, QY, and FWHM, (c) absorption spectrum of ZnSeTe/ZnSe QD, (d) TEM image, and (e) It is a schematic diagram depicting the enlargement of the ZnSeTe core during the ZnSe shelling process.

300℃에서 ZnSeTe 코어의 성장이 완료되면 ZnSe 스톡 용액을 장시간 적가하여 지속적으로 주입하였다. 도 4의 (a)는 최대 180분까지의 내측 쉘 성장 시간의 함수로서 ZnSeTe/ZnSe QD의 PL 스펙트럼 진화를 보여준다. PL 측정을 위한 모든 샘플의 광학 밀도(도 4의 (a))는 370nm에서 0.05로 동일하게 조정되었다. When the growth of the ZnSeTe core was completed at 300 ° C., the ZnSe stock solution was added dropwise for a long time and continuously injected. Figure 4(a) shows the evolution of the PL spectra of ZnSeTe/ZnSe QDs as a function of inner shell growth time up to 180 min. The optical densities of all samples for PL measurement (Fig. 4(a)) were equally adjusted to 0.05 at 370 nm.

도 4의 (a)를 참조하면, 최대 120분까지 ZnSe 내측 쉘 반응시간이 지속적으로 증가하면 PL은 주어진 조성(즉, 공칭 Te/Se 몰비 0.035)에서 ZnSeTe 코어의 경우 440nm이던 피크 파장이 458nm로 점차 적색편이 되었다. Referring to (a) of FIG. 4, when the ZnSe inner shell reaction time is continuously increased up to 120 minutes, the PL changes from 440 nm to 458 nm for the ZnSeTe core in a given composition (ie, nominal Te/Se molar ratio of 0.035). gradually redshifted.

그 후, 더 연장된 성장 시간은 더 이상 PL 이동을 유도하지 않았다(도 4의 (b)). After that, a longer growth time did not induce any more PL shift (Fig. 4(b)).

이러한 PL 이동은 흡수 스펙트럼 결과와도 잘 일치했다(도 4의 (c)).This PL shift was also in good agreement with the absorption spectrum result (Fig. 4(c)).

ZnSeTe/ZnSe 이종구조의 quasi-type II 대역 정렬은, 정공 파동 함수는 코어 영역에 상대적으로 제한되고, 전자 파동 함수는 ZnSe 내측 쉘 상에서 상당히 비편재되도록 한다(도 4의 (c) 삽입그림). The quasi-type II band alignment of the ZnSeTe/ZnSe heterostructure causes the hole wavefunction to be relatively confined to the core region and the electron wavefunction to be significantly delocalized on the ZnSe inner shell (Fig. 4(c) inset).

양자 제한 효과의 감소를 수반하는 쉘 전체에 걸친 이러한 전자 누설이 밴드 갭 감소의 원인이다. ZnSe 내측 쉘의 두께 증가(이후 전자 비편재화를 유도함)는 120분 성장시 최대 458nm 피크 파장에서 점진적인 PL 적색 편이를 유도했다. 그 후 스펙트럼 변화는 포화 상태에 도달하여 최대 180분까지 더 연장된 성장 시간을 통해 두꺼운 내측 쉘을 성장시킬 때 더 이상의 전자 비편재화가 없음을 나타낸다(도 4의 (b)). This leakage of electrons throughout the shell, accompanied by a reduction of the quantum confinement effect, is responsible for the band gap reduction. An increase in the thickness of the ZnSe inner shell (which subsequently induces electron delocalization) induced a gradual PL redshift at a maximum peak wavelength of 458 nm upon 120 min growth. The spectral change then reached saturation, indicating no further electron delocalization when growing the thick inner shell through further extended growth times up to 180 min (Fig. 4(b)).

도 4의 (b)를 참조하면, PL QY는 ZnSeTe 코어에서 18%이던 것이 120분 쉘링한 ZnSeTe/ZnSe QD에서 최대 40%로 점차 증가하다가 180분 더 장기 쉘링 후 25%로 감소하였다. 이러한 PL QY 감소는 120분보다 긴 성장 시간으로 인해 과도하게 두꺼운 ZnSe 내측 쉘이 형성되는 것과 관련이 있으며, 이로 인해 계면 응력이 더욱 현저해진다. 여기서는 편의상 60분, 120분, 180분 성장 시간의 ZnSe 쉘을 각각 얇은(thin) ZnSe, 중간(medium) ZnSe, 두꺼운(thick) ZnSe로 표시한다.Referring to (b) of FIG. 4, PL QY gradually increased from 18% in the ZnSeTe core to a maximum of 40% in the ZnSeTe / ZnSe QD shelled for 120 minutes, and then decreased to 25% after shelling for a longer period of 180 minutes. This PL QY reduction is related to the formation of an excessively thick ZnSe inner shell due to the growth time longer than 120 min, which makes the interfacial stress more pronounced. Here, for convenience, ZnSe shells with growth times of 60 minutes, 120 minutes, and 180 minutes are denoted as thin ZnSe, medium ZnSe, and thick ZnSe, respectively.

투과 전자 현미경(TEM) 이미지(도 4의 (d))와 비교했을 때 크기는 ZnSeTe 코어의 5.38nm, ZnSeTe/얇은-ZnSe의 7.67nm, ZnSeTe/중간-ZnSe의 9.71nm에서 ZnSeTe/두꺼운-ZnSe의 10.31nm로 꾸준히 증가했다. 얇은 ZnSe, 중간 ZnSe, 두꺼운 ZnSe 쉘 각각의 두께는 대략 1.14, 2.16, 2.47nm이다. 120분의 성장에 따른 중간-ZnSe가 가장 높은 PL QY(즉, 40%)를 보인 것을 고려하면, 상당한 계면 응력없이 일관성있는 성장이 가능한 ZnSe 내측 쉘의 임계 두께는 약 2.16nm이라고 추정할 수 있다. Compared with the transmission electron microscopy (TEM) image (Fig. 4(d)), the sizes are 5.38 nm for ZnSeTe core, 7.67 nm for ZnSeTe/thin-ZnSe, and 9.71 nm for ZnSeTe/mid-ZnSe, ZnSeTe/thick-ZnSe of 10.31nm steadily increased. The thin ZnSe, medium ZnSe, and thick ZnSe shells are approximately 1.14, 2.16, and 2.47 nm thick, respectively. Considering that middle-ZnSe with 120 min of growth showed the highest PL QY (i.e., 40%), it can be estimated that the critical thickness of the ZnSe inner shell, which enables consistent growth without significant interfacial stress, is about 2.16 nm. .

near-UV에서 자색 발광까지의 이성분계 ZnSe QD는 20nm 미만의 매우 좁은 PL 대역폭을 보일 수 있는 반면, ZnSeTe QD에 Te 합금을 하면 불가피하게 비균질 스펙트럼 확장을 유발하며, 그 정도 역시 청색 발광 ZnSeTe QD의 상대적 Te 함량에 비례하는 것으로 나타난다. 개별 QD에 대한 Te 합금 및 격자 결함(Se와 Te 사이의 이온 반경의 큰 차이에 의해 유도됨) 또는 표면 불순물(쉘을 형성하는 작업 중 도입됨)에서 형성된 트랩 준위의 존재로 인해 스펙트럼 확장이 일어날 수 있다. 위의 PL 파장과 QY의 변화 외에도, ZnSe 내측 쉘의 두께도 PL 대역폭에 영향을 미쳐, FWHM에서 ZnSeTe 코어의 52nm, ZnSeTe/얇은-ZnSe의 28nm, ZnSeTe/중간-ZnSe의 26nm에서 ZnSeTe/두꺼운-ZnSe의 24nm까지 일관되게 스펙트럼이 좁혀졌다(도 4의 (a), (b)). Binary ZnSe QDs from near-UV to purple emission can show a very narrow PL bandwidth of less than 20 nm, whereas Te alloying ZnSeTe QDs inevitably causes inhomogeneous spectral broadening, which is also comparable to that of blue-emitting ZnSeTe QDs. appears to be proportional to the relative Te content. Spectral broadening is likely due to the presence of trap levels formed in the Te alloy and lattice defects (induced by large differences in ionic radii between Se and Te) or surface impurities (introduced during the shell forming operation) for the individual QDs. can In addition to the above changes in PL wavelength and QY, the thickness of the ZnSe inner shell also affects the PL bandwidth, resulting in FWHM of 52 nm for ZnSeTe core, 28 nm for ZnSeTe/thin-ZnSe, and 26 nm for ZnSeTe/medium-ZnSe to ZnSeTe/thick- The spectrum was consistently narrowed to 24 nm of ZnSe (Fig. 4 (a), (b)).

도 5는 (a) ZnSeTe, (b) ZnSeTe/얇은-ZnSe, (c) ZnSeTe/중간-ZnSe, (d) ZnSeTe/두꺼운-ZnSe QD의 PL 스펙트럼 분해도, (e)는 (a) 내지 (d)로부터 얻은 결과를 정리한 것이다.5 is a PL spectral decomposition diagram of (a) ZnSeTe, (b) ZnSeTe/thin-ZnSe, (c) ZnSeTe/medium-ZnSe, (d) ZnSeTe/thick-ZnSe QDs, (e) are (a) to (d) ), which summarizes the results obtained from

이 4개의 QD 샘플 중 PL은 고에너지 여기 및 저에너지 테일(또는 트랩) 발광 성분으로 조성된 두 개의 하위 스펙트럼으로 분해되었으며, ZnSe 쉘 두께 증가에 따른 후자의 스펙트럼 기여도 지속 감소(도 5)를 보여주었다. 이러한 스펙트럼 수축은 결국 전체 PL의 비대칭을 감소시켜 발광 반치폭을 좁힌다. Among these four QD samples, PL was resolved into two subspectrals composed of high-energy excitation and low-energy tail (or trap) emission components, showing a continuous decrease in the spectral contribution of the latter with increasing ZnSe shell thickness (Fig. 5). . This spectral contraction eventually reduces the overall PL asymmetry and narrows the emission half-width.

본 발명에서의 ZnSe 쉘링이 고온(300℃)에서 장기간 진행된다는 점을 고려할 때, 쉘링하는 동안 미리 성장한 ZnSeTe 코어와 ZnSe 쉘 사이의 상호 확산 가능성이 매우 높으며, 이를 통해 ZnSeTe 코어의 유효 영역을 어느 정도 확장할 수 있다(도 4(e) 참조). 따라서 쉘링이 진행됨에 따라, 확대된 ZnSeTe 코어에서는 Se에 대한 Te 함량이 낮아지게 되므로, 테일 발광을 완화하여 전체 PL의 스펙트럼 대칭성을 더 향상시키거나 색상 순도를 더 높이도록 개선된다. Considering that the ZnSe shelling in the present invention proceeds at a high temperature (300 ° C) for a long period of time, the possibility of interdiffusion between the pre-grown ZnSeTe core and the ZnSe shell during shelling is very high, and through this, the effective area of the ZnSeTe core is reduced to some extent. It can be extended (see Fig. 4(e)). Therefore, as the shelling proceeds, the content of Te relative to Se in the enlarged ZnSeTe core is lowered, so that the tail emission is mitigated to further improve the spectral symmetry of the entire PL or to further increase the color purity.

도 6은 (a) ZnSeTe/ZnSe/ZnS QD의 TEM 이미지, (b) ZnSeTe 코어, ZnSeTe/ZnSe/ZnS QD의 XRD 패턴, (c) 표준화된 PL, (d) PL 피크 파장, QY, FWHM 및 (e) PL 붕괴 프로파일이다. 도 7은 (a) 0.035의 공칭 Te/Se 몰비로 합성된 ZnSeTe 코어의 EDS 스펙트럼 및 실제 조성, (b) ZnSeTe/얇은-ZnSe/ZnS, ZnSeTe/중간-ZnSe/ZnS, 및 ZnSeTe/두꺼운-ZnSe/ZnS QD의 EDS 스펙트럼, (c) Zn, Se, S의 조성(원자%)이다.6 shows (a) TEM image of ZnSeTe/ZnSe/ZnS QD, (b) XRD pattern of ZnSeTe core, ZnSeTe/ZnSe/ZnS QD, (c) normalized PL, (d) PL peak wavelength, QY, FWHM and (e) PL decay profile. 7 shows (a) EDS spectra and actual compositions of ZnSeTe cores synthesized with a nominal Te/Se molar ratio of 0.035, (b) ZnSeTe/thin-ZnSe/ZnS, ZnSeTe/medium-ZnSe/ZnS, and ZnSeTe/thick-ZnSe. /EDS spectrum of ZnS QDs, (c) Composition (atomic %) of Zn, Se, and S.

성장 용액에서 추출한 위의 얇은, 중간 및 두꺼운 ZnSe 쉘을 가진 ZnSeTe QD는 2-스텝 방식으로 최종 ZnS 쉘링에 동일하게 배치되었다. 그 결과 ZnSeTe/얇은, 중간, 두꺼운-ZnSe/ZnS 코어/쉘/쉘 QD의 평균 크기는 9.66, 10.93, 11.36nm로 나타났으며, 이를 통해 ZnS 외측 쉘의 두께는 각각 1.00, 0.61, 0.52nm로 추정되었다(도 6의 (a)). 동일한 ZnS 쉘링을 적용하였으므로, 두꺼운 ZnSe 내측 쉘 QD가 크기가 커서 표면적이 넓다보니 ZnS 외측 쉘의 두께는 자연스럽게 얇아지는 것이다. The ZnSeTe QDs with the above thin, medium and thick ZnSe shells extracted from the growth solution were equally placed on the final ZnS shells in a two-step method. As a result, the average sizes of the ZnSeTe/thin, medium, and thick-ZnSe/ZnS core/shell/shell QDs were 9.66, 10.93, and 11.36 nm, and the thicknesses of the ZnS outer shell were 1.00, 0.61, and 0.52 nm, respectively. It was estimated (Fig. 6 (a)). Since the same ZnS shelling is applied, the thick ZnSe inner shell QD is large and the surface area is wide, so the thickness of the ZnS outer shell is naturally thin.

도 6의 (b)는 ZnSeTe 코어와 함께 ZnSe 두께의 함수로서 ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘과 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 코어/쉘/쉘의 X선 회절(XRD) 패턴을 보여준다. ZnSe 두께에 관계없이 모든 ZnSeTe/ZnSe QD와 ZnSeTe 코어의 반사 피크는 눈에 띄는 격자 변화를 유도할 정도는 아닌 ZnSeTe 코어의 낮은 Te 함량 때문에 징크 블렌드 ZnSe 상과 거의 일치하게 된다. ZnSeTe 코어의 합성에 사용된 공칭 Te/Se 몰비(0.035)는 에너지 분산 분광기(EDS) 분석(도 7의 (a))의 실제 몰비(0.036)와 거의 동일한 것으로 확인되었다. Figure 6(b) shows X-ray diffraction (XRD) patterns of ZnSeTe/ZnSe core/shell and ZnSeTe/ZnSe/ZnS core/shell/shell as a function of ZnSe thickness together with ZnSeTe core. Regardless of the ZnSe thickness, the reflection peaks of all ZnSeTe/ZnSe QDs and ZnSeTe cores closely match the zinc blend ZnSe phase due to the low Te content of the ZnSeTe core, which does not induce a noticeable lattice change. It was confirmed that the nominal Te/Se molar ratio (0.035) used in the synthesis of the ZnSeTe core was almost identical to the actual molar ratio (0.036) in energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis (Fig. 7(a)).

ZnS 쉘링 시, 모든 코어/쉘 QD의 반사 피크가 큰 2θ(즉, 벌크 ZnS 상)로 약간 이동한 것으로부터, ZnS 쉘이 코어/쉘 QD 상에서 전체적으로 성장했음을 알 수 있다. 한편, ZnSe 내측 쉘의 두께가 증가하여도 코어/쉘과 코어/쉘/쉘 간에 XRD 피크 이동이 적다는 것을 알 수 있다. 이것은 ZnSe 내측 쉘이 두꺼운 샘플일수록 ZnS 외측 쉘이 더 얇게 형성되기 때문이며, 도 6의 (a)에 나타낸 TEM 이미지 및 코어/쉘/쉘 QD의 추가 EDS 기반 조성 결과(도 7의 (b), (c))와 일치한다. Upon ZnS shelling, the reflection peaks of all core/shell QDs slightly shifted to large 2θ (i.e., bulk ZnS phase), indicating that the ZnS shell was entirely grown on the core/shell QDs. On the other hand, it can be seen that the XRD peak shift between the core/shell and the core/shell/shell is small even when the thickness of the ZnSe inner shell is increased. This is because the thicker the ZnSe inner shell, the thinner the ZnS outer shell, and the TEM image and core/shell/shell QDs shown in FIG. c)) matches.

도 6의 (c)는 다양한 ZnSe 내측 쉘 두께를 가진 코어/쉘/쉘 QD의 정규화된 PL 스펙트럼을 보여주는데, 얇은, 중간, 두꺼운 ZnSe 기반 코어/쉘/쉘 QD의 경우 각각 452, 455 및 457nm의 중심파장을 나타낸다(도 6의 (d)). 참고로 이러한 코어/쉘/쉘 QD의 PL 피크는 각각의 코어/쉘 QD에 비해 1-3nm 정도 약간 청색 편이 되며, 이는 양자 감금의 강화와 밴드 갭의 증가 때문이다. Fig. 6(c) shows the normalized PL spectra of core/shell/shell QDs with various ZnSe inner shell thicknesses. Shows the central wavelength (FIG. 6(d)). For reference, the PL peak of these core/shell/shell QDs is slightly blue-shifted by 1-3 nm compared to each core/shell QD, which is due to the strengthening of quantum confinement and the increase in band gap.

도 8은 코어/쉘과 코어/쉘/쉘 QD 간 흡수 스펙트럼 비교로서, (a) 얇은 ZnSe, (b) 중간 ZnSe, (c) 두꺼운 ZnSe의 경우이다.8 is a comparison of absorption spectra between core/shell and core/shell/shell QDs, in the case of (a) thin ZnSe, (b) medium ZnSe, and (c) thick ZnSe.

ZnS 외측 쉘은 전자 파장 함수의 비편재화에 대해 높은 에너지 장벽을 구축할 수 있다. ZnS 외측 쉘을 형성한 후 이러한 밴드 갭 증가는 코어/쉘과 코어/쉘/쉘 QD 사이의 흡수 스펙트럼을 비교하여 더욱 검증할 수 있다(도 8). PL QY는 코어/쉘 QD의 25-40%(도 4의 (b))에서 코어/쉘/쉘의 90-96%(ZnSe 내측 쉘 두께에 따라 다름)로 급격히 증가했으며(도 6의 (d)), 이는 본 발명에 따른 ZnS 외측 쉘 형성이 매우 효과적인 표면 패시베이션을 제공했음을 시사한다. 이러한 완벽에 가까운 쉘링은 높은 비등점(365℃)을 가진 TOA를 용매로 사용함으로써 가능했던 335℃의 비교적 높은 온도에서 ZnS 외측 쉘을 형성함으로써 달성할 수 있는 것이다.The ZnS outer shell can build a high energy barrier against delocalization of the electronic wave function. This band gap increase after forming the ZnS outer shell can be further verified by comparing the absorption spectra between core/shell and core/shell/shell QDs (Fig. 8). PL QY increased rapidly from 25-40% of core/shell QDs (Fig. 4(b)) to 90-96% of core/shell/shell (depending on ZnSe inner shell thickness) (Fig. 6(d) )), suggesting that the ZnS outer shell formation according to the present invention provided very effective surface passivation. This near-perfect shelling can be achieved by forming the ZnS outer shell at a relatively high temperature of 335 °C, which was possible by using TOA with a high boiling point (365 °C) as a solvent.

비교예로서, TOA를 비등점이 315℃로 낮은 ODE으로 교체하고 쉘 성장 온도를 300℃로 낮추어 ZnSeTe/중간 ZnSe QD의 ZnS 쉘링을 수행한 결과, 제조된 코어/쉘/쉘 QD는 본 발명 실시예(93%)에 비해 PL QY가 80%로 현저히 낮은 것으로 나타났다. As a comparative example, as a result of ZnS shelling of ZnSeTe/intermediate ZnSe QDs by replacing TOA with an ODE with a low boiling point of 315 ° C. and lowering the shell growth temperature to 300 ° C., the prepared core / shell / shell QDs are in accordance with the examples of the present invention. (93%), the PL QY was significantly lower at 80%.

한편, 코어/쉘/쉘 QD의 PL QY는 얇은 ZnSe의 경우인 96%에서 두꺼운 ZnSe(도 6의 (d))의 경우인 90%로 꾸준히 감소하였는데, 이는 두꺼운 ZnSe의 경우 얇은 ZnS 외측 쉘이 형성되므로 코어/쉘 QD 표면의 완전한 패시베이션 가능성이 낮아졌기 때문이다. 또한 일련의 코어/쉘/쉘 QD의 FWHM 값(23-27nm)은 ZnS와의 효과적인 표면 패시베이션에 의해 활성화된 비방사성 재결합 억제로 인해 각각의 코어/쉘에 비해 1nm만큼 근소하게 좁혀졌다(도 6의 (d)). 여기에서 개발된 코어/쉘/쉘 QD의 FWHM은 PL QY가 가장 잘 수행된 전례의 결과(HF/ZnCl2를 사용한 것, PL 피크 457nm, FWHM 36nm)보다 약간 낮았지만 현재까지의 딥블루(특히 >450nm) ZnSeTe 발광체 중에서 가장 좁다. On the other hand, the PL QY of the core/shell/shell QDs steadily decreased from 96% in the case of thin ZnSe to 90% in the case of thick ZnSe (Fig. This is because the possibility of complete passivation of the core/shell QD surface is lowered. In addition, the FWHM values (23–27 nm) of the series of core/shell/shell QDs narrowed slightly by 1 nm compared to each core/shell due to non-radiative recombination inhibition activated by effective surface passivation with ZnS (Fig. (d)). The FWHM of the core/shell/shell QDs developed here was slightly lower than the precedent results where PL QY performed best (with HF/ZnCl 2 , PL peak 457 nm, FWHM 36 nm), but the deep blue to date (especially >450 nm) ) is the narrowest among ZnSeTe emitters.

도 9는 코어/쉘과 코어/쉘/쉘 QD 간 PL 붕괴 프로파일 비교로서, (a) 얇은 ZnSe, (b) 중간 ZnSe, (c) 두꺼운 ZnSe의 경우이다.9 is a comparison of PL decay profiles between core/shell and core/shell/shell QDs, in the case of (a) thin ZnSe, (b) medium ZnSe, and (c) thick ZnSe.

도 9에서 PL 붕괴 수명은 일반적으로 코어/쉘에서 코어/쉘/쉘 QD로 길어졌다. ZnS 외측 쉘 형성에 따른 이러한 PL 붕괴는 코어/쉘 QD 표면에서 ZnS 외측 쉘에 의해 비방사성 전하 재결합이 크게 억제된 결과이다. 도 6의 (e)를 참조하면, 얇은 ZnSe 쉘의 평균 수명 54.3ns가 두꺼운 ZnSe 쉘의 평균 수명 67.9ns로 증가하는 것을 알 수 있다. ZnSe 쉘 두께의 증가에 따른 PL QY의 추세(도 6의 (d))와 같이 고려하면, ZnSe 내측 쉘이 두꺼워질수록 QD 평균 수명은 길어지고 PL QY는 낮아진다. 이것으로부터, 전체 PL 붕괴를 결정하는 데에 있어 방사/비방사 재결합 과정에 전자 비편재화가 지배적이라는 것을 알 수 있다. In Fig. 9, the PL decay lifetime generally increased from core/shell to core/shell/shell QDs. This PL decay due to the formation of the ZnS outer shell is a result of the significant suppression of non-radiative charge recombination by the ZnS outer shell on the core/shell QD surface. Referring to (e) of FIG. 6, it can be seen that the average lifetime of 54.3ns of the thin ZnSe shell increases to the average lifetime of 67.9ns of the thick ZnSe shell. Considering the trend of PL QY according to the increase in ZnSe shell thickness (Fig. 6(d)), the thicker the ZnSe inner shell, the longer the QD average lifetime and the lower the PL QY. From this, it can be seen that electron delocalization dominates the radiative/non-radiative recombination process in determining the overall PL decay.

도 10은 (a) 다층 청색 QLED 소자 개략도, (b) ZnSeTe/중간-ZnSe/ZnS QD로 제작된 청색 QLED의 단면 TEM 이미지(삽입그림: 점 영역에 해당하는 더 높은 배율), (c) 다층 청색 QLED의 에너지 레벨, (d) 정규화된 EL 스펙트럼(8V에서 수집), (e) 전류 밀도-전압, (f) 휘도-전류 밀도 및 (g) 전류 효율과 EQE-전류 밀도 관계이다. 도 11은 (a) ZnSeTe/얇은-ZnSe/ZnS 및 (b) ZnSeTe/두꺼운-ZnSe/ZnS QD로 제작된 청색 QLED의 확대된 단면 TEM 이미지이다. 도 12는 용액 PL(상부) 대 8V 구동 EL(하부)의 스펙트럼 비교로서, (a) ZnSeTe/얇은-ZnSe/ZnS, (b) ZnSeTe/중간-ZnSe/ZnS, (c) ZnSeTe/두꺼운-ZnSe/ZnS QD의 경우이다.10 shows (a) a schematic diagram of a multilayer blue QLED device, (b) a cross-sectional TEM image of a blue QLED fabricated with ZnSeTe/mid-ZnSe/ZnS QDs (inset: higher magnification corresponding to the dot region), and (c) multilayer EQE-current density relationship with energy level of blue QLED, (d) normalized EL spectrum (collected at 8 V), (e) current density-voltage, (f) luminance-current density and (g) current efficiency. 11 is an enlarged cross-sectional TEM image of blue QLEDs fabricated with (a) ZnSeTe/thin-ZnSe/ZnS and (b) ZnSeTe/thick-ZnSe/ZnS QDs. 12 is a spectral comparison of solution PL (top) vs. 8 V driven EL (bottom): (a) ZnSeTe/thin-ZnSe/ZnS, (b) ZnSeTe/medium-ZnSe/ZnS, (c) ZnSeTe/thick-ZnSe This is the case for /ZnS QDs.

얇은, 중간, 두꺼운 ZnSe 내측 쉘(각각 두꺼운, 중간, 얇은 ZnS 외측 쉘을 동반한 일련의 코어/쉘/쉘 QD)을 사용하여 청색-발광 다층 QLED를 제작하였다. ITO 양극/ poly(ethylenedioxythiophene):polystyrenesulfonate (PEDOT:PSS) HIL/poly(9-vinylcarbazole) (PVK) HTL/QD EML/ZnMgO NP ETL/Al 음극의 구조를 가지는 것이다(도 10의 (a)). ZnSe/중간-ZnSe/ZnS QD를 가지고 제조한 QLED의 단면 TEM 이미지(도 10의 (b))에서 볼 수 있듯이, QD EML은 얇고 두꺼운 내측 쉘을 가진 QD를 사용하여 구성된 다른 2개의 EL 장치(도 11)와 마찬가지로 거의 모노레이어로 이루어져 있다. Blue-emitting multilayer QLEDs were fabricated using thin, medium, and thick ZnSe inner shells (a series of core/shell/shell QDs with thick, medium, and thin ZnS outer shells, respectively). It has the structure of ITO anode/ poly(ethylenedioxythiophene):polystyrenesulfonate (PEDOT:PSS) HIL/poly(9-vinylcarbazole) (PVK) HTL/QD EML/ZnMgO NP ETL/Al cathode (FIG. 10(a)). As can be seen in the cross-sectional TEM image (Fig. 10(b)) of a QLED fabricated with ZnSe/Medium-ZnSe/ZnS QDs, the QD EML is similar to that of the other two EL devices constructed using QDs with a thin and thick inner shell. As in Fig. 11), it consists of almost a monolayer.

도 10의 (c)에 에너지 레벨 다이어그램을 제시하였다. QD EML의 VBM(valence band maximum)과 CBM(conduction band minimum) 수준을 UV 광전자 분광기(UPS)로 측정하였다. An energy level diagram is presented in (c) of FIG. 10 . The valence band maximum (VBM) and conduction band minimum (CBM) levels of the QD EML were measured by UV photoelectron spectroscopy (UPS).

도 10의 (d)는 3개의 QLED에서의 8V 구동 표준화된 EL 스펙트럼을 보여준다. 얇은, 중간, 두꺼운 ZnSe에서 각각 455, 457, 459nm의 피크 파장이 나타난다. 모든 EL 스펙트럼은 전계 유도 양자 제한 스타크 효과로 인해 PL(도 12)에 비해 2-3nm만큼 적색 편이되었다. 얇은 ZnS 외측 쉘 형성에 수반되는 두꺼운 ZnS 내측 쉘을 가진 QD의 경우 결과 소자의 전류 밀도(J)가 증가하는 경향이 있었다(도 10의 (e)). QD 이종구조의 높은 밴드 갭 ZnS 외측 쉘은 HTL과 ETL에서 QD EML에 이르는 전하 주입에 대해 높은 에너지 장벽을 설정하므로, 그 두께를 감소시키면 전자와 정공의 주입이 상대적으로 용이해져 소자의 전류 밀도가 높아진다.Figure 10 (d) shows the 8V driven standardized EL spectrum in three QLEDs. Peak wavelengths of 455, 457, and 459 nm appear for thin, medium, and thick ZnSe, respectively. All EL spectra were red-shifted by 2-3 nm relative to PL (FIG. 12) due to the field-induced quantum confined Stark effect. For QDs with a thick ZnS inner shell followed by formation of a thin ZnS outer shell, the current density (J) of the resulting device tended to increase (Fig. 10(e)). The high bandgap ZnS outer shell of the QD heterostructure sets a high energy barrier for charge injection from the HTL and ETL to the QD EML, so reducing its thickness makes the injection of electrons and holes relatively easy, increasing the current density of the device. It rises.

상기 J-V 결과와 일관되게, ZnSe 내측 쉘이 두꺼운 소자(또는 ZnS 외측 쉘이 얇은 소자)는 더 높은 휘도(L)를 생성했으며, 특히 얇은, 중간, 두꺼운 ZnSe 내측 쉘을 가진 QD의 경우 각각 7200, 7841, 10020 cd/m2의 피크 값을 보였다(도 10의 (f)). 피크 전류 효율성과 EQE는 얇은, 중간 및 두꺼운 ZnSe 내측 쉘 기반 QLED의 경우 각각 10, 8.9, 9.8 cd/A, 15.3, 13.7, 12.7%이었고, 1925-3522 cd/m2의 높은 휘도 수준(전류 밀도 영역에서 ca.20-40mA/cm2에 해당)에서 달성되었다(도 10의 (g)). Consistent with the JV results above, devices with thicker ZnSe inner shells (or devices with thinner ZnS outer shells) produced higher luminance (L), especially for QDs with thin, medium, and thick ZnSe inner shells of 7200 and 7200, respectively. It showed peak values of 7841 and 10020 cd/m 2 (FIG. 10(f)). The peak current efficiency and EQE were 10, 8.9, 9.8 cd/A, 15.3, 13.7, and 12.7% for the thin, medium, and thick ZnSe inner shell-based QLEDs, respectively, at high luminance levels (current density of 1925–3522 cd/m 2 ). ca.20-40 mA/cm 2 in the region) was achieved (Fig. 10(g)).

전류 효율과 EQE의 이러한 ZnSe 내측 쉘 두께 의존에도 불구하고, 소자간 불균형은 크지 않았고 전류 밀도 전반에 걸쳐 상당히 전체적인 소자 효율은 비슷했다. 이와 관련하여 소자 효율성은 QD 이종구조 세부사항(즉, 내측 및 외측 쉘 두께)에 크게 민감하지 않은 것으로 나타났다. 이는 두 가지 측면, 즉 ZnS 외측 쉘과 ZnSe 내측 쉘 두께가 각각 전하 주입과 비방사성 Auger 재결합에 미치는 영향을 고려하여 이해될 수 있다. 첫째, ZnS 외측 쉘 두께를 증가시키면 HTL/ETL에서 QD EML로 전하의 주입이 감소하지만, 주입 감소 정도는 전하 유형에 따라 다를 수 있다. ZnS 외측 쉘의 두께가 증가하면 정공에 비해 전자 주입이 오히려 더 방해를 받게 되고, 이는 소자의 더 나은 전하 균형에 이르게 한다. 이런 점에서 가장 두꺼운 ZnS 외측 쉘을 가진 얇은 ZnSe 내측 쉘 기반 QD는 전하 균형 및 소자 효율 면에서 우수성을 보일 수 있다. 둘째, 비방사성 경로가 되어 QLED 효율성에 있어 가장 해로운 요소로 잘 알려진 Auger 재결합은 QD 이종구조 세부사항에 크게 의존하게 된다. 더 두꺼운 ZnSe 내측 쉘은 Auger 재결합을 느리게 한다. 이 맥락에서, 비대칭적으로 과도한 전자 주입으로 인해 소자 작동 시 QD가 음전하를 띠게 되는 청색 QLED의 경우, 두꺼운 ZnSe 내측 쉘을 가진 QD가 Auger 재결합 억제에서 우수할 수 있어, 소자 효율성 향상으로 이어질 가능성이 높다. 그러나 두꺼운 ZnSe 내측 쉘을 가진 ZnSeTe QD는 더 얇은 ZnS 외측 쉘을 가지고 있었다(도 6의 (a) 참조). 이는 (앞에서 언급한 바와 같이) 전하 균형에 역효과를 낳았다. 따라서 내측 쉘과 외측 쉘의 두께가 다른 QD에 대한 상기 소자 효율의 유사성은 (도 6의 (g)) 얇은 ZnS 외측 쉘이 전하 균형에 미치는 부정적 효과와 두꺼운 ZnSe 내측 쉘이 Auger 재결합에 미치는 긍정적 효과의 일치된 결과로 이해할 수 있다. Despite this ZnSe inner shell thickness dependence of current efficiency and EQE, the device-to-device imbalance was not significant and the overall device efficiency was fairly similar across the current densities. In this regard, the device efficiency was found not to be highly sensitive to QD heterostructure details (i.e., inner and outer shell thickness). This can be understood by considering the effects of two aspects, namely the ZnS outer shell and ZnSe inner shell thickness, on charge injection and non-radiative Auger recombination, respectively. First, increasing the ZnS outer shell thickness reduces the injection of charge from the HTL/ETL to the QD EML, but the degree of injection reduction may vary depending on the charge type. Increasing the thickness of the ZnS outer shell hinders electron injection rather than hole, leading to better charge balance of the device. In this regard, QDs based on the thin ZnSe inner shell with the thickest ZnS outer shell can show superiority in terms of charge balance and device efficiency. Second, Auger recombination, which is well known to be the most detrimental factor in QLED efficiency by being a non-radiative pathway, becomes highly dependent on the QD heterostructure details. The thicker ZnSe inner shell slows Auger recombination. In this context, in the case of blue QLEDs, where QDs are negatively charged during device operation due to asymmetrically excessive electron injection, QDs with thick ZnSe inner shells may be superior in suppressing Auger recombination, which is likely to lead to improved device efficiency. high. However, ZnSeTe QDs with a thick ZnSe inner shell had a thinner ZnS outer shell (see Fig. 6(a)). This had an adverse effect on the charge balance (as mentioned earlier). Therefore, the similarity of the device efficiency for QDs with different inner and outer shell thicknesses (Fig. 6(g)) shows the negative effect of the thin ZnS outer shell on the charge balance and the positive effect of the thick ZnSe inner shell on Auger recombination. can be understood as the coincident result of

도 13은 (a) ZnSeTe 코어 및 (b) Te/Se 몰비가 0.023, 0.035, 0.047인 ZnSeTe/중간-ZnSe 코어/쉘 QD의 흡수 및 PL 스펙트럼이다. 도 14는 (a) 흡수와 PL 스펙트럼 및 (b) 다른 Te/Se 몰비 0.023, 0.035, 0.047로 합성된 청색 ZnSeTe/중간 ZnSe/ZnS QD의 PL 피크 파장, QY, FWHM 비교, (c) 실내 조명 및 UV 램프 하에서의 사진이다.13 shows absorption and PL spectra of (a) ZnSeTe core and (b) ZnSeTe/mid-ZnSe core/shell QDs with Te/Se molar ratios of 0.023, 0.035, and 0.047. 14 shows (a) absorption and PL spectra, (b) comparison of PL peak wavelength, QY, and FWHM of blue ZnSeTe/intermediate ZnSe/ZnS QDs synthesized with different Te/Se molar ratios of 0.023, 0.035, and 0.047, and (c) room illumination. and a photograph under a UV lamp.

ZnSeTe 코어의 합성에 있어서의 공칭 Te/Se 비를 0.023-0.047로 더욱 변화시켜 청색 계열의 발광 튜닝하는 한편, ZnSe 내측 쉘링, 즉 중간 ZnSe의 경우 120분의 성장 시간을 적용하였다. Te/Se 비율의 증가는 ZnSeTe 코어, ZnSeTe/중간-ZnSe 코어/쉘(도 13) 및 ZnSeTe/중간-ZnSe/ZnS 코어/쉘/쉘 QD(도 14)의 모든 단계에서 흡수 및 PL의 체계적 적색 편이로 이어졌다. In the synthesis of the ZnSeTe core, the nominal Te/Se ratio was further changed from 0.023–0.047 to tune the blue-based emission, while a growth time of 120 min was applied for ZnSe inner shelling, i.e., intermediate ZnSe. An increase in the Te/Se ratio results in systematic reddening of absorption and PL in all phases of the ZnSeTe core, ZnSeTe/mid-ZnSe core/shell (Fig. 13) and ZnSeTe/mid-ZnSe/ZnS core/shell/shell QDs (Fig. 14). It led to sideways.

쉘링 단계에 따른 Te/Se 비율 변동 ZnSeTe QD의 PL 특성(즉, 피크 파장, QY, FWHM)의 자세한 진화는 도 15에도 요약되어 있다. 도 15는 쉘링 단계에 따른 PL 피크 파장, QY 및 FWHM 변화로서, (a) 0.023, (b) 0.035 및 (c) 0.047의 Te/Se 비율이다. The detailed evolution of the PL characteristics (ie, peak wavelength, QY, FWHM) of the Te/Se ratio variation ZnSeTe QDs with the shelling step is also summarized in FIG. 15 . 15 shows changes in PL peak wavelength, QY, and FWHM according to the shelling step, with Te/Se ratios of (a) 0.023, (b) 0.035, and (c) 0.047.

도 16은 (a) Te/Se 몰 비율이 0.023, 0.035, 0.047인 ZnSeTe/중간 ZnSe/ZnS QD로 제작된 청색 소자의 전류 밀도-전압, (b) 휘도-전류 밀도 및 (d) 전류 효율 및 EQE 전류 밀도 관계, (d) Te/Se 몰 비율이 0.023인 소자의 전압 의존 EL 스펙트럼 진화, (e) Te/Se 몰 비율이 0.035인 소자의 전압 의존 EL 스펙트럼 진화, (f) Te/Se 몰 비율이 0.047인 소자의 전압 의존 EL 스펙트럼 진화, (g) 8V에서 기록된 CIE 색상 좌표이다. 16 shows (a) current density-voltage, (b) luminance-current density, and (d) current efficiency of blue devices fabricated with ZnSeTe/Medium ZnSe/ZnS QDs with Te/Se molar ratios of 0.023, 0.035, and 0.047; EQE current density relationship, (d) voltage-dependent EL spectrum evolution of the device with Te/Se molar ratio of 0.023, (e) voltage-dependent EL spectrum evolution of the device with Te/Se molar ratio of 0.035, (f) Te/Se molar evolution Voltage-dependent EL spectral evolution of the device with a ratio of 0.047, (g) CIE color coordinates recorded at 8 V.

Te/Se 비율이 0.023에서 0.047로 증가함에 따라 최종 코어/쉘/쉘 QD의 PL 피크 파장이 451에서 463nm로, FWHM이 18에서 38nm로 증가되었다(도 14의 (b)). 비록 ZnSe 내측 쉘을 장기간(즉, 120분) 형성하는 동안 유효 코어 직경이 확대되어 좁은 발광 반치폭을 향한 모든 QD에 대해 동일하게 유효했지만(도 16), Te/Se 비율이 증가하면서 스펙트럼 확대가 보편적으로 나타났으며, ZnSeTe 코어의 Te 함량이 더 높을수록 불가피하게 밴드 갭 내 결함 레벨을 더 많이 포함하므로 테일 발광으로부터의 스펙트럼 기여도가 증가된다. As the Te/Se ratio increased from 0.023 to 0.047, the PL peak wavelength of the final core/shell/shell QD increased from 451 to 463 nm and the FWHM increased from 18 to 38 nm (Fig. 14(b)). Although the effective core diameter enlarged during the long-term (i.e., 120 min) formation of the ZnSe inner shell, which was equally effective for all QDs towards a narrow emission half-width (Fig. 16), spectral broadening was common with increasing Te/Se ratio , the higher Te content of the ZnSeTe core inevitably includes more defect levels in the bandgap, thus increasing the spectral contribution from the tail emission.

실내 조명 하 QD 분산 조명 이미지에서 알아볼 수 있듯이(도 14의 (c)), Te/Se 비율에 상관없이 모든 코어/쉘/쉘 QD는 89-93%의 PL QY 수준을 나타내었다(도 14의 (b)). 이후 Te/Se 비는 다르지만 ZnSe 내측 쉘과 ZnS 외측 쉘의 두께는 동일한 코어/쉘/쉘 QD를 다음과 같은 청색 QLED 제작에 대해 개별적으로 시험하였다.As can be seen in the QD diffuse illumination image under room lighting (Fig. 14(c)), all core/shell/shell QDs exhibited PL QY levels of 89-93%, regardless of the Te/Se ratio (Fig. 14(c)). (b)). Then, core/shell/shell QDs with different Te/Se ratios but the same thickness of ZnSe inner shell and ZnS outer shell were individually tested for the following blue QLED fabrication.

그 결과로 나타난 세 개의 청색 QLED는 거의 동일한 J-V 결과를 보였으며(도 16의 (a)), 이는 전하 주입이 미세한 변화(즉, Te/Se=0.023-0.047) 때문에 ZnSeTe 코어의 조성(또는 에너지 수준)에 민감하지만 대부분 쉘 두께에 의해 제어된다는 것을 나타낸다. The resulting three blue QLEDs showed almost the same J-V results (Fig. 16(a)), which is due to the minute change in charge injection (ie, Te/Se = 0.023-0.047), resulting in the composition (or energy) of the ZnSeTe core. level), but is mostly controlled by the shell thickness.

한편, 이 청색 영역에서 더 긴 발광파장에 대한 높은 시감도와 더 넓은 발광 범위(확대한 FWHM의 이점)의 결합 효과로 인해 ZnSeTe QD의 Te/Se 비율이 증가하면서 휘도는 현저하게 밝아졌으며, Te/Se 비율 0.023, 0.035, 0.047에 대해 피크 값은 6538, 7841, 12654 cd/m2이었다(도 16의 (b)). 따라서 Te/Se 비율이 클수록 전체 전류 밀도 영역에서 전류 효율성이 더 높았으며, Te/Se= 0.023의 경우 7.2 cd/A에서 Te/Se= 0.047의 경우 최대 14.8 cd/A로 피크 값이 증가했다.On the other hand, in this blue region, the luminance became remarkably bright as the Te/Se ratio of ZnSeTe QDs increased due to the combined effect of high visibility for longer emission wavelengths and wider emission range (advantage of enlarged FWHM), and the Te/ For the Se ratios of 0.023, 0.035, and 0.047, the peak values were 6538, 7841, and 12654 cd/m 2 ((b) of FIG. 16). Therefore, the higher the Te/Se ratio, the higher the current efficiency in the entire current density range, and the peak value increased from 7.2 cd/A for Te/Se = 0.023 to a maximum of 14.8 cd/A for Te/Se = 0.047.

그러나 전체 EQE는 크게 다르지 않아 13.4-13.7%의 유사한 피크 EQE를 산출했다(각각 0.023, 0.035, 0.047의 Te/Se 비율에 대해 높은 휘도 수준 2661, 3522 및 4775 cd/m2에서 구함). EQE의 이러한 유사성은 거의 동일한 PL QY(즉, 89-93%)에 ZnSe/ZnS 이중 쉘의 동일한 두께(전하 주입 및 Auger 재결합의 동일성으로 이어짐)에 기인한다. However, the overall EQEs were not significantly different, yielding similar peak EQEs of 13.4–13.7% (obtained at high luminance levels 2661, 3522, and 4775 cd/m 2 for Te/Se ratios of 0.023, 0.035, and 0.047, respectively). This similarity of the EQEs is due to the almost identical PL QY (i.e., 89–93%) and the same thickness of the ZnSe/ZnS double shells (leading to identicality of charge injection and Auger recombination).

Te/Se 비율이 각각 0.023, 0.035, 0.047인 3개의 청색 QLED에 대해 453, 457 및 465nm의 EL 피크는 인가 전압(도 16의 (d)-(f))에 관계없이 잘 유지되었으며, 또한 Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) 색상 좌표 (0.146, 0.045), (0.140, 0.059), (0.128, 0.109)에 해당된다(도 16의 (g)). 전압에 대한 그러한 스펙트럼 안정성은 현재 청색 QD 이종구조가 외부 전계를 차단하기에 충분히 두꺼운 쉘이 존재하기 때문에 전계 유도 여기자 분극화에 내성이 있음을 시사한다. For the three blue QLEDs with Te/Se ratios of 0.023, 0.035, and 0.047, respectively, the EL peaks at 453, 457, and 465 nm were well maintained regardless of the applied voltage ((d)-(f) in FIG. 16). Corresponds to Internationale de l'Eclairage (CIE) color coordinates (0.146, 0.045), (0.140, 0.059), and (0.128, 0.109) (Fig. 16(g)). Such spectral stability over voltage suggests that the current blue QD heterostructure is resistant to field-induced exciton polarization because of the presence of a shell thick enough to block the external electric field.

도 6의 (a)에서 앞서 언급한 바와 같이, ZnS 외측 쉘의 최종 두께는 동일한 ZnS 쉘링 전구체를 적용할 때 ZnSe 내측 쉘의 두께에 좌우되었다. ZnS 외측 쉘의 두께가 독립적으로 EL 성능에 미치는 영향을 추가로 검토하기 위해 Te/Se= 0.035 기반 ZnSeTe/중간-ZnSe 코어/쉘 QD로 두께를 변화시켜 ZnS 쉘링 전구체를 비례적으로 변조하여, 표준 대비 50% 감소 및 증가시킨 실험을 하였다. As mentioned above in Fig. 6(a), the final thickness of the ZnS outer shell depended on the thickness of the ZnSe inner shell when the same ZnS shelling precursor was applied. To further examine the effect of the thickness of the ZnS outer shell independently on the EL performance, proportionally modulating the ZnS shelling precursor by varying the thickness with ZnSeTe/mid-ZnSe core/shell QDs based on Te/Se = 0.035, standard Experiments were conducted with 50% reduction and increase.

도 17은 (a) Te/Se= 0.035 기반 ZnSeTe/중간-ZnSe/얇은-ZnS 및 ZnSeTe/중간-ZnSe/두꺼운-ZnS QD의 TEM 이미지, (b) 흡수, (c) ZnS 외측 쉘 두께 의존 코어/쉘/쉘 QD의 PL의 스펙트럼 비교, (d) ZnS 외측 쉘 두께의 함수로써 나타낸 전류 밀도와 휘도-전압, (f) ZnS 외측 쉘 두께의 함수로써 나타낸 EOD와 HOD의 전류 밀도 전압 특성, (g) ZnS 외측 쉘 두께에 따라 전자와 정공의 주입 정도(전하 균형 차이)를 다르게 묘사한 개략도이다.17 shows (a) TEM images of ZnSeTe/Medium-ZnSe/Thin-ZnS and ZnSeTe/Medium-ZnSe/Thick-ZnS QDs based on Te/Se = 0.035, (b) Absorption, (c) ZnS outer shell thickness dependent core. Comparison of PL spectra of /shell/shell QDs, (d) current density and luminance-voltage as a function of ZnS outer shell thickness, (f) current density-voltage characteristics of EOD and HOD as a function of ZnS outer shell thickness, ( g) It is a schematic diagram depicting the degree of injection of electrons and holes (difference in charge balance) differently according to the thickness of the ZnS outer shell.

표준 코어/쉘/쉘 QD(도 6의 (a)의 중간)에서는 ZnS 외측 쉘의 두께가 0.61nm였지만, ZnS 쉘의 감소와 증가로 인해 원래 의도했던 대로 ZnS 외측 쉘이 0.44nm와 1.06nm로 각각 얇고 두꺼워졌다(도 17의 (a)). 이러한 두꺼운 ZnS 성장은 흡수 스펙트럼(370nm에서 동일한 광학 밀도(0.05)로 기록)에서도 인지할 수 있었으며, ZnS 쉘링 전구체를 통해 340nm 이하의 흡광도가 점차 증가했다(도 17의 (b)). In the standard core/shell/shell QD (middle of Fig. 6(a)), the thickness of the ZnS outer shell was 0.61 nm, but due to the decrease and increase of the ZnS shell, the thickness of the ZnS outer shell was reduced to 0.44 nm and 1.06 nm as originally intended. Each became thinner and thicker (Fig. 17(a)). Such thick ZnS growth was also noticeable in the absorption spectrum (recorded at the same optical density (0.05) at 370 nm), and the absorbance below 340 nm gradually increased through the ZnS shelling precursor (Fig. 17(b)).

도 17의 (c)는 도 17의 (b)와 동일한 QD 세트의 기록된 PL 스펙트럼을 보여준다. PL 피크와 FWHM은 각각 455nm와 25-26nm로 거의 변화가 없었으며, PL QY는 얇은 ZnS의 90%에서 두꺼운 ZnS 코어/쉘/쉘 QD의 95%로 증가하여, 두꺼운 ZnS 성장에 의해 완전한 표면 패시베이션이 달성되었음을 나타낸다(도 18). 도 18은 ZnS 외측 쉘 두께 의존 코어/쉘/쉘 QD의 PL 피크 파장, QY, FWHM 비교 그래프이다. Fig. 17(c) shows the recorded PL spectrum of the same set of QDs as Fig. 17(b). The PL peak and FWHM were almost unchanged at 455 nm and 25–26 nm, respectively, and the PL QY increased from 90% of thin ZnS to 95% of thick ZnS core/shell/shell QDs, resulting in complete surface passivation by thick ZnS growth. indicates that this has been achieved (FIG. 18). 18 is a graph comparing PL peak wavelength, QY, and FWHM of ZnS outer shell thickness dependent core/shell/shell QDs.

ZnS 외측 쉘 두께의 함수로써 3개의 청색 QLED의 J-V-L 결과(도 17의 (d))와 비교했을 때, ZnS 외측 쉘이 두꺼울수록 전류 밀도는 감소하지만 휘도는 향상되었다. 전자는 HTL/ETL에서 QD EML로 두 전하의 주입이 억제된 것에 원인이 있고, 후자는 유사한 PL QY(90-95%)를 감안할 때 주로 향상된 전하 균형과 관련이 있다. 그 결과 두꺼운 ZnS 기반 QD를 가진 소자는 4366 cd/m2의 높은 휘도 수준에서 기록된 18.6%(현재 효율에서 12.9 cd/A에 해당)의 가장 높은 EQE를 생성했다(도 17의 (e)). Compared to the JVL results of the three blue QLEDs (FIG. 17(d)) as a function of the ZnS outer shell thickness, the thicker the ZnS outer shell, the lower the current density but the higher the luminance. The former is due to the suppression of injection of both charges from the HTL/ETL to the QD EML, while the latter is mainly related to the improved charge balance given the similar PL QY (90–95%). As a result, the device with thick ZnS-based QDs produced the highest EQE of 18.6% (corresponding to 12.9 cd/A at current efficiency) recorded at a high luminance level of 4366 cd/m 2 (Fig. 17(e)). .

소자 성능의 재현성을 검증하기 위해 25개의 소자를 반복적으로 제작하였으며, 그 결과 평균 최대 EQE는 17.4%를 나타냈고 그 중 6개 소자에서는 20% 이상을 나타냈다. In order to verify the reproducibility of the device performance, 25 devices were repeatedly manufactured, and as a result, the average maximum EQE was 17.4%, and 6 devices showed more than 20%.

두꺼운 ZnS 외측 쉘이 더 나은 전하 균형에 어떻게 기여하는지 밝히기 위해 전자전용소자(EOD)와 정공전용소자(HOD)를 제작하였으며, 각각 ITO/ZnMgO NPs/QDs/TPBi)/Al 및 ITO/PEDOT:PSS/ PVK/QDs/CBP/MoO3/Al 의 적층 순서를 갖는다. 이러한 단일 전하 소자의 J-V 특성은 ZnS 외측 쉘이 두꺼워질수록 전자 전류 밀도 감소가 정공 전류 밀도보다 우세했음을 보여준다(도 17의 (f)). 즉, 두꺼운 ZnS 기반 QD를 적용한 QLED에서 향상된 전하 균형은 현재의 HTL/ETL 기반 청색 소자 시스템(도 17의 (g))에서 전자 주입을 더 억제함으로써 달성할 수 있게 되었다.To elucidate how the thick ZnS outer shell contributes to better charge balance, electron-only devices (EODs) and hole-only devices (HODs) were fabricated, respectively, ITO/ZnMgO NPs/QDs/TPBi)/Al and ITO/PEDOT:PSS / PVK/QDs/CBP/MoO 3 /Al. The JV characteristics of this single charge device show that the electron current density decrease is more dominant than the hole current density as the ZnS outer shell becomes thicker (FIG. 17(f)). That is, improved charge balance in QLEDs using thick ZnS-based QDs can be achieved by further suppressing electron injection in the current HTL/ETL-based blue device system (FIG. 17(g)).

요약하자면 먼저 ZnSeTe/ZnSe QD 이종구조에서 ZnSe 쉘의 두께를 변화시키고 PL에 미치는 영향을 조사했다. ZnSe 쉘 두께가 증가하면서 quasi-type II 대역 정렬에서 전자 파동 함수의 비편재화로 인해 코어/쉘 QD의 PL이 적색편이 되고, 유효 코어 영역의 확장에 의해 가능하게 된 테일 발광에 의한 스펙트럼 기여의 감소로 인해 FWHM이 감소했다. 최종 ZnS 쉘링 후 ZnSeTe/ZnSe/ZnS QDs는 ZnSe 쉘 두께에 따라 452-457nm의 조정 가능한 딥블루 PL, 90-96%의 뛰어난 PL QY와 23-27nm의 좁은 FHWM을 보였다. 청색 QLED 제작에 각각 얇은-, 중간-, 두꺼운-ZnSe 내측 쉘(반대로 두꺼운-, 중간-, 얇은-ZnS 외측 쉘을 형성하는)을 생성한 위의 코어/쉘/쉘 QD는 이러한 내측 및 외측 쉘 두께의 조합에 의해 전반적인 소자 효율성이 크게 달라지지는 않는다는 것을 보여준다. 이는 얇은 ZnS 외측 쉘이 전하 균형에 미치는 부정적 영향과 두꺼운 ZnSe 내측 쉘이 Auger 재결합에 미치는 긍정적 영향 사이의 상호작용에 의해 이해된다. 청색 계열에서 보다 눈에 띄는 발광 변조를 위해 ZnSeTe 코어의 Te/Se 비율이 변경되었다. 동일한 이중 쉘링을 적용한 결과 각각의 코어/쉘/쉘 QD는 Te/Se 비율 변화에 따라 89-93%의 높은 PL QY와 함께 451-463nm의 적절한 PL 피크를 보였다. 이러한 Te/Se 비율 변동 QD를 적용한 각각의 소자는 유사한 PL QY와 동일한 ZnSe/ZnS 이중 쉘 두께로 인해 동등한 EQE(즉, 피크 값 13.4-13.7%)를 산출했다. ZnSeTe/중간-ZnSe 코어/쉘 QD를 사용하여 ZnS 외측 쉘 두께를 더욱 제어하여 소자 효율에 미치는 영향을 조사하였다. ZnS 외측 쉘의 두께가 증가하면 전하 균형 개선에 유리하도록 정공에 비해 전자의 주입이 억제되어 피크 EQE에서 최대 18.6%까지 상당한 효율성 향상으로 이어졌다. In summary, we first varied the thickness of the ZnSe shell in the ZnSeTe/ZnSe QD heterostructure and investigated the effect on PL. As the ZnSe shell thickness increases, the PL of the core/shell QDs redshifts due to the delocalization of the electronic wavefunction in the quasi-type II band alignment, reducing the spectral contribution by tail emission enabled by the broadening of the effective core area. As a result, the FWHM decreased. After final ZnS shelling, the ZnSeTe/ZnSe/ZnS QDs showed tunable deep blue PL of 452–457 nm, excellent PL QY of 90–96% and narrow FHWM of 23–27 nm, depending on the ZnSe shell thickness. The above core/shell/shell QDs, which produced thin-, mid-, and thick-ZnSe inner shells (conversely forming thick-, mid-, and thin-ZnS outer shells) in blue QLED fabrication, respectively, show these inner and outer shells. It is shown that the overall device efficiency does not vary significantly by the combination of thicknesses. This is understood by the interaction between the negative effect of the thin ZnS outer shell on charge balance and the positive effect of the thick ZnSe inner shell on Auger recombination. The Te/Se ratio of the ZnSeTe core was changed for more noticeable emission modulation in the blue series. As a result of applying the same double shelling, each core/shell/shell QD showed an appropriate PL peak at 451–463 nm with a high PL QY of 89–93% depending on the Te/Se ratio variation. Each device employing these Te/Se ratio-varying QDs yielded equivalent EQEs (i.e., peak values of 13.4–13.7%) due to similar PL QYs and identical ZnSe/ZnS double shell thicknesses. ZnSeTe/Medium-ZnSe core/shell QDs were used to further control the ZnS outer shell thickness to investigate the effect on device efficiency. Increasing the thickness of the ZnS outer shell inhibits the injection of electrons compared to holes in favor of improved charge balance, resulting in significant efficiency improvements up to 18.6% at peak EQE.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and without departing from the gist of the present invention claimed in the claims, in the technical field to which the present invention belongs Anyone skilled in the art can make various modifications, of course, and such changes are within the scope of the claims.

10 : ZnSeTe 코어
20 : ZnSe 내측 쉘
30 : ZnS 외측 쉘
100 : QD
10: ZnSeTe core
20: ZnSe inner shell
30: ZnS outer shell
100: QD

Claims (17)

공칭 Te/Se 비율이 0.01-0.05인 Ⅱ-Ⅵ계 삼성분계 ZnSeTe 코어;
상기 코어를 둘러싸며 1nm-3nm 두께를 갖는 ZnSe 내측 쉘; 및
상기 ZnSe 내측 쉘을 둘러싸며 0.5nm-2nm 두께를 갖는 ZnS 외측 쉘을 포함하는 것을 특징으로 하는 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 코어/쉘/쉘 양자점.
II-VI ternary ZnSeTe cores with a nominal Te/Se ratio of 0.01-0.05;
a ZnSe inner shell surrounding the core and having a thickness of 1 nm to 3 nm; and
ZnSeTe / ZnSe / ZnS core / shell / shell quantum dots, characterized in that it surrounds the ZnSe inner shell and comprises a ZnS outer shell having a thickness of 0.5 nm-2 nm.
제1항에 있어서, 상기 코어 직경이 5nm-8nm인 것을 특징으로 하는 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 코어/쉘/쉘 양자점.According to claim 1, ZnSeTe / ZnSe / ZnS core / shell / shell quantum dots, characterized in that the core diameter is 5nm-8nm. Zn 전구체와 용매를 포함하는 제1 혼합 용액에 Se 전구체와 Te 전구체를 주입하여 Ⅱ-Ⅵ계 삼성분계 ZnSeTe 코어를 형성하는 단계;
상기 ZnSeTe 코어가 형성되어 있는 상기 제1 혼합 용액에 대해 ZnSe 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액과 Se 전구체를 주입하여, 상기 ZnSeTe 코어를 둘러싸는 ZnSe 내측 쉘을 형성하여 ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 양자점을 형성하는 단계;
상기 제1 혼합 용액으로부터 상기 ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 양자점을 분리해낸 후, ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 양자점 분산액을 제조하는 단계; 및
상기 ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 양자점 분산액을 포함하는 제2 혼합 용액에 ZnS 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액과 S 전구체를 주입하여, 상기 ZnSe 내측 쉘을 둘러싸는 ZnS 외측 쉘을 형성하여 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 코어/쉘/쉘 양자점을 형성하는 단계를 포함하는 양자점 제조 방법.
forming a II-VI ternary ZnSeTe core by injecting a Se precursor and a Te precursor into a first mixed solution containing a Zn precursor and a solvent;
A Zn source solution capable of forming a ZnSe shell and a Se precursor are injected into the first mixed solution in which the ZnSeTe core is formed to form a ZnSe inner shell surrounding the ZnSeTe core, thereby forming a ZnSeTe/ZnSe core/shell quantum dot. forming a;
preparing a ZnSeTe/ZnSe core/shell quantum dot dispersion after separating the ZnSeTe/ZnSe core/shell quantum dots from the first mixed solution; and
A Zn source solution capable of forming a ZnS shell and an S precursor are injected into the second mixed solution containing the ZnSeTe/ZnSe core/shell quantum dot dispersion to form a ZnS outer shell surrounding the ZnSe inner shell, thereby forming a ZnSeTe/ZnSe / ZnS core / shell / quantum dot manufacturing method comprising the step of forming a shell quantum dot.
제3항에 있어서, 상기 ZnSeTe 코어를 형성하는 단계는,
Zn 전구체와 용매를 포함하는 제1 혼합 용액을 1차 가열하는 단계;
상기 제1 혼합 용액을 상기 1차 가열 온도보다 높은 온도로 2차 가열하는 단계; 및
상기 제1 혼합 용액에 Se 전구체와 Te 전구체를 주입하여 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조 방법.
The method of claim 3, wherein forming the ZnSeTe core,
Primary heating of a first mixed solution containing a Zn precursor and a solvent;
Secondarily heating the first mixed solution to a temperature higher than the first heating temperature; and
Quantum dot manufacturing method comprising the step of injecting and reacting the Se precursor and the Te precursor in the first mixed solution.
제4항에 있어서, 상기 제1 혼합 용액에 Se 전구체와 Te 전구체를 주입하여 반응시키는 단계 동안에 상기 2차 가열 온도보다 높은 온도로 3차 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조 방법.The method of claim 4 , further comprising performing third heating at a temperature higher than the second heating temperature during the step of injecting and reacting the Se precursor and the Te precursor into the first mixed solution. 제3항에 있어서, 상기 ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 양자점을 형성하는 단계는,
상기 ZnSeTe 코어가 형성되어 있는 상기 제1 혼합 용액에 60분 이상 180분 이하의 반응 시간 동안 ZnSe 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액과 Se 전구체를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조 방법.
The method of claim 3, wherein the forming of the ZnSeTe / ZnSe core / shell quantum dots,
A quantum dot manufacturing method comprising the step of injecting a Zn raw material solution capable of forming a ZnSe shell and a Se precursor for a reaction time of 60 minutes or more and 180 minutes or less to the first mixed solution in which the ZnSeTe core is formed. .
제3항에 있어서, 상기 ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 양자점을 형성하는 단계 동안에 상기 ZnSeTe 코어와 상기 ZnSe 내측 쉘 사이의 상호 확산이 이루어지는 것을 특징으로 하는 양자점 제조 방법. The method of claim 3 , wherein mutual diffusion between the ZnSeTe core and the ZnSe inner shell is performed during the forming of the ZnSeTe/ZnSe core/shell quantum dots. 제3항에 있어서, 상기 ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 양자점을 형성하는 단계 동안에 상기 제1 혼합 용액의 온도를 300℃ 이상으로 유지하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조 방법. The method of claim 3 , wherein the temperature of the first mixed solution is maintained at 300° C. or higher during the forming of the ZnSeTe/ZnSe core/shell quantum dots. 제6항에 있어서,
상기 ZnSe 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액은 Zn 전구체를 지방산(fatty acid)과 TOP, TBP 및 TOA 중 1종 이상을 포함하는 용매에 녹여 준비한 것을 특징으로 하는 양자점 제조 방법.
According to claim 6,
The Zn raw material solution capable of forming the ZnSe shell is prepared by dissolving the Zn precursor in a solvent containing fatty acid and at least one of TOP, TBP and TOA.
제3항에 있어서, 상기 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 코어/쉘/쉘 양자점을 형성하는 단계는,
Zn 전구체와 용매를 포함하는 제2 혼합 용액을 1차 가열하는 단계;
상기 제2 혼합 용액에 상기 ZnSeTe/ZnSe 코어/쉘 양자점 분산액을 주입한 후 상기 제2 혼합 용액을 상기 1차 가열 온도보다 높은 온도로 2차 가열하는 단계; 및
상기 제2 혼합 용액에 ZnS 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액과 S 전구체를 주입하여 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조 방법.
The method of claim 3, wherein the forming of the ZnSeTe / ZnSe / ZnS core / shell / shell quantum dots,
heating a second mixed solution containing a Zn precursor and a solvent;
secondarily heating the second mixed solution to a temperature higher than the first heating temperature after injecting the ZnSeTe/ZnSe core/shell quantum dot dispersion into the second mixed solution; and
Quantum dot manufacturing method comprising the step of injecting and reacting a Zn source solution capable of forming a ZnS shell and an S precursor in the second mixed solution.
제10항에 있어서,
상기 ZnS 쉘을 형성할 수 있는 Zn 원료 용액은 Zn 전구체를 지방산, 1차아민(primary amine) 및 TOA을 포함하는 용매에 녹여 준비한 것을 특징으로 하는 양자점 제조 방법.
According to claim 10,
The Zn raw material solution capable of forming the ZnS shell is prepared by dissolving the Zn precursor in a solvent containing fatty acid, primary amine and TOA.
제10항에 있어서, 상기 2차 가열시의 온도는 320-350℃인 것을 특징으로 하는 양자점 제조 방법. 11. The method of claim 10, wherein the temperature during the secondary heating is 320-350 °C. 제3항에 있어서, 상기 ZnSeTe 코어의 공칭 Te/Se 비율은 0.01-0.05가 되게 하고, 상기 ZnSe 내측 쉘의 두께는 1nm-3nm가 되게 하며, 상기 ZnS 외측 쉘의 두께는 0.5nm-2nm가 되게 하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조 방법. 4. The method of claim 3, wherein the nominal Te/Se ratio of the ZnSeTe core is 0.01-0.05, the thickness of the ZnSe inner shell is 1nm-3nm, and the thickness of the ZnS outer shell is 0.5nm-2nm. Quantum dot manufacturing method, characterized in that for. 제13항에 있어서, 상기 코어 직경이 5nm-8nm이 되게 하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조 방법.14. The method of claim 13, wherein the core diameter is 5 nm-8 nm. 정공 수송층, 양자점 발광층, 및 전자 수송층을 포함하고, 상기 양자점 발광층이 제1항 또는 제2항에 따른 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점-발광 소자. A quantum dot-light emitting device comprising a hole transport layer, a quantum dot light emitting layer, and an electron transport layer, wherein the quantum dot light emitting layer includes the quantum dots according to claim 1 or claim 2. 제15항에 있어서, 양극, 정공 주입층 및 음극을 더 포함하고, 상기 정공 수송층과 정공 주입층은 poly(ethylenedioxythiophene):polystyrene sulphonate(PEDOT:PSS), poly[(9, 9-dioctyl-fluorenyl-2, 7-diyl)-co-(4, 4'-(N-(p-butylphenyl))diphenylamine)](TFB), poly(9-vinlycarbazole)(PVK), N, N, N, N', N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine(TPD), poly-TPD, 4, 4', 4''-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine(TCTA), N, N'-bis(naphthalen-1-yl)-N, N'bis(phenyl)-9, 9-spiro-bifluorene(spiro-NPB), dipyrazino[2, 3-f:2', 3'-h]quinoxaline-2, 3, 6, 7, 10, 11-hexacarbonitrile(HATCN), 1, 1-bis[(di-4-tolylamino)phenylcyclohexane(TAPC), p-형 금속 산화물 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 양자점-발광 소자. The method of claim 15, further comprising an anode, a hole injection layer and a cathode, wherein the hole transport layer and the hole injection layer are poly(ethylenedioxythiophene):polystyrene sulphonate (PEDOT:PSS), poly[(9, 9-dioctyl-fluorenyl- 2,7-diyl)-co-(4,4'-(N-(p-butylphenyl))diphenylamine)](TFB), poly(9-vinlycarbazole)(PVK), N, N, N, N', N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine(TPD), poly-TPD, 4,4',4''-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine(TCTA), N,N'-bis(naphthalen-1 -yl)-N, N'bis(phenyl)-9, 9-spiro-bifluorene(spiro-NPB), dipyrazino[2, 3-f:2', 3'-h]quinoxaline-2, 3, 6, Quantum dots, characterized in that any one selected from 7, 10, 11-hexacarbonitrile (HATCN), 1, 1-bis [(di-4-tolylamino) phenylcyclohexane (TAPC), p-type metal oxides, and combinations thereof- light emitting element. 제15항에 있어서, 상기 전자 수송층이 금속 산화물 나노입자를 포함하며, 상기 금속 산화물 나노입자는 Zn1-xMgxO(0≤x≤0.5) 조성의 Zn 함유 Mg 산화물 나노입자; 및 상기 나노입자 표면에 형성된 Mg 이온 표면 처리층을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 양자점-발광 소자.[Claim 16] The method of claim 15, wherein the electron transport layer includes metal oxide nanoparticles, wherein the metal oxide nanoparticles include Zn 1-x Mg x O (0≤x≤0.5) Zn-containing Mg oxide nanoparticles; and a Mg ion surface treatment layer formed on the surface of the nanoparticles.
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