KR20240107290A - 양자점, 양자점의 제조 방법 및 양자점을 포함한 전자 장치 - Google Patents
양자점, 양자점의 제조 방법 및 양자점을 포함한 전자 장치Info
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Abstract
코어 및 상기 코어의 적어도 일부를 덮는 제1쉘을 포함하고, 상기 코어는 인듐(In), 제1원소 및 인(P)을 포함하고, 상기 제1쉘은 제2원소 및 제3원소를 포함하고, 상기 제1원소 및 제2원소는 서로 독립적으로, III족 원소이고, 상기 제3원소는 VI족 원소이고, 하기 부등식 1을 만족하는, 양자점, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자 장치가 제공된다:
<부등식 1>
(M1+M2+M3)/MIn > 7
상기 부등식 1 중,
MIn은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 In의 몰(mol) 수이고,
M1은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제1원소의 몰 수이고,
M2는 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제2원소의 몰 수이고,
M3은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제3원소의 몰 수이다.
<부등식 1>
(M1+M2+M3)/MIn > 7
상기 부등식 1 중,
MIn은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 In의 몰(mol) 수이고,
M1은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제1원소의 몰 수이고,
M2는 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제2원소의 몰 수이고,
M3은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제3원소의 몰 수이다.
Description
양자점, 양자점 및 이를 포함한 전자 장치에 관한 것이다.
양자점(quantum dot)은 반도체 물질의 나노 결정으로서, 양자 구속 효과(quantum confinement effect)를 나타내는 물질이다. 양자점은 여기원(excitation source)으로부터 빛을 받아 에너지 여기 상태에 이르면, 자체적으로 해당하는 에너지 밴드 갭(band gap)에 따른 에너지를 방출하게 된다. 이 때, 같은 물질의 경우라도 입자 크기에 따라 파장이 달라지는 특성을 나타내므로, 양자점의 크기를 조절하여 원하는 파장 영역의 빛을 얻을 수 있고, 우수한 색 순도 및 높은 발광 효율 등의 특성을 나타낼 수 있기 때문에 다양한 소자 또는 장치에 응용할 수 있다.
화학적 안정성 및 광 발광(photoluminescence) 특성이 우수한 양자점, 이의 제조 방법 및 이를 포함한 전자 장치에 관한 것이다.
일 측면에 따르면,
코어 및 상기 코어의 적어도 일부를 덮는 제1쉘을 포함하고,
상기 코어는 인듐(In), 제1원소 및 인(P)을 포함하고,
상기 제1쉘은 제2원소 및 제3원소를 포함하고,
상기 제1원소 및 제2원소는 서로 독립적으로, III족 원소이고,
상기 제3원소는 VI족 원소이고,
하기 부등식 1을 만족하는, 양자점이 제공된다:
<부등식 1>
(M1+M2+M3)/MIn > 7
상기 부등식 1 중,
MIn은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 In의 몰(mol) 수이고,
M1은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제1원소의 몰 수이고,
M2는 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제2원소의 몰 수이고,
M3은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제3원소의 몰 수이다.
다른 측면에 따르면, 코어 및 상기 코어의 적어도 일부를 덮는 제1쉘을 포함하고,
상기 코어는 인듐(In), 제1원소 및 인(P)을 포함하고,
상기 제1쉘은 제2원소 및 제3원소를 포함하고,
상기 제1원소 및 제2원소는 서로 독립적으로, III족 원소이고,
상기 제3원소는 VI족 원소이고,
하기 부등식 1을 만족하는, 양자점의 제조 방법으로서,
In 및 P를 포함한 제1입자를 제공하는 단계; 및
상기 제1입자에 제1조성물을 접촉시키는 단계;를 포함하고,
상기 제1조성물은 제1원소를 함유한 제1전구체, 제2원소를 함유한 제2전구체 및 제3원소를 함유한 제3전구체를 포함한, 양자점의 제조 방법이 제공된다:
<부등식 1>
(M1+M2+M3)/MIn > 7
상기 부등식 1 중,
MIn은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 In의 몰 수이고,
M1은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제1원소의 몰 수이고,
M2는 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제2원소의 몰 수이고,
M3은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제3원소의 몰 수이다.
다른 측면에 따르면, 상기 양자점을 포함한 전자 장치가 제공된다.
상기 양자점은 소정의 원소 조성을 만족하고, 화학적 안정성 및 광 발광 특성이 우수하다. 예를 들어, 상기 양자점은 우수한 청색 발광 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 양자점의 제조 방법은 코어와 쉘이 동시에 형성될 수 있고, 이에 따라 양자점의 발광 파장의 조절이 용이하다. 예를 들어, 상기 양자점의 제조 방법은 양자점의 발광 파장의 단파장화에 유리할 수 있다.
따라서, 상기 양자점 및/또는 상기 양자점의 제조 방법을 이용함으로써, 고품위의 전자 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 구현예를 따른 양자점을 나타낸 도면이다.
도 2는 일 구현예에 따른 전자 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 일 구현예에 따른 전자 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 일 구현예에 따른 양자점을 투과 전자 현미경(TEM)을 이용하여 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 일 구현예에 따른 전자 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 일 구현예에 따른 전자 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 일 구현예에 따른 양자점을 투과 전자 현미경(TEM)을 이용하여 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 명세서 중 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
본 명세서 중 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서 중 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 예를 들어, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 달리 한정되지 않는 한 명세서상에 기재된 특징 또는 구성요소만으로 이루어지는(consist of) 경우 및 다른 구성요소를 더 포함하는 경우를 모두 의미할 수 있다.
본 명세서에서, "II족"은 IUPAC 주기율표상 IIA족 원소 및 IIB족 원소를 포함할 수 있으며, II족 원소의 예시는 Zn, Cd, Hg 및 Cn을 포함하고, 다만 이에 제한되지 않는다.
본 명세서에서, "III족"은 IUPAC 주기율표상 IIIA족 원소 및 IIIB족 원소를 포함할 수 있으며, III족 원소의 예시는 Al, In, Ga, Tl 및 Nh을 포함하고, 다만 이에 제한되지 않는다.
본 명세서에서, "V족"은 IUPAC 주기율표상 VA족 원소 및 VB족 원소를 포함할 수 있으며, V족 원소의 예시는 N, P, As를 포함하고, 다만 이에 제한되지 않는다.
본 명세서에서, "VI족"은 IUPAC 주기율표상 VIA족 원소 및 VIB족 원소를 포함할 수 있으며, VI족 원소의 예시는 O, S, Se 및 Te을 포함하고, 다만 이에 제한되지 않는다.
[양자점]
도 1을 참조하여, 일 구현예에 따른 양자점(10)은 인듐(In), 제1원소 및 인(P)을 포함한 코어(11); 및 상기 코어의 적어도 일부를 덮는 제1쉘(12);을 포함한다.
일 구현예에 따른 양자점은, 코어 및 상기 코어의 적어도 일부를 덮는 제1쉘을 포함하고,
상기 코어는 인듐(In), 제1원소 및 인(P)을 포함하고,
상기 제1쉘은 제2원소 및 제3원소를 포함하고,
상기 제1원소 및 제2원소는 서로 독립적으로, III족 원소이고,
상기 제3원소는 VI족 원소이고,
하기 부등식 1을 만족한다:
<부등식 1>
(M1+M2+M3)/MIn > 7
상기 부등식 1 중,
MIn은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 In의 몰(mol) 수이고,
M1은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제1원소의 몰 수이고,
M2는 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제2원소의 몰 수이고,
M3은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제3원소의 몰 수이다.
일 구현예에 따른 양자점은 상기 부등식 1의 원소 조성, 즉 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 제1원소, 제2원소 및 제3원소의 몰 수의 합을 인듐의 몰 수로 나눈 값이 7을 초과할 수 있다. 이에 따라 상기 양자점은 우수한 화학적 안정성 및 광 발광 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점은 우수한 청색 발광 특성을 나타낼 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점은 하기 부등식 1-1을 만족할 수 있다:
<부등식 1-1>
10 ≤ (M1+M2+M3)/MIn ≤ 50
상기 부등식 1-1 중,
MIn은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 In의 몰 수이고,
M1은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제1원소의 몰 수이고,
M2는 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제2원소의 몰 수이고,
M3은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제3원소의 몰 수이다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점은 하기 부등식 2를 만족할 수 있다:
<부등식 2>
0.5 < (M1+M2)/M3 < 1.5
상기 부등식 2 중,
M1은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제1원소의 몰 수이고,
M2는 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제2원소의 몰 수이고,
M3은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제3원소의 몰 수이다.
일 구현예에 따른 양자점은 상기 부등식 2의 원소 조성, 즉 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 제1원소 및 제2원소의 몰 수의 합을 제3원소의 몰 수로 나눈 값이 0.5를 초과하고 1.5 미만일 수 있다. 이에 따라 상기 양자점은 우수한 화학적 안정성 및 광 발광 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점은 우수한 청색 발광 특성을 나타낼 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점은 하기 부등식 2-1을 만족할 수 있다:
<부등식 2-1>
0.7 ≤ (M1+M2)/M3 ≤ 1.3
상기 부등식 2-1 중,
M1은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제1원소의 몰 수이고,
M2는 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제2원소의 몰 수이고,
M3은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제3원소의 몰 수이다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1원소는 In, Ga 또는 Al일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 코어는 제4원소를 더포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제4원소는 III족 원소일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1원소와 상기 제4원소가 서로 상이할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 코어는 상기 In, 상기 제1원소, 상기 제4원소 및 상기 P의 합금을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 코어는 InP, InGaP, InAlP, InGaAlP 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 코어의 직경(2r)이 0.5 nm 내지 10 nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 코어의 직경이 0.1 nm 내지 5 nm, 0.5 nm 내지 2.5 nm, 예를 들어 0.6 nm 내지 2.4 nm, 또는 0.75 nm 내지 2.25 nm, 또는 1 nm 내지 2 nm일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제2원소는 In 또는 Ga일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제3원소는 S일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1쉘이 제5원소를 더 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제5원소는 II족 원소 또는 III족 원소일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1쉘이 III-VI족 화합물, II-III-VI족 화합물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 III-VI족 화합물의 예는, InS, InS2, InS, InS2, GaO2, GaS2, AlO2 등과 같은 이원소 화합물; 또는 이들의 조합;을 포함할 수 있다.
상기 II-III-VI족 화합물의 예는, CdGaS, CdGaSe, CdGa2Se3, CdGaTe, CdInS, CdInSe, CdIn2S3, CdIn2Se3, CdInTe, ZnGaS, ZnGaSe, ZnGa2Se3, ZnGaTe, ZnInS, ZnInSe, ZnIn2S3, ZnIn2Se3, ZnInTe, HgGaS, HgGaSe, HgGa2Se3, HgGaTe, HgInS, HgInSe, HgIn2S3, HgIn2Se3, HgInTe 등과 같은 삼원소 화합물; CdInGaS 3 , CdInGaSe3, ZnInGaS 3 , ZnInGaSe3, HgInGaS 3 , HgInGaSe3 등과 같은 사원소 화합물; 또는 이들의 조합;을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1쉘이 GaSx(x는 0 초과 3 이하의 실수), In2S3, InGaS3, ZnGaS 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1쉘의 두께(l)가 0.1 nm 내지 5 nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1쉘의 두께가 0.2 nm 내지 4 nm, 0.2 nm 내지 3 nm, 0.4 nm 내지 2 nm, 또는 0.5 nm 내지 1 nm일 수 있다.
상기 양자점은 상기 제1쉘의 두께가 전술한 범위를 만족함으로써 발광 파장이 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점은 상기 제1쉘의 두께가 전술한 범위를 만족함으로써 장파장화가 방지될 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 코어 중 상기 제1원소 및 상기 제1쉘 중 상기 제2원소가 서로 동일할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점은 상기 제1쉘의 적어도 일부를 덮는 제2쉘을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제2쉘은 제6원소 및 제7원소를 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제6원소는 II족 원소, III족 원소 또는 IV족 원소일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제7원소는 V족 원소 또는 VI족 원소일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제2쉘이 제6원소 및 제7원소의 합금을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제2쉘이 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, III-VI족 화합물, I-III-VI족 화합물, II-III-VI족 화합물, II-IV-V족 화합물, II-V족 화합물, IV-V족 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 II-VI족 화합물의 예는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 등과 같은 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 등과 같은 삼원소 화합물; CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 등과 같은 사원소 화합물; 또는 이들의 조합;을 포함할 수 있다.
상기 III-V족 화합물의 예는 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 등과 같은 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InGaP, InNP, InAlP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb 등과 같은 삼원소 화합물; GaAlNP, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 등과 같은 사원소 화합물; 또는 이들의 조합;을 포함할 수 있다. 한편, 상기 III-V족 화합물은 II족 원소를 더 포함할 수 있다. II족 원소를 더 포함한 II-III-V족 화합물의 예는, InZnP, InGaZnP, InAlZnP 등을 포함할 수 있다.
상기 III-VI족 화합물의 예는 본 명세서에 기재된 바를 참조할 수 있다.
상기 I-III-VI족 화합물의 예는, AgInS, AgInS2, CuInS, CuInS2, CuGaO2, AgGaO2, AgAlO2 등과 같은 삼원소 화합물; 또는 이들의 조합;을 포함할 수 있다.
상기 II-III-VI족 화합물의 예는 본 명세서에 기재된 바를 참조할 수 있다.
상기 II-IV-V족 화합물의 예는 ZnSnP2, ZnSnAs2, ZnSnSb2 등을 포함할 수 있다.
상기 II-V족 화합물의 예는, ZnP, ZnAs, ZnSb 등을 포함할 수 있다.
상기 IV-VI족 화합물의 예는, SnS, SnSe, SnTe, PbSe, PbS, PbTe 등과 같은 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe, PbSTe, PbSeS, PbSeTe 등과 같은 삼원소 화합물; SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 등과 같은 사원소 화합물; 또는 이들의 조합;을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제2쉘이 ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제2쉘의 두께가 0.1 nm 내지 5 nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2쉘의 두께가 0.2 nm 내지 4 nm, 0.2 nm 내지 3 nm, 0.4 nm 내지 2 nm, 또는 0.5 nm 내지 1 nm일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점의 직경(2R)이 1 nm 내지 15 nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점의 직경이 1 nm 내지 12 nm, 또는 1 nm 내지 10 nm일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점은 카드뮴을 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 양자점은 카드뮴의 높은 독성으로 인한 문제점을 갖지 않는다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점은 최대 발광 파장이 200 nm 내지 800 nm일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점은 최대 발광 파장이 410 nm 내지 490 nm인 청색광을 방출할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점은 최대 발광 파장이 410 nm 내지 465 nm인 진한 청색(deep blue)광을 방출할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점은 진원도가 0.7 내지 0.9일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에서 일반적으로 사용하는 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점은 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등의 형태를 가질 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점은 PL 스펙트럼의 반치폭(full width of half maximum, FWHM)이 60 nm 이하, 예를 들어 55 nm 이하, 또는 50 nm 이하, 또는 40 nm 이하일 수 있다. 상기 양자점의 반치폭이 전술한 범위를 만족할 때, 색순도와 색재현성이 우수하고 광 시야각이 향상될 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점은 양자 수율이 70% 이상, 예를 들어 80% 이상, 또는 90% 이상일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점은 에탄올로 정제한 후의 양자 수율이 70% 이상, 예를 들어 80% 이상, 또는 90% 이상일 수 있다.
[양자점의 제조 방법]
일 구현예에 따른 양자점의 제조 방법은 코어 및 상기 코어의 적어도 일부를 덮는 제1쉘을 포함하고,
상기 코어는 인듐(In), 제1원소 및 인(P)을 포함하고,
상기 제1쉘은 제2원소 및 제3원소를 포함하고,
상기 제1원소 및 제2원소는 서로 독립적으로, III족 원소이고,
상기 제3원소는 VI족 원소이고,
하기 부등식 1을 만족하는, 양자점의 제조 방법이다:
<부등식 1>
(M1+M2+M3)/MIn > 7
상기 부등식 1 중,
MIn은 상기 코어 및 쉘 중 상기 In의 몰 수이고,
M1은 상기 코어 및 쉘 중 상기 제1원소의 몰 수이고,
M2는 상기 코어 및 쉘 중 상기 제2원소의 몰 수이고,
M3은 상기 코어 및 쉘 중 상기 제3원소의 몰 수이다.
일 구현예에 따른 양자점의 제조 방법은
In 및 P를 포함한 제1입자를 제공하는 단계; 및
상기 제1입자에 제1조성물을 접촉시키는 단계;를 포함하고,
상기 제1조성물은 제1원소를 함유한 제1전구체, 제2원소를 함유한 제2전구체 및 제3원소를 함유한 제3전구체를 포함한다.
일 구현예를 따르면, 상기 In 및 P를 포함한 제1입자를 제공하는 단계는 In을 함유한 전구체 및 P를 함유한 전구체를 반응시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현를 따르면, 상기 In을 함유한 전구체는 인듐, 인듐 화합물 또는 이들의 조합일 수 있다.
예를 들어, 상기 In을 함유한 전구체는 인듐, 인듐 아세테이트, 인듐 클로라이드, 인듐 옥사이드, 인듐 나이트레이트, 인듐 설페이트, 인듐 카르복실레이트 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 P를 함유한 전구체는 인, 인 화합물 또는 이들의 조합일 수 있다.
예를 들어, 상기 P를 함유한 전구체는 알킬 포스핀, 트리스트리알킬실릴 포스핀, 트리스디알킬실릴 포스핀, 트리스디알킬아미노 포스핀 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1입자는 제4원소를 더 포함할 수 있다. 상기 제4원소에 대한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 In, P 및 제4원소를 포함한 제1입자를 제공하는 단계에는 In을 함유한 전구체, P를 함유한 전구체 및 상기 제4원소를 함유한 전구체를 반응시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제4원소를 함유한 전구체는 III족 원소를 함유한 전구체일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 III족 원소를 함유한 전구체는 알루미늄 또는 알루미늄 화합물; 갈륨 또는 갈륨 화합물; 인듐 또는 인듐 화합물; 또는 탈륨 또는 탈륨 화합물일 수 있다.
예를 들어, 상기 III족 원소를 포함한 전구체는, 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 아세틸 아세토네이트, 알루미늄 클로라이드, 알루미늄 플루오라이드, 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 나이트레이트, 알루미늄 설페이트, 갈륨 아세틸아세토네이트, 갈륨 클로라이드, 갈륨 플루오라이드, 갈륨 옥사이드, 갈륨 나이트레이트, 갈륨 설페이트, 갈륨 아세테이트, 인듐 아세테이트, 인듐 클로라이드, 인듐 옥사이드, 인듐 나이트레이트, 인듐 설페이트, 인듐 카르복실레이트 등일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1입자는 상기 In, 상기 P 및 상기 제4원소의 합금을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1입자가 InP, InGaP, InAlP 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1입자는 최대 발광 파장이 410 nm 내지 520 nm일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1입자의 직경은 0.5 nm 내지 10 nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1입자의 직경이 0.1 nm 내지 5 nm, 0.5 nm 내지 2.5 nm, 예를 들어 0.6 nm 내지 2.4 nm, 또는 0.75 nm 내지 2.25 nm, 또는 1 nm 내지 2 nm일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1입자의 직경은 상기 코어의 직경과 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1입자의 직경은 상기 제1조성물과 접촉하는 단계에 의해 변화하지 않고 그대로 유지될 수 있다.
상기 제1조성물은 상기 제1전구체, 상기 제2전구체 및 상기 제3전구체를 포함한다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1전구체 및 상기 제2전구체는 서로 독립적으로, III족 원소를 포함한 전구체일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 III족 원소를 포함한 전구체에 대한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제3전구체는 VI족 원소를 포함한 전구체일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 VI족 원소를 포함한 전구체는 황 또는 황 화합물; 셀레늄 또는 셀레늄 화합물; 또는 텔루륨 또는 텔루륨 화합물;일 수 있다.
예를 들어, 상기 VI족 원소를 포함한 전구체는 황, 황 화합물 또는 이들의 조합일 수 있다.
예를 들어, 상기 VI족 원소를 포함한 전구체는, 황, S-올레일아민(S-oleylamine), 트리알킬포스핀 설파이드, 트리알케닐포스핀 설파이드, 알킬아미노 설파이드, 알케닐아미노 설파이드, 알킬싸이올, 셀레늄, 트리알킬포스핀 셀레나이드, 트리알케닐포스핀 셀레나이드, 알킬아미노 셀레나이드, 알케닐아미노 셀레나이드, 트리알킬포스핀 텔룰라이드, 트리알케닐포스핀 텔룰라이드, 알킬아미노 텔룰라이드, 알케닐아미노 텔룰라이드 등일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제3전구체는 황, S-올레일아민(S-oleylamine), 트리알킬포스핀 설파이드, 트리알케닐포스핀 설파이드, 알킬아미노 설파이드, 알케닐아미노 설파이드 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점의 제조 방법에서 상기 제1원소 및 상기 제2원소가 서로 동일할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점의 제조 방법에서 상기 제1전구체 및 상기 제2전구체가 서로 동일할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1입자에 제1조성물을 접촉시키는 단계에 의해 제1입자에 포함된 In과 상기 제1전구체에 함유된 제1원소가 양이온 교환(cation exchange) 반응하여 상기 In, 제1원소 및 P를 포함한 코어가 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1입자가 InP이고, 상기 제1전구체에 함유된 제1원소가 Ga일 때, 상기 제1입자 중 In과 상기 제1전구체에 함유된 Ga가 서로 양이온 교환되어, InGaP를 포함한 코어가 형성될 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1입자에 제1조성물을 접촉시키는 단계에 의해 상기 코어의 적어도 일부를 덮는 상기 제1쉘이 형성될 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1입자에 제1조성물을 접촉시키는 단계에 의해, 제1입자에 포함된 In과 상기 제1전구체에 함유된 제1원소가 양이온 교환 반응하여 상기 코어가 형성되고, 이와 동시에 상기 코어의 적어도 일부를 덮는 상기 제1쉘이 형성될 수 있다.
상기 양자점의 제조 방법은 상기 제1입자에 제1조성물을 접촉시키는 단일 단계에 의해 상기 코어 및 상기 제1쉘이 동시에 형성될 수 있어 공정상 이점이 있으며, 발광 파장의 조절이 용이하다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점의 제조 방법에 따라 제조된 양자점은 최대 발광 파장이 200 nm 내지 800 nm일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1입자에 포함된 In과 상기 제1전구체에 함유된 제1원소의 양이온 교환 반응에 의해 양자점의 발광 파장이 단파장화될 수 있고, 제1쉘의 형성시 두께 조절에 의해 장파장화가 방지될 수 있다. 이에 따라, 상기 양자점의 제조 방법은 양자점의 발광 파장의 단파장화에 유리할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점의 제조 방법에 따라 제조된 양자점은 최대 발광 파장이 410 nm 내지 490 nm인 청색광을 방출할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점의 제조 방법에 따라 제조된 양자점은 최대 발광 파장이 410 nm 내지 465 nm인 진한 청색(deep blue)광을 방출할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1입자에 제1조성물을 접촉시키는 단계는 150℃ 내지 330℃의 온도에서 수행될 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1입자에 제1조성물을 접촉시키는 단계는 상기 제1입자에 상기 제1조성물을 주입하는 때로부터 150분 이내로 수행될 수 있다. 예를 들어, 150℃ 내지 330℃의 온도에서 상기 제1입자에 상기 제1조성물을 접촉시킴으로써 곧바로 양자점이 제조되거나, 또는 상기 제1입자에 상기 제1조성물을 접촉시킨 후 150℃ 내지 330℃의 온도를 150분 이내의 시간 동안 유지하여 양자점이 제조될 수 있다. 일 구현예를 따르면, 상기 제1입자에 제1조성물을 접촉시키는 단계는 상기 제1입자에 상기 제1조성물을 주입하는 때로부터 120분 이내로 수행될 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점의 제조 방법은 상기 제1쉘을 덮는 제2쉘을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제2쉘에 대한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조할 수 있다.
상기 제2쉘을 형성하는 단계는 습식 화학 공정, 유기 금속 화학 증착 공정, 분자선 에피택시 공정 또는 이와 유사한 공정 등에 의해 수행될 수 있고, 이에 한정되지 않는다.
상기 습식 화학 공정은 유기 용매와 전구체 물질을 혼합한 후 양자점 입자 결정을 성장시키는 방법이다. 상기 결정이 성장할 때, 유기 용매가 자연스럽게 양자점 결정 표면에 배위된 분산제 역할을 하고, 상기 결정의 성장을 조절하기 때문에, 유기 금속 화학 증착(MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition)이나 분자선 에피택시(MBE, Molecular Beam Epitaxy) 등의 기상 증착법보다 더 용이하고, 저비용의 공정을 통해, 양자점 입자의 성장을 제어할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제2쉘을 형성하는 단계는 상기 제6원소를 함유한 전구체 및 상기 제7원소를 함유한 전구체를 포함하는 제2조성물을 이용하여 수행될 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제6원소를 함유한 전구체는 II족 원소를 함유한 전구체, III족 원소를 함유한 전구체 또는 IV족 원소를 함유한 전구체 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 II족 원소를 포함한 전구체는 아연 또는 아연 화합물; 카드뮴 또는 카드뮴 화합물; 또는 수은 또는 수은 화합물;일 수 있다.
예를 들어, 상기 II족 원소를 포함한 전구체는, 아연 아세테이트, 디메틸 아연, 디에틸 아연, 아연 카르복실레이트, 아연 아세틸아세토네이트, 아연 아이오다이드, 아연 브로마이드, 아연 클로라이드, 아연 플루오라이드, 아연 카보네이트, 아연 시아나이드, 아연 나이트레이트, 아연 옥사이드, 아연 퍼옥사이드, 아연 퍼클로레이트, 아연 설페이트, 카드뮴 옥사이드, 디메틸 카드뮴, 디에틸 카드뮴, 카드뮴 카보네이트, 카드뮴 아세테이트 디하이드레이트, 카드뮴 아세틸아세토네이트, 카드뮴 플루오라이드, 카드뮴 클로라이드, 카드뮴 아이오다이드, 카드뮴 브로마이드, 카드뮴 퍼클로레이트, 카드뮴 포스파이드, 카드뮴 나이트레이트, 카드뮴 설페이트, 카드뮴 카르복실레이트, 수은 아이오다이드, 수은 브로마이드, 수은 플루오라이드, 수은 시아나이드, 수은 나이트레이트, 수은 퍼클로레이트, 수은 설페이트, 수은 옥사이드, 수은 카보네이트, 수은 카르복실레이트 등일 수 있다.
상기 III족 원소를 포함한 전구체에 대한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제7원소를 함유한 전구체는 V족 원소, VI족 원소 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 V족 원소를 포함한 전구체는 질소 또는 질소 화합물; 인 또는 인 화합물; 또는 비소 또는 비소 화합물; 일 수 있다.
예를 들어, 상기 V족 원소를 포함한 전구체는, 알킬 포스핀, 트리스트리알킬실릴 포스핀, 트리스디알킬실릴 포스핀, 트리스디알킬아미노 포스핀, 트리스(트리메틸실릴)포스핀, 비소 산화물, 염화 비소, 황산 비소, 브롬화 비소, 아이오드화 비소, 산화 질소, 질산, 질산 암모늄 등일 수 있다.
상기 VI족 원소를 포함한 전구체에 대한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 양자점의 제조 방법은 상기 양자점의 표면에 유기 리간드 또는 금속 할로겐화물로 표면 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 유기 리간드는 C4-C30지방산을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 유기 리간드는 팔미트산(palmitic acid), 팔미톨산(palmitoleic acid), 스테아르산(stearic acid), 올레산(oleic acid), 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine), 트리옥틸포스핀 옥사이드(trioctylphosphine oxide), 올레일아민(oleylamine), 옥틸아민 (octylamine), 트리옥틸아민(trioctyl amine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 옥탄티올 (octanethiol), 도데칸티올(dodecanethiol), 헥실포스폰산(hexylphosphonic acid), 테트라데실포스폰산(tetradecylphosphonic acid), 옥틸포스폰산(octylphosphonic acid) 등을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 금속 할로겐화물은 하기 화학식 10으로 표시되는 금속 할로겐화물일 수 있다:
<화학식 10>
Am+(X-)m
상기 화학식 10 중,
Am+는 금속의 m가 양이온이고, m은 1, 2, 3 또는 4이고,
X-는 할라이드 이온이다.
일 구현예를 따르면, 상기 금속 할로겐화물은 아연 할로겐화물, 인듐 할로겐화물, 알루미늄 할로겐화물, 갈륨 할로겐화물 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 금속 할로겐화물은 ZnCl2, InCl3, AlCl3, GaCl3, NaCl, ZnI2, AlI3, GaI3 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1조성물 및/또는 상기 제2조성물은 리간드, 용매 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 리간드는 팔미트산(palmitic acid), 팔미톨산(palmitoleic acid), 스테아르산(stearic acid), 올레산(oleic acid), 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine), 트리옥틸포스핀 옥사이드(trioctylphosphine oxide), 올레일아민(oleylamine), 옥틸아민 (octylamine), 트리옥틸아민(trioctyl amine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 옥탄티올 (octanethiol), 도데칸티올(dodecanethiol), 헥실포스폰산(hexylphosphonic acid), 테트라데실포스폰산(tetradecylphosphonic acid), 옥틸포스폰산(octylphosphonic acid) 등을 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1조성물 및/또는 상기 제2조성물에 포함된 용매는 유기 용매일 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 1-옥타데센(ODE), 트리옥틸아민(TOA), 트리옥틸포스핀(TOP) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
[전자 장치]
일 구현예를 따르면, 상기 양자점을 포함한 전자 장치가 제공된다.
상기 양자점은 각종 전자 장치에 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점을 포함한 전자 장치는, 발광 장치, 인증 장치 등일 수 있다.
상기 전자 장치(예를 들면, 발광 장치 또는 표시 장치)는, 발광 소자 및 i) 컬러 필터, ii) 색변환층, 또는 iii) 컬러 필터 및 색변환층을 더 포함할 수 있다. 상기 컬러 필터 및/또는 색변환층은 발광 소자로부터 방출되는 광의 적어도 하나의 진행 방향 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 소자로부터 방출되는 광은 청색광 또는 백색광일 수 있다. 일 구현예를 따르면, 상기 발광 소자는 양자점을 포함할 수 있다. 일 구현예를 따르면, 상기 색변환층은 양자점을 포함할 수 있다. 상기 양자점은 예를 들어, 본 명세서에 기재된 바와 같은 양자점일 수 있다.
상기 전자 장치는 각종 디스플레이, 광원, 조명, 퍼스널 컴퓨터(예를 들면, 모바일형 퍼스널 컴퓨터), 휴대 전화, 디지털 사진기, 전자 수첩, 전자 사전, 전자 게임기, 의료 기기(예를 들면, 전자 체온계, 혈압계, 혈당계, 맥박 계측 장치, 맥파 계측 장치, 심전표시 장치, 초음파 진단 장치, 내시경용 표시 장치), 어군 탐지기, 각종 측정 기기, 계기류(예를 들면, 차량, 항공기, 선박의 계기류), 프로젝터 등으로 응용될 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 전자 장치가 상기 양자점을 포함한 광전자 소자(optoelectronic device)를 포함하고,
상기 광전자 소자가 광전변환 소자(phtovolatic device), 포토다이오드(photodiode), 포토트랜지스터(phototransistor), 광전자 증배관(photomultiplier), 광저항기(photo resistor), 광검출기(photo detector), 감광성 검출기(light sensitive detector), 고상 3극관(solid-state triode), 배터리 전극, 발광 장치(light emitting device), 발광 소자(light emitting diode), 유기 발광 소자(organic light emitting device), 양자점 발광 소자(quantum dot light emitting diode), 트랜지스터, 태양 전지, 레이저, 또는 다이오드 주입 레이저(diode injection laser)일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 광원(220); 및 상기 광원(220)으로부터 방출된 광의 경로에 배치된 색변환 부재(230);를 포함하고, 상기 양자점(10)은 상기 색변환 부재(230)에 포함되어 있는, 전자 장치(200)가 제공된다.
도 2는 상기 구현예를 따르는 전자 장치(200)의 구조를 간략히 도시한 도면이다. 도 2의 전자 장치(200)는, 기판(210); 상기 기판 상에 배치된 광원(220); 및 상기 광원(220) 상에 배치된 색변환 부재(230)를 포함한다.
예를 들어, 상기 광원(220)은 액정 디스플레이(LCD)에 사용되는 백라이트 유닛(back light unit: BLU), 형광 램프, 발광 소자, 유기 발광 소자 또는 양자점 발광 소자(QLED) 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 색변환 부재(230)는 상기 광원(220)으로부터 방출되는 광의 적어도 하나의 진행 방향 상에 배치될 수 있다.
상기 전자 장치(200) 중 색변환 부재(230)의 적어도 일 영역이 상기 양자점을 포함하고, 상기 영역이 상기 광원으로부터 방출된 광을 흡수하여 410 nm 내지 490 nm 범위의 최대 발광 파장을 갖는 청색광을 방출할 수 있다.
이 때, 상기 색변환 부재(230)가 상기 광원(220)으로부터 방출되는 광의 적어도 하나의 진행 방향 상에 배치된다는 것은, 상기 색변환 부재(230)와 상기 광원(220) 사이에 다른 요소들이 더 포함될 수 있음을 배제하는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 광원(220) 및 상기 색변환 부재(230) 사이에 편광판, 액정층, 도광판, 확산판, 프리즘 시트, 마이크로렌즈 시트, 휘도 향상 시트, 반사 필름, 컬러 필터 또는 이들의 조합이 추가로 배치될 수 있다.
다른 예로서, 상기 색변환 부재(230) 상에 편광판, 액정층, 도광판, 확산판, 프리즘 시트, 마이크로렌즈 시트, 휘도 향상 시트, 반사 필름, 컬러 필터 또는 이들의 조합이 추가로 배치될 수 있다.
상기 광원은 액정 디스플레이(LCD)에 사용되는 백라이트 유닛(back light unit: BLU), 형광 램프, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 소자(OLED) 또는 양자점 발광 소자(QLED)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상술한 바와 같은 광원으로부터 방출된 광은, 상기 양자점(10)을 통과하면서 광변환될 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점(10)이 상기 광원으로부터 방출된 제1광을 흡수하고 제1광과 상이한 가시광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점(10)이 상기 광원으로부터 방출된 UV광을 흡수하고 최대 발광 파장이 410 nm 내지 750 nm인 가시광을 방출할 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 양자점(10)이 상기 광원으로부터 방출된 청색광을 흡수하고 최대 발광 파장이 495 nm 내지 750 nm인 가시광을 방출할 수 있다. 이에 따라, 상기 양자점(10) 또는 상기 양자점(10)을 포함한 색변환 부재가 광원으로부터 방출된 UV광 또는 청색광을 흡수하여 다양한 색상 범위의 파장을 방출하도록 설계할 수 있다.
다른 예를 들어, 상기 양자점(10)은 상기 광원으로부터 방출된 청색광을 흡수하고 최대 발광 파장이 495 nm 내지 570 nm인 녹색광을 방출할 수 있다. 다른 예로서, 상기 양자점(10)은 상기 광원으로부터 방출된 청색광을 흡수하고 최대 발광 파장이 630 nm 내지 750 nm인 적색광을 방출할 수 있다.
이에 따라, 상기 양자점(10) 또는 상기 양자점(10)을 포함한 색변환 부재가 광원으로부터 방출된 광을 흡수하여 고휘도 및 고색순도의 청색, 녹색 또는 적색을 구현할 수 있다.
도 2에 도시된 전자 장치(200)는 상기 구현예를 따르는 장치의 일 예시이며, 공지된 다양한 형태를 가질 수 있고, 이를 위해 공지의 다양한 구성을 추가로 포함할 수도 있다.
다른 구현예를 따르면, 상기 전자 장치는 광원, 도광판, 색변환 부재, 제1편광판, 액정층, 컬러 필터, 및 제2편광판이 순차적으로 배치된 구조를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예를 따르면, 상기 전자 장치는 광원, 도광판, 제1편광판, 액정층, 제2편광판 및 색변환 부재가 순차적으로 배치된 구조를 포함할 수 있다.
상기 구현예들에서, 상기 컬러 필터는 안료 또는 염료를 포함한 것일 수 있다. 상기 구현예들에서, 상기 제1편광판 및 제2편광판 중 어느 하나는 수직 편광판이고, 다른 하나는 수평 편광판일 수 있다.
한편, 본 명세서에 기재된 바와 같은 양자점은 에미터로서 사용될 수 있다. 따라서, 다른 구현예에 따르면, 제1전극; 상기 제1전극에 대향된 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 배치된 발광층;을 포함한 발광 소자를 포함하고, 상기 양자점은 상기 발광 소자(예를 들면, 상기 발광 소자의 발광층)에 포함되어 있는, 전자 장치가 제공될 수 있다. 상기 발광 소자는 상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공 수송 영역, 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 배치된 전자 수송 영역, 또는 이의 조합을 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 구현예를 따르는 발광 소자(300)의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다. 상기 발광 소자(300)는 제1전극(310), 중간층(330) 및 제2전극(350)을 포함한다.
상기 제1전극(310) 상부에는 중간층(330)이 배치되어 있다. 상기 중간층(330)은 발광층을 포함한다.
상기 중간층(330)은, 상기 제1전극(310)과 상기 발광층 사이에 배치된 정공 수송 영역(hole transport region) 및 상기 발광층과 상기 제2전극(350) 사이에 배치된 전자 수송 영역(electron transport region)을 더 포함할 수 있다.
상기 중간층(330)은 상기 양자점(10) 외에, 유기금속 화합물과 같은 금속-함유 화합물, 각종 유기물 등을 더 포함할 수 있다.
상기 정공 수송 영역 및 전자 수송 영역은 유기 발광 소자에서 통상적으로 사용되는 정공 수송 재료 및/또는 전자 수송 재료를 포함할 수 있다.
한편, 상기 중간층(330)은, i) 상기 제1전극(310)과 상기 제2전극(350) 사이에 순차적으로 적층되어 있는 2 이상의 발광 단위(emitting unit) 및 ii) 상기 2개의 발광 단위 사이에 배치된 전하 생성층(chrge generation layer)을 포함할 수 있다. 상기 중간층(330)이 상술한 바와 같은 발광 단위 및 전하 생성층을 포함할 경우, 상기 발광 소자(300)는 탠덤(tandem) 발광 소자일 수 있다.
상기 발광층은 양자점 단일층 또는 2 이상의 양자점 층이 적층된 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 발광층은 양자점 단일층(single layer) 또는 2 내지 100개의 양자점 층이 적층된 다중층(multilayer) 구조일 수 있다.
상기 발광층은 본 명세서에 기재된 양자점을 포함할 수 있다.
상기 발광층은 본 명세서에 기재된 양자점에 더하여, 이와 상이한 양자점을 더 포함할 수 있다.
상기 발광층은, 본 명세서에 기재된 바와 같은 양자점 외에, 상기 양자점이 자연스럽게 배위된 형태로 분산되어 있는 분산 매질을 더 포함할 수 있다. 상기 분산 매질은 유기 용매, 고분자 수지, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 분산 매질은 상기 양자점의 광학 성능에 영향을 미치지 않으면서 광에 의해 변질되거나 광을 반사시키지 않으며, 광흡수를 일으키지 않도록 하는 투명한 매질이라면 어느 것이든 사용할 수 있다. 예를 들어, 유기 용매는 톨루엔(toluene), 클로로포름(chloroform), 에탄올(ethanol), 옥테인, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 고분자 수지는 에폭시(epoxy) 수지, 실리콘(silicone) 수지, 폴리스티렌(polystyrene) 수지, 아크릴레이트(acrylate) 수지, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 발광층은 양자점을 포함한 발광층 형성용 조성물을 정공 수송 영역 상에 도포하고, 상기 발광층 형성용 조성물에 포함된 용매 중 일부 이상을 휘발시켜 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 발광층 형성용 조성물에 포함된 용매로는 물, 헥세인(hexane), 클로로포름(chloroform), 톨루엔(toluene), 옥테인 등을 사용할 수 있다.
상기 발광층 형성용 조성물의 도포는 스핀 코팅(spin coat)법, 캐스팅(casting)법, 마이크로 그라비아 코트(micro gravure coat)법, 그라비아 코트(gravure coat)법, 바 코트(bar coat)법, 롤 코트(roll coat)법, 와이어 바 코트(wire bar coat)법, 딥 코트(dip coat)법, 스프레이 코트(spry coat)법, 스크린(screen) 인쇄법, 플렉소인쇄(flexographic)법, 오프셋(offset) 인쇄법, 잉크젯(ink jet) 인쇄법 등을 사용하여 도포할 수 있다.
상기 발광 소자(300)가 풀 컬러 발광 소자일 경우, 발광층은, 개별 부화소별로, 서로 다른 색을 방출하는 발광층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 발광층은 개별 부화소별로, 제1색 발광층, 제2색 발광층 및 제3색 발광층으로 패터닝될 수 있다. 이 때, 상술한 발광층 중 적어도 하나의 발광층은 양자점을 반드시 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1색 발광층은 양자점을 포함하는 양자점 발광층이고, 상기 제2색 발광층 및 상기 제3색 발광층은 각각 유기 화합물을 포함하는 유기 발광층일 수 있다. 여기서, 제1색 내지 제3색은 서로 다른 색이며, 구체적으로, 제1색 내지 제3색은 서로 상이한 최대 발광 파장을 가질 수 있다. 제1색 내지 제3색은 서로 조합되어 백색이 될 수 있다.
다른 예로서, 상기 발광층은 제4색 발광층을 더 포함할 수 있고, 상기 제1색 내지 제4색 발광층 중 적어도 하나의 발광층은 양자점을 포함하는 양자점 발광층이고, 나머지 발광층은 각각 유기 화합물을 포함하는 유기 발광층일 수 있는 등, 다양한 변형이 가능하다. 여기서, 제1색 내지 제4색은 서로 다른 색이며, 구체적으로, 제1색 내지 제4색은 서로 상이한 최대 발광 파장을 가질 수 있다. 제1색 내지 제4색은 서로 조합되어 백색이 될 수 있다.
또는, 상기 발광 소자(300)는 2 이상의 서로 같거나 다른 색을 방출하는 발광층이 서로 접촉 또는 이격되어 적층된 구조를 가질 수 있다. 상기 2 이상의 발광층 중 적어도 하나의 발광층은 양자점을 포함하는 양자점 발광층이고, 나머지 발광층은 유기 화합물을 포함하는 유기 발광층일 수 있는 등, 다양한 변형이 가능하다. 구체적으로, 상기 발광 소자(300)는 제1색 발광층 및 제2색 발광층을 포함하고, 여기서 제1색 및 제2색은 서로 같은 색일 수도 있고, 서로 다른 색일 수도 있다. 더욱 구체적으로, 상기 제1색 및 상기 제2색은 모두 청색일 수 있다.
상기 발광층은 양자점 외에, 유기 화합물 및 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 유기 화합물은 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있다. 상기 호스트 및 상기 도펀트는 유기 발광 소자에서 통상적으로 사용되는 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 반도체 화합물은 유기 및/또는 무기 페로브스카이트일 수 있다.
상기 전자 장치(예를 들면, 발광 장치)는, 상기 발광 소자 외에, i) 컬러 필터, ii) 색변환층, 또는 iii) 컬러 필터 및 색변환층을 더 포함할 수 있다. 상기 컬러 필터 및/또는 색변환층은 발광 소자로부터 방출되는 광의 적어도 하나의 진행 방향 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 소자로부터 방출되는 광은 청색광 또는 백색광일 수 있다. 상기 발광 소자에 대한 설명은 상술한 바를 참조한다. 일 구현예를 따르면, 상기 색변환층은 양자점을 포함할 수 있다. 상기 양자점은 예를 들어, 본 명세서에 기재된 바와 같은 양자점일 수 있다.
상기 전자 장치는 제1기판을 포함할 수 있다. 상기 제1기판은 복수의 부화소 영역을 포함하고, 상기 컬러 필터는 상기 복수의 부화소 영역 각각에 대응하는 복수의 컬러 필터 영역을 포함하고, 상기 색변환층은 상기 복수의 부화소 영역 각각에 대응하는 복수의 색변환 영역을 포함할 수 있다.
상기 복수의 부화소 영역 사이에 화소 정의막이 배치되어 각각의 부화소 영역이 정의된다.
상기 컬러 필터는 복수의 컬러 필터 영역 및 복수의 컬러 필터 영역 사이에 배치된 차광 패턴을 더 포함할 수 있고, 상기 색변환층은 복수의 색변환 영역 및 복수의 색변환 영역 사이에 배치된 차광 패턴을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 컬러 필터 영역(또는, 복수의 색변환 영역)은, 제1색광을 방출하는 제1영역; 제2색광을 방출하는 제2영역; 및/또는 제3색광을 방출하는 제3영역을 포함하고, 상기 제1색광, 상기 제2색광 및/또는 상기 제3색광은 서로 상이한 최대 발광 파장을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1색광은 적색광이고, 상기 제2색광은 녹색광이고, 상기 제3색광은 청색광일 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 컬러 필터 영역(또는, 복수의 색변환 영역)은 양자점을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1영역은 적색 양자점을 포함하고, 상기 제2영역은 녹색 양자점을 포함하고, 상기 제3영역은 양자점을 포함하지 않을 수 있다. 양자점에 대한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조한다. 상기 제1영역, 상기 제2영역 및/또는 상기 제3영역은 각각 산란체를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 발광 소자는 제1광을 방출하고, 상기 제1영역은 상기 제1광을 흡수하여, 제1-1색광을 방출하고, 상기 제2영역은 상기 제1광을 흡수하여, 제2-1색광을 방출하고, 상기 제3영역은 상기 제1광을 흡수하여, 제3-1색광을 방출할 수 있다. 이 때, 상기 제1-1색광, 상기 제2-1색광 및 상기 제3-1색광은 서로 상이한 최대 발광 파장을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1광은 청색광일 수 있고, 상기 제1-1색광은 적색광일 수 있고, 상기 제2-1색광은 녹색광일 수 있고, 상기 제3-1색광은 청색광일 수 있다.
상기 전자 장치는, 상술한 바와 같은 발광 소자 외에 박막 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 상기 박막 트랜지스터는 소스 전극, 드레인 전극 및 활성층을 포함할 수 있고, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 중 어느 하나와 상기 발광 소자의 제1전극 및 제2전극 중 어느 하나는 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극, 게이트 절연막 등을 더 포함할 수 있다.
상기 활성층은 결정질 실리콘, 비정질 실리콘, 유기 반도체, 산화물 반도체 등을 포함할 수 있다.
상기 전자 장치는 발광 소자를 밀봉하는 밀봉부를 더 포함할 수 있다. 상기 밀봉부는 상기 컬러 필터 및/또는 색변환층과 상기 발광 소자 사이에 배치될 수 있다. 상기 밀봉부는 상기 발광 소자로부터의 광이 외부로 취출될 수 있도록 하면서, 동시에 상기 발광 소자로 외기 및 수분이 침투하는 것을 차단한다. 상기 밀봉부는 투명한 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 포함하는 밀봉 기판일 수 있다. 상기 밀봉부는 유기층 및/또는 무기층을 1층 이상 포함하는 박막 봉지층일 수 있다. 상기 밀봉부가 박막 봉지층일 경우, 상기 전자 장치는 플렉시블할 수 있다.
상기 밀봉부 상에는, 상기 컬러 필터 및/또는 색변환층 외에, 상기 전자 장치의 용도에 따라 다양한 기능층이 추가로 배치될 수 있다. 상기 기능층의 예는, 터치스크린층, 편광층, 등을 포함할 수 있다. 상기 터치스크린층은, 감압식 터치스크린층, 정전식 터치스크린층 또는 적외선식 터치스크린층일 수 있다. 상기 인증 장치는, 예를 들면, 생체(예를 들어, 손가락 끝, 눈동자 등)의 생체 정보를 이용하여 개인을 인증하는 생체 인증 장치일 수 있다.
상기 인증 장치는 상술한 바와 같은 발광 소자 외에 생체 정보 수집 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 전자 장치는 각종 디스플레이, 광원, 조명, 퍼스널 컴퓨터(예를 들면, 모바일형 퍼스널 컴퓨터), 휴대 전화, 디지털 사진기, 전자 수첩, 전자 사전, 전자 게임기, 의료 기기(예를 들면, 전자 체온계, 혈압계, 혈당계, 맥박 계측 장치, 맥파 계측 장치, 심전표시 장치, 초음파 진단 장치, 내시경용 표시 장치), 어군 탐지기, 각종 측정 기기, 계기류(예를 들면, 차량, 항공기, 선박의 계기류), 프로젝터 등으로 응용될 수 있다.
이하에서, 실시예를 들어, 본 발명의 일 구현예를 따른 양자점 및 이의 제조 방법에 대해 보다 상세히 설명한다.
[실시예]
비교예 1: InP 양자점의 제조
인듐 아세테이트(indium acetate) 5 mmol, 라우르산(lauric acid) 15 mmol, 아연 아세테이트 (zinc acetate) 2.5 mmol 및 올레일아민(oleylamine) 2.5 mmol과 용매로서 1-옥타데센(1-octadecene) 80 ml를 혼합하고, 120℃에서 탈기(degassing)하였다.
상기 혼합물에 50℃의 질소(N2) 분위기에서 트리스(트리메틸실릴)포스핀(tris(trimethylsilyl)phosphine, TMSP)과 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine, TOP)의 혼합액(부피비 1: 4)을 4.3 ml 주입하고 250℃ 로 승온 후, 20분간 반응시킨다. 이후 상온으로 냉각시켜 반응을 종결시키고, 반용매(anti-solvent)로 아세톤을 이용하여 정제한 후 톨루엔에 분산시켜 InP 양자점을 제조하였다.
실시예 1 내지 5: InGaP/GaS
x
양자점의 제조
120℃에서 탈기된 올레일아민 8 ml에, 질소 분위기에서 비교예 1에서 제조한 톨루엔에 분산된 InP 양자점 1 ml, 톨루엔에 용해된 갈륨 클로라이드(GaCl3) 2.3 mmol 및 황-올레일아민(S-oleylamine) 혼합액을 1.6 mmol 각각 주입한 후, 240℃로 승온한 뒤 표 1에 기재된 반응 시간만큼 반응시켜 실시예 1 내지 4의 InGaP/GaSx 양자점을 제조하였다.
상기 실시예 4의 InGaP/GaSx 양자점에 TOP 0.5 ml 및 옥탄싸이올(octanethiol)을 0.5 ml를 추가로 주입하고 200℃에서 20분간 반응시켜 표면 처리한 후, 반용매로 아세톤을 이용하여 정제한 후 톨루엔에 분산시켜 실시예 5의 InGaP/GaSx 양자점을 제조하였다.
평가예 1
상기 실시예 5에서 제조된 양자점을 TEM으로 관찰하고 그 결과를 도 4에 나타내었다.
또한, 상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에서 제조된 양자점 각각에 대해 최대 발광 파장(λmax)을 평가하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
측정 방법은 하기와 같다: 양자점 1mg/L 용액에 대하여, 최대 발광 파장을 PL spectrometer를 이용하여 측정한 PL 스펙트럼을 분석하여 평가하였다.
| No. | 양자점 | 반응 시간 (@240℃) |
TOP 표면 처리 | λmax (@365 nm ex.) |
| 비교예 1 | InP | - | X | 489 nm |
| 실시예 1 | InGaP/GaSx | 0분 | X | 432 nm |
| 실시예 2 | InGaP/GaSx | 30분 | X | 436 nm |
| 실시예 3 | InGaP/GaSx | 60분 | X | 442 nm |
| 실시예 4 | InGaP/GaSx | 120분 | X | 443 nm |
| 실시예 5 | InGaP/GaSx | 120분 | O | 445 nm |
표 1을 참조하여, 일 구현예에 따른 양자점은 발광 파장이 용이하게 조절될 수 있음을 알 수 있었다. 특히, 실시예 1 내지 5의 양자점은 비교예 1의 InP 양자점으로부터 단파장화되어 진한 청색 발광에 적합한 것을 알 수 있었다.
실시예 6 내지 9 및 비교예 2: InGaP/GaS
x
양자점의 제조
상기 표 2에 나타난 바와 같이 (MGa+MS)/MIn 비율을 조절한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 실시예 6 내지 9 및 비교예 2의 InGaP/GaSx 양자점을 제조하였다. 상기 MGa는 상기 양자점에 포함된 Ga의 몰 수이고, MS는 상기 양자점에 포함된 S의 몰 수이고, MIn은 상기 양자점에 포함된 In의 몰 수이다.
실시예 10 내지 12, 비교예 3 및 4: InGaP/GaS
x
양자점의 제조
상기 표 3에 나타난 바와 같이 MGa/MS 비율을 조절한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 실시예 10 내지 12, 비교예 3 및 4의 InGaP/GaSx 양자점을 제조하였다. 상기 MGa는 상기 양자점에 포함된 Ga의 몰 수이고, MS는 상기 양자점에 포함된 S의 몰 수이다.
평가예 2
상기 실시예 1 내지 12 및 비교예 2 내지 4에서 제조된 양자점 각각에 대해 최대 발광 파장(λmax)을 평가하여, 그 결과를 표 2 및 3에 나타내었다.
측정 방법은 하기와 같다: 양자점 1mg/L 용액에 대하여, 최대 발광 파장을 PL spectrometer를 이용하여 측정한 PL 스펙트럼을 분석하여 평가하였다.
| (MGa+MS)/MIn | λmax(@365 nm ex.) | |
| 비교예 2 | 7 | 미발광 |
| 실시예 6 | 10 | 435 nm |
| 실시예 7 | 32 | 445 nm |
| 실시예 8 | 40 | 452 nm |
| 실시예 9 | 50 | 460 nm |
| MGa/MS | λmax(@365 nm ex.) | |
| 비교예 3 | 0.5 | 미발광 |
| 실시예 10 | 0.7 | 460 nm |
| 실시예 11 | 1.11 | 445 nm |
| 실시예 12 | 1.3 | 430 nm |
| 비교예 4 | 1.5 | 미발광 |
표 2 및 3을 참조하여, 일 구현예에 따른 양자점은 발광 파장이 용이하게 조절될 수 있음을 알 수 있었다. 특히, 실시예 6 내지 12의 양자점은 단파장화되어 진한 청색 발광에 적합한 것을 알 수 있었다.
Claims (20)
- 코어 및 상기 코어의 적어도 일부를 덮는 제1쉘을 포함하고,
상기 코어는 인듐(In), 제1원소 및 인(P)을 포함하고,
상기 제1쉘은 제2원소 및 제3원소를 포함하고,
상기 제1원소 및 제2원소는 서로 독립적으로, III족 원소이고,
상기 제3원소는 VI족 원소이고,
하기 부등식 1을 만족하는, 양자점:
<부등식 1>
(M1+M2+M3)/MIn > 7
상기 부등식 1 중,
MIn은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 In의 몰(mol) 수이고,
M1은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제1원소의 몰 수이고,
M2는 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제2원소의 몰 수이고,
M3은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제3원소의 몰 수이다. - 제1항에 있어서,
하기 부등식 2를 만족하는, 양자점:
<부등식 2>
0.5 < (M1+M2)/M3 < 1.5
상기 부등식 2 중,
M1은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제1원소의 몰 수이고,
M2는 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제2원소의 몰 수이고,
M3은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제3원소의 몰 수이다. - 제1항에 있어서,
상기 제1원소는 갈륨(Ga) 또는 알루미늄(Al)이고,
상기 제2원소는 Ga이고,
상기 제3원소는 S인, 양자점. - 제1항에 있어서,
상기 제1원소 및 상기 제2원소가 서로 동일한, 양자점. - 제1항에 있어서,
상기 코어가 제4원소를 더 포함하고,
상기 제4원소는 III족 원소이고,
상기 제1원소와 상기 제4원소가 서로 상이한, 양자점. - 제1항에 있어서,
상기 제1쉘이 III-VI족 화합물, II-III-VI족 화합물, 또는 이들의 조합을 포함한, 양자점. - 제1항에 있어서,
상기 제1쉘이 GaS, In2S3, InGaS3, ZnGaS 또는 이들의 조합을 포함한, 양자점. - 제1항에 있어서,
상기 제1쉘의 두께가 0.1 nm 내지 5 nm인, 양자점. - 제1항에 있어서,
상기 제1쉘의 적어도 일부를 덮는 제2쉘을 포함하고,
제2쉘은 제6원소 및 제7원소를 포함하고,
상기 제6원소는 II족 원소, III족 원소 또는 IV족 원소이고,
상기 제7원소는 V족 원소 또는 VI족 원소인, 양자점. - 제9항에 있어서,
상기 제2쉘이 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, III-VI족 화합물, I-III-VI족 화합물, II-III-VI족 화합물, II-IV-V족 화합물, II-V족 화합물, IV-V족 화합물 또는 이들의 조합을 포함한, 양자점. - 제1항에 있어서,
최대 발광 파장이 410 nm 내지 465 nm인 청색광을 방출하는, 양자점. - 코어 및 상기 코어의 적어도 일부를 덮는 제1쉘을 포함하고,
상기 코어는 인듐(In), 제1원소 및 인(P)을 포함하고,
상기 제1쉘은 제2원소 및 제3원소를 포함하고,
상기 제1원소 및 제2원소는 서로 독립적으로, III족 원소이고,
상기 제3원소는 VI족 원소이고,
하기 부등식 1을 만족하는, 양자점의 제조 방법으로서,
In 및 P를 포함한 제1입자를 제공하는 단계; 및
상기 제1입자에 제1조성물을 접촉시키는 단계;를 포함하고,
상기 제1조성물은 제1원소를 함유한 제1전구체, 제2원소를 함유한 제2전구체 및 제3원소를 함유한 제3전구체를 포함한, 양자점의 제조 방법:
<부등식 1>
(M1+M2+M3)/MIn > 7
상기 부등식 1 중,
MIn은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 In의 몰 수이고,
M1은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제1원소의 몰 수이고,
M2는 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제2원소의 몰 수이고,
M3은 상기 코어 및 상기 제1쉘 중 상기 제3원소의 몰 수이다. - 제12항에 있어서,
상기 제1입자에 제1조성물을 접촉시키는 단계에 의해 제1입자에 포함된 In과 상기 제1전구체에 함유된 제1원소가 양이온 교환(cation exchange) 반응하여 상기 코어가 형성되는, 양자점의 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 제1입자에 제1조성물을 접촉시키는 단계에 의해 상기 코어의 적어도 일부를 덮는 상기 제1쉘이 형성되는, 양자점의 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 제1입자에 제1조성물을 접촉시키는 단계는 150℃ 내지 330℃의 온도에서 150분 이내로 수행되는, 양자점의 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 제1원소 및 상기 제2원소가 서로 동일하고,
상기 제1전구체 및 상기 제2전구체가 서로 동일한, 양자점의 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 제1쉘을 덮는 제2쉘을 형성하는 단계를 더 포함한, 양자점의 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 양자점의 표면에 유기 리간드 또는 금속 할로겐화물로 표면 처리하는 단계를 더 포함한, 양자점의 제조 방법. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 양자점을 포함한 전자 장치.
- 제19항에 있어서,
상기 전자 장치가 상기 양자점을 포함한 광전자 소자(optoelectronic device)를 포함하고,
상기 광전자 소자가 광전변환 소자(phtovolatic device), 포토다이오드(photodiode), 포토트랜지스터(phototransistor), 광전자 증배관(photomultiplier), 광저항기(photo resistor), 광검출기(photo detector), 감광성 검출기(light sensitive detector), 고상 3극관(solid-state triode), 배터리 전극, 발광 장치(light emitting device), 발광 소자(light emitting diode), 유기 발광 소자(organic light emitting device), 양자점 발광 소자(quantum dot light emitting diode), 트랜지스터, 태양 전지, 레이저, 또는 다이오드 주입 레이저(diode injection laser)인, 전자 장치.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240107290A true KR20240107290A (ko) | 2024-07-09 |
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