KR20020050014A - White light emission device and the method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 광원에 관한 것으로서, 특히 백색 발광 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor light source, and more particularly, to a white light emitting device and a method of manufacturing the same.
백색 발광 장치는 조명기기의 대체물로, 그리고 액정 디스플레이(LCD: Liquid Crystal Display) 장치의 백라이트(back light) 등의 적용예를 갖는 광원으로 사용된다.The white light emitting device is used as a substitute for an illuminator and as a light source having an application such as a back light of a liquid crystal display (LCD) device.
종래의 백색 발광 장치는 서로 다른 색을 발하는 광원들을 결합시키는 방법이나 발광성을 갖는 고분자 물질을 사용하는 방법으로 구현하고 있다. 서로 다른 색을 발하는 광원들을 결합시키는 방법은 청색 광원과 황색 광원을 결합시켜 그 결과로 백색을 발한다. GaN 청색 LED(발광 다이오드)로부터 이 청색을 흡수하여 황색을 내는 YAG 형광체와 GaN 청색 LED 자체로부터의 청색을 결합하여 백색광을 구현하는 방법이 알려져있다. 이 방법은 청색 광원인 GaN 청색 LED를 제조하기 위하여 값 비싼 MOCVD나 MBE 장비를 필요로 함으로 초기에 설비 비용이 많이 요하는 단점이 있다. 또한 발광 단분자나 고분자 물질을 사용하는 경우에는 전자 천이 선택 규칙을 준수하는 발광의 경우 스핀 통계 역학에 의하여 최대 발광 효율이 약 25% 이다. 그리고 전자 천이 선택 규칙이 잘 지켜지지 않는 중금속을 포함하는 단분자의 경우 트리플렛을 이용하는 일렉트로포스포레센스(electrophosphorescence:전자여기에 의한 인광) 현상에 의해 발광 효율이 약 75% 정도로 나타난다. 따라서, 발광 단분자나 고분자 물질을 사용하는 경우는 그 발광 효율이 최대로 25%~75% 이내이다. 그러나 반도체 양자점을 광원으로 하는 백색 발광 장치는 발광 효율이 100%이다.The conventional white light emitting device is implemented by a method of combining light sources emitting different colors or using a polymer material having luminescence. A method of combining light sources emitting different colors combines a blue light source with a yellow light source, resulting in white light. It is known to combine white YAG phosphors that absorb yellow from GaN blue LEDs (light emitting diodes) and blue from the GaN blue LEDs themselves to realize white light. This method requires expensive MOCVD or MBE equipment in order to manufacture GaN blue LED, which is a blue light source, and has a disadvantage of requiring a large facility cost in the early stage. In addition, when light emitting monomolecules or polymer materials are used, the maximum light emission efficiency is about 25% due to spin statistical dynamics for light emission that complies with the electron transition selection rule. In addition, in the case of single molecules containing heavy metals in which the electron transition selection rule is not well observed, the emission efficiency is about 75% due to the electrophosphorescence phenomenon using triplet. Therefore, when the light emitting monomolecule or the polymer material is used, the light emission efficiency is within 25% to 75% at maximum. However, a white light emitting device using semiconductor quantum dots as a light source has a luminous efficiency of 100%.
그러므로, 높은 발광 효율을 갖는 양자점을 통하여 백색 발광 장치와 이를 생산할 수 있는 저렴하고 용이한 제조 기술의 개발이 요구된다.Therefore, the development of a white light emitting device and a cheap and easy manufacturing technology capable of producing the same through a quantum dot having a high luminous efficiency is required.
본 발명의 목적은 생산 비용이 저렴하고 용이하며 높은 발광 효율을 갖는 백색 발광 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a white light emitting device which is low in production cost, easy and has high luminous efficiency.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 백색 발광 장치를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a white light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 백색 발광 장치를 나타내는 도면이다.2 is a view showing a white light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 백색 발광 장치를 나타내는 도면이다.3 is a view showing a white light emitting device according to a third embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 백색 발광 장치를 제조하기 위한 장비를 나타내는 도면이다.4 is a view showing equipment for manufacturing a white light emitting device of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10, 60, 70 : 백색 발광 장치 20 : 기판층10, 60, 70: white light emitting device 20: substrate layer
30 : 액티브층 32 : PPV막30: active layer 32: PPV film
34 : 제1 양자점막 36 : 다층막34: first quantum mucosa 36: multilayer film
40 : 백색발광 발현층 100 : 글로브박스40: white light emitting layer 100: glove box
200 : 반응용기200: reaction vessel
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 백색 발광 장치는 기판층, 양자점을 잘 분산하여 고정화할 수 있는 고분자 또는 무기 물질을 이용하는 매트릭스층과 적색, 녹색, 청색을(RedGreenBlue:RGB) 발하는 양자점들을 포함하는 액티브층인 단층 또는 다중층의 백색 발현층, 그리고 기판층과 백색 발현층 상하에 형성된 전극들로 구성된다. 매트릭스층은 전자나 정공에 대하여 전도성이 높고 밴드갭이 큰 고분자(한 종류의 고분자예:PPV) 물질층로 구성된다. 액티브층은 셀렌화카드뮴 양자를 코어로 하고 코어 주위를 황화아연이 둘러싸는 코어/쉘 구조의 RGB 양자점들이 고착되는 제1 양자점막과, 제1 양자점막 위 아래로 전자가 잘 전달되는 고분자막과 정공이 잘 전달되는 고분자막을 형성하고 양 끝단에 전극을 형성한다.In order to achieve the above object, a white light emitting device according to an embodiment of the present invention has a substrate layer, a matrix layer using a polymer or an inorganic material capable of immobilizing quantum dots well and red, green, and blue (RedGreenBlue: RGB). The light emitting layer is composed of a single layer or multiple layers of a white expression layer, which is an active layer including quantum dots, and electrodes formed above and below the substrate layer and the white expression layer. The matrix layer is composed of a polymer layer having a high conductivity and high band gap with respect to electrons or holes (a type of polymer such as PPV). The active layer includes a first quantum dot film in which RGB quantum dots of a core / shell structure in which cadmium selenide quantum is used as a core and zinc sulfide is enclosed around the core are fixed, and a polymer film and a hole in which electrons are well transferred above and below the first quantum dot film The well-transmitted polymer film is formed and electrodes are formed at both ends.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 백색 발광 장치는 기판층, 단분자나 고분자 매트릭스층과, 매트릭스층 위에 형성되고 적색, 녹색, 그리고 청색을 발하는 높은 발광성의 양자점들이 다층으로 쌓여있는 RGB 양자점 다층막과, 기판층의 상단부와 하단부에 전극들을 구비한다.In order to achieve the above object, a white light emitting device according to another embodiment of the present invention includes a substrate layer, a single molecule or a polymer matrix layer, and a plurality of luminescent quantum dots emitting red, green, and blue that are formed on the matrix layer and stacked in a multilayer. An RGB quantum dot multilayer film and electrodes at the upper and lower ends of the substrate layer.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 백색 발광 장치의 제조방법은 기판층, 높은 발광 효율의 양자점 부분과 이 양자점을 지지하는 매트릭스 구조의 제조이며 매트릭스층 위에, 적색, 녹색 그리고 청색을 발하는 양자점들을 포함하는 백색 발현층인 액티브층을 형성하는 단계와, 액티브층 위에 양자점보다 밴드갭이 크며 전도성이 좋은 고분자층을 형성하는 단계와, 기판층의 상하단부에 전극들을 형성하는 단계를 제조한다.A method of manufacturing a white light emitting device of the present invention for achieving the above another object is to manufacture a substrate layer, a quantum dot portion of a high luminous efficiency and a matrix structure supporting the quantum dots, and the quantum dots emitting red, green and blue on the matrix layer Forming an active layer, which is a white expression layer, and forming a polymer layer having a greater bandgap and higher conductivity than the quantum dots on the active layer, and forming electrodes on upper and lower ends of the substrate layer.
액티브층을 형성하는 단계는 매트릭스층 위에 셀렌화카드뮴 양자를 코어로 하고 코어 주위를 황화아연이 둘러싸는 코어/쉘 구조의 양자점들이 고착되는 제1 양자점을 형성하는 단계와 제1 양자점을 PPV 고분자내에 형성하는 단계와, 적색, 녹색, 그리고 청색을 발하는 양자점들을 다층으로 쌓아 RGB 양자점 다층막을 형성하는 단계를 구비한다.Forming an active layer includes forming a first quantum dot on which a quantum dot of a core / shell structure surrounded by cadmium selenide quantum core and zinc sulfide is wrapped around a matrix layer, and the first quantum dot in the PPV polymer. And forming an RGB quantum dot multilayer film by stacking quantum dots emitting red, green, and blue in a multi-layer.
제1 양자점막을 형성하는 단계는 트라이옥틸포스핀옥사이드를 건조시키는 단계와, 건조된 트라이옥틸포스핀옥사이드를 질소 가스와 아르곤 가스 분위기 하에서 가열하는 단계와, 트리옥틸포스핀셀레니움과 디에틸카드뮴을 혼합하는 단계와, 트리옥틸포스핀셀레니움과 디에틸카드뮴 혼합물을 가열 건조된 트라이옥틸포스핀옥사이드와 반응시켜 셀렌화카드뮴 양자점을 반응 용기인 값싼 유리 플라스크내에 성장시키는 단계와, 셀렌화카드뮴 양자점을 헥사메틸디실라싸이엔과 디에틸아연과 반응시켜 코어/쉘 구조의 제1 양자점을 형성하는 단계와, 코어/쉘 구조의 제1 양자점들을 잘 혼합한 후 헥산에 용해시켜 제1 양자점들을 분산하여 제1 양자점막을 형성하는 단계를 구비한다.Forming the first quantum mucosa comprises drying the trioctylphosphine oxide, heating the dried trioctylphosphine oxide under nitrogen gas and argon gas atmosphere, and mixing trioctylphosphine selenium with diethyl cadmium And reacting the trioctylphosphine selenium and diethyl cadmium mixture with heat-dried trioctyl phosphine oxide to grow cadmium selenide quantum dots in a cheap glass flask, a reaction vessel, and cadmium selenium quantum dots hexamethyl Reacting with disilasyene and diethylzinc to form a first quantum dot of a core / shell structure, mixing the first quantum dots of the core / shell structure well, dissolving in hexane to disperse the first quantum dots, Forming a quantum mucosa.
이와 같은 본 발명의 백색 발광 장치의 잇점은 물질을 바꿈이 없이 양자점의 크기 조절을 통하여 각각의 높은 색순도를 갖는 적색을 발하는 양자점, 녹색을 발하는 양자점 그리고 청색을 발하는 양자점들을 생산할 수 있으며 이들 각각의 삼원색의 양자점을 섞으면 백색을 발현할 수 있으며 이들 양자점들은 그 발광 효율이 거의 100%가 된다.The advantages of the white light emitting device of the present invention can produce quantum dots emitting red, quantum dots emitting green and quantum dots emitting blue, respectively, by controlling the size of the quantum dots without changing the material. When quantum dots are mixed, white color can be expressed, and these quantum dots have almost 100% of their luminous efficiency.
본 발명의 백색 발광 장치 제조방법의 잇점은 각각의 색을 구현하기 위하여 여러 다른 물질을 사용할 필요없이 선택된 한 반도체 물질로부터 형성되는 양자점의 크기만을 조절하여 원하는 색 즉, 적색, 녹색 그리고 청색을 구현할 수 있기 때문에, 손쉽게 그리고 저렴하게 발광 장치를 만들 수 있다.Advantages of the method of manufacturing a white light emitting device of the present invention can realize a desired color, that is, red, green, and blue, by adjusting only the size of a quantum dot formed from a selected semiconductor material without using different materials to implement each color. As a result, the light emitting device can be made easily and inexpensively.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 대하여, 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. For each figure, like reference numerals denote like elements.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 백색 발광 장치(10)의 단면도를 나타내는 도면이다. 이를 참조하면, 백색 발광 장치(10)는 기판층(20) 위에 액티브층(30)인 동시에 백색광 발현층으로 작용하게 하거나 투명 전극과 같은 백색광 발현층(40)을 차례로 형성하고 기판층(20)의 하단부와 백색광 발현층(40) 상단부에는 전극들(50,52)로 형성되어 있다.1 is a cross-sectional view of a white light emitting device 10 of the first embodiment according to the present invention. Referring to this, the white light emitting device 10 acts as the active layer 30 and the white light expression layer on the substrate layer 20, or sequentially forms the white light expression layer 40 such as a transparent electrode and the substrate layer 20. The lower end and the upper end of the white light expression layer 40 is formed of electrodes (50, 52).
매트릭스(32,36)는 양자점을 잘 담지할 수 있고, 열적으로, 구조적으로 안정한 물질이다. 또한, 매트릭스(32,36)는 전자나 정공에 대하여 전도성이 높고 밴드갭이 큰 PPV와 같은 고분자 물질로 구성된다.The matrices 32 and 36 can carry quantum dots well and are thermally and structurally stable materials. In addition, the matrices 32 and 36 are made of a polymer material such as PPV, which is highly conductive to electrons or holes and has a large band gap.
액티브층(30)은 RGB 양자점으로 구성된 제1 양자점막(34),또는 RGB양자점이 분산된 PPV막(32) 이들 양자점이 분산된 PPV가 여러층 적층되는 다층막(36)으로 이루어진다. 양자점은 코어/쉘(core/shell) 구조이며 코어/쉘(core/shell) 구조의 양자점들은 셀렌화카드뮴 양자를 코어(core)로 하고 이 코어 주위를 황화아연(ZnS)이 둘러싸는 구조로 이루어져 있다. PPV(p-paraphenylene vinylene)막(32)은 정공 수송층(HTL:hole Transport layer) 매질 역할을 하며 동시에 양자점을 담지하는 기능도 수행한다. 양자점이 분산된 PPV막(32)과 이들 양자점이 분산된 PPV가 여러층 적층되는 다층막(36)에는 적색, 녹색, 청색을 발하는 양자점들이 다층으로 쌓여 있으며, 그 두께는 수백 내지 수천 Å 정도이다. 액티브층(30)을 백색광 발현층으로 작용하게 하거나 또는 투명 전극과 같은 또하나의 백색광 발현층(40)의 도입은 소자의 성능과 수명을 개선한다.The active layer 30 is composed of a first quantum dot film 34 composed of RGB quantum dots, or a PPV film 32 in which RGB quantum dots are dispersed, and a multilayer film 36 in which a plurality of PPVs in which these quantum dots are dispersed are stacked. Quantum dots have a core / shell structure and core / shell structures have cores containing cadmium selenide quantum core and zinc sulfide (ZnS) surrounding the core. have. The p-paraphenylene vinylene (PPV) film 32 serves as a hole transport layer (HTL) medium and simultaneously supports quantum dots. In the PPV film 32 in which the quantum dots are dispersed and the multilayer film 36 in which the PPV in which these quantum dots are dispersed are stacked, quantum dots emitting red, green, and blue are stacked in multiple layers, and the thickness thereof is about several hundreds to thousands of micrometers. The active layer 30 acts as a white light expression layer or the introduction of another white light expression layer 40, such as a transparent electrode, improves the performance and lifetime of the device.
전극들(50,52)은 전원으로부터 전자나 정공의 공급을 원활하게 하여 백색 발광 장치(10)를 활성화시켜 백색광을 발생시킨다. 하단부 전극(50)는 백색 발광 장치(10)의 애노드(anode)의 역할을, 그리고 상단부 전극(52)는 캐소드(cathode)의 역할을 한다.The electrodes 50 and 52 smoothly supply electrons or holes from the power source to activate the white light emitting device 10 to generate white light. The lower electrode 50 serves as an anode of the white light emitting device 10, and the upper electrode 52 serves as a cathode.
다시 말하여, 도 1의 백색 발광 장치(10)는 구체적으로, 애노드 전극(50) - 기판층(20) - RGB 양자점이 분산된 PPV막(32)-제1 양자점막(34)- 또 RGB 양자점이 분산된 PPV 다층막(36) - 백색광 발현 투명전극막(40) - 캐소드 전극(52)으로 구성되는 구조를 갖는다.In other words, the white light emitting device 10 of FIG. 1 specifically includes the anode electrode 50-the substrate layer 20-the PPV film 32-the first quantum dot film 34-and the RGB in which the RGB quantum dots are dispersed. A quantum dot has a structure in which the PPV multilayer film 36-the white light expression transparent electrode film 40-the cathode electrode 52 are dispersed.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 백색 발광 장치(60)의 단면도를 나타내는 도면이다. 백색 발광 장치(60)는 애노드 전극(50) - 기판층(20) - RGB 양자점 다층막(36) - 캐소드 전극(52)의 구조로 이루어진다.2 is a sectional view showing a white light emitting device 60 according to the second embodiment of the present invention. The white light emitting device 60 has a structure of an anode electrode 50-substrate layer 20-RGB quantum dot multilayer film 36-cathode electrode 52.
도 3은 제2 실시예에 따른 백색 발광 장치(70)의 단면도를 나타내는 도면이다. 백색 발광 장치(70)는 애노드 전극(50) - RGB 양자점 다층막(36) - 매트릭스(20) - 캐소드 전극(52)의 구조로 이루어진다.3 is a sectional view of a white light emitting device 70 according to the second embodiment. The white light emitting device 70 has a structure of an anode electrode 50-an RGB quantum dot multilayer film 36-a matrix 20-a cathode electrode 52.
도 1 내지 도 3의 백색 발광 장치들(10,60,70)은 RGB 양자점 다층막(36)에 형성되어 있는 서로 다른 크기의 양자점들이 매트릭스에 분산 고착되어 있기 때문에, 각각의 크기에서 고유의 발광 파장을 발한다. 적색을 발하는 양자점과 녹색을 발하는 양자점 그리고 청색을 발하는 양자점들은 높은 색순도를 가지며 발광 파장의 빛의 혼합에 의해 백색을 발하게 된다. 백색 발광 장치(10,60,70)는 RGB 양자점으로부터 발하는 백색광을 투명 전극을 통하여 투과시키며, 양자점의 발광 효율은 거의 100%에 가깝다. 이는 종래의 백색 발광 장치에 비하여 높은 발광 효율과 좋은 색순도을 갖는다는 것을 의미한다.The white light emitting devices 10, 60, and 70 of FIGS. 1 to 3 have different quantum dots formed in the RGB quantum dot multilayer film 36 and are dispersed and fixed in a matrix, so that the emission wavelengths are inherent in each size. Foot. Red quantum dots, green quantum dots and blue quantum dots have a high color purity and emit white by mixing light of emission wavelengths. The white light emitting devices 10, 60, 70 transmit white light emitted from the RGB quantum dots through the transparent electrode, and the luminous efficiency of the quantum dots is nearly 100%. This means that it has high luminous efficiency and good color purity as compared with the conventional white light emitting device.
지금부터는 본 발명의 백색 발광 장치(이하 "LED"라 칭한다)를 제조하는 방법에 대하여 기술한다.The method of manufacturing the white light emitting device (hereinafter referred to as "LED") of the present invention will now be described.
도 4는 본 발명의 LED들(10,60,70)을 제조하기 위해 사용되는 글로브 박스(glove box)와 반응용기(200)의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다. 글로브 박스(100)와 반응용기(200)는 반응 초기 산소와 물에 민감하여 이들로부터의 격리를 통하여 전구 물질의 반응성을 유지하기 위하여 글로브(30)하에서 작업을 진행한다.4 is a schematic cross-sectional view of a glove box and a reaction vessel 200 used to manufacture the LEDs 10, 60, 70 of the present invention. The glove box 100 and the reaction vessel 200 are sensitive to the initial reaction oxygen and water and work under the glove 30 to maintain the reactivity of the precursors through isolation from them.
먼저, 글로브 박스(100) 안에는 트리옥틸포스핀셀레니움(TOPSe)이 저장되어있고, 그 내부 분위기 기체는 질소(N2)나 아르곤(Ar)가스이다. 트리옥틸포스핀셀레니움은 트리옥틸포스핀([(CH3(CH2)7)]3P)과 셀레니움(Se)을 바이알(vial)에 넣어 섞어 화합물 TOPSe를 만드는 데, 트리옥틸포스핀 10㎖과 셀레디움 0.7896g이 반응하면 약 1몰(M)의 트리옥틸포스핀셀레니움 용액이 만들어진다. 트리옥틸포스핀셀레니움은 피펫을 이용하여 필요한 양만큼 취하여 사용한다.First, trioctylphosphine selenium (TOPSe) is stored in the glove box 100, and the internal atmosphere gas is nitrogen (N 2 ) or argon (Ar) gas. Trioctylphosphine selenium is mixed with trioctyl phosphine ([(CH 3 (CH 2 ) 7 )] 3 P) and selenium (Se) in vials to make compound TOPSe, 10 ml of trioctylphosphine When 0.7896 g of selenium reacts, about 1 mole (M) of trioctylphosphine selenium solution is produced. Trioctylphosphine selenium is used by taking the required amount using a pipette.
제1 단계First step
제1 단계는셀렌화카드뮴양자점을 형성하는 일련의 과정을 나타낸다. 고체 상태의 트라이옥틸포스핀옥사이드([(CH3(CH2)7)]3P=O)를 반응용기(200)에 넣고 기압 1 토르(torr)와 온도 200℃ 조건에서 20분간 가열하여 이 화합물에 존재할지도 모를 여분의 산소를 제거한다. 이 동안 트라이옥틸포스핀옥사이드는 건조된다. 이 후, 건조된 트라이옥틸포스핀옥사이드를 1 기압(atm)의 질소(N2) 가스나 아르곤(Ar) 가스 분위기 하에서 310℃로 가열한다.The first step represents a series of processes for forming cadmium selenide quantum dots. Trioctylphosphine oxide ([(CH 3 (CH 2 ) 7 )] 3 P = O) in the solid state was added to the reaction vessel 200 and heated for 20 minutes at a pressure of 1 tor and a temperature of 200 ° C. Eliminate any extra oxygen that may be present in the compound. During this time trioctylphosphine oxide is dried. Thereafter, the dried trioctylphosphine oxide is heated to 310 ° C. under an atmosphere of nitrogen (N 2 ) gas or argon (Ar) gas at 1 atmosphere (atm).
한편, 글로브 박스(100)에서는 트리옥틸포스핀셀레니움 1㎖와 디에틸카드뮴(Et2Cd) 82㎕를 혼합한다. 상온의 이 혼합물을 310℃로 가열되어 있는 반응 용기로 빠르게 주입하면, 반응 용기의 온도는 180℃로 급격히 떨어진다. 이때, 급격한 온도차는 반응용기 내부를 과포화 상태로 만들기 때문에, 석출 과정에 유사한 핵생성화 반응을 촉진하여 균일한 셀렌화카드뮴(CdSe) 핵들이 생성된다. 이 후, 반응용기(200)의 온도를 서서히 올리게 되면, 셀렌화카드뮴이 성장된다. 성장시에는 반응용기(200)의 온도를 230℃ 내지는 260℃로 유지하며, 성장 시간과 반응 용기의 온도 조절을 통하여 원하는 크기로 셀렌화카드뮴 양자점을 성장한다. 성장된 셀렌화카드뮴양자점은 크기가 55~60Å은 적색, 크기가 40~45Å은 녹색, 크기가 28~35Å은 청색을 발하는 셀렌화카드뮴 양자점(quantum)이 된다.Meanwhile, in the glove box 100, 1 ml of trioctylphosphine selenium and diethyl cadmium (Et2Cd) 82 μl are mixed. When this mixture at room temperature is rapidly injected into the reaction vessel heated to 310 캜, the temperature of the reaction vessel drops rapidly to 180 캜. At this time, the rapid temperature difference makes the inside of the reaction vessel supersaturated, so that it promotes the nucleation reaction similar to the precipitation process, thereby uniform cadmium selenide (CdSe) Nuclei are produced. Thereafter, when the temperature of the reaction vessel 200 is gradually raised, cadmium selenide grows. During growth, the temperature of the reaction vessel 200 is maintained at 230 ° C. or 260 ° C., and the cadmium selenium quantum dots are grown to a desired size through growth time and temperature control of the reaction vessel. The grown cadmium selenium quantum dots will be cadmium selenide quantum dots 55-60 적색 red, 40-45Å green and 28-35Å blue.
제2 단계2nd step
제2 단계는 코어/쉘 구조의 양자점을 형성하는 일련의 과정을 나타낸다. 먼저, 제1 실시예에서 형성된 셀렌화카드뮴 양자점이 들어있는 반응용기(200)의 온도를 230℃ 내지 260℃로 유지한다. 헥사메틸디실라싸이엔((TMS)2S)과 디에틸아연(ET2Zn)을 반응용기(200)에 주입하여 셀렌화카드뮴 양자점과 일정시간 반응시킨다. 구체적으로, 헥사메틸디실라싸이엔 0.16㎖와 디에틸아연 62㎕를 주입하여 24시간 동안 반응시킨다. 반응 결과, 셀렌화카드뮴 양자점을 코어(core)로 하고 이 코어 주위를 황화아연(ZnS)이 둘러싸는 구조가 형성된다. 이러한 구조를 코어/쉘(core/shell) 구조라고 칭한다. 코어/쉘 구조는 그 형성된 크기가 위에 언급된 코어를 이루는bare-dot의 크기에 따라 적색, 녹색, 청색을 각각 발하는 제1 양자점을 이루게 된다. 코어-쉘 구조는 양자점의 안정화와 표면 결함 상태를 줄이기 위함이다. 예를 들어, 코어 쉘 구조의 양자점 크기가 약 30Å 정도이면 청색을, 약 42Å 정도이면 녹색을, 그리고, 약 60Å 정도이면 적색을 발하게 된다.The second step represents a series of processes for forming the quantum dots of the core / shell structure. First, the temperature of the reaction vessel 200 containing the cadmium selenide quantum dots formed in the first embodiment is maintained at 230 ℃ to 260 ℃. Hexamethyldisilasyene ((TMS) 2 S) and diethylzinc (ET 2 Zn) are injected into the reaction vessel 200 to react with cadmium selenide quantum dots for a certain time. Specifically, 0.16 ml of hexamethyldisilasyene and 62 μl of diethyl zinc are injected and reacted for 24 hours. As a result of the reaction, a structure in which cadmium selenide quantum dots is used as a core and zinc sulfide (ZnS) is surrounded around the core is formed. This structure is called a core / shell structure. The core / shell structure forms a first quantum dot that emits red, green, and blue, respectively, depending on the size of the bare-dots forming the core mentioned above. The core-shell structure is intended to reduce stabilization and surface defect states of quantum dots. For example, when the size of the core shell structure is about 30 mW, blue color is emitted, about 42 mW is green color, and about 60 mW red color is emitted.
제3 단계3rd step
제3 단계는 백생광을 발현하는 액티브층(active layer)을 형성하는 일련의과정을 나타낸다. 제1 단계와 제2 단계를 통해 형성된 코어/쉘 구조의 제1 양자점들을 잘 혼합한 후 헥산에 용해시킨다. 이 후 고분자 매트릭스 위에 용해된 제1 양자점들을 분산하여 제1 양자점막을 형성한다. 매트릭스로는 고분자 PPV 매트릭스 등을 사용할 수 있다. PPV 매트릭스는 캐리어(carrier) 즉, 전자나 정공에 대하여 전도성이 뛰어나고 밴드갭(bandgap)이 큰 특성을 갖는다. 그리고 PPV 매트릭스는 성형이 용이하고, 열적으로 그리고 구조적으로 안정하다.The third step represents a series of processes for forming an active layer that expresses white light. The first quantum dots of the core / shell structure formed through the first and second steps are mixed well and then dissolved in hexane. Thereafter, the first quantum dots dissolved in the polymer matrix are dispersed to form a first quantum dot film. As the matrix, a polymer PPV matrix or the like can be used. The PPV matrix has excellent conductivity with respect to carriers, that is, electrons and holes, and has a large bandgap. And the PPV matrix is easy to mold, thermally and structurally stable.
계속하여, 제1 양자점막 위에 또한 양자점이 분산된 PPV막을 형성한다. PPV막은 스핀코팅 방법에 의해 따로 또는 양자점이 분산되어 있는 상태로 코팅되는 데, 이 때 코팅된 PPV막 두께는 0.1㎛ 내지 1.0㎛ 정도 되게 한다. RGB 양자점 다층막은 적색, 녹색, 청색을 발하는 양자점들로 구성된다. RGB 양자점 다층막은 진공 박막 증착(vaccumn thin firm deposition) 방식을 이용하거나 고분자에 분산하여 스핀 코팅 방법으로 그 두께가 수백 내지 수천Å 정도가 되게 증착한다. 그리하여 제1 양자점막, 양자점이 분산된 PPV막, 이러한 구성을 갖는 중복되는 RGB 양자점 다층막으로 구성되는 액티브층을 형성한다. 액티브층은 백색광을 발현한다.Subsequently, a PPV film in which quantum dots are further dispersed is formed on the first quantum dot film. The PPV film is coated separately or in a state in which quantum dots are dispersed by a spin coating method, wherein the coated PPV film thickness is about 0.1 μm to 1.0 μm. The RGB quantum dot multilayer film is composed of quantum dots emitting red, green, and blue. RGB quantum dot multilayer film is deposited by vacuum thin film deposition (vaccumn firm firm deposition) method or dispersed in a polymer by a spin coating method to a thickness of several hundred to thousands of micron. Thus, an active layer composed of a first quantum dot film, a PPV film in which quantum dots are dispersed, and an overlapping RGB quantum dot multilayer film having such a configuration is formed. The active layer expresses white light.
제 4 단계4th step
제4 단계는 LED를 형성하는 일련의 과정을 나타낸다. 제3 단계에서 형성된 백색광 발현층인 액티브층의 RGB 양자점 다층막 위에 백색광 투과층을 형성한다. 구체적으로, 백색광 발현층은 RGB 양자점을 고분자의 PPV에 분산하여 스핀 코팅방법으로 형성한다. 백색광 투과층은 RGB 양자점 다층막의 물질의 밴드갭보다 밴드갭이 큰 특성을 가지며 백색광을 밖으로 잘 전송되게 하는 특성을 갖는다.The fourth step represents a series of processes to form the LED. A white light transmissive layer is formed on the RGB quantum dot multilayer film of the active layer which is the white light expression layer formed in the third step. Specifically, the white light expression layer is formed by spin coating by dispersing the RGB quantum dots in the polymer PPV. The white light transmitting layer has a characteristic in which the band gap is larger than that of the material of the RGB quantum dot multilayer and makes white light well transmitted.
이 후, 백색광 투과층 위에 이와 접하는 상단부 전극을, 그리고 기판층의 하단부와 접하는 하단부 전극을 형성한다. 상단부 전극과 하단부 전극은 ITO, ZnO, Al, Ca, Sc, Eu, Ni, Pt, Au, Mg 중의 어느 하나의 물질 또는 그 이상의 물질이 전도물질막, 예컨대 Ag에 코팅되어 전기적으로 오믹 콘택(ohmic contact)을 이룬다. 그리하여 최종적으로 LED를 형성한다.Thereafter, an upper electrode in contact with the white light transmitting layer and a lower electrode in contact with the lower end of the substrate layer are formed. The upper electrode and the lower electrode may be electrically ohmic contacted by coating one or more materials of ITO, ZnO, Al, Ca, Sc, Eu, Ni, Pt, Au, and Mg to a conductive film such as Ag. contact). Thus finally forming the LED.
따라서, 본 발명의 백색 발광 장치의 제조 방법은 습식 화학적 방법으로 양자점들을 제조하고 그 양자점들의 크기를 조절하여, 높은 발광 효율로 백색을 발하는 백색 발광 장치를 구현하는 것이다.Accordingly, a method of manufacturing a white light emitting device of the present invention is to manufacture a quantum dots by a wet chemical method and to adjust the size of the quantum dots, to implement a white light emitting device that emits white with high luminous efficiency.
본 발명의 제조방법은 일반적인 반도체 제조 공정으로 발광 장치들을 만드는 방법이 반도체 장비들의 설치 및 유지에 많은 경비가 소요되는 것에 비해, 글로브 박스 등을 이용하여 손쉽게 그리고 저렴하게 발광 장치를 만들 수 있다. 그리고, 여러 다른 물질의 추가 없이 한 물질의 양자점의 크기만을 조절하여 원하는 색 즉, 적색, 녹색, 청색을 구현할 수 있다.In the manufacturing method of the present invention, a light emitting device can be easily and inexpensively made using a glove box, etc., compared to a method for manufacturing light emitting devices using a general semiconductor manufacturing process, which requires a large cost for installing and maintaining semiconductor devices. In addition, only the size of a quantum dot of one material may be adjusted without adding various other materials to achieve a desired color, ie, red, green, and blue.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 본 발명의 백색 발광 장치의 제조방법은 고체 레이저, 화학적 촉매 또는 전도성 고분자 물질과 복합체를 형성하는 경우, 전자소자인 다이오드, 트랜지스터, 디스플레이, 조명 기기 등의 여러 분야에 걸쳐 사용될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. The method of manufacturing a white light emitting device of the present invention may be used in various fields such as diodes, transistors, displays, and lighting devices, which are electronic devices, when forming a composite with a solid laser, a chemical catalyst, or a conductive polymer material. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
상술한 본 발명의 백색 발광 장치에 의하면, 서로 다른 크기를 갖는 적색을 발하는 양자점, 녹색을 발하는 양자점, 청색을 발하는 양자점들이 높은 색순도를 가지고 이 들로부터의 빛의 삼원색을 혼합하여 백색을 발하며, 이 들 양자점들의 발광 효율은 거의 100%가 된다. 그리고 본 발명의 백색 발광 장치의 제조방법은 다른 물질의 추가 없이 양자점의 크기만을 조절하여 원하는 색 즉, 적색, 녹색, 청색을 구현할 수 있기 때문에, 손쉽게 그리고 저렴하게 발광 장치를 만들 수 있다.According to the white light emitting device of the present invention described above, quantum dots emitting red, quantum dots emitting green, and quantum dots emitting blue have high color purity and emit white by mixing three primary colors of light therefrom. The luminous efficiency of these quantum dots is almost 100%. In addition, the manufacturing method of the white light emitting device of the present invention can realize a desired color, that is, red, green, and blue by only adjusting the size of the quantum dots without adding other materials, thereby making it easy and inexpensive to manufacture the light emitting device.
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