KR20140070770A - Core/shell quantum rod - Google Patents

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    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials

Abstract

The present invention relates to a core/shell structured quantum rod and, specifically, to a core/shell structured quantum rod with maximized luminescence efficiency. Characteristics of the present invention are that: the core of the core/shell structured quantum rod is formed by mixing two semiconductor particles; and the shell which covers the core is formed by one semiconductor with bigger band gap among two semiconductors. Through the above characteristics, band gap difference between the core and shell is reduced, thereby electrons and positive holes directly related to luminescence of the core/shell structured quantum rod can be existed in a stable state; and high luminance efficiency, high luminance clarity, and high chemical stability can be achieved. In addition, the core/shell structured quantum rod of the present invention forms: the core into alloy semiconductor particles in which cadmium sulfide (CdS) semiconductor particles and zinc sulfide (ZnS) particles are mixed; and the shell into zinc sulfide (ZnS) semiconductor particles, thereby blue color having 450-480 nm color wave can be performed.

Description

코어/쉘 구조의 양자막대{Core/shell quantum rod}The core / shell quantum rod of the core /

본 발명은 코어/쉘 구조의 양자막대에 관한 것으로, 특히 발광효율을 극대화시킨 코어/쉘 구조의 양자막대에 관한 것이다.
The present invention relates to a quantum rod of a core / shell structure, and more particularly to a quantum rod of a core / shell structure with maximized luminous efficiency.

일반적으로 고체 결정질의 화학적 및 물리적 성질은 결정의 크기와는 무관하다. 그러나, 고체 결정의 크기가 수 나노 미터의 영역이 될 경우, 그 크기는 결정질의 화학적 및 물리적 성질을 좌우하는 변수가 될 수 있다. 이와 같은 나노 크기의 입자가 갖는 독특한 성질을 이용하는 나노 기술 중 반도체 소재로서 나노결정(nanocystal, naanocluster) 또는 양자점(quantum dot)을 형성하는 연구는 현재 전세계적으로 활발히 진행되고 있다. In general, the chemical and physical properties of solid crystals are independent of the size of the crystals. However, when the size of a solid crystal becomes a region of several nanometers, its size may be a variable that influences the chemical and physical properties of the crystal. Research to form a nanocystal, a nanocluster, or a quantum dot as a semiconductor material among nanotechnologies utilizing the unique properties of such nano-sized particles is currently being actively conducted worldwide.

특히, 발광층으로 사용하는 반도체를 화학기상증착법(CVD)에 의하여 박막 형태로 제조하였던 기존의 무기 발광 소자는 전기-광변환 효율이 낮아지는 단점이 있었다. 이에 최근에는 나노 소재를 이용한 고효율의 발광 소자에 대한 관심이 높아지고 있는데, 그 중에서도 수 나노 미터의 크기를 갖는 양자점(quantum dot)은 양자효과(quantum effect)라는 특이한 거동을 나타내며, 고효율 발광 소자를 창출하기 위한 반도체 구조, 생체 내 분자의 발광 표지 등에 활용될 수 있는 것으로 알려져 있다.In particular, conventional inorganic light-emitting devices, which have been manufactured in the form of thin films by chemical vapor deposition (CVD), have a disadvantage in that the electro-optical conversion efficiency is lowered. In recent years, there has been a growing interest in high-efficiency light emitting devices using nanomaterials. Particularly, a quantum dot having a size of several nanometers exhibits a unique behavior called a quantum effect, A semiconductor structure to be used, an emission marker of molecules in a living body, and the like.

양자점 및 그 결정구조가 헥사고날(Hexagonal) 구조로서 일축 방향으로 결정이 성장하여 막대(rod) 형상을 갖는 양자막대(quantum rod)는 그 크기에 따라 다른 파장의 빛을 낸다. Quantum dots and their crystal structure are Hexagonal structure, and crystals grow in uniaxial direction, and a rod shaped quantum rod emits light of different wavelength depending on its size.

일반적으로 이들 입자가 작을 수로 짧은 파장의 빛이 발생하고 입자가 클수록 긴 파장의 빛을 발생하기 때문에, 양자점 및 양자막대의 크기를 적절하게 조절할 필요가 있다. Generally, the size of quantum dots and quantum rods need to be adjusted appropriately because these particles generate a short wavelength light with a small number of particles and a larger particle generates light with a long wavelength.

그런데, 양자점 및 양자막대는 입자 크기가 매우 작아서 표면-부피 비율이 매우 높고, 표면에 위치한 원자들은 반응성이 매우 높아서 주변 입자와의 접촉에 의하여 더 큰 입자로 성장되기 쉽다. However, quantum dots and quantum rods are very small in particle size, so the surface-volume ratio is very high, and the atoms located on the surface are highly reactive and are likely to grow into larger particles by contact with surrounding particles.

이를 방지하기 위하여 침전법, 열분해법, 기상합성법, 주형(template) 합성법 등이 제안되었으며, 초기에 합성된 양자점 및 양자막대는 II-VI, Ⅲ-Ⅴ, Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ, Ⅳ-Ⅵ 의 단일 반도체 입자(CdSe, CdTe, CdS, GaAs, GaP, GaAs-P, Ga-Sb, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSbCulnSe2, CulS2, AginS2, PbS, PbSe, PbTe)로 구성되었다.In order to prevent this, the precipitation method, the pyrolysis method, the gas phase synthesis method, the template synthesis method, and the like have been proposed. The quantum dots and quantum rods synthesized at the beginning are II-VI, III-V, Ⅰ- Ⅲ-Ⅵ, Ⅳ-Ⅵ It consisted of a single semiconductor particles (CdSe, CdTe, CdS, GaAs , GaP, GaAs-P, Ga-Sb, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSbCulnSe 2, CulS 2, AginS 2, PbS, PbSe, PbTe) .

하지만, 단일층의 양자점 및 양자막대는 양이온성 표면 또는 음이온성 표면이 외부로부터 보호되지 못하므로 매우 불안정한데, 이를 다른 종류의 반도체로 캡핑(capping)하여 안정적인 양자막대를 형성할 수 있다. However, the quantum dots and quantum rods of a single layer are very unstable because the cationic surface or the anionic surface is not protected from the outside, and it can be capped with other kinds of semiconductors to form a stable quantum rod.

이처럼, 코어(core)/쉘(shell) 구조의 양자막대를 형성하면 밴드갭의 크기를 자유롭게 조절할 수 있는데, 코어/쉘 구조의 양자막대는 크게 I형과 II형으로 구분될 수 있다. As described above, the quantum rod of the core / shell structure can freely control the size of the band gap. The quantum rod of the core / shell structure can be largely divided into the I type and the II type.

그 중에서 I형의 코어/쉘 구조에서는 예를 들어 밴드갭이 작은 소재를 코어에 배치 및 형성하고, 밴드갭이 큰 소재를 쉘에 배치 및 형성하면 이들 사이에 일종의 양자우물(quantum well)이 형성되고, 코어가 쉘에 의해 캡핑(capping)되므로 단일 성분의 양자막대에 비하여 안정적이다. In the I-type core / shell structure, for example, a material having a small band gap is arranged and formed in the core, and when a material having a large band gap is arranged and formed in the shell, a kind of quantum well is formed And is stable compared to a single component quantum rod because the core is capped by the shell.

또한, 전자는 양자막대 전체에 퍼져 있으나, 홀(정공)은 코어에만 제한되어 있기 때문에, 홀-표면 재결합에 의한 광산화가 방지되므로 안정적인 발광 특성을 갖게 된다. In addition, although the electrons are spread over the entire quantum rod, since the holes (holes) are limited to the core, photo-oxidation due to hole-surface recombination is prevented, and stable light emission characteristics are obtained.

즉, 코어/쉘 구조 양자점 중 I형 적층 구조 코어/쉘 양자점은 코어 표면에 코어의 밴드갭보다 넓은 밴드갭을 갖는 쉘이 형성되어 있는 양자점으로서, 코어 표면의 쉘은 코어의 가전자대(valence band)보다 낮은 에너지의 가전자대와 코어의 전도대(conductuion band)보다 높은 에너지의 전도대에 의한 밴드갭을 갖는다. That is, the core / shell quantum dots of the core / shell structure quantum dots of the core / shell structure have quantum dots in which a shell having a bandgap wider than the core bandgap is formed on the core surface. The shell on the core surface has a valence band ) And a band gap due to a conduction band of energy higher than the conductuion band of the core.

한편, II형의 코어/쉘 구조에서는 밴드갭 보상(offset)이 상이한 물질로 코어/쉘을 형성하면, 홀과 정공이 각각 코어와 쉘에 한정되어 두 물질간의 밴드갭 보상 차이에 해당하는 빛을 발광하게 된다. On the other hand, when a core / shell is formed of a material having a different band gap offset in the II type core / shell structure, the hole and the hole are limited to the core and the shell, respectively, The light is emitted.

이와 같은 코어/쉘(core/shell) 구조를 갖는 양자막대를 구성하면 코어/쉘 조합에 따라 다양한 색상의 빛을 발광할 수 있는데, 예를 들어 코어/쉘 구조의 양자막대는 CdSe/Cds, ZnSe/CdS, CdTe/CdSe, CdSe/CdTe와 같은 구조를 갖는 반도체 입자를 포함한다. If a quantum rod having such a core / shell structure is formed, light of various colors can be emitted according to a combination of core / shell. For example, the quantum rod of the core / shell structure may include CdSe / Cds, ZnSe / CdS, CdTe / CdSe, and CdSe / CdTe.

한편, 이러한 양자점은 그 조성에 따라 발광범위, 발광효율, 화학적 안정성 등이 상이하며, 이에 따라 각 양자점의 응용 범위 및 응용 방법이 제한된다.On the other hand, the quantum dots have different emission ranges, luminescent efficiencies, and chemical stability depending on their compositions, and thus the application range and application methods of each quantum dot are limited.

특히, 고효율 발광특성을 갖는 동시에 편광특성 또한 갖는 양자막대의 경우, 발광효율이 양자점에 비해 급속도로 저하되게 된다.Particularly, in the case of a quantum rod having a high-efficiency light emission characteristic and also a polarization characteristic, the luminous efficiency is rapidly lowered as compared with the quantum dot.

이는, 양자막대는 구형을 이루는 양자점과 달리 코어(core) 또는 코어를 감싸는 쉘(shell)의 형태가 막대(rod) 모양으로 이루어져 있어, 코어만으로 이루어지는 양자막대의 경우, 엑시톤(exiton)의 보어반경(Bohr radius) 보다 쉘의 길이가 길어져 양자구속효과(quantum confinement effect)가 작아지게 되기 때문이다.This is because unlike a quantum dot having a spherical shape, the quantum rod has a rod shape in which a core or a shell that surrounds the core is formed. In the case of a quantum rod having only a core, the bore radius of the exiton The shell length is longer than the Bohr radius, and the quantum confinement effect becomes smaller.

그리고, 양자막대는 결정구조가 헥사고날(Hexagonal), 우루차이트(wurtzite) 및 징크블랜드(Zincbland) 중 어느 한 구조로 형성되는데, 이러한 결정구조는 예를 들어, 황화카드뮴(Cds)의 반도체입자를 통해 잘 형성할 수 있다. The quantum rod has a crystal structure formed of any one of hexagonal, wurtzite, and zinc complex. The crystal structure may be, for example, a semiconductor particle of cadmium sulfide (Cds) Can be formed well.

따라서, 코어/쉘로 이루어지는 양자막대는 황화카드뮴을 포함하여 형성하는 것이 바람직한데, 셀렌화카드뮴(CdSe)과 셀렌화아연(ZnSe)을 코어로 사용하고 황화카드뮴을 쉘로 사용할 경우, 양자막대의 컬러영역은 노란색(yellow)에서부터 레드(red) 컬러영역(510 ~ 780nm의 컬러파장) 만을 구현하게 된다. Therefore, it is preferable that the quantum rod comprising the core / shell is formed to include cadmium sulfide. When cadmium selenide (CdSe) and zinc selenide (ZnSe) are used as the core and cadmium sulfide is used as the shell, Only the red (red) color region (a color wavelength of 510 to 780 nm) is realized.

즉, 현재의 양자막대의 구성으로는 450 ~ 480nm의 컬러파장을 갖는 블루(blue) 컬러를 구현하기 매우 어려운 실정이다.
That is, it is very difficult to realize a blue color having a color wavelength of 450 to 480 nm in the current quantum rod configuration.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고효율 발광특성을 갖는 동시에 편광특성을 갖는 코어/쉘 양자막대를 구현하고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION It is a first object of the present invention to provide a core / shell quantum rod having a high-efficiency light emission characteristic and a polarization characteristic to solve the above problems.

또한, 블루 컬러를 구현할 수 있는 코어/쉘 양자막대를 구현하고자 하는 것을 제 2 목적으로 한다. A second object of the present invention is to realize a core / shell quantum rod capable of realizing a blue color.

또한, 본 발명은 위의 특성을 갖는 코어/쉘 양자막대를 예를 들어 발광층으로 포함하는 발광 소자를 구현하는 것을 제 3 목적으로 한다.
A third object of the present invention is to realize a light emitting device including a core / shell quantum rod having the above characteristics as a light emitting layer, for example.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 제 1 반도체 입자 및 제 2 반도체 입자가 혼합된 합금 코어(alloy core)와; 상기 합금 코어의 표면에 막대(rod) 형상으로 형성되며, 상기 제 1 반도체 입자 및 제 2 반도체 입자 중 큰 밴드갭을 갖는 반도체 입자로 이루어지는 쉘(shell)을 포함하는 코어/쉘 구조 양자막대를 제공한다. In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a semiconductor device comprising: an alloy core in which first semiconductor particles and second semiconductor particles are mixed; A core / shell structure quantum rod including a shell formed of a semiconductor particle having a large bandgap among the first semiconductor particle and the second semiconductor particle, which is formed in a rod shape on the surface of the alloy core, do.

이때, 상기 합금 코어는 상기 쉘을 구성하는 반도체 입자에 비해 밴드갭이 작으며, 상기 제 1 및 제 2 반도체 입자는 CdSe, ZnS, CdS, ZnTe, CdSe, CdS, CdTe, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnTe, HgSe, HgTe, CdZnSe, InP, InN, GaN, InSb, InAsP, InGaAs, GaAs, GaP, GaSb, AlP, AlN, AlAs, AlSb, CdSeTe, ZnCdSe, PbSe, PbTe, PbS, PbSnTe, Tl2SnTe5 중 각각 선택된 하나의 반도체 입자로 이루어진다. In this case, the alloy core has a smaller bandgap than the semiconductor particles constituting the shell, and the first and second semiconductor particles are made of CdSe, ZnS, CdS, ZnTe, CdSe, CdS, CdTe, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnTe, HgSe, HgTe, CdZnSe, InP, InN, GaN, InSb, InAsP, InGaAs, GaAs, GaP, GaSb, AlP, AlN, AlAs, AlSb, CdSeTe, ZnCdSe, PbSe, PbTe, PbS, PbSnTe, Tl 2 SnTe 5 As shown in FIG.

그리고, 상기 합금 코어는 ZnxCd1 - xSe, ZnxCd1 - xS, CdSexS1 -x, ZnTexSe1 - xZnSexS1 -x, Znxln1-xS, Znxln1 - xSe, Znxln1 - xTe, Cuxln1 - xS, Cuxln1 - xTe, GaPxN1 -x 중 하나의 반도체 입자로 이루어지며, 상기 쉘은 CdSe, ZnS, CdS, ZnTe, CdSe, ZnS, ZnSe, ZnTe, InP, GaN, GaP 중 하나의 반도체 입자로 이루어진다.( 0 < x < 1)In addition, the alloy core is Zn x Cd 1 - x Se, Zn x Cd 1 - x S, CdSe x S 1 -x, ZnTe x Se 1 - x ZnSe x S 1 -x, Zn x ln 1-x S, Zn x ln 1 - x Se, Zn x ln 1 - x Te, Cu x ln 1 - x S, Cu x ln 1 - made of a single semiconductor particles in the x Te, GaP x N 1 -x , the shell (0 < x < 1) of one of CdSe, ZnS, CdS, ZnTe, CdSe, ZnS, ZnSe, ZnTe, InP, GaN,

또한, 상기 코어는 ZnxCd1 - xS합금 반도체 입자로 이루어지며, 상기 쉘은 ZnS 반도체 입자로 이루어지며, 상기 양자막대의 코어는 그 형상이 구, 타원구, 다면체, 막대 형태 중 어느 하나를 이루며, 상기 쉘은 상기 양자막대의 단축 방향으로 절단한 절단면이 원, 타원, 다각형 형태 중 어느 하나의 형태를 이룬다.
In addition, the core is made of Zn x Cd 1 - x S alloy semiconductor particles, and the shell is made of ZnS semiconductor particles, and the core of the quantum rod has one of spherical, ellipsoidal, polyhedral, And the cut surface of the shell cut in the direction of the short axis of the quantum rod is in the form of a circle, an ellipse, or a polygonal shape.

위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 코어/쉘 구조 양자막대의 코어를 두 가지 반도체 입자가 혼합되어 이루어지도록 하며, 이러한 코어를 감싸는 쉘은 두 가지 반도체 입자 중 밴드갭이 큰 반도체 입자 중 하나로 이루어지도록 함으로써, 이를 통해, 코어와 쉘 간의 밴드갭 차이가 감소되도록 함으로써, 코어/쉘 구조의 양자막대의 발광과 직접적으로 관련된 전자 및 정공은 보다 안정한 상태로 존재할 수 있으므로, 고발광 효율, 고발광 선명성 및 고화학적 안정성이 달성될 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the core of the core / shell structure quantum rod is made to be composed of two semiconductor particles mixed together, and the shell surrounding the core is one of semiconductor particles having a large bandgap among the two semiconductor particles The electrons and holes directly related to the light emission of the quantum rod of the core / shell structure can be present in a more stable state, by which the difference in band gap between the core and the shell is reduced, And high chemical stability can be achieved.

또한, 본 발명의 코어/쉘 구조 양자막대는 코어를 황화카드뮴(CdS) 반도체 입자와 황화아연(ZnS) 반도체 입자가 혼합된 합금 반도체 입자로 형성하고, 쉘을 황화아연(ZnS) 반도체 입자로 형성함으로써, 450 ~ 480nm의 컬러파장을 갖는 블루(blue) 컬러를 구현할 수 있는 효과가 있다.
Further, the core / shell structure quantum rod of the present invention can be obtained by forming the core from alloy semiconductor particles in which cadmium sulfide (CdS) semiconductor particles and zinc sulfide (ZnS) semiconductor particles are mixed and forming the shell from zinc sulfide (ZnS) It is possible to realize a blue color having a color wavelength of 450 to 480 nm.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양자막대를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 각 반도체 입자의 밴드갭을 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예에 다른 밴드갭을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프. 1 schematically illustrates a quantum rod according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the band gap of each semiconductor particle. FIG.
FIG. 3 is a graph showing band gaps according to an embodiment of the present invention. FIG.
4 is a graph showing an emission spectrum according to an embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양자막대를 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a schematic view of a quantum rod according to an embodiment of the present invention.

우선, 본 발명에 이용되는 양자막대(100)에 대해 간단히 설명하면, 수 나노 미터의 크기를 갖는 양자막대(100)는 양자효과(quantum effect)라는 특이한 거동을 나타내며, 고효율 발광 소자를 창출하기 위한 반도체 구조, 생체 내 분자의 발광 표지 등에 활용될 수 있는 것으로 알려져 있다. First, the quantum rod 100 used in the present invention will be briefly described. The quantum rod 100 having a size of several nanometers exhibits a specific behavior called a quantum effect. In order to produce a highly efficient light emitting device Semiconductor structures, and emission markers of molecules in vivo.

이러한 양자막대(100)에 대한 연구는 나노 결정의 크기와 표면 등과 같은 나노 결정의 구조를 나노 미터의 영역에서 변화시켜 결정의 물성 즉, 밴드갭(band gap)을 변화시키는 것을 그 기본 원리로 한다. The study of the quantum rod 100 is based on changing the structure of the nanocrystals such as the size and surface of the nanocrystals in the nanometer range to change the properties of the crystal, that is, the band gap .

반도체 소재를 비롯하여 각각의 물질들은 원자 전자궤도가 분자 전자궤도로 전환되면서 결합한다. 분자 전자궤도는 원자상태의 2쌍의 전자궤도가 각각 참여하여 결합궤도(Bonding Molecular Orbital)와 반결합궤도(Antibonding Molecular Orbital)를 각각 형성한다. Each material, including semiconducting material, combines with the atomic electron orbital as it converts to a molecular electron orbital. The molecular electron orbit involves two electron orbits in the atomic state, respectively, forming a bonding orbit (Bonding Molecular Orbital) and an antibonding molecular orbital (orbital) respectively.

이때, 많은 결합궤도들에 의하여 형성된 띠를 가전자대(Valence Band)라고 하고, 많은 반결합궤도들에 의하여 형성된 띠를 전도대(Conduction Band)라고 한다. At this time, a band formed by many coupling orbits is called a valence band, and a band formed by many semi-coupling orbits is called a conduction band.

가전자대(valence band)의 가장 높은 에너지 레벨을 HOMO(highest occupied molecular orbital)라 칭하고, 전도대(conduction band)의 가장 낮은 에너지 레벨로 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital)라 칭하는데, HOMO 레벨과 LUMO 레벨의 에너지 차이가 밴드갭(band gap)이라 정의된다. The highest energy level of the valence band is called the highest occupied molecular orbital (HOMO) and is called the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) at the lowest energy level of the conduction band. The HOMO level and the LUMO level The energy gap is defined as the band gap.

여기서, 코어/쉘 구조 양자막대(100)는 도시한 바와 같이 코어(core)(110)를 감싸는 쉘(shell)(120)의 형태가 막대(rod) 모양으로 이루어져 있다.As shown in the figure, the core / shell structure quantum rod 100 has a shell shape that surrounds a core 110 and has a rod shape.

이러한 양자막대(100)의 코어(110)는 3 ~ 1000nm의 나노결정 사이즈를 가지며, 양자막대(100)의 전체적인 크기는 10 ~ 10000nm의 나노결정 사이즈를 갖는다. The core 110 of the quantum rod 100 has a nanocrystal size of 3 to 1000 nm and the overall size of the quantum rod 100 has a nanocrystal size of 10 to 10,000 nm.

이때, 코어(110)는 구, 타원구, 다면체, 막대 형태 중 어느 형태를 이룰 수 있으며, 이를 감싸는 쉘(120)은 장축과 단축을 가는 로드(rod) 형태를 가지며, 양자막대(100)의 단축 방향으로 절단한 절단면이 원, 타원, 다각형 형태 중 어느 하나의 형태를 이룰 수 있다. At this time, the core 110 may have any of spheres, ellipses, polyhedrons, and rod shapes, and the shell 120 surrounding the core may have a long rod shape and a short axis, Direction may be any one of a circle, an ellipse, and a polygonal shape.

한편, 쉘(120)은 그 단축 대 장축의 비율이 1:1.1 내지 1:30의 범위를 가짐으로써 다양한 비율을 가질 수 있다.On the other hand, the shell 120 can have various ratios by having the ratio of the short axis to the major axis in the range of 1: 1.1 to 1:30.

이와 같이 구성되는 코어/쉘 구조 양자막대(100)는 전도대(conduction band)에서 가전자대(valence band)로 들뜬 상태의 전자가 내려오면서 형광을 발생시키게 된다. In the core / shell structure quantum rod 100 having the above-described structure, electrons in a conduction band excited to a valence band are emitted to generate fluorescence.

이러한 코어/쉘 구조 양자막대(100)는 일반적 형광 염료와는 다른 성질을 갖는데, 같은 물질의 코어로 구성되더라도 입자의 크기에 따라 형광 파장이 달라지게 된다. 즉, 입자의 크기가 작아질수록 짧은 파장의 형광을 내며, 입자 크기를 조절함으로써 원하는 가시광선 영역대의 빛을 거의 다 낼 수 있는 것이 특징이다. The core / shell structure quantum rod 100 has a property different from that of a general fluorescent dye. Even if the core / shell structure is composed of the same material, the fluorescence wavelength varies depending on the particle size. That is, as the size of the particle becomes smaller, it emits fluorescence of a short wavelength, and it is characterized in that almost all the light of the desired visible ray region can be obtained by controlling the particle size.

이러한 코어/쉘 구조 양자막대(100)는 양자효율(quantum yield)이 높아, 매우 강한 형광을 발생시킬 수 있는 것이 또 다른 특징이다. Another characteristic of such a core / shell structure quantum rod 100 is that it has a high quantum yield and can generate very strong fluorescence.

특히, 막대 모양을 이루는 코어/쉘 구조 양자막대(100)는 특정 방향의 빛만을 투과시키며 나머지 빛은 흡수하거나 반사시키는 편광특성을 갖는다. In particular, the rod-shaped core / shell structure quantum rod 100 has a polarization characteristic that transmits only light in a specific direction and absorbs or reflects the remaining light.

즉, 코어/쉘 구조 양자막대(100)는 양자막대(100)로 입사된 빛 중 특정파장의 빛만을 흡수하거나 반사시키는 특성을 가진다. 이때, 양자막대(100)의 편광축은 양자막대(100)의 길이방향을 따라 형성되므로, 빛은 양자막대(100)의 길이방향에 평행한 편광성분은 흡수 및 반사되고, 양자막대(100)의 길이방향에 수직한 편광성분은 양자막대를 투과하게 된다. That is, the core / shell structure quantum rod 100 has a property of absorbing or reflecting only light of a specific wavelength among the light incident on the quantum rod 100. Since the polarization axis of the quantum rod 100 is formed along the longitudinal direction of the quantum rod 100, the polarized light component parallel to the longitudinal direction of the quantum rod 100 is absorbed and reflected by the quantum rod 100, The polarized light component perpendicular to the longitudinal direction is transmitted through the quantum rod.

이러한 구조를 갖는 코어/쉘 구조 양자막대(100)는 형광 물질이므로 UV등의 광원을 필요로 하며, UV광원이 코어/쉘 구조 양자막대(100)에 조사됨으로써 다양한 색상을 구현할 수 있다. Since the core / shell structure quantum rod 100 having such a structure is a fluorescent material, it needs a light source such as UV, and various colors can be realized by irradiating the core / shell structure quantum rod 100 with a UV light source.

이때, 코어/쉘 구조 양자막대(100)는 편광특성을 가짐으로써, 양자막대(100)로 입사된 빛 중 특정파장의 빛만을 선택적으로 투과시키게 된다. At this time, the core / shell structure quantum rod 100 has a polarization characteristic so that only light of a specific wavelength is selectively transmitted through the light incident on the quantum rod 100.

이러한 코어/쉘 구조 양자막대(100) 발광소자를 액정표시장치에 적용될 경우, 별도의 한쌍으로 이루어지는 편광판 중 하나를 삭제할 수 있으며, 양자막대(100)가 빛을 반사할 경우, 광손실을 최소화할 수 있다. When such a core / shell structure quantum rod (100) light emitting device is applied to a liquid crystal display device, one of a pair of polarizing plates can be eliminated, and when the quantum rod 100 reflects light, .

즉, 양자막대(100)로 입사된 빛 중 양자막대(100)의 길이방향에 수직한 편광축을 갖는 빛만이 양자막대(100)를 통과시키는 반면 나머지 빛들은 반사되도록 구성할 경우, 반사된 빛은 편광상태가 변화되어 자연광에 가까운 산란광으로 재생시킬 수 있다. That is, when only light having a polarization axis perpendicular to the longitudinal direction of the quantum rod 100 among the light incident on the quantum rod 100 passes through the quantum rod 100 while the remaining light is configured to be reflected, The polarized state can be changed and reproduced with scattered light close to natural light.

이렇게 재생된 산란광은 다시 양자막대(100)로 재공급되고, 이중 일부 빛은 다시 양자막대(100)를 투과하고 나머지 빛은 또 다시 반사됨으로써, 빛의 재생이 끊임없이 반복됨으로써 이러한 빛의 순환을 통해서 광손실을 최소화할 수 있다. The scattered light thus regenerated is again supplied to the quantum rod 100, and some of the light is again transmitted through the quantum rod 100, and the remaining light is reflected again, so that the reproduction of light is continuously repeated, The optical loss can be minimized.

이때, 코어/쉘 구조 양자막대(100)는 코어(110)를 감싸는 쉘(120)이 코어(110)의 가전자대(valence band)보다 낮은 에너지의 가전자대와 코어(110)의 전도대(conductuion band)보다 높은 에너지의 전도대에 의한 밴드갭을 갖는데, 이때, 본 발명의 실시예에 따른 코어(110)는 두 가지 반도체 입자가 혼합되어 이루어지며, 이러한 코어(110)를 감싸는 쉘(120)은 두 가지 반도체 입자 중 밴드갭이 큰 반도체 입자 중 하나로 이루어질 수 있다. At this time, the core / shell structure quantum rod 100 has a structure in which the shell 120 surrounding the core 110 has a valence band of a lower energy than a valence band of the core 110 and a conductor band of a conductive band The core 110 according to the embodiment of the present invention is formed by mixing two kinds of semiconductor particles. The shell 120 surrounding the core 110 has a band gap And one of semiconductor particles having a large bandgap can be formed.

즉, 코어(110)는 CdSe, ZnS, CdS, ZnTe, CdSe, CdS, CdTe, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnTe, HgSe, HgTe, CdZnSe, InP, InN, GaN, InSb, InAsP, InGaAs, GaAs, GaP, GaSb, AlP, AlN, AlAs, AlSb, CdSeTe, ZnCdSe, PbSe, PbTe, PbS, PbSnTe, Tl2SnTe5 중 선택된 2개의 반도체 입자가 혼합되어 이루어지며, 쉘(120)은 두 가지 반도체 입자 중 밴드갭이 큰 반도체 입자 중 하나로 이루어질 수 있다. In other words, the core 110 may be formed of one selected from the group consisting of CdSe, ZnS, CdS, ZnTe, CdSe, CdS, CdTe, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnTe, HgSe, HgTe, CdZnSe, InP, InN, GaN, InSb, InAsP, InGaAs, , GaSb, AlP, AlN, AlAs , AlSb, CdSeTe, ZnCdSe, PbSe, PbTe, PbS, PbSnTe, Tl 2 SnTe 5 And the shell 120 may be formed of one of semiconductor particles having a larger bandgap than the two semiconductor particles.

일예로, 코어(110)는 황화아연(ZnS) 반도체 입자와 황화카드뮴(CdS) 반도체 입자가 혼합된 합금(alloy) 반도체 입자로 이루어지며, 이러한 코어(110)를 감싸는 막대 형상의 쉘(120)은 황화아연(ZnS) 반도체 입자로 이루어지도록 형성하는 것이다. For example, the core 110 is made of alloy semiconductor particles in which zinc sulfide (ZnS) semiconductor particles and cadmium sulfide (CdS) semiconductor particles are mixed, and the rod- Is formed of zinc sulfide (ZnS) semiconductor particles.

여기서, 황화카드뮴(CdS) 반도체 입자는 헥사고날(Hexagonal), 우루차이트(wurtzite) 및 징크블랜드(Zincbland) 중 어느 한 결정구조를 갖는 양자막대(100)를 형성하는데, 매우 필요한 반도체 입자이다. Here, the cadmium sulfide (CdS) semiconductor particles are semiconductor particles that are very necessary to form the quantum rod 100 having any crystal structure of Hexagonal, wurtzite and Zincbland.

그리고, 황화아연(ZnS) 반도체 입자는 450 ~ 480nm의 컬러파장을 갖는 블루(blue) 컬러를 구현할 수 있는 반도체 입자로, 양자막대(100)의 코어(110)를 황화아연(ZnS) 반도체 입자와 황화카드뮴(CdS) 반도체 입자가 혼합된 합금(alloy) 반도체 입자로 형성함으로써, 블루 컬러를 구현할 수 있는 양자막대(100)를 구현할 수 있다. The zinc sulfide (ZnS) semiconductor particles are semiconductor particles capable of realizing a blue color having a color wavelength of 450 to 480 nm. The core 110 of the quantum rod 100 is made of zinc sulfide (ZnS) The quantum rod 100 capable of realizing blue color can be realized by forming alloy semiconductor particles mixed with cadmium sulfide (CdS) semiconductor particles.

그리고, 이러한 코어(110)를 감싸는 쉘(120)을 황화아연(ZnS) 반도체 입자로 형성함으로써, 본 발명의 양자막대(100)는 고효율의 발광효율을 갖는 코어/쉘 구조의 양자막대(100)를 구현할 수 있다. The quantum rod 100 of the present invention is formed of a quantum rod 100 of a core / shell structure having high efficiency of light emission efficiency by forming the shell 120 surrounding the core 110 with zinc sulfide (ZnS) Can be implemented.

즉, 양자막대(도 1의 100)의 발광과 직접적으로 관련된 전자 및 정공은 보다 안정한 상태로 존재할 수 있으므로, 고발광 효율, 고발광 선명성 및 고화학적 안정성이 달성될 수 있는 것이다. (위치 이동)That is, electrons and holes directly related to the light emission of the quantum rod (100 in FIG. 1) can exist in a more stable state, so that a high luminous efficiency, high luminous sharpness and high chemical stability can be achieved. (Position shift)

이러한 본 발명의 실시예에 따른 코어/쉘 구조 양자막대(100)는 두 가지의 반도체 입자가 혼합된 코어(110)와 쉘(120)이 코어(110)를 이루는 두 가지 반도체 입자 중 밴드갭이 큰 반도체 입자로 이루어지는 구조를 갖게 된다. The core / shell structure quantum rod 100 according to an embodiment of the present invention includes a core 110 in which two semiconductor particles are mixed and a core 120 in which a band gap of two semiconductor particles constituting the core 110 is And has a structure composed of large semiconductor particles.

이와 같은 코어/쉘 구조 양자막대(100)는 일반적인 코어/쉘 구조를 갖는 양자막대와 달리, 코어(110)와 쉘(120)의 밴드갭 차가 적어지게 됨으로써, 이로 인하여, 들뜬 상태의 양자막대(100) 내부에 발생한 전자와 정공의 양자역학적 파동함수가 보다 잘 유지될 수 있게 된다. Unlike the quantum rod having a general core / shell structure, the core / shell structure quantum rod 100 having such a core / shell structure structure has a smaller band gap difference between the core 110 and the shell 120, The quantum mechanical wave function of the electrons and holes generated in the semiconductor layer 100 can be more maintained.

즉, 코어(110)와 쉘(120) 간의 밴드갭 차이가 감소되도록 디자인된 본 발명의 코어/쉘 구조로 인하여 본 발명의 코어/쉘 구조의 양자막대(100)의 발광과 직접적으로 관련된 전자 및 정공은 보다 안정한 상태로 존재할 수 있으므로, 고발광 효율, 고발광 선명성 및 고화학적 안정성이 달성될 수 있는 것이다.That is, due to the core / shell structure of the present invention, which is designed to reduce the band gap difference between the core 110 and the shell 120, electrons and electrons directly related to the emission of the quantum rod 100 of the core / Since holes can exist in a more stable state, high luminescence efficiency, high luminescence sharpness and high chemical stability can be achieved.

전술한 바와 같이 본 발명을 따르는 코어/쉘 구조 양자막대(100)의 가장 큰 특징은 코어(110)와 쉘(120) 간의 밴드갭 차이가 감소될 수 있도록, 특징적인 밴드갭을 갖는 합금 반도체 입자 코어(110)와 코어(110)의 합금 반도체 입자 중 하나의 반도체 입자로 이루어지는 쉘(120)을 선택하여, 양자막대(100)로 디자인함으로써 달성할 수 있다. As described above, the greatest feature of the core / shell structure quantum rod 100 according to the present invention is that the band gap difference between the core 110 and the shell 120 can be reduced, It can be achieved by selecting the shell 120 made of one semiconductor particle of the alloy semiconductor particles of the core 110 and the core 110 and designing it as the quantum rod 100.

이를 고려하여, 코어(110)는 ZnxCd1 - xSe, ZnxCd1 - xS, CdSexS1 -x, ZnTexSe1 -xZnSexS1-x, Znxln1 - xS, Znxln1 - xSe, Znxln1 - xTe, Cuxln1 - xS, Cuxln1 - xTe, GaPxN1 -x 중 선택되어 이루어질 수 있으며, 쉘(120)은 코어(110)를 이루는 두 가지 반도체 입자 중 밴드갭이 큰 반도체 입자로 이루어질 수 있다.(0 < x < 1)In consideration of this, the core 110 is Zn x Cd 1 - x Se, Zn x Cd 1 - x S, CdSe x S 1 -x, ZnTe x Se 1 -x ZnSe x S 1-x, Zn x ln 1 - x S, Zn x ln 1 - x Se, Zn x ln 1 - x Te, Cu x ln 1 - x S, Cu x ln 1 - x Te, may be made are selected from GaP x 1 -x N, the shell ( 120 may be made of semiconductor particles having a large bandgap among the two semiconductor particles constituting the core 110. (0 <x <1)

이때, 양자막대(100)는 결정구조가 헥사고날(Hexagonal), 우루차이트(wurtzite) 및 징크블랜드(Zincbland) 중 어느 한 구조로 형성되는데, 이러한 결정구조는 황화카드뮴(Cds)의 반도체 입자를 통해 잘 형성할 수 있으므로, 황화카드뮴(Cds)을 포함하는 반도체 입자를 포함하는 것이 바람직하다. At this time, the quantum rod 100 has a crystal structure formed of any one of hexagonal, wurtzite, and zinc complex, and this crystal structure is a structure in which semiconductor particles of cadmium sulfide (Cds) It is preferable to include semiconductor particles containing cadmium sulfide (Cds).

특히, 450 ~ 480nm의 컬러파장을 갖는 블루(blue) 컬러를 구현하고자, 코어(110)를 황화아연(ZnS) 반도체 입자와 황화카드뮴(CdS) 반도체 입자가 혼합된 합금(alloy) 반도체 입자로 형성하고, 쉘(120)을 황화아연(ZnS) 반도체 입자로 형성한다.Particularly, in order to realize a blue color having a color wavelength of 450 to 480 nm, the core 110 is formed of alloy semiconductor particles in which zinc sulfide (ZnS) semiconductor particles and cadmium sulfide (CdS) And the shell 120 is formed of zinc sulfide (ZnS) semiconductor particles.

이에 대해 도 2a ~ 2b를 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다. This will be described in more detail with reference to FIGS. 2A to 2B.

도 2a ~ 2b는 각 반도체 입자의 밴드갭을 나타낸 그래프이다. 2A and 2B are graphs showing the band gap of each semiconductor particle.

먼저 도 2a에 도시한 바와 같이, 황화카드뮴(CdS) 반도체 입자는 황화아연(ZnS) 반도체 입자에 비해 높은 가전자대(valence band)를 가지며, 낮은 전도대(conductuion band)를 갖는다. First, as shown in FIG. 2A, the cadmium sulfide (CdS) semiconductor particles have a higher valence band and a lower conductuion band than zinc sulfide (ZnS) semiconductor particles.

그리고, 황화카드뮴(CdS) 반도체 입자와 황화아연(ZnS) 반도체 입자가 혼합된 합금 반도체 입자(ZnCdS)는 황화카드뮴(CdS) 반도체 입자에 비해 낮은 가전자대(valence band)를 가지며, 높은 전도대(conductuion band)를 가지며, 황화아연(ZnS) 반도체 입자에 비해서는 높은 가전자대(valence band)를 가지며, 낮은 전도대(conductuion band)를 갖는다. In addition, alloy semiconductor particles (ZnCdS) mixed with cadmium sulfide (CdS) semiconductor particles and zinc sulfide (ZnS) semiconductor particles have a valence band lower than that of cadmium sulfide (CdS) semiconducting particles, band, has a higher valence band than a zinc sulfide (ZnS) semiconductor particle, and has a lower conductuion band.

즉, 도 2b에 도시한 것과 같이, 종래 코어/쉘 구조의 양자막대에서 코어를 구성하는 황화카드뮴(CdS) 반도체 입자와, 본 발명의 일 실시예에 따라 코어(도 1의 110)로 사용될 수 있는, 황화카드뮴(CdS) 반도체 입자와 황화아연(ZnS) 반도체 입자가 혼합된 합금 반도체 입자(ZnCdS)의 밴드갭 차이는 약 1eV를 갖는다. That is, as shown in FIG. 2B, the cadmium sulfide (CdS) semiconductor particles constituting the core in the quantum rod of the conventional core / shell structure and the cadmium sulfide (CdS) semiconductor particles used in the core (ZnCdS) mixed with cadmium sulfide (CdS) semiconductor particles and zinc sulfide (ZnS) semiconductor particles has a band gap difference of about 1 eV.

이에 반하여, 도 2c에 도시한 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 코어(도 1의 110)로 사용될 수 있는, 황화카드뮴(CdS) 반도체 입자와 황화아연(ZnS) 반도체 입자가 혼합된 합금 반도체 입자(ZnCdS)와 쉘로 사용되는 황화아연(ZnS) 반도체 입자의 밴드갭 차이는 약 0.5eV를 갖게 되는 것이다.On the contrary, as shown in FIG. 2C, an alloy (a mixture of cadmium sulfide (CdS) semiconductor particles and zinc sulfide (ZnS) semiconductor particles, which can be used as a core The difference in bandgap between semiconductor particles (ZnCdS) and zinc sulfide (ZnS) semiconductor particles used as a shell is about 0.5 eV.

따라서, 블루 컬러를 구현할 수 있는 코어/쉘 구조 양자막대를 형성하면서, 종래와 같이 황화카드뮴(CdS) 반도체 입자로 코어를 형성하고, 황화아연(ZnS) 반도체 입자로 쉘을 형성하는 경우의 코어와 쉘의 밴드갭은 약 1.5eV를 갖게 되나, 본 발명의 실시예와 같이 코어(도 1의 110)를 황화카드뮴(CdS) 반도체 입자와 황화아연(ZnS) 반도체 입자가 혼합된 합금 반도체 입자(ZnCdS)로 형성하고, 쉘(도 1의 120)을 황화아연(ZnS) 반도체 입자로 형성하는 경우의 코어(도 1의 110)와 쉘(도 1의 120)의 밴드갭은 약 0.5eV를 갖게 구현할 수 있는 것이다. Therefore, it is possible to form a core with cadmium sulfide (CdS) semiconductor particles and form a shell with zinc sulfide (ZnS) semiconductor particles, while forming a core / shell structure quantum rod capable of realizing blue color, The bandgap of the shell is about 1.5 eV. However, as in the embodiment of the present invention, the core (110 in FIG. 1) is made of alloy semiconductor particles (ZnCdS) mixed with cadmium sulfide (CdS) semiconductor particles and zinc sulfide ) And the band gap of the core (110 in FIG. 1) and the shell (120 in FIG. 1) when the shell (120 in FIG. 1) is formed of zinc sulfide (ZnS) semiconductor particles is about 0.5 eV You can.

즉, 본 발명의 코어/쉘 구조의 양자막대(도 1의 100)는 코어(도 1의 110)와 쉘(도 1의 120) 간의 밴드갭 차이를 감소시킬 수 있어, 양자막대(도 1의 100)의 발광과 직접적으로 관련된 전자 및 정공은 보다 안정한 상태로 존재할 수 있으므로, 고발광 효율, 고발광 선명성 및 고화학적 안정성이 달성될 수 있는 것이다. That is, the quantum rod (100 in FIG. 1) of the core / shell structure of the present invention can reduce the band gap difference between the core (110 in FIG. 1) and the shell (120 in FIG. 1) 100) can be present in a more stable state, so that high luminous efficiency, high luminescence sharpness and high chemical stability can be achieved.

이에 따라, 전자의 파장함수는 코어(도 1의 110)에 갇혀 있지만, 홀(정공)의 파장 함수는 코어(도 1의 110) 및 쉘(도 1의 120)에 분산되므로 편광 능력을 가질 수 있고, 코어(도 1의 110)에 사용되는 합금의 특성 상 표면 결함이 제거되어 신뢰도가 좋고 높은 발광 효율을 갖게 된다. Accordingly, although the wavelength function of electrons is trapped in the core (110 in FIG. 1), the wavelength function of holes (holes) is dispersed in the core (110 in FIG. 1) and the shell And surface defects are removed due to the characteristics of the alloy used in the core (110 in FIG. 1), so that the reliability is high and the light emitting efficiency is high.

아울러, 위에서는 본 발명의 양자막대(도 1의 100)의 구조로서 예를 들어 합금 형태의 코어(도 1의 110)와 이 코어(도 1의 110)를 캡핑(capping)하는 쉘(도 1의 120)만을 도시하였으나, 분산 용매에 따라 양자막대(도 1의 100)를 에워싸는 유기결합체(ligand)가 사용될 수 있다. 이 유기결합체의 말단은 분산 용매에 따라 지용성/소수성 유기결합체(hydrophobic ligand), 수용성 유기결합체(hydrophilic ligand), 또는 실리콘계 유기결합체(silicon ligand)를 가질 수 있다. 1) and a shell for capping the core (110 in FIG. 1) (see FIG. 1), for example, as the structure of the quantum rod (100 in FIG. 1) 120). However, an organic ligand surrounding the quantum rod (100 in FIG. 1) may be used according to the dispersion solvent. The end of the organic conjugate may have a lipophilic / hydrophobic ligand, a hydrophilic ligand, or a silicon ligand depending on the dispersing solvent.

이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 보다 상세하게 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited thereto.

실시예Example

황화카드뮴(CdS) 반도체 입자와 황화아연(ZnS) 반도체 입자가 혼합된 합금 반도체 입자 코어/ 황화아연(ZnS) 쉘 양자막대의 합성Alloys mixed with cadmium sulfide (CdS) semiconductor particles and zinc sulphide (ZnS) semiconductor particles Semiconductor particle core / Synthesis of zinc sulfide (ZnS) shell quantum rod

Cd 분말을 옥타데아민(octadecylamine, 이하 "OA"라 칭함)에 여서 Cd-OA착물용액과 Zn 분말을 OA에 녹여서 Zn-OA착물용액을 만들었다.OA complex solution was prepared by dissolving Cd-OA complex solution and Zn powder in OA by dissolving Cd powder in octadecylamine (hereinafter referred to as "OA").

그리고, Cd-OA착물용액과 Zn-OA착물용액을 교반하면서 반응온도를 300도로 조절하였다.The reaction temperature was adjusted to 300 ° C by stirring the Cd-OA complex solution and the Zn-OA complex solution.

반응이 종결되면, 반응 혼합물의 온도를 가능한 빨리 상온으로 떨어뜨리고, 비용매(non-solvent)인 에탄올을 부가하여 원심분리를 실시하였다. 원심분리된 침전을 제외한 용액의 상등액은 버리고, 침전은 톨루엔(toluene)에 분산시켜 459nm에서 발광하는 ZnxCd 합금 나노결정 용액을 합성하였다.When the reaction was completed, the temperature of the reaction mixture was dropped to room temperature as soon as possible, and centrifugation was performed by adding ethanol as a non-solvent. The supernatant of the solution except for the centrifuged precipitate was discarded and the precipitate was dispersed in toluene to synthesize a Zn x Cd alloy nanocrystal solution emitting at 459 nm.

그리고, 합성한 ZnxCd 합금 나노결정 용액을 반응물에 첨가한 후S-OA 착물 용액을 천천히 가하여 약 1시간 동안 270도의 반응온도에서 반응시켰다. Then, the synthesized Zn x Cd alloy nanocrystal solution was added to the reactant, and then the S-OA complex solution was slowly added thereto and reacted at a reaction temperature of 270 ° C for about 1 hour.

그리고, 반응이 종결되면, 반응 혼합물의 온도를 가능한 빨리 상온으로 떨어뜨리고, 비용매(non-solvent)인 에탄올을 부가하여 원심분리를 실시하였다. 원심분리된 침전을 제외한 용액의 상등액은 버리고, 침전은 톨루엔(toluene)에 분산시켜 459nm에서 발광하는 ZnxCd1 - xS 합금 나노결정 용액을 합성하였다.When the reaction was completed, the temperature of the reaction mixture was dropped to room temperature as soon as possible, and centrifugation was performed by adding ethanol as a non-solvent. The supernatant of the solution except for the centrifuged precipitate was discarded and the precipitate was dispersed in toluene to synthesize a Zn x Cd 1 - x S alloy nanocrystal solution emitting at 459 nm.

그리고, 이와 별도로 Zinc sulfate를 도데실아민(dodecylamine)과 함께 약 1시간 동안 80도로 건조 한 후, 3시간 동안 교반하였다. Separately, zinc sulfate was dried at 80 ° C. for about 1 hour with dodecylamine, and then stirred for 3 hours.

그리고, 가루 상태의 황(sulfur)을 주입하고, 약 10분간 교반한 후, 오토클레이브(autoclave)에서 약 1시간 30분동안 200도의 반응온도에서 교반하였다. The mixture was stirred for about 10 minutes and then stirred in an autoclave at a reaction temperature of 200 ° C for about 1 hour and 30 minutes.

이후, HX(X=F, Cl, Br, I)가스를 주입한 후, 원심분리를 실시하였다. 원심분리된 침전을 제외한 용액의 상등액은 버리고, 침전은 톨루엔(toluene)에 분산시킨 후, ZnxCd1-xS 합금 나노결정 표면에 ZnS 나노결정을 성장시켜, ZnxCd1-xS / ZnS 코어/쉘 구조의 양자막대를 합성하였다. Then, HX (X = F, Cl, Br, I) gas was injected thereinto and then centrifugal separation was performed. The supernatant of the solution except for the centrifuged precipitate was discarded and the precipitate was dispersed in toluene and ZnS nanocrystals were grown on the surface of the Zn x Cd 1 -xS alloy nanocrystals to form Zn x Cd 1 -xS / ZnS core / A quantum rod was synthesized.

이와 같은 제조된 합금 반도체 입자 코어와 코어의 합금 반도체 입자 중 하나의 반도체 입자로 이루어지는 쉘로 이루어지는 양자막대의 밴드갭은 도 3에 도시하였다. The bandgap of the quantum rod formed of a shell made of semiconductor particles of one of alloy semiconductor grains produced from the alloy semiconductor particles and the core is shown in Fig.

본 발명의 실시예와 같이 코어를 황화카드뮴(CdS) 반도체 입자와 황화아연(ZnS) 반도체 입자가 혼합된 합금 반도체 입자로 형성하고, 쉘을 황화아연(ZnS) 반도체 입자로 형성하는 경우의 코어와 쉘의 밴드갭은 약 0.5eV를 갖게 구현할 수 있어, 코어/쉘 구조의 양자막대는 코어와 쉘 간의 밴드갭 차이를 감소시킬 수 있어, 양자막대의 발광과 직접적으로 관련된 전자 및 정공은 보다 안정한 상태로 존재할 수 있으므로, 고발광 효율, 고발광 선명성 및 고화학적 안정성이 달성될 수 있다.As in the embodiment of the present invention, when the core is formed of alloy semiconductor particles in which cadmium sulfide (CdS) semiconductor particles and zinc sulfide (ZnS) semiconductor particles are mixed and the shell is formed of zinc sulfide (ZnS) The bandgap of the shell can be realized to be about 0.5 eV so that the quantum rod of the core / shell structure can reduce the bandgap difference between the core and the shell, so that the electrons and holes directly related to the emission of the quantum rod are more stable , High light emission efficiency, high luminescence sharpness and high chemical stability can be achieved.

그리고, 본 발명의 실시예의 양자막대의 발광 스펙트럼은 도 4에 도시하였다. 도 4를 통해서, 본 발명의 실시예에 따른 코어를 황화카드뮴(CdS) 반도체 입자와 황화아연(ZnS) 반도체 입자가 혼합된 합금 반도체 입자로 형성하고, 쉘을 황화아연(ZnS) 반도체 입자로 형성하는 경우의 코어/쉘 구조 양자막대는 450 ~ 480nm의 컬러파장을 갖는 블루(blue) 컬러를 구현할 수 있다.
The emission spectrum of the quantum rod in the embodiment of the present invention is shown in Fig. 4, the core according to the embodiment of the present invention is formed of alloy semiconductor particles in which cadmium sulfide (CdS) semiconductor particles and zinc sulfide (ZnS) semiconductor particles are mixed and the shell is formed of zinc sulfide (ZnS) semiconductor particles The core / shell structure quantum rod can realize a blue color having a color wavelength of 450 to 480 nm.

이와 같이, 본 발명에 따라 코어(도 1의 110)를 2개 이상의 서로 다른 밴드갭을 갖는 소재를 혼합하여 예를 들어 합금 형태로 배치 및 형성하고, 코어(도 1의 110)를 구성하는 소재 중에서 밴드갭이 큰 소재를 쉘(도 1의 120)로 배치 및 형성하면, 고효율의 발광 효율을 얻을 수 있다. As described above, according to the present invention, a core (110 of FIG. 1) is formed by arranging and forming two or more materials having different bandgaps, for example, in the form of an alloy, A material having a large bandgap is arranged and formed in a shell (120 in Fig. 1), whereby high efficiency of light emission efficiency can be obtained.

따라서 본 발명에 따른 양자막대(도 1의 100)를 발광층에 활용하는 등의 방법으로 다양한 발광 소자에 적용할 수 있다. Therefore, the present invention can be applied to various light emitting devices by using a quantum rod (100 of FIG. 1) in the light emitting layer.

특히 유기발광소자의 유기박막 특히 발광층 형성시 유용하다. 양자막대(도 1의 100)를 발광층에 도입하고자 하는 경우에는 진공증착법, 스퍼터링법, 프린팅법, 코팅법, 잉크젯방법, 전자빔을 이용한 방법 등을 이용할 수 있다. Particularly, it is useful in forming an organic thin film of an organic light emitting device, particularly a light emitting layer. When a quantum rod (100 in FIG. 1) is to be introduced into the light emitting layer, a vacuum deposition method, a sputtering method, a printing method, a coating method, an inkjet method, a method using an electron beam, or the like can be used.

여기에서 유기박막으로는, 발광층 이외에 전자전달층, 정공전달층 등과 같이 유기 전계발광 소자에서 한 쌍의 전극 사이에 형성되는 유기 화합물로 된 막을 지칭한다.Here, the organic thin film refers to a film made of an organic compound formed between a pair of electrodes in an organic electroluminescent device such as an electron transport layer and a hole transport layer in addition to a light emitting layer.

이러한 유기발광소자는 통상적으로 알려진 양극/발광층/음극, 양극/버퍼층/발광층/음극, 양극/정공전달층/발광층/음극, 양극/버퍼층/정공전달층/발광층/음극, 양극/버퍼층/정공전달층/발광층/전자전달층/음극, 양극/버퍼층/정공전달층/발광층/정공차단층/음극 등의 구조로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Such an organic light emitting device includes a known anode / light emitting layer / cathode, anode / buffer layer / light emitting layer / cathode, anode / hole transporting layer / light emitting layer / cathode, anode / buffer layer / hole transporting layer / light emitting layer / cathode, anode / buffer layer / Layer / light emitting layer / electron transport layer / cathode, anode / buffer layer / hole transport layer / light emitting layer / hole blocking layer / cathode, but the present invention is not limited thereto.

이때 버퍼층의 소재로는 통상적으로 사용되는 물질을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 구리 프탈로시아닌(copperphthalocyanine), 폴리티오펜 (polythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylene 16nylene), 또는 이들의 유도체를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.At this time, as a material of the buffer layer, a material commonly used can be used, and preferably a material such as copper phthalocyanine, polythiophene, polyaniline, polyacetylene, polypyrrole, Polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide, and polyphenylene sulfide.

정공전달층의 소재로는 통상적으로 사용되는 물질을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리트리페닐아민(polytriphenylamine)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.As the material of the hole transporting layer, a commonly used material can be used, and polytriphenylamine can be preferably used, but not limited thereto.

전자전달층의 소재로는 통상적으로 사용되는 물질을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리옥사디아졸(polyoxadiazole)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.As a material of the electron transporting layer, a commonly used material can be used, and preferably, polyoxadiazole can be used, but the present invention is not limited thereto.

정공차단층의 소재로는 통상적으로 사용되는 물질을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 LiF, BaF2 또는 MgF2 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.As the material of the hole blocking layer, materials commonly used can be used, and LiF, BaF2, MgF2 or the like may be preferably used, but the present invention is not limited thereto.

전술한 바와 같이, 본 발명의 코어/쉘 구조 양자막대는 코어를 두 가지 반도체 입자가 혼합되어 이루어지도록 하며, 이러한 코어를 감싸는 쉘은 두 가지 반도체 입자 중 밴드갭이 큰 반도체 입자 중 하나로 이루어지도록 함으로써, 코어와 쉘 간의 밴드갭 차이가 감소되도록 함으로써, 코어/쉘 구조의 양자막대의 발광과 직접적으로 관련된 전자 및 정공은 보다 안정한 상태로 존재할 수 있으므로, 고발광 효율, 고발광 선명성 및 고화학적 안정성이 달성될 수 있다.As described above, the core / shell structure quantum rod of the present invention allows a core to be formed by mixing two semiconductor particles, and the shell surrounding the core is made of one of semiconductor particles having a larger bandgap among the two semiconductor particles , The electrons and holes directly related to the light emission of the quantum rod of the core / shell structure can be present in a more stable state by reducing the bandgap difference between the core and the shell, so that high luminous efficiency, high luminescence sharpness and high chemical stability Can be achieved.

또한, 본 발명의 코어/쉘 구조 양자막대는 코어를 황화카드뮴(CdS) 반도체 입자와 황화아연(ZnS) 반도체 입자가 혼합된 합금 반도체 입자로 형성하고, 쉘을 황화아연(ZnS) 반도체 입자로 형성함으로써, 450 ~ 480nm의 컬러파장을 갖는 블루(blue) 컬러를 구현할 수 있다. Further, the core / shell structure quantum rod of the present invention can be obtained by forming the core from alloy semiconductor particles in which cadmium sulfide (CdS) semiconductor particles and zinc sulfide (ZnS) semiconductor particles are mixed and forming the shell from zinc sulfide (ZnS) , It is possible to realize a blue color having a color wavelength of 450 to 480 nm.

본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

100 : 코어/쉘 구조 양자막대
110 : 코어, 120 : 쉘100: core / shell structure quantum bar
110: core, 120: shell

Claims (7)

제 1 반도체 입자 및 제 2 반도체 입자가 혼합된 합금 코어(alloy core)와;
상기 합금 코어의 표면에 막대(rod) 형상으로 형성되며, 상기 제 1 반도체 입자 및 제 2 반도체 입자 중 큰 밴드갭을 갖는 반도체 입자로 이루어지는 쉘(shell)
을 포함하는 코어/쉘 구조 양자막대.
An alloy core in which the first semiconductor particles and the second semiconductor particles are mixed;
A shell formed of a semiconductor particle having a large bandgap among the first semiconductor particle and the second semiconductor particle and formed in a rod shape on the surface of the alloy core,
/ RTI &gt; wherein the core / shell structure comprises a core / shell structure.
제 1 항에 있어서,
상기 합금 코어는 상기 쉘을 구성하는 반도체 입자에 비해 밴드갭이 작은 코어/쉘 구조 양자막대.
The method according to claim 1,
Wherein the alloy core has a band gap smaller than that of the semiconductor particles constituting the shell.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 반도체 입자는 CdSe, ZnS, CdS, ZnTe, CdSe, CdS, CdTe, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnTe, HgSe, HgTe, CdZnSe, InP, InN, GaN, InSb, InAsP, InGaAs, GaAs, GaP, GaSb, AlP, AlN, AlAs, AlSb, CdSeTe, ZnCdSe, PbSe, PbTe, PbS, PbSnTe, Tl2SnTe5 중 각각 선택된 하나의 반도체 입자로 이루어지는 코어/쉘 구조 양자막대.
The method according to claim 1,
The first and second semiconductor particles may be made of a material selected from the group consisting of CdSe, ZnS, CdS, ZnTe, CdSe, CdS, CdTe, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnTe, HgSe, HgTe, CdZnSe, InP, InN, GaN, InSb, InAsP, InGaAs, GaAs , GaP, GaSb, AlP, AlN, AlAs, AlSb, CdSeTe, ZnCdSe, PbSe, PbTe, PbS, PbSnTe, Tl 2 SnTe 5 &Lt; / RTI &gt; a core / shell structured quantum rod comprising at least one semiconductor particle selected from the group consisting of:
제 3항에 있어서,
상기 합금 코어는 ZnxCd1 - xSe, ZnxCd1 - xS, CdSexS1 -x, ZnTexSe1 - xZnSexS1 -x, Znxln1 -xS, Znxln1 - xSe, Znxln1 - xTe, Cuxln1 - xS, Cuxln1 - xTe, GaPxN1 -x 중 하나의 반도체 입자로 이루어지는 코어/쉘 구조 양자막대.
The method of claim 3,
The core alloy is Zn x Cd 1 - x Se, Zn x Cd 1 - x S, CdSe x S 1 -x, ZnTe x Se 1 - x ZnSe x S 1 -x, Zn x ln 1 -x S, Zn x ln 1 - x Se, Zn x ln 1 - x Te, Cu x ln 1 - x S, Cu x ln 1 - x Te, GaP x N 1 core / shell structure consisting of both rods as a semiconductor particle of -x.
제 4 항에 있어서,
상기 쉘은 CdSe, ZnS, CdS, ZnTe, CdSe, ZnS, ZnSe, ZnTe, InP, GaN, GaP 중 하나의 반도체 입자로 이루어지는 코어/쉘 구조 양자막대.
5. The method of claim 4,
Wherein the shell comprises a semiconductor particle of one of CdSe, ZnS, CdS, ZnTe, CdSe, ZnS, ZnSe, ZnTe, InP, GaN, GaP.
제 5 항에 있어서,
상기 코어는 ZnxCd1 - xS합금 반도체 입자로 이루어지며, 상기 쉘은 ZnS 반도체 입자로 이루어지는 코어/쉘 구조 양자막대.( 0 < x < 1)
6. The method of claim 5,
Wherein the core is made of Zn x Cd 1 - x S alloy semiconductor particles, and the shell is a core / shell structure quantum rod (0 < x < 1)
제 1 항에 있어서,
상기 양자막대의 코어는 그 형상이 구, 타원구, 다면체, 막대 형태 중 어느 하나를 이루며, 상기 쉘은 상기 양자막대의 단축 방향으로 절단한 절단면이 원, 타원, 다각형 형태 중 어느 하나의 형태를 이루는 코어/쉘 구조 양자막대.The method according to claim 1,
Wherein the core of the quantum rod has one of a spherical shape, an elliptical shape, a polyhedron shape, and a rod shape, and the shell has a shape in which the cut surface cut in the minor axis direction of the proton rod has a shape of a circle, an ellipse, Core / shell structure quantum bar.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017020046A1 (en) * 2015-07-30 2017-02-02 Pacific Light Technologies Corp. Low cadmium nanocrystalline quantum dot heterostructure
KR20170036557A (en) * 2015-09-24 2017-04-03 삼성전자주식회사 Semiconductor nanocrystal particles and devices including the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040026684A1 (en) * 2002-04-02 2004-02-12 Nanosys, Inc. Nanowire heterostructures for encoding information
KR20060050750A (en) * 2004-11-11 2006-05-19 삼성전자주식회사 Interfused nanocrystals and method of preparing thereof
WO2012035535A1 (en) * 2010-09-16 2012-03-22 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Ltd. Anistropic semiconductor nanoparticles

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040026684A1 (en) * 2002-04-02 2004-02-12 Nanosys, Inc. Nanowire heterostructures for encoding information
KR20060050750A (en) * 2004-11-11 2006-05-19 삼성전자주식회사 Interfused nanocrystals and method of preparing thereof
WO2012035535A1 (en) * 2010-09-16 2012-03-22 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Ltd. Anistropic semiconductor nanoparticles

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017020046A1 (en) * 2015-07-30 2017-02-02 Pacific Light Technologies Corp. Low cadmium nanocrystalline quantum dot heterostructure
US10221356B2 (en) 2015-07-30 2019-03-05 Osram Opto Semiconductors Gmbh Low-cadmium nanocrystalline quantum dot heterostructure
KR20170036557A (en) * 2015-09-24 2017-04-03 삼성전자주식회사 Semiconductor nanocrystal particles and devices including the same
US11827828B2 (en) 2015-09-24 2023-11-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor nanocrystal particles and devices including the same

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