KR20150017697A - 평탄한 이방성의 콜로이드성 반도체 나노결정들을 포함하는 발광 디바이스 및 이러한 디바이스의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기적 또는 발광성 여기에 응답하여 발광하는 디바이스, 예컨대 발광 다이오드들, 디스플레이들, e-리더들에 관한 것이다. 이러한 디바이스들은 예를 들어 디스플레이들, 텔레비젼들, 휴대폰들, 태블릿 컴퓨터들, 또는 심지어 데스크탑 컴퓨터들에서 발견된다. 본 발명은 매우 협소한 에미션 스펙트럼을 나타내고, 동시에 발광된 광의 파장, 지향성 및/또는 편광의 완전한 제어를 허용하는 발광 디바이스의 제조를 가능하게 하여, 이러한 디바이스들로 구성되는 디스플레이들의 휘도 및 범위가 증가될 수 있게 한다. 보다 구체적으로, 본 발명은 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 디바이스에 관한 것으로, 이 디바이스는 최소 치수, 즉 두께가 다른 2개의 치수들보다 적어도 1.5 배만큼 더 작은 적어도 하나의 평탄한 이방성의 콜로이드성 반도체 나노결정을 포함하고, 상기 발광된 광의 강도 및 편광은 광의 에미션 방향과 평탄한 나노결정의 가장 큰 면적에 대한 법선 사이의 각도의 함수로서 달라진다. 이들 디바이스들의 다양한 실시형태들이 또한 제시된다.
Description
본 발명은 전기적 또는 발광성 (luminous) 여기에 응답하여 발광하는 디바이스들, 예컨대 발광 다이오드들, 디스플레이들, e-리더들 등에 관한 것이다. 이러한 디바이스들은 예를 들어 디스플레이들, 텔레비젼들, 휴대폰들, 태블릿들, 또는 컴퓨터들에서 발견된다. 논의가 되고 있는 종류의 디바이스들은, 꾸준한 진보에도 불구하고, 연색성 (color rendering) 과 관찰 각도에 따라 의존하는 시각적 인상 (visual impression), 콘트라스트, 휘도, 및 에너지 효율성의 양방과 관련된 일정 수의 제한들을 갖는다.
모든 종류의 색상들을 복원하기 위해서는, 일반적으로 적어도 3가지의 보색들, 특히 적색, 녹색 및 청색의 첨가제 합성에 의해 진행된다. 색도도에서, 이들 3가지 색상들의 상이한 비율들을 혼합하여 얻은 이용가능한 색상들의 서브세트는 3가지 색상들 적색 녹색 및 청색과 연관된 3개의 좌표들에 의해 형성된 삼각형에 의해 형성된다. 이 서브세트는 소위 개멋 (gamut) 을 구성한다.
대다수의 컬러 디스플레이 디바이스들은 이 삼원색 원리에 따라 동작하며: 각각의 화소는 3개의 서브화소들로 이루어지고, 하나는 적색, 하나는 녹색, 하나는 청색이며, 상이한 강도들을 갖는 그 혼합물은 컬러풀한 느낌을 재현할 수 있다.
발광성 또는 후면발광 (backlit) 디스플레이, 예컨대 컴퓨터 LCD 스크린은 정확한 색상 재현을 위해 가능한 최광의 개멋을 제시해야 한다. 이를 위해서, 가능한 최광의 개멋을 기술하기 위해서, 구성된 서브화소들은 가능한 가장 포화된 색상들이어야 한다. 단색에 가깝다면 광원은 포화된 색상을 갖는다. 스펙트럼 관점으로부터, 이것은 광원에 의해 발광된 광이 파장들의 단일 협대역으로 구성된다는 것을 의미한다. 우리는, 덜 포화된 채도 (shade) 가 더 단조롭고 회색을 나타내는 한편, 매우 포화된 채도는 선명하고 강렬한 색상을 갖는다는 것을 기억한다.
따라서, 에미션 스펙트럼들이 협소하여 포화 색상들을 갖는 광원들을 구비하는 것이 중요하다.
예를 들어, 컬러 디스플레이의 경우, 그것을 구성하는 적색, 녹색 및 청색 서브화소들은 디스플레이 시스템의 개멋을 최대화하는 스펙트럼을 가져야 하고, 이것은 스펙트럼 관점으로부터 가능한 최협의 에미션에 해당한다.
2종류의 다색성 발광 디스플레이들을 구별하는 것이 가능하다:
LCD 스크린들에서, 화소들의 색상은 적색, 녹색 및 청색 필터들에 의해 백색 주광원의 필터링에 의해 결정된다. 따라서, 3개의 서브화소들의 스펙트럼들은 사용되는 필터들의 투과 스펙트럼에 의한 주광원의 에미션 스펙트럼의 승산 (multiplication) 에 대응하며, 주광원은 보통 백색 LED들 또는 냉음극 형광관의 어레이이다. 따라서, 주광원 또는 컬러필터들의 스펙트럼들을 최적화한다는 사실은 개멋의 개선을 허용한다. 하지만, 백색 주광원에 의해 발광된 광의 대부분은 스크린을 구성하는 편광자들 및 컬러필터들에 의해 재흡수되거나 또는 상이한 층들에서의 확산 및 도파 효과에 의해 편향된다. 이로써, 광은 관찰자에게 도달하지 않으며, 그것은 액정 디스플레이들의 에너지 효율성을 심각하게 제한한다. 따라서, 전력 소비를 제한하고, 개멋-휘도 타협점을 구하는 것이 요구된다.
필터들 및 주광원의 상당한 변화 없이 스크린의 휘도 및 색역 (color gamut) 을 증가시키기 위해서, 최근에는, 논의가 되고 있는 막을 통과한 이후 광원으로부터 나오는 광의 스펙트럼을 변경하여 3개의 서브화소들4, 5 의 포화를 개선하기 위하여 광원과 화소들 사이에 콜로이드성 양자점들을 포함하는 형광막을 부가하는 것이 제안되어 왔다. 하지만, 비록 개멋이 개선되더라도, 이 해결책은 스크린의 휘도를 감소시킨다.
또한, 이를테면 주요 광, 청색 또는 자외선을 흡수하고, 각각의 컨버터의 특정 색상을 재전송하는, 녹색, 적색 및 청색 파장 컨버터들에 의해 필터들을 교체하는 것이 제안되었다. 이를 위해서, 주요 여기원으로부터의 광을 흡수하고 더 높은 파장에서 재방출하는 형광체들 (fluorophores) 을 포함하는 재료가 사용된다. 하지만, 이 해결책은 상기 파장 컨버터들에서 사용되는 형광체들의 안정성, 형광 효율성, 및 스펙트럼 피네스의 문제들을 갖는다.
직접 발광형 디스플레이들, 예컨대 발광 다이오드들로 구성되는 디스플레이들은 에너지 소비가 잠재적으로 더 낮으며; 필터링에 의한 손실이 거의 없거나 또는 전혀 없다. 하지만, 예컨대 무기 다이오드들에서 반도체 층들을 사용하거나 또는 OLED들의 경우에서와 같이 폴리머 층들을 사용하는 경우, 상기 층들에서의 총 내부 반사들에 의한 광 손실들은 관찰자에게 도달하는 전체 광을 감소시킨다.
직접 발광형 디스플레이들에서, 여기의 성질은 다양할 수 있다:
전체 가시 스펙트럼을 커버하는 것을 시도하기 위해 많은 발광형 재료들이 제안되어 왔다.
이로써, 예를 들어 OLED들에 존재하는 유기 형광체들은 가시선에서 높은 양자 수율을 가지며, 통상 90% 초과한다. 이들은 일반적으로, 포함된 디바이스들의 수명을 감소시키는, 예를 들어 산화 또는 방사선들에 기인한 열화로, 매우 불안정하다. 더욱이, 형광 스펙트럼들의 폭이 아주 클 수 있으며, 이것은 큰 개멋을 얻을 수 없게 한다. 최종적으로, 각각의 형광체에 대해 최적의 여기 파장이 상이할 수 있으며, 이것은 통상의 여기원을 갖는 시스템으로의 그 통합을 곤란하게 한다.
희토류들의 산화물들 또는 착물들은 통상적으로 예컨대 플라즈마 스크린들 및 OLED들에서 사용되는 발광형 재료들이다. 이 경우, 발광형 재료는 산화에 둔감하기 때문에 훨씬 더 안정적이다. 에미션 피크들의 폭은 10 나노미터 정도로 매우 작을 수 있지만, 이들 재료들의 흡수 단면적이 낮아 상당한 양들의 사용을 요구할 수도 있다. 더욱이, 그 에미션 파장은 재료에 의해 정의되기 때문에, 예를 들어 희토류 착물이 사용되기 때문에, 조정될 수 없다. 이것은 중요한 제한이며, 이러한 종류의 전송기들이 전체 가시 스펙트럼을 커버할 수 없게 한다.
플라즈마 스크린들 또는 OLED들의 발광형 재료들이 전이 금속 산화물을 포함하는 경우가 있다. 희토류 산화물들로는, 형광성 재료가 산화에 둔감하기 때문에 매우 안정적이다. 하지만, 형광 스펙트럼 폭은 매우 높아, 통상 50 내지 수백 나노미터이며, 이것은 포화된 색상들을 생성하여 높은 개멋을 제시하는 것을 허용하지 않는다.
통상 "양자점들"로 불리는 반도체 나노입자들은 발광형 재료의 대안이다. 상기 오브젝트들은 대략 30 nm 반치전폭의 협소한 형광 스펙트럼을 가지며, 자외선8, 9 에서의 단일 여기원을 이용하여 적외선은 물론 전체 가시 스펙트럼에서 발광할 가능성을 제공한다. 하지만, 이들은 관찰자에 의해 수신되는 광을 최적화하여 디바이스의 에너지 효율성을 최적화하는 것을 허용하지 않는다. 이 경우, 다색성 디스플레이들의 개멋의 개선은 양자점들에 대해 접근할 수 없는 에미션 스펙트럼들의 피네스를 요구한다.
이로써, 본 발명의 목적은, 발광된 광의 지향성 및/또는 편광, 에미션 파장의 완전한 제어, 높은 스펙트럼 에미션 피네스를 허용하는 새로운 발광 디바이스를 제공하는 것이다. 이로써, 본 발명은 상기 디바이스들로 구성되는 디스플레이들의 휘도 및 색역을 상당히 개선한다.
요약
본 발명은 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 컴포넌트로서, 지지체 및 최소 치수, 즉 두께가 다른 2개의 치수들보다 적어도 1.5 배만큼 더 작은 적어도 하나의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정을 포함하고, 적어도 하나의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정의 더 큰 표면에 대한 법선은 지지체에 실질적으로 평행하거나 또는 실질적으로 직교하며; 상기 발광된 광은 발광 방향과 평탄한 나노결정의 더 큰 표면에 대한 법선에 의해 형성된 각도에 따라 달라지는 강도 및 편광을 갖는, 컴포넌트에 관한 것이다.
하나의 실시형태에서, 적어도 하나의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 콜로이드성 반도체 나노시트이다.
하나의 실시형태에서, 적어도 하나의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 제 IV 족, 제 III-V 족, 제 II-VI 족, 제 III-VI 족, 제 I-III-VI 족, 제 II-V 족 또는 제 IV-VI 족의 화합물들 중 적어도 하나를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 적어도 하나의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 하기 화합물들: Si, Ge, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, CuInS2, CuInSe2, AgInS2, AgInSe2, CuS, Cu2S, Ag2S, Ag2Se, Ag2Te, InN, InP, InAs, InSb, In2S3, Cd3P2, Zn3P2, Cd3As2, Zn3As2, ZnO, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, FeS2, TiO2, Bi2S3, Bi2Se3, Bi2Te3 중 적어도 하나를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 적어도 하나의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정을 포함하는 헤테로구조이다.
하나의 실시형태에서, 적어도 하나의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 상이한 화학적 조성의 반도체에 의해 전체적으로 커버된다.
하나의 실시형태에서, 적어도 하나의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 반치전폭이 30 nm, 또는 25 nm, 또는 23 nm, 또는 바람직하게 20 nm 미만인 협소한 형광 스펙트럼을 갖는다.
하나의 실시형태에서, 지지체는 컴포넌트의 외부에 위치한 관찰자로의 적어도 하나의 방향에서의 발광된 광에 대해 투명하고, 관찰자를 향해 광이 발광되는 지지체 표면은 방출면으로 정의된다.
하나의 실시형태에서, 지지체는 액정들의 성질들을 갖는 액체를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 지지체는 연성 또는 강성이다.
하나의 실시형태에서, 지지체는 무기 재료 또는 유기 재료를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 지지체는 폴리머 재료를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 컴포넌트는 상이한 특징들, 치수들 및/또는 화학적 조성들 및/또는 에미션 파장들을 갖는 적어도 2개의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정들을 포함한다.
하나의 실시형태에서, 컴포넌트의 평탄한 나노결정들의 실질적으로 전부는 주어진 방향에 실질적으로 평행한 그 표면들에 대해 법선들을 갖는다.
본 발명은 또한 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정에 전자기장을 인가하기 위한 수단을 포함하는 적어도 하나의 여기 수단 (광원 포함) 을 갖는 발광 시스템으로서, 발광된 광의 적어도 일부가 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정, 예컨대 질화 갈륨 다이오드에 의해 흡수되는, 발광 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 또한 임의의 이전 청구항에 의한 적어도 하나의 컴포넌트 및/또는 시스템을 포함하는 장치에 관한 것이다.
본 발명의 설명
본 발명은 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 디바이스에 관한 것으로, 상기 디바이스는 최소 치수, 즉 두께가 다른 2개의 치수들보다 적어도 1.5 배만큼 더 작은 적어도 하나의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정을 포함하고, 상기 발광된 광은 발광 방향과 평탄한 나노결정의 더 큰 표면에 대한 법선에 의해 형성된 각도에 따라 달라지는 강도 및 편광을 갖는다.
본 발명은 또한 상기 발광 디바이스용 여기 수단을 포함하는 여기 디바이스에 관한 것이다. 여기 수단은 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정에서의 전하들, 전자들 및/또는 정공들의 주입 수단 또는 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정에 전자기장을 인가하는 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은, 치수들 중 적어도 하나가, 바람직하게 두께가 다른 2개의 치수들보다 적어도 1.5 배만큼 더 작은 결정성 입자이다.
본 발명의 하나의 실시형태에서, 상술된 결정성 입자는 나노시트 또는 양자점 또는 나노시트를 포함하는 헤테로구조이다.
본 발명의 하나의 실시형태에서, 헤테로구조는 쉘이 전체적으로 또는 부분적으로 코어를 커버하는 코어/쉘 타입 구조이다.
하나의 실시형태에서, 상술된 헤테로구조는 재료로 구성되는 코어 및 코어의 재료와 상이한 재료로 구성되는 쉘을 포함한다.
본 발명의 하나의 실시형태에서, 쉘은 여러개의 동일하거나 또는 상이한 재료들로 구성될 수 있다.
하나의 실시형태에서, 상술된 헤테로구조는 양자점 또는 나노시트를 포함하는 코어 및 쉘을 포함하고, 상기 헤테로구조는 치수들 중 적어도 하나가, 바람직하게 두께가 다른 2개의 치수들보다 적어도 1.5 배만큼 더 작다.
하나의 실시형태에서, 여기 수단은 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정에 전하들, 전자들 및/또는 정공들을 주입하는 수단을 포함한다.
하나의 실시형태에서, 여기 수단은 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정에 전자기장을 인가하는 수단을 포함한다.
하나의 실시형태에서, 전자기장 소스는, 발광된 광의 적어도 일부가 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정에 의해 흡수되는 광원이다.
하나의 실시형태에서, 발광된 광의 적어도 일부가 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정에 의해 흡수되는 광원은 질화 갈륨 (GaN) 계의 다이오드이다.
하나의 실시형태에서, 여기 수단은 전자기 상호작용들에 의해 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정에 커플링되는 적어도 하나의 전기 또는 자기 쌍극자를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 나노시트, 또는 헤테로구조에 존재하는 초기 나노시트 또는 나노결정은 그 치수들 중 적어도 하나가, 바람직하게 두께가 0.3 nm ~ 1 ㎛ 미만, 0.3 nm ~ 500 nm 미만, 0.3 nm ~ 250 nm 미만, 0.3 nm ~ 100 nm 미만, 0.3 nm ~ 50 nm 미만, 0.3 nm ~ 25 nm 미만, 0.3 nm ~ 20 nm 미만, 0.3 nm ~ 15 nm 미만, 0.3 nm ~ 10 nm 미만, 0.3 nm ~ 5 nm 미만이다.
하나의 실시형태에서, 나노시트, 또는 헤테로구조에 존재하는 초기 나노시트 또는 나노결정은 적어도 하나의 측방 치수가 0.3 nm ~ 적어도 1 mm, 0.3 nm ~ 100 ㎛, 0.3 nm ~ 10 ㎛, 0.3 nm ~ 1 ㎛, 0.3 nm ~ 500 nm, 0.3 nm ~ 250 nm, 0.3 nm ~ 100 nm, 0.3 nm ~ 50 nm, 0.3 nm ~ 25 nm 이다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정의 측방 치수들 (길이 또는 폭) 중 적어도 하나는, 바람직하게 양방의 측방 치수들은 그 두께의 적어도 1.5 배, 그 두께의 적어도 2 배, 그 두께의 적어도 2.5 배, 그 두께의 적어도 3 배, 그 두께의 적어도 3.5 배, 그 두께의 적어도 4 배, 그 두께의 적어도 4.5 배, 그 두께의 적어도 5 배를 나타낸다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정의 두께는 0.5 nm ~ 1 ㎛ 미만, 0.5 nm ~ 500 nm 미만, 0.5 nm ~ 250 nm 미만, 0.5 nm ~ 100 nm 미만, 0.5 nm ~ 50 nm 미만, 0.5 nm ~ 25 nm 미만, 0.5 nm ~ 20 nm 미만, 0.5 nm ~ 15 nm 미만, 0.5 nm ~ 10 nm 미만, 0.5 nm ~ 5 nm 미만이다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정의 측방 치수들은 적어도 0.75 nm ~ 적어도 1.5 mm 이다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정의 측방 치수들 중 적어도 하나는 2 nm ~ 1.5 mm, 2 nm ~ 1 mm, 2 nm ~ 100 ㎛, 2 nm ~ 10 ㎛, 2 nm ~ 1 ㎛, 2 nm ~ 100 nm, 2 nm ~ 10 nm 이다.
하나의 실시형태에서, 나노시트, 또는 헤테로구조에 존재하는 초기 나노시트 또는 나노결정은 제 IV 족, 제 III-V 족, 제 II-VI 족, 제 I-III-VI 족, 제 II-V 족, 제 III-VI 족의 반도체들을 포함한다.
하나의 실시형태에서, 나노시트, 또는 헤테로구조에 존재하는 초기 나노시트 또는 나노결정은 조성 MxEy 의 재료를 포함하며, 여기서:
M 은 Zn, Cd, Hg, Cu, Ag, Al, Ga, In, Si, Ge, Pb, Sb 또는 그 혼합물이고,
E 는 O, S, Se, Te, N, P, As 또는 그 혼합물이며, 그리고
x 및 y 는 독립적으로 0 ~ 5 의 십진수이며, 동시에 제로가 아니다.
하나의 실시형태에서, 나노시트, 또는 헤테로구조에 존재하는 초기 나노시트 또는 나노결정은 하기: Si, Ge, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, CuInS2, CuInSe2, AgInS2, AgInSe2, CuS, Cu2S, Ag2S, Ag2Se, Ag2Te, InN, InP, InAs, InSb, In2S3, Cd3P2, Zn3P2, Cd3As2, Zn3As2, ZnO, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, 또는 그 혼합물 중 적어도 하나를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 제 IV 족, 제 III-V 족, 제 II-VI 족, 제 I-III-VI 족, 제 II-V 족, 제 III-VI 족의 반도체들을 포함한다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 조성 MxEy 의 재료를 포함하며, 여기서:
M 은 Zn, Cd, Hg, Cu, Ag, Al, Ga, In, Si, Ge, Pb, Sb 또는 그 혼합물이고,
E 는 O, S, Se, Te, N, P, As 또는 그 혼합물이며, 그리고
x 및 y 는 독립적으로 0 ~ 5 의 십진수이며, 동시에 제로가 아니다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 하기: Si, Ge, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, CuInS2, CuInSe2, AgInS2, AgInSe2, CuS, Cu2S, Ag2S, Ag2Se, Ag2Te, InN, InP, InAs, InSb, In2S3, Cd3P2, Zn3P2, Cd3As2, Zn3As2, ZnO, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, 또는 그 혼합물 중 적어도 하나를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 상기에 열거된 재료들의 합금을 포함한다.
하나의 실시형태에서 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 부가적인 재료의 적어도 모노층 또는 층에 의해 적어도 하나의 측변에 부분적으로 또는 전체적으로 커버되는 나노결정 또는 초기 나노시트를 포함한다.
다중 모노층들 또는 층들이 나노결정 또는 초기 나노시트의 전부 또는 일부를 커버하는 하나의 실시형태에서, 이들 단일의 층들 또는 층들은 동일한 재료 또는 상이한 재료들을 포함할 수 있다.
본 발명의 목적을 위해서, 용어 "층"은 적어도 하나의 원자 두께인 막 또는 연속 또는 부분 층을 칭한다. 용어 "모노층"은 하나의 원자 두께인 막 또는 연속 또는 부분 층을 칭한다. 층 또는 모노층을 구성하는 원자들은 동일하거나 또는 상이할 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 호모구조화되며, 즉 초기 나노결정 또는 나노시트 및 적어도 하나의 모노층 또는 층이 동일한 재료로 제조된다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 헤테로구조화되며, 즉 초기 나노결정 또는 나노시트 및 적어도 하나의 모노층 또는 층이 적어도 2개의 상이한 재료들로 구성된다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 초기 나노결정 또는 나노시트 및 초기 나노결정 또는 나노시트의 전부 또는 일부를 커버하는 1, 2, 3, 4, 5 이상의 모노층들 또는 층들을 포함할 수 있으며, 상기 모노층들 또는 층들은 초기 나노결정 또는 나노시트와 동일한 조성의 것이거나 또는 초기 나노결정 또는 나노시트와 상이한 조성의 것이거나 또는 그들 사이의 조성이 상이한 것이다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 초기 나노결정 또는 나노시트 및 적어도 2, 3, 4, 5 이상의 모노층들 또는 층들을 포함할 수 있고, 여기서 성막된 제 1 모노층 또는 층은 초기 나노결정 또는 나노시트의 전부 또는 일부를 커버하고, 성막된 적어도 제 2 모노층 또는 층은 이전에 성막된 모노층의 전부 또는 일부를 커버한다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 코어/쉘 구조를 가지며, 즉 주어진 조성의 초기 나노결정 또는 나노시트는 초기 나노결정 또는 나노시트와 상이한 조성의 적어도 하나의 모노층 또는 층에 의해 그 전체 표면 상부에 커버된다.
이로써, 얻어진 재료는, 적어도 하나가 초기 나노결정 또는 나노시트와 동일한 화학적 조성의 것이거나 또는 상이한 화학적 조성의 것인 막들의 스택으로 구성되며, 각각의 막의 표면은 그것이 성막되는 막의 표면을 전체적으로 커버한다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 드웨티드 (de-wetted) 구조를 포함하며, 즉 주어진 조성의 초기 나노결정 또는 나노시트는 초기 나노결정 또는 나노시트와 동일한 조성이거나 또는 상이한 조성인 적어도 하나의 모노층 또는 층에 의해 부분적으로 커버된다.
이로써, 얻어진 재료는, 적어도 하나가 초기 나노결정 또는 나노시트와 동일한 화학적 조성의 것이거나 또는 상이한 화학적 조성의 것인 막들의 스택으로 구성되며, 각각의 막의 표면은 그것이 성막되는 막의 표면을 부분적으로 커버한다.
이로써, 하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 상기 열거된 재료들을 포함하는 헤테로구조를 갖는다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 란타나이드 또는 전이 금속으로 도핑된다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 상이한 화학적 조성의 반도체에 의해 커버된다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 유기 분자들에 의해 커버된다.
하나의 실시형태에서, 유기 분자들은 티올들, 아민들, 카르복실산들, 포스폰산들, 포스핀산들, 포스핀들 사이에서 선택된다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 콜로이드성 반도체 나노시트이다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 반치전폭이 30 nm 미만, 25 nm 미만, 24 nm 미만, 23 nm 미만, 22 nm 미만, 21 nm 미만, 또는 20 nm 미만인 협소한 형광 스펙트럼을 표시한다.
하나의 실시형태에서, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 350 과 1500 nm 사이의 파장에서 발광한다.
본 발명은 또한, 본 발명의 실시형태에 따라서, 여기 수단의 활성화에 응답하는 적어도 하나의 발광 디바이스 및 상기 적어도 하나의 디바이스를 위한 지지체를 포함하는 컴포넌트에 관한 것으로서, 상기 지지체는 컴포넌트의 외부에 위치한 관찰자를 향한 적어도 하나의 방향에서의 디바이스에 의해 발광된 광에 대해 투명하고, 관찰자를 향해 광이 방출되는 지지체 표면은 방출면으로 정의된다.
이로써, 본 발명의 목적을 위해서, 컴포넌트는 본 발명에 기재된 여기 수단의 활성화에 응답하는 적어도 하나의 발광 디바이스 및 상기 적어도 하나의 디바이스가 배치되는 지지체의 조합으로 정의된다.
하나의 실시형태에서, 여기 수단의 활성화에 응답하는 적어도 하나의 발광 디바이스는 지지체와 접촉한다.
하나의 실시형태에서, 여기 수단의 활성화에 응답하는 적어도 하나의 발광 디바이스는 지지체에 통합된다.
하나의 실시형태에서, 여기 수단의 활성화에 응답하는 적어도 하나의 발광 디바이스는 제 1 지지체와 접촉하고 제 2 지지체에 의해 커버되며; 상기 제 1 및 제 2 지지체들은 동일한 성질의 것이거나 또는 상이한 성질의 것이다.
본 발명은 또한 본 발명에 기재된 컴포넌트 및 본 발명의 실시형태에 따른 적어도 하나의 여기 디바이스를 포함하는 발광 시스템에 관한 것으로, 적어도 하나의 디바이스의 여기 수단은 지지체 내부에 통합된다.
하나의 실시형태에서, 적어도 하나의 디바이스의 여기 수단은 지지체 내부에 통합된다.
하나의 실시형태에서, 적어도 하나의 디바이스의 여기 수단은 지지체의 외부에 있다.
하나의 실시형태에서, 컴포넌트는 동일한 여기 수단을 공유하는 적어도 2개의 디바이스들을 포함한다.
하나의 실시형태에서, 지지체는 액체를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 액체는 액정들의 성질들을 갖는다.
하나의 실시형태에서, 지지체는 적어도 하나의 유기 재료를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 지지체는 적어도 하나의 유기 반전도성 재료를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 지지체는 폴리머 재료를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 지지체는 강성이다.
하나의 실시형태에서, 지지체는 연성이다. 하나의 실시형태에서, 폴리머는 고분자전해질 (polyelectlyte) 이다.
하나의 실시형태에서, 폴리머는 그 자신들을 나노결정들의 표면 리간드들로 치환할 수 있는 화학적 관능기들 (functions) 을 포함한다.
하나의 실시형태에서, 폴리머는 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 에폭시드, 폴리에스테르, 폴리실록산이다.
하나의 실시형태에서, 폴리머는 반전도성 폴리머를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 폴리머는 폴리티오펜, P3HT, MDMO PPV, MEH-PPV, PEDOT, PEDOT:PSS, PCBM, PCNEPV, 폴리플루오렌, PSS 를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 지지체는 적어도 하나의 무기 재료를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 무기 재료는 반도체이다.
하나의 실시형태에서, 반도체는 하기: CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, AlN, GaN, InN, AlP, GaP, InP, AlAs, GaAs, InAs, C, Si, Ge 중 적어도 하나를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 반도체는 도핑되며, 원소를 최소한의 양으로 포함하여 단독 반도체와 비교하여 전자들의 과량 또는 부족을 만들어낸다.
하나의 실시형태에서, 무기 재료는 유리, 예컨대 실리카이다.
하나의 실시형태에서, 무기 재료는 TiO2, ITO (주석으로 도핑된 인듐 산화물), NiO, ZnO, SnO2, SiO2, ZrO2, FTO (불소로 도핑된 주석 산화물) 로부터 선택된 산화물을 포함한다.
하나의 실시형태에서, 무기 재료는 금속이다.
하나의 실시형태에서, 컴포넌트는 적어도 2개의 디바이스들을 포함하며, 적어도 2개의 디바이스들의 적어도 2개의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정들은 상이한 특징들을 갖는다.
하나의 실시형태에서, 상기 특징들은 치수들이다.
하나의 실시형태에서, 상기 특징들은 화학적 조성들이다.
하나의 실시형태에서, 상기 특징들은 에미션 파장들이다.
하나의 실시형태에서, 컴포넌트는 적어도 2개의 평탄한 나노결정들을 포함하는 것을 특징으로 하며, 적어도 2개의 평탄한 나노결정들의 표면들에 대한 법선은 주어진 방향에 실질적으로 평행하다.
하나의 실시형태에서, 컴포넌트의 평탄한 나노결정들의 실질적으로 전부는 주어진 방향에 실질적으로 평행한 그 표면들에 대해 그 법선을 갖는다.
하나의 실시형태에서, 컴포넌트의 적어도 하나의 평탄한 나노결정의 표면에 대한 법선은 방출면의 법선에 실질적으로 평행하다.
하나의 실시형태에서, 컴포넌트의 적어도 하나의 평탄한 나노결정의 표면에 대한 법선은 방출면의 법선에 실질적으로 직교한다.
하나의 실시형태에서, 컴포넌트의 지지체는 적어도 하나의 바람직한 방향에 따라 적어도 하나의 평탄한 나노결정을 배향하는 수단을 포함한다.
하나의 실시형태에서, 컴포넌트는, 지지체 표면에 대한 법선에 실질적으로 평행한 그 표면에 대한 법선으로 평탄한 나노결정들이 지지체 표면에 성막되는 프로세스에 의해 제조된다.
하나의 실시형태에서, 컴포넌트는 지지체 표면이 텍스쳐링을 포함하는 프로세스에 의해 제조된다.
하나의 실시형태에서, 컴포넌트는 평탄한 나노결정들을 포함하는 용액의 느린 증발 페이즈를 포함하는 프로세스에 의해 제조된다.
하나의 실시형태에서, 느린 증발 페이즈는 전기장을 인가하면서 실현된다.
하나의 실시형태에서, 컴포넌트는 평탄한 나노결정들을 포함하는 용액을 스핀 코팅함으로써 평탄한 나노결정들을 성막하는 단계를 포함하는 프로세스에 의해 제조된다.
하나의 실시형태에서, 컴포넌트는 평탄한 나노결정들을 포함하는 용액에 기판을 딥 코팅함으로써 평탄한 나노결정들을 성막하는 단계를 포함하는 프로세스에 의해 제조된다.
하나의 실시형태에서, 평탄한 나노결정들을 포함하는 용액은 또한 유기 화합물, 예컨대 폴리머 또는 모노머를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 컴포넌트는 표면 전하를 갖는 평탄한 나노결정들의 층간 정전 흡착의 단계를 포함하는 프로세스에 의해 제조된다.
하나의 실시형태에서, 컴포넌트는 이전에 형성된 배향된 평탄한 나노결정들의 막의 전사를 포함하는 프로세스에 의해 제조된다.
하나의 실시형태에서, 나노결정들의 막은 나노결정들을 포함하는 용액의 액체 표면 상에서의 느린 증발에 의해 얻어진다.
본 발명은 또한, 표면 지지체에 대한 법선에 실질적으로 평행한 그 표면에 대한 법선으로 평탄한 나노결정들이 지지체 표면에 성막되는, 본 발명의 실시형태에 따른 컴포넌트의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적 내에서, 실질적으로 평행 또는 실질적으로 직교라는 것은 2개의 표면들에 대한 법선들에 의해 형성된 각도가 +40° 내지 -40°, 또는 +30° 내지 -30°, 또는 +20° 내지 -20°, 또는 +10° 내지 -10°, 또는 +5°내지 -5°라는 것을 의미한다.
본 발명은 또한, 각각의 컴포넌트 및/또는 시스템을 여기 수단에 의해 서로 독립적으로 활성화하기 위해 수단이 제공되는 적어도 하나의 컴포넌트 및/또는 시스템을 포함하는 장치에 관한 것이다.
하나의 실시형태에서, 장치의 활성화 수단은 전기 타입의 것이며 적어도 2개의 전극들 어레이들을 매트릭스 배열로 포함한다.
하나의 실시형태에서, 활성화 수단은 시간내 다중화된 전기 신호들을 전극들에 인가하기 위해 장치에 제공된다.
하나의 실시형태에서, 장치의 컴포넌트들 및/또는 시스템들의 각각은 매트릭스 배열의 매트릭스의 스폿들 상에 위치된 트랜지스터 타입의 전자 컴포넌트와 연관된다.
본 발명에 따른 디바이스의 다른 특징들 및 이점들은 단지 예시를 위한 목적으로 아래에 주어진 상세한 설명 및 예들을 읽을때 명백하게 될 것이다.
도 1 은 본 발명에 기재된 디바이스의 실시형태의 도면을 도시한다.
도 2 는 460, 512 및 550 nm 에서 방출하는 CdSe 나노시트들의 3개 집단들의 흡광도 및 형광 스펙트럼들을 도시한다.
도 3 은 이방성의 평탄한 콜로이드성 나노결정의 방사선도를 도시한다.
도 4 는 본 발명의 실시형태에 기재된, 이방성의 평탄한 콜로이드성 나노결정들을 포함하는 발광 다이오드의 개략 구조의 단면도를 도시한다.
도 5a 및 도 5b 는 타입 I 및 타입 II 의 코어/쉘 헤테로구조를 구성하는 반도체들의 밴드 구조의 일례를 도시한다.
도 6 은 본 발명의 실시형태에 기재된 컴포넌트의 일례의 개략 구조들의 단면도들을 도시한다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c 는 본 발명의 실시형태에 기재된 평탄한 나노결정들을 포함하는 지지체들의 개략 구조들의 단면도들을 제시한다.
도 8a 및 도 8b 는 나노결정들에 대한 법선이 방출면에 대한 법선에 실질적으로 평행하는 컴포넌트의 실시형태의, 각각 상부로부터 및 단면으로부터의 개략도들이다.
도 9a 및 도 9b 는 나노결정들에 대한 법선이 방출면에 대한 법선에 실질적으로 직교하는 컴포넌트의 실시형태의, 각각 상부로부터 및 단면으로부터의 개략도들이다.
도 10 은 방출면에 대한 시트들의 배향 수단의 일례의 개략 단면도이다.
도 11 은 디바이스, 예컨대 여러 컴포넌트들을 포함하는 디스플레이의 실시형태를 도시한다.
도 2 는 460, 512 및 550 nm 에서 방출하는 CdSe 나노시트들의 3개 집단들의 흡광도 및 형광 스펙트럼들을 도시한다.
도 3 은 이방성의 평탄한 콜로이드성 나노결정의 방사선도를 도시한다.
도 4 는 본 발명의 실시형태에 기재된, 이방성의 평탄한 콜로이드성 나노결정들을 포함하는 발광 다이오드의 개략 구조의 단면도를 도시한다.
도 5a 및 도 5b 는 타입 I 및 타입 II 의 코어/쉘 헤테로구조를 구성하는 반도체들의 밴드 구조의 일례를 도시한다.
도 6 은 본 발명의 실시형태에 기재된 컴포넌트의 일례의 개략 구조들의 단면도들을 도시한다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c 는 본 발명의 실시형태에 기재된 평탄한 나노결정들을 포함하는 지지체들의 개략 구조들의 단면도들을 제시한다.
도 8a 및 도 8b 는 나노결정들에 대한 법선이 방출면에 대한 법선에 실질적으로 평행하는 컴포넌트의 실시형태의, 각각 상부로부터 및 단면으로부터의 개략도들이다.
도 9a 및 도 9b 는 나노결정들에 대한 법선이 방출면에 대한 법선에 실질적으로 직교하는 컴포넌트의 실시형태의, 각각 상부로부터 및 단면으로부터의 개략도들이다.
도 10 은 방출면에 대한 시트들의 배향 수단의 일례의 개략 단면도이다.
도 11 은 디바이스, 예컨대 여러 컴포넌트들을 포함하는 디스플레이의 실시형태를 도시한다.
본 발명에 따른 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 디바이스의 제 1 실시형태가 도 1 에 도시된다. 하기에서, 우리는 최소 치수, 두께가 다른 2개의 치수들보다 적어도 1.5 배만큼 더 작은 이방성의 콜로이드성 반도체 나노결정을 평탄한 나노결정으로 나타낸다. 우리는 나노계측 사이즈의 적어도 하나의 치수인 두께, 및 두께와 비교하여 큰 측방 치수들, 통상적으로 두께의 5 배를 초과하는 측방 치수들을 갖는 평탄한 나노결정을 시트로 나타낸다. 우리는 나노결정의 가장 큰 평탄한 표면에 대한 법선을 평탄한 나노결정에 대한 법선으로 나타낸다.
이 디바이스는 적어도 하나의 평탄한 나노결정 (101), 및 그 여기 수단 (102) 을 포함한다. 디바이스에 의해 발광된 광은 광 에미션 방향 (103) 및 나노결정 (104) 의 더 큰 평탄한 표면에 대한 법선에 의해 형성된 각도에 따라 달라지는 강도 및 편광을 갖는다.
평탄한 나노결정들은 상기 평탄한 나노결정들의 조성 및 구조를 단순히 변화시킴으로써 에미션 파장을 가시선 스펙트럼을 통해 정밀하게 선택할 수 있는 형광체들이다.
평탄한 나노결정들은 투명한 매트릭스에 분산되어, 그 형광 파장 미만의 파장의 임의의 광 방사선을 흡수하고 형광 파장에서 방사선을 재방출할 수 있다. 즉, 이들은 파장 컨버터들이다. 모든 평탄한 나노결정들은, 그 조성 및 그 형광 파장이 무엇이든 간에, 자외선 및 청색에서 높은 흡수 단면을 갖는다. 이로써, 예를 들어 청색, 녹색 및 적색에서 형광을 발하는 상이한 타입들의 평탄한 나노결정들을 동일한 자외선 또는 청색 방사선으로 여기하는 것이 가능하다.
반도체 나노결정의 형광은 상기 나노결정에서의 여기자의 재결합으로부터 나온다. 나노결정의 나노계측 사이즈를 고려할 때, 양자 구속 효과가 여기자에 대해 발휘되며, 구속의 부재시 여기자와 관련하여 청색 측으로 형광 파장을 쉬프트한다. 나노결정이 더 작을수록, 청색 측으로 형광 파장을 쉬프트하는 구속 효과가 더 강해진다.
두께가 나노결정의 측방 치수들보다 훨씬 더 작은 시트들의 특정한 경우, 양자 구속 효과는 단지 두께에서 느껴진다. 부가하여, 시트들에서, 두께는 원자의 모노층 레벨에서 잘 정의될 수 있다. 하나의 치수에서만의 양자 구속 및 완전한 두께 제어의 조합은 등방성 반도체 나노결정들에 대해 언제나 보고된 가장 협소한 스펙트럼 형광을 달성할 수 있게 한다. 이로써, 특허 WO2010/029508 에 기재된 바와 같이 반도체의 콜로이드성 시트들의 앙상블은 매우 협소한 형광 스펙트럼을 가질 수도 있고, 형광 피크의 반치전폭은 12 nm 미만이다. 반도체들의 콜로이드성 시트들의 용액들의 흡광도 및 형광 스펙트럼들의 예들은 도 2 에 도시된다.
발명자들은 평탄한 나노결정들이 도 3 에 도시된 특정 방사선 패턴을 갖는다는 것을 발견하였다. 바람직한 방향에서, 즉 평탄한 나노결정의 표면에 대한 법선에서 최대가 관찰된다.
발명자들은 또한, 이 바람직한 에미션 방향에서, 평탄한 나노결정에 의해 발광된 광이 특정 편광을 제시하지 않지만, 반대로, 평탄한 나노결정의 평면에서 발광된 광이 상기 평탄한 나노결정 평면에 따라 선형 편광을 갖는다는 것을 발견하였다.
하기에 기재될 디바이스들, 컴포넌트들 및 장치들은 이들 2가지 성질들을 이용한다.
본 발명에 따른 디바이스의 여기 수단은 여러 종류들의 것일 수 있다.
이들은 도 4 에 개략적으로 도시된 평탄한 나노결정에서 전하들, 전자들 및/또는 정공들을 주입하는 수단을 포함할 수도 있다. 전자들 및/또는 정공들은 전극들 (402 및 403) 을 통해 평탄한 나노결정 (401) 내부로 주입되며, 그 중 적어도 하나 (403) 는 나노결정에 의해 발광된 광의 스펙트럼 범위 및 지지체들 (404 및 405), 여기서는 나노결정들 (401) 의 층의 양면에 성막된 n형 및 p형의 반전도성 층들 각각의 스펙트럼 범위에서 투명하다.
이러한 여기 수단은 특히 발광 다이오드들에 대응한다. 그것은 또한, 교호하는 높은 전압에 의해 교번하는 절연성 및 발광형 막들에서 전하들이 생성되는, AC-TFEL 디바이스들 (Alternating Current Thin Film Electroluminescence) 에 대응할 수도 있다. 인가된 전압에 의해 유도된 교류 전기장은 특히 절연체/발광성 화합물들 계면들에서 전하들을 생성한다.
디바이스의 여기 수단은 평탄한 나노결정에 전자기장, 또는 전자기파들, 예컨대 광파들 (상기 광파들의 적어도 일부는 평탄한 나노결정에 의해 흡수되도록 선택됨) 을 인가하기 위한 수단을 포함할 수도 있다. 여기 수단은 특히 형광성 나노결정들을 포함하는 파장 컨버터들에 대응하며: 이들은 여기 광의 일부 또는 전부를 흡수하여 다른 파장으로, 일반적으로 여기의 길이보다 더 높은 파장으로 광을 방출한다.
디바이스의 여기 수단은 전자기 상호작용들에 의해 평탄한 나노결정에 커플링되는 적어도 하나의 전기 또는 자기 쌍극자를 포함할 수도 있다. 이 여기 수단은 특히 FRET (Forster Resonance Energy Transfer) 타입의 여기들에 대응한다. 이 경우, 초기에 여기된 전자 상태에 있는 도너 형광체는 그 에너지를 비방사선 쌍극자 커플링을 통해 어셉터 형광체에 전달할 수 있다. 도너 형광체는 유기 형광체들, 형광성 반도체 나노결정들 또는 심지어 여기 상태의 양자 웰들로 구성될 수 있다.
평탄한 나노결정은 II-VI, III-V, IV-VI, II-V 또는 I-III-VI 반도체들을 포함할 수 있다. 특히, 하기: CdTe, CdSe, CdS, ZnTe, ZnSe, ZnS, InP, InAs, InN, GaP, GaAs, GaN, PbS, PbSe, PbTe, CuInS2, CuInSe2, AgInS2, AgInSe2, Cd3P2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
평탄한 나노결정은 란타나이드 또는 전이 금속으로 도핑될 수 있다.
하나의 실시형태에서, 평탄한 나노결정은 상이한 화학적 조성의 다른 반도체로 커버된다. 이러한 타입의 구조들은 일반적으로 코어/쉘로 명명된다.
도 5a 는 코어 (501)/쉘 (502) 타입 I 헤테로구조를 구성하는 반도체들의 밴드 구조의 일례를 도시한다. 쉘 (503) 을 형성하는 반도체의 전도대의 에너지 레벨이 코어 (504) 를 형성하는 반도체의 전도대의 에너지 레벨보다 더 높고 쉘 (505) 을 형성하는 반도체의 가전자대의 에너지 레벨이 코어 (506) 를 형성하는 반도체의 가전자대의 에너지 레벨보다 더 낮은 경우, 쉘을 구성하는 반도체의 밴드갭은 코어를 구성하는 반도체의 밴드갭보다 더 큰 폭을 가지며, 이것은 헤테로구조의 중심부에서 여기자를 형성하는 전자 및 정공을 구속하는 타입 I 헤테로구조의 형성으로 이어진다.
도 5b 는 코어 (501)/쉘 (502) 타입 II 헤테로구조를 구성하는 반도체들의 밴드 구조의 일례를 도시한다. 쉘 (503) 을 형성하는 반도체의 전도대의 에너지 레벨이 코어 (504) 를 형성하는 반도체의 전도대의 에너지 레벨보다 더 낮고 쉘 (505) 을 형성하는 반도체의 가전자대의 에너지 레벨이 코어 (506) 를 형성하는 반도체의 가전자대의 에너지 레벨보다 더 낮은 경우, 헤테로구조는 타입 II 로 불린다. 전자 및 정공의 공간적 분리가 있으며, 정공은 코어 또는 쉘에 주로 위치된다.
쉘 두께는 하나의 원자 모노층으로부터 수십 나노미터까지 변할 수도 있다. 또한, 쉘 두께는 전체 나노결정에 걸쳐서 균일한 두께일 수도 있거나, 또는 반대로, 이방성의 평탄한 나노결정의 더 작은 면들에서보다 큰 면들에서 더 두꺼울 수 있거나 또는 그 반대일 수 있는, 비균질한 두께일 수도 있다.
평탄한 나노결정은 유기 분자들에 의해 커버될 수 있다. 상기 유기 분자들은 표면 리간드들의 역할을 할 수 있으며, 즉 유기 분자 상에 존재하는 관능기가 나노결정의 표면 상에 흡착될 수도 있다. 이들 리간드들의 흡착은 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정의 형광 성질들을 변화시키며; 그 흡착은 또한 나노결정들의 콜로이드성 안정성을 제공한다. 유기 분자들은 티올들, 아민들, 카르복실산들 및 포스핀들로부터 선택된다.
본 발명의 하나의 실시형태에서, 평탄한 나노결정은 콜로이드성 반도체 시트를 포함한다. 우리는 나노계측 사이즈의 적어도 하나의 치수인 두께, 및 두께와 비교하여 큰 측방 치수들, 통상적으로 두께의 5 배를 초과하는 측방 치수들을 갖는 평탄한 나노결정을 시트로서 나타낸다. 평탄한 나노결정은 그 자체가 스트일 수 있다. 대안으로, 평탄한 나노결정은 예를 들어 코어/쉘 구조의 시트를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시형태에서, 컴포넌트는 도 6 에 도시된 바와 같이 형성되며, 자체적으로 적어도 하나의 평탄한 나노결정 (601) 및 그 여기 수단 (602) 을 포함하는 적어도 하나의 디바이스를 포함한다. 이러한 적어도 하나의 디바이스는 지지체 (603) 에 배치되며, 상기 지지체는 컴포넌트의 외부에 위치한 관찰자 (605) 를 향한 적어도 하나의 방향 (604) 에서 다바이스에 의해 발광된 광에 대해 투명하고, 관찰자를 향해 광이 방출되는 지지체 표면은 방출면 (606) 으로 정의된다.
디바이스의 여기 수단은 지지체에 통합될 수도 있거나 또는 대안으로 적어도 하나의 디바이스의 여기 수단은 기판 외부에 있을 수도 있다.
컴포넌트는 하나 이상의 디바이스들을 포함하고 이에 따라 하나 또는 여러개의 나노결정들을 포함할 수도 있다. 부가하여, 적어도 2개의 디바이스들을 포함하는 컴포넌트에서, 상기 디바이스들의 여기 수단은 공유되거나 또는 공유되지 않을 수도 있다.
컴포넌트는 적어도 하나의 디바이스가 배치되는 지지체를 포함하고, 상기 지지체는 다양한 방식들로 형성될 수도 있다. 그것은 예를 들어 유기 재료, 예를 들어 폴리머 또는 무기 재료로 제조될 수 있고; 도 7a 에서 개략적으로 도시된 바와 같이 나노결정들 (701) 이 분산되어 있는 하나의 단독 재료 (702) 로 제조될 수 있다.
또한, 그것은 여러 층들을 형성하는 여러개의 상이한 재료들을 포함할 수도 있다.
도 7b 에서, 나노결정들은 층들 중 하나 내에 위치되며, 그리고 도 7c 에서 나노결정들은 2개의 상이한 층들 사이의 계면에 위치된다.
지지체는 나노결정들로부터 발광된 광에 대해 적어도 하나의 방향에서 투명하며, 이것은 층들 (703) 의 일부가 나노결정들로부터 발광된 광에 대해 불투명하거나 또는 반사적일 수도 있는 한편 다른 부분 (704) 이 그것에 대해 투명해야 한다는 것을 함축한다. 사용되는 여기 수단에 의존하여, 지지체는 또한 나노결정들의 여기 광에 대해 투명할 수 있다. 최종적으로, 사용되는 다른 여기 수단에 이어서, 지지체는 유기 또는 무기 반전도성 층들은 물론 전극들을 포함할 수도 있다.
지지체는 다양한 방식들로 제조될 수도 있으며: 액체, 특히 액정들의 성질들을 갖는 액체를 포함할 수도 있다.
또한, 지지체는 Alq3 와 같은 소분자들을 이용한 발광 다이오드들의 제조시 적어도 하나의 유기 재료, 예컨대 주지된 재료를 포함할 수도 있다.
지지체는 적어도 하나의 폴리머 재료를 포함할 수도 있다:
o 폴리머는 그 자체를 나노결정들의 표면 리간드들로 치환할 수 있는 화학적 관능기들을 포함할 수도 있다.
o 폴리머는 고분자전해질일 수도 있다.
o 폴리머는 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 에폭시드, 폴리에스테르, 폴리실록산일 수도 있다.
o 폴리머는 반전도성 폴리머, 예컨대 폴리티오펜, P3HT, MDMO PPV, MEH-PPV, PEDOT, PEDOT:PSS, PCBM, PCNEPV, 폴리플루오렌, PSS 일 수도 있다.
지지체는 무기 재료를 포함할 수도 있다:
o 무기 재료는 반도체, 예컨대 II-VI 반도체 : CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, III-V : AlN, GaN, InN, AlP, GaP, InP, AlAs, GaAs, InAs 및 그 합금들, 진성 반도체, 예컨대 탄소, 규소 또는 게르마늄일 수도 있다.
o 반도체는 도핑될 수도 있다.
o 무기 재료는 유리, 예컨대 실리카일 수도 있다.
o 무기 재료는 산화물: TiO2, ITO (주석으로 도핑된 인듐 산화물), NiO, ZnO, SnO2, SiO2, ZrO2 일 수도 있다.
o 무기 재료는 금속 : 금, 은, 몰리브덴, 알루미늄...일 수도 있다.
본 발명의 하나의 실시형태에서, 컴포넌트는 적어도 2개의 디바이스들을 포함할 수도 있으며, 적어도 2개의 디바이스들의 적어도 2개의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정들은 상이한 특징들을 갖는다. 상기 특징들은 치수들 또는 화학적 조성들일 수도 있다. 이것은 2개의 상이한 파장들을 방출하는 나노결정들의 2개의 뚜렷한 집단들을 특징화하는 컴포넌트를 정의할 수 있게 한다.
컴포넌트의 나노결정들이 배향되는 경우, 평탄한 콜로이드성 반도체의 고유한 에미션 다이어그램이 이용될 수 있다. 컴포넌트에 존재하는 다른 나노결정들에 대해 또는 컴포넌트의 방출면에 대해 그 배향을 정의하는 것이 가능하다. 이를 위해, 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정에 대한 법선을 도입하는 것이 필요하며, 이것은 나노결정들의 배향을 충분히 정의할 것이다. 나노결정에 대한 법선은 평탄한 나노결정의 더 큰 표면에 대한 법선으로 정의된다.
방출면에 대해 나노결정들이 배향되는 경우, 상부로부터의 도 8a 및 단면 도 8b 에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 나노결정에 대한 법선이 방출면에 대한 법선에 실질적으로 평행하는 컴포넌트가 정의될 수 있다. 평탄한 나노결정들 (801) 이 모두 컴포넌트에서 배향되어 평탄한 나노결정들 (802) 에 대한 법선들이 모두 얼라인되고 방출면 (804) 에 대한 법선 (803) 에 평행하다면, 입사빔의 방향에서 주로 방출하는 에미터를 가질 것이지만, 재방출된 방사선은 편광되지 않을 것이다.
마찬가지로, 방출면에 대해 나노결정들이 배향된다면, 상부로부터의 도 9a 및 단면 도 9b 에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 나노결정에 대한 법선이 방출면에 대한 법선에 실질적으로 직교하는 것이 정의될 수 있다. 평탄한 나노결정들 (901) 이 모두 컴포넌트 내에서 배향되어 평탄한 나노결정들 (902) 에 대한 법선들이 모두 얼라인되고 에미션 표면 (904) 에 대한 법선 (903) 에 직교한다면, 선형 편광된 방사선을 방출하는 에미터를 가질 것이다.
중간 배향 상황들은, 부분적으로 편광되고 및/또는 덜 현저한 지향성을 갖는 광을 재방출하는 컴포넌트들을 야기한다.
나노결정들을 서로에 대해 배향하기 위해서, 컴포넌트는 적어도 2개의 나노결정들을 포함해야 하며, 적어도 2개의 나노결정들의 표면들에 대한 법선들은 주어진 방향에 실질적으로 평행하다. 특히, 컴포넌트의 나노결정들의 실질적으로 전부는 주어진 방향에 실질적으로 평행한 그 표면에 대한 그 법선을 갖는다. 이 경우는 특히 도 8 및 도 9 에 도시되어 있으며, 여기서 컴포넌트의 나노결정들의 전부는 주어진 방향에 실질적으로 평행한 그 표면들에 대한 법선들을 가지며, 상기 방향은 각각 컴포넌트의 에미션 표면에 대한 법선이거나 또는 컴포넌트의 에미션 표면에 직교한다.
나노결정들을 컴포넌트 내에서 배향하기 위해서, 지지체는 적어도 하나의 바람직한 방향에 따라 나노결정들을 배향하기 위한 수단을 포함할 수도 있다.
나노결정들의 평탄한 형상으로 인해, 나노결정들은 표면들 상에 평탄하게 성막될 수 있다. 도 10 에 제시된 평탄한 나노결정들을 배향하기 위한 제 1 수단은 지지체에 위치한 주어진 배향의 표면 (1002) 상에 나노결정들을 성막하는 것이며, 나노결정들 (1001) 은 상기 표면 상에 평탄하게 성막될 것이며, 이로써 나노결정들의 법선 (1003) 이 표면에 대한 법선과 평행하게 될 것이다. 배향된 나노결정들을 포함하는 컴포넌트의 제조 방법은 나노결정들이 성막되는 컴포넌트 내의 지지체 표면을 수반할 수도 있다.
지지체 표면에 대한 법선에 실질적으로 평행한 그 표면에 대한 법선으로 나노결정들이 지지체 표면 상에 성막되는, 컴포넌트의 제조 프로세스를 구현하는 것이 가능하다.
지지체 표면이 텍스쳐링을 포함하는, 컴포넌트의 제조 프로세스를 구현하는 것이 가능하다. 정말로, 지지체 표면은 평탄하지 않지만, 예를 들어 마이크로구조화될 수도 있다. 블레이즈 격자 (blazed grating) 는 예를 들어 블레이즈 격자의 각도에 대응하는 각도에 따라 나노결정들을 주로 배향할 수 있게 할 것이다.
배향된 나노결정들을 통합한 컴포넌트를 제조하기 위해서, 평탄한 나노결정들이 기판 상에 평탄하게 안착할 수 있게 하는 방법에 의해 기판 상에 나노결정들을 성막하는 것이 이로울 수 있다. 컴포넌트의 제조 프로세스는 다음을 포함할 수도 있다:
o 나노결정들을 포함하는 용액의 기판 상에의 느린 증발에 의해 나노결정들을 성막하는 단계,
o 스핀 코팅에 의해 나노결정들을 성막하는 단계,
o 딥 코팅에 의해 나노결정들을 성막하는 단계,
o 층간 정전 흡착에 의해 나노결정들을 성막하는 단계.
대안으로, 배향된 나노결정들의 막은 미리 제조될 수 있고, 이후 기판 상에 전사될 수 있다. 이 경우, 막의 제조 모드에 의존하여, 막 자체에 대해 주로 수평이거나 또는 주로 수직인 나노결정들을 포함할 수도 있다. 랭뮤어-블로젯 또는 랭뮤어-쉐이퍼 막의 형성 및 전사에 의해 나노결정들을 성막하는 단계를 포함하는 컴포넌트의 제조 프로세스를 구현하는 것도 가능하다.
최종적으로, 평탄한 나노결정들 상에 예를 들어 보호층, 유리 또는 폴리머를 성막하는 것이 유용할 수도 있다. 상기 프로세스는 멀티층들 "매트릭스/평탄한 나노결정들" 복합재들을 형성하기 위해서 반복된다.
나노결정들을 배향하기 위한 대안은 평탄한 나노결정들 및 폴리머 또는 폴리머 전구체를 포함하는 용액을 미리 조제한 다음, 전기장의 존재하에서 중합 및/또는 증발시키는 것이다.
나노결정들을 배향하기 위한 다른 대안은 열성형가능한 폴리머/평탄한 나노결정 복합재를 미리 조제하는 것이며, 평탄한 나노결정들은 복합재의 형상화 동안 인가되는 응력으로 인해 매트릭스에서 배향될 것이다. 제 3 실시형태에서, 장치는 도 11에 도시된 바와 같이 상술된 적어도 하나의 컴포넌트 (1101-i) 를 포함하여 실현되며, 각각의 컴포넌트는 서로 독립적으로 활성화 수단 (1102-i) 으로 처리될 수도 있다. 이러한 디바이스는 관찰자에게 이미지들, 텍스트 또는 다른 시각적 정보를 제시하기 위한 디스플레이일 수 있다. 장치를 형성하는 디바이스들의 여기 수단의 활성화는 통상적으로 전류를 이용하여 행해진다. 이를 위해서, 활성화 수단이 전기 타입인 장치는 매트릭스 배열의 전극들의 적어도 2개의 네트워크들을 포함할 수도 있다. 또한, 시간내 다중화된 전기 신호들을 전극들에 인가하기 위한 수단이 제공될 수 있다. 장치는 또한, 각각의 컴포넌트가 매트릭스의 스폿들에 매트릭스 배열로 배치된 트랜지스터 타입 전자 컴포넌트와 연관되도록 구성될 수 있다.
이 어드레싱은 임의의 공지된 방식으로 행해질 수 있다. 예를 들어, LED 디스플레이의 경우, 다이오드들 자체가 매트릭스 방식으로 어드레싱된다. 모든 화소들에 공통으로 조명하는 디스플레이의 경우, 예컨대 액정 디스플레이 디바이스의 경우, 셔터들이 매트릭스 방식으로 어드레싱된다.
일반적으로 이방성의 평탄한 반도체 나노결정들 및 특히 시트들의 형광 피크의 협소한 반치전폭으로 인해, 디바이스는 20nm 보다 더 낮은 에미션 피크의 반치전폭에서 매우 협소한 에미션 스펙트럼 폭을 가질 수도 있다.
실시예들
실시예 1 : 평탄한 코어/쉘 형광성 나노결정들의 합성
우리는 예를 들어 코어/쉘 구조를 갖는 평탄한 반도체 형광성 나노결정들의 합성을 설명한다.
510 nm 에서 방출하는 시트들의 합성:
예를 들어 CdSe 시트들은 이를테면 하기 문헌들에 기재된 것과 같은 임의의 공지된 방법에 의해 얻을 수 있다: Ithurria, S.; Dubertret, B. Journal of American Chemical Society 2008, 130, 16504-5 및 Ithurria, S.; Bousquet, G.; Dubertret, B. Journal of American Chemical Society 2011, 133, 3070-7. 174mg 의 Cd(미리스테이트)2 및 12mg 의 셀레늄 분말을, 16mL 의 1-옥타데센 (ODE, 90%) 을 포함하는 삼구 플라스크에 도입한다. 플라스크를 감압하에서 그리고 실온에서 30분 동안 교반하면서 탈기한다. 플라스크에 아르곤을 도입한 다음, 플라스크를 가열한다. 온도가 200℃ 에 도달할 때, 시트들의 성장을 유도하는 반응 매체에 40mg 의 Cd(아세테이트)2(H2O)2 를 빠르게 도입한다. 반응 매체를 240℃ 에서 가열하고, 시트들의 성장을 허용하기 위해서 그 온도에서 대략 10 분 동안 유지한다. 이후 용액을 냉각하고, 연속 침전 및 현탁에 의해 세정한다. 제 1 침전은 올레산 (대략 10 mL), 비용매: 에탄올 (대략 70 mL) 의 첨가 및 원심분리 (10분 동안 5000 rpm) 에 의해 행해진다. 상청액은 폐기되고 침전물은 헥산 (대략 10 mL) 에서 현탁된다. 시트들을 포함하는 용액은 여전히 과량 사용된 Cd(미리스테이트)2 의 다량을 포함한다. 수 밀리리터의 옥틸아민 (4 mL) 의 첨가는 그 용해를 허용한다. 이후 에탄올 (80 mL) 의 첨가 및 원심분리에 의해 혈소판의 현탁액을 2 회 침전시킨다. 현탁/침전 프로세스를 옥틸아민으로, 그리고 마지막으로 간단히 헥산에서의 현탁 및 에탄올을 이용한 침전에 의해 2회 다시 반복한다. 최종 침전물을 10 mL 의 헥산에 현탁한다.
형광 양자 수율의 증가를 목표로 하는 처리:
연속적인 세정 단계들 이후, 합성된 시트들은 약한 형광 (1% 미만의 양자 수율) 을 나타낸다. 표면 리간드들의 개질에 의해, 합성된 시트들이 높은 양자 수율 (수십 퍼센트) 을 회복하게 하는 것이 가능하다. 헥산 중의 시트들의 용액에 200 μL 의 올레산 및 20 mg 의 Cd(아세테이트)2(H2O)2 를 첨가한다. 용액을 2시간 동안 환류하면서 가열한다.
초기 시트들 상에서의 쉘의 성장:
우리는 예를 들어 초기 CdSe 시트들 상에의 Cd0.7Zn0.3S 의 막의 성막을 설명한다.
유리병 (vial) 에 연속하여 2 mL 의 클로로포름, 400 μL 의 CdSe 시트들 용액, 20 mg 의 티오아세트아미드 (TAA) 및 200 μL 의 옥틸아민을 도입한다. 용액을 1시간 동안 마그네틱 교반하에 배치하며, 이것은 TAA 의 완전한 용해, 이후 용액의 색상 변화를 야기한다. 이후 시트들 용액에 4 mg 의 CdCl2 및 3 mg 의 Zn(NO3)2 를 도입한다. 상기 용액은, 형광 양자 수율이 강하게 증가하는 동안, 다시 점차적으로 색상을 변경한다. 전구체들은 24 시간 동안 시트들 상에 반응한 채로 있다. 이후 시트들을 수 액적 (drop) 의 에탄올의 첨가로 응집시키고, 용액을 5분 동안 5000 rpm 에서 원심분리한다. CdZnS 기생 나노결정들은 물론 미반응된 전구체들을 포함하는 상청액은 폐기되고 시트들에 의해 형성된 펠릿은 2 mL 의 클로로포름에 분산되며, 클로로포름에는 1-옥타데센 중의 Cd(테트라데실포스포네이트)2 (Cd(TDPA)2) 0.5 M 의 20 mg 의 용액이 첨가된다. 이후 형광 양자 수율은 급격히 떨어진다. 형광 양자 수율은 나중에 자외선 조명하에서 증가한다. 이후, 에탄올을 이용한 침전, 원심분리 및 헥산에서의 현탁에 의해 시트들을 정제한다. 이 정제 단계는 수회 실행할 수 있다.
대안으로, CdSe/CdZnS 시트들은 극성 매체에 분산가능하게 될 수 있다. 이를 위해서, Cd(TDPA)2 의 성막 단계는 카드뮴 디-메르캅토프로피오네이트 (Cd(MPA)2) 의 성막 단계에 의해 대체된다. 일단 CdSe/CdZnS 시트들이 원심분리에 의해 분리되면, 이들은 Cd(MPA)2 의 수용액 2 mL 에 0.1 M 및 pH 11 로 분산된다. 10분의 초음파 처리 이후, 혼합물을 원심분리하고, 상청액을 폐기하고, 2 mL 의 증류수를 침전물에 첨가한다. 이후 시트들이 수용액에서 완전히 분산가능하다.
실시예 2: 시트들의 법선이 평면 기판의 표면에 대한 법선에 평행한, 평면 기판 상에의 평탄한 반도체 나노결정들의 성막:
우리는 예를 들어 평면 기판 상에의 평탄한 반도체 나노결정들의 성막을 설명하며, 평탄한 반도체 나노결정들에 대한 법선이 본 발명의 특정 실시형태에 따라 평면 기판의 표면에 대한 법선에 평행하도록 한다.
시트들은 이들을 포함하는 희석 용액의 증발에 의해 성막되는 경우, 표면 상에 평탄하게 성막될 수 있다. 이 특성을 이용하는 여러 기술들을 이용하는 것이 가능하다.
제 1 가능성은 시트들을 포함하는 소량의 용매의 직접적인 증발에 의해 시트들을 성막하는 것이다. 1 mg 의 시트들을 체적비 9:1 의 헥산 및 옥탄의 혼합물 2 mL 에 분산한다. 혼합물의 1 액적을 유리 슬라이드 상에 성막한다. 옥탄의 존재로 인해, 에지들에서 시트들의 농도가 높은 링을 형성하는 것 ("커피 링 효과 (coffee ring effect)") 없이 액적이 균일하게 퍼지고 건조된다. 일단 액적이 건조되었으면, 성막된 시트들은 스테인 (stain) 의 전체 표면 상에 균질하게 분배되고, 나노결정들에 대한 법선이 표면에 대한 법선에 평행한 배향을 주로 나타낸다.
제 2 가능성은 시트들을 스핀 코팅에 의해 성막하는 것이다. 먼저, 현미경 유리 슬라이드 (26mm X 26mm) 를 산소 플라즈마로 세정한다. 다음 그것을 에탄올 중의 3-메르캅토프로필-트리에톡시실란의 1 체적% 용액에서 10분 동안의 침전에 의해 3-메르캅토프로필-트리에톡시실란로 관능화한다. 유리 슬라이드를 에탄올로 3회 린스하고 건조한다. 다음 헥산 중의 시트들의 1 mg/mL 용액을 30초 동안 1000 rpm 에서 스핀 코팅에 의해 슬라이드 상에 성막한다.
제 3 가능성은 딥 코팅에 의해 시트들을 성막하는 것이다. 이소프로판올로 이전에 세정한 유리 슬라이드를 헥산 중의 시트들의 1 mg/mL 용액에 침전한다. 예컨대 표면에 대한 법선이 공기/용액 계면과 동일한 평면에 있도록 배향된 유리 슬라이드를 1 cm/분의 일정한 속도로 용액으로부터 천천히 취출하여, 유리 표면 상에 시트들의 균질한 막을 형성하도록 한다.
제 4 가능성은 기판 상에 나노결정들의 랭뮤어-블로젯 또는 랭뮤어-쉐이퍼 막을 성막하여 시트들을 성막하는 것이다. 이를 위해서, 나노결정들의 랭뮤어 막은 테프론 용기에 포함된 디에틸렌 글리콜 (DEG) 의 표면 상에서 나노결정들의 헥산 용액을 천천히 증발하게 둠으로써 제조된다. 이후, 형성된 막은 탱크의 표면을 2부분으로 분할한 테프론 바와 축합될 수 있다. 일단 막이 원하는 밀도에 도달하면, 테프론 바를 이용하여 그 표면을 감소시킴으로써 막에 대한 원하는 밀도를 유지하면서 DEG 로부터 타켓 표면을 천천히 취출하는 것에 의해 또는 코팅 표면을 직접 도포 (랭뮤어-쉐이퍼의 성막) 하는 것에 의해 막이 제거된다.
실시예 3: 마이크로구조화된 기판 상의 시트들의 성막.
마이크로구조화된 기판은 블레이즈 격자이다. 여기서는 직접적인 증발도 스핀 코팅도 적용될 수 없다. 반대로 소킹 (soaking) 에 의한 성막은 블레이즈 격자의 표면들 상에 시트들의 균질한 막을 얻을 수 있게 한다. 이전 실시예에 기재된 프로토콜이 여기서 적용되며, 액체 표면에 직교하는 것을 구성하는 선들을 이용하여 격자가 용액으로부터 취출되는 것을 보장하는 것이 단지 필요하다.
실시예 4: 반전도성 폴리머들을 이용한 발광 다이오드의 제작.
우리는 예를 들어 본 발명의 특정 실시형태에 따른 반도체 폴리머들을 이용한 발광 다이오드의 제작을 설명한다.
발광 다이오드는 일반적으로 도 X 에 개략적으로 도시된 바와 같이 제 1 전극, 정공 전도성 폴리머 층, 반도체 나노결정들의 층, 전자 전도성 폴리머의 층 및 제 2 전극을 포함한다. 전극의 페르미 레벨이 전하들의 직접적인 주입을 가능하게 한다면, 전자 또는 정공 전도성 층들은 옵션이다. 또한, 전자 블로킹 층 또는 정공 블로킹 층을 삽입하는 것이 가능하다.
ITO 투명한 전극 (시판 제품) 으로 코팅된 유리 기판을 먼저 이소프로판올 및 피라나 (piranha) 혼합물로 세정한다. 이후, 깨끗한 기판 상에 30 nm 두께의 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리 (스티렌술포네이트) 의 층 (PEDOT:PSS 정공 전도성 층) 을 스핀 코팅에 의해 성막한다. 이후, 어셈블리를 250℃ 에서 20분 동안 어닐링한다. 이후, CdSe/CdZnS 시트들로 이루어지는 발광형 층을, 옥세탄 중의 나노결정들의 10mg/mL 용액의 2500 rpm 에서의 스핀 코팅에 의해 제조한다. 최종적으로, 상대 전극을 2 nm LiF (불화 리튬) 및 100 nm 알루미늄의 열적 증발에 의해 제조한다.
실시예 5: 반도체 산화물들을 이용한 발광 다이오드의 제작.
우리는 예를 들어 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 반도체 산화물들을 이용한 발광 다이오드의 제작을 설명한다.
발광 다이오드는, 도 4 에 개략적으로 도시된 바와 같이, 제 1 투명한 ITO (인듐 주석 산화물) 전극, 니켈 산화물의 층, 형광성 콜로이드성 나노결정들의 층, 아연 산화물 층 및 은 전극을 포함한다.
깨끗한 유리 기판 상에, 60 nm 두께의 ITO 애노드를 압력 5 mTorr 및 속도 0.06 Å·s-1 에서의 아르곤의 비활성 환경에서 마스크를 통한 마그네트론 스퍼터링에 의해 성막한다. 기판을 성막동안 250℃ 에서 가열하여 ITO 의 전도율을 증가시킨다. 이후, 20 nm 두께의 p-도핑된 NiO 의 층 (정공 전도성 층) 을 2:100 산소와 아르곤 분위기에서의 속도 0.2 Å·s-1 및 압력 6 mTorr 에서 마그네트론 스퍼터링에 의해 또한 성막한다.
질소하의 헥산 중에 분산된 시트들의 용액의 스핀 코팅에 의해 NiO 상에 CdSe/CdZnS 시트들의 치밀한 층을 성막한다. 시트들 용액의 농도는 약 10 나노미터 두께의 성막을 얻도록 조절된다.
이후, 전자 전도성 층을 압력 5 mTorr 의 아르곤하에서 15W 에서의 ZnO 및 9W 에서의 SnO2 의 동시 캐소딕 성막에 의해 시트들 상에 성막하다. 성막율은 0.2Å·s-1 이다.
최종적으로, 40 mm 두께의 은 전극을 ZnO:SO2 층 상에 1.5Å·s-1 의 성막율로 마스크를 통한 열적 증발에 의해 성막한다.
실시예 6: 평탄한 반도체 나노결정들을 포함하는 폴리머 막 - 파장 컨버터의 제작.
우리는 예를 들어 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 평탄한 반도체 나노결정들을 포함하는 폴리머 막 - 파장 컨버터의 제작을 설명한다.
사용된 폴리머는 95% 메틸 메타크릴레이트 및 5% 아크릴산을 포함하는 통계학적 폴리머이다. 그것은 시판되는 폴리(메틸 메타크릴레이트) - 폴리아크릴산 (PAA-PMMA) 이다.
삼구 플라스크에 시트들의 톨루엔 용액, 10 mL 의 아니솔 중에 미리 용해된 2 g 의 폴리머 (PMMA-PAA) 및 10 mg 의 Cd(아세테이트)2(H2O)2 를 도입한다. 혼합물을 마그네틱 교반하면서 2시간 동안 100℃ 에서 가열한다. 실온으로 냉각한 이후, 혼합물은 높은 양자 수율을 갖는다. 10 mL 의 헥산을 첨가하여 폴리머/시트들 복합재를 침전시킨 다음, 원심분리한다. 상청액은 폐기되고, 침전물은 수 밀리리터의 아니솔에 용해된다. 형성된 복합재는 형상화할 수 있다.
하나의 실시형태에서, 복합재의 형상화는 스핀 코팅에 의해 행해져, 폴리머/시트들 복합재의 박막을 형성한다. 다른 실시형태에서, 복합재를 건조하고 열성형에 의해 형상화한다.
실시예 7 : 층간 정전 어셈블리를 통한 나노결정들/폴리머 복합재 막의 제작.
본 발명의 하나의 실시형태에서, 미리 세정된 강성 기판 (예를 들어 유리 슬라이드 또는 PMMA 슬라이드) 또는 연성 기판 (예를 들어 저밀도의 폴리에틸렌막) 을 지지체로서 사용한다. 양이온다중 (polycationic) 폴리머 막, 폴리(염화 디알릴디메틸암모늄) (PDDA, Mw = 5000 - 20000) 을 pH 9 (TBAOH : 수산화 테트라부틸암모늄의 첨가에 의해 조절) 에서 PDDA 를 포함하는 20 g/L 용액에 20분 동안 딥핑함으로써 지지체 상에 성막한다. 초순수 (> 18 MΩ cm) 로 린스한 이후, 지지체를 (음으로 하전된) 메르캅토프로피온산으로 안정화된 시트들의 100 mg/L 수용액에 20분 동안 또한 침전시킨다. 형성된 막을 초순수로 린스한다.
본 발명의 하나의 실시형태에서, 멀티층 막은 PDDA 및 시트들의 2개의 흡착 단계들의 반복에 의해 얻을 수 있다.
실시예 8 : 형광성 나노결정들은 물론 시트들을 포함하는 폴리머 막의 제작. 비방사선 에너지 전달에 의한 여기.
에너지의 비방사선 전달에 의한 여기는 (실시예 1 에 따라 제조된 코어/쉘 CdSe/CdZnS 수용성 시트인) 어셉터 형광체와 도너 형광체들 (임의의 공지된 방법에 의해 제조된 ZnSe/ZnS 콜로이드성 반도체 나노결정들) 사이의 FRET (Foster Resonance Energy Transfer) 에 의해 실행된다.
반도체 시트들의 FRET 에 의한 여기를 구현하기 위해서, ZnSe/ZnS 나노결정들은 반도체 층들과 가능한 가깝게 위치되어야 한다. 먼저, ZnSe/ZnS 나노결정들이 흡착되는 시트들의 분산액이 제조될 것이다.
이를 위해서, ZnSe/ZnS 나노결정들은 임의의 공지된 방법에 따라 양이온성의 수용성 리간드와 먼저 교환되며, 수용성의 양이온성 리간드는 특히 아민 또는 제 4 급 암모늄에 의해 관능화된 디히드로리포산일 수도 있다.
음의 표면 전하를 갖는 10 mg 의 수용성 CdSe/CdZnS 시트들을 10 mL 의 초순수에 분산시킨다. 이 용액에, 물에 분산된 양의 표면 전하를 갖는 40 mg 의 이전에 합성된 ZnSe/ZnS 나노결정들의 10 mL 의 용액을 적하 첨가한다. 시트들 및 나노결정들은 정전 상호작용들에 의해 어셈블링된다. 시트들/나노결정들 착물들을 원심분리에 의해 정제하고 10 mL 의 초순수에 분산시킨다. 이 용액에 PVA (폴리비닐 알코올) 의 10 mg/mL 수용액의 10 mL 를 첨가한다. 용액을 적절한 사이즈의 몰드에 배치하고, 복합재 막이 완전히 건조될 때까지 65℃ 의 오븐에서 물을 증발시킨다.
실시예 9: 후면발광 스크린의 제작에서의 평탄한 반도체 나노결정들의 사용.
본 발명의 하나의 실시형태에서, 반도체 나노결정들을 플라스틱과 같이 연성이거나 유리와 같이 강성일 수 있는 평면의 투명한 기판 상에 성막한다. 기판은 그 제조동안 청색으로 방출하는 후면발광원과 스크린의 외부 투명한 표면 사이에 배치된다.
실시예 10: 발광형 디스플레이의 제작에서의 평탄한 반도체 나노결정들의 사용.
본 발명의 하나의 실시형태에서, 평탄한 반도체 나노결정들을 평면의 기판 상에 성막하여, 배향될 수 있는 치밀한 어셈블리를 형성한다. 평탄한 반도체 나노결정들을 패드를 사용하여, 나노결정들을 여기시켜 발광할 수 있도록 설계된 매트릭스 상에 전사한다.
참고문헌:
1. Amstutz et al. US 특허 출원 n°4,634,229
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3. Suzuki et al. 국제 특허 출원 n°WO2010/028728
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5. Kazlas, P.; Linton, J. R. 국제 특허 출원 n°WO2009/011922
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7. Sokolik, I.; Campos, R. A. 국제 특허 출원 n°00/17903
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9. Kim, et al. Nature Photonics 2011, 5, 176-182.
Claims (16)
- 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 컴포넌트로서,
지지체 및 최소 치수, 즉 두께가 다른 2개의 치수들보다 적어도 1.5 배만큼 더 작은 적어도 하나의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정을 포함하고, 상기 적어도 하나의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정의 더 큰 표면에 대한 법선이 상기 지지체에 실질적으로 평행하거나 또는 실질적으로 직교하며; 상기 발광된 광은 발광 방향과 상기 평탄한 나노결정의 상기 더 큰 표면에 대한 법선에 의해 형성된 각도에 따라 달라지는 강도 및 편광을 갖는, 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 콜로이드성 반도체 나노시트인, 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 컴포넌트. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 제 IV 족, 제 III-V 족, 제 II-VI 족, 제 III-VI 족, 제 I-III-VI 족, 제 II-V 족 또는 제 IV-VI 족의 적어도 하나의 화합물을 포함하는, 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 컴포넌트. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 하기 화합물들: Si, Ge, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, PbS, PbSe, PbTe, CuInS2, CuInSe2, AgInS2, AgInSe2, CuS, Cu2S, Ag2S, Ag2Se, Ag2Te, InN, InP, InAs, InSb, In2S3, Cd3P2, Zn3P2, Cd3As2, Zn3As2, ZnO, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, FeS2, TiO2, Bi2S3, Bi2Se3, Bi2Te3 중 적어도 하나를 포함하는, 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 컴포넌트. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정을 포함하는 헤테로구조인, 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 컴포넌트. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 상이한 화학적 조성의 반도체로 전체적으로 커버되는, 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 컴포넌트. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정은 반치전폭이 30 nm, 또는 25 nm, 또는 23 nm, 또는 바람직하게 20 nm 미만인 협소한 형광 스펙트럼을 나타내는, 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 컴포넌트. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지체는 상기 컴포넌트의 외부에 위치한 관찰자를 향한 적어도 하나의 방향에서의 상기 발광된 광에 대해 투명하고, 상기 관찰자를 향해 상기 광이 발광되는 상기 지지체 표면은 방출면으로 정의되는, 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 컴포넌트. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지체는 액정 성질들을 갖는 액체를 포함하는, 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 컴포넌트. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지체는 연성 또는 강성인, 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 컴포넌트. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지체는 무기 재료 또는 유기 재료를 포함하는, 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 컴포넌트. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지체는 폴리머 재료를 포함하는, 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 컴포넌트. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상이한 특징들, 치수들 및/또는 화학적 조성들 및/또는 에미션 파장들을 갖는 적어도 2개의 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정들을 포함하는, 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 컴포넌트. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컴포넌트의 상기 평탄한 나노결정들의 실질적으로 전부는 주어진 방향에 실질적으로 평행한 표면들에 대해 법선들을 갖는, 여기 수단의 활성화에 응답하여 발광하는 컴포넌트. - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 컴포넌트 및 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정에 전자기장을 인가하기 위한 수단을 포함하는 적어도 하나의 여기 수단, 특히 광원을 포함하는 발광 시스템으로서,
발광된 광의 적어도 일부가 상기 이방성의 평탄한 콜로이드성 반도체 나노결정에 의해 흡수되는 상기 광원이 예컨대 질화 갈륨 다이오드인, 발광 시스템. - 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 하나의 컴포넌트 및/또는 시스템을 포함하는, 장치.
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