Study on the Optimization of Cd-Free Quantum Dots for Color Conversion Filter and Light-Emitting Diode

Abstract

양자점은 화학적 조성이나 코어 크기의 변화에 따라 밴드 갭을 조절하여 근적외선에서 청색까지 넓은 발광 파장 을 구현할 수 있으며 우수한 발광 특성을 가지고 있어 핵심 발광 재료로 연구 되고 있다 . 차세대 디스 플레이 소재 로써 높은 색 재현성을 갖춘 비 카드뮴계 InP(Indium phosphide) 양자점이 주로 연구되고 있으며 , 코어 및 쉘 공정의 최적화를 통해 좁은 반치폭과 높은 광 발광 양자 효율 (PLQY) 특성을 갖는 것으로 보고되었다. 특히 , 이러 한 InP 양자점을 이용한 유기 발광 다이오드(OLED) 와 유사한 구조의 양자점 발광 다이오드(QD-LEDs) 로 소자가 제작되거나 색 변환형 컬러필터 를 제작하여 사용하는 등 다양한 형태의 디스플레이에 적용되는 연구 개발이 진행 중이다. 본 연구에서는 비 카드뮴계 InP 양자점의 합성 및 디스플레이 적용법에 대한 연구를 진행하였다 먼저 좁은 반치폭과 높은 양자효율 특성을 가진 InP 양자점의 합성 연구 를 먼저 진행하였다 . InP 코어에서 ZnSeS 의 중 간 쉘을 성장시켜 상대적으로 높은 효율 (78%) 특성을 가진 양자점을 합성 하였 다 . 그 후 InP 양자점의 크기 분포를 줄이기 위해 size sorting 방식을 사용하여 InP 양자점 의 반치폭을 줄이는 연구를 진행하였다 . 또한 size sorting 방법과 HF 처리 방법 ZnSe 중간 쉘 성장 을 이용하여 반치폭을 줄이는 동시에 표면의 산화물 결함들을 제거하여 고효율 85%) 및 좁은 반치폭 38 nm) 을 가진 InP/ZnSe/ZnS 양자점을 합성 하였다 이 후 합성된 적색 및 녹색 InP 양자점을 기반으로 양자점 디스플레이 적용에 대한 연구를 진행하였다 양자점의 광발광 특성 (P L) 을 사용하여 컬러 필름을 제조 위한 연구 를 진행하였다 . 양자 점 의 단점인 열적 안정성을 높이기 위해 카르복실기 계 리간드( Oleic acid, OA) 를 실리카 계 리간드 (silane, MPMS) 로 교환하였고 , 그 후 광학 반응 합성물과 혼합 하여 컬러 필름 을 형성하였다 추가적으로 양자점 포토 레지스트 (QD/PR) 혼합물을 합성하여 마이크로 패 턴 형성 100 X 100 μ m 연구를 진행 하였다 녹색 InP 양자점을 발광층으로 하는 전계 발광 방식 EL) 의 양자점 발광 다이오드 QD LED s 제작 및 소자의 외부 양자 효율 (Externalquantum efficiency, EQE) 향상을 위한 연구를 진행하였다 . 이를 위해 InP 양자점의 농도 optical density , O.D 를 2.0, 1.0, 0.5 로 변경하 며 양자점 발광 다이오드 (EQE 2.9 의 효율을 높였다 . 또한 InP 양자점의 발광층 증착 공정 수를 제어하여 효율이 향상된 양자점 자 발광 소자 (EQE 3.9) 를 제작하였다.; Quantum dots can realize a wide light emitting area from NIR to blue by controlling a bandgap according to a change in chemical composition or size, and have excellent light emission characteristics, so they are being studied as a key light emitting material for next generation displays with high color reproduction. As a next generation display material, Cd Free InP(Indium phosphide) QDs with high color reproducibility are mainly being studied, and it has a narrow full width at half maximum (FWHM) and high photoluminescence quantum yield (PLQY) characteristics through optimization of core and shell processes In particular, it is applied to various types of displays, such as quantum dot light-emitting diodes(QD LEDs) having a structure similar to that of organic light emitting diodes(OLED ) or color conversion filters and the research and development is ongoing. In this study, the synthesis of Cd Free InP QDs and the display application method s were studied. First, the synthesis of InP QDs with narrow FWHM and high PLQY characteristics was conducted. InP QDs with relatively PLQY (78%) were synthesized by growing an intermediate shell of ZnSeS on the InP core. After that, in order to reduce the size distribution of InP QDs , a size sorting method was conducted in the core synthesis of InP QDs . In addition, InP/ZnSe/ZnS QDs with PLQY (85%) and narrow FWHM(38 nm) were synthesized (38 nm) were synthesized by reducing FWHM through by reducing FWHM through size sorting size sorting method, reducing surface oxide defect through HF treatment, and growing method, reducing surface oxide defect through HF treatment, and growing ZnSe ZnSe discrete intermediate shell discrete intermediate shell.. Based on such red and green InP Based on such red and green InP QDs , a study was conducted to produce a color film using the photoluminescence(PL) characteristics of QDs. To increase the thermal stability, a disadvantage of QDs , the carboxyl based ligand Ole ic acid(OA) was exchanged with a silica based ligand silane(MPMS), and then mixed with an photo curable composite to form a color film Additionally, a quantum dot/photoresist(QD/PR) mixture was synthesized to fabricate QDs micro pattern 100 X 100 μ m Also, QD LED s fabrication using the electroluminescence(EL) characteristic of QDs was conducted and we tried to increase external quantum efficiency(EQE) of QD LEDs For this, we change d the concentration (optical density , O.D ) of InP QDs is 2.0, 1.0, 0.5 a nd then increased the efficiency of the QD LEDs.(EQE 2.9%) In addition, a QD LEDs (EQE 3.9%) with improved efficiency was fabricated by controlling the number of depositions of the emitting layer of InP QDs