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친환경 양자점 소재 개발 동향 원문보기

인포메이션 디스플레이 = Information display, v.18 no.1, 2017년, pp.4 - 13  

배완기 (한국과학기술연구원) ,  정병국 (한국과학기술연구원) ,  조익준 (한국과학기술연구원) ,  함동효 (한국과학기술연구원)

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문제 정의

  • Sun 교수 공동연구팀은 InP/ZnS 의 나노입자를 활용한 백색 전기발광소자를 개발하여 InP 발광소재의 전기발광소자 가능성을 확인하였다. 또한 쉘두께 증가를 통한 소재의 안정성 증가의 필요성을 역설하여 하였다. [42] 그 후, 서울대학교 이창희·차국헌·이성훈 공동연구팀이 성능이 개선된 InP/ZnSeS 양자점 합성법을 개발하였고 이를 전하 주입 성능 및 발광 효율이 개선된 소자 구조에 도입하여 외부양자효율이 3% 가 넘는 녹색 전기발광소자를 개발하여 보고하였다.
  • 오랜 기간에 걸친 양자점 합성 및 광특성 제어 연구로 양자점 내부에서 전하 및 엑시톤 거동에 관한 결과가 체계적으로 정립되어왔고 최근에는 이를 활용한 디스플레이의 상용화로 이어져왔다. 본 기고문에서는 최근 차세대 발광소재로 각광받고 있는 양자점의 광특성및 친환경 양자점 기술수준 및 연구개발 방향에 대해 요약정리 하였다. 현재 남아있는 친환경 양자점의 기술적 한계들이 극복된다면 디스플레이 뿐만 아니라 센서및 바이오 산업, 조명 산업 등 다양한 산업분야에서 양자점의 활용이 확대되어 국내 기초소재 산업의 경쟁력을 끌어올리는데 활용될 수 있으리라 생각된다.
  • 콜로이드 양자점이 디스플레이 및 조명 등에 활용되기 위해서는 Cd이나 Pb 등 유해물질을 함유하지 않아야 한다. 본 기술 특집에서는 콜로이드 양자점 소재의 광특성에 관한 소개를 바탕으로, 디스플레이 및 조명등에 활용 가능한 친환경 양자점 광학소재 연구 개발 동향을 소개하고자 한다.
  • 또한 단일 양자점의 발광선폭이 20 나노미터라는 결과를 고려하고 코어-쉘 구조를 도입을 통한 내부 구조 제어를 통해 최대 90%에 이르는 발광 효율을 지닐 수 있다고 알려져 있어, 구조 제어 및합성 조건의 개선을 통해 친환경 광소재로써의 응용 가능성이 매우 높다고 볼 수 있다. 이번 장에서는 InP를 기반으로 한 친환경 양자점 소재 및 이를 활용한 발광 소자 응용에 대해 소개하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
양자점이란 무엇인가? 양자점(quantum dots, QDs)은 직경 2 – 20 나노미 터(nm) 정도의 크기를 갖는 콜로이드 반도체 나노입자를 일컫는다. 양자점이라는 이름은 전자(electron)와 정공(hole), 그리고 그 둘의 정전기적 결합체인 엑시톤 (exciton)이 양자점 내부에서 공간적 제약을 받아 양자 국한현상(quantum confinement effect)을 보인다고 하여 붙여진 것이다.
열분해법을 통한 InP 양자점의 합성은 어떤 과정으로 진행되는가? 열분해법을 통한 InP 양자점의 합성은 크게 핵생성 (nucleation)과 추가 성장(growth)을 통해 진행된다. 인듐과 인 전구체로 이루어진 단일 용액(homogeneous solution)이 포화농도 이상의 상태(super-saturation)에 도달하면 InP 양자점의 핵이 생성(nucelation)된다. 이후핵 생성에 참여하지 않은 반응 전구체들이 핵의 표면과 추가적으로 반응하면서 양자점이 성장(growth)하게 된다.
콜로이드 양자점의 장점은? 또한 상온에서 100%에 이르는 높은 발광 효율(photoluminescence quantum yield, PL QY)을 지니고 있을 뿐만 아니라, 크기와 모양을 제어함으로써 발광파장을 손쉽게 제어할 수 있다는 장점을 지닌다. 콜로이드 양자점은 용액공정에 기반하여 원하는 기판위에 손쉽게 배열하거나 다양한 매질에 분산하여 활용할 수 있으며, 기존의 무기 반도체소재보다 손쉽게 대량/대면적 공정이 적용하기 쉽다는 장점을 지닌다.[6]
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참고문헌 (44)

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