초록 ▼

□ 연구개요
전하의 직접주입으로 구동되는 콜로이드 양자점 전기발광소자는 우수한 광특성, 에너지 효율성, 용액공정성으로 인해 차세대 광기술로 주목받고 있으나 실질적인 구동전류는 0.1 A cm^-2 미만, 밝기는 수천 nit 수준으로 제한되어 있다. 본 과제는 전하전달층의 전무기화(all-inorganic) 및 양자점 발광체와의 물리적·전기적 복합화를 통해 현재까지 구현하지 못한 고전류/고휘도 양자점 발광소자를 용액공정으로 구현하는 것을 목표로 한다. 이는 양자점 전기발광소자의 구동 범위를 무기발광소자 수준으로

□ 연구개요
전하의 직접주입으로 구동되는 콜로이드 양자점 전기발광소자는 우수한 광특성, 에너지 효율성, 용액공정성으로 인해 차세대 광기술로 주목받고 있으나 실질적인 구동전류는 0.1 A cm^-2 미만, 밝기는 수천 nit 수준으로 제한되어 있다. 본 과제는 전하전달층의 전무기화(all-inorganic) 및 양자점 발광체와의 물리적·전기적 복합화를 통해 현재까지 구현하지 못한 고전류/고휘도 양자점 발광소자를 용액공정으로 구현하는 것을 목표로 한다. 이는 양자점 전기발광소자의 구동 범위를 무기발광소자 수준으로 끌어올림으로써 초발광 다이오드나 레이저 다이오드 등의 고출력 소자를 저가 용액공정으로 구현하는 기술적 토대를 제공할 것이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
[나노입자골격 기반 무기반도체 박막] ZnO 나노막대와 다지형 셀렌화아연 합성법을 구현하여 나노 스캐폴드용 비등방성 나노입자 소재를 확보했다. 또한 고전류 환경에서 발광 특성을 유지할 수 있는 전자구조를 지닌 CdSe/CdZnSe/ZnSe/ZnSeS 양자점을 합성하였다. 그리고 NOBF₄/DMF 리간드/용매를 이용하여 극성용매 기반의 나노입자 잉크를 제작하고 거칠기 3 nm 미만의 균일한 박막을 제작하는 공정을 구현했다. 그러나 나노 스캐폴드 공극 내부로의 반응물 확산 문제로 인하여 조밀한 박막을 제작하는 것에 어려움을 겪었으며, 대신 고전도성 홀 전달체인 NiO를 새롭게 발굴하여 전무기 소자에 적용하였다.

[무기박막의 특성 제어 방법론 연구] ZnO에 Mg을 합금 형태로 도입하여 전자가띠 위치를 약 0.6 eV까지 제어함으로써 전자전달층에서 양자점으로의 전하 주입 속도를 제어할 수 있엇다. 그리고 ZnO와 InP/ZnSe/ZnS 구조 양자점 간의 에너지 준위 변화를 심도있게 분석함으로써 고효율 발광소자의 설계 원리를 제시하였다.

[계층적 복합박막 구현 및 고휘도 발광소자 구현] ITO/NiO/InP QD/ZnO/Al 구조의 전무기 친환경 양자점 발광소자를 최초로 구현하였다. 한편 기존의 유/무기 하이브리드 소자에서 고출력화의 제 1 장애요소가 홀 전달층의 열적 불안정성에 있음을 열화상 카메라 및 시뮬레이션을 바탕으로 검증하고, 이를 완화할 수 있는 공학적 해결방안을 제시했다. 높은 열전도율을 지닌 실리콘 기판 상에 소자를 제작하여 최대전류밀도 ~12 A cm^-2 및 최대휘도 ~3.3 Mcd m^-2을 구현하여 목표치를 3.3배 초과 달성하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
[과학기술적 측면] 소재 과학, 화학 공정, 소자 물리 등 다양한 학제를 아우르는 융합 연구를 수행함으로써 광전자소재와 소자를 아우르는 새로운 학문분야를 개척하고 우수한 연구인력을 양성할 수 있다.

[경제·산업적 측면] 해당 기술의 응용범위를 고휘도 영역으로 확장하여 다양한 옥외 응용기술(옥외 조명, 전광판, 자동차 헤드라이트, 산업용 조명 등) 및 시장개척과 소재, 부품, 장비 분야의 중소기업 발전과 생태계 구축에 기여할 수 있다.

[사회적 측면] 대한민국이 지닌 디스플레이/광원 분야의 과학 기술 선도국 지위를 공고히 함으로써 기술 패권 시대에 국가경쟁력을 유지하고 대등한 위치에서 상호교류할 수 있도록 기여할 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 2.1. 나노입자 골격(nanocrystal scaffold)을 지닌 무기전하전달층의 습식박막공정 ... 4
• 2.2. 나노골격입자와 양자점 합성 및 밴드구조/표면화학 제어공정 ... 4
• 2.3. 무기전하전달층-양자점 계층적 복합체 제작공정 연구 및 고전류 발광소자 제작 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 5
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 5
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 19
• 끝페이지 ... 33