비카드뮴계 양자점 기반 전계발광 소자 고효율화 및 백색 발광 소자 연구 :Non-Cd quantum dot-based electroluminescent devices toward high-efficiency and white emissivity

한창열

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자료유형: 학위논문

저자정보: 한창열 (홍익대학교, 홍익대학교 대학원)

지도교수: 양희선

발행연도: 2020

저작권: 홍익대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수12

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2020

비카드뮴계 양자점 기반 전계발광 소자 고효율화 및 백색 발광 소자 연구

한창열 신소재공학과 2020.01 학위논문

2016

ZnMgO 나노입자 전자수송층을 통한 양자점 전계발광소자의 성능 향상 연구

한창열 신소재공 2016.01 학위논문

전계구동 양자점 발광 다이오드

한창열 , 이기헌 , 양희선 인포메이션 디스플레이 2016.01 학술저널

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양자점 전계발광 소자(quantum dot-light-emitting diode, QLED)는 유기 발광 다이오드(organic-light-emitting diode, OLED)와 유사한 구조 및 구동 원리를 가지고 있기에 디스플레이에서 조명에 이르는 모든 OLED의 응용 분야에서 활용 가능하다. 발광층을 구성하는 양자점은 양자 제한 효과를 통해 가시광 내의 모든 색을 구현할 수 있으며, 좁은 반치폭 특성을 통해 넓은 색역 확보가 가능한 잠재력을 가지고 있다. 이와 같은 장점들을 극대화하여 전계발광 기반 양자점 디스플레이를 상용화하기 위해서는 고효율 및 장수명 특성 확보가 필요하다. 이와 동시에 카드뮴과 같은 인체에 유해한 물질이 함유되지 않은 친환경 비카드뮴계 조성의 양자점들을 활용해야만 한다. 과거에 비해 최근 비카드뮴계 양자점 전계발광 소자의 성능은 양자점 소재의 품질 향상과 더불어 비약적인 발전을 이루었지만 아직 많은 발전이 필요한 수준이다. 특히 청색 비카드뮴계 양자점은 적색 및 녹색 양자점에 비해 연구가 부족하며 고품위 발광 특성도 확보되지 않았다. 고품위 발광 특성의 청색 비카드뮴계 양자점의 부재는 청색, 녹색 및 적색 혹은 청색 및 황색의 조합을 통해 구현되는 백색 발광 소자 연구도 미진하게 했다.
이에 본 연구에서는 고품위 발광 특성의 청색 비카드뮴계 양자점 합성을 우선적으로 진행하였다. ZnSe와 ZnTe이 합금화된 삼원계 ZnSeTe 조성을 코어로 하는 양자점에 다중 쉘 구조를 적용하여 협반치폭 및 고양자효율 특성을 확보하였다. 추가적으로 다중 쉘 구조 내의 쉘 두께 다변화를 통해 양자점으로의 전하 주입이 용이하도록 하여 청색 비카드뮴계 양자점 전계발광 소자의 성능을 향상시켰다. 이와 같은 청색 ZnSeTe 양자점과 녹색 및 적색 InP 양자점 기반 전계발광 소자의 고효율화를 위해 소자 내 전하 불균형을 개선하는 연구를 진행하였다. 이를 위해 전자 수송층 소재로 사용되는 ZnMgO 나노입자의 표면을 개질하였다. 성공적으로 표면 개질된 ZnMgO 나노입자 소재를 전자 수송층으로 적용한 세 가지 색상의 소자들로부터 향상된 성능을 확보하였다. 또한 고품위 발광 특성의 청색 비카드뮴계 양자점 확보를 통해 백색 발광 소자 연구도 가능해졌다. 청색 및 녹색 ZnSeTe 양자점 및 적색 ZnCuInS2 양자점을 조합하여 백색 양자점 전계발광 소자를 제작하였다. 양자점 발광층 디자인을 다양화하여 고효율 및 고연색지수 특성의 백색 발광 소자를 확보하였다.

Quantum dot-light-emitting diode (QLED) has been considered as a next-generation light-emitting device due to its potential to secure advantages stemming from not only quantum dots (QDs) in emissive layer (EML) but also a similar structure to organic-light-emitting diode. QDs have an ability to induce a wider color gamut from QLEDs through combining their size-dependent color tunability and narrow emission bandwidth. In addition, ultrathin device thickness provides high degree of design freedom for QLEDs. For such reasons, QLEDs have attracted a lot of interest from display and lighting fields. For commercializing the display based on QLEDs, both their high efficiency and long device lifetime should be achieved. Moreover, QDs in EML should possess a composition excluding harmful element of Cd. Recently, electroluminescence (EL) performance of red and green emitting non-Cd QLEDs have been dramatically improved by emerging high-quality non-Cd QDs. Compared to red and green color, blue emitting non-Cd QDs have remained uncharted territory. In addition, the absence of blue non-Cd QDs have led to a few studies on white QLEDs consisting of combination of three RGB colors.
In this study, synthesis of high-quality blue non-Cd QDs is first explored for the following fabrication of QLED. Ternary composition of ZnSeTe QDs by an optimal alloying of ZnSe with ZnTe is determined toward blue emissivity. Blue-emitting multi-shelled ZnSeTe QDs with a shelling sequence of ZnSe/ZnSeS/ZnS exhibit exceptional photoluminescent attributes of narrow emission bandwidth and high quantum yield. In addition, the charge injection into ZnSeTe QDs becomes modulated by varying their shell thickness, which is further optimized toward device performance. For an effort to further enhance QLED performance, the surface of ZnMgO nanoparticles (NPs), which have been widely used as an effective electron transport layer (ETL), is modified through an additional Mg reaction. Surface-modified ZnMgO NP ETL-based QLEDs, where blue ZnSeTe, green and red InP QDs are individually employed, show markedly enhanced EL performance benefiting from improved charge balance. Moreover, the fabrication of high-efficiency tricolored white emissive QLEDs, consisting of a combination of non-Cd red ZnCuInS2, green and blue ZnSeTe QDs along with a unique EML configuration, is demonstrated.

차 례
국문초록 i
차 례 iii
그림 목차 vi
제 1 장 서 론 1
제 2 장 이론적 배경 5
2.1 양자점 5
2.1.1 Bohr radius와 양자 제한 효과 6
2.1.2 양자점의 구조 10
2.1.3 양자점의 조성 17
2.2 양자점 전계발광 소자 26
2.2.1 소자 구조 및 구동 원리 27
2.2.2 소자 성능 향상 전략 31
2.2.3 연구 동향 37
2.2.4 백색 발광 양자점 전계발광 소자 44
2.3 참고문헌 48
제 3 장 코어/쉘 구조 최적화를 통한 비카드뮴계 청색 발광 ZnSeTe 양자점 전계발광 소자 고효율화 연구 65
3.1 서 언 65
3.2 비카드뮴계 청색 발광 ZnSeTe 양자점 합성 연구 68
3.2.1 실험방법 68
3.2.2 결과 및 고찰 70
3.2.3 결 론 79
3.3 쉘 두께 다변화를 통한 ZnSeTe 양자점 전계발광 소자 고효율화 연구 80
3.3.1 실험방법 80
3.3.2 결과 및 고찰 84
3.3.3 결 론 96
3.4 참고문헌 97
제 4 장 전자 수송층 소재 표면 개질을 통한 비카드뮴계 양자점 전계발광 소자 고효율화 연구 102
4.1 서 언 102
4.2 전자 수송층 소재 표면 개질 연구 105
4.2.1 실험방법 105
4.2.2 결과 및 고찰 108
4.2.3 결 론 116
4.3 표면 개질 전자 수송층 소재를 적용한 비카드뮴계 양자점 전계발광 소자 제작 연구 117
4.3.1 실험방법 117
4.3.2 결과 및 고찰 122
4.3.3 결 론 144
4.4 참고문헌 146
제 5 장 비카드뮴계 양자점 기반 백색 전계발광 소자 제작 연구 149
5.1 서 언 149
5.2 청색 및 녹색 ZnSeTe 및 적색 ZnCuInS2 양자점 기반 백색 전계발광 소자 제작 연구 152
5.2.1 실험방법 152
5.2.2 결과 및 고찰 156
5.2.3 결 론 175
5.3 참고문헌 176
제 6 장 결 론 179
Abstract 182
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	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

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