KR20250016861A - Lead-free metal halide nanoparticle, preparation method thereof and emitting device comprising the same as emitting layer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비납계 금속 할라이드 나노입자, 이의 제조방법 및 이를 발광층으로 포함하는 발광소자에 관한 것이다. 상기 금속 할라이드는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 사방정계(orthorhombic) 결정구조를 가지고, Pnma의 공간군(space group)을 가지며, 입자 크기는 10 nm 이상 20 nm 미만이다.
[화학식 1]
A2Mn(X1 1-aX2 a)4
(상기 화학식 1에서, A는 알칼리 금속 원소이고, X1는 Br이고 X2는 Cl 또는 F이고, a는 0 내지 1.0이다.)
본 발명에 따르면, 벌크(bulk)형의 비납계 금속 할라이드를 더 작은 크기로 나노화하여 반치폭을 벌크형일 때의 30~40 nm 에서 20~25 nm로 감소시켜 발광소자의 발광층으로 사용시 색순도를 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a lead-free metal halide nanoparticle, a method for producing the same, and a light-emitting device comprising the same as a light-emitting layer. The metal halide comprises a compound represented by the following chemical formula 1, has an orthorhombic crystal structure, has a space group of Pnma, and has a particle size of 10 nm or more and less than 20 nm.
[Chemical Formula 1]
A 2 Mn(X 1 1-a X 2 a ) 4
(In the chemical formula 1 above, A is an alkali metal element, X 1 is Br, X 2 is Cl or F, and a is 0 to 1.0.)
According to the present invention, a bulk-type lead-free metal halide is nano-sized into a smaller size, thereby reducing the half-width from 30 to 40 nm in the bulk form to 20 to 25 nm, thereby improving color purity when used as a light-emitting layer of a light-emitting device.
Description
본 발명은 금속 할로겐화물에 관한 것으로 자세하게는 비납계 금속 할로겐화물에 관한 것이다.The present invention relates to metal halides, and more particularly, to non-lead metal halides.
액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD)와 같은 발광소자 산업은 유기 발광 디스플레이(organic light-emitting diode display, OLED) 제품들과의 경쟁을 위해, LCD의 효율성을 개선하고, 그들의 색 영역(디스플레이의 색 함량)을 개선하는 솔루션들을 찾고 있다. 통상적인 LCD는 특히 색 영역 성능에서 OLED보다 뒤쳐져 있다. LCD에서 양자점(quantum dot, QD)의 사용은 LCD의 색 영역 성능을 개선했다.The light-emitting device industry, such as liquid crystal display (LCD) display, is looking for solutions to improve the efficiency of LCD and enhance their color gamut (color content of the display) to compete with organic light-emitting diode display (OLED) products. Conventional LCDs lag behind OLEDs, especially in color gamut performance. The use of quantum dots (QD) in LCD has improved the color gamut performance of LCD.
최근, 각광받고 있는 페로브스카이트(perovskite) 소재는 할로겐족 원소 조절을 통한 다양한 밴드갭 및 그에 따른 색 조절, 높은 광발광효율(photoluminescence quantum yield, PLQY) 과 ~20nm의 좁은 반치폭(full width at half maximum, FWHM)을 가진다. 이를 LCD의 컬러필터에 적용하여 고색순도, 고색재현성 LCD를 구현할 수 있다고 알려져 있다.Recently, perovskite materials, which have been in the spotlight, have various band gaps and color control according to them by controlling halogen elements, high photoluminescence quantum yield (PLQY), and narrow full width at half maximum (FWHM) of ~20 nm. It is known that this can be applied to the color filter of LCD to realize high color purity and high color reproducibility LCD.
하지만 높은 성능을 갖는 페로브스카이트는 금속 양이온으로 납(Pb)을 포함하고 있다. 유럽연합에서는 전자소자에 납을 포함한 유해 중금속 사용이 유해물질 제한지침(restriction of hazardous substances directive, RoHS)로 규제되어 있고 점차 다른 국가들도 이러한 규제를 도입할 것으로 예상된다.However, high-performance perovskites contain lead (Pb) as a metal cation. In the European Union, the use of hazardous heavy metals including lead in electronic devices is regulated by the Restriction of Hazardous Substances Directive (RoHS), and other countries are expected to gradually introduce such regulations.
이에, 비납계 발광체를 포함하되 색순도가 향상된 발광소자의 제조가 요구되는 실정이다.Accordingly, there is a demand for the manufacture of light-emitting elements that include non-lead light-emitting bodies but have improved color purity.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 색순도가 향상된 녹색 발광 비납계 금속 할로겐화물 나노입자를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide green luminescent lead-free metal halide nanoparticles with improved color purity.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 녹색 발광 비납계 금속 할로겐화물 나노입자의 제조방법을 제공하는 것이다.In addition, another problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing the green luminescent non-lead metal halide nanoparticles.
나아가, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기 녹색 발광 비납계 금속 할로겐화물 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자를 제공하는 것에 있다.Furthermore, another problem to be solved by the present invention is to provide a light-emitting device including the green light-emitting non-lead metal halide nanoparticles as a light-emitting layer.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일측면은 비납계 금속 할로겐화물 나노입자를 제공한다. 상기 비납계 금속 할로겐화물 나노입자는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 사방정계(orthorhombic) 결정구조를 가지고, Pnma의 공간군(space group)을 가지며, 입자크기는 10 nm 이상 20 nm 미만인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical task, one aspect of the present invention provides a lead-free metal halide nanoparticle. The lead-free metal halide nanoparticle is characterized in that it includes a compound represented by the following chemical formula 1, has an orthorhombic crystal structure, has a space group of Pnma, and has a particle size of 10 nm or more and less than 20 nm.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
A2Mn(X1 1-aX2 a)4 A 2 Mn(X 1 1-a X 2 a ) 4
상기 화학식 1에서, A는 알칼리 금속 원소이고, X1는 Br이고 X2는 Cl 또는 F이고, a는 0 내지 1.0이다.In the chemical formula 1, A is an alkali metal element, X 1 is Br, X 2 is Cl or F, and a is 0 to 1.0.
상기 화학식 1로 표시한 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다:The compound represented by the above chemical formula 1 may be a compound represented by the following chemical formula 2:
[화학식 2][Chemical formula 2]
Cs2Mn(X1 1-aX2 a)4 Cs 2 Mn(X 1 1-a X 2 a ) 4
상기 화학식 2에서, X1는 Br이고 X2는 Cl 또는 F이고, a는 0 내지 1이다.In the above chemical formula 2, X 1 is Br, X 2 is Cl or F, and a is 0 to 1.
구체적으로, 상기 화학식 2에서, a는 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 및 1.0 중에 하나일 수 있다.Specifically, in the chemical formula 2, a can be one of 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, and 1.0.
상기 화합물은 자외선 내지 청색 영역의 입사광 조사 또는 전압 인가시 Mn2+의 d오비탈준위를 통해 녹색 영역의 광을 방출하는 것을 특징으로 한다.The above compound is characterized by emitting light in the green region through the d orbital level of Mn 2+ when irradiated with incident light in the ultraviolet to blue region or when voltage is applied.
또한, 본 발명의 다른 측면은 상기 녹색 발광 비납계 금속 할로겐화물 나노입자의 제조방법을 제공한다. 상기 녹색 발광 비납계 금속 할로겐화물 나노입자의 제조방법은 벌크형의 화학식 1의 금속할라이드를 제조하는 단계; 상기 벌크형의 화학식 1의 금속할라이드를 비극성 용매에 넣고 초음파로 분산시켜 초음파 분산액을 제조하는 단계; 및 상기 초음파 분산액을 원심분리한 후 상등액을 취해 화학식 1의 금속할라이드 나노입자를 제조하는 단계를 포함한다.In addition, another aspect of the present invention provides a method for producing the green light-emitting lead-free metal halide nanoparticles. The method for producing the green light-emitting lead-free metal halide nanoparticles includes the steps of producing a bulk metal halide of chemical formula 1; putting the bulk metal halide of chemical formula 1 into a nonpolar solvent and dispersing it using ultrasonic waves to produce an ultrasonic dispersion; and centrifuging the ultrasonic dispersion and then taking the supernatant to produce the metal halide nanoparticles of chemical formula 1.
상기 벌크형의 화학식 1의 금속할라이드를 제조하는 단계는 원료물질인 AX1, AX2, MnX1 2, 및 MnX2 2를 화학양론적 당량비로 혼합하여 혼합물을 얻는 단계; 및 상기 혼합물을 비활성 기체 분위기 또는 환원 분위기에서 소성한 후 자연냉각하여 벌크형의 화학식 1의 금속할라이드를 얻는 단계를 포함한다.The step of manufacturing the metal halide of the chemical formula 1 in bulk includes the step of mixing raw materials AX 1 , AX 2 , MnX 1 2 , and MnX 2 2 in a stoichiometric equivalent ratio to obtain a mixture; and the step of calcining the mixture in an inert gas atmosphere or a reducing atmosphere and then naturally cooling to obtain the metal halide of the chemical formula 1 in bulk.
상기 초음파 분산액을 제조하는 단계는 비극성 용매에 극성 용매를 더 포함할 수 있다.The step of preparing the above ultrasonic dispersion may further include a polar solvent in the nonpolar solvent.
상기 초음파 분산액을 제조하는 단계는 비극성 용매에 pH 조절을 위하여 산 또는 염기 첨가제를 더 포함할 수 있다. The step of preparing the above ultrasonic dispersion may further include an acid or base additive in the nonpolar solvent to adjust pH.
상기 비극성 용매는 방향족 탄화수소, 지환족 탄화수소, 지방족 탄화수소계 유기용매일 수 있다.The above nonpolar solvent may be an aromatic hydrocarbon, an alicyclic hydrocarbon, or an aliphatic hydrocarbon-based organic solvent.
또한, 본 발명의 다른 측면은 상기 비납계 금속 할로겐화물 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자를 제공한다. In addition, another aspect of the present invention provides a light-emitting device comprising the non-lead metal halide nanoparticles as a light-emitting layer.
상기 발광소자는 광발광소자일 수 있다.The above light-emitting element may be a photoluminescent element.
상기 발광소자는 양전극과 음전극; 상기 양전극과 음전극 사이에 배치된 발광층을 포함하는 전계발광소자일 수 있다.The above light-emitting element may be an electroluminescent element including a positive electrode and a negative electrode, and a light-emitting layer disposed between the positive electrode and the negative electrode.
상기 발광소자는 상기 양전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공주입층, 정공수송층 및 전자블로킹층 중 적어도 하나의 층과, 상기 발광층과 상기 음전극 사이에 배치된 전자주입층, 전자수송층 및 정공블로킹층 중 적어도 하나의 층을 더 포함할 수 있다.The light-emitting element may further include at least one layer of a hole injection layer, a hole transport layer, and an electron blocking layer disposed between the positive electrode and the light-emitting layer, and at least one layer of an electron injection layer, an electron transport layer, and a hole blocking layer disposed between the light-emitting layer and the negative electrode.
상기 발광소자는 자외선 내지 청색 영역의 입사광 조사 또는 전압 인가시 발광 파장이 500 nm 내지 550 nm일 수 있다.The above light-emitting element may have an emission wavelength of 500 nm to 550 nm when irradiated with incident light in the ultraviolet to blue range or when voltage is applied.
상기 발광소자의 발광피크의 반치폭은 20 내지 25 nm인 것을 특징으로 한다.The half-width of the emission peak of the above light-emitting element is characterized by being 20 to 25 nm.
본 발명에 따르면, 벌크(bulk)형의 비납계 금속 할라이드를 더 작은 크기로 나노화하여 반치폭을 벌크형일 때의 30~40 nm 에서 20~25 nm로 감소시킴으로써 색순도가 향상됨으로써 발광소자의 발광층으로서 유용하게 사용될 수 있다.According to the present invention, a bulk non-lead metal halide is nano-sized into a smaller size, thereby reducing the half-width from 30 to 40 nm in the bulk form to 20 to 25 nm, thereby improving color purity and enabling it to be usefully used as a light-emitting layer of a light-emitting device.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비납계 금속 할라이드 화합물의 결정구조를 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 비교예 및 일 실시예에 따른 벌크형의 비납계 금속 할라이드 입자와 비납계 금속 할라이드 나노입자의 X선 회절분석을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자의 크기를 나타내는 투과전자현미경(TEM) 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 벌크형 비납계 금속 할라이드 입자의 제조단계를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자의 단면을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자의 에너지 준위 다이어그램을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 비교예 및 일 실시예에 따른 벌크형의 비납계 금속 할라이드 입자와 비납계 금속 할라이드 나노입자의의 광발광 및 광여기 스펙트럼을 비교한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자에 있어서, 인가전압에 따른 전계발광 스펙트럼을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자의 시간 분해 광발광 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자에 있어서, 구동전압에 따른 전계발광 휘도를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자에 있어서, 구동전압에 따른 전류밀도를 나타내는 그래프이다.Figure 1 shows the crystal structure of a non-lead metal halide compound according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows X-ray diffraction analysis of bulk-type lead-free metal halide particles and lead-free metal halide nanoparticles according to one comparative example and one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a transmission electron microscope (TEM) image showing the size of non-lead metal halide nanoparticles according to one embodiment of the present invention.
Figure 4 is a flow chart showing a method for manufacturing non-lead metal halide nanoparticles according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flow chart showing the manufacturing steps of bulk-type lead-free metal halide particles according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a drawing showing a cross-section of a light-emitting device including a non-lead metal halide nanoparticle as a light-emitting layer according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows an energy level diagram of a light-emitting device including lead-free metal halide nanoparticles as a light-emitting layer according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram comparing the photoluminescence and photoexcitation spectra of bulk-type lead-free metal halide particles and lead-free metal halide nanoparticles according to one comparative example and one embodiment of the present invention.
FIG. 9 shows an electroluminescence spectrum according to an applied voltage in a light-emitting device including a non-lead metal halide nanoparticle as a light-emitting layer according to one embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing the time-resolved photoluminescence results of non-lead metal halide nanoparticles according to one embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph showing the electroluminescence brightness according to the driving voltage in a light-emitting device including a non-lead metal halide nanoparticle as a light-emitting layer according to one embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a graph showing current density according to driving voltage in a light-emitting device including a non-lead metal halide nanoparticle as a light-emitting layer according to one embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.Hereinafter, in order to explain the present invention more specifically, preferred embodiments according to the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, whenever a part is said to "include" a component, this does not mean that it excludes other components, but rather that it may include other components, unless otherwise specifically stated.
본 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 물질 허용 오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.The terms “about,” “substantially,” and the like, as used throughout this specification, are used to mean at or near the numerical value when a material tolerance is presented in the sense stated, and are used to prevent unscrupulous infringers from unfairly exploiting the disclosure, which states precise or absolute numerical values to aid understanding of the present application.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. When an element such as a layer, region or substrate is referred to as existing "on" another element, it will be understood that this may either be directly on the other element or there may be intermediate elements between them.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers and/or regions, it will be understood that these elements, components, regions, layers and/or regions should not be limited by these terms.
본 명세서에 있어서, "발광소자"는 발광 다이오드, 발광 트랜지스터(light-emitting transistor), 레이저(laser), 편광(polarized) 발광 소자 등 발광이 일어나는 소자를 모두 포함할 수 있다.In this specification, “light-emitting element” may include any element that emits light, such as a light-emitting diode, a light-emitting transistor, a laser, or a polarized light-emitting element.
본 명세서에서, "벌크(bulk)형"은 나노결정입자들이 응집되어 다결정을 가지며 입자 크기가 수백 nm인 불규칙한 형상의 입자 상태를 의미한다.In this specification, “bulk” means a state in which nanocrystal particles are aggregated to form polycrystals and have an irregularly shaped particle size of several hundred nm.
[비납계 금속 할로겐화물 나노입자][Lead-free metal halide nanoparticles]
본 발명의 일측면은 비납계 금속 할로겐화물 나노입자를 제공한다. One aspect of the present invention provides lead-free metal halide nanoparticles.
본 발명에 따른 비납계 금속 할로겐화물 나노입자는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 사방정계(orthorhombic) 결정구조를 가지며, 입자크기는 10 nm 이상 20 nm 미만인 것을 특징으로 한다.The non-lead metal halide nanoparticles according to the present invention are characterized in that they include a compound represented by the following chemical formula 1, have an orthorhombic crystal structure, and have a particle size of 10 nm or more and less than 20 nm.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
A2Mn(X1 1-aX2 a)4 A 2 Mn(X 1 1-a X 2 a ) 4
상기 화학식 1에서, A는 알칼리 금속 원소들 구체적으로 Li, Na, K, Rb, 및 Cs 중 적어도 하나의 원소일 수 있다. In the above chemical formula 1, A may be at least one element among alkali metal elements, specifically Li, Na, K, Rb, and Cs.
X1와 X2의 서로 다른 할로겐 원소들로서, 일 예로서 X1는 Br이고 X2는 Cl 또는 F일 수 있다. As different halogen elements of X 1 and X 2 , for example, X 1 can be Br and X 2 can be Cl or F.
a는 0 내지 1.0이다. 구체적으로, 상기 a는 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 및 1.0 중에 하나일 수 있다.a is between 0 and 1.0. Specifically, a can be one of 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, and 1.0.
상기 A는 1가 양이온, Mn은 2가 양이온이고, X1와 X2는 1가 음이온일 수 있다. 이러한 화합물은 2가 금속으로 Mn을 포함하는 금속 할라이드로서, 납을 포함하지 않아 환경에 유해하지 않을 수 있다.The above A may be a monovalent cation, Mn may be a divalent cation, and X 1 and X 2 may be monovalent anions. This compound is a metal halide containing Mn as a divalent metal, and may not be harmful to the environment because it does not contain lead.
상기 화학식 1로 표시한 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다:The compound represented by the above chemical formula 1 may be a compound represented by the following chemical formula 2:
[화학식 2][Chemical formula 2]
Cs2Mn(X1 1-aX2 a)4 Cs 2 Mn(X 1 1-a X 2 a ) 4
상기 화학식 2에서, X1는 Br이고 X2는 Cl 또는 F이고, a는 0 내지 1이다.In the above chemical formula 2, X 1 is Br, X 2 is Cl or F, and a is 0 to 1.
상기 화학식 2의 화합물은 화학식 1의 A가 Cs인 경우이다.The compound of the above chemical formula 2 is a compound in which A of the chemical formula 1 is Cs.
구체적으로, 상기 화학식 2에서, a는 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 및 1.0 중에 하나일 수 있다.Specifically, in the chemical formula 2, a can be one of 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, and 1.0.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 1 또는 화학식 2로 표시한 비납계 금속 할라이드 화합물의 결정구조를 보여준다.Figure 1 shows the crystal structure of a non-lead metal halide compound represented by Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2 according to one embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시한 화합물은 사방정계(orthorhombic) 결정구조를 가지며, Pnma의 공간군(space group)을 가질 수 있다. 구체적으로, Mn2+를 중심에 두고 네개의 X가 각 꼭지점에 위치하는 MnX4 사면체들과 이들 사이에 배치된 A+들을 구비할 수 있다.Referring to FIG. 1, the compound represented by the chemical formula 1 or 2 has an orthorhombic crystal structure and may have a space group of Pnma. Specifically, it may have MnX 4 tetrahedra with Mn 2+ at the center and four Xs positioned at each vertex, and A + s positioned between them.
여기서, 발광중심인 한 쌍의 Mn2+들 사이의 거리가 약 8 내지 12 Å으로 비교적 멀어 우수한 발광특성 및 높은 열적 안정성을 가질 수 있다. 특히, 상기 화합물이 Cs2MnBr4일 때 Mn2+들 사이의 거리는 8.2 Å 또는 11.2 Å일 수 있다.Here, the distance between a pair of Mn 2+ ions, which are luminescent centers, is relatively far, about 8 to 12 Å, so that excellent luminescent properties and high thermal stability can be achieved. In particular, when the compound is Cs 2 MnBr 4 , the distance between the Mn 2+ ions can be 8.2 Å or 11.2 Å.
도 2는 본 발명의 일 비교예 및 일 실시예에 따른 벌크형의 비납계 금속 할라이드 입자와 비납계 금속 할라이드 나노입자의 X선 회절분석을 나타낸다.FIG. 2 shows X-ray diffraction analysis of bulk-type lead-free metal halide particles and lead-free metal halide nanoparticles according to one comparative example and one embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 상기 비납계 금속 할라이드 화합물은 벌크형 입자와 나노입자는 동일한 결정구조를 가지며, 이 결정구조는 사방정계(orthorhombic)이고 공간군(space group)은 Pnma이다. 또한, 비교적 다량의 Br-가 Cl-로 치환된 경우에도 결정구조가 유지되었는데, 이는 Br-에 비해 Cl-가 결정 프레임에 대한 이온결합 에너지가 증가되었기 때문에, 이온 이동이 줄어듦에 따른 결과라고 볼 수 있다. Referring to FIG. 2, the lead-free metal halide compound has the same crystal structure in bulk particles and nanoparticles, and this crystal structure is orthorhombic and the space group is Pnma. In addition, even when a relatively large amount of Br - was substituted with Cl - , the crystal structure was maintained. This can be seen as a result of the decrease in ion movement because the ionic binding energy of Cl - for the crystal frame is increased compared to Br - .
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자의 크기를 나타내는 투과전자현미경(TEM) 이미지이다.FIG. 3 is a transmission electron microscope (TEM) image showing the size of non-lead metal halide nanoparticles according to one embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 상기 비납계 금속 할라이드 나노입자는 입자크기가 10 nm 이상 20 nm 미만의 나노입자를 나타냄을 확인하였다.Referring to Figure 3, it was confirmed that the non-lead metal halide nanoparticles exhibit a particle size of 10 nm or more and less than 20 nm.
상기 화합물은 자외선 내지 청색 영역의 입사광을 받거나 작동 전압을 인가하면 Mn2+의 d오비탈준위를 통해 녹색 영역의 광을 방출하는 것을 특징으로 한다.The above compound is characterized by emitting light in the green region through the d orbital level of Mn 2+ when receiving incident light in the ultraviolet to blue region or when an operating voltage is applied.
구체적으로, 상기 화학식 1로 표시한 비납계 금속 할라이드 나노입자에서 Mn2+는 5개의 3d 오비탈에 전자가 배치되어 리간드와 결합할 때 dz2 및 dx2-y2 오비탈과 dxy, dyz, 및 dxz 오비탈은 에너지가 분리되는 결정장 분리(Crystal Field Splitting)가 일어날 수 있다. 특히, Mn2+가 네 개의 리간드와 결합하여 사면체 구조를 이룰 때는 dz2 및 dx2-y2 오비탈은 낮은 에너지 준위(e)를 형성하고, dxy, dyz, 및 dxz 오비탈은 높은 에너지 준위(t2)를 형성한다.Specifically, in the lead-free metal halide nanoparticle represented by the chemical formula 1, Mn 2+ has electrons arranged in five 3d orbitals, and when it binds to a ligand, the dz 2 and dx 2 -y 2 orbitals and the dxy, dyz, and dxz orbitals can undergo crystal field splitting, in which energy is separated. In particular, when Mn 2+ binds to four ligands to form a tetrahedral structure, the dz 2 and dx 2 -y 2 orbitals form a low energy level (e), and the dxy, dyz, and dxz orbitals form a high energy level (t2).
이러한 결정장 분리에 의해 상기 비납계 금속 할라이드 나노입자는 약 2.3 내지 2.4 eV의 밴드갭을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 비납계 금속 할라이드 나노입자는 자외선 내지 청색 영역의 광 구체적으로 200 내지 500 nm 더 구체적으로 370 내지 490 nm 일 예로서 450 내지 480 nm의 광이 입사하는 경우 녹색 영역의 광 구체적으로 약 500 nm 내지 550 nm 일 예로서 515 내지 525 nm의 광을 방출할 수 있다(도 8 참조). 또한, 작동전압을 인가하는 경우에도 동일하게 약 500 nm 내지 550 nm의 녹색 광을 방출하는 것으로 나타났다(도 9 참조). 더욱이, 상기 비납계 금속 할라이드 나노입자는 발광피크가 수십 nm 일 예로서 20 내지 25nm의 작은 반치폭을 나타냄에 따라 기존의 벌크형 입자의 반치폭(30 내지 45nm)보다 반치폭을 감소시킴으로써 우수한 색순도를 나타낼 수 있다(도 8 및 도 9 참조).By this crystal field separation, the lead-free metal halide nanoparticles can have a band gap of about 2.3 to 2.4 eV. Accordingly, the lead-free metal halide nanoparticles can emit light in the green range, specifically about 500 nm to 550 nm, for example, 515 to 525 nm, when light in the ultraviolet to blue range, specifically about 200 to 500 nm, more specifically about 370 to 490 nm, for example, about 450 to 480 nm, is incident (see FIG. 8). In addition, it was shown that green light of about 500 nm to 550 nm was also emitted when an operating voltage was applied (see FIG. 9). Moreover, since the non-lead metal halide nanoparticles exhibit a small half-width of the emission peak, for example, 20 to 25 nm, they can exhibit excellent color purity by reducing the half-width compared to the half-width of existing bulk particles (30 to 45 nm) (see FIGS. 8 and 9).
본 발명에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자는 종래 유기물 리간드가 표면을 덮고 있는 양자점(Quantum dot, QD)와는 달리, 표면전위에 이한 강한 결합력을 가지고 있기 때문에 외부환경에 대한 상안정성이 높다. 뿐만 아니라 Mn2+의 d오비탈준위를 통한 발광 메커니즘을 가지기 때문에 발광 특성에 있어서 결정상 의존성을 상대적으로 적게 받고 높은 발광 안정성을 가질 수 있으므로, 발광소자의 발광층으로서 유용하게 사용될 수 있다.The lead-free metal halide nanoparticles according to the present invention, unlike conventional quantum dots (QDs) whose surfaces are covered with organic ligands, have a strong bonding force to the surface potential, and thus have high phase stability against the external environment. In addition, since they have a luminescence mechanism through the d orbital level of Mn 2+ , they have relatively little crystal phase dependence in terms of luminescence characteristics and can have high luminescence stability, and therefore can be usefully used as a luminescent layer of a light-emitting device.
[비납계 금속 할로겐화물 나노입자의 제조방법][Method for producing non-lead metal halide nanoparticles]
또한, 본 발명의 다른 측면은 상기 비납계 금속 할로겐화물 나노입자의 제조방법을 제공한다. In addition, another aspect of the present invention provides a method for producing the non-lead metal halide nanoparticles.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.Figure 4 is a flow chart showing a method for manufacturing non-lead metal halide nanoparticles according to one embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 상기 비납계 금속 할로겐화물 나노입자의 제조방법은 Referring to Fig. 4, the method for manufacturing the non-lead metal halide nanoparticles is
벌크형의 화학식 1의 금속할라이드를 제조하는 단계; A step for producing a metal halide of chemical formula 1 in bulk form;
상기 벌크형의 화학식 1의 금속할라이드를 비극성 용매에 넣고 초음파로 분산시켜 초음파 분산액을 제조하는 단계; 및 A step of preparing an ultrasonic dispersion by placing the metal halide of the chemical formula 1 in a nonpolar solvent and dispersing it using ultrasonic waves; and
상기 초음파 분산액을 원심분리한 후 상등액을 취해 화학식 1의 금속할라이드 나노입자를 제조하는 단계를 포함한다.It includes a step of centrifuging the above ultrasonic dispersion and then taking the supernatant to produce metal halide nanoparticles of chemical formula 1.
이하, 본 발명에 따른 비납계 금속 할로겐화물 나노입자의 제조방법을 단계별로 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing non-lead metal halide nanoparticles according to the present invention is described in detail step by step.
먼저, 벌크형의 화학식 1의 금속할라이드를 제조한다.First, a bulk metal halide of chemical formula 1 is prepared.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 벌크형 비납계 금속 할라이드 입자의 제조단계를 나타내는 흐름도이다.FIG. 5 is a flow chart showing the manufacturing steps of bulk-type lead-free metal halide particles according to one embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 상기 벌크형의 화학식 1의 금속할라이드를 제조하는 단계는 원료물질인 AX1, AX2, MnX1 2, 및 MnX2 2를 화학양론적 당량비로 혼합하여 혼합물을 얻는 단계; 및 상기 혼합물을 비활성 기체 분위기 또는 환원 분위기에서 소성한 후 자연냉각하여 벌크형의 화학식 1의 금속할라이드를 얻는 단계를 포함한다.Referring to FIG. 5, the step of manufacturing the bulk type metal halide of chemical formula 1 includes the step of mixing raw materials AX 1 , AX 2 , MnX 1 2 , and MnX 2 2 in a stoichiometric equivalent ratio to obtain a mixture; and the step of calcining the mixture in an inert gas atmosphere or a reducing atmosphere and then naturally cooling to obtain the bulk type metal halide of chemical formula 1.
먼저, 원료물질인 AX1, AX2, MnX1 2, 및 MnX2 2를 화학양론적 당량비 구체적으로 2-2a:2a:1-a:a의 몰비로 혼합하여 혼합물을 얻을 수 있다. 이 때, X1과 X2는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같을 수 있다. 구체적으로, 화학식 2와 같은 화합물의 경우 CsX1, CsX2, MnX1 2, 및 MnX2 2를 화학양론적 당량비 구체적으로 2-2a:2a:1-a:a의 몰비로 혼합하여 혼합물을 얻을 수 있다.First, the raw materials AX 1 , AX 2 , MnX 1 2 , and MnX 2 2 can be mixed in a stoichiometric equivalent ratio, specifically a molar ratio of 2-2a:2a:1-a:a, to obtain a mixture. At this time, X 1 and X 2 may be as defined in the chemical formula 1 above. Specifically, in the case of a compound such as chemical formula 2, the mixture can be obtained by mixing CsX 1 , CsX 2 , MnX 1 2 , and MnX 2 2 in a stoichiometric equivalent ratio, specifically a molar ratio of 2-2a:2a:1-a:a.
상기 혼합과정은 비활성 기체, 일 예로서, 아르곤 (Argon)분위기에서 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합과정은 아르곤으로 충진된 글로브 박스 (glove box)에서 상기 몰비의 원료물질을 아게이트 유봉 (agate pestle) 및 유발 (mortar)을 사용하여 혼합 및 분쇄하여 혼합물을 얻을 수 있다. 상기 혼합은 15분 내지 1시간 진행될 수 있다.The above mixing process can be performed in an inert gas atmosphere, for example, argon. Specifically, the mixing process can be performed by mixing and grinding the raw materials at the above molar ratio using an agate pestle and a mortar in a glove box filled with argon to obtain a mixture. The mixing can be performed for 15 minutes to 1 hour.
상기 혼합물을 비활성 기체 분위기 또는 환원 분위기에서 소성한 후 자연냉각하여 상기 화학식 1 또는 2에 따른 벌크형 화합물을 얻을 수 있다. 상기 비활성 기체 분위기는 아르곤 분위기 일 수 있고, 상기 환원 분위기는 수소 분위기일 수 있다. 상기 소성은 상기 혼합물을 알루미나 도가니에 충진한 후, 상기 혼합물이 충진된 도가니를 알루미나 튜브 전기로에 배치한 후 수행할 수 있다. 또한, 상기 소성은 약 600 내지 700℃ 구체적으로, 625 내지 675 ℃까지 승온시켜 수행할 수 있고, 승온이 완료된 후 10 내지 26시간 구체적으로, 23 내지 25시간 동안 승온된 온도를 유지하여 수행할 수 있다.The above mixture can be calcined in an inert gas atmosphere or a reducing atmosphere and then naturally cooled to obtain a bulk compound according to the chemical formula 1 or 2. The inert gas atmosphere can be an argon atmosphere, and the reducing atmosphere can be a hydrogen atmosphere. The calcination can be performed after filling the mixture into an alumina crucible and then placing the crucible filled with the mixture into an alumina tube electric furnace. In addition, the calcination can be performed by increasing the temperature to about 600 to 700°C, specifically, 625 to 675°C, and maintaining the increased temperature for 10 to 26 hours, specifically, 23 to 25 hours after the heating is completed.
상기 자연냉각된 화합물을 분쇄하여 벌크형 화학식 1의 금속할라이드 분말을 얻을 수 있다.The above naturally cooled compound can be pulverized to obtain a bulk metal halide powder of chemical formula 1.
다음으로, 상기 벌크형의 화학식 1의 금속할라이드를 비극성 용매에 넣고 초음파로 분산시켜 초음파 분산액을 제조한다.Next, the metal halide of the chemical formula 1 in bulk form is placed in a nonpolar solvent and dispersed using ultrasonic waves to prepare an ultrasonic dispersion.
상기 비극성 용매는 상기 벌크형 금속할라이드를 균일하게 분산시킬 수 있는 당업계에 공지된 비극성 용매를 사용할 수 있으며, 유전 상수(dielectric constant)가 15 이하인 비극성 용매로서, 구체적으로, 방향족 탄화수소, 지환족 탄화수소, 지방족 탄화수소계 유기용매일 수 있다. 구체적으로, 상기 비극성 용매는 헥세인(hexane), 사이클로헥세인(cyclohexane), 톨루엔(toluene), 클로로벤젠(chlorobenzene), 벤젠(benzene), 클로로포름(chloroform) 및 디에틸에테르(diethyl ether) 중 적어도 어느 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The nonpolar solvent may be any nonpolar solvent known in the art capable of uniformly dispersing the bulk metal halide, and may be a nonpolar solvent having a dielectric constant of 15 or less, specifically, an aromatic hydrocarbon, an alicyclic hydrocarbon, or an aliphatic hydrocarbon-based organic solvent. Specifically, the nonpolar solvent may be at least one of hexane, cyclohexane, toluene, chlorobenzene, benzene, chloroform, and diethyl ether, but is not limited thereto.
상기 용매는 비극성 용매에 극성 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 극성 용매는 당 업계에 공지된 극성 용매를 사용할 수 있으며, 예컨대, 물, 아세톤(acetone), 에탄올(ethanol), 부탄올(butanol), 이소프로판올(iso-propanol) 및 메탄올(methanol) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 극성 용매는 비극성 용매 대비 1:9 내지 9:1의 부피 비율로 혼합하는 것이 바람직하며, 전술한 범위 내에서 벌크형의 금속할라이드의 분산이 효과적으로 수행될 수 있다.The solvent may further include a polar solvent in addition to the nonpolar solvent. The polar solvent may be a polar solvent known in the art, and examples thereof include, but are not limited to, water, acetone, ethanol, butanol, isopropanol, and methanol. It is preferable to mix the polar solvent in a volume ratio of 1:9 to 9:1 with respect to the nonpolar solvent, and dispersion of the bulk metal halide may be effectively performed within the above-mentioned range.
또한, 상기 용매는 비극성 용매에 pH 조절을 위하여 산 또는 염기 첨가제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 용매의 pH를 5 내지 6으로 조절하기 위해 아세트산 나트륨(sodium acetate) 또는 아세트산 칼륨(potassium acetate)과 같은 약산의 염 물질을 포함할 수 있다. pH가 5 내지 6으로 조절시 벌크형의 금속할라이드의 분산이 효과적으로 수행될 수 있다.In addition, the solvent may further include an acid or base additive for pH control in a nonpolar solvent. Specifically, the solvent may include a weak acid salt substance such as sodium acetate or potassium acetate for pH control to 5 to 6. When the pH is controlled to 5 to 6, dispersion of the bulk metal halide can be effectively performed.
상기 초음파 분산은 다수의 압전진동자를 이용하여 충격파에 의해 응집된 입자들에 침식분산을 일으키는 것과 더불어 초음파 스트리밍에 의해 용액 내에 와류를 발생시켜 유체 전단력에 의해 분열분산을 동시에 일으켜 벌크형 입자에서 나노입자로의 분산을 수행할 수 있다. 상기 초음파 분산은 5 내지 20 W에서 실시할 수 있으며, 처리 시간은 10 분 내지 1 시간동안 실시하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 벌크형 분말이 모두 분쇄될 때까지 수행할 수 있다.The above ultrasonic dispersion can perform dispersion from bulk particles to nanoparticles by simultaneously causing erosion dispersion of aggregated particles by shock waves using a plurality of piezoelectric vibrators and generating eddies in the solution by ultrasonic streaming to cause fragmentation dispersion by fluid shear force. The above ultrasonic dispersion can be performed at 5 to 20 W, and the treatment time is preferably 10 minutes to 1 hour, but is not limited thereto, and can be performed until all bulk powders are pulverized.
다음으로, 상기 초음파 분산액을 원심분리한 후 상등액을 취해 화학식 1의 금속할라이드 나노입자를 제조한다.Next, the ultrasonic dispersion is centrifuged and the supernatant is taken to prepare metal halide nanoparticles of chemical formula 1.
상기 초음파처리 후 원심분리하는 공정을 실시하는 것이 화학식 1의 금속할라이드 나노입자의 수득률 및 분산 안정성을 높일 수 있다. 이때, 원심분리 공정에 따라 생성된 침전물은 나노화되지 못한 벌크형 분말인 것으로, 침전물은 제거하고 상등액을 취하여 건조시킴으로써 금속할라이드 나노입자를 제조할 수 있다.Performing a centrifugation process after the above ultrasonic treatment can increase the yield and dispersion stability of the metal halide nanoparticles of chemical formula 1. At this time, the precipitate produced by the centrifugation process is a bulk powder that has not been nano-ized, and by removing the precipitate and taking the supernatant and drying it, the metal halide nanoparticles can be manufactured.
이때, 원심분리 속도는 4,000 내지 12,000 rpm, 바람직하게는 8,000 내지 9,000 rpm으로 수행하며, 원심분리 시간은 10 분 내지 30 분 동안 실시할 수 있다.At this time, the centrifugation speed is performed at 4,000 to 12,000 rpm, preferably 8,000 to 9,000 rpm, and the centrifugation time can be performed for 10 to 30 minutes.
제조된 금속할라이드 나노입자는 도 3에 나타낸 바와 같이 10 nm 이상 20 nm 미만의 입자크기를 가질 수 있다.The manufactured metal halide nanoparticles may have a particle size of 10 nm or more and less than 20 nm, as shown in Fig. 3.
[발광소자][Light-emitting element]
또한, 본 발명의 다른 측면은 상기 비납계 금속 할로겐화물 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자를 제공한다.In addition, another aspect of the present invention provides a light-emitting device comprising the non-lead metal halide nanoparticles as a light-emitting layer.
상기 비납계 금속 할로겐화물 나노입자는 전술한 바와 같이, 광발광(Photoluminescence, PL) 특성 및 전계발광(Electroluminescence, EL) 특성을 나타낼 수 있으므로, 광발광소자 또는 전계발광소자의 발광층으로 사용될 수 있다.As described above, the above-described non-lead metal halide nanoparticles can exhibit photoluminescence (PL) characteristics and electroluminescence (EL) characteristics, and therefore can be used as a light-emitting layer of a photoluminescence device or an electroluminescence device.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자의 단면을 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a drawing showing a cross-section of a light-emitting device including a non-lead metal halide nanoparticle as a light-emitting layer according to one embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 발광소자는 양전극(20)과 음전극(100); 이들 두 전극 사이에 배치된 발광층(60)을 구비할 수 있으며, 상기 양전극(20)와 상기 발광층(60) 사이에는 정공의 주입을 용이하게 하기 위한 정공주입층(30)을 구비할 수 있다. 또한, 상기 발광층(60)과 상기 음전극(100) 사이에 전자의 수송을 위한 전자수송층(80)와 전자의 주입을 용이하게 하기 위한 전자주입층(90)을 구비할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 발광소자는 상기 정공주입층(30)과 상기 발광층(60) 사이에 정공의 수송을 위한 정공수송층(40)을 더 포함할 수 있다. 이에 더하여, 발광층(60)과 전자수송층(80) 사이에 정공블로킹층(70)이 배치될 수 있다. 또한, 발광층(40)과 정공수송층(40) 사이에 전자블로킹층(50)이 배치될 수 있다.Referring to FIG. 6, a light-emitting device according to the present invention may include a positive electrode (20) and a negative electrode (100); a light-emitting layer (60) disposed between these two electrodes; and a hole injection layer (30) for facilitating the injection of holes may be disposed between the positive electrode (20) and the light-emitting layer (60). In addition, an electron transport layer (80) for transporting electrons and an electron injection layer (90) for facilitating the injection of electrons may be disposed between the light-emitting layer (60) and the negative electrode (100). In addition, the light-emitting device according to the present invention may further include a hole transport layer (40) for transporting holes between the hole injection layer (30) and the light-emitting layer (60). In addition, a hole blocking layer (70) may be disposed between the light-emitting layer (60) and the electron transport layer (80). Additionally, an electron blocking layer (50) may be placed between the light-emitting layer (40) and the hole transport layer (40).
상기 양전극(20)은 전도성 금속 산화물, 금속, 금속 합금, 또는 탄소재료일 수 있다. 전도성 금속 산화물은 인듐 틴옥사이드(indium tin oxide: ITO), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO), 안티몬 틴 옥사이드(antimony tin oxide, ATO), 플루오르 도프 산화주석(FTO), SnO2, ZnO, 또는 이들의 조합일 수 있다. 양극(20)으로서 적합한 금속 또는 금속합금은 Au와 CuI일 수 있다. 탄소재료는 흑연, 그라핀, 또는 탄소나노튜브일 수 있다.The positive electrode (20) may be a conductive metal oxide, a metal, a metal alloy, or a carbon material. The conductive metal oxide may be indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), antimony tin oxide (ATO), fluorine doped tin oxide (FTO), SnO 2 , ZnO, or a combination thereof. Metals or metal alloys suitable as the positive electrode (20) may be Au and CuI. The carbon material may be graphite, graphene, or carbon nanotubes.
상기 음전극(100)은 양전극(20)에 비해 낮은 일함수를 갖는 도전막으로, 예를 들어, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 인듐, 이트륨, 리튬, 은, 납, 세슘 등의 금속 또는 이들의 2종 이상의 조합을 사용하여 형성할 수 있다.The above negative electrode (100) is a conductive film having a lower work function than the positive electrode (20), and can be formed using, for example, a metal such as aluminum, magnesium, calcium, sodium, potassium, indium, yttrium, lithium, silver, lead, cesium, or a combination of two or more of these.
상기 양전극(20)과 음전극(100)은 스퍼터링(sputtering)법, 기상증착법 또는 이온빔증착법을 사용하여 형성될 수 있다. 정공주입층(30), 정공수송층(40), 전자블로킹층(50), 발광층(60), 정공 블로킹층(70), 전자수송층(80), 및 전자주입층(90)은 서로에 관계없이 증착법 또는 코팅법, 예를 들어 스프레잉, 스핀 코팅, 딥핑, 프린팅, 닥터 블레이딩법을 이용하거나, 또는 전기영동법을 이용하여 형성될 수 있다.The positive electrode (20) and the negative electrode (100) above can be formed using a sputtering method, a vapor deposition method, or an ion beam deposition method. The hole injection layer (30), the hole transport layer (40), the electron blocking layer (50), the light emitting layer (60), the hole blocking layer (70), the electron transport layer (80), and the electron injection layer (90) can be formed, regardless of each other, using a deposition method or a coating method, for example, spraying, spin coating, dipping, printing, doctor blading, or using an electrophoresis method.
상기 정공주입층(30) 및 정공수송층(40)은 정공 수송 물질로서 통상적으로 사용되는 재료를 포함할 수 있으며, 하나의 층이 서로 다른 정공 수송 물질층을 구비할 수 있다. 정공 수송 물질은 예를 들면, mCP (N,Ndicarbazolyl-3,5-benzene); PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrenesulfonate); NPD (N,N′-di(1-naphthyl)-N,N′-diphenylbenzidine); TPD (N,N′-Bis(3-methylphenyl)-N,N′-diphenylbenzidine); DNTPD (N4,N4′-Bis[4-[bis(3-methylphenyl)amino]phenyl]-N4,N4′-diphenyl-[1,1′-biphenyl]-4,4′-diamine); N,N'-디페닐-N,N'-디나프틸-4,4'-디아미노비페닐; N,N,N'N'-테트라-p-톨릴-4,4'-디아미노비페닐; N,N,N'N'-테트라페닐-4,4'-디아미노비페닐; 코퍼(II)1,10,15,20-테트라페닐-21H,23H-포피린 등과 같은 포피린(porphyrin) 화합물 유도체; TAPC(1,1-Bis[4-[N,N'-Di(p-tolyl)Amino]Phenyl]Cyclohexane); N,N,N-트라이(p-톨릴)아민, 4,4', 4'-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트라이페닐아민과 같은 트라이아릴아민 유도체; N-페닐카르바졸 및 폴리비닐카르바졸과 같은 카르바졸 유도체; 무금속 프탈로시아닌, 구리프탈로시아닌과 같은 프탈로시아닌 유도체; 스타버스트 아민 유도체; 엔아민스틸벤계 유도체; 방향족 삼급아민과 스티릴 아민 화합물의 유도체; 및 폴리실란 등일 수 있다. 이러한 정공수송물질은 전자블로킹층(50)의 역할을 수행할 수도 있다.The above hole injection layer (30) and hole transport layer (40) may include materials commonly used as hole transport materials, and one layer may have different hole transport material layers. The hole transport materials include, for example, mCP (N,Ndicarbazolyl-3,5-benzene); PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrenesulfonate); NPD (N,N′-di(1-naphthyl)-N,N′-diphenylbenzidine); TPD (N,N′-Bis(3-methylphenyl)-N,N′-diphenylbenzidine); DNTPD (N 4 ,N 4′ -Bis[4-[bis(3-methylphenyl)amino]phenyl]-N 4 ,N 4′ -diphenyl-[1,1′-biphenyl]-4,4′-diamine); Porphyrin compound derivatives such as N,N'-diphenyl-N,N'-dinaphthyl-4,4'-diaminobiphenyl;N,N,N'N'-tetra-p-tolyl-4,4'-diaminobiphenyl;N,N,N'N'-tetraphenyl-4,4'-diaminobiphenyl;copper(II)1,10,15,20-tetraphenyl-21H,23H-porphyrin; triarylamine derivatives such as TAPC(1,1-Bis[4-[N,N'-Di(p-tolyl)Amino]Phenyl]Cyclohexane); N,N,N-tri(p-tolyl)amine, 4,4', 4'-tris[N-(3-methylphenyl)-N-phenylamino]triphenylamine; carbazole derivatives such as N-phenylcarbazole and polyvinylcarbazole; It may be a phthalocyanine derivative such as a metal-free phthalocyanine, copper phthalocyanine; a starburst amine derivative; an enamine stilbene derivative; a derivative of an aromatic tertiary amine and a styryl amine compound; and a polysilane. Such a hole transport material may also function as an electron blocking layer (50).
상기 정공주입층(30)의 두께는 10Å 내지 10000Å, 예를 들면, 100Å 내지 1000Å일 수 있다. 상기 정공주입층의 두께가 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 구동 전압이 상승되지 않아 고품질의 유기 소자를 구현할 수 있다.The thickness of the above hole injection layer (30) may be 10 Å to 10,000 Å, for example, 100 Å to 1,000 Å. When the thickness of the above hole injection layer satisfies the range described above, the driving voltage does not increase, so a high-quality organic device can be implemented.
상기 정공수송층(40)의 두께는 5 nm 내지 100 nm, 예를 들면, 10 nm 내지 60 nm일 수 있다. 상기 정공수송층의 두께가 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 유기 발광 다이오드의 광효율이 향상되고 휘도가 높아질 수 있다.The thickness of the above hole transport layer (40) may be 5 nm to 100 nm, for example, 10 nm to 60 nm. When the thickness of the above hole transport layer satisfies the range described above, the light efficiency of the organic light emitting diode may be improved and the brightness may be increased.
전자주입층(90) 및 전자수송층(80)은 음전극(100)의 일함수 준위와 발광층(60)의 LUMO 준위 사이의 LUMO 준위를 갖는 층들로, 음전극(100)에서 발광층(60)으로의 전자의 주입 효율 및 수송 효율을 높이는 기능을 한다.The electron injection layer (90) and the electron transport layer (80) are layers having a LUMO level between the work function level of the cathode (100) and the LUMO level of the light-emitting layer (60), and function to increase the injection efficiency and transport efficiency of electrons from the cathode (100) to the light-emitting layer (60).
전자주입층(90)은 예를 들면, LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO, BaF2, 또는 Liq(리튬 퀴놀레이트)일 수 있다. 또한, 상기 전자주입층(90)은 금속산화물을 포함할 수 있다. 상기 금속산화물은 n형 반도체 특성을 가지므로 전자 수송 능력이 우수하며, 나아가 공기나 수분에 반응성이 없는 물질들로 가시광선 영역에서의 투과도(Transparency)가 우수한 반도체 물질 중에서 선택될 수 있다. 상기 전자주입층(90)은 예를 들면, 알루미늄이 도핑된 산화아연(Aluminum doped zinc oxide; AZO), 알칼리 금속(Li, Na, K, Rb, Cs 또는 Fr)이 도핑된 AZO, TiOx (x는 1 내지 3의 실수임), 산화인듐(In2O3), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 산화아연주석(Zinc Tin Oxide), 산화갈륨(Ga2O3), 산화텅스텐(WO3), 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화바나듐(V2O5, vanadium(IV) oxide(VO2), V4O7, V5O9, 또는 V2O3), 산화몰리브데늄(MoO3 또는 MoOx), 산화구리(Copper(II) Oxide: CuO), 산화니켈(NiO), 산화구리알루미늄(Copper Aluminium Oxide: CAO, CuAlO2), 산화아연로듐 (Zinc Rhodium Oxide: ZRO, ZnRh2O4), 산화철, 산화크롬, 산화비스무스, IGZO (indium-Gallium Zinc Oxide), 및 ZrO2 중에서 선택된 1종 이상의 금속산화물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로서, 상기 전자주입층(60)은 금속산화물 박막층, 금속산화물 나노입자층 또는 금속산화물 박막 내에 금속산화물 나노입자가 포함된 층일 수 있다.The electron injection layer (90) may be, for example, LiF, NaCl, CsF, Li 2 O, BaO, BaF 2 , or Liq (lithium quinolate). In addition, the electron injection layer (90) may include a metal oxide. The metal oxide has an n-type semiconductor characteristic, so it has excellent electron transport ability, and further, it may be selected from among semiconductor materials that are not reactive to air or moisture and have excellent transparency in the visible light range. The electron injection layer (90) may be, for example, aluminum doped zinc oxide (AZO), alkali metal (Li, Na, K, Rb, Cs or Fr) doped AZO, TiO x (x is a real number from 1 to 3), indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), zinc tin oxide (Zinc Tin Oxide), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), tungsten oxide (WO 3 ), aluminum oxide, titanium oxide, vanadium oxide (V 2 O 5 , vanadium(IV) oxide(VO 2 ), V 4 O 7 , V 5 O 9 , or V 2 O 3 ), molybdenum oxide (MoO 3 or MoO x ), copper oxide (Copper(II) Oxide: CuO), nickel oxide (NiO), It may include one or more metal oxides selected from among copper aluminum oxide (CAO, CuAlO 2 ), zinc rhodium oxide (ZRO, ZnRh 2 O 4 ), iron oxide, chromium oxide, bismuth oxide, indium-gallium zinc oxide (IGZO), and ZrO 2 , but is not limited thereto. As an example, the electron injection layer (60) may be a metal oxide thin film layer, a metal oxide nanoparticle layer, or a layer including metal oxide nanoparticles in a metal oxide thin film.
전자수송층(80)은 퀴놀린 유도체, 특히 트리스(8-히드록시퀴놀린)알루미늄 (tris(8-hydroxyquinoline) aluminum : Alq3), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)-4-(페닐페놀라토)알루미늄 (Bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium : Balq), 비스(10-히드록시벤조 [h] 퀴놀리나토)베릴륨 (bis(10-hydroxybenzo [h] quinolinato)-beryllium : Bebq2), 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline : BCP), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline : Bphen), 2,2',2"-(벤젠-1,3,5-트리일)-트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸) ((2,2',2"-(benzene-1,3,5-triyl)- tris(1-phenyl-1H-benzimidazole : TPBI), 3-(4-비페닐)-4-(페닐-5-tert-부틸페닐-1,2,4-트리아졸 (3-(4-biphenyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole : TAZ), 4-(나프탈렌-1-일)-3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸 (4-(naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole : NTAZ), 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (2,9-bis(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline : NBphen), 트리스(2,4,6-트리메틸-3-(피리딘-3-일)페닐)보란 (Tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)borane : 3TPYMB), 페닐-디파이레닐포스핀 옥사이드 (Phenyl-dipyrenylphosphine oxide : POPy2), 3,3',5,5'-테트라[(m-피리딜)-펜-3-일]비페닐 (3,3',5,5'-tetra[(m-pyridyl)-phen-3-yl]biphenyl : BP4mPy), 1,3,5-트리[(3-피리딜)-펜-3-일]벤젠 (1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene : TmPyPB), 1,3-비스[3,5-디(피리딘-3-일)페닐]벤젠 (1,3-bis[3,5-di(pyridin-3-yl)phenyl]benzene : BmPyPhB), 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨 (Bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinato)beryllium : Bepq2), , 디페닐비스(4-(피리딘-3-일)페닐)실란 (Diphenylbis(4-(pyridin-3-yl)phenyl)silane : DPPS) 및 1,3,5-트리(p-피리드-3-일-페닐)벤젠 (1,3,5-tri(p-pyrid-3-yl-phenyl)benzene : TpPyPB), 1,3-비스[2-(2,2'-비피리딘-6-일)-1,3,4-옥사디아조-5-일]벤젠 (1,3-bis[2-(2,2'-bipyridine-6-yl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzene : Bpy-OXD), 6,6'-비스[5-(비페닐-4-일)-1,3,4-옥사디아조-2-일]-2,2'-비피리딜 (6,6'-bis[5-(biphenyl-4-yl)-1,3,4-oxadiazo-2-yl]-2,2'-bipyridyl : BP-OXD-Bpy), TSPO1(diphenylphosphine oxide-4-(triphenylsilyl)phenyl), TPBi(1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠), 트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄(Alq3), 2,5-디아릴 실롤 유도체(PyPySPyPy), 퍼플루오리네이티드 화합물(PF-6P), COTs (Octasubstituted cyclooctatetraene) 등을 포함할 수 있다.The electron transport layer (80) is a quinoline derivative, particularly tris(8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq 3 ), bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium (Balq), bis(10-hydroxybenzo [h] quinolinato)-beryllium (Bebq 2 ), 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP), 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline. (4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline : Bphen), 2,2',2"-(benzene-1,3,5-triyl)-tris(1-phenyl-1H-benzimidazole) ((2,2',2"-(benzene-1,3,5-triyl)- tris(1-phenyl-1H-benzimidazole : TPBI), 3-(4-biphenyl)-4-(phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole (3-(4-biphenyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole : TAZ), 4-(naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole (4-(naphthalen-1-yl)-3,5-diphenyl-4H-1,2,4-triazole : NTAZ), 2,9-bis(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (NBphen), Tris(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)borane (3TPYMB), Phenyl-dipyrenylphosphine oxide (POPy2), 3,3',5,5'-tetra[(m-pyridyl)-phen-3-yl]biphenyl (BP4mPy), 1,3,5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene (TmPyPB), 1,3-bis[3,5-di(pyridin-3-yl)phenyl]benzene (BmPyPhB), bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinato)beryllium (Bepq2), , diphenylbis(4-(pyridin-3-yl)phenyl)silane (DPPS), and 1,3,5-tri(p-pyrid-3-yl-phenyl)benzene (1,3,5-tri(p-pyrid-3-yl-phenyl)benzene : TpPyPB), 1,3-bis[2-(2,2'-bipyridine-6-yl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzene (1,3-bis[2-(2,2'-bipyridine-6-yl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzene : Bpy-OXD), 6,6'-bis[5-(biphenyl-4-yl)-1,3,4-oxadiazo-2-yl]-2,2'-bipyridyl (6,6'-bis[5-(biphenyl-4-yl)-1,3,4-oxadiazo-2-yl]-2,2'-bipyridyl : BP-OXD-Bpy), TSPO1(diphenylphosphine oxide-4-(triphenylsilyl)phenyl), It may include TPBi (1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazol-2-yl)benzene), tris(8-quinolinolate)aluminum (Alq3), 2,5-diaryl silole derivatives (PyPySPyPy), perfluorinated compounds (PF-6P), COTs (Octasubstituted cyclooctatetraene), etc.
상기 전자주입층(90)의 두께는 10 nm 내지 100 nm, 더욱 상세하게는, 20 nm 내지 50 nm일 수 있고, 상기 전자수송층(80)의 두께는 약 5 nm 내지 100 nm, 예를 들면, 15 nm 내지 60 nm일 수 있다. 상기 전자주입층(90) 및 전자수송층(80)의 두께가 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 구동 전압 상승없이 우수한 전자전달 특성을 얻을 수 있다.The thickness of the electron injection layer (90) may be 10 nm to 100 nm, more specifically, 20 nm to 50 nm, and the thickness of the electron transport layer (80) may be about 5 nm to 100 nm, for example, 15 nm to 60 nm. When the thicknesses of the electron injection layer (90) and the electron transport layer (80) satisfy the ranges described above, excellent electron transfer characteristics can be obtained without an increase in the driving voltage.
상기 정공주입층(30), 정공수송층(40), 전자블로킹층(50), 전자주입층(90), 전자수송층(80), 및 정공블로킹층(70)은 진공증착법, 스핀코팅법, 스프레이법, 딥코팅법, 바코팅법, 노즐프린팅법, 슬롯-다이코팅법, 그래비어 프린팅법, 캐스트법 또는 랭뮤어-블로드젯막법(LB(Langmuir-Blodgett)) 등과 같은 공지된 다양한 방법 중에서 임의로 선택된 방법으로 수행하여 형성될 수 있다. 이때, 박막 형성시 조건 및 코팅 조건은 목적 화합물, 목적으로 하는 층의 구조 및 열적 특성 등에 따라 달라질 수 있다.The above hole injection layer (30), hole transport layer (40), electron blocking layer (50), electron injection layer (90), electron transport layer (80), and hole blocking layer (70) may be formed by a method arbitrarily selected from various known methods, such as vacuum deposition, spin coating, spraying, dip coating, bar coating, nozzle printing, slot-die coating, gravure printing, casting, or Langmuir-Blodgett (LB) film method. At this time, the thin film formation conditions and coating conditions may vary depending on the target compound, the structure of the target layer, and thermal characteristics.
상기 기판(10)은 발광소자의 지지체가 되는 것으로, 투명한 소재일 수 있다. 또한, 상기 기판(10)은 유연한 성질의 소재 또는 경질의 소재일 수 있으며, 바람직하게는 유연한 성질의 소재일 수 있다. The above substrate (10) serves as a support for the light-emitting element and may be a transparent material. In addition, the substrate (10) may be a flexible material or a hard material, and preferably, may be a flexible material.
상기 기판(10)의 소재는 유리(Glass), 사파이어 (Sapphire), 석영(Quartz), 실리콘(silicon), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리스틸렌(polystyrene,PS), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP) 또는 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 등일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The material of the above substrate (10) may be, but is not limited to, glass, sapphire, quartz, silicon, polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), polyimide (PI), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylpyrrolidone (PVP), or polyethylene (PE).
상기 기판(10)은 양전극(20) 하부에 배치될 수도 있고 또는 음전극(100) 상부에 배치될 수도 있다. 다시 말해서, 기판 상에 양전극(20)이 음전극(100)보다 먼저 형성될 수도 있고 음전극(100)이 양전극(20) 보다 먼저 형성될 수도 있다. 따라서, 상기 발광소자는 정구조 및 역구조 모두 가능하다.The above substrate (10) may be placed below the positive electrode (20) or may be placed above the negative electrode (100). In other words, the positive electrode (20) may be formed on the substrate before the negative electrode (100), or the negative electrode (100) may be formed before the positive electrode (20). Accordingly, the light-emitting element may have both a regular structure and an inverted structure.
상기 발광층(60)은 상기 정공주입층(30)과 전자주입층(90) 사이에 형성되며, 더욱 구체적으로는 전자블로킹층(50)과 정공블로킹층(70) 사이에 형성되며, 양전극(20)에서 유입된 정공(h)과 음전극(100)에서 유입된 전자(e)가 결합하여 엑시톤을 형성하고, 엑시톤이 기저상태로 전이하면서 광이 방출됨으로써 발광을 일으키는 역할을 한다.The above-mentioned light-emitting layer (60) is formed between the hole injection layer (30) and the electron injection layer (90), and more specifically, is formed between the electron blocking layer (50) and the hole blocking layer (70), and plays a role in causing light emission by forming excitons when holes (h) introduced from the positive electrode (20) and electrons (e) introduced from the negative electrode (100) combine, and the excitons transition to the ground state and emit light.
본 발명에 따른 발광 소자에 있어서, 상기 발광층(60)은 상기 비납계 금속 할로겐화물 나노입자를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 비납계 할로겐화물 나노입자와 관련하여는 [비납계 금속 할로겐화물 나노입자]에 전술한 바와 같으므로, 자세한 내용은 생략한다.In the light-emitting device according to the present invention, the light-emitting layer (60) is characterized by including the non-lead metal halide nanoparticles. Since the non-lead metal halide nanoparticles are as described above in [Non-lead metal halide nanoparticles], detailed descriptions are omitted.
상기 발광층(60)은 상기 비납계 할로겐화물 나노입자를 적절한 유기용매에 분산시킨 비납계 할로겐화물 나노입자 용액을 용액 공정을 이용하여 기재 위에 도포하여 형성시킬 숫 있다. 이 때 사용되는 용액 공정은 스핀코팅법, 스프레이 코팅법, 딥코팅법, 그래비어 코팅법, 리버스 오프셋 코팅법, 스크린 프린팅법, 슬롯-다이 코팅법 및 노즐프린팅법 등과 같은 공지된 다양한 방법 중에서 임의로 선택된 방법에 따라 형성될 수 있다.The above-described light-emitting layer (60) can be formed by applying a solution of non-lead halide nanoparticles dispersed in an appropriate organic solvent onto a substrate using a solution process. The solution process used at this time can be formed by a method arbitrarily selected from among various known methods such as spin coating, spray coating, dip coating, gravure coating, reverse offset coating, screen printing, slot-die coating, and nozzle printing.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자의 에너지 준위 다이어그램을 나타낸다.FIG. 7 shows an energy level diagram of a light-emitting device including lead-free metal halide nanoparticles as a light-emitting layer according to one embodiment of the present invention.
본 명세서에 있어서, 에너지 준위는 에너지의 크기를 의미하는 것이다. 따라서, 진공준위로부터 마이너스(-) 방향으로 에너지 준위가 표시되는 경우에도, 에너지 준위는 해당 에너지 값의 절대값을 의미하는 것으로 해석된다. 예컨대, HOMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최고 점유 분자 오비탈(highest occupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다. 또한, LUMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최저 비점유 분자 오비탈(lowest unoccupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다. In this specification, energy level means the size of energy. Therefore, even when the energy level is expressed in a minus (-) direction from the vacuum level, the energy level is interpreted as meaning the absolute value of the corresponding energy value. For example, the HOMO energy level means the distance from the vacuum level to the highest occupied molecular orbital. In addition, the LUMO energy level means the distance from the vacuum level to the lowest unoccupied molecular orbital.
본 명세서에서 CBM(conduction band minimum)은 물질의 전도대 최하단을 말하며, VBM(valence band maximum)은 물질의 가전도대의 최상단을 말한다. 상기 CBM과 VBM의 차이를 밴드갭(bandgap)이라고 한다.In this specification, CBM (conduction band minimum) refers to the lowest point of the conduction band of a material, and VBM (valence band maximum) refers to the highest point of the valence band of a material. The difference between the CBM and VBM is called the bandgap.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 발광 소자에서 발광층(60)의 VBM의 에너지 준위(-6.0 eV)는 정공주입층(30) 및 정공수송층(40)의 HOMO의 에너지 준위(각각 -5.2 eV 및 -5.8 eV)보다 더 낮은 것이 바람직하다. 이러한 에너지 준위를 가질 때, 발광소자에 작동전압을 인가하면, 양전극(20)에서 정공(h)이 정공주입층(30)을 거쳐 발광층(60)으로 유입되는 것이 용이해진다.Referring to FIG. 7, in the light-emitting device according to the present invention, the energy level (-6.0 eV) of the VBM of the light-emitting layer (60) is preferably lower than the energy levels (-5.2 eV and -5.8 eV, respectively) of the HOMO of the hole injection layer (30) and the hole transport layer (40). When the light-emitting device has such energy levels, when an operating voltage is applied to the light-emitting device, holes (h) from the positive electrode (20) easily flow into the light-emitting layer (60) through the hole injection layer (30).
또한, 본 발명에 따른 발광 소자에서 발광층(60)의 CBM의 에너지 준위(-3.6 eV)는 전자수송층(80)의 LUMO의 에너지 준위(-2.7 eV)보다는 더 높은 것이 바람직하다. 이러한 에너지 준위를 가질 때, 발광소자에 작동전압을 인가하면, 음전극(100)에서 전자(e)가 전자수송층(80)을 거쳐 발광층(60)으로 유입되는 것이 용이해진다.In addition, in the light-emitting device according to the present invention, it is preferable that the energy level (-3.6 eV) of the CBM of the light-emitting layer (60) is higher than the energy level (-2.7 eV) of the LUMO of the electron transport layer (80). When the light-emitting device has such an energy level, when an operating voltage is applied to the light-emitting device, it becomes easy for electrons (e) from the negative electrode (100) to flow into the light-emitting layer (60) through the electron transport layer (80).
발광층(60)으로 유입된 전자와 정공은 결합하여 엑시톤을 형성하고, 엑시톤이 기저상태로 전이하면서 광이 방출된다.Electrons and holes flowing into the light-emitting layer (60) combine to form excitons, and light is emitted when the excitons transition to the ground state.
또한, 본 발명은 비납계 금속 할라이드 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for manufacturing a light-emitting device including non-lead metal halide nanoparticles as a light-emitting layer.
상기 발광소자의 제조방법은 The manufacturing method of the above light-emitting device is
기판 상에 음전극을 형성하는 단계;A step of forming a negative electrode on a substrate;
상기 음전극 상에 정공주입층을 형성시키는 단계;A step of forming a hole injection layer on the above negative electrode;
상기 정공주입층 상에 정공수송층을 형성시키는 단계;A step of forming a hole transport layer on the above hole injection layer;
상기 정공수송층 상에 전자블로킹층을 형성시키는 단계;A step of forming an electron blocking layer on the above hole transport layer;
상기 전자블로킹층 상에 비납계 금속 할라이드 나노입자를 포함하는 발광층을 형성시키는 단계;A step of forming a light-emitting layer including non-lead metal halide nanoparticles on the electron-blocking layer;
상기 발광층 상에 정공블로킹층을 형성시키는 단계;A step of forming a hole-blocking layer on the above-mentioned light-emitting layer;
상기 정공블로킹층 상에 전자수송층을 형성시키는 단계;A step of forming an electron transport layer on the above hole-blocking layer;
상기 전자수송층 상에 전자주입층을 형성시키는 단계; 및A step of forming an electron injection layer on the electron transport layer; and
상기 전자주입층 상에 양전극을 형성하는 단계를 포함한다.It includes a step of forming a positive electrode on the electron injection layer.
본 발명에 따른 발광소자의 제조방법에 있어서, 양전극, 정공주입층, 전공수송층, 전자블로킹층, 발광층, 정공블로킹층, 전자수송층, 전자주입층 및 양전극을 형성하는 단계는 전술한 바와 같으므로 자세한 설명은 생략한다.In the method for manufacturing a light-emitting device according to the present invention, the steps of forming a positive electrode, a hole injection layer, a hole transport layer, an electron blocking layer, a light-emitting layer, a hole blocking layer, an electron transport layer, an electron injection layer, and a positive electrode are as described above, so a detailed description is omitted.
본 발명에 따르면, 벌크(bulk)형의 비납계 금속 할라이드를 더 작은 크기로 나노화하여 반치폭을 벌크형일 때의 30~40 nm 에서 20~25 nm로 감소시킴으로써 발광소자의 발광층으로 사용시 발광소자의 색순도가 향상될 수 있다.According to the present invention, by nano-sizing a bulk-type lead-free metal halide into a smaller size and reducing the half-width from 30 to 40 nm in the bulk form to 20 to 25 nm, the color purity of the light-emitting device can be improved when used as a light-emitting layer of the light-emitting device.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 제조예 및 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 제조예 및 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred manufacturing examples and experimental examples are presented to help understand the present invention. However, the following manufacturing examples and experimental examples are only provided to help understand the present invention, and the present invention is not limited to the following experimental examples.
<제조예 1> Cs<Manufacturing Example 1> Cs 22 Mn(BrMn(Br 1-a1-a ClCl aa )) 44 (이하, Cs(Hereinafter, Cs 22 Mn(Br/Cl)Mn(Br/Cl) 44 로 명명함)의 나노입자 제조Manufacturing of nanoparticles (named as )
(1) Cs(1) Cs 22 Mn(Br/Cl)Mn(Br/Cl) 44 의 벌크 입자 제조Bulk particle manufacturing
원료 물질로는 CsBr, CsCl, MnBr2, 및 MnCl2 분말을 화학 양론적 당량비인 2-2a:2a:1-a:a의 몰비로 정량한 후에, 상기 정량된 원료물질을 아르곤(Argon) 분위기로 충진된 글로브 박스(glove box)에서 아게이트 유봉(agate pestle) 및 유발(mortar)을 사용하여 30분 동안 혼합 및 분쇄하여 혼합물을 얻었다. 상기 혼합물을 도가니에 충진한 후, 상기 혼합물이 충진된 도가니를 알루미나 튜브 전기로에 배치하고 아르곤 분위기 하에서 650 ℃까지 승온시킨 후 24시간 동안 유지하여 소성한 후 24시간 동안 자연 냉각하였다. 이후, 얻어진 생성물을 분쇄하여 Cs2Mn(Br/Cl)4 벌크 입자를 얻었다.As raw materials, CsBr, CsCl, MnBr 2 , and MnCl 2 powders were quantified in a molar ratio of 2-2a:2a:1-a:a, which is the stoichiometric equivalent ratio. Then, the quantified raw materials were mixed and ground for 30 minutes using an agate pestle and mortar in a glove box filled with an argon atmosphere to obtain a mixture. After filling the mixture into a crucible, the crucible filled with the mixture was placed in an alumina tube electric furnace, heated to 650 ℃ under an argon atmosphere, maintained for 24 hours, calcined, and then naturally cooled for 24 hours. Thereafter, the obtained product was pulverized to obtain Cs 2 Mn(Br/Cl) 4 bulk particles.
(2) Cs(2) Cs 22 Mn(Br/Cl)Mn(Br/Cl) 44 의 나노입자 제조Manufacturing of nanoparticles
상기 (1)에서 합성된 Cs2Mn(Br/Cl)4 벌크 입자를 비극성 용매, 예컨대 헥세인(hexane), 사이클로헥세인(cyclohexane), 옥테인(octane), 톨루엔(toluene), 클로로벤젠(chlorobenzene), 벤젠(benzene), 클로로포름(chloroform) 또는 디에틸에테르(diethyl ether)에 일정 농도로 분산시킨 후, 초음파분산기(Ultrasonicator)를 이용하여 초음파분산을 수행하였다. 초음파 분산이 완료된 용액을 50 ml 원심분리 튜브로 옮긴 후, 8000 rpm에서 10분 동안 원심분리(Centrifuge)를 수행하여, Cs2Mn(Br/Cl)4의 나노입자가 분산된 상등액만을 수득하였다.The Cs 2 Mn (Br/Cl) 4 bulk particles synthesized in the above (1) were dispersed at a certain concentration in a nonpolar solvent such as hexane, cyclohexane, octane, toluene, chlorobenzene, benzene, chloroform or diethyl ether, and then ultrasonic dispersion was performed using an ultrasonicator. The solution after ultrasonic dispersion was transferred to a 50 ml centrifuge tube, and centrifugation was performed at 8000 rpm for 10 minutes to obtain only the supernatant in which the Cs 2 Mn (Br/Cl) 4 nanoparticles were dispersed.
<비교예 1> Cs<Comparative Example 1> Cs 22 Mn(Br/Cl)Mn(Br/Cl) 44 의 벌크 입자 제조Bulk particle manufacturing of
상기 제조예 1의 (1)에서 합성된 Cs2Mn(Br/Cl)4 벌크 입자를 추가 나노화 없이 그대로 사용하였다.The Cs 2 Mn(Br/Cl) 4 bulk particles synthesized in (1) of the above Manufacturing Example 1 were used as is without further nano-processing.
<제조예 2> Cs<Manufacturing Example 2> Cs 22 Mn(Br/Cl)Mn(Br/Cl) 44 의 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자 제조Manufacturing of light-emitting devices containing nanoparticles as a light-emitting layer
하기 방법을 통해 도 6에 나타낸 구조의 발광소자를 제작하였다.A light-emitting device having the structure shown in Fig. 6 was manufactured using the following method.
먼저 양전극으로서 ITO 기판(ITO 양전극이 코팅된 유리 기판)(20)을 준비하였다.First, an ITO substrate (a glass substrate coated with an ITO positive electrode) (20) was prepared as a positive electrode.
상기 ITO 기판(20) 위에 p-type 전도성 물질인 PEDOT:PSS(Heraeus PVP. Al4083)을 스핀 코팅한 후 145℃에서 15분 동안 열처리하여 정공주입층(30)을 형성하였다.A hole injection layer (30) was formed by spin-coating a p-type conductive material, PEDOT:PSS (Heraeus PVP. Al4083), on the ITO substrate (20) and then heat-treating at 145°C for 15 minutes.
다음으로, 클로로벤젠에 4 mg/ml로 용해시킨 PVK(Poly(n-vinylcarbazole)) 용액을 상기 정공주입층 상에 도포하고 3000 rpm의 속도로 회전시키면서 스핀코팅하였다. 제조된 박막을 160℃에서 30분간 열처리하여 정공수송층(40)을 형성하였다.Next, a PVK (Poly(n-vinylcarbazole)) solution dissolved in chlorobenzene at 4 mg/ml was applied onto the hole injection layer and spin-coated while rotating at a speed of 3000 rpm. The manufactured thin film was heat-treated at 160°C for 30 minutes to form a hole transport layer (40).
다음으로, 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP)을 이소프로필알콜에 용해시킨 용액을 정공수송층(40) 상에 도포하고 5000 rpm의 속도로 회전시키면서 스핀코팅하고 100℃에서 5분간 열처리하여 전자블로킹층(Electron blocking layer)(50)를 형성하였다.Next, a solution of polyvinylpyrrolidone (PVP) dissolved in isopropyl alcohol was applied onto the hole transport layer (40), spin-coated while rotating at a speed of 5000 rpm, and heat-treated at 100° C. for 5 minutes to form an electron blocking layer (50).
이후, 제조예 1에서 제조된, Cs2Mn(Br/Cl)4의 나노입자가 유기용매, 예컨대 헥세인(hexane), 사이클로헥세인(cyclohexane), 옥테인(octane), 톨루엔(toluene), 클로로벤젠(chlorobenzene), 벤젠(benzene), 클로로포름(chloroform) 또는 디에틸에테르(diethyl ether)에 분산된 Cs2Mn(Br/Cl)4 나노입자 분산액을 전자블로킹층(50) 상에 도포하고 3000 rpm의 속도로 회전시키면서 스핀코팅하였다. 제조된 박막을 80℃에서 10분간 열처리하여 Cs2Mn(Br/Cl)4 발광층(60)을 형성하였다.Thereafter, the Cs 2 Mn(Br/Cl) 4 nanoparticle dispersion prepared in Manufacturing Example 1 was dispersed in an organic solvent such as hexane, cyclohexane, octane, toluene, chlorobenzene, benzene, chloroform or diethyl ether, and the Cs 2 Mn(Br/Cl) 4 nanoparticle dispersion was applied onto the electron-blocking layer (50) and spin-coated while rotating at a speed of 3000 rpm. The prepared thin film was heat-treated at 80° C. for 10 minutes to form a Cs 2 Mn(Br/Cl) 4 light-emitting layer (60).
다음으로, 상기 Cs2Mn(Br/Cl)4 발광층(60) 상에 50 nm 두께의 1,3,5-Tris(1-phenyl-1Hbenzimidazol-2-yl)benzene (TPBI)를 1×10-6 Torr 이하의 높은 진공에서 열증착하여 전자수송층(80)을 형성하고, 그 위에 1 nm 두께의 LiF를 증착하여 전자주입층(90)을 형성하고, 그 위에 100nm 두께의 알루미늄을 증착하여 음전극(100)을 형성하여 Cs2Mn(Br/Cl)4를 발광층으로 한 전계발광소자를 제작하였다.Next, 50 nm thick 1,3,5-Tris(1-phenyl-1Hbenzimidazol-2-yl)benzene (TPBI) was thermally evaporated on the Cs 2 Mn(Br/Cl) 4 light-emitting layer (60) in a high vacuum of 1×10 -6 Torr or less to form an electron transport layer (80), 1 nm thick LiF was deposited thereon to form an electron injection layer (90), and 100 nm thick aluminum was deposited thereon to form a cathode (100), thereby manufacturing an electroluminescent device using Cs 2 Mn(Br/Cl) 4 as the light-emitting layer.
마지막으로, 완성된 전계발광소자 전면에 커버글래스, 레진을 이용하여 캡슐화를 함으로써 외부 환경에 소자가 열화되는 것을 막아주었다.Lastly, the entire surface of the completed electroluminescent device was encapsulated using cover glass and resin to prevent the device from deteriorating in the external environment.
<비교예 2> Cs<Comparative Example 2> Cs 22 Mn(Br/Cl)Mn(Br/Cl) 44 의 벌크 입자를 발광층으로 포함하는 발광소자 제조Manufacturing of light-emitting devices comprising bulk particles as a light-emitting layer
발광층의 제조시 비교예 1에서 제조된 Cs2Mn(Br/Cl)4의 벌크 입자를 사용한 것을 제외하고는 제조예 2와 동일한 방법으로 발광소자를 제작하였다.A light-emitting device was manufactured using the same method as in Manufacturing Example 2, except that the bulk particles of Cs 2 Mn(Br/Cl) 4 manufactured in Comparative Example 1 were used in the manufacture of the light-emitting layer.
<분석><Analysis>
도 8은 본 발명의 일 비교예 및 일 실시예에 따른 벌크형의 비납계 금속 할라이드 입자와 비납계 금속 할라이드 나노입자의 광발광 및 광여기 스펙트럼을 비교한 도면이다.FIG. 8 is a diagram comparing photoluminescence and photoexcitation spectra of bulk-type lead-free metal halide particles and lead-free metal halide nanoparticles according to one comparative example and one embodiment of the present invention.
도 8에 나타낸 바와 같이, 동일한 화학식을 가진 비납계 금속 할라이드 입자에 대하여, 벌크(bulk)형의 비납계 금속 할라이드와 본 발명에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자는 500 nm 이전의 파장에서 광여기(photoluminescence excitation)가 일어나 500 내지 550 nm의 범위의 녹색광 파장에서 광발광이 일어났으나, 벌크(bulk)형의 비납계 금속 할라이드의 광발광 스펙트럼의 반치폭에 비해 본 발명에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자는 반치폭이 21 nm로 감소함으로써 높은 색순도를 나타내며, 이러한 효과는 종래 비납계 발광소자에서는 보고된 적 없는 우수한 특성이다.As shown in FIG. 8, for lead-free metal halide particles having the same chemical formula, the bulk-type lead-free metal halide and the lead-free metal halide nanoparticles according to the present invention exhibited photoluminescence excitation at a wavelength prior to 500 nm, and photoluminescence occurred in a green wavelength range of 500 to 550 nm. However, compared to the half-width of the photoluminescence spectrum of the bulk-type lead-free metal halide, the half-width of the lead-free metal halide nanoparticles according to the present invention was reduced to 21 nm, thereby exhibiting high color purity. This effect is an excellent characteristic that has not been reported in conventional lead-free light-emitting devices.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자에 있어서, 인가전압에 따른 전계발광 스펙트럼을 나타낸다.FIG. 9 shows an electroluminescence spectrum according to an applied voltage in a light-emitting device including a non-lead metal halide nanoparticle as a light-emitting layer according to one embodiment of the present invention.
도 9에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자는 구동전압이 증가함에 따라 발광 피크의 강도가 증가하였으나, 반치폭은 21 nm로 유지되는 것을 확인하였으며, 이에, 본 발명에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자는 좁은 반치폭을 가짐으로써 높은 색순도를 나타내는 전계발광소자로 유용하게 사용될 수 있다.As shown in FIG. 9, it was confirmed that the light-emitting device including the lead-free metal halide nanoparticles according to the present invention as a light-emitting layer had an increase in the intensity of the light emission peak as the driving voltage increased, but the half-width was maintained at 21 nm. Accordingly, the light-emitting device including the lead-free metal halide nanoparticles according to the present invention as a light-emitting layer has a narrow half-width and thus can be usefully used as an electroluminescent device exhibiting high color purity.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자의 시간 분해 광발광 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 10 is a graph showing the time-resolved photoluminescence results of non-lead metal halide nanoparticles according to one embodiment of the present invention.
도 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자는 평균 6 ns의 짧은 시간 분해 광발광 특성을 가짐으로써 전계발광이 가능함을 확인하였다.As shown in Fig. 10, it was confirmed that a light-emitting device including a non-lead metal halide nanoparticle according to the present invention as a light-emitting layer is capable of electroluminescence by having a short-time resolved photoluminescence characteristic of an average of 6 ns.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자에 있어서, 구동전압에 따른 전계발광 휘도를 나타내는 그래프이다.FIG. 11 is a graph showing the electroluminescence brightness according to the driving voltage in a light-emitting device including a non-lead metal halide nanoparticle as a light-emitting layer according to one embodiment of the present invention.
도 11에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자는 발광층 두께의 차이에 따라 10V 이하의 구동전압에서는 휘도의 차이가 나타났으나, 구동전압이 증가함에 따라 휘도가 증가하는 경향성을 나타내었으며, 10V 이상의 높은 작동전압에서는 102 cdm-2 이상의 높은 휘도로 일정하게 수렴하는 경향을 나타냄으로써, 높은 작동안정성(operational stability)를 나타냄을 확인하였다.As shown in Fig. 11, the light-emitting device including the non-lead metal halide nanoparticles according to the present invention as a light-emitting layer showed a difference in brightness at a driving voltage of 10 V or less depending on the difference in the thickness of the light-emitting layer, but showed a tendency for the brightness to increase as the driving voltage increased, and showed a tendency to consistently converge to a high brightness of 10 2 cdm -2 or more at a high operating voltage of 10 V or more, thereby confirming high operational stability.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자에 있어서, 구동전압에 따른 전류밀도를 나타내는 그래프이다.FIG. 12 is a graph showing current density according to driving voltage in a light-emitting device including a non-lead metal halide nanoparticle as a light-emitting layer according to one embodiment of the present invention.
도 12에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 비납계 금속 할라이드 나노입자를 발광층으로 포함하는 발광소자는 구동전압이 증가함에 따라 전류밀도가 증가함으로써 전계발광소자로 유용하게 사용될 수 있다.As shown in Fig. 12, a light-emitting device including a non-lead metal halide nanoparticle according to the present invention as a light-emitting layer can be usefully used as an electroluminescent device since the current density increases as the driving voltage increases.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.Meanwhile, the embodiments of the present invention disclosed in this specification and drawings are merely specific examples presented to help understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains that other modified examples based on the technical idea of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.
10: 기판
20: 양전극
30: 정공주입층
40: 정공수송층
50: 전자블로킹층
60: 발광층
70: 정공블로킹층
80: 전자수송층
90: 전자주입층
100: 음전극10: Substrate 20: Positive electrode
30: Hole injection layer 40: Hole transport layer
50: Electron blocking layer 60: Emitting layer
70: Hole blocking layer 80: Electron transport layer
90: Electron injection layer 100: Negative electrode
Claims (15)
사방정계(orthorhombic) 결정구조를 가지고, Pnma의 공간군(space group)을 가지며,
입자크기는 10 nm 이상 20 nm 미만인 것을 특징으로 하는,
비납계 금속 할로겐화물 나노입자.
[화학식 1]
A2Mn(X1 1-aX2 a)4
(상기 화학식 1에서, A는 알칼리 금속 원소이고, X1는 Br이고 X2는 Cl 또는 F이고, a는 0 내지 1이다.)Contains a compound represented by the following chemical formula 1,
It has an orthorhombic crystal structure and a space group of Pnma.
The particle size is characterized by being 10 nm or more and less than 20 nm.
Lead-free metal halide nanoparticles.
[Chemical Formula 1]
A 2 Mn(X 1 1-a X 2 a ) 4
(In the chemical formula 1 above, A is an alkali metal element, X 1 is Br, X 2 is Cl or F, and a is 0 to 1.)
상기 화학식 1로 표시한 화합물은 Mn2+를 중심에 두고 네개의 X1, X2 또는 이들의 조합이 각 꼭지점에 위치하는 MnX4 사면체들과 이들 사이에 배치된 A+들을 구비하는 결정구조를 가지는 것을 특징으로 하는, 비납계 금속 할로겐화물 나노입자.In the first paragraph,
A lead-free metal halide nanoparticle characterized in that the compound represented by the chemical formula 1 has a crystal structure comprising MnX 4 tetrahedra with Mn 2+ at the center and four X 1 , X 2 , or a combination thereof positioned at each vertex, and A + ions positioned between them.
상기 화학식 1로 표시한 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는, 비납계 금속 할로겐화물 나노입자.
[화학식 2]
Cs2Mn(X1 1-aX2 a)4
(상기 화학식 2에서, X1는 Br이고 X2는 Cl 또는 F이고, a는 0 내지 1이다.)In the first paragraph,
A non-lead metal halide nanoparticle, characterized in that the compound represented by the above chemical formula 1 is a compound represented by the following chemical formula 2.
[Chemical formula 2]
Cs 2 Mn(X 1 1-a X 2 a ) 4
(In the above chemical formula 2, X 1 is Br, X 2 is Cl or F, and a is 0 to 1.)
상기 화학식 1로 표시한 화합물은 상기 화합물은 자외선 내지 청색 영역의 입사광 조사 또는 전압 인가시 Mn2+의 d오비탈준위를 통해 녹색 영역의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는, 비납계 금속 할로겐화물 나노입자.In the first paragraph,
The compound represented by the above chemical formula 1 is a lead-free metal halide nanoparticle characterized in that the compound emits light in the green region through the d orbital level of Mn 2+ when irradiated with incident light in the ultraviolet to blue region or when voltage is applied.
상기 벌크형의 화학식 1의 금속할라이드를 비극성 용매에 넣고 초음파로 분산시켜 초음파 분산액을 제조하는 단계; 및
상기 초음파 분산액을 원심분리한 후 상등액을 취해 하기 화학식 1의 금속할라이드 나노입자를 제조하는 단계를 포함하는,
비납계 금속 할로겐화물 나노입자의 제조방법.
[화학식 1]
A2Mn(X1 1-aX2 a)4
(상기 화학식 1에서,
A는 알칼리 금속 원소이고,
X1는 Br이고,
X2는 Cl 또는 F이고,
a는 0 내지 1이다.)A step for producing a metal halide of the following chemical formula 1 in bulk form;
A step of preparing an ultrasonic dispersion by placing the metal halide of the chemical formula 1 in a nonpolar solvent and dispersing it using ultrasonic waves; and
A step of producing metal halide nanoparticles of the following chemical formula 1 by centrifuging the ultrasonic dispersion and then taking the supernatant.
Method for producing lead-free metal halide nanoparticles.
[Chemical Formula 1]
A 2 Mn(X 1 1-a X 2 a ) 4
(In the above chemical formula 1,
A is an alkali metal element,
X 1 is Br,
X 2 is Cl or F,
a is between 0 and 1.)
상기 벌크형의 화학식 1의 금속할라이드를 제조하는 단계는
원료물질인 AX1, AX2, MnX1 2, 및 MnX2 2를 화학양론적 당량비로 혼합하여 혼합물을 얻는 단계; 및
상기 혼합물을 비활성 기체 분위기 또는 환원 분위기에서 소성한 후 자연냉각하여 벌크형의 화학식 1의 금속할라이드를 얻는 단계를 포함하는, 비납계 금속 할로겐화물 나노입자의 제조방법.In paragraph 5,
The step of manufacturing the metal halide of the above bulk type chemical formula 1 is
A step of obtaining a mixture by mixing raw materials AX 1 , AX 2 , MnX 1 2 , and MnX 2 2 in a stoichiometric equivalent ratio; and
A method for producing lead-free metal halide nanoparticles, comprising the step of calcining the mixture in an inert gas atmosphere or a reducing atmosphere and then naturally cooling it to obtain a bulk metal halide of chemical formula 1.
상기 초음파 분산액을 제조하는 단계는 비극성 용매에 극성 용매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 비납계 금속 할로겐화물 나노입자의 제조방법.In paragraph 5,
A method for producing non-lead metal halide nanoparticles, characterized in that the step of producing the ultrasonic dispersion further includes a polar solvent in a non-polar solvent.
상기 초음파 분산액을 제조하는 단계는 비극성 용매에 pH 조절을 위하여 산 또는 염기 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 비납계 금속 할로겐화물 나노입자의 제조방법.In paragraph 5,
A method for producing non-lead metal halide nanoparticles, characterized in that the step of producing the ultrasonic dispersion further includes an acid or base additive for pH control in a non-polar solvent.
상기 비극성 용매는 방향족 탄화수소, 지환족 탄화수소, 지방족 탄화수소계 유기용매인 것을 특징으로 하는, 비납계 금속 할로겐화물 나노입자의 제조방법.In paragraph 5,
A method for producing non-lead metal halide nanoparticles, characterized in that the non-polar solvent is an aromatic hydrocarbon, an alicyclic hydrocarbon, or an aliphatic hydrocarbon-based organic solvent.
상기 발광소자는 광발광소자인 것을 특징으로 하는, 발광소자.In Article 10,
A light-emitting element, characterized in that the light-emitting element is a photoluminescent element.
상기 발광소자는
양전극과 음전극;
상기 양전극과 음전극 사이에 배치된 발광층을 포함하는 전계발광소자인 것을 특징으로 하는, 발광소자.In Article 10,
The above light emitting element
positive and negative electrodes;
A light-emitting device characterized by being an electroluminescent device including a light-emitting layer disposed between the positive electrode and the negative electrode.
상기 발광소자는
상기 양전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공주입층, 정공수송층 및 전자블로킹층 중 적어도 하나의 층과,
상기 발광층과 상기 음전극 사이에 배치된 전자주입층, 전자수송층 및 정공블로킹층 중 적어도 하나의 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 발광소자.In Article 12,
The above light emitting element
At least one layer of a hole injection layer, a hole transport layer, and an electron blocking layer disposed between the positive electrode and the light-emitting layer,
A light-emitting device characterized by further comprising at least one layer of an electron injection layer, an electron transport layer, and a hole blocking layer disposed between the light-emitting layer and the cathode electrode.
상기 발광소자는 자외선 내지 청색 영역의 입사광 조사 또는 전압 인가시 발광 파장이 500 nm 내지 550 nm인 것을 특징으로 하는, 발광소자.In Article 10,
The light-emitting element is characterized in that the light-emitting element has a light emission wavelength of 500 nm to 550 nm when irradiated with incident light in the ultraviolet to blue region or when voltage is applied.
상기 발광소자의 발광피크의 반치폭은 20 내지 25 nm인 것을 특징으로 하는, 발광소자.In Article 10,
A light-emitting device, characterized in that the half-width of the emission peak of the light-emitting device is 20 to 25 nm.
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