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(서론)
(개발 과제의 개요)
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===개발 과제의 개요===
 
===개발 과제의 개요===
 
====개발 과제 요약====
 
====개발 과제 요약====
 
 
*본 연구는 CdSe nanorod 구조에서 core 위치를 선택적으로 제어하며 CdS Shell을 씌움으로써, 다양한 광학 특성 비교를 목표로 한다.  
 
*본 연구는 CdSe nanorod 구조에서 core 위치를 선택적으로 제어하며 CdS Shell을 씌움으로써, 다양한 광학 특성 비교를 목표로 한다.  
 
 
*본 연구는 기존의 dot-in-rod(DIR) 구조를 발전시킨 rod-in-rod(RIR) 구조를 도입하여 strain을 c축 방향으로 분포시키고, core의 위치를 제어하여 strain – exciton energy – optical property 간 상관관계를 규명한다. 이를 위해 CdSe rod core를 합성하고, CdS shell 성장 조건을 조절하여 mid- , end-CdSe/CdS 구조를 구현한다.  
 
*본 연구는 기존의 dot-in-rod(DIR) 구조를 발전시킨 rod-in-rod(RIR) 구조를 도입하여 strain을 c축 방향으로 분포시키고, core의 위치를 제어하여 strain – exciton energy – optical property 간 상관관계를 규명한다. 이를 위해 CdSe rod core를 합성하고, CdS shell 성장 조건을 조절하여 mid- , end-CdSe/CdS 구조를 구현한다.  
 
 
*TEM, UV-Vis, Photoluminescence Spectroscopy(PL), Quantum Yield (QY), anisotropy 분석을 통해 core 위치에 따른 광학 특성을 비교한다.  
 
*TEM, UV-Vis, Photoluminescence Spectroscopy(PL), Quantum Yield (QY), anisotropy 분석을 통해 core 위치에 따른 광학 특성을 비교한다.  
 
 
 
*본 연구는 strain-field 공학을 기반으로 QD 발광 효율 향상 및 광학적 제어 기술을 확립하여, 차세대 고효율 QLED 및 편광 디스플레이 개발의 기반을 마련하고자 한다.
 
*본 연구는 strain-field 공학을 기반으로 QD 발광 효율 향상 및 광학적 제어 기술을 확립하여, 차세대 고효율 QLED 및 편광 디스플레이 개발의 기반을 마련하고자 한다.
 
 
====개발 과제의 배경====
 
====개발 과제의 배경====
 
*Quantum Dot(QD) 은 탁월한 색 순도, 높은 발광 효율, 그리고 크기 조절을 통한 파장 제어 가능성으로 인해 차세대 디스플레이 핵심 소재로 주목받고 있다. 특히 QLED, QD-OLED 등 상용화 단계의 기술이 빠르게 발전하면서, QD의 광학적 안정성과 광학 성능을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 QD의 발광 효율 및 광학적 제어 특성을 향상시키기 위한 구조적 접근으로 RIR 형태에서 rod core의 위치 제어를 통해 광학 특성의 조절을 시도하고자 한다.
 
*Quantum Dot(QD) 은 탁월한 색 순도, 높은 발광 효율, 그리고 크기 조절을 통한 파장 제어 가능성으로 인해 차세대 디스플레이 핵심 소재로 주목받고 있다. 특히 QLED, QD-OLED 등 상용화 단계의 기술이 빠르게 발전하면서, QD의 광학적 안정성과 광학 성능을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 QD의 발광 효율 및 광학적 제어 특성을 향상시키기 위한 구조적 접근으로 RIR 형태에서 rod core의 위치 제어를 통해 광학 특성의 조절을 시도하고자 한다.
 
 
 
*최근 CdSe/CdS DIR 구조에서 core 위치에 따른 uniaxial strain을 통해 광학 특성을 조절할 수 있음이 보고되었다. Shell 성장 시 사용되는 ligand의 비율을 조절하여 core의 위치를 정밀하게 제어하는 방법은 합성 과정의 재현성을 크게 향상시킬 수 있는 접근법이다. 이러한 core 위치 제어 기술을 통해 광학적 성능을 보완할 수 있으며, 발광 파장 역시 원하는 방향으로 이동시킬 수 있다.  
 
*최근 CdSe/CdS DIR 구조에서 core 위치에 따른 uniaxial strain을 통해 광학 특성을 조절할 수 있음이 보고되었다. Shell 성장 시 사용되는 ligand의 비율을 조절하여 core의 위치를 정밀하게 제어하는 방법은 합성 과정의 재현성을 크게 향상시킬 수 있는 접근법이다. 이러한 core 위치 제어 기술을 통해 광학적 성능을 보완할 수 있으며, 발광 파장 역시 원하는 방향으로 이동시킬 수 있다.  
 
 
 
*RIR core 위치 조절에 따른 strain 세기 변화는 전자-정공 분리에 영향을 주므로, core의 c-축 위치 변화에 따라 기하학적 요인과 strain-유도 exciton  energy 변화의 효과가 발생할 것으로 예상한다. core 위치 조절을 통한 방안은 QY와 UV 흡수 파장 등 광학적 특성을 안정적이고 예측 가능하게 조절할 수 있는 효과적인 전략이 될 것이다. 본 연구에서는 CdSe/CdS rod-in-rod 구조에서 core의 위치 제어를 통해 strain 분포 및 전자-정공의 공간적 상호작용을 조절함으로써, 광학 특성을 제어할 수 있음을 제안한다.  
 
*RIR core 위치 조절에 따른 strain 세기 변화는 전자-정공 분리에 영향을 주므로, core의 c-축 위치 변화에 따라 기하학적 요인과 strain-유도 exciton  energy 변화의 효과가 발생할 것으로 예상한다. core 위치 조절을 통한 방안은 QY와 UV 흡수 파장 등 광학적 특성을 안정적이고 예측 가능하게 조절할 수 있는 효과적인 전략이 될 것이다. 본 연구에서는 CdSe/CdS rod-in-rod 구조에서 core의 위치 제어를 통해 strain 분포 및 전자-정공의 공간적 상호작용을 조절함으로써, 광학 특성을 제어할 수 있음을 제안한다.  
 
 
 
====개발 과제의 목표 및 내용====
 
====개발 과제의 목표 및 내용====
 
◇<strong>최종 목표</strong>
 
◇<strong>최종 목표</strong>
 
 
* CdSe/CdS rod-in-rod 구조에서 core 위치 제어를 통한 uniaxial strain 및 광학 특성 조절
 
* CdSe/CdS rod-in-rod 구조에서 core 위치 제어를 통한 uniaxial strain 및 광학 특성 조절
 
 
◇<strong>세부 목표</strong>
 
◇<strong>세부 목표</strong>
 
 
1. 이론적 예측
 
1. 이론적 예측
 
 
*  기존 core/shell 구조 (DIR 등)에서 core 위치에 따른 발광 특성 변화에 대한 선행 연구를 검토한다.
 
*  기존 core/shell 구조 (DIR 등)에서 core 위치에 따른 발광 특성 변화에 대한 선행 연구를 검토한다.
 
 
 
*  이를 바탕으로, RIR 구조에서 core의 c-축 위치 변화에 따른 발광 파장 변화 및 QY 및 UV peak 변화를 예측한다.
 
*  이를 바탕으로, RIR 구조에서 core의 c-축 위치 변화에 따른 발광 파장 변화 및 QY 및 UV peak 변화를 예측한다.
 
 
 
2. 시료 합성
 
2. 시료 합성
 
 
*  선행 core synthesis method 논문을 바탕으로 target size의 rod core 합성 조건을 설계하고 실험을 수행한다.
 
*  선행 core synthesis method 논문을 바탕으로 target size의 rod core 합성 조건을 설계하고 실험을 수행한다.
 
 
 
*  Ligand 비율과 반응 시간을 조절하여, CdS rod shell 성장 과정에서 core가 mid 또는 end에 위치하도록 합성 조건을 최적화한다.
 
*  Ligand 비율과 반응 시간을 조절하여, CdS rod shell 성장 과정에서 core가 mid 또는 end에 위치하도록 합성 조건을 최적화한다.
 
 
 
3. 구조 및 과학 특성 분석
 
3. 구조 및 과학 특성 분석
 
 
*  합성된 CdSe/CdS RIR 구조에서 core 위치에 선택적으로 금 증착 후, TEM 분석을 통해 설계 의도대로 형성되었는지 확인한다.
 
*  합성된 CdSe/CdS RIR 구조에서 core 위치에 선택적으로 금 증착 후, TEM 분석을 통해 설계 의도대로 형성되었는지 확인한다.
 
 
 
*  UV-Vis 및 PL 분광 분석을 통해 core 위치 변화에 따른 파장 변화를 파악한다.
 
*  UV-Vis 및 PL 분광 분석을 통해 core 위치 변화에 따른 파장 변화를 파악한다.
 
 
 
*  Anisotropy 분석으로 합성된 RIR의 anisotropy를 확인하고, QY 측정을 통해 광학적 안정성을 평가한다.
 
*  Anisotropy 분석으로 합성된 RIR의 anisotropy를 확인하고, QY 측정을 통해 광학적 안정성을 평가한다.
 
 
 
◇<strong>과제 내용</strong>
 
◇<strong>과제 내용</strong>
 
 
*본 과제의 최종 합성 목표는 CdSe/CdS RIR 구조에서 core의 위치가 mid와 end에 각각 위치한 두 종류의 nanocrystal을 합성하는 것이다. 이를 통해 core 위치 변화가 소자의 QY와 UV peak 에 미치는 영향을 실험적으로 규명하고자 한다. 본격적인 합성에 앞서, core/shell 구조에서 core 위치에 따른 광학적 특성에 대한 선행 연구를 검토한다.  
 
*본 과제의 최종 합성 목표는 CdSe/CdS RIR 구조에서 core의 위치가 mid와 end에 각각 위치한 두 종류의 nanocrystal을 합성하는 것이다. 이를 통해 core 위치 변화가 소자의 QY와 UV peak 에 미치는 영향을 실험적으로 규명하고자 한다. 본격적인 합성에 앞서, core/shell 구조에서 core 위치에 따른 광학적 특성에 대한 선행 연구를 검토한다.  
 
 
 
*CdSe/CdS DIR 구조에서 보고된 바에 따르면 core가 shell의 end에 위치할 경우 uniaxial strain이 형성되어 strong piezoelectric potential을 동반하고, 흡수 및 발광 특성을 변화시킨다. 이를 바탕으로 RIR 구조에서도 유사한 상관관계가 나타날 것으로 가정하고, 이를 검증하기 위한 합성 및 분석 절차를 수립한다.
 
*CdSe/CdS DIR 구조에서 보고된 바에 따르면 core가 shell의 end에 위치할 경우 uniaxial strain이 형성되어 strong piezoelectric potential을 동반하고, 흡수 및 발광 특성을 변화시킨다. 이를 바탕으로 RIR 구조에서도 유사한 상관관계가 나타날 것으로 가정하고, 이를 검증하기 위한 합성 및 분석 절차를 수립한다.
 
 
 
*실험적 검증을 위해 rod 형태의 CdSe core를 합성한다. Hot injection과 dropwise 방식으로 rod core를 합성하며, diameter 3 - 5 nm 및 length 15 nm를 target size로 한다. Core 성장 시간과 dropwise 시간을 조절하여 결정 성장 속도를 제어한다. 합성한 core의 UV-Vis 흡수 스펙트럼과 TEM 분석을 통하여 core의 형태와 크기를 확인한다. 이후, core에 shell을 합성을 진행한다.   
 
*실험적 검증을 위해 rod 형태의 CdSe core를 합성한다. Hot injection과 dropwise 방식으로 rod core를 합성하며, diameter 3 - 5 nm 및 length 15 nm를 target size로 한다. Core 성장 시간과 dropwise 시간을 조절하여 결정 성장 속도를 제어한다. 합성한 core의 UV-Vis 흡수 스펙트럼과 TEM 분석을 통하여 core의 형태와 크기를 확인한다. 이후, core에 shell을 합성을 진행한다.   
 
*합성 후 구조 확인은 core에 금 증착 후 TEM 통해 측정하며, core 위치 및 shell 두께를 시각적으로 확인한다.  
 
*합성 후 구조 확인은 core에 금 증착 후 TEM 통해 측정하며, core 위치 및 shell 두께를 시각적으로 확인한다.  
 
 
 
*QY, UV peak, PL 등 분광 분석 기법을 활용하여 합성한 nanocrystal에 대한 광학 특성을 정량적으로 확인한 후, 분석 데이터를 통합하여 core 위치–strain–에 따른 광학 특성 간의 상관관계를 도출한다. 이를 통해 RIR 구조에서 strain이 c-축 방향으로 가해졌을 경우에 대한 실험적 분석을 수행할 수 있으며, 이는 새로운 nanocrystal 설계 전략이 된다.  
 
*QY, UV peak, PL 등 분광 분석 기법을 활용하여 합성한 nanocrystal에 대한 광학 특성을 정량적으로 확인한 후, 분석 데이터를 통합하여 core 위치–strain–에 따른 광학 특성 간의 상관관계를 도출한다. 이를 통해 RIR 구조에서 strain이 c-축 방향으로 가해졌을 경우에 대한 실험적 분석을 수행할 수 있으며, 이는 새로운 nanocrystal 설계 전략이 된다.  
 
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*다음 단계에서는 CdSe rod core에 CdS shell 을 성장시켜 RIR 구조를 합성한다. Shell 합성 과정에서 CdS 성장 전구체와 ligand의 농도 및 반응 시간을 조절하여 shell 성장 방향과 core 위치를 제어함으로써, shell 성장 방식을 선택적으로 제어한다. 이를 통해 CdSe core를 mid 또는 end에 위치시킨 CdSe/CdS를 합성한다.
 
 
*다음 단계에서는 CdSe rod core에 CdS shell 을 성장시켜 RIR 구조를 합성한다. Shell 합성 과정에서 CdS 성장 전구체와 ligand의 농도 및 반응 시간을 조절하여 shell 성장 방향과 core 위치를 제어함으로써, shell 성장 방식을 선택적으로 제어한다. 이를 통해 CdSe core를 mid 또는 end에 위치시킨 CdSe/CdS를 합성한다.  
 
 
 
  
 
===관련 기술의 현황===
 
===관련 기술의 현황===

2025년 11월 30일 (일) 19:45 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 구획화 나노 물질에 대한 연구

영문 : development of segmental nano structure

과제 팀명

Nano road

지도교수

김다흰 교수님

개발기간

2025년 9월 ~ 2025년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 화학공학부·과 20203400** 손*호(팀장)

서울시립대학교 화학공학부·과 202134000** 임*영

서울시립대학교 화학공학부·과 20229100** 한*우

서울시립대학교 국제관계학부·과 20221500** 이*영

서울시립대학교 환경원예학부·과 20205200** 임*영

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

  • 본 연구는 CdSe nanorod 구조에서 core 위치를 선택적으로 제어하며 CdS Shell을 씌움으로써, 다양한 광학 특성 비교를 목표로 한다.
  • 본 연구는 기존의 dot-in-rod(DIR) 구조를 발전시킨 rod-in-rod(RIR) 구조를 도입하여 strain을 c축 방향으로 분포시키고, core의 위치를 제어하여 strain – exciton energy – optical property 간 상관관계를 규명한다. 이를 위해 CdSe rod core를 합성하고, CdS shell 성장 조건을 조절하여 mid- , end-CdSe/CdS 구조를 구현한다.
  • TEM, UV-Vis, Photoluminescence Spectroscopy(PL), Quantum Yield (QY), anisotropy 분석을 통해 core 위치에 따른 광학 특성을 비교한다.
  • 본 연구는 strain-field 공학을 기반으로 QD 발광 효율 향상 및 광학적 제어 기술을 확립하여, 차세대 고효율 QLED 및 편광 디스플레이 개발의 기반을 마련하고자 한다.

개발 과제의 배경

  • Quantum Dot(QD) 은 탁월한 색 순도, 높은 발광 효율, 그리고 크기 조절을 통한 파장 제어 가능성으로 인해 차세대 디스플레이 핵심 소재로 주목받고 있다. 특히 QLED, QD-OLED 등 상용화 단계의 기술이 빠르게 발전하면서, QD의 광학적 안정성과 광학 성능을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 QD의 발광 효율 및 광학적 제어 특성을 향상시키기 위한 구조적 접근으로 RIR 형태에서 rod core의 위치 제어를 통해 광학 특성의 조절을 시도하고자 한다.
  • 최근 CdSe/CdS DIR 구조에서 core 위치에 따른 uniaxial strain을 통해 광학 특성을 조절할 수 있음이 보고되었다. Shell 성장 시 사용되는 ligand의 비율을 조절하여 core의 위치를 정밀하게 제어하는 방법은 합성 과정의 재현성을 크게 향상시킬 수 있는 접근법이다. 이러한 core 위치 제어 기술을 통해 광학적 성능을 보완할 수 있으며, 발광 파장 역시 원하는 방향으로 이동시킬 수 있다.
  • RIR core 위치 조절에 따른 strain 세기 변화는 전자-정공 분리에 영향을 주므로, core의 c-축 위치 변화에 따라 기하학적 요인과 strain-유도 exciton energy 변화의 효과가 발생할 것으로 예상한다. core 위치 조절을 통한 방안은 QY와 UV 흡수 파장 등 광학적 특성을 안정적이고 예측 가능하게 조절할 수 있는 효과적인 전략이 될 것이다. 본 연구에서는 CdSe/CdS rod-in-rod 구조에서 core의 위치 제어를 통해 strain 분포 및 전자-정공의 공간적 상호작용을 조절함으로써, 광학 특성을 제어할 수 있음을 제안한다.

개발 과제의 목표 및 내용

최종 목표

  • CdSe/CdS rod-in-rod 구조에서 core 위치 제어를 통한 uniaxial strain 및 광학 특성 조절

세부 목표 1. 이론적 예측

  • 기존 core/shell 구조 (DIR 등)에서 core 위치에 따른 발광 특성 변화에 대한 선행 연구를 검토한다.
  • 이를 바탕으로, RIR 구조에서 core의 c-축 위치 변화에 따른 발광 파장 변화 및 QY 및 UV peak 변화를 예측한다.

2. 시료 합성

  • 선행 core synthesis method 논문을 바탕으로 target size의 rod core 합성 조건을 설계하고 실험을 수행한다.
  • Ligand 비율과 반응 시간을 조절하여, CdS rod shell 성장 과정에서 core가 mid 또는 end에 위치하도록 합성 조건을 최적화한다.

3. 구조 및 과학 특성 분석

  • 합성된 CdSe/CdS RIR 구조에서 core 위치에 선택적으로 금 증착 후, TEM 분석을 통해 설계 의도대로 형성되었는지 확인한다.
  • UV-Vis 및 PL 분광 분석을 통해 core 위치 변화에 따른 파장 변화를 파악한다.
  • Anisotropy 분석으로 합성된 RIR의 anisotropy를 확인하고, QY 측정을 통해 광학적 안정성을 평가한다.

과제 내용

  • 본 과제의 최종 합성 목표는 CdSe/CdS RIR 구조에서 core의 위치가 mid와 end에 각각 위치한 두 종류의 nanocrystal을 합성하는 것이다. 이를 통해 core 위치 변화가 소자의 QY와 UV peak 에 미치는 영향을 실험적으로 규명하고자 한다. 본격적인 합성에 앞서, core/shell 구조에서 core 위치에 따른 광학적 특성에 대한 선행 연구를 검토한다.
  • CdSe/CdS DIR 구조에서 보고된 바에 따르면 core가 shell의 end에 위치할 경우 uniaxial strain이 형성되어 strong piezoelectric potential을 동반하고, 흡수 및 발광 특성을 변화시킨다. 이를 바탕으로 RIR 구조에서도 유사한 상관관계가 나타날 것으로 가정하고, 이를 검증하기 위한 합성 및 분석 절차를 수립한다.
  • 실험적 검증을 위해 rod 형태의 CdSe core를 합성한다. Hot injection과 dropwise 방식으로 rod core를 합성하며, diameter 3 - 5 nm 및 length 15 nm를 target size로 한다. Core 성장 시간과 dropwise 시간을 조절하여 결정 성장 속도를 제어한다. 합성한 core의 UV-Vis 흡수 스펙트럼과 TEM 분석을 통하여 core의 형태와 크기를 확인한다. 이후, core에 shell을 합성을 진행한다.
  • 합성 후 구조 확인은 core에 금 증착 후 TEM 통해 측정하며, core 위치 및 shell 두께를 시각적으로 확인한다.
  • QY, UV peak, PL 등 분광 분석 기법을 활용하여 합성한 nanocrystal에 대한 광학 특성을 정량적으로 확인한 후, 분석 데이터를 통합하여 core 위치–strain–에 따른 광학 특성 간의 상관관계를 도출한다. 이를 통해 RIR 구조에서 strain이 c-축 방향으로 가해졌을 경우에 대한 실험적 분석을 수행할 수 있으며, 이는 새로운 nanocrystal 설계 전략이 된다.
  • 다음 단계에서는 CdSe rod core에 CdS shell 을 성장시켜 RIR 구조를 합성한다. Shell 합성 과정에서 CdS 성장 전구체와 ligand의 농도 및 반응 시간을 조절하여 shell 성장 방향과 core 위치를 제어함으로써, shell 성장 방식을 선택적으로 제어한다. 이를 통해 CdSe core를 mid 또는 end에 위치시킨 CdSe/CdS를 합성한다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

전 세계적인 기술현황

  • Sitt et al. Nano Lett., 2011은 rod-in-rod 구조를 제시하며 구조적 비등방성이 광학적 특성에 미치는 영향을 분석하고, core rod의 길이 제어를 통해 편광도를 향상시켰다. 그러나 core 위치에 따른 strain 효과에 대해서는 구체적으로 다루지 않았다.
  • Christodoulou et al. Nat. Commun., 2015은 core rod를 중앙에 배치하여 대칭 응력에 의한 밴드 구조 변화를 분석하였지만, core가 end 쪽에 위치할 경우의 strain 분포 및 전자–정공 분리에 대한 비교 연구는 부족하였다.
  • Kim et al. ACS Nano, 2022과 Jang et al. J. Chem. Phys., 2023은 dot-in-rod 구조 내에서 core 위치를 조절하여 발광 특성과 편광 특성을 제어할 수 있음을 제시하였다. 그러나 rod-in-rod 구조에서 core 위치에 따른 strain 조절 및 이에 따른 광학적 변화에 대한 연구는 아직 이루어지지 않았다.
  • 따라서 본 연구에서는 rod-in-rod 구조에서 core 위치에 따른 strain 분포 및 광학적 특성 변화를 체계적으로 분석하고자 한다. 이를 통해 나노광전자소자 설계에서 형태 기반의 밴드구조 제어 전략을 제시함으로써, 비등방성에서 우수한 특성을 가지는 rod - in - rod의 구조 및 광학 특성 간의 상관관계를 이해하며, 고효율 발광소자 개발에 기여하고자 한다.

특허조사

  • 퀀텀 로드 및 그 제조 방법
본 발명은 징크 산화물인 ZnO를 포함하는 코어와; 상기 코어를 감싸며 ZnS로 이루어지는 쉘을 포함하는 퀀텀 로드를 제공한다. 기존 CdSe/CdS 구조가 적색 발광만 가능했던 한계를 극복하기 위해, 밴드갭이 큰 ZnO를 코어로 사용하여 400~520nm 범위의 단파장, 즉 청색 가시광선을 방출하도록 설계되었다. 본 발명은 고효율 청색 발광 및 전기장 구동 특성이 우수한 디스플레이용 퀀텀 로드 소재를 제공한다.
  • 퀀텀 로드, 퀀텀 로드 필름 및 퀀텀 로드 표시장치
본 발명은 듀얼 코어 구조의 퀀텀 로드와 이를 이용한 표시장치에 관한 것이다. 기존 단일 코어 퀀텀 로드가 양자 효율이 높을수록 오프 특성이 저하되는 한계를 극복하기 위해, 본 발명은 이격된 두 개의 코어(제1,제2코어)를 하나의 쉘로 감싸는 구조를 제안한다. 이 듀얼 코어 퀀텀 로드는 서로 다른 크기의 코어를 사용함으로써 다색 또는 백색 발광이 가능하며, 퀀텀 로드 필름 형태로 제작되어 디스플레이와 조명 장치 등 다양한 광전자 응용에 활용될 수 있다.
  • 코어/쉘 구조의 양자막대
본 발명은 코어/쉘 구조의 양자막대에 관한 것으로, 발광 효율과 안정성을 동시에 향상시키는 구조를 제안한다. 핵심은 코어를 두 가지 반도체 입자가 혼합된 형태로 구성하고, 이 코어를 밴드갭이 더 큰 반도체(ZnS)로 이루어진 쉘이 감싸는 구조에 있다. 이러한 설계는 코어와 쉘 사이의 밴드갭 차이를 줄여 전자와 정공이 더 안정적으로 존재하게 하며, 그 결과 높은 발광 효율, 우수한 색 선명도, 화학적 안정성을 확보한다.
  • 양자 막대 표시장치 및 양자 막대의 제조방법
본 발명은 코어가 쉘의 중앙에 위치하는 양자막대 구조와 그 표시장치에 관한 것이다. 기존 보고된 양자 막대는 Shell의 형성 시 서로 다른 양쪽 성장 반응성에 의해 core가 한쪽으로 치우친 양자 막대가 형성이 된다. 이 구조는 컬러필터와 편광판 없이도 선편광된 가시광선을 방출하므로 디스플레이의 두께와 제조비용을 줄이고 광효율을 높일 수 있는 양자막대 표시장치를 구현할 수 있다.

특허 전략

  • 최근 Astute Analytica (2025) 보고서에 따르면, 글로벌 양자점(Quantum Dot) 시장은 2024년 99억 달러 규모에서 2033년 231억 3천만 달러로 성장할 것으로 예상되며, 2025년부터 2033년까지 연평균 9.92%의 성장을 기록할 전망이다. 또한, 양자점 기술에 대한 전 세계 R&D 투자는 2025년에 35% 증가할 것으로 예상된다. 특히, 양자점 응용 분야의 특허 출원은 전년 대비 40% 증가하여 기술 혁신의 가속화를 보여주고 있다. 디스플레이 분야는 양자점이 대표적으로 응용되고 있는 분야이다. 2024년 디스플레이용 양자점은 전 세계 시장의 66.3%를 차지하며, 프리미엄 TV 모델의 80% 이상이 QD 기술을 적용한 것으로 보고되었다.

글로벌 양자점 시장 성장 전망2.jpeg

  • 최근 글로벌 양자점(QD) 디스플레이 기술은 고색재현율과 높은 밝기, 에너지 효율성 등의 장점을 바탕으로 차세대 디스플레이 산업의 핵심 기술로 부상하고 있다. 본 연구는 한국이 강점을 가진 QD-OLED 및 Micro-LED 분야에서 새로운 지적재산 영역을 확장하며, 향후 글로벌 특허 경쟁 속에서 국내 기술 영역 확보에 기여할 것으로 기대된다.

특허전략2완성.jpg

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

  • 본 연구는 rod-in-rod 구조에서 core의 위치를 정밀하게 제어하는 기술을 확립함으로써, strain-field 공학 기반의 단계적 위치 조정이 가능하게 한다. 이를 통해 기존 nano crystal에서의 단순한 size focusing이나 core/shell 구조 합성과 같은은 구조적 접근을 넘어, c축 방향의 압축을 정밀하게 조절하는 역학적 설계 접근이 가능하다. 이러한 방법은 기존 dot-in-rod 구조에서 발생하던 비대칭적인 strain 집중 문제를 완화하고, 발광 효율(Quantum Yield)과 편광 특성을 동시에 향상시킬 수 있는 새로운 방법의 가능성을 제시한다. .
  • 비등방성(anisotropy)을 활용한 광학 편광 제어 및 strain 완화 효과를 입증함으로써, 본 연구는 구조적 설계에 국한된 QD연구를 역학적 설계까지 확장한 새로운 소자 플랫폼을 제시한다. 이를 통해 기존 dot 형태에 한정되었던 QD 응용을 넘어, 차세대 QD-OLED 및 QD-Micro-LED 디스플레이 소자에 적용 가능한 다양한 구조적 가능성을 연다. 본 연구는 QD 기반 디스플레이의 색순도, 밝기, 에너지 효율 향상을 위한 소자 설계 연구에 기여할 수 있는 기초적 방향성을 제공한다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

  • 본 연구는 CdSe/CdS rod-in-rod 구조의 core 위치 제어 기술을 통해 발광 효율과 안정성을 향상시켜 고색재현율, 저전력 차세대 디스플레이 산업의 기술 경쟁력 강화에 기여할 수 있다. 기존 OLED 및 QD-LCD 대비 에너지 소비를 절감하고, 소자의 광열 안정성을 향상시켜 고해상도 모바일,TV,자동차용 디스플레이 시장에서 제품 수명 연장과 유지비 절감 효과를 기대할 수 있다.
  • 본 기술은 정밀한 core–shell 성장 공정 제어 기반의 나노소재 제조 기술로 확장 가능하여, 양자점 발광소자(QLED), 마이크로-LED, 광센서 및 태양전지 등 다양한 산업 분야에서 응용될 수 있다. 이는 국내 소재, 부품, 장비 산업의 수입 의존도 감소 및 고부가가치 원천소재 확보로 이어져 국가 기술 자립도 제고 및 수출 경쟁력 강화에 기여할 것이다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

개발일정완성.jpeg

구성원 및 추진체계

  • Core로 사용할 CdSe nanorod 합성 후 TEM으로 크기 측정
  • Core 위치를 mid / end로 타겟팅하여, 각자 다른 방법으로 CdS shell을 씌운 mid-CdSe/CdS 및 end-CdSe/CdS rod-in-rod 구조 합성
  • STEM 측정으로 rod-in-rod structure 크기 및 내부 코어 위치 확인
  • Anisotropy / QY / Uv absorption spectra 비교를 통해 예측했던 광학 특성 검증

실험 방법 및 결과

실험방법

  • Synthesis of CdSe Rod Seed
  1. TOPO 2 g, ODPA 0.668 g, CdO 0.128 g 플라스크에 투입
  2. 150℃에서 1시간 디게싱
  3. 질소 상태 360℃에서 Cd 이온화시키기
  4. 전구체 용액 만들기 (0.128g + 3.2 mL TOP)
  5. 260℃에서 전구체 용액 1mL hot injection 후 10분간 Qdot 성장
  6. Qdot 성장 이후 5분 30초간 Drop wise(0.3333mL/m) Rod Seed 성장
  7. quenching 후 3회 washing하여 마무리

나노 로드시드 합성.jpg

  • Synthesis of mid-CdSe/CdS Core/Shell NRs.(ODPA:HPA=4:6)
  1. TOPO 1 g, ODPA 0.104 g, CdO 0.045 g, 0.06g HPA 플라스크에 투입
  2. 150℃에서 1시간 디게싱
  3. 질소 상태 360℃에서 Cd 이온화시키기
  4. 전구체 용액 만들기 ( 1 x 10^-8 mol seed + 0.03g S + 0.7 mL TOP)
  5. 350℃에서 전구체 용액 hot injection 후 10분간 쉘 성장
  6. quenching 후 3회 washing하여 마무리
  • Synthesis of end-CdSe/CdS Core/Shell NRs.(ODPA:HPA=8.9:1.1)
  1. TOPO 1 g, ODPA 0.205 g, CdO 0.045 g, 0.01g HPA 플라스크에 투입
  2. 150℃에서 1시간 디게싱
  3. 질소 상태 360℃에서 Cd 이온화시키기
  4. 전구체 용액 만들기 ( 1 x 10^-8 mol seed + 0.03g S + 0.7 mL TOP)
  5. 350℃에서 전구체 용액 hot injection 후 10분간 쉘 성장
  6. quenching 후 3회 washing하여 마무리

나노 로드인로드 합성2.jpg

  • Gold deposition
  1. HAuCl4·3H2O (0.0036 g), DDAB (0.025 g), DDA (0.040 g)을 톨루엔 6ml 넣은 ‘conical tube'에 넣고 15분동안 초음파 처리
  2. '1'의 전구체를 40도에서 30분간 stirring
  3. 빈 50ml 삼구플라스크로 degassing 진행 후, Toluene에 분산된 10ml RIR (OD ~ 1.5 at 450nm) injection
  4. 질소환경에서 40도 30분간 stirring
  5. 금 전구체를 RIR 용액에 injection하고 45분 동안 격렬하게 stirring
  6. 반응 종료후 식힌다음, 결과물을 acetone으로 washing (acetone 10ml 6500rpm 10분)

금증착 이미지.jpg

결과

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결과 및 평가

포스터

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