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KR100900866B1 - 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드소자 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR100900866B1
KR100900866B1 KR1020070044974A KR20070044974A KR100900866B1 KR 100900866 B1 KR100900866 B1 KR 100900866B1 KR 1020070044974 A KR1020070044974 A KR 1020070044974A KR 20070044974 A KR20070044974 A KR 20070044974A KR 100900866 B1 KR100900866 B1 KR 100900866B1
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 칩과 상기 발광다이오드 칩의 발광면 위에 실장된 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스(nanocrystal-metal oxide monolith)를 포함하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에서와 같이 나노결정-금속산화물 복합체를 모노리스(monolith) 형태로 제조하여 발광다이오드의 발광층으로 형성하면, 나노결정의 특성을 유지하면서 고농도로 분산할 수 있으며, 안정성을 향상시킬 수 있다. 특히 본 발명의 발광 다이오드 소자는 발광다이오드 소자의 인캡슐레이션에 사용되는 고분자 수지에 의한 화학적 손상이 감소되어 발광효율이 우수하고 안정성이 뛰어난 이점을 가진다.
발광 다이오드 소자, 발광 다이오드 칩, 나노결정-금속산화물 복합체, 모노리스, 발광효율, 안정성

Description

나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드 소자 및 그의 제조방법{LIGHT EMITTING DIODE DEVICE USING NANOCRYSTAL-MEAL OXIDE COMPOSITE AND PREPARATION METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명의 일구현예에 의한 발광 다이오드 소자의 단면 개략도이다.
도 2a는 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스가 수평으로 배열된 구조의 본 발명의 다른 구현예에 의한 발광 다이오드 소자의 단면 개략도이다.
도 2b는 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스가 수직으로 배열된 구조의 본 발명의 다른 구현예에 의한 발광 다이오드 소자의 단면 개략도이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 발광 다이오드 소자의 발광스펙트럼이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 양극 20: 음극 40: 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스
30: 발광다이오드 칩 50: 몰딩층
본 발명은 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광 다이오드 칩과 상기 발광다이오드 칩의 발광면 위에 실장된 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스 (nanocrystal-metal oxide monolith)를 포함하여 발광 효율이 우수하고 안정성이 뛰어난 발광 다이오드 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 발광다이오드는 우수한 단색성 피크파장을 가지며 광효율성이 우수하고 소형화가 가능하다는 장점을 가지므로, 다양한 디스플레이 장치 및 광원으로서 널리 사용되고 있다. 발광다이오드는, 조명장치 또는 디스플레이 장치의 백라이트를 대체할 수 있는 고출력, 고효율 광원으로서 적극적으로 개발되고 있다.
발광 다이오드 소자는 일반적으로 발광다이오드(LED)칩에 음극과 양극이 연결되며, 발광다이오드 칩의 표면위에 일정한 두께로 형광체가 도포된 후 에폭시 몰드층이 형성되고, 이 에폭시 몰드층을 포함하여 봉입하는 외장재로 이루어진 구조의 패키지 형태로 상업화되고 있다. 발광다이오드 칩의 p형 전극과 음극은 가는 금속선으로 접속되고, n형 전극은 메탈포스트(양극 리드)에 의해 접속된다. 한편, 양극을 형성하는 리드프레임의 선단에 홀컵을 마련하고, 이 홀컵에 발광다이오드 칩을 수납하여 결합시키는데, 상기 홀컵은 발광다이오드 칩의 측면으로부터 방출되는 빛을 전방(위쪽)으로 반사시키는 역할을 수행하게 된다.
최근에는 조명이나 디스플레이의 광원으로 사용하기 위해 개발하는 백색 발광 다이오드는 일반적으로 청색 LED 칩위에 YAG 형광체를 혼합하거나, 색순도를 더 좋게하기 위해서는 적색과 녹색의 형광체를 혼합하여 적용하는 방법이 적용되고 있다. 그러나, 무기형광체를 발광재료로 사용한 경우 칩 LED의 고효율과 고색순도에 미치는 성능을 얻기 어려워, 다양한 발광재료 중에서 반도체 나노결정도 많은 관심을 모으고 있다. 나노결정은 크기와 조성 등을 조절하여 발광특성 및 전기적 특성을 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 효율이 높고 색순도가 좋은 장점이 있어 발광 다이오드 소자, 유기 전계발광소자, 레이저, 홀로그래피, 센서 등 각종 발광소자에 응용성이 있는 것으로 시사되고 있다.
발광 특성이 우수한 나노결정을 발광 다이오드 소자(Light Emitting Diode :LED)의 광전환 (Light converting) 발광 재료로 사용하기 위해서는, 기존의 무기 형광체와 동일한 공정을 적용하여, 용액 상태로 분산된 나노결정을 LED 인캡슐레이션 (encapsulation)에 사용되는 고분자 수지 등과 혼합해야 하는데, 이 때 나노결정은 고분자 수지에 균일하게 분산되지 않아 응집이 일어나고 결정의 표면은 상기 고분자 수지 등에 의한 화학적 손상으로 인해서 결함이 생성되고, 이로 인해서 나노결정의 발광특성이 저하되는 등의 심각한 변화가 일어난다. 　
나노결정 표면의 결함을 제어하고, 다른 종류의 화학물질에 의하여 결함이 생성되는 것을 억제하기 위하여 코어-쉘 구조의 나노결정-금속산화물을 합성하는 방법도 고려해 볼 수 있으나, 이와 같이 나노결정-금속산화물을 코어-쉘 구조로 제조하더라도 화학적 손상에 의한 효율 저하는 심각하게 일어나는 문제가 지속되며, 나노결정의 분산성을 향상시키기 위하여 표면 처리 공정을 거치게 되어도 발광효율 이 감소될 수 있고, 표면 처리에 사용되는 유기물이 고분자 수지에 남아 경화를 방해하거나 광학적 안정성 및 열적 안정성을 감소시키는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 발광효율이 우수할 뿐만 아니라 나노결정의 분산성 및 안정성이 우수한 발광 다이오드 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 나노결정의 발광 효율을 저하시키지 않으면서 간단한 공정에 의해서 제조할 수 있는 발광 다이오드 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 발광효율 및 제조공정성이 우수한 발광 다이오드 소자를 포함하는 각종 전자장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 발광 다이오드 칩과 상기 발광다이오드 칩의 발광면 위에 실장된 나노결정과 금속산화물 복합체 모노리스(nanocrystal-metal oxide monolith)를 포함하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드 소자에 관한 것이다.
본 발명에서 상기 나노결정- 금속산화물 복합체 모노리스는 동일하거나 상이한 종류의 두 층 이상의 나노결정- 금속산화물 복합체로 구성된 복수의 층으로 구성될 수 있다. 상기 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스가 복수의 층으로 구성되는 경우에, 각층의 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스는 수평 또는 수직으로 배열될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 본 발명의 발광 다이오드 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치, 조명용 장치, 백라이트 유닛 또는 센서 등의 전자장치에 관계한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 양상은 발광 다이오드 소자를 제조함에 있어서,
나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 제조하는 단계; 및
수득된 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 발광 다이오드 칩 위에 실장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드의 제조방법에 관한 것이다.
상기 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 제조하는 단계는
나노결정, 금속산화물 전구체, 용매 및 촉매를 포함하는 나노결정 금속산화물 전구체 용액을 혼합하는 단계;
전단계에서 수득한 나노결정 금속산화물 전구체 용액을 몰드에 넣고 중합반응시켜 습윤한(wet) 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 제조하는 단계; 및
상기 습윤한 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 건조 및 경화시켜 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 하나의 구현예는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드 소자에 관계한다. 본 발명의 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 이용하는 발광 다이오드 소자는 발광 다이오드 칩과 상기 발광다이오드 칩의 발광면 위에 실장된 나노결정과 금속산화물 복합체 모노리스(nanocrystal-metal oxide monolith)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 발광 다이오드 소자의 발광층으로 채용하면, 기존의 봉지재로 사용되는 고분자 수지에 의해 발생하는 나노결정 표면 상의 결함으로 인한 발광 효율 저하와 응집의 문제를 개선하여, 높은 발광효율과 안정성을 얻을 수 있다. 또한 금속산화물 복합체 모노리스의 굴절률은 나노결정의 굴절률 보다 작고, 고분자 매질의 굴절률 보다 큰데, 이와 같이 굴절률 구배가 형성되면 빛의 산란과 반사를 줄일 수 있어 빛의 방출을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 발광 다이오드 소자의 단면 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 발광 다이오드는 발광다이오드 칩(30)에 음극(10)과 양극 전극(20)이 연결되고, 발광 다이오드 칩(30)의 발광면 위에 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스(40)가 실장된 후 몰드층(50)이 형성되고, 이러한 몰드층(50)을 포함하여 봉입하는 외장재로 이루어진 구조의 패키지 형태로 구현될 수 있다. 패키지 구조는, 내부측벽이 상부를 향해 경사진 캐비티를 포함하며, 상기 캐비티가 발광 다이오드의 실장영역으로 제공되고, 상기 몰딩층의 형성영역을 한정한다.
본 발명에서 나노결정- 금속산화물 복합체 모노리스(40)는 단일층 또는 두 층 이상의 복수의 층으로 구성될 수 있는데, 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스 (40)가 단일층으로 구성된 경우 한 종류 이상의 나노결정을 포함할 수 있다. 나노결정- 금속산화물 복합체 모노리스(40)가 복수의 층으로 구성되는 경우에 각 층은 동일하거나 상이한 종류의 나노결정-금속산화물 복합체로 구성될 수 있다. 또한, 나노결정- 금속산화물 복합체 모노리스가 복수의 층으로 구성되는 경우에 각 층은 수평으로 배열되거나 수직으로 배열될 수 있다. 도 2a는 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스가 수평으로 배열된 구조의 발광 다이오드 소자의 단면 개략도이다. 도 2b는 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스가 수직으로 배열된 구조를 도시한 것이다. 수평 또는 수직으로 배열된 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스의 각층들은 서로 다른 색을 발광하도록 상이한 크기의 나노결정을 포함하는 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스로 구성될 수 있다. 특히, 청색을 발광하는 LED 칩 광원의 가까운 방향으로 적색 발광 나노결정을 포함한 금속산화물 복합체를 먼저 실장하고, 그 위에 녹색 발광 나노결정을 포함한 금속산화물 복합체를 실장하게 되면, 녹색 발광 나노결정에 의하여 변환된 빛이 다시 적색 발광 나노결정에 의해 재흡수 되는 현상을 방지할 수 있어, 더욱 효율적인 소자를 설계할 수 있을 것으로 예상된다.
본 발명의 발광 다이오드 소자에서 나노결정-금속산화물 복합체 모노리 스(40)는 상기 발광 다이오드 칩(30)의 발광면 바로 위에 놓일 수도 있지만, 바람직하게는 상기 발광 다이오드 칩(30)으로부터 약 0.1mm 내지 1mm 정도의 간격을 두고 위에 실장되는 것이 좋다. 이와 같이, 발광 다이오드 칩과 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스가 일정한 간격을 두고 실장되는 경우에 발광 다이오드 칩에서 발산되는 열에 의한 영향을 줄일 수 있고, 또한 광추출 면에서도 유리하다.
본 발명의 발광 다이오드 소자에서 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스(40)의 나노결정은 금속 나노결정이거나, 또는 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 화합물 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 반도체 나노결정일 수 있다.
상기 II-VI족 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe 등의 이원소 화합물 또는 CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe 등의 삼원소 화합물 또는 CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 등의 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질이고, 상기 III-V족 화합물 반도체는 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 등의 이원소 화합물 또는 GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP, AlGaN, AlGaP, AlGaAs, AlGaSb, InGaN, InGaP, InGaAs, InGaSb, AlInN, AlInP, AlInAs, AlInSb 등의 삼원소 화합물 또는 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 등의 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질이고, 상기 IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 등의 이원소 화합물 또는 SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 등의 삼원소 화합물 또는 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 등의 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질이고, 상기 IV족 화합물은 Si, Ge 등의 단일 원소 또는 SiC, SiGe 등의 이원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 예로 들 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
또한 상기 반도체 나노결정은 코어 둘레에 오버 코팅을 더 포함하는 코어-쉘 구조의 나노결정일 수 있고, 이 때, 상기 오버 코팅물질은 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 화합물 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 재료로 구성될 수 있다.
상기 II-VI족 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe 등의 이원소 화합물 또는 CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe 등의 삼원소 화합물 또는 CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 등의 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질일 수 있다. 상기 III-V족 화합물 반도체는 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 등의 이원소 화합물 또는 GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP, AlGaN, AlGaP, AlGaAs, AlGaSb, InGaN, InGaP, InGaAs, InGaSb, AlInN, AlInP, AlInAs, AlInSb 등의 삼원소 화합물 또는 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 등의 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질일 수 있다. 상기 IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 등의 이원소 화합물 또는 SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 등의 삼원소 화합물 또는 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 등의 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질이고, 상기 IV족 화합물은 Si, Ge 등의 단일 원소 또는 SiC, SiGe 등의 이원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 발광 다이오드 소자에서 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스(40)의 금속산화물은 TiO2, ZnO, SiO2, SnO2, WO3, Ta2O3, BaTiO3, BaZrO3, ZrO2, HfO2, Al2O3, Y2O3, ZrSiO4, Fe2O3, Fe3O4, CeO, CrO3 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택될 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 양상은 이상에서 설명한 발광 다이오드 소자를 포함하는 전자장치에 관계한다. 본 발명의 발광 다이오드는 발광효율이 우수하고 안정성이 뛰어난 고휘도 발광 다이오드 소자로서, 디스플레이 장치의 백라이트 광원, 휴대폰, PDA 등의 모바일 정보기기의 주광원 뿐만 아니라 교통신호등, 전광판, 조명, 자동차용 램프 등 조명용 장치, 센서 등 다양한 분야에 활용될 수 있다. 특히, 조명용 발광 다이오드 소자는 반영구적인 수명과 낮은 전기소모량, 외부충격에 잘 견 디는 특성 덕분에 조명시장에서 각광받고 있다. 또한 발광 다이오드 소자는 전력 소모량이 작으면서도 휘도는 뛰어나 각종 모바일 기기의 백라이트용으로도 유리하게 용도 전개가 가능하다.
본 발명의 발광 다이오드 소자의 제조방법은 발광층 형성방법을 제외하고는 통상의 발광 다이오드 소자의 제조방법을 사용하며, 나노결정의 합성방법은 종래기술로 공지된 모든 기술을 적용할 수 있다. 본 발명의 발광 다이오드 소자는 약 300~3000nm 이상의 넓은 발광 파장을 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 발광소자는 서로 다른 파장의 빛을 발광하는 2종 이상의 나노결정-금속산화물 복합체를 혼합하여 발광층을 형성하여 백색광을 구현할 수도 있다.
본 발명의 발광 다이오드 소자의 제조방법을 간단히 설명하면, 먼저 리드 프레임을 갖는 기판을 준비하고, 상기 리드프레임에 전기적으로 접속되도록 상기 기판 상에 발광 다이오드 칩을 실장한다. 이 단계까지 패키징이 일부 진행되어 있는 발광 다이오드 칩은 상용적으로 구할 수 있다. 습식 합성 방법을 이용하여 발광 효율이 높은 나노결정을 제조하고 분리한 후 실리카 단량체의 혼합물과 잘 섞을 수 있도록 머캅토 에탄올(mercapto alcohol) 등으로 표면 치환을 하고 분리하여 실리카 단량체 및 물과 알코올, 촉매 등을 혼합하여 적당한 온도에서 건조 시킨 후 약 100도 정도에서 경화시킨다. 이렇게 제조된 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 발광 다이오드 칩 위에 실장한 후 액상인 투명수지로 상기 발광 다이오드를 밀봉시키고, 상기 투명수지를 경화시켜 몰딩층을 형성함으로써 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상은 발광 다이오드 소자의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 방법은 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 제조하는 단계; 및 수득된 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 발광 다이오드 칩 위에 실장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 제조하는 경우에는 먼저 나노결정을 침전으로 분리하고, 금속산화물 전구체, 용매 및 촉매를 포함하는 나노결정 금속산화물 전구체 용액을 혼합한다. 이때 사용가능한 용매 및 촉매의 종류는 특별히 제한되지 않고, 금속 산화물 전구체의 중합반응에 사용되는 일반적인 친수성 용매와 산 또는 염기 촉매를 적절히 배합하여 사용할 수 있다. 나노결정과 금속 산화물 전구체 용액을 상온에서 원하는 형태와 크기를 가진 몰드에 일정량을 도포하여 중합반응시켜, 습윤한(wet) 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 수득한다. 이때 몰드로는 사용하는 화학물질에 의한 형태 변형이 없는 플라스틱이나 유리 또는 수정(quartz) 등을 사용할 수 있다.
이어서 이렇게 해서 수득된 습윤한 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 사용한 용매 등을 건조시키게 된다. 중합반응이 일정 수준 진행되고 건조 상태인 나노결정-금속산화물 복합체는 중합 조건에 따라 크랙이 없는 모노리스 형태로 제조될 수 있으며, 더욱 안정한 금속 산화물 복합체를 형성하기 위해서는 100도 이상의 온도에서 경화시킬 수 있다.
본 발명의 방법에서 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스 제조시에는 한 종류 이상의 나노결정을 단순히 혼합하여 제조할 수도 있다. 또한 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스 제조 단계를 2회 이상 반복하여 복수의 층으로 구성된 나노결 정-금속산화물 복합체 모노리스를 제조할 수도 있다. 이때, 상기 복수 층의 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스는 동일하거나 서로 다른 나노결정-금속산화물 복합체를 사용하여 제조할 수 있다. 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 복수의 층으로 구성하는 경우에는 각 층을 수평 또는 수직으로 배열할 수 있다. 복수층을 수평으로 두층 이상 구성하는 경우, 발광 파장의 에너지가 낮은 나노결정을 포함한 모노리스를 광원에 가깝게 위치시키고, 발광 파장의 에너지가 높은 나노결정을 포함한 모노리스를 다음에 위치시키게 되면 재흡수를 피할 수 있게 된다. 복수층을 수직으로 구성하는 경우는 발광 다이오드의 칩위에 다른 종류의 나노결정을 포함한 모노리스를 배치할 수 있으며, 광원에서 빛이 진행되는 방향에는 한 종류의 나노결정만이 존재하므로 에너지 차이에 의한 재흡수는 최소화 될 수 있으며, 특히 하나의 패캐징(packaging) 안에 여러 개의 칩이 존재하는 경우에는 각각의 칩 위에 모노리스를 실장할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 나노결정은 본 발명이 속하는 기술 분야에 알려진 임의의 방법에 의해서 제조될 수 있다. 예를 들어, II, III 또는 IV족의 전구체를 포함한 분산제와 용매의 혼합 시스템에 V 또는 VI족 전구체를 추가하여 반응시켜 나노결정을 성장시킴으로써 나노결정을 제조할 수 있다.
나노결정의 코어 또는 쉘 제조단계에서 사용가능한 금속 전구체로는 디메틸 아연(dimethyl zinc), 디에틸 아연 (diethyl zinc), 아연 아세테이트(Zinc acetate), 아연 아세틸아세토네이트 (Zinc acetylacetonate), 아연 아이오다이드(Zinc iodide), 아연 브로마이드(Zinc bromide), 아연 클로라이드(Zinc chloride), 아연 플루오라이드(Zinc fluoride), 아연 카보네이트(Zinc carbonate), 아연 시아나이드(Zinc cyanide), 아연 나이트레이트(Zinc nitrate), 아연 옥사이드(Zinc oxide), 아연 퍼옥사이드(Zinc peroxide), 아연 퍼클로레이트(Zinc perchlorate), 아연 설페이트(Zinc sulfate), 디메틸 카드뮴(dimethyl cadmium), 디에틸 카드뮴(diethyl cadmium), 카드뮴 아세테이트(Cadmium acetate), 카드뮴 아세틸아세토네이트(Cadmium acetylacetonate), 카드뮴 아이오다이드(Cadmium iodide), 카드뮴 브로마이드(Cadmium bromide), 카드뮴 클로라이드(Cadmium chloride), 카드뮴 플루오라이드(Cadmium fluoride), 카드뮴 카보네이트(Cadmium carbonate), 카드뮴 나이트레이트(Cadmium nitrate), 카드뮴 옥사이드(Cadmium oxide), 카드뮴 퍼클로레이트(Cadmium perchlorate), 카드뮴 포스파이드(Cadmium phosphide), 카드뮴 설페이트(Cadmium sulfate), 수은 아세테이트(Mercury acetate), 수은 아이오다이드(Mercury iodide), 수은 브로마이드(Mercury bromide), 수은 클로라이드(Mercury chloride), 수은 플루오라이드(Mercury fluoride), 수은 시아나이드(Mercury cyanide), 수은 나이트레이트(Mercury nitrate), 수은 옥사이드(Mercury oxide), 수은 퍼클로레이트(Mercury perchlorate), 수은 설페이트(Mercury sulfate), 납 아세테이트(Lead acetate), 납 브로마이드(Lead bromide), 납 클로라이드(Lead chloride), 납 플루오라이드(Lead fluoride), 납 옥사이드(Lead oxide), 납 퍼클로레이트(Lead perchlorate), 납 나이트레이트(Lead nitrate), 납 설페이트(Lead sulfate), 납 카보네이트(Lead carbonate), 주석 아세테이트(Tin acetate), 주석 비스아세틸아세토네이트(Tin bisacetylacetonate), 주석 브로마이드(Tin bromide), 주석 클로라이드(Tin chloride), 주석 플루오라이드(Tin fluoride), 주석 옥사이드(Tin oxide), 주석 설페이트(Tin sulfate), 게르마늄 테트라클로라이드(Germanium tetrachloride), 게르마늄 옥사이드(Germanium oxide), 게르마늄 에톡사이드(Germanium ethoxide), 갈륨 아세틸아세토네이트(Gallium acetylacetonate), 갈륨 클로라이드(Gallium chloride), 갈륨 플루오라이드(Gallium fluoride), 갈륨 옥사이드(Gallium oxide), 갈륨 나이트레이트(Gallium nitrate), 갈륨 설페이트(Gallium sulfate), 인듐 클로라이드(Indium chloride), 인듐 옥사이드(Indium oxide), 인듐 나이트레이트(Indium nitrate), 인듐 설페이트(Indium sulfate)를 예로 들 수 있으나, 반드시 이들로 한정되는 것은 아니다.
또한, 코어 형성시 사용가능한 VI족 또는 V족 원소 화합물로는 헥산 싸이올, 옥탄 싸이올, 데칸 싸이올, 도데칸 싸이올, 헥사데칸 싸이올, 머캡토 프로필 실란 등과 같은 알킬 싸이올 화합물, 설퍼-트리옥틸포스핀(S-TOP), 설퍼-트리부틸포스핀(S-TBP), 설퍼-트리페닐포스핀(S-TPP), 설퍼-트리옥틸아민(S-TOA), 트리메틸실릴 설퍼(trimethylsilyl sulfur), 황화 암모늄, 황화 나트륨, 셀렌-트리옥틸포스핀(Se-TOP), 셀렌-트리부틸포스핀(Se-TBP), 셀렌-트리페닐포스핀(Se-TPP), 텔루르-트리부틸포스핀(Te-TBP), 텔루르-트리페닐포스핀(Te-TPP), 트리메틸실릴 포스핀(trimethylsilyl phosphine) 및 트리에틸포스핀, 트리부틸포스핀, 트리옥틸포스핀, 트리페닐포스핀, 트리시클로헥실포스핀을 포함하는 알킬 포스핀(alkyl phosphine), 아르세닉 옥사이드 (Arsenic oxide), 아르세닉 클로라이드(Arsenic chloride), 아르세닉 설페이트(Arsenic sulfate), 아르세닉 브로마이드(Arsenic bromide), 아르세닉 아이오다이드(Arsenic iodide), 나이트릭 옥사이드(Nitroud oxide), 나이트릭산(Nitric acid), 암모늄 나이트레이트(Ammonium nitrate) 등을 예로 들 수 있다.
나노결정 제조시에 사용가능한 용매의 구체적인 예들은 탄소수 6 내지 22의 일차 알킬 아민, 탄소수 6 내지 22의 이차 알킬 아민, 및 탄소수 6 내지 22의 삼차 알킬 아민; 탄소수 6 내지 22의 일차 알코올, 탄소수 6 내지 22의 이차 알코올 및 탄소수 6 내지 22의 삼차 알코올; 탄소수 6 내지 22의 케톤 및 에스테르; 탄소수 6 내지 22의 질소 또는 황을 포함한 헤테로 고리 화합물(heterocyclic compound); 탄소수 6 내지 22의 알칸, 탄소수 6 내지 22의 알켄, 탄소수 6 내지 22의 알킨; 트리옥틸아민, 트리옥틸포스핀, 트리옥틸포스핀 옥사이드를 포함할 수 있다.
본 발명의 방법에서 상기 금속산화물 전구체는 금속 알콕사이드, 금속 할라이드 및 금속 하이드록사이드로 구성되는 군에서 선택될 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
상기 금속 알콕사이드 계열의 화합물은 타이타늄 메톡사이드, 타이타늄 에톡사이드, 타이타늄 아이소프로폭사이드, 타이타늄 부톡사이드, 아연 메톡사이드, 아연 에톡사이드, 아연 아이소프로폭사이드, 아연 부톡사이드, 테트라메틸올소실리케이트, 테트라에틸올소실리케이트, 실리콘 테트라아이소프로폭사이드, 실리콘 테트라부톡사이드, 트리메톡시 실란, 트리에톡시 실란, 머캡토 프로필 트리메톡시 실 란, 머캡토 프로필 트리에톡시 실란, 암민 프로필 트리메톡시 실란, 암민 프로필 트리에톡시 실란, 주석 메톡사이드, 주석 에톡사이드, 주석 아이소프로폭사이드, 주석 부톡사이드, 텅스텐 메톡사이드, 텅스텐 에톡사이드, 텅스텐 아이소프로폭사이드, 텅스텐 부톡사이드, 탄탈륨 메톡사이드, 탄탈륨 에톡사이드, 탄탈륨 아이소프로폭사이드, 탄탈륨 부톡사이드, 바륨 메톡사이드, 바륨 에톡사이드, 바륨 아이소프로폭사이드, 바륨 부톡사이드, 지르코늄 메톡사이드, 지르코늄 에톡사이드, 지르코늄 아이소프로폭사이드, 지르코늄 부톡사이드, 알루미늄 메톡사이드, 알루미늄 에톡사이드, 알루미늄 아이소프로폭사이드, 알루미늄 부톡사이드, 이트륨 메톡사이드, 이트륨 에톡사이드, 이트륨 아이소프로폭사이드, 이트륨 부톡사이드, 철 메톡사이드, 철 에톡사이드, 철 아이소프로폭사이드, 철 부톡사이드, 세슘 메톡사이드, 세슘 에톡사이드, 세슘 아이소프로폭사이드, 세슘 부톡사이드, 크롬 메톡사이드, 크롬 에톡사이드, 크롬 아이소프로폭사이드, 크롬 부톡사이드 등을 들 수 있으며 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 금속 할라이드 계열의 화합물은 타이타늄 클로라이드, 아연 클로라이드, 실리콘 테트라클로라이드, 주석 클로라이드, 텅스텐 클로라이드, 탄탈륨 클로라이드, 바륨 클로라이드, 지르코늄 클로라이드, 하프늄 클로라이드, 알루미늄 클로라이드, 이트륨 클로라이드, 철(II) 클로라이드, 철(III) 클로라이드, 세슘 클로라이드, 크롬 클로라이드, 타이타늄 브로마이드, 아연 브로마이드, 실리콘 테트라브로마이드, 주석 브로마이드, 텅스텐 브로마이드, 탄탈륨 브로마이드, 바륨 브로마이드, 지르코늄 브로마이드, 하프늄 브로마이드, 알루미늄 브로마이드, 이트륨 브로마이드, 철(II) 브로마이드, 철(III) 브로마이드, 세슘 브로마이드, 크롬 브로마이드, 타이타늄 아이오다이드, 아연 아이오다이드, 실리콘 테트라아이오다이드, 주석 아이오다이드, 텅스텐 아이오다이드, 탄탈륨 아이오다이드, 바륨 아이오다이드, 지르코늄 아이오다이드, 하프늄 아이오다이드, 알루미늄 아이오다이드, 이트륨 아이오다이드, 철(II) 아이오다이드, 철(III) 아이오다이드, 세슘 아이오다이드, 크롬 아이오다이드 등을 들 수 있으며 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
금속 하이드록사이드로는 타이타늄 하이드록사이드, 아연 하이드록사이드, 실리콘 하이드록사이드, 주석 하이드록사이드, 텅스텐 하이드록사이드, 탄탈륨 하이드록사이드, 바륨 하이드록사이드, 지르코늄 하이드록사이드, 하프늄 하이드록사이드, 알루미늄 하이드록사이드, 이트륨 하이드록사이드, 철(II) 하이드록사이드, 철(III) 하이드록사이드, 세슘 하이드록사이드, 크롬 하이드록사이드 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서 나노결정-금속산화물 복합체의 나노결정의 표면은 계면활성제에 의해서 치환될 수 있다. 나노결정-금속산화물 복합체의 나노결정은 금속산화물 전구체와 잘 섞일 수 있는 친수성 계면활성제, 나노결정의 표면을 잘 보호하여 발광 및 전기적 특성은 그대로 유지시켜주는 계면활성제 등으로 치환될 수 있다. 이렇게 되면 나노결정의 발광 및 전기적 특성을 그대로 유지하면서 안정성 및 성형성이 향상시킬 수 있다.
본 발명의 나노결정-금속산화물 복합체에서 나노결정은 반응 조건에 따라 여러 가지 형태를 가질 수 있는데, 구형, 정사면체 (tetrahedron), 원통형, 막대 형, 삼각형, 원판형(disc), 트리포드(tripod), 테트라포드(tetrapod), 큐브(cube), 박스(box), 스타(star), 튜브 (tube)형으로 이루어지는 군에서 선택될 수 있으나, 반드시 이들로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 나노결정은 가시광 및 기타 영역 (자외선, 적외선 등)에서 효율적으로 발광할 수 있다.
본 발명의 나노결정은 선택적으로 나노결정의 표면이 유기물에 의해 배위될 수 있다. 나노결정의 표면이 유기물에 의해 배위되면 현탁안정성이 향상되고 나노결정간 응집을 예방할 수 있다. 이러한 유기물층은 나노결장 성장 과정에서 사용된 용매에 의해서 형성될 수 있다. 이러한 유기물의 종류는 특별히 제한되지 않는데, 말단에 COOH기를 가진 탄소수 6 내지 22의 알칸 또는 알켄; 말단에 PO3H2기를 가진 탄소수 6 내지 22의 알칸 또는 알켄; 말단에 PO기를 가진 탄소수 6 내지 22의 알칸 또는 알켄; 또는 말단에 SOOH기를 가진 탄소수 6 내지 22의 알칸 또는 알켄; 및 말단에 NH2기를 가진 탄소수 6 내지 22의 알칸 또는 알켄을 예로 들 수 있다. 구체적으로, 이러한 유기물은 올레인산(oleic acid), 스테아르산(stearic acid), 팔미트산(palmitic acid), 헥실 포스포늄산(hexyl phosphonic acid), n-옥틸 포스포늄산(n-octyl phosphonic acid), 테트라데실 포스포늄산(tetradecyl phosphonic acid), 옥타데실포스포늄산(octadecyl 포스폰산), 트리옥틸포스핀옥사이드 (Trioctylphosphine oxide), n-옥틸 아민 (n-octyl amine), 헥사데실아민(hexadecyl amine)을 포함할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
제조예: 나노결정의 제조
트리옥틸아민(Trioctylamine, 이하 "TOA"이라 칭한다) 16g과 옥타데실포스포닉산 0.3g, 카드뮴 옥사이드 0.4mmol을 동시에 환류 콘덴서가 설치된 125ml 플라스크에 넣고, 교반하면서 반응온도를 300도로 조절하였다. 이와 별도로 Se 분말을 트리옥틸포스핀(TOP)에 녹여서 Se 농도가 약 2M 정도인 Se-TOP 착물용액을 만들었다. 상기 교반되고 있는 반응 혼합물에 2M Se-TOP 착물용액 2mL를 빠른 속도로 주입하여 약 2분간 반응시켰다. 반응이 종결되면, 반응 혼합물의 온도를 가능한 빨리 상온으로 떨어뜨리고, 비용매 (non solvent)인 에탄올을 부가하여 원심 분리를 실시하였다. 원심 분리된 침전을 제외한 용액의 상등액은 버리고, 침전물은 톨루엔에 분산시켜 485nm에서 발광하는 CdSe 나노결정 용액을 합성하였다.
TOA 8g과 올레인산 0.1g, 아연 아세테이트 0.4 mmol을 동시에 환류 콘덴서가 설치된 125ml 플라스크에 넣고, 교반하면서 반응온도를 300도로 조절하였다. 상기에서 합성한 CdSe 나노결정 용액을 반응물에 첨가한 후 S-TOP 착물 용액을 천천히 가하여 약 1시간 동안 반응시켜 CdSe 나노결정 표면 위에 ZnS 나노결정을 성장시키고, 그 계면에서 확산을 통해 CdSe//ZnS 합금 나노결정을 형성시켰다. 반 응이 종결되면, 반응 혼합물의 온도를 가능한 빨리 상온으로 떨어뜨리고, 비용매 (non solvent)인 에탄올을 부가하여 원심 분리를 실시하였다. 원심 분리된 침전물을 제외한 용액의 상등액은 버리고, 침전물은 톨루엔에 분산시켜 458nm에서 발광하는 5nm 크기의 CdSe//ZnS 합금 나노결정 용액을 합성하였다.
TOA 8g과 올레인산 0.1g, 카드뮴 옥사이드 0.1mmol, 아연 아세테이트 0.4 mmol을 동시에 환류 콘덴서가 설치된 125ml 플라스크에 넣고, 교반하면서 반응온도를 300도로 조절하였다. 상기에서 합성한 CdSe//ZnS 나노결정 용액을 반응물에 첨가한 후 S-TOP 착물 용액을 천천히 가하여 약 1시간 동안 반응시켜 CdSe//ZnS 나노결정 표면 위에 CdSZnS 나노결정을 성장시켜서, 554nm에서 발광하는 CdSe//ZnS/CdSZnS 나노결정을 합성하였다.
반응이 종결되면, 반응 혼합물의 온도를 가능한 빨리 상온으로 떨어뜨리고, 비용매 (non solvent)인 에탄올을 부가하여 원심 분리를 실시하였다. 원심 분리된 침전을 제외한 용액의 상등액은 버리고, 침전은 톨루엔에 분산시켜 CdSe//ZnS/CdSZnS의 나노결정 용액을 합성하였다. 상기 나노결정의 양자 효율은 67%로 확인되었다.
실시예 1: 나노결정-실리카 복합체 모노리스 및 발광다이오드 소자의 제조
제조예에서 수득된 CdSe//ZnS/CdSZnS 나노결정의 1wt% 톨루엔 용액에 에탄올을 가하여 원심분리로 침전물을 분리한 다음 분리된 침전물에 피리딘을 가하여 맑은 용액이 될 때까지 교반하였다. 나노결정 피리딘 용액에 헥산을 가하여 침전 을 분리한 다음 100μL 6-머캅토헥사놀과 프로필아민을 포함하는 피리딘 용액에 다시 녹인 후 약 2시간 동안 교반하였다. 이 용액에 다시 헥산을 가하여 침전을 분리한 후 이 침전에 200μL 테트라에톡실오르쏘실란 (TEOS), 100μL 에탄올, 100μL 프로필아민, 50μL 물을 가하고 교반한 다음 둥근 틀에 넣고 상온에서 건조하여 CdSe//ZnS/CdSZnS 나노결정-실리카 복합체를 수득하였다. 이 복합체를 질소 조건에서 약 100도 정도로 열처리하여 실리카를 더욱 단단히 경화시켰다.
청색 LED칩은 약 455nm λmax 를 가지면, 약 10 lm/W의 효율을 나타내는 것을 사용하였다 (서울 반도체). 칩의 크기는 대략 300 마이크로 * 300 마이크로 정도의 크기를 가진 것을 사용할 수 있으며, 칩의 크기에 해당하도록 모노리스를 유리 커터(glass cutter)로 잘라서 얹고 고분자 수지를 도포하여 고정시켰다. 이렇게 제작된 발광 다이오드를 약 3볼트의 전압을 인가하여 20mA의 전류를 흘렸을 때, 스펙트럼을 측정하여 도 3에 나타내었으며, 이때의 광전환 효율은 46%로 나타났다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 본 발명에 대해서 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 본질 및 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자들에게 자명할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
본 발명의 발광 다이오드는 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 발광 다이오드 소자의 발광층으로 채용하여 높은 발광효율과 안정성을 얻을 수 있다. 또한 나노결정에서 방출되는 빛은, 나노결정, 금속산화물, 고분자 매질을 차례대로 통과하면서 굴절율이 구배로 조절되어 빛의 방출을 극대화할 수 있다. 본 발명의 방법에 의해서 발광 다이오드 소자를 제조하는 경우에는 나노결정 농도를 쉽게 조절할 수 있어, 발광 다이오드 소자 제조시 발광층의 발광 재료의 농도를 일정하게 조절할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 발광 다이오드 소자의 제조방법은 제조공정이 간단하여 용이하게 제조할 수 있다.

Claims (22)

  1. 발광 다이오드 칩과 상기 발광다이오드 칩의 발광면 위에 실장된 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스(nanocrystal-metal oxide monolith)를 포함하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드 소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스는 한 종류 이상의 나노결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드 소자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스는 둘 이상의 복수의 층으로 구성된 것을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드 소자.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 복수층의 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스의 각층은 동일하거나 상이한 종류의 나노결정-금속산화물 복합체로 구성된 것을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드 소자.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스는 서로 상이한 종류의 나노결정- 금속산화물 복합체로 구성된 두 층 이상의 복수의 층으로 구성된 것을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드 소자.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 복수층의 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스의 각층들이 수평 또는 수직으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드 소자.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩과 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스 사이의 간격이 0.1mm 내지 1mm 인 것을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드 소자.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 나노결정은 금속 나노결정이거나 또는 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 화합물 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 반도체 나노결정임을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드 소자.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe의 이원소 화합물 또는 CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe의 삼원소 화합물 또는 CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe의 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질이고, 상기 III-V족 화합물 반도체는 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb의 이원소 화합물 또는 GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP의 삼원소 화합물 또는 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb의 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질이고, 상기 IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe의 이원소 화합물 또는 SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe의 삼원소 화합물 또는 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe의 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질이고, 상기 IV족 화합물은 Si, Ge의 단일 원소 또는 SiC 및 SiGe의 이원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질인 것을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드 소자.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 반도체 나노결정은 오버 코팅을 더 포함하고, 상기 오버 코팅물질은 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 화합물 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 물질인 것을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드 소자.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 오버 코팅의 상기 II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe의 이원소 화합물, 또는 CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe의 삼원소 화합물, 또는 CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe의 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질이고, 상기 오버 코팅의 상기 III-V족 화합물 반도체는 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb의 이원소 화합물, 또는 GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP의 삼원소 화합물, 또는 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb의 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질이고, 상기 오버 코팅의 상기 IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe의 이원소 화합물 또는 SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe의 삼원소 화합물 또는 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe의 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질이고, 상기 오버 코팅의 상기 IV족 화합물은 Si, Ge의 단일 원소 또는 SiC, SiGe의 이원소 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 물질인 것을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드 소자.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 금속산화물은 TiO2, ZnO, SiO2, SnO2, WO3, Ta2O3, BaTiO3, BaZrO3, ZrO2, HfO2, Al2O3, Y2O3, ZrSiO4, Fe2O3, Fe3O4, CeO, CrO3 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드 소자.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 기재된 발광 다이오드 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 전자장치는 디스플레이 장치, 조명용 장치, 백라이트 유닛 또는 센서인 것을 특징으로 하는 전자장치.
  15. 발광 다이오드 소자를 제조함에 있어서,
    나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 제조하는 단계; 및
    수득된 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 발광 다이오드 칩 위에 실장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드의 제조방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 제조하는 단계는
    나노결정, 금속산화물 전구체, 용매 및 촉매를 포함하는 나노결정 금속산화물 전구체 용액을 혼합하는 단계;
    전단계에서 수득한 나노결정 금속산화물 전구체 용액을 몰드에 넣고 중합 반응시켜 습윤한(wet) 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 제조하는 단계; 및
    상기 습윤한 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 건조 및 경화시켜 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드의 제조방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 나노결정으로서 한 종류 이상의 나노결정을 사용하는 것을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드의 제조방법.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 방법이 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 제조하는 단계를 2회 이상 반복하여 복수의 층으로 구성된 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드의 제조방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 복수의 층의 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스는 동일하거나 서로 다른 나노결정-금속산화물 복합체를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드의 제조방법.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 나노결정-금속산화물 복합체 모노리스를 복수층으로 형성하는 경우, 각층을 수평 또는 수직으로 배열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드의 제조방법.
  21. 제 16항에 있어서, 상기 나노결정은 코어-쉘 구조의 나노결정인 것을 특징으로하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드의 제조방법.
  22. 제 16항에 있어서, 상기 금속산화물 전구체는 금속 알콕사이드, 금속 할라이드 및 금속 하이드록사이드로 구성되는 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 나노결정-금속산화물 복합체를 이용하는 발광 다이오드의 제조방법.
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