Displays are crucial devices in the modern era, visualizing and presenting information. Currently, displays are becoming increasingly diverse, extending beyond the past televisions and monitors to include virtual reality displays, wearable devices, and automotive displays. As a result, the demands for next-generation displays are growing even higher, with an increasing need for high-performance displays. In response to this demand, perovskite quantum dots (PeQDs) have been receiving attention as next-generation luminescent materials. In this dissertation, we propose a fabrication process for light emitting diodes (LEDs) that utilize high-quality PeQD materials, achieving high external quantum efficiency and color purity, along with the ability to pattern the LEDs by changing the emitting light color. Particularly, we developed a process that prevents the precipitation of cesium precursor and enhances injection speed of the precursor during the synthesis of cesium lead bromide (CsPbBr$_3$) PeQDs, enabling synthesis of high-quality PeQDs having monodispersity. Based on these synthesized PeQDs, we also developed a process that allows the simultaneous exchange of ligands and halide anions in the thin film state of the PeQDs, leading to improved performance and enabling fabrication of PeQD LEDs with various patterns. Moreover, in this process, we controlled the solvent polarity and the composition of the ligands used, resulting in LEDs with even higher efficiency compared to conventional processes. Consequently, we expect that these material synthesis and process technologies can be widely applied to semiconductor devices targeting various bandgaps.
디스플레이는 정보를 시각화해 보여주는 현시대의 중요한 장치로, 현재 디스플레이의 사용처는 과거의 텔레비전, 모니터를 넘어, 가상현실 디스플레이, 웨어러블 디바이스, 자동차 디스플레이 등으로 점점 더 다양해지고 있다. 따라서, 차세대 디스플레이를 위한 요구조건은 더욱더 높아지고 있고, 고성능의 차세대 디스플레이에 대한 요구 또한 점점 증가하고 있다. 이에, 페로브스카이트 양자점은 차세대 발광 소재로 각광을 받고 있다. 본 학위 논문에서는 고품질 페로브스카이트 양자점 소재를 합성하고 이를 이용해 높은 발광효율과 높은 색순도를 가지며, 페로브스카이트 양자점의 발광 색상을 변환시켜 패터닝을 진행하는 발광 다이오드 제작 공정을 제안한다. 세부적으로, 세슘납브로마이드 (CsPbBr$_3$) 페로브스카이트 양자점을 합성할 때 세슘 전구체의 석출을 막고 좀더 빠르게 이를 주입할 수 있는 공정을 개발해 고품질의 페로브스카이트 양자점을 합성하였고, 이렇게 합성된 페로브스카이트 양자점을 기반으로, 박막 상태로 존재하는 페로브스카이트 양자점의 리간드와 할라이드 음이온을 동시에 교환할 수 있는 공정을 개발하여 발광 다이오드의 성능 향상 및 다양한 패턴을 가지는 발광 다이오드를 제작할 수 있었다. 또한, 이 공정에서 용매의 극성 조절 및 사용하는 리간드의 조성을 다양화하여 기존 공정에 비해 더욱 높은 발광효율을 가지는 발광 다이오드를 제작할 수 있었다. 결론적으로 이러한 소재 합성 기술과 공정 기술을 다양한 밴드갭을 타겟으로 하는 반도체 소자에서도 광범위하게 이용될 수 있을 것으로 기대한다.
