In this thesis, highly interconnected porous QD/BCP nanocomposites was demonstrated in order to achieve enhancement of photo-luminescence. The QD/BCP nanocomposites with strong emission has the potential to be used in photo-luminescence devices of display application with simple and fast fabrication method. Block copolymer (PS-b-P4VP) forms highly inteconnected porous structure via the mechanism of spinodal decomposition during the evaporation of solution when dimethylformamide (DMF) and water exist together. Here, the composite film was fabricated by simple spin-casting with the humidity control. The porous QD/BCP nanocomposites effectively enhanced absorption of quantum dots inside block copolymer matrix by the multiple light scattering and trapping effect inside film, resulting in enhanced photo-luminescence. A one of current obstacles towards high-performance QD devices is reducing energy transfer nearby quantum dots, which is called Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET). The quantum dot was functionalized with hydroxyl ligand for the conjugation with BCP. The hydrogen bonding between hydroxyl ligand and nitrogen atom of P4VP block was successfully established. Consequentially, by the microphase separation properties of block copolymer, the dispersion of quantum dots was induced, which indicated reduced Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) effect. With the synergetic effects of light scattering from porous structure and dispersion of quantum dots from conjugation effect, the 21-fold enhancement in photo-luminescence was achieved compared to reference quantum dot film.
본 학위논문에서는 양자점과 함께 블록공중합체를 활용하여 뛰어난 광학적 특성을 보일 수 있는 양자점/블록공중합체 나노 복합체를 구현하였다. 폴리스타이렌을 함유하고 있는 블록공중합체의 경우 디메틸포름아마이드, 물과 함께 존재 시에 혼합 용액의 증발에 따라, 열역학적으로 불안정한 상태에 놓이게 되며, 스피노달 분해를 일으킬 수 있다. 스피노달 분해로 인해 다공성의 네트워크 구조를 형성할 수 있으며, 이는 나노 복합체 내부로 조사된 빛의 산란, 트래핑 효과를 증폭시키게 된다. 빛의 이동 경로가 길어지게 되며 블록공중합체 매트릭스 내부에 존재하는 양자점의 빛 흡수를 증대시켜 발광 특성을 향상 시킬 수 있다. 또한 인접한 양자점들간에 발생하는 비발광 메커니즘인 FRET 현상을 최소화하고자 양자점은 하이드록실기의 리간드로 치환하였다. 즉, 양자점의 하이드록실기와 P4VP 블록의 질소 원자의 수소결합을 유도하여 블록공중합체의 자기조립 거동에 따른 양자점들의 분산 효과를 유도할 수 있다. 결과적으로 다공성 구조의 빛 산란 효과, 블록공중합체의 자기조립 특징에 따른 양자점 분산 효과로 인해 기존 양자점 필름 대비, 양자점/블록공중합체 나노 복합체에서 21배의 PL 강도 향상을 이루어내었다.
