Conventional liquid crystal displays have realized colors using blue light, yellow phosphors, and red and green color-filters (CFs). However, the yellow light, emitted through phosphors, causes energy loss due to poor suitability between the broad yellow emission and R, G color-filters. Currently, researchers have actively incorporated quantum dots (QDs) into existing display in order to enhance energy efficiency and color-gamut. Despite that QDs are novel optical materials having narrow emission band, size-dependent emission, and high photoluminescence quantum yield, aggregation problems, when dispersing high concentration in resin, and vulnerability against heat, moisture, and chemicals are limits to apply QDs in displays. In this thesis, I developed the stability of QDs under harsh heat and moisture conditions with two-step encapsulation for long-term operating QDs-embedded films; sol-gel derived silica and organic-inorganic hybrid materials. Also, by ligand exchange and secondary thiol monomers, photo-patternable QDs/siloxane inks were synthesized. Finally, I propose a thermally stable and PL-enhanced microlens array-integrated QD/siloxane film by UV imprinting on the film surface. Compared to neat QD-film, the thickness of the microlens/QD-film decreased by 25% to realize white PL, resulting in less QD usage. I applied the high performance QDs/siloxane composites to fabricate white QD-LEDs, QD-films, and QD-CFs to confirm the high potential for various display applications.
기존 액정 디스플레이는 청색광, 황색 인광체 및 적, 녹색 칼라필터를 사용하여 색을 구현한다. 하지만 인광체를 통해 방출되는 황색 빛의 경우, 넓은 반치폭을 가져 칼라필터를 지나면서 에너지 손실이 발생한다. 현재, 에너지 효율 증대 및 넓은 색재현율을 구현 하기 위해 퀀텀닷을 기존 디스플레이에 접목 시키는 연구가 활발하다. 하지만 퀀텀닷의 좁은 반치폭으로 인한 높은 색영역, 크기 변화를 통한 광학적 특성 조절 및 높은 발광 효율 등 우수한 광 특성에도 불구하고 폴리머에 고농도 분산 시 응집 현상, 고온 고습에 대한 취약성의 문제로 인해 적용이 제한적이다. 본 연구에서는 솔-젤 반응으로 실리카 및 실록산 수지의 이중 캡슐화를 통해 고온 및 고온 고습 분위기에서 장시간 안정성을 보이는 퀀텀닷 LED를 제작하였다. 또한 퀀텀닷을 실록산 내에 화학적으로 분산시켜 응집 현상 없이 20%의 고농도 퀀텀닷을 분산시켰으며 이차 싸이올 단량체를 이용하여 상압 분위기에서 패터닝이 가능한 퀀텀닷/실록산 잉크를 합성하였다. 마지막으로 자외선 임프린팅 기술을 통해 퀀텀닷/실록산 필름 상부에 마이크로렌즈 구조를 삽입하여 PL 변환 능력을 향상시켰고 25% 얇은 두께의 퀀텀닷 필름으로도 백색을 구현할 수 있었다. 이러한 고성능 퀀텀닷/실록산 복합체를 이용하여 발광 다이오드, 필름 및 칼라필터를 제작함으로서 다양한 디스플레이 응용 가능성을 확인하였다.
