KR102160002B1 - 양자선 제조방법 및 이에 의해 제조된 양자선, 양자직물 - Google Patents

양자선 제조방법 및 이에 의해 제조된 양자선, 양자직물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양자선 제조방법 및 이에 의해 제조된 양자선, 양자직물에 대한 발명으로서, 디스플레이에 사용되고 있는 QDEF(Quantum Dot Enhanced Film)을 대체할 수 있으며, 이를 위해, 양자점 응용을 위한 양자선을 제조하며, 다양한 형태의 디스플레이를 구현하도록 양자선을 직조하는 양자선 제조방법 및 이에 의해 제조된 양자선, 양자직물에 대한 발명이다. 구체적으로 폴리머와 혼합된 양자점을 공급하는 원료공급단계;, 상기 원료공급단계 후, 양자점이 혼합된 폴리머를 선으로 성형하는 양자선 성형단계;를 포함하는 양자선 제조방법을 제시하고 있다.

Description

양자선 제조방법 및 이에 의해 제조된 양자선, 양자직물{Method for manufacturing quantum wires and quantum fabric, quantum wires and fabric manufactured by the same}
본 발명은 양자선 제조방법 및 이에 의해 제조된 양자선, 양자직물에 대한 발명으로서, 디스플레이에 사용되고 있는 QDEF(Quantum Dot Enhanced Film)을 대체할 수 있으며, 이를 위해, 양자점 응용을 위한 양자선을 제조하며, 다양한 형태의 디스플레이를 구현하도록 양자선을 직조하는 양자선 제조방법 및 이에 의해 제조된 양자선, 양자직물에 대한 발명이다.
특허발명 001은 InP 기판 상부에 격자 정합된 InAlAs 박막을 성장하는 단계와, 상기 InAlAs 박막 상부에 InP에 피층을 형성하는 단계로 이루어지되 상기 단계를 반복적으로 실행하여 다층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 양자선 제조방법에 대한 것이다.
특허발명 002는 전기분사 또는 전기방사로 다수의 양자점이 내부에 배치되는 양자점층을 형성하는 단계; 상기 양자점층 상에 전기분사 또는 전기방사로 상기 양자점층을 커버하는 베리어층을 형성하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 양자점 필름 제조방법에 대한 것이다.
특허발명 003은 인듐 및 인을 포함하는 코어층; 인듐 산화물을 포함하고 상기 코어층 상에 배치되는 코팅층; 및 아연 및 황을 포함하고 상기 코어층 상에 배치되는 쉘층을 포함하고, 상기 코팅층과 상기 쉘층이 혼재되어 배치되는 InP계 양자점에 대한 것이다.
특허발명 004는 청색의 빛을 녹색(Green) 내지 적색(Red)으로 변환시키는 수 나노미터(nanometer) 크기의 양자점(Quantum Dot)을 사용하는 양자점 시트(Quantum Dot Sheet)로서, PET 등의 베이스필름에는 실리콘 수지(Silicone Resin) 등으로 코팅이 된 이형층(402a)이 형성되어 있으며, 이형층 위에 하드코팅층을 코팅을 해서 형성하는 것과, 하드코팅층 위에 수증기와 산소의 투과를 억제하는 베리어층(Barrier Layer)을 코팅에 의해 형성을 한 것과, 베리어층 위에 양자점과 수지가 혼합된 양자점층을 코팅으로 형성을 한 것과, 양자점층을 경화시킨것과, 경화된 양자점층 위에 접착제층을 코팅한 것과, 접착제층 위에 베리어층과 하드코팅층과 이형층이 있는 PET 필름과 같은 베이스필름을 베리어층을 접착제와 접착되게 부착한것과, 양면의 베이스필름과 이형층을 분리해 내는 구조로서 양자점층의 양면에 베리어층과 베리어층 다음에 하드코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 양자점 시트(Quantum Dot Sheet)에 대한 것이다.
KR 10-1998-067652A (공개일자 1998년10월15일) KR 10-2016-0064537 A (공개일자 2016년06월08일) KR 10-1641016 B1 (등록일자 2016년07월13일) KR 10-2017-0023376A (공개일자 2017년03월03일)
본 발명은 양자선 제조방법 및 이에 의해 제조된 양자선, 양자직물에 대한 발명으로서, 디스플레이에 사용되고 있는 QDEF(Quantum Dot Enhanced Film)을 대체할 수 있으며, 이를 위해, 양자점 응용을 위한 양자선을 제조하며, 다양한 형태의 디스플레이를 구현하도록 양자선을 직조하는 양자선 제조방법 및 이에 의해 제조된 양자선, 양자직물에 대한 발명이다.
종래 발명들의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 양자선 제조방법에 대한 발명으로서, 폴리머와 혼합된 양자점을 공급하는 원료공급단계;, 상기 원료공급단계 후, 양자점이 혼합된 폴리머를 선으로 성형하는 양자선 성형단계;를 포함한다.
본 발명의 양자선 제조방법에 대한 발명으로서, 앞에서 제시한 원료공급단계, 양자선 성형단계에 있어서, 상기 양자선 성형단계 후, 상기 양자선을 경화시키는 제1경화단계;, 상기 제1경화단계 후, 양자선을 코팅하는 표면처리단계;를 포함한다.
본 발명의 양자선 제조방법에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 발명에서 상기 제2경화단계 후, 양자선을 릴에 감는 권취단계;를 포함한다.
본 발명의 양자선 제조방법에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 발명에서, 상기 권취단계 후, 양자선을 천으로 직조하는 직조단계;를 포함한다.
본 발명은 양자선에 대한 발명이며, 단면이 원주형상이며, 변형가능하며, 청구항 2의 제조방법으로 제도되는 것을 포함한다.
본 발명은 양자직물에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 양자선이 복수로 형성되며, 상호 교차되어 직조되는 것을 포함한다.
본 발명은 박판형상이며, 유연성이 존재하는 양자선을 제조하며, 다양한 형태의 디스플레이를 구현하도록 양자직물을 제조하는 것이다. 본 발명의 자동으로 양자선을 연속 생산하는 효과를 가지며, 복수의 양자선을 혼합하여 직조할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 양자선 제조방법을 나타낸 공정도.
도 2는 자외선 조사에 의해 비춰진 양자점을 나타낸 사진.
도 3은 본 발명의 양자선을 나타낸 사진.
도 4는 본 발명의 양자천을 나타낸 사진.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
[실시예 1-1] 본 발명은 양자선 제조방법에 대한 발명으로서, 폴리머와 혼합된 양자점을 공급하는 원료공급단계;, 상기 원료공급단계 후, 양자점이 혼합된 폴리머를 선으로 성형하는 양자선 성형단계;를 포함한다.
나노크기의 입경을 가지는 다량의 양자점은 폴리머와 혼합된 상태로 존재하며, 상기 폴리머는 바인더 역할을 한다. 즉 폴리머에 수용된 양자점을 가지게 된다. 상기 폴리머는 압출과정을 통해 양자선을 생성한다.
[실시예 1-2(a)] 본 발명의 양자선 제조방법의 실시예 1-1에 있어서, 상기 원료공급단계 전, 양자점을 크기별로 보관하는 보관단계;를 포함한다.
양자점은 크기에 따라 반응색상을 변화시킨다. 따라서 동일한 사이즈의 양자점을 분리하여 크기별로 각각의 용기에 양자점을 보관한다. 양자점 보관에 앞서서, 크루드 상태의 양자점용액은 반응 부산물과 반응 잔재유기물들을 포함하므로 이를 제거하기 위해 솔벤트(에탄올, 아세톤등)을 이용하여 세척한다. 세척된 양자점은 각각의 용기에 입자 크기별로 분리하여 보관한다. 양자점 나노입자들은 서로 엉키지 않도록 헥산이나 톨루엔, 클로로포름과 같은 솔벤트에 분산하여 보관한다.
[실시예 1-2(b)] 본 발명의 양자선 제조방법의 실시예 1-1에 있어서, 상기 보관단계 전, 양자점을 합성하는 양자점 합성단계;를 포함한다.
양자점은 용액공정법으로 합성되며, 양자점은 CdSe계 양자점과 또는 InP계 양자점을 사용한다. 양자점 합성은 각조성에 맞도록 프리커서를 만들며, 상기 프리커서 및 원소를 이용하여 코어를 제조하며, 상기 코어의 프리커서 및 원소를 이용하여 쉘을 쌓는과정으로 양자점을 합성한다.
[실시예 1-3] 본 발명의 양자선 제조방법의 실시예 1-1에 있어서, 상기 원료공급단계 전, 양자점이 수용된 폴리머를 교반하는 교반단계;, 상기 교반단계는 제1혼합단계; 및 중합단계;를 포함한다.
상기 교반단계는 모노머 혼합단계 및 올리고머 중합단계를 포함한다. 상기 모노머 혼합단계는 양자점과 모노머의 중량비를 1:3 내지 1:10으로 형성하며, 바람직하게는 1:5를 형성한다. 올리고머 중합단계는 양자점 모노머 및 올리고머의 중량비를 1:4 내지 1:10으로 한다. 바람직하게는 1:6을 형성한다. 앞에서 제시한 모노머 혼합단계 및 올리고머 중합단계를 통해, 폴리머는 UV에 용이하게 경화되며, 공기와 유사한 굴절율을 확보할 수 있으며, 가시광선을 투과할 수 있다. 또한 내열성이 우수하여 온도변화에 따른 물성변화가 적으며, 내습성이 우수하여 습기에 의한 양자점 특성이 변화되지 않는다.
[실시예 1-4] 본 발명의 양자선 제조방법의 실시예 1-3에 있어서, 상기 중압단계 중, 확산제 및 분산제를 혼합하는 제2혼합단계;를 포함한다.
중합단계시, 점도는 2000cp 내지 2500cp를 형성한다. 이는 폴리머가 나노선 형태를 안정적으로 유지할 수 있는 임계적 의미를 가진다. 양자점 레진(모노머와 올리고머로 중합된 상태)은 교반용기에 보관된다.
[실시예 1-5] 본 발명의 양자선 제조방법의 실시예 1-1에 있어서, 상기 성형단계는 양자점 레진을 노즐에 의해 압출하는 압출단계;를 포함한다.
교반용기에 저장된 양자점 레진은 노즐을 통해 양자선으로 형상을 변화시킨다. 노즐에서 토출되는 양자선 두께는 레진의 분출속도 및 노즐직경에 따라 결정된다. 노즐직경은 노즐교체를 통해 변화시킬 수 있으며, 또는 노즐직경이 가변되는 엑츄에이터에 의해 변화될 수 있다. 레진 분출속도는 교반용기 내부압력을 조정하여 가변시킬 수 있다. 즉, 제어장치는 교반용기의 내부압력 및 노즐내경을 변화시켜 양자선 직경을 제어한다. 교반용기 내부압력은 교반용기에 공기압을 공급하여 이루어진다. 상기 공기압은 대기중의 공기를 정화시켜 공급한다.
[실시예 1-6] 본 발명의 양자선 제조방법 실시예 1-1에 있어서, 상기 압출단계 후, 노즐로부터 압출된 양자선 외형을 측정하는 검출단계;를 포함한다.
본 발명은 양자선의 외형품질을 판단하는 것이다. 노즐에서 압출되는 양자선 외형은 복수의 카메라에 의해 연속측정 되며, 화상처리에 의해 사이즈 불량을 검출한다.
상기 검출단계는 양자선 외형을 촬영하여 영상신호를 만드는 비전센서(510);, 상기 비전센서의 신호를 이용하여 외형을 판단하는 제어기(520);로 이루어진다. 비전센서는 비접촉방식으로 양자선의 불량여부를 검사한다. 상기 비전센서는 양자선 외형을 실시간으로 측정하며, 영상신호를 제어기에 전송한다. 상기 제어기는 영상신호를 분석하여 사이즈의 정확성을 판별한다. 상기 비전센서에 사용되는 카메라는 라인스캔 카메라 또는 프레임 카메라를 사용한다.
[실시예 1-7] 본 발명의 양자선 제조방법의 실시예 1-1에 있어서, 상기 원료공급단계는 원료공급부로부터 양자점과 폴리머를 공급받아 혼합부로 정량 공급하는 정량공급단계;를 포함한다.
양자점 및 폴리머는 교반기에 정해진 량을 정확하게 공급해야 한다.
[실시예 1-8] 본 발명의 양자선 제조방법의 실시예 1-7에 있어서, 상기 정량공급단계 전, 폴리머공급부 내부에 액상 폴리머를 수용하는 폴리머용기(100);를 준비하며, 복수로 형성되며 각각의 용기에 동일크기의 양자점을 개별적으로 수용하는 양자점용기(200);를 준비하는 재료준비단계;를 포함한다.
양자점은 입자크기와 형상에 따라 나노입자의 밴드갭(band gap) 차이로 흡광 및 발광특성이 변한다. 따라서 양자점의 입자 크기가 작으면 밴드갭이 넓어지면서 보라색이 나타나며, 입자 크기가 커지면 밴드갭이 벌크상태에 가까워지면서 붉은색을 띠게된다. 이러한 현상은 반도체 양자점에서 일반적으로 찾아볼 수 있으며, 양자점의 입자 크기와 조성에 따라 발현하는 것이다. 이를 구현하기 위해, 다양한 입자 크기를 갖는 양자점이 사용된다. 하나의 용기에 폴리머와 양자점을 혼합하는 경우, 양자점 입자 크기별로 복수의 혼합용기를 사용해야 되는 단점이 존재한다. 이를 극복하기 위해 하나의 용기에서 폴리머만을 수용하며, 별도의 다른 용기들에는 다양한 크기별로 양자점만을 수용한다. 교반기는 폴리머 및 양자점을 혼합한다.
[실시예 1-9] 본 발명의 양자선 제조방법의 실시예 1-7, 1-8에 있어서, 상기 교반용기는 상기 폴리머용기와 연통되는 폴리머공급관(310);, 상기 폴리머공급관에 형성되는 폴리머공급밸브(320);, 상기 양자점용기에 연통되는 양자점공급관(330);, 상기 양자점공급관에 형성되는 양자점공급밸브(340);, 상기 폴리머공급관 및 양자점공급관이 연통되는 교반용기(350);를 포함한다.
교반용기는 폴리머공급관으로부터 폴리머를 공급받으며, 양자점공급관으로부터 선택된 양자점만을 공급받는다. 폴리머와 양자점은 교반용기 내부에서 혼합되며, 이는 교반기에 의해 혼합된다. 상기 혼합용기는 복수로 형성될 수 있다.
[실시예 1-10] 본 발명의 양자선 제조방법의 실시예 2-9에 있어서, 상기 교반용기 내부에 형성되는 교반기(360);를 포함한다.
폴리머와 양자점을 교반하며, 이는 교반날개에 의해 이루어진다. 상기 교반기는 모터로부터 인가된 동력을 전달받아 회전된다. 상기 교반날개는 회전축의 외주면에 결합되며, 원주방향을 따라 복수로 형성된다.
[실시예 1-11] 본 발명의 양자선 제조방법 실시예 1-9, 1-10에 있어서, 상기 폴리머공급밸브, 양자점공급밸브 및 교반기 작동을 제어하는 제어기(370);를 포함한다.
제어기는 폴리머공급밸브 및 양자점공급밸브를 제어하여, 일정량의 폴리머 및 양자점을 공급하도록 한다. 또한, 제어기는 교반기 작동을 제어하기도 한다.
[실시예 1-12] 본 발명의 양자선 제조방법 실시예 1-9에 있어서, 상기 혼합용기 일측에 착탈 가능하게 결합되며, 혼합용기 내부에 수용된 혼합물이 토출되는 노즐(380);을 포함한다.
노즐은 혼합물로 인해 분사구가 막힐 수 있다. 따라서 부품 교체 및 유지보수를 필요로 하므로, 노즐이 분리되어야 한다. 이를 위해, 노즐은 혼합용기에 나사 결합되거나 또는 볼트 등의 체결부재를 이용하여 혼합용기에 체결된다. 상기 볼트를 대체할 수 있으며, 동일한 목적과 효과를 발휘하는 대상이 치환되어 사용될 수 있다.
[실시예 1-13] 본 발명의 양자선 제조방법 실시예 1-9에 있어서, 상기 교반용기 일측에 형성되며, 혼합용기 내부에 압축공기를 공급하는 공기공급장치(400);를 포함한다.
교반용기 내부에 공급되는 압축공기는 공기공급장치에 의해서 공급된다. 상기 공기공급장치는 교반용기 일측에 연결되는 공기공급관(410);, 상기 공기공급관 일측에 형성되며, 압축공기를 발생시키는 공기압축기(420);, 상기 공기공급관 일측에 형성되며, 압축공기압력을 조절하는 압력조절밸브(430);를 포함한다.
[실시예 1-14] 본 발명의 양자선 제조방법의 실시예 1-13에 있어서, 상기 공기공급관 일측에 형성되는 필터(440);를 포함한다.
교반용기 내부로 공급되는 공기에는 미세 분진등을 포함하면 안된다. 이물질 등이 공기와 함께 교반용기 내부에 공급되면, 양자선의 미세 균열 및 이물질 혼합등의 문제를 유발한다. 이를 방지하기 위해, 공기공급관 일측에는 이물질 제거용 필터를 장착한다. 상기 필터는 카트리지 형태로 제작되어 주기적으로 교체 가능하다.
[실시예 2-1] 본 발명의 양자선 제조방법은 실시예 1-1에 있어서, 상기 양자선 성형단계 후, 상기 양자선을 경화시키는 제1경화단계;, 상기 제1경화단계 후, 양자선을 코팅하는 표면처리단계;를 포함한다.
[실시예 2-2] 본 발명의 양자선 제조방법의 실시예 2-1에 있어서, 상기 표면처리단계 후, 상기 양자선을 재경화시키는 제2경화단계;를 포함한다.
토출된 양자선은 UV 경화장치를 통과하면서 경화된다. 경화된 양자선은 필요에 따라 밝기를 증가시키도록 표면에 Cd2+ 등을 코팅한다. 상기 양자선은 UV 경화기(600)에 의해 경화되며, 자외선(UV) 경화는 자외선의 화학반응을 통해, 액체상태 또는 점성상태의 폴리머를 고체로 상태를 변형시킨다. 다른 실시예로서 압출된 양자선에 광개시제를 수용하여 자외선 반응에 따른 화학반응 효율을 향상시킬 수 있다.
양자선 표면에는 금속물질(카드뮴 등)을 코팅하며, 이는 양자선 밝기를 증가시킨다. 제1경과단계 후, 양자선은 반응기(700) 내부로 이동되며, 이동과정중 양자선은 표면처리 된다. 표면 처리된 양자선은 외부 산소 또는 기타 화학물질의 침투를 방지하며, 발광효과를 증대시킬 수 있다.
표면단계 후, UV에 의해 재경화단계를 통해 표면처리된 물질의 양자선 결합성을 증대시킬 수 있다.
[실시예 3-1] 본 발명의 양자선 제조방법의 실시예 2-1에 있어서, 상기 제2경화단계 후, 양자선을 릴에 감는 권취단계;를 포함한다.
양자선은 420 nm 내지 670 nm 직경을 가진다. 양자선은 회전하는 릴에 권취된다. 릴의 원주속도는 양자선의 분출속도와 동일하게 설정하며, 이는 권취된 양자선의 인장 응력을 최소화 하기 위함이다. 상기 릴은 권취가이드를 위치시킨다. 상기 권취가이드는 릴의 축방향으로 왕복 이동되며, 권취가이드는 양자선의 감김위치를 변동시켜, 릴 표면에 균일하게 권취시키기 위함이다. 다른 실시예는 릴은 원주방향 회전과 동시에 축방향 왕복 이동을 한다. 이는 앞에서 제시한 바와 양자선이 릴 표면에 균일하게 권취시키기 위함이다.
[실시예 4-1] 본 발명의 양자선 제조방법의 실시예 3-1에 있어서, 상기 권취단계 후, 양자선을 천으로 직조하는 직조단계;를 포함한다.
릴에 권취된 양자선은 직조기에 의해 발광천으로 직조된다. 상기 발광천은 한종류의 양자선으로만 직조될 수 있으며, 또는 복수의 양자선을 혼합하여 직조할 수 있다.
[실시예 5-1] 본 발명은 양자선에 대한 것으로서, 단면이 원주형상이며, 변형가능하며, 실시예 2-1 및 실시예 2-2의 제조방법으로 제도되는 것을 포함한다.
[실시예 6-1] 본 발명은 양자직물에 대한 것으로서, 실시예 5-1의 양자선이 복수로 형성되며, 상호 교차되어 직조되는 것을 포함한다.
100 : 폴리머용기 200 : 양자점용기
310 : 폴리머공급관 320 : 폴리머공급밸브
330 : 양자점공급관 340 : 양자점공급밸브
350 : 교반용기 360 : 교반기
370 : 제어기 380 : 노즐
400 : 공기공급장치 410 : 공기공급관
420 : 공기압축기 430 : 압력조절밸브
440 : 필터 510 : 비전센서
520 : 제어기 600 : UV경화기
700 : 반응기 800 : 용기

Claims (6)

  1. 양자선 제조방법에 있어서,
    폴리머와 혼합된 양자점을 공급하는 원료공급단계;,
    상기 원료공급단계 후, 양자점이 혼합된 폴리머를 선으로 성형하는 양자선 성형단계;
    상기 양자선 성형단계 후, 상기 양자선을 경화시키는 제1경화단계; 및
    상기 제1경화단계 후, 상기 양자선을 금속물질로 코팅하는 표면처리단계;를 포함하고,
    상기 양자선 성형단계는 양자점 레진을 노즐에 의해 압출하는 압출단계를 포함하는 양자선 제조방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1경화단계 후, 상기 양자선을 릴에 감는 권취단계;를 포함하는 양자선 제조방법.
  4. 양자직물 제조방법에 있어서,
    청구항 3의 양자선 제조방법에 의해 제조된 양자선을 천으로 직조하는 직조단계를 포함하는 양자직물 제조방법.
  5. 양자선에 있어서,
    단면이 원주형상이며, 청구항 1의 제조방법으로 제조되는 양자선.
  6. 양자직물에 있어서,
    청구항 5의 양자선이 복수로 형성되며, 상호교차되어 직조되는 것을 포함하는 양자직물.
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