KR102306679B1

KR102306679B1 - 양자점 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102306679B1
Application number: KR1020150187781A
Authority: KR
Inventors: 정흥수; 신성영; 박상현
Original assignee: 주식회사 제우스
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2021-10-01
Also published as: KR20170077944A; CN109072067B; TWI627258B; TW201734177A; WO2017116013A1; CN109072067A

Abstract

본 발명의 양자점은 하나 이상의 안정층을 갖는 코어-쉘 구조를 포함하고, 상기 양자점은 안정지수가 90% 이상이다.

Description

양자점 및 이의 제조방법{QUANTUM DOT AND THE METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 양자점 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

양자점(Quantum Dot)은 반도체 나노입자로써, 양자고립효과에 의하여 입자의 크기에 따라 다른 빛을 발광하는 특성을 가진다. 이러한 특성 태문에 양자점은 광소자 분야뿐만 아니라, 바이오 분야에까지 폭넓게 이용되고 있다.

이러한 양자점의 양자효율을 증가시키기 위해, 많은 연구가 진행되고 있으며, 특히 양자점의 안정성이 양자효율에 큰 영향을 미친다. 따라서, 안정성이 증가된 양자점이 필요하다.

이와 관련한 선행기술은 미국등록특허 US6322901에 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 안정성 및 양자효율이 우수한 양자점 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 변환효율이 우수한 양자점 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명의 하나의 관점은 양자점에 관한 것이다.

일 구체예에서, 상기 양자점은 하나 이상의 안정층을 갖는 코어-쉘 구조를 포함하는 양자점이고, 상기 양자점은 안정지수가 90% 이상이다.

다른 구체예에 있어서, 상기 코어와 쉘 사이에 제1 안정층 및 상기 쉘 상에 제2 안정층을 더 포함할 수 있다.

또 다른 구체예에서, 상기 양자점은 최외곽에 리간드층을 더 포함할 수 있다.

상기 쉘 및 안정층은 3 성분 이상을 포함할 수 있다.

상기 제1 안정층은, 상기 코어와 함량 차이가 15 몰% 이하인 성분을 하나 이상 포함하고, 상기 쉘과 함량 차이가 15 몰% 이하인 성분을 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 제2 안정층은, 상기 쉘과 함량 차이가 10 몰% 이하인 성분을 하나 이상 포함할 수 있다.

상기 제2 안정층은 12족 원소와 16족 원소의 몰비가 4 : 6 내지 6 : 4일 수 있다.

상기 코어의 직경은 1 nm 내지 6 nm일 수 있다.

상기 쉘의 두께는 0.5 nm 내지 10 nm일 수 있다.

상기 제1 안정층 또는 제2 안정층의 두께는 0.3 nm 내지 2 nm일 수 있다.

상기 양자점은 평균직경이 6 nm 내지 30 nm일 수 있다.

상기 양자점은 양자효율이 80% 이상일 수 있다.

상기 양자점은 최외곽의 지용성 리간드를 수용성 리간드로 치환하는 경우, 하기 식 1에 의한 변환효율이 100% 이상일 수 있다.

[식 1]

변환효율(%) = (Cw/Cf) x 100

(상기 식 1에서, Cw는 최외곽에 수용성 리간드를 포함하는 양자점의 양자효율이고, Cf는 최외곽에 지용성 리간드를 포함하는 양자점의 양자효율임).

상기 양자점의 반치폭은 40 nm 이하일 수 있다.

상기 코어, 상기 쉘, 상기 제1 안정층 또는 상기 제2 안정층은 12족-16족계 화합물, 13족-15족계 화합물 및 14족-16족계 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 12족-16족계 화합물은 카드뮴설파이드(CdS), 카드뮴셀레나이드(CdSe), 카드뮴텔레나이드(CdTe), 징크설파이드(ZnS), 징크셀레나이드(ZnSe), 징크텔레나이드(ZnTe), 머큐리설파이드(HgS), 머큐리셀레나이드(HgSe), 머큐리텔레나이드(HgTe), 징크옥사이드(ZnO), 카드뮴옥사이드(CdO), 머큐리옥사이드(HgO), 카드뮴셀레늄설파이드(CdSeS), 카드뮴셀레늄텔레나이드(CdSeTe), 카드뮴설파이드텔레나이드(CdSTe), 카드뮴징크설파이드(CdZnS), 카드뮴징크셀레나이드(CdZnSe), 카드뮴설파이드셀레나이드(CdSSe), 카드뮴징크텔레나이드(CdZnTe), 카드뮴머큐리설파이드(CdHgS), 카드뮴머큐리셀레나이드(CdHgSe), 카드뮴머큐리텔레나이드(CdHgTe), 징크셀레늄설파이드(ZnSeS), 징크셀레늄텔레나이드(ZnSeTe), 징크설파이드텔레나이드(ZnSTe), 머큐리셀레늄설파이드(HgSeS), 머큐리셀레늄텔레나이드(HgSeTe), 머큐리설파이드텔레나이드(HgSTe), 머큐리징크설파이드(HgZnS), 머큐리징크셀레나이드(HgZnSe), 카드뮴징크옥사이드(CdZnO), 카드뮴머큐리옥사이드(CdHgO), 징크머큐리옥사이드(ZnHgO), 징크셀레늄옥사이드(ZnSeO), 징크텔레늄옥사이드(ZnTeO), 징크설파이드옥사이드(ZnSO), 카드뮴셀레늄옥사이드(CdSeO), 카드뮴텔레늄옥사이드(CdTeO), 카드뮴설파이드옥사이드(CdSO), 머큐리셀레늄옥사이드(HgSeO), 머큐리텔레늄옥사이드(HgTeO), 머큐리설파이드옥사이드(HgSO), 카드뮴징크셀레늄설파이드(CdZnSeS), 카드뮴징크셀레늄텔레나이드(CdZnSeTe), 카드뮴징크설파이드텔레나이드(CdZnSTe), 카드뮴머큐리셀레늄설파이드(CdHgSeS), 카드뮴머큐리셀레늄텔레나이드(CdHgSeTe), 카드뮴머큐리설파이드텔레나이드(CdHgSTe), 머큐리징크셀레늄설파이드(HgZnSeS), 머큐리징크셀레늄텔레나이드(HgZnSeTe), 머큐리징크설파이드텔레나이드(HgZnSTe), 카드뮴징크셀레늄옥사이드(CdZnSeO), 카드뮴징크텔레늄옥사이드(CdZnTeO), 카드뮴징크설파이드옥사이드(CdZnSO), 카드뮴머큐리셀레늄옥사이드(CdHgSeO), 카드뮴머큐리텔레늄옥사이드(CdHgTeO), 카드뮴머큐리설파이드옥사이드(CdHgSO), 징크머큐리셀레늄옥사이드(ZnHgSeO), 징크머큐리텔레늄옥사이드(ZnHgTeO) 및 징크머큐리설파이드옥사이드(ZnHgSO) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 13족-15족계 화합물은 갈륨포스포러스(GaP), 갈륨아세나이드(GaAs), 갈륨안티모니(GaSb), 갈륨나이트라이드(GaN), 알루미늄포스포러스(AlP), 알루미늄아세나이드(AlAs), 알루미늄안티모니(AlSb), 알루미늄나이트라이드(AlN), 인듐포스포러스(InP), 인듐아세나이드(InAs), 인듐안티모니(InSb), 인듐나이트라이드(InN), 갈륨포스포러스아세나이드(GaPAs), 갈륨포스포러스안티모니(GaPSb), 갈륨포스포러스나이트라이드(GaPN), 갈륨아세나이드나이트라이드(GaAsN), 갈륨안티모니나이트라이드(GaSbN), 알루미늄포스포러스아세나이드(AlPAs), 알루미늄포스포러스안티모니(AlPSb), 알루미늄포스포러스나이트라이드(AlPN), 알루미늄아세나이드나이트라이드(AlAsN), 알루미늄안티모니나이트라이드(AlSbN), 인듐포스포러스아세나이드(InPAs), 인듐포스포러스안티모니(InPSb), 인듐포스포러스나이트라이드(InPN), 인듐아세나이드나이트라이드(InAsN), 인듐안티모니나이트라이드(InSbN), 알루미늄갈륨포스포러스(AlGaP), 알루미늄갈륨아세나이드(AlGaAs), 알루미늄갈륨안티모니(AlGaSb), 알루미늄갈륨나이트라이드(AlGaN), 알루미늄아세나이드나이트라이드(AlAsN), 알루미늄안티모니나이트라이드(AlSbN), 인듐갈륨포스포러스(InGaP), 인듐갈륨아세나이드(InGaAs), 인듐갈륨안티모니(InGaSb), 인듐갈륨나이트라이드(InGaN), 인듐아세나이드나이트라이드(InAsN), 인듐안티모니나이트라이드(InSbN), 알루미늄인듐포스포러스(AlInP), 알루미늄인듐아세나이드(AlInAs), 알루미늄인듐안티모니(AlInSb), 알루미늄인듐나이트라이드(AlInN), 알루미늄아세나이드나이트라이드(AlAsN), 알루미늄안티모니나이트라이드(AlSbN), 알루미늄포스포러스나이트라이드(AlPN), 갈륨알루미늄포스포러스아세나이드(GaAlPAs), 갈륨알루미늄포스포러스안티모니(GaAlPSb), 갈륨인듐포스포러스아세나이드(GaInPAs), 갈륨인듐알루미늄아세나이드(GaInAlAs), 갈륨알루미늄포스포러스나이트라이드(GaAlPN), 륨알루미늄아세나이드나이트라이드(GaAlAsN), 갈륨알루미늄안티모니나이트라이드(GaAlSbN), 갈륨인듐포스포러스나이트라이드(GaInPN), 갈륨인듐아세나이드나이트라이드(GaInAsN), 갈륨인듐알루미늄나이트라이드(GaInAlN), 갈륨안티모니포스포러스나이트라이드(GaSbPN), 갈륨아세나이드포스포러스나이트라이드(GaAsPN), 갈륨아세나이드안티모니나이트라이드(GaAsSbN), 갈륨인듐포스포러스안티모니(GaInPSb), 갈륨인듐포스포러스나이트라이드(GaInPN), 갈륨인듐안티모니나이트라이드(GaInSbN), 갈륨포스포러스안티모니나이트라이드(GaPSbN), 인듐알루미늄포스포러스아세나이드(InAlPAs), 인듐알루미늄포스포러스나이트라이드(InAlPN), 인듐포스포러스아세나이드나이트라이드(InPAsN), 인듐알루미늄안티모니나이트라이드(InAlSbN), 인듐포스포러스안티모니나이트라이드(InPSbN), 인듐아세나이드안티모니나이트라이드(InAsSbN) 및 인듐알루미늄포스포러스안티모니(InAlPSb) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 14족-16족계 화합물은 틴옥사이드(SnO), 틴설파이드(SnS), 틴셀레나이드(SnSe), 틴텔레나이드(SnTe), 리드설파이드(PbS), 리드셀레나이드(PbSe), 리드텔레나이드(PbTe), 저마늄옥사이드(GeO), 저마늄설파이드(GeS), 저마늄셀레나이드(GeSe), 저마늄텔레나이드(GeTe), 틴셀레늄설파이드(SnSeS), 틴셀레늄텔레나이드(SnSeTe), 틴설파이드텔레나이드(SnSTe), 리드셀레늄설파이드(PbSeS), 리드셀레늄텔레나이드(PbSeTe), 리드설파이드텔레나이드(PbSTe), 틴리드설파이드(SnPbS), 틴리드셀레나이드(SnPbSe), 틴리드텔레나이드(SnPbTe), 틴옥사이드설파이드(SnOS), 틴옥사이드셀레나이드(SnOSe), 틴옥사이드텔레나이드(SnOTe), 저마늄옥사이드설파이드(GeOS), 저마늄옥사이드셀레나이드(GeOSe), 저마늄옥사이드텔레나이드(GeOTe), 틴리드설파이드셀레나이드(SnPbSSe), 틴리드셀레늄텔레나이드(SnPbSeTe) 및 틴리드설파이드텔레나이드(SnPbSTe) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 리간드층은 지용성 리간드를 포함하고, 상기 지용성 리간드는 트리-n-옥틸포스핀옥사이드(tri-n-octylphosphine oxide), 데실아민(decylamine), 디데실아민(didecylamine), 트리데실아민(tridecylamine), 테트라데실아민(tetradecylamine), 펜타데실아민(pentadecylamine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 옥타데실아민(octadecylamine), 운데실아민(undecylamin), 디옥타데실아민(dioctadecylamine), N,N-디메틸데실아민(N,N-dimethyldecylamine), N,N-디메틸도데실아민(N,N-dimethyldodecylamine), N,N-디메틸헥사데실아민(N,N-dimethylhexadecylamine), N,N-디메틸테트라데실아민(N,N-dimethyltetradecylamine), N,N-디메틸트리데실아민(N,N-dimethyltridecylamine), N,N-디메틸운데실아민(N,N-dimethylundecylamine), N-데실아민(N-decylamine), N-메틸옥타데실아민(N-methyloctadecylamine), 디도데실아민(didodecylamine), 트리도데실아민(tridodecylamine), 사이클로도데실아민(cyclododecylamine), N-메틸도데실아민(N-methyldodecylamine), 트리옥틸아민(trioctylamine), 라우르산(lauric acid), 팔미트산(palmiticacid), 올레산(oleic acid), 스테아르산(stearic acid), 미리스트산(myristicacid), 엘라이드산(elaidic acid), 아라킨산(eicosanoic acid), 헨에이코산산(heneicosanoic acid), 트리코산산(tricosanoic acid), 도코사노산(docosanoic acid), 테트라코사논산(tetracosanoic acid), 헥사코사논산(hexacosanoic acid), 헵타코사논산(heptacosanoic acid), 옥타코사논산(octacosanoic acid) 및 시스-13-도코세논산(cis-13-docosenoic acid) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 리간드층은 수용성 리간드를 포함하고, 상기 수용성 리간드는 실리카, PEG(polyethylene glycol), 머캡토 프로피온산(MPA), 시스테아민(cysteamine), 메르캡토 아세트산(mercapto-acetic acid), 머캡토 운데카놀(mercapto-undecanol), 2-머캡토 에탄올(2-mercapto-ethanol), 1-티오-글리세롤(1-thio glycerol), 데옥시리보뉴클레익 에시드 (DNA), 머캡토 아세트산(mercapto acetic acid), 머캡토 운데카노산(mercapto-undecanoic acid), 1-머캡토-6-페닐 헥산 (1-mercapto-6-phenyl-hexane), 1,16-디머캡토-헥사데칸(1,16-dimecapto-hexadecane), 18-머캡토-옥타데실아민(18-mercapto-octadecyl amine), 트리옥틸포스핀(tri-octyl phosphine), 6-머캡토-헥산(6-mercapto-hexane), 6-머캡토-헥사노익 산(6-mercapto-hexanoic acid), 16-머캡토-헥사데카노익 산(16-mercapto-hexadecanoic acid), 18-머캡토-옥타데실아민(18-mercapto-octadecyl amine), 6-머캡토-헥실아민(6-mercapto-hexyl amine) 또는 8-히드록시-옥틸티올(8-hydroxy-octylthiol), 1-싸이오-글리세롤(1-thio-glycerol), 머캡토 아세트산(mercapto-acetic acid), 머캡토운데카노산(mercapto-undecanoic acid), 하이드록사메이트(hydroxamate), 하이드록사믹 산의 유도체 및 에틸렌디아민(ethylene diaminie) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 코어, 쉘, 제1 안정층 및 제2 안정층은 카드뮴(Cd)를 포함할 수 있다.

상기 양자점은 중심으로 갈수록 카드뮴(Cd) 또는 셀레늄(Se)의 몰%가 증가할 수 있다.

일 구체예에서, 상기 코어는 카드뮴(Cd) 및 셀레늄(Se) 중 하나 이상을 포함하고, 상기 제1 안정층은 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se) 및 아연(Zn) 중 하나 이상을 포함하고, 상기 쉘은 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se), 아연(Zn) 및 황(S) 중 하나 이상을 포함하고, 상기 제2 안정층은 카드뮴(Cd), 아연(Zn) 및 황(S) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

다른 구체예에서, 상기 코어는 카드뮴(Cd) 및 셀레늄(Se) 중 하나 이상을 포함하고, 상기 제1 안정층은 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se), 아연(Zn) 및 황(S) 중 하나 이상을 포함하고, 상기 쉘은 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se), 아연(Zn) 및 황(S) 중 하나 이상을 포함하고, 상기 제2 안정층은 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se), 아연(Zn) 및 황(S) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 제1 안정층은, 상기 코어와 카드뮴(Cd) 또는 셀레늄(Se)의 함량 차이가 15 몰% 이하이고, 상기 쉘과 아연(Zn)의 함량 차이가 15 몰% 이하일 수 있다.

상기 제2 안정층은, 상기 쉘과 황(S) 또는 아연(Zn)의 함량 차이가 10 몰% 이하일 수 있다.

상기 제2 안정층은, 황(S)의 함량이 40 몰% 내지 50 몰%일 수 있다.

상기 쉘은 1 이상의 층을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 관점은 양자점 제조방법에 관한 것이다.

일 구체예에 따르면, 상기 양자점 제조방법은 코어를 형성하는 단계, 제1 안정층을 형성하는 단계, 쉘을 형성하는 단계, 제2 안정층을 형성하는 단계를 포함하는 안정지수가 90% 이상인 양자점을 제조하는 양자점 제조방법일 수 있다.

상기 양자점 제조방법은 상기 코어 형성단계 후, 상기 제1 안정층 형성하는 단계 후, 및 상기 쉘을 형성하는 단계 후에 정제 공정이 없는 것일 수 있다.

상기 양자점 제조방법은 상기 제1 안정층을 형성하는 단계, 상기 쉘을 형성하는 단계, 및 상기 제2 안정층을 형성하는 단계는, 각 단계의 반응물이 포함된 반응조에 이전 단계에서 생성된 생성물을 투입하는 방식일 수 있다.

상기 양자점 제조방법은 상기 양자점의 지용성 리간드를 수용성 리간드로 치환하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 양자점 제조방법은 상기 양자점의 하기 식 1에 의한 변환효율이 100% 이상인 양자점을 제조하는 제조방법일 수 있다.

[식 1]

변환효율(%) = (Cw/Cf) x 100

(상기 식 1에서, Cw 및 Cf는 최외곽의 지용성 리간드를 수용성 리간드로 치환하는 경우, 최외곽에 수용성 리간드를 포함하는 양자점의 양자효율(Cw) 및 최외곽에 지용성 리간드를 포함하는 양자점의 양자효율(Cf)임).

본 발명은 안정성, 양자효율 및 변환효율이 우수한 양자점 및 이의 제조방법을 제공하는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 구체예에 따른 양자점의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1의 지용성 리간드를 포함하는 양자점의 시간에 따른 상대양자효율의 변화를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1의 수용성 리간드를 포함하는 양자점의 시간에 따른 상대양자효율의 변화를 도시한 그래프이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 출원의 구체예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 구체예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

단지, 여기서 소개되는 구체예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해 질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 또한, 설명의 편의를 위하여 구성요소의 일부만을 도시하기도 하였으나, 당업자라면 구성요소의 나머지 부분에 대하여도 용이하게 파악할 수 있을 것이다.

본 명세서에서 "상부"와 "하부"는 도면을 기준으로 정의한 것으로서, 시관점에 따라 "상부"가 "하부"로, "하부"가 "상부"로 변경될 수 있고, "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 구조를 개재한 경우도 포함할 수 있다. 반면, "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 구조를 개재하지 않은 것을 의미한다.

또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그리고, 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다.

본 명세서에서 "안정지수"는 일정 시간 이상 양자점 표면 또는 내부에 결점(defect) 또는 크랙(crack)의 발생 정도를 나타내는 지수를 의미한다. 구체적으로, 지용성 리간드를 포함하는 양자점과 수용성 리간드를 포함하는 양자점에 대해 각각 다른 방법으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 지용성 리간드를 포함하는 양자점에 대해서는 양자점을 용매(핵산:톨루엔=1:1)와 섞은 다음 원심분리하여 침전시키고, 상기 침전된 양자점에 아세톤을 첨가하여 원심분리하는 정제를 3회 반복한 후, 최종 정제된 양자점 파우더를 0.1mg/ml 농도로 톨루엔 용액에 녹이고, 형광등과 실온상태에서 보관하며, 양자효율을 50일간 측정하고, 하기 식 2에 의해 산출한 값을 의미한다.

[식 2]

안정지수(%)=(50일 양자효율)/(0일 양자효율) × 100

(상기 식 2에서 0일 양자효율은 정제 직후 양자효율을 의미하고, 50일 양자효율은 정제 후 톨루엔 용액에 50일 간 실온 보관 후의 양자효율을 의미한다)

또한, 수용성 리간드를 포함하는 양자점에 대해서는 클로로포름으로 3회 원심분리하고, 필터를 통하여 프리 리간드를 제거하는 방법으로 정제한 후, 상기 양자점을 95 ℃ 물에서 2시간 동안 중탕시킨 후, 하기 식 3에 의해 산출한 값을 의미한다.

[식 3]

안정지수(%)=(2시간 중탕 후 양자효율)/(중탕 전 양자효율) × 100

본 명세서에서 "코어-쉘 구조"는 통상의 코어-쉘 구조를 의미할 수도 있고, 상기 코어 또는 상기 쉘이 여러 층인 구조도 포함하며, "최외곽" 또는 "최외층"은 상기 여러 층 중 가장 바깥 쪽의 층을 의미한다.

본 명세서에서 "성분"은 코어, 쉘, 제1 안정층 및 제2 안정층에 포함되는 원소를 의미한다.

본 명세서에서 "리간드층"은 리간드가 차지하는 공간이 형성하는 층을 의미할 수 있다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. '제1'또는 '제2' 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.

한편, 본 출원에서 서술되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, '포함하다' 또는 '가지다'등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 방법 또는 제조방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

양자점

도 1을 참고하면, 본 발명의 양자점(100)은 하나 이상의 안정층을 갖는 코어(10)-쉘(20) 구조를 포함하고, 상기 양자점은 안정지수가 90% 이상이다.

상기 안정지수는 일정 시간 이상 양자점 표면 또는 내부에 결점(defect) 또는 크랙(crack)의 발생 정도를 나타내는 지수이며, 안정지수가 높을수록 양자점은 결점(defect) 또는 크랙(crack)의 발생 없이 안정적으로 존재한다. 양자점에서 결점(defect) 또는 크랙(crack)의 발생하면 양자효율이 급격히 저하된다. 따라서, 안정지수가 높은 양자점은 신뢰성이 우수할 뿐만 아니라, 지속적으로 양자효율이 높다는 것을 의미한다.

여기서 안정지수는 지용성 리간드를 포함하는 양자점과 수용성 리간드를 포함하는 양자점에 대해 각각 다른 방법으로 측정할 수 있다.

예를 들어, 지용성 리간드를 포함하는 양자점에 대해서는 양자점 합성 후, 양자점을 용매(핵산:톨루엔 1:1)와 섞은 다음 원심분리하여 침전시키고, 상기 침전된 양자점에 아세톤을 첨가하여 원심분리하는 정제를 3회 반복한 후, 최종 정제된 양자점 파우더를 0.1mg/ml 농도로 톨루엔 용액에 녹이고, 형광등과 실온상태에서 보관하며, 양자효율을 50일간 측정하고, 하기 식 2에 의해 산출한 값이다.

[식 2]

안정지수(%)=(50일 양자효율)/(0일 양자효율) × 100

상기 식 2에서 0일 양자효율은 정제 직후 양자효율을 의미하고, 50일 양자효율은 정제 후 톨루엔 용액에 50일 간 실온 보관 후의 양자효율을 의미한다.

[식 3]

구체적으로, 상기 양자점(100)은 안정지수가 90% 이상, 구체적으로 95% 이상, 더욱 구체적으로 98% 이상이 될 수 있다. 상기의 범위에서, 양자점은 신뢰성이 우수하고, 양자효율이 지속적으로 우수한 장점이 있다.

상기 코어(10)의 직경은 1 nm 내지 6 nm, 구체적으로 1.2 nm 내지 5 nm, 더욱 구체적으로 2 nm 내지 5 nm일 수 있다. 상기의 범위에서 안정층을 2 이상 포함할 수 있고, 양자점의 광학적 효율이 우수한 장점이 있다.

상기 쉘(20)의 두께는 0.5 nm 내지 10 nm, 구체적으로 0.5 nm 내지 8 nm, 더욱 구체적으로 0.5 nm 내지 6 nm일 수 있다. 상기의 범위에서 양자점의 안정성이 높아지는 있다. 상기 쉘은 2 이상의 쉘을 포함할 수 있다.

본 발명의 양자점(100)은 하나 이상의 안정층을 포함한다. 안정층은 코어-쉘 구조의 층과 층 사이에 형성되거나 표면에 형성 될 수 있고, 코어-쉘 구조의 내부 또는 표면의 안정성 및 신뢰성을 증가시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 안정층은 코어와 쉘 사이 및/또는 쉘 상에 형성될 수 있다. 안정층의 성분은 코어 및 쉘에 적용되는 성분을 적용할 수 있으며, 그 함량을 적절히 조절하여 층과 층 사이의 결합력을 향상 시킴으로써, 코어-쉘 구조의 안정성 및 신뢰성을 증가시킨다.

구체적으로, 양자점(100)은 상기 코어(10)와 쉘(20) 사이에 제1 안정층(30) 및 상기 쉘(20) 상에 제2 안정층(40)을 더 포함할 수 있다. 상기 양자점(100)은 최외곽에 리간드층(리간드)(50)을 더 포함할 수 있다.

양자점(100)은 제1 안정층(30) 및 제2 안정층(40)을 포함함으써, 양자점의 안정성 또는 신뢰성을 더욱 증가시킬 수 있다.

제1 안정층(30)은 코어(10)와 쉘(20)을 매개하는 층으로써, 코어(10)와 쉘(20)의 결합력을 향상시키고, 코어-쉘 내부의 결점(defect) 또는 크랙(crack)의 발생을 방지하여 양자점의 안정성 또는 신뢰성을 증가시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 안정층(30)은, 상기 코어(10)와 함량 차이가 15 몰% 이하, 구체적으로 13 몰% 이하, 더욱 구체적으로 11 몰% 이하인 성분을 하나 이상 포함하고, 상기 쉘(20)과 함량 차이가 15 몰% 이하, 구체적으로 13 몰% 이하, 더욱 구체적으로 11 몰% 이하인 성분을 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기의 범위에서 코어(10), 제1 안정층(30) 및 쉘(20)의 안정성이 증가한다.

또한, 제2 안정층(40)은 쉘(20)과 리간드층(50)을 매개하는 층으로써, 쉘(20)과 리간드층(50)의 결합력을 향상시키고, 코어-쉘 표면의 결점(defect) 또는 크랙(crack)의 발생을 방지하여 양자점의 안정성 또는 신뢰성을 증가시킬 수 있다. 특히, 상기 제2 안정층은 쉘과 수용성 리간드와의 결합력을 향상시키는 것일 수 있다. 이 경우, 양자점은 리간드를 지용성에서 수용성으로 치환시 안정성이 더욱 증가하는 장점이 있다.

예를 들어, 상기 제2 안정층(40)은, 상기 쉘과 함량 차이가 10 몰% 이하, 구체적으로 9 몰% 이하인 성분을 하나 이상 포함할 수 있다. 상기의 범위에서 쉘(20), 제2 안정층(40) 및 리간드층의 안정성이 증가한다.

상기 제2 안정층(40)은 12족 원소와 16족 원소의 몰비가 4 : 6 내지 6 : 4, 구체적으로 5 : 5 내지 6 : 4일 수 있다. 상기의 범위에서, 양자점은 리간드를 지용성에서 수용성으로 치환시 안정성이 더욱 증가하는 장점이 있다.

상기 제1 안정층(30) 또는 제2 안정층(40)의 두께는 0.3 nm 내지 2 nm, 구체적으로 0.3 nm 내지 1.5 nm, 더욱 구체적으로 0.3 nm 내지 1.0 nm일 수 있다. 상기의 범위에서, 양자점은 안정성 및 변환효율이 우수한 장점이 있다.

상기 제1 안정층(30)과 제2 안정층(40)은 두께의 비가 0.5 : 1 내지 2 : 1일 수 있다. 상기의 범위에서 양자점은 안정성이 우수하다.

상기 양자점은 평균직경이 6 nm 내지 30 nm 구체적으로 6 nm 내지 20 nm, 더욱 구체적으로 6 nm 내지 12 nm일 수 있다. 상기의 범위에서 양자점은 안정층을 2 이상 포함할 수 있고, 광학특성이 우수한 장점이 있다.

상기 제1 안정층(30) 또는 제2 안정층(40)은 쉘과 두께의 비가 1 : 0.5 내지 1 : 10, 구체적으로 1 : 0.5 내지 1 : 9가 될 수 있다. 상기의 범위에서, 양자점은 안정성, 양자효율 및 변환효율과 광학특성의 밸런스가 우수하다.

상기 코어(10), 쉘(20), 제1 안정층(30) 또는 제2 안정층(40)은 3 성분 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 쉘(20), 제1 안정층(30) 및 제2 안정층(40)은 3 성분 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

구체적으로, 상기 코어(10)는 카드뮴(Cd) 및 셀레늄(Se)를 포함할 수 있다. 상기 쉘(20), 제1 안정층(30) 또는 제2 안정층(40)은 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se), 아연(Zn) 및 황(S) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 코어, 쉘 및 안정층은 카드뮴(Cd)를 포함할 수 있다.

상기 양자점은 중심으로 갈수록 카드뮴(Cd) 또는 셀레늄(Se) 함량(몰%)이 증가할 수 있다.

일 구체예에서, 상기 양자점은 상기 코어가 카드뮴(Cd) 및 셀레늄(Se) 중 하나 이상을 포함하고, 상기 제1 안정층이 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se) 및 아연(Zn) 중 하나 이상을 포함하고, 상기 쉘이 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se), 아연(Zn) 및 황(S) 중 하나 이상을 포함하고, 상기 제2 안정층이 카드뮴(Cd), 아연(Zn) 및 황(S) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 제1 안정층은, 상기 코어와 카드뮴(Cd) 또는 셀레늄(Se)의 함량 차이가 15 몰% 이하, 구체적으로 13 몰% 이하, 더욱 구체적으로 11 몰% 이하이고, 상기 쉘과 아연(Zn)의 함량 차이가 15 몰% 이하, 구체적으로 13 몰% 이하, 더욱 구체적으로 11 몰% 이하일 수 있다. 또한, 상기 제2 안정층은 상기 쉘과 황(S) 또는 아연(Zn)의 함량 차이가 10 몰% 이하, 구체적으로 9 몰% 이하일 수 있다.

상기 제2 안정층은, 황(S)의 함량이 40 몰% 내지 50 몰%, 구체적으로 40 몰% 내지 48 몰%, 더욱 구체적으로 41 몰% 내지 46 몰%일 수 있다. 상기의 범위에서, 양자점은 변환효율이 우수하다.

일 구체예에서 상기 양자점은 예를 들어, 양자점(100)의 코어(10)는 카드뮴(Cd) 50 내지 60 몰%, 구체적으로 53 내지 57 몰%, 셀레늄(Se) 40 내지 50 몰%, 구체적으로 53 내지 57 몰%를 포함할 수 있다. 상기의 범위에서, 양자점은 양자효율 및 500 nm 내지 560nm 파장에서의 광학특성이 우수하다.

다른 구체예에서 상기 양자점은 예를 들어, 양자점(100)의 코어(10)는 카드뮴(Cd) 75 내지 85 몰%, 구체적으로 78 내지 82 몰%, 셀레늄(Se) 15 내지 25 몰%, 구체적으로 18 내지 22 몰%를 포함할 수 있다. 상기의 범위에서, 양자점은 양자효율 및 560 nm 내지 630nm 파장에서의 광학특성이 우수하다.

일 구체예에서 제1 안정층(30)은 카드뮴(Cd) 45 내지 55 몰%, 구체적으로 48 내지 52 몰%, 셀레늄(Se) 18 내지 28 몰%, 구체적으로 21 내지 25 몰%, 아연(Zn) 22 내지 32 몰%, 구체적으로 25 내지 29 몰%를 포함할 수 있다. 상기의 범위에서, 양자점은 변환효율 및 500 nm 내지 560nm 파장에서의 광학특성이 우수하다.

다른 구체예에서 제1 안정층(30)은 카드뮴(Cd) 21 내지 31 몰%, 구체적으로 24 내지 28 몰%, 셀레늄(Se) 2 내지 12 몰%, 구체적으로 5 내지 10 몰%, 아연(Zn) 7 내지 17 몰%, 구체적으로 10 내지 14 몰%, 황(S) 49 내지 59 몰%, 구체적으로 52 내지 56 몰%를 포함할 수 있다. 상기의 범위에서, 양자점은 변환효율 및 560 nm 내지 630nm 파장에서의 광학특성이 우수하다.

일 구체예에서, 쉘(20)은 카드뮴(Cd) 9 내지 19 몰%, 구체적으로 12 내지 17 몰%, 셀레늄(Se) 0.5 내지 10 몰%, 구체적으로 2 내지 6 몰%, 아연(Zn) 32 내지 42 몰%, 구체적으로 35 내지 39 몰%, 황(S) 39 내지 49 몰%, 구체적으로 42 내지 46 몰%를 포함할 수 있다. 상기의 범위에서 양자점은 변환효율 및 500 nm 내지 560nm 파장에서의 광학특성이 우수하다.

다른 구체예에서, 쉘(20)은 카드뮴(Cd) 21 내지 31 몰%, 구체적으로 24 내지 28 몰%, 셀레늄(Se) 0.5 내지 8 몰%, 구체적으로 0.5 내지 4 몰%, 아연(Zn) 11 내지 21 몰%, 구체적으로 14 내지 19 몰%, 황(S) 51 내지 61 몰%, 구체적으로 53 내지 58 몰%를 포함할 수 있다. 상기의 범위에서 양자점은 변환효율 및 560 nm 내지 630nm 파장에서의 광학특성이 우수하다.

일 구체예에서, 제2 안정층(40)은 카드뮴(Cd) 7 내지 17 몰%, 구체적으로 10 내지 14 몰%, 아연(Zn) 39 내지 49 몰%, 구체적으로 42 내지 46 몰%, 황(S) 39 내지 49 몰%, 구체적으로 42 내지 46 몰%를 포함할 수 있다. 상기의 범위에서, 양자점은 안정지수, 양자효율, 변환효율 및 500 nm 내지 560nm 파장에서의 광학특성이 우수하다.

다른 구체예에서, 제2 안정층(40)은 카드뮴(Cd) 26 내지 36 몰%, 구체적으로 29 내지 33 몰%, 셀레늄(Se) 0.1 내지 5 몰%, 구체적으로 0.1 내지 3 몰%, 아연(Zn) 20 내지 30 몰%, 구체적으로 23 내지 27 몰%, 황(S) 38 내지 48 몰%, 구체적으로 41 내지 45 몰%를 포함할 수 있다. 상기의 범위에서, 양자점은 안정지수, 양자효율, 변환효율 및 560 nm 내지 630nm 파장에서의 광학특성이 우수하다.

양자점(100)은 최외곽에 리간드층(50)을 더 포함할 수 있다. 도 1에서 리간드층(50)은 리간드가 제2 안정층에 결합된 형태로 도시하였으나, 상기 리간드층(50)은 리간드가 차지하는 공간이 형성하는 층을 의미할 수 있다.

일 구체예에서, 상기 리간드층(50)은 지용성 리간드를 포함하고, 상기 지용성 리간드는 트리-n-옥틸포스핀옥사이드(tri-n-octylphosphine oxide), 데실아민(decylamine), 디데실아민(didecylamine), 트리데실아민(tridecylamine), 테트라데실아민(tetradecylamine), 펜타데실아민(pentadecylamine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 옥타데실아민(octadecylamine), 운데실아민(undecylamin), 디옥타데실아민(dioctadecylamine), N,N-디메틸데실아민(N,N-dimethyldecylamine), N,N-디메틸도데실아민(N,N-dimethyldodecylamine), N,N-디메틸헥사데실아민(N,N-dimethylhexadecylamine), N,N-디메틸테트라데실아민(N,N-dimethyltetradecylamine), N,N-디메틸트리데실아민(N,N-dimethyltridecylamine), N,N-디메틸운데실아민(N,N-dimethylundecylamine), N-데실아민(N-decylamine), N-메틸옥타데실아민(N-methyloctadecylamine), 디도데실아민(didodecylamine), 트리도데실아민(tridodecylamine), 사이클로도데실아민(cyclododecylamine), N-메틸도데실아민(N-methyldodecylamine), 트리옥틸아민(trioctylamine), 라우르산(lauric acid), 팔미트산(palmiticacid), 올레산(oleic acid), 스테아르산(stearic acid), 미리스트산(myristicacid), 엘라이드산(elaidic acid), 아라킨산(eicosanoic acid), 헨에이코산산(heneicosanoic acid), 트리코산산(tricosanoic acid), 도코사노산(docosanoic acid), 테트라코사논산(tetracosanoic acid), 헥사코사논산(hexacosanoic acid), 헵타코사논산(heptacosanoic acid), 옥타코사논산(octacosanoic acid) 및 시스-13-도코세논산(cis-13-docosenoic acid) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

예를 들어, 양자점은 지용성 리간드로 트리-n-옥틸포스핀(tri-n-octylphosphine)을 포함할 수 있다. 양자점(100)이 지용성 리간드를 포함하는 경우, 유기용매에서 안정한 효과가 있다.

다른 구체예에서, 상기 리간드층(50)은 수용성 리간드를 포함하고, 상기 수용성 리간드는 실리카, PEG(polyethylene glycol), 머캡토 프로피온산(MPA), 시스테아민(cysteamine), 메르캡토 아세트산(mercapto-acetic acid), 머캡토 운데카놀(mercapto-undecanol), 2-머캡토 에탄올(2-mercapto-ethanol), 1-티오-글리세롤(1-thio glycerol), 데옥시리보뉴클레익 에시드 (DNA), 머캡토 아세트산(mercapto acetic acid), 머캡토 운데카노산(mercapto-undecanoic acid), 1-머캡토-6-페닐 헥산 (1-mercapto-6-phenyl-hexane), 1,16-디머캡토-헥사데칸(1,16-dimecapto-hexadecane), 18-머캡토-옥타데실아민(18-mercapto-octadecyl amine), 트리옥틸포스핀(tri-octyl phosphine), 6-머캡토-헥산(6-mercapto-hexane), 6-머캡토-헥사노익 산(6-mercapto-hexanoic acid), 16-머캡토-헥사데카노익 산(16-mercapto-hexadecanoic acid), 18-머캡토-옥타데실아민(18-mercapto-octadecyl amine), 6-머캡토-헥실아민(6-mercapto-hexyl amine) 또는 8-히드록시-옥틸티올(8-hydroxy-octylthiol), 1-싸이오-글리세롤(1-thio-glycerol), 머캡토 아세트산(mercapto-acetic acid), 머캡토운데카노산(mercapto-undecanoic acid), 하이드록사메이트(hydroxamate), 하이드록사믹 산의 유도체 및 에틸렌디아민(ethylene diaminie) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

예를 들어, 양자점은 수용성 리간드로 머캡토 프로피온산(MPA)을 포함할 수 있다. 양자점(100)이 수용성 리간드를 포함하는 경우, 양자점을 수용성 용매에 분산시키기 유리한 장점이 있다.

상기 리간드층(50)은 두께가 0.1 nm 내지 50 nm, 구체적으로 0.1 nm 내지 20 nm, 더욱 구체적으로 0.1 nm 내지 10 nm가 될 수 있다. 상기의 범위에서, 양자점은 리간드에 따른 물성이 발현되고, 분산력이 우수한 장점이 있다.

양자점(100)은 양자효율이 80% 이상, 구체적으로 85% 이상, 더욱 구체적으로 90% 이상일 수 있다. 상기의 범위에서, 상기 양자점은 광학특성이 우수하다. 본 발명의 양자점은 합성 직후의 양자효율이 높을 뿐만 아니라, 상기한 바와 같이 안정지수가 높아 합성 후, 일정 시간 경과 후에도 양자효율이 감소하지 않아, 상기 양자효율을 오랜 시간 유지할 수 있다.

상기 양자점은, 최외곽의 지용성 리간드를 수용성 리간드로 치환하는 경우, 하기 식 1에 의한 변환효율이 100% 이상, 구체적으로 105% 이상, 더욱 구체적으로 110% 이상일 수 있다. 상기의 범위에서, 양자점은 수용성 용매에서도 양자효율이 우수하다. 따라서, 본 발명의 양자점은 지용성 리간드를 포함하는 경우, 수용성 리간드를 포함하는 경우 모두 양자효율이 우수하며, 또한 안정성이 높아 시간이 지나도 양자효율이 저하되지 않는다.

[식 1]

변환효율(%) = (Cw/Cf) x 100

상기 양자점의 반치폭은 40 nm 이하, 구체적으로 38 nm 이하, 더욱 구체적으로 35 nm 이하일 수 있다. 상기의 범위에서 양자점은 색구현이 양호한 장점이 있다.

양자점 제조방법

본 발명의 다른 관점은 양자점 제조방법에 관한 것이다.

하나의 구체예에 따르면, 상기 양자점 제조방법은 코어를 형성하는 단계, 제1 안정층을 형성하는 단계, 쉘을 형성하는 단계, 제2 안정층을 형성하는 단계를 포함하는 안정지수가 90% 이상, 구체적으로 95% 이상, 더욱 구체적으로 98% 이상인 양자점을 제조하는 양자점 제조방법일 수 있다.

상기 안정지수는 상기 본 발명의 하나의 관점인 양자점에서 설명한 바와 실질적으로 동일하다.

상기 양자점 제조방법은 상기 코어 형성단계 후, 상기 제1 안정층 형성하는 단계 후, 및 상기 쉘을 형성하는 단계 후에 정제 공정이 없을 수 있다.

상기 양자점 제조방법은 상기 제1 안정층을 형성하는 단계, 상기 쉘을 형성하는 단계, 및 상기 제2 안정층을 형성하는 단계가, 각 단계의 반응물이 포함된 반응조에 이전 단계에서 생성된 생성물을 투입하는 방식일 수 있다.

이하 양자점 제조방법의 각 단계를 구체적으로 설명한다.

상기 코어를 형성하는 단계는 코어 전구체, 코어용 리간드 및 완충제를 포함하는 제1 혼합물을 1 분 내지 10 분, 구체적으로 1 분 내지 5 분 동안 가열하여 코어-리간드 입자를 형성하는 단계일 수 있다.

상기 코어 전구체는 양이온 코어 전구체 및 음이온 코어 전구체를 포함할 수 있다. 상기 양이온 코어 전구체는 12족 원소 및 13족 원소 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 상기 음이온 코어 전구체는 15족 원소 및 16족 원소 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 양이온 코어 전구체는 아연(Zn), 카드뮴(Cd) 및 인듐(In) 중 하나 이상을 포함하고, 상기 음이온 코어 전구체는 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te) 및 인(P) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 코어 전구체는 카드뮴(Cd) 및 셀레늄(Se) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 가열은 250℃ 내지 350℃, 구체적으로 270℃ 내지 340℃, 더욱 구체적으로 300℃ 내지 340℃로 가열하는 것일 수 있다. 상기의 범위에서 코어 수율이 증가하고, 반응되지 않는 전구체의 양이 감소한다.

상기 코어용 리간드는 옥탄티올(octanethiol), 데칸티올(decanethiol), 도데칸티올(dodecanethiol), 라우르산(lauric acid), 팔미트산(palmiticacid), 올레산(oleic acid), 트리-n-옥틸포스핀옥사이드(tri-n-octylphosphine oxide), 트리-n-옥틸포스핀(tri-n-octylphosphine), 옥틸아민(octylamine), 데실아민(decylamine), 디데실아민(didecylamine), 트리데실아민(tridecylamine), 테트라데실아민(tetradecylamine), 펜타데실아민(pentadecylamine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 옥타데실아민(octadecylamine) 및 도데실아민(dodecylamine) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 코어용 리간드는 올레산(oleic acid) 또는 트리-n-옥틸포스핀(tri-n-octylphosphine)을 사용할 수 있다.

상기 완충제는 1-옥타데센(1-octadecene), 1-노나데센(1-nonadecene), 시스-2-메틸-7-옥타데센(cis-2-methyl-7-octadecene), 1-헵타데센(1-heptadecene), 1-헥사데센(1-hexadecene), 1-펜타데센(1-pentadecene), 1-테트라데센(1-tetradecene), 1-트리데센(1-tridecene), 1-운데센(1-undecene), 1-도데센(1-dodecene) 및 1-데센(1-decene) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 완충제로 1-옥타데센(1-octadecene)를 사용할 수 있다.

상기 제1 안정층을 형성하는 단계는 제1 안정층 전구체, 제1 안정층용 리간드를 포함하는 반응조를 1 분 내지 20 분, 구체적으로 5 분 내지 15 분 동안 가열하면서, 상기에서 제조된 코어-리간드 입자를 투입하여 코어-제1 안정층-리간드 입자를 형성할 수 있다.

상기 제1 안정층 전구체는 12족 원소, 13족 원소, 15족 원소 및 16족 원소 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로 제1 안정층 전구체는 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te) 및 인(P) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 안정층 전구체는 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se) 및 황(S) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 가열은 250℃ 내지 350℃, 구체적으로 270℃ 내지 330℃, 더욱 구체적으로 270℃ 내지 310℃로 가열하는 것일 수 있다. 상기의 범위에서 제1 안정층의 수율이 증가하고, 반응되지 않는 전구체의 양이 감소한다.

상기 제1 안정층용 리간드는 옥탄티올(octanethiol), 데칸티올(decanethiol), 도데칸티올(dodecanethiol), 라우르산(lauric acid), 팔미트산(palmiticacid), 올레산(oleic acid), 트리-n-옥틸포스핀옥사이드(tri-n-octylphosphine oxide), 트리-n-옥틸포스핀(tri-n-octylphosphine), 옥틸아민(octylamine), 데실아민(decylamine), 디데실아민(didecylamine), 트리데실아민(tridecylamine), 테트라데실아민(tetradecylamine), 펜타데실아민(pentadecylamine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 옥타데실아민(octadecylamine) 및 도데실아민(dodecylamine) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 안정층용 리간드는 도데칸티올(dodecanethiol)을 사용할 수 있다.

상기 쉘을 형성하는 단계는 쉘 전구체, 쉘용 리간드를 포함하는 반응조를 5 분 내지 40 분, 구체적으로 15 분 내지 30 분 동안 가열하면서, 상기에서 제조된 코어-제1 안정층-리간드 입자를 투입하여, 코어-제1 안정층-쉘-리간드 입자를 형성할 수 있다.

상기 쉘 전구체는 12족 원소, 13족 원소, 15족 원소 및 16족 원소 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로 쉘 전구체는 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te) 및 인(P) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 쉘 전구체는 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se), 아연(Zn) 및 황(S) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 가열은 250℃ 내지 350℃, 구체적으로 270℃ 내지 330℃, 더욱 구체적으로 270℃ 내지 310℃로 가열하는 것일 수 있다. 상기의 범위에서 쉘의 수율이 증가하고, 반응되지 않는 전구체의 양이 감소한다.

상기 쉘용 리간드는 옥탄티올(octanethiol), 데칸티올(decanethiol), 도데칸티올(dodecanethiol), 라우르산(lauric acid), 팔미트산(palmiticacid), 올레산(oleic acid), 트리-n-옥틸포스핀옥사이드(tri-n-octylphosphine oxide), 트리-n-옥틸포스핀(tri-n-octylphosphine), 옥틸아민(octylamine), 데실아민(decylamine), 디데실아민(didecylamine), 트리데실아민(tridecylamine), 테트라데실아민(tetradecylamine), 펜타데실아민(pentadecylamine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 옥타데실아민(octadecylamine) 및 도데실아민(dodecylamine) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 쉘용 리간드는 트리-n-옥틸포스핀(tri-n-octylphosphine)을 사용할 수 있다.

상기 제2 안정층을 형성하는 단계는 제2 안정층 전구체, 제2 안정층용 리간드를 포함하는 반응조를 10 분 내지 60 분, 구체적으로 20 분 내지 40 분 동안 가열하면서, 상기에서 제조된 코어-제1 안정층-쉘-리간드 입자를 투입하여 코어-제1 안정층-쉘-제2 안정층-리간드 입자를 형성할 수 있다.

상기 제2 안정층 전구체는 12족 원소, 13족 원소, 15족 원소 및 16족 원소 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로 제2 안정층 전구체는 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te) 및 인(P) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 안정층 전구체는 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se) 및 황(S) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 가열은 250℃ 내지 350℃, 구체적으로 270℃ 내지 330℃, 더욱 구체적으로 270℃ 내지 310℃로 가열하는 것일 수 있다. 상기의 범위에서 제2 안정층의 수율이 증가하고, 반응되지 않는 전구체의 양이 감소한다.

상기 제2 안정층용 리간드는 옥탄티올(octanethiol), 데칸티올(decanethiol), 도데칸티올(dodecanethiol), 라우르산(lauric acid), 팔미트산(palmiticacid), 올레산(oleic acid), 트리-n-옥틸포스핀옥사이드(tri-n-octylphosphine oxide), 트리-n-옥틸포스핀(tri-n-octylphosphine), 옥틸아민(octylamine), 데실아민(decylamine), 디데실아민(didecylamine), 트리데실아민(tridecylamine), 테트라데실아민(tetradecylamine), 펜타데실아민(pentadecylamine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 옥타데실아민(octadecylamine) 및 도데실아민(dodecylamine) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 안정층용 리간드는 도데칸티올(dodecanethiol)을 사용할 수 있다.

다른 구체예에 따르면, 상기 양자점 제조방법은 상기 양자점의 지용성 리간드를 수용성 리간드로 치환하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 양자점의 지용성 리간드를 수용성 리간드로 치환하는 단계는 수용성 리간드 전구체를 포함하는 반응조에 상기에서 제조된 코어-제1 안정층-쉘-제2 안정층-리간드(지용성) 입자를 투입하는 것일 수 있다.

상기 양자점 제조방법은 상기 양자점이 하기 식 1에 의한 변환효율이 100% 이상, 구체적으로 105% 이상, 더욱 구체적으로 110% 이상일 수 있다.

[식 1]

변환효율(%) = (Cw/Cf) x 100

상기 수용성 리간드는 실리카, PEG(polyethylene glycol), 머캡토 프로피온산(MPA), 시스테아민(cysteamine), 메르캡토 아세트산(mercapto-acetic acid), 머캡토 운데카놀(mercapto-undecanol), 2-머캡토 에탄올(2-mercapto-ethanol), 1-티오-글리세롤(1-thio glycerol), 데옥시리보뉴클레익 에시드 (DNA), 머캡토 아세트산(mercapto acetic acid), 머캡토 운데카노산(mercapto-undecanoic acid), 1-머캡토-6-페닐 헥산 (1-mercapto-6-phenyl-hexane), 1,16-디머캡토-헥사데칸(1,16-dimecapto-hexadecane), 18-머캡토-옥타데실아민(18-mercapto-octadecyl amine), 트리옥틸포스핀(tri-octyl phosphine), 6-머캡토-헥산(6-mercapto-hexane), 6-머캡토-헥사노익 산(6-mercapto-hexanoic acid), 16-머캡토-헥사데카노익 산(16-mercapto-hexadecanoic acid), 18-머캡토-옥타데실아민(18-mercapto-octadecyl amine), 6-머캡토-헥실아민(6-mercapto-hexyl amine) 또는 8-히드록시-옥틸티올(8-hydroxy-octylthiol), 1-싸이오-글리세롤(1-thio-glycerol), 머캡토 아세트산(mercapto-acetic acid), 머캡토운데카노산(mercapto-undecanoic acid), 하이드록사메이트(hydroxamate), 하이드록사믹 산의 유도체 및 에틸렌디아민(ethylene diaminie) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 수용성 리간드는 머캡토 프로피온산(MPA)을 포함할 수 있다.

상기 양자점 제조방법은 정제 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 정제 단계는 비극성 용매 내에 상기 양자점을 침전시키고, 상기 양자점을 원심분리하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 본 발명은 양자점이 형성이 완료된 후 최종적으로 정제 단계를 포함할 뿐, 양자점 합성 중에는 정제 단계를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다. 정제 단계를 최소로 적용함으로써, 양자점 합성 수율이 높고, 양자점의 안정성 저하를 막을 수 있는 장점이 있다.

상기 양자점 제조방법의 각 단계는 비활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 비활성 기체는 18족에 속하는 기체이면 제한되지 않는다. 상기 비활성 기체는 예를 들어, 아르곤, 네온, 헬륨, 크립톤, 제논 및 라돈 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

실시예

실시예 1

3구 플라스크에, Zn(Ac) 1g, CdO 0.441g, Oleic Acid 20mL, Octadecene 75mL를 혼합하고, 150℃에서 1시간 동안 질소 분위기 하에서 수분을 제거한 다음 300℃로 승온한 후, TOP 1ml과 Se 0.045g을 주입하여 3분간 가열하여 코어를 형성하였다.

이후, 도데칸티올(dodecanethiol) 0.5ml을 첨가하고, 10분간 반응시켜 3종 이상의 alloy형태의 제1 안정층을 형성시키고, TOP 1ml과 Se 0.025g 포함되어 있는 용액을 상기 3구 플라스크의 반응구에 투입하여 20분 반응을 시켜 쉘(shell)을 형성하였다.

쉘(shell) 형성 후 다른 반응구에 Zn(Ac) 1g, CdO 0.21g, Oleic Acid(10mL), Octadecene (35mL)를 300℃에서 반응시켜 제2안정층 재료를 준비하고, 이 중 5ml을 주입하여 30분간 반응 시키고, 도데칸티올(dodecanethiol) 0.5ml을 주입 후 20분 반응시켜 최종적으로 제2 안정층을 형성하고, 에탄올과 톨루엔 혼합 용액으로(mixture) 정제 후 유기용매에 녹여 분산시켜 코어-제1 안정층-쉘-제2 안정층-리간드(지용성) 양자점을 형성하였다.

상기 코어-제1 안정층-쉘-제2 안정층-리간드(지용성) 양자점의 안정지수 및 양자효율을 측정하고, 하기 표 1에 나타내었다.

그 후, 메르캅토 프로피온산(MPA) 가 포함되어 있는 반응조에 상기 제조된 코어-제1 안정층-쉘-제2 안정층 입자를 투입하여, 60℃에서 60 분 동안 반응하여 코어-제1 안정층-쉘-제2 안정층-수용성리간드 양자점을 형성하였다.

상기 코어-제1 안정층-쉘-제2 안정층-수용성리간드 양자점의 안정지수 및 양자효율을 측정하고, 변환효율을 계산하여 하기 표 1에 나타내었다.

상기 양자점의 코어의 함량은 카드뮴(Cd) 55 몰%, 셀레늄 45 몰%이고, 상기 제1 안정층의 함량은 카드뮴(Cd) 50 몰%, 셀레늄 23 몰%, 아연 27 몰%이고, 상기 쉘의 함량은 카드뮴(Cd) 14.5 몰%, 셀레늄 4 몰%, 아연 37 몰%, 황 44.5 몰%이고, 상기 제2 안정층의 함량은 카드뮴(Cd) 12 몰%, 아연 44 몰%, 황 44 몰%이었다. 상기 코어는 입경이 2.5nm이고, 제1 안정층, 쉘 및 제2 안정층 각각의 두께는 0.45nm, 2.9nm, 0.4nm였다. 수용성 리간드층의 두께는 0.4 nm였다.

상기 양자점 각 층의 함량(몰%) 및 두께는 Time Of Flight- Medium Energy Ion Scattering Spectroscopy: MEIS-K120 SURFACE ANALYSIS SYSTEM(제조사: K-MAC), 양자효율 특성은 QE-SERIES QUANTUM EFFICIENCY MEASUREMENT SYSTEM (제조사 Otsuka Electronics), 사이즈 측정은 OXFORD Instruments사의 TEM으로 측정하였다.

실시예 2

3구 플라스크에, Zn(Ac) 2g, CdO 0.2g, Oleic Acid 20mL, Octadecene 75mL를 혼합하고, 150℃에서 1시간 동안 질소 분위기에서 수분을 제거한 다음 310℃ 로 승온한 후, TOP 1ml과 Se 0.045g, 도데칸티올(dodecanethiol) 0.5ml 을 주입하여 10분간 가열하여 코어를 형성하였다.

이후, TOP 1ml, S 0.2g을 주입하여 5분간 반응시켜, 3종 이상의 alloy형태의 제1 안정층을 형성시키고, 도데칸티올(dodecanethiol) 0.5ml 포함되어 있는 용액을 상기 3구 플라스크에 투입하여 20분 동안 반응시켜 쉘(shell)을 형성하였다.

쉘(shell) 형성 후 다른 반응구에 Zn(Ac) 1g, CdO 0.21g, Oleic Acid 10mL, Octadecene 35mL를 300℃에서 반응시켜, 제2안정층 재료를 준비하고, 이 중 5ml을 주입하여 30분간 반응 시키고, 도데칸티올(dodecanethiol)0.5ml을 주입 후 20분 반응시켜, 최종적으로 제2 안정층을 형성하고, 에탄올과 톨루엔 혼합용액(mixture)으로 정제 후 유기용매에 녹여 분산시켜 코어-제1 안정층-쉘-제2 안정층-리간드(지용성) 양자점을 형성하였다.

상기 코어-제1 안정층-쉘-제2 안정층-수용성리간드 양자점의 안정지수 및 양자효율을 측정하고, 변환효율을 계산하여 하기 표 1에 나타내었다

양자점의 코어의 함량(몰%)는 카드뮴(Cd) 80 몰%, 셀레늄 20 몰%이고, 제1 안정층의 함량은 카드뮴(Cd) 26.5 몰%, 셀레늄(Se) 7.5 몰%, 아연(Zn) 12 몰%, 황(S) 54 몰%이고, 쉘의 함량은 카드뮴(Cd) 26 몰%, 셀레늄(Se) 2몰%, 아연(Zn) 16.3 몰%, 황(S) 55.7 몰%이고, 제2 안정층의 함량은 카드뮴(Cd) 31 몰%, 셀레늄(Se) 1 몰%, 아연(Zn) 25 몰%, 황(S) 43 몰%이고, 상기 코어는 입경이 4nm이고, 제1 안정층, 쉘 및 제2 안정층 각각의 두께는 0.5nm, 0.75nm, 0.75nm이고, 수용성 리간드층의 두께는 0.4 nm였다. 안정지수, 양자효율 및 변환효율 등은 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 1

제1 안정층 및 제2 안정층을 형성하지 않고, 코어와 쉘의 함량을 하기와 같이 조절한 것 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양자점을 합성하고, 코어-쉘-리간드(지용성) 양자점 및 코어-쉘-수용성리간드 양자점의 안정지수, 양자효율 및 변환효율을 측정하고, 하기 표 1에 나타내었다.

상기 양자점의 코어의 함량은 카드뮴(Cd) 20 몰%, 셀레늄 13 몰%, 아연 50 몰%, 황 17 몰%이고, 상기 쉘의 함량은 셀레늄 5 몰%, 아연 41 몰%, 황 54 몰%이었다. 상기 코어는 입경이 5.8nm이고, 쉘의 두께는 2.4nm였다. 수용성 리간드층의 두께는 0.4 nm였다.

비교예 2

제1 안정층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양자점을 합성하고, 코어-쉘-제2 안정층-리간드(지용성) 양자점 및 코어-쉘-제2 안정층-수용성리간드 양자점의 안정지수, 양자효율 및 변환효율을 측정하고, 하기 표 1에 나타내었다.

상기 양자점의 코어의 함량은 카드뮴(Cd) 42 몰%, 셀레늄 34 몰%이고, 아연 12 몰%, 황 12 몰%이고, 상기 쉘의 함량은 카드뮴(Cd) 13 몰%, 셀레늄 7.5 몰%, 아연 41 몰%, 황 38.5 몰%이고, 상기 제2 안정층의 함량은 카드뮴(Cd) 47 몰%, 아연 46 몰%, 황 7 몰%이었다. 상기 코어는 입경이 1.8nm이고, 쉘 및 제2 안정층 각각의 두께는 2.1nm, 0.55nm였다. 수용성 리간드층의 두께는 0.4 nm였다.

비교예 3

제1 안정층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 양자점을 합성하고, 코어-제1 안정층-쉘-리간드(지용성) 양자점 및 코어-제1 안정층-쉘-수용성리간드 양자점의 안정지수, 양자효율 및 변환효율을 측정하고, 하기 표 1에 나타내었다.

상기 양자점의 코어의 함량은 카드뮴(Cd) 62 몰%, 셀레늄 38 몰%이고, 상기 쉘의 함량은 카드뮴(Cd) 48 몰%, 셀레늄 12 몰%, 아연 12 몰%, 황 28 몰%이고, 상기 제2 안정층의 함량은 카드뮴(Cd) 10 몰%, 셀레늄 10 몰%, 아연 33 몰%, 황 47 몰%이었다. 상기 코어는 입경이 2.3nm이고, 쉘 및 제2 안정층 각각의 두께는 2.5nm, 0.5nm였다. 수용성 리간드층의 두께는 0.4 nm였다.

		실시예		비교예
		1	2	1	2	3
구조 유무	코어	○	○	○	○	○
	제1 안정층	○	○	×	×	×
	쉘	○	○	○	○	○
	제2 안정층	○	○	×	○	○
양자효율	지용성 리간드(최외곽)	90	90	60	80	70
양자효율	수용성 리간드(최외곽)	100	100	44	60	50
안정지수	지용성 리간드(최외곽)	100	98	50	60	64
안정지수	수용성 리간드(최외곽)	100	100	20	62	60
변환효율(%)		110	110	73	75	71

상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 코어, 쉘에, 제1 안정층 및 제2 안정층을 포함하는 본원발명의 양자점은 양자효율이 우수할 뿐만 아니라, 안정지수 및 변환효율 역시 우수하다. 반면, 제1 안정층 및 제2 안정층 중 하나라도 포함하지 않는 비교예 1 내지 3은 모두 양자효율, 안정지수 및 변환효율이 현저히 저하되는 것을 알 수 있다.

물성 평가방법

(1) 코어, 쉘, 안정층 및 리간드층의 성분 및 함량 분석: QE-SERIES QUANTUM EFFICIENCY MEASUREMENT SYSTEM (Otsuka Electronics)를 사용하여 양자효율측정하였고, MEIS-K120 SURFACE ANALYSIS SYSTEM(TOF-MEIS:K-MAC)으로 리간드 성분비 분석 TEM으로 SIZE분석하였다.

(2) 양자효율: QE-SERIES QUANTUM EFFICIENCY MEASUREMENT SYSTEM (Otsuka Electronics): Rate of the numberof fluorescence photons to the number of absorbed photons를 사용하여 양자효율을 측정하였다.

(3) 안정지수

1) 지용성 리간드를 포함하는 양자점: 양자점 합성 후, 양자점을 용매(핵산:톨루엔=1:1)와 섞은 다음 원심분리하여 침전시키고, 상기 침전된 양자점에 아세톤을 첨가하여 원심분리하는 정제를 3회 반복한 후, 최종 정제된 양자점 파우더를 0.1mg/ml 농도로 톨루엔 용액에 녹이고, 형광등과 실온상태에서 보관하며, 양자효율을 50일간 측정하고, 하기 식 2에 의해 산출하여, 상기 표 1에 기재하였다. 실시예 1 및 비교예 1의 지용성 리간드를 포함하는 양자점의 시간에 따른 상대양자효율(0일 상대양자효율 100% 기준)의 변화에 대해서는 도 2에 그래프로 도시하였다.

[식 2]

안정지수(%)=(50일 양자효율)/(0일 양자효율) × 100

(상기 식 2에서 0일 양자효율은 정제 직후 양자효율을 의미하고, 50일 양자효율은 정제 후 톨루엔 용액에 50일 간 실온 보관 후 0일 양자효율에 대한 양자효율을 의미한다)

2) 수용성 리간드를 포함하는 양자점: 양자점 합성 후, 클로로포름으로 3회 원심분리하고, 필터를 통하여 프리 리간드를 제거하는 방법으로 정제한 후, 상기 양자점을 95 ℃ 물에서 2시간 동안 중탕시킨 후, 하기 식 3에 의해 산출하여, 상기 표 1에 기재하였다. 실시예 1 및 비교예 1의 수용성 리간드를 포함하는 양자점의 시간에 따른 양자효율의 변화(중탕 전 양자효율 100% 기준)에 대해서는 도 3에 그래프로 도시하였다.

[식 3]

(4) 변환효율: 최외곽의 지용성 리간드를 수용성 리간드로 치환하는 경우, 하기 식 1에 의해 변환효율을 산출하였다.

[식 1]

변환효율(%) = (Cw/Cf) x 100

Claims

코어-쉘 구조를 포함하는 양자점이고,
상기 양자점은 상기 코어와 상기 쉘 사이에 제1안정층 및 상기 쉘 외곽에 제2안정층을 포함하고, 상기 양자점은 최외곽에 리간드층을 더 포함하고,
상기 코어는 카드뮴 및 셀레늄을 포함하고,
상기 제1안정층은 카드뮴; 셀레늄; 및 아연과 황 중 하나 이상을 포함하고,
상기 쉘은 카드뮴, 셀레늄, 아연 및 황을 포함하고,
상기 제2안정층은 카드뮴, 아연, 셀레늄, 황 중 하나 이상을 포함하고,
상기 리간드층은 수용성 리간드 또는 지용성 리간드를 포함하고,
상기 쉘은 카드뮴 9 내지 19몰%, 셀레늄 0.5 내지 10몰%, 아연 32 내지 42몰% 및 황 39 내지 49몰%를 포함하거나, 또는 카드뮴 21 내지 31몰%, 셀레늄 0.5 내지 8몰%, 아연 11 내지 21몰%, 황 51 내지 61몰%를 포함하는, 양자점.
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제1항에 있어서, 상기 제2 안정층은 카드뮴 및 아연과, 셀레늄 및 황 간의 몰비가 4 : 6 내지 6 : 4인 양자점.
제1항에 있어서, 상기 코어의 직경은 1 nm 내지 6 nm인 양자점.
제1항에 있어서, 상기 쉘의 두께는 0.5 nm 내지 10 nm인 양자점.
제1항에 있어서, 상기 제1 안정층 또는 제2 안정층의 두께는 0.3 nm 내지 2 nm인 양자점.
제1항에 있어서, 상기 양자점은 평균직경이 6 nm 내지 30 nm인 양자점.
제1항에 있어서, 상기 양자점은 양자효율이 80% 이상인 양자점.
제1항에 있어서, 상기 양자점은 최외곽의 지용성 리간드를 수용성 리간드로 치환하는 경우, 하기 식 1에 의한 변환효율이 100% 이상인 양자점:
[식 1]
변환효율(%) = (Cw/Cf) x 100
(상기 식 1에서, Cw는 최외곽에 수용성 리간드를 포함하는 양자점의 양자효율이고, Cf는 최외곽에 지용성 리간드를 포함하는 양자점의 양자효율임).
제1항에 있어서, 상기 양자점의 반치폭은 40 nm 이하인 양자점.
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제1항에 있어서, 상기 지용성 리간드는 트리-n-옥틸포스핀옥사이드(tri-n-octylphosphine oxide), 데실아민(decylamine), 디데실아민(didecylamine), 트리데실아민(tridecylamine), 테트라데실아민(tetradecylamine), 펜타데실아민(pentadecylamine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 옥타데실아민(octadecylamine), 운데실아민(undecylamin), 디옥타데실아민(dioctadecylamine), N,N-디메틸데실아민(N,N-dimethyldecylamine), N,N-디메틸도데실아민(N,N-dimethyldodecylamine), N,N-디메틸헥사데실아민(N,N-dimethylhexadecylamine), N,N-디메틸테트라데실아민(N,N-dimethyltetradecylamine), N,N-디메틸트리데실아민(N,N-dimethyltridecylamine), N,N-디메틸운데실아민(N,N-dimethylundecylamine), N-데실아민(N-decylamine), N-메틸옥타데실아민(N-methyloctadecylamine), 디도데실아민(didodecylamine), 트리도데실아민(tridodecylamine), 사이클로도데실아민(cyclododecylamine), N-메틸도데실아민(N-methyldodecylamine), 트리옥틸아민(trioctylamine), 라우르산(lauric acid), 팔미트산(palmiticacid), 올레산(oleic acid), 스테아르산(stearic acid), 미리스트산(myristicacid), 엘라이드산(elaidic acid), 아라킨산(eicosanoic acid), 헨에이코산산(heneicosanoic acid), 트리코산산(tricosanoic acid), 도코사노산(docosanoic acid), 테트라코사논산(tetracosanoic acid), 헥사코사논산(hexacosanoic acid), 헵타코사논산(heptacosanoic acid), 옥타코사논산(octacosanoic acid) 및 시스-13-도코세논산(cis-13-docosenoic acid) 중 하나 이상을 포함하는 양자점.
제1항에 있어서, 상기 수용성 리간드는 실리카, PEG(polyethylene glycol), 머캡토 프로피온산(MPA), 시스테아민(cysteamine), 메르캡토 아세트산(mercapto-acetic acid), 머캡토 운데카놀(mercapto-undecanol), 2-머캡토 에탄올(2-mercapto-ethanol), 1-티오-글리세롤(1-thio glycerol), 데옥시리보뉴클레익 에시드 (DNA), 머캡토 아세트산(mercapto acetic acid), 머캡토 운데카노산(mercapto-undecanoic acid), 1-머캡토-6-페닐 헥산 (1-mercapto-6-phenyl-hexane), 1,16-디머캡토-헥사데칸(1,16-dimecapto-hexadecane), 18-머캡토-옥타데실아민(18-mercapto-octadecyl amine), 트리옥틸포스핀(tri-octyl phosphine), 6-머캡토-헥산(6-mercapto-hexane), 6-머캡토-헥사노익 산(6-mercapto-hexanoic acid), 16-머캡토-헥사데카노익 산(16-mercapto-hexadecanoic acid), 18-머캡토-옥타데실아민(18-mercapto-octadecyl amine), 6-머캡토-헥실아민(6-mercapto-hexyl amine) 또는 8-히드록시-옥틸티올(8-hydroxy-octylthiol), 1-싸이오-글리세롤(1-thio-glycerol), 머캡토 아세트산(mercapto-acetic acid), 머캡토운데카노산(mercapto-undecanoic acid), 하이드록사메이트(hydroxamate), 하이드록사믹 산의 유도체 및 에틸렌디아민(ethylene diamine) 중 하나 이상을 포함하는 양자점.
삭제
제1항에 있어서,
상기 양자점은 중심으로 갈수록 카드뮴(Cd) 또는 셀레늄(Se)의 몰%가 증가하는 양자점.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 제1 안정층은,
상기 코어와 카드뮴(Cd) 또는 셀레늄(Se)의 함량 차이가 15 몰% 이하이고,
상기 쉘과 아연(Zn)의 함량 차이가 15 몰% 이하인 양자점.
제1항에 있어서, 상기 제2 안정층은,
상기 쉘과 황(S) 또는 아연(Zn)의 함량 차이가 10 몰% 이하인 양자점.
제1항에 있어서, 상기 제2 안정층은,
황(S)의 함량이 40 몰% 내지 50 몰%인 양자점.
코어를 형성하는 단계;
제1 안정층을 형성하는 단계;
쉘을 형성하는 단계;
제2 안정층을 형성하는 단계;
를 포함하는, 제1항의 양자점을 제조하는 양자점 제조방법.
제28항에 있어서, 상기 코어 형성단계 후, 상기 제1 안정층 형성하는 단계 후, 및 상기 쉘을 형성하는 단계 후에 정제 공정이 없는 것을 특징으로 하는 양자점 제조방법.
제28항에 있어서, 상기 제1 안정층을 형성하는 단계, 상기 쉘을 형성하는 단계, 및 상기 제2 안정층을 형성하는 단계는,
각 단계의 반응물이 포함된 반응조에 이전 단계에서 생성된 생성물을 투입하는 방식인 양자점 제조방법.
제28항에 있어서, 상기 양자점의 지용성 리간드를 수용성 리간드로 치환하는 단계를 더 포함하는 양자점 제조방법.
제31항에 있어서, 상기 양자점은 하기 식 1에 의한 변환효율이 100% 이상인 양자점 제조방법:
[식 1]
변환효율(%) = (Cw/Cf) x 100
(상기 식 1에서, Cw 및 Cf는 최외곽의 지용성 리간드를 수용성 리간드로 치환하는 경우, 최외곽에 수용성 리간드를 포함하는 양자점의 양자효율(Cw) 및 최외곽에 지용성 리간드를 포함하는 양자점의 양자효율(Cf)임).