KR102308148B1 - 양자점 제조장치 및 이를 이용한 양자점 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 코일 형상의 코어 반응부를 사용함에 따라, 합성 공정을 단순화되고 발광 분포가 균일한 양자점을 합성할 수 있는 양자점 제조장치 및 이를 이용한 양자점 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 내부에 양자점(quantum dot, QD) 전구체 용액이 충전될 수 있는 반응 공간을 가지며, 열처리 수단에 의해 가열될 수 있는 제1 및 제2전구체 반응부; 내부에 양자점 쉘 전구체 용액이 충전될 수 있는 반응 공간을 가지며, 열처리 수단에 의해 가열될 수 있는 제3 및 제4전구체 반응부; 상기 제1 및 제2전구체 반응부로부터 주입되는 양자점 전구체 용액과, 양자점 코어(core) 합성 용액이 혼합되는 코일 형상 코어 혼합부를 통하여 양자점 코어를 합성하는 코어 반응부; 상기 코어 반응부에서 합성된 양자점 코어와, 상기 제3 및 제4전구체반응부에서 공급되는 양자점 쉘(shell) 합성 용액이 혼합되는 코일 형상 쉘 혼합부를 통하여 코어-쉘 구조의 양자점을 합성하는 쉘 반응부; 및 상기 코어 반응부와 상기 쉘 반응부 내의 양자점 코어에 에너지를 공급하여 양자점의 응집을 방지하는 마이크로파 공급부를 포함하는 양자점 합성 장치를 제공한다.

Description

양자점 제조장치 및 이를 이용한 양자점 제조방법{Quantum dot manufacturing system and method for manufacturing quantum dot using the same}
본 발명은 양자점 제조장치 및 이를 이용한 양자점 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코일 형상의 코어 반응부를 사용함에 따라, 합성 공정을 단순화되고 발광 분포가 균일한 양자점을 합성할 수 있는 양자점 제조장치 및 이를 이용한 양자점 제조방법에 관한 것이다.
양자점은 화학적 합성 공정으로 만들어진 나노미터 크기의 반도체결정으로 입자 크기에 따라 나노결정의 밴드갭 차에 의하여 특성이 변하는 물질로서 최근 디스플레이. 솔라, 진단시약 등의 다양한 분야에서 각광을 받고 있다.
지금까지의 양자점 제조방법은 용액합성법이 잘 알려져 있으며, 특히 코아/쉘(core/shell) 구조의 양자점 합성은 전구체(precursor) 합성공정, 코아(core) 합성공정, 쉘(shell) 합성공정, 석출공정 으로 나눌 수 있으며, 양자점의 합성은 핵생성과 성장으로 이루어 지는데, 이는 시약 외에 온도와 시간의 함수로 되어 있다.
양자점의 조성은 Cd계가 주를 이루었으나 최근 디스플레이 분야로의 적용이 급증되면서 Cd 함량이 이슈가 되고 있고, 유럽 등지에서는 Cd이 포함되지 않은 양자점의 요구가 증가되고 있다.
이에 따라 Cd이 함유되지 않은 양자점에 대한 연구 개발이 활발히 이루어 지고 있으며 본 발명에서는 InP/ZnS양자점 합성시 보다 많은 양을 균일하게 합성할 수 있는 방법을 제공하고자 한다. 특히 본 발명에서는 이들 합성공정을 단순화하고 온도가 균일하고 합성시간을 보다 편리하게 제공하고자 한다.
종래의 양자점 합성방법에서는 혼합용액을 교반하기 위하여 교반기를 이용하여 혼합용액을 합성한 후 히팅맨틀을 이용하여 이중 자켓 모양으로 플라스크를 가열한다. 혼합용액의 합성이 완료된 후 맨틀을 제거한 다음 반응이 완료된 용액이 담겨있는 플라스크 외부에 차가운 물을 닿게 함으로서 냉각 또는 플라스크 내에 냉각수 관이 삽입된 플라스크를 사용하고, 반응이 완료된 후 냉각수관에 냉각수를 흘려줘서 냉각하는 방법을 사용한다.
그러나 이와같은 종래의 양자점 제조방법은 혼합용액의 충분히 교반하기 위해서는 오랜 시간동안 교반기를 작동하여야 하는 어려움이 있고 히팅맨틀을 이용한 가열시 온도구배가 발생한다는 문제점이 있으며, 냉각방식이 복잡하며 연속작업이 어렵다는 문제점이 있었다.
아울러 기존의 제조방법으로는 양자점 코어의 응집현상을 완전하게 방지할 수 없어 양자점 응집에 의한 불량이 발생할 수 있다는 단점을 가지고 있다.
(0001) 대한민국 공개특허 제10-2010-0046508호 (0002) 대한민국 공개특허 제10-2018-0075724호
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 코일 형상의 코어 반응부를 사용함에 따라, 합성 공정을 단순화되고 발광 분포가 균일한 양자점을 합성할 수 있는 양자점 제조장치 및 이를 이용한 양자점 제조방법을 제공하고자 한다.
상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 내부에 양자점(quantum dot, QD) 전구체 용액이 충전될 수 있는 반응 공간을 가지며, 열처리 수단에 의해 가열될 수 있는 제1 및 제2전구체 반응부; 내부에 양자점 쉘 전구체 용액이 충전될 수 있는 반응 공간을 가지며, 열처리 수단에 의해 가열될 수 있는 제3 및 제4전구체 반응부; 상기 제1 및 제2전구체 반응부로부터 주입되는 양자점 전구체 용액과, 양자점 코어(core) 합성 용액이 혼합되는 코일 형상 코어 혼합부를 통하여 양자점 코어를 합성하는 코어 반응부; 상기 코어 반응부에서 합성된 양자점 코어와, 상기 제3 및 제4전구체반응부에서 공급되는 양자점 쉘(shell) 합성 용액이 혼합되는 코일 형상 쉘 혼합부를 통하여 코어-쉘 구조의 양자점을 합성하는 쉘 반응부; 및 상기 코어 반응부와 상기 쉘 반응부 내의 양자점 코어에 에너지를 공급하여 양자점의 응집을 방지하는 마이크로파 공급부를 포함하는 양자점 합성 장치를 제공한다.
상기 마이크로파 공급부는 파장이 12~30cm인 마이크로파를 100~500W의 출력으로 공급할 수 있다.
상기 마이크로파 공급부는 상기 코어반응부 및 쉘반응부의 외측에 일정한 각도를 가지고 2~10개가 동일한 간격으로 배치될 수 있다.
상기 코어 반응부는, 상기 양자점 전구체 용액과 상기 코어 합성 용액이 반응하도록 100 ~ 300℃ 범위의 온도로 열처리된 코일 형상 제 1 코어 혼합부를 가지는 제 1 코어 반응부와, 상기 제 1 코어 반응부에서 합성된 양자점 코어를 냉각시킬 수 있도록 5 ~ 20℃ 범위의 온도로 조절된 코일 형상 제 2 코어 혼합부를 가지는 제 2 코어 반응부를 포함할 수 있다.
상기 쉘 반응부는 상기 양자점 코어와 상기 쉘 합성 용액이 반응하도록 100 ~ 400℃ 범위의 온도로 열처리되는 코일 형상 제 1 쉘 혼합부를 가지는 제 1 쉘 반응부와, 상기 제 1 쉘 반응부에서 합성된 코어-쉘 구조의 양자점을 냉각시킬 수 있도록 5 ~ 20℃ 범위의 온도로 조절된 코일 형상 제 2 쉘 혼합부를 가지는 제 2 쉘 반응부를 포함할 수 있다.
상기 양자점 코어 및 상기 양자점 쉘 중에서 적어도 하나는 ZnS, ZnSe, InP, InSb, InZnP, InGeZnP, Ge, Si 및 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
상기 쉘 반응부에서, 상기 양자점 코어와 상기 양자점 쉘 사이에 적층되는 1개 이상의 양자점 버퍼층이 더욱 합성될 수 있다.
본 발명은 또한 내부에 각각 양자점(quantum dot, QD) 전구체 용액이 충전될 수 있으며, 각각 열처리 수단에 의해 가열될 수 있는 제 1 전구체 반응부 내지 제 4 전구체 반응부를 포함하는 전구체 반응부에 양자점 전구체 성분을 반응시켜 양자점 전구체 용액을 얻는 단계로서, 150 ~ 250℃의 온도로 열처리되는 제 1 전구체 반응부와 150 ~ 250℃의 온도로 열처리되는 제 2 전구체 반응부는 양자점 코어의 제 1 전구체 및 제 2 전구체를 각각 합성하고, 270 ~ 330℃의 온도로 열처리되는 제 3 전구체 반응부와 150 ~ 250℃의 온도로 열처리되는 제 4 전구체 반응부는 양자점쉘의 제 1 전구체 및 제 2 전구체를 각각 합성하여 양자점 전구체 용액을 얻는 단계; 상기 제 1 및 제 2 전구체 반응부에서 각각 합성된 양자점 코어 전구체 용액과, 상기 양자점 코어 전구체 용액과 독립적으로 공급되며, 1-옥타데센, 트리-n-옥틸포스핀 옥사이드 및 올레일 아민의 혼합 용액인 양자점 코어(core) 합성 용액을 코어 반응부 내부에 위치하는 코일 형상 코어 혼합부에 주입하는 단계; 및 상기 코어 반응부에서 합성된 양자점 코어와, 상기 코어 반응부에서 합성된 양자점 코어와 독립적으로 상기 제3 및 제 4 전구체 반응부로부터 각각 공급된 양자점 쉘(shell) 합성 용액을 쉘 반응부 내부에 위치하는 코일 형상 쉘 혼합부에 주입하여 코어-쉘 구조의 양자점을 합성하는 단계를 포함하며, 상기 코일 형상 코어 혼합부에 주입하는 단계 및 코어-쉘 구조의 양자점을 합성하는 단계의 양자점 코어에 마이크로파를 공급하여 양자점 코어의 응집을 방지하는 것을 특징으로 하는 상기 양자점 합성 장치를 이용한 양자점 합성방법을 제공한다.
상기 양자점 코어를 합성하는 단계는, 상기 양자점 코어 전구체 용액과 상기 양자점 코어 합성 용액을 100 ~300℃의 온도로 열처리된 코일 형상 제 1 코어 혼합부에 주입하는 단계; 상기 코일 형상 제 1 코어 혼합부를 통하여 합성된 상기 양자점 코어를 5 ~ 20℃ 범위의 온도로 조절되어 있는 코일 형상 제 2 코어 혼합부에 주입하여 상기 양자점 코어를 냉각하는 단계; 및 상기 제1 및 제2코어 혼합부에 12~30cm인 마이크로파를 100~500W의 출력으로 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 코어-쉘 구조의 양자점을 합성하는 단계에서, 상기 양자점 코어와 상기 양자점 쉘 사이에 적층되는 1개 이상의 양자점 버퍼층이 더욱 합성될 수 있다.
본 발명의 양자점 제조 장치는 코일 형상 혼합부를 가지는 코어 반응부와, 쉘 반응부가 구비된 코어 반응부와 쉘 반응부를 구비하고 있다. 따라서 본 발명의 양자점 제조 장치를 채택하는 경우 양자점 전구체의 제조에서부터 코어 합성 및 쉘 합성이 일련의 연속적인 공정을 통하여 양자점이 합성될 수 있다.
다수의 만곡 형상을 가지는 곡면 형상의 유리관 형태의 코일 형상 혼합부를 이용하여 교반이 가능하고, 곡면 유리관의 길이에 따라 반응 시간을 조절할 수 있으므로 양자점 합성을 위한 반응 시간을 줄일 수 있다. 또한 곡면 유리관을 이용하여 양자점을 구성하는 코어와 쉘이 균일하게 분산될 수 있으므로, 최종적으로 코어와 쉘이 균일하게 분산된 양자점을 합성할 수 있다.
또한 합성되는 양자점 코어에 마이크로파를 조사하여 양자점 코어의 응집을 방지할 수 있어 응집된 양자점에 의한 불량을 최소화 할 수 있다.
결국 본 발명에 따른 양자점 합성 장치를 적용하여 제조되는 양자점의 안정성 및 양자 효율을 극대화하여 발광효율 및 선명도가 향상된 양자점을 합성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 양자점 합성 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 양자점 합성정치를 구성하는 전구체 반응부의 구성을 간략히 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 양자점 합성 장치의 코어 및 쉘 반응부의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의해 합성된 양자점을 UV램프를 이용하여 조사한 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의해 합성된 양자점의 흡수 스펙트럼을 측정한 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의해 합성된 양자점의 형광스펙트럼 측정 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 양자점 합성 장치의 전체 공정부를 간략히 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 양자점 합성 장치의 전체 공정부를 간략히 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 내부에 양자점(quantum dot, QD) 전구체 용액이 충전될 수 있는 반응 공간을 가지며, 열처리 수단에 의해 가열될 수 있는 제1 및 제2전구체 반응부; 내부에 양자점 쉘 전구체 용액이 충전될 수 있는 반응 공간을 가지며, 열처리 수단에 의해 가열될 수 있는 제3 및 제4전구체 반응부; 상기 제1 및 제2전구체 반응부로부터 주입되는 양자점 전구체 용액과, 양자점 코어(core) 합성 용액이 혼합되는 코일 형상 코어 혼합부를 통하여 양자점 코어를 합성하는 코어 반응부; 상기 코어 반응부에서 합성된 양자점 코어와, 상기 제3 및 제4전구체반응부에서 공급되는 양자점 쉘(shell) 합성 용액이 혼합되는 코일 형상 쉘 혼합부를 통하여 코어-쉘 구조의 양자점을 합성하는 쉘 반응부; 및 상기 코어 반응부와 상기 쉘 반응부 내의 양자점 코어에 에너지를 공급하여 양자점의 응집을 방지하는 마이크로파 공급부를 포함하는 양자점 합성 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 양자점 합성 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 양자점(quantum dot, QD) 합성 장치(100)는 크게 양자점 전구체 용액이 충전될 수 있는 반응 공간을 가지는 전구체 반응부(200)와, 전구체 반응부(200)에서 주입된 전구체 용액과 양자점을 구성하는 코어(core) 및 쉘(shell)을 합성하기 위한 용액이 반응하여 양자점을 합성하는 코어/쉘 반응부(300)로 구분된다. 상기 코어/쉘 반응부(300)에서 합성된 양자점은 코어/쉘 반응부(300)와 연결되는 저장부(600)에 수용되어, 디스플레이용 발광체와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다.
상기 코어/쉘 반응부(300)는 일련의 반응부로 구분될 수 있는데, 크게 상기 전구체 반응부(200)로부터 주입된 양자점 전구체 용액과, 양자점 코어(core) 합성 용액이 혼합되어 양자점 코어를 합성하는 코어 반응부(400)와, 상기 코어 반응부(400)에서 합성된 양자점 코어와 양자점 쉘(shell) 합성 용액이 혼합되어 코어-쉘 구조의 양자점을 합성하는 쉘 반응부(500)로 구분될 수 있다. 상기 코어 반응부(400)와 상기 쉘 반응부(500)는 각각 곡면 유리관일 수 있는 코일 형상 코어 혼합부(420, 470)와 코일 형상 쉘 혼합부(520, 570)를 가질 수 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다. 필요한 경우 상기 쉘 반응부(500)에서 양자점 코어와 양자점 쉘 사이에 적층되는 1개 이상의 양자점 버퍼층이 더욱 합성될 수 있다.
본 발명과 관련하여, 본 발명의 합성 장치 및 합성 방법에 의하여 제조되는 양자점은 대략 입자 직경이 1 내지 1000㎚, 바람직하게는 1 내지 30㎚, 더욱 바람직하게는 약 2 내지 20㎚인 무기 반도체 결정 입자를 의미할 수 있다. 양자점은 적절한 파장 대역의 광에 의하여 여기(excitation)되어 발광할 수 있으며, 1층 이상의 쉘(shell)에 의하여 에워싸여 있는 1층 이상의 코어(core)로 구성될 수 있다. 필요한 경우에 코어와 쉘 사이에 1층 이상의 버퍼층이 형성될 수 있다. 일반적으로 양자점을 구성하는 쉘의 밴드 에너지는 코어의 밴드 에너지보다 크며, 코어 기질(substrate)의 격자 상수(lattice constant) 또는 원자 거리(atomic spacing)에 가까운 쉘이 선택될 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서 양자점 코어 및/또는 상기 양자점 쉘은 ZnS, ZnSe, InP, InSb, InZnP, InGeZnP, Ge, Si 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
한편 양자점 코어와 양자점 쉘 사이에 적층될 수 있는 양자점 버퍼층은 이들 코어 및 쉘의 격자 상수 등을 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들어 양자점 버퍼층은 CdZnS, GaN, GaAs, InAs, InGaAs, GaP, InP, InGaP, GaAsP, InGaAsP 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 양자점 합성 장치(100)를 구성하는 각각의 반응부의 형태에 대해서 도 2 및 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 양자점 합성 장치를 구성하는 전구체 반응부의 구성을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 전구체 반응부(200)는 크게 4개의 전구체 반응부(210, 220, 230, 240)를 포함한다. 하나의 예시적인 실시형태에서 제 1 내지 제 4 전구체 반응부(210, 220, 230, 240)로서 3구 플라스크를 사용할 수 있으며, 전구체의 연속적인 반응을 위하여 전구체 화합물을 추가적으로 주입할 수 있다. 각각의 전구체 반응부(210, 220, 230, 240)에는 전구체 용액이 충전될 수 있는 반응 공간(211a, 221a, 221a, 231a)을 가지고 있다. 한편 각각의 전구체 반응부(210, 220, 230, 240)는 열처리 수단(211b, 221b, 231b, 241b)에 의하여 양자점을 합성하기 위한 전구체가 얻어질 수 있도록 구성된다. 열처리 수단(211b, 221b, 231b, 241b)으로는 히터, 또는 히팅 맨틀(heating mantle)과 같은 물리적 장치를 사용할 수 있으며, 특히 바람직하게는 오일과 같은 열매체(heating medium)를 사용한다. 이들 열매체를 사용하는 경우, 안정적이고 정확한 열처리가 가능하여 일정한 온도를 유지할 수 있는 이점이 있다.
또한 제 1 내지 제 4 전구체 반응부(210, 220, 230, 240)는 각각 양자점 또는 양자점 쉘 전구체 용액을 합성하기 위하여 임펠러와 같은 교반 수단(212, 222, 232, 242)이 반응 공간(211a, 221a, 231a, 241a)에 위치하고 있다. 교반 수단(212, 222, 232, 242)은 양자점 코어, 버퍼층 및/또는 셀을 구성하는 전구체 용액을 합성하기 위한 전구 화합물들 사이의 균일한 분산 및 반응을 유도한다.
제 1 내지 제 4 전구체 반응부(210, 220, 230, 240)는 각각 가스 주입부(214, 224, 234, 244)와, 펌프(216, 226, 236, 246)를 구비하고 있다. 가스 주입부(214, 224, 234, 244)를 통하여 예를 들어 수분이 제거된 질소가스와 같은 비활성 가스가 반응부 내부로 주입된다. 이에 따라 각각의 전구체 반응부(210, 220, 230, 240) 내의 반응 공간(211a, 221a, 231a, 241a)에 충전되는 반응물의 산화를 방지할 수 있으며, 주입된 가스의 압력에 의하여 기-합성된 전구체 용액과 같은 반응물이 제 1 내지 제 4 전구체 반응부(210, 220, 230, 240)를 원활히 통과할 수 있도록 유도하는 효과를 부여할 수 있다. 이때 비활성 가스는 대략 0.2 L/min 이상, 예를 들어 0.2 내지 2.0 L/min 이상으로 주입될 수 있다.
또한 제 1 내지 제 4 전구체 반응부(210, 220, 230, 240)의 하단에 배출 밸브(218, 228, 238, 248)가 구비되어 있으며, 이들 배출 밸브(218, 228, 238, 248)의 작동에 따라 제 1 내지 제 4 전구체 반응부(210, 220, 230, 240)에서 합성된 전구체 용액을 코어/쉘 반응부(300)로 주입할 수 있는 전구체 이송 라인(250a, 250b, 250c, 250d)이 각각 연결되어 있다.
또한 상기 제1내지 제4전구체 반응부는 제1 및 제2전구체 반응부(21, 220)에는 양자점 전구체 용액이, 제3 및 제4 전구체 반응부(230, 240)에는 양자점 쉘 전구체 용액이 주입되어 전구체로 합성되는 것이 바람직하며, 이 경우 상기 제1 및 제2 전구체 반응부는 상기 코어 반응부(400)에 연결되며, 제3 및 제4 전구체 반응부는 상기 쉘반응부(500)에 연결되어 각 전구체 용액을 공급하는 것이 바람직하다.
한편 제 1 내지 제 4 전구체 반응부(210, 220, 230, 240)는 각각 예를 들어 진공 펌프일 수 있는 펌프(216, 226, 236, 246)가 구비되어 있다. 이들 펌프(216, 226, 236, 246)를 작동시켜, 전구체가 합성되는 반응 공간(211a, 221a, 231a, 241a)의 압력이 10- 2Torr 이상의 고-진공 상태로 유지시켜, 반응부(210, 220, 230, 240) 내부의 습기 및 불순물을 제거할 수 있다. 그뿐만 아니라 제 1 내지 제 4 전구체 반응부(210, 220, 230, 240)로 전구체를 합성하기 위한 시약 들이 반응부(210, 220, 230, 240) 내부-외부 압력 차이로 인하여 반응부(210, 220, 230, 240) 내부로 자연적으로 유입될 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 제 1 내지 제 4 전구체 반응부(210, 220, 230, 240)에서 양자점 코어, 버퍼층 및/또는 셀을 구성할 수 있는 각각의 전구체가 합성될 수 있다. 예를 들어 제 1 전구체 반응부(210)에서 인듐 전구체가 합성되고, 제 2 전구체 반응부(220)에서 셀레늄 전구체가 합성되며, 제 3 전구체 반응부(230)에서 아연 전구체가 합성되고, 제 4 전구체 반응부(240)에서 황 전구체가 합성될 수 있다.
제 1 전구체 반응부(210)에서는 인듐 염과 같은 인듐 전구체 용액이 충전될 수 있다. 인듐 염의 예는 그 음이온이 아세테이트산염 또는 다른 카르복실산염(예를 들어 포름산염, 데칸산염, 및 대략 탄소수 5 ~ 30인 알칸산염 또는 알켄산염, 옥살산염, 말레산염, 아디프산염등), 아세틸아세트산염, 질산염(nitrates), 아질산염(nitrites), 황산염(sulfates), 아황산염(sulfites), 과염소산염(perchlorates), 염소산염( chlorates), 탄산염(carbonate), 카르밤산염(carbamate), 치환된 인산염 및 헥사플루오로인산염을 포함하는 인산염(phosphates), 불화물(fluoride), 염화물(chloride), 브롬화물(bromide), 요오드화물(iodide), 수산화물(hydroxide), 테트라플루오로붕산염과 같은 치환된 붕산염을 포함하는 붕산염(borates)을 포함한다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 제 1 전구체 반응부(210)로 인듐 염이 제 1 전구체 반응부(210)의 반응 공간(211a)으로 첨가·충전되고, 교반 수단(212)에 의해 교반되고, 가스 주입구(214)를 통하여 도입된 질소 가스 분위기에서 카드뮴 전구체를 합성한다. 카드뮴 전구체를 얻을 수 있도록 오일과 같은 열처리 수단(211b)을 이용하여 제 1 전구체 반응부(210)는 150 ~ 250℃의 온도로 열처리되고, 30분 이상 반응물을 반응시킨 뒤에 냉각한다.
제 2 전구체 반응부(220)에서는 셀레늄 염, 예를 들어 탄소수 1 내지 20의 알킬기로 치환되어 있는 포스핀 염, 예를 들어 트리스(트리메틸실리)포스핀, 트리옥티포스핀셀리늄, 트리알킬포스핀 셀레늄 또는 셀레늄 다이옥사이드와 같은 셀레늄 전구체 용액이 충전될 수 있다. 예를 들어 셀레늄과, 트리-n-옥틸포스핀(tri-n-옥틸포스핀, tri-n-octyl phosphine, TOP)을 제 2 전구체 반응부(220)의 반응 공간(221a)으로 첨가, 충전하고, 교반 수단(222)에 의해 이들 반응물을 교반한다. 가스 주입구(224)를 통하여 도입된 질소 가스 분위기에서 셀레늄 전구체를 합성한다. 셀레늄 전구체를 얻을 수 있도록 오일과 같은 열처리 수단(221b)을 이용하여 제 2 전구체 반응부(220)는 150 ~ 250℃의 온도로 열처리되고, 30분 이상 반응물을 반응시킨 뒤에 냉각한다.
제 3 전구체 반응부(230)에서는 아연 염·아연 옥사이드·유기 아연(organo zinc)과 같은 아연 전구체 용액이 충전될 수 있다. 아연 염의 예는 그 음이온이 아세테이트산염 또는 다른 카르복실산염(예를 들어 포름산염, 데칸산염, 및 대략 탄소수 5 ~ 30인 알칸산염 또는 알켄산염, 옥살산염, 말레산염, 아디프산염 등), 아세틸아세트산염, 질산염(nitrates), 아질산염(nitrites), 황산염(sulfates), 아황산염(sulfites), 과염소산염(perchlorates), 염소산염( chlorates), 탄산염(carbonate), 카르밤산염(carbamate), 치환된 인산염 및 헥사플루오로인산염을 포함하는 인산염(phosphates), 불화물(fluoride), 염화물(chloride), 브롬화물(bromide), 요오드화물(iodide), 수산화물(hydroxide), 테트라플루오로붕산염과 같은 치환된 붕산염을 포함하는 붕산염(borates)을 포함한다. 유기 아연으로서 디에틸 아연이 특히 사용될 수 있지만, 그 외에도 유기 모이어티(organic moiety)가 메틸·에틸·부틸·페닐 및 이들의 조합일 수 있는 다른 유기 아연이 또한 사용될 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 제 3 전구체 반응부(230)로 아연 염, 예를 들어 올레산 아연과 같은 아연 전구체 용액이 충전될 수 있다. 구체적으로 아연 옥사이드, 올레산(oleic acid, OA), 1-옥타데센(1-octadecene, ODE), 1-도데칸티올(1-Dodecanethio)을 제 3 전구체 반응부(230)의 반응 공간(231a)으로 첨가, 충전하고, 교반 수단(232)에 의해 이들 반응물을 교반한다. 이어서 가스 주입구(234)를 통하여 도입된 질소 가스 분위기에서 아연 전구체를 합성한다. 아연 전구체를 얻을 수 있도록 오일과 같은 열처리 수단(231b)을 이용하여 제 3 전구체 반응부(230)는 270 ~ 330℃, 바람직하게는 280 ~ 320℃의 온도로 열처리되고, 30분 이상 반응물을 반응시킨 뒤에 냉각한다.
제 4 전구체 반응부(240)에서는 황화물 염, 예를 들어 탄소수 1 내지 20의 알킬기로 치환되어 있는 포스핀 염, 예를 들어 트리알킬포스핀 황화물 염이나, 1-옥타데센 황화물(1-octadecene sulfide, ODES), 트리옥틸포스핀 황화물과 같은 탄소수 5 ~ 30의 지방족 또는 방향족 알켄 황화물 염을 포함하는 황 전구체 용액이 충전될 수 있다. 예를 들어 황과, 트리옥틸포스핀 황화물를 제 4 전구체 반응부(240)의 반응 공간(241a)으로 첨가·충전하고, 교반 수단(242)에 의해 이들 반응물을 교반한다. 이어서 가스 주입구(244)를 통하여 도입된 질소 가스 분위기에서 황 전구체를 합성한다. 황 전구체를 얻을 수 있도록 오일과 같은 열처리 수단(241b)을 이용하여 제 4 전구체 반응부(240)는 150 ~ 250℃의 온도로 열처리 되고, 30분 이상 반응물을 반응시킨 뒤에 냉각한다.
도 2에서는 예시적으로 4개의 반응부(210, 220, 230, 240)로 구성되는 전구체 반응부(200)를 예시하고 있으나, 전구체 반응부(200)를 구성하는 반응부의 개수는 합성하고자 하는 양자점의 종류 및 양자점의 구조 등에 따라서 이들 전구체 반응부의 개수는 달라질 수 있으며, 각각의 전구체 반응부에 인가되는 열처리 온도의 범위도 달라질 수 있다.
계속해서 전술한 전구체 반응부(200)를 통하여 얻어진 전구체 용액을 이용하여 코어-쉘(선택적으로 코어와 쉘 사이의 버퍼층 구비) 구조의 양자점을 합성하기 위한 코어/쉘 반응부(300)의 구성에 대해서 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 양자점 합성 장치를 구성하는 코어 및 쉘 반응부의 구성을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 코어/쉘 반응부(300)는 크게 전구체 반응부(200, 도 2 참조)에서 얻어진 양자점 전구체 용액과, 양자점 코어 합성 용액이 반응하여 양자점 코어를 형성하는 코어 반응부(400)와, 코어 반응부(400)에서 합성된 양자점 코어와 양자점 쉘 합성 용액이 반응하여 코어-쉘 구조의 양자점 또는 코어-버퍼층-쉘 구조의 양자점을 합성하는 쉘 반응부(500) 및 합성된 양자점 코어에 마이크로파를 공급하여 양자점 코어의 응집을 방지하는 마이크로파 공급부(미도시)를 포함한다.
상기 코어 반응부(400)는 전구체 반응부(200, 도 2 참조)로부터 공급되는 전구체 용액과 코어 합성 용액이 반응할 수 있도록 고온으로 열처리되는 가열용 반응기일 수 있는 제 1 코어 반응부(410)와, 제 1 코어 반응부(410)에서 합성된 양자점 코어를 냉각시키는 냉각용 반응기일 수 있는 제 2 코어 반응부(460)를 포함한다. 전구체 반응부(200, 도 2 참조)에서 합성된 전구체 용액은 전구체 이송라인(250a, 250b, 250c, 250d, 도 2 참조)과 연결되는 전구체 공급 라인(412)을 통하여 제 1 코어 반응부(410)의 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)로 공급되고, 양자점 코어 합성 용액은 전구체 공급 라인(412)과 독립적으로 형성되는 코어 주입부(414)를 통하여 제 1 코어 반응부(410)의 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)로 주입된다.
상기 전구체 공급 라인(412) 및 코어 주입부(414)를 통하여 각각 공급·주입되는 전구체 용액과 코어 합성 용액이 혼합되는 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)는 곡면 형상을 가지는 유리관 형상일 수 있다. 이에 따라 전구체 용액과 양자점 코어 합성 용액이 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)를 순환하면서 교반할 수 있도록 구현된다. 전구체 용액과 양자점 코어 합성 용액이 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)로의 주입 및 순환을 위하여, 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)의 양단에는 각각 순환 조절 밸브(422, 424)가 위치하고 있다. 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)의 전체 길이나 내경, 및 순환 조절 밸브(422, 424)의 개폐에 따른 상기 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420) 내에서 전구체 용액과 양자점 코어 합성 용액의 순환 시간, 즉 반응 시간을 조절하여 원하는 파장 대역의 양자점 코어를 합성할 수 있다. 아울러 도 7 및 도 8에 나타난 바와 같이, 코어 혼합부의 하단에 순환펌프를 설치하여 양자점의 순환을 원활하게 함과 동시에 원료가 정체되어 발생하는 양자점 응집현상을 최소화 할 수 있다.
나노 소재와 관련해서, 반도체 물질을 구성하는 전자와 홀이 쿨롱 인력으로 결합한 상태인 엑시톤(exciton)의 반지름보다 양자점의 크기가 작아지면, 반도체 물질을 구성하는 전자의 움직임이 공간적으로 제한을 받은 양자구속효과(quantum confinement effect)가 발생한다. 이러한 양자 구속효과에 의하여 불연속적인 양자화 된 에너지 준위가 나타나는데, 양자점은 크기와 모양에 따라 에너지 밴드 갭(Band gap, Eg)이 변하는 특성을 가지고 있다. 즉 양자점의 크기가 작아질수록 엑시톤 전이 에너지가 커지므로, 양자점의 크기를 제어하여, 에너지 밴드갭을 가시광선 영역을 넘어 자외선·적외선 영역까지 폭넓게 변화시킬 수 있다. 일반적으로 양자점과 같은 나노소재 입자의 결정 성장 시간이 증가하면서 양자점의 크기가 증가하여, 양자점의 형광 색깔이 청색에서 적색으로 바뀌고, 흡수 및 형광 스펙트럼이 장파장으로 이동한다.
또한 상기 양자점은 코어-쉘 구조를 가지고 있으며, 쉘이 형성되기 전의 양자점 코어는 반데르발스힘 또는 장전기적 인력에 의하여 응집되려는 성질을 가지고 있다. 이 때문에 양자점이 응집되어 합성되는 경우 양자점의 효율이 떨어지는 결과를 가져올 수 있다. 이를 방지하기 위하여 본 발명에서는 마이크로파 공급장치를 이용하여 합성되는 양자점 코어를 일종의 들뜬 상태로 유지하고 있으며, 이러한 들뜬상태에서는 반데르발스힘 또는 장전기적 인력보라 양자점이 가지는 에너지 준위가 높아짐에 따라 양자점의 응집을 최소화 할 수 있다. 이때 상기 마이크로파 공급부는 파장이 12~30cm인 마이크로파를 100~500W의 출력으로 공급하는 것이 바람직하다. 일반적으로 공업용 또는 가정용으로 사용되는 마이크로파 공급장치는 무선과의 혼선 및 장치 외부로의 영향을 최소화하기 위하여 파장이 12~30cm인 장치만이 허가되어 판매되고 있다. 또한 상기 마이크로파의 출력이 100W미만 인 경우 양자점 코어의 응집을 저해하는 효과를 가질 수 없으며, 500W를 초과하는 출력으로 마이크로파를 공급하는 경우 양자점에 가해지는 에너지의 양이 높아짐에 따라 양자점이 분해될 수 있다.
상기 마이크로파 공급부는 상기 코어반응부 및 쉘반응부의 외측에 일정한 각도를 가지고 2~10개가 동일한 간격으로 배치될 수 있다. 상기 마이크로파의 경우 물에 의한 감쇄가 많아 일면에서 공급하는 경우 양자점 점체에 원하는 에너지를 공급하지 못할 수 있다. 또한 위에서 살펴본 바와 같이 일정량 이상의 출력으로 마이크로파를 공급하는 경우 양자점 코어가 분해될 수 있다. 따라서 적절한 출력으로 양자점 코어 점체에 에너지를 공급하기 위하여 상기 코어반응부 및 쉘반응부의 외측에 일정한 각도를 가지고 2~10의 마이크로파 공급부를 동일한 간격으로 배치하는 것이 바람직하다. 특히 120°의 각도를 가지도록 3개를 등 간격으로 배치하는 것이 가장 바람직하며, 응집이 많아져 더욱 많은 양의 마이크로파 조사가 필요한 경우 90°의 각도를 가지도옥 4개의 마이크로파 공급부를 원형으로 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 전구체 용액과 양자점 코어 합성 용액이 혼합·반응하는 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)의 길이·내경을 조절하고/조절하거나, 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)의 양단에 배치되는 순환 조절 밸브(422, 424)의 개폐 시간을 조정하는 방법으로 양자점 코어의 입자 크기를 제어할 수 있다.
예를 들어, 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)로 공급·주입되는 전구체 용액과 양자점 코어 합성 용액과 같은 반응물의 총량이 500 mL일 경우, 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)의 내경은 대략 1 ~ 5㎝, 바람직하게는 2 ~ 4㎝, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 3.5㎝이며, 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)인 곡면 형상 코일의 전체 길이는 대략 70 ~ 130㎝, 바람직하게는 80 ~ 120㎝, 더욱 바람직하게는 90 ~ 110㎝일 수 있다. 이때 바람직하게는 코일형상 제 1 코어 혼합부(420)에서 반응물인 전구체 용액과 양자점 코어 합성 용액이 원활하게 혼합·반응할 수 있도록 이들 반응 용액은 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420) 중에 대략 30 ~ 70 부피%, 바람직하게는 40 ~ 60 부피%를 차지할 수 있도록 주입될 수 있다.
한편 제 1 코어 반응부(410)의 측면에는 상기 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)의 외측으로 고온의 열매체, 예를 들어 고온으로 가열된 오일을 공급하는 제 1 열매체 유입 라인(432)과, 제 1 코어 반응부(410)의 내부를 순환한 열매체를 외부로 방출하는 제 1 열매체 배출 라인(434)이 구비되어 있다. 열매체의 유입과 배출에 의하여 제 1 코어 반응부(410)를 구성하는 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)의 온도를 상승시킬 수 있다. 이에 따라 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)로 유입된 전구체 용액과 양자점 코어 합성 용액의 반응에 의하여 양자점 코어를 합성할 수 있다.
예를 들어, 하나의 예시적인 실시형태에 따라 양자점 코어로서 제 1 코어 반응부(410)의 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)에서 전구체 용액과 양자점 코어 합성 용액이 반응하여 원하는 양자점 코어를 합성할 수 있도록, 전구체 용액과 양자점 코어 합성 용액은 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)에서 60분 이하, 바람직하게는 30분 이하의 시간 동안 100 ~ 300℃, 바람직하게는 100 ~ 200℃의 온도에서 반응할 수 있다.
전술한 반응 온도 및 반응 시간에 따라, 합성되는 양자점 입자의 크기를 제어할 수 있어서 양자점의 발광 스펙트럼을 제어할 수 있다. 반응 온도 및/또는 반응 시간이 길어질수록 양자점 코어 입자가 성장하고 입자 크기에 따라 발광 스펙트럼의 파장이 변하게 된다. 반응 온도 및/또는 반응 시간이 전술한 범위 미만인 경우에는 양자점 코어의 성장이 일어나지 않을 수 있으며, 반응 온도 및/또는 반응 시간이 전술한 범위를 초과하면 양자점 입자가 매우 커지기 때문에 디스플레이용 발광체로서 적합하지 않는 문제가 발생할 수 있다.
전구체 용액과 양자점 코어 합성 용액의 혼합 및 반응에 의하여 양자점 코어가 합성되면, 코일 형상 제 1 코어혼합부(420)의 하류에 위치한 순환 조절 밸브(426)를 개폐한다. 이에 따라, 고온으로 가열된 양자점 코어가 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)의 하류에 연결된 제 1 코어 배출 라인(426)을 통하여 제 1 코어 반응부(410)에서 배출된다. 제 1 코어 배출 라인(426)은 밸브(450)를 통하여 코어 유입 라인(462)으로 연결되어 있으며, 코어유입 라인(462)은 제 2 코어 반응부(460) 내부에 배치되어 있는 코일 형상 제 2 코어 혼합부(470)에 연결되어 있다. 제 2 코어 반응부(460) 내부의 코일 형상 제 2 코어 혼합부(470)로 유입되는 양자점 코어를 냉각시킬 수 있도록, 제 2 코어 반응부(460)의 측면에 코일 형상 제 2 코어 혼합부(470)의 외측으로 냉매, 예를 들어 냉각수를 공급하는 냉매 유입 라인(482)과, 제 2 코어 반응부(460)의 내부를 순환한 냉매를 외부로 발출하는 냉매 배출 라인(484)이 구비되어 있다. 냉매의 유입과 배출에 의하여 제 2 코어 반응부(460)를 구성하는 코일 형상 제2 코어 혼합부(470)의 온도를 조절할 수 있다. 예를 들어 냉매의 유입에 의하여 코일 형상 제 2 코어 혼합부(470)의 온도를 5 ~ 20℃로 하강하여, 제 1 코어 반응부(410)로부터 유입된 양자점 코어를 냉각시킬 수 있다.
계속해서 코어 반응부(400)와 연속적으로 연결될 수 있는 쉘 반응부(500)에 대해서 설명한다. 쉘 반응부(500)는 코어 반응부(400)로부터 공급되는 양자점 코어 용액과, 양자점 쉘 합성 용액이 반응할 수 있도록 고온으로 열처리되는 가열용 반응기일 수 있는 제 1 쉘 반응부(510)와, 제 1 쉘 반응부(510)에서 합성된 양자점 쉘을 냉각시키는 냉각용 반응기일 수 있는 제 2 쉘 반응부(560)를 포함한다.
코어 반응부(400)에서 합성된 양자점 코어 용액은 제 2 코어 반응부(460) 내부에 위치하는 코일 형상 제 2 코어 혼합부(570)의 하류에 연결되는 코어 배출 라인(476)을 통하여 제 1 쉘 반응부(510)로 공급된다. 코어 배출 라인(476)은 밸브(490)를 통하여 코어 공급 라인(512)으로 연결되며, 코어 공급 라인(512)은 제 1 쉘 반응부(510) 내부에 위치하는 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(520)의 상류에 연결되어 있다. 한편 양자점 쉘 합성 용액은 코어 공급 라인(512)과 독립적으로 형성되는 쉘 주입부(514)를 통하여 제 1 쉘 반응부(510)의 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(520)로 주입된다.
상기 코어 공급 라인(512) 및 쉘 주입부(514)를 통하여 각각 공급·주입되는 양자점 코어 용액과 양자점 쉘 합성 용액이 혼합되는 코일 형상 제 1 코어 혼합부(420)는 곡면 형상을 가지는 유리관 형상일 수 있다. 이에 따라 코어 공급 라인(512)을 통하여 공급되는 양자점 코어 용액과, 쉘 주입부(514)를 통하여 주입된 양자점 쉘 합성 용액이 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(520)를 순환하면서 교반할 수 있도록 구현된다. 양자점 코어 용액과 양자점 쉘 합성 용액이 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(520)로의 주입 및 순환을 위하여, 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(520)의 양단에는 각각 순환 조절 밸브(522, 524)가 위치하고 있다. 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(520)의 전체 길이나 내경, 및 순환 조절 밸브(522, 524)의 개폐에 따른 상기 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(520) 내에서 양자점 코어 용액과 양자점 쉘 합성 용액의 순환 시간, 즉 반응 시간을 조절하여 원하는 파장 대역의 양자점 코어를 합성할 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에 따르면, 양자점 코어 용액과 양자점 쉘 합성 용액이 혼합·반응하는 상기 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(520)의 길이·내경을 조절하고/조절하거나, 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(520)의 양단에 배치되는 순환 조절 밸브(522, 524)의 개폐 시간을 조정하는 방법으로 양자점 코어의 입자 크기를 제어할 수 있다.
예를 들어 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(520)로 공급·주입되는 양자점 코어 용액과 양자점 쉘 합성 용액과 같은 반응물의 총량이 500mL일 경우, 코일 형상 제 2 코어 혼합부(520)의 내경은 대략 1 ~ 5㎝, 바람직하게는 2 ~ 4㎝, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 3.5㎝이며, 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(520)인 곡면 형상 코일의 전체 길이는 대략 70 ~ 130㎝, 바람직하게는 80 ~ 120㎝, 더욱 바람직하게는 90 ~ 110 ㎝일 수 있다. 이때 바람직하게는 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(520)에서 반응물인 양자점 코어 용액과 양자점 쉘 합성 용액이 원활하게 혼합·반응할 수 있도록 이들 반응 용액은 코일 형상 제 1 코어 혼합부(520) 중에 대략 30 ~ 70 부피%, 바람직하게는 40 ~ 60부피%를 차지할 수 있도록 주입될 수 있다.
한편 제 1 쉘 반응부(510)의 측면에는 상기 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(420)의 외측으로 고온의 열매체, 예를 들어 고온으로 가열된 오일을 공급하는 제 2 열매체 유입 라인(532)과, 제 1 쉘 반응부(410)의 내부를 순환한 열매체를 외부로 방출하는 제 2 열매체 배출 라인(534)이 구비되어 있다. 열매체의 유입과 배출에 의하여 제 1 쉘반응부(510)를 구성하는 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(520)의 온도를 상승시킬 수 있다. 이에 따라 코일 형상 제 1쉘 혼합부(520)로 유입된 양자점 코어 용액과 양자점 쉘 합성 용액의 반응에 의하여 양자점 쉘을 합성할 수 있다. 전술한 것과 같이, 필요한 경우에 양자점 쉘을 합성하기 전에 양자점 코어 용액과 양자점 버퍼 합성 용액이 먼저 반응하여 1층 이상의 양자점 버퍼층을 형성할 수도 있다.
예를 들어 하나의 예시적인 실시형태에 따라 합성하고자 하는 경우를 설명한다. 먼저 제 1 쉘 반응부(510)의 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(520)에 코어 반응부(400)에서 합성된 양자점 코어 용액과 양자점 버퍼층 합성 용액이 먼저 반응하여 양자점 버퍼층을 형성할 수 있도록, 양자점 코어 용액과 양자점 버퍼층 합성 용액이 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(520)에서 60분 이하, 바람직하게는 30분 이하의 시간 동안 200 ~ 300℃의 온도에서 반응할 수 있다. 이 경우 양자점 버퍼층은 1층 이상 적층될 수 있으며, 예를 들어 1 ~ 5 층 가량 적층될 수 있다. 양자점 버퍼층이 형성되면, 쉘 공급 라인(512)을 통하여 양자점 쉘 합성 용액을 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(520)에 주입하고, 예를 들어 60분 이하, 바람직하게는 30분 이하의 시간 동안 200 ~ 300℃의 온도에서 반응시킨다. 양자점 버퍼층과 유사하게, 양자점 쉘은 1층 이상 형성될 수 있으며, 예를 들어 1 ~ 5층의 양자점 쉘이 적층될 수 있다.
전술한 반응 온도 및 반응 시간에 따라, 합성되는 양자점 입자의 크기를 제어할 수 있어서 양자점의 발광 스펙트럼을 제어할 수 있다. 반응 온도 및/또는 반응 시간이 길어질수록 양자점 코어 입자가 성장하고 입자 크기에 따라 발광 스펙트럼의 파장이 변하게 된다. 반응 온도 및/또는 반응 시간이 전술한 범위 미만인 경우에는 양자점 코어의 성장이 일어나지 않을 수 있으며, 반응 온도 및/또는 반응 시간이 전술한 범위를 초과하면 양자점 입자가 매우 커지기 때문에 디스플레이용 발광체로서 적합하지 않는 문제가 발생할 수 있다.
양자점 코어 용액과 양자점 쉘 합성 용액, 선택적으로 양자점 버퍼층 합성 용액의 혼합 및 반응에 의하여 양자점 버퍼층 및 양자점 쉘이 합성되면, 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(520)의 하류에 위치한 순환 조절 밸브(526)를 개폐한다. 이에 따라, 고온으로 가열된 양자점 쉘이 코일 형상 제 1 쉘 혼합부(520)의 하류에 연결된 쉘 배출 라인(526)을 통하여 제 1 쉘 반응부(510)에서 배출된다. 쉘 배출 라인(526)은 밸브(550)를 통하여 쉘 유입 라인(562)으로 연결되어 있으며, 쉘 유입 라인(562)은 제 2 쉘 반응부(560) 내부에 배치되어 있는 코일 형상 제 2쉘 혼합부(570)에 연결되어 있다. 제 2 쉘 반응부(560) 내부의 코일 형상 제 2 쉘 혼합부(570)로 유입되는 양자점 코어-쉘(필요한 경우 양자점 코어-버퍼층-쉘)을 냉각시킬 수 있도록, 제 2 쉘 반응부(560)의 측면에 코일 형상 제 2 쉘 혼합부(570)의 외측으로 냉매, 예를 들어 냉각수를 공급하는 제 2 냉매 유입 라인(582)과, 제 2 쉘반응부(560)의 내부를 순환한 냉매를 외부로 발출하는 제 2 냉매 배출 라인(584)이 구비되어 있다. 냉매의 유입과 배출에 의하여 제 2 쉘 반응부(560)를 구성하는 코일 형상 제 2 쉘 혼합부(570)의 온도를 조절할 수 있다.
예를 들어 냉매의 유입에 의하여 코일 형상 제 2 쉘 혼합부(570)의 온도를 5 ~ 20℃로 하강하여, 제 1 쉘 반응부(510)로부터 유입된 코어-쉘 구조의 양자점(선택적으로 코어-버퍼층-쉘 구조의 양자점)을 냉각시킬 수 있다.
제 2 쉘 반응부(560)에서 냉각된 코어-쉘 구조의 양자점은 코일 형상 제 2 셀 혼합부(570)의 하류에 연결되는 양자점 배출 라인(576)을 통하여 외부로 배출된다. 양자점 배출 라인(576)을 통하여 냉각된 양자점의 배출을 제어할 수 있도록 양자점 배출 라인(576)에 밸브(590)가 위치할 수 있다. 배출된 양자점은 입도 분포 처리되어 적절한 크기의 양자점만을 분리할 수 있을 것이다.
도 3에 도면으로 도시하지는 않았으나, 전구체 공급 라인(412)과 코어 주입부(414) 사이 및/또는 코어 공급 라인(512)과 쉘 주입부(514) 사이를 시린지 펌프로 연결하여, 전구체 용액, 양자점 코어 합성 용액 및/또는 양자점 버퍼층 또는 쉘 합성 용액이 연속적으로 일정량 제 1 쉘 반응부(410)로 공급·주입될 수 있도록 구현할 수 있다.
또한 도면으로 도시하지는 않았지만, 제 1 코어 반응부(410), 제 2 코어 반응부(460), 제 1 쉘 반응부(510) 및 제 2 쉘 반응부(560)는 진공 펌프와 같은 펌프가 구비되어, 양자점 코어, 버퍼층 및/또는 쉘이 합성되기 전의 이들 반응부의 압력을 10- 2Torr 이상의 고-진공 상태로 유지할 수 있다. 이에 따라 이들 반응부(410, 460, 510, 560) 내부의 습기 및 불순물을 제거할 수 있으며, 양자점 코어·버퍼층 및/또는 쉘을 합성하기 위한 용액이 이들 반응부(410, 460, 510, 560) 내부로 주입될 때, 반응부 내부 및 외부의 압력 차이로 인하여 이들 용액이 반응부(410, 460, 510, 560) 내부로 신속하게 유입될 수 있을 것이다.
그뿐만 아니라 제 1 코어 반응부(410), 제 2 코어 반응부(460), 제 1 쉘 반응부(510) 및 제 2 쉘 반응부(560)의 전면과 후면에는 각각 유체센서 또는 압력센서(미도시)가 부착되어, 반응 용액이 유입되는 것을 확인할 수 있으며, 이들 반응 용액이 역류되지 않도록 구성할 수 있다.
아울러 이들 반응부(410, 460, 510, 560)는 각각 필요한 경우에 가스 주입부(미도시)를 구비하여 수분이 제거된 질소가스와 같은 비활성 가스가 이들 반응부(410, 460, 510, 560)로 유입될 수 있도록 구성할 수 있다. 이에 따라 이들 반응부(410, 460, 510, 560) 내부로 주입된 반응물이 산화되는 것을 방지할 수 있으며, 반응물이 이들 반응부(410, 460, 510, 560) 내부에 각각 형성되는 코일 형상 혼합기(420, 470, 520, 570)를 원활하게 통과할 수 있도록 구현할 수 있다. 이때 비활성 가스는 대략 0.2L/min 이상, 예를 들어 0.2 내지 2.0L/min 이상으로 주입될 수 있다.
이때 제 1 코어 반응부(410) 및 제 1 쉘 반응부(510)와 같은 가열용 반응부로 질소가스를 유입하는 가스 공급 라인(미도시)은 해당 반응부와 실질적으로 동일한 온도인 상온 내지 400℃로 둘러싸여 있으므로, 질소가스가 반응 용액과 접촉할 때 질소가스의 온도에 의해 반응 용액의 특성이 변하는 것을 최소화할 수 있다. 또한 제 2 코어 반응부(420) 및 제 2 쉘 반응부(520)와 같은 냉각용 반응부로 유입되는 질소가스를 유입하는 가스 공급 라인(미도시)은 해당 반응부와 실질적으로 동일한 온도인 5 ~ 20℃ 이하로 둘러싸여 있을 수 있다.
또한 도 7 및 도 8에 나타난 바와 같이 본 발명에 의한 양자점 합성장치는 다수개의 코일형 반응기로 구성되는 가열부 및 코일형 냉각기를 포함할 수 있다. 코일형 반응기의 경우 위에서 살펴본 바와 같이, 양자점 코어의 응집을 방지할 수 있으며, 반응이 완료된 양자점 혼합물을 바로 냉각기에 투입하는 것으로 반응종결시점에서 더 이상의 부반응이 나타나지 않도록 할 수 있다.
본 발명은 또한 내부에 각각 양자점(quantum dot, QD) 전구체 용액이 충전될 수 있으며, 각각 열처리 수단에 의해 가열될 수 있는 제 1 전구체 반응부 내지 제 4 전구체 반응부를 포함하는 전구체 반응부에 양자점 전구체 성분을 반응시켜 양자점 전구체 용액을 얻는 단계로서, 150 ~ 250℃의 온도로 열처리되는 제 1 전구체 반응부와 150 ~ 250℃의 온도로 열처리되는 제 2 전구체 반응부는 양자점 코어의 제 1 전구체 및 제 2 전구체를 각각 합성하고, 270 ~ 330℃의 온도로 열처리되는 제 3 전구체 반응부와 150 ~ 250℃의 온도로 열처리되는 제 4 전구체 반응부는 양자점쉘의 제 1 전구체 및 제 2 전구체를 각각 합성하여 양자점 전구체 용액을 얻는 단계; 상기 제 1 및 제 2 전구체 반응부에서 각각 합성된 양자점 코어 전구체 용액과, 상기 양자점 코어 전구체 용액과 독립적으로 공급되며, 1-옥타데센, 트리-n-옥틸포스핀 옥사이드 및 올레일 아민의 혼합 용액인 양자점 코어(core) 합성 용액을 코어 반응부 내부에 위치하는 코일 형상 코어 혼합부에 주입하는 단계; 및 상기 코어 반응부에서 합성된 양자점 코어와, 상기 코어 반응부에서 합성된 양자점 코어와 독립적으로 상기 제3 및 제 4 전구체 반응부로부터 각각 공급된 양자점 쉘(shell) 합성 용액을 쉘 반응부 내부에 위치하는 코일 형상 쉘 혼합부에 주입하여 코어-쉘 구조의 양자점을 합성하는 단계를 포함하며, 상기 코일 형상 코어 혼합부에 주입하는 단계 및 코어-쉘 구조의 양자점을 합성하는 단계의 양자점 코어에 마이크로파를 공급하여 양자점 코어의 응집을 방지하는 것을 특징으로 하는 상기 양자점 합성 장치를 이용한 양자점 합성방법에 관한 것이다.
상기 양자점 코어를 합성하는 단계는, 상기 양자점 코어 전구체 용액과 상기 양자점 코어 합성 용액을 100 ~300℃의 온도로 열처리된 코일 형상 제 1 코어 혼합부에 주입하는 단계; 상기 코일 형상 제 1 코어 혼합부를 통하여 합성된 상기 양자점 코어를 5 ~ 20℃ 범위의 온도로 조절되어 있는 코일 형상 제 2 코어 혼합부에 주입하여 상기 양자점 코어를 냉각하는 단계; 및 상기 제1 및 제2코어 혼합부에 12~30cm인 마이크로파를 100~500W의 출력으로 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 코어-쉘 구조의 양자점을 합성하는 단계에서, 상기 양자점 코어와 상기 양자점 쉘 사이에 적층되는 1개 이상의 양자점 버퍼층이 더욱 합성될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
실시예 1 발광파장이 615nm인 InP/ZnSe/ZnSe/Zns의 합성
(1) 전구체 합성
도 2에 도시된 것과 같은 전구체 반응부(200)를 구성하는 각각의 전구체 반응부에 양자점을 합성하기 위한 전구체를 첨가하였다. 제 1 전구체 반응부(210)에 인듐 0.432g, 염화아연 8.25mL, 올레아민 24.25mL을 첨가하였다. 제 2 전구체 반응부(220)에는 트리스(디메틸아미노)포스핀 5.50 mL, 트리옥틸포스핀-셀레늄 0.50g,를 첨가하였다. 제 3 전구체 반응부(230)에는 아연, 0.50g 1-옥타데센 15.05mL, 트리옥틸포스핀-셀레늄 0.50g을 첨가하였으며, 제4 전구체 반응부(240)에는 아연 0.294 g, 1-옥타데센 18.01mL, 1-도데칸디올 91.81mL을 첨가하였다. 교반기를 이용하여 각각의 전구체 반응부를 1000 rpm 이상으로 교반하고, 진공 펌프를 동작시켜 각각의 전구체 반응부 내부의 압력을 10-2Torr 이상으로 유지하여 첨가된 각각의 시약과 반응부 내부의 습기 및 불순물을 휘발시켰다. 30분 이상 압력과 온도를 유지한 뒤, 각각의 반응부를 가열할 오일 히터를 동작하였다. 이때 진공 펌프의 동작을 중단하고, 수분이 제거된 질소 가스를 0.2L/min 이상으로 각각의 전구체 반응부 내부에 주입하였다. 각각의 전구체 반응부에 동시에 질소가스를 주입하고, 반응부 전체의 반응 시간을 일치시킬 수 있도록 제 1 전구체 반응부(210)는 100℃, 제 2 전구체 반응부(220)는 200℃, 제 3 전구체 반응부(230)는 300℃, 제 4 전구체 반응부(240)는 250℃의 오일 히터를 이용하여 30분 동안 가열하였다.
(2) 양자점 코어 합성
전구체 용액을 각각 30분 반응 후 반응부 하부의 코크(배출밸브)를 개방하여 오일 히터에 의하여 열처리될 수 있는 코일 형상 곡면 유리관 혼합기가 구비된 제 1 코어 반응부(410)로 전구체 용액을 이송하고, 코어 합성 용액과 전구체 반응물이 혼합하여 CdSe 코어가 합성되도록 하였다(도 3, 도 7 및 도8참조). 구체적으로, 제 1 전구체 반응부(210)에서 합성된 전구체 용액 4.80mL를 제 1 코어 반응부(410)의 코일 형상 제 1 코어 혼합기(420)로 주입하고, 코어 합성 용액인 ODE 24.0mL, TOPO(90%) 3.30mL, OLA(70%) 9.0mL를 코어용 용액 주입구를 통하여 코일 형상 제 1 코어 혼합기(420)로 주입하고 순환 조절 밸브를 닫았다. 발광 파장이 480㎚인 양자점 코어가 안정적으로 합성될 수 있도록 코일 형상 제 1 코어 혼합기(420)의 주변으로 순환되는 오일의 온도를 220℃로 조정하고, 전구체 용액과 코어 합성 용액에 대한 별도의 반응 유지 시간을 부여하지 않고 바로 전구체 용액과 코어 용액이 순환되면서 양자점 코어가 합성되도록 하였다. 이때 코어 반응부 주변에는 120°의 각도로 3개의 마이크로파 공급기(파장 25cm 300W출력)를 설치하여 반응이 완료될때 까지 마이크로파를 공급하였다. 원하는 파장의 양자점 코어가 만들어지면 나노크기의 양자점 코어가 온도 차이에 의해 석출될 수 있도록 밸브를 열어, 코일 외부에 10~15℃로 유지되는 오일 또는 물이 순환되는 제 2 코어 반응부(460)로 합성된 양자점 코어를 이송하였다. 냉매의 온도가 안정화될 때까지 제 2 코어 반응부(460)에서 합성된 양자점 코어를 냉각하였다.
(3) 코어-쉘 구조의 양자점 합성
제 2 코어 반응부(460)에서 냉매의 온도가 안정화된 뒤에, 제 2 코어 반응부(420)의 밸브를 열어 양자점 코어용액을 230℃의 오일 히터로 가열된 제 1 쉘 반응부(510)로 이송하고, 코일 형상 제 1 쉘 혼합기(520)에 주입하였다. 양자점 코어 용액이 제 1 쉘 반응부(510)로 주입되는 것과 동시에, 양자점 버퍼층을 합성하기 위하여 ODE 95.0mL, OLA 19.0mL과, 제 1 전구체 반응부(210)에서 합성된 제1전구체 용액 1.95mL, 제 3 전구체 반응부(230)에서 합성된 제3전구체 용액 3.85mL를 용액 주입구를 통하여 제 1 쉘 반응부(510)의 코일 형상 곡면 쉘 혼합기(520)에 주입하고, 제 1 쉘 반응부(510)의 온도를 270℃로 조정하여 버퍼층을 형성하였다. 버퍼층을 형성하기 위한 합성 용액을 주입하고 15분이 경과하면, 제 4 전구체 반응부(240)에서 합성된 제4전구체용액 5.85mL를 제 1 쉘 반응부(510)에 주입하여 코어 및 버퍼층의 표면에 양자점 쉘이 합성될 수 있도록 하였다. 양자점 쉘이 형성되면 밸브를 열어 합성된 코어-쉘이 석출될 수 있도록 10~15℃로 냉각되어 있는 제 2 쉘 반응부(560)로 반응물을 이송하고, 냉매의 온도가 안정되면 밸브를 열어 양자점을 배출하고, 입도 분리하여 100 mL의 양자점을 얻었다.
실시예 2 발광파장이 526nm인 InP/ZnSe/ZnS의 합성
상기 실시예 1에서 제1전구체로 인듐 0.384g, 1-옥타데센 6.48mL, 올레산 아연 35.84mL, 제2전구체로 트리스(디메틸아미노)포스핀 5.48 mL, 트리옥틸포스핀 15.48 mL, 제3전구체로 트리옥틸포스핀*셀레늄 25.18mL, 트리옥틸포스핀-황 68.71mL을 사용하였으며, 제4전구체를 사용하지 않은 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 마이크로파 공급기를 사용하지 않은 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
비교예 2
상기 실시예 2에서 마이크로파 공급기를 사용하지 않은 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.
실험예
살시 실시예 1(R1), 2(G1) 비교예 1(R2), 2(G2)에서 제작된 양자점을 이용하여 흡수스트럼 및 형광 스펙트럼을 측정하였다. 도 5에 나타난 바와 같이, 마이크로파를 조사하지 않은 경우 흡수스팩트럼이 낮게 나타나고 있었으며, 이는 도6 및 표 1에 나타난 바와 같이 발광스펙트럼의 폭이 넓어지는 것으로 나타났다. 즉 마이크로파를 이용한 경우 양자점의 응집이 줄어들게 되어 더욱 좁은 범위에서 발광을 할 수 있으며(높은 색순도), 높은 흡수율을 가짐에 따라 효율이 뛰어난 양자점의 합성이 가능하다.
최대형광파장(λmax)
(nm)		 반폭치 갚(FWHM)
(nm)
실시예1 526 37
실시예2 615 39
비교예1 258 39
비교예2 624 46
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
100 : 양자점 합성 장치 200: 전구체 반응부
300: 코어/쉘 반응부 400: 코어 반응부
410: 제 1 코어 반응부 420: 코일 형상 제 1 코어 혼합부
460: 제 2 코어 반응부 470: 코일 형상 제 2 코어 혼합부
500: 쉘 반응부 510: 제 1 쉘 반응부
520: 코일 형상 제 1 쉘 혼합부 560: 제 2 쉘 반응부
570: 코일 형상 제 2 쉘 혼합부

Claims (10)

  1. 내부에 양자점(quantum dot, QD) 전구체 용액이 충전될 수 있는 반응 공간을 가지며, 열처리 수단에 의해 가열될 수 있는 제1 및 제2전구체 반응부;
    내부에 양자점 쉘 전구체 용액이 충전될 수 있는 반응 공간을 가지며, 열처리 수단에 의해 가열될 수 있는 제3 및 제4전구체 반응부;
    상기 제1 및 제2전구체 반응부로부터 주입되는 양자점 전구체 용액과, 양자점 코어(core) 합성 용액이 혼합되는 코일 형상 코어 혼합부를 통하여 양자점 코어를 합성하는 코어 반응부;
    상기 코어 반응부에서 합성된 양자점 코어와, 상기 제3 및 제4전구체반응부에서 공급되는 양자점 쉘(shell) 합성 용액이 혼합되는 코일 형상 쉘 혼합부를 통하여 코어-쉘 구조의 양자점을 합성하는 쉘 반응부; 및
    상기 코어 반응부와 상기 쉘 반응부 내의 양자점 코어에 에너지를 공급하여 양자점의 응집을 방지하는 마이크로파 공급부;를 포함하고,
    상기 코어 혼합부의 하단에 순환펌프를 설치하여 양자점의 순환을 원활하게 함과 동시에 원료가 정체되어 발생하는 양자점 응집현상을 최소화하며,
    상기 마이크로파 공급부는 파장이 12~30cm인 마이크로파를 100~500W의 출력으로 공급하고,
    상기 마이크로파 공급부는 상기 코어 반응부 주변에 120°의 각도를 가지도록 3개를 등 간격으로 배치하는 것을 포함하며,
    상기 제 1 전구체 반응부에 인듐, 염화아연 및 올레아민을 첨가하고, 상기 제 2 전구체 반응부에 트리스(디메틸아미노)포스핀 및 트리옥틸포스핀-셀레늄을 첨가하고, 상기 제 3 전구체 반응부에 아연, 1-옥타데센 및 트리옥틸포스핀-셀레늄을 첨가하고, 및 상기 제4 전구체 반응부는 사용하지 않거나, 아연, 1-옥타데센 및 1-도데칸디올을 첨가하여 각각의 전구체 반응부를 교반하고,
    발광파장이 615nm인 InP/ZnSe/ZnSe/Zns 양자점 또는 발광파장이 526nm인 InP/ZnSe/ZnS 양자점을 합성하는 양자점 합성 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코어 반응부는, 상기 양자점 전구체 용액과 상기 코어 합성 용액이 반응하도록 100 ~ 300℃ 범위의 온도로 열처리된 코일 형상 제 1 코어 혼합부를 가지는 제 1 코어 반응부와, 상기 제 1 코어 반응부에서 합성된 양자점 코어를 냉각시킬 수 있도록 5 ~ 20℃ 범위의 온도로 조절된 코일 형상 제 2 코어 혼합부를 가지는 제 2 코어 반응부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 합성 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 쉘 반응부는 상기 양자점 코어와 상기 쉘 합성 용액이 반응하도록 100 ~ 400℃ 범위의 온도로 열처리되는 코일 형상 제 1 쉘 혼합부를 가지는 제 1 쉘 반응부와, 상기 제 1 쉘 반응부에서 합성된 코어-쉘 구조의 양자점을 냉각시킬 수 있도록 5 ~ 20℃ 범위의 온도로 조절된 코일 형상 제 2 쉘 혼합부를 가지는 제 2 쉘 반응부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 합성 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 쉘 반응부에서, 상기 양자점 코어와 상기 양자점 쉘 사이에 적층되는 1개 이상의 양자점 버퍼층이 더욱 합성되는 것을 특징으로 하는 양자점 합성 장치.
  8. 내부에 각각 양자점(quantum dot, QD) 전구체 용액이 충전될 수 있으며, 각각 열처리 수단에 의해 가열될 수 있는 제 1 전구체 반응부 내지 제 4 전구체 반응부를 포함하는 전구체 반응부에 양자점 전구체 성분을 반응시켜 양자점 전구체 용액을 얻는 단계로서, 150 ~ 250℃의 온도로 열처리되는 제 1 전구체 반응부와 150 ~ 250℃의 온도로 열처리되는 제 2 전구체 반응부는 양자점 코어의 제 1 전구체 및 제 2 전구체를 각각 합성하고, 270 ~ 330℃의 온도로 열처리되는 제 3 전구체 반응부와 150 ~ 250℃의 온도로 열처리되는 제 4 전구체 반응부는 양자점쉘의 제 1 전구체 및 제 2 전구체를 각각 합성하여 양자점 전구체 용액을 얻는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 전구체 반응부에서 각각 합성된 양자점 코어 전구체 용액과, 상기 양자점 코어 전구체 용액과 독립적으로 공급되며, 1-옥타데센, 트리-n-옥틸포스핀 옥사이드 및 올레일 아민의 혼합 용액인 양자점 코어(core) 합성 용액을 코어 반응부 내부에 위치하는 코일 형상 코어 혼합부에 주입하는 단계; 및
    상기 코어 반응부에서 합성된 양자점 코어와, 상기 코어 반응부에서 합성된 양자점 코어와 독립적으로 상기 제3 및 제 4 전구체 반응부로부터 각각 공급된 양자점 쉘(shell) 합성 용액을 쉘 반응부 내부에 위치하는 코일 형상 쉘 혼합부에 주입하여 코어-쉘 구조의 양자점을 합성하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 코일 형상 코어 혼합부에 주입하는 단계 및 코어-쉘 구조의 양자점을 합성하는 단계의 양자점 코어에 마이크로파를 공급하여 양자점 코어의 응집을 방지하는 것을 특징으로 하는 제1항, 제4항, 제5항 및 제7항 중 어느 한 항의 양자점 합성 장치를 이용한 양자점 합성방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 양자점 코어를 합성하는 단계는, 상기 양자점 코어 전구체 용액과 상기 양자점 코어 합성 용액을 100 ~300℃의 온도로 열처리된 코일 형상 제 1 코어 혼합부에 주입하는 단계;
    상기 코일 형상 제 1 코어 혼합부를 통하여 합성된 상기 양자점 코어를 5 ~ 20℃ 범위의 온도로 조절되어 있는 코일 형상 제 2 코어 혼합부에 주입하여 상기 양자점 코어를 냉각하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2코어 혼합부에 12~30cm인 마이크로파를 100~500W의 출력으로 공급하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 합성 방법.
  10. 제8항에 있어서
    상기 코어-쉘 구조의 양자점을 합성하는 단계에서, 상기 양자점 코어와 상기 양자점 쉘 사이에 적층되는 1개 이상의 양자점 버퍼층이 더욱 합성되는 양자점 합성 방법.
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