KR20170059597A - 멀티 광 스펙트럼의 복합 양자점을 혼합한 캡슐 - Google Patents

멀티 광 스펙트럼의 복합 양자점을 혼합한 캡슐 Download PDF

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KR20170059597A
KR20170059597A KR1020150163723A KR20150163723A KR20170059597A KR 20170059597 A KR20170059597 A KR 20170059597A KR 1020150163723 A KR1020150163723 A KR 1020150163723A KR 20150163723 A KR20150163723 A KR 20150163723A KR 20170059597 A KR20170059597 A KR 20170059597A
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Abstract

본 발명은 청색의 빛을 녹색(Green) 내지 적색(Red)으로 변환시키는 수 나노미터 (nanometer) 크기의 양자점(Quantum Dot)을 사용하는 소자(Device)로서, 나노미터 크기의 경화형 수지와 혼합하기 위해서 서로 다른 크기의 양자점을 마이크로 미터 크기의 유기물과 혼합한 입자로 제작을 하는 것이다.
이러한 양자점-유기물 복합 입자를 엘씨디 백라이트에 사용이 되는 베리어필름으로 제작이 된 양자점 시트를 제작하는 것이다.

Description

멀티 광 스펙트럼의 복합 양자점을 혼합한 캡슐 {Qusntum Dot Capsule including Multi Light Spectrum Quantum Dots}
본 발명은 청색 엘이디(LED)를 포함한 입력 광에 대해서 입력 광 대비 장 파장의 광 파장으로 변환 시키는 광 변환 소자의 기능을 하는 양자점을 이용한 광 변환 소자에 관한 것이다.
특히 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display)의 백라이트(Bask Light)에 적용을 하는 구조에 적합한 소자로서 액정디스플레이의 광원인 엘이디가 액정의 하부에 다수개 위치한 직하형 백라이트에 적합하도록 제작이 된 것이다
또 한 태양광의 스펙트럼을 재현할 수 있는 조명용 엘이디 광원을 제작할 수 있는 퀀텀닷 광변환 소자에 관한 것이다.
양자점 소자는 수 나노미터 크기의 cadmium selenide indium phosphite, Cadmium Selenide Sulfide, Cadmium Sulfide 등의 다양한 화합물을 지칭을 하며, 양자점의 크기에 따라 형광(photoluminescence) 효과가 다르게 나타난다.
양자점 소자의 크기에 따라 다른 형광 효과를 내는 현상을 이용해서, 청색광원의 청색엘이디를 사용을 해서 적색과 녹색으로 변환을 해서 칼라를 내는 광원으로 사용을 한다.
그 중에서도 액정디스플레이의 백라이트의 적용에 있어서 최근 가장 많이 사용이 되는 분야는 양자점을 이용한 양자점 시트(Quantum Dot Sheet)를 제조를 해서 도광판과 프리즘 시트(Prism Sheet) 사이에 장착을 하고, 도광판의 측면에서 청색(Blue)엘이디로 청색광을 조사를 하면, 청색광이 도광판을 거쳐서 상향할 때에 양자점 시트를 거치면서 적색양자점(Red Quantum Dot)과 스캐터링(Scattering)을 하면 적색으로 변환이 되어 발산이 되며. 녹색양자점(Green Quantum Dot)과 스캐터링이 일어나면 녹색으로 변환이 되어 발산이 되고, 스캐터링이 일어나지 않으면 청색광이 그대로 발산이 된다.
상기의 용어에서 적색양자점과 녹색양자점의 용어는 양자점이 적색과 녹색을 가지는 것이 아니라, 양자점의 크기가 미리 정해진 나노사이즈의 크기로서 청색 빛과 스캐터링을 하면 적색내지 녹색으로 변환되는 크기를 가졌다는 의미가 된다.
따라서 이러한 조합으로 자연광에 가까운 청색과 녹색과 적색의 조합이 가능하다.
액정디스플레이에 있어서는 이러한 양자점의 광 조합으로 기존의 형광체가 내지 못했던 넓은 범위의 자연광에 가까운 색상을 낼 수 있다.
또 한 양자점을 조명에 응용하기 위해서 태양광의 스펙트럼인 가시광선의 스펙트럼과 최대한 유사한 가시광 스펙트럼을 가질 수 있는 조명이 필요하며 이를 위한 양자점의 구조가 필요하다.
본 발명에서는 양자점의 특성을 이용해서 엘씨디의 백라이트에 사용이 가능한 양자점 소자이거나 넓은 가시광선의 스펙트럼을 가지는 태양광의 스펙트럼에 가까운 조명용 양자점 소자를 제작할 수 있는 양자점을 포함한 소자의 제작에 관한 것이다.
양자점 소자는 수 나노미터 크기의 cadmium selenide indium phosphite, Cadmium Selenide Sulfide, Cadmium Sulfide 등의 다양한 화합물을 지칭을 하며, 양자점의 크기에 따라 형광(photoluminescence) 효과가 다르게 나타난다.
양자점에 있어서 형광효과라고 함은 양자점에 일정한 파장의 빛이 조사되어 양자점과 스캐터링이 일어나면 조사가 된 빛 보다 장파장으로 변환이 되어 출사가 되는 것이다.
특히 양자점 소자의 크기에 따라 다른 형광 효과를 내는 현상을 이용해서, 청색광원의 청색엘이디를 사용을 해서 청색광을 적색과 녹색의 광으로 변환을 해서 칼라를 내는 광원으로 사용을 한다.
그 중에서도 액정디스플레이의 백라이트의 적용에 있어서 최근 가장 많이 사용이 되는 분야는 양자점을 이용한 양자점 시트(Quantum Dot Sheet)를 제조를 해서 도광판과 프리즘 시트(Prism Sheet) 사이에 장착을 하고, 도광판의 측면에서 청색(Blue)엘이디로 청색광을 조사를 하면, 청색광이 도광판을 거쳐서 상향할 때에 양자점 시트를 거치면서 적색양자점(Red Quantum Dot)과 스캐터링(Scattering)을 하면 적색으로 변환이 되어 발산이 되며. 녹색양자점(Green Quantum Dot)과 스캐터링이 일어나면 녹색으로 변환이 되어 발산이 되고, 스캐터링이 일어나지 않으면 청색광이 그대로 발산이 된다.
상기의 용어에서 적색양자점과 녹색양자점의 용어는 양자점이 적색과 녹색을 가지는 것이 아니라, 양자점의 크기가 미리 정해진 나노사이즈의 크기로서 청색 빛과 스캐터링을 하면 적색내지 녹색으로 변환되는 크기를 가졌다는 의미가 된다.
따라서 이러한 조합으로 자연광에 가까운 청색과 녹색과 적색의 조합이 가능하다.
액정디스플레이에 있어서는 이러한 양자점의 광 조합으로 기존의 형광체가 내지 못했던 넓은 범위의 자연광에 가까운 색상을 낼 수 있다.
기존의 양자점을 이용한 소자, 특히 시트를 제작하는 데에 있어서, 수 나노미터 크기의 cadmium selenide indium phosphite, Cadmium Selenide Sulfide, Cadmium Sulfide 등의 다양한 화합물을 자외선 경화형 내지 열 경화형, 에폭시 경화형 등의 수지(Resin) 와 혼합해서 사용을 해야만 한다.
그러나 수나노미터 크기의 양자점을 직접 수지(Resin)에 혼합을 하면 양자점끼리 뭉치는 Agglomeration 이 일어나는 등의 분산이 되지를 않는다
양자점끼리 뭉쳐있는 Agglomeration 등이 일어나면 양자점이 커진 효과가 있어서 광 변환 파장이 원래의 양자점에서 일어나는 광 변환 파장과 비교해서 증가가 되는 문제가 있다
더우기 화이트 색상을 내기 위해서 녹색의 양자점과 적색의양자점을 혼합을 하는 구조에 있어서, 수 나노미터 크기의 양자점 끼리 골고루 분산이 되어 혼합이 되지 않기 때문에 적색 양자점끼리 뭉쳐있거나 녹색의 양자점 끼리 뭉쳐있는 현상이 발생한다.
따라서 이 구조에서는 백색광을 내기 위한 양자점의 혼합이 용이하지가 않다.
본 발명에서 적색 양자점과 녹색 양자점으로 지칭하는 양자점은 양자점이 직접 적색과 녹색의 색상을 가지는 것이 아니라 청색의 빛을 적색의 빛으로 변환시키는 크기의 양자점을 적색 양자점으로 지칭을 하며, 청색의 빛을 녹색의 빛으로 변환시키는 크기의 양자점을 녹색 양자점으로 지칭한다.
특히 조명에 사용이 되는 백색광을 내기 위한 양자점에 있어서는 적색 양자점과 녹색 양자점의 단순한 조합외에 다양한 파장으로 변환이 되는 여러 종류의 양자점을 혼합할 때는 나노미터 크기의 양자점을 비율에 따라 균일하게 혼합하는 것이 더욱 문제가 된다.
따라서 본 발명에서는 다양한 종류의 양자점을 수지에 혼합하기 위한 양자점 소자의 구조를 발명하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 본 발명에서는 다양한 나노미터 크기의 다수개의 양자점을 마이크로미터 크기의 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자에 혼합을 하며, 마이크로미터 크기의 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자를 다시 자외선 경화형 내지 열경화형 내지 에폭시형을 포함하는 수지(Resin)에 혼합을 하는 것이다.
다양한 나노미터 크기의 양자점이란 청색광이 입사되면 청색광보다 낮은 파장의 광으로 변환시키는 크기의 양자점을 의미하며, 일례로서 청색광이 입사가 되면 빨간색(Red), 주황색(Orange), 노란색(Yellow), 초록색(Green) 등의 다양한 파장대로 변환시킬 수 있는 크기의 양자점을 의미한다.
일례로서 양자점의 소재인 카드뮴 셀레나이드(CdSe : Cadmium Selenide) 양자점의 크기를 4 나노미터, 4.5 나노미터, 5 나노미터, 5.5 나노미터, 6 나노미터 의 크기의 양자점을 일정한 비율로 혼합하는 것이다.
위의 양자점 크기는 일례로서 적시된 것이며, 양자점의 크기는 변환시키고자 하는 광의 파장에 따라 사용할 수 있다.
따라서 수마이크로미터 내지 수십마이크로미터 크기의 캡슐형 입자에 서로 다른 크기의 양자점 입자를 다수개 혼합함으로서 넓은 스펙트럼의 광 파장의 양자점을 이용한 마이크로미터 크기의 캡슐형 양자점 입자의 제조가 가능하다.
수 마이크로 미터 크기의 양자점 캡슐형 입자의 내부에는 수 나노미터크기의 양자점이 수십만개에서 수백만개까지 포함될 수 있다.
일례로서 7 나노미터 크기의 양자점이 평균적으로 20 나노미터 간격으로 배치가 되면 양자점이 차지하는 부피는 약 8000 세제곱 나노미터의 부피이며, 이는 0.000008 세제곱 마이크로 미터의 부피이다.
양자점을 포함한 캡슐의 형태가 구형에 가까운 것으로 가정하고 직경이 6 마이크로미터 이면 부피가 약 100 세제곱 마이크로미터정도의 부피가 된다.
따라서 6 마이크로미터의 캡슐형 입자에는 양자점이 천만개 가까이 포함이 된다.
이와같이 마이크로 미터 크기의 양자점을 포함하는 캡슐형 입자에는 수십만개에서 수백만개 이상의 양자점이 포함될 수 있다.
이 구조에 있어서 본 발명에 따른 서로 다른 크기의 양자점을 혼합하는 것은 각 크기의 양자점의 광 변환 효율과 서로 다른 크기의 양자점의 혼합 비율과 원하는 광의 스펙트럼에 따라 정할 수 있다.
양자점의 광 변환 효율은 입사광 대비 변환된 출사광의 광량을 의미하는 것으로서, 양자점의 종류와 크기에 따라 달라진다.
따라서 광 변환 효율을 보정한 비율로 크기가 다른 양자점을 혼합해서 출사광의 파장에 따른 스펙트럼을 조절한다.
따라서 본 발명에서는 한 개의 캡슐형 입자에 두 종류 이상의 크기를 가지는 다수개의 양자점을 서로 다른 비율로 혼합하며, 양자점이 혼합된 캡슐형 입자를 다시 다수개의 캡슐형 입자를 수지(Resin)에 혼합해서 시트(Sheet)등을 제조하는 것이다.
본 발명에 의한 양자점을 포함하는 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자로 표현한 것은 수 마이크로미터 단위의 유기물 수지로 된 입자 내부에 양자점이 다수 개 포함이 된 입자 형태 인 것을 캡슐형 입자로 지칭한 것이며, 본 구조에 따른 명칭은 다양하게 표시될 수 있다.
이러한 두 종류 이상의 양자점을 포함한 캡슐형 입자를 제조하는 방법은 톨루엔을 포함한 용매(Solvent)에 유기물인 고분자(Polymer Resin)와 크기가 다른 두 종류 이상의 양자점을 제조하고자 하는 빛의 스펙트럼에 맞는 비율로 혼합한 다음 표면 장력 효과 내지 고분자 응축 효과를 이용해서 고분자 수지가 입자로 변환되면서 양자점을 포함하는 캡슐형 입자로 변환이 되며, 이 다음 톨루엔을 증발 시켜서 양자점을 포함하는 캡슐형 입자를 분말형태로 제조하는 것이다.
이 구조에서 용매에 혼합이 되어 있던 두 종류 이상의 양자점이 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자에 포함이 된다.
이렇게 제조가 된 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자를 다시 수지(Resin)등과 혼합해서 시트(Sheet) 등을 제조한다.
시트의 제조 방법은 압출 공법, 코팅 공법 등으로 제조하며, 시트의 두께는 일반적으로 수십마이크로미터에서 수백마이크로미터로 제작을 한다.
시트를 제조하는 수지의 종류는 아크릴계수지, 내지 우레탄계 수지 내지 이외의 다양한 유기물 고분자 수지를 이용할 수 있으며, 또 한 실리콘(Silicone)과 같은 무기물 수지를 이용할 수도 있다.
본 발명에 따른 각각 수만개에서 수백만개에 이르는 두 종류 이상의 양자점을 한 개의 수백 나노미터 에서 수십 마이크로미터 크기 사이의 캡슐형 입자에 혼합한 다음 다수 개의 캡슐형 입자를 다시 수지에 혼합해서 입체적 구조로 성형하거나 시트(Sheet) 형태로 제작을 하게 해서, 나노미터 크기의 양자점을 바로 수지(Resin)와 혼합하는 공정과 비교해서 양자점의 분산이나 혼합 비율을 정교하게 하며, 양자점의 Agglomeration 등을 방지할 수 있다.
도 1 에는 기존의 양자점 시트(Quantum Dot Sheet) 를 사용한 액정디스플레이의 구조의 단면도가 도시되어 있다.
도 2에는 액정디스플레이의 백라이트의 또 다른 방식인 직하형 백라이트의 구조가 도시되어 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 상기 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1 에는 기존의 양자점 시트(Quantum Dot Sheet) 를 사용한 액정디스플레이의 구조의 단면도가 도시되어 있다.
도 1 의 (a)는 백라이트를 포함한 액정디스플레이의 단면도로서, 액정디스플레이(100)는 액정디스플레이 패널 (LCD Panel)(101)과 백라이트를 구성을 하는 통상적으로 두장의 프리즘시트(102a, 102b)와 프리즘 시트의 하부에 양자점시트(103) 를 장착을 하며, 양자점시트의 하부에는 도광판(104)과 반사시트(105)가 장착이 되며, 도광판의 측면에는 LED 광원(106) 이 장착이 된다.
이러한 구조는 도광판을 사용한 백라이트에 적용이 되는 방식으로서 양자점을 활용하는 방식이 시트의 형태로 제작한 양자점을 사용한 구조의 일례이다.
양자점층(Quantum Dot Layer)을 둘러싸는 필름을 수분이나 산소의 투과가 어려운 배리어필름(Barrier Film)을 사용하기도 한다.
도 1의 (b)에는 양자점 시트의 세부구조가 도시되어 있다.
양자점시트(103)는 배리어필름(107)의 사이에 양자점층(109)이 위치하며, 배리어필름에는 SiO2 박막과 같은 배리어층(Barrier Layer)(108)이 코팅이 되어 있다.
도 2 에는 양자점 시트의 세부구조로서 양자점층에 양자점이 포함이 된 확대 단면도가 도시되어 있다.
(a)에는 단면도로서 양자점시트(103)를 구성하는 배리어필름(107)의 사이에 양자점층(109)이 위치하며, 배리어필름에는 PVDC, EVOH, SiO2 박막과 같은 배리어층(Barrier Layer)(108)이 코팅이 되어 있다.
(b)에는 양자점층(109)의 확대 단면도로서, 녹색양자점(201)과 적색양자점(202)이 고분자 수지(Polymer Resin)(203) 층에 혼합이 된 구조이다.
고분자 수지는 아크릴계내지 우레탄계 내지 에폭시계 내지 실리콘(Silicone) 고무 등과 같은 경화가 되는 모든 고분자를 포함한다.
본 발명에서 적색 양자점과 녹색 양자점으로 지칭하는 양자점은 양자점이 직접 적색과 녹색의 색상을 가지는 것이 아니라 청색의 빛을 적색의 빛으로 변환시키는 크기의 양자점을 적색 양자점으로 지칭을 하며, 청색의 빛을 녹색의 빛으로 변환시키는 크기의 양자점을 녹색 양자점으로 지칭한다.
일례로서 가장 많이 사용되는 양자점 (Quantum Dot) 소재인 카드뮴 셀레나이드(Cadmium Selenide, CeSe)의 경우에 녹색대역의 파장대인 550 나노미터의 빛의 파장대를 만들기 위해서는 약 5.1 나노미터 크기의 양자점으로 제작이 되며, 적색을 내기위한 620 나노미터의 빛의 파장대로 변환시키기 위해서는 약 6.7 나노미터의 크기의 양자점으로 제작된다.
청색광을 스캐터링으로 녹색광이나 적색광으로 바꾸는 정확한 파장대는 제조 제품에 따라서 변동이 있을 수 있으며, 이와 같이 양자점의 크기를 변환시킴으로서 청색광을 양자점층에 입사시켜서 일부는 녹색광으로 변환 시키며 일부는 적색광으로 변환 시키며, 양자점과 스캐터링이 일어나지 않으면 청색광이 그대로 통과가 되어서 자연색과 가까운 색을 낼 수 가 있다.
도 3 에는 기존의 제품에서 양자점이 고분자 수지(Polymer Resin)에 혼합이 된 확대 도면을 표시한 것이다.
확대도에 나타난대로, 녹색양자점(201)과 적색양자점(202)이 경화형 고분자 수지(Polymer Resin)(203) 에 혼합이 된 구조이다.
본 도면은 양자점이 혼합된 구조를 설명하기 위한 도면인 것이다.
도 4 에는 기존의 방식으로 양자점을 경화형 고분자 수지(Curabe Polymer Resin) 에 혼합할 때 나타나는 문제점을 도시한 도면이다.
경화형 고분자 수지라고 함은 액상의 상태에서 양자점 등과 혼합을 한 다음 자외선이나 열이나 솔벤트 증발이거나 이액형 에폭시 등에 의해 고상으로 경화가 되는 수지임을 의미한다.
액상의 고분자 수지와 양자점을 혼할할 때 양자점의 크기가 수 나노미터(nanometer) 이기 때문에 분산이 매우 어렵다.
이는 나노미터 크기의 입자는 표면장력이 크기 때문에 쉽게 뭉치기도 하며, 크기가 작아서 입자를 골고루 분산시키기도 어렵다.
특히 단일의 물질이 아니라 적색양자점과 녹색양자점과 같이 두 종류 이상을 혼합할 때는 각각이 골고루 분산되게 하기가 난이하다.
도면에 나타난 대로 경화형 고분자 수지(203)에 녹색양자점(201)과 적색양자점(202)를 혼합하면, 녹색양자점은 녹색양자점끼리 뭉침(201a)이 일어나거나 적색양자점 뭉침(202a) 등이 일어난다.
이는 나노미터 크기의 입자를 분산시킬 때 흔히 발생하는 것으로서 양자점이 아니라도 일반적인 나노미터크기의 입자의 분산은 용이하지 않다.
특히 액상의 고분자 수지에 양자점을 혼합하고 나서 다시 경화를 시키는 고분자 수지와 같은 경화형 고분자 수지는 일반적으로 점도가 1000cps 이상으로 높기 때문에 나노입자의 분산이 더욱 어렵다.
일반적으로 나노미터 크기이거나 마이크로 미터 크기의 입자의 분산은 점도가 낮은 용매에서 분산이 용이하다.
점도가 낮은 용매라고 함은 알코올이나 물이거나 톨루엔과 같은 점도가 1 cps 에 가까운 용매(Solvent)를 의미한다.
따라서 본 발명에서는 나노미터 크기의 양자점을 톨루엔과 같은 낮은 점도의 용매에 고분자 수지와 같은 유기물을 같이 분산 시킨 다음 용매내에서의 표면장력 등과 같은 반응에 의해 고분자 수지가 마이크로미터 크기의 입자로 변화면서 뭉치는 과정에서 양자점을 포함하면서 뭉치게 되어 양자점-유기물 복합 캡슐형 입자를 만드는 것으로서 특히 두 종류 이상의 다른 크기의 양자점을 정해진 비율로 혼합이 된 상태에서 캡슐형 입자가 만들어 지게 되어 각각의 입자가 청색광이 입사가 되면 백색광이 나오게 한 것이다.
마이크로미터 크기의 입자로 변환을 시키는 이유는 나노미터 크기의 입자와 비교해서 분산이 훨씬 용이하기 때문이며, 경화형 고분자 수지와 혼합이 용이하다.
더우기 마이크로 미터 크기의 입자에 두 종류 이상의 크기를 가지는 양자점을 미리 혼합함으로서 각각이 백색광이 나오는 입자를 제조되게 함으로서 청색광이 입사되어 녹색광과 적색광이 혼합이 된 빛이 나오는 백색광의 균일성이 높아지게 할 수 있는 것이다.
도 5 에는 일반적으로 LCD 에 사용되는 백라이트의 광원 분포를 나타낸다.
광원 분포에서 나타나듯이 특정 파장의 청색광(501)과 녹색광(502)과 적색광(503)이 혼합이 되게 발광이 되게 해서 백색광을 제조를 하며, 각각의 파장의 광량(Intensity)은 칼라필터의 흡수도에 따라 조절한 값으로 발광이 되게 한다.
이를 위해서 본 발명에 의한 두 종류 이상의 크기의 양자점을 한개의 캡슐형 입자에 혼합해서 백색광이 나오게 한 것이다.
도 6 에는 본 발명에 따른 두 종류 이상의 크기를 가지는 양자점을 혼합한 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자의 구조의 단면도가 도시되어 있다.
도면에 나타난 대로 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자 (601) 는 PMMA, Polyethylene 등의 유기물인 고분자 수지(Polymer Resin) (602) 에 혼합된 두 종류 이상의 크기의 다수 개의 양자점(201, 202) 로 구성된 것이다.
본 도면에서는 두 종류 이상의 크기의 양자점으로서 녹색양자점(201) 과 적색양자점(202) 이 포함된 구조를 나타내고 있다.
캡슐형 입자의 크기는 수백 나노미터에서 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터 크기로 제작할 수 있으며, 캡슐형 입자가 수 마이크로미터 크기 일 경우 나노미터 크기의 양자점이 수백만 개 이상 포함이 된다.
도 7 에는 본 발명에 따른 두 종류 이상의 양자점이 포함이 된 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자에 청색광이 입사가 되면 녹색광과 적색광으로 변환이 되어 발산이 되는 구조를 나타내고 있다.
두 종류 이상의 양자점이 포함된 캡슐형 입자(601) 에 청색 발광 LED 등으로 부터의 청색광(701)이 입사되면 녹색양자점(201) 과 스캐터링을 일으킨 청색광은 녹색의 파장으로 변환된 빛(702)으로 변환이 되어 발산이 되며, 적색양자점(202) 과 스캐터링을 일으킨 청색광은 적색의 파장으로 변환된 빛(702)으로 변환이 되어 발산이 되며,캡슐형 입자에 입사가 된 청색광 중에 양자점과 스캐터링이 되지않은 청색광은 확산이나 굴절이 되어 발산이 된다.
이러한 비율에 의해 조절이 된 두 종류 이상의 양자점이 포함된 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자에 청색광이 입사되면 청색광과 녹색광과 적색광이 출사가 되는 백색광을 발산하는 양자점을 포함하는 캡슐형 입자를 제작할 수 있다.
도 8 에는 두 종류 이상의 크기의 양자점이 고분자 등과 같은 유기물과 혼합이 된 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자가 다시 경화형 고분자 수지에 혼합이 되며, 배리어필름(Barrier Film)등을 포함하는 PET 필름 등에 둘러 싸여 삽입이 된 형태의 양자점 시트가 도시되어 있다.
도면에 나타난 대로 두 종류 이상의 크기를 가지는 양자점을 포함하는 다수개의 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자(601)가 다시 경화형 고분자 수지 (203) 에 혼합이 된 구조이다.
베리어 특성을 가지는 필름(802a, 802b)을 캡슐형 입자를 포함하는 경화형 고분자 수지층을 둘러싸서 양자점 시트(801)를 제작할 수 있다.
본 구조의 장점은 마이크로미터 크기의 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자를 고분자 수지에 혼합함으로서 나노미터 크기의 양자점을 직접 혼합하는 경우와 비교해서 분산성이 높으며 혼합이 잘 되게 한 것이다.
특히 각각의 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자가 녹색양자점과 적색양자점을 포함하고 있어서 청색광이 입사가 되면 백색광을 낼 수가 있어서 양자점 끼리뭉쳐지는 현상 때문에 발생하는 빛 파장 변이 등의 현상을 최소화할 수 있다.
도 9 는 본 발명에 따른 두 종류 이상의 크기의 양자점을 포함한 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자가 다시 경화형 수지에 혼합이 된 구조의 도면과 기존의 두 종류 이상의 크기의 양자점이 직접 경화형 수지에 혼합된 구조의 비교가 된 도면이 도시되어 있다.
(a)에는 본 발명에 따른 두 종류 이상의 크기의 양자점을 포함한 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자(601)가 다시 경화형 수지203)에 혼합이 된 구조이다.
이러한 구조에 의해 녹색을 형광할 수 있는 크기의 녹색양자점과 적색을 형광할 수 있는 크기의 적색양자점이 유기물과 혼합이 된 마이크로미터 크기의 캡슐형 입자로서 청색광이 입사가 되면 청색광과 녹색광과 적색광이 혼합된 백색광이 발광이 되는 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자를 혼합을 할 수 있어서 백색광의 균일도를 높일 수 있다.
(b)에는 종래의 나노미터 크기의 녹색양자점(201)과 적색양자점(202)이 직접 경화형 수지(203)에 혼합이 된 구조로서 양자점의 안정성이 떨어지며 균일한 혼합이 되지를 않는다.
이러한 두 종류 이상의 크기의 양자점을 캡슐형 입자에 혼합해서 자연광을 발광할 수 있는 조명용 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자의 제조도 가능하다.
자연광을 발광한 구조를 만들기 위해서는 빛의 파장대를 넓게 발광할 수 있어야 한다.
따라서 청색광을 입사하면 넓은 스펙트럼의 파장의 빛이 나올 수 있도록 여러 종류의 크기의 양자점을 혼합해야 한다.
도 10 에는 태양광의 파장대 스펙트럼의 그래프가 나타나 있다.
도면에 나타난 대로 태양광은 400 나노미터 파장대에서 700 나노미터 파장대까지 연속적인 빛(1001)이 나오며, 500 나노미터 부근에서 피크치가 나온다.
이를 위해서 양자점도 청색광이 입사가 되면 다양한 파장대의 빛을 발과ㅇ할 수 있도록 여러 종류의 크기의 양자점을 혼합하여야 한다.
도 11 에는 카드뮴 셀레나이드에 있어서 양자점의 크기와 청색광을 받았을때 형광 하는 빛의 파장대의 그래프가 나타나 있다.
CdSe 그래프(1101)에 나타나 있듯이 형광이 되는 양자점의 크기는 수 나노미터의 크기이며 녹색(Green), 노란색(Yellow), 적색(Red) 등에 따라서 빛의 파장이 커지면 양자점의 크기도 커진다.
이러한 다양한 크기의 양자점을 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자에 혼합함으로서 넓은 파장대의 스펙트럼의 백색과이 나오는 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자의 제조가 가능하다.
도 12 에는 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자에 세 종류 이상의 크기의 양자점이 포함된 도면이 나타나 있다.
도면에 나타난 대로 양자점-유기물 복합체 캡슐형 입자 (601) 는 PMMA, Polyethylene 등의 유기물인 고분자 수지(Polymer Resin) (602) 에 혼합된 세 종류 이상의 크기의 다수 개의 양자점으로서 녹색양자점(201) 적색양자점(202), 황색양자점(1201)으로 구성된 것으로서 이 보다 많은 양자점을 캡슐형 입자에 혼합해서 자연광에 가까운 스펙트럼을 만들 수 있다.
특히 각 빛의 파장에 따른 빛의 세기를 다르게 하기위해서 크기별로 양자점의 양을 변화시켜서 혼합함으로서 청색광이 입사되어 변환되는 각 파장대 별로의 광량을 조절할 수 있다.
캡슐형 입자의 크기는 수백 나노미터에서 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터 크기로 제작할 수 있으며, 캡슐형 입자가 수 마이크로미터 크기 일 경우 나노미터 크기의 양자점이 수백만 개 이상 포함이 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
액정디스플레이(100) 액정디스플레이 패널 (LCD Panel)(101)
프리즘시트(102a, 102b) 양자점시트(103)
도광판(104) 반사시트(105) LED 광원(106)
배리어필름(107) 양자점층(109) 배리어층(Barrier Layer)(108)
엘이디(201) 기판(202) 투명한 렌즈(203) 하부 곡면 보호층(301)
곡면 구조부(302)와 평탄 고정부(303)
이격 거리부(Light Diffusion Gap)(304)
양자점층(quantum dot layer)(401) 수지(Resin)(402) 양자점(403)
직각으로 올라가는 부분의 거리(404) 측면으로의 거리(405)
수지 적층형 곡면형 양자점 소자(501) 상부 투명 보호층(502)
접착제(703) 청색 빛(901) 적색의 빛(904) 녹색의 빛(902) 청색 빛(903)
적색의 곡면형 양자점층(1002) 녹색의 곡면형 양자점층(1003)
적색양자점(1101) 수지(1102) 녹색 곡면형 양자점층(1003) 녹색양자점(1103)
수지(1104) 청색 빛(1201) 적색의 빛(1202) 녹색의 빛(1203) 청색 빛(1204)
양자점(1301) 녹색양자점(1301-g) 양자점-유기물 복합체입자(1303)
유기물 고분자(1302) 적색의 양자점(1301-r)
적색의 양자점-유기물 복합체 입자(1303)
단일층 곡면형 양자점 소자(1701) 곡면형 양자점층과(1702)
평탄고정부(1703) 하부 이격 거리부(1704)
삽입 고정부(1901)곡면형 양자점 소자 집합 시트(Sheet)(2101)
1 차 투명 코팅(2301a, 2301b)
무기물 박막( Inorganic Material Thin Layer)(2302a, 2302b)
외곽 투명코팅(2303a, 2303b) 곡면형 양자점 소자(2401)
길이 방향 곡면형 양자점 소자(2601) 이격 거리부(2602)

Claims (6)

  1. 빛이 입사가 되면 크기에 따라 특정의 파장으로 변환 시키는 수 나노미터 크기의 양자점을 이용한 광 파장 변환 소자에 있어서,
    두 종류 이상의 크기를 가지는 양자점을 한 개의 입자에 혼합한 구조로서,
    두 종류 이상의 크기를 가지는 다수개의 양자점을 유기물로 구성이 된 입자에 혼합한 것을 특징으로 하는 양자점-유기물 복합 입자.
  2. 청구항 1 에 있어서,
    두 종류 이상의 크기를 가지는 다수개의 양자점을 유기물로 구성이 된 입자에 혼합이 된 입자의 크기가 수백 나노미터 내지 수마이크로미터 내지 수십마이크로미터인 것을 특징으로 하는 양자점-유기물 복합 입자.
  3. 청구항 1 에 있어서,
    두 종류 이상의 크기를 가지는 다수개의 양자점을 유기물로 구성이 된 입자에 혼합이 된 입자에서,
    양자점의 크기가 청색광을 녹색으로 변환시키는 크기의 양자점이 포함된 것과,
    양자점의 크기가 청색광을 적색으로 변환시키는 크기의 양자점이 포함이 된 입자인 것을 특징으로 하는 양자점-유기물 복합 입자.
  4. 청구항 1 에 있어서,
    두 종류 이상의 크기를 가지는 다수개의 양자점을 유기물로 구성이 된 입자에 혼합이 된 입자에서,
    청색광이 입사가 되면 적색과 녹색이 포함이 된 파장대의 백색광이 발광이 되는 입자인 것을 특징으로 하는 양자점-유기물 복합 입자.
  5. 빛이 입사가 되면 크기에 따라 특정의 파장으로 변환 시키는 수 나노미터 크기의 양자점을 이용한 광 파장 변환 소자에 있어서,
    두 종류 이상의 크기를 가지는 양자점을 한 개의 입자에 혼합한 구조로서,
    두 종류 이상의 크기를 가지는 다수개의 양자점을 유기물로 구성이 된 입자에 혼합한 양자점-유기물 복합 입자를 다수개를 경화형 수지에 혼합한 것을 특징으로 하는 양자점 복합체
  6. 빛이 입사가 되면 크기에 따라 특정의 파장으로 변환 시키는 수 나노미터 크기의 양자점을 이용한 광 파장 변환 소자에 있어서,
    두 종류 이상의 크기를 가지는 양자점을 한 개의 입자에 혼합한 구조로서,
    두 종류 이상의 크기를 가지는 다수개의 양자점을 유기물로 구성이 된 입자에 혼합한 양자점-유기물 복합 입자를 다수개를 경화형 수지에 혼합하며,
    경화형 수지를 필름의 사이에 형성한 시트로 제작된 것을 특징으로 하는 양자점 시트
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