KR20200018985A

KR20200018985A - 양자점 분산액

Info

Publication number: KR20200018985A
Application number: KR1020180094502A
Authority: KR
Inventors: 최재균; 권오관; 부종욱; 박철
Original assignee: (주)이노큐디
Priority date: 2018-08-13
Filing date: 2018-08-13
Publication date: 2020-02-21
Also published as: KR102190808B1

Abstract

본 발명은 인체에 무해하면서도 분산성이 우수하며, 장기간 보관 안정성이 우수한 양자점 분산액에 관한 것이다.

Description

양자점 분산액{Quantum dot dispersion}

양자점(QD: Quantum Dot)은 수 나노미터 크기를 갖는 초미세 반도체 입자를 말한다. 상기 양자점은 빛에 노출되면 불안정한 상태의 전자가 전도대에서 가전자대로 내려오면서 특정 주파수의 빛을 방출한다.

통상 양자점은 입자가 작을수록 짧은 파장의 빛이 발생하고, 입자가 클수록 긴 파장의 빛을 방출한다. 따라서, 양자점의 크기를 조절하면 원하는 파장의 가시광선을 표현하고, 여러 크기의 양자점을 이용하여 다양한 색을 동시에 구현할 수도 있다. 더불어, 양자점의 크기를 제어하여 원하는 천연색을 구현할 수 있으며, 색재현율이 좋고 휘도 또한 양호하여 차세대 광원으로 주목받고 있다.

양자점은 필름으로 형성 후 양측에 배리어 필름을 장착하여 파장변환 시트를 제작하고, 이를 LCD(Liquid Crystal Display) 백라이트 유닛의 도광판에 적용하고 있다. 상기 백라이트 유닛에서 조사되는 청색광이 양자점 시트를 통과하면, 적색 양자점은 적색으로, 녹색 양자점은 녹색으로 변환되어 발광하고, 청색광은 그대로 발산되어, 풀컬러(full color)의 구현이 가능하다. 이러한 양자점을 이용한 디스플레이는 자연광에 가까운 청색과 녹색과 적색의 조합이 가능하여, 기존의 형광체가 내지 못했던 넓은 범위의 자연광에 가까운 색상을 발현할 수 있다는 이점이 있다.

한편, 양자점은 수 나노미터의 크기를 갖기 때문에 서로 간의 뭉침 현상이 발생하여 분말 형태로 공급되는 것이 아니라 용매에 분산시킨 분산액 형태로 시판되고 있다.

분산액에 사용하는 용매로는 클로로포름, 톨루엔, 헥산, 옥탄 등과 같은 용매가 사용되고 있으며, 이들은 양자점의 종류에 따라 달리 사용하고 있다. 그중에서도 톨루엔을 이용한 분산이 일반적이다.

그러나 용매로 사용하는 톨루엔에 노출되면 중추 신경계에 가역성 및 비가역성 변화가 모두 일어난다. 신경계는 톨루엔의 영향에 가장 민감하게 반응하는 것으로 보인다. 고용량 톨루엔 노출은 협동운동장애, 운동실조증, 무의식, 결국에는 사망을 유발한다. 또한, 톨루엔에 의한 급성중독은 마취상태를 유발하고, 만성중독은 빈혈, 백혈구 감소, 위장장해를 유발한다.

또한, 클로로포름은 공기 중으로 쉽게 증발되어 독성이 있는 포스겐과 염화수소를 발생시킨다. 상기 클로로포름은 과거 수술 중 흡입 마취제로 사용되고 있으나 현재는 독성으로 인해 사용하지 않고 있다. 이러한 클로로포름은 피부 접촉시 자극이 있으며, 흡입에 의해 간암, 유방암, 폐암, 피부 흑색종을 유발한다는 연구가 제시된 바 있다.

헥산 또한 호흡기를 통해 흡입할 경우 졸음 및 현기증이 일어나거나 피부 및 눈에 심한 자극을 일으키는 것으로 알려져 있다. 급성 중독으로는 현기증이나 중추 신경계가 억제되고 기도 자극이 나타날 수 있으며, 장기적인 노출시에는 만성 노출에 의해 다발성 신경장애(감각 신경 및 운동신경의 장애)가 나타나는 것으로 알려져 있다.

이에 상기 언급한 유기 용매들은 사용시 공정의 밀폐, 환기시설, 개인보호구 착용이 요구되는 등 취급에 주의가 요구되며, 폐기시에도 별도로 분리하여 폐기 처리되고 있다.

상기 유기 용매 중 톨루엔이 가장 널리 사용되고 있으며, 이는 현재 디스플레이에서 양자 효율이 높은 것으로 알려진 InP/ZnS 및 CdSe/ZnS 또한 톨루엔에 분산시킨 형태로 시판되고 있다. 그러나 일부 국가에서 톨루엔의 위험성으로 인해 양자점의 톨루엔 분산액에 대한 수입이 금지되고 있는 실정이다.

상기 언급한 인체에 대한 유해성과 함께 수입 금지 조항에 기인하여, 양자점을 다른 용매에 분산시키고자 하는 시도가 있었다.

대한민국 공개특허 제10-2018-0054249호에서는 톨루엔의 유해성을 대체하기 위헤 양자점을 부틸 아세테이트나 이소부틸 아세테이트와 같은 아세테이트계 용매로 대체하는 방법을 제안하였다. 상기 아세테이트계 용매를 대체함으로써 작업자들이 발암성, 신경독성, 생식기능 이상 유발 등의 위험성 있는 환경에 노출되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다고 개시하고 있다. 그러나 이러한 용매 또한 중추신경계에 영향을 주는 등 인체에 대한 유해성 면에서 자유롭지 못한 문제점이 있다.

이에 용매를 사용하지 않는 양자점 분산액이 제안되었다. 구체적으로, IBOA (ISOBORNYL ACRYLATE, 이소보닐 아크릴레이트)와 같은 모노머를 사용한 양자점 분산액이 시판되고 있다. 상기 양자점 분산액은 이소보닐 아크릴레이트가 분자 구조내 이중 결합을 통해 중합에 이를 수 있으므로, 양자점 필름 등의 제조시 상기 이소보닐 아크릴레이트의 제거 없이 공정에 그대로 사용할 수 있으며, 독성이 낮다는 이점이 있다. 그러나 필름의 제조 공정시 양자점과 이소보닐 아크릴레이트의 함량이 동일한 비율로 적용되어 함량 조절에 따른 필름의 광특성이 달라지거나 설계된 바의 물성 및 신뢰성 확보가 어렵다는 단점이 있다.

한편, 인체에 무해한 물을 사용하는 수용성(water-soluble) 양자점 수분산액을 제조하고자 하는 노력이 있었다.

이때 수분산액은 양자점 표면을 친수성기로 치환하는 방식이 사용되고 있다. Wei Jun Jin 등은 CdSe　양자점 수분산액을 제조하기 위해, 상기 양자점의 표면을 2-머캅토에탄 설포네이트기로 치환하는 방식이 사용되었다. US 7,597,870호는 CdS, ZnS, PbS and MnS 등의 양자점을 머캅토카르복실산과 반응시켜, 그 표면에 카르복실산기를 도입하여 양자점 수분산액을 제조할 수 있다고 개시하고 있다.

상기 관능기의 도입으로 양자점 수분산액의 제조가 가능하나, 실제로 상기 양자점 수분산액을 이용한 필름의 경우 양자 효율이 저하되어 디스플레이 등에 적용시 양자점에 의한 발광 특성이 저하되는 문제를 야기하였다.

특히 양자점은 외부로부터 침투하는 수분이나 공기(즉, 산소)와 접촉하여 광 변환 효율이 급격히 저하되며, 디스플레이의 수명이 저하되는 문제가 있어, 상기 관능기를 도입한 경우 실제 디스플레이의 양산에 적용이 불가능하다.

따라서, 양자 효율의 저하를 억제하고, 인체에 유해한 성분을 함유하고 있지 않은 양자점 분산체 분산액의 개발이 요구되고 있다.

KR 공개특허 10-2018-0054249, 2018.05.24, 양자점 분산액, 자발광 감광성 수지 조성물, 이를 이용하여 제조된 컬러필터 및 화상표시장치 US 7,597,870호, 2009.10.06, Water soluble quantum dots

Wei Jun Jin　et al., Photoactivated luminescent CdSe　quantum dots　as sensitive cyanide probes in aqueous solutions, Chem. Commun., 2005, 883-885

이에 본 발명자들은 상기한 문제를 다각적으로 고려하여 연구를 지속적으로 수행하였으며, 화장품의 성분으로 사용 가능할 정도로 인체에 무해한 용매를 선정하고, 이를 이용하여 양자점을 분산시킨 결과 장시간 동안 안정한 분산성을 유지할 수 있음을 확인하였다.

따라서, 본 발명은 특정 화학구조를 갖는 지방족 탄화수소계 용매에 양자점이 분산된 양자점 분산액을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 양자점; 및 끓는점이 80 내지 300℃ 이하인, C6~C20의 측쇄형 지방족 탄화수소계(branched aliphatic hydrocarbons) 용매를 포함하는 양자점 분산액을 제공한다.

이때 상기 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매는 이소옥탄(isooctane), 이소노난(isononane), 이소데칸(isodecane), 이소운데칸(isoundecane), 이소도데칸(isododecane), 이소트리데칸(isotridecane), 이소테트라데칸(isotetradecane), 이소펜타데칸(isopentadecane), 이소헥사데칸(isohexadecane) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이다.

또한, 상기 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매는 C6-C7 이소파라핀, C7-C8 이소파라핀, C8-C9 이소파라핀, C9-C11 이소파라핀, C9-12 이소파라핀, C9-C13 이소파라핀, C9-C14 이소파라핀, C9-16 이소파라핀, C10-C11 이소파라핀, C10-12 이소파라핀, C10-C13 이소파라핀, C11-C12 이소파라핀, C11-C13 이소파라핀, C11-14 이소파라핀, C12-C14 이소파라핀, C12-20 이소파라핀, C13-C14 이소파라핀, C13-C16 이소파라핀 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이다.

이때 상기 양자점 분산액 전체 100 중량%에 대하여, 용매가 5 내지 95 중량%로 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제시하는 양자점 분산액은 특정한 구조의 지방족 탄화수소계 용매를 사용함으로써 독성이 없으면서도 저장 안정성이 우수한 이점이 있다. 이러한 양자점 분산액은 코팅 공정 중 용매를 선택적으로 쉽게 제거할 수 있어, 코팅막 형성 이후 잔류 용매가 존재하지 않고, 도막 자체의 물성에 영향을 주지 않아 도막 설계시 의도하는 물성을 충분히 확보할 수 있다.

이러한 양자점 분산액은 다양한 기술 분야에 적용 가능하며, 일례로 디스플레이용 파장변환 시트, 등에 적용할 수 있다.

도 1은 (a) 톨루엔, (b) C7~C8 이소파라핀, (c) C8~C9 이소파라핀 용매를 사용한 분산액을 사용하여 제조된 필름의 형광 현미경 이미지이다.

양자점은 나노 크기의 입자를 갖는 상태로 제조되기 때문에, 분말 상태가 아닌 용매에 분산시킨 분산액 형태로 제조되어 시판된다. 이때 분산액의 용매로 톨루엔과 같은 유기 용매나 아크릴계 모노머가 대표적으로 사용되나, 이 물질들은 독성이 있거나 도막 형성 후 용매가 잔류하여 물성에 영향을 미친다.

이에 본 발명에서는 인체에 무해하며 도막 물성에 영향을 주지 않는 새로운 용매를 사용한 양자점 분산액을 제시한다.

용매

구체적으로, 본 발명에 따른 양자점 분산액은 양자점과 함께 C6~C20의 측쇄형 지방족 탄화수소계(branched aliphatic hydrocarbons) 용매를 포함하는 양자점 분산액을 제공한다.

이때 상기 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매는 이소옥탄, 이소노난, 이소데칸, 이소운데칸, 이소도데칸, 이소트리데칸, 이소테트라데칸, 이소펜타데칸, 이소헥사데칸 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이다.

바람직하기로, 상기 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매는 C6-C7 이소파라핀, C7-C8 이소파라핀, C8-C9 이소파라핀, C9-C11 이소파라핀, C9-C13 이소파라핀, C9-C14 이소파라핀, C10-C11 이소파라핀, C10-C13 이소파라핀, C11-C12 이소파라핀, C11-C13 이소파라핀, C12-C14 이소파라핀, C13-C14 이소파라핀, C13-C16 이소파라핀, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이다.

더욱 바람직하기로, 상기 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매는 C7-C8 이소파라핀, C8-C9 이소파라핀, C9-C11 이소파라핀, C9-C13 이소파라핀, C9-C14 이소파라핀, C10-C11 이소파라핀, C10-C13 이소파라핀, C11-C12 이소파라핀, 및 C11-C13 이소파라핀이 가능하다.

가장 바람직하기로는, 상기 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매는 C7-C8 이소파라핀, C8-C9 이소파라핀 및 C9-C10 이소파라핀일 수 있다.

본 발명에 따른 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매는 끓는점이 80 내지 300℃이고, 바람직하기로 90 내지 260℃일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 95 내지 125℃이다.

한편, 본 발명에서 제시하는 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매는 톨루엔, 클로로포름, 헥산, 부틸 아세테이트 등의 용매와 비교하여 인체에 무해하다. 또한, 물 대비 양자 효율의 저하 없이 보다 고효율의 양자점을 분산시킬 수 있다는 장점이 있다.

더불어, 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매는 휘발성이 높아 양자점 분산액을 이용하여 다른 용도에 적용 시, 상기 용매는 교반/가온 조건 하에 쉽게 제거될 수 있다. 일례로, 양자점 필름을 제조하기 위해, 양자점 톨루엔 분산액을 사용할 경우 상기 톨루엔이 완전히 제거되지 않고, 필름 내부에 잔류하여 필름의 물성을 저하시키는 문제가 있다. 이와 비교하여 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매는 완전한 제거가 가능함에 따라 양자점 필름에 전혀 영향을 주지 않는다.

또한, 양자점 모노머 분산액의 경우 응용 공정에서 양자점과 모노머 함량 조절이 용이하지 않기 때문에 필름의 광특성이 달라지거나 설계된 바의 물성 및 신뢰성 확보가 어렵다는 단점이 있었다. 그러나, 상기 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매는 양자점 분산 후 완전한 제거가 가능한 이유로서 이러한 문제를 해결할 수 있다.

구체적으로, 이소파라핀은 제조 공정 중 알킬레이트를 주성분으로 합성 후 수첨하여 제조한 친환경적인 무색무취 용제로서 불순물이 거의 없고 일정한 성분을 가지며, 구조적으로 매우 안정한 제품이다. 상기 이소파라핀은 화장품 속 다른 구성 성분들을 용해시키는 용매로서 사용되며, 피부결을 부드럽게 관리하는데에도 도움을 준다고 알려져 있다. 상기 이소파라핀은 반응공정 및 증류범위를 선택적으로 제조가 가능하며, 고순도로 일정한 성분을 갖은 제품으로 사용이 가능하다.

보다 바람직하기로, 하기와 같은 이소파라핀이 사용될 수 있다(예, 이일산업사 제품).

Grade	Distillation Range (IBP-EP,℃)	Sp.gr. (60/60℉)	Viscosity (@40℃, cSt)
Grade	ASTM D60	ASTM D4052	ASTM D445
Isoparaffin C (C7-C8)	90~125	0.710	-
Isoparaffin E (C8-C9)	120~150	0.732	0.75
Isoparaffin F (C9-C11)	140~160	0.742	0.87
Isoparaffing (C10-C11)	165~178	0.754	1.15
Isoparaffin H (C11-C12)	178~193	0.765	1.40
Isoparaffin L (C11-C13)	190~205	0.777	1.50
Isoparaffin M (C13-C14)	225~256	0.798	2.80

상기 이소파라핀은 시판되는 것을 구입하여 사용가능하며, 일례로 Exxon 사의 Isopar® G, Isopar® H, Isopar® K, Isopar® L, 및 Isopar® M이 가능하고, Phillips Petroleum사의 Soltrol® 50, Soltrol® 100, Soltrol® 130, Soltrol® 145, Soltrol® 170, 및 Soltrol® 220이 가능하며, Shell사의 Shell Sol 71, texaco사의 Texsolve® S, Texsolve® S-2, Texsolve® S-66, Texsolve® S/LO가 가능하다.

전술한 바와 같이, 이소파라핀으로 대표되는 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매는 양자점 응집에 의한 침전없이 양자점을 최대 45 중량%까지 포함시킬 수 있다. 본 발명의 바람직한 실험예 3에 따르면, C8-C9 이소파라핀을 이용하여 CdSe/ZnS 양자점을 분산시킨 결과, 35 중량%의 농도까지 안정하게 분산될 수 있음을 확인하였다.

필요한 경우, 본 발명에서는 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매에 더하여 종래 양자점 분산에 사용하는 용매뿐만 아니라, 모노머 또는 올리고머를 더욱 포함할 수 있다.

또한, 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매에 더하여 사용 가능한 모노머 및 올리고머는 분자 구조 내 중합 가능한 관능기인 불포화성 에틸렌기를 갖고, 광경화 가능한 관능기를 동시에 포함하는 아크릴계 모노머/올리고머 일 수 있다. 바람직하기로, 분자 구조 내 관능기가 1개인 단관능성 광경화형 모노머, 또는 2개 이상인 다관능성 광경화형 모노머/올리고머가 사용될 수 있다. 이때 (메트)아크릴레이트는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 의미한다.

구체적으로, 상기 단관능성 광경화형 모노머는 이소보닐 (메트)아크릴레이트, 이소옥틸 (메트)아크릴레이트, 라우릴 (메트)아크릴레이트, 벤질 (메트)아크릴레이트, 노보닐 (메트)아크릴레이트, 이소데실(메트)아크릴레이트, 사이클로헥실 (메트)아크릴레이트, n-헥실(메트)아크릴레이트, 아다만틸 아크릴레이트 및 사이클로펜틸 아크릴레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 모노머를 포함할 수 있다.

또한, 다관능성 광경화형 모노머로는 이소보닐 (메트)아크릴레이트, 이소옥틸 (메트)아크릴레이트, 라우릴 (메트)아크릴레이트, 벤질 (메트)아크릴레이트, 노보닐 (메트)아크릴레이트, 사이클로헥실 (메트)아크릴레이트, n-헥실 (메트)아크릴레이트, 아다만틸 아크릴레이트 및 사이클로펜틸 아크릴레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 모노머를 포함할 수 있다.

그리고, 다관능성 광경화형 올리고머로는 우레탄 (메타)아크릴레이트, 에폭시 (메타)아크릴레이트, 폴리에스테르 (메타)아크릴레이트, 아크릴(메타)아크릴레이트, 폴리부타디엔 (메타)아크릴레이트, 실리콘 (메타)아크릴레이트 및 멜라민 (메타)아크릴레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 올리고머를 포함할 수 있다.

상기 아크릴계 모노머/올리고머는 양자점의 분산능을 높일 수 있으나, 제조되는 필름의 광특성 등 물성 저하를 야기할 수 있으므로, 그 함량을 한정하여 사용한다. 그 함량은 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매 100 부피비 대비 80 부피비, 바람직하기로 50 부피비, 더욱 바람직하기로 15 부피비 이하로 사용한다.

한편, 사용 가능한 용매는 비수성 용매(non-aqeous solvent)일 수 있으며, 바람직하기로 비수성 극성 용매, 비수성 비극성 용매 또는 이들의 혼합 용매일 수 있다.

비수성 극성 용매로는 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3-프로필렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 1,2-부틸렌 카보네이트, 1,2-사이클로헥산 카보네이트, 글리세린 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 아세토페논, 피리딘, 디메틸 말로네이트, 디아세톤 알콜, 하이드록시프로필 카바메이트, 베타-하이드록시에틸 카바메이트, N-메틸 포름아미드, N-메틸 아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 설포란, 2-피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈, N-사이클로헥실-2-피롤리돈, 아세토닐 아세톤, 사이클로헥사논, 에틸 아세토아세테이트, 에틸-L-락테이트, 피롤, N-메틸 피롤, N-에틸 피롤, 4H-피란-4-온, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 모르폴린, N-메틸모르폴린, N-에틸모르폴린, N-포르밀모르폴린, (α-, β-, γ-, δ-)계 락톤(프로피오락톤, 발레로락톤, 헥사락톤, 부티로락톤, 헵타락톤, 옥타락톤), N,N-디메틸포름아마이드, N,N-디메틸아세트아마이드, 아세토니트릴, 디메틸술폭사이드, 헥사메틸포스포트리아마이드, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.

또한, 비수성 비극성 용매로는 헥산, 사이클로헥산, 톨루엔, 벤젠, 자이렌, 클로로포름, 클로로벤젠, 테트라히드로푸란(THF). 펜탄, 헵탄, 옥탄, 이소옥탄, 펜탄, 데칸, 염화메틸렌, 1,4-디옥산, 디에틸에테르, 사이클로헥세인, 디클로로벤젠, 디페닐 에테르, 옥틸 에테르, 디메틸포름알데히드, 프로필렌글리콜 메틸아세테이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.

이러한 용매는 양자점의 분산능을 낮추지 않는 범위에서 사용하며, 다른 조성(예, 표면처리제)의 용해를 위해 사용하거나 양자점을 보다 높은 함량으로 분산시키기 위해 사용한다. 그 함량은 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매 100 부피비 대비 80 부피비 이하로 사용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도 인체에 유해한 것으로 알려진 톨루엔, 벤젠, 자이렌 등의 BTX 용매는 50 부피비 이하, 바람직하기로 15 부피비 이하로 사용한다. 이때 용매의 선정은 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매와 혼화성이 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

양자점

한편, 상기한 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매에 분산된 양자점은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 모든 양자점일 수 있다.

양자점은 양자 고립 효과(quantum confinement effect)를 통해, 광원으로부터 주입되는 광을 흡수한 다음 양자점이 갖는 밴드갭에 대응하는 파장을 갖는 광의 파장을 변환시켜 출사한다.

상기 양자점은 II-VI족, III-V족, IV-VI족, IV족 반도체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 반도체를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 양자점은, 예를 들면, CdS, CdO, CdSe, CdTe, Cd₃P₂, Cd₃As₂, ZnS, ZnO, ZnSe, ZnTe, MnS, MnO, MnSe, MnTe, MgO, MgS, MgSe, MgTe, CaO, CaS, CaSe, CaTe, SrO, SrS, SrSe, SrTe, BaO, BaS, BaSe, BaTE, HgO, HgS, HgSe, HgTe, HgI₂, AgI, AgBr, Al₂O₃, Al₂S₃, Al₂Se₃, Al₂Te₃, Ga₂O₃, Ga₂S₃, Ga₂Se₃, Ga₂Te₃, In₂O₃, In₂S₃, In₂Se₃, In₂Te₃, SiO₂, GeO₂, SnO₂, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbO₂, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, GaInP₂, InN, InP, InAs, InSb, In₂S₃, In₂Se₃, TiO₂, BP, Si, Ge, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 반도체 결정을 포함하는 단일층 또는 다중층 구조의 입자일 수 있다.

또한, 상기 양자점은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe과 같은 II-VI족 화합물 반도체 나노결정, GaN, GaP, GaAs, InP, InAs와 같은 III-V족 화합물 반도체 나노결정 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 상기 중심 입자는 코어/쉘 구조를 가질 수 있고, 상기 중심 입자의 코어 및 쉘(Shell) 각각은 상기 예시한 화합물들을 포함할 수 있다. 상기 예시한 화합물들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 상기 코어나 쉘에 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 중심 입자는 CdSe를 포함하는 코어 및 ZnS를 포함하는 쉘을 갖는 CdSe/ZnS(코어/쉘) 구조를 가질 수 있다.

또한, 양자점의 입자는 코어/쉘 구조 또는 얼로이 구조를 가질 수 있다. 코어/쉘 구조를 갖는 양자점은 씨드의 결정 구조를 성장 시킴에 있어 다른 성분을 넣어 다양한 모습으로 쉘 층을 성장시킬 수 있다. 코어/쉘 구조를 형성시키는 경우 고발광효율, 고발광 선명도 등의 특성을 만족시키면서 열적 안정성 또는 절연성과 같은 다른 특성도 동시에 만족시킬 수 있는 장점이 있다. 이러한 코어/쉘 구조 또는 얼로이 구조를 갖는 양자점 입자는 CdSe/ZnS, CdSe/ZnSe/ZnS, CdSe/CdSx(Zn1-yCdy)S/ZnS, CdSe/CdS/ZnCdS/ZnS, InP/ZnS, InP/Ga/ZnS, InP/ZnSe/ZnS, PbSe/PbS, CdSe/CdS, CdSe/CdS/ZnS, CdTe/CdS, CdTe/ZnS, CuInS₂/ZnS, Cu₂SnS₃/ZnS 일 수 있다.

또한, 양자점은 페로브스카이트 나노결정 입자일 수 있다. 페로브스카이트는 ABX₃, A₂BX₄, ABX₄ 또는 A_n-1B_nX_3n+1(n은 2 내지 6사이의 정수)의 구조를 포함하고, 상기 A는 유기암모늄 또는 알칼리금속 물질이고, 상기 B는 금속 물질이고, 상기 X는 할로겐 원소일 수 있다.

상기 유기암모늄은 아미디늄계 유기이온, (CH₃NH₃)_n, ((C_xH_2x+1)_nNH₃)₂(CH₃NH₃)_n, (RNH₃)₂, (C_nH_2n+1NH₃)₂, (CF₃NH₃), (CF₃NH₃)_n, ((C_xF_2x+1)_nNH₃)₂(CF₃NH₃)_n, ((C_xF_2x+1)_nNH₃)₂ 또는 (C_nF_2n+1NH₃)₂)이고(n은 1이상인 정수, x는 1이상인 정수), 상기 알칼리금속 물질은 Na, K, Rb, Cs 또는 Fr일 수 있다. 상기 B는 2가의 전이 금속, 희토류 금속, 알칼리 토류 금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In, Al, Sb, Bi, Po, 또는 이들의 조합의 이온이고, 상기 X는 Cl, Br, I 이온 또는 이들의 조합일 수 있다.

또한, 양자점은 도핑된 페로브스카이트 나노결정 입자일 수 있다. 상기 도핑된 페로브스카이트는 ABX₃, A₂BX₄, ABX₄ 또는 A_n-1B_nX_3n+1(n은 2 내지 6사이의 정수)의 구조를 포함하고, 상기 A의 일부가 A'로 치환되거나, 상기 B의 일부가 B'로 치환되거나, 상기 X의 일부가 X'로 치환된 것을 특징으로 하고, 상기 A 및 A'는 유기암모늄이고, 상기 B 및 B'는 금속물질이고, 상기 X 및 X'는 할로겐 원소일 수 있다.

이때, 상기 A 및 A'는 아미디늄계 유기이온, (CH₃NH₃)_n, ((C_xH_2x+1)_nNH₃)₂(CH₃NH₃)_n, (RNH₃)₂, (C_nH_2n+1NH₃)₂, (CF₃NH₃), (CF₃NH₃)_n, ((C_xF_2x+1)_nNH₃)₂(CF₃NH₃)_n, ((C_xF_2x+1)_nNH₃)₂또는 (C_nF_2n+1NH₃)₂이고 (n은 1이상인 정수, x는 1이상인 정수), 상기 B 및 B'는 2가의 전이 금속, 희토류 금속, 알칼리 토류 금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In, Al, Sb, Bi 또는 Po이고, 상기 X 및 X'는 Cl, Br 또는 I일 수 있다.

상기 양자점은 구형, 타원형, 로드형, 와이어, 피라미드, 입방체 또는 다른 기하학적 또는 비기하학적 형상일 수 있다. 통상 구형 또는 타원형의 나노 입자로, 평균 입경이 1 내지 20nm, 바람직하기로 1 내지 10nm를 가지며, 그 크기에 따라 발광 파장이 달라지므로, 적절한 크기의 양자점을 선택하여 원하는 색깔의 광을 얻을 수 있다. 통상 입도가 더 큰 양자점은, 동일한 재료로부터 제조되었지만 입도가 더 작은 양자점과 비교하였을 때, 더 낮은 에너지의 광을 방출한다. 본 발명에서는 상기 양자점으로, 예를 들면, 청색광을 적색광으로 변환시키는 양자점, 청색광을 녹색광으로 변환시키는 양자점 및 녹색광을 적색광으로 변환시키는 양자점으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.

특히 양자점은 용매(예, 톨루엔)에 분산된 콜로이드(또는 분산액) 상태로 공급되며 표면 안정화를 위해 리간드가 부착된 형태로 공급된다. 이때 리간드는 소수성의 유기 리간드로서 양자점의 분산성을 높이고 이들끼리 서로 뭉치는 현상을 막아준다. 상기 리간드는 사용 전에 제거하거나 다른 리간드로 치환시켜 사용한다. 상기 리간드는 서로 인접한 양자점이 쉽게 서로 응집되어 소광(quenching)되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 리간드는 양자점과 결합하여, 양자점이 소수성을 갖도록 한다. 이에 따라, 양자점 및 상기 리간드를 포함하는 양자점을 코팅층 또는 필름 형성용 수지(resin)에 분산시키는 경우, 리간드가 없는 양자점에 비해 수지에 대한 분산성이 향상될 수 있다.

상기 리간드는 화학식 -(CH₂)_p-R₃ (1≤p≤40, R₃=OH, CO₂H, NH₂, SH, 또는 PO)로 표시될 수 있다. 바람직하기로, 6≤p≤30이고, CH₂로 표시되는 알킬기는 선형 또는 분지형일 수 있다.

구체적인 예로, 상기 리간드로는 헥사데실아민(hexadecylamine), 옥타데실아민(octadecyl amine), 옥틸아민(octylamine), 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine), 트리페놀포스핀(triphenolphosphine), t-부틸포스핀(t-butylphosphine), 트라이옥틸포스핀 산화물(trioctylphosphine oxide), 피리딘(pyridine) 또는 싸이오펜 (thiophene)일 수 있으며, 바람직하기로는 옥타데실아민일 수 있다.

상기 첨가제로, 산가 10 이상의 인산 에스테르계 화합물과 같은 표면 처리제가 사용될 수 있다.

인산 에스테르계 화합물은 인산 에스테르((HO)₂PO(OR)) 또는 인산(H₃PO₄)에 존재하는 히드록시기 또는 히드록시기의 수소원자를 다른 작용기로 치환 또는 비치환한 형태를 포함할 수 있다. 예컨대 상기 인산 에스테르계 화합물은 (H₂PO₃ ^-)의 형태로 표현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에서 상기 "인산 에스테르계"란 아인산 유도체, 인산 유도체, 포스폰산 유도체 및 포스핀산 유도체로 구성되는 군에서 선택되는 1 이상을 포함할 수도 있다.

상기 표면처리제가 상기 인산 에스테르계 화합물을 포함하는 경우 양자 효율의 저하를 억제할 수 있는 이점이 있다. 상기 인산 에스테르계 화합물은 한 분자 내에 폴리에테르 부분, 폴리에스테르 부분 및 인산기 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

상기 표면처리제는 상기 양자점 고형분 전체 100 중량부에 대하여 1 내지 250 중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 200 중량부, 더욱 바람직하게는 5 내지 100 중량부로 포함될 수 있다.

상기 표면처리제가 상기 범위 내로 포함될 경우 상기 양자점의 탈응집 효과가 우수하고, 본 발명에 따른 양자점 분산액과 다른 조성물과 극성 차이에 의한 석출현상의 억제가 가능하며, 필름 제조 공정 시 양자점의 보호층 역할을 수행할 수 있으므로 바람직하다.

상기 표면처리제가 상기 범위 미만으로 포함될 경우 상기 양자점의 탈응집 효과가 다소 저하될 수 있으며, 상기 범위를 초과하여 포함될 경우 상기 양자점 분산액를 포함하는 수지 조성물의 현상 특성이 다소 저하될 수 있으므로, 상기 범위 내로 포함되는 것이 바람직하다.

양자점 분산액의 제조방법

본 발명에서 제시하는 양자점 분산액은 양자점의 (제1방법) 제조 공정 상에서 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매를 적용하거나, (제2방법) 제조 공정 이후 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매로 치환하는 방식이 사용될 수 있다.

(1) 제1방법

제1방법은 양자점의 제조 공정 중에 지방족 탄화수소계 용매를 적용하는 방법이다. 양자점의 방법은 양자점의 입자의 종류에 따라 하기 방법 이외에 여러 방법이 있으며, 하기는 일 예에 불과할 뿐, 본 발명의 지방족 탄화수소계 용매는 공지의 양자점 제조 공정의 모든 공정에 사용될 수 있다.

제1방법을 대표하는 예로서, CdSe/ZnS 양자점의 제조 공정에 지방족 탄화수소계 용매 중 하나인 이소파라핀 용매를 사용하는 방법을 제시한다.

구체적으로, CdSe 양자점의 합성을 위해 CdO, 올레산(Oleic acid, OA), 트리오틸포스핀 옥사이드(trioctylphosphine oxide)를 일정량 혼합하고 아르곤 분위기로 유지하면서 300℃로 가열하여 투명한 Cd-OA 구조체를 얻는다. 그리고 이를 상온으로 냉각시킨 다음, 헥사데실아민(hexadecylamine, 16.07 mmol)을 첨가하고 아르곤 분위기에서 320℃까지 가열한 뒤 여기에 Se 분말(2mmol), 트리부틸포스핀(tributylphosphine 2.36 mmol)과 디옥틸아민(dioctylamine, 13.64 mmol) 혼합물을 첨가한다. 반응용기의 온도를 110℃로 낮추었다가 서서히 140℃까지 가열한 다음, 메탄올로 정제한 뒤 지방족 탄화수소계 용매 중 하나인 이소파라핀에 분산한다.

이어, CdSe 양자점의 안정성 향상을 위하여 ZnS 쉘형성 과정을 수행한다.

먼저, 트리옥틸포스핀 옥사이드(trioctylphosphine oxide)와 헥사데실아민(hexadecylamine)을 아르곤 분위기에서 혼합하고 이소파라핀에 분산되어있는 CdSe 양자점을 회전농축장치를 이용하여 이소파라핀을 모두 제거하고 다시 헵탄에 분산한다. 이를 위의 혼합용액에 투입하고 190℃로 가열하였으며, 가열과정에서 헵탄은 실린지를 이용하여 모두 제거한다.

여기에 일정량의 스테아르산 아연(Zn stearate), 황 분말(sulfur powder), 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine) 및 이소파라핀을 혼합한 뒤 100℃로 가열하여 제조한 용액을 약 0.1 ml/min의 속도로 반응용기에 주입한다. 이어서 온도를 190℃로 유지하며 한 시간동안 교반한다. 모든 반응이 끝난 뒤에는 메탄올을 이용하여 정제 과정을 거친 후 이소파라핀에 분산하여, CdSe/ZnS 양자점 이소파라핀 분산액을 제조한다.

(2) 제2방법

제2방법은 양자점의 제조 공정 이후 지방족 탄화수소계 용매를 적용하는 방법이다. 양자점의 방법은 양자점의 입자의 종류에 따라 하기 방법 이외에 여러 방법이 있으며, 하기는 일 예에 불과할 뿐, 본 발명의 지방족 탄화수소계 용매는 공지의 양자점 제조 공정 이후의 모든 공정에 사용될 수 있다.

제2방법을 대표하는 예로서, CdSe/ZnS 양자점의 제조 공정에 지방족 탄화수소계 용매 중 하나인 이소파라핀 용매를 사용하는 방법을 제시한다.

구체적으로, CdSe 양자점의 합성을 위해 CdO, 올레산(Oleic acid, OA), 트리오틸포스핀 옥사이드(trioctylphosphine oxide)를 일정량 혼합하고 아르곤 분위기로 유지하면서 300℃로 가열하여 투명한 Cd-OA 구조체를 얻는다. 그리고 이를 상온으로 냉각시킨 다음, 헥사데실아민(hexadecylamine, 16.07 mmol)을 첨가하고 아르곤 분위기에서 320℃까지 가열한 뒤 여기에 Se 분말(2mmol), 트리부틸포스핀(tributylphosphine 2.36 mmol)과 디옥틸아민(dioctylamine, 13.64 mmol) 혼합물을 첨가한다. 반응용기의 온도를 110℃로 낮추었다가 서서히 140℃까지 가열한 다음, 메탄올로 정제한 뒤 톨루엔에 분산한다.

여기에 일정량의 스테아르산 아연(Zn stearate), 황 분말(sulfur powder), 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine) 및 톨루엔을 혼합한 뒤 100℃로 가열하여 제조한 용액을 약 0.1 ml/min의 속도로 반응용기에 주입한다. 그리고 온도를 190℃로 유지하며 한 시간동안 교반한다. 모든 반응이 끝난 뒤에는 메탄올을 이용하여 정제 과정을 거친 후 이소파라핀에 분산하여, CdSe/ZnS 양자점 이소파라핀 분산액을 제조한다.

<양자점 분산액의 물성>

이렇게 제조된 양자점 분산액은 하기 물성을 갖는다.

본 발명에 따른 양자점 분산액은 양자점 분산액 전체 100 중량%에 대하여 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매가 5 내지 95 중량%, 바람직하게는 20 내지 90 중량%, 보다 바람직하게는 30 내지 80 중량%로 포함될 수 있다. 상기 용매가 상기 범위 미만으로 포함될 경우 분산성이 저하되어 양자점 응집에 의한 침전 문제가 발생할 수 있으며, 상기 범위를 초과할 경우 수지 조성물의 고형분을 조절하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기 양자점 분산액은 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매의 종류에 따라 달라질 수 있으나 0.5~3.0 (@40℃, cSt, ASTMD445)의 점도를 갖는다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 양자점 분산액은 입자 크기가 2 내지 6nm 인 CdSe, 또는 CdSe/ZnS계 양자점이 양자점 분산액 전체 100 중량%에 대하여 C7-C8 이소파라핀, C8-C9 이소파라핀 및 C9-C10 이소파라핀 중 어느 하나의 용매에 10 내지 30 중량%의 농도로 분산된다.

본 발명의 다른 바람직한 구현예에 따르면, 양자점이 양자점 분산액 전체 100 중량%에 대하여 C8-C9 이소파라핀 용매에 20 중량%의 농도로 분산된다.

응용

양자점 분산액을 이용한 기술은 산업 전반에 걸쳐 다양하게 사용되고 있다.

본 발명의 제1구현예에 따르면, 양자점 분산액 자체를 이용하여 기판에 코팅 후 건조하여 양자점 코팅층을 형성할 수 있다. 이때 양자점 코팅층은 양자점이 기판 상에 산포되어 있거나 여러 번의 코팅을 통해 층을 형성할 수 있다.

양자점이 형성되는 기판은 유리 기판, 금속 기판 또는 플라스틱 기판이 될 수 있으며, 그 응용 분야에 따라 다양한 형태 및 재질을 갖는 기판일 수 있다.

코팅 방식은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지의 습식 코팅 방식이 사용될 수 있다. 일례로, 얇고 균일한 도막을 형성하기 위해 딥 코팅, 플로우 코팅, 스프레이 코팅, 롤 코팅, 스핀 코팅 또는 그라비어 코팅 등의 방법을 이용할 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 코팅 시 도막의 두께는 건조 후 및 광경화 후 도막의 두께가 줄어듦을 고려하여 설정할 수 있으며, 코팅은 1회 이상 수행할 수 있다.

건조는 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 어떠한 방법으로 행할 수 있다. 건조는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 열풍가열방식, 또는 유도가열방식으로 행할 수 있으며, 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매를 충분히 제거할 수 있도록 온도를 인가하여 일정 시간 동안 수행할 수 있다.

이때 상기 양자점 분산액은 목적하는 바에 따라서 다양한 물질을 더욱 포함할 수 있다.

본 발명의 제2구현예에 따르면, 양자점 분산액을 이용하여 양자점이 필름(또는 매트릭스, 매질, medium) 내에 분산된 양자점 필름을 제조할 수 있다.

상기 양자점 분산액은 필름 제조를 위한, 수지, 중합성 단량체, 중합 개시제를 포함할 수 있다. 이때 수지는 열가소성 수지, 열경화성 또는 광경화성 수지일 수 있다.

수지로는 바인더 수지가 사용될 수 있다. 상기 바인더 수지의 종류로는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 올레핀계 수지, 아크릴계 수지, 페놀계 수지, 우레탄계 수지, 우레아계 수지, 멜라민계 수지, 불소계 수지, 실리콘계 수지, 아마이드계 수지, 이미드계 수지, 스티렌계 수지, 셀롤로오스계 수지, 에폭시계 수지　및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 가능하다.

중합성 단량체는 중합을 통해 상기 바인더 수지를 제조할 수 있는 단량체가 사용될 수 있다. 구체적인 중합성 단량체는 본 발명에서 언급하지 않으며, 이 기술 분야에서 공지된 바의 것이면 어느 것이든 사용될 수 있다.

일례로, 광경화성 아크릴계 수지를 제조하고자 할 경우 하기와 같다.

'광경화성 수지'는 UV, EB, 방사선 등의 강한 활성 에너지선으로 분자쇄에 라디칼이 생성됨에 따라 가교화가 되는 성분이다. 파장수가 200 내지 400nm의 자외선을 점착제 내 포함된 광 개시제가 흡수하여 반응성을 나타낸 후, 수지의 주 성분인 모노머와 반응하여 중합을 이루어 경화된다. 광경화형 수지에 내에 포함된 광 개시제가 UV를 받으면 광중합 반응이 개시되어 수지의 주성분인 올리고머와 단량체가 중합되어 경화된다.

아크릴계 고분자는 아크릴계 올리고머, 아크릴계 모노머 및 이들의 조합으로 이루어진 1종 이상의 조성의 중합을 통해 제조될 수 있다.

아크릴계 올리고머는 에폭시 아크릴레이트 수지일 수 있다.

에폭시 아크릴레이트 수지는 에폭시 수지의 에폭사이드(epoxide)기가 아크릴기로 치환된 수지로, 예를 들면, 상기 에폭시 아크릴레이트 수지는 비스페놀-A 글리세롤레이트 디아크릴레이트(bisphenol A glycerolate diacrylate), 비스페놀-A 에톡실레이트 디아크릴레이트(bisphenol A ethoxylate diacrylate), 비스페놀-A 글리세롤레이트 디메타크릴레이트(bisphenol A glycerolate dimethacrylate), 비스페놀-A 에톡실레이트 디메타크릴레이트(bisphenol A ethoxylate dimethacrylate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 일 수 있다. 에폭시 아크릴레이트 수지는 에폭시 수지와 마찬가지로 주쇄 특성으로 인해 낮은 투습율 과 투기율을 갖는다.

사용 가능한 아크릴계 모노머는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 것이면 어느 것이든 사용할 수 있다. 대표적으로, 상기 아크릴계 모노머는 불포화기 함유 아크릴계 모노머, 아미노기 함유 아크릴계 모노머, 에폭시기 함유 아크릴계 모노머, 및 카르복실산기 함유 아크릴계 모노머로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 단일 중합체 또는 공중합체가 사용될 수 있다.

불포화기 함유 아크릴계 모노머로는 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-프로필아크릴레이트, n-프로필메타크릴레이트, i-프로필아크릴레이트, i-프로필메타크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, i-부틸아크릴레이트, i-부틸메타크릴레이트, sec-부틸아크릴레이트, sec-부틸메타크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, t-부틸메타크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시프로필아크릴레이트, 2-히드록시프로필메타크릴레이트, 3-히드록시프로필아크릴레이트, 3-히드록시프로필메타크릴레이트, 2-히드록시부틸아크릴레이트, 2-히드록시부틸메타크릴레이트, 3-히드록시부틸아크릴레이트, 3-히드록시부틸메타크릴레이트, 4-히드록시부틸아크릴레이트, 4-히드록시부틸메타크릴레이트, 알릴아크릴레이트, 알릴메타크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, 시클로헥실아크릴레이트, 시클로헥실메타크릴레이트, 페닐아크릴레이트, 페닐메타크릴레이트, 2-메톡시에틸아크릴레이트, 2-메톡시에틸메타크릴레이트, 2-페녹시에틸아크릴레이트, 2-페녹시에틸메타크릴레이트, 메톡시디에틸렌글리콜아크릴레이트, 메톡시디에틸렌글리콜메타크릴레이트, 메톡시트리에틸렌글리콜아크릴레이트, 메톡시트리에틸렌글리콜메타크릴레이트, 메톡시프로필렌글리콜아크릴레이트, 메톡시프로필렌글리콜메타크릴레이트, 메톡시디프로필렌글리콜아크릴레이트, 메톡시디프로필렌글리콜메타크릴레이트, 이소보르닐아크릴레이트, 이소보르닐메타크릴레이트, 디시클로펜타디에틸아크릴레이트, 디시클로펜타디에틸메타크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필메타크릴레이트, 글리세롤모노아크릴레이트, 글리세롤모노메타크릴레이트 등이 가능하다.

아미노기 함유 아크릴계 모노머로는 2-아미노에틸아크릴레이트, 2-아미노에틸메타크릴레이트, 2-디메틸아미노에틸아크릴레이트, 2-디메틸아미노에틸메타크릴레이트, 2-아미노프로필아크릴레이트, 2-아미노프로필메타크릴레이트, 2-디메틸아미노프로필아크릴레이트, 2-디메틸아미노프로필메타크릴레이트, 3-아미노프로필아크릴레이트, 3-아미노프로필메타크릴레이트, 3-디메틸아미노프로필아크릴레이트, 3-디메틸아미노프로필메타크릴레이트 등이 가능하다.

에폭시기 함유 아크릴계 모노머로는 글리시딜 아크릴레이트, 글리시딜 메타아크릴레이트, 글리시딜옥시에틸 아크릴레이트, 글리시딜옥시에틸 메타아크릴레이트, 글리시딜옥시프로필 아크릴레이트, 글리시딜옥시프로필 메타아크릴레이트, 글리시딜옥시부틸 아크릴레이트, 글리시딜옥시부틸 메타아크릴레이트 등이 가능하다.

카르복실산기 함유 아크릴계 모노머는 아크릴산, 메타아크릴산, 아크릴로일옥시아세트산, 메타아크릴로일옥시아세트산, 아크릴로일옥시프로피온산, 메타아크릴로일옥시프로피온산, 아크릴로일옥시부티르산, 메타아크릴로일옥시부티르산 등이 가능하다.

광개시제는 100 내지 400㎚의 파장을 갖는 자외선 영역의 빛을 흡수하여 분자의 분해에 의해 라디칼을 형성할 수 있는 것이라면 그 종류에 관계없이 사용할 수 있다.

구체적으로는, 광개시제로는, 벤조인계, 히드록시 케톤계, 아미노케톤계 또는 포스핀 옥시드계 광개시제 등이 사용될 수 있다. 구체적으로는, 벤조인, 벤조인 메틸에테르, 벤조인 에틸에테르, 벤조인 이소프로필에테르, 벤조인 n-부틸에테르, 벤조인 이소부틸에테르, 아세토페논, 디메틸아미노 아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 2,2-디에톡시-2-페닐아세토페논, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-몰포리노-프로판-1-온, 4-(2-히드록시에톡시)페닐-2-(히드록시-2-프로필)케톤, 벤조페논, p-페닐벤조페논, 4,4'-디에틸아미노벤조페논, 디클로로벤조페논, 2-메틸안트라퀴논, 2-에틸안트라퀴논, 2-t-부틸안트라퀴논, 2-아미노안트라퀴논, 2-메틸티오잔톤(thioxanthone), 2-에틸티오잔톤, 2-클로로티오잔톤, 2,4-디메틸티오잔톤, 2,4-디에틸티오잔톤, 벤질디메틸케탈, 아세토페논 디메틸케탈, p-디메틸아미노 안식향산 에스테르, 올리고[2-히드록시-2-메틸-1-[4-(1-메틸비닐)페닐]프로판논] 및 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐-포스핀옥시드 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 광개시제는 단독 사용 또는 혼합형태로 사용할 수 있다.

이때 양자점 필름을 가교할 경우 가교제를 더욱 포함할 수 있다. 본 발명에 사용되는 가교제의 구체적인 예로는, 에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 에틸렌기의 수가 2 내지 14개인 폴리에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 2-트리스아크릴로일옥시메틸에틸프탈산, 프로필렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 프로필렌기의 수가 2 내지 14개인 폴리프로필렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 펜타(메타)아크릴레이트 및 디펜타에리스리톨 헥사(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.

추가로, 상기 조성에 더하여 공정 상의 편의나 특정 목적을 위해 점도 조절제, 계면활성제, 안료, 세라믹 나노 입자 등 다양한 첨가제가 사용될 수 있다.

일례로, 세라믹 나노 입자는 양자점 간 뭉침(aggregation)을 최소화할 수 있다. 즉, 양자점의 뭉침현상이 있으면 발광 파장과 반치푹(FWHM)이 변하게 된다. 구체적으로, 양자점이 두개 뭉치면 그만큼 양자점의 크기가 증가한 기능이 되어서 일례로서 청색광을 녹색광으로 변환시키는 양자점의 크기가 2 내지 2.5nm인데, 녹색광 양자점이 두개 뭉치면 4 내지 5nm 양자점으로 크기의 변화가 발생되어 변환되는 녹색광의 파장과 반치폭(FWHM)이 증가하게 되어 정확한 형광 효과가 나타나지 않는다.

또한, 상기 세라믹 나노 입자는 디스플레이 구동 중 발생하거나 양자점의 발광 시 발생하는 열을 외부(또는 매트릭스 수지 측)로 방출하여 양자점의 열화를 방지하여 양자점 필름의 신뢰성을 높이고, 장기간 안정성을 증가시킨다. 상기 양자점이 발광할시 주변의 온도가 올라갈수록 발광 효율은 감소하게 되며, 온도가 감소하게 되면 이와 반대로 발광 효율은 증가한다. 이에 발광 효율을 높이기 위해선 온도를 낮추는 것이 유리하다. 이에 세라믹 나노 입자가 양자점에서 발생한 열을 흡수함으로서 양자점의 온도를 낮출 수 있어서 안정성을 높일 수 있다.

사용 가능한 세라믹 나노 입자는 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 산화텅스텐, 산화아연 등의 산화물 및 Si₃N₄와 같은 질화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용 가능하다.

이러한 세라믹 나노 입자는 평균 입경이 5 내지 450nm의 나노미터 크기가 보다 바람직하다. 만약, 그 크기가 상기 범위 미만이면 입자끼리 응집이 발생하여 균일하게 분산이 어렵고, 반대로 상기 범위를 초과할 경우 상대적으로 양자점의 사용량이 줄어들어 양자점 필름의 광 변환 효율을 낮출 수 있다.

또한, 세라믹 나노 입자의 함량은 양자점 100 중량부 대비 100 내지 500 중량부, 바람직하기로 150 내지 400 중량부의 함량으로 사용한다. 그 함량이 상기 범위를 초과할 경우 광 흡수가 증가하여 광 변환 효율이 저하되거나 막의 불균일성 및 광원 투과도가 저하된다.

한편, 양자점은 서로 간의 뭉침 현상이 발생하여 경화성 수지 내에 균일한 분산을 이루기가 어려워 발광 균일성이 크게 저하된다. 특히, 양자점은 외부로부터 침투하는 수분이나 공기(즉, 산소)와 접촉하여 양자 효율이 급격히 저하되며, 디스플레이의 수명이 저하되는 문제가 있다. 이에 양자점을 캡슐화하는 방식이 사용될 수 있다.

본 발명의 제3구현예에 따르면, 양자점 분산액을 이용하여 상기 양자점을 1차적으로 캡슐화하고, 이를 다시 필름(또는 매트릭스, 매질, medium) 내에 분산된 양자점 필름을 제조할 수 있다.

양자점의 캡슐화는 다양한 방식으로 사용할 수 있으며, 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 왁스 등 다양한 물질로 캡슐화한 후, 캡슐화된 양자점을 열가소성 수지나 열경화성 수지 등의 바인더 수지에 분산시키는 방식으로 제조할 수 있다. 상기 바인더 수지는 상기 제2구현예에서 언급한 바의 조성이 사용될 수 있으며, 이외에 이 분야에서 사용되는 수지면 어느 것이든 사용 가능하다.

전술한 바의 제1구현예 내지 제3구현예에 따른 양자점 필름은 후술하는 디스플레이나 조명 장치뿐만 아니라, 파장변환을 통해 가시광을 근적외선 영역으로 변환할 경우, 태양전지를 위한 에너지 수집 필름으로 사용될 수도 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 파장변환 필름을 포함하는 전자소자를 제공한다. 전자소자로는 파장변환 필름이 필요한 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 상기 전자소자는 상기 파장변환 필름, 컬러필터 또는 백라이트 유닛을 포함하는 조명 장치 또는 디스플레이 장치 또는 태양전지일 수 있다.

이때 양자점 필름의 두께는 필요에 따라 선택될 수 있으며, 예컨대 0.01 내지 1000 마이크로미터의 두께일 수 있다.

바람직한 예로, 본 발명에 따른 양자점 필름은 파장변환 시트로 사용할 수 있다.

본 명세서에서 언급하는 ' 파장변환 시트'는 광원으로부터 출사되는 광의 파장을 변환시킬 수 있는 필름을 의미한다. 일례로, 광원이 약 430 내지 약 470㎚ 사이의 파장대를 갖는 청색광을 출사할 경우 상기 청색광을 약 520 내지 약 560㎚ 사이의 파장대를 가지는 녹색광 및/또는 약 600 내지 약 660㎚ 사이의 파장대를 가지는 적색광으로 변환시킬 수 있다.

파장변환 시트는 한 쌍의 배리어 필름 사이에 양자점 필름이 배치되는 구조를 갖는다.

배리어 필름은 양자점 코팅층을 지지하고, 보호하기 위한 것으로, 보다 구체적으로는, 외부 공기 중 수분이나 산소 등이 양자점 코팅층으로 투입되어 양자점이 산화되는 것을 방지한다.

이러한 배리어 필름은 수분 및/또는 산소에 대해 차단성이 높은 단일 물질 또는 복합 물질을 포함할 수 있다 예를 들면, 상기 배리어 필름은 수분 및/또는 산소에 대한 차단성이 높은 고분자, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐알코올, 에틸렌 비닐 알코올, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 클로라이드, 나일론, 폴리아미노 에테르, 사이클로올레핀계 호모 폴리머 또는 코폴리머를 포함할 수 있다.

이러한 배리어 필름은 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 일례로, 베이스 기재 상에 수분 및/또는 산소에 대한 차단성이 높은 무기막 또는 유-무기 하이브리드막이 코팅된 형태일 수 있으며, 이때, 상기 무기막 또는 유-무기 하이브리드막은 Si, Al 등의 산화물 또는 질화물을 주성분으로 한 것일 수 있다. 한편, 이 경우, 상기 베이스 기재로는 광 투과율 및 내열성이 높은 고분자 필름이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 환형 올레핀 공중합체(COC), 환형올레핀 중합체(COP) 등을 포함하는 고분자 필름이 사용될 수 있다.

또한, 상기 배리어 필름은 직선 투과율은 420 내지 680nm 가시광선 영역에서 88 내지 95% 정도인 것이 바람직하다.

본 발명의 파장변환 시트는 총 두께가 70 내지 300㎛ 이고, 헤이즈가 5 내지 50%를 갖는다.

상기 파장변환 시트는 디스플레이에 적용 가능하다.

LCD(Liquid crystal display) 기반으로는 광 발광을 이용하여 고휘도, 고색재현이 가능한 디스플레이를 구현하고 있다. 이에 LCD 패널의 경우 백라이트 유닛(BLU: Back Light Unit)에 상기 파장변환 시트를 적용할 수 있다. 일반적인 구조의 LCD 패널의 경우 BLU(Backlight unit)로부터 나오는 빛의 2/3 정도가 컬러필터(color filter)에 의해서 흡수가 이루어져서 광 변환 효율 측면에서 좋지 않다.

이에 본 발명의 파장변환 시트를 LCD 패널과 백라이트 유닛에 적용한 양자점을 이용한 디스플레이는 필름 내의 양자점이 백라이트인 청색광을 각각 녹색 및 적색으로 변환시키고 청색 빛이 일부 그대로 투과되어 색순도가 높은 백색 빛을 생성시키고 이로 인해 높은 휘도와 색재현성을 구현할 수 있다. 또한, 양자점의 등방향 발광 특성으로 시야각이 좋아지며, 액정의 두께를 줄일 수 있어 응답속도도 향상시킬 수 있다.

상기 디스플레이는 본 발명에서 특별히 한정되지 않으며, TV, 모니터, 태블릿, 스마트폰, 개인 휴대정보 단말기(PDA), 게이밍 장치, 전자 리딩 (reading) 장치 또는 디지털 카메라 등과 같은 디스플레이 장치의 BLU(Backlight Unit)에 적용된다.

또한, 본 발명의 파장변환 시트는 실내 또는 실외 조명, 무대 조명, 장식 조명, 액센트 조명 또는 박물관 조명 등에 사용될 수 있고, 이 외에도 원예학이나, 생물학에서 필요한 특별한 파장 조명 등에 사용될 수 있으나, 상기 조명 장치가 적용될 수 있는 용도가 상기에 제한되는 것은 아니다.

[실시예]

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 예시한다. 다만, 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

제조예 1: 양자점 분산액 제조

본 발명에서 언급한 제2방법(제조 공정 이후 용매를 치환하는 방식)을 이용하여 CdSe/ZnS 양자점 분산액(20 중량% 농도)을 제조하였다.

CdSe 양자점의 합성을 위해 CdO, 올레산(Oleic acid, OA), 트리오틸포스핀 옥사이드(trioctylphosphine oxide)를 일정량 혼합하고 아르곤 분위기로 유지하면서 300℃로 가열하여 투명한 Cd-OA 구조체를 얻었다. 그리고 이를 상온으로 냉각시킨 다음, 헥사데실아민(hexadecylamine, 16.07 mmol)을 첨가하고 아르곤 분위기에서 320℃까지 가열한 뒤 여기에 Se 분말(2mmol), 트리부틸포스핀(tributylphosphine 2.36 mmol)과 디옥틸아민(dioctylamine, 13.64 mmol) 혼합물을 첨가하였다. 반응용기의 온도를 110℃로 낮추었다가 서서히 140℃까지 가열한 다음, 메탄올로 정제한 뒤 톨루엔에 분산하였다.

이어, CdSe 양자점의 안정성 향상을 위하여 ZnS 쉘형성 과정을 수행하였다.

먼저, 트리옥틸포스핀 옥사이드(trioctylphosphine oxide)와 헥사데실아민(hexadecylamine)을 아르곤 분위기에서 혼합하고 이소파라핀에 분산되어있는 CdSe 양자점을 회전농축장치를 이용하여 이소파라핀을 모두 제거하고 다시 헵탄에 분산하였다. 이를 위의 혼합용액에 투입하고 190℃로 가열하였으며, 가열과정에서 헵탄은 실린지를 이용하여 모두 제거하였다.

여기에 일정량의 스테아르산 아연(Zn stearate), 황 분말(sulfur powder), 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine) 및 톨루엔을 혼합한 뒤 100℃로 가열하여 제조한 용액을 0.1 ml/min의 속도로 반응용기에 주입하였다. 그리고 온도를 190℃로 유지하며 한 시간동안 교반하였다. 모든 반응이 끝난 뒤에는 메탄올을 이용하여 정제 과정을 거친 후 용매에 분산하여, CdSe/ZnS 양자점 분산액을 제조하였다.

이때 사용된 용매는 헥산, 부틸아세테이트, 이소보닐 아크릴레이트, 이소데칸, C7~C8 이소파라핀, C8~C9 이소파라핀, C9~C11 이소파라핀, C10~C11 이소파라핀, C11~C12 이소파라핀을 각각 사용하였다.

실험예 1: 용매에 따른 양자점 분산액의 분산 안정성 평가

상기 제조예에서 제조된 양자점 분산액과, 시판되는 양자점인 CdSe계 양자점 (상품명: Nanodot-HE, Ecoflux사, 한국, 톨루엔 분산) 분산액을 구입하여 분산 안정성을 평가한 후, 표 2에 나타내었다.

분산 안정성은 투과도 측정장치인 Cary-4000(상품명: Agilent사, 미국)을 이용하여 실시예 및 비교예의 경화성 에멀젼 조성물을 제조한 직후의 투과도(분산 직후의 투과도)를 측정하고, 이를 상온에 방치하여 1개월이 경과한 후 투과도(1개월 후의 투과도)를 측정한 후 그 차이를 계산하였다.

(식 1)

투과도 차이(%)= 분산 직후의 투과도(%)-1개월 후의 투과도(%)

상기 투과도 차이는 분산 안정성과 관련된 것으로, 분산 안정성이 좋지 못한 경우에는 시간이 경과함에 따라 침전이 생겨 투과도가 증가하게 되고, 그 결과 투과도의 차이가 큰 값을 갖게 된다. 즉, 투과도 차이가 낮을수록 분산 안정성이 높음을 의미하고, 투과도 차이가 높을수록 분산 안정성이 낮음을 의미한다.

	투과도 차이(%)
톨루엔	10
헥산	11
부틸아세테이트	13
이소보닐 아크릴레이트	14
이소데칸	12
C7~C8 이소파라핀	7
C8~C9 이소파라핀	3
C9~C11 이소파라핀	4
C10~C11 이소파라핀	11
C11~C12 이소파라핀	12

상기 표 2를 보면, 본 발명에 따른 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매를 사용한 경우 침전 또는 응집 발생 없이 우수한 분산 안정성을 확보할 수 있어, 톨루엔을 대체할 수 있는 우수한 물질임을 알 수 있다.

그 중에서도, C7~C8 이소파라핀, C8~C9 이소파라핀 및 C9~C11 이소파라핀을 사용한 경우 보다 우수한 효과를 나타냄을 알 수 있다.

실험예 2: 양자점 분산액의 분산 상태

양자점 분산액 내 양자점의 분산 상태를 확인하기 위해, (a) 톨루엔, (b) C7~C8 이소파라핀, (c) C8~C9 이소파라핀 용매를 사용한 분산액을 사용하여 제작한 필름을 형광 현미경을 이용하여 측정하였여 얻어진 결과를 도 1에 나타내었다.

도 1을 참조하면, (a) 톨루엔, (b) C7~C8 이소파라핀, (c) C8~C9 이소파라핀 용매를 사용한 분산액 모두 다 응집이 발생하지 않고, 균일하게 분산됨을 알 수 있다. 이러한 결과로부터, 본 발명의 이소파라핀은 훌륭한 톨루엔 대체 용매가 될 수 있음을 알 수 있다.

실험예 3: 용매에 따른 양자점 분산액의 분산 안정성 평가

실험예 1과 동일하게 수행하되, 양자점의 함량을 변화시켜가며 양자점 분산액을 제조하였고, 이때 응집이 일어나는 농도를 확인하여 하기 표 3에 나타내었다.

	농도에 따른 투과도 차이(%)
	20 중량%	25 중량%	30 중량%	35 중량%
톨루엔	10	13	19	응집
헥산	11	12	20	응집
부틸아세테이트	13	15	24	응집
이소보닐 아크릴레이트	14	16	21	응집
이소데칸	12	14	23	응집
C7~C8 이소파라핀	7	9	13	19
C8~C9 이소파라핀	3	5	8	11
C9~C11 이소파라핀	4	5	7	13
C10~C11 이소파라핀	11	17	20	응집
C11~C12 이소파라핀	12	16	18	응집

실험예 4: 양자점 필름 제조 및 물성 분석

(1) 양자점 필름 제조

상기 실험예 1에서 제조한 양자점 분산액을 이용하여 양자점 필름을 제조하였다.

먼저, 혼합기에 양자점 분산액 0.01g, 우레탄 아크릴레이트 올리고머 (Urethane acrylate oligomer) 0.5g에 UV 경화 개시제 (irgacure 184)를 분산한 광경화성 수지 용액을 준비하였다. 상기 조성물을 감압회전농축기를 사용하여 용매를 모두 제거한 코팅액을 제조하였다.

상기 코팅액을 PET 기재의 제 1 배리어 필름(i-component, 50㎛)과 제 2 배리어 필름(icomponent, 50㎛) 사이에 도포하고, 상기 도막에 1000mJ/cm²의 광량으로 1 분 동안 UV에 노광하여 경화시켜 파장변환 시트를 제조하였다. 이때 양자점 입자를 포함하는 양자점 필름의 두께는 80㎛이었다.

(2) 양자점 효율 측정

상기에서 각각 제조된 양자점 필름의 양자 효율(QY: quantum yield)을 확인하기 위해, 절대양자효율 측정기(상품명: C9920-02, HAMAMATSU사, 일본)를 이용하여 측정하였다. 측정 결과는 하기 표 4에 나타내었다.

	양자효율(%)
톨루엔	75
헥산	74
부틸아세테이트	73
이소보닐 아크릴레이트	71
이소데칸	73
C7~C8 이소파라핀	78
C8~C9 이소파라핀	81
C9~C11 이소파라핀	79
C10~C11 이소파라핀	76
C11~C12 이소파라핀	74

상기 표 4를 참조하면, 이소파라핀을 사용한 경우 양자효율이 종래 시판되는 톨루엔 대비 동등 이상의 높은 수치를 나타내었다.

양자 효율은 매트릭스와 양자점 간의 상용성과 관련된 것으로, 매트릭스 내 양자점이 응집되어 존재할 경우 이 응집 현상으로 인한 소광 현상을 유발하여 양자 효율 저하라는 문제점을 가져온다. 낮은 양자 효율은 휘도를 저하시켜 디스플레이에 적용시 원하는 휘도의 구현이 어려워져 전력소모가 높아지게 된다.

이에 톨루엔 및 헥산의 경우 양자효율은 높으나 양자점 필름 내 잔류하여 양자점의 안정성 저하 및 레진 경화도가 낮아져 양자점 필름의 신뢰성 저하 문제가 발생한다. 또한, 부틸 아세테이트의 경우도 레진 경화도의 문제로 인한 신뢰성 저하 문제가 발생한다. 더불어, 이소보닐 아크릴레이트인 경우 양자점 대비 모노머 함량의 사용량 변화에 따른 경화도와 신뢰성이 저하되는 문제가 발생한다.

양자점 분산액 중 C7 ~ C13 이소파라핀을 사용한 경우, 필름 내 잔류 용매 없이 양자점을 원하는 함량으로 레진에 적용할 수 있기 때문에 분산도와 경화도 향상에 따른 최소 70% 이상의 높은 양자 효율을 나타내어 디스플레이 적용시 높은 휘도와 신뢰성 향상을 발휘할 수 있다.

(3) 신뢰도 분석

상기에서 제조된 양자점 필름의 파장변환 시트의 광학 특성을 측정하였다. 청색 발광다이오드를 포함하는 발광다이오드 패키지 상부에 파장 변환 시트를 배치하고, 상기 파장 변환 시트의 상부에 2장의 휘도향상필름(BEF, 3M사)과 반사편광필름(DBEF, 3M사)를 배치한 표시장치에서, 분광 방사 휘도계(Spectroradiometer, 상품명: CS-2000, KONICA MINOLTA사, 일본)를 이용하여 CIE 1931 색좌표 및 휘도를 측정하였다.

이어, 하기 신뢰성 조건에서 다시 색좌표 및 휘도를 측정하였고, 이의 차이를 계산하였다. 신뢰성 조건: 고온/고습(85℃/85% RH) @ 1,000hr

용매	색좌표(CIE1931)		휘도	색좌표(CIE1931)		휘도	색좌표(CIE1931)		휘도
용매	x	y	(nit)	x	y	(nit)	Δx	Δy	Drop(%)
톨루엔	0.215	0.182	8525	0.231	0.143	6394	0.016	-0.039	25
헥산	0.218	0.181	8501	0.239	0.149	6546	0.021	-0.032	23
부틸 아세테이트	0.221	0.175	8442	0.235	0.151	6838	0.014	-0.024	19
이소보닐 아크릴레이트	0.222	0.178	8391	0.231	0.153	7048	0.009	-0.025	16
이소데칸	0.213	0.183	8453	0.228	0.155	7354	0.015	-0.028	13
C7~C8 이소파라핀	0.223	0.185	8496	0.236	0.17	7728	0.013	-0.015	9
C8~C9 이소파라핀	0.222	0.183	8500	0.239	0.17	7813	0.017	-0.013	8.1
C9~C11 이소파라핀	0.219	0.183	8531	0.228	0.175	8107	0.009	-0.008	5
C10~C11 이소파라핀	0.232	0.177	8487	0.254	0.161	7555	0.022	-0.016	11
C11~C12 이소파라핀	0.223	0.183	8505	0.238	0.173	7870	0.015	-0.01	7.5

상기 표 5를 참조하면, 본 발명에 따른 이소파라핀계 용매를 사용할 경우 톨루엔 대비 신뢰도 시험 이후 CIE 1931 색좌표의 변화가 크지 않으며, 휘도 저하가 낮게 나타났다. 이러한 결과를 통해 이소파라핀계 용매는 톨루엔을 대체하여 사용 가능함을 알 수 있다.

또한, 이소파라핀계 용매 중에서도 C7~C8 및 C8~C9 이소파라핀을 사용한 경우 그 물성이 가장 우수한 결과를 나타내, 외부로부터의 영향이 적고, 원하는 색을 충분히 발휘할 수 있음을 알 수 있다.

실험예 5: 캡슐화된 양자점을 포함하는 필름 제조

C7~C8 이소파라핀 100 ml에 왁스계 화합물로서 폴리에틸렌 왁스(상품명: Licowax PED 136, Clariant사, 스위스)를 5g을 혼합한 후, 110℃로 온도를 상승시킴으로써 상기 폴리에틸렌 왁스를 용해시켜 왁스 용액을 제조하였다. 용매 1 ml에 20mg의 CdSe계 양자점(상품명: Nanodot-HE, Ecoflux사, 한국)이 분산된 용액을, 상기 왁스 용액에 첨가하여 혼합한 후, 상온으로 냉각시켜 캡슐 녹색 양자점이 분산된 용액을 제조하였다.

상기 용액을, BASF사(회사명, 독일)에서 구입한 우레탄아크릴레이트 및 광개시제(diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, TPO)와 혼합하였다. TPO는 우레탄아크릴레이트 100 중량부에 대해 0.8 중량부를 혼합하였다. 이후 증발기(evaporator)를 이용하여 C7-C8 이소파라핀을 제거하여 우레탄아크릴레이트, 캡슐화된 양자점 및 광개시제가 혼합된 코팅 조성물을 제조하였다.

이때, 상기 코팅 조성물에서, 우레탄아크릴레이트 100 중량부에 대해서, 캡슐 양자점은 5 중량부가 포함되었다.

(2) 파장변환 시트 제조

제1 배리어 필름(i-component사, 한국) 상에 우레탄아크릴레이트, 캡슐 양자점 및 광개시제가 혼합된 코팅 조성물을 80㎛의 두께로 코팅하여 코팅층을 형성하였다.

상기 제1 배리어 필름과 실질적으로 동일한 제2 배리어 필름을 준비하여 상기 코팅층 상에 제2 배리어 필름과 접촉하도록 덮고, 자외선을 조사하여 상기 코팅층을 경화시킴으로써 파장 변환층을 형성하여 파장변환 시트를 제작하였다.

본 발명에 따른 양자점 분산액은 다양한 분야에 적용 가능하다.

Claims

양자점; 및
끓는점이 80 내지 300℃ 이하인, C6~C20의 측쇄형 지방족 탄화수소계(branched aliphatic hydrocarbons) 용매를 포함하는 양자점 분산액.
제1항에 있어서,
상기 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매는 이소옥탄, 이소노난, 이소데칸, 이소운데칸, 이소도데칸, 이소트리데칸, 이소테트라데칸, 이소펜타데칸, 이소헥사데칸 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종인, 양자점 분산액.
제1항에 있어서,
상기 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매는 C6-C7 이소파라핀, C7-C8 이소파라핀, C8-C9 이소파라핀, C9-C11 이소파라핀, C9-12 이소파라핀, C9-C13 이소파라핀, C9-C14 이소파라핀, C9-16 이소파라핀, C10-C11 이소파라핀, C10-12 이소파라핀, C10-C13 이소파라핀, C11-C12 이소파라핀, C11-C13 이소파라핀, C11-14 이소파라핀, C12-C14 이소파라핀, C12-20 이소파라핀, C13-C14 이소파라핀, C13-C16 이소파라핀 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종인, 양자점 분산액.
제1항에 있어서,
상기 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매는 끓는점이 90 내지 260℃인, 양자점 분산액.
제1항에 있어서,
상기 양자점은 II-VI족, III-V족, IV-VI족, IV족 반도체; ABX₃, A₂BX₄, ABX₄ 또는 A_n-1B_nX_3n+1(n은 2 내지 6사이의 정수)의 구조 (A는 유기암모늄 또는 알칼리금속 물질, B는 금속 물질, X는 할로겐 원소)의 페로브스카이트 나노결정 입자, ABX₃, A₂BX₄, ABX₄ 또는 A_n-1B_nX_3n+1(n은 2 내지 6사이의 정수)의 구조(A, B 및 X는 각각 A', B', X'로 일부 치환되고, A 및 A'는 유기암모늄, B 및 B'는 금속물질, X 및 X'는 할로겐 원소)의 도핑된 페로브스카이트 나노결정 입자; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 반도체를 포함하는, 양자점 분산액.
제1항에 있어서,
상기 양자점은 평균 입경이 1 내지 20nm인, 양자점 분산액.
제1항에 있어서,
상기 양자점은 화학식 -(CH₂)_p-R₃ (1≤p≤40, R₃=OH, CO₂H, NH₂, SH, 또는 PO)로 표시되는 리간드를 포함하는, 양자점 분산액.
제1항에 있어서,
상기 양자점 분산액 전체 100 중량%에 대하여, 용매가 5 내지 95 중량%로 포함되는 양자점 분산액.
제1항에 있어서,
상기 양자점 분산액은 전체 100 중량%에 대하여 측쇄형 지방족 탄화수소계 용매를 5 내지 95 중량%로 포함되는 양자점 분산액.
제1항에 있어서,
상기 양자점 분산액은 점도가 0.5~3.0 cSt(@40℃)인, 양자점 분산액.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 양자점 분산액으로 제조된 양자점 파장변환 시트, 디바이스 또는 디스플레이.