WO2024039174A1 - 조명 장치용 양자점 필름 및 이를 이용한 조명 장치 - Google Patents

조명 장치용 양자점 필름 및 이를 이용한 조명 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2024039174A1
WO2024039174A1 PCT/KR2023/012111 KR2023012111W WO2024039174A1 WO 2024039174 A1 WO2024039174 A1 WO 2024039174A1 KR 2023012111 W KR2023012111 W KR 2023012111W WO 2024039174 A1 WO2024039174 A1 WO 2024039174A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
quantum dot
lighting device
dot film
quantum
film
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/012111
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
정한일
김해식
김도억
유정환
김덕수
방은호
Original Assignee
(주)디씨티
주식회사 네모엘텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)디씨티, 주식회사 네모엘텍 filed Critical (주)디씨티
Publication of WO2024039174A1 publication Critical patent/WO2024039174A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
    • C09K11/025—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor non-luminescent particle coatings or suspension media
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/70—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing phosphorus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/88—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing selenium, tellurium or unspecified chalcogen elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/88—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing selenium, tellurium or unspecified chalcogen elements
    • C09K11/881—Chalcogenides
    • C09K11/883—Chalcogenides with zinc or cadmium
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/04—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/206—Filters comprising particles embedded in a solid matrix
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/507—Wavelength conversion elements the elements being in intimate contact with parts other than the semiconductor body or integrated with parts other than the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/02—Details
    • H05B33/04—Sealing arrangements, e.g. against humidity
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0041—Processes relating to semiconductor body packages relating to wavelength conversion elements

Definitions

  • This specification relates to a quantum dot film for a lighting device and a lighting device using the same. More specifically, it relates to a quantum dot film for a lighting device that can simultaneously satisfy high color rendering and high efficiency characteristics and a lighting device using the same.
  • LED lighting devices use a relatively high-brightness blue LED as a light source, and can be made to have desired optical characteristics by applying a phosphor film or phosphor mold.
  • an LED lighting device uses an LED that emits blue light as a light source and implements white light by applying a phosphor film containing a red phosphor, a red phosphor and a green phosphor, a yellow phosphor, or a yellow-green phosphor.
  • Color rendering is the reproducibility of an object's unique color by light, and is one of the characteristics of lighting that indicates how similar the color of an object by illumination light is to the color of an object by reference light (sunlight).
  • Color rendering is evaluated by the color rendering index (CRI), and generally the highest value of the color rendering index is 100 Ra, which is considered the most ideal color of an object by reference light (sunlight).
  • the color rendering index is expressed by averaging the individual color rendering index (R1 to R15), which is the color reproducibility for each of 15 colors according to international standards. Accordingly, the larger the Ra value of the lighting device, the higher the color rendering.
  • Ra value is an average value for individual color rendering indices
  • R1 to R15 cannot be considered to be uniformly high.
  • the R9 value the color rendering index of red
  • the color rendering index of other colors is relatively low compared to the color rendering index of other colors.
  • color rendering index is high, if the lighting efficiency is low, the object cannot be seen properly, so color rendering is inversely proportional to light efficiency.
  • Quantum dots are a semiconductor material with a nano-sized crystal structure and have high color purity, excellent light and thermal stability compared to organic materials, and ease of bandgap adjustment. Because these quantum dots are small, they have a large surface area per unit volume and exhibit a quantum confinement effect, so they have physical and chemical properties that are different from those of the semiconductor material itself. Quantum dots have the advantage of being able to easily adjust their optical properties compared to phosphors by adjusting their concentration and/or size. However, the development of technology for quantum dot films that simultaneously satisfy high efficiency and high color rendering is still insufficient.
  • the purpose of the present invention is to provide a quantum dot film for a lighting device that can simultaneously satisfy high efficiency and high color rendering, and a lighting device using the same.
  • the present invention aims to provide a quantum dot film that can easily adjust the efficiency, color rendering, and color temperature characteristics of a lighting device as needed, and a lighting device using the same.
  • the quantum dot film for a lighting device is dispersed in resin and resin, has a maximum emission wavelength of 620 nm to 640 nm, and quantum dots with a quantum efficiency (Qy) of 90% or more.
  • a lighting device includes a substrate, a blue light-emitting diode disposed on the substrate and emitting blue light, and a quantum dot film for the lighting device disposed on the blue light-emitting diode.
  • the quantum dots included in the quantum dot film for lighting devices of the present invention have a maximum emission wavelength of 620 nm to 640 nm and a high quantum efficiency of more than 90%, so they can effectively convert blue light into red light, and are therefore used in lighting devices that emit blue light. By applying it, optical properties can be improved to simultaneously satisfy light efficiency and color rendering. Additionally, glare can be prevented by reducing blue light.
  • the quantum dot film for a lighting device of the present invention can control the light efficiency, color rendering, and color temperature characteristics of a lighting device more easily than conventionally used phosphor films by adjusting the size, composition ratio, and concentration of the quantum dots.
  • the quantum dot film for a lighting device of the present invention does not contain a light diffuser, so it has the advantage of excellent light transmittance and excellent luminous flux, light efficiency, color temperature, and color rendering.
  • the quantum dot film for lighting devices of the present invention has excellent optical properties and can be easily applied to various types of lighting devices such as downlight lighting, surface lighting, bulb type lighting, street lighting, and bar type lighting.
  • the quantum dots included in the quantum dot film for lighting devices of the present invention have high quantum efficiency and excellent optical and thermal stability, and can be easily mass-produced, contributing to increasing productivity and lowering manufacturing costs.
  • the lighting device of the present invention has a light efficiency of 100 lm/W or more and a color rendering index (CRI) of 90 Ra or more, showing high efficiency and high color rendering characteristics, making the color of objects richer and clearer while reducing power consumption. This provides a reduced effect.
  • CRI color rendering index
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a quantum dot film for a lighting device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a lighting device according to an embodiment of the present invention.
  • the quantum dot film according to an embodiment of the present invention may include a resin and quantum dots dispersed in the resin, having a maximum emission wavelength of 620 nm to 640 nm, and a quantum efficiency (Qy) of 90% or more.
  • the content of quantum dots in the quantum dot film may be 0.4% by weight to 1.6% by weight.
  • the quantum dot may be a ternary or more quantum dot containing one or more first metals selected from Cd, Zn, and In, and one or more second metals selected from Se, S, and P.
  • the quantum dot may be a ternary alloy quantum dot composed of Cd-Zn-Se.
  • the molar ratio of Cd: Zn: Se may be 1: 6 to 8: 5 to 11.
  • the quantum dot may be a quantum dot of a core-shell structure including a core composed of In-Zn-P or In-P and a shell composed of Zn-S or Zn-Se-S.
  • the alloy quantum dot composed of Cd-Zn-Se is a one-component type containing a cationic precursor containing cadmium oleate and zinc oleate and an anionic precursor containing trioctylphosphine selenide. It can be formed by rapidly heating the precursor solution to 300°C to 380°C.
  • cadmium oleate is formed by reacting cadmium and oleic acid at a molar ratio of 1:1.3 to 1:1.7
  • zinc oleate is formed by reacting zinc and oleic acid at a molar ratio of 1:1.3 to 1:1.7. It is formed by reacting in a molar ratio, and the molar ratio of cadmium oleate to zinc oleate in the cationic precursor may be 1:6 to 1:12, and the molar ratio of the cationic precursor to anionic precursor may be 1:0.5 to 1:0.9.
  • the quantum dot may be a quantum dot of a core-shell structure including a core composed of In-P and a shell composed of Zn-Se-S, and the core composed of In-P is an indium oxo cluster ( A shell formed by raising the temperature of a first mixture containing a first cation precursor containing (In-Oxocluster) and a first anion precursor containing phosphorus (P) to 300°C to 380°C, and composed of Zn-Se-S A second mixture comprising a core composed of In-P, a second cation precursor containing zinc oleate, and a second anion precursor containing trioctylphosphine selenide and trioctylphosphine sulfide was prepared at 300° C. to 400° C. It can be formed by rapidly increasing the temperature.
  • zinc oleate is formed by reacting zinc and oleic acid at a molar ratio of 1:1.3 to 1:1.7, and the molar ratio of trioctylphosphine selenide to trioctylphosphine sulfide is 1: It may be 0.8 to 1:2.5.
  • a barrier film disposed on at least one side of the quantum dot film may be further included.
  • the quantum dot film may have a dispersant content of less than 0.1% by weight.
  • a lighting device includes a substrate, a blue light-emitting diode disposed on the substrate and emitting blue light, and the quantum dot film disposed on the blue light-emitting diode.
  • the light efficiency of the lighting device may be 100 lm/W or more, and the color rendering index (CRI) may be 90 Ra or more.
  • first, second, etc. are used to describe various elements, these elements are not limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Accordingly, the first component mentioned below may also be the second component within the technical spirit of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a quantum dot film for a lighting device according to an embodiment of the present invention.
  • the quantum dot film 110 includes a resin 111 and quantum dots 112.
  • the resin 111 allows the quantum dots 112 to be uniformly dispersed and fixes the quantum dots 112 within the quantum dot film 110. Additionally, the resin 111 protects the quantum dots 112 from external shock or the environment. In addition, the resin 111 delays the infiltration of oxygen or moisture from the outside and prevents the quantum dots 112 from being deteriorated by oxygen or moisture.
  • the quantum dot optical film 110 is formed by curing the quantum dot composition.
  • the quantum dot composition includes quantum dots, oligomers, and monomers. After forming the quantum dot composition into a film, when heat is applied or light is irradiated, the oligomers and monomers are cured to form the resin 111.
  • the resin 111 may be an acrylic resin.
  • the oligomer may be an acrylate-based oligomer
  • the monomer may be an acrylate-based monomer
  • the acrylic resin may be formed by curing the acrylate-based oligomer and the acrylate-based monomer.
  • acrylate-based oligomers include (meth)acrylate oligomer, urethane (meth)acrylate oligomer, epoxy (meth)acrylate oligomer, polyester (meth)acrylate, polyether (meth)acrylate, etc. It may be one or more types selected from, but is not limited thereto.
  • acrylate-based monomers include isobornyl (meth) acrylate, isooctyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, isononyl (meth) acrylate, It may be one or more selected from isodecyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, n-hexyl (meth) acrylate, adamantyl acrylate, and cyclopentyl acrylate, but is not limited thereto.
  • the monomer may be isobornyl (meth)acrylate.
  • isobornyl (meth)acrylate contains a bicyclic structure in the molecule and can form an acrylic resin with a high glass transition temperature when cured.
  • isobornyl (meth)acrylate minimizes the crosslinking reaction during curing to form an acrylic resin that is thermally stable and has excellent mechanical properties such as hardness, elasticity, flexibility, and impact resistance, and excellent adhesion.
  • the quantum dot composition may further include an initiator capable of forming reactive radicals by applying heat or light to facilitate curing of oligomers and monomers.
  • the initiator may be benzoin-based, hydroxy ketone-based, phosphine oxide-based, etc., but is not limited thereto.
  • the quantum dot composition can be prepared by adding the quantum dots 112, oligomers, and monomers in batches and then mixing them.
  • the quantum dot composition can be prepared by dispersing the quantum dots 112 in a monomer with a low viscosity to prepare a quantum dot dispersion and mixing the quantum dot dispersion with the oligomer.
  • the quantum dots 112 can be more uniformly dispersed in the quantum dot composition to form a quantum dot film 110 with even and uniform physical properties.
  • the quantum dot 112 may have a maximum emission wavelength of 620 nm to 640 nm, and preferably 625 nm to 635 nm.
  • Quantum dot 112 may be a quantum dot that emits red light. This can convert blue light into red light. Accordingly, when the quantum dot film 110 is applied to a lighting device using a blue light-emitting diode that emits blue light as a light source, blue light can be converted into red light. Some of the blue light emitted from the blue light-emitting diode is converted into red light by the quantum dots 112, and the red light thus generated and the blue light emitted from the blue light-emitting diode are mixed, so that the lighting device emits white light. . Accordingly, the lighting device provided with the quantum dot film 110 of the present invention provides the advantage of preventing glare and reducing eye fatigue by reducing blue wavelengths.
  • the quantum dot 112 may have a quantum efficiency (Qy) of 90% or more.
  • Qy quantum efficiency
  • quantum dots 112 having the above characteristics, when applying the quantum dot film 110 to a lighting device, light efficiency and color rendering can be satisfied at the same time.
  • the quantum dot 112 may be a ternary or more quantum dot containing one or more first metals selected from Cd, Zn, and In, and one or more second metals selected from Se, S, and P.
  • the quantum dot 112 may be a ternary or 4-component quantum dot containing the first metal and the second metal.
  • the quantum dot 112 may be an alloy type quantum dot. Alloy-type quantum dots are made of three or more metal elements formed as a single layer without forming an interface. In this case, the lattice constant mismatch is minimized, which has the advantage of excellent optical durability of the quantum dots.
  • quantum dots 112 may have a core-shell structure.
  • the shell may be a single layer, or, if necessary, may be a multiple shell of two or more layers.
  • the ternary or higher metal may be formed in an alloy form. That is, quantum dots with a core-shell structure may be composed of an alloy-type core and an alloy-type shell.
  • the quantum dot 112 is a quantum dot of a core-shell structure including a core composed of In-Zn-P or In-P and a shell composed of Zn-S or Zn-Se-S, and a Cd-Zn- It may be one or more types selected from alloy quantum dots composed of Se.
  • the quantum dots 112 may be selected from Cd-Zn-Se, InZnP/ZnS, InZnP/ZnSe/ZnS, InP/ZnSeS, InZnP/ZnSeS, and InZnP/ZnSeS/ZnS, but are not limited thereto.
  • the quantum dot 112 may be an alloy type Cd-Zn-Se, which has the advantage of excellent optical durability and thermal stability as well as high luminous efficiency.
  • the emission wavelength of the quantum dots 112 In order to convert blue light emitted from a blue light emitting diode into red light, the emission wavelength of the quantum dots 112 must be adjusted within a specific range. Below, the manufacturing method of the quantum dots 112 will be described.
  • a one-part precursor solution containing a cationic precursor containing cadmium oleate and zinc oleate and an anionic precursor containing trioctylphosphine selenide is prepared.
  • composition ratio of the reactant can be adjusted to achieve the characteristics of narrow half width and excellent quantum efficiency while adjusting the maximum emission wavelength of the quantum dot to the desired wavelength.
  • the molar ratio of cadmium oleate to zinc oleate among the cationic precursors may be 1:6 to 1:12, and in this case, the half width of the quantum dots is narrow and has the advantage of excellent quantum efficiency.
  • the wavelength range of quantum dots can be controlled by adjusting the molar ratio of the metal component and oleic acid.
  • the molar ratio of cadmium to oleic acid may be 1:1.3 to 1:2.0
  • the molar ratio of zinc to oleic acid may be 1:1.3 to 1:2.0.
  • the molar ratio of cadmium to oleic acid is 1:1.3 to 1:1.7 or 1:1.5 and the molar ratio of zinc to oleic acid may be 1:1.3 to 1:1.7 or 1:1.5.
  • the maximum emission wavelength of the quantum dot is within the desired range, but the half width is narrow and quantum efficiency is superior.
  • the molar ratio of cationic precursor to anionic precursor may be 1:0.5 to 1:0.9.
  • the quantum dots have a narrow half width and excellent quantum efficiency.
  • the one-component precursor solution is rapidly heated to 300°C to 380°C.
  • the high temperature increase may be performed within 120 seconds, preferably within 60 seconds, and may be performed at a rate of 3°C to 10°C.
  • the quantum dots 112 manufactured in this way have a uniform particle size distribution, a narrow half width, and excellent quantum efficiency.
  • Rapid temperature rise can be performed using a rapid heating device.
  • a one-part precursor solution can be quickly heated using radiant heat generated from a lamp.
  • the temperature of the first mixture can be quickly raised using a halogen lamp, tungsten-halogen lamp, or xenon arc lamp.
  • Quantum dots in this alloy form have the advantage of excellent optical durability as there is no boundary between the core and shell, minimizing lattice constant mismatch.
  • the quantum dots When producing quantum dots by raising the temperature at a high speed in this way, the quantum dots can be easily synthesized using a high temperature rise method because they do not contain sulfur (S), the particle size distribution of the quantum dots is small, and side reactions are reduced, so the purity of the quantum dots is excellent. There is an advantage.
  • the step of heat treating the one-component precursor solution at a temperature of 300°C or higher for 1 to 10 seconds may be further included.
  • the alloy Cd-Zn-Se quantum dots prepared in this way may have a molar ratio of Cd: Zn: Se of, for example, 1: 6 to 8: 5 to 11, preferably 1: 6 to 8: 7 to 10. there is.
  • the alloy-type Cd-Zn-Se quantum dots of the present invention are characterized by a low cadmium content. Alloy-type Cd-Zn-Se quantum dots with this composition ratio have the advantage of particularly excellent quantum efficiency.
  • the alloy Cd-Zn-Se quantum dots prepared in this way may have a full width at half maximum of, for example, 18 nm or less. Because the half width is narrow like this, when applying the quantum dot film 110 to a lighting device, the luminous flux and light efficiency of lighting can be improved.
  • the core composed of In-P is a first mixture containing a first cation precursor containing an indium oxo cluster (In-Oxocluster) and a first anion precursor containing phosphorus (P) at a high temperature of 300°C to 380°C. It can be formed through the step of raising the temperature.
  • the high temperature increase may be performed within 120 seconds, preferably within 60 seconds, and may be performed at a rate of 3°C to 10°C.
  • the core made of In-P manufactured in this way has a uniform particle size distribution, a narrow half width, and excellent quantum efficiency.
  • Rapid temperature rise can be performed using a rapid heating device.
  • the first mixture can be quickly heated using radiant heat generated from a lamp.
  • the temperature of the first mixture can be quickly raised using a halogen lamp, tungsten-halogen lamp, or xenon arc lamp.
  • the step of heat treating the first mixture at 300° C. or higher for 1 to 10 seconds may be further included.
  • the step of mixing trioctylphosphine with the heat-treated first mixture and additionally heat-treating it at 300° C. or higher for 10 seconds or more may be further included.
  • the surface reactivity of the core is improved to facilitate shell formation.
  • the shell composed of Zn-Se-S is a solution containing the quantum dot core prepared as described above and a second cation precursor containing zinc oleate and trioctylphosphine selenide and trioctylphosphine sulfide. It may be formed by mixing a second anion precursor to prepare a second mixture and rapidly raising the temperature to 300°C to 400°C. At this time, the high-speed heating time, speed, and device are the same as those described for the quantum dot core manufacturing process.
  • Zinc oleate is manufactured by reacting zinc and oleic acid.
  • the wavelength range of quantum dots can be controlled by adjusting the molar ratio of zinc and oleic acid.
  • the molar ratio of zinc to oleic acid may be 1:1.3 to 1:1.7, preferably 1:1.5.
  • the wavelength range of quantum dots can be controlled by adjusting the ratio of trioctylphosphine selenide and trioctylphosphine sulfide.
  • the molar ratio of trioctylphosphine selenide to trioctylphosphine sulfide may be 1:0.8 to 1:2.5, preferably 1:0.8 to 1:1.5.
  • quantum dots emit light in the target wavelength range, have a narrow half width and have excellent luminous efficiency.
  • Quantum dots containing a core made of In-P and a shell made of Zn-Se-S manufactured in this way may have a full width at half maximum of, for example, 35 nm or less. This has a narrow half width compared to conventional In-based quantum dots, so when applying the quantum dot film 110 to a lighting device, the luminous flux and luminous efficiency of lighting can be improved.
  • the optical properties of the quantum dot film 110 can be improved by adjusting the concentration of the quantum dots 112.
  • the content of the quantum dots 112 in the quantum dot film 110 may be 0.4% by weight to 1.6% by weight, and preferably 0.5% by weight to 1.0% by weight.
  • the quantum dot film 110 is applied to a lighting device, there is an advantage in that luminous flux and luminous efficiency are excellent, and color rendering is excellent.
  • the quantum dot film 110 may optionally further include one or more of blue quantum dots and green quantum dots in order to adjust the color temperature of the lighting device to which the quantum dot film 110 is applied or the color rendering index of a specific color.
  • a barrier film may be disposed on at least one side of the quantum dot film 110.
  • the barrier film protects quantum dots from deterioration by heat, oxygen, moisture, etc. Accordingly, the barrier film can be formed of a material that has low oxygen permeability and moisture permeability and excellent heat resistance.
  • a first barrier film 120a is disposed on the lower surface of the quantum dot film 110, and a second barrier film 120b is disposed on the upper surface.
  • deterioration of the quantum dots 112 from external environments such as heat, acid water, and moisture can be effectively suppressed.
  • the barrier film is shown as disposed on the upper and lower surfaces of the quantum dot film 110, but the present invention is not limited thereto.
  • the barrier film may be omitted if the quantum dot film 110 itself is sufficiently durable, and may be disposed on only one of the top and bottom surfaces, if necessary.
  • the first barrier film 120a and the second barrier film 120b may each be independently selected from polymethyl methacrylate film, polyethylene terephthalate film, polycarbonate film, polyethylene terephthalate copolymer film, etc. there is.
  • the first barrier film 120a and the second barrier film 120b may be a polyethylene terephthalate film, which has excellent barrier properties and is optically transparent, thereby improving the optical properties of the quantum dot film 110. .
  • the quantum dot film 110 of the present invention includes quantum dots 112 with a maximum emission wavelength of 620 nm to 640 nm and a quantum efficiency of 90% or more. Accordingly, when the quantum dot film 110 is applied to a lighting device using a blue light-emitting diode as a light source, color rendering can be greatly improved by increasing the R9 value, which is the color rendering index of red, while maintaining high light efficiency.
  • the quantum dot film 110 of the present invention can control the light efficiency, color rendering, and color temperature characteristics of a lighting device more easily than conventionally used phosphor films by adjusting the size, composition ratio, and concentration of the quantum dots.
  • the quantum dots 112 included in the quantum dot film 110 of the present invention have the advantage of having an excellent quantum efficiency of more than 90% while being small in size, at the level of 5 nm to 100 nm.
  • conventional red phosphors exhibit quantum efficiency of 70% to 90% at sizes larger than a few microns.
  • the quantum dot film 110 of the present invention has the advantage of being able to manufacture a slimmer film by including quantum dots that are smaller in size than conventional phosphor films, while having superior optical properties compared to conventional phosphor films. Additionally, since quantum dots are smaller than phosphors, the loading amount of quantum dots can be increased, and in this case, optical properties can be further improved.
  • the quantum dot film 110 of the present invention may have a dispersant content of less than 0.1% by weight, more preferably less than 0.01% by weight. Unlike conventional phosphors, the quantum dots 112 of the present invention can be easily dispersed without using a dispersant. When a dispersant is added, the optical efficiency of the quantum dot film 110 may decrease, but the quantum dot film 110 of the present invention has the advantage of excellent optical efficiency because it does not substantially contain a dispersant.
  • the quantum dot film 110 of the present invention is characterized in that it does not contain a light diffusion agent such as TiO 2 .
  • the quantum dot film 110 of the present invention does not contain a light diffuser, so it has the advantage of excellent light transmittance and excellent luminous flux, light efficiency, color temperature, and color rendering.
  • the quantum dot film 110 of the present invention can be applied to a lighting device.
  • the quantum dot film 110 can be applied to various types of lighting devices such as downlight lighting, surface lighting, bulb type lighting, street lighting, and bar type lighting to improve lighting characteristics.
  • a lighting device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a lighting device according to an embodiment of the present invention.
  • the lighting device 100 includes a substrate (SUB), a blue light emitting diode (LED), a quantum dot film 110, and a diffusion plate 130.
  • the substrate (SUB) is a member that supports a blue light emitting diode (LED).
  • the substrate (SUB) may be a silicon substrate, metal substrate, ceramic substrate, or plastic substrate.
  • a heat dissipation member that radiates heat generated from the blue light emitting diode (LED) may be disposed on one side of the substrate (SUB).
  • a blue light emitting diode is disposed on the substrate (SUB).
  • a blue light emitting diode may be mounted on the surface of the substrate (SUB).
  • a printed circuit board that is electrically connected to a blue light emitting diode (LED) to apply a voltage is disposed on the substrate (SUB).
  • a blue light emitting diode includes an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, and an active layer between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer.
  • the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer are connected to an electrode terminal (not shown) formed on the substrate 10 through a wire, and when a voltage is applied, a current flows between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, forming a blue color in the active layer.
  • Light is generated.
  • a blue light emitting diode (LED) can emit light in the 430nm to 480nm wavelength range. Blue light-emitting diodes (LEDs) have excellent luminous efficiency and can improve the luminous efficiency of lighting devices.
  • Quantum dot film 110 is disposed on a blue light emitting diode (LED).
  • LED blue light emitting diode
  • the quantum dot film 110 includes quantum dots 112 having a maximum emission wavelength of 620 nm to 640 nm and a quantum efficiency of 90% or more.
  • the quantum dots 112 convert part of the blue light emitted from the blue light emitting diode (LED) into red light, and some of the blue light and red light are mixed, so that the lighting device 100 emits white light. In this way, when configured to emit white light using a blue light emitting diode (LED) and the quantum dot film 110, white light with excellent luminous efficiency, brightness, and color purity can be emitted compared to using a white light emitting diode.
  • the lighting device according to an embodiment of the present invention has the advantage of excellent light efficiency and excellent color rendering by increasing the R9 value, which is the color rendering index of red.
  • the lighting device 100 provided with the quantum dot film 110 may have a light efficiency of 100 lm/W or more and a color rendering index (CRI) of 90 Ra or more, so it may have high efficiency and high color rendering characteristics.
  • the lighting device 100 including the quantum dot film 110 may have a light efficiency of 110 lm/W or more or 120 lm/W or more and a color rendering index (CRI) of 93 Ra or more or 95 Ra or more. Accordingly, the lighting device 100 of the present invention provides the effect of reducing power consumption while making the color of an object richer and clearer.
  • Barrier films 120a and 120b are disposed on each of both sides of the quantum dot film 110.
  • the second barrier film 120b may be disposed on one side of the quantum dot film 110 that faces the blue light emitting diode (LED), and the first barrier film 120a may be disposed on the other side.
  • the first and second barrier films 120a and 120b can suppress deterioration of the quantum dots 112 from external environments such as heat, acid water, and moisture.
  • the barrier films 120a and 120b may be omitted if necessary, and may be disposed only on one side of the quantum dot film 110.
  • a diffusion plate 130 is disposed on the quantum dot film 110.
  • the diffusion plate 130 is disposed on the first barrier film 120a.
  • the diffusion plate 130 evenly and uniformly diffuses the light emitted to the outside through the blue light emitting diode (LED) and the quantum dot film 110.
  • the diffusion plate 130 may be configured to have high light transmittance while minimizing light loss due to total reflection.
  • the diffusion plate 130 may be formed of a material selected from cycloolefin-based copolymer, polymethyl methacrylate, polycarbonate, etc., but is not limited thereto.
  • the lighting device 100 has a maximum emission wavelength of 620 nm to 640 nm and includes a quantum dot film 110 including quantum dots 112 with a quantum efficiency of 90% or more.
  • a quantum dot film 110 including quantum dots 112 with a quantum efficiency of 90% or more.
  • blue light emitted from a blue light-emitting diode (LED) can be effectively converted into red light.
  • This improves light efficiency and increases the R9 value, which is the color rendering index of red, to maximize light efficiency and significantly improve color rendering. to provide.
  • the lighting device 100 of the present invention has a light efficiency of 100 lm/W or more and a color rendering index (CRI) of 90 Ra or more, so it can have high efficiency and high color rendering characteristics. This provides the effect of reducing power consumption while making the color of the object richer and clearer. Additionally, by reducing light in the blue wavelength range, glare can be prevented and eye fatigue can be reduced.
  • CRI color rendering index
  • Cadmium oleate (Cd-OA) a cation precursor
  • Cd-OA Cadmium oleate
  • cadmium oxide to oleic acid was added and reacted so that the molar ratio was 1:1.5.
  • a lighting device was manufactured by attaching the circular quantum dot film produced above to the front of a 6-inch 12W LED downlight.
  • a quantum dot film was produced in the same manner as in Example 1, except for using the dispersion of the alloy-type Cd-Zn-Se quantum dots prepared as described above.
  • a lighting device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the quantum dot film prepared as described above was used.
  • a quantum dot film was produced in the same manner as in Example 1, except for using the dispersion of the alloy-type Cd-Zn-Se quantum dots prepared as described above.
  • a lighting device was manufactured in the same manner as Example 1, except that the quantum dot film prepared as described above was used.
  • Indium oxo clusters were prepared by adding 540 g of octadecene (ODE) and then synthesizing at 260°C to 300°C for more than 1 hour.
  • ODE octadecene
  • Zinc oleate (Zn-OA) a second cation precursor, was prepared by adding 3608 g, raising the temperature to 260°C, and then cooling. At this time, the molar ratio of zinc (Zn):oleic acid (OA) in zinc oleate (Zn-OA) is 1:1.5.
  • a first mixture was prepared by adding 200 g (57.6 mmol) of the prepared indium oxo cluster solution into a 1L quartz container and adding 48 g (38.4 mmol) of TMSP (20 wt% in TOP) at 130°C.
  • the first mixture was rapidly heated to 300°C by increasing the temperature by approximately 200°C per minute using radiant heat, and then the reaction was conducted within 10 seconds while maintaining the same reaction temperature. Thereafter, the first mixture was rapidly cooled to prepare a core solution.
  • the quantum dot core solution prepared above (273.4 g (Zn: 313.2 mmol) of zinc oleate (Zn-OA) with 1:1.5 zinc (Zn): oleic acid (OA) in ⁇ 38 g, trioctylphosphine selenium prepared previously.
  • a quantum dot film was produced in the same manner as in Example 1, except that a dispersion of quantum dots in which a ZnSeS shell was formed on the surface of the InP core prepared in this way was used.
  • a lighting device was manufactured in the same manner as Example 1, except that the quantum dot film prepared as described above was used.
  • a quantum dot film was prepared in the same manner as in Example 1, except that 4 g of a dispersion of alloyed Cd-Zn-Se quantum dots (10 wt% in isobornyl acrylate; IBOA) was added.
  • a lighting device was manufactured by attaching the circular quantum dot film produced in this way to the front of a 6-inch 12W LED downlight.
  • a quantum dot film was prepared in the same manner as in Example 1, except that 12 g of a dispersion of alloyed Cd-Zn-Se quantum dots (10 wt% in isobornyl acrylate; IBOA) was added.
  • a lighting device was manufactured by attaching the circular quantum dot film produced in this way to the front of a 6-inch 12W LED downlight.
  • a quantum dot film was prepared in the same manner as in Example 1, except that 16 g of a dispersion of alloyed Cd-Zn-Se quantum dots (10 wt% in isobornyl acrylate; IBOA) was added.
  • a lighting device was manufactured by attaching the circular quantum dot film produced in this way to the front of a 6-inch 12W LED downlight.
  • a quantum dot film was produced in the same manner as in Example 1, except for using the dispersion of the alloy-type Cd-Zn-Se-S quantum dots prepared as described above.
  • a lighting device was manufactured in the same manner as Example 1, except that the quantum dot film prepared as described above was used.
  • a quantum dot film was produced in the same manner as in Example 1, except for using the dispersion of the alloy-type Cd-Zn-Se quantum dots prepared as described above.
  • a lighting device was manufactured in the same manner as Example 1, except that the quantum dot film prepared as described above was used.
  • a quantum dot film was produced in the same manner as in Example 1, except for using the dispersion of the alloy-type Cd-Zn-Se quantum dots prepared as described above.
  • a lighting device was manufactured in the same manner as Example 1, except that the quantum dot film prepared as described above was used.
  • a quantum dot film When manufacturing a quantum dot film, 91 g of UV curable resin (acrylate oligomer, DCT Y-01A), 8 g of alloy Cd-Zn-Se quantum dot dispersion (10 wt% in isobornyl acrylate; IBOA), and TiO 2 dispersion (10 wt% in isobornyl acrylate; IBOA) as a dispersant.
  • a quantum dot film was produced in the same manner as Example 1, except that 1g of 50wt% in Y-01A) was mixed.
  • a lighting device was manufactured by attaching the circular quantum dot film produced above to the front of a 6-inch 12W LED downlight.
  • UV curable resin acrylate oligomer, DCT Y-01A
  • TiO 2 dispersion A quantum dot film was produced in the same manner as in Example 1, except that 2g of 50wt% in Y-01A was mixed.
  • a lighting device was manufactured by attaching the circular quantum dot film produced above to the front of a 6-inch 12W LED downlight.
  • the maximum emission wavelength (PLmax), full width at half maximum (FWHM), and quantum efficiency (Qy) of the quantum dots according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 were measured using C11347-11 from Hamamatsu. The results are shown in Table 1 below.
  • Examples 1 to 4 have superior quantum efficiency compared to the quantum dots according to Comparative Example 1 or Comparative Example 4.
  • Examples 1 to 3 which do not contain sulfur and have a Cd:Zn:Se ratio within a specific range, have a narrow half width and a very excellent quantum efficiency of over 96% compared to quantum dots of Comparative Examples 1 and 2 of similar composition. You can check it.
  • Comparative Example 2 when comparing Examples 1 to 3 and Comparative Example 2, it can be seen that although Comparative Example 2 was manufactured using the same rapid temperature raising method as in Examples, the maximum emission wavelength did not fall within the desired range due to the inclusion of sulfur. It can be seen that the half width is wide and the quantum efficiency is low.
  • Comparative Example 3 which has a lower Se content compared to Examples 1 to 3, has a wider half width and lower quantum efficiency than Examples 1 to 3.
  • Comparative Example 4 which has an excessive Se content compared to Examples 1 to 3, also has lower quantum efficiency compared to Examples 1 to 3.
  • the luminous flux, luminous efficiency, color temperature (CCT), and color rendering index (CRI) of the lighting devices according to Examples 1 to 4, Comparative Examples 1, and Comparative Examples 3 to 4 were measured.
  • the color rendering index is the average value of measuring the individual color rendering index for each color. The results are shown in Table 2 below. To compare effects, measurements were also performed on a lighting device that did not include a quantum dot film, which is shown in Comparative Example 5.
  • Example 1 which includes quantum dots with a molar ratio of Cd:Zn:Se of 1:7:8, has excellent luminous flux and light efficiency and has the highest color rendering.
  • the lighting device of Comparative Example 1 has the same maximum emission wavelength as the quantum dots of Example 1, but the half width is 32 nm, which is wider than that of Example 1, and the quantum efficiency is 86%, which is lower than that of Example 1.
  • the lighting device of Comparative Example 1 has higher color rendering than Comparative Example 3. , it can be seen that the efficiency is the lowest at 98%.
  • the luminous flux, luminous efficiency, color temperature (CCT), and color rendering index (CRI) of the lighting devices according to Examples 1, 5, 6, and 7 were measured.
  • the color rendering index is the average value of measuring the individual color rendering index for each color. The results are shown in Table 3 below.
  • the lighting devices according to Example 1 and Examples 5 to 7 have excellent luminous flux, luminous efficiency is as high as 105% or more, and color rendering is as high as 91 Ra or more.
  • concentration of quantum dots increases, the luminous flux decreases and the color rendering tends to increase.
  • concentration of quantum dots is 1.2% by weight or more, the light efficiency is somewhat reduced, and in terms of simultaneously satisfying high efficiency and high color rendering, it can be confirmed that the concentration of quantum dots is preferably between 0.6% by weight and 1.0% by weight.
  • the luminous flux, luminous efficiency, color temperature (CCT), and color rendering index (CRI) of the lighting devices according to Example 1, Reference Example 1, and Reference Example 2 were measured.
  • the color rendering index is the average value of measuring the individual color rendering index for each color. The results are shown in Table 4 below.
  • Example 1 has higher luminous flux and luminous efficiency and excellent color rendering compared to Reference Examples 1 and 2 including TiO 2 as a diffusion agent.
  • Reference Examples 1 and 2 containing TiO 2 color rendering is excellent, but luminous flux and luminous efficiency are low, which can be judged to be due to a decrease in light transmittance of the film when a diffusion agent is included.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

본 발명은 조명 장치용 양자점 필름 및 이를 이용한 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게 본 발명의 조명 장치용 양자점 필름은 수지 및 수지에 분산되며, 최대 발광 파장이 620nm 내지 640nm이고, 양자효율(Qy)이 90% 이상인 양자점을 포함한다. 본 발명의 조명 장치용 양자점 필름에 포함된 양자점은 최대 발광 파장이 620nm 내지 640nm이고 양자효율이 90% 이상으로 높아 청색 광을 적색 광으로 효과적으로 변환할 수 있으며, 이에 청색 광을 발광하는 조명 장치에 적용되어 광 효율과 연색성을 동시에 만족하도록 광학적 특성을 개선시킬 수 있다.

Description

조명 장치용 양자점 필름 및 이를 이용한 조명 장치
본 명세서는 조명 장치용 양자점 필름 및 이를 이용한 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고연색성 및 고효율 특성을 동시에 충족시킬 수 있는 조명 장치용 양자점 필름 및 이를 이용한 조명 장치에 관한 것이다.
일반적으로 LED 조명 장치는 상대적으로 휘도가 높은 청색 LED를 광원으로 사용하고, 형광체 필름이나 형광체 몰드 등을 적용하여 목적하는 광학적 특성을 갖도록 할 수 있다. 예를 들어, LED 조명 장치는 청색 광을 방출하는 LED를 광원으로 사용하고, 적색 형광체, 적색 형광체와 녹색 형광체, 황색 형광체 또는 황록색 형광체를 포함하는 형광체 필름을 적용하여 백색 광이 구현되도록 구성된다.
한편, 백색 광을 구현하는 조명 장치는 높은 발광 효율 뿐만 아니라 높은 연색성이 요구된다. 연색성은 빛에 의한 물체 고유색상의 재현성으로, 조명 빛에 의한 물체의 색상이 기준 광(태양광)에 의한 물체의 색상과 얼마나 유사한지를 나타내는 조명의 특성 중 하나이다. 연색성은 연색 지수(CRI)로 평가되고, 일반적으로 연색 지수의 최고값은 100 Ra로 기준 광(태양광)에 의한 사물의 색상을 가장 이상적인 것으로 본다. 구체적으로, 연색 지수는 국제 규격에 따른 15가지 색 각각에 대한 색 재현성인 개별 연색 지수(R1 내지 R15)를 평균하여 나타낸다. 이에 조명 장치의 Ra 값이 클수록 연색성이 높은 것으로 볼 수 있으나, 이러한 Ra 값은 개별 연색 지수에 대한 평균치이기 때문에 R1 내지 R15가 고르게 높다고 볼 수 없다. 예를 들면, 청색 LED를 광원으로 이용하는 조명 장치의 경우, 적색의 연색 지수인 R9 값이 다른 색상의 연색 지수에 비해 상대적으로 낮다. 또한, 연색 지수가 높더라도 조명의 효율이 낮으면 물체를 제대로 볼 수 없기 때문에 연색성은 광 효율과 반비례한다.
이에 청색 LED를 광원으로 사용하는 조명 장치의 R9 값을 높이기 위해 질화물계, 할라이드계 또는 황화물계 적색 형광체를 포함하는 광학 필름을 이용하고 있으나, 이러한 적색 형광체들을 적용하는 경우 조명 장치의 발광 효율이 저하되어 연색성을 개선하는데 제한이 있었다.
이에 형광체를 사용하는 대신, 형광체의 단점을 보완할 수 있는 대체 물질의 요청에 따라 양자점을 이용하는 방법이 제안되었다. 양자점은 나노 크기의 결정 구조를 가진 반도체 재료로서, 높은 색순도, 유기물 대비 우수한 광 안정성 및 열 안정성, 밴드갭 조절의 용이성을 지닌 물질이다. 이러한 양자점은 크기가 작기 때문에 단위 부피당 표면적이 넓고, 양자 구속 효과를 나타내므로 반도체 물질 자체의 특성과는 다른 물리화학적 특성을 가진다. 양자점은 농도 및/또는 크기를 조절하여 형광체 대비 쉽게 광학적 특성을 조절할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 고효율 및 고연색성을 동시에 만족시키는 양자점 필름에 대한 기술 개발이 아직은 미진한 실정이다.
이에, 본 발명은 높은 효율과 높은 연색성을 동시에 만족할 수 있는 조명 장치용 양자점 필름 및 이를 이용한 조명 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 필요에 따라 조명 장치의 효율, 연색성, 색온도 특성 등을 용이하게 조절할 수 있는 양자점 필름 및 이를 이용한 조명 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치용 양자점 필름은 수지 및 수지에 분산되며, 최대 발광 파장이 620nm 내지 640nm이고, 양자효율(Qy)이 90% 이상인 양자점을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치는 기판, 기판 상에 배치되고, 청색 광을 발광하는 청색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드 상에 배치되는 상기 조명 장치용 양자점 필름을 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 조명 장치용 양자점 필름에 포함된 양자점은 최대 발광 파장이 620nm 내지 640nm이고 양자효율이 90% 이상으로 높아 청색 광을 적색 광으로 효과적으로 변환할 수 있으며, 이에 청색 광을 발광하는 조명 장치에 적용되어 광 효율과 연색성을 동시에 만족하도록 광학적 특성을 개선시킬 수 있다. 또한, 청색 광을 저감하여 눈부심을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 조명 장치용 양자점 필름은 양자점의 크기, 조성비 및 양자점의 농도를 조절함으로써 종래 사용되던 형광체 필름 대비 용이하게 조명 장치의 광 효율, 연색성, 색온도 특성을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 조명 장치용 양자점 필름은 광 확산제를 포함하지 않아 광투과율이 우수하면서도 광속, 광 효율, 색온도 및 연색성이 뛰어난 이점이 있다.
또한, 본 발명의 조명 장치용 양자점 필름은 광학적 특성이 우수하면서도 다운라이트 조명, 면조명, 전구형, 가로등, 바 타입 조명 등 다양한 형태의 조명 장치에 용이하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 조명 장치용 양자점 필름에 포함된 양자점은 높은 양자효율과 우수한 광학적, 열적 안정성을 가지며, 대량 생산이 용이하여 생산성을 높이고 제조 비용을 낮추는데 기여할 수 있다.
또한, 본 발명의 조명 장치는 광 효율이 100 lm/W 이상이고, 연색 지수(CRI)는 90 Ra 이상으로 고효율 및 고연색 특성을 나타내며, 이에 물체의 색감을 보다 풍부하고 선명하게 해주면서도 소비전력이 저감되는 효과를 제공한다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치용 양자점 필름의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 필름은 수지, 및 수지에 분산되며, 최대 발광 파장이 620nm 내지 640nm이고, 양자효율(Qy)이 90% 이상인 양자점을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 양자점 필름 중 양자점의 함량은 0.4중량% 내지 1.6중량%일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면 양자점은 Cd, Zn 및 In 중에서 선택되는 1종 이상의 제1 금속 및 Se, S 및 P 중에서 선택되는 1종 이상의 제2 금속을 포함하는 3성분계 이상의 양자점일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 양자점은 Cd-Zn-Se로 구성된 3성분계 합금(alloy)형 양자점일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, Cd: Zn: Se의 몰비는 1: 6~8: 5~11일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 양자점은 In-Zn-P 또는 In-P로 구성된 코어와 Zn-S 또는 Zn-Se-S로 구성된 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조의 양자점일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, Cd-Zn-Se로 구성된 합금형 양자점은, 카드뮴 올리에이트 및 아연 올리에이트를 포함하는 양이온 전구체와 트리옥틸포스핀 셀레나이드를 포함하는 음이온 전구체를 포함하는 일액형 전구체 용액을 300℃ 내지 380℃로 고속 승온하여 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 카드뮴 올리에이트는 카드뮴과 올레익산을 1:1.3 내지 1:1.7의 몰비로 반응시켜 형성되고, 아연 올리에이트는 아연과 올레익산을 1:1.3 내지 1:1.7의 몰비로 반응시켜 형성되고, 양이온 전구체 중 카드뮴 올리에이트 대 아연 올리에이트의 몰비는 1:6 내지 1:12이고, 양이온 전구체 대 음이온 전구체의 몰비는 1:0.5 내지 1:0.9일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 양자점은 In-P로 구성된 코어와 Zn-Se-S로 구성된 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조의 양자점일 수 있고, In-P로 구성된 코어는 인듐 옥소 클러스터(In-Oxocluster)를 포함하는 제1 양이온 전구체와 인(P)을 포함하는 제1 음이온 전구체를 포함하는 제1 혼합물을 300℃내지 380℃로 고온 승온하여 형성되고, Zn-Se-S로 구성된 쉘은 In-P로 구성된 코어, 아연 올레이트를 포함하는 제2 양이온 전구체 및 트리옥틸포스핀 셀레나이드와 트리옥틸포스핀 설파이드를 포함하는 제2 음이온 전구체를 포함하는 제2 혼합물을 300℃ 내지 400℃로 고속 승온하여 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 아연 올레이트는 아연과 올레익산을 1:1.3 내지 1:1.7의 몰비로 반응시켜 형성되고, 트리옥틸포스핀 셀레나이드 대 트리옥틸포스핀 설파이드의 몰비는 1:0.8 내지 1:2.5일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 양자점 필름의 적어도 일면 상에 배치되는 배리어 필름을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 양자점 필름은 분산제 함량이 0.1중량% 미만일 수 있다.
본 발명의 일 실시예 따른 조명 장치는, 기판, 기판 상에 배치되고, 청색 광을 발광하는 청색 발광 다이오드, 및 청색 발광 다이오드 상에 배치되는 상기 양자점 필름을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 조명 장치의 광 효율은 100 lm/W 이상이고, 연색 지수(Color Rendering Index; CRI)는 90 Ra 이상일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
한편, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치용 양자점 필름 및 이를 포함하는 조명 장치에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치용 양자점 필름의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 필름(110)은 수지(111) 및 양자점(112)을 포함한다.
수지(111)는 양자점(112)이 균일하게 분산될 수 있도록 하고, 양자점 필름(110) 내에 양자점(112)을 고정시킨다. 또한, 수지(111)는 외부 충격이나 환경으로부터 양자점(112)을 보호한다. 또한, 수지(111)는 외부로부터 산소나 수분의 침투를 지연시켜 산소나 수분에 의해 양자점(112)이 열화되는 것을 억제한다.
양자점 광학 필름(110)은 양자점 조성물을 경화시켜 형성된다. 양자점 조성물은 양자점, 올리고머 및 모노머를 포함하고, 양자점 조성물을 제막한 뒤, 열을 가하거나 광을 조사하면 올리고머와 모노머가 경화되어 수지(111)를 형성한다.
예를 들어, 수지(111)는 아크릴계 수지일 수 있다. 예를 들면, 올리고머는 아크릴레이트계 올리고머 일 수 있고, 모노머는 아크릴레이트계 모노머일 수 있으며, 아크릴계 수지는 이러한 아크릴레이트계 올리고머와 아크릴레이트계 모노머가 경화되어 형성될 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 아크릴레이트계 올리고머는 (메트) 아크릴레이트 올리고머, 우레탄 (메트) 아크릴레이트 올리고머, 에폭시 (메트) 아크릴레이트 올리고머, 폴리에스테르 (메트) 아크릴레이트, 폴리이써 (메트) 아크릴레이트 등으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
구체적으로 예를 들면, 아크릴레이트계 모노머는 이소보닐 (메트) 아크릴레이트, 이소옥틸 (메트) 아크릴레이트, 라우릴 (메트) 아크릴레이트, 벤질 (메트) 아크릴레이트, 이소노닐 (메트) 아크릴레이트, 이소데실 (메트) 아크릴레이트, 사이클로헥실 (메트) 아크릴레이트, n-헥실 (메트) 아크릴레이트, 아다만틸 아크릴레이트 및 사이클로펜틸 아크릴레이트 등으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
바람직하게 모노머는 이소보닐 (메트) 아크릴레이트일 수 있다. 이는 점도가 낮아 양자점(112)을 균일하게 분산시킬 수 있고, 열적으로 안정한 이점이 있다. 구체적으로 이소보닐 (메트) 아크릴레이트는 분자 내 바이시클릭(bicyclic) 구조를 포함하여 경화 시 유리전이온도가 높은 아크릴계 수지를 형성할 수 있다. 또한, 이소보닐 (메트) 아크릴레이트는 경화 시 가교 반응을 최소화하여 열적으로 안정하면서도 경도, 탄성, 유연성 및 내충격성과 같은 기계적인 물성 및 접착성이 우수한 아크릴계 수지를 형성한다.
양자점 조성물은 올리고머 및 모노머의 경화를 용이하게 하기 위해 열을 가하거나 광에 의해 반응성 라디칼을 형성할 수 있는 개시제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 개시제는 벤조인계, 히드록시 케톤계, 포스핀 옥사이드계 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
양자점 조성물은 양자점(112), 올리고머 및 모노머를 일괄 투입 후 혼합하여 제조될 수 있다. 다른 예로 점도가 낮은 편인 모노머에 양자점(112)을 분산시켜 양자점 분산액을 준비하고, 양자점 분산액과 올리고머를 혼합하는 방식으로 양자점 조성물을 제조할 수 있다. 이 경우, 양자점(112)이 양자점 조성물 중에 보다 균일하게 분산되어 물성이 고르고 균일한 양자점 필름(110)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 양자점(112)은 최대 발광 파장이 620nm 내지 640nm일 수 있고, 바람직하게는 625nm 내지 635nm일 수 있다. 양자점(112)은 적색 광을 발광하는 양자점일 수 있다. 이는 청색 광을 적색 광으로 변환시킬 수 있다. 이에 청색 광을 발광하는 청색 발광 다이오드를 광원으로 하는 조명 장치에 양자점 필름(110)을 적용할 시 청색 광을 적색 광으로 변환시킬 수 있다. 청색 발광 다이오드로부터 발광된 청색 광을 일부는 양자점(112)에 의해 적색 광으로 변환되며, 이와 같이 발생된 적색 광과 청색 발광 다이오드로부터 발광된 청색 광이 혼합되어 조명 장치는 백색 광을 발광하게 된다. 이에 본 발명의 양자점 필름(110)을 구비하는 조명 장치는 청색 파장을 저감함으로써 눈부심을 방지하고 눈의 피로도가 낮은 이점을 제공한다.
예를 들어, 양자점(112)은 양자효율(Qy)이 90% 이상일 수 있다. 이 경우 양자점 필름(110)을 조명 장치에 적용할 시 광속이 높고 광 효율이 우수한 이점이 있다.
또한, 위와 같은 특징을 가지는 양자점(112)을 포함함에 따라 양자점 필름(110)을 조명 장치에 적용할 시, 광 효율과 연색성을 동시에 만족할 수 있다.
예를 들어, 양자점(112)은 Cd, Zn 및 In 중에서 선택되는 1종 이상의 제1 금속 및 Se, S 및 P 중에서 선택되는 1종 이상의 제2 금속을 포함하는 3성분계 이상의 양자점일 수 있다. 양자점(112)은 상기 제1 금속 및 제2 금속을 포함하는 3성분계 또는 4성분계 양자점일 수 있다.
예를 들어, 양자점(112)은 합금(alloy)형 양자점일 수 있다. 합금형 양자점은 3성분계 이상의 금속 원소들이 경계면을 형성하지 않고, 단일층으로 형성된 것이다. 이 경우 격자 상수 불일치가 최소화되어 양자점의 광학적인 내구성이 우수한 이점이 있다.
다른 예로, 양자점(112)은 코어-쉘 구조일 수 있다. 이때 쉘은 단일층일 수 있고, 필요에 따라 2층 이상의 다중 쉘일 수 있다.
양자점(112)이 코어-쉘 구조인 경우, 코어 및 쉘 중 적어도 하나가 3성분계 이상의 금속을 포함하는 경우, 3성분계 이상의 금속은 합금(alloy) 형태로 구성될 수 있다. 즉, 코어-쉘 구조의 양자점은 합금형 코어 및 합금형 쉘로 구성될 수 있다.
구체적으로 예를 들어, 양자점(112)은 In-Zn-P 또는 In-P로 구성된 코어와 Zn-S 또는 Zn-Se-S로 구성된 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조의 양자점 및 Cd-Zn-Se로 구성된 합금형 양자점 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들어, 양자점(112)은 Cd-Zn-Se, InZnP/ZnS, InZnP/ZnSe/ZnS, InP/ZnSeS, InZnP/ZnSeS 및 InZnP/ZnSeS/ZnS 중에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게 양자점(112)은 합금형 Cd-Zn-Se 일 수 있으며, 이는 광학적인 내구성 및 열안정성이 우수하면서도 발광 효율이 높은 이점이 있다.
청색 발광 다이오드로부터 발광된 청색 광을 적색 광으로 변환하기 위해서는 양자점(112)의 발광 파장이 특정 범위 내로 조절되어야 한다. 이하에서는, 양자점(112)의 제조방법을 설명하기로 한다.
일 실시예로 합금형 Cd-Zn-Se를 제조하는 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 카드뮴 올리에이트 및 아연 올리에이트를 포함하는 양이온 전구체와 트리옥틸포스핀 셀레나이드를 포함하는 음이온 전구체를 포함하는 일액형 전구체 용액을 제조한다.
양자점의 최대 발광 파장을 목적하는 파장대로 조절하면서도 반치폭이 좁고 양자효율이 우수한 특성을 구현하기 위해 반응물의 조성비를 조절할 수 있다.
예를 들어, 양이온 전구체 중 카드뮴 올리에이트 대 아연 올리에이트의 몰비는 1:6 내지 1:12일 수 있으며, 이 경우 양자점의 반치폭이 좁으면서도 양자효율이 우수한 이점이 있다.
카드뮴 올레이트는 카드뮴과 올레익산을 반응시켜 제조되고, 아연 올레이트는 아연과 올레익산을 반응시켜 제조되는데, 이때 금속 성분과 올레익산의 몰비를 조절하여 양자점의 파장대를 제어할 수 있다. 예를 들어, 카드뮴 대 올레익산의 몰비는 1:1.3 내지 1:2.0이고, 아연 대 올레익산의 몰비는 1:1.3 내지 1:2.0일 수 있다. 바람직하게는 카드뮴 대 올레익산 몰비는 1:1.3 내지 1:1.7 또는 1:1.5이고, 아연 대 올레익산의 몰비는 1:1.3 내지 1:1.7 또는 1:1.5일 수 있다. 이 경우, 양자점의 최대 발광 파장이 목적하는 범위 내이면서도 반치폭이 좁고 양자효율이 보다 우수하다.
예를 들어, 양이온 전구체 대 음이온 전구체의 몰비는 1:0.5 내지 1:0.9일 수 있다. 이 경우, 양자점의 반치폭이 좁으면서 양자효율이 우수한 이점이 있다.
다음으로, 일액형 전구체 용액을 300℃ 내지 380℃로 고속 승온시킨다.
예를 들어, 고온 승온은 120초, 바람직하게는 60초 이내에 수행될 수 있고, 3℃초 내지 10℃초의 속도로 수행될 수 있다. 이와 같이 제조된 양자점(112)은 입경 분포가 균일하여 반치폭이 좁고, 양자 효율이 우수하다.
고속 승온은 급속 가열 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 램프로부터 발생된 복사열을 이용하여 일액형 전구체 용액을 빠르게 가열할 수 있다. 이때, 할로겐 램프, 텅스텐-할로겐 램프 또는 제논 아크 램프를 사용하여 제1 혼합물을 빠르게 승온시킬 수 있다.
일액형 전구체 용액을 고속 승온시켜 반응 온도에 도달하면 용액 내 양이온 전구체와 음이온 전구체가 빠르게 반응하고, 성장하여 합금(alloy) 형태를 가지는 양자점이 제조된다. 이와 같은 합금 형태의 양자점은 코어와 쉘의 경계가 없어 격자 상수 불일치가 최소화됨으로써 양자점의 광학적 내구성이 뛰어난 이점이 있다.
이와 같이 고속 승온하여 양자점을 제조하는 경우, 황(S)을 포함하지 않기에 고온 승온 방식으로 양자점을 용이하게 합성할 수 있으며, 양자점의 입자 크기 분포가 작고, 부반응이 감소되어 양자점의 순도가 우수한 이점이 있다.
고속 승온 후 양자점의 크기를 조절하기 위해 일액형 전구체 용액을 300℃ 이상의 온도에서 1초 내지 10초동안 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 제조된 합금형 Cd-Zn-Se 양자점은 Cd: Zn: Se의 몰비가 일례로 1: 6~8: 5~11일 수 있으며, 바람직하게는 1: 6~8: 7~10일 수 있다. 본 발명의 합금형 Cd-Zn-Se 양자점은 카드뮴 함량이 적은 것을 특징으로 한다. 이와 같은 조성비를 가지는 합금형 Cd-Zn-Se 양자점은 양자효율이 특히 우수한 이점이 있다.
이와 같이 제조된 합금형 Cd-Zn-Se 양자점은 반치폭이 일례로 18nm 이하일 수 있다. 이와 같이 반치폭이 좁기 때문에 조명 장치에 양자점 필름(110)을 적용할 시 조명의 광속 및 광 효율이 개선될 수 있다.
이하에서는 다른 실시예로 In-P로 구성된 코어와 Zn-Se-S로 구성된 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조의 양자점의 제조방법을 설명하기로 한다.
먼저, In-P로 구성된 코어는 인듐 옥소 클러스터(In-Oxocluster)를 포함하는 제1 양이온 전구체와 인(P)을 포함하는 제1 음이온 전구체를 포함하는 제1 혼합물을 300℃내지 380℃로 고온 승온시키는 단계를 통해 형성될 수 있다.
이와 같이 양이온 전구체로 인듐 옥소 클러스터를 사용하는 경우, 보다 균일한 조성의 양자점 코어가 형성될 수 있도록 하고, 양자점의 광학적 내구성이 우수한 이점이 있다.
예를 들어, 고온 승온은 120초, 바람직하게는 60초 이내에 수행될 수 있고, 3℃초 내지 10℃초의 속도로 수행될 수 있다. 이와 같이 제조된 In-P로 구성된 코어는 입경 분포가 균일하여 반치폭이 좁고, 양자 효율이 우수하다.
고속 승온은 급속 가열 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 램프로부터 발생된 복사열을 이용하여 제1 혼합물을 빠르게 가열할 수 있다. 이때, 할로겐 램프, 텅스텐-할로겐 램프 또는 제논 아크 램프를 사용하여 제1 혼합물을 빠르게 승온시킬 수 있다.
고속 승온 후 양자점의 크기를 조절하기 위해 제1 혼합물을 300℃ 이상에서 1초 내지 10초동안 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 열처리된 제1 혼합물에 트리옥틸포스핀을 혼합하여 300℃이상에서 10초이상 추가적으로 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 코어의 표면 반응성이 향상되어 쉘 형성을 용이하게 한다.
다음으로 Zn-Se-S로 구성된 쉘은 상술한 바와 같이 제조한 양자점 코어를 포함하는 용액에 아연 올레이트를 포함하는 제2 양이온 전구체와 트리옥틸포스핀 셀레나이드 및 트리옥틸포스핀 설파이드를 포함하는 제2 음이온 전구체를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하고, 이를 300℃ 내지 400℃로 고속 승온시키는 단계를 통해 형성될 수 있다. 이때 고속 승온 시간, 속도, 장치에 대해서는 양자점의 코어 제조 공정에 대해 설명한 것과 동일하다.
아연 올레이트는 아연과 올레익산을 반응시켜 제조되는데, 이 때 아연과 올레익산의 몰비를 조절하여 양자점의 파장대를 제어할 수 있다. 예를 들어, 아연 대 올레익산의 몰비는 1:1.3 내지 1:1.7, 바람직하게는 1:1.5일 수 있다.
또한, 트리옥틸포스핀 셀레나이드 및 트리옥틸포스핀 설파이드의 비율을 조절하여 양자점의 파장대를 제어할 수 있다. 예를 들어, 트리옥틸포스핀 셀레나이드 대 트리옥틸포스핀 설파이드의 몰비는 1:0.8 내지 1:2.5일 수 있으며, 바람직하게는 1:0.8 내지 1:1.5일 수 있다. 이 범위 내에서 양자점이 목적하는 파장대의 광을 발광하면서 반치폭이 좁고 발광 효율이 우수하다.
이와 같이 제조된 In-P로 구성된 코어와 Zn-Se-S로 구성된 쉘을 포함하는 양자점은 반치폭이 일례로 35nm 이하일 수 있다. 이는 종래 In계열 양자점 대비 반치폭이 좁아 조명 장치에 양자점 필름(110)을 적용할 시 조명의 광속 및 광 효율이 개선될 수 있다.
양자점 필름(110)의 광학적 특성은 양자점(112)의 농도를 조절하여 개선될 수 있다. 예를 들어, 양자점 필름(110) 중 양자점(112)의 함량은 0.4중량% 내지 1.6중량% 바람직하게는 0.5중량% 내지 1.0중량%일 수 있다. 이 범위 내일 경우 양자점 필름(110)을 조명 장치에 적용하였을 때 광속 및 광 효율이 우수하고, 연색성이 뛰어난 이점이 있다.
양자점 필름(110)은 양자점 필름(110)이 적용되는 조명 장치의 색온도나 특정 색상의 연색 지수를 조절하기 위해 선택적으로 청색 양자점 및 녹색 양자점 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
양자점 필름(110)의 적어도 일면에는 배리어 필름이 배치될 수 있다. 배리어 필름은 양자점이 열, 산소, 수분 등에 의해 열화되지 않도록 보호한다. 이에 배리어 필름은 산소 투과도 및 투습성이 낮고, 내열성이 우수한 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 양자점 필름(110)의 하면에는 제1 배리어 필름(120a)이 배치되고, 상면에는 제2 배리어 필름(120b)이 배치된다. 이 경우, 열, 산수, 수분 등 외부 환경으로부터 양자점(112)의 열화를 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1에서는 배리어 필름이 양자점 필름(110)의 상면 및 하면 각각에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 배리어 필름은 양자점 필름(110)의 자체의 내구성이 충분할 경우 생략될 수 있고, 필요에 따라 상면과 하면 중 어느 한 면에만 배치될 수도 있다.
예를 들어, 제1 배리어 필름(120a) 및 제2 배리어 필름(120b)은 각각 독립적으로 폴리메틸메타크릴레이트 필름, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름, 폴리 카보네이트 필름, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체 필름 등으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게 제1 배리어 필름(120a) 및 제2 배리어 필름(120b)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름일 수 있으며, 이는 배리어 특성이 우수하면서도 광학적으로 투명하여 양자점 필름(110)의 광학적인 특성을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 양자점 필름(110)은 최대 발광 파장이 620nm 내지 640nm이고, 양자효율이 90% 이상인 양자점(112)을 포함한다. 이에 양자점 필름(110)을 청색 발광 다이오드를 광원으로 하는 조명 장치에 적용할 시, 광 효율을 높게 유지하면서도 적색의 연색 지수인 R9 값을 높여 연색성을 크게 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 양자점 필름(110)은 양자점의 크기, 조성비 및 양자점의 농도를 조절함으로써 종래 사용되던 형광체 필름 대비 용이하게 조명 장치의 광 효율, 연색성, 색온도 특성을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 양자점 필름(110)에 포함된 양자점(112)은 5nm 내지 100nm 수준으로 크기가 작으면서도 양자효율이 90% 이상으로 우수한 이점이 있다. 이와 달리 종래 적색 형광체들은 수마이크로 이상의 크기에서 70% 내지 90% 수준의 양자효율을 나타낸다. 이에 본 발명의 양자점 필름(110)은 종래 형광체 대비 크기가 작은 양자점을 포함하여 보다 슬림하게 필름을 제조할 수 있으면서도 종래 형광체 필름 대비 광학적 특성이 뛰어난 이점이 있다. 또한, 양자점은 형광체 대비 사이즈가 작기 때문에 양자점의 로딩량을 늘일 수 있으며, 이 경우 광학적 특성이 보다 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 양자점 필름(110)은 분산제 함량이 0.1 중량% 미만, 보다 바람직하게는 0.01 중량% 미만일 수 있다. 본 발명의 양자점(112)은 종래 형광체와는 다르게 분산제를 사용하지 않고도 용이하게 분산될 수 있다. 분산제를 첨가하는 경우, 양자점 필름(110)의 광 효율이 저하될 수 있는데, 본 발명의 양자점 필름(110)은 분산제를 실질적으로 포함하지 않기 때문에 광 효율이 우수한 이점이 있다.
또한, 본 발명의 양자점 필름(110)은 TiO2와 같은 광 확산제를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 양자점 필름(110)은 광 확산제를 포함하지 않아 광 투과율이 우수하면서도 광속, 광 효율, 색온도 및 연색성이 뛰어난 이점이 있다.
본 발명의 양자점 필름(110)은 조명 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 양자점 필름(110)은 다운라이트 조명, 면조명, 전구형, 가로등, 바 타입(bar type) 조명 등 다양한 형태의 조명 장치에 적용되어 조명 특성을 개선시킬 수 있다. 이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 단면도이다.
*도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치(100)는 기판(SUB), 청색 발광 다이오드(LED), 양자점 필름(110) 및 확산판(130)을 포함한다.
기판(SUB)은 청색 발광 다이오드(LED)를 지지하는 부재이다. 예를 들어, 기판(SUB)은 실리콘 기판, 금속 기판, 세라믹 기판, 플라스틱 기판 등을 사용할 수 있다. 기판(SUB)의 일면에는 청색 발광 다이오드(LED)로부터 발생되는 열을 방사시키는 방열 부재가 배치될 수 있다.
청색 발광 다이오드(LED)는 기판(SUB) 상에 배치된다. 청색 발광 다이오드(LED)는 기판(SUB) 표면에 실장될 수 있다. 또한 기판(SUB) 상에는 청색 발광 다이오드(LED)와 전기적으로 연결되어 전압을 인가하는 인쇄 회로 기판이 배치된다.
청색 발광 다이오드(LED)는 n형 반도체층, p형 반도체층 및 n형 반도체층과 p형 반도체층 사이의 활성층을 포함한다. n형 반도체층과 p형 반도체층은 와이어를 통하여 기판(10) 상에 형성된 전극 단자(미도시)와 접속되며 전압을 인가하면 n형 반도체층과 p형 반도체층 사이에 전류가 흘러 활성층에서 청색 광이 발생된다. 예를 들어, 청색 발광 다이오드(LED)는 430nm 내지 480nm 파장대의 광을 발광할 수 있다. 청색 발광 다이오드(LED)는 발광 효율이 우수하여 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
청색 발광 다이오드(LED) 상에 양자점 필름(110)이 배치된다.
양자점 필름(110)은 최대 발광 파장이 620nm 내지 640nm이고, 양자효율이 90% 이상인 양자점(112)을 포함한다. 양자점(112)는 청색 발광 다이오드(LED)로부터 발광된 청색 광의 일부를 적색 광으로 변환시키고, 일부 청색 광과 적색 광이 혼합되어 조명 장치(100)는 백색 광을 발광한다. 이와 같이 청색 발광 다이오드(LED)와 양자점 필름(110)을 이용하여 백색 광을 발광하도록 구성하는 경우, 백색 발광 다이오드를 사용하는 것 대비 발광 효율, 휘도 및 색순도가 우수한 백색 광을 발광할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치는 광 효율이 우수하면서도 적색의 연색 지수인 R9 값을 높여 연색성이 뛰어난 이점이 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 양자점 필름(110)을 구비하는 조명 장치(100)는 광 효율이 100 lm/W 이상이고, 연색 지수(CRI)는 90 Ra 이상으로 고효율 및 고연색 특성을 가질 수 있다. 보다 바람직하게 양자점 필름(110)을 구비하는 조명 장치(100)는 광 효율이 110 lm/W 이상 또는 120 lm/W 이상이고, 연색 지수(CRI)는 93 Ra 이상 또는 95 Ra 이상일 수 있다. 이에 본 발명의 조명 장치(100)는 물체의 색감을 보다 풍부하고 선명하게 해주면서도 소비전력이 저감되는 효과를 제공한다.
양자점 필름(110)의 다른 특징들은 앞서 설명한 바와 동일하므로 대한 중복 설명은 생략한다.
양자점 필름(110)의 양면 각각에는 배리어 필름(120a, 120b)이 배치된다. 예를 들어, 청색 발광 다이오드(LED)와 대향하는 양자점 필름(110)의 일면에 제2 배리어 필름(120b)이 배치되고, 타면에는 제1 배리어 필름(120a)이 배치될 수 있다. 제1 및 제2 배리어 필름(120a, 120b)은 열, 산수, 수분 등 외부 환경으로부터 양자점(112)의 열화를 억제할 수 있다. 그러나, 배리어 필름(120a, 120b)은 필요에 따라 생략될 수 있고, 양자점 필름(110)의 일면에만 배치될 수도 있다.
양자점 필름(110) 상에는 확산판(130)이 배치된다. 확산판(130)은 제1 배리어 필름(120a) 상부에 배치된다. 확산판(130)은 청색 발광 다이오드(LED) 및 양자점 필름(110)을 거쳐 외부로 출광되는 광을 고르고 균일하게 확산시킨다. 확산판(130)은 광 투과율이 높으면서도 전반사로 인한 광 손실을 최소화할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 확산판(130)은 시클로올레핀계 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트 등으로부터 선택되는 재질로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치(100)는 최대 발광 파장이 620nm 내지 640nm이고, 양자효율이 90% 이상인 양자점(112)을 포함하는 양자점 필름(110)을 구비한다. 이에 청색 발광 다이오드(LED)로부터 발광된 청색 광을 적색 광으로 효과적으로 변환할 수 있으며, 이에 광 효율이 향상되는 동시에 적색의 연색 지수인 R9 값을 높여 광 효율을 극대화하고 연색성이 크게 개선되는 효과를 제공한다. 상술한 바와 같이 본 발명의 조명 장치(100)는 광 효율이 100 lm/W 이상이고, 연색 지수(CRI)는 90 Ra 이상으로 고효율 및 고연색 특성을 가질 수 있다. 이에 물체의 색감을 보다 풍부하고 선명하게 해주면서도 소비전력이 저감되는 효과를 제공한다. 또한, 청색 파장대의 광을 저감하여 눈부심을 방지하고 눈의 피로도를 감소시킬 수 있다.
이하에서는 실시예 및 비교예를 통하여 상술한 본 발명의 효과를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명의 예시를 위한 것이며, 하기 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
*1) 아연 올레이트(Zn-OA) 및 카드뮴 올레이트(Cd-OA)의 합성
먼저, 아연 아세테이트 이수화물(Zinc Acetate dihydrate) 2063g(9396.0mmol)과 올레익산(Oleic acid) 3981g(14094.0mmol)을 20L 용기에 혼합하고 190℃까지 진공 하에 승온 및 교반시킨 후, 트리옥틸아민(TOA)을 3608g 첨가하여 260℃까지 승온 후 냉각시키는 방식을 거쳐, 양이온 전구체인 아연 올레이트(Zn-OA)를 제조하였다.
아연 아세테이트 이수화물(Zinc Acetate dihydrate) 대신 카드뮴 옥사이드를 사용하여 양이온 전구체인 카드뮴 올레이트(Cd-OA)를 제조하였다. 이때, 카드뮴 옥사이드 대 올레익산의 몰비가 1:1.5가 되도록 첨가하여 반응시켰다.
2) 트리옥틸포스핀 셀레나이드(Se-TOP)의 합성
셀레늄(Se) 파우더 948g(12000.0mmol)과 트리옥틸포스핀(TOP) 5485g(6.6L)을 10L 용기에 혼합하고 N2 분위기 하에 250℃까지 진공 하에 승온시킨 후, 완전 용해될때까지 교반 후 냉각시키는 방식을 거쳐, 음이온 전구체인 트리옥틸포스핀 셀레나이드(Se-TOP)를 제조하였다.
3) 합금형 Cd-Zn-Se의 합성
아연 올레이트(Zn-OA) 210mmol 및 카드뮴 올레이트(Cd-OA) 30mmol을 포함하는 양이온 전구체 300g과 음이온 전구체인 트리옥틸포스핀 셀레나이드(Se-TOP) 128.62g(240mmol)을 1L 반응기에 혼합하여 일액형 전구체 용액을 제조하였다. 다음으로, 급속 가열 장치(출력 10 내지 30kW의 할로겐 램프)를 사용하여 복사열을 가함으로써 반응기의 온도를 60초 이내에 370℃로 승온시키고, 이 온도를 유지하며 3분 동안 반응시킨 후 급냉하여 합금형 Cd-Zn-Se 양자점을 제조하였다. 이와 같이 제조된 합금형 Cd-Zn-Se 양자점에서 Cd:Zn:Se의 몰비는 1:7:8였다.
4) 양자점 필름의 제조
UV 경화형 수지(acrylate oligomer, DCT사 Y-01A) 92g, 합금형 Cd-Zn-Se 양자점의 분산액(10wt% in 이소보닐 아크릴레이트; IBOA) 8g을 혼합한 후, 페이스트 믹서를 사용하여 650rpm으로 10분간 분산하여 양자점 조성물을 제조하였다. 2000mJ/cm2의 광량의 UV를 조사하여 지름 150mm x 두께 300㎛의 원형 양자점 필름을 제작하였다.
5) 조명 장치의 제작
위에서 제작한 원형 양자점 필름을 6인치 12W LED 다운라이트 전면부에 부착하여 조명 장치를 제작하였다.
실시예 2
음이온 전구체인 트리옥틸포스핀 셀레나이드(Se-TOP)를 80.38g(150mmol)로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 Cd:Zn:Se의 몰비가 1:7:5인 합금형 Cd-Zn-Se 양자점을 제조하였다.
이와 같이 제조한 합금형 Cd-Zn-Se 양자점의 분산액을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양자점 필름을 제작하였다.
이와 같이 제조한 양자점 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 조명 장치를 제작하였다.
실시예 3
음이온 전구체인 트리옥틸포스핀 셀레나이드(Se-TOP)를 176.848g(330mmol)로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 Cd:Zn:Se의 몰비가 1:7:11인 합금형 Cd-Zn-Se 양자점을 제조하였다.
이와 같이 제조한 합금형 Cd-Zn-Se 양자점의 분산액을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양자점 필름을 제작하였다.
이와 같이 제조한 양자점 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 조명 장치를 제작하였다.
실시예 4
1) 인듐 옥소 클러스터(In-Oxo cluster)의 합성
먼저, 인듐 아세테이트(Indium(III) acetate) 63g(216.0mmol)과 올레익산(Oleic acid) 183g(648.0mmol)을 2L 용기에 혼합하고 200℃까지 50mbar 이하의 진공 하에 승온시킨 후, 상압으로 전환하고, 옥타데센(ODE) 540g을 첨가한 후, 260℃내지 300℃에서 1시간 이상 합성하는 방식을 거쳐, 인듐 옥소 클러스터를 제조하였다.
2) 아연 올레이트(Zn-OA)의 합성
아연 아세테이트 이수화물(Zinc Acetate dihydrate) 2063g(9396.0mmol)과 올레익산(Oleic acid) 3981g(14094.0mmol)을 20L 용기에 혼합하고 190℃까지 진공 하에 승온 및 교반시킨 후, 트리옥틸아민(TOA)을 3608g 첨가하여 260℃까지 승온 후 냉각시키는 방식을 거쳐, 제2 양이온 전구체인 아연 올레이트(Zn-OA)를 제조하였다. 이때 아연 올레이트(Zn-OA)의 아연(Zn): 올레익산(OA)의 몰 비율은 1:1.5이다.
3) In-P 코어의 합성
제조된 인듐 옥소 클러스터(In-Oxo cluster)용액 200g(57.6mmol)을 1L 석영용기에 투입하고 130℃에서 TMSP(20wt% in TOP) 48g(38.4mmol)을 첨가하여 제1 혼합물을 제조하였다. 제1 혼합물을 복사열을 이용하여 1분당 약 200℃씩 상승시켜 300℃까지 급속가열 시킨 후 반응 동일 온도를 유지하며 10초 이내로 반응시켰다. 이후 제1 혼합물을 급속하게 냉각시켜 코어 용액을 제조하였다.
제조된 코어 용액에 인듐 옥소 클러스터(In-Oxo cluster)용액 100g(28.8mmol)과 TMSP(20% in TOP) 36g(28.8mmol)을 추가로 첨가한 다음 복사열을 이용하여 1분당 약 200℃씩 상승시켜 300℃까지 급속가열 시킨 후 반응 동일 온도를 유지하며 10초 이내로 반응시키고 급냉하였다. 이와 동일한 과정을 2회 추가로 진행하였다.
앞서 제조된 코어 용액에 인듐 옥소 클러스터(In-Oxo cluster)용액 50g(14.4mmol)과 TMSP(20% in TOP) 18g(14.4mmol)을 추가로 첨가한 다음 복사열을 이용하여 1분당 약 200℃씩 상승시켜 300℃까지 급속가열 시킨 후 반응 동일 온도를 유지하며 10초 이내로 반응시키고 급냉하였다. 이와 동일한 과정을 1회 추가로 진행하여 양자점 코어(파장: 586nm)를 합성하였다.
4) Zn-Se-S 쉘의 합성
상기에서 제조한 양자점 코어 용액(λ38g에 아연(Zn): 올레익산(OA)이 1:1.5인 아연 올레이트(Zn-OA) 273.4g(Zn: 313.2mmol), 기 제조된 트리옥틸포스핀 셀레나이드(Se-TOP) 20g(37.3mmol) 및 트리옥틸포스핀 설파이드(S-TOP) 12g(33.6mmol)을 첨가하고, N2 분위기 하에 복사열을 이용하여 1분에 약 200℃씩 상승시켜 370℃까지 급속가열 시킨 후, 350℃내지 370℃온도를 유지하며 수초 동안 반응시켰다. 이후 제2 혼합물을 1분 이내에 100℃ 이하로 급속하게 냉각시켜 InP 코어 표면에 ZnSeS 쉘이 형성된 양자점을 수득하였다.
5) 양자점 필름의 제조
이와 같이 제조한 InP 코어 표면에 ZnSeS 쉘이 형성된 양자점의 분산액을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양자점 필름을 제작하였다.
6) 조명 장치의 제조
이와 같이 제조한 양자점 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 조명 장치를 제작하였다.
실시예 5
양자점 필름 제조 시, 합금형 Cd-Zn-Se 양자점의 분산액(10wt% in 이소보닐 아크릴레이트; IBOA)을 4g 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 양자점 필름을 제조하였다.
이와 같이 제작한 원형 양자점 필름을 6인치 12W LED 다운라이트 전면부에 부착하여 조명 장치를 제작하였다.
실시예 6
양자점 필름 제조 시, 합금형 Cd-Zn-Se 양자점의 분산액(10wt% in 이소보닐 아크릴레이트; IBOA)을 12g 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 양자점 필름을 제조하였다.
이와 같이 제작한 원형 양자점 필름을 6인치 12W LED 다운라이트 전면부에 부착하여 조명 장치를 제작하였다.
실시예 7
양자점 필름 제조 시, 합금형 Cd-Zn-Se 양자점의 분산액(10wt% in 이소보닐 아크릴레이트; IBOA)을 16g 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 양자점 필름을 제조하였다.
이와 같이 제작한 원형 양자점 필름을 6인치 12W LED 다운라이트 전면부에 부착하여 조명 장치를 제작하였다.
비교예 1
카드뮴 옥사이드 3.85g(30mmol), 아연 아세테이트 이수화물(Zinc Acetate dihydrate) 26.34g(120mmol) 및 올레익산(Oleic acid) 173.55g(614mmol)을 1L 반응기에 혼합하고, 진공 하에 190℃까지 승온 후, N2 분위기로 전환하여 옥타데센(octadecene, ODE) 189.4g을 투입하여 양이온 전구체를 합성하였다. 다음으로, 반응 용액을 320℃까지 승온하고 트리옥틸포스핀 셀레나이드(Se-TOP) 1.61g(3mmol)과 트리옥틸포스핀 설파이드(S-TOP) 0.48g(1mmol)이 혼합된 음이온 전구체를 1차적으로 빠르게 주입하여 2분간 반응시키고, 2차로 트리옥틸포스핀 설파이드(S-TOP) 69.52g(146mmol)을 주입하여 1분간 반응 후 냉각 시켜 합금형 Cd-Zn-Se-S를 제조하였다. 이와 같이 제조된 합금형 Cd-Zn-Se-S는 Cd:Zn:Se:S의 몰비는 1:4:0.1:4.9였다.
이와 같이 제조한 합금형 Cd-Zn-Se-S 양자점의 분산액을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양자점 필름을 제작하였다.
이와 같이 제조한 양자점 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 조명 장치를 제작하였다.
비교예 2
카드뮴 옥사이드 3.85g(30mmol), 아연 아세테이트 이수화물(Zinc Acetate dihydrate) 26.34g(120mmol) 및 올레익산(Oleic acid) 173.55g(614mmol)을 1L 반응기에 혼합하고, 진공 하에 190℃까지 승온 후, N2 분위기로 전환하여 옥타데센(octadecene, ODE) 189.4g을 투입하여 양이온 전구체를 합성하였다. 다음으로, 100℃ 이하에서 양이온 전구체와 트리옥틸포스핀 셀레나이드(Se-TOP) 1.61g(3mmol)과 트리옥틸포스핀 설파이드(S-TOP) 70.0g(147mmol)이 혼합된 음이온 전구체를 1L 반응용기에 첨가하고, 급속 가열 장치(출력 10 내지 30kW의 할로겐 램프)를 사용하여 복사열을 가함으로써 반응기의 온도를 60초 이내에 370℃로 승온시키고, 이 온도를 유지하며 3분 동안 반응시킨 후 급냉하여 합금형 Cd-Zn-Se-S를 제조하였다. 이와 같이 제조된 합금형 Cd-Zn-Se-S는 Cd:Zn:Se:S의 몰비는 1:4:0.1:4.9였다.
비교예 3
음이온 전구체인 트리옥틸포스핀 셀레나이드(Se-TOP)를 48.23g(90mmol)로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 Cd:Zn:Se의 몰비가 1:7:3인 합금형 Cd-Zn-Se 양자점을 제조하였다.
이와 같이 제조한 합금형 Cd-Zn-Se 양자점의 분산액을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양자점 필름을 제작하였다.
이와 같이 제조한 양자점 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 조명 장치를 제작하였다.
비교예 4
음이온 전구체인 트리옥틸포스핀 셀레나이드(Se-TOP)를 192.91g(360mmol)로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 Cd:Zn:Se의 몰비가 1:7:12인 합금형 Cd-Zn-Se 양자점을 제조하였다.
이와 같이 제조한 합금형 Cd-Zn-Se 양자점의 분산액을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양자점 필름을 제작하였다.
이와 같이 제조한 양자점 필름을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 조명 장치를 제작하였다.
참조예 1
양자점 필름 제조 시, UV 경화형 수지(acrylate oligomer, DCT사 Y-01A) 91g, 합금형 Cd-Zn-Se 양자점의 분산액(10wt% in 이소보닐 아크릴레이트; IBOA) 8g 및 확산제로서 TiO2 분산액(50wt% in Y-01A) 1g을 혼합하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 양자점 필름을 제작하였다.
위에서 제작한 원형 양자점 필름을 6인치 12W LED 다운라이트 전면부에 부착하여 조명 장치를 제작하였다.
참조예 2
양자점 필름 제조 시, UV 경화형 수지(acrylate oligomer, DCT사 Y-01A) 90g, 합금형 Cd-Zn-Se 양자점의 분산액(10wt% in 이소보닐 아크릴레이트; IBOA) 8g 및 확산제로서 TiO2 분산액(50wt% in Y-01A) 2g을 혼합하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 양자점 필름을 제작하였다.
위에서 제작한 원형 양자점 필름을 6인치 12W LED 다운라이트 전면부에 부착하여 조명 장치를 제작하였다.
실험예 1
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에 따른 양자점의 최대 발광 파장(PLmax), 반치폭(FWHM) 및 양자효율(Qy)을 Hamamatsu사의 C11347-11를 사용하여 측정하였다. 이에 따른 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
양자점의 종류 제조방식 PLmax(nm) FWHM(nm) Qy(%)
실시예 1 Cd:Zn:Se=1:7:8 고속 승온 628 17 97
실시예 2 Cd:Zn:Se=1:7:5 고속 승온 632 17 97
실시예 3 Cd:Zn:Se=1:7:11 고속 승온 624 17 96
실시예 4 InP/ZnSeS 고속 승온 628 34 96
비교예 1 Cd:Zn:Se:S=1:4:0.1:4.9 고온 주입 628 32 86
비교예 2 Cd:Zn:Se:S=1:4:0.1:4.9 고속 승온 492 21 73
비교예 3 Cd:Zn:Se=1:7:3 고속 승온 638 21 87
비교예 4 Cd:Zn:Se=1:7:12 고속 승온 622 16 86
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 4에 따른 양자점은 비교예 1 또는 비교예 4에 따른 양자점 대비 양자효율이 우수한 것을 확인할 수 있다. 황을 포함하지 않고, Cd:Zn:Se의 비율이 특정 범위 내인 실시예 1 내지 3은 유사 조성의 비교예 1 및 비교예 2에 따른 양자점 대비 반치폭이 좁고 양자효율은 96% 이상으로 매우 우수한 것을 확인할 수 있다. 한편, 실시예 1 내지 3과 비교예 2를 비교하면, 비교예 2의 경우 실시예들과 동일하게 고속 승온 방식으로 제조되더라도 황을 포함함에 따라 최대 발광 파장이 목적하는 범위에 들지 못하는 것을 확인할 수 있고, 반치폭이 넓으며 양자효율은 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 3과 비교예 3 내지 4를 비교하면, 실시예 1 내지 3 대비 Se의 함량이 적은 비교예 3은 실시예 1 내지 3 대비 반치폭이 넓고 양자효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 3 대비 Se의 함량이 과량인 비교예 4 또한 실시예 1 내지 3 대비 양자효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2
실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 비교예 3 내지 4에 따른 조명 장치의 광속, 광 효율, 색온도(CCT) 및 연색 지수(CRI)를 측정하였다. 연색 지수는 각각의 색상별로 개별 연색 지수를 측정하여 평균치이다. 이에 따른 결과는 하기 표 2에 나타내었다. 효과 비교를 위해 양자점 필름을 포함하지 않는 조명 장치에 대해서도 측정을 수행하였으며, 이는 비교예 5로 나타내었다.
광속(lm) 광 효율(lm/W) CCT(K) CRI(Ra)
실시예 1 1536 128 4442 95.1
실시예 2 1368 114 4221 93.8
실시예 3 1572 131 4510 92.6
실시예 4 1488 124 4510 94.2
비교예 1 1176 98 3840 93.5
비교예 3 1164 97 3960 91.1
비교예 4 1128 94 4530 90.2
비교예 5 1680 140 6010 82.4
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 4에 따른 양자점 필름이 부착된 조명 장치들은 양자점 필름이 부착되지 않은 비교예 5의 조명 장치 대비 연색 지수가 크게 향상된 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 4에 따른 조명 장치는 광속, 광 효율이 높으면서도 연색성이 크게 향상되어 조명 품질을 크게 개선시키는 것을 확인할 수 있다. 특히, Cd:Zn:Se의 몰비가 1:7:8인 양자점을 포함하는 실시예 1은 광속 및 광 효율이 매우 우수하면서도 연색성이 가장 높은 것을 확인할 수 있다. 한편, 최대 발광 파장이 실시예 1의 양자점과 동일하나, 반치폭이 32nm으로 실시예 1 보다 넓고, 양자효율은 86%로 실시예 1 대비 떨어지는 비교예 1의 조명 장치는 비교예 3 대비 연색성은 높으나, 효율이 98%로 가장 낮은 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 1 내지 3과 비교예 3 내지 4를 비교하면, 실시예 1 내지 3 대비 Se의 비율이 소량이거나 과량인 경우, 광속 및 광효율이 실시예 1 내지 3 대비 현저히 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
실험예 3
양자점의 농도에 따른 효과를 알아보기 위하여, 실시예 1, 실시예 5, 실시예 6, 실시예 7에 따른 조명 장치의 광속, 광 효율, 색온도(CCT) 및 연색 지수(CRI)를 측정하였다. 연색 지수는 각각의 색상별로 개별 연색 지수를 측정하여 평균치이다. 이에 따른 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
양자점 농도(wt%) 광속(lm) 광 효율(lm/W) CCT(K) CRI(Ra)
실시예 5 0.4 1596 133 5063 91.8
실시예 1 0.8 1536 128 4442 95.1
실시예 6 1.2 1356 113 3892 97.4
실시예 7 1.6 1260 105 3356 97.8
상기 표 3을 참조하면, 실시예 1, 실시예 5 내지 7에 따른 조명 장치는 광속이 우수하고, 광 효율이 105% 이상으로 높으면서도 연색성은 91 Ra 이상으로 높은 것을 확인할 수 있다. 또한, 양자점의 농도가 증가할수록 광속은 떨어지고, 연색성을 증가하는 경향성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 한편, 양자점의 농도가 1.2중량% 이상인 경우 광 효율이 다소 저하되며, 고효율 및 고연색성을 동시에 만족하기 위한 측면에서 양자점의 농도는 0.6중량% 내지 1.0중량% 사이인 것이 바람직한 것을 확인할 수 있다.
실험예 4
확산제 유무에 따른 효과를 알아보기 위하여, 실시예 1, 참조예 1 및 참조예 2에 따른 조명 장치의 광속, 광 효율, 색온도(CCT) 및 연색 지수(CRI)를 측정하였다. 연색 지수는 각각의 색상별로 개별 연색 지수를 측정하여 평균치이다. 이에 따른 결과는 하기 표 4에 나타내었다.
TiO2 농도(wt%) 광속(lm) 광 효율(lm/W) CCT(K) CRI(Ra)
실시예 1 0 1536 128 4442 95.1
참조예 1 0.5 1164 97 3869 96.3
참조예 2 1 1104 92 3714 96.4
상기 표 4를 참조하면, 실시예 1의 경우, 확산제인 TiO2를 포함하는 참조예 1, 참조예 2 대비 광속, 광 효율이 높으면서 연색성 또한 우수한 것을 확인할 수 있다. TiO2를 포함하는 참조예 1, 참조예 2의 경우 연색성은 우수하나, 광속 및 광 효율이 떨어지며, 이는 확산제를 포함하는 경우 필름의 광투과율이 저하됨에 따른 것으로 판단할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[이 발명을 지원한 국가연구개발사업]
[과제고유번호] 1425157068
[과제번호] S3165227
[부처명] 중소벤처기업부
[과제관리(전문)기관명] 중소기업기술정보진흥원
[연구사업명] 창업성장기술개발(특별,R＆D)
[연구과제명] 양자효율 90%급 고효율 친환경 InP 양자점 양산화 기술개발
[기여율] 1/1
[과제수행기관명] (주)디씨티
[연구기간] 20211101 ~ 20231031

Claims (14)

  1. 수지; 및 상기 수지에 분산되며, 최대 발광 파장이 620nm 내지 640nm이고, 양자효율(Qy)이 90% 이상인 양자점을 포함하는, 조명 장치용 양자점 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양자점 필름 중 상기 양자점의 함량은 0.4중량% 내지 1.6중량%인, 조명 장치용 양자점 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양자점은 Cd, Zn 및 In 중에서 선택되는 1종 이상의 제1 금속 및 Se, S 및 P 중에서 선택되는 1종 이상의 제2 금속을 포함하는 3성분계 이상의 양자점인, 조명 장치용 양자점 필름.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 양자점은 Cd-Zn-Se로 구성된 3성분계 합금(alloy)형 양자점인, 조명 장치용 양자점 필름.
  5. 제4항에 있어서,
    Cd: Zn: Se의 몰비가 1: 6~8: 5~11인, 조명 장치용 양자점 필름.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 양자점은 In-Zn-P 또는 In-P로 구성된 코어와 Zn-S 또는 Zn-Se-S로 구성된 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조의 양자점인, 조명 장치용 양자점 필름.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 Cd-Zn-Se로 구성된 합금형 양자점은, 카드뮴 올리에이트 및 아연 올리에이트를 포함하는 양이온 전구체와 트리옥틸포스핀 셀레나이드를 포함하는 음이온 전구체를 포함하는 일액형 전구체 용액을 300℃ 내지 380℃로 고속 승온하여 형성된, 조명 장치용 양자점 필름.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 카드뮴 올리에이트는 카드뮴과 올레익산을 1:1.3 내지 1:1.7의 몰비로 반응시켜 형성되고,
    상기 아연 올리에이트는 아연과 올레익산을 1:1.3 내지 1:1.7의 몰비로 반응시켜 형성되고,
    상기 양이온 전구체 중 상기 카드뮴 올리에이트 대 상기 아연 올리에이트의 몰비는 1:6 내지 1:12이고,
    상기 양이온 전구체 대 음이온 전구체의 몰비는 1:0.5 내지 1:0.9인, 조명 장치용 양자점 필름.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 양자점은 In-P로 구성된 코어와 Zn-Se-S로 구성된 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조의 양자점이고,
    상기 In-P로 구성된 코어는 인듐 옥소 클러스터(In-Oxocluster)를 포함하는 제1 양이온 전구체와 인(P)을 포함하는 제1 음이온 전구체를 포함하는 제1 혼합물을 300℃내지 380℃로 고온 승온하여 형성되고,
    상기 Zn-Se-S로 구성된 쉘은 상기 In-P로 구성된 코어, 아연 올레이트를 포함하는 제2 양이온 전구체 및 트리옥틸포스핀 셀레나이드와 트리옥틸포스핀 설파이드를 포함하는 제2 음이온 전구체를 포함하는 제2 혼합물을 300℃ 내지 400℃로 고속 승온하여 형성된, 조명 장치용 양자점 필름.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 아연 올레이트는 아연과 올레익산을 1:1.3 내지 1:1.7의 몰비로 반응시켜 형성되고,
    상기 트리옥틸포스핀 셀레나이드 대 트리옥틸포스핀 설파이드의 몰비는 1:0.8 내지 1:2.5인, 조명 장치용 양자점 필름.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 양자점 필름의 적어도 일면 상에 배치되는 배리어 필름을 더 포함하는, 조명 장치용 양자점 필름.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 양자점 필름은 분산제 함량이 0.1중량% 미만인, 조명 장치용 양자점 필름.
  13. 기판;
    상기 기판 상에 배치되고, 청색 광을 발광하는 청색 발광 다이오드; 및
    상기 청색 발광 다이오드 상에 배치되는 양자점 필름을 포함하고,
    상기 양자점 필름은 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 조명 장치용 양자점 필름인, 조명 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 조명 장치의 광 효율은 100 lm/W 이상이고, 연색 지수(Color Rendering Index; CRI)는 90 Ra 이상인, 조명 장치.
PCT/KR2023/012111 2022-08-16 2023-08-16 조명 장치용 양자점 필름 및 이를 이용한 조명 장치 WO2024039174A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2022-0102073 2022-08-16
KR1020220102073A KR20240023852A (ko) 2022-08-16 2022-08-16 조명 장치용 양자점 필름 및 이를 이용한 조명 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024039174A1 true WO2024039174A1 (ko) 2024-02-22

Family

ID=89941912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/012111 WO2024039174A1 (ko) 2022-08-16 2023-08-16 조명 장치용 양자점 필름 및 이를 이용한 조명 장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20240023852A (ko)
WO (1) WO2024039174A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170080795A (ko) * 2015-12-30 2017-07-11 주식회사 상보 합금-다중 쉘 양자점, 그 제조 방법, 합금-다중 쉘 양자점 및 이를 포함하는 백라이트 유닛
KR20190085887A (ko) * 2018-01-11 2019-07-19 삼성전자주식회사 양자점, 이를 포함한 조성물 또는 복합체, 그리고 이를 포함한 전자 소자
KR20210017408A (ko) * 2019-08-08 2021-02-17 (주)디씨티 양자점의 제조방법
KR102306679B1 (ko) * 2015-12-28 2021-10-01 주식회사 제우스 양자점 및 이의 제조방법
JP2021183681A (ja) * 2020-05-22 2021-12-02 Ｎｓマテリアルズ株式会社 量子ドット、量子ドット前駆体、及び、量子ドットの製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102306679B1 (ko) * 2015-12-28 2021-10-01 주식회사 제우스 양자점 및 이의 제조방법
KR20170080795A (ko) * 2015-12-30 2017-07-11 주식회사 상보 합금-다중 쉘 양자점, 그 제조 방법, 합금-다중 쉘 양자점 및 이를 포함하는 백라이트 유닛
KR20190085887A (ko) * 2018-01-11 2019-07-19 삼성전자주식회사 양자점, 이를 포함한 조성물 또는 복합체, 그리고 이를 포함한 전자 소자
KR20210017408A (ko) * 2019-08-08 2021-02-17 (주)디씨티 양자점의 제조방법
JP2021183681A (ja) * 2020-05-22 2021-12-02 Ｎｓマテリアルズ株式会社 量子ドット、量子ドット前駆体、及び、量子ドットの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20240023852A (ko) 2024-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013036070A2 (en) Lighting device and lighting control method
CN100539221C (zh) 半导体发光器件和半导体发光器件组装体
WO2010071386A2 (ko) 발광소자 패키지, 백라이트 유닛, 디스플레이 장치 및 조명장치
WO2010018999A2 (ko) β-사이알론 형광체 제조방법
WO2016056837A1 (ko) 발광 장치
WO2012144720A1 (en) Optical member, display device including the same and manufacturing method thereof
WO2013032128A1 (en) Optical member, display device, and light emitting device having the same
WO2012138038A1 (en) Optical member and display device including the same
WO2015199320A1 (en) Backlight unit and display device having the same
WO2015060693A1 (ko) Led 봉지재
WO2015133685A1 (en) Backlight module with mjt led and backlight unit incluing the same
WO2013115589A1 (ko) 양자점을 포함하는 조성물 및 이를 이용한 장치
WO2013122337A1 (en) Light emitting package
WO2017200341A2 (ko) 플래시 모듈 및 이를 포함하는 단말기
WO2018080061A2 (ko) 발광 다이오드 패키지 및 그것을 갖는 디스플레이 장치
WO2019190147A1 (ko) 고색순도 디스플레이 적용을 위한 발광파장 및 좁은 반가폭을 가지는 적색 발광 양자점 및 이의 제조방법
WO2019132479A1 (ko) 함질소 화합물, 이를 포함하는 색변환 필름, 및 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 디스플레이장치
WO2019139329A1 (ko) 디스플레이 장치
WO2010074391A1 (ko) 산질화물 형광체, 그 제조방법 및 발광장치
WO2013036062A2 (en) Lighting module
WO2024039174A1 (ko) 조명 장치용 양자점 필름 및 이를 이용한 조명 장치
WO2017146420A1 (ko) 적색 유무기 복합 발광 재료를 포함하는 led 패키지 및 이를 적용한 백라이트 유닛
WO2024053992A1 (ko) 잉크 조성물, 이를 이용한 막, 이를 포함하는 전기영동 장치 및 디스플레이 장치
WO2024029959A1 (ko) 잉크 조성물, 이를 이용한 막, 이를 포함하는 전기영동 장치 및 디스플레이 장치
WO2023149784A1 (ko) 개선된 정공 주입 구조체를 갖는 발광 다이오드

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23855141

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1