CN101666952A - 量子点波长转换器及其制造方法以及包括其的发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种量子点波长转换器及其制造方法以及包括量子点波长转换器的发光装置。所述量子点波长转换器包括量子点，所述量子点波长转换器在光学上是稳定的，在发射波长上没有任何改变，并且在发射能力上得到改进。所述量子点波长转换器包括：波长转换部件，所述波长转换部件包括量子点和分散介质，所述量子点对激发光进行波长转换并产生波长转换了的光，所述分散介质使所述量子点分散；密封件，密封所述波长转换部件。

Description

量子点波长转换器及其制造方法以及包括其的发光装置
本申请要求于2008年9月3日在韩国知识产权局提交的第2008-086984号韩国专利中请的优先权，其全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及一种量子点波长转换器及其制造方法以及一种包括所述量子点波长转换器的发光装置，更具体地讲，涉及一种包括量子点的量子点波长转换器、一种所述量子点波长转换器的制造方法以及一种包括所述量子点波长转换器的发光装置，所述量子点波长转换器在光学上是稳定的，在发射波段上没有任何变化，并且在发射能力上得到改进。所述发光装置采用所述量子点波长转换器来更简单地调节发射波长和发射强度。
背景技术
量子点是纳米尺寸的半导体材料，量子点显示量子限域效应。与普通的荧光体相比，量子点在窄波段中产生更强的光。当激发的电子从导带向价带跃迁时，量子点发光。即使在同种材料中，量子点的波长也根据颗粒尺寸的不同而变化。量子点的尺寸越小，量子点发射的光的波长越短。因此，可以调节这样的量子点的尺寸以获得期望的波长范围的光。
即使当激发波长被任意选择时，量子点也发光。因此，当几种量子点被一个波长的光激发时，可以同时观察到多种颜色的光。此外，量子点只从导带的底振动状态到价带的底振动状态跃迁，因此，量子点具有基本为单色光的发射波长。
量子点是半导体材料的纳米晶体，所述纳米晶体的直径约为10nm或更小。为了合成作为量子点的纳米晶体，可以通过气相沉积(如金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE))，或通过化学湿法(其中，通过向有机溶剂中加入前驱体来生长晶体)来制备量子点。
通过化学湿法，当晶体生长时，有机溶剂自然地附于量子点表面上以起到分散剂的作用，从而调控晶体的生长。因此，与气相沉积(如金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE))相比，化学湿法能够更容易更廉价地控制纳米晶体的尺寸和形状的均匀性。
由化学湿法制备的量子点不以原液(undiluted solution)来使用，而是将预定的配体设置在量子点周围从而保证了量子点易于存储和使用。用作量子点的配体的材料可以采用诸如氧化三辛基磷(TOPO)。在这样的量子点用在发光装置中的情况下，在将所述量子点添加到诸如树脂的密封件之前，应将所述量子点纯化以去除所述配体。
量子点在被纯化时产生副作用，如光发射降低、去除配体所得的溶液中出现沉淀或由表面氧化导致发射波段改变。为解决这些问题，用有机材料覆盖量子点或用能带隙比量子点的能带隙大的材料包围量子点。
然而，用有机材料覆盖所述量子点或用能带隙较大的材料包围量子点的方法在工艺或成本方面的效率出现问题。因此，需要开发一种更稳定并且在发光能力上得到改进的利用量子点的方法。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种量子点波长转换器及其制造方法。所述量子点波长转换器包括量子点，所述量子点波长转换器在光学上是稳定的，在发射波段上没有任何改变，并且在发射能力上得到改进。
本发明的另一方面提供了一种采用量子点波长转换器的发光装置，所述发光装置利用所述量子点波长转换器来调节发射波长和发射强度。
根据本发明的一个方面，提供了一种量子点波长转换器，所述量子点波长转换器包括：波长转换部件，所述波长转换部件包括量子点和分散介质，所述量子点对激发光进行波长转换并产生波长转换了的光，所述分散介质使所述量子点分散；密封件，密封所述波长转换部件。
所述量子点包含硅类纳米晶体、IIB-VIA族化合物半导体纳米晶体、IIIA-VA族化合物半导体纳米晶体、VA-VIA族化合物纳米晶体和上述各种纳米晶体的混合物中的一种。IIB-VIA族化合物半导体纳米晶体可以包含从由CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe和HgZnSTe组成的组中选择的一种。IIIA-VA族化合物半导体纳米晶体可以包含从由GaN、GaP、GaAs、AlN、AlP、AlAs、InN、InP、InAs、GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP、AlNAs、AlPAs、InNP、InNAs、InPAs、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlPAs、GaInNP、GaInNAs、GaInPAs、InAlNP、InAlNAs和InAlPAs组成的组中选择的一种。VA-VIA族化合物半导体纳米晶体可以为SbTe。
所述分散介质可以是液体。所述分散介质可以是环氧树脂或聚硅氧烷之一。
密封件可以包含聚硅氧烷。
根据本发明的另一方面，提供了一种量子点波长转换器的制造方法，所述方法包括：在分散介质中使量子点分散，从而制备波长转换部件，所述量子点对激发光进行波长转换并产生波长转换了的光，；用密封件将所述波长转换部件密封。密封的步骤可以包括堆叠第一密封片和第二密封片；将所述波长转换部件注入所述第一密封片和所述第二密封片之间的区域中；加热并热粘接所述第一密封片和所述第二密封片中的波长转换部件的外围部分。
根据本发明的又一方面，提供了一种发光装置，所述发光装置包括发光光源和沿着光发射方向设置在所述发光光源上的量子点波长转换器，所述量子点波长转换器包括：波长转换部件，所述波长转换部件包括转换激发光的波长并产生波长转换了的光的量子点和使所述量子点分散的分散介质；密封件，密封所述波长转换部件。发光光源可以是发光二极管(LED)和激光二极管之一。
所述量子点波长转换器可以为多个。可以包括在所述多个波长转换器中具有的至少两个波长转换器中的量子点能够将从发光光源发射的光转换成波长彼此不同的光。发光光源可以发射蓝光，在所述多个波长转换器中，第一波长转换部件可以发射红光，在所述多个波长转换器中，不同于所述第一波长转换器的第二波长转换器可以发射绿光。
所述发光装置还可以包括：凹槽，所述凹槽包括底表面和侧表面，所述发光光源将被安装在所述底表面，所述侧表面具有形成在所述侧表面上的反射部件；支撑件，所述支撑件支撑所述凹槽并具有与所述发光光源电连接的电极部件。可用包封件包封所述凹槽。所述包封件可以包含由从环氧树脂、聚硅氧烷、丙烯酸类聚合物、玻璃、碳酸脂类聚合物和上述材料的混合物组成的组中的选择的至少一种。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明的上述和其它方面、特征和其它优点，其中：
图1示出了根据本发明的示例性实施例的量子点波长转换器；
图2A到图2C示出了根据本发明的示例性实施例的量子点波长转换器的制造方法；
图3示出了根据本发明的示例性实施例的包括量子点波长转换器的发光装置；
图4示出了根据本发明的另一示例性实施例的包括量子点波长转换器的发光装置。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该被解释为局限于在这里所提出的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的，并将使本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。在附图中，为了清晰起见，可能夸大形状和尺寸，相同的标号始终表示相同或相似的组件。
图1示出了根据本发明的示例性实施例的量子点波长转换器。本实施例的量子点波长转换器100包括波长转换部件110和密封件120。波长转换部件110包括对激发光进行波长转换并产生波长转换了的光的量子点111和使量子点分散的分散介质112。密封件120密封波长转换部件110。
当从外部入射的光(以下称为入射光)到达量子点111时，量子点波长转换器100发射波长由量子点111进行了波长转换的光(以下称为波长转换光)。因此，量子点波长转换器100用于通过量子点改变光的波长。在下文中，入射光中的具有比量子点111的发射波长短的波长的一部分光被称为激发光。
如上所述，量子点111为纳米尺寸的发光体并可以为半导体纳米晶体。量子点可以采用Si纳米晶体、IIB-VIA族化合物半导体纳米晶体、IIIA-VA族化合物半导体纳米晶体、VA-VIA族化合物半导体纳米晶体，根据本实施例，可以单独使用或混合使用上述纳米晶体。
在上述纳米晶体中，IIB-VIA族化合物半导体纳米晶体可以为从CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe和HgZnSTe中选择的一种，但本发明并不局限于此。
此外，IIIA-VA族化合物半导体纳米晶体可以为从GaN、GaP、GaAs、AlN、AlP、AlAs、InN、InP、InAs、GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP、AlNAs、AlPAs、InNP、InNAs、InPAs、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlPAs、GaInNP、GaInNAs、GaInPAs、InAlNP、InAlNAs和InAl PAs中选择的一种，但本发明并不局限于此。
此外，VA-VIA族化合物半导体纳米晶体可以采用SbTe，但本发明并不局限于此。
在本实施例中，量子点111在分散介质112中被分散。分散介质112可以为液体。当液体的分散介质112与量子点111混合并由密封件120密封时，例如，分散介质112基本上处于在塑性包中含有液体的状态。这样，分散介质112在形状上没有限制并可以被容易地使用和管理。分散介质112可以由诸如环氧树脂或聚硅氧烷形成。量子点波长转换器100会接收激发光并发射波长转换光。因此，分散介质112可以由不因激发光褪色或不被激发光改变的材料形成。
密封波长转换部件的密封件120可以采用这样一种聚合物包，即，所述聚合物包不被分散有量子点的波长转换部件110腐蚀。此外，密封件120可以采用聚硅氧烷。可以加热并粘接聚合物树脂，因此，可以将片状的聚合物树脂用作密封件以通过热粘接提供包，其中，波长转换部件110位于所述包内。量子点波长转换器100的制造方法将参照图2作进一步描述。
在合成量子点111之后，在没有将量子点111纯化的条件下，将量子点111分散在处于原液状态的分散介质112中，并由密封件120密封。因此，量子点111表现出高的发射能力，而没有受纯化工艺中的诸如光发射降低或发射波长改变的问题的影响。
图2A到图2C示出了根据本发明的示例性实施例的量子点波长转换器的制造方法。
根据本发明的另一方面，为了制造量子点波长转换器，将量子点211分散在分散介质212中，以制备波长转换部件210。然后通过密封件221、222密封所述波长转换部件210。
所述波长转换部件210可以通过各种方法密封。在本实施例中，为了密封波长转换部件210，首先，堆叠第一密封片221和第二密封片222(见图2A)。这里，第一密封片221和第二密封片222只是被堆叠而没有粘接在一起。
然后，在第一密封片221和第二密封片222之间注入波长转换部件210(见图2B)。第一密封片221和第二密封片222没有被粘接在一起，因此，注入波长转换部件210之后，加热并热粘接波长转换部件210的外围部分230(见图2C)。因此，波长转换部件210被置于第一密封片221和第二密封片222之间，并且波长转换部件210被密封，从而制造量子点波长转换器200。
根据本发明的又一方面，发光装置包括发光光源和量子点波长转换器。图3示出了根据本发明的示例性实施例的包括量子点波长转换器的发光装置。
根据本实施例，发光装置300包括发光光源340和量子点波长转换器360。量子点波长转换器360包括波长转换部件和密封波长转换部件的密封件363。这里，波长转换部件包括量子点361和分散量子点361的分散介质362。
参照图3，在本实施例的发光装置300中，发光光源340包括凹槽和支撑件310。凹槽包括设置有发光光源340的底表面和形成有反射部件320的侧表面。支撑件310支撑凹槽并具有与发光光源电连接的电极部件330。电极部件330由具有互不相同的极性因而彼此电绝缘两个电极部件形成。
发光光源340可以是发光二极管(LED)和激光二极管之一。发光光源340可以发射这样的光，所述光的波长比量子点波长转换器360的量子点361的发射波长短。发光光源340可以采用诸如蓝色LED。可以使用发射波长为420nm到480nm的蓝光的氮化镓LED。
支撑件310具有电极部件330，电极部件330形成在支撑件310上，电极部件330通过电线与发光光源340相连。充有包封材料的第一包封件351形成在发光光源340上以包封发光光源340。此外，当量子点波长转换器360被置于第一包封件351上时，还可形成第二包封件352以保护并固定第一包封件351。所述包封材料可以采用环氧树脂、聚硅氧烷、丙烯酸类聚合物、玻璃、碳酸脂类聚合物和上述材料的混合物中至少一种。
根据来自发光装置300的期望的光的波长，量子点波长转换器360可以包括适当的量子点。在本发明的附图中，量子点波长转换器360被示出为设置在第一包封件351上。然而，量子点波长转换器360可以被构造成围绕发光光源340的表面而不采用第一包封件351。可以以各种方式构造量子点波长转换器360，只要从发光光源340发射的光入射在量子点波长转换器360上并且可以进行波长转换。
这里，当发光光源340发射蓝光并且量子点波长转换器360的量子点361发射黄光时，发光装置300可以发射白光。
图4示出了根据本发明的另一示例性实施例的包括量子点波长转换器的发光装置。在本实施例中，发光装置400包括第一量子点波长转换器460和第二量子点波长转换器470。在图4的发光装置400中，支撑件410、电极部件430、反射部件420、发光光源440和包封材料的功能与前述实施例相同，因此将不进一步描述。
在本实施例的发光装置400中，量子点波长转换器可以为多个。参照图4，在至少两个量子点波长转换器中，更接近发光光源440的量子点波长转换器被称为第一量子点波长转换器460，另一个被称为第二量子点波长转换器470。当安装发光光源440时，用第一包封件451包封发光光源440，将第一量子点波长转换器460设置在第一包封件451上并用第二包封件452包封。然后，将第二量子点波长转换器470设置在第二包封件452上并用第三包封件453包封。包括至少两个量子点波长转换器的发光装置可以更容易地发射白光或各种颜色的光。
在多个量子点波长转换器中，至少两个量子点波长转换器包括的用于波长转换的量子点可以彼此不同。因此，第一量子点波长转换器460可以包括第一量子点461，并且第二量子点波长转换器470可以包括第二量子点471。这里，第一量子点461和第二量子点471可以互不相同地进行波长转换。例如，当发光光源440发射蓝光时，第一量子点波长转换器460发射红光，第二量子点波长转换器470发射绿光，发光装置最终可发射白光。可选择地，当发光光源440、第一量子点波长转换器460和第二量子点波长转换器470分别发射蓝光、红光和绿光中的对应的一种时，发光装置最终均可以发射白光。此外，第一量子点波长转换器460和第二量子点波长转换器470可以包括多个量子点，所述多个量子点均具有彼此不同的发射波段。
参照图4，发光装置被示出为包括两个量子点波长转换器，但发光装置可以包括，例如，三个量子点波长转换器。因此，在不同于本实施例的实施例中，当发光光源发射紫外线并且三个量子点波长转换器分别发射蓝光、绿光和红光时，发光装置最终可发射白光。另外，为了制造白光发射装置，作为量子点波长转换器中采用的一种颜色的波长转换量子点的替代，可以将荧光体添加到包封件中，以与量子点波长转换器一起使用。
参照图3和图4，发光装置均被构造成封装件，但不限于此。例如，发光装置可以由灯式(lamp-type)发光装置形成。
如上所述，根据本发明的示例性实施例，在量子点波长转换器中，量子点在没有被纯化的情况下作为原液被密封。因此，不需要额外的纯化工艺，并防止由于在配体的纯化过程中的表面氧化导致的发射波段的改变。
在量子点波长转换器的制造方法中，可以构造包括量子点的包式(pack-type)波长转换器而不考虑量子点的尺寸或种类如何。这允许以简单的工艺制造波长转换器并将波长转换器方便地应用在各种领域中。此外，在合成物中的量子点的密度通过控制所使用的量子点的密度来确定，从而制造高密度量子点合成物。
此外，所述量子点波长转换器被用作从发光光源发射的光的波长转换器以保证可以容易地制造白光发射装置。
虽然已经结合示例性实施例示出并描述了本发明，但是对本领域的技术人员来说显然的是，在不脱离权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出修改和变化。

Claims (18)

1、一种量子点波长转换器，所述量子点波长转换器包括：
波长转换部件，所述波长转换部件包括量子点和分散介质，所述量子点对激发光进行波长转换并产生波长转换了的光，所述分散介质使所述量子点分散；
密封件，密封所述波长转换部件。
2、如权利要求1所述的量子点波长转换器，其中，所述量子点包含硅类纳米晶体、IIB-VIA族化合物半导体纳米晶体、IIIA-VA族化合物半导体纳米晶体、VA-VIA族化合物纳米晶体和上述各种纳米晶体的混合物中的一种。
3、如权利要求2所述的量子点波长转换器，其中，所述IIB-VIA族化合物半导体纳米晶体包含从由CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe和HgZnSTe组成的组中选择的一种。
4、如权利要求2所述的量子点波长转换器，其中，所述IIIA-VA族化合物半导体纳米晶体包含从由GaN、GaP、GaAs、AlN、AlP、AlAs、InN、InP、InAs、GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP、AlNAs、AlPAs、InNP、InNAs、InPAs、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlPAs、GaInNP、GaInNAs、GaInPAs、InAlNP、InAlNAs和InAlPAs组成的组中选择的一种。
5、如权利要求2所述的量子点波长转换器，其中，所述VA-VIA族化合物半导体纳米晶体包含SbTe。
6、如权利要求1所述的量子点波长转换器，其中，所述分散介质为液体。
7、如权利要求1所述的量子点波长转换器，其中，所述分散介质为环氧树脂和聚硅氧烷之一。
8、如权利要求1所述的量子点波长转换器，其中，所述密封件包含聚硅氧烷。
9、一种量子点波长转换器的制造方法，所述方法包括如下步骤：
在分散介质中使量子点分散，从而制备波长转换部件，所述量子点对激发光进行波长转换并产生波长转换了的光；
用密封件将所述波长转换部件密封。
10、如权利要求9所述的方法，其中，密封的步骤包括堆叠第一密封片和第二密封片；
将所述波长转换部件注入所述第一密封片和所述第二密封片之间的区域中；
加热并热粘接所述第一密封片和所述第二密封片中的波长转换部件的外围部分。
11、一种发光装置，所述发光装置包括发光光源和沿着光发射方向设置在所述发光光源上的量子点波长转换器，所述量子点波长转换器包括：
波长转换部件，所述波长转换部件包括转换激发光的波长并产生波长转换了的光的量子点和使所述量子点分散的分散介质；
密封件，密封所述波长转换部件。
12、如权利要求11所述的发光装置，其中，所述发光光源为发光二极管和激光二极管之一。
13、如权利要求12所述的发光装置，其中，所述量子点波长转换器为多个。
14、如权利要求13所述的发光装置，其中，包括在所述多个量子点波长转换器中具有的至少两个量子点波长转换器中的量子点能够将从发光光源发射的光转换成波长彼此不同的光。
15、如权利要求13所述的发光装置，其中，所述发光光源发射蓝光，
在所述多个量子点波长转换器中，第一量子点波长转换器发射红光，
在所述多个量子点波长转换器中，不同于所述第一量子点波长转换器的第二量子点波长转换器发射绿光。
16、如权利要求11所述的发光装置，还包括：
凹槽，所述凹槽包括底表面和侧表面，所述发光光源将被安装在所述底表面上，所述侧表面具有形成在所述侧表面上的反射部件；
支撑件，所述支撑件支撑所述凹槽并具有与所述发光光源电连接的电极部件。
17、如权利要求16所述的发光装置，其中，用包封件包封所述凹槽。
18、如权利要求17所述的发光装置，其中，所述包封件包含由从环氧树脂、聚硅氧烷、丙烯酸类聚合物、玻璃、碳酸脂类聚合物和上述材料的混合物组成的组中的选择的至少一种。
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