CN107112398A - 量子点复合物和包括其的光电器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种量子点复合物和一种包括该量子点复合物的光电器件，更具体地，涉及一种具有优异的光学特性从而改善光电器件的光效率的量子点复合物和一种包括该量子点复合物的光电器件。为此，本发明提供了一种量子点复合物和一种包括该量子点复合物的光电器件，该量子点复合物包括：基体层；多个量子点，分散在基体层内部；多个散射颗粒，以设置在多个量子点之间的方式分散在基体层内部，其中，散射颗粒具有形成在其中的中空，从而呈现多个折射率。

Description

量子点复合物和包括其的光电器件
技术领域
本发明涉及一种量子点复合物和一种包括该量子点复合物的光电器件，更具体地，涉及一种由于其优异的光学特性而能够改善光电器件的光效率的量子点复合物和一种包括该量子点复合物的光电器件。
背景技术
量子点是由具有大约10nm或更小直径的半导体材料制成的纳米晶体，并且呈现量子限制特性。量子点产生窄波长的强光，所述光比从典型荧光材料产生的光强。当激发的电子从导带跃迁到价带时，发生量子点的辐射。即使在相同材料中，波长也根据量子点的尺寸而变化。量子点的尺寸越小，光的波长越短。因此，能够通过调整量子点的尺寸来产生预期波长的光。
形成纳米晶体量子点的方法包括诸如金属有机化学气相沉积(MOCVD)和分子束外延(MBE)的气相沉积以及化学湿法处理。
化学湿法处理是通过将有机溶剂配位结合到晶体的表面上使得有机溶剂用作分散剂来控制量子点的晶体生长的方法，。化学湿法处理比诸如MOCVD和MBE的气相沉积简单，并且可以通过廉价的方法来调整纳米晶体的尺寸和形状的均匀性。
通过上述的方法制造的量子点由于其诸如纳米级尺寸、尺寸可调的光学特性、高的光稳定性和宽的吸收光谱的独特的物理特性而被用于诸如生物医学图像、光电池器件、发光器件、存储器和显示器件等各种领域。
将量子点以片状形式混合到典型的聚合物中，其应用于各种领域。在现有技术中，为了获得高的光效率，添加了诸如氧化钛、氧化铝、钛酸钡或二氧化硅的散射剂。然而，单独添加散射剂对改善光效率的能力有限。
[现有技术文件]
专利文件1：第10-2013-0136259号韩国专利(2013年12月12日)
发明内容
技术问题
本发明的各种方面提供了一种由于其优异的光学特性而能够改善光电器件的光效率的量子点复合物和一种包括该量子点复合物的光电器件。
技术方案
在本发明的方面中，提供了一种量子点复合物，该量子点复合物包括：基体层；多个量子点，分散在基体层中；多个散射颗粒，分散在基体层中，散射颗粒设置在量子点之间。多个散射颗粒由于形成在其中的中空空间而具有多个折射率。
根据发明的实施例，多个散射颗粒可以是玻璃颗粒或聚合物颗粒，每个散射颗粒具有位于其中的中空空间。
多个散射颗粒的含量可以在量子点复合物的重量的0.04％至10％的范围。
散射颗粒的尺寸可以比量子点的尺寸大。
散射颗粒的尺寸可以在从3μm至100μm的范围。
多个量子点可以由从由硅纳米晶体、II-VI族化合物半导体纳米晶体、III-V族化合物半导体纳米晶体、IV-VI族化合物半导体纳米晶体和包括它们中的至少两种的混合物组成的组中选择的一种纳米晶体形成。
基体层可以由聚合物树脂形成。
在本发明的另一方面中，提供了一种光电器件，该光电器件包括位于光进入或者出射所沿的路径上的上述量子点复合物。
有益效果
根据如上面所阐述的本发明，多个散射颗粒分散在基体层中，由于位于其中的中空空间而具有多个折射率，并且占据分散在基体层中的多个量子点之间的空间，使得从多个量子点产生的光可以充分地辐射。多个散射颗粒被设置为用于使用于从量子点产生的光、从光电器件发射的光或进入光电器件的光的路径复杂化或多样化的工具。因此，多个散射颗粒改善光电器件的光效率。
当根据本发明的量子点复合物用作用于LED的颜色转换基底时，与现有技术的量子点复合物相比，所述量子点复合材料显著改善颜色转换效率和亮度，从而与现有技术相比减少使用的量子点的量。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性实施例的量子点复合物的示意图。
图2和图3是根据本发明的示例性实施例的量子点复合物的显微镜照片。
图4至图8是根据本发明的示例1至示例5的量子点复合物的发射光谱。
图9是根据对比示例1的量子点复合物发射光谱。
具体实施方式
现在将详细参照附图中示出并且在下面描述的根据本发明的量子点复合物和包括该量子点复合物的光电器件的实施例，从而本发明所涉及的领域的技术人员可以容易地将本发明付诸实践。
贯穿该文件，应该参照附图，在附图中，贯穿不同的附图使用相同的附图标记和符号来表示相同或相似的组件。在本发明的下面的描述中，在使本发明的主题不清楚的情况下，将省略包含于此的对已知功能和组件的详细描述。
参照图1至图3，将根据本发明的示例性实施例的量子点复合物100应用于光电器件，以改善光电器件的光效率。例如，当光电器件实现为诸如发光二极管(LED)或有机发光二极管(OLED)的光电发射器时，量子点复合物100设置在从光电器件产生的光出射所沿的路径上，以在光穿过量子点复合物100的同时通过沿各种路径散射光来增大出射光的强度。当光电器件实现为诸如光电池的光电接收器时，将量子点复合物100设置在光进入光电接收器所沿的路径上，以在光穿过量子点复合物100的同时通过沿各种路径散射光来增大吸收到光电接收器中的光的强度。按照这种方式，量子点复合物100改善光电器件的效率。
此外，根据该实施例的量子点复合物100可以为片状或基板状。该形状的量子点复合物100可以用作设置在LED上方以转换从LED发射的光的一部分的颜色的构件。具体地，包括根据该实施例的量子点复合物100和LED的LED封装件发射通过混合例如来自蓝色LED的蓝光和来自量子点复合物100的颜色转换的光而产生的白光。虽然未示出，但是LED可以包括主体和LED芯片。主体是具有预设形状的开口的结构，并且提供设置有LED芯片的结构空间。主体设置有布线和引线框架，LED芯片用布线和引线框架电连接到外部电源。此外，LED芯片是响应于从外部施加的电流而发光的光源。LED芯片安装在主体上，并且通过布线和引线框架连接到外部电源。LED芯片可以构造为提供电子的n半导体层和提供空穴的p半导体层的正向结。
如上所述的根据该实施例的量子点复合物100被用作用于各种光电器件的光学功能构件(具体地，用于LED的颜色转换基底)，并且包括基体层110、多个量子点120和多个散射颗粒130。
基体层110用于保护分散在其中的多个量子点120和多个散射颗粒130不受诸如湿气的外部环境的影响。此外，基体层110保持其中分散有多个量子点120的结构。基体层110可以为通过机加工或成型产生的片状或基板状，并且提供发射或者接受光所沿的路径。根据本发明的实施例，基体层110可以由热可固化聚合物树脂或紫外线(UV)可固化聚合物树脂形成。
多个量子点120分散在基体层110内部。基体层110保护多个量子点120不受外部环境的影响，并且使多个量子点120保持分散状态。
多个量子点120是由具有大约1nm至10nm直径的半导体材料制成的纳米晶体，并且呈现量子限制特性。量子点120通过转换从LED发射的光的波长来产生波长转换的光(即，荧光)。例如，当根据该实施例的量子点复合物100用作用于蓝色LED的颜色转换基底时，为了通过将黄光与来自蓝色LED的蓝光的混合来产生白光，多个量子点120通过将从蓝色LED产生的蓝光的一部分转换成黄光来产生荧光。
多个量子点120可以由从硅(Si)纳米晶体，II-VI族化合物半导体纳米晶体、III-V族化合物半导体纳米晶体、IV-VI族化合物半导体纳米晶体和包括它们中的至少两种的混合物之中选择的一种纳米晶体形成，但是不限于此。例如，对于多个量子点120，CdSe可以用作II-VI族化合物半导体纳米晶体，InP可以用作III-V族化合物半导体纳米晶体。然而，根据本发明的实施例，量子点120不具体地限于CdSe或InP。
与多个量子点120相似，多个散射颗粒130分散在基体层110内部。在此，分散在基体层110内部的散射颗粒130设置在量子点120之间。根据本发明的实施例，散射颗粒130的尺寸比量子点120的尺寸大。例如，散射颗粒130的尺寸可以在比纳米晶体量子点120的尺寸大的3μm至100μm的范围。散射颗粒130的尺寸可以限定为球形散射颗粒130的直径。
当散射颗粒130设置在较小的量子点120之间时，用于充分地辐射从多个量子点120产生的光的空间限定在基体层110内部的相邻的量子点120之间，从而能够实现优异的颜色转换效率和显色指数(CRI)。根据该实施例，散射颗粒130有助于量子点复合物100的优异的诸如颜色转换效率和CRI的光学性质。因此，与现有技术相比，可以减少量子点复合物中使用的量子点120的量。
根据该实施例的多个散射颗粒130具有多个折射率。为此，多个散射颗粒130可以是其中具有中空空间131的玻璃颗粒或聚合物颗粒。在此，散射颗粒130内的中空空间131的体积可以是散射颗粒130的整个体积的大约80％。具体地，每个散射颗粒130可以具有核壳结构，核壳结构包括由占据散射颗粒的体积的大约80％的相应中空空间131形成的核和包围核的玻璃壳或聚合物壳。当散射颗粒130由均具有其中核和壳具有不同折射率的核壳结构的玻璃或聚合物颗粒形成时，能够使例如从LED发射或从量子点120产生的光的路径复杂化或多样化，从而改善光提取效率，即，LED的光效率。
在光电池的情况下，散射颗粒130可以通过散射入射光来增大吸收到光电池的光吸收层中的光的强度，从而改善光电池的光效率。
在此，多个散射颗粒130可以以量子点复合物的重量的0.04％至10％的范围的比例包含在基体层110内部。当分散在基体层110内部的多个散射颗粒130的含量小于重量的0.04％时，散射颗粒130对颜色转换效率的改善具有不显著的影响或者无影响。在这种情况下，散射颗粒130的添加是无效的。相比之下，当多个散射颗粒130的含量大于重量的10％时，包括量子点复合物的例如LED的光电器件的亮度降低。
示例1
通过混合6.6g量子点、2g低粘度UV可固化树脂和2g高粘度UV可固化树脂来制备第一混合物，通过混合2g散射颗粒和10g高粘度UV可固化树脂来制备第二混合物，散射颗粒由中空玻璃或聚合物形成。通过以1:0.2的比例混合第一混合物和第二混合物来制造量子点复合物。因此，散射颗粒分散在所得的混合物中，并且散射颗粒的量为量子点复合物的重量的3.08％。
示例2
通过以1:0.4的比例混合示例1的第一混合物和第二混合物来制造量子点复合物。因此，散射颗粒分散在所得的混合物中，并且散射颗粒的量为量子点复合物的重量的5.19％。
示例3
通过以1:0.6的比例混合示例1的第一混合物和第二混合物来制造量子点复合物。因此，散射颗粒分散在所得的混合物中，并且散射颗粒的量为量子点复合物的重量的6.74％。
示例4
通过以1:0.8的比例混合示例1的第一混合物和第二混合物来制造量子点复合物。因此，散射颗粒分散在所得的混合物中，并且散射颗粒的量为量子点复合材料的重量的7.92％。
示例5
通过以1:1的比例混合示例1的第一混合物和第二混合物来制造量子点复合物。因此，散射颗粒分散在所得的混合物中，并且散射颗粒的量为量子点复合物的重量的8.85％。
对比示例1
通过示例1的第一混合物来制造量子点复合物。因此，在没有由于其中的中空空间而具有多个折射率的散射颗粒的情况下制造对比示例1的量子点复合物。
表1
x y 亮度 散射颗粒(wt％)
示例1 0.2160 0.2024 10641 3.08
示例2 0.2282 0.2368 11058 5.19
示例3 0.2409 0.2569 11368 6.74
示例4 0.2494 0.2659 11062 7.92
示例5 0.2393 0.2574 11266 8.85
对比示例1 0.1748 0.1117 7586 -
上面的表1表示在量子点复合物应用于发光二极管(LED)之后根据示例1至示例5和对比示例1的量子点复合物的色坐标和亮度。图4至图8是根据本发明的示例1至示例5的量子点复合物的发射光谱，图9是根据对比示例1的量子点复合物的发射光谱。
参照表1和图4至图9，明显的是，包括散射颗粒的每个量子点复合物(示例1至示例5)的亮度相比于没有散射颗粒的量子点复合物(对比示例1)的亮度显著改善。这说明散射颗粒有助于光学性质的改善。在此，当散射颗粒的含量是重量的6.74％时，测量出最大亮度。此外，包括散射颗粒的量子点复合物(示例1至示例5)的颜色转换效率是没有散射颗粒的量子点复合物(对比示例1)的颜色转换效率的几乎两倍。
如上面所阐述的，根据本发明的量子点复合物100包括分散在基体层110中的多个量子点120和设置在量子点120之间的散射颗粒130。具有多个折射率的散射颗粒130占据量子点120之间的空间使得从量子点120产生的光可以充分地辐射，并且沿各种路径散射光。因此，根据本发明的量子点复合物100可以改善应用量子点复合物100的光电器件的光效率。具体地，当根据本发明的量子点复合物100用作用于LED的颜色转换基底时，与没有散射颗粒130的现有技术的量子点复合物相比，量子点复合物100显著地改善了颜色转换效率和亮度。因此，与现有技术相比，可以减少量子点复合物中使用的量子点120的量。
已经参照附图提出了对本发明的具体示例性实施例的上述描述。它们不意图穷举或者将本发明限制于所公开的精确形式，明显地，根据上面的教导，本领域普通技术人员能够进行许多修改和变化。
因此，本发明的范围不意图受限于上述实施例，而是意图由所附权利要求和它们的等同物限定。

Claims (8)

1.一种量子点复合物，所述量子点复合物包括：
基体层；
多个量子点，分散在基体层中；以及
多个散射颗粒，分散在基体层中，所述多个散射颗粒设置在所述多个量子点之间，
其中，每个散射颗粒具有位于其中的中空空间，从而具有多个折射率。
2.根据权利要求1所述的量子点复合物，其中，每个散射颗粒包括具有位于其中的中空空间的玻璃颗粒或聚合物颗粒。
3.根据权利要求1所述的量子点复合物，其中，所述多个散射颗粒的含量在量子点复合物的重量的0.04％至10％的范围。
4.根据权利要求1所述的量子点复合物，其中，所述多个散射颗粒的尺寸比所述多个量子点的尺寸大。
5.根据权利要求4所述的量子点复合物，其中，所述多个散射颗粒的尺寸在3μm至100μm的范围。
6.根据权利要求1所述的量子点复合物，其中，基体层由聚合物树脂形成。
7.根据权利要求1所述的量子点复合物，其中，所述多个量子点包括从由硅纳米晶体、II-VI族化合物半导体纳米晶体、III-V族化合物半导体纳米晶体、IV-VI族化合物半导体纳米晶体和包括它们中的至少两种的混合物组成的组中选择的一种。
8.一种光电器件，所述光电器件包括位于光进入或者出射所沿的路径上的根据权利要求1至权利要求7中的任意一项所述的量子点复合物。
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