CN108732741A - 使用复合材料的发光装置、复合材料的制造方法及光学膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光装置，其包括使用复合材料的投影机色轮与发光二极管(LED)组件、所述复合材料的制造方法以及光学膜。所述复合材料的稳定性显著地提升。使用所述复合材料的发光装置也具有广色域。

Description

使用复合材料的发光装置、复合材料的制造方法及光学膜
技术领域
本发明是有关于一种发光装置，其包括使用复合材料的投影机色轮与发光二极管(LED)组件、复合材料的制造方法及光学膜。
背景技术
投影机是用以产生大尺寸影像的显示设备。投影机是利用光阀将光源模块所产生的照明光束转换成影像光束，并透过透镜将影像光束投影至屏幕或墙壁上以形成影像。
为了产生三原色(红色、蓝色以及绿色)的照明光束，一些投影机配置有色轮。投影机色轮具有多个光转换区域(例如滤光区域或发光区域)。光转换区域能够将由光源产生的入射光束转换成所需的颜色的光束。
投影机运转时，投影机色轮会暴露在投影机内的强光与高温(即高达180℃)环境。相似地，发光二极管(LED)芯片发出强光的同时，LED芯片的表面温度亦可高达120℃。目前，磷光体与蓝光的结合可产生白光。但为了增加色域(color gamut)，使用量子点(QDs)代替传统的磷光体将会是更适合的选择。然而，高温和强光会快速地破坏量子点。在此情况下，量子点的亮度将永久消失。
发明内容
本发明提供一种发光装置，其包括使用复合材料的投影机色轮与发光二极管(LED)组件、复合材料的制造方法及光学膜。相较于传统的磷光体，具有量子点的复合材料可改善投影机色轮的色域。另外，本发明可藉由二氧化硅(SiO2)材料包封量子点进而改善量子点的稳定性。
本发明提供一种投影机色轮包括多个颜色转换区与旋转部。颜色转换区成盘状分布。各颜色转换区包括复合材料。复合材料包括至少一个量子点与二氧化硅材料(silicamaterial)。二氧化硅材料包封至少一个量子点的表面。旋转部配置在盘状配置的中心。
在本发明的一实施例中，所述颜色转换区被配置为环状，其环绕所述旋转部的周界。
在本发明的一实施例中，所述颜色转换区为开口，其使得光穿过所述开口；或者是所述颜色转换区为反射面，其使得光反射而不会改变所述光的颜色。
在本发明的一实施例中，所述至少一个量子点的数量为多个，而多个量子点均匀分散在所述二氧化硅材料中。
在本发明的一实施例中，所述复合材料的粒径介于10纳米至500微米之间。
在本发明的一实施例中，所述颜色转换区包括第一颜色转换区与第二颜色转换区。第一颜色转换区具有第一复合材料。第二颜色转换区具有第二复合材料。所述第一复合材料与所述第二复合材料不同。
在本发明的一实施例中，所述第一复合材料的所述至少一个量子点的放光波长与所述第二复合材料的所述至少一个量子点的放光波长不同。
在本发明的一实施例中，所述至少一个量子点包括核结构、核-壳结构、核-多壳结构、合金结构、核-合金层-壳结构、核-合金层-多壳结构、核-梯度合金-壳结构或其组合。
在本发明的一实施例中，所述至少一个量子点包括核结构与覆盖所述核结构的壳结构。所述核结构的材料是选自CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、GaN、GaP、GaAs、InP、InAs、InSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、SiC、Fe、Pt、Ni、Co、Al、Ag、Au、Cu、FePt、Si、Ge、PbS、PbSe、PbTe及其合金所构成的群组中的一者，且所述壳结构的材料是选自由ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、GaSe、InN、InP、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb、PbS、PbSe、PbTe及其合金所构成之群组中的一者。
在本发明的一实施例中，所述至少一个量子点包括钙钛矿(perovskite)。
在本发明的一实施例中，所述复合材料更包括硅氧树脂(silicone resin)覆盖所述二氧化硅材料的表面，以提升所述颜色转换区的热稳定性且更容易模制成合适的形状与尺寸。
本发明提供一种发光二极管(LED)组件包括LED芯片与复合材料。复合材料配置在所述LED芯片上。复合材料包括多个量子点与未修饰的二氧化硅材料，其包封所述量子点的表面。
在本发明的一实施例中，所述未修饰的二氧化硅材料包括由四甲基硅氧烷(tetramethyl orthosilicate，TMOS)或四乙基硅氧烷(tetraethyl orthosilicate，TEOS)所聚合而成的无机聚合物。
在本发明的一实施例中，所述复合材料能够承受25℃至260℃的温度。
本发明提供一种复合材料的制造方法，其步骤如下。制备混合物。混合物包括多个量子点与非极性溶剂。量子点溶于所述非极性溶剂中。制备极性溶剂与表面活性剂。混合所述混合物、所述极性溶剂以及所述表面活性剂，以形成乳化液(emulsion)。所述乳化液包括多个分散相与单一个连续相，且所述分散相分散在所述连续相中。将催化剂与二氧化硅前体加入在所述乳化液中，以在所述分散相中分别形成多个复合材料。各复合材料包括至少一个量子点与包封所述至少一个量子点的表面的二氧化硅材料。
在本发明的一实施例中，所述乳化液是由反胶束(reverse micelles)所形成，其中分散相包括所述极性溶剂，而所述连续相包括非极性溶剂。
在本发明的一实施例中，在混合所述混合物、所述极性溶剂以及所述表面活性剂以形成乳化液的过程中，具有极性表面的量子点从所述连续相移动至所述分散相。
在本发明的一实施例中，将所述催化剂与所述二氧化硅前体加到所述乳化液中以在所述分散相中分别形成所述复合材料的步骤包括水解、缩合以及聚合。
在本发明的一实施例中，所述催化剂为碱，其包括氨、氟化铵、氢氧化钠或其组合。
在本发明的一实施例中，所述二氧化硅前体包括四甲基硅氧烷、四乙基硅氧烷或其组合。
在本发明的一实施例中，所述量子点与所述二氧化硅前体的重量比为1:1至1:200。
在本发明的一实施例中，在形成所述复合材料之后，更包括进行离心与至少一次清洗。
本发明提供一种发光装置包括发光磷光材料以及复合材料。发光磷光材料能够发射出第一颜色的光。复合材料包括多个量子点与二氧化硅材料。所述量子点能够发射出第二颜色的光。二氧化硅材料包封所述量子点的表面。所述第一颜色与所述第二颜色彼此为互补色。
在本发明的一实施例中，所述发光磷光材料为黄色磷光体，所述量子点为红色量子点、绿色量子点或其组合。
在本发明的一实施例中，所述发光磷光材料为绿色磷光体，所述量子点为红色量子点。
在本发明的一实施例中，所述发光磷光材料为红色磷光体，所述量子点为绿色量子点。
在本发明的一实施例中，所述发光装置包括投影机色轮、发光二极管组件或光学膜。
本发明提供一种光学膜包括第一构件、第二构件以及第三构件。第一构件包括多个量子点与包覆所述量子点的表面的二氧化硅材料。第二构件包括紫外光(UV)固化复合材料。所述第一构件分散在所述第二构件中。第三构件包括两片聚乙烯对苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate，PET)基片。所述第一构件与所述第二构件配置在所述两片PET基片之间。
在本发明的一实施例中，所述二氧化硅材料包括由四甲基硅氧烷或四乙基硅氧烷所聚合而成的无机聚合物。
在本发明的一实施例中，所述UV固化复合材料包括甲基丙烯酸-2-苯基乙酯、三芳基异氰脲酸酯、邻苯二甲酸二烯丙酯以及光起始剂。
在本发明的一实施例中，所述光学膜用于发光装置，其包括用于平面显示器的背光单元、液晶显示器或其他类似的视觉显示器。
基于上述，本发明提供一种包括使用复合材料的投影机色轮与发光二极管(LED)组件的发光装置、复合材料的制造方法及光学膜。在投影机色轮中，各颜色转换区包括复合材料。复合材料包括至少一个量子点与二氧化硅材料。因此，相较于使用传统磷光体的投影机色轮，使用具有量子点的复合材料的投影机色轮所产生的色域可获得改善。另外，二氧化硅材料包覆量子点亦可提升复合材料的热稳定性。此外，因所述量子点可均匀分散在二氧化硅材料(包覆材料)中，所以其可改善复合材料的发光效率，使得所述复合材料适用于投影机色轮与LED组件等光电组件的表面封装。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明第一实施例的投影机色轮的正视图。
图2A是本发明第二实施例的复合材料的示意图。
图2B是本发明第三实施例的复合材料的示意图。
图3是本发明第四实施例的复合材料的制造流程图。
图4A与图4B是图3的复合材料的制造流程的示意图。
图5是实验例1的复合材料的穿透式电子显微镜(TEM)影像。
图6A是实验例2的DLP投影机的绿色测试屏幕。
图6B是实验例3的DLP投影机的红色测试屏幕。
图7是实验例4的LED输出光谱。
图8是实验例8的LED输出光谱。
图9是实验例9的发光强度。
图10是实验例5与比较例1的LED效能图。
图11是本发明实施例的光学膜的示意图。
【符号说明】
10：投影机色轮
12、14、16：颜色转换区
18：旋转部
100a、100b、200：复合材料
102a、102b：量子点
104a、104b：二氧化硅材料
201：乳化液
202：量子点
203：容器
204：连续相
205：胶束
206：分散相
208：表面活性剂
208a：亲水基团
208b：疏水基团
210：界面
212：二氧化硅材料
300：方法
302、304、306、308、310、312：步骤
400：光学膜
402：第一构件
404：量子点
406：二氧化硅材料
408：第二构件
410：第三构件
410a、410b：PET基片
W1、W2：粒径
具体实施方式
参照本实施例的图式以更全面地阐述本发明。然而，本发明亦可以各种不同的形式体现，而不应限于本文中所述的实施例。图式中的层与区域的厚度会为了清楚起见而放大。相同或相似的标号表示相同或相似的组件，以下段落将不再赘述。
在本说明书中，由“一数值至另一数值”表示的范围，是一种避免在说明书中一一列举该范围中的所有数值的概要表示方式。因此，记载了某一特定数值范围，等同于揭露了该数值范围内的任意数值以及由该数值范围内的任意数值界定出的较小数值范围，就如同在说明书中明文写出该任意数值和该较小数值范围一样。例如，记载“粒径为100nm至500nm”的范围，就等同于揭露了“尺寸为200nm至350nm”的范围，无论说明书中是否列举其他数值。
图1是本发明第一实施例的投影机色轮的正视图。
请参照图1，第一实施例的投影机色轮10包括多个颜色转换区12、14、16以及旋转部18。颜色转换区12、14、16被配置以形成盘状配置。旋转部18配置在所述盘状配置的中心。也就是说，颜色转换区12、14、16配置成环状，以环绕旋转部18的周界(circumference)。旋转部18的旋转可驱动投影机色轮10旋转。具体来说，藉由依照时间顺序控制投影机色轮10的旋转，来自光源装置(未绘示)的照明光束依照时间顺序通过投影机色轮10的不同颜色转换区的区域时，所述照明光束可被转换或过滤成不同颜色的各种光束。
在一些实施例中，来自光源装置的照明光束可以是蓝光。转换器区域可将将蓝光分别转换成绿光与红光。在替代实施例中，来自光源装置的照明光束可以是短波长的可见光(其波长可例如约405nm)或紫外(ultraviolet)光。转换区可将可见光或紫外光分别转换为蓝光、绿光以及红光。
在一些实施例中，颜色转换区12可以是开口，其可以是没有颜色的透明区域，以使照明光束(例如，蓝光)直接通过而不改变颜色。在替代实施例中，颜色转换区12可以是反射表面，其可用于使照明光束(例如，蓝光)反射而不改变颜色。颜色转换区14、16可以包括不同的复合材料，在下文中，其可称为第一颜色转换区14与第二颜色转换区16。第一颜色转换区14可以包括用以将照明光束转换成第一颜色照明光束(亦即，改变照明光束的波长)的第一复合材料。另一方面，第二颜色转换区16可以包括用以将照明光束转换成第二颜色照明光束的第二复合材料。在一实施例中，第一颜色照明光束不同于第二颜色照明光束。也就是说，第一颜色照明光束的波长不同于第二颜色照明光束的波长。举例来说，第一颜色转换区14可以将照明光束转换成红光，而第二颜色转换区16可以将照明光束转换成绿光。然而，本发明不限于此。在其他实施例中，可以根据颜色的需求来选择复合材料。在替代实施方式中，第一复合材料的量子点的粒径与组成不同于第二复合材料的量子点的粒径与组成。虽然在图1中仅示出了3个颜色转换区，但是本发明不限于此。在其他实施例中，可以根据设计来调整颜色转换区的数量与颜色。
图2A是本发明第二实施例的复合材料的示意图。图2B是本发明第三实施例的复合材料的示意图。
请参照图2A与图2B，各所述复合材料包括至少一个量子点与二氧化硅材料(silica material)。详细地说，如图2A所示，单一个量子点102a位于二氧化硅材料104a中，以形成复合材料100a。也就是说，二氧化硅材料104a包封所述单一个量子点102a的表面。相似地，如图2B所示，多个量子点102b均匀分散在二氧化硅材料104b中，以形成复合材料100b。二氧化硅材料104b包封所述多个量子点102b的表面。虽然图2B中仅绘示出4个量子点102b，但本发明不以此为限。在其他实施例中，量子点的数量可依设计需求来进行调整。
在一个实施例中，复合材料100a的粒径W1小于复合材料100b的粒径W2。复合材料100a的粒径W1和复合材料100b的粒径W2可以分别在10nm至500μm的范围内。在另一实施例中，复合材料100a的粒径W1和复合材料100b的粒径W2可以分别在10nm至1μm的范围内。
在一些实施例中，量子点102a、102b是指实质上单晶的纳米结构。然而，本发明不以此为限。在其他实施例中，量子点102a、102b亦是指多晶或非晶的纳米结构。
在一些实施例中，量子点102a、102b可以是核结构、核-壳结构、核-多壳结构、合金结构、核-合金层-壳结构、核-合金层-多壳结构、核-梯度合金-壳结构或其组合。当量子点102a和102b是核-壳结构时，各量子点102a、102b可包括核结构与覆盖所述核结构的壳结构。所述核结构的材料是选自由CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、GaN、GaP、GaAs、InP、InAs、InSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、SiC、Fe、Pt、Ni、Co、Al、Ag、Au、Cu、FePt、Si、Ge、PbS、PbSe、PbTe及其合金所构成的群组中的一者。所述壳结构的材料是选自由ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、GaSe、InN、InP、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb、PbS、PbSe、PbTe及其合金所构成的群组中的一者。然而，本发明不以此为限。在其他实施例中，量子点102a、102b亦可以是钙钛矿(perovskite)。
在一些实施例中，二氧化硅材料104a、104b可以是在所有可能的方向上延伸的交替的交联硅(Si)和氧(O)的网络，其可分别由式I来表示：
其中虚线表示-Si-O-的连续交联网络。
在一些实施例中，各二氧化硅材料104a、104b可具有10nm至500μm的粒径。然而，本发明不以此为限。在其他实施例中，二氧化硅材料104a、104b的尺寸可以根据需求来进行调整。
值得注意的是，量子点102a、102b分别被二氧化硅材料104a、104b覆盖，因此，相较于习知没有二氧化硅材料覆盖的量子点，复合材料100a、100b的热稳定性较佳。另外，由于本发明的投影机色轮包括具有量子点的复合材料，因此，与使用习知磷光体的投影机色轮的色域相比，本发明的投影机色轮所产生的光的色域可更加提升。此外，如图2B所示，由于量子点102b均匀地分散在二氧化硅材料104b中而没有聚集，其可提高复合材料100b的发光效率。所述复合材料适用于光电组件(如LED组件)的表面封装以及数字光处理(digitallight processing，DLP)组件，例如DLP投影机色轮。
在一些实施例中，复合材料100a、100b更包括覆盖二氧化硅材料104a、104b的表面的硅氧树脂(未示出)。因此，复合材料100a、100b的热稳定性可进一步地提升，并且使得复合材料100a、100b能够根据不同的应用容易地制成各种形状和尺寸。
图3是本发明第四实施例的复合材料的制造流程图。图4A与图4B是图3的复合材料的制造流程的示意图。
请参照图3，用以制造第四实施例的复合材料的方法300如下所示。首先，进行步骤302。制备混合物。所述混合物包括多个量子点与非极性溶剂，其中量子点溶解在非极性溶剂中。在一些实施例中，在室温(例如25℃)下对混合物进行搅拌或超声波震荡处理，以充分溶解量子点。非极性溶剂可以是但不限于环己烷、己烷、甲苯或其组合。在一些实施例中，基于混合物(即，量子点与非极性溶剂)的重量，量子点的含量为0.8-20重量百分比，非极性溶剂的含量为80-99.2重量百分比。
接着，进行步骤304、306。制备极性溶剂与表面活性剂。在一些实施例中，所述极性溶剂可以是但不限于水。所述表面活性剂可以包括两性的(amphiphilic)有机化合物。也就是说，有机化合物同时含有疏水基团(例如尾部(tails))与亲水基团(例如头部(heads))。因此，表面活性剂含有极性不溶性(例如水不溶性)或非极性可溶性(例如油溶性)组分与极性可溶性(例如水溶性)组分。举例来说，表面活性剂在水与石油混合的情况下会在水中扩散并吸附在油与水的界面上。不溶于水的疏水性基团可以延伸出本体水相或进入油相，而水溶性头部基团则保持在水相中。
此外，步骤302、304以及306的顺序可以根据需求来进行调整。也就是说，可在制备混合物(即步骤302)之后，制备极性溶剂和表面活性剂(即步骤304和306)。然而，本发明不以此为限。在一实施例中，可以首先进行步骤304和306，然后再进行步骤302。在替代实施例中，步骤302、304以及306可以同时进行。
然后，进行步骤308。将混合物、极性溶剂以及表面活性剂混合，以形成乳化液(emulsion)。参照图4A，在容器203中混合混合物、极性溶剂以及表面活性剂之后，在容器203中形成乳化液201。乳化液201可包括多个分散相206与连续相204。分散相206分散在连续相204中。如图4A的放大图所示，单一个分散相206与连续相204的一部分构成胶束(micelle)205。多个胶束205均匀地分散在乳化液201中。另外，胶束205更包括多个表面活性剂化合物208。各表面活性剂化合物208包括亲水基团208a和疏水基团208b。由于分散相206包括上述极性溶剂，亲水基团208a面向分散相206与连续相204之间的界面210。另一方面，由于连续相204包括上述非极性溶剂，所以疏水基团208b远离界面210，表面活性剂化合物208排列成球形。此外，乳化液201中更包括多个量子点202。当量子点被表面活性剂分子包围时，所述量子点的表面由非极性变为极性。在将混合物进行混合的期间，具有极性表面的量子点倾向于从极性较小的连续相204移动到被表面活性剂的亲水基团包围、极性较大的分散相206。
参照图3与图4B，进行步骤310。将催化剂与二氧化硅前体加到乳化液201中，以在分散相206中分别形成多个复合材料200。各个复合材料200包括量子点202和二氧化硅材料212(即在进行步骤310之后的二氧化硅前体)。量子点202均匀地分散在二氧化硅材料212中。具体来说，加入催化剂与二氧化硅前体的步骤可以包括水解、缩合以及聚合。在水解过程中，二氧化硅前体被来自上述极性溶剂的H2O完全水解或部分水解，从而形成在硅氧烷化合物的Si上附着有羟基(OH基团)的硅氧烷化合物。所述水解机制(1)如下所示：
其中，每个R独立地选自由C1-8烷基、环烷基以及芳基所构成的群组。
然后，在缩合过程中，两个或多个完全水解或部分水解的硅氧烷化合物结合在一起。缩合机制(2)或(3)如下所示：
其中，每个R独立地选自由C1-8烷基、环烷基以及芳基所构成的群组。
在聚合过程中，重复一次或多次的一道水解与一道缩合以形成上述二氧化硅材料。
在一些实施例中，催化剂可以是碱。所述碱可以是但不限于氨、氟化铵、氢氧化钠或其组合。所述二氧化硅前体可以包括四甲基硅氧烷(tetramethyl orthosilicate，TMOS)、四乙基硅氧烷(tetraethyl orthosilicate，TEOS)或其组合。所述催化剂是位于极性分散相206中的极性分子，其通常在非极性连续相204中与非极性二氧化硅前体分离。在混合过程中由于分子的随机运动，二氧化硅前体和催化剂在极性和非极性界面处接触，并引发聚合反应。因此二氧化硅材料212倾向于包围极性分散相206中的量子点202，以形成上述的复合材料200。
需注意的是，各二氧化硅材料中的量子点202数量可以通过量子点202与二氧化硅前体的重量比来控制。此外，复合材料200的粒径也可以通过胶束205的尺寸来控制。也就是说，本发明的上述方法可制备出具有相似或相同粒径的复合材料200。各复合材料200可以具有相似或相同数量于其中的量子点202。在一些实施例中，量子点202与二氧化硅前体的重量比为1：1至1：200。
在进行步骤310之后，进行步骤312。进行离心过程与至少一次清洗过程，以收集复合材料200的沉淀物。在一些实施例中，所述清洗过程可包括在进行离心过程之后使用乙醇来清洗所得产物。
在一实施例中，复合材料200可以与硅酮(silicone)混合并配置于LED芯片上。所述硅酮可以是市售的硅酮(例如，购自于DowOE-6370)。更具体地说，LED芯片是LED组件中的一个构件。所述LED组件可包括具有空腔的基底与设置在基底的空腔中的LED芯片。由上述方法300所形成的复合材料与硅酮混合，并填入基底的空腔中且覆盖LED芯片的表面。所述复合材料包括多个量子点。所述量子点可能会发出红色、绿色、蓝色或任何其他所需的颜色的光。所述量子点可吸收LED芯片所发出的光能，并重新发射不同波长的光。所述量子点可具有不同的发射波长。举例来说，可藉由将红色量子点与绿色量子点以及蓝色LED芯片的组合来制造一个白色LED组件。或者是，可通过将红色量子点、绿色量子点以及蓝色量子点与短波长可见光或紫外光的LED芯片的组合来制造另一白色LED组件。
值得注意的是，用于LED组件的二氧化硅材料可以是未修饰的二氧化硅材料(modification-free silica material)。具体来说，所述未修饰的二氧化硅材料能够与硅酮反应而不需要任何额外的官能基，例如甲基丙烯酸酯基，乙烯基，乙酸乙烯酯基，烯烃基，硫醇基或其组合。倘若二氧化硅材料被另外的官能基(例如甲基丙烯酸丙酯)所改质，如3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate，TMOPMA，所形成的复合材料的热稳定性会降低(如图10所示)。也就是说，具有经修饰的二氧化硅材料的复合材料不适用于发光装置(如LED组件)的表面封装。另一方面，具有未修饰的二氧化硅材料的复合材料可提高复合材料的热稳定性(如图10所示)。
在替代实施例中，复合材料200可用以当作投影机色轮的颜色转换区。由于量子点202被二氧化硅材料212所包封，所以复合材料200的耐热性提高。因此，不仅提高了投影机的色域，还保持了投影机的投影机色轮中的量子点202的亮度特性。
另外，复合材料200可以与发光磷光材料(luminescent phosphor material)混合，以弥补发光磷光材料的不足，进而增加发光装置(例如，投影机色轮或LED组件)的色域。具体而言，混合物包括发光磷光材料与复合材料。所述发光磷光材料能够发射出第一颜色的光。所述复合材料包括多个量子点，其能够发射出第二颜色的光，而且二氧化硅材料包覆量子点的表面。所述第一颜色与所述第二颜色彼此为互补色。
在一实施例中，发光磷光材料可以是具有500nm至600nm主发射波长的黄光或绿光发光磷光材料，例如钇铝石榴石(yttrium aluminium garnet，YAG，Y3Al5O12:Ce3+)或硅酸盐(silicate，(Ba,Sr)2SiO4:Eu2+)、β-SiAlON(Si6-zAlzOzN8-z:Eu2+)或γ-AlON(Al1.7O2.1N0.3:Mn2 +,Eu2+))。由于红色发光不足，二氧化硅材料中的红色量子点(主发射波长为600nm至650nm)可用于补充该缺陷，进而增加最终发光复合材料的色域。举例来说，当发光磷光材料为黄色磷光体时，所述量子点可以为红色量子点，绿色量子点或其组合。在一些实施例中，当发光磷光材料是绿色磷光体时，量子点可以是红色量子点。在替代实施例中，发光磷光材料可以是主发射波长为590nm至680nm的红色磷光体材料，例如CaAlSiN3:Eu2+或是KSF(K2SiF6:Mn4 +)。由于红色磷光体材料的绿色发光的不足，可以使用包封在二氧化硅材料中的绿色量子点(主发射波长为500nm至550nm)来补充该缺陷，并进而增加最终发光复合材料的色域。
图11是本发明实施例的光学膜的示意图。
此外，复合材料200可以膜的形式存在。具体而言，如图11所示，光学膜400包括第一构件402、第二构件408以及第三构件410。第一构件402包括一个或多个量子点404和二氧化硅材料406包封一个或多个量子点404的表面。第二构件408包括UV固化复合材料。第三构件410包括将第一构件402和第二构件408夹在其间的两片PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)基片410a、410b。第一构件402分散在第二构件408中。在一些实施例中，UV固化复合材料可包括甲基丙烯酸-2-苯基乙酯(2-phenylethyl methacrylate)、三芳基异氰脲酸酯(triarylisocyanurate，TAIC)、邻苯二甲酸二烯丙酯(diallyl phthalate)以及光起始剂。另外，一个或多个量子点404被二氧化硅材料406所包封，因此，二氧化硅材料406能够防止氧和水蒸气接触分散的量子点404。相较于有机材料(例如聚合物或树脂)，二氧化硅材料406具有更好的阻挡氧气和水蒸气的效果。因此，光学膜400能够直接用于发光装置而不需要在第三构件(如PET片)410上使用昂贵的阻气层来保护光学膜400。
为了证明本发明的可实现性，以下列举多个实例来对本发明之复合材料做更进一步地说明。虽然描述了以下实验，但是在不逾越本发明范畴的情况下，可适当改变所用材料、其量及比率、处理细节以及处理流程等等。因此，不应根据下文所述的实验对本发明作出限制性的解释。
实验例1
将CdSe/ZnS量子点(200mg；根据文献程序来制备)溶于50ml环己烷中，以形成混合物。在所述混合物中加入Igepal CO-520(购自Sigma-Aldrich)，其中量子点与Igepal CO-520的重量比为1：5。加入水(50mL)并在室温(约25℃)下搅拌直到液体蒸发一半。然后，加入氨(384μL)和乙酸乙酯(2mL)并均匀混合，然后加入320μL的四乙基硅氧烷(TEOS)并反应8小时。反应后，离心收集沉淀物，然后用乙醇洗涤3至5次。将该沉淀物在70℃的烘箱中干燥1小时，以形成实验例1的复合材料。藉由穿透式电子显微镜(TEM)来观察实验例1的复合材料。如图5所示，CdSe/ZnS量子点被二氧化硅所包封。
实验例2
以下，实验例2至实验例4的复合材料的制造方法以与实验例1相同的制造方法来进行。
实验例2的复合材料包括绿色CdSe/ZnS量子点和二氧化硅(SiO2)，其中绿色CdSe/ZnS量子点被二氧化硅所包封。然后，将5重量百分比的实验例2的复合材料和95重量百分比的两剂型硅酮(two-part silicone)(购自于DowOE-6370)混合，然后施加到数字光处理(DLP)投影机色轮的一部分上，并在100℃下固化3小时。接着，将投影机色轮安装到DLP投影机上，以形成绿色测试屏幕。如图6A所示，使用被二氧化硅所包封的绿色量子点成功产生绿色测试屏幕，其显示出二氧化硅的包封能够使得绿色量子点在投影机内的极端环境(例如，高达180℃的高温)下存活。
实验例3
实验例3的复合材料包括红色CdSe/ZnS量子点和二氧化硅(SiO2)，其中红色CdSe/ZnS量子点被二氧化硅所包封。然后，将5重量百分比的实验例3的复合材料和95重量百分比的两剂型硅酮(购自于DowOE-6370)混合，然后施加到数字光处理(DLP)投影机色轮的一部分上，并在100℃下固化3小时。接着，将投影机色轮安装到DLP投影机上，以形成红色测试屏幕。如图6B所示，使用被二氧化硅所包封的红色量子点成功地产生红色测试屏幕，其显示出二氧化硅的包封也能够使得红色量子点在投影机内的极端环境下(例如，高达180℃的高温)存活。
实验例4
将4重量百分比的被二氧化硅所包封的绿色CdSe/ZnS量子点、1重量百分比的被二氧化硅所包封的红色CdSe/ZnS量子点以及95重量％的两剂型硅酮(购自于DowOE-6370)混合，以形成混合物。将所述混合物点胶(dispense)到蓝色LED芯片(即其发射波长为440nm至460nm)上，并在100℃下固化3小时。LED的输出光谱如图7所示。如图7所示，被二氧化硅所包封的量子点能够将来自LED芯片的蓝光转换为绿光和红光。
比较例1
量子点嵌入于二氧化硅珠的反相乳化合成
将含有CdSe/ZnS核/壳量子点(含有70mg的无机材料)的溶液进行蒸发，以除去大部分溶剂(在此情况下溶剂为甲苯)，然后，其与硅烷单体(例如，0.1mL甲基丙烯酸-3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯(3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate，TMOPMA))和0.5mL四乙基硅氧烷(TEOS)混合直至获得澄清溶液。
在50mL烧瓶中制备10mL脱气的环己烷/IgepalTM CO-520(CO-520为C9H19-Ph-(OCH2CH2)n—OH，其中n＝5)(18mL/1.35g)，并将0.1ml的4％NH4OH注入，以形成稳定的反相乳化液(reverse emulsion)。接着，将环己烷/CO-520/NH4OH的混合物与量子点/硅烷单体的混合物混合，并在氮气(N2)下以500rpm转速搅拌过夜。含有量子点的经修饰的二氧化硅珠透过离心回收并用环己烷清洗两次。然后，将所得的沉淀物真空干燥。
实验例5
将CdSe/ZnS量子点(200mg；根据文献程序来制备)溶于50ml环己烷中，以形成混合物。在所述混合物中加入Igepal CO-520(购自Sigma-Aldrich)，其中量子点与Igepal CO-520的重量比为1：5。加入水(50mL)并在室温(约25℃)下搅拌直至液体蒸发一半。然后，加入氨(384μL)和乙酸乙酯(2mL)并均匀混合，然后加入210μL四甲基硅氧烷(TMOS)并反应8小时。反应后，离心收集沉淀物，然后用乙醇洗涤3至5次。将该沉淀物在70℃的烘箱中干燥1小时，以形成实验例5的复合材料。
LED使用寿命测试
将实验例5的被未修饰的二氧化硅所包封的量子点与两剂型硅酮(购自于DowOE-6370)混合。将所述混合物点胶到蓝色LED芯片(即其发射波长为440nm至460nm)上，并在100℃下固化3小时。所制造的LED以20mA的正向电流(forward current)点亮测试并持续点亮。使用光谱测光仪(OPTIMUM SRI-2000)与测光积分球(photometricintegrating sphere)(直径＝10cm)周期性地测量LED效能(例如，来自LED的蓝光加上量子点所发出的绿光和红光)流明(lumen)以及量子点的光致发光(photoluminescence，PL)强度(例如，仅由量子点发出的绿光和红光)。
相似地，将比较例1的具有量子点的二氧化硅微珠与LED封装剂(例如，购买自信越公司的SCR1011或SCR1016)混合充分搅拌，以确保具有量子点的二氧化硅微珠均匀地分散在封装聚合物中。然后，将封装剂混合物点胶到蓝色LED芯片(即其发射波长为440nm至460nm)上，并在惰性气体下以LED封装剂的标准条件进行固化。所制造的LED以20mA的正向电流点亮测试并持续点亮。使用光谱测光仪(OPTIMUM SRI-2000)与测光积分球(直径＝10cm)周期性地测量LED效能(例如，来自LED的蓝光加上量子点所发出的绿光和红光)流明以及量子点的光致发光(PL)强度(例如，仅由量子点发出的绿光和红光)。
图10是具有未修饰的二氧化硅所包封的量子点(实验例5)的LED或具有经修饰的二氧化硅所包封量子点的LED(比较例1)的LED效能图与量子点PL强度图。从图10可以看出，具有未修饰的二氧化硅所包封的量子点的LED效能(efficacy)没有像具有经修饰的二氧化硅所包封量子点的LED效能所示有明显的初始下降。此外，在整个测试期间，具有未修饰的二氧化硅所包封的量子点的LED在效能和光致发光(PL)方面显示出较小的降低量。这清楚地显示具有未修饰的二氧化硅材料所包封的量子点(实验例5)比具有经修饰的二氧化硅材料所包封量子点(比较例1)更加稳定。
实验例7
色轮应用
将被二氧化硅所包封的红色CdSe/ZnS量子点(10重量百分比)与黄色YAG磷光体(40重量百分比)与两剂型硅酮(购自于DowOE-6370，50重量百分比)混合，并施加在色轮的一部分上，且在100℃下固化3小时。然后将所述色轮安装至DLP投影机中。被二氧化硅所包封的红色CdSe/ZnS量子点可弥补YAG磷光体的红色的不足，以提高投影机的色域。
实验例8
LED应用
将被二氧化硅所包封的红色量子点(3重量百分比)、黄色YAG磷光体(5重量百分比)以及硅酮(购自于DowOE-6370，92重量百分比)混合，以形成混合物。将所述混合物点胶到蓝色LED芯片上(即其发射波长为440nm至460nm)，并在100℃下固化3小时。所述LED的输出光谱如图8所示。如图8所示，被二氧化硅所包封的红色量子点可弥补YAG磷光体的红色的不足(见图8中的虚线)，进而改善了LED芯片的色域。
实验例9
将被二氧化硅所包封的红色量子点(3重量百分比)和绿色量子点(10重量百分比)与UV固化复合材料混合，其中所述UV固化复合材料包括AG-F-26729(48重量百分比；购买自Angene)、TAICTM(24重量百分比；购买自Nippon Kasei Chemical)、DAISO DAPTM(14重量百分比；购买自Osaka Soda)以及TPO(1重量百分比；购买自Ciba SpecialtyChemicals Inc.)。将所述混合物(厚度为100μm)夹在两片聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)片(每片厚度为100μm)之间，并暴露于紫外光(370nm，400W，2分钟)下，以形成光学薄膜。将所述光学薄膜安装到7英寸蓝色(445nm)背光单元中，并在85℃环境下持续照光1000小时(2.4mW/cm2)。利用柯尼卡美能达(Konica Minolta)CS-100仪器以不同的时间间隔测量所述背光单元的发光强度。
如图9所示，在整个测试过程中，所述背光单元的发光强度保持恒定。这清楚地表明，所述背光单元内的光学膜的光致发光没有衰减。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (31)

1.一种投影机色轮，其特征在于，包括：
多个颜色转换区，被配置成盘状配置，其中各所述颜色转换区包括复合材料，所述复合材料包括至少一个量子点与包封所述至少一个量子点的表面的二氧化硅材料；以及
旋转部，配置在所述盘状配置的中心。
2.如权利要求1所述的投影机色轮，其特征在于，所述颜色转换区被配置为环状，其环绕所述旋转部的周界。
3.如权利要求1所述的投影机色轮，其特征在于，所述颜色转换区为开口，其使得光穿过所述开口，或者是所述颜色转换区为反射面，其使得光反射而不会改变所述光的颜色。
4.如权利要求1所述的投影机色轮，其特征在于，所述至少一个量子点的数量为多个，多个量子点均匀分散在所述二氧化硅材料中。
5.如权利要求1所述的投影机色轮，其特征在于，所述复合材料的粒径介于10纳米至500微米之间。
6.如权利要求1所述的投影机色轮，其特征在于，所述颜色转换区包括：
第一颜色转换区，具有第一复合材料；以及
第二颜色转换区，具有第二复合材料，所述第一复合材料与所述第二复合材料不同。
7.如权利要求6所述的投影机色轮，其特征在于，所述第一复合材料的所述至少一个量子点的发射波长与所述第二复合材料的所述至少一个量子点的发射波长不同。
8.如权利要求1所述的投影机色轮，其特征在于，所述至少一个量子点包括核结构、核-壳结构、核-多壳结构、合金结构、核-合金层-壳结构、核-合金层-多壳结构、核-梯度合金-壳结构或其组合。
9.如权利要求1所述的投影机色轮，其特征在于，所述至少一个量子点包括核结构与覆盖所述核结构的壳结构，
所述核结构的材料是选自由CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、GaN、GaP、GaAs、InP、InAs、InSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、SiC、Fe、Pt、Ni、Co、Al、Ag、Au、Cu、FePt、Si、Ge、PbS、PbSe、PbTe及其合金所构成的群组中的一者，且
所述壳结构的材料是选自由ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、GaSe、InN、InP、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb、PbS、PbSe、PbTe及其合金所构成的群组中的一者。
10.如权利要求1所述的投影机色轮，其特征在于，所述至少一个量子点包括钙钛矿。
11.如权利要求1所述的投影机色轮，其特征在于，所述复合材料更包括硅氧树脂覆盖所述二氧化硅材料的表面，以提升所述颜色转换区的热稳定性且更容易模制成合适的形状与尺寸。
12.一种发光二极管组件，包括：
发光二极管芯片；以及
复合材料，配置在所述发光二极管芯片上，其特征在于，所述复合材料包括多个量子点与未修饰的二氧化硅材料，其包封所述量子点的表面。
13.如权利要求12所述的发光二极管组件，其特征在于，所述未修饰的二氧化硅材料包括由四甲基硅氧烷或四乙基硅氧烷所聚合而成的无机聚合物。
14.如权利要求12所述的发光二极管组件，其特征在于，所述复合材料能够承受25℃至260℃的温度。
15.一种复合材料的制造方法，其特征在于，包括：
提供混合物，其包括多个量子点与非极性溶剂，其中所述量子点溶于所述非极性溶剂中；
提供极性溶剂与表面活性剂；
混合所述混合物、所述极性溶剂以及所述表面活性剂，以形成乳化液，其中所述乳化液包括多个分散相与连续相，且所述分散相分散在所述连续相中；以及
将催化剂与二氧化硅前体加到所述乳化液中，以在所述分散相中分别形成多个复合材料，其中各所述复合材料包括至少一个量子点与包封所述至少一个量子点的表面的二氧化硅材料。
16.如权利要求15所述的复合材料的制造方法，其特征在于，所述乳化液是由反胶束所形成，其中分散相包括所述极性溶剂，而所述连续相包括非极性溶剂。
17.如权利要求15所述的复合材料的制造方法，其特征在于，在混合所述混合物、所述极性溶剂以及所述表面活性剂以形成乳化液的过程中，具有极性表面的所述量子点从所述连续相移动至所述分散相。
18.如权利要求15所述的复合材料的制造方法，其特征在于，将所述催化剂与所述二氧化硅前体加到所述乳化液中以在所述分散相中分别形成所述复合材料的步骤包括水解、缩合以及聚合。
19.如权利要求15所述的复合材料的制造方法，其特征在于，所述催化剂为碱，其包括氨、氟化铵、氢氧化钠或其组合。
20.如权利要求15所述的复合材料的制造方法，其特征在于，所述二氧化硅前体包括四甲基硅氧烷、四乙基硅氧烷或其组合。
21.如权利要求15所述的复合材料的制造方法，其特征在于，所述量子点与所述二氧化硅前体的重量比为1:1至1:200。
22.如权利要求15所述的复合材料的制造方法，其特征在于，在形成所述复合材料之后，更包括进行离心过程与至少一次清洗过程。
23.一种发光装置，其特征在于，包括：
发光磷光材料，能够发射出第一颜色的光；以及
复合材料包括：
多个量子点，能够发射出第二颜色的光；以及
二氧化硅材料，包封所述量子点的表面，其中所述第一颜色与所述第二颜色彼此为互补色。
24.如权利要求23所述的发光装置，其特征在于，所述发光磷光材料为黄色磷光体，所述量子点为红色量子点、绿色量子点或其组合。
25.如权利要求23所述的发光装置，其特征在于，所述发光磷光材料为绿色磷光体，所述量子点为红色量子点。
26.如权利要求23所述的发光装置，其特征在于，所述发光磷光材料为红色磷光体，所述量子点为绿色量子点。
27.如权利要求23所述的发光装置，其特征在于，所述发光装置包括投影机色轮、发光二极管组件或光学膜。
28.一种光学膜，其特征在于，包括：
第一构件，其包括多个量子点与包封所述量子点的表面的二氧化硅材料；
第二构件，其包括紫外光固化复合材料，其中所述第一构件分散在所述第二构件中；以及
第三构件，其包括两片聚乙烯对苯二甲酸酯基片，其中所述第一构件与所述第二构件配置在所述两片聚乙烯对苯二甲酸酯基片之间。
29.如权利要求28所述的光学膜，其特征在于，所述二氧化硅材料包括由四甲基硅氧烷或四乙基硅氧烷所聚合而成的无机聚合物。
30.如权利要求28所述的光学膜，其特征在于，所述紫外光固化复合材料包括甲基丙烯酸-2-苯基乙酯、三芳基异氰脲酸酯、邻苯二甲酸二烯丙酯以及光起始剂。
31.如权利要求28所述的光学膜，其特征在于，所述光学膜用于发光装置，其包括用于平面显示器的背光单元、液晶显示器或其他类似的视觉显示器。
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