CN114686233A - 量子点、其制备方法以及包括量子点的光学构件 - Google Patents

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Abstract

提供了量子点、其制备方法以及包括量子点的光学构件。量子点包括：包括与镓(Ga)形成合金的第III‑V族半导体化合物的核；围绕核的第一壳；和围绕第一壳的第二壳，其中第一壳包括第一化合物，所述第一化合物包括第II‑VI族半导体化合物、第III‑V族半导体化合物或第III‑VI族半导体化合物，第二壳包括第二化合物，第二化合物包括第II‑VI族半导体化合物、第III‑V族半导体化合物或第III‑VI族半导体化合物，第一化合物和第二化合物彼此不同，并且核的材料中的特定元素的原子百分数、第一壳和第二壳中的元素相对于核的比例满足一定的范围。

Description

量子点、其制备方法以及包括量子点的光学构件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年12月29日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0186767号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开的实施方式的一个或多个方面涉及量子点和制备其的方法，以及各自包括量子点的光学构件和电子装置。
背景技术
作为半导体材料的纳米晶体的量子点展示出量子约束效应。当量子点接收来自激发源的光并且达到高能激发态时，量子点可自发地发射对应于量子点的能带隙的能量(例如，光能或光子)。就此而言，即使当颗粒由相同的材料形成(组成)时，由颗粒发射的光的波长也可根据颗粒尺寸而改变，并且相应地，可通过调整量子点的尺寸而获得具有期望的或适当的波长范围的光，从而可获得卓越的或适当的颜色纯度和/或高的发光效率。因此，量子点可适用于各种适当的装置或设备。
量子点可用于在光学构件中执行各种光学功能(例如，光转换功能)。例如，包括量子点的光学构件可具有薄膜的形式，例如，为每个子像素图案化的薄膜。这种光学构件可用作包括一个或多个光源的设备的颜色转换构件。
就本领域中包括在颜色转换构件中的量子点而言，主要利用InP类量子点。然而，由于InP类量子点的低的蓝光吸收率，现有技术中的颜色转换构件利用包括大量的量子点的颜色转换构件，或在颜色转换构件上另外布置蓝光阻挡膜，这是不利的。
发明内容
本公开的实施方式的一个或多个方面涉及具有提高的重量吸收系数的量子点、制备其的方法、包括量子点的光学构件和包括量子点的装置。
另外的方面将部分在如下的描述中陈述，并且部分将从描述中是显而易见的，或可通过呈现的本公开的实施方式的实践而了解到。
本公开的一个或多个实施方式提供了量子点，该量子点包括：包括与镓(Ga)形成合金的第III-V族半导体化合物的核、在核的周围(例如，围绕核)的第一壳以及在第一壳的周围(例如，围绕第一壳)的第二壳，其中第一壳包括第一化合物，该第一化合物包括第II-VI族半导体化合物、第III-V族半导体化合物或第III-VI族半导体化合物，第二壳包括第二化合物，该第二化合物包括第II-VI族半导体化合物、第III-V族半导体化合物或第III-VI族半导体化合物，第一化合物和第二化合物彼此不同，核中的镓相对于核中的Ga之外的第III族元素的原子百分数为25原子％至30原子％，第一壳中的第V族元素或第VI族元素相对于核中的第III族元素的原子百分数为5原子％至50原子％，并且第二壳中的第V族元素或第VI族元素相对于核中的第III族元素的原子百分数为5原子％至50原子％。
本公开的一个或多个实施方式提供了制备量子点的方法，方法包括：制备第一混合物，其中将包括与镓(Ga)形成合金的第III-V族半导体化合物的核以0.1mM至100mM的浓度分散在有机溶剂中；通过使第二混合物反应来形成第一壳，所述第二混合物是通过将包括第V族元素或第VI族元素的第一前体和包括第II族元素或第III族元素的第二前体添加至第一混合物中而获得的；以及通过使第三混合物反应来形成第二壳，所述第三混合物是通过将包括第V族元素或第VI族元素的第三前体和包括第II族元素或第III族元素的第四前体添加至反应后的第二混合物中而获得的，其中核中的镓相对于Ga之外的第III族元素的原子百分数(％)为25原子％至30原子％，第一前体和第三前体彼此不同，第一壳包括第II-VI族半导体化合物、第III-V族半导体化合物或第III-VI族半导体化合物，并且第二壳包括第II-VI族半导体化合物、第III-V族半导体化合物或第III-VI族半导体化合物。
本公开的一个或多个实施方式提供了包括量子点的光学构件。
本公开的一个或多个实施方式提供了包括量子点的电子装置。
附图说明
从结合所附附图的下述描述中，本公开的选择的实施方式的上面的和其他方面、特征和优势将变得更显而易见，其中：
图1为显示根据实施方式的量子点的结构的示意图；
图2显示了根据实施方式的量子点的透射电子显微镜(TEM)图像；
图3A显示了利用根据实施方式的制备方法制备的量子点的TEM图像；
图3B显示了利用根据实施方式的制备方法制备的量子点的TEM图像；
图4显示了分别具有26原子％、45原子％或55原子％的Ga/In的原子百分数的InGaP核的量子点的吸收光谱中的谷峰比(V比P)和光致发光光谱中的半峰全宽(FWHM)的线图；并且
图5显示了制备例4和8中制备的量子点组合物相对于波长(例如，吸收光谱)的吸光度。
具体实施方式
现将更详细地参考其示例阐释在所附附图中的实施方式，其中相同的附图标记通篇指相同的元件，并且可不提供其重复的描述。就此而言，本实施方式可具有不同的形式，并且不应解释为限于本文陈述的描述。相应地，下面只是通过参考附图描述实施方式，以解释本描述的方面。如本文使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列举项目的任何和所有组合。遍及本公开，表述“a、b和c中的至少一个”指示仅仅a，仅仅b，仅仅c，a和b两者(例如，同时a和b)，a和c两者(例如，同时a和c)，b和c两者(例如，同时b和c)，所有的a、b和c或其变体。
因为本公开能够进行各种适当的变换，并且可具有各种适当的实施方式，所以将在附图中阐释，并且将在详细描述中更详细地描述选择的实施方式。参考结合附图更详细地描述的实施方式，本公开的效果和特征以及实现它们的方法将变得清楚。然而，本公开不限于以下实施方式，并且可以各种适当的形式实施。
如本文使用的，术语“第一”和/或“第二”等不限于相关的组件，而是用于区分一个组件与另一组件的目的。
如本文使用的，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。
如本文使用的，术语比如“包括”、“包含”和/或“具有”等指定存在叙述的特征、整数、工艺、操作、元件、组件和/或其组合，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、工艺、操作、元件、组件和/或其组合。例如，术语比如“包括”、“包含”和/或“具有”等，除非以其他方式限制，否则可指仅由说明书中描述的特征或组件组成的情况，以及进一步包括其他特征和/或组件的情况。
如本文使用的，术语“使用(use)”、“使用(using)”和“使用(used)”可视为分别与术语“利用(utilize)”、“利用(utilizing)”和“利用(utilized)”同义。表述比如“……中至少一个”、“……中的一个”和“选自……”，当在元件的列表之前/之后时，修饰元件的整个列表，并且不修饰列表的单个元件。术语“和/或”包括一个或多个相关列举项目的任何和所有组合。进一步，当描述本公开的实施方式时“可”的使用指“本公开的一个或多个实施方式”。
如本文使用的，“第II族元素”可包括IUPAC元素周期表的第IIA族元素和/或第IIB族元素。第II族元素的示例可包括镁(Mg)和/或锌(Zn)，但不限于此。
如本文使用的，“第III族元素”可包括IUPAC元素周期表的第IIIA族元素和第IIIB族元素。第III族元素的示例可包括铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)和/或铊(Tl)，但不限于此。
如本文使用的，“第V族元素”可包括IUPAC元素周期表的第VA族元素和/或第VB族元素。第V族元素的示例可包括磷(P)、砷(As)和/或锑(Sb)，但不限于此。
如本文使用的，“第VI族元素”可包括IUPAC元素周期表的第VIA族元素和/或第VIB族元素。第VI族元素的示例可包括氧(O)、硫(S)、硒(Se)和/或碲(Te)，但不限于此。
如本文使用的，“原子百分数”指第一原子(元素)的原子的数量相对于第二原子(元素)的原子的数量的百分数，例如，第一元素的原子的数量相对于100个第二元素的原子的比率。
如本文使用的，“球度”为表示物体的球形程度(圆度)的度量和形状紧密度的度量。根据Wadell,H.,“Volume,Shape,and Roundness of Quartz Particles,”J.ofGeology 43:250-280(1935)，颗粒的球度(ψ)由方程式1限定：
方程式1
Ψ＝(π1/3(6Vp)2/3)/Ap。
在方程式1中，Vp为颗粒的体积，并且Ap为颗粒的表面积。球体(例如，理想球体)的球度为1，并且任何非球形颗粒具有小于1的球度。
如本文使用的，“重量吸收系数”或“质量消光系数”为用于量化给定质量(重量)的量子点对特定波长的光的吸收的系数，并且基于朗伯-比尔定律使用以下等式计算。如本文使用的，术语“重量吸收系数”或“质量消光系数”中的“重量”或“质量”可指按克计的重量。重量吸收系数由方程式2限定：
方程式2
重量吸收系数(a)＝A/c·L。
在方程式2中，A为吸光度，c为样品溶液的浓度(g/mL)，并且L为样品溶液的长度(cm)。
如本文使用的，术语“量子效率”和“发光效率”可互换使用。
下文，将参考图1描述量子点10和其制备方法的实施方式。
量子点10
根据实施方式，量子点包括：包括与镓(Ga)形成合金的第III-V族半导体化合物的核10a；围绕核10a的第一壳10b；和围绕第一壳10b的第二壳10c，其中第一壳10b包括第一化合物，第一化合物可包括第II-VI族半导体化合物、第III-V族半导体化合物或第III-VI族半导体化合物，第二壳10c包括第二化合物，第二化合物可包括第II-VI族半导体化合物、第III-V族半导体化合物或第III-VI族半导体化合物，并且第一化合物和第二化合物彼此不同(例如，第二壳10c的组成不同于第一壳10b的组成)，并且核10a中的Ga相对于核10a中的Ga之外的第III族元素的原子百分数(％)可为约25原子％至约30原子％。例如，基于核10a中的Ga之外的第III族元素的原子的数量，核10a中的Ga的原子的数量可为约25原子％至约30原子％。
可各自通过构成样品的元素的定性分析和/或定量分析，例如通过利用X-射线光电子光谱学(XPS)测量的结合能的分析来测量核10a中的Ga和Ga之外的第III族元素的量。然而，实施方式不限于此。
在一个或多个实施方式中，与Ga形成合金的第III-V族半导体化合物可包括InGaP。例如，包括InGaP的核10a中的Ga相对于In(例如，Ga/In)的原子百分数可为约25原子％至约30原子％。
在具有具备太大的核与壳之间的带隙(例如，带隙差)的核/壳结构的量子点中，量子点可具有降低的量子效率和/或稳定性。例如，在量子点结构比如InP/ZnSe中，量子点的质量可由于作为核材料的InP与作为壳材料的ZnSe之间大的带隙差造成的晶格缺陷而劣化。当Ga存在于第III-V族半导体化合物的晶格中时，与纯的第III-V族半导体化合物相比，带隙增加。因此，根据实施方式的量子点10可在核10a的材料与围绕核10a的第一壳10b的材料之间具有减小的带隙差，并且因此具有提高的量子效率、稳定性和/或颜色再现性。
当核10a的材料与第一壳10b的材料之间的带隙差太小(例如，不足)时，量子点10的发光效率和/或重量吸收系数等可劣化。通过包含包括与Ga形成合金的第III-V族半导体化合物的核10a，根据一个或多个实施方式的量子点10可优化或提高核10a的材料与第一壳10b的材料之间的带隙差。进一步，当将核10a中Ga的量控制或选择为在上述范围内时，根据一个或多个实施方式的量子点10可具有高的量子效率、光化学稳定性和/或颜色再现性。
根据一个或多个实施方式的量子点10可在核10a中满足上述范围的Ga的量，并且因此可具有高的重量吸收系数。例如，量子点10可具有比包括第III-V族类核(其不包括Ga)的量子点高的重量吸收系数。相应地，当应用于光学构件(例如，颜色转换构件)时，量子点10可展示出高的量子效率和/或颜色再现性，和/或可具有高的颜色转换效率。
例如，当核10a中的Ga相对于核10a中的Ga之外的第III族元素的原子百分数为25原子％或更大时，量子点10可具有高的重量吸收系数(在450nm下)，并且因此可有效吸收来自光源的蓝光。当核10a中的Ga相对于核10a中的Ga之外的第III族元素的原子百分数为30原子％或更少时，因为合金核的表面缺陷密度低，所以可使发光峰值的误差最小化或减少，并且可展示出高的颜色纯度。
在一个或多个实施方式中，与Ga形成合金的第III-V族半导体化合物可具有约420nm至约435nm的吸收峰(例如，峰吸收波长)。例如，在与Ga形成合金的第III-V族半导体化合物的吸收光谱中，第一激子吸收峰可具有约420nm至约435nm的波长。相应地，与Ga形成合金的第III-V族半导体化合物可吸收上述波长范围内的蓝光，并且可发射绿光或红光。可通过调整壳(第一壳10b和/或第二壳10c)的厚度和/或量子点10的尺寸等来控制或选择由量子点10发射的光的发射波长。
在一个或多个实施方式中，在与Ga形成合金的第III-V族半导体化合物的吸收光谱中，第一激子区域可具有0.6至0.8的谷峰比(V比P)。当与Ga形成合金的第III-V族半导体化合物的吸收光谱的第一激子区域中的谷区域处的最小吸光度被限定为A，并且峰区域处的最大吸光度被限定为B时，A除以B的结果限定为谷峰比。当与Ga形成合金的第III-V族半导体化合物的谷峰比满足上述范围时，量子点10可具有高的量子效率和窄的半峰全宽(FWHM)。进一步，当谷峰比满足上述范围时，多个量子点10可具有致密的颗粒的分布(例如，窄的尺寸分布)和基本均匀的能带分布。
当第一壳10b和第二壳10c各自独立地包括第III-V族半导体化合物时，核10a的第III-V族半导体化合物可不同于第一壳10b的第III-V族半导体化合物和第二壳10c的第III-V族半导体化合物。
在一个或多个实施方式中，作为第一壳10b和第二壳10c的材料，第II-VI族半导体化合物可包括ZnSe、ZnS、ZnTe、ZnO、ZnMgSe、ZnMgS或其任何组合，第III-V族半导体化合物可包括GaP、GaAs、GaSb、InAs、InSb、AlP、AlAs、AlSb或其任何组合，并且第III-VI族半导体化合物可包括GaSe、GaTe或其任何组合。
在一个或多个实施方式中，第一壳10b可包括ZnSe，并且第二壳10c可包括ZnS。
第一壳10b中的第V族元素或第VI族元素相对于核10a中的第III族元素的原子百分数可为约5原子％至约50原子％。基于核10a中的第III族元素的原子的数量，第一壳10b中的第V族元素或第VI族元素的原子的数量可为约5原子％至约50原子％。
第二壳10c中的第V族元素或第VI族元素相对于核10a中的第III族元素的原子百分数可为约5原子％至约50原子％。例如，基于核10a中的第III族元素的原子的数量，第二壳10c中的第V族元素或第VI族元素的原子的数量可为约5原子％至约50原子％。
量子点10的壳的厚度可根据第V族元素至或第VI族元素相对于核10a中的第III族元素的原子百分数而改变。当每个壳中的第V族元素或第VI族元素的量相对于核10a中的第III族元素的量满足上述范围时，可将每个壳的厚度控制或选择为在期望的或适当的范围内，并且因此量子点10可具有高的球度和重量吸收系数。
例如，可通过样品的元素的定性分析和定量分析，例如通过利用X-射线光电子光谱学(XPS)测量的结合能的分析来测量第一壳10b和第二壳10c中的第V族元素或第VI族元素的量。
例如，核10a可包括InGaP，第一壳10b可包括ZnSe，第二壳10c可包括ZnS，第一壳10b中的Se相对于核10a中的In的原子百分数可为约5原子％至约50原子％，并且第二壳10c中的S相对于核10a中的In的原子百分数可为约5原子％至约50原子％。
例如，第一壳10b和/或第二壳10c中的第V族元素或第VI族元素的量(原子的数量)相对于核10a中的第III族元素的原子的数量越小，量子点10的球度越高。然而，实施方式不限于此。
图2显示了根据实施方式的量子点的透射电子显微镜(TEM)图像，该量子点具有InGaP/ZnSe/ZnS结构(例如，具有其上依次形成ZnSe和ZnS的壳的InGaP核)，具有5原子％的Se(或S)相对于In的原子百分数或30原子％的Se(或S)相对于In的原子百分数。从图2中发现，具有5原子％的Se(或S)相对于In的量子点展示出比具有30原子％的Se(或S)相对于In的量子点的球度高的球度。
在一个或多个实施方式中，第一壳10b中的第V族元素或第VI族元素相对于核10a中的第III族元素的原子百分数可为约10原子％至约15原子％，并且第二壳10c中的第V族元素或第VI族元素相对于核10a中的第III族元素的原子百分数可为约10原子％至约15原子％。当量子点10的每个壳中的第V族元素或第VI族元素的量满足上述范围时，量子点10可具有高的球度和高的重量吸收系数。
在一个或多个实施方式中，第一壳10b和第二壳10c可各自独立地包括不同的第II-VI族半导体化合物，第一壳10b中的第VI族元素相对于核10a中的第III族元素的原子百分数可为约10原子％至约15原子％，并且第二壳10c中的第VI族元素相对于核10a中的第III族元素的原子百分数可为约10原子％至约15原子％。当量子点10的每个壳中的第VI族元素的量满足上述范围时，量子点10可具有高的重量吸收系数。
例如，核10a可包括InGaP，第一壳10b可包括ZnSe，第二壳10c可包括ZnS，第一壳10b中的Se相对于核10a中的In的原子百分数可为约10原子％至约15原子％，并且第二壳10c中的S相对于核10a中的In的原子百分数可为约10原子％至约15原子％。
在一个或多个实施方式中，量子点10可进一步包括化学键合至其表面的配体。配体可化学键合至量子点10的表面，以使量子点10钝化。例如，量子点10可进一步包括化学键合至第二壳10c的配体。
配体可包括有机配体或金属卤化物。
例如，有机配体可包括油酸、油胺、辛胺、癸胺、三辛胺、十六胺、巯基丙酸、十二硫醇、1-辛硫醇、亚硫酰氯、三辛基膦、三辛基氧化膦、己基膦酸、十四基膦酸、辛基膦酸或其任何组合。
在一个或多个实施方式中，量子点10在450nm的波长下可具有约350mL·g-1·cm-1至约1,000mL·g-1·cm-1的重量吸收系数。例如，量子点10在450nm的波长下可具有约500mL·g-1·cm-1至约1,000mL·g-1·cm-1的重量吸收系数。当量子点10的重量吸收系数满足上述范围时，量子点10可具有高的蓝光的吸光度。相应地，当应用于光学构件，例如，颜色转换构件时，量子点10可具有高的颜色转换效率。
在一个或多个实施方式中，量子点10可具有约0.7至约1.0的球度。例如，量子点10可具有约0.7至约0.9的球度。
作为用于测量量子点10的球度的方法，可利用本领域中任何适当的方法。例如，可利用透射电子显微镜(TEM)图像测量量子点10的球度。TEM是成像技术，其中电子束被引导穿过样品以形成图像，并且图像被放大以出现在荧光屏或照相胶片层上，或用传感器比如电荷耦合装置(CCD)照相机进行检测。使用TEM，可计算信息比如纳米颗粒的粒径、颗粒尺寸分布和/或颗粒形状。
在一个或多个实施方式中，可通过TEM和用图像分析工具(例如，软件)的图像观察来测量量子点10的球度。然而，实施方式不限于此。
在一个或多个实施方式中，量子点10可具有约90％或更大，例如，约92％或更大的量子效率。
量子点10可发射蓝光之外的可见光。例如，量子点10可发射最大发射波长为约495nm至约750nm的光。相应地，量子点10可设计为当应用于光学构件，例如，颜色转换构件时吸收蓝光并且发射绿光或红光。
在一个或多个实施方式中，量子点10可发射最大发射波长为约495nm至约570nm，例如，约500nm至约550nm或约520nm至约530nm的绿光。在其他实施方式中，量子点10可发射最大发射波长为约630nm至约750nm，例如，约630nm至约700nm或约630nm至约680nm的红光。相应地，例如，当应用于颜色转换构件时，量子点10可实施具有高的亮度和高的颜色纯度的绿光或红光。
在一个或多个实施方式中，量子点10的光致发光(PL)光谱可具有约495nm至约750nm的最大发射波长。例如，量子点10的PL光谱可具有约495nm至约570nm，例如，约500nm至约550nm或约520nm至约530nm的最大发射波长。相应地，例如，当量子点10应用于颜色转换构件时，颜色转换构件可提供具有高的颜色纯度的绿光。在其他实施方式中，量子点10的PL光谱可具有约630nm至约750nm，例如，约630nm至约700或约630nm至约680nm的最大发射波长。相应地，例如，当量子点10应用于颜色转换构件时，颜色转换构件可提供具有高的颜色纯度的红光。
例如，当核10a中的Ga/Ga之外的第III族元素(Ga比Ga之外的第III族元素)的原子百分数满足上述范围时，PL光谱的最大发射波长可为约525nm至约530nm。相应地，量子点10可发射具有高的颜色纯度的绿光。
在一个或多个实施方式中，量子点10的PL光谱可具有40nm或更小的半峰全宽(FWHM)。当量子点10的FWHM满足上述范围时，量子点10可提供卓越的或适当的颜色纯度和/或颜色再现性，和/或提高的视角。
在一个或多个实施方式中，第一壳10b可具有约0.5nm至约3nm，例如，约0.5nm至约2nm的厚度。然而，实施方式不限于此。当第一壳10b的厚度满足上述范围时，量子点10可具有高的球度和高的重量吸收系数。
在一个或多个实施方式中，第二壳10c可具有约0.5nm至约4nm，例如，约0.5nm至约1nm的厚度。然而，实施方式不限于此。当第二壳10c的厚度满足上述范围时，量子点10可具有高的球度和高的重量吸收系数。
第一壳10b的厚度和第二壳10c的厚度可各自独立地根据每个壳中的第V族元素或第VI族元素的量相对于核10a中的第III族元素的量而改变。例如，相对于核中的第III族元素的量，每个壳中的第V族元素或第VI族元素的量变得越高，每个壳的厚度变得越大(例如，每个壳的厚度倾向于增加)。然而，实施方式不限于此。
在一个或多个实施方式中，量子点10可在第一壳10b与第二壳10c之间的界面处进一步包括其中混合第一壳10b的材料和第二壳10c的材料的混合层。混合层可具有浓度梯度，其中第一壳10b的材料和/或第二壳10c的材料的浓度朝向中心(例如，量子点10的中心)增加或减少。例如，混合层中的第一壳10b的材料的浓度可朝着中心方向增加。对于另一示例，混合层中的第二壳10c的材料的浓度可朝着中心方向减少。
在一个或多个实施方式中，量子点10可具有约1nm至约20nm的平均粒径。例如，量子点10可具有约3nm至约13nm、约4nm至约12nm、约4nm至约8nm、约5nm至约11nm、约6nm至约10nm或约7nm至约9nm的平均粒径。当量子点10满足上面的平均粒径范围时，量子点10不仅可展示出作为量子点的特征行为，而且也在用于图案形成的组合物中展示出卓越的或适当的分散性。在一些实施方式中，通过在如上述范围内选择量子点10的一个或多个适当的平均粒径，可不同地改变量子点10的发射波长和/或半导体特点。
不具体限制量子点10的形状，并且可为本领域中常用的任何形状。例如，量子点10可为球形、锥体、多臂或立方体纳米颗粒，纳米管，纳米丝，纳米纤维或纳米板的形式。
在一个或多个实施方式中，量子点10可具有球形形式。
可通过各种方法(比如湿化学工艺、金属有机化学气相沉积(MOCVD)和/或分子束外延(MBE)工艺)来合成量子点10。
量子点10的第一壳10b和第二壳10c可各自用作用于防止或减少核10a的化学变性的保护层，和/或用作用于赋予量子点10电泳特点的充电层。
在一个或多个实施方式中，第一壳10b和/或第二壳10c可进一步包括金属氧化物或非金属氧化物、半导体化合物或其组合。
制备量子点10的方法
下文，将更详细地描述制备根据上述实施方式的量子点10的方法。
根据实施方式的制备量子点10的方法可包括：制备第一混合物，其中包括与Ga形成合金的第III-V族半导体化合物的核10a以0.1mM至100mM的浓度分散在有机溶剂中；通过使第二混合物反应来形成第一壳10b，第二混合物是通过将包括第V族元素或第VI族元素的第一前体和包括第II族元素或III族元素的第二前体添加至第一混合物中而获得的；以及通过使第三混合物反应来形成第二壳10c，第三混合物是通过将包括第V族元素或第VI族元素的第三前体和包括第II族元素或III族元素的第四前体添加至反应后的第二混合物中而获得的，
其中核10a中的Ga相对于Ga之外的第III族元素的原子百分数(％)可为25原子％至30原子％，第一前体和第三前体可彼此不同，第一壳10b可包括可为第II-VI族半导体化合物、第III-V族半导体化合物或第III-VI族半导体化合物的第一化合物，并且第二壳10c可包括可为第II-VI族半导体化合物、第III-V族半导体化合物或第III-VI族半导体化合物的第二化合物。
用于核10a的合成方法可为本领域中任何适当的方法。
在一个或多个实施方式中，有机溶剂可包括三辛胺、1-十九碳烯、1-十八碳烯、1-十七碳烯、1-十六碳烯、1-十五碳烯、1-十四碳烯或其任何组合。例如，有机溶剂可包括三辛胺或1-十八碳烯。
在一个或多个实施方式中，第一混合物可进一步包括分散剂。分散剂使得核10a均匀地分散在有机溶剂中。分散剂可包括阴离子聚合物材料、阳离子聚合物材料或非离子聚合物材料。
相对于100重量份的量子点10，分散剂的量可为约10重量份至50重量份，例如，约15重量份至约30重量份。当分散剂的量满足这些范围时，量子点10可均匀地分散在第一混合物中。
在根据一个或多个实施方式的制备量子点10的方法中，通过将第一混合物中的核10a的浓度调整为0.1mM至100mM，可将量子点10的球度和重量吸收系数控制或选择在期望的或适当的范围内。
例如，当第一混合物中的核10a的浓度为约0.1mM至约1mM时，制备的量子点10可具有约0.9或更大的球度。对于另一示例，当第一混合物中的核10a的浓度为约1mM至约100mM时，制备的量子点10可具有约0.7至约0.9的球度。
当第一混合物中的核10a的浓度满足这些范围时，制备的量子点10在450nm的波长下可具有约350mL·g-1·cm-1至约1000mL·g-1·cm-1的重量吸收系数。
在一个或多个实施方式中，与Ga形成合金的第III-V族半导体化合物可包括InGaP。
图3A和图3B为根据具有InGaP/ZnSe/ZnS结构(具有其上依次形成ZnSe和ZnS的壳的InGaP核)的实施方式的量子点的TEM图像，其中InGaP核以0.1mM的浓度(图3A)和100mM的浓度(图3B)添加至有机溶剂中。
作为图3A和图3B的TEM图像的分析和计算的结果，通过添加0.1mM的InGaP核制备的量子点具有0.9的平均球度，并且通过添加100mM的InGaP核制备的量子点具有0.7的平均球度。相应地，可确认利用根据实施方式的制备方法制备的量子点具有0.7或更高的高球度。
在一个或多个实施方式中，第一前体可包括三辛基膦-硒化物(TOP-Se)、三丁基膦-硒化物、三苯基膦-硒化物或其任何组合。例如，第一前体可包括三辛基膦-硒化物，但不限于此。
在一个或多个实施方式中，第三前体可包括三辛基膦-硫化物(TOP-S)、三丁基膦-硫化物、三苯基膦-硫化物或其任何组合。例如，第三前体可包括三辛基膦-硫化物，但不限于此。
在一个或多个实施方式中，第二前体和第四前体可各自独立地为或包括：包括第II族元素的化合物。例如，第二前体和第四前体可各自独立地为或包括油酸锌、乙酸锌、乙酰丙酮锌、硬脂酸锌或其任何组合，但不限于此。
在一个或多个实施方式中，制备量子点10的方法可进一步包括向第一混合物添加锌前体。例如，锌前体可为或包括油酸锌、乙酸锌、乙酰丙酮锌、硬脂酸锌或其任何组合，但不限于此。
锌前体不是核10a的组成材料，但是可粘附至核10a的表面以消除核10a的表面缺陷，并且因此最小化或减少待形成的第一壳10b的晶格缺陷。
在一个或多个实施方式中，为了将第一混合物保持在真空状态，方法可进一步包括向第一混合物添加锌前体，并且在110℃或更高的温度下脱气。
用于第一壳10b的合成方法可为本领域中任何适当的方法。
在一个或多个实施方式中，第一壳10b的形成可在约240℃至约340℃的温度范围下进行。例如，第一壳10b的形成可在约260℃至约320℃的温度范围下进行。
用于第二壳10c的合成方法可为本领域中的任何适当的方法。
在一个或多个实施方式中，第二壳10c的形成可在约240℃至约340℃的温度范围下进行。例如，第二壳10c的形成可在约260℃至约320℃的温度范围下进行。
正因如此，通过形成第二壳10c，可制备具有核/壳结构的量子点10，其中第一壳10b和第二壳10c依次形成在核10a的表面上。
制备量子点10的方法可进一步包括，在第二壳10c的形成之后，纯化合成的量子点10。可利用氯仿、乙醇、丙酮或其任何组合来进行纯化。
光学构件
根据另一方面，提供了包括量子点10的光学构件。
光学构件可为颜色转换构件。因为颜色转换构件包括如上述的具有卓越的或适当的光转换效率的量子点10，所以颜色转换构件可具有卓越的或适当的光转换效率。
颜色转换构件可包括基板和形成在基板上的图案层。
基板本身可为或充当颜色转换构件的基板，或可为设备(例如，显示设备)的其上设置颜色转换构件的区。基板可为玻璃、硅(Si)、硅氧化物(SiOx)和/或聚合物基板。聚合物基板可为聚醚砜(PES)和/或聚碳酸酯(PC)。
图案层可为或包括薄膜的形式的量子点10。例如，图案层可为或包括薄膜的形式的量子点10。
包括基板和图案层的颜色转换构件可进一步包括在每个图案层之间形成的隔离壁或黑色基底。在一些实施方式中，颜色转换构件可进一步包括滤色器，以进一步提高光转换效率。
颜色转换构件可包括能够发射红光的红色图案层，能够发射绿光的绿色图案层，能够发射蓝光的蓝色图案层或其任何组合。红色图案层、绿色图案层和/或蓝色图案层可通过控制量子点10的组分、组合物和/或结构来实施。
例如，颜色转换构件中的量子点10可吸收第一光并且发射不同于第一光的第二光。例如，量子点10可吸收蓝光并且发射蓝光之外的可见光，例如，最大发射波长为495nm至750nm的可见光。相应地，包括量子点10的颜色转换构件可设计为吸收蓝光并且发射各种颜色范围的波长。
对于另一示例，颜色转换构件中的量子点10可吸收蓝光并且发射最大发射波长为495nm至570nm的绿光。因此，包括量子点10的颜色转换构件可实施具有高的亮度和高的颜色纯度的绿光。
电子装置
量子点10可包括在各种电子装置中。例如，包括量子点的电子装置可为发光装置和/或认证装置等。
电子装置可进一步包括光源。量子点10可布置在从光源发射的光的光路中。
在其他实施方式中，电子装置可包括光源和颜色转换构件，其中颜色转换构件可包括量子点10。颜色转换构件可布置在从光源发射的光的光路中(例如，与从光源发射的光的光路相交)。
在该情况下，颜色转换构件位于从光源发射的光的至少一个行进方向上的事实不排除在量子点10或颜色转换构件与光源之间进一步包括其他元件的情况。
例如，偏振板、液晶层、导光板、漫射板、棱镜片、微透镜片、亮度增强片、反射膜、滤色器或其任何组合可设置在光源与量子点10之间或光源与颜色转换构件之间。
作为另一示例，偏振板、液晶层、导光板、漫射板、棱镜片、微透镜片、亮度增强片、反射膜、滤色器或其任何组合可设置在量子点10或颜色转换构件上。
光源可为在液晶显示器(LCD)中利用的背光单元(BLU)、荧光灯、发光二极管(LED)、有机发光装置(OLED)或量子点发光装置，但不限于此。
如上述从光源发射的光可在穿过量子点10的同时经历光转换。例如，量子点10可吸收从光源发射的第一光，并且发射不同于第一光的可见光。例如，量子点10可吸收从光源发射的蓝光并且发射最大发射波长为495nm至750nm的可见光。相应地，量子点10或包括量子点10的颜色转换构件可设计为吸收从光源发射的蓝光并且发射各种颜色范围的波长。
例如，量子点10可吸收从光源发射的蓝光并且发射最大发射波长为495nm至570nm的绿光。对于另一示例，量子点10可吸收从光源发射的蓝光并且发射最大发射波长为630nm至750nm的红光。相应地，量子点10或包括量子点10的颜色转换构件可吸收从光源发射的蓝光并且实施具有高的亮度和高的颜色纯度的绿光或红光。
下文，将通过下述实施例和/或比较例更详细地描述量子点10和制备其的方法的实施方式。
实施例
制备例1
InGaP核的制备
在微波反应管中将铟前体和相对于铟前体80wt％至200wt％的镓前体混合，并且向其中添加稀释至20wt％的三(三甲基甲硅烷基)膦，并且用微波照射7分钟。反应温度为280℃。将反应产物冷却至室温之后，通过离心用5mL的甲苯和30mL的丙酮将反应产物纯化两次，以获得具有26原子％的Ga/In的InGaP核。将所得InGaP核分散在甲苯中。
ZnSe壳(第一壳)/ZnS壳(第二壳)的生长
将分散在甲苯中的InGaP晶体以0.5mM的浓度添加至含有80mL的三辛胺的反应烧瓶中，并且向其添加4.9mmol的油酸锌，并且然后通过超声分散，以制备第一混合物。随后，将第一混合物在110℃下脱气并且保持在真空状态。
在氮气气氛中，将4.5mmol的TOP-Se和18.0mmol的油酸锌添加至反应烧瓶中，以制备第二混合物。然后，将反应烧瓶加热至320℃并且反应60分钟。随后，将22.4mmol的TOP-S和9.6mmol的油酸锌添加至反应烧瓶中，以制备第三混合物。然后，将反应烧瓶加热至320℃并且反应90分钟。
在反应终止之后，将反应烧瓶冷却至室温。随后，通过离心用5mL的甲苯和30mL的乙醇将粗产物纯化一次，以获得绿色量子点组合物。制备的量子点具有InGaP/ZnSe/ZnS结构。
制备例2和3
以与制备例1中基本上相同的方式制备量子点组合物，只是制备例2和3的InGaP核中的Ga/In的原子百分数分别为45原子％和55原子％。
制备例4
InGaP核的制备
以与制备例1中基本上相同的方式生长具有26原子％的Ga/In的InGaP核之后，将反应溶液快速冷却至室温，并且向其添加丙酮并且离心。将所得沉淀分散在甲苯中。
ZnSe壳(第一壳)/ZnS壳(第二壳)的生长
将分散在甲苯中的InGaP晶体以0.1mM的浓度添加至含有80mL的三辛胺的反应烧瓶中，并且向其添加4.8mmol的油酸锌，并且然后通过超声分散，以制备第一混合物。随后，将第一混合物在110℃下脱气并且保持在真空状态。
在氮气气氛中，将4.5mmol的TOP-Se和18.0mmol的油酸锌添加至反应烧瓶中，以制备第二混合物。然后，将反应烧瓶加热至320℃并且反应60分钟。随后，将22.4mmol的TOP-S和9.6mmol的油酸锌添加至反应烧瓶中，以制备第三混合物。然后，将反应烧瓶加热至320℃并且反应90分钟。
在反应终止之后，将反应烧瓶冷却至室温。随后，通过离心用5mL的甲苯和30mL的乙醇将粗产物纯化一次，以获得绿色量子点组合物。制备的量子点具有InGaP/ZnSe/ZnS结构。
制备例5至8
以与制备例4中基本上相同的方式制备量子点组合物，只是分别以1mM、10mM、50mM和100mM的浓度添加分散在甲苯中的InGaP晶体，以制备用于制备例5至8的第一混合物。
制备例9至13
以与制备例1中基本上相同的方式制备具有如表1中显示的Se/In的原子百分数和S/In的原子百分数的量子点组合物，只是以如表1中显示的量添加分散在甲苯中的InGaP晶体(Ga/In＝26原子％)，在表1中，Se/In的原子百分数和S/In的原子百分数分别表示为基于(例如，相对于)50原子％的Se/In和50原子％的S/In的百分数。
表1
Figure BDA0003417635940000151
评估例1：有关壳特点相对于InGaP核中的Ga元素的量而改变的实验
分析具有26原子％、45原子％或55原子％的Ga/In的InGaP核(具有2.5nm的核直径)的紫外-可见分光光度法(UV-Vis)吸收光谱，以获得各自的第一激子吸收峰值波长。结果显示在表2中。
表2
Figure BDA0003417635940000152
Figure BDA0003417635940000161
从具有26原子％、45原子％或55原子％的Ga/In的InGaP核(具有2.5nm的核直径)的吸收光谱获得谷峰比(V比P)，并且从InGaP核的发射光谱获得半峰全宽(FWHM)。相对于Ga/In原子百分数，InGaP核的谷峰比(V比P)和FWHM的线图显示在图4中。
参考图4，根据本公开的实施方式的具有26％的Ga/In原子百分数的InGaP核具有约0.75的谷峰比和约25nm的非常窄的FWHM。因此，发现制备例1的InGaP核具有致密的颗粒尺寸分布和能带分布，并且具有提高的颜色纯度。
测量制备例1至3制备的量子点组合物的发光光谱，以获得量子效率、PL最大发射波长和FWHM。结果显示在表3中。
表3
Figure BDA0003417635940000162
从表3中发现，制备例1的量子点组合物展示出比制备例2和3的量子点组合物高的量子效率，并且具有530nm的PL最大发射波长和相对窄的FWHM。
评估例2：相对于InGaP核浓度的重量吸收系数的测量
利用Agilent Cary 300Bio UV-Vis分光光度计测量制备例4至8中制备的量子点组合物的吸光度，该分光光度计具有光程长度为10mm并且充满10ppm的溶液的比色皿，并且根据朗伯-比尔定律计算在450nm波长下的重量吸收系数(mL·g-1·cm-1)。结果显示在表4中。
表4
Figure BDA0003417635940000163
参考表4，发现制备例4至8中制备的量子点组合物在450nm的波长下展示出350mL·g-1·cm-1或更大的重量吸收系数。
制备例4和8中制备的量子点组合物(0.1mM和100mM)的吸光度图显示在图5中。从图5中发现，随着添加的制备量子点的InGaP晶体的浓度增加，吸光度增加并且因此重量吸收系数增加。
评估例3：相对于Se/In和S/In原子百分数的重量吸收系数的测量
以与评估例2中基本上相同的方式计算制备例9至13中制备的量子点组合物的重量吸收系数。结果显示在表5中。
在表5中，Se/In的原子百分数和S/In的原子百分数分别表示为基于(例如，相对于)50原子％的Se/In和50原子％的S/In的百分数。
表5
Figure BDA0003417635940000171
参考表5，发现制备例9至13中制备的量子点组合物在450nm的波长下展示出350mL·g-1·cm-1或更大的高的重量吸收系数。
如上述，根据本公开的一个或多个实施方式的量子点具有高的球度和高的重量吸收系数，并且因此，当小含量(量)的量子点在光学构件中利用时，可获得高的发光效率，并且量子点可为经济的。包括量子点的电子装置可实现卓越的或适当的颜色再现性。
如本文使用的，术语“基本上”、“约”和类似的术语用作近似的术语，并且不用作程度的术语，并且旨在考虑本领域普通技术人员将认识到的测量值或计算值的固有偏差。考虑所讨论的测量和与特定量的测量相关的误差(即，测量系统的局限性)，如本文使用的“约”或“近似”包括叙述值并且意思是在如由本领域普通技术人员确定的特定值的可接受偏差的范围内。例如，“约”可表示在叙述的值的一个或多个标准偏差内，或在叙述值的±30％、±20％、±10％或±5％内。
本文阐述的任何数值范围旨在包括落入阐述的范围内的相同数值精度的所有子范围。例如，“1.0至10.0”的范围旨在包括阐述的1.0的最小值和阐述的10.0的最大值之间(并且包括1.0和10.0)，即，具有等于或大于1.0的最小值和等于或小于10.0的最大值的所有子范围，比如，例如，2.4至7.6。本文阐述的任何最大数值界限旨在包括落入其中的所有较低数值界限，并且本说明书中阐述的任何最小数值界限旨在包括落入其中的所有较高数值界限。相应地，申请人保留修改本说明书，包括权利要求的权利，以明确地阐述落入本文中明确地阐述的范围内的任何子范围。
应该理解，本文描述的实施方式应仅以描述性含义考虑，并且不用于限制的目的。每个实施方式中的特征或方面的描述通常应认为可用于其他实施方式中其他类似的特征或方面。尽管已经参考附图描述了一个或多个实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求及其等效方案限定的本公开的精神和范围的情况下，可在形式和细节上进行各种适当的改变。

Claims (10)

1.一种量子点，包括：
包括与镓形成合金的第III-V族半导体化合物的核；
围绕所述核的第一壳；以及
围绕所述第一壳的第二壳，
其中所述第一壳包括第一化合物，所述第一化合物包括第II-VI族半导体化合物、第III-V族半导体化合物或第III-VI族半导体化合物，
所述第二壳包括第二化合物，所述第二化合物包括第II-VI族半导体化合物、第III-V族半导体化合物或第III-VI族半导体化合物，并且所述第一化合物和所述第二化合物彼此不同，
所述核中的镓相对于所述核中的Ga之外的第III族元素的原子百分数为25原子％至30原子％，
所述第一壳中的第V族元素或第VI族元素相对于所述核中的所述第III族元素的原子百分数为5原子％至50原子％，并且
所述第二壳中的第V族元素或第VI族元素相对于所述核中的所述第III族元素的原子百分数为5原子％至50原子％。
2.根据权利要求1所述的量子点，其中所述核中所述与镓形成合金的第III-V族半导体化合物包括InGaP。
3.根据权利要求1所述的量子点，其中所述第一壳和所述第二壳中的所述第II-VI族半导体化合物包括ZnSe、ZnS、ZnTe、ZnO、ZnMgSe、ZnMgS或其组合，所述第一壳和所述第二壳中的所述第III-V族半导体化合物包括GaP、GaAs、GaSb、InAs、InSb、AlP、AlAs、AlSb或其组合，并且所述第一壳和所述第二壳中的所述第III-VI族半导体化合物包括GaSe、GaTe或其组合。
4.根据权利要求1所述的量子点，其中所述第一壳和所述第二壳各自独立地包括不同的第II-VI族半导体化合物，
所述第一壳中的所述第VI族元素相对于所述核中的所述第III族元素的原子百分数为10原子％至15原子％，并且
所述第二壳中的所述第VI族元素相对于所述核中的所述第III族元素的原子百分数为10原子％至15原子％。
5.根据权利要求1所述的量子点，其中所述量子点在450nm的波长下的重量吸收系数为350mL·g-1·cm-1至1000mL·g-1·cm-1。
6.根据权利要求1所述的量子点，其中所述量子点具有90％或更大的量子效率。
7.根据权利要求1所述的量子点，其中所述量子点的光致发光光谱的半峰全宽为40nm或更小。
8.根据权利要求1所述的量子点，其中所述量子点具有0.7至0.9的球度。
9.一种制备量子点的方法，所述方法包括：
制备第一混合物，其中将包括与镓形成合金的第III-V族半导体化合物的核以0.1mM至100mM的浓度分散在有机溶剂中；
通过使第二混合物反应来形成第一壳，所述第二混合物是通过将包括第V族元素或第VI族元素的第一前体和包括第II族元素或第III族元素的第二前体添加至所述第一混合物中而获得的；以及
通过使第三混合物反应来形成第二壳，所述第三混合物是通过将包括第V族元素或第VI族元素的第三前体和包括第II族元素或第III族元素的第四前体添加至反应后的所述第二混合物中而获得的，
其中所述核中的镓相对于所述核中的Ga之外的第III族元素的原子百分数为25原子％至30原子％，
所述第一前体和所述第三前体彼此不同，
所述第一壳包括第一化合物，所述第一化合物包括第II-VI族半导体化合物、第III-V族半导体化合物或第III-VI族半导体化合物；并且所述第二壳包括第二化合物，所述第二化合物包括第II-VI族半导体化合物、第III-V族半导体化合物或第III-VI族半导体化合物。
10.一种光学构件，包括根据权利要求1至8中任一项所述的量子点或由根据权利要求9所述的方法制备的量子点。
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