JP2013509714A - Light emitting diode (LED) device comprising nanocrystals - Google Patents

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Abstract

本発明は、気密封止された発光ナノ結晶の組成物および容器を含む発光ダイオード(LED)デバイスを提供する。本発明はさらに、LEDデバイスを含むディスプレイを提供する。適当には、LEDデバイスは白色光LEDデバイスである。  The present invention provides a light emitting diode (LED) device comprising a composition of hermetically sealed luminescent nanocrystals and a container. The present invention further provides a display including an LED device. Suitably, the LED device is a white light LED device.

Description

本発明は、発光ナノ結晶、適当には白色光LEDを含む発光ダイオード(LED)デバイスの方法に関する。本発明はさらに、LEDデバイスを含むディスプレイシステムに関する。   The present invention relates to a method of light emitting diode (LED) device comprising a light emitting nanocrystal, suitably a white light LED. The invention further relates to a display system comprising an LED device.

空気および水分にさらされた発光ナノ結晶は酸化的損傷を受け、その結果、しばしばルミネセンス(luminescence)を失う。ダウンコンバージョン層、フィルタリング層などの用途における発光ナノ結晶の使用はしばしば、発光ナノ結晶を、高温、高強度光、環境ガスおよび水分にさらす。これらの因子は、これらの用途における長い発光寿命に対する要求とあいまって、しばしば発光ナノ結晶の使用を限定し、または頻繁な交換を要求する。したがって、発光ナノ結晶を気密封止し、それによって使用寿命を延ばし、発光強度を増大させることを可能にする方法および組成物に対する必要性が存在する。   Luminescent nanocrystals exposed to air and moisture are subject to oxidative damage, often resulting in a loss of luminescence. The use of luminescent nanocrystals in applications such as downconversion layers, filtering layers often exposes luminescent nanocrystals to high temperatures, high intensity light, environmental gases and moisture. These factors, coupled with the requirement for long emission lifetimes in these applications, often limit the use of luminescent nanocrystals or require frequent replacement. Accordingly, there is a need for methods and compositions that enable hermetic nanocrystals to be hermetically sealed, thereby extending service life and increasing luminescence intensity.

白色光LEDデバイスを含む気密封止されたナノ結晶を用いる発光ダイオード(LED)デバイスに対する必要性も存在する。   There is also a need for light emitting diode (LED) devices that use hermetically sealed nanocrystals including white light LED devices.

一実施形態では、本発明は、発光ダイオード(LED)デバイスを提供する。適当には、LEDデバイスは、青色発光LEDと、複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された容器とを含む。容器は、発光ナノ結晶のダウンコンバージョンを容易にするためにLEDに対して位置付けられる。   In one embodiment, the present invention provides a light emitting diode (LED) device. Suitably, the LED device comprises a blue light emitting LED and a hermetically sealed container comprising a plurality of light emitting nanocrystals. The container is positioned relative to the LED to facilitate down conversion of the luminescent nanocrystals.

適当な気密封止された容器は、ガラス毛管などのプラスチックまたはガラス管を含む。例示的な実施形態では、気密封止された容器は、LEDから間隔をおいて配置される。適当には、発光ナノ結晶は緑色光および赤色光を放出する。LEDデバイスで使用される例示的な発光ナノ結晶は、CdSeまたはZnSを含み、CdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdS、またはCdTe/ZnSを含むコア/シェル発光ナノ結晶である発光ナノ結晶を含む。例示的な実施形態では、発光ナノ結晶は、ポリマーマトリックス中に分散される。本発明はさらに、LEDデバイスを含むディスプレイシステムを提供する。   Suitable hermetically sealed containers include plastics such as glass capillaries or glass tubes. In an exemplary embodiment, the hermetically sealed container is spaced from the LED. Suitably, the luminescent nanocrystals emit green and red light. Exemplary light emitting nanocrystals used in LED devices include CdSe or ZnS, and core / shell light emission including CdSe / ZnS, InP / ZnS, PbSe / PbS, CdSe / CdS, CdTe / CdS, or CdTe / ZnS. Includes luminescent nanocrystals that are nanocrystals. In an exemplary embodiment, the luminescent nanocrystals are dispersed in a polymer matrix. The present invention further provides a display system including an LED device.

他の実施形態では、本発明は、LEDと、LEDに光学的に結合される複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された容器と、気密封止された容器に光学的に結合される光ガイドとを含む発光ダイオード(LED)デバイスを提供する。適当には、LEDから発光された光の第1の部分が発光ナノ結晶によってダウンコンバートされ、LEDから発光された光の第2の部分と発光ナノ結晶からダウンコンバートされた光が光ガイドから放出される。   In other embodiments, the invention provides an LED, a hermetically sealed container comprising a plurality of light emitting nanocrystals optically coupled to the LED, and light optically coupled to the hermetically sealed container. A light emitting diode (LED) device including a guide is provided. Suitably, the first portion of light emitted from the LED is downconverted by the light emitting nanocrystal, and the second portion of light emitted from the LED and the light downconverted from the light emitting nanocrystal is emitted from the light guide. Is done.

例示的な実施形態では、LEDは青色光を発光する。適当には、LEDから発光された青色光の第1の部分が発光ナノ結晶によって緑色光および赤色光にダウンコンバートされる。適当には青色光の第2の部分、緑色光、および赤色光が組み合わされて白色光を生じる。   In the exemplary embodiment, the LED emits blue light. Suitably, a first portion of the blue light emitted from the LED is downconverted to green and red light by the luminescent nanocrystals. Suitably the second portion of blue light, green light and red light are combined to produce white light.

例示的な気密封止された容器は、約100μm〜約1mmのうちの少なくとも1つの寸法を有するガラス毛管などのプラスチックまたはガラス容器を含む。適当には、発光ナノ結晶は、CdSeまたはZnSを含み、CdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdSまたはCdTe/ZnSを含むコア/シェルナノ結晶とすることができる。発光ナノ結晶は、ポリマーマトリックス中に分散することができる。適当な実施形態では、気密封止された容器は、LEDから間隔をおいて配置される。実施形態では、本発明のLEDデバイスは白色光LEDデバイスである。   Exemplary hermetically sealed containers include plastic or glass containers such as glass capillaries having at least one dimension between about 100 μm and about 1 mm. Suitably, the luminescent nanocrystal comprises CdSe or ZnS and may be a core / shell nanocrystal comprising CdSe / ZnS, InP / ZnS, PbSe / PbS, CdSe / CdS, CdTe / CdS or CdTe / ZnS. The luminescent nanocrystals can be dispersed in a polymer matrix. In a suitable embodiment, the hermetically sealed container is spaced from the LED. In an embodiment, the LED device of the present invention is a white light LED device.

本発明はさらに、本明細書で説明されるディスプレイと複数のLEDデバイスとを含むディスプレイシステムを提供する。適当には、ディスプレイは、光ガイドを少なくとも部分的に取り囲む。LEDから放出された光の第1の部分が発光ナノ結晶によってダウンコンバートされ、LEDから放出された光の第2の部分と発光ナノ結晶からダウンコンバートされた光が光ガイドから放出され、ディスプレイ上に表示される。例示的な実施形態では、気密封止された容器が少なくとも2つのLEDに光学的に結合される。   The present invention further provides a display system that includes the display described herein and a plurality of LED devices. Suitably, the display at least partially surrounds the light guide. A first portion of light emitted from the LED is down-converted by the luminescent nanocrystal, and a second portion of light emitted from the LED and the light down-converted from the luminescent nanocrystal is emitted from the light guide on the display Is displayed. In an exemplary embodiment, a hermetically sealed container is optically coupled to at least two LEDs.

他の実施形態では、本発明は、コンポジット材料を提供する。コンポジット材料は、第1の組成を有する第1のポリマー材料を含む。コンポジットはさらに、第2の組成を有する第2のポリマー材料と、第2のポリマー材料中に分散される複数の発光ナノ結晶とを含む。第2のポリマー材料は第1のポリマー材料中に分散される。   In another embodiment, the present invention provides a composite material. The composite material includes a first polymeric material having a first composition. The composite further includes a second polymeric material having a second composition and a plurality of luminescent nanocrystals dispersed in the second polymeric material. The second polymeric material is dispersed in the first polymeric material.

適当には、第1のポリマー材料がエポキシまたはポリカーボネートを含み、第2のポリマー材料がアミノシリコーンを含む。実施形態では、発光ナノ結晶が緑色光および/または赤色光を放出する。適当には、発光ナノ結晶は、CdSeまたはZnSを含み、あるいは、CdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdSまたはCdTe/ZnSを含むコア/シェル発光ナノ結晶とすることができる。他の実施形態では、コンポジットは、コンポジットを気密封止するSiO2、TiO2またはAlO2の無機層を含む。適当には、コンポジットは、青色LED波長において約0.5〜約0.9の光学密度(例えば約0.8)と約50μm〜約200μm(例えば約100μm)の経路長を有する。 Suitably, the first polymeric material comprises epoxy or polycarbonate and the second polymeric material comprises aminosilicone. In embodiments, the luminescent nanocrystals emit green light and / or red light. Suitably, the luminescent nanocrystal comprises CdSe or ZnS or is a core / shell luminescent nanocrystal comprising CdSe / ZnS, InP / ZnS, PbSe / PbS, CdSe / CdS, CdTe / CdS or CdTe / ZnS. be able to. In other embodiments, the composite includes an inorganic layer of SiO 2 , TiO 2, or AlO 2 that hermetically seals the composite. Suitably, the composite has an optical density of about 0.5 to about 0.9 (eg about 0.8) and a path length of about 50 μm to about 200 μm (eg about 100 μm) at the blue LED wavelength.

本発明はさらに、発光ナノ結晶コンポジット材料を調製する方法を提供する。この方法は、適当には、複数の発光ナノ結晶を第1のポリマー材料中に分散させて発光ナノ結晶と第1のポリマー材料との混合物を形成するステップを含む。混合物が硬化され、硬化された混合物から微粒子が生じる。微粒子が第2のポリマー材料中に分散されてコンポジット材料が生じる。適当には、硬化の前に混合物に架橋剤が添加される。例示的な実施形態では、硬化された混合物をボールミル粉砕することによって微粒子が生じる。コンポジットをフィルムにすることができる。   The present invention further provides a method of preparing a luminescent nanocrystalline composite material. The method suitably includes the step of dispersing a plurality of luminescent nanocrystals in the first polymeric material to form a mixture of luminescent nanocrystals and the first polymeric material. The mixture is cured and fine particles are generated from the cured mixture. The fine particles are dispersed in the second polymeric material to produce a composite material. Suitably, a crosslinking agent is added to the mixture prior to curing. In an exemplary embodiment, fine particles are produced by ball milling the cured mixture. The composite can be a film.

他の実施形態では、本発明は、発光ダイオード(LED)デバイスを提供する。LEDデバイスは、LEDと、LEDに光学的に結合される光ガイドと、光ガイド内の領域に分散される複数の発光ナノ結晶であり、該領域が光ガイドの長さに沿って延びる、複数の発光ナノ結晶とを含む。LEDから放出された光は、ナノ結晶によってダウンコンバートされ、光ガイドの表面を出る。適当には、発光ナノ結晶が青色、緑色および赤色光を放出し、LEDが紫外光を発光する。青色、赤色および緑色光が組み合わされて白色光を生じる。   In another embodiment, the present invention provides a light emitting diode (LED) device. The LED device is an LED, a light guide optically coupled to the LED, and a plurality of light emitting nanocrystals dispersed in regions within the light guide, the regions extending along the length of the light guide Luminescent nanocrystals. The light emitted from the LED is down-converted by the nanocrystal and exits the surface of the light guide. Suitably, the luminescent nanocrystals emit blue, green and red light and the LED emits ultraviolet light. Blue, red and green light combine to produce white light.

他の実施形態では、LEDから放出された光の第1の部分がナノ結晶によってダウンコンバートされ、LEDから放出された光の第2の部分とダウンコンバートされた光が光ガイドの表面を出る。適当には、LEDが青色光を発光する。LEDから放出された青色光の第1の部分が発光ナノ結晶によって緑色光および赤色光にダウンコンバートされ、適当には青色光の第2の部分、緑色光、および赤色光が組み合わされて白色光を生じる。   In other embodiments, a first portion of light emitted from the LED is down-converted by the nanocrystal, and a second portion of light emitted from the LED and the down-converted light exits the surface of the light guide. Suitably, the LED emits blue light. The first part of the blue light emitted from the LED is down-converted to green and red light by the light emitting nanocrystals, suitably the second part of the blue light, the green light and the red light are combined into white light Produce.

LEDデバイスで使用される例示的なナノ結晶は、CdSeまたはZnSを含み、CdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdSまたはCdTe/ZnSを含むコア/シェルナノ結晶とすることができる。   Exemplary nanocrystals used in LED devices include CdSe or ZnS, core / shell nanocrystals including CdSe / ZnS, InP / ZnS, PbSe / PbS, CdSe / CdS, CdTe / CdS or CdTe / ZnS. be able to.

適当には、光ガイドは1つまたは複数の反射器を含む。光ガイドにおける領域は、適当には発光ナノ結晶の層である。例示的な実施形態では、領域の厚さが、光ガイドの長さに沿って変化し、適当にはLEDから光ガイドの長さに沿って(例えば直線的に)増加する。例示的な実施形態では、LEDデバイスは白色光LEDデバイスである。本発明はさらに、LEDデバイスを含むディスプレイを提供する。   Suitably, the light guide includes one or more reflectors. The region in the light guide is suitably a layer of luminescent nanocrystals. In an exemplary embodiment, the thickness of the region varies along the length of the light guide, suitably increasing from the LED along the length of the light guide (eg, linearly). In an exemplary embodiment, the LED device is a white light LED device. The present invention further provides a display including an LED device.

本発明の追加の特徴および利点は以下の説明に記載されており、それらの一部は以下の説明から明白であり、または他の部分は本発明の実施によって学ぶことができる。本発明の利点は、この構造によって実現され、達成され、本明細書の説明文および特許請求の範囲、ならびに添付図面に具体的に示される。   Additional features and advantages of the invention will be set forth in the description which follows, and in part will be apparent from the description, or others may be learned by practice of the invention. The advantages of the invention will be realized and attained by the structure and particularly pointed out in the written description and claims hereof as well as the appended drawings.

以上のおおまかな説明および以下の詳細な説明はともに例示的かつ説明的であり、特許請求の範囲に記載された発明の追加の説明を提供することが意図されていることが理解されるべきである。   It should be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory, and are intended to provide additional explanation of the claimed invention. is there.

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付図面は本発明を図解するものであり、また、本明細書の説明とともに、本発明の原理を説明し、当業者が本発明を実施および使用することを可能にするのに役立つ。   The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate the present invention, and together with the description, explain the principles of the invention and allow those skilled in the art to understand the invention. Helps to implement and use.

図1は、本発明の一実施形態に基づく気密封止された発光ナノ結晶組成物を示す図である。FIG. 1 illustrates a hermetically sealed luminescent nanocrystal composition according to an embodiment of the present invention. 図2は、発光ナノ結晶を含む容器を気密封止する本発明の一実施形態に基づく方法を示す図である。FIG. 2 illustrates a method according to an embodiment of the present invention for hermetically sealing a container containing luminescent nanocrystals. 図3は、個別に封止された組成物を含む、本発明の一実施形態に基づく気密封止された発光ナノ結晶組成物を示す図である。FIG. 3 illustrates a hermetically sealed luminescent nanocrystal composition according to an embodiment of the present invention that includes a separately sealed composition. 図4は、発光ナノ結晶を含む、本発明の一実施形態に基づく気密封止された容器を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a hermetically sealed container according to an embodiment of the present invention comprising luminescent nanocrystals. 図5は、マイクロレンズをさらに含む、本発明の一実施形態に基づく気密封止された組成物を示す図である。FIG. 5 illustrates a hermetically sealed composition according to an embodiment of the present invention further comprising a microlens. 図6A〜6Cは、光集束装置をさらに含む、本発明の一実施形態に基づく気密封止された組成物を示す図である。6A-6C illustrate a hermetically sealed composition according to an embodiment of the present invention further comprising a light focusing device. 図7Aは、本発明の一実施形態に基づくLEDデバイスを示す図である。FIG. 7A is a diagram illustrating an LED device according to an embodiment of the present invention. 図7Bは、本発明のLEDデバイスからの光のダウンコンバージョンを示す図である。FIG. 7B is a diagram showing light down-conversion from the LED device of the present invention. 図8A〜8Cは、本発明のLEDデバイスの変形を示す図である。8A to 8C are diagrams showing a modification of the LED device of the present invention. 図9は、反射器を含む本発明のLEDデバイスを示す図である。FIG. 9 shows an LED device of the present invention including a reflector. 図10A〜10Bは、本発明の実施形態に基づく気密封止された毛管を示す図である。FIGS. 10A-10B illustrate a hermetically sealed capillary according to an embodiment of the present invention. 図11は、本発明の実施形態に基づくディスプレイデバイスを示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a display device according to an embodiment of the present invention. 図12は、本発明の実施形態に基づく発光ナノ結晶コンポジット材料を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a luminescent nanocrystal composite material according to an embodiment of the present invention. 図13は、本発明の実施形態に基づく発光ナノ結晶コンポジット材料を調製する方法の流れ図を示す図である。FIG. 13 is a flow diagram of a method for preparing a luminescent nanocrystalline composite material according to an embodiment of the present invention. 図14は、本発明の実施形態に基づくナノ結晶の領域を有する光ガイドを含むLEDデバイスを示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating an LED device including a light guide having a region of nanocrystals according to an embodiment of the present invention. 図15A〜15Cは、ナノ結晶の領域を有する光ガイドを含むLEDデバイスの光強度出力を示す図である。15A-15C are diagrams illustrating the light intensity output of an LED device that includes a light guide having nanocrystalline regions. 図16A〜16Cは、厚さが増加するナノ結晶の領域を有する光ガイドを含むLEDデバイスの光強度出力を示す図である。16A-16C are diagrams illustrating the light intensity output of an LED device that includes a light guide having nanocrystalline regions of increasing thickness.

次に、添付図面を参照して本発明を説明する。添付図面では、同様の参照符号が、同一の要素または機能的に類似した要素を指示する。   Next, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, like reference numbers indicate identical or functionally similar elements.

本明細書に示され、記載された特定の実施態様は本発明の例であり、それらの実施態様は、いかなる形であれ本発明の範囲を限定することは意図されていないことが理解されるべきである。事実、簡潔にするため、従来のエレクトロニクス、製造、半導体デバイス、ならびにナノ結晶、ナノワイヤ(NW)、ナノロッド、ナノチューブおよびナノリボン技術、ならびにシステムの他の機能態様(およびシステムの個々のオペレーティング構成要素の構成要素)は、本明細書では詳細に説明されないことがある。   It is understood that the specific embodiments shown and described herein are examples of the present invention and that these embodiments are not intended to limit the scope of the invention in any way. Should. In fact, for simplicity, conventional electronics, manufacturing, semiconductor devices, and nanocrystal, nanowire (NW), nanorod, nanotube and nanoribbon technologies, and other functional aspects of the system (and the configuration of the individual operating components of the system) Element) may not be described in detail herein.

本発明は、発光ナノ結晶を含むナノ結晶を含むさまざまな組成物を提供する。吸収特性、放出特性および屈折率特性を含む発光ナノ結晶のさまざまな特性を、さまざまな用途に対して調整および調節することができる。本明細書で使用されているとおり、用語「ナノ結晶」は、実質的に単結晶であるナノ構造物を指す。ナノ結晶は、約500nm未満から約1nm未満程度までの寸法を有する少なくとも1つの領域または特性寸法を有する。本明細書で使用されているとおり、数値に言及するときに「約」は、明示された値の±10%の値を意味する(例えば「約100nm」は90nm以上110nm以下のサイズ範囲を包含する)。用語「ナノ結晶」、「ナノドット」、「ドット」および「量子ドット」が同様の構造物を表すことは当業者によって直ちに理解され、本明細書ではこれらの用語が相互に交換可能に使用される。本発明はさらに、多結晶または非晶質ナノ結晶の使用を包含する。本明細書で使用されているとおり、用語「ナノ結晶」はさらに「発光ナノ結晶」を包含する。本明細書で使用されているとおり、用語「発光ナノ結晶」は、外部エネルギー源(適当には光)によって励起されたときに光を放出するナノ結晶を意味する。ナノ結晶の気密封止を説明するときに本明細書で使用されているとおり、適当な実施形態においては、ナノ結晶が発光ナノ結晶であることが理解されるべきである。   The present invention provides various compositions comprising nanocrystals, including luminescent nanocrystals. Various properties of the luminescent nanocrystals, including absorption properties, emission properties and refractive index properties can be adjusted and adjusted for different applications. As used herein, the term “nanocrystal” refers to a nanostructure that is substantially single crystal. The nanocrystal has at least one region or characteristic dimension having a dimension from less than about 500 nm to less than about 1 nm. As used herein, “about” when referring to a numerical value means a value that is ± 10% of the stated value (eg, “about 100 nm” includes a size range of 90 nm to 110 nm. To do). It will be readily appreciated by those skilled in the art that the terms “nanocrystal”, “nanodot”, “dot” and “quantum dot” represent similar structures, and these terms are used interchangeably herein. . The invention further encompasses the use of polycrystalline or amorphous nanocrystals. As used herein, the term “nanocrystal” further encompasses “luminescent nanocrystals”. As used herein, the term “luminescent nanocrystal” means a nanocrystal that emits light when excited by an external energy source (suitably light). As used herein when describing hermetic sealing of nanocrystals, it should be understood that in suitable embodiments, the nanocrystals are luminescent nanocrystals.

一般に、上記の特性寸法の領域は構造物の最も小さな軸に沿う。ナノ結晶の材料特性は実質的に均一であることができ、または、ある種の実施形態では不均一であることができる。ナノ結晶の光学特性は、その粒径、化学または表面組成によって決定されうる。発光ナノ結晶のサイズを、約1nmから約15nmの範囲に調整することができることは、全光スペクトル内の光放出範囲が、演色における大きな融通性(versatility)を提供することを可能にする。粒子カプセル化は、化学およびUV劣化作用因子に対するロバストネスを提供する。   In general, the above characteristic dimension region is along the smallest axis of the structure. The material properties of the nanocrystals can be substantially uniform, or can be non-uniform in certain embodiments. The optical properties of nanocrystals can be determined by their particle size, chemistry or surface composition. The ability to adjust the size of the luminescent nanocrystals to a range of about 1 nm to about 15 nm allows the light emission range within the entire light spectrum to provide great versatility in color rendering. Particle encapsulation provides robustness against chemical and UV degradation agents.

発光ナノ結晶を含む、本発明で使用されるナノ結晶は、当業者に知られている任意の方法を使用して製造することができる。適当な方法および例示的なナノ結晶が、2005年1月13日に出願された米国特許出願第11/034,216号、2004年3月10日に出願された米国特許出願第10/796,832号、米国特許第6,949,206号、および2004年6月8日に出願された米国特許仮出願第60/578,236号に記載されている。これらの文献の開示はそれぞれ、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。本発明で使用されるナノ結晶は、無機材料、より適当には無機導体または半導体材料を含む、適当な任意の材料から製造することができる。適当な半導体材料は、米国特許出願第10/796,832号に開示された材料を含み、II−VI族、III−V族、IV−VI族およびIV族半導体を含む任意のタイプの半導体を含む。適当な半導体材料は、限定はされないが、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、C(ダイヤモンドを含む)、P、BN、BP、BAs、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、BeS、BeSe、BeTe、MgS、MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、Si34、Ge34、Al23、(Al,Ga,In)2(S,Se,Te)3、Al2CO、および2種以上の該半導体の適当な組合せを含む。 Nanocrystals used in the present invention, including luminescent nanocrystals, can be produced using any method known to those skilled in the art. Suitable methods and exemplary nanocrystals are described in US patent application Ser. No. 11 / 034,216, filed Jan. 13, 2005, US patent application Ser. No. 10/796, filed Mar. 10, 2004. No. 832, US Pat. No. 6,949,206, and US Provisional Application No. 60 / 578,236, filed Jun. 8, 2004. The disclosures of each of these documents are each hereby incorporated by reference in their entirety. The nanocrystals used in the present invention can be made from any suitable material, including inorganic materials, more suitably inorganic conductors or semiconductor materials. Suitable semiconductor materials include those disclosed in US patent application Ser. No. 10 / 796,832, including any type of semiconductor including II-VI, III-V, IV-VI and IV semiconductors. Including. Suitable semiconductor materials include, but are not limited to, Si, Ge, Sn, Se, Te, B, C (including diamond), P, BN, BP, BAs, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, BeS, BeSe, BeTe, MgS, MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuF, CuCl, CuBr, CuI, Si 3 N 4 , Ge 3 N 4 , Al 2 O 3 , (Al, Ga, In) 2 (S, Se, Te) 3, Al 2 CO, and Including species or more of said semiconductor suitable combination.

ある種の態様では、半導体ナノ結晶が、p型ドーパントまたはn型ドーパントからなるグループからのドーパントを含むことができる。本発明において有用なナノ結晶はさらにII−VIまたはIII−V半導体を含むことができる。II−VIまたはIII−V半導体ナノ結晶の例は、Zn、Cd、Hgなどの周期表のII族の元素と、S、Se、Te、PoなどのVI族の任意の元素との任意の組合せ、ならびにB、Al、Ga、In、Tlなどの周期表のIII族の元素と、N、P、As、Sb、BiなどのV族の任意の元素との任意の組合せを含む。   In certain embodiments, the semiconductor nanocrystal can include a dopant from the group consisting of a p-type dopant or an n-type dopant. Nanocrystals useful in the present invention can further comprise II-VI or III-V semiconductors. Examples of II-VI or III-V semiconductor nanocrystals are any combination of Group II elements of the periodic table such as Zn, Cd, Hg and any Group VI element such as S, Se, Te, Po And any combination of Group III elements of the Periodic Table such as B, Al, Ga, In, Tl and any Group V element such as N, P, As, Sb, Bi.

発光ナノ結晶を含む、本発明において有用なナノ結晶はさらに、全体を通じて説明したようにナノ結晶の表面に共役し、配位し、会合し、または堆積したリガンドを含むことができる。適当なリガンドは、米国特許出願第11/034,216号、米国特許出願第10/656,910号および米国特許仮出願第60/578,236号に開示されたものを含む、当業者に知られている任意のリガンド群を含む。これらの文献の開示はそれぞれ、参照によって本明細書に組み込まれる。このようなリガンドの使用によって、ポリマーを含むさまざまな溶媒およびマトリックス中に混和するナノ結晶の能力を強化することができる。さまざまな溶媒およびマトリックス中におけるナノ結晶の混和性(すなわち分離せずに混合される能力)を増大させることは、ナノ結晶が互いに凝集せず、したがって光を散乱させないように、ナノ結晶をポリマー組成物全体に分布させることを可能にする。このようなリガンドは、本明細書では「混和性強化」リガンドと記述される。   Nanocrystals useful in the present invention, including luminescent nanocrystals, can further include ligands conjugated, coordinated, associated, or deposited to the surface of the nanocrystal as described throughout. Suitable ligands are known to those skilled in the art, including those disclosed in U.S. Patent Application No. 11 / 034,216, U.S. Patent Application No. 10 / 656,910 and U.S. Provisional Application No. 60 / 578,236. Any ligand group that has been identified. The disclosures of each of these documents are each incorporated herein by reference. The use of such ligands can enhance the ability of nanocrystals to be incorporated into various solvents and matrices including polymers. Increasing the miscibility of nanocrystals in various solvents and matrices (ie, the ability to be mixed without separation) makes the nanocrystals a polymer composition so that the nanocrystals do not aggregate together and therefore do not scatter light. Allows distribution throughout the object. Such ligands are described herein as “miscibility enhancing” ligands.

本明細書で使用されているとおり、用語ナノコンポジットは、その中に分配されまたは埋め込まれたナノ結晶を含むマトリックス材料を指す。適当なマトリックス材料は、ポリマー材料、有機および無機酸化物を含む、当業者に知られている任意の材料でありうる。本発明のナノコンポジットは、本明細書に記載された層、カプセル材料、コーティングまたはフィルムとすることができる。層、ポリマー層、マトリックスまたはナノコンポジットに言及した本発明の実施形態では、これらの用語が相互に交換可能に使用されること、およびこれらの用語に言及して記述された実施形態は、1つのタイプのナノコンポジットには限定されず、本明細書に記載されたまたは当技術分野で知られている任意のマトリックス材料または層を包含することが理解されるべきである。   As used herein, the term nanocomposite refers to a matrix material comprising nanocrystals distributed or embedded therein. Suitable matrix materials can be any material known to those skilled in the art including polymeric materials, organic and inorganic oxides. The nanocomposites of the present invention can be a layer, encapsulant, coating or film as described herein. In embodiments of the invention referring to layers, polymer layers, matrices or nanocomposites, these terms are used interchangeably and the embodiments described with reference to these terms are It should be understood that it is not limited to a type of nanocomposite and encompasses any matrix material or layer described herein or known in the art.

(例えば米国特許出願第11/034,216号に開示されているような)ダウンコンバーティングナノコンポジットは、特定の波長の光を吸収し、次いで第2の波長で発光するように調整された発光ナノ結晶の放出特性を利用し、それによって活性源(例えばLED)の性能および効率を強化する。上で論じたとおり、このようなダウンコンバージョン用途および他のフィルタリングまたはコーティング用途における発光ナノ結晶の使用はしばしば、ナノ結晶を、高温、高強度光(例えばLED源)、外部ガスおよび水分にさらす。これらの条件にさらされることが、ナノ結晶の効率を低下させ、それによって有効製品寿命を短縮することがある。この問題を解決するため、本発明は、発光ナノ結晶を気密封止する方法、ならびに発光ナノ結晶を含む気密封止された容器および組成物を提供する。   Downconverting nanocomposites (e.g., as disclosed in US patent application Ser. No. 11 / 034,216) emit light that is tuned to absorb light of a particular wavelength and then emit light at a second wavelength. Utilizing the release characteristics of the nanocrystals, thereby enhancing the performance and efficiency of the active source (eg, LED). As discussed above, the use of luminescent nanocrystals in such down-conversion and other filtering or coating applications often exposes the nanocrystals to high temperatures, high intensity light (eg, LED sources), external gases and moisture. Exposure to these conditions can reduce the efficiency of the nanocrystals and thereby shorten the effective product life. To solve this problem, the present invention provides a method for hermetically sealing luminescent nanocrystals, as well as hermetically sealed containers and compositions comprising luminescent nanocrystals.

発光ナノ結晶蛍りん光体
ナノ結晶蛍りん光体を製造するためには、当業者に知られている任意の方法を使用することができるが、適当には、無機ナノ材料蛍りん光体の制御された成長のための溶液相コロイド法が使用される。Alivisatos, A.P.、「Semiconductor clusters, nanocrystals, and quantum dots」、Science、271巻:933頁(1996年)、X. Peng, M. Schlamp、A. Kadavanich、A.P. Alivisatos、「Epitaxial growth of highly luminescent CdSe/CdS Core/Shell nanocrystals with photostability and electronic accessibility」、J. Am. Chem. Soc.、30巻:7019〜7029頁(1997年)、およびC. B. Murray、D.J. Norris、M.G. Bawendi、「Synthesis and characterization of nearly monodisperse CdE (E = sulfur, selenium, tellurium) semiconductor nanocrystallites」、J. Am. Chem. Soc.、115巻:8706頁(1993年)を参照されたい。これらの文献の開示はその全体が参照によって本明細書に組み込まれる。この製造工程技術は、クリーンルームおよび高価な製造機器が必要ない低コスト加工性を後押しする。これらの方法では、高温で熱分解を受ける金属前駆体が、有機界面活性剤分子の熱溶液中に急速に注入される。これらの前駆体は高温で分解し、反応して、ナノ結晶の核を生成する。この最初の核生成段階の後、成長中の結晶に単量体を追加することによって成長段階が始まる。その結果は、有機界面活性剤分子が表面を覆った溶液中の独立した結晶性ナノ粒子である。
Light emitting nanocrystalline phosphors Any method known to those skilled in the art can be used to produce nanocrystalline phosphors, suitably suitable for inorganic nanomaterial phosphors. Solution phase colloidal methods for controlled growth are used. Alivisatos, A.D. P. "Semiconductor clusters, nanocrystals, and quantum dots", Science, 271: 933 (1996), X. Peng, M.M. Schlamp, A.M. Kadavanich, A.M. P. Alivitas, “Epitaxial growth of high luminance CdSe / CdS Core / Shell nanocrystals with photoaccessibility and electronic accessibility”, J. Am. Am. Chem. Soc. 30: 7019-7029 (1997), and C.I. B. Murray, D.M. J. et al. Norris, M.M. G. Bawendi, “Synthesis and characterization of nearly monodisperse CdE (E = sulfur, selenium, tellurium) semiconductor nanocrystals”, J. Am. Am. Chem. Soc. 115: 8706 (1993). The disclosures of these documents are hereby incorporated by reference in their entirety. This manufacturing process technology boosts low-cost processability that does not require clean rooms and expensive manufacturing equipment. In these methods, a metal precursor that undergoes thermal decomposition at high temperatures is rapidly injected into a hot solution of organic surfactant molecules. These precursors decompose at high temperatures and react to produce nanocrystalline nuclei. After this initial nucleation phase, the growth phase begins by adding monomer to the growing crystal. The result is independent crystalline nanoparticles in solution with organic surfactant molecules covering the surface.

この方法を利用すると、数秒間にわたって起こる最初の核生成事象、およびそれに続く数分間の高温での結晶成長として、合成が起こる。反応の性質および進行を変化させるため、温度、存在する界面活性剤のタイプ、前駆体材料、界面活性剤と単量体の比などのパラメータを変更することができる。温度は、核生成事象の構造段階、前駆体の分解速度および成長速度を制御する。有機界面活性剤分子は、溶解度とナノ結晶の形状制御の両方に関与する。界面活性剤と単量体の比、界面活性剤相互間の比、単量体相互間の比および個々の単量体の濃度は、成長の速度論に強く影響する。   Using this method, synthesis occurs as the first nucleation event that takes place over a few seconds, followed by crystal growth at a high temperature for a few minutes. In order to change the nature and progress of the reaction, parameters such as temperature, type of surfactant present, precursor material, surfactant to monomer ratio, etc. can be varied. The temperature controls the structural stage of the nucleation event, the precursor decomposition rate and the growth rate. Organic surfactant molecules are involved in both solubility and nanocrystal shape control. The ratio of surfactant to monomer, the ratio between surfactants, the ratio between monomers and the concentration of individual monomers strongly influence the growth kinetics.

適当な実施形態では、CdSeが、ナノ結晶材料として、一例では可視光ダウンコンバージョン用のナノ結晶材料として使用される。これは、この材料の合成が比較的に成熟しているためである。汎用界面化学の使用によって、カドミウムを含まないナノ結晶を代わりに使用することも可能である。   In a suitable embodiment, CdSe is used as a nanocrystalline material, in one example as a nanocrystalline material for visible light downconversion. This is because the synthesis of this material is relatively mature. By using universal surface chemistry, nanocrystals that do not contain cadmium can be used instead.

コア/シェル発光ナノ結晶
半導体ナノ結晶では、光誘導放出が、ナノ結晶のバンドエッジ状態から起こる。発光ナノ結晶からのバンドエッジ放出は、表面電子状態から生じる放射性および非放射性の崩壊チャネルと競合する。X. Pengら、J. Am. Chem. Soc.、30巻:7019〜7029(1997年)。その結果、ダングリングボンドなどの表面欠陥の存在が無放射性再結合中心を提供し、放出効率の低下に寄与する。この表面トラップ状態を不活性化し、除去する効率的で永続的な1つの方法が、ナノ結晶の表面に無機シェル(shell)材料をエピタキシャル成長させる方法である。X. Pengら、J. Am. Chem. Soc.、30巻:7019〜7029(1997年)。シェル材料は、電子準位がコア(core)材料に対してI型であるように(例えば電子および正孔をコアに局在化させる潜在的なステップを提供するためより大きなバンドギャップを有するように)選択することができる。その結果、無放射性再結合の確率を低下させることができる。
In core / shell luminescent nanocrystalline semiconductor nanocrystals, light-induced emission occurs from the band edge state of the nanocrystal. Band edge emission from luminescent nanocrystals competes with radioactive and non-radiative decay channels resulting from surface electronic states. X. Peng et al. Am. Chem. Soc. 30: 7019-7029 (1997). As a result, the presence of surface defects such as dangling bonds provides non-radiative recombination centers and contributes to a decrease in emission efficiency. One efficient and permanent way to deactivate and remove this surface trap state is to epitaxially grow an inorganic shell material on the surface of the nanocrystal. X. Peng et al. Am. Chem. Soc. 30: 7019-7029 (1997). The shell material has a larger bandgap so as to provide a potential step to localize electrons and holes to the core such that the electron level is type I with respect to the core material. Can choose). As a result, the probability of nonradioactive recombination can be reduced.

コア−シェル構造物は、シェル材料を含む有機金属前駆体を、コアナノ結晶を含む反応混合物に加えることによって得られる。この場合には、核生成事象に続いて成長が起こるのではなく、コアが核の働きをし、コアの表面からシェルが成長する。コア表面へのシェル材料単量体の付加を促進し、シェル材料のナノ結晶の独立した核生成を防ぐため、反応温度は低く維持される。シェル材料の制御された成長を誘導し、溶解性を保証するため、反応混合物中に界面活性剤が存在する。均一なエピタキシャル成長シェルは、これらの2つの材料間に低い格子不整合が存在するときに得られる。   The core-shell structure is obtained by adding an organometallic precursor containing a shell material to a reaction mixture containing a core nanocrystal. In this case, growth does not occur following the nucleation event, but the core acts as a nucleus and the shell grows from the surface of the core. The reaction temperature is kept low to promote the addition of shell material monomer to the core surface and prevent independent nucleation of the shell material nanocrystals. A surfactant is present in the reaction mixture to induce controlled growth of the shell material and ensure solubility. A uniform epitaxial growth shell is obtained when there is a low lattice mismatch between these two materials.

コア−シェル発光ナノ結晶を調製するための例示的な材料は、限定はされないが、Si、Ge、Sn、Se、Te、B、C(ダイヤモンドを含む)、P、Co、Au、BN、BP、BAs、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、BeS、BeSe、BeTe、MgS、MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTe、CuF、CuCl、CuBr、CuI、Si34、Ge34、Al23、(Al,Ga,In)2(S,Se,Te)3、Al2CO、および2種以上の該材料の適当な組合せを含む。本発明の実施に際して使用される例示的なコア−シェル発光ナノ結晶は、限定はされないが、(コア/シェルとして)CdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdS、CdTe/ZnSおよびその他を含む。 Exemplary materials for preparing core-shell luminescent nanocrystals include, but are not limited to, Si, Ge, Sn, Se, Te, B, C (including diamond), P, Co, Au, BN, BP , BAs, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe , CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, BeS, BeSe, BeTe, MgS, MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuBCu, , Si 3 N 4, Ge 3 N 4, Al 2 O 3, (Al, Ga, n) 2 (S, Se, Te) 3, Al 2 CO, and a suitable combination of two or more of the material. Exemplary core-shell luminescent nanocrystals used in the practice of the present invention include, but are not limited to, CdSe / ZnS, InP / ZnS, PbSe / PbS, CdSe / CdS, CdTe / CdS, (as core / shell), Including CdTe / ZnS and others.

気密封止された発光ナノ結晶組成物および発光ナノ結晶を含む容器
一実施形態では、本発明は、複数の発光ナノ結晶を含む組成物を気密封止する方法を提供する。適当にはこの方法は、発光ナノ結晶を封止するために組成物上にバリア層を配置することを含む。全体を通じて論じたとおり、用語「気密」、「気密封止」および「気密封止された」は、全体を通じて、容器を通過しまたは組成物内に浸透し、かつ/あるいは発光ナノ結晶と接触するガス(例えば空気)または水分の量が、ナノ結晶の性能(例えばルミネセンス)に実質的に作用しないレベルまで低減されるような態様で、組成物、容器および/または発光ナノ結晶が調製されたことを示すために使用される。したがって、「気密封止された組成物」、例えば発光ナノ結晶を含む気密封止された組成物は、ある量の空気(あるいは他のガス、液体または水分)が組成物内に浸透し、発光ナノ結晶と接触して、その結果、ナノ結晶の性能(例えばルミネセンス)が実質的に作用または影響を受ける(例えば低下する)ことを許さない組成物である。
In one embodiment of a hermetically sealed luminescent nanocrystal composition and a container comprising a luminescent nanocrystal, the present invention provides a method of hermetically sealing a composition comprising a plurality of luminescent nanocrystals. Suitably the method includes disposing a barrier layer on the composition to encapsulate the luminescent nanocrystal. As discussed throughout, the terms “hermetic”, “hermetic” and “hermetic” pass throughout the container or penetrate into the composition and / or contact the luminescent nanocrystals. Compositions, containers, and / or luminescent nanocrystals were prepared in such a manner that the amount of gas (eg, air) or moisture was reduced to a level that did not substantially affect the performance (eg, luminescence) of the nanocrystals. Used to indicate that Thus, a “hermetically sealed composition”, eg, a hermetically sealed composition containing luminescent nanocrystals, allows a certain amount of air (or other gas, liquid or moisture) to penetrate into the composition and emit light. A composition that does not allow contact with the nanocrystal and, as a result, the performance (eg, luminescence) of the nanocrystal is not substantially affected or affected (eg, reduced).

全体を通じて使用されているとおり、複数の発光ナノ結晶は2つ以上のナノ結晶(すなわち2、3、4、5、10、100、1,000、1,000,000などのナノ結晶)を意味する。適当には、組成物が、同じ組成を有する発光ナノ結晶を含むが、他の実施形態では、複数の発光ナノ結晶が異なるさまざまな組成であることができる。例えば、発光ナノ結晶が全て同じ波長で発光することができ、または、他の実施形態では、組成物が、異なる波長で発光する発光ナノ結晶を含むことができる。   As used throughout, a plurality of luminescent nanocrystals means two or more nanocrystals (ie nanocrystals of 2, 3, 4, 5, 10, 100, 1,000, 1,000,000, etc.) To do. Suitably, the composition comprises luminescent nanocrystals having the same composition, but in other embodiments, the plurality of luminescent nanocrystals can be of various different compositions. For example, the luminescent nanocrystals can all emit at the same wavelength, or in other embodiments, the composition can include luminescent nanocrystals that emit at different wavelengths.

図1に示されているように、一実施形態では、本発明は、複数の発光ナノ結晶104を含む組成物100を提供する。本発明の組成物においては、全体を通じて説明したナノ結晶、および当技術分野で知られている他のナノ結晶、例えば米国特許出願第11/034,216号に開示されたナノ結晶を含む、任意のナノ結晶を調製することができる。   As shown in FIG. 1, in one embodiment, the present invention provides a composition 100 that includes a plurality of luminescent nanocrystals 104. Compositions of the present invention include any nanocrystals described throughout, and other nanocrystals known in the art, such as those disclosed in US patent application Ser. No. 11 / 034,216. Nanocrystals can be prepared.

適当な実施形態では、組成物100が、マトリックス102全体に分散した複数の発光ナノ結晶104を含む。全体を通じて使用されているとおり、分散は、ナノ結晶の一様な(すなわち実質的に均一な)分布/配置、および一様でない(すなわち実質的に不均一な)分布/配置を含む。本発明の組成物において使用される適当なマトリックスは、ポリマーならびに有機および無機酸化物を含む。本発明のマトリックスに使用される適当なポリマーは、このような目的に使用することができる当業者に知られた任意のポリマーを含む。適当な実施形態では、ポリマーが実質的に半透明または実質的に透明である。このようなポリマーは、限定はされないが、ポリ(ビニルブチラール);ポリ(酢酸ビニル);エポキシ樹脂;ウレタン;シリコーンならびに限定はされないがポリフェニルメチルシロキサン、ポリフェニルアルキルシロキサン、ポリジフェニルシロキサン、ポリジアルキルシロキサン、フッ化シリコーン、ビニルおよび水素化物置換シリコーンを含むシリコーン誘導体;限定はされないがメタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチルおよびメタクリル酸ラウリルを含む単量体から形成されたアクリルポリマーおよびコポリマー;スチレンベースのポリマー;ならびにジビニルベンゼンなどの2官能性単量体で架橋されたポリマーを含む。   In suitable embodiments, the composition 100 includes a plurality of luminescent nanocrystals 104 dispersed throughout the matrix 102. As used throughout, dispersion includes a uniform (ie, substantially uniform) distribution / arrangement of nanocrystals and a non-uniform (ie, substantially non-uniform) distribution / arrangement. Suitable matrices for use in the compositions of the present invention include polymers and organic and inorganic oxides. Suitable polymers for use in the matrix of the present invention include any polymer known to those skilled in the art that can be used for such purposes. In suitable embodiments, the polymer is substantially translucent or substantially transparent. Such polymers include, but are not limited to, poly (vinyl butyral); poly (vinyl acetate); epoxy resin; urethane; silicone and, without limitation, polyphenylmethylsiloxane, polyphenylalkylsiloxane, polydiphenylsiloxane, polydialkyl Silicone derivatives including siloxanes, fluorinated silicones, vinyl and hydride substituted silicones; acrylic polymers and copolymers formed from monomers including but not limited to methyl methacrylate, butyl methacrylate and lauryl methacrylate; styrene-based polymers As well as polymers crosslinked with bifunctional monomers such as divinylbenzene.

適当な任意の方法、例えば、ポリマーにナノ結晶を混入し、フィルムを注型する方法、ナノ結晶を単量体と混合し、それらを一緒に重合させる方法、ゾル−ゲルにナノ結晶を混入して酸化物を形成する方法、または当業者に知られている他の任意の方法を使用して、本発明において使用される発光ナノ結晶を、ポリマー(または他の適当な材料、例えばワックス、油)マトリックス中に埋め込むことができる。本明細書で使用されているとおり、用語「埋め込む」は、マトリックスの主成分を構成するポリマーに発光ナノ結晶が取り囲まれている、または包み込まれていることを示すために使用される。適当には、発光ナノ結晶がマトリックス全体に均一に分布するが、他の実施形態では、用途を特定した均一性分布関数(uniformity distribution function)に従って、発光ナノ結晶を分布させることができることに留意すべきである。   Any suitable method, for example, mixing nanocrystals into a polymer and casting a film, mixing nanocrystals with monomers and polymerizing them together, mixing nanocrystals into a sol-gel The luminescent nanocrystals used in the present invention can be converted to polymers (or other suitable materials such as waxes, oils, etc. using methods to form oxides or any other method known to those skilled in the art. ) Can be embedded in the matrix. As used herein, the term “embedding” is used to indicate that a luminescent nanocrystal is surrounded or encapsulated by a polymer that constitutes the major component of the matrix. Suitably, the luminescent nanocrystals are uniformly distributed throughout the matrix, although in other embodiments, the luminescent nanocrystals can be distributed according to an application-specific uniformity distribution function. Should.

スピンコーティング、スクリーン印刷などの当技術分野で知られている任意の方法によって、本発明の組成物の厚さを制御することができる。本発明の発光ナノ結晶組成物は、望ましい任意のサイズ、形状、構成および厚さであることができる。例えば、本発明の組成物は、層ならびに他の形状、例えば円板、球、立方体ないしブロック、管形などの形態をとることができる。本発明のさまざまな組成物は必要なまたは所望の任意の厚さであることができるが、適当には、組成物の厚さ(すなわち1次元)が約100mm程度から約1mm未満程度までである。他の実施形態では、本発明のポリマー層の厚さを数十から数百ミクロン程度とすることができる。発光ナノ結晶は、さまざまな組成物/マトリックスに、所望の機能のために適当な任意のローディング比で埋め込むことができる。適当には、発光ナノ結晶が、用途、マトリックスおよび使用されるナノ結晶のタイプに応じて約0.001体積%から約75体積%までの比でロードされる。適当なローディング比は当業者が容易に決定することができ、本明細書では特定の用途に関してさらに説明される。例示的な実施形態では、発光ナノ結晶組成物にロードされるナノ結晶の量が、約10体積%程度から百万分率(ppm)レベルまでである。   The thickness of the composition of the present invention can be controlled by any method known in the art, such as spin coating and screen printing. The luminescent nanocrystal compositions of the present invention can be of any desired size, shape, configuration and thickness. For example, the compositions of the present invention can take the form of layers as well as other shapes such as disks, spheres, cubes or blocks, tubes and the like. The various compositions of the present invention can be of any necessary or desired thickness, but suitably the composition thickness (ie one dimension) is on the order of about 100 mm to less than about 1 mm. . In other embodiments, the thickness of the polymer layer of the present invention can be on the order of tens to hundreds of microns. The luminescent nanocrystals can be embedded in various compositions / matrices at any loading ratio suitable for the desired function. Suitably, the luminescent nanocrystals are loaded in a ratio from about 0.001% to about 75% by volume, depending on the application, matrix and type of nanocrystal used. Appropriate loading ratios can be readily determined by one skilled in the art and are further described herein for specific applications. In an exemplary embodiment, the amount of nanocrystals loaded into the luminescent nanocrystal composition is on the order of about 10% by volume to parts per million (ppm) level.

適当には、本発明で使用される発光ナノ結晶のサイズが約100nm未満から約2nm未満までである。適当な実施形態では、本発明の発光ナノ結晶が可視光を吸収する。本明細書で使用されているとおり、可視光は、人間の眼に見える約380ナノメートルから約780ナノメートルまでの波長を有する電磁放射である。可視光は、赤、橙、黄、緑、青、藍、紫など、スペクトルのさまざまな色に分離されうる。これらの色のうちの任意の1つまたは複数の色を構成する光を吸収するように、本発明の光子フィルタリングナノコンポジットを構築することができる。例えば、青色光、赤色光または緑色光、このような色の組合せ、あるいはこれらの色の任意の中間色を吸収するように、本発明のナノコンポジットを構築することができる。本明細書で使用されているとおり、青色光は、波長約435nmから約500nmまでの光を含み、緑色光は、約520nmから565nmまでの光を含み、赤色光は、約625nmから約740nmまでの光を含む。当業者は、これらの波長またはこれらの色間の波長の任意の組合せをフィルタリングすることができるナノコンポジットを構築することができ、このようなナノコンポジットは本発明によって具体化される。   Suitably, the size of the luminescent nanocrystals used in the present invention is from less than about 100 nm to less than about 2 nm. In suitable embodiments, the luminescent nanocrystals of the present invention absorb visible light. As used herein, visible light is electromagnetic radiation having a wavelength from about 380 nanometers to about 780 nanometers visible to the human eye. Visible light can be separated into various colors in the spectrum, such as red, orange, yellow, green, blue, indigo, and purple. The photon filtering nanocomposites of the present invention can be constructed to absorb light comprising any one or more of these colors. For example, the nanocomposites of the present invention can be constructed to absorb blue light, red light or green light, combinations of such colors, or any intermediate color of these colors. As used herein, blue light includes light having a wavelength from about 435 nm to about 500 nm, green light includes light from about 520 nm to 565 nm, and red light from about 625 nm to about 740 nm. Including light. One skilled in the art can construct nanocomposites that can filter these wavelengths or any combination of wavelengths between these colors, and such nanocomposites are embodied by the present invention.

他の実施形態では、紫外、近赤外および/または赤外スペクトル中にある光子を発光ナノ結晶が吸収するようなサイズおよび組成を、発光ナノ結晶が有する。本明細書で使用されているとおり、紫外スペクトルは約100nmから約400nmまでの光を含み、近赤外スペクトルは波長約750nmから約100μmまでの光を含み、赤外スペクトルは波長約750nmから約300μmまでの光を含む。   In other embodiments, the luminescent nanocrystal has a size and composition such that the luminescent nanocrystal absorbs photons in the ultraviolet, near infrared, and / or infrared spectra. As used herein, the ultraviolet spectrum includes light from about 100 nm to about 400 nm, the near infrared spectrum includes light from a wavelength of about 750 nm to about 100 μm, and the infrared spectrum ranges from about 750 nm to about 100 μm. Includes light up to 300 μm.

本発明の実施に際しては、適当な任意の材料の発光ナノ結晶を使用することができるが、ある種の実施形態では、ナノ結晶を、ZnS、InAsまたはCdSeナノ結晶とすることができ、あるいは、本発明の実施に際して使用されるナノ結晶の集団を形成するため、ナノ結晶がさまざまな組合せを含むことができる。上で論じたとおり、他の実施形態では、発光ナノ結晶が、CdSe/ZnS、CdSe/CdS、InP/ZnSなどのコア/シェルナノ結晶である。   In the practice of the present invention, luminescent nanocrystals of any suitable material can be used, but in certain embodiments, the nanocrystals can be ZnS, InAs or CdSe nanocrystals, or Nanocrystals can include various combinations to form a population of nanocrystals used in the practice of the present invention. As discussed above, in other embodiments, the luminescent nanocrystal is a core / shell nanocrystal such as CdSe / ZnS, CdSe / CdS, InP / ZnS.

本発明の組成物を気密封止するため、組成物上にバリア層が配置される。例えば、図1に示されているように、発光ナノ結晶104を含むマトリックス102上にバリア層106が配置され、それによって気密封止された組成物を生成する。用語「バリア層」は、全体を通じて、組成物を気密封止するようにマトリックス102上に配置された層、コーティング、封止材または他の材料を示すために使用される。バリア層の例は、組成物上に気密シールを生み出すことができる任意の材料層、コーティングまたは物質を含む。適当なバリア層は無機層、適当にはAl、Ba、Ca、Mg、Ni、Si、Ti、Zrの酸化物などの無機酸化物を含む。例示的な無機酸化物層はSiO2、TiO2、AlO2などを含む。全体を通じて使用されているとおり、用語「配置する」および「配置」は、バリア層を堆積させる適当な任意の方法を含む。例えば、配置は、レイヤリング(layering)、コーティング、吹付け、スパッタリング、プラズマ援用化学蒸着、原子層堆積(atomic layer deposition)、または組成物にバリア層を堆積させる他の適当な方法を含む。適当な実施形態では、組成物上にバリア層を配置するためにスパッタリングが使用される。スパッタリングは、材料元素源を衝撃するために高エネルギーイオンが使用され、材料元素源が原子蒸気を放出し、次いで原子蒸気が基材(substrate)上に薄層として堆積する、物理蒸着工程を含む。例えば米国特許第6,541,790号、6,107,105号および5,667,650号を参照されたい。これらの文献の開示はそれぞれ、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。 In order to hermetically seal the composition of the present invention, a barrier layer is disposed on the composition. For example, as shown in FIG. 1, a barrier layer 106 is disposed on a matrix 102 containing luminescent nanocrystals 104, thereby producing a hermetically sealed composition. The term “barrier layer” is used throughout to indicate a layer, coating, sealant or other material disposed on the matrix 102 to hermetically seal the composition. Examples of barrier layers include any material layer, coating or substance that can create a hermetic seal on the composition. Suitable barrier layers include inorganic layers, suitably inorganic oxides such as oxides of Al, Ba, Ca, Mg, Ni, Si, Ti, Zr. Exemplary inorganic oxide layer including SiO 2, TiO 2, AlO 2 . As used throughout, the terms “place” and “place” include any suitable method of depositing a barrier layer. For example, the arrangement may include layering, coating, spraying, sputtering, plasma-assisted chemical vapor deposition, atomic layer deposition, or other suitable method of depositing a barrier layer on the composition. In a suitable embodiment, sputtering is used to place a barrier layer on the composition. Sputtering includes a physical vapor deposition process in which high energy ions are used to bombard the material element source, the material element source emits atomic vapor, and then the atomic vapor is deposited as a thin layer on the substrate. . See, for example, U.S. Patent Nos. 6,541,790, 6,107,105, and 5,667,650. The disclosures of each of these documents are each hereby incorporated by reference in their entirety.

他の実施形態では、バリア層の配置を、原子層堆積を使用して実施することができる。LEDのコーティングなどの用途では、ナノ結晶を含むポリマー層などの発光ナノ結晶組成物がしばしば、複雑な幾何形状およびフィーチャ(feature)を有する。例えば、ボンディングワイヤ、はんだ接続などのLEDの構成要素はしばしばポリマー層と直接に接触し、またはポリマー層の中に含まれることさえある。ナノ結晶組成物を適切に気密封止するためには、事実上欠陥のない(すなわちピンホールのない)バリア層がしばしば必要である。さらに、バリア層の配置が、ポリマーまたはナノ結晶を劣化させてはならない。したがって、適当な実施形態では、バリア層を配置するのに原子層堆積が使用される。   In other embodiments, barrier layer placement can be performed using atomic layer deposition. In applications such as LED coatings, luminescent nanocrystal compositions, such as polymer layers containing nanocrystals, often have complex geometries and features. For example, LED components such as bonding wires, solder connections, etc. are often in direct contact with the polymer layer or even contained within the polymer layer. In order to properly hermetically seal the nanocrystalline composition, a barrier layer that is virtually defect free (ie pinhole free) is often required. Furthermore, the arrangement of the barrier layer should not degrade the polymer or nanocrystal. Thus, in a suitable embodiment, atomic layer deposition is used to place the barrier layer.

原子層堆積(ALD)は、発光ナノ結晶組成物上に酸化物層(例えばTiO2、SiO2、AlO2など)を配置することを含むことができ、または、他の実施形態では、窒化物(例えば窒化シリコン)などの非導電層の堆積を使用することができる。ALDは、反応ガスとパージガスを交互に供給することによって、原子層(すなわち分子わずか数個分の厚さ)を堆積させる。高いアスペクト比、凹所内における均一性、ならびに良好な電気および物理特性を有する薄いコーティングを形成することができる。適当には、ALD法によって堆積させたバリア層が、低い不純物濃度、および1000nm未満、適当には約500nm未満、約200nm未満、約50nm未満、約20nm未満または約5nm未満の厚さを有する。 Atomic layer deposition (ALD) can include placing an oxide layer (eg, TiO 2 , SiO 2 , AlO 2, etc.) on the emissive nanocrystal composition, or in other embodiments, nitrides Deposition of a non-conductive layer such as (eg silicon nitride) can be used. ALD deposits an atomic layer (i.e., only a few molecules thick) by alternately supplying reactant and purge gases. Thin coatings with high aspect ratios, uniformity within the recesses, and good electrical and physical properties can be formed. Suitably, the barrier layer deposited by the ALD method has a low impurity concentration and a thickness of less than 1000 nm, suitably less than about 500 nm, less than about 200 nm, less than about 50 nm, less than about 20 nm or less than about 5 nm.

例えば、適当な実施形態では、2種類の反応ガス、AおよびBが使用される。反応ガスAだけが反応室内へ流入すると、発光ナノ結晶組成物上に反応ガスAの原子が化学的に吸着する。次いで、残った反応ガスAがAr、窒素などの不活性ガスでパージされる。次いで、反応ガスBが流入し、発光ナノ結晶組成物の反応ガスAが吸着した表面でだけ、反応ガスAとBとの間の化学反応が起こり、その結果、組成物上に原子バリア層が形成される。   For example, in a suitable embodiment, two reaction gases, A and B, are used. When only the reaction gas A flows into the reaction chamber, the atoms of the reaction gas A are chemically adsorbed onto the luminescent nanocrystal composition. Next, the remaining reaction gas A is purged with an inert gas such as Ar or nitrogen. Next, the reaction gas B flows in, and the chemical reaction between the reaction gases A and B occurs only on the surface where the reaction gas A of the luminescent nanocrystal composition is adsorbed. It is formed.

窒化物層などの非導電層が配置される実施形態では、窒化シリコン層を配置するため、適当には、SiH2Cl2および遠隔プラズマ援用NH3が使用される。この実施形態は低温で実行することができ、活性酸素種の使用を必要としない。 In embodiments where a non-conductive layer such as a nitride layer is disposed, SiH 2 Cl 2 and remote plasma assisted NH 3 are suitably used to dispose the silicon nitride layer. This embodiment can be performed at low temperatures and does not require the use of reactive oxygen species.

発光ナノ結晶組成物上にバリア層を配置するためのALDの使用は、基材の形態にかかわらず、事実上ピンホールのないバリア層を生成する。これらの堆積ステップを繰り返すことによって、バリア層の厚さを増大させることができ、それによって原子層ユニットの層厚を、繰返し回数に応じて増大させることができる。加えて、バリア層を保護し、またはバリア層をさらに強化するため、バリア層を(例えばスパッタリング、CVDまたはALDによる)追加の層でさらにコーティングすることもできる。   The use of ALD to place the barrier layer on the luminescent nanocrystal composition produces a barrier layer that is virtually pinhole free, regardless of the substrate morphology. By repeating these deposition steps, the thickness of the barrier layer can be increased, whereby the layer thickness of the atomic layer unit can be increased with the number of repetitions. In addition, the barrier layer can be further coated with additional layers (eg, by sputtering, CVD or ALD) to protect the barrier layer or further strengthen the barrier layer.

適当には、本発明の実施に際して利用されるALD法は、約500℃未満、適当には約400℃未満、約300℃未満または約200℃未満の温度で実行される。   Suitably, the ALD process utilized in the practice of the present invention is performed at a temperature of less than about 500 ° C, suitably less than about 400 ° C, less than about 300 ° C, or less than about 200 ° C.

例示的なバリア材料は、酸素および水分の透過を明確に低減させるように設計された有機材料を含む。例は、(アルミナ充填材入りエポキシ樹脂などの)充填材入りエポキシ樹脂および液晶ポリマーを含む。   Exemplary barrier materials include organic materials designed to clearly reduce oxygen and moisture transmission. Examples include filled epoxy resins (such as alumina filled epoxy resins) and liquid crystal polymers.

全体を通じて論じたとおり、適当にはマトリックス102がポリマー基材を含む。したがって、本発明は、本明細書に開示されたさまざまな方法または当技術分野で知られている他のさまざまな方法のうちの任意の方法を使用して組成物上にバリア層を配置することによって、発光ナノ結晶を含む組成物、適当には発光ナノ結晶を含むポリマー基材を気密封止する方法を含む。   As discussed throughout, the matrix 102 suitably comprises a polymer substrate. Accordingly, the present invention employs any of the various methods disclosed herein or other various methods known in the art to place a barrier layer on a composition. A method of hermetically sealing a composition comprising luminescent nanocrystals, suitably a polymer substrate comprising luminescent nanocrystals.

ポリマー基材をマトリックス102として使用することができることは、単純に、組成物を所望の形状/配向に成形しまたは他の方法で操作することによって、さまざまな形状および構成の組成物を形成することを可能にする。例えば、発光ナノ結晶の溶液/懸濁液(例えばポリマーマトリックス中の発光ナノ結晶)を調製することができる。この溶液を次いで所望の型に入れて必要な形状を形成し、次いで硬化させて(例えばポリマーのタイプに応じて冷却または加熱して)、固体または半固体の構造物を形成することができる。例えば、LED上またはLEDを覆って配置するために、キャップ形または円板形の型を用意することができる。このことは、例えばダウンコンバーティング層として使用することができる組成物の調製を可能にする。所望の形状の調製に続いて、組成物を気密封止し、それによって発光ナノ結晶が酸化することを防ぐため、組成物上にバリア層が配置される。   The ability to use a polymer substrate as the matrix 102 is simply forming the composition in various shapes and configurations by molding or otherwise manipulating the composition into the desired shape / orientation. Enable. For example, a solution / suspension of luminescent nanocrystals (eg, luminescent nanocrystals in a polymer matrix) can be prepared. This solution can then be placed in the desired mold to form the required shape and then cured (eg, cooled or heated depending on the type of polymer) to form a solid or semi-solid structure. For example, a cap-shaped or disk-shaped mold can be prepared for placement on or over the LED. This allows for the preparation of a composition that can be used, for example, as a downconverting layer. Following preparation of the desired shape, a barrier layer is placed over the composition to hermetically seal the composition and thereby prevent the luminescent nanocrystals from oxidizing.

追加の実施形態では、発光ナノ結晶を含む組成物(例えばポリマー組成物)を、所望の基材または物品(例えばLED)上に直接に配置することができる。次いで、発光ナノ結晶組成物(例えば溶液または懸濁液)を硬化させ、次いで組成物上にバリア層を配置することができ、それによって所望の基材または物品上で直接に組成物を気密封止することができる。このような実施形態はしたがって、別個の組成物の調製を必要とせず、その代わりに、所望の物品/基材(例えば光源または他の最終製品)上に組成物を直接に調製することを可能にする。   In additional embodiments, a composition comprising luminescent nanocrystals (eg, a polymer composition) can be placed directly on a desired substrate or article (eg, an LED). The luminescent nanocrystal composition (eg, solution or suspension) can then be cured and then a barrier layer can be placed over the composition, thereby hermetically sealing the composition directly on the desired substrate or article. Can be stopped. Such embodiments therefore do not require the preparation of a separate composition, but instead allow the composition to be prepared directly on the desired article / substrate (eg, light source or other final product). To.

他の実施形態では、本発明は、複数の発光ナノ結晶を含む容器を気密封止する方法を提供する。適当には、この方法が、容器を用意すること、容器の中へ発光ナノ結晶を導入すること、および次いで容器を封止することを含む。例えば、発光ナノ結晶の容器を気密封止する例示的な方法が、図3および4に関する図2の流れ図200に示されている。図2の場合、ステップ202では、容器が用意され、例えば図3および4の容器302または402が用意される。本明細書で使用されているとおり、「容器」は、ナノ結晶を保持するための適当な任意の物品または入れ物を指す。本明細書で使用されているとおり、発光ナノ結晶を含む「容器」と発光ナノ結晶を含む「組成物」とは、本発明の異なる実施形態を表すことが理解されるべきである。発光ナノ結晶を含む「組成物」は、全体にわたって分散したナノ結晶を含むマトリックス、例えばポリマー基材、溶液または懸濁液を指す。本明細書で使用されているとおり、「容器」は、その中に発光ナノ結晶(しばしば発光ナノ結晶の組成物、例えば発光ナノ結晶を含むポリマーマトリックス)が導入される担体、入れ物または予め形成された物品を指す。容器の例は、限定はされないが、管、成形または形成された器、入れ物などのポリマーまたはガラス構造物を含む。例示的な実施形態では、ポリマーまたはガラス物質を、管(円形、長方形、三角形、楕円形または他の所望の断面)または類似の構造など、所望の形状に押出し成形することによって、容器を形成することができる。全体を通じて説明したポリマーを含む任意のポリマーを使用して、本発明の実施に際して使用される容器を形成することができる。本発明の実施に際して使用される容器を調製するための例示的なポリマーは、限定はされないが、アクリル樹脂、ポリ(メタクリル酸メチル)(PMMA)およびさまざまなシリコーン誘導体を含む。本発明の実施に際して使用される容器を形成するため、追加の材料を使用することもできる。例えば、金属、各種ガラス、セラミックなどから容器を調製することができる。   In another embodiment, the present invention provides a method for hermetically sealing a container comprising a plurality of luminescent nanocrystals. Suitably, the method includes providing a container, introducing luminescent nanocrystals into the container, and then sealing the container. For example, an exemplary method of hermetically sealing a luminescent nanocrystal container is shown in the flowchart 200 of FIG. 2 with respect to FIGS. In the case of FIG. 2, in step 202, a container is prepared, for example, the container 302 or 402 of FIGS. As used herein, “container” refers to any suitable article or container for holding nanocrystals. As used herein, it should be understood that “containers” containing luminescent nanocrystals and “compositions” containing luminescent nanocrystals represent different embodiments of the invention. A “composition” comprising luminescent nanocrystals refers to a matrix, such as a polymer substrate, solution or suspension, comprising nanocrystals dispersed throughout. As used herein, a “container” is a carrier, container or pre-formed into which luminescent nanocrystals (often a composition of luminescent nanocrystals, such as a polymer matrix containing luminescent nanocrystals) are introduced. Refers to the goods. Examples of containers include, but are not limited to, polymers or glass structures such as tubes, molded or formed vessels, containers. In an exemplary embodiment, the container is formed by extruding a polymer or glass material into a desired shape, such as a tube (circular, rectangular, triangular, elliptical or other desired cross section) or similar structure. be able to. Any polymer, including the polymers described throughout, can be used to form the container used in the practice of the present invention. Exemplary polymers for preparing containers used in the practice of the present invention include, but are not limited to acrylic resins, poly (methyl methacrylate) (PMMA), and various silicone derivatives. Additional materials can also be used to form the containers used in the practice of the present invention. For example, the container can be prepared from metal, various glasses, ceramics, and the like.

例えば、図2に示されているように、ステップ202で容器が用意された後、次いでステップ204で、容器の中へ複数の発光ナノ結晶104が導入される。本明細書で使用されているとおり、「導入される」は、容器の中へ発光ナノ結晶を供給する適当な任意の方法を含む。例えば、発光ナノ結晶を容器の中へ注入し、容器の中へ入れ、容器の中へ(例えば吸引または真空機構を使用することによって)吸い込ませ、容器の中へ、例えば電磁場を使用することによって誘導し、または、他の適当な方法で容器の中へ発光ナノ結晶を導入することができる。適当には、発光ナノ結晶が、溶液または懸濁液中、例えばポリマー溶液中に存在し、それによって容器の中へナノ結晶を導入するのを助ける。例示的な実施形態では、発光ナノ結晶104を容器、例えば図3に示されているような管状容器302の中へ吸い込ませることができる。他の実施形態では、図4に示されているように、発光ナノ結晶104をその中へ導入することができる空洞または空隙404を有する容器402を調製することができる。例えば、発光ナノ結晶104の溶液を、容器402の空洞404の中へ導入することができる。   For example, as shown in FIG. 2, after the container is prepared at step 202, then at step 204, a plurality of luminescent nanocrystals 104 are introduced into the container. As used herein, “introduced” includes any suitable method of providing luminescent nanocrystals into a container. For example, by injecting a luminescent nanocrystal into a container, placing it in the container, allowing it to be sucked into the container (eg, by using a suction or vacuum mechanism), and into the container, eg, by using an electromagnetic field Luminescent nanocrystals can be introduced into the container by induction or other suitable methods. Suitably, the luminescent nanocrystals are present in a solution or suspension, such as a polymer solution, thereby helping to introduce the nanocrystals into the container. In an exemplary embodiment, the luminescent nanocrystals 104 can be drawn into a container, such as a tubular container 302 as shown in FIG. In other embodiments, as shown in FIG. 4, a container 402 having a cavity or void 404 into which the luminescent nanocrystal 104 can be introduced can be prepared. For example, a solution of luminescent nanocrystals 104 can be introduced into the cavity 404 of the container 402.

容器の中への発光ナノ結晶の導入に続き、図2のステップ206に示されているように、次いで容器が気密封止される。容器を気密封止する方法の例は、限定はされないが、容器をヒートシールする方法、容器を超音波溶接する方法、容器をはんだ付けする方法、または容器を接着する方法を含む。例えば、図3に示されているように、任意の数の位置で容器302を封止して、容器全体にわたるさまざまな数のシール304を形成することができる。例示的な実施形態では、例えば容器を加熱し、次いでさまざまな封止箇所(304)で容器を「挟みつぶす(pinching)」ことによって、容器全体にわたるさまざまな位置で容器302をヒートシールすることができる。   Following the introduction of the luminescent nanocrystals into the container, the container is then hermetically sealed, as shown in step 206 of FIG. Examples of methods for hermetically sealing a container include, but are not limited to, methods for heat sealing the container, methods for ultrasonic welding the container, methods for soldering the container, or methods for adhering the container. For example, as shown in FIG. 3, the container 302 can be sealed at any number of locations to form various numbers of seals 304 throughout the container. In an exemplary embodiment, the container 302 may be heat sealed at various locations throughout the container, for example, by heating the container and then “pinching” the container at various sealing locations (304). it can.

適当な実施形態では、図3に示されているように、ポリマーまたはガラス管を容器302として使用することができる。次いで、単純に容器の一端に減圧を加えることによって、発光ナノ結晶104の溶液を容器の中へ吸い込ませることができる。次いで、容器を加熱し、容器の全長にわたるさまざまな封止位置またはシール304で容器を「挟みつぶす」ことによって、あるいは全体を通じて説明した他の封止機構を使用することによって、容器302を封止することができる。このようにして、容器302を、さまざまな個々の部分306に分離することができる。これらの部分は、図3に示されているように、封止された単一の容器308として一体に保持し、または個々の断片に分離することができる。容器302の気密封止は、それぞれの個々のシール304が同じナノ結晶の溶液を分離するように実行することができる。他の実施形態では、容器302の別個の部分がそれぞれ異なるナノ結晶溶液(すなわち異なるナノ結晶組成、サイズまたは密度)を含むように、シール304を形成することができる。   In a suitable embodiment, a polymer or glass tube can be used as the container 302, as shown in FIG. The solution of luminescent nanocrystals 104 can then be drawn into the container by simply applying a vacuum to one end of the container. The container 302 is then sealed by heating the container and "clamping" the container at various sealing locations or seals 304 over the entire length of the container or by using other sealing mechanisms described throughout. can do. In this way, the container 302 can be separated into various individual portions 306. These parts can be held together as a single sealed container 308 or separated into individual pieces, as shown in FIG. The hermetic sealing of the container 302 can be performed such that each individual seal 304 separates the same nanocrystalline solution. In other embodiments, the seal 304 can be formed such that separate portions of the container 302 each contain different nanocrystal solutions (ie, different nanocrystal compositions, sizes or densities).

他の実施形態では、図4に示されているように、容器402内に形成された空洞/空隙404の中に発光ナノ結晶を入れることができる。容器402は、適当な任意の工程を使用して製造することができる。例えば、容器402を、所望の任意の形状または構成に射出成形することができる。空洞/空隙404は、最初の調製工程中(すなわち成形中)に調製することができ、または形成後に続いて追加することができる。次いで、空洞/空隙404の中へ発光ナノ結晶104が導入される。例えば、容器402の空洞/空隙404の中へ発光ナノ結晶を注入し、または入れることができる。適当には、発光ナノ結晶の溶液が容器全体を満たすが、ナノ結晶で容器を完全に満たす必要はない。しかしながら、容器全体が満たされない場合には、発光ナノ結晶が気密封止されることを保証するため、封止の前に、容器内の実質的に全ての空気を除去する必要がある。図4に示されているように、例示的な実施形態では、容器にカバーまたはふた406を接着または溶接することによって、あるいは他の方法で容器をカバーまたはふた406で封止することによって、容器402を気密封止することができる。適当には、カバー406が容器402と同じ材料から製造される(かつ適当には封止の前に部分的に取り付けることができる)が、カバー406が容器402とは異なる材料を含むこともできる。追加の実施形態では、酸素および水分の透過を明確に低減させるように設計された有機材料などの材料を使用して、容器402にふたをし、または容器402を封止することができる。例は、(アルミナ充填材入りエポキシ樹脂などの)充填材入りエポキシ樹脂および液晶ポリマーを含む。   In other embodiments, the luminescent nanocrystals can be placed in cavities / voids 404 formed in the container 402, as shown in FIG. Container 402 can be manufactured using any suitable process. For example, the container 402 can be injection molded into any desired shape or configuration. The cavities / voids 404 can be prepared during the initial preparation step (ie, during molding) or can be added subsequently after formation. The luminescent nanocrystal 104 is then introduced into the cavity / void 404. For example, luminescent nanocrystals can be injected or placed into the cavity / void 404 of the container 402. Suitably, the solution of luminescent nanocrystals fills the entire container, but the container need not be completely filled with nanocrystals. However, if the entire container is not filled, substantially all the air in the container needs to be removed prior to sealing to ensure that the luminescent nanocrystals are hermetically sealed. As shown in FIG. 4, in an exemplary embodiment, the container may be formed by gluing or welding a cover or lid 406 to the container or otherwise sealing the container with the cover or lid 406. 402 can be hermetically sealed. Suitably, the cover 406 is made from the same material as the container 402 (and can suitably be partially attached prior to sealing), but the cover 406 may comprise a different material than the container 402. . In additional embodiments, materials such as organic materials designed to clearly reduce oxygen and moisture permeation can be used to cap or seal the container 402. Examples include filled epoxy resins (such as alumina filled epoxy resins) and liquid crystal polymers.

例えば容器を成形し、押出成形し、または他の方法で形成することによって、カスタム設計された容器を製造することができることは、その中へ発光ナノ結晶を導入し、気密封止することができる非常に専門化された部品の調製を可能にする。例えば、(例えば他の光学構成要素内へダウンコンバージョンを送達するのに使用される)LEDまたは他の光源の周囲にぴったり沿う形状を製造することができる。さらに、さまざまなフィルム、円板、層および他の形状を調製することができる。例示的な実施形態では、それぞれが発光ナノ結晶の異なる組成物(すなわちそれぞれの組成物が異なる色の光を放出する)を含むことができるいくつかの異なる容器を調製し、次いでそれらの別個の容器を一緒に利用して、所望の性能特性を生み出すことができる。他の実施形態では、その中へ発光ナノ結晶を導入することができる複数の空洞またはリザーバ(reservoir)を有する容器を調製することができる。   The ability to produce custom designed containers, for example by molding, extruding or otherwise forming the container, can introduce luminescent nanocrystals into it and hermetically seal it Allows the preparation of highly specialized parts. For example, a shape can be produced that closely follows the perimeter of an LED or other light source (eg, used to deliver downconversion into other optical components). In addition, various films, discs, layers and other shapes can be prepared. In an exemplary embodiment, several different containers are prepared, each of which can contain a different composition of luminescent nanocrystals (ie, each composition emits a different color of light) and then their separate The containers can be used together to produce the desired performance characteristics. In other embodiments, a container having multiple cavities or reservoirs into which the luminescent nanocrystals can be introduced can be prepared.

発光ナノ結晶104は、まだ溶液の状態にある間に容器302、402の中へ気密封止することができるが、発光ナノ結晶溶液は適当には気密封止の前に硬化させる(例えば図2のステップ210)。本明細書で使用されているとおり、「硬化させる」は、発光ナノ結晶の溶液(例えばポリマー溶液)を硬くする工程を指す。硬化は、単純に溶液を乾燥させ、溶媒を蒸発させることによって達成することができ、あるいは硬化は、溶液を加熱することによって、または光もしくは他の外部エネルギーに溶液を露出することによって、達成することができる。硬化に続いて、全体を通じて説明したさまざまな方法を使用して容器を気密封止することができる。   While the luminescent nanocrystal 104 can be hermetically sealed into the containers 302, 402 while still in solution, the luminescent nanocrystal solution is suitably cured prior to hermetic sealing (eg, FIG. 2). Step 210). As used herein, “curing” refers to the process of hardening a solution of luminescent nanocrystals (eg, a polymer solution). Curing can be accomplished by simply drying the solution and evaporating the solvent, or curing can be accomplished by heating the solution or by exposing the solution to light or other external energy. be able to. Following curing, the containers can be hermetically sealed using various methods described throughout.

発光ナノ結晶が酸化分解することを防ぐため、例示的な実施形態では追加の気密封止が不要である。例えば、ガラスまたはポリマー容器の中に発光ナノ結晶を封止することは、さらなる変更が不要な、酸素および水分からの十分な保護を提供する。しかしながら、追加の実施形態では、容器上にバリア層を配置することによって、気密封止された容器に、追加の酸化防止レベルを追加することができる。例えば、図2のステップ208に示されているように。全体を通じて説明したとおり、例示的なバリア層は、SiO2、TiO2、AlO2のような無機酸化物などの無機層および有機材料を含む。容器上へバリア層を配置する任意の方法を使用することができるが、適当には、バリア層が、容器上にスパッタリングされ、またはALDによって容器上に配置される。図3に示されているように、封止された複数の部分を有する容器上、または封止し、互いから分離した後の個々の部分上に、バリア層106を配置することができ、それによって気密封止された容器(310、312)を製造することができる。 In order to prevent the luminescent nanocrystals from oxidatively degrading, the exemplary embodiment does not require an additional hermetic seal. For example, encapsulating luminescent nanocrystals in a glass or polymer container provides sufficient protection from oxygen and moisture that does not require further modification. However, in additional embodiments, additional antioxidant levels can be added to hermetically sealed containers by placing a barrier layer on the container. For example, as shown in step 208 of FIG. As described throughout, exemplary barrier layers include inorganic layers such as inorganic oxides such as SiO 2 , TiO 2 , AlO 2 and organic materials. Any method of placing the barrier layer on the container can be used, but suitably the barrier layer is sputtered onto the container or placed on the container by ALD. As shown in FIG. 3, a barrier layer 106 can be disposed on a container having a plurality of sealed portions, or on individual portions after sealing and separation from each other, The container (310, 312) hermetically sealed can be manufactured.

本発明の適当な実施形態では、発光ナノ結晶の気密封止された容器を製造するさまざまなステップが、不活性雰囲気中で実行される。例えば、適当には、ステップ204、206および208(ならびに必要ならば210)が全て不活性雰囲気中、すなわち真空中、および/あるいはN2または他の不活性ガス(1種または数種)だけが存在する雰囲気中で実行される。 In suitable embodiments of the present invention, the various steps of producing a hermetically sealed container of luminescent nanocrystals are performed in an inert atmosphere. For example, suitable, steps 204, 206 and 208 are all in an inert atmosphere (and 210 if necessary), i.e. in a vacuum, and / or N only 2 or other inert gas (one or several) of Performed in an existing atmosphere.

追加の実施形態では、本発明が、複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された組成物および容器を提供する。例示的な実施形態では、発光ナノ結晶が、(全体を通じて説明した)1種または数種の半導体材料を含み、適当には、CdSe/ZnS、CdSe/CdS、InP/ZnSなどのコア/シェル発光ナノ結晶である。一般に、発光ナノ結晶のサイズは約1〜50nm、適当には約1〜30nm、より適当には約1〜10nm、例えば約3〜9nmである。例示的な実施形態では、全体を通じて説明したとおり、本発明の気密封止された組成物および容器が、組成物を覆うバリア層(例えば図1の組成物100を覆うバリア層106)を含み、任意選択で、容器を覆うバリア層(例えば図3の容器302を覆うバリア層106)を含む。バリア層の例示的なタイプは、SiO2、TiO2、AlO2のような無機層など、全体を通じて説明したタイプを含む。 In additional embodiments, the present invention provides hermetically sealed compositions and containers comprising a plurality of luminescent nanocrystals. In an exemplary embodiment, the luminescent nanocrystal comprises one or several semiconductor materials (described throughout), suitably a core / shell luminescence such as CdSe / ZnS, CdSe / CdS, InP / ZnS, etc. It is a nanocrystal. Generally, the size of the luminescent nanocrystal is about 1-50 nm, suitably about 1-30 nm, more suitably about 1-10 nm, for example about 3-9 nm. In an exemplary embodiment, as described throughout, hermetically sealed compositions and containers of the present invention include a barrier layer overlying the composition (eg, barrier layer 106 overlying composition 100 of FIG. 1), Optionally, a barrier layer covering the container (eg, barrier layer 106 covering container 302 of FIG. 3) is included. Exemplary types of barrier layers include those described throughout, such as inorganic layers such as SiO 2 , TiO 2 , AlO 2 .

発光ナノ結晶を気密封止する容器のさまざまな形状、配向およびサイズを生成することに加え、それらの容器/組成物に追加の変更を加えることもできる。例えば、光源のフィルトレーション(filtration)または他の変更のため、容器/組成物をレンズの形状に調整することができる。追加の実施形態では、例えば反射器または同様の装置を調製し、容器/組成物に取り付けることによって、容器/組成物を変更することができる。   In addition to creating various shapes, orientations and sizes of containers that hermetically seal the luminescent nanocrystals, additional changes can be made to those containers / compositions. For example, the container / composition may be adjusted to the shape of the lens for light source filtration or other modifications. In additional embodiments, the container / composition can be modified, for example, by preparing a reflector or similar device and attaching it to the container / composition.

さらに、組成物または容器内にマイクロパターンを直接に成形して、平面(または曲面)マイクロレンズを形成することができる。これは、成形工程中にまたは後続のエンボス加工ステップにおいて実行することができる。マイクロパターンは、ディスプレイ内など限られた空間が利用可能なときに平面マイクロレンズを製造するためにしばしば利用される。この技術の例は、20から50ミクロンのプリズムが表面に成形された3M corporation社の明るさ強化フィルムを含む。適当な実施形態では、本発明が、カプセル化ポリマー内(または容器内)に発光ナノ結晶が気密封止され、次いでカプセル化ポリマーに、マイクロレンズが形成されるようにマイクロパターンが形成された、マイクロレンズを提供する。例えば、図5に示されているように、マイクロレンズアセンブリ500は、適当には、基材508によって支持されたLED506の上に置かれ、または他の方法でLED506と接触した発光ナノ結晶104の層504を含む気密封止された組成物502を含む。組成物502の表面は、それによってマイクロレンズを形成するさまざまな形状に、例えば図5に示されているように一連のマイクロプリズム510を含むように、成形することができる。   Furthermore, a micropattern can be formed directly in the composition or container to form a planar (or curved) microlens. This can be performed during the molding process or in a subsequent embossing step. Micropatterns are often used to manufacture planar microlenses when limited space is available, such as within a display. An example of this technology includes a 3M corporation brightness enhancement film with a 20 to 50 micron prism formed on the surface. In a suitable embodiment, the present invention provides that the luminescent nanocrystals are hermetically sealed within the encapsulated polymer (or within the container), and then the encapsulated polymer is micropatterned such that microlenses are formed. Providing microlenses. For example, as shown in FIG. 5, the microlens assembly 500 is suitably placed on the LED 506 supported by the substrate 508 or otherwise in contact with the LED 506. A hermetically sealed composition 502 including a layer 504 is included. The surface of the composition 502 can be shaped into a variety of shapes thereby forming a microlens, for example to include a series of microprisms 510 as shown in FIG.

例示的な実施形態では、本発明の気密封止された組成物と組み合わされたマイクロレンズの使用が、捕捉される(したがって組成物から放出される)LED/発光ナノ結晶からの放出光の量の増大を可能にする。例えば、本発明の気密封止された組成物および容器にマイクロプリズムまたは他のマイクロレンズアセンブリを追加することが、適当には、マイクロプリズムまたは他のマイクロレンズアセンブリを含まない組成物と比較して、捕捉される光量を、約10%超(例えば約10〜60%、約10〜50%、約10〜40%、約20〜40%または約30〜40%)増大させる。捕捉される光量のこの増大は、組成物または容器から放出される全光量の増大に直接に相関する。   In an exemplary embodiment, the use of a microlens in combination with a hermetically sealed composition of the present invention allows the amount of emitted light from the LED / emitting nanocrystal to be captured (and thus emitted from the composition). Allows for an increase in For example, adding a microprism or other microlens assembly to the hermetically sealed composition and container of the present invention is suitably compared to a composition that does not include a microprism or other microlens assembly. , Increasing the amount of light captured by more than about 10% (eg, about 10-60%, about 10-50%, about 10-40%, about 20-40% or about 30-40%). This increase in the amount of light captured is directly correlated to an increase in the total amount of light emitted from the composition or container.

適当な実施形態では、光源の上に配置されるレンズを形成する容器/組成物に、ダイクロイックミラーを取り付け、または他の方法で関連付けることができる。ダイクロイックミラーは、特定の波長の光を透過させ、他の光を反射することができる。光源からの光がレンズ形の容器/組成物に入ると、光子は、容器/組成物に入り、気密封止された内部のさまざまな発光ナノ結晶を励起することができる。発光ナノ結晶が光を放出すると、光子は、容器/組成物を出ることができるが、(それらの光子はダイクロイックミラーによって反射されるので)最初の光源に向かって反射することはできない。実施形態では、次いで、光源(例えばLED)の上にぴったりとはまる適当な容器/組成物を形成することができる。ダイクロイックミラーは、光源から光が入り、内部の発光ナノ結晶を励起することを許すが、放出光は、光源から遠ざかる方向に容器/組成物を出ることしかできず、再び光源の中へ反射することは、ダイクロイックミラーによって阻止される。例えば、LED源からの青色光は、ダイクロイックミラーを通過することが許され、カプセル化された発光ナノ結晶を励起し、励起された発光ナノ結晶は次いで緑色光を放出する。この緑色光はダイクロイックミラーによって反射され、光源の中へ再び反射することはできない。   In suitable embodiments, a dichroic mirror can be attached or otherwise associated with a container / composition that forms a lens placed over the light source. The dichroic mirror can transmit light of a specific wavelength and reflect other light. As light from the light source enters the lens-shaped container / composition, the photons can enter the container / composition and excite various light-emitting nanocrystals within the hermetically sealed interior. When the luminescent nanocrystals emit light, the photons can exit the container / composition, but cannot reflect towards the initial light source (since they are reflected by the dichroic mirror). In embodiments, a suitable container / composition can then be formed that fits over a light source (eg, an LED). Dichroic mirrors allow light from the light source to enter and excite the internal luminescent nanocrystals, but the emitted light can only exit the container / composition in a direction away from the light source and reflect back into the light source This is blocked by the dichroic mirror. For example, blue light from an LED source is allowed to pass through a dichroic mirror, exciting the encapsulated luminescent nanocrystal, which then emits green light. This green light is reflected by the dichroic mirror and cannot be reflected back into the light source.

本明細書で論じたとおり、適当な実施形態では、本発明の気密封止された発光ナノ結晶組成物が、LEDまたは他の光源と組み合わせて使用される。これらの封止されたナノ結晶/LEDの用途は当業者によく知られており、以下のものを含む。例えば、このような封止されたナノ結晶/LEDは、マイクロプロジェクタ(例えば米国特許第7,180,566号および6,755,563号参照。これらの文献の開示はその全体が参照によって本明細書に組み込まれる)の中で使用し、携帯電話;パーソナルディジタルアシスタント(PDA);パーソナルメディアプレーヤ;ゲーム装置;ラップトップコンピュータ;ディジタルバーサタイルディスク(DVD)プレーヤおよび他のビデオ出力装置;パーソナルカラーアイウェア;自動車および航空機用のヘッドアップまたはヘッドダウン(およびその他の)ディスプレイなどの用途で使用することができる。追加の実施形態では、ディジタル光プロセッサ(DLP)プロジェクタなどの用途で、気密封止されたナノ結晶を使用することができる。   As discussed herein, in a suitable embodiment, the hermetically sealed luminescent nanocrystal composition of the present invention is used in combination with an LED or other light source. These encapsulated nanocrystal / LED applications are well known to those skilled in the art and include: For example, such encapsulated nanocrystals / LEDs are described in microprojectors (see, eg, US Pat. Nos. 7,180,566 and 6,755,563. The disclosures of these documents are hereby incorporated by reference in their entirety. Cell phone; personal digital assistant (PDA); personal media player; gaming device; laptop computer; digital versatile disc (DVD) player and other video output devices; Can be used in applications such as head-up or head-down (and other) displays for automobiles and aircraft. In additional embodiments, hermetically sealed nanocrystals can be used in applications such as digital light processor (DLP) projectors.

追加の実施形態では、全体を通じて開示された気密封止された組成物および容器を使用して、エタンデュ(etendue)(すなわち光が広がる領域および角度がどの程度か)として知られている光学系の特性を最小化することができる。特許請求の範囲に記載の発明の組成物または容器を配置し、層状に重ね、あるいは他の方法でLEDまたは他の光源を覆い(部分的に覆い)、発光ナノ結晶組成物または容器の全体領域(例えば厚さ)とLEDの領域(例えば厚さ)の比を制御することによって、エタンデュの量または範囲を最小化し、それによって捕捉され、放出される光量を増大させることができる。適当には、発光ナノ結晶組成物または容器の厚さが、LED層の厚さの約1/5未満である。例えば、発光ナノ結晶組成物または容器は、LED層の厚さの約1/6未満、約1/7未満、約1/8未満、約1/9未満、約1/10未満、約1/15未満または約1/20未満である。   In an additional embodiment, using the hermetically sealed composition and container disclosed throughout, an optical system known as etendue (ie, how wide and where the light spreads) is used. Characteristics can be minimized. A composition or container of the claimed invention is placed, layered or otherwise covered (partially covered) with an LED or other light source, and the entire area of the luminescent nanocrystal composition or container By controlling the ratio of (e.g. thickness) to the area of the LED (e.g. thickness), the amount or range of etendue can be minimized, thereby increasing the amount of light captured and emitted. Suitably, the thickness of the luminescent nanocrystal composition or container is less than about 1/5 of the thickness of the LED layer. For example, the light-emitting nanocrystal composition or container can be less than about 1/6, less than about 1/7, less than about 1/8, less than about 1/9, less than about 1/10, less than about 1/10 of the LED layer thickness. Less than 15 or less than about 1/20.

他の実施形態では、特許請求の範囲に記載の発明の気密封止された発光ナノ結晶を、例えば図6A〜6Cに示されているような光集束装置(または集束装置)604を含むシステム602において使用することができる。例示的な実施形態では、光集束装置604が調製され、LED506に取り付けられ、または他の方法でLED506に関連付けられる。適当には、光集束装置604が立方体または長方形の箱の形状を有し、箱の底面はLED506上またはLED506の上方に位置し、装置の側面はLEDよりも上に延びる。図6Aは、図6Bの平面1−1で切った装置604の断面図を示し、図6Bは、装置604、LED506および基材508の上面図を示す。例示的な実施形態では、装置604が、LED506を取り囲む4つの側面を含むが、他の実施形態では、任意の数(例えば2、3、4、5、6、7、8、9、10など)の側面を使用することができ、または、単一の材料片(または連続する1つの材料片を形成するように形成された複数の材料片)だけがLED506を取り囲むように円形の装置を使用することができる。一般に、光集束装置604の上面および底面は開いている(すなわち、装置はLED506の上面に直接に置かれ、LED506を取り囲む)が、他の実施形態では、追加の材料片によって、装置604の上面または底面、あるいはその両方を閉じることができる。   In other embodiments, the hermetically sealed luminescent nanocrystals of the claimed invention include a system 602 that includes a light focusing device (or focusing device) 604, for example, as shown in FIGS. Can be used. In the exemplary embodiment, light focusing device 604 is prepared, attached to LED 506, or otherwise associated with LED 506. Suitably, the light focusing device 604 has the shape of a cubic or rectangular box, the bottom of the box being located on or above the LED 506 and the side of the device extending above the LED. 6A shows a cross-sectional view of device 604 taken along plane 1-1 of FIG. 6B, and FIG. 6B shows a top view of device 604, LED 506, and substrate 508. FIG. In the exemplary embodiment, device 604 includes four sides surrounding LED 506, but in other embodiments, any number (eg, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, etc.). ) Or use a circular device so that only a single piece of material (or multiple pieces of material formed to form one continuous piece of material) surrounds the LED 506 can do. Generally, the top and bottom surfaces of the light focusing device 604 are open (ie, the device is placed directly on the top surface of the LED 506 and surrounds the LED 506), but in other embodiments, an additional piece of material causes the top surface of the device 604 to be Or the bottom surface, or both, can be closed.

適当には、集束装置604が、LEDによって生成された光を反射することができる材料から製造され、または光を反射する材料でコーティングされる。例えば、集束装置は、ポリマー、金属、セラミックなどを含むことができる。他の実施形態では、内面(すなわちLEDに面した面)を、金属(例えばAl)または他の反射コーティングなどの反射材料でコーティングすることができる。この反射コーティングは、吹付け塗り、ALD、塗装、浸し塗り、スピンコーティングなど適当な任意の方法を使用して、集束装置の表面に堆積させることができる。   Suitably, the focusing device 604 is made from a material capable of reflecting the light produced by the LED or coated with a material that reflects light. For example, the focusing device can include polymers, metals, ceramics, and the like. In other embodiments, the inner surface (ie, the surface facing the LED) can be coated with a reflective material, such as a metal (eg, Al) or other reflective coating. This reflective coating can be deposited on the surface of the focusing device using any suitable method such as spray coating, ALD, painting, dipping, spin coating, and the like.

適当には、集束装置604が、本発明の気密封止されたナノ結晶組成物504(または気密封止されたナノ結晶容器)を取り囲み、またはカプセル化し、したがって、この装置は組成物または容器に関連付けられる。適当な実施形態では、集束装置604をLED506とは別に調製し、次いで例えばエポキシ樹脂などの接着剤によってLEDに取り付け、次いで、装置604の中心部分を、気密封止されたナノ結晶組成物504で埋めることができる。他の実施形態では、集束装置604をLED506上に直接に組み付けることができる。他の実施形態では、気密封止された組成物をLED上に配置し、次いで集束装置を予め製造された装置として追加し、または集束装置をLED上で直接に構築することができる。適当な実施形態では、装置604がさらに、ナノ結晶組成物504を封止するためのカバー(例えばガラスまたはポリマーカバー)を含む。このようなカバーは、ナノ結晶組成物を覆う気密シールの働きをすることができ、または、単純に、ナノ結晶組成物および集束装置を支持する追加の構造要素の働きをすることができる。このようなカバーは、ナノ結晶組成物504の上面に直接に配置することができ、または装置604の上面に配置することができ、あるいはその中間の任意の位置に配置することができる。   Suitably, the focusing device 604 surrounds or encapsulates the hermetically sealed nanocrystal composition 504 (or hermetically sealed nanocrystal container) of the present invention so that the device is contained in the composition or container. Associated. In a suitable embodiment, the focusing device 604 is prepared separately from the LED 506 and then attached to the LED by an adhesive, such as an epoxy resin, and then the central portion of the device 604 is hermetically sealed with the nanocrystalline composition 504. Can be filled. In other embodiments, the focusing device 604 can be assembled directly on the LED 506. In other embodiments, the hermetically sealed composition can be placed on the LED, and then the focusing device can be added as a prefabricated device, or the focusing device can be built directly on the LED. In suitable embodiments, the device 604 further includes a cover (eg, a glass or polymer cover) for sealing the nanocrystalline composition 504. Such a cover can act as a hermetic seal over the nanocrystal composition or simply serve as an additional structural element that supports the nanocrystal composition and the focusing device. Such a cover can be placed directly on the top surface of the nanocrystalline composition 504, or can be placed on the top surface of the device 604, or can be placed anywhere in between.

図6Aおよび6Cに示されているように、適当な実施形態では、装置の側面が底面(例えばLEDの近く)では内側に向かって狭まり、上面(LEDから遠い方)では外側に広がるように、集束装置604が調製される。このことは、装置から外に光を誘導するために、光606を集め、集束させてビームにするのを助けるのに役立つ。図6Cに示されているように、適当には、集束装置604がLEDから出た光606を誘導する。次第に狭まる、すなわち傾いた側面を使用することにより、LED/ナノ結晶から放出された光606は、装置の内部で行ったり来たり反射することによって失われたり、または単純に脱出できないために失われたりすることなく、装置604から外へ誘導される。適当には、本発明の発光ナノ結晶組成物および容器と組み合わされた光集束装置の使用を、マイクロプロジェクタおよび集束光ビームが望ましいかまたは必要な他の用途において使用することができる。   As shown in FIGS. 6A and 6C, in a suitable embodiment, the side of the device narrows inward at the bottom (eg, near the LED) and widens outward at the top (away from the LED), A focusing device 604 is prepared. This helps to collect the light 606 and focus it into a beam to guide the light out of the device. As shown in FIG. 6C, suitably a focusing device 604 directs light 606 exiting the LED. By using progressively narrowing or tilted sides, the light 606 emitted from the LED / nanocrystal is lost by going back and forth inside the device or simply because it cannot escape. Without being guided away from the device 604. Suitably, the use of a light focusing device in combination with the luminescent nanocrystal composition and container of the present invention can be used in microprojectors and other applications where a focused light beam is desirable or necessary.

気密封止されたナノ結晶を有する発光ダイオード(LED)デバイス
追加の実施形態では、本発明は、発光ダイオード(LED)デバイスを含む。例示的なLEDデバイス700が図7Aに示されている。LEDデバイス700は、適当にはLED702を含む。LED702は、例示する目的でのみ基材706上に示されている。本発明の実施に際しては、LEDの適当な任意の構成を利用できることが理解されるべきである。さらに、複数の(すなわち2つ以上の)LEDをLEDデバイス700に利用することができる。LEDデバイス700は、複数の発光ナノ結晶710を含む気密封止された容器708をさらに含む。容器708は、LED702に光学的に結合される。LEDデバイス700はさらに、気密封止された容器708に光学的に結合される光ガイド712を含む。
Light emitting diode (LED) device with hermetically sealed nanocrystals In an additional embodiment, the invention includes a light emitting diode (LED) device. An exemplary LED device 700 is shown in FIG. 7A. The LED device 700 suitably includes an LED 702. The LED 702 is shown on the substrate 706 for illustrative purposes only. It should be understood that any suitable configuration of LEDs can be utilized in the practice of the present invention. In addition, multiple (ie, two or more) LEDs can be utilized for the LED device 700. The LED device 700 further includes a hermetically sealed container 708 that includes a plurality of light emitting nanocrystals 710. Container 708 is optically coupled to LED 702. The LED device 700 further includes a light guide 712 that is optically coupled to a hermetically sealed container 708.

本発明の実施形態では、LEDから放出された光の第1の部分が発光ナノ結晶710によってダウンコンバートされる。LEDから放出された光の第2の部分と発光ナノ結晶からダウンコンバートされた光が光ガイド712から放出される。   In an embodiment of the invention, a first portion of the light emitted from the LED is downconverted by the luminescent nanocrystal 710. A second portion of light emitted from the LED and light down-converted from the luminescent nanocrystal are emitted from the light guide 712.

LEDのさまざまな構成、および全可視スペクトルにわたる光を発光するLED、ならびに紫外光(10nm〜約380nmの波長をもつ光)を発光するLEDを含む適当な任意のLEDを、本発明のLEDデバイスに利用することができる。適当には、LED702は青色光を発光する。本明細書に記載されたとおり、可視スペクトルは、人間の眼に見える約380nmから約780nmまでの波長を有する光を含む。可視光は、赤、橙、黄、緑、青、藍、紫など、スペクトルのさまざまな色に分離されうる。本明細書で使用されているとおり、青色光は、波長約435nmから約500nmまでの光を含み、緑色光は、約520nmから565nmまで、より適当には約525nmから約530nmまでの光を含み、赤色光は、約625nmから約740nmまで、より適当には約625nmから約640nmまでの光を含む。   Any suitable LED, including LEDs that emit light over the entire visible spectrum and various configurations of LEDs, as well as LEDs that emit ultraviolet light (light with a wavelength of 10 nm to about 380 nm) can be incorporated into the LED device of the present invention. Can be used. Suitably, the LED 702 emits blue light. As described herein, the visible spectrum includes light having a wavelength from about 380 nm to about 780 nm that is visible to the human eye. Visible light can be separated into various colors in the spectrum, such as red, orange, yellow, green, blue, indigo, and purple. As used herein, blue light includes light having a wavelength from about 435 nm to about 500 nm, and green light includes light from about 520 nm to 565 nm, more suitably from about 525 nm to about 530 nm. , Red light includes light from about 625 nm to about 740 nm, more suitably from about 625 nm to about 640 nm.

適当には、図7Bに示されているように、LED702が青色光716を発光する。LEDから放出された青色光の第1の部分718が発光ナノ結晶710によってダウンコンバートされる。ナノ結晶は、青色光のこの部分を吸収する際に、次いで第2の波長722、724(図7B参照)で光を放出する。適当には、ナノ結晶710から放出された光は、主として緑色(例えば約520nmから565nmまで、より適当には約525nmから約530nmまで)および赤色(例えば波長約625nmから約740nmまで、より適当には約625nmから約640nmまで)の範囲の波長を有する光を含む。したがって、適当には、ナノ結晶710は、ナノ結晶の2つの集団を含む。ナノ結晶の1つの集団は、青色光を吸収し且つ赤色光を放出するように設計され、ナノ結晶の第2の集団は、青色光を吸収し且つ緑色光を放出するように設計される。ナノ結晶の集団は、適当には、複数(すなわち2以上、10以上、100以上、1000以上など)のナノ結晶を含む。本明細書に記載されたとおり、ナノ結晶の組成物およびサイズを調整することができることは、特定の吸収特性および放出特性を有するナノ結晶の設計を可能にする。   Suitably, the LED 702 emits blue light 716 as shown in FIG. 7B. A first portion 718 of blue light emitted from the LED is downconverted by the luminescent nanocrystal 710. As the nanocrystal absorbs this portion of the blue light, it then emits light at a second wavelength 722, 724 (see FIG. 7B). Suitably, the light emitted from the nanocrystal 710 is primarily green (eg, from about 520 nm to 565 nm, more suitably from about 525 nm to about 530 nm) and red (eg, from about 625 nm to about 740 nm, more suitably Includes light having a wavelength in the range of about 625 nm to about 640 nm. Thus, suitably, the nanocrystal 710 includes two populations of nanocrystals. One population of nanocrystals is designed to absorb blue light and emit red light, and a second population of nanocrystals is designed to absorb blue light and emit green light. The population of nanocrystals suitably includes a plurality (ie 2 or more, 10 or more, 100 or more, 1000 or more, etc.) of nanocrystals. As described herein, the ability to tailor the composition and size of the nanocrystals allows for the design of nanocrystals with specific absorption and emission characteristics.

青色光718の「第1の部分」は、LEDから放出され、青色から別の波長(単数または複数)の光にダウンコンバートされる、或る割合の青色光716を指す。第1の部分は、LEDによって与えられる青色光の総量よりも少ない、LED702から放出される本来の青色光716のうちの任意の量(例えばLED702から放出される青色光の約99%〜約1%、適当には約80%〜約30%、約70%〜約40%、約70%〜約50%または約60%)とすることができる。   The “first portion” of blue light 718 refers to a percentage of blue light 716 that is emitted from the LED and down-converted from blue to another wavelength or wavelengths of light. The first portion can be any amount of the original blue light 716 emitted from the LED 702 that is less than the total amount of blue light provided by the LED (eg, from about 99% to about 1 of the blue light emitted from the LED 702). %, Suitably about 80% to about 30%, about 70% to about 40%, about 70% to about 50% or about 60%).

LED702から放出された青色光の第2の部分720は、気密封止された容器708を通過して、青色光として現れる(適当には約20%〜約50%、または約20%〜約40%)。この青色光の第2の部分720と、ナノ結晶から放出されるダウンコンバートされた光722および724(例えば赤色光および緑色光)が、次いで光ガイド712から放出726される。適当には、LEDから放出された青色光720と、ダウンコンバートされた緑色光および赤色光(722および724)とが組み合わされて、光ガイドから最終的に放出されたときに白色光726を生じる。   A second portion 720 of blue light emitted from the LED 702 passes through the hermetically sealed container 708 and appears as blue light (suitably about 20% to about 50%, or about 20% to about 40%. %). This second portion 720 of blue light and downconverted light 722 and 724 (eg, red and green light) emitted from the nanocrystal are then emitted 726 from the light guide 712. Suitably, the blue light 720 emitted from the LED is combined with the down-converted green and red light (722 and 724) to produce white light 726 when finally emitted from the light guide. .

他の実施形態では、1つ(またはそれ以上)のLEDからのすべての光がナノ結晶によってダウンコンバートされ、一方、第2(第3など)のLEDからのすべての光が気密封止された容器を通過し、その結果、赤色、緑色および青色波長の光をもたらし、これらが組み合わされて白色光を生じるように、2つ(またはそれ以上)の青色光発光LEDを利用することができる。   In other embodiments, all light from one (or more) LEDs is down-converted by the nanocrystal, while all light from the second (third, etc.) LED is hermetically sealed. Two (or more) blue light emitting LEDs can be utilized so that they pass through the container resulting in light of red, green and blue wavelengths, which combine to produce white light.

気密封止された容器708は、適当には、プラスチックまたはガラス容器である。例示的な気密封止された容器が全体を通じて説明される。適当な実施形態では、気密封止された容器はプラスチックまたはガラス(例えばホウケイ酸)毛管である。本明細書で使用されているとおり、「毛管」は、その幅および高さ寸法の両方よりも長い長さ寸法を有する細長い容器を指す。適当には、毛管は、円形、長方形、四角形、三角形、不規則形、または他の断面を有する管または類似の構造物である。適当には、本発明のLEDデバイスで使用される毛管は、該毛管が光学的に結合されるLEDの形状および配向と整合するように構成することができる。例示的な実施形態では、毛管が約100μm〜約1mmのうちの少なくとも1つの寸法を有する。プラスチック毛管が利用される実施形態では、毛管に追加の気密シールを提供するために、SiO2、AlO2またはTiO2、および本明細書で説明される他のものなどのコーティングを追加することができる。 The hermetically sealed container 708 is suitably a plastic or glass container. An exemplary hermetically sealed container is described throughout. In suitable embodiments, the hermetically sealed container is a plastic or glass (eg, borosilicate) capillary. As used herein, “capillary” refers to an elongate container having a length dimension that is longer than both its width and height dimensions. Suitably, the capillary is a tube or similar structure having a circular, rectangular, square, triangular, irregular, or other cross section. Suitably, the capillary used in the LED device of the present invention can be configured to match the shape and orientation of the LED to which the capillary is optically coupled. In an exemplary embodiment, the capillary has at least one dimension from about 100 μm to about 1 mm. In embodiments where plastic capillaries are utilized, coatings such as SiO 2 , AlO 2 or TiO 2 , and others described herein may be added to provide an additional hermetic seal to the capillaries. it can.

適当には、本発明の毛管は、約50μm〜約10mm、約100μm〜約1mm、または約100μm〜約500μmの厚さを有する。厚さは、光ガイドの平面内への毛管の寸法を指す。適当には、本発明の毛管は、約50μm〜約10mm、約100μm〜約1mm、または約100μm〜約500μmの高さ(光ガイドの平面内)を有する。適当には、本発明の毛管は、約1mm〜約50mm、約1mm〜約40mm、約1mm〜約30mm、約1mm〜約20mm、約1mm〜約10mmの長さ(光ガイドの平面内)を有する。   Suitably, the capillaries of the present invention have a thickness of about 50 μm to about 10 mm, about 100 μm to about 1 mm, or about 100 μm to about 500 μm. Thickness refers to the dimension of the capillary into the plane of the light guide. Suitably, the capillary of the present invention has a height (in the plane of the light guide) of about 50 μm to about 10 mm, about 100 μm to about 1 mm, or about 100 μm to about 500 μm. Suitably, the capillary of the present invention has a length (in the plane of the light guide) of about 1 mm to about 50 mm, about 1 mm to about 40 mm, about 1 mm to about 30 mm, about 1 mm to about 20 mm, about 1 mm to about 10 mm. Have.

他の実施形態では、本明細書に記載される発光ナノ結晶の気密封止された組成物をLEDデバイスに利用することができる。このような実施形態では、気密封止された組成物は、LEDおよび光ガイドに光学的に結合され、したがって、ナノ結晶からダウンコンバートされた光を提供する。   In other embodiments, the hermetically sealed compositions of luminescent nanocrystals described herein can be utilized in LED devices. In such embodiments, the hermetically sealed composition is optically coupled to the LED and light guide, thus providing light that is down-converted from the nanocrystal.

本明細書で使用されているとおり、「光ガイド」は、電磁放射(光)を1つの位置から別の位置に誘導するのに適した光学部品を指す。例示的な光ガイドは、光ファイバケーブル、プレート、フィルム、容器、または他の構造物などのポリマーまたはガラス固形物を含む。光ガイドのサイズは、LEDデバイスの最終的な用途および特性に依存することになる。一般に、光ガイドの厚さは、LEDの厚さと適合するであろう。光ガイドの他の寸法は、一般に、LEDの寸法を超えて延びるように設計され、適当には数十ミリメートルから数十ないし数百センチメートル程度である。図面に例示された光ガイドは、ディスプレイシステムなどに使用するのに適した実施形態を表すが、光ファイバケーブルなどを含む他の光ガイドを利用することもできる。   As used herein, “light guide” refers to an optical component suitable for directing electromagnetic radiation (light) from one location to another. Exemplary light guides include polymer or glass solids such as fiber optic cables, plates, films, containers, or other structures. The size of the light guide will depend on the final application and characteristics of the LED device. In general, the thickness of the light guide will match the thickness of the LED. Other dimensions of the light guide are generally designed to extend beyond the dimensions of the LED, suitably on the order of tens of millimeters to tens to hundreds of centimeters. The light guides illustrated in the drawings represent an embodiment suitable for use in a display system or the like, but other light guides including fiber optic cables and the like may be utilized.

本発明の実施に際して使用される例示的なナノ結晶が本明細書に記載される。適当な実施形態では、ナノ結晶はコア/シェルナノ結晶である。適当には、ナノ結晶は、それらの表面に取り付けられる1つまたは複数のリガンドを含み、これは、ポリマー材料中のナノ結晶の溶解性を増加させる。例示的なリガンドは、本明細書に、および米国特許出願第11/034,216号、米国特許出願第10/656,910号、および米国特許仮出願第60/578,236号に記載される。ナノ結晶の例示的なサイズがさらに本明細書で説明される。   Exemplary nanocrystals used in the practice of the present invention are described herein. In a suitable embodiment, the nanocrystal is a core / shell nanocrystal. Suitably, the nanocrystals comprise one or more ligands attached to their surface, which increases the solubility of the nanocrystals in the polymer material. Exemplary ligands are described herein and in US patent application Ser. No. 11 / 034,216, US patent application Ser. No. 10 / 656,910, and US provisional application No. 60 / 578,236. . Exemplary sizes of nanocrystals are further described herein.

適当な実施形態では、発光ナノ結晶はCdSeまたはZnSを含む。利用することができる例示的なコア/シェルナノ結晶は、CdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdSおよびCdTe/ZnSナノ結晶を含む。例示的な実施形態では、本明細書に記載されたとおり、ナノ結晶は、ポリマーマトリックス中に分散されまたは埋め込まれる。このマトリックスは、次いで、毛管を封止する前に毛管の中へ吸い込むまたは他の方法で配置することができる。   In suitable embodiments, the luminescent nanocrystal comprises CdSe or ZnS. Exemplary core / shell nanocrystals that can be utilized include CdSe / ZnS, InP / ZnS, PbSe / PbS, CdSe / CdS, CdTe / CdS, and CdTe / ZnS nanocrystals. In exemplary embodiments, the nanocrystals are dispersed or embedded in a polymer matrix as described herein. This matrix can then be drawn into the capillaries or otherwise placed before sealing the capillaries.

追加の実施形態では、散乱材料(例えば気密封止された容器に入る光を散乱させる材料の粒子)をマトリックスに加えることができる。適当には、散乱媒体は、500nmからミクロン、さらにはミリメートル程度のサイズの金属、ポリマー、半導体、または他の材料の粒子である。他の実施形態では、散乱材料は、LEDと気密封止された容器との間、または容器と光ガイドとの間に入れることができる。   In additional embodiments, scattering material (eg, particles of material that scatter light entering the hermetically sealed container) can be added to the matrix. Suitably, the scattering medium is a particle of metal, polymer, semiconductor or other material of a size on the order of 500 nm to microns, and even millimeters. In other embodiments, the scattering material can be placed between the LED and the hermetically sealed container, or between the container and the light guide.

気密封止された容器の中のナノ結晶の濃度は、用途、ナノ結晶のサイズ、ナノ結晶の組成、ポリマーマトリックスの組成、および他の因子に依存することになり、当技術分野での通常の方法を使用して最適化することができる。適当には、発光ナノ結晶は、約0.01重量%〜約50重量%、約0.1重量%〜約50重量%、約1重量%〜約50重量%、約1重量%〜約40重量%、約1重量%〜約30重量%、約1重量%〜約20重量%、約1重量%〜約10重量%、約1重量%〜約5重量%、または約1重量%〜約3重量%の濃度で存在する。LEDからの光のうちの、適当には約40%〜約80%、より適当には約50%〜約70%、または約60%がナノ結晶によって吸収され、この場合、残りの光は、適当には、気密封止された容器を通過する。容器に当たる光のうちの、適当には約10%〜約40%、または約20%〜約30%が、ダウンコンバートされることなく容器を通過する。   The concentration of nanocrystals in a hermetically sealed container will depend on the application, nanocrystal size, nanocrystal composition, polymer matrix composition, and other factors, and is common in the art. The method can be optimized. Suitably, the luminescent nanocrystals are about 0.01% to about 50%, about 0.1% to about 50%, about 1% to about 50%, about 1% to about 40%. %, About 1% to about 30%, about 1% to about 20%, about 1% to about 10%, about 1% to about 5%, or about 1% to about Present at a concentration of 3% by weight. Of the light from the LED, suitably about 40% to about 80%, more suitably about 50% to about 70%, or about 60% is absorbed by the nanocrystals, in which case the remaining light is Suitably, it passes through a hermetically sealed container. Suitably about 10% to about 40%, or about 20% to about 30% of the light hitting the container passes through the container without being downconverted.

本明細書に記載されたとおり、気密封止された容器708は、LED702ならびに光ガイド712の両方に光学的に結合される。本明細書で使用されているとおり、「光学的に結合される」は、構成要素(例えば気密封止された容器およびLED)が、光が実質的な干渉なしに1つの構成要素から別の構成要素へ通過できるように位置決めされることを意味する。光学的結合は、気密封止された容器708とLED702が物理的に直接接触している実施形態、または図7Aに示されているように、適当には、気密封止された容器708(したがってナノ結晶710)とLED702が距離704だけ離間される実施形態を含む。図7Aには基材706の頂部に接触している気密封止された容器708が示されているが、LEDからの光が気密封止された容器708を通過できる限り、適当な任意の構成を利用することができる。例えば、気密封止された容器は、基材706の頂部とLED702との間の空間内に位置決めすることができる。他の実施形態では、光学的に透明な要素(例えばレンズを含むガラスまたはプラスチックシートまたはストリップ)を、気密封止された容器708とLED704との間に置くことができる。光学的結合は、構成要素間の物理的相互作用を必要としないことに留意すべきである。むしろ、光が構成要素間を通過できる限り、それらは光学的に結合されると考えられる。気密封止された容器708とLED702との間の間隔により、結果としてナノ結晶がLEDから遠くに位置することになる。この遠くの位置は、LEDおよびナノ結晶から生じる光の特性(強度、純度、演色など)を改善する。   As described herein, a hermetically sealed container 708 is optically coupled to both the LED 702 and the light guide 712. As used herein, “optically coupled” means that components (eg, hermetically sealed containers and LEDs) can be separated from one component to another without substantial interference. It is meant to be positioned so that it can pass through to the component. The optical coupling may be suitably achieved in an embodiment where the hermetically sealed container 708 and LED 702 are in direct physical contact, or suitably hermetically sealed container 708 (and thus as shown in FIG. 7A). In some embodiments, the nanocrystal 710) and the LED 702 are separated by a distance 704. Although FIG. 7A shows a hermetically sealed container 708 in contact with the top of the substrate 706, any suitable configuration may be used as long as light from the LED can pass through the hermetically sealed container 708. Can be used. For example, a hermetically sealed container can be positioned in the space between the top of the substrate 706 and the LED 702. In other embodiments, an optically transparent element (eg, a glass or plastic sheet or strip containing a lens) can be placed between the hermetically sealed container 708 and the LED 704. It should be noted that optical coupling does not require physical interaction between components. Rather, as long as light can pass between the components, they are considered to be optically coupled. The spacing between hermetically sealed container 708 and LED 702 results in the nanocrystals being located far from the LEDs. This distant location improves the properties (intensity, purity, color rendering, etc.) of light originating from LEDs and nanocrystals.

実施形態では、光ガイド712は、グルー、テープ、機械的位置合わせのみなど、およびその組合せを介して、気密封止された容器708に光学的に結合される。図7Aに示されているように、適当には、光ガイド712は、気密封止された容器708と直接に接触する。2つの要素の間の物理的接触を維持するために、テープ、グルー、または他の締結装置を利用することができる。適当には、締結装置は、気密封止された容器から光ガイドへ光を通すように、光学的に透明であり、または実質的に光学的に透明である。これはさらに、ポリマー光ガイドを利用することによって達成することができ、ポリマー光ガイドは、例えば、該光ガイドに気密封止された容器が接触するように、加熱されたときに溶融し、または変形し、次いで該光ガイドが冷却され、それによって2つの要素の間の物理的接着または接触の形成を容易にする。   In embodiments, the light guide 712 is optically coupled to the hermetically sealed container 708 via glue, tape, mechanical alignment only, etc., and combinations thereof. As shown in FIG. 7A, suitably, the light guide 712 is in direct contact with the hermetically sealed container 708. Tape, glue, or other fastening devices can be utilized to maintain physical contact between the two elements. Suitably, the fastening device is optically transparent or substantially optically transparent to pass light from the hermetically sealed container to the light guide. This can further be achieved by utilizing a polymer light guide that melts when heated, for example, such that a hermetically sealed container contacts the light guide, or Deforms and then the light guide is cooled, thereby facilitating the formation of a physical bond or contact between the two elements.

図8A〜8Cは、図7Aで説明されるLEDデバイスの追加の構成を示す。図8Aでは、光ガイド712は、テーパした縁部802を有する状態で示されている。テーパした縁部802は、LEDおよびナノ結晶から放出された光を光ガイド712の中に誘導するのを容易にするのに役立つことができる。図8Bでは、804で示されるように気密封止された容器708を光ガイド712の中に埋め込むことができる。これは、例えば、気密封止された容器を光ガイド712の中に直接挿入できるように光ガイド712の区域を除去することによって達成することができる。他の実施形態では、上記のように、光ガイド712は、溶融し、または変形し、それによって、気密封止された容器708を光ガイド712の中へ挿入しまたは埋め込むことを可能にするように、加熱することができる。図8Cに例示されるように、他の実施形態では、気密封止された容器708は、806に示されているように形状設定することができる。例示的な実施形態では、気密封止された容器708は、LEDから光ガイドへの光の伝達を改善するために、レンズまたは他の光学装置として作用するように形状設定することができる。   8A-8C illustrate additional configurations of the LED device described in FIG. 7A. In FIG. 8A, the light guide 712 is shown having a tapered edge 802. Tapered edge 802 can serve to facilitate directing light emitted from the LEDs and nanocrystals into light guide 712. In FIG. 8B, a hermetically sealed container 708 as shown at 804 can be embedded in the light guide 712. This can be achieved, for example, by removing an area of the light guide 712 so that a hermetically sealed container can be inserted directly into the light guide 712. In other embodiments, as described above, the light guide 712 melts or deforms, thereby allowing the hermetically sealed container 708 to be inserted or embedded into the light guide 712. It can be heated. As illustrated in FIG. 8C, in another embodiment, hermetically sealed container 708 can be shaped as shown at 806. In an exemplary embodiment, the hermetically sealed container 708 can be shaped to act as a lens or other optical device to improve light transmission from the LED to the light guide.

図9は、光ガイドから放出される光の量が増加するように、LED、光ガイドおよび気密封止された容器に対して位置決めされた1つまたは複数の反射器902をデバイスがさらに含む、本発明のLEDデバイスの実施形態を示す。図9に示されているように、例示的な実施形態では、光ガイドの中に誘導されない、気密封止された容器の中のナノ結晶から放出されたあらゆる光、またはLEDから跳ね返る光を反射するように、反射器をLEDの後ろに位置決めすることができる。同様に、気密封止された容器の側面はさらに、光を光ガイドの方に反射するように反射器902を含むことができる。追加の実施形態では、その上にLEDが位置決めされる基材はさらに、LEDからの光を気密封止された容器の中に誘導するのに役立つ反射性の傾いた側面を含むことができる。   FIG. 9 shows that the device further includes one or more reflectors 902 positioned relative to the LED, the light guide, and the hermetically sealed container such that the amount of light emitted from the light guide is increased. 1 illustrates an embodiment of an LED device of the present invention. As shown in FIG. 9, the exemplary embodiment reflects any light emitted from the nanocrystals in the hermetically sealed container or bounced off the LEDs that is not guided into the light guide. As such, the reflector can be positioned behind the LED. Similarly, the side of the hermetically sealed container can further include a reflector 902 to reflect light toward the light guide. In additional embodiments, the substrate on which the LED is positioned can further include a reflective inclined side surface that helps direct light from the LED into a hermetically sealed container.

図10A〜10Bは、例示的な気密封止された容器708、例えば毛管の例示を提供する。図10Bに示されているように、実施形態では、気密封止された容器708(毛管)の端部は、キャップ1002で覆うことができる。キャップ1002は、適当には、適用の前に加熱し、次いで気密封止される容器が封止されるように冷却することができる、ポリマー材料から作製される。他の実施形態では、気密封止された容器の端部に充填し、それによって容器を封止するために、液状ポリマー溶液を使用することができる。本明細書に記載されたとおり、または当技術分野で知られている他の方法で気密封止された容器を封止する追加の方法、例えば、クリンプ、挟みつぶす、レーザ封止、熱収縮、または容器の端部を閉鎖する他の方法を使用することもできる。   10A-10B provide an illustration of an exemplary hermetically sealed container 708, eg, a capillary. As shown in FIG. 10B, in an embodiment, the end of the hermetically sealed container 708 (capillary) can be covered with a cap 1002. Cap 1002 is suitably made from a polymeric material that can be heated prior to application and then cooled so that the hermetically sealed container is sealed. In other embodiments, a liquid polymer solution can be used to fill the end of a hermetically sealed container and thereby seal the container. Additional methods of sealing hermetically sealed containers as described herein or other methods known in the art, such as crimping, pinching, laser sealing, heat shrinking, Alternatively, other methods of closing the container ends can be used.

適当には、ポリマーマトリックス中に分散される発光ナノ結晶の溶液は、例えば真空を使用して減圧を生じることによって毛管の中へ吸い込まれる。適当には、ポリマーは、次いで冷却され、硬化される。硬化プロセスは、しばしば、結果として、ポリマーマトリックス中に形成される小さい気泡を生じることがある。これらの調製物中の小さいサイズの気泡は、組成物またはナノ結晶の光学特性に干渉せず、実際には、これらの小さい気泡の存在は、製造中にマトリックスが熱サイクルを経験するまたはLEDと共に使用するときに高まる圧力を低減する一助となる可能性があることが発見されている。   Suitably, the solution of luminescent nanocrystals dispersed in the polymer matrix is drawn into the capillary, for example by creating a vacuum using a vacuum. Suitably the polymer is then cooled and cured. The curing process often results in small bubbles that are formed in the polymer matrix. The small size bubbles in these preparations do not interfere with the optical properties of the composition or nanocrystal, and in fact, the presence of these small bubbles may cause the matrix to experience thermal cycling during manufacture or with the LED. It has been discovered that it may help reduce the pressure that increases when used.

適当な実施形態では、本発明は、白色光発光ダイオード(LED)デバイスを提供する。該デバイスは、適当には青色光発光LEDと、LEDに光学的に結合される複数の発光ナノ結晶(適当にはCdSe/ZnS発光ナノ結晶)を含む気密封止された容器とを含む。デバイスはさらに、気密封止された容器に光学的に結合される光ガイドを含む。   In a suitable embodiment, the present invention provides a white light emitting diode (LED) device. The device suitably comprises a blue light emitting LED and a hermetically sealed container comprising a plurality of light emitting nanocrystals (suitably CdSe / ZnS light emitting nanocrystals) optically coupled to the LED. The device further includes a light guide that is optically coupled to the hermetically sealed container.

図7Bに例示されるように、LEDから放出された青色光718の第1の部分が気密封止された容器に入る際に、発光ナノ結晶(例えばCdSe/ZnS発光ナノ結晶)によって光が緑色光および赤色光(722および724)にダウンコンバートされる。LEDから放出された青色光の第2の部分720と緑色光および赤色光が、光ガイドから放出され、組み合わされて白色光726を生じる。   As illustrated in FIG. 7B, when the first portion of blue light 718 emitted from the LED enters the hermetically sealed container, the light is green by the luminescent nanocrystal (eg, CdSe / ZnS luminescent nanocrystal). Downconverted to light and red light (722 and 724). A second portion 720 of blue light emitted from the LED and green and red light are emitted from the light guide and combined to produce white light 726.

本明細書に記載されたとおり、本発明の白色光LEDデバイスは、適当には、LEDから(遠くに)間隔をおいて配置された発光ナノ結晶を含む気密封止された容器を含む。気密封止された容器内のナノ結晶の濃度は、LEDによって放出された青色光の一部がナノ結晶によって吸収されることなく容器を通過できるように提供される。青色光の別の部分は、吸収され、次いでナノ結晶によってダウンコンバートされ、緑色および赤色光として放出される。赤色、青色および緑色光が、次いで光ガイドから放出されるときに組み合わされて白色光を生じる。本発明の手法は、3つの別個の光源(例えば3つのLED)が使用される、またはLEDからのすべての青色光が発光ナノ結晶によって吸収される白色光LEDとは異なる。ナノ結晶の濃度/密度および特性を最適化することによって、高強度、高純度の、正確に色調整された、白色光を生じることができる。   As described herein, the white light LED device of the present invention suitably comprises a hermetically sealed container comprising luminescent nanocrystals spaced (distant) from the LED. The concentration of nanocrystals in the hermetically sealed container is provided so that a portion of the blue light emitted by the LED can pass through the container without being absorbed by the nanocrystals. Another part of the blue light is absorbed and then down-converted by the nanocrystals and emitted as green and red light. Red, blue and green light are then combined to produce white light when emitted from the light guide. The approach of the present invention differs from white light LEDs, where three separate light sources (eg, three LEDs) are used, or where all blue light from the LEDs is absorbed by the luminescent nanocrystals. By optimizing the concentration / density and properties of the nanocrystals, high intensity, high purity, precisely tuned white light can be produced.

他の実施形態では、本発明は、LEDと、LEDに光学的に結合される複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された容器と、気密封止された容器に光学的に結合される光ガイドとを含む、発光ダイオード(LED)デバイスを提供する。LEDから放出された光は、ナノ結晶によってダウンコンバートされ、光ガイドの表面を出る。適当には、発光ナノ結晶が青色、緑色および赤色光を放出し、光が組み合わされて白色光を生じる。このような実施形態では、適当には、LEDは紫外光を発光する。   In other embodiments, the invention provides an LED, a hermetically sealed container comprising a plurality of light emitting nanocrystals optically coupled to the LED, and light optically coupled to the hermetically sealed container. A light emitting diode (LED) device including a guide is provided. The light emitted from the LED is down-converted by the nanocrystal and exits the surface of the light guide. Suitably, the luminescent nanocrystals emit blue, green and red light and the light is combined to produce white light. In such an embodiment, suitably the LED emits ultraviolet light.

他の実施形態では、本発明は、本明細書で説明されるLEDデバイスを含むディスプレイシステムを提供する。適当には、図11に示されているように、ディスプレイシステム1100は、ディスプレイ1102と、複数のLEDデバイス700とを含む。本明細書に記載されたとおり、適当には、LEDデバイス700は、LED702と、LEDに光学的に結合される複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された容器708とを含む。デバイスはさらに、気密封止された容器に光学的に結合される光ガイド712を含む。図11に示されているように、適当には、ディスプレイ1102は、光ガイド712を少なくとも部分的に取り囲む。   In other embodiments, the present invention provides a display system that includes an LED device as described herein. Suitably, as shown in FIG. 11, the display system 1100 includes a display 1102 and a plurality of LED devices 700. As described herein, suitably, the LED device 700 includes an LED 702 and a hermetically sealed container 708 that includes a plurality of luminescent nanocrystals that are optically coupled to the LED. The device further includes a light guide 712 that is optically coupled to the hermetically sealed container. As shown in FIG. 11, suitably the display 1102 at least partially surrounds the light guide 712.

実施形態では、発光ナノ結晶から放出され、ダウンコンバートされた光が、光ガイドから放出され、ディスプレイ上に表示される。本発明のディスプレイシステムは、白色光を含む可視スペクトルの全範囲にわたる光を放出することができる。   In an embodiment, light emitted from the luminescent nanocrystals and down-converted is emitted from the light guide and displayed on the display. The display system of the present invention can emit light over the entire range of the visible spectrum, including white light.

他の実施形態では、LEDから放出された光の第1の部分が発光ナノ結晶によってダウンコンバートされる。LEDから放出された光の第2の部分と発光ナノ結晶からダウンコンバートされた光が光ガイドから放出され、ディスプレイ上に表示される。本発明のディスプレイシステムは、白色光を含む可視スペクトルの全範囲にわたる光を放出することができる。例示的な実施形態では、利用されるLEDは青色光を発光する。   In other embodiments, a first portion of the light emitted from the LED is downconverted by the luminescent nanocrystal. A second portion of light emitted from the LED and light down-converted from the luminescent nanocrystal is emitted from the light guide and displayed on the display. The display system of the present invention can emit light over the entire range of the visible spectrum, including white light. In the exemplary embodiment, the LED utilized emits blue light.

例示的な気密封止された容器(毛管を含む)と発光ナノ結晶が本明細書に記載される。図11に示されているように、適当には、単一の気密封止された容器708’が少なくとも2つのLEDに光学的に結合される。単一の気密封止された容器は、2個以上、3個以上、4個以上、5個以上、10個以上などのLEDに光学的に結合することができる。気密封止された容器708は、個々の各LEDに結合することができるが、本発明のディスプレイシステムの実施形態では、複数のLEDに結合される単一の気密封止された容器の使用によって、ディスプレイシステムのより容易な組み立ておよび製造が可能となる。単一の気密封止された容器が複数のLEDに結合される実施形態では、適当には、各LEDが青色光を発光し、その一部は容器の中のナノ結晶によってダウンコンバートされ、その一部は光ガイドから放出される。図11は、単一の光ガイドおよび単一のディスプレイが利用される実施形態を実証するが、本発明のディスプレイシステムは、互いに光学的に結合されて、その結果としてディスプレイシステムをもたらす、複数の光ガイドおよび複数のディスプレイを含むことができることが理解されるべきである。   Exemplary hermetically sealed containers (including capillaries) and luminescent nanocrystals are described herein. As shown in FIG. 11, a single hermetically sealed container 708 'is suitably optically coupled to at least two LEDs. A single hermetically sealed container can be optically coupled to two or more, three or more, four or more, five or more, ten or more LEDs. A hermetically sealed container 708 can be coupled to each individual LED, but in the display system embodiments of the present invention, the use of a single hermetically sealed container coupled to multiple LEDs. This allows easier assembly and manufacture of the display system. In embodiments where a single hermetically sealed container is coupled to multiple LEDs, suitably each LED emits blue light, a portion of which is down-converted by the nanocrystals in the container, the Part is emitted from the light guide. FIG. 11 demonstrates an embodiment in which a single light guide and a single display are utilized, but the display system of the present invention is optically coupled to each other resulting in multiple display systems. It should be understood that a light guide and multiple displays can be included.

本明細書に記載された発光ナノ結晶を含む気密封止された容器は、既存のLEDディスプレイシステムに後付けするのに利用することができる。ディスプレイのLEDと光ガイドとの間に気密封止された容器(例えば毛管)を含むことにより、LEDからの光(適当には青色光)の一部を、LED光と組み合わせて白色光を生じることを含めて任意の所望の色に変換することができる。   The hermetically sealed container containing the luminescent nanocrystals described herein can be used to retrofit existing LED display systems. By including a hermetically sealed container (eg, a capillary tube) between the display LED and the light guide, a portion of the light from the LED (suitably blue light) is combined with the LED light to produce white light. Can be converted into any desired color.

以下の表1は、本発明の発光ナノ結晶からの光出力、ならびにナノ結晶を励起するのに使用される青色LEDからの光を示す。ナノ結晶は、本明細書に記載されたようにLEDから間隔をおいて(LEDから遠くに)配置された。伝統的なイットリウムアルミニウムガーネット(YAG)蛍りん光体に関するデータも示される。FWHM=半値幅である。

Figure 2013509714
Table 1 below shows the light output from the luminescent nanocrystals of the present invention as well as the light from the blue LED used to excite the nanocrystals. The nanocrystals were spaced (distant from the LED) from the LED as described herein. Data for a traditional yttrium aluminum garnet (YAG) phosphor is also shown. FWHM = full width at half maximum.
Figure 2013509714

発光ナノ結晶コンポジット
他の実施形態では、本発明は、発光ナノ結晶コンポジット材料1200である。図12に示されているように、実施形態では、コンポジット材料は、第1の組成を有する第1のポリマー材料1204と、第2の組成を有する第2のポリマー1202材料と、第2のポリマー材料1202中に分散される複数の発光ナノ結晶710とを含む。第2のポリマー材料1202は、第1のポリマー材料1204中に分散される。
In another embodiment, the present invention is a luminescent nanocrystal composite material 1200. As shown in FIG. 12, in an embodiment, the composite material comprises a first polymer material 1204 having a first composition, a second polymer 1202 material having a second composition, and a second polymer. A plurality of luminescent nanocrystals 710 dispersed in material 1202. Second polymeric material 1202 is dispersed in first polymeric material 1204.

発光ナノ結晶を第2のポリマー材料1202中に分散させることは、ナノ結晶を封止する方法を提供し、且つ、さまざまな組成およびサイズのナノ結晶を混合するための機構を提供する。適当な第2のポリマー材料1202は、アミノシリコーン、ならびに限定はされないが、ポリ(ビニルブチラール):ポリ(酢酸ビニル);エポキシ樹脂;ウレタン;シリコーンならびに限定はされないがポリフェニルメチルシロキサン、ポリフェニルアルキルシロキサン、ポリジフェニルシロキサン、ポリジアルキルシロキサン、フッ化シリコーン、ビニルおよび水素化物置換シリコーンを含むシリコーン誘導体;限定はされないがメタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチルおよびメタクリル酸ラウリルを含む単量体から形成されたアクリルポリマーおよびコポリマー;スチレンベースのポリマー;ならびにジビニルベンゼンなどの2官能性単量体で架橋されたポリマーを含む、本明細書で説明される他のポリマーを含む。   Dispersing the luminescent nanocrystals in the second polymeric material 1202 provides a method for encapsulating the nanocrystals and provides a mechanism for mixing nanocrystals of various compositions and sizes. Suitable second polymeric materials 1202 include, but are not limited to, aminosilicone, poly (vinyl butyral): poly (vinyl acetate); epoxy resin; urethane; silicone and, but not limited to, polyphenylmethylsiloxane, polyphenylalkyl Silicone derivatives including siloxanes, polydiphenylsiloxanes, polydialkylsiloxanes, fluorinated silicones, vinyl and hydride substituted silicones; acrylics formed from monomers including but not limited to methyl methacrylate, butyl methacrylate and lauryl methacrylate Including other polymers described herein, including polymers and copolymers; styrene-based polymers; and polymers crosslinked with bifunctional monomers such as divinylbenzene.

第2のポリマー材料1202はナノ結晶を分散させるのに適した環境を提供するが、ナノ結晶の効率的な混合を提供するポリマーは、形状設定するまたは成形するにはしばしば脆弱であり、または難しいことがある。ナノ結晶/ポリマー混合物1202を追加のポリマー材料1204中に分散させることは、発光ナノ結晶の所望の光学的/ダウンコンバージョン特性を維持しながら、要望通りに機械的に作用することができる気密封止された組成物も維持する、コンポジットの生産を可能にする。第1のポリマー材料1204として使用される例示的なポリマー材料は、エポキシ樹脂およびポリカーボネートを含む。例示的なエポキシ樹脂およびポリカーボネートは、当技術分野で良く知られている。   While the second polymeric material 1202 provides a suitable environment for dispersing nanocrystals, polymers that provide efficient mixing of nanocrystals are often fragile or difficult to shape or mold Sometimes. Dispersing the nanocrystal / polymer mixture 1202 in the additional polymer material 1204 can provide a hermetic seal that can act mechanically as desired while maintaining the desired optical / downconversion properties of the luminescent nanocrystals. Enabling the production of composites that also retain the finished composition. Exemplary polymeric materials used as the first polymeric material 1204 include epoxy resins and polycarbonate. Exemplary epoxy resins and polycarbonates are well known in the art.

適当には、コンポジット材料中に分散される発光ナノ結晶は、光(例えば青色光)を吸収し、且つ緑色光および/または赤色光を放出するが、他の色もナノ結晶から放出されることがある。コンポジット材料で使用される例示的なナノ結晶が本明細書に記載され、これらは、CdSeまたはZnSを含むナノ結晶、ならびにCdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdSまたはCdTe/ZnSを含むコア/シェル発光ナノ結晶を含む。   Suitably, the luminescent nanocrystals dispersed in the composite material absorb light (eg, blue light) and emit green and / or red light, but other colors are also emitted from the nanocrystal. There is. Exemplary nanocrystals used in composite materials are described herein and include CdSe or ZnS containing nanocrystals, as well as CdSe / ZnS, InP / ZnS, PbSe / PbS, CdSe / CdS, CdTe / CdS. Or a core / shell luminescent nanocrystal comprising CdTe / ZnS.

他の実施形態では、コンポジットは、コンポジットを気密封止する無機層1206を含むことができる。SiO2、TiO2またはAlO2を含む無機層の例が本明細書に記載される。 In other embodiments, the composite can include an inorganic layer 1206 that hermetically seals the composite. Examples of inorganic layers comprising SiO 2 , TiO 2 or AlO 2 are described herein.

適当には、本発明のコンポジット材料は、青色LED波長における約0.5〜約0.9の光学密度と約50μm〜約200μmの経路長を有する。適当には、コンポジットは、青色LED波長における約0.5〜約0.8、約0.7〜約0.8、または約0.8の光学密度を有する。適当には、コンポジット材料の経路長は、約75μm〜約150μm、または約100μmである。本発明のコンポジット材料に利用される発光ナノ結晶の濃度は、適当には、本明細書で説明される気密封止された組成物に利用される濃度とほぼ同じである。したがって、発光ナノ結晶は、適当には、コンポジットに当たる光の約40%〜約80%、より適当には約50%〜約70%、または約60%がナノ結晶によって吸収されるように、約0.01重量%〜約50重量%、約0.1重量%〜約50重量%、約1重量%〜約50重量%、約1重量%〜約40重量%、約1重量%〜約30重量%、約1重量%〜約20重量%、約1重量%〜約10重量%、約1重量%〜約5重量%、または約1重量%〜約3重量%の濃度で存在する。   Suitably, the composite material of the present invention has an optical density of about 0.5 to about 0.9 and a path length of about 50 μm to about 200 μm at the blue LED wavelength. Suitably, the composite has an optical density of about 0.5 to about 0.8, about 0.7 to about 0.8, or about 0.8 at the blue LED wavelength. Suitably, the path length of the composite material is from about 75 μm to about 150 μm, or about 100 μm. The concentration of the luminescent nanocrystals utilized in the composite material of the present invention is suitably about the same as that utilized in the hermetically sealed composition described herein. Thus, the luminescent nanocrystal is suitably about 40% to about 80%, more suitably about 50% to about 70%, or about 60% of the light hitting the composite, so that the nanocrystal can absorb about 0.01% to about 50%, about 0.1% to about 50%, about 1% to about 50%, about 1% to about 40%, about 1% to about 30% It is present at a concentration of about 1% to about 20%, about 1% to about 10%, about 1% to about 5%, or about 1% to about 3% by weight.

本発明はさらに、発光ナノ結晶コンポジット材料を調製する方法を提供する。図12に関する図13の流れ図1300に示されているように、適当には、このような方法は、複数の発光ナノ結晶710を第1のポリマー材料1202中に分散させて、発光ナノ結晶と第1のポリマー材料との混合物を形成するステップ1302を含む。混合物は、次いで1304で硬化される。1308で、硬化された混合物から微粒子を生じさせる。ステップ1310で、微粒子を第2のポリマー材料1204中に分散させて、コンポジット材料を生じさせる。微粒子は、第2のポリマー材料が液体、またはほとんど液体の状態にあるときに、さまざまな形態の機械的混合を用いて第2のポリマー材料中に分散させることができる。   The present invention further provides a method of preparing a luminescent nanocrystalline composite material. As shown in the flow diagram 1300 of FIG. 13 with respect to FIG. 12, suitably such a method comprises dispersing a plurality of luminescent nanocrystals 710 in a first polymeric material 1202 to form a luminescent nanocrystal and a first Forming a mixture 130 with one polymeric material. The mixture is then cured at 1304. At 1308, microparticles are generated from the cured mixture. At step 1310, the microparticles are dispersed in the second polymeric material 1204 to produce a composite material. The microparticles can be dispersed in the second polymeric material using various forms of mechanical mixing when the second polymeric material is in a liquid or nearly liquid state.

この方法で使用される例示的なポリマー材料が適当な発光ナノ結晶として本明細書に記載される。適当には、発光ナノ結晶は、CdSeまたはZnSを含み、またはCdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdSまたはCdTe/ZnSを含むコアシェルナノ粒子であり、適当にはアミノシリコーン中に分散される。   Exemplary polymeric materials used in this method are described herein as suitable luminescent nanocrystals. Suitably, the luminescent nanocrystal comprises CdSe or ZnS or is a core-shell nanoparticle comprising CdSe / ZnS, InP / ZnS, PbSe / PbS, CdSe / CdS, CdTe / CdS or CdTe / ZnS, suitably Dispersed in aminosilicone.

適当には、発光ナノ結晶と第1のポリマー材料との混合物が機械的に処理されて微粒子を形成する。機械的処理の例は、ボールミリング、研削、微粉砕、粉砕または混合物から微粒子を形成する他の方法を含む。微粒子を生じさせるために化学処理または他の処理を利用することもできる。適当には、微粒子は粉末である。適当には、ナノ結晶と第1のポリマー材料との混合物の微粒子は、約10μm〜約200μm、または約10μm〜約100μm、または約20μm〜約70μm、または約50μm程度のサイズを有する。   Suitably, the mixture of luminescent nanocrystals and first polymer material is mechanically processed to form microparticles. Examples of mechanical processing include ball milling, grinding, comminuting, comminuting or other methods of forming microparticles from a mixture. Chemical treatments or other treatments can also be utilized to generate microparticles. Suitably, the microparticle is a powder. Suitably, the microparticles of the mixture of nanocrystals and first polymeric material have a size on the order of about 10 μm to about 200 μm, or about 10 μm to about 100 μm, or about 20 μm to about 70 μm, or about 50 μm.

発光ナノ結晶と第1のポリマー材料との混合物の微粒子以外の他の構造物、例えば、フィルム、ロッド、リボン、球などが生じることもある。これらの構造物は、次いで第2のポリマー材料中に分散させることができる。   Other structures other than the fine particles of the mixture of luminescent nanocrystals and the first polymeric material, such as films, rods, ribbons, spheres, and the like may occur. These structures can then be dispersed in the second polymeric material.

他の実施形態では、第2のポリマー材料は、所望の最終製品の所望の光学特性および物理特性を有するセラミックス、ガラス、または無機材料などの他の材料で置き換えることができる。   In other embodiments, the second polymeric material can be replaced with other materials such as ceramics, glasses, or inorganic materials that have the desired optical and physical properties of the desired final product.

例示的な実施形態では、1304での硬化の前に、ステップ1306で混合物に架橋剤が加えられる。例示的な架橋剤は、本明細書に記載された架橋剤、または当技術分野で知られている他の架橋剤である。   In the exemplary embodiment, a crosslinker is added to the mixture at step 1306 prior to curing at 1304. Exemplary crosslinkers are the crosslinkers described herein, or other crosslinkers known in the art.

他の実施形態では、図13に示されているように、方法は、コンポジット材料をフィルムにするステップ1312をさらに含むことができる。適当には、コンポジット混合物が、こびり付かない(non−stick)基材、例えばTEFLON(登録商標)のシートのような基材上に注型される。混合物が硬化された後で、硬化されたフィルムをこびり付かない基材から除去することができる。フィルムは、次いで任意の所望のサイズまたは形状にカットしまたは切断することができる。   In other embodiments, as shown in FIG. 13, the method can further include step 1312 of filming the composite material. Suitably, the composite mixture is cast on a non-stick substrate, such as a TEFLON® sheet. After the mixture is cured, the cured film can be removed from the non-stick substrate. The film can then be cut or cut to any desired size or shape.

追加の実施形態では、流れ図1300のステップ1314に示されているように、コンポジットに追加の気密シールを提供するために、コンポジット上に無機層を配置することができる。無機層は、コンポジット材料の形成後に、しかしコンポジットをフィルムにする前に配置することができ、または無機層は、フィルムにした後に(所望の形状に切断/カットした後を含む)配置することができる。コーティング、吹き付け、ALD、浸し塗りなどのさまざまな方法を含む、コンポジット上に無機層を配置する方法が本明細書に記載される。   In additional embodiments, an inorganic layer can be disposed on the composite to provide an additional hermetic seal to the composite, as shown in step 1314 of flowchart 1300. The inorganic layer can be placed after formation of the composite material, but before the composite is made into a film, or the inorganic layer can be placed after it is made into a film (including after being cut / cut into the desired shape). it can. Described herein are methods for placing an inorganic layer on a composite, including various methods such as coating, spraying, ALD, dip coating, and the like.

コンポジット材料はさらに、押出成形、成形、溶媒キャスト、圧縮成形などをして、コンポジットの所望の形状および構成を形成することができる。これらの技術を実施するための方法およびパラメータは当技術分野で良く知られている。   The composite material can be further extruded, molded, solvent cast, compression molded, etc. to form the desired shape and configuration of the composite. Methods and parameters for implementing these techniques are well known in the art.

本発明のコンポジット材料は、本明細書に記載されたダウンコンバーティング用途、またはダウンコンバーティング層/フィルム/構造物が望ましい他の用途に利用することができる。したがって、例示的な実施形態では、本明細書に記載されたようにLEDからの光のダウンコンバージョンを提供するために、層、フィルム、管、ストリップまたは他の適当な構造物をコンポジット材料から調製し、LED(および/または光ガイド)に光学的に結合することができる。   The composite material of the present invention can be utilized in the downconverting applications described herein, or other applications where downconverting layers / films / structures are desired. Accordingly, in exemplary embodiments, layers, films, tubes, strips or other suitable structures are prepared from composite materials to provide for down conversion of light from LEDs as described herein. And can be optically coupled to the LED (and / or the light guide).

ナノ結晶を含む光ガイド
他の実施形態では、本発明は、図14A〜14Bに示されているように発光ダイオード(LED)デバイスを提供する。適当には、LEDデバイス1400および1401は、LED702と、LEDに光学的に結合される光ガイド712とを含む。光ガイド内の領域(1404、1404’)に複数の発光ナノ結晶710が分散される。適当には、領域は、光ガイドの長さ1410に沿って延びる。適当には、ナノ結晶が青色光、赤色光および緑色光を放出する。実施形態では、LEDは紫外(UV)光発光LEDである。
In other embodiments of light guides comprising nanocrystals, the present invention provides a light emitting diode (LED) device as shown in FIGS. Suitably, LED devices 1400 and 1401 include an LED 702 and a light guide 712 that is optically coupled to the LED. A plurality of light emitting nanocrystals 710 are dispersed in regions (1404, 1404 ′) in the light guide. Suitably, the region extends along the length 1410 of the light guide. Suitably, the nanocrystal emits blue light, red light and green light. In an embodiment, the LED is an ultraviolet (UV) light emitting LED.

他の実施形態では、LEDから放出された光の第1の部分がナノ結晶によってダウンコンバートされる。図14Aおよび14Bに示されているように、LEDから放出された光(1412)の第2の部分とダウンコンバートされた光(1414および1416)が光ガイドの表面を出る。   In other embodiments, a first portion of the light emitted from the LED is downconverted by the nanocrystal. As shown in FIGS. 14A and 14B, a second portion of light (1412) emitted from the LED and downconverted light (1414 and 1416) exit the surface of the light guide.

全体を通じて説明したように、本発明の発光ナノ結晶は、適当には、特定の波長の光を吸収し、次いで吸収した光をダウンコンバートし、異なる波長で光を放出する。図14A〜14Bに例示された本発明の実施形態では、発光ナノ結晶710は、光ガイドの領域1404および1404’に分散される。LEDから放出される光は、光ガイドの長さ1410を通して移動し、適当には、光ガイドの表面に沿って反射器で反射する。実施形態では、LEDから放出された光の一部が、1412で示されるように光ガイドの表面から放出される。光ガイドから放出された光の他の部分が発光ナノ結晶によって吸収され、ダウンコンバートされる。このダウンコンバートされた光(1414および1416)が、次いで光ガイドから放出される。他の実施形態では、すべてのLEDから放出された光がナノ結晶によってダウンコンバートされる。   As explained throughout, the luminescent nanocrystals of the present invention suitably absorb light of a particular wavelength, then down-convert the absorbed light and emit light at a different wavelength. In the embodiment of the invention illustrated in FIGS. 14A-14B, the luminescent nanocrystals 710 are dispersed in regions 1404 and 140 'of the light guide. The light emitted from the LED travels through the length 1410 of the light guide and is suitably reflected by the reflector along the surface of the light guide. In an embodiment, some of the light emitted from the LED is emitted from the surface of the light guide as indicated at 1412. Other parts of the light emitted from the light guide are absorbed by the luminescent nanocrystals and down-converted. This downconverted light (1414 and 1416) is then emitted from the light guide. In other embodiments, the light emitted from all LEDs is down-converted by the nanocrystal.

例示的な実施形態では、LEDは青色光発光LEDである。本明細書で詳細に論じたとおり、例示的な実施形態では、LEDから放出された青色光の一部が発光ナノ結晶によって赤色光および緑色光にダウンコンバートされる。放出された緑色1414および赤色1416の光が、LEDから放出された青色光の一部1412(ダウンコンバートされていない)と組み合わされるときに、光ガイドの表面から白色光が放出される。適当な実施形態では、光ガイド712は、光ガイドの発光面(単数または複数)上の1つまたは複数のフィーチャ1406を含む。フィーチャ1406は、適当には、光ガイド712の表面の中にエッチングされた、または該表面から形成されたパターンであり、光ガイドからの光の透過に役立つ。実施形態では、フィーチャ1406は、LEDから直接発光される光(青色光を含む)の放出を強化するように設計される。   In an exemplary embodiment, the LED is a blue light emitting LED. As discussed in detail herein, in an exemplary embodiment, a portion of the blue light emitted from the LED is downconverted to red and green light by the luminescent nanocrystals. White light is emitted from the surface of the light guide when the emitted green 1414 and red 1416 light is combined with a portion of blue light 1412 (not down-converted) emitted from the LED. In suitable embodiments, the light guide 712 includes one or more features 1406 on the light guide emitting surface (s). The feature 1406 is suitably a pattern etched into or formed from the surface of the light guide 712 to aid in the transmission of light from the light guide. In an embodiment, feature 1406 is designed to enhance the emission of light (including blue light) emitted directly from the LED.

他の実施形態では、LEDがUV光発光LEDであり、LEDから放出された光の実質的にすべてが、ナノ結晶によって赤色、緑色および青色光にダウンコンバートされる。光は、次いで光ガイドから放出され、組み合わされて白色光を生じる。   In other embodiments, the LED is a UV light emitting LED, and substantially all of the light emitted from the LED is down-converted to red, green and blue light by the nanocrystal. The light is then emitted from the light guide and combined to produce white light.

光ガイド内の領域で使用される例示的なナノ結晶が本明細書に記載される。適当には、ナノ結晶は、CdSeまたはZnSであり、または適当にはCdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdSまたはCdTe/ZnSを含むコア/シェルナノ結晶である。   Exemplary nanocrystals for use in regions within the light guide are described herein. Suitably the nanocrystal is CdSe or ZnS, or suitably a core / shell nanocrystal comprising CdSe / ZnS, InP / ZnS, PbSe / PbS, CdSe / CdS, CdTe / CdS or CdTe / ZnS.

本明細書で使用されているとおり、「領域」は、その中に発光ナノ結晶が配置されている光ガイドの区域または部分を指す。適当には、図14A〜14Bに示されているように、領域1404および1404’は、光ガイド712の長さ1410に沿って延びる。光ガイドの長さ1410は、LEDと垂直に延びる(または実質的に垂直な)横方向の寸法である。光ガイド712をLED702に対して図14Aおよび14Bに示されているように配向することによって、LED702からの光が、光ガイドを出る前に領域1404および1404’内のナノ結晶710のより多くの部分に当たる。適当には、領域1404/1404’は発光ナノ結晶の層である。領域1404/1404’の寸法は、光ガイドの全体寸法によって決定されるが、一般に、領域の厚さは、LEDのサイズ(すなわち数十ミクロンから数十ミリメートル位の程度)に比例することになり、一方、光ガイドの平面内の寸法(すなわち長さおよび幅)は、適当には光ガイドの全体に及ぶ。他の実施形態では、ナノ結晶を含む領域は、すべての寸法において光ガイドの全体にわたるものである(すなわち光ガイドの全体にわたって分散される)。   As used herein, a “region” refers to an area or portion of a light guide in which luminescent nanocrystals are disposed. Suitably, as shown in FIGS. 14A-14B, regions 1404 and 1404 ′ extend along the length 1410 of the light guide 712. The light guide length 1410 is a lateral dimension extending (or substantially perpendicular) perpendicular to the LED. By orienting the light guide 712 relative to the LED 702 as shown in FIGS. 14A and 14B, the light from the LED 702 causes more of the nanocrystals 710 in the regions 1404 and 1404 ′ before exiting the light guide. Hit the part. Suitably, region 1404/1404 'is a layer of luminescent nanocrystals. The size of the region 1404/1404 ′ is determined by the overall size of the light guide, but in general, the thickness of the region will be proportional to the size of the LED (ie, on the order of tens of microns to tens of millimeters). However, the in-plane dimensions (ie length and width) of the light guide suitably span the entire light guide. In other embodiments, the region containing the nanocrystals spans the entire light guide in all dimensions (ie, is distributed throughout the light guide).

領域1404/1404’は、ナノ結晶をポリマーマトリックス中に分散させ、次いで、ポリマーを硬化させる前または硬化させた後のいずれかに、ポリマーの周りに光ガイドを形成することによって生じさせることができる。代替的に、領域を形成するために、光ガイドを調製し、次いで、ナノ結晶を噴射し、塗装し、吹き付け、または他の方法で堆積させることができる。領域を形成するために、ポリマーコンポジットの形成に関して本明細書で説明される方法を含む、ポリマーマトリックスを生じさせるための他の方法を利用することもできる。例示的な実施形態では、本明細書で説明される発光ナノ結晶コンポジット材料1200を、光ガイドの領域を調製するのに利用することができる。   Regions 1404/1404 ′ can be created by dispersing the nanocrystals in the polymer matrix and then forming a light guide around the polymer either before or after the polymer is cured. . Alternatively, light guides can be prepared to form regions, and then nanocrystals can be sprayed, painted, sprayed, or otherwise deposited. Other methods for generating the polymer matrix can be utilized to form the regions, including the methods described herein for forming the polymer composite. In an exemplary embodiment, the luminescent nanocrystal composite material 1200 described herein can be utilized to prepare regions of a light guide.

発光ナノ結晶を光ガイド内の領域に分散させることは、システム全体に多数の恩恵および利点を提供する。例えば、ナノ結晶のより均一な照射を達成し、それによって局所的なホットスポットの存在を低減することができる。ナノ結晶を領域の全体にわたって分散させることは、ナノ結晶からの熱放散の改善を可能にし、したがってナノ結晶全体の温度を下げる。ナノ結晶から光ガイドの上面までの光路長を減少させることによって、緑色および赤色光子の再吸収に起因する効率のあらゆる損失が減少される。さらに、領域で低濃度のナノ結晶を利用することができ、したがって、ナノ結晶とその中にナノ結晶が分散される材料(例えばポリマー)との間の潜在的な光および熱により誘起される相互作用を低下させ、それによってシステム寿命を延ばすことができる。   Dispersing the luminescent nanocrystals into regions within the light guide provides numerous benefits and advantages throughout the system. For example, more uniform illumination of the nanocrystals can be achieved, thereby reducing the presence of local hot spots. Dispersing the nanocrystals throughout the region allows for improved heat dissipation from the nanocrystals, thus reducing the temperature of the entire nanocrystal. By reducing the optical path length from the nanocrystal to the top surface of the light guide, any loss of efficiency due to green and red photon reabsorption is reduced. Furthermore, low concentrations of nanocrystals can be utilized in the region, and thus the potential light and heat induced interaction between the nanocrystals and the material in which the nanocrystals are dispersed (eg polymer). It can reduce the effect and thereby extend the system life.

光ガイドの領域中の発光ナノ結晶の濃度は、用途、ナノ結晶のサイズ、ナノ結晶の組成、ポリマーマトリックスの組成、および他の因子に依存することになり、当技術分野での通常の方法を使用して最適化することができる。適当には、発光ナノ結晶は、気密封止された容器を利用する本明細書で説明されるLEDデバイスの実施形態に利用される濃度よりも低い濃度で存在し、適当には約0.01重量%〜約50重量%、約0.1重量%〜約50重量%、約1重量%〜約50重量%、より適当には約1重量%〜約40重量%、約1重量%〜約30重量%、約1重量%〜約20重量%、約1重量%〜約10重量%、約1重量%〜約5重量%、または約1重量%〜約3重量%である。一般に、発光ナノ結晶の濃度は、光ガイドのサイズに基づいて比例的に増減する。したがって、ほぼ100mmの厚さを有する気密封止された容器に利用される発光ナノ結晶の濃度は、例えば長さ約10cmの光ガイドに対して2桁の大きさだけ減少されるであろう。   The concentration of luminescent nanocrystals in the region of the light guide will depend on the application, the size of the nanocrystals, the composition of the nanocrystals, the composition of the polymer matrix, and other factors. Can be used and optimized. Suitably, the luminescent nanocrystals are present at a concentration lower than that utilized in the LED device embodiments described herein that utilize hermetically sealed containers, suitably about 0.01. % To about 50%, about 0.1% to about 50%, about 1% to about 50%, more suitably about 1% to about 40%, about 1% to about 30 wt%, about 1 wt% to about 20 wt%, about 1 wt% to about 10 wt%, about 1 wt% to about 5 wt%, or about 1 wt% to about 3 wt%. In general, the concentration of luminescent nanocrystals scales proportionally based on the size of the light guide. Thus, the concentration of luminescent nanocrystals utilized in a hermetically sealed container having a thickness of approximately 100 mm would be reduced by two orders of magnitude, for example for a light guide about 10 cm long.

例示的な実施形態では、領域1404’の厚さが、光ガイドの長さ1410に沿って変化する。図14Bに示されているように、適当には、領域1404’の厚さは、光ガイドの長さ1410に沿って、LEDでの最小1406から、LEDから遠ざかる光ガイド1408の遠端での最大まで増加する。例示的な実施形態では、厚さは、光ガイドの長さに沿ってほぼ直線的に増加する。他の実施形態では、厚さは、直線的でない状態で増加することができ、および/または光ガイドの遠端1408に到達する前に最大厚さを達成することができる。領域の頂部および底部の両方に沿って直線的に増加する領域1404’の厚さを示す図14Bに示された略図は、例示する目的だけのためであり、領域1404’の任意の適切な形状/配向を利用できることに留意すべきである。領域の厚さを変化させることは、光ガイドからのより均一な光照射を提供する。   In the exemplary embodiment, the thickness of region 1404 ′ varies along light guide length 1410. As shown in FIG. 14B, suitably, the thickness of the region 1404 ′ can be from a minimum 1406 at the LED along the light guide length 1410 to the far end of the light guide 1408 away from the LED. Increase to the maximum. In the exemplary embodiment, the thickness increases substantially linearly along the length of the light guide. In other embodiments, the thickness can be increased in a non-linear manner and / or the maximum thickness can be achieved before reaching the far end 1408 of the light guide. The schematic shown in FIG. 14B showing the thickness of region 1404 ′ increasing linearly along both the top and bottom of the region is for illustrative purposes only, and any suitable shape of region 1404 ′. Note that / orientation can be utilized. Changing the thickness of the region provides more uniform illumination from the light guide.

図15A〜15Cは、図14Aに示された光ガイドから放出された光の強度を示す。強度は、光ガイドに沿って、LEDに隣接(1406)するゼロ(0)で始まって、LEDから遠ざかる光ガイドの遠端(1408)の1(1)までの相対距離の関数として示されている。図15Aは、LEDから放出された(前進する)青色光と、放出される前に光ガイド内で反射される青色光との両方の強度を示す。図15Bは、LEDからの直接吸収される青色光(前進する)と反射される青色光との両方から結果として生じる、ナノ結晶から放出された緑色および赤色光の強度を示す。最後に、図15Cは、光ガイドから放出されたすべての青色光の組み合わされた総和(青色の総和)、ならびにすべての緑色および赤色光の組み合わされた総和(緑色/赤色の総和)を示す強度のプロットを例示する。図15Cで実証されるように、青色光と緑色/赤色光との両方の強度は、光ガイドの長さに沿って消失する。青色光は、光ガイドの長さの全体にわたる吸収の結果として消失する。光ガイドの領域中のナノ結晶の量は(領域の均一な厚さに起因して)一定であるので、赤色および緑色光の強度はさらに、光ガイドの長さに沿って低下する。   15A-15C show the intensity of light emitted from the light guide shown in FIG. 14A. Intensity is shown as a function of the relative distance from the light guide far end (1408) to 1 (1), starting from zero (0) adjacent to the LED (1406) along the light guide and away from the LED. Yes. FIG. 15A shows the intensity of both the blue light emitted (forward) from the LED and the blue light reflected in the light guide before being emitted. FIG. 15B shows the intensity of the green and red light emitted from the nanocrystals resulting from both the directly absorbed blue light from the LED (forward) and the reflected blue light. Finally, FIG. 15C is an intensity showing the combined sum of all blue light emitted from the light guide (blue sum) and the combined sum of all green and red light (green / red sum). The plot of is illustrated. As demonstrated in FIG. 15C, both blue and green / red light intensities disappear along the length of the light guide. The blue light disappears as a result of absorption over the entire length of the light guide. Since the amount of nanocrystals in the region of the light guide is constant (due to the uniform thickness of the region), the intensity of red and green light further decreases along the length of the light guide.

図16A〜16Cは、図14Bに例示された光ガイド構成(厚さが変化するナノ結晶を有する領域1404’)を別にすれば、図15A〜15Cにおけるプロットと類似した強度プロットを示す。前進する青色光と反射される青色光との両方の放出された青色光の量は、厚さ一定の領域と類似している。しかしながら、図16B〜16Cと図15B〜15Cの緑色/赤色光の強度を比較すると、厚さ(1404’)が変化する領域を有する光ガイドから、より良好な均一性の緑色/赤色光が放出されることが分かる。これは多分、LEDから遠ざかる光ガイドの端での領域1404’の増加した厚さの結果である。光ガイドの遠端により多くのナノ結晶が存在するので(光ガイドの全体にわたって濃度が一貫している場合があるにもかかわらず)、より多くの青色光を吸収し、緑色および赤色光にダウンコンバートすることができる。   16A-16C show intensity plots similar to the plots in FIGS. 15A-15C, except for the light guide configuration illustrated in FIG. 14B (region 1404 'with nanocrystals of varying thickness). The amount of emitted blue light, both advancing blue light and reflected blue light, is similar to a constant thickness region. However, comparing the green / red light intensities of FIGS. 16B-16C and FIGS. 15B-15C, better uniform green / red light is emitted from light guides having regions of varying thickness (1404 ′) You can see that This is probably a result of the increased thickness of the area 1404 'at the end of the light guide away from the LED. Because there are more nanocrystals at the far end of the light guide (even though the concentration may be consistent throughout the light guide), it absorbs more blue light and down to green and red light Can be converted.

本発明はさらに、ディスプレイと、複数のLEDと、LEDに光学的に結合される光ガイドとを含み、ディスプレイが光ガイドを少なくとも部分的に取り囲む、ディスプレイシステムを提供する。本明細書に記載されたとおり、複数の発光ナノ結晶が光ガイド内の領域に分散され、該領域は光ガイドの長さに沿って延びる。LEDからの光がナノ結晶によってダウンコンバートされ、光ガイドを出て、ディスプレイ上に表示される。実施形態では、LEDがUV光発光LEDであり、ナノ結晶が赤色、緑色および青色光を放出する。   The present invention further provides a display system including a display, a plurality of LEDs, and a light guide optically coupled to the LEDs, wherein the display at least partially surrounds the light guide. As described herein, a plurality of luminescent nanocrystals are dispersed in regions within the light guide, the regions extending along the length of the light guide. Light from the LED is down-converted by the nanocrystals, exits the light guide, and is displayed on the display. In an embodiment, the LED is a UV light emitting LED and the nanocrystal emits red, green and blue light.

他の実施形態では、LEDから放出された光の第1の部分が発光ナノ結晶によってダウンコンバートされ、LEDから放出された光の第2の部分と発光ナノ結晶からダウンコンバートされた光が光ガイドから放出され、ディスプレイ上に表示される。本明細書に記載されたとおり、例示的な実施形態では、LEDが青色光を発光し、LEDから放出された青色光の第1の部分が発光ナノ結晶によって緑色光および赤色光にダウンコンバートされる。適当には、青色光の第2の部分、緑色光、および赤色光が組み合わされて白色光を生じる。   In other embodiments, a first portion of the light emitted from the LED is downconverted by the light emitting nanocrystal, and a second portion of the light emitted from the LED and the light downconverted from the light emitting nanocrystal is the light guide. And is displayed on the display. As described herein, in an exemplary embodiment, the LED emits blue light, and a first portion of the blue light emitted from the LED is down-converted to green and red light by the luminescent nanocrystals. The Suitably, the second portion of blue light, green light, and red light are combined to produce white light.

コアシェルナノ結晶を含む例示的なナノ結晶が本明細書に記載される。例示的な実施形態では、光ガイドは1つまたは複数の反射器を含む。   Exemplary nanocrystals including core-shell nanocrystals are described herein. In an exemplary embodiment, the light guide includes one or more reflectors.

適当には、発光ナノ結晶を含む領域はナノ結晶の層である。例示的な実施形態では、領域の厚さは、光ガイドの長さに沿って変化し、適当には、LEDから光ガイドの長さに沿って、例えば本明細書に記載されたように、直線的に増加する。   Suitably, the region containing luminescent nanocrystals is a layer of nanocrystals. In an exemplary embodiment, the thickness of the region varies along the length of the light guide, suitably from the LED along the length of the light guide, for example as described herein. Increases linearly.

(実施例)
以下の実施例は、本発明の方法および組成物を例示するものであり、本発明の方法および組成物を限定するものではない。ナノ結晶の合成において通常遭遇する、当業者には明らかであると思われるさまざまな条件およびパラメータの他の適当な変更および適合は、本発明の趣旨および範囲に含まれる。
(Example)
The following examples illustrate the methods and compositions of the present invention and are not intended to limit the methods and compositions of the present invention. Other suitable modifications and adaptations of the various conditions and parameters normally encountered in the synthesis of nanocrystals that would be apparent to those skilled in the art are within the spirit and scope of the present invention.

実施例1
気密封止された容器の調製
PMMAの押出成形によって、2mm×0.5mmの空洞を有する寸法約3mm×0.5mmの長方形の管が調製される。次いで、管の全長に、蛍光発光ナノ結晶を含む溶液が充填される。次いで、この発光ナノ結晶溶液を硬化させる。次いで、管の中にナノ結晶を閉じ込めるため、管の複数の部分がヒートシールされる。適当には、この充填および封止が不活性雰囲気中で実行される。次いで、管の外面に、バリア層(例えばSiO2、TiO2またはAlO2)を配置することができる。
Example 1
Preparation of a hermetically sealed container A rectangular tube approximately 3 mm x 0.5 mm in size with a 2 mm x 0.5 mm cavity is prepared by extrusion of PMMA. The entire length of the tube is then filled with a solution containing fluorescent luminescent nanocrystals. The luminescent nanocrystal solution is then cured. The portions of the tube are then heat sealed to confine the nanocrystals within the tube. Suitably, this filling and sealing is performed in an inert atmosphere. A barrier layer (eg, SiO 2 , TiO 2 or AlO 2 ) can then be placed on the outer surface of the tube.

引抜きによって製造されたガラス毛管を使用して、ナノ結晶を含む気密封止された容器を調製することもできる。溶融封止によって、あるいははんだもしくは接着剤または同様の構造物で栓をすることによって、毛管の端が封止される。この毛管には、毛管の容積全体に同じナノ結晶溶液が充填されるように発光ナノ結晶の溶液を充填することができ、または、毛管の全長に沿って異なるナノ結晶が分離されるように、数段階に分けて発光ナノ結晶の溶液を毛管に充填することができる。例えば、第1の発光ナノ結晶溶液を毛管の中へ導入し、次いでこの溶液に隣接して、(例えば毛管を溶融封止し、または毛管に栓をする以外で)シールを配置することができる。次いで、第2の発光ナノ結晶溶液を毛管に加え、次いで再び、その溶液に隣接してシールを配置することができる。気密封止された所望の数の個々のナノ結晶部分が生成されるまで、この工程を必要な回数繰り返すことができる。このようにして、同じ容器の中で発光ナノ結晶の異なる組成物を互いから分離することができ、それによって、発光ナノ結晶の複数の組成物(例えば色)を含む容器を製造することができる。類似の実施形態では、発光ナノ結晶の異なる組成物(例えば異なる色の光を放出する組成物)を導入することができ、したがってそれらを互いに分離された状態で保持することができ、外部の空気および水分から依然として気密封止することができる、多(複数)管腔(multi−lumen)毛管を使用することができる。   Glass capillaries manufactured by drawing can also be used to prepare hermetically sealed containers containing nanocrystals. Capillary ends are sealed by melt-sealing or by plugging with solder or adhesive or similar structure. The capillary can be filled with a solution of luminescent nanocrystals so that the entire capillary volume is filled with the same nanocrystal solution, or different nanocrystals are separated along the entire length of the capillary, The capillary can be filled with a solution of luminescent nanocrystals in several steps. For example, a first luminescent nanocrystal solution can be introduced into a capillary and then a seal can be placed adjacent to the solution (eg, other than melt sealing the capillary or plugging the capillary). . A second luminescent nanocrystal solution can then be added to the capillary and then again a seal can be placed adjacent to the solution. This process can be repeated as many times as necessary until a desired number of individual nanocrystal portions that are hermetically sealed are produced. In this way, different compositions of luminescent nanocrystals can be separated from each other in the same container, thereby producing a container containing multiple compositions (eg, colors) of luminescent nanocrystals. . In a similar embodiment, different compositions of luminescent nanocrystals (eg, compositions that emit light of different colors) can be introduced, thus allowing them to be kept separate from one another and external air And multi-lumen capillaries that can still be hermetically sealed from moisture.

実施例2
ナノ結晶コンポジット材料の調製
赤色(630nm)および緑色(530nm)光を放出する発光ナノ結晶(例えばCdSe/ZnS)を3重量%濃度でアミノシリコーンポリマー中に混入する。アミノシリコーンポリマーは、350センチポアズの粘度を有し、5%のアミノ基と95%のジメチルシロキサンとを含む。結果として得られる組成物は、約0.8の光学密度と100μmの経路長を有する。
Example 2
Preparation of nanocrystalline composite material Luminescent nanocrystals that emit red (630 nm) and green (530 nm) light (eg CdSe / ZnS) are incorporated into aminosilicone polymers at a concentration of 3% by weight. The aminosilicone polymer has a viscosity of 350 centipoise and contains 5% amino groups and 95% dimethylsiloxane. The resulting composition has an optical density of about 0.8 and a path length of 100 μm.

エポキシド架橋剤を加え、材料を硬化させてゴムを形成する。硬化された量子ドット組成物を、次いでボールミルの中に入れ、50μmの粉末にする。   An epoxide crosslinker is added and the material is cured to form a rubber. The cured quantum dot composition is then placed in a ball mill to a 50 μm powder.

粉末を、次いで2部エポキシの中に約30%ローディングで混入し、ポリマーを脱気する。ナノ結晶およびエポキシの屈折率は、光の散乱および結果としてのナノ結晶による吸収が最小になるように適当に整合される。   The powder is then mixed in 2 parts epoxy at about 30% loading to degas the polymer. The refractive indices of the nanocrystals and the epoxy are appropriately matched so that light scattering and the resulting absorption by the nanocrystals are minimized.

エポキシ/ナノ結晶混合物をTEFLON(登録商標)シート上に厚さ約300μmで注型する。硬化させた後で、フィルムを除去する。最終コンポジット材料の光学密度は約0.8ODである。   The epoxy / nanocrystal mixture is cast on a TEFLON® sheet at a thickness of about 300 μm. After curing, the film is removed. The optical density of the final composite material is about 0.8 OD.

本発明の例示的な実施形態が提示された。本発明はこれらの例に限定されない。これらの例は、例示のために本明細書に提示されたのであって、限定のために本明細書に提示されたのではない。当業者には、本明細書に含まれる教示に基づく(本明細書に記載された実施形態の等価、拡張、変形、偏向形態などを含む)代替実施形態が明白であろう。このような代替実施形態は本発明の範囲および趣旨に含まれる。   Exemplary embodiments of the present invention have been presented. The present invention is not limited to these examples. These examples are presented herein for purposes of illustration and not for purposes of limitation. Alternative embodiments will be apparent to those skilled in the art based on the teachings contained herein (including equivalents, extensions, modifications, deflections, etc., of the embodiments described herein). Such alternative embodiments are within the scope and spirit of the present invention.

本明細書に記載された全ての発表論文、特許および特許出願は、それぞれの個々の発表論文、特許または特許出願は参照によって組み込まれていると個別に明示されたのと同じ程度に、参照によって本明細書に組み込まれる。   All published articles, patents, and patent applications mentioned in this specification are by reference to the same extent as if each individual published article, patent, or patent application was individually stated to be incorporated by reference. Incorporated herein.

Claims (114)

発光ダイオード(LED)デバイスであって、
(a)青色光発光LEDと、
(b)複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された容器と、
を含み、前記容器が、前記発光ナノ結晶のダウンコンバージョンを容易にするために前記LEDに対して位置付けられる、LEDデバイス。
A light emitting diode (LED) device,
(A) a blue light emitting LED;
(B) a hermetically sealed container comprising a plurality of luminescent nanocrystals;
An LED device, wherein the container is positioned relative to the LED to facilitate down-conversion of the luminescent nanocrystals.
前記気密封止された容器がプラスチックまたはガラス管である、請求項1に記載のLEDデバイス。   The LED device of claim 1, wherein the hermetically sealed container is a plastic or glass tube. 前記気密封止された容器がガラス毛管である、請求項1に記載のLEDデバイス。   The LED device according to claim 1, wherein the hermetically sealed container is a glass capillary. 前記気密封止された容器が前記LEDから間隔をおいて配置される、請求項1に記載のLEDデバイス。   The LED device of claim 1, wherein the hermetically sealed container is spaced from the LED. 前記発光ナノ結晶が緑色光および赤色光を放出する、請求項1に記載のLEDデバイス。   The LED device of claim 1, wherein the luminescent nanocrystals emit green light and red light. 前記発光ナノ結晶がCdSeまたはZnSを含む、請求項1に記載のLEDデバイス。   The LED device of claim 1, wherein the luminescent nanocrystal comprises CdSe or ZnS. 前記発光ナノ結晶がCdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdSまたはCdTe/ZnSを含むコア/シェル発光ナノ結晶である、請求項1に記載のLEDデバイス。   The LED device of claim 1, wherein the luminescent nanocrystal is a core / shell luminescent nanocrystal comprising CdSe / ZnS, InP / ZnS, PbSe / PbS, CdSe / CdS, CdTe / CdS, or CdTe / ZnS. 前記発光ナノ結晶がポリマーマトリックス中に分散される、請求項1に記載のLEDデバイス。   The LED device of claim 1, wherein the luminescent nanocrystals are dispersed in a polymer matrix. ディスプレイシステムであって、
(a)ディスプレイと、
(b)複数の発光ダイオード(LED)デバイスであり、
(i)青色光発光LEDと、
(ii)複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された容器と、
を含むLEDデバイスと、
を含み、前記容器が、前記発光ナノ結晶のダウンコンバージョンを容易にするために前記LEDに対して位置付けられる、ディスプレイシステム。
A display system,
(A) a display;
(B) a plurality of light emitting diode (LED) devices;
(I) a blue light emitting LED;
(Ii) a hermetically sealed container comprising a plurality of luminescent nanocrystals;
An LED device comprising:
A display system, wherein the container is positioned relative to the LED to facilitate down-conversion of the luminescent nanocrystals.
前記気密封止された容器がプラスチックまたはガラス管である、請求項9に記載のディスプレイシステム。   The display system of claim 9, wherein the hermetically sealed container is a plastic or glass tube. 前記気密封止された容器がガラス毛管である、請求項9に記載のディスプレイシステム。   The display system of claim 9, wherein the hermetically sealed container is a glass capillary. 前記気密封止された容器が前記LEDから間隔をおいて配置される、請求項9に記載のディスプレイシステム。   The display system of claim 9, wherein the hermetically sealed container is spaced from the LED. 前記発光ナノ結晶が緑色光および赤色光を放出する、請求項9に記載のディスプレイシステム。   The display system of claim 9, wherein the luminescent nanocrystals emit green light and red light. 前記発光ナノ結晶がCdSeまたはZnSを含む、請求項9に記載のディスプレイシステム。   The display system of claim 9, wherein the luminescent nanocrystal comprises CdSe or ZnS. 前記発光ナノ結晶がCdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdSまたはCdTe/ZnSを含むコア/シェル発光ナノ結晶である、請求項9に記載のディスプレイシステム。   10. The display system of claim 9, wherein the luminescent nanocrystal is a core / shell luminescent nanocrystal comprising CdSe / ZnS, InP / ZnS, PbSe / PbS, CdSe / CdS, CdTe / CdS or CdTe / ZnS. 前記発光ナノ結晶がポリマーマトリックス中に分散される、請求項9に記載のディスプレイシステム。   The display system of claim 9, wherein the luminescent nanocrystals are dispersed in a polymer matrix. 発光ダイオード(LED)デバイスであって、
(a)LEDと、
(b)前記LEDに光学的に結合される複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された容器と、
(c)前記気密封止された容器に光学的に結合される光ガイドと、
を含み、前記LEDから放出された光の第1の部分が前記発光ナノ結晶によってダウンコンバートされ、前記LEDから放出された光の第2の部分と前記発光ナノ結晶からダウンコンバートされた光が前記光ガイドから放出される、
LEDデバイス。
A light emitting diode (LED) device,
(A) an LED;
(B) a hermetically sealed container comprising a plurality of luminescent nanocrystals optically coupled to the LED;
(C) a light guide optically coupled to the hermetically sealed container;
A first portion of light emitted from the LED is down-converted by the light-emitting nanocrystal, and a second portion of light emitted from the LED and the light down-converted from the light-emitting nanocrystal is the Emitted from the light guide,
LED device.
前記LEDが青色光を発光する、請求項17に記載のLEDデバイス。   The LED device of claim 17, wherein the LED emits blue light. 前記LEDから放出された青色光の第1の部分が前記発光ナノ結晶によって緑色光および赤色光にダウンコンバートされる、請求項18に記載のLEDデバイス。   19. The LED device of claim 18, wherein a first portion of blue light emitted from the LED is downconverted to green and red light by the luminescent nanocrystal. 前記青色光の第2の部分、前記緑色光、および前記赤色光が組み合わされて白色光を生じる、請求項19に記載のLEDデバイス。   20. The LED device of claim 19, wherein the second portion of the blue light, the green light, and the red light are combined to produce white light. 前記気密封止された容器がプラスチックまたはガラス容器である、請求項17に記載のLEDデバイス。   The LED device according to claim 17, wherein the hermetically sealed container is a plastic or glass container. 前記気密封止された容器がガラス毛管である、請求項21に記載のLEDデバイス。   The LED device of claim 21, wherein the hermetically sealed container is a glass capillary. 前記ガラス毛管が約100μm〜約1mmのうちの少なくとも1つの寸法を有する、請求項22に記載のLEDデバイス。   24. The LED device of claim 22, wherein the glass capillary has at least one dimension from about 100 [mu] m to about 1 mm. 前記発光ナノ結晶がCdSeまたはZnSを含む、請求項17に記載のLEDデバイス。   The LED device of claim 17, wherein the luminescent nanocrystal comprises CdSe or ZnS. 前記発光ナノ結晶がCdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdSまたはCdTe/ZnSを含むコア/シェルナノ結晶である、請求項17に記載のLEDデバイス。   18. The LED device of claim 17, wherein the luminescent nanocrystal is a core / shell nanocrystal comprising CdSe / ZnS, InP / ZnS, PbSe / PbS, CdSe / CdS, CdTe / CdS or CdTe / ZnS. 前記光ガイドがグルーまたはテープを介して前記気密封止された容器に光学的に結合される、請求項17に記載のLEDデバイス。   18. The LED device of claim 17, wherein the light guide is optically coupled to the hermetically sealed container via glue or tape. 前記気密封止された容器が前記LEDから間隔をおいて配置される、請求項17に記載のLEDデバイス。   The LED device of claim 17, wherein the hermetically sealed container is spaced from the LED. 前記発光ナノ結晶がポリマーマトリックス中に分散される、請求項17に記載のLEDデバイス。   The LED device of claim 17, wherein the luminescent nanocrystals are dispersed in a polymer matrix. 白色光発光ダイオード(LED)デバイスであって、
(a)青色光発光LEDと、
(b)前記LEDに光学的に結合される複数のCdSe/ZnS発光ナノ結晶を含む気密封止された容器と、
(c)前記気密封止された容器に光学的に結合される光ガイドと、
を備え、前記LEDから放出された青色光の第1の部分が前記CdSe/ZnS発光ナノ結晶によって緑色光および赤色光にダウンコンバートされ、前記LEDから放出された青色光の第2の部分と前記緑色光および前記赤色光が前記光ガイドから放出され、組み合わされて白色光を生じる、
白色光LEDデバイス。
A white light emitting diode (LED) device comprising:
(A) a blue light emitting LED;
(B) a hermetically sealed container comprising a plurality of CdSe / ZnS light emitting nanocrystals optically coupled to the LED;
(C) a light guide optically coupled to the hermetically sealed container;
A first portion of blue light emitted from the LED is downconverted to green and red light by the CdSe / ZnS light emitting nanocrystals, and a second portion of blue light emitted from the LED and the Green light and the red light are emitted from the light guide and combined to produce white light,
White light LED device.
前記気密封止された容器がプラスチックまたはガラス容器である、請求項29に記載の白色光LEDデバイス。   30. The white light LED device of claim 29, wherein the hermetically sealed container is a plastic or glass container. 前記気密封止された容器がガラス毛管である、請求項30に記載の白色光LEDデバイス。   32. The white light LED device of claim 30, wherein the hermetically sealed container is a glass capillary. 前記ガラス毛管が約100μm〜約1mmのうちの少なくとも1つの寸法を有する、請求項31に記載の白色光LEDデバイス。   32. The white light LED device of claim 31, wherein the glass capillary has at least one dimension of about 100 [mu] m to about 1 mm. 前記光ガイドがグルーまたはテープを介して前記気密封止された容器に光学的に結合される、請求項29に記載の白色光LEDデバイス。   30. The white light LED device of claim 29, wherein the light guide is optically coupled to the hermetically sealed container via glue or tape. 前記気密封止された容器が前記LEDから間隔をおいて配置される、請求項29に記載の白色光LEDデバイス。   30. The white light LED device of claim 29, wherein the hermetically sealed container is spaced from the LED. 前記CdSe/ZnS発光ナノ結晶がポリマーマトリックス中に分散される、請求項29に記載の白色光LEDデバイス。   30. The white light LED device of claim 29, wherein the CdSe / ZnS light emitting nanocrystals are dispersed in a polymer matrix. ディスプレイシステムであって、
(a)ディスプレイと、
(b)複数の発光ダイオード(LED)デバイスであり、
(i)LEDと、
(ii)前記LEDに光学的に結合される複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された容器と、
を含むLEDデバイスと、
(c)前記気密封止された容器に光学的に結合される光ガイドと、
を含み、前記ディスプレイが前記光ガイドを少なくとも部分的に取り囲み、前記LEDから放出された光の第1の部分が前記発光ナノ結晶によってダウンコンバートされ、前記LEDから放出された光の第2の部分と前記発光ナノ結晶からダウンコンバートされた前記光が、前記光ガイドから放出され、前記ディスプレイ上に表示される、
ディスプレイシステム。
A display system,
(A) a display;
(B) a plurality of light emitting diode (LED) devices;
(I) an LED;
(Ii) a hermetically sealed container comprising a plurality of luminescent nanocrystals optically coupled to the LED;
An LED device comprising:
(C) a light guide optically coupled to the hermetically sealed container;
Wherein the display at least partially surrounds the light guide, a first portion of light emitted from the LED is down-converted by the luminescent nanocrystal, and a second portion of light emitted from the LED And the light down-converted from the luminescent nanocrystal is emitted from the light guide and displayed on the display;
Display system.
前記LEDが青色光を発光する、請求項36に記載のディスプレイシステム。   The display system of claim 36, wherein the LED emits blue light. 前記LEDから放出された青色光の第1の部分が前記発光ナノ結晶によって緑色光および赤色光にダウンコンバートされる、請求項37に記載のディスプレイシステム。   38. The display system of claim 37, wherein a first portion of blue light emitted from the LED is down-converted to green and red light by the luminescent nanocrystal. 前記青色光の第2の部分、前記緑色光、および前記赤色光が組み合わされて白色光を生じる、請求項38に記載のディスプレイシステム。   40. The display system of claim 38, wherein the second portion of blue light, the green light, and the red light are combined to produce white light. 前記気密封止された容器がプラスチックまたはガラス容器である、請求項36に記載のディスプレイシステム。   37. A display system according to claim 36, wherein the hermetically sealed container is a plastic or glass container. 前記気密封止された容器がガラス毛管である、請求項40に記載のディスプレイシステム。   41. A display system according to claim 40, wherein the hermetically sealed container is a glass capillary. 前記ガラス毛管が約100μm〜約1mmのうちの少なくとも1つの寸法を有する、請求項41に記載のディスプレイシステム。   42. The display system of claim 41, wherein the glass capillary has at least one dimension from about 100 [mu] m to about 1 mm. 前記発光ナノ結晶がCdSeまたはZnSを含む、請求項36に記載のディスプレイシステム。   37. The display system of claim 36, wherein the luminescent nanocrystal comprises CdSe or ZnS. 前記発光ナノ結晶がCdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdSまたはCdTe/ZnSを含むコア/シェル発光ナノ結晶である、請求項36に記載のディスプレイシステム。   37. The display system of claim 36, wherein the luminescent nanocrystal is a core / shell luminescent nanocrystal comprising CdSe / ZnS, InP / ZnS, PbSe / PbS, CdSe / CdS, CdTe / CdS, or CdTe / ZnS. 前記光ガイドがグルーまたはテープを介して前記気密封止された容器に光学的に結合される、請求項36に記載のディスプレイシステム。   38. A display system according to claim 36, wherein the light guide is optically coupled to the hermetically sealed container via glue or tape. 前記気密封止された容器が少なくとも2つのLEDに光学的に結合される、請求項36に記載のディスプレイシステム。   The display system of claim 36, wherein the hermetically sealed container is optically coupled to at least two LEDs. 前記発光ナノ結晶がポリマーマトリックス中に分散される、請求項36に記載のディスプレイシステム。   37. A display system according to claim 36, wherein the luminescent nanocrystals are dispersed in a polymer matrix. コンポジット材料であって、
(a)第1の組成を有する第1のポリマー材料と、
(b)第2の組成を有する第2のポリマー材料と、
(c)前記第2のポリマー材料中に分散される複数の発光ナノ結晶と、
を含み、前記第2のポリマー材料が前記第1のポリマー材料中に分散される、
コンポジット材料。
A composite material,
(A) a first polymeric material having a first composition;
(B) a second polymeric material having a second composition;
(C) a plurality of luminescent nanocrystals dispersed in the second polymeric material;
Wherein the second polymeric material is dispersed in the first polymeric material,
Composite material.
前記第1のポリマー材料がエポキシまたはポリカーボネートを含む、請求項48に記載のコンポジット材料。   49. The composite material of claim 48, wherein the first polymeric material comprises epoxy or polycarbonate. 前記第2のポリマー材料がアミノシリコーンを含む、請求項48に記載のコンポジット材料。   49. The composite material of claim 48, wherein the second polymeric material comprises aminosilicone. 前記発光ナノ結晶が緑色光および/または赤色光を放出する、請求項48に記載のコンポジット材料。   49. The composite material of claim 48, wherein the luminescent nanocrystals emit green light and / or red light. 前記発光ナノ結晶がCdSeまたはZnSを含む、請求項48に記載のコンポジット材料。   49. The composite material of claim 48, wherein the luminescent nanocrystal comprises CdSe or ZnS. 前記発光ナノ結晶がCdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdSまたはCdTe/ZnSを含むコア/シェル発光ナノ結晶である、請求項48に記載のコンポジット材料。   49. The composite material of claim 48, wherein the luminescent nanocrystal is a core / shell luminescent nanocrystal comprising CdSe / ZnS, InP / ZnS, PbSe / PbS, CdSe / CdS, CdTe / CdS or CdTe / ZnS. 前記コンポジットを気密封止するSiO2、TiO2またはAlO2の無機層をさらに含む、請求項48に記載のコンポジット材料。 Further comprising a SiO 2, the inorganic layer of TiO 2 or AlO 2 for hermetically sealing the composite, the composite material of claim 48. 前記コンポジットが約0.5〜約0.9の光学密度と約50μm〜約200μmの経路長を有する、請求項48に記載のコンポジット材料。   49. The composite material of claim 48, wherein the composite has an optical density of about 0.5 to about 0.9 and a path length of about 50 [mu] m to about 200 [mu] m. 前記コンポジットが約0.8の光学密度と約100μmの経路長を有する、請求項55に記載のコンポジット材料。   56. The composite material of claim 55, wherein the composite has an optical density of about 0.8 and a path length of about 100 [mu] m. 発光ナノ結晶コンポジット材料を調製する方法であって、
(a)複数の発光ナノ結晶を第1のポリマー材料中に分散させて前記発光ナノ結晶と前記第1のポリマー材料との混合物を形成するステップと、
(b)前記混合物を硬化させるステップと、
(c)前記硬化された混合物から微粒子を生じさせるステップと、
(d)前記微粒子を前記第2のポリマー材料中に分散させてコンポジット材料を生じさせるステップと、
を含む方法。
A method for preparing a luminescent nanocrystalline composite material comprising:
(A) dispersing a plurality of luminescent nanocrystals in a first polymer material to form a mixture of the luminescent nanocrystals and the first polymer material;
(B) curing the mixture;
(C) generating fine particles from the cured mixture;
(D) dispersing the particulates in the second polymeric material to produce a composite material;
Including methods.
前記分散させるステップ(a)が前記発光ナノ結晶をアミノシリコーン中に分散させることを含む、請求項57に記載の方法。   58. The method of claim 57, wherein the dispersing step (a) comprises dispersing the luminescent nanocrystals in an aminosilicone. 前記分散させるステップ(a)がCdSeまたはZnSを含む発光ナノ結晶を分散させることを含む、請求項57に記載の方法。   58. The method of claim 57, wherein the dispersing step (a) comprises dispersing luminescent nanocrystals comprising CdSe or ZnS. 前記分散させるステップ(a)がCdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdSまたはCdTe/ZnSを含む発光ナノ結晶を分散させることを含む、請求項57に記載の方法。   58. The method of claim 57, wherein said dispersing step (a) comprises dispersing luminescent nanocrystals comprising CdSe / ZnS, InP / ZnS, PbSe / PbS, CdSe / CdS, CdTe / CdS or CdTe / ZnS. . 前記ステップ(b)での硬化の前に前記混合物に架橋剤を加えることを含む、請求項57に記載の方法。   58. The method of claim 57, comprising adding a cross-linking agent to the mixture prior to curing in step (b). 前記微粒子を生じさせるステップが前記硬化された混合物をボールミル粉砕することを含む、請求項57に記載の方法。   58. The method of claim 57, wherein the step of producing microparticles comprises ball milling the cured mixture. 前記コンポジット材料をフィルムにすることをさらに含む、請求項57に記載の方法。   58. The method of claim 57, further comprising turning the composite material into a film. 発光ダイオード(LED)デバイスであって、
(a)LEDと、
(b)前記LEDに光学的に結合される複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された容器と、
(c)前記気密封止された容器に光学的に結合される光ガイドと、
を含み、前記LEDから放出された光が、前記ナノ結晶によってダウンコンバートされ、前記光ガイドの表面を出る、
LEDデバイス。
A light emitting diode (LED) device,
(A) an LED;
(B) a hermetically sealed container comprising a plurality of luminescent nanocrystals optically coupled to the LED;
(C) a light guide optically coupled to the hermetically sealed container;
Light emitted from the LED is down-converted by the nanocrystal and exits the surface of the light guide.
LED device.
前記発光ナノ結晶が青色、緑色および赤色光を放出し、前記光が組み合わされて白色光を生じる、請求項64に記載のLEDデバイス。   65. The LED device of claim 64, wherein the luminescent nanocrystal emits blue, green and red light, and the light is combined to produce white light. 前記LEDが紫外光を発光する、請求項64に記載のLEDデバイス。   The LED device according to claim 64, wherein the LED emits ultraviolet light. 前記気密封止された容器がプラスチックまたはガラス容器である、請求項64に記載のLEDデバイス。   The LED device of claim 64, wherein the hermetically sealed container is a plastic or glass container. 前記気密封止された容器がガラス毛管である、請求項67に記載のLEDデバイス。   68. The LED device of claim 67, wherein the hermetically sealed container is a glass capillary. 前記ガラス毛管が約100μm〜約1mmのうちの少なくとも1つの寸法を有する、請求項68に記載のLEDデバイス。   69. The LED device of claim 68, wherein the glass capillary has at least one dimension from about 100 [mu] m to about 1 mm. 前記発光ナノ結晶がCdSeまたはZnSを含む、請求項64に記載のLEDデバイス。   65. The LED device of claim 64, wherein the luminescent nanocrystal comprises CdSe or ZnS. 前記発光ナノ結晶がCdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdSまたはCdTe/ZnSを含むコア/シェルナノ結晶である、請求項64に記載のLEDデバイス。   65. The LED device of claim 64, wherein the luminescent nanocrystal is a core / shell nanocrystal comprising CdSe / ZnS, InP / ZnS, PbSe / PbS, CdSe / CdS, CdTe / CdS or CdTe / ZnS. 前記光ガイドがグルーまたはテープを介して前記気密封止された容器に光学的に結合される、請求項64に記載のLEDデバイス。   The LED device of claim 64, wherein the light guide is optically coupled to the hermetically sealed container via glue or tape. 前記気密封止された容器が前記LEDから間隔をおいて配置される、請求項64に記載のLEDデバイス。   65. The LED device of claim 64, wherein the hermetically sealed container is spaced from the LED. 前記発光ナノ結晶がポリマーマトリックス中に分散される、請求項64に記載のLEDデバイス。   65. The LED device of claim 64, wherein the luminescent nanocrystals are dispersed in a polymer matrix. 発光ダイオード(LED)デバイスであって、
(a)LEDと、
(b)前記LEDに光学的に結合される光ガイドと、
(c)前記光ガイド内の領域に分散される複数の発光ナノ結晶であり、前記領域が前記光ガイドの長さに沿って延びる、複数の発光ナノ結晶と、
を含み、前記LEDから放出された光が、前記ナノ結晶によってダウンコンバートされ、前記光ガイドの表面を出る、
LEDデバイス。
A light emitting diode (LED) device,
(A) an LED;
(B) a light guide optically coupled to the LED;
(C) a plurality of light emitting nanocrystals dispersed in a region within the light guide, wherein the region extends along the length of the light guide;
Light emitted from the LED is down-converted by the nanocrystal and exits the surface of the light guide.
LED device.
前記発光ナノ結晶が青色、緑色および赤色光を放出し、前記光が組み合わされて白色光を生じる、請求項75に記載のLEDデバイス。   76. The LED device of claim 75, wherein the luminescent nanocrystal emits blue, green and red light, and the light is combined to produce white light. 前記LEDが紫外光を発光する、請求項76に記載のLEDデバイス。   78. The LED device of claim 76, wherein the LED emits ultraviolet light. 前記LEDから放出された光の第1の部分が前記ナノ結晶によってダウンコンバートされ、前記LEDから放出された光の第2の部分とダウンコンバートされた前記光が前記光ガイドの表面を出る、請求項75に記載のLEDデバイス。   A first portion of light emitted from the LED is down-converted by the nanocrystal, and the light down-converted with a second portion of light emitted from the LED exits the surface of the light guide. Item 76. The LED device according to Item 75. 前記LEDが青色光を発光する、請求項78に記載のLEDデバイス。   80. The LED device of claim 78, wherein the LED emits blue light. 前記LEDから放出された青色光の第1の部分が前記発光ナノ結晶によって緑色光および赤色光にダウンコンバートされる、請求項79に記載のLEDデバイス。   80. The LED device of claim 79, wherein a first portion of blue light emitted from the LED is down-converted to green and red light by the luminescent nanocrystal. 前記青色光の第2の部分、前記緑色光、および前記赤色光が組み合わされて白色光を生じる、請求項80に記載のLEDデバイス。   81. The LED device of claim 80, wherein the second portion of blue light, the green light, and the red light are combined to produce white light. 前記ナノ結晶がCdSeまたはZnSを含む、請求項75に記載のLEDデバイス。   76. The LED device of claim 75, wherein the nanocrystal comprises CdSe or ZnS. 前記ナノ結晶がCdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdSまたはCdTe/ZnSを含むコア/シェルナノ結晶である、請求項75に記載のLEDデバイス。   76. The LED device of claim 75, wherein the nanocrystal is a core / shell nanocrystal comprising CdSe / ZnS, InP / ZnS, PbSe / PbS, CdSe / CdS, CdTe / CdS or CdTe / ZnS. 前記光ガイドが1つまたは複数の反射器を含む、請求項75に記載のLEDデバイス。   76. The LED device of claim 75, wherein the light guide includes one or more reflectors. 前記領域が発光ナノ結晶の層である、請求項75に記載のLEDデバイス。   76. The LED device of claim 75, wherein the region is a layer of luminescent nanocrystals. 前記領域の厚さが前記光ガイドの長さに沿って変化する、請求項75に記載のLEDデバイス。   76. The LED device of claim 75, wherein the thickness of the region varies along the length of the light guide. 前記厚さが前記LEDから前記光ガイドの長さに沿って増加する、請求項86に記載のLEDデバイス。   90. The LED device of claim 86, wherein the thickness increases from the LED along the length of the light guide. 前記厚さが前記光ガイドの長さに沿ってほぼ直線的に増加する、請求項87に記載のLEDデバイス。   90. The LED device of claim 87, wherein the thickness increases substantially linearly along the length of the light guide. 白色光発光ダイオード(LED)デバイスであって、
(a)青色光発光LEDと、
(b)前記LEDに光学的に結合される光ガイドと、
(c)前記光ガイド内の領域に分散される複数のCdSe/ZnS発光ナノ結晶であり、前記領域が前記光ガイドの長さに沿って延びる、複数のCdSe/ZnS発光ナノ結晶と、
を含み、前記LEDから放出された青色光の第1の部分が前記CdSe/ZnS発光ナノ結晶によって緑色光および赤色光にダウンコンバートされ、前記青色光の第2の部分、前記緑色光および前記赤色光が、前記光ガイドから放出され、組み合わされて白色光を生じる、白色光LEDデバイス。
A white light emitting diode (LED) device comprising:
(A) a blue light emitting LED;
(B) a light guide optically coupled to the LED;
(C) a plurality of CdSe / ZnS light emitting nanocrystals dispersed in a region within the light guide, wherein the regions extend along the length of the light guide;
A first portion of blue light emitted from the LED is down-converted to green light and red light by the CdSe / ZnS emitting nanocrystals, and the second portion of blue light, the green light and the red light A white light LED device in which light is emitted from the light guide and combined to produce white light.
前記光ガイドが1つまたは複数の反射器を含む、請求項89に記載の白色光LEDデバイス。   90. The white light LED device of claim 89, wherein the light guide includes one or more reflectors. 前記領域がCdSe/ZnS発光ナノ結晶の層である、請求項89に記載の白色光LEDデバイス。   90. The white light LED device of claim 89, wherein the region is a layer of CdSe / ZnS light emitting nanocrystals. 前記領域の厚さが前記光ガイドの長さに沿って変化する、請求項89に記載の白色光LEDデバイス。   90. The white light LED device of claim 89, wherein the thickness of the region varies along the length of the light guide. 前記厚さが前記LEDから前記光ガイドの長さに沿って増加する、請求項89に記載の白色光LEDデバイス。   90. The white light LED device of claim 89, wherein the thickness increases from the LED along the length of the light guide. 前記厚さが前記光ガイドの長さに沿ってほぼ直線的に増加する、請求項90に記載の白色光LEDデバイス。   The white light LED device of claim 90, wherein the thickness increases substantially linearly along the length of the light guide. 白色光発光ダイオード(LED)デバイスであって、
(a)紫外光発光LEDと、
(b)前記LEDに光学的に結合される光ガイドと、
(c)前記光ガイド内の領域に分散される複数のCdSe/ZnS発光ナノ結晶であり、前記領域が前記光ガイドの長さに沿って延びる、複数のCdSe/ZnS発光ナノ結晶と、
を含み、前記LEDから放出された光が前記CdSe/ZnS発光ナノ結晶によって緑色光、赤色光および青色光にダウンコンバートされ、前記緑色光、前記赤色光および前記青色光が前記光ガイドから放出され、組み合わされて白色光を生じる、
白色光LEDデバイス。
A white light emitting diode (LED) device comprising:
(A) an ultraviolet light emitting LED;
(B) a light guide optically coupled to the LED;
(C) a plurality of CdSe / ZnS light emitting nanocrystals dispersed in a region within the light guide, wherein the regions extend along the length of the light guide;
The light emitted from the LED is down-converted to green light, red light and blue light by the CdSe / ZnS light emitting nanocrystal, and the green light, red light and blue light are emitted from the light guide. Combined to produce white light,
White light LED device.
前記光ガイドが1つまたは複数の反射器を含む、請求項95に記載の白色光LEDデバイス。   96. The white light LED device of claim 95, wherein the light guide includes one or more reflectors. 前記領域がCdSe/ZnS発光ナノ結晶の層である、請求項95に記載の白色光LEDデバイス。   96. The white light LED device of claim 95, wherein the region is a layer of CdSe / ZnS light emitting nanocrystals. 前記領域の厚さが前記光ガイドの長さに沿って変化する、請求項95に記載の白色光LEDデバイス。   96. The white light LED device of claim 95, wherein the thickness of the region varies along the length of the light guide. 前記厚さが前記LEDから前記光ガイドの長さに沿って増加する、請求項98に記載の白色光LEDデバイス。   99. The white light LED device of claim 98, wherein the thickness increases from the LED along the length of the light guide. 前記厚さが前記光ガイドの長さに沿ってほぼ直線的に増加する、請求項99に記載の白色光LEDデバイス。   100. The white light LED device of claim 99, wherein the thickness increases substantially linearly along the length of the light guide. ディスプレイシステムであって、
(a)ディスプレイと、
(b)複数の発光ダイオード(LED)と、
(c)前記LEDに光学的に結合される光ガイドであり、前記ディスプレイが少なくとも部分的に取り囲む、光ガイドと、
(d)前記光ガイド内の領域に分散される複数の発光ナノ結晶であり、前記領域が前記光ガイドの長さに沿って延びる、複数の発光ナノ結晶と、
を含み、前記LEDから放出された光が、前記ナノ結晶によってダウンコンバートされ、前記光ガイドの表面を出て、前記ディスプレイ上に表示される、
ディスプレイシステム。
A display system,
(A) a display;
(B) a plurality of light emitting diodes (LEDs);
(C) a light guide optically coupled to the LED, the light guide at least partially surrounding the display;
(D) a plurality of light emitting nanocrystals dispersed in a region within the light guide, wherein the region extends along the length of the light guide;
Light emitted from the LED is down-converted by the nanocrystal, exits the surface of the light guide, and is displayed on the display.
Display system.
前記発光ナノ結晶が青色、緑色および赤色光を放出する、請求項101に記載のディスプレイシステム。   102. The display system of claim 101, wherein the luminescent nanocrystals emit blue, green and red light. 前記LEDが紫外光を発光する、請求項102に記載のディスプレイシステム。   104. The display system of claim 102, wherein the LED emits ultraviolet light. 前記LEDから放出された光の第1の部分が前記ナノ結晶によってダウンコンバートされ、前記LEDから放出された光の第2の部分とダウンコンバートされた前記光が前記光ガイドの表面を出る、請求項101に記載のディスプレイシステム。   A first portion of light emitted from the LED is down-converted by the nanocrystal, and the light down-converted with a second portion of light emitted from the LED exits the surface of the light guide. Item 101. The display system according to Item 101. 前記LEDが青色光を発光する、請求項104に記載のディスプレイシステム。   105. The display system of claim 104, wherein the LED emits blue light. 前記LEDから放出された青色光の第1の部分が前記発光ナノ結晶によって緑色光および赤色光にダウンコンバートされる、請求項105に記載のディスプレイシステム。   106. The display system of claim 105, wherein a first portion of blue light emitted from the LED is down-converted to green and red light by the luminescent nanocrystal. 前記青色光の第2の部分、前記緑色光、および前記赤色光が組み合わされて白色光を生じる、請求項106に記載のディスプレイシステム。   107. The display system of claim 106, wherein the second portion of blue light, the green light, and the red light are combined to produce white light. 前記発光ナノ結晶がCdSeまたはZnSを含む、請求項101に記載のディスプレイシステム。   102. The display system of claim 101, wherein the luminescent nanocrystal comprises CdSe or ZnS. 前記発光ナノ結晶がCdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdSまたはCdTe/ZnSを含むコア/シェル発光ナノ結晶である、請求項101に記載のディスプレイシステム。   102. The display system of claim 101, wherein the luminescent nanocrystal is a core / shell luminescent nanocrystal comprising CdSe / ZnS, InP / ZnS, PbSe / PbS, CdSe / CdS, CdTe / CdS, or CdTe / ZnS. 前記光ガイドが1つまたは複数の反射器を含む、請求項101に記載のディスプレイシステム。   102. The display system of claim 101, wherein the light guide includes one or more reflectors. 前記領域が発光ナノ結晶の層である、請求項101に記載のディスプレイシステム。   102. The display system of claim 101, wherein the region is a layer of luminescent nanocrystals. 前記領域の厚さが前記光ガイドの長さに沿って変化する、請求項101に記載のディスプレイシステム。   102. The display system of claim 101, wherein the thickness of the region varies along the length of the light guide. 前記領域の前記厚さが前記LEDから前記光ガイドの長さに沿って増加する、請求項112に記載のディスプレイシステム。   113. The display system of claim 112, wherein the thickness of the region increases along the length of the light guide from the LED. 前記厚さが前記光ガイドの長さに沿ってほぼ直線的に増加する、請求項113に記載のディスプレイシステム。   114. The display system of claim 113, wherein the thickness increases substantially linearly along the length of the light guide.
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