JP5940079B2 - ディスプレイバックライトユニット及びディスプレイバックライトユニットの形成方法 - Google Patents

ディスプレイバックライトユニット及びディスプレイバックライトユニットの形成方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年１１月１０日に出願された、米国特許仮出願第６１／４１２，００４号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、量子ドット（ＱＤ）蛍光体フィルム、ＱＤ照明装置、および関連方法に関する。
従来の照明装置は、制限された光色特性および不十分な照明効率を有する。高色純度、高効率、および改善された光色特性を示す、費用効率のよい照明方法および装置に対する必要性が存在する。
本発明は、高効率で、色が純粋な、色調整可能な量子ドット（ＱＤ）照明方法および装置に関する。本発明は、さらに、量子ドットフィルム（ＱＤフィルム）ならびに関連する照明方法および装置に関する。照明装置には、電子装置用の照明ディスプレイが含まれる。ある特定の実施形態において、本発明は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、テレビ、コンピュータ、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ゲーム機、電子読書装置、デジタルカメラ等のディスプレイ装置のためのバックライトユニット（ＢＬＵ）を対象とする。本発明のＱＤフィルムは、ＢＬＵ、下向きの照明、屋内または屋外の照明、舞台照明、装飾照明、アクセント照明、博物館照明、園芸的、生物学的、および他の用途に高度に特異的な波長の照明を含む、任意の好適な用途、ならびに本明細書に記載の発明について調べると、当業者には明らかであろうさらなる照明用途に、使用可能である。
本発明はまた、光起電力用途での使用に好適な、量子ドット下方変換層またはフィルムを含む。本発明のＱＤフィルムは、太陽光の一部を、太陽電池の活性層によって吸収可能な、より低エネルギーの光に変換することができ、その変換された光の波長は、量子ドットフィルムによるこのような下方変換なしでは、活性層によって吸収および電力に変換することのできなかったものである。したがって、本発明のＱＤフィルムを採用する太陽電池は、増加した太陽光変換効率を有し得る。
本発明は、光源、光フィルター、および／または一次光の下方変換器としての使用のためのＱＤフィルムを含む。ある特定の実施形態において、ＱＤフィルムは一次光源であり、ＱＤフィルムが、電気的刺激時に光子を放出する電子発光性ＱＤを含む、電子発光性フィルムである。ある特定の実施形態において、ＱＤフィルムは光フィルターであり、ＱＤが、ある特定の波長または波長範囲を有する光を吸収する。ＱＤフィルムフィルターは、特定の波長または波長範囲の通過を、その他のものを吸収またはフィルタリング除去しながら、可能にすることができる。ある特定の実施形態において、ＱＤフィルムは、下方変換器であり、それによって、一次光源からの一次光の少なくとも一部分が、ＱＤフィルム内でＱＤによって吸収され、一次光よりも低エネルギーまたは長い波長を有する二次光として再放出される。好ましい実施形態において、ＱＤフィルムは、フィルターおよび一次光下方変換器の両方であり、それによって、一次光の第１の部分が、ＱＤフィルム内のＱＤによって吸収されることなくＱＤフィルムを通過することを可能にし、一次光の少なくとも第２の部分は、ＱＤによって吸収され、一次光よりも低エネルギーまたは長い波長を有する二次光に下方変換される。
一実施形態において、本発明は、量子ドット（ＱＤ）フィルムバックライトユニット（ＢＬＵ）を提供する。ＱＤ ＢＬＵは、好適には、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）およびＱＤフィルムを備え、ＱＤフィルムは、好適には、ＱＤ蛍光体材料層の上部側面および底部側面のそれぞれの上のバリア層の間に配置される、ＱＤ蛍光体材料のフィルムまたは層を含む。好適には、ＬＥＤは、導光パネル（ＬＧＰ）に結合され、ＱＤフィルムは、ＬＧＰと液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルの光学フィルムとの間に配置される。ＬＧＰとＬＣＤの光学フィルムとの間にＱＤフィルムを配置することにより、青色光の効率的な再利用、およびＱＤに対する青色光の光路距離の増加を可能にし、それによって、ＱＤ照明装置における十分な輝度の達成に必要なＱＤ濃度の大幅な低下を可能にする。
好適なバリア層には、プラスチックまたはガラス板が含まれる。好適には、発光性ＱＤは、青色ＬＥＤからの青色の一次光がＱＤによって放出される二次光へ下方変換される時に、緑色光および赤色光を放出する。好ましい実施形態において、ＢＬＵは、白色発光ＢＬＵである。好ましい実施形態は、赤色の二次光を放出する第１のＱＤ集団および緑色の二次光を放出する第２の量子ドット集団を含み、最も好ましくは、赤色および緑色の発光ＱＤ集団は、青色の一次光によって励起され、白色光をもたらす。好適な実施形態は、励起時に、青色の二次光を放出する第３の量子ドット集団をさらに含む。赤色光、緑色光、および青色光のそれぞれの部分は、その装置によって放出される白色光に望ましい白色点を達成するように、制御することができる。ＢＬＵ装置に使用するための例示的なＱＤは、ＣｄＳｅまたはＺｎＳを含む。好適なＱＤには、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳ、またはＣｄＴｅ／ＺｎＳを含む、コア／シェル発光性ナノ結晶が挙げられる。例示的な実施形態において、発光性ナノ結晶は、外側リガンドコーティングを含み、ポリマーマトリックス内に分散される。本発明はまた、ＱＤ ＢＬＵを備えるディスプレイシステムを提供する。
好適には、ＱＤの周囲のポリマーマトリックスは、少なくとも２つの材料を含む、不連続の複合マトリックスである。好適には、第１のマトリックス材料は、アミノポリスチレン（ＡＰＳ）を含み、第２のマトリックス材料は、エポキシを含む。より好適には、第１のマトリックス材料は、ポリエチレンイミンまたは修飾されたポリエチレンイミン（ＰＥＩ）を含み、第２のマトリックス材料は、エポキシを含む。ＱＤ蛍光体材料を調製するために好適な方法は、複数の発光性ナノ結晶を第１のポリマー材料内に分散させて、発光性ナノ結晶と第１のポリマー材料との混合物を形成することを含む。混合物を硬化し、硬化した混合物から粒子状物質を生成する。好適には、硬化の前に、架橋剤を混合物に添加する。例示的な実施形態において、粒子状物質は、硬化した混合物を粉砕することによって生成される。粒子状物質を、第２のポリマー材料に分散させて複合マトリックスを生成し、材料を、フィルムに形成し、硬化する。ＱＤ蛍光体材料を調製するための他の好適な方法は、複数の発光性ナノ結晶を第１のポリマー材料内に分散させて、発光性ナノ結晶と第１のポリマー材料との混合物を形成すること、第２の材料を添加すること、混合物をフィルムに形成すること、およびその後にフィルムを硬化することを含む。
さらなる実施形態において、本発明は、一次光源（好ましくは、青色ＬＥＤ）からの一次光の散乱を促進し、ＱＤフィルム内のＱＤに対する一次光の光路距離を増加させ、それによって、ＱＤ ＢＬＵの効率を高め、システム内のＱＤ数を減少させるための、散乱特徴部を有するＱＤ ＢＬＵを提供する。好適な散乱特徴部には、ＱＤフィルム内の散乱ビーズ、ホストマトリックス内の散乱ドメイン、および／またはバリア層もしくはＬＧＰ上に形成される特徴部が挙げられる。
本発明は、新規のＱＤ蛍光体材料、ＱＤフィルム、ならびに関連する照明方法および装置を提供する。さらに、本発明のＱＤリモート蛍光体は、ＱＤ励起およびＱＤ蛍光体材料内のＱＤを励起するために使用される一次光の新規な制御のための機構に基づいて、ＱＤ蛍光体技術における飛躍的進歩を提示する。
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の明細書に記載され、部分的には明細書から明らかであるか、または本発明の実践により習得することができる。本発明の利点は、構造により実現および達成され、具体的には、本明細書の記述および特許請求の範囲、ならびに添付の図面に指摘されるであろう。
前述の概要および後述の詳細な説明の両方が、例示的かつ説明的であり、請求される本発明のさらなる説明を提供するように意図されることを、理解されたい。
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付の図面は、本発明を図示説明し、さらに、本明細書とあわせて、本発明の原理を説明し、当業者が本発明を作製および使用することを可能にするように機能する。
ＱＤの吸収および放出特性の調整可能性を示す。 従来およびＱＤに基づくソリッドステート白色光（ＳＳＷＬ）装置の光色成分の比較を示す。 ＱＤ ＢＬＵ、従来のＢＬＵ、およびＮＴＳＣ標準物のＣＩＥチャートおよび色域を示す。 先行技術のＱｕａｎｔｕｍ Ｒａｉｌ（商標）リモート蛍光体パッケージを示す。 先行技術のＱｕａｎｔｕｍ Ｒａｉｌ（商標）リモート蛍光体パッケージを示す。 先行技術のＱｕａｎｔｕｍ Ｒａｉｌ（商標）リモート蛍光体パッケージを示す。 先行技術のＱｕａｎｔｕｍ Ｒａｉｌ（商標）リモート蛍光体パッケージを示す。 従来の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）スタックを示す。 本発明の一実施形態によるＱＤフィルムＢＬＵおよび光再利用機構を示す。 本発明の一実施形態によるＱＤフィルムＢＬＵおよび光再利用機構を示す。 本発明の一実施形態によるＱＤフィルムＢＬＵおよび光再利用機構を示す。 本発明のＱＤ照明装置の種々の一次光源配設を示す。 本発明のＱＤ照明装置の種々の一次光源配設を示す。 本発明のＱＤ照明装置の種々の一次光源配設を示す。 本発明による、ＱＤにおける一次光の吸収および二次光の放出を図示する。 本発明によるリガンドコーティングされたＱＤを示す。 本発明による、マトリックスに埋め込まれたＱＤを含む、ＱＤ蛍光体材料を示す。 本発明のリガンドおよびＱＤフィルム形成方法を示す。 本発明のリガンドおよびＱＤフィルム形成方法を示す。 本発明によるＱＤ蛍光体材料を示す。 本発明によるＱＤ蛍光体材料を示す。 本発明による光学的特徴部および機構を図示する。 本発明による光学的特徴部および機構を図示する。 本発明のある特定の実施形態によるバリアフィルムおよび材料を図示する。 本発明のある特定の実施形態によるバリアフィルムおよび材料を図示する。 本発明のある特定の実施形態によるバリアフィルムおよび材料を図示する。 本発明による種々の例示的なバリアおよびバリア特徴部を図示する。 本発明による種々の例示的なバリアおよびバリア特徴部を図示する。 本発明による種々の例示的なバリアおよびバリア特徴部を図示する。 本発明による種々の例示的なバリアおよびバリア特徴部を図示する。 本発明による種々の例示的なバリアおよびバリア特徴部を図示する。 本発明による種々の例示的なバリアおよびバリア特徴部を図示する。 本発明による種々の例示的なバリアおよびバリア特徴部を図示する。 本発明による種々の例示的なバリアおよびバリア特徴部を図示する。 本発明による種々の例示的なバリアおよびバリア特徴部を図示する。 本発明による種々の例示的な光学的強化特徴部を図示する。 本発明による種々の例示的な光学的強化特徴部を図示する。 本発明による種々の例示的な光学的強化特徴部を図示する。 本発明による種々の例示的な光学的強化特徴部を図示する。 本発明の一実施形態による、本発明の１つのＱＤ蛍光体材料、およびＱＤ蛍光体材料不活性領域を示す。 本発明の一実施形態による、本発明の１つのＱＤ蛍光体材料、およびＱＤ蛍光体材料不活性領域を示す。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤ蛍光体材料、バリア、および密封を示す。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤ蛍光体材料、バリア、および密封を示す。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤ蛍光体材料、バリア、および密封を示す。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤ蛍光体材料、バリア、および密封を示す。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤ蛍光体材料、バリア、および密封を示す。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤ蛍光体材料、バリア、および密封を示す。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤ蛍光体材料、バリア、および密封を示す。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤ蛍光体材料、バリア、および密封を示す。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤ蛍光体材料、バリア、および密封を示す。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤ蛍光体材料、バリア、および密封を示す。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤ蛍光体材料、バリア、および密封を示す。 本発明のある特定の実施形態による、種々の導光特徴部を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々の導光特徴部を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々の導光特徴部を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々の導光特徴部を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々の導光特徴部を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々の導光特徴部を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々の導光特徴部を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々の導光特徴部を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々の導光特徴部を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々の導光特徴部を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々の導光特徴部を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々の導光特徴部を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々の導光特徴部を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々の導光特徴部を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々の導光特徴部を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々の導光特徴部を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、ＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明の散乱特徴部および散乱特徴部の機構を図示する。 本発明の散乱特徴部および散乱特徴部の機構を図示する。 本発明の散乱特徴部および散乱特徴部の機構を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々のＬＧＰおよびバリアの配設、ならびにＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々のＬＧＰおよびバリアの配設、ならびにＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々のＬＧＰおよびバリアの配設、ならびにＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々のＬＧＰおよびバリアの配設、ならびにＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々のＬＧＰおよびバリアの配設、ならびにＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々のＬＧＰおよびバリアの配設、ならびにＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々のＬＧＰおよびバリアの配設、ならびにＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々のＬＧＰおよびバリアの配設、ならびにＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々のＬＧＰおよびバリアの配設、ならびにＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々のＬＧＰおよびバリアの配設、ならびにＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々のＬＧＰおよびバリアの配設、ならびにＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々のＬＧＰおよびバリアの配設、ならびにＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々のＬＧＰおよびバリアの配設、ならびにＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々のＬＧＰおよびバリアの配設、ならびにＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明のある特定の実施形態による、種々のＬＧＰおよびバリアの配設、ならびにＱＤおよび散乱特徴部の空間的配設を図示する。 本発明の特定の方法および装置による、色の調整および白色点の生成を示す。 本発明の特定の方法および装置による、色の調整および白色点の生成を示す。 本発明の特定の方法および装置による、色の調整および白色点の生成を示す。 本発明の特定の方法および装置による、色の調整および白色点の生成を示す。 本発明による、ＱＤフィルム形成方法を示す。 本発明による、ＱＤフィルム形成方法を示す。 ＰＥＩリガンドを生成するために使用可能な例示的なモノエポキシ修飾物質を示す。１，２−エポキシ−３−フェノキシプロパンを図３６Ａに、１，２−エポキシドデカンを図３６Ｂに、グリシジル４−ノニルフェニルエーテルを図３６Ｃに示す。 ＰＥＩリガンドを生成するために使用可能な例示的なモノエポキシ修飾物質を示す。１，２−エポキシ−３−フェノキシプロパンを図３６Ａに、１，２−エポキシドデカンを図３６Ｂに、グリシジル４−ノニルフェニルエーテルを図３６Ｃに示す。 ＰＥＩリガンドを生成するために使用可能な例示的なモノエポキシ修飾物質を示す。１，２−エポキシ−３−フェノキシプロパンを図３６Ａに、１，２−エポキシドデカンを図３６Ｂに、グリシジル４−ノニルフェニルエーテルを図３６Ｃに示す。 本発明のリガンド形成方法を図示する。 本発明による、ＱＤ蛍光体材料を示す。 本発明による、ＱＤ蛍光体材料を示す。 本発明の実施形態による、ＱＤフィルムを含む、電子発光性バックライト装置を示す。 本発明の実施形態による、ＱＤフィルムを含む、電子発光性バックライト装置を示す。 本発明の実施形態による、ＱＤフィルムを含む、電子発光性バックライト装置を示す。
本発明を、これから、添付の図面への参照とともに記載する。図面において、同様の参照番号は、同一または機能的に類似の要素を示す。
本発明は、照明用途での使用のためのＱＤ照明装置およびＱＤフィルムを提供する。本明細書に示され、記載される特定の実装は、本発明の例であり、いかなる場合も本発明の範囲を別段に制限するように意図されるものではないことを理解されたい。実際には、簡潔さの目的で、従来の電子機器、製造、半導体装置、および量子ドット、ナノ結晶、ナノワイヤー、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的態様（およびシステムの個々の動作要素の構成要素）は、本明細書において詳細に記載されない場合がある。
色純度および調整可能性
光色放出の制御は、下向きの照明およびディスプレイを含む、多数の照明用途に重要な役割を果たす。特に、エネルギー効率のよい、混色照明用途、例えば、リモート蛍光体ソリッドステート白色照明（ＳＳＷＬ）において、精密な色点制御および調整性を可能にする、方法および装置に対する大きな必要性が存在する。本発明は、混色照明用途において、個々の光色成分を切り替える新規な機構を提供することによって、この問題に対処する。本発明により可能になる精密さおよび制御のレベルは、未だ従来技術によって達成されていない。特にＳＳＷＬ照明の分野において、従来の照明方法および装置は、高純度の白色光、特に、異なる照明用途およびディスプレイ装置に対して異なる白色点を示すように、極めて調整可能でもある、高純度の白色光を提供する能力を欠いている。従来の照明は、問題の原因である、光源に対処するというよりは、望ましくない光エネルギーをフィルタリング除去する中途半端なフィルター技術に頼っている。例えば、従来のＬＣＤ ＢＬＵ技術は、ＬＣＤの色フィルターによってフィルタリング除去されるべき制御不能な放出波長および広いスペクトル幅という欠点を有し、結果として、光エネルギーの無駄、非効率性、および高い動作温度をもたらす。
本発明は、新規なＱＤ蛍光体材料、ＱＤフィルム、ならびに対応する照明方法および装置に基づいた、高い色純度および高い調整可能性の光を提供する。さらに、本発明のＱＤリモート蛍光体は、本発明のＱＤ蛍光体材料内のＱＤを励起するために使用される、一次光の新規な制御のための機構に基づいて、ＱＤ蛍光体技術における飛躍的進歩を提示する。本発明は、色および輝度を制御し、ＱＤによる一次光の吸収および続く二次光の放出を高めるように、一次光を操作する、新規な実施形態を含む。
ある特定の実施形態において、本発明は、ディスプレイ用途のためのバックライトユニット（ＢＬＵ）を提供する。本発明のＢＬＵは、放出調整可能な量子ドット（ＱＤ）、例えば寸法調整可能ＱＤを、蛍光体材料として含む。一次光源を使用してＱＤを励起することにより、ＢＬＵは、均一な寸法分布を有するＱＤ集団によって放出される純粋な飽和色の光、または異なる寸法の量子ドットの混合によって放出される異なる色の混合光を生成することができる。このＱＤの寸法調整可能性により、独自のスペクトル操作が、精密に画定された白色点を有するＱＤ ＢＬＵによって達成される。以下にさらに詳細に記載されるように、ＱＤ ＢＬＵの白色点は、ＢＬＵの光色成分を放出する複数のＱＤ集団の寸法分布を含む、ＱＤ特性を調整することによって、調節される。
従来的なディスプレイ蛍光体と比較して、本発明のＱＤ ＢＬＵのＱＤ蛍光体は、極めて高いスペクトル純度、色彩度、色解像度、および色域を呈する。図１に示されるように、ＱＤは、ＱＤの寸法に応じて、精密な放出特性を示し、それは、励起条件に依存せずに、一貫した放出特性を提供するように正確に調整することができる。放出スペクトルは、バンド端の発光から生じる、単一のガウスピークによって画定される。放出ピーク位置は、量子閉じ込め効果の直接的な結果として、コア粒子寸法によって決定される。例えば、図１に示されるように、粒径を２ｎｍ〜１５ｎｍ（１００および１０２）の範囲に調節することによって、放出は、可視スペクトル全体にわたって、精密に調整することができる。図１は、漸増寸法（２ｎｍ〜１５ｎｍ）のナノ結晶に対する吸収および放出のピークを表す。初期ピーク（低波長）は、ナノメートル単位での吸収波長を示し、後期ピーク（高波長）は放出波長を示す。ナノ結晶の寸法増加に伴い、吸収および放出のピーク波長は、約４５０ｎｍから約７００ｎｍに推移し、この範囲にわたって調整することができる。図１の縦の影付棒は、青色１０４、緑色１０６、および赤色１０８の可視光波長の範囲を示す。ＱＤ寸法の調整可能性および個々の色成分に対する狭いスペクトル幅は、一次光源の波長に関係なく、複数の異なるＱＤ集団を使用して精密な白色点または他の混合色を達成することを可能にする。
従来のＬＣＤバックライトは、制限された色特性を示す。例えば、従来の無機蛍光体バックライト（青色ＬＥＤ＋ＹＡＧ蛍光体）の色と対比した強さのスペクトルプロットを示す図２に見られるように、ＹＡＧ蛍光体からの黄色光２０２は、広域スペクトルの低強度の黄色光である。この非調整可能な低質の結果、黄色光は、光エネルギーが浪費され、ＮＴＳＣ標準色の正確性が１０％未満である。逆に、本発明の１つの例示の実施形態による、図２に示される緑色および赤色発光ＱＤ蛍光体からの放出（緑色のピーク２０４および赤色のピーク２０６）は、高純度で、高強度の、完全に調節可能な光を示す。これは、結果として、より高いエネルギー効率および１００％を上回るＮＴＳＣの色正確性をもたらす。本発明のＱＤ ＢＬＵは、精密な正確さで、いずれの目標白色点をも達成するように、調整可能である。狭い放出は、眼による可視スペクトルの端での光子浪費を防止するだけでなく、さらに、演色指数および電力変換効率の優れた最適化を可能にする。
本発明の１つの例示的なＱＤ ＢＬＵ実施形態の色域３０２を図示する図３に示される、標準的なＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ ｄｅ ｌ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ（ＣＩＥ）チャートに見られるように、本発明のＱＤ ＢＬＵは、ＹＡＧ３０４等の従来のＢＬＵ蛍光体に優る色域の改善を提供する。個々の赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）の色成分の高い色純度は、より大きなＱＤ ＢＬＵの色域三角形３０２によって図示されるように、可能な色の配列を拡大する。特に、個々の赤色３０６、緑色３０８、および青色３１０の光成分の純度は、より純粋な３色の白色光を可能にする。
色のフィルタリングは、ＬＣＤ技術において、その開発時から、厄介な問題である。従来のＢＬＵ蛍光体の広域スペクトル放出は、望ましくない放出を排除し、赤色、緑色、および青色の光の純粋な色成分を提供するために、広範囲な色のフィルタリングを必要とする。従来のＬＣＤの色フィルターは、従来のＢＬＵ蛍光体によって生成された光の望ましくない波長を吸収するために、種々の染料、色素、および金属酸化物に頼るところが大きい。これらの吸収性材料は、激しい光分解に起因する短い寿命、ならびに、異なるディスプレイ色成分を長期間にわたって異なる速度で変化させる、異なるそれぞれの色のための異なる色フィルター間の寿命の差という欠点を有する。吸収性材料のこのような劣化は、放出の色、個々の色成分の純度、ディスプレイの白色点、輝度、およびディスプレイの寿命に、悪影響を及ぼす。膨大な資源が、ＬＣＤ用の色フィルターの研究および開発に費やされてきたが、従来のＬＣＤ ＢＬＵについては、好適な吸収率および透過率を有する、手頃な価格で高品質な色フィルターの発見または生成は困難なままである。
本発明のＱＤ ＢＬＵは、ＬＣＤの色フィルター技術における色のフィルタリング問題に、長く必要とされてきた解決策を提供する。従来のＬＣＤ ＢＬＵとは異なり、本発明のＱＤ ＢＬＵは、既存のＬＣＤの色フィルターに極めて適合可能であり、異なるディスプレイ装置の幅広い種類の異なるＬＣＤの色フィルターとの適合性のため、正確に調整することができる。本発明のＱＤ ＢＬＵを用いることで、既存のＬＣＤの色フィルターは、従来のＢＬＵ放出特性と適合するように調整するというよりは、入手可能性、品質、費用、層の厚さ等に基づいて、選択することができる。ＱＤ ＢＬＵ蛍光体の個々の光の色成分は、選択された色フィルターと適合性のある、光の非常に特定された波長および非常に狭いスペクトル幅で、放出するように、精密に調整することができる。このような狭いスペクトル幅および放出調整可能性に伴う、本発明のさらなる利点は、ディスプレイの色フィルターの寿命の改善である。ＱＤ蛍光体の狭いスペクトル放出は、吸収性色フィルター材料による、より少ない吸収を要し、色フィルターの劣化の減少および寿命の増加をもたらす。
図１に見られるように、本発明のＱＤ蛍光体材料の放出スペクトルは、異なる照明装置のための種々の色フィルターに適合するように調整可能である。個々の光の色成分からフィルタリングされる光がより少ないことにより、ＹＡＧ等の従来的なＢＬＵ源と比較して、フィルター材料によって吸収される光エネルギーが、より少ない。
輝度および効率
エネルギー効率は、家庭用電化製品の分野において、非常に重要な特徴であり、ディスプレイが、装置電力の大部分を消費する。ディスプレイの電力消費は、携帯ディスプレイ用途における電池要件、ならびに特に大型ディスプレイ用途における、装置動作温度およびパネル寿命を含む、電子ディスプレイ装置の多くの特徴に大きく影響を及ぼす。従来のディスプレイ装置において、装置によって消費されるエネルギーの大部分は、ディスプレイ、特にディスプレイＢＬＵに費やされる。本発明のＱＤ ＢＬＵは、ディスプレイＢＬＵに飛躍的な効率の改善を提示する。
本発明のＱＤ ＢＬＵは、一次光の効率的な使用により、従来のＢＬＵよりも改善された効率を提供し、浪費される光エネルギーの減少をもたらす。従来のＢＬＵ蛍光体は、広域な放出スペクトルを示し、そのため、生成される光の多くの量が、色フィルター（例えば、ＬＣＤの色フィルター）によってフィルタリング除去されて、より鋭い色成分（例えば、ＲＧＢ）を生成する。この広域スペクトルのフィルタリングは、光エネルギーの浪費、輝度の低下、およびより高いディスプレイ動作温度をもたらす。本発明のＱＤ ＢＬＵおよび寸法調整された量子ドットの狭いバンド幅放出により、蛍光体材料によって生成される光の最小量が、色のフィルタリングを介して浪費される。従来の蛍光体材料と比較して、大幅に減少した光のフィルタリングが、本発明のＱＤ蛍光体に必要とされる。図２に関して上述のように、ＱＤ蛍光体材料の狭い放出スペクトルは、色フィルターを通じて、より多くの光がフィルタリング除去されずに、放出され、したがって、輝度および効率の増加をもたらす。本発明のＱＤ ＢＬＵの色純度および光効率の増加は、全体的なディスプレイの輝度の、エネルギー効率の良い増加を提示する。
量子ドット蛍光体にはある程度の開発が成されており、例えば、米国特許第７，３７４，８０７号、同第７，６４５，３９７号、同第６，５０１，０９１号、同第６，８０３，７１９号、２０１０年４月２９日に出願された米国特許出願第１２／７９９８１３号、２００８年３月１９日に出願された同第１２／０７６５３０号、２００９年１０月３０日に出願された同第１２／６０９７３６号、２００９年１０月３０日に出願された同第１２／６０９７６０号に開示され、これらのそれぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。例えば、図４Ａ〜４Ｄに示される、Ｎａｎｏｓｙｓ（商標）から入手可能なＱｕａｎｔｕｍ Ｒａｉｌ（商標）（ＱＲ）は、従来のＢＬＵに優る色品質の改善を提供する、ＱＤに基づくリモート蛍光体パッケージ４００を含む。以下にさらに詳細に説明されるように、本発明の新規なＱＤ ＢＬＵは、従来のＢＬＵならびにＱＲ蛍光体パッケージに優る利点を提供する。
ＹＡＧコーティングされた青色ＬＥＤ ＢＬＵ等の、青色ＬＥＤを含む従来のＢＬＵにおいて、従来の蛍光体は、全可視スペクトルを網羅するために、青色光の一部分を赤色および緑色に変換するために使用され、その蛍光体は、一般的に、ＬＥＤと直接的な接触状態で設置される。上記のＮａｎｏｓｙｓ（商標）のＱｕａｎｔｕｍ Ｒａｉｌ（商標）（ＱＲ）ＢＬＵにおいては、発光性ＱＤを、ポリマーに混合して活性材料４０４を形成し、活性材料を、ガラス毛細管４０２に密封して４０６、ＱＲ４００を形成する。図４Ａに示されるように、ＱＲパッケージは、ＢＬＵのＬＥＤ４０１と導光パネル（ＬＧＰ）４０３との間で、ＬＥＤ４０１に隣接して配置される。高い動作温度および高い光束下において劣化する、量子ドットの周囲の有機成分のため、ＱＤは、ＬＥＤとの近接近に見られる熱および光束に曝露される場合、制限された寿命を有し、したがって、ＱＲ ＢＬＵの寿命を制限する。ＱＲに関連するさらなる課題には、ＬＥＤに隣接したＱＲの位置付けにおける制御および正確さの欠如、ＱＲを正しい位置に接着または粘着することに関連する信頼性および光学的課題、ならびに機械的損傷を受けやすいことが挙げられる。
図５は、輝度強化フィルム（ＢＥＦ）５０１、拡散層５０４、ＬＧＰ５０６、ＬＥＤハウジング５１０、および反射体５０８を含む、ＢＬＵ５１２の構成要素を示す、従来のＬＥＤバックライトＬＣＤディスプレイ５００を示す。
本発明の１つの例示的な実施形態によると、図６Ａおよび６Ｂに示されるように、照明装置６００（例えば、ディスプレイＢＬＵ）は、２つのバリア層６２０と６２２との間に挟持または配置されるＱＤ蛍光体材料６０４を含む、フィルムを含む、ＱＤフィルムリモート蛍光体パッケージ６０２を備える。ＱＤフィルムは、導光パネル（ＬＧＰ）の上に配置され、少なくとも１つの一次光源６１０が、ＬＧＰに隣接して位置され、それによって、一次光源は、ＱＤ蛍光体材料との光通信状態にある。一次光６１４が、一次光源によって放出される際、一次光は、ＬＧＰを通じてＱＤフィルムに向かって進む。ＱＤフィルムおよび一次光源は、一次光が、リモート蛍光体パッケージのＱＤ蛍光体材料を通じて進み、ＱＤ蛍光体材料内のＱＤを励起し、それによって、ＱＤフィルムからの二次光の放出をもたらすように配置される。リモート蛍光体パッケージおよび照明装置から放出される光は、蛍光体材料によって放出される二次光、ＱＤフィルムを完全に通過する一次光、または好ましくはそれらの組み合わせを含む。図６Ａおよび６Ｂに示される例示的な実施形態において、ＱＤフィルムＢＬＵ６００は、底部反射フィルムまたは層６０８、ＬＧＰの上部および／または底部の付近の１つ以上の光抽出層（図６には示されない）、ならびに、ＱＤフィルムが、ＢＥＦ（例えば、反射偏光フィルムもしくはプリズムフィルム）と、反射フィルムおよび１つ以上の光抽出層を有するＬＧＰとの間に挟持または配置されるように、ＱＤフィルムの上に配置される１つ以上の輝度強化フィルム６０１をさらに備える。
図６Ａ〜６Ｃの例示の実施形態に示されるように、本発明の照明方法および装置は、量子ドットの下方変換層を、より好ましい位置に、好ましくは、ＬＣＤ ＢＬＵの反射フィルム６０８とＢＥＦ６０１との間、例えば、ＬＣＤ ＢＬＵの反射フィルム６０８とＬＧＰ６０６の間、またはＬＧＰ６０６とＢＥＦ６０１の間に配置される、ＱＤ蛍光体層６０４を含むＱＤフィルム層６０２の形状で、位置付けることを目的とする。好適には、ＱＤフィルム６０２は、上部バリア６２０および底部バリア６２２を含み、これらのバリアは、ＱＤ蛍光体材料６０４を収容し、外部の環境条件からそれを保護する。ＱＤフィルムを、ＬＥＤ６１０の付近よりも、ＬＧＰに隣接したこのような位置に配置することで、ＱＤ蛍光体材料内の光束および温度は、著しく低減され、結果として、ＱＤ蛍光体材料およびＱＤ ＢＬＵに、より長い寿命をもたらす。さらに、フィルムアセンブリの導入が、簡略化され、機械的損傷問題が解決する。多数のさらなる利点が、以下により詳細に記載されるように、本発明のＱＤフィルム実施形態により達成される。
ＱＤ蛍光体数の減少
大変驚いたことに、ＬＣＤの特定の層の間へのＱＤフィルムの配置は、ＱＤによって放出される二次光の輝度に、驚異的な、極めて予想外の改善をもたらし、非常に高い光学密度の減少（すなわち、ＱＤ数の減少）を可能にする。所望のレベルの輝度および白色点を達成するために必要なＱＤがより少ないことで、ＱＤ蛍光体材料の光学密度（またはＱＤ濃度）を、ＱＲ照明装置と比較して、大幅に低下させることができ（例えば、１５倍または２５倍もの減少）、したがって、より少ないＱＤを使用して、より大きなディスプレイ表面積を達成することができ、費用が、ＱＤ数の減少に比例して、大幅に減少する。ＱＤを、ディスプレイのＢＥＦ６０１とＬＧＰ６０６との間に配置することにより、ＱＤ蛍光体材料に対する一次光の有効経路距離が、大幅に増加する。図６Ｂに示されるように、一次光６１４は、本質的に、ＬＧＰの底部で、ＢＥＦ６０１および反射フィルム６０８によって再利用され、同様に、反射および散乱が、拡散特徴部または層等の追加の特徴部、ならびにディスプレイ層およびＱＤフィルムの屈折率の差によってもたらされる。この再利用は、一次光６１４を、一次光の一部分が最終的にＢＬＵから出るまで、種々の角度で、ＱＤフィルム６０２を繰り返し通過させる。ＱＤ蛍光体材料内の一次光６１４の経路距離は、高角度の光線が、ＱＤ蛍光体材料を通じて伝送されるために増加し、ＱＤフィルム内でのさらなるＱＤ吸収（および再放出）をもたらす。
一次光の経路距離およびＱＤ吸収は、本発明のシステムおよび方法による、一次光の操作によって、さらに増加させることができる。ある特定の実施形態において、この一次光の操作および吸収の増加は、図２７Ａおよび２７Ｂに示されるように、ＱＤフィルムと関連する、散乱ビーズまたは粒子等の散乱特徴部の追加によって達成される。ＱＤ蛍光体は、本質上、等方的な放出体であり、それらは、ＱＤの表面から、あらゆる方向に光を放出する。ＱＤとは異なり、ＬＥＤ等の励起光源は、ランベルト的な放出体であるため、より一方向的に光を放出させる、すなわち、ＬＥＤから放出される光の強度は、放出面の垂直線で最も高く、垂直線から外れて角度が増加するにつれて減少する。ランベルト的な一次光放出体と等方的な二次放出体の組み合わせは、一方向的な一次光および低いＱＤ吸収、低効率、高ＱＤ数要件、ならびにディスプレイ表面積全体および種々の視角からの両方の不均一な色および輝度の分布を含む、多くの問題をもたらし得る。本発明の方法および装置は、色の均一性および輝度の均一性を改善し、効率を高め、ＱＤ数要件を減少させる。本発明により可能になる、一次光および二次光の均一な放出方向、ならびに一次光のＱＤ吸収の増加により、ＱＤ ＢＬＵから放出される全体的な光は、より予測可能な特性を有し、したがって、ＱＤ ＢＬＵの色および他の放出特性に対する改善された制御を可能にする。
この非常に効率的な一次光の使用は、所望の放出輝度および白色点をもたらすために必要とされる、ＱＤ数および一次光量の両方の減少を可能にする。本発明の方法および装置による、一次光の操作によって、装置により放出される一次光および二次光成分の精密な制御を達成することができる。リモート蛍光体放出の増加のための従来的な方法とは異なり、この光成分の改善された制御は、必要な一次光の量を増加させることなく、またＱＤ蛍光体材料の量を増加させることなく、達成することができる。驚くべきことに、さらに最も顕著なことに、この効果は、ＱＤ数の著しい減少を伴ってさえも、達成可能である。本発明の新規な実施形態は、本発明によるＱＤフィルム層が所望の輝度および白色点を生成するために必要な、量子ドットの予想外の減少（例えば、１０〜２５倍の減少）を可能にする。
ＱＤは、ＢＬＵのための蛍光体として、多数の利点を提供する。しかしながら、ディスプレイ品質のＱＤ蛍光体生成の高い費用のために、ＱＤ蛍光体の適用は、通常、分子標識等、低い蛍光体数の用途に限定される。本発明のＱＤ ＢＬＵは、ＱＤ蛍光体内に低数量のＱＤを有する、ＱＤ蛍光体ＢＬＵの実施形態を提供する。ＱＤ ＢＬＵシステムに必要なＱＤの数を最小化することは、多くの理由のために望ましい。ＱＤの大量生成の高費用に加えて、ＱＤ蛍光体は、環境条件に極めて敏感である。ＱＤ数の減少は、他の材料とＱＤの統合を簡略化し、ＱＤ ＢＬＵシステムに必要な非ＱＤ材料の量を減少させる。例えば、より少数のＱＤは、必要なマトリックス材料、バリア材料、および一次光の量を減少させることになり、したがって、ＱＤ ＢＬＵシステムを、より小型、より薄型、より軽量、およびより効率的にする。この材料の減少は、ＱＤ ＢＬＵの生成費用を大幅に減少させ、ＱＤ ＢＬＵを、従来のディスプレイＢＬＵと費用競争力のあるものにする。ＱＤの減少はまた、より大型のディスプレイ用のＱＤ ＢＬＵを可能にし、例えば、以下により詳細に記載される、本発明のある特定の実施形態による、ＱＤフィルムＢＬＵにおいては、増加した表面積全体にわたってＱＤ蛍光体材料を使用する可能性をもたらす。特に、従来のＱＤ蛍光体とは異なり、本発明のＱＤフィルムは、一次光の表面積よりもさらに大きな表面積を有する。
色および輝度の均一性
本発明のさらなる利点として、ＱＤフィルムの空間的配置は、ディスプレイの表示面全体にわたって輝度および色の均一性の改善を提供する。ＱＤ蛍光体材料の表面積の増加およびＬＧＰの表面積全体に均一に配置される蛍光体の位置により、ＱＲ ＢＬＵに関連する輝度および色の均一性問題が排除される。従来のディスプレイＢＬＵは、ディスプレイ表示面全体にわたって均一な光の分布を提供するように高度に設計され、本発明のＱＤ ＢＬＵには、ＬＧＰから放出される一次光の高い均一性を利用するためにＬＧＰとＢＥＦとの間に有利に統合された、ＱＤフィルムが含まれる。例えば、本発明の白色光ＱＤフィルムＢＬＵの実施形態において、白色点は、一次光およびＱＤによって放出される二次光の両方の均一性、制御、および予測可能性のため、より精密に制御することが可能である。一次光源における一次光特性は、不均一であり、制御することが困難である。本発明にあるように、ＱＤフィルムをＢＬＵスタックの層として配置することで、ＱＤとの相互作用点における一次光特性は、ＬＧＰ全体を通じて、およびＬＧＰからの伝送時の、一次光の均一な分散のために、より均一で予測可能である。さらに、ＬＧＰからの一次光放出の表面積は、一次光源付近の光放出の小さな表面積よりも、さらに大きい。したがって、ＱＤフィルムＢＬＵは、ＱＤの吸収および放出、ならびに照明装置からの全体的な光の放出の、予測可能性、均一性、および制御を改善する。
ＱＤ蛍光体材料内の一次光の分散は、一次光と二次光との間の指向性放出の均一性を改善し、したがって、ＱＤ ＢＬＵによって放出される全ての色の光のより均一な放出および輝度を可能にする。さらに、ＱＤフィルム内のＱＤ蛍光体材料における拡散は、外部拡散層の排除を可能にすることになり、それによって、装置の厚さを減少させる。
温度の低減および寿命の改善
ＱＤは、温度に極めて敏感である。上述のＱＲ ＢＬＵにおいて、リモート蛍光体パッケージは、一次光源に隣接および非常に近接して配置され、ＱＤの付近に、より高い動作温度が見られることなる。本発明のＱＤ照明装置および方法は、ＱＤ蛍光体材料を一次光源から離れて設置することを可能にし、それによって、ＱＤの動作温度を大幅に低減し、ＱＤ蛍光体材料の温度感受性に起因する問題に対処する。ＱＤから二次放出をもたらすために必要な一次光の減少に伴う本発明の別の利点には、効率の増加、ならびにＱＤ ＢＬＵシステムおよびディスプレイ装置全体のより低いエネルギーおよび動作温度要件が含まれる。さらに、ＱＤフィルムの実施形態における単位面積あたりのＱＤ密度の減少により、光束は、ＱＲ ＢＬＵと比較して、有意に減少される（例えば、１００倍）。したがって、本発明のＱＤフィルムＢＬＵは、ＱＤ蛍光体の安定性、完全性、および寿命を改善する。
製造、照明装置の統合、および機械的完全性
統合および配列は、本発明のＱＤフィルムにより改善され、より容易になり、ＱＤフィルムは、ＬＧＰ、光学フィルム、拡散フィルム、色フィルターフィルム、偏光フィルム、およびマスクフィルム等の平面ディスプレイ層を含む、既存のディスプレイ特徴部と、より適合性を有する。統合および配列は、ＱＲ ＢＬＵの実施形態ならびに従来のＢＬＵにおいては、困難な場合がある。例えば、ＱＲパッケージの寸法制御は、ＢＬＵ内でのＱＲの配列を損ない、一次光が放出される方向の制御および予測可能性を妨害し得る。本発明のＱＤフィルムの実施形態においては、一次光源とリモート蛍光体パッケージを光学的に接続することは、ＢＬＵ内のリモート蛍光体の構成および位置により、簡略化および簡易化される。ＱＲ ＢＬＵと比較して、本発明のＱＤフィルムは、大型ディスプレイのための統合を改善し、ＱＤ ＢＬＵを備える、より大型のディスプレイを可能にする。ＱＲ ＢＬＵは、より多数のＱＲまたはより長いＱＲのいずれかの要件のために、大型ディスプレイに適正に組み込むことが困難な場合がある。厳密な寸法制御は、ＱＲ生成、特に、長さの長いＱＲについては達成が困難である。さらに、大型のディスプレイ寸法のＱＲの配列は、ＱＲの配列に必要とされる長さがより長いために、製造の観点から、困難である。本発明のＱＤフィルムにおいては、改善された一次光源およびＱＤ蛍光体の配列は、より大型のＱＤ ＢＬＵディスプレイの可能性を提示する。本発明の完全に適合して、プロセス対応済みのＱＤフィルムにより、ＬＥＤ−ＬＧＰ配列のための既存の工具組立および技術を含む、既存または従来の配列技術を、一次光源と光伝送層との配列に採用することができる。さらに、ＱＤ蛍光体材料は、全表示面全体にわたって均一に分布し得るため、ＱＤフィルムは、端部配列の一次光源よりもむしろ、またはそれに加えて、一次光源がディスプレイの背面に載置される実施形態を可能にする。
ＱＲ ＢＬＵおよび従来のディスプレイＢＬＵと比較して、本発明のＱＤフィルムＢＬＵは、ＢＬＵの製造およびディスプレイ装置への組み込みの簡易性を含む、多数の追加的利点を提供する。ＱＲは、小さな毛細管４０２に蛍光体材料４０４を充填し、その小さな毛細管を末端シール４０６で密封することを含む、蛍光体パッケージの生成に関する課題を提示するが、本発明のＱＤフィルムＢＬＵは、簡便なロールツーロール製造が可能である。これは、従来のフィルムのライン加工技術を使用した、簡便な大規模ロールツーロール加工を可能にし、それによって、ＱＤフィルムおよびパッケージを、製造し、適切な寸法に切断し、続いてさらに加工することができる。テープコーティングに使用されるものと類似のロールツーロール加工技術を採用してもよい。ＱＤ蛍光体材料は、塗装、スプレー、溶媒スプレー、湿式コーティング、および当業者に既知のさらなるコーティングおよび被着方法によって被着することができる。ＱＤフィルムパッケージの平面層構造は、ＬＧＰおよびＬＣＤフィルター等の平面ディスプレイ層、偏光体、ならびにガラス面を含む、既存のディスプレイ特徴部と適合性がある。この平面構造は、ＱＲおよび従来の蛍光体と関連する、空間的配列および結合の問題を減少させる。さらに、全ディスプレイ表面積全体にわたる蛍光体密度の均一性は、種々の装置間のさらなる予測可能性および制御を提供し、それによって、異なる照明用途および装置に対する本発明のＢＬＵの適合を簡略化する。
付加的な利点として、ＱＤフィルムは、以下により詳細に記載されるように、拡散層等、ディスプレイＢＬＵ内のある特定の層の排除を可能にする。これは、さらに、製造を簡略化し、より薄型の照明装置を可能にする。
本発明のＱＤフィルムの実施形態は、ＱＤリモート蛍光体パッケージの機械的完全性の改善を提供する。ＱＲリモート蛍光体と比較して、ＱＤフィルムは、光束の表面積の増加、より強いバリア材料、および追加の機械的保護バリアとして機能するディスプレイの既存の平面層間の配置を伴う、追加の強みを見出す。
本発明のＱＤフィルムは、本発明により可能となる一次光損失の減少のため、ＱＲ蛍光体パッケージよりも強化された効率を提供する。ＱＲ ＢＬＵにおいては、一次光源およびＱＲの配列ならびに光学的結合に関連する問題は、一次光が、ＱＲに反射するか、もしくはそうでなければ周囲に逃げるか、または不必要にＬＧＰ内に伝送されて、ディスプレイによってフィルター除去されることになるため、一次源からの光の浪費をもたらし得る。本発明のＱＤフィルムの実施形態による統合問題の排除は、一次光の予測可能性および制御を増加させ、それによって、浪費される一次光の量の大幅に減少させ、装置効率を改善する。
ＱＤフィルムの特徴および実施形態
ある特定の実施形態において、本発明は、ディスプレイ装置に関する。本明細書に使用される際、ディスプレイ装置とは、照明ディスプレイを有する任意のシステムを指す。このような装置には、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、テレビ、コンピュータ、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ゲーム機、電子読書装置、デジタルカメラ等を包含する装置が含まれるが、これらに限定されない。
本明細書に記載の具体的な実施形態は、ディスプレイ装置用のＢＬＵについて言及するが、本発明のＱＤフィルムは、下向きの照明、屋内または屋外の照明、舞台照明、装飾照明、アクセント照明、博物館照明、および園芸的、生物学的、または他の用途に高度に特異的な波長の照明、ならびに本明細書に記載の発明について検討すると、当業者には明らかであろうさらなる照明用途を含むが、これらに限定されない、任意の好適な用途において使用可能である。
本明細書に使用される際、照明ディスプレイ装置の「ディスプレイ」または「ディスプレイパネル」には、ディスプレイ光源、蛍光体材料、導光パネル（ＬＧＰ）、拡散材料および層、反射材料および層、光学材料および層、例えば、輝度強化フィルム（ＢＥＦ）、照明制御のためのＰＣＢパネル、色フィルター、偏光プリズム、偏光フィルター、ガラスフィルム、保護フィルムを含む、特に装置のディスプレイ機能に関連する全ての層および構成要素が含まれる。本明細書に言及される、ディスプレイの「表示面」は、ディスプレイ装置の使用者または監視者によって見られる、ディスプレイ出力の部分である。
本明細書に使用される際、「バックライトユニット」（ＢＬＵ）は、一次光および二次光を含む、照明ディスプレイ装置の光を生成する、ディスプレイの部分を指す。ＢＬＵの構成要素には、典型的に、１つ以上の一次光源、ＱＤフィルム、１つ以上のＬＧＰ、ＢＥＦ、拡散層、反射フィルム、関連構成要素等が含まれるが、これらに制限されない。
一次光源は、一次源および二次源が、互いに光通信状態にあるように、本発明の蛍光体材料に光学的に結合される。本明細書に使用される際、「光学的に結合される」および「光学的に接続される」という用語は、要素が一次光等の光によって接続されることを指し、それによって、光は、第１の要素から、第１の要素が光学的に結合または接続された第２の要素へ、伝送可能である。一次光源は、二次光源（ＱＤ蛍光体）から、二次光の放出をもたらすことのできる、いずれの光源をも含み得る。適切な一次光源は、ＱＤ蛍光体材料のＱＤを励起し、それによって二次光放出を開始することのできる、励起エネルギーを有することになる。理想的な一次光源はまた、高効率、低動作温度、高流束、および高輝度を呈するであろう。一次光源の選択のためのさらなる検討事項には、入手可能性、費用、寸法、許容性、放出の色および純度、スペクトル幅、放出される光の方向、寿命、品質、特徴の一貫性、ならびに蛍光体パッケージ、ＢＬＵ、およびディスプレイ装置との適合性が含まれ得る。一次光源は、ＬＥＤ、青色または紫外のＬＥＤ等の青色または紫外の光源、レーザー、アーク灯、黒体光源、および他のソリッドステート光源等の、任意の好適な光源であり得る。好ましい実施形態は、ＬＥＤの一次光源を含むであろう。好ましくは、一次光源は、青色または紫外の光源、最も好ましくは、４４０〜４７０ｎｍ、より好ましくは４５０〜４６０の範囲で放出する、青色ＬＥＤである。例えば、一次光源は、４５０ｎｍの波長で青色光を放出するＧａＮ ＬＥＤ等の、ＧａＮ ＬＥＤであり得る。
好ましい実施形態において、青色の一次光源によって放出される青色光の一部分は、ＱＤによる吸収および再放出に割り当てられることになり、青色の一次光の一部分は、ＱＤ ＢＬＵおよびディスプレイ装置によって放出される光の青色光成分として機能する。これらの実施形態において、ＱＤ ＢＬＵによって放出される光には、一次源からの一次光と、吸収および再放出の際にＱＤから放出される二次光との混合物が含まれる。
本明細書を通じて、単一の一次光源について参照が成されるが、このような単一性は、説明の単純さの目的のみで言及され、２つ以上の一次光源を有する実施形態もまた、暗に含まれる。当業者には理解されるように、本発明は、具体的な実施形態または用途の要件に応じて、単一の一次光源または複数の一次光源のいずれかを含み得る。さらに、１つ以上の一次光源は、以下により詳細に説明されるように、ディスプレイの端部に沿って、および／または種々のディスプレイ層の下（例えば、ＬＧＰの後部）に、配置することができる。
本発明のＢＬＵは、端部照明型（図７Ａ）、背面照明型（図７Ｂ）、および端部と背面の組み合わせ照明型（図７Ｃ）ＢＬＵを描写する図７Ａ〜７Ｃに示されるように、端部照明型および／または背面照明型の配設を含む、任意の数、配設、間隔、および一次光源の位置を含み得る。当業者には理解されるように、一次光源７１０の配置および数は、照明装置の要件に依存することになり、本明細書に記載の実施形態に限定されない、あらゆる想定可能な構成が含まれるであろう。
好ましい実施形態において、ＱＤ ＢＬＵは、ディスプレイの層の間、およびそれに隣接して配置される、ＱＤフィルムリモート蛍光体パッケージを含む。好適には、ＱＤフィルムは、ＬＧＰ上またはそれよりも上に、好適には、ＬＧＰと、ＢＥＦ等の、ＬＣＤ ＢＬＵの１つ以上の光学フィルムとの間に、配置される。ＱＤフィルムは、ＱＤ蛍光体材料を含み、好ましくは、ＱＤ蛍光体材料の各側面上の１つ以上のバリア層の間に配置される。好適には、ＱＤフィルムは、一次光が、ＬＧＰを通じて進み、ＱＤフィルムに伝送するように、ＱＤフィルムがその上に配置されるＬＧＰを介して、一次光源に光学的に接続される。好ましい実施形態において、ＱＤフィルムは、以下により詳細に記載されるように、二次光の放出を強化するために、散乱粒子等の１つ以上の散乱特徴部を含む。
ＱＤフィルムリモート蛍光体パッケージ
本明細書に言及される際、本発明の「リモート蛍光体パッケージ」または「ＱＤフィルム」には、以下により詳細に記載されるように、ＱＤ蛍光体材料およびそれに関連するパッケージ材料が含まれる。本発明のリモート蛍光体パッケージは、一次光源および蛍光体材料が、別個の要素であり、蛍光体材料が、単一の要素として一次光源と統合されていないという意味で、「リモート」である。一次光は、一次光源から放出され、ＱＤフィルムのＱＤ蛍光体材料に到達する前に、１つ以上の外部媒体を通じて進む。
本発明のリモート蛍光体パッケージは、本明細書にＱＤ蛍光体、二次光源、または二次発光ＱＤとも称される、少なくとも１つの発光量子ドット（ＱＤ）集団を含む、ＱＤ蛍光体材料を含む。図８に示されるように、ＱＤ８１３は、ＱＤによって吸収される一次光８１４の下方変換時に、二次光放出８１６を提供する。図９に示されるように、本発明のＱＤは、好適には、コア９０２、コアの上にコーティングされる少なくとも１つのシェル９０４、好ましくは有機ポリマーリガンドである１つ以上のリガンドを含む外側のコーティング９０６を含む、コア／シェルＱＤ９００を含む。好ましい実施形態において、リモート蛍光体パッケージは、図１０に示されるように、ＱＤ蛍光体材料１０００を含むことになり、ＱＤ蛍光体材料は、１つ以上のマトリックス材料１０３０に埋め込まれるかまたは分散されるＱＤ１０１３を含み、そうして、ＱＤ蛍光体材料がＱＤ−マトリックス材料複合体を含むようになる。
好適なＱＤ、リガンド、およびマトリックス材料には、本明細書に記載のものを含むが、これらに限定されない、当業者に既知の任意のこのような好適な材料が含まれる。本明細書に言及される際、本発明の「ＱＤ蛍光体材料」は、ＱＤ蛍光体（すなわち、二次発光ＱＤおよび関連リガンドもしくはコーティング）、ならびにそれに関連するあらゆるマトリックス材料を指す。好ましい実施形態において、ＱＤ蛍光体材料は、以下にさらに詳細に記載されるように、１つ以上の散乱特徴部をさらに含むことになる。
本発明は、発光性量子ドットを含む、種々の組成を提供する。吸収特性、放出特性、および屈折率を含む、発光性ＱＤの種々の特性は、種々の用途のために、調整および調節することができる。本明細書に使用される際、「量子ドット」または「ナノ結晶」という用語は、実質的に単結晶のナノ構造体を指す。ナノ結晶は、約５００ｎｍ未満、および最小でおおよそ約１ｎｍ未満までの寸法を有する、少なくとも１つの領域または特徴的な寸法を有する。本明細書に使用される際、任意の数値について言及する場合、「約」とは、提示される値の±１０％の値を意味する（例えば、約１００ｎｍは、９０ｎｍ〜１１０ｎｍを含む範囲の寸法を包含する）。「ナノ結晶」、「量子ドット」、「ナノドット」、および「ドット」という用語は、同様の構造体を表すことが当業者には容易に理解され、本明細書に互換的に使用される。本発明はまた、多結晶または非晶質ナノ結晶の使用を包含する。
典型的に、特性寸法の領域は、構造体の最小軸に沿うことになる。ＱＤは、材料特性が実質的に均質であり得るか、またはある特定の実施形態において、不均質であってもよい。ＱＤの光学特性は、それらの粒子寸法、化学的もしくは表面的な組成、および／または当該技術分野で利用可能な好適な光学試験によって、判定することができる。ナノ結晶寸法を、約１ｎｍ〜約１５ｎｍの範囲に調整する能力は、光学スペクトル全体の光電子放出範囲を可能にし、演色における大幅な万能性を提供する。粒子の封入は、化学および紫外線劣化剤に対する頑強性を提供する。
さらなる例示的ナノ構造体には、ナノワイヤー、ナノロッド、ナノチューブ、分岐状ナノ構造体、ナノ四脚、三脚、二脚、ナノ粒子、ならびに、約５００ｎｍ未満の寸法、例えば、約２００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、または約２０ｎｍ未満もしくは約１０ｎｍ未満でさえある寸法を有する、少なくとも１つの領域または特性寸法（任意で、３次元のそれぞれが）を有する、類似の構造体が含まれるが、これらに限定されない。典型的に、領域または特性寸法は、構造体の最小軸に沿うことになる。ナノ構造体は、例えば、実質的に結晶質、実質的に単結晶、多結晶、非晶質、またはこれらの組み合わせであり得る。
本発明での使用のためのＱＤ（または他のナノ構造体）は、当業者に既知の任意の方法を使用して生成することができる。例えば、好適なＱＤおよび好適なＱＤを形成するための方法には、米国特許第６，２２５，１９８号、２００１年１０月４日に出願された米国特許出願公開第２００２／００６６４０１号、米国特許第６，２０７，２２９号、同第６，３２２，９０１号、同第６，９４９，２０６号、同第７，５７２，３９３号、同第７，２６７，８６５号、同第７，３７４，８０７号、２００５年１２月９日に出願された米国特許出願第１１／２９９２９９号、および米国特許第６，８６１，１５５号に記載のものが含まれ、これらのそれぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本発明での使用のためのＱＤ（または他のナノ構造体）は、任意の好適な材料、好適には無機材料、およびより好適には無機導体または半導体材料から生成される。好適な半導体材料には、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＶ−ＶＩ族、およびＩＶ族の半導体を含む、任意の種類の半導体が含まれる。好適な半導体材料には、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃ（ダイアモンドを含む）、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、ＣｄＳｅＺｎ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＢｅＳ、ＢｅＳｅ、ＢｅＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＧｅＳ、ＧｅＳｅ、ＧｅＴｅ、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｕＦ、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、ＣｕＩ、Ｓｉ3Ｎ4、Ｇｅ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）2（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）3、Ａｌ2ＣＯ、および２つ以上のこのような半導体の適切な組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。
ある特定の態様において、半導体ナノ結晶または他のナノ構造体は、ｐ型ドーパントまたはｎ型ドーパントからなる群に由来するドーパントを含んでもよい。本発明において有用なナノ結晶（または他のナノ構造体）はまた、ＩＩ−ＶＩまたはＩＩＩ−Ｖ半導体を含み得る。ＩＩ−ＶＩまたはＩＩＩ−Ｖ半導体ナノ結晶およびナノ構造体には、周期表のＺｎ、Ｃｄ、およびＨｇ等のＩＩ族からの元素と、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ等のＶＩ族からの元素との任意の組み合わせ、ならびに周期表のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＴｌ等、ＩＩＩ族からの元素と、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、およびＢｉ等のＶ族からの元素との任意の組み合わせが含まれる。他の好適な無機ナノ構造体には、金属ナノ構造体が含まれる。好適な金属には、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、ＦｅＰｔ等が挙げられるが、これらに限定されない。
当業者に既知の任意の方法を使用して、ナノ結晶蛍光体を作製することができるが、好適には、液相コロイド法が、無機ナノ材料蛍光体の制御成長に使用される。Ａｌｉｖｉｓａｔｏｓ，Ａ．Ｐ．，“Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｃｌｕｓｔｅｒｓ，ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ，ａｎｄ ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔｓ，”Ｓｃｉｅｎｃｅ ２７１：９３３（１９９６）、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．３０：７０１９−７０２９（１９９７）、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．１１５：８７０６（１９９３）を参照されたく、これらの開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。この製造プロセス技術は、無菌室および高価な製造器具を必要としない、低費用なプロセス可能性を利用する。これらの方法において、高温で熱分解を受ける金属前駆体を、高温の有機界面活性剤分子溶液内に迅速に注入する。これらの前駆体は、昇温で分解され、反応してナノ結晶の核となる。この初期核生成期の後、成長している結晶にモノマーを添加することにより、成長期が始まる。結果物は、表面に有機界面活性剤分子コーティングを有する、溶液中の自立結晶質ナノ粒子である。
このアプローチを利用して、合成は、数秒で生じる初期核生成事象として発生し、昇温での数分間の結晶成長が続く。温度、存在する界面活性剤の種類、前駆体材料、界面活性剤とモノマーとの比率等のパラメータは、反応の性質および進展を変更するために、修正することができる。温度は、核生成事象の構造相、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、溶解度およびナノ結晶形状の制御の両方を調節する。界面活性剤とモノマーとの比率、界面活性剤の互いに対する比率、モノマーの互いに対する比率、ならびに個々のモノマー濃度は、成長動態に強く影響を及ぼす。
半導体ナノ結晶において、光誘発の放出は、ナノ結晶のバンド端状態から生じる。発光性ナノ結晶からのバンド端放出は、表面電子状態が起源の放射および非放射の崩壊チャネルと競合する。Ｘ．Ｐｅｎｇ，ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．３０：７０１９−７０２９（１９９７）。結果として、ダングリングボンド等の表面欠陥の存在は、非放射性再結合中心をもたらし、放出効率の低下に寄与する。表面トラップ状態の不動態化および除去のための効率的かつ恒久的な方法は、無機シェル材料を、ナノ結晶の表面でエピタキシャルに成長させることである。Ｘ．Ｐｅｎｇ，ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．３０：７０１９−７０２９（１９９７）。シェル材料は、電子準位が、コア材料に関してＩ型になるように選択することができる（例えば、電子および空孔をコアに局所化する潜在的なステップを提供するために、より大きなバンドギャップを有する）。結果として、非放射性再結合の可能性を減少させることができる。
コア−シェル構造は、シェル材料を含有する有機金属の前駆体を、コアナノ結晶を含有する反応混合物に添加することによって得られる。この場合、核生成事象の後に成長が続くのではなく、コアは核として機能し、シェルは、それらの表面から成長する。反応の温度は、シェル材料のナノ結晶の独立した核生成を防止しながら、シェル材料のモノマーをコア表面に添加するために好都合なように、低く保たれる。反応混合物中の界面活性剤は、シェル材料の制御された成長を導き、溶解度を確保するために存在する。均一かつエピタキシャルに成長したシェルは、２つの材料間の格子不整合が低い場合に得られる。
コア−シェル発光性ナノ結晶を調製するための例示的な材料には、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃ（ダイアモンドを含む）、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、ＣｄＳｅＺｎ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＢｅＳ、ＢｅＳｅ、ＢｅＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＧｅＳ、ＧｅＳｅ、ＧｅＴｅ、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｕＦ、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、ＣｕＩ、Ｓｉ3Ｎ4、Ｇｅ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）2（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）3、Ａｌ2ＣＯ、および２つ以上のこのような材料の適切な組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。本発明の実践における使用のための例示的なコア−シェル発光性ナノ結晶には、（コア／シェルとして表される）ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＺｎＳ、ならびにその他のものが含まれるが、これらに限定されない。
好適な実施形態において、ＣｄＳｅが、この材料の合成の相対的な完成度のため、ナノ結晶材料として使用される。一般的な表面化学の使用のため、非カドミウム含有ナノ結晶の代用もまた、可能である。ディスプレイＢＬＵ装置における使用のための例示的な発光性ナノ結晶材料には、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅＺｎ／ＣｄＳ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅＺｎ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳ、またはＣｄＴｅ／ＺｎＳを含むコア／シェル発光性ナノ結晶を含む、ＣｄＳｅまたはＺｎＳが挙げられる。最も好ましくは、本発明の量子ドットは、ＣｄＳｅを含むコアと、ＣｄＳまたはＺｎＳを含む少なくとも１つの封入シェル層、最も好ましくは、ＣｄＳを含む少なくとも１つの封入シェル層およびＺｎＳを含む少なくとも１つの封入シェル層と、を有するコア−シェルＱＤを含む。
発光性ナノ結晶は、酸素不浸透性の材料から作製することができ、それにより、ＱＤ蛍光体材料中のＱＤの酸素バリア要件および光安定化を簡略化する。例示的な実施形態において、発光性ナノ結晶は、以下により詳細に記載されるように、１つ以上の有機ポリマーリガンド材料でコーティングされ、１つ以上のマトリックス材料を含む有機ポリマーマトリックス内に分散される。発光性ナノ結晶は、ＱＤを気密密封するために、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、または酸化チタン（例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ2Ｏ3、ＴｉＯ2、もしくはＡｌ2Ｏ3）等の１つ以上の材料を含む、１つ以上の無機層でさらにコーティングすることができる。
以下にさらに詳細に記載されるように、本発明において使用されるＱＤは、ＱＤ ＢＬＵが使用される、ディスプレイ用途の所望の放出特性に基づいて、選択されることになる。好ましいＱＤ特性には、高い量子効率（例えば、約９０％以上）、連続および調整可能な放出スペクトル、ならびに狭く鋭いスペクトル放出（例えば、４０ｎｍ未満、３０ｎｍ以下、または２０ｎｍ以下の半値全幅（ＦＷＨＭ））が含まれる。
好ましい実施形態において、ＱＤは、青色の光源によって励起される時に、赤色光を放出することのできる少なくとも１つのＱＤ集団と、緑色光を放出することのできる少なくとも１つのＱＤ集団と、を含むことになる。ＱＤの波長および濃度は、以下により詳細に記載されるように、必要とされる光学性能を満たすように、調節することができる。さらに他の実施形態において、ＱＤ蛍光体材料は、望ましくない放出波長を有する光の波長を吸収し、望ましい放出波長を有する二次光を再放出する、ＱＤの集団を含み得る。このようにして、ＱＤフィルムは、照明装置の放出をさらに調整し、色のフィルタリングに対する必要性を減少または排除する、少なくとも１つの色フィルタリングＱＤ集団を含む。
本発明のＱＤは、好ましくは、１つ以上のリガンドコーティングでコーティングされ、１つ以上のマトリックス材料に埋め込まれる、および／または１つ以上のバリア層によって密封される。このようなリガンド、マトリックス材料、およびバリアは、ＱＤの光安定性を提供し、昇温、高強度の光、外部ガス、湿気、および他の有害な環境条件を含む、環境条件からＱＤを保護することができる。ホストマトリックス材料における所望の屈折率、ホストマトリックス材料における所望の粘度またはＱＤ分散／混和性、および他の所望の効果を含む、さらなる効果が、これらの材料により達成可能である。好ましい実施形態において、リガンドおよびマトリックス材料は、熱硬化が実質的にＱＤ蛍光体材料に影響を及ぼすことのないように、十分に低い熱膨張係数を有するように選択されることになる。
本発明に有用な発光性ＱＤ（または他のナノ構造体）は、好ましくは、それらの表面に複合化、それと協動、それと会合、またはそこに結合する、リガンドを含む。好ましい実施形態において、ＱＤは、外部の湿気および酸化からＱＤを保護し、凝集を制御し、マトリックス材料内でのＱＤの分散を可能にするための、リガンドを含むコーティング層を含む。好適なリガンドおよびマトリックス材料、ならびにこのような材料を提供するための方法を、本明細書に記載する。さらなる好適なリガンドおよびマトリックス材料、ならびにこのような材料を提供するための方法には、２０００年２月４日に出願された米国特許出願第１２／７９８１３号、２００８年３月１９日に出願された同第１２／０７６５３０号、２００９年１０月３０日に出願された同第１２／６０９７３６号、２００５年１２月９日に出願された同第１１／２９９２９９号、米国特許第７，６４５，３９７号、同第７，３７４，８０７号、同第６，９４９，２０６号、同第７，５７２，３９３号、同第７，２６７，８７５号に開示されるものを含む、当業者に既知の任意の群が含まれ、これらのそれぞれの開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。さらに、好適なリガンドおよびマトリックス材料には、当該技術分野における任意の好適な材料が含まれる。
２０００年２月４日に申請された米国特許出願第１２／７９８１３号により詳細に説明されるように、好適なリガンド構造には、頭部基、尾部基、および中間／本体基が、それぞれ、独立して、それらの特定の機能に応じて、加工および最適化され、続いて、理想的に機能する完全な表面リガンドに合わせることができる、３部リガンド等の複数部リガンド構造が含まれる。このような複数部リガンドの開発により、マトリックス内のナノ結晶の充填密度の制御を、量子収率、光学散乱、屈折率の調整、およびホストマトリックス内のＱＤ密度を最適化するように達成することができる。リガンド分子は、３つの別個の基を、別々に合成して、その後に合わせることを可能にする、一般化された技術を使用して、合成することができる。
好ましくは、リガンドは、１つ以上の有機ポリマーリガンドを含む。好適なリガンドは、低い酸素透過性有する、効率的で強く結合したＱＤ封入を提供し、マトリックス材料内のドメインに沈殿または分離して、不連続な２相または多相マトリックスを形成し、マトリックス材料全体にわたって好適に分散し、市販入手可能な材料であるか、あるいは市販入手可能な材料から容易に成形可能である。
好適なリガンドには、例えば、ポリマー、ガラス状ポリマー、シリコーン、カルボン酸、ジカルボン酸、ポリカルボン酸、アクリル酸、ホスホン酸、ホスホン酸塩、ホスフィン、ホスフィンオキシド、硫黄、アミン、エポキシドと合わさってエポキシを形成するアミン、本明細書に記載の任意のポリマーリガンドのモノマー、本明細書に記載の任意のマトリックス材料、本明細書に記載の任意のポリマーマトリックス材料のモノマー、またはこれらの材料の任意の好適な組み合わせが挙げられる。好適には、ＱＤリガンドは、アミノシリコーン（ＡＭＳ）（例えば、Ｇｅｌｅｓｔ（商標）より販売されているＡＭＳ−２４２およびＡＭＳ−２３３、Ｇｅｎｅｓｅｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ｃｏｒｐ．（商標）より販売されているＧＰ−９９８）、ならびにＪｅｆｆａｍｉｎｅ（商標）等のポリエーテルアミン等の、アミン含有有機ポリマーを含むことになる。好適なリガンドには、アミン部分またはジカルボン酸部分等、１つ以上のＱＤ結合部分を有するリガンドが含まれる。例示的なアミンリガンドには、脂肪族アミン、例えば、デシルアミンまたはオクチルアミン、ならびにポリマーアミンが含まれる。
好ましい実施形態において、リガンド材料は、ＱＤに光安定性をコーティングおよび提供するためのペンダントアミン官能性ポリスチレン（本明細書に、アミノポリスチレンまたはＡＰＳと称される）を含み、ＱＤ放出特性の不必要な変化を防ぐ。好適なＡＰＳリガンドには、例えば、スチレンモノマー、およびアミン部分、好ましくは一級アミン部分を有するモノマーを含む、コポリマーが含まれる。例示的なＡＰＳリガンドを、図１１Ａに示す。図１１Ａの例示の実施形態に示されるように、ＡＰＳは、市販入手可能なＳＭＡ（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ（商標）ＳＭＡ ＥＦ８０）等のスチレン無水マレイン酸（ＳＭＡ）から合成される。無水物を、定量的収率でジメチルエステルに変換し、続いて、メチルエステルを、ジアミンとの反応によってアミドに変換し、同時にペンダント一級アミンを生成する。この反応に続いて、ポリマーを、沈殿によって精製し、サイズ選択を使用して、好適な分子量の分画を得ることができる。ＡＰＳリガンドの合成のためのこの例示の実施形態において、全ての操作は、標準的なシュレンク技術を使用して、乾燥した、無酸素の窒素雰囲気下で実行した。試薬、中間体、およびＡＰＳ生成物は、グローブボックス内で処理および保管した。ヘキサン、トルエン、およびメタノールを、脱酸素化し、ＭＢｒａｕｎ（商標）ＭＰ−ＳＰＳ溶媒システムを使用して乾燥させた。ポリマーの式量を、８つのスチレンモノマーおよび１つの無水マレイン酸（またはマロン酸塩誘導体）を含有する「ポリマー単位」を使用して、推定した。スチレンマレイン酸ジメチルエステルコポリマー（２）を合成するために、ＳＭＡコポリマー（１）（１５０ｇ）を、２Ｌの３つ口丸底フラスコ（ＲＢＦ）に添加した。メタノール（１９６ｍＬ）およびトルエン（２７５ｍＬ）を、ＲＢＦ反応フラスコへの添加前に、添加漏斗を用いて測った。濃塩酸（３滴）をＲＢＦに添加し、温度を１１０℃に設定して、反応溶液を還流させた。反応溶液を２日間（約４８時間）還流させた後、熱源を取り去り、反応溶液を室温まで冷却した。ＦＴＩＲ分光法による試料の分析は、無水物がエステルに変換されていることを明らかにした。揮発性物質を、回転蒸発によって反応溶液から除去した。生成物を、ジエチルエーテル（６００ｍＬ）で、ジエチルエーテル（１００ｍＬ）の添加によって一部分ずつ溶解し、手でかき混ぜ、２Ｌの分液漏斗にデカンテーションした。生成物を、分液漏斗内で、水（５回、２５０ｍＬ）で洗浄した。生成物が、脆弱な白色の発泡体になるまで、揮発性物質を、真空ラインを用いて回転蒸発によって再度除去し、粉末に破砕した。生成物を、４時間を上回って、１００ｍｔｏｒｒ未満の圧力が達成されるまで、真空に曝露した。生成物（１４２ｇ）は、グローブボックス内に保管した。ＦＴＩＲによる単離した生成物の分析は、無水物を有さないエステルを示した。次に、スチレンマレイン酸ジアミンコポリマー（３）の合成を、２Ｌの３つ口ＲＢＦにスチレンマレイン酸ジメチルエステルコポリマー（２）（１４０ｇ）を添加することで開始し、ＲＢＦ反応フラスコに、還流冷却器および添加漏斗を取り付けた。トルエン（８５０ｍＬ）を添加し、反応溶液を５０℃まで加熱した。反応溶液を加熱している間に、１，４−ジアミノブタン（７１．０ｇ）を、２５０ｍＬのシュレンクフラスコに移した。シュレンクライン上で、ジアミノブタンを、ＲＢＦに洗い入れ、カニューレによりメタノール（合計７５ｍＬ）に溶解した。次いで、反応溶液の温度を１４０℃に高め、反応溶液は混濁したが、容易に攪拌できた。反応溶液を、１４０℃で９日間、還流した。６日間還流した後、ＦＴＩＲによる試料の分析は、エステルが、アミドに変換されていることを明らかにした。反応溶液を、９日目まで還流して、その時点で室温に冷却した。後処理および精製のために、反応溶液を、１５００ｍＬのヘキサンを含有する５Ｌの３つ口ＲＢＦに滴下で移した。上部相をデカンテーションし、生成物をヘキサン（５００ｍＬ）で洗浄し、上部相を再度デカンテーションした。揮発性物質を、真空移行によって除去し、無色の脆弱な発泡体を得た。発泡体を、圧力が２００ｍｔｏｒｒ未満になるまで、真空に曝露した。生成物を、次いで、トルエンとメタノールの１：１混合物（１Ｌ）中に溶解し、混濁溶液を形成した。溶液を、閉鎖型不活性雰囲気濾過系を使用して、粗い焼結ガラスフィルターを通じて別個のシュレンクフラスコ中に濾過した。溶液を、機械的に攪拌される１２Ｌの３つ口ＲＢＦ中で、８．０Ｌの高速で攪拌中のヘキサンに滴下添加した。添加は、約２時間にわたって起こり、ポリマーを沈殿させた。ポリマーをヘキサン（１５０ｍＬ）で洗浄し、２００ｍｔｏｒｒ未満の圧力まで真空下で乾燥させ、砕けやすい白色発泡体を得た。揮発性物質の除去プロセス中に定期的に、固体を砕いてフラスコの内壁から削り落とし、乾燥を促進した。生成物を、少なくとも４時間、１００ｍｔｏｒｒ未満の真空に曝露した。結果として得られた生成物は、砕けやすい白色発泡体であり、白色粉末（１２８ｇ）に破砕された。シュレンク技術は、ＱＤの安定化の成功をもたらすであろう、ＡＰＳの合成に好ましい。
ＡＰＳ材料は、完全なＱＤコーティングの形成、光安定化、バリア特性、硬化可能性、被着の容易さ、およびエポキシ等のマトリックス材料との適合性において、従来の材料よりも優れた改善を提供する。
より好ましい実施形態において、リガンド材料は、コーティングのため、ならびに、例えば、ＱＤの溶解度および／または光安定性を改善して、ＱＤ放出特性の不必要な変化を防ぐために、ポリエチレンイミンまたは修飾されたポリエチレンイミンを含む。好ましくは、ポリエチレンイミンまたは修飾されたポリエチレンイミンは、分岐状である。修飾されたポリエチレンイミンは、ポリエチレンイミンと、別の化合物、例えば、臭化ベンジル、塩化ベンジル、またはエポキシ等の求電子剤との反応によって、簡便に生成することができる。好ましくは、本発明における使用のための修飾されたポリエチレンイミンは、ポリエチレンイミンとモノエポキシとの反応によって、生成される。最も好ましくは、本発明における使用のための修飾されたポリエチレンイミンは、分岐状ポリエチレンイミンとモノエポキシとの反応によって生成される。ポリエチレンイミンは、ポリエチレンイミン上の一級アミン１当量あたり、０を上回って１以下の当量のモノエポキシと反応させることができる。好ましくは、ポリエチレンイミンを、ポリエチレンイミンの一級アミン１当量あたり約０．０５〜約０．８０当量のモノエポキシと、より好ましくは一級アミン１当量あたり約０．１０〜約０．７５当量のモノエポキシと、または一級アミン１当量あたり約０．２０〜約０．７５当量のモノエポキシと、例えば、一級アミン１当量あたり約０．２５当量のモノエポキシと、一級アミン１当量あたり約０．４０当量のモノエポキシと、一級アミン１当量あたり約０．５０当量のモノエポキシと、一級アミン１当量あたり約０．６０当量のモノエポキシと、もしくは一級アミン１当量あたり約０．７０当量のモノエポキシと、反応させる。いずれの特定の機構にも限定されることはないが、モノエポキシは、主として、ポリエチレンイミン上の遊離一級アミンと反応するが、ポリエチレンイミンの二級アミンとのいくらかの反応もまた、生じ得ることが考えられる。したがって、例示的な好適な修飾されたポリエチレンイミンには、アミンの一部が、例えばモノエポキシとの反応によって誘導された、ポリエチレンイミン骨格を有する分岐状ポリマーが含まれる。誘導される一級アミンの割合は、任意で、例えば、０％を上回って１００％以下まで、変化する。任意で、修飾される一級アミンの割合は、約５％〜約８０％、約１０％〜約７５％、または約２０％〜約７０％、例えば、約２５％、約４０％、約５０％、約６０％、または約７０％である。任意で、ポリエチレンイミンを修飾するために使用されるモノエポキシの量は、修飾されるポリエチレンイミンの重量の約０．２５〜約０．８７５倍、例えば、ポリエチレンイミンの重量の約０．４０〜約０．７０倍、例えば、ポリエチレンイミンの重量の約０．５０倍である。
ポリエチレンイミンと反応させて、修飾されたポリエチレンイミンリガンドを生成するために好適ないくつかのモノエポキシが、当該技術分野で既知である。典型的に、好適なモノエポキシは、約１０００未満、好ましくは約５００未満、より好ましくは約４００未満、または約３００未満の分子量を有する。モノエポキシは、極性部分および／または非極性部分を含み得る。モノエポキシは、飽和または不飽和、例えば、脂肪族もしくは芳香族、またはそれらの組み合わせであり得る、炭化水素部分を含んでもよい。ポリエチレンイミンと反応させて、修飾されたポリエチレンイミンリガンドを生成するために好ましいモノエポキシには、図３６Ａ〜３６Ｃ（それぞれ）に示される、１，２−エポキシ−３−フェノキシプロパン（分子量１５０．１７７２）、１，２−エポキシドデカン（分子量１８４．３２）、およびグリシジル４−ノニルフェニルエーテル（分子量２７６．４１）が含まれる。
参照の容易さのため、本明細書に使用される際の「ＰＥＩ」は、未修飾のポリエチレンイミンリガンドおよびポリエチレンイミン由来のリガンドを指し、したがって、未修飾および修飾の両方のポリエチレンイミンを含む。
上述のように、修飾されたポリエチレンイミンは、ポリエチレンイミンおよびモノエポキシから合成することができる。図３７の例示の実施形態に示されるように、修飾されたポリエチレンイミンは、市販入手可能なポリエチレンイミン（例えば、Ｎｉｐｐｏｎ Ｓｈｏｋｕｂａｉ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．からのＥｐｏｍｉｎ（登録商標）ＳＰ−０１２（分子量１２００））等のポリエチレンイミン、および市販入手可能なモノエポキシ（例えば、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈからの１，２−エポキシ−３−フェノキシプロパン）等のモノエポキシから合成される。ＰＥＩの合成に続いて、ＱＤとのリガンド交換を行って、ＰＥＩリガンドでＱＤをコーティングする。
ＰＥＩリガンドを合成するためのこの例示の実施形態において、攪拌子を有する５Ｌの４つ口丸底フラスコ、１Ｌの添加漏斗、ホースアダプター、反応溶液中の熱電対、および受容フラスコを有する短経路蒸留ヘッド、ならびに蒸気温度を測定するための温度計を使用して、装置を構成した。さらに、蒸留ヘッドは、一方向弁を含むバブラーに取り付けた。また、バブラーと蒸留ヘッドの間のホースに、弁を設置した。装置をホースアダプターによってシュレンクラインに接続した時点で、窒素ガスが、反応フラスコ内に入り、反応溶液の表面を通って、蒸留ヘッドに取り付けられたバブラーから出ることが可能であった。また、バブラー上の一方向弁は、空気または油がバブラーから反応フラスコ内に入ることなく、真空が、ホースアダプターから装置全体に適用されることを可能にした。反応フラスコは、反応溶液の温度を測定するように位置付けられた、熱電対を有する温度制御器に接続された加熱マントルに設置した。
それとは別に、グローブボックスにおいて、沈殿したＣｄＳｅ／ＣｄＳ／ＺｎＳ ＱＤを、トルエン中に溶解し（ＱＤ成長溶液の体積の２０〜２５％に等しい体積のトルエンを使用して）、シュレンクフラスコに移したが、ＱＤおよびトルエンの合計体積は、２．５Ｌであった。また、ヘキサン（５４０ｍＬ）を、グローブボックス内の別個のシュレンクフラスコに移した。トルエンおよびヘキサンは、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈから入手し、受領時のまま使用した。
装置を、ホースアダプター上のシュレンクラインに取り付け、ポリエチレンイミンＳＰ−０１２（２４０ｇ、Ｎｉｐｐｏｎ Ｓｈｏｋｕｂａｉ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．から入手、受領時のまま使用）を添加した。攪拌しながら、蒸留ヘッドとバブラーとの間のホースの弁が開放した状態で、装置を、３００ｍｔｏｒｒ未満の圧力の真空下に置き、窒素で３回逆流させた。次いで、ホースの弁を閉鎖し、１，２−エポキシ−３−フェノキシプロパン（１５０ｇ、１．００モル、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈから入手、受領時のまま使用）を、シリンジで反応溶液に添加した。トルエン（８００ｍＬ）をカニューレで移し、次に、添加漏斗で測った後、反応フラスコに添加した。反応フラスコを、３０分間、１００℃まで加熱した。続いて、蒸留ヘッドとバブラーとの間のホースの弁を開放し、約３０分間にわたって、約２００ｍＬ（すなわちトルエンの約２５％）の蒸留液を収集した。蒸留ヘッドとバブラーとの間の弁を閉鎖し、トルエン中に溶解されたＱＤの溶液をグローブボックスから取り出し、カニューレによって添加漏斗に移した。続いて、トルエン中のＱＤの溶液を、１５〜３０分間にわたって、反応フラスコに添加した。ＱＤ／トルエンの添加が完了すると、反応溶液を、３０分間、１００℃で加熱した。続いて、蒸留ヘッドとバブラーとの間のラインの弁を開放し、約７５０ｍＬの蒸留液を収集した（すなわちトルエンの約２５％）。蒸留液の収集に続いて、蒸留ヘッドを除去し、反応フラスコを栓で密封した。反応溶液を６０℃まで冷却した。ヘキサンを、カニューレでシュレンクフラスコから添加漏斗に移し、攪拌しながら中程度の速度で反応溶液に添加した。混合が完了した時点で攪拌を中断し、溶液を室温まで冷ましながら沈降させ澄んだ溶液にさせた。強力に色づいた、より下の相（ＰＥＩリガンドを有するＱＤを含有する）を反応フラスコ内に残して、比較的無色の上相を、カニューレで注意深く除去した。この実施例において、ポリエチレンイミンの一級アミン１当量あたり、おおよそ０．５０当量の１，２−エポキシ−３−フェノキシプロパンを、ポリエチレンイミンの修飾に使用した。
関連する例示の実施形態において、ＰＥＩリガンドは、基本的には上述のようにであるが、グリシジル４−ノニルフェニルエーテルを用いて、ポリエチレンイミンを修飾することにより合成した。この実施例において、ポリエチレンイミンの一級アミン１当量あたり、おおよそ０．２５当量のグリシジル４−ノニルフェニルエーテルを、ポリエチレンイミンの修飾に使用した。この例示的なグリシジル４−ノニルフェニルエーテル修飾したＰＥＩは、ＱＤ上での交換の際、一級アミンをより多く保存しながら、例示的な１，２−エポキシ−３−フェノキシプロパン修飾したＰＥＩに見られたものと類似の溶解度挙動をもたらし、それが、ＱＤへのリガンドのより良好な結合、および続いて量子収率の改善につながり得る。
ＰＥＩリガンドは、完全なＱＤコーティングの形成、光安定化、バリア特性、硬化可能性、被着の容易さ、およびエポキシ等のマトリックス材料との適合性において、従来の材料よりも優れた改善を提供する。従来の材料およびＡＰＳ材料よりも優れた、ＰＥＩ材料の他の利点には、ポリエチレンイミンは、安価であり、修飾およびリガンド交換反応に直接使用するために十分に純粋な形態で、多数の入手先から容易に入手可能であること、ポリエチレンイミン中の水および酸素の不純物は、いずれの追加器具も要することなく、リガンド交換の前に、反応フラスコから容易に除去できること、ＰＥＩリガンド交換は、数時間のうちに、大量のナノ結晶で容易に達成できること、種々のナノ結晶（例えば、緑色、赤色、またはその２つの混合色を放出するＱＤ）は、類似の手順を使用して、容易に交換できること、交換されたナノ結晶−ＰＥＩ混合物は、ヘキサンを用いた沈殿によって反応溶媒から取り出すことができ、ほとんどの溶媒が単純なデカンテーションによって除去されること、ナノ結晶−ＰＥＩ混合物は、高濃度のナノ結晶（例えば、最大で最終成形に使用される濃度の３０倍まで）を用いて生成可能であり、非常に高濃度の混合物の成形、保管、および／または輸送を容易にすること、ナノ結晶−ＰＥＩ混合物は、揮発性溶媒を含有しないため、安全に保管または輸送できること、ナノ結晶−ＰＥＩ混合物は、市販入手可能なエポキシに十分に分散するため、例えば、フィルム加工の直前に、硬化可能マトリックスと容易に混合可能であること、ならびに、マトリックスは、比較的一般的で市販入手可能なため、事前硬化混合物の粘度は、フィルムのコーティングおよび加工要件を満たすように容易に修正可能であること、が挙げられる。これらの要因に加えて、１，２−エポキシ−３−フェノキシプロパン等のモノエポキシでのポリエチレンイミンの修飾は、他の望ましい特性、例えば、ヘキサンからの沈殿の改善、より小さく、より予測可能な硬化したマトリックス内のナノ結晶ドメインをもたらし、結果として得られるＱＤフィルムの大型不溶性粒子の問題を減らすことにつながるＰＥＩ−ＱＤの溶解度の改善、フィルムコーティングの直前段階の混合をより簡単にする、より流体交換された混合物、ならびにフィルムの生成時に所望のレベルの輝度および白色点を達成するために必要なＱＤ数の減少、を付加する。修飾されたポリエチレンイミンリガンドの例示的な望ましい特性（修飾されたリガンドを生成するために採用される、モノエポキシまたは他の試薬の選択に影響を及ぼし得る）には、したがって、交換反応溶媒における改善された溶解度（より少ない不溶性クラスターをもたらす）、ＱＤへの結合に十分な数の残存一級アミン、ならびにエポキシ（または他の）マトリックス内の改善された分散、より少ない目で見える大きな粒子の欠陥をもたらし、保管時にエポキシ内で沈降する傾向を減らすこと（架橋剤の添加およびマトリックスの硬化の前）、が挙げられる。さらに、望ましい修飾されたポリエチレンイミンリガンドは、透明であり、エネルギー伝達または光の吸収を介して量子収率を低下させず、最終的な装置運転中に黄変／茶変することがなく、光反応して長期にわたって装置性能の劣化を増加させることがない。
ある特定の実施形態において、ＱＤリガンドは、リガンド（ナノ構造体に結合するか、または過剰に提供されるかに関わらず）をポリマーマトリックスに組み込むための、重合性基（すなわち、ポリマーを固化するように反応し得る官能基）を含み得る。例えば、（メタ）アクリレート基は、ラジカルによって開始される際に重合可能であり、エポキシド基は、カチオン性またはアニオン性の開始剤によって開始される際、重合可能である。例えば、好ましい実施形態において、エポキシド基は、アミンによって開始される際に、重合する。
一般的に、ポリマーリガンドは、ナノ構造体の表面に結合する。しかしながら、組成物中の全てのリガンド材料が、ナノ構造体に結合する必要はない。ポリマーリガンドは、いくつかのリガンド分子がナノ構造体の表面に結合し、他のリガンド分子はナノ構造体の表面に結合しないように、過剰に提供されてもよい。過剰なリガンドは、任意で、ナノ構造体が中に埋め込まれる、マトリックス内に重合されてもよい。組成物は、このような組み込みを促進するために、溶媒、架橋剤、および／または開始剤（例えば、ラジカルまたはカチオン性開始剤）を含んでもよい。
本発明の蛍光体材料は、ＱＤが中に埋め込まれるか、またはそうでなければ配置される、マトリックス材料をさらに含む。マトリックス材料は、ＱＤを収容することのできる、任意の好適なホストマトリックス材料であり得る。好適なマトリックス材料は、ＱＤおよび任意の周囲パッケージ材料または層を含むＢＬＵの構成要素と、化学的および光学的に適合性を有することになる。好適なマトリックス材料には、一次光および二次光の両方に透明であり、したがって、一次光および二次光の両方が、マトリックス材料を通じて伝送することを可能にする、非黄変光学材料が含まれる。好ましい実施形態において、マトリックス材料は、ＱＤを完全に包囲し、酸素、湿気、および温度等の環境条件によってもたらされるＱＤの劣化を防ぐ、保護バリアを提供する。マトリックス材料は、可撓性または成形性のＱＤフィルムが望ましい場合の用途においては、可撓性であってもよい。あるいは、マトリックス材料は、高強度の非可撓性材料を含んでもよい。
好ましいマトリックス材料は、低い酸素および湿気の透過性を有し、高い光および化学安定性を示し、好ましい屈折率を示し、ＱＤ蛍光体材料に隣接するバリアまたは他の層に接着し、それによって、ＱＤを保護するための気密シールを提供するであろう。好ましいマトリックス材料は、ロールツーロール加工を促進するために、紫外線または熱硬化法で硬化可能である。熱硬化が、最も好ましい。
本発明のＱＤ蛍光体材料における使用に好適なマトリックス材料は、ポリマー、ならびに有機および無機の酸化物を含む。本発明のマトリックスにおける使用に好適なポリマーには、このような目的に使用可能である、当業者に既知の任意のポリマーが含まれる。好適な実施形態において、ポリマーは、実質的に半透明または実質的に透明である。好適なマトリックス材料には、エポキシ、アクリレート、ノルボルネン、ポリエチレン、ポリ（ビニルブチラール）：ポリ（ビニルアセテート）、ポリ尿素、ポリウレタン；アミノシリコーン（ＡＭＳ）、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、シルセスキオキサン、フッ化シリコーン、ならびにビニルおよび水素化物置換シリコーンを含むがこれらに限定されない、シリコーンおよびシリコーン誘導体；メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、およびラウリルメタクリレートを含むがこれらに限定されない、モノマーから形成される、アクリルポリマーおよびコポリマー；ポリスチレン、アミノポリスチレン（ＡＰＳ）、およびポリ（アクリルニトリルエチレンスチレン）（ＡＥＳ）等のスチレン系ポリマー；ジビニルベンゼン等、二官能性モノマーと架橋したポリマー；リガンド材料との架橋に好適な架橋剤、リガンドアミン（例えば、ＡＰＳまたはＰＥＩリガンドアミン）と結合してエポキシを形成するエポキシド等が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明に使用されるＱＤは、任意の好適な方法、例えば、ナノ結晶をポリマーに混合すること、フィルム成形すること、ナノ結晶をモノマーと混合し、それらを一緒に重合すること、ナノ結晶をゾルゲルに混合して酸化物を形成すること、あるいは、当業者に既知の任意の他の方法を使用して、ポリマーマトリックス（または他のマトリックス材料）に埋め込むことができる。本明細書に使用される際、「埋め込む」という用語は、発光性ナノ結晶を、マトリックスの大部分を占めるポリマー内に入れ込むか、または包み込むことを示して使用される。発光性ナノ結晶は、好適には、マトリックス全体にわたって均一に分布するが、さらなる実施形態においては、それらは、用途に特有の均一性分布関数に従って分布してもよいことに留意されたい。
リガンドおよび／またはマトリックス材料はまた、例えば、マトリックス内へのリガンドおよびナノ構造体の組み込みのための、架橋剤および／または開始剤を含んでもよい。実施形態の１つの分類において、架橋剤は、エポキシ架橋剤である。
ＱＤが、湿気および酸素に不透過性の疎水性材料のドメイン内で保護されるように、不連続または多相の封入材料が好ましい。図１２Ａは、ＡＭＳ−エポキシエマルジョンを含むＱＤ蛍光体材料を示し、図１２Ｂは、ＡＰＳ−エポキシＱＤ蛍光体材料を示す。好ましい実施形態において、マトリックス材料は、エポキシを含む。好ましくは、図１２Ｂに示されるように、ＱＤリガンドはＡＰＳを含み、マトリックス材料はエポキシを含み、したがって、ＱＤ蛍光体材料は、多相材料を形成するために、エポキシマトリックス全体にわたって分散される、ＡＰＳコーティングされたＱＤのドメインを含む。最も好ましくは、ＱＤリガンドはＰＥＩを含み、マトリックス材料はエポキシを含み、したがって、ＱＤ蛍光体材料は、多相材料を形成するために、エポキシマトリックス全体にわたって分散されるＰＥＩコーティングされたＱＤのドメインを含む。図３８Ａは、ポリエチレンイミン−エポキシＱＤ蛍光体材料を示し、図３８Ｂは、修飾されたポリエチレンイミン−エポキシＱＤ蛍光体材料を示す。
好ましいＱＤ蛍光体材料は、ＡＰＳまたはＰＥＩ、およびＬｏｃｔｉｔｅ（商標）エポキシＥ−３０ＣＬもしくはＥｐｉｃ Ｒｅｓｉｎｓ（Ｐａｌｍｙｒａ，ＷＩ）からのエポキシ等のエポキシを含み、部分Ａの粘度規格は、１５〜４０Ｋセンチポアズ（ｃＰ）（好ましくは３０〜４０Ｋ ｃＰ）であり、部分Ｂの粘度規格は、３〜２５Ｋ ｃＰ（好ましくは７．５〜１０Ｋ ｃＰ）である。好ましくは、ＱＤ蛍光体材料は、ＡＰＳまたはＰＥＩリガンド、ならびにＡＰＳまたはＰＥＩと混合されると重合および架橋する１つ以上のエポキシドポリマーを含む、ＱＤを含み、過剰アミンは、エポキシと架橋する。
ＱＤ蛍光体材料を形成する好ましい方法において、ＱＤは、溶媒（例えば、トルエン）中に提供され、ＱＤ−溶媒混合物を、リガンド材料の混合物に添加して、ＱＤをコーティングする。好ましくは、第１の（リガンド）材料は、アミン含有ポリマー、好適にはＡＰＳ、または最も好ましくはＰＥＩを含む。
好ましい実施形態において、ＱＤ−トルエン混合物を、ＡＰＳおよびトルエンの混合物に添加して、ＡＰＳコーティングされたＱＤを得る。マトリックス材料を、溶媒混合物に添加し、続いて、溶媒を蒸発させる。好ましくは、エポキシドポリマーを混合物に添加し、それによって、エポキシドは、過剰リガンド材料のアミンにより架橋される。エポキシ中のＡＰＳの非混和性のため、ＡＰＳコーティングされたＱＤは、エポキシマトリックス材料全体にわたって、空間ドメイン内に位置される。ＱＤ蛍光体材料は、図１２Ｂに示されるように、このＱＤ−ＡＰＳ−エポキシ混合物から形成し、それを、好ましくは、さらなる基礎エポキシ材料と混合し、それを、基材に湿式コーティングし、硬化してＱＤフィルムを形成する。混合物を、バリア層またはＬＧＰにコーティングし、熱または紫外線硬化する。熱硬化が好ましい。硬化は、段階的に行われてもよい。例えば、ＱＤ蛍光体材料を層に形成し、各層を別々に硬化する。好ましくは、ＱＤフィルムを、底部バリアフィルムに被着し、底部バリアフィルムに部分的に硬化し、次にバリアフィルムをＱＤ材料上に被着し、次いでＱＤ材料の硬化を継続する。
より好ましい実施形態において、ＱＤは、例えば、上述のように、ＱＤ−トルエン混合物を、ＰＥＩリガンドを含む溶液と合わせることによって、ＰＥＩリガンドでコーティングする。１，２−エポキシ−３−フェノキシプロパンで修飾されたポリエチレンイミンの合成、およびＱＤ蛍光体材料を調製するために、ＱＤ上のこの修飾されたポリエチレンイミンリガンドの交換について説明した、上に詳述された例示の実施形態から続いて、部分Ｂ（９６ｇ）、すなわち、Ｌｏｃｔｉｔｅ（商標）Ｅ−３０ＣＬエポキシ硬化樹脂のアミン部分を、シュレンクライン上の別個の５Ｌの３つ口丸底フラスコ内で攪拌した。溶液を、１００ｍｔｏｒｒ未満の圧力まで脱気し、窒素で３回流し戻した。続いて、ＱＤ−ＰＥＩ溶液（すなわち、ＰＥＩリガンドを有するＱＤを含有する、強力に色づいた、より下の相）を、攪拌しながら、カニューレによってエポキシ樹脂の部分Ｂの溶液に添加した。ＱＤ−ＰＥＩ溶液の粘り気が強すぎて移行できない場合は、次いで、いくらかのトルエン（最大５００ｍＬ）を、カニューレによる移行を促進するために添加することも可能であった。移行が完了すると、溶液を１時間混合した後、攪拌しながら２００ｍｔｏｒｒ未満の圧力まで真空移行によって溶媒を除去した。生成物である、粘り気のある油を、グローブボックスに移し、保管した。ＱＤフィルムの形成準備ができると、生成物を、任意で、エポキシ樹脂の追加の部分Ｂと混合して、所望の色点を達成し、続いて、部分Ａ（エポキシ樹脂のエポキシド部分）と混合し、それによって、エポキシドを任意の過剰リガンド材料のアミンおよび／または樹脂の部分Ｂのアミンにより架橋させる。エポキシ内でのＰＥＩの非混和性のため、ＰＥＩコーティングされたＱＤは、エポキシマトリックス材料全体にわたって、空間ドメイン内に位置する。典型的に、ＰＥＩ−ＱＤドメインは、比較的小さく（例えば、直径がおおよそ１００ｎｍ）、エポキシマトリックス全体にわたって均一に分布する。ＱＤ蛍光体材料を、このＱＤ−ＰＥＩ−エポキシ混合物から形成し、それを、基材に湿式コーティングし、硬化して、ＱＤフィルムを形成する。混合物は、バリア層またはＬＧＰにコーティングし、熱または紫外線硬化することができる。熱硬化が好ましい。硬化は、段階的に行われてもよい。例えば、ＱＤ蛍光体材料を層に形成し、各層を別々に硬化する。好ましくは、ＱＤフィルムを、底部バリアフィルムに被着し、底部バリアフィルムに部分的に硬化し、次に上部バリアフィルムをＱＤ材料に被着し、ＱＤ材料の硬化を継続する。
ＱＤ蛍光体材料の別の好ましい調製方法において、図１１Ｂに示されるように、第１のポリマー材料を合成し１１０２、ＱＤを第１のポリマー材料（例えば、ＡＰＳまたはポリエチレンイミンリガンド）でコーティングするために、複数のＱＤを第１のポリマー材料（例えば、ＡＰＳまたはポリエチレンイミン）に分散させ、ＱＤと第１のポリマー材料との混合物を形成する１１０４。溶媒の蒸発時に、混合物を硬化し、硬化した混合物から粒子状物質を生成する１１０６。好適には、架橋剤を、硬化の前に混合物に添加する。粒子状物質は、硬化した混合物を粉砕またはボールミル粉砕し、ＱＤ−ＡＰＳまたはＱＤ−ポリエチレンイミン材料の微細または粗い粉末を形成することによって、生成することができる。好適には、ＱＤ−ＡＰＳまたはＱＤ−ポリエチレンイミン粒子は、直径が約１μｍである。この時点で、粒子状物質は、好ましくは、複合ＱＤ蛍光体材料を生成するために第２のポリマー材料（例えば、エポキシ）内に分散されており、それを、フィルムに形成し、硬化することができる１１０８、１１１０。あるいは、粒子を、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、または酸化チタン（例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ2Ｏ3、ＴｉＯ2、もしくはＡｌ2Ｏ3）等の酸化物でコーティングし、それによって、粒子上に、外側の酸化物層を形成してもよい。酸化物層は、原子層蒸着（ＡＬＤ）または当該技術分野で既知の他の技術を使用して、形成することができる。酸化物でコーティングされた粉末粒子は、照明装置に直接適用される（例えば、ＬＧＰの上に配置されるか、もしくはそこに埋め込まれる）か、エポキシ等のマトリックス材料内に配置されて、ＱＤフィルムに形成することができる。ある特定の実施形態において、酸化物コーティングされた粉末粒子は、ＱＤ蛍光体材料の密封のための追加のバリア材料なしで（例えば、バリア層なしで）、照明装置に使用することができる。
いくつかの実施形態において、上述のＡＰＳ−エポキシリガンド−マトリックス混合物またはＰＥＩ−エポキシリガンド−マトリックス混合物は、エポキシマトリックス材料の任意の代用物の使用を採用することができるが、エポキシが、その接着特性、ＡＰＳおよびＰＥＩに近似の密度、市販入手可能性、および低費用のため、好ましい。好適なエポキシ代用物には、ポリスチレン、ノルボルネン、アクリレート、ヒドロシリル化ＡＰＳ、または任意の固体プラスチックが挙げられる。
いくつかの実施形態において、マトリックスは、ＱＤをコーティングするリガンド材料から形成される。リガンド上の分子と反応させるために、架橋剤が提供されてもよい。同様に、開始剤（例えば、ラジカルまたはカチオン開始剤）が提供されてもよい。第２のマトリックス材料の他の前駆体が提供されない実施形態においては、マトリックスは、任意で、本質的に、第１の材料ポリマーリガンド、および／またはその架橋もしくはさらなる重合形態、ならびに、任意の残留溶媒、架橋剤、開始剤等から構成される。一実施形態において、ＱＤは、ＡＭＳリガンドでコーティングされ、ポリ（アクリルニトリルエチレンスチレン）（ＡＥＳ）マトリックスは、架橋剤を使用してＡＭＳリガンドを架橋することによって提供される。
本発明のＱＤ蛍光体材料およびＱＤフィルムは、任意の望ましい寸法、形状、構造、および厚さであり得る。ＱＤは、以下により詳細に説明されるように、ＢＬＵの所望の色および／または輝度の出力に応じて、所望の機能に適切な任意の充填率で、マトリックス内に埋め込むことができる。ＱＤ蛍光体材料の厚さおよび幅は、湿式コーティング、塗装、回転コーティング、スクリーン印刷等、当該技術分野で既知の任意の方法によって制御することができる。特定のＱＤフィルムの実施形態において、ＱＤ蛍光体材料は、５００μｍ以下、好ましくは２５０μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは５０〜１５０μｍ、最も好ましくは５０〜１００μｍの厚さを有し得る。ＱＤフィルムは、１００μｍ、約１００μｍ、５０μｍ、または約５０μｍの厚さを有してもよい。ＱＤ蛍光体材料は、以下により詳細に説明されるように、１つの層または別個の層として被着することができ、別個の層は、異なる特性を含み得る。ＱＤ蛍光体材料の幅および高さは、ディスプレイ装置の表示パネルの寸法に応じて、任意の所望の寸法であり得る。例えば、ＱＤ蛍光体は、腕時計および電話等の小型ディスプレイ装置の実施形態においては、比較的小さな表面積を有し得、またはＱＤ蛍光体は、テレビおよびコンピュータモニター等の大型ディスプレイ装置の実施形態については、大きな表面積を有し得る。本発明のＱＤ ＢＬＵを形成するための方法は、以下により詳細に記載のように、大型ＱＤフィルムを形成し、ＱＤフィルムをより小型のＱＤフィルムに切断して、個々の照明装置を形成することを含み得る。
本発明のある特定の実施形態において、中にＱＤ蛍光体が埋め込まれるマトリックス材料は、ＱＤが、その中に埋め込まれ、したがって、そこを通じて伝送される一次光の少なくとも一部分が、ＱＤによって吸収され、ＱＤによって放出される二次光に下方変換されるように、ＢＬＵの他の層、例えば、ＬＧＰ、バリア層、ＢＥＦ、拡散層、もしくはＢＬＵの他の好適な層のうち１つ以上から構成されてもよい。ＱＤ蛍光体が、装置の既存の層の中に埋め込まれる実施形態、およびＱＤ蛍光体がマトリックス材料によって包囲されていない実施形態においては、ＱＤは、好ましくは、酸化ケイ素、酸化チタン、または酸化アルミニウム（例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ2Ｏ3、ＴｉＯ2、もしくはＡｌ2Ｏ3）等、外側の酸化物コーティングを備える。酸化物コーティングされたＱＤは、照明装置の１つ以上の層の上に直接被着される、および／またはその中に直接分散されてもよい。
当業者には理解されるように、本明細書に記載の構成要素および材料は、具体的な用途および所望の効果に応じて、特定の屈折率を有するように選択することができる。「屈折率（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）」、「屈折率（ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ）」、または「屈折率（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｉｃｅｓ）」という用語は、本明細書に使用される際、材料が光を屈曲させる度合いを示す。当業者には理解されるように、本明細書に記載の材料のそれぞれの屈折率は、材料内の光の速度で除した真空における光の速度の比率を決定することによって、判定することができる。マトリックス材料、リガンド材料、バリア層、および／または他の材料を含む、本発明の照明装置の構成要素および材料のそれぞれは、所望の屈折率（複数を含む）を有するように選択することができる。
１つの好ましい分類の実施形態において、１つ以上のマトリックス材料は、低い屈折率を有し、１つ以上のバリア層、ＬＧＰ、ＢＥＦ、および／または装置の他の層と、屈折率が整合されてもよい。
別の実施形態において、ＱＤ蛍光体材料１３０４の少なくとも１つのマトリックス材料１３３０は、照明装置内の隣接する層よりも低い屈折率を有し、それによって、ＱＤ蛍光体材料に入る一次光の角度は、ＱＤ蛍光体材料に入る際に、θ１からθ２に増加する。図１３Ａに示されるように、１つの例示の実施形態において、一次光１３１４ａは、ＬＧＰのものよりも低い屈折率を有するＱＤ蛍光体材料層１３０４内で、屈折する。ＱＤ蛍光体材料１３０４に入る光の角度が増加し、それによって、ＱＤ蛍光体材料内の一次光の経路距離が増加する。結果として、これは、一次光１３１４ｂが、ＱＤ蛍光体材料内で量子ドットによって吸収されるであろう可能性を増加させる。一次光のより長い経路距離、およびＱＤによる二次放出の可能性の増加によって、二次光の任意の所定の輝度を達成するために必要なＱＤ濃度が低下する。当業者には理解されるように、１つ以上のバリア層１３２０、１３２２は、ＬＧＰ１３０６もしくはマトリックス材料１３３０等の別の材料と、屈折率を整合されてもよく、または異なる屈折率を有してもよい。
なおも別の実施形態において、ＱＤ蛍光体材料は、ＱＤ蛍光体層内の別のマトリックスおよび／またはリガンド材料とは異なる屈折率を有する、少なくとも１つのマトリックスおよび／またはリガンド材料を含む。例えば、ＱＤフィルムは、比較的低い屈折率を有する第１のマトリックス材料および高い屈折率を有する第２の材料を含んでもよい。第２の材料には、１つ以上のマトリックスまたはリガンド材料が含まれてもよい。１つの例示の実施形態において、図１３Ｂに示されるように、ＱＤフィルム１３０２は、第１の屈折率ｎ１を有する少なくとも１つの第１の材料１３３０ａ、および第２の屈折率ｎ２を有する少なくとも１つの第２の材料１３３０ｂを含み、ｎ２は、ｎ１とは異なり、それにより、屈折率の不整合が、ＱＤフィルム内で、光の屈折、特に一次光の屈折をもたらす、一実施形態において、図１３Ｂに示されるように、ｎ２は、ｎ１よりも低く、したがって、第２の材料１３３０ｂは、一次光１３１４をＱＤフィルム内で屈折させる。一実施形態において、ＱＤは、第２の材料１３３０ｂ内に埋め込まれる。
当業者には理解されるように、マトリックス材料は、必要な透明性または他の特性と、マトリックス材料の屈折率調整の有利な効果とを、適正に均衡するように選択することができる。
バリア
好ましい実施形態において、ＱＤフィルムは、ＱＤ蛍光体材料層のいずれか１つまたは両方の側面に配置される、１つ以上のバリア層を含む。好適なバリア層は、ＱＤおよびＱＤ蛍光体材料を、高温、酸素、および湿気等の環境条件から保護する。好適なバリア材料には、疎水性で、ＱＤ蛍光体材料と化学的および機械的に適合性があり、光および化学安定性を示し、高温に耐えることのできる、非黄変の透明な光学材料が挙げられる。好ましくは、１つ以上のバリア層は、ＱＤ蛍光体材料と屈折率が整合される。好ましい実施形態において、ＱＤ蛍光体材料のマトリックス材料および１つ以上の隣接するバリア層は、類似の屈折率を有するように屈折率が整合され、その結果、バリア層を通じてＱＤ蛍光体材料に向かって伝送する光の大半が、バリア層から蛍光体材料内に伝送されるようになる。この屈折率整合により、バリアとマトリックス材料との間の界面における光学的損失が減少される。
バリア層は、好適には、固体材料であり、硬化された液体、ゲル、またはポリマーであってもよい。バリア層は、特定の用途に応じて、可撓性または非可撓性材料を含んでもよい。バリア層は、好ましくは、平面層であり、特定の照明用途に応じて、任意の好適な形状および表面積構造を含んでもよい。好ましい実施形態において、１つ以上のバリア層は、積層フィルム加工技術と適合性を有することになり、それによって、ＱＤ蛍光体材料は、少なくとも第１のバリアフィルム上に配置され、少なくとも第２のバリアフィルムが、ＱＤ蛍光体材料とは反対の側面のＱＤ蛍光体材料上に配置されて、本発明の一実施形態によるＱＤフィルムを形成する。好適なバリア材料には、当該技術分野で既知の任意の好適なバリア材料が含まれる。例えば、好適なバリア材料には、ガラス、ポリマー、および酸化物が含まれる。好適なバリア層材料には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリマー、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム（例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ2Ｏ3、ＴｉＯ2、もしくはＡｌ2Ｏ3）等の酸化物、およびそれらの好適な組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。好ましくは、ＱＤフィルムの各バリア層は、異なる材料または組成物を含む少なくとも２つの層を含み、その結果、多層状のバリアが、バリア層内のピンホール欠陥配列を排除または減少させ、ＱＤ蛍光体材料内への酸素および湿気の侵入に対する効果的なバリアを提供するようになる。ＱＤフィルムは、任意の好適な材料または材料の組み合わせ、ならびにＱＤ蛍光体材料のいずれかもしくは両方の側面上の任意の好適な数のバリア層を含んでもよい。バリア層の材料、厚さ、および数は、具体的な用途に依存することになり、好適には、ＱＤフィルムの厚さを最小化しながらも、ＱＤ蛍光体のバリア保護および輝度を最大化するように、選択されることになる。好ましい実施形態において、各バリア層は、積層フィルム、好ましくは二重積層フィルムを含み、各バリア層の厚さは、ロールツーロールまたは積層製造プロセス時の皺を排除するのに十分に厚い。バリアの数または厚さは、さらに、ＱＤまたは他のＱＤ蛍光体材料が、重金属または他の毒性材料を含む実施形態においては、法的な毒性指針に依存し、その指針は、より多いか、またはより厚いバリア層を要する場合がある。バリアのさらなる検討事項には、費用、入手可能性、および機械的強度が挙げられる。
好ましい実施形態において、ＱＤフィルムは、ＱＤ蛍光体材料の各側面に隣接する２つ以上のバリア層を含み、好ましくは、各側面上に２つまたは３つの層、最も好ましくは、ＱＤ蛍光体材料の各側面上に２つのバリア層を含む。好ましくは、各バリア層は、ポリマーフィルムの少なくとも１つの側面上に薄い酸化物コーティングを有する、薄いポリマーフィルムを含む。好ましくは、バリア層は、１つの側面に、酸化ケイ素（例えば、ＳｉＯ2またはＳｉ2Ｏ3）の薄層でコーティングされた、薄いＰＥＴフィルムを含む。例えば、好ましいバリア材料には、Ａｌｃａｎ（商標）から入手可能なＣｅｒａｍｉｓ（商標）ＣＰＴ−００２およびＣＰＴ−００５が挙げられる。別の好ましい実施形態において、各バリア層は、薄いガラスシート、例えば、約１００μｍ、１００μｍ以下、５０μｍ以下、好ましくは、５０μｍまたは約５０μｍの厚さを有するガラスシートを含む。
図１４Ａの例示の実施形態に示されるように、ＱＤ ＢＬＵ１４００は、一次光源１４１０、任意の光抽出特徴部１４５０を有するＬＧＰ１４０６、ＬＧＰの真下に配置される反射フィルム１４０８、ＢＥＦ１４０１、およびＬＧＰとＢＥＦとの間に配置されるＱＤフィルム１４０２を含む。図１４Ｂに示されるように、ＱＤフィルム１４０２は、上部バリア１４２０および底部バリア１４２２を含む。バリア１４２０および１４２２のそれぞれは、ＱＤ蛍光体材料１４０４に隣接する第１の副層１４２０ａ／１４２２ａ、および第１の層１４２０ａ／１４２２ａ上の少なくとも第２の副層１４２０ｂ／１４２２ｂを含む。好ましい実施形態において、副層の材料および数は、隣接する副層間のピンホール配列を最小化するように選択される。好ましい実施形態において、上部バリア１４２０および底部バリア１４２２のそれぞれは、酸化ケイ素を含む第１の副層１４２０ａ／１４２２ａおよびＰＥＴを含む第２の副層１４２０ｂ／１４２２ｂを含む。好ましくは、酸化ケイ素を含む第１の副層１４２０ａ／１４２２ａは、ＱＤ蛍光体材料１４０４に直接隣接して配置され、ＰＥＴを含む第２の副層１４２０ｂ／１４２２ｂは、第１の副層１４２０ａ／１４２２ａが、ＱＤ蛍光体材料１４０４と第２の副層１４２０ｂ／１４２２ｂとの間に配置されるように、第１の副層１４２０ａ／１４２２ａの上に配置される。１つの例示の実施形態において、ＱＤ蛍光体材料は、約５０μｍの厚さを有し、酸化ケイ素を含む第１の副層のそれぞれは、約８μｍの厚さを有し、ＰＥＴを含む第２の副層のそれぞれは、約１２μｍの厚さを有する。
好ましい実施形態において、図１４Ｃに示されるように、上部バリアおよび底部バリアは、それぞれ、二重バリア（すなわち、２つのバリア層）を含む。上部バリア１４２０は、第１のバリア層および第２のバリア層を含み、第１のバリア層は、第１の副層１４２０ａおよび第２の副層１４２０ｂを含み、第２のバリア層は、第１の副層１４２０ｃおよび第２の副層１４２０ｄを含む。底部バリア１４２２は、第１のバリア層および第２のバリア層を含み、第１のバリア層は、第１の副層１４２２ａおよび第２の副層１４２２ｂを含み、第２のバリア層は、第１の副層１４２２ｃおよび第２の副層１４２２ｄを含む。好ましくは、第１の副層１４２０ａ、１４２０ｃ、１４２２ａ、および１４２２ｃは、酸化ケイ素を含み、第２の副層１４２０ｂ、１４２０ｄ、１４２２ｂ、および１４２２ｄは、ＰＥＴを含む。１つの例示の実施形態において、ＱＤ蛍光体材料は、約１００μｍの厚さを有し、二酸化ケイ素を含む第１の副層のそれぞれは、約８μｍの厚さを有し、ＰＥＴを含む第２の副層のそれぞれは、約１２μｍの厚さを有する。
１つ以上のバリア層のいずれも、図１５Ａに示されるように、表示面にわたって一貫した厚さおよび構造を有する層を含む。バリア層のいずれも、それぞれ、図１５Ｂ、１５Ｃ、および１５Ｄに示されるように、バリア層の上部、底部、ならびに上部および底部両方の表面に、特徴部１５５０をさらに含んでもよい。当業者には理解されるように、特徴部１５５０を有するか、または有しない、このようなバリア層の任意の好適な組み合わせを採用することができる。図１５Ｂ〜１５Ｉに示される種々の例示的な実施形態に示されるように、バリア層の特徴部１５５０は、プリズム、ピッチ、レンズ、隆起、波状特徴、スクラッチ、レンズ、ドーム、または無作為に細かく凸凹を付けた表面を含む、任意の好適なテクスチャまたはパターンを備え得る。好適には、特徴部は、例えば、ＬＧＰ、ＱＤフィルム、またはＢＬＵの他の層における不完全性を光学的に補うために、ＱＤフィルム内で光を散乱させるか、またはＱＤフィルムの上部から伝送する光を拡散させるための、光散乱または拡散特徴部であり得る。好適には、特徴部は、光抽出およびＢＬＵから放出される光の輝度を強化するため、および／またはＱＤ蛍光体材料へ一次光を戻して再利用し、二次光の放出を促進するための、光抽出または輝度強化特徴部を含み得る。好適には、特徴部１５５０は、ＢＬＵのＱＤフィルムと、隣接する層、特にＬＧＰとの間の密接な物理的結合を防ぎ、そのようにして、望ましくないクラッディング作用を防ぐ。好適には、特徴部１５５０は、約０．５〜１μｍの高さ寸法を有し得、特徴部のそれぞれは、約０．５〜１μｍの距離で離れていてもよい。好適には、特徴部は、それが上に形成されるバリア層と同じ材料を含み、特徴部は、バリア層の中または上に直接形成することができる。特徴部１５５０は、スタンピング、レーザーエッチング、化学エッチング、射出成形、および押出を含む、当該技術分野で既知の任意の方法を使用して形成することができる。
図１６Ａに示される１つの例示の実施形態において、底部バリア層１６２２の底部表面は、ＬＧＰとＱＤフィルムとの間の過剰な光学的結合（例えば、クラッディング）を防ぐため、抗結合または抗クラッディング特徴部１６５０を備える。これらの抗結合または抗クラッディング特徴部１６５０は、ＬＧＰ１６０６とＱＤフィルム１６０２との間の過剰な物理的接触を防ぎ、それにより、ディスプレイ表面全体にわたる輝度の均一性を促進する。好適には、特徴部１６５０は、ＢＬＵのＱＤフィルムと、隣接する層、特にＬＧＰとの間の過剰な光学的結合を防ぐ。好適には、特徴部１６５０は、高さおよび幅が約０．５〜１μｍの寸法を有し得、特徴部のそれぞれは、約０．５〜１μｍの距離で離れていてもよい。
本発明のある特定の実施形態において、バリアプレート１６２０の上部表面は、上部プレート１６２０と、装置から放出する光が入る上部プレートの上の媒体（例えば、空気）との間の界面で、全内部反射を減少させる、構造特徴部１６５０を備える。例示的な実施形態において、上部バリアプレート１６２０の上部表面は、バリアプレート１６２０と、上部プレート１６２０の上の隣接する媒体との、空気／ガラスの界面に細かく凸凹が付けられている。細かく凸凹が付けられた表面は、全内部反射を減少させ、上部プレートからの光の抽出を増加させる。ある特定の実施形態において、上部プレートの上部表面上の構造特徴部１６５０は、約１０％以上、光抽出を増加させる。構造特徴部１６５０の幾何学的形状は、当業者には理解されるように、蛍光体パッケージの蛍光体材料から放出される光の波長（複数を含む）、ＱＤフィルムおよび隣接する媒体の屈折率、または他の特性に基づいて、選択または修正することができる。
図１６Ｂに示される、別の例示の実施形態において、上部バリア層１６２０の上部表面は、一次光の一部分をＱＤフィルムに向かって反射して戻し、それによって、ＱＤフィルム内へ戻る一次光の「再利用」を提供する、プリズムまたはピッチ等の輝度強化特徴部１６５０を備える。本明細書に言及される際、「輝度強化フィルム」（ＢＥＦ）および「輝度強化特徴部」は、光の一部分を、光が伝送された方向に向かって反射して戻す、フィルムである。ＢＥＦまたは輝度強化特徴部に向かって進む光は、光が、フィルムまたは特徴部に入射する角度に応じて、フィルムまたは特徴部を通じて伝送されることになる。例えば、図１６Ｃ〜１６Ｄに示されるように、ＢＥＦ１６０１の輝度強化特徴部１６５０は、フィルム１６０１の上部表面に平行して形成される、プリズムまたはプリズム溝を備える。ＬＧＰ１６０６から上方向に進む光は、光が平面フィルム１６０１に直角または垂直である場合、ＢＥＦを通じて伝送することになる。しかしながら、このような光は、光がより高い角度を有する場合、ＬＧＰに向かって下向きに反射されることになる。ＢＥＦおよび輝度強化特徴部は、異なる角度の光に対して複数の反射角を有するように選択することができ、このような特徴部および角度は、所望の輝度または光の「再利用」を達成するように選択することができる。例えば、第１の偏光フィルム（またはＢＥＦ）は、フィルムに垂直な平面から約１５〜２５度の角度を有する光を反射することができ（すなわち、垂直線から６５〜７５度）、第２のフィルムは、垂直な平面から約２５〜３５度の角度を有する光を反射することができる。ＢＥＦは、図１６Ｄのフィルム１６２０ａ、１６２０ｂに示されるように、強化特徴部１６５０が反対方向に配置される状態で、配置されてもよい。追加のＢＥＦもまた、含まれ得る。多角度および多方向の反射特徴部の使用により、様々な方向からＢＥＦに到達する光を再利用する「立体角の再利用」をもたらす。本発明の好ましい実施形態において、１つ以上のＢＥＦの角度またはピッチは、一次光のかなりの部分をＱＤフィルムに向かって反射させるように選択されることになり、結果として、ＱＤからの所望の二次光放出を達成するためのＱＤの数を、大幅に減少することが可能になる。
ＢＥＦおよび輝度強化特徴部は、反射および／または屈折フィルム、反射偏光フィルム、プリズムフィルム、溝フィルム、溝付プリズムフィルム、プリズム、ピッチ、溝、または当該技術分野で既知の任意の好適なＢＥＦまたは輝度強化特徴部を含み得る。例えば、ＢＥＦは、３Ｍ（商標）から入手可能なＶｉｋｕｉｔｉ（商標）ＢＥＦ等の従来のＢＥＦを含んでもよい。ある特定の実施形態において、１つ以上のバリア層は、その上またはその中に形成される輝度強化特徴部を有してもよく、それによって、１つ以上のバリア層が、バリアおよびＢＥＦの両方として機能する。バリア層１６２０は、ＢＥＦ光学フィルムスタックの底部ＢＥＦであってもよい。図１６Ｃおよび１６Ｄに示される別の例示の実施形態において、上部バリアは、各層が、層の上部表面に輝度強化特徴部を備える、少なくとも２つの層を含む。上部バリア１６２０は、上部表面に輝度強化特徴部１６５０を有する第１のＢＥＦを含む、第１の層１６２０ａと、上部表面に輝度強化特徴部１６５０を有する第２のＢＥＦを含む第２の層１６２０ｂと、を含み、上部バリアが、第１のＢＥＦバリア層１６２０ａと第２のＢＥＦバリア層１６２０ｂとを含む、バリア１６２０およびＢＥＦスタック１６０１の両方として機能する。好ましい実施形態において、ＱＤ ＢＬＵは、少なくとも１つのＢＥＦ、より好ましくは、少なくとも２つのＢＥＦを備える。好適には、ＢＬＵは、少なくとも３つのＢＥＦを備えてもよい。好ましい実施形態において、少なくとも１つのＢＥＦは、例えば、そうでなければ液晶マトリックスモジュールの底部偏光フィルムによって吸収されるであろう光を再利用するための、反射偏光ＢＥＦ（すなわち、ＤＢＥＦ）を含む。輝度強化特徴部およびＢＥＦには、反射体および／もしくは屈折体、偏光体、反射偏光体、光抽出特徴部、光再利用特徴部、または当該技術分野で既知の任意の輝度強化特徴部が含まれ得る。ＢＥＦおよび輝度強化特徴部１６５０には、従来のＢＥＦが含まれてもよい。例えば、ＢＥＦは、第１のピッチ角を有するピッチまたはプリズムを有する第１の層と、第２のピッチ角を有するピッチまたはプリズムを有する、少なくとも第２の層と、を含んでもよい。なおもさらなる実施形態において、ＢＬＵは、第３のピッチ角を有するピッチまたはプリズムを有するＢＥＦ層を、含んでもよい。好適なＢＥＦには、３Ｍ（商標）から入手可能なＶｉｋｕｉｔｉ（商標）ＢＥＦを含む、従来のＢＥＦが含まれる。
ある特定の実施形態において、１つ以上のバリア層は、追加のバリア材料ではなく、既存の層または材料から形成され得る。例えば、例示的な実施形態において、ＱＤの周囲のマトリックス材料は、それ自体が、ＱＤのためのバリア材料として機能し得る。ある特定の実施形態において、ＱＤフィルムの上部バリア層は、ＢＬＵの拡散層またはＢＥＦフィルムを含んでもよい。なおもさらなる実施形態において、ＬＧＰは、ＱＤ蛍光体材料のための底部バリア層として機能し得るが、しかしながら、ＬＧＰおよびＱＤフィルムは、好ましくは、互いに密接な接触状態にない。当業者には理解されるように、ＱＤ 蛍光体バリア材料またはバリア層は、本明細書に記載のような、１つ以上の構成要素の任意の好適な組み合わせを含んでもよい。
本発明のＱＤフィルムの各バリア層は、当業者には理解されるように、照明装置および用途の具体的な要件および特性、ならびにバリア層およびＱＤ蛍光体材料等の個々のフィルム構成要素に依存することになる、任意の好適な厚さを有し得る。ある特定の実施形態において、各バリア層は、５０μｍ以下、４０μｍ以下、３０μｍ以下、好ましくは２５μｍ以下または２０μｍ以下、最も好ましくは１５μｍ以下の厚さを有し得る。ある特定の実施形態において、バリア層は、酸化ケイ素、酸化チタン、および酸化アルミニウム（例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ2Ｏ3、ＴｉＯ2、またはＡｌ2Ｏ3）等の材料を含み得る、酸化物コーティングを含む。酸化物コーティングは、約１０μｍ以下、５μｍ以下、１μｍ以下、または１００ｎｍ以下の厚さを有してもよい。ある特定の実施形態において、バリアは、約１００ｎｍ以下の厚さを有する薄い酸化物コーティングを含み、１０ｎｍ以下、５ｎｍ以下、または３ｎｍ以下の厚さを有し得る。上部および／または底部バリアは、薄い酸化物コーティングから構成されてもよく、または薄い酸化物コーティングおよび１つ以上の追加の材料層を含んでもよい。
バリアシール
好ましい実施形態において、図１７Ａおよび１７Ｂに示されるように、ＱＤフィルム１７０２は、本明細書に記載のバリアの実施形態の任意のものを含み得る、上部および底部バリア１７２０、１７２２と、酸素等の環境条件に曝露されるＱＤ蛍光体材料の周囲周辺の空間的に定義される領域を含む、不活性領域１７０５と、を含む。好ましくは、ＱＤ蛍光体材料は、酸素または湿気が、ＱＤ蛍光体材料の既定または所定の不活性領域１７０５を越えて、活性領域１７０９に侵入することを防ぐのに十分なバリアを提供する。好ましい実施形態において、ＱＤ蛍光体材料は、エポキシマトリックス材料内に配置される、ＡＰＳコーティングまたはＰＥＩコーティングされたＱＤを含み、不活性領域は、ＱＤフィルムの最外端部または周囲において、約１ミリメートルの幅、およびＱＤフィルムの前記周囲におけるＱＤ蛍光体材料の厚さと等しい高さを有する。空間領域の寸法は、任意の好適な寸法を含んでもよく、具体的なＱＤ蛍光体材料、バリア層の数および種類等を含む、具体的な装置の実施形態に依存することになる。不活性領域の幅は、適切な試験手順を使用して決定することができ、好適には、２ｍｍ以下または１．５ｍｍ以下を含み、好ましくは１ｍｍ以下、１ｍｍ、または約１ｍｍである。
１つ以上のバリア層に加えて、またはその代替として、ＱＤフィルムは、環境条件からＱＤ蛍光体材料を保護するために、端部密封および／または気密密封されてもよい。１つの例示の実施形態において、ＱＤフィルムは、図１８Ａに示されるように、ＱＤ蛍光体材料１８０４、およびＱＤ蛍光体材料の外表面全体を完全にコーティングする気密パッケージまたはコーティング層１８２１を含む。当業者には理解されるように、本明細書に具体的に記載されるものを含む、本発明の実施形態のいずれも、ＱＤ蛍光体材料またはＱＤフィルムの表面に、外部気密コーティング層を含み得る。好適には、気密コーティング層は、酸化ケイ素、酸化チタン、または酸化アルミニウム（例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ2Ｏ3、ＴｉＯ2、もしくはＡｌ2Ｏ3）等の酸化物、ガラス、ポリマー、エポキシ、または本明細書に記載のマトリックス材料の任意のものを含む。気密シールは、スプレーコーティング、塗装、湿式コーティング、化学蒸着、または原子層蒸着を含む、当該技術分野で既知の任意の好適な方法によって形成することができる。
好ましい実施形態において、上部および底部バリアは、機械的に密封される。図１８Ｂおよび１８Ｃの好ましい実施形態に示されるように、上部層および／または底部層は、一緒に狭圧されて、ＱＤフィルムを密封する。好適には、バリア層１８２０および１８２２の端部は、ＱＤ蛍光体材料を完全に硬化する前に、狭圧される。好適には、端部は、環境内の酸素および湿気へのＱＤ蛍光体材料の曝露を最小化するために、ＱＤフィルムおよびバリア層の被着の直後に狭圧される。バリア端部は、狭圧、スタンピング、溶融、ローリング、加圧等によって、密封することができる。ＱＤフィルム形成の１つの実施形態において、１つ以上のバリア端部が、適切な寸法にＱＤフィルムを切断するために使用される、同じプロセスステップ中に密封される。図１９Ａおよび２０Ａに示されるように、ＱＤフィルムが、ＬＧＰ１９０６を含む底部バリア１９２２を含む実施形態（図１９Ａにあるように、組み合わせの底部バリア層およびＬＧＰ１９０６、１９２２、ならびに上部バリア層１９２０に直接形成されるＱＤ蛍光体材料を示す）、ならびに、ＱＤフィルム２００２が、ＱＤフィルムを機械的に密封する前にＬＧＰ２００６上に被着される実施形態（図２０Ａにあるように、上部バリア２０２０、底部バリア２０２２、およびＱＤ蛍光体材料２００４を含むＱＤフィルムを示す）において、同じかまたは類似の機械的な端部密封を採用することができる。
さらに他の実施形態において、図１９Ｂおよび２０Ｂに示されるように、ＱＤフィルムは、端部シール１９２７、２０２７を含み、前記端部シールは、ＱＤ蛍光体材料の周囲に沿って、ＱＤ蛍光体材料１９０４、２００４に隣接して配置される、シール材料を含む。好適には、端部シールは、エポキシ等の好適な光学接着材料を含む。端部シールは、本明細書に記載のマトリックス材料を含む、ＱＤ蛍光体材料の１つ以上のマトリックス材料を含み得る。さらに他の実施形態において、図１９Ｃおよび２０Ｃに示されるように、シール材料１９２８、２０２８は、ＱＤ蛍光体材料１９０４、２００４の上に、好適には、ＱＤ蛍光体材料の上部表面および端部全体を被覆して、形成される。シール材料１９２８、２０２８は、好適には、エポキシまたは本明細書に記載の任意の好適なマトリックス材料を含む、透明の非黄変光学材料を含む。シール材料は、酸化ケイ素、酸化チタン、または酸化アルミニウム（例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ2Ｏ3、ＴｉＯ2、もしくはＡｌ2Ｏ3）等の材料を含む、酸化物コーティングを含んでもよい。好適には、シール材料は、化学的および機械的両方で、ＱＤ蛍光体材料と互換性がある。好適には、シール材料は、高い機械的強度を有する耐久性のある可撓性材料である。シール材料は、ＱＤ蛍光体材料または１つ以上のバリア材料の上に、被着することができる。さらに、１つ以上のバリア材料を、シール材料の上に配置することができる。好適には、シール材料は、ＱＤ蛍光体材料と一緒に、例えば、熱硬化または紫外線硬化で、硬化することができる、硬化可能材料である。別の分類の実施形態において、図１９Ｄおよび２０Ｄに示されるように、ＱＤ蛍光体材料１９０４、２００４自体が、環境条件に対するバリアを提供する。このような実施形態において、上部バリアおよび／または底部バリアは、ＱＤフィルムから除外されてもよい。このような実施形態において、ＱＤは、上記により詳細に記載されるように、任意で、環境条件からのさらなる保護を提供するために、酸化物コーティングまたは層でコーティングされてもよい。
当業者には理解されるように、本明細書に記載のバリアおよびシールは、任意の好適な組み合わせで使用することができ、バリアおよびシールは、照明装置の具体的な用途および所望の特性に基づいて、選択することができる。
導光部
本発明のＱＤフィルムリモート蛍光体パッケージは、リモート蛍光体パッケージが、一次光源と光通信状態にあるように一次光源に光学的に接続される。好ましい実施形態において、一次光源およびＱＤフィルムリモート蛍光体パッケージは、それぞれ、本明細書に導光パネル（ＬＧＰ）と称される、少なくとも１つの平面導波部に光学的に結合され、それによって、一次光源および二次光原のそれぞれは、例えば、図６、７、および１３に示されるように、ＬＧＰを介して、互いに光通信状態にある。ＱＤフィルムは、好適には、ＬＧＰの上またはそれに隣接して配置され、ＬＧＰは、好適には、ＬＥＤ等の１つ以上の一次光放出源の上またはそれに隣接して配置され、一次光放出源は、蛍光体パッケージの蛍光体材料から二次光放出を開始する一次光を提供する。ＬＧＰは、一次源から放出された光を、ＬＧＰを通じてリモート蛍光体パッケージへ伝送するための、光の移行媒体を提供し、それによって、一次光がＱＤを励起して二次光放出をもたらすことを可能にする。別の実施形態において、ＬＧＰは、リモート蛍光体パッケージと照明ディスプレイの表示面との間に配置され、リモート蛍光体パッケージから出る光が、ＬＧＰを通じてディスプレイ表面の表示面全体に伝送され、それによって、ディスプレイを見る者に、光が見える。ＬＧＰは、一次光および二次光に透明である任意の好適な非黄変光学材料を含んでもよく、当業者に既知の任意の好適なＬＧＰが含まれ得る。例えば、ＬＧＰは、任意の従来のＬＧＰを含んでもよい。好適なＬＧＰ材料には、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、メチルメタクリレート、スチレン、アクリルポリマー樹脂、ガラス、または当該技術分野で既知の任意の好適なＬＧＰ材料が含まれる。ＬＧＰの好適な製造方法には、射出成形、押出、または当該技術分野で既知の他の好適な実施形態が含まれる。好ましい実施形態において、ＬＧＰは、ＱＤフィルムに入る一次光が、均一な色および輝度のものであるように、ＬＧＰの上部表面から均一な一次光放出を提供する。ＬＧＰは、当該技術分野で既知の任意の厚さおよび形状を含んでもよい。例えば、ＬＧＰの厚さは、図２１Ａおよび２２Ａに示されるように、ＬＧＰ表面全体にわたって、均一であり得る。あるいは、ＬＧＰは、図２２Ｃに示されるように、楔様形状を有してもよい。
ある特定の実施形態において、ＱＤフィルムリモート蛍光体パッケージは、ＬＧＰとは別個の要素であり得るが、他の実施形態においては、リモート蛍光体パッケージは、完全または部分的にＬＧＰと一体化されてもよい。１つの例示的な実施形態において、蛍光体材料およびＬＧＰは、単一の層に配置され、蛍光体材料は、ＬＧＰ内に埋め込まれる。別の例示的な実施形態において、ＱＤフィルムは、ＬＧＰの上に配置され、ＬＧＰは、ＱＤフィルムの底部バリア材料層である。好ましい実施形態において、ＱＤフィルムおよびＬＧＰは、別個で異なる要素であり、最も好ましくは、ＬＧＰとＱＤフィルムとの間の過剰な物理的結合が最小化または排除される。
ＬＧＰ２１０６、２２０６、２３０６は、図２１Ｄ、２１Ｅ、２２Ｄ〜２２Ｋ、２３Ｃ、および２３Ｄに示されるように、ＬＧＰの上部、底部、または上部および底部両方の表面に、特徴部２１５０、２２５０、２３５０を備える。ＬＧＰ特徴部は、図２２Ｋに示されるように、ＬＧＰに隣接した別個の層に位置される。図２１〜２３の種々の例示的な実施形態に示されるように、ＬＧＰ特徴部２１５０、２２５０、２３５０は、プリズム、ピッチ、レンズ、隆起、波状特徴部、スクラッチ、バリア層に関して上述の特徴部の任意のもの、または当該技術分野で既知の任意の好適な特徴部を含む、好適なテクスチャまたはパターンを備えてもよい。好適には、特徴部は、例えば、ＬＧＰまたはＬＧＰの下に配置される反射フィルム２１０８における不完全性を光学的に補うために、ＬＧＰまたはＱＤフィルム内で光を散乱させるため、またはＬＧＰの上部から伝送する光を拡散するための光散乱および拡散特徴部を含み得る。好適には、特徴部は、例えば、ＬＧＰの底部に、ＬＧＰの底部表面からＬＧＰの上部表面へ向かって、光を反射させるための、反射特徴部を含んでもよい。好適には、特徴部は、ＢＬＵによって放出される光の輝度を強化するため、および／または、一次光をＱＤ蛍光体材料に戻す再利用を促進して二次光放出を強化するための、輝度強化特徴部を含み得る。好適には、ＬＧＰ特徴部は、例えば、光学的結合を減少させ、ＬＧＰとＱＤフィルム、またはＬＧＰに隣接する他の層との間のクラッディングを防ぐための、抗結合特徴部を含んでもよい。好適には、ＬＧＰ特徴部は、約０．５〜１μｍの高さ寸法を有し、特徴部のそれぞれは、約０．５〜１μｍの距離で離れていてもよい。スペーサー２１５２および抗結合特徴部２１５０は、任意の好適な形状、寸法、および材料を含み得る。好適には、特徴部は、ＬＧＰと同じ材料を含み、特徴部は、ＬＧＰの中またはその上に直接形成することができる。ＬＧＰ特徴部は、スタンピング、レーザーエッチング、化学エッチング、射出成形、および押出を含む、当該技術分野で既知の任意の方法を使用して形成することができる。当業者には理解されるように、このようなＬＧＰ特徴部の任意の好適な組み合わせが、採用可能である。
ある特定の実施形態において、ＬＧＰは、図２２Ａに示されるように、ＱＤ蛍光体材料のための底部バリア層として機能し得、好適なＬＧＰ−バリア層は、ＱＤに対して十分な温度バリアである、任意の光学的に透明な、非黄変、酸素および湿気不透過性の材料を含むことになる。しかしながら、ＬＧＰおよびＱＤフィルムは、好ましくは、ＬＧＰおよびＱＤフィルムが異なる層である実施形態においては、互いに密接な接触状態にはない。好ましい実施形態において、ＱＤフィルムおよびＬＧＰは、密接な接触状態にはなく、その結果、ＱＤフィルムとＬＧＰとの間の光学的クラッディング作用が、排除されるかまたは最小化されるようになり、それによって、輝度均一性が、ディスプレイ表面全体に維持される。図２１Ｂに示される１つの例示の実施形態において、空隙等の間隙２１５１が、ＬＧＰ２１０６とＱＤフィルム２１０２との間に存在する。別の実施形態において、図２１Ｃに示されるように、スペーサー２１５２は、ＱＤフィルムとＬＧＰとの間に分離距離を提供する。好適には、ＬＧＰおよびＱＤフィルムは、約０．５〜１μｍの距離で、離れているか、またはずれている。別の実施形態において、ＬＧＰは、ＬＧＰとＱＤフィルムとの間の過剰または密接な物理的結合を防ぐために、抗結合または抗クラッディング特徴部２１５０を備える。好適には、特徴部２１５０、２２５０、２３５０、またはスペーサー２１５２は、ＢＬＵのＬＧＰと、隣接する層、特にＱＤフィルムとの間の過剰な物理的結合を防ぐ。好適には、抗クラッディングおよび抗結合ＬＧＰ特徴部は、約０．５〜１μｍの高さおよび幅寸法を有し得、特徴部のそれぞれは、約０．５〜１μｍの距離で分離されてもよい。
別の例示の実施形態において、図２１Ｄ、２２Ｄ〜２２Ｉ、２３Ｃ、および２３Ｄに示されるように、ＬＧＰは、ＬＧＰの上部および／または底部の表面に、プリズム、レンズ、ドーム、またはピッチ等の輝度強化特徴部２１５０、２２５０、２３５０を備える。好適には、輝度強化特徴部は、ＬＧＰの上部表面上の輝度強化特徴部を含む。輝度強化ＬＧＰ特徴部は、本明細書に記載のものを含む、当該技術分野で既知の従来の輝度強化特徴部を含んでもよい。例えば、輝度強化特徴部は、第１のピッチ角を有するピッチまたはプリズム、第２のピッチ角を有する追加のピッチまたはプリズム等を含んでもよい。
別の例示の実施形態において、ＬＧＰは、ＬＧＰまたは反射フィルムの不完全性を光学的に補うために、ＬＧＰまたはＱＤフィルム内で光を散乱させるため、またはＬＧＰの上部から伝送する光を散乱させるための散乱または拡散特徴部を備える。好ましい実施形態において、ＬＧＰは、ＬＧＰの上部、底部、または上部および底部の表面に、散乱特徴部を備え、それにより、特徴部は、ＱＤフィルム内での散乱を促進し、ＱＤフィルムのＱＤ蛍光体材料内の一次光の光路距離を増加させる。
さらに他の実施形態において、ＬＧＰは、反射特徴部を、好適には、ＬＧＰの底部表面に備え、それによって、反射特徴部が、ＬＧＰの底部表面からＬＧＰの上部表面に向かって、光を反射させる。
ある特定の実施形態において、図２２Ｂ、２３Ａ〜２３Ｈ、および２６Ａ〜Ｈに示されるように、ＬＧＰは、ＬＧＰおよびＱＤフィルムが、同じ層内に統合されるように、ＬＧＰに埋め込まれた少なくとも１つの二次発光ＱＤ集団２３１３、２５１４を備える。ＱＤ２３１３は、図２３Ａに示されるように、ＬＧＰ２３０６全体にわたって均一に分散することができる。あるいは、ＱＤは、図２３Ｂ〜２３Ｈに示されるように、主として、または専ら、ＬＧＰの特定の部分、領域、または層に配置されてもよい。ＱＤは、図２３Ｂ〜２３Ｄ、および２３Ｈに示されるように、ＬＧＰの上部の部分、領域、または層に配置されてもよく、ＱＤは、図２３Ｃおよび２３Ｄに示されるように、主としてＬＧＰ特徴部２３５０内に、またはその付近に、配置されてもよい。図２３Ｅに示されるように、ＱＤは、ＬＧＰの中間層または領域２３０６内に配置されてもよい。図２３Ｆに示されるように、ＱＤは、ＬＧＰの末端部分または領域２３０６ａ内、例えば、一次光源の反対側に位置される末端部分もしくは領域、または一次光源に最も近く位置される末端部分もしくは領域に、配置されてもよい。図２３Ｇおよび２３Ｈに示されるように、ＱＤは、ＬＧＰ全体を通じて勾配密度を有し得、例えば、ＱＤ濃度は、ＬＧＰの上部、底部、または１つ以上の端部に向かって、増加してもよい。
さらに他の実施形態において、ＬＧＰは、図２４および２５に示されるように、ＬＧＰに埋め込まれた散乱ビーズ２４４０、２５４０等の散乱特徴部を備え得る。図２４Ａ〜Ｈに示されるように、散乱ビーズ２４４０は、ＬＧＰ２４０６全体を通じて均一に分散してもよく、主として、または専ら、ＬＧＰの特定の部分、領域、または層、例えば、ＬＧＰの上部、底部、端部、周囲、もしくは中間の部分、層、または領域内に、配置され得るか、あるいは、散乱ビーズが、ＬＧＰ全体を通じて勾配密度を有するように、配置されてもよい。
別の分類の実施形態において、ＬＧＰは、二次発光ＱＤ、および散乱ビーズなどの散乱特徴部の両方を備える。ＬＧＰは、その中に分散される、任意の好適な配設のＱＤおよび散乱ビーズを備え得る。例示の実施形態を、図２５Ａ〜Ｈに示す。しかしながら、当業者には理解されるように、本発明は、本明細書に開示されるもの、およびそれらの組み合わせを含む、任意の好適な配設を包含する。ＱＤおよび／または散乱特徴部のＬＧＰ内での配設は、特定の照明方法および装置要件に応じて選択されるべきであり、これらの配設は、本明細書に示されるか、または記載される特定の例示の実施形態に制限されるものではない。
反射フィルム
好ましい実施形態において、本発明の照明装置は、ＱＤ蛍光体材料に向かって一次光を反射させるための、反射特徴部を備える。好ましくは、本発明のＱＤフィルムＢＬＵは、図６Ａおよび６Ｂの例示の実施形態、ならびに反射フィルム５０８を示す図５の従来のＢＬＵに示されるように、ＬＧＰ導波路６０６が、ＱＤフィルム６０２と反射フィルム６０８との間に配置されるように、ＬＧＰの底部またはＬＧＰの真下に配置される、反射フィルムを備える。反射フィルムは、反射鏡、反射粒子のフィルム、反射金属フィルム、または任意の従来の反射体等、任意の好適な材料を含み得る。しかしながら、反射フィルム６０８は、好ましくは、白色フィルムである。ある特定の実施形態において、反射フィルムは、ＬＧＰおよびバリア層、ならびに図２１〜２６に関して上で論じた特徴部を含む、散乱、拡散、または輝度強化特徴部等の追加の機能性または特徴部を備えてもよい。
別の実施形態において、図６Ｃに示されるように、ＱＤ蛍光体材料層６０４は、反射フィルム６０８の真上に配置されてもよい。反射フィルム６０８は、ＱＤフィルムの底部バリア層６２２を形成することができ、それによって、フィルム６０８、６２２は、組み合わせのバリアフィルムおよび反射フィルムを形成する。図６Ｃに示されるように、ＱＤフィルム６０２は、ＱＤ蛍光体層６０４とＬＧＰ６０６との間に上部バリア層６２０を含む。任意で、装置は、ＱＤ蛍光体層６０４とは別個の拡散フィルム６０５を含み得る。例えば、図６Ｃに示されるように、拡散フィルム６０５は、ＬＧＰ６０６の上、例えば、ＬＧＰ６０６とＢＥＦ層６０１との間に配置される。底部反射バリアフィルム６０８、６２２は、異なる特性を有する複数の層を含んでもよい。１つのこのような実施形態（示されない）において、底部反射バリアフィルムは、１つ以上のプラスチックまたはポリマーバリアフィルム層、および１つ以上の反射材料層を含んでもよい。例えば、底部反射バリアフィルムは、ＱＤ蛍光体層６０４に直接隣接し、それと直接的な物理的接触状態にある、少なくとも第１のプラスチック／ポリマーバリア層と、例えば、アルミニウムフィルム層等の反射金属層である、プラスチックバリア層の真下の反射フィルム層と、を含み得、これにより、プラスチック／ポリマーバリアフィルムは、ＱＤ蛍光体層６０４と反射フィルム層との間に配置される。任意で、底部反射バリアフィルムは、反射フィルム層の真下に配置される、少なくとも第２のポリマー／プラスチックフィルム層をさらに含んでもよく、それにより、反射フィルム層は、底部反射フィルムスタック内で、第１および第２のポリマー／プラスチック層の間に配置される。１つ以上のプラスチック／ポリマー層は、反射フィルムのスクラッチまたは損傷を防ぎ、反射フィルム層とＱＤ蛍光体層６０４、または照明装置内の他の層との間の接着を改善することができる。
拡散フィルム
本発明のある特定の実施形態において、照明装置は、本明細書に記載の散乱特徴部とは別個のものであり、それに補助的である、図５の従来のＬＣＤ５００に示される拡散フィルム５０４等の拡散フィルムを備える。拡散フィルムは、増幅拡散フィルムを含む、当該技術分野で既知の任意の拡散フィルムを含んでもよく、ＬＧＰの上もしくは下、本発明のＱＤフィルムの上もしくは下、または１つ以上のＢＥＦもしくはＢＬＵの他の光学フィルムの上もしくは下に、配置することができる。好ましい実施形態において、ＱＤフィルム（または本発明の他の特徴部）は、ＢＬＵにおける、従来の拡散フィルムに対する必要性を排除し、それによって、照明装置の厚さを最小化する。以下により詳細に記載されるように、ＱＤフィルムは、ＱＤフィルム内のＱＤの二次放出を増加させることに加えて、従来的な拡散体の代わりとなり得る、それに関連する１つ以上の散乱または拡散特徴部を含んでもよい。
他の実施形態において、装置は、ＱＤ蛍光体フィルム層に加えて、またはその代替として、１つ以上の拡散フィルムを含んでもよい。例えば、ＢＬＵは、ＱＤフィルムの上に１つまたは２つの拡散フィルムを含んでもよい。
輝度強化部
本発明の好ましい実施形態において、ＢＬＵは、１つ以上の輝度強化特徴部または輝度強化フィルムを備える。本明細書に言及される際、「輝度強化フィルム」（ＢＥＦ）および「輝度強化特徴部」は、光の一部分を、光が伝送された方向に向かって反射して戻す、フィルムである。ＢＥＦまたは輝度強化特徴部に向かって進む光は、光が、フィルムまたは特徴部に入射する角度に応じて、フィルムまたは特徴部を通じて伝送されることになる。例えば、図１６Ｃ〜１６Ｄに示されるように、ＢＥＦ１６０１の輝度強化特徴部１６５０は、フィルム１６０１の上部表面に平行して形成される、プリズムまたはプリズム溝を備える。ＬＧＰ１６０６から上方向に進む光は、光が平面フィルム１６０１に直角または垂直である場合、ＢＥＦを通じて伝送することになる。しかしながら、このような光は、光がより高い角度を有する場合、ＬＧＰに向かって下向きに反射されることになる。ＢＥＦおよび輝度強化特徴部は、異なる角度の光に対して複数の反射角を有するように選択することができ、このような特徴部および角度は、所望の輝度または光の「再利用」を達成するように選択することができる。例えば、第１の偏光フィルム（またはＢＥＦ）は、フィルムに垂直な平面から約１５〜２５度の角度を有する光を反射することができ（すなわち、垂直線から６５〜７５度）、第２のフィルムは、垂直面から約２５〜３５度の角度を有する光を反射することができる。ＢＥＦは、図１６Ｄのフィルム１６２０ａ、１６２０ｂに示されるように、強化特徴部１６５０が反対方向に配置される状態で、配置されてもよい。追加のＢＥＦもまた、含まれ得る。多角度および多方向の反射特徴部の使用により、様々な方向からＢＥＦに到達する光を再利用する「立体角の再利用」をもたらす。本発明の好ましい実施形態において、１つ以上のＢＥＦの角度またはピッチは、一次光の大部分をＱＤフィルムに向かって反射させるように選択されることになり、結果として、ＱＤからの所望の二次光放出を達成するためのＱＤの数を、大幅に減少することが可能になる。
ある特定の実施形態において、１つ以上のバリア層は、その上またはその中に形成される輝度強化特徴部を有してもよく、それにより、１つ以上のバリア層は、バリアおよびＢＥＦの両方として機能する。ＢＬＵは、ＬＧＰおよびＱＤフィルムバリア層、ならびに図１６および２１〜２６に関して上述の特徴部およびフィルムを含む、本明細書に記載の輝度強化特徴部およびＢＥＦの任意のものを備え得る。好ましい実施形態において、照明装置は、少なくとも２つ以上のＢＥＦ６０１、少なくとも１つのＬＧＰ６０６、および図６Ａおよび６Ｂに示されるように、ＬＧＰ６０６とＢＥＦ６０１との間、または図６Ｃに示されるように、底部反射フィルム６０８とＢＥＦ６０１との間に配置される、ＱＤフィルムリモート蛍光体パッケージ６０２を備える。さらなる実施形態において、ＬＧＰおよび／または１つ以上のバリア層は、例えば、図１６および２１〜２６に関して上で論じたような、ＢＥＦまたは輝度強化特徴部を備える。好ましい実施形態において、ＱＤ ＢＬＵは、少なくとも１つのＢＥＦ、より好ましくは、少なくとも２つのＢＥＦを備える。好適には、ＢＬＵは、少なくとも３つのＢＥＦを備え、少なくとも１つのＢＥＦが反射偏光ＢＥＦ（すなわち、ＤＢＥＦ）を含む。輝度強化特徴部およびＢＥＦは、偏光体、反射偏光体、光抽出特徴部、光再利用特徴部、または当該技術分野で既知の任意の輝度強化特徴部を含み得る。ＢＥＦおよび輝度強化特徴部１６５０は、従来のＢＥＦが含まれてもよい。例えば、ＢＥＦは、第１のピッチ角を有するピッチまたはプリズムを有する、第１の層と、第２のピッチ角を有するピッチまたはプリズムを有する、少なくとも第２の層と、を含んでもよい。なおもさらなる実施形態において、ＢＬＵは、第３のピッチ角を有するピッチまたはプリズムを有する、第３のＢＥＦ層を含んでもよい。好適なＢＥＦには、３Ｍ（商標）Ｖｉｋｕｉｔｉ（商標）輝度強化フィルムを含む、３Ｍ（商標）から入手可能なＢＥＦを含む、従来のＢＥＦが含まれる。
ある特定の実施形態において、１つ以上のＢＥＦは、ＱＤフィルムおよびＬＧＰとは別個であるかまたは異なる、１つ以上の層であってもよい。他の実施形態において、上述のように、ＬＧＰまたはバリア層のうち少なくとも１つは、少なくとも１つのＢＥＦを備える。さらに他の実施形態において、ＱＤは、ＱＤフィルムおよび１つ以上のＢＥＦが、全体的または部分的に、同じ層内で一体となるように、底部、中間、または上部ＢＥＦ等、１つ以上のＢＥＦ内に配置される。ある特定の実施形態において、ＱＤ蛍光体材料は、適切なＢＥＦに形成され得る。例えば、ＱＤ蛍光体材料層は、ＱＤ蛍光体材料層の上部および／または底部表面に、輝度強化特徴部を備える。ある特定の実施形態において、ＱＤ ＢＬＵは、ＱＤ蛍光体材料層内に配置される、第１のＱＤ集団（例えば、赤色発光ＱＤ）と、ＱＤ蛍光体材料層の上に配置される第１のＢＥＦ内に配置される第２のＱＤ集団（例えば、緑色発光ＱＤ）と、好適には、第１のＢＥＦの上に配置される少なくとも第２のＢＥＦと、を備える。ある特定の実施形態において、ＱＤ ＢＬＵは、少なくとも２つのＢＥＦを備え、第１のＢＥＦは、第１のＱＤ集団（例えば、赤色発光ＱＤ）を含み、第２のＢＥＦは、第２のＱＤ集団（例えば、緑色発光ＱＤ）を含む。
好ましい実施形態において、１つ以上のＢＥＦは、高い割合の光をＱＤ蛍光体材料に反射または屈折して戻すように選択され、そのようにして、一次光の再利用が増加し、ＱＤ蛍光体材料内の一次光の光路距離が、さらに増加する。
ＱＤを含むＢＥＦは、ＢＥＦ材料が、ＱＤ蛍光体材料のホストマトリックス材料であるか、またはＢＥＦが、本明細書に記載の任意の好適なマトリックス材料を含む、任意の好適なＱＤマトリックス材料を含み得るように、従来のＢＥＦ方法および材料を使用して形成することができる。
要素間の媒体材料
本発明のＱＤ照明装置は、照明装置の隣接する要素間に、１つ以上の媒体材料を備える。装置は、一次光源とＬＧＰの間、ＬＧＰとＱＤフィルムの間、ＱＤ蛍光体材料内の異なる層または領域の間、ＱＤ蛍光体材料と１つ以上のバリア層との間、ＱＤ蛍光体材料とＬＧＰとの間、ＱＤ蛍光体材料と１つ以上のＢＥＦ、拡散体、反射体、または他の特徴部との間、複数のバリア層の間、または照明装置任意の他の要素の間、を含む、装置内の隣接する要素のいずれかの間に配置される、１つ以上の媒体材料を含んでもよい。１つ以上の媒体には、真空、空気、ガス、光学材料、接着剤、光学接着剤、ガラス、ポリマー、固体、液体、ゲル、硬化材料、光学結合材料、屈折率整合または屈折率不整合材料、屈折率勾配材料、クラッディングまたは抗クラッディング材料、スペーサー、エポキシ、シリカゲル、シリコーン、本明細書に記載の任意のマトリックス材料、輝度強化材料、散乱または拡散材料、反射または抗反射材料、波長選択性材料、波長選択性抗反射材料、色フィルター、または当該技術分野で既知の他の好適な媒体、が含まれるが、これらに限定されない、任意の好適な材料が含まれてもよい。好適な媒体材料には、光学的に透明な、非黄変、圧力感受性の光学接着剤が含まれる。好適な材料には、シリコーン、シリコーンゲル、シリカゲル、エポキシ（例えば、Ｌｏｃｔｉｔｅ（商標）エポキシＥ−３０ＣＬ）、アクリレート（例えば、３Ｍ（商標）接着剤２１７５）、および本明細書に記載のマトリックス材料が挙げられる。１つ以上の媒体材料は、硬化可能ゲルまたは液体として適用し、被着中もしくは後に硬化するか、または被着の前に事前形成および事前硬化することができる。好適な硬化方法には、紫外線硬化、熱硬化、化学硬化、または当該技術分野で既知の他の好適な硬化方法が含まれる。好適には、屈折率整合媒体材料は、照明装置の要素間の光学的損失を最小化するように選択することができる。
散乱
ＱＤに基づく蛍光体および関連システムは、従来的な照明システムと比較して、独自の複雑性を示す。例えば、ＬＥＤパッケージを伴う最も従来的な照明システムは、光源ＬＥＤからの高指向性の光を必要とする。しかしながら、本発明のある特定の実施形態においては、ＱＤ蛍光体材料の一次光の経路を増加させるために、大いに拡散的かつ一次的の光源が好ましい。図８に図示されるように、ＱＤは、生来、光を等方的に放出する、すなわち、各ＱＤ８１３によって生成される二次光８１６は、ＱＤ表面から全ての方向に光を放出することになる。全く異なって、典型的な光源ＬＥＤパッケージは、等方的というよりも、より一方向的またはランベルト的な方式で、一次光８１４を放出する。結果として、ＬＥＤ一次光源およびＱＤ蛍光体材料によって放出される、それぞれの放射パターンは、異なるものになる。放射パターンにおけるこれらの違いは、ＱＤ蛍光体を包含する、照明装置（例えば、ディスプレイ）における色および輝度の不均一性に寄与する。本発明は、色および輝度におけるこれらの不均一性を修正する、特定の方法および装置を含む。さらに、一次光源の一方向的な放出パターンは、ＢＬＵにおける一次光の生来の経路距離を制限する。本発明は、ＱＤフィルムのＱＤ蛍光体材料内の一次光の経路距離を増加させ、それによって、二次光の放出および効率を増加させるために、一次光等の光を散乱するための方法および装置を含む。
本発明は、ＱＤ光変換フィルムにおける一次光の光路距離を増加させるために、一次光を操作するための方法および装置を含む。好ましい実施形態において、一次光の操作には、ＱＤフィルムのＱＤ蛍光体材料内の一次光の散乱を増加させることが含まれる。本明細書に使用される際、「散乱」は、１つ以上の散乱特徴部の入射時に、その方向性軌道を、より等方的または拡散的（すなわち、あまりランベルト的または一方向的ではない）放出経路に変更するための、光の偏向または方向転換を指す。好ましい実施形態において、散乱の機構は、主に、ミー散乱、および散乱特徴部とＱＤ蛍光体材料等の周囲の材料との屈折率の差異に起因する。ミー散乱を、図２７Ａおよび２７Ｂに示し、異なる寸法の散乱ビーズ２７４０ａおよび２７４０ｂに対する、一方向的な一次光２７１４ａから、より拡散的な一次光２７１４ｂへの散乱を示す。ある特定の実施形態において、散乱特徴部の光散乱機構は、ミー散乱、屈折、反射、拡散的屈折または反射、副表面屈折または反射、拡散的伝送、回折、またはこれらの任意の好適な組み合わせを含んでもよい。とりわけ、散乱特徴部を含むＱＤフィルムは、組み合わせの散乱／拡散フィルム層およびＱＤ光変換フィルム層を提供し、それによって、ディスプレイＢＬＵにおける別個の蛍光体および拡散フィルムの必要性を排除する。
当業者には理解されるように、散乱機構は、一次光、マトリックス材料、および散乱特徴部の特性を含む、多数の因子に依存することになる。例えば、散乱特徴部によって誘発される散乱は、散乱されている光の波長（複数を含む）、方向、および他の特性、散乱特徴部の材料の屈折率、特徴部と周囲マトリックスとの間の屈折率、粒子内のあらゆる屈折率の変化、分子構造および粒界、散乱特徴部の寸法、密度、体積、形状、表面構造、位置、および配向等に依存することになる。散乱特徴部によるある程度の吸収は許容可能であるが、好ましい散乱材料は、極めて弾性の散乱および効率を可能にするため、ゼロまたは最小の吸光を示す。当該技術分野で既知のもの等、動的光散乱技術を使用して、本発明の特定の照明装置における散乱特徴部の理想的な特性を決定することができる。試行錯誤法もまた、特定の照明装置実施形態に最良の構成を決定するために使用可能である。さらに、理論計算もまた、散乱を概算するために使用可能である。例えば、当該技術分野で既知のミー理論計算を使用して、散乱される光の波長に寸法が類似である誘電体球の分散を含む実施形態における、散乱プロセスを記述することができる。
本発明の好ましい実施形態において、一次光を選択的に散乱させて、一次光の方向性を変化させ、結果として、ＱＤ励起および二次光放出の可能性を増加させ、したがって、さらに、ＱＤによって吸収されることなくリモート蛍光体材料を通過する一次光の量を減少させる。好ましい分類の実施形態において、散乱特徴部は、散乱特徴部とホストマトリックス材料との間の界面に、ホストマトリックス材料のものとは異なる屈折率を有する１つ以上の散乱特徴部を含む。例えば、散乱特徴部は、図１３Ｂに示されるように、散乱ドメイン１３３０ｂを含む。散乱ドメインは、別のマトリックス材料のものとは異なる屈折率を有する材料を含む空間領域であり、それによって、一次光は、ＱＤ蛍光体材料内で、方向転換される。好ましい実施形態において、図２７Ｃに示されるように、散乱特徴部は、ＱＤ蛍光体材料２７０４全体にわたって分散される、散乱粒子２７４０を含む。ＱＤ蛍光体材料に入ると、一次光２７１４ａは、リモート蛍光体材料を完全に通って伝送する、１つ以上の散乱粒子によって散乱される、および／またはＱＤ２７１３によって吸収され、二次光放出２７１６をもたらす、のいずれかである。このようにして、入来する一次光の方向性を変化させることが、ＱＤ吸収の可能性を増加させるため、所望の二次放出を達成するために必要なＱＤが、より少ない。さらなる実施形態において、散乱特徴部は、ＱＤ蛍光体材料内の気泡または間隙等の、散乱空隙を含んでもよい。さらに他の実施形態において、１つ以上のバリア層は、バリア層および図１５Ｂ〜１５Ｉに関して上で述べたように、ＱＤ蛍光体材料内での散乱を増加させるための散乱特徴部を含んでもよい。好適には、ＱＤフィルムは、ＱＤ蛍光体材料の下に配置される、少なくとも１つのバリア層を含み、少なくとも１つのバリア層は、散乱特徴部１５５０を備え、それによって、散乱特徴部が、ＱＤ蛍光体材料内に伝送された一次光を散乱させる。さらに別の分類の実施形態において、ＱＤフィルムは、一次発光蛍光体、例えば、青色光等の追加の一次光を放出する少なくとも１つのＱＤ集団を、ＱＤフィルム内に含み、その結果、ＱＤによって放出される等方的な一次青色光は、ＱＤフィルム内で、二次発光ＱＤによって吸収されるようになる。１つの例示の実施形態において、散乱特徴部は、ＱＤ蛍光体材料内で分散された青色発光ＱＤを含む。青色発光ＱＤは、ＱＤ蛍光体材料全体にわたって均等に分散してもよく、青色ＱＤは、ＱＤ蛍光体材料内で二次発光ＱＤの下に配置されてもよく、または、青色ＱＤの少なくとも一部分は、二次発光ＱＤ（例えば、赤色および緑色発光ＱＤ）の少なくとも一部分の下に配置されてもよい。
散乱粒子による散乱を制御するために最も重要な特性は、散乱粒子の屈折率、寸法、体積、および密度を含むことになる。当業者には理解されるように、散乱ビーズの特性は、ＱＤ蛍光体材料における理想的な散乱を達成するように、調整することができる。
好適な散乱粒子は、当該技術分野で既知の任意の好適な光学材料、アルミナ、サファイア、空気または他のガス、空気またはガス充填材料等の中空ビーズまたは粒子（例えば、空気／ガス充填ガラスもしくはポリマー）、ＰＳ、ＰＣ、ＰＭＭＡ、アクリル、メチルメタクリレート、スチレン、メラミン樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、またはメラミンおよびホルムアルデヒド樹脂（例えば、Ｎｉｐｐｏｎ Ｓｈｏｋｕｂａｉ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．から入手可能なＥｐｏｓｔａｒ（商標）Ｓ１２メラミン−ホルムアルデヒド樹脂ビーズ）を含む、ポリマー、ならびにこれらの任意の好適な組み合わせを含む。好ましい散乱粒子材料には、高屈折率の光学ガラス、シリカガラス、またはホウケイ酸塩ガラス等のガラスが含まれる。好ましい実施形態において、ＱＤ蛍光体材料は、ＡＰＳコーティングまたはＰＥＩコーティングされたＱＤ、およびエポキシを含み、散乱粒子は、シリカまたはホウケイ酸塩を含む。好ましい散乱粒子は、周囲の材料のものよりも高い屈折率を有する、１つ以上の光学材料を含む。
ある特定の実施形態において、散乱粒子は、第１の屈折率を有する、第１の複数の散乱粒子と、第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する、第２の複数の散乱粒子と、を含む。例えば、散乱粒子は、約１．４３の屈折率を有する第１の複数のシリカビーズと、約１．６６の屈折率を有する第２の複数のメラミン−ホルムアルデヒド樹脂ビーズ（例えば、Ｎｉｐｐｏｎ Ｓｈｏｋｕｂａｉ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．から入手可能なＥｐｏｓｔａｒ（商標）Ｓ１２メラミン−ホルムアルデヒド樹脂ビーズ）と、を含んでもよい。１つの例示の実施形態において、シリカビーズは、約１μｍの直径を有し得、メラミン−ホルムアルデヒドビーズは、約１．５μｍの直径を有し得る。
好ましくは、散乱特徴部は、滑らかな表面を有する、単分散の球状粒子集団を含む。好適には、散乱粒子は、優先的に散乱される光、例えば、一次光、好ましくは青色の一次光の波長の約４倍を上回らない、最大寸法を有する。好適には、散乱粒子は、優先的に散乱される光、例えば、一次光、好ましくは青色の一次光の波長に類似の最大寸法を有する。散乱粒子は、５μｍ未満の直径を有する球状粒子であってもよい。好ましくは、一次光は、約０．５μｍ〜約２μｍ、０．５μｍ〜２μｍ、約０．５μｍ〜約１．５μｍ、０．５μｍ〜１．５μｍ、約０．５μｍ〜約１μｍ、０．５μｍ〜１μｍ、０．５μｍ、約０．５μｍ、０．７５μｍ、約０．７５μｍ、１．５μｍ、約１．５μｍ、１．７５μｍ、約１．７５μｍ、２μｍ、または約２μｍの直径を有する、青色光および散乱粒子を含む。最も好ましくは、散乱粒子は、１μｍまたは約１μｍの直径を有する。好ましくは、散乱粒子は、好ましくはＱＤ蛍光体材料内に埋め込まれるか、または配置される、単分散の球状粒子集団を含む。
散乱粒子は、ＱＤ蛍光体材料中、任意の好適な濃度を有し得る。好ましくは、散乱粒子は、約２ｇ／ｃｍ3以上の密度を有する。好ましい実施形態において、散乱ビーズの材料密度は、ＱＤ蛍光体材料内の分散を最適化するように選択されることになる。例えば、散乱粒子の材料密度は、ＱＤ蛍光体材料の底部への沈降を促進するために、ＱＤ蛍光体材料より高くてもよい。好ましくは、散乱粒子の材料密度は、硬化の前のＱＤ蛍光体材料の底部への沈降を防ぐために、ＱＤ蛍光体材料に類似である。散乱粒子の濃度は、散乱粒子およびＱＤ蛍光体材料の特性に応じて、約１体積％〜約１５体積％、または約２重量％〜約３０重量％であり得る。好適には、散乱粒子は、シリカ、ホウケイ酸塩、またはポリスチレン、好ましくは、シリカまたはホウケイ酸塩、最も好ましくは、シリカを含み、約１〜２μｍ、最も好ましくは、１μｍまたは約１μｍの直径を有する、球状ビーズを含む。好ましくは、ＱＤ蛍光体材料は、１μｍ、または約１μｍの直径を有する球状ビーズを含み、ビーズの濃度は、約１〜１５体積％または約２〜３０重量％、より好ましくは、約２．５〜１０体積％または約５〜２０重量％、最も好ましくは、約５〜１０体積％または約１０〜２０重量％である。当業者には理解されるように、ＱＤ蛍光体材料の体積または濃度は、散乱ビーズによって変位されるＱＤ蛍光体材料の体積に応じて調節することができる。
他の実施形態において、散乱特徴部は、１つ以上のＬＧＰおよびバリア層の１つ以上の表面上に形成される、表面特徴部を含む。例えば、散乱特徴部は、図１５〜１６および２１〜２２に関して上述のものを含む、本明細書に記載の任意の好適な特徴部を含む、細かい凸凹、無作為の細かい凸凹パターン、プリズム、ピッチ、ピラミッド、溝、レンズ、隆起、波、スクラッチ、ドーム等を含み得る。本明細書に記載の実施形態の任意のものにおいて、散乱特徴部は、好ましくは、おおよそ５μｍ未満の寸法、例えば、約５μｍ以下、約２μｍ以下、約１．５μｍ以下、約１μｍ以下、または約０．５μｍ以下の寸法を有する。
本発明は、予想外に低い濃度の量子ドットを使用する、ＱＤ光変換フィルムに関する。１つの実験的な実施例において、ＱＤフィルムを、不活性環境においてＬｏｃｔｉｔｅ（商標）エポキシＥ−３０ＣＬを使用して形成し、それによって、ＡＰＳ粒子内に埋め込まれたＱＤを、エポキシに混合し、ＱＤ−ＡＰＳ−エポキシエマルジョンの硬化時に、透明な２相系を厚さ２５０μｍの層に形成した。ＮＴＳＣ色域三角形（図３に示される）を包含するために青色ＬＥＤの一次光伝送に頼る赤色および緑色の蛍光体を使用して、適正な白色点を達成するためには、約０．５の光学密度が必要となるであろうことが、通常予想される。例えば、これは、ＱＲリモート蛍光体パッケージの場合である。しかしながら、大変驚いたことに、本発明の実施形態によるＱＤフィルムは、必要なＱＤ濃度に、約１０〜２５倍の低下をもたらしたことがわかった。ＱＲ蛍光体材料の光学密度におけるこの大きな減少は、フィルムの概念を、実現可能で費用効率の良いものにする。
１つの実験的な実施例において、ＱＤフィルムを、不活性環境においてＬｏｃｔｉｔｅ（商標）エポキシＥ−３０ＣＬを使用して形成し、それによって、ＡＰＳ粒子内に埋め込まれたＱＤを、エポキシに混合し、ＱＤ−ＡＰＳ−エポキシエマルジョンの硬化時に、透明な２相系を、光学密度０．０５を有する２５０μｍのフィルムに形成した。フィルムを、携帯電話ディスプレイ内の導光部の上部に設置し、緑色または赤色の光はほとんど検出されなかった。もう１つの同一な成形物を作製し、５体積％で２μｍのシリカビーズを添加した。エポキシ（１．５２）とシリカビーズ（１．４２）との間の大きな屈折率の差のため、ＱＤフィルムを用いたディスプレイは、理想的な白色点および輝度の増加を示した。
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さらなる実験的な実施例において、散乱ビーズを有するＱＤフィルムを、ＱＲ毛細管リモート蛍光体パッケージと比較した。ＱＤフィルムは、同じ携帯電話およびラップトップ装置におけるＱＲ蛍光体パッケージと比較して、１５倍および２５倍のＱＤ減少、ならびに白色点および色の均一性の改善、輝度の増加、より少ない青色の漏出、ＱＤ蛍光体パッケージの温度の減少を可能にした。
散乱粒子の複数配設は、本発明によって提供される有益な効果を達成することができる。例えば、図２４Ａ、２５Ａ、２７Ｃ、および２８Ａ〜２８Ｆに示されるように、散乱粒子は、好ましくは、ＱＤと同じ層または媒体内に配置される。１つの好ましい分類の実施形態において、ＱＤフィルムは、少なくとも１つのＱＤ集団と少なくとも１つの散乱粒子集団とを含み、散乱粒子の少なくとも第１の部分は、ＱＤの少なくとも第１の部分の下に配置され、その結果、散乱粒子の第１の部分が、ＱＤの第１の部分よりも、入射する一次光に近接するようになる。最も好ましくは、散乱粒子は、コロイド方式で、ＱＤ蛍光体材料全体にわたって、均一に（すなわち、均等または均質に）分散される。散乱ビーズは、ＱＤ蛍光体材料内での均一な分散を促進するために、被着の前に超音波分解してもよい。
図２４Ｂ〜２４Ｈおよび２５Ｂ〜２５Ｉに示されるように、散乱粒子２４４０、２５４０は、ＱＤ蛍光体材料２４０４、２５０５の特定の領域内、例えば、ＱＤ蛍光体材料の上部付近、中間、底部、もしくは端部、またはこれらの任意の好適な組み合わせに、より優勢に配置されてもよい。散乱粒子は、一次光の入射表面により近いか、または離れていてもよい。散乱粒子は、ＱＤ蛍光体材料２４０４、２５０４内で、上部から底部へ、底部から上部へ、１つ以上の端部、または任意の他の位置で、増加または減少する、勾配密度を有してもよい。複数のＱＤ蛍光体材料層を有する実施形態において、図２６Ｂ〜２６Ｇに示されるように、散乱粒子２６４０は、図２６Ｄ〜２６Ｅに示されるように、複数のＱＤ蛍光体材料層２６０４ａ、２６０４ｂの１つ以上のＱＤ蛍光体材料層内に分散されるか、または図２６Ｆ〜２６Ｇに示されるように、複数のこのような層の間に分散される。散乱粒子は、図２６Ｄ〜２６Ｆに示されるように、１つ以上のマトリックス材料に埋め込まれてもよく、または図２６Ｇに示されるようにマトリックス材料なしで被着されてもよい。異なるＱＤ蛍光体層は、散乱粒子の異なる配設または特性を有し得る。例えば、異なるＱＤ蛍光体層は、異なる散乱粒子特性を有し得る。例えば、図２６Ｄに示される散乱粒子集団２６４０ａおよび２６４０ｂは、異なる寸法、材料、屈折率、材料密度、濃度、数、勾配、または配設を有してもよい。例えば、複数のＱＤ蛍光体層は、図２３、２４、および２５に関して上で述べた、異なる層の任意の組み合わせを含んでもよい。好ましくは、散乱粒子は、ＱＤを含む各ＱＤリモート蛍光体層内の一次光の多方向分散を最大化し、そのようにして、ＱＤによる吸収の可能性を最大化するように、各ＱＤ層と同じ層内に配置される。１つ、２つ、または３つのＱＤ蛍光体材料のみが、図２６に示されるが、ＱＤフィルムは、任意の好適な数のＱＤ蛍光体材料層を含むことができる。複数の層は、互いに別々であってもよく、または単一のＱＤ蛍光体材料層として統合されてもよい。
ある特定の実施形態において、図２９〜３１に図示されるように、散乱粒子２９４０、３０４０、３１４０は、ＱＤ蛍光体材料に隣接して配置される。例えば、散乱粒子は、ＱＤ蛍光体材料に直接隣接して配置されてもよい。散乱粒子は、ＱＤ蛍光体層の底部（図２９Ａ）、上部（図２９Ｂ）、または両側面（図２９Ｃ）上または付近に配置することができる。散乱粒子は、図２９Ａ〜２９Ｃに示されるように、ＱＤ蛍光体材料と直接接触して配置されてもよく、ならびに／または、図３０Ａ〜３０Ｃおよび３１Ａ〜３１Ｃに示されるように、装置の１つ以上のバリア層によって分離されてもよい。散乱粒子は、図３１Ａ〜３１Ｃに示されるように、ＬＧＰの上および／または下に配置されてもよい。上述のように、散乱粒子は、図２４〜２５および図３１Ａ〜３１Ｃに示されるように、ＬＧＰに隣接して、その上に、またはその中に位置されてもよい。散乱粒子は、装置のバリア層のうち１つ以上、例えば、図１４Ａ〜１４Ｃに示される、バリア層１４２０ａ〜１４２０ｄ、１４２２ａ〜１４２２ｄのうち１つ以上の中に、配置されてもよい。
当業者には理解されるように、一次光の操作または散乱に関連する方法および装置のいずれも、本明細書に具体的に記載される実施形態を含む、本発明のＱＤフィルム実施形態の任意のものと組み合わせることができる。
層および空間的変動
上述のように、本発明のＱＤフィルムは、ＱＤ蛍光体材料層を含む。好ましい実施形態において、ＱＤ蛍光体材料層は、全ディスプレイ表示面表面積にわたって、均一な厚さを有することになる。他の実施形態において、ＱＤ蛍光体材料層は、表示面表面積にわたって、異なる厚さを有し得、ＱＤフィルムの１つ以上の端部から離れて、厚さが増加または減少する楔形状を有してもよい。ＱＤフィルムは、任意の好適な形状で形成することができる。好ましい実施形態において、ＱＤ蛍光体材料およびＱＤフィルムは、全ディスプレイ表示面表面積にわたって均一な厚さを有する平面フィルムを形成する。複数のＱＤ蛍光体材料層を有する実施形態において、図２６Ｂ〜２６Ｇに示されるように、各層の厚さは、理想的な硬化のために選択される厚さを有し得る。
ＱＤの複数配設および／またはＱＤ蛍光体材料の他の特徴部（例えば、散乱粒子）は、本発明によって提供される有益な効果を達成することができる。例えば、図２３Ａ、２４Ａ、および２７Ｃに示されるように、ＱＤは、コロイド方式で、ＱＤ蛍光体材料全体にわたって、均一に（すなわち、均等または均質に）分散される。
ある特定の実施形態において、ＱＤフィルムのＱＤ蛍光体材料は、異なる要素または特性を有する、複数の層または空間領域を含んでもよい。例えば、ＱＤフィルムは、異なる屈折率を有する異なるマトリックス材料を有する、複数のＱＤ蛍光体材料を含んでもよい。別の例として、ＱＤ蛍光体材料は、第１の波長を有する二次光を放出することのできる第１のＱＤ集団（例えば、緑色発光ＱＤ）を含む第１の層または領域と、第２の波長を有する二次光を放出することのできる第２のＱＤ集団（例えば、赤色発光ＱＤ）を含む第２の層または領域と、を含み得る。ＱＤフィルムは、ＱＤ集団のうち１つ以上と同じ層に配置される散乱ビーズの集団もしくは他の散乱特徴部、および／または少なくとも第３の層もしくは領域をさらに含んでもよい。少なくとも第３の層または領域は、１つ以上のＱＤ含有層に隣接して、および／またはその間に、配置することができる。さらに他の実施形態において、ＱＤ蛍光体材料の複数の層または空間領域は、ＱＤ濃度、散乱ビーズ濃度、または他の特性等、空間的に多様な特性を含んでもよい。例えば、図２３Ｂ〜２４Ｈ、２４Ｂ〜２４Ｈ、および２５Ｂ〜２５Ｉに示されるように、ＱＤ２３１３、２５１３および／または散乱粒子２４４０、２５４０は、ＱＤ蛍光体材料の特定の領域内、例えば、ＱＤ蛍光体材料の上部付近、中間、底部、もしくは端部、またはこれらの任意の好適な組み合わせに、より優勢に配置されてもよい。ＱＤおよび／または散乱粒子は、一次光の入射表面の近く、または離れて配置されてもよい。ＱＤおよび／または散乱粒子は、ＱＤ蛍光体材料の１つ以上の層内で、上部から底部へ、底部から上部へ、１つ以上の端部、または任意の他の位置で、増加または減少する、勾配密度を有してもよい。さらなる実施形態において、ＱＤフィルムは、例えば、ＱＤ蛍光体材料の上部層および／または底部層として形成される、ブランクマトリックス材料を含む、１つ以上の層を含んでもよい。このようなブランクマトリックス材料の層は、バリア層等の隣接する層への接着の増加を提供し、追加の厚さを提供し、隣接する層への光学的整合を提供し得るか、またはバリア層として機能することができる。
ＱＤフィルムは、図２６Ａに示されるように、１つのＱＤ蛍光体材料層を有し得る。好ましい実施形態において、ＱＤフィルムは、図２６Ｂに示される層２６０４ａおよび２６０４ｂ等、２つ以上の層を有するＱＤ蛍光体材料を含む。好ましい実施形態において、ＱＤ蛍光体材料は、図２６Ｂ〜２６Ｇに示されるように、複数の層を含み、ＱＤ２６１３および／または散乱特徴部（例えば、散乱粒子）２６４０は、複数のＱＤ蛍光体材料層のうち１つ以上のＱＤ蛍光体材料内に分散されてもよい。異なるＱＤ蛍光体材料層は、ＱＤおよび／または散乱特徴部と同じもしくは異なる配設または特性を有してもよい。例えば、異なるＱＤ蛍光体層は、１つ以上の異なるＱＤ蛍光体材料層に異なるＱＤ特性、例えば、異なるＱＤ放出色、濃度、寸法、材料、勾配、または配設を有してもよい。追加または代替として、異なるＱＤ蛍光体層は、異なる散乱粒子の寸法、材料、屈折率、密度、数、勾配、または配設等、異なる散乱粒子特性を有してもよい。例えば、複数のＱＤ蛍光体層は、図２３、２４、および２５に関して上で述べた、異なる層の任意の組み合わせを含み得る。例えば、１つ以上のＱＤ蛍光体材料層において、図２３Ｂ〜２３Ｈ、図２４Ｂ〜２４Ｈ、および図２５Ｂ〜２５Ｉに示されるように、ＱＤ２３１３、２５１３、および／または散乱ビーズ２４４０、２５４０は、ＱＤ蛍光体材料２３０４、２５０４の特定の領域、例えば、ＱＤ蛍光体材料の上部付近、中間、底部、もしくは端部、またはこれらの任意の好適な組み合わせに、より優勢に配置されてもよい。ＱＤおよび／または散乱粒子は、一次光の入射表面により近いか、または離れていてもよい。ＱＤおよび／または散乱粒子は、ＱＤ蛍光体材料内で、上部から底部へ、底部から上部へ、１つ以上の端部、または任意の他の位置で、増加または減少する、勾配密度を有してもよい。複数のＱＤ蛍光体材料層を有する好ましい実施形態において、ＱＤ２６１３、２６１３ａ、２６１３ｂは、図２６Ｆ〜２６Ｇに示されるように、複数のＱＤ蛍光体材料層２６０４ａ、２６０４ｂ、２６０４ｃのうち１つ以上のＱＤ蛍光体材料内に分散されるか、または複数のこのような層の間に分散されてもよい。散乱粒子は、図２６Ｄ〜２６Ｆに示されるように、１つ以上のマトリックス材料に埋め込まれるか、または図２６Ｇに示されるように、マトリックス材料なしで被着されてもよい。異なるＱＤ蛍光体層は、異なる散乱粒子配設または特性を有し得る。例えば、異なるＱＤ蛍光体層は、異なる散乱粒子特性を有してもよい。例えば、ＱＤ集団２６１３ａおよび２６１３ｂは、図２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｆ、および２６Ｇに示されるように、異なる放出色、濃度、寸法、材料、勾配、配設、またはこれらの任意の組み合わせを有してもよい。好ましい実施形態において、散乱粒子２６４０、２６４０ａ、２６４０ｂは、ＱＤを含む各ＱＤリモート蛍光体層内の一次光の多方向分散を最大化し、したがって、ＱＤによる一次光吸収の可能性を最大化するように、各ＱＤ層と同じ層内に配置される。１つ、２つ、または３つのＱＤ蛍光体材料のみが、図２６に示されるが、ＱＤフィルムは、任意の好適な数のＱＤ蛍光体材料層を含むことができる。複数の層は、互いに別々であってもよく、または単一のＱＤ蛍光体材料層として統合されてもよい。複数のＱＤ蛍光体材料層を形成するための方法は、各層を、次の層を適用する前に適用および硬化すること、または同時に複数の層を適用して複数の層を硬化することを含んでもよい。
１つの分類の実施形態において、本発明のＱＤフィルムリモート蛍光体パッケージは、少なくとも１つのＱＤ蛍光体集団を含む、ＱＤ蛍光体材料を含む。ＱＤは、ＱＤフィルムが使用される、照明用途の所望の放出特性に基づいて、選択される。蛍光体材料は、一次光の少なくとも一部分を、異なる波長の光に変換する。ＱＤ蛍光体材料は、一次光源から放出されＱＤによって吸収される、一次光の下方変換時に二次光を放出するのに好適な任意のＱＤを含み得る。好ましい実施形態において、ＱＤ蛍光体材料は、一次光による励起時に、赤色の二次光を放出する材料および寸法の第１の量子ドット集団と、一次光による励起時に緑色の二次光を放出する材料および寸法の第２の量子ドット集団と、を含んでもよい。このような実施形態において、青色の一次光の一部分、赤色の二次光、および緑色の二次光は、ＱＤフィルムおよび全体的な照明装置から、全体として、白色光として放出される。各ＱＤ集団は、同じまたは異なるＱＤ蛍光体材料層に、配置することができる。好ましい実施形態において、ＱＤフィルムは、赤色光を放出するＱＤ集団を含む第１のＱＤ蛍光体材料層と、緑色光を放出するＱＤ集団を含む第２のＱＤ蛍光体材料層と、第１のＱＤ蛍光体材料層、第２のＱＤ蛍光体材料層、および別個のＱＤフィルム層のうちの１つ以上に配置される、少なくとも１つの散乱粒子集団と、を含む。
さらなる実施形態において、ＱＤ蛍光体材料は、好適には、追加の一次光（例えば、青色光）、あるいは赤色および緑色の発光ＱＤ集団以外の追加および／または異なる色の二次光（例えば、黄色光、または異なる色調の赤色もしくは緑色光）を放出するための、追加および／または異なるＱＤ集団を含む。１つの例示の実施形態において、蛍光体材料は、一次光による励起時に、青色光を放出する材料および寸法の第３のＱＤ集団を含み、一次光には、例えば、青色または紫外の光が含まれてもよい。他の実施形態において、蛍光体材料は、励起時に、所望の波長の光放出で、光を放出する材料および寸法の、量子ドット集団または異なる量子ドット集団の組み合わせを含んでもよい。蛍光体材料は、赤色、橙色、黄色、緑色、もしくは青色の光を放出する材料および寸法の量子ドット集団、またはこれらの任意の組み合わせを含む複数の量子ドット集団を含み得る。
ある特定の実施形態において、ＱＤフィルムは、複数の異なる光放出特性を有する、複数の空間領域を含んでもよい。一実施形態において、ＱＤフィルムは、第１の波長または波長範囲を有する光を放出することのできる第１のＱＤ集団（例えば、緑色発光ＱＤ）を含む第１の複数の空間領域と、第１の波長または波長範囲とは異なる第２の波長または波長範囲を有する光を放出することのできる第２のＱＤ集団（例えば、赤色発光ＱＤ）を含む少なくとも第２の複数の空間領域と、を含む。ＱＤフィルムは、第１および第２の波長または波長範囲のうち少なくとも１つと異なる第３の波長または波長範囲を有する光を放出することのできるＱＤ（例えば、青色発光ＱＤ）を含む、第３の複数の空間領域をさらに含んでもよい。ＱＤフィルムは、第１、第２、および第３の波長または波長範囲のうち少なくとも１つと異なる追加の波長または波長範囲を有する光を放出することのできる、追加のＱＤ集団を含む、追加の複数の空間領域を含んでもよい。例えば、ＱＤフィルムは、複数の異なる空間領域またはピクセルを含んでもよく、各ピクセルは、異なる色の光を放出する、複数のより小さな空間領域またはサブピクセルを含む。例えば、ＱＤ蛍光体層は、複数のピクセルを含み得、各ピクセルには、１つ以上の赤色発光ＱＤを含む第１のサブピクセルと、１つ以上の緑色発光ＱＤを含む第２のサブピクセルと、１つ以上の青色発光ＱＤを含む第３のサブピクセルと、が含まれる。
色の調整および白色点
好ましい実施形態は、赤色の二次光を放出する第１の量子ドット集団と、緑色の二次光を放出する第２の量子ドット集団と、を含み、最も好ましくは、赤色および緑色の発光ＱＤ集団は、青色の一次光の一部分によって励起されて、白色光を提供する。好適な実施形態は、励起時に青色の二次光を放出する第３の量子ドット集団をさらに含む。赤色、緑色、および青色の光のそれぞれの部分は、装置によって放出される白色光に望ましい白色点を達成するように制御することができる。本発明による量子ドット蛍光体材料について、変換される一次光の、リモート蛍光体を通過する量に対する合計量は、蛍光体濃度の関数である。したがって、二次光に変換される一次光の量は、蛍光体パッケージにおける蛍光体材料内の量子ドットの濃度に依存することになる。結果として得られる装置から放出される光の色および輝度は、蛍光体材料内の各量子ドット集団、すなわち、蛍光体材料内の緑色および赤色の発光蛍光体量子ドット集団の比率および／または濃度を変更することによって制御することができる。さらに、色および輝度は、ＱＤ蛍光体材料内の散乱粒子の特性、例えば、散乱粒子の寸法、数、材料、濃度、および配設を変更することによって、制御することができる。
所望の白色点および輝度等、所望の光出力を達成するために、一次光源、ＱＤ、および散乱粒子のそれぞれを、単独または組み合わせのいずれかで、切り替えることができる。好ましい実施形態において、一次および二次光源のそれぞれは、システムの効率を最大化し、一次および二次光源から放出される光の所望の色および輝度を提供するように、選択される。例えば、一次光源は、所望の放出特性に最適な効率に基づいて選択することができ、一次光源はまた、最大量のエネルギーが蛍光体材料によって吸収および再放出される励起波長を有するように、選択されてもよい。ＱＤは、一次光源と組み合わせた際に、所望の出力を提供するように調節することができる。一次光源は、蛍光体材料の確立された標準に基づいて選択されてもよい。しかしながら、好ましい実施形態において、ＱＤ蛍光体材料は、一次光源の確立された特性に基づいて、所望の光出力を提供するように、調整される。ＱＤを切り替えて所望の光放出の出力を正確に達成する能力は、ディスプレイＢＬＵ等の照明装置における蛍光体材料としてのサイズ調整可能なＱＤの多数の利点のうちの１つの利点である。好ましい実施形態において、ＱＤは、それらの放出波長およびスペクトル幅（すなわち、色および色純度）、ならびに量子効率に基づいて、二次光放出の輝度を最大化するように選択される。ＱＤの濃度および異なるＱＤ集団の比率を調節することは、ＱＤ蛍光体材料の光学密度に影響を及ぼすことになる。
好適には、ＱＤは、用途、ＱＤ特性、ＱＤフィルム特性、および他のＢＬＵ特性に応じて、約０．００１体積％〜約７５体積％の比率で、ＱＤフィルムに充填されることになる。ＱＤの濃度および比率は、当業者によって容易に決定することができ、さらには具体的な用途に関して、本明細書に記載される。例示的な好ましい実施形態において、ＱＤフィルムのＱＤ蛍光体材料は、約２０体積％未満、約１５体積％未満、約１０体積％未満、約５体積％未満、１体積％未満、または約１体積％未満のＱＤを含む。
所望の光放出が、単一のＱＤ集団によって放出される単色の光であるか、または一次光および二次光の両方によって、および／もしくは異なる色の光を放出する複数の異なるＱＤ集団によって、放出される混合色の光であるかに関わらず、複数の因子を切り替えて所望の光出力を達成することができる。好ましい実施形態において、ＱＤ ＢＬＵは、一次光源からの青色光と、それぞれのＱＤ集団によって放出される赤色および緑色両方の光を含む二次光との混合光を含む、白色光を放出する。一次および二次光源は、ＱＤ ＢＬＵの所望の白色点を達成するように選択することができる。好ましい実施形態において、ＱＤ蛍光体材料は、異なる緑色および／または赤色の発光ＱＤ濃度を有する複数の層を含む。好ましくは、緑色および赤色の発光ＱＤは、ＱＤ蛍光体材料の別々の異なる層に配置される。他の好適な実施形態において、第１および第２のＱＤ集団は、同じＱＤ蛍光体材料層（複数を含む）に形成される。
ＱＤフィルムを形成するために好適な方法には、任意の所望の白色点を達成するための多点反復的成形が含まれる。好ましい実施形態において、ＱＤフィルムのＱＤ蛍光体材料を形成する方法には、白色点を目標とする反復的多点成形が含まれ、ＱＤ蛍光体材料は、基礎マトリックス材料中の第１の割合の赤色および緑色の発光ＱＤを含む、マトリックス材料中のＱＤの第１の名目混合物で開始して形成し、次に、マトリックス材料中のＱＤの１つ以上の追加の混合物、ブランクマトリックス材料、またはマトリックス材料中の散乱粒子の混合物を添加する。１つの例示の実施形態において、図３２、３３Ａ〜３３Ｃに示されるように、本方法は、白色点を目標とする５点成形が含まれ、そこでは、ＱＤ蛍光体材料を、（Ａ）エポキシマトリックス材料中のＡＰＳコーティングされたＱＤ（または、より好ましくはＰＥＩコーティングされたＱＤ）の第１の名目混合物から形成し、そこに、（Ｂ）第２の、（Ｃ）第３の、（Ｄ）第４の、および（Ｅ）第５のＡＰＳコーティングされた（またはＰＥＩコーティングされた）ＱＤの混合物のうち１つ以上を、名目混合物（Ａ）に添加する。各混合物のそれぞれの量は、当業者には理解されるように、所望の白色点、輝度、およびＱＤ蛍光体材料層の厚さに応じて、任意の好適な量が含まれてもよい。好適には、ＱＤフィルムの所望の放出特性および厚さが達成されるまで、混合物が、独立して添加される、反復プロセスを使用して、所望の白色点および輝度を達成する。各混合物を添加した後、ＱＤ蛍光体材料は、白色点および輝度について試験することができ、プロセスは、所望の白色点、輝度およびＱＤ蛍光体材料層の厚さに達した時点で、停止することができる。好適には、光学密度、放出波長、ＦＷＨＭ、白色点、および輝度を含む、ＱＤフィルムおよび放出の特性は、紫外線可視および蛍光分光法または当該技術分野で既知の他の好適な分光光度法を使用して、定期的に試験することができる。
１つ例示的な実施形態において、名目混合物（Ａ）は、３０体積％の緑色発光ＱＤおよび１５体積％の赤色発光ＱＤを含む。混合物（Ａ）に、２０体積％の緑色発光ＱＤを含む混合物（Ｂ）、２０体積％の赤色発光ＱＤを含む混合物（Ｃ）、２０体積％の緑色および２０体積％の赤色を含む混合物（Ｄ）、ならびに１０体積％の緑色および１０体積％の赤色を含む混合物（Ｅ）のうちの１つ以上の好適な量を、任意の好適な量で添加することができる。図３３Ｃに示されるように、混合物（Ｂ）は、主に、より緑色の光３３０１を達成するために添加することができ、混合物（Ｃ）を、主に、より赤色の光３３０３を達成するために添加することができ、混合物（Ｄ）および混合物（Ｅ）のいずれかを、類似の比率の、より赤色および緑色の光３３０２を達成するために添加することができる。混合物（Ｄ）は、さらにより赤色および緑色の光が所望される場合、および／またはより薄いフィルム厚さがＱＤ蛍光体材料に加えられることが所望される場合に、添加することができる。混合物（Ｅ）は、より少ない赤色および緑色の光が所望される場合、および／またはさらなるフィルム厚さが所望される場合に、添加することができる。当業者には理解されるように、ＱＤによる二次光の吸収が発生する可能性は高く、このような吸収の均衡を保つための調節が必要となるであろう。例えば、緑色および赤色の発光ＱＤを有する実施形態において、緑色の二次光の一部分は、吸収されて、赤色の二次光として再放出されることになる。これを是正するために、より高い割合または濃度の緑色発光ＱＤが、緑色光の吸収によって生成される追加の赤色の二次光との均衡を保つために必要となる。好ましい実施形態において、混合物（Ａ）〜（Ｅ）のそれぞれは、散乱粒子集団をさらに含み、散乱粒子は、各混合物において同じかまたは異なる濃度を有してもよい。他の好適な実施形態において、散乱粒子は、散乱粒子とマトリックス材料の別個の混合物中で、ＱＤ蛍光体材料に添加される。１つの例示的なＱＤフィルム実施形態において、最終的なＱＤ蛍光体材料成形物は、約５５体積％の緑色の光を放出するリガンドコーティングされたＱＤ、約２５体積％の赤色光を放出するリガンドコーティングされたＱＤ、約５体積％の散乱粒子、および約３０体積％のマトリックス材料を含む。好ましくは、リガンド材料はＡＰＳを含み、マトリックス材料はエポキシを含み、散乱粒子は、シリカまたはホウケイ酸塩ビーズを含む。より好ましくは、リガンド材料はＰＥＩを含み、マトリックス材料はエポキシを含み、散乱粒子は、シリカまたはホウケイ酸塩ビーズを含む。
例示の実施形態において、蛍光体材料中の量子ドットの濃度は、入射光のおおよそ２０％が、二次光に変換されることなく蛍光体を通過することになる、すなわち、一次青色光の２０％が、蛍光体材料を出ることになるように、設定される。蛍光体材料に入る一次光の残りは、量子ドットによって吸収され、二次光として再放出されるか、または非効率性のために損失される。例えば、青色の一次光の２０％が、蛍光体パッケージを通じて伝送されて退出する、例示の実施形態において、一次光の３２％は、緑色光として再放出され、４０％は、赤色光として再放出される。この例示の実施形態において、蛍光体材料のＱＤは、約９０％の量子収率を有し、一次光の残り８％は、蛍光体材料内で再放出を伴わない吸収のために損失される。蛍光体内の緑色の二次光のいくらかは、赤色発光ＱＤによって吸収され赤色光として再放出されるため、蛍光体材料内の緑色および赤色の量子ドットの比率にさらなる変化が、蛍光体の上部プレートからの最終的な所望の出力放出スペクトルを達成するために、必要となる場合がある。
当業者には理解されるように、異なるＱＤ集団の具体的な割合は、制限されるものではなく、ＱＤとマトリックス材料との任意の好適な混合物（１つまたは複数）が、ＱＤフィルムを形成するために採用可能である。さらに、本明細書に記載のＱＤフィルムの実施形態のいずれも、例えば、異なるまたは多様なＱＤおよび／または散乱粒子特性を有する多層状ＱＤ蛍光体材料およびＱＤ蛍光体材料層を含む、本明細書に記載の多重成形方法を使用して、形成することができる。
ＱＤ蛍光体材料の適用
ＱＤ蛍光体材料は、当該技術分野で既知の任意の好適な方法によって被着することができ、塗装、スプレー、溶媒スプレー、湿式コーティング、接着剤コーティング、回転コーティング、テープコーティング、または当該技術分野で既知の任意の好適な被着方法が含まれるが、これらに限定されない。好ましくは、ＱＤ蛍光体材料は被着後に硬化される。好適な硬化方法には、紫外線硬化および熱硬化等の光硬化が含まれる。従来的な積層フィルム加工方法、テープコーティング方法、および／またはロールツーロール加工方法を、本発明のＱＤフィルムの形成に採用することができる。ＱＤ蛍光体材料は、照明装置の所望の層に直接コーティングすることができる。あるいは、ＱＤ蛍光体材料を、独立した要素として固体層に形成し、その後にＢＬＵスタックに適用してもよい。ＱＤ蛍光体材料は、１つ以上のバリア層、ＬＧＰ、またはＢＬＵの別の層に被着することができる。
他の照明装置実施形態（例えば、下向きの照明装置）において、ＱＤ蛍光体材料は、照明装置の任意の好適な表面または基材に被着することができる。１つの例示の実施形態において、ＱＤ蛍光体材料は、照明装置のハウジングの内部表面に被着することができ、ＱＤ蛍光体材料は、任意で、ＱＤ蛍光体材料に隣接するバリア層を被着することによって、密封することができる。別の例示の実施形態において、まず、好適には、上部および底部側面にＱＤ蛍光体材料に隣接するバリア層を含むＱＤフィルムを形成し、続いて、ＱＤフィルムは、照明装置の放出性層を形成するように成形する。１つの例示の実施形態において、ＱＤフィルムは、照明装置の外側のハウジングまたは壁を形成（または適合）するように、成形する。
好ましい分類の実施形態において、ＱＤ蛍光体材料は、湿式コーティングを介して被着し、被着後に熱硬化する。ＱＤフィルムの形成のための好適な方法を図示する、図３４に示されるように、ステップ３４１０において、１つ以上の底部バリア層を提供し、ステップ３４２０において、１つ以上のＱＤ蛍光体材料の混合物を、バリア基材上に被着させてＱＤ蛍光体材料層３４０４を提供し、ステップ３４３０において、１つ以上の上部バリア層をＱＤ蛍光体材料に被着させ、ステップ３４４０において、ＱＤ蛍光体材料を硬化し、ステップ３４５０において、ＱＤフィルムを任意で密封し、ステップ３４６０において、ＱＤフィルムを、ディスプレイＢＬＵ等、所望の照明装置に適用する。
ある特定の実施形態において、第１および第２のバリア３５２０、３５２２のそれぞれは、より小さい区分に切断されるガラスシートを含んでもよい。この切断は、ステップ３４３０、３４４０、および３４５０のいずれかの後に行うことができる。このような実施形態において、簡便なロールツーロール製造を、装置の種々の層を形成するために採用することができる。なおもさらなる実施形態において、第１および第２のガラスプレートは、ＱＤ蛍光体材料の適用３４２０の前に、装置適用に適切な寸法で提供することができる。ＱＤフィルムリモート蛍光体パッケージの形成時に、ＱＤフィルムは、青色ＬＥＤ等の１つ以上の一次光源に光学的に結合され、そうして一次光源からの光が、底部ガラスプレートの底部表面に入射するようになる。好ましくは、ＱＤフィルムは、ディスプレイＢＬＵのＬＧＰの上に配置され、そうすることで、入射する一次光が、底部プレートに全面的に入射するようになる。最も好ましくは、ＱＤフィルムは、ＬＣＤ ＢＬＵのＬＧＰと少なくとも１つのＢＥＦとの間に配置される。
好ましくは、混合物を、熱硬化してＱＤ蛍光体材料層を形成する。好ましい実施形態において、ＱＤ蛍光体材料を、ＱＤフィルムのバリア層に直接コーティングし、続いて、追加のバリア層を、ＱＤ蛍光体材料の上に被着して、ＱＤフィルムを作製する。支持基材を、強度の付加、安定性、およびコーティング均一性のため、ならびに材料のむら、気泡の形成、およびバリア層材料または他の材料の皺または折り目を防ぐために、バリアフィルムの真下に採用することができる。さらに、１つ以上のバリア層を、好ましくは、ＱＤ蛍光体材料上に被着させ、上部および底部のバリア層の間に材料を密封する。好適には、バリア層を、積層フィルムとして被着し、任意で、密封するかまたはさらに加工し、続いて、特定の照明装置へＱＤフィルムを組み込むことができる。ＱＤ蛍光体材料の被着プロセスは、当業者には理解されるように、追加または多様な構成要素を含む。このような実施形態は、輝度および色（例えば、ＱＤフィルムＢＬＵの白色点を調節するため）等のＱＤ蛍光体の放出特性、ならびにＱＤフィルムの厚さおよび他の特性のインラインのプロセス調節を可能にする。さらに、これらの実施形態は、生成中のＱＤフィルム特性の定期的な試験、ならびに精密なＱＤフィルム特性を達成するための必要なあらゆる切り替えを可能にすることになる。このような試験および調節はまた、コンピュータプログラムを採用して、ＱＤフィルムの形成に使用される混合物のそれぞれの量を電子的に変更することができるため、加工ラインの機械的構成を変更することなく達成することができる。
ＱＤフィルム形成のための好ましいプロセス実施形態において、図３５に示されるように、異なるＱＤ蛍光体材料の混合物が、被着の前に、別個の混合物Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅにおいて提供される。１つの例示の実施形態において、混合物Ａ〜Ｅは、図３３、ならびに混合物Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥを含む５点成形方法に関して上述の、５つの混合物を含んでもよい。
別の例示の実施形態において、プロセスには、異なる特性を有するＱＤ蛍光体材料の複数の混合物が含まれてもよい。例えば、第１の混合物Ａは、第１の波長の二次光（例えば、赤色光）を放出することのできる第１のＱＤ集団を含んでもよく、第２の混合物Ｂは，第１の波長とは異なる第２の波長の二次光（例えば、緑色光）を放出することのできる第２のＱＤ集団を含んでもよい。プロセスには、第１の波長の赤色光とは異なる波長を有する赤色光を放出する第３のＱＤ集団を含む第３の混合物Ｃ、および第２の波長の緑色光とは異なる波長を有する緑色光を放出する第４のＱＤ集団を含む第４の混合物Ｄ等、追加の混合物が含まれてもよい。第１、第２、第３、および第４の混合物のうち任意のものの任意の好適な比率の混合物を合わせて、所望のＱＤ蛍光体材料特性を作製することができる。このような混合物は、さらに、ブランクマトリックス材料（例えば、エポキシ）、散乱ビーズ集団、またはこれらの組み合わせを含む、少なくとも第５の混合物Ｅと合わせることができる。混合物は、同時または別個に被着させることができ、個別または同時に硬化することができる。
さらに別の実施形態において、混合物は、エポキシマトリックス材料中、リガンドコーティングされたＱＤの複数の混合物を含み、その混合物は、異なるＱＤ濃度を有する。例えば、プロセスには、第１の濃度の赤色発光ＱＤを有するエポキシ中のリガンドコーティングされたＱＤの第１の混合物、第１の濃度よりも高い第２の濃度の赤色発光ＱＤを有するエポキシ中のリガンドコーティングされたＱＤの第２の混合物、第３の濃度の緑色発光ＱＤを有するエポキシ中のリガンドコーティングされたＱＤの第３の混合物、および第３の濃度よりも高い第４の濃度の緑色発光ＱＤを有するエポキシ中のリガンドコーティングされたＱＤの第４の混合物が、含まれてもよい。好ましくは、リガンドはＡＰＳであり、より好ましくは、ＰＥＩである。第１、第２、第３、および第４の混合物のうちの任意のものの任意の好適な比率の混合物を、合わせて、所望のＱＤ蛍光体材料特性を作製することができる。このような混合物は、さらに、ブランクエポキシ材料、１つ以上の散乱ビーズ集団、またはこれらの組み合わせを含む、少なくとも第５の混合物と合わせて、ＱＤフィルムのＱＤ蛍光体材料を形成することができる。
好ましい分類の実施形態において、本発明のプロセスは、第１のＱＤ濃度を有する第１の混合物を形成すること、第１の混合物で基材をコーティングしてＱＤ蛍光体材料の第１の層を形成すること、第２のＱＤ濃度を有する第２の混合物を形成すること、第２の混合物で基材をコーティングしてＱＤ蛍光体材料の第２の層を形成すること、ならびに第１および第２のＱＤ蛍光体材料層を硬化すること、を含み得る。ある特定の実施形態において、プロセスは、さらに、ＱＤの第３〜第ｉの混合物を用いてこれらのステップを反復すること、第３〜第ｉの混合物で基材をコーティングして第３〜第ｉのＱＤ蛍光体材料層を形成すること、および第３〜第ｉのＱＤ蛍光体材料層を硬化すること、を含んでもよい。第１〜第ｉの層は、同じかもしくは異なる放出特性、ＱＤの種類、ＱＤ濃度、マトリックス材料、屈折率、および／または散乱粒子の寸法、濃度、もしくは材料、あるいは他の異なる特性を有してもよい。それぞれ異なる可能性のある特性を有する、個別のＱＤ蛍光体材料層を提供することによって、層全体にわたるＱＤの勾配、またはＱＤ蛍光体料層全体にわたる他の勾配特性を有する、ＱＤフィルムを生成することができる。他の実施形態において、個別の層の特性のいずれも、同じであり得るか、または全体的な特性が、個別の層のみにおいて、もしくは非段階的様式で層によって異なるような様式で、調製することができる。さらなる実施形態において、本発明のプロセスには、第１〜第ｉの混合物等、このような複数の混合物から、単一のＱＤ蛍光体材料を形成することが含まれ得る。
前述の実施形態の任意のものにおいて、プロセスには、散乱ビーズ等の散乱特徴部、およびマトリックス材料を含む、１つ以上の混合物が含まれてもよい。プロセスには、異なる寸法および／または濃度の散乱ビーズを有する複数の混合物を含まれてもよい。例えば、プロセスは、第１の寸法の散乱ビーズを含む第１の混合物、および第２の寸法の散乱ビーズを含む少なくとも第２の混合物を含んでもよい。さらに、または代替として、プロセスは、第１の濃度の散乱ビーズを含む第１の混合物、および第２の濃度の散乱ビーズを含む少なくとも第２の混合物を含んでもよい。
前述の実施形態の任意のものにおいて、プロセスには、ＱＤ蛍光体材料の混合物に添加して、ＱＤ蛍光体材料層の厚さ、接着性、屈折率、ＱＤ濃度、散乱ビーズ濃度、粘度、または他の要素を調節することができる、エポキシ等のブランクマトリックス材料、ＰＥＩ−エポキシ混合物、またはＡＰＳ−エポキシ混合物が含まれてもよい。ブランク材料は、個別のＱＤ蛍光体層の端部周辺の密封領域等、密封材料を提供することができ、ブランク材料を使用して、ＱＤ蛍光体材料の異なる領域を分離するための緩衝層を形成することができる。
ある特定の実施形態において、ＱＤフィルムを形成するためのプロセスには、上により詳細に説明されたように、ＱＤフィルムの１つ以上の層に空間的変動を形成することを含む。
電子発光性装置
１つの一般的な分類の実施形態において、ＱＤフィルムには、複数のＱＤが含まれ、それによって、ＱＤフィルムは、電子発光性光源として使用される。図３９Ａ〜３９Ｃに示されるように、電子発光性装置３９００には、発光性ＱＤ層３９０４を含む、ＱＤフィルム３９０２が含まれる。好ましくは、発光性ＱＤ層３９０４は、マトリックス材料３９３０に分散された複数のＱＤを含む。好ましくは、ＱＤ層３９０４には、異なる波長の光を放出することができる複数の異なるＱＤが含まれる。好ましい実施形態において、発光性ＱＤ層３９０４には、混合色の光（例えば、白色光）を一緒に放出する、異なるＱＤの均一な混合物が含まれ、それにより、電子発光性装置３９００から放出される光は、異なるＱＤから放出された異なる色の光を含む、均一な混合色の光である。例えば、ＱＤ層３９０４は、赤色発光ＱＤ３９０４ａ、緑色発光ＱＤ３９０４ｂ、および青色発光ＱＤ３９０４ｃの混合物を含んでもよく、赤色、緑色、および青色の発光ＱＤは、電子発光性装置３９００から放出される光が白色光となるように、ＱＤ層３９０４の水平面全体に均一に分布される。
最も好ましくは、ＱＤ層は、赤色光を放出することのできる第１の複数のＱＤ、緑色光を放出することのできる第２の複数のＱＤ、および青色光を放出することのできる第３の複数のＱＤを含み、ある特定の実施形態においては、ＱＤ層３９０４は、単層のＱＤを含む。
電子発光性装置３９００内で、発光性ＱＤ層３９０４の周囲の層には、当業者に既知の任意の層および層の配設を含む、電子発光性ＢＬＵの形成に好適な任意の配設の層が含まれてもよい。図３９Ａに示される例示の実施形態において、装置には、発光性ＱＤ層３９０４、陽極層３９６２、および陰極層３９６４が含まれる。好ましくは、陰極層３９６４は、反射層であり、それによって、電子発光性ＱＤによって放出される光が、陰極層３９６４から離れて反射され、そうして、光が、ＢＬＵの上部表面からのみＢＬＵによって放出されるようになる。陰極層３９６４は、反射層であってもよく、または別個の反射層が、含まれてもよい（示されない）。図３９Ｂに示されるように、装置には、さらに、第１の封入またはバリア層３９２０、および第２の封入またはバリア層３９２２が含まれてもよい。好ましくは、電子発光性ＱＤ層３９０４は、第１および第２の封入層の間に配置される。好ましくは、第１および第２の封入バリア層のそれぞれは、電子発光性ＱＤ層３９０４に直接隣接し、それと直接的な物理的接触状態にある。図３９Ｃに示されるように、本装置は、電子発光性ＱＤ層３９０４と陽極３９６２との間に配置されるホール輸送層（ＨＴＬ）３９６６、および／または電子発光性ＱＤ層３９０４と陰極３９６４との間に配置される電子輸送層（ＥＴＬ）３９６８を、さらに含んでもよい。別の実施形態において（示されない）、本装置は、陽極、陰極、ならびにＨＴＬおよび／またはＥＴＬを含んでもよく、それによって、これらの層のうち１つ以上が、電子発光性ＱＤ層を保護するためのバリア層を形成する。当業者には理解されるように、本明細書に記載のこれらの層および要素の任意の好適な組み合わせを、本発明の電子発光性ＢＬＵの形成に採用することができる。
一実施形態において、電子発光性ＱＤ ＢＬＵには、ＱＤ層３９０４の異なる空間領域またはピクセルを個別に扱うために、ピクセル電子機器、例えば、行および列トランジスタを含んでもよい。これは、関連トランジスタによって電子的に扱われる、ＱＤ層３９０４の特定の領域に制限されるＱＤの電気的刺激（またはその欠如）を可能にする。これは、同時にＱＤ層の異なる空間領域にわたる局所的な光の放出および局所的な調光を可能にし、それによって、ＢＬＵの操作中のエネルギーを節約し、コントラストを改善する。一実施形態において、陽極層３９６２および／または陰極層３９６４は、行および／または列トランジスタを含んでもよい。例えば、ＢＬＵは、ＱＤ層３９０４内の個々の空間領域またはピクセルを扱うための能動的マトリックスまたは受動的マトリックスのトランジスタ構成、または当業者に既知の任意の他のトランジスタ構成を含んでもよい。
別の分類の実施形態において、発光性ＱＤ層３９０４は、各空間領域内に配置される量子ドットによって放出される光の色により区別される、複数の空間領域を含んでもよい。例えば、ＱＤ層３９０４は、ディスプレイ装置のＢＬＵを作製するための、ＱＤ層内にパターン付けされた第１の複数の空間領域またはピクセルを含んでもよい。各ピクセルは、赤色、緑色、および青色の光を放出するための別個のサブピクセルを含んでもよい。ＱＤ蛍光体層は、赤色放出ＱＤを含む第１の複数の空間領域またはサブピクセル、緑色放出ＱＤを含む第２の複数の空間領域またはサブピクセル、および青色放出ＱＤを含む第３の複数の空間領域またはサブピクセルを含んでもよい。サブピクセルは、本明細書に記載のロールツーロール加工技術を使用して、パターン付けすることができ、それによって、別個のＱＤマトリックス材料を、赤色、緑色、および青色の発光空間領域またはサブピクセルを形成するように適用することができる。上述のように、ＢＬＵは、個々のピクセルおよびサブピクセルを個別に扱うために、任意の好適なトランジスタ構成を含んでもよく、それによって、各ピクセルまたはサブピクセルを扱うことが、それぞれの個々のピクセルまたはサブピクセルと関連するＱＤの電気的刺激をもたらす。
本発明の種々の実施形態を上に記載してきたが、それらは、例示の目的でのみ提示され、限定するものではないことを理解されたい。形態および詳細における種々の変更が、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、そこに成されてもよいことが、当業者には明らかであろう。したがって、本発明の幅および範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれによっても限定されるものではなく、以下の請求項およびそれらの同等物によってのみ定義されるものである。
当業者には理解されるように、上述の装置および／処理の構成要素の任意のものを、本発明のＱＤフィルムを形成するために、任意の好適な組み合わせで使用することができる。
本明細書に記載の全ての出版物、特許、および特許出願は、本発明が属する当該技術分野の当業者の技術のレベルを示すものであり、それぞれ個々の出版物、特許、または特許出願が、具体的かつ個別に参照によって組み込まれることが示されるのと同じ程度に、参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (102)

  1. ディスプレイバックライトユニット（ＢＬＵ）であって、
    一次光を放出する少なくとも１つの一次光源と、
    前記少なくとも１つの一次光源に光学的に結合される導光パネル（ＬＧＰ）であって、それによって、前記一次光が、前記ＬＧＰを通じて均一に伝送される、導光パネルと、 少なくとも１つの発光量子ドット（ＱＤ）集団を含むリモート蛍光体フィルムであって、前記リモート蛍光体フィルムは、前記ＬＧＰ上に配置され、前記一次光は、前記ＬＧＰを通じて前記リモート蛍光体フィルムへ均一に伝送され、それによって、前記一次光の少なくとも一部分が、前記少なくとも１つのＱＤ集団によって吸収され、前記一次光よりも長い波長を有する二次光として前記ＱＤによって再放出される、リモート蛍光体フィルムと、
    第１バリアフィルムと、
    第２バリアフィルムと、を備え、
    前記第１及び第２バリアフィルムは、それぞれ、前記リモート蛍光体フィルムに隣接して配置され、且つ、前記リモート蛍光体フィルムの両側に配置される、
    ディスプレイバックライトユニット。
  2. 前記ディスプレイは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である、請求項１に記載のディスプレイＢＬＵ。
  3. 前記リモート蛍光体フィルムは、前記ＬＧＰに直接隣接して配置される、請求項１に記載のディスプレイＢＬＵ。
  4. 前記ＬＧＰの真下に反射フィルムをさらに備え、前記反射フィルムが、前記リモート蛍光体フィルム内の前記ＱＤに向かって前記一次光を反射させる、請求項１に記載のディスプレイＢＬＵ。
  5. 前記ＬＧＰの底部表面、前記ＬＧＰの上部表面、または前記ＬＧＰの底部および上部表面に、１つ以上の拡散層または光抽出層をさらに備え、それによって、前記１つ以上の拡散層または光抽出層が、前記ＬＧＰの上の前記リモート蛍光体フィルムに向かって一次光を反射または屈折させる、請求項１に記載のディスプレイＢＬＵ。
  6. １つ以上の輝度強化フィルム（ＢＥＦ）をさらに備え、前記リモート蛍光体フィルムが、前記ＬＧＰの上に配置され、前記１つ以上のＢＥＦが、前記リモート蛍光体フィルムの上に配置され、前記一次光の第１の部分が、前記１つ以上のＢＥＦを通じて伝送され、前記一次光の第２の部分が、前記１つ以上のＢＥＦによって前記リモート蛍光体フィルムに向かって反射される、請求項１に記載のディスプレイＢＬＵ。
  7. 前記ＢＬＵは、少なくとも２つのＢＥＦを備える、請求項６に記載のディスプレイＢＬＵ。
  8. 前記リモート蛍光体フィルムは、マトリックス材料に埋め込まれた前記少なくとも１つのＱＤ集団を含む、少なくとも１つのＱＤ蛍光体材料フィルム層を含む、ＱＤ蛍光体材料フィルムを備える、請求項１に記載のディスプレイＢＬＵ。
  9. 前記少なくとも１つのＱＤ蛍光体材料フィルム層は、エポキシマトリックス材料に埋め込まれた前記少なくとも１つのＱＤ集団を含み、前記ＱＤは、アミノポリスチレン（ＡＰＳ）リガンド材料でコーティングされ、前記エポキシマトリックス材料に埋め込まれる、請求項８に記載のディスプレイＢＬＵ。
  10. 前記少なくとも１つのＱＤ蛍光体材料フィルム層は、エポキシマトリックス材料に埋め込まれた前記少なくとも１つのＱＤ集団を含み、前記ＱＤは、ポリエチレンイミンまたは修飾されたポリエチレンイミンのリガンド材料でコーティングされ、前記エポキシマトリックス材料に埋め込まれる、請求項８に記載のディスプレイＢＬＵ。
  11. 前記リモート蛍光体フィルムは、少なくとも１つの上部バリアフィルムと少なくとも１つの底部バリアフィルムとの間に配置される、少なくとも１つのＱＤ蛍光体材料フィルム層を備え、前記上部および底部バリアフィルムは、それぞれ、前記ＱＤ蛍光体材料フィルムの反対側面で、前記ＱＤ蛍光体材料フィルムに隣接して配置される、請求項８に記載のディスプレイＢＬＵ。
  12. 前記少なくとも１つの上部バリアフィルムは、２つ以上のバリアフィルムを含み、前記少なくとも１つの底部バリアフィルムは、２つ以上の底部バリアフィルムを含む、請求項１１に記載のディスプレイＢＬＵ。
  13. 前記バリアフィルムのそれぞれは、酸化物層でコーティングされた、ガラス、ポリマー、またはポリマーフィルムを含む透明材料を含む、請求項１１に記載のディスプレイＢＬＵ。
  14. 前記ポリマーは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含み、前記酸化物層は、酸化ケイ素を含む、請求項１３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  15. 前記リモート蛍光体フィルムは、少なくとも１つの散乱粒子集団をさらに含み、前記散乱粒子は、前記ＱＤの少なくとも一部分に向かって、一次光の少なくとも一部分を散乱させる、請求項１に記載のディスプレイＢＬＵ。
  16. 前記散乱粒子は、前記リモート蛍光体フィルム内の前記一次光の光路距離を増加させる、請求項１５に記載のディスプレイＢＬＵ。
  17. 前記散乱粒子の少なくとも一部分は、前記ＱＤの少なくとも一部分の下に配置される、請求項１５に記載のディスプレイＢＬＵ。
  18. 前記一次光の少なくとも一部分は、前記散乱粒子によって散乱され、続いて前記ＱＤによって吸収され、二次光として再放出される、請求項１５に記載のディスプレイＢＬＵ。
  19. 前記ＱＤ蛍光体材料フィルムは、少なくとも１つのマトリックス材料をさらに含み、前記少なくとも１つのＱＤ集団および前記少なくとも１つの散乱粒子集団が、前記マトリックス材料に埋め込まれる、請求項１５に記載のディスプレイＢＬＵ。
  20. 前記ビーズは、前記マトリックス材料のものよりも高い屈折率を有する、請求項１９に記載のディスプレイＢＬＵ。
  21. 前記散乱粒子は、約２以上、２を上回る、または約２の屈折率を有する、請求項２０に記載のディスプレイＢＬＵ。
  22. 前記散乱粒子は、約０．５μｍ〜約２μｍの直径、約０．５μｍの直径、または約１μｍの直径を有する、球状ビーズを含む、請求項１５に記載のディスプレイＢＬＵ。
  23. 前記散乱粒子は、シリカ、ホウケイ酸塩、およびポリスチレンからなる群から選択される、少なくとも１つの材料を含む球状ビーズを含む、請求項１５に記載のディスプレイＢＬＵ。
  24. 前記散乱粒子は、空隙を含む、請求項１５に記載のディスプレイＢＬＵ。
  25. 前記ＱＤ蛍光体材料フィルムは、約１体積％〜約１５体積％の散乱粒子、約２体積％〜約１０体積％の散乱粒子、または約５体積％の散乱粒子から構成される、請求項１５に記載のディスプレイＢＬＵ。
  26. 前記少なくとも１つのＱＤ集団および前記少なくとも１つの散乱粒子集団は、前記ＱＤ蛍光体材料フィルム全体に均一に分散される、請求項１９に記載のディスプレイＢＬＵ。
  27. 前記ＢＬＵは、白色光ＢＬＵであり、前記一次光源は、１つ以上の青色発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、前記リモート蛍光体フィルムは、赤色の二次光を放出する第１のＱＤ集団と、緑色の二次光を放出する第２のＱＤ集団と、を含み、前記ＢＬＵによって放出される前記白色光は、前記青色の一次光、前記赤色の二次光、および前記緑色の二次光を含
    む、請求項１に記載のディスプレイＢＬＵ。
  28. 前記ＱＤ蛍光体材料フィルムは、
    赤色の二次光を放出する第１のＱＤ集団を含む、第１のフィルム層と、
    緑色の二次光を放出する第２のＱＤ集団を含む、第２のフィルム層と、
    前記第１のフィルム層、前記第２のフィルム層、前記第１および第２のフィルム層とは異なる第３のフィルム層、またはそれらの組み合わせの中に配置される、少なくとも１つの散乱粒子集団と、を含む、請求項１９に記載のディスプレイＢＬＵ。
  29. 前記少なくとも１つの一次光源は、前記ＬＧＰの１つ以上の端部に結合された１つ以上の青色ＬＥＤを含み、それにより、前記１つ以上のＬＥＤは、前記ＬＧＰと同じ平面内に配置される、請求項１に記載のディスプレイＢＬＵ。
  30. 前記リモート蛍光体フィルムは、前記ＬＣＤの表示面表面全域を被覆する、平らなフィルムである、請求項２に記載のディスプレイＢＬＵ。
  31. 前記ＱＤ蛍光体材料フィルムは、前記ディスプレイの表示面表面全域にわたって、均一な厚さを有する、請求項８に記載のディスプレイＢＬＵ。
  32. 前記リモート蛍光体フィルムは、前記ＬＧＰに直接物理的に結合せず、前記リモート蛍光体フィルムは、第１の二次光を放出する第１の発光量子ドット（ＱＤ）集団と前記第１の二次光とは異なる波長の第２の二次光を放出する第２のＱＤ集団とを含む二つのＱＤ集団を備え、前記一次光の少なくとも一部は、前記二つのＱＤ集団によって吸収され、前記第１及び第２の二次光として前記二つのＱＤ集団によって再放出される、請求項１に記載のディスプレイＢＬＵ。
  33. ディスプレイバックライトユニット（ＢＬＵ）であって、
    一次光を放出する少なくとも１つの一次光源と、
    前記少なくとも１つの一次光源に光学的に結合される導光パネル（ＬＧＰ）であって、それによって、前記一次光が、前記ＬＧＰを通じて均一に伝送される、導光パネルと、
    リモート蛍光体フィルムであって、少なくとも１つの発光量子ドット（ＱＤ）集団と、前記ＱＤに向かって一次光を散乱させる、１つ以上の一次光散乱特徴部と、を有する、リモート蛍光体フィルムと、
    第１バリアフィルムと、
    第２バリアフィルムと、を備え、
    前記リモート蛍光体フィルムは、前記ＬＧＰ上に配置され、前記一次光は、前記ＬＧＰを通じて、前記リモート蛍光体フィルムへ均一に伝送され、それによって、前記一次光の少なくとも一部が、前記少なくとも１つのＱＤ集団によって吸収され、前記一次光よりも長い波長を有する二次光として前記ＱＤによって再放出され、
    前記第１及び第２バリアフィルムは、それぞれ、前記リモート蛍光体フィルムに隣接して配置され、且つ、前記リモート蛍光体フィルムの両側に配置される、
    ディスプレイバックライトユニット。
  34. 前記ディスプレイは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  35. 前記リモート蛍光体フィルムは、前記ＬＧＰに直接隣接して配置される、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  36. 前記ＬＧＰの真下に反射フィルムをさらに備え、前記反射フィルムは、前記リモート蛍光体フィルム内の前記ＱＤに向かって、一次光を反射させる、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  37. 前記ＬＧＰの底部表面、前記ＬＧＰの上部表面、または前記ＬＧＰの底部および上部表面に、１つ以上の拡散層または光抽出層をさらに備え、それによって、前記１つ以上の拡散層または光抽出層が、前記ＬＧＰの上の前記リモート蛍光体フィルムに向かって、一次光を反射または屈折させる、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  38. １つ以上の輝度強化フィルム（ＢＥＦ）をさらに備え、前記リモート蛍光体フィルムが、前記ＬＧＰの上に配置され、前記１つ以上のＢＥＦが、前記リモート蛍光体フィルムの上に配置され、前記一次光の第１の部分が、前記１つ以上のＢＥＦを通じて伝送され、前記一次光の第２の部分が、前記１つ以上のＢＥＦによって、前記リモート蛍光体フィルムに向かって反射される、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  39. 前記ＢＬＵは、少なくとも２つのＢＥＦを備える、請求項３８に記載のディスプレイＢＬＵ。
  40. 前記リモート蛍光体フィルムは、少なくとも１つのマトリックス材料を含む、少なくとも１つのＱＤ蛍光体材料フィルム層を含む、ＱＤ蛍光体材料フィルムを備え、前記少なくとも１つのＱＤ集団が、前記少なくとも１つのマトリックス材料に埋め込まれる、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  41. 前記少なくとも１つのＱＤ蛍光体材料フィルム層は、エポキシマトリックス材料に埋め込まれた少なくとも１つのＱＤ集団を含み、前記ＱＤは、アミノポリスチレン（ＡＰＳ）リガンド材料でコーティングされ、前記エポキシマトリックス材料に埋め込まれる、請求項４０に記載のディスプレイＢＬＵ。
  42. 前記少なくとも１つのＱＤ蛍光体材料フィルム層は、エポキシマトリックス材料に埋め込まれた前記少なくとも１つのＱＤ集団を含み、前記ＱＤは、ポリエチレンイミンまたは修飾されたポリエチレンイミンのリガンド材料でコーティングされ、前記エポキシマトリックス材料に埋め込まれる、請求項４０に記載のディスプレイＢＬＵ。
  43. 前記リモート蛍光体フィルムは、少なくとも１つの上部バリアフィルムと少なくとも１つの底部バリアフィルムとの間に配置される少なくとも１つのＱＤ蛍光体材料フィルム層を含み、前記上部および底部バリアフィルムは、それぞれ、前記ＱＤ蛍光体材料フィルムの反対側面で、前記ＱＤ蛍光体材料フィルムに隣接して配置される、請求項４０に記載のディスプレイＢＬＵ。
  44. 前記散乱特徴部は、前記リモート蛍光体フィルム内の前記一次光の光路距離を増加させ、それによって、前記ＱＤによって吸収され、二次光として再放出される一次光の量を増加させる、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  45. 前記散乱特徴部によって散乱される前記一次光の少なくとも一部分は、続いて前記ＱＤによって吸収され、二次光として再放出される、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  46. 前記散乱特徴部の少なくとも一部分は、前記散乱特徴部の少なくとも一部分が、前記ＱＤの少なくとも一部分と前記少なくとも１つの一次光源との間に配置されるように、前記ＱＤの少なくとも一部分の下に配置される、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  47. 前記散乱特徴部の少なくとも一部分は、前記ＱＤの少なくとも一部分と同じ層に配置される、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  48. 前記散乱特徴部の大部分は、前記ＱＤと同じ層または前記ＱＤよりも下のいずれかに、配置される、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  49. 前記１つ以上の一次光散乱特徴部は、前記ＱＤ蛍光体材料フィルムの１つ以上の層に配置される、請求項４０に記載のディスプレイＢＬＵ。
  50. 前記１つ以上の一次光散乱特徴部は、前記ＱＤ蛍光体材料フィルムの複数の層の間に配置される、請求項４０に記載のディスプレイＢＬＵ。
  51. 前記１つ以上の一次光散乱特徴部および前記少なくとも１つのＱＤ集団は、前記ＱＤ蛍光体フィルムの全体に、均一に分散される、請求項４０に記載のディスプレイＢＬＵ。
  52. 前記１つ以上の一次光散乱特徴部は、前記ＱＤ蛍光体材料フィルムと１つ以上のバリアフィルムとの間に分散される、請求項４３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  53. 前記少なくとも１つの底部バリアフィルムは、第１のバリアフィルムと少なくとも第２のバリアフィルムを含み、前記１つ以上の一次光散乱特徴部は、前記第１のバリアフィルムと前記少なくとも第２のバリアフィルムとの間に分散される、請求項４１に記載のディスプレイＢＬＵ。
  54. 前記少なくとも１つの上部バリアフィルムは、第１のバリアフィルムと少なくとも第２のバリアフィルムとを含み、前記１つ以上の一次光散乱特徴部が、前記第１のバリアフィルムと少なくとも前記第２のバリアフィルムとの間に分散される、請求項４３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  55. 前記１つ以上の一次光散乱特徴部は、散乱粒子を含む、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  56. 前記散乱粒子は、球状散乱ビーズを含む、請求項５５に記載のディスプレイＢＬＵ。
  57. 前記散乱ビーズは、シリカ、ホウケイ酸塩、またはポリスチレンビーズを含む、請求項５６に記載のディスプレイＢＬＵ。
  58. 前記散乱ビーズは、前記マトリックス材料に埋め込まれ、周囲のマトリックス材料のものよりも高い屈折率を有する、請求項４０に記載のディスプレイＢＬＵ。
  59. 前記散乱粒子は、約２以上、２を上回る、または約２の屈折率を有する、請求項５８に記載のディスプレイＢＬＵ。
  60. 前記散乱粒子は、約０．５μｍ〜約２μｍの直径、約０．５μｍの直径、または約１μｍの直径を有する、球状ビーズを含む、請求項５６に記載のディスプレイＢＬＵ。
  61. 前記ＱＤ蛍光体材料フィルムは、約１体積％〜約１５体積％の散乱粒子、約２体積％〜約１０体積％の散乱粒子、または約５体積％の散乱粒子から構成される、請求項４０に記載のディスプレイＢＬＵ。
  62. 前記一次光散乱特徴部は、空隙を含む、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  63. 前記一次光散乱特徴部は、中空ビーズを含む、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  64. 前記ＱＤ蛍光体材料フィルムは、第１の屈折率を有する第１のマトリックス材料と、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する少なくとも第２のマトリックス材料と、を含み、前記一次光散乱特徴部は、前記第１のマトリックス材料内に分散された前記第２のマトリックス材料のドメインを含む、散乱ドメインを含む、請求項４０に記載のディスプレイＢＬＵ。
  65. 前記散乱ドメインは、約０．５μｍ〜約２μｍ、約０．５μｍ、または約１μｍの寸法を有する、請求項６４に記載のディスプレイＢＬＵ。
  66. 前記第１のマトリックス材料は、２未満の屈折率を有し、前記第２の材料は、約２以上、２を上回る、または約２の屈折率を有する、請求項６４に記載のディスプレイＢＬＵ。
  67. 前記第１の材料は、エポキシを含み、前記第２の材料は、約２以上、２を上回る、または約２の屈折率を有する、請求項６４に記載のディスプレイＢＬＵ。
  68. 前記第１の材料は、透明なガラスまたはポリマー材料を含み、前記第２の材料は、空気を含む、請求項６４に記載のディスプレイＢＬＵ。
  69. 前記散乱特徴部は、一次光を吸収して青色光を放出する、発光ＱＤの集団を含む、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  70. 前記散乱特徴部は、少なくとも１つの前記バリアフィルムの表面に形成される、請求項４３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  71. 前記散乱特徴部は、バリアフィルム表面が前記ＱＤ蛍光体材料フィルムと直接接触する、少なくとも１つのバリアフィルムの少なくとも１つの表面に形成される、請求項４３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  72. 前記散乱特徴部は、少なくとも１つの前記バリアフィルムの表面に形成される、一次光散乱表面パターンを備え、前記パターンは、細かい凸凹、プリズム、ピッチ、ピラミッド、溝、レンズ、隆起、波、スクラッチ、またはドームを含む、請求項４３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  73. 前記散乱特徴部は、前記ＬＧＰの表面に形成される、一次光散乱表面パターンを備える、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  74. 前記パターンは、無作為の細かい凸凹パターン、プリズム、ピッチ、レンズ、隆起、波、またはドームを含む、請求項７３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  75. 前記特徴部は、約５μｍ以下、約２μｍ以下、約１．５μｍ以下、約１μｍ以下、または約０．５μｍ以下の寸法を有する、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  76. ＱＤおよび散乱特徴部を含む前記リモート蛍光体フィルムは、拡散体および蛍光体のフィルムを組み合わせたものであり、それによって、前記ディスプレイＢＬＵ内の別個の蛍光体と拡散体のフィルムの必要性を低減または排除する、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  77. 前記ＢＬＵは、白色光ＢＬＵであり、前記一次光源は、１つ以上の青色発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、前記リモート蛍光体フィルムは、赤色の二次光を放出する第１のＱＤ集団と、緑色の二次光を放出する第２のＱＤ集団とを含み、前記ＢＬＵによって放出される前記白色光は、前記青色の一次光、前記赤色の二次光、および前記緑色の二次光を含む、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  78. 前記ＱＤ蛍光体材料フィルムは、赤色の二次光を放出する第１のＱＤ集団を含む第１のフィルム層と、緑色の二次光を放出する第２のＱＤ集団を含む第２のフィルム層と、前記第１のフィルム層、前記第２のフィルム層、前記第１および第２のフィルム層とは異なる第３のフィルム層のうちの１つ以上に配置される、少なくとも１つの散乱粒子集団と、を含む、請求項４０に記載のディスプレイＢＬＵ。
  79. 前記少なくとも１つの一次光源は、前記ＬＧＰの１つ以上の端部に結合された１つ以上の青色ＬＥＤを含み、それにより、前記１つ以上のＬＥＤは、前記ＬＧＰと同じ平面内に配置される、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  80. 前記リモート蛍光体フィルムは、前記ＬＣＤの表示面表面全域を被覆する、平らなフィルムである、請求項３３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  81. 前記ＱＤ蛍光体材料フィルムは、前記ディスプレイの表示面表面全域にわたって、均一な厚さを有する、請求項４０に記載のディスプレイＢＬＵ。
  82. 前記ＱＤ蛍光体材料フィルムは、５００μｍ以下、２５０μｍ以下、２００μｍ以下、５０〜１５０μｍ、５０〜１００μｍ、約１００μｍ、または約５０μｍの厚さを有する、請求項８または４０に記載のディスプレイＢＬＵ。
  83. 前記散乱粒子は、前記ＬＧＰと前記ＱＤとの間で、前記ＱＤの下の層に配置される、請求項５５に記載のディスプレイＢＬＵ。
  84. 前記散乱特徴部は、少なくとも１つの前記底部バリアフィルムに埋め込まれた散乱粒子を含む、請求項４３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  85. 前記ＱＤ蛍光体材料フィルムは、約２０体積％未満、２０体積％未満、約１５体積％未満、１５体積％未満、約１０体積％未満、約５体積％未満、５体積％未満、１体積％未満、または約１体積％未満のＱＤを含む、請求項８または４０に記載のディスプレイＢＬＵ。
  86. 前記散乱特徴部は、前記少なくとも１つのＱＤ蛍光体材料フィルム層に分散された粒子を含み、前記散乱粒子は、前記ＱＤ蛍光体材料のものに近似の密度を有する、請求項４０に記載のディスプレイＢＬＵ。
  87. 前記ＱＤ蛍光体材料は、前記バリアフィルムの間に密封され、前記密封は、末端シール、気密シール、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１１または４３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  88. 前記ＱＤ蛍光体材料は、前記バリアフィルムの間に密封され、前記バリアフィルムの周囲端部は、ピンチシールまたはフリットシールされる、請求項１１または４３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  89. 前記ＱＤ蛍光体材料は、前記リモート蛍光体フィルムの周囲周辺に、不活性領域を含む、請求項１１または４３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  90. 前記不活性領域は、約１ｍｍ、約１ｍｍ以下、または１ｍｍ未満の幅を有する、請求項８９に記載のディスプレイＢＬＵ。
  91. 前記バリアフィルムのそれぞれは、酸化物層でコーティングされた、ガラス、ポリマー、またはポリマーフィルムを含む、透明材料を含む、請求項４３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  92. 前記上部バリアフィルムおよび底部バリアフィルムのうち少なくとも１つは、少なくとも２つのバリアフィルムであって、その間に密封された真空またはガス充填間隙を有する、少なくとも２つのバリアフィルムを含む、請求項１１または４３に記載のディスプレイＢＬＵ。
  93. ディスプレイバックライトユニット（ＢＬＵ）を形成する方法であって、
    （ａ）一次光を放出する少なくとも１つの一次光源を提供することと、
    （ｂ）前記一次光を吸収すると、二次光を放出する、少なくとも１つの量子ドット（ＱＤ）集団を含む、下方変換蛍光体フィルム層を提供することと、
    （ｃ）導光平面（ＬＧＰ）と１つ以上の輝度強化フィルム（ＢＥＦ）との間に、前記蛍光体フィルム層を配置することと、
    （ｄ）前記蛍光体フィルム層の第１面に第１バリアフィルムを配置し、前記蛍光体フィルム層の第２面に第２バリアフィルムを配置することと、を含み、
    前記第１及び第２バリアフィルムは、それぞれ、前記蛍光体フィルム層に隣接して配置される、方法。
  94. 前記ＬＧＰは、前記ＱＤに向かって前記一次光を反射させる、反射フィルムまたは反射特徴部を備える、請求項９３に記載の方法。
  95. 前記１つ以上のＢＥＦは、前記ＱＤに向かって、前記一次光の少なくとも一部分を反射させる、請求項９３に記載の方法。
  96. 前記蛍光体フィルム層および前記少なくとも１つの一次光源が、前記ＬＧＰによって分離されるように、前記蛍光体フィルム層を前記ＬＧＰの上に配置すること、をさらに含む、請求項９３に記載の方法。
  97. ステップ（ｂ）の前記提供することは、前記ＱＤを少なくとも１つの透明マトリックス材料に埋め込むことと、２つ以上の透明バリアフィルムの間に、ＱＤ蛍光体材料フィルムを形成することと、を含む、請求項９３に記載の方法。
  98. 前記バリアフィルムは、積層フィルムを含む、請求項９７に記載の方法。
  99. ステップ（ｂ）の前記提供することは、散乱ビーズの集団を前記マトリックス材料に埋め込むことであって、前記散乱ビーズが、前記ＱＤに向かって一次光を散乱させること、をさらに含む、請求項９５に記載の方法。
  100. ステップ（ｂ）の前記提供することは、
    赤色の二次光を放出する第１のＱＤ集団を含む、第１のＱＤ蛍光体材料フィルム層を形成することと、
    緑色の二次光を放出する第２のＱＤ集団を含む、第２のＱＤ蛍光体材料フィルム層を形成することと、をさらに含む、請求項９７に記載の方法。
  101. 前記第１の層、前記第２の層、前記第１および第２の層とは異なる第３の層、またはそれらの組み合わせ内に、散乱粒子の集団を提供すること、をさらに含む、請求項１００に記載の方法。
  102. 前記ＢＬＵは、白色発光ＢＬＵであり、前記一次光が、青色の一次光を含み、前記ＱＤが、赤色光を放出する第１のＱＤ集団と、緑色光を放出する第２のＱＤ集団と、を含み、前記白色光は、前記青色の一次光、前記赤色の二次光、および前記緑色の二次光を含む、請求項９３に記載の方法。
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