KR101791580B1 - 광학 요소, 이를 포함한 제품, 및 그 제조 방법 - Google Patents

광학 요소, 이를 포함한 제품, 및 그 제조 방법 Download PDF

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존 알. 린턴
에밀리 엠. 스콰이어스
로히트 모디
데이비드 길데아
존 이. 리터
카르시크 벤카타라만
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Abstract

광학 요소가 개시되어 있고, 이 광학 요소는 제1 기판, 제1 기판의 제1 표면의 미리 결정된 영역 상에 배치된 양자 구속 반도체 나노입자(quantum confined semiconductor nanoparticle)를 포함하는 광학 물질, 광학 물질, 및 광학 물질로 덮이지 않은 제1 기판의 제1 표면의 임의의 부분 상에 배치된 접착제 물질을 포함하는 층, 및 접착제 물질을 포함하는 층 상에 배치된 제2 기판을 포함하고, 제1 및 제2 기판이 함께 밀봉되어 있다. 특정의 실시예에서, 광학 요소는 접착제 물질을 포함하는 층과 제2 기판 사이에 배치된 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 제2 광학 물질을 추가로 포함한다. 방법도 역시 개시되어 있다. 또한 광학 요소를 포함하는 제품도 개시되어 있다.

Description

광학 요소, 이를 포함한 제품, 및 그 제조 방법{AN OPTICAL COMPONENT, PRODUCTS INCLUDING SAME, AND METHODS FOR MAKING SAME}
우선권 주장
본 출원은 미국 출원 제61/252,658호(2009년 10월 17일자로 출원됨), 제61/252,743호(2009년 10월 19일자로 출원됨) 및 제61/291,072호(2009년 12월 30일자로 출원됨) - 이들 출원은 참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨 - 를 기초로 우선권을 주장한다.
본 발명은 광학 요소, 이를 포함한 제품, 및 관련 방법의 기술 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노입자를 포함하는 광학 요소, 이를 포함한 제품, 및 관련 방법에 관한 것이다.
본 발명은 나노입자를 포함하는 광학 요소, 나노입자를 포함하는 광학 요소를 제조하는 공정, 및 나노입자를 포함하는 광학 요소를 포함하는 제품에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 광학 요소가 제공되며, 이 광학 요소는 제1 기판, 제1 기판의 제1 표면의 소정의 영역 상에 배치된 양자 구속 반도체 나노입자(quantum confined semiconductor nanoparticle)를 포함하는 광학 물질, 광학 물질, 및 광학 물질로 덮이지 않은 제1 기판의 제1 표면의 임의의 부분 상에 배치된 접착제 물질을 포함하는 층, 및 접착제 물질을 포함하는 층 상에 배치된 제2 기판을 포함하고, 제1 및 제2 기판이 접착제 물질을 포함하는 층에 의해 함께 밀봉되어 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 광학 물질을 포함하는 소정의 영역의 주변부(perimeter)와 밀봉된 구조물의 에지들 사이에 에지 밀봉 영역(edge seal area)을 포함할 수 있고, 에지 밀봉 영역은 광학 물질을 포함하지 않는다.
특정의 실시예에서, 에지 밀봉 영역은 실질적으로 균일할 수 있고, 더욱 바람직하게는 광학 물질의 주변부 주위에서 균일할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 접착제 물질을 포함하는 층과 제2 기판 사이에 배치된 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 제2 광학 물질을 추가로 포함하고 있다.
특정의 실시예에서, 제1 및 제2 광학 물질은 동일하거나 상이할 수 있는 소정의 배열을 포함한다.
특정의 바람직한 실시예에서, 제2 광학 물질은 제1 기판의 제1 표면의 제1 소정의 영역 상에 배치된 제1 광학 물질의 배열과 동일한 배열을 포함한다.
특정의 바람직한 실시예에서, 제1 및 제2 광학 물질은 서로 상에(one over the other) 정렬되어 있다.
바람직한 실시예에서, 광학 요소는 제2 기판의 제1 표면의 제2 소정의 영역 상에 배치된 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 제2 광학 물질을 추가로 포함하고 있고, 접착제 물질을 포함하는 층은 제1 및 제2 기판 상의 광학 물질과 광학 물질로 덮이지 않은 제1 기판의 제1 표면 및 제2 기판의 제1 표면의 임의의 부분 사이에 배치되어 있다. 특정의 이러한 실시예에서, 소정의 영역들은 서로 상에 정렬되어 있다. 특정의 바람직한 실시예에서, 소정의 영역들은 완전히 서로 겹쳐(overlie each other) 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 광학 물질의 주변부와 밀봉된 구조물의 에지들 사이에 에지 밀봉 영역을 포함하고, 에지 밀봉 영역은 광학 물질을 포함하지 않는다. 특정의 실시예에서, 에지 밀봉 영역은 실질적으로 균일할 수 있고, 더욱 바람직하게는 광학 물질의 주변부 주위에서 균일할 수 있다.
특정의 바람직한 실시예에서, 각각의 기판의 에지 밀봉 영역들은 밀봉된 구조물에서 서로 겹치도록 서로에 대해 정렬되어 있다.
특정의 실시예에서, 기판 표면들 - 이들 사이에 광학 물질 및 접착제 층이 배치되어 있음 - 중 적어도 하나, 바람직하게는 둘 다가 비평탄(non-smooth)이다. 특정의 이러한 실시예에서, 이러한 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 텍스처화(textured)되어 있다. 특정의 이러한 실시예에서, 이러한 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 조면화(roughened)되어 있다. 특정의 이러한 실시예에서, 이러한 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 에칭되어 있다.
특정의 바람직한 실시예에서, 이러한 비평탄 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 1000 옹스트롬 초과의 표면 조도[Ra - 산술 평균 프로파일 조도 파라미터(Ra - arithmetic average profile roughness parameter)]를 가진다.
특정의 실시예에서, 비평탄 영역이 기판 또는 기판들을 완전히 덮고 있지 않지만, 표준의 방법[마스킹 또는 선택적 조면화, 에칭, 텍스처화(texturizing), 기타 등등]으로 패턴화되어 있다.
특정의 실시예에서, 기판 표면들 - 이들 사이에 광학 물질 및 접착제가 배치되어 있음 - 중 하나 또는 둘 다가 평탄하다(예컨대, Ra가 약 100 옹스트롬 미만임). 특정의 이러한 실시예에서, 임의의 이러한 평탄한 기판 표면들 중 적어도 하나, 바람직하게는 둘 다가, 40° 이하, 바람직하게는 25° 이하, 및 더욱 바람직하게는 15° 이하의 공기-기판 계면(air-substrate interface)에서의 물 접촉각(water contact angle)을 가진다.
특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다가 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 80% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다가 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 85% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다가 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 90% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다가 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 95% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다가 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 99% 광 투과성이다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 (조성, 구조 및/또는 크기 또는 나노입자에 기초하여) 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하고, 여기서 각각의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자는 광학 물질에 포함된 임의의 다른 유형의 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 방출되는 소정의 파장과 동일하거나 상이할 수 있는 소정의 파장으로 광을 방출한다. 광학 요소의 의도된 최종-용도 응용에 기초하여 소정의 파장이 선택된다. 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 그 유형들 중 적어도 2개의 유형은 광학 요소에 포함될 수 있는 적어도 하나의 다른 유형의 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 방출된 파장과 상이한 소정의 파장으로 광을 방출할 수 있다.
상이한 소정의 파장으로 방출하는 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 하나 이상의 상이한 광학 물질에 포함될 수 있다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 소정의 파장은 약 470 nm 내지 약 650 nm, 약 580 nm 내지 약 630 nm, 약 590 nm 내지 약 630 nm, 약 590 nm 내지 약 630 nm, 약 600 nm 내지 약 620 nm, 약 600 nm 내지 약 610 nm, 또는 약 608 nm 내지 약 618 nm의 범위에 있을 수 있다.
2개 이상의 상이한 광학 물질을 포함하는 특정 실시예에서, 이러한 상이한 광학 물질은, 예를 들어, 계층화된 배열의 개별 층으로서 및/또는 패턴화된 층의 개별 특징부로서 포함될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 하나 이상의 광학 물질을 포함하는 하나 이상의 개별 층을 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 개별 층들 중 하나 이상이 동일한 광학 물질을 포함할 수 있다. 광학 물질을 포함하는 2개 이상의 층을 포함하는 특정의 실시예에서, 층들 모두가 동일한 광학 물질을 포함하는 것은 아니다. 특정의 실시예에서, 층들 중 2개 이상이 동일하지 않은 광학 물질을 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 개별 층들 각각이 다른 층들에 포함된 다른 광학 물질들 각각과 상이한 광학 물질을 포함할 수 있다.
특정의 바람직한 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 반도체 나노결정을 포함한다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질이 적어도 40%의 고체 상태 양자 효율(solid state quantum efficiency)을 가진다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 하나 이상의 소정의 스펙트럼 영역 내의 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자가 분산되어 있는 호스트 물질(host material)을 추가로 포함한다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.1 내지 약 3 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.5 내지 약 3 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.1 내지 약 2 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.1 내지 약 1 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.1 내지 약 0.75 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다.
호스트 물질을 추가로 포함하는 광학 물질의 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 약 5 중량 퍼센트 초과의 양으로 광학 물질에 포함될 수 있다. 예를 들어, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 20 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있고, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있으며, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 10 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있고, 기타 등등이다.
상기 범위를 벗어난 광학 물질 내의 양자 구속 반도체 나노입자의 다른 농도가 또한 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 광 산란체를 추가로 포함한다.
특정의 실시예에서, 광 산란체는 광 산란 입자를 포함한다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.5 내지 약 3 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 1 내지 약 3 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 1 내지 약 2 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.1 내지 약 1 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.05 내지 약 1 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다.
특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 약 5 중량 퍼센트 초과의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 예를 들어, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 20 중량 퍼센트의 광 산란 입자를 포함할 수 있고, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량 퍼센트의 광 산란 입자를 포함할 수 있으며, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 10 중량 퍼센트의 광 산란 입자를 포함할 수 있고, 기타 등등이다.
상기 범위를 벗어난 광학 물질 내의 광 산란 입자의 다른 농도가 또한 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 고체 상태 조명 장치에 대한 커버 플레이트로서 역할할 수 있다.
특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다가 경성이다.
특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다가 연성이다.
특정의 실시예에서, 기판들 중 적어도 하나가 조명 장치의 광 확산기 요소를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질이 기판의 표면의 소정의 영역 상에 하나 이상의 층으로서 배치되어 있다.
특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이, 예를 들어, 약 0.1 마이크로미터 내지 약 1 cm의 두께를 가진다. 특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이 약 0.1 내지 약 200 마이크로미터의 두께를 가진다. 특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이 약 10 내지 약 200 마이크로미터의 두께를 가진다. 특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이 약 30 내지 약 80 마이크로미터의 두께를 가진다. 다른 두께가 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질에 포함된 양자 구속 반도체 나노입자는 무카드뮴(cadmium free)이다.
특정의 실시예에서, 광학 물질에 포함된 양자 구속 반도체 나노입자는 III-V족 반도체 물질을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질에 포함된 양자 구속 반도체 나노입자는 반도체 물질을 포함하는 코어 및 코어의 표면의 적어도 일부분 상에 배치된 무기 쉘(inorganic shell)을 포함하는 반도체 나노결정을 포함한다.
본 명세서에 기술된 광학 요소에 포함된 접착제 물질이 바람직하게는 그의 광 투과율 특성 및 그의 접착력 특성에 맞게 선택된다.
특정의 바람직한 실시예에서, 접착제 물질이 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 광 투과성이다.
특정의 실시예에서, 접착제 물질이 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 80% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 접착제 물질이 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 85% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 접착제 물질이 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 90% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 접착제 물질이 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 95% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 접착제 물질이 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 99% 광 투과성이다.
특정의 바람직한 실시예에서, 접착제 물질이 밀봉 동안 황변되거나 변색되지 않는다. 보다 바람직하게는, 접착제 물질은 광학 요소의 광학 특성을 실질적으로 변경하기 위해 광학 요소의 유효 수명 동안 황변되거나 변색되지 않는다.
특정의 바람직한 실시예에서, 접착제 물질은 광학 요소의 기판들을 함께 밀봉시키기에 적절한 접착 특성을 가진다. 보다 바람직하게는, 밀봉이 광학 요소의 유효 수명 동안 부분적으로 또는 전체적으로 박리되거나 다른 방식으로 실패하지 않을 것이다.
특정의 바람직한 실시예에서, 접착제 물질의 특성은 광학 물질의 고체 상태 광 발광 양자 효율(solid state photoluminescent quantum efficiency)에 최소한의 영향을 미칠 것이다.
특정의 바람직한 실시예에서, 접착제 물질은 또한 산소 차단 특성을 가진다.
특정의 바람직한 실시예에서, 접착제 물질은 또한 산소 및 습기 차단 특성을 가진다.
특정의 바람직한 실시예에서, 접착제 물질은 광학 물질 및 광학 물질의 외부 양자 효율(external quantum efficiency)에 해롭지 않은 조건 하에서 경화(예컨대, 경화 또는 건조)될 수 있다. 바람직하게는, 접착제 물질은 UV 경화될 수 있다.
특정의 바람직한 실시예에서, 접착제 물질은, 층의 형성 동안, 접착제 물질이 광학 물질 상에 공급된 후에 최소한의 슬럼핑(slumping)을 갖는 마운드(mound)처럼 남아 있도록 하는 점도를 가진다. 이 점도 특성은 기판들 사이의 물질이 육안으로 관찰가능한 기포가 실질적으로 없는, 바람직하게는 기포가 없는 광학 요소를 달성하는 것을 용이하게 해준다. 바람직한 접착제 물질은 UV 경화성 아크릴 우레탄이다. UV 경화성 아크릴 우레탄의 일례는 Norland Adhesives에 의해 판매되는 Norland Optical Adhesive 68 및 Norland Optical Adhesive 68 T라고 하는 제품을 포함한다.
특정의 실시예에서, 접착제 물질은 감압 접착제를 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 하나 이상의 개별 차단층(barrier layer)을 추가로 포함할 수 있다. 차단 물질은 실질적으로 산소에 불침투성인 물질이다. 특정의 실시예에서, 차단층은 산소 및 수분에 실질적으로 불침투성이다. 광학 물질 상에 개별 차단층을 포함시키는 것은 산소 차단 특성을 갖지 않는 접착제 물질을 포함하는 실시예에서 바람직할 수 있다.
선택적으로, 부가적인 물질이 광학 요소에 포함될 수 있다. 특정의 실시예에서, 이러한 물질이 부가의 층으로서 포함될 수 있다. 특정의 실시예에서, 이러한 물질이 광학 물질에 및/또는 접착제 물질을 포함하는 층에 포함될 수 있다.
특정의 실시예에서, 층이 하나 이상의 서브층(sublayer)을 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소가 광원에서 유용하다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 적어도 하나의 스펙트럼 영역에서 광원의 광 출력의 전부 또는 일부를 변경할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 적어도 하나의 스펙트럼 영역에서 광원의 광 출력을 보충할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 적어도 하나의 스펙트럼 영역에서 광원의 광 출력의 전부 또는 실질적으로 전부를 변경할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 광원, 및 광원에 의해 발생된 광의 적어도 일부를 수광하도록 배치되어 있는 본 명세서에 기술된 광학 요소를 포함하는 조명 장치가 제공되며, 광학 요소는 본 명세서에 개시된 광학 요소를 포함한다.
특정의 실시예에서, 조명 장치는 적층된 배열로 2개 이상의 상이한 광학 요소를 포함할 수 있고, 이들 광학 요소 중 적어도 하나는 본 발명에 따른 광학 요소를 포함한다.
특정의 바람직한 실시예에서, 광학 요소가 광원과 직접 접촉해 있지 않다.
특정의 바람직한 실시예에서, 동작 동안 발광 장치 내의 나노입자의 위치에서의 온도가 90°C 이하이다.
특정의 바람직한 실시예에서, 조명 장치는 고체 상태 광원(solid state light source)을 포함하는 고체 상태 조명 장치(solid state lighting device)를 포함한다. 고체 상태 광원의 바람직한 일례는 반도체 발광 다이오드(LED)를 포함하고, 이 반도체 LED는 LED와 광학 요소 사이에 발광 컬러 변환 물질(luminescent color conversion material)을 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서에 기술된 다른 광원의 일례는 본 발명의 조명 장치에 유용할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 하나 이상의 광원을 수납하도록 구성되어 있는 조명 기구가 제공되고, 조명 기구는 광원에 의해 발생된 광의 적어도 일부분이 조명 기구로부터 방출되기 전에 광학 요소 내로 들어가도록 하나 이상의 광원의 위치에 대해 조명 기구에 배치되어 있는 본 명세서에 기술된 광학 요소를 포함하며, 광학 요소는 본 명세서에서 개시된 광학 요소를 포함한다.
특정의 실시예에서, 조명 기구는 적층된 배열로 2개 이상의 상이한 광학 요소를 포함할 수 있고, 이들 광학 요소 중 적어도 하나는 본 발명에 따른 광학 요소를 포함한다.
본 발명의 추가적인 측면에 따르면, 조명 기구에 부착하도록 구성된 커버 플레이트가 제공되고, 커버 플레이트는 본 명세서에 개시된 광학 요소를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 광학 요소를 준비하는 방법이 제공되고, 이 방법은 제1 기판의 제1 표면의 소정의 영역 상에 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질을 퇴적(deposit)하는 단계, 광학 물질, 및 광학 물질로 덮이지 않은 제1 기판의 제1 표면의 임의의 부분 상에 접착제 물질을 포함하는 층을 형성하는 단계, 접착제 물질을 포함하는 층 상에 제2 기판을 배치하는 단계, 및 기판들을 함께 밀봉하는 단계를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 광학 물질의 주변부와 밀봉된 구조물의 에지들 사이에 에지 밀봉 영역(edge seal area)을 포함하도록 형성되고, 에지 밀봉 영역은 광학 물질을 포함하지 않는다. 특정의 실시예에서, 에지 밀봉 영역은 실질적으로 균일할 수 있고, 더욱 바람직하게는 광학 물질의 주변부 주위에서 균일할 수 있다.
특정의 바람직한 실시예에서, 각각의 기판의 에지 밀봉 영역들은 밀봉된 구조물에서 서로 겹치도록 서로에 대해 정렬되어 있다.
특정의 바람직한 실시예에서, 이러한 비평탄 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 1000 옹스트롬 초과의 표면 조도(Ra - 산술 평균 프로파일 조도 파라미터)를 가진다.
특정의 실시예에서, 비평탄 영역이 기판 또는 기판들을 완전히 덮고 있지 않지만, 표준의 방법[마스킹 또는 선택적 조면화, 에칭, 텍스처화, 기타 등등]으로 패턴화되어 있다.
특정의 실시예에서, 기판 표면들 - 이들 사이에 광학 물질 및 접착제가 배치되어 있음 - 중 하나 또는 둘 다가 평탄(smooth)하다. 특정의 이러한 실시예에서, 임의의 이러한 평탄한 기판 표면들 중 적어도 하나, 바람직하게는 둘 다가, 40° 이하, 바람직하게는 25° 이하, 및 더욱 바람직하게는 15° 이하의 공기-기판 계면(air-substrate interface)에서의 물 접촉각(water contact angle)을 가진다.
특정의 실시예에서, 광학 요소를 준비하는 방법은 제1 기판의 제1 표면의 복수의 소정의 영역 상에 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질을 퇴적하는 단계, 광학 물질, 및 광학 물질로 덮이지 않은 제1 기판의 제1 표면의 임의의 부분 상에 접착제 물질을 포함하는 층을 형성하는 단계, 접착제 물질을 포함하는 층 상에 제2 기판을 배치하는 단계, 밀봉된 구조물을 형성하기 위해 기판들을 함께 밀봉하는 단계, 및 밀봉된 구조물로부터 개별 광학 요소를 분리시키는 단계를 포함할 수 있고, 개별 광학 요소는 광학 물질을 포함하는 소정의 영역을 포함하는 밀봉된 기판의 일부분에 대응한다.
개별 광학 요소를 분리시키는 단계는 워터젯 절단(water jet cutting), 스코어링(scoring), 레이저 절단 또는 기타 기법에 의해 달성될 수 있다.
다른 실시예에서, 광학 요소를 준비하는 방법은 제1 기판의 제1 표면 상에 배치된 광학 물질을 포함하는 소정의 영역을 포함하는 제1 기판을 제공하는 단계, 광학 물질, 및 광학 물질로 덮이지 않은 제1 기판의 제1 표면의 임의의 부분 상에 접착제 물질을 포함하는 층을 형성하는 단계, 접착제 물질을 포함하는 층 상에 제2 기판을 배치하는 단계, 및 기판들을 함께 밀봉하는 단계를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 요소를 준비하는 방법은 제1 기판의 제1 표면 상에 배치된 광학 물질을 포함하는 복수의 소정의 영역을 포함하는 제1 기판을 제공하는 단계, 광학 물질, 및 광학 물질로 덮이지 않은 제1 기판의 제1 표면의 임의의 부분 상에 접착제 물질을 포함하는 층을 형성하는 단계, 접착제 물질을 포함하는 층 상에 제2 기판을 배치하는 단계, 밀봉된 구조물을 형성하기 위해 기판들을 함께 밀봉하는 단계, 및 밀봉된 구조물로부터 개별 광학 요소를 분리시키는 단계를 포함할 수 있고, 개별 광학 요소는 광학 물질을 포함하는 소정의 영역을 포함하는 밀봉된 기판의 일부분에 대응한다.
개별 광학 요소를 분리시키는 단계는 워터젯 절단, 스코어링, 레이저 절단 또는 기타 기법에 의해 달성될 수 있다.
특정의 실시예에서, 개별 광학 요소는 광학 물질의 주변부와 밀봉된 구조물의 에지들 사이에 에지 밀봉 영역을 포함하도록 형성되고, 에지 밀봉 영역은 광학 물질을 포함하지 않는다. 특정의 실시예에서, 에지 밀봉 영역은 실질적으로 균일할 수 있고, 더욱 바람직하게는 광학 물질의 주변부 주위에서 균일할 수 있다.
특정의 바람직한 실시예에서, 각각의 기판의 에지 밀봉 영역들은 밀봉된 구조물에서 서로 겹치도록 서로에 대해 정렬되어 있다.
특정의 실시예에서, 제2 기판은 광학 요소의 내부에 있게 될 제2 기판의 표면의 하나 이상의 제2 소정의 영역 상에 배치된 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 제2 광학 물질을 포함한다. (도 4a 참조) 특정의 실시예에서, 광학 물질을 포함하는 소정의 영역 및 제2 광학 물질을 포함하는 제2 소정의 영역은 동일하다. 특정의 실시예에서, 이러한 영역들은 밀봉된 구조물에서 서로 겹치도록 정렬되어 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질 및 제2 광학 물질은 본 명세서에 개시된 광학 물질을 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 하나 이상의 광학 물질은 계층화된 배열의 개별 층으로서 및/또는 패턴화된 층의 개별 특징부로서 포함될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질이 2개 이상의 개별 층으로서 퇴적될 수 있다.
광학 물질, 양자 구속 반도체 나노입자, 기판, 접착제 물질, 및 본 명세서에 기술된 기타 선택적인 특징부도 역시 본 방법에서 유용하다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질이 양자 구속 반도체 나노입자 및 액체 비히클(liquid vehicle)을 포함하는 잉크로서 퇴적된다. 특정의 바람직한 실시예에서, 액체 비히클은 교차 결합될 수 있는 하나 이상의 작용기(functional group)를 포함하는 조성물을 포함한다. 기능 단위(functional unit)가, 예를 들어, UV 처리, 열 처리, 또는 당업자라면 용이하게 확인할 수 있는 다른 교차 결합 기법에 의해 교차 결합될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 교차 결합될 수 있는 하나 이상의 작용기를 포함하는 조성물이 액체 용매 자체일 수 있다. 특정의 실시예에서, 교차 결합될 수 있는 하나 이상의 작용기를 포함하는 조성물이 보조 용매(co-solvent)일 수 있다. 특정의 실시예에서, 교차 결합될 수 있는 하나 이상의 작용기를 포함하는 조성물이 액체 비히클과의 혼합물의 성분일 수 있다. 특정의 실시예에서, 잉크가 광 산란체를 추가로 포함할 수 있다.
광학 물질이 잉크로 퇴적되는 특정의 실시예에서, 접착제 물질을 포함하는 층의 형성 이전에 잉크가 (예컨대, 용매의 증발 또는 건조에 의해, 경화에 의해, 또는 특정의 잉크의 조성에 기초하여 적절한 기타 방법에 의해) 경화된다.
특정의 실시예에서, 잉크 경화 단계가 공기 중에서 수행될 수 있다.
특정의 실시예에서, 잉크 경화 단계가 바람직하게는 공기가 없는 상태에서 수행된다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 호스트 물질을 추가로 포함한다. 특정의 이러한 실시예에서, 호스트 물질은 경화성인 잉크의 액체 매질(liquid medium)을 포함할 수 있다. 특정의 이러한 실시예에서, 광학 물질은 바람직하게는 광학 물질 상에 후속 층을 형성하기 전에 경화된다.
특정의 실시예에서, 접착제 물질을 포함하는 층이 광학 물질 상에 소정의 양의 접착제 물질을 퇴적하는 단계, 그 위에 제2 기판을 배치하는 단계, 및 층을 형성하기 위해 제1 기판의 제1 표면에 걸쳐(예컨대, 광학 물질, 및 광학 물질로 덮이지 않은 제1 기판의 제1 표면의 임의의 부분 상에) 접착제 물질을 확산시키기 위해 제2 기판에 압력을 가하는 단계에 의해 형성된다. 광학 요소를 형성하기 위해 접착제 물질이 그 후에 경화된다.
광학 요소를 제조할 시에, 공급된 접착제 물질의 양은 덮기로 되어 있는 영역의 크기 및 그로부터 형성되는 층의 원하는 두께에 기초하여 사전 결정될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제1 기판과 제2 기판 사이의 영역을 완전히 덮고 이들 기판이 접합될 때 기판들 사이로부터 누출되는 것이 거의 없는 상태에서 소정의 두께를 갖는 층을 형성하게 될 양이 사용된다. 특정의 실시예에서, 층은 두께가 약 20 내지 약 200 마이크로미터이다. 광학 요소를 형성하기 위해 기판들이 접합될 때 기판들 사이로부터 누출된 임의의 초과량은 바람직하게는 층이 경화된 후에 제거된다. 적당한 제거 기법의 일례는 절단, 샌딩(sanding) 등을 포함한다. 당업자라면 다른 적당한 기법을 용이하게 알아낼 수 있다.
특정의 실시예에서, 경화하는 단계는 접착제 물질의 경화 특성에 따라 접착제 물질을 경화 또는 건조하는 단계를 포함한다.
특정의 바람직한 실시예에서, 접착제 물질을 포함하는 층은 기판들 사이의 영역을 완전히 덮고 있다.
본 명세서에 기술된 이상의 측면 및 실시예와 기타 측면 및 실시예 모두가 본 발명의 실시예를 구성한다.
상기한 것의 양자 구속 반도체 나노입자, 광 산란체, 호스트 물질, 지지 요소, 기타 특징부 및 요소에 관한 부가 정보, 및 본 발명에서 유용한 기타 정보가 이하에서 제공된다.
본 발명이 관련되어 있는 기술 분야의 당업자라면 본 발명의 임의의 특정의 측면 및/또는 실시예와 관련하여 본 명세서에 기술된 특징들 중 임의의 특징이, 결합의 호환성을 보장하기 위해 적절히 수정되어, 본 명세서에 기술된 본 발명의 임의의 다른 측면 및/또는 실시예의 임의의 다른 특징들 중 하나 이상의 특징과 결합될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 이러한 조합은 본 개시 내용에서 생각되는 본 발명의 일부인 것으로 간주된다.
이상의 개괄적인 설명 및 이하의 상세한 설명 둘 다가 단지 예시적이고 설명적인 것에 불과하며 또 청구된 발명을 제한하는 것이 아니라는 것을 잘 알 것이다. 설명 및 도면을 살펴봄으로써, 특허청구범위로부터 그리고 본 명세서에 개시된 발명의 실시로부터 다른 실시예들이 당업자에게는 명백할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 일 실시예의 흐름도의 개요의 일례를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 광학 요소의 일 실시예의 일례를 나타낸 개략 단면도.
도 3은 양자 효율을 측정하는 방법을 설명하는 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 4a는 제2 기판의 표면 상에 광학 물질을 포함하는 광학 요소의 실시예의 일례를 준비하는 본 발명에 따른 방법에서의 중간 단계의 일 실시예의 일례를 나타낸 개략도.
도 4b는 각각의 기판의 내부 표면 상에 광학 물질을 포함하는 광학 요소의 일 실시예의 일례를 나타낸 개략 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예의 흐름도의 례를 나타낸 개략도.
첨부된 도면들은 단지 설명을 위해 제공된 간단화된 표현이며, 실제 구조는, 특히 도시된 물품들 및 그의 측면들의 상대 척도를 비롯하여, 여러가지 점에서 서로 다를 수 있다.
본 발명의 다른 이점들 및 기능들과 함께 본 발명의 더 나은 이해를 위해, 이하의 개시 내용 및 첨부된 청구항들이 상기한 도면들과 관련하여 기술되어 있다.
본 발명의 다양한 측면 및 실시예가 이하의 상세한 설명에서 추가로 기술될 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 광학 요소가 제공되며, 이 광학 요소는 제1 기판, 제1 기판의 제1 표면의 소정의 영역 상에 배치된 양자 구속 반도체 나노입자(quantum confined semiconductor nanoparticle)를 포함하는 광학 물질, 광학 물질, 및 광학 물질로 덮이지 않은 제1 기판의 제1 표면의 임의의 부분 상에 배치된 접착제 물질을 포함하는 층, 및 접착제 물질을 포함하는 층 상에 배치된 제2 기판을 포함하고, 제1 및 제2 기판이 밀봉되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 광학 요소의 일 실시예의 일례를 나타낸 개략 단면도이다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 광학 물질의 주변부와 밀봉된 구조물의 에지들 사이에 에지 밀봉 영역(edge seal area)을 포함하도록 형성되고, 에지 밀봉 영역은 광학 물질을 포함하지 않는다. 특정의 실시예에서, 에지 밀봉 영역은 실질적으로 균일할 수 있고, 더욱 바람직하게는 광학 물질의 주변부 주위에서 균일할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 접착제 물질을 포함하는 층과 제2 기판 사이에 배치된 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 제2 광학 물질을 추가로 포함하고 있다.
특정의 실시예에서, 제2 광학 물질이 제2 기판의 제1 표면의 제2 소정의 영역 상에 배치되어 있다.
특정의 실시예에서, 제1 및 제2 광학 물질이 소정의 배열로 광학 요소에 포함될 수 있다. 특정의 이러한 실시예에서, 제1 및 제2 광학 물질이 서로 동일한 소정의 배열[예컨대, 동일한 크기 및 동일한 배열(예컨대, 패턴화된 경우, 동일한 패턴화된 배열 또는 동일한 비패턴화된 배열); 그렇지만, 조성이 동일할 수 있거나 동일하지 않을 수 있음]로 포함될 수 있다. 특정의 실시예에서, 광학 물질의 소정의 배열 및 제2 광학 물질의 제2 소정의 배열은 밀봉된 구조물에서 서로 겹치도록 서로에 대해 정렬되어 있다.
제2 기판의 표면 상에 제2 광학 물질을 포함하는 광학 요소의 실시예의 일례가 도 4b에 단면도로 도시되어 있다. 양자 구속 반도체 나노입자는 전자 및 정공을 구속하고 광을 흡수하고 상이한 파장의 광을 재방출하는 광 발광 특성(photoluminescent property)을 가질 수 있다. 양자 구속 반도체 나노입자로부터의 방출된 광의 색상 특성은 양자 구속 반도체 나노입자의 크기 및 양자 구속 반도체 나노입자의 화학 조성에 의존한다.
양자 구속 반도체 나노입자는 화학 조성, 구조 및 크기와 관련하여 적어도 하나의 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다. 본 발명에 따른 광학 요소에 포함된 양자 구속 반도체 나노입자의 유형(들)이 변환될 광의 파장 및 원하는 광 출력의 파장에 의해 결정된다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 양자 구속 반도체 나노입자는 그의 표면 상에 쉘(shell) 및/또는 리간드(ligand)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 특정의 실시예에서, 쉘 및/또는 리간드는 응집(agglomeration) 또는 합체(aggregation)를 방지하여 나노입자 사이의 Van der Waals 결합력을 극복하기 위해 양자 구속 반도체 나노입자를 패시베이션할 수 있다. 특정의 실시예에서, 리간드는 양자 구속 반도체 나노입자가 포함될 수 있는 임의의 호스트 물질에 대한 친화력을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 특정의 실시예에서, 쉘(shell)은 무기 쉘(inorganic shell)을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질에 포함된 양자 구속 반도체 나노입자는 무카드뮴(cadmium free)이다.
특정의 실시예에서, 광학 물질에 포함된 양자 구속 반도체 나노입자는 III-V족 반도체 물질을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질에 포함된 양자 구속 반도체 나노입자는 반도체 물질을 포함하는 코어 및 코어의 표면의 적어도 일부분 상에 배치된 무기 쉘(inorganic shell)을 포함하는 반도체 나노결정을 포함한다.
양자 구속 반도체 나노입자는 또한 본 명세서에서 약칭하여 "QD"라고 할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 (조성, 구조 및/또는 크기에 기초하여) 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하고, 각각의 유형은 소정의 색상을 가지는 광을 얻도록 선택된다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 오렌지색 내지 적색 스펙트럼(예컨대, 약 575 nm 내지 약 650 nm) 영역에서의 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 적색 스펙트럼 영역 내의 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 오렌지색 스펙트럼 영역 내의 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 시안색 스펙트럼 영역 내의 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 하나 이상의 다른 소정의 스펙트럼 영역 내의 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있다.
특정의 바람직한 실시예에서, 광학 물질에 포함된 양자 구속 반도체 나노입자는, 광학 물질에 포함되기 이전에, 적어도 약 60%, 바람직하게는 적어도 약 70%, 더욱 바람직하게는 적어도 약 80%, 및 가장 바람직하게는 적어도 약 85%의 용액 양자 수율(solution quantum yield)을 가진다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 (조성, 구조 및/또는 크기 또는 나노입자에 기초하여) 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질을 포함하고, 여기서 각각의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자는 광학 물질에 포함된 임의의 다른 유형의 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 방출되는 소정의 파장과 동일하거나 상이할 수 있는 소정의 파장으로 광을 방출한다. 광학 요소의 의도된 최종-용도 응용에 기초하여 소정의 파장이 선택된다. 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 그 유형들 중 적어도 2개의 유형은 광학 요소에 포함될 수 있는 적어도 하나의 다른 유형의 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 방출된 파장과 상이한 소정의 파장으로 광을 방출할 수 있다.
상이한 소정의 파장으로 방출하는 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 하나 이상의 상이한 광학 물질에 포함될 수 있다.
상이한 소정의 파장으로 방출하는 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 2개 이상의 상이한 광학 물질에 포함될 수 있다.
2개 이상의 상이한 광학 물질을 포함하는 특정 실시예에서, 이러한 상이한 광학 물질은, 예를 들어, 계층화된 배열의 개별 층으로서 및/또는 패턴화된 층의 개별 특징부로서 포함될 수 있다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 소정의 파장은 약 470 nm 내지 약 650 nm, 약 580 nm 내지 약 630 nm, 약 590 nm 내지 약 630 nm, 약 590 nm 내지 약 630 nm, 약 600 nm 내지 약 620 nm, 약 600 nm 내지 약 610 nm, 또는 약 608 nm 내지 약 618 nm의 범위에 있을 수 있다. 다른 소정의 파장이 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 바람직한 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 반도체 나노결정을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질 내의 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 40%의 고체 상태 광 발광 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 광학 물질 내의 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 50%의 고체 상태 광 발광 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 광학 물질 내의 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 60%의 고체 상태 광 발광 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 광학 물질 내의 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 70%의 고체 상태 광 발광 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 광학 물질 내의 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 80%의 고체 상태 광 발광 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 광학 물질 내의 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 90%의 고체 상태 광 발광 양자 효율을 가진다.
특정의 바람직한 실시예에서, 광학 물질은 적색 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다. 다른 특정의 바람직한 실시예에서, 광학 물질은 오렌지색 내지 적색 스펙트럼 영역 내의 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 호스트 물질에 분산되어 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자가 분산되어 있는 호스트 물질(host material)을 추가로 포함한다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 3 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.5 내지 약 3 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 1 내지 약 3 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 1 내지 약 2 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.1 내지 약 1 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.1 내지 약 0.75 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다.
호스트 물질을 추가로 포함하는 광학 물질의 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 약 5 중량 퍼센트 초과의 양으로 광학 물질에 포함될 수 있다. 예를 들어, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 20 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있고, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있으며, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 10 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있고, 기타 등등이다.
상기 범위를 벗어난 광학 물질 내의 양자 구속 반도체 나노입자의 다른 농도가 또한 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
바람직하게는, 호스트 물질은 고체 호스트 물질을 포함한다. 본 명세서에 기술된 본 발명의 다양한 실시예 및 측면에서 유용한 호스트 물질의 예로는 중합체(polymer), 단량체(monomer), 수지, 바인더, 유리, 금속 산화물, 및 기타 비중합체성 물질이 있다. 바람직한 호스트 물질은 소정의 파장의 광에 대해 광학적으로 투명한 중합체성 및 비중합체성 물질을 포함한다.
특정의 실시예에서, 호스트 물질은 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 90% 광 투과성(optically transparent)이다. 특정의 실시예에서, 호스트 물질은 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 95% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 호스트 물질은 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 99% 광 투과성이다.
특정의 실시예에서, 소정의 파장은 전자기 스펙트럼의 가시(예컨대, 400 - 700 nm) 영역 내의 광의 파장을 포함할 수 있다.
바람직한 호스트 물질은 교차 결합 중합체(cross-linked polymer) 및 용매-캐스팅된 중합체(solvent-cast polymer)를 포함한다. 바람직한 호스트 물질의 일례는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 광 투과성인 유리 또는 수지를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 상세하게는, 가공성(processability)의 관점에서 비경화성 수지, 열 경화성 수지, 또는 광 경화성 수지 등의 수지가 적절히 사용된다. 이러한 수지의 구체적인 예로서, 올리고머(oligomer) 또는 중합체의 형태로, 멜라민 수지, 페놀 수지, 알킬 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 마레인산 수지, 폴리아미드 수지, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐피롤리돈, 하이드록시에틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 이들 수지를 형성하는 단량체를 함유하는 공중합체(copolymer), 기타 등등이 있다. 당업자라면 다른 적당한 호스트 물질을 용이하게 알아낼 수 있다.
본 개시 내용에서 생각하고 있는 본 발명의 특정의 실시예 및 측면에서, 호스트 물질은 광경화성 수지를 포함한다. 광 경화성 수지는 특정의 실시예에서, 예컨대, 조성물이 패턴화되어야 하는 실시예에서 바람직한 호스트 물질일 수 있다. 광 경화성 수지로서, 반응성 비닐기(reactive vinyl group)를 함유하는 아크릴산 또는 메타크릴산 계열 수지 등의 광중합성(photo-polymerizable) 수지, 일반적으로 폴리비닐 신나메이트, 벤조페논, 기타 등등의 감광제(photo-sensitizer)를 함유하는 광 교차 결합가능한 수지(photo-crosslinkable resin)가 사용될 수 있다. 감광제가 사용되지 않을 때 열 경화성 수지가 사용될 수 있다. 이들 수지는 개별적으로 또는 2개 이상이 함께 사용될 수 있다.
본 개시 내용에서 생각하고 있는 본 발명의 특정의 실시예 및 측면에서, 호스트 물질은 용매-캐스팅된 수지를 포함한다. 폴리우레탄 수지, 마레인산 수지, 폴리아미드 수지, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐피롤리돈, 하이드록시에틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 이들 수지를 형성하는 단량체를 함유하는 공중합체, 기타 등등의 중합체가 공지된 용매에 용해될 수 있다. 용매의 증발 시에, 수지는 반도체 나노입자에 대한 고체 호스트 물질을 형성한다.
특정의 실시예에서, 광 산란체는 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란체는 광 산란 입자를 포함한다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.5 내지 약 3 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 1 내지 약 3 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 1 내지 약 2 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.05 내지 약 1 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다.
특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 약 5 중량 퍼센트 초과의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 예를 들어, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 20 중량 퍼센트의 광 산란 입자를 포함할 수 있고, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량 퍼센트의 광 산란 입자를 포함할 수 있으며, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 10 중량 퍼센트의 광 산란 입자를 포함할 수 있고, 기타 등등이다.
상기 범위를 벗어난 광학 물질 내의 광 산란 입자의 다른 농도가 또한 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자 대 산란체의 중량비는 약 1 : 100 내지 약 100 : 1이다.
본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예 및 측면에서 사용될 수 있는 광 산란체[본 명세서에서 산란체 또는 광 산란 입자(light scattering particle)라고도 함]의 일례로는 금속 또는 금속 산화물 입자, 기포(air bubble), 그리고 유리 및 중합체성 비드(polymeric bead)(속이 차 있거나 속이 비어 있음)가 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 당업자라면 다른 광 산란체도 용이하게 알아낼 수 있다. 어떤 실시예들에서, 산란체들은 구 형상(spherical shape)을 갖는다. 바람직한 산란 입자의 일례로는 TiO2, SiO2, BaTiO3, BaSO4, 및 ZnO가 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 호스트 물질과 반응하지 않고 호스트 물질에서 여기광(excitation light)의 흡수 경로 길이(absorption path length)를 증가시킬 수 있는 기타 물질의 입자가 사용될 수 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란체는 높은 굴절률(예컨대, TiO2, BaSO4, 기타) 또는 낮은 굴절률(기포)을 가질 수 있다. 특정의 바람직한 실시예에서, 광 산란체는 발광성(luminescent)이 아니다.
산란체의 크기 및 크기 분포의 선택이 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 크기 및 크기 분포는 산란 입자와 광 산란체가 분산되어 있어야 하는 호스트 물질의 굴절률 불일치, 및 Rayleigh 산란 이론(Rayleigh scattering theory)에 따라 산란되어야 하는 사전 선택된 파장(들)에 기초할 수 있다. 호스트 물질에서의 공급성(dispersability) 및 안정성(stability)을 향상시키기 위해 산란 입자의 표면이 추가로 처리될 수 있다. 일 실시예에서, 산란 입자는 0.405 마이크로미터의 중간 입자 크기를 가지는 TiO2(DuPont으로부터의 R902+)를 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트 범위의 농도로 포함한다. 특정의 바람직한 실시예에서, 산란체의 농도 범위는 0.05 중량 퍼센트 내지 2 중량 퍼센트이다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자 및 호스트 물질을 포함하는 광학 물질이 양자 구속 반도체 나노입자 및 액체 비히클(liquid vehicle)을 포함하는 잉크로부터 형성될 수 있고, 액체 비히클은 교차 결합될 수 있는 하나 이상의 작용기(functional group)를 포함하는 조성물을 포함한다. 기능 단위(functional unit)가, 예를 들어, UV 처리, 열 처리, 또는 당업자라면 용이하게 확인할 수 있는 다른 교차 결합 기법에 의해 교차 결합될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 교차 결합될 수 있는 하나 이상의 작용기를 포함하는 조성물이 액체 용매 자체일 수 있다. 어떤 실시예들에서, 조성물이 보조 용매(co-solvent)일 수 있다. 어떤 실시예들에서, 조성물이 액체 용매와의 혼합물인 조성물일 수 있다. 특정의 실시예에서, 잉크가 광 산란체를 추가로 포함할 수 있다. 광학 물질에 포함될 수 있는 다른 첨가제 및/또는 성분이 잉크에 추가로 포함될 수 있다.
본 개시 내용에서 생각하고 있는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자(예컨대, 반도체 나노결정)가 광학 물질 내에 개별 입자로서 분산되어 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 광학 물질에 역시 포함될 수 있는 기타 첨가제[예컨대, 습윤제(wetting agent) 또는 평활제(leveling agent)]를 포함한다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 특정의 측면 및 실시예에서, 광학 요소는 제1 광학적으로 투명한 기판(optically transparent substrate) 및 제2 광학적으로 투명한 기판을 포함한다.
특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다가 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 80% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다가 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 85% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다가 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 90% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다가 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 95% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다가 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 99% 광 투과성이다.
특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다는 경성 물질, 예컨대, 유리, 폴리카보네이트, 아크릴, 석영, 사파이어, 또는 기타 공지된 경성 물질을 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다는 연성 물질, 예컨대, 플라스틱(예컨대, 얇은 아크릴, 에폭시, 폴리카보네이트, PEN, PET, PE로 제한되지 않음) 또는 실리콘 등의 중합체성 물질을 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다는 실리카 또는 유리 코팅을 그 위에 포함하는 연성 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 실리카 또는 유리 코팅은 기재 연성 물질(base flexible material)의 연성 성질을 유지하도록 충분히 얇다.
특정의 실시예에서, 기판들이 동일하다.
특정의 실시예에서, 각각의 기판이 상이할 수 있다.
특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다는 약 0.1% 내지 약 5% 범위의 투과 탁도(transmission haze)(ASTM D1003-0095에 정의됨)를 포함할 수 있다. (ASTM D1003-0095는 참조 문헌으로서 본 명세서에 포함된다.) 특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다의 주 표면들 중 하나 또는 둘 다가 평탄하다.
특정의 실시예에서, 기판 표면들 - 이들 사이에 광학 물질 및 접착제 층이 배치되어 있음 - 중 적어도 하나, 바람직하게는 둘 다가 비평탄이다. 특정의 이러한 실시예에서, 이러한 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 텍스처화되어 있다. 특정의 이러한 실시예에서, 이러한 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 조면화되어 있다. 특정의 이러한 실시예에서, 이러한 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 에칭되어 있다.
특정의 바람직한 실시예에서, 이러한 비평탄 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 1000 옹스트롬 초과의 표면 조도(Ra - 산술 평균 프로파일 조도 파라미터)를 가진다.
특정의 실시예에서, 비평탄 영역이 기판 또는 기판들을 완전히 덮고 있지 않지만, 표준의 방법[마스킹 또는 선택적 조면화, 에칭, 텍스처화, 기타 등등]으로 패턴화되어 있다.
특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다의 주 표면들 중 하나 또는 둘 다가 주름져 있을 수 있다.
특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다의 주 표면들 중 하나 또는 둘 다가 조면화되어 있을 수 있다.
특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다의 주 표면들 중 하나 또는 둘 다가 텍스처화되어 있을 수 있다.
특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다의 주 표면들 중 하나 또는 둘 다가 오목할 수 있다.
특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다의 주 표면들 중 하나 또는 둘 다가 볼록할 수 있다.
특정의 실시예에서, 기판들 중 적어도 하나의 기판의 하나의 주 표면이 마이크로렌즈를 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다의 두께가 실질적으로 균일하다.
특정의 실시예에서, 기판 표면들 - 이들 사이에 광학 물질 및 접착제가 배치되어 있음 - 중 하나 또는 둘 다가 평탄(smooth)하다. 특정의 이러한 실시예에서, 임의의 이러한 평탄한 기판 표면들 중 적어도 하나, 바람직하게는 둘 다가, 40° 이하, 바람직하게는 25° 이하, 및 더욱 바람직하게는 15° 이하의 공기-기판 계면에서의 물 접촉각을 가진다.
특정의 실시예에서, 제1 기판 및 제2 기판의 기하학적 형상 및 치수가 특정의 최종-용도 응용(예컨대, 램프, 고체 상태 조명 장치, 조명 기구, 또는 기타 장치 또는 디바이스)에 기초하여 선택된다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 하나 이상의 광학 물질을 포함하는 적어도 하나의 층을 포함한다.
2개 이상의 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 각각의 유형이 개별 층에 포함될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질이 기판의 주 표면에 걸쳐 배치되어 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질이 기판의 주 표면에 걸쳐 연속적인 층(uninterrupted layer)으로서 배치되어 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 특정의 실시예에서, 광학 물질은 패턴화되거나 비패턴화되어 있을 수 있는 소정의 배열로 배치될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 기판의 표면의 소정의 영역 상에 하나 이상의 발광층으로서 배치되어 있다.
특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이, 예를 들어, 약 0.1 마이크로미터 내지 약 1 cm의 두께를 가진다. 특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이 약 0.1 내지 약 200 마이크로미터의 두께를 가진다. 특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이 약 10 내지 약 200 마이크로미터의 두께를 가진다. 특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이 약 30 내지 약 80 마이크로미터의 두께를 가진다. 다른 두께가 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 기타 선택적인 층도 역시 포함될 수 있다.
특정의 실시예에서, 층이 2개 이상의 층을 포함할 수 있다.
에너지를 고려할 때 필터를 추가로 포함하는 것이 바람직하지 않을 수 있지만, 필터가 다른 이유로 포함되어 있는 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우에, 필터가 포함될 수 있다. 특정의 실시예에서, 필터는 지지 요소의 전부 또는 적어도 소정의 부분을 덮고 있을 수 있다. 특정의 실시예에서, 하나 이상의 소정의 파장의 광의 통과를 차단하는 필터가 포함될 수 있다. 광학 물질 상에 또는 그 아래에 필터 층이 포함될 수 있다. 특정의 실시예에서, 광학 요소는 지지 요소의 다양한 표면 상에 다수의 필터 층을 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 노치 필터 층이 포함될 수 있다.
특정의 실시예에서, 하나 이상의 반사 방지 코팅이 광학 요소에 포함될 수 있다.
특정의 실시예에서, 하나 이상의 파장 선택적 반사 코팅이 광학 요소에 포함될 수 있다. 이러한 코팅은, 예를 들어, 광을 다시 광원 쪽으로 반사시킬 수 있다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 광학 요소는 그의 표면의 적어도 일부분에 걸쳐 아웃커플링(outcoupling) 부재 또는 구조물을 추가로 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 아웃커플링 부재 또는 구조물이 표면에 걸쳐 균일하게 분산되어 있을 수 있다. 특정의 실시예에서, 표면으로부터 아웃커플링된 보다 균일한 광 분포를 달성하기 위해 아웃커플링 부재 또는 구조물의 형상, 크기 및/또는 빈도가 다를 수 있다. 특정의 실시예에서, 아웃커플링 부재 또는 구조물이 포지티브(positive)(예컨대, 광학 요소의 표면 위에 놓여 있거나 돌출해 있음)이거나 네거티브(negative)(예컨대, 광학 요소의 표면에 있는 함몰부)이거나, 이 둘의 조합일 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 그의 표면 상에 렌즈, 프리즘 모양의 표면, 격자(grating) 등(이로부터 광이 방출됨)을 추가로 포함할 수 있다. 기타 코팅이 또한 선택적으로 이러한 표면 상에 포함될 수 있다.
특정의 실시예에서, 아웃커플링 부재 또는 구조가 몰딩(molding), 엠보싱, 라미네이션, 경화성 제제(curable formulation)[예를 들어, 스프레이, 리쏘그라피, 인쇄(스크린, 잉크젯, 플렉소 인쇄(flexography), 기타), 기타(이들로 제한되지 않음)를 비롯한 기법에 의해 형성됨]을 도포하는 것에 의해 형성될 수 있다.
특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다가 광 산란체를 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘 다가 기포 또는 공극을 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 평평한 또는 무광택 마감을 갖는 하나 이상의 주 표면을 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 광택 마감을 갖는 하나 이상의 표면을 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 특정의 측면 및 실시예에서, 광학 요소는 선택적으로 환경(예컨대, 먼지, 습기 등) 및/또는 긁힘 또는 마모로부터 보호하기 위한 광학 요소의 외측 표면의 전부 또는 일부 상에 커버, 코팅 또는 층을 추가로 포함할 수 있다.
접착제 물질은 바람직하게는 그의 광 투과율 특성 및 그의 접착력 특성에 맞게 선택된다.
특정의 바람직한 실시예에서, 접착제 물질이 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 광 투과성이다.
특정의 실시예에서, 접착제 물질이 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 80% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 접착제 물질이 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 85% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 접착제 물질이 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 90% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 접착제 물질이 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 95% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 접착제 물질이 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 99% 광 투과성이다.
특정의 바람직한 실시예에서, 접착제 물질이 밀봉 동안 황변되거나 변색되지 않는다. 보다 바람직하게는, 접착제 물질은 광학 요소의 광학 특성을 실질적으로 변경하기 위해 광학 요소의 유효 수명 동안 황변되거나 변색되지 않는다.
특정의 바람직한 실시예에서, 접착제 물질은 광학 요소를 함께 밀봉시키기에 적절한 접착 특성을 가진다. 보다 바람직하게는, 밀봉이 광학 요소의 유효 수명 동안 부분적으로 또는 전체적으로 박리되거나 다른 방식으로 실패하지 않을 것이다.
특정의 바람직한 실시예에서, 접착제 물질의 특성은 광학 물질의 고체 상태 광 발광 양자 효율(solid state photoluminescent quantum efficiency)에 최소한의 영향을 미칠 것이다.
특정의 바람직한 실시예에서, 접착제 물질은 또한 산소 차단 특성을 가진다.
특정의 바람직한 실시예에서, 접착제 물질은 또한 산소 및 습기 차단 특성을 가진다.
특정의 바람직한 실시예에서, 접착제 물질은 광학 물질 및 광학 물질의 외부 양자 효율(external quantum efficiency)에 해롭지 않은 조건 하에서 경화(예컨대, 경화 또는 건조)될 수 있다. 바람직하게는, 접착제 물질은 UV 경화될 수 있다.
바람직하게는, 접착제 물질은, 층의 형성 동안, 접착제 물질이 광학 물질 상에 공급된 후에 최소한의 슬럼핑을 갖는 마운드처럼 남아 있도록 하는 점도를 가진다. 이 점도 특성은 기판들 사이의 물질이 육안으로 관찰가능한 기포가 실질적으로 없는, 바람직하게는 기포가 없는 광학 요소를 달성하는 것을 용이하게 해준다. 바람직한 접착제 물질은 UV 경화성 아크릴 우레탄이다. UV 경화성 아크릴 우레탄의 일례는 Norland Adhesives에 의해 판매되는 Norland Optical Adhesive 68 및 Norland Optical Adhesive 68 T라고 하는 제품을 포함한다.
특정의 실시예에서, 접착제 물질은 감압 접착제를 포함할 수 있다.
부가의 적당한 접착제 물질(예컨대, 에폭시, 아크릴, 우레탄, 기타 UV 경화성 아크릴 등)은 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 확인될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 하나 이상의 개별 차단층을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 물질이 퇴적되기 전에 개별 차단층이 기판의 표면에 도포될 수 있고, 및/또는 광학 물질이 접착제 물질과 접촉하게 되기 전에 개별 차단층이 광학 물질 상에 도포될 수 있다. 차단 물질은 실질적으로 산소에 불침투성인 물질이다. 특정의 실시예에서, 차단층은 산소 및 수분에 실질적으로 불침투성이다.
적당한 차단 필름 또는 코팅의 일례는 경질 금속 산화물 코팅, 얇은 유리 층, 및 Barix 코팅 물질(Vitex Systems, Inc.로부터 입수가능함)을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 당업자라면 다른 차단 필름 또는 코팅을 용이하게 알아낼 수 있다.
특정의 실시예에서, 기판들 사이의 광학 물질을 추가적으로 봉합하기 위해 2개 이상의 차단 필름 또는 코팅이 사용될 수 있다.
특정의 바람직한 실시예에서, 차단 물질은 적어도 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 광 중 적어도 소정의 파장을 갖는 광에 대해 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 차단 물질은 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 80% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 차단 물질은 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 85% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 차단 물질은 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 90% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 차단 물질은 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 95% 광 투과성이다. 특정의 실시예에서, 차단 물질은 광학 요소 내로 들어가고 그로부터 나오는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 적어도 99% 광 투과성이다.
특정의 바람직한 실시예에서, 차단 물질은 광학 요소의 광학 특성을 실질적으로 변경하기 위해 황변되거나 변색되지 않는다.
특정의 바람직한 실시예에서, 차단 물질은 광학 요소의 유효 수명 동안 부분적으로 또는 전체적으로 박리되지 않는다.
특정의 바람직한 실시예에서, 차단 물질의 특성은 광학 물질의 외부 양자 효율에 최소한의 영향을 미칠 것이다.
특정의 바람직한 실시예에서, 차단 물질은 광학 물질 및 광학 물질의 외부 양자 효율에 해롭지 않은 조건 하에서 형성될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소가 광원에서 유용하다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 적어도 하나의 스펙트럼 영역에서 광원의 광 출력의 전부 또는 일부를 변경할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 적어도 하나의 스펙트럼 영역에서 광원의 광 출력을 보충할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 적어도 하나의 스펙트럼 영역에서 광원의 광 출력의 전부 또는 실질적으로 전부를 변경할 수 있다.
광원은 바람직하게는 전자기 스펙트럼의 가시 영역에서 방출한다.
광원의 일례는, 예를 들어, 청색 스펙트럼 영역(예컨대, 약 400 내지 약 500 nm, 약 400 내지 약 475 nm 등) 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분을 포함하는 광 출력을 생성하는 광원을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.
특정의 실시예에서, 광원은 백색 광을 방출하도록 선택된다.
특정의 실시예에서, 광원은 회백색 광을 방출하도록 선택된다.
특정의 실시예에서, 백색 광 방출 LED는 청색 LED 광 출력을 백색 광으로 변환시키는 인광체 또는 기타 발광 물질(들)을 포함하는 청색 광 방출 반도체 LED를 포함한다.
특정의 실시예에서, 회백색 광 방출 LED는 청색 LED 광 출력을 회백색 광으로 변환시키는 인광체 또는 기타 발광 물질(들)을 포함하는 청색 광 방출 반도체 LED를 포함한다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 백색 광 방출 LED에 포함된 청색 광 방출 LED 요소는, 예컨대, (In)GaN 청색을 포함한다.
특정의 실시예에서, 청색 LED는 약 400 nm 내지 약 500 nm 범위의 광을 방출할 수 있다. 특정의 실시예에서, 청색 LED는 약 400 nm 내지 약 475 nm 범위의 광을 방출할 수 있다.
특정의 실시예에서, LED는 UV LED 광 출력을 백색 또는 회백색으로 변환시키는 인광체 또는 기타 발광 물질(들)을 포함하는 UV 광 방출 반도체 LED를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 청색 내지 적색 스펙트럼(예컨대, 약 470 nm 내지 약 650 nm) 영역에서의 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 광학 물질은 적색 스펙트럼 영역 내의 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 광학 물질은 시안색 스펙트럼 영역 내의 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 광학 물질은 오렌지색 스펙트럼 영역 내의 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 광학 물질은 광원이 결함을 갖고 있는 하나 이상의 다른 스펙트럼 영역 내의 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있다.
광학 요소가 청색 스펙트럼 영역 내의 광 방사를 포함하는 광 출력을 생성하는 광원에서 사용하도록 되어 있는 특정의 실시예에서, 광학 요소는 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 10%를 하나 이상의 소정의 파장으로 변환시킬 수 있다. 특정의 이러한 실시예에서, 광학 요소는 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 30%를 하나 이상의 소정의 파장으로 변환시킬 수 있다. 특정의 이러한 실시예에서, 광학 요소는 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 60%를 하나 이상의 소정의 파장으로 변환시킬 수 있다. 특정의 이러한 실시예에서, 광학 요소는 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 90%를 하나 이상의 소정의 파장으로 변환시킬 수 있다.
광학 요소가 청색 스펙트럼 영역 내의 광 방사를 포함하는 광 출력을 생성하는 광원에서 사용하도록 되어 있는 특정의 실시예에서, 광학 요소는 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 약 50% 내지 약 75%를 하나 이상의 소정의 파장으로 변환시킬 수 있다.
유익하게도, 본 발명의 특정의 실시예에서, 적색-방출 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질은 백색 광 방출 LED의 상관 색 온도를 낮추면서도 적색 스펙트럼 결여를 보상할 수 있다. 이러한 광학 물질은 장치로부터의 광 출력의 평균 연색 지수(General Color Rendering Index)(Ra)가 광원으로부터 직접 방출된 광의 평균 연색 지수에 비해 증가되도록 광원으로부터의 광 출력을 변경할 수 있다. 이러한 광학 물질은 장치로부터의 광 출력의 상관 색 온도가 광원으로부터 직접 방출된 광의 상관 색 온도에 비해 낮은 상관 색 온도를 갖도록 광원으로부터의 광 출력을 변경할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 조명 장치에 대한 커버 플레이트로서 역할할 수 있다.
특정의 실시예에서, 기판은 조명 장치의 광 확산기 요소를 포함한다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 본 발명의 다른 측면에서, 광을 발생할 수 있는 하나 이상의 광원, 및 하나 이상의 광원 중 적어도 하나에 의해 발생된 광의 적어도 일부분을 수광하고, 고체 상태 조명 장치에 의해 방출된 광이 하나 이상의 소정의 파장들의 광 방사로 보충된 광원으로부터의 광 방사를 포함하도록, 그렇게 수광된 광의 적어도 일부분을 하나 이상의 소정의 파장들로 변환시키도록 배치되어 있는 광학 요소를 포함하는 조명 장치가 제공되고, 여기서 광학 요소는 본 명세서에 개시된 광학 요소를 포함한다.
특정의 실시예에서, 조명 장치는 복수의 광원을 포함할 수 있다.
복수의 광원을 포함하는 특정의 실시예에서, 개별 광원이 동일하거나 상이할 수 있다.
복수의 광원을 포함하는 특정의 실시예에서, 개별 광원 각각은 다른 광원들 각각에 의해 방출되는 광과 동일하거나 상이한 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다.
복수의 광원을 포함하는 특정의 실시예에서, 개별 광원이 장치 내에 어레이로서 배열될 수 있다.
본 명세서에 기술된 광원은 본 발명의 조명 장치에 포함될 수 있다. 다른 광원도역시 사용에 적당할 수 있다. 당업자라면 다른 적당한 광원을 용이하게 알아낼 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 적어도 하나의 스펙트럼 영역에서 광원의 광 출력을 보충할 수 있다.
특정의 실시예에서, 적어도 하나의 스펙트럼 영역에서의 광원의 광 출력을 보충함으로써, 광학 요소는 또한 광원으로부터의 광 출력의 평균 연색 지수(Ra)를 증가시킬 수 있다.
평균 연색 지수(Ra로 줄여 쓸 수 있음)는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 8개의 표준 색상 샘플에 대한 평균값(R 1-8)인 연색 지수의 통상의 정의를 말한다.
예를 들어, 특정의 실시예에서, 광학 요소는 광원으로부터의 광 출력의 평균 연색 지수(Ra)를 적어도 10%만큼 증가시킬 수 있다. 특정의 실시예에서, 평균 연색 지수(Ra)가 소정의 평균 연색 지수(Ra)로 증가된다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 광학 요소는 80 미만의 평균 연색 지수(Ra)를 갖는 광원에 의해 방출된 광을 80 초과, 85 초과, 90 초과, 또는 95 초과로 변경할 수 있다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 광학 요소는 광원에 의해 방출된 광을 변경할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 백색 광 출력을 양수인 R9 값을 갖도록 변경할 수 있다. 보다 바람직하게는, R9 값은 적어도 50이다. 가장 바람직하게는, R9 값은 80 초과이다.
특정의 실시예에서, 적어도 하나의 스펙트럼 영역에서의 광원의 광 출력을 보충함으로써, 광학 요소는 또한 광원으로부터의 광 출력의 상관 색 온도(CCT)를 변경할 수 있다. 특정의 실시예에서, 광학 요소는 광원으로부터의 광 출력의 상관 색 온도를, 예를 들어, 적어도 약 1000K, 적어도 약 2000K, 적어도 3000K, 적어도 4000K, 기타만큼 낮출 수 있다.
특정의 실시예에서, CCT가 소정의 CCT로 변경된다.
특정의 실시예에서, 광학 물질이 광원과 직접 접촉해 있지 않다.
특정의 실시예에서, 광학 요소가 광원과 직접 접촉해 있지 않다.
바람직하게는, 고체 상태 조명 장치의 동작 동안 나노입자의 위치에서의 온도는 90°C 미만, 75°C 미만, 60°C 이하, 50°C 이하, 40°C 이하이다. 특정의 바람직한 실시예에서, 고체 상태 조명 장치의 동작 동안 나노입자의 위치에서의 온도는 약 30°C 내지 약 60℃의 범위에 있다.
예컨대, 백색 광 방출 LED를 포함하는 광원 및 오렌지색 내지 적색 스펙트럼 영역 내의 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질을 포함하는 광학 요소를 포함하는 본 발명에 따른 조명 장치의 특정의 실시예에서, 오렌지색 내지 적색 스펙트럼 영역에서의 방사가 고체 상태 조명 장치의 광 출력에 부가된다. 약 470 nm 내지 약 650 nm의 스펙트럼 범위에 있는 소정의 방출 파장을 갖는 나노입자의 부가는 고체 상태 조명 장치의 전력 요구사항을 증가시키지 않고 고체 상태 조명 장치의 와트당 루멘 효율(lumens per watt efficiency)을 향상시킬 수 있다.
특정의 실시예에서, 조명 장치는 청색 스펙트럼 영역에서의 방출을 포함하고 적색 스펙트럼 영역에 결여를 갖는 백색 광을 방출할 수 있는 LED를 포함하는 광원, 및 LED에 의해 방출된 광을 수광하도록 배치되어 있는 광학 요소 - 광학 요소는 고체 상태 조명 장치에 의해 방출된 광이 적색 스펙트럼 영역에서의 광 방출로 보충된 LED 광원으로부터의 백색 광 방출을 포함하도록 청색 스펙트럼 영역에서의 방출의 적어도 일부분을 약 600 nm 내지 약 620 nm의 범위에 있는 파장을 갖는 적색 스펙트럼 영역 내의 광으로 변환시키는 광학 물질을 포함하고, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자를 포함함 - 를 포함한다
특정의 실시예에서, 조명 장치는 청색 스펙트럼 영역에서의 방출을 포함하고 오렌지색 내지 적색 스펙트럼 영역에 결여를 갖는 백색 광을 방출할 수 있는 LED를 포함하는 광원, 및 LED에 의해 방출된 광을 수광하도록 배치되어 있는 광학 요소 - 광학 요소는 고체 상태 조명 장치에 의해 방출된 광이 약 575 nm 내지 약 650 nm의 스펙트럼 영역에서의 광 방출로 보충된 LED 광원으로부터의 백색 광 방출을 포함하도록 청색 스펙트럼 영역에서의 방출의 적어도 일부분을 약 575 nm 내지 약 650 nm의 스펙트럼 영역 내의 광으로 변환시키는 광학 물질을 포함하고, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자를 포함함 - 를 포함한다 특정의 실시예에서, 예를 들어, 광학 물질은 청색 스펙트럼 방사의 적어도 일부분을 약 575 nm 내지 약 650 nm, 약 580 nm 내지 약 630 nm, 약 590 nm 내지 약 630 nm, 약 600 nm 내지 약 620 nm 등의 스펙트럼 영역 내의 광으로 변환시킬 수 있다. 특정의 실시예에서, 파장이 약 600 내지 약 610일 수 있다. 특정의 실시예에서, 파장이 약 608 내지 약 618일 수 있다.
특정의 실시예에서, 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 10%가 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 변환된다.
특정의 실시예에서, 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 30%가 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 변환된다.
특정의 실시예에서, 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 60%가 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 변환된다.
특정의 실시예에서, 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 90%가 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 변환된다.
특정의 실시예에서, 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 약 50% 내지 약 75%가 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 변환된다. 본 발명의 다른 측면에 따르면, 하나 이상의 광원을 수납하도록 구성되어 있는 조명 기구가 제공되고, 조명 기구는 광원들 중 적어도 하나의 광원에 의해 발생된 광의 적어도 일부분이 조명 기구로부터 방출되기 전에 광학 요소 내로 들어가도록 하나 이상의 광원들 중 적어도 하나의 광원의 위치에 대해 조명 기구에 배치되어 있는 광학 요소를 포함하며, 광학 요소는 본 명세서에서 개시된 광학 요소를 포함한다.
본 발명의 추가적인 측면에 따르면, 광원에 대한 조명 장치 또는 조명 기구에 부착하도록 구성된 커버 플레이트가 제공되고, 커버 플레이트는 본 명세서에 개시된 광학 요소, 및 커버 플레이트를 조명 장치 또는 조명 기구에 부착하는 수단을 포함하며, 광학 요소는 광학 요소가 사용되는 발광 장치의 광 출력을 수정할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 하나 이상의 특징부 및 선택적으로 본 명세서에 기술된 부가의 물질 및/또는 층을 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서에 기술된 본 발명의 특정의 실시예 및 측면에서, 광학 요소의 기하학적 형상 및 치수가 특정의 최종-용도 응용에 기초하여 선택될 수 있다.
특정의 실시예에서, 조명 장치 또는 조명 기구는 고체 상태 광원(예컨대, LED)을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 광학 요소를 제조하는 방법이 제공되고, 이 방법은 제1 기판의 제1 표면의 소정의 영역 상에 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질을 퇴적하는 단계, 광학 물질, 및 광학 물질로 덮이지 않은 제1 기판의 제1 표면의 임의의 부분 상에 접착제 물질을 포함하는 층을 형성하는 단계, 접착제 물질을 포함하는 층 상에 제2 기판을 배치하는 단계, 및 기판들을 함께 밀봉하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수의 광학 요소를 준비하는 방법이 제공되고, 이 방법은, 제1 기판의 제1 표면의 복수의 소정의 영역 상에 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질을 퇴적하는 단계, 광학 물질, 및 광학 물질로 덮이지 않은 제1 기판의 제1 표면의 임의의 부분 상에 접착제 물질을 포함하는 층을 형성하는 단계, 접착제 물질을 포함하는 층 상에 제2 기판을 배치하는 단계, 밀봉된 구조물을 형성하기 위해 기판들을 함께 밀봉하는 단계, 및 밀봉된 구조물로부터 개별 광학 요소를 분리시키는 단계를 포함하고, 개별 광학 요소는 광학 물질을 포함하는 소정의 영역을 포함하는 밀봉된 기판의 일부분에 대응한다.
개별 광학 요소를 분리시키는 단계는 워터젯 절단, 스코어링, 레이저 절단 또는 기타 기법에 의해 달성될 수 있다.
특정의 실시예에서, 제2 기판은 광학 요소의 내부에 있게 될 제2 기판의 표면의 제2 소정의 영역 상에 배치된, 제2 소정의 배열로 된 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 제2 광학 물질을 포함한다. (도 4a 참조) 특정의 실시예에서, 앞서 논의된 바와 같이, 광학 물질의 소정의 배열 및 제2 광학 물질의 제2 소정의 배열이 동일할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 본 명세서에 개시된 광학 물질을 포함한다. 특정의 실시예에서, 하나 이상의 광학 물질은 계층화된 배열의 개별 층으로서 및/또는 패턴화된 층의 개별 특징부로서 포함될 수 있다.
광학 물질, 양자 구속 반도체 나노입자, 기판, 접착제 물질, 및 본 명세서에 기술된 기타 선택적인 특징부도 역시 본 방법에서 유용하다.
이 방법의 실시예의 일례가 도 1에 개략적으로 나타내어져 있다. 도 1에 개략적으로 나타낸 일례에서, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 UV 경화성 잉크로서 퇴적된다. 도시된 일례에서, 잉크는 제1 기판(예컨대, 유리 플레이트) 상에 소정의 패턴으로 스크린 인쇄되거나 스텐실 인쇄된다. 특정의 바람직한 실시예에서, 제1 기판은 유리를 포함하지만, 다른 적당한 기판도 역시 사용될 수 있다. 특정의 실시예에서, 잉크는 다른 대안으로서 당업자에게 공지된 다른 기법으로 인쇄될 수 있다. 잉크는 소정의 두께로 인쇄된다. 이러한 소정의 두께는 잉크에서의 양자 구속 반도체 나노입자(예컨대, 반도체 나노결정)의 농도 및 잉크에 존재하는 광 산란체의 양, 그리고 광학 요소의 의도된 최종 용도[광학 요소에 포함된 광학 물질(들)에 의해 보충될 광의 특성 및 광학 요소를 통과한 후의 광의 원하는 색점(color point)]에 기초하여 선택된다.
특정의 실시예에서, 잉크는 공기 중에서 인쇄된다. 공기 중에서 인쇄하는 것은 제조를 쉽게 해줄 수 있다.
특정의 실시예에서, 잉크가 제어된(예컨대, 공기가 없는) 환경에서 인쇄된다.
인쇄되었으면, 잉크는 잉크에 포함된 액체 매질에 기초한 메커니즘에 의해 경화된다. 예를 들어, 잉크의 액체 성분이 경화성 수지인 실시예에서, 잉크는 잉크 수지를 경화시킴으로써 경화된다. 특정의 바람직한 실시예에서, 잉크 수지는 UV 경화성이고, 충분한 시간 길이 동안 UV 광원에 노출시키면 잉크가 경화될 것이다. 예를 들어, UV 경화성 아크릴 수지를 포함하는 잉크는 Dymax Fusion H-전구에 30-45 밀리와트/cm2에서 20초 동안 노출시킴으로써 경화될 수 있다.
특정의 실시예에서, 잉크 경화 단계가 공기 중에서 수행될 수 있다.
특정의 실시예에서, 잉크가 제어된(예컨대, 공기가 없는) 환경에서 경화된다.
그 다음에, 일정 양의 광 투명 접착제 물질(도면에 바람직한 봉합 접착제로서 도시됨)이 경화된 광학 물질 상에 공급된다.
바람직하게는, 접착제 물질은, 층의 형성 동안, 접착제 물질이 광학 물질 상에 공급된 후에 최소한의 슬럼핑을 갖는 마운드처럼 남아 있도록 하는 점도를 가진다. 이 점도 특성은 기판들 사이의 물질이 육안으로 관찰가능한 기포가 실질적으로 없는, 바람직하게는 기포가 없는 광학 요소를 달성하는 것을 용이하게 해준다. 바람직한 접착제 물질은 UV 경화성 아크릴 우레탄이다. UV 경화성 아크릴 우레탄의 일례는 Norland Adhesives에 의해 판매되는 Norland Optical Adhesive 68 및 Norland Optical Adhesive 68 T라고 하는 제품을 포함한다.
특정의 실시예에서, 접착제 물질은 감압 접착제를 포함할 수 있다.
제2 기판(예컨대, 유리 플레이트)이 공급된 접착제 물질(도면에서 바람직한 봉합 접착제로서 도시됨)의 상부와 접촉하도록 제어된 방식으로 내려진다. 바람직하게는, 접착제 물질이 산소 차단 특성을 가진다. 제2 기판이 이어서 하부 유리 기판에 대해 평행을 유지하면서 서서히 아래쪽으로 눌러진다. 이 압축력은, 예를 들어, 제어된 힘 장치(나사, 유압, 공압 등)에 의해 능동적으로 가해질 수 있다. 압축력이 또한 수동적으로(예를 들어, 중량에 의해) 가해질 수 있다. 바람직하게는, 압축력이 요소에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 접착제 물질의 두께를 제어하기 위해 압축력이 조정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 80 lbf(10.6 psi) 이하의 압축력이 사용된다. 특정의 실시예에서, 20 lbf(대략 2.6 psi) 이하의 압축력이 사용된다. 다른 압축력이 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
바람직하게는, 힘이 제거되기 전에 약 1분 동안 힘이 유지된다. 다른 시간이 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
장치를 밀봉하기 위해 접착제가 그 후에 경화된다.
UV 경화성 접착제를 포함하는 특정의 실시예에서, 경화 동안의 총 UV 에너지는 바람직하게는 5000 mJ/cm2 미만이다.
UV 경화성 접착제를 포함하는 특정의 실시예에서, 수축 응력을 최소화하기 위해 저수축 접착제(low shrinkage adhesive)가 사용될 수 있거나, 수축 응력을 최소화할 경화 조건이 사용될 수 있다. 이들 조건은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 긴 시간에 걸친 낮은 강도의 UV 방사를 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 광학 요소의 내부에 있는 제2 기판의 표면은 제2 소정의 배열로 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 제2 광학 물질을 추가로 포함하고 있다. 특정의 실시예에서, 제2 광학 물질이 소정의 배열로 제1 기판과 마주하도록 제2 기판의 내부 표면의 제2 소정의 영역 상에 배치되어 있다. 특정의 실시예에서, 제2 광학 물질의 소정의 배열은 제1 기판 상에 배치된 광학 물질(들)의 소정의 배열의 미러 이미지(mirror image)이고, 제1 기판의 표면 상에 배치된 광학 물질(들)의 소정의 배열 상에 중첩되도록 정렬되어 있다. 제2 기판 상에 제2 광학 물질을 포함하는 실시예에서, 20 lbf(대략 2.6 psi) 이하의 압축력이 바람직하다.
다른 압축력이 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
도 1에 도시된 방법의 실시예의 일례에 의해 생성된 광학 요소는 접착제 물질에 의해 대기로부터 완전히 봉합되어 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질의 필름을 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 광학 요소의 일 실시예의 일례를 나타낸 개략 단면도이다.
패키지가 공기 중에서 조립되지만, 완성된 광학 요소에 실질적으로 공기 포켓(air pocket)이 없기 때문에 산소가 대부분 제거되어 있다. 광학 물질은 3개의 측면이 접착제 물질로 둘러싸여 있고 제4 측면이 유리로 둘러싸여 있다.
광학 요소가 밀봉된 후에 광학 요소에 침투하기 위해, 산소는 단부 시일(end seal)을 통해 광학 물질 층 내로 확산되어야만 한다. 패키지의 차단 특성도 역시 에지 시일(edge seal)의 길이[예컨대, 기판의 에지로부터 기판들 사이의 광학 물질의 층의 외측 에지(outer edge)까지의 거리]에 의해 제어될 수 있다.
특정의 실시예에서, 에지 시일의 길이는 기판의 주변부 주위에서 실질적으로 균일하다. 일례로서, 특정의 실시예에서, 에지 시일 길이는 0.5 mm 이상이다. 특정의 실시예에서, 에지 시일은 1 mm일 수 있다. 특정의 실시예에서, 에지 시일은 2 mm일 수 있다. 특정의 실시예에서, 에지 시일은 3 mm 또는 그 이상일 수 있다. 다른 에지 시일 길이도 역시 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 특정의 바람직한 측면 및 실시예에서, 밀봉된 광학 요소가 광학 물질의 광 발광 효율을 향상시키기에 충분한 기간 동안 광속에 노출된다.
특정의 실시예에서, 광학 요소가 광학 물질의 광 발광 효율을 향상시키기에 충분한 기간 동안 광 및 열에 노출된다. 특정의 실시예에서, 광 또는 광 및 열에 노출시키는 것은 광 발광 효율이 실질적으로 일정한 값에 도달할 때까지 일정 기간 동안 계속된다. 특정의 실시예에서, 365 내지 480 nm 범위의 방사를 갖는 광 출력을 포함하는 광원이 광속의 광원으로서 사용된다. 특정의 실시예에서, 365 내지 470 nm 범위의 방사를 갖는 광 출력을 포함하는 광원이 광속의 광원으로서 사용된다.
특정의 바람직한 실시예에서, 청색 LED 또는 청색 방출 형광 램프가 사용된다. 당업자라면 이러한 파장 범위에서의 방사를 갖는 다른 공지된 광원을 용이하게 알아낼 수 있다. 특정의 실시예에서, 광속은 약 10 내지 약 100 mW/cm2, 바람직하게는 약 20 내지 약 35 mW/cm2, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 약 30 mW/cm2이다. 광학 물질을 광 및 열에 노출시키는 것을 포함하는 실시예에서, 광학 물질이 약 25℃ 내지 약 80°C 범위의 온도에 있으면서 광에 노출된다. 특정의 실시예에서, 밀봉 후에, 광학 요소가 공기 중에서 80°C의 온도에서 450 nm의 공칭 중심 파장의 광을 방출하는 청색 LED로부터의 광에 노출된다. 특정의 실시예에서, 밀봉 후에, 광학 요소가 공기 중에서 50°C의 온도에서 450 nm의 공칭 중심 파장의 광을 방출하는 청색 LED로부터의 광에 노출된다.
본 발명에 유용할 수 있는 부가 정보에 대해서는, 2009년 5월 4일자로 출원된 발명의 명칭이 "광학 물질, 광학 요소, 장치, 및 방법(Optical Material, Optical Component, Devices, And Methods)"인 미국 특허 출원 제61/175,456호(Linton 등)(참조 문헌으로서 본 명세서에 포함됨)를 참조하기 바란다.
복수의 광학 요소를 제조하는 방법의 실시예의 일례가 도 5에 개략적으로 나타내어져 있다. 도 5에 개략적으로 나타낸 일례에서, 광학 물질이 제1 기판 상의 복수의 소정의 영역 상에 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 UV 경화성 잉크로서 퇴적된다. 도시된 일례에서, 잉크는 제1 기판(예컨대, 유리 플레이트) 상에 소정의 패턴으로 스크린 인쇄되거나 스텐실 인쇄된다. 특정의 바람직한 실시예에서, 제1 기판은 유리를 포함하지만, 다른 적당한 기판도 역시 사용될 수 있다.
특정의 실시예에서, 기판 표면들 - 이들 사이에 광학 물질 및 접착제 층이 배치되어 있음 - 중 적어도 하나, 바람직하게는 둘 다가 비평탄이다. 특정의 이러한 실시예에서, 이러한 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 텍스처화되어 있다. 특정의 이러한 실시예에서, 이러한 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 조면화되어 있다. 특정의 이러한 실시예에서, 이러한 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 에칭되어 있다.
특정의 바람직한 실시예에서, 이러한 비평탄 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 1000 옹스트롬 초과의 표면 조도(Ra - 산술 평균 프로파일 조도 파라미터)를 가진다.
특정의 실시예에서, 비평탄 영역이 기판 또는 기판들을 완전히 덮고 있지 않지만, 표준의 방법[마스킹 또는 선택적 조면화, 에칭, 텍스처화, 기타 등등]으로 패턴화되어 있다.
특정의 실시예에서, 기판 표면들 - 이들 사이에 광학 물질 및 접착제가 배치되어 있음 - 중 하나 또는 둘 다가 평탄(smooth)하다. 특정의 이러한 실시예에서, 임의의 이러한 평탄한 기판 표면들 중 적어도 하나, 바람직하게는 둘 다가, 40° 이하, 바람직하게는 25° 이하, 더욱 바람직하게는 15° 이하의 공기-기판 계면에서의 물 접촉각을 가진다.
특정의 실시예에서, 잉크는 다른 대안으로서 당업자에게 공지된 다른 기법으로 인쇄될 수 있다. 잉크는 소정의 두께로 인쇄된다. 이러한 소정의 두께는 잉크에서의 양자 구속 반도체 나노입자(예컨대, 반도체 나노결정)의 농도 및 잉크에 존재하는 광 산란체의 양, 그리고 광학 요소의 의도된 최종 용도[ 광학 요소에 포함된 광학 물질(들)에 의해 보충될 광의 특성 및 광학 요소를 통과한 후의 광의 원하는 색점(color point)]에 기초하여 선택된다.
특정의 실시예에서, 잉크는 공기 중에서 인쇄된다. 공기 중에서 인쇄하는 것은 제조를 쉽게 해줄 수 있다.
특정의 실시예에서, 잉크가 제어된(예컨대, 공기가 없는) 환경에서 인쇄된다.
인쇄되었으면, 잉크는 잉크에 포함된 액체 매질에 기초한 메커니즘에 의해 경화된다. 예를 들어, 잉크의 액체 성분이 경화성 수지인 실시예에서, 잉크는 잉크 수지를 경화시킴으로써 경화된다. 특정의 바람직한 실시예에서, 잉크 수지는 UV 경화성이고, 충분한 시간 길이 동안 UV 광원에 노출시키면 잉크가 경화될 것이다. 예를 들어, UV 경화성 아크릴 수지를 포함하는 잉크는 Dymax Fusion H-전구에 30-45 밀리와트/cm2에서 20초 동안 노출시킴으로써 경화될 수 있다.
특정의 실시예에서, 잉크 경화 단계가 공기 중에서 수행될 수 있다.
특정의 실시예에서, 잉크가 제어된(예컨대, 공기가 없는) 환경에서 경화된다.
그 다음에, 일정 양의 광 투명 접착제 물질(도면에 바람직한 봉합 접착제로서 도시됨)이 제1 기판 상에 공급된다. 도시된 일례에서, 접착제의 스트라이프(stripe)가, 에지 근방에서, 경화된 광학 물질을 포함하는 기판의 표면에 걸쳐 공급된다. 접착제의 양은 소정의 두께를 가지는 경화된 광학 물질을 포함하는 기판의 표면 상에 균일한 접착제 층을 제공하기에 적어도 충분한 것이 바람직하다. 접착제는 다른 대안으로서 소정의 두께를 가지는 경화된 광학 물질을 포함하는 기판의 표면 상에 균일한 접착제 층을 획득하기 위해 다른 기법 및/또는 배열에 의해 퇴적될 수 있다.
바람직하게는, 접착제 물질은, 층의 형성 동안, 접착제 물질이 광학 물질 상에 공급된 후에 최소한의 슬럼핑을 갖는 마운드처럼 남아 있도록 하는 점도를 가진다. 이 점도 특성은 기판들 사이의 물질이 육안으로 관찰가능한 기포가 실질적으로 없는, 바람직하게는 기포가 없는 광학 요소를 달성하는 것을 용이하게 해준다. 바람직한 접착제 물질은 UV 경화성 아크릴 우레탄이다. UV 경화성 아크릴 우레탄의 일례는 Norland Adhesives에 의해 판매되는 Norland Optical Adhesive 68 및 Norland Optical Adhesive 68 T라고 하는 제품을 포함한다.
특정의 실시예에서, 접착제 물질은 감압 접착제를 포함할 수 있다.
제2 기판(예컨대, 유리 플레이트)이 공급된 접착제 물질의 상부와 접촉하도록 제어된 방식으로 내려지고, 구조물을 압착하고 경화된 잉크를 포함하는 제1 기판의 표면에 걸쳐 접착제를 확산시키기 위해 압축력이 적층된 배열에 인가된다.
이 일례에서 나타낸 바와 같이, 롤-라미네이션(roll-lamination)이 사용될 수 있다. 당업자에게 공지된 다른 기법이, 다른 대안으로서, 2개의 기판 사이에 접착제의 층을 형성하고 구조물을 밀봉하는 데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 기판이 밀봉 후에 평행하다.
앞서 논의된 바와 같이, 바람직하게는 접착제 물질이 산소 차단 특성을 가진다.
제2 기판이 이어서 하부 유리 기판에 대해 평행을 유지하면서 서서히 아래쪽으로 눌러진다. 바람직하게는, 압축력이 구조물에 걸쳐 실질적으로 균일한 방식으로 인가된다. 접착제 물질의 두께를 제어하기 위해 압축력이 조정될 수 있다. 특정의 실시예에서, 80 lbf(10.6 psi) 이하의 압축력이 사용된다. 특정의 실시예에서, 20 lbf(대략 2.6 psi) 이하의 압축력이 사용된다. 다른 압축력이 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
장치를 밀봉하기 위해 접착제가 그 후에 경화된다.
UV 경화성 접착제를 포함하는 특정의 실시예에서, 경화 동안의 총 UV 에너지는 바람직하게는 5000 mJ/cm2 미만이다.
UV 경화성 접착제를 포함하는 특정의 실시예에서, 수축 응력을 최소화하기 위해 저수축 접착제가 사용될 수 있거나, 수축 응력을 최소화할 경화 조건이 사용될 수 있다. 이들 조건은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 긴 시간에 걸친 낮은 강도의 UV 방사를 포함할 수 있다. 기판이 밀봉된 후에, 개별 광학 요소가 밀봉된 구조물로부터 분리된다. 개별 광학 요소는 광학 물질을 포함하는 소정의 영역을 포함하는 밀봉된 기판의 일부분에 대응할 수 있다. 바람직하게는, 개별 광학 요소는 광학 물질의 주변부와 광학 요소의 에지 사이에 접착제 테두리(margin)를 포함한다. 보다 바람직하게는, 테두리가 균일하다.
개별 광학 요소를 분리시키는 단계는 워터젯 절단, 스코어링, 레이저 절단 또는 기타 기법에 의해 달성될 수 있다.
특정의 실시예에서, 기판 표면들 - 이들 사이에 광학 물질이 배치되어 있음 - 중 적어도 하나, 바람직하게는 둘 다가 비평탄이다.
특정의 이러한 실시예에서, 이러한 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 텍스처화되어 있다. 특정의 이러한 실시예에서, 이러한 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 조면화되어 있다.
특정의 실시예에서, 기판 표면들 - 이들 사이에 광학 물질 및 접착제 층이 배치되어 있음 - 중 적어도 하나, 바람직하게는 둘 다가 비평탄이다. 특정의 이러한 실시예에서, 이러한 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 텍스처화되어 있다. 특정의 이러한 실시예에서, 이러한 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 조면화되어 있다. 특정의 이러한 실시예에서, 이러한 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 에칭되어 있다.
특정의 바람직한 실시예에서, 이러한 비평탄 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 1000 옹스트롬 초과의 표면 조도(Ra - 산술 평균 프로파일 조도 파라미터)를 가진다.
특정의 실시예에서, 비평탄 영역이 기판 또는 기판들을 완전히 덮고 있지 않지만, 표준의 방법[마스킹 또는 선택적 조면화, 에칭, 텍스처화, 기타 등등]으로 패턴화되어 있다.
특정의 실시예에서, 기판 표면들 - 이들 사이에 광학 물질 및 접착제가 배치되어 있음 - 중 하나 또는 둘 다가 평탄(smooth)하다. 특정의 이러한 실시예에서, 임의의 이러한 평탄한 기판 표면들 중 적어도 하나, 바람직하게는 둘 다가, 40° 이하, 바람직하게는 25° 이하, 더욱 바람직하게는 15° 이하의 공기-기판 계면에서의 물 접촉각을 가진다.
특정의 실시예에서, 기판 표면들 - 이들 사이에 광학 물질이 배치되어 있음 - 중 적어도 하나, 바람직하게는 둘 다가, 30° 이하, 바람직하게는 20° 이하, 더욱 바람직하게는 10° 이하의 접촉각을 가진다.
특정의 실시예에서, 광학 요소의 내부에 있는 제2 기판의 표면은 제2 기판의 제1 표면 상의 제2 복수의 소정의 영역 상에 배치된 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 제2 광학 물질을 추가로 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 제1 및 제2 기판 상의 복수의 소정의 영역은 기판이 밀봉될 때 서로 상에 중첩되도록 정렬되어 있다.
각자의 기판 상에 제1 및 제2 광학 물질의 소정의 영역을 포함하는 실시예에서, 이러한 영역은 동일한 크기 및 동일한 형상을 가질 수 있다.
이 실시예에 의해 준비된 개별 광학 요소는 광학 물질을 포함하는 소정의 영역의 주변부와 밀봉된 구조물의 에지들 사이에 에지 밀봉 영역을 추가로 포함할 수 있고, 에지 밀봉 영역은 광학 물질을 포함하지 않는다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 특정의 바람직한 측면 및 실시예에서, 앞서 기술한 바와 같이, 밀봉된 광학 요소가 광학 물질의 광 발광 효율을 향상시키기에 충분한 기간 동안 광속에 노출된다.
도 5에 도시된 방법의 실시예의 일례에 의해 생성된 광학 요소는 접착제 물질에 의해 대기로부터 완전히 봉합되어 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질의 필름을 포함한다.
본 발명의 특정 실시예에 따라 조립 공정의 일부가, 예컨대, 잉크를 경화시키기 이전에, 공기 중에서 수행될 때에도, 완성된 광학 요소에 공기 포켓이 실질적으로 없기 때문에, 산소가 대부분 제거된다. 광학 물질은 3개의 측면이 접착제 물질로 둘러싸여 있고 제4 측면이 유리로 둘러싸여 있다.
광학 요소가 밀봉된 후에 광학 요소에 침투하기 위해, 산소는 단부 시일을 통해 광학 물질 층 내로 확산되어야만 한다. 패키지의 차단 특성도 역시 에지 시일의 길이[예컨대, 기판의 에지로부터 기판들 사이의 광학 물질의 층의 외측 에지까지의 거리]에 의해 제어될 수 있다.
특정의 실시예에서, 에지 시일의 길이는 기판의 주변부 주위에서 실질적으로 균일하다.
일례로서, 특정의 실시예에서, 에지 시일 길이는 0.5 mm 이상이다. 특정의 실시예에서, 에지 시일은 1 mm일 수 있다. 특정의 실시예에서, 에지 시일은 2 mm일 수 있다. 특정의 실시예에서, 에지 시일은 3 mm 또는 그 이상일 수 있다. 다른 에지 시일 길이도 역시 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 기판 표면들 - 이들 사이에 광학 물질 및 접착제 층이 배치되어 있음 - 중 적어도 하나, 바람직하게는 둘 다가 비평탄이다. 특정의 이러한 실시예에서, 이러한 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 텍스처화되어 있다. 특정의 이러한 실시예에서, 이러한 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 조면화되어 있다. 특정의 이러한 실시예에서, 이러한 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 에칭되어 있다.
특정의 바람직한 실시예에서, 이러한 비평탄 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다가 1000 옹스트롬 초과의 표면 조도(Ra - 산술 평균 프로파일 조도 파라미터)를 가진다.
특정의 실시예에서, 비평탄 영역이 기판 또는 기판들을 완전히 덮고 있지 않지만, 표준의 방법[마스킹 또는 선택적 조면화, 에칭, 텍스처화, 기타 등등]으로 패턴화되어 있다.
특정의 실시예에서, 기판 표면들 - 이들 사이에 광학 물질 및 접착제가 배치되어 있음 - 중 하나 또는 둘 다가 평탄(smooth)하다. 특정의 이러한 실시예에서, 임의의 이러한 평탄한 기판 표면들 중 적어도 하나, 바람직하게는 둘 다가, 40° 이하, 바람직하게는 25° 이하, 더욱 바람직하게는 15° 이하의 공기-기판 계면에서의 물 접촉각을 가진다.
예를 들어, NIST 소급가능 교정 광원(NIST traceable calibrated light source)을 포함하는 적분구에서 분광 광도계를 사용하여 광 발광 효율이 측정될 수 있다.
예를 들어, 외부 양자 효율(EQE)이 Mello 등의 Advanced Materials 9(3):230 (1997)(참조 문헌으로서 본 명세서에 포함됨)에 의해 개발된 방법을 사용해 NIST 추적가능 교정 광원(traceable calibrated light source)을 사용하여 12" 적분구에서 측정될 수 있다. 이 방법은 평행화된 450 nm LED 광원, 적분구 및 분광 광도계를 사용한다. 3번의 측정이 행해졌다. 먼저, 이 방법을 설명하는 데 일례로서, LED는 적분구를 직접 조사하여, 도 3[발광 강도(a.u.)를 파장(nm)의 함수로서 그래프로 나타냄]에 나타낸, L1으로 표시된 스펙트럼을 제공한다. 그 다음에, 확산 LED 광만이 샘플을 조사하도록 PL 샘플이 적분구 내에 위치되어, 도 3에 일례로서 나타낸 (L2+P2) 스펙트럼을 제공한다. 마지막으로, LED가 (수직 입사로부터 약간 벗어나) 샘플을 직접 조사하도록 PL 샘플이 적분구 내에 위치되어, 도 4에 일례로서 나타낸 (L3+P3) 스펙트럼을 제공한다. 데이터를 수집한 후에, 각각의 스펙트럼 기여분(L 및 P)이 계산된다. L1, L2 및 L3는 각각의 측정에 대한 LED 스펙트럼의 합에 대응하고, P2 및 P3는 제2 및 제3 측정에 대한 PL 스펙트럼과 연관된 합이다. 그러면, 하기의 식은 외부 PL 양자 효율을 제공한다:
Figure 112012039596256-pct00001
특정의 실시예에서, 광학 물질은 본 명세서에 기술된 광 산란 입자 및 다른 선택적인 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
반도체 나노결정이 좁은 방사 선폭을 갖고, 광 발광 효율적이며 나노결정의 크기 및/또는 조성으로 조정가능한 방출 파장을 가지기 때문에, 이는 본 명세서에 기술된 본 발명의 다양한 측면 및 실시예에서 사용하기에 바람직한 양자 구속 반도체 나노입자이다.
반도체 나노결정이 스펙트럼의 원가시(far-visible), 가시, 적외선 또는 기타 원하는 부분에 있는 파장 대역의 소정의 파장에서 광자를 방출하도록 본 발명의 다양한 측면 및 실시예에서 유용한 양자 구속 반도체 나노입자(예컨대, 반도체 나노결정을 포함함)의 크기 및 조성이 선택될 수 있다. 예를 들어, 파장은 300 내지 2,500 nm 또는 그 이상, 예컨대 300 내지 400 nm, 400 내지 700 nm, 700 내지 1,100 nm, 1,100 내지 2,500 nm, 또는 2,500 nm 초과일 수 있다.
양자 구속 반도체 나노입자(예컨대, 반도체 나노결정을 포함함)는 나노미터급 무기 반도체 나노입자이다. 반도체 나노결정은, 예를 들어, 직경이 약 1 nm 내지 약 1000 nm, 바람직하게는 약 2 nm 내지 약 50 nm, 더욱 바람직하게는 약 1 nm 내지 약 20 nm(약 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 또는 20 nm 등)인 무기 결정자(inorganic crystallite)를 포함한다.
본 발명의 다양한 측면 및 실시예에 포함된 반도체 나노결정은 보다 바람직하게는 약 150 옹스트롬(Å) 미만의 평균 나노결정 직경을 가진다. 특정의 실시예에서, 약 12 내지 약 150 옹스트롬 범위의 평균 나노결정 직경을 가지는 반도체 나노결정이 특히 바람직할 수 있다.
그렇지만, 반도체 나노결정의 조성 및 원하는 방출 파장에 따라, 평균 직경이 이들 다양한 바람직한 크기 범위를 벗어나 있을 수 있다.
본 명세서에 기술된 본 발명의 다양한 측면 및 실시예에서 사용하기 위한 나노입자 및 나노결정을 형성하는 반도체는 IV족 원소, II-VI족 화합물, II-V족 화합물, III-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, I-III-VI족 화합물, II-IV-VI족 화합물, 또는 II-IV-V족 화합물, 예를 들어, CdS, CdO, CdSe, CdTe, ZnS, ZnO, ZnSe, ZnTe, MgTe, GaAs, GaP, GaSb, GaN, HgS, HgO, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, InN, AlAs, AlP, AlSb, AIS, PbS, PbO, PbSe, Ge, Si, 이들의 합금, 및/또는 이들의 혼합물(3원 및 4원 혼합물 및/또는 합금을 포함함)을 포함할 수 있다.
나노입자 및 나노결정의 형상의 일례는 구, 막대, 디스크, 기타 형상 또는 이들의 혼합을 포함한다.
본 발명의 특정의 바람직한 측면 및 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자(예컨대, 반도체 나노결정을 포함함)는 하나 이상의 제1 반도체 물질의 "코어"를 포함하고, 이 코어는 코어의 표면의 적어도 일부분 상에 제2 반도체 물질의 오버코팅 또는 "쉘"을 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 쉘은 코어를 둘러싸고 있다. 코어의 표면의 적어도 일부분 상에 쉘을 포함하는 양자 구속 반도체 나노입자(예컨대, 반도체 나노결정을 포함함) 코어는 "코어/쉘" 반도체 나노결정이라고도 한다.
예를 들어, 양자 구속 반도체 나노입자(예컨대, 반도체 나노결정을 포함함)는 IV족 원소 또는 화학식 MX(여기서 M은 카드뮴,아연, 마그네슘, 수은, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨, 또는 이들의 혼합물이고, X는 산소, 황, 셀레늄, 텔루르, 질소, 인, 비소, 안티몬, 또는 이들의 혼합물임)로 표현되는 화합물을 포함하는 코어를 포함할 수 있다. 코어로서 사용하기에 적합한 물질의 일례는 CdS, CdO, CdSe, CdTe, ZnS, ZnO, ZnSe, ZnTe, MgTe, GaAs, GaP, GaSb, GaN, HgS, HgO, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, InN, AlAs, AlP, AlSb, AIS, PbS, PbO, PbSe, Ge, Si, 이들의 합금, 및/또는 이들의 혼합물(3원 및 4원 혼합물 및/또는 합금을 포함함)을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 쉘로서 사용하기에 적합한 물질의 일례는 CdS, CdO, CdSe, CdTe, ZnS, ZnO, ZnSe, ZnTe, MgTe, GaAs, GaP, GaSb, GaN, HgS, HgO, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, InN, AlAs, AlP, AlSb, AIS, PbS, PbO, PbSe, Ge, Si, 이들의 합금, 및/또는 이들의 혼합물(3원 및 4원 혼합물 및/또는 합금을 포함함)을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.
특정의 실시예에서, 둘러싸고 있는 "쉘" 물질은 코어 물질의 밴드갭보다 큰 밴드갭을 가질 수 있고, "코어" 기판의 원자 간격(atomic spacing)에 가까운 원자 간격을 갖도록 선택될 수 있다. 다른 실시예에서, 둘러싸고 있는 쉘 물질은 코어 물질의 밴드갭보다 작은 밴드갭을 가질 수 있다. 추가의 실시예에서, 쉘 및 코어 물질이 동일한 결정 구조를 가질 수 있다. 쉘 물질에 대해서는 이하에서 상세히 논의된다. 코어/쉘 반도체 구조물의 추가의 일례에 대해서는, 2003년 8월 12일자로 출원된 발명의 명칭이 "Semiconductor Nanocrystal Heterostructures(반도체 나노결정 헤테로구조물)"인 미국 출원 제10/638,546호(참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)를 참조하기 바란다.
양자 구속 반도체 나노입자는 바람직하게는 좁은 크기 분포를 가지는 반도체 나노입자의 집단의 구성원이다. 보다 바람직하게는, 양자 구속 반도체 나노입자(예컨대, 반도체 나노결정을 포함함)는 나노입자의 단분산(monodisperse) 또는 실질적으로 단분산 집단을 포함한다.
양자 구속 반도체 나노입자는 나노입자의 크기 및 조성에 의해 조정가능한 광학 특성을 생성하는 상향식 화학적 방식을 설계하는 데 이용될 수 있는 강한 양자 구속 효과를 보여준다.
예를 들어, 반도체 나노결정의 제조 및 처리는 Murray 등 (J. Am. Chem. Soc., 115:8706 (1993))에, Christopher Murray의 논문 "Synthesis and Characterization of II-VI Quantum Dots and Their Assembly into 3-D Quantum Dot Superlattices", Massachusetts Institute of Technology, September, 1995에, 및 발명의 명칭이 "Highly Luminescent Color-selective Materials(고발광성 색상-선택적 물질)"인 미국 특허 출원 제08/969,302호에 기술되어 있으며, 이들은 참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다. 반도체 나노결정의 제조 및 처리의 다른 일례는 미국 특허 제6,322,901호 및 제6,576,291호, 그리고 미국 특허 출원 제60/550,314호에 기술되어 있으며, 이들 각각은 참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다.
본 발명에 유용할 수 있는 다른 물질, 기법, 방법, 응용 및 정보가 2009년 3월 21일자로 출원된 미국 출원 제61/162,293호, 2009년 4월 28일자로 출원된 미국 출원 제61/173,375호, 2009년 5월 4일자로 출원된 미국 출원 제61/175,430호, 2009년 5월 4일자로 출원된 미국 특허 출원 제61/175,456호, 2009년 8월 14일자로 출원된 미국 특허 출원 제61/234, 179호, 2009년 5월 6일자로 출원된 국제 특허 출원 제PCT/US2009/002789호, 및 2008년 9월 12일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/283,609호, 2008년 9월 12일자로 출원된, 발명의 명칭이 "조성물, 광학 요소, 광학 요소를 포함하는 시스템, 장치 및 기타 제품(Compositions, Optical Component, System Including An Optical Components, Devices, And Other Products)"인 Seth Coe-Sullivan 등의 미국 특허 출원 제12/283,609호,2008년 9월 12일자로 출원된, 발명의 명칭이 "작용기를 갖는 나노입자 및 방법(Functionalized Nanoparticles And Method)"인 Breen 등의 국제 출원 제PCT/US2008/10651호, 및 2009년 5월 6일자로 출원된, 발명의 명칭이 "광학 요소, 광학 요소를 포함하는 시스템, 및 장치(Optical Components, Systems Including an Optical Component, And Devices)"인 Seth Coe-Sullivan 등의 국제 출원 제PCT/US2009/002796호, 및 2009년 10월 17일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Method For Preparing Quantum Dots"인 Breen의 미국 특허 출원 제61/252,656호에 기술되어 있다. 이들 출원 각각은 참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다.
본 발명의 다양한 측면 및 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자(반도체 나노결정을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않음)는 선택적으로 그에 부착된 리간드를 가진다.
특정의 실시예에서, 리간드는 성장 프로세스 동안 사용된 배위성 용매(coordinating solvent)로부터 유도된다. 피복층(overlayer)을 형성하기 위해 표면이 과도한 경합 배위기(competing coordinating group)에의 반복 노출에 의해 개질될 수 있다. 예를 들어, 캡핑된 반도체 나노결정의 분산물이, 피리딘, 메탄올 및 방향족에 용이하게 분산되지만 지방족 용매에 더 이상 분산되지 않는 결정자를 생성하기 위해, 피리딘과 같은 배위성 유기 화합물에 의해 처리될 수 있다. 이러한 표면 교환 프로세스는 반도체 나노결정의 외측 표면에 배위하거나 그와 결합할 수 있는 임의의 화합물(예를 들어, 포스핀, 티올, 아민 및 포스페이트를 포함함)로 수행될 수 있다. 반도체 나노결정이 표면에 대한 친화성을 나타내고 현탁 또는 분산 매질에 대해 친화성을 갖는 부분에서 종결하는 단쇄 중합체(short chain polymer)에 노출될 수 있다. 이러한 친화성은 현탁액의 안정성을 향상시키고 반도체 나노결정의 면상 침전(flocculation)을 방해한다. 다른 실시예에서, 반도체 나노결정은 다른 대안으로서 비배위성 용매(들)를 사용하여 준비될 수 있다.
전형적인 배위성 용매의 일례는 알킬 포스핀, 알킬 포스핀 산화물, 알킬 포스폰산 또는 알킬 포스핀산을 포함하지만, 피리딘, 푸란 및 아민과 같은 다른 배위성 용매도 나노결정 생성에 적합할 수 있다. 다른 적합한 배위성 용매의 일례는 피리딘, 트라이-n-옥틸 포스핀(TOP), 트라이-n-옥틸 포스핀 산화물(TOPO) 및 트리스-하이드록실프로필포스핀(tHPP)을 포함한다. 공업용급(technical grade) TOPO가 사용될 수 있다. 3,5-다이-테르트-부틸-4-하이드록시벤질포스폰산도 역시 리간드로서 사용될 수 있다.
예를 들어, 배위성 리간드가 하기의 화학식을 가질 수 있다:
Figure 112012039596256-pct00002
여기서 k는 2, 3 또는 5이고, n은 k-n이 0 이상이도록 1, 2, 3, 4 또는 5이며, X는 O, S, S=O, SO2, Se, Se=O, N, N=O, P, P=O, As, 또는 As=O이고, Y 및 L 각각은, 독립적으로, 아릴, 헤테로아릴, 또는 적어도 하나의 이중 결합, 적어도 하나의 삼중 결합, 또는 적어도 하나의 이중 결합과 하나의 삼중 결합을 선택적으로 포함하는 직선형 또는 분지형 C2-12 탄화 수소 사슬이다. 탄화 수소 사슬은 선택적으로 하나 이상의 C1-4 알킬, C2-4 알켄일, C2-4 알카인일, C1-4 알콕시, 하이드록실, 할로, 아미노, 니트로, 시아노, C3-5 사이클로알킬, 3-5원 헤테로사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴, C1-4 알킬카르보닐옥시, C1-4 알킬옥시카르보닐, C1-4 알킬카르보닐, 또는 포르밀로 치환될 수 있다. 탄화 수소 사슬은 또한 선택적으로 -O-, -S-, -N(Ra)-, -N(Ra)-C(O)-O-, -O-C(O)-N(Ra)-, -N(Ra)-C(O)-N(Rb)-, -O-C(O)-O-, -P(Ra)-, 또는 -P(O)(Ra)-에 의해 분리될 수 있다. Ra 및 Rb 각각은, 독립적으로, 수소, 알킬, 알켄일, 알카인일, 알콕시, 하이드록실알킬, 하이드록실, 또는 할로알킬이다. 아릴기는 치환된 또는 비치환된 고리형 방향족이다. 일례는 페닐, 벤질, 나프틸, 톨릴, 안트라실, 니트로페닐, 또는 할로페닐을 포함한다. 헤테로아릴기는 고리 내에 하나 이상의 헤테로원자(예를 들어, 퓨릴, 피리딜, 피롤릴, 페난트릴)를 갖는 아릴기이다.
적당한 배위성 리간드가 상업적으로 구매될 수 있거나, 예를 들어, J. March, Advanced Organic Chemistry(참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)에 기술된 바와 같이, 보통의 합성 유기 기법에 의해 제조될 수 있다.
또한 2003년 8월 15일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Stabilized Semiconductor Nanocrystals(안정화된 반도체 나노결정)"인 미국 특허 출원 제10/641,292호(참고 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)를 참조하기 바란다.
전자 및 정공이 양자 구속 반도체 나노입자(반도체 나노결정를 포함하지만, 이것으로 제한되지 않음)에 국소화되어 있을 때, 방출 파장에서 방사가 일어날 수 있다. 방사는 양자 구속 반도체 물질의 밴드 갭에 대응하는 주파수를 가진다. 밴드 갭은 나노입자의 크기의 함수이다. 작은 직경을 갖는 양자 구속 반도체 나노입자는 물질의 분자 형태와 벌크 형태 사이의 중간에 있는 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 작은 직경을 가지는 양자 구속 반도체 나노입자는 3개의 차원 모두에서 전자 및 정공 둘다의 양자 구속을 나타낼 수 있고, 이는 결정자 크기가 감소함에 따라 물질의 유효 밴드 갭의 증가를 야기한다. 결과적으로, 예를 들어, 결정자의 크기가 감소함에 따라, 반도체 나노결정의 광학적 흡수 및 방사 둘다가 청색으로 또는 더 높은 에너지로 천이한다.
청색 광 방출 반도체 나노결정 물질의 일례에 대해, 2005년 3월 4일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/071,244호(참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)를 참조하기 바란다.
양자 구속 반도체 나노입자로부터의 방사는 양자 구속 반도체 나노입자의 크기, 양자 구속 반도체 나노입자의 조성, 또는 둘다를 변화시킴으로써 스펙트럼의 자외선, 가시 또는 적외선 영역의 전체 파장 범위에 걸쳐 동조될 수 있는 좁은 가우시안 방출 대역일 수 있다. 예를 들어, CdSe가 가시 영역에서 조정될 수 있고, InAs가 적외선 영역에서 조정될 수 있다. 양자 구속 반도체 나노입자의 집단의 좁은 크기 분포로 인해 좁은 스펙트럼 범위 내의 광이 방출될 수 있다. 이 집단은 단분산일 수 있고, 바람직하게는 양자 구속 반도체 나노입자의 직경이 15% 미만, 보다 바람직하게는 10% 미만, 가장 바람직하게는 5% 미만의 rms(root-mean-square) 편차를 나타낸다. 가시 영역에서 방출하는 양자 구속 반도체 나노입자에 대한 약 75 nm, 바람직하게는 60 nm, 보다 바람직하게는 40 nm, 및 가장 바람직하게는 30 nm 이하의 FWHM(full width at half max)이 관찰될 수 있다. IR-방출 양자 구속 반도체 나노입자는 150 nm 이하, 또는 100 nm 이하의 FWHM을 가질 수 있다. 방사의 에너지로 표현하면, 방사는 0.05 eV 이하, 또는 0.03 eV 이하의 FWHM을 가질 수 있다. 양자 구속 반도체 나노입자 직경의 분산도가 감소됨에 따라 방사의 폭이 감소된다.
예를 들어, 반도체 나노결정은 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 또는 90% 초과와 같은 높은 방사 양자 효율을 가질 수 있다.
반도체 나노결정의 좁은 FWHM으로 인해 포화색 방사가 일어날 수 있다. 단일 물질계의 전체 가시 스펙트럼에 걸쳐 넓게 조정가능한 포화색 방사가 임의의 부류의 유기 발색단과 매칭되지 않는다(예를 들어, Dabbousi 등의 J. Phys. Chem 참조. 101, 9463 (1997) - 참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨 - 를 참조할 것). 반도체 나노결정의 단분산 집단은 좁은 범위의 파장에 걸쳐 있는 광을 방출할 것이다. 반도체 나노결정의 2개 이상의 크기를 포함하는 패턴은 2개 이상의 좁은 파장 범위에 있는 광을 방출할 수 있다. 관찰자에 의해 인지되는 방출된 광의 색상이 반도체 나노결정 크기 및 물질의 적절한 조합을 선택함으로써 제어될 수 있다. 반도체 나노결정의 대역 에지 에너지 준위의 축퇴는 모든 가능한 여기자(exciton)의 포획 및 방사 재결합을 용이하게 해준다.
TEM(transmission electron microscopy, 투과 전자 현미경)은 반도체 나노결정 집단의 크기, 형상 및 분포에 관한 정보를 제공할 수 있다. 분말 XRD(X-ray diffraction) 패턴은 반도체 나노결정의 결정 구조의 유형 및 품질에 관한 가장 완전한 정보를 제공할 수 있다. 입자 직경이, X-선 코히런스 길이를 통해, 피크 폭에 대해 역의 관계가 있기 때문에 크기의 추정치도 역시 가능하다. 예를 들어, 반도체 나노결정의 직경이 투과 전자 현미경에 의해 직접 측정될 수 있거나, 예를 들어, Scherrer 방정식을 사용하여 X-선 회절 데이터로부터 추정될 수 있다. 이는 또한 UV/Vis 흡수 스펙트럼으로부터 추정될 수 있다.
양자 구속 반도체 나노입자는 바람직하게는 제어된(무산소 및 무습기) 환경에서 처리되어, 제조 공정 동안 발광 효율의 억제를 방지한다.
양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질이 액체 매질에 분산될 수 있고, 따라서 스핀-캐스팅, 드롭-캐스팅 및 침지 코팅과 같은 박막 퇴적 기법과 호환가능하다.
특정의 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 다양한 측면 및 실시예에서 사용하기 위한 광학 물질이, 예를 들어, 양자 구속 반도체 나노입자 및 액체 비히클을 포함하는 잉크로부터 제조될 수 있고, 액체 비히클은 호스트 물질을 형성하기 위해 중합(예컨대, 교차 결합)될 수 있는 하나 이상의 작용기를 포함한다. 특정의 실시예에서, 기능 단위는 UV 처리에 의해 교차 결합될 수 있다. 특정의 실시예에서, 기능 단위는 열 처리에 의해 교차 결합될 수 있다. 특정의 실시예에서, 기능 단위가 당업자라면 용이하게 확인할 수 있는 다른 교차 결합 기법에 의해 교차 결합될 수 있다. 특정의 실시예에서, 교차 결합될 수 있는 하나 이상의 작용기를 포함하는 광학 물질이 액체 비히클 자체일 수 있다. 선택적으로, 잉크는 산란체 및/또는 기타 첨가제를 추가로 포함한다.
잉크는 인쇄, 스크린 인쇄, 스핀 코팅, 그라비어 기법, 잉크젯 인쇄, 롤 인쇄 등에 의해 기판의 표면 상에 퇴적될 수 있다. 잉크는 소정의 배열로 퇴적될 수 있다. 예를 들어, 잉크는 패턴화된 또는 비패턴화된 배열로 퇴적될 수 있다. 잉크를 기판 상에 퇴적하는 데 유용할 수 있는 부가 정보에 대해서는, 예를 들어, 2007년 6월 25일자로 출원된, 발명의 명칭이 "나노물질을 퇴적하는 방법, 장치를 제조하는 방법, 및 장치 어레이를 제조하는 방법(Methods for Depositing Nanomaterial, Methods For Fabricating A Device, And Methods For Fabricating An Array Of Devices)"인 Seth A. Coe-Sullivan의 국제 특허 출원 제PCT/US2007/014711호, 2007년 6월 25일자로 출원된, 발명의 명칭이 "나노물질을 퇴적하는 방법, 장치를 제조하는 방법, 그리고 장치 및 조성물 어레이를 제조하는 방법(Methods for Depositing Nanomaterial, Methods For Fabricating A Device, And Methods For Fabricating An Array Of Devices And Compositions)"인 Seth A. Coe-Sullivan 등의 국제 특허 출원 제PCT/US2007/014705호, 2007년 6월 25일자로 출원된, 발명의 명칭이 "나노물질을 포함하는 방법 및 물품(Methods And Articles Including Nanomaterial)"인 Seth A. Coe- Sullivan 등의 국제 특허 출원 제PCT/US2007/014706호, 2007년 4월 9일자로 출원된, 발명의 명칭이 "물질을 포함하는 조성물, 물질을 퇴적하는 방법, 이를 포함한 물품 및 물질을 퇴적하는 시스템(Composition Including Material, Methods Of Depositing Material, Articles Including Same And Systems For Depositing Material)"인 Seth A. Coe-Sullivan 등의 국제 특허 출원 제PCT/US2007/08873호, 2007년 4월 13일자로 출원된, 발명의 명칭이 "물질을 퇴적하는 방법, 장치를 제조하는 방법 및 물질을 퇴적하는 데 사용하는 시스템 및 물품(Methods Of Depositing Material, Methods Of Making A Device, And Systems And Articles For Use In Depositing Material)"인 Maria J, Anc 등의 국제 특허 출원 제PCT/US2007/09255호, 2007년 4월 9일자로 출원된, 발명의 명칭이 "나노물질을 포함하는 방법 및 물품(Methods And Articles Including Nanomaterial)"인 Seth Coe-Sullivan 등의 국제 특허 출원 제PCT/US2007/08705호, 2007년 4월 9일자로 출원된, 발명의 명칭이 "나노물질을 퇴적하는 방법 및 장치를 제조하는 방법(Methods Of Depositing Nanomaterial & Methods Of Making A Device)"인 Marshall Cox 등의 국제 특허 출원 제PCT/US2007/08721호, 2005년 10월 20일자로 출원된, 발명의 명칭이 "패턴화된 물질을 전사하는 방법 및 시스템(Method And System For Transferring A Patterned Material)"인 Seth Coe-Sullivan 등의 미국 특허 출원 제11/253,612호, 및 2005년 10월 20일자로 출원된, 발명의 명칭이 "반도체 나노결정을 포함하는 발광 장치(Light Emitting Device Including Semiconductor Nanocrystals)"인 Seth Coe-Sullivan 등의 미국 특허 출원 제11/253,595호를 참조하기 바라며, 이상의 특허 출원들 각각은 여기에 인용함으로써 본 명세서에 포함된다.
이들 퇴적 기법으로부터 얻어지는 특징부 또는 층에 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질을 배치하는 것으로 인해, 나노입자의 표면들 모두가 광을 흡수하고 방출하는 데 이용가능한 것은 아닐 수 있다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질이 밀착 인쇄를 사용하여 표면 상에 퇴적될 수 있다. 예를 들어, A. Kumar와 G. Whitesides의 Applied Physics Letters, 63, 2002-2004, (1993), 및 V. Santhanam와 R. P. Andres의 Nano Letters, 4, 41-44, (2004)(이들 각각은 참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)를 참조하기 바란다.
이 기법이 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 다양한 두께의 광학 물질을 퇴적하는 데 사용될 수 있다. 특정의 실시예에서, 이 두께는 그에 의해 원하는 % 흡수를 달성하도록 선택된다. 가장 바람직하게는, 양자 구속 반도체 나노입자는 재방출된 광자 중 어떤 광자도 흡수하지 않거나 단지 무시할 정도의 양만 흡수한다.
특정의 실시예에서, 물질(예컨대, 광학 물질)이 기판 상의 하나 이상의 사전 정의된 또는 소정의 영역에 도포된다. 소정의 영역은 물질이 선택적으로 도포되는 기판 상의 영역이다. 광학 물질이 광원의 2개 이상의 스펙트럼 결여를 보상하기 위해 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 하나 이상의 상이한 광학 물질에 선택적으로 포함될 수 있다. 광학 물질이 광원의 2개 이상의 스펙트럼 결여를 보상하기 위해 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 2개 이상의 상이한 광학 물질에 선택적으로 포함될 수 있고, 상이한 광학 물질 각각은 기판의 상이한 영역에 및/또는 기판 상에 개별 층으로서 도포될 수 있다. 물질이 실질적으로 전적으로 소정의 영역 내에 남아 있도록 물질 및 기판이 선택될 수 있다.
양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질이 다른 대안으로서 용액 기반 처리 기법, 상 분리, 스핀 캐스팅, 잉크젯 인쇄, 실크 스크리닝, 및 표면 상에 패턴을 형성하는 데 이용가능한 기타 유체막 기법에 의해 퇴적될 수 있다.
다른 대안으로서, 양자 구속 반도체 나노입자가 앞서 열거한 또는 기타 공지된 기법 중 임의의 기법에 의해 전체 또는 부분 층으로서 또는 패턴화된 배열로 퇴적되는 광 투과성 호스트 물질(예컨대, 바람직하게는 적어도 소정의 파장의 광에 대해 투명하고, 양자 구속 반도체 나노입자가 분산되어 있을 수 있는 중합체, 수지, 실리카 유리, 또는 실리카 겔 등)에 분산되어 있을 수 있다. 적합한 물질은 많은 저렴하고 흔히 이용가능한 물질(폴리스티렌, 에폭시, 폴리이미드 및 실리카 유리 등)을 포함한다. 표면에 도포한 후에, 이러한 물질은 양자 구속 반도체 나노입자의 분산물을 포함할 수 있고, 여기서 나노입자는 주어진 색상의 광을 생성하도록 크기 선택되었다. 예를 들어, 중합체 오버코팅을 갖는 기판 상의 2차원 층과 같은 물질에 배치된 양자 구속 반도체 나노입자의 다른 구성도 생각되고 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "상부", "하부", "위" 및 "아래"는 기준점으로부터의 위치에 기초한 상대적 위치 용어이다. 보다 상세하게는, "상부"는 기준점으로부터 가장 멀리 있는 것을 의미하는 반면, "하부"는 기준점에 가장 가까운 것을 의미한다. 예컨대, 층이 요소 또는 기판 "상에" 배치 또는 퇴적되는 것으로 기술되는 경우, 층과 요소 또는 기판 사이에 다른 층 또는 다른 특징부 또는 요소가 있을 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "덮는다"는 기준점으로부터의 위치에 기초한 상대적 위치 용어이다. 예를 들어, 제1 물질이 제2 물질을 덮고 있는 것으로 기술되어 있는 경우, 제1 물질이 제2 물질 위에 배치되지만, 제2 물질과 꼭 접촉할 필요는 없다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 표현 "한", "하나" 및 "그"는 문맥이 명백히 다른 것을 말하는 것이 아닌 한 복수를 포함한다. 따라서, 예를 들어, 방사 물질(emissive material)이라고 말하는 것은 하나 이상의 이러한 물질을 말하는 것을 포함한다.
출원인은 모든 인용된 참조 문헌의 전체 내용을 특정하여 본 개시 내용에 포함시키고 있다. 게다가, 양, 농도, 또는 기타 값이나 파라미터가 범위, 양호한 범위, 또는 위쪽 양호한 값들 및 아래쪽 양호한 값들의 목록으로서 주어질 때, 이것은, 범위들이 개별적으로 개시되어 있는지 여부에 상관없이, 위쪽 범위 한계 또는 양호한 값과 아래쪽 범위 한계 또는 양호한 값의 임의의 쌍으로 이루어진 모든 범위를 특정하여 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 어떤 범위의 숫자값들이 인용되는 경우, 달리 언급하지 않는 한, 그 범위는 범위의 종단점을 포함하고, 그 범위 내의 모든 정수 및 소수를 포함하는 것으로 보아야 한다. 본 발명의 범위가 범위를 정의할 때 인용된 특정의 값으로 제한되는 것으로 보아서는 안된다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 상세 및 실시를 살펴봄으로써 본 발명의 다른 실시예들이 당업자에게는 명백할 것이다. 본 명세서 및 일례들이 단지 예시적인 것으로 간주되고 본 발명의 진정한 범위 및 사상이 이하의 청구항들 및 그의 등가물에 의해 나타내어지는 것으로 보아야 한다.

Claims (110)

  1. 제1 기판,
    상기 제1 기판의 제1 표면의 미리 결정된 영역 상에 배치된 양자 구속 반도체 나노입자(quantum confined semiconductor nanoparticle)들 및 UV 경화성 아크릴 수지를 포함하는 광학 물질,
    상기 광학 물질, 및 상기 광학 물질로 덮이지 않은 상기 제1 기판의 상기 제1 표면의 임의의 부분 위에 배치된 접착제 물질을 포함하는 층, 및
    접착제 물질을 포함하는 상기 층 위에 배치된 제2 기판
    을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 기판이 함께 밀봉되어 있고,
    상기 접착제 물질은 UV 경화성 아크릴레이트 우레탄을 포함하고,
    상기 제1 기판, 상기 제2 기판, 및 상기 광학 물질 중 하나 이상의 표면에 상기 접착제 물질과는 별개의 층으로 형성되고 산소를 차단하는 차단층을 더 포함하는 광학 요소.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학 요소는 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자들을 포함하고, 각각의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자들은 상기 광학 물질에 포함된 다른 유형의 양자 구속 반도체 나노입자들 중 적어도 하나에 의해 방출되는 미리 결정된 파장과는 상이한 미리 결정된 파장으로 광을 방출하는 광학 요소.
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  9. 제1항에 있어서, 상기 양자 구속 반도체 나노입자들은 상기 UV 경화성 아크릴 수지에 분산되어 있는 광학 요소.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광학 물질은 광 산란체들을 추가로 포함하는 광학 요소.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광학 물질은 전체적으로(fully) 봉합되어 있는 광학 요소.
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  15. 광원, 및 상기 광원에 의해 발생된 광의 적어도 일부를 수광하도록 배치되어 있는 광학 요소를 포함하는 조명 장치로서,
    상기 광학 요소는 제1항에 따른 광학 요소를 포함하는 조명 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 광원은 고체 상태 반도체 발광 다이오드를 포함하는 조명 장치.
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  33. 제1항에 있어서, 상기 제1 기판은 미리 결정된 파장들의 광에 대해 적어도 80% 광 투과성인 광학 요소.
  34. 제1항 또는 제33항에 있어서, 상기 제2 기판은 미리 결정된 파장들의 광에 대해 적어도 80% 광 투과성인 광학 요소.
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  43. 제1항에 있어서, 상기 광학 물질 내의 상기 양자 구속 반도체 나노입자들은 적어도 70%의 고체 상태 광 발광 양자 효율을 가지는 광학 요소.
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  45. 제1항에 있어서, 상기 광학 물질 내의 상기 양자 구속 반도체 나노입자들은 적어도 90%의 고체 상태 광 발광 양자 효율을 가지는 광학 요소.
  46. 제1항에 있어서, 상기 접착제 물질은 산소 차단 특성들을 가지는 광학 요소.
  47. 제1항에 있어서, 상기 접착제 물질은 산소 및 습기 차단 특성들을 가지는 광학 요소.
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  51. 제1항에 있어서, 상기 광학 물질은 2개 이상의 광학 물질을 포함하는 광학 요소.
  52. 제51항에 있어서, 상기 2개 이상의 광학 물질들은 계층화된 배열의 개별 층들로서 상기 광학 요소에 포함되어 있는 광학 요소.
  53. 제51항에 있어서, 상기 2개 이상의 광학 물질들은 패턴화된 층의 개별 특징부들로서 상기 광학 요소에 포함되어 있는 광학 요소.
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  55. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접착제 물질을 포함하는 상기 층과 상기 제2 기판 사이에 배치된 양자 구속 반도체 나노입자들을 포함하는 제2 광학 물질을 추가로 포함하는 광학 요소.
  56. 제55항에 있어서, 상기 제2 광학 물질은 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자들을 포함하고, 각각의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자들은 상기 광학 물질에 포함된 다른 유형의 양자 구속 반도체 나노입자들 중 적어도 하나에 의해 방출되는 미리 결정된 파장과는 상이한 미리 결정된 파장에서 광을 방출하는 광학 요소.
  57. 제55항에 있어서, 상기 제2 광학 물질은 2개 이상의 광학 물질을 포함하는 광학 요소.
  58. 제57항에 있어서, 상기 제2 광학 물질에 포함된 상기 2개 이상의 광학 물질은 계층화된 배열의 개별 층들로서 상기 광학 요소에 포함되어 있는 광학 요소.
  59. 제57항에 있어서, 상기 제2 광학 물질에 포함된 상기 2개 이상의 광학 물질은 패턴화된 층의 개별 특징부들로서 상기 광학 요소에 포함되어 있는 광학 요소.
  60. 제55항에 있어서, 상기 제2 광학 물질은 광 산란체들을 추가로 포함하는 광학 요소.
  61. 제55항에 있어서, 상기 광학 물질 및 제2 광학 물질에 포함된 상기 양자 구속 반도체 나노입자들은 반도체 나노결정들을 포함하는 광학 요소.
  62. 제55항에 있어서, 상기 광학 물질 및 제2 광학 물질은 동일한 미리 결정된 배열로 배치되어 있고 또한 상기 제2 광학 물질이 상기 광학 물질 위에 중첩되도록 정렬되어 있는 광학 요소.
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  69. 제55항에 있어서, 상기 제2 광학 물질은 호스트 물질을 추가로 포함하는 광학 요소.
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  103. 제1항에 있어서, 상기 광학 요소는 상기 광학 물질을 포함하는 상기 미리 결정된 영역의 주변부와 밀봉된 구조물의 에지들 사이에 에지 밀봉 영역을 포함하고, 상기 에지 밀봉 영역은 광학 물질을 포함하지 않는 광학 요소.
  104. 제1항에 있어서, 상기 광학 요소 내부에 있는 상기 기판 표면들 중 하나 또는 둘 다는 비평탄인(non-smooth) 광학 요소.
  105. 제1항에 있어서, 상기 제2 기판은 상기 제1 기판의 상기 제1 표면과 마주하는 상기 제2 기판의 표면의 제2 미리 결정된 영역 위에 배치된 양자 구속 반도체 나노입자들을 포함하는 제2 광학 물질을 포함하는 광학 요소.
  106. 제105항에 있어서, 상기 광학 요소는 밀봉된 구조물에 포함된 상기 광학 물질들의 외측 주변부와 상기 밀봉된 구조물의 에지들 사이에 에지 밀봉 영역을 포함하고, 상기 에지 밀봉 영역은 광학 물질을 포함하지 않는 광학 요소.
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