KR101828463B1 - 양자점 기반 조명 - Google Patents

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데이비드 알. 길데아
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Abstract

조명 애플리케이션용 양자점(QD) 구조체에 관한 시스템 및 방법이 서술된다. 특히, 양자점 및 양자점 포함 잉크(상이한 파장의 양자점의 혼합물을 포함하는)가 원하는 광학 특성을 위해 합성되고, LED 광원와 통합되어 삼색 백색 광원을 생성한다. LED 광원은, 양자점 포함 잉크로 채워진 소형 모세관 또는 광학 시스템 내에 적절히 배치된 양자점 포함 필름을 사용하는 것을 포함하여 다양한 방법으로 양자점과 통합될 수 있다. 상기 시스템에 의해, 보다 높은 색 영역, 보다 낮은 소비 전력 및 감소된 비용을 특징으로 하는 개선된 디스플레이를 수득할 수 있다.

Description

양자점 기반 조명{QUANTUM DOT BASED LIGHTING}
[우선권 주장]
본 출원은 본 명세서에 전체 내용이 참조로 포함된, 2010년 8월 11일에 출원된 미국 가출원 제61/372,811호의 우선권을 주장한다.
[기술 분야]
본 발명의 실시예는 양자점(이에 제한되지 않으나, 반도체 나노결정을 포함함)을 이용한 광의 생성, 및 조명 애플리케이션용 구조체 및 광학 디스플레이 시스템에서의 그들의 사용에 관한 것이다.
LCD(Liquid Crystal Displays)는 오늘날의 시장에서 주요한 평면 패널 디스플레이 기술이다. 종래의 LCD 시스템은 통상적으로 백라이트 유닛으로 지칭되는 광원(예를 들어, 형광 램프, LED(light emitting diodes) 등)의 전면에 광학 구성요소의 네트워크를 포함한다. 종래의 백라이트 유닛은, 이를 통해 광이 최종적으로 디스플레이 패널까지 도달하는 광 가이드와 결합된 광원을 포함한다. 종래의 시스템에 사용된 LED 백라이트는, 광원으로부터 약간의 거리만큼 떨어져 LED 광원의 상부 상에 배치된 광학 필름 세트를 포함한다. 다른 것보다도, LED 광원 및 관련된 광학 필름 간의 적절한 거리를 선택함으로서, 디스플레이 패널에 입사하는 광을 적절히 최적화하는 것이 보장된다.
LCD 품질은 종종 색 영역(color gamut) 도표에 의해 측정된다. 색 영역은 디스플레이에 의해 나타낼 수 있는 색의 총 면적을 지칭한다. 일반적으로, 색 영역은 CIE(International Commission on Illumination) 1931 XY 색도표와 같은 도표에 의해 도시된다. 이 도표에서, 사용가능한 색의 영역은 x축 상의 색도 및 y축 상의 밝기 또는 휘도로 나타낸다. 2-D CIE 플롯 상의 모든 가시 색상의 영역은 일반적으로 도표의 중심에서 혀 형태의 영역으로 나타낸다.
디스플레이 디바이스의 색 영역의 증가는 색 품질을 향상시키고 또한 감지 휘도를 더 높게 한다. 이러한 효과는 H-K(Helmholtz-Kohlrauch) 효과로 알려져 있으며, 이는 "명소시(photopic vision) 범위 이내에서 휘도를 일정하게 유지하면서 색자극 순도를 증가시킴으로써 생성된 감지 색의 명도 변화"로 정의된다(CIE Publication No.17.4, International Lighting Vocabulary, Central Bureau of CIE, Vienna, 1988, sec. 845-02-34, p50 참조). 이 효과는 주변 조명 조건에 의존적이다(즉, 상기 효과는 더 낮은 주변 조명 조건하에서 강화되고 더 높은 주변 조명 조건하에서는 약화된다).
LCD에는 두 개의 상이한 LED 광원이 사용되어 왔다: (1)RGB(red, green and blue) LED의 조합 및 (2)백색 LED. 백색 LED의 사용과 비교하여, RGB LED를 사용함으로써 보다 나은 색 영역이 가능하지만 또한 구현시 상당한 복잡성을 더한다. 백색 LED 백라이트의 감소된 복잡성 및 이에 따른 감소된 비용은, 상업적인 LCD 디스플레이에 이 구조들을 선택하여 구현되도록 하였다. 따라서, 일부 종래 디스플레이는 70%의 색 영역(1953 NTSC 표준에 대해)만을 갖는다. 또한, 일부 종래 LED 광원은 광학 스택내에 전력 소비를 증가시키는 다수의 컬러 필터를 필요로 한다.
따라서, 본 발명의 한 목적은, 구현 용이성을 여전히 유지하여 결국 더 낮은 비용을 유발하면서도 색 영역을 증가시키고/증가시키거나 전력 소비를 감소시키는 것 등에 의해 디스플레이 시스템의 성능을 향상시키는 것이다.
하기는 본 발명의 일부 측면들의 기본적인 이해를 제공하기 위해 단순화된 요약을 제공한다. 이 요약은 본 발명의 광범위한 개요가 아니다. 이는 본 발명의 주요 또는 핵심 요소를 확인하거나 본 발명의 범위를 기술하고자 하는 것이 아니다. 하기 요약은 하기에 제공되는 좀더 상세한 설명에 대한 서론으로서 단순화된 형태로 단지 본 발명의 일부 개념을 제공한다.
본 발명의 실시예는 광을 생성하는 양자점(예를 들어 반도체 나노결정을 포함하는)을 포함하는 광학 재료에 관한 것이다. 한 측면에 따라, 청색광 파장을 방출하는 LED에 의해 자극되는, 녹색광 파장을 방출하는 양자점 및 적색광 파장을 방출하는 양자점과 같은 본 발명의 특정 양자점의 조합에 의해 결과적으로 삼색 백색광이 생성된다. 특정 측면에 따라, 삼색 백색광과 같이, 양자점에 의해 생성된 광은 LCD 유닛 또는 다른 광학 디스플레이 유닛과 조합되어 사용된다. 본 발명의 한 구현은, 예를 들어 LCD 유닛과 함께 추가로 사용될 수 있는 백라이트 유닛으로서 사용하기 위한, 양자점, LED 청색 광원 및 광 가이드의 조합이다.
따라서 본 발명의 실시예는 특정 복사(radiation) 출력을 달성하기 위해 사용되는 양자점의 혼합물 또는 조합 또는 비율에 관한 것이다. 상기 양자점은 적절한 자극에 노출될 경우 특정 파장의 적색광 및 녹색광을 발광할 수 있다. 또 다른 실시예는 다양한 발광 애플리케이션에 사용되는 양자점을 포함하는 각종 제형에 관한 것이다(양자점을 포함하는 제형은 본 명세서에서 "양자점 제형" 또는 "광학 재료"로 지칭될 수도 있다). 예를 들어, 양자점 제형은, 양자점 잉크로 흔히 알려진 유동성 유체의 형태를 취할 수 있다. 유동성 유체로서 사용될 경우, 본 명세서에서는, 예를 들어 광 가이드와 조합되어 사용되는, 모세관과 같은 적절한 용기(receptacle)에 유동성 유체를 이동시키기 위한 방법이 제공된다.
양자점 제형은 물리적 구조체에 또는 다른 형태에 포함될 수도 있다. 양자점 제형은, 예를 들어, 필름과 같은 원하는 물리적 구조체로 중합될 수 있는 단량체를 포함할 수 있다. 따라서, 양자점 필름을 제조하는 방법이 본 명세서에 제공된다.
본 발명의 실시예는 또한 생성된 광을 광 가이드로 및 광 가이드를 통해 효율적으로 전송하기 위한, 광 가이드에 대한 양자점-포함 디바이스의 다양한 결합을 포함하는 각종 백라이트 유닛 설계에 관한 것이다. 특정 측면에 따라, 양자점의 조명 및 자극을 위한 방법 및 디바이스, 및 생성된 복사가 광 가이드로 및 광 가이드를 통해 효율적으로 결합 또는 향하도록 하기 위한 방법 및 디바이스가 제공된다. LED 내에 위치한 양자점 및 LED에 대한 구성요소를 포함하는 백라이트 유닛에 대한 실시예가 추가로 제공된다. 상기와 같은 본 발명의 LED는 색 영역을 증가시키고, 더 높은 감지 밝기를 생성하기 위해 양자점을 이용한다.
이에, 본 출원의 마지막 부분에 서술된 청구항 각각은 전체가 본 요약 단락에 참조로 포함된다.
본 명세서에 서술된 상술한 및 다른 측면들 및 실시예들은 모두 본 발명의 실시예를 구성한다.
본 발명의 임의의 특정 측면 및/또는 실시예와 관련하여 본 명세서에 서술된 임의의 특징들은, 조합들의 양립가능성을 보장하기 위한 적절한 변형과 함께, 본 명세서에 서술된 본 발명의 임의의 다른 측면들 및/또는 실시예들의 하나 이상의 임의의 다른 특징들과 조합될 수 있음이 본 발명에 관련 있는 분야의 당업자에 의해 이해되어야 한다. 상기 조합은, 본 명세서에 의해 고려된 본 발명의 일부인 것으로 생각된다.
상술한 전반적인 서술 및 하기의 상세한 서술 모두 예시 및 설명만을 위한 것이며 청구한 바와 같이 본 발명을 제한하지 않음이 이해될 것이다. 명세서 및 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시의 고려로부터 다른 실시예들이 당업자에게 명백할 것이다.
하기의 첨부 도면과 함께 제시된 예시적 실시예들의 하기 상세한 서술로부터, 본 발명의 상술한 및 다른 특징들 및 장점들이 좀더 완전히 이해될 것이다:
도 1a는 본 발명의 각종 측면들에 따라 모세관을 양자점-포함 잉크로 채우기 위한 방법의 예를 예시한다.
도 1b는 본 발명의 각종 측면들에 따라 모세관을 양자점-포함 잉크로 채우기 위한 방법의 예를 예시한다.
도 2는 양자점 포함 백라이트 유닛(BLU) 및 백색 LED BLU의 실시예의 스펙트럼을 예시한다.
도 3은 본 발명의 각종 측면들에 따른 모세관의 예를 예시한다.
도 4는 본 발명의 각종 측면들에 따른 모세관의 예를 예시한다.
도 5는 본 발명의 각종 측면들에 따른 모세관의 예를 예시한다.
도 6은 본 발명의 각종 측면들에 따라 LED 광원을 양자점 포함 필름과 통합함으로써 생성된 양자점 포함 백라이트의 예를 예시한다.
도 7a는 본 발명의 각종 측면들에 따라, LED와 광 가이드 사이에 양자점을 포함하는 얇은 모세관 옵틱를 삽입한 것을 예시한다.
도 7b는 본 발명의 각종 측면들에 따라, 양자점 포함 필름을 광학 필름 스택에 삽입한 것을 예시한다.
도 8은 본 발명의 각종 측면들에 따라, LED로부터의 광이 모세관으로 통과하도록 하고 모세관으로부터의 광을 광 가이드로 인도하기 위해 모세관 둘레에 반사 재료 또는 필름을 사용하는 것을 예시한다.
도 9는 본 발명의 각종 측면들에 따라, 광 가이드로 LED 광은 통과시키지만 양자점-생성 광은 반사시키기 위해 모세관의 세 측부 상에 퇴적된 짧은 대역 통과 필터(short band pass filter)의 사용을 예시한다.
도 10은 본 발명의 각종 측면들에 따라, 양자점-포함 BLU 스택(청색광 발광 LED에 의해 여기된 적색 및 녹색 양자점을 포함하는)의 휘도 프로파일이 종래의 백색 BLU 스택의 휘도 프로파일과 일치함을 예시한다.
도 11은 본 발명의 각종 측면들에 따라, 적색 양자점 및 녹색 양자점을 포함하는 양자점 옵틱이 고에너지 청색 LED 광(~25 mW/cm2) 및 80℃ 까지의 온도에 노출될 경우, 시간의 함수로서 양자점-포함 옵틱 BLU의 양자 효율의 변화를 예시한다.
도 12는 상이한 피크 중간 파장(peak center wavelength)(630 nm, 620 nm 및 615 nm)에서 발광하는 적색-발광 양자점을 포함하는 본 명세서에 서술된 백라이트 유닛의 예로부터의 삼색 백색광의 스펙트럼 프로파일을 묘사한다.
도 13은 본 발명의 각종 측면들에 따라 에지형 광를 갖는 광학 필름 스택을 예시한다.
본 발명의 실시예는 삼색 백색광을 생성하기 위해 양자점을 자극 광과 조합하여 사용하는 것에 관한 것이다. 삼색 백색광은 LCD용 백라이트 유닛과 같은 다양한 조명 애플리케이션에서 사용된다.
양자점은 양자 구속(quantum confinement)으로부터 발생하는 광학 특성을 가질 수 있는 나노미터 크기의 입자이다. 양자점은 자극 복사를 받을 경우 광을 발광할 수 있다.
특정 여기원(excitation source)으로 자극시 원하는 파장의 광이 양자점으로부터 발광되도록 하기 위해 양자점의 특정 조성(들), 구조 및/또는 크기를 선택할 수 있다. 본질적으로, 양자점은 크기를 변화시킴으로써 가시 스펙트럼 전반에 걸쳐 발광하도록 조정될 수 있다. 이에 전체 내용이 참조로 포함된 [C.B.Murray, C.R.Kagan, and M.G.Bawendi, Annual Review of Material Sci.,2000,30:545-610] 참조.
양자점의 평균 입경은 약 1 내지 약 1000 nm의 범위, 및 바람직하게는 약 1 내지 약 100 nm 범위일 수 있다. 특정 실시예에서, 양자점의 평균 입경은 약 1 내지 약 20 nm(예를 들어 약 5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19, 또는 20 nm 등)의 범위이다. 특정 실시예에서, 양자점의 평균 입경은 약 1 내지 약 10 nm 의 범위이다. 양자점의 평균 직경은 약 150 Å 미만일 수 있다. 특정 실시예에서, 양자점이 약 12 내지 약 150 Å의 범위인 평균 직경을 갖는 것이 특히 바람직할 수 있다. 하지만, 양자점의 조성, 구조 및 원하는 방출 파장에 따라, 평균 직경은 이들 범위를 벗어날 수 있다.
바람직하게는, 양자점은 반도체 나노결정을 포함한다. 특정 실시예에서, 반도체 나노결정의 평균 입경은 약 1 내지 약 20 nm 의 범위, 및 바람직하게는 약 1 내지 약 10 nm 의 범위이다. 하지만, 양자점의 조성, 구조 및 원하는 방출 파장에 따라, 평균 직경은 이들 범위를 벗어날 수 있다.
양자점은 하나 이상의 반도체 재료를 포함할 수 있다.
양자점(예를 들어 반도체 나노결정을 포함하는)에 포함될 수 있는 반도체 재료의 예는, 이에 제한되지 않지만, 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, II-IV-V족 화합물, 상술한 임의의 것을 포함하는 합금, 및/또는 3원 및 4원 혼합물 또는 합금을 포함하는, 상술한 임의의 것을 포함하는 혼합물을 포함한다. 비제한적 예의 리스트는 ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, MgS, MgSe, GaAs, GaN, GaP, GaSe, GaSb, HgO, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InN, InP, InSb, AlAs, AlN, AlP, AlSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbO, PbS, PbSe, PbTe, Ge, Si, 상술한 임의의 것을 포함하는 합금, 및/또는 3원 및 4원 혼합물 또는 합금을 포함하는, 상술한 임의의 것을 포함하는 혼합물을 포함한다.
특정 실시예에서, 양자점은 하나 이상의 반도체 재료를 포함하는 코어 및 하나 이상의 반도체 재료를 포함하는 쉘을 포함할 수 있으며, 상기 쉘은 코어의 외부 표면의 적어도 일부, 및 바람직하게는 전부의 위에 배치된다. 코어 및 쉘을 포함하는 양자점은 또한 "코어/쉘" 구조로도 지칭된다.
예를 들어, 양자점은 일반식 MX(M은 카드뮴, 아연, 마그네슘, 수은, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨 또는 그의 혼합물이고, X는 산소, 황, 셀레늄, 텔루륨, 질소, 인, 비소, 안티몬 또는 그의 혼합물이다)를 갖는 코어를 포함할 수 있다. 양자점 코어로서 사용하기에 적합한 재료의 예는, 이에 제한되지 않지만, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, MgS, MgSe, GaAs, GaN, GaP, GaSe, GaSb, HgO, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InN, InP, InSb, AlAs, AlN, AlP, AlSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbO, PbS, PbSe, PbTe, Ge, Si, 및 상술한 임의의 것을 포함하는 합금, 및/또는 3원 및 4원 혼합물 또는 합금을 포함하는, 상술한 임의의 것을 포함하는 혼합물을 포함한다.
쉘은 코어의 조성과 동일하거나 상이한 조성을 갖는 반도체 재료일 수 있다. 쉘은 코어의 표면 상에 하나 이상의 반도체 재료를 포함하는 오버코트(overcoat)를 포함할 수 있다. 쉘에 포함될 수 있는 반도체 재료의 예는, 이에 제한되지 않지만, 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, II-IV-V족 화합물, 상술한 임의의 것을 포함하는 합금, 및/또는 3원 및 4원 혼합물 또는 합금을 포함하는, 상술한 임의의 것을 포함하는 혼합물을 포함한다. 예는, 이에 제한되지 않지만, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, MgS, MgSe, GaAs, GaN, GaP, GaSe, GaSb, HgO, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InN, InP, InSb, AlAs, AlN, AlP, AlSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbO, PbS, PbSe, PbTe, Ge, Si, 상술한 임의의 것을 포함하는 합금, 및/또는 상술한 임의의 것을 포함하는 혼합물을 포함한다. 예를 들어, CdSe 또는 CdTe 반도체 나노결정 상에 ZnS, ZnSe 또는 CdS 오버코팅을 성장시킬 수 있다.
코어/쉘 양자점에서, 쉘 또는 오버코팅은 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 오버코팅은 코어의 조성과 동일하거나 상이한 적어도 하나의 반도체 재료를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 오버코팅의 두께는 약 1 내지 약 10 단층막(monolayer)이다. 오버코팅은 또한 10 단층막 보다 큰 두께를 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 하나보다 많은 오버코팅이 코어 상에 포함될 수 있다.
특정 실시예에서, 둘러싼 "쉘" 재료의 밴드갭은 코어 재료의 밴드갭보다 더 클 수 있다. 다른 특정 실시예에서, 둘러싼 쉘 재료의 밴드갭은 코어 재료의 밴드갭 미만일 수 있다.
특정 실시예에서, 쉘의 원자 간격이 "코어" 기질의 원자 간격에 근접하도록 선택될 수 있다. 다른 특정 실시예에서, 쉘 및 코어 재료는 동일한 결정 구조를 가질 수 있다.
양자점(예를 들어, 반도체 나노결정)(코어)쉘 재료의 예는, 이에 제한되지 않지만: 적색(예를 들어, (CdSe)CdZnS(코어)쉘), 녹색(예를 들어, (CdZnSe)CdZnS(코어)쉘, 등) 및 청색(예를 들어, (CdS)CdZnS(코어)쉘)을 포함한다.
양자점은, 이에 제한되지 않지만, 구형, 막대형, 디스크형, 다른 형태, 및 다양한 형태의 입자 혼합물을 포함하는 다양한 형태를 가질 수 있다.
양자점(예를 들어, 이에 제한되지 않지만, 반도체 나노결정을 포함하는)의 제조 방법의 한 예는 콜로이드 성장 프로세스이다. 콜로이드 성장은 뜨거운 배위 용매에 M 도너 및 X 도너를 주입함으로써 일어난다. 단분산(monodisperse) 양자점의 바람직한 제조 방법의 한 예는 뜨거운 배위 용매에 주입된, 디메틸 카드뮴과 같은 유기금속 시약의 열분해를 포함한다. 상기는 별개의 핵생성이 가능하도록 하고 양자점의 거시적 양(macroscopic quantities)의 성장을 제어하는 결과를 낳는다. 주입에 의해, 제어된 방식으로 성장할 수 있는 핵이 생성되어 양자점이 형성된다. 반응 혼합물을 완만하게 가열하여 양자점을 성장시키고 어닐링할 수 있다. 시료의 양자점의 평균 크기 및 크기 분포 모두 성장 온도에 의존한다. 일정한 성장을 유지하기 위한 성장 온도는 평균 결정 크기가 증가함에 따라 증가한다. 생성된 양자점은 양자점 집단의 한 구성요소이다. 별개의 핵생성 및 제어된 성장의 결과로서, 수득될 수 있는 양자점 집단은 좁고 단분산의 직경 분포를 갖는다. 직경의 단분산 분포를 또한 크기로 지칭할 수도 있다. 바람직하게는, 입자의 단분산 집단은, 집단 내 입자의 적어도 약 60%가 특정한 입자 크기 범위 이내에 속하는 입자의 집단을 포함한다. 단분산 입자의 집단은 바람직하게는 직경에 있어서 15% rms(root-mean-square) 미만 및 더 바람직하게는 10% rms 미만 및 가장 바람직하게는 5% rms 미만의 편차이다.
오버코팅 공정의 예는, 예를 들어, 미국 특허 제6,322,901호에 서술된다. 오버코팅 중 및 코어의 흡수 스펙트럼(absorption spectrum) 모니터링 중에 반응 혼합물의 온도를 조절함으로써, 발광 양자 효율이 높고 크기 분포가 좁은 오버코팅 재료를 수득할 수 있다.
양자점(예를 들어 반도체 나노결정을 포함하는)의 좁은 크기 분포에 의해 좁은 스펙트럼 폭에서 발광이 가능해지게 된다. 단분산 반도체 나노결정은 문헌 [Murray et al.(J.Am.Chem.Soc.,115:8706(1993))]; [Christopher Murray의 논문인 "Synthesis and Characterization of II-VI Quantum Dots and Their Assembly into 3-D Quantum Dot Superlattices", Massachusetts Institute of Technology, September, 1995]에 상세히 서술되어 있다. 상술한 문헌은 이에 본 명세서에 전체내용이 참조로 포함된다.
핵생성 이후 이어지는, 배위 용매 내 양자점의 제어된 성장 및 어닐링 공정은 또한 균일한 표면 유도체화(derivatization) 및 규칙적인 코어 구조의 결과를 낳을 수 있다. 크기 분포가 예리해짐에 따라, 일정한 성장을 유지하기 위해 온도를 상승시킬 수 있다. 좀더 많은 M 도너 또는 X 도너를 추가함으로써, 성장 기간을 단축시킬 수 있다. M 도너는 무기 화합물, 유기금속 화합물 또는 원소 금속일 수 있다. 예를 들어, M 도너는 카드뮴, 아연, 마그네슘, 수은, 알루미늄, 갈륨, 인듐 또는 탈륨을 포함할 수 있으며, X 도너는 M 도너와 반응하여 일반식 MX를 갖는 재료를 형성할 수 있는 화합물을 포함할 수 있다. X 도너는 포스핀 칼코겐화물, 비스(실릴)칼코겐화물, 이산소(dioxygen), 암모늄염 또는 트리스(실릴) 닉타이드(pnictide)와 같은 칼코겐화물 도너 또는 닉타이드 도너를 포함할 수 있다. 적절한 X 도너는, 예를 들어, 이에 제한되지 않지만, 이산소, 비스(트리메틸실릴) 셀렌화물((TMS)2Se), (트리-녹틸포스핀) 셀렌화물(TOPSe) 또는 (트리-n-부틸포스핀) 셀렌화물(TBPSe)와 같은 트리알킬 포스핀 셀렌화물, (트리-n-옥틸포스핀) 텔루르화물(TOPTe) 또는 헥사프로필포스포러스트리아미드 텔루르화물(HPPTTe)와 같은 트리알킬 포스핀 텔루르화물, 비스(트리메틸실릴)텔루르화물(TMS)2Te), 비스(트리메틸실릴)황화물((TMS)2S), (트리-녹틸포스핀)황화물(TOPS)와 같은 트리알킬 포스핀 황화물, 암모늄 할로겐화물(예를 들어, NH4Cl)과 같은 암모늄염, 트리스(트리메틸실릴)인화물((TMS)3P), 트리스(트리메틸실릴) 비소화물((TMS)3As), 또는 트리스(트리메틸실릴)안티몬화물((TMS)3Sb)을 포함한다. 특정 실시예에서, M 도너 및 X 도너는 동일한 분자내의 일부분일 수 있다.
배위 용매는 양자점의 성장을 제어하는 것을 도울 수 있다. 배위 용매는, 예를 들어, 성장하는 양자점(예를 들어, 반도체 나노결정을 포함하는)의 표면에 배위되는 것이 가능한 고립 전자쌍인 도너 고립 전자쌍을 갖는 화합물이다. 용매 배위는 성장하는 양자점을 안정화할 수 있다. 배위 용매의 예는 알킬 포스핀, 알킬 포스핀 산화물, 알킬 포스폰산 또는 알킬 포스핀산을 포함하지만, 양자점(예를 들어, 반도체 나노결정) 제조에는 피리딘, 퓨란 및 아민과 같은 다른 배위 용매도 또한 적절할 수 있다. 적절한 배위 용매의 추가예는 피리딘, 트리-n-옥틸 포스핀(TOP), 트리-n-옥틸포스핀 산화물(TOPO) 및 트리스히드록실프로필포스핀(tHPP), 트리부틸포스핀, 트리(도데실)포스핀, 디부틸-포스파이트, 트리부틸 포스파이트, 트리옥타데실 포스파이트, 트리라우릴 포스파이트, 트리스(트리데실) 포스파이트, 트리이소데실 포스파이트, 비스(2-에틸헥실) 포스페이트, 트리스(트리데실) 포스페이트, 헥사데실아민, 올레일아민, 옥타데실아민, 비스(2-에틸헥실)아민, 옥틸아민, 디옥틸아민, 트리옥틸아민, 도데실아민/라우릴아민, 디도데실아민, 트리도데실아민, 헥사데실아민, 디옥타데실아민, 트리옥타데실아민, 페닐포스폰산, 헥실포스폰산, 테트라데실포스폰산, 옥틸포스폰산, 옥타데실포스폰산, 프로필렌디포스폰산, 페닐포스폰산, 아미노헥실포스폰산, 디옥틸 에테르, 디페닐 에테르, 메틸 미리스테이트, 옥틸 옥타노에이트 및 헥실 옥타노에이트를 포함한다. 특정 실시예에서, 공업용 TOPO를 사용할 수 있다.
특정 실시예에서, 양자점은 대안적으로 비-배위 용매(들)을 사용하여 제조할 수 있다.
반응의 성장 단계 중의 크기 분포는 입자의 흡수 또는 방출 선폭을 모니터링함으로써 추정할 수 있다. 입자의 흡수 스펙트럼의 변화에 따라 반응 온도를 변화시킴으로써, 성장 중에 예리한 입자 크기 분포를 유지하는 것이 가능하다. 보다 큰 결정을 성장시키기 위해 결정 성장 중에 핵생성 용액에 반응물을 추가할 수 있다. 예를 들어, CdSe 및 CdTe에 대해, 특정한 반도체 나노결정 평균 직경에서 성장을 중단시키고 반도체 재료의 적절한 조성을 선택함으로써, 반도체 나노결정의 방출 스펙트럼을 300 nm 내지 5 마이크로미터의 범위 또는 400 nm 내지 800 nm 범위의 파장에 걸쳐 지속적으로 조정할 수 있다.
양자점(예를 들어, 반도체 나노결정을 포함하는)의 입경 분포는, 메탄올/부탄올과 같은, 양자점의 부용매(poor solvent)를 이용한 크기별 침전에 의해 추가로 개선될 수 있다. 예를 들어, 양자점은 헥산내 10% 부탄올 용액에 분산될 수 있다. 유광(opalescence)이 지속될 때까지 상기 교반 용액에 메탄올을 적하하여 첨가할 수 있다. 원심분리법에 의해 상청액 및 응집물을 분리함으로써 시료에서 가장 큰 결정자(crystallites)들이 풍부한 침전물을 수득한다. 광 흡수 스펙트럼이 더 이상 예리해지는 것이 관찰되지 않을 때까지 상기 공정이 반복될 수 있다. 크기별 침전은 피리딘/헥산 및 클로로포름/메탄올을 포함하는 각종 용매/비용매 쌍에서 수행될 수 있다. 크기별 양자점(예를 들어, 반도체 나노결정) 집단은 바람직하게는 평균 직경으로부터 15% rms 이하의 편차를 갖고, 더 바람직하게는 10% rms 편차 이하, 및 가장 바람직하게는 5% rms 편차 이하이다.
반도체 나노결정 및 다른 종류의 양자점은 리간드가 부착되는 것이 바람직하다.
리간드는 성장 공정 중에 반응 혼합물에 포함될 수 있는 배위 용매로부터 유도될 수 있다.
리간드는 반응 혼합물에 첨가될 수 있다.
리간드는 양자점을 합성하기 위한 반응 혼합물에 포함된 시약 또는 전구체로부터 유도될 수 있다.
특정 실시예에서, 양자점은 외부 표면에 부착된 하나보다 많은 종류의 리간드를 포함할 수 있다.
성장 공정으로부터 또는 다른 방법으로 유도된 리간드를 포함하는 양자점 표면은, 과량의 경쟁 리간드기(예를 들어, 이에 제한되지 않지만, 배위기를 포함하는)에 반복적으로 노출됨으로써 변형되어 오버레이어(overlayer)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 캡핑된 양자점의 분산액을 피리딘과 같은 배위 유기 화합물로 처리하여, 피리딘, 메탄올 및 방향족 용매에는 쉽게 분산되지만 지방족 용매에는 더 이상 분산되지 않는 결정자를 생성할 수 있다. 상기와 같은 표면 교환 공정은, 예를 들어, 이에 제한되지 않지만 포스핀, 티올, 아민 및 포스페이트를 포함하는, 나노입자의 외부 표면과 배위 또는 접합할 수 있는 임의의 화합물을 이용하여 수행될 수 있다.
예를 들어, 양자점을, 표면에 대해 친화도를 나타내고 현탁 또는 분산 매체에 대해 친화도를 갖는 부분에서 종결되는 단쇄 중합체에 노출시킬 수 있다. 상기 친화도는 현탁액의 안정성을 개선하고 양자점의 응집을 저해한다. 추가 리간드의 예는 알킬 포스핀, 알킬 포스핀 산화물, 알킬 포스폰산, 또는 알킬 포스핀산, 피리딘, 퓨란 및 아민을 포함한다. 좀더 구체적인 예는, 이에 제한되지 않지만, 피리딘, 트리-n-옥틸 포스핀(TOP), 트리-n-옥틸 포스핀 산화물(TOPO) 및 트리스-히드록실프로필포스핀(tHPP)을 포함한다. 공업용 TOPO를 사용할 수 있다.
적절한 배위 리간드는 상업적으로 구입가능하거나, 예를 들어, 본 명세서에 전체 내용이 참조로 포함된 문헌 [J,March, Advanced Organic Chemistry]에 서술된 바와 같은 통상의 유기 합성 기술에 의해 제조할 수 있다.
발광할 수 있는 양자점으로부터의 방출은, 양자점의 크기, 양자점의 조성 또는 둘 모두를 변경시킴으로써 스펙트럼의 자외선, 가시광선 또는 적외선 영역의 완전한 파장 범위에 걸쳐 조정될 수 있는 좁은 가우시안 방출 대역일 수 있다. 예를 들어, CdSe를 포함하는 반도체 나노결정은 가시광선 영역에서 조정될 수 있으며; InAs를 포함하는 반도체 나노결정은 적외선 영역에서 조정될 수 있다. 발광할 수 있는 양자점 집단의 좁은 크기 분포는 좁은 스펙트럼 범위에서의 발광을 야기할 수 있다. 집단은, 상기 양자점 직경에 있어서 바람직하게는 15% rms(root-mean-square) 편차 미만, 더 바람직하게는 10% 미만, 가장 바람직하게는 5% 미만을 나타내는 단분산일 수 있다. 가시광선 내에서 발광하는 상기 양자점에 있어서, 약 75 nm 이하, 바람직하게는 약 60 nm 이하, 더 바람직하게는 약 40 nm 이하, 및 가장 바람직하게는 약 30 nm 이하 FWHM(full width at half max)의 좁은 범위의 방출 스펙트럼이 관찰된다. IR-방출 양자점의 FWHM은 150 nm 이하 또는 100 nm 이하일 수 있다. 방출 에너지 측면에서 나타낼 경우, 방출의 FWHM은 0.05 eV 이하 또는 0.03 eV 이하일 수 있다. 발광 양자점 직경의 분산도가 감소함에 따라 방출 폭이 감소한다.
양자점의 발광 양자 효율은 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% 또는 90% 등 보다 클 수 있다.
양자점의 좁은 FWHM은 포화색(saturated color) 방출을 야기할 수 있다. 단일 재료 시스템의 가시광 스펙트럼 전체에 걸쳐 광범위하게 조정가능한 포화색 방출은 임의의 부류의 유기 발색단에도 비교가 되지 않는다(예를 들어, 전체 내용이 참조로 포함된 "Dabbousi et al., J.Phys.Chem.101,9463(1997)" 참조). 양자점의 단분산 집단은 좁은 범위의 파장에 걸쳐 발광할 것이다.
본 발명에 따른 유용한 양자점은 적색광의 파장 특성을 방출하는 것들을 포함한다. 바람직한 특정 실시예에서, 적색광을 발광할 수 있는 양자점은 약 615 nm 내지 약 630 nm 범위의 피크 중간 파장 및 중복되거나 중복되지 않는 범위 사이의 임의의 파장을 갖는 광을 발광한다. 예를 들어, 양자점은 피크 중간 파장이 약 630 nm, 약 625 nm, 약 620 nm, 약 615 nm인 적색광을 발광할 수 있다.
본 발명에 따른 유용한 양자점은 또한 녹색광의 파장 특성을 방출하는 것들을 포함한다. 바람직한 특정 실시예에서, 녹색광을 발광할 수 있는 양자점은 약 520 nm 내지 약 540 nm 범위의 피크 중간 파장 및 중복되거나 중복되지 않는 범위 사이의 임의의 파장을 갖는 광을 발광한다. 예를 들어, 양자점은 피크 중간 파장이 약 520 nm, 약 525 nm, 약 535 nm, 약 540 nm인 녹색광을 발광할 수 있다.
본 발명의 추가의 측면에 따라, 양자점은 약 25 nm와 약 60 nm 사이의 범위의 FWHM에서 좁은 방출 프로파일을 나타낸다. 본 발명의 양자점의 좁은 방출 프로파일로 인해, 양자점 및 양자점의 혼합물이 포화색을 방출하도록 조정할 수 있어, 종래의 LED 조명 디스플레이 이상의 전력 효율 및 색 영역을 증가시킬 수 있다. 한 측면에 따라, 예를 들어 약 523 nm의 우세 파장을 방출하도록 설계되고 예를 들어 FWHM이 약 37 nm인 방출 프로파일을 갖는 녹색 양자점은, 예를 들어 약 617 nm의 우세 파장을 방출하도록 설계되고 예를 들어 FWHM이 약 32 nm인 방출 프로파일을 갖는 적색 양자점과 결합되거나, 혼합되거나 그렇지 않을 경우 조합되어 사용된다. 상기 조합은 청색광에 의해 자극되어 삼색 백색광을 생성할 수 있다.
본 발명에 따른 양자점은 원하는 용도에 따라 다양한 제형으로 포함될 수 있다. 한 측면에 따라, 양자점은, 예를 들어, 광에 노출되는 투명한 용기에 포함되는 유동성 제형 또는 액체에 포함될 수 있다. 상기 제형은 다양한 양의 하나 이상의 종류의 양자점 및 하나 이상의 호스트 재료를 포함할 수 있다. 상기 제형은 하나 이상의 산란체(scatterers)를 추가로 포함할 수 있다. 다른 선택적 첨가제 또는 성분들이 또한 제형에 포함될 수 있다. 특정 실시예에서, 제형은 하나 이상의 광 개시제를 추가로 포함할 수 있다. 양자점에 대한 의도된 특정 애플리케이션에 따라 추가의 성분들이 포함될 수 있음을 당업자라면 본 명세서로부터 쉽게 인지할 것이다.
본 발명의 범위 이내의 광학 재료 또는 제형은 호스트 재료를 포함할 수 있으며, 이는 약 50 중량% 내지 약 99.5 중량%, 및 중복되거나 중복되지 않는 범위 사이의 임의의 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 특정 실시예에서, 호스트 재료는 약 80 내지 약 99.5 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 구체적인 유용한 호스트 재료의 예는, 이에 제한되지 않지만, 중합체, 단량체, 수지, 바인더, 유리, 금속 산화물 및 다른 비중합체 재료를 포함한다. 바람직한 호스트 재료는 미리 선택된 광의 파장에 대해 적어도 일부가 투과성이고, 바람직하게는 완전히 투과성인 중합체 및 비중합체 재료를 포함한다. 특정 실시예에서, 미리 선택된 파장은 전자기 스펙트럼의 가시광 영역(예를 들어, 400-700 nm)의 광의 파장을 포함할 수 있다. 바람직한 호스트 재료는 가교결합 중합체 및 용매-성막(solvent-cast) 중합체를 포함한다. 다른 바람직한 호스트 재료의 예는, 이에 제한되지 않지만, 유리 또는 투명 수지를 포함한다. 특히, 가공성 측면에서 비경화성 수지, 열경화성 수지 또는 광경화성 수지와 같은 수지가 적절하게 사용된다. 상기 수지의 구체적인 예는, 올리고머 또는 중합체 중의 어느 하나의 형태로, 이에 제한되지 않지만, 멜라민 수지, 페놀 수지, 알킬 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 말레인 수지, 폴리아미드 수지, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐피롤리돈, 히드록시에틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 상기 수지들을 형성하는 단량체를 포함하는 공중합체 등을 포함한다. 다른 적절한 호스트 재료는 관련 분야의 당업자가 확인할 수 있다.
호스트 재료는 또한 실리콘 재료를 포함할 수 있다. 실리콘 재료를 포함하는 적절한 호스트 재료는 관련 분야의 당업자가 확인할 수 있다.
본 명세서에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시예 및 측면에서, 호스트 재료는 광 경화성 수지를 포함한다. 광 경화성 수지는 특정 실시예, 예를 들어 조성이 정형화되는(patterned) 실시예에서 바람직한 호스트 재료일 수 있다. 광 경화성 수지로서, 반응성 비닐기를 포함하는 아크릴산 또는 메타크릴산계 수지와 같은 광 중합성 수지, 폴리비닐 신나메이트, 벤조페논 등과 같은, 일반적으로 감광제를 포함하는 광-가교결합성 수지를 사용할 수 있다. 열경화성 수지는 감광제가 사용되지 않는 경우에 사용할 수 있다. 상기 수지들은 개별적으로 또는 두 개 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
본 명세서에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시예 및 측면에서, 호스트 재료는 용매-성막 수지를 포함할 수 있다. 폴리우레탄 수지, 말레인 수지, 폴리아미드 수지, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐피롤리돈, 히드록시에틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 상기 수지들을 형성하는 단량체를 포함하는 공중합체 등과 같은 중합체를 당업자에게 공지된 용매에 용해시킬 수 있다. 용매의 증발시, 수지가 반도체 나노결정을 위한 고형 호스트 재료를 형성한다.
특정 실시예에서, Radcure(radcure) 및 Sartomer(sartomer)사에서 시판중인 아크릴레이트 단량체 및/또는 아크릴레이트 올리고머가 바람직할 수 있다.
양자점은 캡슐화될 수 있다. 캡슐화 재료, 관련 방법 및 유용할 수 있는 다른 정보의 비제한적 예는, 이에 본 명세서에 전체 내용이 각각 참조로 포함된, 발명의 명칭이 "Particles including Nanoparticles, Uses Thereof, And Methods"이고 2009년 3월 4일에 출원된, "Linton"의 국제 출원 제PCT/US2009/01372호, 및 발명의 명칭이 "Particles including Nanoparticles, Uses Thereof, And Methods"이고 2009년 9월 9일에 출원된, "Nick et al."의 미국 특허 출원 제61/240932호에 서술된다.
본 발명의 범위 이내의 광학 재료에 포함된 양자점의 총량은 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%의 범위, 및 중복되거나 중복되지 않는 범위 사이의 임의의 중량%이다. 광학 재료에 포함된 양자점의 양은 양자점이 포함된 형태(예를 들어, 필름, 광(예를 들어, 모세관), 캡슐화 필름 등) 및 애플리케이션에 따라 상기 범위 이내에서 변화할 수 있으며, 특정 최종 애플리케이션을 기반으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 더 긴 경로 길이를 갖는 더 두꺼운 모세관(예를 들어, 대형 스크린 텔레비젼 애플리케이션용 BLU에서와 같은)에 광학 재료가 사용되는 경우, 양자점의 농도는 0.5%에 근접할 수 있다. 더 짧은 경로 길이를 갖는 더 얇은 모세관(예를 들어, 모바일 또는 휴대용 애플리케이션용 BLU에서와 같은)에 광학 재료가 사용되는 경우, 양자점의 농도는 5%에 근접할 수 있다.
광학 재료에 사용되는 양자점의 비율은 사용된 양자점의 방출 피크에 의해 결정된다. 예를 들어, 약 520 nm 내지 약 540 nm 범위의 피크 중간 파장 및 중복되거나 중복되지 않는 범위 사이의 임의의 파장을 갖는 녹색광을 발광할 수 있는 양자점, 및 약 615 nm 내지 약 630 nm 범위의 피크 중간 파장 및 중복되거나 중복되지 않는 범위 사이의 임의의 파장을 갖는 적색광을 발광할 수 있는 양자점이 광학 재료에 사용되는 경우, 녹색 발광 양자점의 중량% 대 적색 발광 양자점의 중량%의 비율은 약 9:1 내지 약 2:1의 범위, 및 중복되거나 중복되지 않는 범위 사이의 임의의 비율일 수 있다.
광학 재료에서 녹색 발광 양자점의 중량% 대 적색 발광 양자점의 중량%의 상기 비율은 대안적으로 몰 비율(molar ratio)로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 녹색 대 적색 양자점의 상기 중량% 비율 범위는 약 24.75 대 1 내지 약 5.5 대 1 범위, 및 중복되거나 중복되지 않는 범위 사이의 임의의 비율의 녹색 대 적색 양자점 몰 비율에 상응할 수 있다.
청색 발광 고상 무기 반도체 발광 디바이스(약 450 nm 내지 약 460 nm 범위의 피크 중간 파장, 및 중복되거나 중복되지 않은 범위 사이의 임의의 파장을 갖는 청색광을 갖는) 및 상기 범위의 중량% 비율 이내로 녹색 발광 양자점 및 적색 발광 양자점의 혼합물을 포함하는 광학 재료를 포함하는, 본 명세서에 서술된 양자점 포함 BLU에 의해 발광된 삼색 백색광에서의 청색 대 녹색 대 적색광 출력 강도의 비율은 상기 범위 이내에서 변화할 수 있다. 예를 들어, 청색 대 녹색 광 출력 강도비는 이에 따라 약 0.75 내지 약 4의 범위일 수 있고, 녹색 대 적색 광 출력 강도비는 이에 따라 약 0.75 내지 약 2.0의 범위일 수 있다. 특정 실시예에서, 예를 들어, 청색 대 녹색 광 출력 강도비는 약 1.4 내지 약 2.5의 범위일 수 있고, 녹색 대 적색 광 출력 강도비는 약 0.9 내지 약 1.3의 범위일 수 있다.
본 발명의 범위 이내에서 산란체는, 예를 들어, 약 0.01 중량%와 약 1 중량% 사이의 양으로 존재할 수 있다. 상기 범위 이외의 산란체의 양도 또한 유용할 수 있다. 본 명세서에 서술된 본 발명의 실시예 및 측면에 사용될 수 있는 광 산란체(본 명세서에서는 산란체 또는 광 산란 입자로도 지칭됨)의 예는, 제한됨이 없이, 금속 또는 금속 산화물 입자, 에어 버블, 및 유리 및 중합체 비드(속이 차거나 속이 빈)를 포함한다. 다른 광 산란체는 당업자에 의해 용이하게 확인될 수 있다. 특정 실시예에서, 산란체는 구 형태를 갖는다. 산란 입자의 바람직한 예는, 이에 제한되지는 않지만, TiO2, SiO2, BaTiO3, BaSO4 및 ZnO를 포함한다. 호스트 재료와 비반응성이며 호스트 재료에서 여기 광(excitation light)의 흡수 경로 길이를 증가시킬 수 있는 다른 재료의 입자를 사용할 수 있다. 특정 실시예에서, 광 산란체는 높은 굴절율(예를 들어, TiO2, BaSO4 등) 또는 낮은 굴절율(가스 버블)을 가질 수 있다.
산란체의 크기 및 크기 분포의 선택은 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 크기 및 크기 분포는, 산란 입자, 및 광 산란체가 분산되는 호스트 재료의 굴절율 불일치, 및 레일리 산란 이론에 따라 산란되는 미리 선택된 파장(들)을 기반으로 할 수 있다. 호스트 재료에서의 분산성 및 안정성을 개선하기 위해 산란 입자의 표면을 추가로 처리할 수 있다. 한 실시예에서, 산란 입자는, 입자 크기가 0.2 ㎛이고 농도가 약 0.01 내지 약 1 중량% 범위인 TiO2(Dupont사 R902+)를 포함한다.
제형 내의 일정량의 산란체는, 잉크가 에지를 갖는 투명 용기에 포함된 애플리케이션에서 총 내부 반사로 인한 손실을 제한하기 위해 유용하다. 산란체의 양은 제형에 사용된 양자점의 양에 비례하여 변경될 수 있다. 예를 들어, 산란체의 양이 증가하면, 양자점의 양은 감소할 수 있다.
특정 실시예에서, 양자점 및 호스트 재료를 포함하는 제형은 양자점 및 액상 비클(vehicle)를 포함하는 잉크로부터 형성될 수 있으며, 액상 비클은 가교 결합될 수 있는 하나 이상의 작용기를 포함하는 조성물을 포함한다. 작용 단위는 예를 들어, UV 처리, 열처리 또는 관련 분야의 당업자에 의해 용이하게 확인가능한 다른 가교 결합 기술에 의해 가교 결합될 수 있다. 특정 실시예에서, 가교 결합될 수 있는 하나 이상의 작용기를 포함하는 조성물은 액상 비클 자체일 수 있다. 특정 실시예에서, 이는 공용매(co-solvent)일 수 있다. 특정 실시예에서, 이는 액상 비클과의 혼합물의 구성요소일 수 있다.
잉크를 제조하는 바람직한 방법의 한 특정 예는 하기와 같다. 원하는 점조도(consistency)의 양자점 포함 잔여물이 수득될 때까지 질소/진공하에서 용매를 1차 제거해냄으로써, 유기 용매에 잘 분산되고 원하는 방출 특성을 갖는 양자점 포함 용액을 왁스의 점조도로 농축시킨다. 이어서, 원하는 단량체 대 양자점 비율이 달성될 때까지, 원하는 수지 단량체를 질소 조건하에서 첨가한다. 이어서, 양자점이 잘 분산될 때까지 무산소 조건하에서 상기 혼합물을 와류 혼합한다. 이어서, 양자점 분산액에 수지의 최종 구성요소를 첨가한 다음, 초음파 혼합하여 미세 분산액을 확보한다.
이어서, 코팅되는 표면 상에 매우 다양한 방법을 통해 잉크를 코팅한 다음, 완전한 경화를 위해 수초 동안 강력한 조명하에 UV 경화를 함으로써, 상기와 같이 완성된 잉크로부터 제조된 광학 재료를 포함하는 필름을 제조할 수 있다. 필름 제조 방법의 예는, 이에 제한되지 않지만, 공지된 각종 필름 캐스팅, 스핀 캐스팅 및 코팅 기술을 포함한다. 사용될 수 있는 몇 가지 코팅 기술의 예는, 이에 제한되지 않지만, 스크린 프린팅, 그라비어, 슬롯, 커텐 및 비드 코팅을 포함한다.
본 명세서에 제시된 광학 재료(하나 이상의 호스트 재료 및 다른 성분들과 혼합된 상대적 량의 양자점을 포함하는)를 포함하는 필름을 제조하기 위해 사용될 수 있는 재료의 조성 및 특성의 예를 하기 표 1에 서술한다:
Figure 112013020965280-pct00001
점도가 118 cP인 특정 양자점 잉크 제형의 예가 하기 표 2에 도시된다. 이 제형은 모세관과 같은 투명 용기를 채우기 위해 사용될 수 있다.
Figure 112013020965280-pct00002
하기 표 3은 약 2 cP의 훨씬 낮은 점도를 갖는 대안적인 제형을 도시하며, 이는 모세관과 같은 용기를 채우는 경우 더 양호한 유동성을 제공한다.
Figure 112013020965280-pct00003
하기 표 4는 대안적인 제형을 도시한다.
Figure 112013020965280-pct00004
본 명세서의 다른 부분에서 논의된 바와 같이, 점도 및 수축을 제어하기 위해 광학 재료에 유리 비드, 틱소트로피(thixotropes)와 같은 다른 구성 요소를 추가로 포함할 수 있다.
평균 직경이 약 15 내지 약 25 마이크로미터 범위인 유리 비드가 바람직할 수 있다. 제형 내 유리 비드의 양은 약 10% 내지 약 40%로 변화할 수 있다. 통상적으로 30%가 사용된다. 하지만, 특정 애플리케이션을 기반으로, 다른 크기의 유리 비드 및 상기 바람직한 범위 이외의 양을 사용할 수 있다.
틱소트로피의 예는, 이에 제한되지 않지만, 훈증된(fumed) 금속 산화물(예를 들어, Cabot 사로부터 구입가능한 Cab-O-SilTM 훈증된 실리카 제품과 같은, 표면 처리 또는 미처리될 수 있는 훈증된 실리카), 훈증된 금속 산화물 겔(예를 들어, 실리카겔)을 포함한다. 광학 재료는 약 2 내지 약 10 중량% 범위의 양의 틱소트로피를 포함할 수 있다. 상기 범위 이외의 다른 양도 또한 유용하거나 바람직한 것으로 결정될 수 있다.
양자점 잉크는, 당업자에게 공지된 임의의 종래 방법을 이용하여 용기를 채우거나 그렇지 않으면 채우기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 한 특정 측면에 따라, 한 용기에서 다른 용기로 일정량의 양자점 잉크를 이송하기 위해 차압(pressure differential)을 사용할 수 있다. 예를 들어, 그리고 도 1a를 참조하여, 일정량의 양자점 잉크는 격막으로 캡핑된 바이알(vial) 또는 웰 콘테이너에 포함될 수 있다. 이어서, 더 큰 게이지의 니들을 격막을 통해 바이알로 도입한다. 이어서, 니들을 통해 모세관을 바이알 및 바이알 하부의 양자점 잉크로 도입한다. 이어서, 니들이 제거되고 격막이 모세관 주변을 덮는다. 이어서, 주사기에 부착된 가압 니들을 격막을 통해 도입한다. 이어서 바이알내에서 압력을 증가시키는 주사기를 사용하여 공기를 바이알로 도입하고, 이는 결국 양자점 잉크가 모세관으로 도입되게 한다. 이후, 채워진 모세관을 양자점 잉크 공급 및 바이알로부터 제거하고 각 단부를 봉합한다. 제거한 다음, 봉합된 모세관에 포함된 잉크를 경화한다. 이와 달리, 봉합 전에 잉크를 경화할 수 있다.
특정 실시예에서, 예를 들어, 상술한 방법에 따라 양자점 잉크로 채워진 모세관을 바이알로부터 제거하고 질소 분위기에서 UV 경화한다.
특정 실시예에서, 예를 들어, 수은 UVB 벌브가 장착된 다이맥스 500EC UV 경화 플러드 시스템(Dymax 500EC UV Curing Flood system)으로 잉크를 경화할 수 있다. 이 경우, 램프 강도(램프 하우징으로부터 약 7"의 거리에서 33 mW/cm2으로 측정됨)가 특히 효과적일 수 있으며, 모세관을 램프 하우징으로부터 7" 거리로 유지시키면서 10-15s 동안 각 측부를 경화시킨다. 경화 후, 모세관의 에지들을 봉합할 수 있다.
특정 실시예에서, 봉합은, 모세관의 하나 또는 두 개의 단부 또는 에지를 봉합하기 위해 광학 접합제를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 접합제 방울을 모세관의 각 에지 상에 배치시키고 경화시킬 수 있다. 광학 접합제의 예는, 이에 제한되지 않지만, 노를랜드 옵틱사로부터 구입가능한 NOA-68T를 포함한다. 예를 들어, 상기 접합제 방울이 모세관의 각 에지 상에 배치되고 경화될 수 있다(예를 들어, 20s 동안 로렌스 엔터프라이즈 모델 Q-Lux-UV 램프를 이용).
특정 실시예에서, 봉합은, 모세관의 하나 또는 두 개의 단부 또는 에지를 봉합하기 위해 유리를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 이는, 경화된 양자점 잉크로 채워진 모세관을, 유리가 흐른 다음 단부를 봉합할 때까지 산소/Mapp 가스 화염과 잠깐동안 접촉시킴으로써 수행될 수 있다. 산소 수소 화염 뿐만 아니라 임의의 다른 혼합 가스 화염을 사용할 수 있다. 열은 또한 개방 화염에 대한 필요를 없애는 레이저에 의해 공급될 수 있다. 특정 실시예에서, 비경화 양자점 잉크로 채워진 모세관의 양 단부가 봉합될 수 있으며, 이는 봉합된 모세관 내에서 잉크가 이후에 광 경화되는 것이 가능하도록 한다.
특정 실시예에서, 모세관은 밀봉되며, 즉, 가스 및 수분에 대해 불투과성이다.
특정 실시예에서, 모세관은 유사 밀봉되며, 즉, 가스 및 수분에 대해 부분적으로 불투과성이다.
모세관의 단부 또는 에지를 봉합하기 위해 다른 적절한 기술을 사용할 수 있다.
다른 실시예에서, 잉크를 모세관으로 끌어당기기 위해 진공을 적용함으로써 모세관을 채울 수 있다. 진공의 적용에 의해 모세관을 채우기 위한 구성의 예가 도 1b에 도시된다. 모세관 튜브의 한쪽 단부를 봉합하고(예를 들어, 이에 제한되지 않지만, 연료/산소 화염을 이용하여) 개방 단부를 밀봉 용기의 하단에 배치한다. 다수의 모세관을 동일한 용기에 동시에 적재할 수 있다. 모세관의 개방 단부가 잠길 정도로 충분한 양자점 잉크를 상기 용기에 추가하고 용기를 봉합한다. 진공을 적용하여 시스템의 압력을, 예를 들어 1과 1000 mTorr 사이의 임의의 압력으로 감소시킨다. 이어서, 용기를 질소로 재가압하여 모세관이 채워지도록 한다. 용기를 재가압하기 위해 공기도 또한 사용될 수 있다. 가스의 약간의 초과압력(0-60 psi)은 이 방법에 의한 모세관의 채움을 가속화한다. 이어서, 모세관을 웰로부터 제거하고 추가 사용 전에 과량의 잉크를 닦아낸다.
본 명세서에 서술된 본 발명의 특정 측면 및 실시예에서, 경화된 양자점 포함 잉크를 포함하는 광은 광학 재료의 광발광(photoluminescent) 효율을 증가시키기에 충분한 시간 동안 광 플럭스(light flux)에 노출된다.
특정 실시예에서, 광학 재료는 광학 재료의 광발광 효율을 증가시키기에 충분한 시간동안 광 및 열에 노출된다.
바람직한 특정 실시예에서, 광 또는 광 및 열에 대한 노출은 광발광 효율이 실질적으로 일정한 값에 도달할 때까지의 시간 동안 계속된다.
한 실시예에서, 예를 들어, 옵틱이 양자점 포함 잉크로 채워지고, 경화되고, 봉합된 후에(경화 및 봉합 단계가 수행되는 순서와는 상관 없음), 잉크의 광발광 효율을 증가시키기에 충분한 시간 동안 약 25 내지 80℃ 범위의 온도에서, 파장이 약 365 nm 내지 약 470 nm 범위인 25-35 mW/cm2 광 플럭스에 옵틱이 노출된다. 한 실시예에서, 예를 들어, 광의 파장은 약 450 nm이고, 광 플럭스는 30 mW/cm2이며, 온도는 80℃이고, 노출 시간은 3시간이다.
관련된 치수와 함께, 모세관의 예를 도 3에 도시한다.
본 발명에 따른 양자점은 또한, 구조체의 제조 도중 성분으로서 포함되는 것과 같이, 다양한 구조체에 포함될 수 있다. 상기 구조체는 조명 디바이스에 사용하기 위한 각종 필름을 포함한다. 다른 구조체 및 디바이스는 그 안에 분산 또는 임베디드된(embedded) 양자점을 포함하는 광학적으로 투과성인 구성요소, 배리어 재료들 사이에 끼워지고 그 안에 봉합된 양자점을 포함하는 필름, 배리어 재료에 의해 완전히 캡슐화된 양자점을 포함하는 필름을 포함한다.
바람직한 특정 실시예에서, 배리어 재료는, 적어도, 옵틱으로 및 옵틱 외부로 통과하는 광의 미리 결정된 파장을 갖는 광에 대해 광학적 투과성이다. 특정 실시예에서, 배리어 재료는 옵틱으로 및 옵틱 외부로 통과하는 광의 적어도 미리 결정된 파장에 대해 적어도 90% 광학적 투과성이다. 특정 실시예에서, 배리어 재료는 옵틱으로 및 광 외부로 통과하는 광의 적어도 미리 결정된 파장에 대해 적어도 95% 광학적 투과성이다. 특정 실시예에서, 배리어 재료는 옵틱으로 및 옵틱 외부로 통과하는 광의 적어도 미리 결정된 파장에 대해 적어도 99% 광학적 투과성이다.
바람직한 특정 실시예에서, 배리어 재료는 광의 광학 특성을 실질적으로 변경하기 위해서, 황변 또는 변색되지 않을 것이다.
바람직한 특정 실시예에서, 배리어 재료는 광의 유용한 수명 동안 부분적으로 또는 완전히 박리되지 않을 것이다.
바람직한 특정 실시예에서, 배리어 재료의 특성은 광학 재료의 외부 양자 효율에 최소한의 영향을 미칠 것이다.
바람직한 특정 실시예에서, 배리어 재료는, 광학 재료 및 광학 재료의 외부 양자 효율에 불리하지 않은 조건하에서 형성될 것이다.
배리어 재료는 실질적으로 산소에 불투과성인 재료인 것이 바람직하다. 특정 실시예에서, 배리어층은 산소 및 수분에 실질적으로 불투과성이다. 광학 재료 상에 배리어 재료를 포함시키는 것은 광학 재료가 환경적 영향으로부터 보호되지 않는 실시예에서 바람직할 수 있다.
적절한 배리어 필름 또는 코팅의 예는, 이에 제한되지 않지만, 금속 산화물 하드 코팅, 유리 박층, 및 바이텍스 시스템사로부터 구입가능한 바릭스(Barix) 코팅 재료를 포함한다. 다른 배리어 필름 또는 코팅은 당업자에 의해 용이하게 확인할 수 있다.
본 발명 및 본 명세서에 서술된 발명과 관련하여 유용할 수 있는 추가의 정보는, 발명의 명칭이 "Optical Components, Systems Including An Optical Component, And Devices"이고 2009년 5월 6일에 출원된, "Coe-Sullivan et al."의 국제 출원 제PCT/US2009/002796호; 발명의 명칭이 "Solid State Lighting Devices Including Quamtum Confined Semiconductor Nanoparticles, An Optical Component For A Solid State Light Devices, And Methods"이고 2009년 5월 6일에 출원된, "Coe-Sullivan et al."의 국제 출원 제PCT/US2009/002789호; 발명의 명칭이 "Optical Materials, Optical Components, And Methods"이고 2010년 4월 28일에 출원된, "Modi et al."의 국제 출원 제PCT/US2010/32859호; 발명의 명칭이 "Optical Materials, Optical Components, Devices, And Methods"이고 2010년 4월 28일에 출원된, "Modi et al."의 국제 출원 제PCT/US2010/032799호; 발명의 명칭이 "Compositions And Methods Including Depositing Nanomaterial"이고 2008년 6월 25일에 출원된, "Linton et al."의 국제 출원 제PCT/US2008/007901호; 발명의 명칭이 "Compositions, Optical Components, System Including An Optical Component, Devices, And Other Products"이고 2008년 9월 12일에 출원된, "Coe-Sullivan et al."의 미국 특허출원 제12/283609호; 발명의 명칭이 "Functionalized Nanoparticles And Methods"이고 2008년 9월 12일에 출원된, "Breen et al."의 국제 출원 제PCT/US2008/10651호; 발명의 명칭이 "Nanoparticles Including Multi-functional Ligand And Method"이고 2009년 7월 28일에 출원된, "Breen et al."의 국제 출원 제PCT/US2009/004345호; 발명의 명칭이 "Lighting Device, An Optical Component For A Lighting Devices, And Methods"이고 2009년 8월 14일에 출원된, "Linton et al."의 미국 특허출원 제61/234179호; 발명의 명칭이 "An Optical Component, Products Including Same, And Methods For Making Same"이고 2009년 10월 19일에 출원된, "Linton et al."의 미국 특허출원 제61/252743호; 발명의 명칭이 "An Optical Component, Products Including Same, And Methods For Making Same"이고 2009년 12월 30일에 출원된, "Linton et al."의 미국 특허출원 제61/291072호; 및 발명의 명칭이 "Nanocrystals Including A Group IIIa Element And A Group Va Element, Method, Composition, Device And Other Products"이고 2007년 11월 21일에 출원된, "Clough et al."의 국제 출원 제PCT/US2007/024320호에 포함되며, 이에 상술한 문헌은 각각 본 명세서에 전체 내용이 참조로 포함된다.
하기 예들은 본 발명의 대표적인 것으로서 서술된다. 이들 예들 및 다른 균등한 실시예들은 본 명세서, 도면 및 첨부 청구항들을 고려시 명백할 것이므로 이들 예들은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않는다.
실시예 1
청색 LED , 및 적색 및 녹색 양자점의 혼합물을 사용한 삼색 백색광원
하기 서술하는 바와 같이, 피크 중간 파장이 523 nm이고 FWHM이 37 nm인 녹색 양자점, 피크 중간 파장이 617 nm이고 FWHM이 32 nm인 적색 양자점, 및 피크 방출이 450 nm 근방인 청색 LED를 포함하며, 직접 발광 구조로 배열된 삼색 백색광원을 필름을 이용하여 생성하였다. 녹색 및 적색 양자점의 혼합물을 여기시키기 위해 LED로부터의 청색광을 사용하였다. 대조군 백색 LED 광원의 스펙트럼을 따라 양자점 혼합물의 방출 스펙트럼을 도 2에 도시한다(대조군 백색 LED 광원은 Sharp Microelectronics의 제조사 부품 번호 제GM5BW97333A호(품목: LED White 115000K 20 MA 3.2V PLCC4)임).
적색 및 녹색 양자점은 하기 공정에 따라 일반적으로 제조하였다:
녹색광을 발광할 수 있는 반도체 나노결정의 제조:
ZnSe 코어의 합성: 7.0 mmol 디에틸 아연을 50 mL의 트리-n-옥틸포스핀에 용해시키고 10 mL의 1M TBP-Se와 혼합하였다. 0.374 mol의 올레일아민을 250 mL 3구 플라스크에 넣고, 90℃에서 1시간 동안 건조 및 탈기하였다. 탈기 후, 플라스크를 질소 하에서 310℃로 가열하였다. 온도가 310℃에 도달하면, Zn 용액을 주입하였고, 나노결정의 성장을 모니터하기 위해 용액의 분액을 주기적으로 제거하면서 270℃에서 15-30분간 반응 혼합물을 가열하였다. 나노결정의 첫 번째 흡수 피크가 350 nm에 도달하면 플라스크 온도를 160℃로 낮춰서 반응을 중단시켰고, CdZnSe 코어를 제조하기 위해 추가의 정제 없이 ZnSe 코어 재료를 사용하였다.
CdZnSe 코어의 합성: 22.4 mmol 디메틸카드뮴을 80 mL의 트리-n-옥틸포스핀에 용해시켜 24 mL의 1M TBP-Se와 혼합하였다. 1 L 유리 반응기에 0.776 mol의 트리옥틸포스핀 산화물 및 42 mmol의 옥타데실포스폰산을 넣고, 120℃에서 1시간 동안 건조 및 탈기하였다. 탈기 후, 산화물/산을 질소 하에서 160℃까지 가열하였고, 전체 ZnSe 코어 반응 혼합물(상기 참조)을 160℃에서 1 L 반응기로 캐뉼라 이송한 직후, 주사기 펌프를 통해 20분 동안 Cd/Se 용액을 첨가한다. 이어서, 나노결정의 성장을 모니터하기 위해 용액의 분액을 주기적으로 제거하면서 반응 혼합물을 150℃에서 16-20 시간 동안 가열하였다. CdZnSe 코어의 방출 피크가 480 nm에 도달하면 혼합물을 실온으로 냉각시켜 반응을 중단시킨다. 메탄올 및 n-부탄올의 2:1 혼합물을 첨가하여 질소 분위기 글러브 박스 내부의 성장 용액으로부터 CdZnSe 코어를 침전시켰다. 이어서 분리된 코어를 헥산에 용해시켜 코어-쉘 재료를 제조하기 위해 사용하였다.
CdZnSe / CdZnS 코어-쉘 나노결정의 합성: 0.72 mol의 트리옥틸포스핀 산화물 및 70 mmol의 3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질포스폰산을 1 L 유리 반응기에 넣었다. 이어서 혼합물을 약 1시간 동안 120℃까지 가열하여 반응기내에서 건조 및 탈기하였다. 이어서, 반응기를 75℃로 냉각하고 분리된 CdZnSe 코어(2.74 mmol Cd 함량)를 포함하는 헥산 용액을 반응 혼합물에 첨가하였다. 감압하에 헥산을 제거하였다. Cd, Zn, S 전구체로서 각각 디메틸 카드뮴, 디에틸 아연 및 헥사메틸디실라티안을 사용하였다. Cd 및 Zn은 3:10 비로 혼합한 반면 S는 Cd 및 Zn 결합체에 대해 등몰이었다. Cd/Zn(7.2/16.9 mmol의 디메틸 카드뮴 및 디에틸 아연) 및 S(24.2 mmol의 헥사메틸디실라티안) 시료를 각각 질소 분위기 글러브 박스 내부에서 40 mL의 트리옥틸포스핀에 용해시켰다. 전구체 용액이 제조되면, 반응기를 질소 하에서 150℃까지 가열하였다. 주사기 펌프를 이용하여 150℃에서 2시간 동안 전구체 용액을 적하하여 첨가하였다. 쉘 성장후, 나노결정을 질소 분위기 글러브 박스로 이송시키고 메탄올 및 이소프로판올의 3:1 혼합물을 첨가하여 성장 용액으로부터 나노결정을 침전시켰다. 이어서, 분리된 코어-쉘 나노결정을 헥산에 용해시켜 양자점 복합체 재료를 제조하기 위해 사용하였다. 재료의 사양은 하기와 같다: 방출=523 nm; FWHM=37 nm; QY=톨루엔내 73%.
3,5-디- tert -부틸-4- 히드록시벤질포스폰산을 이용한, 적색광 발광 가능한 반도체 나노결정의 제조
CdSe 코어의 합성: 100℃, 250 mL 3구 둥근바닥 플라스크에서 26.23 mmol 카드뮴 아세테이트를 235.4 mmol의 트리-n-옥틸포스핀에 용해시킨 다음, 1시간 동안 건조 및 탈기하였다. 465.5 mmol의 트리옥틸포스핀 산화물 및 59.8 mmol의 옥타데실포스폰산을 0.5 L 유리 반응기에 첨가하여 140℃에서 1시간 동안 건조 및 탈기하였다. 탈기 후, 산화물/산을 포함하는 반응기에 Cd 용액을 첨가하여 질소 하에 270℃까지 혼합물을 가열하였다. 온도가 270℃에 도달하면, 243 mmol의 트리-n-부틸포스핀을 플라스크에 주입하였다. 이어서, 혼합물의 온도를 295℃까지 승온시킨 다음, 여기에 60 mL의 1.5 M TBP-Se를 급속히 주입하였다. 반응 혼합물 온도를 2분 동안 270℃로 낮춘 다음, 반응 플라스크에서 히팅 맨틀(heating mantle)을 제거하고 두 개의 에어건을 통해 장치를 냉각하였다. 나노결정의 첫 번째 흡수 피크는 560 nm였다. 메탄올 및 이소프로판올의 3:1 혼합물을 첨가하여 질소 분위기 글러브박스 내부에서 성장 용액으로부터 CdSe 코어를 침전시켰다. 이어서, 분리된 코어를 헥산에 용해시켜 코어-쉘 재료를 제조하기 위해 사용하였다.
CdSe / CdZnS 코어-쉘 나노결정의 합성: 517.3 mmol의 트리옥틸포스핀 산화물 및 48.3 mmol의 3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질포스폰산을 0.5 L 유리 반응기에 넣었다. 이어서 혼합물을 약 1시간 동안 120℃까지 가열하여 반응기에서 건조 및 탈기하였다. 이어서, 반응기를 70℃로 냉각하고, 분리된 CdSe 코어(1.98 mmol Cd 함량)를 포함하는 헥산 용액을 반응 혼합물에 첨가하였다. 감압하에 헥산을 제거하였다. Cd, Zn, S 전구체로서 각각 디메틸 카드뮴, 디에틸 아연 및 헥사메틸디실라티안을 사용하였다. Cd 및 Zn은 등몰 비율로 혼합한 반면 S는 Cd 및 Zn에 비해 두 배 과량이었다. Cd/Zn(6.82 mmol의 디메틸카드뮴 및 디에틸 아연) 및 S(27.3 mmol의 헥사메틸디실라티안) 시료를 각각 질소 분위기 글러브 박스 내부에서 80 mL의 트리옥틸포스핀에 용해시켰다. 전구체 용액이 제조되면, 반응 플라스크를 질소 하에서 155℃까지 가열하였다. 주사기 펌프를 이용하여 155℃에서 2시간 동안 전구체 용액을 적하하여 첨가하였다. 쉘 성장후, 나노결정을 질소 분위기 글러브 박스로 이송시키고 메탄올 및 이소프로판올의 3:1 혼합물을 첨가하여 성장 용액으로부터 나노결정을 침전시켰다. 이어서, 분리된 코어-쉘 나노결정을 톨루엔에 용해시켜 양자점 복합체 재료를 제조하기 위해 사용하였다. 재료의 사양은 하기와 같다: 흡수=600 nm; 방출=617 nm; FWHM=32 nm; QY=톨루엔내 78%.
필름 제조에 사용된 제형은 하기 구성요소들을 명시된 양으로 포함하였다.
Figure 112013020965280-pct00005
필름 제조 및 필름 특성의 서술은 하기와 같다:
Figure 112013020965280-pct00006
경화 필름의 피크 방출은 캐리(Cary)로 측정시 535 nm(FWHM 37) 및 629 nm(FWHM 38)이었다.
필름을 시피 필름사(CP Films,Inc.) CF-100 배리어 필름 상으로 스크린하였다.
LCD 설계자에게 관심있는 제품 설계 변수는 색 영역 및 전력 효율이다. 가능하고 유용한 최대 색 영역을 달성하도록 하기 위해, 피크 RGB 투과 파장(peak RGB transmission wavelength)에 맞춰 양자점 방출을 조정하는 것이 중요하다.
녹색 대 적색 양자점의 중량% 비율은, 혼합물을 생성하기 위해 사용되는 적색 및 녹색 양자점의 피크 방출 파장을 선택함으로써 주로 결정된다. 피크 방출 파장의 선택은 결국 제품 설계 변수에 의해 결정된다.
컬러 필터 투과 윈도우로 양자점 방출을 공동최적화함으로써 색 영역이 추가로 증가할 수 있다.
더 낮은 파장의 적색 양자점, 예를 들어, 선택된 630 nm 적색 양자점 대신에 620 nm 및/또는 615 nm에서 피크 중간 방출을 갖는 적색 양자점을 선택함으로써, 상기 디스플레이의 전력 효율이 증가될 수 있다. 전력 효율이 증가함으로써 색 영역을 낮추는 결과를 야기할 수 있다.
특정 측면에 따라, 적색 양자점의 피크 중간 파장이 변화하는 경우, 스크린 전면에서 동일한 색점을 달성하기 위해 녹색 대 적색 양자점의 비율이 변경될 수 있다. 본 발명의 각종 실시예에서 사용하기 위한 바람직한 녹색 대 적색 양자점 중량% 비율의 예는, 이에 제한되지 않지만, 약 3.5:1 내지 약 5.5:1의 범위를 포함한다.
실시예 2
청색 LED , 및 적색 및 녹색 양자점의 혼합물을 이용한 백라이트 유닛
본 발명의 특정 실시예에 따라, 양자점을 이용하여, 광 가이드로 및 광 가이드를 통한 전송을 위한 삼색 백색광을 생성하는 백라이트 유닛이 제공된다. 백라이트 유닛은 백색 LED에 비교하여 더 높은 색 영역 및 더 양호한 전력 효율을 제공한다. 양자점은, 광 가이드의 면(face)과 유사한 치수를 갖고 그에 인접한 필름에 존재할 수 있거나, 광 가이드의 에지와 유사한 치수를 갖고 그에 인접한 모세관 또는 다른 용기에 존재할 수 있다. 본 명세서에 서술된 양자점에 의해 생성된 광은 광 가이드의 에지 또는 광 가이드의 면을 통해 전송될 수 있다. 도 6에 도시된 양자점 필름을 이용한 한 실시예에 따라, 양자점 백라이트 유닛 스택은, LED 광원(여기서는 광 가이드 반사 시트를 갖는 청색 LED 광원으로 도시됨)이 백라이트의 하부 상에 배치되는 것으로 묘사된다. 바람직하게는, 광원은 양자점 필름으로부터 이격된다(도시된 바와 같음). 확산판은 양자점 필름 근처에 배치된다. 하나 이상의 확산 시트가 확산판 근처에 배치될 수 있다. 하나 이상의 다른 기능성 필름 시트(예를 들어, 광 편광 필름, 반사 편광자 또는 이중 밝기 향상 필름) 및/또는 구조화된 필름(structured film)(예를 들어, 프리즘 피쳐(feature)를 포함할 수 있는)이 또한 스택에 포함될 수 있다.
LED로부터의 청색광은 양자점-포함 필름을 곧바로 통과하고, 여기서 녹색 및 적색광의 미리 결정된 양은 잔류하는 청색광과 혼합되어 삼색 백색광을 생성한다. 예를 들어, 이에 제한되지 않지만, 확산판, 하나 이상의 확산 시트 및 선택적으로 다른 기능성 시트 또는 필름을 포함하는 광학 필름 스택이 양자점-포함 필름의 상부 상에 배치된다. 이러한 구조를 직접-발광 구조로 지칭할 수 있다.(도면은 세 개의 확산 시트를 포함하는 광학 필름 스택의 예를 묘사하지만, 다른 수의 확산 시트, 및/또는 다양한 수 및 종류의 기능성 시트 또는 필름을 포함하는 다른 광학 필름 스택 구조체가 당업자에 의해 사용될 수 있다.)
청색 LED로부터의 광은 양자점 필름을 여기시킬 수 있으며, 이는, 여기시, 이후에 확산판을 통해 전송될 수 있는 백색광을 발광할 수 있다. 확산판을 통해 전송된 광은 거의 Lamberti(lambertian) 백색 광원으로서 방출될 수 있다. 상기 균일하게 분포된 광은, 광이 법선(normal)을 향해 추가로 평행하게 될 수 있는 하나 이상의 확산 시트를 통해 이동할 수 있다. 최종적으로, 평행하게 된 광은 디스플레이 패널에 입사하기 전에 스택의 외부층 상의 반사 편광자(또는 DBEF)를 통해 이동할 수 있다.
도 2는 양자점 필름/청색 LED 조합(일반적으로 실시예 1에 서술된)과 대조군 백색 LED(실시예 1에 서술된)의 스펙트럼을 비교한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 좁은 대역의 양자점 발광자를 사용함으로써, 종래의 LCD 디스플레이에 사용된 컬러 필터를 사용할 경우 생기는 전력 손실을 최소화할 수 있다. 양자점 BLU로 컬러 맵 상의 미리 결정된 색점에 도달하기 위해, 사용된 양자점의 피크 중간 파장을 고려하는 것에 추가하여, 본 발명의 측면에 따라 상이한 색상의 양자점의 비율 및 농도를 변경할 수 있다.
추가의 측면에 따라, 양자점 백라이트 유닛과 관련하여 사용될 경우 미리 결정된 색점을 달성하기 위해, 디스플레이 시스템에 도입된 광학 필름 스택 및 컬러 필터를 원하는 대로 변경할 수 있다. 예를 들어, 양자점 필름을 LED 백라이트에 통합하는 경우, 종래의 직접 발광 백라이트의 기존 휘도 프로파일 및 색상 변이(color variation) 사양이 고려된다. 원하는 성능을 위해, 양자점 백라이트의 색점을, 스크린 전면에서, 종래의 LED 백색 백라이트인 대조군의 백색 점과 일치시킬 수 있다(즉, LCD 패널을 통과하는 백색광의 색상과 일치해야 한다). 참조의 관점에서, 통상적인 TV 패널에서 백색 광원의 통상적인 스크린 전면 [CIE XY] 좌표는 0.28, 0.28이다.
광학 필름의 두께는 약 0.1 내지 약 500 마이크로미터일 수 있다. 하지만, 사용되는 백라이트 유닛 장치 및/또는 애플리케이션의 특정 설계 및 용도를 기반으로 상기 범위 이외의 두께를 사용할 수 있다. 예를 들어, 광학 필름의 두께는 애플리케이션에 따라, 50 마이크로미터 내지 약 500 마이크로미터 사이에서 변화할 수 있다. 광학 필름은 특정 디스플레이 또는 고려되는 다른 애플리케이션의 치수와 일치하도록 절단될 수 있다.
실시예 3
청색 LED , 및 적색 및 녹색 양자점의 혼합물을 이용하여 삼색 백색광을 생성하는 일반적인 방법
청색 LED의 스트립이 백라이트에 제공된다. 청색 LED의 바람직한 피크 중간 파장은 450 +/- 5 nm이다. 청색 파장이 460 nm 이상으로 증가하면, LED로부터의 청색광이 녹색 채널로 누출되므로 색 영역이 감소한다.
적절한 비율로 혼합된 녹색 및 적색 양자점 혼합물이 옵틱 또는 필름을 통해 제공된다. 옵틱인 경우, LED와 광 가이드 필름 또는 플레이트 사이에 옵틱이 삽입된다. 필름인 경우, 광학 필름 스택의 일부로서 삽입된다. 에지형 옵틱의 경우의 광학 필름 스택의 설명이 도 13에 도시된다.
녹색 대 적색 양자점의 비율은 원하는 스크린 전면 색점이 달성되도록 선택된다. 특정 실시예에서, 녹색 대 적색 양자점의 중량% 비율은, 예를 들어, 약 3.5:1 내지 약 5.5:1로 변화할 수 있다. 도 12는 백라이트로부터 나온 삼색 백색광의 스펙트럼 프로파일을 도시한다. 광의 백색도를 나타내는 CIE x,y 좌표는 0.27+/-0.01, 0.235+/-0.005의 범위에 속한다. 백라이트로부터 나온 백색광은 컬러 필터를 갖는 패널을 통과한다. 패널("스크린 전면"으로 지칭됨)로부터 나오는 생성된 백색광은 CIE x,y 범위 0.28+/-0.01, 0.28+/-0.005에 속한다. 양자점 포함 옵틱에 포함된 녹색 대 적색 양자점의 중량% 비율은, 패널로부터 나온 백색광이 CIE x,y 값(0.31, 0.33)을 갖는 D65 발광체와 일치하도록 조정될 수 있다. 스크린 전면 색점은 본 명세서의 다른 부분에서 서술된 바와 같은 임의의 원하는 값으로 조정될 수 있다.
실시예 4
얇은 모세관 옵틱 또는 필름을 이용한 백라이트 유닛
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 양자점 옵틱 백라이트 유닛을 묘사한다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 양자점을 포함하는 얇은 모세관 옵틱을 광 가이드 필름의 에지면에 인접하게 배치한다. 하나 이상의 청색 LED로부터의 광은, 적색광을 발광할 수 있는 양자점 및 녹색광을 발광할 수 있는 양자점의 혼합물을 포함하는 모세관 옵틱으로 입사한다. 청색광의 일부는 모세관 옵틱으로부터 적색광 및 녹색광으로서 발광되고, 일부는 청색광으로서 발광된다. 발광된 적색, 녹색 및 청색광의 상기 조합은 삼색 백색광을 생성한다. 광 가이드 필름은 생성된 삼색 백색광을 시청자 방향으로 재전송한다. 확산 필름 및 한 쌍의 프리즘 필름은 시청자를 향해 광을 추가로 평행하게 한다. 광 가이드 필름 하부로부터의 광 손실을 방지하기 위해 확산 필름 반대편의 광 가이드 필름 표면에 반사 필름(미도시)을 선택적으로 도포할 수 있다. 도 7a에 도시된 설계는 소형 백라이트 유닛에 사용하기에 바람직할 수 있다.
광 가이드는 바람직하게는 광원으로부터의 광 및 양자점에 의해 발광된 광에 대해 광학적 투과성이다. 광 가이드를 포함하는 본 명세서에 서술된 특정 실시예 및 본 발명의 측면에서, 광 가이드는 예를 들어, 유리, 폴리카보네이트, 두꺼운 아크릴, 석영, 사파이어 또는 광 가이드 특성을 갖는 다른 공지된 경질 재료와 같은 경질 재료를 포함할 수 있다.
광 가이드를 포함하는 본 명세서에 서술된 특정 실시예 및 본 발명의 측면에서, 광 가이드는 대안적으로, 예를 들어, 플라스틱 또는 실리콘과 같은 중합체 재료와 같은 가요성 재료를 포함할 수 있다. 다양한 특정 실시예는, 이에 제한되지 않지만, 얇은 아크릴, 에폭시, PEN, PET, PE를 포함한다.
광 가이드를 포함하는 본 명세서에 서술된 특정 실시예 및 본 발명의 측면에서, 광 가이드는 편평하다. 광 가이드는 또한 본 명세서에서 광 가이드 플레이트 또는 광 가이드 필름으로 지칭될 수도 있다.
광 가이드를 포함하는 본 명세서에 서술된 특정 실시예 및 본 발명의 측면에서, 광이 발광되는 광 가이드의 표면의 적어도 질감은 이를 통과하여 전송되는 광의 패턴, 각도 또는 다른 특징을 향상시키거나 그렇지 않으면 변경시키도록 선택된다. 예를 들어, 특정 실시예에서 표면이 매끄러울 수 있고; 특정 실시예에서 표면은 매끄럽지 않을 수 있으며(예를 들어, 표면이 거칠거나 표면이 하나 이상의 융기 및/또는 함몰 피쳐를 포함한다); 특정 실시예에서 표면이 매끄러운 영역 및 매끄럽지 않은 영역을 모두 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 예를 들어, 광 가이드 또는 옵틱(또는 광학 구성요소)은 그의 표면 전체에 걸쳐 외광(outcoupling) 부재 또는 구조체를 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서에 서술된 특정 실시예 및 본 발명의 측면에서, 광 가이드 및/또는 옵틱(또는 광학 구성요소)의 기하학적 형태 및 치수는 특정한 최종-용도 애플리케이션을 기반으로 선택될 수 있다. 특정 실시예에서, 광 가이드의 두께는 실질적으로 균일하게 될 수 있다. 특정 실시예에서, 광 가이드의 두께는 균일하지 않게 될 수 있다(예를 들어, 점점 가늘어질 수 있다(tapered)).
본 발명의 범위 이내의 옵틱은 일반적으로 내부에 양자점이 있는 투명 용기이다. 적절한 용기의 한 예는 일반적으로 정사각형 단면인 모세관이다. 하지만, 사각형(예를 들어, 직사각형 단면, 정사각형 단면, 사다리꼴 단면 등) 단면, 원형 단면, 타원형 단면, 장방형 단면 등과 같은 다른 형태가 본 발명의 범위 내에 포함된다. 옵틱의 목적은 양자점으로부터 발광된 광이 광 가이드를 통과하고 광 가이드로 들어가도록 하는 것이다. 상기 구현으로, 양자점 옵틱 및 LED로부터의 광의 최대 커플링을 보장하기 위해, 옵틱의 두께가 광 가이드 필름 두께와 일치하도록 조정될 수 있다. 상기 구현의 한 예에서, 적색 및 녹색 양자점으로 채워진 모세관을 여기시키기 위해 청색 LED 광원이 선택될 수 있다.
정사각형 및 직사각형 단면의 모세관이 바람직할 수 있다. 또한, 정사각형 단면보다 직사각형 단면을 갖는 모세관이 더욱 바람직할 수 있다. 직사각형 단면은, 모세관이 배치되고 정렬될 수 있는 인근의 광 가이드 플레이트의 두께와 일치할 만큼 충분히 넓은 얇은 모세관을 제조하는 것을 가능하게 하므로 더 바람직할 수 있다. 모바일 디바이스에 사용된 백라이트에서는, 그의 크기로 인해, 광원(예를 들어, 무기 반도체 LED) 및 광 가이드 플레이트 사이에 통상적으로 공간이 거의 없다. 이 경우, 얇은 모세관(50-100 마이크로미터 두께-내부 치수)을 사용할 수 있다. 광의 높이(외부 치수)는 광 가이드 플레이트 두께와 일치하도록 설계된다. 치수는 통상적으로 0.75 mm 미만이며 0.6 내지 0.3 mm 범위이다. 액티브 영역이 색 변환을 일으키기에 충분하도록 보장하기 위해 벽 두께는 통상적으로 50 마이크로미터 정도이다. 도 4 및 5는 모바일 애플리케이션(소형 백라이트) 및 보다 큰 백라이트에 사용된 통상적인 모세관을 예시한다.
소형 백라이트 유닛에 사용하기 적합한 모세관의 예를, 관련 치수와 함께 도 4에 도시한다.
보다 큰 백라이트 유닛에 사용하기 적합한 모세관의 예를, 관련 치수와 함께 도 5에 도시한다.
한 실시예에 따라, 모바일 BLU를 450 nm 근방에서 피크 투과되는 7 개의 청색 LED로 조명한다. 청색 LED와 광 가이드 필름 사이에 적색 및 녹색 양자점을 수용하는 얇은 옵틱을 삽입함으로써 양자점 포함 광 BLU를 구현하였다. 적색 및 녹색 양자점의 혼합물을 여기시, 백색광이 생성되어 광 가이드로 전송된다.
양자점은 등방성 발광체이며; 모든 방향으로 광을 발광한다. 이는 모세관 내의 양자점으로부터의 광이 광 가이드 플레이트를 향한 방향뿐만 아니라 광 가이드 플레이트 이외의 방향으로도 발광됨을 의미한다. 선택적인 반사체 또는 반사체 재료는, 모세관 주변을 둘러싸거나 그렇지 않으면 세 개까지의 측부 상에 도포되어 광을 재순환시키고 광 가이드를 향해 집중시킨다. 이러한 시나리오에서, LED(들)을 마주하는 모세관의 측부 상에, 청색광이 LED를 나와 옵틱에 입사하도록, 광 반사 재료 또는 반사체에 적절한 개구부가 제공된다. 도 8에 도시된 개략도는 이러한 구조의 예를 제공한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 모세관 옵틱 및/또는 청색 LED를 광 가이드에 광학적으로 결합시키기 위해, 광 가이드의 에지면 인근에 모세관을 배치한 다음 반사 재료 또는 필름(예를 들어, 알루미나화 마일러(Mylar), ESR, 백색 필름)으로 모세관을 둘러싸거나 코팅한다. 바람직하게는, 모세관과 광 가이드 에지 사이에 에어갭이 존재한다. 대안적으로, 모세관을 광 가이드 에지에 결합시키기 위해 광학적 접합제를 사용할 수 있다. 예를 들어, 필름이 양자점-채워진 모세관 주변을 완전히 둘러싸고 광 가이드까지 연결할 수 있다. 선택적으로, 예를 들어, 필름이 LED 및 양자점-채워진 모세관 모두를 둘러쌀 수 있다. 상기 실시예는 광 가이드에 대한 모세관의 정렬, 결합 및 지지를 도울 수 있다. 필름이 모세관만을 둘러싸는 예에서, 여기 LED와 정렬된 반사 필름에 홀을 제공하여 여기광이 모세관에 들어가도록 할 수 있다.
대안적으로, 및 도 9를 참조로, 짧은 대역 통과 필터를 모세관의 세 측부 상에 퇴적하여 LED 광은 통과시키지만 양자점-발생 광은 광 가이드로 반사시킬 수 있다. 짧은 대역 통과 필터 재료는 "Barr Precision Optics And Thin Film Coating"으로부터 구입가능하다. 적절한 짧은 대역 통과 필터 재료는 관련 분야의 당업자에 의해 용이하게 확인될 수 있다. 모세관을 짧은 대역 통과 필터 재료로 코팅하는 방법은 증발 코팅, 및 당업자에 의해 용이하게 확인될 수 있는 다른 기술을 포함한다. 바람직한 대역 통과 필터는 LED로부터 나오는 청색광을 거의 완전히 투과시키는 것이 가능해야 한다. LED로부터의 광은 120도 원추 내에 들어온다. 대역 통과 필터는 상기 원추 내에 들어온 광을 투과시킬 수 있어야 한다. 대역 통과 필터는 양자점에 의해 발광된 녹색 및 적색광을 다시 반사시킬 수 있어야 한다. 상기 광은 옵틱 내에서 재순환되고 광 가이드로 결합되게 된다.
밝기를 극대화하기 위해, 옵틱으로부터의 광이 광 가이드로 커플링되는 것을 극대화하는 광학적 결합층이 또한 제공될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에 따라, 이와는 다르게 도 6에 도시된 바와 같이 청색 LED를 필름의 면에 배치한 것과는 반대로 청색 LED를 필름의 에지에 배치하여, 도 7b에 도시된 바와 같이, 광 가이드와 확산기 사이에, 양자점을 포함하는 필름을 광학 필름 스택으로 삽입할 수 있다(본 명세서에서는 양자점 필름 BLU로도 지칭됨). 도 7a 및 7b 모두에서, 양자점은 LED 칩으로부터 멀리 배치될 수 있다. 또한, 두 경우 모두에서, 양자점의 농도는 스크린 전면(즉, 패널 뒤)에서 원하는 색점을 만족하도록 조정될 수 있다. 종래 시스템에 대한 양자점 BLU의 성능 비교를 위한 대조군으로서 유사한 크기의 종래 백색 LED 백라이트를 사용할 수 있다.
본 실시예에 따라, 청색 LED 매트릭스(예를 들어, 450 nm 근방에서 피크 투과되는 5개의 청색 LED), 및 광 가이드의 한 면을 따르는 양자점 필름을 통해 양자점 BLU가 구현된다. 필름의 적색 및 녹색 양자점 혼합물을 여기 시, 백색광이 생성되어 광 가이드로 투과된다.
실시예 1에서 상술한 바와 같은 양자점 필름 및 청색 LED를 포함하는 직접 발광 백라이트의 휘도 균일도는 실시예 1에 서술된 대조군 백색 LED에 필적한다.
하지만, 중요한 것은, 양자점 BLU는 종래의 백색 LED 백라이트를 사용한 디스플레이에 비교하여 색 영역이 더 클 수 있다. 본 발명의 이 측면에 따라, 양자점 BLU는 주변 조명 조건에 따른 밝기 조정을 가능하게 함으로써 추가의 전력 절감을 제공한다.
도 7a 및 7b에 도시된 실시예에 따라, 양자점 필름 및 양자점 모세관 옵틱 구현은, 종래의 RGB LED와 관련된 내재적인 구현 복잡성이 없이, LCD 디스플레이에서 색 영역을 증가시키는 두 개의 상이한 방법을 제공한다. 에지형-발광 백라이트 시스템에서의 구현을 위해서는 양자점 필름 BLU가 가장 적합할 수 있는 반면, 양자점 옵틱 BLU는 에지형 발광 및 직접 발광 시스템 모두에 사용될 수 있다. 원하는 색점을 달성하기 위해 필요한 양자점의 양을 고려하면, 대면적 LCD용으로 양자점 옵틱 구현이 좀더 경제적일 수 있다.
도 11은 양자점 옵틱이 고 에너지 청색 LED 광(~25 mW/cm2) 및 80℃까지의 온도에 노출된 경우 시간의 함수로서 양자점 옵틱의 양자 효율의 변화를 도시한다. 양자점 옵틱은, 광의 LED에 대한 근접성으로 인해, 양자점 필름과 비교하여 더 높은 플럭스 및 온도를 겪는다. 도 11에 도시된 바와 같이, 각 온도 조건에 대해 1000 시간 이상 동안 양자 효율의 변화가 관찰되지 않는다.
양자점 옵틱 BLU에서, 양자점은 등방성 발광체이므로, 즉, 양자점이 모든 방향에서 균일하게 광을 발광하므로, 특정 상황하에서는 광 가이드 필름에 대한 광의 결합이 덜 효율적일 수 있다. 본 발명의 측면은, 광 가이드 필름 이외의 방향으로 발광된 광을 상술한 효율적인 결합 메커니즘에 의해 광 가이드 필름으로 향하도록 하는 것을 포함한다. 광 가이드에 대한 양자점 광원의 향상된 결합은 종래의 백색 BLU 밝기에 비교하여 양자점 BLU의 밝기를 증가시킨다.
본 명세서에서 사용된 "외부 양자 효율"(본 명세서에서 "EQE" 또는 "광발광 효율"로도 지칭됨)은, 이에 참조로 포함된 문헌 [Mello et al.,Advanced Materials 9(3):230(1997)]에 의해 개발된 방법을 이용하여, NIST 추적가능 보정 광원을 이용한 12" 적분구(intergrating sphere)에서 측정된다.
본 명세서에서 사용된 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥에서 명백하게 다르게 나타내지 않으면 복수를 포함한다. 따라서, 예를 들어, 하나의 발광 재료에 대한 언급은 하나 이상의 상기 재료를 언급하는 것을 포함한다.
본 출원인은 본 명세서에 인용된 모든 참조문헌의 전체 내용을 명확하게 포함한다. 또한, 양, 농도 또는 다른 값 또는 변수가 범위, 바람직한 범위, 또는 바람직한 상한치 및 바람직한 하한치의 리스트로서 제시되는 경우, 범위가 별도로 개시되는지 여부와는 상관없이, 임의의 상한 범위 제한 또는 바람직한 값, 및 임의의 하한 범위 제한 또는 바람직한 값의 임의의 쌍으로부터 형성된 모든 범위를 명확하게 개시하는 것으로 이해된다. 본 명세서에서 수치 값의 범위가 인용된 경우, 다르게 서술되지 않으면, 범위는 그의 종료점, 및 범위 내 모든 정수 및 분수를 포함하고자 한다. 범위를 정의하는 경우 본 발명의 범위는 인용된 특정한 값으로 제한하지 않고자 한다.
본 발명의 다른 실시예는, 본 명세서, 및 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시를 고려함으로써 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명의 진정한 범위 및 사상은 하기 청구항 및 그의 균등물에 의해 나타내며, 본 명세서 및 실시예는 오직 예로서만 고려되고자 한다.
비록 발명의 주제(subject matter)는 구조적 특징 및/또는 방법론적 행위에 한정된 언어로 서술되었지만, 첨부 청구항에 정의된 발명의 주제는 상술한 특정한 특징 또는 행위에 반드시 한정될 필요가 없음이 이해된다. 오히려, 특정한 특징 및 행위는 청구항을 구현하는 예시적 형태로서 개시된다.

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  15. 삼색 백색광을 생성하기 위한 장치로서,
    호스트 재료, 및 녹색광을 발광할 수 있는 제1 양자점들 및 적색광을 발광할 수 있는 제2 양자점들을 포함하는 광학 재료와 함께, 청색광을 발광할 수 있는 광원
    을 포함하며,
    상기 광학 재료 내의 상기 제1 양자점들 대 상기 제2 양자점들의 중량% 비율은 9:1 내지 2:1의 범위이고, 상기 제1 양자점들 및 상기 제2 양자점들은 상기 호스트 재료에 균일하게 분포되고, 상기 광학 재료는 적어도 70%의 EQE를 갖고, 상기 광학 재료는 필름에 포함되고, 상기 광학 재료는 투명 모세관(transparent capillary) 내에 있고, 상기 모세관은 각 단부가 봉합되고,
    상기 모세관은 광 반사 재료로 부분적으로 둘러싸여 있고, 상기 광 반사 재료로 둘러싸인 부분은 적어도 상기 광원과 접하는 면을 포함하는 부분을 포함하고, 상기 광 반사 재료는 상기 제1 양자점들 및 상기 제2 양자점들로부터의 광은 반사하면서 상기 광원으로부터의 광은 통과시키도록 하는 짧은 대역 통과 필터를 포함하는
    장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 청색광은 450 nm 내지 460 nm 범위의 피크 중간 파장을 갖고, 상기 광학 재료는 520 nm 내지 540 nm 범위의 피크 중간 파장을 갖는 녹색광을 발광할 수 있는 제1 양자점들 및 615 nm 내지 630 nm 범위의 피크 중간 파장을 갖는 적색광을 발광할 수 있는 제2 양자점들을 포함하는 장치.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 광학 재료 내의 상기 제1 양자점들 및 제2 양자점들의 총 농도는 0.5 내지 10 중량%의 범위인 장치.
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  27. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 장치로부터 생성된 상기 삼색 광에서 녹색광에 대한 청색광의 강도비는 0.75 내지 4의 범위이고, 상기 장치로부터 생성된 상기 삼색 광에서 적색광에 대한 녹색광의 강도비는 0.75 내지 2.0의 범위인 장치.
  28. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 삼색 광의 상기 적색 및 녹색광 성분 각각은 25 nm 내지 50 nm 범위의 FWHM을 갖는 피크 방출을 갖는 장치.
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  30. 백라이트 유닛 장치로서,
    호스트 재료, 및 녹색광을 발광할 수 있는 제1 양자점들 및 적색광을 발광할 수 있는 제2 양자점들을 포함하는 광학 재료를 조명할 수 있도록 배치된, 청색광을 발광할 수 있는 광원 - 상기 광학 재료 내의 상기 제1 양자점들 대 상기 제2 양자점들의 중량% 비율은 9:1 내지 2:1의 범위이고, 상기 광학 재료는 적어도 70%의 EQE를 갖고, 상기 광학 재료는 투명 모세관 내에 있고, 상기 모세관은 각 단부가 봉합됨 -; 및
    투명 광 가이드의 표면에 인접하여 추가로 배치된 상기 투명 모세관 - 상기 제1 양자점들로부터 발광된 녹색광, 상기 제2 양자점들로부터 발광된 적색광, 및 상기 광원으로부터 발광된 청색광의 일부의 조합으로부터 삼색 광이 생성될 수 있음 -
    을 포함하고,
    상기 모세관은 광 반사 재료로 부분적으로 둘러싸여 있고, 상기 광 반사 재료로 둘러싸인 부분은 적어도 상기 광원과 접하는 면을 포함하는 부분을 포함하고, 상기 광 반사 재료는 상기 제1 양자점들 및 상기 제2 양자점들로부터의 광은 반사하면서 상기 광원으로부터의 광은 통과시키도록 하는 짧은 대역 통과 필터를 포함하는 백라이트 유닛 장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 광학 재료를 포함하는 상기 투명 모세관은 상기 광 가이드의 에지면(edge surface)에 인접하여 배치된 백라이트 유닛 장치.
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  64. 삼색 백색광을 생성하기 위해 청색광을 발광할 수 있는 광원과 함께 사용하기 위한 광학 재료를 포함하는 옵틱(optic)으로서,
    상기 옵틱은 상기 광학 재료를 포함하는 투명 모세관을 포함하고, 상기 모세관은 각 단부가 봉합되고,
    상기 광학 재료는 호스트 재료, 및 녹색광을 발광할 수 있는 제1 양자점들 및 적색광을 발광할 수 있는 제2 양자점들을 포함하며, 상기 광학 재료 내의 상기 제1 양자점들 대 상기 제2 양자점들의 중량% 비율이 9:1 내지 2:1의 범위이고, 상기 제1 양자점들 및 상기 제2 양자점들은 상기 호스트 재료에 균일하게 분포되고, 상기 광학 재료는 적어도 70%의 EQE를 갖고,
    상기 모세관은 광 반사 재료로 부분적으로 둘러싸여 있고, 상기 광 반사 재료로 둘러싸인 부분은 적어도 상기 광원과 접하는 면을 포함하는 부분을 포함하고, 상기 광 반사 재료는 상기 제1 양자점들 및 상기 제2 양자점들로부터의 광은 반사하면서 상기 광원으로부터의 광은 통과시키도록 하는 짧은 대역 통과 필터를 포함하는
    옵틱.
  65. 제64항에 있어서, 상기 청색광은 450 nm 내지 460 nm 범위의 피크 중간 파장을 갖고, 상기 광학 재료는 520 nm 내지 540 nm 범위의 피크 중간 파장을 갖는 녹색광을 발광할 수 있는 제1 양자점들 및 615 nm 내지 630 nm 범위의 피크 중간 파장을 갖는 적색광을 발광할 수 있는 제2 양자점들을 포함하는 옵틱.
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  81. 제30항에 있어서, 상기 청색광은 450 nm 내지 460 nm 범위의 피크 중간 파장을 갖고, 상기 광학 재료는 520 nm 내지 540 nm 범위의 피크 중간 파장을 갖는 녹색광을 발광할 수 있는 제1 양자점들 및 615 nm 내지 630 nm 범위의 피크 중간 파장을 갖는 적색광을 발광할 수 있는 제2 양자점들을 포함하는 백라이트 유닛 장치.
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