KR102492748B1 - 디스플레이 디바이스용 백라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

디스플레이 디바이스의 실시형태들이 설명된다. 디스플레이 디바이스는 광원, 양자점 필름, 및 방사 흡수 엘리먼트를 갖는 백라이트 유닛을 포함한다. 양자점 필름은 광원에 광학적으로 커플링되고 광원으로부터 수신된 광을 프로세싱하도록 구성된다. 방사 흡수 엘리먼트는 양자점 필름에 광학적으로 커플링되고, 양자점 필름으로부터 수신된 프로세싱된 광의 스펙트럼 방출 폭을 튜닝하여 표준 RGB 색 공간의 90 % 초과 색 영역 커버리지를 달성하도록 구성된다.

Description

디스플레이 디바이스용 백라이트 유닛
본 발명은, 양자점들 (QD들) 과 같은 발광성 나노구조체들을 포함하는 포스퍼 (phosphor) 필름들 및 발광 다이오드 (LED) 기반 백라이트 유닛들 (BLU들) 을 포함하는 디스플레이 디바이스들에 관한 것이다.
디스플레이 디바이스들 (예를 들어, 액정 디스플레이들 (LCD들)) 은 매우 다양한 전자 디바이스들에 대한 스크린들 또는 디스플레이들로서 사용되며, 통상적으로, 정규의 또는 감소된 주변 광 환경들에서 이미지들이 가시적이도록 하기 위한 몇몇 형태의 백라이팅을 요구한다. 디스플레이 디바이스의 BLU 에 있어서, LED들이 통상적으로 광원으로서 활용된다. LED들은 디스플레이 디바이스의 뷰잉 영역 뒤에서 또는 디스플레이 디바이스의 에지 또는 둘레 주위에서 2차원 어레이로 배열될 수도 있다. BLU 는 또한 이트륨-알루미늄-가닛 (YAG) 포스퍼들과 같은 포스퍼들을 활용할 수도 있다.
발광성 나노구조체들은, 포스퍼가 LED들 외부에 배치될 수도 있는 구성들에서 종종 사용되는 부류의 포스퍼들을 나타낸다. LED들로부터 발산되는 광은 백색 광을 생성하기 위해 디스플레이 디바이스의 포스퍼 필름을 통해 프로세싱되고, 이 백색 광은 디스플레이 디바이스의 디스플레이 스크린에 걸쳐 분포될 수도 있다.
예를 들어, 발광성 나노구조체들은, 디스플레이 디바이스에 배치될 수도 있는 플렉시블 필름/시트 (예를 들어, 캘리포니아 밀피타스 소재의 Nanosys, Inc 에 의해 공급되는 양자점들을 사용하여 미네소타 세인트폴 소재의 3M Company 로부터 상업적으로 공급되는 양자점 강화 필름 (QDEF®)) 에 매립될 수도 있다 (예를 들어, 미국 특허 공개공보 제2010/0110728호 및 제2012/0113672호 참조, 이들은 본 명세서에 전부 참조로 통합됨). QDEF 는 Nanosys, Inc 의 등록 상표이다.
디스플레이 디바이스의 이미지 품질을 정의하기 위해 사용되는 팩터들 중 하나는 디스플레이 디바이스에 의해 제공된 Rec. 2020, Rec. 709, DCI P3, NTSC, 또는 sRGB 와 같은 표준 RGB 색 공간들의 색 영역 커버리지이다. 도 1 은 디스플레이 디바이스의 색 영역 커버리지의 정의를 예시한다. 도 1 에서, 1976 CIE 색 좌표들 (101a-101c) 사이에 형성된 영역 (101) 은 1976 CIE u'-v'색도도 (100) 상의 표준 RGB 색 공간 (예를 들어, Rec. 2020) 의 컬러 영역을 나타낸다. 1976 CIE 색 좌표들 (102a-102c) 사이에 형성된 영역 (102) 은 1976 CIE u'-v'색도도 (100) 상의 디스플레이 디바이스의 색 영역을 나타낸다. 디스플레이 디바이스의 색 영역 커버리지는 영역 (101) 에 대한, 영역들 (101 및 102) 사이의 오버랩 영역 (103) 의 비율로서 정의될 수 있다. 디스플레이 디바이스의 색 영역 커버리지가 넓어짐에 따라, 디스플레이 디바이스는 인간의 눈에 의해 식별가능한 더 넓은 색의 범위 (즉, 가시 스펙트럼) 를 렌더링할 수 있게 하고, 따라서 이미지 품질에 기여하는 다른 팩터들이 최적화된다고 가정하면, 디스플레이 디바이스의 이미지 품질을 개선시킨다.
현재의 디스플레이 디바이스는 원하는 휘도 (예를 들어, 높은 동적 범위 (HDR) 이미징 표준에 의해 요구되는 휘도) 와 표준 RGB 색 공간의 원하는 색 영역 커버리지 (예를 들어, 85 % 초과) 를 달성하는 것 사이의 절충점을 겪고 있다. 예를 들어, 일부 디스플레이 디바이스는 90 % DCI P3 색 영역 커버리지를 달성하기 위해 밝기에서 약 30 % 의 손실을 겪는다. 따라서 현재의 기술로는 디스플레이 디바이스의 밝기 손실이 DCI P3 (예를 들어, Rec. 2020) 보다 훨씬 넓은 색 공간의 색 영역 커버리지를 달성하기 위해 상당히 더 높을 것이다.
따라서, 넓은 RGB 색 공간들의 원하는 색 영역 커버리지 및 원하는 밝기를 달성하는 것 사이에 절충점을 덜 겪는 디스플레이 디바이스가 요구된다.
일 실시형태에서, 디스플레이 디바이스의 백라이트 유닛 (BLU) 은 광원, 양자점 필름, 및 방사 흡수 엘리먼트를 포함한다. 양자점 필름은 광원에 광학적으로 커플링되고 광원으로부터 수신된 광을 프로세싱하도록 구성된다. 방사 흡수 엘리먼트는 양자점 필름에 광학적으로 커플링되고, 양자점 필름으로부터 수신된 프로세싱된 광의 스펙트럼 방출 폭을 튜닝하여 표준 RGB 색 공간의 90 % 초과 색 영역 커버리지를 달성하도록 구성된다.
다른 실시형태에 따르면, 디스플레이 디바이스는 백라이트 유닛 (BLU) 및 이미지 생성 유닛 (IGU) 을 포함한다. BLU 는 상부측, 저부측, 및 측벽들을 갖는 광학 캐비티, 및 광학 캐비티에 커플링된 광원들의 어레이트를 포함한다. BLU 는 광학 캐비티 내에 포지셔닝되고 광원들의 어레이로부터 수신된 광을 프로세싱하도록 구성되는 양자점 필름을 포함한다. 또한, BLU 에는, 광학 캐비티 내에 포지셔닝되고, 양자점 필름으로부터 수신된 프로세싱된 광의 스펙트럼 방출 폭을 튜닝하여 Rec. 2020 색 공간의 90 % 초과 색 영역 커버리지를 달성하도록 구성되는 방사 흡수 엘리먼트가 더 포함된다. BLU 는 튜닝된 광을 IGU 에 전송하도록 구성된다.
본 발명의 추가의 특징들 및 이점들 뿐 아니라 본 발명의 다양한 실시형태들의 구조 및 동작은 첨부 도면들을 참조하여 하기에서 상세히 설명된다. 본 발명은 본 명세서에서 설명된 특정 실시형태들에 제한되지 않음을 유의한다. 그러한 실시형태들은 본 명세서에서 오직 예시적인 목적으로 제시된다. 추가적인 실시형태들은 본 명세서에 포함된 교시들에 기초하여 당업자에게 자명할 것이다.
본 명세서에 통합되고 명세서의 부분을 형성하는 첨부 도면들은, 본 실시형태들을 예시하고, 그리고, 그 설명과 함께, 추가로, 본 실시형태들의 원리들을 설명하도록 그리고 당업자로 하여금 본 실시형태들을 제조 및 이용할 수 있게 하도록 제공된다.
도 1 은 Rec. 2020 색 영역 및 디스플레이 디바이스의 색영역의 CIE 1976 u'v' 색도도이다.
도 2 내지 도 3 은 여러 실시형태들에 따른, 백릿 디스플레이 디바이스들의 분해 사시도이다.
도 4 는 일 실시형태에 따른 백릿 디스플레이 디바이스의 광원 유닛의 단면개략도이다.
도 5 는 일 실시형태에 따른 에지릿 디스플레이 디바이스의 단면개략도이다.
도 6 은 일 실시형태에 따른 배리어 층 코팅된 QD 의 단면개략도이다.
도 7 은 일 실시형태에 따른 배리어 층 코팅된 QD 필름의 개략도이다.
본 발명의 특징들 및 이점들은 도면들과 함께 취해질 경우에 하기에 기재된 상세한 설명으로부터 더 자명하게 될 것이며, 도면들에 있어서 동일한 참조 부호들은 전반에 걸쳐 대응하는 엘리먼트들을 식별한다. 도면들에 있어서, 동일한 참조 부호들은 일반적으로 동일한, 기능적으로 유사한, 및/또는 구조적으로 유사한 엘리먼트들을 나타낸다. 엘리먼트가 처음 나타나는 도면은 대응하는 참조 부호에서 최좌측 디지트(들)에 의해 표시된다. 달리 표시되지 않으면, 본 개시 전반에 걸쳐 제공된 도면들은 축적에 맞는 도면들로서 해석되지 않아야 한다.
비록 특정 구성들 및 배열들이 논의될 수도 있지만, 이는 오직 예시적인 목적으로 수행됨이 이해되어야 한다. 당업자는, 다른 구성들 및 배열들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함없이 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 이 발명은 또한 본 명세서에서 구체적으로 언급된 것들을 너머 다양한 다른 어플리케이션들에서 채용될 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다. 본 명세서에서 나타나고 설명된 특정 구현들은 예들이고 어떠한 방식으로든 어플리케이션의 범위를 달리 한정하도록 의도되지 않음이 인식되어야 한다.
"하나의 실시형태", "일 실시형태", "예시적인 실시형태" 등에 대한 명세서에서의 언급들은, 기술된 실시형태가 특정한 특징, 구조, 또는 특성을 포함할 수도 있음을 나타내지만, 모든 실시형태가 그 특정한 특징, 구조, 또는 특성을 반드시 포함하지는 않을 수도 있음을 유의한다. 더욱이, 그러한 어구들은 동일한 실시형태를 반드시 지칭하지는 않는다. 추가로, 특정한 특징, 구조 또는 특성은, 실시형태와 관련하여 설명될 경우, 명시적으로 설명되든지 아니든지 다른 실시형태들과 관련하여 그러한 특징, 구조 또는 특성을 달성하기 위한 당업자의 지식 내일 것이다.
재료들의 양들, 비율들, 재료들의 물리적 특성들, 및/또는 사용을 나타내는 이 설명에서의 모든 수치들은, 달리 명시적으로 표시되는 경우를 제외하고 단어 "약" 에 의해 수식되는 것으로서 이해되어야 한다.
실시형태들에 있어서, 용어 "디스플레이 디바이스" 는 디스플레이 스크린 상에서의 데이터의 가시적인 표현을 허용하는 엘리먼트들의 배열을 지칭한다. 적합한 디스플레이 스크린들은 다양한 평면형, 곡면형 또는 달리 형상화된 스크린들, 필름들, 시트들, 또는 정보를 사용자에게 시각적으로 디스플레이하기 위한 다른 구조들을 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 기술된 디스플레이 디바이스들은, 예를 들어, 액정 디스플레이 (LCD) 를 포괄하는 디스플레이 시스템들, 텔레비전들, 컴퓨터들, 모바일 폰들, 스마트 폰들, 개인용 디지털 보조기들 (PDA들), 게이밍 디바이스들, 전자적 판독 디바이스들, 디지털 카메라들, 태블릿들, 웨어러블 디바이스들, 카 내비게이션 시스템들 등에 포함될 수도 있다.
본원에 사용된 용어 "약" 은 주어진 양이 값의 ± 10% 만큼 변동되는 것을 나타낸다. 예를 들어, "약 100nm" 는 90nm 내지 110nm 를 포함한 크기 범위를 포함한다.
실시형태들에서, 용어 "반응 혼합물을 형성함" 또는 "혼합물을 형성함"은 성분들이 서로 반응하여 제 3 성분을 형성하기에 적합한 조건들 하에서 적어도 2 개의 성분들이 용기 내에서 서로 결합함을 의미한다.
실시형태에서, 용어 "도광판", "도광부" 및 "도광 패널"은 상호교환가능하게 사용되며 전자기 방사(광)를 한 위치에서 다른 위치로 향하게 하기에 적합한 광학 컴포넌트를 의미한다.
실시형태들에 있어서, 용어 "광학적으로 커플링된" 은, 광이 실질적인 간섭 없이 하나의 컴포넌트로부터 다른 컴포넌트로 전달될 수 있도록 컴포넌트들이 포지셔닝됨을 의미한다.
본원에 사용된 용어 "나노구조체" 는 약 500 nm 미만의 치수를 갖는 적어도 하나의 영역 또는 특성 치수 (characteristic dimension) 를 갖는 구조체를 의미한다. 일부 실시형태에서, 나노구조체는 치수가 약 200 nm 미만, 약 100 nm 미만, 약 50 nm 미만, 약 20 nm 미만, 또는 약 10 nm 미만이다. 통상적으로, 영역 또는 특성 치수는 구조의 최소 축을 따라 있을 것이다. 그러한 구조체들의 예들은, 나노와이어들, 나노로드들, 나노튜브들, 분기 나노구조체들, 나노테트라포드들, 트리포드들, 바이포드들, 나노결정들, 나노도트들, QD들, 나노입자들 등을 포함한다. 나노구조체들은, 예를 들면, 실질적으로 결정질, 실질적으로 단결정질, 다결정질, 비정질 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 실시형태에서, 나노구조체의 3개 치수들의 각각은 치수가 약 500 nm 미만, 약 200 nm 미만, 약 100 nm 미만, 약 50 nm 미만, 약 20 nm 미만, 또는 약 10 nm 미만이다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "QD" 또는 "나노결정" 은 실질적으로 단결정질인 나노구조체들을 지칭한다. 나노결정은 약 500 nm 미만의 그리고 약 1 nm 미만의 정도에 이르기까지의 치수를 갖는 적어도 하나의 영역 또는 특성 치수를 갖는다. 용어들 "나노결정", "QD", "나노도트 (nanodot)", 및 "도트" 는 동일한 구조들을 나타내도록 당업자에 의해 용이하게 이해되고, 본 명세서에서 상호교환가능하게 사용된다. 본 발명은 또한 다결정 또는 비결정질 나노결정들의 사용을 포괄한다.
나노구조체들에 관하여 사용될 때 용어 "헤테로구조체" 는 적어도 2개의 상이하거나 및/또는 구별가능한 재료 타입들을 특징으로 하는 나노구조체들을 의미한다. 통상, 나노구조체의 하나의 영역은 제 1 재료 타입을 포함하는 한편, 나노구조체의 제 2 영역은 제 2 재료 타입을 포함한다. 특정 실시형태에 있어서, 나노구조체는 제 1 재료의 코어 및 제 2 (또는 제 3 등) 재료의 적어도 하나의 쉘을 포함하고, 여기서, 상이한 재료 타입들은, 예를 들면, 나노와이어의 장축, 분기 나노와이어의 아암 (arm) 의 장축, 또는 나노결정의 중심에 관하여 방사상으로 분포된다. 쉘은, 헤테로구조로 고려되는 나노구조체에 대해 또는 쉘로 고려되는 인접 재료들을 완전히 커버할 수 있지만 그럴 필요는 없다; 예를 들어, 제 2 재료의 소도 (small island) 들로 커버된 하나의 재료의 코어를 특징으로 하는 나노결정은 헤테로구조체이다. 다른 실시형태들에 있어서, 상이한 재료 타입들이 나노구조체내의 상이한 위치들에 분포된다; 예를 들면, 나노와이어의 장 (긴) 축을 따라 또는 분기 나노와이어의 아암의 긴 축을 따라 분포된다. 헤테로구조체내의 상이한 영역들은 전적으로 상이한 재료들을 포함할 수 있거나, 또는 상이한 영역들은, 상이한 도펀트들, 또는 동일한 도펀트의 상이한 농도들을 갖는 베이스 재료 (예를 들면, 실리콘) 을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 나노구조체의 "직경" 은 나노구조체의 제 1 축에 직교하는 단면의 직경을 의미하고, 제 1 축은, 제 2 축 및 제 3 축에 대해 길이에 있어서 최대 차이를 갖는다 (제 2 축 및 제 3 축은, 길이가 가장 가깝게 서로 같은 2개의 축이다). 제 1 축은 반드시 나노구조체의 가장 긴 축일 필요는 없다; 예를 들면, 디스크 형상 나노구조체에 대해, 그 단면은 디스크의 짧은 길이방향 축에 직각인 실질적으로 원형의 단면이 된다. 그 단면이 원형이 아닌 경우에, 직경은 그 단면의 장축 및 단축의 평균이다. 나노와이어와 같은, 세장형 또는 고 종횡비 나노구조체에 대해, 직경은 나노와이어의 가장 긴 축에 수직인 단면에 걸쳐 측정된다. 구형 나노구조체에 대해, 직경은, 일 측에서 타 측으로 구체 (sphere) 의 중심을 통해 측정된다.
용어 "결정질" 또는 "실질적으로 결정질" 은, 나노구조체들에 대해 사용될 때, 나노구조체들이 통상, 그 구조체들의 하나 이상의 치수에 걸쳐 장범위 규칙성 (long-range ordering) 을 나타낸다는 사실을 의미한다. 용어 "장범위 규칙성" 은, 단결정에 대한 규칙성이 결정의 경계를 넘어 확장될 수 없으므로, 특정 나노구조체들의 절대 크기에 의존할 것이라는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 이 경우에, "장범위 규칙성" 은 나노구조체의 치수의 적어도 대부분에 걸친 실질적인 규칙성을 의미할 것이다. 일부의 경우에, 나노구조체는 산화물 또는 다른 코팅을 지닐 수 있거나, 또는 코어 및 적어도 하나의 쉘로 구성될 수 있다. 그러한 경우에, 산화물, 쉘(들), 또는 다른 코팅은 그러한 규칙성을 나타낼 수 있지만 꼭 그럴 필요는 없다 (예를 들면, 그것은 비정질, 다결정질 또는 다른 것일 수 있다) 는 것이 이해될 것이다. 그러한 경우에, 어구 "결정질", 실질적으로 결정질", "실질적으로 단결정질" 또는 "단결정질" 은 (코팅 층들 또는 쉘들을 제외한) 나노구조체의 중심 코어를 지칭한다. 본원에 사용된 용어 "결정질" 또는 "실질적으로 결정질" 은, 또한, 구조체가 실질적인 장 범위 규칙성 (예를 들면, 나노구조체 또는 그의 코어의 적어도 하나의 축의 길이의 적어도 약 80%에 대한 규칙성) 을 나타내는 한, 다양한 결함 (defect) 들, 스태킹 폴트 (stacking fault) 들, 원자 치환 (atomic substitution) 들, 및 이와 유사한 것을 포함하는 구조들을 아우르도록 의도된다. 또한, 코어와 나노구조체의 외측 사이 또는 코어와 인접 쉘 사이 또는 쉘과 제 2 인접 쉘 사이의 계면은 비결정질 영역들을 포함할 수도 있고 심지어 비정질일 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 이것은, 그 나노구조체가 본원에 정의된 바처럼 결정질이거나 또는 실질적으로 결정질이 되지 못하게 하지 않는다.
용어 "단결정질" 은 나노구조체에 대해 사용될 때, 나노구조체가 실질적으로 결정질이고 실질적으로 단결정을 포함한다는 것을 나타낸다. 코어 및 하나 이상의 쉘들을 포함하는 나노구조 헤테로구조체에 관하여 사용될 때, "단결정질"은 그 코어가 실질적으로 결정질이고 실질적으로 단결정을 포함한다는 것을 나타낸다.
본원에 사용된 용어 "리간드" 는, 예를 들어, 나노구조체의 표면과 공유, 이온, 반 데르 발스, 또는 다른 분자 상호작용들을 통해, 나노구조체의 하나 이상의 면들과 (약하게든 또는 강하게든) 상호작용할 수 있는 분자를 의미한다.
본원에 사용된 용어 "양자 수율 (QY)" 은, 예를 들어, 나노구조체 또는 나노구조체들의 개체군에 의해, 흡수된 광자에 대한 방출된 광자의 비를 의미한다. 당업계에 알려진 바와 같이, 양자 수율은 통상적으로, 알려진 양자 수율 값을 갖는 잘 특성화된 표준 샘플을 사용하는 비교 방법에 의해 결정된다.
본원에 사용된 용어 "1 차 방출 피크 파장"은 방출 스펙트럼이 최고 강도를 나타내는 파장을 의미한다.
본원에서 사용된 용어 "반치전폭" (FWHM) 은 스펙트럼 폭의 척도 (measure) 를 의미한다. 방출 스펙트럼의 경우, FWHM 은 피크 강도 값의 절반에서 방출 스펙트럼의 폭을 나타낼 수 있다.
본원에 사용된 용어, 포스터 반경은 또한 당해기술 분야에서 포스터 거리로 의미된다.
용어들 "휘도" 및 "밝기" 는 상호교환가능하게 사용되고, 광원의 단위 면적 또는 조명된 표면 당 광도의 광도계 측정치를 의미한다.
용어들 "정반사기들", "정반사 표면들" 및 "반사 표면들" 은 정반사가 가능한 엘리먼트들, 재료들, 및/또는 표면들을 지칭하도록 본원에서 사용된다.
실시형태들에 있어서, 용어 "정반사" 는, 입사광이 표면을 히트할 경우, 표면으로부터 광의 (또는 다른 종류들의 파동의) 거울형 반사를 지칭하도록 본 명세서에서 사용된다.
본 명세서에서 언급된 공개 특허들, 특허 출원들, 웹사이트들, 회사 명칭들, 및 과학 논문은, 각각이 구체적으로 그리고 개별적으로 참조에 의해 통합되는 것으로 표시된 것과 동일한 정도로 그들의 전체가 참조에 의해 본 명세서에 통합된다. 본 명세서에 인용된 임의의 참조문헌과 이 명세서의 특정 교시들 사이의 임의의 충돌은 후자에게 유리하게 해석될 것이다. 유사하게, 단어 또는 어구의 기술분야에서 이해되는 정의와 이 명세서에서 구체적으로 교시된 바와 같은 그 단어 또는 어구의 정의 사이의 임의의 충돌은 후자에게 유리하게 해석될 것이다.
본 명세서에서 사용된 기술적 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않으면, 본원이 속하는 기술분야에서의 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 의미를 갖는다. 당업자에게 공지된 다양한 방법들 및 재료들에 대한 참조가 본 명세서에서 행해진다.
개관
이 개시는 디스플레이 디바이스에서 원하는 밝기와 원하는 색 영역 (color gamut) 을 달성하는 것 사이의 기존의 절충안을 개선하거나 제거하는 것을 돕는 디스플레이 디바이스의 QD-기반 BLU들의 다양한 실시형태들을 제공한다.
방사 흡수 엘리먼트를 갖는 백라이트 디스플레이 디바이스의 예시적인 실시형태들
도 2 는 일 실시형태에 따른 백릿 디스플레이 디바이스 (200) 의 분해단면의 개략도를 예시한다. 디스플레이 디바이스 (200) 는 광원 유닛 (LSU)(202), 광학 프로세싱 유닛 (OPU)(204) 및 이미지 생성 유닛 (IGU)(206) 을 갖는 BLU (201) 를 포함할 수 있다.
LSU (202) 는 광학 캐비티 (212), 및 광학 캐비티 (212) 에 커플링된 LED들 (210)(예를 들어, 백색 LED들 또는 청색 LED들) 의 어레이를 포함할 수도 있다. 광학 캐비티 (212) 는 상부측 (203), 저부측 (205), 측벽들 (207), 그리고 상부측 (203), 저부측 (205) 및 측벽들 (207) 에 의해 한정되는 폐쇄 용적을 포함할 수도 있다. LED들 (210) 은 폐쇄 용적 내의 저부측 (205) 의 상부 표면 (205a) 에 커플링될 수도 있다. LED들 (210) 은 OPU (204) 를 통해 프로세싱되고 후속적으로 IGU (206) 의 디스플레이 스크린 (226) 에 걸쳐 분포되도록 IGU (206) 에 전달될 수도 있는 프라이머리 광 (예를 들어, 청색 광 또는 백색 광) 을 제공하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, LED들 (210) 은 약 440 nm 로부터 약 470 nm 까지의 범위에서 방출하는 청색 LED들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, LED들 (210) 은 약 440 nm 로부터 약 700 nm 까지의 범위 또는 다른 가능한 광 파장 범위들에서 방출하는 백색 LED들을 포함할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, LED들 (210) 의 어레이는, 상부 표면 (205a) 의 영역에 걸쳐 확산되는 LED들의 2차원 어레이를 포함할 수도 있으며, 그 영역은 디스플레이 스크린 (226) 의 표면적과 동일할 수도 있다.
비록 2개의 측벽들 (207) 이 도 2 에 도시되지만 당업자는 광학 캐비티 (212) 가 다양한 실시형태들에 따라 임의의 수의 측벽들 (207) 을 포함할 수도 있음을 이해할 것임에 유의해야 한다. 예를 들어, 광학 캐비티 (212) 는 입방체 형상을 가질 수도 있고, 측벽들 (207) 과 유사한 4개의 측벽들을 포함할 수도 있다. 광학 캐비티 (212) 는 형상이 입방체인 것 또는 다른 직선 측면 형상들을 갖는 것으로 한정되지 않는다. 광학 캐비티 (212) 는, 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함없이 다양한 실시형태들에 따라, 원통형, 사다리꼴형, 구형, 또는 타원형과 같지만 이에 한정되지 않는 임의의 타입의 기하학적 형상이도록 구성될 수도 있다. 도 2 에 예시된 바와 같은, 광학 캐비티 (212) 의 직사각형 단면 형상은 예시적인 목적이고 제한하는 것이 아님을 또한 유의해야 한다. 광학 캐비티 (212) 는, 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함없이 다양한 실시형태들에 따라, 다른 단면 형상들 (예를 들어, 사다리꼴형, 장타원형, 장사방형) 을 가질 수도 있다.
광학 캐비티 (212) 의 상부측 (203) 은 LED들 (210) 로부터의 광이 상부측 (203) 의 상부 표면 (203a) 을 가로질러 실질적으로 균일한 밝기 분포로 상부측 (203) 을 통해 광학 캐비티 (212) 를 출사하고 OPU (204) 및/또는 IGU (206) 를 통해 횡단하도록 광학적 확산성 및 투과성 층이도록 구성될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 상부측 (203) 은, 상부측 (203) 을 출사하는 광 밝기에서의 실질적으로 균일한 분포를 제공하도록 전략적으로 배열되는 광학적 반투명성 영역들 및 광학적 투명성 영역들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에 있어서, 상부측 (203) 은, 직경들이 가변 크기들인 공극들 및 상부측 (203) 을 나가는 광 휘도에서의 실질적으로 균일한 분포를 제공하도록 전략적으로 배열되는 광학 반투명 영역들을 포함할 수도 있다.
저부측 (205) 및/또는 측벽들 (207) 은 정반사성 상부 표면 상부 표면 (205a) 및/또는 정반사성 측벽 내부 표면들 (207a) 을 각각 갖도록 구성되는 하나 이상의 재료들 (예를 들어, 금속들, 비금속들, 및/또는 합금들) 로부터 구성될 수도 있다. 예를 들어, 상부 표면 (205a) 및/또는 측벽 내부 표면들 (207a) 은 거울형 반사 특성들을 갖는 거울형 표면들일 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 상부 표면 (205a) 및/또는 측벽 내부 표면들 (207a) 은 완전 정반사 또는 부분 정반사 및 부분 산란일 수도 있다.
선택적으로, 광학 캐비티 (212) 는 측벽 내부 표면들 (207a) 에 커플링된 정반사 리플렉터들 (209) 을 포함할 수 있다. 정반사 리플렉터들 (209) 은 광학적 투명성 접착제를 사용하여 측벽 내부 표면들 (207a) 에 커플링될 수 있다. 광학 투명성 접착제는 테이프, 여러 글루들, 폴리머 조성물, 이를 테면, 실리콘 등을 포함할 수도 있다. 추가의 광학 투명성 접착제는, 다양한 예들에 따라, 폴리(비닐 부티랄), 폴리(비닐 아세테이트), 에폭시들, 및 우레탄들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 폴리머들; 폴리페닐메틸실록산, 폴리페닐알킬실록산, 폴리디페닐실록산, 폴리디알킬실록산, 플루오르화 실리콘들 및 비닐 및 하이드라이드 치환된 실리콘들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 실리콘 및 실리콘의 유도체들; 메틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트 및 라우릴메타크릴레이트를 포함하지만 이에 한정되지 않는 모노머들로부터 형성된 아크릴 폴리머들 및 코폴리머들; 스티렌계 폴리머들; 및 디비닐벤젠과 같은 이관능성 모노머들과 가교된 폴리머들을 포함할 수도 있지만 이들에 한정되지 않는다.
정반사성 반사 상부 표면 (205a) 및 측벽 내부 표면들 (207a) 및 반사성 리플렉터들 (209) 은 LED들 (210) 로부터 저부측 (205) 및/또는 측벽들 (207) 을 통한 광의 흡수를 실질적으로 최소화할 수 있고, 따라서 광학 캐비티 (212) 내의 휘도 손실을 실질적으로 최소화하고 LSU (202) 의 광 출력 효율을 증가시킬 수 있다.
OPU (204) 는 LSU (202) 로부터 수신된 광을 IGU (206) 로의 전달을 위한 원하는 특성들로 프로세싱하도록 구성될 수도 있다. OPU (204) 는 포스퍼 필름 (214) 이를 테면, 위에 설명된 QDEF 필름, 방사 흡수 엘리먼트 (215), 휘도 강화 필름 (BEF)(216), 확산기 (220), 및 반사성 편광 필름 (RPF) (222) 을 포함할 수도 있지만 이에 한정되지 않는다. OPU (204) 는 당해 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함없이 하나 보다 많은 확산기, BEF, 및/또는 RPF 를 포함할 수도 있음이 주지되어야 한다.
포스퍼 필름 (214) 은, 발광성 나노구조체들, 이를 테면, QD들 (예를 들어, 도 6 을 참조하여 설명된 QD (600)) 을 포함하는 QDEF 일 수 있다. 일 예시적인 실시형태에서, 포스퍼 필름 (214) 은, 동일한 파장에서, 예를 들어, 가시 스펙트럼에서의 녹색 광 또는 적색 광에 대응하는 파장에서 방출하는 복수의 발광성 나노구조체들을 포함할 수도 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 포스퍼 필름 (214) 은 제 1 파장 (예를 들어, 녹색 광에 대응하는 파장) 에서 방출하는 제 1 복수의 발광성 나노구조체들 및 제 1 파장과는 상이한 제 2 파장 (예를 들어, 적색 광에 대응하는 파장) 에서 방출하는 제 2 복수의 발광성 나노구조체들을 포함할 수도 있다.
포스퍼 필름 (214) 은 다운컨버터일 수도 있으며, 여기서, 광학 캐비티 (212) 로부터의 프라이머리 광의 적어도 일부가 예를 들어 포스퍼 필름 (214) 에서의 발광성 나노구조체들에 의해 흡수될 수 있고 프라이머리 광보다 더 낮은 에너지 또는 더 긴 파장을 갖는 세컨더리 광으로서 재방출될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 복수의 발광성 나노구조체들 및 제 2 복수의 발광성 나노구조체들은 광학 캐비티 (212) 로부터의 청색 광의 일부를 흡수하고 녹색 및 적색 세컨더리 광들을 각각 방출하도록 여기될 수도 있다. 청색 프라이머리 광의 비흡수 부분 및 방출된 녹색 및 적색 세컨더리 광들은 미리결정된 비율로 혼합되어 원하는 백색점 값을 갖는 백색 광을 생성할 수도 있고, 이 백색광은 IGU (206) 을 관통하여 투과되고 디스플레이 디바이스 (200) 의 백라이트로서 역할을 하는 디스플레이 스크린 (226) 에 걸쳐 분포된다.
방사 흡수 엘리먼트 (215) 는 디스플레이 디바이스 (200) 의 원하는 색 영역 커버리지를 달성하기 위해 방사 흡수 엘리먼트 (215) 를 통과하는 임의의 프로세싱된 및/또는 비프로세싱된 광의 스펙트럼 방사 폭들 (방출 스펙트럼의 폭으로 또한 지칭됨) 을 튜닝하도록 구성될 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "프로세싱된 광"은 포스퍼 필름 (214) 으로부터 방출된 임의의 광을 지칭하고, 본원에서 사용되는 용어 "비프로세싱된 광"은 포스퍼 필름 (214) 을 우회하여 포스퍼 필름 (214) 위에 놓인 층들/구조체들의 어느 것에 도달할 수 있는 LSU (202) 로부터 방출된 임의의 광을 지칭한다. 일부 실시형태들에서, 방사 흡수 엘리먼트 (215) 는 포스퍼 필름 (214) 에서의 제 1 또는 제 2 복수의 발광성 나노구조체들로부터 방출된 광 또는 LED들 (210) 로부터의 비프로세싱된 광 (예를 들어, 청색 광) 의 스펙트럼 방출 폭들을 선택적으로 튜닝하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 방사 흡수 엘리먼트 (215) 는 포스퍼 필름 (214) 에서의 제 1 또는 제 2 복수의 발광성 나노구조체들로부터 방출된 광의 스펙트럼 방출 폭들을 선택적으로 튜닝하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 방사 흡수 엘리먼트 (215) 는 포스퍼 필름 (214) 에서의 제 1 및 제 2 복수의 발광성 나노구조체들 양쪽으로부터 방출된 광 및 LED들 (210) 로부터의 비프로세싱된 광의 스펙트럼 방출 폭들을 선택적으로 튜닝하도록 구성될 수 있다.
스펙트럼 방사 폭들의 튜닝은 휘도의 현저한 감소없이 원하는 색 영역 커버리지를 달성하기 위해 프로세싱된 광 및/또는 비프로세싱된 광으로부터 하나 이상의 파장을 흡수하여 이들의 스펙트럼 방출 폭들을 좁힐 것을 요구할 수 있다. 예를 들어, 방사 흡수 엘리먼트 (215) 가 없는 디스플레이 디바이스들과 비교하여, 이 튜닝 프로세스에 기인하여 휘도의 10 % 미만 (예를 들어, 약 8 %, 약 5 %, 약 3 % 또는 약 1 %) 의 감소가 있을 수 있다. QD들을 갖는 포스퍼 필름 (214) 으로부터의 프로세싱된 광은 통상적으로 좁은 스펙트럼 방사 폭들을 나타내기 때문에, 튜닝 프로세스는 유사한 색 영역 커버리지를 달성하기 위해 현재의 비-QD 기반 디스플레이 디바이스들에 요구되는 바와 같이, 원하는 색 영역 커버리지를 달성하기 위한 넓은 범위의 파장의 흡수를 요구하지 않을 수도 있다.
넓은 스펙트럼 방출 폭은 예를 들어, Rec. 2020 색 공간의 넓은 색 영역 커버리지를 달성함에 있어서, 현재의 비-QD 기반 디스플레이 디바이스들 (예를 들어, OLED 기반 디스플레이 디바이스들, YAG-포스퍼계 디스플레이 디바이스들) 의 제약들 중 하나이다. 현재의 비-QD 기반 디스플레이 디바이스에서 흡수 엘리먼트의 사용은 넓은 색 영역 커버리지 (예를 들어, 80-90 % Rec. 2020 색 영역 커버리지) 를 달성할 수 있지만 밝기에서의 상당한 감소가 따른다. 이러한 밝기에서의 감소는 현재 디스플레이 디바이스의 이미지 품질에 악영향을 미칠뿐만 아니라 HDR 이미징 표준들 하에서 요구되는 밝기 레벨을 만족시키지 못한다.
방사 흡수 엘리먼트 (215) 는 하나 이상의 비-포스퍼계 재료들을 포함할 수 있다. 즉, 하나 이상의 비-포스퍼계 재료들은 광학 흡수 특성을 나타내지만 어떠한 광학 방출 특성들도 나타내지 않는다. 하나 이상의 비-포스퍼계 재료들은 위에 설명된 튜닝 프로세스 동안 흡수를 필요로 하는 하나 이상의 파장들 또는 파장 범위만을 흡수하는 광학 흡수 특성들에 기초하여 선택될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 비-포스퍼 재료는 동일한 흡수 특성을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 하나 이상의 비-포스퍼 재료들 각각은 서로 상이한 흡수 특성을 포함한다.
하나 이상의 비-포스퍼 재료들은 방사 흡수 엘리먼트 (215) 를 형성하기 위해 디스플레이 디바이스 (200) 의 포스퍼 필름 (214) 또는 임의의 다른 층/구조체 상에 저가로 배치될 수 있도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 비-포스퍼 재료들은 염료 (예를 들어, 협대역 유기 엑시톤 P491 염료), 잉크, 페인트, 폴리머 재료 및/또는 스프레이되거나, 페인트되거나, 스핀 코팅되거나, 프린팅되거나 또는 임의의 다른 적합한 저온 (예를 들어, 100 ℃ 미만) 성막 방법에 의한 것일 수도 있는 임의의 재료일 수 있다. 프린팅은 예를 들어 플로터, 잉크젯 프린터 또는 스크린 프린터를 사용하여 수행될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 비-포스퍼 재료들은 포스퍼 필름 (214) 상에 직접 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 방사 흡수 엘리먼트 (215) 는 그 위에 배치된 하나 이상의 비-포스퍼 재료들을 갖는 기판을 포함할 수 있다.
도 2 에 도시된 방사 흡수 엘리먼트 (215) 의 배치는 제한이 없다. 이는 포스퍼 필름 (214) 의 위에 또는 아래에 배치될 수 있다. 이는 포스퍼 필름 (214) 아래에 그리고 광학 캐비티 (212) 의 상부 표면 (203) 상에 배치될 수 있다. 이는 BLU (201) 의 임의의 계층들/구조체들 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 방사 흡수 엘리먼트 (215) 는 BEF (216) 또는 확산기 (220) 상에 배치될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 방사 흡수 엘리먼트 (215) 는 도 2 에 도시된 바와 같이 별개의 구조가 아닐 수도 있으며, BLU (201) 의 임의의 층들/구조체들에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 방사 흡수 엘리먼트 (215) 는 포스퍼 필름 (214) 의 부분일 수도 있다. 즉, 포스퍼 필름 (214) 은 위에 설명된 바와 같이 방사 흡수 엘리먼트 (215) 와 함께 발광성 나노구조체를 포함하는 복합 필름일 수 있다. 염료, 잉크, 페인트, 폴리머 재료 또는 이들의 조합과 같은 방사 흡수 엘리먼트 (215) 의 하나 이상의 비-포스퍼 재료들은 포스퍼 필름 (214) 의 매트릭스에 통합되거나 매립될 수 있다. 하나 이상의 비-포스퍼 재료들은 포스퍼 필름 (214) 의 매트릭스에 분산될 수 있는 나노구조체로 된 재료들을 포함할 수 있다. 이들 나노구조체로 된 재료들은 광학 흡수 특성을 나타낼 수도 있지만 어떠한 광학 방출 특성들도 나타내지 않을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 방사 흡수 엘리먼트 (215) 는 BEF (216) 또는 확산기 (220) 에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 방사 흡수 엘리먼트 (215) 의 하나 이상의 비-포스퍼 재료들은 하기에 설명된 BEF (216) 또는 확산기 (220) 의 구조체에 통합될 수도 있다.
BEF (216) 는 반사형 및/또는 굴절형 필름들, 반사형 편광자 필름들, 프리즘 필름들, 그루브 필름들, 그루브형 프리즘 필름들, 프리즘들, 피치들, 그루브들, 또는 당업계에 공지된 임의의 적합한 BEF들 또는 휘도 강화 피처들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, BEF (216) 는 3M™ 으로부터 입수가능한 BEF 또는 Vikuiti™ 와 같은 종래의 BEF 를 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태들에 따르면, OPU (204) 는 적어도 하나의 BEF, 적어도 2개의 BEF들, 또는 적어도 3개의 BEF들을 포함할 수도 있다. 예시적인 실시형태들에 있어서, 적어도 하나의 BEF 는, 예를 들어, 그렇지 않으면 RPF (222) 에 의해 흡수될 광을 재순환하기 위한, 반사형 편광자 BEF 를 포함한다. 휘도 강화 피처들 및 BEF (216) 는 반사기들 및/또는 굴절기들, 편광자들, 반사형 편광자들, 광 추출 피처들, 광 재순환 피처들, 또는 당업계에 공지된 임의의 휘도 강화 피처들을 포함할 수도 있다. BEF (216) 는, 일 실시형태에 따라, 제 1 피치각을 갖는 프리즘들 또는 피치들을 갖는 제 1 층을 포함할 수도 있다. 부가적으로 또는 옵션적으로, OPU (204) 에서의 다른 BEF (도시 안됨) 는 제 1 피치각과는 상이한 제 2 피치각을 갖는 프리즘들 또는 피치들을 갖는 제 2 층을 포함할 수도 있다.
BEF (216) 의 휘도 강화 피처들은 프라이머리 광 (예를 들어, 광학 캐비티 (212) 로부터의 청색광) 의 일부분을 포스퍼 필름 (214) 를 향해 다시 반사하고, 이에 의해, 포스퍼 필름 (214) 으로의 프라이머리 광의 재순환을 다시 제공하도록 구성될 수도 있다. 광 재순환 때문에, 프라이머리 광의 부분들은 BLU (201) 를 출사하기 전에 포스퍼 필름 (214) 을 여러 번 통과할 수 있다. BEF (216) 를 통해 전달된 광은, 광이 BEF (216) 상에 입사하는 각도에 의존적일 수도 있다. 예를 들어, 광학 캐비티 (212) 로부터 상방으로 이동하는 광은, 광이 BEF (216) 에 법선이거나 수직이면 BEF (216) 를 통해 전달될 수도 있다. 하지만, 그러한 광은, 광이 더 높은 각도를 가지면, 광학 캐비티 (212) 를 향해 하방으로 반사될 수도 있다. BEF (216) 는 프라이머리 광의 원하는 재순환을 달성하기 위해 상이한 각도들의 광에 대해 다수의 반사각들을 갖도록 선택될 수도 있다. 이러한 프라이머리 광의 재순환은 포스퍼 필름 (214) 에서의 프라이머리 광의 광학 경로 길이를 증가시켜 프라이머리 광의 증가된 흡수, 및 하나 이상의 세컨더리 광들, 이를 테면, 녹색광 또는 적색광 (이들로 한정되지 않음) 의 증가된 재방출을 가져온다.
확산기 (220) 는 본 명세서에서 설명된 산란 피처들과는 구분되고 그 산란 피처들에 대해 보충적이다. 이 실시형태의 예에 따르면, 확산기 (220) 는, 이득 확산기 필름들을 포함하여 당업계에 공지된 임의의 확산기 필름을 포함할 수도 있고, BEF (216) 또는 디스플레이 디바이스 (200) 의 다른 광학 필름들 위에 또는 아래에 배치될 수도 있다. 예시적인 실시형태에서, 포스퍼 필름 (214) 은 종래의 저부 확산기 (도시 생략) 에 대한 필요성을 제거하여 BLU (201) 의 두께를 최소화할 수 있다. 포스퍼 필름 (214) 의 조성물들은 또한 포스퍼 필름 (214) 내의 발광성 나노구조체의 2 차 방출을 증가시키는 것 이외에 전통적인 확산기의 목적을 제공할 수 있는 하나 이상의 산란 또는 확산기 피처를 포함할 수 있다.
IGU (206) 는 LCD 모듈 (224) 및 디스플레이 스크린 (226) 을 포함할 수도 있고, 디스플레이 스크린 (226) 상에 이미지들을 생성하도록 구성될 수도 있다. 디스플레이 스크린 (226) 은, 예시적인 실시형태에 따라, 터치 스크린 디스플레이일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 방사 흡수 엘리먼트 (215) 는 IGU (216) 의 임의의 층들/구초체들 내에 또는 상에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 방사 흡수 엘리먼트 (215) 는 LCD 모듈 (224) 내에 또는 상에 배치될 수도 있다.
디스플레이 디바이스 (200) 는 디스플레이 디바이스 (200) 에서의 임의의 인접한 엘리먼트들 사이에, 예를 들어, 광학 캐비티 (212) 와 포스퍼 필름 (214) 사이에; 광학 흡수 엘리먼트 사이에; 포스퍼 필름 (214) 과 BEF (216) 사이에; 확산기 (220), RPF (222), 또는 다른 피처들 사이에; 또는 디스플레이 디바이스 (200) 의 임의의 다른 엘리먼트들 사이에 배치된 하나 이상의 매개 재료들 (도시 안됨) 을 더 포함할 수도 있다. 하나 이상의 매개 재료들은 진공, 공기, 가스, 광학 재료들, 접착제들, 광학 접착제들, 유리, 폴리머들, 고체들, 액체들, 겔들, 경화된 재료들, 광학 커플링 재료들, 인덱스 매칭 또는 인덱스 미스매칭 재료들, 인덱스-그래디언트 재료들, 클래딩 또는 안티-클래딩 재료들, 스페이서들, 에폭시, 실리카 겔, 실리콘들, 휘도 강화 재료들, 산란 또는 확산기 재료들, 반사형 또는 반사방지형 재료들, 파장 선택적 재료들, 파장 선택적 반사방지형 재료들, 컬러 필터들, 또는 당업계에 공지된 다른 적합한 매개 재료를 포함할 수도 있지만 이에 한정되지 않는다. 매개 재료들은 또한 광학적 투명, 비황화, 감압 광학 접착제들을 포함할 수도 있다. 적합한 재료들은 실리콘들, 실리콘 겔들, 실리카 겔, 에폭시들 (예를 들어, Loctite™ 에폭시 E-30CL), 아크릴레이트들 (예를 들어, 3M™ 접착제 2175) 을 포함한다. 하나 이상의 매개 재료들은 경화성 겔 또는 액체로서 도포되고, 디포지션 (deposition) 동안 또는 그 이후에 경화되거나, 또는 디포지션 이전에 미리 형성 및 미리 경화될 수도 있다. 경화 방법들은 UV 경화, 열 경화, 화학적 경화, 또는 당업계에 공지된 다른 적합한 경화 방법들을 포함할 수도 있다. 인덱스 매칭 매개 재료들은 BLU (201) 의 엘리먼트들 사이에서 광학 손실들을 최소화하도록 선택될 수도 있다.
디스플레이 디바이스 (200) 는, 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함없이 다양한 실시형태들에 따라, 원통형, 사다리꼴형, 구형, 또는 타원형과 같지만 이에 한정되지 않는 임의의 타입의 기하학적 형상일 수도 있다. 디스플레이 디바이스 (200) 는 형상이 입방체인 것 또는 다른 직선 측면 형상들을 갖는 것으로 한정되지 않는다. 디스플레이 디바이스 (200) 의 직사각형 단면 형상은 예시적인 목적이고 제한하는 것이 아님을 또한 주지해야 한다. 디스플레이 디바이스 (200) 는, 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함없이 다양한 실시형태들에 따라, 다른 단면 형상들 (예를 들어, 사다리꼴형, 장타원형, 장사방형) 을 가질 수도 있다. 비록 광학 캐비티 (215), 포스퍼 필름 (214), 방사 흡수 엘리먼트 (215), BEF (216), 확산기 (220), RPF (222), LCD 모듈 (224), 및 디스플레이 스크린 (226) 이 X 방향을 따라 유사한 치수들을 갖도록 도 2 에 도시되지만, 당업자는 이들 컴포넌트들의 각각이 다양한 실시형태들에 따라 하나 이상의 방향들에서 서로와는 상이한 치수들을 가질 수도 있음을 이해할 것임에 또한 유의해야 한다.
도 3 은 일 실시형태에 따른 백릿 디스플레이 디바이스 (300) 의 분해단면의 개략도를 예시한다. 디스플레이 디바이스 (300) 는, 하기에서 기술되는 차이들을 제외하면, 구조, 조성 및 기능에 있어서 디스플레이 디바이스 (200) 와 유사할 수도 있다.
디스플레이 디바이스 (300) 는 LSU (302), OPU (304) 및 IGU (206) 를 갖는 BLU (301) 를 포함할 수 있다. LSU (302) 는 광학 캐비티 (212), 광학 캐비티 (212) 에 커플링된 LED들 (210) 의 어레이 (예를 들어, 백색 LED들 또는 청색 LED들), 포스퍼 필름 (214) 및 방사 흡수 엘리먼트 (215) 를 포함할 수도 있다.
포스퍼 필름 (214) 은 광학 캐비티 (212) 의 폐쇄 용적 내에 배치될 수도 있다. 일 실시형태에서, 포스퍼 필름 (214) 은 광학 투명성 접착제, 기계적 패스너들, 또는 임의의 다른 패스닝 메커니즘을 사용하여 측벽들 (207) 에 커플링될 수도 있다. 광학 캐비티 (212) 내의 포스퍼 필름 (214) 의 위치, 예를 들어, LED들 (210) 의 어레이와 포스퍼 필름 (214) 사이의 거리 (214t) 는 광학 캐비티 (212) 의 두께 (212t) 및/또는 상부측 (203) 의 광학 확산도에 의존할 수도 있다. 예시적인 실시형태에 있어서, 거리 (214t) 는, 약 30 mm 로부터 약 40 mm 까지의 범위에 이르는 광학 캐비티 (212) 의 두께 (212t) 에 대해 약 20 mm 로부터 약 30 mm 까지의 범위에 이를 수도 있다.
광학 캐비티 (212) 내의 포스퍼 필름 (214) 의 배치는 디스플레이 디바이스 (300) 로 하여금 광학 캐비티들 외부에 배치된 포스퍼 필름들에서의 QD 개체군 크기보다 더 작은 포스퍼 필름 (214) 에서의 QD 개체군 크기를 사용함으로써 현재의 디스플레이 디바이스들의 백색점 값과 실질적으로 유사한, 디스플레이 스크린 (226) 에 걸쳐 분포된 광의 백색점 값을 생성하게 할 수도 있다. 현재의 디스플레이 디바이스들에 비견될 수도 있는 백색점 값들을 획득하기 위해 포스퍼 필름들을 광학 캐비티들 내에 배치함으로써 포스퍼 필름들에서의 QD 개체군 크기를 감소시키기 위한 능력은, 디스플레이 디바이스들에서 달성될 수도 있는 백색점 값들의 범위를 증가시킨다. 그러한 감소는 또한, 디스플레이 디바이스들에서의 포스퍼 필름들의 비용을 저감시키는 것을 도울 수도 있다.
또한, 도 3 에 추가로 도시된 바와 같이, 방사 흡수 필름 (215) 은 광학 캐비티 (212) 내의 포스퍼 필름 (214) 상에 배치될 수도 있다. 그러나, 방사 흡수 엘리먼트 (215) 의 배치는 제한이 없다. 이는 LED들 (210) 과 포스퍼 필름 (214) 사이의 용적에 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 방사 흡수 필름 (215) 은 광학 투명성 접착제, 기계적 패스너들, 또는 임의의 다른 패스닝 메커니즘을 사용하여 측벽들 (207) 에 커플링될 수도 있다. 광학 투명성 접착제는, 포스퍼 필름 (214) 과 측벽들 (207) 사이에 배치된 테이프, 다양한 글루들, 폴리머 조성물들, 이를 테면 실리콘들 등을 포함할 수도 있다. 추가의 광학 투명 접착제는, 다양한 예들에 따라, 폴리(비닐 부티랄), 폴리(비닐 아세테이트), 에폭시들, 및 우레탄들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 폴리머들; 폴리페닐메틸실록산, 폴리페닐알킬실록산, 폴리디페닐실록산, 폴리디알킬실록산, 플루오르화 실리콘들 및 비닐 및 하이드라이드 치환된 실리콘들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 실리콘 및 실리콘의 유도체들; 메틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트 및 라우릴메타크릴레이트를 포함하지만 이에 한정되지 않는 모노머들로부터 형성된 아크릴 폴리머들 및 코폴리머들; 스티렌계 폴리머들; 및 디비닐벤젠과 같은 이관능성 모노머들과 가교된 폴리머들을 포함할 수도 있다.
도 4 는 일 실시형태에 따른 LSU (402) 의 분해단면의 개략도를 예시한다. LSU (402) 는 이 실시형태의 일 예에 따라, 디스플레이 디바이스 (200 또는 300) 의 부분으로서 구현될 수 있다. LSU (402) 는, 하기에서 기술되는 차이들을 제외하면, 구조 및 기능에 있어서 LSU (202 및 302) 와 유사할 수도 있다.
LSU (402) 는, 광학 캐비티 (212) 의 폐쇄된 용적 내에 배치된 방사 흡수 엘리먼트들 (415) 의 어레이 및 포스퍼 필름들 (414) 의 어레이를 포함할 수도 있다. 방사 흡수 엘리먼트 (415) 의 어레이 중 각각의 방사 흡수 엘리먼트는 포스퍼 필름들 (414) 의 개별적 하나의 포스퍼 필름 상에 배치될 수 있다. 방사 흡수 엘리먼트 (415) 의 어레이 중 각각의 방사 흡수 엘리먼트는 구조, 조성 및 기능에 있어서 방사 흡수 엘리먼트 (215) 와 유사할 수도 있다. 포스퍼 필름들 (414) 의 어레이의 각각의 포스퍼 필름은 X 및/또는 Y 방향을 따라 417 의 갭에 의해 서로로부터 이격될 수도 있다. 포스퍼 필름들 (414) 의 각각은 구조, 조성 및 기능에 있어서 포스퍼 필름들 (214 및 214) 과 유사할 수도 있지만, 포스퍼 필름들 (114 및 214) 과 비교할 때 예를 들어 X 및/또는 Y 방향을 따른 치수에서 더 작을 수도 있다. 일 실시형태에서, 포스퍼 필름들 (414) 의 어레이의 각각의 행은 LED들 (210) 의 어레이의 대응하는 행과 실질적으로 정렬되도록 배열될 수도 있다. 다른 실시형태에 있어서, 포스퍼 필름들 (414) 의 각각은, Y 방향을 따른 LED들 (210) 의 어레이의 대응하는 행을 커버하기에 충분히 큰 Y 방향에 따른 치수를 가질 수도 있다. 방사 흡수 엘리먼트 (415) 의 어레이 중 각각의 방사 흡수 엘리먼트는 그 위에 배치되는 포스퍼 필름 중 개개의 하나와 치수에 있어서 유사할 수도 있다.
디스플레이 스크린 (예를 들어, 디스플레이 스크린 (226)) 의 표면적과 동일한 면적을 커버하기 위해 단일의 포스퍼 필름 (예를 들어, 포스퍼 필름 (214)) 대신 포스퍼 필름들 (414) 의 어레이를 사용하는 것은 포스퍼 필름들의 제조 비용들을 감소시키고, 대형 디스플레이 스크린들에 대한 포스퍼 필름 크기 제한들을 극복하고, 및/또는 실질적으로 무결점의 더 작은 포스퍼 필름들을 생성함으로써 생산 수율을 개선하고 결과적으로 디스플레이 디바이스들의 수율을 개선하는 것을 도울 수도 있다.
광학 캐비티 (212) 내의 포스퍼 필름들 (414) 의 어레이의 위치는 갭 (417) 의 폭 (417w) 에 의존할 수도 있다. 폭 (417w) 이 클수록, 상부측 (203) 으로부터 더 멀리, 포스퍼 필름들 (414) 의 어레이 및 방사 흡수 엘리먼트들 (415) 의 어레이가 광학 캐비티 (212) 내에 배치될 수도 있고, 포스퍼 필름들 (414) 의 어레이와 상부측 (203) 사이의 더 큰 용적 (414v) 이 제공될 수도 있다. 일 예에 있어서, 포스퍼 필름들 (414) 의 어레이는 약 3 mm 의 폭 (417w) 에 대해 상부측 (203) 의 10 mm 아래에 배치될 수도 있다.
LSU (402) 는 광학 캐비티 (212) 내에서 포스퍼 필름들 (414) 의 어레이와 방사 흡수 엘리먼트들 (415) 의 어레이를 지지하도록 구성된 제 1 플레이트 (416) 를 더 포함할 수도 있다. 포스퍼 필름 (414) 의 어레이의 저부 표면은 제 1 플레이트 (416) 와 실질적으로 접촉할 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, LSU (402) 는 제 1 플레이트 (416) 를 광학 캐비티 (212) 내의 위치에 유지하기 위해 지지 포스트들 (420.1 및 420.2), 기계적 패스너들, 및/또는 임의의 다른 패스닝 메커니즘을 더 포함할 수도 있다. 선택적으로, LSU (402)는 방사 흡수 엘리먼트들 (415) 의 어레이의 상부에 위치되고 광학적으로 투명한 접착제, 기계적 패스너들 및/또는 임의의 다른 패스너 메카니즘들을 사용하여 방사 흡수 엘리먼트들 (415) 의 어레이에 커플링되는 제 2 플레이트 (418) 를 포함할 수 있다. 지지 포스트들 (420.3 및 420.4), 기계적 패스너들, 및/또는 임의의 다른 패스닝 메커니즘은 또한, 제 2 플레이트 (418) 를 광학 캐비티 (212) 내의 위치에 유지하기 위해 LSU (402) 에 포함될 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 지지 포스트들 (420.1 내지 420.4) 은 부분적으로 또는 완전히 광학적으로 투명성일 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 지지 포스트들 (420.1 내지 420.4) 은 산란 및/또는 정반사 표면들을 가질 수도 있다.
비록 4개의 지지 포스트들 (420.1 내지 420.4) 이 도 4 에 도시되지만 당업자는 광학 캐비티 (212) 가 다양한 실시형태들에 따라 임의의 수의 지지 포스트들을 포함할 수도 있음을 이해할 것임에 유의해야 한다.
제 1 플레이트 (416) 는, LED들 (210) 의 어레이로부터의 광이 포스퍼 필름들 (414) 의 어레이에 전달되도록, 광학적으로 투과성이도록 구성될 수도 있다. 부가적으로 또는 선택적으로, 제 1 플레이트 (416) 는, LED들 (210) 의 어레이로부터의 광의 실질적으로 균일한 분포가 포스퍼 필름들 (414) 의 어레이에 걸쳐 수신되도록, 광학적으로 확산성이도록 구성될 수도 있다. 광의 그러한 균일한 분포는 포스퍼 필름 (414) 에 의해 수신된 피크 광속을 감소시키고 그리고 포스퍼 필름 (414) 의 성능, 무결성, 및 수명을 최대화하는 것을 도울 수도 있다.
제 2 플레이트 (418) 는,방사 흡수 엘리먼트들 (415) 의 어레이로부터의 튜닝된 광이 제 2 플레이트 상부 표면 (418a) 에 걸쳐 실질적으로 균일한 분포의 밝기로 제 2 플레이트 상부 표면 (418a) 을 통과할 수 있도록, 광학 투과성 및 확산성이도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 제 2 플레이트 (418) 는 광학 투명 영역들 및 광학 반투명 영역들, 또는 직경들이 가변 크기들인 공극들 및 제 2 플레이트 (418) 에서의 그러한 광학 확산도를 제공하도록 전략적으로 배열되는 광학 반투명 영역들을 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 방사 흡수 엘리먼트들 (415) 은 포스퍼 필름들 (414) 과 제 1 플레이트 (416) 사이에 배치될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 방사 흡수 엘리먼트들 (415) 은 제 2 플레이트 (412) 의 상부 표면 (418a) 상에 배치될 수도 있다.
방사 흡수 엘리먼트를 갖는 에지릿 디스플레이 디바이스의 예시적인 실시형태들
도 5 는 일 실시형태에 따른 에지릿 디스플레이 디바이스 (500) 의 분해단면의 개략도를 예시한다. 디스플레이 디바이스 (500) 는 광원 유닛 (LSU) (502) 을 갖는 BLU (501) 를 포함할 수도 있다. 디스플레이 디바이스 (200) 와 유사하게, 디스플레이 디바이스 (500) 는 OPU (204) 및 IGU (206)를 더 포함할 수 있다. 디스플레이 디바이스들 (200 및 500) 간의 차이점들이 아래 설명된다.
LSU (502) 는 LED (510)(예를 들어, 청색 LED), LGP (512), 및 리플렉터 (508) 를 포함할 수도 있다. LSU (502) 는 OPU (204) 를 통해 프로세싱될 수 있고 후속적으로 디스플레이 스크린 (226) 에 걸쳐 분포되도록 IGU (206) 에 전달될 수도 있는 프라이머리 광 (예를 들어, 청색 광) 을 제공하도록 구성될 수도 있다. 청색 LED 는 약 440 nm 부터 약 470 nm 까지의 범위에서 방출할 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 청색 LED는 예를 들어 450 nm 의 파장에서 청색 광을 방출하는 GaN LED 일 수 있다.
LGP (512) 는 이 실시형태의 다양한 예들에 따라 광섬유 케이블, 폴리머 또는 유리 고체 바디부들, 이를 테면 플레이트, 필름, 용기 또는 다른 구조체들을 포함할 수 있다. LGP (512) 의 크기는 LED (510) 의 궁극적인 적용 및 특성들에 의존할 수 있다. LGP (512) 의 두께는 LED (510) 의 두께와 양립가능할 수 있다. LGP (512) 의 다른 치수들은 LED (510) 의 치수들을 초과하여 연장되도록 설계될 수 있고 10 밀리미터 오더 내지 10 내지 100 센티미터의 오더일 수 있다.
이 실시형태의 다양한 예들에 따르면, LGP (512) 의 재료들은 폴리카보네이트 (PC), 폴리 메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 메틸 메타크릴레이트, 스티렌, 아크릴 폴리머 수지, 유리 또는 당업계에 공지된 임의의 적절한 LGP 재료들을 포함할 수 있다. LGP (512) 에 적합한 제조 방법들은 사출 성형, 압출, 또는 당업계에 공지된 다른 적절한 실시형태들을 포함할 수 있다. 이 실시형태의 일 예에 따르면, LGP (512) 는 균일한 프라이머리 광 방출을 제공하여, OPU (504) 에 입사하는 프라이머리 광이 균일한 색 및 밝기를 가질 수 있도록 구성될 수도 있다. LGP (512) 는 당업계에 공지된 임의의 두께 또는 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어, LGP (512) 의 두께는 전체 LGP (512) 표면에 걸쳐 균일할 수도 있다. 대안적으로, LGP (512) 는 웨지형 형상 (wedge-like shape) 을 가질 수 있다.
LGP (512) 는 이 실시형태의 다양한 예들에 따라, LED (510) 에 광학적으로 커플링될 수 있고, LED (510) 에 물리적으로 접속되거나 접속해제될 수 있다. LGP (512) 를 LED (510) 에 물리적으로 접속하기 위해, 광학 투명성 접착제가 사용될 수 있다 (도시 생략). 추가의 실시형태들에서, LGP (512) 는 예를 들어, LED (510) 가 냉각되는 LGP (512) 에 접촉될 수 있도록 가열될 때 융용되거나 변형하는 폴리머 LGP (512) 를 이용하여 LED (510) 에 물리적으로 접속될 수 있고, 이에 의해 2 개의 엘리먼트들 사이의 물리적 부착 또는 접촉의 형성을 용이하게 한다.
대안적으로, LSU (502) 는 LED들의 어레이 (도시 생략) 를 포함할 수 있으며, 각각의 LED 는 구조 및 기능에 있어서 LED (510) 와 유사할 수 있다. LED들의 어레이는 도 2 를 참조하여 위에 설명된 바와 같이, IGU (206) 로의 프로세싱 및 후속 전달을 위해 프라이머리 광을 OPU (204) 에 제공하도록 구성될 수 있다.
추가의 실시형태에서, 리플렉터 (508) 는 LGP (512) 로부터 방출되는 광의 양을 증가시키도록 구성될 수 있다. 리플렉터 (508) 는 임의의 적절한 재료, 이를 테면, 반사성 미러, 리플렉터 입자들의 필름, 반사성 금속 필름 또는 임의의 적절한 종래의 리플렉터들을 포함할 수도 있다. 예시적인 실시형태에서, 리플렉터 (108) 는 화이트 필름을 포함할 수도 있다. 특정 실시형태들에서, 리플렉터 (508) 는 산란, 확산기 또는 밝기 강화 피처들과 같은 추가적인 기능성 또는 피처들을 포함할 수 있다.
도 5 에서의 방사 흡수 엘리먼트 (215) 의 배치는 제한이 없다. 일부 실시형태들에서, 이는 포스퍼 필름 (214) 의 위에 또는 아래에 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 이는 포스퍼 필름 (214) 아래에 그리고 LGP (512) 의 상부 표면 (512a) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 이는 BLU (201) 및/또는 IGU (206) 의 임의의 계층들/구조체들 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 리플렉터 (508) 의 상부 표면 (508a) 상에, BEF (215), 확산기 (220) 또는 LCD 모듈 (224) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 방사 흡수 엘리먼트 (215) 는 LGP (512) 또는 LCD 모듈 (224) 내에 배치될 수도 있다.
배리어 층 코팅된 QD 의 예시적 실시형태
도 6 은 일 실시형태에 따른 배리어 층 코팅된 QD (100) 의 단면구조를 예시한다. 일 실시형태에서, QD (100) 의 개체군은 포스퍼 필름들 (214 및 414) 에 배치될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 포스퍼 필름들 (214 및 414) 의 제 1 복수의 발광성 나노구조체들은 제 1 파장 (예를 들어, 녹색 광에 대응하는 파장) 에서 방출하는 QD (100) 의 제 1 개체군을 포함할 수도 있고 포스퍼 필름들 (214 및 414) 의 제 2 복수의 발광성 나노구조체들은 제 2 파장 (예를 들어, 적색 광에 대응하는 파장) 에서 방출하는 QD (100) 의 제 2 개체군을 포함할 수도 있다.
배리어 층 코팅된 QD (600) 는 QD (601) 및 배리어 층 (606) 을 포함한다. QD (601) 는 코어 (602) 및 쉘 (604) 을 포함한다. 코어 (602) 는 더 높은 에너지들의 흡수시 광을 방출하는 반도체 재료를 포함한다. 코어 (602) 를 포함하는 반도체 재료의 예들은 인듐 인화물 (InP), 카드뮴 셀렌화물 (CdSe), 아연 설파이드 (ZnS), 납 설파이드 (PbS), 인듐 비소화물 (InAs), 인듐 갈륨 인화물, (InGaP), 카드뮴 아연 셀렌화물 (CdZnSe), 아연 셀렌화물 (ZnSe) 및 카드뮴 텔루라이드 (CdTe) 를 포함한다. 다이렉트 밴드 갭을 나타내는 임의의 다른 II-VI, III-V, 3 차 또는 4 차 반도체 구조체가 또한 사용될 수도 있다. 일 실시형태에서, 코어 (602) 는 또한 일부 예들을 제공하기 위해 금속, 합금들과 같은 하나 이상의 도펀트들을 포함할 수 있다. 금속 도펀트의 예들은 아연 (Zn), 구리 (Cu), 알루미늄 (Al), 백금 (Pt), 크롬 (Cr), 텅스텐 (W), 팔라듐 (Pd) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이들로 한정되지 않는다. 코어 (602) 에서의 하나 이상의 도펀트들의 존재는 도핑되지 않은 QD들에 비해 QD (601) 의 구조적 및 광학적 안정성 및 QY 를 개선시킬 수도 있다.
일 실시형태에 따르면, 코어 (602) 는 직경이 20 nm 미만인 크기를 가질 수 있다. 다른 실시형태에서, 코어 (602) 는 직경이 약 1 nm 와 약 5 nm 사이의 크기를 가질 수도 있다. 코어 (602) 의 크기 및 결과적으로 나노미터 범위의 QD (601) 의 크기를 맞추는 능력은 전체 광학 스펙트럼에서의 광방출 커버리지를 가능하게 한다. 일반적으로 더 큰 QD들이 스펙트럼의 적색 끝쪽을 향하여 광을 방출하는 한편, 더 작은 QD들이 스펙트럼의 청색 끝쪽을 향하여 광을 방출한다. 이 효과는 더 큰 QD들이 더 작은 QD들보다 더 가깝게 간격을 갖는 에너지 레벨들을 가질 때 발생한다. 이는 QD 가 더 적은 에너지를 갖는 포톤들을 흡수, 즉 스펙트럼의 적색 끝에 가까운 포톤들을 흡수할 수 있게 한다.
쉘 (604) 은 코어 (602) 를 둘러싸고 코어 (602) 의 외부 표면에 배치된다. 쉘 (604) 은 카드뮴 설파이드 (CdS), 아연 카드뮴 설파이드 (ZnCdS), 아연 셀레나이드 설파이드 (ZnSeS) 및 아연 설파이드 (ZnS) 를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 쉘 (604) 은 두께 (604t), 예를 들어 하나 이상의 단층들을 가질 수 있다. 다른 실시형태들에서, 쉘 (604) 은 약 1 nm 와 약 5 nm 사이의 두께 (604t) 를 가질 수도 있다. 쉘 (604) 은 코어 (602) 와의 격자 불일치를 감소시키고 QD (601) 의 QY를 개선하는 것을 돕도록 이용될 수 있다. 쉘 (604) 은 또한 QD (601) 의 QY 를 증가시키기 위해 코어 (602) 상의 댕글링 본드들과 같은 표면 트랩 상태들을 보호 및 제거하는 것을 도울 수 있다. 표면 트랩 상태들의 존재는 비-방사 재결합 센터들을 제공하고 QD (601) 의 저감된 방출 효율성에 기여할 수 있다.
대안의 실시형태들에서, QD (601) 는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 쉘 (604) 상에 배치된 제 2 쉘 또는 코어 (602) 를 둘러싸는 2 개보다 많은 쉘들을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 제 2 쉘은 2 개의 단층들 두께의 정도일 수 있고, 필수적이지는 않지만, 통상적으로 반도체 재료이다. 제 2 쉘은 코어 (602) 에 보호를 제공할 수 있다. 제 2 쉘 재료는 아연 설파이드 (ZnS) 일 수 있지만, 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어남이 없이 다른 재료들이 또한 사용될 수 있다.
배리어 층 (606) 은 QD (601) 상의 코팅을 형성하도록 구성된다. 일 실시형태에서, 배리어 층 (606) 은 쉘 (604) 의 외부 표면 (604a) 상에 배치되어 쉘 (604a) 과 실질적으로 접촉한다. 하나 이상의 쉘들을 갖는 QD (601) 의 일 실시형태에서, 배리어 층 (606) 은 QD (601) 의 최외곽 쉘 상에 배치되어 최외곽 쉘과 실질적으로 접촉한다. 예시적인 실시형태에서, 배리어 층 (606) 은 예를 들어 용액, 조성물 및/또는 복수의 QD들을 갖는 필름에서 QD (601) 와 하나 이상의 QD들 사이의 스페이서로서 작용하도록 구성되며, 여기서 복수의 QD들은 QD (601) 및/또는 배리어 층 코팅된 QD (600) 와 유사할 수 있다. 이러한 QD 용액들, QD 조성물들 및/또는 QD 필름들에서, 배리어 층 (606) 은 인접한 QD들과의 QD (601) 의 응집을 방지하는데 도움을 줄 수 있다. 인접한 QD들과 QD (601) 의 응집은 QD (601) 의 크기의 증가 및 그에 따른 QD (601) 를 포함하는 응집된 QD (도시 생략) 의 광학 방출 특성들의 결과적인 감소 또는 퀀칭으로 이어질 수 있다. 다른 실시형태들에서, 배리어 층 (606) 은 예를 들어 QD (601) 의 구조적 및 광학적 특성들에 악영향을 줄 수도 있는 습기, 공기 및/또는 열악한 환경들 (예를 들어, QD들의 리소그래피 프로세싱 동안 및/또는 QD 기반 디바이스들의 제조 프로세스 중에 사용되는 고온 및 화학 약품) 으로부터 QD (601) 에 대한 보호를 제공할 수 있다.
배리어 층 (606) 은 비결정질, 광학적 투명성 및/또는 전기적 비활성인 하나 이상의 재료들을 포함한다. 적절한 배리어 층들은 무기 재료들, 이를 테면, 무기 산화물 및/또는 질화물을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 배리어 층 (606) 을 위한 재료들의 예들은 다양한 실시형태들에 따라 Al, Ba, Ca, Mg, Ni, Si, Ti 또는 Zr 의 산화물 및/또는 질화물을 포함한다. 다양한 실시형태들에서, 배리어 층 (606) 은 약 8 nm 와 약 15 nm 사이의 범위에 있는 두께 (606t) 를 가질 수도 있다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 배리어 층 코팅된 QD (600) 는 일 실시형태에 따라 추가적으로 또는 선택적으로 다수의 리간드들 또는 계면활성제들 (608) 을 포함할 수 있다. 리간드들 또는 계면활성제들 (608) 은 일 실시형태에 따라 배리어 층 (606) 의 외부 표면과 같은 배리어 층 코팅된 QD (600) 의 외부 표면에 흡착되거나 바인딩될 수 있다. 리간드들 또는 계면활성제들 (608) 은 친수성 또는 극성 헤드 (608a) 및 소수성 또는 비극성 테일 (608b) 을 포함할 수 있다. 친수성 또는 극성 헤드 (608a) 는 배리어 층 (606) 에 바인딩될 수 있다. 리간드들 또는 계면활성제들 (608) 의 존재는 예를 들어 이들의 형성 동안, 용액, 조성물 및/또는 필름에서의 다른 QD들로부터 QD (600) 및/또는 QD (601) 와 분리하는 것을 도울 수도 있다. QD들이 자신들의 형성 동안 응집하는 것이 허용되면, QD (600) 및/또는 QD (601) 와 같은 QD들의 양자 효율이 떨어질 수 있다. 리간드들 또는 계면활성제들 (608) 은 배리어 층 코팅된 QD (600) 에 특정 특성들, 이를 테면, 소수성을 부여하여 비극성 용매들에 혼화성을 제공하기 위해 또는 다른 화합물들이 바인딩하는 반응 사이트들 (예를 들어, 역 교질입자 시스템들) 을 제공하기 위해 또한 사용될 수 있다.
리간드 (608) 로서 사용될 수도 있는 폭넓은 리간드들이 존재한다. 일부 실시형태들에서, 리간드는 라우르 산, 카프로 산, 미리스트 산, 팔미트 산, 스테아르 산 및 올레산으로 선택된 지방산이다. 일부 실시형태에서, 리간드는 트리옥틸포스핀 옥사이드 (TOPO), 트리옥틸포스핀 (TOP), 디페닐포스핀 (DPP), 트리페닐포스핀 옥사이드 및 트리부틸포스핀 옥사이드로부터 선택되는 유기 포스핀 또는 유기 포스핀 옥사이드이다. 일부 실시형태들에서, 리간드는 도데실아민, 올레일아민, 헥사데실아민 및 옥타데실아민으로부터 선택된 아민이다. 일부 실시형태에서, 리간드는 트리옥틸포스핀 (TOP) 이다. 일부 실시형태에서, 리간드는 올레일아민이다. 일부 실시형태에서, 리간드는 디페닐포스핀이다.
계면활성제들 (608) 로서 사용될 수도 있는 폭넓은 계면활성제들이 존재한다. 일부 실시형태들에서 비이온성 계면활성제들이 계면활성제들 (608) 로서 사용될 수 있다. 비이온성 계면활성제들의 예들은 폴리옥시에틸렌 (5) 노닐페닐에테르 (상품명 IGEPAL CO-520), 폴리옥시에틸렌 (9) 노닐페닐에테르 (IGEPAL CO-630), 옥틸페녹시 폴리 (에틸렌옥시)에탄올 (IGEPAL CA-630), 폴리에틸렌 글리콜 올레일 에테르 Brij 93), 폴리에틸렌 글리콜 헥사데실 에테르 (Brij 52), 폴리에틸렌 글리콜 옥타데실 에테르 (Brij S10), 폴리옥시에틸렌 (10) 이소옥틸시클로헥실 에테르 (Triton X-100) 및 폴리옥시에틸렌 분지된 노닐시클로헥실 에테르 (Triton N-101) 을 포함한다.
일부 실시형태들에서 이온성 계면활성제들이 계면활성제들 (608) 로서 사용될 수 있다. 음이온성 계면활성제들의 일부 예들은 나트륨 디옥틸 설포숙시네이트, 나트륨 스테아레이트, 나트륨 라우릴 설페이트, 나트륨 모노도데실 포스페이트, 나트륨 도데 실벤젠설포네이트 및 나트륨 미리스틸 설페이트를 포함한다.
일부 실시형태들에서, QD들 (601 및/또는 600) 은 하나 이상의 여러 컬러 범위들, 이를 테면, 적색, 오렌지 및/또는 옐로우 범위에서의 광을 방출하도록 합성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, QD들 (601 및/또는 600) 은 녹색, 및/또는 옐로우 범위에서의 광을 방출하도록 합성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, QD들 (601 및/또는 600) 은 청색, 인디고, 바이올렛 및/또는 울트라-바이올렛 범위에서의 광을 방출하도록 합성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, QD들 (601 및/또는 600) 은 약 605 nm 내지 약 650 nm, 약 510 nm 내지 약 550 nm 또는 약 300 nm 내지 약 480 nm 의 1 차 방출 피크 파장을 갖도록 합성될 수 있다.
QD들 (601 및/또는 600) 은 높은 QY 를 디스플레이하도록 합성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, QD들 (601 및/또는 600) 은 80 % 내지 95 % 또는 85% 내지 90% 의 높은 QY 를 디스플레이하도록 합성될 수 있다.
따라서, 다양한 실시형태들에 따라, QD들 (600) 은 QD들 (601) 상의 배리어 층 (606) 의 존재가 QD들 (601) 의 광학 방출 특성을 실질적으로 변화시키지 않거나 또는 퀀칭하지 않도록 합성될 수 있다.
QD 필름의 예시적 실시형태
도 7 은 일 실시형태에 따른 QD 필름 (700) 의 분해단면의 개략도를 예시한다. 일부 실시형태들에서, 포스퍼 필름들 (214 및/또는 414) 은 QD 필름 (700) 과 유사할 수도 있다.
QD 필름 (700) 은 일 실시형태에 따라 복수의 배리어 층 코팅된 코어-쉘 QD들 (600)(도 6) 및 매트릭스 재료 (710) 를 포함할 수 있다. QD들 (600) 은 일부 실시형태들에 따라, 매트릭스 재료 (710) 에 매립되거나 달리 배치될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "매립된 (embedded)" 은 QD들이 매트릭스의 주요 성분을 구성하는 매트릭스 재료 (710) 내에서 인클로징되거나 케이싱됨을 표시하기 위해 사용된다. QD들 (600) 은 일 실시형태에서 매트릭스 재료 (710) 전반에 걸쳐 균일하게 분포될 수도 있지만, 추가적인 실시형태들에 있어서는, 애플리케이션-특정 균일성 분포 함수에 따라 분포될 수도 있음을 주지해야 한다. 비록 QD들 (600) 이 직경에서 동일한 크기를 갖는 것으로 도시되었지만, 당업자는 QD들 (600) 이 크기 분포를 가질 수 있음을 이해할 것이다.
일 실시형태에서, QD들 (600) 은 청색 가시 파장 스펙트럼, 녹색 가시 파장 스펙트럼 또는 적색 가시 파장 스펙트럼에서 방출하는 크기들을 갖는 QD들의 균질 개체군을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에서, QD들 (600) 은 청색 가시 파장 스펙트럼을 방출하는 크기들을 갖는 QD들의 제 1 개체군, 녹색 가시 파장 스펙트럼을 방출하는 크기들을 갖는 QD들의 제 2 개체군, 또는 적색 가시 파장 스펙트럼에서 방출하는 크기들을 갖는 QD들의 제 3개체군을 포함할 수 있다.
매트릭스 재료 (710) 는 QD들 (600) 을 하우징할 수 있는 임의의 적합한 호스트 매트릭스 재료일 수 있다. 적절한 매트릭스 재료들은 QD 필름 (700) 을 디바이스들에 적용하는데 사용되는 임의의 주변 패키징 재료 및 QD들 (600) 과 화학적 및 광학적으로 양립가능할 수 있다. 적합한 매트릭스 재료들은 프라이머리 및 세컨더리 광 양쪽에 대해 투명한 비-옐로우 광학 재료들을 포함할 수 있어, 이에 의해 프라이머리 광 및 세컨더리 광 양쪽이 매트릭스 재료를 통해 투과할 수 있게 한다. 일 실시형태에서, 매트릭스 재료 (710) 는 QD들 (600) 각각을 완전히 둘러쌀 수 있다. 매트릭스 재료 (710) 는 플렉시블 또는 몰딩가능한 QD 필름 (700) 이 요구되는 적용들에서 유연성있을 수도 있다. 대안적으로, 매트릭스 재료 (710) 는 고강도, 비가요성 재료를 포함할 수 있다.
매트릭스 재료 (710) 는 폴리머들 및 유기 및 무기 산화물들을 포함할 수 있다. 매트릭스 재료 (710) 에서 사용하기 위해 적절한 폴리머들은, 그러한 목적을 위해 사용될 수도 있는, 당업자에게 공지된 임의의 폴리머일 수도 있다. 폴리머는 실질적으로 반투명하거나 실질적으로 투명할 수도 있다. 매트릭스 재료 (710) 는 에폭시; 아크릴레이트; 노르보렌; 폴리에틸렌; 폴리(비닐 부티랄): 폴리(비닐 아세테이트); 폴리우레아; 폴리우레탄; 아미노 실리콘 (AMS), 폴리페닐메틸실록산, 폴리페닐알킬실록산, 폴리디페닐실록산, 폴리디알킬실록산, 실세스퀴옥산, 플루오르화 실리콘, 및 비닐 및 하이드라이드 치환된 실리콘을 포함하지만 이에 한정되지 않는 실리콘 및 실리콘 유도체들; 메틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 및 라우릴메타크릴레이트를 포함하지만 이에 한정되지 않는 모노머들로부터 형성된 아크릴 폴리머들 및 코폴리머들; 폴리스티렌, 아미노 폴리스티렌 (APS), 및 폴리(아크릴로니트릴 에틸렌 스티렌) (AES) 과 같은 스티렌계 폴리머들; 디비닐벤젠과 같은 이관능성 모노머들과 가교된 폴리머들; 리간드 재료들을 가교시키는데 적합한 가교제들; 에폭시를 형성하기 위해 리간드 아민 (예를 들어, APS 또는 PEI 리간드 아민) 과 결합하는 에폭시드들 등을 포함할 수도 있지만 이에 한정되지 않는다.
일부 실시형태들에서, 매트릭스 재료 (710) 는 QD 필름 (700) 의 포토 변환 효율을 향상시킬 수 있는 TiO2 마이크로비즈, ZnS 마이크로비즈 또는 유리 마이크로비즈와 같은 산란 마이크로비즈를 포함한다.
다른 실시형태에서, 매트릭스 재료 (710) 는 산소 및 습기 투과성이 낮을 수 있고, 높은 포토-안정성 및 화학적 안정성을 나타내고, 양호한 굴절률을 나타내고, QD들 (600) 의 외부 표면들에 부착하여 QD들 (600) 을 보호하는 기밀 밀봉을 제공할 수 있다. 다른 실시형태에서, 매트릭스 재료 (710) 는 롤-투-롤 프로세싱을 용이하게 하기 위해 UV 또는 열 경화 방법으로 경화가능할 수 있다.
일부 실시형태들에 따르면, QD 필름 (700) 은 폴리머 (예를 들어, 포토레지스트) 에서 QD들 (600) 을 혼합하고 기판 상에 QD-폴리머 혼합물을 주조하고, QD들 (600) 을 단량체들과 혼합하고 이를 함께 중합하고, QD들 (600) 을 졸-겔에 혼합하여 산화물을 형성하거나, 또는 당업자에게 공지된 임의의 다른 방법에 의해 형성될 수 있다.
발광성 나노결정 포스퍼들 또는 나노구조체들의 예시적인 실시형태들
발광성 나노구조체들을 포함한 나노결정들을 포함하는 다양한 조성물들이 본원에 설명되어 있다. 발광성 나노구조체들의 흡수 특성들, 방출 특성들 및 굴절률 특성들을 포함한 발광성 나노구조체들의 다양한 특성들이 다양한 적용을 위해 맞춤화되고 조정될 수도 있다.
나노구조체들의 재료 특성들은 실질적으로 동질성일 수도 있거나, 또는 특정 실시형태들에 있어서, 이질성일 수도 있다. 나노결정들의 광학 특성들은 그들의 입자 사이즈, 화학적 또는 표면 조성에 의해 결정될 수도 있다. 약 1 nm 와 약 15 nm 사이의 범위에서의 발광성 나노구조체 크기를 맞춤화하기 위한 능력은 전체 가시 스펙트럼에서의 광전자 방출 커버리지가 컬러 렌더링에서의 큰 다기능성을 제공할 수 있게 할 수도 있다. 입자 캡슐화는 화학적 및 UV 열화제들에 대한 강인성을 제공할 수도 있다.
본원에서 설명된 실시형태들에서의 사용을 위한 발광성 나노구조체들을 포함한 나노구조체들은 당업자에게 공지된 임의의 방법을 사용하여 생성될 수도 있다. 적합한 방법 및 예시의 나노구조체들은 미국 특허 제 7,374,807 호; 2004 년 3 월 10 일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/796,832 호; 미국 특허 제 6,949,206 호; 및 2004 년 6 월 8 일자로 출원된 미국 가특허출원 제 60/578,236 호의 우선권을 주장하며, 이들 각각의 개시는 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다.
본원에서 설명된 실시형태들에서의 사용을 위한 발광성 나노구조체들은 무기 재료, 및 보다 적합하게는 무기 전도성 또는 반전도성 재료를 포함하는 임의의 적합한 재료로부터 생성될 수도 있다. 적절한 반도체 재료들은 미국 특허 제10/796,832호에서 개시된 것들을 포함할 수도 있고, 그룹 II-VI, 그룹 III-V, 그룹 IV-VI 및 그룹 IV 반도체들을 포함하는 임의의 타입의 반도체를 포함할 수도 있다. 적합한 반도체 재료들은 Si, Ge, Sn, Se, Te, B, C (다이아몬드 포함), P, BN, BP, BAs, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, BeS, BeSe, BeTe, MgS, MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SuS, SnSe, SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuF, CuCl, CuBr, CuI, Si3N4, Ge3N4, Al2O3, (Al, Ga, In)2 (S, Se, Te)3, Al2CO, 및 2 이상의 그러한 반도체들의 적절한 조합을 포함할 수도 있다.
특정 실시형태들에 있어서, 발광성 나노구조체들은 p타입 도펀트 또는 n타입 도펀트로 이루어진 그룹으로부터의 도펀트를 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 유용한 나노결정들은 또한 II-VI 또는 III-V 반도체들을 포함할 수도 있다. II-VI 또는 III-V 반도체 나노결정들의 예들은 주기율표의 Zn, Cd 및 Hg 와 같은 그룹 II 로부터의 엘리먼트와 S, Se, Te 및 Po 와 같은 그룹 VI 으로부터의 임의의 엘리먼트의 임의의 조합; 주기율표의 B, Al, Ga, In, 및 Tl 와 같은 그룹 III 으로부터의 엘리먼트와 N, P, As, Sb 및 Bi 와 같은 그룹 V 로부터의 임의의 엘리먼트의 임의의 조합을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 설명된 발광성 나노구조체들은 또한, 그들의 표면에 공액된, 협력된, 연관된 또는 부착된 리간드들을 더 포함할 수도 있다. 적합한 리간드들은 미국 특허 제 8,283,412 호; 미국 특허 공개 제 2008/0237540 호; 미국 특허 공개 제 2010/0110728 호; 미국 특허 제 8,563,133 호; 미국 특허 제 7,645,397 호; 미국 특허 제 7,374,807 호; 미국 특허 제 6,949,206 호; 미국 특허 제 7,572,393 호; 및 미국 특허 제 7,267,875 호에 개시된 것을 포함하여 당업자에게 공지된 임의의 기를 포함할 수 있으며 이들 각각의 개시 내용은 본원에 참조로서 포함된다. 그러한 리간드들의 사용은, 폴리머들을 포함하는 다양한 용매들 및 매트릭스들에 통합하기 위한 발광성 나노구조체들의 능력을 강화할 수도 있다. 다양한 용매들 및 매트릭스들에서의 발광성 나노구조체들의 혼화성 (즉, 분리 없이 혼합되는 능력) 을 증가시키는 것은, 나노결정들이 함께 모이지 않고 따라서 광을 산란시키지 않도록 폴리머 조성물 전반에 걸쳐 분포되게 할 수도 있다. 그러한 리간드들은 본 명세서에서 "혼화성 강화" 리간드들로서 기술된다.
특정 실시형태들에서, 매트릭스 재료에 분산되거나 매립된 발광성 나노구조체들을 포함하는 조성물들이 제공된다. 적합한 매트릭스 재료들은 폴리머 재료들, 유기 및 무기 산화물들을 포함하는, 당업자에게 공지된 임의의 재료일 수도 있다. 본 명세서에서 기술된 조성물들은 층들, 캡슐화재들, 코팅들, 시트들 또는 필름들일 수도 있다. 층, 폴리머층, 매트릭스, 시트 또는 필름에 대한 언급이 이루어지는 본 명세서에서 기술된 실시형태들에 있어서, 이들 용어들은 상호대체가능하게 사용되고, 그렇게 기술된 실시형태는 임의의 하나의 타입의 조성물로 제한되지 않고, 본 명세서에서 기술되거나 당업계에 공지된 임의의 매트릭스 재료 또는 층을 포괄하는 것임이 이해되어야 한다.
다운-컨버팅 나노결정들 (예를 들어, 미국 특허 제 7,374,807 호에 개시된 바와 같음) 은 특정 파장의 광을 흡수하고 그 후 제 2 파장에서 방출하고 그에 의해 액티브 소스들 (예를 들어, LED 들) 의 강화된 성능 및 효율성을 제공하도록 맞춤화되는 발광성 나노구조체들의 방출 특성들을 활용한다.
당업자에게 공지된 임의의 방법이 나노결정들 (발광성 나노구조체들) 을 생성하기 위해 사용될 수도 있지만, 무기 나노 재료 포스퍼들의 제어된 성장을 위한 용액상 콜로이드법이 사용될 수도 있다. Alivisatos, A. P., "Semiconductor clusters, nanocrystals, and quantum dots," Science 271:933 (1996); X. Peng, M. Schlamp, A. Kadavanich, A. P. Alivisatos, "Epitaxial growth of highly luminescent CdSe/CdS Core/Shell nanocrystals with photostability and electronic accessibility," J. Am. Chem. Soc. 30:7019-7029 (1997); 및 C. B. Murray, D. J. Norris, M. G. Bawendi, "Synthesis and characterization of nearly monodisperse CdE (E=sulfur, selenium, tellurium) semiconductor nanocrystallites," J Am. Chem. Soc. 115:8706 (1993) 참조, 이들의 개시들은 본 명세서에 참조로 전부 통합된다. 이러한 제조 프로세스 기술은 클린룸들 및 고가의 제조 장비에 대한 필요성 없이 저 비용 가공성을 활용한다. 이들 방법들에 있어서, 고온에서 열분해를 겪을 수도 있는 금속 전구체들은 유기 계면활성제 분자들의 뜨거운 용액 내로 급속하게 주입된다. 이들 전구체들은 상승된 온도들에서 분리되고 반응하여 나노결정들을 응집시킬 수도 있다. 이러한 초기 핵형성 페이즈 이후, 성장하는 결정에의 모노머들의 추가에 의해 성장 페이즈가 시작될 수도 있다. 그 결과는 용액에서의 독립적인 결정질 나노입자들일 수도 있고, 그 독립적인 결정질 나노입자들은 그들의 표면을 코팅하는 유기 계면활성제 분자를 가질 수도 있다.
이러한 접근법을 활용하면, 합성은 수초에 걸쳐 일어나는 초기 핵형성 이벤트, 이어서, 수분 동안 상승된 온도에서의 결정 성장으로서 발생할 수도 있다. 온도, 존재하는 계면활성제들의 타입들, 전구체 재료들, 및 모노머들에 대한 계면활성제들의 비율들과 같은 파라미터들은 반응의 본성 및 진행을 변화시키도록 수정될 수도 있다. 온도는 핵형성 이벤트의 구조적 페이즈, 전구체들의 분해의 속도, 및 성장의 속도를 제어한다. 유기 계면활성제 분자들은 나노결정 형상의 가용성 및 제어 양자 모두를 조정할 수도 있다. 계면활성제들 대 모노머의, 계면활성제들 서로의, 모노머들 서로의 비율, 및 모노머들의 개별 농도들은 성장의 동역학에 강하게 영향을 미칠 수도 있다.
일 실시형태에 따르면, CdSe 가, 이 재료의 합성의 상대적인 성숙으로 인해, 하나의 예에서, 가시 광 하향-변환을 위해, 나노결정 재료로서 사용될 수도 있다. 일반적 표면 화학의 사용으로 인해, 비-카드뮴 함유 나노결정들을 치환하는 것이 또한 가능할 수도 있다.
반도체 나노구조체들에 있어서, 광-유도 방출이 나노결정의 밴드 에지 상태들로부터 발생한다. 발광성 나노구조체들로부터의 밴드-에지 방출은 표면 전자 상태들로부터 발생하는 방사성 및 비-방사성 붕괴 채널들과 경합한다. X. Peng 등의, J. Am. Chem. Soc. 30:7019-7029 (1997) 참조. 결과적으로, 댕글링 본드들 (dangling bonds) 과 같은 표면 결함들의 존재는 비-방사성 재결합 센터들을 제공하고 저감된 방출 효율성에 기여한다. 표면 트랩 상태들을 부동태화하고 제거하기 위한 효율적이고 영구적인 방법은 나노결정의 표면 상에 무기 쉘 재료를 에피택셜하게 성장시키는 것일 수도 있다. X. Peng 등의, J. Am. Chem. Soc. 30:701 9-7029 (1997) 참조. 쉘 재료는, 전자 레벨들이 (예를 들어, 코어에 대해 전자 및 정공을 국부화하는 포텐셜 스텝을 제공하기 위한 보다 큰 밴드갭으로) 코어 재료에 대해 타입 1 이도록 선택될 수도 있다. 결과적으로, 비-방사성 재결합의 확률이 감소될 수도 있다.
코어-쉘 구조들은 쉘 재료들을 함유하는 유기금속 전구체들을 코어 나노결정을 함유하는 반응 혼합물에 추가함으로써 획득될 수도 있다. 이 경우, 핵형성 이벤트 다음에 성장하기 보다는, 코어들은 핵들로서 작용하고, 쉘들은 그들의 표면으로부터 성장할 수도 있다. 반응의 온도는, 쉘 재료들의 나노결정들의 독립적인 핵형성을 방지하면서, 코어 표면에 대한 쉘 재료 모노머들의 추가를 돕기 위해 낮게 유지된다. 반응 혼합물에서의 계면활성제들은 쉘 재료의 제어된 성장을 지향하고 가용성을 보장하기 위해 존재한다. 균일한 그리고 에피택셜하게 성장된 쉘은, 그 두 재료들 사이에 낮은 격자 미스매치가 존재할 때 획득될 수도 있다.
코어-쉘 발광성 나노구조체들을 준비하기 위한 예시적인 재료들은 Si, Ge, Sn, Se, Te, B, C (다이아몬드 포함), P, Co, Au, BN, BP, BAs, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTc, BeS, BcSe, BcTe, MgS, MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuP, CuCl, CuBr, CuI, Si3N4, Ge3N4, Al2O3, (Al, Ga, In)2 (S, Se, Te)3, AlCO 를 포함할 수도 있지만 이에 한정되지 않고, 본 발명의 실시에서 사용하기 위한 쉘 발광성 나노구조체들은 (코어/쉘로서 표현됨), CdSe/ZnS, InP/ZnS, InP/ZnSe, PbSe/PbS, CdSe/CdS, CdTe/CdS, CdTe/ZnS, 및 기타 등등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
전반에 걸쳐 사용된 바와 같이, 복수의 포스퍼들 또는 복수의 발광성 나노구조체들은 1 초과의 포스퍼 또는 발광성 나노구조체 (즉, 2, 3, 4, 5, 10, 100, 1,000, 1,000,000개 등의 나노결정들) 을 의미한다. 조성물들은 동일한 조성을 갖는 포스퍼들 또는 발광성 나노구조체들을 적합하게 포함할 것이지만, 추가적인 실시형태들에 있어서, 복수의 포스퍼들 또는 발광성 나노구조체들은 다양한 상이한 조성물들일 수도 있다. 예를 들어, 발광성 나노구조체들은 모두 동일한 파장에서 방출할 수도 있거나, 또는 추가적인 실시형태들에 있어서, 조성물들은 상이한 파장들에서 방출하는 발광성 나노구조체들을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 설명된 실시형태들에서의 사용을 위한 발광성 나노구조체들은 크기가 약 100 nm 미만일 수도 있고, 크기가 약 2 nm 미만에 이르기까지일 수도 있으며 가시광을 흡수할 수도 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 가시광은 인간의 눈에 보일 수 있는 약 380 나노미터와 약 780 나노미터 사이의 파장들을 갖는 전자기 방사이다. 가시광은 적색, 오렌지색, 황색, 녹색, 청색, 남색 및 자색과 같은 스펙트럼의 다양한 컬러들로 분리될 수 있다. 청색 광은 약 435 nm 와 약 500 nm 사이의 광을 포함할 수도 있고, 녹색 광은 약 520 nm 와 565 nm 사이의 광을 포함할 수도 있으며, 적색 광은 파장에서 약 625 nm 와 약 740 nm 사이의 광을 포함할 수도 있다.
다양한 실시형태들에 따르면, 발광성 나노구조체들은, 자외선, 근적외선, 및/또는 적외선 스펙트럼들에 있는 광자들을 흡수하도록 하는 크기 및 조성을 가질 수도 있다. 자외선 스펙트럼은 약 100 nm 내지 약 400 nm 사이의 광을 포함할 수도 있고, 근적외선 스펙트럼은 파장에서 약 750 nm 내지 약 100 ㎛ 사이의 광을 포함할 수도 있으며, 적외선 스펙트럼은 파장에서 약 750 nm 내지 약 300 ㎛ 사이의 광을 포함할 수도 있다.
임의의 적합한 재료의 발광성 나노구조체들이 본 명세서에서 설명된 다양한 실시형태들에서 사용될 수도 있지만, 특정 실시형태들에 있어서, 나노결정들은 본 명세서에서 설명된 실시형태들에서의 사용을 위해 나노결정들의 개체군을 형성하도록 ZnS, InAs, CdSe, 또는 이들의 임의의 조합일 수도 있다. 상기 논의된 바와 같이, 추가적인 실시형태들에 있어서, 발광성 나노결정들은 CdSe/ZnS, InP/ZnSe, CdSe/CdS 또는 InP/ZnS 와 같은 코어/쉘 나노결정들일 수도 있다.
다양한 실시형태들에 따르면, 발광성 나노구조체들은 청색/UV 광원에 의한 여기 시 녹색 광을 방출할 수 있는 발광성 나노구조체들의 적어도 하나의 개체군 및/또는 적색 광을 방출할 수 있는 발광성 나노구조체들의 적어도 하나의 개체군을 포함할 수도 있다. 발광성 나노구조체 파장들 및 농도들은 요구된 광학적 성능을 충족하도록 조정될 수도 있다. 다른 실시형태들에 있어서, 발광성 나노구조체들 포스퍼 재료는 바람직하지 않은 방출 파장들을 갖는 광의 파장들을 흡수하고 바람직한 방출 파장을 갖는 세컨더리 광을 재방출하는 발광성 나노구조체들의 개체군을 포함할 수도 있다. 이러한 방식으로, 본 명세서에서 설명된 발광성 나노구조체 필름들은, BLU 방출을 추가로 조정하고 컬러 필터링에 대한 필요성을 감소 또는 제거하기 위한 컬러-필터링 발광성 나노구조체들의 적어도 하나의 개체군을 포함할 수도 있다.
다양한 가용성 강화 리간드들의 추가를 포함하는, 적합한 발광성 나노구조체들, 발광성 나노구조체들을 준비하는 방법들은 발행된 미국 특허 공개공보 제2012/0113672호에서 발견될 수 있고, 이것의 개시는 본 명세서에 참조로 전부 통합된다.
특정 실시형태들이 본 명세서에서 예시되고 설명되었지만, 청구항들은 설명되고 나타낸 부분들의 특정 형태들 또는 배열로 한정되지 않음이 이해되어야 한다. 본 명세서에서, 예시적인 실시형태들이 개시되었고, 비록 특정 용어들이 채용되지만, 그 용어들은 오직 일반적이고 설명적인 의미에서만 사용되고 제한의 목적들을 위한 것은 아니다. 실시형태들의 수정들 및 변동들이 상기 교시들의 관점에서 가능하다. 따라서, 실시형태들은 구체적으로 설명된 것과 달리 실시될 수도 있음이 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 디스플레이 디바이스의 백라이트 유닛 (backlight unit; BLU) 으로서,
    광원;
    상기 광원에 광학적으로 커플링되고 상기 광원으로부터의 광을 흡수하고 프로세싱된 광을 방출하도록 구성되는 양자점 필름; 및
    상기 양자점 필름에 광학적으로 커플링되는 방출 흡수 엘리먼트로서, 상기 방출 흡수 엘리먼트는 광학 흡수 특성들은 나타내지만 광학 방출 특성들은 나타내지 않는 나노구조체로 된 재료를 포함하고, 상기 방출 흡수 엘리먼트는 상기 양자점 필름으로부터 수신된 상기 프로세싱된 광의 스펙트럼 방출 폭을 튜닝하여, 상기 프로세싱된 광의 휘도 레벨에서의 10 % 미만 감소와 함께 RGB 색 공간의 90 % 초과 색 영역 커버리지 (color gamut coverage) 를 출력하도록 구성되는 방사 흡수 엘리먼트를 포함하는, 백라이트 유닛 (BLU).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 RGB 색 공간은 적색, 녹색 및 청색 프라이머리 색들에 대해 (0.56, 0.52), (0.06, 0.59), 및 (0.16, 0.13) 의 색도 (chromaticity) 좌표들을 갖는, 백라이트 유닛 (BLU).
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 방사 흡수 엘리먼트는 상기 프로세싱된 광으로부터 파장 또는 다양한 파장들을 흡수하여 상기 RGB 색 공간의 90 % 초과 색 영역 커버리지를 출력하도록 구성되는, 백라이트 유닛 (BLU).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사 흡수 엘리먼트는 비-포스퍼계 재료를 포함하는, 백라이트 유닛 (BLU).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 양자점 필름은 매트릭스 및 상기 매트릭스 내에 배치된 양자점들로 코팅된 배리어를 포함하고; 그리고
    상기 방사 흡수 엘리먼트는 상기 매트릭스 내에 배치되는, 백라이트 유닛 (BLU).
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사 흡수 엘리먼트는 협대역 유기 (narrow band organic) 염료를 포함하는, 백라이트 유닛 (BLU).
  8. 제 1 항에 있어서,
    광학 캐비티를 더 포함하고; 그리고
    상기 방사 흡수 엘리먼트는 상기 광학 캐비티의 최상부면 상에 배치되고, 상기 광원으로부터의 광은 상기 최상부면을 통해 상기 광학 캐비티로부터 방출되는, 백라이트 유닛 (BLU).
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사 흡수 엘리먼트는:
    제 1 흡수 특성을 갖는 제 1 재료; 및
    상기 제 1 흡수 특성과는 상이한 제 2 흡수 특성을 갖는 제 2 재료를 포함하는, 백라이트 유닛 (BLU).
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사 흡수 엘리먼트는:
    상기 프로세싱된 광의 제 1 파장을 흡수하도록 구성되는 제 1 재료; 및
    상기 프로세싱된 광의 제 2 파장을 흡수하도록 구성되는 제 2 재료로서, 상기 제 2 파장은 상기 제 1 파장과는 상이한, 상기 제 2 재료를 포함하는, 백라이트 유닛 (BLU).
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사 흡수 엘리먼트는 상기 양자점 필름 상에 배치된 기판 상에 배치되는, 백라이트 유닛 (BLU).
  12. 제 1 항에 있어서,
    도광판을 더 포함하고; 그리고
    상기 방사 흡수 엘리먼트는 상기 도광판의 최상부면 상에 배치되고, 상기 광원으로부터의 광은 상기 최상부면을 통해 상기 도광판으로부터 방출되는, 백라이트 유닛 (BLU).
  13. 제 1 항에 있어서,
    리플렉터를 더 포함하고; 그리고
    상기 방사 흡수 엘리먼트는 상기 리플렉터의 표면 상에 배치되는, 백라이트 유닛 (BLU).
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 양자점 필름은 적색 광을 방출하도록 구성되는 복수의 양자점들을 포함하는, 백라이트 유닛 (BLU).
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 양자점 필름은 녹색 광을 방출하도록 구성되는 복수의 양자점들을 포함하는, 백라이트 유닛 (BLU).
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 양자점 필름은:
    적색 광을 방출하도록 구성되는 제 1 복수의 양자점들; 및
    녹색 광을 방출하도록 구성된 제 2 복수의 양자점들을 포함하는, 백라이트 유닛 (BLU).
  17. 제 1 항에 있어서,
    양자점이:
    코어-쉘 구조체; 및
    상기 코어-쉘 구조체를 둘러싸는 배리어 층을 포함하는, 백라이트 유닛 (BLU).
  18. 디스플레이 디바이스로서,
    백라이트 유닛 (BLU) 으로서:
    상부측, 저부측, 및 측벽들을 갖는 광학 캐비티,
    상기 광학 캐비티에 커플링된 광원들의 어레이로서, 상기 광원으로부터의 광은 최상부면을 통해 상기 광학 캐비티로부터 방출되는, 상기 광원들의 어레이,
    상기 광학 캐비티 내에 포지셔닝되고 상기 광원들의 어레이로부터의 광을 흡수하고 프로세싱된 광을 방출하도록 구성되는 양자점 필름, 및
    상기 광학 캐비티 내에 포지셔닝되는 방사 흡수 엘리먼트로서, 상기 방사 흡수 엘리먼트는 광학 흡수 특성들은 나타내지만 광학 방출 특성들은 나타내지 않는 나노구조체로 된 재료를 포함하고, 상기 방사 흡수 엘리먼트는 상기 양자점 필름으로부터 수신된 상기 프로세싱된 광의 스펙트럼 방출 폭을 튜닝하여, 상기 프로세싱된 광의 휘도 레벨에서의 10 % 미만 감소와 함께 RGB 색 공간의 90 % 초과 색 영역 커버리지 (color gamut coverage) 를 출력하도록 구성되는 방사 흡수 엘리먼트
    를 포함하는, 상기 백라이트 유닛 (BLU); 및
    상기 백라이트 유닛에 커플링된 이미지 생성 유닛 (IGU) 으로서, 상기 백라이트 유닛은 튜닝된 상기 광을 상기 IGU 로 수송하도록 구성되는, 상기 이미지 생성 유닛 (IGU) 을 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 양자점 필름은 매트릭스를 포함하고; 그리고
    상기 방사 흡수 엘리먼트는 상기 매트릭스에 매립되는, 디스플레이 디바이스.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 방사 흡수 엘리먼트는:
    상기 프로세싱된 광의 제 1 파장을 흡수하도록 구성되는 제 1 재료; 및
    상기 프로세싱된 광의 제 2 파장을 흡수하도록 구성되는 제 2 재료로서, 상기 제 2 파장은 상기 제 1 파장과는 상이한, 상기 제 2 재료를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
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