KR20100043193A - 조성물, 광학 부품, 광학 부품을 포함하는 시스템, 소자 및 다른 제품 - Google Patents

조성물, 광학 부품, 광학 부품을 포함하는 시스템, 소자 및 다른 제품 Download PDF

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KR20100043193A
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세쓰 코에-설리반
존 알. 린톤
크래이그 브린
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마크 코메르포드
로힛 모디
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큐디 비젼, 인크.
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it

Abstract

본원에는 가시광 또는 비가시광의 파장의 변경에 유용한 조성물이 개시되어 있다. 조성물은 고체 임자 물질 및 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하며, 여기서 나노입자는 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 조성물에 포함된다. 조성물은 산란체를 더 포함할 수 있다. 도파관 부품 및 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 광학 부품이 또한 개시되어 있다. 광학 부품을 포함하는 소자가 개시되어 있다. 도파관 부품 및 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 광학 부품 및 도파관 부품에 광학적으로 커플링된 광원을 포함하는 시스템이 또한 개시되어 있다. 전사체, 키트, 잉크 조성물 및 방법이 또한 개시되어 있다. 그의 표면 상에 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 TFEL이 또한 개시되어 있다.

Description

조성물, 광학 부품, 광학 부품을 포함하는 시스템, 소자 및 다른 제품 {COMPOSITIONS, OPTICAL COMPONENT, SYSTEM INCLUDING AN OPTICAL COMPONENT, DEVICES, AND OTHER PRODUCTS}
<우선권 주장>
본원은 2007년 6월 25일에 출원된 미국 출원 제60/946,090호; 2007년 7월 12일에 출원된 미국 출원 제60/949,306호; 2007년 6월 26일에 출원된 미국 출원 제60/946,382호; 2007년 9월 12일에 출원된 미국 출원 제60/971,885호; 2007년 9월 19일에 출원된 미국 출원 제60/973,644호; 및 2007년 12월 21일에 출원된 미국 출원 제61/016,227호를 우선권 주장하며, 상기 출원들 각각은 그 전문이 본원에 참고로 도입된다.
본 발명은 광학 부품, 광학 부품을 포함하는 시스템, 광학 부품을 포함하는 소자, 및 상기에서 유용한 조성물의 기술 분야에 관한 것이다.
<발명의 개요>
본 발명의 한 측면에 따라, 도파관 부품의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 도파관 부품을 포함하는 광학 부품이 제공된다. 특정 실시양태에서, 도파관 부품은 광원으로부터 도파관 부품에 커플링된 광 및 나노입자에 의해 방출된 광에 대해 투명하다. 특정 실시양태에서, 광학 부품은 나노입자 위에 및/또는 아래에 배치된 필터층을 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 도파관 부품은 도파관 부품의 중량의 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 산란체를 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 코어/쉘 구조를 포함한다. 특정 실시양태에서, 도파관 부품은 도파관 부품에 광학적으로 커플링된 광원을 갖도록 개조된다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 도파관 부품의 표면의 예정된 영역 위에 배치된 층에 포함된다. 특정 실시양태에서, 나노입자를 포함하는 층은 약 0.1 내지 약 200 ㎛의 두께를 갖는다. 특정 실시양태에서, 나노입자를 포함하는 층은 층으로 입사된 광을 흡수하기에 충분히 두껍다. 특정 실시양태에서, 층은 양자 구속된 반도체 나노입자가 분포된 임자 물질을 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 임자 물질을 더 포함하는 조성물에 포함되며, 여기서 조성물은 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 바람직하게는, 임자 물질은 고체 (액체와 반대) 물질을 포함한다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 도파관 부품의 표면의 예정된 영역 위에 배치된 예정된 배열부에 포함된다. 특정 실시양태에서, 조성물은 도파관 부품의 표면의 예정된 영역 위에 배치된 예정된 배열부에 포함된다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 예정된 배열부에 도파관 부품의 예정된 영역에 함입된다. 특정 실시양태에서, 예정된 배열부는 약 0.1 내지 약 200 ㎛의 두께를 갖는다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 양자 구속된 반도체 나노입자 및 임자 물질을 포함하는 조성물을 포함하는 도파관 부품을 포함하는 광학 부품이 제공되며, 여기서 조성물은 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 특정 실시양태에서, 조성물은 산란체를 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 산란체는 임자 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 조성물에 포함된다. 바람직하게는, 임자 물질은 고체 (액체와 반대) 물질을 포함한다. 특정 실시양태에서, 조성물은 도파관 부품의 표면의 예정된 영역 위에 예정된 배열부에 배치된다. 특정 실시양태에서, 예정된 배열부는 약 0.1 내지 약 200 ㎛의 두께를 갖는다. 특정 실시양태에서, 조성물은 예정된 배열부에 도파관 부품의 예정된 영역에 함입된다. 특정 실시양태에서, 광학 부품은 광을 광원으로부터 도파관 부품에 커플링하기 위한 수단을 더 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 양자 구속된 반도체 나노입자 및 임자 물질을 포함하는 층을 포함하는 도파관 부품을 포함하는 광학 부품이 제공되며, 여기서 층은 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 바람직하게는, 임자 물질은 고체 (액체와 반대) 물질을 포함한다. 특정 실시양태에서, 층은 산란체를 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 산란체는 임자 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 층에 포함된다. 특정 실시양태에서, 광학 부품은 광을 광원으로부터 도파관 부품에 커플링하기 위한 수단을 더 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 표면의 예정된 영역 위에 예정된 배열부에 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 캐리어 기판을 포함하는 필름을 포함하는 광학 부품이 제공되며, 여기서 필름은 도파관 부품의 표면에 부착된다. 특정 실시양태에서, 광학 부품은 광을 광원으로부터 도파관 부품에 커플링하기 위한 수단을 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 필름은 필름의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 특정 실시양태에서, 필름은 본원에 교시된 필름을 포함한다. 특정 실시양태에서, 필름은 전사체를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 양자 구속된 반도체 나노입자 및 임자 물질을 포함하는 조성물을 포함하는 캐리어 기판을 포함하는 필름을 포함하는 광학 부품이 제공되며, 여기서 조성물은 표면의 예정된 영역 위에 예정된 배열부에 배치되고, 필름은 도파관 부품의 표면에 부착된다. 특정 실시양태에서, 조성물은 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 바람직하게는, 임자 물질은 고체 (액체와 반대) 물질을 포함한다. 특정 실시양태에서, 조성물은 산란체를 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 산란체는 임자 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 조성물에 포함된다. 특정 실시양태에서, 필름은 전사체를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 도파관 부품의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 도파관 부품을 포함하는 광학 부품 및 도파관 부품에 광학적으로 커플링된 광원을 포함하는 시스템이 제공된다. 특정 실시양태에서, 광원은 도파관 부품의 연부에 광학적으로 커플링된다. 특정 실시양태에서, 광원은 도파관 부품의 표면에 광학적으로 커플링된다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 도파관 부품의 표면 위에 배치된 예정된 배열부에 포함된다. 특정 실시양태에서, 나노결정은 도파관 부품의 표면 위에 배치된 층에 포함된다. 특정 실시양태에서, 층에 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자는 1개 이상의 예정된 배열부에 배열된다. 특정 실시양태에서, 층은 양자 구속된 반도체 나노입자가 분포된 임자 물질을 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 층은 산란체를 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 임자 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 층에 포함된다. 바람직하게는, 임자 물질은 고체 (액체와 반대) 물질을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 도파관 부품 위에 배치된 본원에 교시된 필름을 포함하는 광학 부품 및 도파관 부품에 광학적으로 커플링된 광원을 포함하는 시스템이 제공된다. 특정 실시양태에서, 필름은 전사체를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 양자 구속된 반도체 나노입자 및 임자 물질을 포함하는 조성물을 포함하는 도파관 부품을 포함하는 광학 부품 (여기서, 층은 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함함) 및 도파관 부품에 광학적으로 커플링된 광원을 포함하는 시스템이 제공된다. 바람직하게는, 임자 물질은 고체 (액체와 반대) 물질을 포함한다. 특정 실시양태에서, 조성물은 산란체를 더 포함한다.
특정 실시양태에서, 시스템은 2개 이상의 본원에 교시된 광학 부품 및 1개 이상의 광원을 포함할 수 있다. 이러한 특정 실시양태에서, 광학 부품은 바람직하게는 각 광학 부품의 도파관 부품이 다른 광학 부품의 도파관 부품과 평행하도록 배열되고, 각 광학 부품은 별개의 광원에 커플링된다. 이러한 특정 실시양태에서, 광학 부품은 바람직하게는 광학 부품 간에 "광통신" 또는 "누화(cross-talk)"가 없도록 서로 광학적으로 분리된다. 이러한 특정 실시양태에서, 이러한 분리는 부품 간의 물리적 간격으로 인한 공극(air gap)에 의해 또는 저굴절률 물질의 층에 의해 달성될 수 있다. 다른 적합한 광학 분리 기술이 또한 사용될 수 있다. 특정 실시양태에서, 각 광학 부품은 별개의 광원에 커플링된다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 본원에 교시된 광학 부품을 포함하는 소자가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 본원에 교시된 필름을 포함하는 소자가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 본원에 교시된 시스템을 포함하는 소자가 제공된다.
특정 실시양태에서, 소자는 디스플레이를 포함한다. 특정 실시양태에서, 소자는 고체 상태 조명 장치 또는 다른 조명 유닛을 포함한다. 특정 실시양태에서, 소자는 사인(sign)을 포함한다. 특정 실시양태에서, 소자는 광기전 소자를 포함한다. 특정 실시양태에서, 소자는 다른 전자 또는 광전자 소자를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 임자 물질 및 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하며, 가시광 또는 비가시광의 파장의 변경에 유용한 조성물이 제공되며, 여기서 나노입자는 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 조성물에 포함된다. 바람직하게는, 임자 물질은 고체 (액체와 반대) 물질을 포함한다. 특정 실시양태에서, 조성물은 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 산란체를 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 나노입자의 적어도 일부는 표면 상에 임자 물질에 대한 친화성을 갖는 리간드를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 표면의 예정된 부분 위에 양자 구속된 반도체 나노입자의 예정된 배열부를 포함하는 캐리어 기판을 포함하는 필름이 제공된다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 필름의 표면 위에 배치된 층에 포함된다. 특정 실시양태에서, 층에 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자는 1개 이상의 예정된 배열부에 배열된다. 특정 실시양태에서, 캐리어 기판은 실질적으로 광학적으로 투명한 물질을 포함한다. 특정 실시양태에서, 필름은 필름의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 특정 실시양태에서, 예정된 배열부는 산란체를 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 임자 물질에 포함된다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 조성물에 포함된다. 바람직하게는, 임자 물질은 고체 (액체와 반대) 물질을 포함한다. 특정 실시양태에서, 조성물은 산란체를 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 필름은 전사체를 포함한다. 특정 실시양태에서, 필름은 표면에 고정적으로 부착되도록 개조된다. 특정 실시양태에서, 필름은 표면에 제거가능하게 부착되도록 개조된다. 특정 실시양태에서, 필름은 도파관 부품의 표면에 부착된 광학 부품에 포함된다. 특정 실시양태에서, 추가 층 및/또는 특징물 (필터, 반사층, 커플링 수단 등을 포함하나 이에 제한되지 않음)이 또한 포함된다. 특정 실시양태에서, 필름은 소자에 포함된다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 도파관 부품에 광학적으로 커플링되도록 개조된 광원 및 1개 이상의 필름을 포함하는 키트가 제공되며, 여기서 1개 이상의 필름은 그의 표면 위에 배치된 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 캐리어 기판을 포함한다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 캐리어 기판의 예정된 영역 위에 예정된 배열부에 배치된다. 특정 실시양태에서, 필름은 필름의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 임자 물질에 포함된다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 임자 물질에 포함된다. 바람직하게는, 임자 물질은 고체 (액체와 반대) 물질을 포함한다. 특정 실시양태에서, 임자 물질은 산란체를 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 필름은 전사체를 포함한다. 특정 실시양태에서, 필름은 표면에 고정적으로 부착되도록 개조된다. 특정 실시양태에서, 필름은 표면에 제거가능하게 부착되도록 개조된다. 특정 실시양태에서, 키트는 도파관 부품에 광학적으로 커플링되도록 개조된 광원 및 1개 이상의 필름을 포함하며, 여기서 1개 이상의 필름은 캐리어 기판의 표면 상에 배치된 나노입자를 포함하는 본원에 교시된 필름을 포함한다. 특정 실시양태에서, 키트는 도파관 부품을 더 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 본원에 교시된 필름을 광도파 능력을 갖는 구성원의 표면에 적용하고, 광이 구성원 내에서 도파되고 캐리어 기판 상에 직접적으로 또는 간접적으로 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자를 광학적으로 여기시키도록, 광을 구성원의 표면 또는 연부에 커플링하는 것을 포함하는, 사인의 제조 방법이 제공된다. 특정 실시양태에서, 구성원은 도파 능력을 갖는 물질로부터 제작된 윈도우 또는 다른 구조적, 장식적, 건축적 또는 다른 구조 또는 요소를 포함한다. 특정 실시양태에서, 필름은 전사체를 포함한다. 필름은 광학 접착제의 사용을 통해 구성원의 표면에 영구적으로 접착되거나, 비-영구적 접착제 또는 "정적 점착" 필름을 사용함으로써 재배치가능할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 표면 위에 배치된 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 박막 전기발광 램프가 제공된다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 램프의 표면의 예정된 영역 위에 예정된 배열부에 배치된다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 임자 물질에 포함된다. 특정 실시양태에서, 임자 물질은 산란체를 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 임자 물질은 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 바람직하게는, 임자 물질은 고체 (액체와 반대) 물질을 포함한다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 램프의 표면 위에 배치된 층에 포함된다. 특정 실시양태에서, 층은 양자 구속된 반도체 나노입자가 분포된 임자 물질을 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 층에 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자는 1개 이상의 예정된 배열부에 배열된다. 특정 실시양태에서, 층은 산란체를 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 층은 임자 물질을 더 포함하며, 여기서 층은 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 특정 실시양태에서, 임자 물질은 산란체를 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 산란체는 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 포함된다. 특정 실시양태에서, 산란체는 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.1 내지 2 중량％ 범위의 양으로 포함된다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자 대 산란체의 중량비는 약 1:100 내지 약 100:1이다. 특정 실시양태에서, 램프는 1개 이상의 필터층을 더 포함할 수 있다. 이러한 필터는 나노입자 위에 및/또는 아래에 배치될 수 있다. 특정 실시양태에서, 램프는 1개 이상의 반사층을 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 램프는 나노입자가 배치된 램프의 표면 상에 아웃커플링(outcoupling) 특징물을 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 램프는 나노입자 위에 아웃커플링 특징물을 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 추가 층 및/또는 특징물 (필터, 반사층, 커플링 수단, 휘도 향상 필름 등을 포함하나 이에 제한되지 않음)이 또한 포함된다. 특정 실시양태에서, TFEL 램프는 표면 위에 본원에 교시된 필름을 포함한다. 특정 실시양태에서, 필름은 전사체를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 가교될 수 있는 1개 이상의 관능기를 포함하는 조성물을 포함하는 액체 비히클, 및 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 잉크 조성물이 제공된다. 특정 실시양태에서, 기능성 유닛은 UV 처리에 의해 가교될 수 있다. 특정 실시양태에서, 기능성 유닛은 열 처리에 의해 가교될 수 있다. 특정 실시양태에서, 기능성 유닛은 관련 분야의 숙련자에 의해 용이하게 확인가능한 다른 가교 기술에 의해 가교될 수 있다. 특정 실시양태에서, 가교될 수 있는 1개 이상의 관능기를 포함하는 조성물은 액체 비히클 그 자체일 수 있다. 특정 실시양태에서, 이는 보조용매일 수 있다. 특정 실시양태에서, 이는 액체 비히클과의 혼합물의 구성성분일 수 있다. 특정 실시양태에서, 잉크는 산란체를 더 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서, 액체로부터 고체로의 잉크의 전이는 단순히 용매 증발에 의해 일어나고, 가교는 일어나지 않는다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 양자 구속된 반도체 나노입자, 액체 비히클 및 산란체를 포함하는 잉크 조성물이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 본원에 교시된 조성물 및/또는 잉크 조성물을 포함하는 소자가 제공된다. 특정 실시양태에서, 잉크 및/또는 또는 조성물은 소자의 부품에 포함된다. 특정 실시양태에서, 잉크 및/또는 조성물은 부품의 표면 상에 포함된다. 특정 실시양태에서, 잉크 및/또는 조성물은 층으로서 소자에 포함될 수 있다. 특정 실시양태에서, 잉크 및/또는 조성물은 소자의 상단 및/또는 바닥 표면 상에 포함된다. 잉크 및/또는 조성물은 이것이 배치된 표면의 예정된 영역 위에 예정된 배열부에 포함될 수 있다. 이러한 배열은 특정 적용에 따라 패턴화되거나 패턴화되지 않을 수 있다. 특정 실시양태에서, 1개 초과의 예정된 배열부가 포함된다. 특정 실시양태에서, 소자는 디스플레이, 고체 상태 조명 장치, 다른 발광 소자, 광기전 소자, 또는 다른 전자 또는 광전자 소자를 포함한다.
본원에 기재되고 본 개시물에 의해 고려된 상기 및 다른 측면 및 실시양태는 모두 본 발명의 실시양태를 구성한다.
상기 개략적인 기재 및 하기 상세한 기재 모두는 예시적이고 설명적일 뿐이며, 청구된 바와 같은 본 발명을 제한하지 않는 것으로 이해된다. 다른 실시양태는 명세서의 고려 및 본원에 개시된 본 발명의 실시로부터 당업자에게 명백할 것이다.
도면에서,
도 1은 본 발명에 따른 광학 부품을 포함하는 시스템의 실시양태의 예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 광학 부품을 포함하는 시스템의 실시양태의 예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시양태의 예를 나타내는 개략도이다.
도 4는 양자 효율의 측정 방법을 예시하는 스펙트럼을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시양태의 예를 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따른 TFEL 램프의 실시양태의 예를 나타내는 개략도이다.
첨부된 도면은 예시만을 위해 제공된 단순화된 표시이고; 실제 구조는 특히 표시된 용품의 상대 척도 및 그의 측면을 포함하는 수많은 사항에서 다양할 수 있다.
다른 장점 및 그의 능력과 함께 본 발명을 더 잘 이해하기 위해, 상기 기재된 도면과 관련하여 하기 개시 및 첨부된 청구항을 참조한다.
본 발명의 한 측면에 따라, 임자 물질 및 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 조성물이 제공되며, 여기서 나노입자는 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 조성물에 포함된다.
특정 바람직한 실시양태에서, 조성물은 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 10 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 특정 보다 바람직한 실시양태에서, 조성물은 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 5 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 특정 가장 바람직한 실시양태에서, 조성물은 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 3 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 이러한 특정 가장 바람직한 실시양태에서, 조성물은 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 2 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다.
특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 반도체 나노결정을 포함한다. 특정 실시양태에서, 반도체 나노결정은 코어/쉘 구조를 포함한다.
특정 실시양태에서, 조성물 산란체를 더 포함한다. 특정 실시양태에서, 산란체는 또한 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 조성물에 포함된다. 특정 실시양태에서, 산란체 농도는 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.1 내지 2 중량％이다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자 대 산란체의 중량비는 약 1:100 내지 약 100:1이다.
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 실시양태 및 측면에서 사용될 수 있는 산란체 (광 산란 입자라고도 지칭됨)의 예로는 금속 또는 금속 산화물 입자, 공기 버블, 및 유리 및 중합체 비드 (속이 찬 또는 속이 빈)가 포함되나 이에 제한되지 않는다. 다른 산란체는 당업자에 의해 용이하게 확인될 수 있다. 특정 실시양태에서, 산란체는 구형 형상을 갖는다. 산란 입자의 바람직한 예로는 TiO2, SiO2, BaTiO3, BaSO4 및 ZnO가 포함되나 이에 제한되지 않는다. 임자 물질과 비반응성이고 임자 물질에서 여기광의 흡수 경로 길이를 증가시킬 수 있는 다른 물질의 입자가 사용될 수 있다. 또한, 하향전환된 광의 아웃커플링을 돕는 산란체가 사용될 수 있다. 이는 흡수 경로 길이를 증가시키기 위해 사용되는 동일한 산란체이거나 아닐 수 있다. 특정 실시양태에서, 산란체는 고굴절률 (예를 들어, TiO2, BaSO4 등) 또는 저굴절률 (기체 버블)을 가질 수 있다. 바람직하게는 산란체는 발광성이 아니다.
산란체의 크기 및 크기 분포의 선택은 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 크기 및 크기 분포는 바람직하게는 산란 입자 및 산란체가 분산되는 임자 물질의 굴절률 부조화, 및 레일리(Rayleigh) 산란 이론에 따라 산란되는 미리 선택된 파장(들)에 기초한다. 산란 입자의 표면은 임자 물질에서 분산성 및 안정성을 개선시키도록 추가로 처리될 수 있다. 한 실시양태에서, 산란 입자는 약 0.001 내지 약 20 중량％ 범위의 농도로 0.2 ㎛ 입자 크기의 TiO2 (듀퐁(DuPont)으로부터의 R902+)를 포함한다. 특정 바람직한 실시양태에서, 산란체의 농도 범위는 0.1 중량％ 내지 10 중량％이다. 특정 보다 바람직한 실시양태에서, 조성물은 약 0.1 중량％ 내지 약 5 중량％, 가장 바람직하게는 약 0.3 중량％ 내지 약 3 중량％ 범위의 농도로 산란체 (바람직하게는, TiO2를 포함함)를 포함한다.
본원에 기재된 본 발명의 다양한 실시양태 및 측면에서 유용한 임자 물질의 예로는 중합체, 단량체, 수지, 결합제, 유리, 금속 산화물 및 다른 비중합체 물질이 포함된다. 특정 실시양태에서, 임자 물질은 비광전도성이다. 특정 실시양태에서, 전하를 소멸할 수 있는 첨가제가 임자 물질에 더 포함된다. 특정 실시양태에서, 전하 소멸 첨가제는 임의의 포획된 전하를 소멸시키기에 효과적인 양으로 포함된다. 특정 실시양태에서, 임자 물질은 비광전도성이고, 전하를 소멸시킬 수 있는 첨가제를 더 포함하며, 여기서 첨가제는 임의의 포획된 전하를 소멸시키기에 효과적인 양으로 포함된다. 바람직한 임자 물질에는 가시광 및 비가시광의 미리 선택된 파장에 대해 적어도 부분적으로 투명한, 바람직하게는 완전히 투명한 중합체 및 비중합체 물질이 포함된다. 특정 실시양태에서, 미리 선택된 파장은 전자기 스펙트럼의 가시광 (예를 들어, 400 내지 700 nm), 자외선 (예를 들어, 10 내지 400 nm) 및/또는 적외선 (예를 들어, 700 nm 내지 12 ㎛) 영역의 파장을 포함할 수 있다. 바람직한 임자 물질에는 가교된 중합체 및 용매-캐스트 중합체가 포함된다. 바람직한 임자 물질의 예로는 유리 또는 투명한 수지가 포함되나 이에 제한되지 않는다. 특히, 수지, 예컨대 비경화성 수지, 열경화성 수지 또는 광경화성 수지가 가공성의 관점에서 적합하게 사용된다. 올리고머 또는 중합체 형태의 이러한 수지의 특정 예로는 멜라민 수지, 페놀 수지, 알킬 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 말레산 수지, 폴리아미드 수지, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카르보네이트, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐피롤리돈, 히드록시에틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 이들 수지를 형성하는 단량체를 함유하는 공중합체 등이 포함된다. 다른 적합한 임자 물질은 관련 분야의 숙련자에 의해 확인될 수 있다.
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시양태 및 측면에서, 임자 물질은 광경화성 수지를 포함한다. 광경화성 수지는 특정 실시양태에서 조성물이 패턴화된 바람직한 임자 물질일 수 있다. 광경화성 수지로서, 광중합가능한 수지, 예컨대 반응성 비닐기를 함유하는 아크릴산 또는 메타크릴산 기재 수지, 감광제, 예컨대 폴리비닐 신나메이트, 벤조페논 등을 일반적으로 함유하는 광가교성 수지가 사용될 수 있다. 감광제가 사용되지 않는 경우 열경화성 수지가 사용될 수 있다. 이들 수지는 개별적으로 또는 2종 이상과 조합하여 사용될 수 있다.
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시양태 및 측면에서, 임자 물질은 용매-캐스트 수지를 포함한다. 중합체, 예컨대 폴리우레탄 수지, 말레산 수지, 폴리아미드 수지, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카르보네이트, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐피롤리돈, 히드록시에틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 이들 수지를 형성하는 단량체를 함유하는 공중합체 등은 당업자에게 공지된 용매에 용해될 수 있다. 용매 증발시 수지는 반도체 나노입자를 위한 고체 임자 물질을 형성한다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자 및 임자 물질을 포함하는 조성물은 양자 구속된 반도체 나노입자 및 액체 비히클을 포함하는 잉크 조성물로부터 형성될 수 있으며, 여기서 액체 비히클은 가교될 수 있는 1개 이상의 관능기를 포함하는 조성물을 포함한다. 기능성 유닛은 예를 들어, UV 처리, 열 처리, 또는 관련 분야의 숙련자에 의해 용이하게 확인가능한 다른 가교 기술에 의해 가교될 수 있다. 특정 실시양태에서, 가교될 수 있는 1개 이상의 관능기를 포함하는 조성물은 액체 비히클 그 자체일 수 있다. 특정 실시양태에서, 이는 보조용매일 수 있다. 특정 실시양태에서, 이는 액체 비히클과의 혼합물의 구성성분일 수 있다. 특정 실시양태에서, 잉크는 산란체를 더 포함할 수 있다.
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자 (예를 들어, 반도체 나노결정)는 개별 입자로서 임자 물질 내에 분포된다.
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시양태에서, 임자 물질 내에 분포된 양자 구속된 반도체 나노입자는 응결된 (또는 응집된) 입자를 포함할 수 있다.
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 임자 입자 내에 포함되거나 임자 입자 상에 흡착될 수 있다. 이들 임자 입자는 중합체 또는 무기일 수 있다. 이들 임자 입자는 임자 물질 내에 또는 임자 물질의 상단 상에 분산될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 표면의 예정된 영역 위에 양자 구속된 반도체 나노입자의 예정된 배열부를 포함하는 캐리어 기판을 포함하는 필름이 제공된다. 특정 실시양태에서, 필름은 필름의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다.
특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 예정된 배열부에 캐리어 기판의 표면의 예정된 영역 상에 직접적으로 또는 간접적으로 포함된다.
특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 임자 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 임자 물질에 포함된다. 바람직하게는 임자 물질은 고체 (액체와 반대) 물질을 포함한다. 특정 실시양태에서, 산란체는 나노입자와 함께 포함된다.
특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 필름의 표면 위에 배치된 층에 포함된다. 특정 실시양태에서, 층에 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자는 1개 이상의 예정된 배열부에 배열된다. 특정 실시양태에서, 층은 양자 구속된 반도체 나노입자가 분포된 임자 물질을 더 포함한다.
특정 실시양태에서, 추가 층 및/또는 특징물 (필터, 반사층, 커플링 수단 등을 포함하나 이에 제한되지 않음)이 또한 포함된다. 광학 부품 또는 도파관 부품에 포함되는 것에 대해 본원에서 논의된 다양한 추가 층 및/또는 특징물의 예가 또한 필름에 포함될 수 있다. 특정 실시양태에서, 필름은 전사체를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 도파관 부품 및 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 광학 부품이 제공된다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 임자 물질에 포함될 수 있다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 본 발명에 따른 조성물에 포함된다.
특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 예정된 배열부에 도파관 부품의 표면의 예정된 영역 상에 직접적으로 또는 간접적으로 포함된다.
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 다양한 측면 및 실시양태에서, 예정된 배열부는 임의의 배위 또는 콘텐츠일 수 있다. 예를 들어, 예정된 배열부는 임의의 유형의 이미지 (예를 들어, 로고, 디자인, 사진, 다른 그래픽, 텍스트 (예를 들어, 글자, 단어, 숫자, 글자, 단어 및/또는 숫자의 조합) 및/또는 이들의 조합 (예를 들어, 로고, 디자인, 사진, 다른 그래픽 및/또는 텍스트의 조합)을 디스플레이할 수 있다. 별법으로, 예정된 배열부는 예정된 영역을 완전히 또는 부분적으로 덮는 층일 수 있다. 특정 실시양태에서, 제2 예정된 배열부는 제1 예정된 배열부 위에 및/또는 아래에 추가로 배치될 수 있다. 특정 실시양태에서, 제2 예정된 배열부는 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 1개 초과의 예정된 배열부를 포함하는 특정 실시양태에서, 예정된 배열부는 유용할 수 있는 불투명한 또는 다른 비-방출성 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 양자 구속된 반도체 나노입자 배경층의 휘도는 1개 이상의 임의의 다른 예정된 배열부의 세부사항, 콘트라스트 또는 다른 가시성 측면을 향상시킬 수 있다. 예정된 배열부는 부품 또는 소자가 사용되는 경우 보이는 부품 또는 소자의 표면 위에 전형적으로 배치되며, 다른 소자, 제품 또는 다른 용품 내부 또는 상에 포함되거나 포함되지 않는다.
2개 이상 예정된 배열부를 포함하는 특정 실시양태에서, 배열부는 상이한 배향을 갖도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 하나는 제1 배향으로 보이게 의도되도록 위치될 수 있고, 다른 것은 제2 배향으로, 예를 들어 제1 배향으로부터 90도 회전으로 보이게 의도되도록 위치된다.
양자 구속된 반도체 나노입자는 전자 및 정공을 구속하고, 광을 흡수하고 상이한 파장 광을 재방출하는 광발광 특성을 가질 수 있다. 양자 구속된 반도체 나노입자로부터 방출된 광의 컬러 특징은 양자 구속된 반도체 나노입자의 크기 및 양자 구속된 반도체 나노입자의 화학 조성에 의존한다.
특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 화학 조성 및 크기에 관하여 1개 이상의 유형의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 한 측면 또는 실시양태에 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자의 유형(들)은 전환되는 광의 파장 및 목적한 광 출력의 파장에 의해 결정된다. 본원에서 논의된 바와 같이, 양자 구속된 반도체 나노입자는 그의 표면 상에 쉘 및/또는 리간드를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 양자 구속된 반도체 나노입자 상의 쉘 및/또는 리간드는 비-복사 결함 부위를 부동화하고, 나노입자 간의 반 데르 발스 결합력을 극복하는 뭉침 또는 응집을 방지하는 작용을 할 수 있다. 특정 실시양태에서, 리간드는 양자 구속된 반도체 나노입자가 포함될 수 있는 임의의 임자 물질에 대한 친화성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 본원에서 논의된 바와 같이, 특정 실시양태에서, 쉘은 무기 쉘을 포함한다.
양자 구속된 반도체 나노입자의 크기 및 조성은 나노입자가 예정된 파장의 광자를 방출하도록 선택될 수 있다.
예를 들어, 예정된 배열부는 동일하거나 상이한 파장의 광을 방출하는 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함할 수 있다.
단색 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 여기광 흡수시 목적한 컬러에 대한 예정된 파장 또는 파장 밴드에서 방출하도록 선택된다.
멀티컬러 또는 다색 실시양태에서, 예를 들어 양자 구속된 반도체 나노입자는 1개 이상의 광원으로부터 광에너지에 의해 여기시 목적한 광 출력에 대한 2개 이상의 상이한 예정된 파장을 방출하도록 선택된다. 양자 구속된 반도체 나노입자는 예정된 배열부에 따라 그의 방출의 파장 또는 파장 밴드에 따라 추가로 배열될 수 있다.
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 다양한 측면 및 실시양태에 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자는 바람직하게는 좁은 크기 분포를 갖는 양자 구속된 반도체 나노입자의 집단의 구성원이다. 보다 바람직하게는, 양자 구속된 반도체 나노입자는 양자 구속된 반도체 나노입자의 단순 분산 또는 실질적 단순 분산 집단을 포함한다.
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 다양한 측면 및 실시양태에 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자는 바람직하게는 높은 방출 양자 효율, 예컨대 30％, 40％, 50％, 60％, 70％, 80％ 또는 90％ 초과의 효율을 갖는다.
특정 실시양태에서, 본 발명의 광학 부품은 광원에 광학적으로 커플링시 광학 부품에 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자의 1개 이상의 예정된 배열부에 상응하는 1개 이상의 조명된 패턴을 디스플레이하기에 유용하다.
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시양태 및 측면에서, 주변 광 조건하에 (예를 들어, 1개 이상의 광원으로부터의 도파된 광에 의해 광학적으로 여기되지 않은 경우), 예정된 배열부는 가시적으로 방출성이 아니고 실질적으로 투명하다 (가시 스펙트럼에 걸쳐 <0.1 Abs 유닛, 또는 가시 스펙트럼에 걸쳐 투과율 >90％).
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시양태에 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자는 광원에 광학적으로 커플링시 광원으로부터 방출된 광의 적어도 일부의 파장의 변경에 유용하다.
이들 적용에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 광원으로부터 방출된 원래의 광의 적어도 일부의 에너지보다 더 작은 밴드갭을 갖도록 선택된다. 특정 실시양태에서, 1개 초과의 광원이 광학 부품에 광학적으로 커플링될 수 있다.
특정 실시양태에서, 광학 부품은 1개 이상의 특징물을 포함하는 도파관 부품을 포함하며, 여기서 특징물은 양자 구속된 반도체 나노입자를 위한 임자 물질을 포함하는 조성물을 포함한다. 임의로, 산란체 및/또는 다른 첨가제가 또한 조성물에 포함될 수 있다.
특정 실시양태에서, 광학 부품은 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 1개 이상의 층을 포함한다. 특정 실시양태에서, 층에 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자는 1개 이상의 예정된 배열부에 배열된다. 양자 구속된 반도체 나노입자가 포함될 수 있는 층에 포함되는 것에 관한 조성물의 예는 본원에 기재되어 있다.
특정 실시양태에서, 광학 부품은 도파관 부품의 표면 상에 직접적으로 또는 간접적으로 배치된 1개 이상의 이러한 층을 포함한다.
특정 실시양태에서, 광학 부품은 도파관 부품 상에 포함될 수 있는 다른 임의의 층과 도파관 부품 사이에 배치된 1개 이상의 이러한 층을 포함한다.
특정 실시양태에서, 광학 부품은 2개의 별개의 도파관 부품 사이에 배치된 1개 이상의 이러한 층을 포함한다 (다른 임의의 층이 또한 포함될 수 있음).
특정 실시양태에서, 광학 부품은 본 발명에 따른 조성물을 포함하는 층을 포함한다. 특정 실시양태에서, 1개 이상의 특징물은 도파관 부품의 표면 상에 배치된다.
특정 실시양태에서, 1개 이상의 특징물은 도파관 부품에 함입된다.
특정 실시양태에서, 하나의 특징물은 특징물이 도파관 부품의 표면의 전체 또는 예정된 부분을 덮도록 선택된 치수를 가질 수 있다.
특정 실시양태에서, 다수의 특징물은 도파관 부품 상에 배치된다.
특정 실시양태에서, 다수의 특징물은 도파관 부품에 함입된다.
특정 실시양태에서, 도파관 부품은 1개 이상의 함몰부를 포함하고, 1개 이상의 특징물은 함몰부 중 하나에 포함된다.
다수의 특징물을 포함하는 특정 실시양태에서, 특징물의 일부는 도파관 부품의 표면 상에 배치될 수 있고, 특징물의 일부는 도파관 부품에 함입될 수 있다. 특정 실시양태에서, 특징물은 예정된 배열부에 배열된다.
다수의 특징물을 포함하는 특정 실시양태에서, 각 특징물은 동일하거나 상이한 유형의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함할 수 있다.
다수의 특징물을 포함하는 특정 실시양태에서, 다수의 특징물은 패턴으로 배열될 수 있다. 이러한 특정 실시양태에서, 각 특징물은 다른 특징물의 형상과 동일하거나 유사한 형상을 가질 수 있다. 이러한 특정 실시양태에서, 모든 특징물의 형상이 동일하거나 유사할 필요는 없다.
다수의 특징물을 포함하는 특정 실시양태에서, 각 특징물은 다른 특징물과 동일하거나 유사한 크기 치수 (예를 들어, 길이, 폭 및 두께)를 가질 수 있다. 특정 실시양태에서, 모든 특징물의 크기는 동일하거나 유사할 필요는 없다.
특정 실시양태에서, 특징물은 약 0.1 내지 약 200 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
특정 실시양태에서, 특징물은 공간적으로 디더링(dithering)될 수 있다.
디더링 또는 공간적 디더링은 예를 들어 디지털 이미징에서 컬러 깊이의 환상을 제공하기 위한 예정된 컬러 팔레트의 작은 구역의 사용을 기재하는데 사용되는 용어이다. 예를 들어, 백색은 종종 작은 적색, 녹색 및 청색 구역의 혼합물로부터 생성된다. 특정 실시양태에서, 도파관 부품의 표면 상에 배치되고/거나 도파관 부품의 표면에 함입된 상이한 유형의 양자 구속된 반도체 나노입자 (여기서, 각 유형은 상이한 컬러의 광을 방출할 수 있음)를 포함하는 조성물의 디더링을 사용하는 것은 상이한 컬러의 환상을 생성할 수 있다. 특정 실시양태에서, 백색 광을 방출하는 것으로 보이는 도파관 부품은 예를 들어 양자 구속된 반도체 나노입자를 방출하는 적색, 녹색 및 청색을 포함하는 특징물의 디더링된 패턴으로부터 생성될 수 있다. 디더링된 컬러 패턴은 익히 공지되어 있다. 특정 실시양태에서, 백색 광의 청색 광 구성성분은 아웃커플링된 변경되지 않은 청색 여기광, 및/또는 도파관 부품에 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자에 의해 하향전환된 여기광을 포함할 수 있으며, 여기서 나노입자는 여기광을 청색으로 하향전환하도록 미리 선택된 조성물 및 크기를 포함한다.
특정 실시양태에서, 백색 광은 상이한 유형의 양자 구속된 반도체 나노입자 (조성물 및 크기를 기준으로 함)를 포함하는 조성물을 층으로 쌓음으로써 얻어질 수 있으며, 여기서 각 유형은 예정된 컬러를 갖는 광을 얻도록 선택된다.
특정 실시양태에서, 백색 광은 임자 물질에 상이한 유형의 양자 구속된 반도체 나노입자 (조성물 및 크기를 기준으로 함)를 포함시킴으로써 얻어질 수 있으며, 여기서 각 유형은 예정된 컬러를 갖는 광을 얻도록 선택된다.
특정 실시양태에서, 임자 물질 및 양자 구속된 반도체 나노결정을 포함하는 조성물은 바람직하게는 도파관 부품의 표면에 적용되거나 도파관 부품의 표면에 함입된 후 경화된다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 조성물은 냉각시 경화될 수 있는 용융된 상태로 적용될 수 있고; 이는 uv-경화성, 열-경화성, 화학-경화성 또는 다른 경화성일 수 있고, 도파관 부품 등의 표면에 적용되거나 도파관 부품의 표면에 함입된 후 경화될 수 있다.
특정 실시양태에서, 광학 부품은 그의 표면 위에 배치된 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 캐리어 기판을 포함하는 필름을 포함하며, 여기서 필름은 도파관 부품의 표면에 부착된다. 특정 실시양태에서, 필름은 전사체를 포함한다.
양자 구속된 반도체 나노입자, 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 조성물, 및 도파관 부품으로의 그의 적용 (예를 들어, 배열, 두께, 멀티-컬러 등)에 관한 본원 기재는 또한 본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 캐리어 기판 및 다른 측면 및 실시양태에 적용된다.
특정 실시양태에서, 캐리어 기판은 본 발명에 따른 광학 부품의 다양한 측면 및 실시양태에서 도파관 부품을 갖는 추가 특징물로서 본원에 기재되거나 달리 본 개시물에 의해 고려된 임의의 1개 이상의 추가 층, 구조, 부품 또는 다른 특징물을 더 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 예정된 배열부에 캐리어 기판의 표면의 예정된 영역 위에 배치된다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 캐리어 기판의 표면의 예정된 영역 위에 배치된 층에 포함된다. 특정 실시양태에서, 층에 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자는 1개 이상의 예정된 배열부에 배열된다.
특정 실시양태에서, 캐리어 기판은 강성 물질, 예를 들어 유리, 폴리카르보네이트, 아크릴, 석영, 사파이어 또는 도파관 부품 특징을 갖는 다른 공지된 강성 물질을 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서, 캐리어 기판은 가요성 물질, 예를 들어 중합체 물질, 예컨대 플라스틱 또는 실리콘 (예를 들어, 얇은 아크릴, 에폭시, 폴리카르보네이트, PEN, PET, PE를 포함하나 이에 제한되지 않음)을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 캐리어 기판의 주요 표면 중 1개 이상, 보다 바람직하게는 2개는 평활하다.
바람직하게는, 캐리어 기판은 광원에 실질적으로 광학적으로 투명하고, 보다 바람직하게는 도파관 경로 길이 mm 당 99％ 이상 광학적으로 투명하다.
특정 실시양태에서, 캐리어 기판의 기하학적 형상 및 치수는 특정 최종-소비 애플리케이션을 기준으로 선택될 수 있다. 특정 실시양태에서, 캐리어 기판의 두께는 실질적으로 균일하다. 특정 실시양태에서, 캐리어 기판의 두께는 불균일하다 (예를 들어, 점점 감소됨).
바람직하게는, 캐리어 기판은 얇은 가요성 부품을 포함한다. 특정 실시양태에서, 캐리어 기판의 두께는 약 1000 ㎛ 이하이다. 특정 실시양태에서, 캐리어 기판의 두께는 약 500 ㎛ 이하이다. 특정 실시양태에서, 캐리어 기판의 두께는 10 내지 약 200 ㎛의 범위이다.
특정 실시양태에서, 필름은 전사체를 포함한다. 특정 실시양태에서, 전사체는 표면에 고정적으로 부착가능하다. 전사체를 표면에 고정적으로 부착하는 기술의 예로는 영구적 접착제, 적층 또는 다른 고정된 부착 기술이 포함되나 이에 제한되지 않는다. 특정 실시양태에서, 전사체는 표면에 제거가능하게 부착되거나 표면 상에 재위치될 수 있다. 전사체를 표면에 제거가능하게 부착하는 기술의 예로는 저점착성 접착제 (예를 들어, 3M 포스트잇 노트(Post-it Note) 접착제 등)의 사용, 캐리어 기판으로서 정적 점착(static cling)-유형 물질의 사용, 또는 다른 제거가능한 부착 기술이 포함된다. 바람직하게는, 전사체를 표면에 부착하는데 사용된 기술 또는 물질은 광학적으로 투명하거나 또는 실질적으로 광학적으로 투명하다.
특정 실시양태에서, 아래에 놓인 필터는 양자 구속된 반도체 나노입자 (임자 물질에 포함하거나 포함되지 않음) 및 도파관 부품 사이에 배치된다. 특정 실시양태에서, 아래에 놓인 필터는 1개 이상의 특징물 아래에 도파관 부품의 전체 또는 적어도 예정된 영역을 덮는다. 바람직하게는, 아래에 놓인 필터는 광의 1개 이상의 예정된 파장을 통과시킬 수 있고, 다른 파장을 흡수하거나 임의로 반사할 수 있다.
특정 실시양태에서, 위에 놓인 필터 물질은 도파관 부품의 반대편 1개 이상의 특징물의 표면 위에 배치된다. 바람직하게는, 위에 놓인 필터는 광의 1개 이상의 예정된 파장을 통과시킬 수 있고, 다른 파장을 흡수하거나 임의로 반사할 수 있다.
특정 실시양태에서, 광학 부품은 도파관 부품의 다양한 표면 상에 여러 필터층을 포함한다.
특정 실시양태에서, 광학 부품은 광원으로부터 방출된 광의 적어도 일부가 광원으로부터 도파관 부품에 광학적으로 커플링되도록 하는 1개 이상의 커플링 구성원 또는 구조를 더 포함할 수 있다. 이러한 구성원 또는 구조에는 예를 들어 도파관 부품의 표면에 부착되거나, 도파관 부품의 표면으로부터 돌출하거나 (예를 들어, 프리즘, 그레이팅 등), 도파관 부품에 적어도 부분적으로 함입되거나, 도파관 부품의 공동 내에 적어도 부분적으로 위치된 구성원 또는 구조가 포함되나 이에 제한되지 않는다.
특정 실시양태에서, 커플링 구성원 또는 구조는 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함할 수 있다. 이러한 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 도파관 부품으로의 광의 커플링을 향상시킬 수 있다. 이들 실시양태에서, 도파관 부품으로의 광의 커플링은 이러한 나노입자가 도파관 부품의 표면, 바람직하게는 주요 표면 상에 배치된 경우에 특히 향상될 수 있다. 이러한 실시양태의 예는 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 특정 실시양태에서, 이러한 나노입자는 본원에 기재된 본 발명의 실시양태에 따라 조성물에 포함될 수 있다.
본원에 교시된 본 발명의 특정 실시양태에서, 예를 들어 아웃커플링 구성원 또는 구조가 또한 포함될 수 있다. 특정 실시양태에서, 이는 도파관 부품의 표면 또는 광학 부품 또는 필름의 상단 층에 걸쳐 분포될 수 있다. 특정 바람직한 실시양태에서, 이러한 분포는 균일하거나 실질적으로 균일하다. 특정 실시양태에서, 커플링 구성원 또는 구조는 더 균일한 광 분포를 달성하기 위해 형상, 크기 및/또는 주파수가 다양할 수 있다. 특정 실시양태에서, 커플링 구성원 또는 구조는 양성 (즉, 도파관의 표면 위에 놓임) 또는 음성 (즉, 도파관의 표면으로 함몰됨) 또는 이 둘의 조합일 수 있다. 특정 실시양태에서, 임자 물질 및 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 조성물을 포함하는 1개 이상의 특징물은 양성 커플링 구성원 또는 구조의 표면에 및/또는 음성 커플링 구성원 또는 구조 내부에 적용될 수 있다.
특정 실시양태에서, 커플링 구성원 또는 구조는 성형, 엠보싱, 적층, 경화성 제제의 적용 (예를 들어, 분무, 리토그래피, 프린팅 (스크린, 잉크젯, 글렉소그래피 등) 등을 포함하나 이에 제한되지 않는 기술에 의해 형성됨)에 의해 형성될 수 있다.
특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 도파관 부품의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 도파관 부품에 포함된다. 특정 바람직한 실시양태에서, 도파관 부품은 도파관 부품의 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 10 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 특정 보다 바람직한 실시양태에서, 도파관 부품은 도파관 부품의 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 5 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 특정 가장 바람직한 실시양태에서, 도파관 부품은 도파관 부품의 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 2 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 도파관 부품 내에 분포될 수 있다.
특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노결정은 도파관 부품의 예정된 영역에 분포될 수 있다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자의 분포는 도파관 부품의 예정된 영역 전반에 걸쳐 실질적으로 균일할 수 있다. 특정 실시양태에서, 도파관 부품의 예정된 영역 전반에 걸친 양자 구속된 반도체 나노입자의 농도는 불균일할 수 있다 (예를 들어, 점점 변할 수 있음).
특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노결정은 전체 도파관 부품 전반에 걸쳐 분포될 수 있다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자의 분포는 전체 도파관 부품 전반에 걸쳐 실질적으로 균일할 수 있다. 특정 실시양태에서, 도파관 부품 전반에 걸친 양자 구속된 반도체 나노입자의 농도는 불균일할 수 있다 (예를 들어, 점점 변할 수 있음).
특정 실시양태에서, 산란체가 또한 도파관 부품 내에 분포된다. 특정 실시양태에서, 산란체는 도파관 부품의 중량의 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 포함된다. 특정 실시양태에서, 추가 첨가제가 도파관 부품 내에 포함될 수 있다 (예를 들어, 추가 계면활성제, 소포제를 포함하나 이에 제한되지 않음).
특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 도파관 부품의 표면 위에 배치된 층에 포함된다.
특정 실시양태에서, 층은 약 0.1 내지 약 200 ㎛의 두께를 갖는다.
특정 실시양태에서, 층은 양자 구속된 반도체 나노입자가 분포된 임자 물질을 더 포함한다.
특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 임자 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 층에 포함된다. 특정 바람직한 실시양태에서, 층은 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 10 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 특정 보다 바람직한 실시양태에서, 층은 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 5 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 특정 가장 바람직한 실시양태에서, 층은 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 2 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다.
특정 실시양태에서, 임자 물질은 중합체, 단량체, 수지, 결합제, 유리, 금속 산화물 또는 다른 비중합체 물질을 포함할 수 있다. 임자 물질의 다른 예는 본원에 기재되어 있다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 층에 균일하게 분산된다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 층에 불균일하게 분산된다.
특정 실시양태에서, 산란체가 또한 층에 포함된다. 특정 실시양태에서, 산란체는 임자 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 층에 포함된다.
특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 임자 물질 입자, 소포, 마이크로캡슐 등 내에 포함되거나 분산된다. 이러한 마이크로캡슐은 또한 문헌 ["Preparation of lipophilic dye-loaded poly(vinyl alcohol) microcapsules and their characteristics, by Budriene et al., 2002]에 기재된 바와 같은 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 2008년 3월 4일에 출원된 명칭 ["Particles Including Nanoparticles, Uses Thereof, and Methods"]에 대한 린턴(John R. Linton)의 미국 출원 제61/033,729호에 기재된 바와 같은 입자에 포함될 수 있으며, 상기 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 도입된다. 관련 분야의 숙련자에 의해 용이하게 확인가능한 다른 기술이 사용될 수 있다. 바람직한 캡슐화재(encapsulant) 시스템의 예로는 PVA 및 스쿠알란 용매가 포함된다. 마이크로캡슐화는 포장 (기체 투과성 특성) 또는 물질 특성 (굴절률, 산란 등)을 개선시키기 위해 반도체 나노입자를 임자 물질 내에 분산시키는 바람직한 접근법일 수 있다. 마이크로캡슐화는 개별 나노입자를 다루는 것이 예를 들어 가공 중에 바람직하지 않은 경우에 또한 바람직할 수 있다. 이들 임자 물질 입자, 소포, 마이크로캡슐 등은 구형부터 불규칙한 형상까지 다양한 형상을 가질 수 있고, 직경이 100 nm 내지 100 ㎛의 크기 범위일 수 있다. 그러므로, 이들 입자는 임자 물질 전반에 걸쳐 균일하게 또는 불균일하게 분포될 수 있다.
임의로 다른 첨가제 (UV 흡수제 등을 포함하나 이에 제한되지 않음)가 층에 포함될 수 있다.
특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 다수의 층은 도파관 부품의 표면 위에 배치된다. 특정 실시양태에서, 추가 첨가제는 도파관 부품 내에 포함될 수 있다 (예를 들어, 추가 계면활성제, 소포제, 산란체를 포함하나 이에 제한되지 않음).
특정 실시양태에서, 도파관 부품은 도파관 부품의 표면의 예정된 영역 위에 패턴화된 층으로서 배치된 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 층을 포함한다. 특정 바람직한 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 층은 예정된 패턴으로 배열되며, 여기서 양자 구속된 반도체 나노입자는 광 흡수에 반응하여 1개 이상의 예정된 파장의 광자를 방출하도록 선택되고 조정된다.
특정 실시양태에서, 도파관 부품은 도파관 부품의 표면의 예정된 영역 위에 패턴화되지 않은 층으로서 배치된 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 층을 포함한다.
특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 필름 또는 층은 도파관 부품과 별개로 제조될 수 있다. 그 후, 이는 도파관의 표면에 접착되거나 적층될 수 있다. 그 후, 양자 구속된 반도체 나노입자를 함유하는 필름 또는 층은 예정된 형상으로 절단될 수 있다. 특정 실시양태에서, 층 형상은 다이-절단에 의해 달성될 수 있다. 이러한 필름 또는 층은 필름 또는 층의 부분으로서 또는 도파관 또는 광학 부품의 다른 부분으로서 위 및/또는 아래에 필터를 더 포함할 수 있다.
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시양태 및 측면에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 약 1 내지 약 100 나노미터 (nm) 범위의 평균 입자 크기를 갖는다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 나노입자는 약 1 내지 약 20 nm 범위의 평균 입자 크기를 갖는다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 약 2 내지 약 10 nm 범위의 평균 입자 크기를 갖는다.
바람직하게는, 리간드는 양자 구속된 반도체 나노입자의 적어도 일부의 표면에 부착된다.
양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시양태 및 측면에서, 양자 구속된 반도체 나노입자의 적어도 일부는 광원으로부터 도파관 부품에 커플링된 광의 적어도 일부의 파장을 1개 이상의 예정된 파장으로 전환할 수 있다.
양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시양태 및 측면에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 반도체 나노결정을 포함한다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 코어/쉘 구조를 포함하는 반도체 나노결정을 포함한다.
도파관 부품을 포함하는 본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 바람직한 실시양태 및 측면에서, 도파관 부품은 광원으로부터 도파관 부품에 커플링된 광 및 양자 구속된 반도체 나노입자에 의해 방출된 광에 대해 투명하다.
도파관 부품을 포함하는 본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시양태 및 측면에서, 도파관 부품은 강성 물질, 예를 들어 유리, 폴리카르보네이트, 아크릴, 석영, 사파이어 또는 도파관 부품 특징을 갖는 다른 공지된 강성 물질을 포함할 수 있다.
도파관 부품을 포함하는 본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시양태 및 측면에서, 도파관 부품은 별법으로 가요성 물질, 예를 들어, 중합체 물질, 예컨대 플라스틱 또는 실리콘 (예를 들어, 얇은 아크릴, 에폭시, 폴리카르보네이트, PEN, PET, PE를 포함하나 이에 제한되지 않음)을 포함할 수 있다.
도파관 부품을 포함하는 본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시양태 및 측면에서, 도파관 부품은 평면이다.
도파관 부품을 포함하는 본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시양태 및 측면에서, 적어도 광이 방출되는 도파관 부품의 표면의 짜임새는 이를 통해 투과되는 광의 패턴, 각 또는 다른 특징을 향상시키거나 달리 변경하도록 선택된다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 표면은 평활할 수 있고; 특정 실시양태에서, 표면은 평활하지 않을 수 있고 (예를 들어, 표면은 거칠거나 1개 이상의 돌출된 및/또는 함몰된 특징물을 포함함); 특정 실시양태에서, 표면은 평활한 영역 및 평활하지 않은 영역 둘 모두를 포함할 수 있다.
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시양태 및 측면에서, 도파관 부품 및/또는 광학 부품의 기하학적 형상 및 치수는 특정 최종-소비 애플리케이션을 기준으로 선택될 수 있다. 특정 실시양태에서, 도파관 부품의 두께는 실질적으로 균일할 수 있다. 특정 실시양태에서, 도파관의 두께는 불균일할 수 있다 (예를 들어, 점점 감소됨).
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시양태 및 측면에서, 광원으로부터 도파관 부품에 커플링된 광의 0.1％ 이상은 양자 구속된 반도체 나노입자에 의해 흡수되고 재방출된다. 특정 실시양태에서, 광원으로부터 도파관 부품에 커플링된 광의 10％ 이상은 양자 구속된 반도체 나노입자에 의해 흡수되고 재방출된다. 특정 실시양태에서, 광원으로부터 도파관 부품에 커플링된 광의 20％ 이상은 양자 구속된 반도체 나노입자에 의해 흡수되고 재방출된다. 특정 실시양태에서, 광원으로부터 도파관 부품에 커플링된 광의 30％ 이상은 양자 구속된 반도체 나노입자에 의해 흡수되고 재방출된다. 특정 실시양태에서, 광원으로부터 도파관 부품에 커플링된 광의 40％ 이상은 양자 구속된 반도체 나노입자에 의해 흡수되고 재방출된다. 특정 실시양태에서, 광원으로부터 도파관 부품에 커플링된 광의 50％ 이상은 양자 구속된 반도체 나노입자에 의해 흡수되고 재방출된다. 특정 실시양태에서, 광원으로부터 도파관 부품에 커플링된 광의 60％ 이상은 양자 구속된 반도체 나노입자에 의해 흡수되고 재방출된다. 특정 실시양태에서, 광원으로부터 도파관 부품에 커플링된 광의 70％ 이상은 양자 구속된 반도체 나노입자에 의해 흡수되고 재방출된다. 특정 실시양태에서, 광원으로부터 도파관 부품에 커플링된 광의 80％ 이상은 양자 구속된 반도체 나노입자에 의해 흡수되고 재방출된다. 특정 실시양태에서, 광원으로부터 도파관 부품에 커플링된 광의 90％ 이상은 양자 구속된 반도체 나노입자에 의해 흡수되고 재방출된다.
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 실시양태 및 측면에서, 광학 부품은 얇은 가요성 부품을 포함한다. 특정 실시양태에서, 광학 부품의 두께는 약 1000 ㎛ 이하이다. 특정 실시양태에서, 부품의 두께는 약 500 ㎛ 이하이다. 특정 실시양태에서, 부품의 두께는 10 내지 약 200 ㎛의 범위이다.
특정 실시양태에서, 광학 부품은 도파관 부품의 연부를 통해 광원으로부터 광을 커플링하기 위한 커플링 수단을 더 포함한다. 광원의 예로는 하기 나열된 것이 포함되나 이에 제한되지 않는다. 특정 실시양태에서, 1개 초과의 커플링 수단이 1개 초과의 광원을 도파관 부품에 커플링하기 위해 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 본 발명에 따른 광학 부품 및 도파관 부품에 광학적으로 커플링된 광원을 포함하는 시스템이 제공된다. 특정 실시양태에서, 도파관 부품은 도파관 부품의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 특정 실시양태에서, 도파관 부품은 도파관 부품의 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 10 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 특정 실시양태에서, 도파관 부품은 도파관 부품의 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 5 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 특정 실시양태에서, 도파관 부품은 도파관 부품의 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 2 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 임자 물질에 포함된다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 본 발명에 따른 조성물에 포함된다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 뷰잉 표면으로서 의도된 도파관 부품의 표면의 예정된 영역 위에 1개 이상의 예정된 배열부에 포함된다.
광원의 예로는 고체 상태 발광 소자 (예를 들어, 전기발광 소자 또는 박막 전기발광 소자 TFEL (예를 들어, 듀렐(Durel) 및 루미너스 필름즈(Luminus Films) http://www.luminousfilm.com/el_lamp.htm을 포함하나 이에 제한되지 않는 수많은 공급원으로부터 이용가능하고 익히 공지되어 있음), LED (예를 들어, 무기 LED, 예컨대 무기 반도체 LED (당분야에 익히 공지되어 있고 수많은 공급원으로부터 이용가능함)), 고체 상태 레이저 또는 다른 공지된 고체 상태 조명 장치), 기체 방전 램프 (예를 들어, 형광 램프 CCFL, 나트륨 증기 램프, 금속 할라이드 램프, 고압 수은 램프, CRT), 다른 레이저 소자가 포함되나 이에 제한되지 않는다. 상기 광원은 익히 공지되어 있고 수많은 공급원으로부터 이용가능하다. 광원은 전자기 스펙트럼의 가시 또는 비가시 (예를 들어, 적외선, 자외선 등) 영역으로 방출할 수 있다.
특정 실시양태에서, 시스템은 단일 광원을 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서, 시스템은 다수의 광원을 포함할 수 있다.
다수의 광원을 포함하는 특정 실시양태에서, 개별 광원은 동일하거나 상이할 수 있다.
다수의 광원을 포함하는 특정 실시양태에서, 각 개별 광원은 각 다른 광원에 의해 방출된 파장과 동일하거나 상이한 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다.
다수의 광원을 포함하는 특정 실시양태에서, 개별 광원은 어레이로서 배열될 수 있다.
다수의 광원을 포함하는 특정 실시양태에서, 개별 광원은 도파관 부품의 동일하거나 상이한 구역으로 광을 도입하도록 광학적으로 커플링될 수 있다.
특정 실시양태에서, 광원은 청색 LED (예를 들어, (In)GaN 청색) 또는 UV LED를 포함한다.
특정 실시양태에서, 광원 또는 광원 어레이는 도파관 부품의 연부에 광학적으로 커플링된다.
한 실시양태에서, 시스템은 2개 이상의 본 발명의 광학 부품을 포함할 수 있다. 이러한 광학 부품은 바람직하게는 각 도파관 부품 (바람직하게는 유리 또는 다른 광학적으로 투명한 물질로부터 구축됨)이 각 다른 광학 부품의 도파관 부품과 평행하도록 배열되며, 각 광학 부품은 별개의 광원에 커플링된다. 광학 부품은 바람직하게는 광학 부품 간에 "광통신"이 없도록 서로 분리된다. 이러한 분리는 부품 간의 물리적 간격으로 인한 공극에 의해 또는 저굴절률 물질의 층에 의해 달성될 수 있다. 2개 이상의 광학 부품이 단일 베이스 또는 프레임 또는 다중 베이스 또는 프레임에 탑재될 수 있다. 각 도파관은 예정된 방출 특징을 갖는 양자 구속된 반도체 나노입자의 1개 이상의 예정된 배열부를 포함할 수 있다. 각 광학 부품에 포함되거나 각 광학 부품 상에 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자의 배열(들)은 광학 부품의 다른 것과 동일하거나 상이할 수 있다. 광원은 동시에 또는 시간 순서 기준으로 점등되도록 프로그래밍되거나 달리 개조될 수 있다. 예를 들어, 사이니지 적용에서, 시스템에 포함된 각 광학 부품은 상이한 이미지 (예를 들어, 로고, 텍스트, 도면, 사진, 상기들의 다양한 조합, 또는 다른 예정된 배열부)를 가질 수 있다. 바람직하게는, 하나의 또는 모든 광학 부품 상의 배열부에 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자의 양 및 두께는 여기에 광학적으로 커플링된 광원이 작동되지 않는 경우에 배열부가 뷰어에 대해 실질적으로 투명하도록 선택된다. 2개 이상의 광학 부품을 포함하는 특정 실시양태에서, 광학 부품은 상이한 배향을 갖도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 하나는 제1 배향으로 보이게 의도되도록 위치될 수 있고, 다른 것은 제2 배향으로, 예를 들어 제1 배향으로부터 90도 회전으로 보이게 의도되도록 위치된다.
특정 사이니지 실시양태에서, 도파관 부품은 도파 능력을 갖는 물질로부터 제작된 윈도우 또는 다른 구조적, 장식적, 건축적 또는 다른 구조 또는 요소를 포함할 수 있으며, 여기서 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 예정된 배열부는 본 개시물에 따라 본 개시물에 의해 고려된 바와 같이 적용되고, 광은 광원으로부터 또한 본원에서 고려된 바와 같이 커플링된다. 특정 적용에서 특히 유리한 바와 같이, 1개 이상의 광원으로부터의 도파된 광에 의해 광학적으로 여기되지 않은 경우, 예정된 배열부는 주변 조건하에 가시적으로 방출성이 아니고 실질적으로 투명하다 (<0.1 Abs 유닛).
본 발명의 다른 측면에 따라, 도파관 부품에 광학적으로 커플링되도록 개조된 광원 및 1개 이상의 필름을 포함하는 키트가 제공되며, 여기서 1개 이상의 필름은 그의 표면 위에 배치된 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 캐리어 기판을 포함한다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 예정된 배열부에 배치된다. 특정 실시양태에서, 필름은 필름의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 특정 실시양태에서, 1개 이상의 필름은 전사체를 포함한다. 특정 실시양태에서, 키트는 도파관 부품을 더 포함한다.
특정 실시양태에서, 전사체 또는 다른 필름의 캐리어 기판의 기하학적 형상 및 치수는 특정 최종-소비 애플리케이션을 기준으로 선택될 수 있다. 특정 실시양태에서, 캐리어 기판의 두께는 실질적으로 균일하다. 특정 실시양태에서, 캐리어 기판의 두께는 불균일할 수 있다 (예를 들어, 점점 감소됨).
바람직하게는, 캐리어 기판은 얇은 가요성 부품을 포함한다. 특정 실시양태에서, 캐리어 기판의 두께는 약 1000 ㎛ 이하이다. 특정 실시양태에서, 캐리어 기판의 두께는 약 500 ㎛ 이하이다. 특정 실시양태에서, 캐리어 기판의 두께는 10 내지 약 200 ㎛의 범위이다.
특정 실시양태에서, 광원(들)은 광을 도파관 부품에 커플링하도록 개조된다. 예를 들어, 1개 이상의 광원 (예를 들어, 1개 이상의 램프, LED 또는 다른 조명 장치)은 광을 도파관 부품에 커플링하기 위해 도파관 부품의 표면에 고정되거나 제거가능한 부착되도록 개조된 구조적 구성원에 포함될 수 있다. 특정 실시양태에서, 구조적 구성원은 도파관 부품에 커플링된 광이 양자 구속된 반도체 나노입자가 배치된 도파관 부품의 표면 밖으로 직접적으로 실질적으로 통과하지 않도록 여기에 포함된 1개 이상의 광원을 위치시킨다. 이러한 실시양태에서, 표면으로부터 방출된 광은 나노입자에 의해 흡수되고 재방출된다. 광이 나노입자가 배치된 도파관 부품의 표면으로 커플링된 특정 실시양태에서, 광이 이러한 도파관 부품의 표면으로 향하는 각은 구성원에 대한 임계각 (예를 들어, 유리/공기에 대해 42도)보다 크지 않다. 특정 실시양태에서, 구조적 구성원은 도파관 부품에 광학적으로 커플링된, 삼각형 단면 (바람직하게는 30-60-90 삼각형)을 갖는 프리즘을 포함한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시양태의 예를 개략적으로 도시한다. 도광관 또는 도파관 (도파 능력을 갖는 도파관 부품 또는 구성원일 수 있음)은 그의 표면 위에 배치된 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함한다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 본원에 교시된 조성물에 포함될 수 있다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 도광관에 부착된 본원에 교시된 바와 같은 필름 상에 포함될 수 있다. 예시된 예에서, 광원은 나노입자가 배치된 도광관의 표면으로 광을 커플링하도록 위치된다. 광이 도광관을 통해 직접적으로 통과하는 것을 회피하기 위해 도광관의 연부로의 접근부가 접근가능하지 않을 수 있는 도시된 예에서, 프리즘을 포함하는 구조적 구성원은 도광관으로 커플링되기 위해 임계각을 초과하지 않는 각으로 광원을 위치시키는 수단으로서 사용된다.
특정 실시양태에서, 나노입자 또는 필름은 도광관의 표면 상에 배치될 수 있다. 특정 실시양태에서, 다른 층 또는 구조는 그 사이에 위치될 수 있다.
특정 실시양태에서, 키트는 본원에 기재된 다른 광원, 필름, 양자 구속된 반도체 나노입자, 도파관 부품, 조성물 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 본 발명에 따른 필름을 구성원의 표면에 적용하고, 광이 캐리어 기판 상에 직접적으로 또는 간접적으로 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자를 광학적으로 여기시키도록, 광을 구성원에 커플링하는 것을 포함하는, 사인의 제조 방법이 제공된다. 특정 실시양태에서, 구성원은 도파 능력을 갖는 물질로부터 제작된 윈도우 (임의의 종류의 빌딩, 차량) 또는 다른 구조적, 장식적, 건축적 또는 다른 구조 또는 요소를 포함한다. 특정 실시양태에서, 필름은 전사체를 포함한다.
특정 실시양태에서, 방법은 본 발명에 따른 필름을 광도파 능력을 갖는 광학적으로 투명한 물질의 표면에 적용하고, 광이 구성원 내에서 도파되고 캐리어 기판 상에 직접적으로 또는 간접적으로 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자를 광학적으로 여기시키도록, 광을 구성원의 표면 또는 연부에 커플링하는 것을 포함한다. 특정 실시양태에서, 구성원은 도파 능력을 갖는 광학적으로 투명한 물질 또는 실질적으로 광학적으로 투명한 물질로부터 제작된 윈도우 (임의의 종류의 빌딩, 차량) 또는 다른 구조적, 장식적, 건축적 또는 다른 용품 또는 요소를 포함한다. 필름 상의 예정된 배열부는 패턴화된 또는 패턴화되지 않은 배열을 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 필름은 전사체를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 램프의 표면 상에 배치된 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 TFEL 램프가 제공된다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 예정된 배열부에 배치된다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 램프의 표면 위에 배치된 층에 포함된다. 특정 실시양태에서, 층은 램프의 전체 발광 표면을 덮는다.
특정 실시양태에서, 층에 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자는 1개 이상의 예정된 배열부에 배열된다. 특정 실시양태에서, 층은 양자 구속된 반도체 나노입자가 분포된 임자 물질을 더 포함한다.
특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 임자 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 임자 물질에 포함된다. 바람직하게는, 임자 물질은 고체 (액체와 반대) 물질을 포함한다.
특정 실시양태에서, 산란체가 임자 물질에 더 포함된다.
특정 실시양태에서, TFEL 램프는 본 발명에 따른 필름을 포함한다. 특정 실시양태에서, 필름은 램프의 표면에 부착된 전사체를 포함한다. 특정 실시양태에서, 전사체는 램프 구조에 적층된다. 특정 실시양태에서, 전사체는 램프가 포장되거나 캡슐화되기 전에 램프 구조에 포함된다. 특정 실시양태에서, 1개 이상의 필터층은 양자 구속된 반도체 나노입자 아래 및/또는 위에 포함된다. 다른 층 및/또는 특징물이 또한 램프 위에 및/또는 필름에 포함될 수 있다. 특정 실시양태에서, 필름은 전사체를 포함한다. 특정 실시양태에서, 아래에 놓인 필터는 양자 구속된 반도체 나노입자 (임자 물질에 포함되거나 포함되지 않음) 및 TFEL 램프의 표면 사이에 배치된다. 특정 실시양태에서, 아래에 놓인 필터는 1개 이상의 특징물 아래에 TFEL 램프의 전체 또는 적어도 한 예정된 영역을 덮는다. 바람직하게는, 아래에 놓인 필터는 광의 1개 이상의 예정된 파장을 통과시킬 수 있고, 다른 파장을 흡수하거나 임의로 반사할 수 있다.
특정 실시양태에서, 위에 놓인 필터 물질은 TFEL 램프의 반대편 1개 이상의 특징물의 표면 위에 배치된다. 바람직하게는, 위에 놓인 필터는 광의 1개 이상의 예정된 파장을 통과시킬 수 있고, 다른 파장을 흡수하거나 임의로 반사할 수 있다.
특정 실시양태에서, 다중 필터층이 포함된다.
특정 실시양태에서, TFEL 램프는 램프로부터 방출된 광의 적어도 일부가 램프로부터 나노입자로 광학적으로 커플링되도록 하는 1개 이상의 커플링 구성원 또는 구조를 더 포함할 수 있다. 이러한 구성원 또는 구조에는 예를 들어 TFEL 램프의 표면에 부착되거나, TFEL 램프의 표면으로부터 돌출하거나 (예를 들어, 프리즘), 나노입자가 배치된 램프의 표면에 적어도 부분적으로 함입된 구성원 또는 구조가 포함되나 이에 제한되지 않는다. 특정 실시양태에서, 예를 들어 커플링 구성원 또는 구조는 램프의 표면에 걸쳐 분포될 수 있다. 특정 바람직한 실시양태에서, 이러한 분포는 균일하거나 실질적으로 균일하다. 특정 실시양태에서, 커플링 구성원 또는 구조는 표면으로부터 아웃커플링된 더 균일한 광 분포를 달성하기 위해 형상, 크기 및/또는 주파수가 다양할 수 있다. 특정 실시양태에서, 커플링 구성원 또는 구조는 양성 (즉, 램프의 표면 위에 놓임) 또는 음성 (즉, 램프의 표면으로 함몰됨) 또는 이 둘의 조합일 수 있다. 특정 실시양태에서, 임자 물질 및 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 조성물을 포함하는 1개 이상의 특징물은 양성 커플링 구성원 또는 구조의 표면에 및/또는 음성 커플링 구성원 또는 구조 내에 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 TFEL 램프의 다양한 실시양태의 예를 개략적으로 도시한다. 표면 위에 배치된 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 TFEL 램프가 표시된다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 본원에 교시된 조성물에 포함될 수 있다. 특정 실시양태에서, 나노입자는 램프의 표면에 부착된 본원에 교시된 바와 같은 필름 상에 포함될 수 있다. 예시된 예에서, 위에 놓인 필터는 나노입자의 층의 부분 위에 배치된다. 도면에서, 램프의 코팅되지 않은 부분은 청색 광 방출을 생성하는 것으로 표시되고; 위에 놓인 필터에 의해 덮이지 않은 나노입자 층의 부분을 통해 통과하는 램프 광은 적색 및 청색 광 방출을 포함하고; 위에 놓인 필터에 의해 덮인 나노입자 층의 부분을 통해 통과하는 램프 광은 적색 광 방출을 포함한다. 상이한 컬러 광 출력은 상이한 필터 선택 및 나노입자 크기 및 조성물에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 추가 측면에 따라, 본 발명에 따른 광학 부품 및/또는 시스템을 포함하는 다양한 애플리케이션 및 소자가 제공된다. 예로는 사용자-인터페이스 조명, 고체 상태 조명 장치 및 디스플레이가 포함되나 이에 제한되지 않는다. 사용자-인터페이스 조명의 수많은 예는 미국 특허 제6,422,712호에 기재되어 있으며, 이는 그 전문이 본원에 참고로 도입된다.
양자 구속된 반도체 나노입자는 이를 발광 소자, 고체 상태 조명, 디스플레이, 광검출기, 다른 조명 부품, 비휘발성 메모리 소자, 태양 전지, 센서, 광기전 소자 등을 포함하나 이에 제한되지 않는 다양한 소자 및 최종-소비 애플리케이션에서 사용하기에 특히 적합하게 하는 특징 및 특성을 보유한다.
본원에 교시된 본 발명의 특정 측면 및 실시양태는 2007년 7월 18일에 출원된 명칭 ["Quantum Dot-Based Light Sheets Useful For Solid State Lighting"]에 대한 카즐라스(Peter T. Kazlas)의 미국 출원 번호 제60/950,598호 (그 전문이 본원에 참고로 도입됨)에 개시된 것을 포함하나 이에 제한되지 않는 고체 상태 조명 장치에 포함하기에 유리할 수 있다. 본원에 교시된 본 발명의 특정 측면 및 실시양태는 2007년 6월 26일에 출원된 명칭 ["Solar Cells Including Quantum Dot Down-Conversion Materials for Photovoltaics And Materials Including Quantum Dots"]에 대한 코-설리반(Seth Coe-Sullivan) 등의 미국 출원 번호 제60/946,382호 (그 전문이 본원에 참고로 도입됨)에 개시된 것을 포함하나 이에 제한되지 않는 광기전 소자에 포함하기에 유리할 수 있다. 본원에 교시된 본 발명의 특정 측면 및 실시양태는 다른 유형의 전자 또는 광전자 소자에 포함하기에 유리할 수 있다.
특정 실시양태에서, 디스플레이는 본 발명에 따른 광학 부품 및 광학 부품에 커플링된 광원을 포함한다. 광원의 예로는 EL 램프, TFEL 램프, LED, 형광 램프, 고압 방전 램프, 텅스텐 할로겐 램프, 레이저, 및 상기 중 임의의 것들의 어레이가 포함되나 이에 제한되지 않는다. 특정 실시양태에서, 광학 부품은 역-조명 (역광), 전면-조명 (전면광), 연부-조명 (테두리광)되거나, 광원으로부터의 광이 디스플레이 이미지 또는 인디시아를 생성하기 위해 광학 부품을 통해 지정되는 다른 배위를 갖는다. 본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 측면 및 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 반도체 나노결정을 포함하며, 여기서 반도체 나노결정의 적어도 일부는 그의 표면에 부착된 1개 이상의 리간드를 포함한다.
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 측면 및 실시양태에서, 본 발명의 실시양태에 따른 조성물은 UV 흡수제, 분산제, 평탄화제, 점도 개질제, 착색제 (예를 들어, 염료), 인 입자, 습윤제, 충전제, 증량제 등 및 이들의 혼합물을 더 포함할 수 있다.
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 측면 및 실시양태에서, 본 발명의 실시양태에 따른 조성물은 인 입자를 포함하지 않는다.
특정 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 조성물은 예를 들어 양자 구속된 반도체 나노입자 및 액체 비히클을 포함하는 잉크로부터 제조될 수 있으며, 여기서 액체 비히클은 임자 물질을 형성하기 위한 중합 (예를 들어, 가교)될 수 있는 1개 이상의 관능기를 포함한다. 특정 실시양태에서, 기능성 유닛은 UV 처리에 의해 가교될 수 있다. 특정 실시양태에서, 기능성 유닛은 열 처리에 의해 가교될 수 있다. 특정 실시양태에서, 기능성 유닛은 관련 분야의 숙련자에 의해 용이하게 확인가능한 다른 가교 기술에 의해 가교될 수 있다. 특정 실시양태에서, 가교될 수 있는 1개 이상의 관능기를 포함하는 조성물은 액체 비히클 그 자체일 수 있다. 특정 실시양태에서, 임자는 용액 중 수지로부터 용매 제거에 의해 액체 비히클로부터 고체화된다.
또한, 2007년 6월 25일에 출원된 명칭 ["Methods For Depositing Nanomaterial, Methods For Fabricating A Device, Methods For Fabricating An Array Of Devices And Compositions"]에 대한 린턴(Linton) 등의 미국 출원 제60/946,090호, 및 2007년 7월 12일에 출원된 명칭 ["Compositions, Methods For Depositing Nanomaterial, Methods For Fabricating A Device, And Methods For Fabricating An Array Of Devices"]에 대한 린턴(Linton) 등의 미국 출원 제60/949,306호를 참조하며, 상기 출원들은 본원에 참고로 도입된다. 임의로, 잉크는 산란체 및/또는 다른 첨가제를 더 포함한다.
특정 실시양태에서, 광학 부품은 발광 소자, 디스플레이, 다른 유형의 조명 장치 또는 유닛, 도파관 등의 상단 또는 바닥 표면 또는 다른 부품일 수 있다.
특정 실시양태에서, 필름, 도파관 부품 또는 광학 부품은 임의로 1개 이상의 추가 층 및/또는 요소를 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 예를 들어, 광학 부품은 산란체를 포함하는 1개 이상의 별개의 층을 더 포함할 수 있다. 산란체를 포함하는 층은 필름 또는 도파관 부품 상에 또는 광학 부품에 직접적으로 또는 간접적으로 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자의 임의의 층 또는 다른 배열부 위에 및/또는 아래에 배치될 수 있다 (양자 구속된 반도체 나노입자의 층 또는 다른 배열부는 산란체 및/또는 다른 첨가제 또는 물질을 더 포함하거나 포함하지 않음). 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 2개 이상의 적재된 층 또는 다른 배열부를 포함하는 필름, 도파관 또는 광학 부품의 특정 실시양태에서, 산란체를 포함하는 1개 이상의 층은 나노입자를 포함하는 임의의 층 또는 모든 층 사이에 배치될 수 있다. 산란체의 예는 본원에 제공된다. 특정 실시양태에서, 산란체를 포함하는 층은 패턴화되거나 패턴화되지 않을 수 있다. 본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 다양한 실시양태 및 측면에서, 양자 구속된 반도체 나노입자는 반도체 나노결정을 포함한다. 반도체 나노결정은 이를 발광 소자, 디스플레이, 광검출기, 비휘발성 메모리 소자, 태양 전지, 센서, 광기전 소자 등을 포함하나 이에 제한되지 않는 다양한 소자 및 다른 최종-소비 애플리케이션에서 사용하기에 특히 적합하게 하는 특징 및 특성을 보유한다.
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 특정 측면 및 실시양태에서, 반사 부품, 예컨대 반사 필름, 알루미늄도금 코팅, 표면 양각 특징물, 휘도 향상 필름, 및 광을 재지시하거나 반사할 수 있는 다른 부품이 더 포함될 수 있다. 도파관 부품 또는 필름은 또한 비-산란 영역, 예컨대 기판을 함유할 수 있다.
광학 커플링 방법의 예로는 함께 커플링된 2개의 영역이 유사한 굴절률을 갖는 커플링 방법, 또는 영역 또는 층과 실질적으로 근처 또는 중간의 굴절률을 갖는 광학 접착제를 사용하는 방법이 포함되나 이에 제한되지 않는다. 광학 커플링은 또한 광원 및 도파관 부품 간의 공극에 의해 달성될 수 있다. 광학 커플링의 다른 비제한적 예로는 인덱스-매칭된 광학 접착제를 사용하는 적층, 영역 또는 층을 다른 영역 또는 층 상에 코팅하는 것, 또는 실질적으로 유사한 굴절률을 갖는 2개 이상의 층 또는 영역을 연결하기 위해 가해진 압력을 사용하는 고온 적층이 포함된다. 열전사는 물질의 2개의 영역을 광학적으로 커플링하는데 사용될 수 있는 다른 방법이다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 광학 부품 및 광원을 포함하는 시스템의 특정 실시양태의 예의 개략도를 제공한다.
나타낸 예에서, 광학 부품은 도파관 부품 (1) 및 도파관 부품의 주요 표면 상에 배치된 반도체 나노결정을 포함하는 층을 포함한다. 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자 (바람직하게는, 반도체 나노결정)를 포함하는 층은 임의로 양자 구속된 반도체 나노입자가 분산된 임자 물질을 더 포함할 수 있다. 이러한 분산은 균일하거나 불균일할 수 있다. 도시된 예에서, 광원은 도파관 부품의 연부에 대해 접합됨으로써 도파관 부품에 광학적으로 커플링된다. 광원을 도파관 부품에 커플링하는 다른 방법에는 광원을 도파관 부품 내에 함입시키는 것, 또는 특징물, 그레이팅 또는 프리즘을 통해 도파관의 표면에 광원을 커플링하는 것이 포함된다.
반도체 나노결정이 광발광에 효율적인 좁은 방출 선폭 및 나노결정의 크기 및/또는 조성물에 의해 조정가능한 방출 파장을 갖기 때문에, 이는 본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 다양한 측면 및 실시양태에서 사용하기에 바람직하다.
반도체 나노결정의 크기가 1.2 nm 내지 15 nm 범위이기 때문에, 반도체 나노결정을 함유하고 산란 입자를 함유하지 않는 코팅은 실질적으로 투명할 수 있다. 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 입자 크기를 갖는, 인과 같은 다른 하향전환 입자를 함유하는 코팅은 뿌옇거나 불투명하다 (입자 농도에 의존함).
양자 구속된 반도체 나노입자 (예를 들어, 반도체 나노결정을 포함함)의 크기 및 조성물은 반도체 나노결정이 스펙트럼의 원가시광, 가시광, 적외선 또는 다른 목적한 부분에서 예정된 파장 또는 파장 밴드의 광자를 방출하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 파장은 300 내지 2,500 nm 이상, 예컨대 300 내지 400 nm, 400 내지 700 nm, 700 내지 1100 nm, 1100 내지 2500 nm, 또는 2500 nm 초과일 수 있다.
양자 구속된 반도체 나노입자는 액체 매질에 분산될 수 있으므로, 스핀-캐스팅, 드롭-캐스팅, 상분리 및 딥 코팅과 같은 박막 침착 기술과 상용성이 있다. 양자 구속된 반도체 나노입자는 별법으로 잉크젯 프린팅, 실크-스크리닝, 및 표면 상에 패턴을 형성하는데 이용가능한 다른 액체 필름 기술에 의해 침착될 수 있다.
액체 매질에 분산된 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 잉크는 또한 프린팅, 스크린-프린팅, 스핀-코팅, 그라비어 기술, 잉크젯 프린팅, 롤 프린팅 등에 의해 도파관의 표면 또는 다른 기판 또는 표면 상에 침착될 수 있다. 잉크는 예정된 배열부에 침착될 수 있다. 예를 들어, 잉크는 패턴화된 또는 패턴화되지 않은 배열부에 침착될 수 있다. 잉크를 기판 상에 침착하는데 유용할 수 있는 추가 정보에 대해서는, 예를 들어 2007년 6월 25일에 출원된 명칭 ["Methods For Depositing Nanomaterial, Methods For Fabricating A Device, And Methods For Fabricating An Array Of Devices"]에 대한 코-설리반(Seth A. Coe-Sullivan)의 국제 특허 출원 제PCT/US2007/014711호, 2007년 6월 25일에 출원된 명칭 ["Methods For Depositing Nanomaterial, Methods For Fabricating A Device, Methods For Fabricating An Array Of Devices And Compositions"]에 대한 코-설리반(Seth A. Coe-Sullivan) 등의 국제 특허 출원 제PCT/US2007/014705호, 2007년 6월 25일에 출원된 명칭 ["Methods And Articles Including Nanomaterial"]에 대한 코-설리반(Seth A. Coe-Sullivan) 등의 국제 특허 출원 제PCT/US2007/014706호, 2007년 4월 9일에 출원된 명칭 ["Composition Including Material, Methods, Of Depositing Material, Articles Including Same And Systems For Depositing Material"]에 대한 코-설리반(Seth A. Coe-Sullivan) 등의 국제 특허 출원 제PCT/US2007/08873호, 2007년 4월 13일에 출원된 명칭 ["Methods Of Depositing Material, Methods Of Making A Device, And Systems And Articles For Use In Depositing Material"]에 대한 안크(Maria J, Anc) 등의 국제 특허 출원 제PCT/US2007/09255호, 2007년 4월 9일에 출원된 명칭 ["Methods And Articles Including Nanomaterial"]에 대한 코-설리반(Seth Coe-Sullivan) 등의 국제 특허 출원 제PCT/US2007/08705호, 2007년 4월 9일에 출원된 명칭 ["Methods Of Depositing Nanomaterial & Methods Of Making A Device"]에 대한 콕스(Marshall Cox) 등의 국제 특허 출원 제PCT/US2007/08721호, 2005년 10월 20일에 출원된 명칭 ["Method And System For Transferring A Patterned Material"]에 대한 코-설리반(Seth Coe-Sullivan) 등의 미국 특허 출원 제11/253,612호, 및 2005년 10월 20일에 출원된 명칭 ["Light Emitting Device Including Semiconductor Nanocrystals"]에 대한 코-설리반(Seth Coe-Sullivan) 등의 미국 특허 출원 제11/253,595호를 참조하며, 상기 특허 출원들은 각각 본원에 참고로 도입된다.
접촉 프린팅에 대한 추가 정보에 대해서는, 예를 들어 문헌 [A. Kumar and G. Whitesides, Applied Physics Letters, 63, 2002-2004, (1993)]; 및 [V. Santhanam and R. P. Andres, Nano Letters, 4, 41-44, (2004)]을 참조하며, 상기 문헌들은 각각 그 전문이 본원에 참고로 도입된다.
잉크-기재 침착 기술이 다양한 두께의 양자 구속된 반도체 나노입자의 침착을 위해 사용될 수 있다. 특정 실시양태에서, 두께는 이에 의해 목적한 흡수율 ％를 달성하도록 선택된다. 목적한 흡수율 ％의 예로는 약 0.1％ 내지 약 99％, 약 10％ 내지 약 90％, 약 10％ 내지 약 50％, 약 50％ 내지 약 90％를 들 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는, 양자 구속된 반도체 나노입자는 충돌하는 광의 적어도 일부를 흡수하고, 흡수된 광 에너지의 적어도 일부를 예정된 파장(들)의 1개 이상의 광자로서 재방출한다. 가장 바람직하게는, 양자 구속된 반도체 나노입자는 어떠한 재방출된 광자도 흡수하지 않거나, 오직 무시가능한 양을 흡수한다.
특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 조성물은 도파관 또는 다른 기판 상의 미리 결정된 영역 (예정된 영역이라고도 함)에 적용된다. 미리 결정된 영역은 조성물이 선택적으로 적용되는 기판 상의 영역이다. 조성물 및 기판은 물질이 예정된 영역 내에 실질적으로 전체 남아있도록 선택될 수 있다. 패턴을 형성하는 미리 결정된 영역의 선택에 의해, 조성물은 물질이 패턴을 형성하도록 기판에 적용될 수 있다. 패턴은 규칙 패턴 (예컨대, 어레이 또는 일련의 선들) 또는 불규칙 패턴일 수 있다. 조성물의 패턴이 기판 상에 형성되면, 기판은 물질을 포함하는 영역 (미리 결정된 영역) 및 조성물을 실질적으로 포함하지 않는 영역을 가질 수 있다. 몇몇 환경에서, 조성물은 기판 상에 나노입자의 단층 두께를 형성한다. 미리 결정된 영역은 불연속 영역일 수 있다. 바꿔 말하면, 조성물이 기판의 미리 결정된 영역에 적용되는 경우에, 조성물을 포함하는 위치는 조성물을 실질적으로 포함하지 않는 다른 위치에 의해 분리될 수 있다.
이들 침착 기술로부터 얻어지는 특징물 또는 층에 양자 구속된 반도체 나노입자를 위치시키는 것으로 인해, 나노입자의 표면의 전체가 광을 흡수하고 방출하는데 이용가능한 것은 아니다.
별법으로, 양자 구속된 반도체 나노입자는 상기 나열된 기술 또는 다른 공지된 기술 중 임의의 기술에 의해 전체 층 또는 부분 층으로서 또는 패턴화된 배열부에 침착된 광투과성 물질 (예를 들어, 중합체, 수지, 실리카 유리 또는 실리카 겔 등, 이는 바람직하게는 양자 구속된 반도체 나노입자에 의해 방출된 광에 대해 적어도 부분적으로 광투과성이고, 보다 바람직하게는 투명하며, 여기서 양자 구속된 반도체 나노입자는 분산될 수 있음)에 분산될 수 있다. 적합한 물질에는 많은 저가의 흔히 이용가능한 물질, 예컨대 폴리스티렌, 에폭시, 폴리이미드 및 실리카 유리가 포함된다.
특정 실시양태에서, 이러한 물질은 광여기 하에 제공된 컬러의 광을 생성하도록 선택된 크기를 갖는 양자 구속된 반도체 나노입자의 분산물을 함유할 수 있다. 물질에 배치된 양자 구속된 반도체 나노입자의 다른 배위, 예를 들어 중합체 오버코팅을 갖는 기판 상의 이차원 층이 또한 고려된다.
양자 구속된 반도체 나노입자가 임자 물질에 분산되고 도파관 부품의 표면 상에 층으로서 적용된 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 층의 굴절률은 도파관 부품의 굴절률 이상일 수 있다.
양자 구속된 반도체 나노입자가 임자 물질에 분산되고 도파관 부품의 표면 상에 층으로서 적용된 특정 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 층의 굴절률은 도파관 부품의 굴절률 미만일 수 있다.
특정 실시양태에서, 반사 물질이 도파관 부품의 연부에 적용되어, 도파관 부품 내에서 광의 내부 반사를 향상시킬 수 있다.
특정 실시양태에서, 반사 물질이 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 층이 배치된 것과 반대편 도파관 부품의 표면에 적용되어, 도파관 부품 내에서 광의 내부 반사를 향상시킬 뿐만 아니라 반도체 나노입자로부터의 방출을 뷰어로 반사할 수 있다.
도파관 부품의 표면 상에 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 층을 포함하는 본 발명의 실시양태에서, 광학 부품은 임의로 환경 (예를 들어, 먼지, 습기 등) 및/또는 스크래칭 또는 마모로부터의 보호를 위해 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 층이 배치된 표면의 적어도 일부 위에 커버, 코팅 또는 층을 더 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서, 광학 부품은 광이 방출되는 표면 상에 렌즈, 프리즘형 표면, 그레이팅 등을 더 포함할 수 있다. 반사방지, 편광 및/또는 다른 코팅이 또한 임의로 이러한 표면 상에 포함될 수 있다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 추가로 명확하게 될 것이며, 실시예는 본 발명의 예시로서 의도된다.
<실시예>
실시예 1
녹색 광을 방출할 수 있는 반도체 나노결정의 제조:
ZnSe 코어의 합성: 디에틸 아연 0.69 mmol을 트리-n-옥틸포스핀 5 mL에 용해하고, 1 M TBP-Se 1 mL와 혼합하였다. 올레일아민 28.9 mmol을 삼목 플라스크에 로딩하고, 건조시키고, 90℃에서 1시간 동안 탈기하였다. 탈기 후, 플라스크를 질소하에 310℃로 가열하였다. 온도가 310℃에 도달하면, Zn 용액을 주입하고, 나노결정의 성장을 모니터링하기 위해 용액의 분취액을 주기적으로 제거하면서 반응 혼합물을 270℃에서 15 내지 30분 동안 가열하였다. 나노결정의 제1 흡수 피크가 350 nm에 도달하면, 플라스크 온도를 160℃로 강하시킴으로써 반응을 정지시키고, CdZnSe 코어의 제조를 위해 추가 정제 없이 사용하였다.
CdZnSe 코어의 합성: 디메틸카드뮴 1.12 mmol을 트리-n-옥틸포스핀 5 mL에 용해하고, 1 M TBP-Se 1 mL와 혼합하였다. 사목 플라스크에서, 트리옥틸포스핀 옥시드 41.38 mmol 및 헥실포스폰산 4 mmol을 로딩하고, 건조시키고, 120℃에서 1시간 동안 탈기하였다. 탈기 후, 옥시드/산을 질소하에 160℃로 가열하고, ZnSe 코어 성장 용액 8 ml를 160℃에서 플라스크로 이동시키고, 그 직후 시린지 펌프를 통해 20분에 걸쳐 Cd/Se 용액을 첨가하였다. 그 후, 나노결정의 성장을 모니터링하기 위해 용액의 분취액을 주기적으로 제거하면서 반응 혼합물을 150℃에서 16 내지 20시간 동안 가열하였다. 나노결정의 방출 피크가 500 nm에 도달하면, 혼합물을 실온으로 냉각함으로써 반응을 정지시켰다. 메탄올 및 n-부탄올의 2:1 혼합물을 첨가함으로써 질소 분위기 글로브 박스 내부에서 성장 용액으로부터 CdZnSe 코어를 침전시켰다. 그 후, 단리된 코어를 헥산에 용해하고, 코어-쉘 물질을 제조하는데 사용하였다.
CdZnSe/CdZnS 코어-쉘 나노결정의 합성: 트리옥틸포스핀 옥시드 25.86 mmol 및 벤질포스폰산 2.4 mmol을 사목 플라스크에 로딩하였다. 그 후, 혼합물을 건조시키고, 약 1시간 동안 120℃로 가열함으로써 반응 용기에서 탈기하였다. 그 후, 플라스크를 75℃로 냉각하고, 단리된 CdZnSe 코어 (0.1 mmol Cd 함량)를 함유하는 헥산 용액을 반응 혼합물에 첨가하였다. 헥산을 감압하에 제거하였다. 디메틸 카드뮴, 디에틸 아연 및 헥사메틸디실라티안을 각각 Cd, Zn 및 S 전구체로서 사용하였다. Cd 및 Zn을 동몰 비율로 혼합하고, S는 Cd 및 Zn에 대해 2배 과량으로 혼합하였다. Cd/Zn 및 S 샘플을 각각 질소 분위기 글로브 박스 내부에서 트리옥틸포스핀 4 mL에 용해하였다. 전구체 용액이 제조되면, 반응 플라스크를 질소하에 150℃로 가열하였다. 시린지 펌프를 사용하여 2시간에 걸쳐 150℃에서 전구체 용액을 적가하였다. 쉘 성장 후, 나노결정을 질소 분위기 글로브 박스로 이동시키고, 메탄올 및 이소프로판올의 3:1 혼합물을 첨가함으로써 성장 용액으로부터 침전시켰다. 그 후, 단리된 코어-쉘 나노결정을 헥산에 용해하고, 양자 구속된 반도체 나노입자 및 임자 물질을 포함하는 조성물을 제조하는데 사용하였다.
실시예 2
적색 광을 방출할 수 있는 반도체 나노결정의 제조
CdSe 코어의 합성: 카드뮴 아세테이트 1 mmol을 100℃에서 20 mL 바이알에서 트리-n-옥틸포스핀 8.96 mmol에 용해한 후, 건조시키고, 1시간 동안 탈기하였다. 트리옥틸포스핀 옥시드 15.5 mmol 및 옥타데실포스폰산 2 mmol을 삼목 플라스크에 첨가하고, 건조시키고, 140℃에서 1시간 동안 탈기하였다. 탈기 후, Cd 용액을 옥시드/산 플라스크에 첨가하고, 혼합물을 질소하에 270℃로 가열하였다. 온도가 270℃에 도달하면, 트리-n-부틸포스핀 8 mmol을 플라스크에 주입하였다. 온도를 270℃로 다시 되돌린 후, 1.5 M TBP-Se 1.1 mL를 신속하게 주입하였다. 나노결정의 성장을 모니터링하기 위해 용액의 분취액을 주기적으로 제거하면서 반응 혼합물을 270℃에서 15 내지 30분 동안 가열하였다. 나노결정의 제1 흡수 피크가 565 내지 575 nm에 도달하면, 혼합물을 실온으로 냉각함으로써 반응을 정지시켰다. 메탄올 및 이소프로판올의 3:1 혼합물을 첨가함으로써 질소 분위기 글로브 박스 내부에서 성장 용액으로부터 CdSe 코어를 침전시켰다. 그 후, 단리된 코어를 헥산에 용해하고, 코어-쉘 물질을 제조하는데 사용하였다.
CdSe/CdZnS 코어-쉘 나노결정의 합성: 트리옥틸포스핀 옥시드 25.86 mmol 및 옥타데실포스폰산 2.4 mmol을 사목 플라스크에 로딩하였다. 그 후, 혼합물을 건조시키고, 약 1시간 동안 120℃로 가열함으로써 반응 용기에서 탈기하였다. 그 후, 플라스크를 75℃로 냉각하고, 단리된 CdSe 코어 (0.1 mmol Cd 함량)를 함유하는 헥산 용액을 반응 혼합물에 첨가하였다. 헥산을 감압하에 제거한 후, 6-아미노-1-헥산올 2.4 mmol을 반응 혼합물에 첨가하였다. 디메틸 카드뮴, 디에틸 아연 및 헥사메틸디실라티안을 각각 Cd, Zn 및 S 전구체로서 사용하였다. Cd 및 Zn을 동몰 비율로 혼합하고, S는 Cd 및 Zn에 대해 2배 과량으로 혼합하였다. Cd/Zn 및 S 샘플을 각각 질소 분위기 글로브 박스 내부에서 트리옥틸포스핀 4 mL에 용해하였다. 전구체 용액이 제조되면, 반응 플라스크를 질소하에 155℃로 가열하였다. 시린지 펌프를 사용하여 2시간에 걸쳐 155℃에서 전구체 용액을 적가하였다. 쉘 성장 후, 나노결정을 질소 분위기 글로브 박스로 이동시키고, 메탄올 및 이소프로판올의 3:1 혼합물을 첨가함으로써 성장 용액으로부터 침전시켰다. 그 후, 단리된 코어-쉘 나노결정을 헥산에 용해하고, 양자 구속된 반도체 나노입자 및 임자 물질을 포함하는 조성물을 제조하는데 사용하였다.
반도체 나노결정을 포함하는 층의 제조:
실질적으로 상기 기재된 실시예 중 하나에 따라 제조된 반도체 나노결정을 포함하는 샘플을 헥산에 수용시켰다 (샘플은 전형적으로 헥산 10 내지 15 ml에 분산된 고체 대략 40 mg을 나타냄). 헥산을 진공하에 실온에서 도트로부터 제거하였다. 과건조시키거나 모든 용매를 완전히 제거하지 않도록 주의하였다. 독점적인 저점도 반응성 희석제 (RD-12, 미국 07004-3401 뉴저지주 페어필드 오드리 피아이 9 소재의 래드큐어 코포레이션(Radcure Corp)으로부터) 0.5 ml를 자기에서 교반하면서 반도체 나노결정에 첨가하였다. 반도체 나노결정을 반응성 희석제에서 예비가용화한 후, 독점적인 UV-경화성 아크릴 제제 (또한 래드큐어(Radcure)로부터) 2 ml를 격렬하게 교반하면서 적가하였다. 때로는, 혼합 바이알을 더 낮은 점도로 교반하면서 가열하였다. 첨가를 완료한 후, 진공을 가하여 연행 공기 및 잔류 용매를 제거하였다. 그 후, 바이알을 1시간 내지 밤새 초음파조 (VWR)에 위치시켜, 투명한 채색된 용액을 얻었다. 샘플을 초음파조에 둔 동안 온도가 40℃ 초과로 되는 것을 회피하도록 주의하였다.
UV 경화성 아크릴 중 동일한 컬러의 반도체 나노결정의 다중 배치(batch)를 함께 혼합하였다. 하기 샘플의 경우에, 표 1에 나열된 3개의 적색 배치를 함께 첨가한 후, 표 1에 나열된 4개의 녹색 배치를 함께 첨가하였다.
샘플을 메이어(Mayer) 막대에 의해 미리 세척된 유리 슬라이드 상에 코팅하고, H-전구 (225 mW/㎠)가 장착된 다이맥스 코포레이션 시스템(DYMAX Corporation system)으로부터의 5000-EC UV 라이트 큐어링 플러드 램프(Light Curing Flood Lamp)에서 10초 동안 경화하였다.
목적한 두께를 달성하기 위한 다중 층을 포함하는 샘플을 층 사이에서 경화하였다. 임자 물질 및 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 층의 상단 (또는 아래)에 필터를 포함하는 샘플은 별개의 단계에서 메이어 막대에 의해 코팅된 필터를 가졌다. 코츠/선 케미컬(Coates/Sun Chemical)로부터의 UV-경화성 안료 잉크 제제를 블렌딩함으로써 필터를 제조하였다 (예로는 DXT-1935 및 WIN99가 포함되나 이에 제한되지 않음). 목적한 투과율 특징을 달성하기 위해 개별 컬러의 중량측정된 흡수도를 함께 첨가함으로써 필터 조성물을 제제화하였다.
Figure pct00001
필름을 하기 방법으로 특징화하였다:
두께: 마이크로미터로 측정함
캐리 이클립스(Cary Eclipse) 상에서 각 유형의 샘플 1에 대해 측정된 방출 측정
450 nm에서 여기, 2.5 nm 여기 슬릿, 5 nm 방출 슬릿.
캐리 5000(Cary 5000) 상에서 각 유형의 샘플 1에 대해 450 nm에서 측정된 흡수. 블랭크 유리 슬라이드에 대해 교정된 기준선.
CS-200 크로마 미터(Chroma Meter)를 사용하여 각 유형의 샘플 1에 대해 측정된 CIE 좌표. 샘플을 450 nm LED에 의해 여기시키고, 카메라는 축외(off axis) 컬러 데이터를 수집하였다.
문헌 [Mello et al., Advanced Materials 9(3):230 (1997)] (본원에 참고로 도입됨)에 의해 개발된 방법을 사용하여 외부 광발광 (PL) 양자 효율을 측정하였다. (1). 방법은 조준된 450 nm LED 공급원, 적분구 및 분광계를 사용하였다. 3개의 측정을 취하였다. 먼저, LED는 이 방법을 기재된 예로서 도 4 (파장 함수 (nm)로서 방출 세기 (a.u.)를 그래픽으로 나타냄)에 나타내고 L1이라고 표지된 스펙트럼을 제공하는 적분구를 직접적으로 조명하였다. 다음, 오직 확산 LED 광만이 도 4에서 예로서 나타낸 (L2+P2) 스펙트럼을 제공하는 샘플을 조명하도록 PL 샘플을 적분구에 위치시켰다. 마지막으로, LED가 실시예 4에 대해 나타낸 (L3+P3) 스펙트럼을 제공하는 샘플 (수직 입사에서 조금 벗어남)을 직접적으로 조명하도록 PL 샘플을 적분구에 위치시켰다. 데이터를 수집한 후, 각 스펙트럼 기여도 (L의 기여도 및 P의 기여도)를 계산하였다. L1, L2 및 L3은 각 측정에 대한 LED 스펙트럼의 합에 상응하고, P2 및 P3은 두번째 및 세번째 측정에 대한 PL 스펙트럼과 관련된 합이다. 하기 식은 외부 PL 양자 효율을 제공한다:
Figure pct00002
Figure pct00003
양자 구속된 반도체 나노입자 (예를 들어, 반도체 나노결정을 포함함)는 나노미터-스케일 무기 반도체 나노입자이다. 반도체 나노결정은 예를 들어 직경이 약 1 nm 내지 약 1000 nm, 바람직하게는 약 2 nm 내지 약 50 nm, 보다 바람직하게는 약 1 nm 내지 약 20 nm (예컨대 약 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 또는 20 nm)인 무기 미세결정을 포함한다.
본 발명의 다양한 측면 및 실시양태에 포함된 반도체 나노결정은 가장 바람직하게는 약 150 옴스트롱 (Å) 미만의 평균 나노결정 직경을 갖는다. 특정 실시양태에서, 약 12 내지 약 150 옴스트롱 범위의 평균 나노결정 직경을 갖는 반도체 나노결정이 특히 바람직할 수 있다.
그러나, 반도체 나노결정의 조성물 및 목적한 방출 파장에 따라 평균 직경은 이들 다양한 바람직한 크기 범위에 포함되지 않을 수 있다.
나노입자 및 나노결정을 형성하는 반도체는 IV족 원소, II-VI족 화합물, II-V족 화합물, III-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, I-III-VI족 화합물, II-IV-VI족 화합물 또는 II-IV-V족 화합물, 예를 들어 CdS, CdO, CdSe, CdTe, ZnS, ZnO, ZnSe, ZnTe, MgTe, GaAs, GaP, GaSb, GaN, HgS, HgO, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, InN, AlAs, AlP, AlSb, AlS, PbS, PbO, PbSe, Ge, Si, 이들의 합금 및/또는 이들의 혼합물 (3원 및 4원 혼합물 및/또는 합금을 포함함)을 포함할 수 있다.
나노입자 및 나노결정의 형상의 예로는 구, 막대, 디스크, 다른 형상 또는 이들의 혼합물이 포함된다.
본 발명의 특정 바람직한 측면 및 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자 (예를 들어, 반도체 나노결정을 포함함)는 1개 이상의 제1 반도체 물질의 "코어" (오버코팅을 포함할 수 있음) 또는 코어의 표면의 적어도 일부 상에 제2 반도체 물질의 "쉘"을 포함한다. 특정 실시양태에서, 쉘은 코어를 둘러싼다. 코어의 표면의 적어도 일부 상에 쉘을 포함하는 양자 구속된 반도체 나노입자 (예를 들어, 반도체 나노결정을 포함함) 코어는 또한 "코어/쉘" 반도체 나노결정이라고 지칭된다.
예를 들어, 양자 구속된 반도체 나노입자 (예를 들어, 반도체 나노결정을 포함함)는 IV족 원소 또는 화학식 MX (여기서, M은 카드뮴, 아연, 마그네슘, 수은, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨 또는 이들의 혼합물이고, X는 산소, 황, 셀레늄, 텔루륨, 질소, 인, 비소, 안티몬 또는 이들의 혼합물임)에 의해 나타낸 화합물을 포함하는 코어를 포함할 수 있다. 코어로서 사용하기에 적합한 물질의 예로는 CdS, CdO, CdSe, CdTe, ZnS, ZnO, ZnSe, ZnTe, MgTe, GaAs, GaP, GaSb, GaN, HgS, HgO, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, InN, AlAs, AlP, AlSb, AlS, PbS, PbO, PbSe, Ge, Si, 이들의 합금 및/또는 이들의 혼합물 (3원 및 4원 혼합물 및/또는 합금을 포함함)이 포함되나 이에 제한되지 않는다. 쉘로서 사용하기에 적합한 물질의 예로는 CdS, CdO, CdSe, CdTe, ZnS, ZnO, ZnSe, ZnTe, MgTe, GaAs, GaP, GaSb, GaN, HgS, HgO, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, InN, AlAs, AlP, AlSb, AlS, PbS, PbO, PbSe, Ge, Si, 이들의 합금 및/또는 이들의 혼합물 (3원 및 4원 혼합물 및/또는 합금을 포함함)이 포함되나 이에 제한되지 않는다.
특정 실시양태에서, 주변 "쉘" 물질은 코어 물질의 밴드갭보다 더 큰 밴드갭을 가질 수 있고, "코어" 기판의 것과 인접한 원자 간격을 갖도록 선택될 수 있다. 다른 실시양태에서, 주변 쉘 물질은 코어 물질의 밴드갭보다 더 작은 밴드갭을 가질 수 있다. 추가 실시양태에서, 쉘 및 코어 물질은 동일한 결정 구조를 가질 수 있다. 쉘 물질은 하기 추가로 논의된다. 코어/쉘 반도체 구조의 추가 예에 대해서는 2003년 8월 12일에 출원된 명칭 ["Semiconductor Nanocrystal Heterostructures"]의 미국 출원 제10/638,546호를 참조하며, 상기 출원은 그 전문이 본원에 참고로 도입된다.
양자 구속된 반도체 나노입자는 바람직하게는 좁은 크기 분포를 갖는 반도체 나노입자의 집단의 구성원이다. 보다 바람직하게는, 양자 구속된 반도체 나노입자 (예를 들어, 반도체 나노결정을 포함함)는 나노입자의 단순 분산 또는 실질적 단순 분산 집단을 포함한다.
특정 실시양태에서, 본 발명의 다양한 측면 및 실시양태에 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자의 흡수율 ％는 예를 들어 약 0.1％ 내지 약 99％; 바람직하게는 적어도 약 10％ 내지 약 99％이다. 한 바람직한 예에서, 흡수율 ％는 약 10％ 내지 약 90％ 흡수율이다. 다른 바람직한 예에서, 흡수율 ％는 약 10％ 내지 약 50％이며; 다른 실시예에서 흡수율 ％는 약 50％ 내지 약 90％이다.
양자 구속된 반도체 나노입자는 나노입자의 크기 및 조성물에 의해 조정가능한 광학 특성을 생성하는 바텀-업 화학적 접근법의 고안에서 이용될 수 있는 강한 양자 구속 효과를 나타낸다.
예를 들어, 반도체 나노결정의 제조 및 취급은 문헌 [Murray et al. (J. Am. Chem. Soc., 115:8706 (1993))]; [in the thesis of Christopher Murray, "Synthesis and Characterization of II-VI Quantum Dots and Their Assembly into 3-D Quantum Dot Superlattices", Massachusetts Institute of Technology, September, 1995]; 및 명칭 ["Highly Luminescent Color-Selective Materials"]의 미국 특허 출원 제08/969,302호에 기재되어 있으며, 상기 문헌들은 그 전문이 본원에 참고로 도입된다. 반도체 나노결정의 제조 및 취급의 다른 예는 미국 특허 제6,322,901호 및 제6,576,291호 및 미국 특허 출원 제60/550,314호에 기재되어 있으며, 상기 문헌들 각각은 그 전문이 본원에 참고로 도입된다.
반도체 나노결정의 제조 방법의 한 예는 콜로이드 성장 공정이다. 콜로이드 성장은 M 공여체 및 X 공여체를 고온 배위성 용매에 주입함으로써 일어난다. 단순 분산 반도체 나노결정의 바람직한 제조 방법의 한 예는 고온 배위성 용매로 주입된 유기금속성 시약, 예컨대 디메틸 카드뮴의 열분해를 포함한다. 이는 별개의 핵형성을 허용하고, 반도체 나노결정의 거시적 양의 제어된 성장을 가져온다. 주입은 제어된 방법으로 성장될 수 있는 핵을 생성하여, 반도체 나노결정을 형성한다. 반도체 나노결정을 성장시키고 어닐링하기 위해 반응 혼합물을 온화하게 가열할 수 있다. 샘플 중 반도체 나노결정의 평균 크기 및 크기 분포 둘 모두는 성장 온도에 의존한다. 정상 성장을 유지하기 위해 필수적인 성장 온도는 평균 결정 크기의 증가와 함께 증가한다. 반도체 나노결정은 반도체 나노결정의 집단의 구성원이다. 별개의 핵형성 및 제어된 성장의 결과로서, 얻어진 반도체 나노결정의 집단은 직경의 좁은 단순 분산 분포를 갖는다. 직경의 단순 분산 분포는 또한 크기라고 지칭될 수 있다. 바람직하게는, 입자의 단순 분산 집단은 집단 중 입자의 60％ 이상이 특정된 입자 크기 범위 내에 포함되는 입자의 집단을 포함한다. 단순 분산 입자의 집단은 바람직하게는 직경이 15％ rms (제곱근-평균-제곱) 미만, 보다 바람직하게는 10％ rms 미만, 가장 바람직하게는 5％ 미만의 편차를 갖는다.
반도체 나노결정의 좁은 크기 분포는 좁은 스펙트럼 폭에서 광 방출의 가능성을 허용한다. 단순 분산 반도체 나노결정은 문헌 [Murray et al. (J. Am. Chem. Soc., 115:8706 (1993))]; [in the thesis of Christopher Murray, "Synthesis and Characterization of II-VI Quantum Dots and Their Assembly into 3-D Quantum Dot Superlattices", Massachusetts Institute of Technology, September, 1995]; 및 명칭 ["Highly Luminescent Color-Selective Materials"]의 미국 특허 출원 제08/969,302호에 상세히 기재되어 있으며, 상기 문헌들은 그 전문이 본원에 참고로 도입된다.
핵형성에 이어서 배위성 용매 중 반도체 나노결정의 제어된 성장 및 어닐링 공정은 또한 균일한 표면 유도체화 및 규칙적 코어 구조를 가져올 수 있다. 크기 분포가 날카로워짐에 따라, 온도는 정상 성장을 유지하기 위해 상승될 수 있다. M 공여체 또는 X 공여체를 더 첨가함으로써, 성장 기간이 단축될 수 있다. M 공여체는 무기 화합물, 유기금속성 화합물 또는 원소 금속일 수 있다. M은 카드뮴, 아연, 마그네슘, 수은, 알루미늄, 갈륨, 인듐 또는 탈륨이다. X 공여체는 M 공여체와 반응하여 화학식 MX를 갖는 물질을 형성할 수 있는 화합물이다. 전형적으로, X 공여체는 칼코게니드 공여체 또는 프닉티드 공여체, 예컨대 포스핀 칼코게니드, 비스(실릴) 칼코게니드, 이산소, 암모늄 염 또는 트리스(실릴) 프닉티드이다. 적합한 X 공여체에는 이산소, 비스(트리메틸실릴) 셀레니드 ((TMS)2Se), 트리알킬 포스핀 셀레니드, 예컨대 (트리-n-옥틸포스핀) 셀레니드 (TOPSe) 또는 (트리-n-부틸포스핀) 셀레니드 (TBPSe), 트리알킬 포스핀 텔루리드, 예컨대 (트리-n-옥틸포스핀) 텔루리드 (TOPTe) 또는 헥사프로필인트리아미드 텔루리드 (HPPTTe), 비스(트리메틸실릴)텔루리드 ((TMS)2Te), 비스(트리메틸실릴)술피드 ((TMS)2S), 트리알킬 포스핀 술피드, 예컨대 (트리-n-옥틸포스핀) 술피드 (TOPS), 암모늄 염, 예컨대 암모늄 할라이드 (예를 들어, NH4Cl), 트리스(트리메틸실릴) 포스피드 ((TMS)3P), 트리스(트리메틸실릴) 아르세니드 ((TMS)3As), 또는 트리스(트리메틸실릴) 안티모니드 ((TMS)3Sb)가 포함된다. 특정 실시양태에서, M 공여체 및 X 공여체는 동일한 분자 내의 잔기일 수 있다.
배위성 용매는 반도체 나노결정의 성장을 제어하는데 도움이 될 수 있다. 배위성 용매는 예를 들어 성장하는 반도체 나노결정의 표면에 배위하는데 이용가능한 고립 전자 쌍을 갖는 공여체 고립 쌍을 갖는 화합물이다. 용매 배위는 성장하는 반도체 나노결정을 안정화할 수 있다. 전형적인 배위성 용매에는 알킬 포스핀, 알킬 포스핀 옥시드, 알킬 포스폰산 또는 알킬 포스핀산이 포함되나, 다른 배위성 용매, 예컨대 피리딘, 푸란 및 아민이 또한 반도체 나노결정 제조에 적합할 수 있다. 적합한 배위성 용매의 예로는 피리딘, 트리-n-옥틸 포스핀 (TOP), 트리-n-옥틸 포스핀 옥시드 (TOPO) 및 트리스히드록실프로필포스핀 (tHPP)이 포함된다. 기술적 등급 TOPO가 사용될 수 있다.
반응의 성장 단계 도중 크기 분포는 입자의 흡수 또는 방출 선폭을 모니터링함으로써 추정될 수 있다. 입자의 흡수 스펙트럼의 변화에 반응하여 반응 온도의 변형은 성장 도중 날카로운 입자 크기 분포의 유지를 허용한다. 더 큰 결정을 성장시키기 위해 반응물을 결정 성장 도중 핵형성 용액에 첨가할 수 있다. 예를 들어, CdSe 및 CdTe의 경우에, 특정 반도체 나노결정 평균 직경의 성장의 정지 및 반도체 물질의 적절한 조성물의 선택에 의해 반도체 나노결정의 방출 스펙트럼은 300 nm 내지 5 ㎛, 또는 400 nm 내지 800 nm의 파장 범위에 걸쳐 연속적으로 조정될 수 있다.
상기 논의된 바와 같이, 바람직하게는 양자 구속된 반도체 나노입자 (예를 들어, 반도체 나노결정을 포함함)는 코어가 코어의 표면 상에 오버코팅을 포함하는 코어/쉘 구조를 갖는다. 오버코팅 (쉘이라고도 지칭됨)은 코어의 조성물과 동일하거나 상이한 조성물을 갖는 반도체 물질일 수 있다. 코어의 표면 상의 반도체 물질의 오버코트는 II-VI족 화합물, II-V족 화합물, III-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, I-III-VI족 화합물, II-IV-VI족 화합물 및 II-IV-V족 화합물, 예를 들어 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, 이들의 합금 및/또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, ZnS, ZnSe 또는 CdS 오버코팅은 CdSe 또는 CdTe 나노결정 상에서 성장될 수 있다. 오버코팅 공정은 예를 들어 미국 특허 제6,322,901호에 기재되어 있다. 오버코팅 도중 반응 혼합물의 온도를 조정하고, 코어의 흡수 스펙트럼을 모니터링함으로써, 높은 방출 양자 효율 및 좁은 크기 분포를 갖는 오버코팅된 물질이 얻어질 수 있다. 오버코팅은 1개 이상의 층을 포함할 수 있다. 오버코팅은 코어의 조성물과 동일하거나 상이한 1종 이상의 반도체 물질을 포함한다. 특정 실시양태에서, 오버코팅은 약 1 내지 약 10개의 단층의 두께를 갖는다.
반도체 나노결정의 입자 크기 분포는 미국 특허 제6,322,901호에 기재된 바와 같이 반도체 나노결정에 대한 불량한 용매, 예컨대 메탄올/부탄올에 의한 크기 선택 침전에 의해 추가로 정립될 수 있다. 예를 들어, 반도체 나노결정은 헥산 중 10％ 부탄올의 용액에 분산될 수 있다. 유백광이 지속될 때까지 메탄올을 이 교반 용액에 적가할 수 있다. 원심분리에 의한 상등액 및 응결체의 분리는 샘플에서 가장 큰 미세결정이 풍부한 침전물을 생성한다. 광학 흡수 스펙트럼의 추가 첨예화가 주목될 때까지 이 과정을 반복할 수 있다. 크기-선택 침전은 피리딘/헥산 및 클로로포름/메탄올을 포함하는 다양한 용매/비용매 쌍에서 수행될 수 있다. 크기-선택 반도체 나노결정 집단은 바람직하게는 평균 직경의 15％ rms 이하의 편차, 보다 바람직하게는 10％ rms 이하의 편차, 가장 바람직하게는 5％ rms 이하의 편차를 갖는다.
반도체 나노결정의 제조 방법의 추가 예는 2006년 2월 15일에 출원된 명칭 ["Light Emitting Devices Including Semiconductor Nanocrystals"]에 대한 바웬디(Bawendi) 등의 미국 특허 출원 제11/354185호; 2005년 10월 21일에 출원된 명칭 ["Light Emitting Devices Including Semiconductor Nanocrystals"]에 대한 코-설리반(Coe-Sullivan) 등의 미국 특허 출원 제11/253595호; 2003년 8월 12일에 출원된 명칭 ["Semiconductor Nanocrystal Heterostructures"]에 대한 김(Kim) 등의 미국 특허 출원 제10/638,546호 (상기 언급됨); 문헌 [Murray, et al., J. Am. Chem. Soc., Vol. 115, 8706 (1993)]; [Kortan, et al., J. Am. Chem. Soc., Vol. 112, 1327 (1990)]; 및 [the Thesis of Christopher Murray, "Synthesis and Characterization of II-VI Quantum Dots and Their Assembly into 3-D Quantum Dot Superlattices", Massachusetts Institute of Technology, September, 1995], 2007년 6월 4일에 출원된 명칭 ["Light-Emitting Devices and Displays With Improved Performance"]에 대한 코-설리반(Coe-Sullivan) 등의 국제 출원 제PCT/US2007/13152호, 2007년 9월 12일에 출원된 명칭 ["Functionalized Semiconductor Nanocrystals And Method"]에 대한 브린(Breen) 등의 미국 출원 제60/971,887호, 2006년 11월 21일에 출원된 명칭 ["Nanocrystals Including A Group IIIA Element And A Group VA Element, Method, Composition, Device and Other Products"]에 대한 클로(Clough) 등의 미국 출원 제60/866,822호, 2006년 11월 21일에 출원된 명칭 ["Semiconductor Nanocrystal Materials And Compositions And Devices Including Same"]에 대한 브린(Craig Breen) 등의 미국 특허 가출원 제60/866,828호; 2006년 11월 21일에 출원된 명칭 ["Semiconductor Nanocrystal Materials And Compositions And Devices Including Same"]에 대한 브린(Craig Breen) 등의 미국 특허 가출원 제60/866,832호; 2006년 11월 21일에 출원된 명칭 ["Semiconductor Nanocrystal And Compositions And Devices Including Same"]에 대한 람프라사드(Dorai Ramprasad) 등의 미국 특허 가출원 제60/866,833호; 2006년 11월 21일에 출원된 명칭 ["Semiconductor Nanocrystal And Compositions And Devices Including Same"]에 대한 람프라사드(Dorai Ramprasad) 등의 미국 특허 가출원 제60/866,834호; 2006년 11월 21일에 출원된 명칭 ["Semiconductor Nanocrystal And Compositions And Devices Including Same"]에 대한 람프라사드(Dorai Ramprasad) 등의 미국 특허 가출원 제60/866,839호; 및 2006년 11월 21일에 출원된 명칭 ["Semiconductor Nanocrystal And Compositions And Devices Including Same"]에 대한 람프라사드(Dorai Ramprasad) 등의 미국 특허 가출원 제60/866,843호에 기재되어 있다. 상기 문헌들은 각각 그 전문이 본원에 참고로 도입된다.
본 개시물에 의해 고려된 본 발명의 다양한 측면 및 실시양태에서, 양자 구속된 반도체 나노입자 (반도체 나노결정을 포함하나 이에 제한되지 않음)는 임의로 이에 부착된 리간드를 갖는다.
한 실시양태에서, 리간드는 성장 공정 중에 사용된 배위성 용매로부터 유도된다. 표면은 과량의 경쟁하는 배위기에 대한 반복된 노출에 의해 변형되어 오버층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 캡핑된 반도체 나노결정의 분산은 배위성 유기 화합물, 예컨대 피리딘에 의해 처리되어, 피리딘, 메탄올 및 방향족 화합물에서는 용이하게 분산되나 지방족 용매에서는 더이상 분산되지 않는 미세결정을 생성할 수 있다. 이러한 표면 교환 공정은 반도체 나노결정의 외부 표면과 배위결합하거나 결합할 수 있는 임의의 화합물 (예를 들어, 포스핀, 티올, 아민 및 포스페이트를 포함함)에 의해 수행될 수 있다. 반도체 나노결정은 표면에 대한 친화성을 나타내고 현탁 또는 분산 매질에 대한 친화성을 갖는 잔기에서 종결하는 단쇄 중합체에 노출될 수 있다. 이러한 친화성은 반도체 나노결정의 현탁액의 안정성을 개선하고 응결을 어렵게 한다. 다른 실시양태에서, 반도체 나노결정은 별법으로 비-배위성 용매(들)의 사용에 의해 제조될 수 있다.
예를 들어, 배위성 리간드는 하기 화학식을 가질 수 있다.
<화학식>
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상기 식에서,
k는 2, 3 또는 5이고, n은 1, 2, 3, 4 또는 5이되 k-n이 0 이상이고; X는 O, S, S=O, SO2, Se, Se=O, N, N=O, P, P=O, As 또는 As=O이고; Y 및 L은 각각 독립적으로 아릴, 헤테로아릴, 또는 1개 이상의 이중 결합, 1개 이상의 삼중 결합, 또는 1개 이상의 이중 결합 및 1개의 삼중 결합을 임의로 함유하는 직쇄 또는 분지쇄 C2 -12 탄화수소 쇄이다. 탄화수소 쇄는 임의로 1개 이상의 C1 -4 알킬, C2 -4 알케닐, C2 -4 알키닐, C1 -4 알콕시, 히드록실, 할로, 아미노, 니트로, 시아노, C3 -5 시클로알킬, 3-5원 헤테로시클로알킬, 아릴, 헤테로아릴, C1 -4 알킬카르보닐옥시, C1 -4 알킬옥시카르보닐, C1 -4 알킬카르보닐 또는 포르밀에 의해 치환될 수 있다. 탄화수소 쇄는 또한 임의로 -O-, -S-, -N(Ra)-, -N(Ra)-C(O)-O-, -O-C(O)-N(Ra)-, -N(Ra)-C(O)-N(Rb)-, -O-C(O)-O-, -P(Ra)- 또는 - P(O)(Ra)-에 의해 개재될 수 있다. Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알콕시, 히드록실알킬, 히드록실 또는 할로알킬이다. 아릴기는 치환된 또는 비치환된 시클릭 방향족 기이다. 예로는 페닐, 벤질, 나프틸, 톨릴, 안트라실, 니트로페닐 또는 할로페닐이 포함된다. 헤테로아릴기는 고리에 1개 이상의 헤테로원자를 갖는 아릴기, 예를 들어 푸릴, 피리딜, 피롤릴, 페난트릴이다.
적합한 배위성 리간드는 상업적으로 구매되거나 통상적인 합성 유기 기술 (예를 들어, 문헌 [J. March, Advanced Organic Chemistry]에 기재됨)에 의해 제조될 수 있으며, 상기 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 도입된다.
또한 2003년 8월 15일에 출원된 명칭 ["Stabilized Semiconductor Nanocrystals"]에 대한 미국 특허 출원 제10/641,292호 (그 전문이 본원에 참고로 도입됨)를 참조한다.
전자 및 정공이 양자 구속된 반도체 나노입자 (반도체 나노결정을 포함하나 이에 제한되지 않음) 상에 위치하는 경우에, 방출은 방출 파장에서 일어날 수 있다. 방출은 양자 구속된 반도체 물질의 밴드갭에 상응하는 주파수를 갖는다. 밴드갭은 나노입자의 크기의 합수이다. 작은 직경을 갖는 양자 구속된 반도체 나노입자는 물질의 분자 형태와 벌크 형태 사이의 중간 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 작은 직경을 갖는 양자 구속된 반도체 나노입자는 3개 치수 모두의 전자 및 정공 둘 모두의 양자 구속을 나타낼 수 있으며, 이는 미세결정 크기의 감소와 함께 물질의 효과적인 밴드갭의 증가를 초래한다. 결과적으로, 예를 들어, 미세결정의 크기가 감소함에 따라 반도체 나노결정의 광학 흡수 및 방출 둘 모두는 청색 또는 더 높은 에너지로 이동한다.
청색 광-방출 반도체 나노결정 물질의 예에 대해서는 2005년 3월 4일에 출원된 미국 특허 출원 제11/071,244호 (그 전문이 본원에 참고로 도입됨)를 참조한다.
양자 구속된 반도체 나노입자로부터의 방출은 양자 구속된 반도체 나노입자의 크기, 양자 구속된 반도체 나노입자의 조성물 또는 둘 모두를 변경함으로써 스펙트럼의 자외선, 가시광 또는 적외선 영역의 완전한 파장 범위를 통해 조정될 수 있는 좁은 가우스 방출 밴드일 수 있다. 예를 들어, CdSe는 가시광 영역에서 조정될 수 있고, InAs는 적외선 영역에서 조정될 수 있다. 양자 구속된 반도체 나노입자의 집단의 좁은 크기 분포는 좁은 스펙트럼 범위의 광 방출을 초래할 수 있다. 단분산될 수 있는 집단은 바람직하게는 15％ rms (제곱근-평균-제곱) 미만, 보다 바람직하게는 10％ rms 미만, 가장 바람직하게는 5％ rms 미만의 양자 구속된 반도체 나노입자의 직경 편차를 나타낸다. 약 75 nm 이하, 바람직하게는 60 nm 이하, 보다 바람직하게는 40 nm 이하, 가장 바람직하게는 30 nm 이하의 가시광에서 방출하는 양자 구속된 반도체 나노입자에 대한 반치 전폭 (full width at half max, FWHM)의 좁은 범위에서의 스펙트럼 방출이 관찰될 수 있다. IR-방출 양자 구속된 반도체 나노입자는 150 nm 이하 또는 100 nm 이하의 FWHM을 가질 수 있다. 방출 에너지에 관하여 표현시, 방출은 0.05 eV 이하 또는 0.03 eV 이하의 FWHM을 가질 수 있다. 양자 구속된 반도체 나노입자 직경의 분산이 감소함에 따라 방출의 너비가 감소한다.
반도체 나노결정의 좁은 FWHM은 포화 컬러 방출을 초래할 수 있다. 단일 물질 시스템의 전체 가시 스펙트럼에 걸친 광범위한 가변성 포화 컬러 방출은 임의의 부류의 유기 발색단에 의해 매칭되지 않는다 (예를 들어, 문헌 [Dabbousi et al., J. Phys. Chem. 101, 9463 (1997)]을 참조하며, 상기 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 도입됨). 반도체 나노결정의 단순 분산 집단은 좁은 범위의 파장을 스패닝하는 광을 방출할 것이다. 반도체 나노결정의 1개 초과의 크기를 포함하는 패턴은 파장의 1개 초과의 좁은 범위의 광을 방출할 수 있다. 뷰어에 의해 지각된 방출된 광의 컬러는 반도체 나노결정 크기 및 물질의 적절한 조합의 선택에 의해 제어될 수 있다. 반도체 나노결정의 밴드 연부 에너지 수준의 퇴화도는 모든 가능한 엑시톤의 포획 및 복사 재조합을 용이하게 한다.
투과 전자 현미경법 (TEM)은 반도체 나노결정 집단의 크기, 형상 및 분포에 대한 정보를 제공할 수 있다. 분말 X선 회절 (XRD) 패턴은 반도체 나노결정의 결정 구조의 유형 및 품질에 대한 가장 완전한 정보를 제공할 수 있다. 입자 직경이 X선 가간섭 길이를 통해 피크 폭과 반비례하기 때문에 크기 추정도 가능하다. 예를 들어, 반도체 나노결정의 직경은 투과 전자 현미경법에 의해 직접적으로 측정되거나, 예를 들어 쉐러(Scherrer) 식을 사용하여 X선 회절 데이터로부터 추정될 수 있다. 이는 또한 UV/Vis 흡수 스펙트럼으로부터 추정될 수 있다.
양자 구속된 반도체 나노입자는 바람직하게는 제어된 (산소-비함유 및 습기-비함유) 환경에서 취급되어, 제작 공정 도중 발광 효율의 켄칭을 방지한다.
본원에서 사용되는 "상단", "바닥", "위" 및 "아래"는 기준점으로부터의 위치를 기준으로 하는 상대적 위치 용어이다. 보다 구체적으로, "상단"은 기준점으로부터 가장 멀리 떨어진 위치를 의미하는 반면, "바닥"은 기준점에서 가장 가까운 위치를 의미한다. 예를 들어 층이 부품 또는 기판 "위에" 배치되거나 침착된 것으로 기재된 경우에, 층은 부품 또는 기판으로부터 가장 멀리 배치된다. 층과 부품 또는 기판 사이에 다른 층이 존재할 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, "덮다"는 또한 기준점으로부터의 위치를 기준으로 하는 상대적 위치 용어이다. 예를 들어, 제1 물질이 제2 물질을 덮는 것으로 기재된 경우에, 제1 물질은 제2 물질 위에 배치되나 제2 물질과 반드시 접촉하는 것은 아니다.
본원에서 사용되는 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 달리 명백하게 언급되지 않는 한 복수를 포함한다. 그러므로, 예를 들어, 방출성 물질에 대한 언급은 1종 이상의 이러한 물질에 대한 언급을 포함한다.
본 출원인들은 본 개시물에 인용된 모든 참고문헌의 그 전문을 구체적으로 도입한다. 또한, 양, 농도, 또는 다른 값 또는 파라미터가 범위, 바람직한 범위, 또는 더 높은 바람직한 값 및 더 낮은 바람직한 값의 목록으로서 제공되는 경우에, 이는 범위가 별개로 개시된 것과 상관없이 임의의 상한 범위 또는 바람직한 값 및 임의의 하한 범위 또는 바람직한 값의 임의의 쌍으로부터 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해된다. 수치의 범위가 본원에 인용된 경우 달리 언급되지 않는 한, 범위는 그의 종점 및 범위 내의 모든 정수 및 분수를 포함하는 것으로 의도된다. 본 발명의 범위는 범위를 정의하는 경우에 인용된 구체적 값으로 제한되도록 의도되지 않는다.
본 발명의 다른 실시양태는 본 명세서 및 본원에 개시된 본 발명의 실시를 고려하여 당업자에게 명백할 것이다. 본 명세서 및 실시예는 예시로서만 고려되며, 본 발명의 진정 범위 및 취지는 하기 청구항 및 그의 등가물에 의해 표시되는 것으로 의도된다.

Claims (102)

  1. 도파관 부품의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 도파관 부품을 포함하는 광학 부품.
  2. 제1항에 있어서, 도파관 부품이 광원으로부터 도파관 부품에 커플링된 광 및 양자 구속된 반도체 나노입자에 의해 방출된 광에 대해 투명한 것인 광학 부품.
  3. 제1항에 있어서, 도파관 부품의 표면 위에 배치된 필터층을 더 포함하는 광학 부품.
  4. 제1항에 있어서, 도파관 부품이 산란체를 도파관 부품의 중량의 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 더 포함하는 것인 광학 부품.
  5. 제1항에 있어서, 양자 구속된 반도체 나노입자가 코어/쉘 구조를 포함하는 것인 광학 부품.
  6. 제1항에 있어서, 도파관 부품이 도파관 부품에 광학적으로 커플링된 광원을 갖도록 개조된 것인 광학 부품.
  7. 제1항에 있어서, 양자 구속된 반도체 나노입자가 도파관 부품의 표면의 예정된 영역 위에 배치된 층에 포함된 것인 광학 부품.
  8. 제1항에 있어서, 양자 구속된 반도체 나노입자가 도파관 부품의 표면의 예정된 영역 위에 배치된 예정된 배열부에 포함된 것인 광학 부품.
  9. 제1항에 있어서, 양자 구속된 반도체 나노입자가 예정된 배열부에 도파관 부품의 예정된 영역에 함입된 것인 광학 부품.
  10. 제7항에 있어서, 층이 약 0.1 내지 약 200 ㎛의 두께를 갖는 것인 광학 부품.
  11. 제8항에 있어서, 예정된 배열부가 약 0.1 내지 약 200 ㎛의 두께를 갖는 것인 광학 부품.
  12. 제7항에 있어서, 층이 양자 구속된 반도체 나노입자가 분포된 임자 물질을 더 포함하는 것인 광학 부품.
  13. 제7항에 있어서, 층으로 입사된 광을 흡수하기에 층이 충분히 두꺼운 것인 광학 부품.
  14. 양자 구속된 반도체 나노입자 및 임자 물질을 포함하는 조성물을 포함하는 도파관 부품을 포함하며, 여기서 상기 조성물은 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 것인, 광학 부품.
  15. 제14항에 있어서, 층이 산란체를 더 포함하는 것인 광학 부품.
  16. 제15항에 있어서, 산란체가 임자 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 조성물에 포함된 것인 광학 부품.
  17. 제14항에 있어서, 조성물이 도파관 부품의 표면의 예정된 영역 위에 예정된 배열부에 배치된 것인 광학 부품.
  18. 제17항에 있어서, 예정된 배열부가 약 0.1 내지 약 200 ㎛의 두께를 갖는 것인 광학 부품.
  19. 제14항에 있어서, 조성물이 예정된 배열부에 도파관 부품의 예정된 영역에 함입된 것인 광학 부품.
  20. 양자 구속된 반도체 나노입자 및 임자 물질을 포함하는 층을 포함하는 도파관 부품을 포함하며, 여기서 상기 층은 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 것인, 광학 부품.
  21. 제20항에 있어서, 층이 산란체를 더 포함하는 것인 광학 부품.
  22. 제21항에 있어서, 산란체가 임자 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 층에 포함된 것인 광학 부품.
  23. 제20항에 있어서, 광원으로부터 도파관 부품에 광을 커플링하기 위한 수단을 더 포함하는 광학 부품.
  24. 표면의 예정된 영역 위에 예정된 배열부에 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 캐리어 기판을 포함하는 필름을 포함하며, 여기서 상기 필름은 도파관 부품의 표면에 부착된 것인, 광학 부품.
  25. 제24항에 있어서, 필름이 필름의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 것인 광학 부품.
  26. 제25항에 있어서, 필름이 전사체를 포함하는 것인 광학 부품.
  27. 양자 구속된 반도체 나노입자 및 임자 물질을 포함하는 조성물을 포함하는 캐리어 기판을 포함하는 필름을 포함하며, 여기서 상기 조성물은 도파관 부품의 표면의 예정된 영역 위에 예정된 배열부에 배치되고, 상기 필름은 도파관 부품의 표면에 부착된 것인, 광학 부품.
  28. 제27항에 있어서, 조성물이 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 것인 광학 부품.
  29. 제27항에 있어서, 조성물이 산란체를 더 포함하는 것인 광학 부품.
  30. 제29항에 있어서, 산란체가 임자 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 조성물에 포함된 것인 광학 부품.
  31. 제27항에 있어서, 필름이 전사체를 포함하는 것인 광학 부품.
  32. 도파관 부품의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 도파관 부품을 포함하는 광학 부품 및 도파관 부품에 광학적으로 커플링된 광원을 포함하는 시스템.
  33. 제32항에 있어서, 광원이 도파관 부품의 연부에 광학적으로 커플링된 것인 시스템.
  34. 제32항에 있어서, 양자 구속된 반도체 나노입자가 도파관 부품의 표면 위에 배치된 예정된 배열부에 포함된 것인 시스템.
  35. 제32항에 있어서, 양자 구속된 반도체 나노결정이 도파관 부품의 표면 위에 배치된 층에 포함된 것인 시스템.
  36. 제35항에 있어서, 층이 양자 구속된 반도체 나노입자가 분포된 임자 물질을 더 포함하는 것인 시스템.
  37. 제27항에 있어서, 층이 산란체를 더 포함하는 것인 시스템.
  38. 제36항에 있어서, 양자 구속된 반도체 나노입자가 임자 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 층에 포함된 것인 시스템.
  39. 제24항에 따른 광학 부품 및 도파관 부품에 광학적으로 커플링된 광원을 포함하는 시스템.
  40. 제38항에 있어서, 필름이 전사체를 포함하는 것인 시스템.
  41. 제27항에 따른 광학 부품 및 도파관 부품에 광학적으로 커플링된 광원을 포함하는 시스템.
  42. 제41항에 있어서, 필름이 전사체를 포함하는 것인 시스템.
  43. 제32항에 있어서, 광원이 도파관 부품의 표면에 광학적으로 커플링된 것인 시스템.
  44. 층이 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는, 양자 구속된 반도체 나노입자 및 임자 물질을 포함하는 조성물을 포함하는 도파관 부품을 포함하는 광학 부품, 및 도파관 부품에 광학적으로 커플링된 광원을 포함하는 시스템.
  45. 제44항에 있어서, 조성물이 산란체를 더 포함하는 것인 시스템.
  46. 제32항 또는 제44항에 있어서, 2개 이상의 본 발명의 광학 부품을 포함하는 시스템.
  47. 제46항에 있어서, 각 광학 부품의 도파관 부품이 다른 각 광학 부품의 도파관 부품과 평행하도록 광학 부품이 배열되고, 각 광학 부품이 별개의 광원에 커플링된 것인 시스템.
  48. 제46항에 있어서, 광학 부품이 광학 부품 간에 광통신이 없도록 서로 분리된 것인 시스템.
  49. 제48항에 있어서, 상기 분리가 부품 간의 물리적 간격으로 인한 공극(air gap)에 의해 또는 저굴절률 물질의 층에 의해 달성될 수 있는 것인 시스템.
  50. 제1항에 따른 광학 부품을 포함하는 소자.
  51. 제7항에 따른 광학 부품을 포함하는 소자.
  52. 제50항 또는 제51항에 있어서, 디스플레이 또는 고체 상태 조명 장치를 포함하는 소자.
  53. 제52항에 있어서, 사인(sign)을 포함하는 소자.
  54. 임자 물질, 및 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하며, 여기서 나노입자는 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 조성물에 포함된 것인, 가시광 또는 비가시광의 파장의 변경에 유용한 조성물.
  55. 제54항에 있어서, 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 산란체를 더 포함하는 조성물.
  56. 제54항에 있어서, 양자 구속된 반도체 나노입자가 그의 표면 상에 리간드를 포함하며, 리간드가 임자 물질에 대한 친화성을 갖는 것인 조성물.
  57. 표면의 예정된 부분 위에 양자 구속된 반도체 나노입자의 예정된 배열부를 포함하는 캐리어 기판을 포함하는 필름.
  58. 제57항에 있어서, 캐리어 기판이 실질적으로 광학적으로 투명한 물질을 포함하는 것인 필름.
  59. 제57항에 있어서, 필름의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 필름.
  60. 제54항에 있어서, 예정된 배열부가 산란체를 더 포함하는 것인 필름.
  61. 제57항에 있어서, 나노입자가 임자 물질에 포함된 것인 필름.
  62. 제57항에 있어서, 나노입자가 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 조성물에 포함된 것인 필름.
  63. 제57항에 있어서, 조성물이 산란체를 더 포함하는 것인 필름.
  64. 제57항에 있어서, 전사체를 포함하는 필름.
  65. 제57항에 있어서, 표면에 고정적으로 부착되도록 개조된 필름.
  66. 제57항에 있어서, 표면에 제거가능하게 부착되도록 개조된 필름.
  67. 도파관 부품의 표면에 부착된 제57항에 따른 필름을 포함하는 광학 부품.
  68. 도파관 부품에 광학적으로 커플링되도록 개조된 광원, 및 적어도 하나가 표면 위에 배치된 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 캐리어 기판을 포함하는 1개 이상의 필름을 포함하는 키트.
  69. 제68항에 있어서, 양자 구속된 반도체 나노입자가 예정된 배열부에 배치된 것인 키트.
  70. 제68항에 있어서, 필름이 필름의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 것인 키트.
  71. 도파관 부품에 광학적으로 커플링되도록 개조된 광원, 및 적어도 하나가 제59항에 따른 필름을 포함하는 1개 이상의 필름을 포함하는 키트.
  72. 제68항에 있어서, 도파관 부품을 더 포함하는 키트.
  73. 제59항에 따른 필름을 광도파 능력을 갖는 구성원의 표면에 적용하는 것, 및 광이 구성원 내에서 도파되고 캐리어 기판 상에 직접적으로 또는 간접적으로 포함된 양자 구속된 반도체 나노입자를 광학적으로 여기시키도록, 광을 구성원의 표면 또는 연부에 커플링하는 것을 포함하는, 사인의 제조 방법.
  74. 제73항에 있어서, 구성원이 도파 능력을 갖는 물질로부터 제작된 윈도우 또는 다른 구조적, 장식적, 건축적 또는 다른 구조 또는 요소를 포함하는 것인 방법.
  75. 표면 위에 배치된 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 박막 전기발광 램프.
  76. 제75항에 있어서, 나노입자가 램프의 표면의 예정된 영역 위에 예정된 배열부에 배치된 것인 박막 전기발광 램프.
  77. 제75항에 있어서, 나노입자가 임자 물질에 포함된 것인 박막 전기발광 램프.
  78. 제77항에 있어서, 임자 물질이 산란체를 더 포함하는 것인 박막 전기발광 램프.
  79. 제78항에 있어서, 임자 물질이 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 것인 박막 전기발광 램프.
  80. 제76항에 있어서, 양자 구속된 반도체 나노입자가 램프의 표면 위에 배치된 층에 포함된 것인 박막 전기발광 램프.
  81. 제80항에 있어서, 층이 임자 물질을 더 포함하며, 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％의 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 것인 박막 전기발광 램프.
  82. 제77항에 있어서, 임자 물질이 산란체를 더 포함하는 것인 박막 전기발광 램프.
  83. 제80항에 있어서, 층이 산란체를 더 포함하는 것인 박막 전기발광 램프.
  84. 제82항에 있어서, 산란체가 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 포함된 것인 박막 전기발광 램프.
  85. 제82항에 있어서, 산란체가 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.1 내지 2 중량％ 범위의 양으로 포함된 것인 박막 전기발광 램프.
  86. 제75항에 있어서, 양자 구속된 반도체 나노입자 대 산란체의 중량비가 약 1:100 내지 약 100:1인 박막 전기발광 램프.
  87. 제82항에 있어서, 1개 이상의 필터층을 더 포함하는 박막 전기발광 램프.
  88. 제82항에 있어서, 1개 이상의 반사층을 더 포함하는 박막 전기발광 램프.
  89. 제82항에 있어서, 나노입자가 배치된 램프의 표면 상에 아웃커플링(outcoupling) 특징물을 더 포함하는 박막 전기발광 램프.
  90. 제82항에 있어서, 나노입자 위에 아웃커플링 특징물을 더 포함하는 박막 전기발광 램프.
  91. 가교될 수 있는 1개 이상의 관능기를 포함하는 조성물을 포함하는 액체 비히클, 및 양자 구속된 반도체 나노입자를 포함하는 잉크 조성물.
  92. 양자 구속된 반도체 나노입자, 액체 비히클 및 산란체를 포함하는 잉크 조성물.
  93. 제68항에 있어서, 나노입자가 임자 물질에 포함된 것인 키트.
  94. 제93항에 있어서, 나노입자가 임자 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 15 중량％ 범위의 양으로 임자 물질에 포함된 것인 키트.
  95. 제93항에 있어서, 임자 물질이 산란체를 더 포함하는 것인 키트.
  96. 제68항에 있어서, 필름이 전사체를 포함하는 것인 키트.
  97. 제68항에 있어서, 필름이 표면에 고정적으로 부착되도록 개조된 것인 키트.
  98. 제68항에 있어서, 필름이 표면에 제거가능하게 부착되도록 개조된 것인 키트.
  99. 제54항에 따른 조성물을 포함하는 소자.
  100. 제91항에 따른 잉크 조성물을 포함하는 소자.
  101. 제92항에 따른 잉크 조성물을 포함하는 소자.
  102. 본원에 표시되고 기재된 바와 같은, 신규하고 유용하고 자명하지 않은 공정, 기기, 제품 및 물질의 조성물.
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