KR20120131173A - 형광체-나노입자 조합물 - Google Patents

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Abstract

광 변환에 사용하기 위한 시드된 반도체 나노입자 재료 및 비양자 구속 형광체 입자 재료를 포함하는 재료 조성물 및 이러한 조성물을 포함하는 광 변환 층. 여러가지 구체예들에서, 구형 코어/쉘 시드된 나노입자(SNPs) 또는 나노막대 시드된 나노입자(RSNPs)는 형광체 재료와 조합되어 녹색 및 적색 파장 영역 둘다에서 형광체 방출의 작은 재흡광도 및 SNP 방출의 작은 재흡광도를 갖는 재료 조성물을 제공한다. 일부 구체예에서는, SNPs 또는 RSNPs는 형광체 입자와 혼합되기 전에 제 1 소재에 캡슐화된다. 여러가지 구체예에서, SNP/RSNP-형광체 혼합물 또는 캡슐화된 SNP/RSNP-형광체 혼합물은 소재 매트릭스에 포함된다.

Description

형광체-나노입자 조합물{PHOSPHOR NANOPARTICLE COMBINATIONS}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 발명의 명칭 "형광체-나노입자 조합물"의 2010년 1월 28일자 출원된 미국 가특허출원 제61/299,018호 및 발명의 명칭 "정해진 색 방출을 갖는 광원"의 2010년 1월 28일자 출원된 제61/299,012호의 우선권을 주장하며, 이들 둘다 그 전체가 본원에 참고자료로 포함된다.
기술분야
본 발명의 구체예들은 일반적으로, 광 변환 재료, 구체적으로 발광다이오드(LEDs)를 포함하는 점등장치에서 사용하기 위한 광 변환재료를 포함하는 점등장치에 관련되며, 여기서 변환 재료는 광 변환 및 광 컨디셔닝을 위한 반도체 나노입자 및 희토류 원소 기재 형광체의 조합물을 포함한다.
LEDs는 높은 에너지 효율 및 긴 수명의 점에서 백열등 및 형광등보다 상당한 이점을 제안한다. LEDs는 디스플레이, 자동차 및 신호 점등 그리고 가정 및 도로 점등을 포함하는 다양한 용도에 적용가능하다. LED는 그것을 제작하기 위해 사용된 무기 반도체 화합물에 따라, 스펙트럼의 다른 영역들에서 단색광을 방출할 수 있다. 그러나, 점등 산업의 매우 큰 부분에 요구되는 "백색" 광은 종래의 LED를 사용하여 발생시킬 수 없다. 백색광을 생성하는 현재의 해결책은 여러가지 색(예를 들면, 적색, 녹색 및 청색 또는 "RGB")을 갖는 3개 이상의 LEDs의 사용, 또는 LED의 자외선(UV) 또는 청색 방출로부터 넓은 백색 스펙트럼 방출을 발생시키기 위해 형광체 재료(예를 들면, 세륨:YAG)의 색 변환 층의 사용을 포함한다. 그러나, 이러한 백색광은 거의 항상 비이상적이고 많은 경우에 개선 또는 교정을 요할 수도 있는 원하지 않는 또는 불쾌한 특징을 갖는다.
디스플레이 목적으로, LEDs (FWHM 전형적으로 <30nm)로 얻어진 것과 같은, 좁은 FWHM 스펙트럼 방출을 갖는 3개 이상의 기본 색상을 갖는 것이 중요하다. 이것은 큰 색역 커버리지를 허용한다. "색역(gamut)"은 보통 세가지 색상을 혼합함으로써 얻어질 수 있는 색도(chromaticities)의 범위로서 정의된다. 세가지 이상의 다른 LED를 사용하는 해결책은 고가이고 어떤 용도를 위해서는 복잡하다. 그러므로 한가지 유형의 LED를 갖는 큰 색역 커버리지를 제공하는 광원을 갖는 것이 바람직하다.
넓은 스펙트럼 광원을 제공하기 위해 LEDs를 이용하는 한가지 방법은 LED 광을 넓은 범위로 더 긴 파장을 갖는 광으로 변환하는 형광체를 이용하는 것이다. 예를 들면, 넓은 범위의 녹색 파장에 걸쳐 광을 방출하는 형광체는 좁은 청색 스펙트럼을 발생하는 LED로부터 청색으로 조명될 수 있다. 형광체-발생된 녹색광은 그 다음 백색 광원의 성분으로서 사용된다. 몇가지 형광체들을 조합함으로써, 형광체의 광 변환 효율이 충분히 높다면 원칙적으로 넓은 스펙트럼 백색광을 만들 수 있다. 더 상세한 내용은 "Status and prospects for phosphor-based white LED Packaging", Z. Liu et al., Xiaobing Front. Optoelectron. China 2009, 2(2): 119-140에서 찾아볼 수 있다.
불행하게도, 램프 설계자는 선택할 임의의 세트의 형광체를 갖지 않는다. 충분한 광 변환 효율을 갖는 희토류 원소를 함유하는 제한된 수의 종래의 형광체들이 있다. 이들 형광체의 방출 스펙트럼은 쉽게 변화되지 않는다. 더욱이, 스펙트럼은 파장의 함수로서 방출된 광이 일정하지 않다는 점에서 결코 이상적이 아니다. 이와 같이, 몇가지 형광체를 조합함에 의해서도, 최적의 백색광은 얻어지지 않는다.
미국 특허 7,102,152 7,495,383 및 7,318,651은 그들 전체가 본원에 참고문헌으로 포함되는데, 양자점(quantum dots: QD) 및 비양자 형광 재료를 둘다 이용하여 장치의 광원으로부터 방출된 원래의 광의 적어도 일부를 더 긴 파장 광으로 변환하여 출력 광의 색 특징을 변화시키는, 출력 광을 방출하는 장치 및 방법을 개시한다. QD는 크기에 의해 튜닝가능한 중심 방출 파장(CWL)을 갖는 높은 QY 및 좁은 방출 스펙트럼을 갖는다. QD 및 형광체 둘다를 조합하는 것은 광의 질을 향상시킬 수 있다. QD 첨가제는 개선을 제안하나, 그것들은 높은 자체 흡광도를 겪는다. 즉, 그것들은 여기될 때 방출되는 광을 흡수한다. 이것은 광 변환기로서의 그것들의 전체 에너지 효율을 저하시킨다. 더욱이 가장 중요하게는, QD는 또한 형광체 방출을 재흡수하는데, 이것은 에너지 효율을 감소시키고 또한 출력 스펙트럼을 이동하여 합리적인 색 계획을 매우 어렵게 한다.
더욱이, 어떤 용도에서는 조밀 패킹된 QDs의 클러스터가 요망된다. 조밀 패킹된 QD 클러스터는 형광 공명 에너지 전달(Fluorescence Resonant Energy Transfer: FRET)로서 알려진 현상을 나타낸다. 예를 들면, Joseph R. Lakowicz, "Principles of Fluorescence Spectroscopy", 2nd edition, Kluwer Academic / Plenum Publishers, New York, 1999, pp. 367-443 참조. FRET은 더 긴 파장을 방출하는 밀접 근접하여 위치된 받개 QD에 비해 더 짧은(예를 들면, 더 청색) 파장을 방출하는 주개 QD 사이에서 일어난다. 주개 방출 전이 쌍극자 모멘트 및 받개 흡수 전이 쌍극자 모멘트 사이에 쌍극자-쌍극자 상호작용이 있다. FRET 공정의 효율은 주개의 흡수의 받개의 방출과의 스펙트럼 오버랩에 의존한다. 양자점들 간의 FRET 거리는 전형적으로 10nm 이하이다. FRET 공정의 효율은 거리에 매우 민감하다. FRET는 색 변화(적색 이동) 및 광 변환의 효율에 있어서의 손실을 이끈다. 이와 같이, 종래의 연구에서 광 변환 재료에 있어서 QDs의 클러스터링을 회피하기 위한 노력들이 행해졌다.
코어/쉘 나노입자(NPs)는 공지되어 있다. 이들은 하나의 유형의 재료의 "코어"가 또다른 재료의 "쉘"에 의해 커버되는 헤테로구조에 의해 특징지어지는 개별 나노입자이다. 어떤 경우에는, 쉘은 "시드"로서 역할을 하는 코어의 위에서 성장되고, 코어/쉘 NP는 "시딩된" NP 또는 SNP로서 알려져 있다. "시드" 또는 "코어"라는 용어는 헤테로구조에 함유된 가장 안쪽의 반도체 재료를 말한다. 도 1은 공지된 코어/쉘 입자의 개략적인 예시를 나타낸다. 도 1a는 실질적으로 구형인 쉘이 대칭으로 위치된 유사하게 구형인 코어를 코팅하는 QD를 예시한다. 도 1b는 길다란 쉘 내에 비대칭으로 위치된 코어를 가진 막대 형상의 ("나노막대(nanorod)") SNP(RSNP)를 예시한다. 나노막대라는 용어는 막대 같은 형상을 가진 나노결정, 즉, 다른 2개의 축을 따라서 유지되는 매우 작은 치수를 가진 결정의 제 1 ("길이") 축을 따라서 연장된 성장에 의해 형성된 나노 결정을 말한다. 나노막대는 매우 작은(전형적으로 10nm 미만) 직경과 약 6nm 내지 약 500nm의 범위가 될 수 있는 길이를 가진다.
전형적으로, 코어는 거의 구형 형상을 가진다. 그러나, 피라미드와 유사한 형상, 육팔면체(cube-octahedron) 등과 같은 여러가지 형상의 코어가 사용될 수 있다. 전형적인 코어 직경은 약 1nm 내지 약 20nm의 범위이다. 도 1c는 실질적으로 구형인 쉘이 대칭으로 위치된 유사하게 구형인 코어를 코팅하는 QD를 예시한다. 전체 입자 직경은 코어 직경(d1)보다 훨씬 더 큰 d2이다. d1과 비교된 d2의 크기는 코어/쉘 NP의 광학적 흡광도에 영향을 준다.
알려진 바와 같이, SNP는 더 높은 양자 수율(QY) 및 더 양호한 내구성과 같은 더 양호한 광학적 및 화학적 성질을 제공할 수 있는 추가적인 외부 쉘을 포함할 수도 있다. 조합물은 용도에서 요구됨에 따라 방출 색을 제공하도록 튜닝될 수 있다. RSNP에서, 제 1 쉘의 길이는 일반적으로 10nm 내지 200nm 사이의 범위이고, 특히 15nm 내지 160nm의 범위이다. 다른 두 치수에 있어서 제 1 쉘의 두께(로드 형상의 방사상 축)는 1nm 내지 10nm 사이의 범위가 될 수 있다. 추가적인 쉘의 두께는 0.3nm 내지 20nm 사이의 범위, 특히 0.5nm 내지 10nm의 범위가 될 수 있다.
공지의 QD-종래 형광체 조합물을 포함하는 위에서 언급된 공지의 광 변환 재료의 수많은 결점들에 비추어, 이러한 결점들을 겪지 않는 이러한 조합물을 포함하는 재료의 나노입자-형광체 조합물 및 조성물에 대한 필요가 있고 이들이 유리할 것이다. 특히, 나노입자에 의한 형광체 방출의 작거나 무시할만한 재흡수와 나노입자의 작은 자체흡광도를 갖는 나노입자-형광체 조합물을 가져서 높은 변환 효율 및 궁극적인 색역 제어를 이끄는 것에 대한 필요가 있고 그것이 유리할 것이다. 게다가, 이들 조합물은 변환 재료에 있어서 클러스터링 및 높은-로딩 시 무시할만한 FRET를 가져야 한다.
발명의 개요
본 발명의 구체예들은 적어도 한가지 형광체 종을 반도체 나노입자, 특히 SNP 또는 RSNP의 적어도 한가지 종과 조합하는 재료 또는 재료의 조성물(또한 조합물 또는 혼합물이라고도 함)을 개시한다. 여기서 사용된 바, "형광체-SNP 조합물", "형광체-RSNP 조합물", "형광체-SNP 혼합물" 또는 "형광체-RSNP 혼합물"은 적어도 한가지 형광체 유형("종(species)")을 적어도 한가지 SNP 또는 RSNP 종과 조합하는 어떤 조합물을 의미한다. 결과된 재료는 자체 지지이거나, 매트릭스에 포함 또는 매트릭스와 조합된, 및/또는 리간드 같은 첨가된 재료를 포함하는 벌크 재료, 분말 재료, 후막 또는 박막 재료일 수 있다. 여기서 사용된 바와 같은, 용어 "형광체(phosphor)"는 보통 Ce, Eu 또는 Er과 같은 희토류 원소 또는 기타의 원자 또는 이온 종인 방출 중심을 갖는 입상 형태로 존재하는 형광 재료를 말한다. 통상의 형광체의 예들은 가넷(Garnet)계 형광체, 규산염계 형광체, 오르토규산염계 형광체, 티오갈레이트계 형광체, 황화물계 형광체 및 질화물계 형광체를 포함한다. 본 발명의 조합물에서 사용될 수 있는 형광체 입자는 양자 구속 효과를 나타내지 않는다. 비양자구속 형광체 입자는 실리카 코팅을 갖거나 갖지 않은 형광체 입자일 수 있다.
본 발명자들은 일반적으로 SNPs 및 특히 RSNPs가 점등 용도에서 형광체와 조합하기 위한 훨씬 더 양호한 선택이 되게 하는 우수한 광학적 성질을 갖는다는 것을 발견하였다. 상세하게는, 본 발명자들은 본 발명의 형광체-SNP 및 형광체-RSNP 조합물을 사용하여, SNP에 의한 형광체 방출의 재흡수 효과 및 SNP에 의한 SNP 방출의 자체흡수가 작아서, 조절된 색 및 높은 효율을 가져온다는 것을 발견하였다. 게다가, 형광체-SNP 클러스터 및 높은 로딩을 함유하는 조합물에서, FRET 및 그것의 원하지 않는 영향들이 억제된다. RSNPs는 매우 낮은 광루미네센스(PL) 자체 흡광도 및 또한 형광체 방출의 작은 흡광도를 가지며 따라서 특히 광학적으로 조밀한 층들에서 더욱 에너지 효율적이다. 본 발명의 형광체-SNP 및 형광체-RSNP 조합물은 낮은 자체 흡수 및 재흡수를 갖는다.
일부 구체예들에서, SNP/RSNP 재료는 형광체에 비해 SNP 또는 RSNP의 0.1-10%의 중량 백분률로 혼합물을 형성하는 위에서 열거한 것과 같은 형광체 재료와 조합된다. 이 혼합물은 용도의 원하는 광학적 특징에 따라, 캡슐화제에 대한 변환 재료의 5-50중량% 믹스로 소재(host material), 전형적으로 실리콘에 또한 삽입될 수 있다. 일부 구체예에서, 형광체-SNP 또는 형광체-RSNP 조합물을 포함하는 층은 광원의 방출 스펙트럼을 조절하기 위해 사용된다. 일부 구체예에서, 광원은 LED이다.
일부 구체예에서, SNP-형광체 혼합물은 적어도 하나의 형광체 층 및 적어도 하나의 SNP 또는 RSNP 층을 포함하는 층으로 된 구조물을 포함할 수도 있다. 여러가지 SNP 및 RSNP 광 변환 층들은 이 출원과 우선권 주장 출원이 같고 그 전체가 본원에 참고문헌으로 포함되는 이 출원과 동시에 출원한 발명의 명칭 "정해진 색 방출을 하는 점등장치"의 같은 발명자들에 의한 공동 계류 중인 PCT 특허출원에 개시되어 있다. 형광체 층은 단일 형광체 종("유형") 또는 몇가지 형광체 종들의 혼합물을 포함할 수 있다. 또 다르게는, 형광체 층은 복수의 하위층들을 포함할 수 있고, 각 하위층은 다른 형광체 종들을 포함한다. 형광체 층은 형광체 입자의 크기에 의해 제한된 최저 두께를 가질 수 있다. SNP/RSNP 층은 단일 유형의 SNP 또는 RSNPs, 몇가지 SNP 또는 RSNP 종의 혼합물 또는 복수의 하위층을 포함할 수 있고, 각 하위층은 다른 SNP 또는 RSNP 종을 포함한다. 일부 구체예에서, 층으로 된 구조물은 형광체 및 RSNP의 교호 층들을 포함할 수도 있다. RSNP 층(형광체 없음)의 두께는 500 ㎛보다 작을 수도 있고, 더 좋기는 50㎛보다 작거나, 또는, 조밀하게 패킹된 층에 대해, 1㎛ 미만 및 0.2㎛ 미만도 될 수 있다. 혼합된 형광체-SNP 층의 두께는 형광체 입자 크기 및 요구된 광학적 특징에 의해 주로 제한되는, 몇 밀리미터 내지 수십 미크론 또는 몇 미크론의 범위일 수 있다.
LED의 방출의 조정을 수반하는 구체예에서, 단일 층 또는 층을 이룬 구조물이 LED 상에 형성될 수 있다. 또 다르게는, 층 또는 층을 이룬 구조물은 LED 위에 직접 놓이거나 또는 공기, 진공, 또는 충전제 재료에 의해 LED로부터 이격될 수도 있다 충전제 재료(예를 들면 실리콘 또는 에폭시)는 단열(thermal isolation)로서 및/또는 광학적 산란 층으로서 역할을 할 수도 있다.
LED 방출 스펙트럼의 조정은 점등 목적으로 높은 연색 지수(colour rendering index: CRI) 및 원하는 상관된 색 온도(correlated colour temperature: CCT)를 갖는 넓은 스펙트럼 색 출력 광, 예를 들면 "백색" 광을 내기 위해서일 수 있다. 넓은 스펙트럼 색 출력 광은 LED에 의해 발생된 원래의 광의 일부를 더 긴 파장 광으로 변환시킴으로써 생성된다. 적색에 파워 또는 강도를 부가하는 것은 더 낮은 CCT(예를 들면 2700-3500K)를 갖는 "따뜻한(warmer)" 광을 얻기 위해, 그러나 청색에서 녹색으로의 전이가 CRI를 또한 개선하도록 스펙트럼에서 "매끄러운(smoothing)" 특정 영역을 얻기 위해 중요하다. LED 조명의 조정은 또한 광학적 디스플레이 목적을 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 점등 변환 재료는 또한 특정 점등 요구의 농업적 용도 및 점등의 다른 영역에서 사용된다.
본 발명의 양태, 구체예 및 특징들은 첨부 도면과 연관하여 고려할 때 이하의 발명의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.
도 1은 공지된 코어/쉘 입자: (A) 코어 QD/ 쉘 QD; (B) RSNP; (C) SNP의 개략적 예시도이다.
도 2는 막대 형상 RSNP 및 구형 형상 QD 재료 사이에 약 600nm에서 광학적 흡수 및 방출의 비교를 나타낸다.
도 3은 이하에 기술된 방법에 따라 제조된 세가지 유형의 RSNP 층의 정규화된 흡수 곡선을 나타내며 각 경우에 다른 전체 치수 및 거의 유사한 방출 스펙트럼을 갖는 적색 방출 RSNPs (CdSe/CdS)를 포함한다.
도 4a는 적합성 소재 A에서 삽입된 RSNP의 미크론 및 서브미크론 비드를 개략적으로 나타낸다.
도 4b는 소재 B, 예를 들어서 실리콘에서 형광체 입자와 조합하여 매립된 도 4a의 비드를 개략적으로 나타낸다.
도 5a는 개선된 백색광이 형광체-SNP 조합물을 포함하는 단일 층에 의해 생성되는 본 발명의 구체예에 따르는 점등 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 5b는 개선된 백색광이 두 별개의 층들, 형광체 입자를 포함하는 제 1 층 및 형광체-SNP 조합물을 포함하는 제 2 층에 의해 생성되는 본 발명의 또 다른 구체예에 따르는 점등 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 5c는 개선된 백색광이 LED 요소 위에 직접 부착된 SNP/형광체/소재 혼합물에 의해 생성되는 본 발명의 또 다른 구체예에 따르는 점등 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 6a는 455nm LED 위에 부착되었을 때 실시예 1에 기술된 바와 같이 제조된 층에 의해 제공된 광학 스펙트럼을 나타낸다.
도 6b는 도 6a에 나타낸 스펙트럼의 CIE 좌표를 나타내는 CIE 1931 다이어그램을 나타낸다.
도 7은 LED 방출 표면 상에 부착된 실시예 2에서 기술된 바와 같이 제조된 재료를 갖는 청색 LED의 스펙트럼을 나타낸다.
정의
용어 "코어 재료"는 코어를 만드는 반도체 재료를 말한다. 재료는 II-VI, III-V, IV-VI, 또는 I-III-VI2 반도체 또는 이들의 조합물일 수 있다. 예를 들면, 시드/코어 재료는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, GaAs, GaP, GaAs, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb, Cu2S, Cu2Se, CuInS2, CuInSe2, Cu2(ZnSn)S4, Cu2(InGa)S4, 이들의 합금, 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
용어 "쉘 재료"는 비-구형 길다란 쉘의 각각이 만들어지는 반도체 재료를 말한다. 재료는 II-VI, III-V , IV-VI, 또는 I-III-VI2 반도체 또는 이들의 조합물 일 수 있다. 예를 들면, 쉘 재료는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, GaAs, GaP, GaAs, GaSb, GaN, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb, Cu2S, Cu2Se, CuInS2, CuInSe2, Cu2(ZnSn)S4, Cu2(InGa)S4, 이들의 합금, 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
용어 "소재(host material)"는 형광체 재료 뿐만 아니라 SNPs 또는 다른 적합한 나노입자를 포함하는 매트릭스 재료를 말한다. 매트릭스 재료는 실리콘, 중합체(단량체와 같은 액체 또는 반고체 전구물질로부터 형성됨), 에폭시, 유리 또는 실리콘과 에폭시의 하이브리드일 수 있다. 중합체의 구체적(제한하는 것은 아님) 예들은 플루오르화 중합체, 폴리아크릴아미드의 중합체, 폴리아크릴산의 중합체, 폴리아크릴로니트릴의 중합체, 폴리아닐린의 중합체, 폴리벤조페논의 중합체, 폴리(메틸 메타크릴레이트)의 중합체, 실리콘 중합체, 알루미늄 중합체, 폴리비스페놀의 중합체, 폴리부타디엔의 중합체, 폴리디메틸실록산의 중합체, 폴리에틸렌의 중합체, 폴리이소부틸렌의 중합체, 폴리프로필렌의 중합체, 폴리스티렌의 중합체 및 폴리비닐 중합체, 폴리비닐-부티랄 중합체 또는 퍼플루오로시클로부틸 중합체를 포함한다. 실리콘은 겔, 엘라스토머, 수지, 예를 들어서 Gel: Dow Corning® OE-6450, Elastomer Dow Corning® OE-6520, Dow Corning® OE-6550, Dow Corning® OE-6630, Resins: Dow Corning® OE-6635, Dow Corning® OE-6665., Nusil LS-6143 및 Nusil로부터의 다른 제품, Momentive RTV615, Momentive RTV656 및 다른 판매자로부터의 많은 다른 제품을 포함할 수 있다.
용어 "리간드"는 나노입자의 외부 표면 코팅을 말한다. 코팅은 SNP를 부동태화하여 응집 또는 집합을 방지한다. 통상 사용의 리간드는 트리옥틸포스핀 옥사이드(TOPO), 트리옥틸포스핀(TOP), 트리부틸포스핀(TBP)과 같은 포스핀 및 포스핀 옥사이드, 도데실포스폰산(DDPA), 트리데실포스폰산(TDPA), 옥타데실포스폰산(ODPA) 또는 헥실포스폰산(HPA)과 같은 포스폰산, 도데실 아민(DDA), 테트라데실 아민(TDA), 헥사데실 아민(HDA) 또는 옥타데실 아민(ODA)과 같은 아민, 헥사데칸 티올 또는 헥산 티올과 같은 티올, 메르캅토 프로피온산 또는 메르캅토 운데칸산과 같은 메르캅토 카르복실산 및 올레산, 미리스트산 또는 팔미트산과 같은 다른 산들이다.
상세한 설명
이제 도 2a, b를 참고하기로 하는데, 이것은 CdSe/ZnS 코어/쉘 양자점 나노입자를 포함하는 공지의 층과 본 발명의 구체예에 따르는 두가지 유형의 층, 즉, 녹색 발광 RSNP 층(도 1a) 및 오렌지 발광 RSNP 층(도 1b)의 흡수 및 방출의 비교를 나타낸다. 비교는 450nm의 여기 파장에서 매칭된 흡수를 갖는 QD 층 대 RSNP 층의 흡수 및 정규화된 방출 간의 비교이다. 녹색 RSNP층은 치수 4×27nm (직경×길이)를 갖는 CdSe/CdS 코어/쉘 RSNPs를 포함하였고, 540nm의 중심 파장(CWL) 또는 피크 파장에서 방출하며 29nm의 반값 전폭(full width half maximum: FWHM)을 갖는다. 오렌지 RSNP층은 치수 5×40nm 를 갖는 CdSe/CdS RSNPs를 포함하였고, 600nm에서 CWL 및 28nm의 FWHM을 갖는다. 오렌지 및 녹색 방출 층은 둘다 유사한 방식으로 제조되었고, 둘다 190㎛-두께, 42mm의 직경을 가졌다.
QD 및 RSNP 둘다의 원래의 나노입자의 PL 양자 수율(QY)은 유사하고 50% 정도이었다. 이것은 전형적인 값이다. 다른 제조된 샘플에서, QY는 5-100% 범위, 더욱 종종 20-90% 및 더욱 더 종종 50-80%이었다. 흡수는 상대 광학 밀도(OD) 단위로 측정하는데, 여기서 나타낸 스케일은 편의상 범위 [0 1]로 정규화된다. 중요하게는, 도 1a에서 녹색광 방출 층에 대해, 방출 파장 범위(예를 들면 520-550nm)에서 QD 층의 OD는 RSNP 층보다 10배 더 높다(0.64 대 0.065). 도 2b에서 오렌지 방출 층에 대한 OD 차이는 훨씬 더 높다(0.575 대 0.037, 인수 ~15). 다른 예들에서는(도시않음), QD 층의 방출 범위에서 OD는 SNP 층보다 3-30 배 더 높은 것으로 발견되었다. 그러므로, 자체 흡광도로 인한 손실은 QD 층 경우에 상당하며 SNP 층 경우에는 무시할만하다. 이 성질은 본 발명의 여러가지 SNP 층들에서 사용되어(조밀하게 패킹되든지 아니든지) 양자점에 기초한 현존하는 층들보다 훨씬 우수한 제품을 제공한다.
도 3은 발명의 명칭 "정해진 색 방출을 하는 점등장치"의 동시에 출원된 PCT 출원 No.xxxx의 실시예 1에 기술된 바와 같이 제조된 세가지 유형의 RSNP 층의 정규화된 흡수 곡선을 나타내며, 즉 RSNPs는 L. Carbone et al. "Synthesis and Micrometer-Scale Assembly of Colloidal CdSe/CdS Nanorods Prepared by a Seeded Growth Approach" Nano Letters, 2007, 7 (10), pp 2942-2950에 기술된 것과 유사한 과정에 따라 합성되었고, 각 경우에 다른 전체 치수 및 거의 유사한 방출 스펙트럼을 갖는 CdSe/CdS 구조를 포함한다. 즉, 622nm 방출을 갖는 5.8×16nm RSNPs에 대해 곡선 300, 625nm 방출을 갖는 4.5×45nm RSNPs에 대해 곡선 302 및 628nm 방출을 갖는 4.5x95nm RSNPs에 대해 곡선 304. 이들 곡선은 다른 재료들에서 최소의 재흡수를 예시한다. 흡수 곡선은 455nm에서 OD 1로 정규화된다. 455nm에서의 흡수 대 방출 파장에서의 흡수 간의 "흡수 비율"은 길이 16, 45 및 95nm의 RSNPs를 갖는 RSNP 층들에 대해 각각 1:5, 1:12 및 1:23이다. 이것은 RSNP 길이를 변화시킴으로써 흡수 비율이 "튜닝가능"하여, 바람직하지 않은 재흡수 효과를 제어 및 최소화하는 것을 허용한다는 것을 나타낸다. 이 튜닝가능성은 그것이 RSNP 층들로 하여금 청색광을 광원 및 용도에서 원하는 적색광으로 변환하는 효율적인 스펙트럼 안테나로서 작용하도록 허용하기 때문에 RSNP 층들에 매우 유용하다. RSNP 층의 이 스펙트럼 특징으로부터 결과되는 추가의 파라미터는 그것이 요구되는 특징(예를 들면 CCT 및 CRI)을 갖는 광을 얻기 위해 가시광 스펙트럼의 다른 스펙트럼 영역들(즉, CE:YAG에 의해 방출된 녹색-황색 및 RSNPs에 의해 방출된 적색) 사이의 광을 효율적으로 균형을 이루도록 허용한다는 것이다.
여기서 개시된 층에서 재료의 조합은 반도체 나노결정, 특히 II-VI,III-V 및 I-III-VI2 그룹으로부터의 입자, 더 구체적으로는 2 내지 7nm의 코어 직경, 8 내지 500nm 길이의 쉘 길이 및 5 내지 20nm의 쉘 직경을 갖는 II-VI RSNPs, 또는 3nm 보다 큰 두께의 층으로 코어를 덮어 8nm보다 큰 직경을 갖는 입자를 가져오는 매우 두꺼운 쉘을 갖는 II-VI 또는 III-V 또는 I-III-VI2 코어 쉘 나노결정을 사용하여 실현될 수 있다. RSNP 재료는 SNP 또는 RSNP의 0.2-10%의 중량 백분률의 혼합물로 위의 목록으로부터의 형광체 재료와 조합된다. 이 혼합물은 또한 원하는 층의 두께 및 방출 스펙트럼의 원하는 광학적 특징에 따라 캡슐화제에 대한 변환 재료의 5-50중량% 믹스로 소재, 전형적으로 실리콘에 삽입될 수 있다.
예시적 과정에서, 소재 매트릭스는 비고체 형태로(예를 들면 겔로서) 제조된다. SNP 재료는 톨루엔과 같은 유기 용매에 용해된다. SNP 재료의 중량 나누기 형광체 분말 중량은 0.2% 내지 10%이다. 유기 용매 용액 중의 SNP는 교반하면서 소재 혼합물에 먼저 첨가된다. 형광체 분말을 첨가하고 SNP/형광체/소재 혼합물을 교반하여 균질한 혼합물을 얻는다. SNP/형광체/소재 혼합물을 그 다음 기포 또는 유기 용매가 남아있지 않을 때까지 배기(vacuumed)한다. 혼합물은 그때 LED 상에 분배 및 이어지는 경화 공정을 위한 준비가 된다.
원-파트(one-part) 재료(예를 들면 실리콘, 에폭시화물 또는 중합체)는 경화된 재료를 제조하는데 필요한 모든 성분들을 함유한다. 그것들은 공기 중의 습기, 열, 또는 자외선광의 존재와 같은 외부 인자들을 사용하여 경화 공정을 개시, 가속(speed) 또는 완결한다. 내부에 SNP 및 형광체를 혼합하기 위해 단일 부분인 소재들을 사용하는 것이 또한 가능하다. 특정 구체예는 UV-경화성인 원-파트 소재들에형광체 및 SNP 구성요소를 매립하는 것이다.
많은 소재(예를 들면 실리콘, 에폭시)가 경화 공정의 조기 개시를 방지하기 위해 반응성 성분들을 분리하는 2-부분 시스템으로서 이용가능하다. 그것들은 종종 경화를 용이하게 하거나 가속하기 위해 열의 부가를 사용한다. 본 발명자들은 비반응성 부분을 "부분 A"로서 그리고 반응성 부분을 "부분 B"로서 정의한다. 이들 시스템에서 본 발명자들은 SNP 재료를 2-부분 시스템의 어느 한 부분에, 바람직하게는 비반응성 부분인 부분 A에 혼합한다. 이러한 구체예에서, 부분 A에서 SNP는 장기간동안 보관될 수 있고 필요할 때 형광체 및 부분 B와의 혼합물을 만들기 위해 적용될 수 있다. 다른 구체예에서, SNP는 소재의 반응성 부분의 비반응성 부분과의 혼합 동안에 소재에 직접 첨가될 수 있다.
또 다른 구체예에서 삽입 과정은 두 단계로 나뉘어진다. 제 1 단계에서, 리간드에 의해 덮힌 SNPs는 소재 A (예를 들면 중합체, 실리콘, 클레이, 실리카, 등)에 삽입되어 클러스터 및 기포가 없고 SNPs 또는 리간드와 소재 간의 "여분의" 화학적 상호작용이 없는 균질한 혼합물을 제공한다. 소재 A는 그 다음 건조되고 경화(예를 들면 중합화, 가열, 진공처리, UV 경화, 등을 통해)되고 그 안에 캡슐화된 NP를 갖는다(도 4a 참조). 그 안에 캡슐화된 SNP를 갖는 소재 A는 그 다음 기계적으로 분쇄되어 미크론 규모 및 미크론이하 규모의 비드로 된다.　제 2 단계에서, 비드는 도 4b에서와 같이 적합성 또는 비적합성 소재 B (예를 들면 소재 A와 다른 중합체, 실리콘, 클레이, 실리카, 등)와 혼합된다. 최종 제품은 소재 B로 균질하게 삽입된 소재 A에 의해 캡슐화된 SNPs의 비드를 포함한다.
표 1 및 표 2는 본 발명에 따라 만든 형광체 + RSNP 및 형광체 + SNP 조합물의 여러가지 예시적 구체예를 요약한다. 일부 구체예에서, 이들 조합물은 실리콘 또는 중합체와 같은 소재 매트릭스에 포함될 수 있다. 일부 구체예에서, 이들 조합물은 실리콘 또는 중합체와 같은 소재 매트릭스와 층들로 포함될 수 있다. 이들 조합물은 점등 및 디스플레이 용도를 위해 유리한 물리적 파라미터 및 광학적 성능을 갖는다. 표 1 및 표 2에 요약된 예시 구체예는 어떤 식으로든 본 발명을 제한하는 것으로 생각되지 않아야 한다.
소재 매트릭스에 포함된 형광체-SNP 조합물(혼합물)
SNP 유형 SNP 길이
[ nm ] 		SNP 방출
[ nm ] 		AR a 적색
AR b 녹색 ( SNP / 형광체)
[중량%] 		소재 ( LC c / 소재) 중량 기준 SNP PL 적색 이동 d
[ nm ]
RSNP:
CdSe/CdS
ZnSe/CdS
CdSe/CdS/ZnS
CdSe/CdZnS
CdSe/CdZnS/ZnS 		8-100 580-680 RSNP 길이 8-100nm에 대해 AR> 3.5:1
RSNP 길이 60-100nm에 대해 AR> 10:1 		RSNP 길이 8-100nm에 대해 AR> 2.5:1
RSNP 길이 60-100nm에 대해 ARc> 6:1 		0.1%-10% 실리콘e 5-50% <8
RSNP:
CdSe/CdS
ZnSe/CdS
CdSe/CdS/ZnS
CdSe/CdZnS
CdSe/CdZnS/ZnS 		8-100 580-680 RSNP 길이 8-100nm AR> 3.5:1
RSNP 길이 60-100nm에 대해 AR> 10:1 		RSNP 길이 8-100nm에 대해 AR> 2.5:1
막대 길이 60-100nm에 대해 AR> 6:1 		0.1%-10% 중합체f 5-50% <8
SNP:
CdSe/CdS
ZnSe/CdS
CdSe/CdS/ZnS
CdSe/CdZnS
CdSe/CdZnS/ZnS 		8-100 580-680 AR> 3:1
0.1%-10% 실리콘e 5-50% <8
SNP:
CdSe/CdS
ZnSe/CdS
CdSe/CdS/ZnS
CdSe/CdZnS
CdSe/CdZnS/ZnS 		8-100 580-680 AR> 3:1 0.1%-10% 중합체f 5-50% <8
표 1에서의 표시:
a) AR적색은 455nm에서의 흡광도의 580-700nm 파장 범위에서의 최대 흡광도에 대한 비율이다. 즉, AR적색 = (흡광도455nm/최대 흡광도580 -700 nm );
b) AR녹색은 455nm에서의 흡광도의 520-580nm 파장 범위에서의 최대 흡광도에 대한 비율이다. 즉, AR녹색 = (흡광도455nm/최대 흡광도520 -580 nm );
c) LC/소재는 형광체-SNP 혼합물의 중량 나누기 소재의 중량의 백분률이다;
d) PL 적색 이동은 낮은 OD (<0.1)에서 톨루엔에서 측정된 CWL과 형광체-SNP 혼합물에 대해 측정된 CWL 간의 차이 나노미터이다;
e) 적합한 광학적 및 기계적 성질을 갖는 실리콘은 여러가지 시판 공급업체로부터 선택될 수 있다;
f) 중합체는 정의 난에서 주어진 목록으로부터 선택될 수 있다.
소재A에 의해 캡슐화된 SNPs 및 소재A 매트릭스에 포함된 형광체
SNP 유형 RSNP 길이
[ nm ] 		RSNP 방출
[ nm ] 		AR a 적색
AR b 녹색 ( SNP / 소재 A c )
[중량%] 		(소재 중의 SNP A c )/ 형광체
[중량%] 		( LC e / 소재 B f ) 중량기준 SNP PL 적색 이동 g
[ nm ]
RSNP:
CdSe/CdS
ZnSe/CdS
CdSe/CdS/ZnS
CdSe/CdZnS
CdSe/CdZnS/ZnS 		8-100 580-680 RSNP 길이 8-100nm에 대해 AR적색 > 3.5:1
RSNP 길이 60-100nm에 대해 AR적색 > 7:1 		RSNP 길이 8-100nm에 대해 AR녹색 > 2.5:1
RSNP 길이 60-100nm에 대해 AR녹색 > 6:1 		0.5%-10% 50%-1%h
5-50% <8
RSNP:
CdSe/CdS
ZnSe/CdS
CdSe/CdS/ZnS
CdSe/CdZnS
CdSe/CdZnS/ZnS 		8-100 580-680 RSNP 길이 8-100nm에 대해 AR적색 > 3.5:1
RSNP 길이 60-100nm에 대해 AR적색 > 7:1 		RSNP 길이 8-100nm에 대해 AR녹색> 2.5:1
막대 길이 60-100nm에 대해 AR녹색> 6:1 		0.5%-10% 50%-1% h
5-50% <8
SNP:
CdSe/CdS
ZnSe/CdS
CdSe/CdS/ZnS
CdSe/CdZnS
CdSe/CdZnS/ZnS 		8-100 580-680 AR적색> 3.5:1
AR녹색> 2.5:1
0.5%-10% 50%-1% h
5-50% <8
SNP:
CdSe/CdS
ZnSe/CdS
CdSe/CdS/ZnS
CdSe/CdZnS
CdSe/CdZnS/ZnS 		8-100 580-680 AR적색 > 3.5:1
AR녹색> 6:1 0.5%-10% 50%-1% h
5-50% <8
표 2에서의 표시:
a) AR적색은 455nm에서의 흡광도의 580-700nm 파장 범위에서의 최대 흡광도에 대한 비율이다. 즉, AR적색 = (흡광도455nm/최대 흡광도580 -700 nm );
b) AR녹색은 455nm에서의 흡광도의 520-580nm 파장 범위에서의 최대 흡광도에 대한 비율이다. 즉, AR녹색 = (흡광도455nm/최대 흡광도520 -580 nm );
c) 소재A는 중합체에 대한 정의 난에서 주어진 목록 및 추가로 실리카, 에폭시 또는 클레이로부터 선택될 수 있다;
d) 형광체는 정의 난에 주어진 목록으로부터 선택될 수 있다;
e) LC/소재B는 형광체-SNP 혼합물의 중량 나누기 소재의 중량의 백분률이다;
f) 적합한 광학적 및 기계적 성질을 갖는 소재는 여러가지 시판 공급업체로부터 선택될 수 있다;
g) PL 적색 이동은 낮은 OD (<0.1)에서 톨루엔에서 측정된 CWL과 형광체-SNP 혼합물에 대해 측정된 CWL 간의 차이 나노미터이다;
h) 중합체 중의 SNP의 낮은 백분률에 대해, 소재에 대한 광 변환장치의 높은 백분률을 사용하고 그 역도 성립된다.
도 5a는 개선된 백색광이 형광체-SNP 조합물을 포함하는 단일 층에 의해 생성되는 본 발명의 구체예에 따르는 점등 장치를 개략적으로 나타낸다. 도 5b는 개선된 백색광이 두 별개의 층들, 형광체 입자를 포함하는 제 1 층 및 형광체-SNP 조합물을 포함하는 제 2 층에 의해 생성되는 본 발명의 또 다른 구체예에 따르는 점등 장치를 개략적으로 나타낸다. 도 5c는 본 발명의 구체예에 따라 실리콘 변환층 내에 SNP 및 형광체 혼합물을 포함하는 점등 장치(500)를 개략적으로 나타낸다. 장치(500)는 청색 또는 UV LED 광원, 선택적 스페이서 층(또는 스페이서로서 공기) (504), 소재 변환층(506) 내의 SNP 및 형광체 혼합물, 선택적 캡슐화 층(508), 원하는 방향성으로 광 추출을 위한 선택적 투과성 광학 요소(510), 광을 콜리메이트 또는 집중시키기 위한 렌즈와 같은 선택적 굴절 요소(512), 및 출력 방향을 교정하기 위해 큰 각도로부터 방출을 수집 및 향하게 하는 LED 요소 주위에 뒤에 놓이는 선택적 반사 요소(514)를 포함한다. 일부 구체예에서는, LED 칩으로부터 광 추출을 증가시키기 위해 높은-로딩 비율을 갖는 SNP 층의 높은 굴절 지수가 바람직하다.
실시예 1: 실리콘내의 형광체- RSNP 조합물
L. Carbone et al. "Synthesis and Micrometer-Scale Assembly of Colloidal CdSe/CdS Nanorods Prepared by a Seeded Growth Approach" Nano Letters, 2007, 7 (10), pp 2942-2950에 기술된 것과 유사한 과정을 사용하여 638nm에서 방출하는 35×5.6nm CdSe/CdS RSNPs를 먼저 제조하였다. 0.5g의 RTV615A (Momentive, 22 Corporate Woods Boulevard, Albany, NY 12211 USA)를 0.15g of RTV615B와 함께 10 분 동안 교반하였다. 4.0 mg의 RSNPs를 0.4 ml 톨루엔에 용해시켰다. 615 mg의 황색 형광체(BYW01A, PhosphorTech, 351 Thornton Rd Ste. 130, Lithia Springs, GA 30122, USA)를 제공하여 RSNP 대 형광체 중량 비 4/615, 즉, ~0.65%를 얻었다. RSNP 용액을 교반하면서 실리콘 RTV 혼합물에 첨가하였다. 다음에 BYW01A 형광체를 첨가하고 RSNP/형광체/실리콘 용액을 15분 동안 교반하였다. 다음에 RSNP/형광체/실리콘 용액을 기포가 남아있지 않을 때까지 배기하였다. 다음에 용액을 유리 기판 위에 붓고 또 다른 유리 기판을 사용하여 그들 사이에 520㎛-두께의 스페이서를 가지고 샌드위치시켰다. 다음에 혼합물 변환 재료를 100℃에서 1시간 동안 핫플레이트 위에 놓았고, 그후 용액은 고체가 되었다. 최종 막 두께는 520㎛이었다.
한 구체예에서, 490㎛ 두께를 갖는 실시예 1에서와 같은 조합물을 455nm LED 위에 부착시켰다. 이 층 및 LED의 성능을 도 6에 나타낸다. 도 6a는 455nm LED 위에 부착되었을 때 위에서 기술된 변환 재료에 의해 제공된 광학 스펙트럼을 나타낸다. 도 6b는 도 6a에 나타낸 스펙트럼의 CIE 좌표를 나타내는 CIE 1931 다이어그램을 나타낸다. 광은 3080 K의 CCT 및 86의 CRI를 갖는다. 다른 LEDs와 조합하여 다른 혼합물 비율은 여러가지 색을 갖는 광원, 특히 다른 CCT 값들을 갖는 여러가지 백색광을 갖는 광원을 제공할 수 있다. 형광체의 유형, RSNPs의 유형, 크기 및 형태, 및 형광체 종 및 RSNP 종 사이의 비율은 원하는 필요에 따라 맞춤제작될 수 있다. 예를 들면, 적색을 방출하는 RSNPs를 더 부가하는 것은 청색을 감소시킬 것이고 따라서 또한 형광체의 녹색-황색을 감소시킬 것인 한편, 적색은 강화될 것이다. 특히, CRI>70를 갖는 CCT<5000 K, 또는 CRI>80를 갖는 CCT<3500도 또한 다른 혼합 비율들을 위해 제공될 수 있다(도시않음).
실시예 2: 중합체에 캡슐화된 RSNP 의 실리콘으로의 삽입
실시예 1에서와 같이 제조된 RSNPs를 3% 로딩 비율(중량)로 PVB에 매립하고 미세한 분말로 분쇄하였다. 최종 분말 평균(mean) 입자 크기는 15㎛ 미만이었다. 1.5g의 RTV615A(Momentive, 22 Corporate Woods Boulevard, Albany, NY 12211 USA)를 0.15g의 RTV615B와 함께 10분 동안 교반하였다. 77mg의 RSNP/PVB 분말을 교반하면서 실리콘 혼합물에 첨가하였다. 345mg의 이트륨 알루미늄 가넷 형광체(BYW01A, PhosphorTech, 351 Thornton Rd Ste. 130, Lithia Springs, GA 30122, USA)를 첨가하고 용액을 15분 동안 교반하였다. 다음에 RSNP/형광체/실리콘 RTV 용액을 기포가 남아있지 않을 때까지 배기하였다. 다음에 용액을 유기 기판에 붓고 또 다른 유리 기판을 사용하여 샌드위치시켰다. 250㎛-두께의 스페이서를 두 유리 기판 사이에 위치시켜 원하는 필름 두께를 얻었다. 다음에 샌드위치된 구조물을 100℃에서 1시간 동안 핫플레이트 위에 놓았고, 그후 용액은 고체가 되었다. 최종 막 두께는 ~250 ㎛이었다. 도 7은 455nm LED 위에 부착했을 때 상기한 층에 의해 제공된 광학 스펙트럼을 나타낸다. 광 변환 재료로 코팅된 LED의 스펙트럼 방출의 CIE 색 좌표는 CIE x= 0.35, CIE y =0.31이었다.
본 발명을, 실시예에 의해 제공되고 본 발명의 범위를 제한하는 것을 의도하지 않는 구체예들을 참고하여 기술하였다. 상기한 구체예들은 다른 특징들을 포함할 수 있고, 이것들의 모두가 본 발명의 모든 구체예에서 요구되지는 않는다. 본 발명의 일부 구체예는 특징들의 단지 일부 또는 특징들의 가능한 조합을 이용한다. 기술된 본 발명의 구체예 및 상기 구체예들에서 주목한 것들과 다른 조합의 특징을 포함하는 본 발명의 구체예의 변형이 당업자들에게 일어날 것이다. 본 발명의 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서만 제한된다.
본 명세서에서 언급된 모든 특허 및 공보는 각 개별 특허 또는 공보가 구체적으로 개별적으로 본원에 참고문헌으로 포함되는 것으로 지적한 것처럼 같은 정도로 본원에서 그 전체가 명세서에 참고문헌으로 포함된다. 게다가, 이 출원에서 어떤 참고문헌의 인용 및 확인은 이러한 참고문헌이 종래 기술로서 이용가능하다는 허용으로 해석되지는 않을 것이다.

Claims (35)

  1. a) 형광체 재료; 및
    b) 580-680nm 범위의 중심 방출 파장 (CWL)을 갖는 적어도 한가지 유형의 반도체 시드된 나노입자 (SNP) 재료를 포함하며, 여기서 형광체 재료 및 SNP 재료는 3.5:1보다 큰, 455nm에서의 광학 흡광도 대 580-700nm 범위의 광학 흡광도의 최대값의 흡수 비율(AR)을 제공하는 적당한 양으로 혼합되는 것을 특징으로 하는 광 변환에 사용하기 위한 재료 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 적당한 양은 0.1 내지 10%의 SNPs와 형광체 재료의 중량 비율을 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, SNP는 나노막대 SNP(RSNP)인 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, AR은 7:1보다 큰 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 2.5:1보다 큰, 455nm에서의 흡광도와 520-580nm 범위의 광학 흡광도의 최대값의 AR을 갖는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  6. 제 4 항에 있어서, 6:1보다 큰, 455nm에서의 흡광도와 520-580nm의 파장 범위의 흡광도의 최대값 사이의 AR을 갖는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 어떤 SNP 표면에도 결합되지 않은 적어도 한가지 유형의 과량의 유기 리간드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 형광체 및 SNP 또는 RSNP 재료를 포함하는 소재 매트릭스 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  9. 제 8 항에 있어서, 소재 매트릭스 재료는 실리콘, 에폭시 또는 중합체인 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  10. 제 8 항에 있어서, 소재 매트릭스 재료에 대한 형광체-SNP 조성물의 중량 백분률은 5-50%의 범위인 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서, 형광체 재료는 희토류 원소의 방출 중심을 갖는 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  12. 제 1 항에 있어서, 형광체 재료는 가넷(Garnet)계 형광체, 규산염계 형광체, 오르토규산염계 형광체, 티오갈레이트계 형광체, 황화물계 형광체 및 질화물계 형광체로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  13. 제 1 항에 있어서, SNP 재료는 II-VI, III-V, IV-VI 및 I-III-VI2 반도체로 구성되는 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  14. 제 13 항에 있어서, SNPs 또는 RSNPs는 CdSe/CdS, CdSeS/CdS, ZnSe/CdS, ZnCdSe/CdS, CdSe/CdZnS, CdTe/CdS, InP/ZnSe, InP/CdS, InP/ZnS 및 CuInS2/ZnS로 구성되는 군으로부터 선택된 재료를 갖는 코어/쉘 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  15. 제 13 항에 있어서, SNPs 또는 RSNPs는 CdSe/CdS/ZnS, CdSe/CdZnS/ZnS, ZnSe/CdS/ZnS, InP/ZnSe/ZnS, InP/CdS/ZnS 및 InP/CdZnS/ZnS로 구성되는 군으로부터 선택된 재료를 갖는 코어/이중 쉘 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  16. 제 1 항, 제 5 항 또는 제 6항에 있어서, 약 5nm보다 작은 광루미네센스(PL) 이동을 가지며, PL 이동은 OD<0.1에서 톨루엔 중의 SNP에 대해 측정된 CWL과 변환 층에서 측정된 CWL 사이의 차이를 나타내는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  17. a) 형광체 재료;
    b) 제 1 소재; 및
    b) 580-680nm 범위의 중심 방출 파장 (CWL)을 갖는 적어도 한가지 유형의 반도체 시드된 나노입자 (SNP) 재료를 포함하며, 여기서 각 SNP는 제 1 소재에 캡슐화되어 있고 형광체 재료 및 캡슐화된 SNP는 3.5:1보다 큰, 455nm에서의 광학 흡광도 대 580-700nm 범위의 광학 흡광도의 최대값의 흡수 비율(AR)을 제공하는 적당한 양으로 혼합되는 것을 특징으로 하는 광 변환에 사용하기 위한 재료 조성물.
  18. 제 17 항에 있어서, 0.5 내지 10%의 SNPs와 제 1 소재 사이의 중량 백분률을 특징으로 하는 재료 조성물.
  19. 제 17 항에 있어서, 적당한 양은 1 내지 50%의 형광체에 대한 캡슐화된 SNPs의 중량 비율을 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  20. 제 17 항에 있어서, SNP는 나노막대 SNP(RSNP)인 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  21. 제 17 항에 있어서, AR은 7:1보다 큰 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  22. 제 17 항에 있어서, 2.5:1보다 큰, 455nm에서의 흡광도와 520-580nm 범위의 광학 흡광도의 최대값의 AR을 갖는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  23. 제 21 항에 있어서, 6:1보다 큰, 455nm에서의 흡광도와 520-580nm의 파장 범위의 흡광도의 최대값 사이의 AR을 갖는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  24. 제 17 항에 있어서, 어떤 SNP 표면에도 결합되지 않은 적어도 한가지 유형의 과량의 유기 리간드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  25. 제 17 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 형광체 및 SNP 또는 RSNP 재료를 포함하는 제 2 소재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  26. 제 25 항에 있어서, 제 2 소재는 중합체, 에폭시 또는 실리콘인 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  27. 제 25 항에 있어서, 제 2 소재에 대한 형광체-캡슐화된 SNP 조성물의 중량 백분률은 5-50%의 범위인 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  28. 제 17 항에 있어서, 형광체 재료는 희토류 원소의 방출 중심을 갖는 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  29. 제 17 항에 있어서, 형광체 재료는 가넷(Garnet)계 형광체, 규산염계 형광체, 오르토규산염계 형광체, 티오갈레이트계 형광체, 황화물계 형광체 및 질화물계 형광체로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  30. 제 17 항에 있어서, SNP 재료는 II-VI, III-V, IV-VI 및 I-III-VI2 반도체로 구성되는 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  31. 제 30 항에 있어서, SNPs 또는 RSNPs는 CdSe/CdS, CdSeS/CdS, ZnSe/CdS, ZnCdSe/CdS, CdSe/CdZnS, CdTe/CdS, InP/ZnSe, InP/CdS, InP/ZnS 및 CuInS2/ZnS로 구성되는 군으로부터 선택된 재료를 갖는 코어/쉘 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  32. 제 30 항에 있어서, SNPs 또는 RSNPs는 CdSe/CdS/ZnS, CdSe/CdZnS/ZnS, ZnSe/CdS/ZnS, InP/ZnSe/ZnS, InP/CdS/ZnS 및 InP/CdZnS/ZnS로 구성되는 군으로부터 선택된 재료를 갖는 코어/이중 쉘 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  33. 제 17 항, 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 약 8nm보다 작은 광루미네센스(PL) 이동을 가지며, PL 이동은 OD<0.1에서 톨루엔에서 측정된 CWL과 변환 층에서 측정된 CWL 사이의 차이를 나타내는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
  34. 제 1 항 내지 제 7 항 및 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항의 재료 조성물을 포함하는 광 변환 층.
  35. 제 17 항 내지 제 24 항 및 제 26 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항의 재료 조성물을 포함하는 광 변환 층.
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