KR20160044511A - 광학 부품을 제조하는 방법, 광학 부품, 및 그것을 포함하는 제품 - Google Patents
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Abstract
복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품을 제조하는 방법들이 개시된다. 밀폐형으로 밀봉된 개별 광학 부품을 제조하는 방법들이 개시된다. 밀폐형으로 밀봉된 개별 광학 부품과 그것을 포함하는 제품들이 또한 개시된다.
Description
우선권 주장
이 출원은 2013년 8월 16일에 출원된 미국 임시 특허 출원 제61/866,540호의 우선권을 주장하며, 해당 출원은 사실상 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 발명의 기술 분야
본 발명은 광학 부품, 그것을 포함한 제품, 및 관련 방법의 기술 분야에 관한 것이다.
원격 및 근접 조명 및 디스플레이에서 사용하기 위한 색 변환 재료를 포함하는 광학 부품을 개선하는 것은 기술의 진보를 나타낼 것이다. 원격 및 근접 조명 및 디스플레이에 적합할 평면 유리 밀폐형 패키지를 제조하는 능력을 개선하는 것은 기술의 추가 진보를 나타낼 것이다.
본 발명은 광학 부품을 제조하는 방법, 광학 부품, 및 광학 부품을 포함하는 제품에 관한 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품을 제조하는 방법이 제공되는데, 이 방법은: 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 포함하는 2개 이상의 별개의 영역을 포함하는 패터닝된 배열을 포함하는 표면을 포함하는 제1 기판을 제공하는 단계 - 상기 별개의 영역들 각각의 주연부 둘레에 위치하는 상기 기판의 상기 표면상에 밀폐형 밀봉 재료가 배치됨 -; 밀봉 재료 및 별개의 영역들의 상기 패터닝된 배열을 포함하는 상기 제1 기판의 상기 표면 위에 제2 기판을 제공하여 조립체를 형성하는 단계; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 상기 밀봉 재료를 밀봉하여 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품의 조립체를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품을 제조하는 방법이 제공되는데, 이 방법은: 광학 재료를 수용하기 위한 2개 이상의 별개의 영역의 패터닝된 배열을 포함하는 표면을 포함하는 제1 기판을 제공하는 단계; 상기 제1 기판의 상기 표면상에 밀폐형 밀봉 재료를 포함시키는 단계 - 상기 밀봉 재료는 상기 2개 이상의 별개의 영역의 주연부 둘레에 경계를 형성함 -; 2개 이상의 상기 별개의 영역 내에 상기 제1 기판의 상기 표면 위에 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 배치하는 단계; 상기 광학 재료를 포함하는 상기 제1 기판의 상기 표면 위에 제2 기판을 제공하여 조립체를 형성하는 단계; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 상기 밀봉 재료를 밀봉하여 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품의 조립체를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품을 제조하는 방법이 제공되는데, 이 방법은: 제1 기판을 제공하는 단계; 상기 기판의 표면상에 미리 선택된 배열의 2개 이상의 별개의 영역의 외부 주연부 둘레에 경계를 정의하도록 구성된 밀봉 재료를 상기 표면상에 포함시키는 단계; 2개 이상의 상기 별개의 영역 내에 상기 제1 기판의 상기 표면 위에 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 배치하는 단계; 상기 광학 재료를 포함하는 상기 제1 기판의 상기 표면 위에 제2 기판을 제공하여 조립체를 형성하는 단계; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 상기 밀봉 재료를 밀봉하여 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품의 조립체를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품을 제조하는 방법이 제공되는데, 이 방법은: 제1 기판을 제공하는 단계; 상기 기판의 표면 위에 2개 이상의 별개의 영역을 포함하는 미리 선택된 배열로 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 배치하는 단계; 상기 2개 이상의 별개의 영역의 주연부 둘레에 밀폐형 밀봉 재료 경계를 포함시키는 단계; 상기 광학 재료를 포함하는 상기 제1 기판의 상기 표면 위에 제2 기판을 제공하여 조립체를 형성하는 단계; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 상기 밀봉 재료를 밀봉하여 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품의 조립체를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 평면 유리 기판들 사이에 밀폐형 밀봉 재료에 의해 밀봉된 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 포함하는 밀폐형으로 밀봉된 평면 광학 부품이 제공된다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 본 명세서에 기술된 방법에 따른 방법에 의해 제조된 밀폐형으로 밀봉된 평면 광학 부품이 제공된다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 본 명세서에 기술된 밀폐형으로 밀봉된 평면 광학 부품을 포함하는 색 변환 부품을 포함하는 디스플레이가 제공된다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 본 명세서에 기술된 밀폐형으로 밀봉된 평면 광학 부품을 포함하는 색 변환 부품과 발광 부품을 포함하는 발광 디바이스가 제공된다.
본 명세서에서 사용된, 밀폐형으로 밀봉된 및 밀폐형 실(hermetic seal)이란 그 실을 통한 산소 확산이 실질적으로 또는 완전히 없는 실을 말한다. 바람직하게는 그 실을 통한 산소의 확산은 10-8 cc/m2/day(하루에 평방미터당 10-8 cc) 이하이다.
본 명세서에 기술된 상기의 양태 및 기타 양태 모두가 본 발명의 실시예를 구성한다.
본 발명과 관련이 있는 분야의 통상의 기술자라면 본 발명의 임의의 특정의 양태 및/또는 실시예와 관련하여 본 명세서에 기술된 특징들 중 임의의 특징이, 조합의 호환성을 보장하기 위해 적절히 수정되어, 본 명세서에 기술된 본 발명의 임의의 다른 양태 및/또는 실시예의 임의의 다른 특징들 중 하나 이상의 특징과 조합될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 이러한 조합은 본 개시 내용에서 생각되는 본 발명의 일부인 것으로 간주된다.
상기 전반적 설명 및 후속하는 상세한 설명은 예시적인 것이고 설명적인 것일 뿐이며, 특허청구범위에 정의된 본 발명을 제한하는 것이 아님을 이해해야 한다.
설명 및 도면을 살펴봄으로써, 특허청구범위로부터 그리고 본 명세서에 개시된 발명의 실시로부터 다른 실시예들이 관련 분야의 기술자에게는 명백할 것이다.
도면들에서,
도 1은 밀봉에 앞서, 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 포함하는 2개 이상의 별개의 영역을 포함하는 패터닝된 배열을 포함하는 표면을 포함하는 제1 기판, 상기 별개의 영역들 각각의 주연부 둘레에 위치하는 상기 기판의 상기 표면상에 배치된 밀폐형 밀봉 재료, 및 제2 기판을 포함하는, 본 발명에 따른 조립체의 일례의 분해도의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 개별 광학 부품의 일례의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 개별 광학 부품의 두께 및 기판들의 치수의 일례를 나타내는, 개별 광학 부품의 일 실시예의 (밀봉되지 않은) 광학 재료(QD(양자점) 층으로 도시됨) 부품들 및 기판들(유리로 도시됨)의 분해도의 일례를 개략적으로 도시한다.
도 4는 기판의 에지로부터 광학 재료까지 밀봉의 폭 치수의 일례를 나타내는 본 발명에 따른 개별 광학 부품의 일례의 평면도의 개략도이다.
도 5는 미리 선택된 배열의 별개의 영역들의 "n" × "m" 어레이의 일례를 나타내는 본 발명에 따른 조립체의 일례를 개략적으로 도시한다.
첨부된 도면들은 단지 설명을 위해 제공된 단순화된 표현이며, 실제 구조는, 특히 도시된 물품들 및 그의 양태들의 상대 척도를 비롯하여, 여러 점에서 다를 수 있다.
본 발명의 다른 이점 및 기능과 함께 본 발명의 더 나은 이해를 위해, 상기한 도면과 관련하여 이하의 개시 내용 및 첨부된 특허청구범위가 참조된다.
도 1은 밀봉에 앞서, 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 포함하는 2개 이상의 별개의 영역을 포함하는 패터닝된 배열을 포함하는 표면을 포함하는 제1 기판, 상기 별개의 영역들 각각의 주연부 둘레에 위치하는 상기 기판의 상기 표면상에 배치된 밀폐형 밀봉 재료, 및 제2 기판을 포함하는, 본 발명에 따른 조립체의 일례의 분해도의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 개별 광학 부품의 일례의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 개별 광학 부품의 두께 및 기판들의 치수의 일례를 나타내는, 개별 광학 부품의 일 실시예의 (밀봉되지 않은) 광학 재료(QD(양자점) 층으로 도시됨) 부품들 및 기판들(유리로 도시됨)의 분해도의 일례를 개략적으로 도시한다.
도 4는 기판의 에지로부터 광학 재료까지 밀봉의 폭 치수의 일례를 나타내는 본 발명에 따른 개별 광학 부품의 일례의 평면도의 개략도이다.
도 5는 미리 선택된 배열의 별개의 영역들의 "n" × "m" 어레이의 일례를 나타내는 본 발명에 따른 조립체의 일례를 개략적으로 도시한다.
첨부된 도면들은 단지 설명을 위해 제공된 단순화된 표현이며, 실제 구조는, 특히 도시된 물품들 및 그의 양태들의 상대 척도를 비롯하여, 여러 점에서 다를 수 있다.
본 발명의 다른 이점 및 기능과 함께 본 발명의 더 나은 이해를 위해, 상기한 도면과 관련하여 이하의 개시 내용 및 첨부된 특허청구범위가 참조된다.
본 발명의 다양한 양태 및 실시예에 대해 이하의 상세한 설명에서 더 설명한다.
본 발명의 일 양태에서는, 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품을 제조하는 방법이 제공되는데, 이 방법은: 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 포함하는 2개 이상의 별개의 영역을 포함하는 패터닝된 배열을 포함하는 표면을 포함하는 제1 기판을 제공하는 단계 - 상기 별개의 영역들 각각의 주연부 둘레에 위치하는 상기 기판의 상기 표면상에 밀폐형 밀봉 재료가 배치됨 -; 밀봉 재료 및 별개의 영역들의 상기 패터닝된 배열을 포함하는 상기 제1 기판의 상기 표면 위에 제2 기판을 제공하여 조립체를 형성하는 단계; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 상기 밀봉 재료를 밀봉하여 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품의 조립체를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에서는, 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품을 제조하는 방법이 제공되는데, 이 방법은: 광학 재료를 수용하기 위한 2개 이상의 별개의 영역의 패터닝된 배열을 포함하는 표면을 포함하는 제1 기판을 제공하는 단계; 상기 제1 기판의 상기 표면상에 밀폐형 밀봉 재료를 포함시키는 단계 - 상기 밀봉 재료는 상기 2개 이상의 별개의 영역의 주연부 둘레에 경계를 형성함 -; 2개 이상의 상기 별개의 영역 내에 상기 제1 기판의 상기 표면 위에 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 배치하는 단계; 상기 광학 재료를 포함하는 상기 제1 기판의 상기 표면 위에 제2 기판을 제공하여 조립체를 형성하는 단계; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 상기 밀봉 재료를 밀봉하여 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품의 조립체를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가 양태에서는, 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품을 제조하는 방법이 제공되는데, 이 방법은: 제1 기판을 제공하는 단계; 상기 기판의 표면상에 미리 선택된 배열의 2개 이상의 별개의 영역의 외부 주연부 둘레에 경계를 정의하도록 구성된 밀봉 재료를 상기 표면상에 포함시키는 단계; 2개 이상의 상기 별개의 영역 내에 상기 제1 기판의 상기 표면 위에 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 배치하는 단계; 상기 광학 재료를 포함하는 상기 제1 기판의 상기 표면 위에 제2 기판을 제공하여 조립체를 형성하는 단계; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 상기 밀봉 재료를 밀봉하여 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품의 조립체를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 추가 양태에서는, 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품을 제조하는 방법이 제공되는데, 이 방법은: 제1 기판을 제공하는 단계; 상기 기판의 표면 위에 2개 이상의 별개의 영역을 포함하는 미리 선택된 배열로 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 배치하는 단계; 상기 2개 이상의 별개의 영역의 주연부 둘레에 밀폐형 밀봉 재료 경계를 포함시키는 단계; 상기 광학 재료를 포함하는 상기 제1 기판의 상기 표면 위에 제2 기판을 제공하여 조립체를 형성하는 단계; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 상기 밀봉 재료를 밀봉하여 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품의 조립체를 형성하는 단계를 포함한다.
도 1은 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 포함하는 2개 이상의 별개의 영역을 포함하는 패터닝된 배열을 포함하는 표면을 포함하는 제1 기판의 일례의 도면을 도시하는데, 상기 별개의 영역들 각각의 주연부 둘레에 위치하는 상기 기판의 상기 표면상에 배치된 밀폐형 밀봉 재료가 배치되어 있다. 프로세스 효율을 위해, 광학 재료는 별개의 영역들 각각에 포함될 수 있다. 임의적으로, 각각의 별개의 영역은 동일한 광학 재료를 포함할 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 상이한 광학 재료가 다양한 별개의 영역들에 포함될 수 있다.
별개의 영역들 각각의 주연부 둘레에 위치하는 기판의 표면상에 밀폐형 밀봉 재료가 배치된다. 바람직하게는, 밀폐형 밀봉 재료는, 각각의 별개의 영역의 주연부 둘레에, 간극이나 중단 없이, 연속적이다. 공지된 기법들에 의해 기판의 표면에 밀폐형 밀봉 재료가 도포될 수 있다.
임의적으로 밀폐형 밀봉 재료가 없는 제1 기판의 표면상의 영역, 또는 제1 기판의 표면 내의 홈 또는 비아(via)가, 인접한 별개의 영역들의 주연부 둘레에 밀폐형 밀봉 재료 사이에 위치할 수 있고, 이들은, 분리 단계가 수행될 경우, 그 분리 단계 중에, 개별적으로 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품들이 그것을 따라 분리될 수 있는 라인들일 수 있다.
바람직한 밀폐형 밀봉 재료들의 예로는 금속 땜납 또는 유리 프릿(glass frit) 등이 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 다른 밀폐형 밀봉 재료들이 이용될 수도 있다. 이 기술 분야의 통상의 기술자라면 밀폐형 밀봉 재료들을 쉽게 알아낼 수 있다.
예를 들어, 그리고 제한 없이, 밀폐형 밀봉 및 양호한 유리 부착을 제공하기위해 밀봉 재료들로서 유용한 적합한 금속들 또는 금속 땜납들은 인듐, 인듐 주석, 및 인듐 주석 및 비스무트 합금뿐만 아니라, 주석과 비스무트의 공융물을 포함한다. 하나의 예시적인 땜납은 McMaster-Carr로부터 시판되는 인듐 #316 합금을 포함한다. 땜납을 이용한 밀봉은 종래의 납땜용 인두 또는 이 기술 분야의 기술자들에게 공지된 초음파 솔더링 배스(ultrasonic soldering baths)를 이용하여 달성될 수 있다. 초음파 방법들은 특히 인듐 땜납을 이용한 플럭스 없는 밀봉을 제공한다.
유리와의 밀폐형 실을 형성하기 위한 유리 프릿의 예들이 공지되어 있다. 또한, 예를 들어, 2011년 6월 9일에 공개된, Logunov 등의 US 2011/0135857, "Method For Sealing A Liquid With A Glass Package And The Resulting Glass Package", 2013년 5월 23일에 공개된, Bayne 등의 US 2013/0125516, "Hermetically Sealed Glass Package And Method Of Manufacture"를 참조한다 - 이들은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함된다.
바람직하게는, 밀폐형 밀봉 재료, 예를 들어, 프릿은 광학 재료에 유해한 영향을 미치지 않을 정도로 낮은 온도에서 밀봉될 수 있다. 바람직하게는, 밀폐형 밀봉 재료, 예를 들어, 프릿은 광학 재료에 유해한 영향을 미치지 않도록 충분히 낮은 탈기체(outgassing)를 가진다. 바람직하게는, 밀폐형 밀봉 재료, 예를 들어, 프릿은 색 변환을 위한 광학 재료의 성능에 유해한 영향을 미치지 않도록 충분히 낮은 가시광 흡수를 가진다.
도 1에 도시된 예에서, 밀봉 재료는 기판의 표면상에 정사각형 또는 직사각형 형상을 가진 복수의 별개의 영역을 정의하는, 격자 배열로 기판상에 배치된다. 유사형 사이즈와 형상의 별개의 영역들의 격자 배열로서 도시되어 있지만, 별개의 영역들의 사이즈, 형상, 및 수는 별개의 영역들의 임의의 미리 선택된 패터닝된 배열일 수 있다. 임의적으로, 미리 선택된 배열에서 별개의 영역들의 사이즈 및 형상은 동일하거나 상이할 수 있고/있거나 규칙적 또는 불규칙적일 수 있다. 별개의 영역들의 사이즈 및 형상은 전형적으로 밀폐형으로 밀봉된 개별 광학 부품에 대한 의도된 최종 사용 응용에 기초하여 미리 선택된다. 별개의 영역들의 수는 기판의 사이즈와 개별 광학 부품들의 사이즈에 의존할 수 있다.
도 1은 또한 밀봉에 앞서 제1 기판 위에 제2 기판에 제공되어 있는 것을 도시한다.
도시된 예에서, 제1 및 제2 기판들은 평면형이다.
기판들은 광학 부품의 의도된 응용에서의 사용 중에 광학 부품에 들어가고 나가는 광의 파장들에 대한 재료의 광 투명도에 기초하여 선택되는 재료로 구성될 수 있다. 기판 재료는 또한 바람직하게는 적어도 산소의 확산에 대해 불침투성(impervious)이다. 산소와 수분의 확산에 대해 불침투성인 기판 재료도 바람직할 수 있다. 유리는 기판으로서 사용하기 위한 바람직한 재료의 일례이다. 다른 바람직한 예들은 금속 산화물, 예를 들어, Al2O3, 인듐 주석 산화물 등을 포함한다. Corning 출시의 Willow™ 유리(200 미크론 이하의 두께로 이용 가능함)도 기판으로 사용될 수 있다. 충분히 낮은 산소 및 수분 확산율과 바람직한 광 투명도를 가진 다른 재료들도 사용될 수 있다. 그러한 다른 재료들의 식별은 숙련된 기술자에 의해 쉽게 확인될 수 있다.
제1 및 제2 기판들은 바람직하게는 각각 동일한 재료로 구성될 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 기판들은 상이한 재료들로 구성될 수 있다.
제1 기판은 평탄한 또는 특징이 없는(unfeatured) 표면을 가질 수 있고(도 1에 도시된 바와 같이) 밀봉 재료는 미리 선택된 배열로 기판의 표면상에 2개 이상의 별개의 영역을 형성하는 데 이용될 수 있다. 기판의 표면상의 밀봉 재료의 높이는 별개의 영역들을 정의하는 경계들 또는 댐들을 생성하고 그 안에 포함되어 있는 광학 재료를 수용할 수 있는 우물들 또는 댐 영역들을 생성하도록 더 선택될 수 있다. 이는 발광 재료와 액체 성분을 포함하는 광학 재료를 포함하는 방법의 양태들에서 특히 유리하다.
밀봉 재료의 경계들 또는 댐들은 공지된 기법들을 이용하여 퇴적될 수 있다.
임의적으로, 프릿을 포함하는 밀폐형 밀봉 재료가 유리를 포함하는 제1 기판과 함께 사용될 때, 프릿은, 예를 들어, 가열을 포함하는 공지된 기법들에 의해 제1 기판에 미리 소결될 수 있다. 이는 밀봉 재료가 액체 성분을 더 포함하는 광학 재료를 수용하기 위한 우물을 형성하기 위해 이용될 때 유용할 수 있다. 원한다면, 제1 기판상의 프릿 높이의 두께 변화를 줄이기 위해 미리 소결된 프릿이 연마될 수 있다.
다른 양태들에서, 제1 기판은 미리 선택된 배열의 별개의 영역들에 대응하는 2개 이상의 리세스를 표면에 포함할 수 있다. 별개의 영역들의 사이즈 및 형상에 관하여 위에 논의된 바와 같이, 리세스된 영역들의 사이즈와 형상은 전형적으로 밀폐형으로 밀봉된 개별 광학 부품에 대한 의도된 최종 사용 응용에 기초하여 미리 선택된다. 마찬가지로, 기판의 표면에서 리세스된 영역들의 수는 기판의 사이즈와 개별 광학 부품들의 사이즈에 의존할 수 있다.
광학 재료가 매우 다양한 공지된 기법들에 의해 별개의 영역들에 포함될 수 있다. 발광 재료와 액체 또는 액체 성분을 포함하는 광학 재료들이 박막 코팅(예를 들어, 블레이드 코팅(blade coating), 로드 코팅(rod coating), 슬롯 다이(slot die), 스핀 코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 밀착 프린팅(contact printing) 등을 포함하지만, 이들에 제한되지는 않음)을 포함하는 매우 다양한 기법들에 의해 제1 기판상의 별개의 영역들에 포함될 수 있다. 다른 예들은, Nordson Assymtek로부터 출시된 것들 같은 유체 분배 시스템(http://www.nordson.com/en-us/divisions/asymtek/products/fluid-dispensing-systems/pages/fiuid-dispensing-systems.aspx)을 포함하지만, 이들에 제한되지는 않는다.
광학 재료가 박막 코팅 기법을 포함하는 방법에 의해 기판 내의 리세스된 영역들을 포함하는 별개의 영역들에 포함될 수 있다. 예들은, 제한 없이, 위에 열거된 것들을 포함한다.
다른 양태에서는, 광학 재료가 2개 이상의 별개의 영역을 포함하는 미리 선택된 배열로 (밀봉 재료가 없는) 제1 기판의 표면상에 퇴적될 수 있고, 그 후 2개 이상의 별개의 영역의 주연부 둘레에 밀폐형 밀봉 재료 경계가 생성되고, 그 후 광학 재료를 포함하는 제1 기판의 표면 위에 제2 기판이 제공되어 조립체를 형성하고; 조립체는 제1 기판과 제2 기판 사이에 밀봉 재료를 밀봉하는 것에 의해 밀봉되어 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품의 조립체를 형성한다. 이 양태에서, 광학 재료는 바람직하게는 액체 성분을 더 포함할 수 있다. 광학 재료는 공지된 기법들에 의해 제1 기판에 도포될 수 있다. 액체를 더 포함하는 광학 재료가, 패치 코팅(patch coating), 디웨팅(dewetting), 스크린 프린팅, 스핀-코팅, 정밀 분배(precision dispensing), 잉크젯 프린팅, 밀착 프린팅, 또는 본 명세서에 언급된 다른 코팅 기법들을 포함하지만 이들에 제한되지 않는, 박막 코팅 기법들에 의해 도포될 수 있다.
광학 부품이 백색광을 생성하기 위해 청색 광원과 함께 사용하기 위해 의도된 응용들에서, 광학 재료는, 백색광을 생성하기 위해, 청색 광원과 적색 및 녹색 발광 재료들의 피크 중심 파장들에 기초하여, 적색 발광 재료와 녹색 발광 재료를 적절한 비율로 포함할 수 있다. 그러한 비율의 결정은 숙련된 기술자의 기술 범위 안에 있다. 이에 대해서는 아래에 더 상세히 논의한다.
밀봉 재료와 별개의 영역들의 패터닝된 배열을 포함하는 제1 기판의 표면 위에 제2 기판이 배치되어 조립체를 형성한 후에, 방법은 제1 기판과 제2 기판 사이에 밀봉 재료를 밀봉하여 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품의 조립체를 형성하는 단계를 포함한다.
전술한 바와 같이, 땜납/금속 접합 및 유리 프릿이 바람직한 밀폐형 밀봉 재료들이다. 이러한 재료들은 이들과 유리를 함께 융합시키는 것에 의해 유리와 밀폐형으로 밀봉된 접합을 형성하는 것으로 알려져 있다. 이러한 기법들은 공지되어 있다. 땜납/금속에 대한 밀봉 온도들의 예는 약 120℃ 내지 200℃의 범위에 있을 수 있다. 금속 땜납에 대한 밀봉 온도들의 예는 유리 프릿에 대해 약 200℃ 내지 400℃의 범위에 있을 수 있다. 밀봉 온도들은 특정한 금속 땜납 또는 프릿에 기초하여 이러한 범위들의 밖에 있을 수 있다.
예를 들어, 유리 기판들 및 프릿을 포함하는 밀폐형 밀봉 재료에 대해, 융합은 밀봉 부재와 유리를 국부적으로 가열하는 것에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 집속된 레이저를 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 집속된 레이저 가열은 인접한 별개의 영역들 내의 광학 재료에 부정적인 영향을 주지 않고 실을 형성할 수 있다.
기판들과 밀봉 재료 사이에 밀폐형 실을 형성하기 위해 사용될 수 있는 다른 기법들의 예는, 제한 없이, 가열, 이온 결합, 땜납/금속 접합을 포함하며, 이 기법들은 공지되어 있다.
바람직하게는, 기판들과 밀폐형 밀봉 재료 사이에 형성되는 실은 중단, 균열, 틈, 또는 실의 밀폐성에 유해할 수 있는 다른 결함을 포함하지 않는다.
바람직하게는, 기판들과 밀폐형 밀봉 재료 사이에 형성되는 실은 분리 단계 및 후속의 취급 및 사용을 거치기에 충분한 기계적 안정성을 지닌다.
본 명세서에 기술된 방법들은 밀봉에 의해 형성된 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품의 조립체를 밀폐형으로 밀봉된 개별 광학 부품들로 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 분리 단계는 스코어링, 레이저 절단, 다이싱 톱(dicing saw)을 이용한 절단, 또는 다른 기법들을 포함할 수 있다. 분리 단계에서 사용하기 위한 다른 공지된 기법들은 숙련된 기술자에 의해 확인될 수 있다. 바람직하게는, 밀봉된 조립체는 분리 후 분리된 또는 개별의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품들의 밀폐형 실들을 유지하기 위해 밀봉된 분리되지 않은 개별 광학 부품들 사이의 위치에서 절단된다.
도 5는 미리 선택된 배열의 별개의 영역들의 "n" × "m" 어레이의 일례를 개략적으로 도시한다. 도시된 예에서, 어레이의 주 표면의 적어도 하나의 치수에 대한 비제한적인 예시적인 범위는 약 100 mm 내지 약 300 mm이다. 이 범위 내의 또는 밖의 조립체의 주 표면의 길이 및/또는 폭에 대한 치수가 유용하거나 바람직할 수 있다.
인접한 별개의 영역들의 주연부를 둘러싸는 밀봉 부재 사이에 간극을 포함하지 않는 조립체에서, 하나의 별개의 영역에 포함된 광학 재료의 주연부 에지로부터 인접한 별개의 영역에 포함된 광학 재료의 주연부 에지까지의 거리는 바람직하게는 광학 재료를 포함하는 인접한 밀폐형으로 밀봉된 별개의 영역들이, 분리된 부품들에 대한 실의 밀폐성에 지장을 주지 않고, 서로 분리되는 것을 허용하기에 충분한 길이이다.
인접한 별개의 영역들의 주연부를 둘러싸는 밀봉 부재 사이에 간극을 포함하는 조립체에서, 주어진 별개의 영역에 포함된 광학 재료의 주연부 에지로부터 그 주어진 별개의 영역 내의 광학 재료의 주연부 에지로부터 가장 멀리 있는 밀봉 재료의 에지까지의 거리는 바람직하게는 광학 재료를 포함하는 인접한 밀폐형으로 밀봉된 별개의 영역들이, 분리된 부품들에 대한 실의 밀폐성에 지장을 주지 않고, 분리되는 것을 허용하기에 충분한 길이이다.
광학 재료는 발광 재료를 포함한다. 바람직하게는, 발광 재료는 무기 광발광 재료(inorganic photoluminescent material)를 포함한다. 바람직하게는, 무기 광발광 재료들의 예는, 제한 없이, 무기 형광체 및 무기 반도체 나노결정들을 포함한다. 바람직하게는 발광 재료는 무기 반도체 나노결정들을 포함한다.
소정의 양태들에서, 광학 재료는 액체를 더 포함한다.
바람직하게는 광학 재료는 발광 재료가 분산되어 있는 중합성 조성을 포함하는 액체를 포함한다.
일 양태에 따르면, 중합성 조성은 광중합성이다. 중합성 조성은 바람직하게는 산소가 실질적으로 없고, 임의적으로, 수분이 실질적으로 없다. 중합성 조성은 유체의 형태를 가진다.
바람직하게는, 광학 재료는 산소가 없는 그리고 임의적으로 수분이 없는 조건에서 제1 기판상에 포함된다. 바람직하게는, 밀봉 단계의 완료까지의 프로세스의 다른 단계들은 산소가 없는 그리고 임의적으로 수분이 없는 조건에서 수행된다.
광학 재료의 중합성 조성 성분은 적절한 파장을 갖는 충분한 강도의 광에 중합성 조성을 중합시키기에 충분한 시간 동안 노출하는 것에 의해 경화되거나 고체화될 수 있다. 그 시간은 약 10초 내지 약 6분 또는 약 1분 내지 약 6분의 범위에 있을 수 있다.
바람직하게는, 중합성 조성은, 중합된 매트릭스와 같은 매트릭스의 형태일 때 황변(yellowing)을 방지하거나, 그것에 내성이 있거나 그것을 억제한다. 발광 재료가 분산되어 있는 매트릭스를 호스트 재료라고 칭할 수 있다. 호스트 재료들은 광의 사전 선택된 파장들에 대해 적어도 부분적으로 투명한, 바람직하게는 완전히 투명한 중합체성 및 비중합체성 재료들을 포함한다.
광학 재료에 포함될 수 있는 중합성 조성들의 예는, 단량체 및 올리고머 및 중합체 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이들에 제한되지는 않는다. 예시적인 단량체들은 라우릴 메타크릴레이트(lauryl methacrylate), 노르보르닐 메타크릴레이트(norbornyl methacrylate), ebercyl 150(싸이텍), CD590(싸이텍), 실리콘, 열 경화된 실리콘, 무기 졸-겔 재료, 예를 들어 ZnO, SnO1, SnO2, ZrO2 등을 포함한다. 중합성 재료는 광학 재료에 50 중량백분율(weight percent)을 초과한 양으로 존재할 수 있다. 예들은 50보다 크고 약 99.5 중량백분율까지, 50보다 크고 약 98 중량백분율까지, 50보다 크고 약 95 중량백분율까지, 약 80 내지 약 99.5 중량백분율, 약 90 내지 약 99.95 중량백분율, 약 95 내지 약 99.95 중량백분율의 범위의 양들을 포함한다. 이러한 예들 외에 다른 양들도 유용하거나 바람직한 것으로 결정될 수 있다.
예시적인 중합성 조성들은 가교제(crosslinking agent), 산란제(scattering agent), 레올로지 개질제(rheology modifier), 충전제(filler), 광개시제(photoinitiator), 또는 열개시제(thermal initiator) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
적합한 가교제들은 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, Ebecyl 150, 도데실디메타크릴레이트(dodecyldimethacrylate), 도데실디아크릴레이트(dodecyldiacrylate) 등을 포함한다. 가교제들은 중합성 조성을 포함하는 광학 재료에 약 0.5 wt% 내지 약 3.0 wt%의 양으로 존재할 수 있다. 중합체 매트릭스의 안정성과 강도를 개선하기 위해 가교제들은 일반적으로 예를 들어 1% w/w의 양으로 추가되며, 이는 매트릭스의 경화시 수축으로 인한 매트릭스의 균열의 방지를 돕는다.
적합한 산란제들은 TiO2, 알루미나, 황산바륨, PTFE, 티탄산바륨 등을 포함한다. 산란제들은 중합성 조성을 포함하는 광학 재료에 약 0.05 wt% 내지 약 1.0 wt%의 양으로 존재할 수 있다. 방출 광의 추출(outcoupling)을 촉진하기 위해 산란제들이 일반적으로 예를 들어 약 0.15% w/w의 바람직한 양으로 추가된다.
적합한 레올로지 개질제들(틱소트로프(thixotropes))은 TS-720 처리 흄드 실리카와 같이 Cabot Corporation으로부터 시판되는 흄드 실리카(fumed silica), TS720, TS500, TS530, TS610와 같이 Cabot Corporation으로부터 시판되는 처리된 실리카 및 Cabot Corporation으로부터 시판되는 M5 및 EHS와 같은 친수성 실리카를 포함한다. 레올로지 개질제들은 중합성 조성을 포함하는 광학 재료에 약 0.5% w/w 내지 약 12% w/w의 양으로 존재할 수 있다. 레올로지 개질제 또는 틱소트로프는 매트릭스 수지의 수축을 저하시키고 균열 방지를 돕는 작용을 한다.
적합한 충전제들은 실리카, 흄드 실리카, 침강 실리카(precipitated silica), 유리 비드(glass beads), PMMA 비드 등을 포함한다. 충전제들은 중합성 조성을 포함하는 광학 재료에 약 0.01% 내지 약 60%, 약 0.01% 내지 약 50%, 약 0.01% 내지 약 40%, 약 0.01% 내지 약 30%, 약 0.01% 내지 약 20% 및 중첩 여부에 관계없이 그 사이의 임의의 값 또는 범위의 양으로 존재할 수 있다.
실리카 광개시제들은 Irgacure 2022, KTO-46 (Lambert), Esacure 1 (Lambert) 등을 포함한다. 광개시제들은 중합성 조성을 포함하는 광학 재료에 약 0.1 % w/w 내지 약 5% w/w의 양으로 존재할 수 있다. 광개시제들은 일반적으로 광중합을 위해 중합성 조성을 UV 광에 민감하게 만드는 데 도움이 된다.
적합한 열개시제들은 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오나이트릴){2,2'-azobis(2-methylpropionitrile)}, 라우릴 퍼록사이드(lauryl peroxide), 디-tert 부틸 퍼록사이드(di-tert butyl peroxide), 벤조일 퍼록사이드(benzoyl peroxide) 등을 포함한다.
무기 반도체 나노결정들(본 명세서에서 양자점들이라고 불릴 수도 있음)은 양자 구속에서 발생하는 광학 특성들을 가질 수 있는 나노미터 사이즈의 입자들이다. 양자점의 특정 조성(들), 구조, 및/또는 사이즈는 특정 여기 소스(excitation source)를 이용한 자극에 따라 양자점으로부터 방출될 원하는 파장의 광을 달성하도록 선택될 수 있다. 본질적으로, 양자점들은 그들의 사이즈를 변경하는 것에 의해 가시 스펙트럼에 걸쳐 광을 방출하도록 조정될 수 있다.
양자점들은 약 1 내지 약 1000 나노미터(nm) 범위, 그리고 바람직하게는 약 1 내지 약 100 nm 범위의 평균 입자 크기를 갖는다. 소정의 실시예들에서, 양자점들은 약 1 내지 약 20 nm(예를 들어, 약 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 또는 20 nm 등)의 범위의 평균 입자 크기를 갖는다. 소정의 실시예들에서, 양자점들은 약 1 내지 약 10 nm 범위의 평균 입자 크기를 갖는다. 양자점들은 약 150 옹스트롬(Å) 미만의 평균 직경을 가질 수 있다. 소정의 실시예들에서, 약 12 내지 약 150 Å 범위의 평균 직경을 가지는 양자점들이 특히 바람직할 수 있다. 그렇지만, 양자점의 조성, 구조, 및 원하는 방출 파장에 따라, 평균 직경은 이들 범위의 밖에 있을 수 있다.
바람직하게는, 양자점은 반도체 나노결정을 포함한다. 소정의 실시예들에서, 반도체 나노결정은 약 1 내지 약 20 nm, 그리고 바람직하게는 약 1 내지 약 10 nm의 범위의 평균 입자 크기를 갖는다. 그렇지만, 양자점의 조성, 구조, 및 원하는 방출 파장에 따라, 평균 직경은 이들 범위의 밖에 있을 수 있다.
양자점은 하나 이상의 반도체 재료를 포함할 수 있다.
양자점(예를 들어, 반도체 나노결정을 포함함)에 포함될 수 있는 반도체 재료들의 예는, IV족 원소, II-VI족 화합물, II-V족 화합물, III-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, I-III-VI족 화합물, II-IV-VI족 화합물, II-IV-V족 화합물, 3원 및 4원 혼합물들 또는 합금들을 비롯하여 전술한 것들 중 임의의 것을 포함하는 합금, 및/또는 전술한 것들 중 임의의 것을 포함하는 혼합물을 포함하지만, 이들에 제한되지는 않는다. 예들의 비제한적인 목록은 ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, MgS, MgSe, GaAs, GaN, GaP, GaSe, GaSb, HgO, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InN, InP, InSb, AlAs, AlN, AlP, AlSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbO, PbS, PbSe, PbTe, Ge, Si, 3원 및 4원 혼합물들 또는 합금들을 비롯하여 전술한 것들 중 임의의 것을 포함하는 합금, 및/또는 전술한 것들 중 임의의 것을 포함하는 혼합물을 포함한다.
소정의 실시예들에서, 양자 점들은 하나 이상의 반도체 재료를 포함하는 코어(core)와 하나 이상의 반도체 재료를 포함하는 셸(shell)을 포함할 수 있고, 여기서 셸은 코어의 외부 표면의 적어도 일부 위에, 바람직하게는 그 외부 표면의 전부 위에 배치된다. 코어와 셸을 포함하는 양자점을 "코어/셸" 구조체라고도 부른다.
예를 들어, 양자점은 화학식 MX를 가진 코어를 포함할 수 있으며, 여기서 M은 카드뮴, 아연, 마그네슘, 수은, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨, 또는 이들의 혼합물일 수 있고, X는 산소, 황, 셀레늄, 텔루륨, 질소, 인, 비소, 안티모니, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 양자점 코어들로서 사용하는데 적합한 재료들의 예는, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, MgS, MgSe, GaAs, GaN, GaP, GaSe, GaSb, HgO, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InN, InP, InSb, AlAs, AlN, AlP, AlSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbO, PbS, PbSe, PbTe, Ge, Si, 3원 및 4원 혼합물들 또는 합금들을 비롯하여 전술한 것들 중 임의의 것을 포함하는 합금, 및/또는 전술한 것들 중 임의의 것을 포함하는 혼합물을 포함하는데, 이것들에만 제한되는 것은 아니다.
셸은 코어의 조성과 동일하거나 그와 상이한 조성을 가진 반도체 재료일 수 있다. 셸은 코어의 표면상에 하나 이상의 반도체 재료를 포함하는 오버코트를 포함할 수 있다. 셸에 포함될 수 있는 반도체 재료들의 예는 IV족 원소, II-VI족 화합물, II-V족 화합물, III-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, I-III-VI족 화합물, II-IV-VI족 화합물, II-IV-V족 화합물, 3원 및 4원 혼합물들 또는 합금들을 비롯하여, 전술한 것들 중 임의의 것을 포함하는 합금들, 및/또는 전술한 것들 중 임의의 것을 포함하는 혼합물들을 포함하지만, 이들에 제한되지는 않는다. 예들은, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, MgS, MgSe, GaAs, GaN, GaP, GaSe, GaSb, HgO, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InN, InP, InSb, AlAs, AlN, AlP, AlSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbO, PbS, PbSe, PbTe, Ge, Si, 이들 중 임의의 것을 포함하는 합금, 및/또는 이들 중 임의의 것을 포함하는 혼합물을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, ZnS, ZnSe 또는 CdS 오버코팅들이 CdSe 또는 CdTe 반도체 나노결정들 위에 성장될 수 있다.
코어/셸 양자점에서, 셸 또는 오버코팅은 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 오버코팅은 코어의 조성과 동일하거나 그와 상이한 적어도 하나의 반도체 재료를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 오버코팅은 약 1개 또는 약 10개의 단층(monolayer)의 두께를 갖는다. 오버코팅은 10개의 단층보다 큰 두께를 가질 수도 있다. 소정의 실시예들에서, 2개 이상의 오버코팅이 코어상에 포함될 수 있다.
소정의 실시예들에서, 주위의 "셸" 재료는 코어 재료의 밴드 갭 초과의 밴드 갭을 가질 수 있다. 소정의 다른 실시예들에서, 주위의 셸 재료는 코어 재료의 밴드 갭 미만의 밴드 갭을 가질 수 있다.
소정의 실시예들에서, 셸은 "코어" 기판의 원자 간격(atomic spacing)에 가까운 원자 간격을 갖도록 선택될 수 있다. 소정의 다른 실시예들에서, 셸과 코어 재료들은 동일한 결정 구조를 가질 수 있다.
양자점(예를 들어, 반도체 나노결정) (코어)셸 재료들의 예는, 제한 없이, 다음의 것들을 포함한다: 적색(예를 들어, (CdSe)CdZnS (코어)셸), 녹색(예를 들어, (CdZnSe)CdZnS (코어)셸 등) 및 청색(예를 들어, (CdS)CdZnS (코어)셸.
양자점들은 또한 구(sphere), 막대(rod), 디스크(disk), 다른 형상, 및 다양한 형상의 입자들의 혼합을 포함하지만, 이들에 제한되지 않는 다양한 형상을 가질 수 있다.
양자점(예를 들어, 반도체 나노결정을 포함하지만, 이에 제한되지는 않음)을 제조하는 방법의 일례는 콜로이드성 성장 프로세스이다. 결과로 생기는 양자점들은 양자점들의 집단의 구성원들이다. 불연속 핵생성 및 통제된 성장의 결과, 얻어질 수 있는 양자점들의 집단은 좁은 단분산 분포의 직경들을 갖는다. 단분산 분포의 직경들은 사이즈라고도 지칭될 수 있다. 바람직하게는, 단분산 입자 집단은 집단 내의 적어도 약 60%의 입자가 특정한 입자 사이즈 범위 내에 드는 입자 집단을 포함한다. 단분산 입자 집단은 바람직하게는 직경이 15% rms(제곱 평균 제곱근) 미만, 보다 바람직하게는 10% rms 미만, 가장 바람직하게는 5% 미만의 편차를 갖는다.
오버코팅 프로세스의 일례는, 예를 들어, 미국 특허 제6,322,901호에 기술되어 있다. 오버코팅 동안 반응 혼합물의 온도를 조정하고, 코어의 흡수 스펙트럼을 모니터링함으로써, 높은 방출 양자 효율 및 좁은 사이즈 분포를 갖는 오버코팅된 재료들이 얻어질 수 있다.
양자점들 또는 반도체 나노결정들의 좁은 사이즈 분포는 좁은 스펙트럼 폭에서의 광 방출의 가능성을 허용한다. 단분산 반도체 나노결정들은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함되는 Murray 등(J. Am. Chem. Soc, 115:8706 (1993)에 상세히 기술되어 있다.
반도체 나노결정 및 다른 유형의 양자점들은 바람직하게는 그것에 부착된 리간드들을 갖는다. 일 양태에 따르면, 본 발명의 범위 내의 양자점들은 올레산 리간드들을 가진 녹색 CdSe 양자점들 및 올레산 리간드들을 가진 적색 CdSe 양자점들을 포함한다. 대안으로, 또는 추가로, 옥타데실포스포닉 산(octadecylphosphonic acid, "ODPA") 리간드들이 올레산 리간드들 대신에 사용될 수 있다. 리간드들은 중합성 조성에서 양자점들의 용해도를 촉진하여, 적색 편이(red shifting)를 야기할 수 있는 응집(agglomeration) 없이 더 높은 로딩을 가능하게 한다.
리간드들은 성장 프로세스 동안에 반응 혼합물에 포함될 수 있는 배위 용매(coordinating solvent)로부터 유도될 수 있다.
리간드들은 반응 혼합물에 추가될 수 있다.
리간드들은 양자점들을 합성하기 위해 반응 혼합물에 포함된 시약 또는 전구 물질로부터 유도될 수 있다.
소정의 실시예들에서, 양자점들은 외부 표면에 부착된 2개 이상의 유형의 리간드를 포함할 수 있다.
성장 프로세스로부터 또는 다른 방법으로 유도된 리간드들을 포함하는 양자점 표면은 오버레이어를 형성하기 위해 과량의 경쟁 리간드 기(예를 들어, 배위 기를 포함하지만, 이에 제한되지 않음)에의 반복된 노출에 의해 변경될 수 있다. 예를 들어, 피리딘, 메탄올 및 방향족 화합물에 쉽게 분산되지만 지방족 용매에는 더 이상 분산되지 않는 결정입자들을 생성하기 위해, 캡핑된 양자점들의 분산액을 배위 유기 화합물, 예를 들어, 피리딘으로 처리할 수 있다. 이러한 표면 교환 프로세스는, 예를 들어, 포스핀, 티올, 아민 및 포스페이트를 포함하지만, 이들에 제한되지 않는, 나노결정들의 외부 표면에 배위하거나 그와 결합할 수 있는 임의의 화합물을 사용하여 수행될 수 있다.
추가적인 리간드들의 예는 지방산 리간드, 긴사슬 지방산 리간드, 알킬 포스핀, 알킬 포스핀 옥사이드, 알킬 포스폰산, 또는 알킬 포스핀산, 피리딘, 푸란, 및 아민을 포함한다. 더 구체적인 예들은, 피리딘, 트리-n-옥틸포스핀(tri-n-octyl phosphine, TOP), 트리-n-옥틸포스핀 옥사이드(tri-n-octyl phosphine oxide, TOPO), 트리-하이드록실프로필포스핀(tris-hydroxylpropylphosphine, tHPP) 및 옥타데실포스포닉 산(octadecylphosphonic acid, "ODPA")을 포함하지만, 이들에 제한되지는 않는다. 공업용(technical grade) TOPO가 사용될 수 있다.
적합한 배위 리간드들이 통상의 합성 유기 기술들에 의해 상업적으로 구입되거나 준비될 수 있다.
광을 방출할 수 있는 양자점으로부터의 방사는 양자점의 사이즈, 양자점의 조성, 또는 둘 다를 변화시킴으로써 스펙트럼의 자외선, 가시 또는 적외선 영역의 전체 파장 범위에 걸쳐 조정될 수 있는 좁은 가우시안 방출 대역일 수 있다. 예를 들어, CdSe를 포함하는 반도체 나노결정이 가시 영역에서 조정될 수 있고, InAs를 포함하는 반도체 나노결정이 적외선 영역에서 조정될 수 있다. 양자점들의 집단의 좁은 사이즈 분포로 인해 좁은 스펙트럼 범위 내의 광이 방출될 수 있다. 이 집단은 단분산일 수 있고, 바람직하게는 이러한 양자점의 직경이 15% 미만, 보다 바람직하게는 10% 미만, 가장 바람직하게는 5% 미만의 rms(root-mean-square) 편차를 나타낸다. 가시광선에서 방출하는 그러한 양자점의 경우 약 75 nm 이하, 바람직하게는 약 60 nm 이하, 보다 바람직하게는 약 40 nm 이하, 그리고 가장 바람직하게는 약 30 nm 반치폭(full width at half max: FWHM) 이하의 협대역 범위에서 스펙트럼 방출이 관측될 수 있다. IR-방출 양자점은 FWHM이 150nm 이하, 또는 100nm 이하일 수 있다. 방사의 에너지로 표현하면, 방사는 0.05 eV 이하, 또는 0.03 eV 이하의 FWHM을 가질 수 있다. 광 방출 양자점 직경의 분산도가 감소됨에 따라 방사의 폭이 감소된다.
반도체 나노결정은 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 또는 90% 초과와 같은 방사 양자 효율을 가질 수 있다.
양자점의 좁은 FWHM으로 인해 포화 색 방출이 일어날 수 있다. 단일 재료 시스템의 전체 가시 스펙트럼에 걸쳐, 넓게 조정할 수 있는, 포화 색 방출은 유기 발색단들의 어떤 클래스에 의해서도 매칭되지 않는다(예를 들어, Dabbousi 등의 J. Phys. Chem. 101, 9463 (1997)을 참조하며, 이 문헌은 그 전체 내용이 참조로 포함된다). 양자점의 단분산 집단은 좁은 범위의 파장에 걸쳐 있는 광을 방출할 것이다.
본 발명에 따른 유용한 양자점들은 적색광 특유의 파장들을 방출하는 것들을 포함한다. 소정의 바람직한 실시예들에서, 적색광을 방출할 수 있는 양자점들은 약 615 nm 내지 약 635 nm 범위, 그리고 중첩 여부에 관계없이 그 사이의 임의의 파장 또는 범위의 피크 중심 파장을 가진 광을 방출한다. 예를 들어, 양자점들은 약 635 nm, 약 630 nm, 약 625 nm, 약 620 nm, 약 615 nm의 피크 중심 파장을 가진 적색광을 방출하는 것이 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 유용한 양자점들은 또한 녹색 특유의 파장을 방출하는 것들을 포함한다. 소정의 바람직한 실시예들에서, 녹색광을 방출할 수 있는 양자점들은 약 520 nm 내지 약 545 nm 범위, 그리고 중첩 여부에 관계없이 그 사이의 임의의 파장 또는 범위의 피크 중심 파장을 가진 광을 방출한다. 예를 들어, 양자점들은 약 520 nm, 약 525 nm, 약 535 nm, 약 540 nm, 약 540 nm의 피크 중심 파장을 가진 녹색광을 방출하는 것이 가능할 수 있다.
본 발명의 양자점들의 좁은 방출 프로파일은 포화 색들을 방출하도록 양자점들 및 양자점들의 혼합물들의 조정을 가능하게 하여 종래의 LED 조명 디스플레이들 이상으로 색 재현율(color gamut)과 전력 효율을 증가시킨다. 일 양태에 따르면, 예를 들어, 약 523 nm의 지배적인 파장과 예를 들어, 약 37 nm의 FWHM을 가진 방출 프로파일을 가진 광을 방출하도록 설계된 녹색 양자점들이 예를 들어, 약 617 nm의 지배적인 파장과, 예를 들어, 약 32 nm의 FWHM을 가진 방출 프로파일을 가진 광을 방출하도록 설계된 적색 양자점들과 조합되거나, 혼합되거나, 다른 방식으로 결합하여 사용된다. 그러한 조합들은 3원색의 백색광을 생성하도록 청색광에 의해 자극될 수 있다.
본 발명의 범위 내의 광학 재료는 본 명세서에 기술된 광학 부품에 포함될 수 있는 것과 같은, 호스트 재료를 포함할 수 있고, 그것은 약 50 중량백분율 내지 약 99.5 중량백분율, 및 중첩 여부에 관계없이 그 사이의 임의의 중량백분율의 양으로 존재할 수 있다. 소정의 실시예에서, 호스트 재료는 약 80 내지 약 99.5 중량백분율의 양으로 존재할 수 있다. 구체적인 유용한 호스트 재료들의 예는, 중합체, 올리고머, 단량체, 수지, 결합제(binders), 유리, 금속 산화물, 및 기타 비중합체성 재료들을 포함하지만, 이들에 제한되지는 않는다. 바람직한 호스트 재료들은 광의 사전 선택된 파장들에 대해 적어도 부분적으로 투명한, 바람직하게는 완전히 투명한 중합체성 및 비중합체성 재료들을 포함한다. 소정의 실시예들에서, 사전 선택된 파장들은 전자파 스펙트럼의 가시(예를 들어, 400 - 700 nm) 영역의 광의 파장들을 포함할 수 있다. 바람직한 호스트 재료들은 가교 중합체(cross-linked polymer) 및 용매-캐스팅된 중합체(solvent-cast polymer)를 포함한다. 다른 바람직한 호스트 재료들의 예로는 유리 또는 투명 수지가 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 특히, 가공성(processability)의 관점에서 비경화성 수지, 열 경화성 수지, 또는 광 경화성 수지 등의 수지가 적절히 사용된다. 이러한 수지의 구체적인 예로서, 올리고머 또는 중합체의 형태로, 멜라민 수지, 페놀 수지, 알킬 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 말레인산 수지, 폴리아미드 수지, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐피롤리돈, 하이드록시에틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 이들 수지를 형성하는 단량체 또는 올리고머를 함유하는 공중합체(copolymer), 기타 등등이 있다. 관련 기술의 통상의 기술자라면 다른 적당한 호스트 재료들을 알아낼 수 있다.
호스트 재료들은 또한 실리콘 재료들을 포함할 수 있다. 관련 기술의 통상의 기술자라면 실리콘 재료들을 포함하는 적당한 호스트 재료들을 알아낼 수 있다.
본 발명이 고려하고 있는 본 발명의 소정의 실시예들 및 양태들에서, 호스트 재료는 광 경화성 수지를 포함한다. 광 경화성 수지는 소정의 실시예들에서, 예를 들어, 조성물이 패턴화되어야 하는 실시예들에서, 바람직한 호스트 재료일 수 있다. 광 경화성 수지로서, 반응성 비닐기(reactive vinyl group)를 함유하는 아크릴산 또는 메타크릴산 계열 수지 등의 광중합성(photo-polymerizable) 수지, 일반적으로 폴리비닐 신나메이트, 벤조페논, 또는 기타 등등의 감광제(photo-sensitizer)를 함유하는 광가교성 수지(photo-crosslinkable resin)가 사용될 수 있다. 감광제가 사용되지 않을 때 열 경화성 수지가 사용될 수 있다. 이들 수지는 개별적으로 또는 2개 이상이 함께 사용될 수 있다.
소정의 실시예들에서, 호스트 재료는 용매-캐스팅된 수지를 포함할 수 있다. 폴리우레탄 수지, 말레인산 수지, 폴리아미드 수지, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐피롤리돈, 하이드록시에틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 이들 수지를 형성하는 단량체 또는 올리고머를 함유하는 공중합체, 기타 등등의 중합체가 관련 기술의 숙련자들에게 공지된 용매에 용해될 수 있다. 용매의 증발 시에, 수지는 반도체 나노입자들을 위한 고체 호스트 재료를 형성한다.
소정의 실시예들에서, Radcure 및 Sartomer로부터 시판되는 아크릴레이트 단량체 및/또는 아크릴레이트 올리고머가 바람직할 수 있다.
양자점들은 캡슐화될 수 있다. 유용할 수 있는 캡슐화 재료들의 비제한적인 예들, 관련 방법들, 및 기타 정보는 "Particles Including Nanoparticles, Uses Thereof, And Methods"라는 명칭으로 2009년 3월 4일에 출원된 Linton의 국제 출원 번호 PCT/US2009/01372 및 "Particles Including Nanoparticles, Uses Thereof, And Methods"라는 명칭으로 2009년 9월 9일에 출원된 Nick 등의 미국 특허 출원 제61/240932호에 기술되어 있으며, 상기 문헌들 각각은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 발명의 범위 내에서, 호스트 재료 예를 들어 중합체 매트릭스와 같은, 광학 재료에 포함되는 양자점들의 총량은 바람직하게는 약 0.05 중량백분율 내지 약 5 중량백분율의 범위, 그리고 보다 바람직하게는 약 0.1 중량백분율 내지 약 5 중량백분율의 범위 및 중첩 여부에 관계없이 그 사이의 임의의 값 또는 범위이다. 광학 재료에 포함되는 양자점들의 양은 응용에 따라 그리고 양자점들이 포함되는 형태에 따라 그러한 범위 내에서 변할 수 있고, 그것은 특정한 최종 응용에 기초하여 선택될 수 있다.
무기 형광체(예를 들어, 칼코게나이드 형광체로, 이에 제한되지 않음)를 포함하는 발광 재료를 포함하는 광학 재료에서, 이 광학 재료 내의 형광체의 중량백분율은 양자점들에 대해 기술된 것의 두 배일 수 있다.
광학 재료에서 사용되는 양자점들의 비율은 사용되는 양자점들의 방출 피크들에 의해 결정된다. 예를 들어, 약 514 nm 내지 약 545 nm의 범위, 그리고 중첩 여부에 관계없이 그 사이의 임의의 파장에서 피크 중심 파장을 가진 녹색광을 방출할 수 있는 양자점들과, 약 615 nm 내지 약 640 nm의 범위, 그리고 중첩 여부에 관계없이 그 사이의 임의의 파장에서 피크 중심 파장을 가진 적색광을 방출할 수 있는 양자점들이 광학 재료에서 사용될 때, 녹색 발광 양자점들의 중량백분율 대 적색 발광 양자점들의 중량백분율의 비율은 약 12:1 내지 약 1:1의 범위에 있고, 중첩 여부에 관계없이 그 사이의 임의의 비율일 수 있다.
광학 재료에서 녹색 발광 양자점들의 중량백분율 대 적색 발광 양자점들의 중량백분율의 상기 비율은 대안으로 몰비(molar ratio)로 표현될 수 있다. 예를 들어, 녹색 대 적색 양자점들의 상기 중량백분율 비율은 약 24.75 내지 1에서 약 5.5 내지 1의 범위의 녹색 대 적색 양자점 몰비, 그리고 중첩 여부에 관계없이 그 사이의 임의의 비율에 대응할 수 있다.
(약 450 nm 내지 약 460 nm 범위, 그리고 중첩 여부에 관계없이 그 사이의 임의의 파장에서 피크 중심 파장을 갖는 청색광을 가진) 청색 발광 고체 무기 반도체 발광 디바이스, 및 녹색 발광 양자점들 및 적색 발광 양자점들의 혼합물들을 포함하는 광학 재료를 포함하는 발광 디바이스 또는 디스플레이를 포함하는 양자점에 의해 방출되는 3원색 백색광에서 청색 대 녹색 대 적색 광 출력 강도의 비율은 변할 수 있다.
본 발명의 범위 내에서, 산란제들이라고도 불리는 산란체들이, 예를 들어, 약 0.01 중량백분율 내지 약 1 중량백분율의 양으로 존재할 수 있다. 이러한 범위 밖의 산란체들의 양들이 유용할 수도 있다. 본 명세서에 기술된 발명들의 실시예들 및 양태들에서 사용될 수 있는 광 산란체(본 명세서에서 산란체 또는 광 산란 입자라고도 함)의 예로는 금속 또는 금속 산화물 입자, 기포(air bubble), 그리고 유리 및 중합체성 비드(polymeric bead)(속이 차 있거나 속이 비어 있음)가 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 관련 기술의 통상의 기술자라면 다른 광 산란체도 용이하게 알아낼 수 있다. 소정의 실시예들에서, 산란체들은 구 형상(spherical shape)을 갖는다. 바람직한 산란 입자의 예로는 TiO2, SiO2, BaTiO3, BaSO4, 및 ZnO가 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 호스트 재료와 반응하지 않고 호스트 재료에서 여기광(excitation light)의 흡수 경로 길이를 증가시킬 수 있는 기타 재료들의 입자가 사용될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 광 산란체는 높은 굴절률(예컨대, TiO2, BaSO4, 기타) 또는 낮은 굴절률(기포)을 가질 수 있다.
산란체들의 사이즈 및 사이즈 분포의 선택은 관련 기술의 통상의 기술자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 사이즈 및 사이즈 분포는 산란 입자와 광 산란체가 분산될 호스트 재료의 굴절률 불일치, 및 Rayleigh 산란 이론에 따라 산란될 사전 선택된 파장(들)에 기초할 수 있다. 호스트 재료에서의 분산성(dispersability) 및 안정성(stability)을 향상시키기 위해 산란 입자의 표면이 추가로 처리될 수 있다. 일 실시예에서, 산란 입자는 약 0.01 내지 약 1 중량백분율 범위의 농도로, 0.2 ㎛ 입자 사이즈의 TiO2(DuPont으로부터의 R902+)를 포함한다.
레올로지 개질제라고도 불리는, 액체 및 양자점들을 포함하는 광학 재료에 포함될 수 있는 틱소트로프의 예로는, 흄드 금속 산화물(예를 들어, (Cabot Corporation에서 출시된 Cab-O-Sil™ 흄드 실리카 제품들과 같은) 표면 처리 또는 미처리될 수 있는 흄드 실리카), 흄드 금속 산화물 겔(예를 들어, 실리카 겔)이 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 광학 재료는 약 0.5 내지 약 12 중량백분율 또는 약 5 내지 약 12 중량백분율 범위의 상당한 양의 틱소트로프를 포함할 수 있다. 이 범위 밖의 다른 양들도 유용하거나 바람직한 것으로 결정될 수 있다.
소정의 실시예들에서, 양자점들 및 호스트 재료를 포함하는 광학 재료가 양자점들 및 액체 용매(liquid vehicle)를 포함하는 잉크로부터 형성될 수 있고, 액체 용매는 가교될 수 있는 하나 이상의 작용기(functional group)를 포함하는 조성물을 포함한다. 작용 유닛들은, 예를 들어, UV 처리, 열 처리, 또는 관련 기술의 통상의 기술자라면 용이하게 확인할 수 있는 다른 가교 기법에 의해 가교될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 가교될 수 있는 하나 이상의 작용기를 포함하는 조성물은 액체 용매 자체일 수 있다. 소정의 실시예들에서, 그것은 공용매일 수 있다. 소정의 실시예들에서, 그것은 액체 용매와의 혼합물의 성분일 수 있다.
잉크를 제조하는 바람직한 방법의 하나의 특정한 예는 다음과 같다. 유기 용제에 잘 분산된 원하는 방사 특성을 가진 양자점들을 포함하는 용액이 질소 조건에서 원하는 수지 단량체와, 원하는 단량체 대 양자점 비율이 달성될 때까지, 조합된다. 이 혼합물은 그 후 산소가 없는 조건에서 양자점들이 잘 분산될 때까지 소용돌이 혼합된다. 수지의 최종 성분들은 그 후 양자점 분산에 추가되고, 그 후 양호한 분산을 보장하기 위해 초음파 혼합된다. 그 후 용제가 제거될 수 있다.
그러한 완성된 잉크로부터 준비되는 광학 재료를 포함하는 광학 부품은, 산소가 없는 조건에서 제1 기판의 표면에 그 잉크를 퇴적한 다음 완전한 경화를 위해 강한 조명 아래에 몇 초 동안 UV 경화에 의해 준비될 수 있다. 일 양태에 따르면, 잉크는 산소가 없는, 그리고 임의적으로, 수분이 없는 조건에서 퇴적된다.
본 명세서에서 교시된 발명들의 소정의 양태들 및 실시예들에서, 잉크를 함유하는 경화된 양자점을 포함하는 광학 재료(optic)는 광학 재료의 광발광 효율을 증가시키기에 충분한 기간 동안 광속에 노출될 수 있다.
소정의 실시예들에서, 광학 재료는 광학 재료의 광발광 효율을 향상시키기에 충분한 기간 동안 광 및 열에 노출된다.
소정의 실시예들에서, 광 또는 광 및 열에 노출시키는 것은 광발광 효율이 실질적으로 일정한 값에 도달할 때까지 일정 기간 동안 계속된다.
광중합성 조성물에 분산된 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 포함하는 양태들에서, 중합 또는 경화가 밀봉 단계 전에 수행될 수 있다.
광중합성 조성물에 분산된 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 포함하는 양태들에서, 중합 또는 경화가 밀봉 단계 후에 수행될 수 있다.
본 발명의 방법들을 수행함에 있어, 배치 단계 및 밀봉 단계는 바람직하게는 산소가 없을 때에 수행된다. 산소가 없는 조건들의 예로는, 예를 들어, 질소 또는 다른 불활성 분위기가 있다.
본 발명의 방법들을 수행함에 있어, 배치 단계 및 밀봉 단계는 임의적으로 수분이 없을 때에 수행된다.
본 발명의 방법들을 수행함에 있어, 배치 단계 및 밀봉 단계는 바람직하게는 산소와 수분이 없을 때에 수행된다.
액체를 더 포함하는 광학 재료를 포함하는 본 발명의 방법들을 수행함에 있어, 배치 단계, 고체화 단계, 및 밀봉 단계는 산소가 없을 때에 수행된다. 산소가 없는 조건들의 예로는, 예를 들어, 질소 또는 다른 불활성 분위기가 있다.
액체를 더 포함하는 광학 재료를 포함하는 본 발명의 방법들을 수행함에 있어, 배치 단계, 고체화 단계, 및 밀봉 단계는 임의적으로 수분이 없을 때에 수행된다.
액체를 더 포함하는 광학 재료를 포함하는 본 발명의 방법들을 수행함에 있어, 배치 단계, 고체화 단계, 및 밀봉 단계는 바람직하게는 산소와 수분이 없을 때에 수행된다.
도 2는 한 쌍의 기판(바람직하게는 유리), 밀봉된 밀폐형 밀봉 재료(바람직하게는 밀봉된 프릿 또는 금속/땜납 접합으로부터 형성됨)를 포함하는 측벽들을 포함하고 내부에 밀폐형으로 밀봉된 광학 재료를 포함하는 밀폐형으로 밀봉된 개별 광학 부품의 일례를 개략적으로 도시한다.
도 3은 개별 광학 부품의 일 실시예의 (밀봉되지 않은) 광학 재료(QD(양자점) 층으로 도시됨) 부품들 및 기판들(유리로 도시됨)의 분해도의 일례를 개략적으로 도시한다. 밀폐형으로 밀봉된 개별 광학 부품의 두께는 기판 두께, 광학 재료의 두께, 및 다른 임의적인 층들 또는 특징들이 그 안에 및/또는 그 위에 포함되어 있는지 여부에 따라 달라질 수 있다. 소정의 최종 사용 응용들에서(예를 들어, 반도체 발광 다이오드 소자를 갖는 색 변환 부품으로서) 유용할 수 있는 개별 광학 부품에 대한 두께의 범위의 비제한적인 예는 약 0.2 mm 내지 약 1 mm이다. 언급한 바와 같이, 광학 부품의 특정한 의도된 최종 사용에 따라, 이 두께 범위 내의 또는 밖의 다른 두께들이 유용하거나 바람직할 수 있다. 개별 광학 부품의 폭도 광학 부품의 의도된 최종 사용에 기초하여 선택된다. 소정의 최종 사용에서(예를 들어, 반도체 발광 다이오드 소자를 갖는 색 변환 부품으로서) 유용할 수 있는 개별 광학 부품에 대한 폭 및/또는 길이 치수의 범위의 비제한적인 예는 약 1 mm 내지 약 100 mm이다. 언급한 바와 같이, 광학 부품의 특정한 의도된 최종 사용에 따라, 이 두께 범위 내의 또는 밖의 다른 길이들 및/또는 폭들이 유용하거나 바람직할 수 있다. 도 4에 도시된 예에서, 기판의 에지로부터 광학 재료를 포함하는 별개의 영역의 주연부까지의 밀폐형 실의 폭의 비제한적인 예는 약 0.05 mm 내지 약 1 mm 범위에 있는 것으로 도시되어 있다. 언급한 바와 같이, 광학 부품의 특정한 기판들, 밀봉 재료들, 광학 재료들, 및 특정한 의도된 최종 사용에 따라, 이 두께 범위 내의 또는 밖의 다른 실 폭들이 유용하거나 바람직할 수 있다. 도 3에 도시된 광학 부품 예에 포함된 광학 재료 층 또는 막에 대한 예시적인 두께는 약 50 미크론 내지 약 200 미크론의 범위에 있다. 아래 설명된 바와 같이, 소정의 양태들에서 광학 재료는 백색광을 만들기 위해 광학 부품이 청색 LED와 함께 사용되어야 할 때 적색 및 녹색 양자점들을 포함할 수 있다. 광학 부품의 특정한 의도된 최종 사용에 따라, 광학 재료가 그러한 범위 내의 및/또는 밖의 다른 두께들로 광학 부품에 포함될 수 있고, 광학 부품에 대한 의도된 최종 사용에 기초하여 상이한 발광 재료(들)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 분리 단계는 광학 재료를 포함하는 인접한 밀봉된 개별 영역들 사이에 밀봉 영역들을 따라 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품의 조립체를 절단 또는 다이싱하여 밀폐형으로 밀봉된 개별 광학 부품들을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
인접한 별개의 영역들의 주연부를 둘러싸는 밀봉 재료 사이에 간극이 있는 양태들에서, 분리 단계는 인접한 별개의 영역들 사이의 간극을 통하여 밀봉된 조립체를 절단하여 밀봉된 개별 광학 부품들을 제공하는 것을 포함할 수 있다.
제1 기판의 표면이 미리 선택된 배열의 인접한 별개의 영역들 사이에 리세스된 채널을 포함하는 소정의 양태들에서, 분리 단계는 인접한 별개의 영역들 사이의 간극을 통하여 밀봉된 조립체를 절단하여 밀봉된 개별 광학 부품들을 제공하는 것을 포함할 수 있다.
미리 선택된 배열의 2개 이상의 별개의 영역들이 제1 기판의 표면에 리세스된 영역들을 포함하는 양태들에서, 그 표면은 리세스된 영역들 사이에 리세스된 채널을 더 포함할 수 있고, 분리 단계는 인접한 리세스된 영역들 사이의 리세스된 채널을 통하여 밀봉된 조립체를 절단하여 밀봉된 개별 광학 부품들을 제공하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 명세서에 기술된 방법에 의해 제조된 밀폐형으로 밀봉된 평면 광학 부품의 조립체가 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 명세서에 기술된 방법에 의해 제조된 밀폐형으로 밀봉된 평면 광학 부품이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 밀폐형 밀봉 재료에 의해 평면 유리 기판들 사이에 밀봉된 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 포함하는 밀폐형으로 밀봉된 평면 광학 부품이 제공된다. 임의적으로, 이 광학 부품은 정사각형 또는 직사각형 형상을 갖는다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 발광 부품과, 이 발광 부품에 의해 방출된 광과 광학 통신하는 본 명세서에 기술된 밀폐형으로 밀봉된 평면 광학 부품을 포함하는 색 변환 부품을 포함하는 발광 디바이스가 제공된다. 바람직한 발광 부품들의 예로는, 무기 반도체 발광 다이오드가 있지만, 이에 제한되지 않는다. 소정의 바람직한 양태들에서, 발광 부품과 광학 부품 사이에 간극이 존재한다. 임의적으로, 광학 부품은 정사각형 또는 직사각형 형상을 갖는다.
본 발명은 고비용 없이 용이한 제조를 제공할 수 있고 확장성 있는 프로세스에 의해 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품들을 제조하는 방법을 제공한다. 비용 목표들은 개별 기판 사이즈에서 개별적으로 취급되고 처리되는 것을 수반하는 개별 부품들을 제조하는 것으로는 달성될 수 없다.
본 개시 내용 및 본 명세서에 기술된 발명들과 관련하여 유용할 수 있는 추가 정보가, "Optical Components, Systems Including An Optical Component, And Devices"라는 명칭으로 2009년 5월 6일에 출원된, Coe-Sullivan 등의 국제 출원 번호 PCT/US2009/002796; "Solid State Lighting Devices Including Quantum Confined Semiconductor Nanoparticles, An Optical Component For A Solid State Light Device, And Methods"라는 명칭으로 2009년 5월 6일에 출원된, Coe-Sullivan 등의 국제 출원 번호 PCT/US2009/002789; "Optical Materials, Optical Components, And Methods"라는 명칭으로 2010년 4월 28일에 출원된, Modi 등의 국제 출원 번호 PCT/US2010/32859; "Optical Materials, Optical Components, Devices, And Methods"라는 명칭으로 2010년 4월 28일에 출원된, Modi 등의 국제 출원 번호 PCT/US2010/032799; "Quantum Dot Based Lighting"이라는 명칭으로 2011년 8월 10일에 출원된, Sadasivan 등의 국제 출원 번호 PCT/US2011/047284; "Compositions And Methods Including Depositing Nanomaterial"이라는 명칭으로 2008년 6월 25일에 출원된, Linton 등의 국제 출원 번호 PCT/US2008/007901; "Compositions, Optical Component, System Including An Optical Component, Devices, And Other Products"라는 명칭으로 2008년 9월 12일에 출원된, Coe-Sullivan 등의 미국 특허 출원 제12/283609호; "Functionalized Nanoparticles And Method"라는 명칭으로 2008년 9월 12일에 출원된, Breen 등의 국제 출원 번호 PCT/US2008/10651; "Solid State White Light Emitter And Display Using Same"이라는 명칭으로 2003년 7월 29일에 발행된, Baretz 등의 미국 특허 제6,600,175호; 및 "Light Emitting Device and Display"라는 명칭으로 2003년 8월 19일에 발행된, Shimizu 등의 미국 특허 제6,608,332호; 및 "Methods of Making Components Including Quantum Dots, Methods, and Products"라는 명칭으로 2013년 2월 7일에 출원된, Nick 등의 미국 특허 출원 제13/762,354호에 포함되어 있으며, 상기 문헌들 각각은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 명세서에 사용될 때, 단수 표현 "한", "하나" 및 "그"는 문맥이 명백히 다른 것을 말하는 것이 아닌 한 복수를 포함한다. 따라서, 예를 들어, 방사 재료(emissive material)라고 말하는 것은 하나 이상의 이러한 재료를 말하는 것을 포함한다.
출원인은 모든 인용된 참조 문헌의 전체 내용을 특정하여 본 개시 내용에 포함시키고 있다. 게다가, 양, 농도, 또는 기타 값이나 파라미터가 범위, 바람직한 범위, 또는 바람직한 상한 값들 및 바람직한 하한 값들의 목록으로서 주어질 때, 이것은, 범위들이 개별적으로 개시되어 있는지 여부에 상관없이, 임의의 범위 상한 또는 바람직한 상한 값과 임의의 범위 하한 또는 바람직한 하한 값의 임의의 쌍으로 이루어진 모든 범위들을 특정하여 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 수치 값들의 범위가 인용되는 경우, 달리 언급하지 않는 한, 그 범위는 범위의 끝점들을 포함하고, 그 범위 내의 모든 정수 및 소수를 포함하는 것으로 보아야 한다. 본 발명의 범주가 범위를 정의할 때 인용된 특정의 값들로 제한되는 것으로 의도되어 있지 않다.
본 발명의 다른 실시예들은 본 명세서를 살펴보는 것 및 본 명세서에 개시된 본 발명을 실시하는 것으로부터 관련 기술의 기술자들에게 명백할 것이다. 본 명세서 및 예들은 단지 예시적인 것으로 간주되고 본 발명의 진정한 범주 및 사상이 이하의 청구항들 및 그의 등가물들에 의해 나타내어진다는 것이 의도되어 있다.
발명의 주제가 구조적 특징들 및/또는 방법론적 행위들에 대해 특정적인 언어로 설명되었지만, 첨부된 청구항들에 정의되는 발명의 주제는 전술한 특정 특징들 및 행위들로만 반드시 한정되는 것은 아님을 이해할 것이다. 그보다는, 전술한 특정 특징들 및 행위들은 청구항들을 구현하는 예시적 형태들로서 개시된 것이다.
Claims (64)
- 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품들(multiple hermetically sealed optical components)을 제조하는 방법으로서,
발광 재료를 포함하는 광학 재료를 포함하는 2개 이상의 별개의 영역을 포함하는 패터닝된 배열을 포함하는 표면을 포함하는 제1 기판을 제공하는 단계 - 상기 별개의 영역들 각각의 주연부 둘레에 위치하는 상기 기판의 상기 표면상에 밀폐형 밀봉 재료가 배치됨 -;
밀봉 재료 및 별개의 영역들의 상기 패터닝된 배열을 포함하는 상기 제1 기판의 상기 표면 위에 제2 기판을 제공하여 조립체를 형성하는 단계; 및
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 상기 밀봉 재료를 밀봉하여 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품들의 조립체를 형성하는 단계
를 포함하는 방법. - 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품들을 제조하는 방법으로서,
광학 재료를 수용하기 위한 2개 이상의 별개의 영역의 패터닝된 배열을 포함하는 표면을 포함하는 제1 기판을 제공하는 단계;
상기 제1 기판의 상기 표면상에 밀폐형 밀봉 재료를 포함시키는 단계 - 상기 밀봉 재료는 상기 2개 이상의 별개의 영역의 주연부 둘레에 경계를 형성함 -;
2개 이상의 상기 별개의 영역 내에 상기 제1 기판의 상기 표면 위에 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 배치하는 단계;
상기 광학 재료를 포함하는 상기 제1 기판의 상기 표면 위에 제2 기판을 제공하여 조립체를 형성하는 단계; 및
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 상기 밀봉 재료를 밀봉하여 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품들의 조립체를 형성하는 단계
를 포함하는 방법. - 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품들을 제조하는 방법으로서,
제1 기판을 제공하는 단계;
상기 기판의 표면상에 미리 선택된 배열의 2개 이상의 별개의 영역의 외부 주연부 둘레에 경계를 정의하도록 구성된 밀봉 재료를 상기 표면상에 포함시키는 단계;
2개 이상의 상기 별개의 영역 내에 상기 기판의 상기 표면 위에 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 배치하는 단계;
상기 광학 재료를 포함하는 상기 제1 기판의 상기 표면 위에 제2 기판을 제공하여 조립체를 형성하는 단계; 및
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 상기 밀봉 재료를 밀봉하여 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품들의 조립체를 형성하는 단계
를 포함하는 방법. - 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품들을 제조하는 방법으로서,
제1 기판을 제공하는 단계;
상기 기판의 표면 위에 2개 이상의 별개의 영역을 포함하는 미리 선택된 배열로 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 배치하는 단계;
상기 2개 이상의 별개의 영역의 주연부 둘레에 밀폐형 밀봉 재료 경계를 포함시키는 단계;
상기 광학 재료를 포함하는 상기 제1 기판의 상기 표면 위에 제2 기판을 제공하여 조립체를 형성하는 단계; 및
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 상기 밀봉 재료를 밀봉하여 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품들의 조립체를 형성하는 단계
를 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 재료는 액체를 더 포함하고, 상기 방법은 상기 조립체를 밀봉하기 전에 액체를 더 포함하는 광학 재료를 고체화하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배치 단계 및 밀봉 단계는 산소가 없을 때에 수행되는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배치 단계 및 밀봉 단계는 수분이 없을 때에 수행되는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배치 단계 및 밀봉 단계는 산소와 수분이 없을 때에 수행되는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 배치 단계, 고체화 단계, 및 밀봉 단계는 산소가 없을 때에 수행되는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 배치 단계, 고체화 단계, 및 밀봉 단계는 수분이 없을 때에 수행되는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 배치 단계, 고체화 단계, 및 밀봉 단계는 산소와 수분이 없을 때에 수행되는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
미리 선택된 배열의 상기 2개 이상의 별개의 영역은 상기 제1 기판의 상기 표면에 리세스된 영역들을 포함하는 방법. - 제12항에 있어서,
상기 밀봉 재료는 상기 제1 기판의 상기 표면의 리세스되지 않은 영역들에 포함되는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
인접한 별개의 영역들의 주연부를 둘러싸는 상기 밀봉 재료 사이에 간극이 존재하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 밀폐형으로 밀봉된 광학 부품들의 조립체를 밀폐형으로 밀봉된 개별 광학 부품들로 분리하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제14항에 있어서,
인접한 별개의 영역들 사이에 상기 간극을 통하여 상기 밀봉된 조립체를 절단하여 밀봉된 개별 광학 부품들을 제공하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 기판의 상기 표면은 상기 미리 선택된 배열의 인접한 별개의 영역들 사이에 리세스된 채널을 포함하는 방법. - 제17항에 있어서,
인접한 리세스된 영역들 사이에 상기 리세스된 채널들을 통하여 상기 밀봉된 조립체를 절단하여 밀봉된 개별 광학 부품들을 제공하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 산소에 대해 불침투성인 광학적으로 투명한 재료를 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 산소와 수분에 대해 불침투성인 광학적으로 투명한 재료를 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 5 mm 이하의 두께를 가진 유리를 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 1 mm 이하의 두께를 가진 유리를 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 약 0.1 mm 내지 약 1 mm 범위의 두께를 가진 유리를 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 평면 구성을 갖는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 하나의 치수가 약 100 mm 내지 약 300 mm 범위에 있는 주표면을 가진 평면 구성을 갖는 방법. - 제15항에 있어서,
밀봉된 개별 광학 부품은 적어도 하나의 치수가 약 1 mm 내지 약 100 mm 범위에 있는 주표면을 포함하는 방법. - 제15항에 있어서,
밀봉된 개별 광학 부품에 포함된 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 부분들은 그 사이에 밀봉 재료의 경계 실(border seal)에 의해 밀봉되는 방법. - 제27항에 있어서,
상기 경계 실은 상기 광학 부품의 에지로부터 측정된 약 0.02 내지 약 2 mm의 폭을 갖는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀봉 재료는 유리 프릿을 포함하는 방법. - 제29항에 있어서,
상기 밀봉 단계는 프릿 밀봉을 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀봉 단계는 레이저 밀봉을 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀봉 단계는 가열을 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀봉 단계는 이온 결합을 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀봉 재료는 유리-금속 실을 형성하기 위한 금속 및 금속 땜납의 조합을 포함하는 방법. - 제34항에 있어서,
상기 밀봉 단계는 땜납/금속 접합을 포함하는 방법. - 제15항에 있어서,
상기 분리 단계는 다이싱 톱을 이용한 절단을 포함하는 방법. - 제15항에 있어서,
상기 분리 단계는 레이저를 이용한 절단을 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 재료는 액체를 더 포함하고, 상기 광학 재료는 패치 코팅(patch coating), 디웨팅(dewetting), 스크린 프린팅, 스핀-코팅, 정밀 분배(precision dispensing), 잉크젯 프린팅, 또는 밀착 프린팅(contact printing)을 포함하는 방법에 의해 상기 표면 위에 배치되는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀봉 재료는 별개의 영역의 주연부 둘레에 연속적인(uninterrupted) 방법. - 제12항에 있어서,
상기 광학 재료는 액체를 더 포함하고, 상기 광학 재료는 박막 코팅 기법을 포함하는 방법에 의해 상기 리세스된 영역들 내에 배치되는 방법. - 제40항에 있어서,
상기 박막 코팅 기법은 블레이드 코팅(blade coating), 로드 코팅(rod coating), 또는 슬롯 다이 코팅(slot die coating)을 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발광 재료는 무기 광발광 재료(inorganic photoluminescent material)를 포함하는 방법. - 제42항에 있어서,
상기 무기 광발광 재료는 무기 반도체 나노결정들을 포함하는 방법. - 제42항에 있어서,
상기 무기 광발광 재료는 무기 형광체를 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 재료는 상기 발광 재료를 포함하는 UV 경화성 조성물을 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 재료는 상기 발광 재료를 포함하는 UV 경화성 조성물을 포함하고, 상기 발광 재료는 반도체 나노결정들을 포함하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 재료는 상기 발광 재료를 포함하는 UV 경화성 조성물을 포함하고, 상기 발광 재료는 칼코게나이드 형광체를 포함하는 방법. - 제15항에 있어서,
상기 개별 광학 부품들은 밀폐형으로 밀봉되는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 기판은 평면인 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 기판은 평면인 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 평면인 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 밀폐형으로 밀봉된 평면 광학 부품의 조립체.
- 제15항에 따른 방법에 의해 제조된 밀폐형으로 밀봉된 평면 광학 부품.
- 밀폐형 밀봉 재료에 의해 평면 유리 기판들 사이에 밀봉된 발광 재료를 포함하는 광학 재료를 포함하는 밀폐형으로 밀봉된 평면 광학 부품.
- 제53항 또는 제54항에 있어서,
상기 발광 재료는 무기 광발광 재료를 포함하는 밀폐형으로 밀봉된 평면 광학 부품. - 제53항 또는 제54항에 있어서,
상기 발광 재료는 반도체 나노결정들을 포함하는 밀폐형으로 밀봉된 평면 광학 부품. - 제53항 또는 제54항에 있어서,
상기 발광 재료는 무기 형광체(inorganic phosphor)를 포함하는 밀폐형으로 밀봉된 평면 광학 부품. - 제53항 또는 제54항에 따른 밀폐형으로 밀봉된 평면 광학 부품을 포함하는 색 변환 부품을 포함하는 디스플레이.
- 발광 부품과, 이 발광 부품에 의해 방출된 광과 광학 통신하는 제53항 또는 제54항에 따른 밀폐형으로 밀봉된 평면 광학 부품을 포함하는 색 변환 부품을 포함하는 발광 디바이스.
- 제59항에 있어서,
상기 발광 부품과 상기 광학 부품 사이에 간극이 존재하는 발광 디바이스. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
별개의 영역이 정사각형 형상을 갖는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
별개의 영역이 직사각형 형상을 갖는 방법. - 제53항 또는 제54항에 있어서,
별개의 영역이 정사각형 형상을 갖는 밀폐형으로 밀봉된 평면 광학 부품. - 제53항 또는 제54항에 있어서,
별개의 영역이 직사각형 형상을 갖는 밀폐형으로 밀봉된 평면 광학 부품.
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