KR20210037000A - 양자 도트 필름들, 조명 디바이스들, 및 조명 방법들 - Google Patents

양자 도트 필름들, 조명 디바이스들, 및 조명 방법들 Download PDF

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KR20210037000A
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윌리엄 피 프리만
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Abstract

광-방출 양자 도트 필름들, 양자 도트 조명 디바이스들, 및 양자 도트-기반의 백라이트 유닛들이 제공된다. 관련되는 조성들, 구성요소들, 및 방법들이 또한 설명된다. 향상된 양자 도트 캡슐화 및 매트릭스 재료들이 제공된다. 보호 배리어들을 갖는 양자 도트 필름들이 설명된다. 고-효율, 높은 휘도, 및 높은-색순도 양자 도트-기반의 조명 디바이스들 그리고, 양자 도트-기반의 조명 디바이스들에서 효율 및 광학적 특성들을 향상시키는 방법들이 또한 포함된다.

Description

양자 도트 필름들, 조명 디바이스들, 및 조명 방법들{QUANTUM DOT FILMS, LIGHTING DEVICES, AND LIGHTING METHODS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2010년 11월 10일자에 출원되고 본원에 전체적으로 참고로 포함된, 미국 가특허출원 제 61/412,004호의 이익을 주장한다.
발명의 분야
본 발명은 양자 도트 (QD) 형광체 필름들, QD 조명 디바이스들, 및 관련되는 방법들에 관한 것이다.
종래의 조명 디바이스들은 제한된 광 칼라 특성들 및 빈약한 조명 효율을 갖고 있다. 높은 색순도, 고효율, 및 향상된 광 칼라 특성들을 나타내는 비용-효과적인 조명 방법들 및 디바이스들에 대한 요구가 존재한다.
본 발명은 고효율적인, 순색, 및 칼라 조정가능한 양자 도트 (QD) 조명 방법들 및 디바이스들에 관한 것이다. 본 발명은 또한 양자 도트 필름들 (QD 필름들) 및 관련되는 조명 방법들 및 디바이스들에 관한 것이다. 조명 디바이스들은 전자 디바이스용 조명 디스플레이들을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 본 발명은 액정 디스플레이들 (LCDs), 텔레비전, 컴퓨터들, 모바일 폰들, 스마트폰들, 개인 휴대정보 단말기들 (PDAs), 게이밍 디바이스들, 전자 리딩 (reading) 디바이스들, 디지털 카메라들 등과 같은 디스플레이 디바이스들용 백라이팅 유닛들 (BLU들) 에 관한 것이다. 본 발명의 QD 필름들은 BLU들, 하향 조명, 실내 또는 실외 조명, 무대 조명, 장식 조명, 액센트 조명, 박물관 조명, 원예학, 생물학, 및 다른 애플리케이션들을 위한 아주 특수한 파장 조명을 포함한, 임의의 적합한 애플리케이션 그리고; 본원에서 설명하는 본 발명을 연구조사할 때에 당업자들에게 명백해질 추가적인 조명 애플리케이션들에 사용될 수도 있다.
본 발명은 또한 광전지 애플리케이션들에 사용하기에 적합한 양자 도트 하향-변환 층 또는 필름을 포함한다. 본 발명의 QD 필름은 햇빛의 부분들을 솔라 셀의 활성 층에 의해 흡수될 수 있는 저-에너지 광으로 변환할 수 있으며, 여기에서, 양자 도트 필름에 의한 이런 하향-변환 없이는, 그 변환된 파장들의 광은 활성 층에 의해 흡수되어 전기로 변환될 수 없었다. 따라서, 본 발명의 QD 필름을 채용하는 솔라 셀은 증가된 솔라 변환 효율을 가질 수 있다.
본 발명은 광원, 광 필터, 및/또는 1차 광 하향-변환기로서 사용하기 위한 QD 필름을 포함한다. 특정 실시형태들에서, QD 필름은 1차 광원이며, 여기서, QD 필름은 전기 자극 시에 광자들을 방출하는 전기발광 QD들을 포함하는 전기발광 필름이다. 특정 실시형태들에서, QD 필름은 광 필터이며, 여기에서, QD들은 특정 파장 또는 파장 범위를 갖는 광을 흡수한다. QD 필름 필터는 특정 파장들 또는 파장 범위들의 통과를 허용하는 한편, 다른 것들을 흡수하거나 또는 필터링할 수 있다. 특정 실시형태들에서, QD 필름은 하향-변환기이며, 이에 따라서, 1차 광원으로부터의 1차 광의 적어도 일부분이 QD 필름에서 QD들에 의해 흡수되어 1차 광보다 낮은 에너지 또는 긴 파장을 갖는 2차 광으로서 재방출된다. 바람직한 실시형태들에서, QD 필름은 필터 및 1차 광 하향-변환기 양쪽 모두가며, 이에 따라서, 1차 광의 제 1 부분이 QD 필름에서 QD들에 의해 흡수됨이 없이 QD 필름을 통과하도록 허용되며, 1차 광의 적어도 제 2 부분이 QD들에 의해 흡수되어, 1차 광보다 낮은 에너지 또는 긴 파장을 갖는 2차 광으로 하향-변환된다.
일 실시형태에서, 본 발명은 양자 도트 (QD) 필름 백라이팅 유닛들 (BLU들) 을 제공한다. QD BLU 는 적합하게는 청색 광-방출 다이오드 (LED) 및 QD 필름을 포함하며, QD 필름은 적합하게는, QD 형광체 (phosphor) 재료 층의 상부 (top) 및 저부 (bottom) 측들 각각 상의 배리어 층들 사이에 배치된 QD 형광체 재료의 필름 또는 층을 포함한다. 적합하게는, LED 는 광 가이드 패널 (LGP) 에 커플링되며, QD 필름은 액정 디스플레이 (LCD) 패널의 광학 필름들과 LGP 사이에 배치된다. QD 필름을 LCD 의 광학 필름들과 LGP 사이에 배치하는 것이 청색 광의 효율적인 리사이클링 및 QD 에 대한 청색 광의 증가된 광학 경로 길이를 가능하게 하며, 이에 따라서, QD 조명 디바이스에서 충분한 휘도를 달성하는데 요구되는 QD 농도에서 급격한 감소들을 가능하게 한다.
적합한 배리어 층들은 플라스틱 또는 유리 플레이트들을 포함한다. 적합하게는, 발광성 QD들은 청색 LED 로부터의 청색 1차 광의, QD들에 의해 방출되는 2차 광으로의 하향-변환 시 녹색 광 및 적색 광을 방출한다. 바람직한 실시형태들에서, BLU 는 백색광 방출 BLU 이다. 바람직한 실시형태들은 적색 2차 광을 방출하는 QD들의 제 1 집단 (population) 및 녹색 2차 광을 방출하는 양자 도트들의 제 2 집단을 포함하며, 가장 바람직하게는, 여기서, 백색광을 제공하기 위해 적색 및 녹색 광-방출 QD 집단들은 청색 1차 광에 의해 여기된다. 적합한 실시형태들은 여기 시에 청색 2차 광을 방출하는 양자 도트들의 제 3 집단을 더 포함한다. 적색, 녹색, 및 청색 광의 각각의 부분들은 디바이스에 의해 방출되는 백색광에 대해 원하는 백색점을 획득하도록 제어될 수 있다. BLU 디바이스들에 사용하기 위한 예시적인 QD들은 CdSe 또는 ZnS 를 포함한다. 적합한 QD들은 CdSe/ZnS, InP/ZnS, PbSe/PbS, CdSe/CdS, CdTe/CdS 또는 CdTe/ZnS 을 포함하는 코어/쉘 발광 나노결정들을 포함한다. 예시적인 실시형태들에서, 발광 나노결정들은 외부 리간드 코팅을 포함하며 폴리머 매트릭스에서 분산된다. 본 발명은 또한 QD BLU들을 포함하는 디스플레이 시스템들을 제공한다.
적합하게는, QD들을 둘러싸는 폴리머 매트릭스는 적어도 2개의 재료들을 포함하는 불연속적인, 복합 매트릭스이다. 적합하게는, 제 1 매트릭스 재료는 아미노 폴리스티렌 (APS) 을 포함하며, 제 2 매트릭스 재료는 에폭시를 포함한다. 더 적합하게는, 제 1 매트릭스 재료는 폴리에틸렌이민 또는 변성 폴리에틸렌이민 (PEI) 를 포함하며, 제 2 매트릭스 재료는 에폭시를 포함한다. QD 형광체 재료를 준비하는 적합한 방법들은, 발광 나노결정들과 제 1 폴리머 재료의 혼합물을 형성하기 위해 제 1 폴리머 재료에 복수의 발광 나노결정들을 분산시키는 단계를 포함한다. 혼합물이 경화되고, 그 경화된 혼합물로부터 미립자가 생성된다. 적합하게는, 그 경화 전에 혼합물에 가교제가 첨가된다. 예시적인 실시형태들에서, 그 경화된 혼합물을 연마하여 미립자가 생성된다. 합성물 매트릭스를 생성하기 위해 미립자가 제 2 폴리머 재료에 분산되고, 그 재료들이 필름으로 형성되어 경화된다. QD 형광체 재료를 준비하는 다른 적합한 방법들은, 발광 나노결정들과 제 1 폴리머 재료의 혼합물을 형성하기 위해, 제 1 폴리머 재료에 복수의 발광 나노결정들을 분산시키는 단계, 제 2 재료를 첨가하는 단계, 그 혼합물을 필름으로 형성하는 단계, 및 그후 그 필름을 경화시키는 단계를 포함한다.
추가적인 실시형태들에서, 본 발명은, 1차 광원 (바람직하게는, 청색 LED) 으로부터의 1차 광의 산란을 증진하고 QD 필름에서 QD들에 대한 1차 광의 광학 경로 길이를 증가시키기 위해 산란 피쳐들을 갖는 QD BLU들을 제공하고, 이에 따라서 QD BLU 의 효율을 증대하고 그 시스템에서 QD들의 양을 감소시킨다. 적합한 산란 피쳐들은 QD 필름에서의 산란 비드들, 호스트 매트릭스에서의 산란 도메인들, 및/또는 배리어 층들 또는 LGP 상에 형성된 피쳐들을 포함한다.
본 발명은 신규한 QD 형광체 재료들, QD 필름들, 및 관련된 조명 방법들 및 디바이스들을 제공한다. 게다가, 본 발명의 QD 원격 형광체들은 QD 여기와, QD 형광체 재료에서 QD들을 여기하는데 사용되는 1차 광의 신규한 제어를 위한 메커니즘들에 기초하여, QD 형광체 기술에서 돌파구 (breakthroughs) 를 제공한다.
본 발명의 추가적인 특징들 및 이점들은 다음의 설명에 개시될 것이며, 부분적으로는, 그 설명으로부터 명백해지거나, 또는 본 발명의 실시에 의해 습득될 수도 있다. 본 발명의 이점들은 그 구조에 의해 실현되고 획득될 것이며, 기재된 설명 및 본원의 청구범위들 그리고, 첨부된 도면들에서 상세히 적시될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 양쪽 모두는 예시적이며 설명적이고, 청구된 본 발명의 추가적인 설명을 제공하려고 의도된 것으로 이해되어야 한다.
본원에 포함되어 명세서의 부분을 형성하는 첨부 도면들은, 본 발명을 도시하며, 또한, 그 설명과 함께, 본 발명의 원리들을 설명하고 당업자가 본 발명을 제조 및 이용하는 것을 가능하게 하는 역할을 한다.
도 1 은 QD 흡수 및 방출 특성들의 조정가능성 (tunability) 을 나타낸다.
도 2 는 종래 및 QD-기반의 고체 상태 백색광 (SSWL) 디바이스들에 대한 광 칼라 성분들 (light color components) 의 비교를 나타낸다.
도 3 은 QD BLU, 종래의 BLU, 및 NTSC 표준에 대한 CIE 차트 및 색역들을 나타낸다.
도 4a 내지 도 4d 는 종래기술의 Quantum Rail™ 원격 형광체 패키지를 나타낸다.
도 5 는 종래의 액정 디스플레이 (LCD) 스택을 나타낸다.
도 6a 내지 도 6c 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 QD 필름 BLU 및 광 리사이클링 메커니즘들 (light recycling mechanisms) 을 나타낸다.
도 7a 내지 도 7c 는 본 발명의 QD 조명 디바이스에 대한 여러 1차 광원 배열들을 나타낸다.
도 8 은 본 발명에 따른, QD 에서 1차 광 흡수 및 2차 광 방출을 도시한다.
도 9 는 본 발명에 따른 리간드-코팅된 QD 를 나타낸다.
도 10 은 본 발명에 따른, 매트릭스에 임베딩되는 QD들을 포함하는 QD 형광체 재료를 나타낸다.
도 11a 내지 도 11b 는 본 발명의 리간드 및 QD 필름 형성 방법들을 나타낸다.
도 12a 내지 도 12b 는 본 발명에 따른 QD 형광체 재료들을 나타낸다.
도 13a 내지 도 13b 는 본 발명에 따른 광학적 특성들 및 메커니즘들을 도시한다.
도 14a 내지 도 14c 는 본 발명의 특정 실시형태들에 따른 배리어 필름들 및 재료들을 도시한다.
도 15a 내지 도 15i 는 본 발명에 따른 여러 예시적인 배리어들 및 배리어 피쳐들을 도시한다.
도 16a 내지 도 16d 는 본 발명에 따른 여러 예시적인 광학적 강화 피쳐들 (optical enhancement features) 을 도시한다.
도 17a 내지 도 17b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 하나의 QD 형광체 재료 및 본 발명의 QD 형광체 재료 비활성 영역들을 나타낸다.
도 18a 내지 도 18c, 도 19a 내지 도 19d, 및 도 20a 내지 도 20d 는 본 발명의 특정 실시형태들에 따른, QD 형광체 재료들, 배리어들, 및 밀봉 (seal) 들을 도시한다.
도 21a 내지 도 21e 및 도 22a 내지 도 22k 는 본 발명의 특정 실시형태들에 따른 여러 광 가이드 피쳐들을 도시한다.
도 23a 내지 도 23h, 도 24a 내지 도 24h, 도 25a 내지 25i, 및 도 26a 내지 도 26g 는 본 발명의 특정 실시형태들에 따른, QD들과 산란 피쳐들의 여러 공간 배열들을 도시한다.
도 27a 내지 도 27c 는 본 발명의 산란 피쳐들 및 산란 피쳐들에 대한 메커니즘들을 도시한다.
도 28a 내지 도 28f, 도 29a 내지 도 29c, 도 30a 내지 도 30c, 및 도 31a 내지 도 31c 는 본 발명의 특정 실시형태들에 따른, 여러 LGP 및 배리어 배열들, 및 QD들과 산란 피쳐들의 공간 배열들을 도시한다.
도 32 및 도 33a 내지 도 33c 는 본 발명의 특정 방법들 및 디바이스들에 따른 칼라 조정 및 백색점 발생을 나타낸다.
도 34 내지 도 35 는 본 발명에 따른 QD 필름 형성 방법들을 나타낸다.
도 36a 내지 도 36c 는 PEI 리간드들을 발생하는데 사용될 수 있는 예시적인 모노에폭시 변성제들 (modifiers) 을 나타낸다. 1,2-에폭시-3-페녹시프로판은 도 36a 에, 1,2-에폭시도데칸은 도 36b 에, 그리고, 글리시딜 4-노닐페닐 에테르는 도 36c 에 도시되어 있다.
도 37 은 본 발명의 리간드 형성 방법을 도시한다.
도 38a 및 도 38b 는 본 발명에 따른 QD 형광체 재료들을 나타낸다.
도 39a 내지 도 39c 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 QD 필름을 포함하는 전기발광 백라이트 디바이스를 나타낸다.
본 발명을 첨부 도면들을 참조하여 설명한다. 도면에서, 유사한 참조 번호들은 동일하거나 또는 기능적으로 유사한 엘리먼트들을 나타낸다.
본 발명은 조명 애플리케이션들에 사용하기 위한 QD 조명 디바이스들 및 QD 필름들을 제공한다. 본원에서 나타내고 설명한 특정의 구현예들은 본 발명의 예들이고 본 발명의 범위를 어떠한 방법으로도 달리 제한하려고 의도된 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 실제로, 간결성을 위해, 종래의 전자장치, 제조 (manufacturing), 반도체 디바이스들, 및 양자 도트, 나노결정, 나노와이어, 나노로드, 나노튜브, 및 시스템들의 나노리본 기술들 및 다른 기능적 양태들 (및, 그 시스템들의 개개의 동작 구성요소들의 구성요소들) 은 본원에서 자세하게 설명되지 않을 수도 있다.
색순도 및 조정가능성
광 칼라 방출의 제어는 하향-조명 및 디스플레이들을 포함한, 많은 조명 애플리케이션들에서 중요한 역할을 한다. 특히, 원격 형광체 고체-상태 백색광 조명 (SSWL; remote phosphor solid-state white lighting) 과 같은 에너지-효율적인, 혼합된-칼라 조명 애플리케이션들에서, 정확한 칼라 포인트 제어 및 조절가능성을 가능하게 하는 방법들 및 디바이스들에 대해 많은 요구들이 존재한다. 본 발명은 이 이슈를, 혼합된-칼라 조명 애플리케이션들에서 개개의 광 칼라 성분들을 토글하는 신규한 메커니즘들을 제공함으로써 해결한다. 본 발명에 의해 가능하게 되는 정밀성 및 제어의 레벨은 종래의 기법들에 의해 아직 달성되지 않았다. 특히, SSWL 조명의 분야에서, 종래의 조명 방법들 및 디바이스들은 높은 순수 백색광, 특히 상이한 조명 애플리케이션들 및 디스플레이 디바이스들에 대해 상이한 백색점들을 나타내도록 또한 고도로 조정할 수 있는 높은-순도 백색광을 제공하는 능력이 부족하다. 종래의 조명은 문제의 근원, 즉 광원들을 해결하는 대신, 바람직하지 않은 광 에너지를 필터링해서 제거하는 혼탁한 (lackluster) 필터링 기술에 의존한다. 예를 들어, 종래의 LCD BLU 기술은 낭비되는 광 에너지, 비효율, 및 높은 동작 온도들을 초래하는, LCD 칼라 필터들에 의해 필터링해서 제거되어야 하는 제어불능한 방출 파장들 및 넓은 스펙트럼 폭들의 문제가 있다.
본 발명은 신규한 QD 형광체 재료들, QD 필름들, 및 대응하는 조명 방법들 및 디바이스들에 기초하여 광의 높은 색순도 및 조정가능성을 제공한다. 게다가, 본 발명의 QD 원격 형광체들은 본 발명의 QD 형광체 재료에서 QD들을 여기시키는데 사용되는, 1차 광의 신규한 제어를 위한 메커니즘들에 기초하여, QD 형광체 기술에서 돌파구를 제공한다. 본 발명은 칼라 및 휘도를 제어하여 QD들에 의한 1차 광의 흡수 및 2차 광의 후속 방출을 증대하도록, 1차 광이 조작되는 신규한 실시형태들을 포함한다.
특정 실시형태들에서, 본 발명은 디스플레이 애플리케이션들을 위한 백라이팅 유닛 (BLU) 을 제공한다. 본 발명의 BLU들은 사이즈-조정가능한 QD들과 같은 방출-조정가능한 양자 도트 (QD) 들을 형광체 재료로서 포함한다. QD들을 여기시키는데 1차 광원을 이용함으로써, BLU들은 균일한 사이즈 분포를 갖는 QD들의 집단에 의해 방출되는 순수한, 포화된 칼라의 광, 또는 상이한-사이즈의 양자 도트들의 블렌드에 의해 방출되는 상이한 칼라들의 혼합물의 광을 발생할 수 있다. 이 QD 사이즈-조정가능성에 의해, 정확하게-정의된 백색점을 갖는 QD BLU 로 고유한 스펙트럼 엔지니어링이 달성된다. 아래에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, QD BLU 의 백색점은 BLU 의 광 칼라 성분들을 방출하는 다수의 QD 집단들의 사이즈 분포를 포함한, QD 특성들을 조정함으로써 조절된다.
전통적인 디스플레이 형광체들에 비해, 본 발명의 QD BLU 의 QD 형광체는 아주 높은 스펙트럼 순도, 칼라 포화, 칼라 해상도, 및 색역을 나타낸다. 도 1 에 나타낸 바와 같이, QD들은 QD 사이즈에 의존하는 정확한 방출 특성들을 나타내며, 이는 여기 조건들에 관계없이 일관된 방출 특성들을 제공하도록 정확하게 조정될 수 있다. 방출 스펙트럼은 단일 Gaussian 피크에 의해 정의되며, 이 피크는 밴드-에지 발광으로부터 발생한다. 방출 피크 위치는 양자 구속 효과들의 직접적인 결과로서 코어 입자 사이즈에 의해 결정된다. 예를 들어, 입자 직경을 2 nm 와 15 nm (100 및 102) 의 범위에서 조절함으로써, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 방출이 전체 가시 스펙트럼에 대해 정확하게 조정될 수 있다. 도 1 은 (2 nm 로부터 15 nm 까지) 증가하는 사이즈의 나노결정들에 대한 흡수 및 방출 피크들을 나타낸다. 초기 피크 (낮은 파장) 는 나노미터 단위로 흡수 파장을 나타내며, 후기 피크 (더 높은 파장) 는 방출 파장을 나타낸다. 나노결정들의 사이즈가 증가함에 따라, 흡수 및 방출 피크 파장들이 약 450 nm 로부터 약 700 nm 까지 시프트하고, 이 범위에 대해 조정될 수 있다. 도 1 상의 수직 음영된 바들은 청색 (104), 녹색 (106), 및 적색 (108) 범위들에서 가시 광 파장들을 나타낸다. QD 사이즈의 조정가능성 및 개개의 칼라 성분들에 대한 좁은 스펙트럼 폭이, 1차 광원 파장과는 무관하게, 다수의 상이한 QD 집단들을 이용하여 정확한 백색점 또는 다른 혼합된 칼라의 획득을 가능하게 한다.
종래의 LCD 백라이트들은 제한된 칼라 성질들 (color properties) 을 나타낸다. 예를 들어, 종래의 무기 형광체 백라이트 (청색 LED + YAG 형광체) 에 대한 강도 대 칼라의 스펙트럼 플롯을 나타내는 도 2 에서 볼 수 있는 바와 같이, YAG 형광체로부터의 황색 광 (202) 은 넓은-스펙트럼의, 낮은-강도 황색 광이다. 이 비-조정가능한, 빈약한-품질 황색 광의 결과는 낭비된 광 에너지이며 NTSC 표준 칼라 정확도의 10 % 미만이다. 이와 반대로, 본 발명의 하나의 예시적인 실시형태에 따른, 도 2 에 나타낸 녹색 및 적색 광-방출 QD 형광체로부터의 방출 (녹색 피크 (204) 및 적색 피크 (206)) 은 높은-순도, 높은-강도, 및 완전히 조정가능한 광을 나타낸다. 이것은 더 높은 에너지 효율 및 100 % 보다 큰 NTSC 칼라 정확도를 초래한다. 본 발명의 QD BLU들은 임의의 목표 백색점을 정밀한 정확도로 획득하도록 조정될 수 있다. 좁은 방출이 눈에 의해 가시 스펙트럼의 에지들에서 광자 낭비를 방지할 그리고, 칼라 렌더링 인덱스 및 전력 변환 효율의 우수한 최적화를 가능하게 한다.
본 발명의 예시적인 QD BLU 실시형태에 대한 색역 (302) 을 도시하는 도 3 에 나타낸 표준 CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) 차트에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 QD BLU 는 YAG (304) 과 같은 종래의 BLU 형광체들보다 색역에서 향상들을 제공한다. 개개의 적색, 녹색, 및 청색 (RGB) 칼라 성분들의 높은 색순도는 더 큰 QD BLU 색역 삼각형 (302) 에 의해 도시된 바와 같이, 잠재적인 칼라들의 어레이를 확장한다. 특히, 개개의 적색 (306), 녹색 (308), 및 청색 (310) 광 성분들의 순도는 더 순수한 3원색 백색광을 가능하게 한다.
칼라 필터링은 LCD 기술에서 그의 개발 이후 문제가 되는 이슈였다. 종래의 BLU 형광체들의 넓은 스펙트럼 방출은, 바람직하지 않은 방출을 제거하고 적색, 녹색, 및 청색 광의 순수 칼라 성분들을 제공하기 위해, 광범위한 칼라 필터링을 필요로 한다. 종래의 LCD 칼라 필터들은 종래의 BLU 형광체들에 의해 발생되는 광의 바람직하지 않은 파장들을 흡수하기 위해 여러 염료들, 색소들, 및 금속 산화물들에 크게 의존한다. 이들 흡수 재료들은 심한 광열화에 기인한 짧은 수명 그리고, 상이한 디스플레이 칼라 성분들을 시간 경과에 따라 상이한 레이트들로 변화시키는, 상이한 각각의 칼라들에 대한 상이한 칼라 필터들 사이의 수명 변화의 문제가 있다. 이런 흡수 재료들의 열화는 방출 칼라, 개개의 칼라 성분들의 순도, 디스플레이의 백색점, 휘도, 및 디스플레이 수명에 악영향을 미친다. 광범위한 리소스들이 LCDs 에 대한 칼라 필터들의 연구 및 발달에 전념되었지만, 종래의 LCD BLU들에 대해 적합한 흡수율 및 투과율을 갖는 알맞은, 높은-품질 칼라 필터들을 발견하거나 제조하는 것은 어려운 것으로 남아 있다.
본 발명의 QD BLU 는 LCD 칼라 필터 기술에서 칼라 필터링 문제들에 대해 오랫동안 요청되는 해결책을 제공한다. 종래의 LCD BLU들과는 달리, 본 발명의 QD BLU들은 기존 LCD 칼라 필터들에 고도로 적응할 수 있으며, 상이한 디스플레이 디바이스들의 폭넓게 다양한 상이한 LCD 칼라 필터들과의 적합성 (compatibility) 을 위해 정확하게 조정될 수 있다. 본 발명의 QD BLU 에 의하면, 종래의 BLU 방출 특성들과 적합하도록 맞춰지는 대신, 기존 LCD 칼라 필터들이 이용가능성 (availability), 품질, 비용, 층 두께 등에 기초하여 선택될 수 있다. QD BLU 형광체의 개개의 광 칼라 성분들은 매우 특정한 광의 파장들 및 선택된 칼라 필터들과 적합한 아주 좁은 스펙트럼 폭들에서 방출하도록 정확하게 맞추어질 수 있다. 이런 좁은 스펙트럼 폭들 및 방출 조정가능성에 의하면, 본 발명의 추가적인 이점은 디스플레이 칼라 필터들의 향상된 수명이다. QD 형광체의 좁은 스펙트럼 방출은 흡수 칼라 필터 재료들에 의한 더 적은 흡수를 필요로 하며, 이는 칼라 필터들의 더 적은 열화 및 증가된 수명을 초래한다.
도 1 에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 QD 형광체 재료의 방출 스펙트럼은 상이한 조명 디바이스들에 대해 다양한 칼라 필터들을 맞추기 위해 조정할 수 있다. 개개의 광 칼라 성분들로부터 필터링되는 광이 적어짐에 따라, YAG 와 같은 종래의 BLU 소스들에 비해 더 적은 광 에너지가 필터 재료에 의해 흡수된다.
휘도 및 효율
에너지 효율은 가전제품의 분야에서 중요한 특성이며, 디스플레이들이 디바이스 전력의 대 부분을 소비한다. 디스플레이 전력 소비는 모바일 디스플레이 애플리케이션들에서 배터리 요구사항들 그리고, 특히 대형 디스플레이 애플리케이션들에서 디바이스 동작 온도 및 패널 수명을 포함한, 전자 디스플레이 디바이스들의 많은 특성들에 크게 영향을 미친다. 종래의 디스플레이 디바이스들에서, 디바이스에 의해 소비되는 대부분의 에너지는 디스플레이, 특히 디스플레이 BLU 에 전용된다. 본 발명의 QD BLU들은 디스플레이 BLU들에서 획기적인 효율 향상들을 보인다.
본 발명의 QD BLU 은 1차 광의 효율적인 사용으로 인해 종래의 BLU들보다 향상된 효율을 제공함으로써, 낭비되는 광 에너지가 감소된다. 종래의 BLU 형광체들은 넓은 방출 스펙트럼들을 나타내며, 따라서, 발생된 대량의 광이 더 샤프한 칼라 성분들 (예컨대, RGB) 을 발생시키기 위해 칼라 필터들 (예컨대, LCD 칼라 필터들) 에 의해 필터링된다. 이 넓은 스펙트럼 필터링은 낭비되는 광 에너지, 감소되는 휘도, 및 더 높은 디스플레이 동작 온도들을 초래한다. 본 발명의 QD BLU 및 사이즈-조정된 양자 도트들의 좁은 대역폭 방출에 의해, 형광체 재료에 의해 발생되는 최소의 광이 칼라 필터링을 통해 낭비된다. 종래의 형광체 재료와 비교할 때, 대폭 감소된 광 필터링이 본 발명의 QD 형광체들에 대해 요구된다. 도 2 에 대해 위에서 설명한 바와 같이, QD 형광체 재료의 좁은 방출 스펙트럼은 필터링되는 것보다는 칼라 필터를 통해서 방출되는 더 많은 광을 초래하고, 따라서 증가된 휘도 및 효율을 초래한다. 본 발명의 QD BLU 의 증가되는 색순도 및 조명 효율은 전체 디스플레이 휘도에서 에너지-효율적인 증가를 제공한다.
양자 도트 형광체들에서 몇몇 개발은 예를 들어, US 특허번호 제 7,374,807호, US 특허번호 제 7,645,397호, US 특허번호 제 6,501,091호, US 특허번호 제 6,803,719호, 2010년 4월 29일자에 출원된 US 특허 출원번호 제12/799813호, 2008년 3월 19일자에 출원된 US 특허 출원번호 제 12/076530호, 2009년 10월 30일자에 출원된 US 특허 출원번호 제 12/609736호, 및 2009년 10월 30일자에 출원된 US 특허 출원번호 제 12/609760호에 개시되어 있는 바와 같이, 이루어졌으며, 이들 각각의 개시물이 참조로 전체적으로 본원에 원용된다. 예를 들어, 도 4a 내지 도 4d 에 나타낸, Nanosys™ 로부터 입수가능한 Quantum Rail™ (QR) 은 종래의 BLU들을 넘어서는 칼라 품질 향상들을 제공하는 QD-기반의 원격 형광체 패키지 (400) 를 포함한다. 아래에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 본 발명의 신규한 QD BLU들은 종래의 BLU들 그리고 QR 형광체 패키지들을 넘어서는 이점들을 제공한다.
YAG-코팅된 청색 LED BLU들과 같은 청색 LED들을 포함하는 종래의 BLU들에서, 종래의 형광체들은 전체 가시 스펙트럼을 커버하기 위해 청색 광의 부분을 적색 및 녹색으로 변환하는데 사용되며, 형광체들이 일반적으로 LED들와 직접 접촉하게 배치된다. 위에서 언급한 Nanosys™ Quantum Rail™ (QR) BLU 에서, 발광 QD들이 폴리머에 혼합되어 활성 물질 (404) 이 형성되며, 그 활성 물질이 유리 모세관 (402) 으로 밀봉되어 (406), QR (400) 이 형성된다. 도 4a 에 나타낸 바와 같이, QR 패키지는 LED들 (401) 에 인접하게, BLU 의 LED들 (401) 와 광 가이드 패널 (LGP) (403) 사이에 배치된다. 높은 동작 온도들 및 높은 광 플럭스 하에서 열화되는, 양자 도트들을 둘러싸는 유기 구성성분들로 인해, QD들은 LED들에 근접하여 발견되는 열 및 광 플럭스에 노출될 때 제한된 수명들을 가지며, 이에 의해 QR BLU 수명을 제한한다. QRs 에 대한 추가적인 이슈들은, QRs 을 LED들에 인접하게 위치시키는데 있어 제어 및 정확도의 부족, QRs 을 제자리에 부착하거나 또는 접착하는 것과 연관되는 신뢰성 및 광학적 이슈들, 및 기계적 손상에 대한 민감성을 포함한다.
도 5 는 종래의 LED 백라이트 LCD 디스플레이 (500) 를 나타내며, 휘도 향상 필름들 (BEF들; 501), 확산기 층 (504), LGP (506), LED 하우징 (510), 및 반사기 (508) 를 포함한, BLU (512) 의 구성요소들을 나타낸다.
하나의 본 발명의 예시적인 실시형태에 따르면, 도 6a 및 도 6b 에 나타낸 바와 같이, 조명 디바이스 (600) (예컨대, 디스플레이 BLU) 는 2개의 배리어 층들 (620, 622) 사이에 개재되거나 또는 배치된 QD 형광체 재료 (604) 를 포함하는 필름을 포함하는 QD 필름 원격 형광체 패키지 (602) 를 포함한다. QD 필름은 광 가이드 패널 (LGP) 위에 배치되고, 적어도 하나의 1차 광원 (610) 이 LGP 에 인접하게 위치되며, 이에 의해 1차 광원이 QD 형광체 재료와 광학적 연통 된다. 1차 광 (614) 이 1차 광원에 의해 방출될 때, 1차 광은 LGP 를 통해서 QD 필름으로 진행한다. QD 필름 및 1차 광원은, 1차 광이 원격 형광체 패키지의 QD 형광체 재료를 통해서 진행하여 QD 형광체 재료에서 QD들을 여기함으로써, QD 필름으로부터의 2차 광 방출을 일으키도록, 배치된다. 원격 형광체 패키지 및 조명 디바이스로부터 방출된 광은 형광체 재료에 의해 방출되는 2차 광, QD 필름을 완전히 통과하는 1차 광, 또는 바람직하게는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 도 6a 및 도 6b 에 나타낸 예시적인 실시형태에서, QD 필름 BLU (600) 은 QD 필름이 BEF들 (예컨대, 반사 편광기 필름들 또는 프리즘 필름들) 와, 반사 필름 및 하나 이상의 광 추출 층들을 갖는 LGP 사이에 개재되거나 또는 배치되도록, 저부 반사 필름 또는 층 (608), LGP 의 상부 및/또는 저부 근처의 하나 이상의 광 추출 층들 (도 6 에 미도시), 및 QD 필름 상에 배치된 하나 이상의 휘도-향상 필름들 (601) 을 더 포함한다.
도 6a 내지 도 6c 의 예시적인 실시형태에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 조명 방법들 및 디바이스들은 양자 도트 하향 변환 층을 더 유리한 위치에, 바람직하게는 LCD BLU 의 반사 필름 (608) 과 BEF들 (601) 사이에-예컨대, 반사 필름 (608) 과 LGP (606) 사이에, 또는 LCD BLU 의 LGP (606) 와 BEF들 (601) 사이에 배치된 QD 형광체 층 (604) 을 포함하는 QD 필름 층 (602) 의 형태로 위치시키는 것을 목표로 한다. 적합하게는, QD 필름 (602) 은 상부 배리어 (620) 및 저부 배리어 (622) 을 포함하며, 여기서 이들 배리어들은 QD 형광체 재료 (604) 를 하우징하여 외부 환경 조건들로부터 보호한다. LED들 (610) 에 근접하기 보다는, LGP 에 인접한 그러한 위치에 배치된 QD 필름에 의해, QD 형광체 재료에서 광 플럭스 및 온도가 상당히 낮아져, QD 형광체 재료 및 QD BLU 에 대해 더 긴 수명들을 초래한다. 게다가, 필름 어셈블리 설치가 단순화되고 기계적 손상 이슈들이 해결된다. 많은 추가적인 이점들이 이하에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 본 발명의 QD 필름 실시형태들에 의해 획득될 수 있다.
QD 형광체 양 감소
본 발명자들에게는 아주 놀랍게도, LCD 의 특정 층들 사이의 QD 필름의 배치가 QD들에 의해 방출된 2차 광의 휘도에서 괄목할 만한 그리고 높은 예상치 못한 향상들을 초래하고, 이는 광학 밀도에서 아주 높은 감소 (즉, QD들의 양의 감소) 를 가능하게 한다. 원하는 레벨의 휘도 및 백색점을 획득하는데 더 적은 QD들이 요구됨에 따라, QD 형광체 재료의 광학 밀도 (또는, QD 농도) 가 QR 조명 디바이스들에 비해 대폭 감소될 수 있으며 (예컨대, 15X 또는 25X 만큼 감소), 따라서, 더 적은 QD들을 이용하여 더 큰 디스플레이 표면 영역들이 획득될 수 있으며, QD 양 감소에 비례하여 비용이 대폭 감소된다. QD들을 디스플레이의 BEF들 (601) 와 LGP (606) 사이에 배치함으로써, 1차 광의 유효 경로 길이가 QD 형광체 재료에 대해 크게 증가된다. 도 6b 에 나타낸 바와 같이, 1차 광 (614) 이 본질적으로 LGP 의 저부에서 BEF들 (601) 및 반사 필름 (608) 에 의해 리사이클링되고, 확산 피쳐들 또는 층들과 같은 추가적인 피쳐들, 및 디스플레이 층들과 QD 필름의 굴절률들의 차이들에 의해 반사 및 산란이 유발된다. 이 리사이클링은 1차 광의 부분이 궁극적으로 BLU 를 탈출하기 전에, 1차 광 (614) 으로 하여금, QD 필름 (602) 을 반복적으로 다양한 각도들로 통과하도록 한다. QD 형광체 재료에서 1차 광 (614) 의 경로 길이가 QD 형광체 재료를 통해서 투과되는 높은-각도 광선들 (rays) 로 인해 증가되어, QD 필름에서 더 많은 QD 흡수 (및 재방출) 을 초래한다.
1차 광의 경로 길이 및 QD 흡수는 본 발명의 시스템들 및 방법들에 따른 1차 광의 조작에 의해 추가로 증가될 수 있다. 특정 실시형태들에서, 1차 광의 이 조작 및 증가된 흡수는 도 27a 및 도 27b 에 나타낸 바와 같이, QD 필름과 연관되는 산란 비드들 또는 입자들과 같은 산란 피쳐들의 첨가로 달성된다. QD 형광체들은 본래 등방성 방출체들이므로, 그것들은 광을 QD 표면으로부터 모든 방향들로 방출한다. QD들과는 달리, LED들와 같은 여기 광원들은 광을 더 단방향성으로 방출하는데, 왜냐하면 이는 Lambertian 방출체들이기 때문이며, 이는 LED 로부터 방출된 광의 강도가 방출 표면에 대한 법선에서 최고이고 그 법선으로부터 각도가 증가함에 따라 감소된다는 것을 의미한다. Lambertian 1차 광 방출체들과 등방성 2차 방출체들의 조합은 단방향의 1차 광 및 낮은 QD 흡수, 낮은 효율, 높은 QD 양 요구사항들, 및 디스플레이 표면 영역에 걸쳐, 그리고 여러 뷰잉-각도들로부터의 불균일한 칼라 및 휘도 분포를 포함한, 많은 문제들을 야기할 수 있다. 본 발명의 방법들 및 디바이스들은 칼라 균일성 및 휘도 균일성을 향상시키며, 효율을 증대시키고, QD 양 요구사항들을 감소시킨다. 1차 및 2차 광의 균일한 방출 방향 및 본 발명에 의해 가능하게 되는 1차 광의 증가된 QD 흡수에 의해, QD BLU 로부터 방출된 전체 광은 더 예측가능한 특성들을 가질 수 있으며, 이에 의해 QD BLU 의 칼라 및 다른 방출 특성들에 대해 향상된 제어를 가능하게 한다.
이 1차 광의 매우 효율적인 사용은 원하는 방출 휘도 및 백색점을 생성하는데 요구되는 QD들의 양 및 1차 광의 양 양쪽 모두에서 감소를 가능하게 한다. 본 발명의 방법들 및 디바이스들에 따라서 1차 광을 조작함으로써, 디바이스에 의해 방출된 1차 및 2차 광 성분들의 정확한 제어가 달성될 수 있다. 증가된 원격 형광체 방출을 위한 종래의 방법들과는 달리, 요구되는 1차 광의 양을 증가시키지 않고, 그리고 QD 형광체 재료의 양을 증가시키지 않고, 이 광 성분들의 향상된 제어가 달성될 수 있다. 놀랍게도, 그리고 가장 두드러지게, 이 효과는 심지어 QD 양에서 상당한 감소로 달성될 수도 있다. 본 발명의 신규한 실시형태들은 본 발명에 따른 QD 필름 층에 대해 원하는 휘도 및 백색점을 발생하는데 요구되는, 양자 도트들에서 예상치 못한 감소 (예컨대, 10 내지 25X 감소) 를 가능하게 한다.
QD들은 BLU들에 대한 형광체들로서 많은 이점들을 제공한다. 그러나, 디스플레이-품질 QD 형광체 생산의 높은 비용으로 인해, QD 형광체들의 애플리케이션들이 통상 분자의 라벨링 (labeling) 과 같은 낮은 형광체 양 애플리케이션들로 제한된다. 본 발명의 QD BLU들은 QD 형광체에서 낮은 양의 QD들을 갖는 QD 형광체 BLU 실시형태들을 제공한다. QD BLU 시스템에서 요구되는 QD들의 양을 최소화하는 것이 많은 이유들로 바람직하다. QD 대량 생산의 높은 비용에 더해, QD 형광체들은 환경 조건들에 매우 민감하다. QD 양 감소는 다른 재료들과 QD들의 통합을 간소화하며, QD BLU 시스템에서 요구되는 비-QD 재료들의 양을 감소시킨다. 예를 들어, 더 적은 QD들은 필요한 매트릭스 재료들, 배리어 재료들, 및 1차 광의 양을 감소시키고, 이에 따라서, QD BLU 시스템을 더 작고, 더 얇고, 더 가볍고, 그리고 더 효율적으로 만들 것이다. 이런 재료들의 감소는 QD BLU들의 생산 비용을 크게 감소시켜, QD BLU들을 종래의 디스플레이 BLU들에 비해 비용-경쟁력이 있도록 만든다. QD들의 감소는 또한 아래에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 더 큰 디스플레이들을 위한 QD BLU들을 가능하게 하며, 본 발명의 특정 실시형태들에 따른 QD 필름 BLU들에서와 같이, 증가된 표면 영역에 대해 QD 형광체 재료들을 이용할 가능성을 초래한다. 특히, 종래의 QD 형광체들과는 달리, 본 발명의 QD 필름은 1차 광들의 표면 영역보다 훨씬 더 큰 표면 영역을 갖는다.
칼라 및 휘도 균일성
본 발명의 추가적인 이점으로서, QD 필름의 공간 구성은 디스플레이 뷰잉 평면을 가로질러서, 휘도 및 칼라 균일성에서 향상들을 제공한다. QD 형광체 재료의 증가된 표면 영역, 및 LGP 표면 영역 상에 균일하게 배치된 형광체의 위치로 인해, QR BLU 와 연관되는 휘도 및 칼라 균일성 이슈들이 제거된다. 종래의 디스플레이 BLU들은 디스플레이 뷰잉 평면에 대해 균일한 광 분포를 제공하도록 고도로 엔지니어링되며, 본 발명의 QD BLU 는 LGP 로부터 방출된 1차 광의 높은 균일성을 활용하기 위해 LGP 와 BEF 사이에 유리하게 통합된 QD 필름을 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 백색광 QD 필름 BLU 실시형태들에서, 백색점이 QD들에 의해 방출되는 1차 광 및 2차 광 양쪽 모두의 균일성, 제어, 및 예측가능성으로 인해 더 정확하게 제어될 수 있다. 1차 광원에서 1차 광 특성들은 불균일하고 제어하기 어렵다. 본 발명에서와 같이, BLU 스택의 층으로서 배치된 QD 필름에 의하면, LGP 로부터의 투과 시 LGP 전체를 통한 1차 광의 균일한 분산으로 인해, QD들과의 상호작용의 포인트에서 1차 광 특성들이 더 균일하고 예측가능하다. 게다가, LGP 로부터의 1차 광 방출의 표면 영역이 1차 광원 근처에서 광 방출의 작은 표면 영역보다 훨씬 더 크다. 따라서, QD 필름 BLU 는 QD 흡수의 예측가능성, 균일성, 및 제어 및 방출 그리고, 조명 디바이스로부터의 전체 광 방출을 향상시킨다.
QD 형광체 재료에서 1차 광의 분산은 1차 광과 2차 광 사이의 방향성 방출의 균일성을 향상시킴으로써, QD BLU 에 의해 방출되는 광의 모든 칼라들의 더 균일한 방출 및 휘도를 가능하게 한다. 게다가, QD 필름에서 QD 형광체 재료에서의 확산은 외부 확산 층의 제거를 가능하게 하여, 디바이스 두께를 감소시킨다.
온도 감소 및 수명 향상
QD들은 온도에 매우 민감하다. 위에서 언급한 QR BLU 에서는, 원격 형광체 패키지가 1차 광원에 인접하고 그리고 매우 근접하게 배치되며, 이는 QD들이 겪는 더 높은 동작 온도들을 초래한다. 본 발명의 QD 조명 디바이스들 및 방법들은 1차 광원으로부터 더 멀리 QD 형광체 재료들의 배치를 가능하므로, QD 동작 온도를 크게 감소시키고 QD 형광체 재료의 온도 감도로부터 비롯되는 문제들을 해결한다. QD들로부터 2차 방출을 일으키는데 요구되는 1차 광의 감소에 의해, 본 발명의 또다른 이점은 증가된 효율 및 더 낮은 에너지, 및 QD BLU 시스템 및 전체 디스플레이 디바이스의 동작 온도 요구사항들을 포함한다. 게다가, QD 필름 실시형태에서 단위 면적 당 QD들의 감소된 밀도로 인해, 광 플럭스가 QR BLU들에 비해 상당히 (예컨대, 100X) 감소될 수 있다. 따라서, 본 발명의 QD 필름 BLU 는 QD 형광체 안정성, 무결성, 및 수명을 향상시킨다.
제조 (manufacturing), 조명 디바이스 통합, 및 기계적 무결성
본 발명의 QD 필름에 의해 통합 및 정렬이 향상되고 더 용이해지며, QD 필름은 LGPs, 광학 필름들, 확산기 필름들, 칼라 필터 필름들, 편광기 필름들, 및 마스크 필름들과 같은, 평면 디스플레이 층들을 포함한 기존 디스플레이 피쳐들과 더 적합하다. 통합 및 정렬은 종래의 BLU들 그리고 QR BLU 실시형태들에서 어려울 수 있다. 예를 들어, QR 패키징의 치수 (dimensional) 제어가 BLU 에서 QRs 의 정렬을 손상하고 1차 광이 방출되는 방향의 제어 및 예측가능성을 방해한다. 본 발명의 QD 필름 실시형태에서, 1차 광원 및 원격 형광체 패키지를 광학적으로 접속하는 것은 BLU 에서 원격 형광체 구성 및 위치로 인해 단순화되고 더 용이해진다. QR BLU들에 비해, 본 발명의 QD 필름은 큰 디스플레이들에 대한 통합을 향상시키고 QD BLU들을 포함하는 더 큰 디스플레이들을 가능하게 한다. QR BLU들은 더 많은 QRs 또는 더 긴 QRs 의 요구로 인해 큰 디스플레이들로 적절히 통합하는 것이 어려울 수 있다. 엄격한 치수 제어는 QR 생산에서, 특히 긴 길이들을 갖는 QRs 에 대해서는 달성하기 어렵다. 또한, 큰 디스플레이 사이즈들에 대한 QRs 의 정렬은 QRs 의 정렬에 요구되는 더 긴 길이로 인해 제조 관점에서 도전이 되고 있다. 본 발명의 QD 필름에서, 1차 광원 및 QD 형광체의 향상된 정렬은 더 큰 QD BLU 디스플레이들의 가능성을 제시한다. 본 발명의 완전-적합한, 프로세스-준비된 (ready) QD 필름에 의해, LED-LGP 정렬을 위한 기존 툴링 어셈블리들 및 기법들을 포함한, 기존 또는 종래의 정렬 기법들이 1차 광원을 광 투과 층과 정렬하는데 채용될 수 있다. 게다가, QD 형광체 재료가 전체 뷰잉 평면에 대해 고르게 분포될 수 있으므로, QD 필름은 1차 광원의 에지 정렬 대신 또는 추가하여, 1차 광원이 디스플레이의 이면측 상에 탑재되는 실시형태들을 가능하게 한다.
QR BLU들 및 종래의 디스플레이 BLU들에 비해, 본 발명의 QD 필름 BLU 는 BLU 제조 및 디스플레이 디바이스들에의 통합의 용이성을 포함한 많은 추가된 이점들을 제공한다. QRs 이 작은 모세관 (402) 을 형광체 재료 (404) 로 채우고 작은 모세관을 단부 밀봉재 (406) 로 밀봉하는 것을 포함한, 형광체 패키지 생산과 연관되는 도전적인 이슈들을 제공하지만, 본 발명의 QD 필름 BLU 에 대해 편리한 롤-투-롤 제조가 가능하다. 이것은 종래의 필름 라인 프로세싱 기법들을 이용한 편리한 대규모 롤-투-롤 프로세싱을 가능하며, 이에 따라서, QD 필름들 및 패키징이 제조 및 사이즈로 절단된 후, 추가로 프로세싱될 수 있다. 테이프-코팅에 이용되는 기법들과 유사한 롤-투-롤 프로세싱 기법들이 채용될 수도 있다. QD 형광체 재료는 페인팅, 스프레잉, 용매-스프레잉, 습식-코팅, 및 당업자들에게 알려져 있는 추가적인 코팅 및 성막 방법들에 의해 성막될 수 있다. QD 필름 패키지의 평면 층 구조는 LGPs 및 LCD 필터들과 같은 평면 디스플레이 층들, 편광기들, 및 유리 평면들을 포함한 기존 디스플레이 피쳐들과 적합하다. 이 평면 구조는 QRs 및 종래의 형광체들과 연관되는 공간 정렬 및 커플링 이슈들을 감소시킨다. 게다가, 전체 디스플레이 표면 영역 위에 걸친 형광체 밀도에서의 균일성이 여러 디바이스들 사이에 더 큰 예측가능성 및 제어를 제공하며, 이에 따라서 상이한 조명 애플리케이션들 및 디바이스들에 대한 본 발명의 BLU 의 적응을 단순화시킨다.
추가된 이점으로서, QD 필름은 이하에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 확산 층들과 같은 디스플레이 BLU들에서의 특정 층들의 제거를 가능하게 한다. 이것은 또한 제조를 단순화시키며 더 얇은 조명 디바이스들을 가능하게 한다.
본 발명의 QD 필름 실시형태는 QD 원격 형광체 패키징의 기계적 무결성에서 향상들을 제공한다. QR 원격 형광체들에 비해, QD 필름은 추가된 강도와 광 플럭스에 대한 증가된 표면 영역, 더 강한 배리어 재료들, 및 추가적인 기계적 보호 배리어들로서 작용하는 디스플레이의 기존 평면 층들 사이의 배치를 구한다.
본 발명의 QD 필름은 본 발명에 의해 가능하게 되는 1차 광의 손실에서의 감소로 인해 QR 형광체 패키지들보다 높은 효율을 제공한다. QR BLU들에서, 1차 광원과 QR 의 정렬 및 광학적 커플링과 연관되는 어려움들은, 1차 광이 QR 로부터 반사되거나 또는 그렇지 않으면 그 환경으로 탈출하거나, 또는 바람직하지 않게 LGP 로 투과하여 디스플레이에 의해 필터링되므로, 1차 소스로부터의 광이 낭비되게 할 수 있다. 본 발명의 QD 필름 실시형태에 의한 통합 이슈들의 제거는 1차 광의 예측가능성 및 제어를 증가시키며, 이에 따라서 낭비되는 1차 광의 양을 크게 감소시키고 디바이스 효율을 향상시킨다.
QD 필름 피쳐들 및 실시형태들
특정 실시형태들에서, 본 발명은 디스플레이 디바이스들에 관련된다. 본원에서 사용될 때, 디스플레이 디바이스는 조명 디스플레이를 가진 임의의 시스템을 지칭한다. 이런 디바이스들은 액정 디스플레이 (LCD), 텔레비전, 컴퓨터들, 모바일 폰들, 스마트폰들, 개인 휴대정보 단말기들 (PDAs), 게이밍 디바이스들, 전자 리딩 디바이스들, 디지털 카메라들 등을 포괄하는 디바이스들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
본원에서 설명하는 특정의 실시형태들은 디스플레이 디바이스들을 위한 BLU들을 지칭하지만, 본 발명의 QD 필름들은 하향 조명, 실내 또는 실외 조명, 무대 조명, 장식 조명, 액센트 조명, 박물관 조명, 및 원예학, 생물학 또는 다른 애플리케이션들을 위한 매우 특수한 파장 조명 그리고, 본원에서 설명하는 본 발명을 연구조사할 때에 당업자들이 명백히 알 수 있는 추가적인 조명 애플리케이션들을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 임의의 적합한 애플리케이션에 이용될 수 있다.
본원에서 사용될 때, 조명 디스플레이 디바이스의 "디스플레이" 또는 "디스플레이 패널" 은 디스플레이 광원들, 형광체 재료들, 광 가이드 패널들 (LGPs), 확산기 재료들 및 층들, 반사기 재료들 및 층들, 휘도-향상 필름들 (BEF들) 과 같은 광학적 재료들 및 층들, 조명 제어를 위한 PCB 패널들, 칼라 필터들, 편광 프리즘들, 편광 필터들, 유리 필름들, 보호 필름들 등을 포함한, 디바이스의 디스플레이 기능과 구체적으로 관련되는 모든 층들 및 구성요소들을 포함한다. 디스플레이의 "뷰잉 평면" 은, 본원에서 언급한 바와 같이, 디스플레이 디바이스의 사용자 또는 관측자에 의해 시인되는 디스플레이 출력의 부분이다.
본원에서 사용될 때, "백라이팅 유닛" (BLU) 은 1차 및 2차 광을 포함한, 조명 디스플레이 디바이스를 위한 광을 발생하는 디스플레이의 부분을 지칭한다. BLU 의 구성요소들은 일반적으로 하나 이상의 1차 광원들, QD 필름, 하나 이상의 LGP, BEF들, 확산기 층들, 반사 필름들, 관련되는 구성요소들 등을 포함하지만 이에 한정되지 않을 것이다.
1차 광원은 1차 및 2차 소스들이 서로 광학적으로 연통하도록, 본 발명의 형광체 재료와 광학적으로 커플링된다. 본원에서 사용될 때, 용어들 “광학적으로 커플링된" 및 "광학적으로 접속된" 은 엘리먼트들이 1차 광과 같은 광에 의해 접속되고 이에 따라서 광이 제 1 엘리먼트로부터 그 제 1 엘리먼트가 광학적으로 커플링되거나 또는 접속된 제 2 엘리먼트로 투과할 수 있는 것을 지칭한다. 1차 광원은 2차 광원 (QD 형광체) 로부터의 2차 광 방출을 발생할 수 있는 임의의 광원을 포함할 수 있다. 적합한 1차 광원은 QD 형광체 재료의 QD들을 여기시킬 수 있는 여기 에너지를 가질 것이며, 이에 따라서 2차 광 방출을 개시할 것이다. 이상적인 1차 광원은 또한 고효율, 낮은 동작 온도들, 높은 플럭스, 및 높은 휘도를 나타낼 것이다. 1차 광원을 선택하기 위한 추가적인 고려사항들은 이용가능성, 비용, 사이즈, 공차 (tolerance), 방출 칼라 및 순도, 스펙트럼 폭, 방출된 광의 방향, 수명, 품질, 피쳐들의 일관성, 및 형광체 패키지, BLU, 및 디스플레이 디바이스와의 양립성을 포함할 수 있다. 1차 광원은 LED, 청색 또는 UV LED들와 같은 청색 또는 자외선 소스들, 레이저, 아크 램프, 흑체 광원, 및 다른 고체 상태 광원들과 같은 임의의 적합한 광원일 수 있다. 바람직한 실시형태들은 LED 1차 광원을 포함할 것이다. 바람직하게는, 1차 광원은 청색 또는 UV 광원, 가장 바람직하게는 440 내지 470 nm 에서, 더 바람직하게는 450 내지 460 의 범위에서 방출하는 청색 LED 이다. 예를 들어, 1차 광원은 450 nm 의 파장에서 청색 광을 방출하는 GaN LED 과 같은 GaN LED 일 수 있다.
바람직한 실시형태들에서, 청색 1차 광원에 의해 방출된 청색 광의 부분은 QD들에 의한 흡수 및 재방출로 배분될 것이며, 청색 1차 광의 부분은 QD BLU 및 디스플레이 디바이스에 의해 방출된 광의 청색 광 성분으로서 기능할 것이다. 이들 실시형태들에서, QD BLU 에 의해 방출되는 광은 1차 소스로부터의 1차 광과, 흡수 및 재방출 시 QD들로부터 방출된 2차 광의 혼합광을 포함할 것이다.
본 출원 전반에 걸쳐서 단일 1차 광원을 참조하지만, 이런 단일성은 본 설명에서 단지 단순성을 위해 지칭되며, 하나 보다 많은 1차 광원을 갖는 실시형태들이 또한 내포된다. 당업자들에 의해 이해될 바처럼, 본 발명은 특정의 실시형태 또는 애플리케이션의 요구사항들에 따라서, 단일 1차 광원 또는 복수의 1차 광원들을 포함할 수도 있다. 게다가, 하나 이상의 1차 광원들은 이하에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 디스플레이의 에지를 따라서, 및/또는 여러 디스플레이 층들 아래에 (예컨대, LGP 뒤에), 배치될 수 있다.
본 발명의 BLU들은 에지-라이트들 (도 7a), 이면-라이트들 (도 7b), 및 에지-라이트들과 이면-라이트들의 조합 (도 7c) BLU들을 도시하는 도 7a 내지 도 7c 에 나타낸 바와 같이, 에지-라이트들 및/또는 이면-라이트들 배열들을 포함한, 임의의 개수, 배열, 간격, 및 위치의 1차 광원들을 포함할 수 있다. 당업자들에 의해 이해될 바처럼, 1차 광원들 (710) 의 배열 및 양은 조명 디바이스의 요구사항들에 의존할 것이며, 본원에서 설명하는 실시형태들에 한정되지 않는 임의의 상상가능한 구성을 포함할 것이다.
바람직한 실시형태들에서, QD BLU 는 디스플레이의 층들 사이에 그리고 인접하게 배치된 QD 필름 원격 형광체 패키지를 포함한다. 적합하게는, QD 필름은 LGP 상에 또는 위에, 적합하게는, LCD BLU 의 LGP 와 하나 이상의 광학 필름들, 이를테면 BEF들 사이에, 배치된다. QD 필름은 바람직하게는 QD 형광체 재료의 각 측면 상에서 하나 이상의 배리어 층들 사이에 배치된 QD 형광체 재료를 포함한다. 적합하게는, QD 필름은 1차 광이 LGP 을 통하여 진행하고 QD 필름으로 투과하도록, QD 필름이 위에 배치되는 LGP 를 통해서 1차 광원에 광학적으로 접속된다. 바람직한 실시형태들에서, QD 필름은 아래에서 더 자세히 설명하는 바와 같이 2차 광 방출을 증대시키기 위해, 산란 입자들과 같은 하나 이상의 산란 피쳐들을 포함한다.
QD 필름 원격 형광체 패키지
본원에서 지칭되는 바처럼, 본 발명의 "원격 형광체 패키지 (remote phosphor package)" 또는 "QD 필름" 은 아래에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, QD 형광체 재료 및 그와 연관되는 패키징 재료들을 포함한다. 본 발명의 원격 형광체 패키지는 1차 광원 및 형광체 재료가 분리된 엘리먼트들이고 형광체 재료가 1차 광원과 단일 엘리먼트로 통합되지 않는다는 의미에서 "원격 (remote)" 이다. 1차 광은 1차 광원으로부터 방출되어, QD 필름의 QD 형광체 재료에 도달하기 전에 하나 이상의 외부 매질들을 통해서 진행한다.
본 발명의 원격 형광체 패키지는 본원에서 QD 형광체들, 2차 광원들, 또는 2차 광-방출 QD들으로도 지칭되는, 광-방출 양자 도트 (QD) 들의 적어도 하나의 집단을 포함하는 QD 형광체 재료를 포함한다. 도 8 에 나타낸 바와 같이, QD (813) 는 QD 에 의해 흡수된 1차 광 (814) 의 하향-변환 시 2차 광 방출 (816) 을 제공한다. 도 9 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 QD들은 적합하게는, 코어 (902), 그 코어 상에 코팅된 적어도 하나의 쉘 (904), 및 하나 이상의 리간드들 (906), 바람직하게는 유기 폴리머 리간드들을 포함하는 외부 코팅을 포함한, 코어/쉘 QD (900) 을 포함한다. 바람직한 실시형태들에서, 원격 형광체 패키지는 QD 형광체 재료 (1000) 를 포함할 것이며, 도 10 에 나타낸 바와 같이, QD 형광체 재료는 QD 형광체 재료가 QD-매트릭스 재료 복합재를 포함하도록 하나 이상의 매트릭스 재료들 (1030) 에 임베딩되거나 분산된 QD (1013) 들을 포함한다.
적합한 QD들, 리간드들, 및 매트릭스 재료들은 위에서 언급한 것을 포함하지만 그에 한정되지 않는, 당업자들에게 알려져 있는 임의의 그런 적합한 재료들을 포함한다. 본원에서 지칭되는 바처럼, 본 발명의 "QD 형광체 재료" 는 QD 형광체들 (즉, 2차 광-방출 QD들 및 연관되는 리간드들 또는 코팅들) 및 그들과 연관되는 임의의 매트릭스 재료들을 지칭한다. 바람직한 실시형태들에서, QD 형광체 재료는 이하에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 하나 이상의 산란 피쳐들을 더 포함할 것이다.
본 발명은 발광 양자 도트들을 포함하는 여러 조성들을 제공한다. 발광 QD들의 흡수 성질들, 방출 성질들 및 굴절률들을 포함한, 발광 QD들의 여러 성질들은 여러 애플리케이션들에 맞추어지고 조절될 수 있다. 본원에서 사용되는 바처럼, 용어 “양자 도트" 또는 "나노결정" 은 실질적으로 단결정질인 나노구조들을 지칭한다. 나노결정은 약 500 nm 미만, 그리고 아래로 약 1 nm 미만 정도에 이르기까지의 치수들을 가진 적어도 하나의 영역 또는 특성 치수들 (characteristic dimension) 을 갖는다. 본원에서 사용될 때, 임의의 수치 값을 지칭할 때, "약" 은 지칭된 값의 ±10 % 의 값을 의미한다 (예컨대, 약 100 nm 은 (90 과 110 도 포함하여) 90 내지 110 nm 의 사이즈들의 범위를 포함한다). 용어들 “나노결정", "양자 도트", "나노도트", 및 "도트" 는, 당업자에 의해 유사한 구조들을 표현하는 것으로 용이하게 이해되며, 본원에서 상호교환가능하게 사용된다. 본 발명은 또한 다결정질 또는 비정질 나노결정들의 사용을 포함한다.
일반적으로, 특성 치수들의 영역은 그 구조의 가장 작은 축을 따라서 존재할 것이다. QD들은 재료 성질들에서 실질적으로 동종일 수 있거나, 또는 특정 실시형태들에서, 이종일 수 있다. QD들의 광학적 성질들은 그들의 입자 사이즈, 화학적 또는 표면 조성에 의해; 및/또는 당업계에서 이용가능한 적합한 광학적 테스팅에 의해 결정될 수 있다. 나노결정 사이즈를 약 1 nm 와 약 15 nm 사이의 범위에서 맞추는 능력은 전체 광학 스펙트럼에서 광전자 방출 커버리지가 칼라 렌더링에서 큰 다용성을 제공할 수 있도록 한다. 입자 캡슐화는 화학물질 및 UV 열화제들에 대항한 강건성을 제공한다.
추가적인 예시적인 나노구조들은 나노와이어들, 나노로드들, 나노튜브들, 분기된 나노구조들, 나노테트라포드들 (nanotetrapods), 트라이포드들 (tripods), 바이포드들 (bipods), 나노입자들, 및 약 500 nm 미만, 예컨대, 약 200 nm 미만, 약 100 nm 미만, 약 50 nm 미만, 또는 심지어 약 20 nm 미만 또는 약 10 nm 미만의 치수들을 갖는 적어도 하나의 영역 또는 특성 치수들 (옵션적으로는, 3개의 치수들 각각) 을 가지는 유사한 구조들을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 일반적으로, 영역 또는 특성 치수들은 그 구조의 가장 작은 축을 따라서 존재할 것이다. 나노구조들은 예컨대, 실질적으로 결정질, 실질적으로 단결정질, 다결정질, 비정질, 또는 이들의 조합일 수 있다.
본 발명에 사용하기 위한 QD들 (또는, 다른 나노구조들) 은 당업자들에게 알려져 있는 임의의 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 적합한 QD들을 형성하는 적합한 QD들 및 방법들은, US 특허번호 제 6,225,198호, 2001년 10월 4일자에 출원된 US 특허 출원 공개번호 제 2002/0066401호, US 특허번호 제 6,207,229호, US 특허번호 제 6,322,901호, US 특허번호 제 6,949,206호, US 특허번호 제 7,572,393호, US 특허번호 제 7,267,865호, US 특허번호 제 7,374,807호, 2005년 12월 9일자에 출원된 US 특허 출원번호 제 11/299299호, 및 미국 특허 제 6,861,155호에 개시된 QD들 및 방법들을 포함하며, 이들 각각은 본원에 전체적으로 참조로 원용된다.
본 발명에 사용하기 위한 QD들 (또는, 다른 나노구조들) 는 임의의 적합한 재료, 적합하게는, 무기 재료, 더 적합하게는, 무기 전도 또는 반전도 재료로부터 제조될 수 있다. 적합한 반도체 재료들은 II-VI 족, III-V 족, IV-VI 족 및 IV 족 반도체들을 포함한, 임의 종류의 반도체를 포함한다. 적합한 반도체 재료들은 Si, Ge, Sn, Se, Te, B, C (다이아몬드 포함), P, BN, BP, BAs, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdSeZn, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, BeS, BeSe, BeTe, MgS, MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuF, CuCl, CuBr, CuI, Si3N4, Ge3N4, Al2O3, (Al, Ga, In)2 (S, Se, Te)3, Al2CO, 및 2개 이상의 이런 반도체들의 적합한 조합들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
특정 양태들에서, 반도체 나노결정들 또는 다른 나노구조들은 p-형 도펀트 또는 n-형 도펀트로 이루어지는 그룹으로부터의 도펀트를 포함할 수도 있다. 본 발명에 유용한 나노결정들 (또는, 다른 나노구조들) 은 또한 II-VI 또는 III-V 반도체들을 포함할 수 있다. II-VI 또는 III-V 반도체 나노결정들 및 나노구조들의 예들은 Zn, Cd 및 Hg 과 같은 II 족으로부터의 원소와 S, Se, Te, Po 과 같은 주기표의 VI 족으로부터의 임의의 원소와의 임의의 조합; 및 B, Al, Ga, In, 및 Tl 과 같은 III 족으로부터의 원소와 N, P, As, Sb 및 Bi 과 같은 주기표의 V 족으로부터의 임의의 원소와의 임의의 조합을 포함한다. 다른 적합한 무기 나노구조들은 금속 나노구조들을 포함한다. 적합한 금속들은 Ru, Pd, Pt, Ni, W, Ta, Co, Mo, Ir, Re, Rh, Hf, Nb, Au, Ag, Ti, Sn, Zn, Fe, FePt 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
당업자에게 알려진 임의의 방법이 나노결정 형광체들을 제조하는데 사용될 수 있지만, 적합하게는, 무기 나노재료 형광체들의 제어 성장을 위한 용액상 콜로이드법이 사용된다. Alivisatos, A.P., "Semiconductor clusters, nanocrystals, and quantum dots", Science 271:933 (1996); X. Peng, M. Schlamp, A. Kadavanich, A.P. Alivisatos, "Epitaxial growth of highly luminescent CdSe/CdS Core/Shell nanocrystals with photostability and electronic accessibility", J. Am. Chem. Soc. 30:7019-7029 (1997); 및 C. B. Murray, D.J. Norris, M.G. Bawendi, "Synthesis and characterization of nearly monodisperse CdE (E = sulfur, selenium, tellurium) semiconductor nanocrystallites", J. Am. Chem. Soc. 115:8706 (1993) 을 참조하며, 이의 개시물들이 본원에 이들의 전체로 참조로 원용된다. 이 제조 프로세스 기술은 클린 룸들 및 비싼 제조 장비에 대한 요구 없이, 저비용 가공성을 레버리지한다. 이들 방법들에서, 높은 온도에서 열분해를 겪는 금속 전구체들이 유기 계면활성제 분자들의 뜨거운 용액 (hot solution) 에 고속으로 도입된다. 이들 전구체들은 상승된 온도들에서 분해하고 반응하여, 나노결정들을 핵생성한다. 이 초기 핵생성 페이즈 (nucleation phase) 이후, 성장하는 결정에의 모노머들의 첨가에 의해 성장 페이즈가 시작된다. 이 결과는 유기 계면활성제 분자 코팅을 그들의 표면에 갖는 용액에서 자립 (freestanding) 결정질 나노입자들이다.
이 접근법을 이용하여, 합성이 수 초 동안 일어나는 초기 핵생성 이벤트로서 일어난 후, 상승된 온도에서 수 분 동안 결정 성장된다. 반응의 성질과 진행을 변화시키기 위해, 온도, 존재하는 계면활성제들의 유형들, 전구체 재료들, 및 모노머들에 대한 계면활성제들의 비들과 같은 파라미터들은 변경될 수 있다. 온도는 핵생성 이벤트의 구조적 페이즈 (structural phase), 전구체들의 분해의 레이트, 및 성장율을 제어한다. 유기 계면활성제 분자들은 나노결정 형상의 제어 및 용해도 양쪽 모두를 조정 (mediate) 한다. 계면활성제들 대 모노머, 계면활성제들 대 서로, 모노머들 대 서로, 및 모노머들 개개의 농도들의 비는 성장의 반응속도 (kinetics) 에 강하게 영향을 미친다.
반도체 나노결정들에서, 광-유도 방출은 나노결정의 밴드 에지 상태들로부터 발생한다. 발광 나노결정들로부터의 밴드-에지 방출은 표면 전자 상태들에서 비롯되는 방사 및 비-방사 감쇠 채널들과 경합한다. X. Peng 등, J. Am. Chem. Soc. 30:7019-7029 (1997). 결과적으로, 댕글링 결합들과 같은 표면 결함들의 존재는 비-방사 재결합 중심들을 제공하며 감소된 방출 효율에 기여한다. 표면 트랩 상태들을 패시베이트하고 제거하는 효율적이고 영구적인 방법은 나노결정의 표면 상에 무기 쉘 재료를 에피택셜 성장하는 것이다. X. Peng 등, J. Am. Chem. Soc. 30:7019-7029 (1997). 쉘 재료는, 전자 준위들이 코어 재료에 대해 유형 I 가 되도록 (예컨대, 전자 및 홀을 코어에 국부화시키는 퍼텐셜 스텝을 제공하기 위해 더 큰 밴드갭을 갖도록), 선택될 수 있다. 결과적으로, 비-방사 재결합의 확률이 감소될 수 있다.
코어-쉘 구조들은, 쉘 재료들을 포함하는 유기금속의 전구체들을, 코어 나노결정을 포함하는 반응 혼합물에 첨가함으로써 획득된다. 이 경우, 핵생성-이벤트 이후 성장보다는, 코어들이 핵들로서 작용하고, 그들의 표면으로부터 쉘들이 성장한다. 반응의 온도는 쉘 재료들의 나노결정들의 독립적인 핵생성을 방지하면서, 코어 표면에의 쉘 재료 모노머들의 첨가를 유리하게 하기 위해 낮게 유지된다. 반응 혼합물에서 계면활성제들은 쉘 재료의 제어 성장을 유도하고 용해도를 보장하기 위해 존재한다. 균일한 및 에피택셜 성장된 쉘이 2개의 재료들 사이에 낮은 격자 부정합이 존재할 때에 획득된다.
코어-쉘 발광 나노결정들을 준비하기 위한 예시적인 재료들은 Si, Ge, Sn, Se, Te, B, C (다이아몬드 포함), P, Co, Au, BN, BP, BAs, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdSeZn, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, BeS, BeSe, BeTe, MgS, MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuF, CuCl, CuBr, CuI, Si3N4, Ge3N4, Al2O3, (Al, Ga, In)2 (S, Se, Te)3, Al2CO, 및 2개 이상의 이런 재료들의 적합한 조합들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 실시에 사용하기 위한 예시적인 코어-쉘 발광 나노결정들은 CdSe/ZnS, InP/ZnS, PbSe/PbS, CdSe/CdS, CdTe/CdS, CdTe/ZnS (코어/쉘로서 나타냄) 그리고, 기타 등등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
적합한 실시형태들에서, CdSe 가 이 재료의 합성의 상대적인 성숙 (maturity) 으로 인해, 나노결정 재료로서 사용된다. 또한, 일반적인 표면 화학의 사용으로 인해, 비-카드뮴-함유 나노결정들을 치환하는 것이 가능하다. 디스플레이 BLU 디바이스에 사용하기 위한 예시적인 발광 나노결정 재료들은 CdSe/CdS/ZnS, CdSe/ZnS, CdSeZn/CdS/ZnS, CdSeZn/ZnS, InP/ZnS, PbSe/PbS, CdSe/CdS, CdTe/CdS 또는 CdTe/ZnS 을 포함하는 코어/쉘 발광 나노결정들을 포함한, CdSe 또는 ZnS 를 포함한다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 양자 도트들은 CdSe 를 포함하는 코어를 갖는 코어-쉘 QD들 및 CdS 또는 ZnS 을 포함하는 적어도 하나의 캡슐화 쉘 층 - 가장 바람직하게는, CdS 를 포함하는 적어도 하나의 캡슐화 쉘 층 및 ZnS 를 포함하는 적어도 하나의 캡슐화 쉘 층을 포함할 것이다.
발광 나노결정들이 산소에 불침투성인 재료로 제조될 수 있으며, 그에 따라서, QD 형광체 재료에서 QD들의 산소 배리어 요구사항들 및 광안정을 간단하게할 수 있다. 예시적인 실시형태들에서, 발광 나노결정들은, 이하에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 하나 이상의 유기 폴리머 리간드 재료로 코팅되며 하나 이상의 매트릭스 재료들을 포함하는 유기 폴리머 매트릭스에 분산된다. 발광 나노결정들은 QD들을 기밀 밀봉하기 위해 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 또는 티타늄 산화물 (예컨대, SiO2, Si2O3, TiO2, 또는 Al2O3) 과 같은 하나 이상의 재료를 포함하는 하나 이상의 무기 층들로 추가로 코팅될 수 있다.
이하에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 본 발명에 사용되는 QD들은 QD BLU 가 사용되는 디스플레이 애플리케이션의 원하는 방출 성질들에 기초하여 선택될 것이다. 바람직한 QD 특성들은 높은 양자 효율 (예컨대, 약 90 % 이상), 연속적이고 조정가능한 방출 스펙트럼, 및 좁고 샤프한 스펙트럼 방출 (예컨대, 40 nm 미만, 30 nm 이하, 또는 20 nm 이하의 반치전폭 (FWHM)) 을 포함한다.
바람직한 실시형태들에서, QD들은 적색 광을 방출할 수 있는 QD들의 적어도 하나의 집단, 및 청색 광원의 여기 시에 녹색 광을 방출할 수 있는 QD들의 적어도 하나의 집단을 포함할 것이다. QD 파장들 및 농도들은 이하에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 요구되는 광학적 성능을 만족하도록 조절될 수 있다. 여전히 다른 실시형태들에서, QD 형광체 재료는 바람직하지 않은 방출 파장들을 갖는 광의 파장들을 흡수하여 바람직한 방출 파장을 갖는 2차 광을 재방출하는 QD들의 집단을 포함할 수 있다. 이 방식에서, QD 필름은 조명 디바이스 방출을 추가로 조정하여 칼라 필터링에 대한 요구를 감소시키거나 또는 제거하기 위해 칼라-필터링 QD들의 적어도 하나의 집단을 포함한다.
본 발명의 QD들은 바람직하게는, 하나 이상의 리간드 코팅들로 코팅되거나, 하나 이상의 매트릭스 재료들에 임베딩되거나, 및/또는 하나 이상의 배리어 층들에 의해 밀봉된다. 이런 리간드들, 매트릭스 재료들, 및 배리어들은 QD들의 광안정성을 제공하고 상승된 온도들, 높은 강도 광, 외부 가스들, 수분, 및 다른 유해한 환경 조건들을 포함한 환경 조건들로부터 QD들을 보호할 수 있다. 호스트 매트릭스 재료에서 원하는 굴절률, 호스트 매트릭스 재료에서 원하는 점도 또는 QD 분산/혼화성, 및 다른 원하는 효과들을 포함한, 추가적인 효과들이 이들 재료들로 획득될 수 있다. 바람직한 실시형태들에서, 리간드 및 매트릭스 재료들은 열 경화가 QD 형광체 재료에 실질적으로 영향을 미치지 않을 정도로, 충분히 낮은 열 팽창 계수를 갖도록 선택될 것이다.
본 발명에 유용한 발광 QD들 (또는, 다른 나노구조들) 는 바람직하게는, 그들의 표면과 공액되거나, 협동되거나, 연관되거나 또는 부착된 리간드들을 포함한다. 바람직한 실시형태들에서, QD들은 외부 수분 및 산화로부터 QD들을 보호하고 응집을 제어하고 매트릭스 재료에서 QD들의 분산을 가능하게 하기 위해, 리간드들을 포함하는 코팅 층을 포함한다. 적합한 리간드들 및 매트릭스 재료들 그리고, 이런 재료들을 제공하는 방법들이 본원에서 설명된다. 추가적인 적합한 리간드들 및 매트릭스 재료들 그리고, 이런 재료들을 제공하는 방법들은, 2000년 2월 4일자에 출원된 US 특허 출원번호 제 12/79813호, 2008년 3월 19일자에 출원된 US 특허 출원번호 제 12/076530호, 2009년 10월 30일자에 출원된 US 특허 출원번호 제 12/609736호, 2005년 12월 9일자에 출원된 US 특허 출원번호 제 11/299299호, US 특허번호 제 7,645,397호, US 특허번호 제 7,374,807호, US 특허번호 제 6,949,206호, US 특허번호 제 7,572,393호, 및 US 특허번호 제 7,267,875호에 개시된 것들을 포함한, 당업자들에게 알려져 있는 임의의 그룹을 포함하며, 이들 각각의 개시물이 본원에 참조로 전체적으로 포함된다. 게다가, 적합한 리간드 및 매트릭스 재료들은 당업계에서 임의의 적합한 재료들을 포함한다.
2000년 2월 4일자에 출원된 US 특허 출원번호 제 12/79813호에서 더 자세하게 설명되어 있는 바와 같이, 적합한 리간드 구조들은 멀티-부분 리간드 구조들, 예컨대 3-부분 리간드를 포함하며, 여기서, 헤드-그룹, 테일-그룹 및 중간/본체-그룹은 각각 그들의 특정의 기능을 위해 독립적으로 제조되고 최적화된 후, 이상적으로 기능하는 완전한 표면 리간드로 결합될 수 있다. 이런 멀티-부분 리간드들의 개발로, 매트릭스에서 나노결정들의 로딩 밀도 (loading density) 의 제어가 양자 수율, 광학적 산란, 굴절률의 조정, 및 호스트 매트릭스 내 QD 밀도를 최적화하도록 달성될 수 있다. 리간드 분자는 3개의 분리된 그룹들이 따로 합성되 후 결합되는 것을 허용하는 일반화된 기법을 이용하여 합성될 수 있다.
바람직하게는, 리간드들은 하나 이상의 유기 폴리머 리간드들을 포함한다. 적합한 리간드들은 낮은 산소 투과성을 갖는, 효율적이고 강한-본딩 QD 캡슐화를 제공하며, 매트릭스 재료에서 도메인들로 석출되거나 또는 분리 (segregate) 되어 불연속적인 이중-페이즈 또는 멀티-페이즈 매트릭스를 형성하며, 그 매트릭스 재료 전체에 걸쳐서 순조롭게 분산되며, 시중에서 입수가능한 재료들이거나 또는 시중에서 입수가능한 재료들로부터 용이하게 제형될 수 있다.
적합한 리간드들은 예컨대, 폴리머들, 유리질 폴리머들, 실리콘 (silicone), 카르복시산, 디카르복시산, 폴리카르복시산, 아크릴 산, 포스폰산, 포스포네이트, 포스핀, 포스핀 산화물, 황, 아민들, 에폭사이드들과 화합하여 에폭시를 형성하는 아민들, 본원에서 언급한 폴리머 리간드들의 어느 것의 모노머들, 본원에서 언급한 매트릭스 재료들 중 어느 것, 폴리머 본원에서 언급한 매트릭스 재료들 중 어느 것의 모노머들, 또는 이들 재료들의 임의의 적합한 조합을 포함한다. 적합하게는, QD 리간드들은 아미노 실리콘 (AMS) (예컨대, Gelest™ 에 의해 시판되는 AMS-242 및 AMS-233, 및 Genesee Polymers Corp.™ 에 의해 시판되는 GP-998) 과 같은 아민-함유 유기 폴리머들; 및 Jeffamine™ 과 같은 폴리-에테르 아민들을 포함할 것이다. 적합한 리간드들은 아민 성분 (moiety) 또는 디카르복시산 성분와 같은 하나 이상의 QD-바인딩 성분들을 갖는 리간드들을 포함한다. 예시적인 아민 리간드들은 데실아민 또는 옥틸아민과 같은 지방족 아민들; 및 폴리머 아민들을 포함한다.
바람직한 실시형태들에서, 리간드 재료는 코팅하여 QD들에 대해 광안정성을 제공함으로써 QD 방출 특성들에서 원치않는 변화들을 방지하는, 펜던트 (pendant) 아민 기능성 폴리스티렌 (본원에서, 아미노 폴리스티렌 또는 APS 로서 지칭됨) 을 포함한다. 적합한 APS 리간드들은 예를 들어, 스티렌 모노머 및 아민 성분, 바람직하게는 1차 아민 성분을 포함하는 모노머를 포함하는 코폴리머들을 포함한다. 예시적인 APS 리간드가 도 11a 에 도시된다. 도 11a 의 예시적인 실시형태에 나타낸 바와 같이, APS 는 스티렌 말레인산 무수물 (SMA), 예컨대 시중에서 입수가능한 SMA (예컨대, Sartomer™ SMA EF80) 로부터 합성된다. 무수물은 정량적 수율 (quantitative yield) 로 디메틸 에스테르로 변환되며, 그후 메틸 에스테르가, 디아민과의 반응에 의해, 아미드로, 변환되고, 이는 펜던트 1차 아민을 동시발생적으로 생성한다. 이 반응 이후, 폴리머가 석출에 의해 정제되며, 적합한 분자량 부분을 획득하기 위해 사이즈-선별이 이용될 수 있다. APS 리간드를 합성하는 이 예시적인 실시형태에서, 모든 조작들은 건조한, 무산소, 질소 분위기 하에서 표준 Schlenk 기법을 이용하여 수행되었다. 시약들, 중간물 및 APS 생성물이 처리되어 글러브 박스 내부에 저장되었다. 헥산, 톨루엔 및 메탄올이 탈산소되었으며 MBraun™ MP-SPS 용매 시스템을 이용하여 건조되었다. 폴리머들의 화학식량은 8 스티렌 모노머들 및 1 말레인산 무수물 (또는 말로네이트 유도체들) 을 포함하는 '폴리머 단위' 를 이용하여 추정되었다. 스티렌 말레 디메틸에스테르 코폴리머 (2) 를 합성하기 위해, SMA 코폴리머 (1) (150 g) 가 2 L, 3구 환저 플라스크 (RBF; round bottom flask) 에 첨가되었다. 메탄올 (196 mL) 및 톨루엔 (275 mL) 이, RBF 반응 플라스크에의 첨가 전에 첨가 깔때기로 측정되었다. 농축 염산 (3 방울) 이 RBF 에 첨가되었으며 온도는 110 ℃ 로 설정되었으며, 반응 용액을 환류시켰다. 반응 용액을 2 일 동안 (약 48 시간) 환류시킨 후, 열이 제거되었으며 반응 용액이 실온으로 냉각되었다. FTIR 분광학에 의한 샘플 분석은 무수물이 에스테르로 변환되었다는 것을 나타내었다. 회전 증발에 의해 반응 용액으로부터 휘발물들이 제거되었다. 이 생성물은 디에틸 에테르 (100 mL) 를 첨가하여, 손으로 휘젖고, 2 L 분별 깔때기에 기울여 따름으로써, 디에틸 에테르 (600 mL) 에 소량씩 (portion-wise) 용해되었다. 그 생성물이 분별 깔때기에서 물 (5 x 250 mL) 로 세척되었다. 그 생성물이 분말로 분쇄되는 취성의 백색 발포체가 될 때 까지, 휘발물들이 회전 증발에 의해 진공 라인으로 다시 제거되었다. 생성물은 100 mtorr 미만의 압력에 도달될 때까지 4 시간 이상 동안 진공 처리되었다. 생성물 (142 g) 은 글러브 박스에 저장되었다. FTIR 에 의해 분리된 생성물의 분석은 무수물 없이 에스테르를 나타내었다. 다음으로, 스티렌 말레 디아민 코폴리머 (3) 의 합성은 2 L, 3구 RBF 에의 스티렌 말레 디메틸에스테르 코폴리머 (2) (140 g) 의 첨가로 시작되었으며, RBF 반응 플라스크가 환류 냉각기 및 첨가 깔때기에 맞게 끼워졌다. 톨루엔 (850 mL) 이 첨가되었으며, 반응 용액이 50 ℃ 까지 가열되었다. 반응 용액이 가열되는 동안, 1,4-디아미노부탄 (71.0 g) 이 250 mL Schlenk 플라스크로 옮겨졌다. Schlenk 라인 상에서, 디아미노부탄이 메탄올에 용해된 RBF (총 75 mL) 로 캐뉼라 (cannula) 에 의해 세척되었다. 그후, 반응 용액 온도가 140 ℃ 까지 증가되었으며, 반응 용액이 탁하였지만 자유롭게 교반되었다. 반응 용액이 140 ℃ 에서 9 일 동안 환류되었다. 6 일 동안 환류시킨 후, FTIR 에 의한 샘플의 분석은 에스테르가 아미드로 전환되었다는 것을 나타내었다. 반응 용액이 실온까지 냉각되었을 때 9 일 까지 환류되었다. 워크업 (work-up) 및 정제를 위해, 반응 용액이 1500 mL 의 헥산들을 포함하는 5 L, 3구 RBF 에 적하 방식으로 (drop-wise) 옮겨졌다. 상부 페이즈가 기울여 따라졌으며, 그 생성물이 헥산 (500 mL) 으로 세척되었으며 상부 페이즈가 다시 기울여 따라졌다. 휘발물들이 무색의 취성 발포체를 남기도록 진공 전달에 의해 제거되었다. 발포체는 압력이 200 mtorr 미만이 될 때까지 진공으로 처리되었다. 그후, 그 생성물이 톨루엔과 메탄올의 1:1 혼합물 (1 L) 에서 용해되었으며, 탁한 용액을 형성하였다. 그 용액이 별개의 Schlenk 플라스크로, 조대 소결된 유리 필터를 통해서, 폐쇄된 불활성-분위기 여과 시스템을 이용하여 필터링되었다. 그 용액이 기계적으로 교반된 12 L, 3 구 RBF 에서 8.0 L 의 고속 교반하는 헥산들에 적하 방식으로 첨가되었다. 첨가는 약 2 시간에 걸쳐 일어났으며 폴리머가 석출되었다. 폴리머가 헥산들 (150 mL) 로 세척되었으며, 진공 하에서 취성의 백색 거품을 생성하는 200 mtorr 미만의 압력으로 건조되었다. 휘발물들 제거 프로세스 동안 주기적으로, 건조를 용이하게 하기 위해, 고체들이 부셔져 플라스크 벽으로부터 긁어내어졌다. 그 생성물이 적어도 4 시간 동안 100 mtorr 미만의 진공으로 처리되었다. 최종 생성물은 백색 분말 (128 g) 로 분쇄되는 취성의 백색 발포체이었다. Schlenk 기법이 QD들의 성공적인 안정화를 제공하는 APS 를 합성하는데 바람직하다.
APS 재료는 완전한 QD 코팅의 형성, 광-안정화, 배리어 성질들, 경화성, 성막의 용이성, 및 에폭시와 같은 매트릭스 재료들과의 양립성에서, 종래의 재료들을 넘어서는 향상들을 제공한다.
더 바람직한 실시형태들에서, 리간드 재료는 코팅하여 예컨대, QD들에 대한 용해도 및/또는 광안정성을 향상시킴으로써, QD 방출 특성들에서 원치않는 변화들을 방지하기 위해, 폴리에틸렌이민 또는 변성 폴리에틸렌이민을 포함한다. 바람직하게는, 폴리에틸렌이민 또는 변성 폴리에틸렌이민은 분지형 (branched) 이다. 변성 폴리에틸렌이민은 또다른 화합물와의, 예컨대, 벤질 브롬화물, 벤질 염화물, 또는 에폭시와 같은 친전자체와의 폴리에틸렌이민의 반응에 의해 편리하게 제조될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 사용하기 위한 변성 폴리에틸렌이민은 모노에폭시와의 폴리에틸렌이민의 반응에 의해 제조될 수 있다. 가장 바람직하게는, 본 발명에 사용하기 위한 변성 폴리에틸렌이민은 모노에폭시와의 분지형 폴리에틸렌이민의 반응에 의해 제조된다. 폴리에틸렌이민은 폴리에틸렌이민 상의 1차 아민의 당량 당 0 보다 크고 1 이하인 당량의 모노에폭시와 반응될 수 있다. 바람직하게는, 폴리에틸렌이민은 폴리에틸렌이민 상의 1차 아민의 당량 당 약 0.05 와 약 0.80 사이의 당량의 모노에폭시와, 더 바람직하게는 1차 아민의 당량 당 약 0.10 과 약 0.75 사이의 당량의 모노에폭시와, 또는 1차 아민의 당량 당 약 0.20 과 약 0.75 사이의 당량의 모노에폭시와, 예컨대, 1차 아민의 당량 당 약 0.25 당량의 모노에폭시와, 1차 아민의 당량 당 약 0.40 당량의 모노에폭시와, 1차 아민의 당량 당 약 0.50 당량의 모노에폭시와, 1차 아민의 당량 당 약 0.60 당량의 모노에폭시와, 또는 1차 아민의 당량 당 약 0.70 당량의 모노에폭시와 반응된다. 임의의 특정의 메커니즘에 한정됨이 없이, 모노에폭시가 먼저 폴리에틸렌이민 상의 자유 1차 아민들과 반응하지만, 폴리에틸렌이민의 2차 아민들과의 일부 반응이 또한 일어날 수도 있다고 생각된다. 따라서, 예시적인 적합한 변성 폴리에틸렌이민들은 폴리에틸렌이민 백본 (backbone) 을 갖는 분지형 폴리머들을 포함하며, 여기서, 아민들의 일 부분은 예를 들어, 모노에폭시와의 반응에 의해 유도 합성되었다. 유도 합성되는 1차 아민들의 퍼센티지는 옵션적으로, 예컨대, 0 % 초과로부터 100 % 이하까지 변한다. 옵션적으로, 변성되는 1차 아민들의 퍼센티지는 약 5 % 와 약 80 % 사이, 약 10 % 와 약 75 % 사이, 또는 약 20 % 와 약 70 % 사이, 예컨대, 약 25 %, 약 40 %, 약 50 %, 약 60 %, 또는 약 70 % 이다. 옵션적으로, 폴리에틸렌이민을 변성하는데 사용되는 모노에폭시의 양은 변성될 폴리에틸렌이민의 중량의 약 0.25 와 약 0.875 배 사이, 예컨대, 폴리에틸렌이민의 중량의 약 0.40 과 약 0.70 배 사이, 예컨대, 폴리에틸렌이민의 중량의 약 0.50 배이다.
변성 폴리에틸렌이민 리간드들을 제조하기 위해 폴리에틸렌이민과의 반응에 적합한 다수의 모노에폭시들이 당업계에 알려져 있다. 일반적으로, 적합한 모노에폭시는 약 1000 미만, 바람직하게는 약 500 미만, 및 더 바람직하게는 약 400 미만 또는 약 300 미만의 분자량을 갖는다. 모노에폭시는 극성 성분 및/또는 무극성 성분을 포함할 수 있다. 모노에폭시는 포화 또는 불포화될 수 있는 탄화수소 성분, 예컨대, 지방족 또는 방향족 성분 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 변성 폴리에틸렌이민 리간드를 제조하기 위해 폴리에틸렌이민과의 반응을 위한 바람직한 모노에폭시들은 도 36a 내지 도 36c 에 (각각) 나타낸, 1,2-에폭시-3-페녹시프로판 (MW 150.1772), 1,2-에폭시도데칸 (MW 184.32), 및 글리시딜 4-노닐페닐 에테르 (MW 276.41) 를 포함한다.
참조의 용이를 위해, 본원에서 사용되는 바처럼 "PEI" 는, 비변성 폴리에틸렌이민 리간드들을 지칭하고 폴리에틸렌이민으로부터 유도된 리간드들을 지칭하며, 따라서 비변성 폴리에틸렌이민 및 변성 폴리에틸렌이민 양쪽 모두를 포함한다.
위에서 언급한 바와 같이, 변성 폴리에틸렌이민들은 폴리에틸렌이민들 및 모노에폭시들로부터 합성될 수 있다. 도 37 의 예시적인 실시형태에 나타낸 바와 같이, 변성 폴리에틸렌이민은 시중에서 입수가능한 폴리에틸렌이민 (예컨대, Nippon Shokubai Co., Ltd. 로부터의 Epomin® SP-012 (MW 1200)) 과 같은 폴리에틸렌이민, 및 시중에서 입수가능한 모노에폭시 (예컨대, Sigma-Aldrich 로부터의 1,2-에폭시-3-페녹시프로판) 와 같은 모노에폭시로부터 합성된다. PEI 의 합성 후, QD들을 PEI 리간드로 코팅하기 위해 QD들과의 리간드 교환이 수행된다.
PEI 리간드를 합성하는 이 예시적인 실시형태에서, 장치는 교반 바를 장착한 5 L, 4구 환저 플라스크, 1 L 첨가 깔때기, 호스 어댑터, 반응 용액 내 열전대, 및 수용 플라스크 (receiving flask) 및 증기 온도를 측정하는 온도계를 가진 짧은 경로 증류 헤드를 이용하여 배치되었다. 부가적으로, 증류 헤드가 1-방향 밸브를 포함하는 버블러 (bubbler) 에 부착되었다. 또한, 밸브가 버블러와 증류 헤드 사이에 호스 상에 설치되었다. 일단 장치가 호스 어댑터에 의해 Schlenk 라인에 접속되고나면, 질소 가스가 반응 플라스크 속으로, 반응 용액의 표면을 가로질러서, 그리고 증류 헤드에 부착된 버블러 밖으로 보내질 수 있다. 또한, 버블러 상의 일방향 밸브는 공기 또는 오일을 버블러로부터 반응 플라스크로 뽑아내지 않고, 호스 어댑터로부터 전체 장치에 가해지도록 허용되었다. 반응 플라스크가 반응 용액 온도를 측정하기 위해 위치된 열전대를 가진, 온도 제어기에 접속된 가열 맨틀에 설치되었다.
별개로, 글러브 박스에서, 석출된 CdSe/CdS/ZnS QD들이 톨루엔에 (QD 성장 용액의 20 내지 25 체적% 와 같은 톨루엔의 체적을 이용하여) 용해되었으며, Schlenk 플라스크로 옮겨졌다; QD들 및 톨루엔의 전체 체적은 2.5 L 였다. 또한, 헥산 (540 mL) 이 글러브 박스 내 분리된 Schlenk 플라스크로 옮겨졌다. 톨루엔 및 헥산이 Sigma-Aldrich 로부터 얻어졌으며 받은 대로 사용되었다.
장치가 호스 어댑터 상의 Schlenk 라인에 부착되었으며, 폴리에틸렌이민 SP-012 (240 g, Nippon Shokubai Co., Ltd. 로부터, 받은 대로 사용됨) 이 첨가되었다. 교반하면서, 증류 헤드와 버블러 사이의 호스 상의 밸브가 개방된 상태로, 장치가 300 mtorr 미만의 압력으로 진공 하에서 두었으며, 질소로 3 회 백 플러싱 (back flush) 되었다. 그후, 호스 상의 밸브가 폐쇄되었으며, 1,2-에폭시-3-페녹시프로판 (150 g, 1.00 mole, Sigma-Aldrich 로부터, 받은 대로 사용됨) 이 반응 용액에 주사기에 의해 첨가되었다. 첨가 깔때기에서 측정 후, 톨루엔 (800 mL) 이 캐뉼라 (cannula) 에 의해 옮겨졌으며, 그후 반응 플라스크에 첨가되었다. 반응 플라스크가 100 ℃ 까지 30 분 동안 가열되었다. 그후, 증류 헤드와 버블러 사이의 호스 상의 밸브가 개방되었으며, 약 200 mL 의 증류액 (또는, 약 25 % 의 톨루엔) 이 약 반 시간 동안 수집되었다. 증류 헤드와 버블러 사이의 밸브가 폐쇄되었으며, 톨루엔에 용해된 QD들의 용액이 글러브 박스로부터 제거되어 캐뉼라에 의해 첨가 깔때기로 옮겨졌다. 그후, 톨루엔 내 QD들의 용액이 반응 플라스크에 15 내지 30 분 동안 첨가되었다. QD / 톨루엔 첨가의 완료 시, 반응 용액이 100 ℃ 에서 30 분 동안 가열되었다. 그후, 증류 헤드와 버블러 사이의 라인의 밸브가 개방되었으며, 약 750 mL 의 증류액 (또는, 약 25 % 의 톨루엔) 이 수집되었다. 증류액 수집 후, 증류 헤드가 제거되었으며, 반응 플라스크가 스토퍼로 밀봉되었다. 반응 용액은 60 ℃ 까지 냉각되었다. 헥산이 캐뉼라에 의해 Schlenk 플라스크로부터 첨가 깔때기로 옮겨져, 교반하면서 적당한 레이트로 반응 용액에 첨가되었다. 혼합의 완료시, 교반이 중지되었으며, 용액이 실온까지 냉각되는 동안 가라앉도록 두었다. 반응 플라스크에 (PEI 리간드를 가진 QD들을 포함하는) 집중적으로 착색된 하부 페이즈를 남기고, 상대적으로 무색의 상부 페이즈가 캐뉼라에 의해 조심스럽게 제거되었다. 이 예에서, 폴리에틸렌이민에 대해 1차 아민들의 당량 당 대략 0.50 당량의 1,2-에폭시-3-페녹시프로판이 폴리에틸렌이민을 변성하는데 사용되었다.
관련된 예시적인 실시형태에서, PEI 리간드는 폴리에틸렌이민을 기본적으로 위에서 설명한 바와 같지만, 글리시딜 4-노닐페닐 에테르로 변성하여 합성되었다. 이 예에서, 폴리에틸렌이민에 대해 1차 아민들의 당량 당 거의 0.25 당량의 글리시딜 4-노닐페닐 에테르가 폴리에틸렌이민을 변성하는데 사용되었다. 이 예시적인 글리시딜 4-노닐페닐 에테르-변성 PEI 는 QD들상으로 교환될 때, 예시적인 1,2-에폭시-3-페녹시프로판-변성 PEI 이 나타내는 거동과 유사한 용해도 거동을 나타내는 한편, 더 많은 1차 아민들을 유지하고, 이것은 QD들에의 리간드의 더 나은 바인딩 및 후속 양자 수율의 향상을 초래할 수 있다.
PEI 리간드들은 완전한 QD 코팅의 형성, 광-안정화, 배리어 성질들, 경화성, 성막의 용이성, 및 에폭시와 같은 매트릭스 재료들과의 양립성에서 종래의 재료들을 뛰어넘는 향상들을 제공한다. 종래의 재료들 및 APS 재료들보다 우수한 PEI 재료들의 다른 이점들은, 폴리에틸렌이민이 저렴하고, 많은 소스들로부터 변성 및 리간드 교환 반응들에 직접 사용되기에 충분히 순수한 형태로 용이하게 입수가능하고; 폴리에틸렌이민 내 물 및 산소 불순물들이 리간드 교환 전에 임의의 추가적인 장비를 필요로 하지 않고 반응 플라스크로부터 용이하게 제거될 수 있고; PEI 리간드 교환이 대량의 나노결정들에 대해 수 시간 동안 용이하게 수행될 수 있고; 여러 나노결정들 (예컨대, 녹색, 적색 또는 이 2개의 혼합광을 방출하는 QD들) 이 유사한 절차들을 이용하여 용이하게 교환될 수 있고; 교환된 나노결정-PEI 화합물이 석출에 의해 반응 용매로부터 제거되고, 헥산 및 대부분의 용매가 간단한 디캔테이션 (decantation) 에 의해 제거될 수 있고; 나노결정-PEI 조합은, 제제, 저장 및/또는 선적이 용이한 극도로 농축된 혼합물을 제조하는, (예를 들어, 최종 제형에 사용되는 농도의 30배까지) 높은 농도의 나노결정들로 제조될 수 있고; 나노결정-PEI 조합이 휘발성 용매를 포함하지 않아, 안전하게 저장되거나 또는 선적될 수 있고; 나노결정-PEI 조합이 시중에서 입수가능한 에폭시들에 잘 분산되어, 예를 들어, 필름 제조 직전에 경화성 매트릭스와 용이하게 혼합될 수 있고; 매트릭스가 비교적 일반적이고 시중에서 입수가능하므로, 프리큐어 (pre-cure) 혼합물의 점도가 필름 코팅 및 제조에 대한 요구사항들을 충족하도록 용이하게 변경될 수 있다는 점을 포함한다. 이들 인자들에 더해, 1,2-에폭시-3-페녹시프로판과 같은 모노에폭시에 의한 폴리에틸렌이민의 변성 (modification) 은 헥산으로부터의 향상된 석출; 경화된 매트릭스에서 더 작은, 더 예측가능한 나노결정 도메인들 및 최종 QD 필름에서 더 적은 큰 불용성 입자 결함들을 초래하는 PEI-QD들의 향상된 용해도; 필름을 코팅하는 바로 앞의 단계에서 더 손쉽게 혼합하도록 만드는 더 많이 유체 교환된 나노결정-PEI 조합; 및 원하는 레벨의 휘도 및 백색점을 획득하기 위해 필름의 생산 동안 요구되는 QD들의 감소된 개수와 같은, 다른 바람직한 성질들을 추가한다. 따라서, (변성 리간드를 제조하는데 채용되는 모노에폭시 또는 다른 시약의 선택에 영향을 미칠 수 있는) 변성 폴리에틸렌이민 리간드들에 대한 예시적인 바람직한 특성들은, (더 적은 불용성 클러스터들을 초래하는) 교환 반응 용매에서 향상된 용해도; QD들에 바인딩시킬 나머지 1차 아민들의 충분한 개수; 및 더 적은 시각적 큰 입자 결함들 및 (가교제의 첨가 및 매트릭스의 경화 전에) 저장 동안 에폭시에서 가라앉는 더 적은 경향을 발생하는, 에폭시 (또는 다른) 매트릭스에서의 향상된 분산을 포함한다. 또, 바람직한 변성 폴리에틸렌이민 리간드들은 투명하고, 에너지 전달 또는 광 흡수를 통해 양자 수율을 감소시키지 않으며, 최종 디바이스 동작 동안 황변/갈변되지 않고, 광반응하여 시간 경과에 따라 디바이스 성능의 열화 증대를 초래하지 않는다.
특정 실시형태들에서, QD 리간드들은 (나노구조에 바인딩되든지 또는 과잉으로 제공되든지) 리간드를 폴리머 매트릭스에 포함시키기 위해 중합성기 (즉, 폴리머를 세팅 (setting) 하도록 반응할 수 있는 작용기) 를 포함할 수 있다. 예를 들어, (메타)아크릴레이트 기는 라디칼들에 의해 개시될 때 중합될 수 있으며, 에폭사이드 기는 양이온 또는 음이온 개시제들에 의해 개시될 때 중합될 수 있다. 예를 들어, 바람직한 실시형태에서, 에폭사이드 기들은 아민들에 의해 개시될 때 중합한다.
일반적으로, 폴리머 리간드는 나노구조의 표면에 바인딩된다. 그러나, 그 조성에서 리간드 재료의 모두가 나노구조에 바인딩될 필요는 없다. 폴리머 리간드는 리간드의 일부 분자들이 나노구조의 표면에 바인딩되고 리간드의 다른 분자들이 나노구조의 표면에 바인딩되지 않도록, 과잉으로 제공될 수 있다. 과잉 리간드는 옵션적으로, 나노구조가 임베딩되는 매트릭스로 중합될 수 있다. 이 조성은 이런 혼입 (incorporation) 을 용이하게 하기 위해, 용매, 가교제, 및/또는 개시제 (예컨대, 라디칼 또는 양이온의 개시제) 를 포함할 수 있다.
본 발명의 형광체 재료는 QD들이 임베딩되거나 또는 아니면 배치되는 매트릭스 재료를 더 포함한다. 매트릭스 재료는 QD들을 하우징할 수 있는 임의의 적합한 호스트 매트릭스 재료일 수 있다. 적합한 매트릭스 재료들은 QD들 및 임의의 주위의 패키징 재료들 또는 층들을 포함한, BLU 구성요소들과 화학적으로 및 광학적으로 적합할 것이다. 적합한 매트릭스 재료들은, 1차 및 2차 광 양쪽 모두에 투명하며 그에 따라서 1차 및 2차 광 양쪽 모두가 매트릭스 재료를 통해서 투과할 수 있도록 하는 비-황변의 광학적 재료들을 포함한다. 바람직한 실시형태들에서, 매트릭스 재료는 완전히 QD들을 둘러싸서, 산소, 수분, 및 온도와 같은 환경 조건들에 의해 초래되는 QD들의 열화를 방지하는 보호 배리어를 제공한다. 매트릭스 재료는 가요성 또는 몰딩가능한 QD 필름이 소망되는 애플리케이션들에서 가요성일 수 있다. 다르게는, 매트릭스 재료는 고-강도, 비-가요성 재료를 포함할 수 있다.
바람직한 매트릭스 재료들은 낮은 산소 및 수분 투과성을 가지며, 높은 광- 및 화학적-안정성을 나타내며, 유리한 굴절률들을 나타내며, 배리어 또는 QD 형광체 재료에 인접한 다른 층들에 부착함으로써 기밀 밀봉을 제공하여 QD들을 보호할 것이다. 바람직한 매트릭스 재료들은 롤-투-롤 프로세싱을 용이하게 하기 위해 UV 또는 열 경화 방법들로 경화될 것이다. 열 경화가 가장 바람직하다.
본 발명의 QD 형광체 재료에 사용하는데 적합한 매트릭스 재료들은 폴리머들 및 유기 및 무기 산화물들을 포함한다. 본 발명의 매트릭스들에 사용하는데 적합한 폴리머들은 이런 목적에 사용될 수 있는, 당업자에 알려져 있는 임의의 폴리머를 포함한다. 적합한 실시형태들에서, 폴리머는 실질적으로 반투명하거나 또는 실질적으로 투명할 것이다. 적합한 매트릭스 재료들은 에폭시들, 아크릴레이트들, 노르보렌, 폴리에틸렌, 폴리(비닐 부티랄):폴리(비닐 아세테이트), 폴리우레아, 폴리우레탄; 아미노 실리콘 (AMS), 폴리페닐메틸실록산, 폴리페닐알킬실록산, 폴리디페닐실록산, 폴리디알킬실록산, 실세스퀴옥산들, 플루오르화 실리콘들, 및 비닐 및 수소화물 치환 실리콘들을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 실리콘들 및 실리콘 유도체들; 메틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트 및 라우릴메타크릴레이트를 포함하지만 이에 한정되지 않는 모노머들로부터 형성된, 아크릴 폴리머들 및 코폴리머들; 폴리스티렌, 아미노 폴리스티렌 (APS) 및 폴리(아크릴로니트릴 에틸렌 스티렌) (AES) 과 같은 스티렌계 폴리머들; 디비닐벤젠과 같은 2관능성 모노머들로 가교된 폴리머들; 리간드 재료들을 가교하는데 적합한 가교제들, 즉, 에폭시 등을 형성하기 위해 리간드 아민들 (예컨대, APS 또는 PEI 리간드 아민들) 과 결합하는 에폭사이드들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 사용되는 QD들은 임의의 적합한 방법을 이용하여, 예를 들어, 폴리머에 나노결정들을 혼합하여 필름을 주조하거나, 나노결정들을 모노머들과 혼합하여 그들을 함께 중합하거나, 산화물을 형성하기 위해 나노결정들을 졸-겔로 혼합하거나, 또는 당업자들에게 알려져 있는 임의의 다른 방법을 이용하여, 폴리머 매트릭스 (또는, 다른 매트릭스 재료) 에 임베딩될 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 “임베딩되는" 은 발광 나노결정들이 매트릭스의 주요 성분을 이루는 폴리머 내에 둘러싸여지거나 또는 감싸지는 것을 나타내기 위해 사용된다. 추가적인 실시형태들에서 애플리케이션 특정의 균일 분포 함수 (application-specific uniformity distribution function) 에 따라서 분포될 수도 있지만, 발광 나노결정들이 적절하게 매트릭스 전체에 걸쳐서 균일하게 분포된다는 점에 유의해야 한다.
리간드들 및/또는 매트릭스 재료는 또한 예컨대, 매트릭스에의 리간드 및 나노구조들의 혼입을 위해, 가교제 및/또는 개시제를 포함할 수 있다. 하나의 종류의 실시형태들에서, 가교제는 에폭시 가교제이다.
QD들이 수분 및 산소에 불투과성인 소수성 재료의 도메인들에서 보호되도록, 불연속적인 또는 멀티-페이즈 캡슐화 재료가 바람직하다. 도 12a 는 AMS-에폭시 에멀젼을 포함하는 QD 형광체 재료를 나타내며, 도 12b 는 APS-에폭시 QD 형광체 재료를 나타낸다. 바람직한 실시형태들에서, 매트릭스 재료는 에폭시를 포함한다. 바람직하게는, QD 리간드들은 APS 을 포함하며, 매트릭스 재료는 에폭시를 포함하며, 이에 따라서, QD 형광체 재료는 도 12b 에 나타낸 바와 같이, 멀티-페이즈 재료를 형성하기 위해 에폭시 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 APS-코팅된 QD들의 도메인들을 포함한다. 가장 바람직하게는, QD 리간드들은 PEI 를 포함하며 매트릭스 재료는 에폭시를 포함하며, 이에 따라서, QD 형광체 재료는 멀티-페이즈 재료를 형성하기 위해 에폭시 매트릭스 전체에 걸쳐서 분산된 PEI-코팅된 QD들의 도메인들을 포함한다. 도 38a 는 폴리에틸렌이민-에폭시 QD 형광체 재료를 나타내며, 도 38b 는 변성 폴리에틸렌이민-에폭시 QD 형광체 재료를 나타낸다.
바람직한 QD 형광체 재료들은 Epic Resins (Palmyra, WI) 로부터의 에폭시들 또는 Loctite™ 에폭시 E-30CL과 같은 APS 또는 PEI 및 에폭시들을 포함하며, 여기서, 부분 A 에 대한 점도 사양은 15 내지 40K cP (바람직하게는, 30 내지 40K cP) 이며 부분 B 에 대한 점도 사양은 3 내지 25K cP (바람직하게는, 7.5 내지 10K cP) 이다. 바람직하게는, QD 형광체 재료는 APS 또는 PEI 리간드들을 포함하는 QD들, 및 APS 또는 PEI 와 혼합될 때 중합하여 가교하는 하나 이상의 에폭사이드 폴리머를 포함하며, 여기서, 과잉 아민들이 에폭시를 가교한다.
QD 형광체 재료를 형성하는 바람직한 방법에서, QD들은 용매 (예컨대, 톨루엔) 에 제공되며, QD-용매 혼합물이 QD들을 코팅하기 위해 리간드 재료의 혼합물에 첨가된다. 바람직하게는, 제 1 (리간드) 재료는 아민-함유 폴리머, 적합하게는, APS, 또는 가장 바람직하게는, PEI 를 포함한다.
바람직한 실시형태에서, QD-톨루엔 혼합물이 APS-코팅된 QD들을 제공하기 위해 APS 와 톨루엔의 혼합물에 첨가된다. 매트릭스 재료가 용매 혼합물에 첨가된 후, 용매의 증발이 뒤따른다. 바람직하게는, 에폭사이드 폴리머가 혼합물에 첨가되며, 이에 따라서 에폭사이드가 과잉 리간드 재료의 아민들에 의해 가교된다. 에폭시에서 APS 의 불혼화성으로 인해, APS-코팅된 QD들이 에폭시 매트릭스 재료 전체에 걸친 공간 도메인들에 위치된다. QD 형광체 재료가 이 QD-APS-에폭시 혼합물로부터 형성되며, 이 혼합물이 바람직하게는 추가적인 베이스 에폭시 재료와 혼합되고 도 12b 에 나타낸 바와 같이, QD 필름을 형성하기 위해 기판 상에 습식-코팅되어 경화된다. 이 혼합물은 배리어 층 또는 LGP 상에 코딩되어 열 또는 UV 경화될 수 있다. 열 경화가 바람직하다. 경화는 페이즈들에서 수행될 수 있다. 예를 들어, QD 형광체 재료는 층들로 형성될 수 있으며, 여기서, 각각의 층은 개별적으로 경화된다. 바람직하게는, QD 필름은 저부 배리어 필름 상에 성막되어, 저부 배리어 필름에 대해 부분적으로 경화되며, 그후 상부 배리어 필름이 QD 재료 상에 성막되며, 그후 QD 재료 경화가 계속된다.
더 바람직한 실시형태에서, QD들은 예컨대, 위에서 설명한 바와 같이, QD-톨루엔 혼합물을 PEI 리간드를 포함하는 용액과 화합시킴으로써, PEI 리간드로 코팅된다. QD 형광체 재료, Loctite™ E-30CL 에폭시 경화 수지의 부분 B (96 g), 아민 부분을 준비하기 위해 1,2-에폭시-3-페녹시프로판으로 변성된 폴리에틸렌이민의 합성 및 QD들상으로의 이 변성 폴리에틸렌이민 리간드의 교환을 위에서 상세히 위에서 설명하는 예시적인 실시형태로부터 계속해서, 분리된 5L, 3구 환저 플라스크 Schlenk 라인에서 교반되었다. 용액이 100 mtorr 미만의 압력까지 탈기되었으며 질소로 3 회 백 플러싱되었다. 그후, QD-PEI 용액 (즉, PEI 리간드를 가진 QD들을 포함한 집중적으로 착색된 하부 페이즈) 이 교반하면서 캐뉼라에 의해 에폭시 수지의 부분 B 의 용액에 첨가되었다. QD-PEI 용액이 전달하기에 너무 걸죽하면, 약간의 톨루엔 (500 mL 까지) 이 캐뉼라에 의한 전달에 용이하도록 첨가될 수 있다. 전달의 완료 시, 용매가 200 mtorr 미만의 압력까지 진공 전달에 의해 제거되기 전에 용액이 교반하면서 1 시간 동안 혼합되었다. 이 생성물, 즉, 걸죽한 오일이 전달되어 글러브 박스에 저장되었다. QD 필름을 형성할 준비가 될 때, 생성물이 옵션적으로, 원하는 칼라 지점을 획득하기 위해 에폭시 수지의 추가적인 부분 B 과 혼합되며, 그후 부분 A (에폭시 수지의 에폭사이드 부분) 와 혼합되며, 이에 따라서, 에폭사이드가 임의의 과잉 리간드 재료의 아민들에 의해 및/또는 수지의 부분 B 의 아민들에 의해 가교된다. 에폭시에서 PEI 의 불혼화성으로 인해, PEI-코팅된 QD들이 에폭시 매트릭스 재료 전체에 걸친 공간 도메인들에 위치된다. 일반적으로, PEI-QD 도메인들은 상대적으로 작으며 (예컨대, 직경으로 대략 100 nm), 에폭시 매트릭스 전체에 걸쳐 균일하게 분포된다. QD 형광체 재료가 이 QD-PEI-에폭시 혼합물로부터 형성되며, 이 혼합물이 기판 상에 습식-코팅되고 경화되어 QD 필름을 형성한다. 이 혼합물이 배리어 층 또는 LGP 상에 코팅되어 열 또는 UV 경화된다. 열 경화가 바람직하다. 경화는 페이즈들에서 수행될 수 있다. 예를 들어, QD 형광체 재료는 층들로 형성될 수 있으며, 이때 각각의 층은 개별적으로 경화된다. 바람직하게는, QD 필름은 저부 배리어 필름 상에 성막되고 저부 배리어 필름으로 부분적으로 경화되며, 그후 상부 배리어 필름이 QD 재료 상에 성막되고, QD 재료 경화가 그후 계속된다.
QD 형광체 재료를 준비하는 또다른 바람직한 방법에서, 도 11b 에 나타낸 바와 같이, 제 1 폴리머 재료가 합성되고 (1102), 제 1 폴리머 재료 (예컨대, APS 또는 폴리에틸렌이민) 에서 복수의 QD들이 분산되어, QD들을 제 1 폴리머 재료 (예컨대, APS 또는 폴리에틸렌이민 리간드들) 로 코팅하여 QD들과 제 1 폴리머 재료의 혼합물을 형성한다 (1104). 용매 증발 시, 혼합물이 경화되고, 미립자가 그 경화된 혼합물로부터 생성된다 (1106). 적합하게는, 경화 전에 가교제가 그 혼합물에 첨가된다. 미립자가 QD-APS 또는 QD-폴리에틸렌이민 재료의 미세 또는 조대 분말을 형성하기 위해 그 경화된 혼합물을 분쇄하거나 또는 볼 밀링함으로써 제조될 수 있다. 적합하게는, QD-APS 또는 QD-폴리에틸렌이민 입자들은 직경 약 1 ㎛ 이다. 여기서, 필름으로 형성되어 경화될 수 있는 복합 QD 형광체 재료를 생성하기 위해, 미립자는 바람직하게는 제 2 폴리머 재료 (예컨대, 에폭시) 에 분산된다 (1108, 1110). 다르게는, 이 입자들은 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 또는 티타늄 산화물 (예컨대, SiO2, Si2O3, TiO2, 또는 Al2O3) 과 같은 산화물로 코팅될 수 있으며, 이에 따라서 그 입자들 상에 외부 산화물 층을 형성할 수 있다. 산화물 층은 원자층 증착 (ALD) 또는 당업계에 알려져 있는 다른 기법들을 이용하여 형성될 수 있다. 산화물-코팅된 분말 입자들이 (예컨대, LGP 상에 배치되거나 또는 임베딩된) 조명 디바이스에 직접 도포되거나, 또는 매트릭스 재료, 예컨대 에폭시에 배치되어, QD 필름으로 형성될 수 있다. 특정 실시형태들에서, 산화물-코팅된 분말 입자들은 QD 형광체 재료를 밀봉하는 추가적인 배리어 재료들 없이 (예컨대, 배리어 층들 없이) 조명 디바이스에 사용될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 위에서 언급된 APS-에폭시 리간드-매트릭스 혼합물 또는 PEI-에폭시 리간드-매트릭스 혼합물이 에폭시 매트릭스 재료에 대한 임의의 치환물을 이용하여 채용될 수 있지만, 에폭시가 그의 접착제 성질들, APS 및 PEI 에 가까운 밀도, 상업적 이용가능성, 및 낮은 비용으로 인해 바람직하다. 적합한 에폭시 치환물들은 폴리스티렌, 노르보렌, 아크릴레이트들, 하이드로실화된 (hydrosilated) APS, 또는 임의의 고체 플라스틱을 포함한다.
일부 실시형태들에서, 매트릭스는 QD들을 코팅하는 리간드 재료로부터 형성된다. 가교제가 리간드 상의 성분들과 반응하도록 제공될 수 있다. 이와 유사하게, 개시제 (예컨대, 라디칼 또는 양이온의 개시제) 가 제공될 수 있다. 특정 제 2 매트릭스 재료의 다른 전구체들도 제공되지 않는 실시형태들에서, 매트릭스는 옵션적으로, 제 1 재료 폴리머 리간드 및/또는 그의 가교된 또는 추가로 중합된 형태 그리고, 임의의 잔여 용매, 가교제, 개시제 등으로 본질적으로 이루어진다. 일 실시형태에서, QD들은 AMS 리간드들로 코팅되며, 폴리(아크릴로니트릴 에틸렌 스티렌) (AES) 매트릭스는 AMS 리간드들을 가교제를 이용하여 가교시킴으로써 제공된다.
본 발명의 QD 형광체 재료 및 QD 필름은 임의의 바람직한 사이즈, 형태, 구성 및 두께일 수 있다. QD들은 이하에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, BLU 의 원하는 칼라 및/또는 휘도 출력에 따라, 원하는 기능에 적합한 임의의 로딩 비 (loading ratio) 로 매트릭스에 임베딩될 수 있다. QD 형광체 재료의 두께 및 폭은 임의의 방법 당업계에 알려져 있는, 예컨대 습식 코팅, 페인팅, 스핀 코팅, 스크린 인쇄에 의해 제어될 수 있다. 특정 QD 필름 실시형태들에서, QD 형광체 재료는 500 ㎛ 이하, 바람직하게는 250 ㎛ 이하, 더 바람직하게는 200 ㎛ 이하, 더 바람직하게는 50 내지 150 ㎛, 가장 바람직하게는 50 내지 100 ㎛ 의 두께를 가질 수 있다. QD 필름은 100 ㎛, 약 100 ㎛, 50 ㎛, 또는 약 50 ㎛ 의 두께를 가질 수 있다. QD 형광체 재료는 하나의 층으로 또는 분리된 층들로 성막될 수 있으며, 분리된 층들은 이하에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 다양한 성질들을 포함할 수도 있다. QD 형광체 재료의 폭 및 높이는 디스플레이 디바이스의 뷰잉 패널의 사이즈에 따라서, 임의의 원하는 치수들일 수 있다. 예를 들어, QD 형광체는 시계들 및 폰들과 같은 작은 디스플레이 디바이스 실시형태들에서는 상대적으로 작은 표면 영역을 가질 수도 있거나, 또는 QD 형광체는 TVs 및 컴퓨터 모니터들과 같은 큰 디스플레이 디바이스 실시형태들에 대해서 큰 표면 영역을 가질 수도 있다. 본 발명의 QD BLU들을 형성하는 방법들은 이하에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 큰 QD 필름을 형성하는 단계 및 개개의 조명 디바이스들을 형성하기 위해, QD 필름을 더 작은 QD 필름들로 절단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 실시형태들에서, QD 형광체들이 임베딩되는 매트릭스 재료는, 그 안에 QD들이 임베딩되고 이에 따라서, 이를 투과한 1차 광의 적어도 일부분이 QD들에 의해 흡수되어, QD들에 의해 방출되는 2차 광을 하향-변환되도록, BLU 의 다른 층들, 예컨대 LGP, 배리어 층들, BEF들, 확산기 층들, 또는 BLU 의 다른 적합한 층들 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다. QD 형광체들이 디바이스의 기존 층 내에 임베딩되는 실시형태들, 및 QD 형광체들이 매트릭스 재료에 의해 둘러싸이지 않는 실시형태들에서, QD들은 바람직하게는 외부 산화물 코팅, 예컨대 실리콘 산화물, 티타늄 산화물, 또는 알루미늄 산화물 (예컨대, SiO2, Si2O3, TiO2, 또는 Al2O3) 을 포함한다. 산화물-코팅된 QD들은 조명 디바이스의 하나 이상의 층들 상에 직접 성막되거나, 및/또는 이들 내에 직접 분산될 수도 있다.
당업자들에 의해 이해될 바처럼, 본원에서 설명하는 구성요소들 및 재료들은 특정의 애플리케이션 및 원하는 효과에 따라서 특정의 굴절률을 갖도록 선택될 수 있다. 용어들 “굴절률", "굴절의 율", 또는 "굴절률들" 은, 본원에서 사용할 때, 재료가 광을 휘게 하는 정도를 나타낸다. 당업자들에 의해 이해될 바처럼, 본원에서 설명하는 재료들 각각의 굴절률은 재료 내 광속으로 나눈, 진공에서의 광속의 비를 결정함으로써 결정될 수 있다. 본 발명의 조명 디바이스의 구성요소들 및 재료들의 각각은 매트릭스 재료들, 리간드 재료들, 배리어 층들, 및/또는 다른 재료들을 포함하여, 원하는 굴절률 또는 굴절률들을 갖도록 선택될 수 있다.
실시형태들의 하나의 바람직한 클래스에서, 하나 이상의 매트릭스 재료들은 낮은 굴절률을 가지며, 하나 이상의 배리어 층들, LGP, BEF들, 및/또는 디바이스의 다른 층들에 굴절률 매치 (index-match) 될 수 있다.
또다른 실시형태에서, QD 형광체 재료 (1304) 의 적어도 하나의 매트릭스 재료 (1330) 는 조명 디바이스에서 인접한 층들보다 낮은 굴절률을 가지며, 이에 따라서, QD 형광체 재료에 진입하는 1차 광의 각도가 QD 형광체 재료에 진입할 때에 θ1 로부터 θ2 까지 증가된다. 도 13a 에 나타낸 바와 같이, 하나의 예시적인 실시형태에서, 1차 광 (1314a) 은 LGP 의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 QD 형광체 재료 층 (1304) 에서 굴절된다. QD 형광체 재료 (1304) 에 진입하는 광의 각도가 증가하며, 이에 따라서, QD 형광체 재료에서 1차 광의 경로 길이를 증가시킨다. 결과적으로, 이것은 1차 광 (1314b) 이 QD 형광체 재료에서 양자 도트들에 의해 흡수될 확률을 증가시킨다. QD들에 의한 1차 광의 더 긴 경로 길이 및 2차 방출의 증가된 기회에 의해, 2차 광의 임의의 주어진 휘도를 획득하는데 낮은 QD 농도가 요구된다. 당업자들에 의해 이해될 바처럼, 하나 이상의 배리어 층들 (1320, 1322) 은 또다른 재료, 예컨대 LGP (1306) 또는 매트릭스 재료 (1330) 에 굴절률 매치될 수 있거나, 또는 다른 굴절률을 가질 수 있다.
또한, 또다른 실시형태에서, QD 형광체 재료는 QD 형광체 층에서 또다른 매트릭스 및/또는 리간드 재료와는 상이한 굴절률을 갖는 적어도 하나의 매트릭스 및/또는 리간드 재료를 포함한다. 예를 들어, QD 필름은 상대적으로 낮은 굴절률을 갖는 제 1 매트릭스 재료 및 더 높은 굴절률을 갖는 제 2 재료를 포함할 수 있다. 제 2 재료는 하나 이상의 매트릭스 또는 리간드 재료들을 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 도 13b 에 나타낸 바와 같이, QD 필름 (1302) 은 제 1 굴절률 (n1) 을 갖는 적어도 제 1 재료 (1330a), 및 제 2 굴절률 (n2) 를 갖는 적어도 제 2 재료 (1330b) 를 포함하며, 여기서, n2 는 n1 과 상이하며, 이에 따라서, 굴절률 미스매치가 QD 필름에서-광 굴절-특히 1차 광 굴절을 초래한다. 일 실시형태에서, 도 13b 에 나타낸 바와 같이, n2 는 n1 보다 낮으며, 이에 따라서, 제 2 재료 (1330b) 가 QD 필름에서 1차 광 (1314) 을 굴절시킨다. 일 실시형태에서, QD들이 제 2 재료 (1330b) 에 임베딩된다.
당업자들에 의해 이해될 바처럼, 매트릭스 재료들은 필요한 투명성 또는 다른 성질들을 매트릭스 재료들의 굴절률을 맞추는 유리한 효과들과 적절히 균형을 유지하도록 선택될 수 있다.
배리어들
바람직한 실시형태들에서, QD 필름은 QD 형광체 재료 층의 일측면 또는 양측면 상에 배치된 하나 이상의 배리어 층들을 포함한다. 적합한 배리어 층들은 높은 온도들, 산소, 및 수분과 같은 환경 조건들로부터 QD들 및 QD 형광체 재료를 보호한다. 적합한 배리어 재료들은 소수성이며 QD 형광체 재료와 화학적으로 및 기계적으로 적합한 비-황변의 투명한 광학적 재료들을 포함하며, 광- 및 화학적-안정성을 나타내며, 높은 온도들을 견딜 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 배리어 층들은 QD 형광체 재료에 굴절률 매치된다. 바람직한 실시형태들에서, QD 형광체 재료 및 하나 이상의 인접한 배리어 층들의 매트릭스 재료는 배리어 층을 통해서 QD 형광체 재료 방향으로 투과하는 대부분의 광이 배리어 층으로부터 형광체 재료로 투과되게, 유사한 굴절률들을 갖도록 굴절률 매치된다. 이 굴절률 매치는 배리어과 매트릭스 재료들 사이의 계면에서 광학적 손실들을 감소시킨다.
배리어 층들은 적합하게는, 고체 재료들이며, 경화된 액체, 겔, 또는 폴리머일 수 있다. 배리어 층들은 특정의 애플리케이션에 따라서 가요성 또는 비-가요성 재료들을 포함할 수 있다. 배리어 층들은 바람직하게는 평면 층들이며, 특정의 조명 애플리케이션에 따라서 임의의 적합한 형태 및 표면 영역 구성을 포함할 수 있다. 바람직한 실시형태들에서, 하나 이상의 배리어 층들은 라미네이트 필름 프로세싱 기법들과 적합할 것이며, 이에 따라서, QD 형광체 재료가 적어도 제 1 배리어 필름 상에 배치되며, 본 발명의 일 실시형태에 따라서 QD 필름을 형성하기 위해서 QD 형광체 재료의 반대 측면 상의 QD 형광체 재료 상에 적어도 제 2 배리어 필름이 배치된다. 적합한 배리어 재료들은 당업계에 알려져 있는 임의의 적합한 배리어 재료들을 포함한다. 예를 들어, 적합한 배리어 재료들은 유리들, 폴리머들, 및 산화물들을 포함한다. 적합한 배리어 층 재료들은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 와 같은 폴리머들; 실리콘 산화물, 티타늄 산화물, 또는 알루미늄 산화물 (예컨대, SiO2, Si2O3, TiO2, 또는 Al2O3) 과 같은 산화물들; 및 적합한 이들의 조합들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는, QD 필름의 각각의 배리어 층은, 다층 배리어가 배리어 층에서 핀홀 결함 정렬을 제거하거나 또는 감소시켜 QD 형광체 재료 속으로 산소 및 수분 침투에 대해 효과적인 배리어를 제공하도록, 상이한 재료들 또는 조성들을 포함하는 적어도 2 층들을 포함한다. QD 필름은 임의의 적합한 재료 또는 그 재료의 조합들, 및 QD 형광체 재료의 한 면 또는 양면 상의 임의의 적합한 개수의 배리어 층들을 포함할 수 있다. 배리어 층들의 재료들, 두께, 및 개수는 특정의 애플리케이션에 의존할 것이며, 적합하게는, QD 필름의 두께를 최소화하면서 QD 형광체의 배리어 보호 및 휘도를 최대화하도록 선택될 것이다. 바람직한 실시형태들에서, 각각의 배리어 층은 라미네이트 필름, 바람직하게는 이중 라미네이트 필름을 포함하며, 여기서, 각각의 배리어 층의 두께는 롤-투-롤 또는 라미네이트 제조 프로세스들에서 주름이 생기는 것을 제거할 정도로 충분히 두껍다. 배리어들의 개수 또는 두께는 QD들 또는 다른 QD 형광체 재료들이 중금속들 또는 다른 유독성 재료들을 포함하는 실시형태들에서는 법정 유독물 가이드라인들에 추가로 의존할 수도 있으며, 이 가이드라인들은 더 크거나 또는 더 두꺼운 배리어 층들을 요구할 수도 있다. 배리어들에 대한 추가적인 고려사항들은 비용, 이용가능성, 및 기계적 강도를 포함한다.
바람직한 실시형태들에서, QD 필름은 QD 형광체 재료의 각각의 측면에 인접한 2개 이상의 배리어 층들, 바람직하게는 각각의 측면 상에 2개 또는 3개의 층들, 가장 바람직하게는 QD 형광체 재료의 각각의 측면 상에 2개의 배리어 층들을 포함한다. 바람직하게는, 각각의 배리어 층은 폴리머 필름의 적어도 하나의 측면 상에 박형 산화물 코팅을 갖는 박형 폴리머 필름을 포함한다. 바람직하게는, 배리어 층들은 하나의 측면 상에 실리콘 산화물 (예컨대, SiO2 또는 Si2O3) 의 박 층으로 코팅된 박형 PET 필름을 포함한다. 예를 들어, 바람직한 배리어 재료들은 Alcan™ 로부터 입수가능한 Ceramis™ CPT-002 및 CPT-005 을 포함한다. 또다른 바람직한 실시형태에서, 각각의 배리어 층은 박형 유리 시트, 예컨대, 약 100 ㎛, 100 ㎛ 이하, 50 ㎛ 이하, 바람직하게는 50 ㎛ 또는 약 50 ㎛ 의 두께를 갖는 유리 시트들을 포함한다.
도 14a 의 예시적인 실시형태에 나타낸 바와 같이, QD BLU (1400) 는 1차 광원 (1410), 옵션적인 광 추출 피쳐들 (1450) 를 갖는 LGP (1406), LGP 아래에 배치된 반사 필름 (1408), BEF들 (1401), 및 LGP 와 BEF들 사이에 배치된 QD 필름 (1402) 을 포함한다. 도 14b 에 나타낸 바와 같이, QD 필름 (1402) 은 상부 배리어 (1420) 및 저부 배리어 (1422) 을 포함한다. 배리어들 (1420 및 1422) 의 각각은 QD 형광체 재료 (1404) 에 인접한 제 1 서브층 (1420a/1422a), 및 제 1 층 (1420a/1422a) 상의 적어도 제 2 서브층 (1420b/1422b) 을 포함한다. 바람직한 실시형태들에서, 서브층들의 재료들 및 개수는 인접한 서브층들 사이에 핀홀 정렬을 최소화하도록 선택된다. 바람직한 실시형태들에서, 상부 배리어 (1420) 및 저부 배리어 (1422) 의 각각은 실리콘 산화물을 포함하는 제 1 서브층 (1420a/1422a), 및 PET 를 포함하는 제 2 서브층 (1420b/1422b) 를 포함한다. 바람직하게는, 실리콘 산화물을 포함하는 제 1 서브층 (1420a/1422a) 은 QD 형광체 재료 (1404) 에 바로 인접하게 배치되며, PET 를 포함하는 제 2 서브층 (1420b/1422b) 은 제 1 서브층 (1420a/1422a) 이 QD 형광체 재료 (1404) 와 제 2 서브층 (1420b/1422b) 사이에 배치되도록, 제 1 서브층 (1420a/1422a) 상에 배치된다. 하나의 예시적인 실시형태에서, QD 형광체 재료는 약 50 ㎛ 의 두께를 가지며, 실리콘 산화물을 포함하는 제 1 서브층들의 각각은 약 8 ㎛ 의 두께를 가지며, PET 를 포함하는 제 2 서브층들의 각각은 약 12 ㎛ 의 두께를 갖는다.
바람직한 실시형태에서, 도 14c 에 나타낸 바와 같이, 상부 및 저부 배리어들 각각은 이중 배리어 (즉, 2 개의 배리어 층들) 을 포함한다. 상부 배리어 (1420) 은 제 1 배리어 층 및 제 2 배리어 층을 포함하며, 여기서, 제 1 배리어 층은 제 1 서브층 (1420a) 및 제 2 서브층 (1420b) 을 포함하며, 및 제 2 배리어 층은 제 1 서브층 (1420c) 및 제 2 서브층 (1420d) 을 포함한다. 저부 배리어 (1422) 은 제 1 배리어 층 및 제 2 배리어 층을 포함하며, 여기서 제 1 배리어 층은 제 1 서브층 (1422a) 및 제 2 서브층 (1422b) 을 포함하고, 제 2 배리어 층은 제 1 서브층 (1422c) 및 제 2 서브층 (1422d) 을 포함한다. 바람직하게는, 제 1 서브층들 (1420a, 1420c, 1422a, 및 1422c) 은 실리콘 산화물을 포함하며, 제 2 서브층들 (1420b, 1420d, 1422b, 및 1422d) 은 PET 를 포함한다. 하나의 예시적인 실시형태에서, QD 형광체 재료는 약 100 ㎛ 의 두께를 가지며, 실리콘 이산화물을 포함하는 제 1 서브층들의 각각은 약 8 ㎛ 의 두께를 가지며, PET 를 포함하는 제 2 서브층들의 각각은 약 12 ㎛ 의 두께를 갖는다.
하나 이상의 배리어 층들 중 임의의 배리어 층은 도 15a 에 나타낸 바와 같이, 뷰잉 평면을 가로질러서 일관된 두께 및 구조를 갖는 층을 포함할 수 있다. 배리어 층들의 임의의 배리어 층은 또한 도 15b, 도 15c, 및 도 15d 에 나타낸 바와 같이, 상부, 저부, 또는 배리어 층의 상부와 저부 표면들 양쪽 모두 상에 각각 피쳐들 (1550) 을 포함할 수도 있다. 당업자들에 의해 이해될 바처럼, 피쳐들 (1550) 을 갖거나 갖지 않는, 이런 배리어 층들의 임의의 적합한 조합이 채용될 수 있다. 도 15b 내지 도 15i 에 나타낸 여러 예시적인 실시형태들에 나타낸 바와 같이, 배리어 층의 피쳐들 (1550) 은 프리즘들, 피치들, 렌즈들, 범프들, 웨이브형 피쳐들, 스크래치들, 렌즈들, 돔들 (domes), 또는 무작위로 마이크로-텍스쳐된 표면을 포함한, 임의의 적합한 텍스쳐 또는 패턴을 포함할 수 있다. 적합하게는, 이 피쳐들은 광 산란 또는 확산기 피쳐들-예컨대, BLU 의 LGP, QD 필름, 또는 다른 층에서 결함들을 광학적으로 균형을 유지하기 위해 QD 필름에서 광을 산란하거나 또는 QD 필름의 상부로부터 투과하는 광을 확산하는, 광 산란 또는 확산기 피쳐들일 수 있다. 적합하게는, 피쳐들은 광 추출 및 BLU 에 의해 방출된 광의 휘도를 증대시키거나 및/또는 2차 광 방출을 증대시키기 위해 QD 형광체 재료로 다시 1차 광의 리사이클링을 증진하기 위해 광 추출 또는 휘도-향상 피쳐들을 포함할 수 있다. 적합하게는, 피쳐들 (1550) 은 QD 필름과 BLU 의 인접한 층들, 특히 LGP 사이의 긴밀한 물리적인 커플링을 방지하며, 따라서, 바람직하지 않은 클래딩 효과들을 방지한다. 적합하게는, 피쳐들 (1550) 은 높이에서 약 0.5 내지 1 ㎛ 의 사이즈를 가질 수 있으며, 피쳐들의 각각은 약 0.5 내지 1 ㎛ 의 거리 만큼 이격될 수 있다. 적합하게는, 피쳐들은 배리어 층과 동일한 재료를 포함하고, 그 상에 피쳐들이 형성되며 피쳐들은 배리어 층내에 또는 상에 직접 형성될 수 있다. 피쳐들 (1550) 은 스탬핑, 레이저 에칭, 화학적 에칭, 사출 성형, 및 압출을 포함한, 당업계에 알려져 있는 임의의 방법들을 이용하여 형성될 수 있다.
도 16a 에 나타낸 하나의 예시적인 실시형태에서, 저부 배리어 층 (1622) 의 저부 표면은 LGP 와 QD 필름 사이의 과잉 광학적 커플링 (예컨대, 클래딩) 을 방지하기 위해 커플링 방지 (anti-coupling) 또는 클래딩 방지 (anti-cladding) 피쳐들 (1650) 을 포함한다. 이들 커플링 방지 또는 클래딩 방지 피쳐들 (1650) 은 LGP (1606) 와 QD 필름 (1602) 사이의 과잉 물리적인 콘택을 방지함으로써, 디스플레이 표면에 대해 휘도 균일성을 증진시킨다. 적합하게는, 피쳐들 (1650) 은 QD 필름과 BLU 의 인접한 층들-특히, LGP 사이의 과잉 광학적 커플링을 방지한다. 적합하게는, 피쳐들 (1650) 은 높이 및 폭에서 약 0.5 내지 1 ㎛ 의 사이즈를 가질 수 있으며, 피쳐들의 각각은 약 0.5 내지 1 ㎛ 의 거리 만큼 이격된다.
본 발명의 특정 실시형태들에서, 배리어 플레이트 (1620) 의 상부 표면은 광이 디바이스로부터 안으로 방출되는, 상부 플레이트 위의 매질 (예컨대, 공기) 과 상부 플레이트 (1620) 사이의 계면에서 내부 전반사를 감소시키는 구조적 피쳐들 (1650) 을 포함한다. 예시적인 실시형태에서, 상부 배리어 플레이트 (1620) 의 상부 표면은 배리어 플레이트 (1620) 와 상부 플레이트 (1620) 위의 인접한 매질의 공기/유리 계면에서 마이크로-텍스쳐된다. 마이크로-텍스쳐된 표면은 내부 전반사를 감소시키고 상부 플레이트로부터의 광 추출을 증가시킨다. 특정 실시형태들에서, 상부 플레이트의 상부 표면 상의 구조적 피쳐들 (1650) 은 약 10 % 이상 만큼 광 추출을 증가시킨다. 구조적 피쳐들 (1650) 의 기하학적 구조는 당업자들에 의해 이해될 바처럼, 형광체 패키지의 형광체 재료로부터 방출된 광의 파장(들), QD 필름 및 인접한 매질들의 굴절률들, 또는 다른 특성들에 기초하여 선택되거나 또는 변경될 수 있다.
도 16b 에 나타낸, 또다른 예시적인 실시형태에서, 상부 배리어 층 (1620) 의 상부 표면은 1차 광의 부분을 QD 필름으로 다시 반사함으로써 QD 필름으로 다시 보내는 1차 광의 "리사이클링" 을 제공하는 휘도-향상 피쳐들 (1650), 예컨대 프리즘들 또는 피치들을 포함한다. 본원에서 지칭되는 바처럼, "휘도 강화 필름들" (BEF들) 및 "휘도 강화 피쳐들" 은 광의 일 부분을 광이 투과된 방향으로 다시 반사하는 필름들 또는 피쳐들이다. BEF 또는 휘도 강화 피쳐 방향으로 진행하는 광은 광이 필름 또는 피쳐들에 입사하는 각도에 따라서, 필름 또는 피쳐를 통해서 투과될 것이다. 예를 들어, 도 16c 내지 도 16d 에 나타낸 바와 같이, BEF들 (1601) 의 휘도 강화 피쳐들 (1650) 은 필름들 (1601) 의 상부 표면 상에 평행하게 형성된 프리즘들 또는 프리즘 그루브들을 포함한다. LGP (1606) 로부터 위로 진행하는 광은 광이 평면 필름들 (1601) 에 직각이거나 또는 수직하면, BEF들을 통해서 투과할 것이다. 그러나, 이런 광은 광이 더 큰 각도를 가지면, 하방으로 LGP 방향으로 반사될 것이다. BEF들 및 휘도 강화 피쳐들은 상이한 각도들의 광에 대해 다수의 반사 각도들을 갖도록 선택될 수 있으며, 이런 피쳐들 및 각도들은 원하는 휘도 또는 광 "리사이클링" 을 획득하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 제 1 편광기 필름 (또는, BEF) 은 필름에 수직한 평면으로부터 약 15 내지 25 도의 각도 (즉, 법선으로부터 65 내지 75 도) 를 갖는 광을 반사할 수 있으며, 제 2 필름은 수직 평면으로부터 약 25 내지 35 도의 각도를 갖는 광을 반사할 수 있다. BEF들은 도 16d 의 필름들 (1620a, 1620b) 에 나타낸 바와 같이, 강화 피쳐들 (1650) 이 반대 방향들로 배치된 상태로 배치될 수 있다. 추가적인 BEF들이 또한 포함될 수 있다. 다수의-각도 및 다수의-방향 반사 피쳐들의 사용은 여러 방향들로부터 BEF들에 도달하는 광을 리사이클링하는, "입체 (solid)-각도 리사이클링" 을 초래한다. 본 발명의 바람직한 실시형태들에서, 하나 이상의 BEF들의 각도들 또는 피치들은, QD들로부터의 원하는 2차 광 방출을 획득하는데 QD 양이 크게 감소될 수 있도록, 1차 광의 상당 부분을 QD 필름 방향으로 반사하도록 선택될 것이다.
BEF들 및 휘도 향상 피쳐들은 반사 및/또는 굴절 필름들, 반사 편광기 필름들, 프리즘 필름들, 그루브 필름들, 그루브 형성된 프리즘 필름들, 프리즘들, 피치들, 그루브들, 또는 당업계에 알려져 있는 임의의 적합한 BEF들 또는 휘도 강화 피쳐들을 포함할 수 있다. 예를 들어, BEF들은 3M™ 으로부터 입수가능한 Vikuiti™ BEF들과 같은 종래의 BEF들을 포함할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 하나 이상의 배리어 층들은 그 상부에 또는 그 내부에 형성된 휘도 강화 피쳐들을 가질 수 있으며, 이에 따라서, 하나 이상의 배리어 층들이 배리어 및 BEF 양쪽 모두로서 기능한다. 배리어 층 (1620) 은 BEF 광학 필름 스택의 저부 BEF 일 수 있다. 도 16c 및 도 16d 에 나타낸, 또다른 예시적인 실시형태에서, 상부 배리어는 적어도 2개의 층들을 포함하며, 각각의 층은 그 층의 상부 표면 상의 휘도-향상 피쳐들을 포함한다. 상부 배리어 (1620) 은 상부 표면 상에 휘도-향상 피쳐들 (1650) 을 갖는 제 1 BEF 를 포함하는 제 1 층 (1620a), 및 상부 표면 상에 휘도-향상 피쳐들 (1650) 을 갖는 제 2 BEF 를 포함하는 제 2 층 (1620b) 을 포함하며, 여기서, 상부 배리어는 배리어 (1620), 및 제 1 BEF 배리어 층 (1620a) 과 제 2 BEF 배리어 층 (1620b) 을 포함하는 BEF 스택 (1601) 양쪽 모두로서 기능한다. 바람직한 실시형태들에서, QD BLU 는 적어도 하나의 BEF, 더 바람직하게는 적어도 2개의 BEF들을 포함한다. 적합하게는, BLU 는 적어도 3개의 BEF들을 포함할 수 있다. 바람직한 실시형태들에서, 적어도 하나의 BEF 는 반사 편광기 BEF (즉, DBEF) 를 포함하여, 예컨대, 그렇지 않으면 액정 매트릭스 모듈의 저부 편광기 필름에 의해 흡수될 광을 리사이클링한다. 휘도-향상 피쳐들 및 BEF들은 반사기들 및/또는 굴절기들, 편광기들, 반사 편광기들, 광 추출 피쳐들, 광 리사이클링 피쳐들, 또는 당업계에 알려져 있는 임의의 휘도-향상 피쳐들을 포함할 수 있다. BEF들 및 휘도-향상 피쳐들 (1650) 은 종래의 BEF들을 포함할 수 있다. 예를 들어, BEF들은 피치들 또는 제 1 피치 각도를 갖는 프리즘들을 갖는 제 1 층 , 및 피치들 또는 제 2 피치 각도를 갖는 프리즘들을 갖는 적어도 제 2 층을 포함할 수 있다. 또한 추가적인 실시형태들에서, BLU 는 피치들 또는 제 3 피치 각도를 갖는 프리즘들을 갖는 제 3 BEF 층을 포함할 수 있다. 적합한 BEF들은 3M™ 으로부터 입수가능한 Vikuiti™ BEF들을 포함한, 종래의 BEF들을 포함한다.
특정 실시형태들에서, 하나 이상의 배리어 층들은 추가적인 배리어 재료 대신, 기존의 층 또는 재료로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시형태들에서, QD들을 둘러싸는 매트릭스 재료는 그 자체로 QD들에 대한 배리어 재료로서 기능할 수 있다. 특정 실시형태들에서, QD 필름의 상부 배리어 층은 BLU 의 확산기 층 또는 BEF 필름을 포함할 수 있다. 또한 추가적인 실시형태들에서, LGP 는 QD 형광체 재료에 대한 저부 배리어 층으로서 작용할 수 있으며; 그러나, LGP 및 QD 필름은 바람직하게는 서로 긴밀히 접촉하지 않는다. 당업자들에 의해 이해될 바처럼, QD 형광체 배리어 재료들 또는 배리어 층들은 본원에서 언급한 바와 같이, 하나 이상의 구성요소들의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 QD 필름의 각각의 배리어 층은 당업자들에 의해 이해될 바처럼, 조명 디바이스 및 애플리케이션의 특정의 요구사항들 및 특성들 그리고, 배리어 층들과 같은 개개의 필름 구성요소들 및 QD 형광체 재료에 따라서, 임의의 적합한 두께를 가질 수 있다. 특정 실시형태들에서, 각각의 배리어 층은 50 ㎛ 이하, 40 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이하, 바람직하게는 25 ㎛ 이하 또는 20 ㎛ 이하, 가장 바람직하게는 15 ㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다. 특정 실시형태들에서, 배리어 층은 산화물 코팅을 포함하며, 이 산화물 코팅은 실리콘 산화물, 티타늄 산화물, 및 알루미늄 산화물 (예컨대, SiO2, Si2O3, TiO2, 또는 Al2O3) 과 같은 재료들을 포함할 수 있다. 산화물 코팅은 약 10 ㎛ 이하, 5 ㎛ 이하, 1 ㎛ 이하, 또는 100 nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 특정 실시형태들에서, 배리어는 약 100 nm 이하의 두께를 갖는 얇은 산화물 코팅을 포함하며, 10 nm 이하, 5 nm 이하, 또는 3 nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 상부 및/또는 저부 배리어는 얇은 산화물 코팅으로 이루어질 수 있거나, 또는 얇은 산화물 코팅 및 하나 이상의 추가적인 재료 층들을 포함할 수도 있다.
배리어 밀봉
바람직한 실시형태에서, 도 17a 및 도 17b 에 나타낸 바와 같이, QD 필름 (1702) 은 본원에서 설명하는 배리어 실시형태들 중 어느 것을 포함할 수 있는 상부 및 저부 배리어들 (1720, 1722), 및 산소와 같은 환경 조건들에 노출되는 QD 형광체 재료의 둘레 주변에, 공간적으로 정의된 영역을 포함하는 비활성 영역 (1705) 을 포함한다. 바람직하게는, QD 형광체 재료는 산소 또는 수분이 미리 결정되거나 또는 미리 정의된 비활성 영역 (1705) 을 넘어 QD 형광체 재료의 활성 영역 (1709) 속으로 침투하는 것을 방지하기에 충분한 배리어를 제공한다. 바람직한 실시형태에서, QD 형광체 재료는 에폭시 매트릭스 재료에 배치된 APS-코팅된 또는 PEI-코팅된 QD들을 포함하며, 비활성 영역은 QD 필름의 최외각 에지 또는 둘레에서 약 1 밀리미터의 폭, 및 QD 필름의 상기 둘레에서 QD 형광체 재료의 두께와 동일한 높이를 갖는다. 공간 영역의 치수들은 임의의 적합한 치수들을 포함할 것이며, 특정의 QD 형광체 재료들, 배리어 층들의 개수 및 유형 등을 포함한, 특정의 디바이스 실시형태에 의존할 것이다. 비활성 영역의 폭은 적합한 테스팅 절차들을 이용하여 결정될 수 있으며, 적합하게는, 2 mm 이하 또는 1.5 mm 이하를 포함하며, 바람직하게는, 1 mm 이하, 1 mm, 또는 약 1mm 이다.
하나 이상의 배리어 층들에 더해서 또는 대안으로서, QD 필름은 환경 조건들로부터 QD 형광체 재료를 보호하기 위해 에지 밀봉되거나 및/또는 기밀 밀봉될 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, QD 필름은 도 18a 에 나타낸 바와 같이, QD 형광체 재료 (1804), 및 QD 형광체 재료의 전체 외부 표면을 완전히 코팅하는 기밀 패키징 또는 코팅 층 (1821) 을 포함한다. 당업자들에 의해 이해될 바처럼, 본원에서 구체적으로 설명하는 실시형태들을 포함한, 본 발명의 실시형태들 중 어느 것은 QD 형광체 재료 또는 QD 필름의 표면 상의 외부 기밀 코팅 층을 포함할 수 있다. 적합하게는, 기밀 코팅 층은 실리콘 산화물, 티타늄 산화물, 또는 알루미늄 산화물 (예컨대, SiO2, Si2O3, TiO2, 또는 Al2O3) 과 같은 산화물; 유리, 폴리머, 에폭시, 또는 본원에서 설명하는 매트릭스 재료들 중 임의의 재료를 포함한다. 기밀 밀봉은 스프레이 코팅, 페인팅, 습식 코팅, 화학 기상 증착, 또는 원자층 증착을 포함한, 당업계에서 알려진 임의의 적합한 방법들에 의해 형성될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 상부 및 저부 배리어들은 기계적으로 밀봉된다. 도 18b 및 도 18c 의 바람직한 실시형태들에 나타낸 바와 같이, 상부 및/또는 저부 층들이 QD 필름을 밀봉하기 위해 함께 핀치된다. 적합하게는, 배리어 층들 (1820 및 1822) 의 에지들은 QD 형광체 재료가 완전히 경화되기 전에 핀치된다. 적합하게는, 에지들은 그 환경에서 산소 및 수분에의 QD 형광체 재료의 노출을 최소화하기 위해, QD 필름 및 배리어 층들의 성막 직후 핀치된다. 배리어 에지들은 핀칭 (pinching), 스탬핑 (stamping), 용융 (melting), 롤링 (rolling), 프레싱 (pressing), 또는 기타 등등에 의해 밀봉될 수 있다. QD 필름을 형성하는 일 실시형태에서, 하나 이상의 배리어 에지들은 QD 필름을 적합한 사이즈로 절단하는데 이용되는 동일한 프로세스 단계 동안 밀봉된다. 도 19a 및 도 20a 에 나타낸 바와 같이, QD 필름이 (저부 배리어 층과 LGP 의 조합 (1906, 1922) 및 상부 배리어 층 (1920) 상에 직접 형성된 QD 형광체 재료를 나타내는 도 19a 에서와 같이) LGP (1906) 를 포함하는 저부 배리어 (1922) 을 포함하고, 그리고 QD 필름 (2002) 이 (상부 배리어 (2020), 저부 배리어 (2022), 및 QD 형광체 재료 (2004) 를 포함하는 QD 필름을 나타내는 도 20a 에서와 같이) QD 필름을 기계적으로 밀봉하기 전에 LGP (2006) 상에 형성되거나 또는 성막되는 실시형태들에서, 동일한 또는 유사한 기계적 에지-밀봉이, 채용될 수 있다.
도 19b 및 도 20b 에 나타낸 바와 같이, 여전히 다른 실시형태들에서, QD 필름은 에지 밀봉재 (1927, 2027) 를 포함하며, 상기 에지 밀봉재는 QD 형광체 재료의 둘레를 따라서 QD 형광체 재료 (1904, 2004) 에 인접하게 배치된 밀봉 재료를 포함한다. 적합하게는, 에지 밀봉재는 적합한 광학 접착제 재료, 예컨대 에폭시를 포함한다. 에지 밀봉재는 본원에서 설명하는 매트릭스 재료들을 포함한, QD 형광체 재료의 하나 이상의 매트릭스 재료를 포함할 수 있다. 여전히 다른 실시형태들에서, 도 19c 및 도 20c 에 나타낸 바와 같이, 밀봉 재료 (1928, 2028) 는 QD 형광체 재료 (1904, 2004) 상에 형성되며, 적합하게는 QD 형광체 재료의 전체 상부 표면 및 에지들을 덮는다. 밀봉 재료 (1928, 2028) 는 적합하게는, 에폭시 또는 본원에서 설명하는 임의의 적합한 매트릭스 재료들을 포함한, 투명한, 비-황변의 광학적 재료를 포함한다. 밀봉 재료는 실리콘 산화물, 티타늄 산화물, 또는 알루미늄 산화물 (예컨대, SiO2, Si2O3, TiO2, 또는 Al2O3) 과 같은 재료들을 포함한, 산화물 코팅을 포함할 수 있다. 적합하게는, 밀봉 재료는 QD 형광체 재료와 화학적으로 및 기계적으로 모두 적합하다. 적합하게는, 밀봉 재료는 높은 기계적 강도를 가진, 내구성 있는 가요성 재료이다. 밀봉 재료는 QD 형광체 재료 상에 또는 하나 이상의 배리어 재료들 상에 성막될 수 있다. 게다가, 하나 이상의 배리어 재료들이 밀봉 재료 상에 배치될 수 있다. 적합하게는, 밀봉 재료는 QD 형광체 재료와 함께 경화될 수 있는-예컨대, 열 경화되거나 또는 UV 경화될 수 있는 경화성 재료이다. 실시형태들의 또다른 클래스에서, 도 19d 및 도 20d 에 나타낸 바와 같이, QD 형광체 재료 (1904, 2004) 자체는 환경 조건들에 대해 배리어를 제공한다. 이런 실시형태들에서, 상부 및/또는 저부 배리어는 QD 필름으로부터 제외될 수 있다. 이런 실시형태들에서, QD들은 옵션적으로, 위에서 더 자세히 설명한 바와 같이, 환경 조건들로부터 추가적인 보호를 제공하기 위해, 산화물 코팅 또는 층으로 코팅될 수 있다.
당업자들에 의해 이해될 바처럼, 본원에서 설명하는 배리어들 및 밀봉재들은 임의의 적합한 조합으로 사용될 수 있으며, 배리어들 및 밀봉재들은 조명 디바이스의 특정의 애플리케이션 및 원하는 특성들에 기초하여 선택될 수 있다.
광 가이드
본 발명의 QD 필름 원격 형광체 패키지는 원격 형광체 패키지가 1차 광원과 광학적으로 연통하도록, 1차 광원에 광학적으로 접속된다. 바람직한 실시형태들에서, 1차 광원 및 QD 필름 원격 형광체 패키지는 예컨대, 본원에서 광 가이드 패널 (LGP) 로서 지칭되는, 적어도 하나의 평면 도파관에 각각 광학적으로 커플링되며, 이에 따라서, 도 6, 도 7, 및 도 13 에 나타낸 바와 같이, 1차 및 2차 광원들의 각각이 LGP 를 통해서 서로 광학적으로 연통한다. QD 필름은 적합하게는, LGP 위에 또는 인접하게 배치되며, LGP 는 적합하게는, 형광체 패키지의 형광체 재료로부터의 2차 광 방출을 개시하기 위해 1차 광을 제공하는 하나 이상의 1차 광 방출 소스들, 예컨대 LED들 위에 또는 인접하게 배치된다. LGP 는 1차 소스로부터 방출된 광에 대해 광 전달 매질을 제공하여 LGP 를 통해서 원격 형광체 패키지로 투과시킴으로써, 1차 광이 QD들을 여기시켜 2차 광 방출을 일으킬 수 있도록 한다. 또다른 실시형태에서, LGP 는 조명 디스플레이의 원격 형광체 패키지와 뷰잉 평면 사이에 배치되며, 여기서, 원격 형광체 패키지로부터 출사하는 광은 LGP 를 통해서 디스플레이 표면의 전체 뷰잉 평면으로 투과하며, 이에 따라서 광이 디스플레이의 뷰어에 의해 보이게 된다. LGP 는 1차 및 2차 광에 투명한 임의의 적합한 비-황변의 광학적 재료를 포함할 수 있으며, 당업자들에게 알려져 있는 임의의 적합한 LGP 를 포함할 수 있다. 예를 들어, LGP 는 임의의 종래의 LGP 를 포함할 수 있다. 적합한 LGP 재료들은 폴리카보네이트 (PC), 폴리 메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 메틸 메타크릴레이트, 스티렌, 아크릴 폴리머 수지, 유리, 또는 당업계에 알려져 있는 임의의 적합한 LGP 재료들을 포함한다. LGP 에 대한 적합한 제조 방법들은 사출 성형, 압출, 또는 당업계에 알려져 있는 다른 적합한 실시형태들을 포함한다. 바람직한 실시형태들에서, LGP 는 QD 필름에 진입하는 1차 광이 균일한 칼라 및 휘도가 되도록, LGP 의 상부 표면으로부터 균일한 1차 광 방출을 제공한다. LGP 는 당업계에 알려져 있는 임의의 두께 또는 형태를 포함할 수 있다. 예를 들어, LGP 두께는 도 21a 및 도 22a 에 나타낸 바와 같이, 전체 LGP 표면에 대해 균일할 수 있다. 다르게는, LGP 는 도 22c 에 나타낸 바와 같이, 웨지 (wedge)-형 형상을 가질 수 있다.
특정 실시형태들에서, QD 필름 원격 형광체 패키지는 LGP 와 분리된 엘리먼트일 수 있는 반면, 다른 실시형태들에서, 원격 형광체 패키지는 LGP 와 전체적으로 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 예시적인 일 실시형태에서, 형광체 재료 및 LGP 는 단일 층으로 배치되며, 이때, 형광체 재료는 LGP 에 임베딩된다. 또 다른 예시적인 실시형태에서, QD 필름은 LGP 상에 배치되며, 여기서 LGP 는 QD 필름의 저부 배리어 재료 층이다. 바람직한 실시형태들에서, QD 필름 및 LGP 는 별도의 및 별개의 엘리먼트들이며, 가장 바람직하게는, 이때 과잉 물리적인 커플링이 LGP 과 QD 필름 사이에 최소화되거나 또는 제거된다.
LGP (2106, 2206, 2306) 는 도 21d, 도 21e, 도 22d 내지 도 22k, 도 23c, 및 도 23d 에 나타낸 바와 같이, LGP 의 상부, 저부, 또는 상부와 저부 표면들 양쪽 모두 상에 피쳐들 (2150, 2250, 2350) 을 포함할 수도 있다. LGP 피쳐들은 도 22k 에 나타낸 바와 같이, LGP 에 인접한 분리된 층에 위치될 수도 있다. 도 21 내지 도 23 의 여러 예시적인 실시형태들에 나타낸 바와 같이, LGP 피쳐들 (2150, 2250, 2350) 은 프리즘들, 피치들, 렌즈들, 범프들, 웨이브형 피쳐들, 스크래치들, 배리어 층들과 관련하여 위에서 설명한 피쳐들 중 어느 것, 또는 당업계에 알려진 임의의 적합한 피쳐들을 포함한, 임의의 적합한 텍스쳐 또는 패턴을 포함할 수 있다. 적합하게는, 피쳐들은 광 산란 또는 확산기 피쳐들-예컨대, LGP 또는 LGP 아래에 배치된 반사기 필름 (2108) 에서 결함들을 광학적으로 균형을 유지하기 위해 LGP 또는 QD 필름에서 광을 산란시키거나, 또는 LGP 의 상부로부터 투과하는 광을 확산시키는 광 산란 또는 확산기 피쳐들을 포함할 수 있다. 적합하게는, 피쳐들은 반사 피쳐들-예컨대, LGP 의 저부에서, LGP 의 저부 표면으로부터 LGP 의 상부 표면 방향으로 광을 반사시키는 반사 피쳐들을 포함할 수 있다. 적합하게는, 피쳐들은 BLU 에 의해 방출된 광의 휘도를 향상시키거나 및/또는 QD 형광체 재료로 다시 1차 광의 리사이클링을 증진하여 2차 광 방출을 증대시키는 휘도-향상 피쳐들을 포함할 수 있다. 적합하게는, LGP 피쳐들은 커플링 방지 피쳐-예컨대, LGP 와 QD 필름 또는 LGP 에 인접한 다른 층들 사이의 클래딩을 방지하거나 또는 광학적 커플링을 감소시키는 커플링 방지 피쳐를 포함할 수 있다. 적합하게는, LGP 피쳐들은 높이에서 약 0.5 내지 1 ㎛ 의 사이즈를 가질 수 있으며, 피쳐들의 각각은 약 0.5 내지 1 ㎛ 의 거리 만큼 이격될 수 있다. 스페이서들 (2152) 및 커플링 방지 피쳐들 (2150) 은 임의의 적합한 형태, 사이즈, 및 재료를 포함할 수 있다. 적합하게는, 피쳐들은 LGP 와 동일한 재료를 포함하며, 피쳐들은 LGP 에 또는 위에 직접 형성될 수 있다. LGP 피쳐들은 스탬핑, 레이저 에칭, 화학적 에칭, 사출 성형, 및 압출을 포함한, 당업계에 알려져 있는 임의의 방법들을 이용하여 형성될 수 있다. 당업자들에 의해 이해될 바처럼, 이런 LGP 피쳐들의 임의의 적합한 조합이 채용될 수 있다.
특정 실시형태들에서, LGP 는 도 22a 에 나타낸 바와 같이, QD 형광체 재료에 대한 저부 배리어 층으로서 작용하며, 적합한 LGP-배리어 층들은 QD들에 대한 충분한 온도 배리어인, 임의의 광학적으로 투명한, 비-황변의, 산소- 및 수분-불투과성 재료를 포함할 것이다. 그러나, LGP 및 QD 필름이 다른 층들인 실시형태들에서, LGP 및 QD 필름은 바람직하게는, 서로 긴밀히 접촉하지 않는다. 바람직한 실시형태들에서, QD 필름 및 LGP 는 QD 필름과 LGP 사이의 광학적 클래딩 효과가 제거되거나 또는 최소화되도록, 긴밀히 접촉되지 않으며, 이에 따라서 휘도 균일성이 디스플레이 표면에 대해 유지된다. 도 21b 에 나타낸 하나의 예시적인 실시형태에서, 간극 (2151), 예컨대 공기 간극이, LGP (2106) 와 QD 필름 (2102) 사이에 존재한다. 또다른 실시형태에서, 도 21c 에 나타낸 바와 같이, 스페이서들 (2152) 은 QD 필름과 LGP 사이에 분리 거리 (separation distance) 를 제공한다. 적합하게는, LGP 및 QD 필름은 약 0.5 내지 1 ㎛ 의 거리 만큼 이격되거나 오프셋된다. 또다른 실시형태에서, LGP 는 LGP 와 QD 필름 사이에 초과 또는 긴밀한 물리적인 커플링을 방지하는 커플링 방지 또는 클래딩 방지 피쳐들 (2150) 을 포함한다. 적합하게는, 피쳐들 (2150, 2250, 2350) 또는 스페이서들 (2152) 은 LGP 와 BLU 의 인접한 층들, 특히 QD 필름 사이에 과잉 물리적인 커플링을 방지한다. 적합하게는, 클래딩 방지 또는 커플링 방지 LGP 피쳐들은 높이 및 폭에서 약 0.5 내지 1 ㎛ 의 사이즈를 가질 수 있으며, 피쳐들의 각각은 약 0.5 내지 1 ㎛ 의 거리 만큼 이격될 수 있다.
또다른 예시적인 실시형태에서, 도 21d, 도 22d 내지 도 22i, 도 23c, 및 도 23d 에 나타낸 바와 같이, LGP 는 LGP 의 상부 및/또는 저부 표면 상의, 프리즘들, 렌즈들, 돔들, 또는 피치들과 같은 휘도-향상 피쳐들 (2150, 2250, 2350) 을 포함한다. 적합하게는, 휘도-향상 피쳐들은 LGP 의 상부 표면 상의 휘도-향상 피쳐들을 포함한다. 휘도-향상 LGP 피쳐들은 본원에서 설명하는 휘도-향상 피쳐들을 포함한, 당업계에 알려져 있는 종래의 휘도-향상 피쳐들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 휘도-향상 피쳐들은 피치들 또는 제 1 피치 각도를 갖는 프리즘들, 추가적인 피치들 또는 제 2 피치 각도를 갖는 프리즘들 등을 포함할 수 있다.
또다른 예시적인 실시형태에서, LGP 는 LGP 또는 반사기 필름에서 결함들을 광학적으로 균형을 유지하기 위해 LGP 또는 QD 필름에서 광을 산란시키거나, 또는 LGP 의 상부로부터 투과하는 광을 산란시키는 산란 또는 확산기 피쳐들을 포함한다. 바람직한 실시형태에서, LGP 는 LGP 의 상부, 저부, 또는 상부와 저부 표면들 상의 산란 피쳐들을 포함하며, 이에 따라서, 피쳐들이 QD 필름에서 산란을 증진시켜 QD 필름의 QD 형광체 재료에서 1차 광의 광학 경로 길이를 증가시킨다.
여전히 다른 실시형태들에서, LGP 는 반사 피쳐들을, 적합하게는, LGP 의 저부 표면에 포함하며, 이에 따라서, 반사 피쳐들이 LGP 의 저부 표면로부터 LGP 의 상부 표면 방향으로 광을 반사한다.
특정 실시형태들에서, 도 22b, 도 23a 내지 도 23h, 및 도 26a 내지 도 26h 에 나타낸 바와 같이, LGP 는 LGP 및 QD 필름이 동일한 층으로 통합되도록, LGP 에 임베딩되는 2차 광-방출 QD들 (2313, 2514) 의 적어도 하나의 집단을 포함한다. QD (2313) 들은 도 23a 에 나타낸 바와 같이, LGP (2306) 를 통해서 균일하게 분산될 수 있다. 다르게는, QD들은 도 23b 내지 도 23h 에 나타낸 바와 같이, LGP 의 특정의 부분, 영역, 또는 층에 주로 또는 단독으로 배치될 수 있다. QD들은 도 23b 내지 도 23d 및 도 23h 에 나타낸 바와 같이, LGP 의 상부 부분, 영역, 또는 층에 배치될 수 있으며, QD들은 도 23c 및 도 23d 에 나타낸 바와 같이, LGP 피쳐들 (2350) 에 또는 근처에 주로 배치될 수 있다. 도 23e 에 나타낸 바와 같이, QD들은 LGP 의 중간 층 또는 영역 (2306) 내에 배치될 수 있다. 도 23f 에 나타낸 바와 같이, QD들은 LGP 의 단부 부분 또는 영역 (2306a) 내에-예컨대, 1차 광원들과는 반대로 위치된 단부 부분 또는 영역에, 또는 1차 광원들에 가장 가깝게 위치된 단부 부분 또는 영역에 배치될 수 있다. 도 23g 및 도 23h 에 나타낸 바와 같이, QD들은 LGP 전체에 걸쳐서 밀도 그래디언트 (gradient density) 를 가질 수 있다-예컨대, QD 농도가 LGP 의 상부, 저부, 또는 하나 이상의 에지들 방향으로 증가할 수 있다.
여전히 다른 실시형태들에서, LGP 는 도 24 및 도 25 에 나타낸 바와 같이, LGP 에 임베딩되는, 산란 비드들 (2440, 2540) 과 같은 산란 피쳐들을 포함할 수 있다. 도 24a 내지 도 24h 에 나타낸 바와 같이, 산란 비드들 (2440) 은 LGP (2406) 전체에 걸쳐서 균일하게 분산되거나, LGP 의 상부, 저부, 에지, 둘레, 또는 중간 부분, 층, 또는 영역과 같은 LGP 의 특정의 부분, 영역, 또는 층에 주로 또는 단독으로 배치되거나; 또는 산란 비드들이 LGP 전체에 걸쳐서 밀도 그래디언트를 갖도록 배치될 수도 있다.
실시형태들의 또다른 클래스에서, LGP 는 2차 광-방출 QD들, 및 산란 비드들과 같은 산란 피쳐들 양쪽 모두를 포함한다. LGP 는 그 안에 분산된 QD들 및 산란 비드들의 임의의 적합한 배열을 포함할 수 있다. 예시적인 실시형태들이 도 25a 내지 도 25h 에 도시되어 있다. 그러나, 당업자들에 의해 이해될 바처럼, 본 발명은 본원에 개시된 배열들 및 이들의 임의의 조합을 포함한, 임의의 적합한 배열을 포괄한다. LGP 에서 QD들 및/또는 산란 피쳐들의 배열은 특정의 조명 방법 및 디바이스 요구사항들에 따라서 선택되어야 하며, 이들 배열들은 본원에서 나타내거나 또는 설명하는 특정의 예시적인 실시형태들에 한정되지 않는다.
반사 필름
바람직한 실시형태들에서, 본 발명의 조명 디바이스는 1차 광을 QD 형광체 재료 방향으로 반사하는 반사 피쳐들을 포함한다. 바람직하게는, 본 발명의 QD 필름 BLU 는, 도 6a 및 도 6b 의 예시적인 실시형태, 및 반사기 필름 (508) 을 나타낸 도 5 의 종래의 BLU 에 나타낸 바와 같이, LGP 도파관 (606) 이 QD 필름 (602) 과 반사 필름 (608) 사이에 배치되도록, LGP 의 저부에 또는 LGP 아래에 배치된 반사 필름을 포함한다. 반사 필름은 임의의 적합한 재료, 예컨대 반사 거울, 반사기 입자들의 필름, 반사 금속 필름, 또는 임의의 적합한 종래의 반사기들을 포함할 수 있다. 그러나, 반사 필름 (608) 은 바람직하게는 백색 필름이다. 특정 실시형태들에서, 반사기 필름은 LGP 및 배리어 층들 및 도 21 내지 도 26 에 대해 위에서 설명한 피쳐들을 포함한, 산란, 확산, 또는 휘도-향상 피쳐들과 같은, 추가적인 기능 또는 피쳐들을 포함할 수 있다.
또다른 실시형태에서, 도 6c 에 나타낸 바와 같이, QD 형광체 재료 층 (604) 은 반사 필름 (608) 바로 위에 배치될 수도 있다. 반사 필름 (608) 은 QD 필름의 저부 배리어 층 (622) 을 형성할 수 있으며, 이에 따라서 필름 (608, 622) 이 배리어 필름과 반사 필름의 조합물을 형성한다. 도 6c 에 나타낸 바와 같이, QD 필름 (602) 은 QD 형광체 층 (604) 과 LGP (606) 사이의 상부 배리어 층 (620) 을 포함한다. 옵션적으로, 디바이스는 QD 형광체 층 (604) 과는 별개인 확산기 필름 (605) 을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6c 에 나타낸 바와 같이, 확산기 필름 (605) 은 LGP (606) 위에, 예컨대, LGP (606) 와 BEF 층들 (601) 사이에 배치된다. 저부 반사 배리어 필름 (608, 622) 은 상이한 성질들을 갖는 다수의 층들을 포함할 수 있다. 하나의 이런 실시형태 (미도시) 에서, 저부 반사 배리어 필름은 하나 이상의 플라스틱 또는 폴리머 배리어 필름 층들, 및 하나 이상의 반사 재료 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 저부 반사 배리어 필름은 QD 형광체 층 (604) 과 직접 인접하게 배치되어 직접 물리적으로 접촉하는 적어도 제 1 플라스틱/폴리머 배리어 층, 및 그 플라스틱 배리어 층 아래의 반사 필름 층, 예컨대, 알루미늄 필름 층과 같은 반사 금속 층을 포함할 수 있으며, 이에 따라서, 플라스틱/폴리머 배리어 필름이 QD 형광체 층 (604) 과 반사 필름 층 사이에 배치된다. 옵션적으로, 저부 반사 배리어 필름은 반사 필름 층 아래에 배치된 적어도 제 2 폴리머/플라스틱 필름 층을 더 포함할 수 있으며, 이에 따라서, 반사 필름 층이 저부 반사 필름 스택에서 제 1 및 제 2 폴리머/플라스틱 층들 사이에 배치된다. 하나 이상의 플라스틱/폴리머 층들은 반사 필름 층의 스크래칭 또는 손상을 방지하고, 반사 필름 층과 QD 형광체 층 (604) 또는 조명 디바이스의 다른 층들 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다.
확산기 필름
본 발명의 특정 실시형태들에서, 조명 디바이스는 확산기 필름을 포함하며, 이 확산기 필름은 도 5 의 종래의 LCD (500) 에 나타낸 확산기 필름 (504) 과 같은 본원에서 설명하는 산란 피쳐들과는 상이하며 그에 대해 보충적이다. 확산기 필름은 이득 확산기 필름들을 포함한, 당업계에 알려져 있는 임의의 확산기 필름을 포함할 수 있으며, LGP 위 또는 아래에, 본 발명의 QD 필름 위 또는 아래에, 또는 BLU 의 하나 이상의 BEF들 또는 다른 광학 필름들 위 또는 아래에 배치될 수 있다. 바람직한 실시형태들에서, QD 필름 (또는, 본 발명의 다른 피쳐들) 은 BLU 에서 종래의 확산기 필름에 대한 요구를 제거하며, 이에 따라서 조명 디바이스의 두께를 최소화시킨다. 아래에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, QD 필름은 QD 필름에서 QD들의 2차 방출을 증가시키는 것에 더해서, 종래의 확산기들의 목적을 제공할 수 있는, QD 필름과 연관되는 하나 이상의 산란 또는 확산기 피쳐들을 포함할 수 있다.
다른 실시형태들에서, 디바이스는 QD 형광체 필름 층에 더해서 또는 대안적으로, 하나 이상의 확산기 필름들을 포함할 수 있다. 예를 들어, BLU 는 QD 필름 위에 하나 또는 2개의 확산기 필름들을 포함할 수 있다.
휘도 강화
본 발명의 바람직한 실시형태들에서, BLU 는 하나 이상의 휘도-향상 피쳐들 또는 휘도-향상 필름들을 포함한다. 본원에서 지칭되는 바처럼, "휘도 강화 필름들" (BEF들) 및 "휘도 강화 피쳐들" 은 광의 일 부분을 광이 투과되는 방향 쪽으로 다시 반사하는 필름들 또는 피쳐들이다. BEF 또는 휘도 강화 피쳐 방향으로 진행하는 광은 광이 필름 또는 피쳐들 상에 입사하는 각도에 따라서, 필름 또는 피쳐를 투과할 것이다. 예를 들어, 도 16c 내지 도 16d 에 나타낸 바와 같이, BEF들 (1601) 의 휘도 강화 피쳐들 (1650) 는 필름들 (1601) 의 상부 표면 상에 평행하게 형성된 프리즘들 또는 프리즘 그루브들을 포함한다. LGP (1606) 로부터 상방으로 진행하는 광은 광이 평면 필름들 (1601) 에 직교하거나 수직하면 BEF들을 투과할 것이다. 그러나, 광이 더 높은 각도를 가지면, 이런 광은 하방으로 LGP 쪽으로 반사될 것이다. BEF들 및 휘도 강화 피쳐들은 상이한 각도들의 광에 대해 다수의 반사 각도들을 갖도록 선택될 수 있으며, 이런 피쳐들 및 각도들은 원하는 휘도 또는 광 "리사이클링" 을 획득하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 제 1 편광기 필름 (또는, BEF) 은 그 필름에 수직 평면으로부터 약 15 내지 25 도의 각도 (즉, 법선으로부터 65 내지 75 도) 를 갖는 광을 반사할 수 있으며, 제 2 필름은 수직 평면으로부터 약 25 내지 35 도의 각도를 갖는 광을 반사할 수 있다. BEF들은 도 16d 의 필름들 (1620a, 1620b) 에 나타낸 바와 같이, 반대 방향들로 배치된 강화 피쳐들 (1650) 로 배치될 수 있다. 추가적인 BEF들이 또한 포함될 수 있다. 다수의-각도 및 다수의-방향 반사 피쳐들의 사용은 여러 방향들로부터 BEF들에 도달하는 광을 리사이클링하는 "입체-각도 리사이클링" 을 초래한다. 본 발명의 바람직한 실시형태들에서, 하나 이상의 BEF들의 각도들 또는 피치들은, QD들로부터의 원하는 2차 광 방출을 획득하는데 QD 양이 크게 감소될 수 있도록, 1차 광의 상당 부분을 QD 필름 방향으로 반사하도록 선택될 것이다.
특정 실시형태들에서, 하나 이상의 배리어 층들은 그 상부에 또는 그 내부에 형성된 휘도 강화 피쳐들을 가질 수 있으며, 이에 따라서, 하나 이상의 배리어 층들이 배리어 및 BEF 양쪽 모두로서 기능한다. BLU 는 LGP 및 QD 필름 배리어 층들 및 도 16 및 도 21-26 에 대해 위에서 설명한 그러한 피쳐들 및 필름들을 포함한, 본원에서 설명하는 휘도-향상 피쳐들 및 BEF들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 바람직한 실시형태들에서, 조명 디바이스는 적어도 2개 이상의 BEF들 (601), 적어도 하나의 LGP (606), 및 도 6a 및 도 6b 에 나타낸 바와 같이, LGP (606) 와 BEF들 (601) 사이에, 또는 도 6c 에 나타낸 바와 같이, 저부 반사 필름 (608) 과 BEF들 (601) 사이에, 배치된 QD 필름 원격 형광체 패키지 (602) 를 포함한다. 추가적인 실시형태들에서, LGP 및/또는 하나 이상의 배리어 층들은 예컨대, 도 16 및 도 21-26 에 대해 위에서 설명한 바와 같이, BEF 또는 휘도-향상 피쳐들을 포함한다. 바람직한 실시형태들에서, QD BLU 는 적어도 하나의 BEF, 더 바람직하게는 적어도 2개의 BEF들을 포함한다. 적합하게는, BLU 는 적어도 3개의 BEF들을 포함할 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 BEF 는 반사 편광기 BEF (즉, DBEF) 를 포함한다. 휘도-향상 피쳐들 및 BEF들은 편광기들, 반사 편광기들, 광 추출 피쳐들, 광 리사이클링 피쳐들, 또는 당업계에 알려져 있는 임의의 휘도-향상 피쳐들을 포함할 수 있다. BEF들 및 휘도-향상 피쳐들 (1650) 은 종래의 BEF들을 포함할 수 있다. 예를 들어, BEF들은 피치들 또는 제 1 피치 각도를 갖는 프리즘들을 갖는 제 1 층, 및 피치들 또는 제 2 피치 각도를 갖는 프리즘들을 갖는 적어도 제 2 층을 포함할 수 있다. 또한 추가적인 실시형태들에서, BLU 는 피치들 또는 제 3 피치 각도를 갖는 프리즘들을 갖는 제 3 BEF 층을 포함할 수 있다. 적합한 BEF들은 3M™ Vikuiti™ 휘도 강화 필름들을 포함하여, 3M™ 으로부터 입수가능한 BEF들을 포함한, 종래의 BEF들을 포함한다.
특정 실시형태들에서, 하나 이상의 BEF들은 QD 필름 및 LGP 과는 하나 이상의 분리된 또는 상이한 층들일 수 있다. 다른 실시형태들에서, 위에서 설명한 바와 같이, LGP 또는 배리어 층들 중 적어도 하나는, 적어도 하나의 BEF 를 포함한다. 여전히 다른 실시형태들에서, QD들은 QD 필름 및 하나 이상의 BEF들이 동일한 층에 전체적으로 또는 부분적으로 통합되도록, 저부, 중간, 또는 상부 BEF 과 같은 하나 이상의 BEF들에, 배치된다. 특정 실시형태들에서, QD 형광체 재료는 적합한 BEF 로 형성될 수 있다. 예를 들어, QD 형광체 재료 층은 QD 형광체 재료 층의 상부 및/또는 저부 표면들에 휘도-향상 피쳐들을 포함할 수 있다. 특정 실시형태들에서, QD BLU 는 QD 형광체 재료 층에 배치된 QD들 (예컨대, 적색 광 방출 QD들) 의 제 1 집단, QD 형광체 재료 층 위에 배치된 제 1 BEF 및 적합하게는 제 1 BEF 위에 배치된 적어도 제 2 BEF 에 배치된 QD들 (예컨대, 녹색 광 방출 QD들) 의 제 2 집단을 포함한다. 특정 실시형태들에서, QD BLU 는 적어도 2개의 BEF들을 포함하며, 여기서 제 1 BEF 는 QD들 (예컨대, 적색 광 방출 QD들) 의 제 1 집단을 포함하며, 제 2 BEF 는 QD들 (예컨대, 녹색 광 방출 QD들) 의 제 2 집단을 포함한다.
바람직한 실시형태들에서, 하나 이상의 BEF들은 높은 퍼센티지의 광을 QD 형광체 재료 층 방향으로 되반사하거나 또는 굴절하도록 선택되며, 이에 따라서 1차 광 리사이클링이 증가되고, QD 형광체 재료에서 1차 광의 광학 경로 길이가 추가로 증가된다.
QD 를 포함하는 BEF들은 BEF 재료가 QD 형광체 재료의 호스트 매트릭스 재료이면 종래의 BEF 방법들 및 재료들을 이용하여 형성될 수 있거나, 또는 BEF 는 본원에서 언급한 임의의 적합한 매트릭스 재료들을 포함한, 임의의 적합한 QD 매트릭스 재료를 포함할 수 있다.
엘리먼트 간 매질들 재료들
본 발명의 QD 조명 디바이스는 조명 디바이스의 인접한 엘리먼트들 사이의 하나 이상의 매질 재료들을 포함할 수 있다. 이 디바이스는 1차 광원들과 LGP, LGP 와 QD 필름, QD 형광체 재료 내 상이한 층들 또는 영역들 사이, QD 형광체 재료와 하나 이상의 배리어 층들, QD 형광체 재료와 LGP, QD 형광체 재료와 하나 이상의 BEF, 확산기, 반사기, 또는 다른 피쳐들을 포함한, 디바이스에서 인접한 임의의 엘리먼트들 사이; 다수의 배리어 층들 사이, 또는 조명 디바이스의 임의의 다른 엘리먼트들 사이에 배치된 하나 이상의 매질 재료를 포함할 수 있다. 하나 이상의 매질들은 진공, 공기, 가스, 광학적 재료들, 접착제들, 광학 접착제들, 유리, 폴리머들, 고체들, 액체들, 겔들, 경화된 재료들, 광학적 커플링 재료들, 굴절률 매치 또는 굴절률 미스매치 재료들, 굴절률-그래디언트 재료들, 클래딩 또는 클래딩 방지 재료들, 스페이서들, 에폭시, 실리카 겔, 실리콘들, 본원에서 설명하는 임의의 매트릭스 재료들, 휘도-향상 재료들, 산란 또는 확산기 재료들, 반사 또는 반사 방지 재료들, 파장-선택적 재료들, 파장-선택적 반사 방지 재료들, 칼라 필터들, 또는 당업계에 알려져 있는 다른 적합한 매질들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 적합한 재료들을 포함할 수 있다. 적합한 매질들 재료들은 광학적으로 투명한, 비-황변의, 압력 민감성 광학 접착제들을 포함한다. 적합한 재료들은 실리콘들, 실리콘 겔들, 실리카 겔, 에폭시들 (예컨대, Loctite™ 에폭시 E-30CL), 아크릴레이트들 (예컨대, 3M™ 접착제 (2175)), 및 본원에서 언급한 매트릭스 재료들을 포함한다. 하나 이상의 매질들 재료들은 경화성 겔 또는 액체로서 도포될 수 있으며 성막 동안 또는 이후에 경화되거나, 또는 성막 전에 사전-형성되어 사전-경화될 수 있다. 적합한 경화 방법들은 UV 경화, 열 경화, 화학적 경화, 또는 당업계에 알려져 있는 다른 적합한 경화 방법들을 포함한다. 적합하게는, 굴절률 매치 매질들 재료들은 조명 디바이스의 엘리먼트들 사이에 광학적 손실들을 최소화하도록 선택될 수 있다.
산란
QD-기반의 형광체들 및 관련되는 시스템들은 종래의 조명 시스템들에 비해 고유한 복잡성들을 나타낸다. 예를 들어, LED 패키지들을 수반하는 대부분의 종래의 조명 시스템들은 소스 LED 로부터의 고도로 방향성인 광을 필요로 한다. 그러나, 본 발명의 특정 실시형태들에서, 고 확산 및 1차 광원은 QD 형광체 재료에서 1차 광 경로를 증가시키는 것이 바람직하다. 도 8 에 도시된 바와 같이, QD들은 자연히 광을 등방적으로 방출하고, 이는 각각의 QD (813) 에 의해 발생된 2차 광 (816) 이 QD 표면으로부터 모든 방향들로 방출할 것이라는 것을 의미한다. 이와는 아주 상이하게, 통상적인 소스 LED 패키지는 1차 광 (814) 을 등방적으로 보다는, 더 단방향성으로 또는 Lambertian 방식으로 방출한다. 결과적으로, LED 1차 광원과 QD 형광체 재료에 의해 방출된 각각의 방사 패턴들이 상이할 것이다. 방사 패턴들에서 이들 차이들은 QD 형광체를 포함하는 조명 디바이스 (예컨대, 디스플레이) 에서 칼라 및 휘도의 불-균일성에 기여한다. 본 발명은 칼라 및 휘도에서 이들 불-균일성들을 교정하는 특정 방법들 및 디바이스들을 포함한다. 게다가, 1차 광원의 단방향의 방출 패턴은 BLU 에서 1차 광의 자연적인 (natural) 경로 길이를 제한한다. 본 발명은 1차 광과 같은 광을 산란시켜, QD 필름의 QD 형광체 재료에서 1차 광의 경로 길이를 증가시킴으로써, 2차 광 방출 및 효율을 증가시키는 방법들 및 디바이스들을 포함한다.
본 발명은 QD 광 변환 필름에서 1차 광의 광학 경로 길이를 증가시키기 위해 1차 광의 조작을 위한 방법들 및 디바이스들을 포함한다. 바람직한 실시형태들에서, 1차 광의 조작은 QD 필름의 QD 형광체 재료에서 1차 광의 산란을 증가시키는 것을 포함한다. 본원에서 사용되는 바처럼, "산란" 은 하나 이상의 산란 피쳐들의 입사 (incidence) 시에 광의 방향 궤적을 더 등방성 또는 확산성 (즉, 더 적은 Lambertian 또는 단방향) 방출 경로로 변화시키는 광의 편향 또는 리다이렉션 (redirection) 을 지칭한다. 바람직한 실시형태들에서, 산란의 메커니즘은 주로 Mie 산란 및 산란 피쳐들과 QD 형광체 재료와 같은 주위의 재료의 굴절률에서의 차이에 기인한다. Mie 산란의 예시가 도 27a 및 도 27b 에 도시되며, 이 도면들은 상이한-사이즈의 산란 비드들 (2740a, 2740b) 에 대해서 더 확산성인 1차 광 (2714b) 으로의 단방향의 1차 광 (2714a) 의 산란을 도시한다. 특정 실시형태들에서, 산란 피쳐들의 광 산란 메카니즘은 Mie 산란, 굴절, 반사, 확산 굴절 또는 반사, 서브-표면 굴절 또는 반사, 확산 투과율, 회절, 또는 임의의 적합한 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특히, 산란 피쳐들을 포함하는 QD 필름은 산란/확산기 필름 층과 QD 광 변환 필름 층의 조합을 포함함으로써, 디스플레이 BLU 에서 분리된 형광체 및 확산기 필름들에 대한 요구를 제거한다.
당업자들에 의해 이해될 바처럼, 산란 메카니즘들은 1차 광의 특성들, 매트릭스 재료들, 및 산란 피쳐들을 포함한, 다수의 인자들에 의존할 것이다. 예를 들어, 산란 피쳐들에 의해 유도되는 산란은 산란 되는 광의 파장(들), 방향, 및 다른 성질들; 재료들의 굴절률들, 피쳐들과 주위의 매트릭스 사이의 굴절률 변화, 입자 내에서의 임의의 굴절률 (index) 변화, 산란 피쳐들의 분자의 구조 및 그레인 경계; 산란 피쳐 치수들, 밀도, 체적, 형상, 표면 구조, 위치, 및 방위 (orientation) 등에 의존할 것이다. 산란 피쳐들에 의한 일부 흡수가 허용될 수 있지만, 바람직한 산란 재료들은 높은 탄성 산란 및 효율을 가능하게 하기 위해 제로 또는 최소의 광 흡수를 나타낼 것이다. 당업계에 알려져 있는 기법들과 같은, 동적 광 산란 기법들이, 본 발명의 특정의 조명 디바이스에서 산란 피쳐들에 대한 이상적인 특성들을 결정하는데 이용될 수 있다. 시행착오법들이 또한 특정의 조명 디바이스 실시형태에 대한 최선의 가능한 구성을 결정하는데 이용될 수도 있다. 게다가, 이론적인 계산들이 또한 산란을 근사하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 당업계에 알려져 있는 Mie 이론 계산들이 산란되는 광의 파장과 사이즈가 유사한 유전체 구들의 분산을 포함하는 실시형태들에서 산란 프로세스를 설명하는데 이용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태들에서, 1차 광의 방향성을 변화시킴으로써, QD 여기 및 2차 광 방출의 증가되는 확률을 초래하여, QD들에 의해 흡수됨이 없이, 원격 형광체 재료를 통과하는 1차 광의 양을 또한 감소시키기 위해, 1차 광이 선택적으로 산란된다. 바람직한 종류의 실시형태들에서, 산란 피쳐들은 산란 피쳐와 호스트 매트릭스 재료 사이의 계면에서 호스트 매트릭스 재료의 굴절률과는 상이한 굴절률을 갖는 하나 이상의 산란 피쳐들을 포함한다. 예를 들어, 산란 피쳐들은 도 13b 에 나타낸 바와 같이, 산란 도메인들 (1330b) 을 포함할 수 있다. 산란 도메인들은 또다른 매트릭스 재료의 굴절률과는 상이한 굴절률을 갖는 재료를 포함하는 공간 영역들이며, 이에 따라서 1차 광이 QD 형광체 재료에서 리다이렉팅된다. 바람직한 실시형태에서, 도 27c 에 도시된 바와 같이, 산란 입자들 (2740) 을 포함하는 산란 피쳐들이 QD 형광체 재료 (2704) 전체에 걸쳐서 분산된다. QD 형광체 재료에 진입시, 1차 광 (2714a) 은 원격 형광체 재료를 완전히 투과하거나, 하나 이상의 산란 입자들에 의해 산란되거나, 및/또는 QD (2713) 에 의해 흡수되어 2차 광 방출 (2716) 을 초래할 것이다. 이 방법에서, 진입하는 1차 광의 방향성을 변경하는 것이 QD 흡수의 가능성을 증가시킬 것이므로, 더 적은 QD들이 원하는 2차 방출을 획득하는데 요구된다. 추가적인 실시형태들에서, 산란 피쳐들은 QD 형광체 재료에서 공기 버블들 또는 간극들과 같은 산란 보이드들을 포함할 수 있다. 여전히 다른 실시형태들에서, 하나 이상의 배리어 층들은 배리어 층 피쳐들, 및 도 15b 내지 도 15i 과 관련하여 위에서 설명한 바와 같이, QD 형광체 재료에서 산란을 증가시키기 위해 산란 피쳐들을 포함할 수 있다. 적합하게는, QD 필름은 QD 형광체 재료 아래에 배치된 적어도 하나의 배리어 층을 포함하며, 여기서, 적어도 하나의 배리어 층은 산란 피쳐들 (1550) 을 포함하며, 이에 따라서 산란 피쳐들이 QD 형광체 재료로 투과되는 1차 광을 산란시킨다. 또한 실시형태들의 또다른 클래스에서, QD 필름은 QD 필름에 1차 광 방출 형광체들-예컨대, QD들에 의해 방출된 등방성 1차 청색 광이 QD 필름에서 2차 광 방출 QD들에 의해 흡수되도록, 추가적인 1차 광, 예컨대 청색 광을 방출하는 QD들의 적어도 하나의 집단을 포함한다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 산란 피쳐들은 QD 형광체 재료에 분산된 청색 광 방출 QD들을 포함한다. 청색 광 방출 QD들이 QD 형광체 재료 전체에 걸쳐서 고르게 분산될 수 있거나, 청색 QD들이 QD 형광체 재료에서 2차 광 방출 QD들 아래에 배치될 수 있거나, 또는 청색 QD들의 적어도 일부분이 2차 광 방출 QD들 (예컨대, 적색 및 녹색 광 방출 QD들) 의 적어도 일부분의 아래에 배치될 수 있다.
산란 입자들에 의한 산란을 제어하는 가장 중요한 특성들은 산란 입자들의 굴절률, 사이즈, 체적, 및 밀도를 포함할 것이다. 당업자들에 의해 이해될 바처럼, 산란 비드 특성들은 QD 형광체 재료에서 이상적인 산란을 획득하도록 조정될 수 있다.
적합한 산란 입자들은, 당업계에 알려져 있는 임의의 적합한 광학적 재료들, 즉 알루미나, 사파이어, 공기 또는 다른 가스, 공기- 또는 가스-충진된 재료들 (예컨대, 공기/가스-충진된 유리 또는 폴리머) 과 같은 중공 비드들 또는 입자들; PS, PC, PMMA, 아크릴, 메틸 메타크릴레이트, 스티렌, 멜라민 수지, 포름알데히드 수지, 또는 멜라민 및 포름알데히드 수지 (예컨대, Nippon Shokubai Co., Ltd. 로부터 입수가능한 Epostar™ S12 멜라민-포름알데히드 수지 비드들) 를 포함한, 폴리머들; 및 이들의 임의의 적합한 조합을 포함한다. 바람직한 산란 입자 재료들은 고-굴절률 광학적 유리, 실리카 유리 또는 보로실리케이트 유리와 같은 유리를 포함한다. 바람직한 실시형태에서, QD 형광체 재료는 APS-코팅된 또는 PEI-코팅된 QD들 및 에폭시를 포함하며, 산란 입자들은 실리카 또는 보로실리케이트를 포함한다. 바람직한 산란 입자들은 주위의 재료의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 하나 이상의 광학적 재료들을 포함한다.
특정 실시형태들에서, 산란 입자들은 제 1 굴절률을 갖는 제 1 복수의 산란 입자들, 및 제 1 굴절률과는 상이한 제 2 굴절률을 갖는 제 2 복수의 산란 입자들을 포함한다. 예를 들어, 산란 입자들은 약 1.43 의 굴절률을 갖는 제 1 복수의 실리카 비드들 및 약 1.66 의 굴절률을 갖는 제 2 복수의 멜라민-포름알데히드 수지 비드들 (예컨대, Nippon Shokubai Co., Ltd. 로부터 입수가능한 Epostar™ S12 멜라민-포름알데히드 수지 비드들) 을 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 실리카 비드들은 약 1 ㎛ 의 직경을 가질 수 있으며, 멜라민-포름알데히드 수지 비드들은 약 1.5 ㎛ 의 직경을 가질 수 있다.
바람직하게는, 산란 피쳐들은 매끄러운 표면을 갖는 구형 입자들의 단분산 (monodisperse) 집단을 포함한다. 적합하게는, 산란 입자들은 우선적으로 산란되는 광, 예컨대, 1차 광, 바람직하게는 청색 1차 광의 파장의 약 4 배이하인 최대 치수들을 가질 수 있다. 바람직하게는, 산란 입자들은 우선적으로 산란되는 광, 예컨대, 1차 광, 바람직하게는 청색 1차 광의 파장과 유사한 최대 치수들을 갖는다. 산란 입자들은 5 ㎛ 미만의 직경을 갖는 구형 입자들일 수 있다. 바람직하게는, 1차 광은 청색 광을 포함하며, 산란 입자들은 약 0.5 ㎛ 내지 약 2 ㎛, 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 1.5 ㎛, 0.5 ㎛ 내지 1.5 ㎛, 약 0.5 ㎛ 내지 약 1 ㎛, 0.5 ㎛ 내지 1 ㎛, 0.5 ㎛, 약 0.5 ㎛, 0.75 ㎛, 약 0.75 ㎛, 1.5 ㎛, 약 1.5 ㎛, 1.75 ㎛, 약 1.75 ㎛, 2 ㎛, 또는 약 2 ㎛ 의 직경을 갖는다. 가장 바람직하게는, 산란 입자들은 1 ㎛ 또는 약 1 ㎛ 의 직경을 갖는다. 바람직하게는, 산란 입자들은 구형 입자들의 단분산 집단을 포함하며, 이 구형 입자들은 바람직하게는 QD 형광체 재료 내에 임베딩되거나 또는 분산된다.
산란 입자들은 QD 형광체 재료에서 임의의 적합한 농도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 산란 입자들은 약 2 g/cm3 이상의 밀도를 갖는다. 바람직한 실시형태들에서, 산란 비드들의 재료 밀도는 QD 형광체 재료에서 분산을 최적화하도록 선택될 것이다. 예를 들어, 산란 입자들의 재료 밀도는 QD 형광체 재료의 저부 방향으로 가라앉는 것을 증진하기 위해 QD 형광체 재료보다 더 높을 수 있다. 바람직하게는, 산란 입자들의 재료 밀도는 경화 전에 QD 형광체 재료의 저부 방향으로 가라앉는 것을 방지하기 위해 QD 형광체 재료와 유사하다. 산란 입자들의 농도는 산란 입자들 및 QD 형광체 재료의 특성들에 따라서, 약 1 체적% 내지 약 15 체적%, 또는 약 2 중량% 내지 약 30 중량% 일 수 있다. 적합하게는, 산란 입자들은 실리카, 보로실리케이트 또는 폴리스티렌, 바람직하게는, 실리카 또는 보로실리케이트, 가장 바람직하게는, 실리카를 포함하며; 그리고, 약 1 내지 2 ㎛, 가장 바람직하게는 1 ㎛ 또는 약 1 ㎛ 의 직경을 갖는 구형 비드들을 포함한다. 바람직하게는, QD 형광체 재료는 1 ㎛, 또는 약 1 ㎛ 의 직경을 갖는 구형 비드들을 포함하며, 여기서, 비드들의 농도는 약 1 내지 15 체적% 또는 약 2 내지 30 중량%, 더 바람직하게는 약 2.5 내지 10 체적% 또는 약 5 내지 20 중량%, 가장 바람직하게는 약 5 내지 10 체적% 또는 약 10 내지 20 중량% 이다. 당업자들에 의해 이해될 바처럼, QD 형광체 재료 체적 또는 농도는 산란 비드들에 의해 치환되는 QD 형광체 재료의 체적에 조정되어야 한다.
다른 실시형태들에서, 산란 피쳐들은 LGP 및 배리어 층들 중 하나 이상의 하나 이상의 표면 상에 형성된 표면 피쳐들을 포함한다. 예를 들어, 산란 피쳐들은 도 15 내지 도 16 및 도 21 및 도 22 와 관련하여 위에서 언급한 것들을 포함한, 본원에서 언급한 임의의 적합한 피쳐들을 포함하여, 마이크로-텍스쳐들, 무작위 마이크로-텍스쳐된 패턴들, 프리즘들, 피치들, 피라미드들, 그루브들, 렌즈들, 범프들, 웨이브들, 스크래치들, 돔들 등을 포함할 수 있다. 본원에서 언급한 실시형태들 중 임의의 실시형태에서, 산란 피쳐들은 바람직하게는 5 ㎛ 미만 정도의 사이즈, 예컨대, 약 5 ㎛ 이하, 약 2 ㎛ 이하, 약 1.5 ㎛ 이하, 약 1 ㎛ 이하, 또는 약 0.5 ㎛ 이하의 사이즈를 갖는다.
본 발명은 양자 도트들의 예상외로 낮은 농도를 이용하는 QD 광 변환 필름에 관한 것이다. 하나의 실험 예에서, QD 필름은 Loctite™ 에폭시 E-30CL 를 이용하여 불활성 환경에서 형성되었으며, 이에 따라서, QD-APS-에폭시 에멀젼을 250 ㎛ 두꺼운 층으로 경화 시에 투명한 2개의-페이즈 시스템을 형성하기 위해 APS 입자들에 임베딩된 QD들이 에폭시에 혼합되었다. NTSC 색역 삼각형 (도 3 에 도시) 을 커버하기 위해 청색 LED 1차 광 투과에 의존하는 적색 및 녹색 형광체들을 이용하여 적합한 백색점을 획득하는데는 약 0.5 의 광학 밀도가 요구될 것으로 일반적으로 예상되었을 것이다. 예를 들어, 이것은 QR 원격 형광체 패키지의 경우에 사실이다. 그러나, 본 발명자들에게는 아주 놀랍게도, 본 발명의 일 실시형태에 따른 QD 필름이 약 10 내지 25X 의 요구된 QD 농도의 하락을 초래하였음을 발견하였다. QR 형광체 재료의 광학 밀도에서 이 큰 감소는 필름의 개념을 실행가능하게 하고 비용-효과적으로 만든다.
하나의 실험 예에서, QD 필름은 Loctite™ 에폭시 E-30CL 를 이용하여 불활성 환경에서 제조되었으며, 이에 따라서, QD-APS-에폭시 에멀젼을 0.05 의 광학 밀도를 가진 250um 필름으로 경화시, APS 입자들에 임베딩된 QD들이 에폭시에 혼합되어 투명한 2개의-페이즈 시스템을 형성한다. 이 필름이 셀 폰 디스플레이에서 광 가이드의 상부 상에 배치되었으며, 거의 특정 녹색 또는 적색 광도 검출되지 않았다. 또다른 동일한 제형이 제조되었으며, 5 체적% 의 2 ㎛ 실리카 비드들이 첨가되었다. 에폭시 (1.52) 와 실리카 비드들 (1.42) 사이의 큰 굴절률 차이로 인해, QD 필름을 가진 디스플레이는 이상적인 백색점 및 증가된 휘도를 나타내었다.
실험 결과들
산란 입자들 무: 산란 입자들 유:
CIE x = 0.201 CIE x = 0.300
CIE y = 0.115 CIE y = 0.280
L = 2660 니트 L = 5020 니트
추가적인 실험예들에서, 산란 비드들을 갖는 QD 필름이 QR 모세관 원격 형광체 패키지와 비교되었다. QD 필름은 동일한 모바일 폰 및 랩탑 디바이스들에서의 QR 형광체 패키지들에 비해 15X 및 25X 의 QD 감소들 그리고, QD 형광체 패키지의 향상된 백색점 및 칼라 균일성, 증가된 휘도, 적은 청색 누설, 및 감소된 온도를 허용하였다.
산란 입자들의 다수의 배열들이 본 발명에 의해 제공되는 유익한 효과들을 획득할 수 있다. 예를 들어, 도 24a, 도 25a, 도 27c, 및 도 28a 내지 도 28f 에 나타낸 바와 같이, 산란 입자들은 바람직하게는 QD들과 동일한 층 또는 매질 내에 배치된다. 실시형태들의 하나의 바람직한 클래스에서, QD 필름은 QD들의 적어도 하나의 집단, 및 산란 입자들의 적어도 하나의 집단을 포함하며, 여기서 산란 입자들의 적어도 제 1 부분은 산란 입자들의 제 1 부분이 QD들의 제 1 부분보다 입사하는 1차 광에 근접하여 더 가깝도록, QD들의 적어도 제 1 부분 아래에 배치된다. 가장 바람직하게는, 산란 입자들은 QD 형광체 재료 전체 걸쳐서 콜로이드 방식으로 균일하게 (즉, 고르게 또는 균질하게) 분산된다. 산란 비드들은 QD 형광체 재료 내에서 고른 분산을 증진하기 위해서 성막 전에 초음파 처리될 수 있다.
도 24b 내지 도 24h 및 도 25b 내지 도 25i 에 나타낸 바와 같이, 산란 입자들 (2440, 2540) 은 QD 형광체 재료 (2404, 2505) 의 특정의 영역들에서, 예컨대 QD 형광체 재료의 상부, 중간, 저부, 또는 에지들, 또는 임의의 적합한 이들의 조합 방향으로 더 우세하게 분산된다. 산란 입자들은 1차 광의 입사 표면에 더 가깝거나 또는 더 멀 수도 있다. 산란 입자들은 상부로부터 저부까지, 저부로부터 상부, 하나 이상의 에지들, 또는 QD 형광체 재료 (2404, 2504) 내 임의의 다른 위치 까지 증가하거나 또는 감소하는 밀도 그래디언트를 가질 수 있다. 다수의 QD 형광체 재료 층들을 갖는 실시형태들에서, 도 26b 내지 도 26g 에 나타낸 바와 같이, 산란 입자들 (2640) 은 도 26d 내지 도 26e 에 나타낸 바와 같이, 다수의 QD 형광체 재료 층들 (2604a, 2604b) 중 하나 이상의 QD 형광체 재료 층들 내에, 또는 도 26f 내지 도 26g 에 나타낸 바와 같이, 다수의 이런 층들 사이에 배치될 수 있다. 산란 입자들은 도 26d 내지 도 26f 에 나타낸 바와 같이, 하나 이상의 매트릭스 재료들에 임베딩되거나, 또는 도 26g 에 나타낸 바와 같이, 매트릭스 재료 없이 성막될 수 있다. 상이한 QD 형광체 층들은 산란 입자들의 다른 배열들 또는 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 상이한 QD 형광체 층들은 상이한 산란 입자 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 26d 에 나타낸, 산란 입자 집단들 (2640a 및 2640b) 은 상이한 사이즈들, 재료들, 굴절률들, 재료 밀도들, 농도들, 양들, 그래디언트들 (gradients), 또는 배열들을 가질 수 있다. 예를 들어, 다수의 QD 형광체 층들은 도 23, 도 24 및 도 25 와 관련하여 위에서 설명한 상이한 층들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 산란 입자들은 QD들을 포함하는 각각의 QD 원격 형광체 층 내에서 1차 광의 멀티-방향 분산을 최대화하여 QD들에 의한 흡수의 확률을 최대하기 위해, QD들의 각각의 집단과 동일한 층에 배치된다. 단지 하나, 2개, 또는 3개의 QD 형광체 재료 층들이 도 26 에 도시되어 있지만, QD 필름은 임의의 적합한 개수의 QD 형광체 재료 층들을 포함할 수 있다. 다수의 층들은 서로 별개이거나, 또는 단일 QD 형광체 재료 층으로서 병합될 수 있다.
특정 실시형태들에서, 도 29 내지 도 31 에 도시된 바와 같이, 산란 입자들 (2940, 3040, 3140) 은 QD 형광체 재료에 인접하게 배치된다. 예를 들어, 산란 입자들은 QD 형광체 재료에 직접 인접하게 배치될 수 있다. 산란 입자들은 QD 형광체 층의 저부 (도 29a), 상부 (도 29b), 또는 양면 (도 29c) 상에 또는 근처에 배치될 수 있다. 산란 입자들은 도 29a 내지 도 29c 에 나타낸 바와 같이, QD 형광체 재료와 직접 접촉하여 배치되거나, 및/또는 도 30a 내지 도 30c 및 도 31a 내지 도 31c 에 나타낸 바와 같이, 디바이스의 하나 이상의 배리어 층들에 의해 분리될 수 있다. 산란 입자들은 도 31a 내지 도 31c 에 나타낸 바와 같이, LGP 위에 및/또는 아래에 배치될 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 산란 입자들은 도 24 내지 도 25 및 도 31a 내지 도 31c 에 나타낸 바와 같이, LGP 에 인접하게, 상에 또는 내에 위치될 수 있다. 산란 입자들은 그 디바이스의 배리어 층들 중 하나 이상 내에, 예컨대, 도 14a 내지 도 14c 에 나타낸 배리어 층들 (1420a 내지 1420d, 1422a 내지 1422d) 중 하나 이상 내에, 배치될 수 있다.
당업자들에 의해 이해될 바처럼, 1차 광 조작 또는 산란과 관련되는 방법들 및 디바이스들 중 어느 것은, 본원에서 구체적으로 설명하는 이들 실시형태들을 포함한, 본 발명의 QD 필름 실시형태들의 어느 것과 결합될 수 있다.
층들 및 공간 변형물들
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 QD 필름은 QD 형광체 재료 층을 포함한다. 바람직한 실시형태들에서, QD 형광체 재료 층은 전체 디스플레이 뷰잉 평면 표면 영역에 대해 균일한 두께를 가질 것이다. 다른 실시형태들에서, QD 형광체 재료 층은 뷰잉 평면 표면 영역에 대해 변화된 두께를 가질 수 있으며, QD 필름의 하나 이상의 에지들로부터 두께가 증가하거나 또는 감소하는 웨지-형상 (wedge-shape) 를 가질 수 있다. QD 필름은 임의의 적합한 형상를 갖도록 형성될 수 있다. 바람직한 실시형태들에서, QD 형광체 재료 및 QD 필름은 전체 디스플레이 뷰잉 평면 표면 영역에 대해 균일한 두께를 갖는 평탄 필름을 형성한다. 다수의 QD 형광체 재료 층들을 갖는 실시형태들에서, 도 26b 내지 도 26g 에 나타낸 바와 같이, 각각의 층의 두께는 이상적인 경화를 위해 선택된 두께를 가질 수 있다.
QD들의 다수의 배열들 및/또는 QD 형광체 재료 (예컨대, 산란 입자들) 의 다른 피쳐들이 본 발명에 의해 제공되는 유익한 효과들을 획득할 수 있다. 예를 들어, 도 23a, 도 24a, 및 도 27c 에 나타낸 바와 같이, QD들은 QD 형광체 재료 전체 걸쳐서 콜로이드 방식으로 균일하게 (즉, 고르게 또는 균질하게) 분산된다.
특정 실시형태들에서, QD 필름의 QD 형광체 재료는 상이한 엘리먼트들 또는 특성들을 갖는 다수의 층들 또는 공간 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, QD 필름은 다른 굴절률들을 포함하는 상이한 매트릭스 재료들을 갖는 다수의 QD 형광체 재료 층들을 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, QD 형광체 재료는 제 1 파장을 갖는 2차 광을 방출할 수 있는 QD들 (예컨대, 녹색 광-방출 QD들) 의 제 1 집단을 포함하는 제 1 층 또는 영역, 및 제 2 파장을 갖는 2차 광을 방출할 수 있는 QD들 (예컨대, 적색 광-방출 QD들) 의 제 2 집단을 포함하는 제 2 층 또는 영역을 포함할 수 있다. QD 필름은 QD 집단들의 하나 이상과 동일한 층에, 및/또는 적어도 제 3 층 또는 영역에 배치된 산란 비드들 또는 다른 산란 피쳐들의 집단을 더 포함할 수도 있다. 적어도 제 3 층 또는 영역은 하나 이상의 QD-함유 층들에 인접하거나 및/또는 사이에 배치될 수 있다. 여전히 다른 실시형태들에서, QD 형광체 재료의 다수의 층들 또는 공간 영역들은 QD 농도, 산란 비드 농도, 또는 다른 특성들과 같은, 공간적으로 다양한 특성들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 23b 내지 도 24h, 도 24b 내지 도 24h, 및 도 25b 내지 도 25i 에 나타낸 바와 같이, QD들 (2313, 2513) 및/또는 산란 입자들 (2440, 2540) 은 QD 형광체 재료의 특정의 영역들에서, 예컨대 QD 형광체 재료의 상부, 중간, 저부, 또는 에지들, 또는 임의의 적합한 이들의 조합 방향으로 더 우세하게 배치될 수 있다. QD들 및/또는 산란 입자들은 1차 광의 입사 표면에 더 가깝게 또는 더 멀리 배치될 수 있다. QD들 및/또는 산란 입자들은 상부로부터 저부까지, 저부로부터 상부, 하나 이상의 에지들, 또는 QD 형광체 재료의 하나 이상의 층들 내 임의의 다른 위치까지 증가하거나 또는 감소하는 밀도 그래디언트를 가질 수 있다. 추가적인 실시형태들에서, QD 필름은 예컨대, QD 형광체 재료의 상부 및/또는 저부 층들로서 형성된, 블랭크 매트릭스 재료를 포함하는 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이런 블랭크 매트릭스 재료 층들은 배리어 층들과 같은 인접한 층들에 증가된 접착력을 제공하거나, 추가적인 두께를 제공하거나, 인접한 층들에 광학적 정합을 제공하거나, 또는 배리어 층으로서 기능할 수 있다.
QD 필름은 도 26a 에 나타낸 바와 같이, 하나의 QD 형광체 재료 층을 가질 수 있다. 바람직한 실시형태들에서, QD 필름은 2개 이상의 층들, 예컨대 도 26b 에 나타낸 층들 (2604a 및 2604b) 을 갖는 QD 형광체 재료를 포함한다. 바람직한 실시형태들에서, QD 형광체 재료는 도 26b 내지 도 26g 에 나타낸 바와 같이, 다수의 층들을 포함하며, QD들 (2613) 및/또는 산란 피쳐들 (예컨대, 산란 입자들) (2640) 은 다수의 QD 형광체 재료 층들의 하나 이상의 QD 형광체 재료 층들 내에 분산될 수 있다. 상이한 QD 형광체 재료 층들은 QD들 및/또는 산란 피쳐들의 동일하거나 또는 상이한 배열들 또는 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 상이한 QD 형광체 층들은 상이한 QD 방출 칼라들, 농도들, 사이즈들, 재료들, 그래디언트들, 또는 배열들과 같은, 상이한 QD 형광체 재료 층들 중 하나 이상에서 상이한 QD 특성들을 가질 수 있다. 추가적으로 또는 다르게는, 상이한 QD 형광체 층들은 상이한 산란 입자 특성들, 예컨대 다른 산란 입자 사이즈들, 재료들, 굴절률들, 밀도들, 양들, 그래디언트들, 또는 배열들을 가질 수 있다. 예를 들어, 다수의 QD 형광체 층들은 도 23, 도 24 및 도 25 에 관하여 위에서 설명한 상이한 층들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 23b 내지 도 23h, 도 24b 내지 도 24h, 및 도 25b 내지 도 25i 에 나타낸 바와 같이, QD 형광체 재료 층들의 하나 이상에서, QD들 (2313, 2513) 및/또는 산란 비드들 (2440, 2540) 은 QD 형광체 재료 (2304, 2504) 의 특정의 영역들에서, 예컨대 QD 형광체 재료의 상부, 중간, 저부, 또는 에지들, 또는 이들의 임의의 적합한 조합 방향으로 더 우세하게 배치될 수 있다. QD들 및/또는 산란 입자들은 1차 광의 입사 표면에 더 가깝거나 또는 더 멀 수 있다. QD들 및/또는 산란 입자들은 상부로부터 저부까지, 저부로부터 상부, 하나 이상의 에지들, 또는 QD 형광체 재료 내 임의의 다른 위치까지 증가하거나 또는 감소하는 밀도 그래디언트를 가질 수 있다. 다수의 QD 형광체 재료 층들을 갖는 바람직한 실시형태들에서, QD들 (2613, 2613a, 2613b) 은 도 26f 내지 도 26g 에 나타낸 바와 같이, 다수의 QD 형광체 재료 층들 (2604a, 2604b, 2604c) 중 하나 이상의 QD 형광체 재료 층들 내에 또는 다수의 이런 층들 사이에, 분산될 수 있다. 산란 입자들은 도 26d 내지 도 26f 에 나타낸 바와 같이, 하나 이상의 매트릭스 재료들에 임베딩되거나, 또는 도 26g 에 나타낸 바와 같이, 매트릭스 재료 없이 성막될 수 있다. 상이한 QD 형광체 층들은 산란 입자들의 다른 배열들 또는 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 상이한 QD 형광체 층들은 상이한 산란 입자 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, QD 집단들 (2613a 및 2613b) 은 도 26c, 도 26d, 도 26f, 및 도 26g 에 나타낸 바와 같이, 상이한 방출 칼라들, 농도들, 사이즈들, 재료들, 그래디언트들, 배열들, 또는 이들의 임의의 조합을 가질 수 있다. 바람직한 실시형태들에서, 산란 입자들 (2640, 2640a, 2640b) 은 QD들을 포함하는 각각의 QD 원격 형광체 층 내에서 1차 광의 멀티-방향 분산을 최대화하여 QD들에 의한 1차 광 흡수의 확률을 최대화하기 위해, QD들의 각각의 집단과 동일한 층에 배치된다. 단지 하나, 2개, 또는 3개의 QD 형광체 재료 층들이 도 26 에 도시되지만, QD 필름은 임의의 적합한 개수의 QD 형광체 재료 층들을 포함할 수 있다. 다수의 층들은 서로 별개이거나, 또는 단일 QD 형광체 재료 층으로서 병합될 수 있다. 다수의 QD 형광체 재료 층들을 형성하는 방법들은 각각의 층을 도포하고 다음 층을 도포하기 전에 경화하는 단계, 또는 다수의 층들을 도포하고 다수의 층들을 동시에 경화하는 단계를 포함할 수 있다.
하나의 종류의 실시형태들에서, 본 발명의 QD 필름 원격 형광체 패키지는 QD 형광체들의 적어도 하나의 집단을 포함하는 QD 형광체 재료를 포함한다. QD들은 QD 필름이 사용되는 조명 애플리케이션의 원하는 방출 성질들에 기초하여 선택된다. 형광체 재료는 1차 광의 적어도 일부분을 상이한 파장들의 광으로 변환한다. QD 형광체 재료는 1차 광원에 의해 방출되어 QD들에 의해 흡수된 1차 광의 하향-변환 시에 2차 광을 방출하는데 적합한 임의의 QD들을 포함할 수 있다. 바람직한 실시형태들에서, QD 형광체 재료는 1차 광에 의한 여기 시에 적색 2차 광을 방출하는 재료 및 사이즈의 양자 도트들의 제 1 집단, 및 1차 광에 의한 여기 시에 녹색 2차 광을 방출하는 재료 및 사이즈의 양자 도트들의 제 2 집단을 포함한다. 이런 실시형태들에서, 청색 1차 광, 적색 2차 광, 및 녹색 2차 광의 부분은 QD 필름 및 전체 조명 디바이스로부터 백색광으로서 집합적으로 방출된다. QD들의 각각의 집단은 동일한 또는 상이한 QD 형광체 재료 층들에 배치될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, QD 필름은 적색 광 방출 QD들의 집단을 포함하는 제 1 QD 형광체 재료 층, 녹색 광 방출 QD들의 집단을 포함하는 제 2 QD 형광체 재료 층, 및 제 1 QD 형광체 재료 층, 제 2 QD 형광체 재료 층 및 분리된 QD 필름 층 중 하나 이상 내에 배치된 산란 입자들의 적어도 하나의 집단을 포함한다.
추가적인 실시형태들에서, QD 형광체 재료는 적합하게는, 추가적인 1차 광 (예컨대, 청색 광), 또는 적색 및 녹색 광-방출 QD 집단들 이외의 추가적인 및/또는 상이한 칼라 (예컨대, 황색 광, 또는 적색 또는 녹색 광의 상이한 음영 (shade)) 의 2차 광을 방출하는 추가적인 및/또는 상이한 QD 집단들을 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 형광체 재료는 1차 광에 의한 여기 시에 청색 광을 방출하는 재료 및 사이즈의 QD들의 제 3 집단을 포함하며, 여기서, 1차 광은 예를 들어, 청색 또는 자외선 광을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 형광체 재료는 양자 도트들의 집단, 또는 여기 시에 광 방출의 원하는 파장에서 광을 방출하는 재료 및 사이즈의 양자 도트들의 상이한 집단들의 조합을 포함할 수도 있다. 형광체 재료는 적색, 오렌지색, 황색, 녹색, 또는 청색 광을 방출하는 재료 및 사이즈의 양자 도트들의 집단; 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 양자 도트들의 다수의 집단들을 포함할 수 있다.
특정 실시형태들에서, QD 필름은 다수의 상이한 광 방출 특성들을 갖는 복수의 공간 영역들을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, QD 필름은 제 1 파장 또는 파장 범위를 갖는 광을 방출할 수 있는 QD들 (예컨대, 녹색 광-방출 QD들) 의 제 1 집단을 포함하는 제 1 복수의 공간 영역들, 및 제 1 파장 또는 파장 범위와는 상이한 제 2 파장 또는 파장 범위를 갖는 광을 방출할 수 있는 QD들 (예컨대, 적색 광-방출 QD들) 의 제 2 집단을 포함하는 적어도 제 2 복수의 공간 영역들을 포함한다. QD 필름은 제 1 및 제 2 파장들 또는 파장 범위들 중 적어도 하나와는 상이한 제 3 파장 또는 파장 범위를 갖는 광을 방출할 수 있는 QD들 (예컨대, 청색 광-방출 QD들) 의 제 3 집단을 포함하는 제 3 복수의 공간 영역들을 더 포함할 수 있다. QD 필름은 제 1, 제 2, 및 제 3 파장들 또는 파장 범위들 중 적어도 하나와는 상이한 추가적인 파장들 또는 파장 범위들을 갖는 광을 방출할 수 있는 QD들의 추가적인 집단들을 포함하는 추가적인 복수의 공간 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, QD 필름은 복수의 다른 공간 영역들 또는 픽셀들을 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 픽셀은 상이한 칼라들의 광을 방출하는 복수의 더 작은 공간 영역들 또는 서브픽셀들을 포함한다. 예를 들어, QD 형광체 층은 복수의 픽셀들을 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 픽셀은 하나 이상의 적색 광-방출 QD들을 포함하는 제 1 서브픽셀, 하나 이상의 녹색 광-방출 QD들을 포함하는 제 2 서브픽셀, 및 하나 이상의 청색 광-방출 QD들을 포함하는 제 3 서브픽셀을 포함한다.
칼라 조정 및 백색점
바람직한 실시형태들은 적색 2차 광을 방출하는 양자 도트들의 제 1 집단, 및 녹색 2차 광을 방출하는 양자 도트들의 제 2 집단을 포함하며, 가장 바람직하게는, 여기서 적색 및 녹색 광-방출 QD 집단들이 백색광을 제공하기 위해 청색 1차 광의 부분에 의해 여기된다. 적합한 실시형태들은 여기 시에 청색 2차 광을 방출하는 양자 도트들의 제 3 집단을 더 포함한다. 적색, 녹색, 및 청색 광의 각각의 부분들은 그 디바이스에 의해 방출된 백색광에 대해 원하는 백색점을 획득하도록 제어될 수 있다. 본 발명에 따른 양자 도트 형광체 재료에 있어, 변환되는 1차 광의 전체 양 대 원격 형광체를 통과하는 양은 형광체 농도의 함수이다. 따라서, 2차 광으로 변환된 1차 광의 양은 형광체 패키지에서 형광체 재료 내 양자 도트들의 농도에 의존할 것이다. 디바이스로부터 방출된 광의 최종 칼라 및 휘도는 형광체 재료에서 양자 도트들의 각각의 집단-즉, 형광체 재료에서 녹색 및 적색 광-방출 형광체 양자 도트 집단들의 비 및/또는 농도를 변경함으로써 제어될 수 있다. 게다가, 칼라 및 휘도는 산란 입자들의 사이즈, 양, 재료, 농도, 및 배열과 같은, QD 형광체 재료 내 산란 입자들의 특성들을 변경함으로써 제어될 수 있다.
원하는 광 출력, 예컨대 원하는 백색점 및 휘도를 달성하기 위해, 1차 광원, QD들, 및 산란 입자들 각각은 단독으로 또는 조합하여 토글 (toggle) 될 수 있다. 바람직한 실시형태들에서, 1차 및 2차 광원들의 각각은 시스템의 효율을 최대화하고 1차 및 2차 광원들로부터 방출된 광의 원하는 칼라 및 휘도를 제공하도록 선택된다. 예를 들어, 1차 광원은 원하는 방출 특성들에 대한 최적의 효율에 기초하여 선택될 수 있으며, 1차 광원은 또한 최대 양의 에너지가 형광체 재료에 의해 흡수되어 재방출되는 여기 파장을 갖도록 선택될 수도 있다. QD들은 1차 광원과 결합될 때 원하는 출력을 제공하도록 조절될 수 있다. 1차 광원은 형광체 재료의 확립된 표준들에 기초하여 선택될 수 있다. 그러나, 바람직한 실시형태들에서, QD 형광체 재료는 1차 광원의 확립된 특성들에 기초하여 원하는 광 출력을 제공하도록 맞추어진다. 원하는 광 방출 출력을 정확하게 획득하기 위해 QD들을 토글하는 능력은 디스플레이 BLU들과 같은 조명 디바이스들에서의 형광체 재료와 같이, 사이즈-조정가능한 QD들의 많은 이점들 중 하나의 이점이다. 바람직한 실시형태들에서, QD들은 2차 광 방출의 휘도를 최대화하기 위해, 그들의 방출 파장 및 스펙트럼 폭 (즉, 칼라 및 색순도) 그리고, 양자 효율에 기초하여, 선택된다. QD들의 농도 및 상이한 QD 집단들의 비를 조절하는 것은 QD 형광체 재료의 광학 밀도에 영향을 미칠 것이다.
적합하게는, QD들은 애플리케이션, QD 특성들, QD 필름 특성들, 및 다른 BLU 특성들에 따라서, 약 0.001 체적% 와 약 75 체적% 사이의 비로 QD 필름에 로드될 것이다. QD 농도들 및 비들은 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있으며, 특정의 애플리케이션들에 대해 본원에서 추가로 설명된다. 예시적인 바람직한 실시형태들에서, QD 필름의 QD 형광체 재료는 약 20 체적% 미만, 약 15 체적% 미만, 약 10 체적% 미만, 약 5 체적% 미만, 1 체적% 미만, 또는 약 1 체적% 미만의 QD들을 포함한다.
여러 인자들은, 원하는 광 방출이 QD들의 단일 집단에 의해 방출된 광의 단일 칼라이든, 또는 1차 및 2차 광 양쪽 모두 및/또는 상이한 칼라들의 광을 방출하는 QD들의 다수의 상이한 집단들에 의해 방출되는 광의 혼합된 칼라이든, 원하는 광 출력을 획득하도록 토글될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, QD BLU 는 1차 광원으로부터의 청색 광과, QD들의 각각의 집단들에 의해 방출된 적색 및 녹색 광 양쪽 모두를 포함하는 2차 광의 혼합광을 포함하는 백색광을 방출한다. 1차 및 2차 광원들은 QD BLU 에 대해 원하는 백색점을 획득하도록 선택될 수 있다. 바람직한 실시형태들에서, QD 형광체 재료는 상이한 녹색 및/또는 적색 광 방출 QD 농도들을 갖는 다수의 층들을 포함한다. 바람직하게는, 녹색 및 적색 광 방출 QD들은 QD 형광체 재료의 별도의 및 별개의 층들에 배치된다. 다른 적합한 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 QD 집단들은 동일한 QD 형광체 재료 층(들) 에 형성된다.
QD 필름을 형성하는 적합한 방법들은 임의의 원하는 백색점을 획득하기 위한 멀티-포인트, 반복 제형을 포함한다. 바람직한 실시형태에서, QD 필름의 QD 형광체 재료를 형성하는 방법은 백색점 타겟팅 (targeting) 을 위한 반복적인 멀티-지점 제형을 포함하며, 여기서, QD 형광체 재료는 베이스 매트릭스 재료 내에 제 1 퍼센티지의 적색 및 녹색 광 방출 QD들을 포함하는 매트릭스 재료 내 QD들의 제 1 명목 혼합물 (nominal mixture) 로 시작하여, 그후 매트릭스 재료 내 QD들의 하나 이상의 추가적인 혼합물들, 블랭크 매트릭스 재료, 또는 매트릭스 재료 내 산란 입자들의 혼합물을 첨가하여 형성된다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 도 32, 도 33a 내지 도 33c 에 나타낸 바와 같이, 이 방법은 백색점 타겟팅을 위한 5-포인트 제형을 포함하며, 여기서, QD 형광체 재료는 에폭시 매트릭스 재료 내 APS-코팅된 QD들 (또는, 더 바람직하게는 PEI-코팅된 QD들) 의 (A) 제 1 명목 혼합물로부터 형성되며, 그 명목 혼합물 (A) 에 에폭시 내 APS-코팅된 (또는 PEI-코팅된) QD들의 (B) 제 2 혼합물, (C) 제 3 혼합물, (D) 제 4 혼합물, 및 (E) 제 5 혼합물 중 하나 이상이 첨가된다. 각각의 혼합물의 각각의 양들은 당업자들이 알고 있는 바와 같이, QD 형광체 재료 층의 원하는 백색점, 휘도, 및 두께에 따라서, 임의의 적합한 양으로 포함될 수 있다. 적합하게는, 원하는 백색점 및 휘도를 획득하기 위해 반복적인 프로세스가 이용되며, 이때, QD 필름에 대해 원하는 방출 특성들 및 두께가 획득될 때까지 혼합물들이 독립적으로 첨가된다. 각각의 혼합물이 첨가된 후, QD 형광체 재료는 백색점 및 휘도에 대해 테스트될 수 있으며, 이 프로세스는 원하는 백색점, 휘도, 및 QD 형광체 재료 층 두께에 도달 시에 정지될 수 있다. 적합하게는, 광학 밀도, 방출 파장들, FWHM, 백색점, 및 휘도를 포함한, QD 필름 및 방출 특성들은 자외-가시 및 형광 분광학, 또는 당업계에 알려져 있는 분광광도법의 다른 적합한 방법들을 이용하여 주기적으로 테스트될 수 있다.
예시적인 일 실시형태에서, 명목 혼합물 (A) 는 30 체적% 의 녹색 광 방출 QD들, 및 15 체적% 의 적색 광 방출 QD들을 포함한다. 혼합물 (A) 에, 20 체적% 의 녹색 광 방출 QD들을 포함하는 혼합물 (B), 20 체적% 의 적색 광 방출 QD들을 포함하는 혼합물 (C), 20 체적% 녹색 및 20 체적% 적색 (D), 및 10 체적% 녹색 및 10 체적% 적색 (E) 중 적합한 양의 하나 이상이 임의의 적합한 양으로 첨가될 수 있다. 도 33c 에 나타낸 바와 같이, 지배적으로 더 많은 녹색 광 (3301) 을 획득하기 위해 혼합물 (B) 이 첨가될 수 있으며, 지배적으로 더 많은 적색 광 (3303) 을 획득하기 위해 혼합물 (C) 이 첨가될 수 있으며, 더 많은 적색 및 녹색 광 (3302) 의 유사한 비율들을 획득하기 위해 혼합물들 (D) 및 (E) 중 어느 하나가 첨가될 수 있다. QD 형광체 재료에 더 많은 적색 및 녹색 광이 첨가되기를 소망될 때, 및/또는 더 작은 필름 두께가 첨가되기를 소망될 때, 혼합물 (D) 이 첨가될 수 있다. 더 적은 적색 및 녹색 광이 소망될 때, 및/또는 더 많은 필름 두께가 소망될 때, 혼합물 (E) 이 첨가될 수 있다. 당업자들에 의해 이해될 바처럼, QD들에 의한 2차 광의 흡수가 아마 일어날 것이며, 이런 흡수를 균형을 유지하기 위해 조절들을 필요로 할 것이다. 예를 들어, 녹색 및 적색 광 방출 QD들을 갖는 실시형태들에서, 녹색 2차 광의 부분이 흡수되어 적색 2차 광으로서 재방출될 것이다. 이를 해결하기 위해, 더 높은 퍼센티지 또는 농도의 녹색 광 방출 QD들이 녹색 광 흡수에 의해 발생된 추가적인 적색 2차 광을 균형을 유지하는데 요구될 것이다. 바람직한 실시형태들에서, 혼합물 (A) 내지 혼합물 (E) 의 각각은 산란 입자들의 집단을 더 포함하며, 여기에서, 산란 입자들은 각각의 혼합물 내에서 동일하거나 또는 상이한 농도를 가질 수 있다. 다른 적합한 실시형태들에서, 산란 입자들이 산란 입자들 및 매트릭스 재료의 분리된 혼합물로 QD 형광체 재료에 첨가된다. 하나의 예시적인 QD 필름 실시형태에서, 최종 QD 형광체 재료 제형은 약 55 체적% 의 녹색 광 방출 리간드-코팅된 QD들, 약 25 체적% 의 적색 광 방출 리간드-코팅된 QD들, 약 5 체적% 의 산란 입자들, 및 약 30 체적% 의 매트릭스 재료를 포함한다. 바람직하게는, 리간드 재료는 APS 를 포함하며, 매트릭스 재료는 에폭시를 포함하며, 산란 입자들은 실리카 또는 보로실리케이트 비드들을 포함한다. 더 바람직하게는, 리간드 재료는 PEI 를 포함하며, 매트릭스 재료는 에폭시를 포함하며, 산란 입자들은 실리카 또는 보로실리케이트 비드들을 포함한다.
예시적인 실시형태에서, 형광체 재료 내 양자 도트들의 농도는, 입사광의 대략 20 % 가 2차 광으로의 변환 없이 형광체를 통과하도록, 즉, 1차 청색 광의 20 % 가 형광체 재료로부터 출사하도록, 설정된다. 형광체 재료에 진입하는 1차 광의 나머지는 양자 도트들에 의해 흡수되어, 2차 광으로 재방출되거나 또는 비효율들로 인해 손실된다. 예를 들어, 청색 1차 광의 20 % 가 형광체 패키지를 투과하여 출사하는 예시적인 실시형태에서, 1차 광의 32 % 는 녹색 광으로서 재방출되고 40 % 는 적색 광으로 재방출된다. 이 예시적인 실시형태에서, 형광체 재료의 QD들은 약 90 % 의 양자 수율을 가지며, 따라서, 1차 광의 나머지 8 % 는 형광체 재료에서 재방출 없이 흡수로 인해 손실된다. 형광체에서 녹색 2차 광의 일부가 흡수되어 적색 광-방출 QD들에 의해 적색 광으로 재방출되므로, 형광체의 상부 플레이트로부터 최종 원하는 출력 방출 스펙트럼을 획득하기 위해 형광체 재료에서 녹색 및 적색 양자 도트들의 비들의 추가적인 변화들이 요구될 수도 있다.
당업자들에 의해 이해될 바처럼, 상이한 QD 집단들의 특정의 퍼센티지들에 한정되지 않으며, QD 필름을 형성하기 위해 QD들 및 매트릭스 재료들의 임의의 적합한 혼합물 또는 혼합물들이 채용될 수 있다. 게다가, 본원에서 설명하는 QD 필름 실시형태들 중 어느 것은 예를 들어, 다층 QD 형광체 재료들 및 상이하거나 또는 변화된 QD 및/또는 산란 입자 특성들을 갖는 QD 형광체 재료 층들을 포함한, 본원에서 설명하는 멀티-제형 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
QD 형광체 재료 도포
QD 형광체 재료는 페인팅, 스프레잉, 용매-스프레잉, 습식-코팅, 접착제 코팅, 스핀-코팅, 테이프 코팅, 또는 당업계에 알려져 있는 임의의 적합한 성막 방법을 포함하지만 이에 한하지 않고, 당업계에 알려져 있는 임의의 적합한 방법에 의해 성막될 수 있다. 바람직하게는, QD 형광체 재료는 성막 이후에 경화된다. 적합한 경화 방법들은 UV-경화와 같은 광-경화, 및 열 경화를 포함한다. 종래의 라미네이트 필름 프로세싱 방법들, 테이프-코팅 방법들, 및/또는 롤-투-롤 제조 방법들이 본 발명의 QD 필름들을 형성하는데 채용될 수 있다. QD 형광체 재료가 조명 디바이스의 원하는 층 상으로 직접 코팅될 수 있다. 다르게는, QD 형광체 재료가 고체 층내에 독립적인 엘리먼트로서 형성되고, 후속하여 BLU 스택에 도포될 수 있다. QD 형광체 재료가 하나 이상의 배리어 층들, LGP, 또는 BLU 의 또다른 층 상에 성막될 수 있다.
다른 조명 디바이스 실시형태들 (예컨대, 하향 조명 디바이스) 에서, QD 형광체 재료는 조명 디바이스의 임의의 적합한 표면 또는 기판 상에 성막될 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, QD 형광체 재료가 조명 디바이스의 하우징의 내부 표면 상에 성막될 수 있으며, 옵션적으로, 배리어 층을 QD 형광체 재료에 인접하게 성막함으로써 QD 형광체 재료가 밀봉될 수 있다. 또다른 예시적인 실시형태에서, 적합하게는, 상부 및 저부측들 상에서 QD 형광체 재료에 인접한 배리어 층들을 포함하여, QD 필름이 먼저 형성되며, 후속하여 조명 디바이스의 발광층을 형성하도록 QD 필름이 몰딩된다. 하나의 예시적인 실시형태에서, QD 필름은 조명 디바이스의 외부 하우징 또는 벽들을 형성하도록 (또는, 맞추도록) 몰딩된다.
바람직한 종류의 실시형태들에서, QD 형광체 재료는 습식-코팅을 통해서 성막되며, 성막 후 열 경화된다. QD 필름을 형성하는 적합한 방법을 도시하는 도 34 에 나타낸 바와 같이, 단계 (3410) 에서 하나 이상의 저부 배리어 층들이 제공되며, 단계 (3420) 에서 하나 이상의 QD 형광체 재료 혼합물들이 QD 형광체 재료 층 (3404) 을 형성하기 위해 배리어 기판 상으로 성막되며, 단계 (3430) 에서 하나 이상의 상부 배리어 층들이 QD 형광체 재료 상에 성막되며, 단계 (3440) 에서 QD 형광체 재료가 경화되며, 단계 (3450) 에서 옵션적으로 QD 필름이 밀봉되며, 단계 (3460) 에서 QD 필름이 원하는 조명 디바이스, 예컨대 디스플레이 BLU 에 도포된다.
특정 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 배리어들 (3520, 3522) 의 각각은 더 작은 섹션들로 절단되는 유리 시트들을 포함할 수 있다. 이 절단은 단계들 (3430, 3440, 및 3450) 중 어느 단계 이후에 이루어질 수 있다. 이런 실시형태들에서, 편리한 롤-투-롤 제조가 디바이스의 여러 층들을 형성하기 위해 채용될 수 있다. 또한 추가적인 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 유리 플레이트들이 QD 형광체 재료 (3420) 의 도포 이전에 디바이스 도포에 적합한 사이즈로 제공될 수 있다. QD 필름 원격 형광체 패키지의 형성 시, QD 필름은 1차 광원들로부터의 광이 저부 유리 플레이트의 저부 표면 상에 입사하도록, 청색 LED들와 같은 하나 이상의 1차 광원들에 광학적으로 커플링된다. 바람직하게는, QD 필름은 입사하는 1차 광이 저부 플레이트 상에 전체적으로 입사하도록, 디스플레이 BLU 의 LGP 위에 배치된다. 가장 바람직하게는, QD 필름은 LCD BLU 의 LGP 와 적어도 하나의 BEF 사이에 배치된다.
바람직하게는, 혼합물들은 QD 형광체 재료 층을 형성하기 위해 열적으로 경화된다. 바람직한 실시형태에서, QD 형광체 재료가 QD 필름의 배리어 층 상으로 직접 코팅되며, 후속하여 QD 필름을 생성하기 위해 QD 형광체 재료 상에 추가적인 배리어 층이 성막된다. 지지 기판은 추가되는 강도, 안정성, 및 코팅 균일성을 위해, 그리고 재료 불일치, 공기 버블 형성, 및 배리어 층 재료 또는 다른 재료들의 주름 또는 접힘을 방지하기 위해, 배리어 필름 아래에 채용될 수 있다. 게다가, 하나 이상의 배리어 층들이 바람직하게는 재료를 상부 배리어 층과 저부 배리어 층 사이에 밀봉하기 위해 QD 형광체 재료상에 성막된다. 적합하게는, 배리어 층들이 라미네이트 필름으로서 성막되고, 옵션적으로, 밀봉되거나 또는 추가로 프로세싱된 다음에, 특정의 조명 디바이스내로 QD 필름이 편입된다. QD 형광체 재료 성막 프로세스는 당업자들에 의해 이해될 바처럼, 추가적인 또는 변화된 구성요소들을 포함할 수 있다. 이런 실시형태들은 QD 형광체 방출 특성들, 예컨대 (예컨대, QD 필름 BLU 백색점을 조절하기 위한) 휘도 및 칼라 그리고, QD 필름 두께 및 다른 특성들의 인-라인 프로세스 조절들을 가능하게 할 것이다. 게다가, 이들 실시형태들은 정확한 QD 필름 특성들을 획득하기 위해 생산 동안 QD 필름 특성들의 주기적인 테스팅 그리고, 임의의 필요한 토글 (toggling) 을 가능하게 할 것이다. 이런 테스팅 및 조절들은 또한 컴퓨터 프로그램이 QD 필름을 형성할 때에 사용되는 혼합물들의 각각의 양들을 전자적으로 변경하도록 채용될 수 있기 때문에, 프로세싱 라인의 기계적 구성을 변경함이 없이 달성될 수 있다.
QD 필름을 형성하는 바람직한 프로세스 실시형태에서, 도 35 에 나타낸 바와 같이, QD 형광체 재료들의 상이한 혼합물들이 성막 전에, 분리된 혼합물들 A, B, C, D, E 로 제공된다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 혼합물 A 내지 혼합물 E 는 도 33 와 관련하여 위에서 설명한 5개의 혼합물들 및 혼합물들 A, B, C, D, 및 E 을 포함한 5-포인트 제형 방법을 포함할 수 있다.
또다른 예시적인 실시형태에서, 프로세스는 상이한 특성들을 갖는 QD 형광체 재료들의 다수의 혼합물들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 혼합물 A 는 제 1 파장의 2차 광 (예컨대, 적색 광) 을 방출할 수 있는 QD들의 제 1 집단을 포함할 수 있으며, 제 2 혼합물 B 는 제 1 파장과는 상이한 제 2 파장의 2차 광 (예컨대, 녹색 광) 을 방출할 수 있는 QD들의 제 2 집단을 포함할 수 있다. 프로세스는 적색 광의 제 1 파장과는 상이한 파장을 갖는 적색 광을 방출하는 QD들의 제 3 집단을 포함하는 제 3 혼합물 C, 및 녹색 광의 제 2 파장과는 상이한 파장을 갖는 녹색 광을 방출하는 QD들의 제 4 집단을 포함하는 제 4 혼합물 D 와 같은, 추가적인 혼합물들을 포함할 수 있다. 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 혼합물들 중 어느것의 임의의 적합한 비 혼합물이 원하는 QD 형광체 재료 특성들을 생성하기 위해 화합될 수 있다. 이런 혼합물들은 블랭크 매트릭스 재료 (예컨대, 에폭시), 산란 비드들의 집단, 또는 이들의 조합을 포함하는 적어도 제 5 혼합물 E 와 추가로 화합될 수 있다. 혼합물들은 동시에 또는 분리하여 성막될 수 있으며, 개별적으로 또는 동시에 경화될 수 있다.
또다른 실시형태에서, 혼합물들은 에폭시 매트릭스 재료에서 리간드-코팅된 QD들의 다수의 혼합물들을 포함하며, 이때, 혼합물들은 상이한 QD 농도들을 갖는다. 예를 들어, 프로세스는 적색 광-방출 QD들의 제 1 농도를 갖는 에폭시에서 리간드-코팅된 QD들의 제 1 혼합물, 제 1 농도보다 높은 적색 광-방출 QD들의 제 2 농도를 갖는 에폭시에서 리간드-코팅된 QD들의 제 2 혼합물, 녹색 광-방출 QD들의 제 3 농도를 갖는 에폭시에서 리간드-코팅된 QD들의 제 3 혼합물, 및 제 3 농도보다 높은 녹색 광-방출 QD들의 제 4 농도를 갖는 에폭시에서 리간드-코팅된 QD들의 제 4 혼합물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 리간드는 APS 이거나 또는, 더 바람직하게는, PEI 이다. 원하는 QD 형광체 재료 특성들을 생성하기 위해 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 혼합물들 중 임의의 혼합물의 임의의 적합한 비 혼합물이 화합될 수 있다. 이런 혼합물들은 QD 필름의 QD 형광체 재료를 형성하기 위해 블랭크 에폭시 재료, 산란 비드들의 하나 이상의 집단들, 또는 이들의 조합을 포함하는 적어도 제 5 혼합물과 추가로 화합될 수 있다.
바람직한 종류의 실시형태들에서, 본 발명의 프로세스들은 제 1 QD 농도를 갖는 제 1 혼합물을 형성하는 단계, QD 형광체 재료의 제 1 층을 형성하기 위해 기판을 제 1 혼합물로 코팅하는 단계, 제 2 QD 농도를 갖는 제 2 혼합물을 형성하는 단계, QD 형광체 재료의 제 2 층을 형성하기 위해 기판을 제 2 혼합물로 코딩하는 단계, 및 제 1 및 제 2 QD 형광체 재료 층들을 경화하는 단계를 포함할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 프로세스들은 이들 단계들을 QD들의 제 3 내지 i번째 혼합물로 반복하는 단계, 제 3 내지 i번째 QD 형광체 재료 층들을 형성하기 위해 기판을 제 3 내지 i번째 혼합물들로 코팅하는 단계, 및 제 3 내지 i번째 QD 형광체 재료 층들을 경화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제 1 내지 i번째 층들은 동일한 또는 상이한 방출 특성들, QD 유형들, QD 농도들, 매트릭스 재료들, 굴절률들, 및/또는 산란 입자 사이즈들, 농도, 또는 재료들; 또는 다른 상이한 특성들을 가질 수 있다. 잠재적으로 상이한 특성들을 각각 갖는 개개의 QD 형광체 재료 층들을 제공함으로써, 전체 층에 대해 QD 그래디언트, 또는 전체 QD 형광체 재료 층에 대해 다른 그래디언트 성질들을 갖는 QD 필름은 생성될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 개개의 층들의 특성들 중 임의의 특성은 동일할 수 있거나, 또는 전체 특성이 개개의 층 내에서만, 또는 층들간에 비-경사 (non-graded) 방식으로 변하는 방법으로 준비될 수 있다. 추가적인 실시형태들에서, 본 발명의 프로세스들은 이런 다수의 혼합물들, 예컨대 제 1 내지 i번째 혼합물들로부터 단일 QD 형광체 재료를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 실시형태들 중 임의의 실시형태에서, 프로세스는 산란 비드들과 같은 산란 피쳐들을 포함하는 하나 이상의 혼합물들, 및 매트릭스 재료를 포함할 수 있다. 프로세스는 상이한 사이즈들 및/또는 농도들의 산란 비드들을 갖는 다수의 혼합물들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세스는 제 1 사이즈의 산란 비드들을 포함하는 제 1 혼합물, 및 제 2 사이즈의 산란 비드들을 포함하는 적어도 제 2 혼합물을 포함할 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 프로세스는 제 1 농도의 산란 비드들을 포함하는 제 1 혼합물, 및 제 2 농도의 산란 비드들을 포함하는 적어도 제 2 혼합물을 포함할 수 있다.
전술한 실시형태들 중 어느 것에서, 프로세스는 QD 형광체 재료 층 두께, 접착성, 굴절률, QD 농도, 산란 비드 농도, 점도, 또는 다른 엘리먼트들을 조절하기 위해 QD 형광체 재료 혼합물에 첨가될 수 있는, 블랭크 매트릭스 재료, 예컨대 에폭시, PEI-에폭시 혼합물, 또는 APS-에폭시 혼합물을 포함할 수 있다. 블랭크 재료는 개개의 QD 형광체 층들의 에지들 둘레에 밀봉 재료, 예컨대 밀봉 영역을 제공할 수 있으며, QD 형광체 재료의 분리된 또는 다른 영역들에 대한 버퍼 층을 형성하는데 블랭크 재료가 사용될 수 있다.
특정 실시형태들에서, QD 필름을 형성하는 프로세스들은 위에서 더 자세하게 설명한 바와 같이, QD 필름의 하나 이상의 층들에 공간 변형물들 (spatial variations) 의 형성을 포함한다.
전기발광 디바이스들
실시형태들의 하나의 일반적인 클래스에서, QD 필름은 복수의 QD들을 포함하며, 이에 따라서, QD 필름이 전기발광 광원으로서 사용된다. 도 39a 내지 도 39c 에 나타낸 바와 같이, 전기발광 디바이스 (3900) 는 발광 QD 층 (3904) 을 포함하는 QD 필름 (3902) 을 포함한다. 바람직하게는, 발광 QD 층 (3904) 은 매트릭스 재료 (3930) 에 분산된 복수의 QD들을 포함한다. 바람직하게는, QD 층 (3904) 은 상이한 파장들의 광을 방출할 수 있는 다수의 상이한 QD들을 포함한다. 바람직한 실시형태들에서, 발광 QD 층 (3904) 은 혼합된 칼라의 광 (예컨대, 백색광) 을 함께 방출하는 상이한 QD들의 균일한 혼합물을 포함하며, 이에 따라서, 전기발광 디바이스 (3900) 로부터 방출된 광은 상이한 QD들에 의해 방출된 상이한 칼라들의 광을 포함하는, 균일한, 혼합된 칼라의 광이다. 예를 들어, QD 층 (3904) 은 적색 광-방출 QD들 (3904a), 녹색 광-방출 QD들 (3904b), 및 청색 광-방출 QD들 (3904c) 의 혼합물을 포함할 수 있으며, 이때, 적색, 녹색, 및 청색 광-방출 QD들 는 전기발광 디바이스 (3900) 에 의해 방출되는 광이 백색광이 되도록, QD 층 (3904) 의 수평 평면 전체에 걸쳐서 균일하게 분포된다.
가장 바람직하게는, QD 층은 적색 광을 방출할 수 있는 제 1 복수의 QD들, 녹색 광을 방출할 수 있는 제 2 복수의 QD들, 및 청색 광을 방출할 수 있는 제 3 복수의 QD들을 포함한다. 특정 실시형태들에서, QD 층 (3904) 은 단층 (monolayer) 의 QD들을 포함한다.
전기발광 디바이스 (3900) 에서 발광 QD 층 (3904) 을 둘러싸는 층들은 당업자들에게 알려진 임의의 층들 및 배열을 포함한, 전기발광 BLU 를 형성하는데 적합한 층들의 임의의 배열을 포함할 수 있다. 도 39a 에 나타낸 예시적인 실시형태에서, 디바이스는 발광 QD 층 (3904), 양극 층 (3962), 및 음극 층 (3964) 을 포함한다. 바람직하게는, 음극 층 (3964) 은 반사 층이며, 이에 따라서, 전기발광 QD들에 의해 방출된 광은, 광이 오직 BLU 의 상부 표면으로부터 BLU 에 의해서 방출되도록, 음극 층 (3964) 으로부터 멀어지게 반사된다. 음극 층 (3964) 은 반사 층일 수 있거나, 또는 분리된 반사 층이 포함될 수 있다 (미도시). 도 39b 에 나타낸 바와 같이, 디바이스는 제 1 캡슐화 또는 배리어 층 (3920), 및 제 2 캡슐화 또는 배리어 층 (3922) 을 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 전기발광 QD 층 (3904) 은 제 1 캡슐화 층과 제 2 캡슐화 층 사이에 배치된다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 캡슐화 배리어 층들의 각각은 전기발광 QD 층 (3904) 에 바로 인접하며, 전기발광 QD 층 (3904) 과 직접 물리적으로 접촉한다. 도 39c 에 나타낸 바와 같이, 디바이스는 전기발광 QD 층 (3904) 과 애노드 (3962) 사이에 배치된 정공 운반 층 (HTL) (3966), 및/또는 전기발광 QD 층 (3904) 과 캐소드 (3964) 사이에 배치된 전자 운반 층 (ETL) (3968) 을 더 포함할 수 있다. 또다른 실시형태 (미도시) 에서, 디바이스는 애노드, 캐소드, 및 HTL 및/또는 ETL 을 포함할 수 있으며, 이에 따라서, 이들 층들 중 하나 이상이 전기발광 QD 층을 보호하는 배리어 층을 형성한다. 당업자들에 의해 이해될 바처럼, 이들 층들 또는 본원에서 설명하는 엘리먼트들의 임의의 적합한 조합이 본 발명의 전기발광 BLU 를 형성하는데 채용될 수 있다.
일 실시형태에서, 전기발광 QD BLU 는 QD 층 (3904) 의 상이한 공간 영역들 또는 픽셀들을 개별적으로 어드레싱하기 위해 픽셀 전자장치, 예컨대, 로우 및 칼럼 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 이것은 상대적인 트랜지스터들에 의해 전자적으로 어드레싱되는 QD 층 (3904) 의 특정의 영역에 제한되는 QD들의 전기 자극 (또는, 그의 부족) 을 가능하게 한다. 이것은 QD 층의 상이한 공간 영역들에 대해 동시에 국부 광 방출 및 국부 조광 (dimming) 을 가능하게 함으로써, 에너지를 절약하고 BLU 의 동작 동안 콘트라스트를 향상할 수 있도록 한다. 일 실시형태에서, 애노드 층 (3962) 및/또는 캐소드 층 (3964) 은 로우 및/또는 칼럼 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 예를 들어, BLU 는 QD 층 (3904) 내 개개의 공간 영역들 또는 픽셀들을 어드레싱하는 능동 매트릭스 또는 수동 매트릭스 트랜지스터 구성, 또는 당업자들에게 알려져 있는 임의의 다른 트랜지스터 구성들을 포함할 수 있다.
또다른 종류의 실시형태들에서, 발광 QD 층 (3904) 은 각각의 공간 영역 내에 배치된 양자 도트들에 의해 방출된 광의 칼라에 의해 식별되는 복수의 공간 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, QD 층 (3904) 은 디스플레이 디바이스용 BLU 를 제조하기 위해 QD 층에 패터닝된 제 1 복수의 공간 영역들 또는 픽셀들을 포함할 수 있다. 각각의 픽셀은 적색, 녹색, 및 청색 광을 방출하는 분리된 서브픽셀을 포함할 수 있다. QD 형광체 층은 적색-방출 QD들을 포함하는 제 1 복수의 공간 영역들 또는 서브픽셀들, 녹색-방출 QD들을 포함하는 제 2 복수의 공간 영역들 또는 서브픽셀들, 및 옵션적으로, 청색-방출 QD들을 포함하는 제 3 복수의 공간 영역들 또는 서브픽셀들을 포함할 수 있다. 서브픽셀들은 본원에서 설명하는 롤-투-롤 프로세싱 기법들을 이용하여 패터닝될 수 있으며, 이에 따라서, 분리된 QD 매트릭스 재료가 적색, 녹색, 및 청색 광-방출 공간 영역들 또는 서브픽셀들을 형성하기 위해 도포된다. 위에서 설명한 바와 같이, BLU 는 개개의 픽셀들 및 서브픽셀들을 개별적으로 어드레싱하는 임의의 적합한 트랜지스터 구성을 포함할 수 있으며, 이에 따라서, 각각의 픽셀 또는 서브픽셀을 어드레싱하는 것이 각각의 개개의 픽셀 또는 서브픽셀과 연관되는 QD들의 전기 자극을 일으킨다.
본 발명의 여러 실시형태들이 위에서 설명되었지만, 단지 일 예로서 비한정적으로 제시된 것으로 해석되어야 한다. 형태 및 세부사항들에서의 여러 변화들이 본 발명의 정신 및 범위로부터 일탈함이 없이 그 안에서 이루어질 수 있음을 당업자들은 명백히 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 넓이 및 범위는 위에서 설명한 예시적인 실시형태들 중 어느 것에 의해 한정되는 것이 아니라, 다음의 청구항들 및 그들의 균등물들에 따라서만 정해져야 한다.
당업자들에 의해 이해될 바처럼, 본 발명의 QD 필름을 형성하기 위해 전술한 디바이스 및/또는 프로세싱 구성요소들 중 어느 것이 임의의 적합한 조합으로 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 언급한 모든 간행물들 (publications), 특허들 및 특허 출원들은 당업자들의 기술 수준을 나타내며, 본원에서는 각각의 개개의 간행물, 특허 또는 특허 출원이 구체적으로 그리고 개별적으로 참조로 원용되는 것으로 표시된 것처럼, 동일한 범위까지 참조로 원용된다.

Claims (24)

  1. 디스플레이 백라이팅 유닛으로서,
    1차 광을 방출하는 적어도 하나의 1차 광원;
    상기 적어도 하나의 1차 광원에 광학적으로 커플링되고, 상기 1차 광이 광 가이드 패널 (LGP) 을 통해서 균일하게 투과되는, 상기 LGP; 및
    상기 1차 광보다 더 긴 파장을 갖는 제 1 2차 광을 방출하도록 구성된 광 방출 양자 도트 (QD) 들의 제 1 집단을 포함하는 원격 형광체 (remote phosphor) 필름으로서, 상기 QD들은 40 nm 미만의 반치전폭 (FWHM) 을 갖는 방출 스펙트럼을 포함하는, 상기 원격 형광체 필름을 포함하고,
    상기 1차 광은 상기 LGP 를 통해서 상기 원격 형광체 필름으로 균일하게 투과하고, 상기 1차 광의 적어도 일부분은 상기 QD들의 제 1 집단에 의해 흡수되고 상기 QD들의 제 1 집단에 의해 상기 1차 광보다 더 긴 파장을 갖는 상기 제 1 2차 광으로서 재방출되고,
    상기 원격 형광체 필름은 적어도 2개의 배리어 층들 사이에 개재되고, 상기 2개의 배리어 층들의 각각은 폴리머 서브층 및 산화물 서브층을 포함하고, 상기 산화물 서브층은 상기 원격 형광체 필름에 바로 인접하게 배치되는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원격 형광체 필름은 상기 1차 광보다 더 긴 파장을 갖는 제 2 2차 광을 방출하도록 구성된 광 방출 QD들의 제 2 집단을 더 포함하고, 상기 제 2 2차 광은 상기 제 1 2차 광과 상이하고,
    상기 1차 광의 적어도 일부분은 상기 QD들의 제 2 집단에 의해 흡수되고 상기 QD들의 제 2 집단에 의해 상기 1차 광보다 더 긴 파장을 갖는 상기 제 2 2차 광으로서 재방출되는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 원격 형광체 필름은 광 방출 QD들의 제 2 집단을 더 포함하고,
    상기 광 방출 QD들의 제 1 집단은 제 1 적색 2차 광을 방출하도록 구성되고, 상기 광 방출 QD들의 제 2 집단은 제 2 녹색 2차 광을 방출하도록 구성되고,
    상기 1차 광의 적어도 일부분은 상기 QD들의 2개의 집단들에 의해 흡수되고 상기 QD들에 의해 상기 1차 광보다 더 긴 파장 또는 더 낮은 에너지의 상기 제 1 및 제 2 2차 광으로서 재방출되는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 원격 형광체 필름은 1차 광을 상기 QD들의 제 1 및 제 2 집단들 방향으로 산란시키는 하나 이상의 1차 광 산란 피쳐들을 더 포함하는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 원격 형광체 필름은 제 1 매트릭스 재료를 포함하는 제 1 QD 형광체 재료 필름 층 및 제 2 매트릭스 재료를 포함하는 제 2 QD 형광체 재료 필름 층을 포함하고,
    상기 QD들의 제 1 및 제 2 집단들은 상기 제 1 매트릭스 재료 및 상기 제 2 매트릭스 재료에 각각 임베딩되는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 산란 피쳐들의 적어도 일부분은 상기 제 1 QD 형광체 재료 필름 층 또는 상기 제 2 QD 형광체 재료 필름 층에 배치되는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 1차 광 산란 피쳐들 및 상기 QD들의 제 1 및 제 2 집단들은 QD 형광체 재료 필름 전체에 걸쳐서 균일하게 분산되는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 1차 광 산란 피쳐들은 산란 입자들을 포함하는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 산란 입자들은 구형 산란 비드들을 포함하거나, 또는 상기 산란 입자들은 실리카, 보로실리케이트 또는 폴리스티렌 비드들을 포함하는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 산란 피쳐들은 QD 형광체 재료 필름의 상부 표면 또는 저부 표면 상에 형성되는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 1차 광원은 상기 LGP 의 하나 이상의 에지들 또는 저부 표면에 커플링된 하나 이상의 청색 LED들을 포함하고, 하나 이상의 LED들은 상기 LGP 와 동일한 평면 내에 배치되는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 양자 도트들은 90 % 보다 크거나 대략 90 % 와 동일한 양자 효율을 포함하는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 양자 도트들은 1 nm 내지 15 nm 의 범위의 사이즈를 포함하는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 배리어 층들은, 상기 배리어 층에서 핀홀 결함 정렬을 제거하거나 또는 감소시켜, 상기 원격 형광체 필름으로 산소 및 수분 침투에 대해 효과적인 배리어를 제공하는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 백라이팅 유닛은, 상기 원격 형광체 필름이 하나 이상의 휘도 강화 필름들과 상기 LGP 사이가 되도록 하는, 상기 원격 형광체 필름 위에 배치된 상기 하나 이상의 휘도 강화 필름들을 포함하고,
    상기 하나 이상의 휘도 강화 필름들은 상기 1차 광의 일부분을 상기 원격 형광체 필름 방향으로 반사하도록 구성되는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  16. 디스플레이 백라이팅 유닛 (BLU) 으로서,
    1차 광을 방출하는 적어도 하나의 1차 광원;
    상기 적어도 하나의 1차 광원에 광학적으로 커플링되고, 상기 1차 광이 광 가이드 패널 (LGP) 을 통해서 균일하게 투과되는, 상기 LGP; 및
    상기 1차 광보다 더 긴 파장을 갖는 제 1 2차 광을 방출하도록 구성된 광 방출 양자 도트 (QD) 들의 제 1 집단을 포함하는 원격 형광체 필름을 포함하고,
    상기 1차 광은 상기 LGP 를 통해서 상기 원격 형광체 필름으로 균일하게 투과하고, 상기 1차 광의 적어도 일부분은 상기 QD들의 제 1 집단에 의해 흡수되고 상기 QD들의 제 1 집단에 의해 상기 1차 광보다 더 긴 파장을 갖는 상기 제 1 2차 광으로서 재방출되고,
    상기 원격 형광체 필름은 적어도 2개의 배리어 층들 사이에 개재되고, 상기 2개의 배리어 층들의 각각은 폴리머 서브층 및 산화물 서브층을 포함하고, 상기 산화물 서브층은 상기 원격 형광체 필름에 바로 인접하게 배치되고,
    상기 QD들은 40 nm 미만의 반치전폭 (FWHM) 을 갖는 방출 스펙트럼을 포함하고, 상기 QD들은 90 % 보다 크거나 대략 90 % 와 동일한 양자 효율을 포함하는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 QD들은 약 1 nm 내지 약 15 nm 의 범위의 사이즈를 포함하는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 원격 형광체 필름은 상기 1차 광보다 더 긴 파장을 갖는 제 2 2차 광을 방출하도록 구성된 광 방출 QD들의 제 2 집단을 더 포함하고, 상기 제 2 2차 광은 상기 제 1 2차 광과 상이하고,
    상기 1차 광의 적어도 일부분은 상기 QD들의 제 2 집단에 의해 흡수되고 상기 QD들의 제 2 집단에 의해 상기 1차 광보다 더 긴 파장을 갖는 상기 제 2 2차 광으로서 재방출되는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 원격 형광체 필름은 광 방출 QD들의 제 2 집단을 더 포함하고,
    상기 광 방출 QD들의 제 1 집단은 제 1 적색 2차 광을 방출하도록 구성되고, 상기 광 방출 QD들의 제 2 집단은 제 2 녹색 2차 광을 방출하도록 구성되고,
    상기 1차 광의 적어도 일부분은 상기 QD들의 2개의 집단들에 의해 흡수되고 상기 QD들에 의해 상기 1차 광보다 더 긴 파장 또는 더 낮은 에너지의 상기 제 1 및 제 2 2차 광으로서 재방출되는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 배리어 층들은, 상기 배리어 층에서 핀홀 결함 정렬을 제거하거나 또는 감소시켜, 상기 원격 형광체 필름으로 산소 및 수분 침투에 대해 효과적인 배리어를 제공하는, 디스플레이 백라이팅 유닛.
  21. 디스플레이 백라이팅 유닛 (BLU) 을 형성하는 방법으로서,
    (a) 1차 광을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 1차 광원을 제공하는 단계;
    (b) 상기 적어도 하나의 1차 광원에 광학적으로 커플링된 광 가이드 패널 (LGP) 을 제공하는 단계로서, 상기 LGP 는 상기 1차 광이 균일하게 투과되도록 구성되는, 상기 LGP 을 제공하는 단계;
    (c) 제 1 적색 2차 광을 방출하도록 구성된 양자 도트 (QD) 들의 제 1 집단 및 제 2 녹색 2차 광을 방출하도록 구성된 QD들의 제 2 집단을 포함하는 광 방출 QD들의 2개의 집단들을 포함하는 원격 형광체 필름을 제공하는 단계로서, 상기 1차 광의 적어도 일부분은 상기 QD들의 2개의 집단들에 의해 흡수되고 상기 QD들에 의해 상기 1차 광보다 더 긴 파장 또는 더 낮은 에너지의 상기 제 1 및 제 2 2차 광으로서 재방출되는, 상기 원격 형광체 필름을 제공하는 단계;
    (d) 제 1 배리어 필름 및 제 2 배리어 필름을 제공하는 단계로서, 상기 제 1 및 제 2 배리어 필름들은 각각 상기 원격 형광체 필름에 인접하게 그리고 상기 원격 형광체 필름의 반대 측면들 상에 배치되고, 상기 제 1 및 제 2 배리어 필름들의 각각은 폴리머 서브층 및 산화물 서브층을 포함하고, 상기 산화물 서브층은 상기 원격 형광체 필름에 바로 인접하게 배치되는, 상기 제 1 배리어 필름 및 상기 제 2 배리어 필름을 제공하는 단계; 및
    (e) 상기 1차 광이 상기 LGP 를 통해서 상기 원격 형광체 필름으로 균일하게 투과되도록, 상기 원격 형광체 필름을 상기 LGP 에 인접하게 배치하는 단계를 포함하고,
    상기 QD들은 40 nm 미만의 반치전폭 (FWHM) 을 갖는 방출 스펙트럼을 포함하는, 디스플레이 백라이팅 유닛을 형성하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 QD들은 90 % 보다 크거나 대략 90 % 와 동일한 양자 효율을 포함하는, 디스플레이 백라이팅 유닛을 형성하는 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 QD들은 약 1 nm 내지 약 15 nm 의 범위의 사이즈를 포함하는, 디스플레이 백라이팅 유닛을 형성하는 방법.
  24. 제 21 항에 있어서,
    각각의 다층 배리어 필름은 상기 배리어 필름에서 핀홀 결함 정렬을 제거하거나 또는 감소시켜, 상기 원격 형광체 필름으로 산소 및 수분 침투에 대해 효과적인 배리어를 제공하는, 디스플레이 백라이팅 유닛을 형성하는 방법.
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