KR20210041092A - 양자점 컬러 변환 층의 색역 성능 및 효율 향상 - Google Patents
양자점 컬러 변환 층의 색역 성능 및 효율 향상 Download PDFInfo
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Abstract
디스플레이 디바이스의 실시형태가 설명된다. 디스플레이 디바이스는 액정 디스플레이 (LCD) 모듈 및 전자기 (EM) 스펙트럼의 제 1 파장 영역의 프라이머리 광을 방출하도록 설계된 백라이트 유닛을 포함한다. LCD 모듈은 발광 나노구조체의 층 및 형광 재료의 층을 포함하는 서브-픽셀을 갖는 적어도 하나의 픽셀을 갖는 픽셀의 어레이를 포함한다. 발광 나노구조체의 층은 프라이머리 광을 흡수하고, 제 1 파장 영역과 상이한 EM 스펙트럼의 제 2 파장 영역의 제 2 광을 방출한다. 형광 재료의 층은 발광 나노구조체의 층을 통과한 프라이머리 광을 흡수하고, EM 스펙트럼의 제 2 파장 영역의 제 3 광을 방출한다.
Description
본 발명은 양자 도트들 (QD들) 과 같은 발광 나노구조체들을 갖는 포스퍼 (phosphor) 필름들을 포함하는 디스플레이 디바이스들에 관한 것이다.
양자 도트들 (QD들) 과 같은 발광 나노구조체들 (NS들) 은, 좁은 라인 폭으로 단일 스펙트럼 피크에서 광을 방출하여, 고포화 컬러들을 생성하는 능력을 갖는 포스퍼들의 클래스를 나타낸다. NS들의 사이즈에 기초하여 방출 파장을 튜닝하는 것이 가능하다. NS들은, 디스플레이 디바이스들 (예컨대, 액정 디스플레이 (LCD) 디스플레이, 유기 발광 다이오드 (OLED) 디스플레이 디바이스) 에서 컬러 하향 변환 층으로서 사용될 수도 있는 NS 필름을 생성하는데 사용된다. 방출 디스플레이들에서의 컬러 하향 변환 층의 사용은, 광이 컬러 필터를 통과하기 전에, 백색광, 청색광, 또는 자외선 (UV) 광을 더 불그스레한 광, 녹색을 띤 광, 또는 이들 양자 모두로 하향-변환함으로써 시스템 효율을 개선할 수 있다. 컬러 하향 변환 층의 이러한 사용은 필터링으로 인한 광 에너지의 손실을 감소시키거나 또는 심지어 추가 필터링에 대한 필요성을 전체적으로 제거시킬 수도 있다.
디스플레이 디바이스의 이미지 품질을 정의하는데 사용된 팩터들 중 하나는 디스플레이 디바이스에 의해 제공된 Rec. 2020, Rec. 709, DCI P3, NTSC, 또는 sRGB 와 같은 표준 RGB 컬러 공간들의 색역 커버리지 (color gamut coverage) 이다. 도 1 은 디스플레이 디바이스의 색역 커버리지의 정의를 예시한다. 도 1 에서, 1976 CIE 컬러 좌표들 (101a-101c) 사이에 형성된 영역 (101) 은 1976 CIE u'-v'색도도 (100) 상의 표준 RGB 컬러 공간 (예를 들어, Rec. 2020) 의 색역을 나타낸다. 1976 CIE 컬러 좌표들 (102a-102c) 사이에 형성된 영역 (102) 은 1976 CIE u'-v' 색도도 (100) 상의 디스플레이 디바이스의 컬러 색역을 나타낸다. 디스플레이 디바이스의 컬러 색역 커버리지는 영역 (101) 에 대한, 영역들 (101 및 102) 사이의 중첩 영역 (103) 의 비율로서 정의될 수도 있다. 디스플레이 디바이스의 컬러 색역 커버리지가 더 넓어질수록, 디스플레이 디바이스에 의해 렌더링되는 인간의 눈에 의해 식별가능한 컬러들의 범위 (즉, 가시 스펙트럼) 가 더 넓어지고, 따라서, 이미지 품질에 기여하는 다른 팩터들이 최적화된다고 가정하면, 디스플레이 디바이스의 이미지 품질을 개선시킨다.
디스플레이 디바이스의 색역은 각 서브-픽셀의 컬러 좌표에 의해 정의될 수 있다. 컬러 하향 변환 층을 이용하는 디스플레이 디바이스에서, 통상적으로 단일 컬러 광원이 존재한다. 청색 서브-픽셀은 이 소스 광으로 구성되는 반면, 녹색 및 적색 서브-픽셀들은 이 소스 (또는 여기) 광을 녹색 및 적색 광으로 각각 변환하는 컬러 하향 변환 층들을 갖는다.
컬러 하향 변환 층을 사용하여 디스플레이 디바이스의 색역 커버리지를 최적화하기 위해, 컬러 변환 층를 통과하는 여기 광의 양은 완전히 제거되지 않는 경우 최소화될 필요가 있다. 이는 NS 필름을 사용하는 얇은 (약 3-10 미크론) 층에서 어려울 수 있는데, 이는 그러한 층에서의 제한된 광학 밀도로 인한 것이다. 녹색 및/또는 적색 변환 재료를 통과한 임의의 잔류 청색 광을 흡수하기 위해 필터가 추가될 수 있지만, 필터가 완전한 효율로 녹색 및/또는 적색 광을 투과시키지 않기 때문에 광학 효율이 저하된다.
이에 따라, 적색 및 녹색 광을 생성하기 위한 하향 변환 층들의 색역 커버리지 및 광 효율이 향상된 디스플레이 디바이스가 요구된다. 본 명세서의 실시형태들은 하향 변환 층들을 통해 누설되는 잔류 청색 광을 흡수하고 또한 하향 변환 층들에 의해 방출되는 광과 유사한 광의 유용한 파장들을 방출할 수 있는 염료의 사용을 설명한다.
일 실시형태에 따르면, 디스플레이 디바이스는 액정 디스플레이 (LCD) 모듈 및 전자기(EM) 스펙트럼의 제 1 파장 영역의 프라이머리 광을 방출하도록 설계된 백라이트 유닛을 포함한다. LCD 모듈은 발광 나노구조체의 층 및 형광 재료의 층을 포함하는 서브-픽셀을 갖는 적어도 하나의 픽셀을 갖는 픽셀의 어레이를 포함한다. 발광 나노구조체의 층은 프라이머리 광을 흡수하고, 제 1 파장 영역과 상이한 EM 스펙트럼의 제 2 파장 영역의 제 2 광을 방출한다. 형광 재료의 층은 발광 나노구조체의 층을 통과한 프라이머리 광을 흡수하고, EM 스펙트럼의 제 2 파장 영역의 제 3 광을 방출한다.
실시형태에 따르면, 발광 디바이스는 광원, 발광 나노구조체를 포함하는 제 1 필름, 및 형광 재료를 포함하는 제 2 필름을 포함한다. 광원은 전자기 (EM) 스펙트럼의 제 1 파장 영역의 프라이머리 광을 방출하도록 설계된다. 제 1 필름은 프라이머리 광을 흡수하고 제 1 파장 영역과 상이한 EM 스펙트럼의 제 2 파장 영역의 제 2 광을 방출하도록 설계된다. 제 2 필름은 제 1 필름 상에 배치되고, 제 1 필름을 통과한 프라이머리 광을 흡수하고, EM 스펙트럼의 제 2 파장 영역의 제 3 광을 방출하도록 설계된다.
일 실시형태에 따르면, 디스플레이 디바이스는 픽셀들의 어레이를 포함한다. 어레이의 픽셀은 발광 나노구조체의 층 및 형광 재료의 층을 포함하는 서브-픽셀을 포함한다. 발광 나노구조체의 층은 프라이머리 광을 흡수하고, 제 1 파장 영역과 상이한 EM 스펙트럼의 제 2 파장 영역의 제 2 광을 방출한다. 형광 재료의 층은 발광 나노구조체의 층을 통과한 프라이머리 광을 흡수하고, EM 스펙트럼의 제 2 파장 영역의 제 3 광을 방출한다.
본 발명의 추가의 특징들 및 이점들 뿐만 아니라 본 발명의 다양한 실시형태들의 구조 및 동작은 첨부 도면들을 참조하여 이하에 상세히 설명된다. 본 발명은 본 명세서에서 설명된 특정 실시형태들에 한정되지 않음을 유의한다. 그러한 실시형태들은 본 명세서에서 오직 예시적인 목적들을 위해 제시된다. 추가적인 실시형태들은 본 명세서에 포함된 교시들에 기초하여 당업자에게 자명할 것이다.
본 명세서에 통합되고 명세서의 부분을 형성하는 첨부 도면들은, 본 실시형태들을 예시하고, 그리고, 그 설명과 함께, 추가로, 본 실시형태들의 원리들을 설명하도록 그리고 당업자로 하여금 본 실시형태들을 제조 및 이용할 수 있게 하도록 제공된다.
도 1 은 디스플레이 디바이스의 Rec. 2020 색역 및 색역의 CIE 1976 u'v' 색도도이다.
도 2-3 은 일 실시형태에 따른, 액정 디스플레이 (LCD) 디바이스들의 분해 단면도들이다.
도 4 는 일 실시형태에 따라 형광 재료의 첨가가 전체 피크 방출에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 5 는 일 실시형태에 따라 형광 재료의 첨가가 전체 광 효율에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 6 은 일 실시형태에 따른 나노구조체의 개략 단면도이다.
도 7 은 일 실시형태에 따른 나노구조 필름의 개략도이다.
본 발명의 특징들 및 이점들은 도면들과 함께 취해질 경우에 이하에 기재된 상세한 설명으로부터 더 자명하게 될 것이며, 도면들에 있어서 동일한 참조 부호들은 전반에 걸쳐 대응하는 엘리먼트들을 식별한다. 도면들에 있어서, 동일한 참조 번호들은 일반적으로 동일한, 기능적으로 유사한, 및/또는 구조적으로 유사한 엘리먼트들을 표시한다. 엘리먼트가 처음 나타나는 도면은 대응하는 참조 번호에서 최좌측 디지트(들)에 의해 표시된다. 달리 표시되지 않는 한, 본 개시 전반에 걸쳐 제공된 도면들은 일정한 비율의 도면들로서 해석되어서는 안 된다.
도 1 은 디스플레이 디바이스의 Rec. 2020 색역 및 색역의 CIE 1976 u'v' 색도도이다.
도 2-3 은 일 실시형태에 따른, 액정 디스플레이 (LCD) 디바이스들의 분해 단면도들이다.
도 4 는 일 실시형태에 따라 형광 재료의 첨가가 전체 피크 방출에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 5 는 일 실시형태에 따라 형광 재료의 첨가가 전체 광 효율에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 6 은 일 실시형태에 따른 나노구조체의 개략 단면도이다.
도 7 은 일 실시형태에 따른 나노구조 필름의 개략도이다.
본 발명의 특징들 및 이점들은 도면들과 함께 취해질 경우에 이하에 기재된 상세한 설명으로부터 더 자명하게 될 것이며, 도면들에 있어서 동일한 참조 부호들은 전반에 걸쳐 대응하는 엘리먼트들을 식별한다. 도면들에 있어서, 동일한 참조 번호들은 일반적으로 동일한, 기능적으로 유사한, 및/또는 구조적으로 유사한 엘리먼트들을 표시한다. 엘리먼트가 처음 나타나는 도면은 대응하는 참조 번호에서 최좌측 디지트(들)에 의해 표시된다. 달리 표시되지 않는 한, 본 개시 전반에 걸쳐 제공된 도면들은 일정한 비율의 도면들로서 해석되어서는 안 된다.
특정 구성들 및 배열들이 논의될 수도 있지만, 이는 오직 예시적인 목적들을 위해 수행됨이 이해되어야 한다. 당업자는, 다른 구성들 및 배열들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함 없이 사용될 수 있음을 인정할 것이다. 본 발명은 또한 본 명세서에서 구체적으로 언급된 것들을 넘어 다양한 다른 애플리케이션들에서 채용될 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다. 본 명세서에서 도시 및 설명된 특정 구현들은 예들이고 어떠한 방식으로든 애플리케이션의 범위를 달리 한정하도록 의도되지 않음을 이해해야 한다.
"하나의 실시형태", "일 실시형태", "예시적인 실시형태" 등에 대한 명세서에서의 언급들은, 설명된 실시형태가 특정 피처, 구조, 또는 특성을 포함할 수도 있음을 나타내지만, 모든 실시형태가 그 특정 피처, 구조, 또는 특성을 반드시 포함하는 것은 아닐 수도 있음에 유의한다. 더욱이, 그러한 어구들이 동일한 실시형태를 반드시 지칭하는 것은 아니다. 추가로, 특정 피처, 구조 또는 특성이 일 실시형태와 관련하여 설명될 경우, 그것은 명시적으로 설명되든 안되든 간에 다른 실시형태들과 관련하여 그러한 피처, 구조 또는 특성을 달성하기 위한 당업자의 지식 내일 것이다.
재료들의 양들, 비율들, 재료들의 물리적 특성들, 및/또는 사용을 나타내는 이 설명에서의 모든 수치들은, 달리 명시적으로 표시된 경우를 제외하고는 단어 "약" 에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다.
실시형태들에 있어서, 용어 "디스플레이 디바이스" 는 디스플레이 스크린 상에서의 데이터의 가시적인 표현을 허용하는 엘리먼트들의 배열을 지칭한다. 적합한 디스플레이 스크린들은 다양한 평면형, 곡면형 또는 달리 형상화된 스크린들, 필름들, 시트들, 또는 정보를 사용자에게 시각적으로 디스플레이하기 위한 다른 구조체들을 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 설명된 디스플레이 디바이스들은, 예를 들어, 액정 디스플레이 (LCD) 를 포괄하는 디스플레이 시스템들, 텔레비전들, 컴퓨터들, 모바일 폰들, 스마트 폰들, 개인용 디지털 보조기들 (PDA들), 게이밍 디바이스들, 전자적 판독 디바이스들, 디지털 카메라들, 태블릿들, 웨어러블 디바이스들, 카 내비게이션 시스템들 등에 포함될 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "약" 은 주어진 양의 값이 그 값의 ±10% 만큼 변하는 것을 나타낸다. 예를 들어, "약 100 nm" 는 90 nm 로부터 110 nm 까지를 포함한 사이즈들의 범위를 포괄한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "실질적으로" 는 주어진 양의 값이 그 값의 ±1% 내지 ±5% 만큼 변하는 것을 나타낸다.
실시형태들에 있어서, 용어 "반응 혼합물을 형성하는 것" 또는 "혼합물을 형성하는 것" 은 성분들이 서로 반응하여 제 3 성분을 형성하기에 적합한 조건들 하에서 적어도 2 개의 성분들을 용기 내에서 결합하는 것을 지칭한다.
실시형태에 있어서, 용어 "도광판", "도광부" 및 "도광 패널”은 상호교환가능하게 사용되며, 전자기 방사 (광) 를 하나의 포지션으로부터 다른 포지션으로 지향하기에 적합한 광학 컴포넌트를 지칭한다.
실시형태들에 있어서, 용어 "광학적으로 커플링된" 은, 광이 실질적인 간섭 없이 하나의 컴포넌트로부터 다른 컴포넌트로 전달될 수 있도록 컴포넌트들이 포지셔닝됨을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "나노구조체" 는 약 500 nm 미만의 치수를 갖는 적어도 하나의 영역 또는 특성 치수 (characteristic dimension) 를 갖는 구조체를 지칭한다. 일부 실시형태들에 있어서, 나노구조체는 약 200 nm 미만, 약 100 nm 미만, 약 50 nm 미만, 약 20 nm 미만, 또는 약 10 nm 미만의 치수를 갖는다. 통상적으로, 영역 또는 특성 치수는 구조체의 가장 작은 축을 따라 있을 것이다. 그러한 구조체들의 예들은, 나노와이어들, 나노로드들, 나노튜브들, 분기된 나노구조체들, 나노테트라포드들, 트리포드들, 바이포드들, 나노결정들, 나노도트들, QD들, 나노입자들 등을 포함한다. 나노구조체들은, 예를 들면, 실질적으로 결정질, 실질적으로 단결정질, 다결정질, 비정질, 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 나노구조체의 3 개의 치수들의 각각은 약 500 nm 미만, 약 200 nm 미만, 약 100 nm 미만, 약 50 nm 미만, 약 20 nm 미만, 또는 약 10 nm 미만의 치수를 갖는다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "QD" 또는 "나노결정" 은 실질적으로 단결정질인 나노구조체들을 지칭한다. 나노결정은 약 500 nm 미만의, 그리고 약 1 nm 미만의 정도에 이르기까지의 치수를 갖는 적어도 하나의 영역 또는 특성 치수를 갖는다. 용어들 "나노결정", "QD", "나노도트", 및 "도트" 는 당업자에 의해 동일한 구조들을 나타내는 것으로 용이하게 이해되고 본 명세서에서 상호교환가능하게 사용된다. 본 발명은 또한 다결정질 또는 비정질 나노결정들의 사용을 포괄한다.
나노구조체들을 참조하여 사용될 경우 용어 "헤테로구조체" 는 적어도 2 개의 상이한 및/또는 구별가능한 재료 타입들을 특징으로 하는 나노구조체들을 지칭한다. 통상적으로, 나노구조체의 하나의 영역은 제 1 재료 타입을 포함하는 한편, 나노구조체의 제 2 영역은 제 2 재료 타입을 포함한다. 소정의 실시형태들에 있어서, 나노구조체는 제 1 재료의 코어 및 제 2 (또는 제 3 등) 재료의 적어도 하나의 쉘을 포함하고, 여기서 상이한 재료 타입들은, 예를 들어, 나노와이어의 장축, 분기된 나노와이어의 아암 (arm) 의 장축, 또는 나노결정의 중심에 관하여 방사상으로 분포된다. 쉘은, 헤테로구조체로 고려될 나노구조체에 대해 또는 쉘로 고려될 인접한 재료들을 완전히 커버할 수 있지만 그럴 필요는 없으며; 예를 들어, 제 2 재료의 소도들 (small islands) 로 커버된 하나의 재료의 코어를 특징으로 하는 나노결정은 헤테로구조체이다. 다른 실시형태들에 있어서, 상이한 재료 타입들이 나노구조체 내의 상이한 위치들에 분포된다; 예를 들면, 나노와이어의 주 (장) 축을 따라 또는 분기된 나노와이어의 아암의 장축을 따라 분포된다. 헤테로구조체 내의 상이한 영역들은 완전히 상이한 재료들을 포함할 수 있거나, 또는 상이한 영역들은, 상이한 도펀트들 또는 동일한 도펀트의 상이한 농도들을 갖는 베이스 재료 (예를 들어, 실리콘) 를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 나노구조체의 용어 "직경" 은 나노구조체의 제 1 축에 직교하는 단면의 직경을 지칭하고, 여기서 제 1 축은 제 2 축 및 제 3 축에 대해 길이에 있어서 최대 차이를 갖는다 (제 2 축 및 제 3 축은 길이들이 가장 가깝게 서로 동일한 2 개의 축들임). 제 1 축은 반드시 나노구조체의 최장축일 필요는 없으며; 예컨대, 디스크 형상 나노구조체에 대해, 단면은 디스크의 짧은 종축에 직교하는 실질적으로 원형의 단면일 것이다. 단면이 원형이 아닌 경우, 직경은 그 단면의 장축 및 단축의 평균이다. 나노와이어와 같은, 세장형 또는 고 종횡비 나노구조체에 대해, 직경은 나노와이어의 최장축에 수직인 단면에 걸쳐 측정된다. 구형 나노구조체에 대해, 직경은, 구체 (sphere) 의 중심을 통해 일측으로부터 타측으로 측정된다.
용어들 "결정질" 또는 "실질적으로 결정질" 은, 나노구조체들에 대해 사용될 경우, 나노구조체들이 통상적으로 그 구조체의 하나 이상의 치수들에 걸친 장범위 규칙성 (long-range ordering) 을 나타낸다는 사실을 지칭한다. 용어 "장범위 규칙성" 은, 단결정에 대한 규칙성이 결정의 경계들을 넘어 확장될 수 없으므로, 특정 나노구조체들의 절대 사이즈에 의존할 것이라는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 이 경우, "장범위 규칙성" 은 나노구조체의 치수의 적어도 대부분에 걸친 실질적인 규칙성을 의미할 것이다. 일부의 사례들에 있어서, 나노구조체는 산화물 또는 다른 코팅을 지닐 수 있거나, 또는 코어 및 적어도 하나의 쉘로 구성될 수 있다. 그러한 사례들에 있어서, 산화물, 쉘(들), 또는 다른 코팅은 그러한 규칙성을 나타낼 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없음이 인식될 것이다 (예컨대, 그것은 비정질, 다결정질, 또는 다른 것일 수 있음). 그러한 사례들에 있어서, 어구 "결정질", 실질적으로 결정질", "실질적으로 단결정질", 또는 "단결정질" 은 (코팅 층들 또는 쉘들을 제외한) 나노구조체의 중심 코어를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어들 "결정질" 또는 "실질적으로 결정질" 은, 또한, 구조체가 실질적인 장범위 규칙성 (예컨대, 나노구조체 또는 그의 코어의 적어도 하나의 축의 길이의 적어도 약 80% 에 걸친 규칙성) 을 나타내는 한, 다양한 결점, 적층 결함, 원자 치환 등을 포함하는 구조체들을 포괄하도록 의도된다. 또한, 나노구조체의 코어와 외부 사이, 또는 코어와 인접 쉘 사이, 또는 쉘과 제 2 인접 쉘 사이의 계면은 비-결정질 영역들을 포함할 수도 있으며, 심지어 비정질일 수도 있음이 인식될 것이다. 이것은, 나노구조체가 본 명세서에서 정의된 바와 같이 결정질이거나 또는 실질적으로 결정질인 것을 방지하지 못한다.
나노구조체에 대해 사용될 경우, 용어 "단결정질" 은, 나노구조체가 실질적으로 결정질이고 실질적으로 단결정을 포함한다는 것을 나타낸다. 코어 및 하나 이상의 쉘들을 포함하는 나노구조 헤테로구조체에 관하여 사용될 경우, "단결정질" 은, 코어가 실질적으로 결정질이고 실질적으로 단결정을 포함한다는 것을 나타낸다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "리간드" 는, 예컨대, 나노구조체의 표면과 공유, 이온, 반 데르 발스, 또는 다른 분자 상호작용들을 통해, 나노구조체의 하나 이상의 면들과 (약하게든 또는 강하게든) 상호작용 가능한 분자를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "양자 수율" (QY) 은, 예컨대, 나노구조체 또는 나노구조체들의 개체군에 의해, 흡수된 광자들에 대한 방출된 광자들의 비율을 지칭한다. 당업계에 공지된 바와 같이, 양자 수율은 통상적으로, 공지된 양자 수율 값들을 갖는 잘 특성화된 표준 샘플들을 사용하는 비교 방법에 의해 결정된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "프라이머리 방출 피크 파장"은 방출 스펙트럼이 최고 강도를 나타내는 파장을 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "반치전폭" (FWHM) 은 스펙트럼 폭의 측정치 (measure) 를 지칭한다. 방출 스펙트럼의 경우, FWHM 은 피크 강도 값의 절반에서의 방출 스펙트럼의 폭을 지칭할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 ‘포스터 반경’은 또한 당업계에서 포스터 거리로서 지칭된다.
용어들 "휘도" 및 "밝기" 는 본 명세서에서 상호교환가능하게 사용되며, 광 소스의 단위 면적 또는 조명된 면적 당 광도의 광도계 측정치를 지칭한다.
용어들 "정반사 리플렉터들", "정반사 표면들" 및 "반사 표면들" 은 정반사가 가능한 엘리먼트들, 재료들, 및/또는 표면들을 지칭하도록 본 명세서에서 사용된다.
용어 "정반사" 는, 입사광이 표면을 히트할 경우, 표면으로부터 광의 (또는 다른 종류들의 파동의) 미러형 반사를 지칭하도록 본 명세서에서 사용된다.
용어 "나노구조체 (NS) 필름”은 발광 나노구조체들을 갖는 필름을 지칭하도록 본 명세서에서 사용된다.
용어 "적색 서브-픽셀”은 가시 스펙트럼의 적색 파장 영역에서 프라이머리 방출 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 픽셀의 영역을 지칭하도록 본 명세서에서 사용된다. 일부 실시형태들에 있어서, 적색 파장 영역은 약 620 nm 로부터 약 750 nm 까지의 범위에 이르는 파장들을 포함할 수도 있다.
용어 "녹색 서브-픽셀”은 가시 스펙트럼의 녹색 파장 영역에서 프라이머리 방출 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 픽셀의 영역을 지칭하도록 본 명세서에서 사용된다. 일부 실시형태들에 있어서, 녹색 파장 영역은 약 495 nm 로부터 약 570 nm 까지의 범위에 이르는 파장들을 포함할 수도 있다.
용어 "청색 서브-픽셀”은 가시 스펙트럼의 청색 파장 영역에서 프라이머리 방출 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 픽셀의 영역을 지칭하도록 본 명세서에서 사용된다. 일부 실시형태들에 있어서, 청색 파장 영역은 약 435 nm 로부터 약 495 nm 까지의 범위에 이르는 파장들을 포함할 수도 있다.
용어 “서브-픽셀의 방출 표면”은, 광이 디스플레이 디바이스의 디스플레이 스크린을 향하여 방출되는 서브-픽셀의 최상층의 표면을 지칭하도록 본 명세서에서 사용된다.
본 명세서에서 참조되는 공개 특허들, 특허 출원들, 웹사이트들, 회사 명칭들, 및 과학 논문은, 각각이 구체적으로 그리고 개별적으로 참조로 통합되는 것으로 표시되었던 것과 동일한 정도로 그들의 전체가 참조로 본원에 통합된다. 본 명세서에서 인용된 임의의 참조문헌과 이 명세서의 특정 교시들 사이의 임의의 충돌은 후자에게 유리하게 해석될 것이다. 마찬가지로, 단어 또는 어구의 당업계에서 이해되는 정의와 이 명세서에서 구체적으로 교시된 바와 같은 단어 또는 어구의 정의 사이의 임의의 충돌은 후자에게 유리하게 해석될 것이다.
본 명세서에서 사용된 기술적 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않으면, 본원이 속하는 기술분야에서의 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 의미를 갖는다. 당업자에게 알려진 다양한 방법들 및 재료들에 대한 참조가 본 명세서에서 행해진다.
개관
본 개시는 디스플레이 디바이스들에서 원하는 밝기와 원하는 컬러 색역을 달성하는 것 사이의 기존의 트레이드-오프들을 개선하거나 제거하는 것을 돕는 나노구조체 기반 디스플레이 디바이스들의 다양한 실시형태들을 제공한다. 이들 다양한 실시형태들은 또한, 디스플레이 디바이스들의 하나 이상의 픽셀들을 통한 원치않는 광의 누출을 감소시키거나 실질적으로 제거하는 한편, 동일한 하나 이상의 픽셀의 원하는 광 출력을 향상시킴으로써 나노구조체 기반 디스플레이 디바이스들의 컬러 색역 커버리지와 같은 디스플레이 성능을 개선하는 것을 돕는다. 본 명세서의 특정 실시예들이 LCD 디바이스에 관하여 설명되지만, 이는 한정적인 것으로 의도되지 않으며, 본 명세서의 구성 요소들은 임의의 조명 디바이스에서 사용될 수 있다는 것을 당업자는 인식할 것이다.
액정 디스플레이 (LCD) 디바이스의 예시적인 실시형태들
도 2 는 일 실시형태에 따른, LCD 디스플레이 디바이스 (200) 의 개략적인 분해 단면도를 예시한다. 당업자는, 도 2 의 디스플레이 디바이스의 뷰가 예시의 목적으로 도시되고 스케일링하도록 도시되지 않을 수도 있음을 인식할 것이다. LCD 디스플레이 디바이스 (200) 는 일 실시형태에 따라, 백라이트 유닛 (BLU) (202) 및 LCD 모듈 (204) 을 포함할 수도 있다.
BLU (202) 는 광학 캐비티 (212), 및 광학 캐비티 (212) 에 커플링된 발광 다이오드들 (LED들) (210) (예를 들어, 백색 LED들, 청색 LED들, UV LED들, 또는 이들의 조합) 의 어레이를 포함할 수도 있다. 일 실시형태에서, LED들 (210) 은 주어진 비율의 청색 LED들 및 UV LED들만을 포함한다. 광학 캐비티 (212) 는 상부측 (203), 저부측 (205), 측벽들 (207), 그리고 상부측 (203), 저부측 (205) 및 측벽들 (207) 에 의해 한정된 폐쇄 용적을 포함할 수도 있다. LED들 (210) 은 폐쇄 용적 내의 저부측 (205) 의 상부 표면 (205a) 에 커플링될 수도 있다. LED들 (210) 은 LCD 모듈 (204) 을 통해 프로세싱되고 후속적으로 LCD 디스플레이 디바이스 (200) 의 디스플레이 스크린 (230) 에 전달되고 이에 걸쳐 분포될 수도 있는 프라이머리 광 (예를 들어, 청색광, 백색광, UV 광, 또는 청색광과 UV 광의 조합) 을 제공하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, LED들 (210) 은 약 440 nm 내지 약 470 nm, 또는 약 445 nm 내지 약 455 nm의 피크 방출 파장을 갖는 광을 방출하는 청색 LED를 포함한다. 일부 실시형태들에 있어서, LED들 (210) 은 약 440 nm 내지 약 700 nm 의 범위 또는 다른 가능한 광 파장 범위들에서 광을 방출하는 백색 LED들을 포함한다. 일부 실시형태들에 있어서, LED들 (210) 은 420 nm 미만, 또는 약 400 nm 내지 약 410 nm, 또는 약 360 nm 내지 약 370 nm의 피크 방출 파장을 갖는 광을 방출하는 청색 LED를 포함한다. 일 실시형태에서, LED들 (210) 의 어레이는, 상부 표면 (205a) 의 면적에 걸쳐 확산되는 LED들의 2차원 어레이를 포함할 수도 있으며, 그 면적은 디스플레이 스크린 (230) 의 표면적과 동일할 수도 있다.
도 2 에는 2 개의 측벽들 (207) 이 도시되어 있지만, 당업자는, 광학 캐비티 (212) 가 다양한 실시형태들에 따라, 임의의 수의 측벽들 (207) 을 포함할 수도 있음을 이해할 것임에 유의해야 한다. 예를 들어, 광학 캐비티 (212) 는 입방체 형상을 가질 수도 있고, 측벽들 (207) 과 유사한 4 개의 측벽들을 포함할 수도 있다. 광학 캐비티 (212) 는 형상이 입방체인 것 또는 다른 직선 측면 형상들을 갖는 것으로 제약되지 않는다. 광학 캐비티 (212) 는, 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함 없이, 다양한 실시형태들에 따라, 원통형, 사다리꼴형, 구형, 또는 타원형과 같지만 이에 한정되지 않는 임의의 타입의 기하학적 형상이도록 구성될 수도 있다. 도 2 에 예시된 바와 같은, 광학 캐비티 (212) 의 직사각형 단면 형상은 예시적인 목적들을 위한 것이고 제한하는 것이 아님에 또한 유의해야 한다. 광학 캐비티 (212) 는, 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함없이 다양한 실시형태들에 따라, 다른 단면 형상들 (예컨대, 사다리꼴형, 장타원형, 장사방형) 을 가질 수도 있다.
광학 캐비티 (212) 의 상부측 (203) 은, LED들 (210) 로부터의 광이 상부측 (203) 의 상부 표면 (203a) 을 가로질러 실질적으로 균일한 밝기 분포로 상부측 (203) 을 통해 광학 캐비티 (212) 에서 출사할 수도 있도록 광학 확산 및 투과 층이 되도록 구성될 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 상부측 (203) 은, 상부측 (203) 에서 출사하는 광 밝기에서의 실질적으로 균일한 분포를 제공하도록 LED들 (210) 에 걸쳐 전략적으로 배열되는 광학 반투명 영역들 및 광학 투명 영역들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에 있어서, 상부측 (203) 은, 직경들이 가변 사이즈들인 공극들 및 상부측 (203) 에서 출사하는 광 밝기에서의 실질적으로 균일한 분포를 제공하도록 전략적으로 배열되는 광학 반투명 영역들을 포함할 수도 있다.
저부측 (205) 및/또는 측벽들 (207) 은, 정반사성 상부 표면 (205a) 및/또는 정반사성 측벽 내부 표면들 (207a) 을 각각 갖도록 구성되는 하나 이상의 재료들 (예컨대, 금속들, 비금속들, 및/또는 합금들) 로부터 구성될 수도 있다. 예를 들어, 상부 표면 (205a) 및/또는 측벽 내부 표면들 (207a) 은 미러형 반사 특성들을 갖는 미러형 표면들일 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 상부 표면 (205a) 및/또는 측벽 내부 표면들 (207a) 은 완전 정반사성 또는 부분 정반사성 및 부분 산란성일 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에 있어서, 상부 표면 (205a) 및/또는 측벽 내부 표면들 (207a) 은 확산 리플렉터들을 포함한다.
대안적인 실시형태들에 있어서, 광학 캐비티 (212) 는 측벽 내부 표면들 (207a) 에 커플링된 정반사 리플렉터들 (209) 을 포함할 수도 있다. 정반사 리플렉터들 (209) 은 광학 투명 접착제를 사용하여 측벽 내부 표면들 (207a) 에 커플링될 수도 있다. 광학 투명 접착제는 테이프, 다양한 아교들, 폴리머 조성물들, 이를 테면 실리콘들 (silicones) 등을 포함할 수도 있다. 추가적인 광학 투명 접착제는, 다양한 예들에 따라, 폴리(비닐 부티랄), 폴리(비닐 아세테이트), 에폭시들, 및 우레탄들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 폴리머들; 폴리페닐메틸실록산, 폴리페닐알킬실록산, 폴리디페닐실록산, 폴리디알킬실록산, 플루오르화 실리콘들 및 비닐 및 하이드라이드 치환된 실리콘들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 실리콘 및 실리콘의 유도체들; 메틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 및 라우릴메타크릴레이트를 포함하지만 이에 한정되지 않는 모노머들로부터 형성된 아크릴 폴리머들 및 코폴리머들; 스티렌계 폴리머들; 및 디비닐벤젠과 같은 이관능성 모노머들과 가교된 폴리머들을 포함할 수도 있다.
정반사성 상부 표면 (205a) 및 측벽 내부 표면들 (207a) 및 정반사 리플렉터들 (209) 은 LED들 (210) 로부터 저부측 (205) 및/또는 측벽들 (207) 을 통한 광의 흡수를 실질적으로 최소화할 수도 있고, 따라서, 광학 캐비티 (212) 내에서의 휘도의 손실을 실질적으로 최소화하고 BLU (202) 의 광 출력 효율을 증가시킬 수도 있다.
대안적인 실시형태들에 있어서, BLU (202) 는 광학 캐비티 (212) 와 LCD 모듈 (204) 사이에 배치된 하나 이상의 밝기 향상 필름들 (BEF들) (도시 안됨) 을 더 포함할 수도 있다. 하나 이상의 BEF들은 반사 및/또는 굴절 필름들, 반사 편광자 필름들, 광 추출 피처들, 광 재순환 피처들, 프리즘 필름들, 그루브 필름들, 그루브된 프리즘 필름들, 프리즘들, 피치들, 그루브들, 또는 다른 적절한 밝기 향상 피처들을 가질 수도 있다. BEF들의 밝기 향상 피처들은 프라이머리 광의 일부를 광학 캐비티 (212) 를 향해 다시 반사시키고, 이에 의해 프라이머리 광의 재순환을 제공하도록 구성될 수도 있다.
LCD 모듈 (204) 은 BLU (202) 로부터 수신된 광을, 디스플레이 스크린 (230) 으로의 투과 및 디스플레이 스크린 (230) 에 걸친 분포를 위한 원하는 특성들로 프로세싱하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, LCD 모듈 (204) 은 제 1 및 제 2 편광 필터들 (214 및 222) 과 같은 하나 이상의 편광 필터들, 제 1 및 제 2 광학 투명 기판들 (216 및 228) 과 같은 하나 이상의 광학 투명 기판들, 제 1 기판 (216) 상에 2-D 어레이로 배열된 스위칭 디바이스들 (218.1 내지 218.6), 액정 (LC) 용액 층 (220), 2-D 어레이로 배열된 픽셀들 (224.1 및 224.2) 과 같은 복수의 픽셀들, 및 디스플레이 스크린 (230) 을 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에 있어서, 픽셀 (224.1) 은 서브-픽셀들 (226.1 내지 226.3) 을 포함할 수도 있고, 픽셀 (224.2) 은 서브-픽셀들 (226.4 내지 226.6) 을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 픽셀들 (224.1 및 224.2) 의 각각은, 예를 들어, 적색 서브-픽셀들 (226.1 및 226.4), 녹색 서브-픽셀들 (226.2 및 226.5), 및 청색 서브-픽셀들 (226.3 및 226.6) 을 각각 갖는 3색성일 수도 있다.
용어 "적색 서브-픽셀”은 가시 스펙트럼의 적색 파장 영역에서 프라이머리 방출 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 픽셀의 영역을 지칭하도록 본 명세서에서 사용된다. 일부 실시형태들에 있어서, 적색 파장 영역은 약 620 nm 로부터 약 750 nm 까지의 범위에 이르는 파장들을 포함할 수도 있다. 용어 "녹색 서브-픽셀”은 가시 스펙트럼의 녹색 파장 영역에서 프라이머리 방출 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 픽셀의 영역을 지칭하도록 본 명세서에서 사용된다. 일부 실시형태들에 있어서, 녹색 파장 영역은 약 495 nm 로부터 약 570 nm 까지의 범위에 이르는 파장들을 포함할 수도 있다. 용어 "청색 서브-픽셀”은 가시 스펙트럼의 청색 파장 영역에서 프라이머리 방출 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 픽셀의 영역을 지칭하도록 본 명세서에서 사용된다. 일부 실시형태들에 있어서, 청색 파장 영역은 약 435 nm 로부터 약 495 nm 까지의 범위에 이르는 파장들을 포함할 수도 있다.
개별 픽셀들 (224.1 및 224.2) 에서의 적색, 녹색, 및 청색 서브-픽셀들 (226.1 내지 226.6) 의 배열 순서는 예시적이며 제한적이지 않다. 픽셀들 (224.1 및 224.2) 의 각각에서의 적색, 녹색, 및 청색 서브-픽셀들은 서로에 대해 임의의 순서로 배열될 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 픽셀들 (224.1 및/또는 224.2) 은 적색, 녹색, 또는 청색 서브-픽셀들 (226.1 내지 226.6) 중 어느 하나를 갖는 단색일 수도 있다. 도 2 에 도시된 픽셀들 및 스위칭 디바이스들의 수는 예시적이며 제한하는 것이 아니다. LCD 모듈 (204) 은 본 개시의 사상 및 범위로부터 일탈함 없이 임의의 수의 스위칭 디바이스들 및 픽셀들을 가질 수도 있다.
BLU (202) 로부터의 광은 제 1 편광 필터 (214) 를 통해 편광될 수도 있고, 편광된 광은 LC 용액 층 (220) 으로 투과될 수도 있다. LC 용액 층 (220) 은, LC 용액 층 (220) 으로부터의 광 투과의 양을 제어하기 위한 셔터들로서 작용할 수도 있는 로드 (rod) 형상 분자들을 갖는 LC들 (232) 을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, LC들 (232) 은 3-D 어레이로 배열될 수도 있다. LC들의 3-D 어레이의 컬럼들 (234.1 내지 234.6) 은 개별 스위칭 디바이스들 (218.1 내지 218.6) 에 의해 독립적으로 제어될 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 스위칭 디바이스들 (218.1 내지 218.6) 은, 예를 들어, 박막 트랜지스터들 (TFT들) 과 같은 트랜지스터들을 포함할 수도 있다. LC들 (232) 을 제어함으로써, 컬럼들 (234.1 내지 234.6) 로부터 개별 서브-픽셀들 (226.1 내지 226.6) 로 이동하는 광의 양이 제어될 수도 있고, 결과적으로, 서브-픽셀들 (226.1 내지 226.6) 로부터 투과하는 광의 양이 제어된다.
LC들 (232) 은 개별의 스위칭 디바이스들 (218.1 내지 218.6) 에 의해 열들 (234.1 내지 234.6) 에 인가된 전압에 의존하여 다양한 정도로 뒤틀릴 수도 있다. LC들 (232) 의 뒤틀림을 제어함으로써, LC 용액 층 (220) 을 통과하는 광의 편광각이 제어될 수도 있다. 그 다음, LC 용액 층 (220) 을 떠난 광은, 제 1 편광 필터 (214) 에 대해 90도로 포지셔닝될 수도 있는 제 2 편광 필터 (222) 를 통과할 수도 있다. LC 용액 층 (220) 을 떠나고 제 2 편광 필터 (222) 에 들어가는 광의 편광각은 얼마나 많은 광이 제 2 편광 필터 (222) 를 통과하고 제 2 편광 필터 (222) 로부터 출사 가능한지를 결정할 수도 있다. 제 2 편광 필터 (222) 는 광을 감쇠하거나, 광을 차단하거나, 또는 광이 그 편광 각도에 기초하여 감쇠없이 통과하게 할 수도 있다.
LC들의 열들 (234.1 내지 234.6) 을 통해 이동하고 제 2 편광 필터 (222) 에서 출사하는 광의 부분들은 그 후 서브-픽셀들 (226.1 내지 226.6) 중 개별의 서브-픽셀들에 들어갈 수도 있다. 광의 이들 부분들은 디스플레이 스크린 (230) 에 걸친 광 분포를 위한 원하는 광학 특성들을 달성하기 위해 서브-픽셀들 (226.1 내지 226.6) 의 개별 서브-픽셀들을 통한 컬러 필터링의 스테이지를 거칠 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 서브-픽셀들 (226.1 내지 226.6) 의 각각은 서브-픽셀들 (226.1 내지 226.6) 에 들어가는 수신 광의 부분들을 하향 변환하는 엘리먼트들을 포함할 수도 있는 발광 나노구조체들 (236) 의 층 (또는 필름) 을 포함할 수도 있다.
발광 나노구조체들 (236) 은, 일부 실시형태들에 따라, QD들 (예를 들어, 도 6 을 참조하여 설명된 QD (600)) 과 같은 나노구조체들을 포함할 수도 있다. 발광 나노구조체들 (236) 은 하향 변환기들일 수도 있고, 여기서 서브-픽셀들 (226.1 내지 226.6) 중 개별의 서브-픽셀들에 들어가는 광 (프라이머리 광으로도 지칭됨) 의 부분들은, 예를 들어, 발광 나노구조체들 (236) 에 의해 흡수되고 프라이머리 광보다 더 낮은 에너지 또는 더 긴 파장을 갖는 세컨더리 광으로서 재방출될 수도 있다.
일부 실시형태들에 있어서, 적색 서브-픽셀들 (226.1 및 226.4) 의 발광 나노구조체들 (236) 은 프라이머리 광을 흡수하고 가시 스펙트럼 광의 적색 파장 영역에서 프라이머리 방출 피크 파장을 갖는 제 1 세컨더리 광을 방출하는 나노구조체들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 녹색 서브-픽셀들 (226.2 및 226.5) 의 발광 나노구조체들 (236) 은, 프라이머리 광을 흡수하고 가시 스펙트럼 광의 녹색 파장 영역에서 프라이머리 방출 피크 파장을 갖는 제 2 세컨더리 광을 방출하는 나노구조체들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 청색 서브-픽셀들 (226.3 및 226.6) 의 발광 나노구조체들 (236) 은, 프라이머리 광을 흡수하고 가시 스펙트럼 광의 청색 파장 영역에서 프라이머리 방출 피크 파장을 갖는 제 3 세컨더리 광을 방출하는 발광 나노구조체들을 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에 있어서, 청색 서브-픽셀들 (226.3 및 226.6) 은 발광 나노구조체들 (236) 을 포함하지 않을 수 있거나, 또는 어떠한 필름도 전혀 존재하지 않을 수 있다. 일부 다른 실시형태들에 있어서, 청색 서브-픽셀들 (226.3 및 226.6) 은 발광 나노구조체들 (236) 대신에 산란 재료를 포함한다. 발광 나노구조체를 배제하는 층 또는 필름이 대신에 존재할 수도 있고, 이 층 또는 필름은, 청색 서브-픽셀들 (226.3 및 226.6) 을 위한 청색 LED들로부터 프라이머리 광의 하향 변환이 필요하지 않기 때문에, BLU (202) 가 청색 LED들을 포함하는 경우 청색 광에 광학적으로 투과성일 수도 있다.
일부 실시형태들에 있어서, 발광 나노구조체들 (236) 은, 제 2 편광 필터 (222) 상에 또는 광학 투명 기판 (도시 안됨) 상에 서로 인접하게 배치되는 세그먼트화된 필름들에 포함될 수도 있다. 세그먼트화된 발광 나노구조체들 (236) 은 계면들을 통한 프라이머리 광의 누출을 방지하기 위해 인접한 발광 나노구조체들 (236) 사이의 계면들에 무시해도 될 정도의 갭이 있도록 하는 방식으로 배치될 수도 있다. 대안적인 실시형태들에 있어서, 발광 나노구조체들 (236) 의 각각은 연속적인 포스퍼 필름의 상이한 영역들일 수도 있다.
일부 실시형태들에 따르면, 서브-픽셀들 (226.1 내지 226.6) 각각은 발광 나노구조체들 (236) 상에 또는 그 위에 직접 배치된 형광 층 (238) 을 포함할 수 있다. 발광 나노구조체들 (236) 로부터 방출한 세컨더리 광은 디스플레이 스크린 (230) 으로 이동하기 전에 형광 층들 (238) 중 대응하는 형광 층들을 통해 필터링될 수도 있다.
형광 층들 (238) 은 발광 나노구조체들 (236) 에 의해 흡수되지 않고 세컨더리 광으로 하향 변환되지 않은 프라이머리 광 (예를 들어, 청색 광 또는 UV 광) 의 부분들을, 전체 세컨더리 광 (예를 들어, 상기 논의된 제 1, 제 2, 및/또는 제 3 세컨더리 광) 이 통과 및 차단하게 하도록 구성될 수도 있다. 발광 나노구조체들 (236) 로부터 누출되었을 수도 있는 프라이머리 광의 원치않는 부분들은 흡수함으로써 차단될 수도 있다. 발광 나노구조체들 (236) 로부터 디스플레이 스크린 (230) 으로의 변환되지 않은 프라이머리 광의 누출은 LCD 디스플레이 디바이스 (200) 의 컬러 색역 커버리지에 악영향을 줄 수도 있다. 추가적으로, 형광층들 (238) 은 발광 나노구조체들 (236) 로부터 방출된 동일한 광에 매칭하는 (또는 실질적으로 매칭하는) 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 적색 서브-픽셀들 (226.1 및 226.4) 에 대해, 형광층들 (238) 은 미광 프라이머리 광 (예를 들어, 청색 광 또는 UV 광) 을 흡수하고 적색 서브-픽셀들 (226.1 및 226.4) 내의 발광 나노구조체들 (236) 에 의해 방출된 제 1 세컨더리 광과 동일한 파장 범위의 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 적색 서브-픽셀들 (226.2 및 226.5) 에 대해, 형광층들 (238) 은 미광 프라이머리 광 (예를 들어, 청색 광 또는 UV 광) 을 흡수하고 적색 서브-픽셀들 (226.2 및 226.5) 내의 발광 나노구조체들 (236) 에 의해 방출된 제 2 세컨더리 광과 동일한 파장 범위의 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 청색 서브-픽셀들 (226.3 및 226.6) 에서 미광 UV 프라이머리 광을 흡수하고 청색 서브-픽셀들 (226.3, 226.6) 에서 발광 나노구조체들 (236) 에 의해 방출된 제 3 세컨더리 광과 동일한 파장 범위의 광을 방출하기 위해 사용된 형광층 (238) 이 있다. 청색광이 프라이머리 광으로서 사용되는 일부 실시형태들에 있어서, 형광층들 (238) 은 청색 서브-픽셀들 (226.3 및 226.6) 에 대해 사용되지 않는다.
대응하는 서브-픽셀들을 통한 프라이머리 광 누출을 방지하기 위한 형광층들 (238) 의 사용은 또한, 발광 나노구조체들 (236) 의 밀도를 감소시킴으로써 LCD 디스플레이 디바이스 (200) 의 제조 비용을 감소시키는 것을 도울 수도 있다. 발광 나노구조체들 (236) 의 밀도는 감소될 수 있는데, 이는 발광 나노구조체들 (236) 이 더 이상 프라이머리 광의 실질적으로 모든 부분을 흡수하도록 요구되지 않기 때문이다. 다시 말해서, 발광 나노구조체 (236) (특히 적색 및 녹색 서브-픽셀들에 대해) 에 의해 흡수되지 않은 프라이머리 광의 임의의 부분은 대신에 형광층 (238) 에 의해 흡수될 수 있다. 또한, 형광층들 (238) 도 적색 또는 녹색 서브-픽셀에 대응하여 매칭되는 적색 또는 녹색 광을 방출하므로 광 효율을 동시에 향상시킬 수 있다.
형광층들 (238) 은 염료 재료를 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 염료는 EM 스펙트럼의 청색 부분 (예를 들어, 450 nm) 에서 광을 흡수하고 EM 스펙트럼의 녹색 부분 (예를 들어, 510 nm 내지 535 nm) 에서 피크 방출을 갖는 유기 염료 BODIPY® 493/503 (4,4-디플루오로-1,3,5,7,8-펜타메틸-4-보라-3a,4a-디아자-s-인다센; Thermo Fisher Scientific 제조) 이다. BODIPY 493/503 염료의 피크 방출 파장은 형광층 (238) 에 존재하는 염료의 밀도에 기초하여 튜닝될 수 있다. 이러한 방출 스펙트럼의 튜닝은 피크 방출 파장, 선폭, 및 양자 수율을 포함하는 대응하는 서브-픽셀의 전체 광학 특성들에 영향을 미치는데 사용될 수 있다. 녹색 광의 방출로 인해, BODIPY 493/503은 일 실시형태에 따라 녹색 서브-픽셀들 226.2 및 226.5에서 형광층 (238) 으로 사용될 수 있다. 청색 광을 흡수하고 적색 광을 방출하는 다른 유사한 염료들이 적색 서브-픽셀들 (226.1 및 226.4) 의 형광층들 (238) 에 사용될 수 있다.
형광층들 (238) 은 발광 나노구조체들 (236) 의 층 또는 LCD 디스플레이 디바이스 (200) 의 임의의 다른 층/구조체 상에 배치될 수 있다. 염료 이외에, 형광층들 (238) 은 임의의 잉크, 페인트, 폴리머 재료, 또는 스프레이, 페인팅, 스핀-코팅 또는 인쇄될 수 있는 임의의 다른 재료일 수 있다. 프린팅은, 예를 들어, 플로터, 잉크젯 프린터 또는 스크린 프린터를 사용하여 수행될 수도 있다. 형광층들 (238) 은 10 ㎛ 미만, 5 ㎛ 미만, 또는 1 ㎛ 내지 2 ㎛의 두께로 증착될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 형광층들 (238) 은 발광 나노구조체들 (236) 의 층들 상에 직접 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 형광층들 (238) 은 그 위에 배치된 형광 재료를 갖는 기판을 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에 있어서, 형광층들 (238) 은 발광 나노구조체들 (236) 의 층들 상에 또는 광학 투명 기판 (도시 안됨) 상에 분리하여 캐스팅되고 서로 인접하게 배치된 세그먼트화된 필름들일 수도 있다. 세그먼트화된 형광층들 (238) 은 인접한 형광층들 (238) 사이의 계면들에서 무시해도 될 정도의 갭이 있도록 하는 식으로 배치될 수도 있다. 대안적인 실시형태들에 있어서, 형광층들 (238) 의 각각은 발광 나노구조체들 (236) 의 층들 위에 배치되거나 증착된 연속 필름의 상이한 영역들일 수 있다.
일부 실시형태들에 있어서, 형광 재료는 광학 투명 기판 (228) 에 포함될 수도 있으며, 이는 또한 LCD 모듈 (204) 및/또는 BLU (202) 의 하부 층들 및/또는 구조체들에 환경적 밀봉을 제공하도록 구성될 수도 있다.
디스플레이 스크린 (230) 은 이미지들을 생성하도록 구성될 수도 있다. 디스플레이 스크린 (230) 은 일 실시형태에 따라 터치 스크린 디스플레이일 수도 있다. LCD 디스플레이 디바이스 (200) 는 LCD 디스플레이 디바이스 (200) 에서의 임의의 인접한 엘리먼트들 사이에, 예를 들어, 광학 캐비티 (212) 와 LCD 모듈 (204) 사이에, LC 용액 층 (220) 의 어느 하나의 측면들 상에, 또는 LCD 디스플레이 디바이스 (200) 의 임의의 다른 엘리먼트들 사이에, 배치된 하나 이상의 매개 재료들 (도시 안됨) 을 더 포함할 수도 있다. 하나 이상의 매개 재료들은 기판들, 진공, 공기, 가스, 광학 재료들, 접착제들, 광학 접착제들, 유리, 폴리머들, 고체들, 액체들, 겔들, 경화된 재료들, 광학 커플링 재료들, 인덱스 매칭 또는 인덱스 미스매칭 재료들, 인덱스-그래디언트 재료들, 클래딩 또는 안티-클래딩 재료들, 스페이서들, 에폭시, 실리카 겔, 실리콘들, 밝기 향상 재료들, 산란 또는 확산기 재료들, 반사형 또는 반사방지형 재료들, 파장 선택적 재료들, 파장 선택적 반사방지형 재료들, 또는 다른 적합한 매개 재료를 포함할 수도 있지만 이에 한정되지 않는다. 적합한 재료들은 실리콘들, 실리콘 겔들, 실리카 겔, 에폭시들 (예컨대, Loctite™ 에폭시 E-30CL), 아크릴레이트들 (예컨대, 3M™ 접착제 2175) 을 포함할 수도 있다. 하나 이상의 매개 재료들은 경화성 겔 또는 액체로서 도포되고, 디포지션 동안 또는 그 이후에 경화되거나, 또는 디포지션 이전에 미리 형성 및 미리 경화될 수도 있다. 경화 방법들은 UV 경화, 열 경화, 화학적 경화, 또는 당업계에 공지된 다른 적합한 경화 방법들을 포함할 수도 있다. 인덱스 매칭 매개 재료들은 LCD 모듈 (204) 과 BLU (202) 의 엘리먼트들 사이에서 광학 손실들을 최소화하도록 선택될 수도 있다.
LCD 디스플레이 디바이스 (200) 는, 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함없이 다양한 실시형태들에 따라, 원통형, 사다리꼴형, 구형, 또는 타원형과 같지만 이에 한정되지 않는 기하학적 형상을 가질 수도 있다. LCD 디스플레이 디바이스 (200) 는 형상이 입방체인 것 또는 다른 직선 측면 형상들을 갖는 것으로 제약되지 않는다. LCD 디스플레이 디바이스 (200) 의 직사각형 단면 형상은 예시적인 목적이고 제한하는 것이 아님을 유의해야 한다. LCD 디스플레이 디바이스 (200) 는, 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함없이 다양한 실시형태들에 따라, 다른 단면 형상들 (예컨대, 사다리꼴형, 장타원형, 장사방형) 을 가질 수도 있다. X 축을 따라 유사한 치수들을 갖도록 도 2 에는 광학 캐비티 (212), 기판들 (216 및 228), 편광 필터 (214 및 222), 및 디스플레이 스크린 (230) 이 도시되지만, 당업자는, 이들 컴포넌트들의 각각이 다양한 실시형태들에 따라, 하나 이상의 방향들에서 서로 상이한 치수들을 가질 수도 있다는 것을 이해할 것임에 또한 유의해야 한다.
도 3 은 일 실시형태에 따른, 에지-릿 (edge-lit) LCD 디스플레이 디바이스 (300) 의 개략적인 분해 단면도를 도시한다. LCD 디스플레이 디바이스 (300) 는 BLU (302) 및 LCD 모듈 (204) 을 포함할 수도 있다. 도 2 의 엘리먼트들과 동일한 주석들을 가진 도 3 의 엘리먼트들이 상기에 설명된다.
BLU (302) 는 LED (310) (예를 들어, 청색 LED, 백색 LED 또는 UV LED), 도광판 (LGP) (312), 및 리플렉터 (308) 의 에지 어레이를 포함할 수도 있다. BLU (302) 는 LCD 모듈 (204) 을 통해 프로세싱되고 후속적으로 디스플레이 스크린 (230) 에 전달되고 이에 걸쳐 분포될 수도 있는 프라이머리 광 (예를 들어, 청색광, 백색광, UV 광, 또는 청색광과 UV 광의 조합) 을 제공하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, LED들 (310) 은 약 440 nm 내지 약 470 nm, 또는 약 445 nm 내지 약 455 nm의 피크 방출 파장을 갖는 광을 방출하는 청색 LED를 포함한다. 일부 실시형태들에 있어서, LED들 (310) 은 약 440 nm 내지 약 700 nm 의 범위 또는 다른 가능한 광 파장 범위들에서 광을 방출하는 백색 LED들을 포함한다. 일부 실시형태들에 있어서, LED들 (210) 은 420 ㎚ 미만, 또는 약 400 ㎚ 내지 약 410 ㎚, 또는 약 360 ㎚ 내지 약 370 ㎚의 피크 방출 파장을 갖는 광을 방출하는 UV LED를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 청색 LED는, 예를 들어, 450 nm 의 파장에서 청색 광을 방출하는 GaN LED 일 수도 있다. LED들 (310) 은, 예를 들어, Y-축을 따라 연장하는 라인으로 배열될 수 있다.
LGP (312) 는 일부 실시형태들에 따라, 광섬유 케이블들, 폴리머 또는 유리 고체 바디들, 이를 테면 플레이트들, 필름들, 용기들, 또는 다른 구조체들을 포함할 수도 있다. LGP (312) 의 사이즈는 LED (310) 의 궁극적인 어플리케이션 및 특성들에 의존할 수도 있다. LGP (312) 의 두께는 LED (310) 의 두께와 양립가능할 수도 있다. LGP (312) 의 다른 치수들은 LED (310) 의 치수들을 초과하여 확장하도록 설계될 수도 있으며, 수십 밀리미터 내지 수십 내지 수백 센티미터 정도일 수도 있다.
일부 실시형태들에 있어서, LGP (312) 의 재료들은 폴리카보네이트 (PC), 폴리 메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 메틸 메타크릴레이트, 스티렌, 아크릴 폴리머 수지, 유리 또는 다른 적합한 LGP 재료들을 포함할 수도 있다. LGP (312) 에 적합한 제조 방법들은 사출 몰딩, 압출, 또는 다른 적합한 실시형태들을 포함할 수도 있다. LGP (312) 는 LCD 모듈 (204) 에 들어가는 프라이머리 광이 균일한 컬러 및 밝기일 수도 있도록, 균일한 프라이머리 광 방출을 제공하도록 구성될 수도 있다. LGP (312) 는 전체 LGP (312) 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 두께를 포함할 수도 있다. 대안적으로, LGP (312) 는 웨지형 형상을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, LGP (312) 는 LED (310) 에 광학적으로 커플링될 수도 있고, LED (310) 에 물리적으로 연결되거나 LED (310) 로부터 탈착될 수도 있다. LGP (312) 를 LED (310) 에 물리적으로 연결하기 위해, 광학 투명 접착제가 사용될 수도 있다 (도시 안됨).
일부 실시형태들에 있어서, BLU (302) 는 LED들의 어레이 (도시 안됨) 를 포함할 수도 있으며, 그 LED들의 각각은 구조 및 기능에 있어서 LED (310) 와 유사할 수도 있다. LED들의 어레이는 LGP (312) 에 인접할 수도 있고 도 2 를 참조하여 논의된 바와 같이 프로세싱을 위해 및 디스플레이 스크린 (230) 으로의 후속 전달을 위해 LCD 모듈 (204) 에 프라이머리 광을 제공하도록 구성될 수도 있다.
일부 실시형태들에 있어서, 리플렉터 (308) 는 LGP (312) 로부터 방출되는 광의 양을 증가시키도록 구성될 수도 있다. 리플렉터 (308) 는 반사성 미러, 리플렉터 입자들의 필름, 반사성 금속 필름 또는 다른 적합한 종래의 리플렉터들과 같은 적합한 재료를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 리플렉터 (308) 는 백색 필름을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 리플렉터 (308) 는 산란, 확산기 또는 밝기 향상 피처들과 같은 추가적인 기능성 또는 피처들을 포함할 수도 있다.
형광층을 추가하는 것의 광학 효과
도 4는 상기 논의된 실시예 BODIPY 493/503 염료의 특성을 갖는 형광 염료층을 사용할 때 녹색 서브픽셀의 전체 피크 방출 및 FWHM에서의 미미한 변화를 나타내는 데이터의 그래프를 도시한다 (발광 나노구조체를 통과한 임의의 나머지 청색광의 99% 흡수를 가정함). 녹색 서브-픽셀의 피크 방출은 발광 나노구조체 (예를 들어, 양자점) 로부터의 흡수값의 범위에 대해 1 nm 미만으로 변한다. 유사하게, 발광 스펙트럼의 FWHM은 발광 나노구조체 (예를 들어, 양자점) 로부터의 동일한 범위의 흡수 값에 대해 0.3 nm 미만으로 변한다. 이는 형광 염료의 포함이 녹색 서브-픽셀의 예상된 광학 특성에 악영향을 미치지 않았음을 입증한다.
도 5는 상술한 예시적인 BODIPY 493/503 염료의 특성을 갖는 형광 염료층을 구비하거나 구비하지 않은 녹색 서브-픽셀의 전체 광자 변환 효율 (PCE) 을 나타내는 그래프를 도시한다. 양자점 흡수값에 형광 염료층을 사용하는 경우 녹색 서브-픽셀의 전체 광학 효율이 약 96% 미만으로 증가된다. 녹색 인듐계 양자점은 일반적으로 약 6 마이크로미터의 층 두께로 사용될 때 약 92%의 청색 광의 흡수율을 나타낸다.
배리어 층 코팅된 나노구조체의 예시적 실시형태
도 6 은 일 실시형태에 따른, 배리어 층 코팅된 발광 나노구조체 (NS) (600) 의 단면 구조체를 예시한다. 양자점은 NS (600) 의 일 예이다. 일부 실시형태에서, NS (600) 의 개체군은 발광 나노구조체 (236) 의 층에 포함될 수도 있다. 배리어 층 코팅된 NS (600) 는 NS (601) 및 배리어 층 (606) 을 포함한다. NS (601) 는 코어 (602) 및 쉘 (604) 을 포함한다. 코어 (602) 는 더 높은 에너지들의 흡수 시 광을 방출하는 반도체 재료를 포함한다. 코어 (602) 를 위한 반도체 재료의 예들은 인듐 포스파이드 (InP), 카드뮴 셀레나이드 (CdSe), 아연 설파이드 (ZnS), 납 설파이드 (PbS), 인듐 비소화물 (InAs), 인듐 갈륨 포스파이드 (InGaP), 카드뮴 아연 셀레나이드 (CdZnSe), 아연 셀레나이드 (ZnSe) 및 카드뮴 텔루라이드 (CdTe) 를 포함한다. 다이렉트 밴드 갭을 나타내는 임의의 다른 II-VI, III-V, 3 차 또는 4 차 반도체 구조체들도 물론 사용될 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 코어 (602) 는 또한, 일부 예들을 제공하기 위해 금속들, 합금들과 같은 하나 이상의 도펀트들을 포함할 수도 있다. 금속 도펀트의 예들은 아연 (Zn), 구리 (Cu), 알루미늄 (Al), 백금 (Pt), 크롬 (Cr), 텅스텐 (W), 팔라듐 (Pd), 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있지만 이에 한정되지 않는다. 코어 (602) 에서의 하나 이상의 도펀트들의 존재는 도핑되지 않은 NS들에 비해 NS (601) 의 구조적 및 광학적 안정성 및 QY 를 개선시킬 수도 있다.
코어 (602) 는, 일 실시형태에 따라, 직경에 있어서 20 nm 미만의 사이즈를 가질 수도 있다. 다른 실시형태에 있어서, 코어 (602) 는 직경에 있어서 약 1 nm 내지 약 5 nm 의 사이즈를 가질 수도 있다. 나노미터 범위의 코어 (602) 의 사이즈 및 결과적으로 NS (601) 의 사이즈를 맞추는 능력은 전체 광학 스펙트럼에서의 광방출 커버리지를 가능하게 한다. 일반적으로, 더 큰 NS들이 스펙트럼의 적색 말단을 향하여 광을 방출하는 한편, 더 작은 NS들은 스펙트럼의 청색 말단을 향하여 광을 방출한다. 이러한 효과는, 더 큰 NS들이 더 작은 NS들보다 더 가깝게 이격되는 에너지 레벨들을 가질 때 발생한다. 이는 NS 로 하여금 더 적은 에너지를 포함하는 광자들, 즉, 스펙트럼의 적색 말단에 더 가까운 광자들을 흡수하게 한다.
쉘 (604) 은 코어 (602) 를 둘러싸고 코어 (602) 의 외부 표면 상에 배치된다. 쉘 (604) 은 카드뮴 황화물 (CdS), 아연 카드뮴 황화물 (ZnCdS), 아연 셀렌화 황화물 (ZnSeS), 및 아연 황화물 (ZnS) 을 포함할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 쉘 (604) 은 두께 (604t), 예를 들어, 하나 이상의 단층들을 가질 수도 있다. 다른 실시형태들에 있어서, 쉘 (604) 은 약 1 nm 내지 약 5 nm 의 두께 (604t) 를 가질 수도 있다. 쉘 (604) 은 코어 (602) 와의 격자 미스매치를 감소시키고 NS (601) 의 QY 를 개선시키는 것을 돕도록 활용될 수도 있다. 쉘 (604) 은 또한, NS (601) 의 QY 를 증가시키기 위해 코어 (602) 상의 댕글링 본드들과 같은 표면 트랩 상태들을 패시베이션 및 제거하는 것을 도울 수도 있다. 표면 트랩 상태들의 존재는 비-방사 재결합 센터들을 제공하고 NS (601) 의 저감된 방출 효율에 기여할 수도 있다.
대안적인 실시형태들에 있어서, NS (601) 는 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함없이 쉘 (604) 상에 배치된 제 2 쉘 또는 코어 (602) 를 둘러싸는 2 초과의 쉘들을 포함할 수도 있다. 일 실시형태에서, 제 2 쉘은 2 개의 단층들 두께 정도일 수도 있고, 요구되지는 않지만, 통상적으로 또한 반도체 재료이다. 제 2 쉘은 코어 (602) 에 보호를 제공할 수도 있다. 제 2 쉘 재료는 아연 황화물 (ZnS) 일 수도 있지만, 본 발명의 범위 또는 사상으로부터 일탈함 없이 다른 재료들이 물론 사용될 수도 있다.
배리어 층 (606) 은 NS (601) 상의 코팅을 형성하도록 구성된다. 일 실시형태에 있어서, 배리어 층 (606) 은 쉘 (604) 의 외부 표면 (604a) 상에 그리고 그 외부 표면 (604a) 과 실질적으로 접촉하게 배치된다. 하나 이상의 쉘들을 갖는 NS (601) 의 실시형태들에 있어서, 배리어 층 (606) 은 NS (601) 의 최외곽 쉘 상에 그리고 그 최외곽 쉘과 실질적으로 접촉하게 배치될 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 배리어 층 (606) 은 NS (601) 와, 예를 들어 복수의 NS들을 갖는 용액, 조성물, 및/또는 필름에서의 하나 이상의 NS들 사이의 스페이서로서 작용하도록 구성되며, 여기서 복수의 NS들은 NS (601) 및/또는 배리어 층 코팅된 NS (600) 와 유사할 수도 있다. 그러한 NS 용액들, NS 조성물들, 및/또는 NS 필름들에 있어서, 배리어 층 (606) 은 인접한 NS들과의 NS (601) 의 응집을 방지하는 것을 도울 수도 있다. 인접한 NS들과 NS (601) 의 응집은 NS (601) 의 사이즈에서의 증가, 및 NS (601) 를 포함한 응집된 NS (도시 안됨) 의 광학 방출 특성들에서의 결과적인 감소 또는 ??칭을 야기할 수도 있다. 추가의 실시형태들에 있어서, 배리어 층 (606) 은, 예를 들어, NS (601) 의 구조적 및 광학적 특성들에 악영향을 줄 수도 있는 습기, 공기 및/또는 열악한 환경들 (예컨대, NS들의 리소그래픽 프로세싱 동안 및/또는 NS 기반 디바이스들의 제조 프로세스 동안에 사용되는 고온 및 화학물질들) 로부터 NS (601) 에 대한 보호를 제공한다.
배리어 층 (606) 은 비정질, 광학적 투명성 및/또는 전기적 비활성인 하나 이상의 재료들을 포함한다. 적합한 배리어 층들은 무기 산화물들 및/또는 질화물들과 같지만 이에 한정되지 않는 무기 재료들을 포함한다. 배리어 층 (606) 을 위한 재료들의 예들은 다양한 실시형태들에 따라, Al, Ba, Ca, Mg, Ni, Si, Ti, 또는 Zr 의 산화물들 및/또는 질화물들을 포함한다. 배리어 층 (606) 은, 다양한 실시형태들에 있어서, 약 8 nm 로부터 약 15 nm 까지의 범위에 이르는 두께 (606t) 를 가질 수도 있다.
도 6 에 예시된 바와 같이, 배리어 층 코팅된 NS (600) 는, 일 실시형태에 따라, 복수의 리간드들 또는 계면활성제들 (608) 을 추가적으로 또는 선택적으로 포함할 수도 있다. 리간드들 또는 계면활성제들 (608) 은, 일 실시형태에 따라, 배리어 층 (606) 의 외부 표면 상에서와 같이 배리어 층 코팅된 NS (600) 의 외부 표면에 흡착되거나 바인딩될 수도 있다. 복수의 리간드들 또는 계면활성제들 (608) 은 친수성 또는 극성 헤드들 (608a) 및 소수성 또는 비극성 테일들 (608b) 을 포함할 수도 있다. 친수성 또는 극성 헤드들 (608a) 은 배리어 층 (606) 에 바인딩될 수도 있다. 리간드들 또는 계면활성제들 (608) 의 존재는, 예를 들어, 그 형성 동안, 용액, 조성물, 및/또는 필름에서의 다른 NS들로부터 NS (600) 및/또는 NS (601) 를 분리하는 것을 도울 수도 있다. NS들이 그 형성 동안 응집하도록 허용되면, NS (600) 및/또는 NS (601) 와 같은 NS들의 양자 효율이 강하할 수도 있다. 리간드들 또는 계면활성제들 (608) 은 또한, 비극성 용매들에 혼화성을 제공하기 위한 또는 다른 화합물들이 바인딩하는 반응 사이트들 (예컨대, 역 미셀라 (micellar) 시스템들) 을 제공하기 위한 소수성과 같은 특정 특성들을 배리어 층 코팅된 NS (600) 에 부여하는데 사용될 수도 있다.
리간드들 (608) 로서 사용될 수도 있는 아주 다양한 리간드들이 존재한다. 일부 실시형태들에 있어서, 리간드는 라우르 산, 카프로 산, 미리스트 산, 팔미트 산, 스테아르 산 및 올레산으로부터 선택된 지방산이다. 일부 실시형태들에 있어서, 리간드는 트리옥틸포스핀 옥사이드 (TOPO), 트리옥틸포스핀 (TOP), 디페닐포스핀 (DPP), 트리페닐포스핀 옥사이드 및 트리부틸포스핀 옥사이드로부터 선택되는 유기 포스핀 또는 유기 포스핀 옥사이드이다. 일부 실시형태들에 있어서, 리간드는 도데실아민, 올레일아민, 헥사데실아민, 및 옥타데실아민으로부터 선택된 아민이다. 일부 실시형태들에 있어서, 리간드는 트리옥틸포스핀 (TOP) 이다. 일부 실시형태들에 있어서, 리간드는 올레일아민이다. 일부 실시형태에 있어서, 리간드는 디페닐포스핀이다.
계면활성제들 (608) 로서 사용될 수도 있는 매우 다양한 계면활성제들이 존재한다. 비이온성 계면활성제들이, 일부 실시형태들에 있어서 계면활성제들 (608) 로서 사용될 수도 있다. 비이온성 계면활성제들의 일부 예들은 폴리옥시에틸렌 (5) 노닐페닐에테르 (상품명 IGEPAL CO-520), 폴리옥시에틸렌 (9) 노닐페닐에테르 (IGEPAL CO-630), 옥틸페녹시 폴리(에틸렌옥시)에탄올 (IGEPAL CA-630), 폴리에틸렌 글리콜 올레일 에테르 (Brij 93), 폴리에틸렌 글리콜 헥사데실 에테르 (Brij 52), 폴리에틸렌 글리콜 옥타데실 에테르 (Brij S10), 폴리옥시에틸렌 (10) 이소옥틸시클로헥실 에테르 (Triton X-100), 및 폴리옥시에틸렌 분기된 노닐시클로헥실 에테르 (Triton N-101) 를 포함한다.
일부 실시형태들에서 음이온성 계면활성제들이 계면활성제들 (608) 로서 사용될 수도 있다. 음이온성 계면활성제들의 일부 예들은 나트륨 디옥틸 설포숙시네이트, 나트륨 스테아레이트, 나트륨 라우릴 설페이트, 나트륨 모노도데실 포스페이트, 나트륨 도데실벤젠설포네이트, 및 나트륨 미리스틸 설페이트를 포함한다.
일부 실시형태들에 있어서, NS들 (601 및/또는 600) 은 적색, 주황색, 및/또는 황색 범위와 같은 하나 이상의 다양한 컬러 범위들에서의 광을 방출하도록 합성될 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, NS들 (601 및/또는 600) 은 녹색, 및/또는 황색 범위에서의 광을 방출하도록 합성될 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, NS들 (601 및/또는 600) 은 청색, 남색, 자색, 및/또는 자외선 범위에서의 광을 방출하도록 합성될 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, NS들 (601 및/또는 600) 은 약 605 nm 와 약 650 nm 사이, 약 510 nm 와 약 550 nm 사이, 또는 약 300 nm 와 약 480 nm 사이의 프라이머리 방출 피크 파장을 갖도록 합성될 수도 있다.
NS들 (601 및/또는 600) 은 높은 QY 를 디스플레이하도록 합성될 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, NS들 (601 및/또는 600) 은 80% 와 95% 사이 또는 85% 와 90% 사이의 QY 를 디스플레이하도록 합성될 수도 있다.
따라서, 다양한 실시형태들에 따르면, NS들 (600) 은 NS들 (601) 상의 배리어 층 (606) 의 존재가 NS들 (601) 의 광학 방출 특성들을 실질적으로 변경 또는 퀀칭하지 않도록 합성될 수도 있다.
나노구조체 필름의 예시적 실시형태들
도 7 은 일 실시형태에 따른, NS 필름 (700) 의 단면도를 예시한다. 일부 실시형태들에 있어서, 발광 나노구조체들 (236) 의 층들은 NS 필름 (700) 과 유사할 수도 있다.
NS 필름 (700) 은 일 실시형태에 따라, 복수의 배리어 층 코팅된 코어-쉘 NS들 (600) (도 6) 및 매트릭스 재료 (710) 를 포함할 수도 있다. NS들 (600) 은, 일부 실시형태들에 따라, 매트릭스 재료 (710) 에 매립되거나 그렇지 않으면 배치될 수도 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "매립된 (embedded)" 은 NS들이 매트릭스의 주요 컴포넌트를 구성하는 매트릭스 재료 (710) 내에 인클로징되거나 인케이싱됨을 표시하는데 사용된다. NS들 (600) 은 일 실시형태에 있어서 매트릭스 재료 (710) 전반에 걸쳐 균일하게 분포될 수도 있지만, 다른 실시형태들에 있어서, NS들 (600) 은 어플리케이션-특정 균일성 분포 함수에 따라 분포될 수도 있음을 유의해야 한다. 비록 NS들 (600) 이 직경에 있어서 동일한 사이즈를 갖도록 도시되지만, 당업자는 NS들 (600) 이 사이즈 분포를 가질 수도 있음을 이해할 것임을 유의해야 한다.
일 실시형태에 있어서, NS들 (600) 은 청색 가시 파장 스펙트럼에서, 녹색 가시 파장 스펙트럼에서, 또는 적색 가시 파장 스펙트럼에서 방출하는 사이즈들을 갖는 NS들의 동질 개체군을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에 있어서, NS들 (600) 은 청색 가시 파장 스펙트럼에서 방출하는 사이즈들을 갖는 NS들의 제 1 개체군, 녹색 가시 파장 스펙트럼에서 방출하는 사이즈들을 갖는 NS들의 제 2 개체군, 및 적색 가시 파장 스펙트럼에서 방출하는 NS들의 제 3개체군을 포함할 수도 있다.
매트릭스 재료 (710) 는 NS들 (600) 을 하우징 가능한 임의의 적합한 호스트 매트릭스 재료일 수도 있다. 적합한 매트릭스 재료들은, NS 필름 (700) 을 디바이스들에 적용하는데 사용되는 임의의 주변 패키징 재료들 또는 층들 및 NS들 (600) 과 화학적으로 및 광학적으로 양립가능할 수도 있다. 적합한 매트릭스 재료는 프라이머리 및 세컨더리 광 양쪽에 대해 투명한 비-옐로우 광학 재료를 포함할 수 있어, 이에 의해 프라이머리 광 및 세컨더리 광 양쪽이 매트릭스 재료를 통해 투과할 수 있게 한다. 일 실시형태에 있어서, 매트릭스 재료 (710) 는 NS들 (600) 의 각각을 완전히 둘러쌀 수도 있다. 매트릭스 재료 (710) 는 가요성 또는 몰딩가능한 NS 필름 (700) 이 요망되는 애플리케이션들에서 유연할 수도 있다. 대안적으로, 매트릭스 재료 (710) 는 고강도, 비가요성 재료를 포함할 수도 있다.
매트릭스 재료 (710) 는 폴리머들 및 유기 및 무기 산화물들을 포함할 수도 있다. 매트릭스 재료 (710) 에서의 사용을 위한 적합한 폴리머들은, 그러한 목적을 위해 사용될 수 있는, 당업자에게 공지된 임의의 폴리머일 수도 있다. 폴리머는 실질적으로 반투명성이거나 실질적으로 투명성일 수도 있다. 매트릭스 재료 (710) 는 에폭시들, 아크릴레이트들, 노보넨 (norbornene), 폴리에틸렌, 폴리(비닐 부티랄):폴리(비닐 아세테이트), 폴리우레아, 폴리우레탄들; 아미노 실리콘 (AMS), 폴리페닐메틸실록산, 폴리페닐알킬실록산, 폴리디페닐실록산, 폴리디알킬실록산, 실세스퀴옥산들, 플루오르화 실리콘들, 및 비닐 및 하이드라이드 치환된 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 이관능성 모노머들과 가교된 폴리머들; 리간드 재료들을 가교시키는데 적합한 가교제들, 에폭시를 형성하기 위해 리간드 아민들 (예를 들어, APS 또는 PEI 리간드 아민들) 과 결합하는 에폭시드들 등을 포함할 수도 있지만 이에 한정되지 않는다.
일부 실시형태들에 있어서, 매트릭스 재료 (710) 는, NS 필름 (700) 의 광 변환 효율을 개선시킬 수도 있는 TiO2 마이크로비즈, ZnS 마이크로비즈, 또는 유리 마이크로비즈와 같은 산란 마이크로비즈를 포함한다. 일부 실시형태들에 있어서, 매트릭스 재료 (710) 는 도 2-도 3을 참조하여 형광층들 (238) 에서 전술한 형광 염료들과 같은 형광 재료를 포함할 수 있다.
다른 실시형태에 있어서, 매트릭스 재료 (710) 는 낮은 산소 및 습기 투과성을 갖고, 높은 광 및 화학적 안정성을 나타내고, 양호한 굴절률을 나타내고, NS들 (600) 의 외부 표면들에 부착하고, 따라서 NS들 (600) 을 보호하기 위한 기밀 밀봉을 제공할 수도 있다. 다른 실시형태에 있어서, 매트릭스 재료 (710) 는 롤-투-롤 프로세싱을 용이하게 하기 위해 UV 또는 열 경화 방법들로 경화가능할 수도 있다.
일부 실시형태들에 따르면, NS 필름 (700) 은 폴리머 (예를 들어, 포토레지스트) 에서 NS들 (600) 을 혼합하고 기판 상에 NS-폴리머 혼합물을 주조하는 것, NS들 (600) 을 모노머들과 혼합하고 이를 함께 중합하는 것, NS들 (600) 을 졸-겔에서 혼합하여 산화물을 형성하는 것, 또는 당업자에게 알려진 임의의 다른 방법에 의해 형성될 수도 있다.
일부 실시형태들에 따르면, NS 필름 (700) 의 형성은 필름 압출 프로세스를 포함할 수도 있다. 필름 압출 프로세스는 NS (600) 와 같은 배리어 층 코팅된 코어-쉘 NS들과 매트릭스 재료 (710) 의 동질 혼합물을 형성하는 것, 동질 혼합물을, 압출기에 공급되는 상부 장착 호퍼에 도입하는 것을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 동질 혼합물은 펠릿의 형태일 수도 있다. 필름 압출 프로세스는 슬롯 다이로부터 NS 필름 (700) 을 압출하는 것 및 압출된 NS 필름 (700) 을 냉각 롤들을 통해 통과시키는 것을 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 압출된 NS 필름 (700) 은 약 75㎛ 미만, 예를 들어, 약 70㎛ 내지 약 40㎛, 약 65㎛ 내지 약 40㎛, 약 60㎛ 내지 약 40㎛, 또는 약 50 ㎛ 내지 약 40 ㎛ 의 두께를 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, NS 필름 (700) 은 약 10㎛ 미만의 두께를 갖는다. 일부 실시형태들에 있어서, NS 필름 (700) 의 형성은 필름 압출 프로세스가 후속되는 이차 프로세스를 선택적으로 포함할 수도 있다. 세컨더리 프로세스는 NS 필름 (700) 의 상부 표면에 텍스처를 제공하기 위해 공압출, 열성형, 진공 성형, 플라즈마 처리, 몰딩, 및/또는 엠보싱과 같은 프로세스를 포함할 수도 있다. 텍스처링된 상부 표면 NS 필름 (700) 은, 예를 들어, NS 필름 (700) 의 정의된 광학 확산 특성 및/또는 정의된 각도 광학 방출 특성을 개선하는 것을 도울 수도 있다.
발광 나노구조체들의 예시적인 실시형태들
본 명세서에서는 발광 나노구조체들 (NS들) 을 갖는 다양한 조성물들이 설명된다. 흡수 특성들, 방출 특성들 및 굴절률 특성들을 포함하는, 발광 나노구조체들의 다양한 특성들이 다양한 적용들을 위해 맞춰지고 조정될 수도 있다.
NS들의 재료 특성들은 실질적으로 균질성일 수도 있거나, 또는 소정의 실시형태들에 있어서, 이질성일 수도 있다. NS들의 광학 특성들은 그들의 입자 사이즈, 화학 또는 표면 조성에 의해 결정될 수도 있다. 약 1 nm 와 약 15 nm 사이의 범위에서의 발광 NS 사이즈를 맞춤화하기 위한 능력은 전체 광학 스펙트럼에서의 광방출 커버리지가 컬러 렌더링에서의 큰 다기능성을 제공할 수 있게 할 수도 있다. 입자 캡슐화는 화학 및 UV 열화제들에 대한 강인성을 제공할 수도 있다.
본 명세서에서 설명된 실시형태들에서의 사용을 위한 발광 NS들은 당업자에게 공지된 임의의 방법을 사용하여 생성될 수도 있다. 적합한 방법들 및 예시적인 나노결정들은 미국 특허 제7,374,807호; 2004년 3월 10일자로 출원된 미국 특허 출원 제 10/796,832호; 미국 특허 제6,949,206호; 및 2004년 6월 8일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/578,236호에 개시되어 있으며, 이들의 각각의 개시들은 본 명세서에 전부 참조로 통합된다.
본 명세서에서 설명된 실시형태들에서의 사용을 위한 발광 NS들은 무기 재료, 및 보다 적합하게는 무기 전도성 또는 반전도성 재료를 포함하는 임의의 적합한 재료로부터 생성될 수도 있다. 적합한 반도체 재료들은 미국 특허 출원 제 10/796,832호에 개시된 것들을 포함할 수도 있고, 그룹 II-VI, 그룹 III-V, 그룹 IV-VI, 및 그룹 IV 반도체들을 포함하는 임의의 타입의 반도체를 포함할 수도 있다. 제 10/796,832호에서 개시된 것들을 포함할 수도 있고, 그룹 II-VI, 그룹 III-V, 그룹 IV-VI 및 그룹 IV 반도체들을 포함하는 임의의 타입의 반도체를 포함할 수도 있다. 적합한 반도체 재료들은 Si, Ge, Sn, Se, Te, B, C (다이아몬드 포함), P, BN, BP, BAs, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, BeS, BeSe, BeTe, MgS, MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SuS, SnSe, SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuF, CuCl, CuBr, CuI, Si3N4, Ge3N4, Al2O3, (Al,Ga,In)2(S,Se,Te)3, Al2CO, 및 2 이상의 그러한 반도체들의 적절한 조합을 포함할 수도 있다.
특정 실시형태들에 있어서, 발광 NS들은 p타입 도펀트 또는 n타입 도펀트로 이루어진 그룹으로부터의 도펀트를 가질 수도 있다. NS들은 또한 II-VI 또는 III-V 반도체들을 가질 수도 있다. II-VI 또는 III-V 반도체 NS들의 예들은 주기율표의 Zn, Cd 및 Hg 와 같은 그룹 II 로부터의 엘리먼트와 S, Se, Te 및 Po 와 같은 그룹 VI 으로부터의 임의의 엘리먼트와의 임의의 조합; 및 주기율표의 B, Al, Ga, In, 및 Tl 와 같은 그룹 III 으로부터의 엘리먼트와 N, P, As, Sb 및 Bi 와 같은 그룹 V 로부터의 임의의 엘리먼트와의 임의의 조합을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 설명된 발광 NS들은 또한, 그들의 표면에 공액된, 협력된, 연관된 또는 부착된 리간드들을 더 포함할 수도 있다. 적합한 리간드들은 미국 특허 제8,283,412호; 미국 특허공개 제 2008/0237540호; 미국 특허공개 제 2010/0110728호; 미국 특허 제8,563,133호; 미국 특허 제7,645,397호; 미국 특허 제7,374,807호; 미국 특허 제6,949,206호; 미국 특허 제7,572,393호; 및 미국 특허 제7,267,875호에 개시된 것들을 포함하여 당업자에게 공지된 임의의 그룹을 포함할 수도 있으며, 이들 각각의 개시들은 본 명세서에 참조로 통합된다. 그러한 리간드들의 사용은, 폴리머들을 포함하는 다양한 용매들 및 매트릭스들에 통합하기 위한 발광 NS들의 능력을 향상시킬 수도 있다. 다양한 용매들 및 매트릭스들에서의 발광 NS들의 혼화성 (즉, 분리 없이 혼합되는 능력) 을 증가시키는 것은, NS들이 함께 응집하지 않고 따라서 광을 산란시키지 않도록 폴리머 조성물 전반에 걸쳐 분포되게 할 수도 있다. 그러한 리간드들은 본 명세서에서 "혼화성 향상" 리간드들로서 설명된다.
특정 실시형태들에 있어서, 매트릭스 재료에 분포되거나 매립된 발광 NS들을 갖는 조성물들이 제공된다. 적합한 매트릭스 재료들은 폴리머 재료들, 유기 및 무기 산화물들을 포함하는, 당업자에게 공지된 임의의 재료일 수도 있다. 본 명세서에서 설명된 조성물들은 층들, 캡슐화재들, 코팅들, 시트들 또는 필름들일 수도 있다. 층, 폴리머층, 매트릭스, 시트 또는 필름에 대한 언급이 이루어지는 본 명세서에서 설명된 실시형태들에 있어서, 이들 용어들은 상호교환가능하게 사용되고, 그렇게 설명된 실시형태는 임의의 하나의 타입의 조성물로 제한되지 않지만, 본 명세서에서 설명되거나 당업계에 공지된 임의의 매트릭스 재료 또는 층을 포괄하는 것임이 이해되어야 한다.
(예를 들어, 미국 특허 제7,374,807호에 개시된 바와 같은) 하향 변환 NS들은 특정 파장의 광을 흡수하고 그 다음 제 2 파장에서 방출하고 그에 의해 액티브 소스들 (예컨대, LED들) 의 향상된 성능 및 효율을 제공하도록 맞춤화되는 발광 나노구조체들의 방출 특성들을 활용한다.
당업자에게 공지된 임의의 방법이 발광 NS들을 생성하기 위해 사용될 수도 있지만, 무기 나노 재료 포스퍼들의 제어된 성장을 위한 용액상 콜로이드법이 사용될 수도 있다. Alivisatos, A. P., "Semiconductor clusters, nanocrystals, and quantum dots", Science 271:933 (1996); X. Peng, M. Schlamp, A. Kadavanich, A. P. Alivisatos, "Epitaxial growth of highly luminescent CdSe/CdS Core/Shell nanocrystals with photostability and electronic accessibility", J. Am. Chem. Soc. 30:7019-7029 (1997); 및 C. B. Murray, D. J. Norris, M. G. Bawendi, "Synthesis and characterization of nearly monodisperse CdE (E=sulfur, selenium, tellurium) semiconductor nanocrystallites", J Am. Chem. Soc.115:8706 (1993) 을 참조, 이들의 개시들은 본 명세서에 전부 참조로 통합된다.
일 실시형태에 따르면, CdSe 가, 이 재료의 합성의 상대적인 성숙으로 인해, 하나의 예에서, 가시 광 하향-변환을 위해, NS 재료로서 사용될 수도 있다. 일반적 표면 화학의 사용으로 인해, 비-카드뮴 함유 NS들을 치환하는 것이 또한 가능할 수도 있다.
반도체 NS들에 있어서, 광-유도 방출이 NS 의 밴드 에지 상태들로부터 발생한다. 발광 NS들로부터의 밴드-에지 방출은 표면 전자 상태들로부터 발생하는 방사성 및 비-방사성 붕괴 채널들과 경합한다. X. Peng 등의, J Am. Chem. Soc. 30:7019-7029 (1997). 결과적으로, 댕글링 본드들과 같은 표면 결함들의 존재는 비-방사성 재결합 센터들을 제공하고 저감된 방출 효율에 기여한다. 표면 트랩 상태들을 패시베이션 및 제거하기 위한 효율적이고 영구적인 방법은 NS 의 표면 상에 무기 쉘 재료를 에피택셜하게 성장시키는 것일 수도 있다. X. Peng 등의, J. Am. Chem. Soc. 30:7019-7029 (1997). 쉘 재료는, 전자 레벨들이 (예컨대, 코어에 대해 전자 및 정공을 국부화하는 포텐셜 스텝을 제공하기 위한 더 큰 밴드갭으로) 코어 재료에 대해 타입 1 이도록 선택될 수도 있다. 결과적으로, 비-방사성 재결합의 확률이 감소될 수도 있다.
코어-쉘 구조체들은, 쉘 재료들을 함유하는 유기금속 전구체들을 코어 NS들을 함유하는 반응 혼합물에 추가함으로써 획득될 수도 있다. 이 경우에, 핵형성 이벤트 다음에 성장하기 보다는, 코어들은 핵들로서 작용하고, 쉘들은 그들의 표면으로부터 성장할 수도 있다. 반응의 온도는, 쉘 재료들의 나노결정들의 독립적인 핵형성을 방지하면서, 코어 표면에 대한 쉘 재료 모노머들의 첨가를 돕기 위해 낮게 유지된다. 반응 혼합물에서의 계면활성제들은 쉘 재료의 제어된 성장을 지향하고 용해성을 보장하기 위해 존재한다. 균일한 그리고 에피택셜로 성장된 쉘은, 그 2 개의 재료들 사이에 낮은 격자 미스매치가 존재할 경우 획득될 수도 있다.
코어-쉘 발광 NS들을 준비하기 위한 예시적인 재료들은 Si, Ge, Sn, Se, Te, B, C (다이아몬드 포함), P, Co, Au, BN, BP, BAs, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTc, BeS, BcSe, BcTe, MgS, MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuP, CuCl, CuBr, CuI, Si3N4, Ge3N4, Al2O3, (Al,Ga,In)2(S,Se,Te)3, AlCO를 포함할 수도 있지만 이에 한정되지 않고, 본 발명의 실시에서의 사용을 위한 쉘 발광 NS들은 (코어/쉘로서 표현됨), CdSe/ZnS, InP/ZnS, InP/ZnSe, PbSe/PbS, CdSe/CdS, CdTe/CdS, CdTe/ZnS, 및 기타 등등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 설명된 실시형태들에서의 사용을 위한 발광 NS들은 사이즈에 있어서 약 100 nm 미만일 수도 있고, 사이즈에 있어서 약 2 nm 미만에 이르기까지일 수도 있으며 본 발명은 가시광을 흡수할 수도 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 가시광은 인간의 눈에 보일 수 있는 약 380 나노미터와 약 780 나노미터 사이의 파장들을 갖는 전자기 방사이다. 가시광은 적색, 주황색, 황색, 녹색, 청색, 남색 및 자색과 같은 스펙트럼의 다양한 컬러들로 분리될 수 있다. 청색 광은 약 435 nm 와 약 495 nm 사이의 광을 포함할 수도 있고, 녹색 광은 약 495 nm 와 570 nm 사이의 광을 포함할 수도 있으며, 적색 광은 파장에 있어서 약 620 nm 와 약 750 nm 사이의 광을 포함할 수도 있다.
다양한 실시형태들에 따르면, 발광 NS들은, 자외선, 근적외선, 및/또는 적외선 스펙트럼들에 있는 광자들을 흡수하도록 하는 사이즈 및 조성을 가질 수도 있다. 자외선 스펙트럼은 약 100 nm 내지 약 400 nm 사이의 광을 포함할 수도 있고, 근적외선 스펙트럼은 파장에 있어서 약 750 nm 내지 약 100 ㎛ 사이의 광을 포함할 수도 있으며, 적외선 스펙트럼은 파장에 있어서 약 750 nm 내지 약 300 ㎛ 사이의 광을 포함할 수도 있다.
다른 적합한 재료의 발광 NS들이 본 명세서에서 설명된 다양한 실시형태들에서 사용될 수도 있지만, 특정 실시형태들에 있어서, NS들은 본 명세서에서 설명된 실시형태들에서의 사용을 위해 나노결정들의 개체군을 형성하도록 ZnS, InAs, CdSe, 또는 이들의 임의의 조합일 수도 있다. 상기 논의된 바와 같이, 추가의 실시형태들에 있어서, 발광 NS들은 CdSe/ZnS, InP/ZnSe, CdSe/CdS 또는 InP/ZnS 와 같은 코어/쉘 나노결정들일 수도 있다.
다양한 가용성 향상 리간드들의 추가를 포함하는 적합한 발광 나노구조체들, 발광 나노구조체들을 준비하는 방법들은 발행된 미국 특허공개공보 제 2012/0113672호에서 발견될 수 있고, 이것의 개시는 본 명세서에 참조로 전부 통합된다.
특정 실시형태들이 본 명세서에서 예시되고 설명되었지만, 청구항들은 설명되고 나타낸 부분들의 특정 형태들 또는 배열로 한정되지 않음이 이해되어야 한다. 본 명세서에 있어서, 예시적인 실시형태들이 개시되었고, 비록 특정 용어들이 채용되지만, 그 용어들은 오직 일반적이고 설명적인 의미에서만 사용되고 제한의 목적들을 위한 것은 아니다. 실시형태들의 수정들 및 변동들이 상기 교시들의 관점에서 가능하다. 따라서, 실시형태들은 구체적으로 설명된 것과 달리 실시될 수도 있음이 이해되어야 한다.
Claims (23)
- 디스플레이 디바이스로서,
전자기 (electromagnetic, EM) 스펙트럼의 제 1 파장 영역의 프라이머리 광을 방출하도록 구성된 광원을 포함하는 백라이트 유닛; 및
서브-픽셀을 갖는 픽셀을 포함하는 액정 디스플레이 (LCD) 모듈을 포함하고,
상기 서브-픽셀은,
발광 나노구조체의 층으로서, 상기 발광 나노구조체는 상기 프라이머리 광을 흡수하고 상기 제 1 파장 영역과 상이한 EM 스펙트럼의 제 2 파장 영역의 제 2 광을 방출하도록 구성되는, 상기 발광 나노구조체의 층, 및
상기 발광 나노구조체의 층을 통과한 상기 프라이머리 광을 흡수하고, 그리고 상기 EM 스펙트럼의 제 2 파장 영역의 제 3 광을 방출하도록 구성된 형광 재료의 층을 포함하는, 디스플레이 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 LCD 는 제 2 서브-픽셀을 더 포함하고:
상기 제 2 서브-픽셀은:
상기 제 1 및 제 2 파장 영역과 상이한 상기 EM 스펙트럼의 제 3 파장 영역의 제 4 광을 방출하도록 구성된 발광 나노구조체의 제 2 층, 및
상기 발광 나노구조체의 제 2 층을 통과한 상기 프라이머리 광을 흡수하고, 그리고 상기 EM 스펙트럼의 제 3 파장 영역의 제 5 광을 방출하도록 구성된 형광 재료의 제 2 층을 포함하는, 디스플레이 디바이스. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 발광 나노구조체의 층은 양자점 (QD) 의 층을 포함하는, 디스플레이 디바이스. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발광 나노구조체의 층은 녹색의 가시광을 방출하도록 구성되는, 디스플레이 디바이스. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발광 나노구조체의 층은 적색의 가시광을 방출하도록 구성되는, 디스플레이 디바이스. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발광 나노구조체의 층은 염료를 포함하는, 디스플레이 디바이스. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 형광 재료의 층은 상기 발광 나노구조체의 층 상에 직접 배치되는, 디스플레이 디바이스. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 형광 재료의 층은 10 ㎛ 미만의 두께를 갖는, 디스플레이 디바이스. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 LCD 는:
상기 EM 스펙트럼의 상기 제 1 파장 영역의 제 6 광을 방출하도록 구성된 제 3 서브-픽셀을 더 포함하고, 상기 제 6 광은 청색의 가시광인, 디스플레이 디바이스. - 발광 디바이스로서,
전자기 (EM) 스펙트럼의 제 1 파장 영역의 프라이머리 광을 방출하도록 구성된 광원;
상기 프라이머리 광을 흡수하고 상기 제 1 파장 영역과 상이한 EM 스펙트럼의 제 2 파장 영역의 제 2 광을 방출하도록 구성된 발광 나노구조체를 포함하는 제 1 필름; 및
상기 제 1 필름 상에 배치되고, 그리고 상기 제 1 필름을 통과한 상기 프라이머리 광을 흡수하고 상기 EM 스펙트럼의 상기 제 2 파장 영역의 제 3 광을 방출하도록 구성된 형광 재료를 포함하는 제 2 필름을 포함하는, 발광 디바이스. - 제 10 항에 있어서,
상기 발광 나노구조체의 층은 양자점 (QD) 의 층을 포함하는, 발광 디바이스. - 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 프라이머리 광을 흡수하고 상기 제 1 및 제 2 파장 영역과 상이한 상기 EM 스펙트럼의 제 3 파장 영역의 제 4 광을 방출하도록 구성된 발광 나노구조체를 포함하는 제 3 필름; 및
상기 제 3 필름 상에 배치되고, 그리고 상기 제 3 필름을 통과한 상기 프라이머리 광을 흡수하고, 상기 EM 스펙트럼의 상기 제 3 파장 영역의 제 5 광을 방출하도록 구성된 형광 재료를 포함하는 제 4 필름을 포함하는, 발광 디바이스. - 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
발광 나노구조체를 포함하는 제 1 필름은 녹색의 가시광을 방출하도록 구성되는, 발광 디바이스. - 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
발광 나노구조체를 포함하는 제 1 필름은 적색의 가시광을 방출하도록 구성되는, 발광 디바이스. - 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 필름에서의 형광 재료는 염료를 포함하는, 발광 디바이스. - 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 필름은 10 ㎛ 미만의 두께를 갖는, 발광 디바이스. - 픽셀의 어레이를 포함하는 디스플레이 디바이스로서,
상기 픽셀의 어레이의 픽셀은 서브-픽셀을 포함하고,
상기 서브-픽셀은:
발광 나노구조체의 층으로서, 발광 나노구조체는 전자기 (EM) 스펙트럼의 제 1 파장 영역의 프라이머리 광을 흡수하고 상기 제 1 파장 영역과 상이한 EM 스펙트럼의 제 2 파장 영역의 제 2 광을 방출하도록 구성되는, 상기 발광 나노구조체의 층, 및
상기 발광 나노구조체의 층을 통과한 상기 프라이머리 광을 흡수하고, 그리고 상기 EM 스펙트럼의 제 2 파장 영역의 제 3 광을 방출하도록 구성된 형광 재료의 층을 갖는, 디스플레이 디바이스. - 제 17 항에 있어서,
상기 디스플레이 디바이스는 제 2 서브-픽셀을 더 포함하고,
상기 제 2 서브-픽셀은:
상기 제 1 및 제 2 파장 영역과 상이한 상기 EM 스펙트럼의 제 3 파장 영역의 제 4 광을 방출하도록 구성된 발광 나노구조체의 제 2 층, 및
상기 발광 나노구조체의 제 2 층을 통과한 상기 프라이머리 광을 흡수하고, 그리고 상기 EM 스펙트럼의 제 3 파장 영역의 제 5 광을 방출하도록 구성된 형광 재료의 제 2 층을 포함하는, 디스플레이 디바이스. - 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
상기 발광 나노구조체의 층은 양자점 (QD) 의 층을 포함하는, 디스플레이 디바이스. - 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발광 나노구조체는 녹색의 가시광을 방출하도록 구성되는, 디스플레이 디바이스. - 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발광 나노구조체는 적색의 가시광을 방출하도록 구성되는, 디스플레이 디바이스. - 제 17 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 형광 재료의 층은 염료를 포함하는, 디스플레이 디바이스. - 제 17 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 형광 재료의 층은 10 ㎛ 미만의 두께를 갖는, 디스플레이 디바이스.
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