KR20220006087A - 광 추출 효율이 개선된 나노구조체 기반 디스플레이 디바이스들 - Google Patents

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데이비드 올메이저
찰스 호츠
뤼칭 마
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나노시스, 인크.
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Abstract

디스플레이 디바이스의 실시형태들이 설명된다. 디스플레이 디바이스는 광 소스를 갖는 백라이트 유닛 및 액정 디스플레이 (LCD) 모듈을 포함한다. LCD 모듈은 나노구조체 기반 컬러 변환 (NS 기반 CC) 층 및 광 추출 층을 포함한다. NS 기반 CC 층은, 광 소스로부터, 제 1 피크 파장을 갖는 프라이머리 광을 수신하고 프라이머리 광의 일부를 변환하여 제 2 피크 파장을 갖는 세컨더리 광의 제 1 부분을 방출하도록 구성된다. 제 2 피크 파장은 제 1 피크 파장과는 상이하다. 광 추출 층은 NS 기반 CC 층에 광학적으로 커플링되고 세컨더리 광의 제 2 부분의 내부 전반사를 방지하도록 구성된다. 광 추출 층은 나노미터 스케일의 하나 이상의 치수를 갖는 패터닝된 피처들을 갖는다.

Description

광 추출 효율이 개선된 나노구조체 기반 디스플레이 디바이스들
본 발명은 양자 도트들 (QD들) 과 같은 발광 나노구조체들을 갖는 컬러 변환 층들을 포함하는 디스플레이 디바이스들에 관한 것이다.
양자 도트들 (QD들) 과 같은 발광 나노구조체들 (NS들) 은 좁은 선폭으로 단일 스펙트럼 피크에서 광을 방출하여 고도로 포화된 컬러들을 생성하는 능력을 갖는 포스퍼들의 부류를 나타낸다. NS들의 사이즈에 기초하여 방출 파장을 튜닝하는 것이 가능하다. NS들은, 디스플레이 디바이스들 (예컨대, 액정 디스플레이 (LCD) 디바이스, 유기 발광 다이오드 (OLED) 디스플레이 디바이스) 에서 컬러 변환 (CC) 층 (컬러 하향 변환 층으로도 또한 지칭됨) 으로서 사용될 수 있는 NS 필름을 생성하는데 사용된다. 방출 디스플레이들에서의 NS 기반 CC 층의 사용은, 광이 컬러 필터를 통과하기 전에, 백색 광, 청색 광, 또는 자외선 (UV) 광을 적색 및/또는 녹색 파장 영역의 광으로 하향 변환함으로써 시스템 효율을 개선할 수 있다. NS 기반 CC 층의 사용은 필터링으로 인한 광 에너지의 손실을 감소시킬 수 있다.
NS 기반 CC 층들은 통상적으로 광이 방출되는 평면 상부 표면들을 갖는다. 그리고, 이들 층들은 통상적으로 광이 방출되는 매질 (medium) 에 비해 굴절률이 더 높기 때문에, NS들에 의해 생성된 광의 상당한 양이 내부 전반사 (total internal reflection) 를 통해 다시 CC 층들로 반사된다. 다중의 내부 전반사들 후에 광이 평면 상부 표면들을 통해 빠져나갈 수도 있지만, 내부 전반사들에 의해 야기된 발광의 지연은 디스플레이 디바이스들에서 상당한 광학 손실들을 초래할 수 있다. 이와 같이, NS 기반 디스플레이 디바이스들을 생성하는데 있어서의 과제들 중 하나는 NS 기반 디스플레이 디바이스들의 높은 외부 양자 효율을 위해 (예를 들어, 50%, 60%, 70%, 또는 80% 보다 큰) 높은 광 추출 효율을 달성하는 것이다.
본 개시는 NS 기반 CC 층들로부터 향상된 광 추출을 위한 광 추출 층들을 갖는 예시적인 고도로 효율적인 NS 기반 디스플레이 디바이스들을 제공한다. 본 개시는 또한 이를 제조하기 위한 예시적인 저가의 방법들을 제공한다.
일부 실시형태들에서, 광 추출 층은 NS 기반 디스플레이 디바이스의 NS 기반 CC 층으로부터 방출된 광에 지향성 (directivity) 을 제공하고 NS 기반 CC 층 내에서 방출된 광의 내부 전반사를 실질적으로 감소 또는 방지하여, NS 기반 디스플레이 디바이스의 광 추출 효율을 증가시키도록 (예컨대, 50%, 60%, 70%, 또는 80% 초과) 구성될 수 있다. 광 추출 층은 NS 기반 CC 층과 NS 기반 CC 층으로부터의 광이 방출될 수 있는 매질 사이에 불균일한 계면을 제공함으로써 내부 전반사를 실질적으로 감소 또는 방지할 수 있다. 불균일한 계면은 광 추출 층의 나노구조체식 피처들 (nanostructured features) 에 의해 제공될 수 있다. 나노구조체식 피처들은 광 추출 층의 기판 상에 또는 NS 기반 CC 층으로부터의 광이 방출되는 매질의 표면 상에 반복, 비반복, 및/또는 랜덤 패턴으로 전사 인쇄될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 나노구조체식 피처들 및/또는 광 추출 층의 기판은 NS 기반 CC 층과 매질 사이의 굴절률 매칭보다 NS 기반 CC 층과 더 나은 굴절률 매칭을 제공하기 위해 NS 기반 CC 층의 매트릭스 재료와 유사한 재료를 포함할 수 있다. 더 나은 굴절률 매칭은 또한 NS 기반 CC 층 내에서 방출된 광의 내부 전반사를 실질적으로 감소 또는 방지할 수 있다. 본 개시는 또한, 디스플레이 디바이스들의 하나 이상의 픽셀들을 통한 원치 않는 광의 누출을 실질적으로 감소 또는 제거함으로써 NS 기반 디스플레이 디바이스들의 컬러 색역 커버리지와 같은 디스플레이 성능을 개선시키기 위한 다양한 실시형태들을 제공한다.
일부 실시형태들에 따르면, 디스플레이 디바이스는 광 소스를 갖는 백라이트 유닛 및 액정 디스플레이 (LCD) 모듈을 포함한다. LCD 모듈은 나노구조체 기반 컬러 변환 (NS 기반 CC) 층 및 광 추출 층을 포함한다. NS 기반 CC 층은, 광 소스로부터, 제 1 피크 파장을 갖는 프라이머리 광을 수신하고 프라이머리 광의 일부를 변환하여 제 2 피크 파장을 갖는 세컨더리 광의 제 1 부분을 방출하도록 구성된다. 제 2 피크 파장은 제 1 피크 파장과는 상이하다. 광 추출 층은 NS 기반 CC 층에 광학적으로 커플링되고 세컨더리 광의 제 2 부분의 내부 전반사를 방지하도록 구성된다. 광 추출 층은 나노미터 스케일의 하나 이상의 치수를 갖는 패터닝된 피처들을 갖는다.
일부 실시형태들에 따르면, 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법은 액정 디스플레이 (LCD) 모듈의 제 1 부분 및 제 2 부분을 형성하는 단계, LCD 모듈의 제 1 부분 상에 LCD 모듈의 제 2 부분을 배치하는 단계, 및 LC 모듈의 제 2 부분 상에 디스플레이 스크린을 배치하는 단계를 포함한다. 제 1 부분을 형성하는 단계는 디스플레이 디바이스의 백라이트 유닛 (BLU) 상에 액정 용액 층을 배치하는 단계 및 액정 용액 층 상에 편광 필터를 배치하는 단계를 포함한다. 제 2 부분을 형성하는 단계는 광학 투명 기판 (optically transparent substrate) 상에 광 추출 층을 형성하는 단계 및 광 추출 층 상에 나노구조체 기반 컬러 변환 (NS 기반 CC) 층을 형성하는 단계를 포함한다.
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 않음에 유의한다. 그러한 실시형태들은 본 명세서에서 오직 예시적인 목적으로 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 및 도 2 는 일부 실시형태들에 따른, 광 추출 층을 갖는 액정 디스플레이 (LCD) 디바이스들의 분해 단면도들이다.
도 3 은 일부 실시형태들에 따른, 광 추출 층을 갖는 LCD 디바이스를 제조하기 위한 방법의 플로우 다이어그램이다.
도 4 는 일부 실시형태에 따른, 나노구조체의 단면도의 스키매틱이다.
도 5 는 일부 실시형태들에 따른, 나노구조체 필름의 스키매틱이다.
본 발명의 특징들 및 이점들은 도면들과 함께 취해질 경우에 하기에 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 않으면, 본 개시 전반에 걸쳐 제공된 도면들은 축적에 맞는 도면들로서 해석되지 않아야 한다.
특정 구성들 및 배열들이 논의될 수도 있지만, 이는 오직 예시적인 목적으로 수행됨이 이해되어야 한다. 당업자는, 다른 구성들 및 배열들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함 없이 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 이 발명은 또한 본 명세서에서 구체적으로 언급된 것들을 넘어 다양한 다른 애플리케이션들에서 채용될 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다. 본 명세서에서 나타나고 설명된 특정 구현들은 예들이고 어떠한 방식으로든 애플리케이션의 범위를 달리 한정하도록 의도되지 않음이 인식되어야 한다.
"하나의 실시형태", "일 실시형태", "예시적인 실시형태" 등에 대한 명세서에서의 언급들은, 설명된 실시형태가 특정 특징, 구조, 또는 특성을 포함할 수 있음을 나타내지만, 모든 실시형태가 그 특정한 특징, 구조, 또는 특성을 반드시 포함하지는 않을 수도 있음에 유의한다. 더욱이, 그러한 어구들은 반드시 동일한 실시형태를 지칭하지는 않는다. 추가로, 특정 특징, 구조 또는 특성은, 실시형태와 관련하여 설명될 경우, 명시적으로 설명되든지 아니든지 다른 실시형태들과 관련하여 그러한 특징, 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.
일부 실시형태들에서, 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 수 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, 전자 판독 디바이스들, 디지털 카메라들, 태블릿들, 웨어러블 디바이스들, 카 내비게이션 시스템들 등에 포함될 수 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.
일부 실시형태들에 있어서, 용어 "반응 혼합물을 형성하는 것" 또는 "혼합물을 형성하는 것" 은 컴포넌트들이 서로 반응하여 제 3 컴포넌트를 형성하기에 적합한 조건들 하에서 적어도 2 개의 컴포넌트들을 용기 내에서 결합하는 것을 지칭한다.
일부 실시형태들에 있어서, 용어들 "도광판", "도광부" 및 "도광 패널" 은 상호교환가능하게 사용되며, 전자기 방사 (광) 를 하나의 포지션으로부터 다른 포지션으로 지향하기에 적합한 광학 컴포넌트를 지칭한다.
일부 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, 분지형 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 등등) 재료의 적어도 하나의 쉘을 포함하며, 여기서, 상이한 재료 타입들은, 예를 들어, 나노와이어의 장축, 분지형 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; 예컨대, 나노와이어의 주축 (장축) 을 따라 또는 분지형 나노와이어의 아암의 장축을 따라 분포된다. 헤테로구조체 내의 상이한 영역들은 전적으로 상이한 재료들을 포함할 수 있거나, 또는 상이한 영역들은, 상이한 도펀트들, 또는 동일한 도펀트의 상이한 농도들을 갖는 베이스 재료 (예컨대, 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, 그 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 수직인 실질적으로 원형의 단면일 것이다. 단면이 원형이 아닌 경우, 직경은 그 단면의 장축 및 단축의 평균이다. 나노와이어와 같은, 세장형 또는 고 애스팩트 비 나노구조체에 대해, 직경은 나노와이어의 최장축에 수직인 단면에 걸쳐 측정된다. 구형 나노구조체에 대해, 직경은, 구 (sphere) 의 중심을 통해 일측으로부터 타측까지 측정된다.
용어들 "결정질" 또는 "실질적으로 결정질" 은, 나노구조체들에 대해 사용될 경우, 나노구조체들이 통상적으로 그 구조체의 하나 이상의 치수들에 걸쳐 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 결점들, 적층 결함들, 원자 치환들 등을 포함하는 구조체들을 포괄하도록 의도된다. 또한, 나노구조체의 코어와 외측 사이 또는 코어와 인접 쉘 사이 또는 쉘과 제 2 인접 쉘 사이의 계면은 비결정질 영역들을 포함할 수 있고 심지어 비정질일 수 있음이 인식될 것이다. 이것은, 나노구조체가 본 명세서에서 정의된 바와 같이 결정질이거나 또는 실질적으로 결정질인 것을 방지하지 못한다.
나노구조체에 관하여 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) 상호작용할 수 있는 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 척도를 지칭한다. 방출 스펙트럼의 경우, FWHM 은 피크 강도 값의 절반에서의 방출 스펙트럼의 폭을 지칭할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 포스터 (Forster) 반경은 당업계에서 포스터 거리로도 또한 지칭된다.
용어들 "휘도" 및 "밝기" 는 본 명세서에서 상호교환가능하게 사용되며, 광 소스의 단위 면적 또는 조명된 표면 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 내지 약 750 nm 의 범위에 이르는 파장들을 포함할 수 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 내지 약 570 nm 의 범위에 이르는 파장들을 포함할 수 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 내지 약 495 nm 의 범위에 이르는 파장들을 포함할 수 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 공지된 다양한 방법들 및 재료들에 대한 참조가 본 명세서에서 행해진다.
디스플레이 디바이스의 예시적인 실시형태들
도 1 은 일부 실시형태들에 따른, 광 추출 층 (140) 을 갖는 LCD 디스플레이 디바이스 (100) 의 분해 단면도의 스키매틱을 예시한다. 도 1 의 디스플레이 디바이스의 도면은 예시적인 목적으로 도시되며 축척에 맞게 그려지지 않을 수도 있다. LCD 디스플레이 디바이스 (100) 는 일부 실시형태들에 따라, 백라이트 유닛 (BLU) (102) 및 LCD 모듈 (104) 을 포함할 수 있다.
BLU (102) 는 광학 캐비티 (112), 및 광학 캐비티 (112) 에 커플링된 LED들 (110) (예컨대, 백색 LED들, 청색 LED들, 또는 이들의 조합) 의 어레이를 포함할 수 있다. 광학 캐비티 (112) 는 상부측 (103), 저부측 (105), 측벽들 (107), 및 상부측 (103), 저부측 (105) 및 측벽들 (107) 에 의해 한정된 폐쇄 용적을 포함할 수 있다. LED들 (110) 은 폐쇄 용적 내의 저부측 (105) 의 상부 표면 (105a) 에 커플링될 수 있다. LED들 (110) 은 LCD 모듈 (104) 을 통해 프로세싱되고 후속적으로 LCD 디스플레이 디바이스 (100) 의 디스플레이 스크린 (130) 으로 투과되고 그 디스플레이 스크린 (130) 에 걸쳐 분포될 수 있는 프라이머리 광 (예컨대, 청색 광 또는 백색 광) 을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, LED들 (110) 은 약 440 nm 내지 약 470 nm 의 범위에서 방출하는 청색 LED들을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, LED들 (110) 은 약 440 nm 내지 약 700 nm 의 범위 또는 다른 가능한 광 파장 범위들에서 방출하는 백색 LED들을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, LED들 (110) 의 어레이는, 상부 표면 (105a) 의 면적에 걸쳐 확산되는 LED들의 2 차원 어레이를 포함할 수 있으며, 그 면적은 디스플레이 스크린 (130) 의 표면적과 동일할 수 있다.
도 1 에는 2 개의 측벽들 (107) 이 도시되어 있지만, 광학 캐비티 (112) 는 다양한 실시형태들에 따라, 임의의 수의 측벽들 (107) 을 포함할 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들어, 광학 캐비티 (112) 는 입방체 형상을 가질 수 있고, 측벽들 (107) 과 유사한 4 개의 측벽들을 포함할 수 있다. 광학 캐비티 (112) 는 형상이 입방체인 것 또는 다른 각형 (straight-sided) 형상들을 갖는 것으로 제약되지 않는다. 광학 캐비티 (112) 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 수 있다. 도 1 에 예시된 바와 같은, 광학 캐비티 (112) 의 직사각형 단면 형상은 예시적인 목적이고 제한하는 것이 아님에 또한 유의해야 한다. 광학 캐비티 (112) 는, 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함 없이, 다양한 실시형태들에 따라, 다른 단면 형상들 (예컨대, 사다리꼴형, 장타원형, 장사방형) 을 가질 수 있다.
광학 캐비티 (112) 의 상부측 (103) 은, LED들 (110) 로부터의 광이 상부측 (103) 의 상부 표면 (103a) 을 가로질러 실질적으로 균일한 밝기 분포로 상부측 (103) 을 통해 광학 캐비티 (112) 에서 출사할 수도 있도록 광학 확산 및 투과층이도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 상부측 (103) 은, 상부측 (103) 에서 출사하는 광 밝기에서의 실질적으로 균일한 분포를 제공하도록 LED들 (110) 에 걸쳐 전략적으로 배열되는 광학 반투명 영역들 및 광학 투명 영역들을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 상부측 (103) 은, 직경들이 가변 사이즈들인 공극들 및 상부측 (103) 에서 출사하는 광 밝기에서의 실질적으로 균일한 분포를 제공하도록 전략적으로 배열되는 광학 반투명 영역들을 포함할 수 있다.
저부측 (105) 및/또는 측벽들 (107) 은, 정반사 상부 표면 (105a) 및/또는 정반사 측벽 내부 표면들 (107a) 을 각각 갖도록 구성되는 하나 이상의 재료들 (예컨대, 금속들, 비금속들, 및/또는 합금들) 로부터 구성될 수 있다. 예를 들어, 상부 표면 (105a) 및/또는 측벽 내부 표면들 (107a) 은 미러형 반사 특성들을 갖는 미러형 표면들일 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 상부 표면 (105a) 및/또는 측벽 내부 표면들 (107a) 은 완전 정반사 또는 부분 정반사 및 부분 산란성일 수 있다. 일부 다른 실시형태들에 있어서, 상부 표면 (105a) 및/또는 측벽 내부 표면들 (107a) 은 확산 리플렉터들을 포함한다.
대안적인 실시형태들에 있어서, 광학 캐비티 (112) 는 측벽 내부 표면들 (107a) 에 커플링된 정반사 리플렉터들 (109) 을 포함할 수 있다. 정반사 리플렉터들 (109) 은 광학 투명 접착제를 사용하여 측벽 내부 표면들 (107a) 에 커플링될 수 있다. 광학 투명 접착제는 테이프, 다양한 아교들, 폴리머 조성물들, 이를 테면 실리콘들 (silicones) 등을 포함할 수 있다. 추가의 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 수 있다.
정반사 상부 표면 (105a) 및 측벽 내부 표면들 (107a) 및 정반사 리플렉터들 (109) 은 LED들 (110) 로부터 저부측 (105) 및/또는 측벽들 (107) 을 통한 광의 흡수를 실질적으로 최소화할 수 있고, 따라서, 광학 캐비티 (112) 내에서의 휘도의 손실을 실질적으로 최소화하고 BLU (102) 의 광 출력 효율을 증가시킬 수 있다.
대안적인 실시형태들에 있어서, BLU (102) 는 광학 캐비티 (112) 와 LCD 모듈 (104) 사이에 배치된 하나 이상의 밝기 향상 필름들 (BEF들) (도시되지 않음) 을 더 포함할 수 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 적합한 밝기 향상 피처들을 가질 수 있다. BEF들의 밝기 향상 피처들은 프라이머리 광의 일부 (예컨대, 광학 캐비티 (112) 로부터의 청색 광) 를 광학 캐비티 (112) 를 향해 다시 반사하고, 이에 의해, 프라이머리 광의 재순환을 제공하도록 구성될 수 있다.
LCD 모듈 (104) 은 BLU (102) 로부터 수신된 광을, 디스플레이 스크린 (130) 으로의 투과 및 디스플레이 스크린 (130) 에 걸친 분포를 위한 원하는 특성들로 프로세싱하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, LCD 모듈 (104) 은 제 1 및 제 2 편광 필터들 (114 및 122) 과 같은 하나 이상의 편광 필터들, 제 1 및 제 2 광학 투명 기판들 (116 및 128) 과 같은 하나 이상의 광학 투명 기판들, 제 1 기판 (116) 상에 2-D 어레이로 배열된 스위칭 디바이스들 (118.1 내지 118.6), 액정 (LC) 용액 층 (120), 2-D 어레이로 배열된 픽셀들 (124.2-124.2) 과 같은 복수의 픽셀들, 픽셀들 (124.1-124.2) 과 광학 투명 기판 (128) 사이에 배치된 광 추출 층 (140), 및 디스플레이 스크린 (130) 을 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에 있어서, 픽셀 (124.1) 은 서브-픽셀들 (126.1 내지 126.3) 을 포함할 수 있고, 픽셀 (124.2) 은 서브-픽셀들 (126.4 내지 126.6) 을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 픽셀들 (124.1-124.2) 의 각각은, 예를 들어, 적색 서브-픽셀들 (126.1 및 126.4), 녹색 서브-픽셀들 (126.2 및 126.5), 및 청색 서브-픽셀들 (126.3 및 126.6) 을 각각 갖는 3 색성일 수 있다.
개별 픽셀들 (124.1-124.2) 에서의 적색, 녹색, 및 청색 서브-픽셀들 (126.1 내지 126.6) 의 배열 순서는 예시적이며 제한적이지 않다. 픽셀들 (124.1-124.2) 의 각각에서의 적색, 녹색, 및 청색 서브-픽셀들은 서로에 대해 임의의 순서로 배열될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 픽셀들 (124.1 및/또는 124.2) 은 적색, 녹색, 또는 청색 서브-픽셀들 (126.1 내지 126.6) 중 어느 하나를 갖는 단색일 수 있다. 도 1 에 도시된 픽셀들 및 스위칭 디바이스들의 수는 예시적이며 제한적이지 않다. LCD 모듈 (104) 은 본 개시의 사상 및 범위로부터 일탈함 없이 임의의 수의 스위칭 디바이스들 및 픽셀들을 가질 수 있다.
BLU (102) 로부터의 광은 제 1 편광 필터 (114) 를 통해 편광될 수 있고, 편광된 광은 LC 용액 층 (120) 으로 투과될 수 있다. LC 용액 층 (120) 은, LC 용액 층 (120) 으로부터의 광 투과의 양을 제어하기 위한 셔터들로서 작용할 수 있는 로드 (rod) 형상 분자들을 갖는 LC들 (132) 을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, LC들 (132) 은 3-D 어레이로 배열될 수 있다. LC들의 3-D 어레이의 컬럼들 (134.1 내지 134.6) 은 개별 스위칭 디바이스들 (118.1 내지 118.6) 에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 스위칭 디바이스들 (118.1 내지 118.6) 은, 예를 들어, 박막 트랜지스터들 (TFT들) 과 같은 트랜지스터들을 포함할 수 있다. LC들 (132) 을 제어함으로써, 컬럼들 (134.1 내지 134.6) 로부터 개별 서브-픽셀들 (126.1 내지 126.6) 로 이동하는 광의 양이 제어될 수 있고, 결과적으로, 서브-픽셀들 (126.1 내지 126.6) 로부터 투과하는 광의 양이 제어된다.
LC들 (132) 은 개별 스위칭 디바이스들 (118.1 내지 118.6) 에 의해 컬럼들 (134.1 내지 134.6) 에 인가된 전압에 의존하여 다양한 정도로 뒤틀릴 수 있다. LC들 (132) 의 뒤틀림을 제어함으로써, LC 용액 층 (120) 을 통과하는 광의 편광각이 제어될 수 있다. 그 다음, LC 용액 층 (120) 을 떠난 광은, 제 1 편광 필터 (114) 에 대해 90 도로 포지셔닝될 수 있는 제 2 편광 필터 (122) 를 통과할 수 있다. LC 용액 층 (120) 을 떠나고 제 2 편광 필터 (122) 에 들어가는 광의 편광의 각도는 얼마나 많은 광이 제 2 편광 필터 (122) 를 통과하고 제 2 편광 필터 (122) 로부터 출사 가능한지를 결정할 수 있다. 제 2 편광 필터 (122) 는 광을 감쇠하거나, 광을 차단하거나, 또는 광이 그 편광의 각도에 기초하여 감쇠 없이 통과하게 할 수 있다.
LC들의 컬럼들 (134.1 내지 134.6) 을 통해 이동하고 제 2 편광 필터 (122) 에서 출사하는 광의 부분들은 그 후 서브-픽셀들 (126.1 내지 126.6) 의 개별 서브-픽셀들에 들어갈 수 있다. 광의 이들 부분들은 디스플레이 스크린 (130) 에 걸친 광 분포를 위한 원하는 광학 특성들을 달성하기 위해 서브-픽셀들 (126.1 내지 126.6) 의 개별 서브-픽셀들을 통한 컬러 필터링의 스테이지를 거칠 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 서브-픽셀들 (126.1 내지 126.6) 의 각각은 서브-픽셀들 (126.1 내지 126.6) 에 들어가는 광의 부분들을 필터링할 수 있는 NC 기반 CC 층 (136) 을 포함할 수 있다.
NC 기반 CC 층들 (136) 은 일부 실시형태들에 따라, QD들 (예컨대, 도 4 를 참조하여 설명된 QD (400)) 과 같은 발광 나노구조체들을 포함할 수 있다. NS 기반 CC 층들 (136) 은 하향 변환기들일 수 있고, 여기서 서브-픽셀들 (126.1 내지 126.6) 의 개별 서브-픽셀들에 들어가는 광 (프라이머리 광으로도 또한 지칭됨) 의 부분들은, 예를 들어, NS 기반 CC 층들 (136) 에서의 발광 나노구조체들에 의해 흡수되고 프라이머리 광보다 더 낮은 에너지 또는 더 긴 파장을 갖는 세컨더리 광으로서 재방출될 수 있다.
일부 실시형태들에 있어서, 적색 서브-픽셀들 (126.1 및 126.4) 의 NS 기반 CC 층들 (136) 은 프라이머리 광을 흡수하고 가시 스펙트럼 광의 적색 파장 영역에서 프라이머리 방출 피크 파장을 갖는 제 1 세컨더리 광을 방출하는 발광 나노구조체들을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 녹색 서브-픽셀들 (126.2 및 126.5) 의 NS 기반 CC 층들 (136) 은, 프라이머리 광을 흡수하고 가시 스펙트럼 광의 녹색 파장 영역에서 프라이머리 방출 피크 파장을 갖는 제 2 세컨더리 광을 방출하는 발광 나노구조체들을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 청색 서브-픽셀들 (126.3 및 126.6) 의 NS 기반 CC 층들 (136) 은, 프라이머리 광을 흡수하고 가시 스펙트럼 광의 청색 파장 영역에서 프라이머리 방출 피크 파장을 갖는 제 3 세컨더리 광을 방출하는 발광 나노구조체들을 포함할 수 있다.
대안적인 실시형태들에 있어서, 청색 서브-픽셀들 (126.3 및 126.6) 은 NS 기반 CC 층들 (136) 대신 비-NS 기반 층들을 가질 수 있다. 비-NS 기반 층들은 QD들과 같은 발광 나노구조체들을 배제할 수 있고, 옵션으로, 청색 서브-픽셀들 (126.3 및 126.6) 을 위한 청색 LED들 (110) 로부터 프라이머리 광의 하향 변환이 필요하지 않기 때문에, BLU (102) 가 청색 LED들 (110) 을 가질 경우 청색 광에 광학적으로 투과성일 수 있다. 그러한 대안적인 실시형태들에 있어서, 차광 엘리먼트들 (138) 대신, 청색 서브-픽셀들 (126.3 및 126.6) 은 또한, 청색 광에 광학적으로 투과성인 비-NS 기반 층들을 가질 수 있다.
일부 실시형태들에 있어서, NS 기반 CC 층들 (136) 은, 제 2 편광 필터 (122) 상에 또는 광학 투명 기판 (도시되지 않음) 상에 서로 인접하게 배치된 세그먼트화된 필름들일 수 있다. 세그먼트화된 NS 기반 CC 층들 (136) 은 계면들을 통한 프라이머리 광의 누출을 방지하기 위해 인접한 NS 기반 CC 층들 (136) 사이의 계면들에 무시해도 될 정도의 갭이 있도록 하는 방식으로 배치될 수 있다. 대안적인 실시형태들에 있어서, NS 기반 CC 층들 (136) 의 각각은 연속적인 NS 기반 CC 층의 상이한 영역들일 수 있다.
옵션으로, 서브-픽셀들 (126.1 내지 126.6) 의 각각은, 일부 실시형태들에 따라, NS 기반 CC 층 (136) 상에 배치된 차광 엘리먼트 (138) 를 포함할 수 있다. NS 기반 CC 층들 (136) 로부터 방출한 세컨더리 광은 디스플레이 스크린 (130) 으로 이동하기 전에 차광 엘리먼트들 (138) 의 대응하는 차광 엘리먼트들을 통해 필터링될 수 있다.
차광 엘리먼트들 (138) 은 세컨더리 광 (예컨대, 상기 논의된 제 1, 제 2, 및/또는 제 3 세컨더리 광) 으로 하여금 NS 기반 CC 층들 (136) 에 의해 흡수되지 않고 세컨더리 광으로 하향 변환되지 않는 프라이머리 광 (예컨대, 청색 광) 의 부분들을 통과 및 차단하게 하도록 구성될 수 있다. NS 기반 CC 층들 (136) 에서 누출되었을 수도 있는 프라이머리 광의 원치 않는 부분들은 이들을 흡수 및/또는 산란시킴으로써 차단될 수 있다. NS 기반 CC 층들 (136) 로부터 디스플레이 스크린 (130) 으로의 변환되지 않은 프라이머리 광의 누출은 LCD 디스플레이 디바이스 (100) 의 컬러 색역 커버리지에 악영향을 줄 수 있다. 그러한 누출을 방지하기 위한 차광 엘리먼트들 (138) 의 사용은 또한, NS 기반 CC 층들 (136) 에 포함된 발광 나노구조체들의 밀도를 감소시킴으로써 LCD 디스플레이 디바이스 (100) 의 제조 비용을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 프라이머리 광의 실질적으로 모든 부분들을 흡수하기 위해 발광 나노구조체들을 사용하는 대신 NS 기반 CC 층들 (136) 에 흡수되지 않는 프라이머리 광의 임의의 부분들이 차광 엘리먼트들 (138) 에 의해 필터링될 수 있기 때문에, 발광 나노구조체들의 밀도는 감소될 수 있다.
차광 엘리먼트들 (138) 은 또한, LCD 디스플레이 디바이스 (100) 의 원하는 컬러 색역 커버리지를 달성하기 위해 세컨더리 광 (예컨대, 상기 논의된 제 1, 제 2, 및/또는 제 3 세컨더리 광) 의 스펙트럼 방출 폭들 (방출 스펙트럼의 폭으로도 또한 지칭됨) 을 튜닝하도록 구성될 수 있다. 스펙트럼 방출 폭들의 튜닝은 밝기의 현저한 감소 없이 원하는 컬러 색역 커버리지를 달성하기 위해 세컨더리 광으로부터 하나 이상의 파장들을 흡수하여 이들의 스펙트럼 방출 폭들을 협소화시킬 것을 요구할 수 있다. 예를 들어, 차광 엘리먼트들 (138) 이 없는 디스플레이 디바이스들과 비교하여, 이러한 튜닝 프로세스로 인한 밝기의 감소가 10% 미만 (예컨대, 약 8%, 약 5%, 약 3%, 또는 약 1%) 일 수 있다. QD들과 같은 발광 나노구조체들을 갖는 NS 기반 CC 층들 (136) 로부터의 세컨더리 광이 통상적으로 좁은 스펙트럼 방출 폭들을 나타냄에 따라, 튜닝 프로세스는 유사한 컬러 색역 커버리지를 달성하기 위해 비-QD 기반 디스플레이 디바이스들에서 요구된 바와 같이 원하는 컬러 색역 커버리지를 달성하기 위해 넓은 범위의 파장들의 흡수를 요구하지 않을 수도 있다.
차광 엘리먼트들 (138) 은 하나 이상의 비-포스퍼 재료들을 포함할 수 있다. 즉, 하나 이상의 비-포스퍼 재료들은 광학 흡수 특성들 및/또는 광학 산란 특성들을 나타내지만 광학 방출 특성들을 나타내지는 않는다. 하나 이상의 비-포스퍼 재료들은 상기 설명된 차단 및 튜닝 프로세스들 동안 흡수 및/또는 산란을 요구하는 오직 하나 이상의 파장들 또는 파장들의 범위만을 흡수하기 위한 그 광학 흡수 특성들 및/또는 산란하기 위한 그 산란 특성들에 기초하여 선택될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 하나 이상의 비-포스퍼 재료들은 동일한 흡수 특성을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 하나 이상의 비-포스퍼 재료들의 각각은 서로 상이한 흡수 특성을 포함한다.
하나 이상의 비-포스퍼 재료들은, 차광 엘리먼트들 (138) 을 형성하기 위해 LCD 디스플레이 디바이스 (100) 의 NS 기반 CC 층들 (136) 또는 임의의 다른 층/구조체 (예컨대, 광 추출 층 (140)) 상에 저가로 배치될 수 있도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 비-포스퍼 재료들은 염료 (예컨대, 협대역 유기 엑시톤 P491 염료), 잉크, 페인트, 폴리머 재료, 및/또는 스프레이되거나, 페인팅되거나, 스핀 코팅되거나, 인쇄되거나, 또는 임의의 다른 적합한 저온 (예컨대, 100 ℃ 미만) 디포지션 방법에 의한 것일 수 있는 임의의 재료일 수 있다. 인쇄는, 예를 들어, 플로터, 잉크젯 프린터, 또는 스크린 프린터를 사용하여 수행될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 하나 이상의 비-포스퍼 재료들은 NS 기반 CC 층들 (140) 상에 또는 광 추출 층 (140) 상에 직접 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 하나 이상의 비-포스퍼 재료들은 티타늄 산화물, 아연 산화물, 아연 황화물, 실리콘, 또는 이들의 조합의 필름들 또는 입자들 (예컨대, 약 100 nm 내지 약 500 ㎛ 의 범위에 이르는 직경들을 갖는 입자들) 을 포함하는 산란 재료들일 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 차광 엘리먼트들 (138) 은, 하나 이상의 비-포스퍼 재료들이 그 위에 배치된 기판을 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에 있어서, 차광 엘리먼트들 (138) 은 NS 기반 CC 층들 (236) 상에 또는 광 추출 층 (140) 상에 인접하게 배치되는 세그먼트화된 필름들일 수 있다. 세그먼트화된 차광 엘리먼트들 (138) 은 인접한 차광 엘리먼트들 (138) 사이의 계면들에 무시해도 될 정도의 갭이 있도록 하는 방식으로 배치될 수 있다. 대안적인 실시형태들에 있어서, 차광 엘리먼트들 (138) 의 각각은 NS 기반 CC 층들 (140) 상에 또는 광 추출 층 (140) 상에 배치된 연속 필름의 상이한 영역들일 수 있다.
일부 실시형태들에 있어서, 차광 엘리먼트들 (138) 은 도 1 에 도시된 바와 같이 별도의 구조가 아닐 수도 있고, NS 기반 CC 층들 (136) 에 포함될 수 있다. 즉, NS 기반 CC 층들 (136) 은 차광 엘리먼트들 (138) 과 함께, 상기 설명된 바와 같이, 발광 나노구조체들을 포함하는 복합 필름일 수 있다. 염료, 잉크, 페인트, 폴리머 재료, 산란 재료들 (예컨대, 약 100 nm 내지 약 500 μm 의 범위에 이르는 직경들을 갖는 입자들), 또는 이들의 조합과 같은 차광 엘리먼트들 (138) 의 하나 이상의 비-포스퍼 재료들은 NS 기반 CC 층들 (136) 의 매트릭스에 통합되거나 또는 매립될 수 있다. 하나 이상의 비-포스퍼 재료들은, NS 기반 CC 층들 (136) 의 매트릭스에 분산될 수 있는 나노구조체식 재료들을 포함할 수 있다. 이들 나노구조체식 재료들은 광학 흡수 특성들 및/또는 광학 산란 특성들을 나타낼 수 있으며, 어떠한 광학 방출 특성들도 나타내지 않을 수도 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 차광 엘리먼트들 (138) 은 광학 투명 기판 (128) 에 포함될 수 있으며, 이는 또한 LCD 모듈 (104) 및/또는 BLU (102) 의 하부 층들 및/또는 구조체들에 환경적 밀봉을 제공하도록 구성될 수 있다. 대안적인 실시형태들에 있어서, 차광 엘리먼트들 (138) 은 기판 (128) 과 NS 기반 CC 층들 (136) 사이에 포지셔닝될 수 있는 제 2 편광 필터 (122) 에 포함될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 차광 엘리먼트들 (138) 은, 예를 들어, 세컨더리 광을 투과시키면서 프라이머리 광 (예컨대, 청색 광) 을 반사할 수 있는 이색성 필터들일 수 있다.
일부 실시형태들에 있어서, 광 추출 층 (140) 은 기판 (128) 의 표면 (128a) 상에 배치될 수 있다. 광 추출 층 (140) 은 기판 (142) 상에 배치된 나노구조체식 피처들 (144) 및 광학 투명 기판 (142) 을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 광 추출 층 (140) 은 기판 (142) 을 포함하지 않을 수도 있고 표면 (128a) 상에 직접 형성된 나노구조체식 피처들 (144) 을 가질 수 있다. 나노구조체식 피처들 (144) 은 전사 인쇄 방법을 사용하여 기판 (142) 또는 표면 (128a) 상에 형성될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 나노구조체식 피처들 (144) 은 기판 (142) 또는 표면 (128a) 상에 반복 패턴, 랜덤 패턴, 또는 이들의 조합으로 배열될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 나노구조체식 피처들 (144) 은 기판 (142) 또는 표면 (128a) 상에 주름진 표면 (corrugated surface) 을 형성하도록 배열될 수 있다. 주름진 표면은 1 차원 (예컨대, 스트립형), 2 차원 (예컨대, 기둥형), 및/또는 3 차원 (예컨대, 구형) 나노구조체식 피처들 (144) 의 어레이로 형성될 수 있다. 나노구조체식 피처들 (144) 은 임의의 3 차원 기하학적 형상 (예컨대, 구형, 원추형, 원통형, 입방체, 타원형, 또는 사다리꼴형) 을 가질 수 있다. X-축 (예컨대, 폭) 을 따른 나노구조체식 피처들 (144) 의 측면 치수는 약 1 ㎛ 미만일 수 있거나 또는 약 10 nm 내지 약 100 nm (예컨대, 약 10 nm, 약 20 nm, 약 30 nm, 약 40 nm, 약 50 nm, 또는 약 60 nm) 의 범위일 수 있다. Z-축 (예컨대, 높이) 을 따른 나노구조체식 피처들 (144) 의 수직 치수는 약 1 ㎛ 미만일 수 있거나 또는 약 10 nm 내지 약 100 nm (예컨대, 약 10 nm, 약 20 nm, 약 30 nm, 약 40 nm, 약 50 nm, 또는 약 60 nm) 의 범위일 수 있다. 도 1 의 나노구조체식 피처들 (144) 의 배열 및 형상은 예시적이며 제한적이지 않다.
나노구조체식 피처들 (144) 을 갖는 광 추출 층 (140) 은 차광 엘리먼트들 (138) 이 옵션으로 부재할 때 기판 (128) 과 차광 엘리먼트들 (138) 또는 NS 기반 CC 층들 (136) 사이에 불균일한 계면을 제공할 수 있다. 불균일한 계면은 NS 기반 CC 층들 (136) 에 의해 생성되고/되거나 차광 엘리먼트들 (138) 에 의해 방출된 광이 개별 차광 엘리먼트들 (138) 또는 NS 기반 CC 층들 (136) 내에서 방출된 또는 생성된 광의 내부 전반사로 인해 NS 기반 CC 층들 (136) 로 다시 반사되는 것을 실질적으로 감소 또는 방지할 수 있다. 그 결과, 나노구조체식 피처들 (144) 을 갖는 광 추출 층 (140) 은 광 추출 층 (140) 이 없는 디스플레이 디바이스들과 비교하여 NS 기반 CC 층들 (136) 로부터 추출되고 NS 기반 디스플레이 디바이스 (100) 로부터 출력된 광의 양을 상당히 증가시킬 수 있다.
일부 실시형태들에 있어서, 기판 (142) 및/또는 나노구조체식 피처들 (144) 은 NS 기반 CC 층들 (136) 과 기판 (128) 사이의 굴절률 매칭보다 NS 기반 CC 층들 (136) 과 더 나은 굴절률 매칭을 제공하기 위해 NS 기반 CC 층들 (136) 의 매트릭스 재료 (예컨대, 도 5 에서 설명된 바와 같은 매트릭스 재료 (510)) 와 유사한 재료를 포함할 수 있다. 이것은, 통상적으로 NS 기반 CC 층들 (136) 의 매트릭스 재료가 기판 (128) 보다 더 높은 굴절률을 갖고, 더 높은 굴절률 재료 (예컨대, NS 기반 CC 층들 (136)) 의 광이 임계각보다 더 큰 각도로 더 낮은 굴절률 재료 (예컨대, 기판 (128)) 를 갖는 계면에 부딪히면, 더 높은 굴절률 재료를 통과하는 대신, 그 광이 더 높은 굴절률 재료로 다시 구부러질 수 있기 때문이다. 이것은 내부 전반사로 지칭될 수 있다. 따라서, 더 나은 굴절률 매칭은 또한 개별 차광 엘리먼트들 (138) 또는 NS 기반 CC 층들 (136) 내에서 방출된 또는 생성된 광의 내부 전반사를 실질적으로 감소 또는 방지할 수 있다.
디스플레이 스크린 (130) 은 이미지들을 생성하도록 구성될 수 있다. 디스플레이 스크린 (130) 은 일부 실시형태에 따라 터치 스크린 디스플레이일 수 있다. LCD 디스플레이 디바이스 (100) 는 LCD 디스플레이 디바이스 (100) 에서의 인접한 엘리먼트들 중 임의의 것들 사이에, 예컨대, 광학 캐비티 (112) 와 LCD 모듈 (104) 사이에, LC 용액 층 (120) 의 양편에, 또는 LCD 디스플레이 디바이스 (100) 의 임의의 다른 엘리먼트들 사이에 배치된 하나 이상의 매개 재료들 (도시되지 않음) 을 더 포함할 수 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, 반사 또는 반사방지 재료들, 파장 선택적 재료들, 파장 선택적 반사방지 재료들, 또는 다른 적합한 매개 재료를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 적합한 재료들은 실리콘들, 실리콘 겔들, 실리카 겔, 에폭시들 (예컨대, Loctite™ 에폭시 E-30CL), 아크릴레이트들 (예컨대, 3M™ 접착제 2175) 을 포함할 수 있다. 하나 이상의 매개 재료들은 경화성 겔 또는 액체로서 도포되고, 디포지션 동안 또는 그 이후에 경화되거나, 또는 디포지션 이전에 미리 형성 및 미리 경화될 수 있다. 경화 방법들은 UV 경화, 열 경화, 화학적 경화, 또는 당업계에 공지된 다른 적합한 경화 방법들을 포함할 수 있다. 인덱스 매칭 매개 재료들은 LCD 모듈 (104) 과 BLU (102) 의 엘리먼트들 사이에서 광학 손실들을 최소화하도록 선택될 수 있다.
LCD 디스플레이 디바이스 (100) 는, 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함 없이 다양한 실시형태들에 따라, 원통형, 사다리꼴형, 구형, 또는 타원형과 같지만 이에 한정되지 않는 기하학적 형상을 가질 수 있다. LCD 디스플레이 디바이스 (100) 는 형상이 입방체인 것 또는 다른 각형 형상들을 갖는 것으로 제약되지 않는다. LCD 디스플레이 디바이스 (100) 의 직사각형 단면 형상은 예시적인 목적이고 제한하는 것이 아님에 유의해야 한다. LCD 디스플레이 디바이스 (100) 는, 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함 없이 다양한 실시형태들에 따라, 다른 단면 형상들 (예컨대, 사다리꼴형, 장타원형, 장사방형) 을 가질 수 있다. X 축을 따라 유사한 치수들을 갖도록 도 1 에는 광학 캐비티 (112), 기판들 (116 및 128), 편광 필터 (114 및 122), 및 디스플레이 스크린 (130) 이 도시되지만, 당업자는, 이들 컴포넌트들의 각각이 다양한 실시형태들에 따라, 하나 이상의 방향들에서 서로 상이한 치수들을 가질 수 있다는 것을 이해할 것임에 또한 유의해야 한다.
도 2 는 일부 실시형태들에 따른, 광 추출 층 (140) 을 갖는 에지-릿 (edge-lit) LCD 디스플레이 디바이스 (200) 의 분해 단면도의 스키매틱을 예시한다. LCD 디스플레이 디바이스 (200) 는 BLU (202) 및 LCD 모듈 (104) 을 포함할 수 있다. 도 1 의 엘리먼트들과 동일한 주석들을 갖는 도 2 의 엘리먼트들은 상기에 설명된다.
BLU (202) 는 LED (210) (예컨대, 청색 LED), 도광판 (LGP) (212), 및 리플렉터 (208) 를 포함할 수 있다. BLU (202) 는 LCD 모듈 (104) 을 통해 프로세싱되고 후속적으로 디스플레이 스크린 (130) 으로 투과되고 그 디스플레이 스크린 (130) 에 걸쳐 분포될 수 있는 프라이머리 광 (예컨대, 청색 광) 을 제공하도록 구성될 수 있다. 청색 LED 는 약 440 nm 내지 약 470 nm 의 범위에서 방출할 수 있다. 일부 실시형태들에 따르면, 청색 LED 는, 예컨대, 450 nm 의 파장에서 청색 광을 방출하는 GaN LED 일 수 있다.
LGP (212) 는 일부 실시형태들에 따라, 광섬유 케이블들, 폴리머 또는 유리 고체 바디들, 이를 테면 플레이트들, 필름들, 용기들, 또는 다른 구조체들을 포함할 수 있다. LGP (212) 의 사이즈는 LED (210) 의 궁극적인 적용 및 특성들에 의존할 수 있다. LGP (212) 의 두께는 LED (210) 의 두께와 양립가능할 수 있다. LGP (212) 의 다른 치수들은 LED (210) 의 치수들을 초과하여 확장하도록 설계될 수 있으며, 수십 밀리미터 내지 수십 내지 수백 센티미터 정도일 수 있다.
일부 실시형태들에 있어서, LGP (212) 의 재료들은 폴리카보네이트 (PC), 폴리 메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 메틸 메타크릴레이트, 스티렌, 아크릴 폴리머 수지, 유리, 또는 다른 적합한 LGP 재료들을 포함할 수 있다. LGP (212) 에 적합한 제조 방법들은 사출 몰딩, 압출, 또는 다른 적합한 실시형태들을 포함할 수 있다. LGP (212) 는 LCD 모듈 (104) 에 들어가는 프라이머리 광이 균일한 컬러 및 밝기일 수 있도록, 균일한 프라이머리 광 방출을 제공하도록 구성될 수 있다. LGP (212) 는 전체 LGP (212) 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 두께를 포함할 수 있다. 대안적으로, LGP (212) 는 쐐기형 형상을 가질 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, LGP (212) 는 LED (210) 에 광학적으로 커플링될 수 있고 LED (210) 에 물리적으로 연결되거나 또는 그로부터 분리될 수 있다. LGP (212) 를 LED (210) 에 물리적으로 연결하기 위해, 광학 투명 접착제가 사용될 수 있다 (도시되지 않음).
일부 실시형태들에 있어서, BLU (202) 는 LED들의 어레이 (도시되지 않음) 를 포함할 수 있으며, 그 LED들의 각각은 구조 및 기능에 있어서 LED (210) 와 유사할 수 있다. LED들의 어레이는 LGP (212) 에 인접할 수 있고 도 1 을 참조하여 상기 논의된 바와 같이, 디스플레이 스크린 (130) 으로의 후속 투과를 위해 그리고 프로세싱을 위해 프라이머리 광을 LCD 모듈 (104) 에 제공하도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태들에 있어서, 리플렉터 (208) 는 LGP (212) 로부터 방출되는 광의 양을 증가시키도록 구성될 수 있다. 리플렉터 (208) 는 반사 미러, 리플렉터 입자들의 필름, 반사 금속 필름 또는 다른 적합한 종래의 리플렉터들과 같은 적합한 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 리플렉터 (208) 는 백색 필름을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 리플렉터 (208) 는 산란, 확산기, 또는 밝기 향상 피처들과 같은 추가적인 기능 또는 피처들을 포함할 수 있다.
디스플레이 장치를 제조하기 위한 예시적인 방법들
도 3 은 일부 실시형태들에 따른, 디스플레이 디바이스들 (100 및/또는 200) 을 제조하기 위한 예시적인 방법 (300) 의 플로우 다이어그램이다. 단계들은 특정 애플리케이션들에 의존하여 상이한 순서로 수행되거나 또는 수행되지 않을 수 있다. 방법 (300) 은 완전한 디스플레이 디바이스를 생성하지 않을 수도 있음에 유의해야 한다. 따라서, 방법 (300) 이전, 동안 및 이후에 추가적인 프로세스들이 제공될 수 있고, 일부 다른 프로세스들은 오직 본 명세서에서 간략하게 설명될 수도 있음을 이해해야 한다.
단계 (305) 에서, 하나 이상의 광 소스들을 갖는 BLU 가 형성된다. 예를 들어, 도 1 및 도 2 를 참조하여 설명된 바와 같이, BLU (102) 는 광학 캐비티 (112) 로 형성될 수 있고 광학 캐비티 (112) 또는 BLU (202) 에 커플링된 LED들 (110) (예컨대, 백색 LED들, 청색 LED들, 또는 이들의 조합) 의 어레이는 LGP (212) 및 LED (210) (예컨대, 청색 LED) 로 형성될 수 있다.
단계 (310) 에서, 스위칭 디바이스들, LC 용액 층, 및 편광 필터가 BLU 상에 배치된다. 예를 들어, 도 1 및 도 2 를 참조하여 설명된 바와 같이, 2-D 어레이로 배열된 스위칭 디바이스들 (118.1 내지 118.6) 은 BLU (102 또는 202) 상에 배치되는 광학 투명 기판 (116) 에 배치될 수 있고, LC 용액 층 (120) 은 스위칭 디바이스들 (118.1 내지 118.6) 상에 배치될 수 있고, 편광 필터 (122) 는 LC 용액 층 (120) 상에 배치될 수 있다.
단계 (315) 에서, 광 추출 층이 광학 투명 기판 상에 형성된다. 예를 들어, 도 1 및 도 2 를 참조하여 설명된 바와 같이, 기판 (142) 및 나노구조체식 피처들 (144) 을 포함하는 광 추출 층 (140) 이 기판 (128) 상에 형성될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 광 추출 층 (140) 의 나노구조체식 피처들 (144) 은 기판 (128) 상에 직접 형성될 수 있다. 나노구조체식 피처들 (144) 은 전사 인쇄 방법을 사용하여 형성될 수 있다.
단계 (320) 에서, 차광 엘리먼트들 및/또는 NS 기반 CC 층들이 광 추출 층 상에 형성된다. 예를 들어, 도 1 및 도 2 를 참조하여 설명된 바와 같이, 차광 엘리먼트들 (138) 은 스프레이, 페인팅, 스핀 코팅, 인쇄, 또는 임의의 다른 적합한 저온 (예컨대, 100℃ 미만) 디포지션 방법에 의해 광 추출 층 (140) 상에 배치될 수 있다. 인쇄는, 예를 들어, 플로터, 잉크젯 프린터, 또는 스크린 프린터를 사용하여 수행될 수 있다. NS 기반 CC 층들 (136) 은 적합한 디포지션 방법 (예컨대, 도 5 의 NS 필름을 형성하기 위해 설명된 방법) 에 의해 차광 엘리먼트들 (138) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, NS 기반 CC 층들 (136) 은 차광 엘리먼트들 (138) 이 옵션으로 부재할 때 광 추출 층 (140) 상에 직접 배치될 수 있다.
단계 (325) 에서, 광 추출 층 (140), 차광 엘리먼트들, 및 NS 기반 CC 층을 갖는 기판이 편광 필터 상에 배치된다. 예를 들어, 도 1 및 도 2 를 참조하여 설명된 바와 같이, 광 추출 층 (140), 차광 엘리먼트들 (138), 및 NS 기반 CC 층들 (136) 을 갖는 기판 (128) 은 편광 필터 (122) 상에 배치될 수 있고 NS 기반 층들 (136) 은 편광 필터 (122) 와 대면하고 접촉하고 있다.
동작 (330) 에서, 디스플레이 스크린이 기판 상에 배치된다. 예를 들어, 도 1 및 도 2 를 참조하여 설명된 바와 같이, 디스플레이 스크린 (130) 은 광 추출 층 (140) 을 갖는 표면 (128a) 에 대향하는 기판 (128) 의 표면 상에 배치될 수 있다.
배리어 층 코팅된 나노구조체의 예시적인 실시형태들
도 4 는 일부 실시형태들에 따른, 배리어 층 코팅된 발광 나노구조체 (NS) (400) 의 단면 구조를 예시한다. 일부 실시형태들에 있어서, NS (400) 의 개체군은 NS 기반 CC 층 (136) 에 포함될 수 있다. 배리어 층 코팅된 NS (400) 는 NS (401) 및 배리어 층 (406) 을 포함한다. NS (401) 는 코어 (402) 및 쉘 (404) 을 포함한다. 코어 (402) 는 더 높은 에너지들의 흡수 시 광을 방출하는 반도체 재료를 포함한다. 코어 (402) 를 위한 반도체 재료의 예들은 인듐 인화물 (InP), 카드뮴 셀렌화물 (CdSe), 아연 황화물 (ZnS), 납 황화물 (PbS), 인듐 비소화물 (InAs), 인듐 갈륨 인화물, (InGaP), 카드뮴 아연 셀렌화물 (CdZnSe), 아연 셀렌화물 (ZnSe) 및 카드뮴 텔루르화물 (CdTe) 을 포함한다. 직접 밴드 갭을 나타내는 임의의 다른 II-VI, III-V, 3 차, 또는 4 차 반도체 구조체들이 물론 사용될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 코어 (402) 는 또한, 일부 예들을 제공하기 위해 금속들, 합금들과 같은 하나 이상의 도펀트들을 포함할 수 있다. 금속 도펀트의 예들은 아연 (Zn), 구리 (Cu), 알루미늄 (Al), 백금 (Pt), 크롬 (Cr), 텅스텐 (W), 팔라듐 (Pd), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 코어 (402) 에서의 하나 이상의 도펀트들의 존재는 도핑되지 않은 NS들과 비교하여 NS (401) 의 구조적 및 광학적 안정성 및 QY 를 개선할 수 있다.
코어 (402) 는, 일부 실시형태들에 따라, 직경에 있어서 20 nm 미만의 사이즈를 가질 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 코어 (402) 는 직경에 있어서 약 1 nm 내지 약 5 nm 의 사이즈를 가질 수 있다. 나노미터 범위에서의 코어 (402) 의 사이즈 및 결과적으로 NS (401) 의 사이즈를 맞춤화하기 위한 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 (404) 은 코어 (402) 를 둘러싸고 코어 (402) 의 외부 표면에 배치된다. 쉘 (404) 은 카드뮴 황화물 (CdS), 아연 카드뮴 황화물 (ZnCdS), 아연 셀렌화 황화물 (ZnSeS), 및 아연 황화물 (ZnS) 을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 쉘 (404) 은 두께 (404t), 예를 들어, 하나 이상의 단층들을 가질 수 있다. 다른 실시형태들에 있어서, 쉘 (404) 은 약 1 nm 내지 약 5 nm 의 두께 (404t) 를 가질 수 있다. 쉘 (404) 은 코어 (402) 와의 격자 미스매치를 감소시키고 NS (401) 의 QY 를 개선하는 것을 돕도록 활용될 수 있다. 쉘 (404) 은 또한, NS (401) 의 QY 를 증가시키기 위해 코어 (402) 상의 댕글링 본드들과 같은 표면 트랩 상태들을 패시베이션 및 제거하는 것을 도울 수 있다. 표면 트랩 상태들의 존재는 비-방사 재결합 센터들을 제공하고 NS (401) 의 저감된 방출 효율에 기여할 수 있다.
대안적인 실시형태들에 있어서, NS (401) 는 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함 없이 쉘 (404) 상에 배치된 제 2 쉘 또는 코어 (402) 를 둘러싸는 2 초과의 쉘들을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 제 2 쉘은 2 개의 단층들 두께 정도일 수 있고, 요구되지는 않지만, 통상적으로 또한 반도체 재료이다. 제 2 쉘은 코어 (402) 에 대한 보호를 제공할 수 있다. 제 2 쉘 재료는 아연 황화물 (ZnS) 일 수 있지만, 본 발명의 범위 또는 사상으로부터 일탈함 없이 다른 재료들이 물론 사용될 수 있다.
배리어 층 (406) 은 NS (401) 상의 코팅을 형성하도록 구성된다. 일부 실시형태들에 있어서, 배리어 층 (406) 은 쉘 (404) 의 외부 표면 (404a) 상에 그리고 그 외부 표면 (404a) 과 실질적으로 접촉하여 배치된다. 하나 이상의 쉘들을 갖는 NS (401) 의 실시형태들에 있어서, 배리어 층 (406) 은 NS (401) 의 최외곽 쉘 상에 그리고 그 최외곽 쉘과 실질적으로 접촉하여 배치될 수 있다. 예시적인 실시형태에 있어서, 배리어 층 (406) 은, 예를 들어, 복수의 NS들을 갖는 용액, 조성물, 및/또는 필름에서의 하나 이상의 NS들과 NS (401) 사이의 스페이서로서 작용하도록 구성되며, 여기서, 복수의 NS들은 NS (401) 및/또는 배리어 층 코팅된 NS (400) 와 유사할 수 있다. 그러한 NS 용액들, NS 조성물들, 및/또는 NS 필름들에 있어서, 배리어 층 (406) 은 인접한 NS들과의 NS (401) 의 응집을 방지하는 것을 도울 수 있다. 인접한 NS들과 NS (401) 의 응집은 NS (401) 의 사이즈의 증가, 및 NS (401) 를 포함한 응집된 NS (도시되지 않음) 의 광학 방출 특성들의 결과적인 감소 또는 퀀칭을 야기할 수 있다. 추가의 실시형태들에 있어서, 배리어 층 (406) 은, 예를 들어, NS (401) 의 구조적 및 광학적 특성들에 악영향을 줄 수 있는 습기, 공기 및/또는 열악한 환경들 (예컨대, NS들의 리소그래픽 프로세싱 동안 및/또는 NS 기반 디바이스들의 제조 프로세스 동안 사용되는 고온 및 화학물질들) 로부터 NS (401) 에 대한 보호를 제공한다.
배리어 층 (406) 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 (406) 을 위한 재료들의 예들은 다양한 실시형태들에 따라, Al, Ba, Ca, Mg, Ni, Si, Ti, 또는 Zr 의 산화물들 및/또는 질화물들을 포함한다. 배리어 층 (406) 은, 다양한 실시형태들에 있어서, 약 8 nm 내지 약 15 nm 의 범위에 이르는 두께 (406t) 를 가질 수 있다.
도 4 에 예시된 바와 같이, 배리어 층 코팅된 NS (400) 는, 일부 실시형태들에 따라, 복수의 리간드들 또는 계면활성제들 (408) 을 추가적으로 또는 옵션으로 포함할 수 있다. 리간드들 또는 계면활성제들 (408) 은, 일부 실시형태들에 따라, 배리어 층 (406) 의 외부 표면 상에와 같이 배리어 층 코팅된 NS (400) 의 외부 표면에 흡착되거나 또는 바인딩될 수 있다. 복수의 리간드들 또는 계면활성제들 (408) 은 친수성 또는 극성 헤드들 (408a) 및 소수성 또는 비극성 테일들 (408b) 을 포함할 수 있다. 친수성 또는 극성 헤드들 (408a) 은 배리어 층 (406) 에 바인딩될 수 있다. 리간드들 또는 계면활성제들 (408) 의 존재는, 예를 들어, 그 형성 동안, 용액, 조성물, 및/또는 필름에서의 다른 NS들로부터 NS (401) 및/또는 NS (400) 를 분리하는 것을 도울 수 있다. NS들이 그 형성 동안 응집하도록 허용되면, NS (400) 및/또는 NS (401) 와 같은 NS들의 양자 효율이 강하할 수 있다. 리간드들 또는 계면활성제들 (408) 은 또한, 비극성 용매들에 혼화성을 제공하기 위한 또는 다른 화합물들이 바인딩하는 반응 사이트들 (예컨대, 역 미셀라 (micellar) 시스템들) 을 제공하기 위한 소수성과 같은 소정의 특성들을 배리어 층 코팅된 NS (400) 에 부여하는데 사용될 수 있다.
리간드들 (408) 로서 사용될 수도 있는 매우 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 (408) 로서 사용될 수 있는 매우 다양한 계면활성제들이 존재한다. 비이온성 계면활성제들이 일부 실시형태들에 있어서 계면활성제들 (408) 로서 사용될 수 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 분지형 노닐시클로헥실 에테르 (Triton N-101) 를 포함한다.
아니온성 계면활성제들이 일부 실시형태들에 있어서 계면활성제들 (408) 로서 사용될 수 있다. 아니온성 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 (401 및/또는 400) 은 적색, 주황색, 및/또는 황색 범위와 같은 하나 이상의 다양한 컬러 범위들에서의 광을 방출하도록 합성될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, NS들 (401 및/또는 400) 은 녹색, 및/또는 황색 범위에서의 광을 방출하도록 합성될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, NS들 (401 및/또는 400) 은 청색, 남색, 자색, 및/또는 자외선 범위에서의 광을 방출하도록 합성될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, NS들 (401 및/또는 400) 은 약 605 nm 내지 약 650 nm, 약 510 nm 내지 약 550 nm, 또는 약 300 nm 내지 약 480 nm 의 프라이머리 방출 피크 파장을 갖도록 합성될 수 있다.
NS들 (401 및/또는 400) 은 높은 QY 를 디스플레이하도록 합성될 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, NS들 (401 및/또는 400) 은 80% 내지 95% 또는 85% 내지 90% 의 QY 를 디스플레이하도록 합성될 수 있다.
따라서, 다양한 실시형태들에 따르면, NS들 (400) 은 NS들 (401) 상의 배리어 층 (406) 의 존재가 NS들 (401) 의 광학 방출 특성들을 실질적으로 변경 또는 퀀칭하지 않도록 합성될 수 있다.
나노구조체 필름의 예시적인 실시형태들
도 5 는 일부 실시형태들에 따른, NS 필름 (500) 의 단면도를 예시한다. 일부 실시형태들에 있어서, NS 기반 CC 층 (136) 은 NS 필름 (500) 과 유사할 수 있다.
NS 필름 (500) 은 일부 실시형태들에 따라, 복수의 배리어 층 코팅된 코어-쉘 NS들 (400) (도 4) 및 매트릭스 재료 (510) 를 포함할 수 있다. NS들 (400) 은, 일부 실시형태들에 따라, 매트릭스 재료 (510) 에 매립되거나 또는 그렇지 않으면 배치될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "매립된 (embedded)" 은 NS들이 매트릭스의 주요 컴포넌트를 구성하는 매트릭스 재료 (510) 내에 인클로징되거나 또는 인케이싱됨을 표시하는데 사용된다. NS들 (400) 은 일부 실시형태들에 있어서 매트릭스 재료 (510) 전반에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있지만, 다른 실시형태들에 있어서, NS들 (400) 은 애플리케이션-특정 균일성 분포 함수에 따라 분포될 수 있음에 유의해야 한다. NS들 (400) 이 직경에 있어서 동일한 사이즈를 갖도록 도시되지만, 당업자는 NS들 (400) 이 사이즈 분포를 가질 수 있음을 이해할 것임에 유의해야 한다.
일부 실시형태들에 있어서, NS들 (400) 은 청색 가시 파장 스펙트럼에서, 녹색 가시 파장 스펙트럼에서, 또는 적색 가시 파장 스펙트럼에서 방출하는 사이즈들을 갖는 NS들의 동질 개체군을 포함할 수 있다. 다른 실시형태들에 있어서, NS들 (400) 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 3 개체군을 포함할 수 있다.
매트릭스 재료 (510) 는 NS들 (400) 을 하우징 가능한 임의의 적합한 호스트 매트릭스 재료일 수 있다. 적합한 매트릭스 재료들은, NS 필름 (500) 을 디바이스들에 적용하는데 사용되는 임의의 주변 패키징 재료들 또는 층들 및 NS들 (400) 과 화학적으로 및 광학적으로 양립가능할 수 있다. 적합한 매트릭스 재료들은 프라이머리 및 세컨더리 광 양자 모두에 대해 투명성인 비-황변 광학 재료들을 포함할 수 있고, 이에 의해, 프라이머리 광 및 세컨더리 광 양자 모두가 매트릭스 재료를 통해 투과하게 할 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 매트릭스 재료 (510) 는 NS들 (400) 의 각각을 완전히 둘러쌀 수 있다. 매트릭스 재료 (510) 는 가요성 또는 몰딩가능 NS 필름 (500) 이 요망되는 애플리케이션들에서 가요성일 수 있다. 대안적으로, 매트릭스 재료 (510) 는 고강도, 비가요성 재료를 포함할 수 있다.
매트릭스 재료 (510) 는 폴리머들 및 유기 및 무기 산화물들을 포함할 수 있다. 매트릭스 재료 (510) 에서의 사용을 위한 적합한 폴리머들은, 그러한 목적으로 사용될 수 있는, 당업자에게 공지된 임의의 폴리머일 수 있다. 폴리머는 실질적으로 반투명성이거나 또는 실질적으로 투명성일 수 있다. 매트릭스 재료 (510) 는 에폭시, 아크릴레이트, 노르보르넨, 폴리에틸렌, 폴리(비닐 부티랄): 폴리(비닐 아세테이트), 폴리우레아, 폴리우레탄; 아미노 실리콘 (AMS), 폴리페닐메틸실록산, 폴리페닐알킬실록산, 폴리디페닐실록산, 폴리디알킬실록산, 실세스퀴옥산, 플루오르화 실리콘, 및 비닐 및 하이드라이드 치환된 실리콘을 포함하지만 이에 한정되지 않는 실리콘 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 아민 (예컨대, APS 또는 PEI 리간드 아민) 과 결합하는 에폭시드들 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
일부 실시형태들에 있어서, 매트릭스 재료 (510) 는 NS 필름 (500) 의 광 변환 효율을 개선시킬 수 있는 TiO2 마이크로비드들, ZnS 마이크로비드들, 또는 유리 마이크로비드들과 같은 산란 마이크로비드들을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 매트릭스 재료 (510) 는 도 1 및 도 2 를 참조하여 상기 설명된 차광 엘리먼트들 (138) 과 같은 차광 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
다른 실시형태에 있어서, 매트릭스 재료 (510) 는 낮은 산소 및 습기 투과성을 갖고, 높은 광 및 화학적 안정성을 나타내고, 양호한 굴절률을 나타내고, NS들 (400) 의 외부 표면들에 부착하고, 따라서 NS들 (400) 을 보호하기 위한 기밀 밀봉을 제공할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 매트릭스 재료 (510) 는 롤-투-롤 프로세싱을 용이하게 하기 위해 UV 또는 열 경화 방법들로 경화가능할 수 있다.
일부 실시형태들에 따르면, NS 필름 (500) 은 폴리머 (예를 들어, 포토레지스트) 에서 NS들 (400) 을 혼합하고 기판 상에 NS-폴리머 혼합물을 주조하는 것, NS들 (400) 을 모노머들과 혼합하고 이를 함께 중합하는 것, NS들 (400) 을 졸-겔에서 혼합하여 산화물을 형성하는 것, 또는 당업자에게 공지된 임의의 다른 방법에 의해 형성될 수 있다.
일부 실시형태들에 따르면, NS 필름 (500) 의 형성은 필름 압출 프로세스를 포함할 수 있다. 필름 압출 프로세스는 NS (400) 와 같은 배리어 층 코팅된 코어-쉘 NS들과 매트릭스 재료 (510) 의 동질 혼합물을 형성하여, 동질 혼합물을, 압출기에 공급되는 상부 장착 호퍼에 도입하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 동질 혼합물은 펠릿의 형태일 수 있다. 필름 압출 프로세스는 슬롯 다이로부터 NS 필름 (500) 을 압출하는 것 및 압출된 NS 필름 (500) 을 냉각 롤들을 통해 통과시키는 것을 더 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, 압출된 NS 필름 (500) 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 범위의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시형태들에 있어서, NS 필름 (500) 은 10 μm 미만의 두께를 갖는다. 일부 실시형태들에서, NS 필름 (500) 의 형성은 옵션으로 세컨더리 프로세스, 그 다음에 필름 압출 프로세스를 포함할 수 있다. 세컨더리 프로세스는 NS 필름 (500) 의 상부 표면에 텍스처를 제공하기 위해 공압출, 열성형, 진공 성형, 플라즈마 처리, 몰딩, 및/또는 엠보싱과 같은 프로세스를 포함할 수 있다. 텍스처링된 상부 표면 NS 필름 (500) 은, 예를 들어, NS 필름 (500) 의 정의된 광학 확산 특성 및/또는 정의된 각도 광학 방출 특성을 개선하는 것을 도울 수 있다.
발광 나노구조체들의 예시적인 실시형태들
본 명세서에서는 발광 나노구조체들 (NS들) 을 갖는 다양한 조성물들이 설명된다. 발광 나노구조체들의 흡수 특성들, 방출 특성들 및 굴절률 특성들을 포함한 발광 나노구조체들의 다양한 특성들이 다양한 애플리케이션들을 위해 맞춤화되고 조정될 수 있다.
NS들의 재료 특성들은 실질적으로 동질성일 수 있거나, 또는 소정의 실시형태들에 있어서, 이질성일 수 있다. NS들의 광학 특성들은 그들의 입자 사이즈, 화학 또는 표면 조성에 의해 결정될 수 있다. 약 1 nm 내지 약 15 nm 의 범위에서의 발광 NS 사이즈를 맞춤화하기 위한 능력은 전체 광학 스펙트럼에서의 광방출 커버리지가 컬러 렌더링에서의 큰 다기능성을 제공할 수 있게 할 수 있다. 입자 캡슐화는 화학 및 UV 열화제들에 대한 강인성을 제공할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 실시형태들에서의 사용을 위한 발광 NS들은 당업자에게 공지된 임의의 방법을 사용하여 생성될 수 있다. 적합한 방법들 및 예시적인 나노결정들은 미국 특허 제7,374,807호; 2004년 3월 10일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/796,832호; 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 수 있다. 적합한 반도체 재료들은 미국 특허 출원 제10/796,832호에 개시된 것들을 포함할 수 있고, 그룹 II-VI, 그룹 III-V, 그룹 IV-VI, 및 그룹 IV 반도체들을 포함하는 임의의 타입의 반도체를 포함할 수 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 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
소정의 실시형태들에 있어서, 발광 NS들은 p 타입 도펀트 또는 n 타입 도펀트로 이루어진 그룹으로부터의 도펀트를 가질 수 있다. NS들은 또한 II-VI 또는 III-V 반도체들을 가질 수 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 수 있다.
본 명세서에서 설명된 발광 NS들은 또한, 그들의 표면에 공액된, 협력된, 연관된 또는 부착된 리간드들을 더 포함할 수 있다. 적합한 리간드들은 미국 특허 제8,283,412호; 미국 특허공개공보 제2008/0237540호; 미국 특허공개공보 제2010/0110728호; 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 수 있으며, 이들 각각의 개시들은 본 명세서에 참조로 통합된다. 그러한 리간드들의 사용은, 폴리머들을 포함하는 다양한 용매들 및 매트릭스들에 통합하기 위한 발광 NS들의 능력을 향상시킬 수 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 수 있다. 그러한 리간드들은 본 명세서에서 "혼화성 향상" 리간드들로서 설명된다.
소정의 실시형태들에 있어서, 매트릭스 재료에 분포되거나 또는 매립된 발광 NS들을 갖는 조성물들이 제공된다. 적합한 매트릭스 재료들은 폴리머 재료들, 유기 및 무기 산화물들을 포함하는, 당업자에게 공지된 임의의 재료일 수 있다. 본 명세서에서 설명된 조성물들은 층들, 캡슐화재들, 코팅들, 시트들 또는 필름들일 수 있다. 층, 폴리머 층, 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 수 있지만, 무기 나노재료 포스퍼들의 제어된 성장을 위한 용액상 콜로이드법이 사용될 수 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 참조하고, 그 개시들은 본 명세서에 전부 참조로 통합된다.
일부 실시형태들에 따르면, CdSe 가, 이 재료의 합성의 상대적인 성숙으로 인해, 하나의 예에서, 가시 광 하향-변환을 위해, NS 재료로서 사용될 수 있다. 일반적 표면 화학의 사용으로 인해, 비-카드뮴 함유 NS들을 치환하는 것이 또한 가능할 수 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-방사 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 수 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 수 있다. 결과적으로, 비-방사 재결합의 확률이 감소될 수도 있다.
코어-쉘 구조체들은, 쉘 재료들을 함유하는 유기금속 전구체들을 코어 NS들을 함유하는 반응 혼합물에 추가함으로써 획득될 수 있다. 이 경우, 핵형성 이벤트 다음에 성장하기 보다는, 코어들은 핵들로서 작용하고, 쉘들은 그들의 표면으로부터 성장할 수 있다. 반응의 온도는, 쉘 재료들의 나노결정들의 독립적인 핵형성을 방지하면서, 코어 표면에 대한 쉘 재료 모노머들의 추가를 돕기 위해 낮게 유지된다. 반응 혼합물에서의 계면활성제들은 쉘 재료의 제어된 성장을 지향하고 용해성을 보장하기 위해 존재한다. 균일한 그리고 에피택셜하게 성장된 쉘은, 2 개의 재료들 사이에 낮은 격자 미스매치가 존재할 때 획득될 수 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, AlCO 를 포함할 수 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 수 있고, 사이즈에 있어서 약 2 nm 미만에 이르기까지일 수 있으며 본 발명은 가시광을 흡수할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 가시광은 인간의 눈에 보일 수 있는 약 380 나노미터 내지 약 780 나노미터의 파장들을 갖는 전자기 방사이다. 가시광은 적색, 주황색, 황색, 녹색, 청색, 남색 및 자색과 같은 스펙트럼의 다양한 컬러들로 분리될 수 있다. 파장에 있어서 청색 광은 약 435 nm 내지 약 495 nm 의 광을 포함할 수 있고, 녹색 광은 약 495 nm 내지 570 nm 의 광을 포함할 수 있으며, 적색 광은 약 620 nm 내지 약 750 nm 의 광을 포함할 수 있다.
다양한 실시형태들에 따르면, 발광 NS들은, 자외선, 근적외선, 및/또는 적외선 스펙트럼들에 있는 광자들을 흡수하도록 하는 사이즈 및 조성을 가질 수 있다. 자외선 스펙트럼은 약 100 nm 내지 약 400 nm 의 광을 포함할 수 있고, 근적외선 스펙트럼은 파장에 있어서 약 750 nm 내지 약 100 μm 의 광을 포함할 수 있으며, 적외선 스펙트럼은 파장에 있어서 약 750 nm 내지 약 300 μm 의 광을 포함할 수 있다.
다른 적합한 재료의 발광 NS들이 본 명세서에서 설명된 다양한 실시형태들에서 사용될 수 있지만, 소정의 실시형태들에 있어서, NS들은 본 명세서에서 설명된 실시형태들에서의 사용을 위해 나노결정들의 개체군을 형성하도록 ZnS, InAs, CdSe, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 추가의 실시형태들에 있어서, 발광 NS들은 CdSe/ZnS, InP/ZnSe, CdSe/CdS 또는 InP/ZnS 와 같은 코어/쉘 나노결정들일 수 있다.
다양한 가용성 향상 리간드들의 추가를 포함하는 적합한 발광 나노구조체들, 발광 나노구조체들을 준비하는 방법들은 발행된 미국 특허공개공보 제2012/0113672호에서 발견될 수 있고, 이것의 개시는 본 명세서에 참조로 전부 통합된다.
소정의 실시형태들이 본 명세서에서 예시되고 설명되었지만, 청구항들은 설명 및 도시된 부분들의 특정 형태들 또는 배열로 한정되지 않음이 이해되어야 한다. 본 명세서에서, 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 (29)

  1. 디스플레이 디바이스로서,
    광 소스를 포함하는 백라이트 유닛; 및
    액정 디스플레이 (LCD) 모듈을 포함하고, 상기 LCD 모듈은,
    상기 광 소스로부터, 제 1 피크 파장을 갖는 프라이머리 광을 수신하고, 상기 프라이머리 광의 일부를 변환하여, 상기 제 1 피크 파장과는 상이한 제 2 피크 파장을 갖는 세컨더리 광의 제 1 부분을 방출하도록 구성된 나노구조체 기반 컬러 변환 (NS 기반 CC) 층; 및
    상기 NS 기반 CC 층에 광학적으로 커플링되고, 상기 세컨더리 광의 제 2 부분의 내부 전반사 (total internal reflection) 를 방지하도록 구성된 광 추출 층으로서, 상기 광 추출 층은 나노미터 스케일의 하나 이상의 치수를 갖는 패터닝된 피처들을 갖는, 상기 광 추출 층을 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패터닝된 피처들은 상기 LCD 모듈의 상기 광 추출 층의 광학 투명 기판 (optically transparent substrate) 상에 반복 패턴 또는 랜덤 패턴으로 배열되는, 디스플레이 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 NS 기반 CC 층의 매트릭스 및 상기 패터닝된 피처들은 동일한 재료를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 NS 기반 CC 층의 매트릭스 재료 및 상기 패터닝된 피처들의 재료의 굴절률들은 서로 동일한, 디스플레이 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패터닝된 피처들은 약 10 nm 내지 약 100 nm 의 범위에 이르는 측면 치수를 갖는, 디스플레이 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패터닝된 피처들은 약 10 nm 내지 약 100 nm 의 범위에 이르는 수직 치수를 갖는, 디스플레이 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패터닝된 피처들은 상기 NS 기반 CC 층과 접촉하고 있는, 디스플레이 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 추출 층은 상기 NS 기반 CC 층과, 상기 세컨더리 광의 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분이 방출되는 광학 투명 기판 사이에 불균일한 계면을 형성하는, 디스플레이 디바이스.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 추출 층과 상기 NS 기반 CC 층 사이에 배치된 필터 엘리먼트를 더 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 NS 기반 CC 층 및 상기 광 추출 층에 광학적으로 커플링된 필터 엘리먼트를 더 포함하고, 상기 필터 엘리먼트는, 상기 세컨더리 광의 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분으로 하여금, 상기 필터 엘리먼트를 통과하게 하고 그리고 상기 프라이머리 광의 변환되지 않은 부분이 상기 필터 엘리먼트를 통과하는 것을 차단하게 하도록 구성된, 디스플레이 디바이스.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터 엘리먼트는 상기 프라이머리 광의 상기 변환되지 않은 부분을 흡수하도록 구성되는, 디스플레이 디바이스.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터 엘리먼트는 상기 프라이머리 광의 상기 변환되지 않은 부분을 산란시키도록 구성되는, 디스플레이 디바이스.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 NS 기반 CC 층은 매트릭스를 포함하고; 그리고
    상기 필터 엘리먼트는 상기 매트릭스에 매립되는, 디스플레이 디바이스.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터 엘리먼트는 염료, 잉크, 페인트, 또는 폴리머 재료를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 NS 기반 CC 층은 발광 나노구조체들을 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 NS 기반 CC 층은 세그먼트화된 NS 기반 CC 층들의 어레이를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 NS 기반 CC 층은,
    적색 광을 방출하도록 구성된 발광 나노구조체들의 제 1 개체군을 갖는 제 1 영역; 및
    녹색 광을 방출하도록 구성된 발광 나노구조체들의 제 2 개체군을 갖는 제 2 영역을 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 NS 기반 CC 층은:
    적색 광을 방출하도록 구성된 발광 나노구조체들의 제 1 개체군을 갖는 제 1 영역;
    녹색 광을 방출하도록 구성된 발광 나노구조체들의 제 2 개체군을 갖는 제 2 영역; 및
    청색 광을 방출하도록 구성된 발광 나노구조체들의 제 3 개체군을 갖는 제 3 영역을 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LCD 모듈은,
    상기 프라이머리 광을 편광시키도록 구성된 제 1 편광 필터;
    편광된 상기 프라이머리 광의 편광의 각도를 조정하도록 구성된 액정 용액 층; 및
    상기 NS 기반 CC 층과 상기 액정 용액 층 사이에 배치되고, 상기 편광된 프라이머리 광의 상기 액정 용액 층으로부터 상기 NS 기반 CC 층으로의 투과를 제어하도록 구성된 제 2 편광 필터를 더 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  20. 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법으로서,
    액정 디스플레이 (LCD) 모듈의 제 1 부분 및 제 2 부분을 형성하는 단계로서,
    상기 제 1 부분을 형성하는 단계는,
    상기 디스플레이 디바이스의 백라이트 유닛 (BLU) 상에 액정 용액 층을 배치하는 단계, 및
    상기 액정 용액 층 상에 편광 필터를 배치하는 단계를 포함하고, 그리고
    상기 제 2 부분을 형성하는 단계는,
    광학 투명 기판 상에 광 추출 층을 형성하는 단계, 및
    상기 광 추출 층 상에 나노구조체 기반 컬러 변환 (NS 기반 CC) 층을 형성하는 단계를 포함하는,
    상기 LCD 모듈의 제 1 부분 및 제 2 부분을 형성하는 단계;
    상기 LCD 모듈의 상기 제 1 부분 상에 상기 LCD 모듈의 상기 제 2 부분을 배치하는 단계; 및
    상기 LCD 모듈의 상기 제 2 부분 상에 디스플레이 스크린을 배치하는 단계를 포함하는, 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 광 추출 층을 형성하는 단계는 상기 광학 투명 기판 상에 나노구조체식 피처들을 패터닝하는 단계를 포함하는, 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 광 추출 층을 형성하는 단계는 상기 광학 투명 기판 상에 나노구조체식 피처들을 전사 인쇄하는 단계를 포함하는, 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  23. 제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 추출 층을 형성하는 단계는 상기 광학 투명 기판 상에 반복 패턴 또는 랜덤 패턴으로 나노구조체식 피처들을 전사 인쇄하는 단계를 포함하는, 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  24. 제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 추출 층을 형성하는 단계는 상기 NS 기반 CC 층의 매트릭스 재료의 굴절률과 동일한 굴절률을 갖는 재료를 갖는 나노구조체식 피처들을 패터닝하는 단계를 포함하는, 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  25. 제 20 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 추출 층을 형성하는 단계는 약 10 nm 내지 약 100 nm 의 범위에 이르는 측면 치수를 갖는 나노구조체식 피처들을 패터닝하는 단계를 포함하는, 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  26. 제 20 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 추출 층을 형성하는 단계는 약 10 nm 내지 약 100 nm 의 범위에 이르는 수직 치수를 갖는 나노구조체식 피처들을 패터닝하는 단계를 포함하는, 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  27. 제 20 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 NS 기반 CC 층을 형성하는 단계는,
    상기 광 추출 층 상에 차광 엘리먼트를 배치하는 단계; 및
    상기 차광 엘리먼트 상에 상기 NS 기반 CC 층을 배치하는 단계를 포함하는, 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  28. 제 20 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 NS 기반 CC 층을 형성하는 단계는 상기 광 추출 층 상에 직접 상기 NS 기반 CC 층을 배치하는 단계를 포함하는, 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  29. 제 20 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LCD 모듈의 상기 제 1 부분 상에 상기 LCD 모듈의 상기 제 2 부분을 배치하는 단계는 상기 NS 기반 CC 층을 상기 편광 필터와 커플링하는 단계를 포함하는, 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
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