TW201633558A - 量子點複合物及包含其之光電子裝置 - Google Patents
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Abstract
提出一種量子點複合物及包含其之光電子裝置。量子點複合物包含基質層、散佈在基質層內的複數個量子點、以及散佈在基質層內的複數個散射粒子。散射粒子散佈在量子點之間。複數個散射粒子由於形成在其中的中空空間而具有多個折射率。量子點複合物由於其優異的光學特性而改善光電子裝置的發光效率。
Description
本發明係關於一種量子點複合物及包含其之光電子裝置,且特別是關於一種由於其優異光學特性而能夠改善光電子裝置的發光效率的量子點複合物、以及包含其之光電子裝置。
量子點係一種由具有直徑大約10nm或更小的半導體材料所製成的奈米晶體,並且展現量子侷限特性。量子點產生窄波長的強光,其光比從一般螢光材料所產生的光還強。當量子點的激發態電子從傳導帶轉變到價帶時,發生量子點放射(radiation)。就算在同一材料,波長還是會隨量子點的尺寸而改變。量子點之尺寸越小,則光之波長也就越短。因此,可能藉由調整量子點之尺寸來產生預期波長的光。
形成奈米晶體量子點的方法包括氣相沉積法,例如有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)及分子束磊晶(MBE)、以及化學濕製程。
化學濕製程係一種控制量子點的長晶的方法,該方法透過使有機溶液於晶體表面上配位鍵結,使得有機溶液作用為分散劑。化學濕製程與例如MOCVD及MBE的氣相沉積法相比更為簡單,並可透過低成本過程來均勻地調整奈米晶體的尺寸或形狀。
由於其獨特的物理性質,例如奈米尺度的尺寸、可調整尺寸的光學特性、高發光穩定度及廣吸收頻譜,透過以上敘述的方法所製造的量子點係使用於各種領域,比如生醫影像、光電池裝置、發光裝置、記憶體及顯示裝置。
量子點係被混入片狀的一般聚合物應用在各種領域。
在先前技術中,可加入散射劑以獲取高發光效率,像是氧化鈦、氧化鋁、鈦化鋇、或二氧化矽。然而,單加入散射劑對於提高發光效率上僅具有限能力。
在本發明之先前技術章節所揭示的資訊僅提供以對本發明的背景能有更好的理解,且不應視為此資訊形成為所屬技術領域中具有通常知識者所習知之先前技術的明示或任何形式之提示。
相關技術文件:專利文件1:韓國專利申請公開號第10-2013-0136259 (2013年12月12號)。
本發明的多個態樣係提出一種由於優異光學特性而能夠改善光電子裝置的發光效率的量子點複合物、以及包含其之光電子裝置。
本發明的一態樣提出一種量子點複合物,其包含:基質層;散佈在基質層內的複數個量子點;以及散佈在基質層內的複數個散射粒子,其中,散射粒子散佈在量子點之間。複數個散射粒子並因在其間形成的中空空間而具有多個折射率。
根據本發明的一實施例,此複數個散射粒子可為玻璃粒子或聚合物粒子,每顆粒子都具有中空空間於其中。
該複數個散射粒子的含量可介於量子點複合物的重量之0.04%至10%之間。
散射粒子的尺寸可比量子點的尺寸大。
散射粒子的尺寸可介於3μm至100μm之間。
此些量子點可由奈米晶體形成,該奈米晶體可選自由矽奈米晶體、第2族-第6族化合物半導體奈米晶體、第3族-第5族化合物半導體奈米晶體,第4族-第6族化合物半導體奈米晶體及包含以上至少二者的混合物所組成之群組之一奈米晶體。
基質層可由聚合物樹脂形成。
本發明的另一態樣提出一種光電子裝置,其沿著光出入路徑包含上述之量子點複合物。
根據以上敘述之本發明,該複數個散射粒子散佈在基質層中,由於其中之中空空間而具有多個折射率,且佔據了散佈在基質層內的複數個量子點之間的空間,使得由複數個量子點產生的光可被充分的放射出去。複數個散射粒子係被提供作為使由量子點產生的光,光電子裝置發出的光或進入光電子裝置的光之路徑複雜化或多元化之手段。藉此,複數個散射粒子改善了光電子裝置的發光效率。
與先前技術的量子點複合物相比起來,當使用根據本發明的量子點複合物作為LED的色彩轉換基體(color conversion substrate)時,該量子點複合物顯著地改善了色彩轉換效率及亮度(luminance),因此與先前技術相比減少了所使用的量子點之量。
本發明的方法及設備具有將自一起用於說明本發明之特定原理之於文中併入之附圖及以下的實施方式而顯而易見或更詳盡地解釋之其他特徵及優點。
現將詳細參照根據本發明之量子點複合物以及包含其之光電子裝置之實施例,其將於附圖繪示並於下文中說明,使得本發明所屬技術領域中具有通常知識者可輕易將本發明付諸實行。
整份文件應參照圖式,其中相同參考符號及代碼在所有不同圖式中係用於指示相同或相似組件。在本發明之下列說明中,於本文併入之習知功能及組件的詳細說明將在本發明標的呈現不明確之情況下省略。
參照第1圖至第3圖,根據本發明的例示性實施例的量子點複合物100應用到光電子裝置以改善光電子裝置之發光效率。舉例,當光電子裝置實施為例如發光二極體(LED)或有機發光二極體(OLED)的光電子發射器時,量子點複合物100係設置在由光電子裝置產生之光相沿離開的路徑,以藉由沿著多條光通過的路徑散射光來提高光的輸出強度。當光電子裝置實施為例如光電池的光電子接收器時,量子點複合物100設置在光進入光電子接收器相沿的路徑,以藉由在光通過其中時沿著各種路徑散射光來提高吸收進光電子接收器的光強度。如此,量子點複合物100改善了光電子裝置的效率。
除此之外,根據此實施例的量子點複合物100可為薄片或是基板之形狀。此形狀的量子點複合物100可應用為設置在LED上之構件,以轉換由LED發出的部分光的顏色。具體而言,包含根據此實施例的量子點複合物100及一LED的LED封裝發出藉由混合所產生之白光,例如混合來自藍色LED的藍光及來自量子點複合物100之轉換顏色的光。雖然沒有繪示,但該LED可包含本體及LED晶片。本體係為具有預設形狀的開口的結構,且提供其中容置LED晶片之結構空間。本體配有引線及引線框架藉此使LED晶片電連接到外部電源。此外,LED晶片係為一光源,其響應於自外部施加的電流而發光。LED晶片安置在本體上,並透過引線及引線框架連接到外部電源。LED晶片可配置為提供電子之n型半導體層以及提供電洞之p型半導體層的順向偏壓接面(forward junction)。
根據上述的此實施例的量子點複合物100係應用為多種光電子裝置的光學功能構件,特別是LED的色彩轉換基體,且包括基質層110、複數個量子點120及複數個散射粒子130。
基質層110係作用為保護散佈在其中的複數個量子點120及複數個散射粒子130免受外界環境,例如濕氣的影響。除此之外,基質層110維持複數個量子點120散佈在其中的結構。基質層110可為薄片或基板之形狀,其可透過切割或成型生產,並提供光發射或接收所相沿的路徑。根據本發明的一實施例,基質層110可由熱或紫外線(UV)硬化聚合物樹脂所形成。
複數個量子點120係散佈在基質層110內。基質層110保護複數個量子點120免受外界環境的影響,並使複數個量子點120維持在散佈狀態。
複數個量子點120係由半導體材質製成的奈米晶體,其具有直徑約1至10nm,並且展現量子侷限特性。量子點120透過轉換由LED發射之光的波長而產生轉換波長的光,亦即螢光。舉例而言,當根據此實施例的量子點複合物100使用於作為藍光LED的色彩轉換基體時,複數個量子點120藉由轉換部分自藍光LED產生的藍光為黃光來產生螢光,以透過混合黃光與藍光LED的藍光之色彩來產生白光。
複數個量子點120可由選自由矽(Si)奈米晶體、第2族-第6族化合物半導體奈米晶體、第3族-第5族化合物半導體奈米晶體、第4族-第6族化合物半導體奈米晶體及包含以上至少二者的混合物之一奈米晶體所形成,但奈米晶體並不侷限於此。舉例來說,對於複數個量子點120,硒化鎘(CdSe)可用作第2族-第6族化合物半導體奈米晶體,且磷化銦(InP)可用作第3族-第5族化合物半導體奈米晶體。然而,根據本發明的實施例,量子點120並不特別限於硒化鎘或磷化銦。
複數個散射粒子130就如複數個量子點120一樣散佈在基質層110內。此處,散佈在基質層110內的散射粒子130被設置在量子點120之間。根據本發明的一實施例,散射粒子130的尺寸比量子點120的尺寸還大。例如,散射粒子130的尺寸可介於3至100μm,其比奈米晶體量子點120的尺寸還大。散射粒子130的尺寸可定義為球狀散射粒子130的直徑。
當散射粒子130設置在較小的量子點120之間時,在基質層110內的鄰近量子點120之間定義出用於使自複數個量子點120所產生的光充分地放射之空間,藉此可能達到優異的色彩轉換效率及演色指數(CRI)。根據此實施例,散射粒子130促成了量子點複合物100的優異光學特性,例如色彩轉換效率及演色指數。因此,與先前技術比起來,用於量子點複合物100的量子點120之量可減少。
根據此實施例的複數個散射粒子130具有多個折射率。為此,複數個散射粒子130可為其中具有中空空間131的玻璃粒子或聚合物粒子。此處,散射粒子130中的中空空間131的體積可為散射粒子130整體體積的約80%。特別是,每個散射粒子130可具有芯殼結構(core-shell structure),其包括由該對應中空空間131形成的中心及環繞中心的玻璃或聚合物外殼,其中該中心佔據散射粒子130的體積的約80%。當散射粒子130由玻璃或聚合物粒子所形成時,每一個散射粒子130都具有芯殼結構,其中,中心及外殼具有不同的折射率,可能使例如由LED發射或由量子點120產生的光的路徑複雜化或多元化,藉此改善光萃取效率,亦即,LED的發光效率。
就光電池而言,透過散射入射光,散射粒子130可提高吸收進入光電池的光吸收層之光強度,藉此提升光電池的光效率。
在此,複數個散射粒子130可依照介於量子點複合物100之重量的0.04%至10%的比例包含在基質層110中。當散佈在基質層110內的複數個散射粒子130的含量按重量小於0.04%時,散射粒子130對色彩轉換效率的改善不具有顯著效果或無效果。在此情況下,添加散射粒子130係毫無用處的。相比之下,當複數個散射粒子130的含量按重量大於10%時,包含量子點複合物100的光電子裝置,例如LED的亮度(luminance)會降低。
示例1
藉由混合量子點6.6g、低粘度紫外線硬化樹脂2g及高粘度紫外線硬化樹脂2g製備第一混合物,且藉由混合散射粒子2g及高粘度紫外線硬化樹脂10g製備第二混合物,其中散射粒子由中空玻璃或聚合物形成。藉由以1:0.2的比例混合第一混合物及第二混合物來製成量子點複合物。因而,散射粒子散佈在所得混合物內,具散射粒子之含量為量子點複合物重量的3.08%。
示例2
藉由以1:0.4的比例混合示例1中的第一混合物及第二混合物來製成量子點複合物。由此,散射粒子散佈在所得混合物內,具散射粒子之含量為量子點複合物重量的5.19%。
示例3
藉由以1:0.6的比例混合示例1中的第一混合物及第二混合物來製成量子點複合物。由此,散射粒子散佈在所得混合物內,具散射粒子之含量為量子點複合物重量的6.74%。
示例4
藉由以1:0.8的比例混合示例1中的第一混合物及第二混合物來製成量子點複合物。由此,散射粒子散佈在所得混合物內,具散射粒子之含量為量子點複合物重量的7.92%。
示例5
藉由以1:1的比例混合示例1中的第一混合物及第二混合物來製成量子點複合物。由此,散射粒子散佈在所得混合物內,具散射粒子之含量為量子點複合物重量的8.85%。
比較例1
以示例1中的第一混合物製成量子點複合物。由此,比較例1的量子點複合物係製備為不含因形成於其中之中空空間而具有多個折射率的散射粒子。
表1
上表1呈現根據示例1至示例5及比較例1的量子點複合物應用在發光二極體(LEDs)後的色度坐標(chromaticity coordinates)及亮度(luminance)。第4圖至第8圖係根據本發明的示例1至示例5的量子點複合物的放射譜,且第9圖係根據比較例1的量子點複合物的放射譜。
參照表1及第4圖至第9圖,顯然包含散射粒子的量子點複合物(示例1至示例5)的亮度顯著高於不含散射粒子的量子點複合物(比較例1)之亮度。這印證了散射粒子有助於提升光學特性。在此,當散射粒子含量按重量為6.74%時,測量為最高亮度。另外,包含散射粒子的量子點複合物(示例1至示例5)的色彩轉換效率幾乎為不含散射粒子的量子點複合物(比較例1)的色彩轉換效率的兩倍。
如上所示,根據本發明的量子點複合物100包含散佈在基質層110內的複數個量子點120及置於量子點120之間的散射粒子130。具有多個折射率的散射粒子130佔據著量子點120之間的空間,以使從量子點120產生的光可充分地放射並且沿著多條路徑散射光。藉此,根據本發明的量子點複合物100可提升其中應用該量子點複合物100之光電子裝置的發光效率。尤其,當根據本發明的量子點複合物100應用為LED的色彩轉換基體時,量子點複合物100與先前技術中不含散射粒子130的量子點複合物相比起來,顯著地改善色彩轉換效率及亮度。因此,與先前技術相比,用於量子點複合物的量子點120之量可減少。
以上本發明之特定例示性實施例之敘述係按照圖式呈現。其非旨在詳盡或限制本發明於所揭示的具體形式,且顯然地依照上述教示,所屬技術領域中具有通常知識者可進行任何修改與變化。
因此本發明之範圍旨在不限定於以上的實施例,而是由以下所附之申請專利範圍及其等效物所定義。
100‧‧‧量子點複合物
110‧‧‧基質層
120‧‧‧量子點
130‧‧‧散射粒子
131‧‧‧中空空間
110‧‧‧基質層
120‧‧‧量子點
130‧‧‧散射粒子
131‧‧‧中空空間
第1圖係敘述根據本發明的例示性實施例的一量子點複合物之示意圖;
第2圖及第3圖係根據本發明的例示性實施例的一量子點複合物之顯微圖。
第4圖至第8圖分別係根據本發明之示例1至示例5的量子點複合物之放射譜。
第9圖係根據比較例1的量子點複合物之放射譜。
100‧‧‧量子點複合物
110‧‧‧基質層
120‧‧‧量子點
130‧‧‧散射粒子
131‧‧‧中空空間
Claims (8)
- 一種量子點複合物,其包含: 一基質層; 複數個量子點,散佈在該基質層;以及 複數個散射粒子,散佈在該基質層,該複數個散射粒子係設置於該複數個量子點之間, 其中該複數個散射粒子之每一個具有一中空空間於其中,從而具有多個折射率。
- 如申請專利範圍第1項所述之量子點複合物,其中該複數個散射粒子之每一個包含具有該中空空間於其中之一玻璃粒子或一聚合物粒子。
- 如申請專利範圍第1項所述之量子點複合物,其中該複數個散射粒子的含量介於該量子點複合物之重量的0.04至10%。
- 如申請專利範圍第1項所述之量子點複合物,其中該複數個散射粒子的尺寸大於該複數個量子點的尺寸。
- 如申請專利範圍第4項所述之量子點複合物,其中該複數個散射粒子的尺寸介於3至100μm。
- 如申請專利範圍第1項所述之量子點複合物,其中該基質層係由聚合物樹脂所形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之量子點複合物,其中該複數個量子點包含選自由一矽奈米晶體、一第2族-第6族化合物半導體奈米晶體、一第3族-第5族化合物半導體奈米晶體、一第4族-第6族化合物半導體奈米晶體及包含以上至少二者的混合物所組成之群組之一奈米晶體。
- 一種沿著光出入路徑包含如申請專利範圍第1項至第7項之任一項所述之量子點複合物之光電子裝置。
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