TWI593720B - 使用矽氧烷之低分子量混合物以分散在聚矽氧中的量子點 - Google Patents
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Description
本發明係關於產生聚合物之製程(其中在該聚合物內包埋有波長轉換器奈米粒子)、可利用該製程獲得之波長轉換器及包含該(聚合物)波長轉換器之照明單元。
使用諸如量子點(QD)等奈米粒子用於照明應用為業內已知。例如，US20110240960闡述包含發光源、安置於發光源上方之第一量子點波長轉換器的發光裝置，第一量子點波長轉換器包含複數個用於藉由轉換來自發光源之光之波長來生成波長轉換光的第一量子點、於其中分散地包埋第一量子點之第一色散介質及用於以包裝形式密封包埋第一量子點之色散介質之整個外部表面的第一密封劑。
施加第一囊封劑用於囊封第一量子點波長轉換器之整個外部表面。此外，第二量子點波長轉換器係安置於第一量子點波長轉換器上方，第二量子點波長轉換器包含複數個用於藉由轉換來自發光源之光之波長來生成波長轉換光的第二量子點、於其中分散地包埋第二量子點之第二色散介質及用於以包裝形式密封包埋第二量子點之第二色散介質之整個外部表面的第二密封劑，其中第一量子點波長轉換器、第二量子點波長轉換器及發光源相互間隔開。將第二囊封劑沈積於第二量子點波長轉換器之整個外部表面上並用於囊封第二量子點波長轉換
器之整個外部表面。此外，發光源為發光二極體或雷射二極體。
諸如量子點(QD)等奈米粒子已顯示在照明應用中極為令人感興趣。例如，其可用作將藍光轉換成其他色彩之無機磷光體，且具有相對較窄發射帶之優勢及可藉由QD之大小調諧色彩而能夠獲得高品質純白光之優勢。為將QD用於LED應用，需要將其納入適宜基質中。由於純QD粉末之濃度淬滅效應及較差加工能力二者，此一QD粉末(無基質)通常不合意。迄今為止，將奈米粒子包埋於許多類型之聚合物中似乎導致奈米粒子之聚集。目前，最常使用丙烯酸基質作為QD之基質，但已知其趨向高藍光通量之穩定性較差。由於已證實聚矽氧趨向高藍色通量穩定(即已證實其與LED相容)，吾人認為聚矽氧為QD之最佳基質。
聚矽氧目前用作用於許多LED製造製程之標準基質/樹脂。然而，QD通常具有疏水有機塗層(呈配體形式，通常延伸自QD之外部表面)，該疏水有機塗層使其與聚矽氧不相容：當QD與聚矽氧混合時，通常獲得混濁混合物，此由QD之凝聚造成。由於濃度淬滅效應、預期之增加之降解效應及導致空間濃度變化之加工該等膜之不受控方式，此係不期望的。據吾人所知，不存在與光學聚矽氧真正混溶之QD(具有配位配體)之實例。
總而言之，高度期望改良QD與光學聚矽氧之混溶性之較一般方式。因此，本發明之態樣係提供替代奈米粒子-聚合物系統、尤其聚合物-量子點系統。尤其，本發明之態樣係提供用於產生該包埋有奈米粒子之聚合物之替代製程。此外，本發明之態樣係提供其中包埋有奈米粒子之替代波長轉換器。再者，又一態樣係提供包含該包埋有QD之聚合物之替代照明單元。較佳地，替代製程及/或替代波長轉換器及/或替代照明單元至少部分地排除先前技術解決方案之上述(且亦
在下文中進一步闡述)缺點中之一或多者。
令人驚奇地，本發明者尤其發現，藉由波長轉換器奈米粒子之天然QD配體交換為特定PDMS類似配體(PDMS=聚二甲基矽氧烷)，當滿足具體條件時，QD可變得與聚矽氧真正混溶及/或顯著改良與聚矽氧之混溶性。此外，有利地業內不需要使用顯著量之諸如己烷及丙酮等額外溶劑或其他溶劑以獲得充分混溶系統。
此外，似乎有益的是，將基於矽氧烷之配體交換之量子點(例如基於PDMS之配體交換之量子點)首先分散於低分子量PDMS中，視情況接著去除溶劑，並在第二步驟中與市售聚矽氧或其他較高分子量矽氧烷、尤其PDMS混合，同時維持膠體穩定性。低分子量矽氧烷、尤其PDMS可攜帶可交聯基團(例如乙烯基或氫化物基團)，以使得聚矽氧基質中之低分子量矽氧烷、尤其PDMS能夠交聯。使用此方法，量子點可充分分散於聚矽氧基質中，即使其含有高於粒子表面上之配體之分子量的分子量。因此，代替將經接枝奈米粒子直接分散於可固化矽氧烷中，現在將經接枝奈米粒子首先預分散於短鏈矽氧烷中。預分散之經接枝奈米粒子之混合物可充分分散於可固化矽氧烷聚合物中，該等可固化矽氧烷聚合物具有長得多的鏈(相比於接枝配體)。若將經接枝奈米粒子直接分散於可固化矽氧烷聚合物中，則發現奈米粒子之分佈較差及/或照明特性較差。解決方案可係使用較長接枝配體，但此使得配體交換反應複雜化。
因此，在第一態樣中，本發明提供用於產生波長轉換器的製程，該波長轉換器包含其中包埋有波長轉換器奈米粒子(在本文中亦指示為「奈米粒子」)之矽氧烷聚合物基質，該製程包含：(a)混合(i)包含(i1)短鏈矽氧烷聚合物(「S聚合物」)及(i2)具有接枝有矽氧烷接枝配體(「X聚合物」)之外部表面之波長轉換器奈米粒子的第一液體與(ii)可固化矽氧烷聚合物(「Y聚合物」)，及(b)使可固化矽氧烷
聚合物固化，從而產生波長轉換器；其中該等短鏈矽氧烷聚合物具有s1個Si主鏈元素，其中該等矽氧烷接枝配體包含具有x1個Si主鏈元素之矽氧烷接枝配體，其中每一矽氧烷接枝配體之至少一個Si主鏈元素包含具有接枝官能性之基團；且其中該等可固化矽氧烷聚合物具有y1個Si主鏈元素；其中x1/s10.8，例如x1/s10.95，例如>1，如至少1.2，例如至少>2，其中s1<y1，例如s1/y1<0.25，且其中在具體實施例中x1<y1。
看來先將經接枝奈米粒子分散於短鏈(可固化)矽氧烷聚合物中且然後與長鏈可固化矽氧烷聚合物組合，可獲得具有良好照明性質及奈米粒子之良好分佈之波長轉換器。
該等奈米粒子係波長轉換器奈米粒子，其尤其可經組態以在藉由UV及/或藍光激發時提供於光譜之可見部分之至少一部分中之發光。因此，該等粒子在本文中亦指示為波長轉換器奈米粒子，其中QD(量子點)係具體實施例。
可藉由本文所闡述製程獲得之該波長轉換器可顯示具有高量子產率及穩定性之發光(當包埋於經固化矽氧烷聚合物之基質中時)。此外，波長轉換器可為相對地溫度及/或光化學穩定及/或透明。此外，利用此製程，奈米粒子可以相對均等之方式分散於聚合物中，而無實質的凝聚缺點。因此，在又一態樣中，本發明亦提供波長轉換器本身、尤其可藉由本發明之製程獲得。尤其，本發明亦提供光轉換器(本身)，該光轉換器包含其中包埋有波長轉換器奈米粒子之(經固化)矽氧烷聚合物(基質)，其中：(a)該等波長轉換器奈米粒子具有接枝有矽氧烷接枝配體之外部表面，且(b)該矽氧烷聚合物基質包含第一類型之矽氧烷聚合物及第二類型之矽氧烷聚合物，其中第二類型之矽氧烷聚合物之至少一部分係經交聯；其中第一類型之矽氧烷聚合物包含具有s1個Si主鏈元素之短鏈矽氧烷聚合物，其中該等矽氧烷接枝配
體包含具有x1個Si主鏈元素之矽氧烷接枝配體，其中第二類型之矽氧烷聚合物包含具有y1個Si主鏈元素之矽氧烷聚合物；其中x1/s10.8，例如x1/s10.95，例如>1，如至少1.2，例如至少>2，其中s1<y1，例如s1/y1<0.1，且其中在具體實施例中x1<y1。
由於該等波長轉換器可充分應用於照明裝置中，故在再一態樣中本發明提供照明裝置，該照明裝置包含經組態以生成光源光(即來自光源之光)之光源，本文中所定義、尤其可藉由本文中所定義製程獲得、經組態以將光源光之至少一部分轉換成可見轉換器光之波長轉換器。在再一態樣中，本發明亦提供包含一或多個背照單元之液晶顯示裝置，其中該一或多個背照單元包含一或多個本文中所定義之照明裝置。
術語波長轉換器係指經組態以將來自第一波長之光轉換成第二波長之光的系統。尤其，UV及/或藍光(激發波長)可(至少部分地)轉換成波長高於激發波長之(可見)光。此將於下文中進一步闡明；闡述關於矽氧烷聚合物、矽氧烷接枝配體及可固化矽氧烷聚合物之前一些態樣以及獲得波長轉換器之製程之實施例。
聚矽氧(更準確地稱為經聚合或可聚合矽氧烷或聚矽氧烷)係具有化學式[(R1,R2)SiO]n(不考慮末端基團)之混合無機-有機聚合物，其中R係諸如氫、烴或碳氟化合物等基團，尤其甲基、乙基或苯基。尤其，一或多個Si主鏈元素之一或多個R基團包含烴及碳氟化合物中之一或多者。該等側基中之一或多者亦可具有交聯官能性，例如乙烯基或氫化物基團。該等經聚合矽氧烷或聚矽氧烷材料係由無機矽-氧主鏈(…-Si-O-Si-O-Si-O-…)與附接至矽原子之有機側基組成，該等矽原子為四配位的。由於R側基在原則上可能不同，代替式[(R2)SiO]n，亦可應用式[(R1,R2)SiO]n(不考慮末端基團)。應注意，在本文中x1及y1係分別用於矽氧烷接枝配體及(可固化)矽氧烷聚合物(其形成主體材
料)之矽氧烷主鏈中之Si元素數。同樣，s1在本文中係用於短鏈矽氧烷(s)(S聚合物)之矽氧烷主鏈中之Si元素數。尤其，聚合物之主鏈係一系列一起產生該分子之連續鏈之共價鍵結原子。例如，[(R2)SiO]n具有n個Si主鏈元素及n個O主鏈元素。
在本文中提及僅R或更準確地R1、R2之事實不排除不同Si主鏈元素可包含相同側基，且聚矽氧亦可包含兩個以上不同類型之側基。因此，R可(例如，但不限於)選自由組成之群甲基、苯基等。亦鹵素、主要地氯可作為側鏈化合物R。此外，[R2SiO]或[-Si(R)2-O-]係指聚矽氧單元或聚矽氧特性基團(即表徵聚矽氧之基團)。
矽氧烷係任何由形式R2SiO之單元構成的化學化合物，其中R係(例如，但不限於)氫原子、烴基團或一或多個與末端基團組合之R2SiO單元。矽氧烷可具有由交替的矽及氧原子-Si-O-Si-O-與附接至矽原子之側鏈R組成之具支鏈或不具支鏈主鏈。具有有機側鏈(R≠H)之經聚合矽氧烷常稱為聚矽氧或聚矽氧烷。在本文中，該等經聚合矽氧烷亦指示為「矽氧烷」或「矽氧烷聚合物」。代表性實例係[SiO(CH3)2]n(聚二甲基矽氧烷)及[SiO(C6H5)2]n(聚二苯基矽氧烷)。該等化合物可視為有機及無機化合物二者之混合物。有機側鏈賦予疏水性質，而-Si-O-Si-O-主鏈僅為無機的。如上文所指示，主鏈中之Si元素在本文中亦指示為Si主鏈元素。因此，任何矽氧烷特性部分R2SiO均提供一個矽主鏈元素(其具有兩個側基)。應注意，例如PDMS係CH3[Si(CH3)2O] n Si(CH3)3，具有n+1個Si元素，因此實際上具有n+1個Si主鏈元素。若該矽氧烷用作接枝配體，則x1=n+1；若該矽氧烷用作用於固化之矽氧烷聚合物，則y1=n+1。此外，PDMS(參見式)具有n-1個非末端Si主鏈元素。假使應用矽氧烷之混合物，例如在多分散矽氧烷之情形下，s1、x1及y1可尤其分別為平均值、尤其重量平均值。
藉由改變-Si-O-鏈長度、側基及交聯，可合成具有眾多種性質及
組成之聚矽氧。其稠度可自液體變化至凝膠至橡膠至硬塑膠。最常用矽氧烷係直鏈聚二甲基矽氧烷(PDMS；參見上文)、即聚矽氧油。第二大群組之聚矽氧材料係基於聚矽氧樹脂，該聚矽氧樹脂係藉由具支鏈且籠樣之寡矽氧烷形成。在本文中，直鏈矽氧烷尤其用作可固化矽氧烷聚合物及/或矽氧烷接枝配體及/或短鏈矽氧烷聚合物。然而，亦非直鏈矽氧烷可用作可固化矽氧烷聚合物及/或矽氧烷接枝配體。此外，由於矽氧烷係經固化，故通常波長轉換器將為固體波長轉換器(固體聚合物波長轉換器)。然而，波長轉換器在一實施例中可為撓性。
如上文所指示，矽氧烷接枝配體包含具有x1個Si主鏈元素之矽氧烷接枝配體；尤其，該等接枝配體為矽氧烷接枝配體(具有x1個Si主鏈元素)。術語「接枝配體」係指配位至或鍵結至諸如量子點等波長轉換器奈米粒子(該等粒子在下文中進一步闡明)之外部表面之配體。接枝配體為(例如)業內已知，且係闡述於(例如)WO/2009/035657、WO/2010/014198及WO/2008/063653等中。接枝配體有時亦指示為封端配體。
該等接枝配體包含矽氧烷分子，該等矽氧烷分子通常將具有普遍已知的側基，且亦具有至少一個基團、尤其至少一個具有接枝官能性之側基。具有接枝官能性之(側)基團可選自由胺及羧酸根組成之群。例如，胺可為-NH2或COOH，但亦可分別為-R-NH2或R-COOH，其中R係烴，較佳地包含少於20個碳原子。然而，具有接枝官能性之(側)基團亦可包含膦、氧化膦、磷酸根、硫醇等(且在一實施例中其兩者或更多者之組合)。因此，接枝配體係矽氧烷分子，其通常將具有普遍已知的(側)基團，但亦具有至少一個選自由胺、羧酸根、膦、氧化膦、磷酸根、硫醇、甚至更尤其胺、羧酸根、膦、氧化膦及磷酸根組成之群之具有接枝官能性之(側)基團。在一實施例中，該等配體可包
含複數個具有接枝官能性之(側)基團，其可包含不同類型之該等(側)基團(或其可全部相同)。Si主鏈元素亦可包含兩個(或更多)具有接枝官能性之(側)基團。片語「具有接枝官能性之側基」係指如本文中所闡述具有接枝至發光奈米粒子之能力之側基(非末端基團)。因此，具有接枝官能性之(側)基團向矽氧烷提供其接枝能力(且因此接枝配體官能性)。該一或多個具有接枝官能性之基團較佳地為側基(亦參見下文)，但視情況該一或多個具有接枝官能性之基團中之一或多者亦可為端基(或末端基團)。因此，側基尤其為非末端Si主鏈元素之(側)基團(亦參見下文)。因此，換言之，接枝配體尤其包含至少具有接枝官能性之非末端官能團。
胺可以胺形式接枝至發光奈米粒子之外部表面；羧酸根可以羧酸根形式接枝至發光奈米粒子。尤其，似乎官能團尤其應以側基形式而非以端基形式配置。因此，尤其，接枝配體包含矽氧烷分子，該等矽氧烷分子具有不包含選自由胺、羧酸根、膦、氧化膦、磷酸根及硫醇組成之群之基團的端基；即不具有(實質上)具有接枝官能性之端基。矽氧烷接枝配體尤其具有具對以下有接枝官能性之(側)基團：本文中所指示之半導體量子點、尤其本文中所指示之CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、HgZnSTe、GaN、GaP、GaAs、AlN、AlP、AlAs、InN、InP、InAs、GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP、AlNAs、AlPAs、InNP、InNAs、InPAs、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlPAs、GaInNP、GaInNAs、GaInPAs、InAlNP、InAlNAs及InAlPAs奈米粒子、甚至更尤其硫化物、碲化物及硒化物。
具有接枝官能性之(側)基團可配置在接枝配體之矽氧烷主鏈上之任何地方。假定具有x1個矽主鏈單元之直鏈矽氧烷，則尤其發現一個(或更多個)具有接枝官能性之(側)基團之主鏈長度在20%至80%之間。假定(例如)包含50個Si主鏈元素之主鏈，尤其發現具有接枝官能性之(側)基團在第10個Si或第40個Si上或其間(其中第1個及第50個為端基)。
如上文所指示，存在至少一個該(側)基團，但視情況可存在一個以上具有接枝官能性之(側)基團，例如選自由胺及羧酸根組成之群，或其他基團，例如膦、氧化膦、磷酸根、硫醇。該等具有接枝官能性之(側)基團之數量可取決於矽氧烷接枝配體之鏈長度，但尤其不超過10、尤其不超過4、例如1至2之數量。因此，尤其每一矽氧烷接枝配體之不超過多達10個Si主鏈元素(並非末端Si主鏈元素)包含具有接枝官能性之(側)基團。尤其每一矽氧烷接枝配體之不超過多達10個Si主鏈元素(並非末端Si主鏈元素)包含選自由以下組成之群之(側)基團(具有接枝官能性)：包含胺之側基、包含羧酸根之(側)基團、包含膦之(側)基團、包含氧化膦之(側)基團、包含磷酸根之(側)基團及包含硫醇之(側)基團。當存在一個以上具有接枝官能性之側基時，尤其地具有接枝官能性之(側)基團之百分比等於或小於5莫耳%(在所有R1、R主鏈側基中，不超過5%包含該官能團)，甚至更尤其地具有接枝官能性之(側)基團之百分比等於或小於2.5莫耳%。因此，假定(例如)22個Si主鏈元素(因此包括兩個末端Si主鏈元素)，則有40個(側)基團可用；當其5%可具有接枝官能性時，此可暗示多達兩個(側)基團可具有接枝官能性；其他(側)基團不具有接枝官能性，例如甲基、苯基等。
應注意，術語「接枝配體」或「矽氧烷接枝配體」亦可係指複數個不同類型之矽氧烷接枝配體。在一實施例中，該等矽氧烷接枝配體實質上相同。然而，在另一實施例中，矽氧烷接枝配體可包含複數
個不同矽氧烷接枝配體，例如羧酸根及磷酸根。例如，其之鏈長度(x1)可不同，及/或其之側基可不同，及/或其之具有接枝官能性之側基可不同，及/或其之具有接枝官能性之側基之數量可不同，及/或其之具有接枝官能性之側基之位置可不同(及/或端基之類型不同)。例如，矽氧烷接枝配體可包含複數個矽氧烷聚合物，每一者僅具有一個(胺)側基，但其中(胺)側基之位置係無規分佈於矽氧烷聚合物上。
通常，波長轉換器(聚合物裝置)之可固化矽氧烷聚合物或(交聯)矽氧烷聚合物不具有一或多個選自由胺及羧酸根組成之群之具有接枝官能性的(側)基團。
除具有接枝官能性之側基以外，上文(及下文)所指示關於矽氧烷接枝配體之(一般)資訊實質上亦適用於可固化矽氧烷聚合物及/或短鏈矽氧烷聚合物。
術語「可固化矽氧烷聚合物」亦可係指複數個不同類型之可固化矽氧烷聚合物。在一實施例中，該等可固化矽氧烷聚合物實質上相同。然而，在另一實施例中，可固化矽氧烷聚合物可包含複數個不同可固化矽氧烷聚合物。例如，其之鏈長度(y1)可不同，及/或其之側基(之類型)可不同。此外，其之端基之類型可不同。可固化矽氧烷聚合物可具有經組態以在固化時形成交聯之(端)基團。應注意，另外或或者，每個可固化矽氧烷聚合物一或多個側基亦可經組態以在固化時形成交聯。例如，側基可包括乙烯基(或氫基團)。如可自上文瞭解，可固化矽氧烷聚合物可包含經組態以在固化時形成交聯之端基及/或側基。
術語「短鏈矽氧烷聚合物」亦可係指複數個不同類型之短鏈矽氧烷聚合物。在一實施例中，該等短鏈矽氧烷聚合物實質上相同。然而，在另一實施例中，短鏈矽氧烷聚合物可包含複數個不同短鏈矽氧烷聚合物。例如，其之鏈長度(s1)可不同，及/或其之側基(之類型)可
不同。此外，其之端基之類型可不同。短鏈矽氧烷聚合物可具有經組態以在固化時形成交聯之(端)基團。應注意，另外或或者，每個短鏈矽氧烷聚合物一或多個側基亦可經組態以在固化時形成交聯。例如，側基可包括包含不飽和鍵之基團(或氫基團、尤其C-H)。如可自上文瞭解，短鏈矽氧烷聚合物可包含經組態以在固化時形成交聯之端基及/或側基。
尤其，具有交聯官能性之基團(在此處個別地係指個別短鏈矽氧烷聚合物、接枝配體及可固化矽氧烷聚合物)係選自由氫化物基團及包含不飽和鍵之基團(即具有至少一個不飽和結合之基團，例如烯烴基團、炔烴基團、亞胺基團、羰基及肟基團)組成之群。
在具體實施例中，可固化矽氧烷聚合物可以第一不飽和鍵氫化物基團莫耳比包含含有不飽和鍵之基團及氫化物基團，該第一不飽和鍵氫化物基團莫耳比尤其在3：1至1：3、例如1：1至1：3之範圍內。在一實施例中，短鏈矽氧烷聚合物亦可包含具有交聯官能性之基團。在具體實施例中，短鏈矽氧烷聚合物以第一不飽和鍵氫化物基團莫耳比包含含有不飽和鍵之基團及氫化物基團，該第一不飽和鍵氫化物基團莫耳比尤其在3：1至1：3、例如1：1至1：1：3之範圍內。在一實施例中，可固化矽氧烷聚合物以第一不飽和鍵氫化物基團莫耳比包含含有不飽和鍵之基團及氫化物基團，且短鏈矽氧烷聚合物以第二不飽和鍵氫化物基團莫耳比包含含有不飽和鍵之基團及氫化物基團，其中第二不飽和鍵氫化物基團莫耳比係在第一不飽和鍵氫化物基團莫耳比之25%至250%、例如50至150%之範圍內。片語「包含含有不飽和鍵之基團及氫化物基團」及類似片語尤其指示該等聚合物包含含有一或多個包含不飽和鍵之基團之聚合物亞組及包含一或多個氫化物基團之聚合物亞組。
在具體實施例中，x1係至少40、例如至少50、尤其至少80。然
後可獲得較好及/或較穩定系統。在一實施例中，x1不大於2000、尤其不大於1,000、例如不大於800。在具體實施例中，x1係在40至1,000、例如40至800、如100至800之範圍內。如上文所提及，可應用不同(可固化)矽氧烷接枝配體之組合；在該情形下，x1可為(重量)平均值。因此，x1可尤其在20至1,000之範圍內。x1值愈大，奈米粒子可分散得愈容易且選擇各種長度之矽氧烷的機會愈大。
此外，s1係至少7、例如尤其至少10、如至少40、且尤其不大於400、例如不大於200。因此，s1可尤其在7至150之範圍內。此外，可獲得x1/s10.80之良好結果，但當x1/s10.95，例如x1/s11.2，如至少2，例如至少5時，通常在(波長轉換器之)穩定性及/或透射之意義上獲得較好結果。如上文所提及，可應用不同(可固化)短鏈聚合物配體(S聚合物)之組合；在該情形下，s1可為(重量)平均值。
此外，可獲得y1至少為40、例如至少100、如至少500之良好結果。尤其，x1/y10.8。尤其，y1係在40至2,000、例如50至1,000之範圍內。如上文所提及，可應用不同可固化矽氧烷聚合物之組合；在該情形下，y1可為(重量)平均值。
尤其，矽氧烷接枝配體及可固化矽氧烷聚合物在化學上實質上相同。此可暗示(例如)矽氧烷接枝配體及可固化矽氧烷聚合物二者均為聚二甲基矽氧烷或聚二苯基矽氧烷或聚甲基苯基(尤其50/50)矽氧烷，其中矽氧烷接枝配體具有至少一個為具有接枝官能性之側基之側基。尤其，短鏈矽氧烷聚合物及可固化矽氧烷聚合物在化學上實質上相同。此可暗示(例如)短鏈矽氧烷聚合物及可固化矽氧烷聚合物二者均為聚二甲基矽氧烷或聚二苯基矽氧烷或聚甲基苯基(尤其50/50)矽氧烷。尤其，短鏈矽氧烷聚合物及矽氧烷接枝配體在化學上實質上相同。此可暗示(例如)短鏈矽氧烷聚合物及矽氧烷接枝配體二者均為聚二甲基矽氧烷或聚二苯基矽氧烷或聚二甲基苯基(尤其50/50)矽氧烷。
因此，在具體實施例中，短鏈矽氧烷聚合物、矽氧烷接枝配體及可固化矽氧烷聚合物在化學上實質上相同。此可暗示(例如)矽氧烷接枝配體、短鏈矽氧烷聚合物及可固化矽氧烷聚合物為聚二甲基矽氧烷或聚二苯基矽氧烷或聚甲基苯基(尤其50/50)矽氧烷。如熟習此項技術者所明瞭，亦可應用聚二甲基矽氧烷、聚二苯基矽氧烷及聚甲基苯基中之兩者或更多者之共聚物。
在具體實施例中，在化學身份方面矽氧烷接枝配體及可固化矽氧烷聚合物之側基之至少75%、尤其80%、甚至更尤其85%、甚至更尤其至少90%、例如尤其至少95%重疊。可藉由測定矽氧烷接枝配體及可固化矽氧烷聚合物上之具體側基之百分比並對百分比之重疊部分算總和來評價化學身份之重疊。例如，在假設實例中，當矽氧烷接枝配體包含72%甲基及25%苯基側基，且可固化矽氧烷聚合物包含66%甲基及29%苯基側基時，則重疊百分比之和為66%+25%=91%。因此，該等矽氧烷接枝配體及可固化矽氧烷聚合物實質上化學相同。尤其，在化學身份方面短鏈矽氧烷聚合物(S聚合物)及可固化矽氧烷聚合物(Y聚合物)之側基之至少75%、尤其80%、甚至更尤其85%、甚至更尤其至少90%、例如尤其至少95%重疊。可如上文所闡述類似地藉由測定短鏈矽氧烷聚合物及可固化矽氧烷聚合物上之具體側基之百分比並對百分比之重疊部分算總和來評價化學身份之重疊。尤其，在化學身份方面短鏈矽氧烷聚合物(S聚合物)及矽氧烷接枝配體(X聚合物)之側基之至少75%、尤其80%、甚至更尤其85%、甚至更尤其至少90%、例如尤其至少95%重疊。可如上文所闡述類似地藉由測定短鏈矽氧烷聚合物及可固化矽氧烷聚合物上之具體側基之百分比並對百分比之重疊部分算總和來評價化學身份之重疊。再者，甚至更尤其，在化學身份方面矽氧烷接枝配體(X聚合物)及可固化矽氧烷聚合物(Y聚合物)之側基之至少75%、尤其80%、甚至更尤其85%、甚至更尤其至
少90%、例如尤其至少95%重疊，且在化學身份方面短鏈矽氧烷聚合物及可固化矽氧烷聚合物之側基之至少75%、尤其80%、甚至更尤其85%、甚至更尤其至少90%、例如尤其至少95%重疊。
如上文所指示，短鏈矽氧烷聚合物及/或矽氧烷接枝配體及/或可固化矽氧烷聚合物可分別包含複數個不同分子。在該情形下，使用平均值。例如，假定具有74%甲基及22%苯基側基之第一矽氧烷接枝配體及具有70%甲基及28%苯基側基之第二矽氧烷接枝配體，則平均百分比為72%甲基及25%苯基。當應用不同(可固化)矽氧烷之組合時，可選擇重量平均值。
在具體實施例中，矽氧烷接枝配體之Si主鏈元素(不包括末端基團)之至少75%、尤其80%、甚至更尤其85%、甚至更尤其至少90%、例如尤其至少95%具有甲基側基，且尤其(可固化)矽氧烷聚合物之Si主鏈元素(不包括末端基團)之至少75%、尤其80%、甚至更尤其85%、甚至更尤其至少90%、例如尤其至少95%具有甲基側基。因此，在一實施例中，(固體)矽氧烷聚合物(基質)及矽氧烷接枝配體包含聚二甲基矽氧烷聚合物。假定包含10個矽主鏈單元(不包括末端基團)及90%甲基側基之矽氧烷，將存在16個甲基側基。在又一具體實施例中，短鏈矽氧烷聚合物之Si主鏈元素(不包括末端基團)之至少60%、甚至更尤其至少70%、例如尤其至少85%具有甲基側基，矽氧烷接枝配體之Si主鏈元素(不包括末端基團)之至少75%、尤其80%、甚至更尤其85%、甚至更尤其至少90%、例如尤其至少95%具有甲基側基，且尤其(可固化)矽氧烷聚合物之Si主鏈元素(不包括末端基團)之至少75%、尤其80%、甚至更尤其85%、甚至更尤其至少90%、例如尤其至少95%具有甲基側基。因此，在一實施例中，短鏈矽氧烷聚合物之Si主鏈元素之至少60%具有甲基側基，其中矽氧烷接枝配體之Si主鏈元素之至少90%具有甲基側基，且其中矽氧烷聚合物之Si主鏈元素之至少
90%具有甲基側基。尤其，在一實施例中，短鏈矽氧烷聚合物、(固體)矽氧烷聚合物(基質)及矽氧烷接枝配體包含聚二甲基矽氧烷聚合物。在具體實施例中，短鏈矽氧烷聚合物、矽氧烷接枝配體及可固化矽氧烷聚合物為聚二甲基矽氧烷或聚二苯基矽氧烷或聚甲基苯基矽氧烷。
尤其，接枝配體及可固化矽氧烷聚合物二者之矽氧烷為100%甲基側基或50/50甲基/苯基側基(然而，其中對於矽氧烷接枝配體，至少一個側基為具有接枝官能性之側基，從而該側基不僅為甲基或苯基，而係替代性地或另外包含(例如)胺或羧酸根)。同樣，甚至更尤其地，短鏈矽氧烷聚合物、接枝配體及可固化矽氧烷聚合物之矽氧烷為100%甲基側基或50/50甲基/苯基側基。因此，本發明不僅限於PDMS聚合物。在再一實施例中，矽氧烷接枝配體之Si主鏈元素(不包括末端基團)之至少75%、尤其80%、甚至更尤其85%、甚至更尤其至少90%、例如尤其至少95%具有苯基側基，且矽氧烷聚合物之Si主鏈元素(不包括末端基團)之至少75%、尤其80%、甚至更尤其85%、甚至更尤其至少90%、例如尤其至少95%具有苯基側基。在再又一實施例中，短鏈矽氧烷聚合物之Si主鏈元素(不包括末端基團)之至少75%、尤其80%、甚至更尤其85%、甚至更尤其至少90%、例如尤其至少95%具有苯基側基，矽氧烷接枝配體之Si主鏈元素(不包括末端基團)之至少75%、尤其80%、甚至更尤其85%、甚至更尤其至少90%、例如尤其至少95%具有苯基側基，且矽氧烷聚合物之Si主鏈元素(不包括末端基團)之至少75%、尤其80%、甚至更尤其85%、甚至更尤其至少90%、例如尤其至少95%具有苯基側基。如所明瞭，(X、S及Y聚合物中之任一者之)末端基團亦可包含甲基、苯基或其他基團，例如視情況具有交聯官能性之基團。
在本文中指示為波長轉換器奈米粒子之量子點或發光奈米粒子
可包含(例如)選自由以下組成之群之II族-VI族化合物半導體量子點：CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe及HgZnSTe。在另一實施例中，發光奈米粒子可為(例如)選自由以下組成之群之III族-V族化合物半導體量子點：GaN、GaP、GaAs、AlN、AlP、AlAs、InN、InP、InAs、GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP、AlNAs、AlPAs、InNP、InNAs、InPAs、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlPAs、GaInNP、GaInNAs、GaInPAs、InAlNP、InAlNAs及InAlPAs。在再一實施例中，發光奈米粒子可為(例如)選自由CuInS2、CuInSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgInS2、AgInSe2、AgGaS2及AgGaSe2組成之群之I-III-VI2黃銅礦型半導體量子點。在再一實施例中，發光奈米粒子可為(例如)I-V-VI2半導體量子點，例如選自由LiAsSe2、NaAsSe2及KAsSe2組成之群。在再一實施例中，發光奈米粒子可為(例如)IV族-VI族化合物半導體奈米晶體，例如SbTe。在具體實施例中，發光奈米粒子係選自由InP、CuInS2、CuInSe2、CdTe、CdSe、CdSeTe、AgInS2及AgInSe2組成之群。在再一實施例中，發光奈米粒子可為(例如)選自上文所闡述裏面具有諸如ZnSe：Mn、ZnS：Mn等摻雜劑之材料之II族-VI族、III族-V族、I族-III族-V族及IV族-VI族化合物半導體奈米晶體中之一者。摻雜劑元素可選自Mn、Ag、Zn、Eu、S、P、Cu、Ce、Tb、Au、Pb、Tb、Sb、Sn及Tl。在本文中，基於發光奈米粒子之發光材料亦可包含不同類型之QD，例如CdSe及ZnSe：Mn。
似乎使用II-VI量子點尤其有利。因此，在一實施例中，基於半
導體之發光量子點包含II-VI量子點，尤其選自由CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe及HgZnSTe組成之群、甚至更尤其選自由CdS、CdSe、CdSe/CdS及CdSe/CdS/ZnS組成之群。在一實施例中，然而，應用無Cd QD。在具體實施例中，波長轉換器奈米粒子包含III-V QD、更具體而言基於InP之量子點、例如核心-殼層InP-ZnSQD。應注意，術語「InP量子點」或「基於InP之量子點」及類似術語可係指「裸」InP QD，且亦係指殼層在InP核心上之核心-殼層InP QD，例如核心-殼層InP-ZnS QD，如點於棒中InP-ZnS QD。
發光奈米粒子(無塗層)可具有在約1nm至50nm、尤其1nm至20nm、例如1nm至15nm、如1nm至5nm之範圍內之尺寸；尤其至少90%之奈米粒子分別具有在所指示範圍內之尺寸(即例如，至少90%之奈米粒子具有在2nm至50nm之範圍內之尺寸，或尤其地至少90%之奈米粒子具有在5nm至15nm之範圍內之尺寸)。術語「尺寸」尤其係指長度、寬度及直徑中之一或多者，此取決於奈米粒子之形狀。在一實施例中，波長轉換器奈米粒子具有在約1奈米(nm)至約1000奈米之範圍內、且較佳在約1nm至約100nm之範圍內之平均粒徑。在一實施例中，奈米粒子具有在約1nm至50nm、尤其1nm至約20nm之範圍內且通常至少1.5nm、例如至少2nm之平均粒徑。在一實施例中，奈米粒子具有在約1nm至約20nm之範圍內之平均粒徑。
典型點可由諸如硒化鎘、硫化鎘、砷化銦及磷化銦等二元合金製得。然而，點亦可由諸如硫硒化鎘等三元合金製得。該等量子點可在量子點體積內含有少至100個至100,000個原子，且直徑為10個至50
個原子。此與約2奈米至10奈米相對應。例如，可提供諸如CdSe、InP或CuInSe2等直徑為約3nm之(球形)粒子。發光奈米粒子(無塗層)可具有球形、立方體、棒、線、盤、多足等形狀，其中一個尺寸之大小小於10nm。例如，可提供長度為20nm且直徑為4nm之CdSe奈米棒。因此，在一實施例中，基於半導體之發光量子點包含核心-殼層量子點。在再一實施例中，基於半導體之發光量子點包含棒中點(dots-in-rods)奈米粒子。亦可應用不同類型之粒子之組合。例如，可應用核心-殼層粒子及棒中點，及/或可應用前述兩種或更多種奈米粒子之組合，例如CdS及CdSe。此處，術語「不同類型」可係指不同幾何形狀以及不同類型之半導體發光材料。因此，亦可應用兩種或更多種(上文所指示)量子點或發光奈米粒子之組合。
在一實施例中，術語「球形」可亦係指「準球形」。應注意，奈米粒子不必為(準)球形，其亦可(例如)具有四面體形狀等。因此，上述直徑通常可係指尺寸。例如，在四面體奈米粒子之情形下，發光奈米粒子(無塗層)亦可具有在約1nm至50nm、尤其1nm至20nm、例如1nm至15nm、如1nm至5nm之範圍內之尺寸。在該等實施例中，術語「尺寸」亦可係指如長度、寬度、高度之尺寸，如四面體條帶之長度。
製造半導體奈米晶體之方法之一實例(例如源自WO 2011/031871)係膠體生長製程。藉由將M供體及X供體注入至熱配位溶劑中來發生膠體生長。用於製備單分散半導體奈米晶體之較佳方法之一實例包含使注入至熱配位溶劑中之有機金屬試劑(例如二甲基鎘)熱解。此容許離散成核且導致宏觀數量之半導體奈米晶體之受控生長。注入產生之晶核可以受控方式生長以形成半導體奈米晶體。可溫和地加熱反應混合物以使半導體奈米晶體生長並退火。樣品中半導體奈米晶體之平均大小及大小分佈二者取決於生長溫度。維持穩定生長所必需之生長溫
度增加，則平均晶體大小增加。半導體奈米晶體係半導體奈米晶體之群體之成員。由於離散成核及受控生長，可獲得之半導體奈米晶體之群體的直徑具有窄的單分散分佈。直徑之單分散分佈亦可稱為大小。較佳地，單分散粒子群體包括其中群體中至少約60%、尤其至少80%、甚至更尤其至少90%之粒子在指定粒徑範圍內之粒子群體。單分散粒子群體之直徑較佳偏離小於15%rms(均方根)且更佳小於10%rms且最佳小於5%。
在一實施例中，奈米粒子可包含半導體奈米晶體，該等半導體奈米晶體包括包含第一半導體材料之核心及包含第二半導體材料之殼層，其中該殼層係安置於核心之表面之至少一部分上。包括核心及殼層之半導體奈米晶體亦稱為「核心/殼層」半導體奈米晶體。
例如，半導體奈米晶體可包括具有式MX之核心，其中M為鎘、鋅、鎂、汞、鋁、鎵、銦、鉈或其混合物，且X為氧、硫、硒、碲、氮、磷、砷、銻或其混合物。適宜用作半導體奈米晶體核心之材料之實例包括(但不限於)ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、MgS、MgSe、GaAs、GaN、GaP、GaSe、GaSb、HgO、HgS、HgSe、HgTe、InAs、InN、InP、InSb、AlAs、AIN、AlP、AlSb、TIN、TIP、TlAs、TlSb、PbO、PbS、PbSe、PbTe、Ge、Si、包括上述任一者之合金及/或包括上述任一者之混合物，其包括三元及四元混合物或合金。
殼層可為組成與核心之組成相同或不同之半導體材料。殼層於核心半導體奈米晶體之表面上包含半導體材料外塗層且可包括IV族元素、II族-VI族化合物、II族-V族化合物、III族-VI族化合物、III族-V族化合物、IV族-VI族化合物、I族-III族-VI族化合物、II族-IV族-VI族化合物、II族-IV族-V族化合物、包括上述任一者之合金及/或包括上述任一者之混合物，其包括三元及四元混合物或合金。實例包括
(但不限於)ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、MgS、MgSe、GaAs、GaN、GaP、GaSe、GaSb、HgO、HgS、HgSe、HgTe、InAs、InN、InP、InSb、AlAs、AIN、AlP、AlSb、TIN、TIP、TlAs、TlSb、PbO、PbS、PbSe、PbTe、Ge、Si、包括上述任一者之合金及/或包括上述任一者之混合物。例如，可於CdSe或CdTe半導體奈米晶體上生長ZnS、ZnSe或CdS外塗層。例如，在美國專利6,322,901中闡述外塗佈方法。藉由在外塗佈期間調節反應混合物之溫度並監測核心之吸收光譜，可獲得具有高發射量子效率及窄大小分佈之外塗佈材料。外塗層可包含一或多個層。外塗層包含至少一種與核心之組成相同或不同之半導體材料。較佳地，外塗層具有約1個至約10個單層之厚度。外塗層亦可具有大於10個單層之厚度。在一實施例中，核心上可包括一個以上之外塗層。
在一實施例中，環繞「殼層」材料之帶隙可大於核心材料之帶隙。在某些其他實施例中，環繞殼材料之帶隙可小於核心材料之帶隙。在一實施例中，殼層可經選擇以便其原子間距接近「核心」基質之原子間距。在某些其他實施例中，殼層及核心材料可具有相同之晶體結構。半導體奈米晶體(核心)殼層材料之實例包括(但不限於)：紅色(例如(CdSe)ZnS(核心)殼層)、綠色(例如(CdZnSe)CdZnS(核心)殼層等)及藍色(例如(CdS)CdZnS(核心)殼層)(關於基於半導體之具體波長轉換器奈米粒子亦進一步參見上文)。
因此，上述外部表面可為裸量子點(即不包含另一殼層或塗層之QD)之表面，或可為經塗佈量子點、例如核心-殼層量子點(如核心-殼層或點於棒中)之表面，即殼層之(外部)表面。因此，接枝配體尤其接枝至量子點之外部表面、例如點於棒中QD之外部表面。
因此，在具體實施例中，波長轉換器奈米粒子係選自由核心-殼層奈米粒子組成之群，其中核心及殼層包含以下中之一或多者：
CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、HgZnSTe、GaN、GaP、GaAs、AlN、AlP、AlAs、InN、InP、InAs、GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP、AlNAs、AlPAs、InNP、InNAs、InPAs、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlPAs、GaInNP、GaInNAs、GaInPAs、InAlNP、InAlNAs及InAlPAs。通常，核心及殼層包含相同類別之材料，但基本上係由不同材料組成，如環繞CdSe核心之ZnS殼層等。
如上文所指示，該等類型之波長轉換器奈米粒子可包埋於聚合物基質(即矽氧烷聚合物基質)中。此通常係固體聚合物(即非液體)，但該聚合物在一實施例中可為撓性的且在一實施例中亦可具有凝膠樣性質。在本文中，術語「固體聚合物」係用於指示本發明製程之聚合物終產物並非液體或經溶解聚合物，而係呈(例如)粒子、膜、板等形式之有形產物(在室溫(及大氣壓)下)。因此，在一實施例中，波長轉換器係選自由塗層、自支撐層及板組成之群；因此該波長轉換器尤其在室溫、尤其甚至高達100℃、尤其甚至高達150℃、尤其甚至高達200℃下為固體)。波長轉換器可為撓性的或可為剛性的。此外，波長轉換器可為平坦的或彎曲的(在一或兩個尺寸上)。此外，波長轉換器可視情況包含於波長轉換器之外部表面之至少一部分處之外偶合結構。
本發明製程至少包含兩個製程要素，其通常將連續進行，其中第一製程要素在第二製程要素之前。明確提及兩個製程要素之事實不排除一或多個其他製程要素之存在，該一或多個其他製程元可包括於
第一製程要素之前及/或第一與第二製程要素之間及/或第二製程要素之後之製程中。例如，本發明製程亦可包括用本發明中所定義之接枝分子交換量子奈米粒子上之現存接枝分子。此製程可視情況進一步包括去除過量配體(即不鍵結至波長轉換器奈米粒子之配體)。
第一製程要素包括混合經接枝奈米粒子(即具有接枝有矽氧烷接枝配體之外部表面之波長轉換器奈米粒子)與可固化矽氧烷聚合物。經接枝奈米粒子尤其可用於包含短鏈矽氧烷聚合物之液體中；此組合係指示為「第一液體」。
通常，波長轉換器奈米粒子市售存於(第一)溶劑(例如甲苯)中，且配體無矽氧烷(例如油酸酯(9z-十八碳-9-烯酸酯)及/或TOPO(三辛基氧化膦))。該等配體必須用本文中所闡述之接枝配體交換。因此，在一實施例中，可藉由混合包含奈米粒子之液體(尤其該具有配體(其無矽氧烷)之市售奈米粒子液體)與包含接枝配體之液體來獲得經接枝奈米粒子(如本文中所闡述)。此包含接枝配體之液體可包含溶劑，但尤其可實質上包含接枝配體本身。視情況，該等接枝配體係可固化的。藉由組合奈米粒子與接枝配體，接枝配體附接至奈米粒子之外部表面(其可於包含奈米粒子之液體中(於(第一)溶劑中)交換為奈米粒子之配體)。
尤其自溶劑與剩餘配體之混合物分離由此獲得之經接枝奈米粒子。例如，可使經接枝奈米粒子沈澱並洗滌，以(例如)去除未經鍵結接枝配體。其後，其可再分散於第二溶劑(例如甲苯)中。現在，奈米粒子係接枝有期望配體，並可用於液體中。此係稱為起始液體。然後此起始液體可與包含短鏈矽氧烷聚合物之液體組合。此包含短鏈矽氧烷聚合物之液體可包含溶劑，但尤其實質上可包含短鏈矽氧烷聚合物本身。尤其，該等短鏈矽氧烷聚合物係可固化的。該等液體之組合導致接枝配體分散於短鏈矽氧烷聚合物中。由此獲得之液體係指示為第
一液體，且包含分散於短鏈矽氧烷聚合物中之經接枝奈米粒子。當x1/s10.8，尤其>1時，具有接枝配體之波長轉換器奈米粒子相對地容易與短鏈矽氧烷聚合物混溶。
較佳地藉由(例如)蒸發(在減壓下)或利用吸附劑中之一或多者去除剩餘溶劑。亦可應用其他技術以實質上去除基本上源於第一液體之剩餘溶劑。因此，尤其期望當溶劑可用於第一液體時，在固化之前、且尤其在組合(混合)第一液體與可固化矽氧烷聚合物之前，去除溶劑之至少一部分，較佳地實質上去除所有溶劑。在具體實施例中，第一液體可包含一或多種具有高達最大120℃、尤其高達150℃之沸點之溶劑，其中溶劑之總量不超過2wt.%、尤其不超過1wt.%。因此，本發明方法亦可包括自第一液體去除溶劑至少直至達到不超過2wt.%之溶劑總量為止。因此，QD可分散於短鏈矽氧烷聚合物、即第一液體中，該第一液體可包含少量溶劑或實質上完全不含溶劑。例如，甲苯具有約111℃之沸點，庚烷具有約99℃之沸點，且六甲基二矽氧烷具有約101℃之沸點。因此，在一實施例中，具有低於120℃之沸點之溶劑(包括在去除之後)不可用於第一液體中(在可固化矽氧烷聚合物之存在下固化之前)或波長轉換器中或僅以不超過2wt.%、尤其不超過1wt.%之總量可用。
在本文中，溶劑係視為當在室溫下至少0.1克/l之欲溶解種類可溶解於溶劑中之溶劑。該溶劑可較佳地為任何具有較佳低於150℃、例如低於120℃之沸點之常用非極性溶劑。例如，溶劑可為甲苯、苯、己烷、環己烷等。溶劑可為極性溶劑。例如，溶劑可為氯仿、丙酮、丙酮、腈、乙酸乙酯、乙酸丁酯、石油醚等。混合可用習用技術進行。視情況，可加熱該混合物。
此外，將第一液體、即包含分散於短鏈(可固化)矽氧烷聚合物(S聚合物)中之經接枝奈米粒子之液體與可固化矽氧烷聚合物(Y聚合物)
組合。由此獲得之組合可經固化，或可提供於基材上或於腔中，且然後經固化等。固化可用業內已知技術進行。如上文所指示，為此，可固化矽氧烷聚合物之至少一部分可具有經組態以在固化時形成交聯之反應性基團。固化可藉由觸媒、例如尤其Pt觸媒輔助。此外，可加熱及/或輻照該混合物以起始及/或傳播固化。藉由固化，獲得經接枝波長轉換器奈米粒子之(固體)基質或主體(前者係包埋並分佈於後者中)。
因此，本發明進一步提供包括以下之製程：(a)混合(i)包含(i1)短鏈矽氧烷聚合物及(i2)具有外部表面接枝有矽氧烷接枝配體之波長轉換器奈米粒子之第一液體與(ii)可固化矽氧烷聚合物，其中該製程進一步包括在固化之前(第一液體與可固化矽氧烷聚合物之混合物)、且尤其在混合第一液體與可固化矽氧烷聚合物之前，自第一液體去除溶劑(即任何剩餘溶劑)，尤其直至獲得等於或低於2wt.%、尤其等於或低於1wt.%、甚至更尤其等於或低於0.5wt.%之量為止。
如上文所表明，本發明製程可提供包含(固體)聚合物之(發光)波長轉換器，在該聚合物物件內包埋具有接枝有接枝分子之外部表面之波長轉換器奈米粒子。如上文所指示，(發光)波長轉換器可為(例如)透明的或半透明的、尤其實質上透明的。
在一實施例中，本發明製程可導致其中接枝配體之至少一部分與矽氧烷聚合物交織(例如經由交聯)之產物。後一實施例可係矽氧烷接枝配體可能夠與可固化(或經固化)矽氧烷聚合物反應之情形。因此，在一實施例中，一或多個矽氧烷接枝配體可包含經組態以尤其與可固化矽氧烷聚合物(其形成主體材料或基質)形成交聯的官能團。在一實施例中，本發明製程可導致其中短鏈矽氧烷聚合物之至少一部分與矽氧烷聚合物交織(經由例如交聯)之產物。後一實施例可係短鏈矽氧烷聚合物可能夠與可固化(或經固化)矽氧烷聚合物反應之情形。因
此，在一實施例中，一或多個短鏈矽氧烷聚合物可包含經組態以尤其與可固化矽氧烷聚合物(其(實質上)形成主體材料或基質)形成交聯的官能團。在又一實施例中，本發明製程(亦)可在一實施例中導致其中接枝配體之至少一部分與短鏈矽氧烷聚合物交織(例如經由交聯)之產物。後一實施例可係矽氧烷接枝配體可能夠與短鏈矽氧烷聚合物反應之情形。因此，在一實施例中，一或多個矽氧烷接枝配體及一或多個短鏈矽氧烷聚合物可包含經組態以彼此形成交聯之官能團。因此，在具體實施例中，第二類型之矽氧烷聚合物之至少一部分係經交聯，亦第一類型之矽氧烷聚合物之至少一部分係經交聯，且第一類型之矽氧烷聚合物與第二類型之矽氧烷聚合物之至少一部分係彼此交聯。
因此，本發明製程亦可提供本文中所定義之其中包埋有波長轉換器奈米粒子之波長轉換器(或波長轉換器元件)。因此，在一實施例中，可藉由本文中所定義之製程獲得本文中所定義之其中包埋有波長轉換器奈米粒子之波長轉換器(或波長轉換器元件)。因此，如上文所指示，在又一態樣中，本發明提供包含其中包埋有波長轉換器奈米粒子之矽氧烷聚合物基質之波長轉換器，其中：(a)波長轉換器奈米粒子具有接枝有矽氧烷接枝配體(X聚合物)之外部表面，且(b)矽氧烷聚合物基質包含第一類型之矽氧烷聚合物(S聚合物或基於S聚合物)及第二類型之矽氧烷聚合物(Y聚合物或基於Y聚合物)，其中第二類型之矽氧烷聚合物之至少一部分係經交聯；其中第一類型之矽氧烷聚合物包含具有s1個Si主鏈元素之短鏈矽氧烷聚合物，其中矽氧烷接枝配體包含具有x1個Si主鏈元素之矽氧烷接枝配體，其中第二類型之矽氧烷聚合物包含具有y1個Si主鏈元素之矽氧烷聚合物；其中x1/s10.8，例如x1/s10.95，例如>1，如至少1.2，例如至少>2，其中s1<y1，例如s1/y1<0.1，且其中在具體實施例中x1<y1。
尤其，波長轉換器包含相對於波長轉換器之總重量0.001wt.%至
25wt.%波長轉換器奈米粒子，例如0.1wt.%至20wt.%、尤其不超過5wt.%、例如0.1wt.%至2wt.%。此外，在具體實施例中，s1<x1<y1。尤其，s1係至少7，x1係至少20，且y1係至少100，例如在100至1,000之範圍內。
如上文所指示，在產生波長轉換器期間，尤其可去除溶劑(尤其在固化之前)。因此，在一實施例中，波長轉換器不包含溶劑。然而，若波長轉換器仍包含一些溶劑，則一或多種剩餘溶劑可以一或多種溶劑之相對於波長轉換器之重量不超過2wt.%.、尤其低於1wt.%之總量(一或多種溶劑之和)存在。
如上文所指示，短鏈聚合物亦可係可固化。因此，可獲得呈交聯網絡形式之基質，其中Y聚合物係經相互連接，S聚合物係經相互連接，且S與Y係經相互連接。當接枝配體包含可固化基團，該等接枝配體亦可形成該網絡之一部分。
尤其地，經固化(可固化)矽氧烷聚合物之基質可透射具有選自380nm至750nm之範圍之波長之光。例如，經固化(可固化)矽氧烷聚合物之基質可透射藍光及/或綠光及/或紅光。尤其，經固化(可固化)矽氧烷聚合物之基質至少可透射420nm至680nm之整個範圍。尤其，經固化(可固化)矽氧烷聚合物之基質對由照明單元(亦參見下文)之光源生成且具有選自可見波長範圍之波長之光具有在50%至100%之範圍內、尤其在70%至100%之範圍內之光透射。以此方式，經固化(可固化)矽氧烷聚合物之基質可透射來自照明單元之可見光。來測定透射或光透性可藉由以第一強度向該材料提供具體波長之光並將在透射穿過材料後量測之彼波長之光之強度與在彼具體波長下向材料提供之光之第一強度相關聯(亦參見CRC Handbook of Chemistry and Physics，第69版，1088-1989之E-208及E-406)。波長轉換器可為透明的或半透明的，但尤其可為透明的。尤其，波長轉換器實質上為透明的及/或
實質上不散射光。當波長轉換器為透明的時，光源之光不可能由波長轉換器徹底吸收。尤其當使用藍光時，此可係感興趣的，此乃因藍光可用於激發波長轉換器奈米粒子且可用於提供藍色分量(於白光中)。因此，尤其應用為波長轉換器奈米粒子提供實質上透射基質(或主體)之可固化矽氧烷聚合物。
此外，如上文所述，本發明亦提供照明單元，該照明單元包含(i)經組態以生成光源光之光源及(ii)經組態以將光源光之至少一部分轉換成轉換器光之波長轉換器，其中波長轉換器包含可根據本文中所定義之製程獲得之固體聚合物或本文中所定義之波長轉換器。因此，在又一態樣中，本發明提供包含以下之照明裝置：經組態以生成光源光之光源、可藉由本文中所定義之製程獲得之波長轉換器或本文中所定義之波長轉換器本身，該波長轉換器經組態以將光源光之至少一部分轉換成可見轉換器光。
鑒於效率及/或穩定性，將奈米粒子或尤其波長轉換器配置於距離光源之非零距離、例如0.5mm至50mm、如1mm至50mm處可係有利的。因此，在一實施例中，可將波長轉換器組態於光源之非零距離處。例如，照明單元之窗口可應用或可包含波長轉換器或尤其發光材料。假使光源係經組態以提供藍光，則發光材料可經組態以僅轉換光源光之一部分。在一實施例中，光源之藍光及基於波長轉換器奈米粒子之發光材料之發光材料光可一起提供白色照明單元光。因此，在一實施例中，將波長轉換器組態於距離光源之非零距離處。然而，應注意，本發明不限於其中波長轉換器與光源之間之距離為非零之應用。本發明及本文中所闡述之具體實施例亦可應用於其中光源及波長轉換器係呈物理接觸之其他實施例中。在該等情形下，波長轉換器可尤其經組態以與(例如)LED晶粒呈物理接觸。
在又一實施例中，光源包含固態光源，例如固態發光裝置或固
態雷射。術語光源亦可係指複數個光源。如上文所指示，照明裝置可於LCD應用中應用為背照單元。因此，在又一態樣中，本發明提供包含背照單元之液晶顯示裝置，其中該背照單元包含一或多個本文中所定義之照明裝置。
除波長轉換器奈米粒子以外，波長轉換器可包含其他(微粒)材料，例如有機染料及反射(非發光)粒子(如TiO2)中之一或多者。可將該等(微粒)材料與波長轉換器奈米粒子及可固化矽氧烷聚合物混合。因此，片語「混合(i)具有接枝有矽氧烷接枝配體之外部表面之波長轉換器奈米粒子(本文中亦指示為「奈米粒子」)與(ii)可固化矽氧烷聚合物」亦可係指「混合(i)具有接枝有矽氧烷接枝配體之外部表面之波長轉換器奈米粒子(本文中亦指示為「奈米粒子」)及(ii)可固化矽氧烷聚合物以及視情況一或多種其他材料」。
因此，尤其發現，當首先使QD於低黏度PDMS熔體中穩定且隨後添加至較高分子量pdms或市售聚矽氧中時，該混合物可保持無散射。另外，發現對存在溶劑之效應：若首先分散量子點之溶劑(例如甲苯)仍存在於低黏度PDMS之混合物中，則當添加至高黏度PDMS中時其在有限之時間內(在數分鐘至數小時之範圍內)保持澄清，而若去除該溶劑，則該混合物可在長時間內保持澄清(在一些情形下持續有限時間量，約1小時，在某些情形下持續至少數週)，針對此吾人將顯示具體實例。此暗示本發明內所使用之市售聚矽氧理想地不含溶劑。亦發現，當低分子量pdms係經含有(例如)乙烯基或氫化物封端之低分子量pdms的乙烯基及/或氫化物替代時，配體交換之量子點保持膠狀穩定。因此，可設想，聚矽氧相容量子點在商業上可於欲與其他高分子量(市售)聚矽氧混合之低分子量之潛在可交聯pdms之熔體或濃溶液中供應，以產生其中充分分散量子點之含有量子點之聚矽氧材料。下文實例圖解說明具體實施例，所有實施例係利用配體交換之量子點製
備。下文實例顯示，對於一些組成，該等混合物中聚集體之形成可相當緩慢。因此對於此應用，快速固化聚矽氧(例如UV可固化)聚矽氧可係有利的。另一邏輯結果係QD與市售聚矽氧之混合較佳地(但並非排他性地)在即將固化之前、即提前不久進行。
除量子點以外，亦可應用另一發光材料。術語「其他發光材料」亦可係指複數個(不同)發光材料。其他發光材料亦可含於基質中。或者或另外，其他發光材料可作為塗層存在於光轉換器上。或者或另外，發光材料可配置於照明裝置之其他任何地方。其他發光材料亦尤其可經組態以將光源光之至少一部分轉換成可見轉換器光。尤其，其他發光材料係經組態以提供藍光、綠光、黃光及橙光中之一或多者、更尤其綠色及黃光中之至少一或多者。可有若干選擇，包括(Ca,Sr,Ba)(Al,Ga,In)2(O,S,Se)4：Eu2+硫代鎵酸鹽，尤其該至少包含Sr、Ga及S之發光材料，例如SrGa2S4：Eu2+。該等類型之發光材料可尤其為窄帶綠色發射器。視情況或或者，其他發光材料可包含M3A5O12：Ce3+(石榴石材料)，其中M係選自由Sc、Y、Tb、Gd及Lu組成之群，其中A係選自由Al及Ga組成之群。較佳地，M至少包含Y及Lu中之一或多者，且其中A至少包含Al。該等類型之材料可提供最高效率。石榴石之實施例尤其包括M3A5O12石榴石，其中M至少包含釔或鑥，且其中A包含至少鋁。該石榴石可摻雜有鈰(Ce)、鐠(Pr)或鈰與鐠之組合；然而尤其摻雜有至少Ce。另外或或者，其他發光材料可包含選自由含有二價銪之氮化物發光材料或含有二價銪之氮氧化物發光材料組成之群中之一或多者，例如一或多種選自由(Ba,Sr,Ca)S：Eu、(Mg,Sr,Ca)AlSiN3：Eu及(Ba,Sr,Ca)2Si5N8：Eu組成之群之材料。在該等化合物中，銪(Eu)實質上或僅為二價，且替代所指示二價陽離子中之一或多者。通常，Eu將不以相對於其替代之陽離子大於10%之陽離子、尤其在約0.5%至10%之範圍內、更尤其在約0.5%至5%之範圍內
之量存在。術語「：Eu」或「：Eu2+」指示金屬離子之一部分係經Eu替代(在該等實例中經Eu2+替代)。例如，假定CaAlSiN3：Eu中之2% Eu，正確式可為(Ca0.98Eu0.02)AlSiN3。二價銪通常將替代二價陽離子、例如上文二價鹼土陽離子、尤其Ca、Sr或Ba。材料(Ba,Sr,Ca)S：Eu亦可指示為MS：Eu，其中M係一或多個選自由鋇(Ba)、鍶(Sr)及鈣(Ca)組成之群之元素；尤其，在此化合物中M包含鈣、或鍶、或鈣及鍶、更尤其鈣。在此處，引入Eu，並替代至少一部分M(即Ba、Sr及Ca中之一或多者)。此外，材料(Ba,Sr,Ca)2Si5N8：Eu亦可指示為M2Si5N8：Eu，其中M係一或多個選自由鋇(Ba)、鍶(Sr)及鈣(Ca)組成之群之元素；尤其，在此化合物中M包含Sr及/或Ba。
在本文中，術語白光為熟習此項技術者所已知。尤其係關於具有如下相關色溫(CCT)之光：介於約2000K與20000K之間、尤其介於2700K至20000K之間、對於一般照明尤其在約2700K與6500K之範圍內、且出於背照目的尤其在約7000K與20000K之範圍內、且尤其在BBL(黑體軌跡)之約15個SDCM(色彩匹配標準差)內、尤其在BBL之約10固SDCM內、甚至更尤其在BBL之約5個SDCM內。術語「紫光」或「紫色發射」尤其係關於具有在約380nm至440nm之範圍內之波長的光。術語「藍光」或「藍色發射」尤其係關於具有在約440nm至490nm之範圍內之波長之光(包括一些紫色及青色色調)。術語「綠光」或「綠色發射」尤其係關於具有在約490nm至560nm之範圍內之波長之光。術語「黃光」或「黃色發射」尤其係關於具有在約540nm至570nm之範圍內之波長之光。術語「橙光」或「橙色發射」尤其係關於具有在約570至600之範圍內之波長之光。術語「紅光」或「紅色發射」尤其係關於具有在約600nm至750nm之範圍內之波長之光。術語「粉光」或「粉色發射」係指具有藍色及紅色分量之光。術語「可見」、「可見光」或「可見發射」係指具有在約380nm至750nm之範圍
內之波長之光。
在本文中，(例如)「實質上所有發射」或「實質上由......組成」中之術語「實質上」將為熟習此項技術者所瞭解。術語「實質上」亦可包括具有「徹底地」、「完全地」、「所有」等之實施例。因此，在實施例中，亦可去除形容詞實質上。在適用情況下，術語「實質上」亦可係指90%或更高、例如95%或更高、尤其99%或更高、甚至更尤其99.5%或更高，包括100%。術語「包含」亦包括其中術語「包含」意指「由......組成」之實施例。術語「及/或」尤其係關於在「及/或」之前及之後所提及之條目中之一或多者。例如，片語「條目1及/或條目2」及類似片語可係指條目1及條目2中之一或多者。
此外，在說明及申請專利範圍中之術語第一、第二、第三及諸如此類係用以區分類似要素且未必用以闡述順序或時間次序。應理解，如此使用之術語在適當情況下可互換，且本文中所述之本發明實施例能夠以本文中所闡述或圖解說明之順序以外的其他順序操作。
尤其在操作期間闡述本文中之裝置。如熟習此項技術者所明瞭，本發明不限於操作方法或在操作中之裝置。
應注意，上述實施例圖解說明而非限制本發明，且熟習此項技術者將能夠設計出諸多替代實施例而不背離隨附申請專利範圍之範疇。在申請專利範圍中，置於括號之間的任一參照符號均不應被解釋為限制該申請專利範圍。使用動詞「包含(to comprise)」及其詞形變化並不排除存在除申請專利範圍中所述之彼等要素或步驟以外之要素或步驟。要素前面之冠詞「一(「a」或「an」)」並不排除存在複數個該等要素。在互不相同之從屬申請專利範圍中陳述某些措施之此一事實本身並不指示無法有利地使用該等措施之組合。
本發明進一步適用於裝置包含說明中所闡述及/或附圖中所顯示
之特性特徵中之一或多者。本發明進一步係關於之方法或製程包含說明中所闡述及/或附圖中所顯示之特性特徵中之一或多者。
本專利中所論述之各種態樣可經組合以提供額外優勢。此外，一些特徵可形成一或多個分開應用之基礎。
1‧‧‧照明裝置
2‧‧‧液晶顯示裝置
5‧‧‧照明裝置光
10‧‧‧光源
11‧‧‧光源光
31‧‧‧液體
100‧‧‧波長轉換器
101‧‧‧上游側
102‧‧‧下游側
110‧‧‧聚合物主體材料
120‧‧‧波長轉換器奈米粒子
121‧‧‧可見轉換器光
127‧‧‧外部表面
130‧‧‧接枝配體
131‧‧‧具有接枝官能性之側基
200‧‧‧背照單元
230‧‧‧短鏈矽氧烷聚合物
231‧‧‧第一液體
300‧‧‧LCD面板/容器
310‧‧‧容器壁
330‧‧‧未經固化矽氧烷聚合物
400‧‧‧囊封
1100‧‧‧波長轉換器單元
d‧‧‧距離
現將參照所附示意圖僅以實例方式闡述本發明之實施例，其中相應參照符號指示相應零件，且其中：圖1a至1c示意性繪示本發明裝置之一些態樣；圖2a至2e示意性繪示本發明之一些其他態樣；圖3a至3j示意性繪示矽氧烷之一些其他態樣及本發明之一些其他態樣。
該等圖不必按比例繪製。
圖4a及4b分別顯示在根據本發明交換矽氧烷接枝配體之前及之後QD之TEM圖像。
圖5a至5b顯示在根據本發明交換矽氧烷接枝配體之後包含QD之交聯聚矽氧之照片。
圖1a示意性繪示照明裝置1，照明裝置1包含經組態以生成光源光11之光源10及經組態以將光源光11之至少一部分轉換成可見轉換器光121之波長轉換器100。此處僅示意性繪示一個光源10。然而，可存在一個以上光源10。該波長轉換器具有上游側101(該波長轉換器之外部表面之一部分)及下游側102(該波長轉換器之外部表面之一部分)，該上游側101係至少部分地指向光源10，下游側102背對光源10(在此透射組態中)。波長轉換器100包含聚合物主體材料110，其中波長轉換器奈米粒子120包埋於聚合物主體材料110中。該等波長轉換器奈米粒子可為點、棒、其組合等(亦參見上文)。波長轉換器奈米粒子120
在由光源光11激發時生成可見轉換器光(視情況亦及非可見輻射、如IR輻射)。轉換器光121之至少一部分作為照明裝置光5自下游側102逸出。至少一部分在可見光中之此照明裝置光5至少含有轉換器光121之一部分，且亦可視情況含有一些剩餘光源光11。尤其，該光源光為藍光。光轉換器奈米粒子或波長轉換器奈米粒子120可經選擇以在轉換光源之光時提供白光。或者或另外，波長轉換器奈米粒子120係經選擇以在轉換光源之光時提供光，且此光連同光源之光一起提供白光。或者或另外，光轉換器奈米粒子或波長轉換器奈米粒子120可經選擇以在轉換光源之光時連同另一發光材料一起提供白光。或者或另外，波長轉換器奈米粒子120係經選擇以在轉換光源之光時連同另一發光材料一起提供光，且此光連同光源之光一起提供白光。其他發光材料亦可係指複數種發光材料。實例係於上文所提及。圖1a示意性繪示在操作中之照明裝置。
圖1b示意性繪示另一實施例，其中波長轉換器100係經囊封。囊封400包封該波長轉換器；此囊封可實質上阻斷自氛圍至該波長轉換器之氧(及/或H2O)傳輸器。此可增加波長轉換器奈米粒子120(及聚合物主體)之穩定性。波長轉換器100與囊封400之組合本文中亦係指示為波長轉換器單元1100。
圖1c示意性繪示照明單元1之應用中之一者，在此處為在液晶顯示裝置2中之應用，液晶顯示裝置2包含背照單元200以及LCD面板300，背照單元200包含一或多個照明單元1(在此處，示意性繪示一個照明單元)，LCD面板300可利用背照單元200之照明單元100之照明裝置光5進行背照。
轉換器100可尤其配置於距離光源10之非零距離d處，光源10可為(例如)發光二極體，但當(例如)將發光材料30應用於LED晶粒上或包埋於LED晶粒上之(聚矽氧)圓錐體中時，距離d亦可為0。該轉換器
可視情況允許光源光21之至少一部分穿透該轉換器。以此方式，在該轉換器之下游，可發現轉換器光121與光源光11之組合。該波長轉換器之下游光係指示為照明裝置光5。距離d可尤其地對於接近於光源之應用在0.1mm至100mm、尤其0.5mm至100mm、例如1mm至20mm、如尤其1mm至50mm、如約1mm至3mm之範圍內且對於較遠端應用在5mm至50mm之範圍內。然而，應注意，本發明不限於其中d>0之應用。本發明及本文中所闡述之具體實施例亦可應用於d=0之其他實施例中。在該等情形下，該波長轉換器可尤其經組態以與LED晶粒呈物理接觸。
除基於配體接枝半導體之波長轉換器奈米粒子120以外，波長轉換器100亦可視情況包含其他類型之發光材料，例如以調諧照明單元光5之色彩，以增加色彩再現，以調諧色彩溫度等。
術語「上游」及「下游」係指條目或特徵相對於來自光生成構件(在此處尤其為第一光源)之光之傳播之配置，其中相對於來自光生成構件之光束內之第一位置，光束中更接近光生成構件之第二位置為「上游」，且光束內距離光生成構件更遠之第三位置為「下游」。
圖2a示意性繪示波長轉換器奈米粒子120(在此處為量子點(QD))之非限制數量之實例。舉例而言，(i)指示QD粒子，具有點之形狀，而無其他層。例如，此可為(例如)CdSe。為清晰起見不顯示矽氧烷接枝配體(參見下文)。QD實例(ii)示意性繪示核心殼層系統，舉例而言(CdSe)ZnS(核心)殼層。QD實例(iii)示意性繪示點於棒中QD系統，例如(CdS)ZnS點於棒中(其亦為一類核心-殼層QD)。該波長轉換器奈米粒子具有用參照127指示之外部表面。
圖2b示意性繪示具有接枝配體之QD。可以看到，在此實例中，具有接枝官能性之側基(該基團係利用係用參照131指示)並非端基；接枝配體附接至波長轉換器奈米粒子之外部表面127。因此，矽氧烷
接枝配體可具有(至少)兩個尾。若矽氧烷接枝配體具有一個以上具有接枝官能性之側基，則可發現其他(更複雜)結構。在該插入圖中，顯示放大圖，其中兩個尾在攜帶結合至波長轉換器奈米粒子之外部表面127之具有接枝官能性之側基之聚矽氧主鏈元素的兩側。該接枝配體係用參照130指示。
圖2c示意性繪示於包含短鏈矽氧烷聚合物之液體中之波長轉換器奈米粒子120，該短鏈矽氧烷聚合物係用參照230指示；該液體本文中亦係指示為第一液體。參照231係指此液體。此第一液體231係與可固化矽氧烷聚合物組合(參見圖2d)。為此，圖2c中所獲得之混合物(即於短鏈矽氧烷聚合物中之接枝波長轉換器粒子)係與包含可固化矽氧烷聚合物之液體31組合。
圖2d極示意性地繪示在固化之前之情形，其中例如波長轉換器奈米粒子(其中矽氧烷接枝配體鍵結至該奈米粒子之外部表面)以及用參照330指示之未經固化矽氧烷聚合物及短鏈矽氧烷聚合物230係分佈於用參照300指示之容器中之液體中，該容器具有用參照310指示之容器壁(包括底部)。該液體係用參照31指示；其可用於分散經接枝奈米粒子120；此外，其可經施加以溶解可固化矽氧烷聚合物。
在藉由(例如)加熱並在觸媒(為清晰起見未繪示)之存在下於容器中之混合物中固化之後，獲得經固化系統，即波長轉換器，如圖2e中所示意性繪示。現形成聚矽氧之經固化矽氧烷聚合物係視為波長轉換器奈米粒子120(例如QD)之聚合物主體材料110(亦參見上文)。
下文於實驗部分之過程期間進一步論述圖3a至3h。
圖3i極示意性地繪示矽氧烷聚合物之一部分，其中僅繪示6個聚矽氧主鏈元素；Si主鏈元素1及6係末端基團，例如分別具有末端端基R3’至R3'''及端基R4’至R4'''。該等末端端基可包含(例如)OH、甲基、苯基、乙烯基、氫等(中之一或多者)，如業內已知。每一(非末端)聚
矽氧主鏈元素具有兩個側基，該兩個側基在原則上可均不同，但其亦可均相同，惟該接枝配體具有至少一個如上文所定義具有接枝官能性之側基。
顯示圖3j指示可如何測定化學重疊。如上文所指示，矽氧烷接枝配體及可固化矽氧烷聚合物之側基之尤其至少75%、尤其80%、甚至更尤其85%、甚至更尤其至少90%、例如尤其至少95%之化學身份重疊。R3’至R3”、R4’至R4'''、R5’至R5”及R6’至R6'''係端基，且當評價側基之化學重疊時並不考慮。圖3j示意性顯示僅具有兩種不同側基之簡單(但常用)系統。舉例而言，接枝配體具有4個非末端聚矽氧主鏈元素(及兩個末端Si主鏈元素)；舉例而言，可固化矽氧烷聚合物具有3個聚矽氧主鏈元素(及兩個末端Si主鏈元素)。舉例而言，該接枝配體具有一個具有接枝官能性之側基(FSG)。在下表中，展示化學身份之重疊。應注意，在第II行及第V行中僅給出非末端Si主鏈元素之數量，此乃因僅該等非末端Si主鏈元素可提供側基；末端Si主鏈元素具有端基。
因此，在此處化學重疊為79.2%。在實踐中，化學重疊通常將更
高，例如至少90%。同樣，此方法適用於計算短鏈矽氧烷聚合物與可固化矽氧烷聚合物之間之化學重疊。
在相容QD-配體/聚矽氧系統之研究中，已系統地研究多達20種具有不同組成/官能性之配體及多達10種不同聚矽氧。概略地，可將配體分類為：短單官能矽氧烷(例如3-胺基丙基五甲基二矽氧烷，AB129258；供應商ABCR)；參見圖3a；短雙官能矽氧烷(例如1,3-雙(3-胺基丙基)四甲基二矽氧烷，AB 110832)；參見圖3b；在兩端具有胺或酸之端官能化PDMS(「對稱」，例如胺基丙基封端之聚二甲基矽氧烷，AB111872)；參見圖3c；在一端具有胺或酸之端官能化PDMS(「不對稱」，例如單羧基癸基封端之聚二甲基矽氧烷，不對稱，AB 252409)；參見圖3d；具有胺或酸之側官能化PDMS(2%至3%胺基丙基甲基矽氧烷)-二甲基矽氧烷共聚物，AB109373)；參見圖3e，其中參照131係指具有接枝官能性之側基。
在所有情形下，將少量存於甲苯中之QD添加至1ml之純配體中(但亦可使用溶液)，在幾乎所有情形中均得到極混濁混合物。在100℃將該混合物攪拌超過12小時。在大部分情形下，在1小時內純配體-QD混合物變透明，此提供配體交換之證據。在冷卻後，將此混合物直接添加至各種聚矽氧中，且藉由目測所獲得之混合物來確定混合程度。與此文件中更進一步之實例中之實驗相比，在本文所闡述實驗中不自過量配體純化QD。所有測試配體之概述可見於下表中。觀測到，僅具有側官能化配體之QD(最後一類)得到與選定聚矽氧之經改良混溶性。後來發現，與AB109373極類似之配體(AB109374、
AB124359、AB116669(參見表)(後兩者具支鏈))顯示類似的透明混合物。常見因素為其涉及在側鏈中平均具有1個胺基(無規分佈)且分子量為約5000至1000(與100cSt至300cSt之黏度相對應)之PDMS鏈。該等分子圖解說明於圖3f及3g中。自上文實驗，似乎短配體及/或端官能化配體不顯示與聚矽氧之經改良混溶性。下文更詳細解釋長配體對短配體之效應。出於該目的，已再次測試兩種長鏈端官能化矽氧烷配體(分別具有黏度100cSt及1000cSt之AB109371及153374)，但發現配體交換本身並不成功，即QD-配體混合物未隨時間而變透明。總而言之，該等結果明確顯示，側官能化矽氧烷配體較佳。
將於下文中更詳細論述化學相容性：
側鏈中具有官能團之配體之上文成功實例係基於胺官能團。然而，已知鑒於QD-穩定性，羧酸側基(尤其實際上羧酸根基團)更佳。另外，觀測到過量胺配體抑制聚矽氧固化反應，而過量羧酸配體不抑
制。因此，與(例如)AB109373類似但具有羧酸而非胺側基且具有100cSt至300cSt之黏度及類似分子量的分子最佳。該分子可為具支鏈或不具支鏈。然而，據吾人所知該等分子無市售。因此，吾人已藉由使酸酐部分與AB109373配體之胺基反應來定製合成此分子。該反應及所得羧基配體係顯示於圖3h中(藉由與琥珀酸酐反應來將AB109373配體轉換成羧基官能化之配體)。
吾人已測試所定製合成之AB109373-COOH配體。在混合QD與AB109373-COOH配體時，再次觀測到混溶性較差。然而，該混合物在100℃下幾分鐘後即變得透明。此較高反應性可歸因於與胺基相比之羧酸基團或側鏈略微較長之事實。此係重要證據，即亦可使用具有羧酸側鏈基團之PDMS配體。在混合至其他聚矽氧中之前，藉由實質上去除過量配體來純化具有矽氧烷接枝配體之波長轉換器奈米粒子(存於甲苯中)之系統。
圖4a顯示經洗滌CdSe量子點之TEM影像，該等CdSe量子點係遵循Lim等人(Advanced Materials,2007,19，第1927頁至第1932頁)所闡述方法製備，並於TEM柵格上乾燥。圖4b顯示來自圖4a中所顯示之同一批次之CdSe量子點在與AB109373定製配體進行配體交換後之TEM影像。圖4a顯示配體交換之前之量子點具有約1nm之粒子間距離。圖4b顯示，在配體交換後在乾燥過程期間形成呈2維聚集體之量子點彼此遠離放置，粒子間距離為約8nm。後者指示量子點上之配體層之厚度為大約4nm。
若將如根據Lim等人(Advanced Materials,2007,19，第1927頁至第1932頁)之方法製備之CdSe量子點混合至聚矽氧中，則經常立即觀
測到強烈絮凝。形成大聚集體，且即使各層對於肉眼而言似乎透明，顯微鏡術仍揭露存在聚集體。
可使再分散於甲苯中之經純化QD與具有低分子量之pdms混合，以產生穩定分散液。可將該等點分散於分子量為1250、2000、3780及5970(10cSt、20cSt、50cSt及100cSt之相應黏度或17個、27個、50個、80個Si主鏈單元))之pdms中，從而產生非散射分散液。在200cSt(Mw 9430,y1=127)pdms中，樣品具有散射性。
吾人利用短端官能化矽氧烷配體(單胺基丙基封端，AB 250914，黏度為7cSt至14cSt且Mw為800至1100，x1=12)修飾QD。該配體交換係成功的，即QD-配體混合物在配體交換(在100℃下>12h)後係透明的。觀測到在混合時，具有AB250914配體之QD在10cSt PDMS(y1=17)中在約30秒內保持完全透明，其後其開始逐漸絮凝，並最終變得混濁。此結果再現若干次。其應解釋為該等配體剛好低於足夠長以使QD於10cSt PDMS中穩定之臨限值。因此，該混合物初始時穩定，但隨時間而慢慢地開始絮凝。當與100cSt(y1=80)混合時，此立即如所預期得到混濁懸浮液。
為研究配體與矽氧烷聚合物之間之化學相容性之重要性，使具有定製AB109373-COOH配體(x1=68)之QD與具有各種側基之矽氧烷分子混合。概述係於下表中給出。
下表中之結果再次證實具有AB109373-COOH配體之QD與高達100cSt之黏度之PDMS矽氧烷分子(y1=80)形成透明混合物。如吾人在先前實例中所瞭解，具有AB109373-COOH配體之OD(亦參見上表)與
黏度遠高於100cSt之矽氧烷分子將不能得到透明混合物。然而，下表顯示甚至對於具有相對較低黏度之矽氧烷而言，該等具有AB109373-COOH配體之QD得到混濁混合物。此指示該配體之矽氧烷主鏈較佳與其欲混合之矽氧烷聚合物之主鏈化學匹配。在此情形下，AB109373-COOH配體具有100%二甲基，以便其充分分散於100% PDMS矽氧烷中。可預見假使QD需要與(例如)苯基甲基(50%)聚矽氧混合，則QD上之配體應具有類似的(例如)苯基甲基(50%)矽氧烷主鏈。
為製備經固化層，使用以下組成：
使用更濃QD(CdSe)聚矽氧液體並使用再分散於100μl甲苯中之點製備層，該等點(CdSe)具有AB109373-COOH接枝配體。將該液體滴鑄於利用異丙醇及丙酮預清潔之伊氏載玻片(eagle glass slide)3*3cm上。在150℃下使各層固化1小時，從而導致透明有色膜。藉由在70℃下固化2小時來製備塊狀凝膠。獲得透明層及5mm厚度之塊狀材料，如圖5a中所顯示，其中該材料之透明度係藉由將其置於一段其中單詞「meet」清晰可見之文本頂部來證明。在另一實驗中，使用未經修飾(即不具有AB109373-COOH接枝配體)之相同CdSe QD並使用正上方表中所指示之相同聚矽氧液體組成來製備塊狀凝膠，其中所得塊狀凝膠看起來極為混濁且具有相對較大之量子點聚集體。
使用200cSt pdms純化配體交換(Mw=5000g/mol/黏度=100cSt.之具有COOH官能化側基之矽氧烷配體)之量子點，且隨後於甲苯/乙醇混合物中洗滌，以去除過量之用於交換之配體。在再分散於甲苯中後，將其添加至10cSt、20eSt、50cSt、100cSt及200cSt pdms(數量：100ul存於甲苯中之QD至1ml之PDMS中，即10%溶劑)。該分散液保持透明，此指示膠體穩定性，200cSt pdms除外，其得到混濁懸浮液。200cSt pdms之分子量為約9,500，此超過配體之分子量，而另一pdms類型具有等於或低於配體之分子量之分子量。
向仍存在10%溶劑之存於50cSt pdms中之Q點中，以1：1比率添加350cSt PDMS。在至少2小時內該分散液保持澄清，此指示膠體穩定性。該混合物PDMS變混濁過夜。
使用真空自存於50cSt PDMS中之Q點(參見上文)去除甲苯。存於聚合物熔體中之量子點保持澄清。以1：1比率混合與350cSt及1000cSt pdms，在至少2小時內該分散液保持澄清，此指示膠體穩定性。在20小時後，與1000cSt pdms之混合物變得略微混濁，但在超過1天內與350cSt之混合物保持澄清。此指示溶劑之去除有助於使QD於該等PDMS混合物中穩定。通常可聲明QD-PDMS熔體中溶劑之存在對膠體穩定性有害。與KJR9226(黏度1000cSt.)混合導致光學上幾乎澄清之分散液。略微混濁亦係由KJR9226本身有一些混濁之事實引起。在不去除甲苯之情況下或當使配體交換之量子點直接與KJR9226混合時，獲得散射強烈得多的分散液，此證實溶劑去除之相關性。在無任何配體修飾之情況下，亦獲得高度散射之分散液。
將存於甲苯中之配體交換量子點分散於黏度為大約8cSt之乙烯基與氫化物封端之pdms的1：1混合物中。在真空中去除甲苯，且將該混合物添加至市售聚矽氧KJR9226中。將層滴鑄至玻璃基材上，並在180℃下熱固化3小時。獲得具有較低散射程度之色彩鮮豔之層(參見圖5b)。
對於接下來之實例2至5應用：利用定製配體373對基於CdSe之量子點進行配體交換，並如上文所闡述洗滌。
將70μl存於甲苯中之0.5%量子點溶液添加至200μl之黏度為4cSt至8cSt之乙烯基二甲基矽氧基封端之pdms(Mw=770)與7cSt至10cSt
之氫化物封端之pdms(未獲得Mw資訊，自所供應之黏度數據可推斷其將與黏度為4cSt至8cSt之乙烯基二甲基矽氧基封端之pdms之Mw至少一般高，因此>770)的50/50混合物中。將樣品置於真空中1小時，以去除甲苯。將體積為200μl之經脫氣KJR9226D添加至該澄清溶液中。在混合後，將層滴鑄於玻璃基材上，且於玻璃管中製備塊狀凝膠。在150℃下使其均固化30分鐘，從而導致透明層及透明聚矽氧凝膠。在20分鐘後，塊狀凝膠仍部分地為液體，但表面看來完全透明。
將70μl存於甲苯中之0.5%量子點溶液添加至200μl之黏度為100cSt之乙烯基二甲基矽氧基封端之pdms(Mw=6000)與25cSt至35cSt之25/35%甲基氫矽氧烷(未獲得Mw資訊)之80/20混合物中。將樣品置於真空中1小時，以去除甲苯。將體積為200μl之經脫氣KJR9226D添加至該澄清溶液中。在混合後，將層滴鑄於玻璃基材上，且於玻璃管中製備塊狀凝膠。在150℃下使其均固化，從而導致透明層及透明聚矽氧凝膠。在20分鐘後，塊狀凝膠仍部分地為液體，但表面看來完全透明。
將70μl存於甲苯中之0.5%量子點溶液添加至200μl之黏度為100cSt之乙烯基二甲基矽氧基封端之pdms(Mw=6000)與7cSt至10cSt之氫化物封端之pdms(未獲得Mw資訊，自所供應之黏度數據可推斷其將與黏度為4cSt至8cSt之乙烯基二甲基矽氧基封端之pdms之Mw至少一般高，因此>770)之80/20混合物中。將樣品置於真空中1小時，以去除甲苯。將體積為200μl之經脫氣KJR9226D添加至該澄清溶液中。在混合後，將層滴鑄於玻璃基材上，且於玻璃管中製備塊狀凝膠。在150。℃下使其均固化，從而導致透明層及透明聚矽氧凝膠。(當在20分鐘後檢查時，凝膠已經凝固)。
將70μl存於甲苯中之0.5%量子點溶液添加至200μl之黏度為4cSt至8cSt之乙烯基二甲基矽氧基封端之pdms(Mw=770)與25cSt至35cSt之25/35%甲基氫矽氧烷(未獲得Mw資訊)之80/20混合物中。將樣品置於真空中1小時，以去除甲苯。將體積為200μl之經脫氣KJR9226D添加至該澄清溶液中。在混合後，將層滴鑄於玻璃基材上，且於玻璃管中製備塊狀凝膠。在150℃下使其均固化，從而導致透明層及透明聚矽氧凝膠。(當在20分鐘後檢查時，凝膠已經凝固)。
可藉由使用低於或等於量子點表面上之配體之分子量之分子量的可交聯聚矽氧來獲得上文實例證明透明層及凝膠，且此允許隨後與諸如KJR9226等市售聚矽氧混合，以形成透明層及凝膠。
1‧‧‧照明裝置
5‧‧‧照明裝置光
10‧‧‧光源
11‧‧‧光源光
100‧‧‧波長轉換器
101‧‧‧上游側
102‧‧‧下游側
110‧‧‧聚合物主體材料
120‧‧‧波長轉換器奈米粒子
121‧‧‧可見轉換器光
d‧‧‧距離
Claims (16)
- 一種用於產生波長轉換器(100)之方法，該波長轉換器(100)包含其中包埋有波長轉換器奈米粒子(120)之矽氧烷聚合物基質，該方法包含：(a)混合(i)包含(i1)短鏈矽氧烷聚合物及(i2)具有接枝有矽氧烷接枝配體之外部表面之波長轉換器奈米粒子的第一液體與(ii)可固化矽氧烷聚合物，該短鏈矽氧烷聚合物與該可固化矽氧烷聚合物兩者均為非接枝配體，及(b)使該等可固化矽氧烷聚合物固化，從而產生該波長轉換器(100)；其中該等短鏈矽氧烷聚合物具有s1個Si主鏈元素，其中該等矽氧烷接枝配體包含具有x1個Si主鏈元素之矽氧烷接枝配體，其中每一矽氧烷接枝配體之至少一個Si主鏈元素包含具有接枝官能性之基團；且其中該等可固化矽氧烷聚合物具有y1個Si主鏈元素；其中x1/s10.8，s1<y1，且其中x1<y1。
- 如請求項1之方法，其中s1<x1<y1，其中s1至少為7，其中x1至少為20，且其中y1至少為100。
- 如請求項1或2之方法，其中該第一液體可以不超過2wr.%之總量包含一或多種溶劑。
- 如請求項1或2之方法，其中該方法進一步包括在混合該第一液體與該等可固化矽氧烷聚合物之前先自該第一液體去除溶劑。
- 如請求項1或2之方法，其中該等可固化矽氧烷聚合物以第一不飽和鍵氫化物基團莫耳比包含含有不飽和鍵之基團及氫化物基團，且其中該短鏈矽氧烷聚合物以第二不飽和鍵氫化物基團莫耳比包含含有不飽和鍵之基團及氫化物基團，其中該第二不飽 和鍵氫化物基團莫耳比係在該第一不飽和鍵氫化物基團莫耳比之50%至150%之範圍內。
- 如請求項1或2之方法，其中該等短鏈矽氧烷聚合物之該等Si主鏈元素之至少70%具有甲基側基，其中該等矽氧烷接枝配體之該等Si主鏈元素之至少90%具有甲基側基，且其中該等可固化矽氧烷聚合物之該等Si主鏈元素之至少90%具有甲基側基。
- 如請求項1或2之方法，其中該等短鏈矽氧烷聚合物、該等矽氧烷接枝配體及該等可固化矽氧烷聚合物為聚二甲基矽氧烷或聚二苯基矽氧烷或聚甲基苯基矽氧烷。
- 如請求項1或2之方法，其中該具有接枝官能性之基團係選自由包含胺之側基、包含羧酸根之側基、包含膦之側基、包含氧化膦之側基、包含磷酸根之側基及包含硫醇之側基組成之群。
- 如請求項1或2之方法，其中該等波長轉換器奈米粒子(120)係選自由核心-殼層奈米粒子組成之群，其中該等核心及殼層包含以下中之一或多者：CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、HgZnSTe、GaN、GaP、GaAs、AlN、AlP、AlAs、InN、InP、InAs、GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP、AlNAs、AlPAs、InNP、InNAs、InPAs、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlPAs、GaInNP、GaInNAs、GaInPAs、InAlNP、InAlNAs及InAlPAs。
- 一種波長轉換器(100)，其包含其中包埋有波長轉換器奈米粒子(120)之矽氧烷聚合物基質，其中： (a)該等波長轉換器奈米粒子具有接枝有矽氧烷接枝配體之外部表面，且(b)該矽氧烷聚合物基質包含第一類型之矽氧烷聚合物及第二類型之矽氧烷聚合物，其中該第二類型之矽氧烷聚合物之至少一部分係經交聯，該第一類型之矽氧烷聚合物與該第二類型之矽氧烷聚合物兩者均為非接枝配體；其中該第一類型之矽氧烷聚合物包含具有s1個Si主鏈元素之短鏈矽氧烷聚合物，其中該等矽氧烷接枝配體包含具有x1個Si主鏈元素之矽氧烷接枝配體，其中該第二類型之矽氧烷聚合物包含具有y1個Si主鏈元素之矽氧烷聚合物；其中x1/s10.8，s1<y1，且其中x1<y1。
- 如請求項10之波長轉換器，其中每一矽氧烷接枝配體之至少一個Si主鏈元素包含選自由包含胺之側基或包含羧酸根之側基組成之群的具有接枝官能性之側基，其中s1<x1<y1，其中s1至少為7，其中x1至少為20，且其中y1至少為100。
- 如請求項10至11中任一項之波長轉換器，其中該第二類型之矽氧烷聚合物之至少一部分係經交聯，其中該第一類型之矽氧烷聚合物之至少一部分亦係經交聯，且其中該第一類型之矽氧烷聚合物及該第二類型之矽氧烷聚合物之至少一部分係彼此交聯。
- 如請求項10之波長轉換器，其中該等短鏈矽氧烷聚合物之該等Si主鏈元素之至少70%具有甲基側基，其中該等矽氧烷接枝配體之該等Si主鏈元素之至少90%具有甲基側基，其中該等第二類型之矽氧烷聚合物之該等Si主鏈元素之至少90%具有甲基側基，其中該等波長轉換器奈米粒子(120)係選自由核心-殼層奈米粒子組成之群，其中該等核心及殼層包含以下中之一或多者：CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、 CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、HgZnSTe、GaN、GaP、GaAs、AlN、AlP、AlAs、InN、InP、InAs、GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP、AlNAs、AlPAs、InNP、InNAs、InPAs、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlPAs、GaInNP、GaInNAs、GaInPAs、InAlNP、InAlNAs及InAlPAs，且其中該波長轉換器(100)可包含一或多種剩餘溶劑，其中該等溶劑之總量不超過1wt.%。
- 一種波長轉換器，其可藉由如請求項1至9中任一項之方法獲得。
- 一種照明裝置(1)，其包含：光源(10)，其經組態以生成光源光(11)，可藉由如請求項1至9中任一項之方法獲得或如請求項10至14中任一項之波長轉換器(100)，其經組態以將該光源光(11)之至少一部分轉換成可見轉換器光(121)。
- 一種液晶顯示裝置(2)，其包含背照單元(200)，其中該背照單元(200)包含一或多個如請求項15之照明裝置(1)。
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