TWI653314B

TWI653314B - 使用複合材料的發光裝置、複合材料的製造方法及光學膜

Info

Publication number: TWI653314B
Application number: TW107112763A
Authority: TW
Inventors: 周必泰; 周尚威
Original assignee: 優美特創新材料股份有限公司
Priority date: 2017-04-18
Filing date: 2018-04-13
Publication date: 2019-03-11
Also published as: US10317785B2; US10234753B2; US20180364553A1; TW201903120A; JP2018178116A; US20180299755A1; US20190011819A1; US10345688B2; CN108732741A

Abstract

本發明提供一種發光裝置，其包括使用複合材料的投影機色輪與發光二極體（LED）元件、所述複合材料的製造方法以及光學膜。所述複合材料的穩定性顯著地提升。使用所述複合材料的發光裝置也具有廣色域。

Description

使用複合材料的發光裝置、複合材料的製造方法及光學膜

本發明是有關於一種發光裝置，其包括使用複合材料的投影機色輪與發光二極體（LED）元件、複合材料的製造方法及光學膜。

投影機是用以產生大尺寸影像的顯示裝置。投影機是利用光閥將光源模組所產生的照明光束轉換成影像光束，並透過透鏡將影像光束投影至螢幕或牆壁上以形成影像。

為了產生三原色（紅色、藍色以及綠色）的照明光束，一些投影機配置有色輪。投影機色輪具有多個光轉換區域（例如濾光區域或發光區域）。光轉換區域能夠將由光源產生的入射光束轉換成所需的顏色的光束。

投影機運轉時，投影機色輪會暴露在投影機內的強光與高溫（即高達180°C）環境。相似地，發光二極體（LED）晶片發出強光的同時，LED晶片的表面溫度亦可高達120℃。目前，磷光體與藍光的結合可產生白光。但為了增加色域（color gamut），使用量子點（QDs）代替傳統的磷光體將會是更適合的選擇。然而，高溫和強光會快速地破壞量子點。在此情況下，量子點的亮度將永久消失。

本發明提供一種發光裝置，其包括使用複合材料的投影機色輪與發光二極體（LED）元件、複合材料的製造方法及光學膜。相較於傳統的磷光體，具有量子點的複合材料可改善投影機色輪的色域。另外，本發明可藉由二氧化矽（SiO ₂）材料包封量子點進而改善量子點的穩定性。

本發明提供一種投影機色輪包括多個顏色轉換區與旋轉部。顏色轉換區成盤狀分佈。各顏色轉換區包括複合材料。複合材料包括至少一個量子點與二氧化矽材料（silica material）。二氧化矽材料包封至少一個量子點的表面。旋轉部配置在盤狀配置的中心。

在本發明的一實施例中，所述顏色轉換區被配置為環狀，其環繞所述旋轉部的周界。

在本發明的一實施例中，所述顏色轉換區為開口，其使得光穿過所述開口；或者是所述顏色轉換區為反射面，其使得光反射而不會改變所述光的顏色。

在本發明的一實施例中，所述至少一個量子點的數量為複數個，而複數個量子點均勻分散在所述二氧化矽材料中。

在本發明的一實施例中，所述複合材料的粒徑介於10奈米至500微米之間。

在本發明的一實施例中，所述顏色轉換區包括第一顏色轉換區與第二顏色轉換區。第一顏色轉換區具有第一複合材料。第二顏色轉換區具有第二複合材料。所述第一複合材料與所述第二複合材料不同。

在本發明的一實施例中，所述第一複合材料的所述至少一個量子點的放光波長與所述第二複合材料的所述至少一個量子點的放光波長不同。

在本發明的一實施例中，所述至少一個量子點包括核結構、核-殼結構、核-多殼結構、合金結構、核-合金層-殼結構、核-合金層-多殼結構、核-梯度合金-殼結構或其組合。

在本發明的一實施例中，所述至少一個量子點包括核結構與覆蓋所述核結構的殼結構。所述核結構的材料是選自CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、GaN、GaP、GaAs、InP、InAs、InSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、SiC、Fe、Pt、Ni、Co、Al、Ag、Au、Cu、FePt、Si、Ge、PbS、PbSe、PbTe及其合金所構成之群組中的一者，且所述殼結構的材料是選自由ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、GaSe、InN、InP、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb、PbS、PbSe、PbTe及其合金所構成之群組中的一者。

在本發明的一實施例中，所述至少一個量子點包括鈣鈦礦（perovskite）。

在本發明的一實施例中，所述複合材料更包括矽氧樹脂（silicone resin）覆蓋所述二氧化矽材料的表面，以提升所述顏色轉換區的熱穩定性且更容易模製成合適的形狀與尺寸。

本發明提供一種發光二極體（LED）元件包括LED晶片與複合材料。複合材料配置在所述LED晶片上。複合材料包括多個量子點與未修飾的二氧化矽材料，其包封所述量子點的表面。

在本發明的一實施例中，所述未修飾的二氧化矽材料包括由四甲基矽氧烷（tetramethyl orthosilicate，TMOS）或四乙基矽氧烷（tetraethyl orthosilicate，TEOS）所聚合而成的無機聚合物。

在本發明的一實施例中，所述複合材料能夠承受25°C至260°C的溫度。

本發明提供一種複合材料的製造方法，其步驟如下。製備混合物。混合物包括多個量子點與非極性溶劑。量子點溶於所述非極性溶劑中。製備極性溶劑與界面活性劑。混合所述混合物、所述極性溶劑以及所述界面活性劑，以形成乳化液（emulsion）。所述乳化液包括多個分散相與單一個連續相，且所述分散相分散在所述連續相中。將催化劑與二氧化矽前驅物加入在所述乳化液中，以在所述分散相中分別形成多個複合材料。各複合材料包括至少一個量子點與包封所述至少一個量子點的表面的二氧化矽材料。

在本發明的一實施例中，所述乳化液是由逆微胞（reverse micelles）所形成，其中分散相包括所述極性溶劑，而所述連續相包括非極性溶劑。

在本發明的一實施例中，在混合所述混合物、所述極性溶劑以及所述界面活性劑以形成乳化液的過程中，具有極性表面的量子點從所述連續相移動至所述分散相。

在本發明的一實施例中，將所述催化劑與所述二氧化矽前驅物加到所述乳化液中以在所述分散相中分別形成所述複合材料的步驟包括水解、縮合以及聚合。

在本發明的一實施例中，所述催化劑為鹼，其包括氨、氟化銨、氫氧化鈉或其組合。

在本發明的一實施例中，所述二氧化矽前驅物包括四甲基矽氧烷、四乙基矽氧烷或其組合。

在本發明的一實施例中，所述量子點與所述二氧化矽前驅物的重量比為1:1至1:200。

在本發明的一實施例中，在形成所述複合材料之後，更包括進行離心與至少一次清洗。

本發明提供一種發光裝置包括發光磷光材料以及複合材料。發光磷光材料能夠發射出第一顏色的光。複合材料包括多個量子點與二氧化矽材料。所述量子點能夠發射出第二顏色的光。二氧化矽材料包封所述量子點的表面。所述第一顏色與所述第二顏色彼此為互補色。

在本發明的一實施例中，所述發光磷光材料為黃色磷光體，所述量子點為紅色量子點、綠色量子點或其組合。

在本發明的一實施例中，所述發光磷光材料為綠色磷光體，所述量子點為紅色量子點。

在本發明的一實施例中，所述發光磷光材料為紅色磷光體，所述量子點為綠色量子點。

在本發明的一實施例中，所述發光裝置包括投影機色輪、發光二極體元件或光學膜。

本發明提供一種光學膜包括第一構件、第二構件以及第三構件。第一構件包括多個量子點與包覆所述量子點的表面的二氧化矽材料。第二構件包括紫外光（UV）固化複合材料。所述第一構件分散在所述第二構件中。第三構件包括兩片聚乙烯對苯二甲酸酯（polyethylene terephthalate，PET）基片。所述第一構件與所述第二構件配置在所述兩片PET基片之間。

在本發明的一實施例中，所述二氧化矽材料包括由四甲基矽氧烷或四乙基矽氧烷所聚合而成的無機聚合物。

在本發明的一實施例中，所述UV固化複合材料包括甲基丙烯酸-2-苯基乙酯、三芳基異氰脲酸酯、鄰苯二甲酸二烯丙酯以及光起始劑。

在本發明的一實施例中，所述光學膜用於發光裝置，其包括用於平面顯示器的背光單元、液晶顯示器或其他類似的視覺顯示器。

基於上述，本發明提供一種包括使用複合材料的投影機色輪與發光二極體（LED）元件的發光裝置、複合材料的製造方法及光學膜。在投影機色輪中，各顏色轉換區包括複合材料。複合材料包括至少一個量子點與二氧化矽材料。因此，相較於使用傳統磷光體的投影機色輪，使用具有量子點的複合材料的投影機色輪所產生的色域可獲得改善。另外，二氧化矽材料包覆量子點亦可提升複合材料的熱穩定性。此外，因所述量子點可均勻分散在二氧化矽材料（包覆材料）中，所以其可改善複合材料的的發光效率，使得所述複合材料適用於投影機色輪與LED元件等光電元件的表面封裝。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

參照本實施例之圖式以更全面地闡述本發明。然而，本發明亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似之標號表示相同或相似之元件，以下段落將不再贅述。

在本說明書中，由「一數值至另一數值」表示的範圍，是一種避免在說明書中一一列舉該範圍中的所有數值的概要表示方式。因此，記載了某一特定數值範圍，等同於揭露了該數值範圍內的任意數值以及由該數值範圍內的任意數值界定出的較小數值範圍，就如同在說明書中明文寫出該任意數值和該較小數值範圍一樣。例如，記載「粒徑為100 nm至500 nm」的範圍，就等同於揭露了「尺寸為200 nm至350 nm」的範圍，無論說明書中是否列舉其他數值。

圖1是本發明第一實施例的投影機色輪的正視圖。

請參照圖1，第一實施例之投影機色輪10包括多個顏色轉換區12、14、16以及旋轉部18。顏色轉換區12、14、16被配置以形成盤狀配置。旋轉部18配置在所述盤狀配置的中心。也就是說，顏色轉換區12、14、16配置成環狀，以環繞旋轉部18的周界（circumference）。旋轉部18的旋轉可驅動投影機色輪10旋轉。具體來說，藉由依照時間順序控制投影機色輪10的旋轉，來自光源裝置（未繪示）的照明光束依照時間順序通過投影機色輪10的不同顏色轉換區的區域時，所述照明光束可被轉換或過濾成不同顏色的各種光束。

在一些實施例中，來自光源裝置的照明光束可以是藍光。轉換器區域可將將藍光分別轉換成綠光與紅光。在替代實施例中，來自光源裝置的照明光束可以是短波長的可見光（其波長可例如約405 nm）或紫外（ultraviolet）光。轉換區可將可見光或紫外光分別轉換為藍光、綠光以及紅光。

在一些實施例中，顏色轉換區12可以是開口，其可以是沒有顏色的透明區域，以使照明光束（例如，藍光）直接通過而不改變顏色。在替代實施例中，顏色轉換區12可以是反射表面，其可用於使照明光束（例如，藍光）反射而不改變顏色。顏色轉換區14、16可以包括不同的複合材料，在下文中，其可稱為第一顏色轉換區14與第二顏色轉換區16。第一顏色轉換區14可以包括用以將照明光束轉換成第一顏色照明光束（亦即，改變照明光束的波長）的第一複合材料。另一方面，第二顏色轉換區16可以包括用以將照明光束轉換成第二顏色照明光束的第二複合材料。在一實施例中，第一顏色照明光束不同於第二顏色照明光束。也就是說，第一顏色照明光束的波長不同於第二顏色照明光束的波長。舉例來說，第一顏色轉換區14可以將照明光束轉換成紅光，而第二顏色轉換區16可以將照明光束轉換成綠光。然而，本發明不限於此。在其他實施例中，可以根據顏色的需求來選擇複合材料。在替代實施方式中，第一複合材料的量子點的粒徑與組成不同於第二複合材料的量子點的粒徑與組成。雖然在圖1中僅示出了3個顏色轉換區，但是本發明不限於此。在其他實施例中，可以根據設計來調整顏色轉換區的數量與顏色。

圖2A是本發明第二實施例的複合材料的示意圖。圖2B是本發明第三實施例的複合材料的示意圖。

請參照圖2A與圖2B，各所述複合材料包括至少一個量子點與二氧化矽材料（silica material）。詳細地說，如圖2A所示，單一個量子點102a位於二氧化矽材料104a中，以形成複合材料100a。也就是說，二氧化矽材料104a包封所述單一個量子點102a的表面。相似地，如圖2B所示，多個量子點102b均勻分散在二氧化矽材料104b中，以形成複合材料100b。二氧化矽材料104b包封所述多個量子點102b的表面。雖然圖2B中僅繪示出4個量子點102b，但本發明不以此為限。在其他實施例中，量子點的數量可依設計需求來進行調整。

在一個實施例中，複合材料100a的粒徑W1小於復合材料100b的粒徑W2。複合材料100a的粒徑W1和複合材料100b的粒徑W2可以分別在10 nm至500 μm的範圍內。在另一實施例中，複合材料100a的粒徑W1和複合材料100b的粒徑W2可以分別在10 nm至1 μm的範圍內。

在一些實施例中，量子點102a、102b是指實質上單晶的奈米結構。然而，本發明不以此為限。在其他實施例中，量子點102a、102b亦是指多晶或非晶的奈米結構。

在一些實施例中，量子點102a、102b可以是核結構、核-殼結構、核-多殼結構、合金結構、核-合金層-殼結構、核-合金層-多殼結構、核-梯度合金-殼結構或其組合。當量子點102a和102b是核-殼結構時，各量子點102a、102b可包括核結構與覆蓋所述核結構的殼結構。所述核結構的材料是選自由CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、GaN、GaP、GaAs、InP、InAs、InSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、SiC、Fe、Pt、Ni、Co、Al、Ag、Au、Cu、FePt、Si、Ge、PbS、PbSe、PbTe及其合金所構成之群組中的一者。所述殼結構的材料是選自由ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、GaSe、InN、InP、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb、PbS、PbSe、PbTe及其合金所構成之群組中的一者。然而，本發明不以此為限。在其他實施例中，量子點102a、102b亦可以是鈣鈦礦（perovskite）。

在一些實施例中，二氧化矽材料104a、104b可以是在所有可能的方向上延伸的交替的交聯矽（Si）和氧（O）的網絡，其可分別由式I來表示： (I) 其中虛線表示-Si-O-的連續交聯網絡。

在一些實施例中，各二氧化矽材料104a、104b可具有10 nm至500 μm的粒徑。然而，本發明不以此為限。在其他實施例中，二氧化矽材料104a、104b的尺寸可以根據需求來進行調整。

值得注意的是，量子點102a、102b分別被二氧化矽材料104a、104b覆蓋，因此，相較於習知沒有二氧化矽材料覆蓋的量子點，複合材料100a、100b的熱穩定性較佳。另外，由於本發明的投影機色輪包括具有量子點的複合材料，因此，與使用習知磷光體的投影機色輪的色域相比，本發明的投影機色輪所產生的光的色域可更加提升。此外，如圖2B所示，由於量子點102b均勻地分散在二氧化矽材料104b中而沒有聚集，其可提高複合材料100b的發光效率。所述複合材料適用於光電元件（如LED元件）的表面封裝以及數位光處理（digital light processing，DLP）元件，例如DLP投影機色輪。

在一些實施例中，複合材料100a、100b更包括覆蓋二氧化矽材料104a、104b的表面的矽氧樹脂（未示出）。因此，複合材料100a、100b的熱穩定性可進一步地提升，並且使得複合材料100a、100b能夠根據不同的應用容易地製成各種形狀和尺寸。

圖3是本發明第四實施例的複合材料的製造流程圖。圖4A與圖4B是圖3的複合材料的製造流程的示意圖。

請參照圖3，用以製造第四實施例的複合材料的方法300如下所示。首先，進行步驟302。製備混合物。所述混合物包括多個量子點與非極性溶劑，其中量子點溶解在非極性溶劑中。在一些實施例中，在室溫（例如25℃）下對混合物進行攪拌或超聲波震盪處理，以充分溶解量子點。非極性溶劑可以是但不限於環己烷、己烷、甲苯或其組合。在一些實施例中，基於混合物（即，量子點與非極性溶劑）的重量，量子點的含量為0.8-20重量百分比，非極性溶劑的含量為80-99.2重量百分比。

接著，進行步驟304、306。製備極性溶劑與界面活性劑。在一些實施例中，所述極性溶劑可以是但不限於水。所述界面活性劑可以包括兩性的（amphiphilic）有機化合物。也就是說，有機化合物同時含有疏水基團（例如尾部（tails））與親水基團（例如頭部（heads））。因此，界面活性劑含有極性不溶性（例如水不溶性）或非極性可溶性（例如油溶性）組分與極性可溶性（例如水溶性）組分。舉例來說，界面活性劑在水與石油混合的情況下會在水中擴散並吸附在油與水的界面上。不溶於水的疏水性基團可以延伸出本體水相或進入油相，而水溶性頭部基團則保持在水相中。

此外，步驟302、304以及306的順序可以根據需求來進行調整。也就是說，可在製備混合物（即步驟302）之後，製備極性溶劑和界面活性劑（即步驟304和306）。然而，本發明不以此為限。在一實施例中，可以首先進行步驟304和306，然後再進行步驟302。在替代實施例中，步驟302、304以及306可以同時進行。

然後，進行步驟308。將混合物、極性溶劑以及界面活性劑混合，以形成乳化液（emulsion）。參照圖4A，在容器203中混合混合物、極性溶劑以及界面活性劑之後，在容器203中形成乳化液201。乳化液201可包括多個分散相206與連續相204。分散相206分散在連續相204中。如圖4A的放大圖所示，單一個分散相206與連續相204的一部分構成微胞（micelle）205。多個微胞205均勻地分散在乳化液201中。另外，微胞205更包括多個界面活性劑化合物208。各界面活性劑化合物208包括親水基團208a和疏水基團208b。由於分散相206包括上述極性溶劑，親水基團208a面向分散相206與連續相204之間的界面210。另一方面，由於連續相204包括上述非極性溶劑，所以疏水基團208b遠離界面210，界面活性劑化合物208排列成球形。此外，乳化液201中更包括多個量子點202。當量子點被界面活性劑分子包圍時，所述量子點的表面由非極性變為極性。在將混合物進行混合的期間，具有極性表面的量子點傾向於從極性較小的連續相204移動到被界面活性劑的親水基團包圍、極性較大的分散相206。

參照圖3與圖4B，進行步驟310。將催化劑與二氧化矽前驅物加到乳化液201中，以在分散相206中分別形成多個複合材料200。各個複合材料200包括量子點202和二氧化矽材料212（即在進行步驟310之後的二氧化矽前驅物）。量子點202均勻地分散在二氧化矽材料212中。具體來說，加入催化劑與二氧化矽前驅物的步驟可以包括水解、縮合以及聚合。在水解過程中，二氧化矽前驅物被來自上述極性溶劑的H ₂O完全水解或部分水解，從而形成在矽氧烷化合物的Si上附著有羥基（OH基團）的矽氧烷化合物。所述水解機制（1）如下所示： (1) 其中，每個R獨立地選自由C _1-8烷基、環烷基以及芳基所構成之群組。

然後，在縮合過程中，兩個或多個完全水解或部分水解的矽氧烷化合物結合在一起。縮合機制（2）或（3）如下所示： (2) (3) 其中，每個R獨立地選自由C _1-8烷基、環烷基以及芳基所構成之群組。

在聚合過程中，重複一次或多次的一道水解與一道縮合以形成上述二氧化矽材料。

在一些實施例中，催化劑可以是鹼。所述鹼可以是但不限於氨、氟化銨、氫氧化鈉或其組合。所述二氧化矽前驅物可以包括四甲基矽氧烷（tetramethyl orthosilicate，TMOS）、四乙基矽氧烷（tetraethyl orthosilicate，TEOS）或其組合。所述催化劑是位於極性分散相206中的極性分子，其通常在非極性連續相204中與非極性二氧化矽前驅物分離。在混合過程中由於分子的隨機運動，二氧化矽前驅物和催化劑在極性和非極性界面處接觸，並引發聚合反應。因此二氧化矽材料212傾向於包圍極性分散相206中的量子點202，以形成上述的複合材料200。

需注意的是，各二氧化矽材料中的量子點202數量可以通過量子點202與二氧化矽前驅物的重量比來控制。此外，複合材料200的粒徑也可以通過微胞205的尺寸來控制。也就是說，本發明的上述方法可製備出具有相似或相同粒徑的複合材料200。各複合材料200可以具有相似或相同數量於其中的量子點202。在一些實施例中，量子點202與二氧化矽前驅物的重量比為1：1至1：200。

在進行步驟310之後，進行步驟312。進行離心製程與至少一次清洗製程，以收集複合材料200的沉澱物。在一些實施例中，所述清洗製程可包括在進行離心過程之後使用乙醇來清洗所得產物。

在一實施例中，複合材料200可以與矽酮（silicone）混合並配置於LED晶片上。所述矽酮可以是市售的矽酮（例如，購自於Dow Corning ^®OE-6370）。更具體地說，LED晶片是LED元件中的一個構件。所述LED元件可包括具有空腔的基底與設置在基底的空腔中的LED晶片。由上述方法300所形成的複合材料與矽酮混合，並填入基底的空腔中且覆蓋LED晶片的表面。所述複合材料包括多個量子點。所述量子點可能會發出紅色、綠色、藍色或任何其他所需的顏色的光。所述量子點可吸收LED晶片所發出的光能，並重新發射不同波長的光。所述量子點可具有不同的發射波長。舉例來說，可藉由將紅色量子點與綠色量子點以及藍色LED晶片的組合來製造一個白色LED元件。或者是，可通過將紅色量子點、綠色量子點以及藍色量子點與短波長可見光或紫外光的LED晶片的組合來製造另一白色LED元件。

值得注意的是，用於LED元件的二氧化矽材料可以是未修飾的二氧化矽材料（modification-free silica material）。具體來說，所述未修飾的二氧化矽材料能夠與矽酮反應而不需要任何額外的官能基，例如甲基丙烯酸酯基，乙烯基，乙酸乙烯酯基，烯烴基，硫醇基或其組合。倘若二氧化矽材料被另外的官能基（例如甲基丙烯酸丙酯）所改質，如3-(trimethoxysilyl) propyl methacrylate，TMOPMA，所形成的複合材料的熱穩定性會降低（如圖10所示）。也就是說，具有經修飾的二氧化矽材料的複合材料不適用於發光裝置（如LED元件）的表面封裝。另一方面，具有未修飾的二氧化矽材料的複合材料可提高複合材料的熱穩定性（如圖10所示）。

在替代實施例中，複合材料200可用以當作投影機色輪的顏色轉換區。由於量子點202被二氧化矽材料212所包封，所以複合材料200的耐熱性提高。因此，不僅提高了投影機的色域，還保持了投影機的投影機色輪中的量子點202的亮度特性。

另外，複合材料200可以與發光磷光材料（luminescent phosphor material）混合，以彌補發光磷光材料的不足，進而增加發光裝置（例如，投影機色輪或LED元件）的色域。具體而言，混合物包括發光磷光材料與複合材料。所述發光磷光材料能夠發射出第一顏色的光。所述複合材料包括多個量子點，其能夠發射出第二顏色的光，而且二氧化矽材料包覆量子點的表面。所述第一顏色與所述第二顏色彼此為互補色。

在一實施例中，發光磷光材料可以是具有500 nm至600 nm主發射波長的黃光或綠光發光磷光材料，例如釔鋁石榴石（yttrium aluminium garnet，YAG，Y ₃Al ₅O ₁₂: Ce ³⁺）或矽酸鹽（silicate，(Ba, Sr) ₂SiO ₄:Eu ²⁺)、β-SiAlON (Si _6-zAl _zO _zN _8-z:Eu ²⁺)或γ-AlON (Al _1.7O _2.1N _0.3: Mn ²⁺,Eu ²⁺)）。由於紅色發光不足，二氧化矽材料中的紅色量子點（主發射波長為600 nm至650 nm）可用於補充該缺陷，進而增加最終發光複合材料的色域。舉例來說，當發光磷光材料為黃色磷光體時，所述量子點可以為紅色量子點，綠色量子點或其組合。在一些實施例中，當發光磷光材料是綠色磷光體時，量子點可以是紅色量子點。在替代實施例中，發光磷光材料可以是主發射波長為590 nm至680 nm的紅色磷光體材料，例如CaAlSiN ₃:Eu ²⁺或是KSF（K ₂SiF ₆:Mn ⁴⁺）。由於紅色磷光體材料的綠色發光的不足，可以使用包封在二氧化矽材料中的綠色量子點（主發射波長為500 nm至550 nm）來補充該缺陷，並進而增加最終發光複合材料的色域。

圖11是本發明實施例的光學膜的示意圖。

此外，複合材料200可以膜的形式存在。具體而言，如圖11所示，光學膜400包括第一構件402、第二構件408以及第三構件410。第一構件402包括一個或多個量子點404和二氧化矽材料406包封一個或多個量子點404的表面。第二構件408包括UV固化複合材料。第三構件410包括將第一構件402和第二構件408夾在其間的兩片PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）基片410a、410b。第一構件402分散在第二構件408中。在一些實施例中，UV固化複合材料可包括甲基丙烯酸-2-苯基乙酯（2-phenylethyl methacrylate）、三芳基異氰脲酸酯（triaryl isocyanurate，TAIC）、鄰苯二甲酸二烯丙酯（diallyl phthalate）以及光起始劑。另外，一個或多個量子點404被二氧化矽材料406所包封，因此，二氧化矽材料406能夠防止氧和水蒸氣接觸分散的量子點404。相較於有機材料（例如聚合物或樹脂），二氧化矽材料406具有更好的阻擋氧氣和水蒸氣的效果。因此，光學膜400能夠直接用於發光裝置而不需要在第三構件（如PET片）410上使用昂貴的阻氣層來保護光學膜400。

為了證明本發明的可實現性，以下列舉多個實例來對本發明之複合材料做更進一步地說明。雖然描述了以下實驗，但是在不逾越本發明範疇的情況下，可適當改變所用材料、其量及比率、處理細節以及處理流程等等。因此，不應根據下文所述的實驗對本發明作出限制性的解釋。

實驗例1

將CdSe/ZnS量子點（200mg；根據文獻程序來製備）溶於50 ml環己烷中，以形成混合物。在所述混合物中加入Igepal CO-520（購自Sigma-Aldrich），其中量子點與Igepal CO-520的重量比為1：5。加入水（50 mL）並在室溫（約25℃）下攪拌直到液體蒸發一半。然後，加入氨（384 μL）和乙酸乙酯（2 mL）並均勻混合，然後加入320 μL的四乙基矽氧烷（TEOS）並反應8小時。反應後，離心收集沉澱物，然後用乙醇洗滌3至5次。將該沉澱物在70℃的烘箱中乾燥1小時，以形成實驗例1的複合材料。藉由穿透式電子顯微鏡（TEM）來觀察實驗例1的複合材料。如圖5所示，CdSe/ZnS量子點被二氧化矽所包封。

實驗例2

以下，實驗例2至實驗例4的複合材料的製造方法以與實驗例1相同的製造方法來進行。

實驗例2的複合材料包括綠色CdSe/ZnS量子點和二氧化矽（SiO ₂），其中綠色CdSe/ZnS量子點被二氧化矽所包封。然後，將5重量百分比的實驗例2的複合材料和95重量百分比的兩劑型矽酮（two-part silicone）（購自於Dow Corning ^®OE-6370）混合，然後施加到數位光處理（DLP）投影機色輪的一部分上，並在100℃下固化3小時。接著，將投影機色輪安裝到DLP投影機上，以形成綠色測試螢幕。如圖6A所示，使用被二氧化矽所包封的綠色量子點成功產生綠色測試螢幕，其顯示出二氧化矽的包封能夠使得綠色量子點在投影機內的極端環境（例如，高達180℃的高溫）下存活。

實驗例3

實驗例3的複合材料包括紅色CdSe/ZnS量子點和二氧化矽（SiO ₂），其中紅色CdSe/ZnS量子點被二氧化矽所包封。然後，將5重量百分比的實驗例3的複合材料和95重量百分比的兩劑型矽酮（購自於Dow Corning ^®OE-6370）混合，然後施加到數位光處理（DLP）投影機色輪的一部分上，並在100℃下固化3小時。接著，將投影機色輪安裝到DLP投影機上，以形成紅色測試螢幕。如圖6B所示，使用被二氧化矽所包封的紅色量子點成功地產生紅色測試螢幕，其顯示出二氧化矽的包封也能夠使得紅色量子點在投影機內的極端環境下（例如，高達180℃的高溫）存活。

實驗例4

將4重量百分比的被二氧化矽所包封的綠色CdSe/ZnS量子點、1重量百分比的被二氧化矽所包封的紅色CdSe/ZnS量子點以及95重量%的兩劑型矽酮（購自於Dow Corning ^®OE-6370）混合，以形成混合物。將所述混合物點膠（dispense）到藍色LED晶片（即其發射波長為440 nm至460 nm）上，並在100℃下固化3小時。LED的輸出光譜如圖7所示。如圖7所示，被二氧化矽所包封的量子點能夠將來自LED晶片的藍光轉換為綠光和紅光。

比較例1

量子點嵌入於二氧化矽珠的反相乳化合成

將含有CdSe/ZnS核/殼量子點（含有70 mg的無機材料）的溶液進行蒸發，以除去大部分溶劑（在此情況下溶劑為甲苯），然後，其與矽烷單體（例如，0.1 mL甲基丙烯酸-3-（三甲氧基甲矽烷基）丙酯（3-(trimethoxysilyl) propyl methacrylate，TMOPMA））和0.5 mL四乙基矽氧烷（TEOS）混合直至獲得澄清溶液。

在50 mL燒瓶中製備10 mL脫氣的環己烷/Igepal ^TMCO-520（CO-520為C ₉H ₁₉-Ph-(OCH ₂CH ₂) _n—OH，其中n=5）（18mL/1.35g），並將0.1 ml的4%NH ₄OH注入，以形成穩定的反相乳化液（reverse emulsion）。接著，將環己烷/CO-520/NH ₄OH的混合物與量子點/矽烷單體的混合物混合，並在氮氣（N ₂）下以500 rpm轉速攪拌過夜。含有量子點的經修飾的二氧化矽珠透過離心回收並用環己烷清洗兩次。然後，將所得的沉澱物真空乾燥。

實驗例5

將CdSe/ZnS量子點（200mg；根據文獻程序來製備）溶於50 ml環己烷中，以形成混合物。在所述混合物中加入Igepal CO-520（購自Sigma-Aldrich），其中量子點與Igepal CO-520的重量比為1：5。加入水（50 mL）並在室溫（約25℃）下攪拌直至液體蒸發一半。然後，加入氨（384 μL）和乙酸乙酯（2 mL）並均勻混合，然後加入210 μL四甲基矽氧烷（TMOS）並反應8小時。反應後，離心收集沉澱物，然後用乙醇洗滌3至5次。將該沉澱物在70℃的烘箱中乾燥1小時，以形成實驗例5的複合材料。

LED 使用壽命測試

將實驗例5的被未修飾的二氧化矽所包封的量子點與兩劑型矽酮（購自於Dow Corning ^®OE-6370）混合。將所述混合物點膠到藍色LED晶片（即其發射波長為440 nm至460 nm）上，並在100℃下固化3小時。所製造的LED以20 mA的正向電流（forward current）點亮測試並持續點亮。使用光譜測光儀（OPTIMUM SRI-2000）與測光積分球（photometric integrating sphere）（直徑=10 cm）週期性地測量LED效能（例如，來自LED的藍光加上量子點所發出的綠光和紅光）流明（lumen）以及量子點的光致發光（photoluminescence，PL）強度（例如，僅由量子點發出的綠光和紅光）。

相似地，將比較例1的具有量子點的二氧化矽微珠與LED封裝劑（例如，購買自信越公司的SCR1011或SCR1016）混合充分攪拌，以確保具有量子點的二氧化矽微珠均勻地分散在封裝聚合物中。然後，將封裝劑混合物點膠到藍色LED晶片（即其發射波長為440 nm至460 nm）上，並在惰性氣體下以LED封裝劑的標準條件進行固化。所製造的LED以20 mA的正向電流點亮測試並持續點亮。使用光譜測光儀（OPTIMUM SRI-2000）與測光積分球（直徑=10 cm）週期性地測量LED效能（例如，來自LED的藍光加上量子點所發出的綠光和紅光）流明以及量子點的光致發光（PL）強度（例如，僅由量子點發出的綠光和紅光）。

圖10是具有未修飾的二氧化矽所包封的量子點（實驗例5）的LED或具有經修飾的二氧化矽所包封量子點的LED（比較例1）的LED效能圖與量子點PL強度圖。從圖10可以看出，具有未修飾的二氧化矽所包封的量子點的LED效能（efficacy）沒有像具有經修飾的二氧化矽所包封量子點的LED效能所示有明顯的初始下降。此外，在整個測試期間，具有未修飾的二氧化矽所包封的量子點的LED在效能和光致發光（PL）方面顯示出較小的降低量。這清楚地顯示具有未修飾的二氧化矽材料所包封的量子點（實驗例5）比具有經修飾的二氧化矽材料所包封量子點（比較例1）更加穩定。

實驗例7

色輪應用

將被二氧化矽所包封的紅色CdSe/ZnS量子點（10重量百分比）與黃色YAG磷光體（40重量百分比）與兩劑型矽酮（購自於Dow Corning ^®OE-6370，50重量百分比）混合，並施加在色輪的一部分上，且在100℃下固化3小時。然後將所述色輪安裝至DLP投影機中。被二氧化矽所包封的紅色CdSe/ZnS量子點可彌補YAG磷光體的紅色的不足，以提高投影機的色域。

實驗例8

LED應用

將被二氧化矽所包封的紅色量子點（3重量百分比）、黃色YAG磷光體（5重量百分比）以及矽酮（購自於Dow Corning ^®OE-6370，92重量百分比）混合，以形成混合物。將所述混合物點膠到藍色LED晶片上（即其發射波長為440 nm至460 nm），並在100℃下固化3小時。所述LED的輸出光譜如圖8所示。如圖8所示，被二氧化矽所包封的紅色量子點可彌補YAG磷光體的紅色的不足（見圖8中的虛線），進而改善了LED晶片的色域。

實驗例9

將被二氧化矽所包封的紅色量子點（3重量百分比）和綠色量子點（10重量百分比）與UV固化複合材料混合，其中所述UV固化複合材料包括AG-F-26729（48重量百分比；購買自Angene）、TAIC ^TM（24重量百分比；購買自Nippon Kasei Chemical）、DAISO DAP ^TM（14重量百分比；購買自Osaka Soda）以及Darocur ^®TPO（1重量百分比；購買自Ciba Specialty Chemicals Inc.）。將所述混合物（厚度為100 μm）夾在兩片聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）片（每片厚度為100 μm）之間，並暴露於紫外光（370 nm，400 W，2分鐘）下，以形成光學薄膜。將所述光學薄膜安裝到7英寸藍色（445 nm）背光單元中，並在85℃環境下持續照光1000小時（2.4 mW/cm ²）。利用柯尼卡美能達（Konica Minolta）CS-100儀器以不同的時間間隔測量所述背光單元的發光強度。

如圖9所示，在整個測試過程中，所述背光單元的發光強度保持恆定。這清楚地表明，所述背光單元內的光學膜的光致發光沒有衰減。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10：投影機色輪 12、14、16：顏色轉換區 18：旋轉部 100a、100b、200：複合材料 102a、102b：量子點 104a、104b：二氧化矽材料 201：乳化液 202：量子點 203：容器 204：連續相 205：微胞 206：分散相 208：界面活性劑 208a：親水基團 208b：疏水基團 210：界面 212：二氧化矽材料 300：方法 302、304、306、308、310、312：步驟 400：光學膜 402：第一構件 404：量子點 406：二氧化矽材料 408：第二構件 410：第三構件 410a、410b：PET基片 W1、W2：粒徑

圖1是本發明第一實施例的投影機色輪的正視圖。圖2A是本發明第二實施例的複合材料的示意圖。圖2B是本發明第三實施例的複合材料的示意圖。圖3是本發明第四實施例的複合材料的製造流程圖。圖4A與圖4B是圖3的複合材料的製造流程的示意圖。圖5是實驗例1的複合材料的穿透式電子顯微鏡（TEM）影像。圖6A是實驗例2的DLP投影機的綠色測試螢幕。圖6B是實驗例3的DLP投影機的紅色測試螢幕。圖7是實驗例4的LED輸出光譜。圖8是實驗例8的LED輸出光譜。圖9是實驗例9的發光強度。圖10是實驗例5與比較例1的LED效能圖。圖11是本發明實施例的光學膜的示意圖。

Claims

一種投影機色輪，包括：多個顏色轉換區，被配置成盤狀配置，其中各所述顏色轉換區包括複合材料，所述複合材料包括至少一個量子點與包封所述至少一個量子點的表面的二氧化矽材料；以及旋轉部，配置在所述盤狀配置的中心。
如申請專利範圍第1項所述的投影機色輪，其中所述顏色轉換區被配置為環狀，其環繞所述旋轉部的周界。
如申請專利範圍第1項所述的投影機色輪，其中所述顏色轉換區為開口，其使得光穿過所述開口，或者是所述顏色轉換區為反射面，其使得光反射而不會改變所述光的顏色。
如申請專利範圍第1項所述的投影機色輪，其中所述至少一個量子點的數量為複數個，複數個量子點均勻分散在所述二氧化矽材料中。
如申請專利範圍第1項所述的投影機色輪，其中所述複合材料的粒徑介於10奈米至500微米之間。
如申請專利範圍第1項所述的投影機色輪，其中所述顏色轉換區包括：第一顏色轉換區，具有第一複合材料；以及第二顏色轉換區，具有第二複合材料，所述第一複合材料與所述第二複合材料不同。
如申請專利範圍第6項所述的投影機色輪，其中所述第一複合材料的所述至少一個量子點的發射波長與所述第二複合材料的所述至少一個量子點的發射波長不同。
如申請專利範圍第1項所述的投影機色輪，其中所述至少一個量子點包括核結構、核-殼結構、核-多殼結構、合金結構、核-合金層-殼結構、核-合金層-多殼結構、核-梯度合金-殼結構或其組合。
如申請專利範圍第1項所述的投影機色輪，其中所述至少一個量子點包括核結構與覆蓋所述核結構的殼結構，所述核結構的材料是選自由CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、GaN、GaP、GaAs、InP、InAs、InSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、SiC、Fe、Pt、Ni、Co、Al、Ag、Au、Cu、FePt、Si、Ge、PbS、PbSe、PbTe及其合金所構成之群組中的一者，且所述殼結構的材料是選自由ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、GaSe、InN、InP、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb、PbS、PbSe、PbTe及其合金所構成之群組中的一者。
如申請專利範圍第1項所述的投影機色輪，其中所述至少一個量子點包括鈣鈦礦。
如申請專利範圍第1項所述的投影機色輪，其中所述複合材料更包括矽氧樹脂覆蓋所述二氧化矽材料的表面，以提升所述顏色轉換區的熱穩定性且更容易模製成合適的形狀與尺寸。
一種發光二極體元件，包括：發光二極體晶片；以及複合材料，配置在所述發光二極體晶片上，其中所述複合材料包括多個量子點與未修飾的二氧化矽材料，其包封所述量子點的表面。
如申請專利範圍第12項所述的發光二極體元件，其中所述未修飾的二氧化矽材料包括由四甲基矽氧烷或四乙基矽氧烷所聚合而成的無機聚合物。
如申請專利範圍第12項所述的發光二極體元件，其中所述複合材料能夠承受25°C至260°C的溫度。
一種複合材料的製造方法，包括：提供混合物，其包括多個量子點與非極性溶劑，其中所述量子點溶於所述非極性溶劑中；提供極性溶劑與界面活性劑；混合所述混合物、所述極性溶劑以及所述界面活性劑，以形成乳化液，其中所述乳化液包括多個分散相與連續相，且所述分散相分散在所述連續相中；以及將催化劑與二氧化矽前驅物加到所述乳化液中，以在所述分散相中分別形成多個複合材料，其中各所述複合材料包括至少一個量子點與包封所述至少一個量子點的表面的二氧化矽材料。
如申請專利範圍第15項所述的複合材料的製造方法，其中所述乳化液是由逆微胞所形成，其中分散相包括所述極性溶劑，而所述連續相包括非極性溶劑。
如申請專利範圍第15項所述的複合材料的製造方法，其中在混合所述混合物、所述極性溶劑以及所述界面活性劑以形成乳化液的過程中，具有極性表面的所述量子點從所述連續相移動至所述分散相。
如申請專利範圍第15項所述的複合材料的製造方法，其中將所述催化劑與所述二氧化矽前驅物加到所述乳化液中以在所述分散相中分別形成所述複合材料的步驟包括水解、縮合以及聚合。
如申請專利範圍第15項所述的複合材料的製造方法，其中所述催化劑為鹼，其包括氨、氟化銨、氫氧化鈉或其組合。
如申請專利範圍第15項所述的複合材料的製造方法，其中所述二氧化矽前驅物包括四甲基矽氧烷、四乙基矽氧烷或其組合。
如申請專利範圍第15項所述的複合材料的製造方法，其中所述量子點與所述二氧化矽前驅物的重量比為1:1至1:200。
如申請專利範圍第15項所述的複合材料的製造方法，在形成所述複合材料之後，更包括進行離心製程與至少一次清洗製程。
一種發光裝置，包括：發光磷光材料，能夠發射出第一顏色的光；以及複合材料包括：多個量子點，能夠發射出第二顏色的光；以及二氧化矽材料，包封所述量子點的表面，其中所述第一顏色與所述第二顏色彼此為互補色。
如申請專利範圍第23項所述的發光裝置，其中所述發光磷光材料為黃色磷光體，所述量子點為紅色量子點、綠色量子點或其組合。
如申請專利範圍第23項所述的發光裝置，其中所述發光磷光材料為綠色磷光體，所述量子點為紅色量子點。
如申請專利範圍第23項所述的發光裝置，其中所述發光磷光材料為紅色磷光體，所述量子點為綠色量子點。
如申請專利範圍第23項所述的發光裝置，其中所述發光裝置包括投影機色輪、發光二極體元件或光學膜。
一種光學膜，包括：第一構件，其包括多個量子點與包封所述量子點的表面的二氧化矽材料；第二構件，其包括紫外光固化複合材料，其中所述第一構件分散在所述第二構件中；以及第三構件，其包括兩片聚乙烯對苯二甲酸酯基片，其中所述第一構件與所述第二構件配置在所述兩片聚乙烯對苯二甲酸酯基片基片之間。
如申請專利範圍第28項所述的光學膜，其中所述二氧化矽材料包括由四甲基矽氧烷或四乙基矽氧烷所聚合而成的無機聚合物。
如申請專利範圍第28項所述的光學膜，其中所述紫外光固化複合材料包括甲基丙烯酸-2-苯基乙酯、三芳基異氰脲酸酯、鄰苯二甲酸二烯丙酯以及光起始劑。
如申請專利範圍第28項所述的光學膜，其中所述光學膜用於發光裝置，其包括用於平面顯示器的背光單元、液晶顯示器或其他類似的視覺顯示器。