(57)【要約】  本発明は、気密封止された発光ナノ結晶の組成物および容器を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを提供する。本発明はさらに、ＬＥＤデバイスを含むディスプレイを提供する。適当には、ＬＥＤデバイスは白色光ＬＥＤデバイスである。
2013509714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスであって、
（ａ）青色光発光ＬＥＤと、
（ｂ）複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された容器と、
を含み、前記容器が、前記発光ナノ結晶のダウンコンバージョンを容易にするために前記ＬＥＤに対して位置付けられる、ＬＥＤデバイス。
【請求項２】
前記気密封止された容器がプラスチックまたはガラス管である、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項３】
前記気密封止された容器がガラス毛管である、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項４】
前記気密封止された容器が前記ＬＥＤから間隔をおいて配置される、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項５】
前記発光ナノ結晶が緑色光および赤色光を放出する、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項６】
前記発光ナノ結晶がＣｄＳｅまたはＺｎＳを含む、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項７】
前記発光ナノ結晶がＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳまたはＣｄＴｅ／ＺｎＳを含むコア／シェル発光ナノ結晶である、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項８】
前記発光ナノ結晶がポリマーマトリックス中に分散される、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項９】
ディスプレイシステムであって、
（ａ）ディスプレイと、
（ｂ）複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスであり、
（ｉ）青色光発光ＬＥＤと、
（ｉｉ）複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された容器と、
を含むＬＥＤデバイスと、
を含み、前記容器が、前記発光ナノ結晶のダウンコンバージョンを容易にするために前記ＬＥＤに対して位置付けられる、ディスプレイシステム。
【請求項１０】
前記気密封止された容器がプラスチックまたはガラス管である、請求項９に記載のディスプレイシステム。
【請求項１１】
前記気密封止された容器がガラス毛管である、請求項９に記載のディスプレイシステム。
【請求項１２】
前記気密封止された容器が前記ＬＥＤから間隔をおいて配置される、請求項９に記載のディスプレイシステム。
【請求項１３】
前記発光ナノ結晶が緑色光および赤色光を放出する、請求項９に記載のディスプレイシステム。
【請求項１４】
前記発光ナノ結晶がＣｄＳｅまたはＺｎＳを含む、請求項９に記載のディスプレイシステム。
【請求項１５】
前記発光ナノ結晶がＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳまたはＣｄＴｅ／ＺｎＳを含むコア／シェル発光ナノ結晶である、請求項９に記載のディスプレイシステム。
【請求項１６】
前記発光ナノ結晶がポリマーマトリックス中に分散される、請求項９に記載のディスプレイシステム。
【請求項１７】
発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスであって、
（ａ）ＬＥＤと、
（ｂ）前記ＬＥＤに光学的に結合される複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された容器と、
（ｃ）前記気密封止された容器に光学的に結合される光ガイドと、
を含み、前記ＬＥＤから放出された光の第１の部分が前記発光ナノ結晶によってダウンコンバートされ、前記ＬＥＤから放出された光の第２の部分と前記発光ナノ結晶からダウンコンバートされた光が前記光ガイドから放出される、
ＬＥＤデバイス。
【請求項１８】
前記ＬＥＤが青色光を発光する、請求項１７に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項１９】
前記ＬＥＤから放出された青色光の第１の部分が前記発光ナノ結晶によって緑色光および赤色光にダウンコンバートされる、請求項１８に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項２０】
前記青色光の第２の部分、前記緑色光、および前記赤色光が組み合わされて白色光を生じる、請求項１９に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項２１】
前記気密封止された容器がプラスチックまたはガラス容器である、請求項１７に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項２２】
前記気密封止された容器がガラス毛管である、請求項２１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項２３】
前記ガラス毛管が約１００μｍ〜約１ｍｍのうちの少なくとも１つの寸法を有する、請求項２２に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項２４】
前記発光ナノ結晶がＣｄＳｅまたはＺｎＳを含む、請求項１７に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項２５】
前記発光ナノ結晶がＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳまたはＣｄＴｅ／ＺｎＳを含むコア／シェルナノ結晶である、請求項１７に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項２６】
前記光ガイドがグルーまたはテープを介して前記気密封止された容器に光学的に結合される、請求項１７に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項２７】
前記気密封止された容器が前記ＬＥＤから間隔をおいて配置される、請求項１７に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項２８】
前記発光ナノ結晶がポリマーマトリックス中に分散される、請求項１７に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項２９】
白色光発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスであって、
（ａ）青色光発光ＬＥＤと、
（ｂ）前記ＬＥＤに光学的に結合される複数のＣｄＳｅ／ＺｎＳ発光ナノ結晶を含む気密封止された容器と、
（ｃ）前記気密封止された容器に光学的に結合される光ガイドと、
を備え、前記ＬＥＤから放出された青色光の第１の部分が前記ＣｄＳｅ／ＺｎＳ発光ナノ結晶によって緑色光および赤色光にダウンコンバートされ、前記ＬＥＤから放出された青色光の第２の部分と前記緑色光および前記赤色光が前記光ガイドから放出され、組み合わされて白色光を生じる、
白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項３０】
前記気密封止された容器がプラスチックまたはガラス容器である、請求項２９に記載の白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項３１】
前記気密封止された容器がガラス毛管である、請求項３０に記載の白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項３２】
前記ガラス毛管が約１００μｍ〜約１ｍｍのうちの少なくとも１つの寸法を有する、請求項３１に記載の白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項３３】
前記光ガイドがグルーまたはテープを介して前記気密封止された容器に光学的に結合される、請求項２９に記載の白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項３４】
前記気密封止された容器が前記ＬＥＤから間隔をおいて配置される、請求項２９に記載の白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項３５】
前記ＣｄＳｅ／ＺｎＳ発光ナノ結晶がポリマーマトリックス中に分散される、請求項２９に記載の白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項３６】
ディスプレイシステムであって、
（ａ）ディスプレイと、
（ｂ）複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスであり、
（ｉ）ＬＥＤと、
（ｉｉ）前記ＬＥＤに光学的に結合される複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された容器と、
を含むＬＥＤデバイスと、
（ｃ）前記気密封止された容器に光学的に結合される光ガイドと、
を含み、前記ディスプレイが前記光ガイドを少なくとも部分的に取り囲み、前記ＬＥＤから放出された光の第１の部分が前記発光ナノ結晶によってダウンコンバートされ、前記ＬＥＤから放出された光の第２の部分と前記発光ナノ結晶からダウンコンバートされた前記光が、前記光ガイドから放出され、前記ディスプレイ上に表示される、
ディスプレイシステム。
【請求項３７】
前記ＬＥＤが青色光を発光する、請求項３６に記載のディスプレイシステム。
【請求項３８】
前記ＬＥＤから放出された青色光の第１の部分が前記発光ナノ結晶によって緑色光および赤色光にダウンコンバートされる、請求項３７に記載のディスプレイシステム。
【請求項３９】
前記青色光の第２の部分、前記緑色光、および前記赤色光が組み合わされて白色光を生じる、請求項３８に記載のディスプレイシステム。
【請求項４０】
前記気密封止された容器がプラスチックまたはガラス容器である、請求項３６に記載のディスプレイシステム。
【請求項４１】
前記気密封止された容器がガラス毛管である、請求項４０に記載のディスプレイシステム。
【請求項４２】
前記ガラス毛管が約１００μｍ〜約１ｍｍのうちの少なくとも１つの寸法を有する、請求項４１に記載のディスプレイシステム。
【請求項４３】
前記発光ナノ結晶がＣｄＳｅまたはＺｎＳを含む、請求項３６に記載のディスプレイシステム。
【請求項４４】
前記発光ナノ結晶がＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳまたはＣｄＴｅ／ＺｎＳを含むコア／シェル発光ナノ結晶である、請求項３６に記載のディスプレイシステム。
【請求項４５】
前記光ガイドがグルーまたはテープを介して前記気密封止された容器に光学的に結合される、請求項３６に記載のディスプレイシステム。
【請求項４６】
前記気密封止された容器が少なくとも２つのＬＥＤに光学的に結合される、請求項３６に記載のディスプレイシステム。
【請求項４７】
前記発光ナノ結晶がポリマーマトリックス中に分散される、請求項３６に記載のディスプレイシステム。
【請求項４８】
コンポジット材料であって、
（ａ）第１の組成を有する第１のポリマー材料と、
（ｂ）第２の組成を有する第２のポリマー材料と、
（ｃ）前記第２のポリマー材料中に分散される複数の発光ナノ結晶と、
を含み、前記第２のポリマー材料が前記第１のポリマー材料中に分散される、
コンポジット材料。
【請求項４９】
前記第１のポリマー材料がエポキシまたはポリカーボネートを含む、請求項４８に記載のコンポジット材料。
【請求項５０】
前記第２のポリマー材料がアミノシリコーンを含む、請求項４８に記載のコンポジット材料。
【請求項５１】
前記発光ナノ結晶が緑色光および／または赤色光を放出する、請求項４８に記載のコンポジット材料。
【請求項５２】
前記発光ナノ結晶がＣｄＳｅまたはＺｎＳを含む、請求項４８に記載のコンポジット材料。
【請求項５３】
前記発光ナノ結晶がＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳまたはＣｄＴｅ／ＺｎＳを含むコア／シェル発光ナノ結晶である、請求項４８に記載のコンポジット材料。
【請求項５４】
前記コンポジットを気密封止するＳｉＯ2、ＴｉＯ2またはＡｌＯ2の無機層をさらに含む、請求項４８に記載のコンポジット材料。
【請求項５５】
前記コンポジットが約０．５〜約０．９の光学密度と約５０μｍ〜約２００μｍの経路長を有する、請求項４８に記載のコンポジット材料。
【請求項５６】
前記コンポジットが約０．８の光学密度と約１００μｍの経路長を有する、請求項５５に記載のコンポジット材料。
【請求項５７】
発光ナノ結晶コンポジット材料を調製する方法であって、
（ａ）複数の発光ナノ結晶を第１のポリマー材料中に分散させて前記発光ナノ結晶と前記第１のポリマー材料との混合物を形成するステップと、
（ｂ）前記混合物を硬化させるステップと、
（ｃ）前記硬化された混合物から微粒子を生じさせるステップと、
（ｄ）前記微粒子を前記第２のポリマー材料中に分散させてコンポジット材料を生じさせるステップと、
を含む方法。
【請求項５８】
前記分散させるステップ（ａ）が前記発光ナノ結晶をアミノシリコーン中に分散させることを含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記分散させるステップ（ａ）がＣｄＳｅまたはＺｎＳを含む発光ナノ結晶を分散させることを含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項６０】
前記分散させるステップ（ａ）がＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳまたはＣｄＴｅ／ＺｎＳを含む発光ナノ結晶を分散させることを含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項６１】
前記ステップ（ｂ）での硬化の前に前記混合物に架橋剤を加えることを含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項６２】
前記微粒子を生じさせるステップが前記硬化された混合物をボールミル粉砕することを含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項６３】
前記コンポジット材料をフィルムにすることをさらに含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項６４】
発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスであって、
（ａ）ＬＥＤと、
（ｂ）前記ＬＥＤに光学的に結合される複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された容器と、
（ｃ）前記気密封止された容器に光学的に結合される光ガイドと、
を含み、前記ＬＥＤから放出された光が、前記ナノ結晶によってダウンコンバートされ、前記光ガイドの表面を出る、
ＬＥＤデバイス。
【請求項６５】
前記発光ナノ結晶が青色、緑色および赤色光を放出し、前記光が組み合わされて白色光を生じる、請求項６４に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項６６】
前記ＬＥＤが紫外光を発光する、請求項６４に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項６７】
前記気密封止された容器がプラスチックまたはガラス容器である、請求項６４に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項６８】
前記気密封止された容器がガラス毛管である、請求項６７に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項６９】
前記ガラス毛管が約１００μｍ〜約１ｍｍのうちの少なくとも１つの寸法を有する、請求項６８に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項７０】
前記発光ナノ結晶がＣｄＳｅまたはＺｎＳを含む、請求項６４に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項７１】
前記発光ナノ結晶がＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳまたはＣｄＴｅ／ＺｎＳを含むコア／シェルナノ結晶である、請求項６４に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項７２】
前記光ガイドがグルーまたはテープを介して前記気密封止された容器に光学的に結合される、請求項６４に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項７３】
前記気密封止された容器が前記ＬＥＤから間隔をおいて配置される、請求項６４に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項７４】
前記発光ナノ結晶がポリマーマトリックス中に分散される、請求項６４に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項７５】
発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスであって、
（ａ）ＬＥＤと、
（ｂ）前記ＬＥＤに光学的に結合される光ガイドと、
（ｃ）前記光ガイド内の領域に分散される複数の発光ナノ結晶であり、前記領域が前記光ガイドの長さに沿って延びる、複数の発光ナノ結晶と、
を含み、前記ＬＥＤから放出された光が、前記ナノ結晶によってダウンコンバートされ、前記光ガイドの表面を出る、
ＬＥＤデバイス。
【請求項７６】
前記発光ナノ結晶が青色、緑色および赤色光を放出し、前記光が組み合わされて白色光を生じる、請求項７５に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項７７】
前記ＬＥＤが紫外光を発光する、請求項７６に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項７８】
前記ＬＥＤから放出された光の第１の部分が前記ナノ結晶によってダウンコンバートされ、前記ＬＥＤから放出された光の第２の部分とダウンコンバートされた前記光が前記光ガイドの表面を出る、請求項７５に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項７９】
前記ＬＥＤが青色光を発光する、請求項７８に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項８０】
前記ＬＥＤから放出された青色光の第１の部分が前記発光ナノ結晶によって緑色光および赤色光にダウンコンバートされる、請求項７９に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項８１】
前記青色光の第２の部分、前記緑色光、および前記赤色光が組み合わされて白色光を生じる、請求項８０に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項８２】
前記ナノ結晶がＣｄＳｅまたはＺｎＳを含む、請求項７５に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項８３】
前記ナノ結晶がＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳまたはＣｄＴｅ／ＺｎＳを含むコア／シェルナノ結晶である、請求項７５に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項８４】
前記光ガイドが１つまたは複数の反射器を含む、請求項７５に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項８５】
前記領域が発光ナノ結晶の層である、請求項７５に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項８６】
前記領域の厚さが前記光ガイドの長さに沿って変化する、請求項７５に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項８７】
前記厚さが前記ＬＥＤから前記光ガイドの長さに沿って増加する、請求項８６に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項８８】
前記厚さが前記光ガイドの長さに沿ってほぼ直線的に増加する、請求項８７に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項８９】
白色光発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスであって、
（ａ）青色光発光ＬＥＤと、
（ｂ）前記ＬＥＤに光学的に結合される光ガイドと、
（ｃ）前記光ガイド内の領域に分散される複数のＣｄＳｅ／ＺｎＳ発光ナノ結晶であり、前記領域が前記光ガイドの長さに沿って延びる、複数のＣｄＳｅ／ＺｎＳ発光ナノ結晶と、
を含み、前記ＬＥＤから放出された青色光の第１の部分が前記ＣｄＳｅ／ＺｎＳ発光ナノ結晶によって緑色光および赤色光にダウンコンバートされ、前記青色光の第２の部分、前記緑色光および前記赤色光が、前記光ガイドから放出され、組み合わされて白色光を生じる、白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項９０】
前記光ガイドが１つまたは複数の反射器を含む、請求項８９に記載の白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項９１】
前記領域がＣｄＳｅ／ＺｎＳ発光ナノ結晶の層である、請求項８９に記載の白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項９２】
前記領域の厚さが前記光ガイドの長さに沿って変化する、請求項８９に記載の白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項９３】
前記厚さが前記ＬＥＤから前記光ガイドの長さに沿って増加する、請求項８９に記載の白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項９４】
前記厚さが前記光ガイドの長さに沿ってほぼ直線的に増加する、請求項９０に記載の白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項９５】
白色光発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスであって、
（ａ）紫外光発光ＬＥＤと、
（ｂ）前記ＬＥＤに光学的に結合される光ガイドと、
（ｃ）前記光ガイド内の領域に分散される複数のＣｄＳｅ／ＺｎＳ発光ナノ結晶であり、前記領域が前記光ガイドの長さに沿って延びる、複数のＣｄＳｅ／ＺｎＳ発光ナノ結晶と、
を含み、前記ＬＥＤから放出された光が前記ＣｄＳｅ／ＺｎＳ発光ナノ結晶によって緑色光、赤色光および青色光にダウンコンバートされ、前記緑色光、前記赤色光および前記青色光が前記光ガイドから放出され、組み合わされて白色光を生じる、
白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項９６】
前記光ガイドが１つまたは複数の反射器を含む、請求項９５に記載の白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項９７】
前記領域がＣｄＳｅ／ＺｎＳ発光ナノ結晶の層である、請求項９５に記載の白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項９８】
前記領域の厚さが前記光ガイドの長さに沿って変化する、請求項９５に記載の白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項９９】
前記厚さが前記ＬＥＤから前記光ガイドの長さに沿って増加する、請求項９８に記載の白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項１００】
前記厚さが前記光ガイドの長さに沿ってほぼ直線的に増加する、請求項９９に記載の白色光ＬＥＤデバイス。
【請求項１０１】
ディスプレイシステムであって、
（ａ）ディスプレイと、
（ｂ）複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
（ｃ）前記ＬＥＤに光学的に結合される光ガイドであり、前記ディスプレイが少なくとも部分的に取り囲む、光ガイドと、
（ｄ）前記光ガイド内の領域に分散される複数の発光ナノ結晶であり、前記領域が前記光ガイドの長さに沿って延びる、複数の発光ナノ結晶と、
を含み、前記ＬＥＤから放出された光が、前記ナノ結晶によってダウンコンバートされ、前記光ガイドの表面を出て、前記ディスプレイ上に表示される、
ディスプレイシステム。
【請求項１０２】
前記発光ナノ結晶が青色、緑色および赤色光を放出する、請求項１０１に記載のディスプレイシステム。
【請求項１０３】
前記ＬＥＤが紫外光を発光する、請求項１０２に記載のディスプレイシステム。
【請求項１０４】
前記ＬＥＤから放出された光の第１の部分が前記ナノ結晶によってダウンコンバートされ、前記ＬＥＤから放出された光の第２の部分とダウンコンバートされた前記光が前記光ガイドの表面を出る、請求項１０１に記載のディスプレイシステム。
【請求項１０５】
前記ＬＥＤが青色光を発光する、請求項１０４に記載のディスプレイシステム。
【請求項１０６】
前記ＬＥＤから放出された青色光の第１の部分が前記発光ナノ結晶によって緑色光および赤色光にダウンコンバートされる、請求項１０５に記載のディスプレイシステム。
【請求項１０７】
前記青色光の第２の部分、前記緑色光、および前記赤色光が組み合わされて白色光を生じる、請求項１０６に記載のディスプレイシステム。
【請求項１０８】
前記発光ナノ結晶がＣｄＳｅまたはＺｎＳを含む、請求項１０１に記載のディスプレイシステム。
【請求項１０９】
前記発光ナノ結晶がＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳまたはＣｄＴｅ／ＺｎＳを含むコア／シェル発光ナノ結晶である、請求項１０１に記載のディスプレイシステム。
【請求項１１０】
前記光ガイドが１つまたは複数の反射器を含む、請求項１０１に記載のディスプレイシステム。
【請求項１１１】
前記領域が発光ナノ結晶の層である、請求項１０１に記載のディスプレイシステム。
【請求項１１２】
前記領域の厚さが前記光ガイドの長さに沿って変化する、請求項１０１に記載のディスプレイシステム。
【請求項１１３】
前記領域の前記厚さが前記ＬＥＤから前記光ガイドの長さに沿って増加する、請求項１１２に記載のディスプレイシステム。
【請求項１１４】
前記厚さが前記光ガイドの長さに沿ってほぼ直線的に増加する、請求項１１３に記載のディスプレイシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ナノ結晶、適当には白色光ＬＥＤを含む発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスの方法に関する。本発明はさらに、ＬＥＤデバイスを含むディスプレイシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気および水分にさらされた発光ナノ結晶は酸化的損傷を受け、その結果、しばしばルミネセンス（ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を失う。ダウンコンバージョン層、フィルタリング層などの用途における発光ナノ結晶の使用はしばしば、発光ナノ結晶を、高温、高強度光、環境ガスおよび水分にさらす。これらの因子は、これらの用途における長い発光寿命に対する要求とあいまって、しばしば発光ナノ結晶の使用を限定し、または頻繁な交換を要求する。したがって、発光ナノ結晶を気密封止し、それによって使用寿命を延ばし、発光強度を増大させることを可能にする方法および組成物に対する必要性が存在する。
【０００３】
白色光ＬＥＤデバイスを含む気密封止されたナノ結晶を用いる発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスに対する必要性も存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態では、本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを提供する。適当には、ＬＥＤデバイスは、青色発光ＬＥＤと、複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された容器とを含む。容器は、発光ナノ結晶のダウンコンバージョンを容易にするためにＬＥＤに対して位置付けられる。
【０００５】
適当な気密封止された容器は、ガラス毛管などのプラスチックまたはガラス管を含む。例示的な実施形態では、気密封止された容器は、ＬＥＤから間隔をおいて配置される。適当には、発光ナノ結晶は緑色光および赤色光を放出する。ＬＥＤデバイスで使用される例示的な発光ナノ結晶は、ＣｄＳｅまたはＺｎＳを含み、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳ、またはＣｄＴｅ／ＺｎＳを含むコア／シェル発光ナノ結晶である発光ナノ結晶を含む。例示的な実施形態では、発光ナノ結晶は、ポリマーマトリックス中に分散される。本発明はさらに、ＬＥＤデバイスを含むディスプレイシステムを提供する。
【０００６】
他の実施形態では、本発明は、ＬＥＤと、ＬＥＤに光学的に結合される複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された容器と、気密封止された容器に光学的に結合される光ガイドとを含む発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを提供する。適当には、ＬＥＤから発光された光の第１の部分が発光ナノ結晶によってダウンコンバートされ、ＬＥＤから発光された光の第２の部分と発光ナノ結晶からダウンコンバートされた光が光ガイドから放出される。
【０００７】
例示的な実施形態では、ＬＥＤは青色光を発光する。適当には、ＬＥＤから発光された青色光の第１の部分が発光ナノ結晶によって緑色光および赤色光にダウンコンバートされる。適当には青色光の第２の部分、緑色光、および赤色光が組み合わされて白色光を生じる。
【０００８】
例示的な気密封止された容器は、約１００μｍ〜約１ｍｍのうちの少なくとも１つの寸法を有するガラス毛管などのプラスチックまたはガラス容器を含む。適当には、発光ナノ結晶は、ＣｄＳｅまたはＺｎＳを含み、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳまたはＣｄＴｅ／ＺｎＳを含むコア／シェルナノ結晶とすることができる。発光ナノ結晶は、ポリマーマトリックス中に分散することができる。適当な実施形態では、気密封止された容器は、ＬＥＤから間隔をおいて配置される。実施形態では、本発明のＬＥＤデバイスは白色光ＬＥＤデバイスである。
【０００９】
本発明はさらに、本明細書で説明されるディスプレイと複数のＬＥＤデバイスとを含むディスプレイシステムを提供する。適当には、ディスプレイは、光ガイドを少なくとも部分的に取り囲む。ＬＥＤから放出された光の第１の部分が発光ナノ結晶によってダウンコンバートされ、ＬＥＤから放出された光の第２の部分と発光ナノ結晶からダウンコンバートされた光が光ガイドから放出され、ディスプレイ上に表示される。例示的な実施形態では、気密封止された容器が少なくとも２つのＬＥＤに光学的に結合される。
【００１０】
他の実施形態では、本発明は、コンポジット材料を提供する。コンポジット材料は、第１の組成を有する第１のポリマー材料を含む。コンポジットはさらに、第２の組成を有する第２のポリマー材料と、第２のポリマー材料中に分散される複数の発光ナノ結晶とを含む。第２のポリマー材料は第１のポリマー材料中に分散される。
【００１１】
適当には、第１のポリマー材料がエポキシまたはポリカーボネートを含み、第２のポリマー材料がアミノシリコーンを含む。実施形態では、発光ナノ結晶が緑色光および／または赤色光を放出する。適当には、発光ナノ結晶は、ＣｄＳｅまたはＺｎＳを含み、あるいは、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳまたはＣｄＴｅ／ＺｎＳを含むコア／シェル発光ナノ結晶とすることができる。他の実施形態では、コンポジットは、コンポジットを気密封止するＳｉＯ2、ＴｉＯ2またはＡｌＯ2の無機層を含む。適当には、コンポジットは、青色ＬＥＤ波長において約０．５〜約０．９の光学密度（例えば約０．８）と約５０μｍ〜約２００μｍ（例えば約１００μｍ）の経路長を有する。
【００１２】
本発明はさらに、発光ナノ結晶コンポジット材料を調製する方法を提供する。この方法は、適当には、複数の発光ナノ結晶を第１のポリマー材料中に分散させて発光ナノ結晶と第１のポリマー材料との混合物を形成するステップを含む。混合物が硬化され、硬化された混合物から微粒子が生じる。微粒子が第２のポリマー材料中に分散されてコンポジット材料が生じる。適当には、硬化の前に混合物に架橋剤が添加される。例示的な実施形態では、硬化された混合物をボールミル粉砕することによって微粒子が生じる。コンポジットをフィルムにすることができる。
【００１３】
他の実施形態では、本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを提供する。ＬＥＤデバイスは、ＬＥＤと、ＬＥＤに光学的に結合される光ガイドと、光ガイド内の領域に分散される複数の発光ナノ結晶であり、該領域が光ガイドの長さに沿って延びる、複数の発光ナノ結晶とを含む。ＬＥＤから放出された光は、ナノ結晶によってダウンコンバートされ、光ガイドの表面を出る。適当には、発光ナノ結晶が青色、緑色および赤色光を放出し、ＬＥＤが紫外光を発光する。青色、赤色および緑色光が組み合わされて白色光を生じる。
【００１４】
他の実施形態では、ＬＥＤから放出された光の第１の部分がナノ結晶によってダウンコンバートされ、ＬＥＤから放出された光の第２の部分とダウンコンバートされた光が光ガイドの表面を出る。適当には、ＬＥＤが青色光を発光する。ＬＥＤから放出された青色光の第１の部分が発光ナノ結晶によって緑色光および赤色光にダウンコンバートされ、適当には青色光の第２の部分、緑色光、および赤色光が組み合わされて白色光を生じる。
【００１５】
ＬＥＤデバイスで使用される例示的なナノ結晶は、ＣｄＳｅまたはＺｎＳを含み、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳまたはＣｄＴｅ／ＺｎＳを含むコア／シェルナノ結晶とすることができる。
【００１６】
適当には、光ガイドは１つまたは複数の反射器を含む。光ガイドにおける領域は、適当には発光ナノ結晶の層である。例示的な実施形態では、領域の厚さが、光ガイドの長さに沿って変化し、適当にはＬＥＤから光ガイドの長さに沿って（例えば直線的に）増加する。例示的な実施形態では、ＬＥＤデバイスは白色光ＬＥＤデバイスである。本発明はさらに、ＬＥＤデバイスを含むディスプレイを提供する。
【００１７】
本発明の追加の特徴および利点は以下の説明に記載されており、それらの一部は以下の説明から明白であり、または他の部分は本発明の実施によって学ぶことができる。本発明の利点は、この構造によって実現され、達成され、本明細書の説明文および特許請求の範囲、ならびに添付図面に具体的に示される。
【００１８】
以上のおおまかな説明および以下の詳細な説明はともに例示的かつ説明的であり、特許請求の範囲に記載された発明の追加の説明を提供することが意図されていることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付図面は本発明を図解するものであり、また、本明細書の説明とともに、本発明の原理を説明し、当業者が本発明を実施および使用することを可能にするのに役立つ。
【００２０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に基づく気密封止された発光ナノ結晶組成物を示す図である。
【図２】図２は、発光ナノ結晶を含む容器を気密封止する本発明の一実施形態に基づく方法を示す図である。
【図３】図３は、個別に封止された組成物を含む、本発明の一実施形態に基づく気密封止された発光ナノ結晶組成物を示す図である。
【図４】図４は、発光ナノ結晶を含む、本発明の一実施形態に基づく気密封止された容器を示す図である。
【図５】図５は、マイクロレンズをさらに含む、本発明の一実施形態に基づく気密封止された組成物を示す図である。
【図６】図６Ａ〜６Ｃは、光集束装置をさらに含む、本発明の一実施形態に基づく気密封止された組成物を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の一実施形態に基づくＬＥＤデバイスを示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明のＬＥＤデバイスからの光のダウンコンバージョンを示す図である。
【図８】図８Ａ〜８Ｃは、本発明のＬＥＤデバイスの変形を示す図である。
【図９】図９は、反射器を含む本発明のＬＥＤデバイスを示す図である。
【図１０】図１０Ａ〜１０Ｂは、本発明の実施形態に基づく気密封止された毛管を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態に基づくディスプレイデバイスを示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態に基づく発光ナノ結晶コンポジット材料を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態に基づく発光ナノ結晶コンポジット材料を調製する方法の流れ図を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施形態に基づくナノ結晶の領域を有する光ガイドを含むＬＥＤデバイスを示す図である。
【図１５】図１５Ａ〜１５Ｃは、ナノ結晶の領域を有する光ガイドを含むＬＥＤデバイスの光強度出力を示す図である。
【図１６】図１６Ａ〜１６Ｃは、厚さが増加するナノ結晶の領域を有する光ガイドを含むＬＥＤデバイスの光強度出力を示す図である。
【００２１】
次に、添付図面を参照して本発明を説明する。添付図面では、同様の参照符号が、同一の要素または機能的に類似した要素を指示する。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本明細書に示され、記載された特定の実施態様は本発明の例であり、それらの実施態様は、いかなる形であれ本発明の範囲を限定することは意図されていないことが理解されるべきである。事実、簡潔にするため、従来のエレクトロニクス、製造、半導体デバイス、ならびにナノ結晶、ナノワイヤ（ＮＷ）、ナノロッド、ナノチューブおよびナノリボン技術、ならびにシステムの他の機能態様（およびシステムの個々のオペレーティング構成要素の構成要素）は、本明細書では詳細に説明されないことがある。
【００２３】
本発明は、発光ナノ結晶を含むナノ結晶を含むさまざまな組成物を提供する。吸収特性、放出特性および屈折率特性を含む発光ナノ結晶のさまざまな特性を、さまざまな用途に対して調整および調節することができる。本明細書で使用されているとおり、用語「ナノ結晶」は、実質的に単結晶であるナノ構造物を指す。ナノ結晶は、約５００ｎｍ未満から約１ｎｍ未満程度までの寸法を有する少なくとも１つの領域または特性寸法を有する。本明細書で使用されているとおり、数値に言及するときに「約」は、明示された値の±１０％の値を意味する（例えば「約１００ｎｍ」は９０ｎｍ以上１１０ｎｍ以下のサイズ範囲を包含する）。用語「ナノ結晶」、「ナノドット」、「ドット」および「量子ドット」が同様の構造物を表すことは当業者によって直ちに理解され、本明細書ではこれらの用語が相互に交換可能に使用される。本発明はさらに、多結晶または非晶質ナノ結晶の使用を包含する。本明細書で使用されているとおり、用語「ナノ結晶」はさらに「発光ナノ結晶」を包含する。本明細書で使用されているとおり、用語「発光ナノ結晶」は、外部エネルギー源（適当には光）によって励起されたときに光を放出するナノ結晶を意味する。ナノ結晶の気密封止を説明するときに本明細書で使用されているとおり、適当な実施形態においては、ナノ結晶が発光ナノ結晶であることが理解されるべきである。
【００２４】
一般に、上記の特性寸法の領域は構造物の最も小さな軸に沿う。ナノ結晶の材料特性は実質的に均一であることができ、または、ある種の実施形態では不均一であることができる。ナノ結晶の光学特性は、その粒径、化学または表面組成によって決定されうる。発光ナノ結晶のサイズを、約１ｎｍから約１５ｎｍの範囲に調整することができることは、全光スペクトル内の光放出範囲が、演色における大きな融通性（ｖｅｒｓａｔｉｌｉｔｙ）を提供することを可能にする。粒子カプセル化は、化学およびＵＶ劣化作用因子に対するロバストネスを提供する。
【００２５】
発光ナノ結晶を含む、本発明で使用されるナノ結晶は、当業者に知られている任意の方法を使用して製造することができる。適当な方法および例示的なナノ結晶が、２００５年１月１３日に出願された米国特許出願第１１／０３４，２１６号、２００４年３月１０日に出願された米国特許出願第１０／７９６，８３２号、米国特許第６，９４９，２０６号、および２００４年６月８日に出願された米国特許仮出願第６０／５７８，２３６号に記載されている。これらの文献の開示はそれぞれ、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。本発明で使用されるナノ結晶は、無機材料、より適当には無機導体または半導体材料を含む、適当な任意の材料から製造することができる。適当な半導体材料は、米国特許出願第１０／７９６，８３２号に開示された材料を含み、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＶ−ＶＩ族およびＩＶ族半導体を含む任意のタイプの半導体を含む。適当な半導体材料は、限定はされないが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃ（ダイヤモンドを含む）、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、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｕＦ、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、ＣｕＩ、Ｓｉ3Ｎ4、Ｇｅ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）2（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）3、Ａｌ2ＣＯ、および２種以上の該半導体の適当な組合せを含む。
【００２６】
ある種の態様では、半導体ナノ結晶が、ｐ型ドーパントまたはｎ型ドーパントからなるグループからのドーパントを含むことができる。本発明において有用なナノ結晶はさらにＩＩ−ＶＩまたはＩＩＩ−Ｖ半導体を含むことができる。ＩＩ−ＶＩまたはＩＩＩ−Ｖ半導体ナノ結晶の例は、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇなどの周期表のＩＩ族の元素と、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＰｏなどのＶＩ族の任意の元素との任意の組合せ、ならびにＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌなどの周期表のＩＩＩ族の元素と、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、ＢｉなどのＶ族の任意の元素との任意の組合せを含む。
【００２７】
発光ナノ結晶を含む、本発明において有用なナノ結晶はさらに、全体を通じて説明したようにナノ結晶の表面に共役し、配位し、会合し、または堆積したリガンドを含むことができる。適当なリガンドは、米国特許出願第１１／０３４，２１６号、米国特許出願第１０／６５６，９１０号および米国特許仮出願第６０／５７８，２３６号に開示されたものを含む、当業者に知られている任意のリガンド群を含む。これらの文献の開示はそれぞれ、参照によって本明細書に組み込まれる。このようなリガンドの使用によって、ポリマーを含むさまざまな溶媒およびマトリックス中に混和するナノ結晶の能力を強化することができる。さまざまな溶媒およびマトリックス中におけるナノ結晶の混和性（すなわち分離せずに混合される能力）を増大させることは、ナノ結晶が互いに凝集せず、したがって光を散乱させないように、ナノ結晶をポリマー組成物全体に分布させることを可能にする。このようなリガンドは、本明細書では「混和性強化」リガンドと記述される。
【００２８】
本明細書で使用されているとおり、用語ナノコンポジットは、その中に分配されまたは埋め込まれたナノ結晶を含むマトリックス材料を指す。適当なマトリックス材料は、ポリマー材料、有機および無機酸化物を含む、当業者に知られている任意の材料でありうる。本発明のナノコンポジットは、本明細書に記載された層、カプセル材料、コーティングまたはフィルムとすることができる。層、ポリマー層、マトリックスまたはナノコンポジットに言及した本発明の実施形態では、これらの用語が相互に交換可能に使用されること、およびこれらの用語に言及して記述された実施形態は、１つのタイプのナノコンポジットには限定されず、本明細書に記載されたまたは当技術分野で知られている任意のマトリックス材料または層を包含することが理解されるべきである。
【００２９】
（例えば米国特許出願第１１／０３４，２１６号に開示されているような）ダウンコンバーティングナノコンポジットは、特定の波長の光を吸収し、次いで第２の波長で発光するように調整された発光ナノ結晶の放出特性を利用し、それによって活性源（例えばＬＥＤ）の性能および効率を強化する。上で論じたとおり、このようなダウンコンバージョン用途および他のフィルタリングまたはコーティング用途における発光ナノ結晶の使用はしばしば、ナノ結晶を、高温、高強度光（例えばＬＥＤ源）、外部ガスおよび水分にさらす。これらの条件にさらされることが、ナノ結晶の効率を低下させ、それによって有効製品寿命を短縮することがある。この問題を解決するため、本発明は、発光ナノ結晶を気密封止する方法、ならびに発光ナノ結晶を含む気密封止された容器および組成物を提供する。
【００３０】
発光ナノ結晶蛍りん光体
ナノ結晶蛍りん光体を製造するためには、当業者に知られている任意の方法を使用することができるが、適当には、無機ナノ材料蛍りん光体の制御された成長のための溶液相コロイド法が使用される。Ａｌｉｖｉｓａｔｏｓ， Ａ．Ｐ．、「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｃｌｕｓｔｅｒｓ， ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ， ａｎｄ ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２７１巻：９３３頁（１９９６年）、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巻：７０１９〜７０２９頁（１９９７年）、および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巻：８７０６頁（１９９３年）を参照されたい。これらの文献の開示はその全体が参照によって本明細書に組み込まれる。この製造工程技術は、クリーンルームおよび高価な製造機器が必要ない低コスト加工性を後押しする。これらの方法では、高温で熱分解を受ける金属前駆体が、有機界面活性剤分子の熱溶液中に急速に注入される。これらの前駆体は高温で分解し、反応して、ナノ結晶の核を生成する。この最初の核生成段階の後、成長中の結晶に単量体を追加することによって成長段階が始まる。その結果は、有機界面活性剤分子が表面を覆った溶液中の独立した結晶性ナノ粒子である。
【００３１】
この方法を利用すると、数秒間にわたって起こる最初の核生成事象、およびそれに続く数分間の高温での結晶成長として、合成が起こる。反応の性質および進行を変化させるため、温度、存在する界面活性剤のタイプ、前駆体材料、界面活性剤と単量体の比などのパラメータを変更することができる。温度は、核生成事象の構造段階、前駆体の分解速度および成長速度を制御する。有機界面活性剤分子は、溶解度とナノ結晶の形状制御の両方に関与する。界面活性剤と単量体の比、界面活性剤相互間の比、単量体相互間の比および個々の単量体の濃度は、成長の速度論に強く影響する。
【００３２】
適当な実施形態では、ＣｄＳｅが、ナノ結晶材料として、一例では可視光ダウンコンバージョン用のナノ結晶材料として使用される。これは、この材料の合成が比較的に成熟しているためである。汎用界面化学の使用によって、カドミウムを含まないナノ結晶を代わりに使用することも可能である。
【００３３】
コア／シェル発光ナノ結晶
半導体ナノ結晶では、光誘導放出が、ナノ結晶のバンドエッジ状態から起こる。発光ナノ結晶からのバンドエッジ放出は、表面電子状態から生じる放射性および非放射性の崩壊チャネルと競合する。Ｘ． Ｐｅｎｇら、Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．、３０巻：７０１９〜７０２９（１９９７年）。その結果、ダングリングボンドなどの表面欠陥の存在が無放射性再結合中心を提供し、放出効率の低下に寄与する。この表面トラップ状態を不活性化し、除去する効率的で永続的な１つの方法が、ナノ結晶の表面に無機シェル（ｓｈｅｌｌ）材料をエピタキシャル成長させる方法である。Ｘ． Ｐｅｎｇら、Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．、３０巻：７０１９〜７０２９（１９９７年）。シェル材料は、電子準位がコア（ｃｏｒｅ）材料に対してＩ型であるように（例えば電子および正孔をコアに局在化させる潜在的なステップを提供するためより大きなバンドギャップを有するように）選択することができる。その結果、無放射性再結合の確率を低下させることができる。
【００３４】
コア−シェル構造物は、シェル材料を含む有機金属前駆体を、コアナノ結晶を含む反応混合物に加えることによって得られる。この場合には、核生成事象に続いて成長が起こるのではなく、コアが核の働きをし、コアの表面からシェルが成長する。コア表面へのシェル材料単量体の付加を促進し、シェル材料のナノ結晶の独立した核生成を防ぐため、反応温度は低く維持される。シェル材料の制御された成長を誘導し、溶解性を保証するため、反応混合物中に界面活性剤が存在する。均一なエピタキシャル成長シェルは、これらの２つの材料間に低い格子不整合が存在するときに得られる。
【００３５】
コア−シェル発光ナノ結晶を調製するための例示的な材料は、限定はされないが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂ、Ｃ（ダイヤモンドを含む）、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、ＨｇＴｅ、ＢｅＳ、ＢｅＳｅ、ＢｅＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＧｅＳ、ＧｅＳｅ、ＧｅＴｅ、ＳｎＳ、ＳｎＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｕＦ、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、ＣｕＩ、Ｓｉ3Ｎ4、Ｇｅ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）2（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）3、Ａｌ2ＣＯ、および２種以上の該材料の適当な組合せを含む。本発明の実施に際して使用される例示的なコア−シェル発光ナノ結晶は、限定はされないが、（コア／シェルとして）ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＺｎＳおよびその他を含む。
【００３６】
気密封止された発光ナノ結晶組成物および発光ナノ結晶を含む容器
一実施形態では、本発明は、複数の発光ナノ結晶を含む組成物を気密封止する方法を提供する。適当にはこの方法は、発光ナノ結晶を封止するために組成物上にバリア層を配置することを含む。全体を通じて論じたとおり、用語「気密」、「気密封止」および「気密封止された」は、全体を通じて、容器を通過しまたは組成物内に浸透し、かつ／あるいは発光ナノ結晶と接触するガス（例えば空気）または水分の量が、ナノ結晶の性能（例えばルミネセンス）に実質的に作用しないレベルまで低減されるような態様で、組成物、容器および／または発光ナノ結晶が調製されたことを示すために使用される。したがって、「気密封止された組成物」、例えば発光ナノ結晶を含む気密封止された組成物は、ある量の空気（あるいは他のガス、液体または水分）が組成物内に浸透し、発光ナノ結晶と接触して、その結果、ナノ結晶の性能（例えばルミネセンス）が実質的に作用または影響を受ける（例えば低下する）ことを許さない組成物である。
【００３７】
全体を通じて使用されているとおり、複数の発光ナノ結晶は２つ以上のナノ結晶（すなわち２、３、４、５、１０、１００、１，０００、１，０００，０００などのナノ結晶）を意味する。適当には、組成物が、同じ組成を有する発光ナノ結晶を含むが、他の実施形態では、複数の発光ナノ結晶が異なるさまざまな組成であることができる。例えば、発光ナノ結晶が全て同じ波長で発光することができ、または、他の実施形態では、組成物が、異なる波長で発光する発光ナノ結晶を含むことができる。
【００３８】
図１に示されているように、一実施形態では、本発明は、複数の発光ナノ結晶１０４を含む組成物１００を提供する。本発明の組成物においては、全体を通じて説明したナノ結晶、および当技術分野で知られている他のナノ結晶、例えば米国特許出願第１１／０３４，２１６号に開示されたナノ結晶を含む、任意のナノ結晶を調製することができる。
【００３９】
適当な実施形態では、組成物１００が、マトリックス１０２全体に分散した複数の発光ナノ結晶１０４を含む。全体を通じて使用されているとおり、分散は、ナノ結晶の一様な（すなわち実質的に均一な）分布／配置、および一様でない（すなわち実質的に不均一な）分布／配置を含む。本発明の組成物において使用される適当なマトリックスは、ポリマーならびに有機および無機酸化物を含む。本発明のマトリックスに使用される適当なポリマーは、このような目的に使用することができる当業者に知られた任意のポリマーを含む。適当な実施形態では、ポリマーが実質的に半透明または実質的に透明である。このようなポリマーは、限定はされないが、ポリ（ビニルブチラール）；ポリ（酢酸ビニル）；エポキシ樹脂；ウレタン；シリコーンならびに限定はされないがポリフェニルメチルシロキサン、ポリフェニルアルキルシロキサン、ポリジフェニルシロキサン、ポリジアルキルシロキサン、フッ化シリコーン、ビニルおよび水素化物置換シリコーンを含むシリコーン誘導体；限定はされないがメタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチルおよびメタクリル酸ラウリルを含む単量体から形成されたアクリルポリマーおよびコポリマー；スチレンベースのポリマー；ならびにジビニルベンゼンなどの２官能性単量体で架橋されたポリマーを含む。
【００４０】
適当な任意の方法、例えば、ポリマーにナノ結晶を混入し、フィルムを注型する方法、ナノ結晶を単量体と混合し、それらを一緒に重合させる方法、ゾル−ゲルにナノ結晶を混入して酸化物を形成する方法、または当業者に知られている他の任意の方法を使用して、本発明において使用される発光ナノ結晶を、ポリマー（または他の適当な材料、例えばワックス、油）マトリックス中に埋め込むことができる。本明細書で使用されているとおり、用語「埋め込む」は、マトリックスの主成分を構成するポリマーに発光ナノ結晶が取り囲まれている、または包み込まれていることを示すために使用される。適当には、発光ナノ結晶がマトリックス全体に均一に分布するが、他の実施形態では、用途を特定した均一性分布関数（ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）に従って、発光ナノ結晶を分布させることができることに留意すべきである。
【００４１】
スピンコーティング、スクリーン印刷などの当技術分野で知られている任意の方法によって、本発明の組成物の厚さを制御することができる。本発明の発光ナノ結晶組成物は、望ましい任意のサイズ、形状、構成および厚さであることができる。例えば、本発明の組成物は、層ならびに他の形状、例えば円板、球、立方体ないしブロック、管形などの形態をとることができる。本発明のさまざまな組成物は必要なまたは所望の任意の厚さであることができるが、適当には、組成物の厚さ（すなわち１次元）が約１００ｍｍ程度から約１ｍｍ未満程度までである。他の実施形態では、本発明のポリマー層の厚さを数十から数百ミクロン程度とすることができる。発光ナノ結晶は、さまざまな組成物／マトリックスに、所望の機能のために適当な任意のローディング比で埋め込むことができる。適当には、発光ナノ結晶が、用途、マトリックスおよび使用されるナノ結晶のタイプに応じて約０．００１体積％から約７５体積％までの比でロードされる。適当なローディング比は当業者が容易に決定することができ、本明細書では特定の用途に関してさらに説明される。例示的な実施形態では、発光ナノ結晶組成物にロードされるナノ結晶の量が、約１０体積％程度から百万分率（ｐｐｍ）レベルまでである。
【００４２】
適当には、本発明で使用される発光ナノ結晶のサイズが約１００ｎｍ未満から約２ｎｍ未満までである。適当な実施形態では、本発明の発光ナノ結晶が可視光を吸収する。本明細書で使用されているとおり、可視光は、人間の眼に見える約３８０ナノメートルから約７８０ナノメートルまでの波長を有する電磁放射である。可視光は、赤、橙、黄、緑、青、藍、紫など、スペクトルのさまざまな色に分離されうる。これらの色のうちの任意の１つまたは複数の色を構成する光を吸収するように、本発明の光子フィルタリングナノコンポジットを構築することができる。例えば、青色光、赤色光または緑色光、このような色の組合せ、あるいはこれらの色の任意の中間色を吸収するように、本発明のナノコンポジットを構築することができる。本明細書で使用されているとおり、青色光は、波長約４３５ｎｍから約５００ｎｍまでの光を含み、緑色光は、約５２０ｎｍから５６５ｎｍまでの光を含み、赤色光は、約６２５ｎｍから約７４０ｎｍまでの光を含む。当業者は、これらの波長またはこれらの色間の波長の任意の組合せをフィルタリングすることができるナノコンポジットを構築することができ、このようなナノコンポジットは本発明によって具体化される。
【００４３】
他の実施形態では、紫外、近赤外および／または赤外スペクトル中にある光子を発光ナノ結晶が吸収するようなサイズおよび組成を、発光ナノ結晶が有する。本明細書で使用されているとおり、紫外スペクトルは約１００ｎｍから約４００ｎｍまでの光を含み、近赤外スペクトルは波長約７５０ｎｍから約１００μｍまでの光を含み、赤外スペクトルは波長約７５０ｎｍから約３００μｍまでの光を含む。
【００４４】
本発明の実施に際しては、適当な任意の材料の発光ナノ結晶を使用することができるが、ある種の実施形態では、ナノ結晶を、ＺｎＳ、ＩｎＡｓまたはＣｄＳｅナノ結晶とすることができ、あるいは、本発明の実施に際して使用されるナノ結晶の集団を形成するため、ナノ結晶がさまざまな組合せを含むことができる。上で論じたとおり、他の実施形態では、発光ナノ結晶が、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳなどのコア／シェルナノ結晶である。
【００４５】
本発明の組成物を気密封止するため、組成物上にバリア層が配置される。例えば、図１に示されているように、発光ナノ結晶１０４を含むマトリックス１０２上にバリア層１０６が配置され、それによって気密封止された組成物を生成する。用語「バリア層」は、全体を通じて、組成物を気密封止するようにマトリックス１０２上に配置された層、コーティング、封止材または他の材料を示すために使用される。バリア層の例は、組成物上に気密シールを生み出すことができる任意の材料層、コーティングまたは物質を含む。適当なバリア層は無機層、適当にはＡｌ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒの酸化物などの無機酸化物を含む。例示的な無機酸化物層はＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＡｌＯ2などを含む。全体を通じて使用されているとおり、用語「配置する」および「配置」は、バリア層を堆積させる適当な任意の方法を含む。例えば、配置は、レイヤリング（ｌａｙｅｒｉｎｇ）、コーティング、吹付け、スパッタリング、プラズマ援用化学蒸着、原子層堆積（ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、または組成物にバリア層を堆積させる他の適当な方法を含む。適当な実施形態では、組成物上にバリア層を配置するためにスパッタリングが使用される。スパッタリングは、材料元素源を衝撃するために高エネルギーイオンが使用され、材料元素源が原子蒸気を放出し、次いで原子蒸気が基材（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）上に薄層として堆積する、物理蒸着工程を含む。例えば米国特許第６，５４１，７９０号、６，１０７，１０５号および５，６６７，６５０号を参照されたい。これらの文献の開示はそれぞれ、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【００４６】
他の実施形態では、バリア層の配置を、原子層堆積を使用して実施することができる。ＬＥＤのコーティングなどの用途では、ナノ結晶を含むポリマー層などの発光ナノ結晶組成物がしばしば、複雑な幾何形状およびフィーチャ（ｆｅａｔｕｒｅ）を有する。例えば、ボンディングワイヤ、はんだ接続などのＬＥＤの構成要素はしばしばポリマー層と直接に接触し、またはポリマー層の中に含まれることさえある。ナノ結晶組成物を適切に気密封止するためには、事実上欠陥のない（すなわちピンホールのない）バリア層がしばしば必要である。さらに、バリア層の配置が、ポリマーまたはナノ結晶を劣化させてはならない。したがって、適当な実施形態では、バリア層を配置するのに原子層堆積が使用される。
【００４７】
原子層堆積（ＡＬＤ）は、発光ナノ結晶組成物上に酸化物層（例えばＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＡｌＯ2など）を配置することを含むことができ、または、他の実施形態では、窒化物（例えば窒化シリコン）などの非導電層の堆積を使用することができる。ＡＬＤは、反応ガスとパージガスを交互に供給することによって、原子層（すなわち分子わずか数個分の厚さ）を堆積させる。高いアスペクト比、凹所内における均一性、ならびに良好な電気および物理特性を有する薄いコーティングを形成することができる。適当には、ＡＬＤ法によって堆積させたバリア層が、低い不純物濃度、および１０００ｎｍ未満、適当には約５００ｎｍ未満、約２００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、約２０ｎｍ未満または約５ｎｍ未満の厚さを有する。
【００４８】
例えば、適当な実施形態では、２種類の反応ガス、ＡおよびＢが使用される。反応ガスＡだけが反応室内へ流入すると、発光ナノ結晶組成物上に反応ガスＡの原子が化学的に吸着する。次いで、残った反応ガスＡがＡｒ、窒素などの不活性ガスでパージされる。次いで、反応ガスＢが流入し、発光ナノ結晶組成物の反応ガスＡが吸着した表面でだけ、反応ガスＡとＢとの間の化学反応が起こり、その結果、組成物上に原子バリア層が形成される。
【００４９】
窒化物層などの非導電層が配置される実施形態では、窒化シリコン層を配置するため、適当には、ＳｉＨ2Ｃｌ2および遠隔プラズマ援用ＮＨ3が使用される。この実施形態は低温で実行することができ、活性酸素種の使用を必要としない。
【００５０】
発光ナノ結晶組成物上にバリア層を配置するためのＡＬＤの使用は、基材の形態にかかわらず、事実上ピンホールのないバリア層を生成する。これらの堆積ステップを繰り返すことによって、バリア層の厚さを増大させることができ、それによって原子層ユニットの層厚を、繰返し回数に応じて増大させることができる。加えて、バリア層を保護し、またはバリア層をさらに強化するため、バリア層を（例えばスパッタリング、ＣＶＤまたはＡＬＤによる）追加の層でさらにコーティングすることもできる。
【００５１】
適当には、本発明の実施に際して利用されるＡＬＤ法は、約５００℃未満、適当には約４００℃未満、約３００℃未満または約２００℃未満の温度で実行される。
【００５２】
例示的なバリア材料は、酸素および水分の透過を明確に低減させるように設計された有機材料を含む。例は、（アルミナ充填材入りエポキシ樹脂などの）充填材入りエポキシ樹脂および液晶ポリマーを含む。
【００５３】
全体を通じて論じたとおり、適当にはマトリックス１０２がポリマー基材を含む。したがって、本発明は、本明細書に開示されたさまざまな方法または当技術分野で知られている他のさまざまな方法のうちの任意の方法を使用して組成物上にバリア層を配置することによって、発光ナノ結晶を含む組成物、適当には発光ナノ結晶を含むポリマー基材を気密封止する方法を含む。
【００５４】
ポリマー基材をマトリックス１０２として使用することができることは、単純に、組成物を所望の形状／配向に成形しまたは他の方法で操作することによって、さまざまな形状および構成の組成物を形成することを可能にする。例えば、発光ナノ結晶の溶液／懸濁液（例えばポリマーマトリックス中の発光ナノ結晶）を調製することができる。この溶液を次いで所望の型に入れて必要な形状を形成し、次いで硬化させて（例えばポリマーのタイプに応じて冷却または加熱して）、固体または半固体の構造物を形成することができる。例えば、ＬＥＤ上またはＬＥＤを覆って配置するために、キャップ形または円板形の型を用意することができる。このことは、例えばダウンコンバーティング層として使用することができる組成物の調製を可能にする。所望の形状の調製に続いて、組成物を気密封止し、それによって発光ナノ結晶が酸化することを防ぐため、組成物上にバリア層が配置される。
【００５５】
追加の実施形態では、発光ナノ結晶を含む組成物（例えばポリマー組成物）を、所望の基材または物品（例えばＬＥＤ）上に直接に配置することができる。次いで、発光ナノ結晶組成物（例えば溶液または懸濁液）を硬化させ、次いで組成物上にバリア層を配置することができ、それによって所望の基材または物品上で直接に組成物を気密封止することができる。このような実施形態はしたがって、別個の組成物の調製を必要とせず、その代わりに、所望の物品／基材（例えば光源または他の最終製品）上に組成物を直接に調製することを可能にする。
【００５６】
他の実施形態では、本発明は、複数の発光ナノ結晶を含む容器を気密封止する方法を提供する。適当には、この方法が、容器を用意すること、容器の中へ発光ナノ結晶を導入すること、および次いで容器を封止することを含む。例えば、発光ナノ結晶の容器を気密封止する例示的な方法が、図３および４に関する図２の流れ図２００に示されている。図２の場合、ステップ２０２では、容器が用意され、例えば図３および４の容器３０２または４０２が用意される。本明細書で使用されているとおり、「容器」は、ナノ結晶を保持するための適当な任意の物品または入れ物を指す。本明細書で使用されているとおり、発光ナノ結晶を含む「容器」と発光ナノ結晶を含む「組成物」とは、本発明の異なる実施形態を表すことが理解されるべきである。発光ナノ結晶を含む「組成物」は、全体にわたって分散したナノ結晶を含むマトリックス、例えばポリマー基材、溶液または懸濁液を指す。本明細書で使用されているとおり、「容器」は、その中に発光ナノ結晶（しばしば発光ナノ結晶の組成物、例えば発光ナノ結晶を含むポリマーマトリックス）が導入される担体、入れ物または予め形成された物品を指す。容器の例は、限定はされないが、管、成形または形成された器、入れ物などのポリマーまたはガラス構造物を含む。例示的な実施形態では、ポリマーまたはガラス物質を、管（円形、長方形、三角形、楕円形または他の所望の断面）または類似の構造など、所望の形状に押出し成形することによって、容器を形成することができる。全体を通じて説明したポリマーを含む任意のポリマーを使用して、本発明の実施に際して使用される容器を形成することができる。本発明の実施に際して使用される容器を調製するための例示的なポリマーは、限定はされないが、アクリル樹脂、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）およびさまざまなシリコーン誘導体を含む。本発明の実施に際して使用される容器を形成するため、追加の材料を使用することもできる。例えば、金属、各種ガラス、セラミックなどから容器を調製することができる。
【００５７】
例えば、図２に示されているように、ステップ２０２で容器が用意された後、次いでステップ２０４で、容器の中へ複数の発光ナノ結晶１０４が導入される。本明細書で使用されているとおり、「導入される」は、容器の中へ発光ナノ結晶を供給する適当な任意の方法を含む。例えば、発光ナノ結晶を容器の中へ注入し、容器の中へ入れ、容器の中へ（例えば吸引または真空機構を使用することによって）吸い込ませ、容器の中へ、例えば電磁場を使用することによって誘導し、または、他の適当な方法で容器の中へ発光ナノ結晶を導入することができる。適当には、発光ナノ結晶が、溶液または懸濁液中、例えばポリマー溶液中に存在し、それによって容器の中へナノ結晶を導入するのを助ける。例示的な実施形態では、発光ナノ結晶１０４を容器、例えば図３に示されているような管状容器３０２の中へ吸い込ませることができる。他の実施形態では、図４に示されているように、発光ナノ結晶１０４をその中へ導入することができる空洞または空隙４０４を有する容器４０２を調製することができる。例えば、発光ナノ結晶１０４の溶液を、容器４０２の空洞４０４の中へ導入することができる。
【００５８】
容器の中への発光ナノ結晶の導入に続き、図２のステップ２０６に示されているように、次いで容器が気密封止される。容器を気密封止する方法の例は、限定はされないが、容器をヒートシールする方法、容器を超音波溶接する方法、容器をはんだ付けする方法、または容器を接着する方法を含む。例えば、図３に示されているように、任意の数の位置で容器３０２を封止して、容器全体にわたるさまざまな数のシール３０４を形成することができる。例示的な実施形態では、例えば容器を加熱し、次いでさまざまな封止箇所（３０４）で容器を「挟みつぶす（ｐｉｎｃｈｉｎｇ）」ことによって、容器全体にわたるさまざまな位置で容器３０２をヒートシールすることができる。
【００５９】
適当な実施形態では、図３に示されているように、ポリマーまたはガラス管を容器３０２として使用することができる。次いで、単純に容器の一端に減圧を加えることによって、発光ナノ結晶１０４の溶液を容器の中へ吸い込ませることができる。次いで、容器を加熱し、容器の全長にわたるさまざまな封止位置またはシール３０４で容器を「挟みつぶす」ことによって、あるいは全体を通じて説明した他の封止機構を使用することによって、容器３０２を封止することができる。このようにして、容器３０２を、さまざまな個々の部分３０６に分離することができる。これらの部分は、図３に示されているように、封止された単一の容器３０８として一体に保持し、または個々の断片に分離することができる。容器３０２の気密封止は、それぞれの個々のシール３０４が同じナノ結晶の溶液を分離するように実行することができる。他の実施形態では、容器３０２の別個の部分がそれぞれ異なるナノ結晶溶液（すなわち異なるナノ結晶組成、サイズまたは密度）を含むように、シール３０４を形成することができる。
【００６０】
他の実施形態では、図４に示されているように、容器４０２内に形成された空洞／空隙４０４の中に発光ナノ結晶を入れることができる。容器４０２は、適当な任意の工程を使用して製造することができる。例えば、容器４０２を、所望の任意の形状または構成に射出成形することができる。空洞／空隙４０４は、最初の調製工程中（すなわち成形中）に調製することができ、または形成後に続いて追加することができる。次いで、空洞／空隙４０４の中へ発光ナノ結晶１０４が導入される。例えば、容器４０２の空洞／空隙４０４の中へ発光ナノ結晶を注入し、または入れることができる。適当には、発光ナノ結晶の溶液が容器全体を満たすが、ナノ結晶で容器を完全に満たす必要はない。しかしながら、容器全体が満たされない場合には、発光ナノ結晶が気密封止されることを保証するため、封止の前に、容器内の実質的に全ての空気を除去する必要がある。図４に示されているように、例示的な実施形態では、容器にカバーまたはふた４０６を接着または溶接することによって、あるいは他の方法で容器をカバーまたはふた４０６で封止することによって、容器４０２を気密封止することができる。適当には、カバー４０６が容器４０２と同じ材料から製造される（かつ適当には封止の前に部分的に取り付けることができる）が、カバー４０６が容器４０２とは異なる材料を含むこともできる。追加の実施形態では、酸素および水分の透過を明確に低減させるように設計された有機材料などの材料を使用して、容器４０２にふたをし、または容器４０２を封止することができる。例は、（アルミナ充填材入りエポキシ樹脂などの）充填材入りエポキシ樹脂および液晶ポリマーを含む。
【００６１】
例えば容器を成形し、押出成形し、または他の方法で形成することによって、カスタム設計された容器を製造することができることは、その中へ発光ナノ結晶を導入し、気密封止することができる非常に専門化された部品の調製を可能にする。例えば、（例えば他の光学構成要素内へダウンコンバージョンを送達するのに使用される）ＬＥＤまたは他の光源の周囲にぴったり沿う形状を製造することができる。さらに、さまざまなフィルム、円板、層および他の形状を調製することができる。例示的な実施形態では、それぞれが発光ナノ結晶の異なる組成物（すなわちそれぞれの組成物が異なる色の光を放出する）を含むことができるいくつかの異なる容器を調製し、次いでそれらの別個の容器を一緒に利用して、所望の性能特性を生み出すことができる。他の実施形態では、その中へ発光ナノ結晶を導入することができる複数の空洞またはリザーバ（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）を有する容器を調製することができる。
【００６２】
発光ナノ結晶１０４は、まだ溶液の状態にある間に容器３０２、４０２の中へ気密封止することができるが、発光ナノ結晶溶液は適当には気密封止の前に硬化させる（例えば図２のステップ２１０）。本明細書で使用されているとおり、「硬化させる」は、発光ナノ結晶の溶液（例えばポリマー溶液）を硬くする工程を指す。硬化は、単純に溶液を乾燥させ、溶媒を蒸発させることによって達成することができ、あるいは硬化は、溶液を加熱することによって、または光もしくは他の外部エネルギーに溶液を露出することによって、達成することができる。硬化に続いて、全体を通じて説明したさまざまな方法を使用して容器を気密封止することができる。
【００６３】
発光ナノ結晶が酸化分解することを防ぐため、例示的な実施形態では追加の気密封止が不要である。例えば、ガラスまたはポリマー容器の中に発光ナノ結晶を封止することは、さらなる変更が不要な、酸素および水分からの十分な保護を提供する。しかしながら、追加の実施形態では、容器上にバリア層を配置することによって、気密封止された容器に、追加の酸化防止レベルを追加することができる。例えば、図２のステップ２０８に示されているように。全体を通じて説明したとおり、例示的なバリア層は、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＡｌＯ2のような無機酸化物などの無機層および有機材料を含む。容器上へバリア層を配置する任意の方法を使用することができるが、適当には、バリア層が、容器上にスパッタリングされ、またはＡＬＤによって容器上に配置される。図３に示されているように、封止された複数の部分を有する容器上、または封止し、互いから分離した後の個々の部分上に、バリア層１０６を配置することができ、それによって気密封止された容器（３１０、３１２）を製造することができる。
【００６４】
本発明の適当な実施形態では、発光ナノ結晶の気密封止された容器を製造するさまざまなステップが、不活性雰囲気中で実行される。例えば、適当には、ステップ２０４、２０６および２０８（ならびに必要ならば２１０）が全て不活性雰囲気中、すなわち真空中、および／あるいはＮ2または他の不活性ガス（１種または数種）だけが存在する雰囲気中で実行される。
【００６５】
追加の実施形態では、本発明が、複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された組成物および容器を提供する。例示的な実施形態では、発光ナノ結晶が、（全体を通じて説明した）１種または数種の半導体材料を含み、適当には、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳなどのコア／シェル発光ナノ結晶である。一般に、発光ナノ結晶のサイズは約１〜５０ｎｍ、適当には約１〜３０ｎｍ、より適当には約１〜１０ｎｍ、例えば約３〜９ｎｍである。例示的な実施形態では、全体を通じて説明したとおり、本発明の気密封止された組成物および容器が、組成物を覆うバリア層（例えば図１の組成物１００を覆うバリア層１０６）を含み、任意選択で、容器を覆うバリア層（例えば図３の容器３０２を覆うバリア層１０６）を含む。バリア層の例示的なタイプは、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＡｌＯ2のような無機層など、全体を通じて説明したタイプを含む。
【００６６】
発光ナノ結晶を気密封止する容器のさまざまな形状、配向およびサイズを生成することに加え、それらの容器／組成物に追加の変更を加えることもできる。例えば、光源のフィルトレーション（ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）または他の変更のため、容器／組成物をレンズの形状に調整することができる。追加の実施形態では、例えば反射器または同様の装置を調製し、容器／組成物に取り付けることによって、容器／組成物を変更することができる。
【００６７】
さらに、組成物または容器内にマイクロパターンを直接に成形して、平面（または曲面）マイクロレンズを形成することができる。これは、成形工程中にまたは後続のエンボス加工ステップにおいて実行することができる。マイクロパターンは、ディスプレイ内など限られた空間が利用可能なときに平面マイクロレンズを製造するためにしばしば利用される。この技術の例は、２０から５０ミクロンのプリズムが表面に成形された３Ｍ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社の明るさ強化フィルムを含む。適当な実施形態では、本発明が、カプセル化ポリマー内（または容器内）に発光ナノ結晶が気密封止され、次いでカプセル化ポリマーに、マイクロレンズが形成されるようにマイクロパターンが形成された、マイクロレンズを提供する。例えば、図５に示されているように、マイクロレンズアセンブリ５００は、適当には、基材５０８によって支持されたＬＥＤ５０６の上に置かれ、または他の方法でＬＥＤ５０６と接触した発光ナノ結晶１０４の層５０４を含む気密封止された組成物５０２を含む。組成物５０２の表面は、それによってマイクロレンズを形成するさまざまな形状に、例えば図５に示されているように一連のマイクロプリズム５１０を含むように、成形することができる。
【００６８】
例示的な実施形態では、本発明の気密封止された組成物と組み合わされたマイクロレンズの使用が、捕捉される（したがって組成物から放出される）ＬＥＤ／発光ナノ結晶からの放出光の量の増大を可能にする。例えば、本発明の気密封止された組成物および容器にマイクロプリズムまたは他のマイクロレンズアセンブリを追加することが、適当には、マイクロプリズムまたは他のマイクロレンズアセンブリを含まない組成物と比較して、捕捉される光量を、約１０％超（例えば約１０〜６０％、約１０〜５０％、約１０〜４０％、約２０〜４０％または約３０〜４０％）増大させる。捕捉される光量のこの増大は、組成物または容器から放出される全光量の増大に直接に相関する。
【００６９】
適当な実施形態では、光源の上に配置されるレンズを形成する容器／組成物に、ダイクロイックミラーを取り付け、または他の方法で関連付けることができる。ダイクロイックミラーは、特定の波長の光を透過させ、他の光を反射することができる。光源からの光がレンズ形の容器／組成物に入ると、光子は、容器／組成物に入り、気密封止された内部のさまざまな発光ナノ結晶を励起することができる。発光ナノ結晶が光を放出すると、光子は、容器／組成物を出ることができるが、（それらの光子はダイクロイックミラーによって反射されるので）最初の光源に向かって反射することはできない。実施形態では、次いで、光源（例えばＬＥＤ）の上にぴったりとはまる適当な容器／組成物を形成することができる。ダイクロイックミラーは、光源から光が入り、内部の発光ナノ結晶を励起することを許すが、放出光は、光源から遠ざかる方向に容器／組成物を出ることしかできず、再び光源の中へ反射することは、ダイクロイックミラーによって阻止される。例えば、ＬＥＤ源からの青色光は、ダイクロイックミラーを通過することが許され、カプセル化された発光ナノ結晶を励起し、励起された発光ナノ結晶は次いで緑色光を放出する。この緑色光はダイクロイックミラーによって反射され、光源の中へ再び反射することはできない。
【００７０】
本明細書で論じたとおり、適当な実施形態では、本発明の気密封止された発光ナノ結晶組成物が、ＬＥＤまたは他の光源と組み合わせて使用される。これらの封止されたナノ結晶／ＬＥＤの用途は当業者によく知られており、以下のものを含む。例えば、このような封止されたナノ結晶／ＬＥＤは、マイクロプロジェクタ（例えば米国特許第７，１８０，５６６号および６，７５５，５６３号参照。これらの文献の開示はその全体が参照によって本明細書に組み込まれる）の中で使用し、携帯電話；パーソナルディジタルアシスタント（ＰＤＡ）；パーソナルメディアプレーヤ；ゲーム装置；ラップトップコンピュータ；ディジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）プレーヤおよび他のビデオ出力装置；パーソナルカラーアイウェア；自動車および航空機用のヘッドアップまたはヘッドダウン（およびその他の）ディスプレイなどの用途で使用することができる。追加の実施形態では、ディジタル光プロセッサ（ＤＬＰ）プロジェクタなどの用途で、気密封止されたナノ結晶を使用することができる。
【００７１】
追加の実施形態では、全体を通じて開示された気密封止された組成物および容器を使用して、エタンデュ（ｅｔｅｎｄｕｅ）（すなわち光が広がる領域および角度がどの程度か）として知られている光学系の特性を最小化することができる。特許請求の範囲に記載の発明の組成物または容器を配置し、層状に重ね、あるいは他の方法でＬＥＤまたは他の光源を覆い（部分的に覆い）、発光ナノ結晶組成物または容器の全体領域（例えば厚さ）とＬＥＤの領域（例えば厚さ）の比を制御することによって、エタンデュの量または範囲を最小化し、それによって捕捉され、放出される光量を増大させることができる。適当には、発光ナノ結晶組成物または容器の厚さが、ＬＥＤ層の厚さの約１／５未満である。例えば、発光ナノ結晶組成物または容器は、ＬＥＤ層の厚さの約１／６未満、約１／７未満、約１／８未満、約１／９未満、約１／１０未満、約１／１５未満または約１／２０未満である。
【００７２】
他の実施形態では、特許請求の範囲に記載の発明の気密封止された発光ナノ結晶を、例えば図６Ａ〜６Ｃに示されているような光集束装置（または集束装置）６０４を含むシステム６０２において使用することができる。例示的な実施形態では、光集束装置６０４が調製され、ＬＥＤ５０６に取り付けられ、または他の方法でＬＥＤ５０６に関連付けられる。適当には、光集束装置６０４が立方体または長方形の箱の形状を有し、箱の底面はＬＥＤ５０６上またはＬＥＤ５０６の上方に位置し、装置の側面はＬＥＤよりも上に延びる。図６Ａは、図６Ｂの平面１−１で切った装置６０４の断面図を示し、図６Ｂは、装置６０４、ＬＥＤ５０６および基材５０８の上面図を示す。例示的な実施形態では、装置６０４が、ＬＥＤ５０６を取り囲む４つの側面を含むが、他の実施形態では、任意の数（例えば２、３、４、５、６、７、８、９、１０など）の側面を使用することができ、または、単一の材料片（または連続する１つの材料片を形成するように形成された複数の材料片）だけがＬＥＤ５０６を取り囲むように円形の装置を使用することができる。一般に、光集束装置６０４の上面および底面は開いている（すなわち、装置はＬＥＤ５０６の上面に直接に置かれ、ＬＥＤ５０６を取り囲む）が、他の実施形態では、追加の材料片によって、装置６０４の上面または底面、あるいはその両方を閉じることができる。
【００７３】
適当には、集束装置６０４が、ＬＥＤによって生成された光を反射することができる材料から製造され、または光を反射する材料でコーティングされる。例えば、集束装置は、ポリマー、金属、セラミックなどを含むことができる。他の実施形態では、内面（すなわちＬＥＤに面した面）を、金属（例えばＡｌ）または他の反射コーティングなどの反射材料でコーティングすることができる。この反射コーティングは、吹付け塗り、ＡＬＤ、塗装、浸し塗り、スピンコーティングなど適当な任意の方法を使用して、集束装置の表面に堆積させることができる。
【００７４】
適当には、集束装置６０４が、本発明の気密封止されたナノ結晶組成物５０４（または気密封止されたナノ結晶容器）を取り囲み、またはカプセル化し、したがって、この装置は組成物または容器に関連付けられる。適当な実施形態では、集束装置６０４をＬＥＤ５０６とは別に調製し、次いで例えばエポキシ樹脂などの接着剤によってＬＥＤに取り付け、次いで、装置６０４の中心部分を、気密封止されたナノ結晶組成物５０４で埋めることができる。他の実施形態では、集束装置６０４をＬＥＤ５０６上に直接に組み付けることができる。他の実施形態では、気密封止された組成物をＬＥＤ上に配置し、次いで集束装置を予め製造された装置として追加し、または集束装置をＬＥＤ上で直接に構築することができる。適当な実施形態では、装置６０４がさらに、ナノ結晶組成物５０４を封止するためのカバー（例えばガラスまたはポリマーカバー）を含む。このようなカバーは、ナノ結晶組成物を覆う気密シールの働きをすることができ、または、単純に、ナノ結晶組成物および集束装置を支持する追加の構造要素の働きをすることができる。このようなカバーは、ナノ結晶組成物５０４の上面に直接に配置することができ、または装置６０４の上面に配置することができ、あるいはその中間の任意の位置に配置することができる。
【００７５】
図６Ａおよび６Ｃに示されているように、適当な実施形態では、装置の側面が底面（例えばＬＥＤの近く）では内側に向かって狭まり、上面（ＬＥＤから遠い方）では外側に広がるように、集束装置６０４が調製される。このことは、装置から外に光を誘導するために、光６０６を集め、集束させてビームにするのを助けるのに役立つ。図６Ｃに示されているように、適当には、集束装置６０４がＬＥＤから出た光６０６を誘導する。次第に狭まる、すなわち傾いた側面を使用することにより、ＬＥＤ／ナノ結晶から放出された光６０６は、装置の内部で行ったり来たり反射することによって失われたり、または単純に脱出できないために失われたりすることなく、装置６０４から外へ誘導される。適当には、本発明の発光ナノ結晶組成物および容器と組み合わされた光集束装置の使用を、マイクロプロジェクタおよび集束光ビームが望ましいかまたは必要な他の用途において使用することができる。
【００７６】
気密封止されたナノ結晶を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス
追加の実施形態では、本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを含む。例示的なＬＥＤデバイス７００が図７Ａに示されている。ＬＥＤデバイス７００は、適当にはＬＥＤ７０２を含む。ＬＥＤ７０２は、例示する目的でのみ基材７０６上に示されている。本発明の実施に際しては、ＬＥＤの適当な任意の構成を利用できることが理解されるべきである。さらに、複数の（すなわち２つ以上の）ＬＥＤをＬＥＤデバイス７００に利用することができる。ＬＥＤデバイス７００は、複数の発光ナノ結晶７１０を含む気密封止された容器７０８をさらに含む。容器７０８は、ＬＥＤ７０２に光学的に結合される。ＬＥＤデバイス７００はさらに、気密封止された容器７０８に光学的に結合される光ガイド７１２を含む。
【００７７】
本発明の実施形態では、ＬＥＤから放出された光の第１の部分が発光ナノ結晶７１０によってダウンコンバートされる。ＬＥＤから放出された光の第２の部分と発光ナノ結晶からダウンコンバートされた光が光ガイド７１２から放出される。
【００７８】
ＬＥＤのさまざまな構成、および全可視スペクトルにわたる光を発光するＬＥＤ、ならびに紫外光（１０ｎｍ〜約３８０ｎｍの波長をもつ光）を発光するＬＥＤを含む適当な任意のＬＥＤを、本発明のＬＥＤデバイスに利用することができる。適当には、ＬＥＤ７０２は青色光を発光する。本明細書に記載されたとおり、可視スペクトルは、人間の眼に見える約３８０ｎｍから約７８０ｎｍまでの波長を有する光を含む。可視光は、赤、橙、黄、緑、青、藍、紫など、スペクトルのさまざまな色に分離されうる。本明細書で使用されているとおり、青色光は、波長約４３５ｎｍから約５００ｎｍまでの光を含み、緑色光は、約５２０ｎｍから５６５ｎｍまで、より適当には約５２５ｎｍから約５３０ｎｍまでの光を含み、赤色光は、約６２５ｎｍから約７４０ｎｍまで、より適当には約６２５ｎｍから約６４０ｎｍまでの光を含む。
【００７９】
適当には、図７Ｂに示されているように、ＬＥＤ７０２が青色光７１６を発光する。ＬＥＤから放出された青色光の第１の部分７１８が発光ナノ結晶７１０によってダウンコンバートされる。ナノ結晶は、青色光のこの部分を吸収する際に、次いで第２の波長７２２、７２４（図７Ｂ参照）で光を放出する。適当には、ナノ結晶７１０から放出された光は、主として緑色（例えば約５２０ｎｍから５６５ｎｍまで、より適当には約５２５ｎｍから約５３０ｎｍまで）および赤色（例えば波長約６２５ｎｍから約７４０ｎｍまで、より適当には約６２５ｎｍから約６４０ｎｍまで）の範囲の波長を有する光を含む。したがって、適当には、ナノ結晶７１０は、ナノ結晶の２つの集団を含む。ナノ結晶の１つの集団は、青色光を吸収し且つ赤色光を放出するように設計され、ナノ結晶の第２の集団は、青色光を吸収し且つ緑色光を放出するように設計される。ナノ結晶の集団は、適当には、複数（すなわち２以上、１０以上、１００以上、１０００以上など）のナノ結晶を含む。本明細書に記載されたとおり、ナノ結晶の組成物およびサイズを調整することができることは、特定の吸収特性および放出特性を有するナノ結晶の設計を可能にする。
【００８０】
青色光７１８の「第１の部分」は、ＬＥＤから放出され、青色から別の波長（単数または複数）の光にダウンコンバートされる、或る割合の青色光７１６を指す。第１の部分は、ＬＥＤによって与えられる青色光の総量よりも少ない、ＬＥＤ７０２から放出される本来の青色光７１６のうちの任意の量（例えばＬＥＤ７０２から放出される青色光の約９９％〜約１％、適当には約８０％〜約３０％、約７０％〜約４０％、約７０％〜約５０％または約６０％）とすることができる。
【００８１】
ＬＥＤ７０２から放出された青色光の第２の部分７２０は、気密封止された容器７０８を通過して、青色光として現れる（適当には約２０％〜約５０％、または約２０％〜約４０％）。この青色光の第２の部分７２０と、ナノ結晶から放出されるダウンコンバートされた光７２２および７２４（例えば赤色光および緑色光）が、次いで光ガイド７１２から放出７２６される。適当には、ＬＥＤから放出された青色光７２０と、ダウンコンバートされた緑色光および赤色光（７２２および７２４）とが組み合わされて、光ガイドから最終的に放出されたときに白色光７２６を生じる。
【００８２】
他の実施形態では、１つ（またはそれ以上）のＬＥＤからのすべての光がナノ結晶によってダウンコンバートされ、一方、第２（第３など）のＬＥＤからのすべての光が気密封止された容器を通過し、その結果、赤色、緑色および青色波長の光をもたらし、これらが組み合わされて白色光を生じるように、２つ（またはそれ以上）の青色光発光ＬＥＤを利用することができる。
【００８３】
気密封止された容器７０８は、適当には、プラスチックまたはガラス容器である。例示的な気密封止された容器が全体を通じて説明される。適当な実施形態では、気密封止された容器はプラスチックまたはガラス（例えばホウケイ酸）毛管である。本明細書で使用されているとおり、「毛管」は、その幅および高さ寸法の両方よりも長い長さ寸法を有する細長い容器を指す。適当には、毛管は、円形、長方形、四角形、三角形、不規則形、または他の断面を有する管または類似の構造物である。適当には、本発明のＬＥＤデバイスで使用される毛管は、該毛管が光学的に結合されるＬＥＤの形状および配向と整合するように構成することができる。例示的な実施形態では、毛管が約１００μｍ〜約１ｍｍのうちの少なくとも１つの寸法を有する。プラスチック毛管が利用される実施形態では、毛管に追加の気密シールを提供するために、ＳｉＯ2、ＡｌＯ2またはＴｉＯ2、および本明細書で説明される他のものなどのコーティングを追加することができる。
【００８４】
適当には、本発明の毛管は、約５０μｍ〜約１０ｍｍ、約１００μｍ〜約１ｍｍ、または約１００μｍ〜約５００μｍの厚さを有する。厚さは、光ガイドの平面内への毛管の寸法を指す。適当には、本発明の毛管は、約５０μｍ〜約１０ｍｍ、約１００μｍ〜約１ｍｍ、または約１００μｍ〜約５００μｍの高さ（光ガイドの平面内）を有する。適当には、本発明の毛管は、約１ｍｍ〜約５０ｍｍ、約１ｍｍ〜約４０ｍｍ、約１ｍｍ〜約３０ｍｍ、約１ｍｍ〜約２０ｍｍ、約１ｍｍ〜約１０ｍｍの長さ（光ガイドの平面内）を有する。
【００８５】
他の実施形態では、本明細書に記載される発光ナノ結晶の気密封止された組成物をＬＥＤデバイスに利用することができる。このような実施形態では、気密封止された組成物は、ＬＥＤおよび光ガイドに光学的に結合され、したがって、ナノ結晶からダウンコンバートされた光を提供する。
【００８６】
本明細書で使用されているとおり、「光ガイド」は、電磁放射（光）を１つの位置から別の位置に誘導するのに適した光学部品を指す。例示的な光ガイドは、光ファイバケーブル、プレート、フィルム、容器、または他の構造物などのポリマーまたはガラス固形物を含む。光ガイドのサイズは、ＬＥＤデバイスの最終的な用途および特性に依存することになる。一般に、光ガイドの厚さは、ＬＥＤの厚さと適合するであろう。光ガイドの他の寸法は、一般に、ＬＥＤの寸法を超えて延びるように設計され、適当には数十ミリメートルから数十ないし数百センチメートル程度である。図面に例示された光ガイドは、ディスプレイシステムなどに使用するのに適した実施形態を表すが、光ファイバケーブルなどを含む他の光ガイドを利用することもできる。
【００８７】
本発明の実施に際して使用される例示的なナノ結晶が本明細書に記載される。適当な実施形態では、ナノ結晶はコア／シェルナノ結晶である。適当には、ナノ結晶は、それらの表面に取り付けられる１つまたは複数のリガンドを含み、これは、ポリマー材料中のナノ結晶の溶解性を増加させる。例示的なリガンドは、本明細書に、および米国特許出願第１１／０３４，２１６号、米国特許出願第１０／６５６，９１０号、および米国特許仮出願第６０／５７８，２３６号に記載される。ナノ結晶の例示的なサイズがさらに本明細書で説明される。
【００８８】
適当な実施形態では、発光ナノ結晶はＣｄＳｅまたはＺｎＳを含む。利用することができる例示的なコア／シェルナノ結晶は、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳおよびＣｄＴｅ／ＺｎＳナノ結晶を含む。例示的な実施形態では、本明細書に記載されたとおり、ナノ結晶は、ポリマーマトリックス中に分散されまたは埋め込まれる。このマトリックスは、次いで、毛管を封止する前に毛管の中へ吸い込むまたは他の方法で配置することができる。
【００８９】
追加の実施形態では、散乱材料（例えば気密封止された容器に入る光を散乱させる材料の粒子）をマトリックスに加えることができる。適当には、散乱媒体は、５００ｎｍからミクロン、さらにはミリメートル程度のサイズの金属、ポリマー、半導体、または他の材料の粒子である。他の実施形態では、散乱材料は、ＬＥＤと気密封止された容器との間、または容器と光ガイドとの間に入れることができる。
【００９０】
気密封止された容器の中のナノ結晶の濃度は、用途、ナノ結晶のサイズ、ナノ結晶の組成、ポリマーマトリックスの組成、および他の因子に依存することになり、当技術分野での通常の方法を使用して最適化することができる。適当には、発光ナノ結晶は、約０．０１重量％〜約５０重量％、約０．１重量％〜約５０重量％、約１重量％〜約５０重量％、約１重量％〜約４０重量％、約１重量％〜約３０重量％、約１重量％〜約２０重量％、約１重量％〜約１０重量％、約１重量％〜約５重量％、または約１重量％〜約３重量％の濃度で存在する。ＬＥＤからの光のうちの、適当には約４０％〜約８０％、より適当には約５０％〜約７０％、または約６０％がナノ結晶によって吸収され、この場合、残りの光は、適当には、気密封止された容器を通過する。容器に当たる光のうちの、適当には約１０％〜約４０％、または約２０％〜約３０％が、ダウンコンバートされることなく容器を通過する。
【００９１】
本明細書に記載されたとおり、気密封止された容器７０８は、ＬＥＤ７０２ならびに光ガイド７１２の両方に光学的に結合される。本明細書で使用されているとおり、「光学的に結合される」は、構成要素（例えば気密封止された容器およびＬＥＤ）が、光が実質的な干渉なしに１つの構成要素から別の構成要素へ通過できるように位置決めされることを意味する。光学的結合は、気密封止された容器７０８とＬＥＤ７０２が物理的に直接接触している実施形態、または図７Ａに示されているように、適当には、気密封止された容器７０８（したがってナノ結晶７１０）とＬＥＤ７０２が距離７０４だけ離間される実施形態を含む。図７Ａには基材７０６の頂部に接触している気密封止された容器７０８が示されているが、ＬＥＤからの光が気密封止された容器７０８を通過できる限り、適当な任意の構成を利用することができる。例えば、気密封止された容器は、基材７０６の頂部とＬＥＤ７０２との間の空間内に位置決めすることができる。他の実施形態では、光学的に透明な要素（例えばレンズを含むガラスまたはプラスチックシートまたはストリップ）を、気密封止された容器７０８とＬＥＤ７０４との間に置くことができる。光学的結合は、構成要素間の物理的相互作用を必要としないことに留意すべきである。むしろ、光が構成要素間を通過できる限り、それらは光学的に結合されると考えられる。気密封止された容器７０８とＬＥＤ７０２との間の間隔により、結果としてナノ結晶がＬＥＤから遠くに位置することになる。この遠くの位置は、ＬＥＤおよびナノ結晶から生じる光の特性（強度、純度、演色など）を改善する。
【００９２】
実施形態では、光ガイド７１２は、グルー、テープ、機械的位置合わせのみなど、およびその組合せを介して、気密封止された容器７０８に光学的に結合される。図７Ａに示されているように、適当には、光ガイド７１２は、気密封止された容器７０８と直接に接触する。２つの要素の間の物理的接触を維持するために、テープ、グルー、または他の締結装置を利用することができる。適当には、締結装置は、気密封止された容器から光ガイドへ光を通すように、光学的に透明であり、または実質的に光学的に透明である。これはさらに、ポリマー光ガイドを利用することによって達成することができ、ポリマー光ガイドは、例えば、該光ガイドに気密封止された容器が接触するように、加熱されたときに溶融し、または変形し、次いで該光ガイドが冷却され、それによって２つの要素の間の物理的接着または接触の形成を容易にする。
【００９３】
図８Ａ〜８Ｃは、図７Ａで説明されるＬＥＤデバイスの追加の構成を示す。図８Ａでは、光ガイド７１２は、テーパした縁部８０２を有する状態で示されている。テーパした縁部８０２は、ＬＥＤおよびナノ結晶から放出された光を光ガイド７１２の中に誘導するのを容易にするのに役立つことができる。図８Ｂでは、８０４で示されるように気密封止された容器７０８を光ガイド７１２の中に埋め込むことができる。これは、例えば、気密封止された容器を光ガイド７１２の中に直接挿入できるように光ガイド７１２の区域を除去することによって達成することができる。他の実施形態では、上記のように、光ガイド７１２は、溶融し、または変形し、それによって、気密封止された容器７０８を光ガイド７１２の中へ挿入しまたは埋め込むことを可能にするように、加熱することができる。図８Ｃに例示されるように、他の実施形態では、気密封止された容器７０８は、８０６に示されているように形状設定することができる。例示的な実施形態では、気密封止された容器７０８は、ＬＥＤから光ガイドへの光の伝達を改善するために、レンズまたは他の光学装置として作用するように形状設定することができる。
【００９４】
図９は、光ガイドから放出される光の量が増加するように、ＬＥＤ、光ガイドおよび気密封止された容器に対して位置決めされた１つまたは複数の反射器９０２をデバイスがさらに含む、本発明のＬＥＤデバイスの実施形態を示す。図９に示されているように、例示的な実施形態では、光ガイドの中に誘導されない、気密封止された容器の中のナノ結晶から放出されたあらゆる光、またはＬＥＤから跳ね返る光を反射するように、反射器をＬＥＤの後ろに位置決めすることができる。同様に、気密封止された容器の側面はさらに、光を光ガイドの方に反射するように反射器９０２を含むことができる。追加の実施形態では、その上にＬＥＤが位置決めされる基材はさらに、ＬＥＤからの光を気密封止された容器の中に誘導するのに役立つ反射性の傾いた側面を含むことができる。
【００９５】
図１０Ａ〜１０Ｂは、例示的な気密封止された容器７０８、例えば毛管の例示を提供する。図１０Ｂに示されているように、実施形態では、気密封止された容器７０８（毛管）の端部は、キャップ１００２で覆うことができる。キャップ１００２は、適当には、適用の前に加熱し、次いで気密封止される容器が封止されるように冷却することができる、ポリマー材料から作製される。他の実施形態では、気密封止された容器の端部に充填し、それによって容器を封止するために、液状ポリマー溶液を使用することができる。本明細書に記載されたとおり、または当技術分野で知られている他の方法で気密封止された容器を封止する追加の方法、例えば、クリンプ、挟みつぶす、レーザ封止、熱収縮、または容器の端部を閉鎖する他の方法を使用することもできる。
【００９６】
適当には、ポリマーマトリックス中に分散される発光ナノ結晶の溶液は、例えば真空を使用して減圧を生じることによって毛管の中へ吸い込まれる。適当には、ポリマーは、次いで冷却され、硬化される。硬化プロセスは、しばしば、結果として、ポリマーマトリックス中に形成される小さい気泡を生じることがある。これらの調製物中の小さいサイズの気泡は、組成物またはナノ結晶の光学特性に干渉せず、実際には、これらの小さい気泡の存在は、製造中にマトリックスが熱サイクルを経験するまたはＬＥＤと共に使用するときに高まる圧力を低減する一助となる可能性があることが発見されている。
【００９７】
適当な実施形態では、本発明は、白色光発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを提供する。該デバイスは、適当には青色光発光ＬＥＤと、ＬＥＤに光学的に結合される複数の発光ナノ結晶（適当にはＣｄＳｅ／ＺｎＳ発光ナノ結晶）を含む気密封止された容器とを含む。デバイスはさらに、気密封止された容器に光学的に結合される光ガイドを含む。
【００９８】
図７Ｂに例示されるように、ＬＥＤから放出された青色光７１８の第１の部分が気密封止された容器に入る際に、発光ナノ結晶（例えばＣｄＳｅ／ＺｎＳ発光ナノ結晶）によって光が緑色光および赤色光（７２２および７２４）にダウンコンバートされる。ＬＥＤから放出された青色光の第２の部分７２０と緑色光および赤色光が、光ガイドから放出され、組み合わされて白色光７２６を生じる。
【００９９】
本明細書に記載されたとおり、本発明の白色光ＬＥＤデバイスは、適当には、ＬＥＤから（遠くに）間隔をおいて配置された発光ナノ結晶を含む気密封止された容器を含む。気密封止された容器内のナノ結晶の濃度は、ＬＥＤによって放出された青色光の一部がナノ結晶によって吸収されることなく容器を通過できるように提供される。青色光の別の部分は、吸収され、次いでナノ結晶によってダウンコンバートされ、緑色および赤色光として放出される。赤色、青色および緑色光が、次いで光ガイドから放出されるときに組み合わされて白色光を生じる。本発明の手法は、３つの別個の光源（例えば３つのＬＥＤ）が使用される、またはＬＥＤからのすべての青色光が発光ナノ結晶によって吸収される白色光ＬＥＤとは異なる。ナノ結晶の濃度／密度および特性を最適化することによって、高強度、高純度の、正確に色調整された、白色光を生じることができる。
【０１００】
他の実施形態では、本発明は、ＬＥＤと、ＬＥＤに光学的に結合される複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された容器と、気密封止された容器に光学的に結合される光ガイドとを含む、発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを提供する。ＬＥＤから放出された光は、ナノ結晶によってダウンコンバートされ、光ガイドの表面を出る。適当には、発光ナノ結晶が青色、緑色および赤色光を放出し、光が組み合わされて白色光を生じる。このような実施形態では、適当には、ＬＥＤは紫外光を発光する。
【０１０１】
他の実施形態では、本発明は、本明細書で説明されるＬＥＤデバイスを含むディスプレイシステムを提供する。適当には、図１１に示されているように、ディスプレイシステム１１００は、ディスプレイ１１０２と、複数のＬＥＤデバイス７００とを含む。本明細書に記載されたとおり、適当には、ＬＥＤデバイス７００は、ＬＥＤ７０２と、ＬＥＤに光学的に結合される複数の発光ナノ結晶を含む気密封止された容器７０８とを含む。デバイスはさらに、気密封止された容器に光学的に結合される光ガイド７１２を含む。図１１に示されているように、適当には、ディスプレイ１１０２は、光ガイド７１２を少なくとも部分的に取り囲む。
【０１０２】
実施形態では、発光ナノ結晶から放出され、ダウンコンバートされた光が、光ガイドから放出され、ディスプレイ上に表示される。本発明のディスプレイシステムは、白色光を含む可視スペクトルの全範囲にわたる光を放出することができる。
【０１０３】
他の実施形態では、ＬＥＤから放出された光の第１の部分が発光ナノ結晶によってダウンコンバートされる。ＬＥＤから放出された光の第２の部分と発光ナノ結晶からダウンコンバートされた光が光ガイドから放出され、ディスプレイ上に表示される。本発明のディスプレイシステムは、白色光を含む可視スペクトルの全範囲にわたる光を放出することができる。例示的な実施形態では、利用されるＬＥＤは青色光を発光する。
【０１０４】
例示的な気密封止された容器（毛管を含む）と発光ナノ結晶が本明細書に記載される。図１１に示されているように、適当には、単一の気密封止された容器７０８’が少なくとも２つのＬＥＤに光学的に結合される。単一の気密封止された容器は、２個以上、３個以上、４個以上、５個以上、１０個以上などのＬＥＤに光学的に結合することができる。気密封止された容器７０８は、個々の各ＬＥＤに結合することができるが、本発明のディスプレイシステムの実施形態では、複数のＬＥＤに結合される単一の気密封止された容器の使用によって、ディスプレイシステムのより容易な組み立ておよび製造が可能となる。単一の気密封止された容器が複数のＬＥＤに結合される実施形態では、適当には、各ＬＥＤが青色光を発光し、その一部は容器の中のナノ結晶によってダウンコンバートされ、その一部は光ガイドから放出される。図１１は、単一の光ガイドおよび単一のディスプレイが利用される実施形態を実証するが、本発明のディスプレイシステムは、互いに光学的に結合されて、その結果としてディスプレイシステムをもたらす、複数の光ガイドおよび複数のディスプレイを含むことができることが理解されるべきである。
【０１０５】
本明細書に記載された発光ナノ結晶を含む気密封止された容器は、既存のＬＥＤディスプレイシステムに後付けするのに利用することができる。ディスプレイのＬＥＤと光ガイドとの間に気密封止された容器（例えば毛管）を含むことにより、ＬＥＤからの光（適当には青色光）の一部を、ＬＥＤ光と組み合わせて白色光を生じることを含めて任意の所望の色に変換することができる。
【０１０６】
以下の表１は、本発明の発光ナノ結晶からの光出力、ならびにナノ結晶を励起するのに使用される青色ＬＥＤからの光を示す。ナノ結晶は、本明細書に記載されたようにＬＥＤから間隔をおいて（ＬＥＤから遠くに）配置された。伝統的なイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）蛍りん光体に関するデータも示される。ＦＷＨＭ＝半値幅である。
【表１】
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【０１０７】
発光ナノ結晶コンポジット
他の実施形態では、本発明は、発光ナノ結晶コンポジット材料１２００である。図１２に示されているように、実施形態では、コンポジット材料は、第１の組成を有する第１のポリマー材料１２０４と、第２の組成を有する第２のポリマー１２０２材料と、第２のポリマー材料１２０２中に分散される複数の発光ナノ結晶７１０とを含む。第２のポリマー材料１２０２は、第１のポリマー材料１２０４中に分散される。
【０１０８】
発光ナノ結晶を第２のポリマー材料１２０２中に分散させることは、ナノ結晶を封止する方法を提供し、且つ、さまざまな組成およびサイズのナノ結晶を混合するための機構を提供する。適当な第２のポリマー材料１２０２は、アミノシリコーン、ならびに限定はされないが、ポリ（ビニルブチラール）：ポリ（酢酸ビニル）；エポキシ樹脂；ウレタン；シリコーンならびに限定はされないがポリフェニルメチルシロキサン、ポリフェニルアルキルシロキサン、ポリジフェニルシロキサン、ポリジアルキルシロキサン、フッ化シリコーン、ビニルおよび水素化物置換シリコーンを含むシリコーン誘導体；限定はされないがメタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチルおよびメタクリル酸ラウリルを含む単量体から形成されたアクリルポリマーおよびコポリマー；スチレンベースのポリマー；ならびにジビニルベンゼンなどの２官能性単量体で架橋されたポリマーを含む、本明細書で説明される他のポリマーを含む。
【０１０９】
第２のポリマー材料１２０２はナノ結晶を分散させるのに適した環境を提供するが、ナノ結晶の効率的な混合を提供するポリマーは、形状設定するまたは成形するにはしばしば脆弱であり、または難しいことがある。ナノ結晶／ポリマー混合物１２０２を追加のポリマー材料１２０４中に分散させることは、発光ナノ結晶の所望の光学的／ダウンコンバージョン特性を維持しながら、要望通りに機械的に作用することができる気密封止された組成物も維持する、コンポジットの生産を可能にする。第１のポリマー材料１２０４として使用される例示的なポリマー材料は、エポキシ樹脂およびポリカーボネートを含む。例示的なエポキシ樹脂およびポリカーボネートは、当技術分野で良く知られている。
【０１１０】
適当には、コンポジット材料中に分散される発光ナノ結晶は、光（例えば青色光）を吸収し、且つ緑色光および／または赤色光を放出するが、他の色もナノ結晶から放出されることがある。コンポジット材料で使用される例示的なナノ結晶が本明細書に記載され、これらは、ＣｄＳｅまたはＺｎＳを含むナノ結晶、ならびにＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳまたはＣｄＴｅ／ＺｎＳを含むコア／シェル発光ナノ結晶を含む。
【０１１１】
他の実施形態では、コンポジットは、コンポジットを気密封止する無機層１２０６を含むことができる。ＳｉＯ2、ＴｉＯ2またはＡｌＯ2を含む無機層の例が本明細書に記載される。
【０１１２】
適当には、本発明のコンポジット材料は、青色ＬＥＤ波長における約０．５〜約０．９の光学密度と約５０μｍ〜約２００μｍの経路長を有する。適当には、コンポジットは、青色ＬＥＤ波長における約０．５〜約０．８、約０．７〜約０．８、または約０．８の光学密度を有する。適当には、コンポジット材料の経路長は、約７５μｍ〜約１５０μｍ、または約１００μｍである。本発明のコンポジット材料に利用される発光ナノ結晶の濃度は、適当には、本明細書で説明される気密封止された組成物に利用される濃度とほぼ同じである。したがって、発光ナノ結晶は、適当には、コンポジットに当たる光の約４０％〜約８０％、より適当には約５０％〜約７０％、または約６０％がナノ結晶によって吸収されるように、約０．０１重量％〜約５０重量％、約０．１重量％〜約５０重量％、約１重量％〜約５０重量％、約１重量％〜約４０重量％、約１重量％〜約３０重量％、約１重量％〜約２０重量％、約１重量％〜約１０重量％、約１重量％〜約５重量％、または約１重量％〜約３重量％の濃度で存在する。
【０１１３】
本発明はさらに、発光ナノ結晶コンポジット材料を調製する方法を提供する。図１２に関する図１３の流れ図１３００に示されているように、適当には、このような方法は、複数の発光ナノ結晶７１０を第１のポリマー材料１２０２中に分散させて、発光ナノ結晶と第１のポリマー材料との混合物を形成するステップ１３０２を含む。混合物は、次いで１３０４で硬化される。１３０８で、硬化された混合物から微粒子を生じさせる。ステップ１３１０で、微粒子を第２のポリマー材料１２０４中に分散させて、コンポジット材料を生じさせる。微粒子は、第２のポリマー材料が液体、またはほとんど液体の状態にあるときに、さまざまな形態の機械的混合を用いて第２のポリマー材料中に分散させることができる。
【０１１４】
この方法で使用される例示的なポリマー材料が適当な発光ナノ結晶として本明細書に記載される。適当には、発光ナノ結晶は、ＣｄＳｅまたはＺｎＳを含み、またはＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳまたはＣｄＴｅ／ＺｎＳを含むコアシェルナノ粒子であり、適当にはアミノシリコーン中に分散される。
【０１１５】
適当には、発光ナノ結晶と第１のポリマー材料との混合物が機械的に処理されて微粒子を形成する。機械的処理の例は、ボールミリング、研削、微粉砕、粉砕または混合物から微粒子を形成する他の方法を含む。微粒子を生じさせるために化学処理または他の処理を利用することもできる。適当には、微粒子は粉末である。適当には、ナノ結晶と第１のポリマー材料との混合物の微粒子は、約１０μｍ〜約２００μｍ、または約１０μｍ〜約１００μｍ、または約２０μｍ〜約７０μｍ、または約５０μｍ程度のサイズを有する。
【０１１６】
発光ナノ結晶と第１のポリマー材料との混合物の微粒子以外の他の構造物、例えば、フィルム、ロッド、リボン、球などが生じることもある。これらの構造物は、次いで第２のポリマー材料中に分散させることができる。
【０１１７】
他の実施形態では、第２のポリマー材料は、所望の最終製品の所望の光学特性および物理特性を有するセラミックス、ガラス、または無機材料などの他の材料で置き換えることができる。
【０１１８】
例示的な実施形態では、１３０４での硬化の前に、ステップ１３０６で混合物に架橋剤が加えられる。例示的な架橋剤は、本明細書に記載された架橋剤、または当技術分野で知られている他の架橋剤である。
【０１１９】
他の実施形態では、図１３に示されているように、方法は、コンポジット材料をフィルムにするステップ１３１２をさらに含むことができる。適当には、コンポジット混合物が、こびり付かない（ｎｏｎ−ｓｔｉｃｋ）基材、例えばＴＥＦＬＯＮ（登録商標）のシートのような基材上に注型される。混合物が硬化された後で、硬化されたフィルムをこびり付かない基材から除去することができる。フィルムは、次いで任意の所望のサイズまたは形状にカットしまたは切断することができる。
【０１２０】
追加の実施形態では、流れ図１３００のステップ１３１４に示されているように、コンポジットに追加の気密シールを提供するために、コンポジット上に無機層を配置することができる。無機層は、コンポジット材料の形成後に、しかしコンポジットをフィルムにする前に配置することができ、または無機層は、フィルムにした後に（所望の形状に切断／カットした後を含む）配置することができる。コーティング、吹き付け、ＡＬＤ、浸し塗りなどのさまざまな方法を含む、コンポジット上に無機層を配置する方法が本明細書に記載される。
【０１２１】
コンポジット材料はさらに、押出成形、成形、溶媒キャスト、圧縮成形などをして、コンポジットの所望の形状および構成を形成することができる。これらの技術を実施するための方法およびパラメータは当技術分野で良く知られている。
【０１２２】
本発明のコンポジット材料は、本明細書に記載されたダウンコンバーティング用途、またはダウンコンバーティング層／フィルム／構造物が望ましい他の用途に利用することができる。したがって、例示的な実施形態では、本明細書に記載されたようにＬＥＤからの光のダウンコンバージョンを提供するために、層、フィルム、管、ストリップまたは他の適当な構造物をコンポジット材料から調製し、ＬＥＤ（および／または光ガイド）に光学的に結合することができる。
【０１２３】
ナノ結晶を含む光ガイド
他の実施形態では、本発明は、図１４Ａ〜１４Ｂに示されているように発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを提供する。適当には、ＬＥＤデバイス１４００および１４０１は、ＬＥＤ７０２と、ＬＥＤに光学的に結合される光ガイド７１２とを含む。光ガイド内の領域（１４０４、１４０４’）に複数の発光ナノ結晶７１０が分散される。適当には、領域は、光ガイドの長さ１４１０に沿って延びる。適当には、ナノ結晶が青色光、赤色光および緑色光を放出する。実施形態では、ＬＥＤは紫外（ＵＶ）光発光ＬＥＤである。
【０１２４】
他の実施形態では、ＬＥＤから放出された光の第１の部分がナノ結晶によってダウンコンバートされる。図１４Ａおよび１４Ｂに示されているように、ＬＥＤから放出された光（１４１２）の第２の部分とダウンコンバートされた光（１４１４および１４１６）が光ガイドの表面を出る。
【０１２５】
全体を通じて説明したように、本発明の発光ナノ結晶は、適当には、特定の波長の光を吸収し、次いで吸収した光をダウンコンバートし、異なる波長で光を放出する。図１４Ａ〜１４Ｂに例示された本発明の実施形態では、発光ナノ結晶７１０は、光ガイドの領域１４０４および１４０４’に分散される。ＬＥＤから放出される光は、光ガイドの長さ１４１０を通して移動し、適当には、光ガイドの表面に沿って反射器で反射する。実施形態では、ＬＥＤから放出された光の一部が、１４１２で示されるように光ガイドの表面から放出される。光ガイドから放出された光の他の部分が発光ナノ結晶によって吸収され、ダウンコンバートされる。このダウンコンバートされた光（１４１４および１４１６）が、次いで光ガイドから放出される。他の実施形態では、すべてのＬＥＤから放出された光がナノ結晶によってダウンコンバートされる。
【０１２６】
例示的な実施形態では、ＬＥＤは青色光発光ＬＥＤである。本明細書で詳細に論じたとおり、例示的な実施形態では、ＬＥＤから放出された青色光の一部が発光ナノ結晶によって赤色光および緑色光にダウンコンバートされる。放出された緑色１４１４および赤色１４１６の光が、ＬＥＤから放出された青色光の一部１４１２（ダウンコンバートされていない）と組み合わされるときに、光ガイドの表面から白色光が放出される。適当な実施形態では、光ガイド７１２は、光ガイドの発光面（単数または複数）上の１つまたは複数のフィーチャ１４０６を含む。フィーチャ１４０６は、適当には、光ガイド７１２の表面の中にエッチングされた、または該表面から形成されたパターンであり、光ガイドからの光の透過に役立つ。実施形態では、フィーチャ１４０６は、ＬＥＤから直接発光される光（青色光を含む）の放出を強化するように設計される。
【０１２７】
他の実施形態では、ＬＥＤがＵＶ光発光ＬＥＤであり、ＬＥＤから放出された光の実質的にすべてが、ナノ結晶によって赤色、緑色および青色光にダウンコンバートされる。光は、次いで光ガイドから放出され、組み合わされて白色光を生じる。
【０１２８】
光ガイド内の領域で使用される例示的なナノ結晶が本明細書に記載される。適当には、ナノ結晶は、ＣｄＳｅまたはＺｎＳであり、または適当にはＣｄＳｅ／ＺｎＳ、ＩｎＰ／ＺｎＳ、ＰｂＳｅ／ＰｂＳ、ＣｄＳｅ／ＣｄＳ、ＣｄＴｅ／ＣｄＳまたはＣｄＴｅ／ＺｎＳを含むコア／シェルナノ結晶である。
【０１２９】
本明細書で使用されているとおり、「領域」は、その中に発光ナノ結晶が配置されている光ガイドの区域または部分を指す。適当には、図１４Ａ〜１４Ｂに示されているように、領域１４０４および１４０４’は、光ガイド７１２の長さ１４１０に沿って延びる。光ガイドの長さ１４１０は、ＬＥＤと垂直に延びる（または実質的に垂直な）横方向の寸法である。光ガイド７１２をＬＥＤ７０２に対して図１４Ａおよび１４Ｂに示されているように配向することによって、ＬＥＤ７０２からの光が、光ガイドを出る前に領域１４０４および１４０４’内のナノ結晶７１０のより多くの部分に当たる。適当には、領域１４０４／１４０４’は発光ナノ結晶の層である。領域１４０４／１４０４’の寸法は、光ガイドの全体寸法によって決定されるが、一般に、領域の厚さは、ＬＥＤのサイズ（すなわち数十ミクロンから数十ミリメートル位の程度）に比例することになり、一方、光ガイドの平面内の寸法（すなわち長さおよび幅）は、適当には光ガイドの全体に及ぶ。他の実施形態では、ナノ結晶を含む領域は、すべての寸法において光ガイドの全体にわたるものである（すなわち光ガイドの全体にわたって分散される）。
【０１３０】
領域１４０４／１４０４’は、ナノ結晶をポリマーマトリックス中に分散させ、次いで、ポリマーを硬化させる前または硬化させた後のいずれかに、ポリマーの周りに光ガイドを形成することによって生じさせることができる。代替的に、領域を形成するために、光ガイドを調製し、次いで、ナノ結晶を噴射し、塗装し、吹き付け、または他の方法で堆積させることができる。領域を形成するために、ポリマーコンポジットの形成に関して本明細書で説明される方法を含む、ポリマーマトリックスを生じさせるための他の方法を利用することもできる。例示的な実施形態では、本明細書で説明される発光ナノ結晶コンポジット材料１２００を、光ガイドの領域を調製するのに利用することができる。
【０１３１】
発光ナノ結晶を光ガイド内の領域に分散させることは、システム全体に多数の恩恵および利点を提供する。例えば、ナノ結晶のより均一な照射を達成し、それによって局所的なホットスポットの存在を低減することができる。ナノ結晶を領域の全体にわたって分散させることは、ナノ結晶からの熱放散の改善を可能にし、したがってナノ結晶全体の温度を下げる。ナノ結晶から光ガイドの上面までの光路長を減少させることによって、緑色および赤色光子の再吸収に起因する効率のあらゆる損失が減少される。さらに、領域で低濃度のナノ結晶を利用することができ、したがって、ナノ結晶とその中にナノ結晶が分散される材料（例えばポリマー）との間の潜在的な光および熱により誘起される相互作用を低下させ、それによってシステム寿命を延ばすことができる。
【０１３２】
光ガイドの領域中の発光ナノ結晶の濃度は、用途、ナノ結晶のサイズ、ナノ結晶の組成、ポリマーマトリックスの組成、および他の因子に依存することになり、当技術分野での通常の方法を使用して最適化することができる。適当には、発光ナノ結晶は、気密封止された容器を利用する本明細書で説明されるＬＥＤデバイスの実施形態に利用される濃度よりも低い濃度で存在し、適当には約０．０１重量％〜約５０重量％、約０．１重量％〜約５０重量％、約１重量％〜約５０重量％、より適当には約１重量％〜約４０重量％、約１重量％〜約３０重量％、約１重量％〜約２０重量％、約１重量％〜約１０重量％、約１重量％〜約５重量％、または約１重量％〜約３重量％である。一般に、発光ナノ結晶の濃度は、光ガイドのサイズに基づいて比例的に増減する。したがって、ほぼ１００ｍｍの厚さを有する気密封止された容器に利用される発光ナノ結晶の濃度は、例えば長さ約１０ｃｍの光ガイドに対して２桁の大きさだけ減少されるであろう。
【０１３３】
例示的な実施形態では、領域１４０４’の厚さが、光ガイドの長さ１４１０に沿って変化する。図１４Ｂに示されているように、適当には、領域１４０４’の厚さは、光ガイドの長さ１４１０に沿って、ＬＥＤでの最小１４０６から、ＬＥＤから遠ざかる光ガイド１４０８の遠端での最大まで増加する。例示的な実施形態では、厚さは、光ガイドの長さに沿ってほぼ直線的に増加する。他の実施形態では、厚さは、直線的でない状態で増加することができ、および／または光ガイドの遠端１４０８に到達する前に最大厚さを達成することができる。領域の頂部および底部の両方に沿って直線的に増加する領域１４０４’の厚さを示す図１４Ｂに示された略図は、例示する目的だけのためであり、領域１４０４’の任意の適切な形状／配向を利用できることに留意すべきである。領域の厚さを変化させることは、光ガイドからのより均一な光照射を提供する。
【０１３４】
図１５Ａ〜１５Ｃは、図１４Ａに示された光ガイドから放出された光の強度を示す。強度は、光ガイドに沿って、ＬＥＤに隣接（１４０６）するゼロ（０）で始まって、ＬＥＤから遠ざかる光ガイドの遠端（１４０８）の１（１）までの相対距離の関数として示されている。図１５Ａは、ＬＥＤから放出された（前進する）青色光と、放出される前に光ガイド内で反射される青色光との両方の強度を示す。図１５Ｂは、ＬＥＤからの直接吸収される青色光（前進する）と反射される青色光との両方から結果として生じる、ナノ結晶から放出された緑色および赤色光の強度を示す。最後に、図１５Ｃは、光ガイドから放出されたすべての青色光の組み合わされた総和（青色の総和）、ならびにすべての緑色および赤色光の組み合わされた総和（緑色／赤色の総和）を示す強度のプロットを例示する。図１５Ｃで実証されるように、青色光と緑色／赤色光との両方の強度は、光ガイドの長さに沿って消失する。青色光は、光ガイドの長さの全体にわたる吸収の結果として消失する。光ガイドの領域中のナノ結晶の量は（領域の均一な厚さに起因して）一定であるので、赤色および緑色光の強度はさらに、光ガイドの長さに沿って低下する。
【０１３５】
図１６Ａ〜１６Ｃは、図１４Ｂに例示された光ガイド構成（厚さが変化するナノ結晶を有する領域１４０４’）を別にすれば、図１５Ａ〜１５Ｃにおけるプロットと類似した強度プロットを示す。前進する青色光と反射される青色光との両方の放出された青色光の量は、厚さ一定の領域と類似している。しかしながら、図１６Ｂ〜１６Ｃと図１５Ｂ〜１５Ｃの緑色／赤色光の強度を比較すると、厚さ（１４０４’）が変化する領域を有する光ガイドから、より良好な均一性の緑色／赤色光が放出されることが分かる。これは多分、ＬＥＤから遠ざかる光ガイドの端での領域１４０４’の増加した厚さの結果である。光ガイドの遠端により多くのナノ結晶が存在するので（光ガイドの全体にわたって濃度が一貫している場合があるにもかかわらず）、より多くの青色光を吸収し、緑色および赤色光にダウンコンバートすることができる。
【０１３６】
本発明はさらに、ディスプレイと、複数のＬＥＤと、ＬＥＤに光学的に結合される光ガイドとを含み、ディスプレイが光ガイドを少なくとも部分的に取り囲む、ディスプレイシステムを提供する。本明細書に記載されたとおり、複数の発光ナノ結晶が光ガイド内の領域に分散され、該領域は光ガイドの長さに沿って延びる。ＬＥＤからの光がナノ結晶によってダウンコンバートされ、光ガイドを出て、ディスプレイ上に表示される。実施形態では、ＬＥＤがＵＶ光発光ＬＥＤであり、ナノ結晶が赤色、緑色および青色光を放出する。
【０１３７】
他の実施形態では、ＬＥＤから放出された光の第１の部分が発光ナノ結晶によってダウンコンバートされ、ＬＥＤから放出された光の第２の部分と発光ナノ結晶からダウンコンバートされた光が光ガイドから放出され、ディスプレイ上に表示される。本明細書に記載されたとおり、例示的な実施形態では、ＬＥＤが青色光を発光し、ＬＥＤから放出された青色光の第１の部分が発光ナノ結晶によって緑色光および赤色光にダウンコンバートされる。適当には、青色光の第２の部分、緑色光、および赤色光が組み合わされて白色光を生じる。
【０１３８】
コアシェルナノ結晶を含む例示的なナノ結晶が本明細書に記載される。例示的な実施形態では、光ガイドは１つまたは複数の反射器を含む。
【０１３９】
適当には、発光ナノ結晶を含む領域はナノ結晶の層である。例示的な実施形態では、領域の厚さは、光ガイドの長さに沿って変化し、適当には、ＬＥＤから光ガイドの長さに沿って、例えば本明細書に記載されたように、直線的に増加する。
【０１４０】
（実施例）
以下の実施例は、本発明の方法および組成物を例示するものであり、本発明の方法および組成物を限定するものではない。ナノ結晶の合成において通常遭遇する、当業者には明らかであると思われるさまざまな条件およびパラメータの他の適当な変更および適合は、本発明の趣旨および範囲に含まれる。
【０１４１】
実施例１
気密封止された容器の調製
ＰＭＭＡの押出成形によって、２ｍｍ×０．５ｍｍの空洞を有する寸法約３ｍｍ×０．５ｍｍの長方形の管が調製される。次いで、管の全長に、蛍光発光ナノ結晶を含む溶液が充填される。次いで、この発光ナノ結晶溶液を硬化させる。次いで、管の中にナノ結晶を閉じ込めるため、管の複数の部分がヒートシールされる。適当には、この充填および封止が不活性雰囲気中で実行される。次いで、管の外面に、バリア層（例えばＳｉＯ2、ＴｉＯ2またはＡｌＯ2）を配置することができる。
【０１４２】
引抜きによって製造されたガラス毛管を使用して、ナノ結晶を含む気密封止された容器を調製することもできる。溶融封止によって、あるいははんだもしくは接着剤または同様の構造物で栓をすることによって、毛管の端が封止される。この毛管には、毛管の容積全体に同じナノ結晶溶液が充填されるように発光ナノ結晶の溶液を充填することができ、または、毛管の全長に沿って異なるナノ結晶が分離されるように、数段階に分けて発光ナノ結晶の溶液を毛管に充填することができる。例えば、第１の発光ナノ結晶溶液を毛管の中へ導入し、次いでこの溶液に隣接して、（例えば毛管を溶融封止し、または毛管に栓をする以外で）シールを配置することができる。次いで、第２の発光ナノ結晶溶液を毛管に加え、次いで再び、その溶液に隣接してシールを配置することができる。気密封止された所望の数の個々のナノ結晶部分が生成されるまで、この工程を必要な回数繰り返すことができる。このようにして、同じ容器の中で発光ナノ結晶の異なる組成物を互いから分離することができ、それによって、発光ナノ結晶の複数の組成物（例えば色）を含む容器を製造することができる。類似の実施形態では、発光ナノ結晶の異なる組成物（例えば異なる色の光を放出する組成物）を導入することができ、したがってそれらを互いに分離された状態で保持することができ、外部の空気および水分から依然として気密封止することができる、多（複数）管腔（ｍｕｌｔｉ−ｌｕｍｅｎ）毛管を使用することができる。
【０１４３】
実施例２
ナノ結晶コンポジット材料の調製
赤色（６３０ｎｍ）および緑色（５３０ｎｍ）光を放出する発光ナノ結晶（例えばＣｄＳｅ／ＺｎＳ）を３重量％濃度でアミノシリコーンポリマー中に混入する。アミノシリコーンポリマーは、３５０センチポアズの粘度を有し、５％のアミノ基と９５％のジメチルシロキサンとを含む。結果として得られる組成物は、約０．８の光学密度と１００μｍの経路長を有する。
【０１４４】
エポキシド架橋剤を加え、材料を硬化させてゴムを形成する。硬化された量子ドット組成物を、次いでボールミルの中に入れ、５０μｍの粉末にする。
【０１４５】
粉末を、次いで２部エポキシの中に約３０％ローディングで混入し、ポリマーを脱気する。ナノ結晶およびエポキシの屈折率は、光の散乱および結果としてのナノ結晶による吸収が最小になるように適当に整合される。
【０１４６】
エポキシ／ナノ結晶混合物をＴＥＦＬＯＮ（登録商標）シート上に厚さ約３００μｍで注型する。硬化させた後で、フィルムを除去する。最終コンポジット材料の光学密度は約０．８ＯＤである。
【０１４７】
本発明の例示的な実施形態が提示された。本発明はこれらの例に限定されない。これらの例は、例示のために本明細書に提示されたのであって、限定のために本明細書に提示されたのではない。当業者には、本明細書に含まれる教示に基づく（本明細書に記載された実施形態の等価、拡張、変形、偏向形態などを含む）代替実施形態が明白であろう。このような代替実施形態は本発明の範囲および趣旨に含まれる。
【０１４８】
本明細書に記載された全ての発表論文、特許および特許出願は、それぞれの個々の発表論文、特許または特許出願は参照によって組み込まれていると個別に明示されたのと同じ程度に、参照によって本明細書に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ−６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ−１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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