(57)【要約】  照明用途用の量子ドット（ＱＤ）構造に関するシステムおよび方法が説明される。特に、量子ドットおよび量子ドット含有インク（異なる波長の量子ドットの混合物を含む。）は、所望の光学特性のために合成され、ＬＥＤ源と一体化されて、三色白色光源を生成する。ＬＥＤ源は、量子ドット含有インクで満たされた小さな毛細管または光学系内に適切に設置された量子ドット含有フィルムを使用することを含む様々な方法で量子ドットと一体化されていてもよい。これらのシステムは、より高い色域、より低い消費電力およびコスト低減を特徴とする向上されたディスプレイをもたらすことができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三色白色光を発生する方法であって、
青色光を放出することが可能な光源からの光を、ホスト材料ならびに、緑色光を放出することが可能な第１の量子ドットおよび赤色光を放出することが可能な第２の量子ドットを含む光学材料であり、前記光学材料内の前記第２の量子ドットに対する前記第１の量子ドットの重量パーセント比は約９：１から約２：１の範囲にある光学材料と接触させること、
前記光源からの光、前記第１の量子ドットからの光および前記第２の量子ドットからの光の組み合わせから三色白色光を発生すること、
を含む方法。
【請求項２】
青色光は約４５０ｎｍから約４６０ｎｍの範囲のピーク中心波長を有し、ならびに光学材料は、約５２０ｎｍから約５４０ｎｍの範囲のピーク中心波長を有する緑色光を放出することが可能な第１の量子ドットおよび約６１５ｎｍから約６３０の範囲のピーク中心波長を有する赤色光を放出することが可能な第２の量子ドットを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ホスト材料内の第１の量子ドットおよび第２の量子ドットの全濃度は、約０．５から約１０重量パーセントの範囲にある、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
光学材料内の第２の量子ドットの重量パーセントに対する第１の量子ドットの重量パーセントの比は、約６対１から約２対１の範囲にある、請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
比は約５対１から約３対１の範囲にある、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
光学材料はさらに散乱体を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項７】
光学材料は約０．１から約１重量パーセントの範囲の量の散乱体を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
光学材料はさらにガラスビーズを含む、請求項１、２または６に記載の方法。
【請求項９】
光学材料は約５から約３０重量パーセントの範囲の量のガラスビーズを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
光学材料はさらにチキソトロピー剤を含む、請求項１、２、６または８に記載の方法。
【請求項１１】
チキソトロピー剤はヒュームド金属酸化物を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
光学材料は約２から約１０重量パーセントの範囲の量のチキソトロピー剤を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
発生した三色光における緑色光に対する青色光の強度の比は約０．７５から４の範囲にあり、ならびに発生した三色光における赤色光に対する緑色光の強度の比は約０．７５から２．０の範囲にある、請求項１または２に記載の方法。
【請求項１４】
三色光の赤色成分および緑色成分の各々は約２５ｎｍから約５０ｎｍの範囲に半値全幅を持つピーク発光を有する、請求項１、２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
三色白色光を発生するための装置であって、
ホスト材料ならびに緑色光を放出することが可能な第１の量子ドットおよび赤色光を放出することが可能な第２の量子ドットを含む光学材料と共に青色光を放出することが可能な光源を含み、前記光学材料内の前記第２の量子ドットに対する前記第１の量子ドットの重量パーセント比は約９：１から約２：１の範囲にある、
装置。
【請求項１６】
青色光は約４５０ｎｍから約４６０ｎｍの範囲のピーク中心波長を有し、ならびに光学材料は、約５２０ｎｍから約５４０ｎｍの範囲のピーク中心波長を有する緑色光を放出することが可能な第１の量子ドットおよび約６１５ｎｍから約６３０の範囲のピーク中心波長を有する赤色光を放出することが可能な第２の量子ドットを含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
光学材料内の第１の量子ドットおよび第２の量子ドットの全濃度は、約０．５から約１０の重量パーセントの範囲にある、請求項１５または１６に記載の装置。
【請求項１８】
光学材料内の第２の量子ドットの重量パーセントに対する第１の量子ドットの重量パーセントの比は約６対１から約２対１の範囲にある、請求項１５または１６に記載の装置。
【請求項１９】
比は約５対１から約３対１の範囲にある、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
光学材料はさらに散乱体を含む、請求項１５または１６に記載の装置。
【請求項２１】
光学材料はさらに約０．１から約１重量パーセントの範囲の量の散乱体を含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
光学材料はさらにガラスビーズを含む、請求項１５、１６または２０に記載の装置。
【請求項２３】
光学材料はさらに約５から約３０重量パーセントの範囲の量のガラスビーズを含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
光学材料はさらにチキソトロピー剤を含む、請求項１５、１６、２０または２２に記載の装置。
【請求項２５】
チキソトロピー剤はヒュームド金属酸化物を含む、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
光学材料はさらに約２から約１０重量パーセントの範囲の量のチキソトロピー剤を含む、請求項２４に記載の装置。
【請求項２７】
装置から発生した三色光内の緑色光に対する青色光の強度の比は約０．７５から４の範囲にあり、ならびに装置から発生した三色光内の赤色光に対する緑色光の強度の比は約０．７５から２．０の範囲にある、請求項１５または１６に記載の装置。
【請求項２８】
三色光の赤色光成分および緑色光成分の各々は約２５ｎｍから約５０ｎｍの範囲に半値全幅を持つピーク発光を有する、請求項１５、１６または２７に記載の装置。
【請求項２９】
第１の量子ドットおよび第２の量子ドットはホスト材料の全体にわたって均一に分散されている、請求項１５または１６に記載の装置。
【請求項３０】
バックライトユニット装置であって、
ホスト材料ならびに緑色光を放出することが可能な第１の量子ドットおよび赤色光を放出することが可能な第２の量子ドットを含む光学材料であり、前記光学材料内の前記第２の量子ドットに対する前記第１の量子ドットの重量パーセント比は約９：１から約２：１の範囲にある光学材料を照射することが可能なように位置した、青色光を放出することが可能な光源を含み、
前記光学材料は、さらに透明光導体の表面に隣接して位置しており、前記第１の量子ドットから放出された緑色光、前記第２の量子ドットから放出された赤色光および前記光源から放出された青色光の一部の組み合わせから三色光が発生されることが可能である、
バックライトユニット装置。
【請求項３１】
光学材料は光導体のエッジ面に隣接して位置する、請求項３０に記載のバックライトユニット装置。
【請求項３２】
光学材料は透明毛細管に含まれている、請求項３１に記載のバックライトユニット装置。
【請求項３３】
光導体のエッジから離れる方向に光学材料から放出された光が、前記光導体のエッジに向けて反射されるように、光反射材料が部分的に毛細管を囲んでいる、請求項３２に記載のバックライトユニット装置。
【請求項３４】
光導体のエッジから離れる方向に光学材料から放出された光が、前記光導体のエッジに向けて反射されるように、光反射材料は前記光導体の上面の一部と接触し、前記光学材料の一部を囲み、ならびに前記光導体の底面の一部と接触する、請求項３３に記載のバックライトユニット装置。
【請求項３５】
光源から放出された光が光学材料に入ることが可能なように、光反射材料は前記光源に隣接する開口を含む、請求項３３または３４に記載のバックライトユニット装置。
【請求項３６】
光導体のエッジから離れる方向に光学材料から放出された光が、前記光導体のエッジに向けて反射されるように、光反射材料は前記光導体の上面の一部と接触し、光源および前記光学材料の一部を囲み、ならびに前記光導体の底面の一部と接触する、請求項３３に記載のバックライトユニット装置。
【請求項３７】
光反射材料は、第１の量子ドットおよび第２の量子ドットからの光を反射する一方、光源からの光が通過することを可能にするショートバンドパスフィルタを含む、請求項３３に記載のバックライトユニット装置。
【請求項３８】
光反射材料は、第１の量子ドットおよび第２の量子ドットからの光を反射する一方、光源からの光が通過することを可能にするショートバンドパスフィルタを含む、請求項３４に記載のバックライトユニット装置。
【請求項３９】
光学材料は光導体の表面に隣接して位置する、請求項３０に記載のバックライトユニット装置。
【請求項４０】
光学材料はフィルムに含まれている、請求項３９に記載のバックライトユニット装置。
【請求項４１】
１つまたは複数の任意の反射シート、拡散プレート、拡散シート、構造化シート、および／または二重輝度向上フィルムをさらに含む、請求項３０に記載のバックライトユニット装置。
【請求項４２】
光学材料は光源と光導体の隣接面との間に位置する、請求項３０に記載のバックライトユニット装置。
【請求項４３】
光源から放出された光は光学材料内に直接入る、請求項４２に記載のバックライトユニット装置。
【請求項４４】
液晶ディスプレイユニットであって、
ホスト材料、緑色光を放出することが可能な第１の量子ドットおよび赤色光を放出することが可能な第２の量子ドットを含む光学材料であり、前記光学材料内の前記第２の量子ドットに対する前記第１の量子ドットの重量パーセント比は約９：１から約２：１の範囲にある光学材料を照射することが可能なように位置した、青色光を放出することが可能な光源を含み、
前記光学材料は、さらに透明光導体の表面に隣接して位置しており、前記第１の量子ドットから放出された緑色光、前記第２の量子ドットから放出された赤色光、および前記光源から放出された青色光の一部の組み合わせから三色光が発生されることが可能である、バックライトユニット装置、および
前記バックライトユニット装置から放出された三色光と光学的に関連して位置する液晶ディスプレイパネル
を含む、液晶ディスプレイユニット。
【請求項４５】
請求項３０に記載のバックライトユニット装置および前記バックライトユニット装置から放出された三色光と光学的に関連して位置する液晶ディスプレイパネルを含む、液晶ディスプレイユニット。
【請求項４６】
量子ドットを含む液体混合物を移動させる方法であって、
容器を、量子ドットを含む前記液体混合物の供給物と接触させること、および量子ドットを含む前記液体混合物が前記容器に送り込まれるように量子ドットを含む前記液体混合物の表面上のガス圧力を増大させること、
を含む方法。
【請求項４７】
容器は毛細管である、請求項４６の方法。
【請求項４８】
量子ドットを含む前記液体混合物の供給物は閉じ込められた環境で存在する、請求項４７の方法。
【請求項４９】
閉じ込められた環境に外部源からガスを押し込むことによって、前記閉じ込められた環境でガス圧力が増大される、請求項４８の方法。
【請求項５０】
毛細管は量子ドットを含む液体混合物で実質的に満たされ、取り外されならびに密閉される、請求項４７の方法。
【請求項５１】
ショートバンドパスフィルタは、約４２０ｎｍから約４８０ｎｍの範囲の波長を有する青色光を選択的に透過することが可能であり、ならびに約４８１ｎｍから約６８０ｎｍの範囲の波長を有する光を選択的に反射することが可能である、請求項３７または３８に記載のバックライトユニット装置。
【請求項５２】
光反射材料は毛細管を部分的に囲む、請求項３３に記載のバックライトユニット装置。
【請求項５３】
光導体に最も近い毛細管の表面は光反射材料を含まない、請求項５２に記載のバックライトユニット装置。
【請求項５４】
約４２０ｎｍから約４８０ｎｍの範囲のショートバンドパスフィルタの透過率は少なくとも９０％である、請求項５１に記載のバックライトユニット装置。
【請求項５５】
約４８１ｎｍから約６８０ｎｍの範囲のショートバンドパスフィルタの透過率は５％以下である、請求項５１または５４に記載のバックライトユニット装置。
【請求項５６】
毛細管は円形断面を有する、請求項３３に記載のバックライトユニット装置。
【請求項５７】
毛細管は四角形断面を有する、請求項３３に記載のバックライトユニット装置。
【請求項５８】
毛細管は正方形断面を有する、請求項５７に記載のバックライトユニット装置。
【請求項５９】
毛細管は長方形断面を有する、請求項５７に記載のバックライトユニット装置。
【請求項６０】
毛細管は台形断面を有する、請求項５７に記載のバックライトユニット装置。
【請求項６１】
光源に最も近い毛細管の表面上に光反射材料が被覆されている、請求項５７に記載のバックライトユニット装置。
【請求項６２】
毛細管の上面および下面上に光反射材料がさらに被覆されている、請求項６１に記載のバックライトユニット装置。
【請求項６３】
毛細管の端部は、毛細管の端部からの光の放出を防ぐための材料で被覆されている、請求項３３に記載のバックライトユニット装置。
【請求項６４】
三色白色光を発生するために青色光を放出することが可能な光源と共に使用するための光学材料であって、
前記光学材料は、ホスト材料ならびに緑色光を放出することが可能な第１の量子ドットおよび赤色光を放出することが可能な第２の量子ドットを含み、前記光学材料内の前記第２の量子ドットに対する前記第１の量子ドットの重量パーセント比は約９：１から約２：１の範囲にある、光学材料。
【請求項６５】
青色光は約４５０ｎｍから約４６０ｎｍの範囲のピーク中心波長を有し、ならびに光学材料は、約５２０ｎｍから約５４０ｎｍの範囲のピーク中心波長を有する緑色光を放出することが可能な第１の量子ドットおよび約６１５ｎｍから約６３０の範囲のピーク中心波長を有する赤色光を放出することが可能な第２の量子ドットを含む、請求項６４に記載の光学材料。
【請求項６６】
請求項６４または６５に記載の光学材料を含む毛細管を含み、前記毛細管は光反射材料によって部分的に囲まれている、レンズ。
【請求項６７】
光反射材料は、第１の量子ドットおよび第２の量子ドットからの光を反射しながら、光源からの光が通過することを可能にするショートバンドパスフィルタを含む、請求項６６に記載のレンズ。
【請求項６８】
ショートバンドパスフィルタは、約４２０ｎｍから約４８０ｎｍの範囲の波長を有する青色光を選択的に透過することが可能であり、ならびに約４８１ｎｍから約６８０ｎｍの範囲の波長を有する光を選択的に反射することが可能である、請求項６７に記載のレンズ。
【請求項６９】
毛細管の長さ方向の１つの表面は光反射材料を含まない、請求項６６に記載のレンズ。
【請求項７０】
約４２０ｎｍから約４８０ｎｍの範囲のショートバンドパスフィルタの透過率は、少なくとも９０％である、請求項６８に記載のレンズ。
【請求項７１】
約４８１ｎｍから約６８０ｎｍの範囲のショートバンドパスフィルタの透過率は、５％以下である、請求項６８または７０に記載のレンズ。
【請求項７２】
毛細管は円形断面を有する、請求項６６に記載のレンズ。
【請求項７３】
毛細管は四角形断面を有する、請求項６６に記載のレンズ。
【請求項７４】
毛細管は正方形断面を有する、請求項６６に記載のレンズ。
【請求項７５】
毛細管は長方形断面を有する、請求項６６に記載のレンズ。
【請求項７６】
毛細管は台形断面を有する、請求項６６に記載のレンズ。
【請求項７７】
光反射材料が、光反射材料を含まない表面の反対側の毛細管の長さ方向の表面の一部上に被覆されている、請求項６９に記載のレンズ。
【請求項７８】
光反射材料は毛細管の上表面および底面上にさらに被覆されている、請求項７７に記載のレンズ。
【請求項７９】
毛細管の端部は、毛細管の端部からの光の放出を防ぐための材料で被覆されている、請求項６６に記載のレンズ。
【請求項８０】
光反射材料を含まない表面の反対側の毛細管の長さ方向の表面は、１つまたは複数の所定の領域の所定の配列が、前記光源から放出された光が前記光学材料に入ることが可能なように、各所定の領域で光源の配置のために被覆されていない状態で、光反射材料で被覆されている、請求項７７に記載のレンズ。
【請求項８１】
青色光は約４５０ｎｍから約４６０ｎｍの範囲のピーク中心波長を有し、ならびに光学材料は、約５２０ｎｍから約５４０ｎｍの範囲のピーク中心波長を有する緑色光を放出することが可能な第１の量子ドットおよび約６１５ｎｍから約６３０の範囲のピーク中心波長を有する赤色光を放出することが可能な第２の量子ドットを含む、請求項３０に記載のバックライトユニット装置。
【請求項８２】
請求項６４または６５に記載の光学材料を含む、レンズ。
【請求項８３】
さらに光導体を含み、光学材料は前記光導体の表面に隣接して配置されている、請求項８２に記載のレンズ。
【請求項８４】
さらに光導体を含み、光学材料は前記光導体のエッジ面に隣接して配置されている、請求項８２に記載のレンズ。
【請求項８５】
透明毛細管内の光学材料は光導体のエッジ面に光学的に結合されている、請求項３２に記載のバックライトユニット装置。
【請求項８６】
光導体は光源と光学材料との間に位置する、請求項３０に記載のバックライトユニット装置。
【請求項８７】
光源は光学材料に光学的に結合されている、請求項３０に記載のバックライトユニット装置。
【請求項８８】
光学材料は少なくとも７０％のＥＱＥを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８９】
光学材料は少なくとも７０％のＥＱＥを有する、請求項１５に記載の装置。
【請求項９０】
光学材料は少なくとも７０％のＥＱＥを有する、請求項３０に記載のバックライトユニット装置。
【請求項９１】
光学材料は少なくとも７０％のＥＱＥを有する、請求項４４に記載の液晶ディスプレイユニット。
【請求項９２】
光学材料は少なくとも７０％のＥＱＥを有する、請求項６４に記載の光学材料。
【請求項９３】
光学材料は少なくとも７０％のＥＱＥを有する、請求項６６または８２に記載のレンズ。
【請求項９４】
毛細管は各端部で密閉されている、請求項６６または８２に記載のレンズ。
【請求項９５】
毛細管は密封されている、請求項６６または８２に記載のレンズ。
【請求項９６】
毛細管は擬似密封されている、請求項６６または８２に記載のレンズ。
【請求項９７】
毛細管の少なくとも一端部はフレーム密閉されている、請求項６６または８２に記載のレンズ。
【請求項９８】
毛細管の少なくとも一端部はガラスで密閉されている、請求項６６または８２に記載のレンズ。
【請求項９９】
毛細管の少なくとも一端部は接着剤で密閉されている、請求項６６または８２に記載のレンズ。
【請求項１００】
本願に示され記載される、方法、機械、製造および組成物の新規で有用な自明でない改良。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、量子ドット（半導体ナノ結晶を含むが、これに限定されない。）を使用する光の発生、ならびに照明用途および光学表示システム用の構造での量子ドットの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、今日の市場における主要なフラットパネルディスプレイ技術である。従来のＬＣＤシステムは、一般にバックライトユニットと呼ばれる光源（例えば、蛍光灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）など）の前の光学部品のネットワークを含む。従来のバックライトユニットは、光がディスプレイパネルに最終的に入る光導体に結合された光源を含む。従来のシステムで採用されるＬＥＤバックライトは、ＬＥＤ源上にＬＥＤ源からわずかに離れた距離に設置された１セットの光学フィルムを含む。とりわけ、ＬＥＤ源と、関連する光学フィルムとの間の適切な距離の選択は、ディスプレイパネルに入る光が適切に最適化されることを確実する。
【０００３】
ＬＣＤの質は、多くの場合、色域図によって測定される。色域は、ディスプレイによって表される色の全スペースを称する。一般に、色域は、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｎ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ（ＣＩＥ）１９３１ＸＹ色図などの図によって示される。この図では、利用可能な色の全範囲は、ｘ軸上の色度およびｙ軸上の明るさまたは輝度によって表される。二次元のＣＩＥプロット上のすべての可視色の全範囲は、図の中心において舌形状の領域によって概して表される。
【０００４】
ディスプレイ装置の色域を増大させることは、色質を高め、より高い知覚された輝度ももたらす。この効果は、ヘルムホルツ−コールラウシュ（Ｈ−Ｋ）効果として知られており、「この輝度を明所視の範囲内で一定に保つ間の、色刺激の純度を増大させることによって生成された知覚された色の輝度の変化」として定義される（ＣＩＥ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．１７．４，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｖｏｃａｂｕｌａｒｙ，Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｂｕｒｅａｕ  ｏｆ  ＣＩＥ，Ｖｉｅｎｎａ，１９８８，ｓｅｃ．８４５−０２−３４，ｐ．５０参照）。この効果は、周囲光の状態による（つまり、効果は、より低い周囲光の状態で向上され、より高い周囲光の状態で減少される。）。
【０００５】
２つの異なるＬＥＤ光源が、ＬＣＤで利用された：（１）赤色、緑色および青色（ＲＧＢ）ＬＥＤの組み合わせ、および（２）白色ＬＥＤ。白色ＬＥＤの使用と比較して、ＲＧＢ  ＬＥＤの使用は、より良好な色域を可能にするだけでなく、実行における著しい複雑さを加える。白色ＬＥＤバックライトの複雑さが減少され、従って、コストが減少されることで、これらの構造により市販のＬＣＤディスプレイの選択が実現することとなった。従って、幾つかの従来のディスプレイは、７０％色域のみ（１９５３年のＮＴＳＣ標準に対して）を有する。さらに、従来のＬＥＤ源には、消費電力を増大させる光学スタックにおいて多数のカラーフィルタを必要とするものもある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＣＩＥ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．１７．４，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｖｏｃａｂｕｌａｒｙ，Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｂｕｒｅａｕ  ｏｆ  ＣＩＥ，Ｖｉｅｎｎａ，１９８８，ｓｅｃ．８４５−０２−３４，ｐ．５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の１つの目的は、実行の容易さをさらに維持しながら、色域を増大および／または消費電力を低下させるなどによってディスプレイシステムの性能を増大させ、従ってより低コストをもたらすことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
下記は、開示の幾つかの態様の基本的な理解をもたらすために単純化された概要を示す。この概要は開示の広範囲な要約ではない。これは、開示の重要または重大な要素を識別するまたは開示の範囲を説明することを意図しない。以下の概要は、以下に提供されるより詳細な説明に対する前置きとして単純化された形態での開示の幾つかの概念を単に提供する。
【０００９】
本開示の実施形態は、光を発生するための量子ドット（例えば、半導体ナノ結晶を含む。）を含む光学材料を対象とする。１つの態様によれば、青色光波長を放出するＬＥＤによって励起される、緑色光波長を放出する量子ドットおよび赤色光波長を放出する量子ドットなどの本発明のある量子ドットの組み合わせは、三色白色光の発生をもたらす。ある態様によれば、三色白色光などの量子ドットによって発生された光は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）ユニットまたは他の光学ディスプレイユニットと組み合わせて使用される。本発明の１つの実行は、例えば、ＬＣＤユニットと共にさらに使用されることが可能なバックライトユニットとして用いるための量子ドット、ＬＥＤ青色光源および光導体の組み合わせである。
【００１０】
従って、本開示の実施形態は、ある所望の放射出力を達成するために使用される量子ドットの混合または組み合わせまたは比を対象とする。このような量子ドットは、適切な励起にさらされた場合に、ある波長の赤色および緑色光を放出することが可能である。さらなる実施形態は、様々な発光用途で使用される量子ドットを含む様々な配合物を対象とする（量子ドットを含む配合物は、「量子ドット配合物」または「光学材料」と本明細書で呼ばれてもよい。）。例えば、量子ドット配合物は、量子ドットインクとして一般に公知の流動性流体の形態をとることが可能である。流動性流体として使用されれば、毛細管などの適切な容器内に流動性流体を入れるための方法が本明細書で提供され、これは、例えば、光導体と組み合わせて使用される。
【００１１】
量子ドット配合物は、物理的構造または他の形態に含まれることも可能である。量子ドット配合物は、例えば、フィルムなどの所望の物理的構造に重合されることが可能なモノマーを含むことが可能である。従って、量子ドットフィルムを作製する方法が本明細書で提供される。
【００１２】
本開示の実施形態は、光導体に、および光導体を介して、発生された光の効率的な進行のための光導体への量子ドット含有装置の様々な結合を含む様々なバックライトユニットの設計をさらに対象とする。ある態様によれば、量子ドットの照明および励起、ならびに光導体におよび光導体を介しての結果として得られる放射の効率的な結合または進行のための方法および装置が提供される。ＬＥＤ内に位置する量子ドットおよびＬＥＤに対する成分を含むバックライトユニットのための実施形態がさらに提供される。本発明のこのようなＬＥＤは、色域を増大させ、より高い認識された輝度を発生するために量子ドットを利用する。
【００１３】
本出願の最後に説明される各請求項は、参照により内容全体がこの概要の欄に組み込まれる。
【００１４】
本明細書で説明される上記および他の態様および実施形態は、すべて本発明の実施形態を構成する。
【００１５】
本発明の任意の特有の態様および／または実施形態について、本明細書で説明される特徴のいずれかが、組み合わせの適合性を確実とするのに適する変形と共に、本明細書で説明される本発明の実施形態の他の態様および／または実施形態の他の特徴のいずれかの１つまたは複数と組み合わせられることが可能であることは、本発明が関係する当業者には理解されるであろう。このような組み合わせは、この開示によって検討される本発明の一部であると考えられる。
【００１６】
上述の一般的な説明および以下の詳細な説明はどちらも例示および説明のためだけであり、請求されるような本発明を限定するものではないことが理解されるべきである。他の実施形態は、本明細書で開示される発明の明細書および実施を検討することにより当業者に明らかになる。
【００１７】
本開示の上述のおよび他の特徴および利点は、添付図面と関連して得られる実例となる実施形態の以下の詳細な説明からより完全に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】開示の種々の態様による毛細管を量子ドット含有インクで満たす方法の実施例を示す。
【図１Ｂ】開示の種々の態様による毛細管を量子ドット含有インクで満たす方法の実施例を示す。
【図２】量子ドット含有バックライトユニット（ＢＬＵ）および白色ＬＥＤ  ＢＬＵの実施形態のスペクトルを示す。
【図３】開示の種々の態様による毛細管の実施例を示す。
【図４】開示の種々の態様による毛細管の実施例を示す。
【図５】開示の種々の態様による毛細管の実施例を示す。
【図６】開示の種々の態様による、量子ドットを含むフィルムにＬＥＤ源を一体化することによって作成される量子ドット含有バックライトの実施例を示す。
【図７Ａ】開示の種々の態様による、ＬＥＤと光導体との間に量子ドットを含む薄い毛細管レンズの挿入を示す。
【図７Ｂ】開示の種々の態様による、光学フィルムスタックへの量子ドットを含むフィルムの挿入を示す。
【図８】開示の種々の態様による、ＬＥＤからの光が毛細管内に進行し、毛細管からの光を光導体内に進行することを可能にするために、毛細管のまわりでの反射材料またはフィルムの使用を示す。
【図９】開示の種々の態様による、ＬＥＤ光を通過するが光導体内に量子ドット発生光を反射するために毛細管の３つの側に設置されたショートバンドパスフィルタの使用を示す。
【図１０】開示の種々の態様による、量子ドット含有ＢＬＵスタック（青色光を放出するＬＥＤによって励起される赤色量子ドットおよび緑色量子ドットを含む。）の輝度プロフィールが、従来の白色ＢＬＵスタックの輝度プロフィールと一致することを示す。
【図１１】開示の種々の態様による、赤色量子ドットおよび緑色量子ドットを含む量子ドットレンズが、高エネルギー青色ＬＥＤ光（約２５ｍＷ／ｃｍ２）および８０℃までの温度を受ける場合に、時間の関数として量子ドット含有レンズＢＬＵの量子効率の変化を示す。
【図１２】異なるピーク中心波長（６３０ｎｍ、６２０ｎｍおよび６１５ｎｍ）に放出を有する赤色発光量子ドットを含む、本明細書で説明されるバックライトユニットの実施例に由来の三色白色光のスペクトルプロフィールを表す。
【図１３】開示の種々の態様による、エッジレンズを備えた光学フィルムスタックを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本開示の実施形態は、励起光と組み合わせて量子ドットを使用して三色白色光を生成することを対象とする。三色白色光は、液晶ディスプレイ用バックライトユニットなどの様々な照明用途で使用される。
【００２０】
量子ドットは、量子閉じ込めから生じる光学特性を有することが可能であるナノメーターサイズの粒子である。量子ドットは、励起放射線を受けた場合に光を放出することが可能である。
【００２１】
量子ドットの特有の組成、構造および／またはサイズは、特有の励起源での励起の際に量子ドットから放出される光の所望の波長を達成するために選択されることが可能である。基本的には、量子ドットは、これらのサイズを変更することによって可視スペクトルにわたって光を放出するために調整されてもよい。Ｃ．Ｂ．Ｍｕｒｒａｙ，Ｃ．Ｒ．Ｋａｇａｎ，ａｎｄ  Ｍ．Ｇ．Ｂａｗｅｎｄｉ，Ａｎｎｕａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｃｉ．，２０００，３０：５４５から６１０が参照され、参照によりこの開示内容全体が本明細書に組み込まれる。
【００２２】
量子ドットは約１から約１０００ナノメーター（ｎｍ）の範囲の平均粒子サイズを有することが可能であり、好ましくは約１から約１００ｎｍの範囲である。ある実施形態において、量子ドットは約１から約２０ｎｍ（例えば、約５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、または２０ｎｍなど）の範囲の平均粒子サイズを有する。ある実施形態において、量子ドットは約１から約１０ｎｍの範囲の平均粒子サイズを有する。量子ドットは約１５０オングストローム（Å）未満の平均直径を有することが可能である。ある実施形態において、約１２から約１５０Åの範囲に平均直径を有する量子ドットは、特に望ましくすることが可能である。しかし、量子ドットの組成、構造および所望の発光波長に応じて、平均直径はこれらの範囲外であってもよい。
【００２３】
好ましくは、量子ドットは半導体ナノ結晶を含む。ある実施形態において、半導体ナノ結晶は、約１から約２０ｎｍの範囲、好ましくは、約１から約１０ｎｍの範囲の平均粒子サイズを有する。しかし、量子ドットの組成、構造および所望の発光波長に応じて、平均直径はこれらの範囲外であってもよい。
【００２４】
量子ドットは１つまたは複数の半導体材料を含むことが可能である。
【００２５】
量子ドット（例えば、半導体ナノ結晶を含む。）に含まれることが可能な半導体材料の例としては、第ＩＶ族元素、第ＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＶ−ＶＩ族化合物、第Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物、三元および四元混合物または合金を含む、上記のいずれかを含む合金および／または上記のいずれかを含む混合物が挙げられるが、これらに限定されない。限定しない例のリストとしては、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＳｅ、ＧａＳｂ、ＨｇＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、Ａ１Ｎ、Ａ１Ｐ、ＡｌＳｂ、ＴＩＮ、ＴＩＰ、ＴＩＡｓ、ＴＩＳｂ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、三元および四元混合物または合金を含む、上記のいずれかを含む合金および／または上記のいずれかを含む混合物が挙げられる。
【００２６】
ある実施形態において、量子ドットは、１つまたは複数の半導体材料を含むコアと、１つまたは複数の半導体材料を含むシェルと、を含むことが可能であり、シェルは、コアの外側表面の少なくとも一部上に、好ましくは全体上に配置されている。コアおよびシェルを含む量子ドットは、「コア／シェル」構造とも呼ばれる。
【００２７】
例えば、量子ドットは、式ＭＸを有するコアを含むことが可能であり、ここで、Ｍは、カドミウム、亜鉛、マグネシウム、水銀、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、またはこれらの混合物であり、Ｘは、酸素、硫黄、セレン、テルル、窒素、燐、ヒ素、アンチモン、またはこれらの混合物である。量子ドットコアとしての使用に適した材料の例としては、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＳｅ、ＧａＳｂ、ＨｇＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、Ａ１Ｎ、Ａ１Ｐ、ＡｌＳｂ、ＴＩＮ、ＴＩＰ、ＴＩＡｓ、ＴＩＳｂ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、三元および四元混合物または合金を含む、上記のいずれかを含む合金および／または上記のいずれかを含む混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２８】
シェルは、コアの組成と同じまたは異なる組成を有する半導体材料とすることが可能である。シェルは、コアの表面上に１つまたは複数の半導体材料を含む保護膜を含むことが可能である。シェルに含まれることが可能な半導体材料の例としては、第ＩＶ族元素、第ＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物、第ＩＶ−ＶＩ族化合物、第Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ族化合物、第ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物、三元および四元混合物または合金を含む、上記のいずれかを含む合金および／または上記のいずれかを含む混合物が挙げられるが、これらに限定されない。例としては、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＯ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＳｅ、ＧａＳｂ、ＨｇＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、Ａ１Ｎ、Ａ１Ｐ、ＡｌＳｂ、ＴＩＮ、ＴＩＰ、ＴＩＡｓ、ＴｌＳｂ、ＰｂＯ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、上記のいずれかを含む合金および／または上記のいずれかを含む混合物が挙げられるが、これらに限定されない。例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅまたはＣｄＳ保護膜は、ＣｄＳｅまたはＣｄＴｅ半導体ナノ結晶上に成長されることが可能である。
【００２９】
コア／シェル量子ドットにおいて、シェルまたは保護膜は１つまたは複数の層を含んでいてもよい。保護膜は、コアの組成と同じまたは異なる少なくとも１つの半導体材料を含むことが可能である。好ましくは、保護膜は約１から約１０の単分子層の厚みを有する。保護膜は、また、１０の単分子層より大きい厚みを有することが可能である。ある実施形態において、１つより多い保護膜がコア上に含まれることが可能である。
【００３０】
ある実施形態において、周囲の「シェル」材料は、コア材料のバンドギャップより大きなバンドギャップを有することが可能である。ある他の実施形態において、周囲のシェル材料は、コア材料のバンドギャップ未満のバンドギャップを有することが可能である。
【００３１】
ある実施形態において、シェルは、「コア」基板に近い原子間隔を有するように選択されることが可能である。ある他の実施形態において、シェルおよびコア材料は同じ結晶構造を有することが可能である。
【００３２】
量子ドット（例えば、半導体ナノ結晶）（コア）シェル材料の例としては、赤色（例えば、（ＣｄＳｅ）ＣｄＺｎＳ（コア）シェル）、緑色（例えば、（ＣｄＺｎＳｅ）ＣｄＺｎＳ（コア）シェルなど）および青色（例えば、（ＣｄＳ）ＣｄＺｎＳ（コア）シェル）が挙げられるが、限定されない。
【００３３】
量子ドットは、球形、棒、ディスク、他の形状および様々な形状の粒子の混合物を含めて様々な形状を有することが可能であるが、これらに限定されない。
【００３４】
量子ドット（例えば、半導体ナノ結晶が挙げられるが、これに限定されない。）を製造する方法の１つの例は、コロイド成長工程である。コロイド成長は、熱い配位性溶媒にＭドナーおよびＸドナーを注入することによって生じる。単分散量子ドットを調製する好ましい方法の１つの例としては、熱い配位性溶媒に注入されたジメチルカドミウムなどの有機金属反応剤の熱分解を含む。これは離散的な核形成を可能にし、巨視的な量の量子ドットの制御された成長をもたらす。注入は、量子ドットを形成するように制御された方法で成長されることが可能な核を生成する。反応混合物は、量子ドットを成長し、アニールするために徐々に加熱されることが可能である。サンプル内の量子ドットの平均サイズおよびサイズ分布の両方は、成長温度に依存する。安定成長を維持するための成長温度は、平均結晶サイズの増大に伴って上昇する。結果として生じる量子ドットは、量子ドットの集合のメンバである。離散的な核形成および制御された成長の結果、得られることが可能な量子ドットの集合は、直径の狭い単分散分布を有する。直径の単分散分布はサイズと呼ばれることも可能である。好ましくは、粒子の単分散集合は、集合中の粒子の少なくとも約６０％が指定された粒子サイズ範囲内にある粒子の集合を含む。単分散粒子の集合は、好ましくは、直径が１５％ｒｍｓ（二乗平均平方根）未満を外れることが好ましく、１０％ｒｍｓ未満であることがより好ましく、５％未満であることが最も好ましい。
【００３５】
オーバーコーティング工程の一例は、例えば、米国特許第６，３２２，９０１号明細書に記載されている。オーバーコーティング中に反応混合物の温度を調整し、コアの吸収スペクトルを監視することによって、高い放出量子効率および狭いサイズ分布を有するオーバーコートされた材料が得られることが可能である。
【００３６】
量子ドット（例えば、半導体ナノ結晶を含む。）の狭いサイズ分布は、狭いスペクトル幅での光放出の可能性を可能にする。単分散半導体ナノ結晶は、Ｍｕｒｒａｙら（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１１５：８７０６（１９９３））；Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ  Ｍｕｒｒａｙの論文および「ＩＩ−ＶＩ量子ドットの合成および特性評価、ならびに３Ｄ量子ドット超格子へのこれらの組み立て」、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，１９９５に詳細に記載されている。上記は、参照によりこれらの開示内容全体が本明細書に組み込まれる。
【００３７】
制御された成長および核形成に続く配位性溶媒内の量子ドットのアニールの方法は、均一な表面誘導体化および規則的なコア構造をもたらすことも可能である。サイズ分布が鋭くなるとともに、温度は安定成長を維持するために上昇されることが可能である。より多くのＭドナーまたはＸドナーを加えることによって、成長期間が短くされることが可能である。Ｍドナーは無機化合物、有機金属化合物、または元素金属とすることが可能である。例えば、Ｍドナーは、カドミウム、亜鉛、マグネシウム、水銀、アルミニウム、ガリウム、インジウム、またはタリウムを含むことが可能であり、Ｘドナーは、Ｍドナーと反応することが可能な化合物を含み、一般式ＭＸを有する材料を形成することが可能である。Ｘドナーは、ホスフィンカルコゲナイド、ビス（シリル）カルコゲニド、二酸素、アンモニウム塩、またはトリス（シリル）プニクタイドなどのカルコゲニドドナーまたはプニクタイドドナーを含むことが可能である。適切なＸドナーとしては、例えば、二酸素、ビス（トリメチルシリル）セレナイド（（ＴＭＳ）２Ｓｅ）、（トリ−ｎ−オクチルホスフィン）セレナイド（ＴＯＰＳｅ）または（トリ−ｎ−ブチルホスフィン）セレナイド（ＴＢＰＳｅ）などのトリアルキルホスフィンセレナイド、（トリ−ｎ−オクチルホスフィン）テルライド（ＴＯＰＴｅ）またはヘキサプロピル燐トリアミドテルライド（ＨＰＰＴＴｅ）などのトリアルキルホスフィンテルライド、ビス（トリメチルシリル）テルライド（（ＴＭＳ）２Ｔｅ）、ビス（トリメチルシリル）スルフィド（（ＴＭＳ）２Ｓ）、（トリ−ｎ−オクチルホスフィン）スルフィド（ＴＯＰＳ）などのトリアルキルホスフィンスルフィド、ハロゲン化アンモニウム（例えば、ＮＨ４Ｃ１）、トリス（トリメチルシリル）ホスフィド（（ＴＭＳ）３Ｐ）、トリス（トリメチルシリル）アルセナイド（（ＴＭＳ）３Ａｓ）、またはトリス（トリメチルシリル）アンチモナイド（（ＴＭＳ）３Ｓｂ）などのアンモニウム塩が挙げられるが、これらに限定されない。ある実施形態において、ＭドナーおよびＸドナーは、同じ分子内の部分とすることが可能である。
【００３８】
配位性溶媒は、量子ドットの成長の制御に役立つことが可能である。配位性溶媒は、ドナー孤立電子対、例えば、成長する量子ドット（例えば、半導体ナノ結晶を含む。）の表面に配位するために利用可能な孤立電子対を有する化合物である。溶媒配位は、成長する量子ドットを安定させることが可能である。配位性溶媒の例としては、アルキルホスフィン、アルキルホスフィンオキシド、アルキルホスホン酸、またはアルキルホスフィン酸が挙げられるが、ピリジン、フランおよびアミンなどの他の配位性溶媒が、また、量子ドット（例えば、半導体ナノ結晶）の製造に適している可能性がある。適切な配位性溶媒のさらなる例としては、ピリジン、トリ−ｎ−オクチルホスフィン（ＴＯＰ）、トリ−ｎ−オクチルホスフィンオキシド（ＴＯＰＯ）およびトリスヒドロキシプロピルホスフィン（ｔＨＰＰ）、トリブチルホスフィン、トリ（ドデシル）ホスフィン、ジブチル−ホスファイト、トリブチルホスファイト、トリオクタデシルホスファイト、トリラウリルホスファイト、トリス（トリデシル）ホスファイト、トリイソデシルホスファイト、ビス（２−エチルヘキシル）フォスフェイト、トリス（トリデシル）フォスフェイト、ヘキサデシルアミン、オレイルアミン、オクタデシルアミン、ビス（２−エチルヘキシル）アミン、オクチルアミン、ジオクチルアミン、トリオクチルアミン、ドデシルアミン／ラウリルアミン、ジドデシルアミントリドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ジオクタデシルアミン、トリオクタデシルアミン、フェニルホスホン酸、ヘキシルホスホン酸、テトラデシルホスホン酸、オクチルホスホン酸、オクタデシルホスホン酸、プロピレンジホスホン酸、フェニルホスホン酸、アミノへキシルホスホン酸、ジオクチルエーテル、ジフェニルエーテル、ミリスチン酸メチル、オクタン酸オクチルおよびオクタン酸ヘキシルが挙げられる。ある実施形態において、工業銘柄ＴＯＰＯが使用されることが可能である。
【００３９】
ある実施形態において、量子ドットは、代わりに、非配位性溶媒を使用して調製されることが可能である。
【００４０】
反応の成長段階中のサイズ分布は、粒子の吸収または輝線の幅を監視することによって評価されることが可能である。粒子の吸収スペクトルの変化に応じた反応温度の変更は、成長中に鋭い粒径分布の維持を可能にする。反応物質は、より大きな結晶を成長するために結晶成長中に核形成溶液に添加されることが可能である。例えば、特有の半導体ナノ結晶平均直径で成長を停止し、半導体材料の適切な組成を選択することによって、ＣｄＳｅおよびＣｄＴｅについて、半導体ナノ結晶の発光スペクトルは、３００ｎｍから５ミクロンまたは４００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲にわたって連続的に調整されることが可能である。
【００４１】
量子ドット（例えば、半導体ナノ結晶を含む。）の粒径分布は、さらに、メタノール／ブタノールなどの量子ドット用の貧溶媒でサイズ選択的析出によって精製されることが可能である。例えば、量子ドットは、ヘキサンにブタノールを１０％溶解した溶液に分散されることが可能である。乳白光を持続するまで、メタノールはこの攪拌溶液に滴下されることが可能である。遠心分離による浮遊物と塊との分離は、サンプル内に最大の微結晶が混入された析出を生成する。光吸収スペクトルのさらなる鮮鋭化がないことが留意されるまで、この手順が繰り返されることが可能である。サイズ選択的析出は、ピリジン／ヘキサンおよびクロロホルム／メタノールを含めて、様々な溶媒／非溶媒ペアで実行されることが可能である。サイズが選択された量子ドット（例えば、半導体ナノ結晶）集合は、好ましくは、平均径から１５％ｒｍｓ以下の偏差、より好ましくは１０％ｒｍｓ以下の偏差、最も好ましくは５％ｒｍｓ以下の偏差を有する。
【００４２】
半導体ナノ結晶および他のタイプの量子ドットは、好ましくはこれに付着されたリガンドを有する。
【００４３】
リガンドは、成長工程中の反応混合物内に含まれ得る配位性溶媒に由来させることが可能である。
【００４４】
リガンドは反応混合物に添加されることが可能である。
【００４５】
リガンドは、量子ドットを合成するための反応混合物に含まれた試薬または前駆体に由来することが可能である。
【００４６】
ある実施形態において、量子ドットは、外側表面に付着された１つより多いタイプのリガンドを含むことが可能である。
【００４７】
成長工程または別の方法に由来するリガンドを含む量子ドット表面は、過剰の競合リガンド基（例えば、配位基が挙げられるが、限定されない。）に繰り返しさらすことによって変更されて、重層を形成することが可能である。例えば、覆われた量子ドットの分散は、ピリジンなどの配位性有機化合物で処理されて、ピリジン、メタノールおよび芳香族化合物内で容易に分散するが、脂肪族溶媒内ではもはや分散しない微結晶を生成することが可能である。このような表面の交換工程は、ナノ粒子の外側表面に配位または結合することが可能な任意の化合物で実行されることが可能であり、例えば、ホスフィン、チオール、アミンおよびフォスフェイトが挙げられるが、これらに限定されない。
【００４８】
例えば、量子ドットは、表面への親和性を示し、懸濁液または分散媒に親和性を有する部分で終端とする短連鎖ポリマーにさらされることが可能である。このような親和性は、懸濁液の安定性を向上し、量子ドットの凝集を妨げる。さらなるリガンドの例としては、アルキルホスフィン、アルキルホスフィンオキシド、アルキルホスホン酸またはアルキルホスフィン酸、ピリジン、フランおよびアミンが挙げられる。より具体的な例としては、ピリジン、トリ−ｎ−オクチルホスフィン（ＴＯＰ）、トリ−ｎ−オクチルホスフィンオキシド（ＴＯＰＯ）およびトリス−ヒドロキシプロピルホスフィン（ｔＨＰＰ）が挙げられるが、これらに限定されない。工業銘柄ＴＯＰＯが使用されることが可能である。
【００４９】
例えば、参照によりこの開示内容全体が本明細書に組み込まれるＪ．Ｍａｒｃｈ，Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙで説明されるように、適切な配位リガンドが商業的に購入されることが可能であり、または通常の合成有機技術によって調製されることが可能である。
【００５０】
光を放出することが可能な量子ドットからの放出は、量子ドットのサイズ、量子ドットの組成、または両方を変えることによって、スペクトルの紫外線、可視または赤外線領域の完全な波長範囲を介して調整されることが可能な狭いガウス放出帯とすることが可能である。例えば、ＣｄＳｅを含む半導体ナノ結晶は、可視領域で調整されることが可能である；ＩｎＡｓを含む半導体ナノ結晶は、赤外線領域で調整されることが可能である。光を放出することが可能な量子ドットの集合の狭いサイズ分布は、狭いスペクトル領域での光の放出をもたらすことが可能である。集合は、単分散とすることが可能であり、好ましくはこのような量子ドットの直径の１５％ｒｍｓ（二乗平均平方根）の偏差未満、より好ましくは１０％未満、最も好ましくは５％未満を示す。約７５ｎｍ以下、好ましくは約６０ｎｍ以下、より好ましくは約４０ｎｍ以下、最も好ましくは約３０ｎｍ以下の，可視で放出するような量子ドットについての半値全幅（ＦＷＨＭ）の狭い範囲でのスペクトル放出が観察されることが可能である。赤外線放出量子ドットは、１５０ｎｍ以下、または１００ｎｍ以下の半値全幅を有することが可能である。放出のエネルギーを用いて表されるように、放出は、０．０５ｅＶ以下、または０．０３ｅＶ以下の半値全幅を有することが可能である。発光量子ドットの直径の分散度が減少するとともに、放出の幅は減少する。
【００５１】
量子ドットは、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、または９０％より大きい放出量子効率を有することが可能である。
【００５２】
量子ドットの狭い半値全幅は、飽和色発光をもたらすことが可能である。単一材料系の全可視スペクトルにわたる広く調整可能な飽和色発光は、いずれかの種類の有機発色団に不適合である（例えば、Ｄａｂｂｏｕｓｉ  ｅｔ  ａｌ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．１０１，９４６３（１９９７）参照、参照によりこの開示内容全体が組み込まれる。）。量子ドットの単分散集合は、波長の狭い範囲に及ぶ光を放出する。
【００５３】
本開示による有用な量子ドットは、赤色光に特有の波長を放出するものを含む。ある好ましい実施形態において、赤色光を放出することが可能な量子ドットは、約６１５ｎｍから約６３０ｎｍの範囲にピーク中心波長および重なりがあるかどうかを問わず中間の任意の波長を有する光を放出する。例えば、量子ドットは、約６３０ｎｍ、約６２５ｎｍ、約６２０ｎｍ、約６１５ｎｍのピーク中心波長を有する赤色光を放出することが可能である。
【００５４】
本発明による有用な量子ドットは、さらに、緑色光に特有の波長を放出するものを含む。ある好ましい実施形態において、緑色光を放出することが可能な量子ドットは、約５２０ｎｍから約５４０ｎｍの範囲にピーク中心波長および重なりがあるかどうかを問わず中間の任意の波長を有する光を放出する。例えば、量子ドットは、約５２０ｎｍ、約５２５ｎｍ、約５３５ｎｍ、約５４０ｎｍのピーク中心波長を有する緑色光を放出することが可能である。
【００５５】
本発明のさらなる態様によれば、量子ドットは、半値全幅（ＦＷＨＭ）で約２５ｎｍから約６０ｎｍの間の範囲に狭い発光プロフィールを示す。本開示の量子ドットの狭い発光プロフィールは、量子ドットの調整および量子ドットの混合を可能にして飽和色を放出し、これによって、従来のＬＥＤ照明ディスプレイを超える色域および出力効率を増大させる。１つの態様によれば、例えば、約５２３ｎｍの主波長を放出するように設計され、例えば、約３７ｎｍの半値全幅を有する発光プロフィールを有する緑色量子ドットが、組み合わせられる、混合される、または例えば約６１７ｎｍの主波長を放出するように設計され、例えば、約３２ｎｍの半値全幅を有する発光プロフィールを有する赤色量子ドットと組み合わせて使用される。このような組み合わせは、青色光によって励起されて、三色白色光を生成することが可能である。
【００５６】
本発明による量子ドットは、所望の有用性に依存する様々な配合物に含まれることが可能である。１つの態様によれば、量子ドットは、含まれる流動性配合物または液体に、例えば、光にさらされる透明容器内に含まれている。このような配合物は、様々な量の１つまたは複数の種類の量子ドットおよび１つまたは複数のホスト材料を含むことが可能である。このような配合物は、さらに、１つまたは複数の散乱体を含むことが可能である。他の任意の添加物または含有物も配合物に含まれることが可能である。ある実施形態において、配合物は、さらに１つまたは複数の光開始剤を含むことが可能である。当業者は、量子ドットについての特有の意図した用途に応じてさらなる含有物が含まれることが可能であることを本開示から容易に認識する。
【００５７】
開示の範囲内の光学材料または配合物は、ホスト材料を含んでいてもよく、約５０重量パーセントから約９９．５重量パーセントの量で、および重なりがあるかどうかを問わず中間の任意の重量パーセントの量で存在していてもよい。ある実施形態において、ホスト材料は、約８０から約９９．５の重量パーセントの量で存在していてもよい。具体的に有用なホスト材料の例としては、ポリマー、モノマー、樹脂、バインダー、ガラス、金属酸化物および他の非ポリマー材料が挙げられるが、これらに限定されない。好ましいホスト材料としては、光の予め選択された波長に対して少なくとも部分的に透明で、好ましくは完全に透明なポリマーおよび非ポリマー材料が挙げられる。ある実施形態において、予め選択された波長は、電磁スペクトルの可視（例えば、４００から７００ｎｍ）領域に光の波長を含むことが可能である。好ましいホスト材料としては、架橋ポリマーおよびソルベントキャストポリマーが挙げられる。他の好ましいホスト材料の例としては、ガラスまたは透明樹脂が挙げられるが、これらに限定されない。特に、非硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、または光硬化性樹脂などの樹脂は、処理可能性の観点から適切に使用される。オリゴマーまたはポリマーのいずれかの形態でのこのような樹脂の具体的な例としては、メラミン樹脂、フェノール樹脂、アルキル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、マレイン酸樹脂、ポリアミド樹脂、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、これらの樹脂を形成するモノマーを含む共重合体などが挙げられるが、これらに限定されない。他の適切なホスト材料は、関連技術における当業者によって識別されることが可能である。
【００５８】
ホスト材料は、また、シリコーン材料を含むことが可能である。シリコーン材料を含む適切なホスト材料は、関連技術における当業者によって識別されることが可能である。
【００５９】
この開示によって検討される本発明のある実施形態および態様において、ホスト材料は光硬化性樹脂を含む。光硬化性樹脂は、ある実施形態において、例えば、組成がパターン化される実施形態において好ましいホスト材料とすることが可能である。光硬化性樹脂としては、反応性ビニル基を含むアクリル酸またはメタクリル酸系樹脂などの光重合可能樹脂、ポリビニルシンナメート、ベンゾフェノンなどの光増感剤を一般的に含む光架橋性樹脂が使用されてもよい。光増感剤が使用されない場合には、熱硬化性樹脂が使用されてもよい。これらの樹脂は、個々にまたは２つ以上の組み合わせで使用されてもよい。
【００６０】
この開示によって検討される本発明のある実施形態および態様において、ホスト材料はソルベントキャスト樹脂を含むことが可能である。ポリウレタン樹脂、マレイン酸樹脂、ポリアミド樹脂、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、これらの樹脂などを形成するモノマーを含む共重合体などのポリマーが、当業者に公知の溶媒に溶解されることが可能である。溶媒の蒸発に際して、樹脂は半導体ナノ粒子用の固体ホスト材料を形成する。
【００６１】
ある実施形態において、ＲａｄｃｕｒｅおよびＳａｒｔｏｍｅｒから市販のアクリレートモノマーおよび／またはアクリレートオリゴマーが好ましいものとすることが可能である。
【００６２】
量子ドットは、カプセル化されることが可能である。有用である可能性があるカプセル化材料、関連方法および他の情報の限定しない例が、２００９年３月４日に出願され、発明の名称が「Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，Ｕｓｅｓ  Ｔｈｅｒｅｏｆ，Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」のＬｉｎｔｏｎの国際出願ＰＣＴ  ＵＳ２００９／０１３７２および２００９年９月９日に出願され、発明の名称が「Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，Ｕｓｅｓ  Ｔｈｅｒｅｏｆ，Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」のＮｉｃｋらの米国特許出願第６１／２４０９３２号明細書に記載されており、この各々は、参照によりこの開示内容全体が本明細書に組み込まれる。
【００６３】
開示の範囲内の光学材料に含まれた量子ドットの全量は、好ましくは約０．１重量パーセントから約１０重量パーセントの範囲内および重なりがあるかどうかを問わず中間の任意の重量パーセントであることが好ましい。光学材料に含まれた量子ドットの量は、量子ドットが含まれている（例えば、フィルム、レンズ（例えば、毛細管）、カプセル化されたフィルムなど）用途および形態に応じて、このような範囲内で変化することが可能であり、特有の最終用途に基づいて選択されることが可能である。例えば、光学材料がより長い経路長を有するより厚い毛細管（例えば、大きなスクリーンテレビ用途用のＢＬＵでなど）で使用される場合には、量子ドットの濃度は０．５％に近くすることが可能である。光学材料がより短い経路長を有するより薄い毛細管で（例えば、モバイルまたは携帯用途用のＢＬＵにおいてなど）使用される場合には、量子ドットの濃度は５％に近くすることが可能である。
【００６４】
光学材料で使用される量子ドットの比は、使用される量子ドットの発光ピークによって決定される。例えば、約５２０ｎｍから約５４０ｎｍの範囲のピーク中心波長および重なりがあるかどうかを問わず中間の任意の波長を有する緑色光を放出することが可能な量子ドット、および約６１５ｎｍから約６３０ｎｍの範囲のピーク中心波長および重なりがあるかどうかを問わず中間の任意の波長を有する赤色光を放出することが可能な量子ドットが、光学材料で使用される場合には、赤色発光量子ドットの重量パーセントに対する緑色発光量子ドットの重量パーセントの比は約９：１から約２：１の範囲および重なりがあるかどうかを問わず中間の任意の比とすることが可能である。
【００６５】
光学材料内の赤色発光量子ドットの重量パーセントに対する緑色発光量子ドットの重量パーセントの上記比は、代わりにモル比として示されることが可能である。例えば、緑色対赤色量子ドットの範囲の上記重量パーセント比は、約２４．７５：１から約５．５から１の範囲の緑色対赤色量子ドットモル比および重なりがあるかどうかを問わず中間の任意の比に相当することが可能である。
【００６６】
青色発光固体無機半導体発光装置（約４５０ｎｍから約４６０ｎｍの範囲にピーク中心波長および重なりがあるかどうかを問わず中間の任意の波長を有する青色光を有する。）を含む、本明細書で説明されるＱＤ含有ＢＬＵによって放出された白色三色光における青色対緑色対赤色光出力強度の比、および重量パーセント比の上記範囲内の緑色発光量子ドットおよび赤色発光量子ドットの混合物を含む光学材料は、この範囲内で変化することが可能である。例えば、これについての青色対緑色光出力強度の比は、約０．７５から約４の範囲とすることが可能であり、これについての緑色対赤色光出力強度の比は、約０．７５から約２．０の範囲とすることが可能である。ある実施形態において、例えば、青色対緑色光出力強度の比は、約１．４から約２．５の範囲とすることが可能であり、緑色対赤色光出力強度の比は、約０．９から約１．３の範囲とすることが可能である。
【００６７】
開示の範囲内の散乱体は、例えば、約０．０１重量パーセントから約１重量パーセントの量で存在していてもよい。このような範囲外の散乱体の量も有用である可能性がある。本明細書で説明される本発明の実施形態および態様で使用されることが可能な光散乱体（本明細書では散乱体または光散乱粒子とも呼ばれる。）の例としては、限定なく、金属または金属酸化物粒子、気泡およびガラスおよび高分子ビーズ（中実または中空）が挙げられる。他の光散乱体は、当業者によって容易に識別されることが可能である。ある実施形態において、散乱体は球形を有する。散乱粒子の好ましい例としては、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＢａＳＯ４およびＺｎＯが挙げられるが、これらに限定されない。ホスト材料と反応せず、ホスト材料内の励起光の吸収経路長を増大させることが可能な他の材料の粒子が使用されることが可能である。ある実施形態において、光散乱体は、より高い屈折率（例えば、ＴｉＯ２、ＢａＳＯ４など）または低い屈折率（ガス気泡）を有していてもよい。
【００６８】
散乱体のサイズおよびサイズ分布の選択は、当業者によって容易に決定可能である。サイズおよびサイズ分布は、散乱粒子、および光散乱体が分散されるホスト材料の屈折率の不一致、およびレーリー散乱理論による散乱される予め選択された波長に基づくことが可能である。散乱粒子の表面は、ホスト材料内の分散性および安定性を向上するためにさらに処理されてもよい。１つの実施形態において、散乱粒子は、約０．０１から約１重量％の範囲の濃度で、０．２μｍの粒子サイズのＴｉＯ２（ＤｕＰｏｎｔのＲ９０２＋）を含む。
【００６９】
配合物内の散乱体の量は、インクが全内部反射による損失を制限するエッジを有する透明容器に含まれる用途で役立つ。散乱体の量は、配合物で使用される量子ドットの量に対して変更されてもよい。例えば、散乱の量が増大される場合には、量子ドットの量は減少されてもよい。
【００７０】
ある実施形態において、量子ドットおよびホスト材料を含む配合物は、量子ドットおよび液状媒体を含むインクから形成されることが可能であり、ここで、液状媒体は、架橋されることが可能な１つまたは複数の官能基を含む組成物を含む。官能基単位体は、例えば、ＵＶ処理、熱処理、または関連技術における当業者によって容易に確認可能な他の架橋技術によって架橋されることが可能である。ある実施形態において、架橋されることが可能な１つまたは複数の官能基を含む組成物は、液状媒体自体とすることが可能である。ある実施形態において、これは共溶媒とすることが可能である。ある実施形態において、これは液状媒体との混合物の成分とすることが可能である。
【００７１】
インクを作製する好ましい方法の特有の１つの例は以下のとおりである。有機溶媒内によく分散された所望の放出特性を有する量子ドットを含む溶液は、所望の濃度を有する量子ドット含有残留物が得られるまで、窒素／真空下で溶媒を最初に取り除くことによってワックスの濃度に濃縮される。所望の樹脂モノマーは、次いで量子ドット比に対する所望のモノマーが達成されるまで窒素条件下で添加される。この混合物は、次いで量子ドットがよく分散されるまで、無酸素条件でボルテックス混合される。樹脂の最終成分が、次いで量子ドット分散液に添加され、次いで微細分散を確実するために超音波混合される。
【００７２】
このような完成したインクから調製された光学材料を含むフィルムは、被覆される表面上に種々様々な方法によってインクを被覆し、次いで完全硬化のための数秒間、極度の照明下でＵＶ硬化されることが可能である。フィルムを調製する方法の例としては、公知である様々なフィルムキャスティング、スピンキャスティングおよびコーティング技術が挙げられるが、これらに限定されない。利用されることが可能な幾つかのコーティング技術の例としては、スクリーン印刷、グラビア、スロット、カーテンおよびビードコーティングが挙げられるが、これらに限定されない。
【００７３】
本明細書で教示される光学材料を含むフィルムを作製するために使用されることが可能な材料の組成および特性評価の一例が、下の表１に述べられる（１つまたは複数のホスト材料および他の含有物と混合された量子ドットの相対量を含む。）。
【００７４】
【表１】
2013539598.tif 000003
【００７５】
１１８ｃＰの粘度を有する特有の量子ドットインク配合物の一例が、下記表２に示されている。この配合物は、毛細管などの透明容器を満たすために使用されてもよい。
【００７６】
【表２】
2013539598.tif 000004
【００７７】
下記表３は、毛細管などの容器を満たす場合の代替となる、より良好な流動性をもたらす約２ｃＰのはるかに低い粘度を有する配合物を示す。
【００７８】
【表３】
2013539598.tif 000005
【００７９】
下記表４は代替の配合物を示す。
【００８０】
【表４】
2013539598.tif 000006
【００８１】
本明細書の他の部分で検討されるように、ガラスビーズ、チキソトロピー剤などの他の成分が、粘度および収縮を制御するために光学材料にさらに含まれることが可能である。
【００８２】
約１５から約２５ミクロンの範囲の平均直径を有するガラスビーズが、好ましいものとすることが可能である。配合物中のガラスビーズの量は、約１０％から約４０％で変化することが可能である。一般的に、３０％が使用される。しかし、他のサイズおよびこれらの好ましい範囲外のガラスビーズの量が、特定の用途に基づいて使用されることが可能である。
【００８３】
チキソトロピー剤の例としては、ヒュームド金属酸化物（例えば、表面処理可能または未処理のヒュームドシリカ（Ｃａｂｏｔ社から入手可能なＣａｂ−Ｏ−Ｓｉｌ（商標）ヒュームドシリカ製品など）、ヒュームド金属酸化物ゲル（例えば、シリカゲル）が挙げられるが、これらに限定されない。光学材料は、約２から約１０重量パーセントの範囲の量のチキソトロピー剤を含むことが可能である。範囲外の他の量も有用または望ましいと決定されてもよい。
【００８４】
量子ドットインクは、当業者に公知の任意の従来の方法を使用して容器を満たすまた別の方法で占有するために使用されることが可能である。本開示の１つの特有の態様によれば、圧力差が、ある容器から別の容器に量子ドットインクの量を移動させるために使用されることが可能である。例えば、図１Ａを参照して、量子ドットインクの量は、セプタムで覆われたガラスビンまたは溜まり容器に含まれることが可能である。より大きなゲージ針が、次いでセプタムを介してガラスビンに導入される。毛細管は、次いで針を介してガラスビンに、ガラスビンの底で量子インクに導入される。針は次いで取り除かれ、セプタムは毛細管を取り囲む。注射器に付着された加圧針が、次いでセプタムを介して導入される。空気が、次いでガラスビン内の圧力を増大させる注射器を使用してガラスビンに導入され、毛細管に順に量子ドットインクを押し込む。その後、満たされた毛細管は、量子インク供給部およびガラスビンから取り除かれ、各端部で密閉される。取り除きに続いて、密封された毛細管に含まれたインクは硬化される。または、インクは密閉に先立って硬化されることが可能である。
【００８５】
ある実施形態において、例えば、上記説明された方法による量子インクで満たされた毛細管は、ガラスビンから取り除かれ、窒素雰囲気でＵＶ硬化される。
【００８６】
ある実施形態において、例えば、インクは、水銀ＵＶＢバルブを備えたＤｙｍａｘ５００ＥＣ  ＵＶ  Ｃｕｒｉｎｇ  Ｆｌｏｏｄ  Ｓｙｓｔｅｍで硬化されることが可能である。このような場合には、ランプ強度（ランプ筐体から約７インチ離れて３３ｍＷ／ｃｍ２で測定された。）は、各側でランプ筐体から７インチ離れて維持される間に、毛細管が１０から１５秒間硬化される状態で特に有効とすることが可能である。硬化後に、毛細管のエッジが密閉されることが可能である。
【００８７】
ある実施形態において、密閉は、毛細管の一方または両端または両エッジを密閉するために、光学接着剤を使用することを含むことが可能である。例えば、一滴の光学接着剤が、毛細管の各エッジに設置され、硬化されることが可能である。光学接着剤の一例としては、Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｏｐｔｉｃｓ．から入手可能なＮＯＡ−６８Ｔが挙げられるが、これに限定されない。例えば、このような一滴の接着剤が、毛細管の各エッジに設置され、硬化されることが可能である（例えば、Ｒｏｌｅｎｃｅ  Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ  Ｍｏｄｅｌ  Ｑ−Ｌｕｘ−ＵＶ  ｌａｍｐで２０秒間）。
【００８８】
ある実施形態において、密閉は、毛細管の１つまたは両端または両エッジを密閉するためにガラスを使用することを含むことが可能である。これは、ガラスが流れ、次いで密閉が終了するまで、一時的に硬化された量子ドットインクで満たされた毛細管を酸素／Ｍａｐｐガス炎との短時間の接触をもたらすことによって行われることが可能である。酸素水素炎が、他の混合ガス炎と同様に使用されてもよい。熱も、直火の必要がなくなるレーザーによって供給されてもよい。ある実施形態において、未硬化の量子ドットインクで満たされた毛細管の両端が密閉されることが可能であり、インクが次いで密閉された毛細管内で光硬化されることを可能にする。
【００８９】
ある実施形態において、毛細管は密封されており、つまり、ガスおよび水分を通さない。
【００９０】
ある実施形態において、毛細管は擬似密封されており、つまり、ガスおよび水分を部分的に通さない。
【００９１】
他の関連技術は、毛細管の端またはエッジを密閉するために使用されることが可能である。
【００９２】
他の実施形態において、毛細管は、毛細管にインクを引くために真空を適用することによって満たされることが可能である。真空の適用によって毛細管を満たすための設定の一例が、図１Ｂに示されている。毛細管は、一端で密閉され（例えば、限定されないが、燃料／酸素炎で）、気密容器内で開口端を下にして設置される。多数の毛細管が、同じ容器に同時に装填されることが可能である。この容器に、毛細管の開口端を浸すのに十分な量子ドットインクが添加され、容器が密閉される。真空が適用され、系の圧力が、例えば１から１０００ミリトールの範囲のどこかで低下される。容器は、次いで毛細管を満たす窒素で再加圧される。空気も容器を再加圧するために使用されてもよい。ガス（０から６０ｐｓｉ）のわずかな過度の圧力が、この方法によって毛細管を満たすことを急がせる。毛細管は、次いで溜まり容器から取り除かれ、さらなる使用の前に過剰インクを一掃する。
【００９３】
本明細書で教示される本発明のある態様および実施形態において、硬化された量子ドットインク含有インクを含むレンズは、光学材料の光輝性効率を増大させるのに十分な期間、光束にさらされる。
【００９４】
ある実施形態において、光学材料は、光学材料の光輝性効率を増大させるのに十分な期間、光および熱にさらされる。
【００９５】
好ましいある実施形態において、光または光および熱にさらすことは、光輝性効率が実質的に一定の値に達するまである期間継続される。
【００９６】
１つの実施形態において、例えば、レンズが量子ドット含有インクで満たされ、硬化され、密閉された後（硬化および密閉ステップが行われる順序にかかわらず）、レンズは、約２５から８０℃の範囲の温度で、インクの光輝性効率を増大させるのに十分な期間、約３６５ｎｍから約４７０ｎｍの範囲の波長を有する２５から３５ｍＷ／ｃｍ２の光束にさらされる。１つの実施形態において、例えば、光は、約４５０ｎｍの波長を有し、光束は３０ｍＷ／ｃｍ２であり、温度は８０℃であり、露光時間は３時間である。
【００９７】
毛細管の一例が、対応する寸法で図３に示される。
【００９８】
本開示による量子ドットも、例えば、構造の製造中に含有物として含まれることなどによって様々な構造に含まれることが可能である。このような構造は、照明装置で使用される様々なフィルムを含む。他の構造および装置は、分散または埋め込まれた量子ドットを含む光学的透明成分、バリア材料間にはさまれ、密閉された量子ドットを含むフィルム、バリア材料によって完全にカプセル化された量子ドットを含むフィルムを含む。
【００９９】
ある好ましい実施形態において、バリア材料は、少なくとも、レンズに、およびレンズから入る光の所定の波長を有する光に対して光学的に透明である。ある実施形態において、バリア材料は、レンズに、およびレンズから入る光の少なくとも所定の波長に対して少なくとも９０％光学的透明である。ある実施形態において、バリア材料は、レンズに、およびレンズから入る光の少なくとも所定の波長に対して少なくとも９５％光学的透明である。ある実施形態において、バリア材料は、レンズに、およびレンズから入る光の少なくとも所定の波長に対して少なくとも９９％光学的透明である。
【０１００】
ある好ましい実施形態において、バリア材料は、レンズの光学特性を実質的に変更するように黄色にならないまたは変色しない。
【０１０１】
ある好ましい実施形態において、バリア材料は、部分的にまたは完全にレンズの有益な寿命の間に薄い層に裂けない。
【０１０２】
ある好ましい実施形態において、バリア材料の特性は、光学材料の外部量子効率に最小の影響を及ぼす。
【０１０３】
ある好ましい実施形態において、バリア材料は、光学材料および光学材料の外部量子効率に悪影響でない条件で形成されることが可能である。
【０１０４】
バリア材料は、好ましくは、酸素を実質的に通さない材料である。ある実施形態において、バリア層は、酸素および水を実質的に通さない。光学材料におけるバリア材料の含有は、光学材料が環境影響から別途保護されない実施形態においては望ましい可能性がある。
【０１０５】
適切なバリアフィルムまたはコーティングの例としては、限定なく、硬質金属酸化物コーティング、薄いガラス層およびＶｉｔｅｘ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社から入手可能なＢａｒｉｘコーティング材が挙げられる。他のバリアフィルムまたはコーティングが、当業者によって容易に確認されることが可能である。
【０１０６】
本明細書で説明される本開示および本発明に関して有用である可能性があるさらなる情報が、２００９年５月６日に出願されたＣｏｅ−Ｓｕｌｌｉｖａｎらの発明の名称「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ａｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，Ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００２７９６；２００９年５月６日に出願されたＣｏｅ−Ｓｕｌｌｉｖａｎらの発明の名称「Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｃｏｎｆｉｎｅｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，Ａｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｆｏｒ  Ａ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｖｉｃｅ，  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００２７８９；２０１０年４月２８日に出願されたＭｏｄｉらの発明の名称「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／３２８５９；２０１０年４月２８日に出願されたＭｏｄｉらの発明の名称「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／３２７９９；２００８年６月２５日に出願されたＬｉｎｔｏｎらの発明の名称「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ  Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌ」の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００７９０１；２００８年９月１２日に出願されたＣｏｅ−Ｓｕｌｌｉｖａｎらの発明の名称「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ａｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，Ｄｅｖｉｃｅｓ，  Ａｎｄ  Ｏｔｈｅｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ」の米国特許出願第１２／２８３６０９；２００８年９月１２日に出願されたＢｒｅｅｎらの発明の名称「Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００８／１０６５１；２００９年７月２８日に出願されたＢｒｅｅｎらの発明の名称「Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｌｉｇａｎｄ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００４３４５；２００９年８月１４日に出願されたＬｉｎｔｏｎらの発明の名称「Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ａｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｆｏｒ  Ａ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ，  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」の米国特許出願第６１／２３４１７９号明細書；２００９年１０月１９日に出願されたＬｉｎｔｏｎらの発明の名称「Ａｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｓａｍｅ，ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｆｏｒ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｓａｍｅ」の米国特許出願第６１／２５２７４３号明細書；２００９年１２月３０日に出願されたＬｉｎｔｏｎらの発明の名称「Ａｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｓａｍｅ，Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｆｏｒ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｓａｍｅ」の米国特許出願第６１／２９１０７２号明細書；および２００７年１１月２１日に出願されたＣｌｏｕｇｈらの発明の名称「Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ａ  Ｇｒｏｕｐ  ＩＩＩａ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ａｎｄ  Ａ  Ｇｒｏｕｐ  Ｖａ  Ｅｌｅｍｅｎｔ，Ｍｅｔｈｏｄ，Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，Ｄｅｖｉｃｅ  Ａｎｄ  Ｏｔｈｅｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ」の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０２４３２０に含まれており、上記の各々は、参照によりこの開示内容全体が本明細書に組み込まれる。
【０１０７】
以下の実施例は、本開示の代表であるとして述べられる。これらの実施例は、これらおよび他の等価な実施形態が本開示、図および添付の請求の範囲を考慮して明らかになるとともに、開示の範囲を限定するとして解釈されることはない。
【実施例】
【０１０８】
［実施例１］
青色ＬＥＤ、および赤色量子ドットおよび緑色量子ドットの混合物を使用する三色白色光源
三色白色光源が、以下に説明されるようにフィルムを使用して作成され、５２３ｎｍのピーク中心波長および３７ｎｍの半値全幅を有する緑色量子ドット、６１７ｎｍのピーク中心波長および３２ｎｍの半値全幅を有する赤色量子ドット、および約４５０ｎｍのピーク発光を有し、直接発光構造内に配置された青色ＬＥＤを含む。ＬＥＤからの青色光は、緑色量子ドットおよび赤色量子ドットの混合物を励起するために使用された。対照の白色ＬＥＤ源のスペクトルと共に量子ドット混合物の発光スペクトルが、図２に示されている（対照の白色ＬＥＤ源は、Ｓｈａｒｐ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓのメーカー部品Ｎｏ．ＧＭ５ＢＷ９７３３３Ａ（説明：ＬＥＤ  Ｗｈｉｔｅ  １１５０００Ｋ  ２０  ＭＡ  ３．２Ｖ  ＰＬＣＣ４）である。）。
【０１０９】
赤色量子ドットおよび緑色量子ドットは、下記手順に従って一般的に調製された。
【０１１０】
緑色光を放出することが可能な半導体ナノ結晶の調製：
ＺｎＳｅコアの合成：ジエチル亜鉛７．０ｍｍｏｌをトリ−ｎ−オクチルホスフィン５０ｍＬに溶解し、１ＭのＴＢＰ−Ｓｅ１０ｍＬと混合した。オレイルアミン０．３７４ｍｏｌを２５０ｍＬの三ツ口フラスコに投入し、９０℃で１時間乾燥、脱気した。脱気後に、フラスコを窒素下で３１０℃に加熱した。一旦温度が３１０℃に達したら、Ｚｎ溶液を注入し、溶液の一定分量を取ってナノ結晶の成長を周期的に監視しながら、反応混合物を２７０℃で１５から３０分間加熱した。一旦ナノ結晶の第１の吸収ピークが３５０ｎｍに達したら、フラスコ温度を１６０℃に落とすことによって反応を停止し、ＣｄＺｎＳｅコアの調製のためのさらなる精製なしでＺｎＳｅコア材料を使用した。
【０１１１】
ＣｄＺｎＳｅコアの合成：ジメチルカドミウム２２．４ｍｍｏｌを、トリ−ｎ−オクチルホスフィン８０ｍＬに溶解し、１ＭのＴＢＰ−Ｓｅの２４ｍＬと混合した。１Ｌのガラス反応器内に、トリオクチルホスフィンオキシド０．７７６ｍｏｌおよびオクタデシルホスホン酸４２ｍｍｏｌを投入し、１２０℃で１時間乾燥、脱気した。脱気後に、酸化物／酸を、窒素下で１６０℃に加熱し、全ＺｎＳｅコア反応混合物（上記参照）を１Ｌの反応器内に１６０℃でカニューレ移動し、直ちに注射器ポンプを介して２０分間にわたってＣｄ／Ｓｅ溶液を添加した。次いで、溶液の一定分量を取ってナノ結晶の成長を周期的に監視しながら、反応混合物を１６から２０時間、１５０℃で加熱した。一旦ＣｄＺｎＳｅコアの発光ピークが４８０ｎｍに達したら、混合物を室温に冷却することによって反応を停止した。メタノールおよびｎ−ブタノールの２：１混合物を添加することによって、窒素雰囲気のグローブボックスの内部の成長溶液からＣｄＺｎＳｅコアを析出した。分離したコアを次いでヘキサンに溶解し、コア／シェル材料を作製するために使用した。
【０１１２】
ＣｄＺｎＳｅ／ＣｄＺｎＳコア／シェルナノ結晶の合成：トリオクチルホスフィンオキシド０．７２ｍｏｌおよび３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジルホスホン酸７０ｍｍｏｌを、１Ｌのガラス反応器に投入した。混合物を、次いで１２０℃に約１時間加熱することによって反応器内で乾燥、脱気した。反応器を次いで７５℃に冷却し、分離したＣｄＺｎＳｅコア（２．７４ｍｍｏｌのＣｄ含有量）を含むヘキサン溶液を反応混合物に添加した。減圧下でヘキサンを取り除いた。ジメチルカドミウム、ジエチル亜鉛およびヘキサメチルジシラチアンを、Ｃｄ、ＺｎおよびＳ前駆体としてそれぞれ使用した。Ｓが、結合されたＣｄおよびＺｎに対して等モルである一方、ＣｄおよびＺｎを３：１０の比で混合した。Ｃｄ／Ｚｎ（ジメチルカルシウムおよびジエチル亜鉛の７．２／１６．９ｍｍｏｌ）およびＳ（ヘキサメチルジシラチアンの２４．２ｍｍｏｌ）サンプルを、各々、窒素雰囲気のグローブボックスの内部のトリオクチルホスフィン４０ｍＬに溶解した。一旦前駆体溶液を調製したら、反応器を窒素下で１５０℃に加熱した。前駆体溶液を、注射器ポンプを使用して１５０℃で２時間滴下した。シェルの成長後に、ナノ結晶を窒素雰囲気のグローブボックスに移動し、メタノールおよびイソプロピルアルコールの３：１混合物を添加することによって成長溶液から析出した。分離したコア／シェルナノ結晶を次いでヘキサンに溶解し、量子ドット複合材料を作製するために使用した。材料仕様は以下のとおりだった：放出＝５２３ｎｍ；半値全幅＝３７ｎｍ；ＱＹ＝トルエン中で７３％。
【０１１３】
３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジルホスホン酸を用いる、赤色光を放出することが可能な半導体ナノ結晶の調製
ＣｄＳｅコアの合成：酢酸カドミウム２６．２３ｍｍｏｌを、２５０ｍＬの三ツ口フラスコ丸底フラスコ内で１００℃でトリ−ｎ−オクチルホスフィン２３５．４  ｍｍｏｌに溶解し、次いで１時間乾燥、脱気した。トリオクチルホスフィンオキシド４６５．５  ｍｍｏｌおよびオクタデシルホスホン酸５９．８  ｍｍｏｌを０．５Ｌのガラス反応器に添加し、１４０℃で１時間乾燥、脱気した。脱気後に、Ｃｄ溶液を酸化物／酸を含む反応器に添加し、混合物を窒素下で２７０℃に加熱した。一旦温度が２７０℃に達したら、トリ−ｎ−ブチルホスフィン２４３ｍｍｏｌをフラスコに注入した。混合物の温度を次いで２９５℃に上昇し、そこで、１．５ＭのＴＢＰ−Ｓｅ６０  ｍＬを次いで急速に注入した。反応混合物の温度を２７０℃で２分間で下げ、次いで、加熱マントルを反応フラスコから取り除き、装置を２つのエアガンによって冷却した。ナノ結晶の第１の吸収ピークは５６０ｎｍであった。メタノールおよびイソプロピルアルコールの３：１混合物を添加することによって窒素雰囲気のグローブボックスの内部の成長溶液からＣｄＳｅコアを析出した。分離したコアを次いでヘキサンに溶解し、コア／シェル材料を作製するために使用した。
【０１１４】
ＣｄＳｅ／ＣｄＺｎＳコア／シェルナノ結晶の合成：トリオクチルホスフィンオキシド５１７．３  ｍｍｏｌおよび３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジルホスホン酸４８．３  ｍｍｏｌを、０．５Ｌのガラス反応器に投入した。混合物を次いで１２０℃で約１時間加熱することによって反応器内で乾燥、脱気した。反応器を次いで７０℃に冷却し、分離されたＣｄＳｅコア（１．９８ｍｍｏｌのＣｄ含有量）を含むヘキサン溶液を反応混合物に添加した。ヘキサンを減圧下で取り除いた。ジメチルカドミウム、ジエチル亜鉛およびヘキサメチルジシラチアンを、Ｃｄ、ＺｎおよびＳ前駆体としてそれぞれ使用した。Ｓが、ＣｄおよびＺｎに対して２倍を超える一方、ＣｄおよびＺｎを等モルの比で混合した。Ｃｄ／Ｚｎ（ジメチルカルシウムおよびジエチル亜鉛の６．８２ｍｍｏｌ）およびＳ（ヘキサメチルジシラチアンの２７．３ｍｍｏｌ）サンプルを、各々窒素雰囲気のグローブボックスの内部のトリオクチルホスフィン８０ｍＬに溶解した。一旦前駆体溶液を調製したなら、反応フラスコを窒素下で１５５℃に加熱した。前駆体溶液を、注射器ポンプを使用して１５５℃で２時間滴下した。シェルの成長後に、ナノ結晶を、窒素雰囲気のグローブボックスに移動し、メタノールおよびイソプロピルアルコールの３：１混合物を添加することによって成長溶液から析出した。分離したコア／シェルナノ結晶を、次いでトルエンに溶解し、量子ドット複合材料を作製するために使用した。材料仕様は、以下のとおりだった：Ａｂｓ＝６００ｎｍ；放出＝６１７ｎｍ；半値全幅＝３２ｎｍ；ＱＹ＝トルエン中で７８％。
【０１１５】
フィルムを調製する際に使用される配合物は、以下の成分を指定された量で含んでいた：
【０１１６】
【表５】
2013539598.tif 000007
【０１１７】
フィルム調製の説明およびフィルム特性は、以下のとおりである：
【０１１８】
【表６】
2013539598.tif 000008
【０１１９】
硬化されたフィルムは、ケアリーによって測定して、５３５ｎｍ（半値全幅３７）および６２９ｎｍ（半値全幅３８）でピーク発光を有していた。
【０１２０】
フィルムを、ＣＰ  Ｆｉｌｍｓ社からのＣＦ−１００バリアフィルム上に覆った。
【０１２１】
ＬＣＤ設計者に興味深い製品設計パラメータは、色域および出力効率である。ピーク光三原色（ＲＧＢ）透過波長に関連して量子ドット放出を合わせることは、最大の有用な色域をできるだけ達成するのに重要である。
【０１２２】
緑色対赤色量子ドットの重量パーセントの比を、混合物を生成するために使用される赤色量子ドットおよび緑色量子ドットのピーク発光波長の選択によって主として操作する。ピーク発光波長の選択を、次いで製品設計パラメータによって操作する。
【０１２３】
カラーフィルタ透過窓で量子ドット放出を相互に最適化することによって、色域をさらに増大することが可能である。
【０１２４】
より低い波長赤色量子ドット、例えば、選択された６３０ｎｍの赤色量子ドットの代わりに６２０ｎｍおよび／または６１５ｎｍでピーク中心発光を有する赤色量子ドットを選択することによって、このディスプレイの出力効率を増大することが可能である。出力効率の増大は、色域の低下をもたらす可能性がある。
【０１２５】
ある態様によれば、赤色量子ドットのピーク中心波長を変更する場合には、緑色対赤色量子ドットの比を、スクリーンの前方で同じ色ポイントを達成するために変更してもよい。本発明の様々な実施形態で使用される好ましい緑色対赤色量子ドットの重量パーセント比の例としては、約３．５：１から約５．５：１の範囲の比が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１２６】
［実施例２］
青色ＬＥＤ、および赤色量子ドットおよび緑色量子ドットの混合物を使用するバックライトユニット
開示のある実施形態に従って、光導体内におよび光導体を介しての透過用の三色白色光を発生するために量子ドットを利用するバックライトユニットを提供する。バックライトユニットは、白色ＬＥＤと比較してより高い色域およびより良好な出力効率をもたらす。量子ドットは、光導体の表面に類似する寸法を有して、これに隣接するフィルムに存在していてもよく、あるいはこれらは、光導体のエッジに類似する寸法を有して、これに隣接する毛細管または他の容器に存在していてもよい。本明細書で説明されるように量子ドットによって発生した光は、光導体のエッジまたは光導体の表面を介して透過されることが可能である。図６に示される量子ドットフィルムを利用する１つの実施形態によれば、量子ドットバックライトユニットスタックが表され、ＬＥＤ源（導光反射シートを備えた青色ＬＥＤ源として本明細書に示されている。）からの光は、バックライトの底に位置する。好ましくは、光源は、量子ドットフィルム（示されるように）から一定間隔で配置されている。拡散プレートは、量子ドットフィルムに隣接して設置される。１つまたは複数の拡散シートが、拡散プレートに隣接して設置されることが可能である。フィルムの１つまたは複数の他の機能シート（例えば、光偏光フィルム、反射偏光子、または二重輝度向上フィルム、および／または構造化フィルム（例えば、プリズム特性を含むことが可能である。）は、また、スタックに含まれることが可能である。
【０１２７】
ＬＥＤからの青色光が、量子ドット含有フィルムを直接通過し、ここで、緑色および赤色光の所定量が、残留する青色光と混合されて三色白色光を生成する。限定されないが、例えば、拡散プレート、１つまたは複数の拡散シート、および場合により他の機能シートまたはフィルムを含む光学フィルムスタックが、量子ドット含有フィルム上に設置される。この構成は、直接発光構造と呼ばれてもよい（図が、３つの拡散シートを含む光学フィルムスタックの例を示す一方、他の数の拡散シートおよび／または様々な数およびタイプの機能シートまたはフィルムを含む他の光学フィルムスタック構造を、当業者によって使用されることが可能である。）。
【０１２８】
青色ＬＥＤからの光は、量子ドットフィルムを励起することができ、励起の際に、次いで、拡散プレートを介して透過される可能性がある白色光を放出する。拡散プレートを介して透過された光は、ほとんどランバート白色源として抜け出る。この一様に分布された光は、光が法線に向けてさらに平行にされる可能性がある１つまたは複数の拡散シートを介して伝わることができる。最後に、平行にされた光は、ディスプレイパネルに入る前にスタックの外側層上で反射偏光子（またはＤＢＥＦ）を介して伝わることができる。
【０１２９】
図２は、量子ドットフィルム／青色ＬＥＤの組み合わせ（一般的に、実施例１で説明されるように）および対照の白色ＬＥＤ（実施例１で説明されるように）のスペクトルを比較する。図２に示されるように、狭周波数帯量子ドットエミッタの使用は、従来のＬＣＤディスプレイで使用されるカラーフィルタを使用することで起きてしまう電力損失を最小限とする可能性がある。量子ドットＢＬＵを備えた色マップ上の所定の色ポイントに到着するために、使用された量子ドットのピーク中心波長を検討することに加えて、異なる色の量子ドットの比および濃度を、本発明の態様に応じて変更することが可能である。
【０１３０】
さらなる態様によれば、ディスプレイシステムで採用される光学フィルムスタックおよびカラーフィルタを、量子ドットバックライトユニットに関連して使用された場合に所定の色ポイントを達成することが望まれるように変更することが可能である。例えば、ＬＥＤバックライトに量子フィルムを一体化する場合には、従来の直接発光バックライトの存在する輝度プロフィールおよび色変化の仕様が検討される。所望の性能については、量子ドットバックライトの色ポイントは、スクリーン（つまり、ＬＣＤパネルを通過する白色光の色は一致しなければならない。）の前方で、従来のＬＥＤ白色バックライトである対照の白色ポイントに一致することが可能である。基準点として、典型的なテレビパネルにおける白色光源のスクリーン［ＣＩＥ  ＸＹ］座標の典型的な正面は、０．２８、０．２８である。
【０１３１】
光学フィルムの厚みは、約０．１から約５００ミクロンとすることが可能である。しかし、この範囲外の厚みは、バックライトユニット装置および／またはこれが使用される用途の特有の設計および使用に基づいて使用されることが可能である。例えば、光学フィルムの厚みは、用途に応じて、約５０ミクロンから５００ミクロンの間で変化することが可能である。光学フィルムは、特有のディスプレイの寸法または検討される他の用途と一致するために切断されることが可能である。
【０１３２】
［実施例３］
青色ＬＥＤ、および赤色量子ドットおよび緑色量子ドットの混合物を使用して、三色白色光を生成する一般的方法
細長い青色ＬＥＤがバックライト内に設けられている。青色ＬＥＤの好ましいピーク中心波長は、４５０±５ｎｍである。ＬＥＤからの青色光が緑色チャンネルに漏れるため、４６０ｎｍを越える青色波長を増大させると色域が低減する。
【０１３３】
適切な比で混合される緑色量子ドットおよび赤色量子ドットの混合物は、レンズまたはフィルムを介して設けられている。レンズの場合には、レンズは、ＬＥＤと光導体フィルムまたはプレートとの間に挿入される。フィルムの場合には、これは、光学フィルムスタックの一部として挿入される。エッジレンズの場合の光学フィルムスタックの説明が、図１３に示されている。
【０１３４】
緑色対赤色量子ドットの比が、スクリーン色ポイントの所望の正面を達成するために選択される。ある実施形態において、緑色対赤色量子ドットの重量パーセントの比は、例えば、約３．５：１から５．５：１に変化することが可能である。図１２は、バックライト由来の三色白色光のスペクトラルプロフィールを示す。光の白色度を説明するＣＩＥ  ｘ、ｙ座標は、範囲０．２７±０．０１、０．２３５±０．００５に収まる。バックライトからの白色光は、カラーフィルタを有するパネルを通過する。パネル（「スクリーンの正面」と呼ばれる。）から出てくる結果として得られる白色光は、ＣＩＥ  ｘ、ｙ範囲０．２８±０．０１、０．２８±０．００５に収まる。量子ドット含有レンズに含まれた緑色対赤色量子ドットの重量パーセントの比は、パネル由来の白色光が、ＣＩＥ  ｘ、ｙ値（０．３１、０．３３）で光を出すＤ６５と一致するように調整されることが可能である。スクリーン色ポイントの正面は、本明細書で別記されるように任意の所望する値に調整されることが可能である。
【０１３５】
［実施例４］
薄い毛細管レンズまたはフィルムを使用するバックライトユニット
図７ａは、本発明の実施形態による量子ドットレンズバックライトユニットを表す。図７ａで示されるように、量子ドットを含む薄い毛細管レンズは、光導体フィルムのエッジ面に隣接して位置する。１つまたは複数の青色ＬＥＤからの光は、赤色光を放出することが可能な量子ドットと、緑色光を放出することが可能な量子ドットとの混合物を含む毛細管レンズに入る。青色光の一部は、赤色光および緑色光として毛細管レンズから放出され、一部は青色光として放出される。放出された赤色、緑色および青色光のこのような組み合わせは、三色白色光を生成する。光導体フィルムは、視聴者に向けて、結果生じる三色白色光の方向を変える。拡散フィルムおよび一対のプリズムフィルムは、さらに視聴者に向けて光を平行にする。反射フィルム（図示せず）は、場合により拡散フィルムの反対側の光導体フィルムの表面に適用されて、光導体フィルムの底からの光の損失を回避することが可能である。図７ａで示される設計は、小さなバックライトユニットで使用するために好ましくすることが可能である。
【０１３６】
光導体は、光源からの光および量子ドットによって放出された光に対して光学的に透明であることが望ましい。光導体を含む、本明細書で説明される本発明のある実施形態および態様において、光導体は、剛体材料、例えば、ガラス、ポリカーボネート、厚いアクリル樹脂、石英、サファイア、または光導体特性を備えた他の公知の剛体材料を含むことが可能である。
【０１３７】
光導体を含む、本明細書で説明される本発明のある実施形態および態様において、光導体は、代わりに、可撓性材料、例えば、プラスチックまたはシリコーンなどのポリマー材料を含むことが可能である。様々な特有の例としては、薄いアクリル、エポキシ、ＰＥＮ、ＰＥＴ、ＰＥが挙げられるが、これらに限定されない。
【０１３８】
光導体を含む、本明細書で説明される本発明のある実施形態および態様において、光導体は平面である。光導体も、導光板または光導体フィルムと本明細書で呼ばれてもよい。
【０１３９】
光導体を含む、本明細書で説明される本発明のある実施形態および態様において、少なくとも、光が放出される光導体の表面のきめは、これを通って透過された光のパターン、角度、または他の特徴を向上する、またはパターンを変更するために選択される。例えば、ある実施形態において、表面は平坦であってもよい；ある実施形態において、表面は平坦でなくてもよい（例えば、表面が粗くされる、または表面が１つまたは複数の隆起および／または低下した特徴を含む。）；ある実施形態において、表面は平坦な領域および平坦でない領域を含んでいてもよい。
【０１４０】
ある実施形態において、例えば、光導体またはレンズ（または光学部品）は、さらに、この表面にわたる取り出し部材または構造を含む。
【０１４１】
本明細書で説明される本発明のある実施形態および態様において、光導体および／またはレンズ（または光学部品）の幾何学的形状および寸法は、特有の最終用途に基づいて選択されることが可能である。ある実施形態において、光導体の厚みは、実質的に均一とすることが可能である。ある実施形態において、光導体の厚みは、不均一とすることが可能である（例えば、先細）。
【０１４２】
本開示の範囲内のレンズは、一般的に量子ドットである透明容器である。適切な容器の１つの例は、概ね正方形断面の毛細管である。しかし、他の形状が、四角形（例えば、長方形断面、正方形断面、台形断面など）、円形断面、楕円形断面、長方形断面などの本開示の範囲内に含まれる。レンズの目的は、量子ドットから放出された光が、光導体を通過し、および光導体内に入ることを可能にすることである。この実行で、レンズの厚みは調整されて、光導体フィルムの厚みと一致して、量子ドットレンズおよびＬＥＤからの光の最大結合を確実にしてもよい。この実行の１つの例では、青色ＬＥＤ源は、赤色量子ドットおよび緑色量子ドットで満たされた毛細管を励起させるために選択された。
【０１４３】
正方形および長方形断面の毛細管が好ましい。さらに、長方形断面を備えた毛細管は、正方形断面より好ましい。長方形断面は、これが、毛細管が隣接して位置し並べられることが可能な光導体板の厚みと一致するのに十分広い薄い毛細管を作製することが可能であるという点でより好ましい。モバイル装置で使用されるバックライトでは、これらのサイズのために、光源（例えば、無機半導体ＬＥＤ）および導光板との間に余地は概してほとんどない。このような場合、薄い毛細管（５０から１００ミクロンの厚み−内側寸法）が使用されることが可能である。レンズの高さ（外側寸法）は、導光板の厚みと一致するように設計されている。寸法は、概して０．７５ｍｍ未満であり、０．６から０．３ｍｍの範囲にある。肉厚は、活性領域が色変換を生成するのに十分であることを確実するために概して約５０ミクロンである。図４および５は、モバイル用途（小さなバックライト）およびより大きなバックライトで使用される典型的な毛細管を示す。
【０１４４】
この対応する寸法を備え、小さなバックライトユニットでの使用に適切な毛細管の例が、図４に示されている。
【０１４５】
この対応する寸法を備え、より大きなバックライトユニットでの使用に適切な毛細管の例が、図５に示されている。
【０１４６】
１つの実施形態によれば、モバイルＢＬＵが、約４５０ｎｍのピーク透過を有する７つの青色ＬＥＤで照射される。量子ドット含有レンズＢＬＵは、青色ＬＥＤと光導体フィルムとの間に薄いレンズ筐体赤色および緑色量子ドットを挿入することによって実行された。赤色量子ドットおよび緑色量子ドットの混合物の励起に際して、白色光が生成され、光導体に送られる。
【０１４７】
量子ドットは、等方エミッタである；これらはあらゆる方向に光を放出する。これは、毛細管内の量子ドットからの光が、導光板に向けて、および導光板以外の方向にも放出されることを意味する。任意の反射体または反射体材料は、毛細管のまわりに包まれる、または別の方法で、光を再利用し、光導体に向けて光を集中させるために３つの側に適用されることが可能である。このような筋書きでは、ＬＥＤに面する毛細管の側に、適切な開口が、ＬＥＤを出て、レンズに入るために、青色光用の光反射材料または反射体内に設けられている。図８に示される概略図は、この構成の例をもたらす。
【０１４８】
図８に示されるように、光導体に毛細管レンズおよび／または青色ＬＥＤを光学的に結合するために、毛細管は、光導体のエッジ面に隣接して位置し、次いで、反射材料またはフィルム（例えば、アルミニウム処理されたマイラー、ＥＳＲ、白色フィルム）で包まれる、または被覆される。好ましくは、毛細管と光導体のエッジとの間にエアギャップがある。または、光学接着剤は、光導体のエッジに毛細管を結合するために使用されることが可能である。例えば、フィルムは、量子ドットで満たされた毛細管のまわりを完全に包み、光導体に接続してもよい。場合により、例えば、フィルムは、ＬＥＤおよび量子ドットで満たされた毛細管の両方のまわりを包んでいてもよい。このような実施形態は、光導体への毛細管の配列、結合および保持に役立つことが可能である。フィルムが毛細管のみのまわりを包む例において、穴が、毛細管内に励起光を通過させるために励起ＬＥＤに沿って並べられた反射フィルム内に設けられていてもよい。
【０１４９】
または、図９を参照して、ＬＥＤ光を通過するが量子ドット発生光を光導体内に反射するために、ショートバンドパスフィルタが、毛細管の３つの側に設置されてもよい。ショートバンドパスフィルタ材料は、Ｂａｒｒ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ａｎｄ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｃｏａｔｉｎｇから入手可能である。適切なショートバンドパスフィルタ材料が、関連技術における当業者によって容易に識別されることが可能である。ショートバンドパスフィルタ材料で毛細管を被覆する方法としては、蒸発コーティング、および当業者によって容易に確認されることが可能な他の技術が挙げられる。好ましいバンドパスフィルタは、ＬＥＤ由来の青色光のほとんど完全な透過を可能にするべきである。ＬＥＤからの光は、１２０度の円錐に入る。バンドパスフィルタは、この円錐内に入る光を透過することが可能であるべきである。バンドパスフィルタは、量子ドットによって放出された緑色および赤色光を反射することが可能であるべきである。この光は、レンズ内で再利用され、光導体に結合される。
【０１５０】
レンズからの光の光導体への結合を最大限にする光学結合層も、輝度を最大限にするために設けられてもよい。
【０１５１】
開示のある実施形態によれば、図６に示されるように、フィルムの表面で代わりに設置されることとは対照的に、光導体とフィルムのエッジに位置した青色ＬＥＤを備えた拡散器との間に、図７ｂに示されるように、量子ドットを含むフィルムが、光学フィルムスタック（本明細書でＱＤフィルムＢＬＵとも呼ばれる。）に挿入されてもよい。図７ａおよび７ｂの両方では、量子ドットは、ＬＥＤチップから離れて設置されてもよい。また、両方の場合では、量子ドットの濃度は、スクリーンの前方で（つまり、パネルの後に）所望の色ポイントを満足させるために調整されてもよい。同様のサイズの従来の白色ＬＥＤバックライトは、ＱＤ  ＢＬＵの性能を従来のシステムと比較するための制御システムとして使用されてもよい。
【０１５２】
この実施形態によれば、量子ドットＢＬＵは、光導体の１つの表面に沿って、青色ＬＥＤマトリックス（例えば、約４５０ｎｍのピーク透過を有する５つの青色ＬＥＤ）および量子ドットフィルムによって実行される。フィルム内の赤色量子ドットおよび緑色量子ドットの混合物の励起に際して、白色光が生成され、光導体に送られる。
【０１５３】
実施例１で上記されるような量子ドットフィルムおよび青色ＬＥＤを含む直接発光バックライトの輝度の均一性は、そこで説明された対照の白色ＬＥＤに相当する。
【０１５４】
しかし、重要なことには、量子ドットＢＬＵは、従来の白色ＬＥＤバックライトを使用するディスプレイと比較してより大きな色域を有することが可能である。開示のこの態様によれば、量子ドットＢＬＵは、周囲光の状態によって輝度の調整を可能にすることによってさらなる省力をもたらす。
【０１５５】
図７ａおよび７ｂで示された実施形態によれば、量子ドットフィルムおよび量子ドット毛細管レンズの実行が、従来のＲＧＢ  ＬＥＤに関連した固有の実行の複雑さなしで、ＬＣＤディスプレイにおける色域を増大させる２つの異なる方法をもたらす。量子ドットフィルムＢＬＵは、エッジ発光バックライトシステムでの実行に最も適切であってもよく、一方、量子ドットレンズＢＬＵが、エッジ発光および直接発光システムの両方で使用されてもよい。大面積ＬＣＤについて、量子ドットレンズ実行は、所望の色ポイントを達成するために必要とされる量子ドットの量を考えると、より経済的である可能性がある。
【０１５６】
図１１は、量子ドットレンズが高エネルギー青色ＬＥＤ光（約２５ｍＷ／ｃｍ２）および８０℃までの温度にさらされる時間の関数としての量子ドットレンズの量子効率の変化を示す。量子ドットレンズは、レンズのＬＥＤへの接近により、量子ドットフィルムに比較して、より高い光束および温度を受ける。図１１に示されるように、量子効率の変化は、各温度条件について１０００時間を超えて観察されない。
【０１５７】
量子ドットレンズＢＬＵでは、光導体フィルムへの光の結合は、量子ドットが等方エミッタである、つまり、これらがあらゆる方向に一様に光を放出するので、ある状況下ではこれほど効率的ではない可能性がある。本開示の態様は、上記効率的な結合機構によって光導体フィルムに向けて光導体フィルム以外の方向に放出された光を導くことを含む。光導体への量子ドット光源の向上された結合は、従来の白色ＢＬＵ輝度に対して量子ドットＢＬＵの輝度を増大させる。
【０１５８】
本明細書で使用されるように、「外部量子効率」（本明細書で「ＥＱＥ」また「光輝性効率」とも呼ばれる。）は、ＭｅｌｌｏらのＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ９（３）：２３０（１９９７）によって開発された方法を使用して、ＮＩＳＴの追跡可能な検定された光源を使用して、１２インチ積分球で測定され、参照により本明細書に組み込まれる。
【０１５９】
本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈上明らかに他の意味に解さないなら、複数を含む。従って、例えば、１種の発光材料についての言及は、このような材料１種以上についての言及を含む。
【０１６０】
出願人は、本開示における引用文献すべての全内容を具体的に援用する。さらに、ある量、濃度、または他の値もしくはパラメータが、ある範囲、好ましい範囲、または好ましい上位値と好ましい下位値の一覧として与えられている場合、これは、範囲が別々に開示されているかどうかにかかわらず、任意の範囲上限または好ましい値と任意の範囲下限または好ましい値との任意の組から形成されるすべての範囲を具体的に開示していると理解すべきである。ある範囲の数値が本明細書に列挙されている場合、特に明記しない限り、この範囲はこの終点、ならびにこの範囲内のすべての整数および分数を含むものとする。本発明の範囲は、ある範囲を定義する際に列挙される特定値に限定されるものではない。
【０１６１】
本発明の他の実施形態は、本明細書を考慮に入れ、また本明細書に開示される本発明を実施することにより、当業者には明らかとなるであろう。本明細書および実施例は例示的と見なされるにすぎず、本発明の真の範囲および精神は、以下の特許請求の範囲およびこの等価物によって示されるものである。
【０１６２】
主題は、構造的特徴および／または方法の行為に特有の専門用語で説明されているが、添付の特許請求の範囲で定義された主題が、上記特定の特徴または行為に必ずしも限定されないことが理解される。より正確に言えば、上記特定の特徴および行為は、特許請求の範囲を実行する例の形態として開示される。
【図１Ａ】
2013539598.tif 000009
【図１Ｂ】
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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６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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