量子點波長轉換器及其製造方法以及包括其的發光裝置的製作方法

2024-02-17 15:37:15 1

專利名稱：量子點波長轉換器及其製造方法以及包括其的發光裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種量子點波長轉換器及其製造方法以及一種包括所述量子 點波長轉換器的發光裝置，更具體地講，涉及一種包括量子點的量子點波長 轉換器、 一種所述量子點波長轉換器的製造方法以及一種包括所述量子點波 長轉換器的發光裝置，所述量子點波長轉換器在光學上是穩定的，在發射波 段上沒有任何變化，並且在發射能力上得到改進。所述發光裝置採用所述量 子點波長轉換器來更簡單地調節發射波長和發射強度。
背景技術：
量子點是納米尺寸的半導體材料，量子點顯示量子限域效應。與普通的 焚光體相比，量子點在窄波段中產生更強的光。當激發的電子從導帶向價帶 躍遷時，量子點發光。即使在同種材料中，量子點的波長也根據顆粒尺寸的 不同而變化。量子點的尺寸越小，量子點發射的光的波長越短。因此，可以 調節這樣的量子點的尺寸以獲得期望的波長範圍的光。
即使當激發波長被任意選擇時，量子點也發光。因此，當幾種量子點被 一個波長的光激發時，可以同時觀察到多種顏色的光。此外，量子點只從導 帶的底振動狀態到價帶的底振動狀態躍遷，因此，量子點具有基本為單色光 的發射波長。
量子點是半導體材料的納米晶體，所述納米晶體的直徑約為10nm或更 小。為了合成作為量子點的納米晶體，可以通過氣相沉積(如金屬有機化學 氣相沉積(MOCVD)或分子束外延(MBE)),或通過化學溼法(其中，通 過向有機溶劑中加入前驅體來生長晶體)來製備量子點。
通過化學溼法，當晶體生長時，有機溶劑自然地附於量子點表面上以起 到分散劑的作用，從而調控晶體的生長。因此，與氣相沉積(如金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)或分子束外延(MBE))相比，化學溼法能夠更容易 更廉價地控制納米晶體的尺寸和形狀的均勻性。
由化學溼法製備的量子點不以原液(undiluted solution)來使用，而是將 預定的配體設置在量子點周圍從而保證了量子點易於存儲和使用。用作量子 點的配體的材料可以採用諸如氧化三辛基磷(TOPO)。在這樣的量子點用在 發光裝置中的情況下，在將所述量子點添加到諸如樹脂的密封件之前，應將 所述量子點純^:以去除所述配體。
量子點在被純化時產生副作用，如光發射降低、去除配體所得的溶液中 出現沉澱或由表面氧化導致發射波段改變。為解決這些問題，用有機材料覆 蓋量子點或用能帶隙比量子點的能帶隙大的材料包圍量子點。
然而，用有機材料覆蓋所述量子點或用能帶隙較大的材料包圍量子點的 方法在工藝或成本方面的效率出現問題。因此，需要開發一種更穩定並且在 發光能力上得到改進的利用量子點的方法。

發明內容
本發明的 一個方面提供了 一種量子點波長轉換器及其製造方法。所述量 子點波長轉換器包括量子點，所述量子點波長轉換器在光學上是穩定的，在 發射波段上沒有任何改變，並且在發射能力上得到改進。
本發明的另一方面提供了一種採用量子點波長轉換器的發光裝置，所述 發光裝置利用所述量子點波長轉換器來調節發射波長和發射強度。
根據本發明的一個方面，提供了一種量子點波長轉換器，所述量子點波 長轉換器包括波長轉換部件，所述波長轉換部件包括量子點和分散介質， 所述量子點對激發光進行波長轉換並產生波長轉換了的光，所述分散介質使 所述量子點分散；密封件，密封所述波長轉換部件。
所述量子點包含矽類納米晶體、IIB-VIA族化合物半導體納米晶體、 IHA-VA族化合物半導體納米晶體、VA-VIA族化合物納米晶體和上述各種納 米晶體的混合物中的一種。1IB-VIA族化合物半導體納米晶體可以包含從由 CdS、 CdSe、 CdTe、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 HgS、 HgSe、 HgTe、 CdSeS、 CdSeTe、 CdSTe、 ZnSeS、 ZnSeTe、 ZnSTe、 HgSeS、 HgSeTe、 HgSTe、 CdZnS、 CdZnSe、 CdZnTe、 CdHgS、 CdHgSe、 CdHgTe、 HgZnS、 HgZnSe、 HgZnTe、 CdZnSeS、 CdZnSeTe、 CdZnSTe、 CdHgSeS、 CdHgSeTe、 CdHgSTe、 HgZnSeS、 HgZnSeTe
6和HgZnSTe組成的組中選4奪的一種。IIIA-VA族化合物半導體納米晶體可以 包含從由GaN、 GaP、 GaAs、 A1N、 A1P、 AlAs、 InN、 1nP、 InAs、 GaNP、 GaNAs、 GaPAs、 A1NP、 AlNAs、 AlPAs、 InNP、 1nNAs、 InPAs、 GaAlNP、 GaAlNAs、 GaAlPAs、 GalnNP、 GalnNAs、 GalnPAs、 1nAlNP、 InAlNAs和InAlPAs
組成的組中選4奪的一種。VA-VIA族化合物半導體納米晶體可以為SbTe。
所述分散介質可以是液體。所述分散介質可以是環氧樹脂或聚矽氧烷之
密封件可以包含聚矽氧烷。
根據本發明的另一方面，提供了一種量子點波長轉換器的製造方法，所 述方法包括在分散介質中使量子點分散，從而製備波長轉換部件，所述量 子點對激發光進行波長轉換並產生波長轉換了的光，；用密封件將所述波長轉 換部件密封。密封的步驟可以包括堆疊第一密封片和第二密封片；將所述波 長轉換部件注入所述第一密封片和所述第二密封片之間的區域中；加熱並熱 粘接所述第一密封片和所述第二密封片中的波長轉換部件的外圍部分。
根據本發明的又一方面，提供了一種發光裝置，所述發光裝置包括發光
光源和沿著光發射方向設置在所述發光光源上的量子點波長轉換器，所述量 子點波長轉換器包括波長轉換部件，所述波長轉換部件包括轉換激發光的 波長並產生波長轉換了的光的量子點和使所述量子點分散的分散介質；密封 件，密封所述波長轉換部件。發光光源可以是發光二極體(LED)和雷射二 極管之一。
所述量子點波長轉換器可以為多個。可以包括在所述多個波長轉換器中 具有的至少兩個波長轉換器中的量子點能夠將從發光光源發射的光轉換成波 長彼此不同的光。發光光源可以發射藍光，在所述多個波長轉換器中，第一 波長轉換部件可以發射紅光，在所述多個波長轉換器中，不同於所述第一波 長轉換器的第二波長轉換器可以發射綠光。
所述發光裝置還可以包括凹槽，所述凹槽包括底表面和側表面，所述 發光光源將被安裝在所述底表面，所述側表面具有形成在所述側表面上的反 射部件；支撐件，所述支撐件支撐所述凹槽並具有與所述發光光源電連接的
電極部件。可用包封件包封所述凹槽。所述包封件可以包含由從環氧樹脂、 聚矽氧烷、丙烯酸類聚合物、玻璃、碳酸脂類聚合物和上述材料的混合物組 成的組中的選擇的至少一種。


通過下面結合附圖的詳細描述，將更清楚地理解本發明的上述和其它方
面、特徵和其它優點，其中
圖1示出了根據本發明的示例性實施例的量子點波長轉換器；
圖2A到圖2C示出了根據本發明的示例性實施例的量子點波長轉換器的
製造方法；
圖3示出了根據本發明的示例性實施例的包括量子點波長轉換器的發光
裝置；
圖4示出了根據本發明的另一示例性實施例的包括量子點波長轉換器的 發光裝置。
具體實3&方式
現在將參照附圖來詳細描述本發明的示例性實施例。然而，本發明可以 以許多不同的形式來實施，且不應該被解釋為局限於在這裡所提出的實施例。 相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底和完整的，並將使本發明的範圍 充分地傳達給本領域技術人員。在附圖中，為了清晰起見，可能誇大形狀和 尺寸，相同的標號始終表示相同或相似的組件。
圖1示出了根據本發明的示例性實施例的量子點波長轉換器。本實施例 的量子點波長轉換器100包括波長轉換部件110和密封件120。波長轉換部 件110包括對激發光進行波長轉換並產生波長轉換了的光的量子點111和使 量子點分"t丈的分散介質112。密封件120密封波長轉換部件110。
當從外部入射的光(以下稱為入射光)到達量子點111時，量子點波長 轉換器100發射波長由量子點111進行了波長轉換的光(以下稱為波長轉換 光)。因此，量子點波長轉換器100用於通過量子點改變光的波長。在下文中， 入射光中的具有比量子點111的發射波長短的波長的一部分光被稱為激發光。
如上所述，量子點111為納米尺寸的發光體並可以為半導體納米晶體。 量子點可以採用Si納米晶體、IIB-VIA族化合物半導體納米晶體、IUA-VA族 化合物半導體納米晶體、VA-VIA族化合物半導體納米晶體，根據本實施例， 可以單獨使用或混合使用上述納米晶體。
在上述納米晶體中，HB-VIA族化合物半導體納米晶體可以為從CdS、CdSe、 CdTe、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 HgS、 HgSe、 HgTe、 CdSeS、 CdSeTe、 CdSTe、 ZnSeS、 ZnSeTe、 ZnSTe、 HgSeS、 HgSeTe、 HgSTe、 CdZnS、 CdZnSe、 CdZnTe、 CdHgS、 CdHgSe、 CdHgTe、 HgZnS、 HgZnSe、 HgZnTe、 CdZnSeS、 CdZnSeTe、 CdZnSTe、 CdHgSeS、 CdHgSeTe、 CdHgSTe、 HgZnSeS、 HgZnSeTe和HgZnSTe
此外，UIA-VA族化合物半導體納米晶體可以為從GaN、 GaP、 GaAs、 A1N、 A1P、 AlAs、 InN、 InP、 InAs、 GaNP、 GaNAs、 GaPAs、 A1NP、 AlNAs、 AlPAs、 InNP、 InNAs、 TnPAs、 GaAlNP、 GaAlNAs、 GaAlPAs、 GalnNP、 GalnNAs、 Ga〖nPAsnAlNP、 InAlNAs和InAlPAs中選擇的一種,但本發明並不局限於此。
此外，VA-V1A族化合物半導體納米晶體可以採用SbTe,但本發明並不 局限於此。
在本實施例中，量子點111在分散介質112中被分散。分散介質112可 以為液體。當液體的分散介質112與量子點111混合併由密封件120密封時， 例如，分散介質112基本上處於在塑性包中含有液體的狀態。這樣，分散介 質1 12在形狀上沒有限制並可以被容易地使用和管理。分散介質112可以由 諸如環氧樹脂或聚矽氧烷形成。量子點波長轉換器100會接收激發光並發射 波長轉換光。因此，分散介質112可以由不因激發光褪色或不被激發光改變 的材料形成。
密封波長轉換部件的密封件120可以採用這樣一種聚合物包，即，所述 聚合物包不被分散有量子點的波長轉換部件IIO腐蝕。此外，密封件120可 以採用聚矽氧烷。可以加熱並粘接聚合物樹脂，因此，可以將片狀的聚合物 樹脂用作密封件以通過熱粘接提供包，其中，波長轉換部件110位於所述包 內。量子點波長轉換器100的製造方法將參照圖2作進一步描述。
在合成量子點111之後，在沒有將量子點111純化的條件下，將量子點 111分散在處於原液狀態的分散介質112中，並由密封件120密封。因此，量 子點111表現出高的發射能力，而沒有受純化工藝中的諸如光發射降低或發 射波長改變的問題的影響。
圖2A到圖2C示出了根據本發明的示例性實施例的量子點波長轉換器的 製造方法。
根據本發明的另一方面，為了製造量子點波長轉換器，將量子點211分
9散在分散介質212中，以製備波長轉換部件210。然後通過密封件221、 222 密封所述波長轉換部件210。
所述波長轉換部件210可以通過各種方法密封。在本實施例中，為了密 封波長轉換部件210,首先，堆疊第一密封片221和第二密封片222 (見圖 2A)。這裡，第一密封片221和第二密封片222隻是被堆疊而沒有粘接在一 起。
然後，在第一密封片221和第二密封片222之間注入波長轉換部件210 (見圖2B)。第一密封片221和第二密封片222沒有被粘接在一起，因此， 注入波長轉換部件210之後，加熱並熱粘接波長轉換部件210的外圍部分230 (見圖2C)。因此，波長轉換部件210被置於第一密封片221和第二密封片 222之間，並且波長轉換部件210被密封，從而製造量子點波長轉換器200。 根據本發明的又一方面，發光裝置包括發光光源和量子點波長轉換器。 圖3示出了根據本發明的示例性實施例的包括量子點波長轉換器的發光裝 置。
根據本實施例，發光裝置300包括發光光源340和量子點波長轉換器 360。量子點波長轉換器360包括波長轉換部件和密封波長轉換部件的密封件 363。這裡，波長轉換部件包括量子點361和分散量子點361的分散介質362。
參照圖3，在本實施例的發光裝置300中，發光光源340包括凹槽和支 撐件310。凹槽包括設置有發光光源340的底表面和形成有反射部件320的 側表面。支撐件310支撐凹槽並具有與發光光源電連接的電極部件330。電 極部件330由具有互不相同的極性因而彼此電絕緣兩個電極部件形成。
發光光源340可以是發光二極體(LED)和雷射二極體之一。發光光源 340可以發射這樣的光，所述光的波長比量子點波長轉換器360的量子點361 的發射波長短。發光光源340可以採用諸如藍色LED。可以使用發射波長為 420mn到480nm的藍光的氮化鎵LED。
支撐件310具有電極部件330，電極部件330形成在支撐件310上，電 極部件330通過電線與發光光源340相連。充有包封材料的第一包封件351 形成在發光光源340上以包封發光光源340。此外，當量子點波長轉換器360 被置於第一包封件351上時，還可形成第二包封件352以保護並固定第一包 封件351。所述包封材料可以採用環氧樹脂、聚矽氧烷、丙烯酸類聚合物、 玻璃、碳酸脂類聚合物和上述材料的混合物中至少一種。
10根據來自發光裝置300的期望的光的波長，量子點波長轉換器360可以 包括適當的量子點。在本發明的附圖中，量子點波長轉換器360被示出為設 置在第一包封件351上。然而，量子點波長轉換器360可以被構造成圍繞發 光光源340的表面而不採用第一包封件351。可以以各種方式構造量子點波 長轉換器360,只要從發光光源340發射的光入射在量子點波長轉換器360
這裡，當發光光源340發射藍光並且量子點波長轉換器360的量子點361 發射黃光時，發光裝置300可以發射白光。
圖4示出了根據本發明的另一示例性實施例的包括量子點波長轉換器的 發光裝置。在本實施例中，發光裝置400包括第一量子點波長轉換器460和 第二量子點波長轉換器470。在圖4的發光裝置400中，支撐件410、電極部 件430、反射部件420、發光光源440和包封材料的功能與前述實施例相同， 因此將不進一步描述。
在本實施例的發光裝置400中，量子點波長轉換器可以為多個。參照圖 4，在至少兩個量子點波長轉換器中，更接近發光光源440的量子點波長轉換 器被稱為第一量子點波長轉換器460，另一個被稱為第二量子點波長轉換器 470。當安裝發光光源440時，用第一包封件451包封發光光源440，將第一 量子點波長轉換器460設置在第一包封件451上並用第二包封件452包封。 然後，將第二量子點波長轉換器470設置在第二包封件452上並用第三包封 件453包封。包括至少兩個量子點波長轉換器的發光裝置可以更容易地發射 白光或各種顏色的光。
在多個量子點波長轉換器中，至少兩個量子點波長轉換器包括的用于波 長轉換的量子點可以彼此不同。因此，第一量子點波長轉換器460可以包括 第一量子點461，並且第二量子點波長轉換器470可以包括第二量子點471。 這裡，第一量子點461和第二量子點471可以互不相同地進行波長轉換。例 如，當發光光源440發射藍光時，第一量子點波長轉換器460發射紅光，第 二量子點波長轉換器470發射綠光，發光裝置最終可發射白光。可選擇地， 當發光光源440、第一量子點波長轉換器460和第二量子點波長轉換器470 分別發射藍光、紅光和綠光中的對應的一種時，發光裝置最終均可以發射白 光。此外，第一量子點波長轉換器460和第二量子點波長轉換器470可以包 括多個量子點，所述多個量子點均具有彼此不同的發射波段。參照圖4，發光裝置被示出為包括兩個量子點波長轉換器，但發光裝置 可以包括，例如，三個量子點波長轉換器。因此，在不同於本實施例的實施 例中，當發光光源發射紫外線並且三個量子點波長轉換器分別發射藍光、綠 光和紅光時，發光裝置最終可發射白光。另外，為了製造白光發射裝置，作 為量子點波長轉換器中採用的 一種顏色的波長轉換量子點的替代，可以將焚 光體添加到包封件中，以與量子點波長轉換器一起使用。
參照圖3和圖4，發光裝置均被構造成封裝件，但不限於此。例如，發 光裝置可以由燈式(lamp-type)發光裝置形成。
如上所述，根據本發明的示例性實施例，在量子點波長轉換器中，量子
並防止由於在配體的純化過程中的表面氧化導致的發射波段的改變。
在量子點波長轉換器的製造方法中，可以構造包括量子點的包式 (pack-type)波長轉換器而不考慮量子點的尺寸或種類如何。這允許以簡單
的工藝製造波長轉換器並將波長轉換器方便地應用在各種領域中。此外，在
合成物中的量子點的密度通過控制所使用的量子點的密度來確定，從而製造
高密度量子點合成物。
此外，所述量子點波長轉換器被用作從發光光源發射的光的波長轉換器
以保證可以容易地製造白光發射裝置。
雖然已經結合示例性實施例示出並描述了本發明，但是對本領域的技術
人員來說顯然的是，在不脫離權利要求限定的本發明的精神和範圍的情況下，
可以做出修改和變化。
權利要求
1、一種量子點波長轉換器，所述量子點波長轉換器包括波長轉換部件，所述波長轉換部件包括量子點和分散介質，所述量子點對激發光進行波長轉換並產生波長轉換了的光，所述分散介質使所述量子點分散；密封件，密封所述波長轉換部件。
2、 如權利要求1所述的量子點波長轉換器，其中，所述量子點包含矽類納米晶體、IIB-VIA族化合物半導體納米晶體、IIIA-VA族化合物半導體納米晶體、VA-VIA族化合物納米晶體和上述各種納米晶體的混合物中的 一種。
3、 如權利要求2所述的量子點波長轉換器，其中，所述IIB-VIA族化合物半導體納米晶體包含從由CdS、 CdSe、 CdTe、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 HgS、HgSe、 HgTe、 CdSeS、 CdSeTe、 CdSTe、 ZnSeS、 ZnSeTe、 ZnSTe、 HgSeS、HgSeTe、 HgSTe、 CdZnS、 CdZnSe、 CdZnTe、 CdHgS、 CdHgSe、 CdHgTe、HgZnS、 HgZnSe、 HgZnTe、 CdZnSeS、 CdZnSeTe、 CdZnSTe、 CdHgSeS、CdHgSeTe、 CdHgSTe、 HgZnSeS、 HgZnSeTe和HgZnSTe組成的組中選擇的一種。
4、 如權利要求2所述的量子點波長轉換器，其中，所述IIIA-VA族化合物半導體納米晶體包含從由GaN、 GaP、 GaAs、 A1N、 A1P、 AlAs、 InN、 InP、1nAs、 GaNP、 GaNAs、 GaPAs、 A1NP、 AlNAs、 AlPAs、 InNP、 InNAs、 InPAs、GaAlNP、 GaAlNAs、 GaAlPAs、 GalnNP、 GalnNAs、 GalnPAs、 InAlNP、 lnAlNAs和InAlPAs組成的組中選擇的 一種。
5、 如權利要求2所述的量子點波長轉換器，其中，所述VA-VIA族化合物半導體納米晶體包含SbTe。
6、 如權利要求1所述的量子點波長轉換器，其中，所述分散介質為液體。
7、 如權利要求1所述的量子點波長轉換器，其中，所述分散介質為環氧樹脂和聚矽氧烷之一。
8、 如權利要求1所述的量子點波長轉換器，其中，所述密封件包含聚矽氧烷。
9、 一種量子點波長轉換器的製造方法，所述方法包括如下步驟在分散介質中使量子點分散，從而製備波長轉換部件，所述量子點對激發光進行波長轉換並產生波長轉換了的光；用密封件將所述波長轉換部件密封。
10、如權利要求9所述的方法，其中，密封的步驟包括堆疊第一密封片和第二密封片；將所述波長轉換部件注入所述第一密封片和所述第二密封片之間的區域中；加熱並熱粘接所述第一密封片和所述第二密封片中的波長轉換部件的外圍部分。
11、 一種發光裝置，所述發光裝置包括發光光源和沿著光發射方向設置在所述發光光源上的量子點波長轉換器，所述量子點波長轉換器包括換了的光的量子點和使所述量子,A分散的分散介質；密封件，密封所述波長轉換部件。
12、 如權利要求11所述的發光裝置，其中，所述發光光源為發光二極體和雷射二極體之一。
13、 如權利要求12所述的發光裝置，其中，所述量子點波長轉換器為多個。
14、 如權利要求13所述的發光裝置，其中，包括在所述多個量子點波長轉換器中具有的至少兩個量子點波長轉換器中的量子點能夠將從發光光源發射的光轉換成波長彼此不同的光。
15、 如權利要求13所述的發光裝置，其中，所述發光光源發射藍光，在所述多個量子點波長轉換器中，第一量子點波長轉換器發射紅光，在所述多個量子點波長轉換器中，不同於所述第一量子點波長轉換器的第二量子點波長轉換器發射綠光。
16、 如權利要求11所述的發光裝置，還包括凹槽，所述凹槽包括底表面和側表面，所述發光光源將被安裝在所述底表面上，所述側表面具有形成在所述側表面上的反射部件；部件。
17、 如權利要求16所述的發光裝置，其中，用包封件包封所述凹槽。
18、 如權利要求17所述的發光裝置，其中，所述包封件包含由從環氧樹脂、聚矽氧烷、丙烯酸類聚合物、玻璃、碳酸脂類聚合物和上述材料的混合 物組成的組中的選4奪的至少 一種。
全文摘要
本發明提供了一種量子點波長轉換器及其製造方法以及包括量子點波長轉換器的發光裝置。所述量子點波長轉換器包括量子點，所述量子點波長轉換器在光學上是穩定的，在發射波長上沒有任何改變，並且在發射能力上得到改進。所述量子點波長轉換器包括波長轉換部件，所述波長轉換部件包括量子點和分散介質，所述量子點對激發光進行波長轉換並產生波長轉換了的光，所述分散介質使所述量子點分散；密封件，密封所述波長轉換部件。
文檔編號G02F1/35GK101666952SQ20091012866
公開日2010年3月10日 申請日期2009年3月20日 優先權日2008年9月3日
發明者曹東炫, 樸敬順, 李寅衡, 金倍均, 金載一 申請人:三星電機株式會社