量子棒以及具有量子棒的量子棒膜和量子棒显示装置

摘要

本发明涉及一种量子棒以及具有量子棒的量子棒膜和量子棒显示装置。所述量子棒包括：第一芯体；与所述第一芯体分开的第二芯体；以及包围所述第一芯体和所述第二芯体的第一壳体。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年12月29日在韩国申请的韩国专利申请No.10-2016-0181915的优先权，通过引用将其并入本文。

技术领域

本发明涉及一种量子棒(QR)，尤其涉及一种具有高量子效率和强关断特性(关断-property)的QR以及具有QR的QR膜和QR显示装置。

背景技术

近来，已经在研究QR对显示装置和照明装置的应用。

由于QR具有很高的发光效率和优秀的可再现性，因此QR可用于各种用途。

由于与一般的染料相比，QR的消光系数和量子产率非常大，因此QR发出很强的荧光。此外，通过控制QR的直径，可以控制QR发出的光的波长。

QR发射线性偏振光。也就是说，QR发出的光具有沿QR的长度方向的线性偏振特性。此外，QR具有能够利用从外部施加的电场控制发光的光学特性。这可被称为斯塔克效应。利用这些特性，可以改善显示装置和/或照明装置的光学效率。

图1A和1B是显示相关技术的QR的驱动原理的示意图。

如图1A和1B所示，QR20包括由纳米级半导体材料形成的芯体(core)22，以及覆盖芯体22的壳体(shell)24。例如，芯体22可以由XII-XVI族半导体材料、XIII-XV族半导体材料、XI-XIII-XVI族半导体材料或XIV-XVI族半导体材料形成，壳体24可以由XII-XVI族半导体材料比如ZnS形成。

如图1A所示，QR20被布置在基材(base)10上。在没有电压时，电子“e-”和空穴“h+”在芯体22中组合，从而QR20发光(发光导通)

另一方面，如图1B所示，在施加电压即施加电场E时，电子“e-”和空穴“h+”分离，从而使QR20结束发光。(发光关断)

也就是说，QR20被电场驱动，且QR20用于显示装置和/或照明装置。

在相关技术的QR20中，量子效率和关断特性呈折衷的关系。

也就是说，在具有高量子效率(或发光效率)QR20的QR显示装置(或QR照明装置)中，QR的关断特性较弱，由此降低对比度。另一方面，在具有强关断特性QR20的QR显示装置(或QR照明装置)中，QR的量子效率较低，由此降低亮度。

发明内容

因此，本发明的实施方式旨在提供一种QR，具有QR的QR膜和QR显示装置，其基本上克服了由于相关技术的限制和缺陷而引起的一个或多个问题并具有其他优点。

本发明的一个目的在于提供一种在量子效率和关断特性两方面都具有优势的QR。

本发明的另一个目的在于提供一种在量子效率和关断特性两方面都具有优势的QR膜。

本发明的另一个目的在于提供一种在量子效率和关断特性两方面都具有优势的QR显示装置。

本发明的附加特征和优点将在下文的描述中进行阐释，且通过所述描述将在一定程度上变得清楚，或者可以通过实践本发明而获知。本发明的目的和其他优点将利用书面描述及其权利要求书和附图中所具体指出的结构来实现和获得。

实施方式涉及一种量子棒，包括：第一芯体；与所述第一芯体分开的第二芯体；以及包围所述第一芯体和所述第二芯体的第一壳体。

实施方式还涉及一种量子棒膜，包括：聚合物基体；以及位于所述聚合物基体中的量子棒，所述量子棒包括：第一芯体；与所述第一芯体分开的第二芯体；以及包围所述第一芯体和所述第二芯体的第一壳体。

实施方式还涉及一种量子棒显示装置，包括：彼此相对的第一基板和第二基板；在所述第一基板上的像素电极和公共电极；位于所述第一基板和所述第二基板之间并具有量子棒的量子棒层，所述量子棒包括第一芯体、与所述第一芯体分开的第二芯体、和包围所述第一芯体和所述第二芯体的第一壳体；以及位于所述第一基板的下方的背光单元。

应当理解的是，上文的大体性描述和下文的详细描述均是示例性和解释性的，意在对要求保护的本发明提供进一步解释。

附图说明

用于对本发明提供进一步理解的附图被并入本申请且构成本申请的一部分，图解了本发明的实现方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1A和1B是显示相关技术的QR的驱动原理的示意图。

图2A和2B是显示量子效率和关断特性之间按照相关技术的QR的芯体长度的折衷关系的示意图。

图3是按照本发明第一实施方式的QR的横截面示意图。

图4A和4B是显示QR的导通状态和关断状态的示意图。

图5A至5D是显示QR的合成方法的TEM图。

图6是显示QR的发光波长的图表。

图7是显示QR的驱动特性的图表。

图8是显示QR的量子效率的图表。

图9是按照本发明第二实施方式的QR膜的横截面示意图。

图10是按照本发明第三实施方式的QR的横截面示意图。

图11是按照本发明第一实施方式的QR显示装置的横截面示意图。

图12是QR显示装置中的QR布置的平面示意图。

具体实施方式

下面将参考本发明的各个实施方式进行详细描述，附图中显示了其中的一些示例。

图2A和2B是显示量子效率和关断特性之间按照相关技术的QR的芯体长度的折衷关系的示意图。

为了控制量子效率和关断特性(驱动特性)，控制QR的长度。但是，量子效率和关断特性呈折衷关系。

也就是说，如图2A所示，当QR中的芯体长度较短(短芯体QR)时，在没有电场的情况下，芯体中空穴“h+”和电子“e-”组合的可能性较高，从而量子效率(发光效率)提高。但是，由于在存在电场时空穴和电子难以分离，因此QR的关断特性变弱。

另一方面，如图2B所示，当QR中的芯体长度较长(长芯体QR)时，在没有电场的情况下，芯体中空穴“h+”和电子“e-”组合的可能性较低，从而量子效率(发光效率)降低。但是，由于在存在电场时空穴和电子容易分离，因此QR的关断特性得到改善。

也就是说，通过控制QR的芯体长度，只能改善量子效率和关断特性之一，但不能确保在高量子效率和关断特性两方面都具有优势的QR。因此，具有QR的显示装置的亮度或对比度较差。

图3是按照本发明第一实施方式的QR的横截面示意图，图4A和4B是显示QR的导通状态和关断状态的示意图。

如图3所示，QR100包括第一芯体110，与第一芯体110分开的第二芯体120以及包围(覆盖)第一和第二芯体110和120的第一壳体130。

第一和第二芯体110和120都可以包括XII-XVI族半导体材料、XIII-XV族半导体材料、XI-XIII-XVI族半导体材料或XIV-XVI族半导体材料。第一和第二芯体110和120可包括相同或不同的材料。

例如，第一和第二芯体110和120都可包括：CdSe，CdS，CdTe，ZnSe，ZnS，ZnTe，HgSe，HgTe，CdZnSe(XII-XVI族半导体材料)，InP，InN，GaN，InSb，InAsP，InGaAs，GaAs，GaP，GaSb，AlP，AlN，AlAs，AlSb(XIII-XV族半导体材料)，PbSe，PbTe，PbS(XIV-XVI族半导体材料)中的一种。

第一芯体110具有第一长度L1，第二芯体120具有基本上与第一长度L1相同的第二长度L2。也就是说，沿着QR100的长轴，第一和第二芯体110和120具有基本上相同的长度。

QR100发出的光的波长由第一和第二芯体110和120的每一个的尺寸也就是直径决定。也就是说，通过控制第一和第二芯体110和120的尺寸，QR100可以发出红光、绿光和蓝光中的一种。但不限于此。

第一壳体130包括XII-XVI族半导体材料。例如，第一壳体130可包括ZnS，ZnSe，ZnTe，CdSe，CsTe，CdS，CdSeS，CdTeS，CdSeTe，ZnSeS，ZnTeS，ZnSeTe，CdZnSe，CdZnS，CdZnTe，CdZnSeS，CdZnTeS和CdZnSeTe中的一种。

如图3所示，本发明的QR100具有双芯体结构。

此外，QR100还可包括包围第一芯体110的第二壳体112。第二壳体112可包括与第一壳体130相同的材料，或与第一壳体130不同的材料。第二芯体120与第二壳体112接触。

第二壳体112具有第一厚度t1，第一壳体130在与第一芯体110或第二壳体112相对应的部分中具有大于第一厚度t1的第二厚度t2。当第二壳体112的第一厚度t1过大时，第一和第二芯体110和120被电场独立地驱动，从而在QR100的关断特性上可能存在问题。

在本发明中，在已生长完第一芯体110后，在第一芯体110的一侧生长第二芯体120。在不具有包围第一芯体110的第二壳体112的情形下，第一和第二芯体110和120被集成为一体，从而使QR100具有单个长芯体。

在这种情况下，如参照图2B解释的，QR的关断特性得到改善，而QR的量子效率降低。

但是，在本发明的QR100中，由于第一和第二芯体110和120被分开以提供双芯体结构，因此QR100的关断特性被改善，同时不降低量子效率。

另一方面，当采用与第一壳体130相同的材料形成第二壳体112时，看起来就像是第一壳体130直接包围第一和第二芯体110和120而不存在第二壳体112一样。

在本发明提供的QR100中，第一和第二芯体110和120被分开布置，第一壳体130包围第一和第二芯体110和120。在这种情况下，第一和第二芯体110和120之间的距离d小于第一壳体130的厚度t3或t4。第一壳体130的厚度t3或t4是第一壳体130中位于第一芯体110或第二芯体120的一侧处的部分的厚度。

参照图4A，在没有电场时，第一芯体110(图3)和第二芯体120(图3)被独立地驱动，从而改善QR100的量子效率。

也就是说，在没有电场时，按照与参照图2A所解释的短芯体QR类似的方式驱动QR100。

换言之，由于第一和第二芯体110和120的长度都小于第一和第二芯体110和120的总长度，因此第一和第二芯体110和120的每一个中的空穴“h+”和电子“e-”的组合可能性增大，从而提高了QR的量子效率。因此，使用QR100的显示装置的亮度得到增大。

另一方面，参照图4B，在具有电场时，由于第一和第二芯体110和120用作单个芯体，因此在整个QR100中，空穴“h+”和电子“e-”被分离。因此，QR100的关断特性得到改善。

也就是说，在具有电场时，按照与参照图2B所解释的长芯体QR类似的方式驱动本发明的QR100。因此，使用QR100的显示装置的关断特性得到改善，并提高了显示装置的对比度。

[QR的合成]

参照图5A至5D，其显示了QR的合成方法的TEM图，解释了QR的示例性合成。

(1)第一芯体的合成(CdS)

1)溶液1

将三辛基氧化脂(TOPO，3克)，十八烷磷酸(ODPA，0.28克)，己基磷酸(HPA，0.083克)和氧化镉(0.062克)加入三颈圆形烧瓶中，在150℃的温度下减压一小时。

2)溶液2

在1-十八烯(0.3毫升)中溶解硫磺(0.024克)，并在300℃的温度下反应一小时。

3)当溶液1在N2氛围中在370℃的温度下反应10分钟并冷却至330℃的温度之后，注入溶液2并反应35秒。

4)当混合物被冷却至室温后，加入甲苯和甲醇的混合物(1：3)。执行离心处理以获得第一芯体。(图5A)

(2)第二壳体的合成(CdS/ZnS)

将硫磺(0.022克)、油胺(5.5毫升)、七水硫酸锌(0.07克)、六水合硝酸锌(0.012克)和第一芯体(0.1毫克)加入三颈圆形烧瓶中，并在120℃的温度下减压一小时。混合物在N2氛围中在230℃的温度下反应10分钟。

当生成物被冷却至室温后，加入甲苯和甲醇的混合物(1：3)。执行离心处理以获得第一棒(第一芯体/第二壳体)。(图5B)

(3)第二芯体的合成(CdS/ZnS/CdS)

1)溶液3

将第一棒(100毫克)、TOPO(3克)、ODPA(0.28克)、HPA(0.083克)和氧化镉(0.062克)加入三颈圆形烧瓶中，并在150℃的温度下减压一小时。

2)溶液4

在1-十八烯(0.3毫升)中溶解硫磺(0.024克)，并在300℃的温度下反应一小时。

3)当溶液3在N2氛围中在370℃的温度下反应10分钟并冷却至330℃的温度后，注入溶液4并反应35秒。

4)当混合物被冷却至室温后，加入甲苯和甲醇的混合物(1：3)。执行离心处理以获得第二棒(CdS/ZnS/CdS)。(图5C)

(4)第一壳体的合成(QR的合成)

将硫磺(0.0148克)、油胺(5.5毫升)、七水硫酸锌(0.0375克)、六水合硝酸锌(0.039克)、芯体(0.1毫克)和第二棒(100毫克)加入三颈圆形烧瓶中，并在120℃的温度下减压一小时。混合物在N2氛围中在230℃的温度下反应一小时。

当生成物被冷却至室温后，加入甲苯和甲醇的混合物(1：3)。执行离心处理以获得具有第一壳体的QR。(图5D)

在已合成的QR的TEM-EDX(透射电子显微镜能量色散X射线光谱)中，沿着QR的长度方向，当CD分量的比例在第一芯体的位置处增大后，CD分量的比例下降。CD分量的比例在第二芯体的位置处再次增大。也就是说，TEM-EDX中显示或验证了本发明的QR的双芯体结构。

表1中测量和列出了单个短芯体QR(Ref1)、单个长芯体QR(Ref2)和本发明的QR(Ex)的波长(PL峰值)。图6中显示了波长。

表1

PL峰值Ref1445nmRef2478nmEx465nm

如表1和图6所示，当芯体的长度增加时，带隙干扰增大，从而使QR发出的光的波长移位至长波长(Ref2)。但是，在本发明的双芯体结构的QR(Ex)中，虽然芯体的总长度增大，但芯体之间不存在带隙干扰，从而减小了移位至长波长的问题。

表2测量和列出了单个短芯体QR(Ref1)、单个长芯体QR(Ref2)和本发明的QR(Ex)的关断特性(关断比)和量子效率(PL QY)。图7和8分别显示了关断特性和量子效率。

表2

关断比(@100V)PL QYRef15016％Ref2797％Ex6715％

如表2和图7和8所示，在本发明的QR中，量子效率和关断特性之间按照QR的芯体长度的折衷关系被解决了，QR具有充分的量子效率和关断特性。也就是说，本发明的QR在量子效率和关断特性两方面都具有优势。

图9是按照本发明第二实施方式的QR膜的横截面示意图。

如图9所示，QR膜200包括聚合物基体(polymer matrix)210和布置在聚合物基体210中的QR100。也就是说，QR100被分散在聚合物基体210中。

如参照图3所解释的，QR100包括第一芯体110，与第一芯体110分开的第二芯体120以及包围第一和第二芯体110和120的第一壳体130。第一芯体110具有第一长度L1，第二芯体120具有基本上与第一长度L1相同的第二长度L2。QR100可进一步包括包围第一芯体110的第二壳体112。

例如，聚合物基体210包括聚环氧丁烷、聚硅氧烷或聚酯，但不限于此。

如上所述，QR100具有双芯体结构，QR100在量子效率和驱动特性(关断特性)两方面都具有优势。因此，具有QR100的QR膜200也在量子效率和驱动特性(关断特性)两方面都具有优势。

图10是按照本发明第三实施方式的QR的横截面示意图。

如图10所示，QR300包括第一芯体310，与第一芯体310分开的第二芯体320以及包围第一和第二芯体310和320的第一壳体330。

第一和第二芯体310和320都可以包括XII-XVI族半导体材料、XIII-XV族半导体材料、XI-XIII-XVI族半导体材料或XIV-XVI族半导体材料。第一和第二芯体310和320可包括相同或不同的材料。

例如，第一和第二芯体310和320都可包括CdSe，CdS，CdTe，ZnSe，ZnS，ZnTe，HgSe，HgTe，CdZnSe(XII-XVI族半导体材料)，InP，InN，GaN，InSb，InAsP，InGaAs，GaAs，GaP，GaSb，AlP，AlN，AlAs，AlSb(XIII-XV族半导体材料)，PbSe，PbTe，PbS(XIV-XVI族半导体材料)中的一种。

第一芯体310具有第一长度L1，第二芯体320具有比第一长度L1短的第二长度L2。也就是说，沿着QR300的长轴，第一和第二芯体310和320具有不同的长度，从而使第一和第二芯体310和320分别发出不同的第一和第二颜色的光。因此，QR300提供与第一和第二颜色的光不同的第三颜色的光。

例如，第一芯体310可发射红光，第二芯体320可发射绿光。

第一壳体330可包括XII-XVI族半导体材料。例如，第一壳体330可包括ZnS，ZnSe，ZnTe，CdSe，CsTe，CdS，CdSeS，CdTeS，CdSeTe，ZnSeS，ZnTeS，ZnSeTe，CdZnSe，CdZnS，CdZnTe，CdZnSeS，CdZnTeS和CdZnSeTe中的一种。

如图10所示，本发明的QR300具有双芯体结构。

此外，QR300可进一步包括包围第一芯体310的第二壳体312。第二壳体312可包括与第一壳体330相同的材料，或与第一壳体330不同的材料。第二芯体320与第二壳体312接触。

图10中，被第二壳体312包围的第一芯体310的第一长度L1大于第二芯体320的第二长度L2。可选的是，第一芯体310的长度可小于第二芯体320的长度。

第二壳体312具有第一厚度t1，第一壳体330在与第一芯体310或第二壳体312相对应的部分中具有大于第一厚度t1的第二厚度t2。当第二壳体312的第一厚度t1过大时，第一和第二芯体310和320被电场独立地驱动，从而在QR300的关断特性上可能存在问题。

另一方面，当采用与第一壳体330相同的材料形成第二壳体312时，看起来就像第一壳体330直接包围第一和第二芯体310和320而没有第二壳体312一样。

在本发明提供的QR300中，第一和第二芯体310和320被分开布置，第一壳体330包围第一和第二芯体310和320。在这种情况下，第一和第二芯体310和320之间的距离d小于第一壳体330的厚度t3或t4。

在本发明的QR300中，由于第一和第二芯体310和320彼此分开以提供双芯体结构，所以QR300的关断特性增强，同时未降低量子效率。因此，具有QR300的QR膜和QR显示装置具有高亮度和高对比度。

图11是按照本发明第一实施方式的QR显示装置的横截面示意图，图12是QR显示装置中的QR布置的平面示意图。

如图11所示，本发明的QR显示装置400包括QR面板405和位于QR面板405下方的背光单元480。背光单元480向QR面板405提供光。

QR面板405包括靠近背光单元480放置的第一基板410，像素电极440，公共电极442，与第一基板410相对的第二基板470以及第一和第二基板410和470之间的QR层448。像素电极440和公共电极442位于第一基板410上或上方。

第一和第二基板410和470都是玻璃基板或塑料基板。例如，当第一和第二基板410和470是可由聚酰亚胺形成的柔性基板或柔性膜时，QR显示装置400可以是可折叠显示装置，可弯曲显示装置或可卷曲显示装置。

在第一基板410上，形成栅极线(未显示)和数据线(未显示)，且栅极线和数据线彼此交叉以限定像素区域。

在每个像素区域中，形成薄膜晶体管(TFT)Tr作为开关元件，像素电极440与TFTTr电连接。

TFT Tr可包括第一基板410上的栅极412，半导体层420，源极422和漏极424。半导体层420被布置在栅极412上方并与栅极412交叠。源极422和漏极424被布置在半导体层420上并且彼此分开。

栅极412与栅极线连接，源极422与数据线连接。也就是说，TFT Tr电连接至栅极线和数据线。

在栅极412和半导体层420之间形成由例如硅氧化物或硅氮化物的无机绝缘材料形成的栅极绝缘层414。

在TFT Tr上或上方形成具有用于暴露漏极424的漏极接触孔432的钝化层430。像素电极44-和公共电极442位于钝化层430上。像素电极440通过漏极接触孔432与漏极424连接。

像素电极440和公共电极442都可包括透明导电材料或低电阻金属材料。例如，透明导电材料可以是铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)，低电阻金属材料可以是铜(Cu)、铝(Al)或其合金。

图11中，一个像素电极440和一个公共电极442被布置为彼此分开，但不限于此。例如，多个像素电极440和多个公共电极442可交替布置为彼此分开。

在钝化层430上，形成包围每个像素区域的壁(或分隔部)446。也就是说，壁446可呈格状以包围像素区域。每个像素区域中的QR层448被壁446分开，从而使相邻的像素区域可提供红光、绿光和蓝光。壁446可用作遮光元件。壁446可以省略。

具有QR300(或图3中的100)的QR层448位于钝化层430上或上方，并被壁446分隔在每个像素区域中。也就是说，QR层448位于像素电极440和公共电极442之间，并与像素电极440和公共电极442接触。QR层448的下表面与钝化层430接触。

参照图3，QR可包括第一芯体110，与第一芯体110分开且具有与第一芯体110基本相同的长度的第二芯体120，以及包围第一和第二芯体110和120的第一壳体130。

可选的是，参照图10，QR可包括第一芯体310，与第一芯体310分开且具有与第一芯体310不同的长度的第二芯体320，以及包围第一和第二芯体310和320的第一壳体330。

也就是说，QR300具有双芯体结构。

可在壁446和QR层448上形成平坦化层450。可由壁446和QR层448产生的台阶差可以被平坦化层450补偿，从而可提供平坦的顶表面。平坦化层450可省略。

虽然未显示，但可以在平坦化层450上形成用于保护QR层448的保护层。由于QR300可能会受外部湿气或外部氧气的损坏，因此可以形成保护层以避免损坏QR300。

在平坦化层450上方形成第二基板470。可以用粘合层460贴附第二基板470。

虽然未显示，但在第二基板470的外侧可以布置偏振板(或膜)。可选的是，在没有第二基板470的情况下，可以用粘合层460将偏振板贴附至平坦化层450。

背光单元480包括光源(未显示)。由于QR300吸收短波长光并发射可见光，因此背光单元480具有短波长光源。例如，光源可以是UV光源。

虽然未显示，但背光单元480可以是直射型。也就是说，在背光单元480中，多个光源被布置在QR面板405下方以直接向QR面板405提供光。在这种情况下，背光单元480可进一步包括位于光源下方的反射片以及位于光源和QR面板405之间的光学片。

可选的是，背光单元480可以是边缘型。也就是说，背光单元480可进一步包括位于QR面板405下方的导光板，光源位于导光板的侧面。边缘型背光单元480可进一步包括位于导光板下方的反射片以及位于导光板和QR面板405之间的光学片。

QR层448被像素电极440和公共电极442之间感生的电场驱动。QR层448吸收来自背光单元480的光并发出线性偏振可见光。

参照图12，QR300呈棒状，具有长轴和短轴，QR300被布置为使QR300的长轴平行于像素电极440和公共电极442之间的电场E。也就是说，沿与像素电极440和公共电极442的延伸方向基本垂直的方向布置QR300的长轴。

当通过施加电压在像素电极440和公共电极442之间产生电场E时，随机分布的QR300被布置为使QR300的长轴平行于电场E的方向。通过执行固化处理，可以提供QR层448，其中QR300的长轴平行于像素电极440和公共电极442之间的电场E的方向。也就是说，在相关技术的LCD装置中所需的取向层和取向处理可以被省略。

此外，由于QR300能发出不同颜色的光，例如红光，绿光和蓝光，因此，在相关技术的LCD装置中所需的滤色器可以被省略。

如参照图10解释的，当第一芯体310和第二芯体320具有不同尺寸时，第一芯体310和第二芯体320可分别发出红光和绿光。在这种情况下，背光单元480包括蓝光光源，从而使QR层448可提供白光。在第二基板470上形成对应于每个像素区域的滤色器图案，从而可以显示全色彩图像。

也就是说，利用单个芯体的QR，需要不同的QR和蓝光光源来提供白光。但是，在本发明中，可以利用具有不同尺寸的第一和第二芯体的单个QR提供白光。

本发明中，具有双芯体结构的QR300在量子效率和驱动特性(关断特性)两方面都具有优势。因此，具有QR300的QR显示装置400也在量子效率和驱动特性(关断特性)两方面都具有优势。

图11显示了使用QR300的显示装置，但不限于此。例如，QR300可用于照明装置。

所属领域技术人员可以清楚的是，在不脱离本发明的精神或范围的前提下，可以对本发明的实施方式进行各种修改和变化。因此，本发明旨在涵盖落入所附利要求书范围及其等同范围内的对本发明的修改和变化。