[发明专利]发光纳米复合颗粒

说明书

关于联邦资助研究或开发的声明

本发明是根据由DOE授予的合作协议#DE-FC26-06NT42864 在政府支持下作出的。政府对本发明具有某些权权利。

背景技术

自从20世纪60年代早期以来已经制造了半导体发光二极管 (LED)器件，并且目前将其制造用于广泛的消费者和商业应用。包 括LED的层是基于需要诸如金属有机化学气相沉积(MOCVD)的超 高真空技术以便其生长的晶体半导体材料。另外，所述层通常需要在 几乎晶格匹配(lattice-matched)的衬底上生长以便形成没有缺陷的层。 这些基于晶体的无机LED具有亮度高(由于层具有高导电性)、寿 命长、环境稳定性良好、以及外量子效率良好的优点。引起所有这些 优点的晶体半导体层的使用还导致若干缺点。主要的缺点是制造成本 高，难以将来自同一芯片的多颜色输出组合、以及需要高成本的刚性 衬底。

在20世纪80年代中期，基于小分子量分子的使用而发明了有机 发光二极管(OLED)(Tang等人，Appl.Phys.Lett.51，913(1987))。 在20世纪90年代初，发明了聚合物LED(Burroughes等人，Nature 347， 539(1990))。在随后的15年中，基于有机的LED显示器已被投 入市场并且在器件寿命、效率、以及亮度方面得到很大改善。例如， 包含磷光发射器的器件具有高达19％的外量子效率；而通常报告的器 件寿命是几万小时。与基于晶体的无机LED相比，OLED具有大幅降 低的亮度(主要由于小载流子(carrier)迁移率)、更短的寿命，并 且需要用于器件工作的昂贵封装。另一方面，如果封装问题可以得到 解决，OLED享有潜在地较低的制造成本、从同一器件发出多种颜色 的能力、以及灵活的显示器的前途的好处。

为了改善OLED的性能，在20世纪90年代后期，引入了包含有 机物和量子点(quantum dot)的混合发射体的器件(Matoussi等人， J.Appl.Phys.83，7965(1998))。向发射体层(emitter layer)添加 量子点的优点是可以加强器件的色域；可以通过简单地改变量子点颗 粒大小来获得红光、绿光、以及蓝光发射；并且可以降低制造成本。 由于诸如发射体层中的量子点的聚集等问题，与典型的OLED器件相 比，这些器件的效率相当低。当使用量子点纯膜(neat film)作为发 射体层时，效率甚至更差(Hikmet等人，J.Appl.Phys.93，3509 (2003))。效率差归因于量子点层的绝缘性质。后来，当在有机空 穴和电子传输层之间沉积量子点的单层膜时，效率得到提高(至 ～1.5cd/A)(Coe等人，Nature 420，800(2002))。一般认为，来 自量子点的光发射主要是由于来自有机分子上的激子的Forster能量 传递而发生(在有机分子上发生电子-空穴重组)。无论任何将来的效 率改善如何，这些混合式器件仍遇到与纯OLED器件相关的所有缺点。

近年来，通过将单层厚核/壳(core/shell)CdSe/ZnS量子点层加 在真空沉积(MOCVD)的n-和p-GaN层之间来构造大体全无机的LED (Mueller等人，Nano Letters 5，1039(2005))。结果得到的器件具 有0.001～0.01％的差的外量子效率。该问题的部分可能与被报告为存 在后生长(post growth)的三辛基氧化磷(TOPO)和三辛基 (trioctylphosphine，TOP)的有机配体(ligand)相关联。这些有机 配体是绝缘体且将导致到量子点中的较差的电子和空穴注入。另外， 该结构的其余部分由于通过高真空技术生长的电子和空穴半导电层 的使用和蓝宝石衬底的使用而制造成本高昂。