[发明专利]发光材料及其生产方法

说明书

技术领域

本申请涉及发光二极管(LED)以及LED的生产方法。

背景技术

据估计，照明建筑物需要全球电力消耗的至少20％。至少部分由于这个原因，正在通过立法逐渐停止使用低能效灯泡、特别是白炽灯，并大力鼓励更有效的发光装置。

紧凑型荧光灯泡(CFL)代表了一种更高能效的选择。然而，CFL由于包含汞而受到批评，汞是一种当破裂时能够被释放到室内的非常有毒和危险的物质。CFL还面临着不能产生与白炽灯泡相同的白光色调的批评，这会对消费者的情绪造成不利影响。

众所周知，LED的使用提供了具有改进特性的照明系统，这些改进特性包括：低能耗、延长寿命、更小尺寸以及改善耐用性和可靠性。LED通常使用比传统白炽灯泡少高达90％的能量，并且可以具有高达50,000小时的使用寿命。在照明质量(亮度和色纯度)比较重要以及考虑成本和效率时，LED在包括汽车工业、显示器和TV背光的其他市场领域中也具有重要的应用。

另一种选择可能是有机发光二极管(OLED)。与无机LED相比，OLED通常具有更简单的设计，不过其涉及复杂的合成工艺，并且包含昂贵的重金属或稀土金属(铂、铱等)。此外，有机LED或有机金属LED与无机LED相比，通常更不稳定、更低效。

使用LED的灯泡不含汞，并且通常比CFL具有更长的寿命。LED灯泡的能效优于传统白炽灯泡，并且至少与CFL同样有效，如果不是更有效的话。

不过，LED光源和材料(诸如分子或半导体)通常在可见光谱的较窄范围内发光，使得白光发光器的设计非常具有挑战性且昂贵。在此描述四种用于产生白光发光二极管(LED)的传统方法。

在第一种传统方法中，将具有蓝色、绿色和红色输出的发光二极管组合成一个发光结构，产生白光的错觉。这种方法具有若干缺点，包括难以制造最佳的绿光LED，并且具有非常高的设计复杂度和制造成本。

在第二种传统方法中，通过使用一种或多种发射互补色的无机荧光体涂覆紫外(UV)或蓝光LED(通常基于III-V半导体—镓、镓-铟或氮化铝)，来构建白光LED。如果使用蓝光LED，那么通过使用荧光体材料将一部分发射光进行转换。具体来说，已经通过具有掺杂荧光体，诸如Ce:YAG(掺铈钇铝石榴石)的蓝光LED，构建了白光LED。在掺杂荧光体中，杂质离子发射蓝色的互补色，例如通过蓝光LED的照射发出准白光的黄色或橙色。在这种方法中，难以发现适当的客-主组合，并难以按照可再现的方式控制掺杂过程，通常会导致低纯度的白光发射。此外，调整LED被荧光体吸收以产生白光状态的发光比率的困难性，也造成所获得的白色光源的质量降低。该方法通常需要使用包含稀土元素的材料，而稀土元素正日益缺乏且较为昂贵。此外，该方法伴随着复杂的设计要求，并且由于使用多种荧光体或LED以及单个荧光体发射产生白光，可能导致白光照明不均匀(不纯)。

在第三种传统方法中，通过使用有机分子基电致发光构建白光LED。这种策略中最常用的方法是用多层发射不同颜色的有机分子涂覆有机分子基蓝色电致发光装置。该方法要求复杂的处理，通常会导致有机材料的大量浪费，导致制造成本相对较高。

在第四种传统方法中，在电致发光装置中将多种有机分子发射体的混合物涂覆成单层。该方法更经济有效，不过会导致低质量(不纯)的白光发射。有机LED与无机LED相比通常具有更简单的设计，不过包含复杂的合成工艺，并且在有机金属发射体的情况下，经常还包含昂贵的重金属(铂，铱等)。此外，与无机LED相比，有机LED通常更不稳定。

通常，由于难以获得所需比例的多色发射，因此白光LED的构造是挑战性的且昂贵的。

从而，需要一种克服传统LED和方法的至少部分缺陷的改进的白光发射材料或LED，以及用于合成或制造白光发射材料的方法。

发明内容

一方面，提供一种发光结构，其被配置成使得：主荧光体具有第一预定光致发光光谱，次荧光体具有第二预定光致发光光谱以及与第一预定光谱重叠的吸收光谱。将次荧光体与主荧光体结合，使得发生无辐射偶极-偶极耦合。在一种情形中，主荧光体可以由金属氧化物纳米晶体组成。次荧光体可以选自由荧光性染料、聚合物和量子点组成的组。在另一种情形中，使用福斯特共振能量转移(FRET)实现无辐射偶极-偶极耦合。