[发明专利]无溶剂的量子点交换方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2013年3月14日提交的美国临时申请No.61/781,285的优先权，在此为了所有目的，通过参考将其全文引入。

发明背景

高性能下变频磷光体技术将在下一代的可见光发射中起到突出的作用，其中包括高效率固态白光照明(SSWL)。此外，这样的技术还适用于近红外(NIR)和红外(IR)发光技术。从紫外(UV)或蓝色发光半导体发光二极管(LED)下变频为蓝色、红色和绿色波长提供了用于传输商业上有吸引力的白色光源的快速、有效和成本合算的途径。不幸的是，现有的稀土活化的磷光体或卤代磷酸盐是目前用于固态下变频的主要来源，其最初被开发用于荧光灯和阴极射线管(CRT)，因此当谈到SSWL的独特要求时，其具有许多关键的不足。正因为如此，虽然一些SSWL系统是可用的，但差的功率效率(<20光流明/瓦特(lm/W))、差的显色性(显色指数(CRI)<75)和极高的成本(>$200/千流明(klm))将该技术限制在小摊贩市场，如手电筒和人行道照明。

此外，由于在芯片/涂层界面处的光子的内反射，LED通常遭受降低的性能。典型地，LED被封装或涂布在聚合物材料中(其可以包含磷光体)以向发光芯片提供稳定性。目前这些涂层通过使用具有非常不同于基材(即，芯片)的折射率的无机或有机涂层制成，其由于在两种材料之间的界面处的折射率失配而导致有害的光学效应。此外，LED的温度可以超过100℃。为了允许可以伴随该温度上升的膨胀和收缩，柔性聚合物层(例如硅酮)通常与芯片接触放置。为了向LED提供另外的稳定性，该柔性层通常另外涂布有硬壳聚合物。

由于与LED相关的聚合物涂层的更低的折射率，所得LED结构在芯片/柔性聚合物界面处遭受光损失。然而，如果柔性层的折射率升 高，那么由于内反射，在柔性聚合物和硬壳聚合物之间的高折射率/低折射率界面处将发生甚至更高的损失。

当使用常规的无机磷光体用于SSWL时，有若干关键因素导致差的功率效率。这些包括：在LED芯片和磷光体层界面处的总的内反射导致差的从LED到磷光体层的光摄取；由于磷光体颗粒产生的光散射以及LED芯片的寄生吸收、金属接触和屏蔽导致的从磷光体层到周围的差的摄取效率；在红光波长范围内的宽的磷光体发射导致未使用的光子发射到近IR；以及当在蓝光波长范围内激发时磷光体自身的差的下变频效率(这是吸收和发射效率的组合)。虽然效率通过UV激发改进，但是由于在UV中比在蓝光波长范围中的斯托克斯位移发射(Stokes-shifted emission)更大且LED效率更低导致的另外的损失使其在整体上是不太吸引人的解决方案。

结果，差的效率驱动高效的拥有成本。成本还显著地受到构建这样的装置的费力的制造和组装过程的影响，例如在封装过程中将磷光体层异构集成到LED芯片上(美国能源部和光电产业发展协会(DOE and Optoelectronics Industry Development Association)"Light emitting diodes(LEDs)for general illumination,"Technology Roadmap(2002))。在历史上，蓝色LED已与多种带边滤波器和磷光体联合使用来产生白光。然而，许多当前的滤波器允许光子从光谱的蓝端发射，从而限制了白色LED的质量。由于能够同时在蓝光中激发的可用磷光体颜色和颜色组合的数量有限，因此装置的性能还遭受差的显色性。因此，需要有效的纳米复合材料滤波器，可以调整所述滤波器以滤除在可见光(尤其是蓝端)、紫外和近红外光谱中的特定光子发射。

虽然针对SSWL的有机磷光体已取得了一些进展，但是有机材料具有若干不能克服的缺点，使其不可能成为针对高效SSWL的可行的解决方案。这些包括：快速光降解导致差的寿命，尤其在蓝光和近UV光的存在下；低的吸收效率；光散射、在芯片界面处的差的折射率匹配、对不同颜色的磷光体窄的和非重叠的吸收光谱使其难以或不可能同时激发多种颜色；和宽的发射光谱。因此需要聚合物层的简单制备 方法，所述聚合物层帮助产生高质量、高强度的白光。令人惊讶地，本发明满足了该需求和其他需求。

发明简述