[发明专利]基于半导体纳米粒子的发光材料

说明书

本发明公开了一种包含埋入主基体材料内的多个发光粒子的发光层。所述发光粒子的每一个均包含埋入聚合包封介质内的半导体纳米粒子群。本发明公开了一种制造包含埋入主基体材料内的多个发光粒子的发光层的方法，所述发光粒子的每一个均包含埋入聚合包封介质内的半导体纳米粒子群。该方法包括提供含有所述发光粒子的分散体，沉积所述分散体以形成膜，并且加工所述膜以制造所述发光层。本发明公开了一种发光器件，其包含与光漫射层或背光光通信的发光层。发光层包含埋入主基体材料内的多个发光粒子，所述发光粒子的每一个均包含埋入聚合包封介质内的半导体纳米粒子群。

本申请是国际申请日为2012年9月20日、国际申请号为PCT/GB2012/052321、进入中国国家阶段的申请号为201280057720.0且发明名称为“基于半导体纳米粒子的发光材料”的中国发明申请的分案申请。

本发明涉及基于半导体的发光层和结合这种层的器件。本发明还涉及制造这种层的方法。

传统的背光单元由冷阴极荧光灯(CCFL)和漫射片组成以给出大面积的均匀白光。归因于能量和尺寸限制，最近RGB-LED替代了CCFL光源(图1)。进一步开发是，蓝色LED激发源与含有传统的磷光体，如YAG的片组合使用，而″磷光体层″或″磷光体片″位于漫射器(diffuser)层附近或顶部并且远离光/激发源(图2)。

当前，在降频转换应用中使用的磷光性材料吸收UV光或主要是蓝光，并将其转换为更长的波长，大多数的磷光体当前使用三价稀土元素掺杂氧化物或卤化磷酸盐。通过将可在蓝色、绿色和红色区域发光的磷光体与发射蓝色或UV光的固态装置相混合来获得白光发射，即，发射蓝光的LED加上绿色磷光体如SrGa₂S₄：Eu²⁺和红色磷光体如SrSiEu²⁺，或发射UV光的LED加上黄色磷光体如Sr₂P₂O₇：Eu²⁺；Mu²⁺，和蓝绿色磷光体。

目前，白光LED通过组合蓝光LED和黄色磷光体制造，然而，当采用这种方法时，由于LED和磷光体缺乏可调性，颜色控制和色彩重现较差。而且，传统的LED磷光体技术使用降频转换材料，而降频转换材料归因于缺乏可得的磷光体颜色而具有较差色彩重现(即色彩重现指数CRI＜75)。

对开发由通常称为量子点(QD)或纳米晶体的具有2-50nm数量级尺寸的粒子组成的化合物半导体的性质已经存在相当大兴趣。这些材料由于它们可以在许多商业应用中采用的尺寸可调电子性质而具有商业价值，所述商业应用如光学和电子器件以及其他应用，这些应用涉及许多新的和新兴的应用中源自生物学标记、光伏、催化、发光二极管、一般空间照明和电致发光显示器的范围。都涉及单个半导体纳米粒子的尺寸的两个基本因素是形成它们的独特性质的原因。第一个因素是大的表面体积比；随着粒子变得更小，表面原子的数目与内部原子的数目的比率增加。这导致表面性质在材料的整体性质中起重要的作用。影响包括半导体纳米粒子在内的许多材料的第二个因素是材料的电性质随尺寸的改变；由于量子限制效应，随着粒子的尺寸减小带隙逐渐变大。这种效应是“箱中电子”的限制的结果，“箱中电子”产生类似于在原子和分子中观察到的离散能级，而不是在对应的本体半导体材料中观察到的连续带。因而，对于半导体纳米粒子，因为这些物理参数，由能量大于第一激子跃迁的电磁辐射即光子的吸收产生的“电子和空穴”与它们在相应的宏晶材料中的靠近程度相比更加靠近在一起，此外库仑相互作用不能被忽略。这导致依赖于纳米粒子材料的粒子大小和组成的窄带宽发射。因而，QD具有比相应的宏晶材料更高的动能并且从而第一激子跃迁(带隙)的能量随着粒径减小而增加。

由单一半导体材料与外部有机钝化层一起组成的核半导体纳米粒子倾向于具有相对低的量子效率，这归因于在位于纳米粒子表面上可以导致非辐射电子-空穴复合的缺陷和悬空键处发生的电子-空穴复合。