使用高度反射的试剂的量子产率的提高制造技术

描述了具有发光性能的组合物。组合物可以包含发光材料，如量子点，以及反射材料，如硫酸钡，二者悬浮在基体材料中。反射材料的存在增加了从组合物中捕获的光量。在本文中所描述的组合物可以在用于LCD的背光中使用，也可以在其他用途，如环境照明的颜色调节中使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用高度反射的试剂的量子产率的提高相关申请本申请是2012年5月22日提交的临时申请No61/650,238的非临时版本并且要求其优先权，该临时申请的全部内容通过引用结合于此。专利
本专利技术一般地涉及高度发光材料的组合物。本专利技术更具体地涉及具有增强的发光性能的纳米粒子组合物。背景在经常被称为量子点(QD)、纳米粒子或纳米晶体的处于具有2-50纳米(nm)的级别的尺寸的粒子的形式的化合物半导体的制备和表征方面，已经存在相当大的兴趣。兴趣的产生主要是由于这些材料的尺寸相关的电子性能，这些性能可以用于许多商业用途如光学和电子器件、生物标记、太阳能电池、催化、生物成像、发光二极管、一般空间照明、以及电致发光和光致发光显示器。特别相关的感兴趣的领域是在用于液晶显示器(LCD)的背光照明中使用基于QD的发射器。常规的背光单元由冷阴极荧光灯(CCFL)和漫射体片组成，以提供大面积的均匀白光。由于能量和尺寸限制，最近，RGB-LED已经代替了CCFL光源。进一步的发展是使用与含有常规磷光体如YAG的片材组合的蓝色LED激发源，在此处“磷光体层”或“磷光体片”位于漫射体层的顶部附近或其上并且远离光/激发源。当前在降频变换(downconverting)应用中使用的发磷光材料吸收UV或者主要吸收蓝光并将它变换成更长的波长，并且大部分磷光体目前使用三价稀土掺杂的氧化物或卤代磷酸盐。通过将在蓝光区、绿光区和红光区中发射的磷光体与发射蓝光或UV的固态器件的磷光体混合，获得白色发射，即蓝光发射LED加绿色磷光体如SrGa2S4:Eu2+和红色磷光体如SrSiEu2+，或者UV光发射LED加黄色磷光体如Sr2P2O7:Eu2+；Mu2+和蓝色-绿色磷光体。目前，白色LED通过将蓝色LED与黄色磷光体组合而制造，然而，当使用这种方法时，由于缺乏LED和磷光体的可调节性，颜色控制和显色性差。此外，由于缺乏可用的磷光体颜色，常规LED磷光体技术使用具有差的显色性(即显色性指数(CRI)＜75)的降频变换材料。在使用作为在LED用途如LCD中的降频变换材料的QD的性能方面，已经存在相当大的兴趣。由于它们的可以用于许多商业用途的可尺寸调节的电子性能，这些材料是令人感兴趣的。两个基本因素是形成它们的独特性能的原因，这两个因素都涉及单个半导体纳米粒子的尺寸。第一个因素是大的表面与体积的比率；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。这导致表面性能在材料的总体性能中起着重要的作用。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子性能随尺寸的改变；因为量子限制作用，随着粒子的尺寸减小带隙逐渐变大。这种作用是“箱中电子”的限制的结果，“箱中电子”产生离散能级，类似于在原子和分子中观察到的那些，而不是如在相应的大块半导体材料中观察到的连续带。因此，对于半导体纳米粒子来说，因为这些物理参数，通过具有比第一激子跃迁大的能量的电磁辐射即光子的吸收而产生的“电子和空穴”比在相应的粗晶材料中更靠近在一起；此外，不能忽略库仑相互作用。这导致依赖于纳米粒子材料的粒径和组成的窄带宽发射。因此，QD具有比相应的粗晶材料更高的动能，并且因此，第一激子跃迁(带隙)的能量随着粒径减小而增大。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挂键处发生的电子-空穴复合，由单一半导体材料连同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比较低的量子效率。消除QD的无机表面上的缺陷和悬挂键的一个方法是用均匀的第二半导体壳覆盖纳米粒子。这种半导体材料通常具有比核的带隙宽得多的带隙，以抑制载流子从核向壳的新形成的表面原子的隧穿。壳材料必须还具有与核材料的晶格失配小的晶格。晶格失配主要因为在核中和壳中的原子之间的键长的差异而出现。尽管核和壳材料之间的晶格失配的差异可能仅为百分之几，但其足以改变壳沉积的动力学和粒子形态二者以及得到的粒子的量子产率(QY)。QY单纯是由样品发射的光子的数量与被样品吸收的光子的数量的比率，即(#发射的光子)/(#吸收的光子)，并且可以被认为是基于QD的材料的相对“亮度”的量度。对于确保壳在核粒子的表面上的外延生长以制备没有或具有最少的可能引入降低粒子的光致发光量子产率(PLQY)的非辐射复合途径的在界面处的缺陷的“核-壳”粒子，小的晶格失配是必需的。一个实例是生长在CdSe或InP核的表面上的ZnS壳。一些最常用的壳材料相对于CdSe的晶格失配，对于CdS来说是3.86％，对于ZnSe来说是6.98％，并且对于ZnS来说是11.2％。另一种方法是制备核-多壳结构，其中将“电子-空穴”对完全限制到由一种特定材料的几个单层组成的单一壳层，如QD-量子阱结构。在这里，核是宽带隙材料的，接着是一个较窄带隙材料的薄壳，并且用另一个宽带隙层封端，如按以下方式生长的CdS/HgS/CdS：在核纳米晶体的表面上使用Hg取代Cd，以沉积刚好数个HgS单层，之后在其上生长CdS的单层。所得到的结构展现出光激发的载流子在HgS层中的明显限制，这产生了高的PLQY和提高的光化学稳定性。为了进一步增加QD的稳定性并且有助于限制电子-空穴对，最常用的方法之一是在核周围生长厚且鲁棒的壳层。然而，因为核和壳材料之间的晶格失配，界面应变随着增加壳厚度而显著地积累，并且最终可以通过不匹配的位错的形成而释放，降低了QD的光学性能。可以通过在核上外延生长组成上呈梯度的合金层来避免这种问题，因为这能够有助于缓解在核-壳界面处的应变。例如，为了提高CdSe核的结构稳定性和量子产率，可以使用Cd1-xZnxSe1-ySy的梯度合金层代替直接在核上的ZnS的壳。因为壳组成和晶格参数的梯度变化，所得到的梯度多壳QD被非常充分地在电子学上钝化，具有在70-80％的范围内的PLQY值，并且与简单核-壳QD相比显示出提高的光化学和胶体稳定性。用原子杂质掺杂QD也是操控纳米粒子的发射和吸收性能的有效方式。已经开发了用锰和铜掺杂宽带隙材料如硒化锌和硫化锌(ZnSe:Mn或ZnS:Cu)的工序。在半导体纳米晶体中用不同的发光激活剂掺杂可以将光致发光和电致发光调节在甚至低于大块材料带隙的能量，而量子尺寸效应可以用QD的尺寸调节激发能量，而不具有在与激活剂相关的发射的能量方面的明显变化。掺杂剂包含主族元素或稀土元素，通常为过渡金属或稀土元素，如Mn+或Cu2+。任何核、核-壳或核-多壳、掺杂或梯度纳米粒子的表面上的原子周围的配位是不完全的，并且不完全配位的原子具有使它们成为高度反应性的并且可以导致粒子团聚的悬挂键。这种问题通过用保护有机基团将“裸露的”表面原子钝化(封端)而克服。如果QD是单分散的，在发光器件中使用QD与使用更常规的磷光体相比具有一些明显的优点，如调节发射波长的能力、强的吸收性质和低的散射。然而，由于QD的外部有机表面与在其中负载QD的主体材料的类型之间的化学不相容性，迄今所使用的方法是遭遇挑战的。当配制成为这些材料时，QD可能会遭遇团聚，并且一旦结合，作为氧经由主体材料向QD的表面迁移的结果，可能会遭遇光致氧化，这最终可能会导致量子产率的下降。尽管可以在实验室条件下做出合理的装置，在大规模的商业条件下将此重复仍存在明显的挑战性。例如，在混合阶段本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，所述组合物包含：量子点(QD)磷光体的群和反射材料，二者悬浮在一次基体材料中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.22 US 61/650,2381.一种组合物，所述组合物包含：在丙烯酸酯中的核/壳量子点(QD)磷光体的群以及硫酸钡粒子，所述核/壳量子点(QD)磷光体具有包含InP的核以及包含ZnS的壳。2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述核/壳QD磷光体的群还包含含有选自由下列各项组成的组的半导体材料的QD：CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、InAs、InSb、AlP、AlS、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、PbS、PbSe、Si、Ge、MgS、MgSe、MgTe，以及它们的组合。3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述核/壳QD磷光体的群包含不含Cd的QD。4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物展现出具有至少50％的量子产率的光激发发射。5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物展现出具有至少60％的量子产率的光激发发射。6.根据权利要求1所述的组合物，所述组合物还包括反射材料，所述反射材料包含无机材料的粒子。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊马德·纳萨尼，庞浩，
申请(专利权)人：纳米技术有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB