磷光体纳米颗粒组合物制造技术

用于光转换的包括接种半导体纳米颗粒材料和非量子限制磷光体颗粒材料的本发明专利技术的组合物以及包括这种组合物的光转换层。在多个实施方案中，球形芯/壳接种纳米颗粒(SNP)或纳米棒接种纳米颗粒与磷光体材料进行组合，以提供本发明专利技术的组合物，这种组合物在绿色和红色两个波长区域具有微小的磷光体发射的重吸收和微小的SNP发射的重吸收，在某些实施方案中，在SNP或RSNP与磷光体颗粒混合之前，SNP或RSNP包封在第一主体材料中。在多个实施方案中，SNP/RSNP磷光体混合物或者包封的SNP/RSNP磷光体混合物引入到主体基体中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磷光体纳米颗粒组合物相关申请的交叉引用本申请要求2010年I月28日提交的题为“Phosphor-nanoparticlecombination(磷光体纳米颗粒组合物)”的美国临时专利申请第61/299，018号的优先权，以及在2010年 I 月 28 日提交的题为“Light source with prescribed color emission (具有指定颜色发光的光源)”的美国临时专利申请第61/299，012号的优先权。二者的全部内容通过引用合并到本文中。
和
技术介绍
本专利技术的实施方案一般性地涉及照明装置，这种照明装置包括光转换材料，并且特别涉及用于包括发光二极管(LED)的照明装置的光转换材料，其中，转换材料包括半导 体纳米颗粒和基于稀土元素的用于光转换与光调节的磷光体的组合。LED因其高能源效率和长寿命而具有优于白炽灯和荧光灯的显著优势。LED可应用于包括显示器、汽车、标志照明以及家庭和街道照明的多种领域。LED根据用于制造它的无机半导体化合物而可以在不同的光谱区域发射单色光。然而在照明行业中占很大部分需求的“白色”光不能使用传统的LED产生。目前生产白色光的解决方案包括使用三个或多个具有各种颜色的LED (例如，红色、绿色和蓝色或“RGB”)，或者使用磷光体材料(例如，铈YAG)的颜色转换层，以从LED的紫外光(UV)或蓝色发光产生宽范围的白色光谱发射。然而，这种白色光几乎总是不理想，并且在很多情况下具有需要改进和校正的不希望或不舒适的特性。为了显示的目的，重要的是有三个或更多个具有窄的FWHW光谱发射的基本颜色，例如使用LED获得的颜色(FWHM < 30nm)。这允许宽色域覆盖。“色域”通常被定义为可以由三种颜色混合而获得的色度的范围。对于某些应用，使用三个或更多个不同LED的解决方案是昂贵和复杂的。因此，只用一种LED提供宽色域覆盖的光源是理想的。—种利用LED来提供宽光谱光源的方法是利用可将LED光转换成在宽光谱内具有更长波长的光的磷光体。例如，发射光覆盖绿色波长的宽范围的磷光体可以从产生窄蓝色光谱的LED照射出蓝色光。然后将产生绿光的磷光体用作白色光源的组分。通过混合若干磷光体，原则上可以在磷光体的光转换效率足够高的条件下制造出宽光谱白色光源。更多细节可见“Status and prospects for phosphor-based white LED Packaging，，，Z. Liu等，Xiaobing Front. Optoelectron. China 2009,2(2) :119-140.。遗憾的是，灯设计师没有用来选择的任意组合的磷光体。包括具有足够的光转换效率的稀土元素的传统磷光体的数量有限。这些磷光体的发射光谱不容易改变。此外，光谱不够理想之处在于以波长的函数发射的光线不稳定。因此，即使通过混合若干磷光体，也无法获得最佳白色光源。美国专利7，102，1527，495，383和7，318，651 (其全部内容通过引用合并到本文)公开了利用量子点(QD)和非量子荧光材料来使至少一些从器件光源发出的原始光转换成较长波长的光，从而改变输出光的颜色特性。QD具有高QY和中心发射波长(CWL)大小可调的窄发射光谱。混合QD和磷光体二者可以提高光的质量。QD添加剂可以提供改善，但是它们有很高的自身吸光度，也就是，当被激发而发射光时它们吸收光。这降低了作为光转换器的总能量效率。此外且最显著的是，QD也再次吸光磷光体发射光，从而降低了能量效率并且也使输出光谱偏移，使得合理的颜色规划非常困难。此外，在某些应用中紧密堆积QD的团聚是期望的。紧密堆积QD团聚表现出的现象被称为荧光共振能量转移(FRET)，参考如Jowph R. Lakowicz, “荧光光谱学原理”，第二版，Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, 1999, 367-443 页。FRET 发生在发射较短(例如，蓝色)的供体QD和位置邻近的发射较长波长的受体QD之间。偶极子与偶极子之间的相互作用发生在供体发射跃迁偶极子和受体吸收跃迁偶极子之间。FRET过程的效率取决于供体吸收的和受体发射的光谱重叠的程度。量子点之间的FRET距离通常为IOnm或更小。FRET过程的效率与距离紧密相关。FRET导致颜色改变(红移)和光转换效率的损失。因此，现有技术努力的方向是避免在光转换材料中的QD团聚。芯/壳纳米颗粒(NP)是众所周知的。它们是离散的纳米颗粒，其特征在于由一种材料形成的“芯”被由另一种材料形成的“壳”覆盖的异质结构。在一些情况下，壳包覆着作为“种子”的芯生长，芯/壳NP为众所周知的“种子” NP或SNP。术语“种子”或“芯”是指包含在异质结构中的最里面的半导体材料。图I示出众所周知的芯/壳颗粒的示意图。图IA示出QD，其中基本上为球形的壳包覆在位置对称且类球形的芯。图IB示出在细长的壳内具有不对称位置的芯的棒状(“纳米棒”)SNP (PSNP)。术语纳米棒是指类似棒状的纳米晶体，即，纳米晶成通过沿着晶体的第一(“长度”)轴细长生长，沿着其他两个轴保持微小尺寸的生长而形成。纳米棒具有很微小(通常小于IOnm)的直径并且其长度可以在约6nm到约500nm的范围内。通常芯具有类球形的形状。然而，可以使用多种形状的芯，例如，假四面体、立方八面体和其他形状。通常芯直径范围为约Inm到约20nm。图Ic示出QD，其中，基本上球形的壳包覆位置对称的且类球形的芯。整体直径为d2，远大于芯直径dl。对dl相比，d2的幅度影响了芯/壳NP的吸光度。众所周知，SNP可以包括附加的外部壳，该外部壳能提供更好的光学和化学性能，例如较高的量子产率(QY)和更好的耐用性。可以调整组合物以得到应用所需的发光颜色。在RSNP中，第一壳的长度范围一般可以为IOnm至200nm，特别是15nm至160nm。其他两个维度的第一壳的厚度(棒状的轴半径)范围可以为Inm至10nm。附加的壳的厚度范围一般可以是O. 3nm至20nm,特别是O. 5nm至10nm。鉴于上述已知材料(包括已知的QD传统磷光体混合物)的光转换效率的许多不足之处，需要没有这些缺陷的纳米颗粒磷光体组合以及包括该组合的化合物材料，并且这是有利的。特别是，需要使纳米颗粒磷光体组合物具有微小到可以忽略的由纳米颗粒的磷光体发射的重吸收和纳米颗粒的自身吸光度，因此得到高转换效率和最终的色域的控制，并且这是有利的。此外，在转换材料的团聚体和高负荷中，这些组合物应该具有可以忽略的FRET0
技术实现思路
本专利技术实施方案公开了材料或材料的组合(也称作组合物或混合物)，将至少一种磷光体物质与至少一种半导体纳米颗粒物质(特别是SNP或RSNP)进行混合。本文所用“磷光体SNP组合物”、“磷光体RSNP组合物”、“磷光体SNP混合物”或“磷光体RSNP混合物”是指组合具有至少一种磷光体类型(种类)的至少一种材料与至少一种SNP或RSNP种类的材料的任意组合。得到的材料可以是块体材料、粉体材料、厚或薄膜材料，自支撑、嵌入基体或与基体混合和/或包括例如配体的添加材料。本文所用术语“磷光体”是指以颗粒形式存在的荧光材料，其形成具有发射中心，该发射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.28 US 61/299,018;2010.01.28 US 61/299,0121.一种用于光转换的材料组合物，包含 a)磷光体材料；以及 b)至少一种类型的半导体接种纳米颗粒(SNP)材料,其具有580nm至680nm的中心发射波长(CWL)，其中所述磷光体材料和所述SNP材料以合适的量混合，以提供大于3. 5 I的455nm处吸光度与580nm至700nm范围内最大吸光度值的吸收比(AR)。2.根据权利要求I所述的材料组合物，其中所述合适的量包括所述SNP和磷光体材料之间的重量比为O. 1%至10%。3.根据权利要求I所述的材料组合物，其中所述SNP是纳米棒SNP(RSNP)。4.根据权利要求I所述的材料组合物,其中AR大于7 I。5.根据权利要求I所述的材料组合物，其特征还在于455nm处吸光度与520nm至580nm波长范围内的最大吸光度值之间的AR大于2. 5 : I。6.根据权利要求4所述的材料组合物,其特征还在于455nm处吸光度与520nm至580nm波长范围内的最大吸光度值之间的AR大于6 : I。7.根据权利要求I所述的材料组合物，还包括至少一种类型的未与任何SNP表面结合的过量的有机配体。8.根据权利要求I至7中任一项所述的材料组合物，还包括引入所述磷光体以及SNP或RSNP材料的主体基体材料。9.根据权利要求8所述的材料组合物，其中所述主体基体材料是聚硅氧烷、环氧化合物或聚合物。10.根据权利要求8所述的材料组合物，其中所述磷光体-SNP组合物相对于所述主体基体材料的重量百分比在5%至50%的范围内。11.根据权利要求I所述的材料组合物，其中所述磷光体材料包括具有稀土元素的发射中心的颗粒。12.根据权利要求I所述的材料组合物，其中所述磷光体材料选自石榴石基磷光体、硅酸盐基磷光体、正硅酸盐基磷光体、硫代镓酸盐基磷光体、硫化物基磷光体以及氮化物基磷光体。13.根据权利要求I所述的材料组合物，其中所述SNP材料包括选自II-VI、111-V,IV-VI和I-III-VI2半导体的材料。14.根据权利要求13所述的材料组合物，其中所述SNP或RSNP为芯/壳结构，具有选自 CdSe/CdS、CdSeS/CdS、ZnSe/CdS、ZnCdSe/CdS、CdSe/CdZnS、CdTe/CdS、InP/ZnSe、InP/CdS, InP/ZnS 和 CuInS2/ZnS 的材料。15.根据权利要求13所述的材料组合物，其中所述SNP或RSNP为芯/双壳结构，具有选自 CdSe/CdS/ZnS、CdSe/CdZnS/ZnS、ZnSe/CdS/ZnS、InP/ZnSe/ZnS、InP/CdS/ZnS 和 InP/CdZnS/ZnS 的材料。16.根据权利要求1、5或6中任一项所述的材料组合物，其特征还在于具有小于约5nm的光致发光(PL)偏移，其中所述PL偏移是在OD < O. I下在甲苯中对SNP测量的CWL与在所述转换层中测量的CWL之间的差值。17.一种用于光转换的材料组合物，包括 a)磷光体材料；b)第一主体材料；以及 b)至少一种类型的半导体接种纳米颗粒(S...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈加伊·阿贝尔，阿萨夫·阿哈罗尼，乌里·巴宁，
申请(专利权)人：耶路撒冷希伯来大学伊森姆研究发展公司，
类型：
国别省市：