[发明专利]白光发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及发射白光并且包括光源的器件；发光材料，该发光材料包括优化的半导体纳米晶体，所述半导体纳米晶体同时具有由至少一个内部吸光壳包围的发射核以及外部保护壳；以及至少一个额外的发光材料。

背景技术

半导体技术为大部分现代电子时代（包括光源，例如，发光二极管（LED））的基础。在20世纪80年代发现了通常被称为量子点的半导体纳米晶体，并且这种半导体纳米晶体具有独特的性质。半导体纳米晶体为相应大块晶体的纳米级片，并且具有在大块晶体和分子的性质之间的性质；人们对于半导体纳米晶体在研制先进的光学材料的前景方面产生了基本的兴趣。依赖于尺寸的发光可能为传统半导体纳米晶体最具吸引力的性质。例如，可制备尺寸不同的CdSe纳米晶体，这些纳米晶体发射从蓝色到红色的光，具有比较纯粹的发光颜色。这些基于纳米晶体的发射器可用于许多用途，例如固态照明、通过下变频的太阳能电池、激光器、生物医学标签等。

对于作为发射器的半导体纳米晶体的任何应用，高光致发光（PL）量子效率（QY）为基本的和广为接受的要求。然而，以前的工作还未认识到，纳米晶体的吸收与其量子效率一样重要。在最实际的应用中，纳米晶体的吸收性优选地在激发波长处尽可能地高，但是在发射波长处尽可能地低。因此，主吸收频带的波长优选地与发射频带的波长尽可能少地重叠；理想地，主吸收频带和发射频带不明显地重叠。获得具有所需发射性质与吸收性质的半导体纳米晶体是一个挑战。需要一种吸收性在激发波长处尽可能地高而在发射波长处尽可能地低的纳米晶体。

半导体纳米晶体的类型可分成普通的核纳米晶体和涂有至少一层另一种半导体材料的纳米晶体核，通常称为核/壳纳米晶体。壳层通常与纳米晶体核材料不同。在纳米晶体被进行复杂的化学处理时（例如，在生物医学应用中）或者在连续激发纳米晶体时（例如，二极管和激光器），核/壳纳米晶体可能为所需结构。核/壳纳米晶体表示多种不同的具有复杂结构的纳米晶体，例如，核/壳/壳结构的材料，其架构的目的在于精密地控制纳米晶体的光物理性质。

核/壳半导体纳米晶体对于许多光学应用是有用的，其中在该核/壳半导体纳米晶体中，核成分与包围核的壳的成分不同。如果核/壳结构的带偏移为I型，并且壳半导体所占有的带隙比核材料所占有的带隙更高，那么纳米晶体内部的光生成的电子和空穴将大部分限制在核内。如本文中所使用的，I型带偏移指的是核/壳电子结构，其中，与核相比或者与更靠近核的壳相比，用于每个连续壳的导电带的能级更高。与核相比或者与更靠近核的外壳相比，用于每个连续壳的价带的能级更低。假设核半导体的带隙小于壳半导体的带隙，那么传统核/壳纳米晶体可示出高光致发光（PL）和电致发光效率，并且与包括单一材料的“普通核”半导体纳米晶体相比，可对光氧化更稳定。

众所周知的是厚度为多个单层的分级成分的壳。例如，参见Liberato Manna、Erik C.Scher、Liang-Shi Li以及A.Paul Alivasatos的“Epitaxial Growth and Photochemical Annealing of Graded CdS/ZnS Shells on Colloidal CdSe Nanorods”，J.Am.Chem.Soc，vol.124，No.24，7136-7145（2002）（在本文中称为“Alivasatos”）；Renguo Xie、Ute Kolb、Jixue Li、Thomas Basche以及Alf Mews的“Synthesis and Characterization of Highly Luminescent CdSe-Core CdS/Zn0.5Cd0.5S/ZnS Multishell Nanocrystals”，J.Am.Chem.Soc，vol.127，No.20，7480-7488（2005）（在本文中称为“Mews”），这两个文献的全文均并入本文中以作参考。由于核和壳半导体通常具有可造成明显的晶格失配的不同晶格常数，所以分级壳成分是有用的。虽然众所周知的是分级壳成分，但是可对作为中心关注的核设计分级系统。整个壳（包括分级部分）被视为“保护层”，以增强纳米晶体的发射性质。例如，参照Kazlas的WO2009/014707，第36页。这种保护层被认为用于防止在纳米晶体的表面上暴露了光生成的电荷。保护层通过消除在纳米晶体的表面上的光化学反应，为电荷提供更大的机会在纳米晶体的核内复合并且增强光稳定性，从而优选地提高了光致发光（PL）量子效率（QY）。由Alivisatos组和Mews组发布的论文可被视为这种核/分级壳/壳纳米晶体的典型示例。