[发明专利]具有嵌入基质中的半导体结构的复合材料

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年11月9日递交的美国临时申请61/557,653、2011年11月11日递交的美国临时申请61/558,965和2011年11月11日递交的美国临时申请61/558,974的权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明的实施方式属于用于发光二极管(LED)的量子点领域，并且具体地为具有嵌入基质中的半导体结构的复合材料。

背景技术

具有高光致发光量子产率(PLQY)的量子点可被用作在固态照明应用中使用的下转换纳米复合材料中的下转换材料。下转换材料在照明应用中，具体地在发光二极管(LED)中被用来改善性能、效率和颜色选择。在该应用中，量子点吸收特定的第一(可用或选择的)波长的光，通常为蓝光，然后发出第二波长的光，通常为红光或绿光。

发明内容

本发明的实施方式包括具有嵌入基质中的半导体结构的复合材料。

在实施方式中，复合材料包括基质材料。多个半导体结构被嵌入基质材料中。每个半导体结构包括由第一半导体材料组成并具有在1.0和2.0之间但不包括1.0和2.0的宽高比的各向异性纳米晶体核。每个半导体结构还包括至少部分包围所述各向异性纳米晶体核的由不同的第二半导体材料组成的纳米晶体壳。绝缘体封装每个纳米晶体壳和各向异性纳米晶体核配对。

在另一个实施方式中，复合材料包括基质材料。多个半导体结构与基质材料交联、极性键合或者与其束缚。每个半导体结构包括由第一半导体材料组成的纳米晶体核和由不同的第二半导体材料组成的至少部分包围纳米晶体核的纳米晶体壳。绝缘体层封装每个纳米晶体壳和纳米晶体核配对。

在另一个实施方式中，照明设备包括发光二极管。所述照明设备还包括涂布所述发光二极管的复合材料。所述复合材料包括基质材料和多个嵌入基质材料中的半导体结构。每个半导体结构包括由纳米晶体核和纳米晶体壳组成的量子点，所述纳米晶体核由第一半导体材料组成，且所述纳米晶体壳至少部分包围所述纳米晶体核且由不同的第二半导体材料组成。每个量子点具有至少90％的光致发光量子产率(PLQY)。绝缘体层封装每个量子点。

在另一个实施方式中，制造复合材料的方法包括形成多个半导体结构。形成每个半导体结构包括形成由第一半导体材料组成并且具有在1.0和2.0之间但不包括1.0和2.0的宽高比的各向异性纳米晶体核。纳米晶体壳由不同的第二半导体材料形成以至少部分包围所述各向异性纳米晶体核。形成绝缘体层以封装所述纳米晶体壳和各向异性纳米晶体核。然后将所形成的多个半导体结构嵌入基质材料中。

在另一个实施方式中，制造复合材料的方法包括在基质材料中嵌入多个半导体结构。每个半导体结构包括由第一半导体材料组成的纳米晶体核和至少部分包围所述纳米晶体核的由不同的第二半导体材料组成的纳米晶体壳。绝缘体层封装每个纳米晶体壳和核配对。嵌入包括使多个半导体结构与基质材料交联、活性束缚或离子键合。

附图说明

图1为描述作为传统量子点的波长函数的现有技术的核/壳吸光度(左边的y轴)和发射光谱强度(右边的y轴)的图。

图2为根据本发明的实施方式说明量子点的示意性截面图。

图3为根据本发明的实施方式说明用于测量绝对光致发光量子产率的积分球的示意图。

图4为根据本发明的实施方式在光致发光量子产率的测量中使用的样品的作为以纳米计的波长的函数的光子计数和对照发射光谱的图。

图5为包括根据本发明的实施方式的红色CdSe/CdS核/壳量子点的UV-Vis吸收光谱和光致发光发射光谱的图。

图6为包括根据本发明的实施方式的绿色CdSe/CdS核/壳量子点的UV-Vis吸收光谱和光致发光发射光谱的图。

图7为说明根据本发明的实施方式在反胶束方法中涂布半导体结构的操作图。

图8为根据本发明的实施方式的具有完整的氧化硅封装的氧化硅涂布的CdSe/CdS核/壳量子点的透射电子显微镜(TEM)图。

图9A至9C说明根据本发明的实施方式用于量子点整合的可能的复合材料组合物的图示。

图10为根据本发明的实施方式的核/壳CdSe/CdS量子点的样品的透射电子显微镜(TEM)图。

图11为根据本发明的实施方式的包括具有96％的PLQY的CdSe/CdS核/壳量子点的UV-Vis吸收光谱和光致发光发射光谱的图。