用于納米結(jié)構(gòu)體分散的官能化基質(zhì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了用半導體納米晶體摻雜的基質(zhì)。在某些具體實施方案中，該半導體納米晶體具有使得在特定波長下它們吸收或發(fā)射光的尺寸和組成。該納米晶體可以包含允許用于與不同的基質(zhì)材料混合的配體，包括聚合物，以至于最少部分的光被該基質(zhì)散射。該基質(zhì)任選由配體形成。本發(fā)明的基質(zhì)還可以用于折射率的匹配應(yīng)用。在其他的具體實施方案中，將半導體納米晶體嵌入基質(zhì)中以形成納米晶體密度梯度，由此產(chǎn)生有效的折射率梯度。本發(fā)明的基質(zhì)還可以用作光學器件上的濾波器和抗反射涂層并且用作下變頻層。本申請還提供了用于制備包含半導體納米晶體的基質(zhì)的方法。本申請還描述了具有高量子效率、小尺寸、和/或窄的尺寸分布的納米結(jié)構(gòu)體、制備磷化銦納米結(jié)構(gòu)體和具有第II-VI族的殼的核-殼納米結(jié)構(gòu)體的方法。
【專利說明】用于納米結(jié)構(gòu)體分散的官能化基質(zhì)
[0001] 本申請是申請?zhí)枮?01080019498. 6的中國專利申請的分案申請。
[0002] 相關(guān)申請的交叉引用
[0003] 本申請是要求了以下在先臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)并且受益于該在先臨時專利申 請的非臨時有效專利申請：2009年5月1日提交的Mingjun Liu等人的題目為"用于納米 結(jié)構(gòu)體分散的官能化基質(zhì)"的USSN61/215, 054,其通過參考文獻的形式整體并入本申請用 于所有的目的。 發(fā)明領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明涉及納米結(jié)構(gòu)體配體，特別是具有醇或伯胺和/或仲胺納米結(jié)構(gòu)體連接部 分的聚合硅樹脂配體。本發(fā)明還涉及納米復合材料，特別是具有由這種配體形成的和/或 包括帶有這種配體的納米結(jié)構(gòu)體的硅樹脂基質(zhì)的復合材料。本申請的特征還在于用于制備 納米復合材料的方法。
[0005] 發(fā)明背景
[0006] 高性能下變頻的（down-converting)磷光體技術(shù)在下一代可見光發(fā)射（包括高效 能的固態(tài)白光照明（SSWL))中起到顯著的作用。此外，這類技術(shù)還可應(yīng)用于近紅外（NIR)和 紅外（IR)光發(fā)射技術(shù)。由紫外光（UV)或藍光發(fā)射半導體發(fā)光二極管（LED)下變頻為藍色、 紅色和綠色波長提供了用于傳輸商業(yè)上有吸引力的白光光源的快速、有效且成本有效的途 徑。不幸的是，目前是用于固態(tài)下變頻的主要來源的現(xiàn)有稀土活化的磷光體或鹵化磷酸鹽 最初發(fā)展用于熒光燈和陰極射線管（CRT)，且因此當它變得是SSWL的唯一要求時具有許多 的嚴重不足。同樣的，雖然一些SSWL體系是可獲得的，但差的功效（〈20光流明/瓦（lm/ W))，差的顯色性（顯色指數(shù)（CRI)〈75)和極高的成本（>$200/公里（klm))限制了這種技 術(shù)定位市場，例如閃光燈和步道照明。
[0007] 此外，作為芯片/涂層界面處光子內(nèi)反射的結(jié)果，LED通常遭受性能的下降。典型 地，將LED封裝或涂覆在聚合物材料（其可以包含磷光體）中以提供對發(fā)光芯片的穩(wěn)定性。 目前，這些涂層通過使用具有與基礎(chǔ)材料（即芯片）完全不同折射率的無機或有機涂料制 備，由于在兩種材料之間界面處的折射率不匹配，這導致有害的光學效果。此外，LED的溫 度可以達到超過l〇〇°C。為了容許能伴隨著溫度升高的膨脹和收縮，通常將適應(yīng)的聚合物 層（例如硅樹脂）放置與芯片接觸。為了對LED提供額外的穩(wěn)定性，這種適應(yīng)層通常還進 一步涂覆以硬殼聚合物。
[0008] 得到的LED結(jié)構(gòu)由于相比于LED聚合物涂層較低的折射率，會在芯片/適應(yīng)的聚 合物界面處遭受光損失。但是，如果適應(yīng)層的折射率增加，則由于在適應(yīng)的聚合物和硬殼聚 合物之間的高折射率/低折射率界面處因為內(nèi)反射，而甚至會產(chǎn)生更大的損失。
[0009] 當使用常規(guī)的無機磷光體用于SSWL時，存在許多導致差的功效的關(guān)鍵因素。這些 包括：在LED-芯片和磷光體層界面處的全內(nèi)反射導致從LED到磷光體層的差的光提?。挥?于通過磷光體顆粒產(chǎn)生的光的散射以及通過LED芯片、金屬接觸部和殼的寄生吸收而從磷 光體層到周圍環(huán)境的差的光提取；在紅色波長范圍內(nèi)寬的磷光體發(fā)射導致不能將發(fā)射光子 用于近IR中；以及當在藍光波長范圍內(nèi)激發(fā)時（這是吸收和發(fā)射效率的結(jié)合），磷光體本 身差的下變頻效率。雖然用UV激發(fā)改進了效率，但是由于在UV中相對藍光波長范圍較大 的Stokes-頻移發(fā)光和較低的LED效率導致的額外損失使得這成為整體上很少吸引人的解 決方案。
[0010] 結(jié)果，低效率推動了高的有效占用成本。該成本還顯著受到來自耗費勞動的制 造和裝配方法以建造這些裝置的影響，例如在包封期間在LED-芯片上磷光體層的異質(zhì)集 成(heterogeneous integration)(DOE and Optoelectronics Industry Development Association^Light emitting diodes (LEDs) for general illumination,''Technology Roadmap(2002))。歷史上，藍色LED已經(jīng)用于與各種譜帶邊緣濾波器（band edge filters) 和磷光體結(jié)合以生成白光。但是，許多現(xiàn)有的濾波器允許來自光譜藍光端的光子發(fā)射，因此 限制了白色LED的品質(zhì)。由于有限數(shù)量的能同時在藍色中激發(fā)的可獲得的磷光體顏色和顏 色組合，這種裝置的性能也受到差顯色性的損害。因此，對于可剪裁（tailor)以在可見光 (特別是藍光端）、紫外光和近紅外光譜中濾掉特定的光子發(fā)射的有效的納米復合材料濾 波器存在著需求。
[0011] 雖然已經(jīng)開發(fā)了一些有機磷光體用于SSWL，但有機材料具有一些使得它們不可能 成為用于高效SSWL的可行解決方案的不可克服的缺點。這些包括：快速的光降解導致短的 壽命，特別是在藍光和近-UV光的存在下；低的吸收效率；光學散射，在芯片界面處差的折 射率匹配，對不同顏色磷光體的窄的和不重疊的吸收光譜使得難以或者不可能同時激發(fā)多 重色彩；以及寬的發(fā)光光譜。因此對輔助生產(chǎn)高品質(zhì)、高亮度、白光的聚合物層存在著需求。
[0012] 除了其他優(yōu)點，本發(fā)明通過提供用作下變頻層、光子過濾層和/或折射率匹配層 的聚合物納米復合材料，通過利用剪裁納米晶體以便最大化它們發(fā)射、吸收和折射率性質(zhì) 的能力而滿足了這些需求。
[0013] 發(fā)明概述
[0014] 將納米結(jié)構(gòu)體分散在聚合物基質(zhì)中對于用于許多應(yīng)用而言是期望的，例如將量子 點應(yīng)用于發(fā)光器件，其中在合適的基質(zhì)中分散可以穩(wěn)定量子點，增強量子產(chǎn)率，并且使器件 的制造簡便。本發(fā)明描述了增強納米結(jié)構(gòu)體在聚合物基質(zhì)中分散的新穎的配體，如由所述 配體形成的硅樹脂基質(zhì)。
[0015] 一方面，本發(fā)明提供了包括醇納米結(jié)構(gòu)體連結(jié)部分的多種聚合物分子，其用作納 米結(jié)構(gòu)體配體。因此，一組通常的具體實施方案提供了包括納米結(jié)構(gòu)體和聚合物配體的組 合物，其中該配體包含硅樹脂主鏈和與硅樹脂主鏈偶聯(lián)的一個或多個醇部分。該硅樹脂主 鏈典型地為直鏈的，但是其任選為支化的。特別有用的配體包括與硅樹脂主鏈偶聯(lián)的一個 或多個二甲醇部分。
[0016] 通常，聚合物配體與納米結(jié)構(gòu)體的表面相連結(jié)。但是，不是所有的組合物中的配體 都需要與納米結(jié)構(gòu)體相連結(jié)。在一些實施方案中，過量提供聚合物配體，以至于配體的一些 分子與納米結(jié)構(gòu)體的表面相連結(jié)且配體的其他分子不與納米結(jié)構(gòu)體的表面相連結(jié)。過量 的配體任選可聚合入在其中嵌入了納米結(jié)構(gòu)體的硅樹脂基質(zhì)，正如本文以下更詳細所描述 的。該組合物可以包括溶劑、交聯(lián)劑和/或引發(fā)劑（例如自由基或陽離子引發(fā)劑），例如以 方便這種組合。
[0017] 在一類具體實施方案中，聚合物配體包含至少兩種不同類型的單體單元，其中的 至少一種包含醇（例如二甲醇）部分和其中的至少一種缺少醇部分。包括醇基團的單體的 數(shù)量和/或百分數(shù)可以變化。例如，包含醇（例如二甲醇）部分的單體單元任選地以0.5% 到20%之間的摩爾百分數(shù)存在于配體中，且更優(yōu)選在0. 5%到10%之間。在其中配體包含 二甲醇納米結(jié)構(gòu)體連結(jié)基團的實施方案中，包含醇部分的單體單元任選包含每單體單元單 只一個二甲醇部分。在其中配體包含二甲醇納米結(jié)構(gòu)體連結(jié)部分的實施方案中，配體任選 包含每配體分子1-200個二甲醇部分。
[0018] 缺少醇部分的子單元可以是，例如二苯基硅氧烷，苯基甲基硅氧烷或二甲基硅氧 烷基團，不一而足。作為另一個實施例，缺少醇基團的單體單元可以包括烷基基團，可聚合 的基團，環(huán)氧基團，胺基團或羧酸基團。本申請描述了多種示例性的配體。
[0019] 該納米結(jié)構(gòu)體任選為納米晶體或量子點，例如無機的、半導體，或金屬納米晶體。 任選的，該納米結(jié)構(gòu)體是核-殼納米結(jié)構(gòu)體。
[0020] 相關(guān)的一般類別的具體實施方案提供了制備復合材料的方法。在該方法中，提供 具有連結(jié)到納米結(jié)構(gòu)體表面的聚合物配體的納米結(jié)構(gòu)體群體，其中聚合物配體包含硅樹脂 主鏈和與硅樹脂主鏈偶聯(lián)的一個或多個醇（例如二甲醇）部分。將該聚合物配體結(jié)合到其 中嵌入了納米結(jié)構(gòu)體的硅樹脂基質(zhì)中。
[0021] 該基質(zhì)優(yōu)選由配體形成。因此，在一類具體實施方案中，該方法包括提供過量的聚 合物配體,該過量的聚合物配體并不連結(jié)到納米結(jié)構(gòu)體的表面,且將過量的聚合物配體和 連結(jié)到納米結(jié)構(gòu)體的聚合物配體結(jié)合到硅樹脂基質(zhì)中。在其中沒有提供其他硅樹脂基質(zhì)前 體的具體實施方案中，該基質(zhì)任選地實質(zhì)上由聚合物配體和/或其交聯(lián)的或進一步聚合的 形式以及任何殘留的溶劑、交聯(lián)劑、引發(fā)劑以及類似的物質(zhì)組成。
[0022] 在一些具體實施方案中，為了將聚合物配體結(jié)合到硅樹脂基質(zhì)中，使納米結(jié)構(gòu)體 的群體和過量的聚合物配體與至少一種溶劑混合。然后蒸發(fā)該溶劑，例如在將混合物施用 于器件中或器件上復合材料的期望的位置之后。與納米結(jié)構(gòu)體相連結(jié)的聚合物配體和不與 納米結(jié)構(gòu)體相連結(jié)的過量聚合物配體形成了硅樹脂基質(zhì)。在一些具體實施方案中，提供了 交聯(lián)劑并且其與配體上的羥基部分反應(yīng)。類似的可以提供引發(fā)劑（例如自由基引發(fā)劑或陽 離子引發(fā)劑）。
[0023] 對于包含至少兩種不同類型單體單元的聚合物配體，其中的至少一種包含納米結(jié) 構(gòu)體連結(jié)部分和其中的至少一種缺少納米結(jié)構(gòu)體連結(jié)部分但是其包含可聚合基團或環(huán)氧 基團，將聚合物配體結(jié)合到硅樹脂基質(zhì)中包括使聚合物配體的不同分子上的可聚合基團或 環(huán)氧基團相互反應(yīng)。
[0024] 本發(fā)明還描述了示例性的納米結(jié)構(gòu)體和配體。本質(zhì)上對于以上組合物所有指明的 特征也應(yīng)用于這些方法，因為它們是相關(guān)的。
[0025] 另一方面，本發(fā)明提供了多種包括用作納米結(jié)構(gòu)體配體的胺納米結(jié)構(gòu)體連結(jié)部分 的聚合物分子。因此，一組一般類別的具體實施方案提供了包括納米結(jié)構(gòu)體和聚合物配體 的組合物，其中該配體包含硅樹脂主鏈和與硅樹脂主鏈偶聯(lián)的一個或多個伯胺和/或仲胺 部分。硅樹脂主鏈典型的為直鏈的，但是其任選為支化的。
[0026] 對于以上的具體實施方案，任選過量提供聚合物配體，以至于配體的一些分子與 納米結(jié)構(gòu)體的表面相連結(jié)且配體的其他分子不與納米結(jié)構(gòu)體的表面相連結(jié)。過量的配體可 以任選地聚合入在其中嵌入納米結(jié)構(gòu)體的硅樹脂基質(zhì)，正如下文中所更詳細描述的那樣。
[0027] 包含胺部分的單體單元任選每個單體單元包含單只一個伯胺部分。在一類具體 實施方案中，包含胺部分的單體單元包含每單體單元單只一個伯胺部分和單只一個仲胺部 分。
[0028] 在一類具體實施方案中，聚合物配體包含至少兩種不同類型的單體單元，其中的 至少一種包含胺（例如伯胺和/或仲胺）部分且其中的至少一種缺少胺部分。包括胺基的 單體的數(shù)量和/或百分數(shù)可以變化。例如，包含胺部分的單體單元任選以〇. 5 %到20 %之間 的摩爾百分數(shù)存在于配體中。在一個示例性的具體實施方案中，配體包括每配體分子1-20 個伯胺部分，且任選還包括每配體分子等數(shù)量的仲胺部分。
[0029] 所述組合物任選包括配體的混合物。例如，在一類具體實施方案中，組合物還包括 第二聚合物配體，該第二聚合物配體包含硅樹脂主鏈和與第二聚合物配體的末端子單元偶 聯(lián)的一個或多個伯胺和/或仲胺部分。
[0030] 本發(fā)明描述了多種示例性的配體。還描述了示例性的納米結(jié)構(gòu)體。該納米結(jié)構(gòu)體 任選為納米晶體或量子點，例如無機的、半導體或金屬納米晶體。任選的，該納米結(jié)構(gòu)體是 核-殼納米結(jié)構(gòu)體。
[0031] 組合物還可以包括交聯(lián)劑和/或引發(fā)劑，例如，用于將配體和納米結(jié)構(gòu)體結(jié)合到 硅樹脂基質(zhì)中。在一類具體實施方案中，交聯(lián)劑是環(huán)氧交聯(lián)劑，例如環(huán)氧環(huán)己基或環(huán)氧丙基 交聯(lián)劑。交聯(lián)劑任選為環(huán)氧硅樹脂交聯(lián)劑，其例如可以是直鏈的或支化的。在某些具體實 施方案中，交聯(lián)劑是直鏈的環(huán)氧環(huán)己基硅樹脂或直鏈的環(huán)氧丙基硅樹脂。
[0032] 相關(guān)的一組一般性具體實施方案提供了制備復合材料的方法。在該方法中，提供 具有與納米結(jié)構(gòu)體的表面相連結(jié)的聚合物配體的納米結(jié)構(gòu)體群體。該聚合物配體包含硅樹 脂主鏈和與該硅樹脂主鏈偶聯(lián)的一個或多個伯胺和/或仲胺部分。將該聚合物配體結(jié)合到 其中嵌入了納米結(jié)構(gòu)體的硅樹脂基質(zhì)中。
[0033] 在一組具體實施方案中，該方法包括提供過量聚合物配體,該過量的聚合物配體 并不與納米結(jié)構(gòu)體的表面相連結(jié)，且將過量的聚合物配體和與納米結(jié)構(gòu)體相連結(jié)的聚合物 配體結(jié)合到硅樹脂基質(zhì)中。在其中沒有提供其他硅樹脂基質(zhì)的前體的具體實施方案中，基 質(zhì)任選地實質(zhì)上由聚合物配體和/或其交聯(lián)的或進一步聚合的形式，以及任何殘留的溶 齊U、交聯(lián)劑、引發(fā)劑以及類似的物質(zhì)組成。
[0034] 任選的，提供第二聚合物配體并且其與聚合物配體一起結(jié)合到硅樹脂基質(zhì)中。在 一個示例性的具體實施方案中，第二聚合物配體包含硅樹脂主鏈和與末端子單元偶聯(lián)的一 個或多個伯胺和/或仲胺部分。所述第一聚合物配體通常具有與內(nèi)部子單元偶聯(lián)的胺部 分。
[0035] 在一些具體實施方案中提供交聯(lián)劑并且使其與配體上的胺部分（例如伯胺或仲 胺部分）反應(yīng)。類似的，可以提供引發(fā)劑（例如自由基引發(fā)劑或陽離子引發(fā)劑）。
[0036] 本發(fā)明描述了示例性的納米結(jié)構(gòu)體和配體。本質(zhì)上對于以上組合物所有指明的特 征也應(yīng)用于這些方法，因為它們是相關(guān)的。
[0037] 通過本發(fā)明的任何方法制備的復合材料也是本發(fā)明的特征，例如包含該復合材料 的器件（例如LED)和新穎的配體本身。本發(fā)明的復合材料任選地表現(xiàn)出高的量子產(chǎn)率與 和改進的納米晶體的熒光穩(wěn)定性，特別是在高溫和高光通量的條件下。
[0038] 本發(fā)明其他的特征和優(yōu)點將在以下的描述說明中列出，并且一部分內(nèi)容由該描述 說明來看是顯而易見的，或者可以通過本發(fā)明的實踐獲知。本發(fā)明的優(yōu)點可以通過結(jié)構(gòu)被 認識到和獲得，并且在所書寫的說明和權(quán)利要求以及附圖中特別指出。
[0039] 可以理解的是前述的一般性描述說明和以下詳細的描述說明都是示例性的和解 釋性的，且其意在按照權(quán)利要求為本發(fā)明提供進一步的解釋。
[0040] 附圖概述
[0041] 合并到本發(fā)明中并且形成說明書的一部分的【專利附圖】

【附圖說明】了本發(fā)明，并且與說明書一 起進一步用于解釋本發(fā)明的原理并且能夠使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員實現(xiàn)和使用本發(fā)明。
[0042] 圖1顯示了顯示發(fā)射和吸收波長的連續(xù)剪裁性的對于不同納米晶體半徑的吸收 和發(fā)光光譜。
[0043] 圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案，在包封期間集成的傳統(tǒng)的厚磷光體 和在切片之前集成的納米復合材料下變頻層的對比。
[0044] 圖3顯示了與傳統(tǒng)的磷光體邊緣損失相比，通過使用磷光體納米晶體在可見光譜 邊緣處浪費的光的消除。
[0045] 圖4顯示了通過混合連續(xù)的納米晶體尺寸、生成寬波帶白光而產(chǎn)生的標準亮度。
[0046] 圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案的三色發(fā)射LED。
[0047] 圖6為根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案的聚合物層的橫截面圖。
[0048] 圖7為根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案的具有納米晶體密度梯度的聚合物層的 橫截面圖。
[0049] 圖8為根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案的具有涂覆該器件的聚合物層的光學器 件的橫截面圖。
[0050] 圖9為顯不了不同基質(zhì)的有效折射率相對于ZnS納米晶體的體積負載率的關(guān)系 圖。
[0051] 圖10為顯示了包含ZnS納米晶體的硅樹脂納米復合材料的有效折射率作為波長 的函數(shù)的關(guān)系圖。
[0052] 圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案封裝在聚合物層中的發(fā)光二極管的橫截 面圖。
[0053] 圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案封裝在具有納米晶體密度梯度的聚合物 層中的發(fā)光二極管橫截面圖。
[0054] 圖13是傳統(tǒng)的LED芯片-娃帽（silicon cap)組件。
[0055] 圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案的納米復合材料-LED芯片組件。
[0056] 圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案的納米復合材料-LED芯片組件。
[0057] 圖16是包含ZnS納米晶體的硅樹脂納米復合材料的百分比透光度作為納米晶體 尺寸的函數(shù)的關(guān)系圖。
[0058] 圖17是包含ZnS納米晶體的硅樹脂納米復合材料的百分比透射率作為波長函數(shù) 的關(guān)系圖。
[0059] 圖18顯示了具有尾基團、頭基團和中部/體基團的3部分配體的代表圖。
[0060] 圖19為可以與本發(fā)明的納米晶體共軛的實施例配體。
[0061] 圖20a_20n顯示了根據(jù)本發(fā)明的多個實施例配體的實施例、化學合成和NMR表征。
[0062] 圖21為制備根據(jù)本發(fā)明的聚合物層的流程圖表示的方法。
[0063] 圖22為根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案的包含每個都具有不同納米晶體密度梯 度的各個層的聚合物層的橫截面圖。
[0064] 圖23顯示了 ZnS納米晶體的X-射線衍射分析。
[0065] 圖24顯示了 ZnS納米晶體的透射電子縮微照片。
[0066] 圖25A-B示意性的說明了根據(jù)本發(fā)明的示例性配體的化學合成。
[0067] 圖26示意性的說明了根據(jù)本發(fā)明的示例性配體的化學合成。
[0068] 圖27示意性的說明了根據(jù)本發(fā)明的示例性配體的化學合成。
[0069] 圖28示意性的說明了根據(jù)本發(fā)明的示例性配體的化學合成。
[0070] 圖29示意性的說明了根據(jù)本發(fā)明的示例性配體的化學合成。
[0071] 圖30示意性的說明了根據(jù)本發(fā)明的示例性配體的化學合成。
[0072] 圖31A-C示意性的說明了根據(jù)本發(fā)明的示例性配體的化學合成。
[0073] 圖32顯示了發(fā)綠光的典型的InP/ZnS納米晶體樣品的光致發(fā)光光譜。其顯示了 光譜的FWHM。
[0074] 圖33的小圖A表示了熒光素染料的吸收光譜。小圖B表示了染料的光致發(fā)光光 譜。小圖C表示了圖32的InP/ZnS納米晶體的吸收光譜。小圖D表示了納米晶體的光致 發(fā)光光譜。小圖E顯示了由小圖A-D推導出的量子產(chǎn)率。
[0075] 圖34示意性的說明了帶有多個二甲醇基團的示例性硅樹脂配體的合成。
[0076] 圖35示意性的說明了示例性的交聯(lián)反應(yīng)、小圖A中通過胺的環(huán)氧加成，小圖B中 通過環(huán)氧化物的環(huán)氧加成（通過醇引發(fā)），小圖C中胺-異氰酸酯，小圖D中胺-酸酐縮合 以及小圖E中胺-甲基酯縮合。
[0077] 現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明。在附圖中，相同的參考標記數(shù)字表示相同的或功能相 似的元素。
[0078] 發(fā)明詳述
[0079] 應(yīng)當理解的是，所示的和這里描述的特定的實施方式是本發(fā)明的實例并且不意在 從別的方面以任何方式限制本發(fā)明的范圍。當然，為了簡潔，傳統(tǒng)的電子設(shè)備、制造、半導體 器件和納米晶體、納米線（NW)、納米棒、納米管和納米帶技術(shù)和其他體系的功能方面（以及 體系各個操作元件的元件）在本發(fā)明中可能并不會做詳細的描述。進一步應(yīng)當理解的是， 本發(fā)明描述的制造技術(shù)可以用于創(chuàng)造任何半導體器件類型以及其他電子元件類型。此外， 該技術(shù)還能適合應(yīng)用于電氣系統(tǒng)、光學體系、消費電子設(shè)備、工業(yè)或軍事電子設(shè)備、無線電 系統(tǒng)、空間應(yīng)用或任何其他應(yīng)用。
[0080] 本發(fā)明提供了包含具有嵌入的納米晶體的聚合物材料的不同聚合物納米復合材 料。該納米晶體的不同性質(zhì)，包括吸收性質(zhì)、發(fā)射性質(zhì)和折射率性質(zhì)被用于產(chǎn)生可以剪裁和 調(diào)節(jié)用于不同應(yīng)用的納米復合材料。在一個具體實施方案中，本發(fā)明提供了在下變頻應(yīng)用 中利用它們的發(fā)射性質(zhì)的半導體納米晶體的應(yīng)用。另一種應(yīng)用通過使用納米晶體的高吸收 系數(shù)和相對尖銳的譜帶邊緣以作為截止式濾波器濾光而結(jié)合了相同納米晶體的兩種非電 活性（active)性質(zhì)。在另一個具體實施方案中，當將其混合到低折射率的材料中以制造具 有與它們所涂覆的基底相匹配的有效折射率的實質(zhì)上透明的納米復合材料時，還可以使用 納米晶體的高折射率。在其他的具體實施方案中，納米復合材料的折射率可以與第二、其他 封裝材料匹配。本發(fā)明還提供了以不同的構(gòu)造將這些不同性質(zhì)中的兩種或多種結(jié)合到同一 納米復合材料中的納米復合材料。
[0081] 本發(fā)明一方面提供了新穎的納米結(jié)構(gòu)體配體，包括例如當將納米結(jié)構(gòu)體結(jié)合到基 質(zhì)中時增強納米結(jié)構(gòu)體在溶劑或聚合物中的混溶性、增加納米結(jié)構(gòu)體的量子效率和/或使 納米結(jié)構(gòu)體保持發(fā)光的配體。本發(fā)明還描述了制備磷化銦納米結(jié)構(gòu)體和核-殼納米結(jié)構(gòu)體 以及具有高量子效率、小尺寸和/或窄尺寸分布的納米結(jié)構(gòu)體的方法。
[0082] 正如這里使用的，術(shù)語"納米晶體"指的是實質(zhì)上是單晶的納米結(jié)構(gòu)體。納米晶體 具有至少一個具有小于大約500nm的維度、并且低至小于Inm數(shù)量級的范圍（region)或特 征維度。正如這里使用的，當涉及任何數(shù)值時，"大約"表示所述值的±10%的值（例如大 約IOOnm包括90nm到IlOnm的尺寸范圍）。術(shù)語"納米結(jié)晶"、"納米點"、"點"和"量子點" 是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易理解的，表示類似的結(jié)構(gòu)并且在本發(fā)明中可互換使用。本發(fā)明 還包括多晶或無定形納米晶體的使用。
[0083] 典型地，特征維度的范圍將沿著結(jié)構(gòu)的最小軸。在材料的性質(zhì)方面納米晶體可以 是實質(zhì)上均一的，或者在某些具體實施方案中可以是不均一的。納米晶體的光學性質(zhì)可以 通過它們的顆粒尺寸、化學或表面組成測定。剪裁在大約Inm和大約15nm范圍內(nèi)的納米晶 體尺寸的能力使其能夠發(fā)出覆蓋整個光譜的光以便在顯色性上提供重要的通用性。顆粒封 裝提供對于化學和UV侵蝕劑的耐受性。
[0084] 附加的示例性納米結(jié)構(gòu)體包括但不限于納米線、納米棒、納米管、支化的納米結(jié)構(gòu) 體、納米四腳體（nanotetrapods)、納米三腳體、納米二腳體、納米顆粒和具有至少一個有著 小于大約500nm，例如小于大約200nm、小于大約lOOnm、小于大約50nm或者甚至小于20nm 或小于IOnm尺寸的范圍或特征維度（任選為三維中的每個）的類似的結(jié)構(gòu)體。典型的，所 述范圍或特征維度將沿著結(jié)構(gòu)的最小軸。例如，納米結(jié)構(gòu)體實質(zhì)上可以是晶體、實質(zhì)上可以 是單晶、多晶、無定形體或它們的組合。
[0085] 用于本發(fā)明中的納米晶體（或其他納米結(jié)構(gòu)體）可以使用任何本領(lǐng)域技術(shù)人員 已知的方法制備。2004年3月10日提交的U.S.專利申請No. 10/796, 832、2003年9月 4日提交的。5.專利申請此.10/656,910和2004年6月8日提交的。5.臨時專利申請 No. 60/578, 236中公開了合適的方法，每一個專利申請公開的內(nèi)容都通過參考全部并入本 發(fā)明中。用于本發(fā)明中的納米晶體（或其他納米結(jié)構(gòu)體）可以由任何合適的材料、合適地 無機材料且更合適地無機導電或半導體材料制備。合適的半導體材料包括U.S.專利申請 No. 10/796, 832中公開的那些并且包括任何類型的半導體，包括第II-VI族、第III-V族、第 IV-VI族和第IV族的半導體。合適的半導體材料包括但不限于Si、Ge、511、5 6、1^、8、(：（包 括鉆石）、P、BN、BP、BAs、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、 AIN、A1P、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、 HgSe、HgTe、BeS、BeSe、BeTe、MgS、MgSe、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、 PbTe、CuF、CuCl、CuBr、Cul、Si 3N4' Ge3N4'A1203、（Al, Ga, In)2(S，Se, Te)3、Al2CO 以及這些半 導體中的兩種或多種的合適的組合。
[0086] 在某些方面，半導體納米晶體或其他納米結(jié)構(gòu)體可以包含選自由P-型摻雜劑或 η-型摻雜劑組成的組的摻雜劑。用于本發(fā)明的納米晶體（或其他納米結(jié)構(gòu)體）還可以包含 第II-VI或III-V族半導體。第II-VI或III-V族半導體納米晶體和納米結(jié)構(gòu)體的實例包 括來自元素周期表第II族元素，例如Zn、Cd和Hg與來自第VI族元素，例如S、Se、Te、Po 的任何組合；以及元素周期表第III族元素，例如B、Al、Ga、In和Tl與來自第V族元素，例 如N、P、As、Sb和Bi的任何組合。
[0087] 其他合適的無機納米結(jié)構(gòu)體包括金屬納米結(jié)構(gòu)體。合適的金屬包括但不限于Ru、 PcU Pt、Ni、W、Ta、Co、Mo、Ir、Re、Rh、Hf、Nb、Au、Ag、Ti、Sn、Zn、Fe、FePt 等。
[0088] 用于本發(fā)明中的納米晶體（或其他納米結(jié)構(gòu)體）還可以進一步包含如本申請全文 所述的共軛、配位、締合或附著于它們的表面上的配體。合適的配體為本發(fā)明描述的配體。 U.S.專利申請公開2007/0034833、U.S.專利申請No. 10/656, 910和U.S.臨時專利申請 No. 60/578, 236中還公開了其他的配體。這些配體的使用可以增強納米晶體結(jié)合到各種溶 劑和基質(zhì)，包括聚合物中的能力。增加納米晶體在不同溶劑和基質(zhì)中的混溶性（即混合而 不分離的能力）允許它們遍布聚合物組合物分散已使得納米晶體不會聚集在一起并且因 此不會散射光。這種配體在本發(fā)明中描述為"混溶增強性"配體。
[0089] 正如這里使用的，術(shù)語"納米復合材料"指的是包含分散或嵌入其中的納米晶體的 基質(zhì)材料。合適的基質(zhì)材料可以是任何本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的材料，包括聚合物材料、 有機和無機氧化物。本發(fā)明的納米復合材料可以是正如這里描述的層、封裝體、涂層或薄 膜。應(yīng)當理解的是，在其中提及層、聚合物層、基質(zhì)或納米復合材料的本發(fā)明具體實施方案 中，這些術(shù)語可以互換使用，并且如此描述的具體實施方案不限于納米復合材料的任何一 種類型，而是包括本發(fā)明描述的或現(xiàn)有技術(shù)已知的任何基質(zhì)材料或?qū)印?br> [0090] I.下變頻的納米復合材料
[0091] 為了與來自熒光和白熾光的常規(guī)照明設(shè)備形成競爭，必須在固態(tài)白光照明（SSWL) 性方面進行顯著的改進。不僅在磷光體的量子效率，而且有關(guān)涉及效率、顯色性和整體系統(tǒng) 成本的下變頻體系的所有方面的改進都是需要的。在一個具體實施方案中，本發(fā)明提供了 基于工程納米復合材料的與目前可獲得的藍光LED激發(fā)電源一起使用的完整下變頻體系， 該藍光LED激發(fā)電源顯著的改善SSWL的整體成本、性能和效率。本發(fā)明的下變頻納米復合 材料利用了剪裁為吸收特定波長的光并且之后以第二個波長發(fā)射的納米晶體的發(fā)射性質(zhì)， 由此提供有源（active)源（例如LED)的增強的性能和效率。同樣的，用于本發(fā)明下變頻應(yīng) 用的納米晶體應(yīng)被構(gòu)造和剪裁以高度發(fā)光。在一個具體實施方案中，這種體系制得的SSWL 超過了最好的傳統(tǒng)的熒光和白熾燈泡的性能，其以小于1U. S.美元/klm的成本具有超過80 的顯色性和超過2001m/W的功率。
[0092] SSWL器件的性能特征
[0093] 為了評估固態(tài)白光照明（SSWL)器件的性能特性，通常使用三種主要屬性：（1)發(fā) 光效率，⑵相關(guān)色溫（CCT)以及（3)顯色指數(shù)（CRI) qDOE and Optoelectronics Industry Development Association (DOE 和光電子工業(yè)發(fā)展協(xié)會）"Light emitting diodes (LEDs) for general illumination,''Technology Roadmap (2002) 〇
[0094] 發(fā)光效率（測量為lm/W)是由電功率（W)轉(zhuǎn)化為光功率（W)的效率，其與由光功 率（W)轉(zhuǎn)化為光通量的效率結(jié)合。發(fā)光效率受到多種因素的影響，并且總體來說可以寫成 幾個單獨效率的貢獻：
[0095] E 發(fā)光一rI wp X rI Ium X rI ss X rI IQE X rI 包· (Eos，Epa, Etir, Eexp) X …
[0096] 其中Jiwp是插座的效率，nlum是人眼的適光效率/響應(yīng)，n ss是由藍光子到較 長波長光子的Stokes頻移效率，IIiqe是磷光體的內(nèi)部量子效率，且是整體包封體 的效率并且說明來自光學散射（Etjs)、寄生散射（Eps)、全內(nèi)反射（Era)、例如引線框和底座 (submount)的外部包封體（Eraip)的光提取效率方面的損失。
[0097] CCT或相關(guān)色溫指的是人眼對陽光光譜內(nèi)容的最佳適應(yīng)性質(zhì)。對于期望的白色，被 認為是色度坐標的藍色（B)、紅色（R)和綠色（G)的相對強度能在可見陽光中最佳地再生它 們，其對應(yīng)于6000Kelvin(K)的黑體光譜分布。為了最佳照明，對于在2000°C和8000°C之 間的溫度用于R、G和B的色度坐標必須下降到黑體輻射附近。比"最佳"溫度更高或更低 會提示眼睛其為太"冷"或太"熱"的色調(diào)。
[0098] 與來自參考光源的相比較，在給定的光源照明下顯色性必須利用不同的目標顏色 的外觀。通常，14個不同飽和度的樣本顏色的集合用于顯色指數(shù)（CRI)，其提供了在1到 100范圍內(nèi)的定量測量。兩種相似色溫的光源可以產(chǎn)生大范圍改變得CRI。對于照明，低的 CRI使得顏色不可接受，而高的CRI (>80)對于普通的照明目的來說是可以接受的。
[0099] 提供最佳白光發(fā)射器件的過程
[0100] 在一個具體實施方案中，本發(fā)明提供的方法包括：
[0101] (1)模擬模型可以用于以CRI>80、CCT為大約4000K以及效率為2001m/W的目標 測定最優(yōu)化納米晶體混合物的CRI、CCT和發(fā)光效率。
[0102] (2)納米晶體和納米晶體組分混合物在通過模擬測定的發(fā)射峰寬度、峰最大值和 強度比例下合成。
[0103] (3)開發(fā)了受控的納米晶體磷光體納米復合材料，其包括：(a)制備在選擇的復合 材料中能夠獲得高（大約20%或更多）負載密度的表面配體；(b)進行將3-部分配體結(jié)合 到納米晶體上的配體交換過程；（c)制備均勻的、無相分離的納米晶體負載密度最高為20 體積％的TiO 2納米復合材料；（d)測定納米復合材料中依據(jù)納米晶體負載密度的量子產(chǎn)率 (QY) ;(e)測定納米復合材料中依據(jù)負載密度的折射的指數(shù)和納米復合材料與藍色LED基 底（例如藍寶石和/或SiC)的指數(shù)匹配性；以及（f)測定負載密度和薄膜厚度與最佳折射 率匹配性和納米復合材料光學密度的關(guān)系。
[0104] 模擬測定對于高顯色性、色溫和高效率的最佳納米晶體組分混合物
[0105] 為了預測和最大化納米晶體混合物的CRI、CTT和發(fā)光效率，使用動態(tài)的和穩(wěn)固的 模擬模型。將超收斂的、隨機搜索、參數(shù)最優(yōu)化算法用于找到最高性能點，服從所施加的限 制。該模型允許基于納米磷光體組分和混合物的實際實驗性比色的特性和光學特性計算這 些性能特性。依次地，將這一模型用于輔助最佳納米復合材料SSWL器件的設(shè)計和制造。
[0106] 模擬程序結(jié)合算法以測定納米晶體組分混合物的最佳光譜發(fā)射特性用于顯色性、 色溫和白光產(chǎn)生的整體功效的同時最大化。該方法在磷光體參數(shù)空間中提供了超收斂、隨 機搜索、最優(yōu)化算法。該程序?qū)ふ彝瑫r最大化發(fā)光功效、顯色性（CRI)和色溫（CCT)的發(fā)射 波長的組合，其服從使用標準CIE (Commission Internationale de 1'Eclairage)計算的 白光色度限制。測量的納米晶體量子效率、峰值波長和發(fā)射光譜寬度為輸入?yún)?shù)。性能邊 界，例如不小于90%的功效或CRI>90還可以應(yīng)用于設(shè)計中的靈活性。所要求的波長數(shù)（及 納米晶體尺寸）為允許在性能和制造成本之間確定平衡的變量。
[0107] 采用具有迭代循環(huán)的確認程序，由此制造納米晶體組分的混合物，其尺寸、組成峰 最大值、峰值寬度、混合物豐度以及內(nèi)部量子效率通過模擬預測得。實驗測定CRI和CCT的 結(jié)果值并且與預測的值對比，適當時進行調(diào)整?；诎⊿tokes頻移效率、內(nèi)部量子效率 和適光響應(yīng)的光學參數(shù)測定發(fā)光效率。
[0108] 這一程序的輸出是發(fā)射顏色的最佳數(shù)、每種顏色的精確中心波長、每種顏色的精 確光譜寬度和每種的確切相對強度以及基于通過例如選擇的藍色LED (大約460nm)激發(fā)的 相應(yīng)集合。
[0109] 全文描述的模擬模型可以測定納米晶體的合適的發(fā)射特性。此外，有用的是（1) 合成具有規(guī)定光譜特性的材料，并且（2)將該材料用于驗證該模型。為了達到這一目的，將 可獲得的溶液相合成技術(shù)用于制造核/殼納米晶體磷光體并且通過理論模型測定來表征 混合物。
[0110] 基于目前的方法，制造的納米晶體批料具有通過理論模型生成的光譜特征。每一 種獨特的波長都分開合成并且組合產(chǎn)生最后的混合物。對每一個樣品的中心波長和峰寬度 給予特別的關(guān)注。特別的是，在紅色中的窄發(fā)射避免了在IR中的效率損失。為了實現(xiàn)這一 點，制備和表征了納米晶體的溶液相混合物，其具有適當?shù)慕M成以產(chǎn)生具有CRI和CTT的白 光，當用藍色激發(fā)照射時其與理論模型相匹配且總的下變頻效率堪比通過該模型預測的下 變頻效率，在該方法中假定對于其他機理為零損失。這些測量可以在溶液相中使用標準的 可視熒光計和具有與藍色-LED相匹配的激發(fā)的熒光標準物進行。
[0111] 納米晶體磷光體
[0112] 雖然對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說已知的任何方法都可以用于制造納米晶體磷 光體，但是合適的是使用用于無機納米材料磷光體的受控生長的溶液相膠體方法。參見 Alivisatos j A. P. , ^Semiconductor clusters,nanocrystals, and quantum dots, ^Science 271:933 (1996) ；X. Peng, M. Schlampj A. Kadavanichj A. P. Alivisatosj ^Epitaxial growth of highly luminescent CdSe/CdS Core/Shell nanocrystals with photostability and electronic accessibility，"J. Am. Chem. Soc. 30:7019-7029(1997);以及 C. B. Murray，D. J. Norris, M. G. Bawendij ^Synthesis and characterization of nearly monodisperse CdE(E = sulfur, selenium, tellurium)semiconductor nanocrystallites, ^J. Am. Chem. Soc. 115:8706(1993)。這種制造方法技術(shù)杠桿調(diào)節(jié)了低成本的可加工性而不需要無塵室和 昂貴的制造設(shè)備。在這些方法中，將在高溫下進行高溫分解的金屬前體被快速地注射到有 機表面活性劑分子的熱溶液中。這些前體在升高的溫度下分解并且反應(yīng)生有核的納米晶 體。在這一初始的成核期之后，通過將單體添加到生長的晶體中開始生長相。結(jié)果就是在具 有有機表面活性劑分子覆蓋其表面的溶液中產(chǎn)生獨立的（freestanding)結(jié)晶納米顆粒。
[0113] 利用這種方法，合成作為在幾秒內(nèi)進行的初始成核過程而發(fā)生，之后在升高的溫 度下晶體生長幾分鐘?？梢愿倪M參數(shù)例如溫度、存在的表面活性劑的類型、前體材料和表面 活性劑與單體的比例，以使得改變反應(yīng)的性質(zhì)和過程。溫度控制成核過程的結(jié)構(gòu)相，前體的 分解速率和生長的速率。有機表面活性劑分子調(diào)節(jié)溶解度并且控制納米晶體的形狀。表面 活性劑和單體之間、表面活性劑相互之間、單體相互之間的比例以及單體的各自濃度都強 烈地影響著生長的動力學。
[0114] 在合適的具體實施方案中，CdSe用作納米晶體材料，在一個實例中用于可見光下 變頻，這是因為這種材料的合成的相對成熟性。由于利用了一般的表面化學，還有可能代替 不含鎘的納米晶體。
[0115] 核/殼納米晶體
[0116] 在半導體納米晶體中，光誘導的發(fā)射來自于納米晶體的譜帶邊緣狀態(tài)。來自納米 晶體的譜帶邊緣發(fā)射與來源于表面電子狀態(tài)的輻射和非輻射衰變通道相競爭。X. Peng，et al.，J. Am. Chem. Soc. 30:7019-7029 (1997)。作為結(jié)果，表面缺陷例如懸掛鍵的存在提 供了非輻射重組中心并且有助于降低的發(fā)射效率。鈍化和除去表面陷阱態(tài)的有效和 永久的方法為在納米晶體的表面上外延生長無機殼材料。X. Peng, et al.，J. Am. Chem. Soc. 30:7019-7029(1997)?？梢赃x擇殼材料使得相對于核材料（例如具有較高的帶隙以提 供將電子和空穴定位于核的潛在步驟）來說其電子能級為I型。結(jié)果，可以降低非輻射性 再結(jié)合的可能性。
[0117] 通過向含有核納米晶體的反應(yīng)混合物中添加含有殼材料的有機金屬前體而獲得 核-殼結(jié)構(gòu)。在這種情況中，成核過程之后不是生長，而是核起到核的作用，且殼從它們的 表面生長。反應(yīng)的溫度保持較低以有利于將殼材料單體添加到核表面上，從而阻止了殼材 料的納米晶體的獨立成核。反應(yīng)混合物中表面活性劑的存在指導著殼材料的受控生長并且 保證可溶性。當在兩種材料之間具有低點陣（lattice)不匹配時獲得均一且外延生長的 殼。此外，球形用于最小化來自大曲率半徑的界面應(yīng)力能，由此阻止了能夠降低納米晶體體 系光學性能的位錯的形成。
[0118] 在合適的具體實施方案中，ZnS可以用作使用已知合成方法的殼材料，其導致高品 質(zhì)的發(fā)射。正如以上所述，如果必要的話，例如如果核材料被改變，則這種材料能容易地替 換。另外的示例性的核和殼材料是本發(fā)明中描述的或現(xiàn)有技術(shù)中已知的。
[0119] 核-殼納米晶體的光學性質(zhì)
[0120] 由于核-殼納米晶體有限的尺寸，所以與它們的塊體（bulk)對應(yīng)物相比，它們表 現(xiàn)出獨特的光學性質(zhì)。通過來自譜帶邊緣照明的單只一個Gaussian峰限定發(fā)射光譜。發(fā) 射峰的位置通過作為量子限制直接結(jié)果的核顆粒尺寸確定。例如，通過在2nm和15nm的范 圍內(nèi)調(diào)節(jié)顆粒直徑，可以在整個可見光譜（圖1)的范圍內(nèi)精確地調(diào)諧發(fā)射。圖1顯示了增 加尺寸（2nm到15nm)的納米晶體的吸收和發(fā)射峰。該初始峰（較低波長）顯示了 nm表示 的吸收波長而較后的峰（較高波長）顯示了 nm表示的發(fā)射波長。隨著納米晶體尺寸的增 力口，吸收和發(fā)射峰波長從大約450nm處遷移到大約700nm處，并且可以在這個范圍內(nèi)調(diào)諧。 圖1中堅條狀陰影柱表示在藍色100、綠色102和紅色104范圍內(nèi)的可見光波長。
[0121] 通過樣品的尺寸分布測定發(fā)射峰的寬度。在最大值的一半（FWHM)處可以獲得低 至20nm的全寬度的峰寬。反過來，納米晶體的吸收光譜非常寬和強，正如塊體材料的典 型那樣，其特征在于與有機磷光體不同。在晶體尺寸的全部范圍內(nèi)吸收系數(shù)超過55, 000/ cm(在光譜的藍色范圍內(nèi)）。此外，核-殼納米晶體可以制備具有高達90%的量子效率（由 于Stokes遷移這并沒考慮能量損失，而簡化為光子輸出和光子輸入之比）。
[0122] 在一個具體實施方案中，本發(fā)明提供了可設(shè)計的（engineerable)下變頻體系（參 見圖2)。根據(jù)本發(fā)明的體系可以包含在切片和包封前能夠直接涂覆在LED晶片上的納米復 合材料下變頻層，消除了對包封期間磷光體層異質(zhì)集成的需要。納米復合材料下變頻層適 合地由三個部分來設(shè)計，包括：（1)協(xié)調(diào)以在需要的波長處發(fā)射并且具有需要的光譜特性 以便在最后的器件中最優(yōu)化顯色指數(shù)（CRI)和功率轉(zhuǎn)換效率的，一種或幾種、合適地為兩 種或更多種尺寸的半導體納米晶體磷光體；(2)選擇用于高折射率（通常為大約1. 5或更 高）、低UV降解和與LED芯片匹配的熱膨脹性的主體基質(zhì)（例如聚合物）；以及，（3)在納 米晶體和主體基質(zhì)之間充當界面、允許每種元素被獨立地選擇和剪裁而不會影響其他組分 的獨特的納米晶體表面化學。正如圖2所示，這種下變頻納米復合材料磷光體層208將會 代替磷光體200和磷光體封裝層206。
[0123] 通過這三個部分的每一個的選擇和協(xié)調(diào)，有可能同時：（1)設(shè)計可以剪裁使得CRI 和下變頻效率之間最優(yōu)化的特定的復合材料發(fā)射光譜；(2)折射率與LED芯片的復合材料 層相匹配以降低下變頻前的光提取損失；（3)在下變頻層中減少散射，由此最小化來自磷 光體層的光提取損失；(4)在任何具有同時和有效的光吸收（大約300nm)(取決于納米顆 粒的尺寸和組成）的波長處產(chǎn)生具有超過大約20% (例如40%、60%、80%、100%)的量子 效率的下變頻；以及（5)由于通過使用在紅光波長中極強的發(fā)射光譜（大約20nm FWHM)，發(fā) 射的光子進入近紅外（近-IR)而最小化效率的損失。這種方法使有可能在低于1U.S.美 元/klm的成本下獲得超過2001m/W的整體功率轉(zhuǎn)換效率、超過80的CRI，和超過100瓦/ 芯片的整休芯片春庠。
【權(quán)利要求】
1. 制備復合材料的方法，該方法包括： 提供納米結(jié)構(gòu)體的群體，其中該納米結(jié)構(gòu)體具有與納米結(jié)構(gòu)體表面相連結(jié)的聚合物配 體，該配體包含硅樹脂主鏈和與硅樹脂主鏈偶聯(lián)的一個或多個醇部分； 提供過量的聚合物配體，該過量的聚合物配體不與納米結(jié)構(gòu)體的表面相連結(jié)；和 將過量的聚合物配體和與納米結(jié)構(gòu)體相連結(jié)的聚合物配體結(jié)合到硅樹脂基質(zhì)中； 其中所述硅樹脂基質(zhì)基本上由所述聚合物配體構(gòu)成。
2. 制備復合材料的方法，該方法包括： 提供納米結(jié)構(gòu)體的群體，其中該納米結(jié)構(gòu)體具有與納米結(jié)構(gòu)體表面相連結(jié)的聚合物配 體，該配體包含硅樹脂主鏈和與硅樹脂主鏈偶聯(lián)的一個或多個醇部分； 提供過量的聚合物配體，該過量的聚合物配體不與納米結(jié)構(gòu)體的表面相連結(jié)；和 將過量的聚合物配體和與納米結(jié)構(gòu)體相連結(jié)的聚合物配體結(jié)合到硅樹脂基質(zhì)中； 其中將聚合物配體結(jié)合到硅樹脂基質(zhì)中包括提供交聯(lián)劑和使交聯(lián)劑與配體上的羥基 部分反應(yīng)。
3. 制備復合材料的方法，該方法包括： 提供納米結(jié)構(gòu)體的群體，其中該納米結(jié)構(gòu)體具有與納米結(jié)構(gòu)體表面相連結(jié)的聚合物配 體，該配體包含硅樹脂主鏈和與硅樹脂主鏈偶聯(lián)的一個或多個醇部分； 提供過量的聚合物配體，該過量的聚合物配體不與納米結(jié)構(gòu)體的表面相連結(jié)；和 將過量的聚合物配體和與納米結(jié)構(gòu)體相連結(jié)的聚合物配體結(jié)合到硅樹脂基質(zhì)中； 其中聚合物配體包含至少兩種不同類型的單體單元，其中至少一種包含醇部分和其中 至少一種缺少醇部分但是包含可聚合基團或環(huán)氧基團；其中將聚合物配體結(jié)合到硅樹脂基 質(zhì)中包括使在聚合物配體不同分子上的可聚合基團或環(huán)氧基團彼此反應(yīng)。
4. 權(quán)利要求1的方法，其中所述聚合物配體包含一個或多個與硅樹脂主鏈相連結(jié)的二 甲醇部分。
5. 由權(quán)利要求1的方法制得的復合材料。
6. 包含權(quán)利要求5的復合材料的器件。
7. 權(quán)利要求2的方法，其中所述聚合物配體包含一個或多個與硅樹脂主鏈相連結(jié)的二 甲醇部分。
8. 由權(quán)利要求2的方法制得的復合材料。
9. 包含權(quán)利要求8的復合材料的器件。
10. 權(quán)利要求3的方法，其中所述聚合物配體包含一個或多個與硅樹脂主鏈相連結(jié)的 二甲醇部分。
11. 由權(quán)利要求3的方法制得的復合材料。
12. 包含權(quán)利要求11的復合材料的器件。
【文檔編號】C08G77/04GK104387772SQ201410513100
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2009年5月1日
【發(fā)明者】劉明軍, R·杜布朗, W·P·弗里曼, A·庫克馬, W·J·帕斯 申請人:納米系統(tǒng)公司