[发明专利]使用各向异性金属纳米粒子而具有增强的发光效率的光变换发光装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及使用具有长宽比的各向异性金属纳米粒子而具有增强的发光效率的光变换发光装置，及更特别，涉及具有最大化的发光效率的光变换发光装置，其通过控制由各向异性金属纳米粒子形成的2种或多种表面等离子体共振条带，优化近紫外线或蓝光源的波长与发光材料的吸收波长和发射波长的重叠，由此同时呈现发光材料的激发增强和发射增强。

【背景技术】

发光二极管(LED)最近作为相比即有的白炽灯，卤素灯和荧光灯具有优点诸如高发光效率，高应答，长寿命和小型化，且也具有作为不使用汞的环境-友好的光源(不像荧光灯)的优良的特征的下一代光源而吸引了注意。因此，发光二极管已在信号，标识，显示器，通信，移动末端，车辆和一般照明的非常宽的工业领域广泛使用。尤其，基于该发光二极管的白光发光二极管已用于LCD TV或笔记本计算机的背光单元(BLU)，及车辆的头灯，及已预期由于一般照明的成本降低和白炽灯规制策略的执行而在照明市场持续高速生长。

作为实现白光发光二极管的一般方法，有使用发射具有不同单色波长的光线的发光二极管芯片的组合的方法，及使用发光二极管芯片和具有单组分或多组分的发光材料的组合的方法。当通过多个发光二极管芯片的组合实现白光发光二极管时，因为由于施加到芯片的操作电压的非均匀和环境温度而芯片输出变化，难以实现具有高颜色重复性和高颜色纯度的白光。因此，已通常使用通过将发光材料和由聚合物材料制造的密封材应用于具有近紫外光或蓝光的单色波长的发光二极管芯片而生产白光发光二极管的方法。为了实现具有高纯度的白光，使用发光二极管芯片和具有红光，绿光，蓝光和黄光的发射波长的单种发光材料或多种发光材料的组合。即，通过吸收自发光二极管芯片产生的蓝光(或近紫外光)，及将吸收的蓝光转变为具有发光材料的固有长波长的红光，绿光，蓝光或黄光，由此白光发光二极管中的发光材料用于实现白色和未被发光材料吸收的发光二极管芯片的发射颜色。

白光发光二极管的整体发光效率是表示发光二极管的性能的非常重要的因素，及为了实现以低功率具有高亮度的白光发光二极管，必需增加发光材料的光变换效率。此外，实现具有高颜色纯度的白光需要2种或更多类型的发光材料。即，发光材料的吸收波长需要与发光二极管芯片的发射波长适当重叠，及为了实现白光，其发射波长需求在更长波长的可见光范围形成。而且，优选使用具有高内部量子产率的发光材料。不幸的是，该发光材料的吸收和发射特征是合成或生产发光材料的步骤中测定的独特性质，及控制吸收和发射波长及生产具有高量子产率的发光材料具有显著的限制。

为了解决这些限制，可使用金属纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR)。局域表面等离子体共振是指金属纳米粒子和光之间的强相互作用。当光(hv)是入射进金属纳米粒子或纳米结构时，允许金属纳米粒子的表面游离的电子沿着入射光的电场共振而形成表面等离子体，及在金属纳米粒子周围形成非常强的局部电场。在此情况中，当发光材料相邻位于金属纳米粒子时，因为由于金属纳米粒子周围局部形成的强电场而光吸收增加，可呈现激发增强(E_ex)。结果，可预期发光材料的发光强度的增加。此外，可预期由于激发光发光材料和表面等离子体之间相互吸引而导致发光材料的独特量子产率增加的发射增强(E_em)。在此情况中，当量子产率在方程1中由辐射衰变率(γ_rad)和非-辐射衰变率(γ_non-rad)表示时，对于位于金属纳米粒子周围的荧光材料而言，因为由于由金属纳米粒子的表面等离子体诱导的金属-诱导的辐射衰变率(γ_M-rad)而整体辐射衰变率(γ_rad+γ_M-rad)相比非-辐射衰变率(γ_rad+γ_M-rad>>γ_non-rad)变得显著地更高，量子产率(Q_Metal)增加(见Chemical Reviews,2011,111,3888；Nature Materials,2010,9,193；Analyst,2008,133,1308)。

[方程1]