包含各向异性平胶体半导体纳米晶体的发光设备及其制造方法

包含各向异性平胶体半导体纳米晶体的发光设备及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种响应于电激励或光激励而发光的设备，例如，LED、显示器、电子阅读器等。在如显示器、电视机、移动电话、平板电脑或计算机中可发现这种设备。本发明实现的发光设备表现出较高的光谱发射精度，同时很好地控制发射光的波长、方向和/或偏振，从而提高了由这种设备组成的显示器的亮度和色域。更具体的，本发明涉及一种响应于激励元件的激发而发射光的设备，所述设备包括支撑体和至少一个各向异性平胶体半导体纳米晶体，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体的最小尺寸，即厚度，小至其他两个尺寸的至少1.5分之一；所述发射出的光具有根据光发射方向形成的角度和所述平纳米晶体的较大表面的法线而变化的强度和偏振。还提出了这些设备的各种实施例。
【专利说明】包含各向异性平胶体半导体纳米晶体的发光设备及其制造 方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及响应于电激励或光激励而发光的设备，例如，发光二极管、显示器、电 子阅读器等。在如显示器、电视机、移动电话、平板电脑或计算机中可发现这种设备。尽管 该类型的设备有了稳定的发展，但是其仍然具有以下问题：在显色性、对比度、亮度、能量效 率和取决于观察角度的视觉效果（impression)这些方面受到一定的限制。

【背景技术】
[0002] 为了完整地还原颜色，一般通过添加合成至少三种互补色，特别是红、绿和蓝来实 现。在色度图中，通过与红、绿、蓝这三种颜色相关的三个坐标形成的三角关系来形成通过 混合不同比例的这三种颜色获得的可用颜色的子集。该子集构成所谓的色域。
[0003] 大多数彩色显示设备基于该三色原理工作：每个像素包括三个子像素：一个红 色、一个绿色和一个蓝色，不同强度的三个子像素形成的混合色可以再现彩色效果。
[0004] 诸如计算机IXD屏的荧光屏或背光显示器已经为精确的色彩再现提供了尽可能 宽的色域。基于这个原因，为了描述尽可能宽的色域，构成的子像素必须是尽可能饱和的颜 色。如果光源接近单色，其就具有饱和色。从光谱的角度来看，这意味着光源发出的光由单 个窄波段的波长组成。前面已描述过，高度饱和的阴影具有鲜艳、强烈的颜色，而较少饱和 的阴影则表现地更柔和且为灰色。
[0005] 因此，具有发射光谱窄且从而为饱和色的光源是重要的。
[0006] 例如，在彩色显示的情况下，组成彩色的红、绿和蓝子像素必须具有使显示系统的 色域最大的光谱，其相当于显示来自视角的光谱点的尽可能窄的发射。
[0007] 可以区别两种类型的多色发光显示器：
[0008] ?背光显示器，其中，通过滤色器对来自背光源的白色光进行过滤，并且通过液晶 系统（这些是液晶显示器（LCD))控制白色光的强度，
[0009] ?直接发光显示器，其中，每个像素由对应于三基色的至少三个子像素组成。每个 子像素是独立寻址的光发射器，其通常贯穿矩阵或复用系统，于是直接设置发射的光强。这 是等离子显示屏和诸如0LED(即，"有机发光二极管"）显示屏的发光二极管显示屏的情况。 这些设备使用响应于激励的发光材料。
[0010] 在IXD显示屏中，通过由红、绿和蓝滤色器对白色初始光源的过滤来确定像素的 颜色。三个子像素的光谱从而对应于初始光源的发射光谱和使用的滤色器的透射光谱的乘 积，所述初始光源通常是白色LED阵列或冷阴极荧光管。优化初始光源或彩色滤色器的光 谱的事实从而允许改进色域。然而，白色初始光源发射的大多数光被组成显示屏的偏振片 和滤色器重吸收，或者不同层中的扩散和波导效应使所述大多数光偏转。因此，所述大多数 光不会到达观察者，这严重限制了液晶显示器的能量效率。因此，需要限制功耗以寻求色 域-亮度的折衷方案。
[0011] 为了在不显著地改变滤色器和初始光源的情况下增加显示屏的色域和亮度，最近 已经提出了在光源和像素之间增加包含胶体量子点的荧光膜，以修正来自光源的光通过讨 论的膜后的光谱并从而增加三个子像素的饱和度4'5。然而，该方案即使改进了色域，但是降 低了显示屏的亮度。
[0012] 还提出了由绿色、红色和蓝色波长转换器来替代滤色器，所述转换器吸收例如初 始光、蓝色或紫外光，并重新发送每个转换器的特定颜色。基于此，使用了包含荧光团的材 料，所述荧光团吸收来自初始激励光源的光并以较高的波长重新发射它。然而，该方案在所 述波长转换器使用的荧光团的稳定性、荧光效率和光谱精度方面存在问题。
[0013] 直接发射显示器（例如，由发光二极管组成的显示器）的能量消耗可能较低；滤色 造成的损耗很少或者没有。然而，当使用半导体层（例如，0LED实例中的无机二极管或聚 合物层）时，所述层中的全部内反射造成的光损失减少了到达观察者的全部光。
[0014] 在直接发射显示器中，激励的性质可以是以下各种：
[0015] ?电激励，如在有机或无机发光二极管的实例中，通过电荷注入进行激励。
[0016] ?光激励，如在波长转换器或等离子屏的实例中，通过吸收波长短于发射波长的 光子进行激励。
[0017] 已经提出了很多发射材料以试图覆盖整个可见光谱。
[0018] 因此，例如存在于0LED中的有机荧光团在可见光中具有很高的光量子产率，通常 高于90%。它们一般稳定性差，例如由于氧化或辐射会下降，这降低了含有有机荧光团的设 备的寿命。另外，荧光光谱的宽度可以相当宽，这不允许获得大色域。最后，每个荧光团的 最佳激励波长可以不同，这使得将它们集成到系统中时会遇到常见的激励源困难。
[0019] 氧化物或稀土配合物是常用的发射材料，例如，用在等离子显示屏和0LED中。在 这种情况下，由于发射材料对氧化不太敏感，所以其稳定地多。发射峰的宽度可以非常小， 为10纳米的量级，但是这些材料的吸收截面低，这可能要求使用大量的材料。另外，它们的 发射波长是不可调的，这是因为材料（例如，使用的稀土配合物）限定了所述发射波长。这 是重要的限制，其不允许该类型的发射器覆盖整个可见光谱。
[0020] 等离子显示屏或0LED的发射材料有时包括过渡金属氧化物。例如对于稀土氧化 物来说，由于荧光材料对氧化不太敏感，因此其非常稳定。然而，荧光光谱宽度非常高，通常 从50到几百纳米，这不允许产生饱和色并从而呈现高色域。
[0021] 通常被称为"量子点"的半导体纳米粒子是另一种发射材料。所述对象具有窄的 荧光光谱，半极大处的劝宽度大约为30nm，并且提供了在整个可见光谱中发射以及利用紫 外线中的单个激励源在红外线中发射的可能 8'9。然而，它们不允许优化观察者接收到的光， 并且从而不允许优化设备的能量效率。在这种情况下，对多色显示器的色域的改进对不可 能达到量子点的发射光谱的精度有要求。
[0022] 因此，本发明的目的是提供一种具有高的光谱发射精度、很好地控制发射光的发 射波长、方向和/或偏振的新的发光设备。因此，本发明显著地提高了组成所述设备的显示 器的亮度和色域。


【发明内容】

[0023] 本发明涉及一种响应于激励元件的激发而发射光的器件，所述器件包括支撑体和 至少一个各向异性平胶体半导体纳米晶体，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体的最小尺 寸，即厚度，小至其他两个尺寸的至少1.5分之一，所述至少一个各向异性平胶体半导体纳 米晶体的较大表面的法线基本上平行于或者基本上垂直于所述支撑体；所述发射出的光具 有根据光发射方向形成的角度和所述平纳米晶体的较大表面的法线而变化的强度和偏振。
[0024] 在一个实施例中，所述至少一个各向异性平胶体半导体纳米晶体是胶体半导体纳 米薄片。
[0025] 在一个实施例中，所述至少一个各向异性平胶体半导体纳米晶体包括下述化合物 中的至少一种：IV族、III-V族、II-VI族、III-VI族、I-III-VI族、II-V族或IV-VI族化合 物。
[0026] 在一个实施例中，所述至少一个各向异性平胶体半导体纳米晶体包括下述化合物 中的至少一种：Si、Ge、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、PbS、PbSe、PbTe、 CuInS2、CuInSe2、AgInS2、AgInSe2、CuS、Cu 2S、Ag2S、Ag2Se、Ag2Te、InN、InP、InAs、InSb、In 2S3、 Cd3P2、Zn3P2、Cd3As 2、Zn3As2、ZnO、AIN、A1P、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、FeS 2、Ti02、 Bi2S3、Bi2Se3、Bi2Te 3〇
[0027] 在一个实施例中，所述至少一个各向异性平胶体半导体纳米晶体是包括各向异性 平胶体半导体纳米晶体的异质结构。
[0028] 在一个实施例中，所述至少一个各向异性平胶体半导体纳米晶体完全被不同化学 成份的半导体覆盖。
[0029] 在一个实施例中，所述至少一个各向异性平胶体半导体纳米晶体具有窄的荧光光 谱，所述突光光谱的半最大值处的全宽小于30nm、25nm或23nm，或优选的小于20nm。
[0030] 在一个实施例中，所述支撑体对于在朝向位于所述器件外部的观察者的至少一个 方向中的所述发射的光来说是透明的，通过所述支撑体表面向所述观察者发射光，所述支 撑体表面被定义为发射面。
[0031] 在一个实施例中，所述支撑体包括具有液晶属性的液体。
[0032] 在一个实施例中，所述支撑体是柔性的或刚性的。
[0033] 在一个实施例中，所述支撑体包括有机材料或无机材料。
[0034] 在一个实施例中，所述支撑体包括聚合物材料。
[0035] 在一个实施例中，所述器件包括至少两个具有不同特性、尺寸和/或化学成份、和 /或发射波长的各向异性平胶体半导体纳米晶体。
[0036] 在一个实施例中，所述器件的基本上所有的平纳米晶体表面的法线基本上平行于 给定方向。
[0037] 本发明还涉及一种发光系统，其具有至少一个激励元件，所述激励元件包括向所 述各向异性平胶体半导体纳米晶体施加电磁场，包括光源，其中，至少部分发射的光被所述 各向异性平胶体半导体纳米晶体、例如氮化镓二极管吸收。
[0038] 本发明还涉及一种装置，其包括至少一个根据前述任一权利要求所述的器件和/ 或系统。
[0039] 发明的简要说明
[0040] 本发明涉及一种响应于激励元件的激发而发射光的设备，所述设备包括至少一个 各向异性平胶体半导体纳米晶体，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体的最小尺寸，即厚 度，小至其他两个尺寸的至少1.5分之一，所述发射的光具有根据光发射方向形成的角度 和所述平纳米晶体的较大表面的法线而变化的强度和偏振。
[0041] 本发明还涉及一种包括用于所述发光设备的激励装置的激励设备。所述激励装置 包括在各向异性平胶体半导体纳米晶体中注入电荷、电子和/或空穴的元件或向所述各向 异性平胶体半导体纳米晶体施加电磁场的元件。
[0042] 根据本发明的各向异性平胶体半导体纳米晶体是结晶颗粒，所述结晶颗粒的至少 一个尺寸（优选的厚度）小至其他两个尺寸的至少1. 5分之一。
[0043] 在本发明的一个实施例中，如上所述的晶体颗粒是纳米薄片或包含量子点或纳米 薄片的异质结构。
[0044] 在本发明的一个实施例中，异质结构是壳完全或部分地覆盖核的核/壳型结构。
[0045] 在一个实施例中，如上所述的异质结构包括由材料组成的核和与核的材料不同的 材料组成的壳。
[0046] 在本发明的一个实施例中，所述壳可以由几种相同或不同的材料组成。
[0047] 在一个实施例中，如上所述的异质结构包括核和壳，所述核包括量子点或纳米薄 片，所述异质结构的至少一个尺寸（优选的为厚度）小至其他两个尺寸的至少1. 5分之一。
[0048] 在一个实施例中，所述激励元件包括在各向异性平胶体半导体纳米晶体中注入电 荷、电子和/或空穴的元件。
[0049] 在一个实施例中，所述激励元件包括向所述各向异性平胶体半导体纳米晶体施加 电磁场的元件。
[0050] 在一个实施例中，电磁场源是光源，所述发射的光的至少一部分被所述各向异性 平胶体半导体纳米晶体吸收。
[0051] 在一个实施例中，由所述光源发射出的光的至少一部分被所述各向异性平胶体半 导体纳米晶体（例如氮化镓（GaN)基二极管）吸收。
[0052] 在一个实施例中，所述激励元件包括通过电磁相互作用耦合到所述各向异性平胶 体半导体纳米晶体的至少一个电偶极子或磁偶极子。
[0053] 在一个实施例中，存在于所述异质结构中的所述纳米薄片、初始纳米薄片或纳米 晶体具有至少一个尺寸（优选的为厚度）为〇. 3nm到小于lum、0. 3nm到小于500nm、0. 3nm 到小于250nm、0. 3nm到小于100nm、0. 3nm到小于50nm、0. 3nm到小于25nm、0. 3nm到小于 20nm、0. 3nm 到小于 15nm、0. 3nm 到小于 10nm、0. 3nm 到小于 5nm。
[0054] 在一个实施例中，存在于所述异质结构中的所述纳米薄片、所述初始纳米薄片或 纳米晶体具有至少一个横向尺寸，所述横向尺寸从0· 3nm到至少lmm、0. 3nm到100um、0. 3nm 至丨J 10um、0. 3nm 到 lum、0. 3nm 到 500nm、0. 3nm 到 250nm、0. 3nm 到 100nm、0. 3nm 到 50nm、0. 3nm 到 25nm。
[0055] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体的至少一个横向尺寸（长 度或宽度）、优选的两个横向尺寸至少是其厚度的1.5倍、至少是其厚度的2倍、至少是其厚 度的2. 5倍、至少是其厚度的3倍、至少是其厚度的3. 5倍、至少是其厚度的4倍、至少是其 厚度的4. 5倍、至少是其厚度的5倍。
[0056] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体的厚度为0. 5nm到小于 lum、0. 5nm 到小于 500nm、0. 5nm 到小于 250nm、0. 5nm 到小于 100nm、0. 5nm 到小于 50nm、 0. 5nm 到小于 25nm、0. 5nm 到小于 20nm、0. 5nm 到小于 15nm、0. 5nm 到小于 10nm、0. 5nm 到小 于 5nm。
[0057] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体的横向尺寸为0. 75nm到 至少1. 5_。
[0058] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体的至少一个横向尺寸为 2nm 至lj 1. 5mm、2nm 至lj lmm、2nm 至lj 100um、2nm 至lj 10um、2nm 至lj lum、2nm 至lj 100nm、2nm 至lj 10nm。
[0059] 在一个实施例中，存在于所述异质结构中的所述纳米薄片、初始纳米薄片或纳米 晶体包括iv族、m-v族、π-νι族、ι-ιιι-νι族、π-ν族、m-vi族半导体。
[0060] 在一个实施例中，存在于所述异质结构中的所述纳米薄片、初始纳米薄片或纳米 晶体包括M xEy成份的材料，其中：
[0061] Μ 是 Zn、Cd、Hg、Cu、Ag、Al、Ga、In、Si、Ge、Pb、Sb 或它们的混合物，
[0062] E是0、S、Se、Te、N、P、As或它们的混合物，并且
[0063] x和y是相互独立的从0到5的十进制数，并且不同时为0。
[0064] 在一个实施例中，存在于所述异质结构中的所述纳米薄片、初始纳米薄片或纳米 晶体包括下述成份的至少一种：Si、Ge、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、 PbS、PbSe、PbTe、CuInS2、CuInSe2、AgInS2、AgInSe 2、CuS、Cu2S、Ag2S、Ag2Se、Ag 2Te、InN、InP、 InAs、InSb、In2S3、Cd3P2、Zn 3P2、Cd3As2、Zn3As 2、ZnO、AIN、A1P、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、 GaSb或它们的混合物。
[0065] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体包括IV族、III-V族、 II-VI 族、ι-m-vi 族、II-V 族、III-VI 族半导体。
[0066] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体包括MxEy成份的材料，其 中：
[0067] Μ 是 Zn、Cd、Hg、Cu、Ag、Al、Ga、In、Si、Ge、Pb、Sb 或它们的混合物，
[0068] E是0、S、Se、Te、N、P、As或它们的混合物，并且
[0069] x和y是相互独立的从0到5的十进制数，并且不同时为0。
[0070] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体包括下述成份的至少一 种：Si、Ge、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、PbS、PbSe、PbTe、CuInS 2、 CuInSe2、AgInS2、AgInSe2、CuS、Cu2S、Ag 2S、Ag2Se、Ag2Te、InN、InP、InAs、InSb、In 2S3、Cd3P2、 Zn3P2、Cd3As2、Zn3As 2、ZnO、AIN、A1P、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb 或它们的混合物。
[0071] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体包括以上列出的材料的合 金。
[0072] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体包括纳米晶体或初始纳米 薄片，部分或全部所述纳米晶体或初始纳米薄片的至少一侧由附加材料的至少单层或层覆 盖。
[0073] 在一个实施例中，其中，多个单层或多个层覆盖部分或全部纳米晶体或初始纳米 薄片，这些单独层或多个层可以包括相同或不同的材料。
[0074] 为了本发明的目的，术语"层"指至少一个原子厚度的膜或者连续的层或部分层。 术语"单层"指一个原子厚度的膜或者连续的层或部分层。构成层或单层的原子可以是相 同或不同的。
[0075] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体是同质结构的，即，初始纳 米晶体或纳米薄片和至少一个单层或层由相同的材料制造。
[0076] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体是异质结构的，S卩，初始纳 米晶体或纳米薄片和至少一个单层或层由至少两种不同的材料组成。
[0077] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体可以包括初始纳米晶体或 纳米薄片和覆盖全部或部分所述初始纳米晶体或纳米薄片的1、2、3、4、5或更多单层或层， 所述单层或层与初始纳米晶体或纳米薄片的成份相同，或者与初始纳米晶体或纳米薄片的 成份不同，或者所述单层或层之间的成份不同。
[0078] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体可以包括初始纳米晶体或 纳米薄片和至少2、3、4、5或更多单层或层，其中，沉积的第一单层或层覆盖全部或部分初 始纳米晶体或纳米薄片，并且沉积的至少第二单层或层覆盖全部或部分之前沉积的单层。
[0079] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体具有核/壳结构，S卩，给定 成份的初始纳米晶体或纳米薄片由与所述初始纳米晶体或纳米薄片的成份不同的至少一 个单层或层覆盖其整个表面。
[0080] 因此，获得的材料由一叠膜组成，至少其中的一个膜与初始纳米晶体或纳米薄片 的化学成份相同或不同，每个膜的表面完全覆盖其沉积的膜的表面。
[0081] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体包括去湿结构，即，给定成 份的初始纳米晶体或纳米薄片部分由至少一个单层或层覆盖，所述单层或层与所述初始纳 米晶体或纳米薄片的成份相同或不同。
[0082] 因此，获得的材料由一叠膜组成，至少其中的一个膜与初始纳米晶体或纳米薄片 的化学成份相同或不同，每个膜的表面部分覆盖其沉积的膜的表面。
[0083] 因此，在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体具有包括以上列出 的材料的异质结构。
[0084] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体中掺杂了镧系元素或过渡 金属。
[0085] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体由具有不同化学成份的半 导体覆盖。
[0086] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体由有机分子覆盖。
[0087] 在一个实施例中，所述有机分子从硫醇、胺、羧酸、膦酸、次膦酸、膦类化合物之间 选择。
[0088] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体是胶体半导体纳米薄片。
[0089] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体显示窄的荧光光谱，所述 突光光谱的半最大值处的全宽小于30nm、25nm、24nm、23nm、22nm、21nm或20nm。
[0090] 在一个实施例中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体发出波长为350到1500nm 之间的光。
[0091] 本发明还涉及一种根据本发明实施例的器件，所述器件包括至少一个响应于激励 元件的激发的发光设备和用于所述至少一个设备的支撑体，所述支撑体对于在朝向位于所 述器件外部的观察者的至少一个方向中对又所述设备发射的光来说是透明的，朝向所述观 察者发射的光通过的支撑体表面被定义为发射面。
[0092] 因此，为了本发明的目的，将器件定义为响应于如本发明所述的激励元件的激发 的至少一个发光设备和放置在所述至少一个发光设备中的支撑体的组合。
[0093] 在一个实施例中，响应于激励元件的激发的至少一个发光设备与支撑体接触。
[0094] 在一个实施例中，响应于激励元件的激发的至少一个发光设备集成到支撑体中。
[0095] 在一个实施例中，响应于激励元件的激发的至少一个发光设备与第一支撑体接触 并且由第二支撑体覆盖；所述第一支撑体和第二支撑体的特性相同或不同。
[0096] 本发明还涉及一种包括如本发明所述的器件和根据本发明的实施例的至少一个 激励设备的发光系统，其中，所述至少一个设备中的激励元件集成到支撑体中。
[0097] 在一个实施例中，所述至少一个设备的激励元件集成到支撑体中。
[0098] 在一个实施例中，所述至少一个设备的激励元件位于支撑体的外部。
[0099] 在一个实施例中，所述器件包括共享相同的激励元件的至少两个设备。
[0100] 在一个实施例中，所述支撑体包括液体。
[0101 ] 在一个实施例中，所述液体具有液晶的特性。
[0102] 在一个实施例中，所述支撑体包括至少一种有机材料。
[0103] 在一个实施例中，所述支撑体包括至少一种有机半导体材料。
[0104] 在一个实施例中，所述支撑体包括聚合物材料。
[0105] 在一个实施例中，所述支撑体是刚性的。
[0106] 在一个实施例中，所述支撑体是柔性的。在一个实施例中，所述聚合物是聚合电解 质。
[0107] 在一个实施例中，所述聚合物包括其能够替代纳米晶体的表面配位体的化学功 能。
[0108] 在一个实施例中，所述聚合物是聚（甲基丙烯酸甲酯）、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙 烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环氧化物、聚酯、聚硅氧烷。
[0109] 在一个实施例中，所述聚合物包括半导体聚合物。
[0110] 在一个实施例中，所述聚合物包括聚噻吩、P3HT、MDMO PPV、MEH-PPV、PED0T、 PED0T: PSS、PCBM、PCNEPV、聚芴、PSS。
[0111] 在一个实施例中，所述支撑体包括至少一种无机材料。
[0112] 在一个实施例中，所述无机材料是半导体。
[0113] 在一个实施例中，所述半导体包括下述成份中的至少一种：CdS、CdSe、CdTe、ZnS、 ZnSe、ZnTe、AlN、GaN、InN、AlP、GaP、InP、AlAs、GaAs、InAs、C、Si、Ge。
[0114] 在一个实施例中，所述半导体是掺有杂质的，与纯半导体相比，其包含的少量可产 生过剩或默认电子的元素。
[0115] 在一个实施例中，所述无机材料是玻璃，例如，二氧化硅。
[0116] 在一个实施例中，所述无机材料包括从下面选择的氧化物：Ti02、ΙΤ0 (掺杂锡的氧 化铟）、NiO、ZnO、Sn02、Si02、Zr02、FT0 (掺杂氟的氧化锡）。
[0117] 在一个实施例中，所述无机材料是金属。
[0118] 在一个实施例中，所述器件包括至少两个设备，所述至少两个设备的至少两个各 向异性平胶体半导体纳米晶体具有不同特性。
[0119] 在一个实施例中，所述特性是尺寸。
[0120] 在一个实施例中，所述特性是化学成份。
[0121] 在一个实施例中，所述特性是发射波长。
[0122] 在一个实施例中，所述器件的特征在于，其包括至少两个平纳米晶体，所述至少两 个平纳米晶体表面的法线基本上平行于给定方向。
[0123] 在一个实施例中，所述器件的大部分平纳米晶体表面的法线基本上平行于给定方 向。
[0124] 在一个实施例中，所述器件的至少一个平纳米晶体的表面的法线基本上平行于发 射面的法线。
[0125] 在一个实施例中，所述器件的至少一个平纳米晶体的表面的法线基本上垂直于发 射面的法线。
[0126] 在一个实施例中，所述器件的支撑体包括根据至少一个优选的方向定向所述至少 一个平纳米晶体的元件。
[0127] 在一个实施例中，制作器件的步骤包括：使平纳米晶体沉积到支撑体的表面，所述 平纳米晶体表面的法线基本上平行于所述支撑体表面的法线。
[0128] 在一个实施例中，制作所述器件的步骤包括：使所述支撑体的表面包括纹理。
[0129] 在一个实施例中，制作所述器件的步骤包括：对包含所述平纳米晶体的溶液进行 缓慢蒸发阶段。
[0130] 在一个实施例中，通过施加电场来实现所述缓慢蒸发阶段。
[0131] 在一个实施例中，制作所述器件的步骤包括：通过旋涂包含所述平纳米晶体的溶 液来沉积所述平纳米晶体的步骤。
[0132] 在一个实施例中，制作所述器件的步骤包括：通过将基板的涂层浸入到包含所述 平纳米晶体的溶液来沉积所述平纳米晶体的步骤。
[0133] 在一个实施例中，包含所述平纳米晶体的溶液还包括有机化合物，例如，聚合体或 单体。
[0134] 在一个实施例中，制作所述器件的步骤包括：逐层的静电吸附具有表面电荷的平 纳米晶体的步骤。
[0135] 在一个实施例中，制作所述器件的步骤包括：转移之前形成的定向的平纳米晶体 的膜的步骤。
[0136] 在一个实施例中，通过在包含所述纳米晶体的溶液的液体表面上缓慢蒸发，获得 纳米晶体的膜。
[0137] 本发明还涉及一种制造根据本发明的实施例的器件的方法，其中，平纳米晶体沉 积到支撑体表面上，所述平纳米晶体表面的法线基本上平行于所述支撑体表面的法线。
[0138] 在本发明的目的范围内，基本上平行于或基本上垂直于是指法线与所述两个表 面形成的角度为+40° 到-40°、+30° 到-30°、+20° 到-20°、+10° 到-10° 或+5° 到-5。。
[0139] 本发明还涉及包括至少一个器件和/或系统的装置，其中，元件被配置为通过互 相独立的激励元件来激发每个器件和/或系统。
[0140] 在一个实施例中，所述装置的激励元件是电子型，其包括矩阵排列中的至少两个 电极阵列。
[0141] 在一个实施例中，将所述激励元件设置在用于时分复用的向所述电极施加电信号 的装置中。
[0142] 在一个实施例中，所述装置的每个器件和/或系统与设置在矩阵排列的矩阵的点 上的晶体管类型的电子器件相关。
[0143] 通过阅读下文中仅为了示例性的目的而给出的详细说明和例子，根据本发明的设 备的其他特征和优点将会显而易见。

【专利附图】

【附图说明】
[0144] 图1显示了本发明所描述的设备的实施例的框图。
[0145] 图2显示了在460nm、512nm和550nm发光的三种硒化镉（CdSe)纳米薄片群体的 吸光率和荧光光谱。
[0146] 图3显示了各向异性平胶体纳米晶体的辐射图。
[0147] 图4显示了包含如本发明实施例所描述的各向异性平胶体纳米晶体的发光二极 管的示意性结构的横截面图。
[0148] 图5a和5b显示了包括I类型和II类型的核/壳异质结构的半导体的带结构的 例子。
[0149] 图6显示了如本发明的实施例所描述的器件的例子的示意性结构的横截面图。
[0150] 图7a、7b和7c显示了包含如本发明的实施例所描述的平纳米晶体的支撑体的示 意性结构的横截面图。
[0151] 图8a和8b分别是器件的实施例的顶视图和横截面示意图，其中，纳米晶体的法线 基本上平行于发射面的法线。
[0152] 图9a和9b分别是器件的实施例的顶视图和横截面示意图，其中，纳米晶体的法线 基本上垂直于发射面的法线。
[0153] 图10是与发射面有关的薄片的定向装置的例子的横截面的示意图。
[0154] 图11显示了例如包括几个器件的显示器的设备的实施例。

【具体实施方式】
[0155] 图1显示了根据本发明的响应于激励元件的激发而发光的设备的第一实施例。在 下文中，我们用平纳米晶体表示各向异性胶体半导体纳米晶体，其最小尺寸、厚度小至其他 两个的至少1. 5分之一。我们用薄片表示平纳米晶体，所述平纳米晶体具有至少一个纳米 尺寸级的尺寸，即厚度，并且横向尺寸比厚度大，通常是厚度的5倍。我们所称的平纳米晶 体的法线表示纳米晶体的最大平面的法线。
[0156] 该设备包括至少一个平纳米晶体101及其激励元件102。该设备发射的光的强度 和偏振随光发射方向103形成的角度和纳米晶体的较大平面的法线104而变化。
[0157] 平纳米晶体是荧光团，简单地通过改变所述平纳米晶体的成份和结构，便可在整 个可见光谱中精确地选择荧光团的发射波长。
[0158] 平纳米晶体分散在透明矩阵中，其能够吸收波长小于它们的荧光波长的任何光辐 射并重新发射荧光波长的辐射。这些从而是波长转换器。所有的平纳米晶体，无论其成份和 荧光波长如何，都具有紫外光和蓝光的高吸收横截面。因此，可以利用相同的紫外光或蓝光 辐射进行激励，所述紫外光或蓝光与发出例如蓝色、绿色和红色的平纳米晶体的类型不同。
[0159] 半导体纳米晶体的荧光来自所述纳米晶体中的激励的再结合。给定纳米晶体的纳 米尺寸，量子局限效应作用于激励并向相对于不受局限的激励的蓝色荧光波长偏移。纳米 晶体越小，向蓝色荧光波长偏移的局限效应就越强。
[0160] 在薄片的特定情况下，其厚度远小于纳米晶体的横向尺寸，认为量子局限效应仅 作用于厚度。另外，在薄片中，可以在原子单层级很好地限定薄片的厚度。仅在一个方向的 量子局限和完美的厚度控制的组合允许实现迄今为止首次报道的各向同性半导体纳米晶 体的光谱最窄的荧光。因此，如在专利W02010/029508所描述的，半导体胶体薄片的集合体 可以具有非常窄的荧光光谱，荧光峰值的半极大处全宽度小于12nm。图2显示了半导体的 胶体薄片方案的吸光率和荧光光谱的例子。
[0161] 发明人已经发现平纳米晶体具有如图3所示的特定的辐射模式。观察到的最大值 在优选的方向上，即，平纳米晶体的表面的法线。
[0162] 发明人还发现，在该优选的发射方向中，平纳米晶体发射的光没有表现出特别的 偏振，但是反过来说，在平纳米晶体的平面中发射的光具有沿所述平纳米晶体平面的线性 偏振。
[0163] 下面将利用这两个属性来描述设备、器件和装置。
[0164] 根据本发明的设备的激励元件可以有多种类型。
[0165] 它们可以包括如图4示意性地示出的向平纳米晶体中注入电荷、电子和/或空穴 的装置。通过电极402和403将电子和/或空穴注入到平纳米晶体401中。电极402和 403中的至少一个403在纳米晶体发射的光和支撑体404和405的光谱范围中是透明的，这 里的η型和p型的半导体层分别沉积在纳米晶体401的层的两侧。
[0166] 该激励元件特别地对应于发光二极管。它还可以对应于AC-TFEL(交流薄膜电致 发光）设备，在所述AC-TFEL中，通过施加交替的高电压，在绝缘和发光膜交替地产生电荷。 施加的电压感生出的交变电场产生电荷，特别是在绝缘体/发光化合物的接口产生电荷。
[0167] 设备的激励元件可以包括将平纳米晶体应用到电磁场或诸如光波的电磁波中，以 使得至少部分所述波被平纳米晶体吸收。激励元件特别地对应于包含荧光纳米晶体的波长 转换器：它们吸收部分或全部激励光并以一般高于激励光的波长的另一个波长发射光。
[0168] 设备的激励元件可以包括通过电磁相互作用耦合到平纳米晶体的至少一个电偶 极子或磁偶极子。该激励元件特别地对应于FRET (福斯特共振能量转移）类型的激励。在 这种情况下，最初处于电子激励状态的供体荧光团可以通过非辐射偶极耦合将其能量传递 到受体荧光团。供体荧光团可以由有机荧光团、荧光半导体纳米晶体或者甚至处于激励状 态的量子讲组成。
[0169] 平纳米晶体可以包括π-νι，ιπ-ν，IV-VI，II-V或I-III-VI半导体。特别的，它 可以包括下面的至少一种：CdTe、CdSe、CdS、ZnTe、ZnSe、ZnS、InP、InAs、InN、GaP、GaAs、 GaN、PbS、PbSe、PbTe、CuInS2、CuInSe2、AgInS2、AgInSe 2、Cd3P2。
[0170] 平纳米晶体可以掺有镧系元素或过渡金属。
[0171] 在一个实施例中，平纳米晶体由不同化学成份的另一个半导体覆盖。一般将该类 型的结构称为核/壳。
[0172] 图5a显示了包括核501/壳502的I型异质结构的半导体的带结构的例子。当形 成壳503的半导体的导带的能级高于形成核504的半导体的导带的能级并且形成壳505的 半导体的价带的能级低于形成核506的半导体的价带的能级时，组成壳的半导体的带隙比 组成核的半导体的带隙宽，这导致形成I型异质结构，该结构将形成激励的电子和空穴限 制到异质结构的中心。
[0173] 图5b显示了包括核501/壳502的II型异质结构的半导体的带结构的例子。当 形成壳503的半导体的导带的能级低于形成核504的半导体的导带的能级并且形成壳505 的半导体的价带的能级低于形成核506的半导体的价带的能级时，这种异质结构称为II型 异质结构。电子和空穴之间存在空间分离，后者主要位于核或壳中。
[0174] 壳的厚度可以从一个原子单层到数十纳米之间变化。另外，整个纳米晶体可以具 有均匀的厚度，或者相反地具有异质厚度，其中，各向异性平纳米晶体的大面上的厚度大于 较小面的厚度，反之亦然。
[0175] 平纳米晶体可以由有机分子覆盖。所述有机分子可以起到表面配位体的作用，即， 对有机分子起的作用可以是吸附到纳米晶体的表面。这些配位体的吸附改变了各向异性平 胶体半导体纳米晶体的荧光特性；它们的吸附还提供了纳米晶体的胶体稳定性。从硫醇、 胺、羧酸和膦类化合物中选择有机分子。
[0176] 在本发明的一个实施例中，平纳米晶体包括胶体半导体薄片。我们将薄片表示为 具有至少一个纳米尺寸级的尺寸，即厚度，并且横向尺寸比厚度大，通常是厚度的5倍。平 纳米晶体本身可以是薄片。例如，平纳米晶体可以可替换的在核/壳结构中包括薄片。
[0177] 在本发明的第二实施例中，如图6所示形成包括至少一个设备的器件，所述设备 本身包括至少一个平纳米晶体601及其激励元件602。将该至少一个设备放置在支撑体603 中，所述支撑体对于设备在朝向位于器件外部的观察者605的至少一个方向604中发射出 的光来说是透明的，将向观察者发射的光所通过的支撑面定义为发射面606。
[0178] 设备的激励元件可以集成到支撑体中，或者可替换的，至少一个设备的激励元件 可以位于基板的外部。
[0179] 器件可以包括一个或多个设备，从而可以包括一个或多个纳米晶体。另外，在包括 至少两个设备的器件中，可以共享或者不共享所述设备的激励元件。
[0180] 所述器件包括放置至少一个设备的支撑体，可以通过多种方式来形成所述支撑 体，例如，其可以由有机材料（例如，聚合物）或无机材料制成；其可以由如图7a示意性地 所示的单种材料702制成，纳米晶体701分散在所述单种材料702中。
[0181] 它还可以包括形成多个层的多种不同的材料。
[0182] 在图7b中，纳米晶体位于其中的一层；而在图7c中，纳米晶体位于两个不同层之 间的分界面处。
[0183] 支撑体在从纳米晶体发射出的光的至少一个方向上是透明的，这意味着某些层 703对从纳米晶体发射出的光是不透明的或者反射所述光，而另一个部分704必须是透明 的。基于使用的激励元件，支撑体相对于纳米晶体的激励光来说也可以是透明的。最后，基 于下面使用的其他激励元件，支撑体可以包括电极和有机或无机半导体层。
[0184] 可以通过各种方式制造支撑体：其可以包含液体，特别是具有液晶性能的液体。
[0185] 它还可以包括至少一种有机材料，例如，生产具有小分子（例如，Alq3)的发光二 极管的公知材料。
[0186] 支撑体可以包含至少一种聚合物材料：
[0187] 〇该聚合物可以包括能够使它们自己替代纳米晶体的表面配位体的化学功能。
[0188] 〇该聚合物可以是聚电解质。
[0189] 〇该聚合物可以是聚（甲基丙烯酸甲酯）、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚对苯二 甲酸乙二醇酯、环氧化物、聚酯、聚硅氧烷。
[0190] 〇该聚合物可以是半导电聚合物，例如，聚噻吩、P3HT、MDMO PPV、MEH-PPV、PED0T、 PED0T: PSS、PCBM、PCNEPV、聚芴、PSS。
[0191] 支撑体可以包括无机材料：
[0192] 〇该无机材料可以是半导体，例如，II-VI半导体：CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、 ZnTe，III-V :A1N、GaN、InN、A1P、GaP、InP、AlAs、GaAs、InAs 和它们的合金，也可以是本征 半导体，例如，碳、硅或锗。
[0193] 〇半导体可以是掺杂的。
[0194] Ο无机材料可以是玻璃，例如，二氧化硅。
[0195] 〇无机材料可以是氧化物：Ti02、ΙΤ0(氧化铟掺杂锡）、NiO、ZnO、Sn02、Si02、 Zr02〇
[0196] 〇无机材料可以是金属：金、银、钥、铝...
[0197] 在本发明的一个实施例中，器件可以包括至少两个设备，所述至少两个设备的至 少两个各向异性平胶体半导体纳米晶体具有不同的特性。所述特性可以是尺寸或化学成 份。这允许限定具有发射两种不同波长的的两种不同纳米晶体群的特征的器件。
[0198] 如果定向了器件的纳米晶体，则可以利用平胶体半导体的特有发射图。可以相对 于器件中存在的其他纳米晶体或相对于器件的发射面定义它们的方向。基于这个原因，有 必要引入各向异性平胶体半导体纳米晶体的法线，所述法线将会完全定义纳米晶体的方 向。将纳米晶体的法线定义为平纳米晶体的较大表面的法线。
[0199] 如果相对于发射面确定纳米晶体的方向，则如图8a的顶视图和图8b的横截面图 所示，可以将器件定义为：至少一个纳米晶体的法线基本上平行于发射面的法线。如果平纳 米晶体801都已经在器件中定向以使得平纳米晶体的法线802全部对准并且平行于发射面 804的法线803,就将具有主要在入射光束的方向发射的发射器，但重新发射的辐射不会被 偏振。
[0200] 类似地，如果相对于发射面确定纳米晶体的方向，则如图9a的顶视图和图9b的横 截面图所示，可以定义：至少一个纳米晶体的法线基本上垂直于发射面的法线。如果平纳 米晶体901都已经在器件内定向以使得平纳米晶体的法线902全部对准并且垂直于发射面 904的法线903,就将具有发射线性偏振辐射的发射器。
[0201] 中间定向的情况导致器件重新发射部分偏振和/或方向性较不明显的光。
[0202] 为了使纳米晶体相对于彼此之间定向，器件必须包含至少两个纳米晶体，至少两 个纳米晶体的表面的法线基本上平行于给定方向。特别的，基本上所有器件的纳米晶体具 有垂直于其表面的法线，其表面基本上平行于给定方向。图8和图9特别地显示了这种情 况，其中，器件的所有纳米晶体都具有垂直于其表面的法线而其表面基本上平行于给定方 向，所述方向分别是器件的发射面的法线或者器件的发射面的垂线。
[0203] 为了在器件内定向纳米晶体，支撑体可以包括根据至少一个优选方向定向它们的 装直。
[0204] 由于纳米晶体的平面形状，可以将它们平坦地沉积到表面上。图10示出了用于定 向平纳米晶体的第一装置，其将它们沉积到位于支撑体的给定方向的表面1002上，纳米晶 体1001将平坦地沉积到所述表面上，纳米晶体的法线1003将从而平行于表面的法线。制 造包括定向纳米晶体的器件的方法可以包括：位于器件内的支撑体表面，其中，纳米晶体沉 积到所述支撑体表面上。
[0205] 可以实现制造器件的步骤，其中，纳米晶体沉积到支撑体表面上，所述纳米晶体表 面的法线基本上平行于支撑体表面的法线。
[0206] 可以实现制造器件的步骤，其中，支撑体表面包括纹理。实际上，支撑体表面可以 不是平的而是例如微结构的。例如，闪耀光栅将允许根据与闪耀光栅的角度相对应的角度 主要地定向纳米晶体。
[0207] 为了使器件集成定向的纳米晶体，有利的是通过允许平纳米晶体平坦地沉淀到基 板上的方法将纳米晶体沉积到基板上。制造器件的步骤可以包括：
[0208] 〇通过缓慢蒸发将纳米晶体沉积到包含它们的溶液的基板上的步骤，
[0209] 〇通过旋涂沉积纳米晶体的步骤，
[0210] 〇通过浸涂沉积纳米晶体的步骤，
[0211] 〇通过逐层的静电吸附来沉积纳米晶体的步骤。
[0212] 可选的，可以预先制备定向纳米晶体的膜，并随后将其转移到基板上。在这种情况 下，基于准备膜的方式，其可以包括要么主要平行于膜本身，要么主要垂直于膜本身的纳米 晶体。可以执行制造器件的方法，所述方法包括通过形成和转移LB(Langmuir-Blodgett) 膜或LS (Langmuir-Schaefer)膜沉积纳米晶体的步骤。
[0213] 最后，在平纳米晶体上沉积保护层（例如，玻璃或聚合物）也可能是有用的。重复 所述步骤以形成多层"矩阵/平纳米晶体"复合物。
[0214] 可选的定向纳米晶体的方法是预先准备包含平纳米晶体和聚合物或聚合物前驱 体的溶液，然后在存在电场的场合中聚合和/或蒸发溶剂。
[0215] 另一种可选的定向纳米晶体的方式是预先准备可热成型的聚合物/平纳米晶体 的复合物，由于在复合物的成形过程中施加的压力，平纳米晶体将在矩阵中定向。在第三实 施例中，实现的设备如图11所示，所述设备包括至少一个如上所述的器件1101-i，每个器 件可以经受相互独立的激励元件1102-i的激励。该设备可以是向观察者显示图像、文本或 其他可视信息的显示器。通常使用电流来实现形成装置的设备的激励元件的激励。为此， 激励元件为电激励型的装置可以包括至少两个以矩阵形式布置的网状电极。另外，可将元 件配置为时分复用地向电极施加电信号。还可以构造装置以使每个器件与放置在矩阵布置 中的矩阵的点上的晶体管型的电子器件相关联。
[0216] 可以通过任何已知的方式实现这种寻址方式。例如，在LED显示器的实例中，将二 极管本身作为寻址矩阵的方式。在所有像素具有公共光照的显示器（例如，液晶显示器设 备）实例中，将快门作为寻址矩阵的方式。
[0217] 由于一般的各向异性平半导体纳米晶体和特定的薄片的荧光峰值的半最大值处 的全宽窄，所以设备可以具有非常窄的发射光谱，其中，发射峰值的半最大值处的全宽低于 20nm〇
[0218] 例子
[0219] 例子1 :平核/壳荧光纳米晶体的合成
[0220] 我们描述的是例如具有核/壳结构的平半导体荧光纳米晶体的合成。
[0221] 以50nm发射的薄片的合成:
[0222] 例如可以通过任何已知的方法来获得硒化镉（CdSe)薄片，举例来说，例如下述文 献描述的方法：Ithurria，S. ;Dubertret，B;美国化学学会杂志（Journal of the American Chemical Society)，2008 年，130, 16504-5 和 Ithurria，S· ;Bousquet，G. ;Dubertret，B; 美国化学学会杂志（Journal of the American Chemical Society)，2011 年，133,3070-7。 将174mg的豆蘧酸镉和12mg的硒粉加入到包含16mL 1-十八碳烯（0DE，90% )的三颈烧瓶 中。烧瓶在减压的情况下排气并且在室温下搅拌30分钟。将氩气加入到烧瓶中并随后加热 烧瓶。当温度达到200°C时，将40mg的Cd(Acetate) 2(H20)2迅速加入到促使薄片生长的反 应介质中。将反应介质加热至240°C，所述反应介质保持在240°C约10分钟以允许薄片的 生长。溶液随后冷却并通过连续沉淀和悬浮进行洗涤。通过加入油酸（约10mL)，非溶剂 ： 乙醇（约70mL)并进行离心分离（以5000rpm的转速，离心分离10分钟）实现第一沉淀。 丢弃清液并将沉淀物悬浮于己烷（约10毫升）中。包含薄片的溶液仍包含大量的过量使 用的豆蘧酸镉。加入的几毫升（4mL)的辛胺能够将其分解。通过加入乙醇（80mL)并进行 离心分离，则对薄层片晶的悬浮液进行第二次沉淀。再利用辛胺重复两次悬浮/沉淀过程， 并且最后一次只简单地在己烷中悬浮并利用乙醇进行沉淀。最终的沉淀物悬浮于10mL的 己烷中。
[0223] 旨在提iWtW光量子广率白勺处理：
[0224] 在连续地清洗步骤之后，合成的薄片表现出弱荧光（量子产率小于1% )。通过修 改表面配位体，可以使它们恢复高量子产率（百分之几十）。向己烷中的薄片的溶液中加入 200uL油酸和20mg Cd(Acetate)2(H20)2。随后将溶液加热回流2小时。
[0225] 初始薄片h的壳的牛长:
[0226] 例如，我们描述了初始CdSe薄片上的Cda7Zna3S的膜的沉积。
[0227] 在小瓶中连续地加入2mL氯仿、400uLCdSe薄片溶液、20mg硫代乙酰胺（TAA)和 200uL辛胺。磁力搅拌溶液1小时，这会使TAA完全溶解，然后溶液的颜色会发生变化。然 后将4mg CdCl2和3mg Zn (N03) 2加入到薄片溶液中。所述溶液的颜色再次逐渐地发生变化， 同时荧光量子产率将会显著提高。剩下的前驱体在薄片上反应24小时。通过加入几滴乙 醇，薄片随后就聚合，并且以5000rpm的转速离心分离溶液5分钟。将包含没有反应的前驱 体的清液和CdZnS寄生纳米晶体丢弃，并且在2mL氯仿中分散由薄片形成的晶片，其中，将 20mg的0. 5M的Cd(十四烷基膦酸）2(Cd(TDPA)2)的1-十八碳烯溶液加入到所述氯仿中。 荧光量子产率随后就急剧下降。所述荧光量子产率后来在紫外光照下会增加。然后通过利 用乙醇进行沉淀、在己烷中离心分离和悬浮，对薄片进行提纯。可以多次执行该提纯步骤。
[0228] 可选的，CdSe/CdZnS薄片在极性介质中可以呈现为分散的。为此，由二巯基丙酸 镉（Cd(MPA) 2)的沉淀步骤取代Cd(TDPA)2的沉淀步骤。一旦通过离心分离将CdSe/CdZnS 薄片分离，它们就在规格为〇. 1M、PH值为11的2mL的Cd(MPA)2水溶液中分散。经过10分 钟的超声波处理之后，混合物被离心分离，丢弃清液并向沉淀物加入2mL蒸馏水。薄片随后 在水溶液中完全分散。
[0229] 例子2 :平半导体纳米晶体在平面基板上的沉积，薄片的法线平行于平面基板的 表面的法线：
[0230] 例如，我们描述了根据本发明特定实施例的平半导体纳米晶体在平面基板上的沉 积，以使平半导体纳米晶体的法线平行于平面基板的表面的法线。
[0231] 当通过蒸发包含薄片的稀释溶液沉积所述薄片时，所述薄片可以平坦地沉积到表 面上。可以使用采用这种特性的优点的多种技术。
[0232] 第一种可能性是通过直接蒸发包含薄片的少量溶剂来沉积所述薄片。在己烷和辛 烷容量比例为9:1的2mL混合物中分散出lmg薄片。将一滴混合物沉积到载玻片上。由于 辛烷的存在，该滴混合物均匀地扩散并干燥，而不会在边缘形成高浓度的薄片环（"咖啡环 效应")。一旦该滴混合物已经干燥，沉积的薄片就均匀地分布在印迹的整个表面，并且它们 主要表现出纳米晶体的法线平行于表面的法线的定向。
[0233] 第二种可能性是通过旋涂来沉积薄片。首先，利用氧等离子体清洗显微镜载玻片 (26mmX 26mm)。然后通过将3-疏基丙基-三乙氧基娃烧（3-mercaptopropyl-triethoxys ilane)在容积为1 %的3-巯基丙基-三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡10分钟，来使其官 能化。用乙醇将载玻片洗涤3次并干燥。然后通过以lOOOrpm的转速旋涂30秒，将己烷中 的lmg/mL的薄片溶液沉积到载玻片上。
[0234] 第三种可能性是通过浸涂来沉积薄片。将预先用异丙醇洗涤的载玻片浸泡到lmg/ mL的己烷中的薄片溶液中。对载玻片进行定向以使其表面的法线与空气/溶液的接触面处 于同一平面，将载玻片以每分钟1厘米的恒定速度慢慢地从溶液中取出来，以在玻璃表面 上形成薄片的均匀薄膜。
[0235] 第四种可能性是通过在基板上沉积纳米晶体的LB(Langmuir-Blodgett)膜或 LS (Langmuir-Schaefer)膜来沉积薄片。为此，通过使纳米晶体的己烧溶液在包含在聚四氟 乙烯中的二甘醇（DEG)的表面上缓慢蒸发来制造纳米晶体的朗缪尔（Langmuir)膜。然后可 以通过利用特氟龙棒将容器的表面分成两部分来浓缩得到的膜。一旦膜已经达到希望的厚 度，可以通过以下两种方式将其移除：通过直接将其施加到涂层表面（Langmuir-Schaefer 的沉积），或通过从DEG中慢慢地取出目标表面同时通过利用特氟龙棒减少其表面来保持 希望的厚度。
[0236] 例子3 :薄片在微结构某板h的沉积。
[0237] 微结构基板是闪耀光栅。直接蒸发和旋涂在这里都不能使用。相反，通过浸泡沉 积允许在闪耀光栅的表面上获得薄片的均匀膜。在前面的例子中描述的规范可以应用到这 里，仅需要保证构成从溶液中取出的光栅的线垂直于液体表面。
[0238] 例子4 :制作#用半导体聚合物的发光二极管。
[0239] 例如，我们描述了根据本发明的特定实施例使用半导体聚合物制造发光二极管。
[0240] 发光二极管一般包括第一电极、空穴导电聚合物层、半导体纳米晶体层、电子导电 聚合物层和在如图X中示意性地示出的第二电极。如果电极的费米能级能够使得直接注入 电荷，电子或空穴导电层就是可选的。还可以插入电子阻挡层或空穴阻挡层。
[0241] 首先利用异丙醇和水虎鱼（piranha)混合物洗涤涂有ΙΤ0透明电极（市场上可 以买到）的玻璃基板。然后通过旋涂30nm厚的聚（3, 4-亚乙二氧基噻吩）：聚（苯乙烯磺 酸）层（PEDOT :PSS空穴导电层），在干净的基板上沉积。然后在250°C下对器件退火20分 钟。然后通过对辛烷中的10mg/mL的纳米晶体溶液以2500rpm的转速进行旋涂来制作组成 CdSe/CdZnS薄片的发射层。最后，通过热蒸发2nm的LiF(氟化锂）和lOOnm的错来制作反 电极。
[0242] 例子5 :利用半导体氣化物制作发光二极管。
[0243] 例如，我们描述了根据本发明的一个实施例的利用半导体氧化物制作发光二极 管。
[0244] 如图4示意性地示出的，发光二极管包括第一透明IT0(氧化铟锡）电极、氧化镍 层、荧光胶体纳米晶体层、氧化锌层和银电极。
[0245] 通过在气压为5毫托的氩惰性环境下，以〇. 〇6人乂1的速度进行磁控溅射，将 60nm厚的IT0阳极沉积到干净玻璃的基板上。在沉积过程中，对基板进行250°C的加热以 提高IT0的导电性。然后通过在气压为6毫托、氧气和氦气为2:100的大气中以〇. 2 A.S-1 的速度进行磁控溅射，沉积20nm厚的p型掺杂氧化镍层（空穴导电层）。
[0246] 通过在氮气环境下对分散于己烷中的薄片的溶液进行旋涂，将CdSe/CdZnS薄片 的致密层沉积到氧化镍上。可以调整薄片溶液的浓度以获得约10纳米厚的沉淀物。
[0247] 然后通过在气压为5毫托的氩气保护下在15W对氧化锌和在9W对二氧化锡同时 进行阴极沉积，在薄片上沉积电子导电层。沉积速率是0. 2 A.S4。
[0248] 最后，通过掩膜对Zn0:S02层以1, 5 A.S-1的速度进行热蒸发，沉积40mm厚的银电 极。
[0249] 例子6 :制作何含平半导体纳米晶体-波长转换器的聚合物腊。
[0250] 例如，我们描述了根据本发明的一个实施例的、制作包含平半导体纳米晶体-波 长转换器的聚合物膜。
[0251] 使用的聚合物是包含95%的甲基丙烯酸甲酯和5%的丙烯酸的统计聚合物。市场 上可以买到聚（甲基丙烯酸甲酯）_聚丙烯酸（PAA-PMMA)。
[0252] 在三颈烧瓶中加入薄片的甲苯溶液，10mg Cd(Acetate)2(H20)2和预先溶解在10mL 苯甲醚中的2g聚（PMMA-PAA)。将混合物在100°C下加热2小时并磁力搅拌。在冷却至室 温以后，混合物具有高的量子产率。通过加入10mL己烷然后离心分离，使聚合物/薄片复 合物沉淀。丢弃清液并在几毫升苯甲醚中溶解沉淀物。可以使得到的复合物成形。
[0253] 在一个实施例中，通过旋涂形成聚合物/薄片复合物的薄膜来实现复合物的成 形。在另一个实施例中，对复合物进行干燥并通过热成形使复合物成形。
[0254] 例子7 :诵讨逐层静电纟目裝制作纳米晶体/聚合物复合腊。
[0255] 在本发明的一个实施例中，预先清洗的刚性基板（例如载玻片或PMMA片）或柔性 基板（例如，低密度聚乙烯薄膜）用作支撑体。通过将聚阳离子聚合物膜浸入到包含PH值 为9 (通过加入ΤΒΑ0Η (四丁铵氢氧化物）来调整该PH值）的TODA的20g/L的溶液中20 分钟，聚阳离子聚合物膜，聚（二烯丙基二甲基氯化铵）（H)DA，M W = 5000-20000)沉积在支 撑体上。在用超纯水（>18MQcm)对支撑体进行漂洗后，将所述支撑体浸渍于l〇〇 mg/L的薄 片的水溶液中，利用巯基丙酸（带负电）进行最好20分钟的稳定化处理。用超纯水漂洗形 成的膜。
[0256] 在本发明的一个实施例中，可以通过重复TODA和薄片的两个吸附步骤来获得多 层膜。
[0257] 例子8 :制作何括薄片和荧光纳米晶体的聚合物腊。通讨非辐射能量转移讲行激 励。
[0258] 通过受体荧光团和供体荧光团之间的FRET(福斯特共振能量转移），实现由非辐 射能量转移进行的激励，其中，受体荧光团是根据例子1制备的核/壳结构的CdSe/CdZnS 水溶性薄片，所述供体荧光团是根据任何已知的方法制备的ZnSe/ZnS胶体半导体纳米晶 体。
[0259] 为了由半导体薄片的FRET实现激励，ZnSe/ZnS纳米晶体必须尽可能的靠近半导 体层。首先，要准备薄片的分散，在所述薄片上吸附有ZnSe/ZnS纳米晶体。
[0260] 为此，首先根据任何已知的方法将ZnSe/ZnS纳米晶体与阳离子水溶性配位体进 行交换，水溶性阳离子配位体具体可以是用胺或季铵官能化的二氢硫辛酸。
[0261] 将10mg具有负表面电荷的水溶性CdSe/CdZnS薄片分散到10mL超纯水中。向该 溶液中逐滴加入10mL含有预先合成的40mg承载有分散在水中的正表面电荷的ZnSe/ZnS 纳米晶体的溶液。通过静电相互作用将薄片和纳米晶体组合。通过离心分离对薄片/纳米 晶体复合物进行提纯，并且所述薄片/纳米晶体复合物分散在10mL的超纯水中。向该溶液 中加入10mL、10mg/mL的PVA(聚乙烯醇）水溶液。将溶液放置在尺寸合适的模具中，并且 在烤箱中在65°C下蒸发水分直到复合膜完全干燥。
[0262] 例子9 :在制作背光屏的讨稈中#用平半导体纳米晶体。
[0263] 在本发明的一个实施例中，半导体纳米晶体沉积在平坦的透明基板上，所述平坦 的透明基板可以是柔性的，例如塑料，也可以是刚性的，例如玻璃。在制造显示屏期间，将基 板放置在发射蓝光的背光源和显示屏的外部透明表面之间。
[0264] 例子10 :在制作发射显示器的讨稈中#用平半导体纳米晶体。
[0265] 在本发明的一个实施例中，平半导体纳米晶体沉积到平面基板上以形成可以定向 的致密组件。可利用矩阵上的衬垫转移平半导体纳米晶体，将所述矩阵设计为能够激励纳 米晶体以使它们发光。
[0266] 参考f献:
[0267] 1，Amstutz 等，美国专利申请 No. 4, 634, 229
[0268] 2, Shi 等，美国专利申请 No. 5, 705, 285
[0269] 3, Suzuki 等，国际专利申请 No. W02010/028728
[0270] 4, Jeong 等，韩国专利申请 No. 1020100089606
[0271] 5，Kazlas，P. ;Linton, J.R，国际专利申请 N〇.TO2009/011922
[0272] 6, Rho 等，韩国专利申请 No. 1020090036373
[0273] 7, Sokolik, I. ;Campos, R. A，国际专利申请 No. 00/17903
[0274] 8, Bawendi 等，美国专利申请 No. 6, 501，091
[0275] 9, Kim 等，自然光子学（Nature Photonics)，2011，5,176-182
【权利要求】
1. 一种响应于激励元件的激发而发射光的器件，其包括支撑体和至少一个各向异性平 胶体半导体纳米晶体，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体的最小尺寸，即厚度，小至其他 两个尺寸的至少1. 5分之一，所述至少一个各向异性平胶体半导体纳米晶体的较大表面的 法线基本上平行于或者基本上垂直于所述支撑体；所述发射的光具有根据光发射方向形成 的角度和所述平纳米晶体的较大表面的法线而变化的强度和偏振。
2. 根据权利要求1所述的器件，其中，所述至少一个各向异性平胶体半导体纳米晶体 是胶体半导体纳米薄片。
3. 根据前述任一权利要求所述的器件，其中，所述至少一个各向异性平胶体半导体纳 米晶体包括下述化合物中的至少一种：IV族、III-V族、II-VI族、III-VI族、I-III-VI族、 II-V族或IV-VI族化合物。
4. 根据前述任一权利要求所述的器件，其中，所述至少一个各向异性平胶体半导体纳 米晶体包括下述化合物中的至少一种：S i、Ge、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、 HgTe、PbS、PbSe、PbTe、CuInS2、CuInSe2、AgInS2、AgInSe 2、CuS、Cu2S、Ag2S、Ag2Se、Ag 2Te、InN、 InP、InAs、InSb、In2S3、（M3P2、Zn 3P2、Cd3As2、Zn3As 2、ZnO、AIN、A1P、AlAs、AlSb、GaN、GaP、 GaAs、GaSb FeS2、Ti02、Bi2S3、Bi2Se 3、Bi2Te3。
5. 根据前述任一权利要求所述的器件，其中，所述至少一个各向异性平胶体半导体纳 米晶体是包括各向异性平胶体半导体纳米晶体的异质结构。
6. 根据前述任一权利要求所述的器件，其中，所述至少一个各向异性平胶体半导体纳 米晶体完全被不同化学成份的半导体覆盖。
7. 根据前述任一权利要求所述的器件，其中，所述各向异性平胶体半导体纳米晶体表 现出窄的荧光光谱，所述荧光光谱的半最大值处的全宽小于30nm、25nm或23nm，或优选地 小于20nm。
8. 根据前述任一权利要求所述的器件，其中，所述支撑体对于在朝向位于所述器件外 部的观察者的至少一个方向中的所述发射的光来说是透明的，通过所述支撑体表面向所述 观察者发射光，该支撑体表面被定义为发射面。
9. 根据前述任一权利要求所述的器件，其中，所述支撑体包括具有液晶属性的液体。
10. 根据前述任一权利要求所述的器件，其中，所述支撑体是柔性的或刚性的。
11. 根据前述任一权利要求所述的器件，其中，所述支撑体包括有机材料或无机材料。
12. 根据前述任一权利要求所述的器件，其中，所述支撑体包括聚合物材料。
13. 根据前述任一权利要求所述的器件，其包括至少两个具有不同特性、尺寸和/或化 学成份、和/或发射波长的各向异性平胶体半导体纳米晶体。
14. 根据前述任一权利要求所述的器件，其特征在于，所述器件的基本上所有的平纳米 晶体表面的法线基本上平行于给定方向。
15. -种发光系统，其包括根据权利要求1-14任意一项所述的器件和至少一个激励元 件，所述激励元件包括向所述各向异性平胶体半导体纳米晶体施加电磁场、特别是光源的 元件，其中，至少部分发射的光被所述各向异性平胶体半导体纳米晶体、例如氮化镓二极管 吸收。
16. -种装置，其包括至少一个根据前述任一权利要求所述的器件和/或系统。
【文档编号】B82Y30/00GK104302572SQ201380025973
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年3月19日 优先权日:2012年3月19日
【发明者】贝努瓦·马勒, 托马斯·庞斯, 埃尔莎·卡塞特 申请人:奈科斯多特股份公司