DE102015109947B4 - Nanostrukturiertes Hybridpartikel, Herstellungsverfahren desselben und Vorrichtung mit dem nanostrukturierten Hybridpartikel - Google Patents

Nanostrukturiertes Hybridpartikel, Herstellungsverfahren desselben und Vorrichtung mit dem nanostrukturierten Hybridpartikel Download PDF

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Abstract

Nanostrukturiertes Hybridpartikel, umfassend:ein hydrophobes Basispartikel (10), das ein konvex-konkaves Nanomuster (11) auf einer Oberfläche desselben aufweist;ein hydrophobes lichtemittierendes Nanopartikel (20), das in einem konkaven Abschnitt des konvex-konkaven Nanomusters (11) auf der Oberfläche des hydrophoben Basispartikels (10) angeordnet ist; undeine Deckschicht (30) zum Bedecken des Basispartikels (10) und des lichtemittierenden Nanopartikels (20),wobei die Deckschicht (30) ein Material umfasst, das einen niedrigeren Brechungsindex als das lichtemittierende Nanopartikel und einen höheren Brechungsindex als Luft aufweist, wobei das Material mindestens eines, ausgewählt aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid und Ceroxid umfasst und wobei das Material mit mindestens einer aus einer substituierten oder unsubstituierten C6-C20-Arylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C1-C20-Alkylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C2-C20Alkenylgruppe und einer substituierten oder unsubstituierten C2-C20-Alkinylgruppe ausgewählten funktionalen Gruppe kombiniert ist.

Description

  • HINTERGRUND
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen betreffen ein neuartiges nanostrukturiertes Hybridpartikel, das die Lichtauskopplungseffizienz desselben erhöht, ein Verfahren zur Herstellung des nanostrukturierten Hybridpartikels und eine das nanostrukturierte Hybridpartikel umfassende Vorrichtung.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Forschung bezüglich lichtemittierender Vorrichtungen, z.B. Leuchtdioden (LEDs) oder photonischer Vorrichtungen, wird unter Berücksichtigung ökonomischer Effekte, die hinsichtlich einer Steigerung der Lichtauskopplungseffizienz verbessert sind, aktiv betrieben. Aufgrund der guten Sensibilität eines Biosensors oder eines Bioimaging-Materials hinsichtlich der hohen Lichtauskopplungseffizienz kann der Biosensor oder das Bioimaging-Material außerdem zur Erstellung einer akkuraten Diagnose verwendet werden. Es ist bekannt dass bei der Herstellung einer Nanostruktur, die ein sich wiederholendes Muster mit Maßen von einigen zehn Nanometern bis zu einigen hundert Nanometern auf einer Oberfläche eines eine LED bildenden GaN-Halbleiters aufweist, eine Lichtreflexionsrate in ein Inneres der LED verringert ist, während eine Lichtemissionsrate zu einem Äußeren der LED erhöht ist, wodurch die Lichtauskopplungseffizienz erhöht wird (Fujii, T., Gao, Y., Sharma, R., Hu, E. L., DenBaars, S. P., & Nakamura, S. (2004). Increase in the extraction efficiency of GaNbased light-emitting diodes via surface roughening. Applied Physics Letters, 84(6), 855-857. doi:10.1063/1.1645992). Ebenso ist bekannt, dass bei der Bildung einer Deckschicht mit einem niedrigeren Brechungsindex als dem eines GaN-Halbleitersubstrats auf einem GaN-Halbleitersubstrat mit Mustern eine Differenz zwischen dem Brechungsindex der Deckschicht und dem Brechungsindex der Luft gering wird, wodurch sich die Lichtauskopplungseffizienz erhöht (Jung, M., Kim, J. H., Lee, S., Jang, B. J., Lee, W. Y., Oh, Y.-M., ... Woo, D. (2012). Enhanced Light Output from the Nano-Patterned InP Semiconductor Substrate Through the Nanoporous Alumina Mask. Journal ofNanoscience and Nanotechnology, 12(7), 5747-5753. doi:10.1166/jnn.2012.6252).
  • Somit ist die Forschung bezüglich der Erhöhung der Lichtauskopplungseffizienz eng mit einer zweidimensionalen (2D) Oberfläche einer lichtemittierenden Vorrichtung, z.B. einer LED, einer Solarzelle oder einer Displayvorrichtung, insbesondere mit einer 2D-Oberfläche eines Halbleitersubstrats mit einer Größe von einigen zehn Nanometers x einigen zehn Nanometern verknüpft. Hierbei ist eine solche 2D-Oberfläche eines Halbleitersubstrats gemäß einem Ätzverfahren strukturiert, z.B. Fotolithografie oder Plasmaätzen. Das heißt, eine 2D-Oberfläche eines Halbleitersubstrats kann sich wiederholende Nanomuster mit Maßen von einigen hundert Nanometern umfassen. Derzeit gestaltet sich die Herstellung von Nanomustern mit Maßen von 100 nm oder weniger noch schwierig, und derartige Nanomuster weisen eine geringe Produktionsausbeute auf.
  • J.H. Yoo, J.S. Kim: „The Preparation of Core-Shell Magnetic Silica Nanospheres for Enhancing Magnetism and Fluorescence Intensity‟, J. Nanosci. Nanotechnol. 13, pp. 7615-7619 (2013) beschreibt ein nanostrukturiertes Hybridpartikel, umfassend ein hydrophobes Basispartikel mit einer porösen Schale und ein hydrophobes lichtimitierendes Nanopartikel, das in der Oberfläche des Basispartikels integriert ist.
  • D. Li et al.: „Stable and water-soluble CdTe@SiO2 composite nanospheres: Preparation, characterization and application in LED‟, Colloids and Surfaces A: Physiochem. Eng. Aspects 424, pp. 33-39 (2013) beschreibt eine LED, bei der nanostrukturierte Hybridpartikel verwendet warden.
  • Z. Ran, W. Yang: „Silica/CdTe/silica fluorescent composite nanoparticles via electrostatic assembly as a pH ratiometer‟, RSC Adv. 4, pp. 37921-37927 (2014) beschreibt ein fluoreszierendes Komposit-Nanopartikel zur Messung des ph-Wertes.
  • Des Weiteren werden Hybridpartikel auch in den folgenden Druckschriften beschrieben:
  • Y. Chen et al.: „Multifunctional Mesoporous Nanoellipsoids for Biological Bimodal Imaging and Magnetically Targeted Delivery of Anticancer Drugs“, Adv. Funct. Mater. 21, pp. 270-278 (2011)
  • J.-L. Hu et al.: „Mesoporous silica nanospheres decorated with CdS nanocrystals for enhanced photocatalytic and excellent antibacterial activities“, Nanoscale 5, pp. 6327-6332 (2013)
  • J.-L. Hu et al.: „Silica-based hybrid microspheres: synthesis, characterization and wastewater treatment“, RSC Adv. 3, pp. 25620-25626 (2013)
  • J.-L. Hu et al.: „Synthesis of Mesoporous Si02@TiO2 Core/Shell Nanospheres with Enhanced Photocatalytic Properties“, Part. Syst. Charact. 30, pp. 306-310 (2013)
  • US 2012 / 0 319 030 A
  • EP 2 818 868 A1 .
  • Es gab bislang keine Offenbarung, welche die Herstellung von Nanomustern auf einer Oberfläche eines eigenständigen Halbleiterpartikels im Größenbereich von Nanometern bis Mikrometern, wobei die Maße der Nanomuster viel kleiner als das eigenständige Nanopartikel sind, oder die Herstellung von Nanopartikeln, die mit einem Material mit niedrigem Brechungsindex zu beschichten sind, beschreibt. Außerdem sind bislang keine Effekte von Nanomustern bekannt, die auf Partikeln in der Größenordnung von Nanometern bis Mikrometern ausgebildet sind.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen umfassen ein nanostrukturiertes Hybridpartikel mit hoher Lichtauskopplungseffizienz.
  • Eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen umfassen ein Verfahren zur Herstellung des nanostrukturierten Hybridpartikels.
  • Eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen umfassen eine Vorrichtung, die das nanostrukturierte Hybridpartikel umfasst.
  • Weitere Aspekte werden zum Teil in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt und werden zum Teil aus der Beschreibung ersichtlich oder ergeben sich durch die praktische Umsetzung der dargestellten Ausführungsformen.
  • Erfindungsgemäß umfasst ein nanostrukturiertes Hybridpartikel Folgendes: ein hydrophobes Basispartikel mit einem konvex-konkaven Nanomuster auf einer Oberfläche desselben; und ein hydrophobes lichtemittierendes Nanopartikel, das in einem konkaven Abschnitt des konvex-konkaven Nanomusters auf der Oberfläche des hydrophoben Basispartikels angeordnet ist.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Basispartikel des nanostrukturierten Hybridpartikels mindestens eines, ausgewählt aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid und Ceroxid umfassen.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann das lichtemittierende Nanopartikel des nanostrukturierten Hybridpartikels mindestens eines, ausgewählt aus einem Halbleiternanokristall, einem anorganischen Fluorophor, einem Fluoreszenzfarbstoff und einem mit einem Farbstoff dotierten transparenten Metalloxid umfassen.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann das lichtemittierende Nanopartikel des nanostrukturierten Hybridpartikels einen hydrophoben Liganden oder ein Tensid mit einer hydrophoben funktionalen Gruppe auf einer Oberfläche desselben umfassen.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann das nanostrukturierte Hybridpartikel zusätzlich zu dem lichtemittierenden Nanopartikel in dem konkaven Abschnitt des konvex-konkaven Nanomusters weiterhin mindestens ein aus Gold (Au), Silber (Ag), Eisen (Fe), Cobalt (Co) und Nickel (Ni) ausgewähltes Metallnanopartikel umfassen.
  • Das nanostrukturierte Hybridpartikel umfasst weiterhin eine Deckschicht zum Bedecken des Basispartikels und des lichtemittierenden Nanopartikels. Die Deckschicht umfasst ein Material, das einen niedrigeren Brechungsindex als das lichtemittierende Nanopartikel und einen höheren Brechungsindex als Luft aufweist. Das Material umfasst mindestens eines, ausgewählt aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid und Ceroxid und ist mit mindestens einer aus einer substituierten oder unsubstituierten C6-C20-Arylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C1-C20-Alkylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C2-C20-Alkenylgruppe und einer substituierten oder unsubstituierten C2-C20-Alkinylgruppe ausgewählten funktionalen Gruppe kombiniert.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann das nanostrukturierte Hybridpartikel weiterhin ein Kernpartikel im Inneren des Basispartikels umfassen, wobei das Kernpartikel Folgendes umfasst: einen Cluster aus superparamagnetischen Nanopartikeln; und eine den Cluster umgebende Schale, die mindestens eines, ausgewählt aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid und Ceroxid umfasst.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Durchmesser des nanostrukturierten Hybridpartikels zwischen circa 10 nm und circa 10 µm betragen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines nanostrukturierten Hybridpartikels umfasst folgende Schritte umfasst:
  • Gewinnen eines hydrophoben Basispartikels mit einem konvex-konkaven Nanomuster auf einer Oberfläche desselben durch Durchführen eines Sol-Gel-Verfahrens zwischen einer durch Formel 1 unten dargestellten Alkoxidverbindung und einer durch Formel 2 dargestellten Alkoxidverbindung; und
  • Anordnen eines hydrophoben lichtemittierenden Nanopartikels in einem konkaven Abschnitt der konvex-konkaven Struktur auf der Oberfläche des Basispartikels durch Mischen und Rühren eines Gemischs aus einer ersten Lösung, in der das Basispartikel dispergiert ist, und einer zweiten Lösung, in der das lichtemittierende Nanopartikel dispergiert ist: R1M(OR2)m <Formel 1>
  • wobei M in Formel 1 Silicium (Si), Aluminium (Al), Titan (Ti), Zirconium (Zr) oder Cer (Ce) ist,
  • R1 eine substituierte oder unsubstituierte C1-C20-Alkylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C2-C20-Alkenylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C2-C20-Alkinylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C6-C20-Arylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C3-C20-Heteroarylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C4-C20-Cycloalkylgruppe oder eine substituierte oder unsubstituierte C3-C20-Heterocycloalkylgruppe ist,
  • R2 eine lineare oder verzweigte, substituierte oder unsubstituierte C1-C5-Alkylgruppe ist und
    m eine ganze Zahl von 2 oder höher ist, wobei m + 1 eine Wertigkeit von M angibt, M(OR3)m <Formel 2> wobei M in Formel 2 Si, Al, Ti, Zr oder Ce ist,
    R3 eine lineare oder verzweigte, substituierte oder unsubstituierte C1-C5-Alkylgruppe ist und
    m eine Wertigkeit von M angibt.
  • Eine erfindungsgemäße Leuchtdiode (LED) umfasst das nanostrukturierte Hybridpartikel.
  • Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen kann ein Biosensor das nanostrukturierte Hybridpartikel umfassen.
  • Figurenliste
  • Diese und/oder andere Aspekte werden sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen in Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen ergeben und klarer erkennbar sein.
    • 1A und 1B sind jeweils ein Diagramm, das eine Struktur eines nanostrukturierten Hybridpartikels gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt;
    • 2 ist ein Transmissionselektronenmikroskopbild (TEM-Bild) von (a) am zweiten Tag des Experiments in Beispiel 1 synthetisierten Siliciumoxidpartikeln (d.h. npS-Partikeln) und (b) am fünften Tag des Experiments in Beispiel 1 synthetisierten Siliciumoxidpartikeln (d.h. npS-Partikeln);
    • 3A bis 3C sind jeweils ein TEM-Bild von npSQ1-Partikeln, auf denen in Beispiel 1 hergestellte QD1-Nanopartikel selbstassembliert sind, ein TEM-Bild von mit Siliciumoxid beschichteten npSQ1S-Partikeln und ein TEM-Bild von npSQ1SPh-Partikeln, auf denen eine Siliciumoxid-Deckschicht mit einer Phenylethylgruppe ausgebildet ist, und 3D ist ein TEM-Bild von npSQ1SSPh-Partikeln, auf denen in Beispiel 3 hergestellte QD3-Nanopartikel selbstassembliert sind, die mit Siliciumoxid beschichtet sind und auf denen eine Siliciumoxid-Deckschicht mit einer Phenylethylgruppe ausgebildet ist;
    • 4 ist eine Kurve, die das Elektrolumineszenzspektrum von npSQi-Partikeln, npSQiS-Partikeln und npSQ1SPh-Partikeln (wobei Q1 = QD1) zeigt, die in Beispiel 1 hergestellt wurden;
    • 5 ist eine Kurve, die das Elektrolumineszenzspektrum von npSQ2°-Partikeln, npSQ2S-Partikeln und npSQ2SPh-Partikeln (wobei Q2 = QD2) zeigt, die in Beispiel 2 hergestellt wurden;
    • 6A und 6B sind jeweils eine Kurve, die das Elektrolumineszenzspektrum von npSQ3-Partikeln, npSQ3S-Partikeln und npSQ3SPh-Partikeln (wobei Q3 = QD3) zeigt, die in Beispiel 3 hergestellt wurden, und eine Kurve, die das Elektrolumineszenzspektrum von npSQ3-Partikeln, npSQ3S-Partikeln und npSQ3SSPh-Partikeln (wobei Q3 = QD3) zeigt, die in Beispiel 3 hergestellt wurden;
    • 7 ist eine Kurve, die das Elektrolumineszenzspektrum von npSQ4-Partikeln, npSQ4S-Partikeln und npSQ4SPh-Partikeln (wobei Q4 = QD4) zeigt, die in Beispiel 4 hergestellt wurden;
    • 8 ist eine Kurve, die das Elektrolumineszenzspektrum zeigt, das durch Anlegen elektrischen Stroms an eine in Vergleichsbeispiel 1 hergestellte weiße Leuchtdiode (LED) ermittelt wurde;
    • 9 ist eine Kurve, die das Elektrolumineszenzspektrum zeigt, das durch Anlegen elektrischen Stroms an eine in Vergleichsbeispiel 2 hergestellte weiße LED ermittelt wurde;
    • 10 ist eine Kurve, die das Elektrolumineszenzspektrum zeigt, das durch Anlegen elektrischen Stroms an eine in Beispiel 9 hergestellte weiße LED ermittelt wurde; und
    • 11 zeigt durch Anlegen elektrischen Stroms an eine in Beispiel 9 hergestellte weiße LED ermittelte Farbkoordinaten.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden wird nunmehr im Detail auf Ausführungsformen eingegangen, für die Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, wobei sich gleiche Bezugszeichen durchgängig auf gleiche Elemente beziehen. Hierbei können die vorliegenden Ausführungsformen verschiedene Formen annehmen und sollen nicht als auf die hier dargelegten Beschreibungen beschränkt angesehen werden. Dementsprechend sind die beispielhaften Ausführungen untenstehend lediglich zur Erläuterung von Aspekten der vorliegenden Beschreibung unter Bezug auf die Figuren beschrieben. Wenn Ausdrücke wie „mindestens eines aus“ vor einer Liste von Elementen stehen, modifizieren sie die gesamte Liste der Elemente und nicht die einzelnen Elemente der Liste.
  • 1 ist ein Diagramm, das eine schematische Struktur eines nanostrukturierten Hybridpartikels gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt.
  • In Bezug auf 1 umfasst das nanostrukturierte Hybridpartikel ein Basispartikel 10 mit einem konvex-konkaven Nanomuster 11 auf einer Oberfläche desselben; und ein lichtemittierendes Nanopartikel 20, das in einem konkaven Abschnitt des konvex-konkaven Nanomusters 11 angeordnet ist.
  • In dem nanostrukturierten Hybridpartikel ist das lichtemittierende Nanopartikel 20 zur Anordnung auf dem Basispartikel 10 mit dem Nanomuster 11 ausgebildet, wodurch Lichtauskopplung in allen dreidimensionalen Richtungen ermöglicht wird. Hierbei kann das nanostrukturierte Hybridpartikel im Vergleich zu einem Fall eines zweidimensionalen Halbleiters mit einem Nanomuster auf einer Oberfläche desselben, der Lichtauskopplung in nur einer Richtung ermöglicht, eine weiter erhöhte Lichtauskopplungseffizienz aufweisen. Aufgrund des Nanomusters auf der Oberfläche ist außerdem eine Kontaktfläche zwischen benachbarten Partikeln gemäß einem Gewicht der Partikel beschränkt, so dass das Auftreten von Kohäsion zwischen den benachbarten Partikeln verhindert wird.
  • Das nanostrukturierte Hybridpartikel mit einer solchen Nanostruktur kann die Emissionsintensität im Vergleich zu der Emissionsintensität von lichtemittierenden Nanopartikeln weiter steigern. Der hierin verwendete Begriff „lichtemittierende Referenznanopartikel“ bezieht sich auf „bei der Herstellung eines nanostrukturierten Hybridpartikels verwendete lichtemittierende Nanopartikel“. Das heißt, die Emissionsintensität des Nanomuster-Hybridpartikels mit der gleichen Anzahl eingebundener lichtemittierenden Referenznanopartikeln ist weiter verbessert als die Emissionsintensität der lichtemittierenden Referenznanopartikel ohne Einbindung in das Nanomuster-Hybridpartikel.
  • Weiterhin umfasst das nanostrukturierte Hybridpartikel wie in 1 gezeigt eine Deckschicht 30 zur Bedeckung des Basispartikels 10 und des lichtemittierenden Nanopartikels 20 unter Verwendung eines Materials mit einem niedrigen Brechungsindex, wodurch nicht nur eine sichere Struktur des nanostrukturierten Hybridpartikels ausgebildet, sondern auch eine Lichtauskopplungseffizienz weiter gesteigert wird. Der Begriff „ein Material mit einem niedrigen Brechungsindex“ bezieht sich hierbei auf ein Material mit einem vergleichsweise niedrigeren Brechungsindex als das lichtemittierende Nanopartikel 20 und beispielsweise ein Material mit einem niedrigeren Brechungsindex als das lichtemittierende Nanopartikel 20 und einem höheren Brechungsindex als Luft.
  • Das Basispartikel 10 kann aus anorganischen Materialien gebildet sein, die einen höheren Brechungsindex als Luft und einen niedrigeren Brechungsindex als die lichtemittierenden Nanopartikel aufweisen, und das anorganische Material kann beispielsweise mindestens eines, ausgewählt aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid und Ceroxid umfassen. Das anorganische Material ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
  • Das Basispartikel 10 kann durch Kombination einer hydrophoben funktionalen Gruppe mit einer Oberfläche des Basispartikels 10 hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Diese hydrophobe funktionale Gruppe kann weiterhin beispielsweise mindestens eine, ausgewählt aus einer substituierten oder unsubstituierten C1-C20-Alkylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C2-C20-Alkenylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C2-C20-Alkinylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C6-C20-Arylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C3-C20-Heteroarylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C4-C20-Cycloalkylgruppe und einer substituierten oder unsubstituierten C3-C20-Heterocycloalkylgruppe umfassen.
  • Bei der Verwendung eines hydrophilen Basispartikels, dessen Partikeldurchmesser circa 100 nm oder weniger beträgt, ist eine Oberflächenenergie des hydrophilen Basispartikels im Allgemeinen so hoch, dass die Partikel stark miteinander aggregieren. Bei der Verwendung des hydrophoben Basispartikels 10 stoßen sich die hydrophoben Basispartikel 10 augrund der Van-der-Waals-Kraft gegenseitig ab. Außerdem ist die Kontaktfläche zu benachbarten Partikeln bezogen auf ein Gewicht des Partikels gering, und somit kann eine kolloidale Lösung mit hervorragender Dispergierbarkeit hergestellt werden.
  • In der vorliegenden Beschreibung verwendete funktionale Gruppen und Substituenten können wie folgt definiert sein.
  • Der hier verwendete Begriff „Alkyl“ bezieht sich auf einen vollständig gesättigten verzweigten oder unverzweigten (oder geradkettigen oder linearen) Kohlenwasserstoff.
  • Nicht einschränkende Beispiele für das „Alkyl“ umfassen Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl, sec-Butyl, n-Pentyl, Isopentyl, Neopentyl, isoAmyl, n-Hexyl, 3-Methylhexyl, 2,2-Dimethylpentyl, 2,3-Dimethylpentyl, n-Heptyl und n-Octadecyl.
  • Mindestens ein Wasserstoff des „Alkyls“ kann mit einem Halogenatom, einer mit einem Halogenatom substituierten C1-C20 Alkylgruppe (z.B. CCF3, CHCF2, CH2F oder CCl3), einer C1-C20-Alkoxygruppe, einer C2-C20-Alkoxyalkylgruppe, einer Hydroxylgruppe, einer Nitrogruppe, einer Cyanogruppe, einer Aminogruppe, einer Amidingruppe, einem Hydrazin, einer Carboxylgruppe oder einem Salz derselben, einer Sulfonylgruppe, einer Sulfamoylgruppe, einer Schwefelsäure oder einem Salz derselben, einer C1-C20-Alkylgruppe, einer C2-C20-Alkenylgruppe, einer C2-C20-Alkinylgruppe, einer C1-C20-Heteroalkylgruppe, einer C6-C20-Arylgruppe, einer C6-C20-Arylalkylgruppe, einer C6-C20-Heteroarylgruppe, einer C7-C20-Heteroarylalkylgruppe, einer C6-C20-Heteroaryloxygruppe, einer C6-C20-Heteroaryloxyalkylgruppe oder einer C6-C20-Heteroarylalkylgruppe substituiert sein.
  • Der hier verwendete Begriff „Halogenatom“ bezieht sich auf Fluor, Brom, Chlor oder Iod.
  • Der in chemischen Formeln verwendete Begriff „Alkoxy“ steht für Alkyl-O-, wobei Alkyl wie oben definiert ist. Nichteinschränkende Beispiele für das Alkoxy umfassen Methoxy, Ethoxy, Propoxy, 2-Propoxy, Butoxy, tert-Butoxy, Pentyloxy, Hexyloxy, Cyclopropoxy oder Cyclohexyloxy. Mindestens ein Wasserstoff des Alkoxy kann mit dem gleichen Substituenten substituiert sein, der im Fall der Alkylgruppe verwendet wird.
  • Der in chemischen Formeln verwendete Begriff „Alkoxyalkyl“ bezieht sich auf eine Alkylgruppe, die mit einem Alkoxy substituiert ist. Mindestens ein Wasserstoff des Alkoxyalkyls kann mit dem gleichen Substituenten substituiert sein, der im Fall der Alkylgruppe verwendet wird. Somit umfasst der Begriff „Alkoxyalkyl“ einen substituierten Alkoxyalkylrest.
  • Der in chemischen Formeln verwendete Begriff „Alkenyl“ bezieht sich auf einen verzweigten oder unverzweigten Kohlenwasserstoff mit mindestens einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung. Nichteinschränkende Beispiele des Alkenyls umfassen Vinyl, Aryl, Butenyl, Isopropenyl oder Isobutenyl. Mindestens ein Wasserstoff des Alkenyls kann mit dem gleichen Substituenten substituiert sein, der im Fall der Alkylgruppe verwendet wird.
  • Der in chemischen Formeln verwendete Begriff „Alkinyl“ bezieht sich auf einen verzweigten oder unverzweigten Kohlenwasserstoff mit mindestens einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbindung. Nichteinschränkende Beispiele des „Alkinyls“ umfassen Ethinyl, Butinyl, Isobutinyl oder ein Isopropinyl.
  • Mindestens ein Wasserstoff des „Alkinyls“ kann mit dem gleichen Substituenten substituiert sein, der im Fall der Alkylgruppe verwendet wird.
  • Der in chemischen Formeln verwendete Begriff „Aryl“ bezieht sich auf einen aromatischen Kohlenwasserstoff mit mindestens einem Ring.
  • Der hier verwendete Begriff „Aryl“ kann auch eine Gruppe umfassen, in der mindestens ein aromatischer Kohlenwasserstoff mit mindestens einem Cycloalkylring anelliert ist.
  • Nichteinschränkende Beispiele des „Aryls“ umfassen Phenyl, Naphthyl oder Tetrahydronaphthyl.
  • Zudem kann mindestens ein Wasserstoff des „Aryls“ mit dem gleichen Substituenten substituiert sein, der im Fall der Alkylgruppe verwendet wird.
  • Der hier verwendete Begriff „Arylalkyl“ kann sich auf ein Alkyl beziehen, das mit einem Aryl substituiert ist. Ein Beispiel des Arylalkyls umfasst Benzyl oder Phenyl-CH2CH2-.
  • Der in chemischen Formeln verwendete Begriff „Aryloxy“ bezieht sich auf -O-Aryl, und ein Beispiel hierfür ist Phenoxy. Mindestens ein Wasserstoff des „Aryloxy“ kann mit dem gleichen Substituenten substituiert sein, der im Fall der Alkylgruppe verwendet wird.
  • Der in chemischen Formeln verwendete Begriff „Heteroaryl“ bezieht sich auf eine monocyclische oder bicyclische organische Verbindung mit mindestens einem aus N, O, P und S ausgewählten Heteroatom und Kohlenstoff als dem verbleibenden Ringatom. Die Heteroarylgruppe kann beispielsweise 1 bis 5 Heteroatome und 5 bis 10 Ringglieder umfassen. Hierbei können S oder N oxidiert sein und in verschiedenen Oxidationszuständen vorliegen.
  • Mindestens ein Wasserstoff des „Heteroaryls“ kann mit dem gleichen Substituenten substituiert sein, der im Fall der Alkylgruppe verwendet wird.
  • Der hier verwendete Begriff „Heteroarylalkyl“ bezieht sich auf ein Alkyl, das mit einem Heteroaryl substituiert ist.
  • Der Begriff „Heteroaryloxy“ bezieht sich auf einen -O-Heteroarylrest. Mindestens ein Wasserstoff des „Heteroaryloxys“ kann mit dem gleichen Substituenten substituiert sein, der im Fall der Alkylgruppe verwendet wird.
  • Der hier verwendete Begriff „Heteroaryloxyalkyl“ bezieht sich auf ein Alkyl, das mit einem Heteroaryloxy substituiert ist. Mindestens ein Wasserstoff des „Heteroaryloxyalkyls“ kann mit dem gleichen Substituenten substituiert sein, der im Fall der Alkylgruppe verwendet wird.
  • Der hier verwendete Begriff „Cycloalkyl“ bezieht sich auf einen gesättigten oder teilweise gesättigten nichtaromatischen monocyclischen, bicyclischen oder tricyclischen Kohlenwasserstoff.
  • Beispiele des monocyclischen Kohlenwasserstoffs umfassen Cyclopentyl, Cyclohexyl und Cyclohexenyl, Beispiele des bicyclischen Kohlenwasserstoffs umfassen Bornyl, Decahydronaphthyl, Bicyclo[2.1.1]hexyl, Bicyclo[2.2.1]heptyl, Bicyclo[2.2.1]heptenyl und Bicyclo[2.2.2]octyl, ein Beispiel des tricyclischen Kohlenwasserstoffs umfasst Adamantyl.
  • Mindestens ein Wasserstoff des „Cycloalkyls“ kann mit dem gleichen Substituenten substituiert sein, der im Fall der Alkylgruppe verwendet wird.
  • Der hier verwendete Begriff „Heterocycloalkyl“ bezieht sich auf einen gesättigten oder teilweise gesättigten nichtaromatischen monocyclischen, bicyclischen oder tricyclischen Kohlenwasserstoff mit mindestens einem aus N, O, P und S ausgewählten Heteroatom und Kohlenstoff als dem verbleibenden Ringatom. Mindestens ein Wasserstoff des „Heterocycloalkyls“ kann mit dem gleichen Substituenten substituiert sein, der im Fall der Alkylgruppe verwendet wird.
  • Der hier verwendete Begriff „Sulfonyl“ bezieht sich auf R''-SO2-, wobei R'' Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Heteroaryl, Aryl-Alkyl, Heteroaryl-Alkyl, Alkoxy, Aryloxy, Cycloalkyl oder Heterocycloalkyl ist.
  • Der hier verwendete Begriff „Sulfamoyl“ kann H2NS(O2)-, Alkyl-NHS(O2)-, (Alkyl)2NS(O2)-aryl-NHS(O2)-, Alkyl-(aryl)-NS(O2)-, (Aryl)2NS(O)2, Heteroaryl-NHS(O2)-, (Arylalkyl)-NHS(O2)- oder (Heteroaryl-alkyl)-NHS(O2)- umfassen.
  • Mindestens ein Wasserstoff des „Sulfamoyls“ kann mit dem gleichen Substituenten substituiert sein, der im Fall der Alkylgruppe verwendet wird.
  • Der hier verwendete Begriff „Aminogruppe“ bezieht sich auf einen Fall, in dem ein Stickstoffatom kovalent an mindestens ein Kohlenstoffatom oder mindestens ein Heteroatom gebunden ist. Beispiele der „Aminogruppe“ können auch -NH2 und einen substituierten Rest umfassen. Die Aminogruppe kann auch „Alkylamino“ umfassen, wobei ein Stickstoffatom an mindestens eine zusätzliche Alkylgruppe gebunden ist, und „Arylamino“ und „Diarylamino“ beziehen sich auf eine Arylgruppe, in der ein bzw. zwei Stickstoffatome an eine unabhängig ausgewählte Arylgruppe gebunden sind.
  • Das lichtemittierende Nanopartikel 20 kann mindestens einen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Gruppe-II-VI-Halbleiternanokristall, einem Gruppe-III-V-Halbleiternanokristall und anorganischem Fluorophor sein.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann das lichtemittierende Nanopartikel 20 mindestens eine aus (1) bis (3) ausgewählte Kern/Schale-Struktur aufweisen. Zudem kann das lichtemittierende Nanopartikel 20 weiterhin eine Zwischenschicht umfassen, die eine Legierung aus einem Kernmaterial und einem Schalenmaterial zwischen einem Kern und einer Schale umfasst:
    • (1) ein Gruppe-II-VI-Halbleiternanokristall (Kern)/ein Gruppe-II-VI-Halbleiternanokristall (Schale),
    • (2) ein Gruppe-III-V-Halbleiternanokristall (Kern)/ein Gruppe-III-V-Halbleiternanokristall (Schale) und
    • (3) ein Gruppe-III-V-Halbleiternanokristall (Kern)/ein Gruppe-II-VI-Halbleiternanokristall (Schale).
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Gruppe-II-VI-Halbleiternanokristall mindestens eines aus der Gruppe, bestehend aus CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe und HgTe umfassen, der Gruppe-III-V-Halbleiternanokristall kann mindestens eines aus der Gruppe, bestehend aus GaN, GaP, GaAs, InP und InAs umfassen, der Fluorophor kann mindestens eines, ausgewählt aus La2O2S:Eu, Li2Mg(MoO4):Eu,Sm, (Ba, Sr)2SiO4:Eu, ZnS:Cu,Al, SrGa2S4:Eu, Sr5(PO4)3Cl:Eu, (SrMg)5PO4Cl:Eu, BaMg2Al16O27:Eu, Na(Y,Gd,Ln)F4:(Yb,Er) (wobei Ln mindestens ein Lanthanoid außer Yb und Er umfasst) und die Kern/Schale-Struktur aus Na(Y,Gd,Ln)F4:(Yb,Er)/Na(Gd,L)F4:(Ce,Tb) umfassen (wobei L mindestens ein Lanthanoid oder Y außer Yb, Er, Ce und Tb umfasst).
  • Ein Beispiel des Gruppe-II-VI-Halbleiternanokristalls (Kern)/des Gruppe-II-VI-Halbleiternanokristalls (Schale) ist CdSe/ZnS, ein Beispiel des Gruppe-III-V-Halbleiternanokristalls (Kern)/des Gruppe-III-V-Halbleiternanokristalls (Schale) ist InP/GaN und ein Beispiel des Gruppe-III-V-Halbleiternanokristalls (Kern)/des Gruppe-II-VI-Halbleiternanokristalls ist InP/ZnS; die Kern/Schale-Struktur ist aber nicht hierauf beschränkt.
  • Das lichtemittierende Nanopartikel 20 kann auf einer Oberfläche desselben einen hydrophoben Liganden oder ein Tensid mit einer hydrophoben Gruppe umfassen. Beispiele des hydrophoben Liganden oder des Tensids mit einer hydrophoben Gruppe umfassen R-NH2, R-SH, R-CO2H, R3-P und R3-PO, wobei R eine C8-C20-Alkylkette sein kann; der hydrophobe Ligand oder das Tensid mit einer hydrophoben Gruppe sind aber nicht hierauf beschränkt.
  • Das lichtemittierende Nanopartikel 20 kann beispielsweise ein in einem unpolaren organischen Lösungsmittel synthetisierter Quantenpunkt sein, und ein derartiger synthetisierter Quantenpunkt kann hervorragende optische Eigenschaften hinsichtlich der Quanteneffizienz und Emissionsintensität aufweisen. Zudem kann ein derartiger synthetisierter Quantenpunkt eine Struktur aufweisen, die durch hydrophobe Tenside und hydrophobe Liganden konfiguriert ist, die eine Oberfläche des Quantenpunkts zur Vermeidung einer Aggregation der Quantenpunkte schützen. Das heißt, ein polarer Anteil des Tensids oder Liganden wird mit einer Oberfläche des lichtemittierenden Nanopartikels 20 kombiniert, während eine unpolare Kohlenstoffkette außerhalb des Tensids exponiert ist und somit Hydrophobie aufweist. Zudem stoßen Partikel einander aufgrund der Van-der-Waals-Kraft zwischen ihnen ab, und somit kann eine kolloidale Lösung mit hervorragender Dispergierbarkeit hergestellt werden.
  • Das hydrophobe lichtemittierende Nanopartikel 20 kann also in einer Lösung selbstassembliert sein und in einem konkaven Abschnitt des konvex-konkaven Nanomusters auf der Oberfläche des hydrophoben Basispartikels 10 angeordnet werden. Sobald das lichtemittierende Nanopartikel 20 in dem konkaven Abschnitt auf der Oberfläche des Basispartikels angeordnet ist, können beispielsweise eine Oberfläche einer langen Kohlenstoffkette des lichtemittierenden Nanopartikels 20 und eine Oberfläche einer langen Kohlenstoffkette des Basispartikels 10 zur Befestigung in der Art verschränkter Finger miteinander in Eingriff gebracht werden. Wenn das lichtemittierende Nanopartikel 20 in dem konkaven Abschnitt des konvex-konkaven Nanomusters auf der Oberfläche des hydrophoben Basispartikels 10 gefangen ist, wird aufgrund einer Van-der-Waals-Kraft eine Kontaktoberfläche in dem konkaven Abschnitt expandiert, so dass das lichtemittierende Nanopartikel 20 nicht leicht aus dem konkaven Abschnitt des konvex-konkaven Nanomusters entkommen kann. Zudem kann eine derartige selbstassemblierte Struktur des lichtemittierenden Nanopartikels 20 auf dem Nanomuster des hydrophoben Basispartikels 10 das lichtemittierende Nanopartikel 20 mit einer Lichtauskopplungseffizienz versehen, die mindestens zweimal oder dreimal so hoch ist wie die eines standardmäßigen lichtemittierenden Nanopartikels der gleichen Konzentration.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann weiterhin ein Metallnanopartikel, umfassend mindestens eines aus Au, Ag, Fe, Co und Ni zusätzlich zu dem lichtemittierenden Nanopartikel 20 in dem konkaven Abschnitt des konvex-konkaven Nanomusters 11 angeordnet sein. Wenn das lichtemittierende Nanopartikel 20 mit dem Metallnanopartikel, zum Beispiel einem Goldnanopartikel, gemischt wird, kann die Fluoreszenz des lichtemittierenden Nanopartikels 20 durch den Plasmoneffekt weiter verbessert werden.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform können das in dem konkaven Abschnitt des konvex-konkaven Nanomusters 11 gefangene lichtemittierende Nanopartikel 20 oder die Kombination des lichtemittierenden Nanopartikels 20 und des Metallnanopartikels zur Bildung einer Deckschicht 30 weiterhin mit einem Material beschichtet sein, das einen niedrigen Brechungsindex aufweist. Das hierbei verwendete Material mit niedrigem Brechungsindex bezieht sich auf ein Material, das einen niedrigeren Brechungsindex als das lichtemittierende Nanopartikel 20 und einen höheren Brechungsindex als Luft aufweist. Die Deckschicht 30 kann mindestens eines aus beispielsweise Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid und Ceroxid umfassen. Die Deckschicht ist zum Befestigen des lichtemittierenden Nanopartikels 20 an dem Basispartikel 10 ausgelegt, und somit kann das konvex-konkave Nanomuster auf der Oberfläche des Basispartikels 10 bewahrt werden, wodurch strukturelle Stabilität gewährleistet ist. Zur gleichen Zeit kann die Lichtauskopplungseffizienz des nanostrukturierten Hybridpartikels weiter verbessert werden, und insbesondere kann die Lichtauskopplungseffizienz des nanostrukturierten Hybridpartikels auf ein Vielfaches der Lichtauskopplungseffizienz des Standardnanopartikels erhöht werden. Die Lichtauskopplungseffizienz des die Deckschicht 30 umfassenden nanostrukturierten Hybridpartikels kann beispielsweise auf das circa 7-Fache der Lichtauskopplungseffizienz des Standardnanopartikels erhöht werden.
  • Auf einer Oberfläche aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid oder Ceroxid, welche die Deckschicht 30 bildet, kann weiterhin mindestens einen funktionale Gruppe, ausgewählt aus einer substituierten oder unsubstituierten C6-C20-Arylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C1-C20-Alkylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C2-C20-Alkenylgruppe und einer substituierten oder unsubstituierten C2-C20-Alkinylgruppe umfasst sein.
  • Hierbei kann mindestens ein Wasserstoff der funktionalen Gruppen mit einem Halogenatom, einer mit einem Halogenatom substituierten C1-C20-Alkylgruppe (z.B. CCF3, CHCF2, CH2F oder CCl3), einer C1-C20-Alkoxygruppe, einer C2-C20-Alkoxyalkylgruppe, einer Hydroxylgruppe, einer Nitrogruppe, einer Cyanogruppe, einer Aminogruppe, einer Amidingruppe, einem Hydrazin, einer Carboxylgruppe oder einem Salz derselben, einer Sulfonylgruppe, einer Sulfamoylgruppe, einer Schwefelsäure oder einem Salz derselben, einer Phosphorsäure oder einem Salz derselben, einer C1-C20-Alkylgruppe, einer C2-C20-Alkenylgruppe, einer C2-C20-Alkinylgruppe, einer C1-C20-Heteroalkylgruppe, einer C6-C20-Arylgruppe, einer C6-C20-Arylalkylgruppe, einer C1-C20-Heteroarylgruppe, einer C6-C20-Heteroarylalkylgruppe, einer C6-C20-Heteroaryloxygruppe, einer C6-C20-Heteroaryloxyalkylgruppe oder einer C6-C20-Heteroarylalkylgruppe substituiert sein.
  • Die in der vorliegenden Beschreibung verwendeten funktionalen Gruppen und die Substituenten können wie oben definiert sein.
  • Auf einer Oberfläche aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid oder Ceroxid, welche die Deckschicht 30 bildet, kann insbesondere weiterhin eine Phenylgruppe mit einer funktionalen Gruppe, z.B. Phenyl, Phenylethyl und N-Propylanilin; ein linearer oder verzweigter C1-C18-Kohlenwasserstoff, z.B. Methyl, Ethyl, Isobutyl, Octyl, Octadecyl, Vinyl, Allyl und 7-Octen-1-yl; oder eine Mischung aus diesen umfasst sein.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das nanostrukturierte Hybridpartikel wie in 1b gezeigt weiterhin ein Kernpartikel im Inneren des Basispartikels 10, wobei das Kernpartikel einen Cluster 41 aus superparamagnetischen Nanopartikeln umfasst; und eine Schale 42 umfassen, die den Cluster umgibt und mindestens eines, ausgewählt aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid und Ceroxid umfasst.
  • Die superparamagnetischen Nanopartikel, die den im Zentrum des Basispartikels 10 angeordneten Cluster 41 bilden, umfassen beispielsweise mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus FeO, Fe2O3, Fe3O4, MnFe2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, Fe, Co und Ni. Die den aus den superparamagnetischen Nanopartikeln bestehenden Cluster 41 umgebende Schale 42 kann beispielsweise mindestens eines, ausgewählt aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid und Ceroxid umfassen. Wenn das den Cluster 41 umfassende Kernpartikel 40 und die den Cluster 41 umgebende Schale 42 innerhalb des Basispartikels 10 umfasst sind, kann der Cluster 41 aufgrund magnetischer Eigenschaften desselben leicht gesammelt und kondensiert werden. Dementsprechend kann die den Cluster 41 umgebende Schale 42 als Klebstoff zwischen dem magnetischen Cluster 41 und dem hydrophoben Basispartikel 10 dienen.
  • Das nanostrukturierte Hybridpartikel kann einen Durchmesser von circa 10 nm bis circa 10 µm aufweisen. Das nanostrukturierte Hybridpartikel weist einen Durchmesser von beispielsweise circa 50 nm bis circa 9 µm, beispielsweise circa 50 nm bis circa 500 nm auf. Wenn der Durchmesser des nanostrukturierten Hybridpartikels in den oben genannten Bereichen liegt, kann ein LED-Chip, auf dem das nanostrukturierte Hybridpartikel gepackt ist, eine hohe Lichtauskopplungseffizienz aufweisen, und je kleiner der Durchmesser ist, umso besser ist die Lichtauskopplungseffizienz, die das nanostrukturierte Hybridpartikel aufweisen kann. Ist der Durchmesser des nanostrukturierten Hybridpartikels jedoch kleiner als 50 nm, wird das Nanomuster möglicherweise nur in geringer Anzahl auf der Oberfläche des Hybridpartikels ausgebildet. Zudem wird der konkave Abschnitt des konvex-konkaven Nanomusters aufgrund eines großen Radius der Krümmung der Oberfläche des Hybridpartikels geöffnet, was zu Schwierigkeiten bei der Anordnung des Nanopartikels in selbigem führen kann.
  • Das nanostrukturierte Hybridpartikel kann ein sich wiederholendes konvex-konkaves Nanomuster in einer Größe von circa 10 nm bis circa 50 nm aufweisen.
  • Das nanostrukturierte Hybridpartikel kann wie folgt hergestellt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des nanostrukturierten Hybridpartikels umfasst folgende Schritte: Gewinnen eines hydrophoben Basispartikels mit einem konvex-konkaven Nanomuster auf der Oberfläche desselben durch Durchführen eines Sol-Gel-Verfahrens zwischen einer durch Formel 1 unten dargestellte Alkoxidverbindung und einer durch Formel 2 dargestellten Alkoxidverbindung; und Anordnen eines hydrophoben lichtemittierenden Nanopartikels in einem konkaven Abschnitt der konvex-konkaven Struktur des Basispartikels durch Mischen und Rühren eines Gemischs aus einer ersten Lösung, in der das Basispartikel dispergiert ist, und einer zweiten Lösung, in der das lichtemittierende Nanopartikel dispergiert ist: R1M(OR2)m <Formel 1> wobei in Formel 1
    M Silicium (Si), Aluminium (Al), Titan (Ti), Zirconium (Zr) oder Cer (Ce) ist, R1 eine substituierte oder unsubstituierte C1-C20-Alkylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C2-C20-Alkenylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C2-C20-Alkinylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C6-C20-Arylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C3-C20-Heteroarylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C4-C20-Cycloalkylgruppe oder eine substituierte oder unsubstituierte C3-C20-Heterocycloalkylgruppe ist, R2
    eine lineare oder verzweigte substituierte oder unsubstituierte C1-C5-Alkylgruppe ist und m eine ganze Zahl von 2 oder höher ist und m + 1 eine Wertigkeit von M anzeigt, M(OR3)m <Formel 2> wobei in Formel 2
    M Si, Al, Ti, Zr oder Ce ist, R3 eine lineare oder verzweigte substituierte oder unsubstituierte C1-C5-Alkylgruppe ist und m eine Wertigkeit von M anzeigt.
  • Die Alkoxidverbindung nach Formel 2 kann einen Grad der Hydrophobie des zu gewinnenden Basispartikels steuern. Wird beispielsweise eine Zugabemenge der Alkoxidverbindung nach Formel 1 und der Alkoxidverbindung nach Formel 2 verhältnismäßig erhöht, so wird der von R1 abgeleitete und in dem Basispartikel verbleibende Grad der Hydrophobie verhältnismäßig reduziert, wodurch die Hydrophobie des Basispartikels abgeschwächt wird.
    Die Alkoxidverbindung nach Formel 1 oder eine Kombination der Alkoxidverbindungen nach Formel 1 und 2 können zum Gewinnen eines kugelförmigen, hydrophoben Basispartikels mit einem konvex-konkaven Nanomuster auf der Oberfläche desselben verwendet werden.
  • Dann wird eine erste Lösung, in der das gewonnene Basispartikel dispergiert ist, mit einer zweiten Lösung vermischt, in der ein hydrophobes lichtemittierendes Nanopartikel dispergiert ist, und dann wurde die gemischte Lösung gerührt, wodurch das lichtemittierende Nanopartikel in einem konkaven Abschnitt der konvex-konkaven Struktur des Basispartikels angeordnet wird.
  • Die zweite Lösung, in der das lichtemittierende Nanopartikel dispergiert ist, kann beispielsweise in einem unpolaren organischen Lösungsmittel synthetisierte Quantenpunkte umfassen, wobei die Quantenpunkte hervorragende optische Eigenschaften hinsichtlich Quanteneffizienz und Emissionsintensität aufweisen können. Zudem können die Quantenpunkte eine Struktur aufweisen, die durch hydrophobe Tenside konfiguriert ist, die eine Oberfläche des Quantenpunkts zum Verhindern einer Aggregation der Quantenpunkte schützen. Das heißt, dass ein polarer Anteil der Tenside mit einer Oberfläche des lichtemittierenden Nanopartikels kombiniert ist, während eine unpolare Kohlenstoffkette des Tensids exponiert ist und somit Hydrophobie aufweist. Zudem stoßen Partikel einander aufgrund der Van-der-Waals-Kraft zwischen ihnen ab, wodurch eine kolloidale Lösung mit hervorragender Dispergierbarkeit hergestellt werden kann.
  • Beim Mischen und Rühren eines Gemischs aus der ersten Lösung, in der das Basispartikel dispergiert ist, und der zweiten Lösung, in der das hydrophobe lichtemittierende Nanopartikel dispergiert ist, kann sich das lichtemittierende Nanopartikel in einem konkaven Abschnitt des konvex-konkaven Nanomusters auf der Oberfläche des Basispartikels selbstassemblieren.
  • Das Verfahren zur Herstellung des nanostrukturierten Hybridpartikels umfasst weiterhin das Ausbilden einer Deckschicht zum Bedecken des lichtemittierenden Nanopartikels.
  • Die Deckschicht wird unter Verwendung eines Präkursors mit einem niedrigeren Brechungsindex als dem des lichtemittierenden Nanopartikels und einem höheren Brechungsindex als dem von Luft gebildet. Der Präkursor verwendet zur Bildung der Deckschicht eine homogene oder heterogene Alkoxidverbindung, die das gleiche Metallatom umfasst, das in mindestens einer der Alkoxidverbindungen nach Formel 1 und 2 enthalten ist, wodurch das die Deckschicht umfassende nanostrukturierte Hybridpartikel hergestellt wird.
  • Das Verfahren zur Herstellung des nanostrukturierten Hybridpartikels umfasst weiterhin das Binden einer funktionalen Gruppe an die Deckschicht, wobei die funktionale Gruppe aus einer substituierten oder unsubstituierten C6-C20-Arylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C1-C20-Alkylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C2-C20-Alkenylgruppe und einer substituierten oder unsubstituierten C2-C20-Alkinylgruppe ausgewählt ist. Beispiele der funktionalen Gruppe umfassen eine funktionale Gruppe, die eine Phenylgruppe umfasst, z.B. Phenyl, Phenylethyl und N-Propylanilin; einen linearen oder verzweigten C1-C18-Kohlenwasserstoff, z.B. Methyl, Ethyl, Isobutyl, Octyl, Octadecyl, Vinyl, Allyl und 7-Octen-1-yl; oder eine Mischung derselben.
  • Das Binden der funktionalen Gruppe an die Deckschicht erfolgt durch ein Sol-Gel-Verfahren unter Verwendung einer durch Formel 3 dargestellten Alkoxidverbindung: R4M(ORS)m <Formel 3> wobei in Formel 3
    M als das zur Bildung der Deckschicht verwendete Metallatom Si, Al, Ti, Zr oder Ce ist,
    R4 eine substituierte oder unsubstituierte C6-C20-Arylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C1-C20-Alkylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C2-C20-Alkenylgruppe oder eine substituierte oder unsubstituierte C2-C20-Alkinylgruppe ist, R5 eine lineare oder verzweigte substituierte oder unsubstituierte C1-C5-Alkylgruppe ist und
    m eine ganze Zahl von mindestens 2 ist, wobei m + 1 eine Wertigkeit von M angibt.
  • Die Alkoxidverbindung nach Formel 3, die das Sol-Gel-Verfahren durchlaufen hat, kann zum Bilden einer Deckschicht verwendet werden, mit der eine funktionale Gruppe R4 kombiniert ist. Hierbei kann M in Formel 3 das gleiche Metallatom sein, das bei der Bildung der Deckschicht verwendet wird.
  • Bei dem wie oben beschrieben hergestellten nanostrukturierten Hybridpartikel kann die Lichtauskopplung in allen dreidimensionalen Richtungen erfolgen. Somit kann das nanostrukturierte Hybridpartikel verglichen mit einem Fall eines zweidimensionalen Halbleiters mit einem Nanomuster auf einer Oberfläche desselben, der Lichtauskopplung in nur einer Richtung ermöglicht, eine weiter gesteigerte Lichtauskopplungseffizienz aufweisen. Zudem ist eine Kontaktfläche zwischen benachbarten Partikeln gemäß einem Gewicht der Partikel aufgrund des Nanomusters auf der Oberfläche begrenzt, wodurch das Auftreten von Kohäsion zwischen den benachbarten Partikeln verhindert wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt des vorliegenden erfinderischen Konzepts wird eine Leuchtdiode vorgesehen, die das nanostrukturierte Hybridpartikel umfasst.
  • Wenn eine weiße LED unter Verwendung des nanostrukturierten Hybridpartikels mit gesteigerter Lichtauskopplungseffizienz hergestellt wird, können auch der Farbwiedergabeindex (CRI, engl. color rendering index) und die Lichtauskopplungseffizienz einer weißen LED verbessert werden. Zudem können der CRI und die Lichtauskopplungseffizienz einer weißen LED auch verbessert werden, wenn eine weiße LED unter Verwendung von mindestens zwei nanostrukturierten Hybridpartikeln mit benachbarter lichtemittierender Wellenlänge hergestellt wird.
  • Darüber hinaus kann das eine hohe Lichtauskopplungseffizienz aufweisende nanostrukturierte Hybridpartikel auf ein hypersensitives Bioimaging-Reagenz oder einen Biosensor angewendet werden. Das nanostrukturierte Hybridpartikel kann beispielsweise auf ein Bioassay-Kit, ein Bioimaging-Reagenz oder dergleichen angewendet werden.
  • Nachfolgend werden eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen mit Bezug auf die folgenden Beispiele näher beschrieben. Diese Beispiele dienen jedoch ausschließlich veranschaulichenden Zwecken und sollen den Bereich der einen oder mehreren Ausführungsformen nicht einschränken.
  • Beispiele
  • In den folgenden Beispielen verwendete hydrophobe Quantenpunkt-Nanopartikel (QD-Nanopartikel) wurden von der Firma Nanosquare bezogen, und es wurden 4 Typen der hydrophoben QD-Nanopartikel verwendet, die jeweils eine Emissionswellenlänge von 620 nm (hiernach als QD1, Rot 1 bezeichnet), 611 nm (als QD2, Rot 2 bezeichnet), 530 nm (als QD3, Grün bezeichnet) und 490 nm (als QD4, Blau bezeichnet) aufweisen. Ein in einem Gehäuse zur Emission von weißem Licht verwendeter blauer LED-Chip war das bei der Firma Taein Semiconductor erhältliche 5050-Gehäuse.
  • <Herstellung eines nanostrukturierten Hybridpartikels>
  • Beispiel 1
  • (1) Herstellung hydrophober Siliciumoxidpartikel (npS) mit Nanomustern auf einer Oberfläche derselben
  • 9 ml destilliertes Wasser und 6 ml NH4OH wurden zu 400 ml Ethanol hinzugefügt und für 30 Minuten gerührt, und zur gleichen Zeit wurden der Mischlösung 5,3 ml Tetraethoxysilan und 2,3 ml Octadecyltrimethoxysilan hinzugefügt und anschließend einen Tag lang (Tag 1) gerührt. 9 ml destilliertes Wasser und 6 ml NH4OH wurden hinzugefügt und für 30 Minuten gerührt, und zur gleichen Zeit wurden der Mischlösung 5,3 ml Tetraethoxysilan und 2,3 ml Octadecyltrimethoxysilan hinzugefügt und anschließend einen Tag lang (Tag 2) gerührt. An diesem Punkt wurde der Mischlösung eine geringe Probenmenge entnommen, und darin ausgebildete hydrophobe Siliciumoxidpartikel (npS)(wobei in den folgenden Beispielen durchgängig np für Nanomuster steht, S für Siliciumoxid steht und das hochgestellte ° für eine hydrophobe Eigenschaft steht) wurden wie in Abschnitt (a) von 2 gezeigt unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) beobachtet. Hierbei betrug ein anhand von 100 Partikeln berechneter Wert durchschnittlicher Durchmesser ± Standardabweichung 86 ± 8 nm.
  • Als nächstes wurden der obigen Mischlösung 400 ml Ethanol, 9 ml destilliertes Wasser und 6 ml NH4OH hinzugefügt und für 30 Minuten gerührt, und zur gleichen Zeit wurden der Mischlösung 5,3 ml Tetraethoxysilan und 2,3 ml Octadecyltrimethoxysilan hinzugefügt und anschließend einen Tag lang (Tag 3) gerührt. 9 ml destilliertes Wasser und 6 ml NH4OH wurden hinzugefügt und für 30 Minuten gerührt, und zur gleichen Zeit wurden der Mischlösung 5,3 ml Tetraethoxysilan und 2,3 ml Octadecyltrimethoxysilan hinzugefügt und anschließend für einen Tag (Tag 4) gerührt. 200 ml Ethanol, 9 ml destilliertes Wasser und 6 ml NH4OH wurden der obigen Mischlösung hinzugefügt und für 30 Minuten gerührt, und zur gleichen Zeit wurden der Mischlösung 5,3 ml Tetraethoxysilan und 2,3 ml Octadecyltrimethoxysilan hinzugefügt und anschließend einen Tag lang (Tag 5) gerührt.
  • Die Mischlösung wurde einer Zentrifugation unterzogen, um Feststoffe, d.h. npS-Partikel, zu gewinnen. Ein Schritt des Waschens der npS-Partikel wurde zweimal durchgeführt, jeweils mit 40 ml Ethanol und einer Mischlösung aus 25 ml Ethanol und 15 ml Chloroform. Die zentrifugierten und gereinigten npS-Partikel wurden in 40 ml Chloroform (0,051 g/ml) dispergiert, um nach Bedarf in kleinen Mengen verwendet zu werden. An diesem Punkt wurden die darin gebildeten npS-Partikel wie in Abschnitt (b) von 2 gezeigt unter Verwendung eines TEMs beobachtet. Hierbei betrug ein anhand von 100 Partikeln berechneter Wert durchschnittlicher Durchmesser ± Standardabweichung 114 ± 11 nm.
  • In Bezug auf Tabelle 2 hat sich bestätigt, dass Oberflächen aller hydrophoben Siliciumoxidpartikel eindeutig Nanomuster aufwiesen und dass ein Durchmesser der npS-Partikel an Tag 5 (114 nm) durch zusätzliche sich wiederholende Wachstumsreaktionen größer war als der Durchmesser der npS-Partikel an Tag 2 (86 nm).
  • (2) Herstellung nanostrukturierter Hybridpartikel (npSQ1S, wobei Q1 für QD1 steht)
  • 1 ml der in Beispiel 1(1) synthetisierten npS-Partikel (114 nm) wurden mit 10 ml Chloroform verdünnt. In einem separaten Gefäß wurden 1,3 ml einer handelsüblichen hydrophoben QD1-Lösung (2,0 × 10-5 M) mit 10 ml Chloroform verdünnt. Die verdünnte QD1-Lösung wurde langsam einer die npS-Partikel enthaltenden Lösung hinzugefügt und anschließend einen Tag lang gleichmäßig gerührt, um den QD1-Nanopartikeln das Füllen konkaver Abschnitte der Oberfläche der npS-Partikel zu ermöglichen. Anschließend wurden 20 ml Ethanol hinzugefügt und die Mischlösung wurde einer Zentrifugation unterzogen, um Feststoffe, d.h. npSQ1-Partikel, zu gewinnen. Die zentrifugierten npSQ1-Partikel wurden in 200 ml Ethanol dispergiert, und 6 ml destilliertes Wasser und 4 ml NH4OH wurden hinzugefügt und für 10 Minuten gerührt. Dann wurde 1 ml Tetraethoxysilan hinzugefügt und für 3 Stunden gerührt, wodurch eine Siliciumoxid-Deckschicht auf npSQ1-Partikeln hergestellt wurde, um eine Oberfläche derselben zu bedecken. Eine die npSQ1-Partikel enthaltende Lösung wurde einer Zentrifugation unterzogen, um Feststoffe, d.h. npSQ1S-Partikel, zu gewinnen. Die zentrifugierten und gereinigten npSQ1S-Partikel wurden zweimal mit 40 ml Ethanol gewaschen und schließlich in 20 ml Ethanol dispergiert.
  • (3) Herstellung nanostrukturierter Hybridpartikel (npSQ1SPh, wobei Q1 für QD1 und SPh für eine Phenylethylgruppe enthaltendes Siliciumoxid steht)
  • Zur Synthetisierung von npSQ1SPh-Partikeln befanden sich die zentrifugierten npSQ1-Partikel in einem Mischlösungsmittel aus 134 ml Ethanol und 66 ml Chloroform. Hierbei wurden 6 ml destilliertes Wasser und 4 ml NH4OH hinzugefügt und anschließend für 10 Minuten gerührt. Dann wurden 0,7 ml Tetraethoxysilan und 0,3 ml Phenylethyltrimethoxysilan hinzugefügt und für 6 Stunden gerührt, wodurch npSQ1SPh-Partikel hergestellt wurden, auf denen eine Siliciumoxid-Deckschicht mit einer funktionalen Gruppe Phenylethyl gebildet wurde. Eine die hergestellten npSQ1SPh-Partikel enthaltende Lösung wurde einer Zentrifugation unterzogen, um Feststoffe, d.h. npSQ1SPh-Partikel, zu gewinnen. Ein Schritt des Waschens der npSQ1Sph-Partikel wurde zweimal durchgeführt, jeweils mit 40 ml Ethanol und einer Mischlösung aus 25 ml Ethanol und 15 ml Chloroform. Die zentrifugierten und gereinigten npSQ1SPh-Partikel wurden schließlich in 20 ml Chloroform dispergiert.
  • Die synthetischen npSQ1-, npSQ1S- und npSQ1SPh-Partikel wurden jeweils wie in 3A bis 3C gezeigt mittels eines TEMs beobachtet. In Bezug auf 3A bis 3C hat sich bestätigt, dass die QD1-Nanopartikel die konkaven Abschnitte der Oberfläche der hydrophoben Siliciumoxidpartikel füllten und dass die Oberfläche der npSQ1◦-Partikel mit Siliciumoxid oder mit eine Phenylethylgruppe enthaltendem Siliciumoxid beschichtet waren.
  • Beispiel 2
  • Nanostrukturierte hybride hydrophobe Partikel, d.h. npSQ2S- und npSQ2SPh-Partikel (wobei Q2 für QD2 steht), wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass anstelle der QD1-Lösung eine hydrophobe QD2-Lösung verwendet wurde.
  • Beispiel 3
  • Nanostrukturierte hybride hydrophobe Partikel, d.h. npSQ3S- und npSQ3SPh-Partikel (wobei Q3 für QD3 steht), wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass anstelle der QD1-Lösung eine hydrophobe QD3-Lösung verwendet wurde.
  • Zudem wurden 66 ml Ethanol und 133 ml Chloroform zu circa 200 ml einer Lösung hinzugefügt, die zuletzt bei der Synthese der nanostrukturierten hybriden hydrophoben Partikel, d.h. der npSQ3S-Partikel, in Beispiel 3 verwendet wurde, wobei die Lösung zur Herstellung der npSQ3S-Partikel verwendet wurde, die eine Siliciumoxid-Deckschicht zum Bedecken der Oberfläche der npSQ3-Partikel umfassen. Dann wurden 0,28 ml Phenylethyltrimethoxysilan hinzugefügt und für 15 Stunden gerührt, wodurch npSQ3SSPh-Partikel hergestellt wurden, auf denen eine Siliciumoxid-Deckschicht mit einer funktionalen Phenylethylgruppe gebildet war. Eine die npSQ3SSPh-Partikel enthaltende Lösung wurde einer Zentrifugation unterzogen, um Feststoffe, d.h. npSQ3SSPh-Partikel, zu gewinnen. Ein Schritt des Waschens der npSQ3SSPh-Partikel wurde zweimal durchgeführt, jeweils mit 40 ml Ethanol und einer Mischlösung aus 15 ml Ethanol und 10 ml Chloroform. Die zentrifugierten und gereinigten npSQ3SSPh-Partikel wurden schließlich in 20 ml Chloroform dispergiert. Dementsprechend hat sich in Bezug auf 3D und 6B bestätigt, dass die Nanomuster auf der Oberfläche der Deckschicht, die durch zwei Schritte beim Binden der Phenylgruppe an die Oberfläche der Partikel hergestellt wurde, besser erhalten bleiben als die auf der Oberfläche der Deckschicht, die in einem einzelnen Schritt beim Binden der Phenylgruppe an die Oberfläche der Partikel hergestellt wurde, wodurch die Fluoreszenz gesteigert wird.
  • Beispiel 4
  • Nanostrukturierte hybride hydrophobe Partikel, d.h. npSQ4S- und npSQ4SPh-Partikel (wobei Q4 für QD4 steht), wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass anstelle der QD1-Lösung eine hydrophobe QD3-Lösung verwendet wurde.
  • Das jeweilige Elektrolumineszenzspektrum der npSQN-, npSQNS- und npSQNSPh-Partikel (wobei N für 1 bei QD1, 2 bei QD2, 3 bei QD3 und 4 bei QD4 steht) der Beispiele 1 bis 4 wurde unter Verwendung des 7000 Fluoreszenz-Spektrophotometers (erhältlich bei der Firma HITACHI) gemessen, und die Ergebnisse sind in 4 bis 7 gezeigt.
  • Zur Messung in all den Lichtemissionsspektren wurde die Konzentration der durch Zentrifugation der npSQN°-Partikel gewonnenen QD-Nanopartikelfiltrate in einer Probenlösung gemessen, in der die Konzentration der QD-Lösungen fixiert war. Hierbei wurde die Konzentration der QD-Partikel ausgehend davon angepasst, dass alle QD-Partikel außer den QD-Nanopartikelfiltraten unter den in der Reaktion verwendeten QD-Partikeln in der Hybridstruktur der npSQN°-Partikel integriert waren. Somit wurde unter Berücksichtigung eines wesentlichen Verlusts an QD-Partikeln während der Synthese befunden, dass die Konzentration der QD-Partikel sogar um eine minimale Menge reduziert wurde, sowie die Synthese zum nächsten Schritt überging. In Bezug auf 4 bis 7 hat sich jedoch bestätigt, dass die Lichtemissionsintensität deutlich gesteigert war, als die Synthese zum nächsten Schritt überging. In allen hier vorgesehenen beispielhaften Ausführungsformen wurde die Lichtauskopplungseffizienz der Siliciumoxidpartikel gegenüber der standardmäßigen Lichtauskopplungseffizienz lichtemittierender Nanopartikel um mehrere hundert Male (%) gesteigert.
  • <Herstellung einer weißen LED>
  • In den folgenden Beispielen 5 bis 9 wurden jeweils weiße LEDs unter Verwendung der npSQ1S- und npSQ1SPh-Partikel aus Beispiel 1 und der npSQ2S- und npSQ2SPh-Partikel aus Beispiel 2 hergestellt.
  • Bei der Herstellung von weißen LEDs mittels eines blauen LED-Chips und eines Fluorophors können die weißen LEDs gemäß einem Typ des blauen LED-Chips unterschiedliche Lichteigenschaften aufweisen, obwohl während der gesamten Herstellung der gleiche Fluorophor verwendet wurde. Um Vergleichskriterien aufzustellen, wurde daher in Vergleichsbeispiel 1 eine weiße LED hergestellt.
  • Zudem kann aufgrund des unausweichlich widersprüchlichen Verhältnisses zwischen dem Farbwiedergabeindex (CRI) und der Lichtausbeute zusätzlich ein roter Fluorophor zur Ergänzung von rotem Licht verwendet werden. Diesbezüglich steigt der CRI der mit dem roten Fluorophor versehenen weißen LED, während die Lichtausbeute der mit dem roten Fluorophor versehenen weißen LED sinkt. Um unter Berücksichtigung eines derartigen Phänomens Vergleichskriterien aufzustellen, wurde daher in Vergleichsbeispiel 2 eine weiße LED hergestellt.
  • Vergleichsbeispiel 1: Herstellung einer weißen LED mit YAG-Fluorophor
  • OE-6630 A und OE-6630 B, bei der Firma DOW CORNING erhältliche Silikonharze, wurden mit einem Gewichtsverhältnis von 1:4 gemischt und dann zur Gasentfernung unter Vakuum 1 Stunde lang imprägniert. Die Mischung aus den Silikonharzen und dem YAG-Fluorophor (d.h. Y3Al5O12:Ce3+; bei der Firma Intematix erhältliches NYAG4156), wurden mit einem Gewichtsverhältnis von 100:10 gemischt und dann auf einen blauen LED-Chip aufgebracht. Der blaue LED-Chip wurde einer Stunde lang bei einer Temperatur von 60 °C und 1 Stunde lang bei 150 °C einer Härtung unterzogen, wodurch eine weiße LED hergestellt wurde.
  • Der CRI, die Farbtemperatur und die Lichtausbeute der weißen LED aus Vergleichsbeispiel 1 wurden gemessen, und die Ergebnisse sind untenstehend in Tabelle 1 gezeigt. Zudem ist das durch Anlegen elektrischen Stroms an die weiße LED aus Vergleichsbeispiel 1 ermittelte Elektrolumineszenzspektrum in 8 gezeigt.
  • In Bezug auf Tabelle 1 hat sich bestätigt, dass die weiße LED aus Vergleichsbeispiel 1, die nur mittels eines YAG-Fluorophors hergestellt wurde, eine gute Lichtausbeute von 63 lm/W aufweist. Wie in 8 dargestellt, weist die weiße LED aus Vergleichsbeispiel 1 jedoch auf Basis des CRI von 66 unzureichendes rotes Licht auf.
  • Vergleichsbeispiel 2: Herstellung einer weißen LED mit Quantenpunkten und Y AG-Fluorophor
  • Jeweils 3 ml der handelsüblichen QD1- und QD2-Lösungen wurden einer Zentrifugation unterzogen, und durch Entfernung der Filtrate gewonnene Feststoffe wurden vakuumgetrocknet. In der Zwischenzeit wurden OE-6630 A und OE-6630 B, bei der Firma DOW CORNING erhältliche Silikonharze, in einem Gewichtsverhältnis von 1:4 gemischt und dann zur Gasentfernung 1 Stunde lang unter Vakuum imprägniert. Anschließend wurde das Gemisch aus den Silikonharzen, YAG-Fluorophor, die QD1-Lösung und die QD2-Lösung mit einem Gewichtsverhältnis von 100:10:0,006:0,003 gemischt. Das resultierende Gemisch wurde auf einen blauen LED-Chip aufgebracht, und der blaue LED-Chip wurde für 1 Stunde bei einer Temperatur von 60 °C und 1 Stunde bei einer Temperatur von 150 °C einer Härtung unterzogen, wodurch eine weiße LED hergestellt wurde.
  • Der CRI, die Farbtemperatur und die Lichtausbeute der weißen LED aus Vergleichsbeispiel 2 wurden mittels des LED-Gesamtlichstrom-Messsystems (LEOS OPI-100) gemessen, und die Ergebnisse sind untenstehend in Tabelle 1 gezeigt. Zudem ist das durch Anlegen elektrischen Stroms an die weiße LED aus Vergleichsbeispiel 1 ermittelte Elektrolumineszenzspektrum in 9 gezeigt.
  • In Bezug auf Tabelle 1 hat sich bestätigt, dass die weiße LED aus Vergleichsbeispiel 2, die unter gemeinsamer Verwendung des YAG-Fluorophors und der QD-Lösungen hergestellt wurde, im Vergleich zu der nur mittels des YAG-Fluorophors hergestellten weißen LED aus Vergleichsbeispiel 1 einen guten CRI, der leicht von 66 auf 75 verbessert wurde, aber eine mangelhafte Lichtausbeute aufweist, die sich deutlich von 63 lm/W auf 38 Im/W verringert hat. Bezüglich des in 9 gezeigten Elektrolumineszenzspektrums sinkt die Lichtausbeute der weißen LED aus Vergleichsbeispiel deutlich, wenn zusätzlich ein roter QD zur Ergänzung roten Lichts verwendet wurde.
  • Beispiel 5: Herstellung einer weißen LED mit nanostrukturiertem Hybridpartikel und YAG-Fluorophor
  • Jeweils 3 ml der die npSQ1S-Partikel aus Beispiel 1 enthaltenden Lösung und der die npSQ2S-Partikel aus Beispiel 2 enthaltenden Lösung wurden einer Zentrifugation unterzogen, und durch Entfernung der Filtrate gewonnene Feststoffe wurden vakuumgetrocknet. In der Zwischenzeit wurden OE-6630 A und OE-6630 B, bei der Firma DOW CORNING erhältliche Silikonharze, in einem Gewichtsverhältnis von 1:4 gemischt und dann zur Gasentfernung 1 Stunde lang unter Vakuum imprägniert. Anschließend wurden die Mischung aus den Silikonharzen, der YAG-Fluorophor, die npSQ1S-Partikel und die npSQ2S-Partikel in einem Gewichtsverhältnis von 100:10:0,50:0,25 (d.h. 0,3935 g: 0,0392 g:0,0021 g:0,0010 g) gemischt und dann auf einen blauen LED-Chip aufgebracht. Der blaue LED-Chip wurde 1 Stunde lang bei einer Temperatur von 60 °C und 1 Stunde lang bei einer Temperatur von 150 °C einer Härtung unterzogen, wodurch eine weiße LED hergestellt wurde.
  • Der CRI, die Farbtemperatur und die Lichtausbeute der weißen LED aus Beispiel 5 wurden gemessen, und die Ergebnisse sind untenstehend in Tabelle 1 gezeigt. Bezüglich Tabelle 1 hat sich bestätigt, dass die weiße LED aus Beispiel 5 im Vergleich zu der standardmäßigen weißen LED aus Vergleichsbeispiel 2 einen hervorragenden CRI und eine hervorragende Lichtausbeute aufweist. Es hat sich auch bestätigt, dass die weiße LED aus Beispiel 5 im Vergleich zu der weißen LED aus Vergleichsbeispiel 1 einen guten CRI, aber eine reduzierte Lichtausbeute aufweist.
  • Beispiel 6: Herstellung einer weißen LED mit nanostrukturiertem Hybridpartikel und YAG-Fluorophor
  • Jeweils 3 ml der die npSQ1S-Partikel aus Beispiel 1 enthaltenden Lösung und der die npSQ2S-Partikel aus Beispiel 2 enthaltenden Lösung wurden einer Zentrifugation unterzogen, und durch Entfernung der Filtrate gewonnene Feststoffe wurden vakuumgetrocknet. In der Zwischenzeit wurden OE-6630 A und OE-6630 B, bei der Firma DOW CORNING erhältliche Silikonharze, in einem Gewichtsverhältnis von 1:4 gemischt und dann zur Gasentfernung 1 Stunde lang unter Vakuum imprägniert. Anschließend wurden die Mischung aus den Silikonharzen, der YAG-Fluorophor, die npSQ1SPh-Partikel und die npSQ2SPh-Partikel in einem Gewichtsverhältnis von 100:10:0,50:0,25 (d.h. 0,3876 g: 0,0378 g:0,0021 g:0,0009 g) gemischt und dann auf einen blauen LED-Chip aufgebracht. Der blaue LED-Chip wurde 1 Stunde lang bei einer Temperatur von 60 °C und 1 Stunde lang bei einer Temperatur von 150 °C einer Härtung unterzogen, wodurch eine weiße LED hergestellt wurde.
  • Der CRI, die Farbtemperatur und die Lichtausbeute der weißen LED aus Beispiel 6 wurden gemessen, und die Ergebnisse sind untenstehend in Tabelle 1 gezeigt. Bezüglich Tabelle 1 hat sich bestätigt, dass die weiße LED aus Beispiel 6 im Vergleich zu der standardmäßigen weißen LED aus Vergleichsbeispiel 2 einen hervorragenden CRI und eine hervorragende Lichtausbeute aufweist. Es hat sich auch bestätigt, dass die weiße LED aus Beispiel 6 im Vergleich zu der weißen LED aus Vergleichsbeispiel 1 einen guten CRI, aber eine reduzierte Lichtausbeute aufweist.
  • Es hat sich auch bestätigt, dass die weiße LED aus Beispiel 6, die mit einem eine Phenylethylgruppe enthaltenden Siliciumoxid beschichtet ist, im Vergleich zu der mit Siliciumoxid beschichteten weißen LED aus Vergleichsbeispiel 5 einen hervorragenden RCI und eine hervorragende Lichtausbeute aufwies.
  • Als Bezugsgröße können die LEDs zweckmäßig bei Farbtemperaturen in einem Bereich von 4500 K bis 6000 K verwendet werden. Die weißen LEDs aus den Beispielen 5 und 6 haben jedoch eine vergleichsweise niedrige Farbtemperatur, wenn ein Strom an selbige angelegt wird. Somit wurden in den untenstehenden Beispielen 7 und 8 weiße LEDs hergestellt, bei denen ein Anteil an roten nanostrukturierten Hybridpartikeln reduziert ist.
  • Beispiel 7: Herstellung einer weißen LED mit nanostrukturiertem Hybridpartikel und YAG-Fluorophor
  • Jeweils 3 ml der die npSQ1S-Partikel aus Beispiel 1 enthaltenden Lösung und der die npSQ2S-Partikel aus Beispiel 2 enthaltenden Lösung wurden einer Zentrifugation unterzogen, und durch Entfernung der Filtrate gewonnene Feststoffe wurden vakuumgetrocknet. In der Zwischenzeit wurden OE-6630 A und OE-6630 B, bei der Firma DOW CORNING erhältliche Silikonharze, in einem Gewichtsverhältnis von 1:4 gemischt und dann zur Gasentfernung 1 Stunde lang unter Vakuum imprägniert. Anschließend wurden die Mischung aus Silikonharzen, der YAG-Fluorophor, die npSQ1S-Partikel und die npSQ2S-Partikel in einem Gewichtsverhältnis von 100:10:0,50:0,25 (d.h. 0,4658 g: 0,0459 g:0,0023 g:0,0010 g) gemischt und dann auf einen blauen LED-Chip aufgebracht. Der blaue LED-Chip wurde 1 Stunde lang bei einer Temperatur von 60 °C und 1 Stunde lang bei einer Temperatur von 150 °C einer Härtung unterzogen, wodurch eine weiße LED hergestellt wurde.
  • Der CRI, die Farbtemperatur und die Lichtausbeute der weißen LED aus Beispiel 7 wurden gemessen, und die Ergebnisse sind untenstehend in Tabelle 1 gezeigt. Bezüglich Tabelle 1 hat sich bestätigt, dass die weiße LED aus Beispiel 7 im Vergleich zu der standardmäßigen weißen LED aus Vergleichsbeispiel 2 einen hervorragenden CRI und eine hervorragende Lichtausbeute aufweist. Es hat sich auch bestätigt, dass die weiße LED aus Beispiel 6 im Vergleich zu der weißen LED aus Vergleichsbeispiel 1 einen guten CRI, aber eine reduzierte Lichtausbeute aufweist.
  • Zudem reduzierte die weiße LED aus Beispiel 7 den Anteil an roten nanostrukturierten Hybridpartikeln im Vergleich zur weißen LED aus Beispiel 5, um einen roten Teil zu vergleichsweise mildern und eine Farbtemperatur zu erhöhen.
  • Beispiel 8: Herstellung einer weißen LED mit nanostrukturiertem Hybridpartikel und YAG-Fluorophor
  • Jeweils 3 ml der die npSQ1S-Partikel aus Beispiel 1 enthaltenden Lösung und der die npSQ2S-Partikel aus Beispiel 2 enthaltenden Lösung wurden einer Zentrifugation unterzogen, und durch Entfernung der Filtrate gewonnene Feststoffe wurden vakuumgetrocknet. In der Zwischenzeit wurden OE-6630 A und OE-6630 B, bei der Firma DOW CORNING erhältliche Silikonharze, in einem Gewichtsverhältnis von 1:4 gemischt und dann zur Gasentfernung 1 Stunde lang unter Vakuum imprägniert. Anschließend wurden die Mischung aus Silikonharzen, der YAG-Fluorophor, die npSQ1SPh-Partikel und die npSQ2°Sph-Partikel in einem Gewichtsverhältnis von 100:10:0,47:0,23 (d.h. 0,4762 g: 0,0484 g:0,0023 g:0,0010 g) gemischt und dann auf einen blauen LED-Chip aufgebracht. Der blaue LED-Chip wurde 1 Stunde lang bei einer Temperatur von 60 °C und 1 Stunde lang bei einer Temperatur von 150 °C einer Härtung unterzogen, wodurch eine weiße LED hergestellt wurde.
  • Der CRI, die Farbtemperatur und die Lichtausbeute der weißen LED aus Beispiel 8 wurden gemessen, und die Ergebnisse sind untenstehend in Tabelle 1 gezeigt. Bezüglich Tabelle 1 hat sich bestätigt, dass die weiße LED aus Beispiel 8 im Vergleich zu der standardmäßigen weißen LED aus Vergleichsbeispiel 2 einen hervorragenden CRI und eine hervorragende Lichtausbeute aufweist. Es hat sich auch bestätigt, dass die weiße LED aus Beispiel 8 im Vergleich zu der weißen LED aus Vergleichsbeispiel 1 einen guten CRI, aber eine reduzierte Lichtausbeute aufweist.
  • Es hat sich auch bestätigt, dass die weiße LED aus Beispiel 8, die mit einem eine Phenylethylgruppe enthaltenden Siliciumoxid beschichtet ist, im Vergleich zu der mit Siliciumoxid ohne funktionale Gruppe beschichteten weißen LED aus Vergleichsbeispiel 7 einen hervorragenden RCI und eine hervorragende Lichtausbeute aufweist.
  • Beispiel 9: Herstellung einer weißen LED mit nanostrukturiertem Hybridpartikel und YAG-Fluorophor
  • Da die Intensität von gelbem Licht, das von den weißen LEDs aus den Beispielen 5 bis 8 emittiert wird, im Elektrolumineszenzspektrum relativ schwach ist, wurde ein Verhältnis, in dem YAG-Fluorophor hinzugefügt wurde, zur Optimierung der Intensität weißen Lichts leicht erhöht, wodurch eine weiße LED wie folgt hergestellt wurde.
  • Jeweils 3 ml der die npSQ1S-Partikel aus Beispiel 1 enthaltenden Lösung und der die npSQ2S-Partikel aus Beispiel 2 enthaltenden Lösung wurden einer Zentrifugation unterzogen, und durch Entfernung der Filtrate gewonnene Feststoffe wurden vakuumgetrocknet. In der Zwischenzeit wurden OE-6630 A und OE-6630 B, bei der Firma DOW CORNING erhältliche Silikonharze, in einem Gewichtsverhältnis von 1:4 gemischt und dann zur Gasentfernung 1 Stunde lang unter Vakuum imprägniert. Anschließend wurden die Mischung aus Silikonharzen, der YAG-Fluorophor, die npSQ1SPh-Partikel und die npSQ2SPh-Partikel in einem Gewichtsverhältnis von 100:11:0,47:0,23 (d.h. 0,5105 g: 0,0560 g:0,0024 g:0,0012 g) gemischt und dann auf einen blauen LED-Chip aufgebracht. Der blaue LED-Chip wurde 1 Stunde lang bei einer Temperatur von 60 °C und 1 Stunde lang bei einer Temperatur von 150 °C einer Härtung unterzogen, wodurch eine weiße LED hergestellt wurde.
  • Der CRI, die Farbtemperatur und die Lichtausbeute der weißen LED aus Beispiel 9 wurden gemessen, und die Ergebnisse sind untenstehend in Tabelle 1 gezeigt. Zudem sind in 10 und 11 das Elektrolumineszenzspektrum bzw. die Farbkoordinaten gezeigt, die durch Anlegen elektrischen Stroms an die weiße LED aus Beispiel 9 ermittelt wurden.
  • Bezüglich Tabelle 1 und 10 und 11 hat sich bestätigt, dass die weiße LED aus Beispiel 9 die beste Leistung aufwies, und im Vergleich zu der derzeit auf dem Mark erhältlichen standardmäßigen weißen LED aus Vergleichsbeispiel 1 wies die weiße LED aus Beispiel 9 einen hervorragenden CRI und eine leicht reduzierte Lichtausbeute auf. Dies führt zu der Auffassung, dass die Leistung der weißen LED aus Beispiel 9 gut genug für eine Vermarktung ist. [Tabelle 1]
    LED Gewichtsverhältnis (Q1-Emissionsspektrum bei 620 nm und Q2-Emissionsspektrum bei 611 nm) Farbwiedergabeindex (CRI, Ra) Farbtemperatur (K) Lichtausbeute (lm/W)
    Vergleichsbeispiel 1 Harz:YAG = 100:10 66 5913 63
    Vergleichsbeispiel 2 Harz:YAG:QD1:QD2 = 100:10:0,006:0,003 75 6302 38
    Beispiel 5 Harz: YAG.npSQ1S:npSQ2S = 100:10:0,50:0,25 86 4093 46
    Beispiel 6 Harz:YAG.npSQ1SPh:npSQ2SPh = 100:10:0,50:0,25 87 3842 51
    Beispiel 7 Harz: YAG.npSQ1S:npSQ2S = 100:10:0,47:0,23 86 6537 46
    Beispiel 8 Harz:YAG.npSQ1SPh:npSQ2SPh = 100:10:0,47:0,23 86 4521 55
    Beispiel 9 Harz:YAG.npSQ1SPh :npSQ2SPh = 100:11:0,47:0,23 86 5526 60
  • Wie oben beschrieben kann bei einem nanostrukturierten Hybridpartikel gemäß einer oder mehreren der obigen beispielhaften Ausführungsformen eine Lichtauskopplung in allen dreidimensionalen Richtungen stattfinden, und somit kann das nanostrukturierte Hybridpartikel im Vergleich zu einer Lichtauskopplung in einer zweidimensionalen Ebene eine hohe Lichtauskopplungseffizienz aufweisen. Zudem kann unter Verwendung des nanostrukturierten Hybridpartikels eine weiße LED mit hohem CRI und hoher Lichtausbeute hergestellt werden.
  • Es soll klargestellt sein, dass hier beschriebene beispielhafte Ausführungsformen ausschließlich im erläuternden Sinne zu verstehen sind und nicht der Einschränkung dienen. Beschreibungen von Merkmalen oder Aspekten innerhalb jeder beispielhaften Ausführungsform sollen üblicherweise als für ähnliche Merkmale oder Aspekte in anderen beispielhaften Ausführungsformen verfügbar angesehen werden.
  • Obgleich eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren beschrieben wurden, ist dem durchschnittlichen Fachmann bewusst, dass hierbei zahlreiche Veränderungen in Form und Detail möglich sind, ohne von dem Geist und Umfang des wie in den nachfolgenden Ansprüchen definierten erfinderischen Konzepts abzuweichen.

Claims (18)

  1. Nanostrukturiertes Hybridpartikel, umfassend: ein hydrophobes Basispartikel (10), das ein konvex-konkaves Nanomuster (11) auf einer Oberfläche desselben aufweist; ein hydrophobes lichtemittierendes Nanopartikel (20), das in einem konkaven Abschnitt des konvex-konkaven Nanomusters (11) auf der Oberfläche des hydrophoben Basispartikels (10) angeordnet ist; und eine Deckschicht (30) zum Bedecken des Basispartikels (10) und des lichtemittierenden Nanopartikels (20), wobei die Deckschicht (30) ein Material umfasst, das einen niedrigeren Brechungsindex als das lichtemittierende Nanopartikel und einen höheren Brechungsindex als Luft aufweist, wobei das Material mindestens eines, ausgewählt aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid und Ceroxid umfasst und wobei das Material mit mindestens einer aus einer substituierten oder unsubstituierten C6-C20-Arylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C1-C20-Alkylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C2-C20 Alkenylgruppe und einer substituierten oder unsubstituierten C2-C20-Alkinylgruppe ausgewählten funktionalen Gruppe kombiniert ist.
  2. Nanostrukturiertes Hybridpartikel nach Anspruch 1, wobei das Basispartikel (10) mindestens eines, ausgewählt aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid und Ceroxid umfasst.
  3. Nanostrukturiertes Hybridpartikel nach Anspruch 1, wobei das Basispartikel (10) mindestens eine aus einer substituierten oder unsubstituierten C1-C20-Alkylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C2-C20-Alkenylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C2-C20-Alkinylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C6-C20-Arylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C3-C20-Heteroarylgruppe, einer substituierten oder unsubstituierten C4-C20-Cycloalkylgruppe und einer substituierten oder unsubstituierten C3-C20-Heterocycloalkylgruppe ausgewählte hydrophobe funktionale Gruppe auf der Oberfläche desselben umfasst.
  4. Nanostrukturiertes Hybridpartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das lichtemittierende Nanopartikel (20) mindestens eines, ausgewählt aus einem Halbleitemanokristall, einem anorganischen Fluorophor, einem Fluoreszenzfarbstoff und einem mit einem Farbstoff dotierten transparenten Metalloxid umfasst.
  5. Nanostrukturiertes Hybridpartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das lichtemittierende Nanopartikel (20) mindestens einen, ausgewählt aus einem Gruppe-II-VI-Halbleiternanokristall, einem Gruppe-III-V-Halbleiternanokristall und einem anorganischen Fluorophor umfasst.
  6. Nanostrukturiertes Hybridpartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das lichtemittierende Nanopartikel (20) mindestens eine Kern/Schale-Struktur umfasst, ausgewählt aus: (1) einem Gruppe-II-VI-Halbleiternanokristall (Kern)/einem Gruppe-II-VI-Halbleiternanokristall (Schale), (2) einem Gruppe-III-V-Halbleiternanokristall (Kern)/einem Gruppe-III-V-Halbleiternanokristall (Schale) und (3) einem Gruppe-III-V-Halbleiternanokristall (Kern)/einem Gruppe-II-VI-Halbleiternanokristall (Schale).
  7. Nanostrukturiertes Hybridpartikel nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Gruppe-II-VI-Halbleiternanokristall mindestens eines, ausgewählt aus CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe und HgTe umfasst, der Gruppe-III-V-Halbleiternanokristall mindestens eines, ausgewählt aus GaN, GaP, GaAs, InP und InAs umfasst und der anorganische Fluorophor mindestens eines, ausgewählt aus La2O2S:Eu, Li2Mg(MoO4):Eu,Sm, (Ba, Sr)2SiO4:Eu, ZnS:Cu,Al, SrGa2S4:Eu, Sr5(PO4)3Cl:Eu, (SrMg)5PO4Cl:Eu, BaMg2Al16O27:Eu, Na(Y,Gd,Ln)F4:(Yb;Er) (wobei Ln mindestens ein Lanthanoid außer Yb und Er umfasst) und eine Kern/Schale-Struktur aus Na(Y,Gd,Ln)F4:(Yb,Er)/Na(Gd,L)F4:(Ce,Tb) umfasst (wobei L mindestens ein Lanthanoid oder Y außer Yb, Er, Ce und Tb umfasst).
  8. Nanostrukturiertes Hybridpartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das lichtemittierende Nanopartikel (20) einen hydrophoben Liganden oder ein Tensid mit einer hydrophoben funktionalen Gruppe auf der Oberfläche desselben aufweist.
  9. Nanostrukturiertes Hybridpartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der zusätzlich zu dem lichtemittierenden Nanopartikel (20) in dem konkaven Abschnitt des konkav-konvexen Nanomusters (11) weiterhin mindestens ein aus Gold (Au), Silber (Ag), Eisen (Fe), Cobalt (Co) und Nickel (Ni) ausgewähltes Metallnanopartikel umfasst.
  10. Nanostrukturiertes Hybridpartikel nach Anspruch 1, wobei die funktionale Gruppe mit einer Oberfläche der Deckschicht (30) kombiniert ist.
  11. Nanostrukturiertes Hybridpartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das weiterhin ein Kernpartikel im Inneren des Basispartikels (10) umfasst, wobei das Kernpartikel Folgendes umfasst: einen Cluster aus superparamagnetischen Nanopartikeln; und eine Schale, die den Cluster umgibt und mindestens eines, ausgewählt aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid und Ceroxid umfasst.
  12. Nanostrukturiertes Hybridpartikel nach Anspruch 11, wobei die superparamagnetischen Nanopartikel mindestens eines, ausgewählt aus FeO, Fe2O3, Fe3O4, MnFe2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, Fe, Co und Ni umfassen.
  13. Nanostrukturiertes Hybridpartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei ein Durchmesser des nanostrukturierten Hybridpartikels circa 10 nm bis circa 10 µm beträgt.
  14. Verfahren zur Herstellung eines nanostrukturierten Hybridpartikels, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Gewinnen eines hydrophoben Basispartikels (10) mit einem konvex-konkaven Nanomuster (11) auf der Oberfläche desselben durch Durchführen eines Sol-Gel-Verfahrens zwischen einer durch Formel 1 unten dargestellten Alkoxidverbindung und einer durch Formel 2 dargestellten Alkoxidverbindung; und Anordnen eines hydrophoben lichtemittierenden Nanopartikels (20) in einem konkaven Abschnitt der konvex-konkaven Struktur auf der Oberfläche des Basispartikels (10) durch Mischen und Rühren eines Gemischs aus einer ersten Lösung, in der das Basispartikel (10) dispergiert ist, und einer zweiten Lösung, in der das lichtemittierende Nanopartikel (20) dispergiert ist: R1M(OR2)m <Formel 1> wobei in Formel 1 M Silicium (Si), Aluminium (Al), Titan (Ti), Zirconium (Zr) oder Cer (Ce) ist, R1 eine substituierte oder unsubstituierte C1-C20-Alkylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C2-C20-Alkenylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C2-C20-Alkinylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C6-C20-Arylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C3-C20-Heteroarylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C4-C20-Cycloalkylgruppe oder eine substituierte oder unsubstituierte C3-C20-Heterocycloalkylgruppe ist, R2 eine lineare oder verzweigte substituierte oder unsubstituierte C1-C5-Alkylgruppe ist und m eine ganze Zahl von 2 oder höher ist, wobei m + 1 eine Wertigkeit von M angibt, M(OR3)m <Formel 2> wobei in Formel 2 M Si, Al, Ti, Zr oder Ce ist, R3 eine lineare oder verzweigte, substituierte oder unsubstituierte C1-C5-Alkylgruppe ist und m eine Wertigkeit von M angibt, weiterhin umfassend das Bilden einer Deckschicht (30), die das hydrophobe lichtemittierende Nanopartikel (20) bedeckt, mittels eines Präkursors, der einen niedrigeren Brechungsindex als das lichtemittierende Nanopartikel (20) und einen höheren Brechungsindex als Luft aufweist, wobei das Bilden der Deckschicht (30) mittels einer homogenen oder heterogenen Alkoxidverbindung erfolgt, die das gleiche Metallatom umfasst, das in mindestens einer der Alkoxidverbindungen der Formeln 1 und 2 enthalten ist, weiterhin umfassend das Kombinieren einer funktionalen Gruppe R4 mit der Deckschicht durch Durchführen eines Sol-Gel-Verfahrens unter Verwendung einer durch Formel 3 unten dargestellten Alkoxidverbindung: R4M(OR5)m <Formel 3> wobei in Formel 3 M, als ein gleiches Metallatom wie das zur Bildung der Deckschicht (30) verwendete Metallatom, Si, Al, Ti, Zr oder Ce ist, R4 eine substituierte oder unsubstituierte C6-C20-Arylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C1-C20-Alkylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte C2-C20-Alkenylgruppe oder eine substituierte oder unsubstituierte C2-C20-Alkinylgruppe ist, R5 eine lineare oder verzweigte, substituierte oder unsubstituierte C1-C5-Alkylgruppe ist und m eine ganze Zahl von mindestens 2 ist, wobei m + 1 eine Wertigkeit von M angibt.
  15. Leuchtdiode (LED), die das nanostrukturierte Hybridpartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst.
  16. Biosensor, der das nanostrukturierte Hybridpartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst.
  17. Bioassay-Kit, welches das nanostrukturierte Hybridpartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst.
  18. Bioimaging-Reagenz, welches das nanostrukturierte Hybridpartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst.
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