TWI575782B

TWI575782B - 使用各向異性金屬奈米粒子之具有增強發光效率的光轉換發光元件

Info

Publication number: TWI575782B
Application number: TW103138463A
Authority: TW
Inventors: 金基世; 李度勳; 張豪植; 崔昶鉉
Original assignee: 韓華道達爾股份有限公司
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2017-03-21
Also published as: TW201618336A

Description

使用各向異性金屬奈米粒子之具有增強發光效率的光轉換發光元件

本發明係關於使用具有縱橫比的各向異性金屬奈米粒子之具有增強發光效率的光轉換發光元件，更具體地，關於具有最大化之發光效率的光轉換發光元件，其係藉由控制由各向異性金屬奈米粒子形成的兩或多個的表面電漿子能帶、使近紫外光或藍光光源之波長與發光材料之吸收波長和發射波長的重疊最佳化，並因此同時呈現出發光材料的發射增強和激發增強。

發光二極體(LED)近年來受到關注以作為下一代光源，其相比於現有的白熾燈、鹵素燈和螢光燈具有諸如發光效率高、回應速度快、壽命長和體積小等優點，以及具有作為環境友好型光源的優良特性，不像螢光燈使用汞。因此，在信號、標識、顯示、通信、移動終端、車輛以及常規照明等工業領域廣泛使用發光二極體。尤其是，基於這種發光二極體的白光二極體已經用於LCD TV中的背光模組(BLU)或筆記本電腦以及車輛前照燈，並且已經預期其在照明市場中有持續的高速增長，這是因為常規照明成本的降低和白熾燈管理政策的執行所致。

作為實現白光發光二極體的常規方法，現有使用發出不同單色波長光線的發光二極體晶片組合的方法，以及使用發光二極體晶片和具有單一或多個元件組合的方法。當藉由多個發光二極體晶片組合實現白光二極體時，由於施加到晶片之工作電壓的不均勻和周圍溫度造成晶片的輸出變化，實現具有高色彩再現性和高色彩純度白光是困難的。因此，通常使用製造白光二極體的方法係藉由在具有近紫外或藍光的單色波長的發光二極體晶片上施加由聚合物材料製成的發光材料和密封件。為了實現具有高純度的白光，使用發光二極體晶片和單一發光材料或多種發光材料組合，單一發光材料或多種發光材料具有紅色、綠色、藍色和黃色的組合。即白光二極體中的發光材料係用於實現發光二極體晶片之不被發光材料吸收的白色和發射色彩，其中該發光材料係藉由吸收來自發光二極體晶片的藍光(或近紫外光)，並且將吸收的藍光轉換成具有發光材料獨特長波長的紅、綠、藍或黃光。

白光二極體的整體發光效率是非常重要的因素，其代表了白光二極體的性能，並且為了實現低功率高亮度的發光二極體，增加發光材料的光轉換效率是必須的。更進一步地，實現具有高色彩純度的白光需要兩種或更多種類型的發光材料。即，發光材料的吸收波長需要適當地和發光二極體晶片的發射波長重疊，並且為了實現白光其發射波長需要形成在更長波長的可見光範圍內。此外，較佳的是使用具有高內部量子產率的發光材料。可惜的是，此發光材料的吸收和發射特性是在合成和製造發光材料的步驟中確定的獨特特性，而且在控制吸收和發射波長以及製造具有高量子產率的發光材料具有相當大地限制。

為了解決這些限制，可以使用金屬奈米粒子的局部表面電漿子共振(LSPR)。局部表面電漿子共振意思是金屬奈米粒子和光之間的強烈的相互作用。當光(hv)入射到金屬奈米粒子或奈米結構上時，允許金屬奈米粒子表面的自由電子沿著入射光的電場共同地震盪以形成表面電漿子，並且在金屬奈米粒子周圍形成很強的局部電場。這種情況中，當發光材料鄰近於奈米粒子時，由於金屬奈米粒子周圍附近形成的強電場而使得光吸收增強，可以顯示出激發增強(E_ex)。結果是可以預料到發光材料的發光強度增加。此外，可以預料由於受激發的發光材料和表面電漿子之間的相互吸引，發射增強(E_em)導致發光材料中的獨特的量子產率的增加。這種情況中，當以公式1中的輻射衰變率(γ_rad)和非輻射衰變率(γ_non-rad)代表量子產率時，對於位於金屬奈米粒子周圍的螢光材料，由於通過金屬奈米粒子的表面電漿子所引起的金屬誘導輻射衰減率(γ_M-rad)使得整體的輻射衰減率(γ_rad+γ_M-rad)明顯高於非輻射衰減率(γ_rad+γ_M-rad>>γ_non-rad)，所以量子產率增加(請參考Chemical Reviews,2011,111,3888；Nature Materials,2010,9,193；Analyst,2008,133,1308)。

即，由於金屬奈米粒子的表面電漿子使得發光材料的整體發射強度(E_total)為激發增強E_ex和發射增強(E_em)的產物，並且可以用以下的公式2表示。

[公式2]E_total=E_ex×E_em

從而，為了讓因為金屬奈米粒子之表面電漿子而使得發光材料發光強度增強最大化，同時顯示出激發增強(E_ex)和發射增強(E_em)是重要的。為了控制激發增強和發射增強，允許發光材料的吸收和發射波長與金屬奈米粒子的表面電漿子能帶有效重疊是重要的(請參考Nano Letters,2007,7,690；Applied Physics Letters,2008,93,53106)。例如，當發光材料的吸收波長和電漿子能帶重疊時，由於光吸收增加，可以預料發光材料的激發增強(E_ex)。同時，當光材料的發射波長和電漿子能帶重疊時，由於激發的發光材料和表面電漿子的耦合，輻射衰減率增加，可以預料發射增強(E_em)導致量子產率的增加。因此，當允許發光材料的吸收和發射光譜適當地和金屬奈米粒子的表面電漿子能帶重疊時，由於發光材料可以同時顯示出激發增強和發射增強，使發光強度增強最大化是可能的。

近年來，報導了通過顯示出發光二極體中的發光材料激發增強和發射增強實現具有增加的光轉換效率和低功率高亮度發光二極體的技術，由於金屬奈米粒子的表面電漿子通過利用發光強度增強原理，藉由發光材料和具有近紫外光或藍光波長的發光二極體晶片的組合實現發光二極體白光(韓國專利登記號NO.10-0659900、10-0966373、10-1062789)。

缺點是，在前述提及的專利文獻中，典型使用通過自底向上的方法在溶液製程中合成金屬奈米粒子或通過自頂向下的方法蝕刻金屬薄膜使具有單一表面電漿子能帶的奈米結構設置在基材上。此情況下，通過同時顯示出發光材料的激發增強和發射增強來最大化發光強度增強具有相當大的限制。例如，在利用具有近紫外光或藍光波長和黃光發光材料諸如釔鋁柘榴石(YAG)之發光二極體晶片的白光發光二極體中，當使用球形銀奈米粒子時，由於在球形銀奈米粒子中表面電漿子能帶通常由大約400nm至500nm的波長所形成，發光二極體晶片的近紫外光或藍光波長和黃色發光材料的吸收波長有效地彼此重疊，並因此由於黃色發光吸收的增加，預料激發增強效率是可能的。然而，由於黃光發光材料的發射波長和銀奈米粒子的表面電漿子能帶沒有有效重疊，預料發射增強導致內部量子產率的增加是困難的。從而，最大化發光強度增強是困難的。

同時，在相同白光發光二極體的結構中，當使用金奈米粒子時，表面電漿子能帶在500-600nm的波長中形成，黃色發光材料的發射波長和金奈米粒子的表面電漿子能帶可以彼此有效重疊。從而，顯示出發射增強導致內部量子產率的增加。然而，由於金奈米粒子的表面電漿子能帶不和發光二極體晶片的近紫外光或藍光波長重疊，因為發光材料的吸收增強，很難預期有激發增強。

當引進多種(例如兩種或更多種)類型具有不同發射波長諸如藍色、綠色、紅色和黃色的發光材料以實現具有高色彩純度的白光，如果使用金屬奈米粒子或奈米結構以形成單一表面電漿子能帶，則同時展現出不同發光材料的發射增強是困難的。因為這個原因，在實現具有高亮度和高色彩純度的光轉換發光元件有相當大的限制。

本發明已致力於提供一種具有增強發光效率的光轉換發光元件，其係藉由控制由各向異性金屬奈米粒子形成兩或多個的表面電漿子能帶以使近紫外光或藍光源之波長與發光材料之吸收波長和發射波長的重疊最佳化，而同時呈現出發光材料的發射增強和激發增強。

本發明已致力於提供一種同時呈現出多種發光材料之發射增強的光轉換發光元件，其係藉由控制各向異性金屬奈米粒子的兩或多個的表面電漿子能帶以使具有不同發射波長的兩種或更多種類型發光材料的吸收波長和發射波長重疊最佳化。

根據本發明的一觀點，提供的是一種藉由最大化發光強度以在低功率下具有高亮度並同時實現發光材料的激發增強和發射增強的光轉換發光元件，其中發光強度的最大化是藉由使用包括各向異性金屬奈米粒子或奈米結構的發光材料來形成發光元件的發射層，該各向異性金屬奈米粒子或奈米結構能夠形成兩或多個的表面電漿子能帶。

用於本發明中的各向異性金屬奈米粒子或奈米結構是指具有橫軸與縱軸之縱橫比的奈米大小的粒子。具體地，奈米結構是指藉由蝕刻金屬薄膜所形成的奈米大小結構。可以使用諸如Ag、Au、Al、Cu、Li、Pd、Pt以及類似物或合金作為各向異性金屬奈米粒子。在本發明的發光元件中，由於使用金屬作為各向異性金屬奈米粒子的原材料，可以根據光譜重疊的因素對金屬種類進行選擇，並且根據發光元件之發射波長的位置和發光材料的吸收與發射波長來調整縱橫比。

例如，為了提高具有吸收和發射波長在紫外光範圍之發光材料的發光強度，希望的是使用具有電漿子能帶在紫外光範圍內的Al奈米粒子或Al以及其他金屬的合金。同時，為了提高具有吸收波長和發射波長在可見光範圍內之發光材料的發光強度，希望的是使用具有表面電漿子能帶在可見光範圍的Ag或Au或Au和Ag的其他金屬合金。

作為製造各向異性金屬奈米粒子或奈米結構的方法，提供的是藉由使用還原劑和表面活性劑在溶液製程中處理金屬前驅物以合成奈米粒子之自底向上的方法，以及藉由電子束微影技術蝕刻金屬薄膜製造奈米結構的自頂向下的方法。在考慮製造成本情況下，較佳使用自底向上的方法。藉由製造金屬種子(metal seed)和在各向異性棒中生長金屬種子來合成奈米棒的方法係用於製備各向異性金屬奈米粒子。在本方法中，可對奈米棒的縱橫比進行控制，其係藉由調整諸如種子的大小、種子與金屬前驅物的比值、以及在合成奈米棒期間的溫度和pH值的參數，或藉由在合成之後通過蝕刻奈米棒或增加金屬前驅物來重新生長奈米棒。合成各向異性奈米粒子以及控制縱橫比的技術是已知的，並因此省略了特殊的合成工序。

在本發明中，發光材料是指含有能夠發出通過發射機制分辨為螢光或磷光的半導體量子點之有機或無機材料，且發光材料的種類是不被具體地限制。為了實現高色彩純度的白光，可以使用單一發光材料或多種發光材料。

在本發明中，發光材料較佳係藉由具有近紫外光或藍光波長之發射波長的半導體發光二極體與具有發射波長長於發光二極體的發光材料組合形成。

在本發明中，使用發射近紫外光或藍光的氮化物半導體作為發光元件，並且可使用發紅光和綠光的的各種發光元件。作為一具體實例，本發明的光轉換發光元件較佳包括具有近紫外光或藍光發射波長的光源與具有發射波長長於光源的發光材料之組合。

在本發明的光轉換發光元件中，為了使發光元件光源的發射波長、發光材料的吸收和發射波長與各向異性金屬奈米粒子或奈米結構的表面電漿子能帶能夠適當地在光譜中彼此重疊，可能的是藉由控制各向異性金屬奈米粒子的縱橫比來調整表面電漿子能帶。亦即，可藉由控制縱橫比來調整各向異性奈米粒子的表面電漿子能帶。隨著縱橫比的增加，縱向電漿子能帶移向長波長，相比於縱向電漿子能帶，橫向表面電漿子能帶變化不大。因此，較佳的是根據組成光轉換白光發光元件的發光材料和發光二極體晶片的光譜，藉由控制各向異性奈米粒子的縱橫比、大小和組成來調整電漿子能帶。更具體地，可能的是同時展現發光材料的激發增強和發射增強，其係藉由控制超過近紫外光、可見光和近紅外光範圍的兩種或更多種類型的表面電漿子能帶以最佳化和近紫外光或藍光的光源與發光材料的吸收波長和發射波長的重疊而達到。

在本發明中，為了允許發光元件光源的發射波長、發光材料的吸收和發射波長、各向異性金屬奈米粒子或奈米結構的表面電漿子能帶在光譜中適當地彼此重疊，利用兩種或更多種金屬以核-殼形式製造的奈米粒子可作為奈米粒子使用。

在本發明中，可能的是所提供光轉換發光元件中各向異性金屬奈米粒子或奈米結構的一個表面電漿子能帶與發光元件光源的發射波長或發光材料的吸收波長重疊，且其他表面電漿子能帶和發光材料的發射波長重疊。由於核-殼奈米棒的橫向表面電漿子能帶和發光二極體晶片的發射波長重疊，發光材料可以更有效吸收發光二極體晶片的激發光。因此，可能顯示出激發增強。此外，由於發光材料的發射波長和核-殼奈米棒的縱向表面電漿子能帶適當地重疊，可能顯示出因激發增強導致發光材料的內部量子產率增加。從而，可能藉由同時呈現出發光材料的激發增強和發射增強使發光強度增強最大化。

在本發明中，當不同類型的發光材料被引進到發射層中時，可能提供具有其中兩或多個的各向異性金屬奈米粒子或奈米結構的表面電漿子能帶和具有不同發射波長的兩種或更多種類型發光材料的吸收和發射波長重疊的光轉換發光元件。

在本發明中，當從各向異性金屬奈米粒子或奈米結構的消光光譜計算散射效率和吸收效率時，較佳使用散射效率大於吸收效率的奈米粒子。在這種情況中，各向異性金屬奈米粒子的大小和縱橫比是考慮到構成奈米粒子消光光譜的散射效率和吸收效率而確定的。這是因為金屬奈米粒子的散射效率通常與發光材料的發光強度增強相關，且與球形奈米粒子半徑的六次方(r⁶)成比例，而吸收效率和發光材料的淬火相關並且和球形奈米粒子半徑的三次方(r³)成比例。從而，為了顯示出發光材料的發光效率，使用具有優異散射效率的各向異性奈米粒子是希望的。為了實現這個，奈米粒子較佳具有10-300nm的橫向大小和11-3000nm的縱向小大，較佳的縱橫比為1.1-10。

產業利用性

根據本發明，可能的是藉由使發光強度增強最大化以提供在低功率和增強光轉換效率下具有高亮度的光轉換發光元件，其係藉由將各向異性金屬奈米粒子和發光材料引入到發射層以同時顯示出光轉換發光元件的發光材料激發增強和發射增強，光轉換發光元件利用具有發射波長在近紫外光範圍或可見光範圍內的發光二極體和具有吸收波長和發射波長在可見光內的發光材料的組合形成。

即，根據本發明，由於各向異性金屬奈米粒子的兩或多個的表面電漿子能帶與發光元件的發射波長和發光材料的吸收波長與發射波長係有效率地重疊，可能的是藉由同時呈現出發射增強導致發光材料的內部量子產率增加以及由於發光材料的吸收增強使激發增強來提供能夠將發光強度增強最大化的發光元件。

根據本發明，當使用具有不同吸收和發射波長的發光材料以增加彩色純度時，可能的是藉由控制各向異性金屬奈米粒子的兩或多個的表面電漿子能帶以最佳化其與發光材料的吸收和發射波長的重疊來同時顯示多種發光材料的激發增強，以此提供具有增強的彩色純度和亮度的光轉換發光元件。

因此，根據本發明之藉由使用各向異性金屬奈米粒子或奈米結構而具有增強發光效率的光轉換發光元件可被使用在信號、顯示、通信、移動終端、車輛以及基於現有發光二極體的常規照明等各種工業領域。

圖1顯示用於描述由於引入各向異性金屬奈米粒子而具有增強發光效率的光轉換白光發光元件的示意圖；圖2顯示各向異性金屬奈米粒子的穿透式電子顯微鏡(TEM)圖片和代表相應表面電漿子能帶的紫外-可見光吸收光譜(UV-Vis光譜)；圖3顯示用於描述在近紫外光範圍、可見光範圍和近紅外光範圍內的表面電漿子能帶根據金-銀核-殼奈米棒(gold-silver core-shell nanorod)的縱橫比和金屬組成比而精確控制的紫外-可見光吸收光譜；圖4顯示用於描述在可見光範圍和近紅外光範圍由於金奈米棒縱橫比的控制而對表面電漿子能帶的精確控制之紫外-可見光吸收光譜；圖5顯示圖4的紫外-可見光吸收光譜對應的控制縱橫比的金奈米棒的穿透式電子顯微鏡圖片；以及圖6為藉由將具有不同發射波長和各向異性金屬奈米粒子之多種發光材料引入至發射層內的光轉換發光元件的原理圖。

以下將參考附圖詳細描述根據本發明的光轉換白光發光元件，所述發光元件係由具有近紫外光範圍或可見光範圍內之發射波長的發光二極體和具有可見光範圍內的吸收和發射波長的發光材料組合形成。

圖1為用於描述由於各向異性金屬奈米粒子而具有增強發光效率之光轉換白光發光元件原理的示意圖。圖1(a)為說明光轉換白光發光元件結構的示意圖，該元件可包括基板或發光二極體晶片、發光材料、各向異性金屬奈米粒子以及透明聚合物基質。圖1(b)說明發光二極體晶片、發光材料和各向異性金屬奈米粒子重疊的光譜。

圖2顯示各向異性奈米粒子的穿透式電子顯微鏡圖片以及其紫外-可見光光譜，其中各向異性奈米粒子具有在近紫外光範圍、可見光範圍、近紅外光範圍之兩或多個的表面電漿子能帶。

圖2(a)為金奈米棒的穿透式電子顯微鏡圖片，該金奈米棒係藉由添加金前驅物至金種子作為基礎、生長金奈米棒以及合成金奈米棒而獲得。圖2(b)為金-銀核-殼奈米棒的穿透式電子顯微鏡圖片，金-銀核-殼奈米棒通過將銀前驅物添加至金奈米棒作為種子並合成金-銀奈米棒而獲得。在圖2(b)中，相對較深的黑色部分為金核，而環繞金核的部分為銀殼。進一步地，圖2(c)顯示金奈米棒(通過虛線表示)和金-銀核-殼奈米棒(通過實線表示)的紫外-可見光吸收光譜。從這些光譜可以看到，在金奈米棒中分別在可見光範圍內和近紅外光範圍內觀察到橫向表面電漿子能帶和縱向表面電漿子能帶。以及，可以看到，在金-銀核-殼奈米棒中分別在近紫外光範圍和可見光範圍內觀察到橫向表面電漿子能帶和縱向表面電漿子能帶。如上所述，可以精確調整各向異性奈米粒子的表面電漿子能帶以使其在希望的波長範圍內形成。例如，對於金-銀核-殼奈米棒，通過調整金奈米棒和銀前驅物的相對比例，可以控制銀殼的厚度。在此例子中，可根據銀殼厚度將金-銀核-殼奈米棒的表面電漿子能帶精確控制在近紫外範圍至可見光範圍之間。

圖3顯示金-銀核-殼奈米棒的紫外光-可見光吸收光譜，且可以看到的是，藉由調整金奈米棒與銀前驅物的相對比例來控制金奈米棒的表面電漿子能帶。更具體地，圖3的虛線代表金奈米棒的表面電漿子能帶，金奈米棒作為種子使用，且在此例子中，隨著銀前驅物添加量的增加，金-銀核-殼奈米棒的縱向表面電漿子能帶逐漸從長波移至短波。從而，金-銀核-殼奈米棒的表面電漿子能帶可以形成在可見光範圍內，並且可被精確控制。如上所述，對於金奈米棒，通過控制縱橫比可以將表面電漿子能帶精確控制在可見光範圍至近紅外光範圍之間。

圖4和5分別顯示出由於金奈米棒縱橫比的整使表面電漿子能帶變化以及穿透式電子顯微鏡圖片。

在圖4中的吸收光譜中，隨著縱橫比的減少，形成在長波長的近紅外光範圍內的表面電漿子能帶移向可見光波長範圍內的短波長，並且形成在短波長可見光範圍內的橫向表面電漿子能帶變化不大。

圖5顯示圖4中相對應之金奈米棒的穿透式電子顯微鏡圖片。圖5(a)顯示平均縱橫比為2以及縱向表面電漿子能帶形成在625nm內的金奈米棒。圖5(b)顯示具有平均縱橫比為2.6和縱向表面電漿子能帶形成在664nm波長內的金奈米棒。圖5(c)顯示具有平均縱橫比為2.9和縱向表面電漿子能帶形成在715nm內的金奈米棒。圖5(d)顯示具有平均縱橫比為4.5和其中縱向表面電漿子能帶形成820nm內波長的金奈米棒。

在光轉換白光發光元件中，可以使用發射近紫外光或藍光的氮化物半導體作為發光二極體，並且可以使用發射紅光和綠光的各種發光元件。

在光轉換白光發光元件中，無論發光材料的種類為諸如有機材料或無機材料，都可以使用包括半導體量子點的發光材料作為發光材料。為了發射具有高純度的白光，可以使用單一發光材料或多種發光材料。

為了製造使用各向異性金屬奈米粒子之具有增強發光效率的光轉換白光發光元件，可以藉由將合成的各向異性奈米粒子和具有諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、矽基聚合物、環氧基聚合物及其類似物混合以製造薄膜並將製造的薄膜佈置在近紫外或藍光發光二極體晶片上或均勻的將混合液體施加在發光二極體晶片上來製造元件。

例如，將參考圖1詳細描述。如圖1(a)的示意圖所示，當藉由將近紫外光或藍光發光二極體晶片和黃光發光材料組合來實現白光時，藉由將金-銀核-殼奈米棒和發光材料分布在上文描述的透明聚合物基質中使金-銀核-殼奈米棒被定位在發射層中。此例子中，各向異性金屬奈米棒不限制于金-銀核-殼奈米棒，可以使用形成近紫外光範圍和可見光範圍內的兩或多個的表面電漿子能帶金屬奈米粒子和奈米結構作為各向異性金屬奈米棒。

考慮到如圖1(b)的光譜重疊示意圖中所示的發光二極體晶片的發射波長和發光材料的吸收和發射波長，以及奈米粒子的光譜和引入至發射層的發光材料需適當地選擇性重疊，可以如圖2(c)和圖3所示調整金-銀核-殼奈米棒的表面電漿子能帶。通過如此，顯示出以下效果。

由於金-銀核-殼奈米棒的橫向表面電漿子能帶和發光二極體晶片的發射波長重疊，發光材料可以有效吸收發光二極體晶片的激發光，並顯示出激發增強。此外，由於發光材料的發射波長和金-銀核-殼奈米棒的縱向表面電漿子能帶適當地重疊，可以顯示出發射增強導致發光材料的內部量子產率的增加。從而，同時顯示出發光材料的激發增強和發射增強，以便使發光強度增強最大化。

同時，為了實現具有高彩色純度的白光，當引入具有不同發射波長的發光材料至發射層時，可以類似於上文所述的製造光轉換發光元件的方法製造如圖6所示的光轉換白光發光元件。

類似於上文所述的例子，考慮多種發光材料的吸收和激發光譜而藉由精確調整表面電漿子能帶以及最佳化如圖2(c)、圖3和4中所示的光譜重疊，可能的是通過如上例子所述相同原理引人激發增強。

特別地，對於具有較小斯托克斯位移(stoke’s shift)的綠色或紅色發光材料有效吸收具有短波長近紫外光或藍光發光二極體晶片的光是困難的，斯托克斯位移是指發光材料的最大吸收波長和最大發射波長之間的差異。從而，光轉換效率較低。此例子中，使用同時具有在近紫外光範圍和可見光範圍內的各向異性金屬奈米粒子，可以顯示出激發增強和發射增強。

Claims

一種光轉換發光元件，其包括發射層，其中，所述發射層包含發光材料和各向異性金屬奈米粒子或奈米結構，所述各向異性金屬奈米粒子或奈米結構具有允許形成兩或多個的表面電漿子能帶的縱橫比，並且其中所述發光材料和所述各向異性金屬奈米粒子或奈米結構是分散在透明聚合物基質中。
根據請求項第1項所述的光轉換發光元件，其中所述縱橫比為1.1到10。
根據請求項第1項所述的光轉換發光元件，其中所述各向異性金屬奈米粒子為兩種或更多種金屬製成的核-殼(core-shell)奈米粒子。
根據請求項第1項所述的光轉換發光元件，其中所述各向異性金屬奈米粒子或奈米結構係由Ag、Au、Al、Cu、Li、Pd、Pt或其合金製成。
根據請求項第1項所述的光轉換發光元件，其中所述光轉換發光元件中的所述各向異性金屬奈米粒子或奈米結構的一個表面電漿子能帶和所述發光元件之光源的發射波長或所述發光材料的吸收波長重疊，而其他表面電漿子能帶和所述發光材料的發射波長重疊。
根據請求項第1項所述的光轉換發光元件，其中所述發射層包括其中引入具有不同發射波長的多種發光材料，且所述各向異性金屬奈米粒子或奈米結構之兩或多個的表面電漿子能帶與所述多種發光材料的吸收波長和發射波長重疊，所述多種發光材料具有不同的發射波長。
根據請求項第1項所述的光轉換發光元件，其中所述各向異性金屬奈米粒子或奈米結構在光吸收光譜中的散射效率高於吸收效率。
根據請求項第1項所述的光轉換發光元件，其中所述發光材料為包括半導體量子點的有機或無機的材料。
根據請求項第1項所述的光轉換發光元件，其中所述光轉換發光元件包括具有近紫外光或藍光之發射波長的光源和具有發射波長比光源發射波長還長的發光材料之組合。