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TW201620159A - 包含非等向性金屬奈米粒子－介電質核殼奈米結構之發光裝置 - Google Patents

包含非等向性金屬奈米粒子－介電質核殼奈米結構之發光裝置 Download PDF

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TW201620159A
TW201620159A TW103144537A TW103144537A TW201620159A TW 201620159 A TW201620159 A TW 201620159A TW 103144537 A TW103144537 A TW 103144537A TW 103144537 A TW103144537 A TW 103144537A TW 201620159 A TW201620159 A TW 201620159A
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TW103144537A
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金基世
李度勳
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韓華道達爾股份有限公司
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Abstract

本發明係提供一種具有改良發射效率的發光裝置，藉由誘導可導入發光裝置的發光材料發射增強，發光裝置係使用具有金屬-介電質核殼奈米結構的非等向性金屬奈米粒子。在發光裝置的發光層具有外觀比的非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構的使用係允許兩種或更多種表面電漿共振帶的非等向性金屬奈米粒子，造成發光材料的激發增強或發射增強。此外，因為金屬-介電質核殼奈米結構可使發光材料與金屬奈米粒子以介電殼厚度維持固定間隔，故可預期在金屬奈米粒子表面發生局部電場增強，藉此最大化發光材料的磷光強度增強。此外，非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構的介電殼在局部產生高溫熱的發光裝置中維持非等向性金屬奈米粒子的外觀比及形狀，且抑制能量從激發發光材料轉移至金屬奈米粒子的表面，藉此防止發光材料淬滅。因此，具改良發射效率及耐久性的發光裝置係可達成。

Description

包含非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構之發光裝置 【相關申請案之交叉參考】
本申請案主張於2014年7月11日在韓國智慧財產局申請的韓國第10-2014-0087616號專利申請案的優先權，以及35U.S.C.119下的全部權益，該申請案的整體內容併入於此以作為參考。
本發明係關於包含非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構的發光裝置；具體而言，係關於具有改良發射效率的發光裝置，藉由誘導可導入使用金屬奈米粒子表面電漿共振現象之發光裝置的發光材料發射增強。
作為新的次世代光源而引起注意的發光二極體(light-emitting diode,LED)相較於目前的光源(例如白熾燈、鹵素燈或螢光燈)具有許多優勢，包括高發光效率、響應快、壽命長、小型化，且不像螢光燈，其係較佳使用為無汞環境友善燈源。因此，LED可用在各種領域，涵蓋從訊號、顯示、通訊、可攜式終端或汽車產業，到一般照明產業。
特別是，白光LED係用於液晶電視或筆電的背光單元、汽 車頭燈或類似者，且根據一般照明裝置的減少及白熾燈管理政策，預期照明市場會持續的快速成長。
一般而言，白光LED可透過發射具有不同單色波長光之複數LED晶片的組合，或是一個LED晶片與單一或複數成份的發光材料的組合來實現。前者(白光LED透過複數LED晶片的組合來實現)因施加於各晶片的操作電壓不一致以及各晶片的輸出隨環境溫度改變，係難以達到色彩再現性及高純度白光。因此，白光LED一般係藉由在具有近紫外光或藍光單色波長的LED晶片上塗佈發光材料及高分子封裝膜來製造。為達成高色純度白光LED，係採用LED晶片與單一發光材料或具有紅、綠、黃發射波長的複數發光材料之組合。
也就是說，在白光LED中的發光材料作為吸收LED晶片所產生的藍光(或近紫外光)，將光線轉換為紅、綠、藍或具有長波長的黃光輻射，其係發光材料的本質。因此白光係由LED晶片未被發光材料所吸收的發射光線所達成。
白光LED的整體光效率，是代表LED性能的重要因素之一。因此，為達成具有高亮度及低功耗的白光LED，必須增加發光材料的光轉換效率。此外，為了達到高色純度的白光LED，需要兩種或更多種的發光材料。
也就是說，提供發光材料，其具有與LED晶片發射波長重疊之合適光譜的吸收波長是有助益的。此外，為了達成白光，發射波長應位在具有相對長波長的可見光的範圍內。另外，較佳使用具有高內部量子效率的發光材料。
然而，發光材料的吸收和發射性質是在合成或製備發光材料的階段所決定的特性，且製備具有可控制的吸收與發射波長以及高量子效率的發光材料是相當困難的。
本發明係提供具有改良發射效率的發光裝置，藉由誘導發光材料的激發與發射增強，其可使用金屬奈米粒子的表面電漿共振現象引入發光裝置。
本發明上述及其他目的將會在以下較佳實施例的敘述中所描述或明示。
根據本發明之一觀點，係提供包含非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構及發光材料的發光裝置。非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構包含具有能形成兩種或更多種表面電漿共振帶之外觀比的非等向性金屬奈米粒子，以及塗覆在金屬奈米粒子表面上的介電殼。
如上所述，根據本發明，在透過具有發射波長於近紫外光或可見光區域的發光裝置以及發光材料之組合所實施的光轉換發光裝置中，兩種或更多種表面電漿共振帶在同一時間藉由將非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構引入發光層，可誘導發光材料的激發增強與發射增強。此外，因為金屬-介電質核殼奈米結構可使發光材料以介電殼的厚度與金屬奈米粒子維持一定間隔，可預期局部電場增強發生在金屬奈米粒子的表面，藉此使發光材料磷光強度的增強最大化。此外，非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構的介電殼在發光裝置中維持非等向性金屬奈米粒子的形狀和外觀比，高溫熱在發光裝置中局部產生，且抑制從激發發光材料傳到金屬奈米粒子表面的能量，藉此防止發光材料淬滅。因此，可達成具有改良發射效率及耐用性的發光裝置。
另外，根據本發明，為了達到高色純度白光LED，可使用具有不同吸收和發射波長的複數發光材料。在這樣的情形下，非等向性金屬奈米粒子兩種或更多種的表面電漿帶受控制以與發光材料吸收波長和發射波長的光譜重疊最佳化。藉此同時實行發光材料的發射增強及提供具有改良的色純度與亮度的光轉換發光裝置。
因此，根據本發明使用非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構，具有改良光轉換效率的發光裝置可用於多種領域，涵蓋自訊號、顯示、通訊、可攜式終端或汽車等產業到一般照明產業。
本發明的上述及其他特徵藉由參考所附圖式詳述其較佳實施例將會更明瞭，其中：圖1a係示意性地繪示具有非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構和發光材料彼此組合的複合物，且圖1b係示意性地繪示具有改良發射效率之發光裝置藉由引入複合物至發光層的原理；圖2a係繪示YAG螢光粉的激發、吸收、與發射光譜之圖形，且圖2b係繪示磷化銦(InP)/硫化鋅(ZnS)量子點的激發、吸收、與發射光譜之圖形；圖3a係繪示金奈米柱的穿透式電子顯微(TEM)影像，每一金奈米柱具有512nm及855nm的橫向電漿帶與縱向電漿帶；圖3b係繪示金-銀核殼奈米柱的穿透式電子顯微影像，每一金-銀核殼奈米柱具有450nm及600nm的橫向電漿帶與縱向電漿帶，且圖3c係繪示金-銀核殼奈米柱的穿透式電子顯微影像，每一金-銀核殼奈米柱具有450nm及565nm的橫向電漿帶與縱向電漿帶；圖4a係繪示金奈米柱的紫外光-可見光光譜，每一金奈米柱具有512nm及855nm的橫向電漿帶與縱向電漿帶；圖4b係繪示金-銀核殼奈米柱的紫外光-可見光光譜，每一金-銀核殼奈米柱具有450nm及600nm的橫向電漿帶與縱向電漿帶，且圖4c係繪示金-銀核殼奈米柱的紫外光-可見光光譜，每一金-銀核殼奈米柱具有450nm及565nm的橫向電漿帶與縱向電漿帶；圖5a係示意性地繪示YAG螢光粉在藍光LED晶片中的吸收、激發與發射波長和非等向性金屬奈米粒子的表面電漿帶之間的光譜重疊，且圖5b係示意性地繪示磷化銦/硫化鋅量子點在藍光LED晶片中的吸收、激發與 發射波長和非等向性金屬奈米粒子的表面電漿帶之間的光譜重疊；圖6係繪示非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構的穿透式電子顯微影像；圖7係繪示包含非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構與一起引入其中之發光材料的溶液的發射光譜的圖形；圖8a係繪示金屬奈米球-介電質核殼奈米結構的穿透式電子顯微影像，且圖8b係繪示金屬奈米球-介電質核殼奈米結構的紫外光-可見光光譜；圖9係繪示包含金屬奈米球-介電質核殼奈米結構與一起引入其中之發光材料的溶液的發射光譜的圖形；圖10係繪示包含無介電殼之非等向性金屬奈米粒子與一起引入其中之發光材料的溶液的發射光譜的圖形；以及圖11係示意性繪示具有改良發射效率之發光裝置，藉由將非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構及兩種或更多種不同發光材料一起引入至發光層。
在下文中，將描述根據本發明的光轉換發光裝置，其透過具有於近紫外光或可見光之發射波長的發光裝置和具有在可見光區的吸收及發射波長之發光材料之組合而實行。光轉換發光裝置的特徵在於非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構係引入發光層。
一般而言，透過具有於近紫外光或藍光波長的LED晶片和黃光發光材料的組合，為了達到具有小功耗及高亮度的白光LED，LED晶片與發光材料應具有高發射率。
為了克服缺點，LED晶片與發光材料的發射率可使用金屬奈米粒子的局部表面電漿共振而改善。
在此，局部表面電漿共振係指金屬奈米粒子和光之間的交 互作用。若光(h ν)施加於金屬奈米粒子或奈米結構，集體振盪沿著金屬奈米粒子表面的自由電子所注入之光的電場而發生，藉此形成表面電漿子且在金屬奈米粒子周圍形成非常強的局部電場。在此，若發光材料存在金屬奈米粒子周圍，因為電場在金屬奈米粒子周圍局部形成，故藉由增加光吸收而使激發增強(Eex)，使得發光材料的磷光(PL)強度可增加。此外，發光材料的發射增強(Eem)，也就是發光材料內在的量子效率的增加，藉由激發的發光材料和表面電漿子之間的交互作用而可預期。如下列方程式(1)所述，相較於奈米粒子不存在的情形，在發光材料位於金屬奈米粒子周圍的情形中，發光材料的輻射衰減(γrad)路徑較非輻射衰減(γnon-rad)路徑大，藉此增加量子效率(γrad+γM-rad>>γnon-rad)(Chemical Reviews,2011,111,3888；Nature Materials,2010,9,193；Analyst,2008,133,1308)。
也就是說，基於金屬奈米粒子表面電漿子的發光材料的總增強(Etotal)可被表示成激發增強(Eex)和發射增強(Eem)的乘積，如方程式(2)所描述。
Etotal=Eex×Eem...(2)
因此，基於金屬奈米粒子的表面電漿子，為了將發光材料磷光強度的增強最大化，在相同時間實行激發增強(Eex)和發射增強(Eem)是重要的，其係藉由將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有效地重疊而控制(Nano Letters,2007,7,690；Applied Physics Letters,2008,93,53106)。
舉例而言，當發光材料的吸收波長與電漿帶重疊，光吸收增加，使得發光材料的激發增強(Eex)係可預期。當發光材料的發射波長與電漿帶重疊，輻射衰減速度因激發發光材料與表面電漿子耦合而增加以增加量子效率，使得發射增強(Eem)係可預期。因此，若誘發金屬奈米粒子表面電漿帶與發光材料的吸收和發射光譜合適的重疊，發光材料的激發增強和發射增強可同時實行，藉此將磷光強度的增強最大化。
在本發明，係使用具有能形成雙電漿共振帶之外觀比的非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構。也就是說，電漿帶係藉由使用雙電漿共振帶而形成於LED晶片發射波長與發光材料吸收波長的位置，而其餘電漿共振帶係形成於發光材料發射波長的區域，藉此同時實行激發(吸收)增強與發射增強，且最終將磷光強度的增強最大化。
一般而言，係使用以由下而上方式之溶液製程來製備具有單一表面電漿帶的金屬奈米粒子，或使用以由上而下方式蝕刻金屬薄膜並分布在基板上所獲得的奈米結構。然而，要同時達到發光材料的激發增強和發射增強，將磷光強度的增強最大化是相當困難的。舉例而言，若球形奈米結構(奈米球)用在使用具有近紫外光或藍光波長以及黃光發光材料(像是釔鋁石榴石(Yttrium Aluminum Garnet,YAG))之LED晶片的白光LED中，奈米球的表面電漿帶一般會形成在400nm至500nm的區域，且LED晶片的近紫外光或藍光波長與黃光發光材料的吸收波長有效地重疊，造成黃光發光材料的吸收增加，使得激發增強係可預期。然而，因為黃光發光材料的發射波長與奈米結構的表面電漿帶並未彼此有效地重疊，可能未能預期內部量子效率的增加(也就是發射增強)，使得磷光強度的增強不能最大化。
然而，若金奈米粒子用在相同的白光LED，表面電漿帶係形成於500nm至600nm的區域，使得黃光發光材料的發射波長與金奈米粒子表面電漿帶可有效地彼此重疊，使上述之內部量子效率的增加(也就是發射增強)係可達成。然而，金奈米粒子的表面電漿帶可能不會與LED晶片的 近紫外光或藍光波長有效地重疊，使得藉由增加發光材料的吸收以達成激發增強係難以預期。
為了實施高色純度的白光LED，可使用兩種或更多種具有不同發射波長的藍、綠、紅或黃光發光材料。然而，在此情形，金屬奈米粒子或奈米結構的使用係形成單一的表面電漿帶，使不同發光材料的發射增強難以同時達成。因此，要達成具有高色純度和亮度的光轉換發光裝置是相當困難的。
同時，為了誘導使用金屬奈米粒子表面電漿共振的發光材料的發射增強，應考慮發光材料和金屬奈米粒子的位置，以及發光材料和金屬奈米粒子之間的距離，還有兩者間的光譜重疊。也就是說，藉由在金屬奈米粒子周圍形成的局部增加電場，為了使磷光強度的增強最大化，必須確保金屬奈米粒子和發光材料之間合適的距離。
舉例而言，在金屬奈米粒子和發光材料彼此位置非常接近的情形中，也就是相距5nm或更少的距離，發光材料因能量自激發的發光材料轉移至金屬奈米粒子表面而可能淬滅。然而，在金屬奈米粒子和發光材料彼此位置遠離的情形中，也就是相距1μm或更大的距離，發光材料可能不及於形成於金屬奈米粒子表面的電場，而難以達成磷光強度的增強。
若根據本發明應用非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構，金屬-介電質核殼奈米結構可使發光材料與金屬奈米粒子以介電殼厚度維持固定間隔，可預期在金屬奈米粒子表面發生局部電場增強，藉此提供具有磷光強度增強的發光裝置。
另外，非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構的介電殼在局部產生高溫熱的發光裝置中可維持非等向性金屬奈米粒子的形狀，且抑制能量從激發發光材料轉移至金屬奈米粒子的表面，藉此防止發光材料淬滅，且實行具改良發射效率及耐久性的發光裝置。
本發明藉由誘導可與具有外觀比之非等向性金屬奈米粒子- 介電質核殼奈米結構一起引入發光裝置的發光材料的發射增強，提供具有改良發射效率及耐久性的發光裝置。
本發明所使用的非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構涉及一種結構，其具有橫軸和縱軸之外觀比的奈米尺寸金屬粒子，構成核和以殼形式圍繞金屬粒子核的介電材料。
非等向性金屬奈米粒子可包含金屬，例如銀、金、鋁、銅、鋰、鈀、鉑或其合金。根據本發明的發光裝置，使用作為非等向性金屬奈米粒子之源材料的金屬種類可考慮光譜重疊而選擇，且外觀比可藉由根據發光裝置發射波長的位置、發光材料吸收和發射波長的位置所選擇金屬種類而調整。
舉例而言，為了增強具有於紫外光區的吸收和發射波長之發光材料的磷光強度，可有利地使用具有於紫外光區之電漿帶的鋁奈米粒子，或鋁和鋁以外之金屬的合金。同時，為了增強具有於可見光區的吸收和發射波長之發光材料的磷光強度，可有利地使用具有於可見光區之表面電漿帶的銀或金奈米粒子，或是銀或金和其他金屬的合金。
非等向性金屬奈米粒子一般可用由下而上的方法或由上而下的方法來製備。根據前者的方法，金屬前驅物、還原劑以及介面活性劑係混合以製備溶液。根據後者的方法，奈米粒子可以蝕刻金屬薄膜(例如用電子束微影)來製備。從製造成本的觀點，較佳應用由下到上的方法。非等向性金屬奈米粒子係用於藉由製備金屬晶種，然後使金屬晶種長成非等向性柱狀而形成奈米柱。在此，奈米柱的外觀比在製備奈米柱期間可使用參數(包含晶種尺寸、金屬晶種與金屬前驅物的相對比例、溶液的pH值、溫度等等)來控制。可選地，在製備奈米柱之後，奈米柱可被蝕刻，或金屬前驅物可加入以再生長。製備非等向性金屬奈米粒子以及控制外觀比的技術係為本領域所熟知，且非等向性金屬奈米粒子的具體製備過程係透過實施例來描述。
奈米粒子較佳具有橫向尺寸介於1nm及1μm之間的範圍，以及縱向尺寸介於1nm及1μm之間的範圍，且更佳具有橫向尺寸介於10nm及40nm之間的範圍，以及縱向尺寸介於10nm及400nm之間的範圍。此外，非等向性金屬奈米粒子具有介於1.1及10之間的外觀比。在前述範圍下，奈米粒子顯示相當高的散射率，其係有利於達成發光材料的發射增強。
在非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構中，介電材料的例子可包含二氧化矽(SiO2)、三氧化二鋁(Al2O3)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鎂(MgO)、二氧化鋯(ZrO2)、氧化鉛(PbO)、三氧化二硼(B2O3)、氧化鈣(CaO)及氧化鋇(BaO)，其係可根據介電材料的折射率和光學性質而使用。
根據本發明的非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構，在考慮金屬奈米粒子表面的強電場，介電殼較佳具有厚度介於1nm及1μm之間的範圍。若介電殼的厚度小於上述範圍，金屬奈米粒子與發光材料彼此的位置太近，會造成淬滅。若介電殼的厚度大於上述範圍，發光裝置可能位於偏離金屬奈米粒子表面所產生的電場，使得磷光強度的增強難以達成。
在本發明中，發光材料指的是根據發射機制，包含能表現螢光或磷光之半導體量子點的有機或無機材料。但本發明不限於此處列出的那些發光材料。為了達成高色純度白光LED，可使用單一發光材料或複數發光材料。
在本發明中，發光材料可包含具有近紫外光或藍光發射波長之半導體LED以及具有較LED更長的發射波長之發光材料的組合。
在本發明中，發出近紫外光或藍光的含氮半導體可用於發光裝置。此外，可使用發出紅光和綠光的各種發光裝置。
在本發明中，當形成發光裝置的發光層，非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構和發光材料可簡單混合，或具有發光材料和奈米結構彼此組合的複合物可引入以形成發光層。在形成複合物的情形，發 光材料可一直位於非等向性金屬奈米粒子周圍的增強電場，其係有利於達成磷光強度的增強。
根據本發明的光轉換發光裝置，為了達成發光裝置光源的發射波長、發光材料的吸收和發射波長，以及非等向性金屬奈米粒子或奈米結構的表面電漿帶之間合適的光譜重疊，表面電漿帶可藉由控制非等向性金屬奈米粒子的外觀比而調整。也就是說，表面電漿帶可藉由控制非等向性金屬奈米粒子的外觀比而調整，且當外觀比增加時，縱向帶朝較長波長區域移動。相較於縱向帶，在橫向帶沒有表現相當改變。因此，電漿帶根據構成光轉換白光發光裝置和發光材料的LED晶片的光譜，較佳藉由控制非等向性金屬奈米粒子的組成、尺寸及外觀比而調整。詳言之，基於非等向性金屬奈米粒子的縱軸和橫軸，兩種或更多種表面電漿共振帶受控制而延伸到近紫外光區、可見光區，以及近紅外光區，使光源的近紫外光或藍光波長與發光材料的吸收和發射波長之間的光譜重疊最佳化，藉此同時實行發光材料的激發增強和發射增強。
此外，使用兩種或更多種不同金屬所製備的核殼奈米粒子可用為本發明的奈米粒子，以提供發光裝置光源的發射波長、發光材料的吸收和發射波長，以及非等向性金屬奈米粒子或奈米結構的表面電漿帶之間合適的光譜重疊。
發光層可藉由將兩種或更多種具有不同的雙電漿共振帶的非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構和發光材料一起導入而形成。
此外，本發明亦可提供包含非等向性金屬奈米粒子的光轉換發光裝置，非等向性金屬奈米粒子具有與發光裝置光源的發射波長或發光材料的吸收和發射波長重疊之一表面電漿帶，以及與發光材料發射波長重疊之另一表面電漿帶。核殼奈米柱的橫向表面電漿帶與LED晶片的發射波長重疊，使得發光材料可有效地吸收LED晶片的激發光，且可達成激發增強。此外，發光材料的發射波長與核殼奈米柱的縱向表面電漿帶合適地 重疊，且內部量子效率的增加(也就是激發增強)係可達成。因此，發光材料的激發增強和發射增強可在同一時間實行，藉此將磷光強度的增強最大化。
當複數不同的發光材料用於發光層，本發明提供光轉換發光裝置，其包含與具有不同發射波長的兩種或更多種發光材料之吸收和發射波長重疊的兩種或更多種表面電漿共振帶的非等向性金屬奈米粒子或奈米結構。
在本發明，鑒於自非等向性金屬奈米粒子之消光光譜計算的散射效率和吸收效率的強度，較佳使用具有散射效率高於吸收效率的奈米粒子。在此情形，非等向性金屬奈米粒子的尺寸和外觀比係考慮用於奈米粒子消光之散射效率和吸收效率所決定，這是因為金屬奈米粒子的散射一般與發光材料磷光強度的增強有關。在奈米球的情形中，散射效率係與奈米粒子半徑的六次方(r6)成正比，而吸收效率係與發光材料的淬滅有關，且與奈米粒子半徑(r)的三次方(r3)成正比。因此，使用具有高散射率的非等向性金屬奈米粒子係有利於發光材料的發射增強。為了這個目的，非等向性金屬奈米粒子較佳具有橫向尺寸介於1nm及1μm之間的範圍，以及縱向尺寸介於1nm及1μm之間的範圍，且更佳具有橫向尺寸介於10nm及40nm之間的範圍，以及縱向尺寸介於10nm及400nm之間的範圍。此外，非等向性金屬奈米粒子具有介於1.1及10之間的外觀比。在前述範圍下，奈米粒子顯示相當高的散射率，且雙電漿共振帶可控制在可視光區域內，其係有利於達成發光材料的發射增強。
在下文中，本發明實施例的例子將會參考所附圖式詳細描述，使該內容可為本領域熟知者容易實現。
圖1a及圖1b係用於解釋根據本發明使用非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構，具有改良發射效率之光轉換白光發光裝置的概念的示意圖。具體而言，圖1a係示意性地繪示具有非等向性金屬奈米粒 子-介電質核殼奈米結構和發光材料彼此組合的複合物，且圖1b係示意性地繪示具有改良發射效率之發光裝置藉由引入複合物至發光層的原理。光轉換白光發光裝置可包含基板或LED晶片，發光材料及非等向性金屬奈米粒子-介電質的複合物以及透明高分子基質。
在圖1a中，自LED晶片產生的藍光(或近紫外光)係為發光材料所吸收並轉換為不被發光材料吸收的紅、綠、藍或具有長波長的黃光輻射，藉此實行LED晶片輻射色彩的白光。舉例而言，白光可透過使用具有黃色發射波長(如YAG或矽酸鹽)的非有機螢光粉與藍光(或近紫外光)LED之藍色與黃色發射波長的組合而實行。
此外，隨著最近所需的高色純度發光裝置，係使用具有紅、綠、藍之各種輻射色彩的半導體量子點。舉例而言，已有提出用於實行較高色純度白光LED的一種技術，藉由引入YAG或矽酸鹽為基礎的黃色非有機螢光粉作為發光材料。
在本發明，在市售的發光材料中，YAG螢光粉與磷化銦/硫化鋅量子點係用為滿足上述條件的發光材料，且可使用各種發光材料而不論所用材料的種類。
在本文中，發光材料的吸收、激發以及發射特性現在將參考圖2簡短地描述。圖2a係繪示YAG螢光粉的激發與發射光譜之圖形，其中最大吸收峰值係位在450nm，且最大發射峰值係位在540nm。圖2b係繪示磷化銦/硫化鋅量子點的吸收與發射光譜之圖形，其中吸收係自600nm或600nm以下開始，發射係自400nm明顯增加，且最大發射峰值係位在630nm。
在本發明，使用非等向性金屬奈米粒子的雙電漿共振現象以實行具有改良發射效率的白光LED。也就是說，為了實行以藍光LED晶片為基礎白光LED，係設計與合成非等向性金屬奈米粒子的電漿帶，使發光材料的吸收、激發以及發射波長與藍光LED晶片的發射波長之間得以有 效光譜重疊。
非等向性金屬奈米粒子可包含金屬，例如銀、金、鋁、銅、鋰、鈀、鉑及其合金。根據本發明的發光裝置，非等向性金屬奈米粒子的源金屬種類可考慮光譜重疊而選擇。非等向性金屬奈米粒子的源金屬種類可根據發光裝置發射波長的位置以及發光材料吸收和發射波長的位置而選擇，藉此調整外觀比。
圖3係繪示具有在近紫外光、可見光以及近紅外光區之兩種或更多種表面電漿帶的非等向性金屬奈米粒子的穿透式電子顯微影像。圖4係繪示對應穿透式電子顯微影像的紫外光-可見光光譜。
具體而言，圖3a係繪示藉由基於金晶種與加入的金前驅物一起生長而合成之金奈米柱的穿透式電子顯微影像，圖3b與圖3c係繪示藉由基於金奈米柱晶種與加入的銀前驅物所合成之金-銀核殼奈米柱。在圖3b與圖3c中，黑色部分表示金核，而圍繞金核的部分為銀殼。在本文中，銀殼的厚度可藉由控制成為核的金奈米柱與銀前驅物的相對比值而控制。隨著銀前驅物加入的量增加，銀殼的厚度自圖3b逐漸增加為圖3c所示。
圖4係繪示對應圖3所示穿透式電子顯微影像之非等向性金屬奈米粒子的紫外光-可見光光譜。具體而言，圖4a係繪示對應圖3a所示穿透式電子顯微影像之金奈米柱的紫外光-可見光光譜。金奈米柱具有橫向電漿帶(transverse band,T-band)與縱向電漿帶(longitudinal band,L-band)分別位於512nm及855nm。圖4b係繪示對應圖3b所示穿透式電子顯微影像之金奈米柱的紫外光-可見光光譜。每一金銀核殼奈米柱具有橫向電漿帶與縱向電漿帶分別位於450nm及600nm。圖4c係繪示對應圖3c所示穿透式電子顯微影像之金奈米柱的紫外光-可見光光譜。每一奈米柱具有橫向電漿帶與縱向電漿帶分別位於450nm及565nm。也就是說，奈米粒子的表面電漿帶可藉由調整金奈米柱與銀前驅物之相對比值而控制。
也就是說，如圖4a所示，從金奈米柱的表面電漿帶作為晶 種，隨著銀前驅物加入的量增加，奈米粒子的表面電漿帶逐漸朝短波長區移動，最後形成於可見光區且可準確地控制。
在本發明的實施例中，用於提供LED晶片和發光材料的吸收、激發以及發射波長與金屬奈米粒子的表面電漿帶之間的光譜重疊，使用金銀核殼奈米結構係作為舉例，本發明的觀點並不限於此。
圖5係示意性地繪示LED晶片和發光材料的吸收、激發與發射波長與非等向性金屬奈米粒子的表面電漿帶之間的光譜重疊。
如圖5 a所示，為了改善包含藍光LED晶片和YAG螢光粉的發光裝置的發射效率，係應用非等向性金屬奈米粒子。在此情形，較佳使用圖4c所示之可與藍光LED晶片和YAG螢光粉的光譜有效地重疊的金銀奈米柱。
如圖5 b所示，在包含藍光LED晶片和磷化銦/硫化鋅量子點的發光裝置中，較佳使用圖4b所示之可與藍光LED晶片和磷化銦/硫化鋅量子點的光譜有效地重疊的金銀奈米柱。
可選地，如圖5所示，每一LED晶片、發光材料以及非等向性金屬奈米粒子之間各自的組合，僅係提供用於光譜重疊最佳化的實施例之說明。透過不同發光材料和非等向性金屬奈米粒子的組合，發射效率的增強係可預期。
在本發明中，為了改良發光裝置的發射效率，在非等向性金屬奈米粒子和發光材料引入發光層之前，非等向性金屬奈米粒子表面係塗覆介電材料，藉此製造非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構。
奈米結構可使發光材料與金屬奈米粒子以介電殼厚度維持固定間隔，藉此可使發光材料位於金屬奈米粒子表面上的局部電場增強，且將磷光強度增強最大化。另外，奈米結構的介電殼在局部產生高溫熱的發光裝置中可維持非等向性金屬奈米結構的形狀，且抑制能量從激發發光材料轉移至金屬奈米粒子的表面，藉此防止發光材料淬滅。
在非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構，介電材料的例子可包含二氧化矽、三氧化二鋁、二氧化鈦、氧化鎂、二氧化鋯、氧化鉛、三氧化二硼、氧化鈣及氧化鋇，其係可根據介電材料的折射率和光學性質而使用。
圖6係繪示非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構的穿透式電子顯微影像。具體而言，圖6a和圖6 b係繪示金-銀-二氧化矽核殼殼奈米結構，其具有塗覆二氧化矽殼的奈米粒子表面以及使用圖3b及圖3c所示金銀奈米柱。形成非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構的方法將參考例示的例子來描述。
如圖6所示，黑色部分代表金核，圍繞金核的灰色部分代表銀殼，且圍繞銀殼相對灰白的部分代表二氧化矽殼
非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構與要引入發光裝置的發光層之發光材料可簡單混合，或與要引入的發光材料以奈米結構和發光材料之複合物的形式組合(見圖1b)。
如圖1 a所示，奈米結構和發光材料的複合物指的是非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構與發光材料之間非共價鍵相互作用的產物。
也就是說，奈米結構表面係使用包含官能基(例如胺基、硫醇及環氧化合物)的矽烷或鈦酸酯偶合劑來改性，然後與發光材料混合，藉此形成具有非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構與發光材料彼此組合的複合物。
舉例而言，奈米結構二氧化矽表面係使用具有胺基，例如3-氨基丙基-三甲氧基矽烷((3-Aminopropyl)trimethoxysilane,APTMS)，的矽烷偶合劑來改性，使得在二氧化矽表面發生矽烷化，且經由胺基和奈米結構的組合，透過對發光材料表面(例如YAG螢光粉或磷化銦/硫化鋅量子點)非共價鍵吸引而形成複合物。
此外，發光材料的表面可先以矽烷或鈦酸酯偶合劑來改性。在此情形，奈米結構和發光材料的複合物可以類似上述方式來製造。
在以此方式形成複合物的情形，發光材料可一直位於非等向性金屬奈米粒子周圍的強電場，其係有利於磷光強度的增強。
偶合劑具有包含至少兩種不同反應群之矽烷偶合劑[RnSiX4-n]或鈦酸酯偶合劑[RnTiX4-n]之結構，X係選自由烷氧基、醯氧基、胺基及氯所組成的群組之一個或更多個可水解的官能基，R係包含一個或更多個由胺基、硫醇及環氧化合物所組成的非水解官能基，且n係介於1至3之間的整數。
此外，正如非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構的殼，偶合劑亦可使發光材料和非等向性金屬奈米粒子彼此分隔一預定距離。
圖7係繪示包含非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構與一起引入其中之發光材料的溶液的發射光譜的圖形。具體而言，圖7係繪示包含非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構和發光材料彼此組合所形成的複合物溶液的發射光譜。在此，用於與藍光LED晶片組合激發波長係固定於442nm。
圖7 a係繪示具有圖6b所示之非等向性金屬奈米粒子-介電質奈米結構和YAG螢光粉彼此組合之溶液的發射光譜。在本文中，相較於沒有引入奈米結構的磷光強度(虛線表示)，有引入奈米結構的磷光強度(實線表示)在YAG螢光粉的最大發射峰值(亦即550nm)係增加約2.6倍。圖7 b係繪示具有圖6a所示之非等向性金屬奈米粒子-介電質奈米結構和磷化銦/硫化鋅量子點彼此組合之溶液的發射光譜。在本文中，相較於沒有引入奈米結構的磷光強度(虛線表示)，有引入奈米結構的磷光強度(實線表示)在磷化銦/硫化鋅量子點的最大發射峰值(亦即630nm)係增加約2.4倍。
同時，在使用等向性金屬奈米球的情形，等向性金屬奈米 球表現與非等向性金屬不同的特性。圖8a係繪示金屬奈米球-介電質核殼奈米結構的穿透式電子顯微影像，其中黑色部分代表金奈米球而圍繞金奈米球相對亮的部分代表二氧化矽殼。不像非等向性金屬奈米粒子，圖8b係繪示金屬奈米球在約530nm的單一電漿帶。用於形成金屬奈米球-介電質核殼奈米結構的方法將透過比較例詳細描述。
圖9係繪示包含金屬奈米球-介電質核殼奈米結構與彼此組合之發光材料之複合物的溶液(如圖8所示)的發射光譜的圖形，其係藉由與非等向性奈米粒子和發光材料耦合之相同方法來製造。在此，激發波長係固定於442nm，以與使用非等向性奈米結構的情形做比較。
圖9 a係繪示具有圖8a所示之等向性金屬奈米粒子-介電質奈米結構和YAG螢光粉彼此組合之溶液的發射光譜。不像圖7a，YAG螢光粉的磷光強度沒有明顯變化，且當引入奈米結構時，磷光強度(虛線表示)在YAG螢光粉的最大發射峰值(亦即550nm)係稍微減小。如圖9b中使用磷化銦/硫化鋅量子點所確認，當引入奈米結構，磷光強度(實線表示)正如圖9a所示情形，在約630nm係稍微減小。
也就是說，等向性金屬奈米球一般係用於發光材料的激發增強或發射增強。藉由適當調整材料、尺寸、形狀、使用的奈米粒子的激發性質、發光材料表面電漿帶的吸收、與發射波長的光譜重疊或與激發的光譜重疊，發光材料磷光強度的增強係可預期。
同時，即使使用具有相同形狀的非等向性金屬奈米粒子，透過圖7所示之包含非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構和發光材料之複合物實行的發射增強係不能預期，除非金屬奈米粒子和發光材料之間的距離適當地調整。圖10係繪示包含無介電殼之非等向性金屬奈米粒子(如圖3所示)與一起引入之發光材料之複合物溶液的發射光譜的圖形。在此，激發波長係固定於442nm，以與使用非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構和發光材料做比較。詳細的實驗方法將透過比較例詳細描述。
圖10a係繪示具有圖3c所示之非等向性金屬奈米粒子和YAG螢光粉彼此組合之溶液的發射光譜之溶液的發射光譜。如圖10a所確認，磷光強度在無介電殼YAG螢光粉的最大發射峰值(亦即550nm)係減小。圖10b係繪示具有圖3b所示之非等向性金屬奈米粒子和磷化銦/硫化鋅量子點彼此組合之溶液的發射光譜之溶液的發射光譜。如圖10b所確認，磷光強度(實線表示)正如圖10a所示情形，在約630nm減小。
也就是說，在使用無介電質二氧化矽殼塗覆之非等向性金屬奈米粒子的情形，發光材料可能因能量自激發的發光材料轉移至金屬奈米粒子表面而淬滅。因此，為了防止發光材料在發光材料發射增強最佳化時淬滅，有利地使用圖6所示之非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構。
可與光轉換白光發光裝置使用的發光材料，無論是有機或無機的發光材料種類，可包含致能磷光強度增強的發光材料，包含半導體量子點。為了達成高色純度白光LED，可使用單一發光材料或複數發光材料。在光轉換白光發光裝置中，發光材料可使用發出近紫外光或藍光之含氮的半導體材料。此外，各種能發射紅光、綠光等的發光材料亦可使用。
為了使用非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構製造具有增強發射效率的光轉換白光發光裝置，合成的非等向性金屬奈米粒子-介電質奈米結構與發光材料係與透光聚合物(例如聚甲基丙烯酸甲脂、環氧化合物或矽氧樹脂)混合，以形成薄膜，且該薄膜係位於近紫外光或藍光LED晶片上。可選地，為了製造光轉換白光發光裝置，混合溶液可均勻地塗覆於LED晶片，其將會舉例詳細描述。
如圖1b所示，在透過近紫外光或藍光LED晶片和黃光發光材料的組合而實行白光LED的情形，金-銀-二氧化矽奈米粒子和發光材料係散佈於位在發光層上的透明聚合物基材中。在本文中，非等向性金屬奈米粒子不限於金銀核殼奈米結構，且用於形成兩種或更多種在近紫外光 或可見光區之表面電漿帶的金屬奈米粒子可用為非等向性金屬奈米粒子。同時，在實行高色純度白光LED的情形，具有不同發射波長的複數發光材料可引入發光層。
在此情形，如圖11所示，發光材料可藉由製備非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構和綠光發光量子點的複合物，或是非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構和紅光發光量子點的複合物而形成。可選地，發光層可藉由製備金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構和黃光發光無機螢光粉的複合物，或是金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構和紅光發光量子點的複合物而形成。與圖1b所示情形類似的方式，可藉由形成白光LED製造具有改良發射效率之高色純度白光LED。
範例 範例1：合成非等向性金屬奈米粒子
具有外觀比的非等向性金屬奈米粒子被合成以形成用於控制表面電漿帶的金奈米柱。首先，合成金晶種。為了這個目的，加入硼氫化鈉(NaBH4)(0.01M,0.6ml)至四氯合金酸(HAuCl4)(0.01M,0.25ml)和溴化十六烷基三甲銨(CTAB)(0.1M,9ml)的混合溶液中。接著劇烈攪拌2分鐘並將生成物儲存於維持29℃的恆溫箱2小時。接著，製備金奈米柱成長溶液。當攪拌四氯合金酸(0.01M,2ml)、硝酸銀(AgNO3)(0.01M,0.4ml)和溴化十六烷基三甲銨(0.1M,40ml)的混合溶液時，將抗壞血酸(0.1M,0.32ml)和氯化氫(1.0M,0.8ml)的水溶液依序加入混合溶液中。當持續攪拌混合溶液，將0.01ml製備的晶種溶液加入生成物。又攪拌10秒後，停止攪拌然後儲存於維持29℃的恆溫箱6小時。
為了將雙電漿共振帶精確控制於可見光區，係合成金銀核殼奈米結構。金奈米柱溶液以10000rpm離心30分鐘，將上層流體倒掉，收集沈澱層，並且將收集的沈澱層重新分散於氯化十六烷基三甲銨(CTAC)(0.08M,40ml)溶液中。10ml的金奈米柱溶液係加到硝酸銀(0.01M, 2ml)和抗壞血酸(0.1M,0.5ml)的水溶液中，接著使生成物未受擾動於維持在80℃的油浴中3小時，藉此合成圖3b所示之金銀核殼奈米結構。在反應中，硝酸銀(0.01M,3ml)和抗壞血酸(0.1M,0.5ml)水溶液的加入造成合成圖3c所示之金銀核殼奈米結構。銀殼的厚度係可藉由調整加入硝酸銀的量而調整。金銀奈米柱溶液以8000rpm離心30分鐘，將上層流體倒掉，收集沈澱層，並且將收集的沈澱層重新分散於三蒸水中。
範例2：合成非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構
製備在範例1中合成之包含0.1wt%的金銀非等向性奈米柱水溶液。用於塗覆二氧化矽，10μl的硫醇丙烷基三乙氧基矽烷(MPTMS)溶液和1ml乙醇的混合溶液加到金銀非等向性奈米柱溶液，接著攪拌2小時。將矽酸鈉溶液(2.0M,40μl)加到混合溶液中並於室溫中攪拌24小時，藉此合成金-銀-二氧化矽核殼奈米結構。
金-銀-二氧化矽奈米粒子溶液以5000rpm離心30分鐘，將上層流體倒掉，收集沈澱層，並且收集沈澱層然後重新分散於乙醇中。
範例3：製備非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構和發光裝置之複合物以及評估發射性質
20μl的3-氨基丙基-三甲氧基矽烷係加入至範例2所合成之包含金-銀-二氧化矽核殼奈米粒子分散的乙醇溶液，接著於室溫中攪拌24小時且以5000rpm離心30分鐘，將上層流體倒掉，收集沈澱層，並且收集沈澱層然後分散於四氫呋喃(THF)溶劑中。
將YAG螢光粉或磷化銦/硫化鋅量子點加入生成物溶液並攪拌2小時。在此，YAG螢光粉或磷化銦/硫化鋅量子點加入的量可在0.001wt%及50wt%之間的範圍。
為了分析混合溶液磷光強度的變化，係使用光激發螢光光 譜。為了分析溶液的發射，使用氦鎘雷射作為激發光源，且激發波長固定於442nm。
含有引入金-銀-二氧化矽奈米粒子的溶液及不含金-銀-二氧化矽奈米粒子的溶液係於442nm激發，以測量發射光譜及觀察磷光強度的變化。然後測量如圖7繪示的發射光譜。如圖7所示，根據本發明引入含有奈米粒子的溶液較未含奈米粒子的溶液展現較高的發射效率。
比較例1：合成球形等向性金屬奈米粒子
為了合成金奈米球，首先製備金晶種。為了這個目的，加入硼氫化鈉(0.01M,0.6ml)至四氯合金酸(0.01M,0.25ml)和溴化十六烷基三甲銨(0.1M,7.5ml)的混合溶液中。接著劇烈攪拌2分鐘並將生成物儲存於維持29℃的恆溫箱2小時。接著，製備金奈米粒子成長溶液。將抗壞血酸(0.1M,3.8ml)的水溶液攪拌加入四氯合金酸(0.01M,0.8ml)、溴化十六烷基三甲銨(0.1M,6.4ml)和水(32ml)的混合溶液中。當持續攪拌混合溶液，將合成晶種溶液10倍稀釋，接著加入0.06ml的稀釋溶液。又攪拌10秒後，停止攪拌然後儲存於維持29℃的恆溫箱6小時，藉此合成圖8a所示的金奈米粒子。
比較例2：合成球形等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構
製備在比較例1中合成之包含0.1wt%的金奈米粒子水溶液。用於塗覆二氧化矽，10μl的硫醇丙烷基三乙氧基矽烷(MPTMS)溶液和1ml乙醇的混合溶液加到金奈米粒子溶液，接著攪拌2小時。將矽酸鈉溶液(2.0M,40μl)加到混合溶液中並於室溫中攪拌24小時，藉此合成金-二氧化矽核殼奈米結構。
金-二氧化矽奈米結構溶液以10000rpm離心30分鐘，將上層流體倒掉，收集沈澱層，並且收集沈澱層然後重新分散於乙醇中。
比較例3：製備球形等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構和發光裝置之複合物以及評估發射性質
20μl的3-氨基丙基-三甲氧基矽烷係加入至比較例2所合成之包含0.1wt%金-二氧化矽核殼奈米結構的乙醇溶液，接著於室溫中攪拌24小時且以10000rpm離心30分鐘，將上層流體倒掉，收集沈澱層，並且收集沈澱層以分散於四氫呋喃溶劑中。將YAG螢光粉或磷化銦/硫化鋅量子點加入生成物溶液並攪拌2小時。在此，YAG螢光粉或磷化銦/硫化鋅量子點加入的量可在0.001wt%及50wt%之間的範圍。
為了分析混合溶液磷光強度的變化，係使用光激發螢光光譜。為了分析溶液的發射，使用氦鎘雷射作為激發光源，且激發波長固定於442nm。
含有引入金-二氧化矽奈米粒子的溶液及不含金-二氧化矽奈米粒子的溶液係於442nm激發，以測量發射光譜及觀察磷光強度的變化。然後測量如圖9繪示的發射光譜。
比較例4：製備無介電質殼非等向性金屬奈米粒子和發光裝置之複合物以及評估發射性質
範例1所合成之包含非等向性金屬-二氧化矽奈米粒子分散的水溶液係以10000rpm離心30分鐘，將上層流體倒掉，收集沈澱層，並且收集沈澱層然後分散於四氫呋喃溶劑中。
將YAG螢光粉或磷化銦/硫化鋅量子點加入生成物溶液並攪拌2小時。在此，YAG螢光粉或磷化銦/硫化鋅量子點加入的量可在0.001wt%及50wt%之間的範圍。
為了分析混合溶液磷光強度的變化，係使用光激發螢光光譜。為了分析溶液的發射，使用氦鎘雷射作為激發光源，且激發波長固定於442nm。
含有引入金-二氧化矽奈米粒子的溶液及不含金-二氧化矽奈米粒子的溶液係於442nm激發，以測量發射光譜及觀察磷光強度的變化。然後測量如圖10繪示的發射光譜。
由範例和比較例所得知，根據本發明，相較於使用非核殼結構之金屬奈米球或金屬奈米柱的情形，在使用包含非等向性金屬奈米粒子，其具有能形成兩種或更多種表面電漿共振帶之外觀比的非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構的情形，可同時誘發發光材料的激發增強和發射增強。此外，因為金屬-介電質核殼奈米結構可使發光材料與金屬奈米粒子以介電殼厚度維持固定間隔，故可預期在金屬奈米粒子表面發生局部電場增強。另外，非等向性金屬奈米粒子的形狀可維持在核殼結構之內，藉此達成具有改良發射效率及耐久性的發光裝置。
雖然本發明已參照例示範例具體顯示和說明，本領域具有通常知識者將理解在不脫離由下列申請專利範圍所定義之本發明之精神和範圍下，可對形式或細節作各種變化。因此本發明實施例在各種觀點考量下係敘述而非限制，參考所附申請專利範圍，而非參考前述說明書來指明發明範圍。

Claims (19)

  1. 一種發光裝置，包含：非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構，包含非等向性金屬奈米粒子，其具有能形成兩種或更多種表面電漿共振帶之外觀比，以及塗覆在金屬奈米粒子表面上的一介電殼；以及一發光材料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該非等向性金屬奈米粒子的表面電漿共振帶的其中之一與一近紫外光或一藍光光源的發射波長重疊，且另一與該發光材料的發射波長重疊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該非等向性金屬奈米粒子係具有兩種或更多種存在於一核殼結構中之不同金屬的奈米粒子。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該非等向性金屬奈米粒子係金屬奈米柱，每一個金屬奈米柱於縱軸及橫軸具有不同長度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該非等向性金屬奈米粒子係兩種或更多種不同金屬的合金。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該非等向性金屬奈米粒子包含一種或更多種選自由銀、金、鋁、銅、鋰、鈀、鉑及其合金所組成的群組。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該非等向性金屬奈米粒子具有橫向尺寸介於1nm及1μm之間的範圍內，以及縱向尺寸介於1nm及1μm之間的範圍內。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該非等向性金屬奈米粒子具有外觀比介於1.1及10之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構的介電材料包含一種或更多種選自由二氧化矽、三氧化二鋁、二氧化鈦、氧化鎂、二氧化鋯、氧化鉛、三氧化二硼、氧化 鈣及氧化鋇所組成的群組。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構的介電殼具有厚度介於1nm及1μm之間的範圍內。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構係於其表面與該發光材料組合以形成一發光層，或該發光材料係於其表面與該非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構組合以形成一發光層。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該非等向性金屬奈米粒子之該表面電漿共振帶的其中之一係形成於300nm~480nm的區域，另一則形成於500nm~700nm的區域。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構包含兩種或更多種非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中在該非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈米結構中的介電殼的表面或該發光材料的表面係使用包含至少兩個活性不同的官能基的矽烷偶合劑或鈦酸酯偶合劑來改性。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之發光裝置，其中該矽烷偶合劑具有[RnSiX4-n]之結構，該鈦酸酯偶合劑具有[RnTiX4-n]之結構，X係選自由烷氧基、醯氧基、胺基及氯所組成的群組之一個或更多個，R係包含一個或更多個由胺基、硫醇及環氧化合物所組成的官能基，且n係介於1至3之間的整數。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該非等向性金屬奈米粒子形成兩種或更多種表面電漿共振帶，其具有與該發光材料之吸收和發射波長以及該發光裝置之光源的發射波長重疊的頻譜。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該發光裝置包含兩個或更多個發光材料，以及兩個或更多個非等向性金屬奈米粒子-介電質核殼奈 米結構。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該發光裝置包含一發光層，且該發光層係由包含該非等向性金屬奈米粒子-介電質奈米結構、該發光材料，以及聚甲基丙烯酸甲脂、環氧化合物、矽氧樹脂或其混合物的塗佈組合物所形成。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該發光材料係具有螢光或磷光特性的有機材料、半導體量子點材料、無機材料或其組合。
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