发光器件、用于发光器件的光学元件、以及方法_4

文档序号:9927720阅读:来源:国知局
粒。
[0293] 在根据本发明的发光器件的某些实施方式中,其中上述发光器件包括例如一个或 多个光源(其包括一个或多个发灰白色光LED)和光学元件,该光学元件包括包含量子约束 半导体纳米颗粒的光学材料,其中上述量子约束半导体纳米颗粒能够发射在澄色至红色光 谱区中的光,将在澄色至红色光谱区中的发射加入发光器件的光输出。
[0294] 在某些实施方式中,添加具有在约575nm至约650nm的光谱范围内的预定发射波长 的纳米颗粒可W改善发射自发光器件的白光的流明/瓦效率而没有增加其功率需求。
[02%]在某些实施方式中,通过光学元件的光源的一个或多个光谱亏量的补偿可W改变 来自光源的光输出W实现具有相关色溫(CCT)的白光。在某些实施方式中,白光可W具有预 定CCT。在某些实施方式中,发白光发光器件的白光输出可W具有至少约2000K的CCT。在某 些实施方式中,发白光发光器件的白光输出可W具有至少约2500K的CCT。在某些实施方式 中,发白光发光器件的白光输出可W具有至少约3000K的CCT。在某些实施方式中,发白光发 光器件的白光输出可W具有至少约4000K的CCT。在某些实施方式中,发白光发光器件的白 光输出可W具有至少约5000K的CCT。
[0296] 如在本文中所使用的,一般显色指数(其可W缩写为Ra)是指显色指数的常见定 义,作为8个标准色样品(Ri-S)的平均值。如在本文中所使用的,R9是指第九个标准色样品 (强红光),如由国际照明委员会(CIE)提出的。
[0297] 在根据本发明的发光器件的某些实施方式中,其中上述发光器件包括光源,其包 括发灰白色光LED,和光学元件,其包括光学材料,该光学材料包括发澄色光(例如,约575nm 至约595nm)的量子约束半导体纳米颗粒,将澄光发射分量加入发光器件的光输出。
[0298] 在某些实施方式中,添加具有在澄色光谱区中的预定发射波长的纳米颗粒可W改 善发射自发光器件的白光的流明/瓦效率而没有增加其功率需求。
[0299] 在根据本发明的发光器件的某些实施方式中,其中上述发光器件包括例如光源, 其包括发灰白色光LED,和光学元件,其包括光学材料,该光学材料包括发青色光的量子约 束半导体纳米颗粒,将青光发射分量加入发光器件的光输出。
[0300] 在某些实施方式中,添加具有青色光谱区中的预定发射波长的纳米颗粒可W改善 发射自发光器件的白光的流明/瓦效率而没有增加其功率需求W及CRI。
[0301 ]在某些实施方式中,光源包括一个或多个光源。
[0302]在某些实施方式中,光源包括一个或多个固态半导体发光二极管。
[0303] 按照本发明的另一个方面,提供了用于从发射灰白色光的光源产生具有预定CRI 的白光的光学元件,其中灰白色光包括光谱输出,该光谱输出包括在从约360皿至约475皿 的第一光谱区中的至少一个谱分量、在从约475nm至约575nm的第二光谱区中的至少一个谱 分量、和在至少一个其他光谱区中的亏量,光学元件包括光学材料,用于将来自灰白色光源 的光输出的至少一部分转换成一个或多个不同的预定波长,W致产生自光学元件的光包括 白光,其中光学材料包括量子约束半导体纳米颗粒。
[0304] 在某些实施方式中,灰白色光包括蓝色光谱分量和绿色和/或黄色光谱分量并且 进一步包括在光谱的另一个区中的至少一个光谱亏量。
[0305] 在某些实施方式中,光源包括一个或多个光源。
[0306] 在某些实施方式中,光源包括一个或多个固态半导体发光二极管。
[0307] 在某些实施方式中,白光具有预定CRI。在某些实施方式中,预定CRI是至少75。在 某些实施方式中,预定CRI是至少80。在某些实施方式中,预定CRI是至少85。在某些实施方 式中,预定CRI是至少90。在某些实施方式中,预定CRI是至少95。
[0308] 在某些优选实施方式中,选择预定波长W满足或补偿在光源的光谱区中的亏量, 例如,通过补充在至少一个光谱亏量区中的光源的光输出。
[0309] 在某些实施方式中,例如,其中光源发射在澄色至红色光谱区中具有光谱亏量的 灰白色光,预定波长可W是在约575nm至约65化m、约580皿至630加1、约590皿至约630皿、约 605nm至620nm等的范围内。
[0310] 在某些实施方式中,例如,其中光源发射在青色光谱区中具有光谱亏量的灰白色 光,光学材料可W包括一种或多种不同类型的量子约束半导体纳米颗粒,其可W在约450nm 至约500nm的范围中的一个或多个预定波长下发射。
[0311] 在某些实施方式中,光学元件包括光学材料,该光学材料包括一种或多种不同类 型的量子约束半导体纳米颗粒(基于组成、结构和/或尺寸),其中每种不同类型的量子约束 半导体纳米颗粒发射预定波长的光,其中上述预定波长不同于由包括在光学材料中的任何 其他类型的量子约束半导体纳米颗粒发射的预定波长,W及其中选择一个或多个不同的预 定波长,W致光学材料将补偿预期的灰白色光源的一个或多个光谱亏量。
[0312] 在包括一种或多种不同类型的量子约束半导体纳米颗粒(其在不同预定波长下发 射)的某些实施方式中,不同类型的量子约束半导体纳米颗粒可W包括在一种或多种不同 光学材料中。
[0313] 在包括两种或更多种不同类型的量子约束半导体纳米颗粒(其在不同预定波长下 发射)的某些实施方式中,不同类型的量子约束半导体纳米颗粒可W包括在两种或两种W 上不同光学材料中。
[0314] 在包括两种或两种W上不同光学材料的某些实施方式中,上述不同光学材料可 W,例如,作为分层设置的单独层和/或包括为图案化层的单独部分被包括。
[0315] 在其中灰白色光源具有一个W上光谱亏量的某些实施方式中,可W通过在至少红 色光谱区中寻址光谱亏量来实现所期望的白光输出。
[0316] 在某些实施方式中,通过光学元件的光源的一个或多个光谱亏量的补偿可W改变 来自光源的光输出W实现具有一般显色指数(Ra)的白光。在某些实施方式中,CRI是至少 75。在某些实施方式中,CRI是至少80。在某些实施方式中,CRI是至少85。在某些实施方式 中,CRI是至少90。在某些实施方式中,CRI是至少95。
[0317] 在某些优选实施方式中,白光输出可W具有为正数的R9值。更优选地,R9值是至少 50。最优选地,R9值大于80。
[0318] 在某些实施方式中,由发白光器件发射的白光可W具有预定CRI。在某些实施方式 中,预定CRI是至少75。在某些实施方式中,预定CRI是至少80。在某些实施方式中,预定CRI 是至少85。在某些实施方式中,预定CRI是至少90。在某些实施方式中,预定CRI是至少95。
[0319] 在某些实施方式中,通过光学元件的光源的一个或多个光谱亏量的补偿可W改变 来自光源的灰白色光输出W实现具有相关色溫(CCT)的白光。在某些实施方式中,白光可W 具有预定CCT。在某些实施方式中,发白光发光器件的白光输出可W具有至少约2000K的 CCT。在某些实施方式中,发白光发光器件的白光输出可W具有至少约2500K的CCT。在某些 实施方式中,发白光发光器件的白光输出可W具有至少约3000K的CCT。在某些实施方式中, 发白光发光器件的白光输出可W具有至少约4000K的CCT。在某些实施方式中,发白光发光 器件的白光输出可W具有至少约5000K的CCT。
[0320] 在某些实施方式中,通过使用光学元件,在约2500K至约3500K的范围内,CCT的改 变并不显著影响产生自灰白色光源的白光的流明/瓦效率。例如,当在约2500K至约3500K的 范围内改变CCT时,流明/瓦效率并不相差大于10个百分点(相对于10%的初始流明/瓦效率 值)。
[0321] 在某些优选实施方式中,量子约束半导体纳米颗粒包括半导体纳米晶体。
[0322] 在某些实施方式中,量子约束半导体纳米颗粒具有至少40%的固态量子效率。在 某些实施方式中,量子约束半导体纳米颗粒具有至少50%的固态量子效率。在某些实施方 式中,量子约束半导体纳米颗粒具有至少60 %的固态量子效率。在某些实施方式中,量子约 束半导体纳米颗粒具有至少70%的固态量子效率。在某些实施方式中,量子约束半导体纳 米颗粒具有至少80%的固态量子效率。在某些实施方式中,量子约束半导体纳米颗粒具有 至少90 %的固态量子效率。
[0323] 在某些实施方式中,在光学元件的使用期间,量子约束半导体纳米颗粒维持至少 40%的效率。
[0324] 在某些实施方式中,光学材料包括能够发射红光的量子约束半导体纳米颗粒。在 某些实施方式中,光学材料包括能够发射在澄色至红色光谱区中的光的量子约束半导体纳 米颗粒。
[0325] 在某些实施方式中,光学材料进一步包括其中分布有量子约束半导体纳米颗粒的 基质材料。在某些实施方式中,量子约束半导体纳米颗粒包括在光学材料中,用量为基质材 料的重量的约0.001至约5重量百分比。在某些实施方式中,量子约束半导体纳米颗粒包括 在光学材料中,用量为基质材料的重量的约0.5至约3重量百分比。在某些实施方式中,量子 约束半导体纳米颗粒包括在光学材料中,用量为基质材料的重量的约1至约3重量百分比。 在某些实施方式中,量子约束半导体纳米颗粒包括在光学材料中,用量为基质材料的重量 的约1至约2重量百分比。
[0326] 在光学材料进一步包括基质材料的某些实施方式中,量子约束半导体纳米颗粒可 W包括在光学材料中,用量大于基质材料的约5重量百分比。例如,基于基质材料的重量,光 学材料可W包括约5至约20重量百分比的量子约束半导体纳米颗粒、约5至约15重量百分比 的量子约束半导体纳米颗粒、约5至约10重量百分比的量子约束半导体纳米颗粒等。
[0327] 在光学材料中量子约束半导体纳米颗粒的在上述范围W外的其他浓度也可W被 确定为可用或需要的。
[0328] 在某些实施方式中,光学材料进一步包括光散射体。
[0329] 在某些实施方式中,光散射体包括光散射颗粒。
[0330] 在某些实施方式中,光散射颗粒包括在光学材料中,用量为基质材料的重量的约 0.0 Ol至约5重量百分比。在某些实施方式中,光散射颗粒包括在光学材料中,用量为基质材 料的重量的约0.25至约4重量百分比。在某些实施方式中,光散射颗粒包括在光学材料中, 用量为基质材料的重量的约0.5至约3重量百分比。在某些实施方式中,光散射颗粒包括在 光学材料中,用量为基质材料的重量的约0.5至约2重量百分比。在某些实施方式中,光散射 颗粒包括在光学材料中,用量为基质材料的重量的约1至约2重量百分比。
[0331 ]在某些实施方式中,光散射颗粒包括在光学材料中,用量大于基质材料的约5重量 百分比。例如,基于基质材料的重量,光学材料可W包括约5至约20重量百分比的光散射颗 粒、约5至约15重量百分比的光散射颗粒、约5至约10重量百分比的光散射颗粒等。
[0332] 在光学材料中光散射颗粒的在上述范围W外的其他浓度也可W被确定为可用或 需要的。
[0333] 在某些实施方式中,光学元件进一步包括支撑元件。优选地,支撑元件对于发射自 光源的光和对于发射自纳米颗粒的光是光学透明的。
[0334] 在某些实施方式中,包括支撑元件的光学元件可W用作发光器件的盖板。
[0335] 在某些实施方式中,支撑元件包括发光器件的光扩散组件。
[0336] 在某些实施方式中,支撑元件是刚性的。
[0337] 在某些实施方式中,支撑元件是柔性的。
[0338] 在某些实施方式中,可W基于特定的最终用途(例如,灯、发光器件、照明器材、或 其他器具或器件)来选择支撑元件的几何形状和尺寸。
[0339] 在某些实施方式中,将包含量子约束半导体纳米颗粒的光学材料设置在支撑元件 的表面的至少一部分上。在某些实施方式中,将包含量子约束半导体纳米颗粒的光学材料 设置在支撑元件的主要表面的至少一部分上。在某些实施方式中,将光学材料设置在支撑 元件和保护涂层或覆盖层(其对于由光源和光学材料发射的光是光学透明的)之间。
[0340] 在某些实施方式中,将光学材料设置为在支撑元件的表面的预定面积上的一层或 多层。
[0%1]在某些实施方式中,上述层包括光学材料,其进一步包括其中分布有量子约束半 导体纳米颗粒的基质材料。在某些实施方式中,基于基质材料的重量,上述层包括约0.001 至约5重量百分比的量子约束半导体纳米颗粒。
[0342] 在某些实施方式中,基于基质材料的重量,上述层包括大于约5重量百分比的量子 约束半导体纳米颗粒。例如,基于基质材料的重量,上述层可W包括约5至约20重量百分比 的量子约束半导体纳米颗粒、约5至约15重量百分比的量子约束半导体纳米颗粒、约5至约 10重量百分比的量子约束半导体纳米颗粒等。
[0343] 在上述层中量子约束半导体纳米颗粒的在上述范围W外的其他浓度也可W被确 定为可用或需要的。
[0344] 在某些实施方式中,上述层进一步包括光散射体。
[0345] 在某些实施方式中,光散射体包括在层中,用量为基质材料的重量的约0.001至约 5重量百分比。
[0346] 在某些实施方式中,基于基质材料的重量,上述层包括大于约5重量百分比的光散 射颗粒。例如,基于基质材料的重量,上述层可W包括约5至约20重量百分比的光散射颗粒、 约5至约15重量百分比的光散射颗粒、约5至约10重量百分比的光散射颗粒等。
[0347] 在上述层中光散射颗粒的在上述范围W外的其他浓度也可W被确定为可用或需 要的。
[0348] 在某些实施方式中,包括光学材料(其包括基质材料)的层的厚度为,例如,约0.1 微米至约1cm。在某些实施方式中,包括光学材料(其包括基质材料)的层的厚度为约0.1至 约200微米。在某些实施方式中,包括光学材料(其包括基质材料)的层的厚度为约10至约 200微米。在某些实施方式中,包括光学材料(其包括基质材料)的层的厚度为约30至约80微 米。
[0349] 在某些实施方式中,灰白色光包括蓝色光谱分量和绿色和/或黄色光谱分量并且 进一步包括在光谱的另一区中的至少一个光谱亏量。
[0350] 在某些运样的实施方式中,光学元件可W将在蓝色光谱区中的至少10%的发射转 换成一个或多个预定波长。
[0351] 在某些运样的实施方式中,光学元件可W将在蓝色光谱区中的至少30%的发射转 换成一个或多个预定波长。
[0352] 在某些运样的实施方式中,光学元件可W将在蓝色光谱区中的至少60%的发射转 换成一个或多个预定波长。
[0353] 在某些运样的实施方式中,量子约束半导体纳米颗粒转换在蓝色光谱区中的不大 于95 %的发射。
[0354] 在某些运样的实施方式中,量子约束半导体纳米颗粒转换在蓝色光谱区中的不大 于90 %的发射。
[03W] 在某些运样的实施方式中,光学元件可W将在蓝色光谱区中的约50%至约80%的 发射转换成一个或多个预定波长。
[0356] 在某些运样的实施方式中,光学元件可W将在蓝色光谱区中的约60%至约80%的 发射转换成一个或多个预定波长。
[0357] 在某些实施方式中,包括在光学材料中的量子约束半导体纳米颗粒是无儒的。
[0358] 在某些实施方式中,包括在光学材料中的量子约束半导体纳米颗粒包括HI-V半导 体材料。
[0359] 在某些实施方式中,包括在光学材料中的量子约束半导体纳米颗粒包括半导体纳 米晶体,其包括包含半导体材料的核和设置在核表面的至少一部分上的无机壳。
[0360] 在某些实施方式中,至少部分地封装光学材料。
[0361 ]在某些实施方式中,完全封装光学材料。
[0362]按照本发明的另一个方面,提供了适合于接收一个或多个光源的照明器材,其中 照明器材包括光学元件,该光学元件相对于一个或多个光源的位置被定位在照明器材中, W致在光输出发射自照明器材W前由一个或多个光源产生的光的至少一部分传入光学元 件,其中光学元件包括本文教导的光学元件。
[0363] 在某些实施方式中,照明器材包括适合于接收一个或多个光源的外罩,其中光学 元件相对于一个或多个光源的位置被定位在照明器材中W接收至少一部分的、W及优选所 有的由一个或多个光源发射的光。
[0364] 在某些实施方式中,光源包括发灰白色光LED。在某些运样的实施方式中,来自照 明器材的光输出是具有CRI的白光。在某些实施方式中,CRI是至少75。在某些实施方式中, CRI是至少80。在某些实施方式中,CRI是至少85。在某些实施方式中,CRI是至少90。在某些 实施方式中,CRI是至少95。
[0365] 在某些优选实施方式中,白光输出可W具有为正数的R9值。更优选地,R9值是至少 50。最优选地,R9值大于80。
[0366] 在某些实施方式中,由发白光器件发射的白光可W具有预定CRI。在某些实施方式 中,预定CRI是至少75。在某些实施方式中,预定CRI是至少80。在某些实施方式中,预定CRI 是至少85。在某些实施方式中,预定CRI是至少90。在某些实施方式中,预定CRI是至少95。
[0367] 在某些实施方式中,来自照明器材的光输出是具有预定CCT的白光。在某些实施方 式中,CCT是至少2000K。在某些实施方式中,预定CCT是至少2500K。在某些实施方式中,预定 CCT是至少3000K。在某些实施方式中,预定CCT是至少4000K。在某些实施方式中,预定CCT是 至少5000K。按照本发明的又一方面,提供了供照明器材(用于一个或多个光源)使用的盖 板,其中盖板适合附着于照明器材W接收发射自一个或多个光源的光的至少一部分,W及 盖板包括本文描述的光学元件。
[0368] 按照本发明的又一方面,提供了适合附着于盖板(其包括一个或多个固态半导体 发光器件)的发光器件,其中盖板包括本文描述的光学元件。
[0369] 盖板优选适合附着于器件W接收发射自一个或多个发光器件的光的至少一部分。
[0370] 在某些实施方式中,发光器件包括灯。
[0371] 按照本发明的再一方面,提供了用于从灰白色光源产生具有预定CRI的白光的方 法,该方法包括使由光源发射的灰白色光的至少一部分,其中灰白色光包括光谱输出,该光 谱输出包括在从约360nm至约475nm的第一光谱区中的至少一个谱分量、在从约475nm至约 575nm的第二光谱区中的至少一个谱分量、和在至少一个其他光谱区中的至少一个亏量,传 入光学材料W将灰白色光的至少一部分转换成在从约575nm至约650nm的范围中的一个或 多个发射,从而获得具有预定CRI的白光,光学材料包括量子约束半导体纳米颗粒。
[0372] 在某些实施方式中,灰白色光源包括一个或多个光源。
[0373] 在某些实施方式中,灰白色光源包括一个或多个固态半导体发光二极管。
[0374] 在某些实施方式中,预定CRI是至少75。在某些实施方式中,预定CRI是至少80。在 某些实施方式中,预定CRI是至少85。在某些实施方式中,预定CRI是至少90。在某些实施方 式中,预定CRI是至少95。优选地,光学材料隔开自发光器件、W及不在发光器件的表面上。
[0375] 在某些实施方式中,来自照明器材的光输出是具有预定CCT的白光。在某些实施方 式中,CCT是至少2000K。在某些实施方式中,预定CCT是至少2500K。在某些实施方式中,预定 CCT是至少3000K。在某些实施方式中,预定CCT是至少4000K。在某些实施方式中,预定CCT是 至少5000K。
[0376] 在某些实施方式中,例如,光学材料可W将蓝色光谱发射的至少一部分转换成在 约580nm至约630nm、约590nm至约630nm、约600nm至约620nm、约605nm至约615nm等的范围内 的一个或多个发射。
[0377] 在某些实施方式中,一种或多种不同类型的量子约束半导体纳米颗粒(其在不同 预定波长下发射)可W包括在一种或多种不同光学材料中。
[0378] 在包括两种或更多种不同类型的量子约束半导体纳米颗粒(其在不同预定波长下 发射)的某些实施方式中,不同类型的量子约束半导体纳米颗粒可W包括在两种或两种W 上不同光学材料中。
[0379] 在某些实施方式中,上述方法包括本文教导的光学材料。
[0380] 在某些实施方式中,上述方法包括本文教导的光学元件。
[0381] 在包括两种或两种W上不同光学材料的某些实施方式中,上运不同光学材料可 W,例如,作为分层布置的单独层和/或包括为图案化层的单独部分被包括。
[0382] 按照本发明的又一个方面,提供了用于改善产生自发灰白色光固态半导体发光器 件的白光的流明/瓦效率的方法,其中上述器件具有光谱输出,该光谱输出包括在蓝色光谱 区W及绿色和/或黄色光谱区中的发射,上述方法包括使蓝光发射的至少一部分传入光学 材料W将蓝色光谱发射的至少一部分转换成在约575nm至约650nm的范围内的发射,其中光 学材料包括量子约束半导体纳米颗粒。
[0383] 在某些实施方式中,上述方法包括本文教导的光学材料。
[0384] 在某些实施方式中,上述方法包括本文教导的光学元件。
[0385] 在某些实施方式中,光源包括一个或多个光源。
[0386] 在某些实施方式中,光源包括一个或多个固态半导体发光二极管。
[0387] 在某些实施方式中,例如,光学材料可W将蓝色光谱发射的至少一部分转换成在 约580nm至约630nm、约590nm至约630nm、约605nm至约620nm等的范围内的发射。
[0388] 在包括两种或更多种不同类型的量子约束半导体纳米颗粒(其在不同预定波长下 发射)的某些实施方式中,不同类型的量子约束半导体纳米颗粒可W包括在一种或多种不 同光学材料中。
[0389] 在包括两种或更多种不同类型的量子约束半导体纳米颗粒(其在不同预定波长下 发射)的某些实施方式中,不同类型的量子约束半导体纳米颗粒可W包括在两种或两种W 上不同光学材料中。
[0390] 在本文教导的本发明的某些方面和实施方式中,将光学材料(例如,包括分散在基 质材料(优选聚合物或玻璃)中的量子约束半导体纳米颗粒)暴露于光通量足够长的时间W 增加光学材料的光致发光效率。在某些实施方式中,将光学材料暴露于光和热足够长的时 间W增加光学材料的光致发光效率。在某些实施方式中,持续暴露于光或光和热一段时间 直到光致发光效率达到基本恒定值。在某些实施方式中,峰值波长为约450nm的Lm)光源用 作光通量源。技术人员可W容易确定其他已知光源。在某些实施方式中,光通量为约10至约 lOOmW/cm2,优选约20至约35mW/c
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