专利名称：电可控色彩转换单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有可变输出色彩的二极管光源。
背景技术：
改变光源色彩的方法分为两种，包括用滤波器等除去一些频率来改变色彩的无源色彩转换，和荧光或磷光物质通过吸收和再发射改变来自光源的光的光谱的有源色彩转换。有源色彩转换具有比无源色彩转换保持更高的光功率的优点。而且，有源色彩转换可以产生不局限于光源的发射光谱的波长，或者可以增加在光源的发射光谱中仅仅有微弱表现的波长的发射。因此，对于调节色彩和色温，优选有源色彩转换物质。
发光二极管(LED)被认为是下一代光源。高效的无机二极管通常发射蓝色或红色部分光谱的光带。通常通过利用绿色磷光体转换蓝光来获得绿色，而通过利用绿色和红色磷光体转换蓝光来获得白色发光二极管。
但是，很希望可以通过电可控方式来调整二极管光源的色彩性能。
US 6,375,889描述了一种发射的光具有可变波长光谱的光源。该光源具有发射光谱不同的多个二极管和涂覆磷光体涂层的透射板(transmissive plate)。磷光体涂层通过吸收和再发射部分入射光来转换二极管的色彩。光源的色彩由入射到色彩转换磷光体涂层上的光谱确定，该光谱通过调整二极管的相对发射强度来控制。
这种方法具有发射不同色彩的二极管以不同的方式老化的缺陷，以致于给出所需色彩的相对强度将随时间而变化。因此，必须利用基于例如光电二极管(photo diode)反馈，来补偿这种效果。
在US 6,375,889中所述光源的缺点是用于控制色彩的二极管的发射强度。首先，对于光源的给定色彩，对该色彩几乎没有作用的二极管必须以非常低的强度来发射，即使光源作为整体以其最大的强度发射该色彩。因此，单个二极管的最大光强度必须远远大于光源的最大输出强度。
第二，色彩转换磷光体对二极管的不同发射光谱做出不同的响应。对于光源特定的色彩和强度，二极管以给定的相对强度来发射。如果要在保持该色彩的同时调整光源的强度，那么由于色彩转换磷光体的响应变化，以固定的相对强度来调整整个二极管强度会改变输出色彩。因此，必须根据来自光电二极管的反馈来调整二极管的相对强度，从而保持色彩混合恒定。这使得难以在不改变其色彩的情况下完成使光源变暗的简单任务。
发明内容
本发明的目的是提供一种色彩转换单元，该色彩转换单元可应用于其中可电控制色彩或色温的方法和发光器件。
根据本发明，具有有源色彩转换物质的色彩转换单元用于进行和控制来自光源的光的色彩转换。
因此，在本发明的第一个方面，提供了一种色彩转换单元，包括保持在两个电极之间的矩阵中的色彩转换物质，该色彩转换物质具有与第一发射光谱不同的第二发射光谱，该色彩转换单元可在至少第一状态和第二状态之间电变换，在第一状态下，色彩转换物质将—吸收第一比例A1的入射在该单元上的光，—发射具有第二发射光谱的光，和—透射(transmit)第二比例T1的入射在该单元上的光，在第二状态下，第一比例A2小于在第一状态下的第一比例，并且第二比例T2大于在第一状态下的第二比例。
该单元具有两个相对并且至少基本上透明的壁，在空的时候，允许光透过该单元。该两个电极优选是透明的，并且形成这些壁的一部分。
该色彩转换物质基于光致发光(photoluminescent)物质例如荧光或磷光染料。该物质优选在第一频率光谱下具有高吸收率，并且在第二频率光谱下发射，该第二频率光谱可以与第一光谱部分或完全重叠，也可以不与第一光谱部分或完全重叠。色彩转换物质可以由诸如聚合物、晶体、簇(cluster)、分子、原子等等的粒子形成，并且可以是流体或固体。该矩阵是该物质悬浮、溶解或嵌入于其中的介质。
可以通过控制来自该光源的色彩变换成另一种色彩的程度来控制色彩转换。来自光源的色彩变换的程度取决于该色彩转换物质吸收和再发射多少光。因此，可以通过调整一个或多个以下参数来控制该色彩转换—光源光通过色彩转换物质的路径长度，—在光源光横穿的介质中该色彩转换物质的密度、分布或范围，—色彩转换物质的吸收截面，即光子被色彩转换物质的粒子吸收的概率。
通过调整上述一个或多个参数，色彩转换单元可以在第一和第二状态之间变换。第一比例Ax是定义为在状态X中吸收光和入射光之间的商的吸收系数。它符合0≤Ax≤1。同样，第二比例Tx是定义为在状态X中透射光和入射光之间的商的透射系数。它也符合0≤Tx≤1。优选地，可以连续调整一个或多个参数，从而使得可以在两个色彩状态之间进行平稳变换。因此显然第一和第二比例可以取在第一和第二状态中的它们的值之间的几个值。
如果没有吸收，Ax＝0，色彩转换物质就不发射任何光，同样，如果所有的光都被吸收，Ax＝1，色彩转换物质就不透射任何光。但是，除非Ax严格地等于0或1，否则就有一些吸收、一些发射和一些透射，这是通常的情况。
在优选实施例中，色彩转换物质包括不等轴色彩转换粒子。这种不等轴粒子的吸收截面取决于它们相对于入射光传播方向的取向。因此不等轴色彩转换粒子对入射到该单元或粒子上的光具有高吸收取向和低吸收取向。在这个实施例中，色彩转换单元包括用于控制粒子取向的装置，以使在该单元处于第一/第二状态时，该不等轴粒子可以至少基本取向为对光源光的高/低吸收取向。
不等轴色彩转换粒子可以是在一个取向比在另外取向具有更大吸收截面的二向色荧光染料分子。由于不等轴的形状或分子内部性能，该分子可以是二向色的。二向色的色彩转换粒子可以是例如杆状分子或盘状分子，其中对于平行于该分子长轴偏振的光，吸收截面高，对于其它取向就小。
可选择地，不等轴色彩转换粒子可以是形状为诸如片状、杆状、盘状、椭球形等等的荧光染料粒子，其中入射到该粒子上的光的量取决于该粒子相对于光的排列。
在另一个替代中，不等轴粒子不需要是荧光染料本身，而是可以具有粘附到它们表面的色彩转换物质。由于入射到该粒子表面并因而入射到色彩转换物质上的光的量取决于该排列的排列。这里，色彩转换物质本身可以是等轴的，这使得可以对物质有更多的选择。
在一个优选实施例中，用于控制不等轴色彩转换粒子的取向的装置包括含有荧光二向色染料分子的液晶混合物。这里，不等轴和/或二向色的色彩转换粒子通常与液晶混合，并且该混合物放置在在透明电极顶部含有取向层的单元内。在取向层的影响下，液晶混合物宏观上变为取向。
为了避免偏振相关(polarization dependence)，还可以使用不同的结构。一种这样的结构是所谓的扭曲结构(twisted configuration)并且涉及液晶分子在该单元内部的旋转。当液晶具有所谓的手性分子(chiralmolecule)时，就产生这种结构。当在该单元上施加电场时，液晶的取向就会改变，因而二向色分子的取向就会改变。作为一种替代，用于控制取向的装置包括悬浮粒子器件，其中不等轴色彩转换粒子悬浮在液体中。在这两个替代中，用于控制取向的装置包括该两个电极和两个电极之间的电压差。
在另一个优选实施例中，色彩转换单元包括电润湿(electrowetting)单元，如在例如Nature 425，第383页所述，因此包括在此作为参考。色彩转换物质可以在小格子(compartment)中和与极性液体保持在一起的非极性液体混合，该小格子具有形成该单元透明部分的疏水表面。通过转换极性液体和疏水表面之间的电压，非极性液体将可转换地润湿疏水表面。这可以用于控制该单元有多少透明部分被色彩转换物质覆盖。在色彩转换单元的第一状态中，非极性液体将润湿疏水表面，因而光源光照射色彩转换物质。在色彩转换单元的第二状态中，非极性液体将至少基本上离开透明部分的所述表面。
在另一个优选实施例中，色彩转换单元适用于调整在单元内部包含色彩转换物质的矩阵中的光源光的平均路径长度。如果该单元在第一状态中光源光的平均路径长度比在第二状态中更长，在第一状态中将吸收和再发射更多的光，导致较大的色彩转换。可以通过在矩阵中将光源光散射来调整路径长度，散射增加导致路径长度越长。总之，色彩转换单元优选包括电可控散射介质，例如聚合物分散液晶或液晶凝胶或手性织构(chiral texture)。这个实施例具有以下优点，色彩转换物质不必是二向色或不等轴的，因而为可应用的物质提供更大的选择。但是在使用不等轴粒子或二向色分子时可以提高该效果。
可以用不同的方式实现电可控散射。可用于这种目的的最公知的材料是聚合物分散液晶(PDLC)、凝胶和胆甾型液晶(cholesteric)结构。当液晶分子分散在各向同性聚合物中时得到PDLC。在电场关闭的状态下，液晶分子在聚合物矩阵中随意地取向并且光在所有方向上随意地散射。一旦施加电场，散射逐渐减弱，当液晶分子变为完全在电场方向排列时，该分子的一般折射率与聚合物的折射率相匹配，因而该单元变为透明。在凝胶进行极化无关散射时，优选使用分散在取向各向异性聚合物矩阵中的具有负介电各向异性的液晶。在电场关闭的状态下，各向异性网络在LC内部取向，因而在单元内部没有折射率的波动，因此单元呈现为透明。一旦在该凝胶上施加电场，该分子会变为垂直于施加的电场的取向，产生具有各种LC取向的区域，从而导致光的散射。
在胆甾型液晶的情况下，使用织构表面处理或聚合物，从而在液晶中产生所谓的焦点圆锥形织构，该焦点圆锥形织构显示较强的光散射。一旦施加电场，液晶分子就变为在电场方向上排列，并且散射织构消失。
还可以通过保持色彩转换物质的可转换共振结构来增加光的路径长度。该单元可以包括色彩转换材料薄层以及反射光源的光谱但不反射色彩转换物质的光谱的可转换反射器。而且，该光源通常具有内置反射器。在反射器打开的状态下，来自光源的光在色彩转换单元的反射器和光源的反射器之间共振很多次，因而通过色彩转换物质很多次。当可转换的反射器不反射时，光束仅仅穿过色彩转换物质一次。可转换反射镜的一个例子是如US 5,762,823所述的胆甾醇反射镜。
在第二个方面，本发明提供了一种具有可调色彩或色温的发光器件，包括具有第一发射光谱的光源和根据本发明第一个方面的色彩转换单元。该色彩转换单元设置为使来自光源的光可以在空的时候穿过该单元。
色彩转换物质发射的光将各向同性地发射，一些以光源的方向发射，而一些将朝着光源发射回来。在优选实施例中，发光器件包括位于光源和色彩转换单元之间的反射器，该反射器至少对光源光基本上透明，并且至少对色彩转换物质发射的光基本上反射。反射器反射在朝着光源返回的方向上发射的光。反射器可以基于胆甾型液晶或者是多层介电反射器。
可以通过增加入射到该单元的光源光的强度来提高色彩转换效率。因此，发光器件可以还包括具有校准微结构的层，例如位于光源和色彩转换单元之间的透镜或光栅。
为了使色彩混合，发光器件可以包括具有不同色彩转换物质的多个色彩转换单元。从光源看，各个单元一个排在一个后面，使得光源可以穿过前面的单元照射随后的单元。被前面的单元透射或发射的光源光可以被随后的单元转换，从而产生光源光的多重色彩转换。
在第三个方面，本发明提供了一种用于调节来自具有第一光谱的光源光的色彩或色温的方法，该方法包括以下步骤—提供色彩转换单元，所述色彩转换单元包括保持在两个电极之间的矩阵中的色彩转换物质，—用光源照射该矩阵，—在色彩转换物质中或者由色彩转换物质吸收照射该矩阵的至少一部分光源光，—从色彩转换物质发射具有第二发射光谱的光，—调整两个电极之间的电压，从而增加或者减少被色彩转换物质吸收的光源光的量和由色彩转换物质发射的具有第二发射光谱的光的量。
本发明的基本思想是要通过调整入射光的色彩转换、而不是调整入射光的量来控制色彩转换。这样将由光源决定的光强度和由色彩转换单元控制的光色彩分开。
根据后面所述的实施例，本发明的这些和其它方面将显而易见，并将参考后面所述的实施例将对其进行阐述。
图1是根据本发明发光器件的横截面图。
图2示出优选类型的色彩转换物质的高、低吸收取向。
图3是在液晶中应用不等轴荧光染料分子的色彩转换单元的横截面图。
图4是二向色荧光染料分子的分子式。
图5是示出在单元的不同状态时图4的二向色荧光染料分子的吸收光谱的曲线图。
图6是示出在单元的不同状态时图4的二向色荧光染料分子的发射光谱的曲线图。
图7是示出在单元的不同状态时光源和色彩转换物质的发射光谱的曲线图。
图8是根据本发明的另一个发光器件的横截面图。
图9A和B是说明在单元的不同状态时光的散射的单元横截面图。
图10是示出在单元的不同状态时色彩转换物质的发射光谱的曲线图。
图11是具有可转换反射器的发光器件的横截面图。
图12A和B示出基于电润湿的色彩转换单元的不同状态。
图13是示出5种尺寸的CdSe量子点的发射光谱的曲线图。
图14是示出单个量子点尺寸的吸收光谱和发射光谱。
具体实施例方式
以下描述提出几种发光器件，用于基于色彩转换物质的可调吸收和再发射来实现电可控色彩转换，该色彩转换物质通常是荧光染料。图1示出这种发光器件的典型布置。本说明书中所述的设计主要用于说明本发明及其实施例的工作原理，其次是呈现实施本发明的方法。无论如何，这些结构绝不是要限制本发明的范围。
在图1中，发光器件2包括LED光源4和色彩转换单元10，它们都封装在透镜5中。单元10具有带透明电极12和13的透明玻璃壁11以及位于最靠近LED的壁处的反射器15。该单元包含混合在液体矩阵16中的色彩转换物质18。矩阵16、色彩转换物质18的组分或者它们两者的取向可以通过用电压源19控制电极12和13之间的电压来控制。
电极最优选的材料是呈现高透明度和良好导电性的氧化铟锡(ITO)。根据使用的器件的类型，包含该液体的间隙厚度可以在10-200μm的范围内。色彩转换物质的浓度可以在0.1-10％的范围内。
单元10的色彩转换物质在所有方向上发射。为了使经过面对LED 4的单元板的壁11发射的光改变方向，反射层15定位在LED 4和矩阵16之间。反射器15用于透射来自LED 4的光，反射由色彩转换物质发射的光。这种层可以是多层介电反射镜，并且可以包含一种结构或者具有曲率以在特定方向导向发射光。
在第一个优选实施例中，通过控制矩阵中的粒子相对于光方向的取向来调整吸收和再发射。由于相对于来自光源的光来调整取向，所以优选校准的光具有较好限定的光方向性，并确保最好的性能。第一优选实施例具有在以下关于图1到10所述的大量不同实施方式。
在一个实施方式中，矩阵16可以是具有色彩转换物质18的液晶矩阵，例如均匀混合在其中的二向色荧光染料分子。二向色荧光染料分子对于沿着分子的长轴极化的光具有吸收系数比沿着横向高得多。结果，吸收强度且因此它们发射的强度可以通过控制它们的取向来控制。由于可以通过电场来将液晶再取向，所以可以使用电压源19来控制染料分子的吸收/发射性能。在单元10中添加取向层14，从而产生液晶的宏观取向。例如，摩擦的聚合物表面在液晶中导致单轴平面取向，而大多数其它表面活性剂导致液晶长轴相对于该表面的垂直排列。导致不同取向的不同取向层对于本领域技术人员来说是公知的。取向层14还可以在液体和固体衬底之间提供电绝缘。
在图2中，示出了对于入射光20处于其低吸收取向(柱A2，T2)和其高吸收取向(柱A1、T1)的二向色荧光染料分子21。染料分子21的取向随着矩阵16中液晶的长轴的取向。如果液晶具有正介电各向异性，在V≠0时它们的长轴将垂直于电极排列，经过正确的表面处理，在V＝0时，平行于电极排列。相反，如果液晶具有负介电各向异性，在V＝0时它们的长轴垂直于电极排列，并且在V≠0时平行于电极排列。
在来自LED的光未极化时，由于处于“松弛状态”(V＝0)的液晶仍然被排列，所以只有一半的入射光将极化为平行于晶体的长轴。二向色染料分子对沿着它们的长轴极化的光呈现高吸收，因而被排列的分子将仅仅对一半光具有高吸收取向。在应用二向色染料分子时，因而必须采用图3所示的特殊设计的色彩转换单元30。单元30包含具有单轴取向液晶和二向色荧光染料分子的两个液晶矩阵32和34。使矩阵32和34取向，以至在V＝0时分子取向彼此成90度。
因此，在单元10的第一状态中，液晶可以使染料分子21取向为对来自LED光源4的光为高吸收取向。调整电极12和13之间的电压可以将单元10切换为第二状态，在第二状态中，液晶使染料分子21取向为对来自LED光源4的光为低吸收取向。
存在大量二向色荧光染料分子的粒子的可替代方案。图2还示出低和高吸收取向的其它粒子—光致发光材料化合物的不等轴粒子22(还可以是盘状)，—具有附着到该表面的荧光染料分子25的片状或盘状粒子24。一个例子是厚100nm和直径1μm的氧化铝片，和—具有附着到该表面的荧光染料分子25的杆状粒子26。
在那些情况下，适当的液晶排列使粒子取向为它们的低吸收取向(图2中的柱A2，T2)，与它们的高吸收取向(图2中的柱A1，T1)相比，大大减少入射到色彩转换粒子上的光，因而减少它们的吸收和再发射。通过这些提供的可替代方案，也可以使用非二向色染料。这意味着可以从数量大得多的染料选择中选择荧光染料，这提供更多种类的吸收/发射光谱。而且，这些粒子不具有与二向色粒子相关的固有极性，因而图3所述的单元设计30不是必须具有的。
在另一个实施方式中，单元10包含代替液晶矩阵的悬浮粒子器件(SPD)。这里，大纵横比的不等轴粒子悬浮在液体中。在不存在电场时，粒子将任意取向，但是在电极12和13之间施加电压会将粒子排列。悬浮的粒子本身可以是不等轴色彩转换粒子22，例如荧光板状或杆状粒子。可选择地，荧光染料分子25可以附着到类似于粒子24和26的更大悬浮粒子的表面，或者结合到其内部。
制造类似于图1所示优选实施例的单元10的测试单元，以证明本发明的工作原理。图4示出溶解在液晶矩阵(Zli 4788)中的二向色荧光二萘嵌苯衍生物染料(5％的浓度)的结构。这种荧光染料在400-530nm的范围内具有高吸收性，并且在500-650nm范围内发射。
图5示出在单元的第一和第二状态时作为波长入函数的吸收性A(任意单位)。
—光谱51，其中V＝0，单元处于其第一状态。液晶排列为垂直于入射光的方向。因此二向色荧光染料的分子长轴平行于光的极化，导致高吸收。
—光谱52，其中V≠0，单元处于其第二状态。液晶排列为平行于入射光的方向。在这种情况下，二向色荧光染料的分子长轴平行于光的方向，因而垂直于光的极化，导致低吸收。
在图6中，示出在单元的两种状态时作为发射波长入函数的发射强度I(任意单位)。
—光谱61，其中V＝0，单元处于其第一状态，这对应于吸收光谱41。二向色荧光染料分子排列为对入射光的高吸收取向。这在染料的发射光谱500-650nm中给出了高吸收和相应的大发射。
—光谱62，其中V≠0，单元处于其第二状态，这对应于吸收光谱42。二向色荧光染料分子排列为其低吸收取向。由于吸收的光很少，所以相应的发射很低。
可以看出，在分子显示出最大吸收的状态或取向时获得最高的发射。这表明在这种单元用于具有蓝色LED的发光器件时，部分蓝光会被吸收，并且以更长的波长再发射，因而改变LED的发射性能。由于荧光染料分子的取向取决于施加的电场，所以可以电控制发光器件的发射光谱。
已经利用图4所示染料制造了具有蓝色LED和类似于图3所述单元30的单元的发光器件。图7示出制造的发光器件的发射光谱，说明了在单元上施加不同电压时蓝色LED光谱的变化。可以看出，对于低电压，大比例的蓝色LED光(峰71的中央在470nm)被吸收，并且以525nm-580nm(峰72)的范围再发射。对于增加电压，更少的蓝色LED光被吸收，并且来自染料的发射相应地减少。
图8示出根据本发明第一优选实施例的另一个发光器件80。发光器件80具有多个LED 4，用于使用具有不同发射光谱的荧光染料照射多个单元81和82。将例如蓝色LED与绿色和红色发射电可控色彩转换单元81和82组合，就可以形成用于例如发光设备的具有可控色彩和色温的发光器件。而且，该发光器件没有透镜，但是反射器17反射来自LED4和单元81、82的光。微结构层83，例如一组透镜位于LED 4和单元81、82之间，以校准来自LED 4的光。
图9A和B示出优选实施例的另一个实施方式。这里，单元10包含各向异性凝胶92，该各向异性凝胶92包括在各向异性聚合物94中具有负介电各向异性的液晶93。色彩转换物质18和液晶分子混合并一起取向。通过将图4的荧光染料添加到4％具有活性端部基团液晶分子的非活性液晶分子混合物中来制备凝胶。该混合物放置在具有透明电极和取向层的单元中，所述取向层在LC分子内产生宏观取向以使它们变为垂直于单元表面取向。在这种状态下，单元不显示任何的散射，并且通过这种取向，染料分子的吸收最低。
一旦施加电场，图9B，染料和液晶分子易于取向为垂直于施加电场的它们的长轴，导致在单元内部形成产生折射率波动的区域，引起强的光散射。由于分子会变为垂直于施加的电场，所以它们还开始吸收更多的光。更长的路径长度一般也使色彩转换物质上得到更多的入射光，从而进一步增加光的吸收。这个实施方式的另一个优点在于色彩转换物质的取向是任意的，因而没有极化依赖性。
类似于图7所示的发射光谱，图10示出具有蓝色LED和图9所示的单元90的发光器件的发射光谱。
示出了在单元上施加各种电压时的发光器件的发射光谱。可以看出，随着电压增加，更多的蓝色LED光(峰101)被吸收并作为黄光从单元中的荧光染料再发射(峰102)。
图11示出色彩转换单元150的另一个实施方式。这里，单元具有被由电压源19控制的可转换反射器151覆盖的色彩转换物质层152。反射器可以是例如可转换胆甾型凝胶，该凝胶反射对应于光源4的光谱的光带。在关闭的状态下，V＝0，光在反射镜和光源之间共振，并且主要产生转换的光谱。在打开的状态下，V≠0，主要产生来自光源光的光。
在第二个优选实施例中，通过控制矩阵中色彩转换物质的密度、分布或存在来调整吸收和再发射。在这个实施例中，色彩转换物质的取向和光没有因果关系，并且不需校准光来优化性能。而且，没有方向性使得可以使用所有等轴和不等轴的荧光染料。在下面参考图1以及11到13通过大量不同实施方式来说明第二优选实施例。
在第二实施例的第一实施方式中，图1中发光器件2的单元10通过电润湿来调整色彩转换物质18的分布。
图12A和B示出电润湿单元110的工作原理。这里，极化液滴111放置在非极化矩阵16中，所述非极化矩阵位于单元壁11内表面上的疏水涂层112之上。由于系统的流体净力，液滴11不扩散，而是在单元的角落内保持为液滴，图12B。但是，一旦在电极12和非极化矩阵16之间施加电压，液滴111就在表面涂层112上扩散，图12A(电润湿)。
通过控制施加的电压，调整包含色彩转换物质的极化液体111的覆盖范围。随着覆盖更多照射的表面区域，或者随着极化流体层的厚度增加，将有更多的光被吸收并以其它波长再发射。因此，通过电控制单元内色彩转换物质的分布，可以控制光源的色彩和色温。
可以使用各种荧光染料。尤其可以使用基于量子点(QD)的极小的(nano)磷光体，因为它们显示出非常高的效率，非常稳定。而且，简单地通过调整它们的物理尺寸就可以在波长上连续地调整它们的发射光谱。例如，核心-外壳CdSe/ZnS纳米晶体呈现强的谱带边缘(band-edge)光致发光，室温量子效率高达30-70％。可以通过使CdSe核心的尺寸从～2增加到6nm而将发射谱带的光谱位置从蓝色调整到红色。围绕CdSe核心生长的薄(～2单层)ZnS外延外壳显著地提高粒子稳定性和发光效率。
优选通过湿法化学工艺制备QD，并且在形成QD之后，在该表面添加转换分子15。QD是半导体纳米晶体，并且可以包括II-VI族半导体化合物，例如MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe和HgTe；和/或III-V族半导体化合物的晶体，例如GaAs、GaP、InN、InAs、InP和InSb；和/或IV族半导体化合物的晶体，例如Si和Ge。而且，半导体化合物可以掺杂稀土金属阳离子或过渡金属阳离子，例如Eu3+、Tb3+、Mn2+、Ag+或Cu+。可能的是，QD可以包括两种或者更多种半导体化合物。QD多半包括InN、InGaP或GaAs。QD的半径小于各个块体材料的激发子波尔半径。QD的半径多半不大于约10nm。
在图13中，示出5种尺寸的CdSe量子点的发射光谱。可以看出，通过改变量子点的尺寸，可以容易地改变发射的位置。在图14中，和它的吸收光谱131一起示出了所选量子点的发射光谱132。
权利要求
1.一种色彩转换单元(10、30、81、82)，用于调节来自光源(4)的光的色彩或色温，所述光源具有第一发射光谱(71、101)，所述色彩转换单元包括保持在两个电极(12、13)之间的矩阵(16、92)中的色彩转换物质(18、111)，所述色彩转换物质具有不同于第一发射光谱的第二发射光谱(61、62、72、102、132)，所述色彩转换单元可以在至少第一状态和第二状态之间变换，在第一状态中，色彩转换物质将—吸收第一比例A1的入射在所述单元上的光，—发射具有第二发射光谱的光，和—透射第二比例T1的入射在所述单元上的光，在第二状态下，第一比例A2小于在第一状态下的第一比例，并且其中第二比例T2大于在第一状态下的第二比例。
2.根据权利要求1所述的色彩转换单元，其中所述色彩转换物质包括不等轴色彩转换粒子(21、22、24、25、26)，所述不等轴色彩转换粒子对入射到所述单元上的光具有高吸收取向和低吸收取向，所述色彩转换单元还包括用于取向的装置(12、13、19)，用来在所述单元处于第一状态时，使所述不等轴色彩转换粒子取向为至少基本对照射单元的光源光为高吸收取向，在所述单元处于第二状态时，使所述不等轴色彩转换粒子取向为至少基本对照射单元的光源光为低吸收取向。
3.根据权利要求2所述的色彩转换单元，其中所述用于取向的装置包括液晶材料(32、34)，并且其中所述不等轴色彩转换物质与液晶(93)混合，从而提供可控的不等轴粒子取向。
4.根据权利要求2所述的色彩转换单元，其中所述用于取向的装置包括悬浮粒子器件，并且其中所述不等轴色彩转换物质悬浮在所述悬浮粒子器件中，从而提供可控的不等轴粒子取向。
5.根据权利要求1所述的色彩转换单元，还包括具有与液体混合的色彩转换物质的电润湿单元(110)。
6.根据权利要求1所述的色彩转换单元，其中所述色彩转换单元适用于在其第一状态中在所述单元内包含色彩转换物质的矩阵中提供比在其第二状态中更长的光源光平均路径长度。
7.根据权利要求6所述的色彩转换单元，还包括电可控散射介质，例如聚合物分散液晶(93)或液晶凝胶或手性织构。
8.根据权利要求1所述的色彩转换单元，还包括位于色彩转换物质后面的可转换反射器，在所述色彩转换单元的第一状态中，反射器至少基本上反射入射在所述单元上的光源光，在所述色彩转换单元的第二状态中，反射器至少基本上透射入射在所述单元上的光源光。
9.一种具有可调的色彩或色温的发光器件(2、80)，包括具有第一发射光谱(71、101)的光源(4)和设置为至少被部分来自光源的光照射的色彩转换单元(10、30、81、82)，所述色彩转换单元包括保持在两个电极(12、13)之间的矩阵(16、92)中的色彩转换物质(18、111)，所述色彩转换物质具有不同于第一发射光谱的第二发射光谱(61、62、72、102、132)，所述色彩转换单元可以在至少第一状态和第二状态之间变换，在第一状态中，色彩转换物质将—吸收第一比例A1的入射在所述单元上的光，—发射具有第二发射光谱的光，和—透射第二比例T1的入射在所述单元上的光，在第二状态下，第一比例A2小于在第一状态下的第一比例，并且其中第二比例T2大于在第一状态下的第二比例。
10.根据权利要求9所述的发光器件，还包括位于光源和色彩转换单元之间的反射器(15)，所述反射器至少对具有第一频率光谱的光源光基本上透明并至少对色彩转换物质发射的、具有第二频率光谱的光基本上反射。
11.根据权利要求9所述的发光器件，包括多个色彩转换单元，所述色彩转换单元包括不同的色彩转换物质，并且从光源看，所述多个色彩转换单元一个设置在另一个后面，从而使来自光源的光可以通过前面的单元照射随后的单元。
12.一种用于调整来自具有第一光谱的光源光的色彩或色温的方法，所述方法包括以下步骤—提供色彩转换单元，所述色彩转换单元包括保持在两个电极之间的矩阵中的色彩转换物质，—用光源照射所述矩阵，—在色彩转换物质中或者由色彩转换物质吸收照射所述矩阵的至少一部分光源光，—从色彩转换物质发射具有第二发射光谱的光，—调整两个电极之间的电压，从而增加或者减少被色彩转换物质吸收的光源光的量和由色彩转换物质发射的具有第二发射光谱的光的量。
全文摘要
本发明涉及具有可变输出色彩的发光器件(2)。具体而言，本发明提供可以位于光源(4)前面从而产生其它色彩或色温的色彩转换单元(10)。通常，光源是功率高效但发射光谱窄而固定的发光二极管(LED)。通过所述单元中包含的荧光染料的光致发光作用而产生新的色彩。所述单元的色彩转换优选通过控制荧光染料的取向、密度或分布或者通过控制单元中的光路径长度来实现电可控。
文档编号H01L33/50GK1942997SQ200580011108
公开日2007年4月4日 申请日期2005年4月6日 优先权日2004年4月15日
发明者R·A·M·希克梅特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司