使用量子点的照明标识的制作方法
【专利说明】使用量子点的照明标识
[0001]背景
1.发明领域。
[0002]本发明涉及照明标识。更具体地，其涉及包括光致发光量子点(QD)的标识。
_3] 2.包括根据37CFR 1.97和1.98公开的信息的相关领域的描述。
[0004]照明标识
[0005]照明标识在从道路安全和警示或紧急情况标识到广告牌和商店门面的许多领域具有应用。照明标识可以由一系列不同的照明源制成，并且可以包括静态或滚动显示器。常规的照明显示器通常使用固态照明。颜色是标识的重要方面，因为其可以用于通过组合传达信息，例如红色通常表示危险。与其他光波长相比，人眼还更接受特定的光波长；在正常光条件下，人眼对大约555nm即黄绿色的光最敏感，而在低强度光条件下，眼睛变得更接受紫色和蓝色光并且对绿色和红色光较不敏感。因此，能够提供横跨可见光谱的大颜色范围的照明系统是有利的。
[0006]发光照明可以是静态的、闪光的、或滚动的从而显示动态的信息。与其他显示形式相比，特定的照明系统通常更适合于一种显示形式，例如具有长切换时间的液晶显示器难以适用于闪光标识。标识可以是“背光式”(其中照射来自标识后方)、“前光式”(其中照射通常借助在标识前方发光的鹅颈灯)、或“侧光式”(不透明的标识被背光间接照明而得到光圈效应)。
[0007]标识用途
[0008]在许多管辖区域，法规适当地具有对发光的交通和安全标识的要求。例如，在英国，1994年的“交通标识条例和通用说明”规定，在街道照明使用期间或夜晚期间，在起街道照明系统一部分的作用的由电点亮的灯的50m内的任何道路上，内部或外部照明标识是强制性的。免除适用于临时标识；然而其必须被反向反射材料照明。来自美国研宄的估算暗示，用LED代替白炽灯交通标识可以将能量成本降低93% ;在以$300估算用LED代替白炽灯泡的安装成本的情况下，以1，266kffh计算的每年能量节省可以在能量方面节省$125[ “Responsible Purchasing Guide:LED Exit Signs，Street Lights，and TrafficSignals (尽职购买指南:LED出口标识、路灯、和交通信号)”，Responsible PurchasingNetwork, 2009]。白炽灯泡和荧光照明的故障可能会是立刻发生的，这在交通标识用途中可能会具有潜在的严重后果。因此，故障是逐步发生(例如随时间变暗)的备选标识是合乎需要的，因为其提供了警示，给出了更换标识的时间。
[0009]在英国，1996年的“健康与安全”法规要求，从照明标识发射的光必须产生适合其环境的发光对比度，从而不存在由于过量的光导致的过度刺眼强光，也不存在作为光不足的结果的低可见度。必须粘附特定的颜色；红色用于禁止、危险、和消防设备标识，黄色/琥珀色用于警示标识，蓝色用于指示标识，并且绿色用于紧急逃离、急救标识和用于表示没有危险。就交通标识而言，故障可能会具有潜在的危险后果，因此逐渐衰减而不是立刻衰减的照明系统是有利的。
[0010]照明可以应用于广告牌以吸引观察者的注意。广告显示器受益于容易适配的照明系统，因为广告通常是临时的，因此与临时招牌结合的永久性背光式系统通常是有利的。如果招牌是临时的，则低成本但快速的制造方法是合乎需要的，而显示寿命是较不重要的。
[0011]发光的商店/商业门面标识可以用于吸引过路人的注意，并且用于使入口在夜晚期间更加可见。这对主要在夜晚经营的商业，如酒吧、饭店和夜总会来说尤其有效。照明显示可能需要为任何颜色的，并且通常被长时间连续照明，因此廉价地驱动的显示是合乎需要的。商店/商业门面标识通常尺寸大，因此没有尺寸限制的技术是优选的。
[0012]信息标识，可以照明例如出口、厕所、“请在此付款”等以提高它们的可见度。此类标识需要为几乎任何颜色的，以适用于消费者的品位和要求。标识可能需要长时间的连续照明，因此廉价地驱动的可靠照明系统是有利的。
[0013]总之，照明标识造成可观的世界范围内的能量成本和CO2排放。通过使用更“绿色”的照明标识技术，如在本文中所描述的QD标识显示器，不仅可以减少能量和CO2排放，而且还可以降低成本。在能量成本逐渐增加的情况下，可以通过能量节省来弥补QD标识显示器安装的投资成本，就公共出资的标识而言这是对纳税人有利的。本发明还提供了可靠的照明源，其逐渐衰减而不是立刻失效。在本文中所公开的发光装置可以用于制造许多不同类型的标识并且不限于前述用途。
[0014]显示器技术
[0015]“氖照明”通常用于指代含有氖或其他气体的气体放电灯管。灯管含有稀薄的气体，横跨其施加电压以从钨阴极中释放电子。电子碰撞，在灯管内部将气体离子化以形成等离子体。当实现了来自填充氖的灯的放电产生鲜艳的红光时，首次充分利用了氖照明。术语“氖照明”现在已经包括其他气体放电灯，包括氩、氙、氪、和汞蒸气。在灯管内部上的磷光体涂层可以用于调节发光，产生一系列颜色。磷光材料以比它们吸收的更长的波长发光，因为被吸收的福射经历了斯托克斯位移(Stokes shift)。磷光体的实例包括BaMg2Al16O27:Eu2+ (450nm 蓝色发光)、Zn2S14 (Mn，Sb) 203 (528nm 绿色发光)、Mg4 (F) (Ge，Sn) 06:Mn (658nm红色发光)。在常规氖照明中，当打开灯时，将阴极加热至其热离子发光温度，因此释放电子。这种原理的变体是冷阴极照明，其中在低于热离子发光温度下释放电子。因此，冷阴极管通常比常规氖灯持续更长，然而它们效率较低。另外的优点是它们可以立刻打开和关闭。氖照明可以持续许多年，但是，灯管对气体被灯管的玻璃壁吸收敏感，增加了灯管的电阻，使得不能通过施加电压使其发光。此外，存在关于氖灯安全性的问题；灯管可能会是处于部分真空下的，并且因此如果破损可能会内爆。可能会释放有毒的汞蒸气。如果遭到涂有磷光体的玻璃割伤，磷光体可能会阻止血液凝固。因为气体放电灯具有作为热量的高能量损失，它们的使用限于超出人的触及范围的用途，以使经由物理接触的烫伤的风险最小化。
[0016]在照明标识中发光二极管(LED)的使用正变得越来越普及。LED既直接用作照明源并且也与滤色器结合间接用作背光。LED通常由无机半导体制成，其以特定的波长发光，例如AlGaInP (红色)、GaP (绿色)、ZnSe (蓝色)。固态LED照明的其他形式包括有机发光二极管(OLED)，其中发光层是共轭有机分子，使得离域电子能够通过材料传导，以及聚合物发光二极管(PLED)，其中有机分子是聚合物。SSL相比于常规白炽灯照明的优点包括较长的寿命，因较少的作为热量的能量损失而导致的较低的能量消耗，优秀的鲁棒性、耐久性和可靠性，以及更快的切换时间。因为几乎没有热量散逸，触摸灯泡是安全的，这对于标识用途来说是尤其有利的，因为允许在照明期间或不久之后安全地清洁和维护标识。然而，SSL是昂贵的，并且难以产生高质量的白光。已经探索了多种由固态LED产生白光的方法。可以通过使用三个以上不同波长的LED得到白光，例如，利用红色、绿色和蓝色发光，产生高效率的白光。然而，这种方法非常昂贵并且难以产生纯白光。其他方法将在电磁(EM)波谱的UV或蓝色区中发光的LED与磷光体组合。一种方法是使用UV或蓝色LED与多个磷光体的组合，例如红色和绿色磷光体，如分别为SrSi疋112+和SrGaS 4:Eu 2+。备选地，可以将蓝色LED和黄色磷光体组合，产生更廉价的白色光源，然而由于LED可调节性的缺乏和磷光体，此类材料的颜色控制和显色性指数通常是低的。
[0017]灯箱可以用于照明标识中的背光。可以采用LED或荧光照明。含有图像的面板可以由半透明丙稀酸或曲面(flex-face)材料制成。曲面材料允许由单块材料制成任何尺寸的标识，因此避免了与将相邻的丙烯酸板连接有关的难题。灯箱对临时标识如广告是有利的，因为可以容易地替换招牌而无需改变背光。然而，照明限于单一的光颜色。
[0018]点矩阵标识通常用于显示信息，如公共交通上的通知。标识由来白LED、液晶或阴极射线管的灯的矩阵组成。可以打开或关闭灯以显示文字和图形，还可以将其程序化以在整个显示器中滚动。尽管点矩阵标识相对廉价、可靠并且容易识别，它们通常限于单一颜色显不器，从而可以容易地改变显不。
[0019]可以使用侧面发光的光纤线缆作为用于标识用途的氖照明的备选方案。在光纤中，来自LED或激光源的光沿着由封闭在较低折射率的覆层材料中的透明核组成的玻璃纤维传播，产生全内反射。对于侧面发光的线缆来说，在核和覆层材料之间存在粗糙的界面，从而不是全部的光是全内反射的并且少量是散射的。没有热量或电通过光纤传输，使得它们安全用于在所有气候条件下的室外用途，其对于安全标识来说是尤其有利的。也没有来自破损的纤维的火花的风险。典型的光源包括LED、石英卤素灯和氙金属卤化物灯。光纤的缺点包括高安装成本，并且对于侧面发光的纤维来说，由于光沿着线缆的损失，线缆的长度是有限的。
[0020]可以被照明的双凸透镜显示器用于产生当从不同角度观察时看起来移动或变化的图像。双凸透镜显示器尤其适用于广告标识。双凸透镜显示器的缺点包括它们的高生产成本和显示器厚度，其可能由于所需的透镜而很大。
[0021]等离子体显示器采用与放电和荧光照明类似的技术。数百万个微小单元装在在两块玻璃面板之间。单元含有稀有气体和汞的混合物。当对整个单元施加电压时，汞蒸发并且等离子体形成。当电子与汞原子碰撞时，发出UV光，其激发单元内部上的磷光体涂层以产生可见光或红外(IR)辐射。大约60%的辐射通常是以IR发出的。在等离子体显示器中，每个像素由三个单元组成:发射红光的单元、发射绿光的单元和发射蓝光的单元。通过改变电压，产生不同的颜色。对于标识用途，等离子体显示器的优点包括，它们具有比其他显示器形式如液晶显示器(LCD)更宽的观察角度。此外，它们具有纤薄的外形。然而，等离子体显示屏制造和运行相对昂贵，具有比LCD和LED更高的能量消耗。它们通常遭遇“屏蔽门效应(screen-door effects) ”，其中像素之间的细线变得可见。等离子体显示标识难以适用于在高玮度下使用，因为空气压力和显示器内部气体的压力之间的压力差可能会产生蜂鸣声。
[0022]电致发光(EL)显示器由夹在两个导电层之间的半导体材料制成。底层通常由反射材料制成，而顶层通常是透明导体，如氧化铟锡，以透射光。当电流通过EL材料时，原子受激发，使得它们发射光子。可以通过改变半导体材料来更改颜色。EL材料可用于标识用途，因为它们可调节为基本上任何颜色，提供具有窄发射峰的单色光。从任何观察角度看亮度都是均匀的。此外，显示屏通常是薄的，并且具有低电力消耗。然而，通常需要高运行电压(> 150V)以驱动EL显示器。
[0023]标识可以由液晶显示器构成，液晶显示器需要通常来自阴极射线管的背光。显示器内的液晶对电场做出反应而改变它们的排列；这种变化改变了透射通过设备的光，因此改变了图像。对于标识用途来说，液晶提供了荧光灯管的较低能量的备选方案，并且处理更安全。可以将它们制造为大多数形状和尺寸的紧凑和重量轻的显示器。然而，缺点包括慢的响应和切换时间(这对动态显示器来说可能是不利的)以及有限的观察角度。
[0024]当前可用于照明标识用途的显示器技术提供了多种形式和颜色，其可能比其他用途更适用于一种具体用途。每种技术均表现出其本身的优点和缺点，然而，在可以制成任何所需尺寸的紧凑封装件中似乎缺少这样的系统:其包括制造廉价且容易，具有低运行成本，以及在横跨整个可见光谱的颜色范围内的可得性。基于现有技术，存在对适合用于一系列情形和环境的可以在大颜色范围内以任何尺寸或形状快速并且廉价地制造的低功率静态显示器的需求。还需要的是，显示器可以安全的运行，并且如果损坏和在其寿命末期，构成有限的健康和安全风险。
[0025]颜色可调性
[0026]由于其制造容易并且因为使电路要求最小化，使用单色背光与远程介质以调节发光的显示器通常比多色照明源有利。LED正逐渐代替白炽灯和气体放电照明源用于背光，因为它们显示出较长的寿命，因较少的作为热量的能量损失而得到的较低的能量消耗，优秀的鲁棒性、耐久性和可靠性，以及更快的切换时间。然而，利用SSL难以得到高质量的白光并且它们的强度随着颜色大幅变化。因此，经常采用远程调节来自SSL的发光的方法。对于照明标识，当前用于得到来自背光源的二次单色光的技术包括滤色器