光转换元件的制作方法

本发明的实施例涉及光转换元件和制造光转换元件的方法。具体地，其涉及包括下转换材料的光转换元件。

背景技术：

存在对具有高分辨率的显示器的产品的需求。这些显示器当是小尺寸时可用作近眼显示器和投影显示器。

技术实现要素：

根据本发明的各种但并非全部的实施例，提供一种装置，包括：光转换元件，包括：输入接口，用于接收输入光；输出接口，用于提供具有至少一个不同的、频率比输入光更低的输出光；以及在输入接口和输出接口之间延伸的多个光导，其在距输入接口的远端位置处悬挂下转换材料，其中，下转换材料被配置为对所接收的输入光进行下转换以产生所提供的较低频率的输出光。

根据本发明的各种但并非全部的实施例，提供如在所附权利要求中要求的示例。

附图说明

为了更好的理解对于理解详细的描述是有用的各种示例，现在将仅以示例的方式参照附图，其中：

图1示出光转换元件的示例的横截面；

图2示出光转换元件的示例的不同的横截面；

图3示出光转换元件的示例的平面图；

图4示出光转换元件的示例，其中下转换材料被容纳在光导中的腔中；

图5示出光转换元件的示例，其中下转换材料被容纳在光导内的密封的腔中；

图6示出具有位于光转换元件的光导之间的光吸收材料的光转换元件的示例；

图7示出包括光转换元件、光源和控制器的装置的示例；

图8示出包括光转换元件和光波长选择输出元件的装置的示例；

图9示出包括光转换元件、光波长选择输出元件和光波长选择输入元件的装置；

图10示出光纤面板的示例；

图11示出光纤面板在制造成光转换元件之前的横截面；

图12示出光纤面板在制造成光转换元件期间的横截面；

图13示出光纤面板在制造成光转换元件之后的横截面；

图14示出一种方法；

图15示出从光纤面板制造光转换元件的方法。

具体实施方式

下面描述的示例使用光转换元件110，其在距光转换元件110的输入接口120的远端位置处悬挂下转换材料150。所悬挂的下转换材料150距输入接口120的远端位置使下转换材料与在输入接口120处的光源热绝缘。这使能下转换在制造光转换元件110中使用下转换材料150并在高分辨率、小尺寸显示器中使用光转换元件110。

附图示出装置100包括：光转换元件110，包括：输入接口120，用于接收输入光102；输出接口130，用于提供具有至少一个不同的、频率比输入光102更低的输出光104；以及在输入接口120和输出接口130之间延伸的多个光导140，其在距输入接口120的远端位置处悬挂下转换材料150，其中，下转换材料150被配置为对所接收的输入光102进行下转换以产生所提供的较低频率的输出光104。

产生的光的发射光谱由下转换材料150的至少一个成分和浓度控制。

在一些但并非全部的示例中，多个光导140可在距输入接口120的远端位置处悬挂相同的下转换材料。这将产生单色显示器。

在一些但并非全部的示例中，多个光导140在距输入接口120的远端位置处悬挂不同的下转换材料150。下转换材料150的不同成分提供不同光谱的输出光104。

在一些但并非全部的示例中，输出光包括可见光或由可见光组成。

在一些但并非全部的示例中，输出光包括红外光或由红外光组成。

一个或多个光导140可用于创建显示器108的像素或子像素，例如，如图3中所示。

图1示出沿图3中的线a-a的横截面，图2表示沿图3中的线b-b的横截面。

在图1至图3中，装置100包括光转换元件110。光转换元件110包括输入接口120，用于接收输入光102；输出接口130，用于提供具有至少一个不同的、频率比输入光102更低的输出光104；以及在输入接口120和输出接口130之间延伸的多个光导140，其在距输入接口120的远端位置处悬挂下转换材料150。下转换材料150被配置为对所接收的输入光102进行下转换以产生所提供的较低频率的输出光104。

显示器108包括多个在光转换元件110的输出接口130处的像素或子像素。由像素产生的光的发射光谱由与该像素相关联的下转换材料150的至少一个成分控制。

装置100可包括多个不同的成分。不同的下转换材料150可与不同的像素或子像素相关联。每个腔可包含多个不同的成分。

下转换材料150可包括荧光体和/或量子点，或具有光诱导激子的低维度量子限制的纳米晶体。然而，这种下转换材料150可以是热敏的和/或热降解的和/或有毒的并因此需要气密封。

量子点的集合的粒度分布可用于控制量子点的发射光谱和由量子点产生的任何可见输出光104的颜色(源自该发射光谱)。

下转换材料150的浓度可用于控制输出光104的强度和/或下转换的光与剩余的输入光之间的平衡。

此外，可使用不同的下转换材料150的混合物。使用两种类型的量子点的混合物，组合的发射光谱取决于量子点的浓度的相对水平。增加总浓度会使强度增加到自吸收终止发射的程度。因此，存在能给出最高转换效率的浓度的最佳值。此外，由一种类型的量子点发射的光可被其它量子点吸收。在这种情况下，两种不同类型的点可被分离到相邻的腔中，所有这些由同一光源像素照明。

下转换材料150的转换效率可以不是100﹪，因此可有一些剩余的输入光102，其由下转换材料150向输出接口130发送。因此，在一些示例中，需要在输出接口130处滤波以去除输入光102，使得在输出接口130处从光导140发射的光仅包括由该光导140的下转换材料150产生的输出光104。

适用于制造量子点的材料的示例包括硒化镉、碲化镉、硫化铅、磷化铟、硫化铜铟和/或硫化银铟。在使用由一些诸如例如由镉形成的重金属量子点的材料形成的下转换材料150上可存在环境限制。

在图1和图2中，下转换材料150被悬挂以形成像素化显示器108的像素或子像素。然而，应当理解，在图1、图2和图3中给出的示例仅仅是示例，不同的几何形状和布置是可以的。例如，尽管输入接口120和输出接口130被示出为平行，但在其它示例中，输入接口120和输出接口130可以不平行。同样地，尽管光导140之间的接口被示出为平行，但在其它示例中，光导140之间的接口可以不平行。尽管在说明的示例中，输入接口120是平面并平的，但在其它示例中，其可以是曲面或非平面的。尽管在说明的示例中，输出接口130是平面并平的，但在其它示例中，输出接口130可以是曲面或可以是非平面的。尽管在说明的示例中，光导140被示出为是直的(直线)，但在其它示例中，光导140可以是曲线或弯曲的。

图4示出装置100的示例，例如，如之前所述，其中下转换材料150被容纳在光导140中的腔160中。腔160远离输入接口120并与其热绝缘。多个光导140中的每一个可具有类似的远离输入接口120并与其热绝缘的腔160，并且其在该远端位置处悬挂下转换材料150。

图5示出与图4中所示的装置类似的装置100的示例，然而，在该示例中，包括下转换材料150的腔160被密封162以阻止或抑制下转换材料150的出口。在一些示例中，特别是在需要环境保护的地方，对腔160的密封162是气密封。优选使用低温工艺执行气密封，诸如在装置100的边缘处进行激光熔接密封。

图6示出与之前描述的装置100中的任何一个类似的装置100，其中光吸收材料180位于光导140之间，使得它位于相邻的光导140的下转换材料150之间。光吸收材料180可被放置在腔160之间以光隔离腔160。

在之前描述的示例中，光导140通常将在由包层174围绕的芯172中形成。芯172具有比包层174更低的折射率。吸收材料180可以是包层174的一部分或除了包层174之外，并可操作以提供光纤外部吸收(ema)。

图7示出装置100的示例，其除了光转换元件110之外还包括光源202和用于控制光源202的控制器200。在一些实施例中，装置100可仅包括光转换元件110和光源202，控制器200由单独的主机装置提供。

光源202中的每一个与多个光导140中的一个或多个相关联。在该示例中，光源202由控制器200单独可控。例如，无论光源202开启或关闭，单独控制可控制光的强度，在一些示例中，输入光102的光频率由光源202产生。

在一些示例在，光源202可彼此不同。

在一些示例中，光源202可以是发光二极管。这种发光二极管例如可发射可见光或它们可发射紫外光。

在其它示例中，光源202可以是激光器。

光源202可使用将光源202的阵列映射到输入接口120及可选地到特定光导140的透镜或透镜阵列、光纤束或任何其它光学介质耦合到光转换元件110。

图8示出不仅包括光转换元件110还包括光波长选择输出元件220的装置100的示例。光波长选择输出元件220与光转换元件110的输出接口130相关联。光波长选择输出元件220被配置为使能由光转换元件110的下转换材料150产生的输出光104的输出并阻止输入光102从光转换元件110的输出接口130输出。因此，光波长选择输出元件220阻止用于激发下转换材料150并允许作为激发下转换材料150的结果产生的输出光104的输出的输入光102的输出。

图9示出与图8中所示的装置类似的装置100，然而，此外，它还包括与输入接口120相关联的光波长选择输入元件210。光波长选择输入元件210被配置为使能输入光102输入到光转换元件110并阻止由光转换元件110的下转换材料150产生的输出光104的输出。因此，光波长选择输入元件210操作以阻止除了通过输出接口130之外的由下转换材料产生的光的损耗。例如，光波长选择输入元件210可对输出光104反射并下转换可操作以在内部从输入接口120向输出接口130反射由下转换材料150产生的光。

光波长选择元件的制造在文献中有详细的记载，在本文不再进一步描述。

图10示出光纤面板176的示例。光纤面板176包括多个光学纤维170。每个光学纤维170包括芯部172和具有比芯部更高的折射率的包层部174。

光学纤维170在光纤面板176内的布置是紧密堆积的光纤束170。在该示例但并非全部的示例中，每个光学纤维170具有圆形横截面，以使得腔160具有相同的尺寸，包括在第一方向上的第一横截面尺寸164和在第二方向上的第二横截面尺寸166。第二方向在横截面上与第一方向正交，第一尺寸和第二尺寸基本相等。这对于在横截面内的任何方向是成立的，因为横截面是圆形的。腔160在第三维上沿光导140的长度仅仅是光导140的长度的一部分，使得在光导140的输入接口120与腔160之间存在热绝缘材料172、174。芯部172热绝缘并且包层部174热绝缘。

图11示出光纤面板176在制造成如上所述的光转换元件110之前的横截面。制造过程在图14和图15中示出。

方法300的总体目的在图14中示出，即在距光转换元件110的输入接口120的远端位置处悬挂下转换材料150。这与如图15中所示的光纤面板176相关地实现。

在框302，光纤面板176的光学纤维170的芯172的一部分被从光纤面板176的一端移除。光纤面板176的该端可在将形成光转换元件110的输出接口130的光纤面板176的终端处，光纤面板的另一端形成输入接口120。

如图12中所示，在框302之后，光纤芯172的一端已经被移除，而保留光纤包层174的该端，所保留的围绕光纤包层174形成多个腔160。

接下来在框304，下转换材料150被添加到腔160。

接下来在框306，包括下转换材料150的腔160被密封以创建光转换元件110的输出接口130。在一些示例中，该密封可以是气密封。

如图13中所示，一个或多个光波长选择输出元件220可与光转换元件110的输出接口130相关联，一个或多个光波长选择输入元件210可与光转换元件110的输入接口120相关联。

光源202可与光导140相关联以提供输入光102。

在图13的示例中，腔160中的一些包括不同的下转换材料150。由不同的下转换材料150产生的输出光104具有不同的发射光谱。从光源202向不同的下转换材料150提供的输入光102可以是同一输入光或可以是不同的输入光。

此外，如图13中所示，腔160中的一些可以包括漫射材料190而不是下转换材料150。这种漫射材料190可用于漫射在光导140的输入接口120处接收的来自光源202'的光。在该示例中，光源202'是产生可见光的光源。

应当注意，光源202'不与光波长选择输入元件210相关联，与光源202'相关联的光导140不必具有关联的光波长选择输出元件220。这是因为下转换在光导140内没有光的转换，由于其包括扩散材料190而不是下转换材料150并且到该光导140的输入光102可被选择以使得它仅包括所需的波长。

尽管光转换元件110已经在显示器的情境中描述，但它具有更广泛的应用。它还可用于可编程和可配置的照明器。在这种情况下，通过改变电流和/或脉冲宽度调制(pwm)占空比独立驱动光源202组。通过将不同的光转换元件110放置在光源202的前面，可以配置照明器。通过这种方式，可以设置不同的照明的光谱，而不需要更换光源202本身。这种照明器的一个应用是相机的可重构闪光灯，但它也适用于红外光谱中的普通照明或专用照明器。

尽管光转换元件110已经在显示器的情境中描述，但它具有更广泛的应用。它还可用于相同或不同的波长的光被提供为样品的光谱研究或其它应用。所研究的样品可以是光转换元件110的一部分，例如，放置在下转换材料150的顶部上或与其相邻的腔中。或者，样品可以是在光转换元件110的顶部上对齐的单独的元件的一部分。光转换元件110提供光谱到空间转换，并且样品可以通过空间位置同时暴露于大量波长的光。输出可以由相机捕获和/或可以组合所有通道以进行光谱和/或快速时间检测。与宽带光源和色散元件(例如，棱镜)或衍射光栅光源相比的优点是光谱效率高得多(不存在零级或更高阶衍射的损耗)。通过不同地调制激发光源202(例如，uv/蓝光)，时间分辨光谱也是可以的。这与传统光谱学相反，其中宽带光源同时调制光栅的所有输出。

尽管光转换元件110已经在发射显示器的情境中描述，但还可以使用光转换元件110作为液晶显示器(lcd)的背光源。背光源光转换元件110可被分为可独立寻址的块，即背光源实际上是低分辨率显示器，其上附着有更高分辨率lcd。通过这种方式，黑暗区域变得更暗(更高的对比度)，明亮区域更亮(更加的高亮)，并且功耗降低。在一些示例中，每个基色可以单独调制。这将节省更多的功率并提供更大的色域。

在一些示例中，光导140可由玻璃或塑料制成。光导140可由在感兴趣的波长处具有透射并且芯172与包层174之间折射率的足够大的差异以获得良好的导光的任何材料制成。

光导140可由光纤面板176或者可替代地松套光纤或光纤束制成。

光导140的末端可浸入下转换材料150中在距输入接口120的远端位置处悬挂光转换材料。光导末端可被组装到任何形状和大小的显示器或照明器表面。

一个输入光源202可服务一个或几个腔，几个腔中的每一个可具有不同的下转换材料150。

本文中使用的术语“包括”具有包容而非排它的含义。也即是说，任何提到“x包括y”表示x可以仅包括一个y或者可以包括多于一个y。如果意图使用具有排它含义的“包括”，那么在上下文中将通过提及“仅包括一个···”或者使用“由······组成”来明确。。

在本简要说明书中，已经参考了各种示例。与示例相关的特征或功能的描述表示在该示例中存在这些特征或功能。在文本中使用的术语“示例”或“例如”或“可以”表示，无论是否被明确地陈述，这些特征或功能至少存在于所描述的示例中，无论是否被描述为示例，并且它们可以但不一定存在于一些或所有其它示例中。因此，“示例”、“例如”或“可以”是指一类示例中的特定实例。该实例的特性可以仅是该实例的特性或该类的特性或该类的子类的特性，该子类包括该类中的一些但不是全部的实例。因此，隐含公开针对一个示例但未针对另一个示例描述的特征可以但不必需用于其它示例。

尽管本发明的实施例已经在之前的段落中参考各种示例进行了描述，但应当理解，可在不背离本发明要求保护的范围的情况下对给出的示例进行修改。

在之前的描述中描述的特征可用于除了明确描述的组合以外的组合中。

尽管已经参考某些特征描述功能，这些功能可由其它特征来执行，无论是否描述。

尽管已经参考某些实施例描述特征，这些特征也可存在于其它实施例中，无论是否描述。

在之前的描述中试图指出被认为是特别重要的本发明的特征时，应当理解，申请人要求保护关于在本文中之前参考附图和/或在附图中示出的任何可授予专利的特征或特征组合的内容，无论是否已经强调。