受激发光装置的制作方法

专利名称：受激发光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于从荧光粒子的激励和发射产生白光的装置及设备和方法。
背景技术：
用于商业和住宅照明的一般照明源的选择，一般地由能量效率与如实地产生颜色的能力之间的平衡支配，该如实地产生颜色的能力由显色性指数(color rendering index(CRI))测量。现有荧光发光，已知从能量消耗的观点看是经济的。然而，许多用户抱怨，现有荧光发光产生的光，光谱质量欠佳并产生眼睛过劳和其他有害健康的作用。白炽灯还在广泛使用并被认为有良好光谱质量和准确地再现颜色的能力。这种高的光谱质量是从炽热灯丝得到的，炽热灯丝近似于黑体辐射体并与太阳相似，在许多波长上发射光。但是， 炽热发光的缺点是发出低的能量效率。因此，很久以来就感觉到有必要生产使用较少能量又有光成分类似于太阳光成分的光源。固态发光(SSL)是又一种普通的照明和发光技术，它兼有荧光灯的能量效率与白炽发光的优良光谱质量。通常，商业上可得到的SSL灯由发光二极管(LED)构成，由常常大于2 μ m的大粒子构成的荧光体包围。从该LED发射的光有足够的能量引起荧光体发荧光并发射一种或多种可见光的颜色。商用SSL产品最常见的例子，由黄光荧光体，诸如铈掺杂的钇铝石榴石(YAG:Ce)包围的蓝光LED(通常460nm)组成，该铈掺杂的钇铝石榴石发射以 550nm为中心的宽带光。名义上来自荧光体的黄光发射与来自LED的蓝光的组合，产生一般有白光表观的光源。替代之，发射紫外光(< 400nm)的LED能够被用于激励红光、绿光、和蓝光荧光体的混合物。图1是从固态发光装置获得的光谱的示意图。虽然这一方案产生白光，但由于它的有限数量的波长，所以有低效率和不良光谱质量的缺点。此外，虽然来自目前固态发光产品中使用的灯的光强，对诸如闪光灯的应用是足够的，但对于在一般照明应用诸如室内照明中使用，它被认为太低且发射锥被认为太窄。因此，对有能力在足够大的区域上，提供高强度白光发射以便一般照明使用的固态光源，是有需求的。建议的改进SSL装置性能的一种方案，已经被用于诸如作为二次转换器的量子点的纳米粒子，以产生白光。“Quantum Dots Lend New Approach to Solid-State Lighting”，2003年7月M日Sandra国家实验室出版发行。该方案把量子点引进用于密封发光二极管(LED)的聚合物中，而实质上是在LED晶片周围建立三维的量子点圆顶。虽然该方法已经在生产白光中成功，但该三维圆顶结构把大量量子点放在LED周围的非优化位置，并产生潜在的量子点成团的问题。一般说来，SSL装置能够依据荧光体与LED的接近度，被分类为或者接近或者远离荧光体的配置(见 E.Fred Schubert, Light-Emitting Diodes, Second Edition,剑桥大学出版，2006年)。在接近荧光体的配置中，荧光体和LED被包含在同一封壳中且荧光体常常处于与LED的顶表面紧密接触。在远离荧光体的配置中，荧光体与LED被物理地分开，以降低LED对荧光体的热作用。前面所述技术的接近和远离荧光体的配置两者都受被本发明所克服的限制。例如，美国专利6，357，889描述一种利用远离荧光体的色可调光源。该系统要求最少两个不同LED操作在两种不同波长上，以便产生白光。该系统增加的复杂性导致增加的成本。在另一个例子中，美国专利7，144，131描述一种由远离荧光体组成的光学系统，其中的荧光体被掺杂进漫反射材料中。这种结构建立的光学系统受主体基质的高反射性质限制，它要求全部结构含有荧光体，这样增加成本。在另一个例子中，美国专利申请 2009/0251884描述一种由远离荧光体组成的光学系统，其中的荧光体被掺杂进漫反射材料中，而该组合的结构占据光学积分腔的全部。这样的结构也要求增加成本的大量的荧光体。 同样，在这样的结构中，荧光材料被集成在相对耐久或复杂的部件中，这样的部件要替换是昂贵的，限制了为维护或允许颜色变化的目的，方便地或廉价地改变荧光材料的载体的可能性。早先，聚合物/量子点复合物纳米纤维已经从聚合物/量子点合成的溶液的静电纺获得，如 Schlecht 等人在 Chem. Mater. 2005，17，809-814 中所公开。然而，Schlecht 等人生产的纳米纤维均在10-20nm直径的量级，以便产生量子限制效应。文中所公开的纳米粒子和纳米纤维的大小范围，不利于跨越白光光谱的初级光到次级光发射的转换。Lu等人在Nanotechnology，2005，16，2233中还报告用静电纺制作埋藏在聚合物纤维基质中的Ag2S纳米粒子。此外，文中出示的纳米粒子和纳米纤维的大小范围，不利于初级光跨越白光光谱转换为次级光发射。
如在上面引用的2006年11月13日递交的美国申请序列号11/559，沈0，标题为 "LUMINESCENT DEVICE”所描述，高效的光产生片，已经在光致荧光粒子与聚合物纳米纤维的组合的基础上被研发。这些荧光片能够被用于白光固态发光装置中，其中为些片被蓝光发光二极管(LED)光源照射，并且这些片将把入射的蓝光变换为例如黄光。黄光和蓝光的适当混合，将产生白光的表观。这些光产生片的一个特别优点是，光致荧光粒子被悬浮在纳米纤维之上，而不是被包含在有相对高折射率的大块材料中。这种安排防止光通过全内反射被陷入，如同当纳米粒子被密封在大块材料内时出现的那样。

发明内容
在本发明的一个实施例中，提供用于可激发光发射的受激发光装置。该发光装置包含含有光可激发粒子的荧光片，该可激发粒子在接收初级光时发射次级光。该发光装置包含光源，被配置成产生初级光；至少一个反射器，被配置成反射至少一部分初级光和一部分次级光到荧光片上，并被配置成从荧光片向光出口反射至少一部分散射的初级光和一部分次级光；以及光出口，被配置成射出作为初级光和次级光组合的光。在本发明的另一个实施例中，提供一种受激发光装置，包含反射外壳和被布置在该反射外壳中的荧光片，并被配置成在接收初级光时发射次级光。该装置包含被配置成产生初级光的光源，以及在反射外壳中的被配置成从反射外壳射出作为初级光和次级光组合的光的光出口。应当理解，前面本发明的一般描述和下面的详细描述两者，都是示例性的，而不是对本发明的限制。


当参考下面详细的描述，联系附图思考而变得有更好理解时，将容易获得本发明更完整的了解及其许多附带的优点，附图中图1是从常用固态发光装置获得的光的光谱示意图；图2A按照本发明一个实施例，示意绘出纤维体积内荧光合成物的布置；图2B按照本发明一个实施例，示意绘出在纤维的表面上或其附近的荧光合成物的布置；图2C按照本发明一个实施例，示意绘出纤维基底，在该实施例中，纤维基底总起来作为光学散射中心起作用；图3按照本发明一个实施例，示意绘出纤维基底，在该实施例中，纤维作为个别的散射中心起作用；图4是描绘静电纺设备的示意图，该静电纺设备适合用于包含纳米粒子光发射体的本发明的纤维和/或纳米纤维的淀积；图5是流程图，示出用于形成按照本发明实施例的荧光装置的方法，在该实施例中，荧光粒子被包含在电喷雾聚合物中；图6A是以一定浓度分散在聚合物基质中的量子点示意图，其中的成团只以低浓度存在；
图6B是以一定浓度分散在聚合物基质中的量子点示意图，图中的成团是要素；图7是流程图，示出用于形成按照本发明实施例的荧光装置的方法，在该实施例中，荧光粒子在静电纺过程期间被附着于静电纺的纤维上；图8是流程图，示出用于形成按照本发明实施例的荧光装置的方法，在该实施例中，荧光粒子在静电纺过程之后被附着于静电纺的纤维上；图9是用图8所示方法制备的聚合物/QD合成纳米纤维的透射式电子显微术图像；图10按照本发明一个实施例，示意绘出一种配置，在该配置中，发光二极管(LED) 通过密封剂把光耦合到包含荧光材料的纤维；图11按照本发明一个实施例，示意绘出一种配置，在该配置中，发光二极管(LED) 通过其中含有的密封剂把光耦合到包含荧光材料的纤维；图12是按照本发明一个实施例的发光体结构的横截面图；图13A是按照本发明一个实施例的类似发光体结构的透视图；图1 是跨越各种厚度的纳米纤维基底的可见光谱上测得的反射率的图；图13C是按照本发明一个实施例的另一种发光结构的图；图13D绘出光致荧光纳米纤维的光谱，该光谱是把涂覆有绿光荧光体和红橙光量子点的尼龙纳米纤维，插入本发明的图13C所示实施例中并用蓝光LED作为激励源测试而建立的；图13E是按照本发明一个实施例的另一种发光结构的图；和图13F绘出光致荧光纳米纤维的光谱，该光谱是把涂覆有绿光荧光体和红橙光量子点的尼龙纳米纤维，插入本发明的图13E所示实施例并用蓝光LED作为激励源测试而建立的；图14是按照本发明一个实施例的光发射结构，从不同的透视角度的图；图15是按照本发明一个实施例的另一种光发射结构，从不同的透视角度的图；图16是图15中反射器的计算机生成的三维图；图17是按照本发明一个实施例的另一种光发射结构的图；图18是在本发明一个实施例中提供的量子效率改进的图，图中的光致荧光纳米点被附着于纳米纤维外侧；图19是由按照本发明一个实施例的发光体建立的发射光的积分球的照片；图20绘出YAG:Ce的光谱，该YAG:Ce是用丝网印刷在玻璃板上，被插入本发明的 RPRB结构中和被测试；图21绘出绿光发射量子点的己烷溶液的光谱，该己烷溶液被加进本发明的RPRB 结构中和被测试；图22绘出光致荧光纳米纤维的冷白光光谱，该光谱是把涂覆有绿光荧光体的 PMMA纳米纤维，插入本发明的RPRB结构中和被测试而建立的；图23绘出光致荧光纳米纤维的中性白光光谱，该光谱是把涂覆有绿光荧光体的 PMMA纳米纤维，插入本发明的RPRB结构中和测试的；
具体实施方式
用于一般照明的发光装置，能够通过把泵浦波长(如，440-470nm范围的蓝光发射；380-440nm范围的紫光发射；或330-380nm范围的紫外光发射)与发射短于该泵浦光波长的一种或多种光致荧光材料组合而被制成。该光致荧光材料可以是包含荧光体、纳米荧光体、和量子点的多种化学性质(chemistry)和粒子大小。该荧光材料常常是易碎的并要求粘合剂或支承基质，以便引进实际的装置中。在本发明的一个实施例中，发光装置包含与聚合物材料组合的荧光粒子，该聚合物材料向最后得到的光致荧光层提供机械强度和给予需要的光学性质。例如，希望在某些发光应用中，具有包含光透射和光反射性质的混合物的光致荧光层，它能够通过合成物材料的明智的选择获得。替代之，在本发明的一些实施例中，希望具有提供高度光反射的光致荧光层。这一点也能够通过合成物材料和用于制造它们的方法的适当选择而获得(如在下面的描述)。控制光致荧光层的透射和反射性质的一种方式，是控制光致荧光层的折射率。例如，折射率与其周围介质匹配的光致荧光层将显示大的光透射，而折射率不匹配的材料将显示光透射和光反射的混合。在这样的介质中，光反射的程度通过Fresnel公式由光致荧光层对周围介质的折射率的差确定。控制光致荧光层的透射和反射性质的一种另外的方式，是引入尺寸在光波长量级的特征。这样的特征，通常IOOnm到SOOnm大小，将促进光束的散射，增大反射系数。该特征可以是与它们周围的折射率不同，该折射率的不同将产生由Fresnel公式支配的透射和反射性质。能够被引进光致荧光层的材料的例子，包含诸如聚合物纳米纤维、自然的和合成的如PolyArt 这样的纸、和蚀刻的玻璃及塑料等材料。出现在光致荧光层中的光散射，也可以被用于增大材料漫射光或把它的强度扩展到更大区域的能力。极端的情况下，光散射能够被用于产生Lambert散射体，Lambert散射体中，物体的强度似乎相同，与视角无关。在一个实施例中，通过向聚合物或陶瓷材料添加给予控制光的透射和反射能力的一定范围的光致荧光材料，光致荧光层能够被建立。这样的光致荧光材料，包含荧光体、纳米荧光体、和量子点。荧光体是普通的一类材料，当被暴露于不同波长的辐射中时，它发射辐射。在本发明的一个实施例中，这样的荧光体一般被暴露于不是蓝光、紫光，就是紫外光源(即泵浦) 中，并将从入射光源吸收光子，建立受激电子态。该受激态能够通过荧光或更具体地说是光致荧光过程，发射波长一般比泵浦波长更长的光子。荧光体一般由合适的基质材料(host material)(如，铝石榴石、金属氧化物、金属氮化物、和金属硫化物)，向该主体材料添加激活剂(如，铜、银、铕、铈和其他稀土元素)而制成。通常，荧光体粒子大小常常是Iym或更大。近来，荧光体已经发展到以IOnm以下的粒子大小为特征。这些纳米荧光体常常有类似于更大粒子大小的化学性质，但由于它们小的尺寸，使光散射到较小的度。具有小于50nm的大小的粒子，常常能够被分类为量子点。量子点是它们的尺寸的数值量级等于或小于室温下电子的大小(deBroglie波长)的纳米粒子。当量子点的大小粗略地与电子的deBroglie波长相同或更小时，则人为地限制电子的势阱被建立。该势阱的大小确定可用于电子的量子化能级，如在基础量子力学的“箱子中粒子”的解中所描述。 因为该能级确定量子点的荧光波长，所以仅仅改变量子点的大小，精确到第一阶近似，会改
9变量子点辐射可见光的颜色。因此，量子点的量子限制效应直接影响从相应量子点发射的光，而宽光谱颜色可以通过组合不同大小的量子点获得。典型的量子点包含可以被有更高带隙的无机材料壳层包围的纳米结晶核。这一结构被用外部有机层盖顶，该有机层确保与各种溶剂兼容。在这种情况下，整个组合体(即， 纳米结晶核、更高带隙材料的壳层、和有机盖顶层)统称量子点。这种量子点的代表性例子，包含被硫化锌壳层包围并以有机配体盖顶的硒化镉纳米结晶核，该有机配体为诸如三辛基氧化磷或诸如十六烷基胺的长链胺。这种核壳层结构由Evident Technologies of Troy, NY.出售。量子点的纳米结晶核可以由各种材料制造，这些材料包含但不限于如下至少之一硅、锗、磷化铟镓、磷化铟、硫化镉、硒化镉、硫化铅、氧化铜、硒化铜、磷化镓、硫化汞、硒化汞、氧化锆、氧化锌、硫化锌、硒化锌、硅酸锌、硫化钛、氧化钛、和氧化锡，等等。对本发明特别有用的是，有至少如下之一的核的量子点Cc^e、InGaP、InP、GaPJP 量子点的光学性质是由该纳米结晶核产生的。量子点可以从市场上作为低介电常数(低K)有机溶剂诸如甲苯中的胶态分散体购得。然而，量子点经历相互吸引而能够成团，这样可以破坏它们的量子行为并改变它们的性能特征。例如，已知成团会降低量子点的光发射效率，且已知由于能量转移到因成团而形成的更大的点上，引起发射频率的红移。见J. Rodriguez-Viejo, K. F. Jensen, H. Mattoussi, J. Michel, B. 0. Dabbousi 禾口 M.G.Bawendi, Applied Physics Letters, vol. 70 (1997), no. 16, page 2132，在此收录该文全部内容，供参考。由于人眼对轻微色变化的灵敏度，粒子成团能够对来自照明源的光的质量产生显著影响。在极端的情形下，成团能够导致量子点的光致荧光熄灭。纳米纤维是固态结构，它有一维(直径)在10-2000nm范围，而另一维(长度)能够十分长，在米的范围。适合本发明的纳米纤维能够由各种材料制作，包含聚合物、陶瓷、和玻璃，溶胶凝胶和材料的混合物也能够被容易制造。纳米纤维的一种特征是它们小的直径和由此高的表面面积。直径在可见光( 500nm)的量级甚至更小的纳米纤维，能够容易被生产，建立非常大的表面面积。现在参考附图，其中贯穿数个视图，相同参考数字表示相同或对应的部件，在本发明的各个不同实施例中，图2A和2B是示意图，绘出包含例如荧光粒子4(即下面所公开的复合物之一)的光可激发纤维(LF) 2，这些荧光粒子被布置在或者纳米纤维的表面之上或者在纳米纤维块之中。尤其是，图2A是示意图，绘出纤维2体积内的荧光粒子4 (如光可激发粒子，诸如量子点半导体材料，荧光体、或纳米荧光体)的布置，该纤维2在图2A中被作为纳米纤维绘出。图2B是示意图，绘出在纤维2表面上或其附近的荧光粒子4的布置，该纤维2在图2B中被作为纳米纤维绘出。图2C是示意图，按照本发明的一个实施例，绘出纤维基底6，其中的纤维基底6总起来作为光学散射中心起作用。按照本发明的一个实施例， 在这种配置中，可激发粒子(但没有明显画出)被布置成在整个纤维基底厚度h上与纳米纤维2结合。纳米纤维2渐增地为激励(或初级)光提供散射地点，由此在本发明的一个实施例中，增强泵浦源光与可激发粒子4之间相互作用的概率。图3是示意图，按照本发明的一个实施例，绘出纤维基底6，其中该纤维2作为个别散射中心被画出。纳米纤维2个别地为激励(或初级)光提供散射地点，由此在本发明的一个实施例中，增强泵浦源的光与可激发粒子4之间相互作用的概率。因此，在下面将要详细解释的本发明各个实施例中，提供包含例如图2C和3所示的纤维基底的装置，用于从纤维基底的可激发发射。纤维基底6包含具有平均纤维直径范围在100到2000nm之间的纳米纤维，以及与这些纳米纤维结合布置的多种光可激发粒子。 可激发粒子4在接收波长λ的初级光时能够产生次级光发射。平均纤维直径的大小可与波长λ相比，以便在纤维基底内为初级光提供散射地点。如在稍后更详细的讨论，平均纤维直径范围是在100到5000nm之间，或更适合的是在300nm到2000nm之间，或更适合的是在400nm到IOOOnm之间。波长λ的范围是在 100到2000纳米之间，或更适合的是在400到500纳米之间。纤维基底6具有的厚度范围在0. 1到2，000微米之间，或更适合的范围是在1到500微米之间。在本发明各个不同实施例中，可激发粒子4例如包含除上面列举的量子点材料荧光体之外或此外，还包含纳米荧光体。像例如在下面列举的和其他的荧光体适合用于本发明。合适的荧光体例子包含，但不限于1.稀土元素掺杂的金属氧化物，诸如 l03:Tb、Y203:Eu3\ Lu2O3:Eu3\ CaTiO3:Pr3\ CaO:Er3+、(GdZn) 0Eu3+、Sr4Al14O25:Eu3+、GdMgB3O10: Ce3+: Tb3+、CeMgAl11O19: Ce3+: Tb3+、 Y2O3: Eu3+ ；2.金属硫化物，诸如 CaS:Eu2+、SrGa2S4:Eu 和 QiwSrxGiiy (S，Se)z:Eu ；3.稀土元素掺杂的钇铝石榴石(YAG)，诸如YAG: Ce3+ ；4.金属硅酸酉旨，包含 Cei3 (Se，Mg) 2Si3012: Ce 禾口(Ba、Sr)2Si04:Eu ；5.稀土元素掺杂的氧化锆，诸如&02:Sm3+，&02:Er3+；6.稀土元素掺杂的钒酸盐(YVO4 = Eu)和磷酸盐(La，Ce，Tb)PO4 ；7.由主体基质(如 Gd203、GdO2S, PbO、ZnO, ZnS, ZnSe)和掺杂物(Eu、Tb、Tm、Cu、 Al和Mn)组成的掺杂的材料；和8.硫化锌和硒化锌的金属掺杂形式(如 SiSMn2+，ZnS:Cu+, Zn0.25Cd0.75S:AgCl)。其他可供本发明使用的荧光体的例子，可以在W. M. Yen, S. Shionoya,和 H. Yamamoto,Phosphor Handbook, Second Edition中找到，本文引用该手册的全部内容，供参考。对本发明特别有用的，是包含至少如下之一的荧光体稀土元素掺杂的YAG、包含掺杂的ZnS和掺杂的SrGaj4的掺杂的金属硫化物、以及掺杂的此外，如在稍后更详细的讨论，可激发粒子4能够包含多个颜色不同的光发射体 (即，不同大小的量子点的分布或荧光体的分布)，它们从初级光产生各自的次级光发射， 并由此形成具有显色性指数大于70或大于80的最后的白光。在本发明的一个实施例中，通过把可激发粒子4分散在高表面面积介质上，诸如纳米纤维的纤维基底上，则含有纳米纤维2及可激发粒子4 (如量子点或荧光体)的纤维基底6的发射效率，被增大到超过用荧光粒子的平面封装把荧光粒子分散到膜中所达到的。 结果是，在本发明的一个实施例中，这种纳米纤维基底结构，与量子点被分散到膜中比较， 能够以更高的效率捕获被LED发射的光子，并与平面封装的荧光粒子所能达到的秋强度比较，以更高强度再辐射可见光波长。虽然不限于任何特定理论，但从纤维2散射的光取决于纤维直径、相邻纤维之间的间隔、光波长、纤维对光的取向和纤维的折射率。纤维的聚合物具有的实际折射率范围是在1.3到1.6之间。对略有吸收的材料的长纤维(这些纤维与本发明的纳米纤维结构以相同方式起作用)，其光散射效率曲线的例子，以前已经被Van de Hulst在Light Scattering by Small Particles，Dover，1957中详细研究。在该较早的工作中，对300nm的入射光， 最大光散射有3. 14的尺寸参数(π乘纤维直径/波长)和A = 4. 2的散射效率(Q)。对 600nm的入射光，尺寸参数是1.6而仏=2。这样，较短波长的光(希望在本发明中频繁地使用)被陷入在纤维基底中的可能性，是较长波长的光的两倍。这种现象的别样解释是，平均说来，400nm的光通过适当设计的纳米纤维材料的光程长度(OPL)，比600nm光的OPL更长。当应用于本发明时，这种现象意味着，光发射的增强可以从纤维基底中纤维的光散射特征获得(即，作为散射中心起作用的每一纤维，和作为更有效地把激励光约束在纤维基底介质中的介质起作用的纤维基底，允许在激励光驻留在纤维基底中的期间，有更高的激励光与光发射体相互作用的可能性。例如，在本发明中，典型的激励波长是450nm的蓝光。为了产生白光，该结构必需从450nm到700nm的宽频率范围上发射辐射。通过制作纳米纤维结构，其中基底6中纳米纤维4的平均直径粗略地与激励源的相同(即450nm)，激励频率能够被光散射有效地陷入在纳米纤维结构中(即，激励源的OPL是长的)。这样增加激励源启动荧光并产生白光的可能性。相反，荧光合成物的荧光所产生的较长波长的发射，将被纤维基底中的纳米纤维较无效地散射，从而更可能从纤维基底结构以最少散射出射。在这些条件下，作为波长和纤维直径函数的光散射/光子性质得到改进。在本发明的一个实施例中，纤维基底6包含许多纳米纤维层(如图2C所示)。这些层的纳米纤维2个别地作为入射激励光的散射中心起作用。通常，纳米纤维具有的平均直径大致是激励源的波长(即从IOO-IOOOnm)。此外，纤维中层的数量通常可以形成0. 1到 2，000微米范围的纤维基底6的厚度，尽管较薄的值，像例如0. 01微米，和较厚的值，像例如 3，000微米是合适的。较薄的层不大可能“捕获”入射的激励光，而较厚的层基本上可以散射从量子点诱发的光。结果是，较薄的层在某些波长上有较高的透射率，而较厚的层将有更大的反射率。在该限制内，纳米纤维结构将呈现高的(即>0.80)的反射率值，如图对所
7J\ ο制造流程本发明中光可激发结构的形成，能够通过许多方法发生。形成方法通常涉及受控直径的纳米纤维2的形成和可激发粒子4 (如量子点或荧光体)对纳米纤维2的涂敷。在一种方法中，可激发粒子4能够在纤维正在聚结成最后的纤维基底时被涂敷于静电纺纤维。 在一种方法中，可激发粒子4能够被包含电喷雾介质中。在一种方法中，可激发粒子4能够在没有任何可激发粒子的情况下基底已经被形成之后，被涂敷于最后的纤维基底上。图4是示意图例，绘出适合用于淀积本发明的纤维和/或纳米纤维的静电纺设备， 它包含具有可激发粒子4的纤维和/或纳米纤维的淀积，该可激发粒子4包含纳米粒子光发射体，诸如上面指出的量子点和纳米荧光体。在本发明的一个实施例中，被引进本发明的纤维和/或纳米纤维的可激发粒子4，比纤维的直径更小。在本发明的一个实施例中，被引进本发明的纤维和/或纳米纤维的可激发粒子4，比纤维的直径更大。在图4中，静电纺设备21包含环绕静电纺元件M的室22。这样，静电纺元件M 被配置成对组成纤维的物质进行静电纺，以形成纤维26。静电纺设备21包含聚集器观，被布置离开静电纺元件M并配置成聚集纤维和/或纳米纤维。用于形成纤维和纳米纤维的各种方法，在美国序列号No. 10/819，942、10/819，945、和10/819,916中描述，在此列举并
引用，供参考。静电纺元件M与储料源30通信，该储料源30含有电喷雾介质像例如上面指出的聚合物溶液。本发明的电喷雾介质包含本领域熟知的聚合物溶液和/或熔体，用于纤维的挤出，包含纳米纤维材料的挤出。的确，适合用于本发明的聚合物和溶剂，例如包含在二甲基甲酰胺或甲苯中的聚苯乙烯、二甲基甲酰胺/ 二氯甲烷混合物中的聚己酸内酯、在蒸馏水中的聚环氧乙烷、在蒸馏水中的聚丙烯酸、在丙酮中的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、在二甲基甲酰胺(DMF)中的PMMA、在N-甲基甲酰胺(NMF)中的PMMA、在丙酮中的醋酸纤维素、在二甲基甲酰胺中的聚丙烯腈、在二氯甲烷或二甲基甲酰胺中的聚丙交酯、和在蒸馏水中的聚乙烯醇、以及它们的组合。一般说来。用于本发明的溶剂包含聚合物能够在其中溶解的有机的和无机的两种溶剂。聚合物材料在形成时，最好是光学上不吸收的材料，尽管聚合物可以用对荧光合成物(luminescent compound)起色滤波器作用的添加剂纺织(如稍后更详细的讨论)。高电压源34被提供，以便使静电纺元件M维持在高电压。聚集器观最好离静电纺元件M的尖1到100cm。聚集器28能够是板或屏。通常，2，000到400，000V/m之间的电场强度由高电压源34建立。通常，聚集器观被接地，而由静电纺从静电纺元件M产生的纤维沈，被电场32引向聚集器观。电场32把将要组成纤维的物质，从静电纺元件M的尖拉成长丝或流体的液体射流42。向每一静电纺元件M的物质供应，最好与负责抽出将要组成纤维的物质的电场强度平衡，使离开静电纺元件M的微滴形状保持恒定。在聚合物溶液(或在静电纺过程之后或当中，用别的办法引到纤维上)中的是荧光合成物。在本发明的一个实施例中被淀积的纤维，直径范围可以从50nm到数微米。如在以前引用供参考的美国序列号No. 11/130, 269的相关申请中，本发明能够使用不同的静电纺元件，以产生不同大小纤维的混合纤维的纤维基底。该纤维基底例如能够在基底的一侧比该纤维基底的另一侧有较大的平均纤维直径。本发明的纳米纤维中使用的纤维，包含但不限于丙烯腈/ 丁二烯共聚物、纤维素、乙酸纤维素、脱乙酰壳多糖、胶原蛋白、DNA、纤维蛋白原、纤连蛋白、尼龙、聚丙烯酸、聚氯苯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚醚丙烯酸酯、聚乙基乙烯基乙酸酯、聚乙酸乙烯共聚物乙酸酯、聚环氧乙烷、聚对苯二甲酸亚乙酯、聚乳酸乙醇酸共聚物、聚甲基丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丁基丙烯酸酯、聚十二烷基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚甲基苯乙烯、聚苯乙烯磺酸盐、聚苯乙烯磺酰氟、聚苯乙烯丙烯腈共聚物、聚苯乙烯丁二烯共聚物、聚苯乙烯二乙烯基苯共聚物、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚双氟亚乙烯、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚酰胺、聚苯胺、聚苯并咪唑、聚己酸内酯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷聚环氧乙烷共聚物、聚醚醚酮、聚乙烯、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺、聚异戊二烯、聚丙交酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚砜、聚氨基甲酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、蛋白质、SEBS共聚物、生丝、以及苯乙烯/异戊二烯共聚物。此外，含有聚合物混合物的纳米纤维，只要两种或更多种聚合物在公共溶剂中是可溶的，也能够被生产。少量的例子可以是聚双氟亚乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯混合物、聚苯乙烯-聚乙烯基甲醚混合物、聚甲基丙烯酸甲酯-聚环氧乙烷混合物、聚甲基丙烯酸甲酯-聚丁基丙烯酸酯混合物、聚羟丙基甲基丙烯酸酯-聚乙烯吡咯烷酮混合物、聚羟基丁酸盐-聚环氧乙烷混合物、聚甲基丙烯酸甲酯-聚十二烷基丙烯酸酯混合物、蛋白质-聚环氧乙烷混合物、聚丙交酯-聚乙烯吡咯烷酮混合物、聚苯乙烯-聚酯混合物、聚酯-聚甲基丙烯酸羟乙酯混合物、聚环氧乙烷-聚甲基丙烯酸甲酯混合物、聚羟基苯乙烯-聚环氧乙烷混合物。光发射体嵌入一般地说，图5是流程图，按照本发明的实施例，示出上面指出的第一种用于形成荧光装置的方法，其中可激发粒子4被包含在静电纺的聚合物中。在500，包含可激发粒子 (如光可激发粒子)的聚合物溶液，用上述的条件被静电纺。在510，从该静电纺的溶液，形成具有直径在100到5000nm之间并包含可激发粒子的纳米纤维。在520，纳米纤维被聚集， 以形成纤维基底。在500的过程反映上面所述的用于静电纺纳米纤维的一般技术，最好是在受控条件之下。在500，在溶剂中的可激发合成物与储料源30中的聚合物混合之前，要仔细对可激发合成物进行声波处理，确保适当的分散。适当的分散导致可激发粒子在整个最后的纤维基底上的均勻分布。正常的情形下，大于M小时的声波处理时间，足以获得均勻的荧光合成物悬浮在溶液中。溶液中聚合物对荧光合成物的比值，通常在1 50到100 1的范围·进而，按照本发明的一个实施例，聚合物溶液中可激发粒子的局部浓度太高，能够导致这些复合物有害的成团。图6A是可激发粒子4 (即，量子点、荧光或光可激发合成物) 以一定浓度分散在聚合物基质10中的示意图，图中的成团是低浓度的，且通常不是要素 (factor)。图6B是量子点4以一定浓度分散在聚合物基质10中的示意图，图中的成团是要素。即使在低浓度下，成团能够成为问题，因为小粒子常常经受静电吸引。然而，本发明利用高表面面积的纳米纤维，以降低粒子成团，可能是由于高表面面积的纳米纤维的收容大量粒子的能力。在本发明的一个实施例中，成团是不希望的，因为它导致荧光合成物在最后的纤维中的分散不均勻性。成团能够改变最后的光发射的色均勻性。此外，成团还由于熄灭或自吸收，引起发射频率红移和发射强度的下降，使荧光合成物的光学性质降质。纳米粒子的尺寸分布能够通过管理许多参数而加以控制，像例如改变溶剂体系的有机相、改变纳米粒子被形成时的温度、改变用于形成纳米粒子的反应物的浓度、改变盖顶分子的化学性质、添加表面活化剂以控制形成纳米粒子的材料的凝结、在粒子成核期间施加电场或磁场、在纳米粒子形成期间施加声学能，等等。盖顶分子的化学性质能够包含例如形成包围纳米粒子(即量子点)以使纳米粒子在化学上稳定的壳层。表面活化剂(如有机配体)能够围绕并附着于壳层的外侧被包含以改善溶液并防止成团。当粒子被建立或在干燥状态中使用时，这样的表面活化剂有助于防止粒子的成团。替代之，一种分离的方法，诸如在粒子成核之后的电泳分离能够被使用，以获得需要的粒子分布。在500，静电纺溶液能够包含添加剂，像例如有机荧光材料(染料)、陶瓷、金属有机化合物、碳、和/或金属。例如，纳米纤维的折射率，能够通过添加有高介电常数的材料诸如像TW2的陶瓷而被增加。这些添加剂被引进聚合物，以给予需要的物理、化学、或机械性质。这些添加剂通常在静电纺之前与聚合物混合，且一般不与聚合物形成强的化学键。已查明的适用于本发明的聚合物中普通的添加剂的例子，包含颜料(如二氧化钛)、导电材料 (如碳或金属薄片)、UV稳定剂、以及玻璃增强剂。在510，静电纺环境中的条件被控制。标题为“Electrospinning in a Controlled Gaseous Environment”的美国序列号No. 10/819，945描述的技术，可应用于本发明，以控制电喷雾环境。另外，静电纺过程的改进，在标题为“Filter Incorporating Nanofibers”的美国序列号No. 10/819，916中被描述，本文前面已引用，供参考。文中所描述的实践能够用于本发明，以产生小直径纳米纤维，这些纤维大的表面对体积比，能够增强从最后的纤维基底发射的光的亮度，且它们的平均纤维直径大小被适当地做成与入射光源的波长匹配。在 520,标题为"Electrospinning of polymer Nanofiber Using a Rotating Spray Head”的美国申请No. 10/819, 916中获得对齐的纤维，或标题为“Filter Incorporating Nanofibers”的美国申请序列号No. 10/819, 916中的技术，能够被用于改进纤维织物密度和均勻性。在静电纺期间引讲光发射体到纳米纤维上在本发明的一个实施例中，如上面所讨论，可激发粒子4能够在纤维正在聚结成最后的纤维基底6时被涂敷于静电纺纤维2。图7是流程图，按照本发明的实施例，示出形成荧光装置的方法，其中可激发粒子4在静电纺过程期间被附着于静电纺的纤维上。在700， 聚合物溶液被静电纺，以形成具有直径在100到5000nm之间的纳米纤维。在710，纳米纤维在静电纺期间被用可激发粒子4涂覆。在720，纳米纤维被聚集，以形成纤维基底6。在该实施例中，可激发粒子4变成被放置在纳米纤维表面上或其附近，如图2B所示。在700的过程与在500的过程类似，反映上面所述的一个实施例中受控条件下电喷雾形成纳米纤维的一般技术。在710，可激发粒子4在静电纺纤维已经干燥前，被附着到静电纺纤维的表面上。在710，可激发粒子4能够被指向一定位置的电喷雾束引入，从静电纺聚合物溶液的电喷雾尖被脱离。图4示出把可激发粒子4引入静电纺环境46的电喷雾单元 48。可激发粒子4的低的成团，能够通过把纳米纤维形成步骤与光可激发粒子附着步骤分离而达到。这一点在本发明的一个实施例中，是通过例如把可激发粒子4引进(诸如从电喷雾溶液引进)喷出的纳米纤维正在干燥的区域中而达到的。在电喷雾引进技术中，可激发粒子悬浮液的亚微米微滴，是通过用静电方法使含有可激发粒子的溶剂(例如甲苯) 微滴破碎而被产生。电喷雾的微滴是高度带电的(通常带正电)，并由于在它们走向聚合物纳米纤维6表面的道路期间同类电荷相斥，不会聚团，而该聚合物纳米纤维6表面，在一个实施例中，能够带相反电荷。因为纳米纤维从针尖射出期间正在干燥，在本发明的一个实施例中，电喷雾的位置控制可激发粒子4进入纳米纤维2的穿透性。例如，如果电喷雾束被移近电喷雾尖，纳米纤维可能变得更软，因为它们含有更多溶剂，而可激发粒子4将在纤维中被埋藏得更深。相反，如果电喷雾束被移离电喷雾尖并更靠近聚集器，纳米纤维将更干，而可激发粒子将被限制在表面。其他参数，诸如用于分散可激发粒子的溶剂，也可以影响电喷雾的可激发粒子的穿透深度。在710,标题为"Electrospinning in a Controlled Gaseous Environment，，的美国序列号No. 10/819，945所描述用于控制电喷雾环境以影响(推迟)静电纺纤维的干燥速率的过程，可供使用。在 710，标题为“Nanofiber Mats and Production Method Thereof” 的美国序列号No. 11/130，269所描述的关于粒子的输送和引入在纤维中的过程，可用于本发明。在720的过程与上面描述的在520的过程类似。在静电纺后引讲光发射体到纳米纤维上在本发明的一个实施例中，如上面所讨论，光可激发粒子诸如量子点，能够在静电纺之后涂敷于纤维基底。该实施例在图8被示出。按照本发明该实施例。纤维基底在800 通过静电纺方法，诸如上面所描述的技术形成。在810，含有可激发粒子4的溶液(诸如图 6A的聚合物溶液)被提供。在820，纳米纤维基底6被该溶液涂覆。该溶液可以被选定，以使纤维基底不溶解但可以使纤维基底6中已有的聚合物略为膨胀。在涂覆过程中，聚合物纳米纤维可以因溶剂而膨胀。纤维在网络中的这种膨胀也使纤维之间的间隔膨胀，从而打开网络空间以允许粒子在其间的移动。这样，由于Brown运动，粒子移动到纤维表面。纤维基底可以被浸没在溶液中1分钟到72小时的周期，并可以用溶剂漂洗0-60秒，确保任何松散地附着于表面的粒子的清除。然后，纤维基底6可以被放置在支承上并在使用前在室温下让其完全干燥。图9是用图8所示方法制备的聚合物/量子点合成纳米纤维的透射式电子显微术像。在如图9所示染色的纤维的透射式电子显微镜像中，各个量子点4在纤维2的外侧和内侧两侧是可见的。量子点的大小表明几乎没有点的聚团。按照本发明在图8所描述方法做成的聚合物纳米纤维上光可激发粒子的表面密度，可以通过改变诸如纤维的浸没时间、粒子溶液浓度、溶剂组分、和温度等变数控制。诸如增加Brown运动和使纳米纤维基质(与该过程中使用的非溶剂混合的痕迹溶剂)软化的更高温度的要素，可以控制表面覆盖度以及粒子在纤维上的埋藏度两者。根据显微术和该过程的力学，量子点(或光发射粒子)的埋藏可以在纳米纤维周边被局域化。虽然本发明描述的光发射粒子引入诸如纤维或纤维基底这样的基质，但本发明的这一方面不是就此限制于静电纺和纤维。各种各样的过程，包含上面指出的静电纺，以及其他常用技术，诸如喷雾式涂覆、滴落式涂覆、旋转式涂覆、转移印刷、热印刷、喷墨印刷、悬浮微粒加工、静电方法、被填充聚合物的挤出、自组合的单层等等，能够按照本发明被用于形成有荧光或光可激发合成物预定分布的基质。在那些例子中，基质不一定是静电纺纤维，并提供主体，在主体暴露于含有光发射粒子的分散体的溶剂时，将导致粒子(即量子点、荧光体、纳米荧光体、或电致荧光粒子)对基质的涂敷。基质材料最好是基于有机的，但可以包含含有无机基片的溶胶凝胶材料。相对光发射体分布在本发明的一个实施例中，用于制造本发明的光可激发装置的荧光合成物，例如是形成量子点或纳米荧光体的纳米粒子。量子点(即可激发粒子4)发射电磁波，电磁波的波长取决于，准确到第一阶近似，纳米粒子的直径。例如，2. 8nm标称直径的Cdk纳米粒子发射约530nm的绿光，而5. Onm标称直径的CcKe纳米粒子发射约625nm的红光。特定粒子 (各有特征波长发射)的混合能够被用于本发明以产生“白光”，类似于在荧光灯的荧光体混合物中使用的混合技术。
在本发明的一个实施例中，可激发粒子的公开的标称大小能够有导致宽带(与离散发射或线发射比较)的大小分布或表面结构的变化。例如，大小分布窄的不含无机壳层层的量子点，由于表面缺陷和凹陷(trap)，可以呈现宽带发射。这种材料的例子， 可以在 Bower 等人的 Journal of the American Chemical Society vol. 127(2005) % 15378-15379中找到，该文献的全部内容在此被引用，供参考。同样，核壳层量子点的宽的大小分布，能够通过控制用于合成它们的反应的参数而被产生。该宽带发射模仿黑体辐射源。 呈现宽带发射的本发明的荧光装置，有更高的显色性指数。在本发明的一个实施例中，因为纳米粒子发射的光的波长与纳米粒子的直径有关，白光可以从有不同直径的纳米粒子被分散在整个纤维基底的纤维基底所产生。例如，有第一直径的纳米粒子，可以产生第一波长的电磁波，有第二直径的纳米粒子，可以产生第二波长的电磁波，照此类推，直到多种纳米粒子，如同有CRI近似100的黑体辐射那样，产生产生所需光谱必要的全部波长。在一些例子中，为了避免次级发射的不希望的吸收，物理上把不同纳米粒子大小分开，可能是必要的。这一点在本发明的一个实施例中，通过使用对选定波长有强的光散射性质的基底，诸如上面描述的纳米纤维而能够被实现。下面是对各种不同激励源确定的这种混合物的例子。例L激励源450-460nm的蓝光LED荧光合成物具有粒子直径2. 6-3. 2nm的单独的各种各样Cdk/ZnS核壳层量子点 (被配置用于黄光发射，并在市场上从Evident Technologies可购得)本例中这种黄光发射量子点，以重量百分比在0. 到30%之间(量子点重量/ 纤维重量)被引进纤维中和纤维上，更适合的重量百分比范围在到10%之间，取决于需要的光输出。当与发射450-460nm的蓝光LED被封装时，来自LED的蓝光与来自光致荧光纤维的黄光发射，在本例中混合，以产生白光。例2.激励源450-460nm的蓝光LED荧光合成物两种不同大小的CdSe/a^e核壳层量子点，有第一大小的粒子直径2.4nm(绿光发射)和第二大小的粒子直径5. 2nm(红光发射)(购自Evident Technologies)0这两种大小的荧光量子点，以重量百分比在0. 到30%之间(总的量子点重量/ 纤维重量)被引进纤维中和纤维上，更适合的重量百分比范围在到10%之间。被引进纤维中和纤维上的绿光粒子对红光粒子的比值，在1 1到20 1之间变化，取决于需要的光输出。为了防止次级发射的不需要的吸收，最好在物理上把两种大小的荧光量子点分开。这一点在本发明的一个实施例中，通过把量子点定位在纤维基底的分开的侧上，或通过把量子点放置在纤维基底的同一侧的不同区或像素中而能够被实现。当与发射450-460nm的蓝光LED被封装时，来自LED的蓝光与来自荧光纤维的绿光和黄光发射，在本例中混合，产生白光。例3.激励源408nm的紫光LED荧光合成物三种不同大小的CdSe/a^e核壳层量子点，有第一大小的粒子直径1. 9nm(蓝光发射)、第二大小的粒子直径2. 4nm(绿光发射)、和第三大小的粒子直径 5. 2nm(红光发射)(购自 Evident Technologies)。
这三种大小的荧光量子点，以重量百分比在0. 到100%之间(总的量子点重量 /纤维重量)被引进纤维中和纤维上，更适合的重量百分比范围在到50%之间。被引进纤维中和纤维上的蓝光粒子对绿光粒子对红光粒子的比值被选定以便产生有相对强度在 1:2: 3( “暖白光”颜色)到2. 5 1.5 1( “冷白光”颜色)之间的光发射，取决于需要的光输出。为了防止次级发射的不需要的吸收，最好在物理上把三种大小的荧光量子点分开。这一点通过把量子点定位在纤维基底的分开的侧上，或通过把量子点放置在纤维基底的同一侧的不同区或像素中而能够被实现。当与408nm的紫光发射LED被封装时，在本例子中，通过混合光致荧光纳米纤维的蓝色、红色和绿色的发射，白光被产生。来自LED的小得没有可见辐射的辐射，对白光的产生有直接贡献。例4.激励源350-370nm 的 UV LED荧光合成物三种不同大小的CdSe/a^e核壳层量子点，有第一大小的粒子直径1. 9nm(蓝光发射)、第二大小的粒子直径2. 4nm(绿光发射)、和第三大小的粒子直 @ 5. 2nm( ^L^tRM ) (￠1 g Evident Technologies,45 Ferry Street Troy, New York 12180)。这三种大小的荧光量子点，以重量百分比在0. 到100%之间(总的量子点重量 /纤维重量)被引进纤维中和纤维上，更适合的重量百分比范围在到50%之间。被引进纤维中和纤维上的蓝光粒子对绿光粒子对红光粒子的比值被选定以便产生有相对强度在 1:2: 3( “暖白光”颜色)到2.5 1.5 1( “冷白光”颜色)之间的光发射。为了防止次级发射的不需要的吸收，最好在物理上把三种大小的荧光量子点分开。这一点在本发明的一个实施例中，通过把量子点定位在纤维基底的分开的侧，或通过把这些量子点放置在纤维基底的同一侧的不同区或像素中而能够被实现。当与350-370nm的UV发射LED被封装时，通过混合光致荧光纳米纤维的蓝色、红色和绿色的发射，白光被产生。例5.激励源450-470nm的蓝光LED荧光合成物诸如Wiosphor Tech[Lithia Springs,Ga]出售的硫硒化物合成物的绿光荧光体，能够用滴落式涂覆、喷雾式涂覆、丝网印刷、或浸入式涂覆的涂覆过程，被涂敷于未被涂覆的纳米纤维上。用诸如喷墨印刷、喷雾式涂覆、浸入式涂覆、或滴落式涂覆的过程，把红光发射量子点添加于该合成物。当该结构与450-470nm的蓝光发射LED被封装时， 在本例中，通过混合绿光荧光体、红光量子点、和蓝光LED的发射，白光被产生。例6.激励源450-470nm的蓝光LED荧光合成物诸如Wiosphor Tech [Lithia Springs, Ga]出售的硫硒化物合成物的绿光荧光体，能够用滴落式涂覆、喷雾式涂覆、丝网印刷、或浸入式涂覆的涂覆过程，被涂敷于未被涂覆的纳米纤维上。当该结构与450-470nm的蓝光发射LED和610到620nm的红橙光发射LED被封装时，在本例中，通过混合绿光荧光体、红橙光LED、和蓝光LED的发射，白光
被产生。例7.激励源450-470nm的蓝光LED荧光合成物诸如htematix[Fremont，CA]出售的掺Eu硅酸酯(silicate)的绿光荧光体，能够用滴落式涂覆、喷雾式涂覆、丝网印刷、或浸入式涂覆的涂覆过程，被涂敷于未被涂覆的纳米纤维上。用诸如喷墨印刷、喷雾式涂覆、浸入式涂覆、或滴落式涂覆的过程， 把红光发射量子点添加于该合成物。当该结构与450-470nm的蓝光发射LED被封装时，在本例中，通过混合绿光荧光体、红光量子点、和蓝光LED的发射，白光被产生。例8.激励源450-470nm的蓝光LED荧光合成物诸如htematix[Fremont，CA]出售的掺Eu硅酸酯的绿光荧光体，能够用滴落式涂覆、喷雾式涂覆、丝网印刷、或浸入式涂覆的涂覆过程，被涂敷于未被涂覆的纳米纤维上。当该结构与450-470nm的蓝光发射LED和610到620nm的红橙光发射LED被封装时，在本例中，通过混合绿光荧光体、红橙光LED、和蓝光LED的发射，白光被产生。例9.激励源450-470nm的蓝光LED荧光合成物诸如htematix[Fremont，CA]出售的掺Ce钇铝石榴石的黄光荧光体，能够用滴落式涂覆、喷雾式涂覆、丝网印刷、或浸入式涂覆的涂覆过程，被涂敷于未被涂覆的纳米纤维上。用诸如喷墨印刷、喷雾式涂覆、浸入式涂覆、或滴落式涂覆的过程，把红光发射量子点添加于该合成物。当该结构与450-470nm的蓝光发射LED被封装时，在本例中， 通过混合绿光荧光体、红光量子点、和蓝光LED的发射，白光被产生。例10.激励源450-470nm 的蓝光 LED荧光合成物诸如htematix[Fremont，CA]出售的掺Ce钇铝石榴石的黄光荧光体，能够用滴落式涂覆、喷雾式涂覆、丝网印刷、或浸入式涂覆的涂覆过程，被涂敷于未被涂覆的纳米纤维上。当该结构与450-470nm的蓝光发射LED和610到620nm的红橙光发射LED 被封装时，在本例中，通过混合绿光荧光体、红橙光LED、和蓝光LED的发射，白光被产生。荧光装置在本发明的一个实施例中，诸如包含荧光材料的静电纺纤维基底的聚合物基底， 被包含在诸如环氧树脂基质的密封剂中。图10按照本发明一个实施例，示意绘出一种配置，在该配置中，发光二极管(LED)通过密封剂把光耦合到包含荧光或光可激发粒子的纤维。更具体地说，图11画出LED 50，发射UV或蓝光通过有可激发粒子诸如量子点的某种分布(未画出)的纳米纤维材料2、4。LED 50发射的UV或蓝光构成纳米纤维材料2、4的入射光。可激发粒子4(如荧光体或量子点)吸收入射光，并依赖于它们的性质，发射白光。 纤维基底材料2、4被密封在例如环氧树脂或硅酮密封剂52中。环氧树脂52可以完全地或部分地密封LED 50和纤维基底材料2、4两者。纤维基底材料2、4可以包含大小从约1.5nm 到IOnm变化的量子点，或一种或多种荧光体，以产生跨越可见光谱需要部分的光发射。在本发明的一个实施例中，各种不同可激发粒子的浓度被控制，以提供类似于太阳发射的高质量白光。在另一个例子中，有比蓝光发射体更高浓度的红光发射体可以被选择，供其他非白光应用。由此，本发明通过在荧光结构的各自区域中各自安排合适的荧光粒子，允许制作单色的和颜色不同的荧光结构两者。制造的包含各自发射颜色(即，白光、红光、蓝光、绿光、或组合颜色)的纳米纤维基底的聚合物基底，能够被切割并放置在各自区域中，使例如通过光纤光缆耦合的公共光源，可以从各自区域产生不同的光。按照本发明另一个实施例，基底在用环氧树脂密封之前，可以被直接放置在LED 50的表面上。这种安排可以减小环氧树脂中一些波长(如蓝或UV)由于吸收导致的能量损耗。在接近荧光体的配置中，为了最大的吸收作用，可激发粒子4，诸如量子点，可以被集中
19在LED附近。再有，作为纳米纤维基底粘接到LED的一部分，纤维中的空隙可以用低折射率聚合物，诸如硅酮填充，以使陷UV光所要求的散射作用优化。图10按照本发明一个实施例，示意绘出一种配置，在该配置中，发光二极管 (LED) 50把光耦合通过其中含有纤维2的密封剂52，该纤维2包含可激发粒子4。如图10 所示，在该实施例中，包含可激发粒子4的纳米纤维基底已经被分开(如切割)并作为填充物被添加到环氧树脂密封剂52，例如通常用于LED的密封剂。另外的方案是通过环氧树脂的剪切力使纤维分散。因为纳米纤维可以做成很小，不干扰透亮的环氧树脂的可见光透明性，所以环氧树脂的光学性质不受影响。本发明的各个实施例与传统技术比较的一些优点，包含1)设置有宽光谱发射的荧光材料，能够通过把粒子分布引进本发明的光可激发装置而被建立；幻建立这种结构， 比当前正在用于荧光体的铸塑(casting)或电泳方法要求较少的溶剂；3)通过粒子(即， 粒子密度、大小、成分等)和纳米纤维几何形状(即，长度、直径等)的选择，允许荧光材料的发射、透射、和散射性质被独立地控制；4)由于更大的表面面积和纤维几何形状的控制， 允许光致荧光转换器的更有效操作；和幻提供比别的方案更方便的过程，用于在完成的装置中加工和处理纳米粒子。发光装置本发明的发光装置，包含反射器、用于激励照明的机构、和用于支承荧光片(由上面描述的荧光粒子/纤维合成物形成)的机构。这种发光装置自身能够被用作发光体(即发光的固定设备)，或在某些情形下，能够被用作包含在发光体中的灯。包含用于激励照明的机构和用于支承荧光片的机构的反射器配置，是为有效的光转换和从上述荧光粒子/聚合物合成物的发射而提供的。本发明的反射器配置，被构造成在利用来自上述纳米粒子/ 纳米纤维合成物的光散射的结构中，收容光转换材料。反射器能够被选择成提供镜面反射或漫反射。镜面反射器的一个例子是抛光的Al基底。漫反射器的一个例子是如图1 所示的厚(>5μπι)纳米纤维基底。如上所述，荧光粒子/聚合物纤维合成物包含被有机纳米纤维支承的荧光纳米粒子。本发明的该方面，允许荧光纳米粒子有效地被纳米纤维悬浮在空气中。常用的白光 LED(发光二极管)中大多数光转换荧光体，是被夹持在有有效折射率的固态材料内，而各种不同策略被用于对付这些材料，以克服全内反射并有效地从固态材料中抽出光。上面描述的荧光粒子/聚合物合成物，包含纳米粒子/纳米纤维合成物(下文称之为“荧光片”)， 不受全内反射的损害。在本发明中，光转换是接收短波长光并把短波长光转换为更长的波长。产生短波长光(例如蓝光)的LED和合适光转换机构(例如，产生黄光的机构)的组合，提供产生用于一般照明的白光的有效方式。在本发明的一个实施例中，入射(激励)波长的范围被使用，它们提供激励(例如，从蓝光到紫外范围的光)。在本发明的一个实施例中，粒子的光转换机构响应于激励光，发射单独颜色。在本发明的一个实施例中，粒子的光转换机构发射代表宽范围颜色的宽带波长(例如，从蓝光到红光)。光学上厚的荧光片在本发明的这种实施例中，光转换材料是相对地厚或反射的，以便使激励光将没有显著量穿过荧光片。小于70%透射率的值一般将使光转换材料成为光学地厚的材料。在这种条件下，本发明该实施例中的发光体被安排，以便使至少荧光片的一侧被激励光照射， 而发射的光从荧光片的至少一侧被聚集，供从发光体射出。在本发明的一个实施例中，来自激励光源的照射不直接地逸散出发光体。所以，在该实施例中，逸散出发光体的任何光包含二者1)激励光已经从荧光片的基质被散射而没有改变波长的分量(例如蓝光)；和幻由激活的荧光粒子产生的被发射光(例如，有比激励光更长波长的光，诸如黄光)。如图12所示，光源110(产生激励光)产生的光被引导离开画在发光体底部的发光体的出口。图12是按照本发明一个实施例的发光体结构100的横截面图。竖直的中心线绘出荧光片102。光源110(如发光二极管LED或其他光源)产生的激励光112被引向荧光片102。在其他实施例中，一个或多个分离的(或集成的)激励光源110能够为荧光片102 的每一侧提供。荧光片102中的荧光粒子在与初级光(即激励光11 相互作用时，发射宽范围波长的次级光，如在上面“相对光发射体分布”一段中所沭。镜面反射的反射器120把光向后反射回荧光片102。替代之，反射器120能够是漫反射器，例如由厚纳米纤维基底提供的。反射器120还把一些光反射出发光体100。激励光112(例如蓝光)由此从多个角度落在荧光片102上，并落在荧光片102两侧。一些激励光112从荧光片102散射，并在发光体底部或者直接地或者经由反射器120反射，离开发光体100。荧光片中建立的发射的光114 (例如黄光)，也能够在发光体的底部离开发光体100，并能够与散射的激励光112混
I=I O图12画出以陡的倾斜角入射到荧光片102上的激励光112，它在一个实施例中使激励光与荧光片102的相互作用最大化。入射角是设计变量，它能够在发光体100的配置中被调整，以便使依赖于荧光片102性质的效率最大化。一般说来，倾斜角从15°到85° 到垂直于荧光片变化。在本发明的一个实施例中，荧光片102被画成处于与反射器102分离的位置，允许发射的光围绕片反射。一般说来，荧光片的位置被设置在最大效率的位置。 就此而言，效率是指发光体产生的光量(对所有方向积分，例如在积分球中)与用于操作该发光体的功率之比。因此，在本发明的一个或多个实施例中，发光体100包含激励光的源(例如蓝光 LED)；荧光片(例如，把蓝光转换为黄光的荧光片)；和引导散射的光的反射器。光能够被引导，从激励源倾斜地向着荧光片。激励源和荧光片之间的角度被设定为有最大效率的值。 就此而言，效率也指发光体产生的光量(对所有方向积分，例如在积分球中)与用于操作该发光体的功率之比。图12所示荧光片102被定位在离激励源110和离反射器120 —定距离上。反射器120被安排成沿有用方向反射来自散射的和发射的光。虽然图12画出的反射器120有两个被夹持成直角的平面反射镜，但在其他实施例中，反射器120也能够是弯曲的表面而不是平面表面、能够包含小面或表面特征、以及能够以不同于直角的角度被关联。 在其他实施例中，反射器120能够是是漫反射器，诸如由厚(> 5μπι)纳米纤维提供的，以提供光的Lambert分布。按照本发明的另一种发光体150的例子，在图13中被画出。在该发光体中，蓝光 (从荧光片102散射的)和黄光(从荧光片发射的)被混合，以形成表观白光。为了染色的目的，荧光粒子的混合能够被改变，以提供特定的照明颜色。荧光片102的形状和大小以及有关反射器的形状和大小，能够被改变，以便为染色或体系结构的目的提供新的设计元素。 不同种类的荧光片102能够被安排成易于相互替换，允许颜色或形状方便地和便宜地由发光体100或150的用户改变。更具体地说，图13A是按照本发明一个实施例的发光体150的示意图。图13A的视图是从发光体下面向上对着平面反射器120观看。发光体150中部的竖直平面，绘出把从光源110的部分激励光转换为次级发射光的荧光片102。在该例子中，荧光片是与反射器接触的，不像图12所示例子。在发光体150下部的十字单元114，夹持用于产生激励光的光源110。反射器120(如，反射式反射镜平面)把光引出发光体150的底部。图13C是按照本发明另一个实施例制作的发光体的示意图。在该实施例中，荧光片被藏在由漫射反射器诸如纳米纤维形成的反射腔的背后。LED被设置在腔的内部并指向荧光片。该LED可以提供荧光片的倾斜照射，或如果高度准直，可以提供法向(即垂直)照射。该荧光片是按照上面给出的例子制造的，而荧光片的纳米纤维基座足够地厚，以致至少一部分由LED发射的初级辐射被从荧光片反射。当被供电时，LED产生蓝光，至少该蓝光的一部分指向荧光片。与该荧光片有关的绿光和红光荧光粒子，将发射次级辐射，该次级辐射能够与未被转换的蓝光辐射组合，产生良好色再现性质的白光。用本发明该实施例的特定原型装置获得的光谱功率分布的例子，在图13D中给出。该原型装置光源产生有3，900K的相关色温(correlated color temperature (CCTO)、92的显色性指数(CRI)、和91的色质量标度(color quality scale (CQSO)的光。该光源在LED工作电流为200mA时测量的发光功效超过阳流明每瓦。这些值对光源是优良的量。另外，图13C所示实施例，能够被修改成以CCT值在5，000K以上的冷白光LED源工作，且该荧光片将只要求红橙光量子点。在该实施例中，该光源与冷白光LED相比，被极大地改进。该改进的光源的特定原型装置的CCT被测量，直至降低到像2，700K那样低的值， 以产生导致较少眩光的更愉悦的暖白色。该光源的色再现性质也增加，且改进的CRI值升至0. 90。该光源的发光功效粗略地为46流明每瓦，极大地超过传统白炽照明源。替代之，图13C所示实施能够被构造成含有全同的两半，一半含有的荧光片当被 LED激活时，提供绿光辐射，而第二半含有的荧光片当被LED激活时，提供红光辐射。反射器可以被用于把该两半分开。从该两半的输出能够用积分球或其他光学地混合的单元，在光学上被组合，以产生白光。此外，向每一 LED输送的功率该被调整，以提供绿光、红光、和蓝光的混合，给出颜色不是白色的光源。图13E是按照本发明另一个实施例制作发光体的示意图。在该实施例中，荧光片被藏在由漫射反射器诸如纳米纤维形成的反射腔的背后。LED被安装在腔的外部并指向荧光片。该LED可以提供荧光片的倾斜照射，或如果高度准直，可以提供法向(即垂直)照射。该荧光片是按照上面给出的例子制造的，而荧光片的纳米纤维基座足够地厚，以致至少一部分由LED发射的初级辐射被从荧光片反射。当被供电时，LED产生被引向荧光片的蓝光。与该荧光片有关的绿光和红光荧光粒子，将发射次级辐射，该次级辐射能够与未被转换的蓝光辐射组合，产生良好色再现性质的白光。用本发明该实施例的特定原型装置获得的光谱功率分布的例子，在图13F中给出。图13F绘出光致荧光纳米纤维的光谱，该光谱是把被涂覆有绿光荧光体和红橙光量子点的尼龙纳米纤维，插入本发明的图13E所示实施例并用蓝光LED作为激励源测试而建立的。该光源产生有3，600K的相关色温(CCT)、85的显色性指数(CRI)的光。这些值对光源是优良的量。替代之，图13E所示实施能够被构造成含有全同的两半，一半含有的荧光片当被 LED激活时，提供绿光辐射，而另一半含有的荧光片当被LED激活时，提供红光辐射。反射器可以被用于把该两半分开。从该两半的输出能够用积分球或其他光学地混合的单元，在光学上被组合，以产生白光。此外，向每一 LED输送的功率能够被调整，以提供绿光、红光、和蓝光的混合，给出颜色不是白色的光源。光学上薄的荧光片在本发明的这种实施例中，光转换材料是薄的要不然是相对地透明的。在这样的情况下，如果不是光转换材料的全部，也是几乎全部，将有机会与入射激励照射相互作用。 如果该光转换材料是薄片的形式，该片的透明性意谓发射的光112将从该片的两面出射， 即使只有一侧被激励光照射。因为一些激励照射将没有相互作用地通过光转换材料，在该实施例中，激励光110被向着片反射回去，以便为相互作用或光散射产生多次通过。如同以前一样，来自激励光源的照射不直接地逸散出该发光装置。在本发明的一个实施例中，逸散出发光装置的任何光包含二者1)激励光已经从荧光片的基质被散射而没有改变波长的分量(例如蓝光)；和幻由激活的荧光粒子产生的被发射光(例如，有比激励光更长波长的光，诸如黄光)。基于上面的考虑，用于高效发光装置的一种光发射结构，已经被设计(图14)。图 14是按照本发明一个实施例的光发射结构，从不同的透视角度的图。图14A画出结构200 的顶视图，它的周边包含圆的部分。诸如LED的光源210为光转换材料202提供激励照射， 在该实施例中，该光源被定位在结构200的中心。以实箭头表示的激励光，通过光转换材料 202被透射并被结构200反射。图14B是反射器200的侧视图，画出包含圆的部分的侧视轮廓线。实箭头表示未被散射的激励光。图14C是结构200的顶视图，画出从光转换材料202 的光的发射和散射。入射到荧光片上的激励光没有被画出。从荧光片基质散射的、没有改变波长的激励光，以实箭头表示。二次地被发射的光，有一种或多种比激励光更长的波长， 以虚箭头表示。图14D画出结构200的侧视图。虽然图14B示出未被散射的激励光，但图 14D示出未被散射的激励光(以实箭头表示)和二次发射的光(虚箭头)。与荧光材料的成分有关，二次发射的光可以有一种波长或数种波长。在结构200的该部分中，只有从光转换材料202的右侧发射的光被画出，以便更清楚地示出光转换材料下面的光的附加反射路径。通过把光源210靠近球的断面的中心放置，激励光向着源210被反射回去，使通过光转换材料202被反射回去的被透射光的量最大化。为了使在光源210体内光的自吸收最小，例如LED的出射面能够被定位在略偏向圆形断面中心的一侧，该圆形断面描述反射器的相反侧(图14A)。这种安排最佳地把透射的激励光引向着反射器的抛光部分。图15是按照本发明一个实施例的另一种光发射结构300，从不同的透视角度的图。图15A画出结构300的顶视图，它的轮廓包含完整圆的部分。诸如LED的光源310为光转换材料302提供激励照射，在该实施例中，该光源被定位在结构300的中心。激励光通过光转换材料302被透射并被结构300反射。未被散射的激励光以实箭头表示。图15B是结构300的侧视图，还画出包含圆的部分的轮廓线。图15C是结构300的顶视图，画出从光转换材料302的光的发射和散射。入射到荧光片上的激励光没有被画出。从荧光片基质散射的、没有改变波长的激励光，以实箭头表示。二次发射的光，有一种或多种比激励光更长的波长，以虚箭头表示。虽然图15B示出未被散射的激励光，但图15D示出被散射的激励光 (以实箭头表示)和二次发射的光(虚箭头)。与荧光材料的成分有关，二次发射的光可以有一种波长或数种波长。在结构300的该部分中，只有从光转换材料302的右侧发射的光被画出，以便更清楚地示出光转换材料302下面的光的附加反射路径。因为图14所示反射器的制作相对复杂，类似于图15中的形状的反射器就它的结构方面给出一些优点。在该实施例中，结构300顶视图的轮廓线是完整的圆，而光源310不被定位它的中心。在这种配置中，一些光仍然向着光转换材料302和相对的反射器表面被散射回去。在该垂直平面(图15B)中，光源310在形成结构300侧面一部分的圆的中心中， 这样做，旨在使对着光转换材料的向后反射优化。反射器300的模型被展示在图16中。上前缘中的孔被配置成夹持用于产生激励光的LED。顶表面上的缝隙被配置成夹持光转换材料302。远离荧光体反射器块本发明的远离荧光体反射器块(remote phosphor reflector block (RPRB))实施例，提供用于引入上面讨论的光转换材料的另一种机构。图17是按照本发明一个实施例的 RPRB的图。在该RPRB的实施例中，光转换材料502相对地厚或者要不然基本上是漫反射的。 这样的一种反射转换材料不允许大部分光通过光转换材料502被透射。由此，这种材料提供把不同颜色的光分开在不同隔间中的机构。当混合的光转换器要被使用时，光颜色的分离是有好处的。例如，光发射结构500能够包含绿光转换器层550和红光转换器层560两者，该两者都能够与蓝光激励光相互作用。混合的转换器550、560(如绿光和红光)能够被安排成提供比单一转换器层(例如单一黄光层)更宽的色域或更好的色再现质量。就此而言，混合的转换器能够有优势。然而，对混合的转换器，可能发生蓝光被发射绿光的绿光转换器截断，而发射的绿光又被发射红光的红光转换器截断。像这样的多次转换，降低光出产效率。就此而言，效率亦指发光体产生的光量(对所有方向积分，例如在积分球中)与用于操作该发光体的功率之比。应当指出，对输入到结构500的相同功率，光颜色的多次转换比单次转换产生较少的总光。针对这种低效率，本发明的该实施例使用反射隔板570，把不同颜色转换层的区域分隔成不同区。如前所述，为了白光的平衡，来自激励光源的照射不应直接逸散出RPRB发光体结构。逸散出发光体结构的光，可以包含被光转换材料基质散射而没有改变波长的激励光 (例如蓝光)，与由激活的荧光粒子产生的有比激励光更长波长的发射光(例如，红光和绿光)的组合。在该RPRB实施例中，凹形的反射器把转换和反射层阵列，夹持在平行于反射器轴的位置。转换层(如550和560)被定位在把反射器的体积分开成两个体积的位置。结构 500包含两个光源(如两个LED或其他光源)，分别向转换层550和560输送激励光(在该例子中是蓝光)。图17的中央层是平面反射器，例如由抛光的铝箔(或其他合适的光反射器)制成。替代之，漫射反射器能够通过用高反射率材料，诸如纳米纤维或BaSO4白光发射涂层(可从Edmund Optics购得)，涂覆在抛光的Al上而被建立。图17中的色转换层550 例如能够是产生绿光的光致荧光纳米纤维的层，而色转换层560能够是产生红光的光致荧
24光纳米纤维的层。更具体地说，在图17的配置中，绿光和红光的光致荧光纳米纤维片 (photo-luminescent nanof iber (PLN)) 550和560，被背靠背放置并由反射层570，诸如铝箔或铝薄膜分开。每一 PLN被它自己的短波长LED 580、590，诸如发射例如410、450、460或 470nm波长的那些LED泵浦。从每一 LED的光输出能够通过改变LED驱动电压而被调整。 泵浦光与红光和绿光直到出射反射器500之前，不被配置用于混合。通过组合来自发射源的蓝光(即初级光)和来自红光到绿光PLN的发射(即次级光)，白光能够被产生。这样的白光能够照原样被使用，或通过使用诸如积分球或高透射率漫射器聚合物膜在光学上混合，以消除任何残留的分离的R、G或B光，该积分球或高透射率漫射器聚合物膜可从Brightview Technologies购得。在上面所述各个实施例中，光源能够是用于激励PLN (或色转换层)的LED，它们能够发射一种初级波长或发射不同初级波长。例如，一种LED能够以460nm发射，而第二种 LED能够以4 IOnm发射。PLN的纳米纤维基座的一个优点是，它在某些环境下代表漫射Lambert反射器。因此，入射到漫射反射纳米纤维上的光不会被镜面反射，而将以相对于表面法线cosine θ的依赖关系，在所有角度上被散射(即服从Lambert的发射定律)。一种替代方案是使用分离的绿光和红光PLN，各被蓝光泵浦，使绿光PLN被蓝光 LED激励，并在第二隔间中有红光LED照射在未掺杂的纳米纤维基底上。这种设计仍然被配置成按适当比例发射蓝光、绿光和红光以产生白光，而该反射层可以不要。这种方案代表所谓的低性能LED的“绿隙”(“green gap”)方案。替代之，绿光或红光荧光体可以代替量子点被使用。替代之，蓝光和红光LED可以瞄准绿光PLN以产生白光。多个蓝光或红光 LED能够被添加到反射器块，以在被产生的光上给予更强控制。除去上面列举的实施例外，还有本发明的另外的实施例。这些实施例包含1)至少在一部分RPRB结构中，光学上透亮的密封剂，诸如环氧树脂或硅酮基密封剂的引入，上述密封剂可从诸如General Electric或Dow Coming的供应商购得。这种密封剂可以含有也可以不含有荧光粒子。对该实施例，这些密封剂的折射率被选定，以保持PLN 的纳米纤维部件的漫反射本性。2.此外，反射器块能够由反射材料制成，这些材料包含但不限于冲压的金属、金属化塑料、和金属化玻璃。3.此外，反射器块能够由漫反射材料制成，这些材料包含但不限于纳米纤维、 Teflon粉和涂敷于外壳的BaSO4白光反射涂层。4. RPRB能够被引入较大的结构，以建立其他发光装置，诸如灯和发光体。例如， RPRB可以在玻璃“Edison”灯泡的基座中被形成，其中的一部分玻璃壁可以被金属化，以提供反射器块的一些功能。在该实施例中，“Edison”灯泡上的毛面涂层可以被用作混合红光、绿光、和蓝光的手段，以产生白光。用于RPRB “Edison”灯泡的电驱动器，可以被包含在 Edison式灯座中，与微型荧光灯的镇流器被包含在灯泡的基座上几乎相同。5.除了如上面所述，把荧光纳米粒子引入PLN之外，其他的荧光材料和荧光体也能够被引入PLN。一个例子包含绿光荧光体，诸如Wiosphor Tech出售的硫硒化物合成物的引入，如在上面所讨论。其他例子包含稀土元素掺杂的硅酸酯、氮化物、和htemtix出售的钇铝石榴石荧光体，如在上面所讨论的。6.另外的光学元件，诸如低通光学滤波器，能够被添加在光源的输出端，以防止从光致荧光纳米纤维的次级发射的损耗。近来，RPRB实施例的特定原型装置，已经得到如下的显色性指数(CRI)和相关色温(CCT)。4，000K和8，200K之间的CCT值已经对RPRB结构被展示。相应地，被展示的RPRB 结构的CRI值在从70到90的范围。通过调整蓝光、绿光、和红光相对量，RPRB结构的CCT 和CRI另外的值是可能的，而不偏离本发明的范围。作为比较，商业的白光LED的测量值具有的CCT值的范围依赖于灯的颜色。“冷白光”灯具有的CCT在5，000K和10，000K之间， “中性白光”灯的CCT在3，700K和5，000K之间，而“暖白光”灯的CCT在2，600K和3，700K 之间。这些灯的典型CRI小于80。更高的CCT对应于光源的浅蓝色表观，而更低的CCT对应于更浅红色的表观。CRI指准确地再现颜色的能力，而80以上的值对普通照明是可接受的。运行例子图18画出本发明一个实施例中提供的量子效率改进的图，其中的光致荧光量子点被附着干纳米纤维外侧丨，如在卜.面“荧光装置”一段中所描沭。最后的光致荧光纳米纤维结构其后被用光化辐射处理1到48小时之间。光化辐射通常在350到490nm波长范围中按0. 5 μ ff/cm2到10 μ ff/cm2的光功率级提供。该处理效果出乎意料地发现使含有量子点的光致荧光纳米纤维的量子效率增加。图18特别指出效率的加倍。此外，测试已经表明，大于70%的量子效率对包含各种各样光可激发粒子的光致荧光纳米纤维被获得，这些光可激发粒子包含量子点和荧光体。下面，图19展示发射白光的RPRB结构的光学照片。在该例子中，发射460nm的蓝光LED被用于激励包含绿光荧光体和PMMA纳米纤维的荧光层堆。为获得需要的白光颜色， 从LED的红橙光发射通过RPRB结构被添加。在该例子中，积分球(如上面所讨论)被用于混合从RPRB结构发出的初级和次级光，以产生最后的白光。图20表明YAG:Ce的光谱，它是用丝网印刷在玻璃板上，被插入RPRB结构中和测试的。这里的性能与许多商业“冷白光”LED类似。不同的迹线代表从蓝光LED的施加的不同功率电平，该蓝光LED这里被用于激励到更长波长的转换，导致蓝光与其他初级颜色混合，产生白光。YAG:Ce丝网印刷物的显色性指数(CRI)约为80。图21表明绿光发射量子点(从Evident Technologies获得)的己烷溶液的光谱， 这里标记为“配方1”。这里的性能与图20所示的“冷白光”有区别；主要是，发射峰更窄。 不同的迹线代表从蓝光LED施加的不同功率电平，该蓝光LED这里被用于激励到更长波长的转换，导致蓝光与其他初级颜色混合，产生白光。该溶液被用于涂覆PMMA纳米纤维，而可与图21相比的光谱被获得。当红橙光通过RPRB上的第二光源孔径被引进时，最后的光致荧光纳米纤维结构呈现的CRI在40和90之间，而CCT在3，000K和8，000K之间。图22-23表明光致荧光纳米纤维光谱，它是通过以绿光荧光体涂覆PMMA建立的。 产生图22-23结果的荧光材料，都是含有发射绿光辐射的硫硒化物荧光体的荧光材料的相同组合。通过RPRB结构被引进的红橙光发光强度是不同的，图22中的设置被选择为产生 “冷白光”，而在图23中的设置被选择为产生“中性白光”。图22和23中不同的迹线，代表从蓝光LED施加的不同功率电平，该蓝光LED这里被用于激励到更长波长的转换，导致蓝光与其他初级颜色的混合，产生白光。在代表用RPRB结构产生的“冷白光”的图22中，6651 和9044K之间的CCT被产生，而CRI等级是76到91。在代表用RPRB结构产生的“中性白光”发光的图23中，4200K和4671之间的CCT被产生，而CRI等级在65和78之间。本发明另外的配方是可能的，这些配方能够在“中性白光”和“暖白光”发光中产生更高的CRI 值。例如，调整RPRB中的材料和LED设置，把蓝光绿光红光发射的相对强度调整到 1:1: 2. 2，高的CRI的中性白光能够从该配方产生。该发光装置将分别有大致为4，500K 和88的CCT和CRI。此外，蓝光绿光红光比值的进一步调整，能够被用于获得高“暖白光”配方。例如，把上面使用的材料的相对强度比调整到1 2 6(蓝光绿光红光)， 将产生有3，250K的CCT和84的CRI的暖白光光源。可替换的荧光元件如上面所指出，在一体化的荧光发光装置中，荧光材料的替换能够是复杂、昂贵、 不方便、和很可能被设计禁止的。在本发明的一个实施例中，上面所述荧光片是可拆卸的片，以致发光装置中的荧光元件能够被容易地交换。例如，在本发明的一个实施例中，图13C 所示的纳米纤维基底和图13E所示的荧光片，通过从那些图所示的反射结构中被拆卸，这些元件是可交换的(即可替换的)。例如，在本发明的另一个实施例中，图14A和15A中的荧光片元件202和302，分别能够从插槽放入和取出，该插槽把荧光片夹持在反射器结构内的位置中。例如，在本发明的另一个实施例中，图17所述荧光片元件502，分别能够是可替换的荧光片。本发明的诸多修改和变化，借助上面的教导是可能的。所以应当理解，在所附权利要求书的范围内，本发明除本文的具体描述之外也可以以另外方式被实践。
权利要求
1.一种受激发光装置，包括包含光可激发粒子的荧光片，被配置成在接收初级光时发射次级光； 光源，被配置成产生并引导所述初级光倾斜地落在该荧光片上； 至少一个反射器，被配置成反射至少一部分初级光和一部分次级光到荧光片上，并被配置成从该荧光片向光出口反射至少一部分散射的初级光和一部分次级光； 光出口，被配置成从该发光装置射出作为初级光和次级光组合的光。
2.权利要求1的装置，其中被反射到荧光片上的该部分次级光，基本上不包括被反射的光。
3.权利要求1的装置，其中从光出口射出的光具有大于70或大于80的显色性指数。
4.权利要求1的装置，其中该至少一个反射器包括被布置在荧光片的一侧上的反射器；和该荧光片具有对于初级光的小于40%的透射率。
5.权利要求1的装置，其中该至少一个反射器包括被布置在荧光片的相对的侧上的相对的反射器；和该荧光片具有对于初级光的小于40%的透射率。
6.权利要求5的装置，其中该相对的反射器包括平面的或弯曲的反射器中的至少之一。
7.权利要求5的装置，其中该相对的反射器包括球形或圆柱形反射器。
8.权利要求5的装置，其中该光源包括分别被布置在荧光片相对的侧上的至少两个光源。
9.权利要求1的装置，其中该至少一个反射器包括被布置在荧光片的相对的侧上的相对的反射器；该荧光片具有对于初级光的大于40%的透射率；和该光源包括被布置在一个位置上以便只直接照射荧光片一侧的光源。
10.权利要求8的装置，其中该相对的反射器包括平面的或弯曲的反射器中的至少之一。
11.权利要求9的装置，其中该相对的反射器包括球形或圆柱形反射器。
12.权利要求9的装置，其中该光源被布置在相对的反射器之一的壁中。
13.权利要求1的装置，其中该至少一个反射器包括被布置在荧光片相对的侧上的相对的反射器； 该荧光片具有对于初级光的小于40%的透射率； 该光源包括包括被布置在荧光片相对的侧上的两个光源；和反射层被布置成荧光片的中央层。
14.权利要求13的装置，其中该两个反射器包括平面形或弯曲的反射器的至少之一。
15.权利要求13的装置，其中该两个反射器包括球形或圆柱形反射器。
16.权利要求13的装置，其中该荧光片包括光致荧光材料的层，这里相应的层被配置成在与初级光相相互作用时产生不同颜色。
17.权利要求1的装置，其中该光源包括发射光的分开的波长的两个光源。
18.权利要求1的装置，其中该荧光片包括固定纳米纤维和光可激发粒子的光学上透亮的密封剂。
19.权利要求18的装置，其中该密封剂具有的折射率与被密封材料的折射率至少差 0. 10。
20.权利要求1的装置，其中该至少一个反射器，包括冲压的金属单元、金属化塑料单元、纳米纤维、或金属化玻璃单元的至少之一。
21.权利要求1的装置，其中该光出口包括被配置成混合初级光和次级光的光漫射材料。
22.权利要求21的装置，其中该光漫射材料包括被配置成混合初级光和次级光的毛面光学部件。
23.权利要求1的装置，其中该光出口包括被配置成混合初级光和次级光的积分球。
24.权利要求1的装置，其中被配置成产生所述初级光的光源，包括电灯泡插座。
25.权利要求1的装置，其中荧光片包含漫射反射器。
26.权利要求1的装置，其中该荧光片包括具有平均纤维直径范围在100到5，OOOnm之间的纳米纤维。
27.权利要求25的装置，其中该纳米纤维的平均纤维直径范围是在300nm到3，OOOnm 之间。
28.权利要求25的装置，其中这些纳米纤维具有的厚度范围是在0.01微米到2，000微米之间。
29.权利要求1的装置，其中该荧光片具有的厚度范围是在1到500微米之间。
30.权利要求1的装置，其中该可激发粒子包括荧光粒子。
31.权利要求四的装置，其中该荧光粒子包括量子点和荧光体的至少之一。
32.权利要求31的装置，其中该量子点包括如下的至少之一硅、锗、磷化铟、磷化铟镓、磷化铟、硫化镉、硒化镉、硫化铅、氧化铜、硒化铜、磷化镓、硫化汞、硒化汞、氧化锆、氧化锌、硫化锌、硒化锌、硅酸锌、硫化钛、氧化钛、和氧化锡。
33.权利要求31的装置，其中该荧光体包括下列至少之一包含t03:Tb、Y2O3= Eu3+, Lu2O3: Eu3+、CaTiO3: Pr3+、CaO Er3+、(GdZn) 0 Eu3+、Sr4Al14O25 Eu3\ GdMgB3O10 Ce3+: Tb3\ CeMgAl1IO19:Ce3+:Tb3+、Y2O3:Eu3+的稀土元素掺杂的金属氧化物；包含YAG:Ce3+的稀土元素掺杂的钇铝石榴石(YAG)；包含的稀土元素掺杂的氧化锆；包含 (YVO4IEu)和(La、Ce、Tb) PO4的稀土元素掺杂的钒酸盐和磷酸盐；稀土元素掺杂的硅酸酯； 具有包含Gd203、GdO2S, PbO、ZnO, ZnS和S^e之一并包含Eu、Tb、Tm和Mn掺杂物之一的主基体的掺杂的材料；包含SiS = Mn2+和aiS:Cu+、Zna25Cda75S = AgCl的硫化锌和硒化锌的金属掺杂形式；氮化物；包含CaS:Eu2+、Srfei2S4 = Eu和QiwSrxGEiy (S，Se)z:Eu的硫化物金属；以及包含013(56，1%)25土3012:〇6禾口 (Ba，Sr)2Si04:Eu 的硅酸酯金属。
34.权利要求31的装置，其中该荧光体包括至少如下之一稀土元素掺杂的YAG、稀土元素掺杂的ZnS、稀土元素掺杂的SrGaj4、稀土元素掺杂的硅酸酯、以及稀土元素掺杂的ZMe。
35.权利要求31的装置，其中该荧光体包括纳米荧光体。
36.权利要求1的装置，其中该荧光片包括用于其替换的可拆卸荧光片。
37.权利要求36的装置，还包括插槽，用于在至少一个反射器附近的可拆卸荧光片的放置。
38.一种受激发光装置，包括 反射外壳；荧光片，被布置在反射外壳中，并被配置成在接收初级光时发射次级光；光源，被配置成产生并引导所述初级光倾斜地落在该荧光片上；和在反射外壳中的光出口，被配置成从该反射外壳射出作为初级光和次级光组合的光。
39.权利要求38的装置，其中从光出口射出的光具有大于70的显色性指数。
40.权利要求38的装置，其中从光出口射出的光具有大于80的显色性指数。
41.权利要求38的装置，其中该荧光片被布置在反射外壳的中央。
42.权利要求38的装置，其中该荧光片使至少一部分通路延伸到与光出口相对的反射外壳的底部。
43.权利要求38的装置，其中该荧光片被布置在反射外壳的一端。
44.权利要求43的装置，其中该荧光片使至少一部分通路延伸跨越反射外壳的一端。
45.权利要求38的装置，其中该荧光片具有对于初级光的小于40%的透射率；和该光源包括被布置在荧光片同一侧上的两个光源。
46.权利要求38的装置，其中该荧光片具有对于初级光的小于40%的透射率；和该光源包括被布置在荧光片相对的侧上的两个光源。
47.权利要求46的装置，还包括 反射层被布置成荧光片的中央层。
48.权利要求38的装置，其中该荧光片具有对于初级光的大于40%的透射率；和该光源包括被布置在一个位置上以便只直接照射荧光片一侧的光源。
49.权利要求38的装置，其中该反射外壳包括平面的或弯曲的反射器中的至少之一。
50.权利要求38的装置，其中该反射外壳包括球形或圆柱形反射器。
51.权利要求38的装置，其中该荧光片包括用于其替换的可拆卸荧光片。
52.权利要求51的装置，还包括插槽，用于在至少一个反射器附近的可拆卸荧光片的放置。
53.一种处理荧光片以增加该荧光片的量子发射效率的方法，包括 使荧光片中的光致荧光纳米纤维暴露在光化辐射中。
54.权利要求53的方法，其中的暴露包括使荧光片中的光致荧光纳米纤维暴露在0. 5 μ ff/cm2或更高光功率的350-490nm的辐射中。
55.权利要求53的方法，其中的暴露包括使荧光片中的光致荧光纳米纤维暴露1到48小时之间的周期。
56.权利要求53的方法，其中还包括在暴露之前，至少浸入式涂覆、滴落式涂覆、喷雾式涂覆、喷墨印刷、丝网印刷或旋转式涂覆光致荧光粒子到荧光片上；和使荧光片干燥。
全文摘要
一种包含荧光片用于可激发光发射的受激发光装置，该荧光片包含在接收初级光时发射次级光的光可激发粒子。该发光装置包含光源被配置成产生并引导初级光倾斜地落在该荧光片上；至少一个反射器，被配置成把至少一部分初级光和一部分次级光反射到荧光片上，并被配置成从荧光片向光出口反射至少一部分散射的初级光和一部分次级光；以及光出口，被配置成射出作为初级光和次级光的组合的光。
文档编号F21V13/04GK102483220SQ201080016974
公开日2012年5月30日 申请日期2010年4月14日 优先权日2009年4月15日
发明者J·L·戴维斯, M·K·拉姆维克 申请人:研究三角协会