发光系统的制作方法_3

文档序号:9732556阅读:来源:国知局
著距离处经置换。
[0055] 可W使用多种方法来从一或多个光导提取初级电磁福射,W使得可W由于一或多 个提取区域,经由一或多个光导的顶部表面、底部表面或运两者的至少一部分传输福射,因 此使得初级电磁福射能够在显著区域上均匀地发射到多层结构的显著区域。在一些情况 下,一或多个提取区域可W呈预定形状形式。在优选方法中,一或多个光导的顶部表面、底 部表面或运两者的至少一部分经粗糖化W形成一或多个提取区域,W使得初级电磁福射的 至少一部分可W离开并且传输到多层结构。在一种情况下,可W通过表面变形,如蚀刻实现 粗糖化。在另一种情况下,可W通过使用可W在一或多个光导内被压印或模制的离散棱柱 形结构来实现粗糖化。在又一种情况下,粗糖化可W包括使具有与实质上分散在其中的一 或多种光散射材料具有实质上相同的折射率的涂布材料的薄层呈现于一或多个光导的所 需一或多个提取区域上。适合的涂布材料包括(但不限于)聚丙締酸醋、聚碳酸醋、聚氨醋或 其它聚合物。可接受的光散射材料包括(但不限于)折射率与涂布材料实质上不同的不吸收 材料,如二氧化铁颜料、云母粒子或中空或实屯、玻璃球体。尽管可W在本教示内容内利用其 它提取方法,但应注意,使用导致光谱色散的衍射光栅并不是产生一或多个光导的一或多 个提取区域的优选方法。
[0056] -或多个照明源可W包含一或多个光导之间与本教示内容范围内的一或多个发 光元件的那些的各种组合。在其最简单形式中,单独的发光元件可W将初级电磁福射发射 到单一光导中。在另一种情况下,一个发光元件可W将初级电磁福射发射到多个光导中。在 另一种情况下,多个发光元件可W将初级电磁福射发射到一个光导中。
[0057] 在本教示内容的又一个方面中,一或多个照明源可W进一步包含具有平面和/或 非平面表面的反射层,其将一或多个发光元件供电时所提供的初级电磁福射的至少一部分 重定向到观察半球。在大多数方面中,反射层是实质上不透明的,W使得将W其它方式在反 向传播方向上发射和/或传输的初级电磁福射的至少一部分实质上朝向观察半球转向。在 一些情况下,反射层可W光学禪合到一或多个发光元件的表面的至少一部分,即,在一或多 个发光元件与反射层之间不存在具有实质上较低折射率的介质,例如空气,而在其它情况 下光学解禪,即,在一或多个发光元件与反射层之间存在具有实质上较低折射率的介质,例 如空气。在其它情况下,当一或多个照明源还包含一或多个光学元件时,反射层可W替代地 光学禪合到一或多个光学元件,即,在一或多个光学元件与反射层之间不存在具有实质上 较低折射率的介质,例如空气,或与其光学解禪,即,在一或多个光学元件与反射层之间存 在具有实质上较低折射率的介质,例如空气。在一些方面中,反射层可W包含多个非金属材 料替代层,其具有较高和较低介电常数。
[0058] 除一或多个照明源W外,本教示内容的发光系统还包含安置在一或多个照明源的 一或多个出口区域的至少一部分上的多层结构。多层结构可W在一些情况下光学禪合到一 或多个照明源,即,在一或多个照明源与多层结构之间不存在具有实质上较低折射率的介 质,例如空气,而在其它情况下光学解禪,即,在一或多个照明源与多层结构之间存在具有 实质上较低折射率的介质,例如空气。多层结构包含一或多个能量转换层,其将入射福射的 至少一部分转换成至少部分发射到观察半球的次级电磁福射;和一或多个扩散层,其实质 上增加初级、次级和/或环境电磁福射的至少一部分的光学散射。在其它方面中,多层结构 可W进一步包含一或多个稳定性增强层、反射层、保护层或其任何组合。
[0059] 本教示内容的多层结构的一或多个能量转换层吸收入射电磁福射的至少一部分 并且将此类福射转换成至少部分发射到观察半球的次级电磁福射,其具有不同光谱,通常 W较高平均波长为特征。在一或多个照明源供电的情况下,一或多个能量转换层上的入射 电磁福射包含一或多个照明源所提供的初级电磁福射W及被传输到一或多个能量转换层 的环境电磁福射(如果存在)。相比之下,在一或多个照明源未供电的情况下,一或多个能量 转换层上的入射电磁福射包含被传输到一或多个能量转换层的环境电磁福射。一或多个能 量转换层包含一或多种光致发光材料,其中所述一或多种光致发光材料中的至少一种具有 与入射电磁福射的至少一部分重叠的吸收光谱。多层结构的一或多个能量转换层的一或多 种光致发光材料包含一或多种憐光材料、一或多种巧光材料或其任何组合。
[0060] 用于一或多个能量转换层的适合的一或多种光致发光材料包括(但不限于)巧 (rylene)、氧杂蔥、化嘟、花青、蔥酬紫或其它材料,优选为具有高量子产率特性的光致发光 材料。巧染料包括(但不限于)巧醋或二酷亚胺材料,如3-氯基巧-9,10-二甲酸y,日/-二异 丙基苯胺、3,4,9,10-巧四甲酸双(2/,6/-二异丙基)苯胺、1,6,7,12-四苯氧基-N,N/-二 (2/,日/-二异丙基苯基)-3,4:9,10-巧二酷亚胺等。氧杂蔥染料包括(但不限于)若丹明 (化odamine)B、伊红Y或巧光素。化嘟染料包括例如5,10,15,20-四苯基-2巧,23护四苯基化 吩、2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基-21H,23H-化吩等。花青染料包括例如3,3'-二乙基氧杂 二幾花青舰化物、3,3/-二乙基氧杂幾花青舰化物、IR 775、IR 792等。蔥酬紫包括例如蔥酬 紫78、蔥酬紫79等。
[0061] -般来说,本教示内容的发光系统至少利用一或多个能量转换层的一或多种光致 发光材料的吸收和发射特性W通过能量转换产生与一或多个能量转换层上任何其余的未 经转换的入射电磁福射组合的次级电磁福射,从而产生发光系统的发射。发光系统的发射 是系统的观测到的可见颜色的部分,在一或多个照明源供电的情况下,由于初级电磁福射 的能量从一或多个照明源输出,首先产生第一观测到的可见颜色。
[0062] 在使用能量转换时,与其它常见机制相反,发现能量损失实质上减到最少并且因 此当系统的一或多个照明源供电时,在产生本教示内容的发光系统的发射时提供更大效 率,而不需要实质性量的初级电磁福射。因此,当一或多个照明源供电时,本教示内容的发 光系统不仅在产生次级电磁福射方面显著有效,还能够提供较多发光次级电磁福射,与所 利用的一或多个发光元件无关。
[0063] 用于本教示内容中的一种能量转换的一般方法表示在图3中。参考图3,经由吸收/ 发射事件的级联,通过一或多个能量转换层的一或多种光致发光材料,将入射电磁福射的 电磁能光谱转换成新的电磁福射,即,次级电磁福射,其具有通常具有较高平均波长的光 谱。各单独的光致发光材料通过福射能量吸收光谱Ai、福射能量发射光谱EiW及福射吸收 与福射发射之间的特征时间常数Ti表征(其中i = l、2、3……)。优选地,通过此方法产生的 次级电磁福射中的一些或全部是可见光电磁福射。
[0064] 进一步参看图3,在此能量转换方法的一个方面中,实质上吸收落入第一光致发光 材料的吸收光谱内的入射电磁福射,所述材料通过能量吸收光谱A1、能量发射光谱E1W及 能量吸收与能量发射之间的特征时间常数T1表征。一般来说,福射发射光谱E1的平均波长 高于福射吸收光谱A1的平均波长。此波长差异称为斯托克斯(Stokes)位移,并且对应于此 波长差异的能量称为斯托克斯损失。因此经由所吸收的入射福射的转换产生第一光致发光 材料的发射E1,其表示并非入射电磁福射特有的较长波长。
[0065] 仍参看图3,在此能量转换方法的另一个方面中,第二光致发光材料可W用于吸收 第一光致发光材料的发射的至少一部分,即,E1。第二光致发光材料通过能量吸收光谱A2、 能量发射光谱E2W及能量吸收与能量发射之间的特征时间常数T2表征。第二光致发光材料 发射福射并且与第一光致发光材料相比,展现到再更高波长的斯托克斯位移。可W选择具 有适当的斯托克斯位移的额外一或多种光致发光材料W进一步转换第一或第二光致发光 材料中的至少一种的福射直到达到所需发射波长为止。运些额外光致发光材料通过福射吸 收光谱A3、A4、A5等;福射发射光谱E3、E4、E5等;W及福射吸收与福射发射之间的特征时间 常数Τ3、Τ4、Τ5等来表征。W此方式,入射电磁福射可W用于产生通过例如蓝色颜色表征的 发射,并且随后进一步产生绿光、黄光、澄光或红光。
[0066] 尽管所发射的福射的再吸收可W是能量转换的有效机制,但能量转移不需要发射 和再吸收。替代地,能量转换中的能量转移可W经由福斯特共振能量转移机制进行,如图4 中所说明。福斯特共振能量转移最常在有机单重态之间发生,并且W下论述在所述情形下, 但技术的应用不限于单重态-单重态转移。应注意,为了使福斯特转移在某些光致发光材料 之间进行,还必须保留电子自旋。参看图4,Sf表示吸收入射电磁福射前第一光致发光材料 的状态,即,非激发态,巧表示吸收后第一光致发光材料的状态(激发态),并且Ai表示第一 光致发光材料所吸收的入射电磁福射的光子能量。同样,Sf表示第二光致发光材料的非激 发态,S!表示第二光致发光材料的激发态,并且E2表示对应于从其激发态跃迁回其非激发 态的来自第二光致发光材料的福射的发射。继续参看图4,第二光致发光材料可W在无巧来 自第一光致发光材料的福射的发射的情况下通过从转移能量而从Sf激发到S|。因此,发射E2 由第一光致发光材料的直接激发产生。当恰当地选择第一光致发光材料的发射和第二光致 发光材料的吸收的电子特征时,可W进行福斯特共振能量转移,W使得可W在不需要通过 第一光致发光材料发射光子的情况下通过偶极禪合来进行电子能量的转移。福斯特共振能 量转移需要光致发光材料经历电子能量转移(足够近w经历其各别偶极场)。因此,福斯特 共振能量转移需要比常规用于其它能量转换方法明显更高浓度的第二光致发光材料。应注 意,在一些情况下,其中第一光致发光材料的发射和第二光致发光材料的吸收不足W支持 福斯特共振能量转移,此类能量转移仍可W在用作介体的一或多种额外光致发光材料介入 的情况下进行并且因此提供所需发射和吸收重叠。
[0067] -般来说,为了使一或多种光致发光材料的转换效率最大化,一或多个能量转换 层应该无光散射材料。然而,在某些情形下,包括此类材料可能是有利的,其中管理一或多 个能量转换层的构造 W使次级电磁福射的转换和提取最大化。因此,在一些情况下,一或多 个能量转换层还可W包含分散初级电磁福射、次级电磁福射或运两者的至少一部分的一或 多种光散射材料。运样,一或多种光散射材料增加一或多个能量转换层内初级电磁福射和/ 或次级电磁福射的有效路径长度,W及提供福射的均匀化。初级电磁福射的散射用W增加 一或多个能量转换层的一或多种光致发光材料的此类福射吸收量和转换量。次级电磁福射 的散射用W重定向此类福射,其将另外通过内部反射到观察半球的那些而截留在一或多个 能量转换层内。
[0068] 在已鉴别恰当材料和浓度后,多种方法可W用于制备一或多个有效能量转换层。 此类方法包括例如将一层涂布
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