光学元件、包括其的产品、以及用于制造其的方法

xiaoxiao2020-7-2  2

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专利名称:光学元件、包括其的产品、以及用于制造其的方法
技术领域
本发明涉及光学元件、包括该光学元件的产品以及相关方法的技术领域,更具体地涉及包括纳米粒子的光学元件、包括该光学元件的产品以及相关方法。

发明内容
本发明涉及包括纳米粒子的光学元件、制造包括纳米粒子的光学元件的方法以及包括含纳米粒子的光学元件的产品。根据本发明的一个方面,提供了光学元件,包括第一衬底、设置在第一衬底的第一表面的预定区域上的包括量子限制的(quantum confined)半导体纳米粒子的光学材料、设置在光学材料以及不被光学材料覆盖的第一衬底的第一表面的任何部分上的包括粘合材料的层、以及设置在包括粘合材料的层上的第二衬底,其中,包括粘合材料的层将第一和第二衬底共同密封(密封在一起)。在某些实施方式中,光学元件在包括光学材料的预定区域的周围和密封结构的边缘之间包括边缘密封区域,其中,边缘密封区域不包括光学材料。在某些实施方式中,边缘密封区域可基本上均勻,并且更优选在光学材料的周围均勻。在某些实施方式中,光学元件进一步包括设置在包括粘合材料的层和第二衬底之间的包含量子限制的半导体纳米粒子的第二光学材料。在某些实施方式中,第一和第二光学材料包括相同或不同的预定布置(设置、安 JlKS^1J7 arrangement)。在某些优选实施方式中,第二光学材料所包括的布置与设置在第一衬底的第一表面的第一预定区域上的第一光学材料的布置相同。在某些优选实施方式中,第一和第二光学材料排列(对准、或对齐,align)为一个位于另一个之上。在优选的实施方式中,光学元件进一步包括含量子限制的半导体纳米粒子的第二光学材料,设置在第二衬底的第一表面的第二预定区域上,并且包括粘合材料的层设置在第一和第二衬底上的光学材料和不被光学材料覆盖的第一衬底的第一表面和第二衬底的第二表面的任何部分之间。在某些这样的实施方式中,预定的区域排列为一个位于另一个之上。在某些优选实施方式中,预定的区域完全位于彼此的上面。在某些实施方式中,光学元件在光学材料的周围和密封结构的边缘之间包括边缘密封区域,其中边缘密封区域不包括光学材料。在某些实施方式中,边缘密封区域可基本上均勻,并且更优选在光学材料的周围均勻。在某些优选的实施方式中,每个衬底的边缘密封区域在密封结构内相对于彼此排列,以便位于彼此的上面。在某些实施方式中,至少一个且优选地两个衬底表面(光学材料和粘合层设置在该衬底表面之间)不光滑。在某些这样的实施方式中,一个或两个这种衬底表面有织纹(不平,textured)。在某些这样的实施方式中,一个或两个这种衬底表面是粗糙的。在某些这样的实施方式中,一个或两个这种衬底表面是被蚀刻的。在某些优选的实施方式中,一个或两个这种不光滑的衬底表面的表面粗糙度 (Ra-算术平均剖面(轮廓)粗糙度参数)大于1000埃。在某些实施方式中,不光滑的区域不完全覆盖一种或多种衬底,但是用标准方法形成图案(图案化)(例如遮掩或选择性粗糙化、蚀刻、特征化(纹理化,texture)等等)。在某些实施方式中,一个或两个衬底表面(光学材料和粘合剂设置在衬底表面之间)光滑(例如Ra小于约100埃)。在某些这种实施方式中,至少一个,优选地两个这种光滑的衬底表面在空气衬底界面的水接触角度不大于40度,优选地不大于25度,更优选地不大于15度。在某些实施方式中,一个或两个衬底对穿(passing)入或穿出光学元件的光的至少预定波长至少80%光学透明(optical transparent)。在某些实施方式中,一个或两个衬底对穿入或穿出光学元件的光的至少预定波长至少85%光学透明。在某些实施方式中, 一个或两个衬底对穿入或穿出光学元件的光的至少预定波长至少90%光学透明。在某些实施方式中,一个或两个衬底对穿入或穿出光学元件的光的至少预定波长至少95%光学透明。在某些实施方式中,一个或两个衬底对穿入或穿出光学元件的光的至少预定波长至少 99%光学透明。在某些实施方式中,光学材料包括一种或多种不同类型的量子限制的半导体纳米粒子(基于组成、结构和/或尺寸或纳米粒子),其中每个不同类型的量子限制的半导体纳米粒子以预定波长发射光,该波长与光学材料内所包含的任何其他类型的量子限制的半导体纳米粒子所发射的预定波长相同或不同。根据最终用于光学元件的应用,来选择预定波长。在包括两种或更多种不同类型的量子限制的半导体纳米粒子的某些实施方式中,至少两种类型能够以预定波长发射光,该波长与光学元件内可包含的至少一种其他类型的量子限制的半导体纳米粒子所发射的波长不同。在包括两种或更多种不同类型的发射不同的预定波长的量子限制的半导体纳米粒子的某些实施方式中,不同类型的量子限制的半导体纳米粒子可包含在一种或多种不同的光学材料内。在某些实施方式中,例如,预定波长的范围可为约470nm到约650nm、约580nm到约 630nm、约 590nm 到约 630nm、约 590nm 到约 630nm、约 600nm 到约 620nm、约 600nm 到约 610nm、或者约 608nm 到约 618nm。在包括两种或更多种不同类型的光学材料的某些实施方式中,例如可包含这种不同的光学材料,作为分层布置(分层结构,layered arrangement)的单独层和/或作为图案层的单独特征。在某些实施方式中,光学元件可包括一个或多个包括一种或多种光学材料的单独层。在某些实施方式中,一个或多个单独层可包括相同的光学材料。在包括多于一个的包含光学材料的层的某些实施方式中,并非所有的层都包括相同的光学材料。在某些实施方式中,两个或更多个层可包括不同的光学材料。在某些实施方式中,每个单独层可包括与其它层内所包含的每种其他光学材料不同的光学材料。在某些优选实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子包括半导体纳米晶体。在某些实施方式中,包含量子限制的半导体纳米粒子的光学材料具有至少40%的固态量子效率。在某些实施方式中,光学材料包括能够在一种或多种预定的光谱区域内发射光的量子限制的半导体纳米粒子。在某些实施方式中,光学材料进一步包括基质材料(host material),量子限制的半导体纳米粒子分布在该基质材料内。在某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约0. 001到约5重量百分比。在某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约0. 1到约3重量百分比。在某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约0. 5到约3重量百分比。在某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约0. 1到约 2重量百分比。在某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约0. 1到约1重量百分比。在某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约0. 1到约0. 75重量百分比。在进一步包括基质材料的光学材料的某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子包含在光学材料内,其量大于约5重量百分比的基质材料。例如,光学材料基于基质材料的重量可包括约5到约20重量百分比的量子限制的半导体纳米粒子;光学材料基于基质材料的重量可包括约5到约15重量百分比的量子限制的半导体纳米粒子;光学材料基于基质材料的重量可包括约5到约10重量百分比的量子限制的半导体纳米粒子,等等。也可确定上述范围外的光学材料内的量子限制的半导体纳米粒子的其他浓度有用或合乎需要。在某些实施方式中,光学材料进一步包括光散射体(light scatterer) 0在某些实施方式中,光散射体包括光散射粒子。在某些实施方式中,光散射粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约0. 001到约5重量百分比。在某些实施方式中,光散射粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约0. 5到约3重量百分比。在某些实施方式中,光散射粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约1到约3重量百分比。在某些实施方式中,光散射粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约1到约2重量百分比。在某些实施方式中,光散射粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约0. 1到约1重量百分比。在某些实施方式中,光散射粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约0. 05到约1重量百分比。在某些实施方式中,光散射粒子包含在光学材料内,其量大于约5重量百分比的基质材料。例如,光学材料基于基质材料的重量可包括约5到约20重量百分比的光散射粒子;光学材料基于基质材料的重量可包括约5到约15重量百分比的光散射粒子;光学材料基于基质材料的重量可包括约5到约10重量百分比的光散射粒子,等等。也可确定上述范围外的光学材料内的光散射粒子的其他浓度有用或合乎需要。在某些实施方式中,光学元件可用作盖板(cover plate),用于固态照明装置。在某些实施方式中,一个或两个衬底为刚性的。在某些实施方式中,一个或两个衬底为柔性的(flexible)。在某些实施方式中,至少一个衬底可包括照明装置的光扩散器元件(light diffuser component)0在某些实施方式中,光学材料作为一层或多层设置在衬底的表面的预定区域上。在某些实施方式中,包括含基质材料的光学材料的层的厚度例如为约0. 1微米到约1厘米。在某些实施方式中,包括含基质材料的光学材料的层的厚度为约0. 1到约200 微米。在某些实施方式中,包括含基质材料的光学材料的层的厚度为约10到约200微米。 在某些实施方式中,包括含基质材料的光学材料的层的厚度为约30到约80微米。可确定其他厚度有用或合乎需要。在某些实施方式中,光学材料内所包含的量子限制的半导体纳米粒子不含镉。在某些实施方式中,光学材料内所包含的量子限制的半导体纳米粒子包括III-V 半导体材料。在某些实施方式中,光学材料内所包含的量子限制的半导体纳米粒子包括半导体纳米晶体,该半导体纳米晶体包含包括半导体材料的核(芯)和设置在核的至少一部分表面上的无机壳。根据其光传输性能和其粘合特性,优选地选择此处所描述的光学元件内所包含的粘合材料。在某些优选的实施方式中,粘合材料对于穿入和穿出光学元件的光的至少预定波长光学上透明。在某些实施方式中,粘合材料对于穿入和穿出光学元件的光的至少预定波长至少 80%光学上透明。在某些实施方式中,粘合材料对于穿入和穿出光学元件的光的至少预定波长至少85%光学上透明。在某些实施方式中,粘合材料对于穿入和穿出光学元件的光的至少预定波长至少90%光学上透明。在某些实施方式中,粘合材料对于穿入和穿出光学元件的光的至少预定波长至少95%光学上透明。在某些实施方式中,粘合材料对于穿入和穿出光学元件的光的至少预定波长至少99%光学上透明。在某些优选的实施方式中,粘合材料在密封的过程中不黄化(yellow)或变色。更优选地,粘合材料在光学元件使用寿命内不黄化或变色,以至基本上改变光学元件的光学性能。在某些优选的实施方式中,粘合材料具有充足的粘合性能,以便将光学元件的衬底密封在一起。更优选地,在光学元件使用寿命内,该密封不会部分或完全分层或以其他方式失效。在某些优选的实施方式中,粘合材料的性能对光学材料的固态光致发光量子效率具有最小的影响。在某些优选的实施方式中,粘合材料进一步具有氧屏障性能。在某些优选的实施方式中,粘合材料进一步具有氧和水分屏障性能。
在某些优选的实施方式中,在无害于光学材料和光学材料的外部量子效率的条件下,可硬化(例如固化或干燥)粘合材料。优选地,可紫外线(UV)固化粘合材料。在某些优选的实施方式中,粘合材料具有粘性,因此已经在光学材料上分配粘合材料之后,在形成该层的过程中,粘合材料保持为塌陷最小的一堆(mound)。该粘性特征便于实现光学元件,其中衬底之间的材料基本上没有,并且优选地没有肉眼可观察到的气泡。 优选的粘合材料为紫外可固化丙烯酸氨基甲酸乙酯(acrylic urethane)。紫外可固化丙烯酸氨基甲酸乙酯(聚氨酯,urethane)的实例包括Norland Adhesives所销售的产品,称为 Norland 光学粘合剂(Optical Adhesive) 68 和 Norland 光学粘合剂 68T。在某些实施方式中,粘合材料可包括压敏粘合剂。在某些实施方式中,光学元件可进一步包括一个或多个单独的阻挡层(barrier layer)。阻挡材料为基本上不透氧的材料。在某些实施方式中,阻挡层基本上不透氧和水。 在包括不具有氧屏障性能的粘合材料的实施方式中,在光学材料上包括单独的阻挡层是合乎需要的。可选地,该元件内可包括其他材料。在某些实施方式中,可包含这种材料作为其它层。在某些实施方式中,在光学材料和/或在包括粘合材料的层内可包括这种材料。在某些实施方式中,一层可包括一个或多个子层(亚层,sublayer)。在某些实施方式中,光学元件可用于光源。在某些实施方式中,光学材料可改变至少一个光谱区域内的光源的全部或部分光输出。在某些实施方式中,光学材料可补充至少一个光谱区域内的光源的光输出。在某些实施方式中,光学材料可改变至少一个光谱区域内的光源的全部或基本上全部的光输出。根据本发明的一个方面,提供了照明装置,包括光源以及此处所述的光学元件,该光学元件定位成接收光源生成的至少一部分光,光学元件包括此处所教导的光学元件。在某些实施方式中,照明装置在堆叠布置(stacked arrangement)内可包括两种或更多种不同的光学元件,至少一个光学元件包括根据本发明的光学元件。在某些实施方式中,光学元件不直接接触光源。在某些优选的实施方式中,在操作的过程中,发光装置(light emitting device) 内纳米粒子的位置处的温度为90°C或更低。在某些优选的实施方式中,照明装置(lighting device)包括固态照明装置,该装置包括固态光源。固态光源的优选的实例包括半导体发光二极管(LED),半导体发光二极管在发光二极管和光学元件之间可进一步可选地包括发光颜色转换材料。此处所述的其他光源的实例可用于本发明的照明装置。根据本发明的另一方面,提供了照明设备(lighting fixture),适合于接收一种或多种光源,其中该设备包括此处所述的光学元件,其相对于一种或多种光源的位置定位在该设备内,由此光源生成的至少一部分光从设备中发射之前,穿入光学元件内,其中光学元件包括此处所教导的光学元件。在某些实施方式中,照明设备在堆叠布置内可包括两个或更多个不同的光学元件,至少一个光学元件包括根据本发明的光学元件。
根据本发明的又一方面,提供了盖板,适合于连接到照明设备中,盖板包括此处所教导的光学元件。根据本发明的另一方面,提供了制备光学元件的方法,其中该方法包括将包括量子限制的半导体纳米粒子的光学材料沉积在第一衬底的第一表面的预定区域上;在光学材料和不被光学材料覆盖的第一衬底的第一表面的任何部分上形成上包括粘合材料的层;将第二衬底放置在包括粘合材料的层上;以及共同密封衬底。在某些实施方式中,形成光学元件,以便在光学材料的周围和密封结构的边缘之间包括边缘密封区域,其中边缘密封区域不包括光学材料。在某些实施方式中,边缘密封区域可基本上均勻,并且更优选地在光学材料的周围均勻。在某些优选的实施方式中,每个衬底的边缘密封区域在密封结构内相对于彼此排列,以便位于彼此的上面。在某些优选的实施方式中,一个或两个这种不光滑的衬底表面的表面粗糙度 (Ra-算术平均剖面粗糙度参数)大于1000埃。在某些实施方式中,不光滑的区域不完全覆盖一个或多个衬底,而是用标准方法形成图案(例如遮掩或选择性地粗糙化、蚀刻、特征化等等)。在某些实施方式中,一个或两个衬底表面光滑,光学材料和粘合剂设置在衬底表面之间。在某些这种实施方式中,至少一个,优选地两个任何这种光滑的衬底表面在空气衬底界面的水接触角度不大于40度,优选地不大于25度,更优选地不大于15度。在某些实施方式中,制备光学元件的方法可包括将包括量子限制的半导体纳米粒子的光学材料沉积在第一衬底的第一表面的多个预定区域上;在光学材料和不被光学材料覆盖的第一衬底的第一表面的任何部分上形成包括粘合材料的层;将第二衬底放置在包括粘合材料的层上;共同密封衬底,以便形成密封结构;以及从密封结构分离单个光学元件, 其中单个光学元件对应于包括含光学材料的预定区域的密封衬底的一部分。分离单个光学元件可由水射流(water-jet)切割、刻痕(scoring)、激光切割或其他技术完成。在另一实施方式中,制备多个光学元件的方法包括提供第一衬底,该衬底包括设置在其第一表面上的含光学材料的预定区域;在光学材料和不被光学材料覆盖的第一衬底的第一表面的任何部分上形成包括粘合材料的层;将第二衬底放置在包括粘合材料的层上;以及共同密封衬底。在某些实施方式中,制备光学元件的方法可包括提供第一衬底,该衬底包括设置在第一衬底的第一表面上的含光学材料的多个预定区域;在光学材料和不被光学材料覆盖的第一衬底的第一表面的任何部分上形成包括粘合材料的层;将第二衬底放置在包括粘合材料的层上;共同密封衬底,以便形成密封结构;以及从密封结构分离单个光学元件,其中单个光学元件对应于包括含光学材料的预定区域的密封衬底的一部分。分离单个光学元件可由水射流切割、刻痕、激光切割或其他技术完成。在某些实施方式中,形成单个光学元件,以便在光学材料的周围和密封结构的边缘之间包括边缘密封区域,其中边缘密封区域不包括光学材料。在某些实施方式中,边缘密封区域可基本上均勻,并且更优选地在光学材料的周围均勻。在某些优选的实施方式中,每个衬底的边缘密封区域在密封结构内相对于彼此排列,以便位于彼此的上面。在某些实施方式中,第二衬底包括含量子限制的半导体纳米粒子的第二光学材料,设置在其表面的一个或多个第二预定区域上,该表面在光学元件的内部(见图4A)。在某些实施方式中,包括光学材料的预定区域和包括第二光学材料的第二预定区域相同。在某些实施方式中,这种区域在密封结构内排列为位于彼此的上面。在某些实施方式中,光学材料和第二光学材料可包括此处所教导的光学材料。在某些实施方式中,可包括一种或多种光学材料,作为分层布置的单独层和/或作为图案层的单独特征。在某些实施方式中,光学材料可沉积为两个或更多个单独层。在该方法中也可使用此处所描述的光学材料、量子限制的半导体纳米粒子、衬底、 粘合材料以及其他的可选特征。在某些实施方式中,包括量子限制的半导体纳米粒子的光学材料沉积为包括量子限制的半导体纳米粒子以及液体媒剂(liquid vehicle)的油墨。在某些优选的实施方式中,液体媒剂包括组分,该组分包括一个或多个能够交联的官能团。例如通过紫外线处理、 热处理或相关技术领域的普通技术人员可容易确定的另一种交联技术,可交联功能性单元 (functional units) 0在某些实施方式中,包括一个或多个能够交联的官能团的组分可为液体媒剂本身。在某些实施方式中,包括一个或多个能够交联的官能团的组分可为共溶剂。 在某些实施方式中,包括一个或多个能够交联的官能团的组分可为与液体媒剂的混合物的成分(component)。在某些实施方式中,油墨可进一步包括光散射体。在油墨内沉积光学材料的某些实施方式中,在形成包括粘合材料的层之前,硬化油墨(例如通过蒸发或干燥溶剂、通过固化或根据特定油墨组分的适当的其他方法)。在某些实施方式中,可在空气中进行油墨硬化步骤。在某些实施方式中,优选地在没有空气时,执行油墨硬化步骤。在某些实施方式中,光学材料进一步包括基质材料。在某些这种实施方式中,基质材料可包括可固化的油墨的液体媒剂。在某些这种实施方式中,在其上(油墨上)形成下一层之前,优选地固化光学材料。在某些实施方式中,通过以下方式形成包括粘合材料的层在光学材料上分配预定量的粘合材料,将第二衬底放置在其上,并且对第二衬底施加压力,以便将粘合材料散布在第一衬底的第一表面上(即,光学材料以及不被光学材料覆盖的第一衬底的第一表面的任何部分上),从而形成层。然后硬化粘合材料,以便形成光学元件。在制造光学元件中,根据要覆盖的区域的大小以及从其中形成的层所需要的厚度,可预先确定所分配的粘合材料的量。在优选的实施方式中,所使用的量会形成完全覆盖第一和第二衬底之间的区域的层,并且共同引入衬底时,具有预定的厚度,从衬底之间挤出的量非常小。在某些实施方式中,该层的厚度为约20到约200微米。硬化该层之后,共同引入衬底以便形成光学元件时,优选地去除从衬底之间挤出的任何超出的量。合适的去除技术的实例包括切割、沙磨(sanding)等等。相关技术领域内的普通技术人员可容易识别其他合适的技术。在某些实施方式中,硬化包括根据其硬化性能固化或干燥粘合材料。在某些优选的实施方式中,包括粘合材料的层完全覆盖衬底之间的区域。
此处所描述的上述和其他方面和实施方式均构成本发明的实施方式。下面提供关于上述量子限制的半导体纳米粒子、光散射体、基质材料、支撑元件、 其他特征和元件的额外信息以及可用于本发明的其他信息。本发明所涉及的本技术领域的那些普通技术人员应理解的是,此处所描述的关于本发明的任何特定方面和/或实施方式的任何特征与此处所描述的本发明的任何其他方面和/或实施方式的任何其他特征中的一种或多种可相结合,为了确保结合的相容性可进行适当的修改。这些结合视为该公开所涉及的本发明的一部分。应理解的是,上述一般性描述以及下面的具体描述为示例性的,并且仅仅是解释说明性的,而不限制所要求的本发明。从描述和附图、从权利要求书以及从此处所公开的本发明的实践来考虑,其他实施方式对于本技术领域的那些技术人员是明显的。


在图中,图1为描绘根据本发明方法的实施方式流程图的概要实例的示意图;图2为描绘根据本发明光学元件的实施方式的实例的剖面示意图;图3描绘光谱以阐述用于测量量子效率的方法;图4A为描绘根据本发明方法中的中间步骤的实施方式的实例的示意图,其用于制备在第二衬底的表面上包括光学材料的光学元件的实施方式的实例;图4B为描绘在每个衬底的内表面上包括光学材料的光学元件的实施方式的实例的剖面示意图;图5为描绘根据本发明方法的实施方式的流程图的实例的示意图。附图为仅用于阐述的简化示图;实际的结构在多个方面可不同,尤其包括所描述的物品和其方面(aspect)的相对尺度。为了更好地理解本发明以及其他优点和其能力,可结合上述附图,参照下面的公开内容和所附权利要求。
具体实施例方式在下面的具体实施方式
中,进一步描述本发明的各个方面和实施方式。根据本发明的一个方面,提供了光学元件,包括第一衬底、设置在第一衬底的第一表面的预定区域上的包括量子限制的半导体纳米粒子的光学材料、设置在光学材料以及不被光学材料覆盖的第一衬底的第一表面的任何部分上的包括粘合材料的层、以及设置在包括粘合材料的层上的第二衬底,其中密封第一和第二衬底。图2为描述根据本发明光学元件的实施方式的实例的剖面示意图。在某些实施方式中,形成光学元件,以便在光学材料的周围和密封结构的边缘之间包括边缘密封区域,其中边缘密封区域不包括光学材料。在某些实施方式中,边缘密封区域可基本上均勻,并且更优选地在光学材料的周围均勻。在某些实施方式中,光学元件进一步包括含量子限制的半导体纳米粒子的第二光学材料,设置在包括粘合材料的层和第二衬底之间。在某些实施方式中,第二光学材料设置在第二衬底的第一表面的第二预定区域上。在某些实施方式中,第一和第二光学材料可包含在预定布置内的光学元件内。在某些这种实施方式中,第一和和第二光学材料可包含在彼此相同的预定布置内(例如相同的尺寸和相同的布置)(例如,如果图案化,为相同的图案化布置,或者相同的未图案化布置;然而,该组分可相同或不同)。在某些实施方式中,光学材料的预定布置和第二光学材料的第二预定布置相对于彼此排列,以便在密封结构内位于彼此之上。图4B显示了第二衬底的表面上包括第二光学材料的光学元件的实施方式的实例的剖视图。量子限制的半导体纳米粒子可限定电子和孔,并且具有光致发光性能,以便吸收光并且再发射不同波长的光。从量子限制的半导体纳米粒子中发射的光的颜色特征取决于量子限制的半导体纳米粒子的尺寸以及量子限制的半导体纳米粒子的化学组成。量子限制的半导体纳米粒子相对于化学组成、结构和大小包括至少一种类型的量子限制的半导体纳米粒子。包含在根据本发明的光学元件内的这种量子限制的半导体纳米粒子由要转换的光的波长以及所需要的光输出的波长确定。如此处所述,量子限制的半导体纳米粒子在其表面上可包括或可不包括壳和/或配体。在某些实施方式中,壳和/或配体可钝化量子限制的半导体纳米粒子,以便防止凝聚或聚集,克服纳米粒子之间的范德瓦尔斯约束力。在某些实施方式中,配体可包括具有用于任何基质材料的亲和力的材料,量子限制的半导体纳米粒子可包含在该材料内。如此处所述,在某些实施方式中,壳包括无机壳。在某些实施方式中,光学材料内所包含的量子限制的半导体纳米粒子不含镉。在某些实施方式中,光学材料内所包含的量子限制的半导体纳米粒子包括III-V 半导体材料。在某些实施方式中,光学材料内所包含的量子限制的半导体纳米粒子包括半导体纳米晶体,该半导体纳米晶体包含包括半导体材料的核和设置在核的至少一部分表面上的无机壳。量子限制的半导体纳米粒子在此也可缩写为“QD”。在某些实施方式中,光学材料包括一种或多种不同类型的量子限制的半导体纳米粒子(基于组成、结构和/或尺寸),其中选择每种类型,获得具有预定颜色的光。在某些实施方式中,光学材料可包括能够在橙色到红色光谱(例如从约575nm到约650nm)区域内发射光的量子限制的半导体纳米粒子。在某些实施方式中,光学材料可包括能够在红色光谱区域内发射光的量子限制的半导体纳米粒子。在某些实施方式中,光学材料可包括能够在橙色光谱区域内发射光的量子限制的半导体纳米粒子。在某些实施方式中,光学材料可包括能够在蓝绿色光谱区域内发射光的量子限制的半导体纳米粒子。在某些实施方式中,光学材料可包括能够在一种或多种其他预定的光谱区域内发射光的量子限制的半导体纳米粒子。在某些优选的实施方式中,在包含在光学材料内之前,光学材料内所包含的量子限制的半导体纳米粒子的溶液量子产率(solution quantum yield)至少为约60%,优选地为至少约70%,更优选地为至少约80%,最优选地为至少约85%。
在某些实施方式中,光学元件包括含一种或多种不同类型的量子限制的半导体纳米粒子(基于组成、结构和/或尺寸或纳米粒子)的光学材料,其中每个不同类型的量子限制的半导体纳米粒子以预定波长发射光,该波长与光学材料内所包含的任何其他类型的量子限制的半导体纳米粒子所发射的预定波长相同或不同。基于最终用于光学元件的应用, 来选择预定波长。在包括两种或更多种不同类型的量子限制的半导体纳米粒子的某些实施方式中,至少两种类型能够以预定波长发射光,该波长与光学元件内可包含的至少另一种类型的量子限制的半导体纳米粒子所发射的波长不同。在包括两种或更多种不同类型的发射不同的预定波长的量子限制的半导体纳米粒子的某些实施方式中,不同类型的量子限制的半导体纳米粒子可包含在一种或多种不同的光学材料内。在包括两种或更多种不同类型的发射不同的预定波长的量子限制的半导体纳米粒子的某些实施方式中,不同类型的量子限制的半导体纳米粒子可包含在两种或更多种不同的光学材料内。在包括两种或更多种不同的光学材料的某些实施方式中,例如可包含这种不同的光学材料,作为分层布置的单独层和/或图案层的单独特征。在某些实施方式中,预定波长的范围例如可为约470nm到约650nm、约580nm到约 630nm、约 590nm 到约 630nm、约 590nm 到约 630nm、约 600nm 到约 620nm、约 600nm 到约 610nm、 或者约608nm到约618nm。可确定其他预定波长有用或合乎需要。在某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子包括半导体纳米晶体。在某些实施方式中,光学材料内的量子限制的半导体纳米粒子具有至少40%的固态光致发光量子效率。在某些实施方式中,光学材料内的量子限制的半导体纳米粒子具有至少50%的固态光致发光量子效率。在某些实施方式中,光学材料内的量子限制的半导体纳米粒子具有至少60%的固态光致发光量子效率。在某些实施方式中,光学材料内的量子限制的半导体纳米粒子具有至少70%的固态光致发光量子效率。在某些实施方式中,光学材料内的量子限制的半导体纳米粒子具有至少80%的固态光致发光量子效率。在某些实施方式中,光学材料内的量子限制的半导体纳米粒子具有至少90%的固态光致发光量子效率。在某些实施方式中,光学材料包括能够发射红光的量子限制的半导体纳米粒子。 在其他某些优选的实施方式中,光学材料包括在橙色到红色光谱区域内能够发射光的量子限制的半导体纳米粒子。在某些实施方式中,光学材料包括分布在基质材料内的量子限制的半导体纳米粒子。在某些实施方式中,光学材料进一步包括基质材料,量子限制的半导体纳米粒子分布在该基质材料内。在某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子包含在光学材料内, 其量的范围为基质材料的重量的约0. 001到约5重量百分比。在某些实施方式中,光学材料基于基质材料的重量包括约0. 1到约3重量百分比的量子限制的半导体纳米粒子。在某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约0. 5到约3重量百分比。在某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约1到约3重量百分比。在某些实施方式中量子限制的半导体纳米粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约1到约 2重量百分比。在某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约0. 1到约1重量百分比。在某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约0. 1到约0. 75重量百分比。在进一步包括基质材料的光学材料的某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子可包含在光学材料内,其量大于约5重量百分比的基质材料。例如,光学材料基于基质材料的重量可包括约5到约20重量百分比的量子限制的半导体纳米粒子;光学材料基于基质材料的重量可包括约5到约15重量百分比的量子限制的半导体纳米粒子,光学材料基于基质材料的重量可包括约5到约10重量百分比的量子限制的半导体纳米粒子,等等。也可确定上述范围外的光学材料内的量子限制的半导体纳米粒子的其他浓度有用或合乎需要。优选地,基质材料包括固态基质材料。可用于此处所述的本发明的各种实施方式和方面内的基质材料的实例包括聚合物、单体、树脂、粘结剂、玻璃、金属氧化物以及其他非聚合物材料。优选的基质材料包括对预定波长的光光学上透明的聚合物和非聚合物材料。在某些实施方式中,基质材料对穿入或穿出光学元件的光的至少预定波长至少 90%光学透明。在某些实施方式中,基质材料对穿入或穿出光学元件的光的至少预定波长至少95%光学透明。在某些实施方式中,基质材料对穿入或穿出光学元件的光的至少预定波长至少99%光学透明。在某些实施方式中,预定波长可包括在电磁光谱的可见区域(例如400-700nm)内的光波长。优选的基质材料包括交联的聚合物和溶剂浇铸聚合物(solvent-cast polymer) 0 优选的基质材料的实例包括但不限于对至少预定的光波长光学上透明的玻璃或树脂。尤其地,从加工性的角度来看,适合使用树脂,例如非固化树脂、热固化树脂或光固化树脂。低聚物或聚合物形式的这种树脂的具体实例为三聚氰胺树脂、苯酚树脂、烷基树脂、环氧树脂、 聚氨酯树脂、马来树脂、聚酰胺树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚乙烯醇、 聚乙烯吡咯烷酮、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、包含形成这些树脂的单体的共聚物等等。 相关技术领域的普通技术人员可识别其他合适的基质材料。在本公开内容所涉及的本发明的某些实施方式和方面,基质材料包括光固化树脂。在某些实施方式中,例如在组分待图案化的实施方式中,光固化树脂可为优选的基质材料。作为光固化树脂,可使用光可聚合树脂(例如包括反应性乙烯基的基于丙烯酸或甲基丙烯酸的树脂)、基本上包含光敏剂的光可交联树脂(例如聚肉桂酸乙烯酯、二苯甲酮等等)。不使用光敏剂时,可使用热可固化树脂。可单独或以两种或更多种的组合使用这些树脂。在本公开所涉及的本发明的某些实施方式和方面,基质材料包括溶剂浇铸树脂。 聚合物,例如聚氨酯树脂、马来树脂、聚酰胺树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、包含形成这些树脂的单体的共聚物等等,可溶解在本技术领域的那些技术人员已知的溶剂内。一旦蒸发该溶剂,树脂为半导体纳米粒子形成固态基质材料。
在某些实施方式中,光散射体包含在光学材料内。在某些实施方式中,光散射体包括光散射粒子。在某些实施方式中,光散射粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约0. 001到约5的重量百分比。在某些实施方式中,光散射粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约0. 5到约3的重量百分比。在某些实施方式中,光散射粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约1到约3的重量百分比。在某些实施方式中,光散射粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约1到约2 的重量百分比。在某些实施方式中,光散射粒子包含在光学材料内,其量的范围为基质材料的重量的约0. 05到约1的重量百分比。在某些实施方式中,光散射粒子包含在光学材料内,其量大于约5重量百分比的基质材料。例如,光学材料基于基质材料的重量可包括约5到约20重量百分比的光散射粒子;光学材料基于基质材料的重量可包括约5到约15重量百分比的光散射粒子,光学材料基于基质材料的重量可包括约5到约10重量百分比的光散射粒子,等等。也可确定上述范围外的光学材料内的光散射粒子的其他浓度有用或合乎需要。在某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子与散射体的重量比为约1 100 到约100 1。可用于此处所述的本发明的实施方式和方面内的光散射体(此处也称为散射体或光散射粒子)的实例包括但不限于金属或金属氧化物粒子、气泡以及玻璃和聚合物珠 (实心或空心)。本技术领域的那些普通技术人员也容易地识别其他光散射体。在某些实施方式中,光散射体具有球形。散射粒子的优选的实例包括但不限于Ti02、Si02、BaTi03、BaS04 以及&ι0。可使用不与基质材料发生反应并且可增大基质材料内激发光的吸收路径长度的其他材料的粒子。在某些实施方式中,光散射体具有高折射率(例如Ti02、BaS04等等)或低折射率(气泡)。在某些实施方式中,光散射体不发光。本技术领域的那些普通技术人员可容易地确定散射体的尺寸和尺寸分布的选择。 尺寸和尺寸分布可基于散射粒子和光散射体要分散在其内的基质材料的折射率失配以及根据瑞利散射理论(Rayleigh scattering theory)要散射的预选的波长。可进一步处理散射粒子的表面,以便提高在基质材料中的分散性和稳定性。在一个实施方式中,散射粒子包括TW2 (R902+来自杜邦),中间粒度为0. 405微米,浓度范围为约0. 001到5%重量。在某些优选的实施方式中,散射体的浓度范围为按重量计0. 05%和2%之间。在某些实施方式中,包括量子限制的半导体纳米粒子的光学材料以及基质材料可由包括量子限制的半导体纳米粒子和液体媒剂的油墨形成,其中液体媒剂包括组分,该组分包括一个或多个能够交联的官能团。例如通过紫外线处理、热处理或相关技术领域的普通技术人员可容易确定的另一交联技术,可交联功能性单元。在某些实施方式中,包括一个或多个能够交联的官能团的组分可为液体媒剂本身。在某些实施方式中,该组分可为共溶剂。在某些实施方式中,该组分可为与液体媒剂的混合物的成分。在某些实施方式中,油墨可进一步包括光散射体。可包含在光学材料内的其他添加剂和/或成分可进一步包含在油墨内。在本公开所涉及的本发明的某些优选的实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子 (例如半导体纳米晶体)作为单个粒子分布在光学材料内。在某些实施方式中,光学材料包含其他添加剂(例如,润湿或流平剂),其也可包
20含在光学材料内。此文中所教导的本发明的某些方面和实施方式中,光学元件包括第一光学上透明的衬底和第二光学上透明的衬底。在某些实施方式中,一个或两个衬底对穿入或穿出光学元件的光的至少预定波长至少80%光学透明。在某些实施方式中,一个或两个衬底对穿入或穿出光学元件的光的至少预定波长至少85%光学透明。在某些实施方式中,一个或两个衬底对穿入或穿出光学元件的光的至少预定波长至少90%光学透明。在某些实施方式中,一个或两个衬底对穿入或穿出光学元件的光的至少预定波长至少95%光学透明。在某些实施方式中,一个或两个衬底对穿入或穿出光学元件的光的至少预定波长至少99%光学透明。在某些实施方式中,一个或两个衬底可包括刚性材料,例如玻璃、聚碳酸酯、丙烯酸、石英、蓝宝石或其他已知的刚性材料。在某些实施方式中,一个或多个衬底可包括柔性材料,例如聚合物材料,例如塑料 (例如,但不限于薄丙烯酸、环氧、聚碳酸酯、PEN、PET、ΡΕ)或硅树脂。在某些实施方式中,一个或两个衬底可包括柔性材料,其上包含二氧化硅或玻璃涂层。优选地,二氧化硅或玻璃涂层足够薄以保持基础柔性材料(base flexible material)的柔性性质。在某些实施方式中,衬底相同。在某些实施方式中,每个衬底可不同。在某些实施方式中,一个或两个衬底可包括透射浊度(transmission haze)(如 ASTM D1003-0095中所限定),其范围为约0. 到约5%。(据此ASTM D1003-0095以引用的方式并入此文中)。在某些实施方式中,一个或两个衬底的一个或两个主表面(major surface)光滑。在某些实施方式中,至少一个以及优选地两个衬底表面不光滑,光学材料和粘合层设置在衬底表面之间。在某些这样的实施方式中,一个或两个这样的衬底表面有织纹。在某些这样的实施方式中,一个或两个这样的衬底表面为粗糙化的。在某些这样的实施方式中,一个或两个这样的衬底表面被蚀刻。在某些优选的实施方式中,一个或两个这样的不光滑衬底表面的表面粗糙度 (Ra-算术平均剖面粗糙度参数)大于1000埃。在某些实施方式中,不光滑的区域不完全覆盖一种或多种衬底,而是用标准方法形成图案(例如遮掩或选择性地粗糙化、蚀刻、特征化等等)。在某些实施方式中,一个或两个衬底的一个或两个主表面可具有波纹 (corrugated)0在某些实施方式中,一个或两个衬底的一个或两个主表面可为粗糙化的。在某些实施方式中,一个或两个衬底的一个或两个主表面可具有织纹(特征化的,textured)。在某些实施方式中,一个或两个衬底的一个或两个主表面可为凹面(凹入的)。在某些实施方式中,一个或两个衬底的一个或两个主表面可为凸面(凸出的)。在某些实施方式中,至少一个衬底的一个主表面可包括显微透镜(microlense)。在某些实施方式中,一个或两个衬底的厚度基本上均勻。
在某些实施方式中,一个或两个衬底表面光滑,光学材料和粘合剂设置在衬底表面之间。在某些这种实施方式中,至少一个,优选地两个任何这种光滑的衬底表面在空气衬底界面的水接触角度不大于40度,优选地不大于25度,更优选地不大于15度。在某些实施方式中,根据特定的最终用途(例如灯具、固态照明装置、照明设备或其他设备或装置),选择第一衬底和第二衬底的几何形状和尺寸。在某些实施方式中,光学元件包括至少一层,该层包括一种或多种包括量子限制的半导体纳米粒子的光学材料。在包括多于一种量子限制的半导体纳米粒子的某些实施方式中,每种类型可包含在单独层内。在某些实施方式中,光学材料设置在衬底的主表面上(across)。在某些实施方式中,光学材料作为连续层设置在衬底的主表面上。 如此处所述,在某些实施方式中,光学材料可设置在预定布置内,该布置可为图案化或未图案化的。在某些实施方式中,光学材料作为一种或多种发光层设置在衬底的表面的预定区域上。在某些实施方式中,包括含基质材料的光学材料的层的厚度例如为约0. 1微米到约1厘米。在某些实施方式中,包括含基质材料的光学材料的层的厚度为约0. 1到约200 微米。在某些实施方式中,包括含基质材料的光学材料的层的厚度为约10到约200微米。 在某些实施方式中,包括含基质材料的光学材料的层的厚度为约30到约80微米。可确定其他厚度有用或合乎需要。在某些实施方式中,也可包括其他可选层。在某些实施方式中,一层可包括两层或更多层。尽管出于能量的考虑进一步包括过滤器(滤波器,filter)可能是不合乎需要的,但由于其他原因存在包含过滤器的情况。在这种情况中,可包括过滤器。在某些实施方式中,过滤器可覆盖所有或至少预定部分的支撑元件。在某些实施方式中,可包括过滤器,用于阻挡一种或多种预定波长的光的通过。在光学材料的上面或下面可包括过滤器层 (filter layer)。在某些实施方式中,光学元件在支撑元件的各个表面上可包括多个过滤器层。在某些实施方式中,可包括陷波过滤器层(notch filter layer)。在某些实施方式中,在光学元件内可包括一种或多种抗反射涂层。在某些实施方式中,在光学元件内可包括一种或多种波长选择性反射涂层。这种涂层例如可朝着光源将光反射回来。在某些实施方式中,例如光学元件在其表面的至少一部分上可进一步包括外耦合 (outcoupling)元件或结构。在某些实施方式中,外耦合元件或结构可均勻地分布在表面上。在某些实施方式中,外耦合元件或结构的形状、大小和/或频率可变化,以便实现从表面内外耦合的光的更均勻分布。在某些实施方式中,外耦合元件或结构可为正面(正向的, positive),例如位于或突出于光学元件的表面上,或者负面(负向的,negative),例如凹陷在光学元件的表面内,或者是二者的结合。在某些实施方式中,光学元件在其表面上可进一步包括透镜、棱柱曲面、光栅 (grating)等等,从该表面发射光。其他涂层也可选地包含在这种表面上。
在某些实施方式中,通过模制、压纹(embossing)、层压、施加可固化的制剂(例如通过包括但不限于喷射、平板印刷、印刷(网屏、喷墨、苯胺印刷等)等的技术形成),可形成外耦合元件或结构。在某些实施方式中,一个或两个衬底可包括光散射体。在某些实施方式中,一个或两个衬底可包括气泡或气隙(air gap)。在某些实施方式中,光学元件可包括一种或多种具有平坦或不光滑终饰(finish) 的主表面。在某些实施方式中,光学元件可包括一种或多种具有光泽终饰的表面。此文中所教导的本发明的某些方面和实施方式中,光学元件在元件的所有或部分外表面上可选地进一步包括盖体、涂层或层,用于保护不受环境(例如灰尘、水分等)的影响和/或刮伤或磨损。根据其光学传输性能和其粘合特性,优选地选择粘合材料。在某些优选的实施方式中,粘合材料对穿入或穿出光学元件的光的至少预定波长在光学上透明。在某些实施方式中,粘合材料对穿入或穿出光学元件的光的至少预定波长至少 80%在光学上透明。在某些优选的实施方式中,粘合材料对穿入或穿出光学元件的光的至少预定波长至少85%在光学上透明。在某些优选的实施方式中,粘合材料对穿入或穿出光学元件的光的至少预定波长至少90%在光学上透明。在某些优选的实施方式中,粘合材料对穿入或穿出光学元件的光的至少预定波长至少95%在光学上透明。在某些优选的实施方式中,粘合材料对穿入或穿出光学元件的光的至少预定波长至少99%在光学上透明。在某些优选的实施方式中,粘合材料在密封的过程中不黄化或变色。更优选地,粘合材料在光学元件使用寿命内不黄化或变色,以至于基本上改变光学元件的光学性能。在某些优选的实施方式中,粘合材料具有充足的粘合性能,以便将光学元件密封在一起。更优选地,在光学元件使用寿命内,该密封不会部分或完全分层或以其他方式失效。在某些优选的实施方式中,粘合材料的性能对光学材料的固态光致发光量子效率具有最小的影响。在某些优选的实施方式中,粘合材料进一步具有氧屏障性能。在某些优选的实施方式中,粘合材料进一步具有氧和水分屏障性能。在某些优选的实施方式中,在无害于光学材料和光学材料的外部量子效率的条件下,可硬化(例如固化或干燥)粘合材料。优选地,可紫外线固化粘合材料。优选地,粘合材料具有粘性,因而已经在光学材料上分配粘合材料之后,在形成该层的过程中,粘合材料保持为塌陷最小的一堆。该粘性特征便于实现光学元件,衬底之间的材料在该光学元件内基本上没有并且优选地没有肉眼可观察到的气泡。优选的粘合材料为紫外可固化丙烯酸氨基甲酸乙酯。紫外可固化丙烯酸氨基甲酸乙酯的实例包括Norland Adhesives所销售的产品,称为Norland光学粘合剂68和Norland光学粘合剂68T。在某些实施方式中,粘合材料可包括压敏粘合剂。相关技术领域的一个普通技术人员可容易地确定其他合适的粘合材料(例如环氧、丙烯酸(acrylics)、其他紫外可固化丙烯酸等)。
在某些实施方式中,光学元件可进一步包括一个或多个单独的阻挡层。例如,沉积光学材料之前,单独的阻挡层可用于衬底的表面,和/或与粘合材料进行接触之前,可在光学材料上应用单独的阻挡层。阻挡材料为基本上不渗氧的材料。在某些实施方式中,阻挡层基本上不透氧和水。合适的阻挡薄膜或涂层的实例包括但不限于硬质金属氧化物涂层、薄玻璃层以及可从Vitex Systems, Inc购买到的Barix涂层材料。本技术领域的一个普通技术人员可容易地确定其他阻挡薄膜或涂层。在某些实施方式中,多于一个的阻挡薄膜或涂层可用于在衬底之间进一步封装光学材料。在某些优选的实施方式中,阻挡材料对于穿入和穿出光学元件的至少具有预定波长的光是光学上透明的。在某些实施方式中,阻挡材料对于穿入和穿出光学元件的光的至少预定波长至少80%光学上透明。在某些实施方式中,阻挡材料对于穿入和穿出光学元件的光的至少预定波长至少85%光学上透明。在某些实施方式中,阻挡材料对于穿入和穿出光学元件的光的至少预定波长至少90%光学上透明。在某些实施方式中,阻挡材料对于穿入和穿出光学元件的光的至少预定波长至少95%光学上透明。在某些实施方式中,阻挡材料对于穿入和穿出光学元件的光的至少预定波长至少99%光学上透明。在某些优选的实施方式中,阻挡材料不黄化或变色,以至于基本上改变光学元件的光学性能。在某些优选的实施方式中,阻挡材料在光学元件使用寿命内不会部分或完全分层。在某些优选的实施方式中,阻挡材料的性能对光学材料的外部量子效率具有最小的影响。在某些优选的实施方式中,在无害于光学材料和光学材料的外部量子效率的条件下可形成阻挡材料。在某些实施方式中,光学元件用于光源。在某些实施方式中,光学材料可改变至少一个光谱区域内的光源的全部或部分光输出。在某些实施方式中,光学材料可补充至少一个光谱区域内的光源的光输出。在某些实施方式中,光学材料可改变至少一个光谱区域内的光源的全部或基本上全部的光输出。 光源优选地在电磁光谱的可见区域内发光。光源的实例例如包括但不限于在蓝色光谱区域内产生包括至少一个光谱分量 (spectral component)的光输出的光源(例如约400到约500nm,约400到约475nm等等)。在某些实施方式中,选择光源,以便发射白光。在某些实施方式中,选择光源,以便发射灰白光。在某些实施方式中,发射白光的LED包括发射蓝光的半导体LED,该LED包括磷光体(phosphor)或其他发光材料,用于将蓝色LED光输出转化为白光。在某些实施方式中,发射灰白光的LED包括发射蓝光的半导体LED,该LED包括磷光体或其他发光材料,用于将蓝色的LED光输出转化为灰白光。
在某些实施方式中,包含在发射白光的LED内的发射蓝光的LED元件例如包括 (In) GaN 蓝。在某些实施方式中,蓝色LED可发射的光的范围在约400nm到约500nm。在某些实施方式中,蓝色LED可发射的光的范围在约400nm到约475nm。在某些实施方式中,LED包括发射紫外光的半导体LED,该半导体LED包括磷光体或其他发光材料,用于将紫外LED光输出转化为白色或灰白色。在某些实施方式中,光学材料可包括能够在蓝色到红色光谱(例如从约470nm到约650nm)区域内发射光的量子限制的半导体纳米粒子。在某些实施方式中,光学材料可包括能够在红色光谱区域内发射光的量子限制的半导体纳米粒子。在某些实施方式中,光学材料可包括能够在蓝绿色光谱区域内发射光的量子限制的半导体纳米粒子。在某些实施方式中,光学材料可包括能够在橙色光谱区域内发射光的量子限制的半导体纳米粒子。在某些实施方式中,光学材料可包括能够在一种或多种其他光谱区域内发射光的量子限制的半导体纳米粒子,其中光源在该光谱区域内具有缺陷(deficiency)。在光学元件预期用于一种光源(其产生在蓝色光谱区域内包括光发射(light emission)的光输出)的某些实施方式中,光学元件在蓝色光谱区域内将至少10%的发射转化为一种或多种预定波长。在某些这种实施方式中,光学元件在蓝色光谱区域内将至少 30%的发射转化为一种或多种预定波长。在某些这种实施方式中,光学元件在蓝色光谱区域内将至少60%的发射转化为一种或多种预定波长。在某些这种实施方式中,光学元件在蓝色光谱区域内将至少90%的发射转化为一种或多种预定波长。在光学元件预期用于一种光源(其产生在蓝色光谱区域内包括光发射的光输出) 的某些实施方式中,光学元件在蓝色光谱区域内将从约50%到约75%的发射转化为一种或多种预定波长。有利地,在本发明的某些实施方式中,包括红色发射(red-emitting)量子限制的半导体纳米粒子的光学材料可补偿红色光谱缺陷,同时也降低发射白光的LED的相关颜色温度。这种光学材料可改变光源的光输出,使得与直接从光源中发出的光的一般显色指数相比,该装置的光输出的一般显色指数(General Color Gendering Index) (Ra)增大。这种光学材料可改变光源的光输出,使得该装置的光输出的相关颜色温度比直接从光源中发射的光的相关颜色温度更低。在某些实施方式中,光学元件可用作用于照明装置的盖板。在某些实施方式中,衬底包括照明装置的光扩散器元件。如此处所述,在本发明的另一方面,提供了包括能够生成光的一种或多种光源的照明装置,以及光学元件,其定位成接收一种或多种光源中的至少一个光源生成的至少一部分光并且将这样接收的至少一部分光转化成一种或多种预定波长,使得固态照明装置发射的光包括以一种或多种预定波长补充有光发射的光源的光发射,其中光学元件包括此处所教导的光学元件。在某些实施方式中,照明装置可包括多个光源。在包括多个光源的某些实施方式中,单独的光源可相同或不同。在包括多个光源的某些实施方式中,每个单独的光源所发射的光的波长与每个其他光源所发射的光的波长相同或不同。
在包括多个光源的某些实施方式中,单独的光源可作为一个阵列布置在该装置内。此处所述的光源可包含在本发明的光装置内。其他光源也可适合于使用。相关技术领域内的一个普通技术人员可容易地确定其他合适的光源。在某些实施方式中,光学材料在至少一个光谱区域内可补充光源的光输出。在某些实施方式中,通过在至少一个光谱区域内补充光源的光输出,光学元件也可增大光源的光输出的一般显色指数(Ra)。此处所使用的一般显色指数(缩写为Ra)是指显色指数的一般性定义,作为8个标准颜色样品(U的平均值(mean value)。例如,在某些实施方式中,光学元件可增大光源的光输出的一般显色指数(Ra)至少10%。在某些实施方式中,一般显色指数(Ra)增大为预定的一般显色指数(Ra)。在某些实施方式中,例如,光学兀件可改变光源发射的光,一般显色指数(Ra)小于80到大于80、大于85、大于90或者大于95。在某些实施方式中,光学兀件可改变光源发射的光。在某些实施方式中,光学元件可改变白光输出,其R9值为正数。更优选地,R9值至少为50。最优选地,R9值大于80。在某些实施方式中,通过在至少一个光谱区域内补充光源的光输出,光学元件可改变光源的光输出的相关颜色温度(correlated color temperature, CCT)。在某些实施方式中,光学元件可降低光源的光输出的相关颜色温度,例如至少约1000K ;至少约2000K、 至少3000K、至少4000K等等。在某些实施方式中,CCT改变为预定的CCT。 在某些实施方式中,光学材料不与光源直接接触。在某些实施方式中,光学元件不与光源直接接触。优选地,在操作固态照明装置的过程中,纳米粒子的位置处的温度小于90°C、小于 75 0C >60 0C或更低、50 0C或更低、40 V或更低。在某些优选的实施方式中,在操作固态照明装置的过程中,纳米粒子的位置处的温度范围在约30°C到约60°C。在根据本发明的照明装置的某些实施方式中,其包括例如包括发射白光的LED的光源以及包括光学材料的光学元件,光学材料包括在橙色到红色光谱区域内可发射光的量子限制的半导体纳米粒子,将橙色到红色光谱区域内的发射添加到固态照明装置的光输出中。纳米粒子在约470nm到约650nm的光谱范围内添加预定的发射波长,这可提高固态照明装置每瓦特的流明效率(efficiency),而不增大其功率要求。在某些实施方式中,照明装置包括光源,该光源包含能够发射白光的LED,在蓝色光谱区域内包括发射并且在红色光谱区域内具有缺陷;以及光学元件,定位成接收LED发射的光,光学元件包括光学材料,用于将蓝色光谱区域内的至少一部分发射转化成红色光谱区域内的光,波长范围在约600nm到约620nm,使得固态照明装置发射的光包括在红色光谱区域内补充了光发射的LED光源的白光发射,其中光学元件包括量子限制的半导体纳米粒子。在某些实施方式中,照明装置包括光源,该光源包含能够发射白光的LED,在蓝色光谱区域内包括发射并且在橙色到红色光谱区域内具有缺陷;以及光学元件,定位成接收LED发射的光,光学元件包括光学材料,用于将蓝色光谱区域内的至少一部分发射转化成约 575nm到约650nm光谱区域内的光,使得固态照明装置发射的光包括在约575nm到约650nm 光谱区域内补充了光发射的LED光源的白光发射,其中光学材料包括量子限制的半导体纳米粒子。在某些实施方式中,光学材料例如可将至少一部分蓝色光谱发射转化成光谱区域内的光,范围为约575nm到约650nm、约580nm到约630nm、约590nm到约630nm、约600nm到约620nm等等。在某些实施方式中,波长可为约600到约610。在某些实施方式中,波长可为约608到约618。在某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子转换蓝色光谱区域内的至少10% 的发射。在某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子转换蓝色光谱区域内的至少30% 的发射。在某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子转换蓝色光谱区域内的至少60% 的发射。在某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子转换蓝色光谱区域内的至少90% 的发射。在某些实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子转换蓝色光谱区域内的约50%到约75%的发射。根据本发明的另一方面,提供了照明设备,适合于接收一种或多种光源,其中该设备包括相对于一种或多种光源中的至少一个光源的位置定位在该设备内的光学元件,使得至少一个光源生成的至少一部分光从设备中发射之前,穿入光学元件内,其中光学元件包括此处所教导的光学元件。根据本发明的又一方面,提供了盖板,适合于连接到光源的照明装置或照明设备中,盖板包括此处所教导的光学元件,以及用于将盖板连接到装置或照明设备中的装置 (means),其中光学元件可改变与其使用的发光装置的光输出。在某些实施方式中,光学兀件可进一步包括此处所描述的一种或多种特征和光学上额外的材料和/或层。在某些实施方式和此处所描述的本反面的方面中,可根据特定的最终用途选择光学元件的几何形状和尺寸。在某些实施方式中,照明装置或照明设备包括固态光源(例如LED)。根据本发明的另一方面,提供了制备光学元件的方法,其中该方法包括将包括量子限制的半导体纳米粒子的光学材料沉积在第一衬底的第一表面的预定区域上;在光学材料和不被光学材料覆盖的第一衬底的第一表面的任何部分上形成上包括粘合材料的层;将第二衬底放置在包括粘合材料的层上;以及共同密封第一和第二衬底。根据该方面的另一实施方式,提供了制备多个光学元件的方法,包括将包括量子限制的半导体纳米粒子的光学材料沉积在第一衬底的第一表面的多个预定区域上;在光学材料和不被光学材料覆盖的第一衬底的第一表面的任何部分上形成包括粘合材料的层;将第二衬底放置在包括粘合材料的层上;共同密封衬底,以便形成密封结构;以及从密封结构分离单个光学元件,其中单个光学元件对应于包括含光学材料的预定区域的密封衬底的一部分。
分离单个光学元件可由水射流切割、刻痕、激光切割或其他技术完成。在某些实施方式中,第二衬底包括在第二预定布置内包含量子限制的半导体纳米粒子的第二光学材料,第二预定布置设置在其表面的第二预定区域上,该表面在光学元件的内部(见图4A)。在某些实施方式中,如上所述,光学材料的预定布置和第二光学材料的第二预定布置可相同。在某些实施方式中,光学材料包括此处所教导的光学材料。在某些实施方式中,可包括一种或多种光学材料,作为分层布置的单独层和/或作为图案层的单独特征。在该方法中也可使用此处所述的光学材料、量子限制的半导体纳米粒子、衬底、粘合材料以及其他的可选的特征。在图I中概述了该方法的实施方式的实例。在图I中概述的实例中,光学材料沉积为紫外可固化油墨,包括量子限制的半导体纳米粒子。在所描述的实例中,油墨以预定的图案丝网印刷或模版印刷(stencil print)在第一衬底上(例如玻璃板)。在某些优选的实施方式中,第一衬底包括玻璃,但是也可使用其他合适的衬底。在某些实施方式中,油墨可替换地由相关技术领域内那些技术人员已知的其他技术进行印刷。将油墨印刷为预定的厚度。根据油墨内量子限制的半导体纳米粒子(例如半导体纳米晶体)的浓度和油墨内存在的光散射体的量(可选的),以及光学元件的最终用途(例如,光学元件内所包含的光学材料要补充的光的特征以及穿过光学元件后,光所需要的变色点(color point)),选择这种预定的厚度。在某些实施方式中,可在空气中印刷油墨。在空气中进行印刷可便于制造。在某些实施方式中,在受控的(例如没有空气的)环境内印刷油墨。一旦印刷,根据油墨内所包含的液体媒剂,由机器硬化油墨。例如,在油墨的液体组分为可固化的树脂的实施方式中,通过固化油墨树脂硬化油墨。在某些优选的实施方式中,油墨树脂为紫外可固化的,并且在紫外光源中曝光充分的时间段后会固化油墨。例如, 通过在30-45毫瓦特/cm2的Dymax Fusion H-bulb中曝光20秒,可固化包括紫外可固化的丙烯酸树脂的油墨。在某些实施方式中,在空气中可进行油墨硬化步骤。在某些实施方式中,在受控的(例如没有空气的)环境内硬化油墨。接下来,将光学上清晰(透明,clear)的粘合材料(在图中显示为优选的封装粘合剂(encapsulating adhesive))的量分配在固化的光学材料上。优选地,粘合材料具有粘性,使得已经在光学材料上分配粘合材料之后,在形成该层的过程中,粘合材料保持为塌陷最小的一堆。该粘性特征便于实现光学元件,衬底之间的材料在该光学元件内基本上没有并且优选地没有肉眼可观察到的气泡。优选的粘合材料为紫外可固化丙烯酸氨基甲酸乙酯。紫外可固化丙烯酸氨基甲酸乙酯的实例包括Norland Adhesives所销售的产品,称为Norland光学粘合剂68和Norland光学粘合剂68T。 在某些实施方式中,粘合材料可包括压敏粘合剂。以受控的方式放下(bring down)第二衬底(例如玻璃板),以便接触分配的粘合材料(在图中显示为优选的封装粘合剂)的顶部。优选地,粘合材料具有氧屏障性能。然后向下缓慢推动第二衬底,同时与底部玻璃衬底保持平行。例如通过受控力设备(controlled force apparatus)(螺钉、液压、气动等等)主动地施加这种压缩力。例如通过重量也可被动地施加这种压缩力。优选地,该压缩力在元件上基本上均匀。可调节压缩力,以便控制粘合材料的厚度。在某些实施方式中,使用不大于801bf(10. 6psi)的压缩力。在某些实施方式中, 使用不大于201bf (约2.6psi)的压缩力。可确定其他的压缩力有用或合乎需要。优选地,去除该力之前,将该力维持约I分钟。可确定其他时间有用或合乎需要。然后,硬化粘合剂,以便密封该装置。在包括紫外可固化的粘合剂的某些实施方式中,在固化的过程中,总的紫外能量优选地低于5000mJ/cm2。在包括紫外可固化的粘合剂的某些实施方式中,可使用低收缩粘合剂,来最小化收缩应力,或者可使用会最小化收缩应力的固化条件。本技术领域的那些技术人员熟知这些条件,并且这些条件可包括更长时间更低强度的紫外辐射。在某些实施方式中,光学元件内部的第二衬底的表面进一步包括第二光学材料,该光学材料在第二预定布置内包括量子限制的半导体纳米粒子。在某些实施方式中,第二光学材料设置在第二衬底的内部表面的第二预定区域内,以便在预定布置内面对第一衬底。在某些实施方式中,第二光学材料的预定布置为设置在第一衬底上的光学材料的预定布置的镜像,并且排列为叠加在设置在第一衬底的表面上的光学材料的预定布置上。在第二衬底上包括第二光学材料的实施方式中, 优选不大于201bf (约2.6psi)的压缩力。可确定其他的压缩力有用或合乎需要。图I中所示的方法的实施方式的实例所产生的光学元件包括光学材料薄膜,包括量子限制的半导体纳米粒子,这些纳米粒子由粘合材料完全密封远离大气。图2为描述根据本发明光学元件的实施方式的实例的剖面示意图。即使该封装在空气中组装,但是大多数部分是排除氧的,因为在完成的光学元件内基本上没有气袋(air pocket)。光学材料在三个侧边上由粘合材料包围,并且在第四边由玻璃包围。为了在密封后渗透光学元件,氧必须扩散通过端部密封,并且进入光学材料层。边缘密封的长度(例如从衬底边缘到衬底之间光学材料的层的外边缘的距离)也可控制封装的阻挡性能。在某些实施方式中,边缘密封的长度在衬底的周围基本上均匀。作为实例,在某些实施方式中,边缘密封的长度不小于O. 5_。在某些实施方式中,边缘密封可为1_。在某些实施方式中,边缘密封可为2_。在某些实施方式中,边缘密封可为3_或更大。也可确定其他的边缘密封长度有用或合乎需要。在此处所教导的某些优选的方面和实施方式中,密封的光学元件暴露在光通量中的时间段足以增大光学材料的光致发光效率。在某些实施方式中,光学元件暴露在光和热量中的时间段足以增大光学材料的光致发光效率。在某些实施方式中,继续暴露在光中或光和热量中一段时间,直到光致发光效率达到基本上恒定的值。在某些实施方式中,包括光输出的光源用作光通量的来源,其发射范围在365到480nm。在某些实施方式中,包括光输出的光源用作光通量的来源,其发射范围在365到470nm。在某些实施方式中,使用蓝色LED或蓝色发光荧光灯。技术人员可容易地识别这种波长范围内具有发射的其他已知的光源。在某些实施方式中,光通量为约10到约IOOmW/ cm2,优选地为约20到约35mW/cm2,更优选地为约20到约30mW/cm2。在包括将光学材料暴露于光和热量的实施方式中,光学材料暴露于光中,同时温度范围为约25度到约80度。在某些实施方式中,密封之后,光学兀件在空气内从发光的蓝色LED中暴露于光中,具有450nm 的标称中心波长(nominal center wavelength),温度为80°C。在某些实施方式中,密封之后,光学兀件在空气内从发光的蓝色LED中暴露于光中,具有450nm的标称中心波长,温度为 50。。。要获得可用于本发明的其他信息,请参看Linton等人于2009年5月4日提交的题为“光学材料、光学兀件、装置以及方法(Optical Material,Optical Component,Devices, And Methods)”的美国专利申请号61/175,456,该申请的全文以引用的方式并入本文中。在图5中概述了制备多个光学元件的方法的实施方式的实例。在图5中概述的实例中,光学材料作为包括量子限制的半导体纳米粒子的紫外可固化的油墨沉积在第一衬底上的多个预定区域上。在所述的实例中,油墨以预定的图案丝网印刷或模版印刷在第一衬底(例如玻璃板)上。在某些优选的实施方式中,第一衬底包括玻璃,但是也可使用其他合适的衬底。在某些实施方式中,至少一个以及优选地两个衬底表面不光滑,光学材料和粘合层设置在衬底表面之间。在某些这样的实施方式中,一个或两个这样的衬底表面有织纹。在某些这样的实施方式中,一个或两个这样的衬底表面为粗糙化的。在某些这样的实施方式中,一个或两个这样的衬底表面被蚀刻。在某些优选的实施方式中,一个或两个这样的衬底表面的表面粗糙度(Ra-算术平均剖面粗糙度参数)大于1000埃。在某些实施方式中,不光滑的区域不完全覆盖一种或多种衬底,而是用标准方法形成图案(例如遮掩或选择性地粗糙化、蚀刻、特征化等等)。在某些实施方式中,一个或两个衬底表面光滑,光学材料和粘合剂设置在衬底表面之间。在某些这种实施方式中,至少一个,优选地两个任何这种光滑的衬底表面在空气衬底界面的水接触角度不大于40度,优选地不大于25度,更优选地不大于15度。在某些实施方式中,油墨可替换地由相关技术领域内那些技术人员已知的其他技术进行印刷。将油墨印刷为预定的厚度。根据油墨内量子限制的半导体纳米粒子(例如半导体纳米晶体)的浓度和油墨内存在的光散射体的量(可选的),以及光学元件的最终用途 (例如,光学元件内所包含的光学材料要补充的光的特征以及穿过光学元件后,光所需要的变色点),选择这种预定的厚度。在某些实施方式中,可在空气中印刷油墨。在空气中进行印刷可便于制造。在某些实施方式中,在受控的(例如没有空气的)环境内印刷油墨。一旦印刷,根据油墨内所包含的液体媒剂,由机器硬化油墨。例如,在油墨的液体组分为可固化的树脂的实施方式中,通过固化油墨树脂硬化油墨。在某些优选的实施方式中,油墨树脂为紫外可固化的,并且在紫外光源中曝光充分的时间段后会固化油墨。例如, 通过在30-45毫瓦特/cm2的Dymax Fusion H-bulb中曝光20秒,可固化包括紫外可固化的丙烯酸树脂的油墨。在某些实施方式中,在空气中可进行油墨硬化步骤。
在某些实施方式中,在受控的(例如没有空气的)环境内硬化油墨。接下来,将光学上清晰的粘合材料(在图中显示为优选的封装粘合剂)的量分配在第一衬底上。在所述的实例中,粘合剂的条纹(stripe)分配在包括固化的光学材料的衬底的表面上,靠近边缘。粘合剂的量优选地至少足以在包括硬化的光学材料的衬底的表面上提供均匀的粘合剂层,具有预定的厚度。粘合剂可替换地由其他技术和/或布置进行沉积,用于在包括硬化的光学材料的衬底的表面上获得均匀的粘合剂层,具有预定的厚度。优选地,粘合材料具有粘性,使得已经在光学材料上分配粘合材料之后,在形成该层的过程中,粘合材料保持为塌陷最小的一堆。该粘性特征便于实现光学元件,衬底之间的材料在该光学元件内基本上没有并且优选地没有肉眼可观察到的气泡。优选的粘合材料为紫外可固化丙烯酸氨基甲酸乙酯。紫外可固化丙烯酸氨基甲酸乙酯的实例包括Norland Adhesives所销售的产品,称为Norland光学粘合剂68和Norland光学粘合剂68T。在某些实施方式中,粘合材料可包括压敏粘合剂。以可控的方式放下第二衬底(例如玻璃板),以便接触分配的粘合材料的线条的顶部,并且将压缩力施加在堆叠的布置中,以便压缩该结构,并且在包括固化的油墨的第一衬底的表面上散布粘合剂。如实例中所述,可使用滚动层压。相关技术领域的那些技术人员已知的其他技术可替换地用于在两个衬底之间形成粘合剂层,并且密封该结构。优选地,进行密封之后,这些衬底是平行的。如上所述,优选地,粘合材料具有氧屏障性能。然后向下缓慢推动第二衬底,同时与底部玻璃衬底保持平行。优选地,以基本上均匀的方式在该结构上施加这种压缩力。可调节压缩力,以便控制粘合材料的厚度。在某些实施方式中,使用不大于801bf (10. 6psi)的压缩力。在某些实施方式中,使用不大于 201bf (约2.6psi)的压缩力。可确定其他的压缩力有用或合乎需要。然后,硬化粘合剂,以便密封该装置。在包括紫外可固化的粘合剂的某些实施方式中,在固化的过程中,总紫外能量优选地低于5000mJ/cm2。在包括紫外可固化的粘合剂的某些实施方式中,可使用低收缩粘合剂,以最小化收缩应力,或者可使用会最小化收缩应力的固化条件。本技术领域的那些技术人员熟知这些条件,并且这些条件可包括更长时间更低强度的紫外辐射。密封衬底之后,单个光学元件与密封结构分离。单个光学元件可对应于包括含光学材料的预定区域的一部分密封衬底。优选地,单个光学元件在光学材料的周围和光学元件的边缘之间包括粘合剂的边界 (margin)。更优选地,该边界均勻。分离单个光学元件可由水射流切割、刻痕、激光切割或其他技术完成。在某些实施方式中,至少一个以及优选地两个衬底表面不光滑,光学材料设置在衬底表面之间。在某些这样的实施方式中,一个或两个这样的衬底表面有织纹。在某些这样的实施方式中,一个或两个这样的衬底表面为粗糙化的。在某些实施方式中,至少一个以及优选地两个衬底表面不光滑,光学材料和粘合层设置在衬底表面之间。在某些这样的实施方式中,一个或两个这样的衬底表面有织纹。在某些这样的实施方式中,一个或两个这样的衬底表面为粗糙化的。在某些这样的实施方式中,一个或两个这样的衬底表面被蚀刻。在某些优选的实施方式中,一个或两个这样的不光滑衬底表面的表面粗糙度 (Ra-算术平均剖面粗糙度参数)大于1000埃。在某些实施方式中,不光滑的区域不完全覆盖一种或多种衬底,而是用标准方法形成图案(例如遮掩或选择性地粗糙化、蚀刻、特征化等等)。在某些实施方式中,一个或两个衬底表面光滑,光学材料和粘合剂设置在衬底表面之间。在某些这种实施方式中,至少一个,优选地两个任何这种光滑的衬底表面在空气衬底界面的水接触角度不大于40度,优选地不大于25度,更优选地不大于15度。在某些实施方式中,至少一个以及优选地两个衬底表面的接触角不大于30度,优选地不大于20度,更优选地不大于10度,光学材料设置在衬底表面之间。在某些实施方式中,光学元件内部的第二衬底的表面可进一步包括设置在第二沉底的第一表面上的多个第二预定的区域上的第二光学材料,该光学材料包括量子限制的半导体纳米粒子。在某些实施方式中,第一和第二衬底上多个预定区域排列为使得在密封衬底时叠加在彼此之上。在各个衬底上包括第一和第二光学材料的预定区域的实施方式中,这种区域具有相同的尺寸和相同的形状。该实施方式制备的各个光学元件在包括光学材料的预定区域的周围和密封结构的边缘之间可进一步包括边缘密封区域,其中边缘密封区域不包括光学材料。在此处所教导的本发明某些优选的方面和实施方式中,如上所述,密封的光学兀件暴露在光通量中的时间段足以增大光学材料的光致发光效率。图5中所示的方法的实施方式的实例所产生的光学元件包括光学材料薄膜,包括量子限制的半导体纳米粒子,这些纳米粒子由粘合材料完全密封远离大气。例如在硬化油墨之前,甚至根据本发明的某些实施方式在空气内进行一部分组装工序时,大多数部分排除氧气,因为在完成的光学元件内基本上没有气袋。光学材料在三个侧边上由粘合材料包围,并且在第四侧边由玻璃包围。为了在密封后渗透光学元件,氧必须扩散通过端部密封,并且进入光学材料层。边缘密封的长度(例如从衬底边缘到衬底之间光学材料的层的外边缘的距离)也可控制封装的阻挡性能。在某些实施方式中,边缘密封的长度在衬底的周围基本上均匀。作为实例,在某些实施方式中,边缘密封的长度不小于O. 5mm。在某些实施方式中, 边缘密封可为1_。在某些实施方式中,边缘密封可为2_。在某些实施方式中,边缘密封可为3_或更大。也可确定其他的边缘密封长度有用或合乎需要。在某些实施方式中,至少一个以及优选地两个衬底表面不光滑,光学材料和粘合层设置在衬底表面之间。在某些这样的实施方式中,一个或两个这样的衬底表面有织纹。在某些这样的实施方式中,一个或两个这样的衬底表面为粗糙化的。在某些这样的实施方式中,一个或两个这样的衬底表面被蚀刻。在某些优选的实施方式中,一个或两个这样的不光滑衬底表面的表面粗糙度 (Ra-算术平均剖面粗糙度参数)大于1000埃。
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在某些实施方式中,不光滑的区域不完全覆盖一种或多种衬底,而是用标准方法形成图案(例如遮掩或选择性地粗糙化、蚀刻、特征化等等)。在某些实施方式中,一个或两个衬底表面光滑,光学材料和粘合剂设置在衬底表面之间。在某些这种实施方式中,至少一个,优选地两个任何这种光滑的衬底表面在空气衬底界面的水接触角度不大于40度,优选地不大于25度,更优选地不大于15度。在包括NIST可追踪的校准光源的积分球内,例如使用分光光度计可测量光致发光效率。例如,通过Mello 等人,Advanced Materials 9(3) :230 (1997)研发的方法,使用 NIST可追踪的校准光源,在12"积分球内可测量外部量子效率(EQE),该方法并入此文中以作参考。该方法使用准直的450nm LED光源,积分球以及光谱仪。进行三个测量。首先, LED直接照明积分球,给出光谱标签LI,如图3中所示(用图表表示根据波长(nm)的发射强度(a. u)),用于描述该方法的实例。然后,PL样品放置在积分球内,使得仅仅扩散LED光照明给出(L2+P2)光谱的样品,该光谱显示用于图3中的实例。最后,PL样品放置在积分球内,使得LED直接照明给出(L3+P3)光谱的样品(刚刚偏离垂直入射),该光谱显示用于图 4中的实例。收集数据后,计算每个光谱的贡献(L' s和P' s)。L1、L2和L3对应于用于每个测量的LED光谱的总和,P2和P3为与用于第二和第三测量的PL光谱相关的总和。然后,下面的方程式给出了外部PL量子效率 EQE = [ (P3 · L2) - (P2 · L3) ] / (LI · (L2-L3))在某些实施方式中,光学材料可进一步包括此处所描述的光散射粒子和其他光学添加剂。由于半导体纳米晶体具有窄的发射线宽、光致发光效率以及使用纳米晶体的尺寸和/或组分可调的发射波长,因此它们为用于此处所描述的本发明的各个方面和实施方式中的优选的量子限制的半导体纳米粒子。可选择用于本发明的各个方面和实施方式中的量子限制的半导体纳米粒子 (包括例如半导体纳米晶体)的尺寸和组分,使得半导体纳米晶体在光谱远处可见的 (far-visible)、可见的、红外线或其他需要的部分内以波长带的预定波长发射光子。例如, 波长可在300到2500nm或更大,例如在300到400nm、400到700nm、700到IlOOnmUlOO到 2500nm 或大于 2500nm。量子限制的半导体纳米粒子(包括例如半导体纳米晶体)为纳米级无机半导体纳米粒子。半导体纳米晶体包括例如无机微晶,直径为约Inm到约IOOOnm之间,优选地为约 2nm到约50nm之间,更优选地为Inm到约20nm之间(例如约6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、
16、17、18、19 或 20nm)。本发明的各个方面和实施方式中所包含的半导体纳米晶体最优选地具有低于约 150埃(A)的平均纳米晶体直径。在某些实施方式中,平均纳米晶体直径范围在约12埃到约150埃之间的半导体纳米晶体特别合乎需要。然而,基于半导体纳米晶体的组分和所需要的发射波长,平均直径可在各种优选的尺寸范围之外。形成用于此处所述的本发明的各个方面和实施方式中的纳米粒子和纳米晶体的半导体可包括IV族元素、II-VI族化合物、II-V族化合物、III-VI族化合物、III-V族化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、II-IV-VI族化合物或II-IV-V族化合物,例如 CdS, CdO, CdSe, CdTe, ZnS, Zn。、ZnSe, ZnTe, MgTe, GaAs, GaP、GaSb, GaN, HgS, Hg。、HgSe, HgTe, InAs, InP、InSb, InN、AlAs、A1P、AlSb、AIS、PbS、PbO、PbSe、Ge、Si、其合金和 / 或其混合物,包括三元和四元混合物和/或合金。纳米粒子和纳米晶体的形状的实例包括球体、棒、圆盘、其他形状或其混合物。在本发明的某些优选的方面和实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子(包括例如半导体纳米晶体)包括一种或多种第一半导体材料的“核”,在核的至少一部分表面上可包括第二半导体材料的外涂层或“壳”。在某些实施方式中,壳围绕核。在核的至少一部分表面上包括壳的量子限制的半导体纳米粒子(包括例如半导体纳米晶体)核也称为“核/ 壳”半导体纳米晶体。例如,量子限制的半导体纳米粒子(包括例如半导体纳米晶体)可包括核,该核包括IV族元素或式MX表示的化合物,其中M为镉、锌、镁、汞、铝、镓、铟、铊或其混合物,X为氧、硫、硒、碲、氮、磷、砷、锑或其混合物。适合用作核的材料的实例包括但不限于CdS、CdO、 CdSe, CdTe, ZnS、ZnO, ZnSe, ZnTe、MgTe、GaAs, GaP、GaSb, GaN、HgS, HgO, HgSe, HgTe, InAs, InP、InSb、InN、AlAs、A1P、AlSb、AIS、PbS、PbO、PbSe、Ge、Si、其合金和 / 或其混合物,包括三元和四元混合物和/或合金。适合用作壳的材料的实例包括但不限于CdS、CdO、CdSe, CdTe, ZnS、ZnO, ZnSe, ZnTe、MgTe、GaAs, GaP、GaSb, GaN、HgS, HgO, HgSe, HgTe, InAs, InP、 InSb、InN、AlAs、A1P、AlSb、AIS、PbS、Pb。、PbSe、Ge、Si、其合金和 / 或其混合物,包括三元和四元混合物和/或合金。在某些实施方式中,围绕的“壳”材料可具有的带隙大于核材料的带隙,并且可选择该壳材料,以便其原子间距接近“核”衬底(substrate)的原子间距。在另一实施方式中,围绕的壳材料可具有的带隙小于核材料的带隙。在又一实施方式中,壳和核材料可具有相同的晶体结构。下面进一步讨论壳材料。对于核/壳半导体结构的其他实例,请参看 2003年8月12日提交的题为“半导体纳米晶体异质结构(Semiconductor Nanocrystal Heterostructures) ”的美国申请号10/638,546,该申请的全文以引用的方式并入此文中供参考。量子限制的半导体纳米粒子优选地为具有窄尺寸分布的半导体纳米粒子群体的成员。更优选地,量子限制的半导体纳米粒子(包括例如半导体纳米晶体)包括纳米粒子的单分散或基本上单分散的群体。量子限制的半导体纳米粒子显示强烈的量子限制效应,可用设计自下而上 (designing bottom-up)化学方法控制该效应,以便产生使用纳米粒子的尺寸和组分可调的光学性能。例如,半导体纳米粒子的制备和操作描述在Murray等人(J. Am. Chem. Soc, 115 =8706(1993));在麻省理工学院的Christopher Murray于1995年9月发表的题为“II-VI量子点的合成和特征以及将其组装到3-D量子点超晶格内(Synthesis and Characterization of II-VI Quantum Dots and Their Assembly into 3-D Quantum Dot Superlattices) ”的论文中;以及在题为“高度发光颜色选择性材料(Highly Luminescent Color-selective Materials) ”的美国专利申请号08/969,302中,其全文以引用的方式并入本文中。在美国专利6,322,901和6,576,291以及美国专利申请号60/550,314中,描述了制备和操作半导体纳米粒子的其他实例,其中每一篇的全文均以引用的方式并入本文中。以下描述了可用于本发明的其他材料、技术、方法、应用和信息2009年3月21日提交的美国申请号61/162,293,2009年4月28日提交的美国申请号61/173,375,2009年5 月4日提交的美国申请号61/175,430、2009年5月4日提交的美国申请号61/175,456、2009 年8月14日提交的美国申请号61/234,179、2009年5月6日提交的国际专利申请号PCT/ US2009/002789 ;以及 2008 年 9 月 12 日提交的美国申请号 12/283,609、Seth Coe-Sullivan 等人于2008年9月12日提交的题为“组分、光学元件、包括光学元件的系统、装置以及其他产品(Compositions, Optical Component, System Including An Optical Components, Devices, And Other Products) ” 的美国申请号 12/283,609, Breen 等人于 2008 年 9 月 12 日提交的题为“功能化纳米粒子和方法(Functionalized Nanoparticles And Method) ”的国际申请号PCT/US2008/10651,Seth Coe-Sullivan等人于2009年5月6日提交的题为 “光学元件、包括光学元件的系统以及装置(Optical Components, Systems Including an Optical Component, And Devices) ” 的国际申请号 PCT/US2009/002796,Breen 于 2009 年 10月17日提交的题为“制备量子点的方法(Method For Preparing Quantum Dots)”的美国专利申请号61/252,656。上述每个专利的全文均以引用的方式并入此文中。在本发明的各个方面和实施方式中,量子限制的半导体纳米粒子(包括但不限于半导体纳米晶体)可选地具有连接到其的配体。在某些实施方式中,配体源自生长过程中所使用的配位溶剂(coordinating solvent)。通过反复地暴露在过多的竞争性配位基团中,可改变该表面,以便形成重叠层 (overlayer)。例如,使用配位有机化合物(例如卩密唳)可处理覆盖(capped)的半导体纳米晶体的分散,以便产生微晶,该微晶容易分散在嘧啶、甲醇和芳香族化合物(aromatics) 内,但是不再分散在脂肪族溶剂内。使用能够配位或结合半导体纳米晶体的外表面的任何化合物(包括例如膦、硫醇、胺类以及磷酸盐)可执行表面交换工序。半导体纳米晶体可暴露于短链聚合物内,该聚合物对表面具有亲和力并且在对悬浮或分散介质具有亲和力的部分内终止。这种亲和力提高了悬浮的稳定性并且阻止了半导体纳米晶体絮凝。在其他实施方式中,可替换地使用非配位溶剂制备半导体纳米晶体。典型的配位溶剂的实例包括但不限于烷基膦、烷基氧化膦、烷基膦酸、或烷基次磷酸,然而,其他配位溶剂,例如嘧啶、呋喃以及胺也可适合于生产纳米晶体。其他合适的配位溶剂的实例包括嘧啶、三-η-辛基膦(TOP)、三-η-辛基氧化膦(Τ0Ρ0)、以及三羟基丙基膦 (tHPP)。可使用技术等级Τ0Ρ0。也可将3,5-二-叔丁基-4-羟基苄基膦酸用作配体。例如,配位配体可具有下式(YU-(-L)n其中k 为 2、3 或 5,η 为 1、2、3、4 或 5,使得 k-η 不小于 O ;x 为 O、S、S = O、S02、 Se,Se = 0、N、N = 0、P、P = 0、As或As = O ;每个Y和L独立地为芳基、杂芳基或直链或支链C2-12烃链,可选地包含至少一个双键、至少一个三键或者至少一个双键和一个三键。烃链可选地由一个或多个C1-4烷基、C2-4烯基、C2-4炔基、C1-4烷氧基、羟基、齒基、氨基、硝基、氰基、C3-5环烷基、3-5元杂环烷基、芳基、杂芳基、C1-4烷基羰氧基、C1-4烷氧基羰基、 CI-4烷基羰基或甲酰取代。烃链可选地也可被-O-、-S-、-N (Ra) -、-N (Ra) -C (0) -O-、-O-C (O)-N(Ra) -、-N(Ra) -C(O) -N(Rb) -,-O-C(O) -0-、_P (Ra)-或-P (O) (Ra)-中断(interrupt)。每个Ra和Rb独立地为氢、烷基、烯基、炔基、烷氧基、羟基烷基、羟基或齒代烷基。芳基是取代或未取代的环状芳香基团。实例包括苯基、苄基、萘基、甲苯基、蒽基、硝苯基、或卤代苯基。 杂芳基为在环内具有一种或多种杂原子的芳基,例如呋喃、吡啶、吡咯、菲基。商业上可购买到合适的配位配体,并且该配体可由普通的合成有机技术制备,例如J. March在高等有机化学(Advanced Organic Chemistry)中中所描述的,该文作为整体以引用的方式并入本文中。也参见2003年8月15日提交的题为“稳定的半导体纳米晶体(Stabilized Semiconductor Nanocrystals) ”的美国专利申请号10/641,292,该申请的全文以引用的方式并入本文中。电子和孔位于量子限制的半导体纳米粒子(包括但不限于半导体纳米晶体)上时,以发射波长进行发射。该发射的频率对应于量子限制的半导体材料的带隙。该带隙为纳米粒子的尺寸的函数。直径小的量子限制的半导体纳米粒子具有处于物质的分子和体积形式(bulk form)中间的性能。例如,直径小的量子限制的半导体纳米粒子在所有的三个尺寸内可显示电子和孔的量子限制,这就造成增大材料的有效带隙并且减小微晶的尺寸。因此, 由于微晶的尺寸减小,所以例如半导体纳米晶体的光学吸收和发射转变成蓝色或更高的能量。对于蓝色发光半导体纳米晶体材料,见2005年3月4日提交的美国专利申请号 11/071,244,该申请的全文以引用的方式并入本文中。量子限制的半导体纳米粒子的发射可为窄高斯发射光谱带,通过改变量子限制的半导体纳米粒子的尺寸、量子限制的半导体纳米粒子的组分或者以上两者,从而通过光谱的紫外线、可见或红外线区域,可调谐窄高斯发射光谱带。例如,在可见区域内可调谐CdSe, 并且在红外线区域内可调谐InAs。量子限制的半导体纳米粒子的群体的窄尺寸分布可造成在窄光谱范围内发射光。该群体可为单分散,优选地显示了量子限制的半导体纳米粒子的直径具有小于15% rms (均方根)的偏差,更优选地小于10%,最优选地小于5%。可观察光谱发射,在可见区域内发光的量子限制的半导体纳米粒子的半峰全宽(FWHM)的狭窄范围不大于75nm,优选地为60nm,更优选地为40nm,最优选地为30nm。红外线发光的量子限制的半导体纳米粒子的半峰全宽不大于150nm或者不大于100nm。该发射由发射能量表示, 其半峰全宽不大于0. 05eV或者不大于0. 03eV。量子限制的半导体纳米粒子直径的分散性降低时,发射的幅宽降低。例如,半导体纳米晶体可具有高发射量子效率,例如大于10%、20%、30%、40%、 50%、60%、70%、80% 或 90%。半导体纳米晶体的窄半峰全宽可造成饱和的颜色发射。任何类别的有机发色团 (organic chromophores)(例如见 Dabbousi 等人的 J. Phys. Chem. 101,9463 (1997),该文整篇以引用的方式并入此文中)都不能匹配单个材料系统的整个可见光谱上广泛可调的饱和颜色发射。半导体纳米晶体的单分散群体所发出的光跨过窄范围的波长。包括多于一个的半导体纳米晶体的尺寸的图案可在多于一个的窄波长范围内发光。通过选择半导体纳米晶体尺寸和材料的适当组合,可控制观看者可感知的所发出的光的颜色。半导体纳米晶体的带边缘能量等级的退化便于获取和辐射复合所有可能的激子。
透射电子显微镜法(TEM)可提供关于半导体纳米晶体群体的尺寸、形状以及分布的信息。粉末X射线衍射(XRD)图案可提供关于半导体纳米晶体的类型和晶体结构质量的最完全的信息。由于粒子直径通过X射线相干长度与峰值宽度反相关,所以也能够估计尺寸。例如,通过透射电子显微镜法可直接测量半导体纳米晶体的直径,或者使用例如谢乐公式(Scherrer equation)从X射线衍射数据中估计该直径。也可从紫外/可见吸收光谱中进行估算。在受控的(没有氧以及水分)环境内优选地处理量子限制的半导体纳米粒子,防止在制作工序中抑制发光效率。包括量子限制的半导体纳米粒子的光学材料可分散在液体媒剂内,并且因此与薄膜沉积技术兼容,例如旋转浇铸、落模浇铸(drop casting)以及浸溃浇铸。在某些优选的实施方式中,例如包括量子限制的半导体纳米粒子和液体媒剂的油墨可制备用于根据本发明的各个方面和实施方式中的光学材料,其中液体媒剂包括一个或多个能够聚合的(例如交联的)官能团,以便形成基质材料。在某些实施方式中,通过紫外线处理可交联功能性单元。在某些实施方式中,通过热处理可交联功能性单元。在某些实施方式中,通过本技术领域的普通技术人员可容易确定的其他交联技术可交联功能性单元。在某些实施方式中,包括一个或多个能够交联的官能团的光学材料可为液体媒剂本身。 可选地,油墨进一步包括散射体和/或其他添加剂。通过印刷、丝网印刷、旋转涂覆、凹印技术、喷墨印刷、滚动印刷等等可将油墨沉积在衬底的表面上。该油墨可沉积在预定的布置内。例如,油墨可沉积在图案化或未图案化的布置内。对于可用于将油墨沉积在衬底上的其他信息,例如见Seth A. Coe-Sullivan 于2007年6月25日提交的题为“沉积纳米材料的方法,制造装置的方法以及制造一系列装置的方法(Methods For Depositing Nanomaterial, Methods For Fabricating A Device, And Methods For Fabricating An Array Of Devices) ” 的国际专利申请号 PCT/ US2007/014711, Seth A. Coe-Sullivan等人于2007年6月25日提交的题为“沉积纳米材料的方法,制造装置的方法以及制造一系列装置的方法(Methods For Depositing Nanomaterial, Methods For Fabricating A Device, And Methods For Fabricating An Array Of Devices) ” 的国际专利申请号 PCT/US2007/014705,Seth A. Coe-Sullivan 等人于2007年6月25日提交的题为“包括纳米材料的方法和物品(Methods And Articles Including Nanomaterial) ”的国际专利申请号 PCT/US2007/014706,Seth A. Coe-Sullivan 等人于2007年4月9日提交的题为“包括材料的组分、沉积材料的方法、包括该材料的物品以及沉积材料的系统(Composition Including Material, Methods Of Depositing Material, Articles Including Same And Systems For Depositing Material),,的国际专利申请号PCT/US2007/08873,Maria J, Anc等人于2007年4月13日提交的题为“沉积材料的方法、制造装置的方法以及用于沉积材料的系统和物品(Methods Of Depositing Material, Methods Of Making A Device, And Systems And Articles For Use In Depositing Material) ” 的国际专利申请号 PCT/US2007/09255,Seth A. Coe-Sullivan 等人于2007年4月9日提交的题为“包括纳米材料的方法和物品(Methods And Articles Including Nanomaterial) ” 的国际专利申请号 PCT/US2007/08705,Marshall Cox 等人于2007年4月9日提交的题为“沉积纳米材料的方法&制造装置的方法(Methods Of
37Depositing Nanomaterial&Methods Of Making A Device) ” 的国际专利申请号 PCT/ US2007/08721, Seth A. Coe-Sullivan等人于2005年10月20日提交的题为“转移图案化材料的方法和系统(MethodAnd System For Transferring A Patterned Materia) ” 的美国专利申请号11/253,612,以及Seth A. Coe-Sullivan等人于2005年10月20日提交的题为“包括半导体纳米晶体的发光装置(Light Emitting Device Including Semiconductor Nanocrystals) ”的美国专利申请号11/253,595,上述专利申请的每一个均在此以引用的方式并入本文中。由于包括量子限制的半导体纳米粒子的光学材料定位在这些沉积技术造成的特征或层中,所以并非所有纳米粒子的表面可用于吸收和发射光。在某些实施方式中,使用接触印刷可将包括量子限制的半导体纳米粒子的光学材料定位在表面上。例如见A. Kumar和G. Whitesides的应用物理快报(Applied Physics Letters) 63, 2002-2004, (1993);以及 V. Santhanam 和 R. P. Andres 的纳米快报(Nano Letters) 4,41-44,(2004),上述的全文均以引用的方式并入。该技术可用于沉积包括量子限制的半导体纳米粒子的光学材料的各种厚度。在某些实施方式中,选择该厚度,从而实现所需要的%吸收。更优选地,量子限制的半导体纳米粒子不吸收任何或者仅仅吸收可忽略的量的重新发射的光子。在某些实施方式中,在衬底上将材料(例如光学材料)施加于一种或多种预先定义的或预定的区域中。预先定义的区域为衬底上的区域,选择性地将该材料施加于该区域内。在某些实施方式中,其中光学元件包括一种或多种不同类型的量子限制的半导体纳米粒子,以便补偿光源的多于一个的光谱缺陷,不同类型的量子限制的半导体纳米粒子可选地包含在一种或多种不同的光学材料内。在某些实施方式中,其中光学元件包括一种或多种不同类型的量子限制的半导体纳米粒子,以便补偿光源的多于一个的光谱缺陷,不同类型的量子限制的半导体纳米粒子可选地包含在两种或更多种不同的光学材料内,并且每个不同的光学材料可用于衬底的不同区域中和/或在衬底上作为单独层。可选择该材料和衬底,使得该材料基本上完整保留在预定的区域内。可替换地可由基于溶液的处理技术、相分离、旋转浇铸、喷墨印刷、丝印以及可用于在表面上形成图案的其他液体薄膜技术沉积包括量子限制的半导体纳米粒子的光学材料。可替换地,量子限制的半导体纳米粒子可分散在光透射基质材料(例如聚合物、 树脂、硅玻璃、或硅胶等等,对至少预定波长的光优选地透明,并且量子限制的半导体纳米粒子可分散在其内)内,基质材料沉积为一整层或部分层或者由任何上列或其他已知的技术沉积在图案化布置中。合适的材料包括多个廉价的通常可获得的材料,例如聚苯乙烯、环氧、聚酰亚胺以及硅玻璃。应用于该表面之后,这种材料可包含量子限制的半导体纳米粒子的分散体,其中已经选择纳米粒子的尺寸,以便产生指定颜色的光。例如也考虑设置在该材料内的量子限制的半导体纳米粒子的其他配置,例如在具有聚合物外涂层的衬底上的二维层。此处所使用的“顶部”、“底部”、“上面”以及“下面”为根据从参考点位置的相关位置术语。更具体地说,“顶部”表示离参考点最远,而“底部”表示离参考点最近。其中,例如, 将层描述为设置或沉积在元件或衬底的“上面”,在该层和元件或衬底之间也可具有其他层或其他特征或元件。此处所使用的“盖”也为根据从参考点位置的相关位置术语。例如,第一材料描述为覆盖第二材料,第一材料设置在第二材料上,但是未必与第二材料接触。此处所使用的单数形式“一个”、“一种”以及“该(所述)”包括复数,除非上下文中明确指出为其他情况。因此,例如,对发射材料的指代包括一种或多种这种材料的指代。申请人:明确将所有引用文献的全文并入该公开中。而且,数量、浓度或其他值或参数给出范围、优选范围、或一系列上限优选值或下限优选值时,这应理解为具体公开任何上限范围或优选值和任何下限范围或优选值中的任何一对所形成的所有范围,无论是否单独公开范围。在此处列举一系列数值时,除非另有说明,否则该范围包括其端点以及该范围内的所有整数和分数。限定范围时,这并非表示本发明的范围限于所列举的特定的值。从此处所公开的本发明的说明书和实践来考虑,本发明的其他实施方式对于本技术领域的那些技术人员是明显的。该说明书和实例视为仅示例性的,本发明的真实范围和精神由所附权利要求书和其等同物所表示。
权利要求
1.一种光学元件,包括第一衬底、设置在所述第一衬底的第一表面的预定区域上的包括量子限制的半导体纳米粒子的光学材料、设置在所述光学材料以及不被所述光学材料覆盖的所述第一衬底的第一表面的任何部分上的包括粘合材料的层、以及设置在所述包括粘合材料的层上的第二衬底,其中,共同密封所述第一衬底和第二衬底。
2.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述光学元件包括一种或多种不同类型的量子限制的半导体纳米粒子,其中,每种不同类型的量子限制的半导体纳米粒子以预定波长发射光,所述波长与所述光学材料内所包含的至少一种另一类型的量子限制的半导体纳米粒子所发射的预定波长不同。
3.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述光学元件包括以不同的预定波长发射的两种或更多种不同类型的量子限制的半导体纳米粒子,其中,所述不同类型的量子限制的半导体纳米粒子包含在两种或更多种不同的光学材料中。
4.根据权利要求3所述的光学元件,其中,所述不同的光学材料包含在所述光学元件中,作为分层布置中的单独层。
5.根据权利要求3所述的光学元件,其中,所述不同的光学材料包含在所述光学元件中,作为图案层中的单独特征。
6.根据权利要求1所述的光学元件,其中,量子限制的半导体纳米粒子包括半导体纳米晶体。
7.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述量子限制的半导体纳米粒子具有至少 40%的固态量子效率。
8.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述光学材料内的量子限制的半导体纳米粒子具有至少约60%的固态光致发光量子效率。
9.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述光学材料进一步包括基质材料,所述量子限制的半导体纳米粒子分布在所述基质材料中。
10.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述光学材料进一步包括光散射体。
11.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述光学材料被完全封装。
12.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述粘合材料包括UV可固化的丙烯酸酯氨基甲酸乙酯。
13.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述第一衬底包括玻璃。
14.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述第二衬底包括玻璃。
15.一种照明装置,包括光源以及光学元件,所述光学元件定位成接收所述光源产生的至少一部分光,所述光学元件包括根据权利要求1所述的光学元件。
16.根据权利要求15所述的照明装置,其中,所述光源包括固态半导体发光二极管。
17.一种照明设备,适合于接收一种或多种光源,其中,所述设备包括相对于所述一种或多种光源的位置定位在所述设备内的光学元件,使得由所述一种或多种光源产生的至少一部分光在从所述设备发射之前,穿入所述光学元件中,其中,所述光学元件包括根据权利要求1所述的光学元件。
18.—种盖板,适合于连接到照明设备,所述盖板包括根据权利要求1所述的光学元件。
19.一种用于制备光学元件的方法,其中,所述方法包括提供第一衬底,所述第一衬底包括设置在其第一表面的预定区域上的包括量子限制的半导体纳米粒子的光学材料;在包括所述光学材料的所述第一衬底的第一表面上以及不被所述光学材料覆盖的所述第一衬底的第一表面的任何部分上形成包括粘合材料的层; 在所述包括粘合材料的层上设置第二衬底;以及共同密封所述衬底。
20.一种用于制备光学元件的方法,其中,所述方法包括将包括量子限制的半导体纳米粒子的光学材料沉积在第一衬底的第一表面的预定区域上;在所述光学材料和不被所述光学材料覆盖的所述第一衬底的第一表面的任何部分上形成包括粘合材料的层;在所述包括粘合材料的层上设置第二衬底;以及共同密封所述衬底。
21.根据权利要求20所述的方法,其中,包括量子限制的半导体纳米粒子的所述光学材料作为包括量子限制的半导体纳米粒子和液体媒剂的油墨而沉积。
22.根据权利要求21所述的方法,其中,所述液体媒剂包括一种组分,所述组分包括一个或多个能够交联的官能团。
23.根据权利要求21所述的方法,其中,在空气中沉积所述光学材料。
24.根据权利要求21所述的方法,其中,在无氧气氛中沉积所述光学材料。
25.根据权利要求21所述的方法,其中,在其上形成所述包括粘合材料的层之前,硬化所述油墨。
26.根据权利要求22所述的方法,其中,在其上形成所述包括粘合材料的层之前,硬化所述油墨。
27.根据权利要求沈所述的方法,其中,通过交联所述可交联的官能团,硬化所述油m蛮O
28.根据权利要求22所述的方法,其中,包括一个或多个能够交联的官能团的所述组分可为共溶剂。
29.根据权利要求19或20所述的方法,其中,所述光学材料进一步包括光散射体。
30.根据权利要求19或20所述的方法,其中,所述光学材料进一步包括基质材料。
31.根据权利要求19或20所述的方法,其中,通过以下形成所述包括粘合材料的层 在所述光学材料上分配预定量的粘合材料,将所述第二衬底设置在其上,并且朝所述第一衬底的第一表面按压所述第二衬底,以将所述粘合材料散布在所述第一衬底的第一表面上 (例如,在所述光学材料以及不被所述光学材料覆盖的所述第一衬底的第一表面的任何部分上),从而形成所述包括粘合材料的层。
32.根据权利要求31所述的方法,其中,处理所述包括粘合材料的层,以共同密封所述衬底。
33.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述第一衬底对预定波长的光是至少80% 光学透明的。
34.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述第二衬底对预定波长的光是至少80%光学透明的。
35.根据权利要求34所述的光学元件,其中,所述第一衬底对预定波长的光是至少 80%光学透明的。
36.根据权利要求20所述的方法,其中,所述第一衬底对预定波长的光是至少80%光学透明的。
37.根据权利要求19或20所述的方法,其中,所述第二衬底对预定波长的光是至少 80%光学透明的。
38.根据权利要求37所述的方法,其中,所述第一衬底对预定波长的光是至少80%光学透明的。
39.根据权利要求19或20所述的方法,进一步包括使用具有约365nm到约470nm范围内的峰值波长的光照射密封的所述光学元件。
40.根据权利要求39所述的方法,进一步包括使用具有约450nm的峰值波长的光照射密封的所述光学元件。
41.根据权利要求39所述的方法,其中,所述光的光通量范围为约10到约lOOmW/cm2。
42.根据权利要求40所述的方法,其中,在约25°C到约80°C范围的温度下照射所述光学元件。
43.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述光学材料内的所述量子限制的半导体纳米粒子具有至少约70%的固态光致发光量子效率。
44.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述光学材料内的所述量子限制的半导体纳米粒子具有至少约80%的固态光致发光量子效率。
45.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述光学材料内的所述量子限制的半导体纳米粒子具有至少约90%的固态光致发光量子效率。
46.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述粘合材料具有氧屏障性能。
47.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述粘合材料具有氧和水分屏障性能。
48.根据权利要求20所述的方法,其中,所述粘合材料具有氧屏障性能。
49.根据权利要求19或20所述的方法,其中,所述粘合材料具有氧和水分屏障性能。
50.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述光学材料包括一种或多种不同类型的量子限制的半导体纳米粒子,其中,每种不同类型的量子限制的半导体纳米粒子以预定波长发射光,所述波长与所述光学材料内所包含的至少一种另一类型的量子限制的半导体纳米粒子所发射的预定波长不同。
51.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述光学材料包括两种或更多种光学材料。
52.根据权利要求51所述的光学元件,其中,所述不同的光学材料包含在所述光学元件中,作为分层布置中的单独层。
53.根据权利要求51所述的光学元件,其中,所述不同的光学材料包含在所述光学元件中,作为图案层中的单独特征。
54.根据权利要求51所述的光学元件,其中,量子限制的半导体纳米粒子包括半导体纳米晶体。
55.根据权利要求1或50所述的光学元件,进一步包括设置在所述包括粘合材料的层和所述第二衬底之间的包含量子限制的半导体纳米粒子的第二光学材料。
56.根据权利要求55所述的光学元件,其中,所述第二光学材料包括一种或多种不同类型的量子限制的半导体纳米粒子,其中,每种不同类型的量子限制的半导体纳米粒子以预定波长发射光,所述波长与所述光学材料内所包含的至少一种另一类型的量子限制的半导体纳米粒子所发射的预定波长不同。
57.根据权利要求55所述的光学元件,其中,所述第二光学材料包括两种或更多种光学材料。
58.根据权利要求57所述的光学元件,其中,所述第二光学材料内所包含的两种或更多种光学材料包含在所述光学元件中,作为分层布置中的单独层。
59.根据权利要求57所述的光学元件,其中,所述第二光学材料内所包含的两种或更多种光学材料包含在所述光学元件中,作为图案层中的单独特征。
60.根据权利要求55所述的光学材料,其中,所述第二光学材料进一步包括光散射体。
61.根据权利要求55所述的光学元件,其中,所述光学材料和第二光学材料内所包含的量子限制的半导体纳米粒子包括半导体纳米晶体。
62.根据权利要求55所述的光学元件,其中,所述光学材料和第二光学材料设置在相同的预定布置内,并且排列为使得所述第二光学材料叠加在所述光学材料上。
63.根据权利要求19或20所述的方法,其中,所述第二衬底包括设置在其表面的第二预定区域上以面朝所述第一衬底的包含量子限制的半导体纳米粒子的第二光学材料。
64.根据权利要求63所述的方法,其中,所述第二光学材料包括一种或多种不同类型的量子限制的半导体纳米粒子,其中,每种不同类型的量子限制的半导体纳米粒子以预定波长发射光,所述波长与所述光学材料内所包含的至少一种另一类型的量子限制的半导体纳米粒子所发射的预定波长不同。
65.根据权利要求63所述的方法,其中,所述第二光学材料包括两种或更多种光学材料。
66.根据权利要求65所述的方法,其中,所述第二光学材料内所包含的两种或更多种光学材料包含在所述光学元件中,作为分层布置中的单独层。
67.根据权利要求65所述的方法,其中,所述第二光学材料内所包含的两种或更多种光学材料包含在所述光学元件中,作为图案层中的单独特征。
68.根据权利要求65所述的方法,其中,所述光学材料和第二光学材料设置在相同的预定布置内,并且排列为使得所述第二光学材料叠加在所述光学材料上。
69.根据权利要求55所述的光学元件,其中,所述第二光学材料进一步包括基质材料。
70.根据权利要求9所述的光学元件,其中,所述光学材料基于所述基质材料的重量包括小于或等于15重量百分比的纳米粒子。
71.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述光学材料的厚度达到约200微米。
72.根据权利要求70所述的光学元件,其中,所述第二光学材料基于所述基质材料的重量包括小于或等于15重量百分比的纳米粒子。
73.根据权利要求55所述的光学元件,其中,所述第二光学材料的厚度达到约200微米。
74.根据权利要求63所述的方法,其中,所述第二光学材料进一步包括基质材料。
75.根据权利要求20所述的方法,其中,所述光学材料基于所述基质材料的重量包括小于或等于15重量百分比的纳米粒子。
76.根据权利要求20所述的方法,其中,所述光学材料的厚度达到约200微米。
77.根据权利要求74所述的方法,其中,所述第二光学材料基于所述基质材料的重量包括小于或等于15重量百分比的纳米粒子。
78.根据权利要求63所述的方法,其中,所述第二光学材料的厚度达到约200微米。
79.一种用于制备多个光学元件的方法,包括将包括量子限制的半导体纳米粒子的光学材料沉积在第一衬底的第一表面的多个预定区域上;在不被所述光学材料覆盖的所述第一衬底的第一表面的任何部分上形成包括粘合材料的层;在所述包括粘合材料的层上设置第二衬底; 共同密封所述衬底,以形成密封结构;以及从所述密封结构分离单个光学元件,其中,单个光学元件包括含光学材料的预定区域。
80.一种用于制备多个光学元件的方法,包括提供第一衬底,所述第一衬底包括设置在其第一表面上的包含光学材料的多个预定区域;在不被所述光学材料覆盖的所述第一衬底的第一表面的任何部分上形成包括粘合材料的层;在所述包括粘合材料的层上设置第二衬底; 共同密封所述衬底,以形成密封结构;以及从所述密封结构分离单个光学元件,其中,单个光学元件包括含光学材料的预定区域。
81.根据权利要求79所述的方法,其中,包括量子限制的半导体纳米粒子的所述光学材料作为包括量子限制的半导体纳米粒子和液体媒剂的油墨而沉积。
82.根据权利要求81所述的方法,其中,所述液体媒剂包括一种组分,所述组分包括一个或多个能够交联的官能团。
83.根据权利要求81所述的方法,其中,在空气中沉积所述光学材料。
84.根据权利要求81所述的方法,其中,在无氧气氛中沉积所述光学材料。
85.根据权利要求81所述的方法,其中,在其上形成所述包括粘合材料的层之前,硬化所述油墨。
86.根据权利要求82所述的方法,其中,在其上形成所述包括粘合材料的层之前,硬化所述油墨。
87.根据权利要求86所述的方法,其中,通过交联所述可交联的官能团,硬化所述油墨
88.根据权利要求82所述的方法,其中,包括一个或多个能够交联的官能团的所述组分可为共溶剂。
89.根据权利要求79或80所述的方法,其中,所述光学材料进一步包括光散射体。
90.根据权利要求79或80所述的方法,其中,所述光学材料进一步包括基质材料。
91.根据权利要求79或80所述的方法,其中,通过以下形成所述包括粘合材料的层在所述光学材料上分配预定量的粘合材料,将所述第二衬底设置在其上,并且朝所述第一衬底的第一表面按压所述第二衬底,以将所述粘合材料散布在包括所述光学材料的所述第一衬底的第一表面上,从而形成所述包括粘合材料的层。
92.根据权利要求91所述的方法,其中,处理所述包括粘合材料的层,以共同密封所述衬底。
93.根据权利要求79或80所述的方法,其中,所述粘合材料具有氧屏障性能。
94.根据权利要求79或80所述的方法,其中,所述粘合材料具有氧和水分屏障性能。
95.根据权利要求19、20、79或80所述的方法,其中,所述光学元件内部的一个或两个衬底表面是不光滑的。
96.根据权利要求79或80所述的方法,进一步包括使用具有约365nm到约470nm范围内的峰值波长的光照射密封的所述光学元件。
97.根据权利要求96所述的方法,其中,所述光的光通量范围为约10到约lOOmW/cm2。
98.根据权利要求96所述的方法,其中,在约25°C到约80°C范围的温度下照射所述光学元件。
99.根据权利要求79或80所述的方法,其中,所述第一衬底和第二衬底包括玻璃。
100.根据权利要求79或80所述的方法,其中,所述单个光学元件通过水射流技术分1 O
101.根据权利要求19或20所述的方法,其中,所述光学元件在包括所述光学材料的预定区域的周围与所述密封结构的边缘之间包括边缘密封区域,其中,所述边缘密封区域不包括光学材料。
102.根据权利要求79或80所述的方法,其中,单个光学元件在包括所述光学材料的预定区域的周围与所述密封结构的边缘之间包括边缘密封区域,其中,所述边缘密封区域不包括光学材料。
103.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述光学元件在包括所述光学材料的预定区域的周围与所述密封结构的边缘之间包括边缘密封区域,其中,所述边缘密封区域不包括光学材料。
104.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述光学元件内部的一个或两个衬底表面是不光滑的。
105.根据权利要求1所述的光学元件,其中,所述第二衬底包括设置在其表面的第二预定区域上、面朝所述第一衬底的第一表面的包含量子限制的半导体纳米粒子的第二光学材料。
106.根据权利要求105所述的光学元件,其中,所述光学元件在所述密封结构中所包括的所述光学材料的外围与所述密封结构的边缘之间包括边缘密封区域,其中,所述边缘密封区域不包括光学材料。
107.根据权利要求79或80所述的方法,其中,所述第二衬底包括设置在其表面的多个第二预定区域上的包含量子限制的半导体纳米粒子的第二光学材料,其中,在密封所述衬底时,所述多个第一预定区域和多个第二预定区域排列为位于彼此之上。
108.根据权利要求65所述的方法,其中,所述第二光学材料进一步包括光散射体。
109.根据权利要求65所述的光学元件,其中,所述光学材料和第二光学材料内所包含的量子限制的半导体纳米粒子包括半导体纳米晶体。
110.如本文中示出和描述的新颖的、实用的、且非显而易见的方法、机器、制造以及物质的组合物。
全文摘要
公开了光学元件,其包括第一衬底、设置在第一衬底的第一表面的预定区域上的包括量子限制的半导体纳米粒子的光学材料、设置在光学材料和不被光学材料覆盖的第一衬底的第一表面的任何部分上的包括粘合材料的层、以及设置在包括粘合材料的层上的第二衬底,其中第一和第二衬底被共同密封。在某些实施方式中,光学元件进一步包括含量子限制的半导体纳米粒子的第二光学材料,设置在包括粘合材料的层和第二衬底之间。还公开了方法。并且公开了包括该光学元件的产品。
文档编号G02B27/00GK102597848SQ201080046912
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月18日 优先权日2009年10月17日
发明者卡尔蒂克·文卡塔拉曼, 戴维·吉尔迪, 约翰·E·里特尔, 约翰·R·林顿, 罗希特·莫迪, 艾米丽·M·斯奎尔斯 申请人:Qd视光有限公司

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