專(zhuān)利名稱(chēng)：涂有發(fā)光材料的納米粒子的uv光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)使用納米粒子形式的無(wú)機(jī)和/或有機(jī)發(fā)光材料層將光耦合輸出光波導(dǎo)板而產(chǎn)生的發(fā)光體。
通過(guò)利用散射耦合輸出光的光發(fā)射是一種廣泛使用的技術(shù)。微米范圍內(nèi)的光散射粒子早已用于光的有效分布并使光導(dǎo)片具有不透明的外觀。這產(chǎn)生的是半透明的而不是透明的光源。
在許多應(yīng)用中，具有透明光源應(yīng)是有優(yōu)勢(shì)的。這可通過(guò)用納米粒子將光耦合輸出光波導(dǎo)板來(lái)實(shí)現(xiàn)。為該目的，光在光波導(dǎo)板的邊緣處被耦合，通過(guò)全內(nèi)反射被分布在片內(nèi)，并且接著在涂在光波導(dǎo)上面的具有合適的特性的粒子層處通過(guò)散射被耦合輸出光波導(dǎo)板。如果正確選擇了粒子尺寸、層的折射率和厚度，那么可獲得光學(xué)透明性。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于提供用于設(shè)計(jì)平光源，包括它們的透明性、從光源發(fā)射的顏色及其自然色的新的機(jī)會(huì)。
對(duì)于平光源來(lái)說(shuō)，以及尤其對(duì)于用作光波導(dǎo)板并被光散射層覆蓋的透明片來(lái)說(shuō)，存在無(wú)數(shù)可能的應(yīng)用。例如，用這種方法制造許多用于背光LCD的光源。在所有上述應(yīng)用中，散射層被優(yōu)化以給光源提供最大可能的耦合輸出和均勻性。
用于散射光的粒子直徑通過(guò)Mie理論限定。散射通常通過(guò)與覆蓋層內(nèi)的粒子的直徑和充填密度成比例的散射參數(shù)S來(lái)設(shè)計(jì)。散射參數(shù)在恒定波長(zhǎng)處是粒子直徑的函數(shù)并且它隨著粒子尺寸的減小而增加，當(dāng)粒子尺寸接近零時(shí)到達(dá)最大值并最終返回零。普通光源使用具有高散射功率的粒子涂敷，在這種情況下，使用接近Mie最大值的直徑的粒子或厚層。
結(jié)果是高達(dá)70％的光被耦合輸出并且光源看起來(lái)不透明。如果粒子尺寸小于散射光的最佳值，那么層變得越來(lái)越透明。同時(shí)，這降低了光的耦合輸出。然而，如果光波導(dǎo)內(nèi)的光吸收小，那么由于光子可被耦合輸出采用的太多種可能方式的原因，耦合輸出仍足夠高。
本發(fā)明涉及一種發(fā)光體，該發(fā)光體包括光波導(dǎo)板1、UV光源2和用于將UV光耦合到光波導(dǎo)板內(nèi)的裝置，該片被提供有包含一種或多種發(fā)光材料的覆蓋層3，該發(fā)光材料被直接施加或可被嵌入合成樹(shù)脂材料的球形粒子內(nèi)并將波長(zhǎng)為300～400nm的UV光轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)為420～480nm的可見(jiàn)光，合成樹(shù)脂材料的粒子具有在10和500nm之間的直徑并顯示出＜20％的光反射。
覆蓋層內(nèi)的這些發(fā)光材料一方面使光耦合輸出光波導(dǎo)板，并且另一方面將UV光轉(zhuǎn)換成更長(zhǎng)波長(zhǎng)的可見(jiàn)光。一種或多種無(wú)機(jī)或有機(jī)發(fā)光材料可被嵌入合成樹(shù)脂材料的球形粒子內(nèi)。
光散射粒子的發(fā)光材料特性也可用于制造發(fā)射白光的平的、透明的光源。
施加到光波導(dǎo)板的覆蓋層通常厚20～5,000nm。熒光管用作主光源以將光耦合到光波導(dǎo)板內(nèi)。然而，也可用作主光源的是AlxGayInzN LED裝置pf，其中x、y和z可采用0和1之間的值，并且x+y+z的和為1。
為制造根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射白光的發(fā)光體，可使用表1所示的在聚合前驅(qū)物內(nèi)溶解的有機(jī)發(fā)光材料。為產(chǎn)生白光，將來(lái)自表1的兩種或多種合適的發(fā)光材料混合在一起并溶解在聚合物前驅(qū)物內(nèi)。聚合物前驅(qū)物在這種情況下利用一種方法被聚合，在該方法中，得到尺寸在5和500nm之間的球形納米珠，正如例如通過(guò)BASF向公共查閱公開(kāi)的德國(guó)申請(qǐng)198 41 842和199 08 013所描述的一樣。優(yōu)選聚合物前驅(qū)物在這種情況下為聚甲基丙烯酸甲酯，這是因?yàn)樗鼘?duì)直到尺寸為300nm的粒子是透明的。其它合適的聚合物是聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯或聚碳酸酯。用這種方法得到的納米珠接著被施加給光波導(dǎo)以提供20～5,000nm的層厚。適合于根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光體的發(fā)光材料在表1中示出。
表1
使用粒子尺寸在納米范圍的無(wú)機(jī)發(fā)光材料也非常適合于制造根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光體。在這種情況下，它們的粒子尺寸應(yīng)在1和300nm之間的范圍內(nèi)。納米粒子接著以覆蓋層的形式施加給光波導(dǎo)，在這種情況下，層厚應(yīng)優(yōu)選在20和5,000nm之間。合適的無(wú)機(jī)發(fā)光材料顏料是氧化物、硫化物或氮化物以及具有晶格的半導(dǎo)電材料，具有高折射率的顏料例如MgWO4、CaWO4、Y2O3(n≈1.9)、CaS、SrS(n≈2.1)或ZnS(n≈2.4)是尤其優(yōu)選的。這些顏料借助Eu2+、Ce3+、Eu3+、Tb3+、Pr3+、Mn2+、Ag+、Pb2+、Cu2+或Bi3+被活化，或具有導(dǎo)通態(tài)和價(jià)態(tài)之間的直接光允許躍遷。在后者的情況下，粒子尺寸的減小導(dǎo)致發(fā)射特性的改變。尤其是隨著粒子尺寸的減小，發(fā)射能增加即發(fā)射顏色從紅經(jīng)過(guò)黃和綠到藍(lán)偏移。這種無(wú)機(jī)發(fā)光材料優(yōu)選通過(guò)膠體化學(xué)型的合成來(lái)制造。尤其優(yōu)選的無(wú)機(jī)發(fā)光材料在表2中列出。
表2
帶*標(biāo)記的色點(diǎn)依賴(lài)于活化劑/共同活化劑的濃度比。帶**標(biāo)記的發(fā)射波長(zhǎng)和色點(diǎn)依賴(lài)于相應(yīng)的陽(yáng)離子比。
在它們的帶內(nèi)具有直接間隙即被稱(chēng)為量子點(diǎn)的優(yōu)選發(fā)光材料的綜述可在表3中得到。這些是具有固有粘度的自發(fā)光粒子。
表3
發(fā)射白光的光源可通過(guò)使用包含藍(lán)和黃橙發(fā)光材料或藍(lán)、綠和紅發(fā)光材料的發(fā)光材料的混合物得到。上述的最優(yōu)選實(shí)例是1.Sr4Al14O25:Eu和ZnS:Mn2.BaMgAl10O17:Mn，Eu和ZnS:Mn3.ZnS:Ag，ZnS:Cu和YVO4:Eu4.BaMgAl10O17:Eu和Y3Al5O12:Ce5.BaMgAl10O17:Eu和(Y1-x-yGdxLuy)3(Al1-yGay)5O12:Ce6.BaMgAl10O17:Eu，CePO4:Tb和Y(V1-x-yPx)O4:Eu7.BaMgAl10O17:Eu，CePO4:Tb和Y2O2S:Eu8.(Ba1-xSrx)5(PO4)3(F，Cl):Eu和Y3Al5O12:Ce9.(Ba1-xSrx)5(PO4)3(F，C1):Eu和(Y1-x-yGdxLuy)3(Al1-yGay)5O12:Ce耦合到光波導(dǎo)內(nèi)的主光(primary light)通常具有在300和400nm之間的波長(zhǎng)。它可借助AlxGayInzN LED裝置或借助包含UV發(fā)光材料的熒光燈產(chǎn)生。在這種情況下優(yōu)選發(fā)光材料是LaPO4:Ce(320nm)、(Y，Gd)PO4:Ce(345nm)、BaSi2O5:Pb(350nm)或SrB4O7:Eu(370nm)。
根據(jù)權(quán)利要求的發(fā)光體具有一系列重要優(yōu)點(diǎn)-發(fā)射光的顏色通過(guò)光波導(dǎo)的涂層被確定并可容易地通過(guò)改變發(fā)光材料或發(fā)光材料的混合物被修改；
-由于與白光相比UV光借助非常小的粒子被更強(qiáng)烈地散射，因此可容易地得到高透明性的平光源；-平光片可以是無(wú)色的，或者如果耦合輸出光的層包含具有可見(jiàn)區(qū)內(nèi)的吸收的發(fā)光材料，那么可用相應(yīng)顏色的發(fā)光材料著色。
可采用很多方式使用它們。一種可能性是它們用于照亮汽車(chē)頂內(nèi)襯(lining)以及另一種是它們用于照亮窗戶(hù)。
參考下文所描述的實(shí)例，本發(fā)明的這些和其它方面將變明顯并被闡明。
在附圖中

圖1示出了平透明光源的發(fā)射譜，從Al0.57Ga0.5In0.05N LED裝置發(fā)射的光傳播到該平透明光源中并且從該平透明光源處光通過(guò)包含BaMgAl10O17:Eu、CePO4:Tb和YVO4:Eu的混合物的層被耦合輸出。
圖2示出了具有LED作為其主光源的透明光源的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3示出了具有熒光燈作為其主光源的透明光源的結(jié)構(gòu)。
圖4示出了其中耦合輸出光的層放置在兩個(gè)光導(dǎo)之間的透明光源的結(jié)構(gòu)示意圖。
實(shí)例聚甲基丙烯酸甲酯片在一側(cè)上涂有包括BaMgAl10O17:Eu、CePO4:Tb和YVO4:Eu的納米粒子混合物的懸浮液。這三種發(fā)光材料的濃度被如此調(diào)節(jié)以便當(dāng)它們借助UV光被激發(fā)時(shí)得到白光譜。
聚甲基丙烯酸甲酯片以這種方式堆疊以便按圖4所示的方式形成夾層。設(shè)置在光波導(dǎo)的邊緣處的Al0.57Ga0.5In0.05N LED裝置用作主光源。發(fā)射光的光譜在圖1中示出。這種光源的彩色再現(xiàn)在4,000K的色溫下約為90。
參考數(shù)字列表1光波導(dǎo)板2 UV光源3覆蓋層
權(quán)利要求
1.一種包括光波導(dǎo)板(1)、UV光源(2)和用于將UV光耦合到光波導(dǎo)板內(nèi)的裝置的發(fā)光體，其特征在于光波導(dǎo)板被提供有包含一種或多種發(fā)光材料的覆蓋層3，該發(fā)光材料被直接施加或可被嵌入在合成樹(shù)脂材料的球形粒子內(nèi)并將波長(zhǎng)為300～400nm的UV光轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)為420～480nm的可見(jiàn)光，合成樹(shù)脂材料的粒子具有在10和500nm之間的直徑并顯示出＜20％的光反射。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光體，其特征在于覆蓋層包含可被嵌入在合成樹(shù)脂材料的球形粒子內(nèi)的一種或多種無(wú)機(jī)發(fā)光材料。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光體，其特征在于覆蓋層包含可被嵌入在合成樹(shù)脂材料的球形粒子內(nèi)的一種或多種有機(jī)發(fā)光材料。
4.如權(quán)利要求1～3所述的發(fā)光體，其特征在于可被嵌入在合成樹(shù)脂材料的球形粒子內(nèi)的發(fā)光材料轉(zhuǎn)換帶有顏色的或白光的UV光。
5.如權(quán)利要求1～4所述的發(fā)光體，其特征在于施加到光波導(dǎo)板的覆蓋層產(chǎn)生20～5000nm的層厚。
6.如權(quán)利要求1～5所述的發(fā)光體，其特征在于熒光管用作主光源。
7.如權(quán)利要求1～5所述的發(fā)光體，其特征在于AlxGayInzN LED裝置用作主光源，其中x、y和z可采用0和1之間的值并且x+y+z的和為1。
8.如權(quán)利要求1～7所述的發(fā)光體，其特征在于包含合成樹(shù)脂材料的球形粒子的覆蓋層施加到放置在兩個(gè)或多個(gè)光波導(dǎo)板之間的薄膜上。
9.如權(quán)利要求1～8所述的發(fā)光體的用途，其特征在于它用于照亮汽車(chē)頂內(nèi)襯。
10.如權(quán)利要求1～8所述的發(fā)光體的用途，其特征在于它用于照亮窗戶(hù)。
全文摘要
描述了一種包括光波導(dǎo)板、UV光源和用于將UV光耦合到光波導(dǎo)板內(nèi)的裝置的發(fā)光體，并且其中光波導(dǎo)板被提供有包含一種或多種發(fā)光材料的覆蓋層，該發(fā)光材料被直接施加或可被嵌入在合成樹(shù)脂材料的球形粒子內(nèi)。這些發(fā)光材料將波長(zhǎng)為300～400nm的UV光轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)為420～480nm的可見(jiàn)光。覆蓋層具有10～5000nm的厚度并顯示出＜20％的光反射。
文檔編號(hào)C09K11/06GK1784572SQ200480012512
公開(kāi)日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2004年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月9日
發(fā)明者T·杰斯特, A·G·H·梅杰斯, D·伯特拉姆, H·－H·貝奇特, H·F·博爾納 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司