CN110023669B - 包括滤光器的借助于分色氧化锌纳米棒增强电致发光光源的发射的光学装置 - Google Patents

包括滤光器的借助于分色氧化锌纳米棒增强电致发光光源的发射的光学装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110023669B
CN110023669B CN201780072840.0A CN201780072840A CN110023669B CN 110023669 B CN110023669 B CN 110023669B CN 201780072840 A CN201780072840 A CN 201780072840A CN 110023669 B CN110023669 B CN 110023669B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
filter
optical device
light
reflector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780072840.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110023669A (zh
Inventor
E·卡皮拉·贝穆德斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Optical Saver Technologies SAPI De CV
Original Assignee
Optical Saver Technologies SAPI De CV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Optical Saver Technologies SAPI De CV filed Critical Optical Saver Technologies SAPI De CV
Publication of CN110023669A publication Critical patent/CN110023669A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110023669B publication Critical patent/CN110023669B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/26—Reflecting filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/68—Details of reflectors forming part of the light source
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/64—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction using wavelength conversion means distinct or spaced from the light-generating element, e.g. a remote phosphor layer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/04—Optical design
    • F21V7/06—Optical design with parabolic curvature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/30—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11—Anti-reflection coatings
    • G02B1/118—Anti-reflection coatings having sub-optical wavelength surface structures designed to provide an enhanced transmittance, e.g. moth-eye structures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1086—Beam splitting or combining systems operating by diffraction only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2103/00—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes
    • F21Y2103/10—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes comprising a linear array of point-like light-generating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B2207/00—Coding scheme for general features or characteristics of optical elements and systems of subclass G02B, but not including elements and systems which would be classified in G02B6/00 and subgroups
    • G02B2207/101—Nanooptics

Abstract

本发明涉及一种光学装置，该光学装置由滤光器和反射器形成，所述反射器是漫反射或镜面金属表面，其反射率不小于98％，形状和尺寸匹配相应的灯。滤光器是刚性结构，对可见光透明，形状和尺寸也匹配相应的灯，其由有机或无机材料制成，并用作其上施加有氧化锌层的衬底，具体地是氧化锌纳米线的纳米结构，以根据穿过其中的波长形成同时部分反射和抗反射的层。一旦适当地定位在荧光灯或白光LED的发光层上，光学装置将大部分高能量和短波长光反向反射到发光层，以通过光源的发光层将大部分高能量和短波长光转换成更长波长和更低能量的光，这导致总光发射增加至少20％，而不改变光源的色彩再现指数(CRI)。

Description

包括滤光器的借助于分色氧化锌纳米棒增强电致发光光源的 发射的光学装置
背景技术
1.技术领域
本发明涉及发光灯，尤其涉及投射它们发出的光并且由光学装置组成的装置，该光学装置适当地放置在电致发光光源上，特别是在荧光灯和用于一般照明目的的白光LED的发光表面上，其增加所述灯发出的光而不影响其色彩再现指数CRI。
2.本发明的一般背景
近年来，已经进行了大量努力来增加荧光灯和白光LED灯的发光。该领域的重要成就允许荧光灯的效率值(流明/瓦特)高达每瓦115流明，而白光LED灯的效率值高达每瓦170流明，然而，市场上或正在运行的许多这种类型的技术发展较少的灯具已经无法从这些进步中受益。
在荧光灯和白光LED中，通过在一层发光材料上放出短波长和高能量的光来产生光，所述发光材料层由稀土元素和其他通常称为磷光体的元素的混合物形成，光在所述发光材料层中变成具有更短波长和更少能量的光。
在传统的荧光灯内，在紫外线范围内的所述灯内的汞发出短波长的光，特别是在185nm至365nm的带宽内，峰值为254nm。在白光半导体二极管(LED)的情况下，半导体二极管产生蓝紫色光，主要在400到470nm的带宽内，峰值为450nm。在这两种情况下，当这种能量在形成磷的不同元素上被释放时，产生并混合不同波长的光，以产生我们都知道的白色外观光，但是到本发明的发明日期为止，使用的荧光粉不能将其内部产生的高能光的总和转换成波长较短的光，发出380nm至470nm范围内的大部分所述光，这对应于蓝色-紫色，在这种情况下人眼具有较低的相对发光效率，导致所发射的光以及因此消耗的能量的利用率较差。
为了提高荧光灯和白光LED的性能，本创新提出了一种非显而易见、实用且成本低的解决方案，可以在不影响其色彩再现指数(CRI)的情况下提高所述灯的流明/瓦特比，该解决方案也适用于任何类型的光源，无论其技术发展程度如何，因为它是光源外部的光学装置。
2007年1月24日的Kawakatsu Akira的欧洲专利申请EP 1 746 126 A1描述了一种用于不同类型灯的选择性波长阻挡材料，其由氧化锌(ZnO)和氧化钛(TiO 2)的混合物形成，形成基本三角结构，该结构实现了紫外线范围内发射的完全阻挡，在可见光范围，特别是高达400nm-430nm的开始处实现了部分阻挡，一方面避免由所述灯发出的紫外线辐射对这些紫外线照射的物体造成的损害，另一方面避免吸引昆虫，使光源的原始发光发射损失最小，然而，该装置既没有教导利用阻挡辐射，也没有教导ZnO的分布及所要求保护比例，以实现灯的发光发射的增加并获得诸如本发明中所示的纵波参数。
1982年2月10日的Itou Hidenori的日本专利申请JP 5 725 738 A1公开了一种被设置在荧光灯上的阻挡层，其通过ZnO或印度氧化物(Indian oxide)IN2O3材料的复合阻挡层来防止1000nm的红外辐射发射，其允许控制荧光灯中所述辐射的发射，但是所述阻挡层对可见光的发射没有任何影响，如在本发明中那样。
2006年12月7日的Kawakatsu Akira的日本专利申请JP 2006332000 A1公开了一种用于发光灯的紫外线防护材料，其中提供由氧化锌(ZnO)基底形成的发光屏蔽材料作为主要化合物，掺杂有钨(W)、锰(Mn)或铕(Eu)颗粒中的至少一种，可防止不需要的紫外线辐射，同时将其转换为峰值为450nm-550nm的可见光，因此对于本领域技术人员来说显而易见的是，该装置具有与本发明截然不同的工作原理，并且它不能应用于白光LED灯，因为它们不发射紫外线，因此，它没有描述ZnO的分布和希望保护的比例，以获得诸如本发明中提出的那些波长的参数。
发明内容
因此，本发明的第一个目的是提供一种光学装置，用于通过所述发射的光的高能波长的选择性地反向反射来增加电致发光源中有用光的发射。
本发明的另一个目的是提供一种用于根据穿过它的光的波长同时形成部分反射和抗反射层的装置。
本发明的另一个目的是提供一种光学装置，该光学装置能够将大部分高能量和短波长光反向反射到光源的发光层，通过所述发光层将大部分高能量和短波长光转换成更长波长和更低能量的光，这导致总光发射增加至少20％，而不改变光源的色彩再现指数(CRI)。
与迄今为止所知的不同，本发明可以恢复和利用对于人眼具有低益处的发射荧光灯和白光LED的高能可见光，其由光学反射器和滤光器组合操作。反射器是漫反射或镜面反射的金属表面，反射率不低于98％，尺寸和几何形状根据受到影响的灯而定，其功能是朝向工作平面反射最大光量，滤光器是一种刚性结构，对可见光透明，其几何形状和尺寸也根据受到影响的灯而定，由有机或无机材料制成，其用作在其上施加一层氧化锌的衬底。氧化锌层是氧化锌纳米线的纳米结构，具有特定的设计参数，晶格常数为200nm至400nm，填充率为0.5至0.8，高度为1至2微米，以实现所述滤光器在380nm至530nm的带宽内表现为光的部分反射器，并且同时作为531nm至1100nm范围内的抗反射元件。
滤光器和发光源机械地连接到反射器，将氧化锌的活性纳米层导向光源的发光层，这样短波长和高能量的可见光将主要向光源的发光层的磷反向反射，在光源的外层释放能量，转换成更长波长的光，这导致在不改变其CRI指数的情况下，总发光量增加至少20％，因为灯发出的紫蓝光并未完全消除。
附图说明
作为本发明的示例和参考，示出了下面的附图。
图1示出了人眼的明视光谱响应的CIE图。
图2说明了传统4100°k荧光灯的光谱分布。
图3示出了本发明的滤光器的吸光度和反射率图。
图4a示出了当光学装置应用于传统荧光灯时第一优选实施方式的剖视图。
图4b示出了第一优选实施方式的剖视图，仅示出了滤光器和荧光灯。
图4c示出了第一优选实施方式的滤光器的单个剖视图。
图5示出了滤光器的有源层的氧化锌纳米线的纳米结构的透视图。
图6示出了用本发明中描述的光学装置操作的图2所示相同荧光灯的相对光谱分布。
图7示出了当光学装置应用于通常用于照明的白光LED灯的线性模块时第二优选实施方式的截面图。
图8示出了白光LED灯线性模块的相对光谱分布，4000°K，用于图7所示照明中的一般用途。
图9示出了第二优选实施方式的剖视图，示出了与LED灯的线性模块分离的滤光器和反射器光学器件。
图10示出了用本发明中描述的光学装置操作的图6所示模块的LED灯组件的相对光谱分布。
具体实施例
通过对本发明的所述发射光的高能波长的反向选择性反射来增加电致发光源中有用光发射的光学装置的特性在下面的描述中清楚地详述，并且为了更好地理解本发明的特征，本说明书作为其整体部分，附有根据相同附图标记表示的非限制性特征说明性附图，以表示所示的部件和附图。
众所周知，人眼不会以相同的相对发光效率感知可见光谱的所有颜色，在图1中，示出了人眼的相对明视发光效率的CIE图。可以看出，人眼在555nm处达到其最大视觉效率，这对应于绿黄色，并且在光谱的极端情况下，这种相对效率在对应于一端的蓝紫色和另一端的红色的波长中减小，在这些波长之前和之后，眼睛变得对紫外线和红外线“失明”。
在图2中，示出了在4100°K色温下通常用于照明的传统荧光灯发出的光能的可见范围内的光谱分布。从430nm处可以看出，在该波长处存在超过灯的相对发射的20％的峰值，并且在487nm处的另一个峰值在该波长处也达到所述相对强度的近20％，但是根据对于图1，在这些波长下，人眼的相对效率分别仅为1.5％和15％，因此大部分这种高能光被浪费。
与迄今为止已知的相反，这种能量可以被利用，反向反射回到光源的发光层，在那里它的高能量被释放，从而变成更长波长的光，人眼对更长波长的光具有更高的相对光视效率，这是通过这种创新的光学组件实现的，该光学组件的多层滤光器能够将380nm至530nm范围内的大部分高能可见光反射到原点发光层，而不会完全消除它，同时几乎没有损失地传输对应于可见光范围的其余部分和近红外线的光。
下面，描述了本发明的两个说明性和非限制性的优选实施方式，理解可以存在与白光电致发光灯的类型一样多的优选实施方式。
第一优选实施方式
图4a示出了当应用于通常用于照明的传统线性荧光灯时该光学组件的第一优选实施方式的不成比例的剖视图，其可见光范围内的光谱分布曲线如图2所示。为了更好地理解其操作，夸大了一些尺寸。
在该实施方式中，滤光器7具有圆柱形状并且其内径比荧光灯1大至少2mm，这允许其同轴地容纳在内部，并且其长度覆盖整个发光表面2。灯1和滤光器7借助于布置在荧光灯1的每一端的两个支撑基座11机械地固定在金属反射器3上，并且还可用作为镇流器供电的装置(未显示)。光学反射器3具有抛物线形状并且是漫反射或镜面金属表面，厚度为0.2mm至1mm，漫反射或镜面反射率不小于98％，其功能是朝向工作平面反射由灯1产生的光，其尺寸根据受影响的灯的尺寸而定。
图4b是包含在荧光灯1内部的滤光器7的剖视图，该滤光器7与支撑基座11和光学反射器3分开。所述滤光器7由衬底9形成，衬底9由透明的无机材料制成，例如石灰或硼硅酸盐玻璃，或由有机材料制成，例如甲基丙烯酸甲酯热塑性树脂或聚碳酸酯，厚度为0.1nm至1mm，其上具有厚度为1.5至3微米的含有氧化锌的层8，层8是光学滤波器7的有源层。在本领域中已知氧化锌在紫外(UV)范围内具有高反射率并且在可见光范围内具有高透射率，然而，为了本发明的正确功能，氧化锌的主要反射范围已经略微延长，直到可见光范围的开始，这是通过将其配置为氧化锌纳米线的纳米结构来实现的，所述纳米结构的晶格常数为200nm至400nm，填充率为0.5至0.8，高度为1至2微米，图5示出了施加在形成滤光器7的衬底9上的层8的所述纳米线结构(NEH)的透视图。衬底9和层8的折射率在180°相位移动，以实现光学滤波器7同时表现为反射和抗反射表面，作为穿过它的光的波长的函数。
当发光灯2发射光线14并且这到达滤光器7时，波长大于540nm的分量实际上没有损失地通过它，但是380nm至520nm范围内的大部分蓝紫色分量14'通过氧化锌层8的纳米线(NEH)回射到发光层2，在那里高光能被释放并且以更长的波长14”重新发射，这也允许它们几乎没有损失地穿过层8和衬底9，这导致在较长波长处发射的更大量的光，其中人眼具有更大的相对明视效率，这导致每瓦消耗更大量的流明。由于滤光器7不能完全反射350nm至450nm范围内的高能可见光，因此蓝紫色并未完全消除，因此荧光灯1的色彩再现指数不仅没有减少，反而从80.3％略微增加到81.55％。
在图4c和5中单独示出的滤光器7具有以下光学特性：反射率在380nm至490nm的范围内为60％至90％；反射率在491nm至500nm的范围内为60％到30％；反射率在501nm至530nm的范围内为30％至10％，在531nm至1100nm的范围内为10％至0％；以及吸光度在380至490nm的范围内为60％至90％；吸光度在491nm至500nm的范围内为60％到30％；吸光度在501nm至530nm的范围内为30％至10％，在531nm至1100nm的范围内为10％至0％。
图6示出了用本发明中描述的光学装置操作的图2所示相同荧光灯的相对光谱分布。
第二优选实施方式
图7示出了当本发明应用于白光LED灯的线性模块并且通常用于照明时的剖视图。为了更好地理解操作，夸大了一些尺寸。在所述图7中，模块3是印刷电路，其上安装有白光(LED)1的几个半导体二极管，沿着它等距离地线性排列。每个LED 1由短波长的发光半导体10形成，在发光半导体10上施加发光层2，发光半导体10产生400nm至470nm带宽的蓝紫色光，该光被释放到发光层2，在那里被转换成不同波长的光，当混合时，产生明显的白光，但是由发光半导体10产生的大量光能穿过发光层2而不被转换，如图8所示，该曲线图详细描述了在所述LED组的整个可见光谱中发光能量的发射，并且可以看出，在450nm处存在相对于该波长达到发射的100％的峰值，但是根据图1，在该波长下，人眼的相对效率仅为2.5％，因此大部分这种高能光也被浪费掉了。
继续参考图7，模块3通过螺钉6连接到反射器4，反射器4是刚性且扁平的金属部件，厚度为0.1mm至3.0mm，这取决于要影响的LED模块的功率，最小漫反射或镜面反射率为98％。滤光器7还耦合在反射器4上，最小距离13不小于2mm，以允许散发由短波长的发光半导体10产生的热量，并防止其过热，以及发光层2的过早劣化。滤光器7具有半圆形状，其直径是白光LED灯的线性模块的宽度的两倍，并且具有两个水平侧翼，所述侧翼布置在半圆形的至少2mm宽的端部处，形成Ω形状的单件。
图9示出了光学反射器4和滤光器7的非耦合模块3，在该模式中，所述滤光器7具有半圆形状，其直径是白光LED灯的线性模块的宽度的两倍，并且具有两个水平侧翼，所述侧翼布置在半圆形的至少2mm宽的端部处，形成Ω形状的单件，并且如前一实施例中那样由衬底9形成，衬底9由透明的无机材料制成，例如石灰或硼硅酸盐玻璃，或由有机材料制成，例如甲基丙烯酸甲酯热塑性树脂或聚碳酸酯，厚度为0.1nm至1mm，其上具有厚度为1.5至7微米的含有氧化锌的层8，层8是光学滤波器7的有源层。在本领域中已知氧化锌在紫外(UV)范围内具有高反射率并且在可见光范围内具有高透射率，然而，为了本发明的正确功能，氧化锌的主要反射范围已经略微延长，直到可见光范围的开始，这是通过将其配置为氧化锌纳米线的纳米结构来实现的，晶格常数为200nm至400nm，填充率为0.5至0.8，高度为1至2微米，图5示出了施加在形成滤光器7的衬底9上的层8的所述纳米线结构(NEH)的透视图。衬底9和层8的折射率在180相位移动，以实现光学滤波器7同时表现为反射和抗反射表面，作为穿过它的光的波长的函数。
在图9中，当发光层2发射光束14并且这到达滤光器7时，波长大于540nm的分量实际上没有损失地通过它，但是380nm至520nm范围内的大部分蓝紫色分量14'通过层8的氧化锌纳米结构的纳米线(NEH)回射到发光层2，在那里高光能被释放并且以更长的波长14”重新发射，这也允许它们几乎没有损失地穿过层8和衬底9，这导致在波长处发射的更大量的光，其中人眼具有更大的相对明视效率，这导致每瓦消耗更大量的流明。
由于滤光器7不能完全反射350nm至450nm范围内的高能可见光，因此蓝紫色并未完全消除，因此LED灯1的色彩再现指数不仅没有减少，反而从81.10％略微增加到83.48％。
此外，白光LED灯线性模块位于半圆形滤光器的几何焦点之外，反射器比白光LED灯的线性模块宽50％，并且具有与此相同的长度。
在图7和图9中单独示出的滤光器7(在图5中详细示出)具有以下光学特性：反射率在380nm至490nm的范围内为60％至90％；反射率在491nm至500nm的范围内为60％到30％；反射率在501nm至530nm的范围内为30％至10％，在531nm至1100nm的范围内为10％至0％；吸光度在380至490nm的范围内为60％至90％；吸光度在491nm至500nm的范围内为60％到30％；吸光度在501nm至530nm的范围内为30％至10％，在531nm至1100nm的范围内为10％至0％。
图10示出了当受到该创新光学装置的影响时，由图6所示白光LED灯的相同线性模块3产生的可见范围内的新光谱分布。
根据已经描述的本发明，本领域技术人员将发现可以以不同方式对其进行修改。应认为这些修改不脱离本发明的精神和范围。
另外，该描述包括本文描述的不同种类和/或形态的元素的任何组合或子组合。本领域技术人员将认识到，应当根据所附权利要求及其任何等同物来解释这些特征以及本公开的范围。

Claims (27)

1.一种光学装置，所述光学装置应用于电致发光灯，所述光学装置位于光源外部并由光学反射器和多层滤光器组成，其中：
所述光学反射器是镜面或漫反射金属表面，反射率不低于98％，向工作平面反射所述光源产生的光线；
所述滤光器是透明且刚性的多层结构，由透明的有机或无机材料制成，所述有机或无机材料用作其上施加有氧化锌层的衬底，所述氧化锌层是所述滤光器的有源层，所述氧化锌层的厚度为1.5至3微米，在所述氧化锌层的内部包含氧化锌纳米线的纳米结构，所述纳米结构的晶格常数为200nm至400nm、填充率为0.5至0.8、高度为1至2微米，所述滤光器在380nm至530nm的带宽中作为部分光反射器及在531nm至1100nm的范围内作为抗反射元件；以及
所述滤光器的所述衬底和所述氧化锌层的折射率相位偏移180°。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述电致发光灯为荧光灯或传统白光LED。
3.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述滤光器完全覆盖所述光源的发光层的发射角而不与其接触。
4.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述无机材料的所述衬底由厚度为0.1mm至1.0mm的石灰或硼硅酸盐玻璃制成。
5.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述有机材料的所述衬底由厚度为0.1mm至1.0mm的甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯的热塑性树脂制成。
6.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述电致发光灯是线性荧光灯，所述光学反射器具有抛物线形状。
7.根据权利要求6所述的光学装置，其中所述线性荧光灯的内表面被电致发光材料覆盖。
8.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述电致发光灯是线性荧光灯，所述滤光器具有圆柱形状。
9.根据权利要求8所述的光学装置，其中所述滤光器的内径比将受影响的所述荧光灯的外径至少要大2毫米，所述内径的长度覆盖所述荧光灯的所有发光表面。
10.根据权利要求8所述的光学装置，其中所述线性荧光灯同轴地容纳在所述滤光器内。
11.根据权利要求8所述的光学装置，其中所述滤光器和所述线性荧光灯通过两个基座机械连接到所述光学反射器，每个基座位于所述灯的端部，用作向所述灯提供电能的装置。
12.根据权利要求1所述的光学装置，其中要受影响的发光源是用于照明的一般用途的LED灯线性模块，所述光学反射器是平的。
13.根据权利要求12所述的光学装置，所述LED灯线性模块为白光LED线性模块。
14.根据权利要求13所述的光学装置，其中所述白光LED线性模块通过螺钉安装在所述光学反射器上，与所述光学反射器紧密接触，对称地围绕所述光学反射器设置。
15.根据权利要求13所述的光学装置，其中所述光学反射器比所述白光LED线性模块宽50％，并且具有与其相同的长度。
16.根据权利要求13所述的光学装置，其中所述白光LED线性模块是印刷电路，所述印刷电路上安装有至少一个半导体发光二极管，并且这些半导体二极管在发光层上发射短波长光，当施加所述短波长光时，所述发光层发射白光。
17.根据权利要求13所述的光学装置，其中所述滤光器具有半圆形状，其直径是所述白光LED线性模块的宽度的两倍，并且具有两个水平侧翼，所述侧翼布置在半圆形的至少2mm宽的端部处，形成Ω形状的单件。
18.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述滤光器通过螺钉安装在所述光学反射器上，所述滤光器被安置在在空腔中容纳半导体二极管或发射白光发射器的模块中，从而形成所述滤光器和反射器，其中所述滤光器的有源层面向白色发光二极管或所述半导体二极管的发光层。
19.根据权利要求17所述的光学装置，其中所述白光LED线性模块设置在半圆形滤光器的几何焦点之外。
20.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述滤光器在380nm至490nm的波长范围内具有60％至90％的反射率。
21.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述滤光器在491nm至500nm的波长范围内具有30％至60％的反射率。
22.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述滤光器在501nm至530nm的波长范围内具有10％至30％的反射率。
23.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述滤光器在531nm至1100nm的波长范围内具有0％至10％的反射率。
24.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述滤光器在380nm至490nm的波长范围内具有60％至90％的吸光度。
25.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述滤光器在491nm至500nm的波长范围内具有30％至60％的吸光度。
26.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述滤光器在501nm至530nm的波长范围内具有10％至30％的吸光度。
27.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述滤光器在531nm至1100nm的波长范围内具有0％至10％的吸光度。
CN201780072840.0A 2016-11-24 2017-11-23 包括滤光器的借助于分色氧化锌纳米棒增强电致发光光源的发射的光学装置 Active CN110023669B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
MX2016015395A MX2016015395A (es) 2016-11-24 2016-11-24 Dispositivo optico para incrementar la emision de luz util en fuentes electro-luminiscentes, mediante la retroreflexion selectiva de las longitudes de onda de alta energia de dicha luz emitida.
MXMX/A/2016/015395 2016-11-24
PCT/MX2017/000135 WO2018097704A1 (es) 2016-11-24 2017-11-23 Dispositivo óptico que aumenta la emisión de fuentes de luz electro-luminiscentes con ayuda de un filtro dicroico que comprende nanohilos de óxido de zinc

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110023669A CN110023669A (zh) 2019-07-16
CN110023669B true CN110023669B (zh) 2021-08-24

Family

ID=62195321

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780072840.0A Active CN110023669B (zh) 2016-11-24 2017-11-23 包括滤光器的借助于分色氧化锌纳米棒增强电致发光光源的发射的光学装置

Country Status (17)

Country Link
US (1) US10883671B2 (zh)
EP (1) EP3546818A1 (zh)
JP (1) JP2020513596A (zh)
KR (1) KR20190087482A (zh)
CN (1) CN110023669B (zh)
AU (1) AU2017366165B2 (zh)
BR (1) BR112019010400A2 (zh)
CA (1) CA3044528A1 (zh)
CL (1) CL2019001412A1 (zh)
MX (1) MX2016015395A (zh)
MY (1) MY196994A (zh)
NO (1) NO20190786A1 (zh)
PE (1) PE20191008A1 (zh)
PH (1) PH12019501148A1 (zh)
RU (1) RU2742471C2 (zh)
WO (1) WO2018097704A1 (zh)
ZA (1) ZA201904041B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210068672A (ko) * 2019-12-02 2021-06-10 에스엘 주식회사 광학 렌즈 및 이를 이용한 조명 장치
GB2598753B (en) * 2020-09-10 2023-06-14 Plessey Semiconductors Ltd Selective optical filter for RGB LED

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5813753A (en) * 1997-05-27 1998-09-29 Philips Electronics North America Corporation UV/blue led-phosphor device with efficient conversion of UV/blues light to visible light
CN101353572A (zh) * 2007-07-26 2009-01-28 晶元光电股份有限公司 波长转换系统
CN102712167A (zh) * 2009-12-03 2012-10-03 研究三角协会 反射性纳米纤维照明装置
KR20120136205A (ko) * 2011-06-08 2012-12-18 영남대학교 산학협력단 도핑된 ＺｎＯ 층을 포함하는 발광소자 및 그 제조방법

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5725738A (en) 1980-07-23 1982-02-10 Toshiba Electric Equip Corp Illuminating device
JP4191925B2 (ja) * 2001-12-04 2008-12-03 パナソニック株式会社 液晶バックライト装置
TW200641387A (en) * 2005-02-21 2006-12-01 Dainippon Printing Co Ltd Anti-glare optical multilayer body
US8000005B2 (en) * 2006-03-31 2011-08-16 Prysm, Inc. Multilayered fluorescent screens for scanning beam display systems
JP2006332000A (ja) 2005-05-30 2006-12-07 Toshiba Lighting & Technology Corp 発光性紫外線カット材料、発光性紫外線カットフィルタ、ランプおよび照明器具
KR20070012224A (ko) 2005-07-22 2007-01-25 도시바 라이텍쿠 가부시키가이샤 자외선 차단 재료, 자외선 차단 가시 선택 투과 필터, 가시선택 투과 수지 재료, 광원 및 조명 장치
TWI402882B (zh) * 2007-03-14 2013-07-21 Jenn Wei Mii 發光元件
US10161615B2 (en) * 2007-05-31 2018-12-25 Nthdegree Technologies Worldwide Inc Apparatus with forward and reverse-biased light emitting diodes coupled in parallel
KR101539995B1 (ko) * 2008-05-13 2015-08-06 삼성디스플레이 주식회사 광결정형 컬러 필터 및 이를 구비하는 반사형 액정디스플레이 장치
ITMI20081135A1 (it) * 2008-06-24 2009-12-25 Trapani Paolo Di Dispositivo di illuminazione
US8378563B2 (en) * 2010-01-15 2013-02-19 Express Imaging Systems, Llc Apparatus, method to change light source color temperature with reduced optical filtering losses
DE102012223925B4 (de) * 2012-12-20 2024-03-21 Coretronic Corporation Beleuchtungsvorrichtung mit Pumplichtquelle, Leuchtstoffanordnung und Filteranordnung
WO2017053309A1 (en) * 2015-09-23 2017-03-30 Osram Sylvania Inc. Collimating metalenses and technologies incorporating the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5813753A (en) * 1997-05-27 1998-09-29 Philips Electronics North America Corporation UV/blue led-phosphor device with efficient conversion of UV/blues light to visible light
CN101353572A (zh) * 2007-07-26 2009-01-28 晶元光电股份有限公司 波长转换系统
CN102712167A (zh) * 2009-12-03 2012-10-03 研究三角协会 反射性纳米纤维照明装置
KR20120136205A (ko) * 2011-06-08 2012-12-18 영남대학교 산학협력단 도핑된 ＺｎＯ 층을 포함하는 발광소자 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
US10883671B2 (en) 2021-01-05
BR112019010400A2 (pt) 2019-09-03
ZA201904041B (en) 2021-05-26
MY196994A (en) 2023-05-17
RU2742471C2 (ru) 2021-02-08
EP3546818A1 (en) 2019-10-02
CA3044528A1 (en) 2018-05-31
JP2020513596A (ja) 2020-05-14
NO20190786A1 (en) 2019-06-23
KR20190087482A (ko) 2019-07-24
CL2019001412A1 (es) 2019-10-11
CN110023669A (zh) 2019-07-16
RU2019119007A3 (zh) 2020-12-24
MX2016015395A (es) 2018-05-23
RU2019119007A (ru) 2020-12-24
PE20191008A1 (es) 2019-07-18
AU2017366165B2 (en) 2022-11-24
WO2018097704A1 (es) 2018-05-31
PH12019501148A1 (en) 2019-09-09
US20200063924A1 (en) 2020-02-27
AU2017366165A1 (en) 2019-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2756225B1 (en) Apparatus, method to enhance color contrast in phosphor-based solid state lights
US9512970B2 (en) Photoluminescence wavelength conversion components
EP2524165B1 (en) Apparatus, method to change light source color temperature with reduced optical filtering losses
JP6987752B2 (ja) 例えばスポット照明用途の照明デバイス
KR101639789B1 (ko) Ｌｅｄ 모듈
US20100258828A1 (en) Solid state light emitter with near-uv pumped nanophosphors for producing high cri white light
EP2705545B1 (en) Phosphor-enhanced lighting device, retrofit light bulb and light tube with reduced color appearance
EP3841845A1 (en) Lighting apparatus
CN110023669B (zh) 包括滤光器的借助于分色氧化锌纳米棒增强电致发光光源的发射的光学装置
US20170082248A1 (en) Led-based linear lamps and lighting arrangements
KR101819912B1 (ko) 광원, 방사선 변환 요소 및 필터를 갖는 조명 시스템
JP2010534388A (ja) ランプ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant