JP2019523982A - 多機能光、データデバイス、または組み合わせ、およびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2016年5月13日に出願された発明の名称「MULTIFUNCTIONAL LIGHT AND DATA DEVICE AND SYSTEM」を有する米国仮特許出願整理番号62/335,936の恩典および優先権を主張し、その開示は参照により全体として本明細書に組み入れられる。
欧州委員会のエネルギー総局の年次報告書は、2030年までに世界のエネルギー需要が30%増加すると予測している。現在の建築物のすべての電力消費のうち、20%は照明に適用される。したがって、多機能でより効率的である革新的な照明のソリューションを見つけることが、最も重要となっている。多機能デバイスの分野において、照明とデータ転送とを組み合わせることができるデバイスが、とくに有望である。通信システムおよびデータ転送、とりわけ無線技術の需要が、今後10年間に指数関数的に増加すると予想される。既存の技術は、込み入ったスペクトルおよび限られた帯域幅ゆえに、急増する需要に追いつくことができない。
本開示の実施形態は、例えば、可視光を生成するためおよび/または可視光を使用して通信を行うための、ハライドペロブスカイトおよび/または蛍光体(phosphor)を含む材料を含むデバイスおよびシステムを提供する。
本開示がより詳細に記載される前に、本開示は記載される特定の態様に限定されず、当然のことながら変更され得ることが理解されるべきである。本明細書において使用する用語は、特定の態様のみを説明するためのものであり、本開示の範囲が添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるため、限定することを意図するものではないことも理解されるべきである。
本開示の実施形態は、例えば、可視光を生成するためおよび/または可視光を使用して通信を行うための、ハライドペロブスカイトおよび/または蛍光体(phosphor)を含む材料を含むデバイスおよびシステムを提供する。本開示の実施形態は、可視光をするためおよび/または可視光を使用して通信を行うための、ハライドペロブスカイトおよび/または蛍光体を含む材料を含むデバイスおよびシステムを提供する。
本開示において、半導体照明(SSL)のための白色光の生成に加えて、可視光通信(VLC)のための光変換器としてのCsPbBr3ペロブスカイトナノ結晶(NC)の高速かつ主に放射性の再結合特性を調べる。本発明者らのシステムにおいて、従来からの窒化物ベースの蛍光体(3〜12MHz)および有機ポリマー(200MHz)よりも著しく大きい491MHzという記録光変換器関連の変調帯域幅が測定された。この光源は、89にもなる高いCRIおよび3200Kを超える相関色温度(CCT)を有する明るくて温かい白色光を生成する。本発明者らの知る限りにおいて、この研究は、溶液で処理されたペロブスカイトNCによる最初のVLCシステムの報告である。この研究は、蛍光体によって変換される白色光VLCシステムの帯域幅の限界の障壁を打ち破り、VLCおよびSSLの両方の用途のための効率的かつ効果的な代替蛍光体材料としてのCsPbBr3ペロブスカイトNCの新規な利用を紹介する。
PMMAポリマーに封入されたCsPbBr3ペロブスカイトナノ結晶およびCdSe/ZnS量子ドット蛍光体の混合物を作製した。図7Aが、ポリマー中に分布した緑色発光CsPbBr3 NCおよび赤色発光CdSe/ZnS量子ドット蛍光体を含む材料の写真を示している。PLスペクトルは、2つのピークを含んでおり、緑色光の発光が、510nmに中心を有し、FWHM=20nmであり、赤色の発光が、620nmに中心を有し、FWHM=34nmである。フィルムのPLQYは83%である。
PMMAにCsPbI3ペロブスカイトナノ結晶を含む高分子膜を作製した(図8A)。PLスペクトルは、660nmを中心とし、FWHM=37%およびPLQY=68%を有している1つの発光ピークを含む。
励起源と、ハライドペロブスカイト、蛍光体、またはその両方を含む材料とを備え、
該励起源が、第1の光エネルギーを放出し、該材料が、該励起源からの該第1の光エネルギーを吸収して、可視範囲内の波長にある第2の光エネルギーを放出し、該1の光エネルギーと該第2の光エネルギーとが異なる波長にある、
デバイス。
[本発明1002]
前記ハライドペロブスカイトがAMX 3 であり、ここでAが、有機または無機のカチオンであり、Mが、Pb、Sn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Pd、Cd、Ge、Cs、またはEuからなる群より選択される二価カチオンであり、Xがハライドから選択される、本発明1001のデバイス。
[本発明1003]
前記ハライドペロブスカイトが、MAPbI 3 、MAPbBr 3 、FAPbBr 3 、FAPbI 3 、MAPbCl 3 、MAPbBr 2 Cl、FAPbCl 3 、CsPbI 3 、CsPbCl 3 、CsPbBr 3 、FASnBr 3 、FASnBr 3 、FASnBr 3 、MASnBr 3 、MASnBr 3 、およびMASnBr 3 からなる群より選択され、ここでMAがメチルアンモニウムであり、FAはホルムアミジニウムである、本発明1003のデバイス。
[本発明1004]
前記励起源が、青色レーザーダイオードまたは青色LEDである、本発明1001〜1003のいずれかのデバイス。
[本発明1005]
前記材料が、前記ハライドペロブスカイト、前記蛍光体、またはそれらの組み合わせの固体混合物である、本発明1001〜1004のいずれかのデバイス。
[本発明1006]
前記材料が、前記ハライドペロブスカイト、ポリマーに封入された前記蛍光体、またはそれらの組み合わせの混合物である、本発明1001〜1004のいずれかのデバイス。
[本発明1007]
前記ポリマーが、ポリウレタン、ラテックスゴム、シリコンゴム、他のゴム、ポリ塩化ビニル(PVC)、ビニルポリマー、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリアミド、バイオポリマー、ポリオレフィン、熱可塑性エラストマー、スチレンブロックコポリマー、およびポリエーテルブロックアミドからなる群より選択される、本発明1006のデバイス。
[本発明1008]
前記蛍光体が、セリウム、ジスプロシウム、エルビウム、ユーロピウム、ガドリニウム、ホルミウム、ランタン、ルテチウム、ネオジム、プラセオジム、プロメチウム、サマリウム、スカンジウム、テルビウム、ツリウム、イッテルビウム、およびイットリウムの酸化物、窒化物、オキシ窒化物、硫化物、オキシ硫化物、セレン化物、ハロゲン化物、オキシハロゲン化物、ケイ酸塩、アルミン酸塩、フッ化物、リン酸塩、ガーネット、および灰重石からなる群より選択される、本発明1001〜1007のいずれかのデバイス。
[本発明1009]
前記蛍光体が、以下の量子ドット:CdSe、CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdSe/CdS、InP、InP/ZnS、InP/ZnSe、PbS、PbSe、CdTe、CdTe/ZnS、CdTe/CdSeからなる群より選択される、本発明1001〜1007のいずれかのデバイス。
[本発明1010]
前記ハライドペロブスカイトが、約5〜約1000nmの直径を有するナノ結晶である、本発明1001〜1009のいずれかのシステム。
[本発明1011]
前記第2の光エネルギーが、約80〜90の演色評価数および約2000〜4000Kの相関色温度を有する白色光である、本発明1001〜1010のいずれかのデバイス。
[本発明1012]
前記第2の光エネルギーが、FWHM<35nmおよびPLQY>80%を有する緑色光および赤色光である、本発明1001〜1011のいずれかのデバイス。
[本発明1013]
前記第2の光エネルギーが、FWHM>35nmおよびPLQY>60%を有する赤色光である、本発明1001〜1012のいずれかのデバイス。
[本発明1014]
第1の光エネルギーを放出する励起源であって、該第1の光エネルギーの変調がデータセットを符号化する、励起源と、
ハライドペロブスカイトナノ結晶、蛍光体、またはその両方を含む材料であって、該材料が、該励起源からの該第1の光エネルギーを吸収して、可視範囲内の波長にある第2の光エネルギーを放出し、該第2の光エネルギーがデータセットを符号化する、材料と
を備える、システム。
[本発明1015]
前記第2の光エネルギーを受信する検出器をさらに備える、本発明1014のシステム。
[本発明1016]
前記データセットが、前記受信された第2の光エネルギーから抽出される、本発明1015のシステム。
[本発明1017]
前記データセットが、約1〜3Gbit/sで受信される、本発明1016のシステム。
[本発明1018]
前記ハライドペロブスカイトがAMX 3 であり、ここでAが、有機カチオンであり、Mが、Pb、Sn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Pd、Cd、Ge、Cs、またはEuからなる群より選択される二価カチオンであり、Xがハライドから選択される、本発明1014〜1017のいずれかのシステム。
[本発明1019]
前記ハライドペロブスカイトが、MAPbI 3 、MAPbBr 3 、FAPbBr 3 、FAPbI 3 、MAPbCl 3 、MAPbBr 2 Cl、FAPbCl 3 、CsPbI 3 、CsPbCl 3 、CsPbBr 3 、FASnBr 3 、FASnBr 3 、FASnBr 3 、MASnBr 3 、MASnBr 3 、およびMASnBr 3 からなる群より選択され、ここでMAがメチルアンモニウムであり、FAがホルムアミジニウムである、本発明1014〜1017のいずれかのシステム。
[本発明1020]
前記励起源が、青色レーザーダイオードまたは青色LEDである、本発明1014〜1019のいずれかのシステム。
[本発明1021]
前記材料が、ハライドペロブスカイト、蛍光体、またはそれらの組み合わせの固体混合物である、本発明1014〜1020のいずれかのデバイス。
[本発明1022]
前記材料が、ポリマーに封入されたハライドペロブスカイトおよび/または蛍光体の混合物である、本発明1014〜1020のいずれかのデバイス。
[本発明1023]
前記ポリマーが、ポリウレタン、ラテックスゴム、シリコンゴム、他のゴム、ポリ塩化ビニル(PVC)、ビニルポリマー、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリアミド、バイオポリマー、ポリオレフィン、熱可塑性エラストマー、スチレンブロックコポリマー、およびポリエーテルブロックアミドからなる群より選択される、本発明1022のデバイス。
[本発明1024]
前記蛍光体が、セリウム、ジスプロシウム、エルビウム、ユーロピウム、ガドリニウム、ホルミウム、ランタン、ルテチウム、ネオジム、プラセオジム、プロメチウム、サマリウム、スカンジウム、テルビウム、ツリウム、イッテルビウム、およびイットリウムの酸化物、窒化物、オキシ窒化物、硫化物、オキシ硫化物、セレン化物、ハロゲン化物、オキシハロゲン化物、ケイ酸塩、アルミン酸塩、フッ化物、リン酸塩、ガーネット、および灰重石からなる群より選択される、本発明1014〜1023のいずれかのデバイス。
[本発明1025]
前記蛍光体が、以下の量子ドット:CdSe、CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdSe/CdS、InP、InP/ZnS、InP/ZnSe、PbS、PbSe、CdTe、CdTe/ZnS、CdTe/CdSeからなる群より選択される、本発明1014〜1023のいずれかのデバイス。
[本発明1026]
前記ハライドペロブスカイトが、CsPbBr 3 の微結晶膜である、本発明1014のシステム。
[本発明1027]
前記蛍光体が、窒化物蛍光体である、本発明1014〜1026のいずれかのシステム。
[本発明1028]
前記窒化物蛍光体が、赤色発光窒化物蛍光体である、本発明1027のシステム。
[本発明1029]
前記ハライドペロブスカイトが、約5〜約1000nmの直径を有するナノ結晶である、本発明1014〜1028のいずれかのシステム。
他の組成物、方法、特徴、および利点が、以下の図面および詳細な説明を検討することにより、当業者にとって明らかであり、または明らかになるであろう。そのような追加の組成物、方法、特徴、および利点のすべてが、この説明に含まれ、本開示の範囲に包含され、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。
Claims (29)
- 励起源と、ハライドペロブスカイト、蛍光体、またはその両方を含む材料とを備え、
該励起源が、第1の光エネルギーを放出し、該材料が、該励起源からの該第1の光エネルギーを吸収して、可視範囲内の波長にある第2の光エネルギーを放出し、該1の光エネルギーと該第2の光エネルギーとが異なる波長にある、
デバイス。 - 前記ハライドペロブスカイトがAMX3であり、ここでAが、有機または無機のカチオンであり、Mが、Pb、Sn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Pd、Cd、Ge、Cs、またはEuからなる群より選択される二価カチオンであり、Xがハライドから選択される、請求項1記載のデバイス。
- 前記ハライドペロブスカイトが、MAPbI3、MAPbBr3、FAPbBr3、FAPbI3、MAPbCl3、MAPbBr2Cl、FAPbCl3、CsPbI3、CsPbCl3、CsPbBr3、FASnBr3、FASnBr3、FASnBr3、MASnBr3、MASnBr3、およびMASnBr3からなる群より選択され、ここでMAがメチルアンモニウムであり、FAはホルムアミジニウムである、請求項3記載のデバイス。
- 前記励起源が、青色レーザーダイオードまたは青色LEDである、請求項1〜3のいずれか一項記載のデバイス。
- 前記材料が、前記ハライドペロブスカイト、前記蛍光体、またはそれらの組み合わせの固体混合物である、請求項1〜4のいずれか一項記載のデバイス。
- 前記材料が、前記ハライドペロブスカイト、ポリマーに封入された前記蛍光体、またはそれらの組み合わせの混合物である、請求項1〜4のいずれか一項記載のデバイス。
- 前記ポリマーが、ポリウレタン、ラテックスゴム、シリコンゴム、他のゴム、ポリ塩化ビニル(PVC)、ビニルポリマー、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリアミド、バイオポリマー、ポリオレフィン、熱可塑性エラストマー、スチレンブロックコポリマー、およびポリエーテルブロックアミドからなる群より選択される、請求項6記載のデバイス。
- 前記蛍光体が、セリウム、ジスプロシウム、エルビウム、ユーロピウム、ガドリニウム、ホルミウム、ランタン、ルテチウム、ネオジム、プラセオジム、プロメチウム、サマリウム、スカンジウム、テルビウム、ツリウム、イッテルビウム、およびイットリウムの酸化物、窒化物、オキシ窒化物、硫化物、オキシ硫化物、セレン化物、ハロゲン化物、オキシハロゲン化物、ケイ酸塩、アルミン酸塩、フッ化物、リン酸塩、ガーネット、および灰重石からなる群より選択される、請求項1〜7のいずれか一項記載のデバイス。
- 前記蛍光体が、以下の量子ドット:CdSe、CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdSe/CdS、InP、InP/ZnS、InP/ZnSe、PbS、PbSe、CdTe、CdTe/ZnS、CdTe/CdSeからなる群より選択される、請求項1〜7のいずれか一項記載のデバイス。
- 前記ハライドペロブスカイトが、約5〜約1000nmの直径を有するナノ結晶である、請求項1〜9のいずれか一項記載のシステム。
- 前記第2の光エネルギーが、約80〜90の演色評価数および約2000〜4000Kの相関色温度を有する白色光である、請求項1〜10のいずれか一項記載のデバイス。
- 前記第2の光エネルギーが、FWHM<35nmおよびPLQY>80%を有する緑色光および赤色光である、請求項1〜11のいずれか一項記載のデバイス。
- 前記第2の光エネルギーが、FWHM>35nmおよびPLQY>60%を有する赤色光である、請求項1〜12のいずれか一項記載のデバイス。
- 第1の光エネルギーを放出する励起源であって、該第1の光エネルギーの変調がデータセットを符号化する、励起源と、
ハライドペロブスカイトナノ結晶、蛍光体、またはその両方を含む材料であって、該材料が、該励起源からの該第1の光エネルギーを吸収して、可視範囲内の波長にある第2の光エネルギーを放出し、該第2の光エネルギーがデータセットを符号化する、材料と
を備える、システム。 - 前記第2の光エネルギーを受信する検出器をさらに備える、請求項14記載のシステム。
- 前記データセットが、前記受信された第2の光エネルギーから抽出される、請求項15記載のシステム。
- 前記データセットが、約1〜3Gbit/sで受信される、請求項16記載のシステム。
- 前記ハライドペロブスカイトがAMX3であり、ここでAが、有機カチオンであり、Mが、Pb、Sn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Pd、Cd、Ge、Cs、またはEuからなる群より選択される二価カチオンであり、Xがハライドから選択される、請求項14〜17のいずれか一項記載のシステム。
- 前記ハライドペロブスカイトが、MAPbI3、MAPbBr3、FAPbBr3、FAPbI3、MAPbCl3、MAPbBr2Cl、FAPbCl3、CsPbI3、CsPbCl3、CsPbBr3、FASnBr3、FASnBr3、FASnBr3、MASnBr3、MASnBr3、およびMASnBr3からなる群より選択され、ここでMAがメチルアンモニウムであり、FAがホルムアミジニウムである、請求項14〜17のいずれか一項記載のシステム。
- 前記励起源が、青色レーザーダイオードまたは青色LEDである、請求項14〜19のいずれか一項記載のシステム。
- 前記材料が、ハライドペロブスカイト、蛍光体、またはそれらの組み合わせの固体混合物である、請求項14〜20のいずれか一項記載のデバイス。
- 前記材料が、ポリマーに封入されたハライドペロブスカイトおよび/または蛍光体の混合物である、請求項14〜20のいずれか一項記載のデバイス。
- 前記ポリマーが、ポリウレタン、ラテックスゴム、シリコンゴム、他のゴム、ポリ塩化ビニル(PVC)、ビニルポリマー、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリアミド、バイオポリマー、ポリオレフィン、熱可塑性エラストマー、スチレンブロックコポリマー、およびポリエーテルブロックアミドからなる群より選択される、請求項22記載のデバイス。
- 前記蛍光体が、セリウム、ジスプロシウム、エルビウム、ユーロピウム、ガドリニウム、ホルミウム、ランタン、ルテチウム、ネオジム、プラセオジム、プロメチウム、サマリウム、スカンジウム、テルビウム、ツリウム、イッテルビウム、およびイットリウムの酸化物、窒化物、オキシ窒化物、硫化物、オキシ硫化物、セレン化物、ハロゲン化物、オキシハロゲン化物、ケイ酸塩、アルミン酸塩、フッ化物、リン酸塩、ガーネット、および灰重石からなる群より選択される、請求項14〜23のいずれか一項記載のデバイス。
- 前記蛍光体が、以下の量子ドット:CdSe、CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdSe/CdS、InP、InP/ZnS、InP/ZnSe、PbS、PbSe、CdTe、CdTe/ZnS、CdTe/CdSeからなる群より選択される、請求項14〜23のいずれか一項記載のデバイス。
- 前記ハライドペロブスカイトが、CsPbBr3の微結晶膜である、請求項14記載のシステム。
- 前記蛍光体が、窒化物蛍光体である、請求項14〜26のいずれか一項記載のシステム。
- 前記窒化物蛍光体が、赤色発光窒化物蛍光体である、請求項27記載のシステム。
- 前記ハライドペロブスカイトが、約5〜約1000nmの直径を有するナノ結晶である、請求項14〜28のいずれか一項記載のシステム。
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