KR101833313B1 - 규정된 컬러 방출을 위한 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

조명 장치에 사용하기 위한 반도체 나노입자 기반 광학변환층 및 그를 포함하는 조명장치. 다양한 실시예에서, 구형 코어/쉘 시딩된 나노입자(SNP) 또는 나노로드 시딩된 나노입자(RSNP)가 고 광학 밀도, 및 낮은 재흡수 및 작은 FRET의 우수한 조합을 가진 변환층을 형성하기 위해 사용된다. 일부 실시예에서, SNP 또는 RSNP는 호스트 매트릭스 없이 변환층을 형성한다. 일부 실시예에서, SNP 또는 RSNP가 폴리머 또는 실리콘과 같은 호스트 매트릭스에 매립된다. 우수한 광학 특성의 조합을 보여주면서, 변환층은 극도로 얇게 만들어질 수 있다. SNP 또는 RSNP 기반 변환층을 포함하는 조명장치는 에너지에서 효율적이고 우수한 규정된 컬러 방출을 보여준다.

Description

규정된 컬러 방출을 위한 조명 장치{LIGHTING DEVICES WITH PRESCRIBED COLOUR EMISSION}
본 발명의 실시예는 일반적으로 반도체 나노입자를 포함하는 광학 장치 특히, 반도체 양자 구속(quantum confined) 나노입자를 가진 변환층을 포함하는 조명 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 백열등 및 형광등에 비해 그의 고 에너지 효율과 긴 수명에 대해 현저한 이점을 제공한다. LED는 디스플레이, 자동차, 간판 조명, 및 지역 및 거리 조명을 포함하는 다양한 애플리케이션에 적용가능하다.
LED는 제조하는데에 사용된 무기 반도체 화합물에 따라 스펙트럼의 상기 영역에서 단색광을 방출할 수 있다. 그러나, 조명 산업의 매우 큰 부분에 요구되는 "백색" 광은 종래 LED를 이용하여 생성될 수 없다. 백색광을 산출하는 현재의 해결안은 다양한 컬러를 가진 3개 이상의 LED(예를 들면, 적, 녹 청, 또는 "RGB")를 이용하거나 자외선(UV) 또는 청색 방출 LED로부터의 폭넓은 백색 스펙트럼 방출을 생성하도록 형광 재료(예를 들면 세륨:YAG)의 컬러 변환층을 이용하는 것을 포함한다. 그러나, 이러한 백색광은 거의 항상 이상적이지 않으며 다수의 경우에 개선 또는 보정을 필요로할 수 있는 바람직하지않거나 또는 좋지않은 특성을 가진다.
콜로이드계 반도체 양자 점(QD)은 크기에 의해 QD 조정가능한 협소대역 방출을 이용하여 멀티-LED 해결안으로 얻어지는 것과 유사한 그리고 그보다 더 나은 컬러 범위를 획득할 수 있게 한다. OD를 통합시키는 변환층은 공지된 것으로서, 예를 들면 미국특허 7,264,527 및 7,645,397과 미국 특허출원 2008/0173886 및 2009/0162011을 참조하라. 그러나, QD에 기초한 변환층은 문제점을 가지고있다. 이는 예를 들면 재흡수 효과에 기인한 손실을 포함하여, QD 방출은 층에서의 다른 QD에 의해 재흡수된다. 일반적으로, 이는 청색보다 더 잘 방출하는 QD로부터의 발산하는 방출을 흡수하는 적색 QD에 대해 발생할 것이다. 이러한 원하지 않는 프로세스는 정규 QD 변환층의 에너지 효율 감소 및 컬러 조성에서의 변화를 가져온다. QD 샘플의 고유의 크기 분포는 중심 컬러 주변의 상이한 컬러를 제공한다. 따라서, 재흡수는 이러한 층 내부에서 고유하게 발생한다. 형광이 녹색광을 산출하기 위한 광 변환 스킴의 일부로서 사용되는 장치에서, QD 층은 재흡수 손실 및 컬러 변화 모두를 야기할 뿐 아니라 형광으로부터 부분적으로 광을 흡수할 것이다.
일부 경우에, 꽉 채워진(close-packed) 변환층이 바람직하다. 꽉 채워진 QD 변환층은 FRET(Fluorescence Rsonance Energy Transfer)로서 공지된 현상을 겪으며, 이에 대해서는 Joseph R. Lakowicz의 "Principles of Fluorescence Resonant Spectroscopy", 제 2판, Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, 1999, pp.367-443을 참조하라. FRET는 더 긴 파장으로 방출하고 근접하여 배치된 액셉터 QD에 비해 더 짧은(더 푸른색의) 파장으로 방출하는 도너 QD 사이에서 발생한다. 도너 방출 전이 쌍극자 모멘트와 액셉터 흡수 전이 쌍극자 모멘트 사이에는 쌍극자-쌍극자 상호작용이 있다. FRET 프로세스의 효율은 액셉터의 방출과 도너의 흡수의 스펙트럼 오버랩에 달려있다. 양자 점 사이의 FRET 거리는 일반적으로 10nm 이하이다. FRET 프로세스의 효율은 거리에 매우 민감하다. FRET는 컬러 변화(적색 편이)와 광 변환의 효율에서의 손실을 가져온다.
코어/쉘 나노입자(NPs)는 공지되어있다. 이는 하나의 유형의 재료의 "코어"가 또다른 유형의 재료의 "쉘"에 의해 커버되는 헤테로구조에 의해 특징지어지는 이산(discrete) 나노입자이다. 일부 경우에, 쉘은 "시드"로서 기능하는 코어의 위에서 성장되고, 코어/쉘 NP는 "시딩된" NP 또는 SNP로서 알려진다. "시드" 또는 "코어"라는 용어는 헤테로구조에 포함된 가장 깊은 쪽의 반도체 재료를 가리킨다. 도 1은 공지된 코어/쉘 입자의 개략적인 도면을 도시한다. 도 1a는 실질적으로 구형인 쉘이 대칭으로 배치되고 유사하게 구형인 구를 코팅하는 QD를 도시한다. 도 1b는 기다란 쉘 내에 비대칭적으로 배치된 코어를 가진 로드 형상의 ("나노로드") SNP(RSNP)를 도시한다. 나노로드라는 용어는 로드형 형상을 가진 나노결정, 즉, 다른 2개의 축을 따라서 유지되는 매우 작은 디멘션을 가진 결정의 제 1 축("길이")을 따라서 연장된 성장에 의해 형성되는 나노결정을 가리킨다. 나노로드는 매우 작은(일반적으로 10nm미만) 직경과 약 6nm 내지 500nm의 범위가 될 수 있는 길이를 가진다.
일반적으로, 코어는 거의 구형 형상을 가진다. 그러나, 피라미드와 유사한 형상, 8면체 큐브형상(cube-octahedron) 등과 같은 다양한 형상의 코어가 사용될 수 있다. 일반적인 코어 직경은 약 1nm 내지 20nm의 범위이다. 도 1c는 실질적으로 구형인 쉘이 대칭으로 배치되고 유사하게 구형인 코어를 코팅하는 QD를 도시한다. 전체 입자 직경은 코어 직경(d1)보다 매우 더 큰 d2이다. d1과 비교된 d2의 크기는 코어/쉘 NP의 광 흡수에 영향을 준다.
알려진 바와 같이, SNP는 더 높은 양자 수율(QY) 및 더 나은 내구성과 같은 더 나은 광학 및 화학적 특성을 제공할 수 있는 추가적인 외부 쉘을 포함할 수 있다. 애플리케이션에 요구되는 바와 같은 방출 컬러를 제공하도록 조합이 조정될 수 있다. 제 1 쉘의 길이는 일반적으로 10nm 내지 200nm 사이의 범위이고, 특히 15nm 내지 160nm의 범위이다. 다른 2개의 디멘션(로드 형상의 방사축)에서의 제 1 쉘의 두께는 1nm 내지 10nm 사이의 범위가 될 수 있다. 추가적인 쉘의 두께는 일일반적으로 0.3nm 내지 20nm 사이의 범위, 특히 0.5nm 내지 10nm의 범위가 될 수 있다.
상술한 QD 변환층의 다수의 결함을 고려하여, 이러한 결함으로 인해 문제를 겪지않는 변환 층에 대한 요구가 있고 그를 가지는 것이 이점이 있다. 특히, 무시할 정도의 재흡수(동일한 컬러 및 상이한 컬러 모두의), 무시할 정도의 클러스터링 및 고-부하(high-loading) 효과 및 무시할 정도의 FRET를 가진 나노입자 기반의 얇은 변환층을 가지는 것에 대한 요구가 있고 그를 가지는 것에 이점이 있다.
(정의)
"코어 재료"라고 하는 용어는 코어가 만들어지는 반도체 재료를 가리킨다. 재료는 Ⅱ-Ⅵ, Ⅲ-Ⅴ, Ⅳ-Ⅵ, 또는Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 반도체 또는 그의 화합물이 될 수 있다. 예를 들면, 시드/코어 재료는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, GaAs, GaP, GaAs, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb, Cu2S, Cu2Se, CuInS2, CuInSe2, Cu2(ZnSn)S4, Cu2(InGa)S4, 그의 합금 및 그의 혼합물 중에서 선택될 수 있다.
"쉘 재료"라고 하는 용어는 구형이 아닌 기다란 쉘의 각각이 만들어지는 반도체 재료를 가리킨다. 재료는 Ⅱ-Ⅵ, Ⅲ-Ⅴ, Ⅳ-Ⅵ, 또는Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2 반도체 또는 그의 화합물이 될 수 있다. 예를 들면, 쉘 재료는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, GaAs, GaP, GaAs, GaSb, GaN, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb, Cu2S, Cu2Se, CuInS2, CuInSe2, Cu2(ZnSn)S4, Cu2(InGa)S4, 그의 합금 및 그의 혼합물 중에서 선택될 수 있다.
"호스트 매트릭스"라는 용어는 SNP 또는 기타 적절한 나노입자를 통합하는 재료를 가리킨다. 호스트 매트릭스는 폴리머(액체 또는 모노머와 같은 반고체 전구체(precursor) 재료로 형성된), 에폭시, 실리콘, 유리 또는 실리콘과 에폭시의 합성물이 될 수 있다. 폴리머의 특정한 예시(한정이 아님)는 플루오르화된 폴리머, 폴리아크릴아미드 폴리머, 폴리아크릴산의 폴리머, 폴리아크릴로니트릴의 폴리머, 폴리아닐린(polyaniline)의 폴리머, 폴리벤조페논(polybenzophenon)의 폴리머, 폴리(메틸메타크릴레이트)의 폴리머, 실리콘 폴리머, 알루미늄 폴리머, 폴리비스페놀(polybisphenol)의 폴리머, 폴리뷰타다이엔의 폴리머, 폴리다이메틸실록세인 (polydimethylsiloxane)의 폴리머, 폴리에틸렌의 폴리머, 폴리소부틸렌(polyisobutylene)의 폴리머, 폴리프로필렌의 폴리머, 폴리스티렌의 폴리머, 및 폴리비닐 폴리머, 폴리비닐-부티랄 폴리머 또는 퍼플루오로사이클로부틸(perfluorocyclobutyl) 폴리머를 포함한다.
"리간드"라는 용어는 나노입자의 외부 표면 코팅을 가리킨다. 코팅은 나노입자 사이의 반 데르 발스 구속력을 극복하기 위해 응집(agglomeration) 및 집합(aggregation)을 방지하도록 SNP를 부동태화(不動態化)한다(passivate). 일반적으로 리간드는: 포스핀 및 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine) 산화물(TOPO)과 같은 포스핀 산화물, 트리옥틸포스핀(TOP), 트리부틸포스핀(tributylphosphine)(TBP), 도덱실포스포닉산(dodecylphosphonic acid)(DDPA), 트리덱실포스포닉산(tridecylphosphonic acid)(TDPA), 옥타덱실포스포닉산(octadecylphosphonic acid)(ODPA) 또는 헥실포스포닉산(hexylphosphonic acid)(HPA)와 같은 포스폰 산, 도데실 아민(DDA), 테트라데실 아민(TDA), 헥사데실 아민(HDA) 또는 옥타데실 아민(ODA)과 같은 아민, 헥사데칸 티올 또는 헥산 티올과 같은 티올, 메르캅토 프로피온산 또는 메르캅토 언데카노익(undecanoic) 산과 같은 메르캅토 카르복실산 또는 미리스트 산 또는 팔비트 산과 같은 기타 산을 이용한다.
본 발명의 실시예는 적어도 하나의 SNP 종 및/또는 자신의 고유한 광학 특성을 가지고 광학 변환 층을 렌더링하는 요구되는 특징을 가진 기타 나노입자를 결합시키는 광학 변환 층(또는 단순히 "층")을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 하나의 이러한 층을 이하 "SNP 변환층" 또는 간단히 "SNP 층"이라고 한다. 이하에서, SNP 층의 일부를 나타내는 "SNP 서브층", 및 복수의 SNP 층을 가진 구조를 나타내는 SNP 멀티층에 대한 참조가 이루어질 것이다. 유사한 용어가 "RSNP"에 의해 대체되는 "SNP"를 가진 RSNP 기반 층들에 사용될 것이다. 명료화를 위해, 본 설명의 이하에서, "층"은 "변환층"과 등가이다. 본 발명의 실시예는 또한 광을 전달하기 위한, 특히 상이한 컬러의 광을 산출하기위해 VIS/NIR 범위에서 더 긴 파장으로 짧은 파장(예를 들면, 청색 또는 UV)의 LED 단색 방출의 변환을 위한 SNP 변환층의 애플리케이션을 더 개시한다. 특히, 본 발명의 SNP 층은 고 에너지 효율을 가지고 고 CRI(컬러 렌더링 인덱스) 및 원하는 CCT(correlated colour temperature)와 같은 양질의 광학 특성을 가진 백색광 장치를 제공하도록 하나 이상의 LED를 가지고 사용될 수 있다. 다른 광 애플리케이션에서, SNP 층은 넓은 영역의 적용 범위 또는 특정한 컬러 대역과 같은 필수적이고 유익한 스펙트럼 출력을 제공할 수 있다.
하나의 실시예에서, SNP 층은 필수적으로 단일한 컬러로 방출하는 하나의 유형(종)의 SNP를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, SNP 층은 상이한 컬러로 방술하는 다수의 유형의 SNP의 혼합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, SNP 층은 리간드를 가지거나 가지지 않은 호스트 매트릭스에서 통합된 SNP를 포함할 수 있다. SNP 층을 이룬 구조는 다수의 서브층을 포함하며, 각각의 서브층은 SNP의 혼합을 포함하거나, 또는 상이한 유형의 SNP를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, SNP 층의 두께는 200㎛이하가 될 수 있다. 일부 실시예에서, SNP 층 두께는 50㎛ 이하가 될 수 있다. 일부 실시예에서, SNP 층 두께는 2㎛ 이하가 될 수 있다. 다른 실시예에서, SNP 층은 약 50 내지 1000nm 사이의 범위의 두께를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, SNP 층은 폴리머 매트릭스, 에폭시 또는 수지내에서 고-부하 비율을 가지는 SNP를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 고-부하 비율은 40%까지 될 수 있다. 일부 실시예에서, 고-부하 비율은 80%까지 될 수 있다. 일부 실시예에서, 고-부하 비율은 100%까지 될 수 있다.
본문에 개시된 실시예에 따른 SNP 변환층은 QD 변환층에서 알려지지 않고 미리 발견되지 않은 기능성 및 유익한 특성을 제공한다. 이는 하기를 포함한다:
1) 무시할 정도의 재흡수(동일한 컬러 및 상이한 컬러 모두). SNP 변환층에서의 재흡수는 낮은 적색 흡수도때문에 현저하게 감소된다(QD 변환층에서의 재흡수에 비해). 일반적으로, 재흡수는 에너지 손실을 가져온다. 예를 들면, 0.8의 일반적인 QY를 가정해보라. 단일한 재흡수 이벤트에서, OY는 0.8x0.8=0.64로 감소된다. 이러한 2개의 이벤트에서, QY는 0.83=0.51로 더 감소된다. 이러한 손실은 SNP 변환층에서 방지된다. 따라서, 효율은 개선된다. 재흡수는 또한 적색 편이를 가져오고, 이는 또한 이러한 SNP 변환 층에서 방지된다. 무시할 정도의 재흡수의 측면은 하나의 컬러 그 자체에 대해서뿐만 아니라(예를 들면 적색에서 더 진한 적색으로), 녹색 방출 SNP 또는 형광에서도 나타난다. 즉, QD 변환층으로, 적색 QD는 녹색 방출을 재흡수하여, 효율감소와 컬러 편이를 가져온다. SNP 변환층으로, 이러한 재흡수가 최소화된다. 동일한 컬러 및 상이한 컬러 재흡수 방지 기능 모두가 밀하게 패킹되건 아니건 간에 SNP 층의 고유한 특징이다.
2) 청색 여기로부터 적색 방출까지의 에너지의 매우 효율적인 "퓨넬링(funneling)". SNP 변환층은 스펙트럼 감지시 "광학 안테나"로서 필수적으로 동작한다. 그것은 최소한의 적색 재흡수에 의해 수반되는 청색 및 강한 적색 광냉광(photoluminescence)(PL)에서 매우 높은 흡수도를 가지기 때문에, 그것은 정규 QD 변환층 보다 훨씬 더 효율적으로 이러한 태스크를 수행한다. 상기의 1)을 참조하라.
3) FRET 방지 또는 최소화. 정규 QD 변환층에서, 일반적인 FRET의 길이의 크기는, 1/R6의 상관성을 가지고, ~10nm이고, 여기서, R은 2개의 QD 입자 사이의 거리이다. 예를 들면, 최초 방출 QY가 0.8이라면, QY는 단일한 FRET 프로세스 후에 0.64로 감소된다. FRET는 또한 적색 편이를 가져오며, 이는 SNP 층에서 방지된다. 자신의 고유한 특성에 기인하여, 밀하게 패킹된 SNP 변환층(예를 들면, 0-50nm의 SNP 사이의 작은 거리를 가진)은 밀하게 패킹된 QD 층에서 공통적으로 마주치는 FRET에 연관된 손실 및 결함을 방지할 것이다. 예시적으로, 본 발명의 변환 층에서의 SNP에 적용된 "밀하게 패킹된"것은 호스트 매트릭스에서 분산된 ~85% SNP, 및 ~15%의 리간드를 포함할 수 있다.
하나의 실시예에서, SNP 층은 자신의 방출 스펙트럼을 개선시키기 위해 LED와 같은 광학 장치 상에 코팅될 수 있다. 또다른 실시예에서, 개별 SNP층은 동일한 목적으로 하나 이상의 LED로부터 방출된 광의 광경로에 배치될 수 있다. 그러나 또다른 실시예에서, 복수의 상이한 SNP 변환 서브층을 구비한 층을 이룬 SNP 구조는 LED 상에서 코팅될 수 있다. 또다른 실시예에서, 층을 이룬 SNP 구조는 LED에 의해 방출된 광의 광학 경로에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, SNP 층은 에어 갭, 단파장(UV, 청색) 통과 필터와 같은 광학 필터, 장파장(예를 들면, 녹색 또는 적색) 반사 필터, 또는 반사에 의한 에너지 손실을 최소화하는 인덱스 매칭 층이 될 수 있는 커플링 층만큼 LED로부터 이격하여 공간을 두고 배치될 수 있다. LED와 SNP 층 사이의 공간은 예를 들면 LED로부터 SNP층으로의 열흐름에 기인한 가열을 최소화하기 위해 사용될 수 있다.
LED와 SNP 변환층 또는 층을 이룬 구조의 조합이 조명 장치(즉, 지역 조명, 간판 조명, 차량 조명, 포터블 조명, 백라이트 또는 기타 조명)에 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 조명 디바이스는 렌즈, 도파관, 스캐터, 반사 소자, 굴절 소자 또는 회절 소자와 같은 광학 소자를 더 포함한다. 광학 소자는 광 경로에서, 또는 층의 측면들 상의 SNP 층 앞에 또는 SNP 층과 광원 사이에 배치될 수 있다(예를 들면, 분산광을 이용하기 위한 반사 소자에 대해). 일부 실시예에서, 조명 장치는 LED 또는 하나 이상의 SNP층에 추가하여 상기 리스트로부터 2개 이상의 광학 소자의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 비제한적인 실시예가 첨부도면을 참조하여 하기에 예시의 방식으로만 기술된다.
도 1은 공지된 코어/쉘 입자인 (A) 코어 QD/쉘 QD; (B) RSNP; (C) SNP의 개략도이다.
도 2는 녹색광에 대해서는 (A)이고 오렌지색 광에 대해서는 (B)인 본 발명의 실시예에서 사용되는 코어/쉘 QD 재료 대 RSNP 재료의 광학 흡수 및 방출의 실험 결과를 도시한다.
도 3은 상이한 길이를 가진 3가지 유형의 적색 방출 SNP의 정규화된 흡수 곡선을 도시한다.
도 4는 유효한 밀하게-패킹된 QD에서의 FRET 효과와, 차단되어있는 밀하게-패킹되어있는 RSNP에서의 FRET 효과를 개략적으로 도시한다.
도 5a는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 SNP 층을 포함하는 광 변환 장치를 개략적으로 도시한다.
도 5b는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 SNP층을 포함하는 광 변환 장치를 개략적으로 도시한다.
도 6a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 SNP층을 포함하는 광 변환 장치를 개략적으로 도시한다.
도 6b는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 SNP층을 포함하는 광 변환 장치를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 SNP층을 포함하는 조명 장치를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 SNP층을 포함하는 조명 장치를 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 SNP층을 포함하는 조명 장치를 개략적으로 도시한다.
도 10a는 그 사이에 매립된 SNP층을 가진 도파관에 결합된 LED를 도시한다.
도 10b는 자신의 탑 표면에 배치된 SNP층을 가진 도파관에 결합된 LED를 개략적으로 도시한다.
도 11은 폴리머 PVB 필름에 매립된 33x7nm의 CdSe/CdS RSNP를 구비하는 변환층의 흡수(점선) 및 PL(실선)을 도시한다.
도 12a는 BaSO4 입자가 부가된 PVB 필름에 매립된 33 x 7nm의 CdSe/CdS RSNP를 구비한 변환층을 가진 455nm 청색 LED를 포함하는 조명 장치의 광 스펙트럼을 도시한다.
도 12b는 실리콘 RTV 필름에 매립된 27 x 5.5nm의 CdSe/CdS RSNP를 구비한 변환층을 가진 455nm 청색 LED를 포함하는 조명 장치의 광 스펙트럼을 도시한다.
도 13a는 유리 상의 밀도 스핀 코팅된 적색 방출 RSNP층의 흡수(점선) 및 PL 스펙트럼(실선)을 도시한다.
도 13b는 유리 상의 밀도 스핀 코팅된 녹색 방출 RSNP층의 흡수(점선) 및 PL 스펙트럼(실선)을 도시한다.
도 14a는 SNP 변환층을 가진 광 대역 LED 기반 소자를 구비하는 조명 장치의 정규화된 광 스펙트럼을 도시한다.
도 14b는 또다른 SNP 변환층을 가진 광 대역 LED 기반 소자를 구비하는 조명 장치의 정규화된 광 스펙트럼을 도시한다.
도 15는 도시된 바와 같이 마킹된 도 14a 및 14b의 2개의 출력으로 CIE 차트를 도시한다.
SNP 층들, LED 광을 조절하기 위해 사용되는 SNP 층, 및 이러한 층들을 포함하는 조명 장치의 실시예가 지금 더 상세히 기술된다. 특히, 이러한 층들의 이점이 있는 특성 및 특징들이 도 2-4를 참조하여 다음에서 기술된다. 하기에 기술되는 다양한 SNP 층은 하기의 예시에 상술된 프로시저를 이용하여 준비된다.
도 2a 및 2b를 참조하면, 이는 공지된 종래 CdSe/ZnS 코어/쉘 QD층과 본 발명의 실시예에 따른 2개 유형의 RSNP층인 녹색 발광 RSNP 층(도 2a) 및 오렌지색 발광 RSNP 층(도 2b)의 흡수 및 발광 사이의 비교를 도시한다. 상기 비교는 450nm의 여기 파장에서의 매칭된 흡수를 가지는 QD 층 대 SNP 층의 흡수 및 정규화된 방출 사이의 것이다. 녹색 RSNP층은 4x27nm(직경 x 길이)의 디멘션을 가진 CdSe/CdS 코어/쉘 RSNP를 포함하고, 중심 파장(CWL) 또는 29nm의 반치폭(FWHM)을 가진 540nm의 피크 파장에서 방출한다. 오렌지색 RSNP 층은 5x40nm의 디멘션, 600nm의 CWL, 28nm의 FWHM을 가진 CdSe/CdS RSNP를 포함한다. 오렌지색과 녹색 방출 층 모두 유사한 방식으로 준비되고, 이들 모두는 190㎛ 두께, 42nm의 직경이다.
QD 및 RSNP 나노입자 모두의 PL 양자 수율(QY)은 유사하며 약 50%이다. 이는 일반적인 값이다. 다른 준비된 샘플에서, QY는 5-100%의 범위이며, 보다 일반적으로 20-90%이고, 더 일반적으로는 50-80%의 범위이다. 흡수는 상대적인 광학 밀도(OD) 단위로 측정되고, 여기서 도시된 크기는 편의를 위해 범위 [0 1]로 정규화된다. 현저하게, 도 2a에서의 녹색 광 방출 층에 대해, 방출 파장 범위(예를 들면, 520-550nm)에서의 QD 층의 OD는 RSNP 층의 것 보다 10 배 더 높다(0.64 대 0.065). 도 2b에서의 오렌지색 방출 층에 대한 OD 차이는 더 높다(0.575 대 0.037, ~15의 팩터). 다른 예시에서(도시되지 않음), QD 층의 방출 범위에서의 OD는 RSNP 층의 것 보다 3-30배 더 높은것으로 발견되었다. 따라서, 자가흡수에 기인한 손실은 QD층의 경우에 대해 현저하고, RSNP 층의 경우에 대해서는 무시할 정도로 작다. 이러한 특성은 양자 점에 기초한 기존 층에 비해 매우 우수한 제품을 제공하기 위해 본 발명의 다양한 SNP 층(밀하게 패킹되거나 또는 그렇지 않은)에서 사용된다.
발명자는 본 발명의 SNP층이 청색 여기로부터 적색 방출을 하는 에너지의 매우 효율적인 "퓨넬링(funneling)"의 특징을 가진다고 더 판정하였다. SNP층은 필수적으로 스펙트럼 감지시 "광학 안테나"로서 기능한다. 그것은 최소한의 적색 재흡수에 의해 수반되는 청색 및 강한 적색 PL에서 매우 높은 흡수도를 가지기 때문에, 그것은 정규 QD 층 보다 훨씬 더 효율적으로 이러한 태스크를 수행한다. 상기의 도 3을 참조하라.
도 3은 하기의 예시 1에서 기술된 바와 같이 준비된 3개 유형의 RSNP층의 정규화된 흡수 곡선을 도시하고, 각각의 경우에 상이한 전체 디멘션과 거의 유사한 방출 스펙트럼을 가진 적색 방출 RSNP(CdSe/CdS): 622nm 방출을 하는 5.8x16nm RSNP에 대한 곡선(300), 625nm 방출을 하는 4.5x45nm RSNP에 대한 곡선(302), 628nm 방출을 하는 4.5x95nm RSNP에 대한 곡선(304)을 포함한다. 이러한 곡선은 상이한 변환층에서의 퓨넬링 효과를 예시한다. 흡수 곡선은 455nm에서 OD1에 대해 정규화된다. 455nm에서의 흡수도와 방출 파장에서의 흡수도 사이에서의 "흡수율"은 각각 길이 16, 45, 및 95nm의 RSNP를 가진 SNP에 대해 1:5, 1:12 및 1:23이다. 이는 퓨넬링이 더 긴 RSNP를 구비한 층에 대해 보다 효율적이고, 흡수율은 RSNP 길이를 변화시킴으로써 "조정가능"하다는 것을 나타낸다. 로드형이 아닌 SNP에 대해, 유사한 조정이 코어 직경에 대한 쉴의 비율을 증가시킴으로써 달성될 수 있다는 것에 유의하라. 이러한 조정가능성은, 그것이 SNP층으로 하여금 광원 및 애플리케이션에서 요구되는 청색광을 적색광으로 변환하는 효율적인 스펙트럼 안테나로서 기능하도록 허용하기 때문에 SNP층에서 매우 유용하다. 이러한 SNP층의 특수한 특징으로부터 발생하는 추가적인 파라미터는 요구되는 특징(예를 들면, CCT 및 CRI와 같은)을 가진 광을 얻기위해 그것이 가시광선 스펙트럼의 상이한 스펙트럼 영역(CE:YAG에 의해 방출된 녹색-황색 및 SNP에 의해 방출된 적색) 사이에서 광을 효율적으로 밸런싱하도록 허용하는 것이다.
본 발명자는 밀하게-패킹된 SNP를 가진 층이 밀하게-패킹된 QD를 가진 층들보다 현저하게 더 작은 FRET 손실을 가지는것으로 추가로 판단한다. 도 4는 QD 및 RSNP의 밀하게-패킹된 변환층에서의 FRET 효과를 개략적으로 도시한다. QD 변환층의 경우에 대해, 도 4a는 도너(D, 410)로서 기능하는 일부 QD와 액셉터(A, 420)로서 기능하는 일부 QD를 도시하며, 도너와 액셉터 사이에는 화살표(430)으로 지시된 일반적인 거리가 있다. 이러한 일반적인 QD 변환 층에서, 더 작은 QD가 액셉터로서 기능하는 더 큰 QD에 대한 도너로서 기능한다. 일반적인 중심에서 중심까지의 거리는 약 ~10nm의 FRET 거리이고, 따라서 FRET는 이러한 밀하게-패킹된 QD 변환층에서 효율적이다. SNP층의 경우에 대해, 도 4b는 스펙트럼 지오메트리가 또다른 RSNP(450)에 비교해 조금 더 청색인 컬러를 방출하는 RSNP(440)사이의 평균적으로 큰 거리를 유도한다는 것을 도시한다. 본 경우(460에 의해 지시된)에서의 일반적인 코어에서 코어까지의 거리는 RSNP 길이의 약 절반이고, FRET 거리를 초과하도록 기계가공되어, FRET 프로세스에 대해 현저하게 감소된 가능성을 가져온다.
반복을 위해, 공지된 QD는 이러한 큰 거리를 제공하지 못하며, 결과적으로 밀하게-패킹된 층의 배치에서, 자신의 FRET 손실은 필수적이어서, 변환효율 감소를 가져온다. 추가로, 밀하게-패킹된 QD 변환층에서, FRET 프로세스는 방출의 적색 편이를 가져온다. 반대로, 본문에 개시된 SNP 층에서, 방출은 맞추어지고(tailored) 요구되는 파장에서 유지관리되고, 요구되는 컬러 및 더 높은 에너지 효율을 제공한다.
재강조하기 위해, 본 발명의 SNP층의 광학 특성은 낮은 재흡수 및 작은 에너지 전달 손실 및 광 컬러 변화에 기인하여 기존의 QD 변환층에 비해 현저한 이점을 제공한다. 재흡수를 최소화하는 기능은 더 높은 흡수(더 긴 광 경로 및/또는 더 높은 농도의 SNP에 의한)가 사용될 수 있다는 것을 내포한다. 그 결과, 청색 또는 UV LED 광의 현저한 흡수가 달성될 수 있고 더 높은 효율의 장치가 가능하며, 본문에 개시된 SNP 변환층의 스펙트럼 안테나 특성에 의해 예시된다.
공지된 QD 변환층에서, QD 재료의 클러스터의 형성은 상술한 바와 같이 FRET을 통한 에너지 손실을 가져온다. 클러스터링은 저-부하에서 조차 발생할 수 있는 반면, 고-부하는 밀한 패킹없이 발생할 수 있다(밀한 패킹은 극도로 고-부하에 상호연관된다). QD가 클러스터에서 밀하게-패킹되기 때문에, 이웃한 QD 사이의 거리는 작고, 에너지 전달 프로세스는 현저하게 될 수 있다. 이러한 것들은 출력된 방출과 장치의 효율을 감소시키고, 또한 출력된 광 컬러에 영향을 미칠 것이다. 변환층에서의 SNP 클러스터링은 에너지 전달 손실을 가져오지 않으며, 따라서 효율 손실 및 출력 광 컬러에서의 변화가 방지된다. 따라서, SNP 기반 장치는 클러스터가 형성될지라도 기능할 것이다. 이는 더 얇은 층의 사용을 가능하게 한다.
광 변환에 대한 공지된 QD 재료는 FRET에 의한 것과 같은 메커니즘에 의한 손실을 방지하기 위해 저-부하 비율로 호스트 재료(매트릭스)에 매립된다. 그 결과, QD 변환층은 두꺼워져야 하지만(일반적으로, 대부분의 경우에 100㎛보다 더 두껍다), 변환을 위해 청색광의 효과적인 흡수를 달성하기 위한 충분한 양의 재료를 포함하고있어서, 본질적으로 재흡수 손실을 가져온다. 추가로, 두꺼운 층에 대해, 제조 방법은 보다 덜 정확하고 보다 많은 리소스를 소비한다. 극명하게 대조하여, 고-부하 비율의 SNP 층은 매우 얇게 제조될 수 있다. 예를 들면, 얇은 SNP층은 스핀-코팅 증착 기술을 이용하여 생산될 수 있고, 층들이 각각 510nm 및 230nm 두께인 예시 4 및 5를 참조하라. 일반적으로, 본 발명의 SNP/RSNP 변환층에 대해, 맞춤 컬러 및 광학 특성, 파워 및 효율을 제공하기 위해 흡수 및 방출이 제어될 수 있다. 밀하게-패킹된, 고-부하 얇은 SNP 층은, 그것들이 수 밀리미터 내지 수 센티미터 또는 그 이상까지의, 큰 길이의 크기에 비해 탁월한 균일도를 가지고 만들어진다는 추가적인 이점을 가진다.
고-부하 비율의 SNP 층은 폴리머, 에폭시, 또는 수지 매트릭스를 이용하여, 또는 단순히 꽉 채워진(closed-packed) SNP의 층을 가짐으로써 준비될 수 있다. 폴리머 또는 첨가물은 산화 또는 광-열화를 방지하기 위해 광학적으로 액티브한 나노입자를 캡슐화하기 위한 것과 같은 추가적인 목적에 기능하고, 조명 장치에서 기계적 통합을 위한 용이한 매체로서, 및 자신의 굴절율과 표면 거칠기에 의한 층으로부터의 광 추출을 개선시킬 수 있는 매체로서 기능한다. 호스트 재료(매트릭스)는 또한 층 내에서의 스캐터링을 개선시킬 수 있는 SiO2, Al, BaSO4 또는 TiO2와 같은 확산성 입자를 위한 매트릭스로서 기능할 수 있다. 부하 비율은 SNP 층의 굴절률을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 저-부하 비율의 층은 1.5 및 그보다 더 낮은 굴절률을 가질 수 있는 반면, 고-부하 비율을 가진 층은 1.8 및 그보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. 일반적으로, 굴절률 1.3-1.5를 가진 폴리머에 대해, 굴절률은 ~15% 부하 비율까지 변하지 않는다. 일반적으로, 리간드로, 굴절률은 1.8 이상이 될 수 있다.
표 1-3은 본 발명에 따라 이루어진 SNP/RSNP 변환층의 다양한 예시적인 실시예를 요약한다. 이점이 있는 물리적 파라미터와 광학 성능을 가진 변환층의 기타 실시예가 가능하며, 본문에 개시된 교안에 따라 만들어질 수 있다. 따라서, 이러한 예시적인 실시예들은 어떠한 방식으로건 본 발명을 한정하는 것으로 간주되어서는 안된다.
Figure 112012068915062-pct00001
<적색 방출 RSNP 변환층을 위한 파라미터>
표 1에서의 마킹:
a) AR적색은 455nm에서의 흡수도와 580-700nm 사이의 파장 범위에서의 최대 흡수도 사이의 비율, 즉, AR적색=(흡수도455nm/max(흡수도580 -700 nm))이다;
b) AR녹색은 455nm에서의 흡수도와 520-580nm 사이의 파장 범위에서의 최대 흡수도 사이의 비율, 즉, AR녹색=(흡수도455nm/max(흡수도520 -580 nm))이다;
c) OD는 455nm에서 측정된다;
d) PL 적색편이는 낮은 OD(<0.1)에서의 톨루엔으로 측정된 CWL과 샘플에 대해 측정된 CWL 사이의 나노미터의 차이이다;
e) 리간드는 정의에서 주어진 리스트로부터 선택될 수 있다;
f) 폴리머는 정의에서 주어진 리스트로부터 선택될 수 있다;
g) 적절한 광학 및 기계적 속성을 가진 실리콘이 다양한 상용 공급자로부터 선택될 수 있다.
Figure 112012068915062-pct00002
<녹색 방출 RSNP 변환층을 위한 파라미터>
표 2에서의 마킹:
a) AR녹색은 455nm에서의 흡수도와 520-580nm 사이의 파장 범위에서의 최대 흡수도 사이의 비율, 즉, AR녹색=(흡수도405nm/max(흡수도520 -580 nm))이다;
b) OD는 405nm에서 측정된다;
c) PL 적색편이는 낮은 OD(<0.1)에서의 톨루엔으로 측정된 CWL과 샘플에 대해 측정된 CWL 사이의 나노미터의 차이이다;
d) 리간드는 정의에서 주어진 리스트로부터 선택될 수 있다;
e) 폴리머는 정의에서 주어진 리스트로부터 선택될 수 있다;
f) 적절한 광학 및 기계적 특성을 가진 실리콘이 다양한 상용 공급자로부터 선택될 수 있다.
Figure 112012068915062-pct00003
<녹색 및 적색 방출 SNP 변환층을 위한 파라미터>
표 3에서의 마킹:
a) AR녹색은 405nm에서의 흡수도와 520-580nm 사이의 파장 범위에서의 최대 흡수도 사이의 비율, 즉, AR녹색=(흡수도405nm/max(흡수도520 -580 nm))이다;
b) AR적색은 455nm에서의 흡수도와 580-680nm 사이의 파장 범위에서의 최대 흡수도 사이의 비율, 즉, AR적색=(흡수도455nm/max(흡수도580 -680 nm))이다;
c) OD는 580-680에서 방출하는 나노입자에 대해서는 455nm에서 측정되고, 520-580nm에서 방출하는 나노입자에 대해서는 405nm에서 측정된다;
d) PL 적색편이는 낮은 OD(<0.1)에서의 톨루엔으로 측정된 CWL과 샘플에 대해 측정된 CWL 사이의 나노미터의 차이이다;
e) 리간드는 정의에서 주어진 리스트로부터 선택될 수 있다;
f) 폴리머는 정의에서 주어진 리스트로부터 선택될 수 있다;
g) 적절한 광학 및 기계적 속성을 가진 실리콘이 다양한 상용 공급자로부터 선택될 수 있다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 SNP층(502a)을 포함하는 조명 장치(500a)를 개략적으로 도시한다. 적절한 소스(504a)(예시적으로, UV 광을 방출하는 LED)에 의해 산출된 광이 SNP 층(502a)에 지향된다. 층(502a)은 광을 청색 및/또는 UV로부터 더 긴 파장으로 변환시키는 SNP를 포함한다. SNP(상이한 코어 또는 쉘 크기 또는 재료를 가진)의 상이한 집단(population)(유형)은 상이한 컬러를 방출한다. SNP 층에 의해 방출된 컬러는 소스(504a)에 의해 산출된 광과 조합되거나 또는 상이한 광 조합을 형성하기 위해 독립적으로 사용될 수 있다. 방출의 스펙트럼 특성을 개선하고 조정하기 위해, 예를 들면, 청, 녹, 및 적색 방출 SNP(이들의 광은 예시적으로 RGB로 표기된다)의 혼합과 같은, 하나 이상의 유형의 SNP가 사용될 수 있다. 다양한 컬러가 백색광을 제공하기 위해 선택될 수 있다. 특정한 조명 애플리케이션에 요구된다면, 다른 컬러 조합이 SNP변환 층을 맞춤변경(tailoring)함으로써 생성될 수 있다.
도 5b는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 SNP 층(502a)을 포함하는 조명 장치(500b)를 개략적으로 도시한다. 본 실시예에서, 적절한 소스(504b)(예시적으로, 청색광을 방출하는 LED)에 의해 산출된 광이 SNP 층(502b)에 의해 부분적으로 변환되지 않은 상태(즉, 영향을 받지않고 통과함)로 남아있다. 층(502b)은 광을 청색 및 더 짧은 파장으로부터 녹색 및 적색으로 변환시키는 SNP를 통합시킨다. 층(502b)은 맞춤 패턴으로 그 안에 통합된 SNP의 광냉광의 공간 및 광학 특성을 따르도록(conform) 흡수되지 않은 광을 퍼뜨리고 혼합하는 확산 구조물 또는 입자를 통합시킨다. 광을 청색 및 더 짧은 파장으로부터 녹색 및 적색으로 변환시키는 SNP를 통합시킨다. 즉, 이러한 구조물이 인입 청색광과 SNP 방출 광 모두를 산란시켜 조합된 광이 그것이 "백색" 광으로서 SNP 층을 벗어날 때 동일한 각도전환(angular diversion)을 갖도록 한다. 추가로, 백색은 디스플레이 백라이트용의 큰 컬러 영역을 제공하도록 LED 청색광에 부가되는 고 품질의 녹색 및 적색 광을 가진다.
도 6a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 SNP 층(602a)을 포함하는 조명 장치(600a)를 개략적으로 도시한다. 본 실시예에서, "컬러 혼합 광" 원(604a)은 SNP층(602a)에 의해 개선 또는 보정된다. 층(602a)은 상이한 코어 또는 쉘 크기, 상이한 재료 및/또는 상이한 스펙트럼 속성을 가질 수 있는 복수의 SNP 종을 포함한다. SNP는 컬러 혼합 광원을 개선된 컬러 혼합 광으로 변환하도록 기능한다. 하나의 실시예에서, 조명 장치로부터 출력된 개선된 컬러 혼합 광은 고 CRI를 가진 2500-6000K의 범위의 CCT를 가진 "백색광"이 될 수 있다. 또다른 실시예에서, 개선된 컬러 혼합 광은 고 CRI를 가진 2700-4500K의 범위에서의 CCT를 가진 백색광이 될 수 있다. 소스 광은 고 CCT(예를 들면, 5000-10000K)를 가진 백색광이 될 수 있다. 대안으로, 그것은 백색광으로서 정의될수는 없지만 가시광선의 스펙트럼 범위에 있는 광을 포함하는 광 조합이 될 수 있다. 개선안은 예를 들면 적색 광을 방출에 추가하여 더 낮은 CCT 및 더 양질의 CRI를 제공하는 것을 포함한다.
도 6b는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 SNP 층(602a)을 포함하는 광변환 장치(600b)를 개략적으로 도시한다. 본 실시예에서, 층(602a)은 층(602a)에서와 같이 복수의 SNP 종에 부가하여, 추가적인 개선된 컬러 혼합광을 산출하기 위해 맞춤 패턴으로 소스(604b)로부터의 흡수되지 않은 광을 퍼뜨리고 혼합하는 확산 구조물 또는 입자를 포함한다.
대안의 실시예에서, 조명 장치는 각각이 개별 기능을 제공하는 다수의 SNP층을 포함할 수 있고, 단일한 SNP층 대신에 사용될 수 있다. 전송되고 방출된 광의 산란 및 전송 특성(균질화)의 제어는 패터닝(예를 들면, 확산) 층을 추가하거나 또는 적어도 하나의 층의 표면을 패터닝함으로써 작은 SiO2 비드와 같은 굴절 입자 또는 금속 입자와 같은 반사 입자, 또는 BaSO4 및 TiO2와 같은 광 확산 입자를 하나 이상의 SNP 변환층에서 통합함으로써 달성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 SNP 변환 층을 포함하는 조명 장치(700)를 개략적으로 도시한다. 장치(700)는 청색 또는 UV LED 광원, 선택적인 스페이서 층(또는 스페이서로서의 공기)(704), SNP 변환층(706), 선택적인 캡슐화층(708), 원하는 방향으로의 광추출을 위한 선택적인 투과 광학소자(710), 광을 시준 또는 포커싱하기 위한 렌즈(712)와 같은 선택적인 굴절 소자, 커다란 각도로부터의 방출을 정확한 출력 방향으로 집속 및 지향시키기 위해 LED 소자 뒤와 그 주변에 배치되는 선택적인 반사 소자(714)를 포함한다. 일부 실시예에서, 고-부하 비율을 가진 SNP 층의 높은 굴절률이 LED 칩으로부터의 광 추출을 증가시키기 위해 바람직하다.
도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 SNP 층을 포함하는 조명 장치(800)를 개략적으로 도시한다. 장치(800)에서, 광학 필터(806)는 SNP 층(802)과 LED 방출 칩(804) 사이에 있다. 광학 필터(806)는 단파장(820)(예를 들면 청색 또는 UV) 광을 전송하고 더 긴 파장(예를 들면, 녹색 또는 적색)의 광(822)을 반사하여, 광의 재순환과 보다 효율적인 장치를 가능하게 한다. 광 재순환이 SNP층에서 방출된 광의 광 경로를 증가시키는 반면, 낮은 자가 흡수에 의해, 임의의 추가 손실이 최소화될 것이다. 반대로, QD층에서는, 추가 손실이 현저하게 될 것이다. 광원과 SNP층 사이의 광학 소자는 또한 광원의 특성을 형성하거나 그렇지 않으면 그를 제어하는 데에 사용될 수 있다. 장치(700)와 유사하게, 장치(800)는 원하는 방향으로의 광추출을 위한 선택적인 투과 광학소자(810), 광을 시준 또는 포커싱하기 위한 렌즈(712)와 같은 선택적인 굴절 소자, 커다란 각도로부터의 방출을 정확한 출력 방향으로 집속 및 지향시키기 위해 LED 소자 뒤와 그 주변에 배치되는 선택적인 반사 소자(814)를 더 포함한다. SNP 층을 LED 소자로부터 일정 거리에 배치하는 것은 SNP층에서의 광 강도와 온도 레벨을 감소시켜, 자신의 내구성을 증가시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 SNP 층을 포함하는 조명 장치(900)를 개략적으로 도시한다. 장치(900)는 곡면의 광학 소자(902)에 들어맞도록 형성되어, 컬러 변환하고 또한 광을 확산하도록 기능하는 SNP 층, 예를 들면, 공간 패터닝 또는 광학 필터링(예를 들면, 추가적인 UV 필터링)에 사용되는 LED(904) 및 추가적인 층(906)을 포함한다. SNP 층은 얇지만 효율적이고, 이는 두꺼운 QD 변환 층의 성능에 비해 현저한 이점을 제시한다.
도 10a는 그 사이에 매립된 SNP층(1006a)을 가진 도파관 어셈블리(1004a)에 결합된 LED(1002a)를 도시한다. 도파관은 바닥(1008a)(이는 확산적 또는 반사성이거나, 패터닝 또는 균질할 수 있다)에서의 반사층 및 선택적인 광 추출층(1010a)을 포함한다. 도 10b는 자신의 탑 표면(1008)에 배치된 SNP 층(1006b)과 선택적인 광 추출층(1010b)을 가진 도파관 어셈블리(1004b)에 결합된 LED(1002b)를 개략적으로 도시한다. 양 실시예에서, SNP 층은 도파관의 에지(1012a 또는 1012b)를 통해 LED에 의해 방출된 광에 의해 여기되는 것이 도시된다. 도파관에서 광이 전파할 때, 그것은 SNP 층을 반복하여 통과한다. SNP 층에서 변환된 광은 그런다음 상대적으로 큰 거리를 도파관을 가로질러 전송되는데, 이는 수밀리미터에서 센티미터 그리고 수십 센티미터까의 범위가 될 수 있다. 이러한 애플리케이션에서, SNP 층의 낮은 자가 흡수는 필수적일 수 있는데, 이는 광이 긴 광경로를 이동하기 때문이다. 반사 및/또는 확산 광학 소자(1008a, 1008b, 1010a, 1010b)는 요구되는 방향으로가 아니라 광이 방출될 수 있는 장치의 모든 영역에 배치될 수 있다. 이러한 소자들은 광을 다시 도파관으로 복귀시켜 자신의 효율을 증가시킨다.
예시
예시 1: 적색광을 제공하는 폴리머 호스트 내에서 RSNP 변환층을 가지는 조명 장치
RSNP는 L. Carbone 외의 "Synthesis and Micrometer-Scale Assembly of Colloidal CdSe/CdS Nanorods Prepared by a Seeded Growth Approach" Nano Letters, 2007, 7(10), pp 2942-2950에 기술된 바와 유사한 프로시저를 따라 합성된다. 제 1 단계에서, 3.8nm의 직경을 가진 CdSe 코어가 합성된다. 제 2 단계에서, 적색 방출 CdSe/CdS RSNP가 시드로서 CdSe 코어를 이용하여 합성된다. 결과인 RSNP는 톨루엔 솔루션에서 측정될때 33 x 7nm이고, 최대 방출은 635nm에서 이고, FWHM은 30nm이다.
RSNP 변환층은 하기와 같이 준비된다: 폴리(비닐 부티랄-코-비닐 알콜-코-비닐 아세테이트)(PVB) 0.5g, 강한 바인딩, 광학적 투명도, 다수의 표면에 대한 접착도, 거칠기 및 가요성을 요구하는 애플리케이션에 대개 사용되고 4ml 톨루엔에서 용해되는 Sigma-Aldrich(이스라엘 리호봇 76100 라빈 파크 프로트 스트리트 3)에서 상용으로 구입가능한 수지. 12mg의 RSNP는 RSNP 솔루션을 만들기 위해 1ml 톨루엔에서 용해된다. RSNP 솔루션은 교반하는 동안 폴리머 혼합물에 부가된다. 혼합물은 건조기(dessicator)로 집어넣어지고 15시간동안 진공처리되는 패턴 베셀로 전달되고, 그런 다음 혼합물이 굳는다. 그 결과인 필름 두께는 190㎛이다. 변환층의 광학 특성은 도 11에서 제시되는데, 이는 흡수(점선) 및 PL(실선) 스펙트럼을 도시한다. 방출 최대치는 635nm에서이고, FWHM은 30nm이다. 흡수 OD는 455nm에서 1.18이고, 540nm에서 0.07이며, 600-750nm에서 <0.046, 즉 455nm에서의 OD 보다 25배 더 작다. 이러한 RSNP층은 따라서 광을 청색으로부터 적색 방출로 퓨넬링한다.
RSNP층은 도 5a에 도시된 바와 유사한 조명 장치에 통합된다. 조명 장치에서, 360nm에서의 UV LED가 RSNP층을 조광하기 위해 사용되고, 635nm에서 적색으로 출력된 광을 제공한다. RSNP 층에 의해 UV 광이 흡수되고 매우 효과적으로 변환되면서, 무시할 정도의 UV 출력이 검출된다.
예시 2: 청색 및 적색광의 조합을 제공하는 폴리머 호스트 내에서의 확산 RSNP 변환층을 가진 조명 장치
확산 RSNP 층은 예시 1의 프로시저를 이용하여, 1.3mg의 RSNP가 1ml 톨루엔에서 용해되고, 폴리머에서 RSNP를 10분 교반한 후에, 5mg의 BaSO4 입자가 솔루션에 부가되고 추가로 15분동안 더 교반되는 변형을 가하여 준비된다. 결과인 필름은 광학 방출을 개선시키고 요구되는 방향으로 광의 추출을 증가시키는 확산 속성을 가진다.
RSNP층은 도 5b에 도시된 바와 같은 조명 장치에 통합된다. 455nm에서 방출하는 청색 LED가 RSNP 층을 조광하기 위해 사용된다. 출력 조명이 측정되고, 광 스펙트럼이 도 12a에 제시되며, 이는 청색 LED로부터의 청색 잔류물과 RSNP 변환층으로부터의 적색 컴포넌트의 조합을 나타낸다.
예시 3: 청색 및 적색광의 조합을 제공하는 실리콘 RTV 내에서의 RSNP 변환층을 가진 조명 장치
실리콘 RTV에서의 RSNP층은 하기와 같이 준비된다: 1g의 RTV615A(미국 뉴욕 12211 알바니 코포레이트 우드 불바드 22, Momentive)가 10분 동안 0.1g의 RTV615B로 교반된다. 635nm에서 방출하는 27x5.5nm의 전체 크기를 갖는 1.5mg의 CdSe/CdS RSNP가 250㎕ 톨루엔에서 용해된다. RSNP 솔루션이 교반하는 동안 실리콘 혼합물에 추가된 다음, 거품이 남지 않을때까지 진공처리된다. 솔루션은 그런다음 유리 기판 상에 증착되고, 또 다른 유리 기판을 이용하여 중간에 개재된다. 600㎛ 두께의 스페이서가 원하는 필름 두께를 얻기위해 2개의 유리 기판 사이에 배치된다. 중간에 개재된 구조는 그런다음, 15분 동안 150 ℃의 핫플레이트 상에 놓이고, 그런다음 솔루션이 굳는다.
RSNP 층은 도 5b에 도시된 바와 같이 조명 장치에 통합된다. 455nm에서 방출하는 청색 LED는 RSNP 층을 조광하기 위해 사용된다. 출력 조명이 측정되고 광 스펙트럼이 도 12b에 제시되며, 이는 455nm에서의 청색 LED로부터의 청색 잔류물과 30nm의 FWHM을 가진 635nm에서의 RSNP 층으로부터의 적색 컴포넌트의 조합을 나타낸다.
예시 4: 적색광을 제공하는 얇은 밀한 스핀-코팅 RSNP 변환층을 가진 조명 장치
밀한 RSNP 층은 하기와 같이 준비된다: 먼저 635nm에서 방출하는, 1:4의 중량/체적(mg/μL) 비율을 가진 톨루엔에서의 35x5.4nm CdSe/CdS RSNP의 솔루션이 준비된다. 20μL의 솔루션이 소다 석회 유리 기판 상에 쏟아지고 2000rpm의 스핀 코팅에 의해 퍼뜨려진다. 증착된 필름은 455nm에서 0.51의 흡수도 OD, 및 360nm에서 0.9의 OD를 가지는 것으로 측정된다. 두께는 단면측정계(profilometer)에 의해 측정된 바와 같이 0.510㎛이다. 도 13a는 이러한 RSNP층의 흡수(점선) 및 PL(실선) 스펙트럼을 도시한다. 방출 최대치는 633nm에서이고, 33nm의 FWHM을 가진다. 흡수도 OD는 360nm에서 0.96이고, 455nm에서 0.5이고, 540nm에서 0.035이고, 600-750nm에서 0.025이고, 후자는 455nm에서의 OD보다 20배 더 작다.
RSNP층은 도 5a에 도시된 바와 같은 조명 장치에 통합된다. 360nm에서의 UV LED가 RSNP층을 조광하기 위해 사용되고, 633nm에서 적색으로 출력된 광(도시되지 않음)을 제공한다.
예시 5: 녹색광을 제공하는 얇은 밀한 스핀-코팅 RSNP 변환층을 가진 조명 장치
밀한 RSNP 층은 하기와 같이 준비된다: 1:5의 중량/체적(mg/μL) 비율을 가진 톨루엔에서의 20x3.5nm CdSe/CdS RSNP의 녹색 방출 솔루션이 준비된다. RSNP를 함유하고있는 20μL의 솔루션이 소다 석회 유리 기판 상에 쏟아지고 2000rpm의 스핀 코팅에 의해 퍼뜨려진다. 증착된 필름은 455nm에서 0.07의 흡수도 OD, 및 단면측정계에 의해 측정된 바와 같은 230nm의 두께를 가지는 것으로 측정된다. 도 13b는 이러한 RSNP층의 흡수(점선) 및 PL(실선) 스펙트럼을 도시한다. 방출 최대치는 540에서이고, 33nm의 FWHM을 가진다. 흡수도 OD는 360nm에서 0.165이고, 540nm에서 0.008이고, 후자는 360nm에서의 OD보다 20배 더 작다.
RSNP층은 도 5a에 도시된 바와 같은 조명 장치에 통합된다. 360nm에서의 UV LED가 이러한 RSNP층을 조광하기 위해 사용되고, 540nm에서 적색으로 출력된 광(도시되지 않음)을 제공한다.
예시 6: 백색광을 제공하는 RSNP 변환층을 가진 조명 장치
2개의 RSNP 층 샘플은 스캐터(예시 2)를 가진 PVB에 대해 상술한 방법을 이용하여 준비되고, RSNP 층(CL14A)은 0.5g의 PVB에 삽입된 10mg의 적색 방출 RSNP 및 25mg의 BaSO4를 가진다. RSNP 층(CL14B)은 0.5g의 PVB에 삽입된 20mg의 적색 방출 RSNP 및 25mg의 BaSO4를 가진다. 2개의 샘플 각각은 190㎛-두께이고 42nm의 직경을 가진다.
RSNP 층은 도 6b에 도시된 바와 같은 2개의 조명 장치에 통합된다. 양 조명 장치에서, RSNP층은 청색 LED 소스와, 실리콘 매트릭스로 특수하게 준비된 Ce:YAG계 형광층으로 구성된 LED 모듈의 애퍼처에 배치된다. 출력광은, 각각 층 CL14A 및 CL14B를 가진 조명 장치에 대해, 측정되고 도 14a 및 14b에 도시된다. 도시된 광은 455nm LED로부터의 청색광과, Ce YAG계 형광에 대한 약 580nm에서의 넓은 피크와, RSNP층으로부터의 적색광으로 구성된다. CIE(1931) 좌표가 연산되고, CIE 색도도 상의 2개의 조명장치의 위치가 도 15에 도시된다. CL14A에 대한 CCT는 3420K이고, CL14B에 대해서는 2730K인 반면, CL14A에 대한 CRI는 95이고 CL14B에 대해서는 92이다.
예시 7: 백색광을 제공하는 SNP 변환층을 가진 조명 장치
사용된 SNP는 3.9nm의 CdSe 코어 직경 및 8.9nm의 전체 직경을 가진 로드형상이 아닌 CdSe＼CdZnS SNP이다. 0.5gr의 PVB는 4ml 톨루엔에 용해된다. 2mgr의 SNP는 1ml의 톨루엔에서 용해된다. SNP 솔루션은 교반하는 동안 폴리머 혼합물에 부가된다. 10분의 교반후에, 혼합물은 반짝이는 적열광을 가진다. 혼합물은 그런다음, 건조기(dessicator)로 집어넣어지고 15시간동안 진공처리되는 패턴 베셀로 전달되고, 그런다음 혼합물이 굳는다. 최종 필름 두께는 190㎛이다. 도 16은 상기 필름의 흡수(점선) 및 PL(실선) 스펙트럼을 도시한다. CWL은 626nm에서이고, FWHM은 33nm이다. 455nm에서의 흡수도와 600-700nm 범위에서의 최대 흡수도 사이의 비율은 1:6(0.156 대 0.026)이다. SNP층은 도 5a에 도시된 바와 같은 조명 장치에 통합된다. 360nm에서의 UV LED는 이러한 RSNP층을 조광하는데에 사용되고 626nm에서 적색으로 출력된(도시되지 않음) 광을 제공한다.
결론적으로, 본 발명의 다양한 실시예는 SNP에 기초한 새로운 변환층을 통합한 장치를 제공한다. 본문에 개시된 변환층은 여기 파장에서의 흡수에 비교하여 방출 영역에서 낮은 재흡수를 특징으로 한다. 본문에 개시된 SNP/RSNP 변환층은 높은 CRI>80 및 >85까지를 가진 CCT<4000K, 특히 CRI<3500 그리고 CRI>89를 가진 CCT~2700K의 백색 방출을 제공하도록 LED 장치의 특성을 개선시키기에 적합하다. 본 발명의 폴리머 매립 SNP 변환층은 협소한 대역의 FWHM<60nm, FWHM<40nm까지도 가진 3개 이상의 주된 컬러로 구성된 디스플레이 애플리케이션용 백색광을 제공하도록 더 준비될 수 있다.
본 발명은 예시에 의해 제공되지만 그의 범위를 제한할 의도를 가지지 않은 본 발명의 실시예 참조하여 기술되었다. 기술된 실시예는 상이한 특징들을 가지며, 그들 모두가 본 발명의 모든 실시예에서 필요한 것은 아니다. 본 발명의 일부 실시예는 일부 특징 또는 특징들의 일부 가능한 조합들 만을 활용한다. 기술된 발명의 실시예들과 기술된 실시예에 언급된 것들과 상이한 특징들의 조합을 포함하는 본 발명의 실시예의 변형이 당업자에게는 가능할 것이다. 본 발명의 범위는 하기의 청구범위에 의해서만 제한된다.
본 명세서에서 언급된 모든 특허, 특허출원, 및 공보는, 각각의 개별 특허, 특허출원 또는 공보가 참조에 의해 본문에 통합되는 것으로 특정하여 그리고 개별적으로 지시된 것과 동일한 정도로 참조에 의해 그 전체가 명세서에 통합되었다. 추가로, 본 출원서에서의 임의의 참조의 인용 또는 식별은 이러한 참조가 본 발명에 대해 종래기술로서 가용하다는 것을 인정하는 것으로 간주되지 않는다.

Claims (54)

  1. 광원이 제 1 파장의 광을 방출하는 조명 장치에서 사용하기 위한 광학 변환 층으로서, 상기 광학 변환층은 580-700nm의 범위의 중심 방출 파장(CWL)을 가지는 적어도 하나의 유형의 반도체 나노입자를 포함하고,
    상기 반도체 나노입자는 CdSe/CdS/ZnS, CdSe/CdZnS/ZnS, ZnSe/CdS/ZnS, InP/ZnSe/ZnS, InP/CdS/ZnS 및 InP/CdZnS/ZnS로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 가진 코어/이중 쉘 구조를 가지고,
    상기 광학 변환층은 450nm에서 0.07과 2 사이의 광학 밀도(OD)를 갖고,
    상기 광학 변환층은, 560-700nm의 범위에서 흡수도(absorbance)의 최대값에 대한 455nm에서의 흡수도의 흡수율이 3.5:1 보다 큰 흡수율(AR)을 가지고,
    상기 광학 변환층은 제 1 파장의 광의 적어도 일부를 상기 1 파장 보다 긴 제 2 파장의 광으로 변환하는 데에 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 나노입자는 시딩된(seeded) 나노입자(SNPs)인 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 시딩된 나노입자는 나노로드(nanorod) 시딩된 입자(RSNPs)인 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 AR은 7:1 보다 큰 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  5. 제 1 항에 있어서, 455nm에서의 흡수도와 520-580nm의 파장 범위에서의 흡수도의 최대값 사이의 AR이 6:1 보다 큰 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  6. 제 1 항에 있어서, 5nm보다 작은 광냉광(PL) 시프트를 갖고, 상기 PL 시프트는 OD<0.1인 톨루엔에서 측정된 CWL과 광학 변환층에서 측정된 CWL 사이의 차이를 표시하는 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  7. 제 1 항에 있어서, 어떠한 SNP 표면에도 결합되지않은 적어도 하나의 잉여(excess) 유기 리간드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 변환층은 2㎛ 보다 얇은 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 변환층은 0.1㎛과 2㎛ 사이의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 나노입자를 통합하는 호스트 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 호스트 재료는 폴리머 또는 실리콘인 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 광학 변환층은 5000㎛ 보다 얇은 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 광학 변환층은 50㎛ 보다 얇은 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 광학 변환층은 0.2㎛와 5㎛ 사이의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 변환층은 복수의 유형의 반도체 나노입자를 포함하고, 각각의 유형은 상기 제 1 파장보다 긴 상이한 파장의 광으로의 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  19. 광원이 제 1 파장의 광을 방출하는 조명 장치에서 사용하기 위한 광학 변환 층으로서, 상기 광학 변환층은 520-580nm의 범위의 중심 방출 파장(CWL)을 가지는 적어도 하나의 유형의 반도체 나노입자를 포함하고,
    상기 반도체 나노입자는 CdSe/CdS/ZnS, CdSe/CdZnS/ZnS, ZnSe/CdS/ZnS, InP/ZnSe/ZnS, InP/CdS/ZnS 및 InP/CdZnS/ZnS로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 가진 코어/이중 쉘 구조를 가지고,
    상기 광학 변환층은 405nm에서 0.05와 2 사이의 광학 밀도(OD)를 갖고,
    상기 광학 변환층은 520-600nm의 범위에서 흡수도의 최대값에 대한 405nm에서의 흡수도의 흡수율이 3.5:1 보다 큰 흡수율(AR)을 가지고,
    상기 광학 변환층은 상기 제 1 파장의 광의 적어도 일부를 상기 1 파장보다 긴 제 2 파장의 광으로 변환하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 나노입자는 시딩된 나노입자(SNPs)인 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 시딩된 나노입자는 나노로드 시딩된 입자(RSNPs)인 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  22. 제 19 항에 있어서, 상기 AR은 7:1 보다 큰 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  23. 제 19 항에 있어서, 5nm보다 작은 광냉광(PL) 시프트를 갖고, 상기 PL 시프트는 OD<0.1인 톨루엔에서 측정된 CWL과 광학 변환층에서 측정된 CWL 사이의 차이를 표시하는 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  24. 제 19 항에 있어서, 어떠한 SNP 표면에도 결합되지않은 적어도 하나의 잉여 유기 리간드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  25. 제 19 항에 있어서, 상기 광학 변환층은 5㎛보다 얇은 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  26. 제 19 항에 있어서, 상기 광학 변환층은 0.1㎛와 5㎛ 사이의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 제 19 항에 있어서, 상기 나노입자를 통합하는 호스트 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 호스트 재료는 폴리머 또는 실리콘인 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 광학 변환층은 5000㎛보다 얇은 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  33. 제 31 항에 있어서, 상기 광학 변환층은 50㎛보다 얇은 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  34. 제 31 항에 있어서, 상기 광학 변환층은 0.2㎛와 5㎛ 사이의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  35. 광원이 제 1 파장의 광을 방출하는 조명 장치에서 사용하기 위한 광학 변환 층으로서, 상기 광학 변환층은 520-700nm의 범위에서 각각의 상이한 중심 방출 파장을 가지는 적어도 2개의 상이한 유형의 반도체 나노입자를 포함하고,
    상기 반도체 나노입자는 CdSe/CdS/ZnS, CdSe/CdZnS/ZnS, ZnSe/CdS/ZnS, InP/ZnSe/ZnS, InP/CdS/ZnS 및 InP/CdZnS/ZnS로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 가진 코어/이중 쉘 구조를 가지고,
    상기 광학 변환층은 405nm에서 0.07과 2.5 사이의 광학 밀도를 갖고,
    상기 광학 변환층은 520-700nm의 범위에서 흡수도의 최대값에 대한 405nm에서의 흡수도의 흡수율이 3:1 보다 큰 흡수율을 가지고,
    상기 광학 변환층은 상기 제 1 파장의 광의 적어도 일부를 상기 1 파장보다 긴 다른 파장의 광으로 변환하는 데에 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 광학 변환층.
  36. 제 1 항의 광학 변환층을 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  37. 제 19 항의 광학 변환층을 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  38. 제 35 항의 광학 변환층을 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  39. 제 36 항에 있어서, 상기 광학 변환층은 제 1 파장의 소스 광의 변환되지 않은 부분을 통과시키도록 조정되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  40. a) 제 1 파장의 소스 광을 방출하는 광원; 및
    b) 580-700nm의 범위의 중심 방출 파장을 가지는 적어도 하나의 유형의 반도체 나노입자를 포함하는 변환층;을 포함하고,
    상기 반도체 나노입자는 CdSe/CdS/ZnS, CdSe/CdZnS/ZnS, ZnSe/CdS/ZnS, InP/ZnSe/ZnS, InP/CdS/ZnS 및 InP/CdZnS/ZnS로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 가진 코어/이중 쉘 구조를 가지고,
    상기 변환층은 455nm에서 0.07과 2 사이의 광학 밀도를 갖고,
    상기 변환층은 560-700nm의 범위에서 흡수도의 최대값에 대한 455nm에서의 흡수도의 흡수율이 3.5:1 보다 큰 흡수율(AR)을 가지고,
    상기 변환층은 제 1 파장의 광의 적어도 일부를 상기 1 파장보다 긴 제 2 파장의 광으로 변환하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 나노입자는 시딩된 나노입자인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 시딩된 나노입자는 나노로드 시딩된 입자인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  43. 제 40 항에 있어서, 상기 광원은 적어도 하나의 발광 다이오드이고, 상기 변환층은 CCT<10000K와 CRI>70인 백색광을 제공하기 위해 조명장치의 광 출력을 늘리는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  44. 제 40 항에 있어서, 상기 광원은 적어도 하나의 발광 다이오드이고, 상기 변환층은 CCT<4500K와 CRI>80인 백색광을 제공하기 위해 조명장치의 광 출력을 늘리는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  45. a) 제 1 파장의 소스 광을 방출하는 광원; 및
    b) 520-580nm의 범위의 중심 방출 파장을 가지는 적어도 하나의 유형의 반도체 나노입자를 구비하는 변환층;을 포함하고,
    상기 반도체 나노입자는 CdSe/CdS/ZnS, CdSe/CdZnS/ZnS, ZnSe/CdS/ZnS, InP/ZnSe/ZnS, InP/CdS/ZnS 및 InP/CdZnS/ZnS로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 가진 코어/이중 쉘 구조를 가지고,
    상기 변환층은 405nm에서 0.05와 2 사이의 광학 밀도를 갖고,
    상기 변환층은 520-600nm의 범위에서 흡수도의 최대값에 대한 405nm에서의 흡수도의 흡수율이 3.5:1 보다 큰 흡수율을 가지고,
    상기 변환층은 제 1 파장의 광의 적어도 일부를 상기 1 파장보다 긴 제 2 파장의 광으로 변환하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 나노입자는 시딩된 나노입자인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  47. 제 46 항에 있어서, 상기 시딩된 나노입자는 나노로드 시딩된 입자인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  48. 제 45 항에 있어서, 상기 광원은 적어도 하나의 발광 다이오드(LED)이고, 상기 변환층은 CCT<10000K와 CRI>70인 백색광을 제공하기 위해 조명장치의 광 출력을 늘리는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  49. 제 45 항에 있어서, 상기 광원은 적어도 하나의 발광 다이오드(LED)이고, 상기 변환층은 CCT<4500K와 CRI>80인 백색광을 제공하기 위해 조명장치의 광 출력을 늘리는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  50. a) 제 1 파장의 소스 광을 방출하는 광원; 및
    b) 520-700nm의 범위에서 각각의 상이한 중심 방출 파장을 가지는 적어도 2개의 상이한 유형의 반도체 나노입자를 구비하는 변환층;을 포함하고,
    상기 반도체 나노입자는 CdSe/CdS/ZnS, CdSe/CdZnS/ZnS, ZnSe/CdS/ZnS, InP/ZnSe/ZnS, InP/CdS/ZnS 및 InP/CdZnS/ZnS로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 가진 코어/이중 쉘 구조를 가지고,
    상기 변환층은 455nm에서 0.07과 2.5 사이의 광학 밀도를 갖고,
    상기 변환층은 520-700nm의 범위에서 흡수도의 최대값에 대한 405nm에서의 흡수도의 흡수율이 3:1 보다 큰 흡수율을 가지고,
    상기 변환층은 상기 제 1 파장의 광의 적어도 일부를 상기 1 파장보다 긴 다른 파장의 광으로 변환하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  51. 제 50 항에 있어서, 상기 나노입자는 시딩된 나노입자인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  52. 제 51 항에 있어서, 상기 시딩된 나노입자는 나노로드 시딩된 입자인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  53. 제 50 항에 있어서, 상기 광원은 적어도 하나의 발광 다이오드이고, 상기 변환층은 CCT<10000K와 CRI>70인 백색광을 제공하기 위해 조명장치의 광 출력을 늘리는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  54. 제 50 항에 있어서, 상기 광원은 적어도 하나의 발광 다이오드이고, 상기 변환층은 CCT<4500K와 CRI>80인 백색광을 제공하기 위해 조명장치의 광 출력을 늘리는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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