KR101869923B1 - 조명 장치, 조명 장치용 광학 요소, 및 방법 - Google Patents

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Abstract

동작 동안 회백색 광 - 회백색 광은 약 360 nm 내지 약 475 nm의 제1 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분, 약 475 nm 내지 약 575 nm의 제2 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분, 및 적어도 하나의 다른 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 결여를 포함하는 스펙트럼 출력을 포함함 - 을 방출하는 하나 이상의 광 방출 광원(바람직하게는, 고체 상태 반도체 발광 다이오드), 및 하나 이상의 광원에 의해 발생된 회백색 광의 적어도 일부분을 수광하도록 배치된 광학 요소 - 광학 요소는 회백색 광의 적어도 일부분을 하나 이상의 소정의 파장들로 변환시키는 광학 물질을 포함하고, 소정의 파장들 중 적어도 하나의 파장은 적어도 하나의 결여된 스펙트럼 영역 내의 파장을 가진다.

Description

조명 장치, 조명 장치용 광학 요소, 및 방법{LIGHTING DEVICES, AN OPTICAL COMPONENT FOR A LIGHTING DEVICE, AND METHODS}
우선권 주장
본 출원은 2009년 8월 14일자로 출원된 미국 출원 제61/234,179호(참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)를 기초로 우선권을 주장한다.
본 발명은 나노입자를 포함하는 조명 장치, 나노입자를 포함하는 조명 기구 및 요소, 및 방법의 기술 분야에 관한 것이다.
<발명의 개요>
본 발명의 일 측면에 따르면, 회백색(off-white) 광원 - 회백색 광은 약 360 nm 내지 약 475 nm의 제1 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분, 약 475 nm 내지 약 575 nm의 제2 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분, 및 적어도 하나의 다른 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 결여를 포함하는 스펙트럼 출력을 포함함 -, 및 광원에 의해 발생된 회백색 광의 적어도 일부분을 수광하도록 배치된 광학 요소 - 광학 요소는 조명 장치에 의해 방출된 광이 백색 광을 포함하도록 회백색 광의 스펙트럼 출력의 적어도 일부분을 하나 이상의 소정의 파장들로 변환시키는 광학 물질을 포함하고, 소정의 파장들 중 적어도 하나의 파장은 적어도 하나의 결여된 스펙트럼 영역 내의 파장을 가지며, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자를 포함함 - 를 포함하는 백색 광 방출 조명 장치가 제공된다.
특정의 실시예에서, 광원은 하나 이상의 광원을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광원은 하나 이상의 고체 상태 반도체 발광 다이오드를 포함한다.
특정의 실시예에서, 회백색 광은 청색 스펙트럼 영역(예컨대, 약 400 nm 내지 약 475 nm) 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분을 포함하는 스펙트럼 출력을 포함한다.
특정의 실시예에서, 회백색 광은 녹색 스펙트럼 영역(예컨대, 약 500 nm 내지 약 550 nm) 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분을 포함하는 스펙트럼 출력을 포함한다.
특정의 실시예에서, 회백색 광은 황색 스펙트럼 영역(예컨대, 약 550 nm 내지 약 575 nm) 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분을 포함하는 스펙트럼 출력을 포함한다.
특정의 실시예에서, 회백색 광은 청색 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분과 녹색 및/또는 황색 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분을 포함하는 스펙트럼 출력을 포함한다.
특정의 실시예에서, 회백색 광은 청색 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분 및 녹색 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분을 포함하는 스펙트럼 출력을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 요소에 의한 광원의 하나 이상의 스펙트럼 결여의 보상은 평균 연색 지수(General Color Rendering Index, Ra)를 갖는 백색 광을 달성하기 위해 광원으로부터의 광 출력을 변경할 수 있다. [평균 연색 지수(Ra)는 본 명세서에서 CRI라고도 한다.] 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 75이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 80이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 85이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 90이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 95이다.
특정의 바람직한 실시예에서, 백색 광 출력은 양수(positive number)인R9 값을 가질 수 있다. 보다 바람직하게는, R9 값은 적어도 50이다. 가장 바람직하게는, R9 값은 80 초과이다.
특정의 실시예에서, 백색 광 방출 장치에 의해 방출되는 백색 광은 소정의 CRI를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 75이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 80이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 85이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 90이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 95이다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 광원이 적색 스펙트럼 영역 내의 스펙트럼 결여를 갖는 회백색 광을 방출하는 경우, 소정의 파장은 약 575 nm 내지 약 650 nm, 약 580 nm 내지 약 630 nm, 약 590 nm 내지 약 630 nm, 약 590 nm 내지 약 630 nm, 또는 약 605 nm 내지 약 620 nm의 범위에 있을 수 있다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 광원이 시안색 스펙트럼 영역 내의 스펙트럼 결여를 갖는 회백색 광을 방출하는 경우, 소정의 파장은 약 450 nm 내지 약 500 nm의 범위에 있을 수 있다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 광원이 하나 이상의 스펙트럼 결여를 갖는 회백색 광을 방출하는 경우, 광학 요소는 (조성, 구조 및/또는 크기에 기초하여) 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질을 포함할 수 있고, 각각의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자는 회백색 광의 일부분을, 광학 물질에 포함된 임의의 다른 유형의 양자 구속 반도체 나노입자들 중 적어도 하나의 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 방출되는 소정의 파장과 상이한 소정의 파장으로 변환시킬 수 있다.
상이한 소정의 파장으로 방출하는 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 하나 이상의 상이한 광학 물질에 포함될 수 있다. 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노결정이 개별 광학 물질에 포함될 수 있다.
2개 이상의 상이한 광학 물질을 포함하는 특정 실시예에서, 이러한 상이한 광학 물질은, 예를 들어, 계층화된 배열의 개별 층으로서 및/또는 패턴화된 층의 개별 특징부로서 포함될 수 있다.
상이한 소정의 파장으로 방출하는 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 적층된 배열로 2개 이상의 상이한 광학 요소에 포함될 수 있다. 이러한 실시예에서, 각각의 광학 요소는 상기한 하나 이상의 광학 요소를 포함할 수 있다.
상이한 소정의 파장으로 방출하는 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 실시예에서, 조명 장치에 의해 방출되는 백색 광은 이러한 2개 이상의 상이한 소정의 파장의 스펙트럼 성분을 포함한다. 이러한 경우에, 광원의 스펙트럼 결여들 중 하나 이상의 스펙트럼 결여를 채우거나 보상하도록 2개 이상의 상이한 소정의 파장이 선택된다.
회백색 광원이 2개 이상의 스펙트럼 결여를 가지는 특정의 실시예에서, 적어도 적색 스펙트럼 영역 내의 스펙트럼 결여를 해결함으로써 원하는 백색 광 출력이 달성될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소에 의한 광원의 하나 이상의 스펙트럼 결여의 보상은 상관 색 온도(correlated color temperature, CCT)를 갖는 백색 광을 달성하기 위해 광원으로부터의 광 출력을 변경할 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광은 소정의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 2000K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 2500K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 3000K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 4000K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 5000K의 CCT를 가질 수 있다.
특정의 실시예에서, 회백색 광원(들)로부터 생성된 백색 광의 와트당 루멘 효율(lumens per watt efficiency)은 광학 요소를 사용하여 약 2500K 내지 약 3500K의 범위 내에서의 CCT의 변경에 의해 그다지 영향을 받지 않는다. 예를 들어, CCT가 약 2500K 내지 약 3500K의 범위 내에서 변경될 때 (초기 와트당 루멘 효율값의 10%와 달리) 와트당 루멘 효율이 10% 초과만큼 변하지 않는다.
특정의 바람직한 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 반도체 나노결정을 포함한다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 40%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 50%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 60%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 70%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 80%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 90%의 고체 상태 양자 효율을 가진다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 고체 상태 발광 장치의 동작 동안 적어도 40% 효율을 유지한다.
특정의 바람직한 실시예에서, 광학 물질은 적색 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 백색 광 방출 조명 장치에 의해 방출되는 백색 광은 소정의 평균 연색 지수(Ra)를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 조명 장치에 의해 방출되는 백색 광은 적어도 75의 평균 연색 지수(Ra)를 가진다. 특정의 실시예에서, 조명 장치에 의해 방출되는 백색 광은 적어도 80의 평균 연색 지수(Ra)를 가진다. 특정의 실시예에서, 조명 장치에 의해 방출되는 백색 광은 적어도 85의 평균 연색 지수(Ra)를 가진다. 특정의 실시예에서, 조명 장치에 의해 방출되는 백색 광은 적어도 90의 평균 연색 지수(Ra)를 가진다. 특정의 실시예에서, 조명 장치에 의해 방출되는 백색 광은 적어도 95의 평균 연색 지수(Ra)를 가진다.
특정의 바람직한 실시예에서, 백색 광 출력은 양수인 R9 값을 가질 수 있다. 보다 바람직하게는, R9 값은 적어도 50이다. 가장 바람직하게는, R9 값은 80 초과이다.
특정의 실시예에서, 조명 장치는 60% 초과의 광원 와트당 루멘 효율을 유지한다. 특정의 실시예에서, 조명 장치는 70% 초과의 광원 와트당 루멘 효율을 유지한다. 특정의 실시예에서, 조명 장치는 80% 초과의 광원 와트당 루멘 효율을 유지한다. 특정의 실시예에서, 조명 장치는 90% 초과의 광원 와트당 루멘 효율을 유지한다. 특정의 실시예에서, 조명 장치는 100% 초과의 광원 와트당 루멘 효율을 유지한다. 특정의 실시예에서, 조명 장치는 110% 초과의 광원 와트당 루멘 효율을 유지한다.
특정의 실시예에서, 회백색 광원(들)로부터 생성된 백색 광의 와트당 루멘 효율(lumens per watt efficiency)은 광학 요소를 사용하여 약 2500K 내지 약 3500K의 범위 내에서의 CCT의 변경에 의해 그다지 영향을 받지 않는다. 예를 들어, CCT가 약 2500K 내지 약 3500K의 범위 내에서 변경될 때 (초기 와트당 루멘 효율값의 10%만큼 변하는 것과 달리) 와트당 루멘 효율이 초기 값으로부터 10% 초과만큼 변하지 않는다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자가 분산되어 있는 호스트 물질(host material)을 추가로 포함한다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.5 내지 약 3 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 1 내지 약 3 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 1 내지 약 2 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다.
호스트 물질을 추가로 포함하는 광학 물질의 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 약 5 중량 퍼센트 초과의 양으로 광학 물질에 포함될 수 있다. 예를 들어, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 20 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있고, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있으며, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 10 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있고, 기타 등등이다.
상기 범위를 벗어난 광학 물질 내의 양자 구속 반도체 나노입자의 다른 농도가 또한 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 광 산란체를 추가로 포함한다.
특정의 실시예에서, 광 산란체는 광 산란 입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.25 내지 약 4 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.5 내지 약 3 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.5 내지 약 2 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 1 내지 약 2 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다.
특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 약 5 중량 퍼센트 초과의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 예를 들어, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 20 중량 퍼센트의 광 산란 입자를 포함할 수 있고, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량 퍼센트의 광 산란 입자를 포함할 수 있으며, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 10 중량 퍼센트의 광 산란 입자를 포함할 수 있고, 기타 등등이다.
상기 범위를 벗어난 광학 물질 내의 광 산란 입자의 다른 농도가 또한 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 지지 요소를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 지지 요소는 광원으로부터 방출된 광에 그리고 나노입자로부터 방출된 광에 광학적으로 투명하다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 다른 선택적인 층을 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 다른 선택적인 특징부를 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 적어도 부분적으로 밀봉되어 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 전체적으로 밀봉되어 있다.
특정의 실시예에서, 지지 요소를 포함하는 광학 요소는 조명 장치에 대한 커버 플레이트(cover plate)로서 역할할 수 있다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 조명 장치의 광 확산기 요소를 포함한다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 경성(rigid)이다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 연성(flexible)이다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질이 지지 요소의 표면의 적어도 일부분 상에 배치되어 있다. 특정의 실시예에서, 광학 물질이 지지 요소의 주 표면의 적어도 일부분 상에 배치되어 있다. 특정의 실시예에서, 광학 물질이 지지 요소와 광원 및 광학 물질에 의해 방출되는 광에 광학적으로 투명한 보호 코팅 또는 커버 사이에 배치되어 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질이 지지 요소의 표면의 소정의 영역 상에 하나 이상의 층으로서 배치되어 있다.
특정의 실시예에서, 층은 양자 구속 반도체 나노입자가 분산되어 있는 호스트 물질을 추가로 포함하는 광학 물질을 포함한다. 특정의 실시예에서, 층은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 층은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 중량 퍼센트 초과의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다. 예를 들어, 층은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 20 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자, 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자, 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 10 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자, 기타를 포함할 수 있다.
상기 범위를 벗어난 층 내의 양자 구속 반도체 나노입자의 다른 농도가 또한 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 층이 광 산란체를 추가로 포함한다.
특정의 실시예에서, 광 산란체가 호스트 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트 범위의 양으로 층에 포함되어 있다.
특정의 실시예에서, 층은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 중량 퍼센트 초과의 광 산란 입자를 포함한다. 예를 들어, 층은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 20 중량 퍼센트의 광 산란 입자, 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량 퍼센트의 광 산란 입자, 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 10 중량 퍼센트의 광 산란 입자, 기타를 포함할 수 있다.
상기 범위를 벗어난 층 내의 광 산란 입자의 다른 농도가 또한 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이, 예를 들어, 약 0.1 마이크로미터 내지 약 1 cm의 두께를 가진다. 특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이 약 0.1 내지 약 200 마이크로미터의 두께를 가진다. 특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이 약 10 내지 약 200 마이크로미터의 두께를 가진다. 특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이 약 30 내지 약 80 마이크로미터의 두께를 가진다.
특정의 바람직한 실시예에서, 광학 물질이 광원과 직접 접촉해 있지 않다.
특정의 바람직한 실시예에서, 광학 요소가 광원과 직접 접촉해 있지 않다.
특정의 실시예에서, 동작 동안 고체 상태 발광 장치 내의 나노입자의 위치에서의 온도가 100℃ 이하이다.
특정의 실시예에서, 동작 동안 고체 상태 발광 장치 내의 나노입자의 위치에서의 온도가 90℃ 이하이다.
특정의 실시예에서, 동작 동안 고체 상태 발광 장치 내의 나노입자의 위치에서의 온도가 75℃ 이하이다.
특정의 실시예에서, 동작 동안 고체 상태 발광 장치 내의 나노입자의 위치에서의 온도가 60℃ 이하이다.
특정의 실시예에서, 동작 동안 고체 상태 발광 장치 내의 나노입자의 위치에서의 온도가 50℃ 이하이다.
특정의 실시예에서, 동작 동안 고체 상태 발광 장치 내의 나노입자의 위치에서의 온도가 40℃ 이하이다.
특정의 실시예에서, 동작 동안 고체 상태 발광 장치 내의 나노입자의 위치에서의 온도가 약 30℃ 내지 약 60℃의 범위에 있다.
특정의 실시예에서, 광원은 회백색 광 방출 고체 상태 반도체 발광 다이오드 또는 장치(본 명세서에서 "LED"라고도 함)를 포함한다.
특정의 실시예에서, 회백색 광 방출 LED는 청색 LED 광 출력을 회백색 광 출력으로 변환시키는 발광 물질을 포함하는 청색 광 방출 반도체 LED를 포함한다.
특정의 실시예에서, 발광 물질은 인광체를 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 발광 물질은 컬러-변환 염료를 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 발광 물질은 컬러-변환 안료를 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 발광 물질은 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 발광 물질은 하나 이상의 상이한 유형의 발광 물질을 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 발광 물질은 하나 이상의 상이한 발광 물질을 포함한다. 2개 이상의 상이한 발광 물질을 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 발광 물질들 중 적어도 2개의 발광 물질이 광원으로부터의 광을 서로 다른 파장들을 갖는 광으로 변환시킬 수 있다. 발광 물질이 2개 이상의 상이한 발광 물질을 포함하는 특정의 실시예에서, 2개 이상의 상이한 발광 물질이 혼합물로 포함될 수 있다. 발광 물질이 2개 이상의 상이한 발광 물질을 포함하는 특정의 실시예에서, 각각의 발광 물질이 개별 층으로 LED에 포함될 수 있다. 발광 물질이 3개 이상의 발광 물질을 포함하는 특정의 실시예에서, 3개 이상의 발광 물질이 하나 이상의 층의 조합으로 LED에 포함될 수 있고, 각각의 층은 하나 이상의 발광 물질을 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 발광 물질은 LED에 의해 방출된 청색 광의 일부분을 녹색으로 변환시키는 발광 물질을 포함한다. 특정의 바람직한 실시예에서, 발광 물질은 청색 광을 녹색으로 변환시킬 수 있는 인광체를 포함한다.
특정의 실시예에서, 발광 물질은 LED에 의해 방출된 청색 광의 일부분을 황색으로 변환시키는 발광 물질을 포함한다. 특정의 바람직한 실시예에서, 발광 물질은 청색 광을 황색으로 변환시킬 수 있는 인광체를 포함한다.
특정의 실시예에서, LED는 LED에 의해 방출된 청색 광의 일부분을 황색으로 변환시키는 제1 발광 물질 및 LED에 의해 방출된 청색 광의 일부분을 녹색으로 변환시키는 제2 발광 물질을 포함한다. 특정의 바람직한 실시예에서, 제1 발광 물질은 청색 광을 황색으로 변환시킬 수 있는 인광체를 포함하고, 제2 발광 물질은 청색 광을 녹색으로 변환시킬 수 있는 인광체를 포함한다.
특정의 실시예에서, 하나 이상의 다른 발광 물질이 이용될 수 있다. 특정의 실시예에서, 하나 이상의 다른 발광 물질은 인광체를 포함한다.
특정의 실시예에서, 회백색 광 방출 LED는 UV LED 광 출력을 회백색 광으로 변환시키는 발광 물질을 포함하는 UV 광 방출 반도체 LED를 포함한다.
특정의 실시예에서, 발광 물질은 인광체를 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 발광 물질은 컬러-변환 염료를 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 발광 물질은 컬러-변환 안료를 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 발광 물질은 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 발광 물질은 하나 이상의 상이한 유형의 발광 물질을 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 발광 물질은 하나 이상의 상이한 발광 물질을 포함한다. 2개 이상의 상이한 발광 물질을 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 발광 물질들 중 적어도 2개의 발광 물질이 광원으로부터의 광을 서로 다른 파장들을 갖는 광으로 변환시킬 수 있다. 발광 물질이 2개 이상의 상이한 발광 물질을 포함하는 특정의 실시예에서, 2개 이상의 상이한 발광 물질이 혼합물로 포함될 수 있다. 발광 물질이 2개 이상의 상이한 발광 물질을 포함하는 특정의 실시예에서, 각각의 발광 물질이 개별 층으로 LED에 포함될 수 있다. 발광 물질이 3개 이상의 발광 물질을 포함하는 특정의 실시예에서, 3개 이상의 발광 물질이 하나 이상의 층의 조합으로 LED에 포함될 수 있고, 각각의 층은 하나 이상의 발광 물질을 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 발광 물질은 LED에 의해 방출된 UV 광의 일부분을 녹색으로 변환시키는 발광 물질을 포함한다. 특정의 바람직한 실시예에서, 발광 물질은 UV 광을 녹색으로 변환시킬 수 있는 인광체를 포함한다.
특정의 실시예에서, 발광 물질은 LED에 의해 방출된 UV 광의 일부분을 황색으로 변환시키는 발광 물질을 포함한다. 특정의 바람직한 실시예에서, 발광 물질은 UV 광을 황색으로 변환시킬 수 있는 인광체를 포함한다.
특정의 실시예에서, LED는 LED에 의해 방출된 UV 광의 일부분을 황색으로 변환시키는 제1 발광 물질 및 LED에 의해 방출된 UV 광의 일부분을 녹색으로 변환시키는 제2 발광 물질을 포함한다. 특정의 바람직한 실시예에서, 제1 발광 물질은 UV 광을 황색으로 변환시킬 수 있는 인광체를 포함하고, 제2 발광 물질은 UV 광을 녹색으로 변환시킬 수 있는 인광체를 포함한다.
특정의 실시예에서, 하나 이상의 다른 발광 물질이 이용될 수 있다. 특정의 실시예에서, 하나 이상의 다른 발광 물질은 인광체를 포함한다.
특정의 실시예에서, 조명 장치는 회백색 광을 방출할 수 있는 LED를 포함하는 광원 - 회백색 광은 청색 스펙트럼 성분 및 녹색 및/또는 황색 스펙트럼 성분을 포함하고 적색 스펙트럼 영역 내의 결여를 포함함 -, 및 LED에 의해 방출된 광을 수광하도록 배치되어 있는 광학 요소 - 광학 요소는 조명 장치에 의해 방출된 광이 백색 광을 포함하도록 회백색 광의 적어도 일부분을 약 595 nm 내지 약 650 nm의 범위에 있는 파장을 갖는 적색 스펙트럼 영역 내의 광으로 변환시키는 광학 물질을 포함하고, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자를 포함함 - 를 포함한다.
특정의 실시예에서, 조명 장치는 회백색 광을 방출하는 LED를 포함하는 회백색 광 방출 광원 - 회백색 광은 청색 스펙트럼 성분 및 녹색 및/또는 황색 스펙트럼 성분을 포함하고 오렌지색 내지 적색 스펙트럼 영역 내의 결여를 포함함 -, 및 LED에 의해 방출된 광을 수광하도록 배치되어 있는 광학 요소 - 광학 요소는 조명 장치에 의해 방출된 광이 백색 광을 포함하도록 회백색 광의 적어도 일부분을 약 575 nm 내지 약 650 nm의 스펙트럼 영역 내의 광으로 변환시키는 광학 물질을 포함하고, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자를 포함함 - 를 포함한다. 특정의 실시예에서, 예를 들어, 광학 물질은 회백색 광의 적어도 일부분을 약 575 nm 내지 약 650 nm, 약 580 nm 내지 약 630 nm, 약 590 nm 내지 약 630 nm, 약 600 nm 내지 약 620 nm, 약 605 nm 내지 약 615 nm 등의 스펙트럼 영역 내의 광으로 변환시킬 수 있다.
청색 스펙트럼 영역 내의 방사를 포함하는 회백색 광을 방출하는 회백색 광원을 포함하는 특정의 실시예에서, 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 10%가 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 변환된다.
특정의 이러한 실시예에서, 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 30%가 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 변환된다.
특정의 이러한 실시예에서, 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 60%가 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 변환된다.
특정의 이러한 실시예에서, 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 95% 이하가 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 변환된다.
특정의 이러한 실시예에서, 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 90% 이하가 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 변환된다.
특정의 이러한 실시예에서, 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 약 50% 내지 약 80%가 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 변환된다.
특정의 실시예에서, 광학 물질에 포함된 양자 구속 반도체 나노입자는 무카드뮴(cadmium free)이다.
특정의 실시예에서, 광학 물질에 포함된 양자 구속 반도체 나노입자는 III-V족 반도체 물질을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질에 포함된 양자 구속 반도체 나노입자는 반도체 물질을 포함하는 코어 및 코어의 표면의 적어도 일부분 상에 배치된 무기 쉘(inorganic shell)을 포함하는 반도체 나노결정을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 회백색 광을 방출하는 광원으로부터 소정의 CRI를 갖는 백색 광을 생성하는 광학 요소가 제공되고, 회백색 광은 약 360 nm 내지 약 475 nm의 제1 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분, 약 475 nm 내지 약 575 nm의 제2 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분, 및 적어도 하나의 다른 스펙트럼 영역 내의 결여를 포함하는 스펙트럼 출력을 포함하며, 광학 요소는 광학 요소로부터 방사되는 광이 백색 광을 포함하도록 광원으로부터의 회백색 광 출력의 적어도 일부분을 하나 이상의 상이한 소정의 파장들로 변환시키는 광학 물질을 포함하고, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광원은 하나 이상의 광원을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광원은 하나 이상의 고체 상태 반도체 발광 다이오드를 포함한다.
특정의 실시예에서, 백색 광은 적어도 75의 CRI를 가진다. 특정의 실시예에서, 백색 광은 적어도 80의 CRI를 가진다. 특정의 실시예에서, 백색 광은 적어도 85의 CRI를 가진다. 특정의 실시예에서, 백색 광은 적어도 90의 CRI를 가진다. 특정의 실시예에서, 백색 광은 적어도 95의 CRI를 가진다.
특정의 실시예에서, 백색 광 출력은 양수인 R9 값을 가질 수 있다. 바람직하게는, R9 값은 적어도 50이다. 가장 바람직하게는, R9 값은 80 초과이다.
특정의 실시예에서, 백색 광은 소정의 CRI를 가진다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 75이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 80이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 85이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 90이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 95이다.
특정의 바람직한 실시예에서, 예를 들어, 스펙트럼 결여 영역들 중 적어도 하나의 스펙트럼 결여 영역 내의 광원의 광 출력을 보충함으로써, 광원의 스펙트럼 결여들 중 적어도 하나의 스펙트럼 결여를 채우거나 보상하도록 소정의 파장이 선택된다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 광원이 오렌지색 내지 적색 스펙트럼 영역 내의 스펙트럼 결여를 갖는 회백색 광을 방출하는 경우, 소정의 파장은 약 575 nm 내지 약 650 nm, 약 580 nm 내지 약 630 nm, 약 590 nm 내지 약 630 nm, 약 600 nm 내지 약 620 nm, 또는 약 605 nm 내지 약 615 nm 등의 범위에 있을 수 있다.
특정의 보다 바람직한 실시예에서, 광학 물질은 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하고, 여기서 상이한 유형은 광원으로부터의 광 출력의 하나 이상의 스펙트럼 결여를 보상하도록 하나 이상의 상이한 소정의 파장으로 방출할 수 있다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 광원이 시안색 스펙트럼 영역 내의 스펙트럼 결여를 갖는 회백색 광을 방출하는 경우, 소정의 파장은 약 450 nm 내지 약 500 nm의 범위에 있을 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 (조성, 구조 및/또는 크기에 기초하여) 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질을 포함하고, 여기서 각각의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자는 광학 물질에 포함된 임의의 다른 유형의 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 방출되는 소정의 파장과 동일하거나 상이할 수 있는 소정의 파장으로 광을 방출하며, 광학 물질이 광원의 하나 이상의 스펙트럼 결여를 보상하도록 하나 이상의 상이한 소정의 파장이 선택된다. 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 그 유형들 중 적어도 2개의 유형은 광학 요소에 포함될 수 있는 다른 유형의 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 방출된 파장과 상이한 소정의 파장으로 광을 방출할 수 있다.
상이한 소정의 파장으로 방출하는 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 하나 이상의 상이한 광학 물질에 포함될 수 있다.
상이한 소정의 파장으로 방출하는 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 2개 이상의 상이한 광학 물질에 포함될 수 있다.
2개 이상의 상이한 광학 물질을 포함하는 특정 실시예에서, 이러한 상이한 광학 물질은, 예를 들어, 계층화된 배열의 개별 층으로서 및/또는 패턴화된 층의 개별 특징부로서 포함될 수 있다.
회백색 광원이 2개 이상의 스펙트럼 결여를 가지는 특정의 실시예에서, 적어도 적색 스펙트럼 영역 내의 스펙트럼 결여를 해결함으로써 원하는 백색 광 출력이 달성될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소에 의한 광원의 하나 이상의 스펙트럼 결여의 보상은 상관 색 온도(correlated color temperature, CCT)를 갖는 백색 광을 달성하기 위해 광원으로부터의 광 출력을 변경할 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 2000K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 2500K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 3000K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 4000K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 5000K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광은 소정의 CCT를 가질 수 있다.
특정의 실시예에서, 회백색 광원(들)로부터 생성된 백색 광의 와트당 루멘 효율(lumens per watt efficiency)은 광학 요소를 사용하여 약 2500K 내지 약 3500K의 범위 내에서의 CCT의 변경에 의해 그다지 영향을 받지 않는다. 예를 들어, CCT가 약 2500K 내지 약 3500K의 범위 내에서 변경될 때 (초기 와트당 루멘 효율값의 10%와 달리) 와트당 루멘 효율이 10% 초과만큼 변하지 않는다.
특정의 바람직한 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 반도체 나노결정을 포함한다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 40%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 50%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 60%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 70%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 80%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 90%의 고체 상태 양자 효율을 가진다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 광학 요소의 사용 동안 적어도 40% 효율을 유지한다.
특정의 바람직한 실시예에서, 광학 물질은 적색 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다. 다른 특정의 바람직한 실시예에서, 광학 물질은 오렌지색 내지 적색 스펙트럼 영역 내의 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자가 분산되어 있는 호스트 물질을 추가로 포함한다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.5 내지 약 3 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 1 내지 약 3 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 1 내지 약 2 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다.
호스트 물질을 추가로 포함하는 광학 물질의 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 약 5 중량 퍼센트 초과의 양으로 광학 물질에 포함될 수 있다. 예를 들어, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 20 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있고, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있으며, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 10 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있고, 기타 등등이다.
상기 범위를 벗어난 광학 물질 내의 양자 구속 반도체 나노입자의 다른 농도가 또한 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 광 산란체를 추가로 포함한다.
특정의 실시예에서, 광 산란체는 광 산란 입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.25 내지 약 4 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.5 내지 약 3 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.5 내지 약 2 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 1 내지 약 2 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다.
특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 약 5 중량 퍼센트 초과의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 예를 들어, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 20 중량 퍼센트의 광 산란 입자를 포함할 수 있고, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량 퍼센트의 광 산란 입자를 포함할 수 있으며, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 10 중량 퍼센트의 광 산란 입자를 포함할 수 있고, 기타 등등이다.
상기 범위를 벗어난 광학 물질 내의 광 산란 입자의 다른 농도가 또한 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 지지 요소를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 지지 요소는 광원으로부터 방출된 광에 그리고 나노입자로부터 방출된 광에 광학적으로 투명하다.
특정의 실시예에서, 지지 요소를 포함하는 광학 요소는 조명 장치에 대한 커버 플레이트(cover plate)로서 역할할 수 있다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 조명 장치의 광 확산기 요소를 포함한다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 경성(rigid)이다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 연성(flexible)이다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질이 지지 요소의 표면의 적어도 일부분 상에 배치되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질이 지지 요소의 주 표면의 적어도 일부분 상에 배치되어 있다. 특정의 실시예에서, 광학 물질이 지지 요소와 광원 및 광학 물질에 의해 방출되는 광에 광학적으로 투명한 보호 코팅 또는 커버 사이에 배치되어 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질이 지지 요소의 표면의 소정의 영역 상에 하나 이상의 층으로서 배치되어 있다.
특정의 실시예에서, 층은 양자 구속 반도체 나노입자가 분산되어 있는 호스트 물질을 추가로 포함하는 광학 물질을 포함한다. 특정의 실시예에서, 층은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 층은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 중량 퍼센트 초과의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다. 예를 들어, 층은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 20 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자, 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자, 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 10 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자, 기타를 포함할 수 있다.
상기 범위를 벗어난 층 내의 양자 구속 반도체 나노입자의 다른 농도가 또한 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 층이 광 산란체를 추가로 포함한다.
특정의 실시예에서, 광 산란체가 호스트 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트 범위의 양으로 층에 포함되어 있다.
특정의 실시예에서, 층은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 중량 퍼센트 초과의 광 산란 입자를 포함한다. 예를 들어, 층은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 20 중량 퍼센트의 광 산란 입자, 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량 퍼센트의 광 산란 입자, 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 10 중량 퍼센트의 광 산란 입자, 기타를 포함할 수 있다.
상기 범위를 벗어난 층 내의 광 산란 입자의 다른 농도가 또한 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이, 예를 들어, 약 0.1 마이크로미터 내지 약 1 cm의 두께를 가진다. 특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이 약 0.1 내지 약 200 마이크로미터의 두께를 가진다. 특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이 약 10 내지 약 200 마이크로미터의 두께를 가진다. 특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이 약 30 내지 약 80 마이크로미터의 두께를 가진다.
광학 요소가 청색 스펙트럼 영역 내의 방사를 포함하는 광을 방출하는 회백색 광원으로부터 광을 수광하는 특정의 실시예에서, 광학 요소는 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 10%를 하나 이상의 소정의 파장으로 변환시킬 수 있다.
특정의 이러한 실시예에서, 광학 요소는 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 30%를 하나 이상의 소정의 파장으로 변환시킬 수 있다.
특정의 이러한 실시예에서, 광학 요소는 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 60%를 하나 이상의 소정의 파장으로 변환시킬 수 있다.
특정의 이러한 실시예에서, 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 95% 이하가 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 변환된다.
특정의 이러한 실시예에서, 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 90% 이하가 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 변환된다.
특정의 이러한 실시예에서, 광학 요소는 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 약 50% 내지 약 80%를 하나 이상의 소정의 파장으로 변환시킬 수 있다.
특정의 이러한 실시예에서, 광학 요소는 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 약 60% 내지 약 80%를 하나 이상의 소정의 파장으로 변환시킬 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질에 포함된 양자 구속 반도체 나노입자는 무카드뮴(cadmium free)이다.
특정의 실시예에서, 광학 물질에 포함된 양자 구속 반도체 나노입자는 III-V족 반도체 물질을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질에 포함된 양자 구속 반도체 나노입자는 반도체 물질을 포함하는 코어 및 코어의 표면의 적어도 일부분 상에 배치된 무기 쉘(inorganic shell)을 포함하는 반도체 나노결정을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 적어도 부분적으로 밀봉되어 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 전체적으로 밀봉되어 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 하나 이상의 광원을 수납하도록 되어 있는 조명 기구가 제공되고, 조명 기구는 광 출력이 조명 기구로부터 방출되기 전에 하나 이상의 광원에 의해 발생된 광의 적어도 일부분이 광학 요소 내로 전달되도록 하나 이상의 광원의 위치에 대해 조명 기구에 배치되어 있는 광학 요소를 포함하며, 광학 요소는 본 명세서에서 개시된 광학 요소를 포함한다.
특정의 실시예에서, 조명 기구는 하나 이상의 광원을 수납하도록 되어 있는 하우징을 포함하고, 광학 요소는 하나 이상의 광원에 의해 방출되는 광의 적어도 일부분, 바람직하게는 전부를 수광하도록 하나 이상의 광원의 위치에 대해 조명 기구에 배치된다.
특정의 실시예에서, 광원은 회백색 광 방출 LED를 포함한다. 특정의 이러한 실시예에서, 조명 기구로부터의 광 출력은 소정의 CRI를 갖는 백색 광이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 75이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 80이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 85이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 90이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 95이다.
특정의 바람직한 실시예에서, 백색 광 출력은 양수(positive number)인R9 값을 가질 수 있다. 보다 바람직하게는, R9 값은 적어도 50이다. 가장 바람직하게는, R9 값은 80 초과이다.
특정의 실시예에서, 조명 기구로부터의 광 출력은 소정의 CCT를 갖는 백색 광이다. 특정의 실시예에서, CCT는 적어도 2000K이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CCT는 적어도 2500K이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CCT는 적어도 3000K이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CCT는 적어도 4000K이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CCT는 적어도 5000K이다.
본 발명의 추가적인 측면에 따르면, 하나 이상의 광원과 함께 사용하기 위한 조명 기구에서 사용되는 커버 플레이트가 제공되고, 커버 플레이트는 하나 이상의 광원으로부터 방출된 광의 적어도 일부분을 수광하도록 조명 기구에 부착되도록 구성되어 있으며, 커버 플레이트는 본 명세서에 기술된 광학 요소를 포함한다.
본 발명의 추가적인 측면에 따르면, 하나 이상의 고체 상태 반도체 발광 다이오드를 포함하는 조명 장치에 부착되도록 구성되어 있는 커버 플레이트가 제공되고, 커버 플레이트는 본 명세서에 기술된 광학 요소를 포함한다.
커버 플레이트는 바람직하게는 하나 이상의 고체 상태 반도체 발광 다이오드로부터 방출된 광의 적어도 일부분을 수광하기 위해 장치에 부착되도록 구성되어 있다.
특정의 실시예에서, 광원은 고체 상태 반도체 발광 다이오드를 포함한다.
특정의 실시예에서, 조명 장치는 램프를 포함한다.
본 발명의 다른 추가적인 측면에 따르면, 회백색 광원으로부터 소정의 CRI를 갖는 백색 광을 생성하는 방법이 제공되고, 이 방법은, 회백색 광 - 회백색 광은 약 360 nm 내지 약 475 nm의 제1 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분, 약 475 nm 내지 약 575 nm의 제2 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분, 및 적어도 하나의 다른 스펙트럼 영역 내의 결여를 포함하는 스펙트럼 출력을 포함함 - 의 적어도 일부분을 약 575 nm 내지 약 650 nm 범위의 하나 이상의 방사로 변환시켜 소정의 CRI를 갖는 백색 광을 획득하기 위해, 광원에 의해 방출된 회백색 광의 적어도 일부분을 광학 물질 내로 전달하는 단계를 포함하며, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 회백색 광은 청색 스펙트럼 성분 및 녹색 및/또는 황색 스펙트럼 성분을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광원은 하나 이상의 광원을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광원은 하나 이상의 고체 상태 반도체 발광 다이오드를 포함한다.
특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 75이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 80이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 85이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 90이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 95이다. 바람직하게는, 광학 물질이 발광 장치의 표면 상에 있지 않고 그로부터 떨어져 있다.
*특정의 바람직한 실시예에서, 백색 광 출력은 양수인 R9 값을 가질 수 있다. 보다 바람직하게는, R9 값은 적어도 50이다. 가장 바람직하게는, R9 값은 80 초과이다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 광학 물질은 회백색 광의 적어도 일부분을 약 580 nm 내지 약 630 nm, 약 590 nm 내지 약 630 nm, 약 600 nm 내지 약 620 nm, 약 605 nm 내지 약 615 nm 등의 범위에 있는 하나 이상의 방사로 변환시킬 수 있다.
특정의 실시예에서, 상이한 소정의 파장으로 방출하는 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 하나 이상의 상이한 광학 물질에 포함될 수 있다.
상이한 소정의 파장으로 방출하는 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 2개 이상의 상이한 광학 물질에 포함될 수 있다.
특정의 실시예에서, 이 방법은 본 명세서에 기술된 광학 물질을 포함한다.
특정의 실시예에서, 이 방법은 본 명세서에 개시된 광학 요소를 포함한다.
2개 이상의 상이한 광학 물질을 포함하는 특정 실시예에서, 이러한 상이한 광학 물질은, 예를 들어, 계층화된 배열의 개별 층으로서 및/또는 패턴화된 층의 개별 특징부로서 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 추가적인 측면에 따르면, 약 360 nm 내지 약 475 nm의 제1 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분, 약 475 nm 내지 약 575 nm의 제2 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분, 및 적어도 하나의 다른 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 결여를 포함하는 스펙트럼 출력을 가지는 회백색 광 방출 반도체 발광 장치의 적어도 하나의 색상 특성을 향상시키는 방법이 제공되고, 이 방법은, 회백색 광의 적어도 일부분을 결여된 스펙트럼 영역들 중 적어도 하나의 결여된 스펙트럼 영역 내의 하나 이상의 방사로 변환시켜 백색 광을 생성하기 위해, 회백색 광의 적어도 일부분을 광학 물질 내로 전달하는 단계를 포함하며, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광원은 하나 이상의 광원을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광원은 하나 이상의 고체 상태 반도체 발광 다이오드를 포함한다.
특정의 실시예에서, 이 방법은 본 명세서에 개시된 광학 물질을 포함한다.
특정의 실시예에서, 이 방법은 본 명세서에 개시된 광학 요소를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 적색-방출 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하고, 여기서 각각의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자는 광학 물질에 포함된 다른 유형의 양자 구속 반도체 나노입자들 중 적어도 하나에 의해 방출되는 소정의 파장과 상이한 소정의 파장으로 광을 방출하며, 광학 물질이 회백색 광 방출 반도체 발광 장치의 하나 이상의 스펙트럼 결여를 보상하도록 하나 이상의 상이한 소정의 파장이 선택된다.
본 발명의 다른 추가적인 측면에 따르면, 회백색 광 방출 광원으로부터 생성된 백색 광의 와트당 루멘 효율을 향상시키는 방법이 제공되고, 회백색 광은 약 360 nm 내지 약 475 nm의 제1 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분, 약 475 nm 내지 약 575 nm의 제2 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분, 및 적어도 하나의 다른 스펙트럼 영역 내의 결여를 포함하는 스펙트럼 출력을 포함하며, 이 방법은, 회백색 광의 적어도 일부분을 약 575 nm 내지 약 650 nm 범위의 하나 이상의 방사로 변환시키기 위해, 회백색 광의 적어도 일부분을 광학 물질 내로 전달하는 단계를 포함하며, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광원은 하나 이상의 광원을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광원은 하나 이상의 고체 상태 반도체 발광 다이오드를 포함한다.
특정의 실시예에서, 이 방법은 본 명세서에 개시된 광학 물질을 포함한다.
특정의 실시예에서, 이 방법은 본 명세서에 개시된 광학 요소를 포함한다.
본 명세서에 기술된 이상의 측면 및 실시예와 기타 측면 및 실시예 모두가 본 발명의 실시예를 구성한다.
본 명세서에 기술된 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에서, 광학 물질 및/또는 광학 요소는 발광 장치 또는 기타 광원과 직접 물리적으로 접촉하지 않고 그와 광학적으로 통신하고 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "밀봉(encapsulation)"은 특정의 원소 또는 화합물(예를 들어, 산소 및/또는 수분)로부터 보호하는 것을 말한다. 특정의 실시예에서, 밀봉이 전체적(complete)일 수 있다[본 명세서에서 완전 밀봉(full encapsulation)이라고도 함]. 특정의 실시예에서, 밀봉이 덜 전체적(less than complete)일 수 있다[본 명세서에서 부분 밀봉(partial encapsulation)이라고도 함].
상기한 것의 양자 구속 반도체 나노입자, 광 산란체, 호스트 물질, 지지 요소, 기타 특징부 및 요소에 관한 부가 정보, 및 본 발명에서 유용한 기타 정보가 이하에서 제공된다.
이상의 개괄적인 설명 및 이하의 상세한 설명 둘다가 단지 예시적이고 설명적인 것에 불과하며 또 청구된 발명을 제한하는 것이 아니라는 것을 잘 알 것이다. 본 명세서에 개시된 발명의 상세 및 실시를 살펴봄으로써 다른 실시예들이 당업자에게는 명백할 것이다.
도 1은 1931 CIE 색도 다이어그램의 영역을 나타낸 도면으로서, 흑체 방사 곡선, 상관 색 온도점, 및 색 온도 주변의 ANSI 빈이 또한 그려져 있고, 예 2에 대한 데이터도 포함되어 있음.
도 2는 1931 CIE 색도 다이어그램의 영역을 나타낸 도면으로서, 흑체 방사 곡선, 상관 색 온도점, 및 색 온도 주변의 ANSI 빈이 또한 그려져 있고, 예 3에 대한 데이터도 포함되어 있음.
도 3은 회백색 광원의 스펙트럼의 일례를 나타낸 도면.
도 4는 CIE 1931 x,y 색도 다이어그램 및 8개의 공칭 CCT (K) 허용오차 사각형(ANSI C78.377 표준)을 나타낸 도면.
첨부 도면은 단지 예시를 위해 제시된 간략화된 표현이다.
본 발명의 다른 이점 및 기능과 함께 본 발명의 더 나은 이해를 위해, 이하의 개시 내용 및 첨부된 특허청구범위가 상기한 도면과 관련하여 기술되어 있다.
본 발명의 다양한 측면 및 실시예가 이하의 상세한 설명에서 추가로 기술될 것이다.
양자 구속 반도체 나노입자는 전자 및 정공을 구속하고 광을 흡수하고 상이한 파장의 광을 재방출하는 축광 특성(photoluminescent property)을 가질 수 있다. 양자 구속 반도체 나노입자로부터의 방출된 광의 색상 특성은 양자 구속 반도체 나노입자의 크기 및 양자 구속 반도체 나노입자의 화학 조성에 의존한다.
양자 구속 반도체 나노입자는 화학 조성, 구조 및 크기와 관련하여 적어도 하나의 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다. 본 발명에 따른 광학 요소에 포함된 양자 구속 반도체 나노입자의 유형(들)이 변환될 광의 파장 및 원하는 광 출력의 파장에 의해 결정된다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 양자 구속 반도체 나노입자는 그의 표면 상에 쉘(shell) 및/또는 리간드(ligand)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 특정의 실시예에서, 쉘 및/또는 리간드는 응집(agglomeration) 또는 합체(aggregation)를 방지하여 나노입자 사이의 Van der Waals 결합력을 극복하기 위해 양자 구속 반도체 나노입자를 패시베이션할 수 있다. 특정의 실시예에서, 리간드는 양자 구속 반도체 나노입자가 포함될 수 있는 임의의 호스트 물질에 대한 친화력을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 특정의 실시예에서, 쉘(shell)은 무기 쉘(inorganic shell)을 포함한다.
특정의 실시예에서, (조성, 구조 및/또는 크기에 기초하여) 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질에 포함될 수 있고, 소정의 색상을 가지는 광을 얻기 위해 각각의 유형이 선택된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 회백색 광 방출 광원 - 회백색 광은 약 360 nm 내지 약 475 nm의 제1 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분, 약 475 nm 내지 약 575 nm의 제2 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분, 및 적어도 하나의 다른 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 결여를 포함하는 스펙트럼 출력을 포함함 -, 및 광원에 의해 발생된 회백색 광의 적어도 일부분을 수광하도록 배치된 광학 요소 - 광학 요소는 조명 장치에 의해 방출된 광이 백색 광을 포함하도록 회백색 광의 적어도 일부분을 하나 이상의 소정의 파장들로 변환시키는 광학 물질을 포함하고, 소정의 파장들 중 적어도 하나의 파장은 적어도 하나의 결여된 스펙트럼 영역 내의 파장을 가지며, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자를 포함함 - 를 포함하는 백색 광 방출 조명 장치가 제공된다.
특정의 실시예에서, 회백색 광은 청색 스펙트럼 성분과 녹색 및/또는 황색 스펙트럼 성분을 포함하고, 적어도 하나의 다른 스펙트럼 영역 내의 결여를 추가로 가진다.
특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치는 램프를 포함한다.
특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치는 하나 이상의 광원을 포함하는 조명 기구를 포함하는 조명 유닛을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광원은 하나 이상의 광원을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광원은 하나 이상의 고체 상태 반도체 발광 다이오드를 포함한다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 광원이 2개 이상의 스펙트럼 결여를 갖는 회백색 광을 방출하는 경우, 광학 요소는 (조성, 구조 및/또는 크기에 기초하여) 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질을 포함할 수 있고, 각각의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자는 회백색 광의 일부분을, 광학 물질에 포함된 임의의 다른 유형의 양자 구속 반도체 나노입자들 중 적어도 하나의 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 방출되는 소정의 파장과 상이한 소정의 파장으로 변환시킬 수 있다.
상이한 소정의 파장으로 방출하는 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 하나 이상의 상이한 광학 물질에 포함될 수 있다.
상이한 소정의 파장으로 방출하는 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 2개 이상의 상이한 광학 물질에 포함될 수 있다.
2개 이상의 상이한 광학 물질을 포함하는 특정 실시예에서, 이러한 상이한 광학 물질은, 예를 들어, 계층화된 배열의 개별 층으로서 및/또는 패턴화된 층의 개별 특징부로서 포함될 수 있다.
상이한 소정의 파장으로 방출하는 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 다른 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 적층된 배열로 2개 이상의 상이한 광학 요소에 포함될 수 있다. 이러한 실시예에서, 각각의 광학 요소는 상기한 하나 이상의 광학 요소를 포함할 수 있다.
상이한 소정의 파장으로 방출하는 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 실시예에서, 조명 장치에 의해 방출되는 광은 하나 이상의 상이한 소정의 파장의 광 방사로 보충되는 광 방사를 포함한다. 이러한 경우에, 광원의 스펙트럼 결여들 중 하나 이상의 스펙트럼 결여를 채우거나 보상하도록 2개 이상의 상이한 소정의 파장이 선택된다.
예를 들어, 특정의 실시예에서, 회백색 방출 반도체 LED는, 예를 들어, 스펙트럼의 적색, 오렌지색, 및/또는 시안색 스펙트럼 영역 내의 스펙트럼 결여를 갖는 회백색 광을 방출한다.
특정의 실시예에서, 조명 장치는 포화된 적색 광을 광원 광 출력에 부가하는 광학 요소를 포함할 수 있다. 이것은 동일한 전력 입력에 대해 더 포화된 적색 컬러를 제공하거나, 보다 낮은 전기 전력 소모에 대해 동등한 적색 전력(red power)을 제공할 수 있다.
특정의 실시예에서, 조명 장치는 오렌지색 내지 적색 스펙트럼 영역(예컨대, 약 575 nm 내지 약 650 nm) 내의 광을 광원 출력에 부가하는 광학 요소를 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 조명 장치는 시안색 광을 광원 광 출력에 부가할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소에 의한 광원의 하나 이상의 스펙트럼 결여의 보상은 평균 연색 지수(General Color Rendering Index, Ra)를 갖는 백색 광을 달성하기 위해 광원으로부터의 광 출력을 변경할 수 있다. [평균 연색 지수(Ra)는 본 명세서에서 CRI라고도 한다.] 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 75이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 80이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 85이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 90이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 95이다.
특정의 바람직한 실시예에서, 백색 광 출력은 양수인 R9 값을 가질 수 있다. 보다 바람직하게는, R9 값은 적어도 50이다. 가장 바람직하게는, R9 값은 80 초과이다.
특정의 실시예에서, 백색 광 방출 장치에 의해 방출되는 백색 광은 소정의 CRI를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 75이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 80이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 85이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 90이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 95이다.
특정의 실시예에서, 광학 요소에 의한 광원의 하나 이상의 스펙트럼 결여의 보상은 상관 색 온도(correlated color temperature, CCT)를 갖는 백색 광을 달성하기 위해 광원으로부터의 광 출력을 변경할 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광은 소정의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 2000K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 2500K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 3000K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 4000K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 5000K의 CCT를 가질 수 있다.
특정의 바람직한 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 반도체 나노결정을 포함한다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 40%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 50%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 60%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 70%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 80%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 90%의 고체 상태 양자 효율을 가진다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 광학 요소의 사용 동안 적어도 40% 효율을 유지한다.
특정의 바람직한 실시예에서, 광학 물질은 적색 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다. 다른 특정의 바람직한 실시예에서, 광학 물질은 오렌지색 내지 적색 스펙트럼 영역 내의 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 호스트 물질에 분산되어 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다. 바람직하게는, 호스트 물질은 고체 호스트 물질을 포함한다.
본 명세서에 기술된 본 발명의 다양한 실시예 및 측면에서 유용한 호스트 물질의 예로는 중합체(polymer), 모노머(monomer), 수지, 바인더, 유리, 금속 산화물, 및 기타 비중합체성 물질이 있다. 바람직한 호스트 물질은 광의 사전 선택된 파장들에 대해 적어도 부분적으로 투명한, 바람직하게는 완전히 투명한 중합체성 및 비중합체성 물질을 포함한다. 특정의 실시예에서, 사전 선택된 파장은 전자기 스펙트럼의 가시(예컨대, 400 - 700 nm) 영역 내의 광의 파장을 포함할 수 있다. 양호한 호스트 물질은 가교결합된 중합체(cross-linked polymer) 및 용매-캐스팅된 중합체(solvent-cast polymer)를 포함한다. 양호한 호스트 물질의 일례로는 유리 또는 투명 수지가 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 상세하게는, 가공성(processability)의 관점에서 비경화성 수지, 열 경화성 수지, 또는 광 경화성 수지 등의 수지가 적절히 사용된다. 이러한 수지의 구체적인 예로서, 올리고머(oligomer) 또는 중합체의 형태로, 멜라민 수지, 페놀 수지, 알킬 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 마레인산 수지, 폴리아미드 수지, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐피롤리돈, 하이드록시에틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 이들 수지를 형성하는 모노머를 함유하는 공중합체(copolymer), 기타 등등이 있다. 당업자라면 다른 적당한 호스트 물질을 용이하게 알아낼 수 있다.
본 개시 내용에서 생각하고 있는 본 발명의 특정의 실시예 및 측면에서, 호스트 물질은 광경화성 수지를 포함한다. 광 경화성 수지는 특정의 실시예에서, 예컨대, 조성물이 패턴화되어야 하는 실시예에서 바람직한 호스트 물질일 수 있다. 광 경화성 수지로서, 반응성 비닐기(reactive vinyl group)를 함유하는 아크릴산 또는 메타크릴산 계열 수지 등의 광중합성(photo-polymerizable) 수지, 일반적으로 폴리비닐 신나메이트, 벤조페논, 기타 등등의 감광제(photo-sensitizer)를 함유하는 광가교성 수지(photo-crosslinkable resin)가 사용될 수 있다. 감광제가 사용되지 않을 때 열 경화성 수지가 사용될 수 있다. 이들 수지는 개별적으로 또는 2개 이상이 함께 사용될 수 있다.
본 개시 내용에서 생각하고 있는 본 발명의 특정의 실시예 및 측면에서, 호스트 물질은 용매-캐스팅된 수지(solvent-cast resin)를 포함한다. 폴리우레탄 수지, 마레인산 수지, 폴리아미드 수지, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐피롤리돈, 하이드록시에틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 이들 수지를 형성하는 모노머를 함유하는 공중합체, 기타 등등의 중합체가 공지된 용매에 용해될 수 있다. 용매의 증발 시에, 수지는 반도체 나노입자에 대한 고체 호스트 물질을 형성한다.
특정의 실시예에서, 광 산란체 및/또는 기타 첨가제[예컨대, 습윤제(wetting agent) 또는 평활제(leveling agent)]도 역시 광학 물질에 포함될 수 있다.
본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예 및 측면에서 사용될 수 있는 광 산란체[본 명세서에서 산란체 또는 광 산란 입자(light scattering particle)라고도 함]의 일례로는 금속 또는 금속 산화물 입자, 기포(air bubble),그리고 유리 및 중합체성 비드(polymeric bead)(속이 차 있거나 속이 비어 있음)가 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 당업자라면 다른 광 산란체도 용이하게 알아낼 수 있다. 특정의 실시예에서, 산란체는 구형 형상을 가진다. 바람직한 산란 입자의 일례로는 TiO2, SiO2, BaTiO3, BaSO4, 및 ZnO가 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 호스트 물질과 반응하지 않고 호스트 물질에서 여기광(excitation light)의 흡수 경로 길이(absorption path length)를 증가시킬 수 있는 기타 물질의 입자가 사용될 수 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란체는 높은 굴절률(예컨대, TiO2, BaSO4, 기타) 또는 낮은 굴절률(기포)을 가질 수 있다.
산란체의 크기 및 크기 분포의 선택이 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 크기 및 크기 분포는 산란 입자와 광 산란체가 분산되어 있어야 하는 호스트 물질의 굴절률 불일치, 및 Rayleigh 산란 이론(Rayleigh scattering theory)에 따라 산란되어야 하는 사전 선택된 파장(들)에 기초할 수 있다. 호스트 물질에서의 분산성(dispersability) 및 안정성(stability)을 향상시키기 위해 산란 입자의 표면이 추가로 처리될 수 있다. 일 실시예에서, 산란 입자는 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트 범위의 농도로 TiO2(DuPont으로부터의 R902+)(0.405 ㎛ 중간 입자 크기)를 포함한다. 특정의 바람직한 실시예에서, 산란체의 농도 범위는 0.1 중량 퍼센트 내지 2 중량 퍼센트이다. 특정의 실시예에서, 0.2 ㎛ 입자 크기를 갖는 광 산란 입자도 역시 사용될 수 있다. 광학 물질 내의 광 산란 입자의 다른 크기 및 농도가 또한 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자 및 호스트 물질을 포함하는 광학 물질이 양자 구속 반도체 나노입자 및 액체 비히클(liquid vehicle)을 포함하는 잉크로부터 형성될 수 있고, 액체 비히클은 가교될 수 있는 하나 이상의 작용기(functional group)를 포함하는 조성물을 포함한다. 기능 단위(functional unit)가, 예를 들어, UV 처리, 열 처리, 또는 당업자라면 용이하게 확인할 수 있는 다른 가교 기법에 의해 가교될 수 있다. 특정의 실시예에서, 가교될 수 있는 하나 이상의 작용기를 포함하는 조성물이 액체 비히클 자체일 수 있다. 특정의 실시예에서, 조성물이 공용매(co-solvent)일 수 있다. 특정의 실시예에서, 조성물이 액체 비히클과의 혼합물인 조성물일 수 있다. 특정의 실시예에서, 잉크가 광 산란체를 추가로 포함할 수 있다.
본 개시 내용에서 생각하고 있는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자(예컨대, 반도체 나노결정)이 호스트 물질 내에 개별 입자로서 분산되어 있다.
호스트 물질을 추가로 포함하는 광학 물질의 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트의 양으로 광학 물질에 포함될 수 있다. 특정의 바람직한 실시예에서, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 3 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다. 특정의 보다 바람직한 실시예에서, 조성물은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 0.5 내지 약 3 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다. 광 산란체를 포함하는 특정의 실시예에서, 광학 물질은 광학 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트의 산란체를 포함하고 있다.
호스트 물질을 추가로 포함하는 광학 물질의 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 약 5 중량 퍼센트 초과의 양으로 광학 물질에 포함될 수 있다. 예를 들어, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 20 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있고, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있으며, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 10 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있고, 기타 등등이다.
상기 범위를 벗어난 광학 물질 내의 양자 구속 반도체 나노입자의 다른 농도가 또한 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 특정의 측면 및 실시예에서, 광학 요소는 지지 요소를 추가로 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 광학 물질이 지지 요소 상에 배치되어 있다. 특정의 실시예에서, 광학 물질이 지지체의 표면의 소정의 영역 상에 배치되어 있다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 실질적으로 광학적으로 투명하다. 특정의 실시예에서, 지지 요소는 적어도 90% 투명하다. 특정의 실시예에서, 지지 요소는 적어도 95% 투명하다. 특정의 실시예에서, 지지 요소는 적어도 99% 투명하다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 광학적으로 반투명하다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 경성 물질, 예컨대, 유리, 폴리카보네이트, 아크릴, 석영, 사파이어, 또는 기타 공지된 경성 물질을 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 연성 물질, 예컨대, 플라스틱(예컨대, 얇은 아크릴, 에폭시, 폴리카보네이트, PEN, PET, PE로 제한되지 않음) 또는 실리콘 등의 중합체성 물질을 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 실리카 또는 유리 코팅을 그 위에 포함하는 연성 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 실리카 또는 유리 코팅은 기재 연성 물질(base flexible material)의 연성 성질을 유지하도록 충분히 얇다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 약 0.1% 내지 약 5% 범위의 투과 탁도(transmission haze)(ASTM D1003-0095에 정의됨)를 가진다. (ASTM D1003-0095는 참조 문헌으로서 본 명세서에 포함된다.)
특정의 실시예에서, 지지 요소의 주 표면들 중 하나 또는 둘다가 평탄하다.
특정의 실시예에서, 지지 요소의 하나 또는 둘다의 주 표면의 적어도 일부분이 주름져(corrugated) 있을 수 있다. 특정의 실시예에서, 지지 요소의 하나 또는 둘다의 주 표면이 주름져 있을 수 있다.
특정의 실시예에서, 지지 요소의 하나 또는 둘다의 주 표면의 적어도 일부분이 조면화되어(roughened) 있을 수 있다. 특정의 실시예에서, 지지 요소의 하나 또는 둘다의 주 표면이 조면화되어 있을 수 있다.
특정의 실시예에서, 지지 요소의 하나 또는 둘다의 주 표면의 적어도 일부분이 텍스처링되어(textured) 있을 수 있다. 특정의 실시예에서, 지지 요소의 하나 또는 둘다의 주 표면이 텍스처링되어 있을 수 있다.
특정의 실시예에서, 지지 요소의 하나 또는 둘다의 주 표면이 오목할 수 있다.
특정의 실시예에서, 지지 요소의 하나 또는 둘다의 주 표면이 볼록할 수 있다.
특정의 실시예에서, 지지 요소의 하나의 주 표면의 적어도 일부분이 마이크로렌즈를 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 지지 요소의 하나의 주 표면이 마이크로렌즈를 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 캐리어 기판의 두께가 실질적으로 균일하다.
특정의 실시예에서, 지지 요소의 기하학적 형상 및 치수가 특정의 최종 사용자 응용에 기초하여 선택될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 하나 이상의 광학 물질을 포함하는 적어도 하나의 층을 포함한다.
2개 이상의 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 각각의 유형이 개별 층에 포함될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질이 지지 요소의 표면의 적어도 일부분에 걸쳐 배치되어 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질이 지지 요소의 주 표면의 적어도 일부분에 걸쳐 배치되어 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질이 지지 요소의 주 표면에 걸쳐 연속적인 층(uninterrupted layer)으로서 배치되어 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질을 포함하는 층이, 예를 들어, 약 0.1 마이크로미터 내지 약 1 cm의 두께를 가진다. 특정의 실시예에서, 광학 물질의 층이 약 0.1 내지 약 200 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 두께가 약 10 내지 약 200 마이크로미터일 수 있다. 특정의 실시예에서, 두께가 약 30 내지 약 80 마이크로미터일 수 있다.
특정의 실시예에서, 기타 선택적인 층도 역시 포함될 수 있다.
특정의 실시예에서, 층이 2개 이상의 층을 포함할 수 있다.
에너지를 고려할 때 필터를 추가로 포함하는 것이 바람직하지 않을 수 있지만, 필터가 다른 이유로 포함되어 있는 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우에, 필터가 포함될 수 있다. 특정의 실시예에서, 필터는 지지 요소의 전부 또는 적어도 소정의 부분을 덮고 있을 수 있다. 특정의 실시예에서, 광의 하나 이상의 소정의 파장의 통과를 차단하는 필터가 포함될 수 있다. 광학 물질 상에 또는 그 아래에 필터 층이 포함될 수 있다. 특정의 실시예에서, 광학 요소는 지지 요소의 다양한 표면 상에 다수의 필터 층을 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 노치 필터 층이 포함될 수 있다.
특정의 실시예에서, 하나 이상의 반사 방지 코팅이 광학 요소에 포함될 수 있다.
특정의 실시예에서, 하나 이상의 파장 선택적 반사 코팅이 광학 요소에 포함될 수 있다. 이러한 코팅은, 예를 들어, 광을 다시 광원 쪽으로 반사시킬 수 있다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 광학 요소는 그의 표면의 적어도 일부분에 걸쳐 아웃커플링(outcoupling) 부재 또는 구조물을 추가로 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 아웃커플링 부재 또는 구조물이 표면에 걸쳐 균일하게 분산되어 있을 수 있다. 특정의 실시예에서, 표면으로부터 아웃커플링된 보다 균일한 광 분포를 달성하기 위해 아웃커플링 부재 또는 구조물의 형상, 크기 및/또는 빈도가 다를 수 있다. 특정의 실시예에서, 아웃커플링 부재 또는 구조물이 포지티브(positive)(예컨대, 광학 요소의 표면 위에 놓여 있거나 돌출해 있음)이거나 네거티브(negative)(예컨대, 광학 요소의 표면에 있는 함몰부)이거나, 이 둘의 조합일 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 그의 표면 상에 렌즈, 프리즘 모양의 표면, 격자(grating) 등(이로부터 광이 방출됨)을 추가로 포함할 수 있다. 기타 코팅이 또한 선택적으로 이러한 표면 상에 포함될 수 있다.
특정의 실시예에서, 아웃커플링 부재 또는 구조가 몰딩(molding), 엠보싱, 라미네이션, 경화성 제제(curable formulation)[예를 들어, 스프레이, 리쏘그라피, 인쇄(스크린, 잉크젯, 플렉소 인쇄(flexography), 기타), 기타(이들로 제한되지 않음)를 비롯한 기법에 의해 형성됨]을 도포하는 것에 의해 형성될 수 있다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 광 산란체를 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 기포 또는 공극을 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 평평한 또는 무광택 마감을 갖는 하나 이상의 주 표면을 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 광택 마감을 갖는 하나 이상의 표면을 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 특정의 측면 및 실시예에서, 광학 요소는 선택적으로 환경(예컨대, 먼지, 습기 등) 및/또는 스크래칭 또는 마모로부터 보호하기 위한 커버, 코팅 또는 층을 추가로 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 적어도 부분적으로 밀봉되어 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 차단 물질(barrier material)에 의해 적어도 부분적으로 밀봉되어 있다. 특정의 실시예에서, 광학 물질은 산소에 대해 실질적으로 불침투성(impervious)인 물질에 의해 적어도 부분적으로 밀봉되어 있다. 특정의 실시예에서, 광학 물질은 습기(예컨대, 수분)에 대해 실질적으로 불침투성인 물질에 의해 적어도 부분적으로 밀봉되어 있다. 특정의 실시예에서, 광학 물질은 산소 및 습기에 대해 실질적으로 불침투성인 물질에 의해 적어도 부분적으로 밀봉되어 있다. 특정의 실시예에서, 예를 들어, 광학 물질은 기판들 사이에 끼여 있을 수 있다. 특정의 실시예에서, 기판들 중 하나 또는 둘다는 유리 플레이트를 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 예를 들어, 광학 물질은 기판(예컨대, 유리 플레이트)과 차단 필름(barrier film) 사이에 끼여 있을 수 있다. 특정의 실시예에서, 광학 물질은 2개의 차단 필름 또는 코팅 사이에 끼여 있을 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 전체적으로 밀봉되어 있다. 특정의 실시예에서, 예를 들어, 광학 물질은 주변 시일(perimeter seal)에 의해 밀봉되어 있는 기판들(예컨대, 유리 플레이트들) 사이에 끼여 있을 수 있다. 특정의 실시예에서, 예를 들어, 광학 물질은 기판(예컨대, 유리 지지체) 상에 배치되고 차단 필름에 의해 완전히 덮여 있을 수 있다. 특정의 실시예에서, 예를 들어, 광학 물질은 기판(예컨대, 유리 지지체) 상에 배치되고 보호 코팅에 의해 완전히 덮여 있을 수 있다. 특정의 실시예에서, 광학 물질은 주변 시일에 의해 밀봉되어 있는 2개의 차단 필름 또는 코팅 사이에 끼여 있을 수 있다.
적당한 차단 필름 또는 코팅의 일례는 경질 금속 산화물 코팅, 얇은 유리 층, 및 Barix 코팅 물질(Vitex Systems, Inc.로부터 입수가능함)을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 당업자라면 다른 차단 필름 또는 코팅을 용이하게 알아낼 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질을 밀봉하기 위해 2개 이상의 차단 필름 또는 코팅이 사용될 수 있다.
광원의 일례는 고체 상태 발광 장치를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.
특정의 실시예에서, 발광 장치는 단일 광원을 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 발광 장치는 복수의 광원을 포함할 수 있다.
복수의 광원을 포함하는 특정의 실시예에서, 개개의 광원이 동일하거나 상이할 수 있다.
복수의 광원을 포함하는 특정의 실시예에서, 개개의 광원 각각은 다른 광원들 각각에 의해 방출되는 광과 동일하거나 상이한 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다.
복수의 광원을 포함하는 특정의 실시예에서, 개개의 광원이 어레이로서 배열될 수 있다.
특정의 바람직한 실시예에서, 회백색 광 방출 LED는 청색 LED 광 출력을 회백색 광으로 변환시키는 인광체 물질을 포함하는 청색 광 방출 반도체 LED를 포함한다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 회백색 광 방출 LED에 포함된 청색 광 방출 LED는, 예컨대, (In)GaN 청색을 포함한다.
특정의 실시예에서, 청색 LED는 약 400 nm 내지 약 500 nm 범위의 광을 방출할 수 있다.
특정의 실시예에서, 청색 LED는 약 420 nm 내지 약 475 nm 범위의 광을 방출할 수 있다.
특정의 실시예에서, 청색 LED는 약 470 nm의 파장의 광을 방출할 수 있다.
특정의 실시예에서, 회백색 광 방출 LED는 UV LED 광 출력을 회백색 광으로 변환시키는 인광체 물질을 포함하는 UV 광 방출 반도체 LED를 포함한다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자 대 산란체의 중량비는 약 1:100 내지 약 100:1이다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자 대 산란체의 중량비는 약 1:2 내지 약 2:1이다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 본 발명의 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치는 하나 이상의 회백색 광 방출 광원, 및 하나 이상의 광원에 의해 발생된 광의 적어도 일부분을 수광하고, 백색 광을 제공하기 위해 조명 장치에 의해 방출된 광이 하나 이상의 소정의 파장들의 광 방사로 보충된 광원으로부터의 광 방사를 포함하도록, 그렇게 수광된 광의 적어도 일부분을 하나 이상의 소정의 파장들로 변환시키도록 배치되어 있는 광학 요소를 포함하고, 광학 요소는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질을 포함한다.
유익하게도, 적색-방출 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 요소를 포함하는 본 발명의 특정의 실시예에서, 달성된 백색 광은 적어도 75의 CRI를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광은 적어도 80의 CRI를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광은 적어도 85의 CRI를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광은 적어도 90의 CRI를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광은 적어도 95의 CRI를 가질 수 있다.
특정의 바람직한 실시예에서, 백색 광 출력은 양수인 R9 값을 가질 수 있다. 보다 바람직하게는, R9 값은 적어도 50이다. 가장 바람직하게는, R9 값은 80 초과이다.
특정의 실시예에서, 백색 광은 소정의 CRI를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 75이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 80이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 85이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 90이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 95이다.
특정의 실시예에서, 광학 물질이 광원과 직접 접촉해 있지 않다. 특정의 실시예에서, 광학 요소가 광원과 직접 접촉해 있지 않다. 바람직하게는, 조명 장치의 동작 동안 나노입자의 위치에서의 온도는 100℃ 미만, 90℃ 미만, 75℃ 미만, 60℃ 이하, 50℃ 이하, 40℃ 이하이다. 특정의 바람직한 실시예에서, 조명 장치의 동작 동안 나노입자의 위치에서의 온도는 약 30℃ 내지 약 60℃의 범위에 있다.
특정의 실시예에서, 광원은 회백색 LED(예컨대, 인광체 물질을 포함하는 밀봉제로 밀봉되어 있는 청색 방출 반도체 LED)를 포함하고, 광학 요소는 적색 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질을 포함한다.
예컨대, 하나 이상의 회백색 광 방출 LED를 포함하는 하나 이상의 광원 및 오렌지색 내지 적색 스펙트럼 영역 내의 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질을 포함하는 광학 요소를 포함하는 본 발명에 따른 조명 장치의 특정의 실시예에서, 오렌지색 내지 적색 스펙트럼 영역에서의 방사가 조명 장치의 광 출력에 부가된다.
특정의 실시예에서, 약 575 nm 내지 약 650 nm의 스펙트럼 범위에 있는 소정의 방출 파장을 갖는 나노입자의 부가는 조명 장치의 전력 요구사항을 증가시키지 않고 조명 장치로부터 방출되는 백색 광의 와트당 루멘 효율을 향상시킬 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소에 의한 광원의 하나 이상의 스펙트럼 결여의 보상은 상관 색 온도(correlated color temperature, CCT)를 갖는 백색 광을 달성하기 위해 광원으로부터의 광 출력을 변경할 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광은 소정의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 2000K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 2500K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 3000K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 4000K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 5000K의 CCT를 가질 수 있다.
평균 연색 지수(Ra로 줄여 쓸 수 있음)는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 8개의 표준 색상 샘플에 대한 평균값(Rl-g)인 연색 지수의 통상의 정의를 말한다. R9는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, CIE(International Commission on Illumination)에 의해 참조되는 제9 표준 색상 샘플(진한 적색)을 말한다.
예컨대, 회백색 광 방출 LED를 포함하는 광원 및 오렌지색(예컨대, 약 575 nm 내지 약 595 nm) 방출 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질을 포함하는 광학 요소를 포함하는 본 발명에 따른 조명 장치의 특정의 실시예에서, 오렌지색 방사 성분이 조명 장치의 광 출력에 부가된다.
특정의 실시예에서, 오렌지색 스펙트럼 범위에 있는 소정의 방출 파장을 갖는 나노입자의 부가는 조명 장치의 전력 요구사항을 증가시키지 않고 조명 장치로부터 방출되는 백색 광의 와트당 루멘 효율을 향상시킬 수 있다.
예컨대, 회백색 광 방출 LED를 포함하는 광원 및 시안색 방출 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질을 포함하는 광학 요소를 포함하는 본 발명에 따른 조명 장치의 특정의 실시예에서, 시안색 방사 성분이 조명 장치의 광 출력에 부가된다.
특정의 실시예에서, 시안색 스펙트럼 범위에 있는 소정의 방출 파장을 갖는 나노입자의 부가는 조명 장치의 전력 요구사항은 물론 CRI를 증가시키지 않고 조명 장치로부터 방출되는 백색 광의 와트당 루멘 효율을 향상시킬 수 있다.
특정의 실시예에서, 광원은 하나 이상의 광원을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광원은 하나 이상의 고체 상태 반도체 발광 다이오드를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 회백색 광을 방출하는 광원으로부터 소정의 CRI를 갖는 백색 광을 생성하는 광학 요소가 제공되고, 회백색 광은 약 360 nm 내지 약 475 nm의 제1 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분, 약 475 nm 내지 약 575 nm의 제2 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분, 및 적어도 하나의 다른 스펙트럼 영역 내의 결여를 포함하는 스펙트럼 출력을 포함하며, 광학 요소는 광학 요소로부터 방사되는 광이 백색 광을 포함하도록 광원으로부터의 회백색 광 출력의 적어도 일부분을 하나 이상의 상이한 소정의 파장들로 변환시키는 광학 물질을 포함하고, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 회백색 광은 청색 스펙트럼 성분 및 녹색 및/또는 황색 스펙트럼 성분을 포함하고, 다른 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 결여를 추가로 포함하고 있다.
특정의 실시예에서, 광원은 하나 이상의 광원을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광원은 하나 이상의 고체 상태 반도체 발광 다이오드를 포함한다.
특정의 실시예에서, 백색 광은 소정의 CRI를 가진다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 75이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 80이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 85이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 90이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 95이다.
특정의 바람직한 실시예에서, 예를 들어, 스펙트럼 결여 영역들 중 적어도 하나의 스펙트럼 결여 영역 내의 광원의 광 출력을 보충함으로써, 광원의 스펙트럼 영역 내의 결여를 채우거나 보상하도록 소정의 파장이 선택된다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 광원이 오렌지색 내지 적색 스펙트럼 영역 내의 스펙트럼 결여를 갖는 회백색 광을 방출하는 경우, 소정의 파장은 약 575 nm 내지 약 650 nm, 약 580 nm 내지 630 nm, 약 590 nm 내지 약 630 nm, 또는 약 605 nm 내지 620 nm 등의 범위에 있을 수 있다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 광원이 시안색 스펙트럼 영역 내의 스펙트럼 결여를 갖는 회백색 광을 방출하는 경우, 광학 물질은 약 450 nm 내지 약 500 nm 범위에 있는 하나 이상의 소정의 파장으로 방출할 수 있는 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 (조성, 구조 및/또는 크기에 기초하여) 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질을 포함하고, 여기서 각각의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자는 광학 물질에 포함된 임의의 다른 유형의 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 방출되는 소정의 파장과 상이한 소정의 파장으로 광을 방출하며, 광학 물질이 의도된 회백색 광원(들)의 하나 이상의 스펙트럼 결여를 보상하도록 하나 이상의 상이한 소정의 파장이 선택된다.
상이한 소정의 파장으로 방출하는 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 하나 이상의 상이한 광학 물질에 포함될 수 있다.
상이한 소정의 파장으로 방출하는 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 2개 이상의 상이한 광학 물질에 포함될 수 있다.
2개 이상의 상이한 광학 물질을 포함하는 특정 실시예에서, 이러한 상이한 광학 물질은, 예를 들어, 계층화된 배열의 개별 층으로서 및/또는 패턴화된 층의 개별 특징부로서 포함될 수 있다.
회백색 광원이 2개 이상의 스펙트럼 결여를 가지는 특정의 실시예에서, 적어도 적색 스펙트럼 영역 내의 스펙트럼 결여를 해결함으로써 원하는 백색 광 출력이 달성될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소에 의한 광원의 하나 이상의 스펙트럼 결여의 보상은 평균 연색 지수(General Color Rendering Index, Ra)를 갖는 백색 광을 달성하기 위해 광원으로부터의 광 출력을 변경할 수 있다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 75이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 80이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 85이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 90이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 95이다.
특정의 바람직한 실시예에서, 백색 광 출력은 양수인 R9 값을 가질 수 있다. 보다 바람직하게는, R9 값은 적어도 50이다. 가장 바람직하게는, R9 값은 80 초과이다.
특정의 실시예에서, 백색 광 방출 장치에 의해 방출되는 백색 광은 소정의 CRI를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 75이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 80이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 85이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 90이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 95이다.
특정의 실시예에서, 광학 요소에 의한 광원의 하나 이상의 스펙트럼 결여의 보상은 상관 색 온도(CCT)를 갖는 백색 광을 달성하기 위해 광원으로부터의 회백색 광 출력을 변경할 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광은 소정의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 2000K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 2500K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 3000K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 4000K의 CCT를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 백색 광 방출 조명 장치의 백색 광 출력은 적어도 약 5000K의 CCT를 가질 수 있다.
특정의 실시예에서, 회백색 광원(들)로부터 생성된 백색 광의 와트당 루멘 효율(lumens per watt efficiency)은 광학 요소를 사용하여 약 2500K 내지 약 3500K의 범위 내에서의 CCT의 변경에 의해 그다지 영향을 받지 않는다. 예를 들어, CCT가 약 2500K 내지 약 3500K의 범위 내에서 변경될 때 (초기 와트당 루멘 효율값의 10%와 달리) 와트당 루멘 효율이 10% 초과만큼 변하지 않는다.
특정의 바람직한 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 반도체 나노결정을 포함한다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 40%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 50%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 60%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 70%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 80%의 고체 상태 양자 효율을 가진다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 적어도 90%의 고체 상태 양자 효율을 가진다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자는 광학 요소의 사용 동안 적어도 40% 효율을 유지한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 적색 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다. 특정의 실시예에서, 광학 물질은 오렌지색 내지 적색 스펙트럼 영역 내의 광을 방출할 수 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자가 분산되어 있는 호스트 물질을 추가로 포함한다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.5 내지 약 3 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 1 내지 약 3 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 중량의 약 1 내지 약 2 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다.
호스트 물질을 추가로 포함하는 광학 물질의 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자가 호스트 물질의 약 5 중량 퍼센트 초과의 양으로 광학 물질에 포함될 수 있다. 예를 들어, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 20 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있고, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있으며, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 10 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함할 수 있고, 기타 등등이다.
상기 범위를 벗어난 광학 물질 내의 양자 구속 반도체 나노입자의 다른 농도가 또한 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 광 산란체를 추가로 포함한다.
특정의 실시예에서, 광 산란체는 광 산란 입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.25 내지 약 4 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.5 내지 약 3 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 0.5 내지 약 2 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 중량의 약 1 내지 약 2 중량 퍼센트 범위의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다.
특정의 실시예에서, 광 산란 입자가 호스트 물질의 약 5 중량 퍼센트 초과의 양으로 광학 물질에 포함되어 있다. 예를 들어, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 20 중량 퍼센트의 광 산란 입자를 포함할 수 있고, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량 퍼센트의 광 산란 입자를 포함할 수 있으며, 광학 물질은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 10 중량 퍼센트의 광 산란 입자를 포함할 수 있고, 기타 등등이다.
상기 범위를 벗어난 광학 물질 내의 광 산란 입자의 다른 농도가 또한 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 요소는 지지 요소를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 지지 요소는 광원으로부터 방출된 광에 그리고 나노입자로부터 방출된 광에 광학적으로 투명하다.
특정의 실시예에서, 지지 요소를 포함하는 광학 요소는 조명 장치에 대한 커버 플레이트(cover plate)로서 역할할 수 있다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 조명 장치의 광 확산기 요소를 포함한다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 경성(rigid)이다.
특정의 실시예에서, 지지 요소는 연성(flexible)이다.
특정의 실시예에서, 지지 요소의 기하학적 형상 및 치수가 특정의 최종 사용자 응용(예컨대, 램프, 조명 장치, 조명 기구, 또는 기타 장치 또는 디바이스)에 기초하여 선택될 수 있다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질이 지지 요소의 표면의 적어도 일부분 상에 배치되어 있다. 특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질이 지지 요소의 주 표면의 적어도 일부분 상에 배치되어 있다. 특정의 실시예에서, 광학 물질이 지지 요소와 광원 및 광학 물질에 의해 방출되는 광에 광학적으로 투명한 보호 코팅 또는 커버 사이에 배치되어 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질이 지지 요소의 표면의 소정의 영역 상에 하나 이상의 층으로서 배치되어 있다.
특정의 실시예에서, 층은 양자 구속 반도체 나노입자가 분산되어 있는 호스트 물질을 추가로 포함하는 광학 물질을 포함한다. 특정의 실시예에서, 층은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 층은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 중량 퍼센트 초과의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다. 예를 들어, 층은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 20 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자, 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자, 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 10 중량 퍼센트의 양자 구속 반도체 나노입자, 기타를 포함할 수 있다.
상기 범위를 벗어난 층 내의 양자 구속 반도체 나노입자의 다른 농도가 또한 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 층이 광 산란체를 추가로 포함한다.
특정의 실시예에서, 광 산란체가 호스트 물질의 중량의 약 0.001 내지 약 5 중량 퍼센트 범위의 양으로 층에 포함되어 있다.
특정의 실시예에서, 층은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 중량 퍼센트 초과의 광 산란 입자를 포함한다. 예를 들어, 층은 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 20 중량 퍼센트의 광 산란 입자, 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량 퍼센트의 광 산란 입자, 호스트 물질의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 10 중량 퍼센트의 광 산란 입자, 기타를 포함할 수 있다.
상기 범위를 벗어난 층 내의 광 산란 입자의 다른 농도가 또한 유용하거나 바람직한 것으로 판정될 수 있다.
특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이, 예를 들어, 약 0.1 마이크로미터 내지 약 1 cm의 두께를 가진다. 특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이 약 0.1 내지 약 200 마이크로미터의 두께를 가진다. 특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이 약 10 내지 약 200 마이크로미터의 두께를 가진다. 특정의 실시예에서, 호스트 물질을 포함하는 광학 물질을 포함하는 층이 약 30 내지 약 80 마이크로미터의 두께를 가진다.
특정의 실시예에서, 회백색 광은 청색 스펙트럼 성분 및 녹색 및/또는 황색 스펙트럼 성분을 포함하고, 다른 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 결여를 추가로 포함하고 있다.
*특정의 이러한 실시예에서, 광학 요소는 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 10%를 하나 이상의 소정의 파장으로 변환시킬 수 있다.
특정의 이러한 실시예에서, 광학 요소는 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 30%를 하나 이상의 소정의 파장으로 변환시킬 수 있다.
특정의 이러한 실시예에서, 광학 요소는 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 60%를 하나 이상의 소정의 파장으로 변환시킬 수 있다.
특정의 이러한 실시예에서, 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 95% 이하가 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 변환된다.
특정의 이러한 실시예에서, 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 90% 이하가 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 변환된다.
특정의 이러한 실시예에서, 광학 요소는 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 약 50% 내지 약 80%를 하나 이상의 소정의 파장으로 변환시킬 수 있다.
특정의 이러한 실시예에서, 광학 요소는 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 약 60% 내지 약 80%를 하나 이상의 소정의 파장으로 변환시킬 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질에 포함된 양자 구속 반도체 나노입자는 무카드뮴(cadmium free)이다.
특정의 실시예에서, 광학 물질에 포함된 양자 구속 반도체 나노입자는 III-V족 반도체 물질을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질에 포함된 양자 구속 반도체 나노입자는 반도체 물질을 포함하는 코어 및 코어의 표면의 적어도 일부분 상에 배치된 무기 쉘(inorganic shell)을 포함하는 반도체 나노결정을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 적어도 부분적으로 밀봉되어 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 전체적으로 밀봉되어 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 하나 이상의 광원을 수납하도록 되어 있는 조명 기구가 제공되고, 조명 기구는 광 출력이 조명 기구로부터 방출되기 전에 하나 이상의 광원에 의해 발생된 광의 적어도 일부분이 광학 요소 내로 전달되도록 하나 이상의 광원의 위치에 대해 조명 기구에 배치되어 있는 광학 요소를 포함하며, 광학 요소는 본 명세서에서 개시된 광학 요소를 포함한다.
특정의 실시예에서, 조명 기구는 하나 이상의 광원을 수납하도록 되어 있는 하우징을 포함하고, 광학 요소는 하나 이상의 광원에 의해 방출되는 광의 적어도 일부분, 바람직하게는 전부를 수광하도록 하나 이상의 광원의 위치에 대해 조명 기구에 배치된다.
특정의 실시예에서, 광원은 회백색 광 방출 LED를 포함한다. 특정의 이러한 실시예에서, 조명 기구로부터의 광 출력은 CRI를 갖는 백색 광이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 75이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 80이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 85이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 90이다. 특정의 실시예에서, CRI는 적어도 95이다.
특정의 바람직한 실시예에서, 백색 광 출력은 양수인 R9 값을 가질 수 있다. 보다 바람직하게는, R9 값은 적어도 50이다. 가장 바람직하게는, R9 값은 80 초과이다.
특정의 실시예에서, 백색 광 방출 장치에 의해 방출되는 백색 광은 소정의 CRI를 가질 수 있다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 75이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 80이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 85이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 90이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 95이다.
특정의 실시예에서, 조명 기구로부터의 광 출력은 소정의 CCT를 갖는 백색 광이다. 특정의 실시예에서, CCT는 적어도 2000K이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CCT는 적어도 2500K이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CCT는 적어도 3000K이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CCT는 적어도 4000K이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CCT는 적어도 5000K이다. 본 발명의 추가적인 측면에 따르면, 하나 이상의 광원과 함께 사용하기 위한 조명 기구에서 사용되는 커버 플레이트가 제공되고, 커버 플레이트는 하나 이상의 광원으로부터 방출된 광의 적어도 일부분을 수광하도록 조명 기구에 부착되도록 구성되어 있으며, 커버 플레이트는 본 명세서에 기술된 광학 요소를 포함한다.
본 발명의 추가적인 측면에 따르면, 하나 이상의 고체 상태 반도체 발광 장치를 포함하는 조명 장치에 부착되도록 구성되어 있는 커버 플레이트가 제공되고, 커버 플레이트는 본 명세서에 기술된 광학 요소를 포함한다.
커버 플레이트는 바람직하게는 하나 이상의 발광 장치로부터 방출된 광의 적어도 일부분을 수광하기 위해 장치에 부착되도록 구성되어 있다.
특정의 실시예에서, 조명 장치는 램프를 포함한다.
본 발명의 다른 추가적인 측면에 따르면, 회백색 광원으로부터 소정의 CRI를 갖는 백색 광을 생성하는 방법이 제공되고, 이 방법은, 회백색 광 - 회백색 광은 약 360 nm 내지 약 475 nm의 제1 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분, 약 475 nm 내지 약 575 nm의 제2 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분, 및 적어도 하나의 다른 스펙트럼 영역 내의 적어도 하나의 결여를 포함하는 스펙트럼 출력을 포함함 - 의 적어도 일부분을 약 575 nm 내지 약 650 nm 범위의 하나 이상의 방사로 변환시켜 소정의 CRI를 갖는 백색 광을 획득하기 위해, 광원에 의해 방출된 회백색 광의 적어도 일부분을 광학 물질 내로 전달하는 단계를 포함하며, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 회백색 광원은 하나 이상의 광원을 포함한다.
특정의 실시예에서, 회백색 광원은 하나 이상의 고체 상태 반도체 발광 다이오드를 포함한다.
특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 75이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 80이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 85이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 90이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CRI는 적어도 95이다. 바람직하게는, 광학 물질이 발광 장치의 표면 상에 있지 않고 그로부터 떨어져 있다.
특정의 실시예에서, 조명 기구로부터의 광 출력은 소정의 CCT를 갖는 백색 광이다. 특정의 실시예에서, CCT는 적어도 2000K이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CCT는 적어도 2500K이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CCT는 적어도 3000K이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CCT는 적어도 4000K이다. 특정의 실시예에서, 소정의 CCT는 적어도 5000K이다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 광학 물질은 청색 스펙트럼 방사의 적어도 일부분을 약 580 nm 내지 약 630 nm, 약 590 nm 내지 약 630 nm, 약 600 nm 내지 약 620 nm, 약 605 nm 내지 약 615 nm 등의 범위에 있는 하나 이상의 방사로 변환시킬 수 있다.
특정의 실시예에서, 상이한 소정의 파장으로 방출하는 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 하나 이상의 상이한 광학 물질에 포함될 수 있다.
상이한 소정의 파장으로 방출하는 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 2개 이상의 상이한 광학 물질에 포함될 수 있다.
특정의 실시예에서, 이 방법은 본 명세서에 개시된 광학 물질을 포함한다.
특정의 실시예에서, 이 방법은 본 명세서에 개시된 광학 요소를 포함한다.
2개 이상의 상이한 광학 물질을 포함하는 특정 실시예에서, 이러한 상이한 광학 물질은, 예를 들어, 계층화된 배열의 개별 층으로서 및/또는 패턴화된 층의 개별 특징부로서 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 추가적인 측면에 따르면, 청색 스펙트럼 영역 및 녹색 및/또는 황색 스펙트럼 영역 내의 방사를 포함하는 스펙트럼 출력을 가지는 회백색 광 방출 고체 상태 반도체 발광 장치로부터 생성되는 백색 광의 와트당 루멘 효율을 향상시키는 방법이 제공되고, 이 방법은 청색 스펙트럼 방사의 적어도 일부분을 약 575 nm 내지 약 650 nm 범위에 있는 방사로 변환시키기 위해 청색 방사의 적어도 일부분을 광학 물질 내로 전달하는 단계를 포함하며, 광학 물질은 양자 구속 반도체 나노입자를 포함한다.
특정의 실시예에서, 이 방법은 본 명세서에 개시된 광학 물질을 포함한다.
특정의 실시예에서, 이 방법은 본 명세서에 개시된 광학 요소를 포함한다.
특정의 실시예에서, 광원은 하나 이상의 광원을 포함한다.
특정의 실시예에서, 광원은 하나 이상의 고체 상태 반도체 발광 다이오드를 포함한다.
특정의 실시예에서, 예를 들어, 광학 물질은 청색 스펙트럼 방사의 적어도 일부분을 약 580 nm 내지 약 630 nm, 약 590 nm 내지 약 630 nm, 약 605 nm 내지 약 620 nm 등의 범위에 있는 방사로 변환시킬 수 있다.
상이한 소정의 파장으로 방출하는 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 하나 이상의 상이한 광학 물질에 포함될 수 있다.
상이한 소정의 파장으로 방출하는 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 2개 이상의 상이한 광학 물질에 포함될 수 있다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 특정의 측면 및 실시예에서, 광학 물질[예컨대, 호스트 물질(바람직하게는, 중합체 또는 유리)에 분산되어 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함함]이 광학 물질의 축광 효율을 향상시키기에 충분한 기간 동안 광속에 노출된다. 특정의 실시예에서, 광학 물질이 광학 물질의 축광 효율을 향상시키기에 충분한 기간 동안 광 및 열에 노출된다. 특정의 실시예에서, 광 또는 광 및 열에 노출시키는 것은 축광 효율이 실질적으로 일정한 값에 도달할 때까지 일정 기간 동안 계속된다. 특정의 실시예에서, 약 450 nm의 피크 파장을 갖는 LED 광원이 광속의 광원으로서 사용된다. 당업자라면 다른 공지된 광원을 용이하게 알아낼 수 있다. 특정의 실시예에서, 광속은 약 10 내지 약 100 mW/cm2, 바람직하게는 약 20 내지 약 35 mW/cm2, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 약 30 mW/cm2이다. 광학 물질을 광 및 열에 노출시키는 것을 포함하는 실시예에서, 광학 물질이 약 25℃ 내지 약 80℃ 범위의 온도에 있으면서 광에 노출된다. 특정의 실시예에서, 열이 또한 가해지든 그렇지 않은 간에, 광에 노출될 때 광학 물질[호스트 물질(바람직하게는, 중합체 또는 유리)에 분산된 양자 구속 반도체 나노입자를 포함함]이 밀봉될 수 있다(예를 들어, 광학 물질의 층이 유리 플레이트, 차단 필름, 또는 이들의 조합 사이에 배치될 수 있다). 특정의 일례에서, 유리 플레이트, 차단 필름, 또는 이들의 조합이 또한 주변부 또는 가장자리 둘레에서 서로 밀봉될 수 있다. 특정의 실시예에서, 시일은 차단 물질을 포함한다. 특정의 실시예에서, 시일은 산소 차단제를 포함한다. 특정의 실시예에서, 시일은 수분 차단제를 포함한다. 특정의 실시예에서, 시일은 산소 및 수분 차단제를 포함한다. 특정의 실시예에서, 시일은 수분 및/또는 산소에 대해 실질적으로 불침투성이다. 밀봉 기법의 일례는 유리-유리 시일, 유리-금속 시일, 산소 및/또는 수분에 대해 실질적으로 불침투성인 밀봉 물질, 에폭시 및 산소 및/또는 습기의 침투를 늦추는 기타 밀봉 물질을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 특정의 실시예에서, 열이 또한 가해지든 그렇지 않든 간에, 광에 노출될 때 광학 물질[예컨대, 호스트 물질(바람직하게는, 중합체 또는 유리)에 분산되어 있는 양자 구속 반도체 나노입자를 포함함]이 부분적으로 밀봉될 수 있다.
본 명세서에 기술된 본 발명의 특정의 실시예 및 측면에서, 지지 요소, 광학 요소, 기재 플레이트(base plate), 및/또는 커버 플레이트의 기하학적 형상 및 치수가 특정의 최종 사용자 응용에 기초하여 선택될 수 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 적어도 부분적으로 밀봉되어 있다.
특정의 실시예에서, 광학 물질은 전체적으로 밀봉되어 있다.
특정의 실시예에서, 회백색 광 방출 광원이 도 3에 도시된 것과 실질적으로 유사한 스펙트럼 출력을 가진다.
유익하게도, 도 3에 도시된 것과 동일하거나 실질적으로 유사한 스펙트럼 출력을 가지는 회백색 LED[예컨대, Citizen Electronics Co., Ltd.로부터 입수가능한 CL-191G.(470 nm 칩 및 발광 물질을 이용함)(이것으로 제한되지 않음)] 및 적색-방출 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질의 사용은 90 초과의 연색 지수(Color Rendition Index)의 부가적인 이점을 갖는 백색 광 방사를 제공할 수 있다. (비제한적인 예시적인 일례에 대해서는 이하의 예 2를 참조할 것)
예를 들어, NIST 소급가능 교정 광원(NIST traceable calibrated light source)을 포함하는 적분구에서 분광 광도계를 사용하여 축광 효율이 측정될 수 있다. 이러한 실시예에서, 광학 물질은 본 명세서에 기술된 광 산란 입자 및 다른 선택적인 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 본 발명을 예시하기 위한 것인 이하의 예에 의해 더욱 명백하게 될 것이다.
예
예 1:
예 1A.
3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질포스폰산을 갖는 609 nm 광을 방출할 수 있는 반도체 나노결정의 제조
CdSe 코어의 합성. 1.75 mmol 카드뮴 아세테이트가 20 mL 바이알(vial)에서 140℃에서 15.7 mmol의 트라이-n-옥틸포스핀에 용해되고, 이어서 1 시간 동안 건조되어 탈기체된다. 31.0 mmol의 트라이옥틸포스핀 산화물 및 4 mmol의 옥타데실포스폰산이 3구 플라스크에 첨가되고 1 시간 동안 110℃에서 건조되어 탈기체된다. 탈기체 후에, Cd 용액이 산화물/산 플라스크에 첨가되고, 혼합물이 질소 하에서 270℃로 가열된다. 온도가 270℃에 도달하면, 16 mmol의 트라이-n-부틸포스핀이 플라스크에 주입된다. 온도가 다시 270℃로 되고 이 때 2.3 mL의 1.5 M TBP-Se가 빠르게 주입된다. 반응 혼합물이 5분 동안 270℃로 가열되고 이어서 가열 맨틀이 반응 플라스크로부터 꺼내어 용액이 실온으로 냉각될 수 있게 해준다. 메탄올과 아이소프로판올의 3:1 혼합물을 첨가함으로써 CdSe 코어가 질소 분위기 글러브 박스 내부에서 성장 용액으로부터 침전된다. 분리된 코어가 이어서 헥산에 용해되고 코어-쉘 물질을 제조하는 데 사용된다. (흡수/방사/FWHM (nm) = 557/566/27).
CdSe/CdZnS 코어-쉘 나노결정의 합성: 2가지 동일한 반응이 시작된다.25.86 mmol의 트라이옥틸포스핀 산화물 및 2.4 mmol의 3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질포스폰산(이하의 *를 참조)이 50 mL 4구 둥근 바닥 플라스크에 넣어진다. 이 혼합물은 이어서 반응 용기에서 약 1 시간 동안 120℃로 가열함으로써 건조되어 탈기체된다. 이 플라스크는 이어서 70℃로 냉각되고, 상기로부터의 분리된 CdSe 코어를 포함하는 헥산 용액(0.128 mmol Cd 함유량)이 각자의 반응 혼합물에 첨가된다. 감소된 압력 하에서 헥산이 제거된다. 다이메틸 카드뮴, 다이에틸 아연, 및 헥사메틸다이실라티안이, 각각, Cd, Zn, 및 S 전구체로서 사용된다. Cd 및 Zn은 등몰비(equimolar ratio)로 혼합되는 반면, S는 Cd 및 Zn에 대해 2배 초과이다. 2 세트의 Cd/Zn(0.35 mmol의 다이메틸카드뮴 및 다이에틸아연) 및 S(1.40 mmol의 헥사메틸다이실라티안) 샘플 각각이 질소 분위기 글러브 박스 내부에서 4 mL의 트라이옥틸포스핀에 용해된다. 전구체 용액이 제조되면, 반응 플라스크가 질소 하에서 155℃로 가열된다. Cd/Zn 및 S 전구체 용액이 주사기 펌프를 사용하여 155℃에서 2시간 동안 각자의 반응 플라스크에 한방울씩 첨가된다. 쉘 성장 이후에, 나노결정이 질소 분위기 글러브 박스로 이송되고 메탄올 및 아이소프로판올의 3:1 혼합물을 첨가함으로써 성장 용액으로부터 침전된다. 분리된 코어-쉘 나노결정은 이어서 톨루엔에 분사되고 2번의 일괄 혼합(batch)으로부터의 용액이 합해지고 이를 포함하는 광학 물질을 제조하는 데 사용된다(흡수/방사/FWHM (nm) = 597/609/31).
*3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질포스폰산의 제조
3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질포스폰산이 PCI Synthesis(미국 매사추세츠주 01950 뉴베리포트 오퍼튜니티 웨이 9 소재)로부터 구입되었다.
3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질포스폰산의 제조는 일반적으로 하기의 합성 방식을 이용한다:
Figure 112018019286784-pat00001
3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질포스폰산은 다음과 같이 특징지워질 수 있다:
녹는점: 199 내지 200℃ [문헌: 200℃; 참조 문헌: J.D. Spivack, FR1555941 (1969)] IR: 3614cm-1, 3593cm-1 (weak, O-H stretching).
Figure 112018019286784-pat00002
Figure 112018019286784-pat00003
Figure 112018019286784-pat00004
3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질포스폰산의 제조에 포함된 상기 합성 전구체는 다음과 같이 특징지워질 수 있다:
다이 3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질포스포네이트: 녹는점: 119 내지 120℃ (문헌: 118 내지 119℃; 참조 문헌: R.K. Ismagilov, Zhur. Obshchei Khimii, 1991, 61, 387).
Figure 112018019286784-pat00005
3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질 브로마이드:
녹는점: 51 내지 54℃ (문헌: 52 내지 54℃; 참조 문헌: J.D. McClure, J. Org Chem., 1962, 27, 2365)
Figure 112018019286784-pat00006
공지되어 있거나 당업자라면 용이하게 알아낼 수 있는 다른 합성 방식이 3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질포스폰산을 제조하는 데 사용될 수 있다..
예 1B.
녹색 광을 방출할 수 있는 반도체 나노결정의 제조: ZnSe 코어의 합성: 3.5 mmol 다이에틸 아연이 25 mL의 트라이-n-옥틸포스핀에 용해되고 5 mL의 1 M TBP-Se와 혼합된다. 0.16 mol의 올레일아민이 250 mL 3구 플라스크에 넣어지고, 1 시간 동안 90℃에서 건조되어 탈기체된다. 탈기체 후에, 플라스크가 질소 하에서 310℃로 가열된다. 온도가 310℃에 도달하면, 아연 용액이 주입되고 나노결정의 성장을 모니터링하기 위해 일정 분량의 용액이 주기적으로 제거되면서 반응 혼합물이 15 내지 30 분 동안 270℃로 가열된다. 나노결정의 제1 흡수 피크가 350 nm에 도달하면, 플라스크 온도를 160℃로 떨어뜨림으로써 반응이 중단되고 ZnSe 코어가 CdZnSe 코어의 제조를 위한 추가적인 정제 없이 사용된다.
CdZnSe 코어의 합성 11.2 mmol 다이메틸카드뮴이 40 mL의 트라이-n-옥틸포스핀에 용해되고 12 mL의 1 M TBP-Se와 혼합된다. 1 L 유리 반응기에, 0.414 mol의 트라이옥틸포스핀 산화물 및 40 mmol의 헥실포스폰산이 넣어지고, 1 시간 동안 120℃에서 건조되어 탈기체된다. 탈기체 후에, 산화물/산이 질소 하에서 160℃로 가열되고 전체 ZnSe 코어 반응 혼합물(상기 참조)이 160℃에서 1 L 반응기 내로 캐뉼러 이송(cannula transfer)되고, 직후에 주사기 펌프를 통해 20분 동안 Cd/Se 용액이 첨가된다. 나노결정의 성장을 모니터링하기 위해 일정 분량의 용액이 주기적으로 제거되면서 반응 혼합물이 이어서 16 내지 20 시간 동안 150℃로 가열된다. CdZnSe 코어의 방사 피크가 489 nm에 도달하면 혼합물을 실온으로 냉각시킴으로써 반응이 중단된다. CdZnSe 코어가 메탄올 및 n-부탄올의 2:1 혼합물을 첨가함으로써 질소 분위기 글러브 박스 내부에서 성장 용액으로부터 침전된다. 분리된 코어가 이어서 헥산에 용해되고 코어-쉘 물질을 제조하는 데 사용된다.
CdZnSe/CdZnS 코어-쉘 나노결정의 합성: 0.517 mol의 트라이옥틸포스핀 산화물 및 44.8 mmol의 벤질포스폰산이 1 L 유리 반응기에 넣어진다. 혼합물이 이어서 약 1 시간 동안 120℃로 가열함으로써 반응기에서 건조되어 탈기체된다. 반응기가 이어서 75℃로 냉각되고 분리된 CdZnSe 코어를 함유하는 헥산 용액(1.99 mmol Cd 함유량)이 반응 혼합물에 첨가된다. 감소된 압력 하에서 헥산이 제거된다. 다이메틸 카드뮴, 다이에틸 아연, 및 헥사메틸다이실라티안이, 각각, Cd, Zn, 및 S 전구체로서 사용된다. Cd와 Zn은 3:10 비율로 혼합되는 반면, S는 (합해진) Cd 및 Zn에 대해 2배 초과이다. Cd/Zn(6.5/15.2 mmol의 다이메틸카드뮴 및 다이에틸아연) 및 S(43.4 mmol의 헥사메틸다이실라티안) 샘플 각각이 질소 분위기 글러브 박스 내부에서 27 mL의 트라이옥틸포스핀에 용해된다. 전구체 용액이 제조되면, 반응기가 질소 하에서 150℃로 가열된다. 전구체 용액이 주사기 펌프를 사용하여 150℃에서 2시간 동안 한방울씩 첨가된다. 쉘 성장 이후에, 나노결정이 질소 분위기 글러브 박스로 이송되고 메탄올과 아이소프로판올의 3:1 혼합물을 첨가함으로써 성장 용액으로부터 침전된다. 분리된 코어-쉘 나노결정이 이어서 톨루엔에 용해되고 양자점 복합 물질을 제조하는 데 사용된다.
예 2
조제물 및 필름
반도체 나노결정을 포함하는 광학 요소의 제조:
조제물:
하기의 조제물이 반도체 나노결정(실질적으로 예 1B에 기술된 합성에 따라 제조됨)을 포함하는 광학 물질을 사용하여 제조된다.
반도체 나노결정은 톨루엔에 분산된 적색-방출 반도체 나노결정을 포함하고, 609 nm의 스펙트럼 성분, 약 31 nm의 FWHM, 83%의 용액 양자 수율, 및 16.4 mg/ml의 농도를 가진다.
바이알이 이미 닫히고 주사기 바늘을 통해 진공 하로 배출되고 이어서 다시 질소로 재충전된 후에, 3.1 ml의 적색-방출 나노결정의 16.4 mg/ml 현탁액이 자석 교반기 막대를 포함하는 20 ml 격막 캡핑된 바이알(septum capped vial)에 첨가된다. 용매의 대략 90 퍼센트가 진공 스트리핑(vacuum stripping)에 의해 바이알로부터 제거된다. 0.504 g의 RD-12(미국 뉴저지주 07004-3401 페어필드 오드리 플레이스 9 소재의 Radcure Corp.로부터 구매가능한 저점도 반응성 희석제)(미국 뉴저지주 07470 웨인 맨사드 코트 5 소재의 Actega Radcure라고도 알려져 있음)가 주사기를 통해 첨가된다. 나머지 용매가 진공 스트리핑에 의해 바이알로부터 제거된다. 2.117 g의 DR-150이 이어서 주사기를 통해 바이알에 첨가되고 혼합물이 Vortex 혼합기를 사용하여 혼합된다. (DR- 150은 Radcure로부터 구매가능한 UV-경화성 아크릴 제제이다.) 0.03 그램 TiO2(DuPont으로부터 입수가능한 Ti-Pure R902+)가 그 다음에 열린 바이알에 첨가되고 혼합물이 Vortex 혼합기를 사용하여 혼합되고 이어서 균질기를 사용하여 혼합된다.
바이알은 이어서 캡핑되고 진공 하에서 디에어레이션되며 질소로 재충전된다.
닫힌 바이알이 이어서 50분 동안 초음파 수조에 놓인다. 샘플이 초음파 수조에 있는 동안 온도가 40℃를 넘지 않도록 주의를 기울인다.
샘플은 필름을 제조하는 데 사용될 때까지 어두운 곳에 보관된다.
필름:
이전에 세정된(아세톤 닦기 및 그에 뒤이은 메탄올 닦기) 1"x3" 유리 현미경 슬라이드가 배치되고 4개의 80 마이크로미터 플라스틱 쉼 스톡 탭(shim stock tab)이 슬라이드의 하부 부분 상의 1”x1” 섹션의 코너에 배치된다. 상기한 소량의 조제물이 1”x1” 영역의 가운데에 분산된다. 제2 사전-세정된 1”x3” 현미경 슬라이드가 제1 현미경 슬라이드와 짝을 이루고 미니-오피스 바인더를 사용하여 서로 클램핑된다. 클램프는 쉼 스톡 상의 중앙에 있다.
현미경 슬라이드 구조물은 H-전구(225 mW/cm2)를 갖는 DYMAX Corporation으로부터의 5000-EC UV 광 경화 플러드 램프(Light CuringFlood Lamp)에서 10초 동안 경화된다. 이 구조물이 반대쪽으로 뒤집히고 추가로 10초 동안 경화된다. 나노결정 함유 층의 두께는 대략 80 ㎛이다.
측정:
4개의 LED(Citizen Electronics Co., Ltd.로부터 입수가능한 CL-191G)가 은 페인트를 통해 회로 기판에 부착되고, 이 회로 기판이 이어서 열 접촉을 향상시키기 위해 실리콘 열 전달 화합물의 층을 사용하여 TEC(Thermoelectric cooler) 스테이지에 탑재된다. TEC는 25℃로 설정되어 있고 LED 칩이 20.0 mA로 설정된 정전류원을 사용하여 구동된다. 상기한 LED 장치가 0.5 인치 개방 포트를 갖는 6 인치 직경 적분구의 전방에 배치된다. 상기한 적색 반도체 나노결정을 포함하는 80 마이크로미터의 경화된 필름을 포함하는 현미경 슬라이드가 LED 장치와 적분구의 개방 포트 사이에서 포트와 같은 높이로 배치되었다. 스펙트럼 데이터가 광섬유 결합된 Avantes 분광 광도계를 사용하여 수집된다. 스펙트럼 분석으로부터의 결과가 표 1 및 도 1에 나타내어져 있다.
Figure 112018019286784-pat00007
도 1은 1931 CIE 색도 다이어그램의 일부분을 나타낸 것이다. 또한 플랑키안 궤적(Planckian Locus) 1931(본 명세서에서 흑체 방사 곡선 또는 흑체 궤적이라고도 함), 흑체 방사 곡선 상에 표시된 상관 색 온도점 및 대응하는 둘러싸고 있는 ANSI 공칭 CCT 허용오차 사각형(또는 빈)도 나타내어져 있다. 도면 상에 회백색 LED가 나타내어져 있고, x,y 좌표 0.2937, 0.4094는 적분구에서 측정된 것이다. 이 예에서 기술된 필름이 LED 상에 배치될 때, 따뜻한 백색 공이 얻어지고 CIE x,y 좌표는 0.4615, 0.4168이며, 색 온도는 2700K이다. 얻어진 광은 "백색"이다. 특정의 실시예에서, 예컨대, 흑체 곡선으로부터의 Duv또는 거리는 0.007 미만이다. 예 2로부터 발생된 백색 광은 ANSI 빈 내부에 있고 실질적으로 흑체 궤적 상에 있다.
(ANSI 빈은 차가운 백색 공간부터 따뜻한 백색 공간까지에 걸쳐 있고 ANSI C78.377-2008 표준 - 참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨 - 에 개략적으로 기술되어 있는, 도 4에 도시된 흑체 궤적에서 둘러싸고 있는 8개의 공칭 CCT 허용오차 사각형을 말한다.)
예 3:
반도체 나노결정을 포함하는 적층된 필름
반도체 나노결정을 포함하는 광학 요소의 제조:
조제물:
하기의 조제물이 녹색-방출 반도체 나노결정(실질적으로 예 1B에 기술된 합성에 따라 제조됨)을 포함하는 광학 물질을 사용하여 제조된다.
녹색-방출 반도체 나노결정은 톨루엔에 분산되고, 538 nm의 스펙트럼 성분, 약 42 nm의 FWHM, 67%의 용액 양자 수율, 및 37 mg/ml의 농도를 가진다.
4.4 ml의 녹색-방출 나노결정의 37 mg/ml 현탁액이 자석 교반기 막대를 포함하는 20 ml 격막 캡핑된 바이알(septum capped vial) - 이 바이알은 이미 닫히고 주사기 바늘을 통해 진공 하로 배출되고 이어서 다시 질소로 재충전되었음 - 에 첨가된다. 용매의 대략 90 퍼센트가 진공 스트리핑(vacuum stripping)에 의해 바이알로부터 제거된다. 1.5 ml의 RD-12(Radcure Corp.로부터 구매가능한 저점도 반응성 희석제)가 주사기를 통해 첨가된다. 나머지 용매가 진공 스트리핑에 의해 바이알로부터 제거된다. 6 ml의 DR-150이 이어서 주사기를 통해 바이알에 첨가되고 혼합물이 Vortex 혼합기를 사용하여 혼합된다. (DR- 150은 Radcure로부터 구매가능한 UV-경화성 아크릴 제제이다.)
샘플은 필름을 제조하는 데 사용될 때까지 어두운 곳에 보관된다.
필름:
이전에 세정된(아세톤 닦기 및 그에 뒤이은 메탄올 닦기) 1"x3" 유리 현미경 슬라이드가 배치되고 4개의 80 마이크로미터 플라스틱 쉼 스톡 탭(shim stock tab)이 슬라이드의 하부 부분 상의 1”x1” 섹션의 코너에 배치된다. 상기한 소량의 조제물이 1”x1” 영역의 가운데에 분산된다. 제2 사전-세정된 1”x3” 현미경 슬라이드가 제1 현미경 슬라이드와 짝을 이루고 미니-오피스 바인더를 사용하여 서로 클램핑된다. 클램프는 쉼 스톡 상의 중앙에 있다.
현미경 슬라이드 구조물은 H-전구(225 mW/cm2)를 갖는 DYMAX Corporation으로부터의 5000-EC UV 광 경화 플러드 램프(Light CuringFlood Lamp)에서 10초 동안 경화된다. 이 구조물이 반대쪽으로 뒤집히고 추가로 10초 동안 경화된다. 나노결정 함유 층의 두께는 대략 80 ㎛이다.
측정:
4개의 LED(Citizen Electronics Co., Ltd.로부터 입수가능한 CL-191G)가 은 페인트를 통해 회로 기판에 부착되고, 이 회로 기판이 이어서 열 접촉을 향상시키기 위해 실리콘 열 전달 화합물의 층을 사용하여 TEC(Thermoelectric cooler) 스테이지에 탑재된다. TEC는 25℃로 설정되어 있고 LED 칩이 20.0 mA로 설정된 정전류원을 사용하여 구동된다. 상기한 LED 장치가 0.5 인치 개방 포트를 갖는 6 인치 직경 적분구의 전방에 배치된다. 예 2에 기술된 적색 방출 반도체 나노결정을 포함하는 80 마이크로미터 경화된 필름 및 이 예 3에 기술된 바와 같이 제조된 녹색 방출 반도체 나노결정(전술함)을 포함하는 필름을 포함하는 현미경 슬라이드 구조물이 LED 장치와 적분구에 대한 개방 포트 사이에 포트와 같은 높이로 배치된다. 적색-방출 필름이 LED에 가장 가깝다. 스펙트럼 데이터가 광섬유 결합된 Avantes 분광 광도계를 사용하여 수집된다. 스펙트럼 분석으로부터의 결과가 표 2 및 도 2에 나타내어져 있다. (반도체 나노결정은 본 명세서에서 양자점 또는 QD라고도 할 수 있다)
이 예에 대한 데이터는 적색 및 녹색 QD-함유 필름을 포함하는 샘플에 대해 보다 낮은 CCT를 나타내고 적색 QD-함유 필름을 갖는 LED와 비교하여 루멘 출력의 감소가 없다.
Figure 112018019286784-pat00008
반도체 나노결정이 좁은 방사 선폭을 갖고, 축광 효율적이며 나노결정의 크기 및/또는 조성으로 조정가능한 방출 파장을 가지기 때문에, 이는 본 명세서에 기술된 본 발명의 다양한 측면 및 실시예에서 사용하기에 바람직한 양자 구속 반도체 나노입자이다.
반도체 나노결정이 스펙트럼의 원가시(far-visible), 가시, 적외선 또는 기타 원하는 부분에 있는 파장 대역의 소정의 파장에서 광자를 방출하도록 본 발명의 다양한 측면 및 실시예에서 유용한 양자 구속 반도체 나노입자(예컨대, 반도체 나노결정을 포함함)의 크기 및 조성이 선택될 수 있다. 예를 들어, 파장은 300 내지 2,500 nm 또는 그 이상, 예컨대 300 내지 400 nm, 400 내지 700 nm, 700 내지 1100 nm, 1100 내지 2500 nm, 또는 2500 nm 초과일 수 있다.
양자 구속 반도체 나노입자(예컨대, 반도체 나노결정을 포함함)는 나노미터급 무기 반도체 나노입자이다. 반도체 나노결정은, 예를 들어, 직경이 약 1 nm 내지 약 1000 nm, 바람직하게는 약 2 nm 내지 약 50 nm, 보다 바람직하게는 약 1 nm 내지 약 20 nm(약 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 또는 20 nm 등)인 무기 결정자(inorganic crystallite)를 포함한다.
본 발명의 다양한 측면 및 실시예에 포함된 반도체 나노결정은 보다 바람직하게는 약 150 옹스트롬(Å) 미만의 평균 나노결정 직경을 가진다. 특정의 실시예에서, 약 12 내지 약 150Å 범위의 평균 나노결정 직경을 가지는 반도체 나노결정이 특히 바람직할 수 있다.
그렇지만, 반도체 나노결정의 조성 및 원하는 방출 파장에 따라, 평균 직경이 이들 다양한 바람직한 크기 범위를 벗어나 있을 수 있다.
본 명세서에 기술된 본 발명의 다양한 측면 및 실시예에서 사용하기 위한 나노입자 및 나노결정을 형성하는 반도체는 IV족 원소, II-VI족 화합물, II-V족 화합물, III-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, I-III-VI족 화합물, II-IV-VI족 화합물, 또는 II-IV-V족 화합물, 예를 들어, CdS, CdO, CdSe, CdTe, ZnS, ZnO, ZnSe, ZnTe, MgTe, GaAs, GaP, GaSb, GaN, HgS, HgO, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, InN, AlAs, AlP, AlSb, AIS, PbS, PbO, PbSe, Ge, Si, 이들의 합금, 및/또는 이들의 혼합물(3원 및 4원 혼합물 및/또는 합금을 포함함)을 포함할 수 있다.
나노입자 및 나노결정의 형상의 일례는 구, 막대, 디스크, 기타 형상 또는 이들의 혼합을 포함한다.
본 발명의 특정의 바람직한 측면 및 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자(예컨대, 반도체 나노결정을 포함함)는 하나 이상의 제1 반도체 물질의 "코어"를 포함하고, 이 코어는 코어의 표면의 적어도 일부분 상에 제2 반도체 물질의 오버코팅 또는 "쉘"을 포함할 수 있다. 특정의 실시예에서, 쉘은 코어를 둘러싸고 있다. 코어의 표면의 적어도 일부분 상에 쉘을 포함하는 양자 구속 반도체 나노입자(예컨대, 반도체 나노결정을 포함함) 코어는 "코어/쉘" 반도체 나노결정이라고도 한다.
예를 들어, 양자 구속 반도체 나노입자(예컨대, 반도체 나노결정을 포함함)는 IV족 원소 또는 화학식 MX(여기서 M은 카드뮴,아연, 마그네슘, 수은, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨, 또는 이들의 혼합물이고, X는 산소, 황, 셀레늄, 텔루르, 질소, 인, 비소, 안티몬, 또는 이들의 혼합물임)로 표현되는 화합물을 포함하는 코어를 포함할 수 있다. 코어로서 사용하기에 적합한 물질의 일례는 CdS, CdO, CdSe, CdTe, ZnS, ZnO, ZnSe, ZnTe, MgTe, GaAs, GaP, GaSb, GaN, HgS, HgO, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, InN, AlAs, AlP, AlSb, AIS, PbS, PbO, PbSe, Ge, Si, 이들의 합금, 및/또는 이들의 혼합물(3원 및 4원 혼합물 및/또는 합금을 포함함)을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.
쉘(또는 오버코트)는 코어의 조성과 상이한 조성을 가지는 반도체 물질일 수 있다. 나노결정의 표면 상의 반도체 물질의 오버코트는 II-VI족 화합물, II-V족 화합물, III-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, I-III-VI족 화합물, II-IV-VI족 화합물, 및 II-IV-V족 화합물을 포함할 수 있다. 쉘로서 사용하기에 적합한 물질의 일례는 CdS, CdO, CdSe, CdTe, ZnS, ZnO, ZnSe, ZnTe, MgTe, GaAs, GaP, GaSb, GaN, HgS, HgO, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, InN, AlN, AlAs, AlP, AlSb, AIS, PbS, PbO, PbSe, PbTe, TIN, TIP, TlAs, TlSb,Ge, Si, 이들의 합금, 및/또는 이들의 혼합물(3원 및 4원 혼합물 및/또는 합금을 포함함)을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 예를 들어, ZnS, ZnSe 또는 CdS 오버코트가 CdSe 또는 CdTe 나노결정 상에 성장될 수 있다. 오버코팅 프로세스는, 예를 들어, 미국 특허 제6,322,901호에 기술되어 있다. 오버코팅 동안 반응 혼합물의 온도를 조정하고 코어의 흡수 스펙트럼을 모니터링함으로써, 높은 방사 양자 효율 및 좁은 크기 분포를 갖는 오버코팅된 물질이 얻어질 수 있다. 오버코팅은 두께가 1개 내지 10개의 모노층일 수 있다.
특정의 실시예에서, 둘러싸고 있는 "쉘" 물질은 코어 물질의 밴드갭보다 큰 밴드갭을 가질 수 있고, "코어" 기판의 원자 간격(atomic spacing)에 가까운 원자 간격을 갖도록 선택될 수 있다. 다른 실시예에서, 둘러싸고 있는 쉘 물질은 코어 물질의 밴드갭보다 작은 밴드갭을 가질 수 있다. 추가의 실시예에서, 쉘 및 코어 물질이 동일한 결정 구조를 가질 수 있다. 쉘 물질에 대해서는 이상에서 상세히 논의되었다. 코어/쉘 반도체 구조물의 추가의 일례에 대해서는, 2003년 8월 12일자로 출원된 발명의 명칭이 "Semiconductor Nanocrystal Heterostructures(반도체 나노결정 헤테로구조물)"인 미국 출원 제10/638,546호(참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)를 참조하기 바란다.
양자 구속 반도체 나노입자는 바람직하게는 좁은 크기 분포를 가지는 반도체 나노입자의 집단의 구성원이다. 보다 바람직하게는, 양자 구속 반도체 나노입자(예컨대, 반도체 나노결정을 포함함)는 나노입자의 단분산(monodisperse) 또는 실질적으로 단분산 집단을 포함한다.
양자 구속 반도체 나노입자는 나노입자의 크기 및 조성에 의해 조정가능한 광학 특성을 생성하는 상향식 화학적 방식을 설계하는 데 이용될 수 있는 강한 양자 구속 효과를 보여준다.
예를 들어, 반도체 나노결정의 제조 및 처리는 Murray등 (J. Am. Chem. Soc, 115:8706 (1993))에, Christopher Murray의논문 "Synthesis and Characterization of II-VI QuantumDots and Their Assembly into 3-D QuantumDot Superlattices",Massachusetts Institute of Technology, September, 1995에, 및 발명의 명칭이 "Highly LuminescentColor-selective Materials(고발광성 색상-선택적 물질)"인 미국 특허 출원 제08/969,302호에 기술되어 있으며, 이들은 참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다. 반도체 나노결정의 제조 및 처리의 다른 일례는 미국 특허 제6,322,901호 및 제6,576,291호, 그리고 미국 특허 출원 제60/550,314호에 기술되어 있으며, 이들 각각은 참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다.
본 발명의 다양한 측면 및 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자(반도체 나노결정을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않음)는 선택적으로 그에 부착된 리간드를 가진다.
특정의 실시예에서, 리간드는 성장 프로세스 동안 사용된 배위성 용매(coordinating solvent)로부터 유도된다. 표면 상의 리간드는 과도한 경합 배위기(competing coordinating group)에의 반복 노출에 의해 개질될 수 있다. 예를 들어, 캡핑된 반도체 나노결정의 분산물이, 피리딘, 메탄올 및 방향족에 용이하게 분산되지만 지방족 용매에 더 이상 분산되지 않는 결정자를 생성하기 위해, 피리딘과 같은 배위성 유기 화합물에 의해 처리될 수 있다. 이러한 표면 교환 프로세스는 반도체 나노결정의 외측 표면에 배위하거나 그와 결합할 수 있는 임의의 화합물(예를 들어, 포스핀, 티올, 아민 및 포스페이트를 포함함)로 수행될 수 있다. 반도체 나노결정이 표면에 대한 친화성을 나타내고 현탁 또는 분산 매질에 대해 친화성을 갖는 부분에서 종결하는 단쇄 중합체(short chain polymer)에 노출될 수 있다. 이러한 친화성은 현탁액의 안정성을 향상시키고 반도체 나노결정의 면상 침전(flocculation)을 방해한다. 다른 실시예에서, 반도체 나노결정은 다른 대안으로서 비배위성 용매(들)를 사용하여 제조될 수 있다.
전형적인 배위성 용매는 알킬 포스핀, 알킬 포스핀 산화물, 알킬 인산을 포함하지만, 피리딘, 푸란 및 아민과 같은 다른 배위성 용매도 나노결정 생성에 적합할 수 있다. 적합한 배위성 용매의 일례는 피리딘, 트라이-n-옥틸 포스핀(TOP), 트라이-n-옥틸 포스핀 산화물(TOPO) 및 트리스-하이드록시프로필포스핀(tHPP)을 포함한다. 공업용급(technical grade) TOPO가 사용될 수 있다.
예를 들어, 배위성 리간드가 하기의 화학식을 가질 수 있다:
Figure 112018019286784-pat00009
여기서 k는 2, 3 또는 5이고, n은 k-n이 0 이상이도록 1, 2, 3, 4 또는 5이며, X는 O, S, S=O, SO2, Se, Se=O, N, N=O, P, P=O, As, 또는 As=O이고, Y 및 L 각각은, 독립적으로, 아릴, 헤테로아릴, 또는 적어도 하나의 이중 결합, 적어도 하나의 삼중 결합, 또는 적어도 하나의 이중 결합과 하나의 삼중 결합을 선택적으로 포함하는 직선형 또는 분지형 C2-12 탄화 수소 사슬이다. 탄화 수소 사슬은 선택적으로 하나 이상의 C1-4 알킬, C2-4 알켄일, C2-4 알카인일, C 1-4 알콕시, 하이드록실, 할로, 아미노, 니트로, 시아노, C3-5 사이클로알킬, 3-5원 헤테로사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴, C1-4 알킬카르보닐옥시, C1-4 알킬옥시카르보닐, C1-4 알킬카르보닐, 또는 포르밀로 치환될 수 있다. 탄화 수소 사슬은 또한 선택적으로 -O-, -S-, -N(Ra)-, -N(Ra)-C(O)-O-, -O-C(O)-N(Ra)-, -N(Ra)-C(O)-N(Rb)-, -O-C(O)-O-, -P(Ra)-, 또는 -P(O)(Ra)-으로 분리될 수 있다. Ra 및 Rb 각각은, 독립적으로, 수소, 알킬, 알켄일, 알카인일, 알콕시, 하이드록실알킬, 하이드록실, 또는 할로알킬이다. 아릴기는 치환된 또는 비치환된 고리형 방향족이다. 일례는 페닐, 벤질, 나프틸, 톨릴, 안트라실, 니트로페닐, 또는 할로페닐을 포함한다. 헤테로아릴기는 고리 내에 하나 이상의 헤테로원자(예를 들어, 퓨릴, 피리딜, 피롤릴, 페난트릴)를 갖는 아릴기이다.
적당한 배위성 리간드가 상업적으로 구매될 수 있거나, 예를 들어, J. March, Advanced Organic Chemistry(참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)에 기술된 바와 같이, 보통의 합성 유기 기법에 의해 제조될 수 있다.
또한 2003년 8월 15일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Stabilized Semiconductor Nanocrystals(안정화된 반도체 나노결정)"인 미국 특허 출원 제10/641,292호(참고 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)를 참조하기 바란다.
전자 및 정공이 양자 구속 반도체 나노입자(반도체 나노결정를 포함하지만, 이것으로 제한되지 않음)에 국소화되어 있을 때, 방출 파장에서 방사가 일어날 수 있다. 방사는 양자 구속 반도체 물질의 밴드 갭에 대응하는 주파수를 가진다. 밴드 갭은 나노입자의 크기의 함수이다. 작은 직경을 갖는 양자 구속 반도체 나노입자는 물질의 분자 형태와 벌크 형태 사이의 중간에 있는 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 작은 직경을 가지는 양자 구속 반도체 나노입자는 3개의 차원 모두에서 전자 및 정공 둘다의 양자 구속을 나타낼 수 있고, 이는 결정자 크기가 감소함에 따라 물질의 유효 밴드 갭의 증가를 야기한다. 결과적으로, 예를 들어, 결정자의 크기가 감소함에 따라, 반도체 나노결정의 광학적 흡수 및 방사 둘다가 청색으로 또는 더 높은 에너지로 천이한다.
양자 구속 반도체 나노입자로부터의 방사는 양자 구속 반도체 나노입자의 크기, 양자 구속 반도체 나노입자의 조성, 또는 둘다를 변화시킴으로써 스펙트럼의 자외선, 가시 또는 적외선 영역의 전체 파장 범위에 걸쳐 동조될 수 있는 좁은 가우시안 방출 대역일 수 있다. 예를 들어, CdSe가 가시 영역에서 조정될 수 있고, InAs가 적외선 영역에서 조정될 수 있다. 양자 구속 반도체 나노입자의 집단의 좁은 크기 분포로 인해 좁은 스펙트럼 범위 내의 광이 방출될 수 있다. 이 집단은 단분산일 수 있고, 바람직하게는 양자 구속 반도체 나노입자의 직경이 15% 미만, 보다 바람직하게는 10% 미만, 가장 바람직하게는 5% 미만의 rms(root-mean-square) 편차를 나타낸다. 가시 영역에서 방출하는 양자 구속 반도체 나노입자에 대한 약 75 nm, 바람직하게는 60 nm, 보다 바람직하게는 40 nm, 및 가장 바람직하게는 30 nm 이하의 FWHM(full width at half max)이 관찰될 수 있다. IR-방출 양자 구속 반도체 나노입자는 150 nm 이하, 또는 100 nm 이하의 FWHM을 가질 수 있다. 방사의 에너지로 표현하면, 방사는 0.05 eV 이하, 또는 0.03 eV 이하의 FWHM을 가질 수 있다. 양자 구속 반도체 나노입자 직경의 분산도가 감소됨에 따라 방사의 폭이 감소된다.
예를 들어, 반도체 나노결정은 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 또는 90% 초과와 같은 높은 방사 양자 효율을 가질 수 있다.
반도체 나노결정의 좁은 FWHM으로 인해 포화색 방사가 일어날 수 있다. 단일 물질계의 전체 가시 스펙트럼에 걸쳐 넓게 조정가능한 포화색 방사가 임의의 부류의 유기 발색단과 매칭되지 않는다(예를 들어, Dabbousi 등의 J. Phys. Chem. 101, 9463 (1997) - 참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨 - 를 참조할 것). 반도체 나노결정의 단분산 집단은 좁은 범위의 파장에 걸쳐 있는 광을 방출할 것이다. 반도체 나노결정의 2개 이상의 크기를 포함하는 패턴은 2개 이상의 좁은 파장 범위에 있는 광을 방출할 수 있다. 관찰자에 의해 인지되는 방출된 광의 색상이 반도체 나노결정 크기 및 물질의 적절한 조합을 선택함으로써 제어될 수 있다. 반도체 나노결정의 대역 에지 에너지 준위의 축퇴는 모든 가능한 여기자(exciton)의 포획 및 방사 재결합을 용이하게 해준다.
TEM(transmission electron microscopy, 투과 전자 현미경)은 반도체 나노결정 집단의 크기, 형상 및 분포에 관한 정보를 제공할 수 있다. 분말 XRD(X-ray diffraction) 패턴은 반도체 나노결정의 결정 구조의 유형 및 품질에 관한 가장 완전한 정보를 제공할 수 있다. 입자 직경이, X-선 코히런스 길이를 통해, 피크 폭에 대해 역의 관계가 있기 때문에 크기의 추정치도 역시 가능하다. 예를 들어, 반도체 나노결정의 직경이 투과 전자 현미경에 의해 직접 측정될 수 있거나, 예를 들어, Scherrer 방정식을 사용하여 X-선 회절 데이터로부터 추정될 수 있다. 이는 또한 UV/Vis 흡수 스펙트럼으로부터 추정될 수 있다.
양자 구속 반도체 나노입자는 바람직하게는 제어된(무산소 및 무습기) 환경에서 처리되어, 제조 프로세스 동안 발광 효율의 억제를 방지한다.
양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질이 액체 매질에 분산될 수 있고, 따라서 스핀-캐스팅, 드롭-캐스팅 및 침지 코팅과 같은 박막 증착 기법과 호환가능하다.
특정의 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 다양한 측면 및 실시예에서 사용하기 위한 광학 물질이, 예를 들어, 양자 구속 반도체 나노입자 및 액체 비히클을 포함하는 잉크로부터 제조될 수 있고, 액체 비히클은 호스트 물질을 형성하기 위해 중합(예컨대, 가교결합)될 수 있는 하나 이상의 작용기를 포함한다. 특정의 실시예에서, 기능 단위는 UV 처리에 의해 가교결합될 수 있다. 특정의 실시예에서, 기능 단위는 열 처리에 의해 가교결합될 수 있다. 특정의 실시예에서, 기능 단위가 당업자라면 용이하게 확인할 수 있는 다른 가교결합 기법에 의해 가교결합될 수 있다. 특정의 실시예에서, 가교결합될 수 있는 하나 이상의 작용기를 포함하는 광학 물질이 액체 비히클 자체일 수 있다. 선택적으로, 잉크는 산란체 및/또는 기타 첨가제를 추가로 포함한다.
잉크는 인쇄, 스크린 인쇄, 스핀 코팅, 그라비어 기법, 잉크젯 인쇄, 롤 인쇄 등에 의해 기판의 표면 상에 증착될 수 있다. 잉크는 소정의 배열로 증착될 수 있다. 예를 들어, 잉크는 패턴화된 또는 비패턴화된 배열로 증착될 수 있다.
이들 증착 기법으로부터 얻어지는 특징부 또는 층에 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질을 배치하는 것으로 인해, 나노입자의 표면들 모두가 광을 흡수하고 방출하는 데 이용가능한 것은 아닐 수 있다.
특정의 실시예에서, 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질이 밀착 인쇄를 사용하여 표면 상에 증착될 수 있다. 예를 들어, A. Kumar와G. Whitesides의 Applied Physics Letters, 63, 2002-2004, (1993), 및 V. Santhanam와 R. P. Andres의 Nano Letters, 4, 41-44, (2004)(이들 각각은 참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)를 참조하기 바란다. 또한 2005년 10월 21일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Method And System For Transferring A Patterned Material(패턴화되니 물질을 이송하는 방법 및 시스템)"인 미국 특허 출원 제11/253,612호(Coe-Sullivan 등), 및 2005년 10월 21일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Light Emitting Device Including Semiconductor Nanocrystals(반도체 나노결정을 포함하는 발광 장치)"인 미국 특허 출원 제11/253,595호(Coe-Sullivan)(이들 각각은 참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)를 참조하기 바란다.
이 기법이 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질의 다양한 두께를 증착하는 데 사용될 수 있다. 특정의 실시예에서, 이 두께는 그에 의해 원하는 % 흡수를 달성하도록 선택된다. 가장 바람직하게는, 양자 구속 반도체 나노입자는 재방출된 광자 중 어떤 광자도 흡수하지 않거나 단지 무시할 정도의 양만 흡수한다.
특정의 실시예에서, 기판(예컨대, 지지 요소) 상의 소정의 영역에 물질(예컨대, 광학 물질)을 도포하는 방법이 바람직할 수 있다. 소정의 영역은 물질이 선택적으로 도포되는 기판 상의 영역이다. 광학 물질이 광원의 2개 이상의 스펙트럼 결여를 보상하기 위해 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 하나 이상의 상이한 광학 물질에 선택적으로 포함될 수 있다. 광학 물질이 광원의 2개 이상의 스펙트럼 결여를 보상하기 위해 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 특정의 실시예에서, 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 2개 이상의 상이한 광학 물질에 선택적으로 포함될 수 있고, 상이한 광학 물질 각각은 기판의 상이한 영역에 및/또는 기판 상에 개별 층으로서 도포될 수 있다. 물질이 실질적으로 전적으로 소정의 영역 내에 남아 있도록 물질 및 기판이 선택될 수 있다. 패턴을 형성하는 소정의 영역을 선택함으로써, 물질이 패턴을 형성하도록 물질이 기판에 도포될 수 있다. 패턴은 규칙적인 패턴(어레이 또는 일련의 라인 등) 또는 불규칙적인 패턴일 수 있다. 물질의 패턴이 기판 상에 형성되면, 기판은 물질을 포함하는 영역(소정의 영역) 및 실질적으로 물질이 없는 영역을 가질 수 있다. 어떤 상황에서, 물질은 기판 상에 모노층을 형성한다. 소정의 영역은 불연속 영역일 수 있다. 환언하면, 물질이 기판의 소정의 영역에 도포될 때, 물질을 포함하는 위치는 실질적으로 물질이 없는 다른 위치에 의해 분리될 수 있다.
양자 구속 반도체 나노입자를 포함하는 광학 물질이 다른 대안으로서 용액 기반 처리 기법, 상 분리, 스핀 캐스팅, 잉크젯 인쇄, 실크 스크리닝, 및 표면 상에 패턴을 형성하는 데 이용가능한 기타 유체막 기법에 의해 증착될 수 있다.
다른 대안으로서, 양자 구속 반도체 나노입자가 앞서 열거한 또는 기타 공지된 기법 중 임의의 기법에 의해 전체 또는 부분 층으로서 또는 패턴화된 배열로 증착되는 광 투과성 호스트 물질(예컨대, 바람직하게는 적어도 부분적으로 광 투과성이고, 보다 바람직하게는 양자 구속 반도체 나노입자에 의해 방출되는 광에 투과성이고 양자 구속 반도체 나노입자가 분산될 수 있는 중합체, 수지, 실리카 유리, 또는 실리카 겔 등)에 분산될 수 있다. 적합한 물질은 많은 저렴하고 흔히 이용가능한 물질(폴리스티렌, 에폭시, 폴리이미드 및 실리카 유리 등)을 포함한다. 표면에 도포한 후에, 이러한 물질은 양자 구속 반도체 나노입자의 분산물을 포함할 수 있고, 여기서 나노입자는 주어진 색상의 광을 생성하도록 크기 선택되었다. 예를 들어, 중합체 오버코팅을 갖는 기판 상의 2차원 층과 같은 물질에 배치된 양자 구속 반도체 나노입자의 다른 구성도 생각되고 있다.
본 발명에 유용할 수 있는 다른 정보는 미국 출원 제61/050,929호(2008년 5월 6일자로 출원됨), 미국 출원 제61/162,293호(2009년 3월 21일자로 출원됨), 미국 출원 제61/173,375호(2009년 4월 28일자로 출원됨), 미국 출원 제61/175,430호(2009년 5월 4일자로 출원됨), 국제 출원 제PCT/US2009/02789호(2009년 5월 6일자로 출원됨), 국제 출원 제PCT/US2009/002796호(2009년 5월 6일자로 출원됨); 발명의 명칭이 "Functionalized Semiconductor Nanocrystals And Method(기능성 반도체 나노결정 및 방법)"인 미국 출원 제60/971,887호(Breen 등)(2007년 9월 12일자로 출원됨), 발명의 명칭이 "Nanocrystals Including A Group IIIA Element And A Group VA Element, Method, Composition, Device and Other Products(IIIA족 원소 및 VA족 원소를 포함하는 나노결정, 방법, 조성물, 장치 및 기타 제품)"인 미국 출원 제60/866,822호(Clough 등)(2006년 11월 21일자로 출원됨)에 기술되어 있으며, 이들 각각은 참조 문헌으로서 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "상부", "하부", "위" 및 "아래"는 기준점으로부터의 위치에 기초한 상대적 위치 용어이다. 보다 상세하게는, "상부"는 기준점으로부터 가장 멀리 있는 것을 의미하는 반면, "하부"는 기준점에 가장 가까운 것을 의미한다. 예컨대, 층이 요소 또는 기판 "위에" 배치 또는 증착되는 것으로 기술되어 있는 경우, 층과 요소 또는 기판 사이에 다른 층, 물질 또는 다른 요소가 있을 수 있거나, 층이 기판 또는 요소와 접촉해 있을 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "덮는다"는 기준점으로부터의 위치에 기초한 상대적 위치 용어이다. 예를 들어, 제1 물질이 제2 물질을 덮고 있는 것으로 기술되어 있는 경우, 제1 물질이 제2 물질 위에 배치되지만, 제2 물질과 꼭 접촉할 필요는 없다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 표현 "한", "하나" 및 "그"는 문맥이 명백히 다른 것을 말하는 것이 아닌 한 복수를 포함한다. 따라서, 예를 들어, 방사 물질(emissive material)이라고 말하는 것은 하나 이상의 이러한 물질을 말하는 것을 포함한다.
출원인은 모든 인용된 참조 문헌의 전체 내용을 특정하여 본 개시 내용에 포함시키고 있다. 게다가, 양, 농도, 또는 기타 값이나 파라미터가 범위, 양호한 범위, 또는 위쪽 양호한 값들 및 아래쪽 양호한 값들의 목록으로서 주어질 때, 이것은, 범위들이 개별적으로 개시되어 있는지 여부에 상관없이, 위쪽 범위 한계 또는 양호한 값과 아래쪽 범위 한계 또는 양호한 값의 임의의 쌍으로 이루어진 모든 범위를 특정하여 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 어떤 범위의 숫자값들이 인용되는 경우, 달리 언급하지 않는 한, 그 범위는 범위의 종단점을 포함하고, 그 범위 내의 모든 정수 및 소수를 포함하는 것으로 보아야 한다. 본 발명의 범위가 범위를 정의할 때 인용된 특정의 값으로 제한되는 것으로 보아서는 안된다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 상세 및 실시를 살펴봄으로써 본 발명의 다른 실시예들이 당업자에게는 명백할 것이다. 본 명세서 및 일례들이 단지 예시적인 것으로 간주되고 본 발명의 진정한 범위 및 사상이 이하의 청구항들 및 그의 등가물에 의해 나타내어지는 것으로 보아야 한다.

Claims (28)

  1. 백색 광 방출 조명 장치로서,
    스펙트럼 영역을 출력하는 적어도 하나 이상의 회백색 광 방출 광원 - 상기 스펙트럼 영역은 400 nm 내지 475 nm의 청색 스펙트럼 영역에 속하는 제1 스펙트럼 성분, 상기 제1 스펙트럼 성분 대비 낮은 스펙트럼 세기를 가지며 500 nm 내지 550 nm의 녹색 스펙트럼 영역에 속하는 제2 스펙트럼 성분, 상기 제1 스펙트럼 성분 대비 낮은 스펙트럼 세기를 가지며 550 nm 내지 575 nm의 황색 스펙트럼 영역에 속하는 제3 스펙트럼 성분, 및 적어도 적색 스펙트럼 영역에 속하면서 상기 제1 내지 제3 스펙트럼 성분 대비 낮은 스펙트럼 세기를 나타내는 제1 결여 스펙트럼 성분을 더 포함함 -, 및 상기 광원에 의해 발생된 상기 회백색 광의 적어도 일부분을 수광하도록 배치된 광학 요소 - 상기 광학 요소는 백색 광이 상기 조명 장치에 의해 방출되도록 상기 회백색 광의 적어도 일부분을 하나 이상의 미리 정해진 파장들로 변환시키는 광학 물질을 포함하고, 상기 하나 이상의 미리 정해진 파장들 중 적어도 하나의 파장은 적어도 상기 적색 스펙트럼 영역을 가지며, 상기 광학 물질은 적어도 적색 광을 방출할 수 있는 제1 양자 구속 반도체 나노입자; 상기 제1 양자 구속 반도체 나노입자가 분산되어 있는 호스트 물질; 및 광 산란체를 포함함 - 를 포함하며,
    상기 백색 광 방출 조명 장치에 의해 방출되는 백색 광은 적어도 95의 평균 연색 지수(Ra)를 가지고, 색 온도 변화에 따른 상기 백색 광의 와트당 루멘 효율의 변화율이 10 % 미만인 백색 광 방출 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 미리 정해진 파장은 595 nm 내지 650 nm의 범위의 제1 파장을 포함하는 백색 광 방출 조명 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스펙트럼 영역은 적어도 시안색 스펙트럼 영역에 속하면서 상기 제1 내지 제3 스펙트럼 성분 대비 낮은 스펙트럼 세기를 나타내는 제2 결여 스펙트럼 성분을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 미리 정해진 파장은 450 nm 내지 500 nm의 범위의 제2 파장을 포함하는 백색 광 방출 조명 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 스펙트럼 성분은 470 nm의 중심 파장을 갖는 백색 광 방출 조명 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 백색 광 방출 조명 장치가 상기 회백색 광 방출 광원 대비 60% 초과의 와트당 루멘 효율(light source lumens per watt efficiency)을 유지하는 백색 광 방출 조명 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 백색 광 방출 조명 장치가 상기 회백색 광 방출 광원 대비 100% 초과의 와트당 루멘 효율을 유지하는 백색 광 방출 조명 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광 산란체가 광 산란 입자를 포함하는 백색 광 방출 조명 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광학 물질이 상기 광원과 직접 접촉해 있지 않은 백색 광 방출 조명 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 백색 광 방출 조명 장치의 동작 동안 상기 나노입자의 위치에서의 온도가 100℃ 미만인 백색 광 방출 조명 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광원이 회백색 광 방출 고체 상태 반도체 발광 다이오드를 포함하는 백색 광 방출 조명 장치.
  11. 제10항에 있어서, 회백색 광 방출 고체 상태 반도체 발광 다이오드는, 청색광 방출 반도체 발광 다이오드, 및 상기 청색광 방출 반도체 발광 다이오드의 청색광 출력을 회백색 광으로 변환시키는 인광체 물질을 포함하는 백색 광 방출 조명 장치.
  12. 백색 광 방출 조명 장치로서,
    청색 스펙트럼 영역에 속하는 제1 스펙트럼 성분, 상기 제1 스펙트럼 성분보다 낮은 스펙트럼 세기를 가지며 녹색 스펙트럼 영역에 속하는 제2 스펙트럼 성분, 상기 제1 스펙트럼 성분 대비 낮은 스펙트럼 세기를 가지며 황색 스펙트럼 영역에 속하는 제3 스펙트럼 성분, 및 적어도 적색 스펙트럼 영역에 속하면서 상기 제1 내지 제3 스펙트럼 성분 대비 낮은 스펙트럼 세기를 나타내는 제1 결여 스펙트럼 성분을 가지는 회백색 광을 방출할 수 있는 고체 상태 반도체 발광 다이오드를 포함하는 2 이상의 광원, 및 상기 고체 상태 반도체 발광 다이오드에 의해 방출된 광을 수광하도록 배치되어 있는 광학 요소 - 상기 광학 요소는 상기 조명 장치에 의해 백색 광이 방출되도록 상기 회백색 광의 적어도 일부분을 575 nm 내지 650 nm의 범위에 있는 파장을 갖되 적어도 적색 스펙트럼 영역을 포함하는 스펙트럼 영역 내의 광으로 변환시키는 양자 구속 반도체 나노입자; 상기 양자 구속 반도체 나노 입자가 분산되어 있는 호스트 물질; 및 광 산란체를 포함함 - 를 포함하며,
    상기 백색 광 방출 조명 장치에 의해 방출되는 백색 광은 적어도 95의 평균 연색 지수(Ra)를 가지고, 색 온도 변화에 따른 상기 백색 광의 와트당 루멘 효율의 변화율이 10 % 미만인 백색 광 방출 조명 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 양자 구속 반도체 나노입자가 무카드뮴인 백색 광 방출 조명 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 양자 구속 반도체 나노입자가 반도체 물질을 포함하는 코어 및 상기 코어의 표면의 적어도 일부분 상에 배치된 무기 쉘(inorganic shell)을 포함하는 반도체 나노결정을 포함하는 백색 광 방출 조명 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 백색 광 방출 조명 장치로부터 방출된 광이 적어도 2000K인 상관 색 온도(correlated color temperature)를 가지는 백색 광 방출 조명 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 광학 요소가 하나 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하고, 각각의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자는 상기 광학 물질에 포함된 다른 유형의 양자 구속 반도체 나노입자들 중 적어도 하나에 의해 방출되는 미리 정해진 파장과 상이한 미리 정해진 파장으로 광을 방출하며, 상기 광학 물질이 상기 광원의 하나 이상의 스펙트럼 결여를 보상하도록 하나 이상의 상이한 미리 정해진 파장이 선택되는 백색 광 방출 조명 장치.
  17. 백색 광 방출 조명 장치로서,
    동작 동안 청색 스펙트럼 영역 및 녹색 및 황색 스펙트럼 영역 내의 방사를 포함하되, 상기 청색 스펙트럼 영역에 속하는 제1 스펙트럼 성분, 상기 제1 스펙트럼 성분보다 낮은 스펙트럼 세기를 가지며 상기 녹색 스펙트럼 영역에 속하는 제2 스펙트럼 성분, 상기 제1 스펙트럼 성분 대비 낮은 스펙트럼 세기를 가지며 상기 황색 스펙트럼 영역에 속하는 제3 스펙트럼 성분, 및 적어도 적색 스펙트럼 영역에 속하면서 상기 제1 내지 제3 스펙트럼 성분 대비 낮은 스펙트럼 세기를 나타내는 제1 결여 스펙트럼 성분을 더 포함하는 회백색 광을 방출하는 2 이상의 발광 다이오드를 포함하는 광원, 및 상기 광원에 의해 방출된 회백색 광을 수광하도록 배치되어 있는 광학 요소 - 상기 광학 요소는 미리 정해진 CRI를 갖는 백색 광이 상기 백색 광 방출 조명 장치에 의해 방출되도록 상기 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 일부분을 595 nm 내지 620 nm의 범위에 있는 파장을 갖는 스펙트럼 영역 내의 광으로 변환시키는 제1 양자 구속 반도체 나노입자; 상기 제1 양자 구속 반도체 나노 입자가 분산되어 있는 호스트 물질　; 및 광 산란체를 포함함 - 를 포함하며,
    상기 백색 광 방출 조명 장치에 의해 방출되는 백색 광은 적어도 95의 평균 연색 지수(Ra)를 가지고, 색 온도 변화에 따른 상기 백색 광의 와트당 루멘 효율의 변화율이 10 % 미만인 백색 광 방출 조명 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 조명 장치에 의해 방출된 백색 광이 적어도 50의 R9 값을 가지는 백색 광 방출 조명 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 조명 장치에 의해 방출된 백색 광이 80 초과의 R9 값을 가지는 백색 광 방출 조명 장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 양자 구속 반도체 나노입자가 무카드뮴인 백색 광 방출 조명 장치.
  21. 제1항에 있어서, 상기 양자 구속 반도체 나노입자가 반도체 물질을 포함하는 코어 및 상기 코어의 표면의 적어도 일부분 상에 배치된 무기 쉘을 포함하는 반도체 나노결정을 포함하는 백색 광 방출 조명 장치.
  22. 제1항에 있어서, 상기 광학 요소가 상이한 미리 정해진 파장으로 방출하는 2개 이상의 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자를 포함하고, 상기 상이한 유형의 양자 구속 반도체 나노입자가 2개 이상의 상이한 광학 물질에 포함되어 있는 백색 광 방출 조명 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 상이한 광학 물질이 계층화된 배열의 개별 층으로서 상기 광학 물질에 포함되어 있는 백색 광 방출 조명 장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 상이한 광학 물질이 패턴화된 층의 개별 특징부로서 상기 광학 물질에 포함되어 있는 백색 광 방출 조명 장치.
  25. 제1항에 있어서, 상기 스펙트럼 영역은 오렌지색 스펙트럼 영역에 속하면서 상기 제1 내지 제3 스펙트럼 성분 대비 낮은 스펙트럼 세기를 나타내는 제3 결여 스펙트럼 성분을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 미리 정해진 파장은 575 nm 내지 595 nm의 범위의 제3 파장을 포함하는 백색 광 방출 조명 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 광학 물질은 상기 회백색 광의 적어도 일부분을 상기 제3 파장을 갖는 스펙트럼 영역 내의 광으로 변환시킬 수 있는 백색 광 방출 조명 장치.
  27. 제17항에 있어서, 상기 결여 스펙트럼 성분은 오렌지색 스펙트럼 영역과 적색 스펙트럼 영역 각각에 모두 속하며, 상기 광학 요소는 상기 청색 스펙트럼 영역 내의 방사의 적어도 일부분을 575 nm 내지 595 nm의 범위의 제3 파장을 갖는 스펙트럼 영역 내의 광으로 변환시킬 수 있는 제3 양자 구속 반도체 나노입자를 더 포함하는 백색 광 방출 조명 장치.
  28. 제3항에 있어서, 상기 광학 물질은 상기 회백색 광의 적어도 일부분을 상기 제2 파장을 갖는 스펙트럼 영역 내의 광으로 변환시킬 수 있는 제2 양자 구속 반도체 나노입자를 더 포함하는 백색 광 방출 조명 장치.
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