TWI386723B - 電性可控制之色彩轉換單元 - Google Patents

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Description

電性可控制之色彩轉換單元
本發明係關於具有可變輸出色彩之二極體光源。
用於改變一光源之色彩之方法可分為兩種情況：被動色彩轉換，其中濾波器等移除一些頻率以改變色彩；及主動色彩轉換，其中螢光或磷光物質藉由吸收及再發射來改變來自光源之光之光譜。主動色彩轉換具有其將光能量維持在一高於被動色彩轉換之程度之優點。另外，主動色彩轉換可產生未包含於光源之發射光譜中之波長，或增加在光源之發射光譜中僅僅微弱地表示出之波長之發射。因此，較佳使用主動色彩轉換物質來調整色彩及色溫。
發光二極體(LED)被認為將成為下一代光源。高效無機二極體發射一段通常位於光譜之藍色或紅色部分之光。綠色通常藉由使用綠色磷光質轉換藍光來獲取，且白光發射二極體藉由使用綠色及紅色磷光質轉換藍光來獲取。
然而，非常需要能夠一電性可控制之方式來調整二極體光源之色彩特徵。
US 6,375,889描述一發射具有一可變波長光譜之光的光源。該光源具有多個具有不同發射光譜之二極體及一由一磷光質塗層塗覆之透射板。該磷光質塗層藉由吸收及再發射部分入射光來轉換二極體之色彩。光源之色彩由入射至色彩轉換磷光質塗層上之光譜確定，其藉由調整二極體之相關發射強度來控制。
此途徑具有缺點，即發射不同色彩之二極體以不同方式老化，以使得給出一所需色彩之相關強度將隨時間流逝而改變。因此需要使用基於例如一光電二極體之反饋以補償此效應。
US 6,375,889描述之光源之一缺點為二極體之發射強度用於控制色彩。首先，對於光源之一給定色彩而言，對此色彩僅僅起很小作用之二極體必須以很低強度發射-即使光源作為一個整體以其最高強度發射色彩。因此，與光源之最大輸出強度相比，個別二極體之最大光強度必須為非常超尺寸的。
第二，色彩轉換磷光質對二極體之不同發射光譜具有不同反應。對光源之一特定色彩及強度，二極體以一給定相關強度發射。若光源之強度待在維持色彩時被調整，則由於色彩轉換磷光質之變動反應，調整具有固定相對強度之總體二極體強度可改變輸出色彩。因此必須根據自一光電二極體之反饋來調整二極體之相對強度以保持色彩混合恆定。此使得難以執行使一光源變暗而不改變其色彩之簡單任務。
本發明之一目標係提供待被應用於一種方法之色彩轉換單元及發光裝置，其中色彩或色溫可被電性控制。
根據本發明，一種具有一主動色彩轉換物質之色彩轉換單元用於執行並控制來自一光源之光的色彩轉換。
因此，在一第一態樣中，本發明提供包含固持於兩個電 極之間的矩陣中之色彩轉換物質之色彩轉換單元，該色彩轉換物質具有一不同於第一發射光譜之第二發射光譜，該色彩轉換單元可在至少一第一狀態與一第二狀態之間電性變換，其中在第一狀態中，該色彩轉換物質將- 吸收第一比率A1 之入射至單元上之光，- 發射具有第二發射光譜之光，且- 傳輸第二比率T1 之入射至單元上之光，且在第二狀態中，第一比率A2 小於在第一狀態中之A1 ，且其中第二比率T2 大於在第一狀態中之T1 。
該單元具有兩個相對且至少大體上透明之壁，當其為空時其允許光穿過單元。該等兩個電極較佳為透明且形成此等壁之部分。
色彩轉換物質基於一諸如螢光或磷光染料之光致發光物質。該物質較佳在第一頻率光譜具有一高吸收率且在第二頻率光譜發射，該第二光譜可與或不與第一光譜部分或完全重疊。該色彩轉換物質可由諸如聚合物、晶體、團簇(cluster)、分子、原子等之粒子形成，且可為流體或固體。該矩陣為媒體，物質懸浮、溶解或嵌入其中。
色彩轉換可藉由控制來自光源之色彩變換至另一色彩之程度來控制。來自一光源之色彩被變換之程度視由色彩轉換物質吸收且再發射的光之多少而定。因此，色彩轉換可藉由調整下列參數中之一或多者來控制：- 來自光源的光穿過色彩轉換物質之路徑長度，- 在來自光源的光橫過之媒體中之色彩轉換物質的密度、 分佈或程度，- 色彩轉換物質之吸收截面，意即一光子被色彩轉換物質之一粒子吸收之可能性。
色彩轉換單元可藉由調整上述參數中之一或多者來在第一與第二狀態之間變換。第一比率Ax 為一被定義為在狀態X中吸收光與入射光之間的商的吸收係數。其遵循0Ax 1。同樣，第二比率Tx 為一被界定為在狀態X中透射光與入射光之間的商的透射係數。其亦遵循0Tx 1。較佳地，該等一或多個參數可不斷地被調整以慮及兩個色彩狀態之間之平滑轉變。因此，顯然第一及第二比率可在其在第一及第二狀態中之值之間取若干個值。
若無吸收，Ax =0，則色彩轉換物質將不發射任何光，且同樣地，若所有光皆被吸收Ax =1，則色彩轉換物質將不透射任何光。然而，一般情況為存在一些吸收、一些發射及一些透射，除非Ax 正好等於0或1。
在一較佳實施例中，色彩轉換物質包含不等軸色彩轉換粒子。該等不等軸粒子之吸收截面視其相對於入射光之傳播方向之定向而定。因此不等軸色彩轉換粒子具有相對於入射至單元或粒子上之光的一高吸收定向及一低吸收定向。在此實施例中，色彩轉換單元包含用於控制粒子定向之構件，使得當單元在第一/第二狀態中時，不等軸粒子可至少大體上定向於其相對於來自光源的光之高/低吸收定向。
不等軸色彩轉換粒子可為具有在一定向中大於在另一定 向中之吸收截面的二向色螢光染料分子。由於不等軸形狀或由於分子內部特性，所以該等分子可為二向色的。二向色色彩轉換粒子可為例如桿形分子或碟形分子，其中吸收截面對於平行於分子之長軸偏光之光較大，且對於其它定向較小。
或者，不等軸色彩轉換粒子可為定形為薄片、桿、碟、橢圓體等之螢光染料粒子，其中入射至粒子上之光之量視相對於光的粒子之對準而定。
在另一替代方法中，不等軸粒子本身無需為螢光染料，但可具有附著於其表面之色彩轉換物質。由於入射至粒子表面上且藉此至色彩轉換物質上之光之量，視粒子之對準而定。此處，色彩轉換物質本身可為等軸的，其慮及物質之更大選擇。
在一較佳實施例中，用於控制定向不等軸色彩轉換粒子之構件包含一含有螢光二向色染料分子之液晶混合物。此處，不等軸及/或二向色色彩轉換粒子通常與液晶混合，且混合物置放於含有定向層之單元中且在透明電極之上。在定向層之影響下，液晶混合物變得被宏觀定向。
亦可能使用各種配置以避免偏光相依性。一個該配置係所謂之扭轉配置，且包括單元內之液晶分子之轉動。當一液晶具備所謂之掌性分子時，引起該配置。當跨越單元施加一電場時，液晶之定向及因此二向色分子可被更改。作為一替代方法，用於控制定向之構件包括一懸浮粒子裝置，其中不等軸色彩轉換粒子懸浮於液體中。在兩個替代 方案中，用於控制定向之構件包含兩個電極及一此等電極之間的電壓差異。
在另一較佳實施例中，色彩轉換單元包括一如在例如以引用之方式倂入本文之Nature 425第383頁所描述之電濕潤單元。色彩轉換物質可在具有一疏水表面之小隔室中與跟極性液體固持在一起之非極性液體混合，其形成單元之一透明部分。藉由切換極性液體及疏水表面之間的電壓，非極性液體將可切換地來濕潤疏水表面。此可用於控制由色彩轉換物質覆蓋之單元之透明部分之多少。在色彩轉換單元之第一狀態中，非極性液體將濕潤疏水表面，以使得來自光源的光將照明色彩轉換物質。在色彩轉換單元之第二狀態中，非極性液體將至少大體上自透明部分之該表面撤回。
在又一較佳實施例中，色彩轉換單元經調適成用於調節來自光源的光於在單元內含有色彩轉換物質之矩陣中之平均路徑長度。若來自光源的光之平均路徑長度在單元之第一狀態中長於在第二狀態中，則在第一狀態中更多光將被吸收且再發射，其導致一更大色彩轉換。路徑長度可藉由在矩陣中散射來自光源的光來調整，其中增加之散射導致一更長的路徑長度。為此，色彩轉換單元較佳包含諸如聚合物散佈型液晶或液晶凝膠或掌性紋理之電性可控制散射媒體。此實施例具有優勢，即色彩轉換物質無需為二向色或不等軸的，因此提供了可用物質之更大選擇。然而，當使用不等軸粒子或二向色分子時，可增加效應。
可用各種方式來獲取電性可控制散射。可用於此目的之最習知材料為聚合物散佈型液晶(PDLC)、凝膠及膽固醇紋理。當液晶分子在一各向同性聚合物中散佈時，獲取PDLC。在場關閉狀態中，液晶分子在聚合物矩陣中隨機定向，且光在所有方向中隨機散射。一旦施加一電場，則散射逐漸減少，且當液晶分子變成完全對準於電場方向時，分子之普通折射率與聚合物之折射率相匹配，所以單元變得透明。在凝膠引起偏光相依性散射之情況下，較佳使用散佈在一定向各向異性聚合物矩陣中之具有負介電各向異性之液晶。在場關閉狀態中，各向異性網路定向於LC內，因此在單元內不存在折射率波動，以使得單元看似透明。一旦跨越凝膠施加一電場，則分子趨向於變得垂直於所施加場定向，從而產生引起光散射之具有各種LC定向之晶域。
在膽固醇紋理之情況下，使用表面處理或聚合物以在呈現光之強散射之液晶中引起所謂之焦點圓錐紋理。一旦施加一電場，則液晶分子變成對準於場之方向，且散射紋理消失。
亦可由一固持色彩轉換物質之可切換諧振結構來增加光之路徑長度。單元可包含一色彩轉換材料薄層及一可切換反射器，該可切換反射器反射光源之光譜而非色彩轉換物質之光譜。再者，光源通常具有一內建式反射器。在反射器之開啟狀態下，來自光源之光在色彩轉換單元之反射器與光源之反射器之間諧振多次，藉此穿過色彩轉換物質多次。當可切換反射器不反射時，則光束穿過色彩轉換物質 僅僅一次。一可切換鏡面之實例為如在例如US 5,762,823中描述之膽固醇鏡面。
在第二態樣中，本發明提供一種具有可調整色彩或色溫之發光裝置，其包含一具有一第一發射光譜之光源及一根據本發明第一態樣之色彩轉換單元。色彩轉換單元經排列以在其為空時允許來自光源之光穿過該單元。
由色彩轉換物質發射之光將被各向同性發射，一些將向來自光源的光之方向發射，而一些將向光源發射回來。在一較佳實施例中，發光裝置包含一安置於光源與色彩轉換單元之間的反射器，該反射器對來自光源的光至少大體上透明且對由色彩轉換物質發射之光至少大體上反射。反射器反射向光源發射回之方向發射之光。反射器可基於膽固醇液晶或為一多層介電反射器。
可藉由增加入射至單元上之來自光源的光之強度來改良色彩轉換之效率。為了此目的，發光裝置可進一步包含一具有一安置於光源與色彩轉換單元之間諸如透鏡或光柵之準直微結構的層。
為慮及色彩混合，該發光裝置可包含具有不同色彩轉換物質之多個色彩轉換單元。如自光源所見順次排列該等單元允許光源穿過前一單元來照明後一單元。由前一單元透射或發射之來自光源的光可由後一單元轉換，從而導致了來自光源的光之多色彩轉換。
在第三態樣中，本發明提供一種用於調整來自一具有一第一光譜之光源的光之色彩或色溫之方法，該方法包含以 下步驟：- 提供包含固持於兩個電極之間的一矩陣中的色彩轉換物質之色彩轉換單元，- 用光源照明該矩陣，- 吸收在色彩轉換物質中/藉由色彩轉換物質照明矩陣之來自光源的光之至少部分，- 自色彩轉換物質發射具有一第二發射光譜之光，- 調整在兩個電極之間之電壓，以增加或減少由色彩轉換物質吸收之來自光源的光之量及由色彩轉換物質發射之具有第二發射光譜之光之量。
本發明之基本觀點為藉由調整入射光之色彩轉換而非調整入射光之量來控制色彩轉換。此將由光源確定之光強度與由(多個)色彩轉換單元控制之光色彩分離。
本發明之此等及其它態樣將自以下描述之實施例顯而易見，且參考以下描述之實施例來闡明。
以下描述提議若干發光裝置，其用於基於由一通常為一螢光染料之色彩轉換物質之可調整的吸收及再發射來執行電性可控制色彩轉換。圖1說明該發光裝置之一典型布局。本描述呈現之設計主要用於說明本發明及其實施例之工作原理，且其次用於提出實行本發明之方式。此等設計不意欲以任何方式來限制本發明之範疇。
在圖1中，一發光裝置2包含一LED光源4及一色彩轉換單元10，所有皆密封於一透鏡5中。單元10具有帶有透明電極 12及13之透明玻璃壁11及在最接近LED之壁處之一反射器15。該單元含有混合於一液體矩陣16中之色彩轉換物質18。矩陣16之組成(即色彩轉換物質18)或兩者之定向可藉由控制具有電壓供應19之電極12與13之間的電壓來控制。
用於電極之最佳材料為氧化銦錫(ITO)，其呈現高透明度及良好傳導性。視所使用之裝置類型而定，含有液體的間隙之厚度將在10-200 μm之範圍中。色彩轉換物質之濃度將在0.1-10%之範圍中。
單元10之色彩轉換物質向所有方向發射。為了重定向發射穿過面向LED 4之單元板之壁11的光，在LED 4與矩陣16之間安置一反射器15。反射器15用於透射自LED 4之光，但反射由色彩轉換物質發射之光。該反射器可為一介電質多層鏡面，且可含有一結構或具有一彎曲以向一特定方向引導所反射的光。
在一第一較佳實施例中，吸收及再發射藉由控制矩陣中之粒子相對於光之方向的定向來調整。由於相對於來自光源之光來調整定向，所以準直光較佳具有一較好界定之光定向性，且確保最佳效能。第一較佳實施例具有許多以下相對於圖1至10描述之不同實施。
在一種實施中，矩陣16可為一具有諸如在此均勻混合之二向色螢光染料分子之色彩轉換物質18的液晶矩陣。二向色螢光染料分子具有一沿分子之長軸偏光之比在橫向方向偏光高得多的光吸收係數。結果，吸收強度及因此其發射強度可藉由控制其定向來控制。因為液晶可由電場來重定 向，所以染料分子之吸收/發射特徵可使用電壓供應19來控制。將一定向層14添加至單元10以導致液晶之宏觀定向。舉例而言，經摩擦聚合物表面導致液晶中之單軸平面定向，而大多數其它界面活性劑導致液晶之長軸關於表面垂直對準。熟習此項技術者習知用於導致各種定向之不同定向層。定向層14亦可提供液體與固體基板之間的電隔離。
在圖2中，二向色螢光染料分子21展示於在相對於入射光20之其低吸收定向(欄A2 、T2 )及其高吸收定向(欄A1 、T1 )中。染料分子21之定向沿矩陣16中之液晶之一長軸之定向。若液晶具有正介電各向異性，則當V≠0時其長軸垂直於電極對準，且藉由一適當表面處理，當V=0時平行於電極對準。相反地，若液晶具有負介電各向異性，則當V=0時其長軸將垂直於電極對準，且當V≠0時平行於電極。
因為來自一LED之光未偏光，且由於在其“鬆懈狀態”V=0之液晶仍對準，僅僅一半入射光將平行於晶體之長軸偏光。二向色染料分子呈現對沿其長軸偏光之光之一高吸收，且因此對準之分子將僅僅具有其相對於一半光之高吸收定向。當應用二向色染料分子時，其可因此需應用一圖3所示之特別設計之色彩轉換單元30。單元30含有兩個具有單軸定向之液晶及二向色螢光染料分子之液晶矩陣32及34。形成矩陣32及34之定向以使得當V=0時分子定向相對於彼此成90度。
因此在單元10之第一狀態中，液晶可在其相對於自LED光源4之光之高吸收定向中定向染料分子21。調整電極12 與13之間的電壓可將單元10切換至第二狀態，其中液晶在其相對於自LED光源4之光之低吸收定向中定向染料分子21。
存在許多二向色螢光染料分子之替代物。圖2進一步展示低及高吸收定向之其它粒子：- 一光致發光材料組合物之一不等軸粒子22(亦可為碟形)，- 表面附著有螢光染料分子25之片形或碟形粒子24。一個實例為厚度為~100 nm且直徑為~1 μm之氧化鋁薄片，及- 表面附著有螢光染料分子25之桿形粒子26。
在此等情況下，液晶之適當對準將粒子定向於其低吸收定向(A2 、T2 -圖2之欄)中，與其高吸收定向(A1 、T1 -圖2之欄)相比，其大大減少入射至色彩轉換粒子上之光，且藉此減少其吸收及再發射。由於此等替代物出現，所以亦可使用非二向色染料。螢光染料可自一大得多之染料選項中選擇的此構件提供更多種類的吸收/發射光譜。再者，此等粒子不具有二向色粒子之固有偏光相依性，由此相對於圖3描述之單元設計30是不必要的。
在另一實施中，單元10含有一懸浮粒子裝置(SPD)而非液晶矩陣。此處，具有較大縱橫比之不等軸粒子懸浮於一液體中。當不存在電場時，粒子將被隨機定向，但在電極12與13之間施加一電壓將對準粒子。懸浮粒子本身可為諸如螢光板或桿形粒子之不等軸色彩轉換粒子22。或者，螢光染料分子25可附著於類似於粒子24及26之較大懸浮粒子之 表面或併入其內部。
一類似於相對於圖1描述之較佳實施例之單元10的測試單元經製造以證明本發明之工作原理。圖4展示一溶解於一液晶矩陣(Zli 4788)中之二向色螢光苝衍生物染料(5%濃度)之結構。此螢光染料具有一在400-530 nm之範圍中之高吸收且在500-650 nm之範圍中發射。
圖5展示單元在其第一及第二狀態中作為波長λ之函數的吸收A(任意單位)。
- 光譜51，其中單元在其具有V=0之第一狀態中。液晶垂直於入射光之方向對準。因此二向色螢光染料之分子長軸平行於光之偏光，從而導致一高吸收，- 光譜52，其中單元在其具有V≠0之第二狀態中。液晶平行於入射光之方向對準。在此情況下，二向色螢光染料之分子長軸平行於光之方向，且藉此垂直於光之偏光，從而導致一低吸收。
在圖6中，發射強度I(任意單位)展示為單元之兩個狀態之發射波長λ之函數。
- 光譜61，其中單元在其具有V=0之第一狀態中，此對應於吸收光譜41。二向色螢光染料分子在其相對於入射光之高吸收定向中對準。此給出高吸收及在染料之500-650 nm之發射光譜中相應較大的發射。
- 光譜62，其中單元在其具有V≠0之第二狀態中，此對應於吸收光譜42。二向色螢光染料分子在其低吸收定向中對準。因為極少光被吸收，所以相應的發射非常低。
可見最高發射在分子呈現最大吸收之狀態或定向中獲取。此表示當該單元用於具有一藍色LED之發光裝置中時，一部分藍光可被吸收且以更長波長發射，藉此改變LED之發射特徵。因為螢光染料分子之定向視所施加之電場而定，所以發光裝置之發射光譜可被電性控制。
具有一藍色LED及一類似於相對於圖3描述之單元30之單元的發光裝置已使用圖4所示之染料來製造。圖7展示所製造之發光裝置之發射光譜，其說明用於跨越單元施加之各種電壓之藍色LED光譜之變化。可見由於低電壓，較大比率之藍色LED光(集中在470 nm之峰值71)被吸收且在525 nm-580 nm(峰值72)之範圍中被再發射。由於不斷增加之電壓，更少藍色LED光被吸收且自染料之發射相應減少。
圖8顯示根據第一較佳實施例之另一發光裝置80。該發光裝置80具有照明具有螢光染料之多個單元81及82的若干個LED 4，其中該螢光染料具有不同發射光譜。將例如藍色LED與綠色及紅色發射電性可控制色彩轉換單元81及82組合，可產生一用於在例如照明應用中之使用之具有可控制色彩及色溫的發光裝置。再者，發光裝置不具有透鏡，而具有一反射來自LED 4及來自單元81、82之光之反射器17。一諸如一組透鏡之微結構層83安置於LED 4與單元81、82之間以準直來自LED 4之光。
圖9A及B展示較佳實施例之又一實施。此處，單元10含有一由一各向異性聚合物94中之具有負介電各向異性之液晶93組成之各向異性凝膠92。一色彩轉換物質18與液晶分 子混合，且與之一起被定向。藉由將圖4之螢光染料添加至非反應性液晶分子與具有反應性端基之4%液晶分子之混合物來產生凝膠。混合物置放於具有透明電極及一在LC分子內導致宏觀定向之定向層之單元中，以使得其被定向為垂直於單元表面。在此狀態中，單元不呈現任何散射，且與此定向合作，染料分子之吸收最低。
圖9B中，一旦施加一電場，染料及液晶分子趨向於垂直於所施加的場定向其長軸，且引起晶域之形成導致單元內之折射率波動從而引起強光散射。因為分子趨向於變得垂直於所施加的場，其亦開始吸收更多光。較長之路徑長度亦自然使更多光入射至色彩轉換物質上且藉此進一步增加光之吸收。此實施之另一優勢為色彩轉換物質之定向係隨機的，以使得不存在偏光相依性。
與圖7所示之發射光譜類似，圖10展示具有一藍色LED及相對於圖9描述之單元90之一發光裝置的發射光譜。
圖中繪示發光裝置在各種跨越單元施加之電壓下之發射光譜。從圖可得知藉由遞增之電壓，更多藍色LED光(峰值101)被吸收且以黃光(峰值102)之形式自單元中之螢光染料再發射。
圖11顯示色彩轉換單元150之又一實施。此處，單元具有由電壓供應19控制之可切換反射器151覆蓋之色彩轉換物質的層152。反射器可例如為反射對應於光源4之光譜的一段光之可切換膽固醇凝膠。在具有V=10之關閉狀態中，光在鏡面與光源之間諧振，且主要產生經轉換的光譜。在開 啟狀態V≠0中，主要產生來自光源之光。
在一第二較佳實施例中，吸收及再發射藉由控制矩陣中的色彩轉換物質之密度、分佈或存在來調整。在此實施例中，色彩轉換物質之定向相對於光不重要，且光不必為最佳效能而準直。再者，因為缺少定向性所以允許使用所有等軸及不等軸螢光染料。在以下許多不同實施中及相對於圖1及11至13描述第二較佳實施例。
在第二實施例之第一實施中，圖1之發光裝置2之單元10藉由電濕潤來調整色彩轉換物質18之分佈。
電濕潤單元110之工作原理在圖12A及B中展示。此處，一極性液體小液滴111置放於單元壁11之一內表面上之疏水塗層112上之一非極性矩陣16中。圖12B中，由於系統之靜水力，小液滴111不擴散而在單元之一角落中保持為一小液滴。然而，圖12A(電濕潤)中，一旦在電極12與非極性矩陣16之間施加一電壓，則小液滴111在表面塗層112上擴散。
藉由控制所施加的電壓來調整含有色彩轉換物質之極性液體111之覆蓋。因為更多被照明之表面區域被覆蓋，或因為極性液體層之厚度增加，所以更多光將被吸收且以其它波長再發射。藉此藉由電性控制單元中之色彩轉換物質之分佈，可控制光源之色彩及色溫。
可使用各種螢光染料。基於量子點(QD)之奈米磷光質可特別令人感興趣，因為其呈現極高效率，且非常穩定。另外，其發射光譜可僅僅藉由調諧其實體尺寸來連續調諧其波長。舉例而言，核-殼型CdSe/ZnS奈米晶體展現具有高 達30-70%的室溫量子效率之強頻帶邊緣光致發光。發射帶之光譜位置藉由將CdSe核心之尺寸自~2增加至6 nm來自藍色至紅色進行調諧。圍繞CdSe核心成長之薄(~2個單層)ZnS磊晶外殼顯著改良粒子穩定性及發光效率。
QD較佳由濕式化學法製備，且將反射器15在QD形成後添加至表面。QD為半導體奈米晶體且可包含諸如MgS,MgSe,MgTe,CaS,CaSe,CaTe,SrS,SrSe,SrTe,BaS,BaSe,BaTe,ZnS,ZnSe,ZnTe,CdS,CdSe,CdTe,HgS,HgSe及HgTe之族[II-VI]半導體化合物；及/或諸如GaAs,GaP,InN,InAs,InP及InSb之族[III-V]半導體化合物之晶體；及/或諸如Si及Ge之族IV半導體化合物之晶體。另外，半導體化合物可與諸如Eu3+ ,Tb3+ ,Mn2+ ,Ag+ 或Cu+ 之稀土金屬陽離子或過渡金屬陽離子摻雜。一QD可能由兩個或兩個以上半導體化合物組成。QD最可能包含InN,InGaP或GaAs。QD之半徑小於個別塊材材料之激子波耳(Bohr)半徑。QD最可能具有不大於約10 nm之半徑。
在圖13中，展示CdSe量子點之5種尺寸之發射光譜。可見藉由改變量子點之尺寸，可易於改變發射之位置。在圖14中，一選定之量子點之發射光譜132與其吸收光譜131一起被展示。
2‧‧‧發光裝置
4‧‧‧LED光源
5‧‧‧透鏡
10‧‧‧色彩轉換單元
11‧‧‧透明玻璃壁
12‧‧‧電極
13‧‧‧電極
14‧‧‧定向層
15‧‧‧反射器
16‧‧‧非極性矩陣
17‧‧‧反射器
18‧‧‧色彩轉換物質
19‧‧‧電壓供應
21‧‧‧二向色螢光染料分子/不等軸色彩轉換粒子
22‧‧‧不等軸色彩轉換粒子
24‧‧‧不等軸色彩轉換粒子
25‧‧‧螢光染料分子/不等軸色彩轉換粒子
26‧‧‧不等軸色彩轉換粒子
30‧‧‧色彩轉換單元
32‧‧‧液晶矩陣/液晶材料
34‧‧‧液晶矩陣/液晶材料
80‧‧‧發光裝置
81‧‧‧色彩轉換單元
82‧‧‧色彩轉換單元
83‧‧‧微結構層
92‧‧‧矩陣/各向同性凝膠
93‧‧‧液晶
94‧‧‧各向異性聚合物
110‧‧‧電濕潤單元
111‧‧‧色彩轉換物質/極性液體小液滴
112‧‧‧疏水塗層
150‧‧‧色彩轉換單元
151‧‧‧可切換反射器
152‧‧‧層
圖1係根據本發明之發光裝置之截面圖。
圖2說明較佳類型之色彩轉換物質之高及低吸收定向。
圖3說明在液晶中應用不等軸螢光染料分子之色彩轉換 單元之截面圖。
圖4係二向色螢光染料分子之分子式。
圖5係展示圖4之二向色螢光染料分子對一單元之不同狀態而言之吸收光譜的圖表。
圖6係展示圖4之二向色螢光染料分子對一單元之不同狀態而言之發射光譜的圖表。
圖7係展示一光源及一色彩轉換物質對一單元之不同狀態而言之發射光譜的圖表。
圖8係根據本發明之另一發光裝置之截面圖。
圖9A及圖9B係說明光對單元之不同狀態而言之散射之一單元的截面圖。
圖10係展示一色彩轉換物質對一單元之不同狀態而言之發射光譜的圖表。
圖11係一具有一可切換反射器之發光裝置之截面圖。
圖12A及圖12B說明基於電濕潤之色彩轉換單元之不同狀態。
圖13係展示CdSe量子點之五個尺寸之發射光譜的圖表。
圖14係展示一單個量子點尺寸之吸收光譜及發射光譜之圖表。
2‧‧‧發光裝置
4‧‧‧LED光源
5‧‧‧透鏡
10‧‧‧色彩轉換單元
11‧‧‧透明玻璃壁
12‧‧‧電極
13‧‧‧電極
14‧‧‧定向層
15‧‧‧反射器
16‧‧‧非極性矩陣
18‧‧‧色彩轉換物質
19‧‧‧電壓供應

Claims (11)

  1. 一種色彩轉換單元(10、30、81、82)，其用於調整一來自一具有一第一發射光譜(71、101)之光源(4)之光的一色彩或色溫，該色彩轉換單元包含：一在固持於兩個電極(12、13)之間的一矩陣(16、92)中的色彩轉換物質(18、111)，該色彩轉換物質具有一不同於該第一發射光譜之第二發射光譜(61、62、72、102、132)；及一安置於該色彩轉換物質後之反射器，使得該色彩轉換物質位於該反射器與該光源之間，形成用於該第一發射光譜之一可切換諧振結構；該色彩轉換單元可在至少一第一狀態與一第二狀態之間變換(shift)，其中在該第一狀態中，該反射器將反射入射至該色彩轉換單元上之該來自光源的光，且該色彩轉換物質將- 吸收一第一比率A1 之入射至該色彩轉換單元上之光，- 發射具有該第二發射光譜之光，且- 透射一第二比率T1 之入射至該色彩轉換單元上之光，且其中在該第二狀態中，該反射器將透射入射至該色彩轉換單元上之該來自光源的光，第一比率A2 比在該第一狀態中之A1 小，且其中第二比率T2 比在該第一狀態中之T1 大。
  2. 如請求項1之色彩轉換單元，其中該色彩轉換物質包含具有相對於入射至該色彩轉換單元上之光之一高吸收定向 及一低吸收定向的不等軸色彩轉換粒子(21、22、24、25、26)，該色彩轉換單元進一步包含定向構件(12、13、19)，以用於當該色彩轉換單元在該第一狀態中時將該等不等軸色彩轉換粒子定向於其相對於照明該色彩轉換單元之該來自光源的光之高吸收定向中，且用於當該色彩轉換單元在該第二狀態中時將該等不等軸色彩轉換粒子定向於其相對於照明該色彩轉換單元的該來自光源的光之低吸收定向中。
  3. 如請求項2之色彩轉換單元，其中該定向構件包含一液晶材料(32、34)，且其中該不等軸色彩轉換物質與液晶(93)混合，以提供該等不等軸粒子之一可控制定向。
  4. 如請求項2之色彩轉換單元，其中該定向構件包含一懸浮粒子裝置，且其中該等不等軸色彩轉換粒子懸浮於該懸浮粒子裝置中，以提供該等不等軸粒子之一可控制定向。
  5. 如請求項1之色彩轉換單元，其進一步包含一具有與一液體混合之該色彩轉換物質之電濕潤單元(110)。
  6. 如請求項1之色彩轉換單元，其中該色彩轉換單元經調適成用於提供該來自光源的光在該色彩轉換單元內含有該色彩轉換物質之該矩陣中之一平均路徑長度，在其第一狀態中之平均路徑長度比在其第二狀態中之平均路徑長度更長。
  7. 如請求項6之色彩轉換單元，其進一步包含諸如聚合物散佈液晶(93)或液晶凝膠或掌性紋理之電性可控制散射媒體。
  8. 一種具有可調整色彩或色溫之發光裝置(2、80)，其包含一具有一第一發射光譜(71、101)之光源(4)及一經安置以由至少部分來自該光源之該光來照明的色彩轉換單元(10、30、81、82)，該色彩轉換單元包含：一在固持於兩個電極(12、13)之間的一矩陣(16、92)中之色彩轉換物質(18、111)，該色彩轉換物質具有一與該第一發射光譜不同之第二發射光譜(61、62、72、102、132)；及一安置於該色彩轉換物質後之反射器，使得該色彩轉換物質位於該反射器與該光源之間，形成用於該第一發射光譜之一可切換諧振結構；該色彩轉換單元可在至少一第一狀態與一第二狀態之間變換，其中在該第一狀態中，該反射器將反射入射至該色彩轉換單元上之該來自光源的光，且該色彩轉換物質將- 吸收一第一比率A1 之入射至該色彩轉換單元上之光，- 發射具有該第二發射光譜之光，且- 透射一第二比率T1 之入射至該色彩轉換單元上之光，且其中在該第二狀態中，該反射器將透射入射至該色彩轉換單元上之該來自光源的光，第一比率A2 比在該第一狀態中之A1 小，且第二比率T2 比在該第一狀態中之T1 大。
  9. 如請求項8之發光裝置，其進一步包含安置於該光源與該色彩轉換單元之間的反射器(15)，該反射器對具有該第一頻率光譜之來自光源的光透明，且對由該色彩轉換物質 發射之具有該第二頻率光譜之光可反射。
  10. 如請求項8之發光裝置，其包含多個其他色彩轉換單元，該等色彩轉換單元包含不同色彩轉換物質且如自光源所見順次排列，以允許來自該光源之光穿過位於該等其他色彩轉換單元的其中一者前方的該色彩轉換單元來照明該等其他色彩轉換單元的該其中一者。
  11. 一種用於調整來自一具有一第一光譜之光源之光的色彩或色溫之方法，該方法包含以下步驟- 提供一包含在固持於兩個電極之間的一矩陣中之一色彩轉換物質之色彩轉換單元以及一安置於該色彩轉換物質後之反射器，使得該色彩轉換物質位於該反射器與該光源之間，形成用於該第一發射光譜之一可切換諧振結構；- 藉由該光源照明該矩陣，- 吸收在該色彩轉換物質中或藉由該色彩轉換物質照明該矩陣之該來自光源的光之至少部分，- 自該色彩轉換物質發射具有一第二發射光譜之光，- 調整一在該等兩個電極之間的電壓，以開啟或關閉該可切換諧振結構，藉以增加或減少由該色彩轉換物質吸收之該來自光源的光之量及由該色彩轉換物質發射之具有一第二發射光譜之光之量。
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