JP2010509735A - 発光デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
1.Y2O3:Tb,Y2O3:Eu3+,Lu2O3:Eu3+,CaTiO3:Pr3+,CaO:Er3+,(GdZn)O:Eu3+のような希土類ドープ金属酸化物;
2.YAG:Ce3+のような希土類ドープイットリウムアルミニウムガーネット(YAG);
3.ZrO2:Sm3+,ZrO2:Er3+のような希土類ドープジルコニウム酸化物;
4.希土類ドープバナジウム酸塩(YVO4:Eu)及びリン酸塩(La,Ce,Tb)PO4;
5.ホストマトリックス(例えば、Gd2O3,GdO2S,PbO,ZnO,ZnS,ZnSe)及びドーパント(Eu,Tb,Tm及びMn)から構成されたドープ材料;及び、
6.硫化亜鉛及びセレン化亜鉛型(例えば、ZnS:Mn2+,ZnS:Cu+)の金属ドープ。
本発明に特に実用的なのは、希土類ドープYAG、ドープZnS、及びドープZnSeの少なくとも1つを含むナノ蛍光体である。
量子ドットから誘起された光を実質的に散乱しうる。
本発明における光刺激構造が、多くの方法を通して形成させることが可能である。通常、この形成方法が、制御された直径のナノ繊維2の形成及び刺激粒子4(例えば、量子ドット)のナノ繊維2への適応を含む。ある方法では、繊維が、結果として生じる繊維マットと一体化するように、刺激粒子4が、エレクトロスパン繊維に適応されることが可能である。ある方法では、刺激粒子4が、エレクトロスプレー媒体に含まれることが可能である。ある方法では、マットが、いずれの刺激粒子なしに形成された後に、刺激粒子4が、結果として生じる繊維マットに適応されることが可能である。
概して、図5は、上記の第一の本発明の実施形態による発光デバイスを形成する方法を説明するフローチャートであって、刺激粒子4が、エレクトロスパンポリマーに含まれている。500において、刺激粒子(例えば、光刺激粒子)を含むポリマー溶液が、上記の条件を使用してエレクトロスパンされる。510において、エレクトロスパン溶液から、ナノ繊維が、100から2000nmの間の直径を有し及び刺激粒子を含んで形成される。520において、ナノ繊維が、繊維マットを形成するように集められる。
上記のような、本発明のある実施形態において、繊維が、得られた繊維マット6と一体化するように、刺激粒子4が、エレクトロスパン繊維2に適応されることが可能である。図7は、本発明の実施形態による発光デバイスを形成する方法を説明するフローチャートであって、エレクトロスピニングプロセスの間に刺激粒子4が、エレクトロスパン繊維に付着される。700において、100から2000nmの間の直径を有するナノ繊維を形成するように、ポリマー溶液が、エレクトロスパンされる。710において、エレクトロスピニングの間に、ナノ繊維が、刺激粒子4でコーティングされる。720において、ナノ繊維が繊維マット6を形成するために集められる。
本発明のある実施形態において、上記のように、例えば量子ドットのような光刺激粒子が、エレクトロスピニング後に、繊維マットに適応されることが可能である。この実施形態が図8において説明される。本発明のこの実施形態によると、例えば上記の技術のようなエレクトロスピニング法によって、繊維マットが、800において形成される。810において、刺激粒子4を含む溶液が提供される(例えば、図6Aにおけるポリマー溶液)。820において、ナノ繊維マット6が、溶液内に浸漬される。繊維マットが、溶解しないが、繊維マット6内に存在するポリマーをわずかに膨張させるように、溶液が選択される。
本発明のある実施形態において、本発明の光刺激デバイスを形成するために使用される発光複合物が、例えば量子ドット又はナノ−蛍光体のいずれかを形成するナノ粒子である。量子ドット(すなわち、刺激粒子4)が、第一近似に対して、ナノ粒子の直径によって決まる波長における電磁波を放出する。例えば、2.8nmの公称直径のCdSeナノ粒子が、約530nmの緑色の光を放出し、一方、5.0nmの公称直径のCdSeナノ粒子が、約625nmの赤色の光を放出する。このようなサンプルから生じる発光スペクトルが、図12に示される。蛍光灯用の蛍光体の混合に使用される混合技術と同様な“白色光”を形成するために、特定のナノ粒子(それぞれが、特有の発光波長を有する)の混合が、本発明に使用されることが可能である。
発光複合物:粒径2.6から3.2nmのCdSe/ZnSコアシェル量子ドットの単一種(黄色の放射のために構成され、Evident Technologiesから市販されている)。
発光複合物:2つの異なるサイズのCdSe/ZnSeコアシェル量子ドットであって、2.4nm(緑色発光)の第一サイズの粒径及び5.2nm(赤色発光)の第二サイズの粒径を有する(Evident Technologiesから購入)。
発光複合物:2つの異なるサイズのCdSe/ZnSeコアシェル量子ドットであって、2.4nm(緑色発光)の第一サイズの粒径及び5.2nm(赤色発光)の第二サイズの粒径を有する(Evident Technologiesから購入)。
発光複合物:3つの異なるサイズのCdSe/ZnSeコアシェル量子ドットであって、1.9nm(青色発光)の第一サイズの粒径、2.4nm(緑色発光)の第二サイズの粒径及び5.2nm(赤色発光)の第三サイズの粒径を有する(Evident Technologiesから購入)。
発光複合物:3つの異なるサイズのCdSe/ZnSeコアシェル量子ドットであって、1.9nm(青色発光)の第一サイズの粒径、2.4nm(緑色発光)の第二サイズの粒径及び5.2nm(赤色発光)の第三サイズの粒径を有する(Evident Technologiesから購入)。
発光複合物:“White−light Emission from Magic Sized Cadmium Selenide Nanocrystals”非特許文献6に記載されているような、白色−光形成CdSeナノ結晶。表面状態からの電荷再結合により、これらのナノ結晶が肉眼では白色にみえる広帯域放射を放射する。
発光複合物:3つの異なるサイズのCdSe/ZnSeコアシェル量子ドットであって、1.9nm(青色発光)の第一サイズの粒径、2.4nm(緑色発光)の第二サイズの粒径及び5.2nm(赤色発光)の第三サイズの粒径を有する(Evident Technologiesから購入)。
本発明のある実施形態において、発光材料を含むエレクトロスパン繊維マットが、例えばエポキシマトリクスのような被覆材に含まれる。図10は、本発明のある実施形態による、発光ダイオード(LED)が、被覆材を通して、発光又は光刺激粒子を含む繊維にまで、光を結合させる構造を表した概略図である。さらに具体的には、図11が、量子ドット(図示しない)のある分布を有するナノ繊維材料2、4を通して青色光又は紫外線を放射するLED50を示す。LED50によって放射された紫外線又は青色光が、ナノ繊維材料2、4への入射光を構成する。刺激粒子4(例えば、量子ドット)が、入射光を吸収し、それらの特性により、白色光を放射する。繊維マット材料2、4が、例えば、エポキシ被覆材52に被覆される。エポキシ52が、LED50及び繊維マット材料2、4の両方を、完全に又は部分的に被覆してよい。可視光スペクトルの所望の部分にわたる光の放射を形成するために、繊維マット材料2、4が、約1.5nmから10nmでサイズが変化する量子ドットを含んでよい。本発明のある実施形態において、太陽放射と同様な高品質白色光を提供するために、様々な量子ドットの濃度(及び/又は粒度分布)が制御される。
4 発光粒子
6 繊維マット
10 ポリマーマトリクス
21 エレクトロスピニング装置
22 チャンバー
24 エレクトスピニング素子
26 繊維
28 コレクター
30 供給容器
32 電界
34 高電圧源
42 液体ジェット
46 エレクトロスピニング環境
48 エレクトロスプレーユニット
Claims (49)
- 刺激光の放射用のデバイスであって、
100から2000nmの間の範囲の平均繊維径を有するナノ繊維、及び
前記ナノ繊維に結合して配置され、波長xの一次光を受けて二次光を放射するように構成された複数の光刺激粒子、
を含む繊維マットを備え、
前記繊維マット内に前記一次光に対する散乱部を提供するように、前記平均繊維径が、前記波長xと同等の大きさを有する刺激光の放射用のデバイス。 - 前記平均繊維径が、300から600nmの間の範囲にある請求項1のデバイス。
- 前記平均繊維径が、400nmから500nmの間の範囲にある請求項2のデバイス。
- 前記平均繊維径が、前記波長xの0.50から1.50倍の範囲にある請求項1のデバイス。
- 前記平均繊維径が、前記波長xの0.9から1.10倍の範囲にある請求項4のデバイス。
- 前記波長xが、300から600ナノメートルの間の範囲にある請求項1のデバイス。
- 前記波長xが、400から500ナノメートルの間の範囲にある請求項6のデバイス。
- 前記繊維マットが、0.01マイクロメートルから2000マイクロメートルの間の範囲の厚さを有する請求項1のデバイス。
- 前記繊維マットが、1から500マイクロメートルの間の範囲の厚さを有する請求項1のデバイス。
- 前記刺激粒子が、発光粒子を含む請求項1のデバイス。
- 前記発光粒子が、量子ドット及びナノ−蛍光体の少なくとも1つを含む請求項10のデバイス。
- 前記量子ドットが、シリコン、ゲルマニウム、リン化インジウム、インジウムガリウムリン、リン化インジウム、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化鉛、酸化銅、セレン化銅、ガリウムリン、硫化水銀、セレン化水銀、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、ケイ酸亜鉛、硫化チタン、酸化チタン、及び酸化スズの少なくとも1つを含む請求項11のデバイス。
- 前記ナノ−蛍光体が、Y2O3:Tb,Y2O3:Eu3+,Lu2O3:Eu3+,CaTiO3:Pr3+,CaO:Er3+,及び(GdZn)O:Eu3+を含む希土類ドープ金属酸化物;、YAG:Ce3+を含む希土類ドープイットリウムアルミニウムガーネット(YAG);、ZrO2:Sm3+及びZrO2:Er3+を含む希土類ドープジルコニウム酸化物;、(YVO4:Eu)及び(La,Ce,Tb)PO4を含む希土類ドープバナジウム酸塩及びリン酸塩;、Gd2O3,GdO2S,PbO,ZnO,ZnS及びZnSeの1つを含むホストマトリクスを有し、Eu,Tb,Tm及びMnのドーパントの1つを含むドープ材料;、並びに、ZnS:Mn2+及びZnS:Cu+を含む硫化亜鉛及びセレン化亜鉛型の金属−ドープ;の少なくとも1つを含む請求項11のデバイス。
- 前記ナノ−蛍光体が、希土類ドープYAG、希土類ドープZnS、及び希土類ドープZnSeの少なくとも1つを含む請求項11のデバイス。
- 前記刺激粒子が、前記一次光からそれぞれの二次光を放射するように構成された複数の特有の色の発光体を含む請求項1のデバイス。
- 前記繊維マットから透過された前記一次光及び前記繊維マットから放射された前記二次光が、70以上の演色評価数を有する結果として生じる白色光を形成する請求項15のデバイス。
- 前記繊維マットから透過された前記一次光及び前記繊維マットから放射された前記二次光が、80以上の演色評価数を有する結果として生じる白色光を形成する請求項15のデバイス。
- 前記繊維マットから放射された前記二次光が、70以上の演色評価数を有する結果として生じる白色光を形成する請求項15のデバイス。
- 前記繊維マットから放射された前記二次光が、80以上の演色評価数を有する結果として生じる白色光を形成する請求項15のデバイス。
- 前記刺激粒子が、前記ナノ繊維の表面又は体積中に配置される請求項1のデバイス。
- 前記刺激粒子が、前記繊維マット内に含まれる請求項1のデバイス。
- 前記繊維マットを包み込む透明な被覆材をさらに含む請求項1のデバイス。
- 前記一次光を形成するように構成された発光ダイオードをさらに含む請求項1のデバイス。
- 前記発光ダイオード及び前記繊維マットを包み込む透明な被覆材をさらに含む請求項23のデバイス。
- 前記ナノ繊維が、有機及び無機繊維の少なくとも1つを含む請求項1のデバイス。
- 前記ナノ繊維が、ポリマーを含み、
前記ポリマーが、ポリ(アルキルアクリレート)、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリ(エチレンオキシド)、ポリスチレン、ポリサルフォン、ポリラクチド、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリ(ビニルアルコール)、それら誘導体、関連ポリマー、ポリシリコーン、ポリサルフォン、及びそれらの組み合わせの少なくとも1つを含む請求項1のデバイス。 - 前記ナノ繊維が、前記繊維マット内の前記ナノ繊維の屈折率及び導電率の少なくとも1つを変化させる添加物を含む請求項1のデバイス。
- 前記ナノ繊維が、2つの群の繊維を含む請求項1のデバイス。
- 前記2つの群が、異なる材料を有する繊維を含む請求項28のデバイス。
- 前記2つの群が、異なる平均繊維径を有する繊維を含む請求項28のデバイス。
- 一次光源、
100から2000nmの間の範囲の平均繊維径を有するナノ繊維を含む繊維マット、及び、
前記ナノ繊維に結合して配置され、波長xの前記一次光源からの光を受けて二次光を放射するように構成された複数の光刺激粒子
を備え、
前記繊維マット内に前記一次光に対する散乱部を提供するように、前記平均繊維径が、前記波長xと同等の大きさを有する照明器具。 - 前記平均繊維径が、400nmから500nmの間の範囲にある請求項31の照明器具。
- 発光ダイオードが、前記波長xが、400から500ナノメートルの間の範囲にあるものを放射するように構成された請求項31の照明器具。
- 前記繊維マットが、1から500マイクロメートルの間の範囲の厚さを有する請求項31の照明器具。
- 前記刺激粒子が、量子ドット及びナノ−蛍光体の少なくとも1つを含む請求項31の照明器具。
- 前記刺激粒子が、前記一次光からそれぞれの二次光を放射するように構成された複数の特有の色の発光体を含む請求項31の照明器具。
- 前記一次光源及び前記繊維マットを包み込む透明な被覆材をさらに含む請求項31の照明器具。
- 前記一次光源が、発光ダイオード、発光ダイオードアレイ、レーザー、及びレーザーダイオードアレイの少なくとも1つを含む請求項31の照明器具。
- 刺激粒子を含むポリマー溶液をエレクトロスピンする段階、
エレクトロスパン溶液から、100から2000nmの間の直径を有し、前記刺激粒子を含むナノ繊維を形成する段階、及び
繊維マットを形成するように、前記ナノ繊維を集める段階を含む発光繊維マットを形成する方法。 - 前記繊維マットに表面コーティングを提供する段階をさらに含む請求項39の方法。
- 100から2000nmの間の直径を有するナノ繊維を形成するように、ポリマー溶液をエレクトロスピンする段階、
前記エレクトロスピンする段階の間に、刺激粒子を用いて、前記ナノ繊維をコーティングする段階、及び
繊維マットを形成するように、前記ナノ繊維を集める段階を含む発光繊維マットを形成する方法。 - コーティングする段階が、
前記ポリマー溶液をエレクトロスピンするエレクトロスプレー先端から離れた位置に向かうエレクトロスプレービームによって前記刺激粒子を導入する段階を含む請求項41の方法。 - 前記コーティングする段階が、
前記ナノ繊維内に前記刺激粒子を埋め込む段階を含む請求項41の方法。 - 前記繊維マットに表面コーティングを提供する段階をさらに含む請求項41の方法。
- 100から2000nmの間の直径を有するナノ繊維を形成するように、ポリマー溶液をエレクトロスピンする段階、
繊維マットを形成するように、前記ナノ繊維を集める段階、及び
刺激粒子を用いて前記繊維マットをコーティングする段階を含む発光繊維マットを形成する方法。 - 前記コーティングする段階が、
前記刺激粒子を含む溶媒に前記繊維マットを浸漬する段階を含む請求項45の方法。 - 前記刺激粒子を含む前記溶媒の超音波で分解された溶液を提供する段階をさらに含む請求項45の方法。
- 前記溶液から前記繊維マットを取り出す段階、及び前記繊維マットから前記溶媒を乾燥する段階をさらに含む請求項45の方法。
- 前記繊維マットに表面コーティングを提供する段階をさらに含む請求項45の方法。
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