基于發(fā)光金屬原子納米團(tuán)簇的光轉(zhuǎn)換材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種照明設(shè)備，包括：（i)光源，其被配置成生成光源光；和（ii)光轉(zhuǎn) 換器，其被配置成將光源光的至少一部分轉(zhuǎn)換為可見轉(zhuǎn)換器光。本發(fā)明還涉及一種液晶顯 示設(shè)備，其包括具有(多個)這樣的照明設(shè)備的背光照明單元。而且，本發(fā)明涉及光轉(zhuǎn)換器本 身，以及用于產(chǎn)生這樣的光轉(zhuǎn)換器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以金屬納米團(tuán)簇形式的納米顆粒在生物技術(shù)應(yīng)用中的使用在本領(lǐng)域中是已知的。 例如，US2010029016描述了一種能夠用于檢測的組合物，其包括封裝的貴金屬納米團(tuán)簇。還 描述了用于制備封裝的貴金屬納米團(tuán)簇的方法和使用封裝的貴金屬納米團(tuán)簇的方法。優(yōu)選 地，通過樹狀聚合物或縮氨酸來封裝貴金屬納米團(tuán)簇。封裝的貴金屬納米團(tuán)簇具有特性光 譜發(fā)射。通過控制封裝材料的性質(zhì)，諸如通過控制納米團(tuán)簇的大小和/或樹狀聚合物的生 成，使光譜發(fā)射變化。使用發(fā)射來提供關(guān)于生物狀態(tài)的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 磷光體通常是復(fù)合材料，其包含無機(jī)光致發(fā)光材料(陶瓷)、納米顆粒(量子點）和/ 或有機(jī)染料，其在激發(fā)時以較長波長釋放光子。理想的磷光體具有激發(fā)波長(常常為UV和 /或藍(lán)色）處的良好吸收和窄發(fā)射帶。
[0004] 有機(jī)染料具有延伸到近紅外（NIR)中的寬發(fā)射，因此由于在人眼靈敏度曲線外的 范圍內(nèi)的發(fā)射和作為熱的能量損失而使其低效?；谔沾傻臒o機(jī)磷光體包含使其昂貴的稀 土金屬。諸如量子點（QD)的納米顆粒具有使其成為用在固態(tài)照明中的高級發(fā)光材料的性 質(zhì)。
[0005] 此處以下，具有提供(可見）發(fā)光的能力的納米顆粒(諸如金屬納米團(tuán)簇）也被指示 為"光轉(zhuǎn)換器納米團(tuán)簇"。其可以例如用于將藍(lán)光轉(zhuǎn)換為其它顏色，以用于獲得高質(zhì)量白光。 對于其在固態(tài)照明中的應(yīng)用，可能必要的是，將光轉(zhuǎn)換器納米團(tuán)簇嵌入諸如聚合物的透射 固體基質(zhì)中。在本文中，當(dāng)我們指代"納米團(tuán)簇"時，我們還使用術(shù)語"納米顆粒"。金屬納 米團(tuán)簇是發(fā)熒光的。納米團(tuán)簇包含幾十-幾百個原子，并且直徑低于2. 5-3. Onm，而納米顆 粒為直徑>3-5 nm，甚至高達(dá)幾十nm，可能根本不發(fā)光。因此，此處以下，當(dāng)涉及具有低于 3nm的尺寸的貴金屬(特別地銀）納米團(tuán)簇時，我們使用術(shù)語"納米團(tuán)簇"或"金屬納米團(tuán)簇" 或"光轉(zhuǎn)換器納米團(tuán)簇"或"光轉(zhuǎn)換器金屬納米團(tuán)簇"或"原子納米團(tuán)簇"。
[0006] 因此，本發(fā)明的一方面是提供一種照明設(shè)備和/或光轉(zhuǎn)換器(用于這樣的照明設(shè) 備)，其優(yōu)選地還至少部分地減輕以上所描述的缺點中的一個或多個。
[0007] 當(dāng)利用適當(dāng)波長的光激發(fā)時，貴金屬納米顆粒（NP)(貴金屬納米團(tuán)簇)可以展示出 熒光。然而，看起來Ag NP往往具有比其它貴金屬NP更高的吸收。熒光可以特別地在形成 原子納米團(tuán)簇時發(fā)生。
[0008] 在本文中，提出將嵌入基質(zhì)中的熒光銀納米顆粒（即光轉(zhuǎn)換器納米團(tuán)簇）用作用于 發(fā)光二極管（LED)中的光轉(zhuǎn)換的磷光體。可以通過在具有/沒有交聯(lián)劑的情況下使包含Ag NP的前驅(qū)體、光引發(fā)劑、穩(wěn)定劑和丙烯酸酯單體的混合物UV固化來獲得磷光體。前面的添 加劑導(dǎo)致在曝光于紫外（UV)光時形成Ag NP，而后兩者導(dǎo)致形成(交聯(lián)）聚合物，其像用于 Ag NP的基質(zhì)/宿主那樣起作用。也可以使用其它貴金屬以11^?(1)。取代在創(chuàng)建基質(zhì)時 原位制備納米顆粒，也可以預(yù)先產(chǎn)生納米顆粒。
[0009]因此，在本文中我們提供一種用于合成待用作將藍(lán)光轉(zhuǎn)換為較長波長處的光的磷 光體的復(fù)合材料的方法。我們研發(fā)了一種將熒光Ag納米顆粒直接合成在諸如聚合物膜，特 別地丙烯酸酯膜的聚合物中的方法，這遵循室溫下的光合作用途徑。通過曝光于UV光而對 包含貴金屬鹽，特別地銀鹽，可選地用于Ag納米顆粒的穩(wěn)定劑，光引發(fā)劑，丙烯酸酯單體和 可選地交聯(lián)劑的混合物進(jìn)行固化。在UV曝光期間，形成（Ag)NP，并且(丙烯酸酯)單體聚合， 從而導(dǎo)致可以用作磷光體的硬膜。聚合物鏈特別地通過存在于混合物中的交聯(lián)劑而交聯(lián)， 從而確?？梢栽跊]有使其破壞或損害的風(fēng)險的情況下對膜進(jìn)行處置。
[0010] 如以上所指示的，可替換地，熒光（Ag) NP可以在分離過程中在適當(dāng)溶劑中獲得， 被過濾，濃縮，并且然后添加到可以包含光引發(fā)劑(和交聯(lián)劑）的單體中，然后進(jìn)行UV固化。 這可以有利地確保每單位體積磷光體的較高發(fā)射納米顆粒濃度，并且導(dǎo)致在一些應(yīng)用中可 能要求的較薄的膜。
[0011] 因此，在第一方面中，本發(fā)明提供一種照明設(shè)備，包括：（a)光源，其被配置成生成 光源光，和（b)光轉(zhuǎn)換器，其被配置成將光源光的至少一部分轉(zhuǎn)換為可見轉(zhuǎn)換器光，其中光 轉(zhuǎn)換器包括具有嵌入聚合宿主材料中的光轉(zhuǎn)換器納米顆粒（即"光轉(zhuǎn)換器納米團(tuán)簇"或"金 屬納米團(tuán)簇"）的聚合宿主材料("基質(zhì)")，其中聚合宿主材料特別地基于自由基可聚合單 體，其中聚合宿主材料可以包括聚丙烯酸酯聚合物，并且其中光轉(zhuǎn)換器納米顆粒包括貴金 屬納米顆粒，特別地Ag(銀)納米顆粒，其具有特別地低于3 nm的平均尺寸。這些納米顆粒 還可以被指示為原子納米團(tuán)簇，因為這些納米顆?？梢詢H包括有限數(shù)目的(貴金屬）原子， 諸如大約幾個原子到幾十或幾百個原子(還參見上文)。
[0012] 這可以是可選地感興趣的材料，其不遭受現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的以上所指示的缺點。有 利地，可以通過控制NP的環(huán)境以及其大小來移動吸收和發(fā)射峰。熒光銀納米團(tuán)簇優(yōu)于現(xiàn)有 解決方案的另外優(yōu)點是充裕的材料、較低的成本以及更加環(huán)境友好。
[0013] 在另一方面中，本發(fā)明還提供這樣的光轉(zhuǎn)換器本身。因此，在另一方面中，本發(fā)明 提供一種光轉(zhuǎn)換器，其包括具有嵌入聚合宿主材料中的光轉(zhuǎn)換器納米顆粒（即光轉(zhuǎn)換器金 屬納米團(tuán)簇）的聚合宿主材料，其中聚合宿主材料特別地基于自由基可聚合單體，其中聚合 宿主材料可以特別地包括聚丙烯酸酯聚合物，并且其中光轉(zhuǎn)換器納米顆粒包括貴金屬納米 顆粒，特別地Ag (銀）納米顆粒，其具有特別地低于3 nm的平均尺寸。
[0014] 特別地，光轉(zhuǎn)換器納米顆粒包括具有低于2.5 nm的平均尺寸的Ag納米顆粒。特 別地在這些條件下，可以獲得高效的(發(fā)光）納米顆粒。此處，術(shù)語"尺寸"是指長度、寬度和 直徑。在本文中，一般而言，貴金屬納米顆粒基本上是球形的。特別地，納米顆粒的75%或 更多，諸如至少90%或更多，具有低于3 nm，特別地低于2. 5 nm的平均尺寸；特別地平均尺 寸等于或低于2 nm。特別地，光轉(zhuǎn)換器納米顆粒具有高于0.26 nm，諸如高于I nm的平均 尺寸。這可以特別地適于納米顆粒的至少75%或甚至更多的90%。這些尺寸可以提供最佳 結(jié)果，而較大或較小的納米顆?？赡軐?dǎo)致效率損失。特別地，光轉(zhuǎn)換器包括相對于光轉(zhuǎn)換器 的總重量的0. 001-10 wt. %光轉(zhuǎn)換器納米顆粒，諸如在0. 1-5 wt. %的范圍內(nèi)。
[0015] 在特定實施例中，光轉(zhuǎn)換器納米顆粒包括具有低于2. 5 nm的平均尺寸的Ag納 米顆粒，并且光轉(zhuǎn)換器包括相對于光轉(zhuǎn)換器的總重量的0. 001-25 wt. %，特別地0. 001-10 wt. %光轉(zhuǎn)換器納米顆粒。這可以特別地在光產(chǎn)率方面提供良好結(jié)果。
[0016] 照明設(shè)備可以是以下各項的一部分或可以應(yīng)用在其中：例如，辦公照明系統(tǒng)、家庭 應(yīng)用系統(tǒng)、商店照明系統(tǒng)、家庭照明系統(tǒng)、重點照明系統(tǒng)、點照明系統(tǒng)、劇場照明系統(tǒng)、光纖 應(yīng)用系統(tǒng)、投影系統(tǒng)、自點亮顯示系統(tǒng)、像素化顯示系統(tǒng)、分段顯示系統(tǒng)、警告標(biāo)志系統(tǒng)、醫(yī) 學(xué)照明應(yīng)用系統(tǒng)、指示器標(biāo)志系統(tǒng)、裝飾照明系統(tǒng)、便攜式系統(tǒng)、汽車應(yīng)用、溫室照明系統(tǒng)、 園藝照明或IXD背光照明。在另一方面中，本發(fā)明特別地提供一種包括背光照明單元的液 晶顯示設(shè)備，其中背光照明單元包括如本文所描述的一個或多個照明設(shè)備。
[0017] 如以上所指示的，照明單元可以用作IXD顯示設(shè)備中的背光照明單元。因此，本發(fā) 明還提供一種包括如本文所限定的照明單元的IXD顯示設(shè)備，所述照明單元被配置為背光 照明單元。在另一方面中，本發(fā)明還提供一種包括背光照明單元的液晶顯示設(shè)備，其中背光 照明單元包括如本文所限定的一個或多個照明設(shè)備。
[0018] 優(yōu)選地，光源是在操作期間發(fā)射(光源光）至少選自200-490nm范圍的波長處的光 的光源，特別地在操作期間發(fā)射至少選自400-490nn范圍，甚至更特別地440-490nm范圍內(nèi) 的波長處的光的光源。該光可以部分地由光轉(zhuǎn)換器納米顆粒使用（還進(jìn)一步參見下文)。因 此，在特定實施例中，光源被配置成生成藍(lán)光。然而，光源還可以被配置成僅提供UV光或UV 和藍(lán)光的組合。銀納米團(tuán)簇可以在藍(lán)色以及UV中吸收。
[0019] 在特定實施例中，光源包括固態(tài)LED光源(諸如LED或激光二極管)。
[0020] 術(shù)語"光源"還可以涉及多個光源，諸如2-20個（固態(tài)）LED光源。因此，術(shù)語LED 還可以是指多個LED。
[0021] 在本文中，術(shù)語白光對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。其特別涉及具有大約2000與 20000K之間，特別地2700-20000K的相關(guān)色溫（CCT)的光，其用于特別地在大約2700K和 6500K的范圍內(nèi)的通用照明，并且用于特別地在大約7000K和20000K的范圍內(nèi)的背光照明 用途，并且特別地在距BBL (黑體軌跡）大約15 SDCM (標(biāo)準(zhǔn)顏色匹配偏差）內(nèi)，特別地在距 BBL大約10 SDCM內(nèi)，甚至更特別地在距BBL大約5 SDCM內(nèi)。
[0022] 在實施例中，光源還可以提供具有大約5000與20000K之間的相關(guān)色溫（CCT)的 光源光，例如直接磷光體轉(zhuǎn)換的LED (具有磷光體薄層以用于例如獲得10000K的藍(lán)色發(fā)光 二極管)。因此，在特定實施例中，光源被配置成提供具有5000-20000K范圍內(nèi)，甚至更特別 地6000-20000K范圍內(nèi)，諸如8000-20000K范圍內(nèi)的相關(guān)色溫的光源光。相對高色溫的優(yōu) 點可以是，在光源光中可以存在相對高的藍(lán)色分量。
[0023] 術(shù)語"紫光"或"紫色發(fā)射"特別地涉及具有大約380_440nm的范圍內(nèi)的波長的光。 術(shù)語"藍(lán)光"或"藍(lán)色發(fā)射"特別地涉及具有大約440-490nm的范圍內(nèi)的波長的光(包括一些 紫色或青色色調(diào))。術(shù)語"綠光"或"綠色發(fā)射"特別地涉及具有大約490-560nm的范圍內(nèi)的 波長的光。術(shù)語"黃光"或"黃色發(fā)射"特別地涉及具有大約540-570nm的范圍內(nèi)的波長的 光。術(shù)語"橙光"或"橙色發(fā)射"特別地涉及具有大約570-