光轉(zhuǎn)換元件的制作方法

本發(fā)明的實施例涉及光轉(zhuǎn)換元件和制造光轉(zhuǎn)換元件的方法。具體地，其涉及包括下轉(zhuǎn)換材料的光轉(zhuǎn)換元件。

背景技術(shù)：

存在對具有高分辨率的顯示器的產(chǎn)品的需求。這些顯示器當(dāng)是小尺寸時可用作近眼顯示器和投影顯示器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的各種但并非全部的實施例，提供一種裝置，包括：光轉(zhuǎn)換元件，包括：輸入接口，用于接收輸入光；輸出接口，用于提供具有至少一個不同的、頻率比輸入光更低的輸出光；以及在輸入接口和輸出接口之間延伸的多個光導(dǎo)，其在距輸入接口的遠(yuǎn)端位置處懸掛下轉(zhuǎn)換材料，其中，下轉(zhuǎn)換材料被配置為對所接收的輸入光進(jìn)行下轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生所提供的較低頻率的輸出光。

根據(jù)本發(fā)明的各種但并非全部的實施例，提供如在所附權(quán)利要求中要求的示例。

附圖說明

為了更好的理解對于理解詳細(xì)的描述是有用的各種示例，現(xiàn)在將僅以示例的方式參照附圖，其中：

圖1示出光轉(zhuǎn)換元件的示例的橫截面；

圖2示出光轉(zhuǎn)換元件的示例的不同的橫截面；

圖3示出光轉(zhuǎn)換元件的示例的平面圖；

圖4示出光轉(zhuǎn)換元件的示例，其中下轉(zhuǎn)換材料被容納在光導(dǎo)中的腔中；

圖5示出光轉(zhuǎn)換元件的示例，其中下轉(zhuǎn)換材料被容納在光導(dǎo)內(nèi)的密封的腔中；

圖6示出具有位于光轉(zhuǎn)換元件的光導(dǎo)之間的光吸收材料的光轉(zhuǎn)換元件的示例；

圖7示出包括光轉(zhuǎn)換元件、光源和控制器的裝置的示例；

圖8示出包括光轉(zhuǎn)換元件和光波長選擇輸出元件的裝置的示例；

圖9示出包括光轉(zhuǎn)換元件、光波長選擇輸出元件和光波長選擇輸入元件的裝置；

圖10示出光纖面板的示例；

圖11示出光纖面板在制造成光轉(zhuǎn)換元件之前的橫截面；

圖12示出光纖面板在制造成光轉(zhuǎn)換元件期間的橫截面；

圖13示出光纖面板在制造成光轉(zhuǎn)換元件之后的橫截面；

圖14示出一種方法；

圖15示出從光纖面板制造光轉(zhuǎn)換元件的方法。

具體實施方式

下面描述的示例使用光轉(zhuǎn)換元件110，其在距光轉(zhuǎn)換元件110的輸入接口120的遠(yuǎn)端位置處懸掛下轉(zhuǎn)換材料150。所懸掛的下轉(zhuǎn)換材料150距輸入接口120的遠(yuǎn)端位置使下轉(zhuǎn)換材料與在輸入接口120處的光源熱絕緣。這使能下轉(zhuǎn)換在制造光轉(zhuǎn)換元件110中使用下轉(zhuǎn)換材料150并在高分辨率、小尺寸顯示器中使用光轉(zhuǎn)換元件110。

附圖示出裝置100包括：光轉(zhuǎn)換元件110，包括：輸入接口120，用于接收輸入光102；輸出接口130，用于提供具有至少一個不同的、頻率比輸入光102更低的輸出光104；以及在輸入接口120和輸出接口130之間延伸的多個光導(dǎo)140，其在距輸入接口120的遠(yuǎn)端位置處懸掛下轉(zhuǎn)換材料150，其中，下轉(zhuǎn)換材料150被配置為對所接收的輸入光102進(jìn)行下轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生所提供的較低頻率的輸出光104。

產(chǎn)生的光的發(fā)射光譜由下轉(zhuǎn)換材料150的至少一個成分和濃度控制。

在一些但并非全部的示例中，多個光導(dǎo)140可在距輸入接口120的遠(yuǎn)端位置處懸掛相同的下轉(zhuǎn)換材料。這將產(chǎn)生單色顯示器。

在一些但并非全部的示例中，多個光導(dǎo)140在距輸入接口120的遠(yuǎn)端位置處懸掛不同的下轉(zhuǎn)換材料150。下轉(zhuǎn)換材料150的不同成分提供不同光譜的輸出光104。

在一些但并非全部的示例中，輸出光包括可見光或由可見光組成。

在一些但并非全部的示例中，輸出光包括紅外光或由紅外光組成。

一個或多個光導(dǎo)140可用于創(chuàng)建顯示器108的像素或子像素，例如，如圖3中所示。

圖1示出沿圖3中的線a-a的橫截面，圖2表示沿圖3中的線b-b的橫截面。

在圖1至圖3中，裝置100包括光轉(zhuǎn)換元件110。光轉(zhuǎn)換元件110包括輸入接口120，用于接收輸入光102；輸出接口130，用于提供具有至少一個不同的、頻率比輸入光102更低的輸出光104；以及在輸入接口120和輸出接口130之間延伸的多個光導(dǎo)140，其在距輸入接口120的遠(yuǎn)端位置處懸掛下轉(zhuǎn)換材料150。下轉(zhuǎn)換材料150被配置為對所接收的輸入光102進(jìn)行下轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生所提供的較低頻率的輸出光104。

顯示器108包括多個在光轉(zhuǎn)換元件110的輸出接口130處的像素或子像素。由像素產(chǎn)生的光的發(fā)射光譜由與該像素相關(guān)聯(lián)的下轉(zhuǎn)換材料150的至少一個成分控制。

裝置100可包括多個不同的成分。不同的下轉(zhuǎn)換材料150可與不同的像素或子像素相關(guān)聯(lián)。每個腔可包含多個不同的成分。

下轉(zhuǎn)換材料150可包括熒光體和/或量子點，或具有光誘導(dǎo)激子的低維度量子限制的納米晶體。然而，這種下轉(zhuǎn)換材料150可以是熱敏的和/或熱降解的和/或有毒的并因此需要氣密封。

量子點的集合的粒度分布可用于控制量子點的發(fā)射光譜和由量子點產(chǎn)生的任何可見輸出光104的顏色(源自該發(fā)射光譜)。

下轉(zhuǎn)換材料150的濃度可用于控制輸出光104的強度和/或下轉(zhuǎn)換的光與剩余的輸入光之間的平衡。

此外，可使用不同的下轉(zhuǎn)換材料150的混合物。使用兩種類型的量子點的混合物，組合的發(fā)射光譜取決于量子點的濃度的相對水平。增加總濃度會使強度增加到自吸收終止發(fā)射的程度。因此，存在能給出最高轉(zhuǎn)換效率的濃度的最佳值。此外，由一種類型的量子點發(fā)射的光可被其它量子點吸收。在這種情況下，兩種不同類型的點可被分離到相鄰的腔中，所有這些由同一光源像素照明。

下轉(zhuǎn)換材料150的轉(zhuǎn)換效率可以不是100﹪，因此可有一些剩余的輸入光102，其由下轉(zhuǎn)換材料150向輸出接口130發(fā)送。因此，在一些示例中，需要在輸出接口130處濾波以去除輸入光102，使得在輸出接口130處從光導(dǎo)140發(fā)射的光僅包括由該光導(dǎo)140的下轉(zhuǎn)換材料150產(chǎn)生的輸出光104。

適用于制造量子點的材料的示例包括硒化鎘、碲化鎘、硫化鉛、磷化銦、硫化銅銦和/或硫化銀銦。在使用由一些諸如例如由鎘形成的重金屬量子點的材料形成的下轉(zhuǎn)換材料150上可存在環(huán)境限制。

在圖1和圖2中，下轉(zhuǎn)換材料150被懸掛以形成像素化顯示器108的像素或子像素。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在圖1、圖2和圖3中給出的示例僅僅是示例，不同的幾何形狀和布置是可以的。例如，盡管輸入接口120和輸出接口130被示出為平行，但在其它示例中，輸入接口120和輸出接口130可以不平行。同樣地，盡管光導(dǎo)140之間的接口被示出為平行，但在其它示例中，光導(dǎo)140之間的接口可以不平行。盡管在說明的示例中，輸入接口120是平面并平的，但在其它示例中，其可以是曲面或非平面的。盡管在說明的示例中，輸出接口130是平面并平的，但在其它示例中，輸出接口130可以是曲面或可以是非平面的。盡管在說明的示例中，光導(dǎo)140被示出為是直的(直線)，但在其它示例中，光導(dǎo)140可以是曲線或彎曲的。

圖4示出裝置100的示例，例如，如之前所述，其中下轉(zhuǎn)換材料150被容納在光導(dǎo)140中的腔160中。腔160遠(yuǎn)離輸入接口120并與其熱絕緣。多個光導(dǎo)140中的每一個可具有類似的遠(yuǎn)離輸入接口120并與其熱絕緣的腔160，并且其在該遠(yuǎn)端位置處懸掛下轉(zhuǎn)換材料150。

圖5示出與圖4中所示的裝置類似的裝置100的示例，然而，在該示例中，包括下轉(zhuǎn)換材料150的腔160被密封162以阻止或抑制下轉(zhuǎn)換材料150的出口。在一些示例中，特別是在需要環(huán)境保護(hù)的地方，對腔160的密封162是氣密封。優(yōu)選使用低溫工藝執(zhí)行氣密封，諸如在裝置100的邊緣處進(jìn)行激光熔接密封。

圖6示出與之前描述的裝置100中的任何一個類似的裝置100，其中光吸收材料180位于光導(dǎo)140之間，使得它位于相鄰的光導(dǎo)140的下轉(zhuǎn)換材料150之間。光吸收材料180可被放置在腔160之間以光隔離腔160。

在之前描述的示例中，光導(dǎo)140通常將在由包層174圍繞的芯172中形成。芯172具有比包層174更低的折射率。吸收材料180可以是包層174的一部分或除了包層174之外，并可操作以提供光纖外部吸收(ema)。

圖7示出裝置100的示例，其除了光轉(zhuǎn)換元件110之外還包括光源202和用于控制光源202的控制器200。在一些實施例中，裝置100可僅包括光轉(zhuǎn)換元件110和光源202，控制器200由單獨的主機裝置提供。

光源202中的每一個與多個光導(dǎo)140中的一個或多個相關(guān)聯(lián)。在該示例中，光源202由控制器200單獨可控。例如，無論光源202開啟或關(guān)閉，單獨控制可控制光的強度，在一些示例中，輸入光102的光頻率由光源202產(chǎn)生。

在一些示例在，光源202可彼此不同。

在一些示例中，光源202可以是發(fā)光二極管。這種發(fā)光二極管例如可發(fā)射可見光或它們可發(fā)射紫外光。

在其它示例中，光源202可以是激光器。

光源202可使用將光源202的陣列映射到輸入接口120及可選地到特定光導(dǎo)140的透鏡或透鏡陣列、光纖束或任何其它光學(xué)介質(zhì)耦合到光轉(zhuǎn)換元件110。

圖8示出不僅包括光轉(zhuǎn)換元件110還包括光波長選擇輸出元件220的裝置100的示例。光波長選擇輸出元件220與光轉(zhuǎn)換元件110的輸出接口130相關(guān)聯(lián)。光波長選擇輸出元件220被配置為使能由光轉(zhuǎn)換元件110的下轉(zhuǎn)換材料150產(chǎn)生的輸出光104的輸出并阻止輸入光102從光轉(zhuǎn)換元件110的輸出接口130輸出。因此，光波長選擇輸出元件220阻止用于激發(fā)下轉(zhuǎn)換材料150并允許作為激發(fā)下轉(zhuǎn)換材料150的結(jié)果產(chǎn)生的輸出光104的輸出的輸入光102的輸出。

圖9示出與圖8中所示的裝置類似的裝置100，然而，此外，它還包括與輸入接口120相關(guān)聯(lián)的光波長選擇輸入元件210。光波長選擇輸入元件210被配置為使能輸入光102輸入到光轉(zhuǎn)換元件110并阻止由光轉(zhuǎn)換元件110的下轉(zhuǎn)換材料150產(chǎn)生的輸出光104的輸出。因此，光波長選擇輸入元件210操作以阻止除了通過輸出接口130之外的由下轉(zhuǎn)換材料產(chǎn)生的光的損耗。例如，光波長選擇輸入元件210可對輸出光104反射并下轉(zhuǎn)換可操作以在內(nèi)部從輸入接口120向輸出接口130反射由下轉(zhuǎn)換材料150產(chǎn)生的光。

光波長選擇元件的制造在文獻(xiàn)中有詳細(xì)的記載，在本文不再進(jìn)一步描述。

圖10示出光纖面板176的示例。光纖面板176包括多個光學(xué)纖維170。每個光學(xué)纖維170包括芯部172和具有比芯部更高的折射率的包層部174。

光學(xué)纖維170在光纖面板176內(nèi)的布置是緊密堆積的光纖束170。在該示例但并非全部的示例中，每個光學(xué)纖維170具有圓形橫截面，以使得腔160具有相同的尺寸，包括在第一方向上的第一橫截面尺寸164和在第二方向上的第二橫截面尺寸166。第二方向在橫截面上與第一方向正交，第一尺寸和第二尺寸基本相等。這對于在橫截面內(nèi)的任何方向是成立的，因為橫截面是圓形的。腔160在第三維上沿光導(dǎo)140的長度僅僅是光導(dǎo)140的長度的一部分，使得在光導(dǎo)140的輸入接口120與腔160之間存在熱絕緣材料172、174。芯部172熱絕緣并且包層部174熱絕緣。

圖11示出光纖面板176在制造成如上所述的光轉(zhuǎn)換元件110之前的橫截面。制造過程在圖14和圖15中示出。

方法300的總體目的在圖14中示出，即在距光轉(zhuǎn)換元件110的輸入接口120的遠(yuǎn)端位置處懸掛下轉(zhuǎn)換材料150。這與如圖15中所示的光纖面板176相關(guān)地實現(xiàn)。

在框302，光纖面板176的光學(xué)纖維170的芯172的一部分被從光纖面板176的一端移除。光纖面板176的該端可在將形成光轉(zhuǎn)換元件110的輸出接口130的光纖面板176的終端處，光纖面板的另一端形成輸入接口120。

如圖12中所示，在框302之后，光纖芯172的一端已經(jīng)被移除，而保留光纖包層174的該端，所保留的圍繞光纖包層174形成多個腔160。

接下來在框304，下轉(zhuǎn)換材料150被添加到腔160。

接下來在框306，包括下轉(zhuǎn)換材料150的腔160被密封以創(chuàng)建光轉(zhuǎn)換元件110的輸出接口130。在一些示例中，該密封可以是氣密封。

如圖13中所示，一個或多個光波長選擇輸出元件220可與光轉(zhuǎn)換元件110的輸出接口130相關(guān)聯(lián)，一個或多個光波長選擇輸入元件210可與光轉(zhuǎn)換元件110的輸入接口120相關(guān)聯(lián)。

光源202可與光導(dǎo)140相關(guān)聯(lián)以提供輸入光102。

在圖13的示例中，腔160中的一些包括不同的下轉(zhuǎn)換材料150。由不同的下轉(zhuǎn)換材料150產(chǎn)生的輸出光104具有不同的發(fā)射光譜。從光源202向不同的下轉(zhuǎn)換材料150提供的輸入光102可以是同一輸入光或可以是不同的輸入光。

此外，如圖13中所示，腔160中的一些可以包括漫射材料190而不是下轉(zhuǎn)換材料150。這種漫射材料190可用于漫射在光導(dǎo)140的輸入接口120處接收的來自光源202'的光。在該示例中，光源202'是產(chǎn)生可見光的光源。

應(yīng)當(dāng)注意，光源202'不與光波長選擇輸入元件210相關(guān)聯(lián)，與光源202'相關(guān)聯(lián)的光導(dǎo)140不必具有關(guān)聯(lián)的光波長選擇輸出元件220。這是因為下轉(zhuǎn)換在光導(dǎo)140內(nèi)沒有光的轉(zhuǎn)換，由于其包括擴散材料190而不是下轉(zhuǎn)換材料150并且到該光導(dǎo)140的輸入光102可被選擇以使得它僅包括所需的波長。

盡管光轉(zhuǎn)換元件110已經(jīng)在顯示器的情境中描述，但它具有更廣泛的應(yīng)用。它還可用于可編程和可配置的照明器。在這種情況下，通過改變電流和/或脈沖寬度調(diào)制(pwm)占空比獨立驅(qū)動光源202組。通過將不同的光轉(zhuǎn)換元件110放置在光源202的前面，可以配置照明器。通過這種方式，可以設(shè)置不同的照明的光譜，而不需要更換光源202本身。這種照明器的一個應(yīng)用是相機的可重構(gòu)閃光燈，但它也適用于紅外光譜中的普通照明或?qū)Ｓ谜彰髌鳌?/p>

盡管光轉(zhuǎn)換元件110已經(jīng)在顯示器的情境中描述，但它具有更廣泛的應(yīng)用。它還可用于相同或不同的波長的光被提供為樣品的光譜研究或其它應(yīng)用。所研究的樣品可以是光轉(zhuǎn)換元件110的一部分，例如，放置在下轉(zhuǎn)換材料150的頂部上或與其相鄰的腔中?；蛘?，樣品可以是在光轉(zhuǎn)換元件110的頂部上對齊的單獨的元件的一部分。光轉(zhuǎn)換元件110提供光譜到空間轉(zhuǎn)換，并且樣品可以通過空間位置同時暴露于大量波長的光。輸出可以由相機捕獲和/或可以組合所有通道以進(jìn)行光譜和/或快速時間檢測。與寬帶光源和色散元件(例如，棱鏡)或衍射光柵光源相比的優(yōu)點是光譜效率高得多(不存在零級或更高階衍射的損耗)。通過不同地調(diào)制激發(fā)光源202(例如，uv/藍(lán)光)，時間分辨光譜也是可以的。這與傳統(tǒng)光譜學(xué)相反，其中寬帶光源同時調(diào)制光柵的所有輸出。

盡管光轉(zhuǎn)換元件110已經(jīng)在發(fā)射顯示器的情境中描述，但還可以使用光轉(zhuǎn)換元件110作為液晶顯示器(lcd)的背光源。背光源光轉(zhuǎn)換元件110可被分為可獨立尋址的塊，即背光源實際上是低分辨率顯示器，其上附著有更高分辨率lcd。通過這種方式，黑暗區(qū)域變得更暗(更高的對比度)，明亮區(qū)域更亮(更加的高亮)，并且功耗降低。在一些示例中，每個基色可以單獨調(diào)制。這將節(jié)省更多的功率并提供更大的色域。

在一些示例中，光導(dǎo)140可由玻璃或塑料制成。光導(dǎo)140可由在感興趣的波長處具有透射并且芯172與包層174之間折射率的足夠大的差異以獲得良好的導(dǎo)光的任何材料制成。

光導(dǎo)140可由光纖面板176或者可替代地松套光纖或光纖束制成。

光導(dǎo)140的末端可浸入下轉(zhuǎn)換材料150中在距輸入接口120的遠(yuǎn)端位置處懸掛光轉(zhuǎn)換材料。光導(dǎo)末端可被組裝到任何形狀和大小的顯示器或照明器表面。

一個輸入光源202可服務(wù)一個或幾個腔，幾個腔中的每一個可具有不同的下轉(zhuǎn)換材料150。

本文中使用的術(shù)語“包括”具有包容而非排它的含義。也即是說，任何提到“x包括y”表示x可以僅包括一個y或者可以包括多于一個y。如果意圖使用具有排它含義的“包括”，那么在上下文中將通過提及“僅包括一個···”或者使用“由······組成”來明確。。

在本簡要說明書中，已經(jīng)參考了各種示例。與示例相關(guān)的特征或功能的描述表示在該示例中存在這些特征或功能。在文本中使用的術(shù)語“示例”或“例如”或“可以”表示，無論是否被明確地陳述，這些特征或功能至少存在于所描述的示例中，無論是否被描述為示例，并且它們可以但不一定存在于一些或所有其它示例中。因此，“示例”、“例如”或“可以”是指一類示例中的特定實例。該實例的特性可以僅是該實例的特性或該類的特性或該類的子類的特性，該子類包括該類中的一些但不是全部的實例。因此，隱含公開針對一個示例但未針對另一個示例描述的特征可以但不必需用于其它示例。

盡管本發(fā)明的實施例已經(jīng)在之前的段落中參考各種示例進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解，可在不背離本發(fā)明要求保護(hù)的范圍的情況下對給出的示例進(jìn)行修改。

在之前的描述中描述的特征可用于除了明確描述的組合以外的組合中。

盡管已經(jīng)參考某些特征描述功能，這些功能可由其它特征來執(zhí)行，無論是否描述。

盡管已經(jīng)參考某些實施例描述特征，這些特征也可存在于其它實施例中，無論是否描述。

在之前的描述中試圖指出被認(rèn)為是特別重要的本發(fā)明的特征時，應(yīng)當(dāng)理解，申請人要求保護(hù)關(guān)于在本文中之前參考附圖和/或在附圖中示出的任何可授予專利的特征或特征組合的內(nèi)容，無論是否已經(jīng)強調(diào)。