專利名稱：具光致發(fā)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的固態(tài)發(fā)光裝置及標(biāo)牌的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及固態(tài)發(fā)光裝置及標(biāo)牌，其使用光致發(fā)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，以將由固態(tài)發(fā)光體產(chǎn)生的光轉(zhuǎn)換為期望色彩的光。
背景技術(shù)：
所屬技術(shù)領(lǐng)域已知白色發(fā)光LED ( “白色LED”)，且是相對(duì)較新近的創(chuàng)新。由于其較長(zhǎng)的操作壽命期望值(>50，000小時(shí))及較高的發(fā)光效率(每瓦特70流明及更高)，越來(lái)越多高亮度白色LED用于代替常規(guī)熒光光源、小型熒光光源及白熾光源。直到開發(fā)出在電磁光譜的藍(lán)色/紫外線部分中發(fā)射的LED，開發(fā)基于LED的白光源才變得實(shí)際。如在例如US5，998，925中所教示，白色LED包含一種或一種以上光致發(fā)光材料(例如，磷光體材料)，其吸收由所述LED發(fā)射的一部分輻射，且重新發(fā)射不同色彩(波長(zhǎng))的輻射。通常，LED芯片或裸片產(chǎn)生藍(lán)光，且所述磷光體吸收某個(gè)百分比的藍(lán)光，且重新發(fā)射黃光或綠光及紅光、綠光及黃光、綠光及橙光或黃光及紅光的組合。由所述LED產(chǎn)生的未被所述磷光體吸收的藍(lán)光部分與由所述磷光體發(fā)射的光組合，提供對(duì)于人眼呈現(xiàn)為接近白色的光。由所述LED光產(chǎn)生的確切色彩在很大程度上取決于由所述磷光體材料發(fā)射的光的量，因?yàn)樗隽坠怏w發(fā)射的光的量(及波長(zhǎng))及殘余的藍(lán)光的量(及波長(zhǎng))的組合決定所得光的色彩。因此，用來(lái)產(chǎn)生白光的基于磷光體的LED裝置將需要足夠量的磷光體以正確運(yùn)作，因?yàn)椴痪哂凶銐蛄康牧坠怏w材料的所述基于磷光體的LED裝置將無(wú)法產(chǎn)生呈現(xiàn)為白色的光。問(wèn)題在于磷光體材料相對(duì)昂貴，且因此對(duì)應(yīng)于生產(chǎn)基于磷光體的LED裝置的成本的主要部分。通常，在LED燈中的磷光體材料與光透射材料(例如硅酮或環(huán)氧樹脂材料)混合，且所述混合物直接施覆到所述LED裸片的發(fā)光表面。此導(dǎo)致直接置于所述LED裸片上的磷光體材料的較小覆蓋面積層，但其在生產(chǎn)上仍然較昂貴，部分是因?yàn)樗隽坠怏w材料的高昂成本。如頒予Li的第US2008/02118992A1號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中所揭示，還已知將所述磷光體材料作為光學(xué)組件上的一層而提供，或?qū)⑺隽坠怏w材料合并在光學(xué)組件內(nèi)，所述光學(xué)組件在物理上位于所述LED裸片遠(yuǎn)程。此通常導(dǎo)致具有比前述段落中描述的方法大很多的覆蓋面積的一層磷光體材料。因?yàn)槠漭^大尺寸，通常需要更大量的磷光體，以制造此些“遠(yuǎn)程磷光體” LED裝置。結(jié)果，為提供此些遠(yuǎn)程磷光體LED裝置需要的增加量的磷光體材料，成本也相應(yīng)更大。例如，頒予Li等人的第US2007/0240346A1號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案教示固態(tài)發(fā)光標(biāo)志，其中來(lái)自LED的藍(lán)光用于激發(fā)發(fā)光標(biāo)牌表面上的磷光體材料，以產(chǎn)生期望色彩的光。通常必須存在大量磷光體材料，才能裝填所述發(fā)光標(biāo)牌的寬闊表面，以使所述裝置針對(duì)其所要的光功能性而產(chǎn)生適當(dāng)色彩。因此，需要實(shí)施LED照明裝備的改進(jìn)方法，其保持裝置的期望色彩性質(zhì)，但不需要使用在現(xiàn)有方法中需要的大量光致發(fā)光材料(例如，磷光體材料)。
本發(fā)明的一些實(shí)施例的目的是提供發(fā)光裝置、發(fā)光標(biāo)志、光致發(fā)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件及光致發(fā)光標(biāo)牌表面，其至少部分克服已知裝置的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及固態(tài)發(fā)光裝置及標(biāo)牌，其包括一個(gè)或一個(gè)以上固態(tài)發(fā)光體，通常為L(zhǎng)ED，其可操作以產(chǎn)生藍(lán)光，所述藍(lán)光用于激發(fā)光致發(fā)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件或光致發(fā)光的發(fā)光標(biāo)牌表面，所述發(fā)光標(biāo)牌表面含有可激發(fā)藍(lán)光的光致發(fā)光(例如，磷光體材料)粒子。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，且為增加由所述磷光體材料產(chǎn)生的光致發(fā)光的光，所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件及/或標(biāo)牌表面進(jìn)一步包括將光反射材料(在本文中還稱為“光散射材料”)的粒子與磷光體材料合并。增強(qiáng)的光產(chǎn)生源自所述光反射材料增加所述LED產(chǎn)生的光與所述磷光體材料的粒子碰撞的數(shù)目，此減小磷光體材料的使用量，以產(chǎn)生所選擇的發(fā)射產(chǎn)物色彩。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，發(fā)光裝置包括:至少一個(gè)固態(tài)發(fā)光體，其可操作以產(chǎn)生藍(lán)光；及光致發(fā)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件，其包括至少一種磷光體材料的粒子與光反射材料的粒子的混合物，其中至少一種磷光體材料與光反射材料的所述混合物分布在較大覆蓋面積上，例如，至少0.Scm2的面積。特定來(lái)說(shuō)，包含光反射材料與所述磷光體材料的粒子可增加由所述磷光體材料產(chǎn)生的光致發(fā)光的光。光致發(fā)光的光產(chǎn)生的增加源自所述光反射材料增加光子與所述磷光體材料的粒子碰撞的可能性。在一些實(shí)施例中，包含所述光反射材料可針對(duì)給定發(fā)射產(chǎn)物色彩及強(qiáng)度，潛在地將磷光體材料的使用減小33%或更多。本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及其中將包含所述磷光體材料的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件提供在所述發(fā)光體“遠(yuǎn)程”的裝置，以減小從所述發(fā)光體到所述磷光體材料的熱傳遞。在此申請(qǐng)案的上下文中，“遠(yuǎn)程”及“遠(yuǎn)程地”意指通過(guò)例如空氣間隙或光透射介質(zhì)而在物理上分離。在遠(yuǎn)程磷光體裝置中，所述磷光體材料分布在比所述發(fā)光體的發(fā)光表面的面積大很多的面積上。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，其上分布所述磷光體材料及光反射材料的面積是所述發(fā)光體的發(fā)光面積的至少五十倍。此外，在一些實(shí)施例中，所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件位于距所述發(fā)光體至少5mm的距離，且優(yōu)選地由間隙(例如，空氣間隙)分離。將所述磷光體材料與所述固態(tài)發(fā)射體分離減少到所述磷光體材料的熱傳遞，且減小所述磷 光體材料的熱降解。有利地，在一些實(shí)施例中利用的光反射材料具有盡可能高的反射率，且優(yōu)選具有至少0.9的反射系數(shù)。所述光反射材料可包括氧化鎂(MgO)、二氧化鈦(TiO2)、硫酸鋇(BaSO4)，或其組合。優(yōu)選地，所述光反射材料具有在0.01 μ m到10 μ m，0.01 μ m到0.1 μ m或0.Ιμπι到Ιμπι的范圍內(nèi)的粒子尺寸。一些實(shí)施例中的所述磷光體材料優(yōu)選地具有在從2 μ m到60 μ m的范圍內(nèi)的粒子尺寸，且通常在ΙΟμ 到20μπ 的范圍內(nèi)的粒子尺寸。認(rèn)為在一些實(shí)施例中，所述光反射材料的粒子尺寸優(yōu)選小于所述磷光體材料的粒子尺寸至少10倍是有利的。在一些實(shí)施例中，光反射材料對(duì)磷光體材料的重量百分比裝載可在0.01%到10%、0.1%到1%或0.5%到1%的范圍內(nèi)。在一種布置中，所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件包括光透射襯底，磷光體與光反射材料的混合物作為至少一層而提供于所述襯底上。所述組件可配置為光透射窗，使得通過(guò)所述組件的一定比例的藍(lán)光將由所述磷光體材料轉(zhuǎn)換為不同色彩的光?；蛘?，所述組件可配置為光導(dǎo)(波導(dǎo))，且磷光體與光反射材料的混合物提供在所述襯底的面的至少一部分上。有利地，磷光體與光反射材料的混合物通過(guò)網(wǎng)版印刷而施覆到所述襯底的表面上。或者，所述混合物可通過(guò)噴墨印刷、旋涂或刮刀涂敷而沉積在所述襯底上。優(yōu)選地，所述光透射襯底包括丙烯酸、聚碳酸酯、環(huán)氧樹脂、硅酮或玻璃。在另一布置中，所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件包括光透射襯底，其具有遍及其體積而均勻地分布的磷光體與光反射材料的混合物。優(yōu)選地，所述光透射襯底包括丙烯酸、聚碳酸酯、環(huán)氧樹脂、硅酮或玻璃。在進(jìn)一步布置中，所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件是光反射的，且可包括光反射表面，磷光體與光反射材料的混合物作為至少一層而提供于所述表面上。磷光體與光反射材料的混合物可通過(guò)網(wǎng)版印刷、旋涂或刮刀涂敷而施覆到所述光反射表面。所述光反射襯底可包括任意光反射表面，且優(yōu)選具有至少0.9的反射系數(shù)。所述光反射表面可包括拋光金屬表面，例如銀、鋁、鉻；光反射聚合物；光反射紙或光反射涂料。在一些實(shí)施例中，所述至少一個(gè)固態(tài)發(fā)光體包括LED，其可操作以產(chǎn)生具有在440nm到480nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的峰值波長(zhǎng)的藍(lán)光?；蛘?，所述固態(tài)發(fā)光體可包括激光或激光
二極管。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的進(jìn)一步方面，固態(tài)發(fā)光裝置的光致發(fā)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件包括至少一種光致發(fā)光材料的粒子與光反射材料的粒子的混合物，其中至少一種磷光體材料與光反射材料的混合物分布在至少0.Scm2的面積上。所述光反射材料優(yōu)選具有盡可能高的反射系數(shù)，優(yōu)選為至少0.9，且可包括Mg0、Ti02、BaS04粒子，或其組合。優(yōu)選地，所述光反射材料具有在0.01 μ m到10 μ m, 0.01 μ m到I μ m或0.1 μ m到I μ m的范圍內(nèi)的粒子尺寸。所述磷光體材料優(yōu)選包括無(wú)機(jī)材料，例如正硅酸鹽、氮化物、硫酸鹽、氧氮化物、氧硫酸鹽或石榴石(YAG)材料，具有在2 μ m到60 μ m(且更特定地為10 μ m到20 μ m)的范圍內(nèi)的粒子尺寸。有利地，光反射材料對(duì)磷光`體材料的重量百分比裝載在0.01%到10%、0.01%到1%、0.1%到1%或0.5%到1%的范圍內(nèi)。所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件可為光透射的或光反射的。在所述組件是光透射的時(shí)，所述組件可配置為光透射窗，使得通過(guò)所述組件的一定比例的藍(lán)光將由所述磷光體材料轉(zhuǎn)換為不同色彩的光?；蛘?，所述組件可配置為光導(dǎo)(波導(dǎo))，且磷光體與光反射材料的混合物提供在所述襯底的面的至少一部分上，或提供在接近所述面的一層上。磷光體材料與光反射材料的混合物可(a)提供為所述組件的所述表面的至少一部分上的一層或一個(gè)以上層，或( )遍及所述光透射襯底的體積而均勻地分布。所述光透射襯底可包括光透射聚合物，例如丙烯酸、聚碳酸酯、環(huán)氧樹脂或硅酮或玻璃。在所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件是光反射的時(shí)，所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件可包括光反射表面，磷光體材料與光反射材料的混合物作為一層或一層以上而提供于所述表面上。所述光反射表面可包括具有較高反射系數(shù)(優(yōu)選為至少0.9)的任何表面，包含銀、鋁、鉻的金屬表面、光反射聚合物、光反射紙或卡、光反射涂料。為了容易制造，所述磷光體材料與所述光反射材料的混合物可通過(guò)印刷(優(yōu)選為網(wǎng)版印刷或噴墨印刷)、旋涂或刮刀涂敷而提供在所述組件上。在一些實(shí)施例中，用在所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件內(nèi)的光反射/散射材料具有粒子尺寸，所述粒子尺寸經(jīng)選擇使得比起所述粒子將散射由所述磷光體材料產(chǎn)生的光，其將散射相對(duì)更多的藍(lán)光。例如，所述光反射粒子尺寸可經(jīng)選擇使得比起所述粒子將散射由所述至少一種磷光體材料產(chǎn)生的光，其將散射相對(duì)至少兩倍的藍(lán)光。此確保將散射從所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層發(fā)射的更大比例的藍(lán)光，從而增加光子與磷光體材料粒子交互作用的可能性，且導(dǎo)致產(chǎn)生光致發(fā)光的光。同時(shí)，磷光體產(chǎn)生的光可以被散射的較低可能性通過(guò)。所述光反射/散射材料可體現(xiàn)在分離的層中，其鄰近于或接近包含所述磷光體材料的一層。所述分離光反射層可用于替代將光反射/散射材料混合到與所述磷光體材料相同的層中及/或除將光反射/散射材料混合到與所述磷光體材料相同的層中之外而使用。所述分離的光反射層中可使用與所述磷光體材料混合的所述光反射材料相同或不同的反射材料。本發(fā)明的實(shí)施例可應(yīng)用在具有任意適宜形狀(無(wú)論平面或三維及包圍一些額外體積)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的又一方面,發(fā)光標(biāo)志包括:至少一個(gè)固態(tài)發(fā)光體，其可操作以產(chǎn)生藍(lán)光；及光致發(fā)光標(biāo)牌表面，其包括光透射襯底，其具有分布在至少IOOcm2的面積上的至少一種磷光體材料的粒子與光反射材料的粒子的混合物。磷光體材料與光反射材料的混合物可配置為圖案，以定義圖像、圖片、字母、數(shù)字、裝置、圖案或其它標(biāo)牌信息?；蛘?，例如為刻槽型文字(channel lettering)所需要的，所述標(biāo)牌表面的形狀可經(jīng)配置以定義標(biāo)牌信息。在所述標(biāo)志是背光時(shí)，即所述發(fā)光體位于所述標(biāo)牌表面后方，所述標(biāo)牌表面配置為光透射窗，使得通過(guò)所述組件的一定比例的藍(lán)光將由所述磷光體材料轉(zhuǎn)換為不同色彩的光，所述標(biāo)牌表面優(yōu)選位于距所述發(fā)光體至少5mm的距離處。或者，所述標(biāo)志可為邊緣照亮的，且所述襯底配置為光導(dǎo)，且磷光體材料與光反射材料的混合物提供在所述光導(dǎo)的發(fā)光面的至少一部分上。在一些情況中，所述襯底將為平面的，且光可從所述襯底的一個(gè)或一個(gè)以上邊緣耦合到所述光導(dǎo)。在一些實(shí)施例中，所述光反射材料具有0.Ο μπι到ΙΟμπκΟ.ΟΙμηι到Ιμπι或0.1 μ m到I μ m的粒子尺寸,而所述磷光體材料具有2 μ m到60 μ m且優(yōu)選為10 μ m到20 μ m的粒子尺寸。光反射材料對(duì)磷光體材料的重量百分比裝載可在0.01%到10%、0.01%到1%、0.1%到1%或0.5%到1%的范圍內(nèi)。所述光反射材料可包括Mg。、Ti02、BaSO4,或其組合。磷光體材料與光反射材料的混合物宜通過(guò)網(wǎng)版印刷而提供在所述襯底上?；蛘?，其可通過(guò)噴墨印刷、旋涂或刮刀涂敷而沉積在所述襯底上。所述光透射襯底可包括任意光透射材料，包含丙烯酸、聚碳酸酯、環(huán)氧樹脂、硅酮及玻璃。根據(jù)本發(fā)明的又另一方面，固態(tài)發(fā)光標(biāo)志的光致發(fā)光標(biāo)牌表面包括光透射襯底，其具有分布在至少100m2的面積上的至少一種磷光體材料的粒子與光反射材料的粒子的混合物。所述標(biāo)牌表面可配置為光透射窗，使得通過(guò)所述組件的一定比例的藍(lán)光將轉(zhuǎn)換為不同色彩的光?；蛘?，所述襯底可配置為光導(dǎo)，且磷光體材料與光反射材料的混合物提供在所述光導(dǎo)的發(fā)光面的至少一部分上，或接近于所述光導(dǎo)的發(fā)光面的至少一部分上。所述光反射材料可具有0.01 μ m到10 μ m、0.01 μ m到I μ m或0.1 μ m到I μ m的粒子尺寸。所述磷光體材料可具有2 μ m到60 μ m且優(yōu)選在10 μ m到20 μ m的范圍內(nèi)的粒子尺寸。在一些實(shí)施例中，光反射材料對(duì)磷光體材料的重量百分比裝載可在0.01%到10%、0.01%到1%、0.1%到1%或0.5%到1%的范圍內(nèi)。所述光反射材料可包括MgO、TiO2^BaSO4,
或其組合。優(yōu)選地，磷光體材料與光反射材料的混合物通過(guò)網(wǎng)版印刷而提供在所述襯底上?；蛘?，其可通過(guò)噴墨印刷、旋涂或刮刀涂敷而沉積。所述光透射襯底可包括丙烯酸、聚碳酸酯、環(huán)氧樹脂、硅酮及玻璃。


為更充分理解本發(fā)明，現(xiàn)將參考附圖僅作為實(shí)例而描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)發(fā)光裝置及標(biāo)志。圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基于LED的發(fā)光裝置的示意圖；圖2是說(shuō)明已知發(fā)光裝置的操作原理的示意圖；圖3是說(shuō)明圖1的發(fā)光裝置的操作原理的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的基于LED的發(fā)光裝置對(duì)于不同重量百分比裝載的光反射材料的發(fā)射強(qiáng)度對(duì)色度CIE X的標(biāo)繪圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例的基于LED的發(fā)光裝置的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的基于LED的發(fā)光裝置的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例的基于LED的發(fā)光裝置的示意圖；圖8是說(shuō)明圖 7的發(fā)光裝置的操作原理的示意圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的磷光體波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件的示意圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的磷光體波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件的示意圖；圖11展示紅光、綠光及藍(lán)光的相對(duì)光散射對(duì)于光衍射粒子尺寸(nm)的標(biāo)繪圖；圖12說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例的基于LED的發(fā)光裝置；以及圖13說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例的圖12的基于LED的發(fā)光裝置的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一些實(shí)施例是針對(duì)包括一個(gè)或一個(gè)以上固態(tài)發(fā)光體(通常為L(zhǎng)ED)的發(fā)光裝置，所述一個(gè)或一個(gè)以上固態(tài)發(fā)光體可操作以產(chǎn)生激發(fā)光(通常為藍(lán)色)，其用于激發(fā)含有光致發(fā)光材料(例如，磷光體材料)(例如可激發(fā)藍(lán)光的磷光體材料)粒子的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件。此外，所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件包括與所述磷光體材料合并的光反射材料(在本文中還稱為“光散射材料”)的粒子，以增強(qiáng)由所述磷光體材料產(chǎn)生的光致發(fā)光的光。增強(qiáng)的光產(chǎn)生源自所述光反射材料增加由所述發(fā)光體產(chǎn)生的光與所述磷光體材料的粒子碰撞的數(shù)目。最終結(jié)果是減少用于所述發(fā)光裝置的磷光體材料使用。僅出于說(shuō)明目的，以下描述參考明確地體現(xiàn)為磷光體材料的光致發(fā)光材料而作出。然而，本發(fā)明可應(yīng)用在任意類型的光致發(fā)光材料，例如磷光體材料或量子點(diǎn)。量子點(diǎn)是物質(zhì)(例如，半導(dǎo)體)的一部分，其激發(fā)子被限制在所有三個(gè)空間維度中，所述激發(fā)子可由輻射能量激發(fā)，以發(fā)射特定波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍的光。因而，除非主張基于磷光體的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件，否則本發(fā)明并不限于基于磷光體的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件。此外，在此專利說(shuō)明書中，相同參考數(shù)字用于指示相同部分。
圖1展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基于LED的白色發(fā)光裝置10的示意圖。裝置10包括藍(lán)色發(fā)光LED12及位于所述LED遠(yuǎn)程的光致發(fā)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件14。如所展示，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件14可包括光透射窗(襯底)16，其在至少一個(gè)面上具有磷光體轉(zhuǎn)換層18。磷光體轉(zhuǎn)換層18包括可激發(fā)藍(lán)光的磷光體材料20的粒子、光反射材料22的粒子與光透射粘合劑材料24的混合物。光透射窗16可包括任意光透射材料，例如聚合物材料，例如，聚碳酸酯、丙烯酸、硅酮或環(huán)氧樹脂或玻璃(例如石英玻璃)。通常，為了容易制造，光透射窗16是平面的，通常為圓盤形的形式，但其可取決于所要應(yīng)用而為正方形、矩形或其它形狀。在所述光透射窗是圓盤形時(shí)，直徑可在約Icm與IOcm之間，其是0.8cm2與80cm2之間的面積的光學(xué)孔徑。在替代實(shí)施例中，預(yù)想光透射窗16包括以所選擇的方向引導(dǎo)光的光學(xué)組件，例如凸透鏡或凹透鏡。為減少?gòu)腖ED12到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件14的熱傳遞，尤其到所述磷光體材料的熱傳遞，所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件位于所述LED遠(yuǎn)程，物理上分離至少5mm的距離L。本發(fā)明的實(shí)施例涉及其中在所述LED遠(yuǎn)程提供所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件及(更重要地)所述磷光體材料的裝置，以減少?gòu)乃霭l(fā)光體到所述磷光體材料的熱傳遞。在此申請(qǐng)案的上下文中，遠(yuǎn)程意指例如以空氣間隙或光透射介質(zhì)而在物理上分離。應(yīng)了解，在遠(yuǎn)程磷光體裝置中，所述磷光體材料分布在比所述LED的所述發(fā)光表面的面積(例如,0.03cm2)大很多的面積上(例如,0.8cm2至IJ 80cm2)。通常，所述磷光體材料分布在所述LED的發(fā)光面積的至少五十倍(通常至少100倍)的面積上。藍(lán)色LED12可包括基于GaN(基于氮化鎵)的LED，其可操作以產(chǎn)生具有在440nm到480nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)(通常為465nm)的峰值波長(zhǎng)λ:的藍(lán)光26。藍(lán)色LED12經(jīng)配置以用藍(lán)色激發(fā)光26照射波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件14，由磷光體材料20吸收一定比例，且作為響應(yīng)而發(fā)射不同波長(zhǎng)入2的光28，通常對(duì)于冷白色發(fā)光裝置為黃-綠色。裝置10的發(fā)射產(chǎn)物30 (其經(jīng)配置以呈現(xiàn)為白色)包括由LED發(fā)射的光26與由磷光體材料20產(chǎn)生的光28的組合。磷光體材料20及光反射材料22 (其為粉末形式)按已知比例與光透射粘合劑材料24徹底混合，光透射粘合劑材料24例如聚合物材料(例如，熱可固化或UV可固化硅酮或環(huán)氧樹脂材料)，或透明墨水，例如Nazdar’s UV可固化石版透明罩印PSLC-294。所述混合物作為具有均一厚度的一層或一個(gè)以上層而施覆到窗16的面。在優(yōu)選實(shí)施例中，所述混合物通過(guò)網(wǎng)版印刷而施覆到所述光透射窗，且所述層的厚度t通過(guò)印刷次數(shù)而控制。如將對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見，所述磷光體/反射材料的混合物可使用其它方法施覆，包含噴墨印刷、旋涂，或使用刮刀(例如刮板)將所述混合物橫掃于所述表面上(例如，刮刀涂敷)。在進(jìn)一步實(shí)施例中，預(yù)想將磷光體與光反射材料的混合物在所述光透射窗中合并。例如，所述磷光體與光反射材料混合物可與光透射聚合物混合，且所述聚合物/磷光體混合物被擠出或射出成型，以形成具有遍及所述組件的體積而均勻地分布的所述磷光體及光反射材料的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件14。使所述磷光體材料位于所述LED遠(yuǎn)程提供許多優(yōu)點(diǎn)，即減少所述磷光體材料的熱降解。此外，對(duì)比于其中所述磷光體材料直接接觸所述LED裸片的發(fā)光表面而提供的裝置，遠(yuǎn)程地提供所述磷光體材料減少吸收由所述LED裸片背部散射的光。此外，使所述磷光體位在遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生更一致色彩及/或CCT的光，因?yàn)閷?duì)比于將所述磷光體直接提供在所述LED裸片的發(fā)光表面上，所述磷光體材料是提供在大得多的面積上。
所述磷光體材料可包括無(wú)機(jī)或有機(jī)磷光體，例如普通組合物A3Si (O, D)5或A2Si (O, D)4的基于硅酸鹽的磷光體，其中Si是硅，O是氧，A包括鍶(Sr)、鋇(Ba)、鎂(Mg)或鈣(Ca)，且D包括氯(Cl)、氟(F)、氮(N)或硫(S)?；诠杷猁}的磷光體的實(shí)例揭示于以下美國(guó)專利中:US7, 575，697 “銪激活的基于娃酸鹽的綠色磷光體(Europium activatedsilicate-based green phosphor)，，(讓與給Intematix Corp.) ;US7, 601，276“兩相的基于娃酸鹽的黃色憐光體(Two phase silicate-based yellow phosphor) ”(讓與給IntematixCorp.) ;US7, 601，276“基于娃酸鹽的澄色憐光體(Silicate-based orange phosphor)”(讓與給Intematix Corp.)及US7，311，858 “基于娃酸鹽的黃綠色憐光體(Silicate-basedyellow-green phosphor) ”(讓與給Intematix Corp.) 所述憐光體還可包括基于招酸鹽的材料(例如我們同在申請(qǐng)中的第US2006/0158090號(hào)專利申請(qǐng)案“基于鋁酸鹽的綠色磷光體(Aluminate-based gr een phosphor) ”及第US7, 390，437號(hào)專利“基于招酸鹽的藍(lán)色憐光體(Aluminate-based blue phosphor) ”(讓與給 Intematix Corp.)中所教不)、硅酸鋁磷光體(如在同在申請(qǐng)中的第US2008/0111472號(hào)申請(qǐng)案“硅酸鋁橙紅色磷光體(Aluminum-silicate orange-red phosphor) ”中教不)或基于氮化物的紅色憐光體材料(例如在2009年12月7日申請(qǐng)的同在申請(qǐng)中的第12/632,550號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中所教示)。應(yīng)了解，所述磷光體材料并不限于本文中描述的實(shí)例，且可包括任意磷光體材料，包含氮化物及/或硫酸鹽磷光體材料、氧氮化物及氧硫酸鹽磷光體或石榴石材料(YAG)。所述磷光體材料包括大體上為具有10 μ m到20 μ m且通常為15 μ m數(shù)量級(jí)的直徑的球形形式的粒子。所述磷光體材料可包括2 μ m到60 μ m的尺寸的粒子。光反射材料22包括具有較高反射率(通常為0.9或更高的反射系數(shù))的粉末材料。所述光反射材料的粒子尺寸通常在0.Ιμ 到10 μ m的范圍內(nèi)，且在優(yōu)選實(shí)施例中在0.1 μ m到10 μ m的范圍內(nèi)。光反射材料對(duì)磷光體材料的重量百分比裝載在0.1%到10%的范圍內(nèi)，且在優(yōu)選實(shí)施例中在1%到2%的范圍內(nèi)。光反射材料的實(shí)例包含氧化鎂(MgO)、二氧化鈦(TiO2)、硫酸鋇(BaSO4),及其組合。所述光反射材料還可包括白色墨水，例如NorcoteInternational Inc.的超級(jí)白色墨水GN-027SA，其已包含高度光反射材料(通常為TiO2)的粒子。在描述本發(fā)明的裝置的操作之前，將參考圖2描述已知發(fā)光裝置的操作，圖2展示利用磷光體波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的基于冷白色LED的發(fā)光裝置的示意圖。與本發(fā)明的裝置一樣，所述已知裝置包含波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件18，其包含遍及光透射粘合劑24的體積而均勻分布的磷光體材料粒子20。不像本發(fā)明的裝置，所述已知裝置并不包含光反射材料的粒子。在操作中，來(lái)自所述LED的藍(lán)光26由光透射粘合劑24傳輸，直到其撞擊磷光體材料的粒子。相信光子與磷光體材料粒子的交互作用平均只有萬(wàn)分之一導(dǎo)致光致發(fā)光的光的吸收及產(chǎn)生。光子與磷光體粒子的交互作用的大部分(約99.99%)導(dǎo)致所述光子的散射。由于散射過(guò)程的各向同性本質(zhì)，平均一半的散射光子將在往回朝向所述LED的方向中。測(cè)試指示通常全部入射藍(lán)光的約10%在往回朝向所述LED的方向中從所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件散射且發(fā)射。對(duì)于冷白色發(fā)光裝置，磷光體材料的量經(jīng)選擇以允許全部入射藍(lán)光的約10%被發(fā)射穿過(guò)所述窗，且促成發(fā)射產(chǎn)物的形成。所述入射光的大部分(約80%)被所述磷光體材料吸收，且重新發(fā)射為光致發(fā)光的光28。由于光致發(fā)光的光產(chǎn)生的各向同性本質(zhì)，由所述磷光體材料產(chǎn)生的約一半的光28將在朝向所述LED的方向中發(fā)射。結(jié)果，全部入射光的至多(丨)40%將發(fā)射為波長(zhǎng)λ 2的光28，且促成發(fā)射產(chǎn)物30的形成，而全部入射光的至多(丨)40%將在往回朝向所述LED的方向中發(fā)射為波長(zhǎng)λ2的光28。通常，朝向所述LED發(fā)射的光由反射鏡(未展示)重新引導(dǎo)，以增加所述裝置的總體效率。現(xiàn)參考圖3描述根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的冷白色發(fā)光裝置10的操作，圖3展示圖1的裝置的操作的示意圖。本發(fā)明的裝置的操作類似于圖2，但額外地包含由所述光反射/散射材料的粒子的反射或散射光(波長(zhǎng)為^及λ 2)。通過(guò)包含光反射材料與所述磷光體材料的粒子，此可減少產(chǎn)生給定色彩的發(fā)射產(chǎn)物所需的磷光體材料的量，例如，在一些實(shí)施例中減少多達(dá)33%。相信光反射材料的粒子增加光子撞擊磷光體材料的粒子的可能性，且因此對(duì)于給定色彩的發(fā)射產(chǎn)物，需要較少磷光體材料。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的發(fā)光裝置對(duì)于令-0%、.-0.4%, A -1.1%及 -2%的光反射材料的重量百分比裝載的發(fā)射強(qiáng)度對(duì)色度CIE X的標(biāo)繪圖。數(shù)據(jù)是針對(duì)網(wǎng)版印刷磷光體轉(zhuǎn)換層，其中粘合劑材料包括Nazdar's UV可固化石版透明罩印PSLC-294，且所述磷光體材料包括Intematix公司的磷光體EY4453,其具有15 μ m的平均粒子尺寸。磷光體材料對(duì)透明墨水的重量比例是2:1。所述光反射材料包括Norcote InternationalInc.的超級(jí)白色墨水GN-027SA。裝載光反射材料的數(shù)字指超級(jí)白色墨水對(duì)透明墨水的重量百分比。與每一數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)的較小參考數(shù)字指示形成所述磷光體層所使用的印刷次數(shù)的數(shù)目“η”。應(yīng)了解，印刷次數(shù)的數(shù)目與所述磷光體層18的厚度及磷光體的數(shù)量成正比。橢圓32、34、36、38用于圈定具有實(shí)質(zhì)上相同強(qiáng)度及CIE χ值的發(fā)射產(chǎn)物的數(shù)據(jù)點(diǎn)。例如，指示類似強(qiáng)度及色彩的發(fā)射產(chǎn)物的橢圓32可針對(duì)包括以下項(xiàng)目的磷光體轉(zhuǎn)換層18產(chǎn)生:i)在沒(méi)有光反射材料的情況下，印刷3次，及ii)在2%裝載的光反射材料的情況下，印刷2次。此些數(shù)據(jù)指示通過(guò)包含2%重量裝載的光反射材料，可使用包括約少33%的磷光體材料的磷光體轉(zhuǎn)換層18產(chǎn)生相同色彩及強(qiáng)度的光。指示相同強(qiáng)度及色彩的發(fā)射產(chǎn)物的橢圓34針對(duì)包括以下項(xiàng)目的磷光體轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生:i)在沒(méi)有光反射材料的情況下，印刷4次，及ii)在0.4%裝載的光反射材料的情況下，印刷3次。此些數(shù)據(jù)指示對(duì)于此實(shí)施例，通過(guò)包含0.4%重量裝載的光反射材料，可使用包括約少25%的磷光體的磷光體轉(zhuǎn)換層產(chǎn)生相同色彩及強(qiáng)度的光。指示相同強(qiáng)度及色彩的發(fā)射產(chǎn)物的橢圓36針對(duì)包括以下項(xiàng)目的磷光體轉(zhuǎn)換層產(chǎn)生:i)在沒(méi)有光反射材料的情況下，印刷4次，及ii)在1.1%裝載的光反射材料的情況下，印刷3次。此些數(shù)據(jù)指示，通過(guò)包含1.1%重量裝載的光反射材料，可使用包括約少25%的磷光體的磷光體轉(zhuǎn)換層產(chǎn)生相同色彩及強(qiáng)度的光。指示相同強(qiáng)度及色彩的發(fā)射產(chǎn)物的橢圓38針對(duì)包括以下項(xiàng)目的磷光體轉(zhuǎn)換層產(chǎn)生:i)在0.4%重量裝載的光反射材料的情況下，印刷4次，及ii)在2%重量裝載的光反射材料的情況下，印刷3次。此些數(shù)據(jù)指示，通過(guò)包含
0.4%重量裝載的光反射材料，可使用包括約少25%的磷光體的磷光體轉(zhuǎn)換層產(chǎn)生相同色彩及強(qiáng)度的光。點(diǎn)40 (n=4,1.1%裝載)及42 (n=4, 2%裝載)暗示存在飽合點(diǎn),超過(guò)所述飽合點(diǎn)，光反射材料裝載的增加導(dǎo)致發(fā)射強(qiáng)度的減小且對(duì)色彩影響極小。圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的基于LED的白色發(fā)光裝置10的示意圖。在此實(shí)施例中，光透射襯底1 6配置為光導(dǎo)(波導(dǎo))，且磷光體轉(zhuǎn)換層18提供在所述襯底的一個(gè)面(發(fā)光面)上。通常，襯底16是實(shí)質(zhì)上平面的，且取決于應(yīng)用可為圓盤形、正方形、矩形或其它形狀。在所述襯底是圓盤形時(shí)，所述直徑可通常在約5cm與30cm之間,對(duì)應(yīng)于約20cm2與約700cm2之間的面積的發(fā)光面。在所述襯底形式為正方形或矩形時(shí)，各邊可通常在約5cm與40cm之間，對(duì)應(yīng)于約80cm2與約5000cm2之間的發(fā)光面。在所述襯底16的非發(fā)光面(如所說(shuō)明的下方表面)上，可提供一層光反射材料44以防止來(lái)自所述裝置后方的光發(fā)射。反射材料44可包括金屬涂層，例如鉻，或有光澤的白色材料，例如塑料材料或紙。為使從所述襯底邊緣發(fā)射的光最小化，所述襯底的邊緣優(yōu)選地包含光反射表面(未展不)。一個(gè)或一個(gè)以上藍(lán)色LED12經(jīng)配置以將藍(lán)光26耦合到襯底16的一個(gè)或一個(gè)以上邊緣。在操作中，耦合到襯底16的光26通過(guò)全內(nèi)反射而被引導(dǎo)遍及襯底16的整個(gè)體積。以大于臨界角的角度撞擊所述襯底的發(fā)光面的光26將被發(fā)射通過(guò)所述發(fā)光面，且進(jìn)入磷光體波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層18。所述裝置的操作與參考圖3描述的操作相同。如圖5中所指示，以離開所述發(fā)光面的方向發(fā)射的磷光體產(chǎn)生的光46可重新進(jìn)入襯底16，且最終由于光反射層44的反射而發(fā)射通過(guò)發(fā)光面。從所述裝置發(fā)射的最終照明產(chǎn)物30是由所述LED產(chǎn)生的藍(lán)光26與由所述磷光體波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層18產(chǎn)生的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的光28的組合。圖6是替代的基于LED的白色發(fā)光裝置10的示意圖，其中光透射襯底16配置為光導(dǎo)(波導(dǎo))。在此實(shí)施例中，磷光體轉(zhuǎn)換層18提供在所述襯底的與發(fā)光面相對(duì)的面上，且光反射層44提供在所述磷光體轉(zhuǎn)換層18上。圖7展示根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例的基于LED的白色發(fā)光裝置10的示意圖。在此實(shí)施例中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件14是光反射的，且包括光反射表面48，其上施覆磷光體轉(zhuǎn)換層
18。如所展示，光反射表面48可包括拋物面表面，但其還可包括任意表面，包含平面、凸面及凹面。為使從所述裝置的光發(fā)射最大化，所述光反射表面盡可能具反射性，且優(yōu)選地具有至少0.9的反射系數(shù)。所述光反射表面可包括:拋光金屬表面，例如銀、鋁、鉻；光反射聚合物；光反射紙或光反射涂料。為幫助熱消散，所述光反射表面優(yōu)選為導(dǎo)熱的。圖7的發(fā)光裝置的操作在圖8中說(shuō)明，且因其類似于圖3的操作，故不詳細(xì)描述。然而，應(yīng)了解，因?yàn)槠骄噙_(dá)一半的LED光26將傳播通過(guò)所述磷光體轉(zhuǎn)換層兩次，故所述磷光體轉(zhuǎn)換層18的厚度可對(duì)比于具有光透射波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件的布置(圖1及圖5)而為至多一半，即，t/2。由于將所述磷光體材料提供在光反射表面上，故可在磷光體材料使用上以多達(dá)約50%的進(jìn)一步潛在縮減實(shí)現(xiàn)相同色彩的發(fā)射產(chǎn)物。應(yīng)了解，圖6的實(shí)施例在操作上與圖7的操作類似，光透射襯底16用于將LED光26引導(dǎo)到磷光體轉(zhuǎn)換層18。雖然本發(fā)明已關(guān)于發(fā)光裝置加以描述，但本發(fā)明的原理還適用于利用光致發(fā)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生期望色彩的發(fā)射光的固態(tài)發(fā)光標(biāo)牌，例如Li等人的同在申請(qǐng)中的US2007/0240346A1美國(guó)專利申請(qǐng)案中所揭示，其說(shuō)明書以引用的方式并入本文中。應(yīng)了解，在此些發(fā)光標(biāo)志中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件14可用作所述光致發(fā)光標(biāo)牌表面，以產(chǎn)生期望色彩的標(biāo)牌信息。磷光體材料與光反射材料的混合物可配置為圖案，以在所述光透射襯底上定義圖像、圖片、字母、數(shù)字、裝置、圖案或其它標(biāo)牌信息?；蛘?，例如為刻槽型文字所需要的，所述標(biāo)牌表面的形狀(即，所述光透射襯底)可經(jīng)配置以定義標(biāo)牌信息。本發(fā)明在標(biāo)牌表面的面積為幾百平方厘米的標(biāo)牌應(yīng)用中尤其有利，此要求所述磷光體材料分布在IOOcm2的最小面積上(IOcmX IOcm)，且更通常超過(guò)幾百平方厘米或甚至幾千平方厘米。所述標(biāo)志可為背光，即，所述LED位于例如燈箱內(nèi)的標(biāo)牌表面后，且所述標(biāo)牌表面覆蓋所述燈箱開口而提供。通常，所述標(biāo)牌表面位于距所述LED至少約5mm的距離處。或者，所述標(biāo)志可為邊緣照亮的，且所述光透射襯底配置為光導(dǎo)，且磷光體材料與光反射材料的混合物提供在所述光導(dǎo)的發(fā)光面的至少一部分上。
在一些實(shí)施例中，所述光反射材料包括二氧化鈦(TiO2),但其也可包括其它材料，例如硫酸鋇(BaSO4)、氧化鎂(MgO)、二氧化硅(SiO2)或氧化鋁(Al2O3)15在一些實(shí)施例中，所述光反射材料具有在I μ m到50 μ m的范圍內(nèi)的平均粒子尺寸，且更優(yōu)選地在10 μ m到20 μ m的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，用于所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件中的光反射/散射材料具有粒子尺寸，所述粒子尺寸經(jīng)選擇使得比起所述粒子將散射由所述光致發(fā)光(磷光體)材料產(chǎn)生的光，其將散射相對(duì)更多激發(fā)(通常為藍(lán)色)光。例如，所述光反射粒子尺寸可經(jīng)選擇使得比起所述粒子將散射由所述至少一種磷光體材料產(chǎn)生的光，其將散射相對(duì)至少兩倍的激發(fā)光。此確保將散射更高比例的藍(lán)色激發(fā)光，增加光子與磷光體材料粒子交互作用的可能性，且導(dǎo)致產(chǎn)生光致發(fā)光的光。同時(shí)，磷光體產(chǎn)生的光可以被散射的較低可能性通過(guò)。因?yàn)榇朔椒蛇M(jìn)一步增加藍(lán)色光子與磷光體材料粒子交互作用的可能性，因此需要較少磷光體材料以產(chǎn)生選擇發(fā)射色彩。此布置還可增加所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件/裝置的發(fā)光效率。在利用藍(lán)色(400nm到480nm)激發(fā)光的一些實(shí)施例中，所述光反射材料具有小于約150nm的平均粒子尺寸，且通常具有在IOOnm到150nm的范圍內(nèi)的平均粒子尺寸。所述光反射/散射材料(即，用于優(yōu)先散射藍(lán)光)可在與所述磷光體材料相同的材料層中體現(xiàn)?；蛘?，所述光反射/散射材料可置于鄰近于或接近具有所述磷光體材料的層的分離層上。例如，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例且如圖9中所展示，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件136按順序包括光透射襯底142 ;光反射層144,其含有光反射粒子；及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層146,其含有一種或一種以上磷光體(光致發(fā)光)與光反射材料的混合物。如圖9中可見，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件136經(jīng)配置使得在操作中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層146面對(duì)所述LED。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件136可按順序包括光透射襯底142 ;光反射層144,其含有光反射粒子；及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層146,其含有一種或一種以上磷光體(光致發(fā)光)材料。光透射襯底142可為對(duì)380nm到740nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光實(shí)質(zhì)上透射的任意材料，且可包括光透射聚合物(例如聚碳酸酯或丙烯酸)或玻璃(例如硼硅酸鹽玻璃)。在一些實(shí)施例中，襯底142包括直徑為φ=62 mm且厚度tl通常為0.5mm到3mm的平面圓盤。在其它實(shí)施例中，所述襯底可包括其它幾何形狀，例如凸起或凹入的形式，例如圓頂形或圓柱形。光擴(kuò)散層144包括光反射材料(優(yōu)選地為二氧化鈦(TiO2))的粒子的均勻厚度層。在替代配置中，所述光反射材料可包括硫酸鋇(BaSO4)、氧化鎂(MgO)、二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)或具有盡可能高的反射率(通常為0.9或更高的反射系數(shù))的粉末材料。所述光反射材料粉末以已知比例與光透射液體粘合劑材料徹底混合，以形成懸浮液，且所得的混合物優(yōu)選地通過(guò)網(wǎng)版印刷而沉積在襯底142的面上，以形成遮蓋所述襯底的整個(gè)面的厚度t2(通常在ΙΟμπι到75μπι的范圍內(nèi))的均勻?qū)印Ｔ诠鈹U(kuò)散層144中，每單位面積的光衍射材料的量將通常在10 μ g.cm_2到5mg.cm_2的范圍內(nèi)。雖然網(wǎng)版印刷是沉積光擴(kuò)散層144的優(yōu)選方法，但其還可使用其它技術(shù)沉積，例如槽模式涂布(slot die coating)、旋涂、滾涂、下拉式涂布(drawdown coating)或刮刀涂敷。所述粘合劑材料可包括可固化液體聚合物，例如聚合物樹脂、單體樹脂、丙烯酸、環(huán)氧樹脂(聚環(huán)氧化物)、硅酮或氟化聚合物。所述粘合劑材料在其固化狀態(tài)中對(duì)由所述磷光體材料及所述LED產(chǎn)生的所有波長(zhǎng)的光實(shí)質(zhì)上透射是重要的，且優(yōu)選地對(duì)于可見光譜(380nm到800nm)具有至少0.9的透射系數(shù)。所述粘合劑材料優(yōu)選地為UV可固化的，但其也可為可熱固化的、基于溶劑的或其組合?？蒛V固化或熱固化的粘合劑可為優(yōu)選的，因?yàn)椴幌窕谌軇┑牟牧?，其并不在聚合作用期間“釋氣(outgas) ”。在一種布置中，所述光衍射材料的平均粒子尺寸在5μπι到15μπι的范圍內(nèi)，但如上文所描述，其還可在納米范圍(nm)內(nèi)，且宜在IOOnm到150nm的范圍內(nèi)。光反射材料對(duì)液體粘合劑的重量百分比裝載通常在7%到35%的范圍內(nèi)。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層146與光擴(kuò)散層144直接接觸而沉積，即沒(méi)有任何中介層或空氣間隙。所述磷光體材料(其是粉末形式)以已知比例與液體光透射粘合劑材料徹底混合，以形成懸浮液，且所得的磷光體組合物(“磷光體墨水”)直接沉積在反射層144上。所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層優(yōu)選地通過(guò)網(wǎng)版印刷而沉積，但也可使用其它沉積技術(shù)，例如槽模式涂布、旋涂或刮刀涂敷。為消除波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層146與反射層144之間的光學(xué)接口，且使這兩層之間的光透射最大化，優(yōu)選地使用相同液體粘合劑材料制造兩個(gè)層；即，聚合物樹脂、單體樹脂、丙烯酸、環(huán)氧樹脂、硅酮或氟化聚合物。根據(jù)本發(fā)明的磷光體波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件136的進(jìn)一步實(shí)例在圖10中說(shuō)明。與圖9的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件一樣，所述組件包括光透射襯底142、光擴(kuò)散層144及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層146。根據(jù)本發(fā)明，光擴(kuò)散層144及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層146彼此直接接觸而沉積。同樣地，在操作中，所述組件經(jīng)配置使得所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件經(jīng)配置使得波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層146面對(duì)所述LED。在操作中，由所述LED產(chǎn)生的藍(lán)色激發(fā)光128傳播通過(guò)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層146，直到其撞擊磷光體材料的粒子。相信光子與磷光體材料粒子的交互作用平均只有萬(wàn)分之一導(dǎo)致光致發(fā)光的光138的吸收及產(chǎn)生。光子與磷光體粒子的交互作用的大部分(約99.99%)導(dǎo)致所述光子的散射。由于散射過(guò)程的各向同性本質(zhì)，平均一半的光子將在往回朝向所述LED的方向中散射。測(cè)試指示通常全部入射藍(lán)光128的約10%在往回朝向所述LED的方向中從波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件136散射且發(fā)射。對(duì)于冷白色發(fā)光裝置，磷光體材料的量經(jīng)選擇以允許全部入射藍(lán)光的約10%從所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件發(fā)射，且促成發(fā)射產(chǎn)物140的形成。所述入射光的大部分(約80%)被所述磷光體材料吸收,且重新發(fā)射為光致發(fā)光的光138。由于光致發(fā)光產(chǎn)生的各向同性本質(zhì)，由所述磷光體材料產(chǎn)生的約一半的光138將在朝向所述LED的方向中被發(fā)射。結(jié)果，全部入射光的僅至多約40%將發(fā)射為波長(zhǎng)λ2的光138，且促成發(fā)射產(chǎn)物138的形成，其中全部入射光的剩余部分(至多約40%)將在往回朝向所述LED的一方向中發(fā)射為波長(zhǎng)λ 2的光138。從波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件136朝向所述LED發(fā)射的光由反射腔室的光反射表面重新引導(dǎo)，以促成所述發(fā)射產(chǎn)物的形成，且增加所述裝置的總體效率。添加由光反射材料的粒子組成的光擴(kuò)散層144可實(shí)質(zhì)上減少產(chǎn)生所選擇色彩的發(fā)射光所需的磷光體材料的量。擴(kuò)散層144通過(guò)將光反射回波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層146中而增加光子將導(dǎo)致產(chǎn)生光致發(fā)光的光的可能性。包含與所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層直接接觸的反射層可減少產(chǎn)生給定色彩的發(fā)射產(chǎn)物所需的磷光體材料的量，例如在一些實(shí)施例中減少多達(dá)40%。因此，預(yù)想配置所述光擴(kuò)散層，使得比起其散射由所述磷光體材料產(chǎn)生的光，其選擇性地散射更多由所述LED產(chǎn)生的藍(lán)色激發(fā)光。此光擴(kuò)散層確保從所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層發(fā)射的更高比例的藍(lán)光將被散射，且由所述光反射材料引導(dǎo)回所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層中，增加所述光子與磷光體材料粒子交互作用的可能性，且導(dǎo)致產(chǎn)生光致發(fā)光的光。同時(shí)，磷光體產(chǎn)生的光可以被散射的較低可能性通過(guò)所述擴(kuò)散層。因?yàn)樗鰯U(kuò)散層增加藍(lán)色光子與磷光體材料粒子交互作用的可能性，因此產(chǎn)生所選擇的發(fā)射色彩需要較少磷光體材料。此外，此配置還可增加所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件/裝置的發(fā)光效率。通過(guò)適當(dāng)選擇所述光散射材料的平均粒子尺寸，可配置所述光擴(kuò)散層使得其散射藍(lán)光比散射其它色彩(即綠色及紅色)更容易。圖11展示紅光、綠光及藍(lán)光的相對(duì)光散射對(duì)照TiO2平均粒子尺寸(nm)的標(biāo)繪圖。如從圖11可見，具有IOOnm到150nm的平均粒子尺寸的TiO2粒子比起其將散射綠光(510nm到550nm)或紅光(630nm到740nm),散射藍(lán)光(450nm到480nm)可能超過(guò)兩倍。例如，具有IOOnm的平均粒子尺寸的TiO2粒子比起其將散射綠光或紅光，將以近三倍(2.9=0.97/0.33)散射更多藍(lán)光。對(duì)于具有200nm的平均粒子尺寸的TiO2粒子，比起其將散射綠光或紅光，其將散射超過(guò)兩倍(2.3=1.6/0.7)的藍(lán)光。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述光衍射粒子尺寸優(yōu)選地經(jīng)選擇使得所述粒子將散射比由所述磷光體材料產(chǎn)生的光相對(duì)多至少兩倍的藍(lán)光。包含由光反射粒子(與由所述磷光體材料產(chǎn)生的波長(zhǎng)的光相比，其優(yōu)先散射對(duì)應(yīng)于由所述LED產(chǎn)生的波長(zhǎng)的光)組成的光反射層的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件的概念客觀地被視為是發(fā)明性的。因此，所述光反射/散射材料可以鄰近于或接近包含所述磷光體材料的一層的分離層體現(xiàn)。所述分離光反射層可用于替代將光反射/散射材料混合到與所述磷光體材料相同的層中，及/或除了將光反射/散射材料混合到與所述磷光體材料相同的層中之外而使用。分離的光反射層中可使用與所述磷光體材料混合的所述光反射材料相同或不同的反射材料。本文中揭示的發(fā)明性概念可應(yīng)用在涵蓋任意適宜形狀的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件。例如，考慮在圖12及圖13中說(shuō)明的LED照明裝置200，其展示代替白熾燈泡的固態(tài)燈泡。LED照明裝置200包括照明基座204，其包含螺紋基座206。螺紋基座206經(jīng)配置以安裝在標(biāo)準(zhǔn)燈泡插座中，例如實(shí)施為標(biāo)準(zhǔn)愛(ài)迪生螺紋基座(Edison screw base)。外包體208可繞LED照明裝置200的上方部分延伸。外包體208是光透射材料(例如，玻璃或塑料)，其對(duì)LED照明裝置200提供保護(hù)及/或擴(kuò)散性質(zhì)。LED照明裝置200包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件202，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件202具有從照明基座204延伸的伸長(zhǎng)圓頂形。藍(lán)色LED裝置12位于照明基座204的頂面上，在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件202之下。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件202的三維本質(zhì)建立圍繞體積四周且在LED12上方的相對(duì)較大形狀。在照明裝置200中對(duì)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件202使用三維形狀允許某些功能性優(yōu)點(diǎn)，例如對(duì)由照明裝置200發(fā)射的光執(zhí)行光塑形。然而，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件202的此些類型的三維形狀也對(duì)應(yīng)于相對(duì)較大體積的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件，其需要用足夠量的磷光體材料裝填。在現(xiàn)有技術(shù)方法的情況下，因此將需要明顯較大量的磷光體材料，以制造此些波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件202?？衫帽景l(fā)明的實(shí)施例以減少制造此些波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件202所需的磷光體的量。特定來(lái)說(shuō)，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件202包括磷光體與反射材料的混合物。因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件202內(nèi)的反射性材料具有散射光的性質(zhì)，此減少用于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件202所需的磷光體的量。在一些實(shí)施例中，可將光擴(kuò)散層(未作圖式)添加到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件202 (除了與所述磷光體混合的反射材料外，及/或替代與所述磷光體混合的反射材料)，以減少制造波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件202所需的磷光體材料的量。所述光反射材料可利用任意適宜材料，例如經(jīng)選擇為足夠小的光散射粒子，以更可能散射藍(lán)光。因此，已描述用于實(shí)施基于LED的照明裝置及/或減少制造此些裝置及組件所需的光致發(fā)光材料的量的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件的改進(jìn)方法。應(yīng)了解，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置并不限于所描述的示范性實(shí)施例，且在本發(fā)明的范圍內(nèi)可作出變動(dòng)。例如，雖然本發(fā)明已關(guān)于基于LED的發(fā)光裝置加以描述，但本發(fā)明還適用于基于其它固態(tài)發(fā)光體(包含固態(tài)激光及激光二極管)的裝置。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光裝置，其包括: 至少一個(gè)固態(tài)發(fā)光體，其可操作以產(chǎn)生激發(fā)光；及 光致發(fā)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件，其包括至少一種光致發(fā)光材料的粒子與光反射材料的粒子的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中分布光致發(fā)光材料與光反射材料的所述混合物的面積為所述發(fā)光體的發(fā)光面積的至少五十倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件可位于距所述至少一個(gè)發(fā)光體至少5mm的距離處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述光反射材料具有在從由以下尺寸組成的群組選擇的范圍內(nèi)的粒子尺寸:0.0lym到10 μ m、0.01 μ m到I μ m及0.1 μ m到I μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中光反射材料對(duì)所述至少一種光致發(fā)光材料的重量百分比裝載在從由以下百分比組成的群組選擇的范圍內(nèi):0.01%到10%、0.01%到1%、0.1% 到 1% 及 0.5% 到 1%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述光反射材料是從由以下材料組成的群組選擇:氧化鎂、二氧化鈦、硫酸鋇，及其組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件是從由以下組件組成的群組選擇:光透射襯底，在其上提供光致發(fā)光材料與光反射材料的所述混合物作為至少一層；配置為光導(dǎo)的光透射襯底，且其中在所述光導(dǎo)的面的至少一部分上提供光致發(fā)光材料與光反射材料的所述混合物；光透射襯底，其具有遍及其體積而均勻地分布的光致發(fā)光材料與光反射材料的所述 混合物；及光反射表面，在其上提供所述光致發(fā)光材料與所述光反射材料的所述混合物作為至少一層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述至少一個(gè)固態(tài)發(fā)光體包括LED，其可操作以產(chǎn)生具有在440nm到480nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的峰值波長(zhǎng)的藍(lán)色激發(fā)光。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述光致發(fā)光材料與所述光反射材料的所述混合物分布在至少0.8cm2的面積上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述光反射材料的所述粒子對(duì)應(yīng)于使得所述粒子散射比由所述至少一種磷光體材料產(chǎn)生的光相對(duì)更多的激發(fā)光的粒子尺寸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其進(jìn)一步包括光擴(kuò)散層，所述光擴(kuò)散層鄰近于所述光致發(fā)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光裝置，其中所述光擴(kuò)散層包括光反射材料的粒子，所述粒子對(duì)應(yīng)于使得所述粒子散射比由所述至少一種光致發(fā)光材料產(chǎn)生的光相對(duì)更多的激發(fā)光的粒子尺寸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光裝置，其中所述光反射材料具有在IOOnm到150nm的范圍內(nèi)的粒子尺寸。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中所述至少一種光致發(fā)光材料包括磷光體或量子點(diǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其配置為發(fā)光標(biāo)志。
16.一種用于固態(tài)發(fā)光裝置的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件，其包括至少一種光致發(fā)光材料的粒子與光反射材料的粒子的混合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件，其中所述光反射材料具有在從由以下尺寸組成的群組選擇的范圍內(nèi)的粒子尺寸:0.0lym到10 μ m、0.01 μ m到I μ m及0.1 μ m到I μ m0
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件，其中光反射材料對(duì)所述至少一種光致發(fā)光材料的重量百分比裝載在從由以下百分比組成的群組選擇的范圍中:0.01%到10%、0.01%到 1%、0.1% 到 1% 及 0.5% 到 1%。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件，其中所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件從由以下組件組成的群組選擇:光透射襯底，在其上提供所述至少一種光致發(fā)光材料與光反射材料的所述混合物作為至少一層；配置為光導(dǎo)的光透射襯底，且其中在所述光導(dǎo)的面的至少一部分上提供光致發(fā)光材料與光反射材料的所述混合物；光透射襯底，其具有遍及其體積而均勻地分布的光致發(fā)光材料與光反射材料的所述混合物；及光反射表面，在其上提供所述光致發(fā)光材料與所述光反射材料的所述混合物作為至少一層。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件，其中所述至少一種光致發(fā)光材料與所述光反射材料的所述混合物分布在至少0.Scm2的面積上。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件，其中所述光反射材料的所述粒子對(duì)應(yīng)于使得所述粒子散射比 由所述至少一種磷光體材料產(chǎn)生的光相對(duì)更多的激發(fā)光的粒子尺寸。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件，其中所述光反射材料具有在IOOnm到150nm的范圍內(nèi)的粒子尺寸。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件，其進(jìn)一步包括光擴(kuò)散層，所述光擴(kuò)散層鄰近于所述光致發(fā)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件，其中所述光反射層包括光反射材料的粒子，所述粒子對(duì)應(yīng)于使得所述粒子散射比由所述至少一種磷光體材料產(chǎn)生的光相對(duì)更多的激發(fā)光的粒子尺寸。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種固態(tài)發(fā)光裝置，其包括固態(tài)發(fā)光體LED，其可操作以產(chǎn)生激發(fā)光；及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件，其包含光致發(fā)光材料的粒子與光反射材料的粒子的混合物。磷光體吸收激發(fā)光的至少一部分，且發(fā)射不同色彩的光。所述裝置的發(fā)射產(chǎn)物包括由所述LED及所述磷光體產(chǎn)生的組合光。所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件可為光透射的，且包括光透射襯底，磷光體與反射材料的混合物作為一層而提供于所述襯底上，或遍及所述襯底的體積而均勻地分布。或者，所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換組件可為光反射的，其中磷光體與光反射材料的所述混合物作為一層而提供于光反射表面上。
文檔編號(hào)G09G3/34GK103155024SQ201180048303
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月5日
發(fā)明者袁湘龍, 喬納森·梅爾曼, 代冰, 王剛, 查爾斯·愛(ài)德華茲 申請(qǐng)人:英特曼帝克司公司