穩(wěn)定化波長轉(zhuǎn)換元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固態(tài)發(fā)光裝置的領(lǐng)域，并且具體而言，涉及用于波長轉(zhuǎn)換的有機磷光體元件，其中有機波長轉(zhuǎn)換材料(磷光體)包含在聚合物基體中。
【背景技術(shù)】
[0002]基于發(fā)光二極管(LED)的照明器件被日益用于各種照明應(yīng)用。LED提供優(yōu)于諸如白熾燈和熒光燈之類的傳統(tǒng)光源的優(yōu)點，包括長壽命、高流明效率、低操作電壓和流明輸出的快速調(diào)制。
[0003]高效的高功率LED常?；谒{光發(fā)射材料。為了產(chǎn)生具有期望顏色(例如，白色)輸出的基于LED的照明器件，可以使用適合的波長轉(zhuǎn)換材料(通常被稱為磷光體)，其將由LED發(fā)射的光的一部分轉(zhuǎn)換為具有較長波長的光以便產(chǎn)生具有期望光譜特性的光的組合。許多無機材料已經(jīng)被用作用于將由LED發(fā)射的藍光轉(zhuǎn)換為具有較長波長的光的磷光體材料。然而，目前，考慮有機磷光體材料以用于在許多LED中替換無機磷光體。有機磷光體具有其發(fā)光光譜可以關(guān)于位置和帶寬容易地調(diào)節(jié)的優(yōu)點。有機磷光體材料還常常具有高透明度，這是有利的，因為與使用更多光吸收和/或反射磷光體材料的系統(tǒng)相比較，照明系統(tǒng)的效率得以改進。而且，有機磷光體比無機磷光體成本低得多。
[0004]妨礙有機磷光體材料在基于遠程磷光體LED的照明系統(tǒng)中的應(yīng)用的主要缺點是其欠佳的光化學(xué)穩(wěn)定性。已經(jīng)觀察到有機磷光體在氧氣存在的情況下被藍光照射時迅速地降解。已經(jīng)做出努力來解決該問題。例如，先前已經(jīng)查明，當(dāng)將有機磷光體并入在芳香族聚酯薄膜中時，磷光體的壽命顯著改進。然而，在非晶芳香族聚酯的玻璃轉(zhuǎn)變溫度附近的操作溫度處，聚合物的降低的尺寸穩(wěn)定性是問題，其有效地限制這樣的基體中的有機磷光體到低強度光源應(yīng)用的使用。為了產(chǎn)生具有足夠的尺寸穩(wěn)定性的磷光體薄膜，磷光體分子可以混合到芳香族聚酯基體中，其然后在壓力下雙軸定向(拉伸)并且結(jié)晶，因此形成在遠高于聚合物的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的溫度處具有可接受的尺寸穩(wěn)定性的結(jié)晶或部分結(jié)晶薄膜。然而，已經(jīng)查明，當(dāng)與原始非晶或半結(jié)晶聚合物基體相比較時，有機磷光體的光化學(xué)穩(wěn)定性在雙軸定向聚合物中降低。而且，雙軸定向聚合物示出高光學(xué)透明度，并且因此散射顆粒的添加對于達到令人滿意的光的出耦合而言是必要的。
[0005]因此，本領(lǐng)域中存在對于關(guān)于照明器件中的靈敏磷光體材料的并入的改進的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目標是克服該問題，并且提供一種適于在固態(tài)發(fā)光裝置中使用的波長轉(zhuǎn)換元件，其示出有機磷光體的高尺寸穩(wěn)定性和高光化學(xué)穩(wěn)定性。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該目標和其它目標通過包括波長轉(zhuǎn)換層的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件來達到，所述波長轉(zhuǎn)換層包括分布在包含非晶或半結(jié)晶芳香族聚酯的基體中的有機波長轉(zhuǎn)換化合物，其中芳香族聚酯分子主導(dǎo)地處于隨機定向狀態(tài)，所述波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件還包括至少一個支撐元件。通過避免聚酯基體的單軸或雙軸定向，很好地保護有機波長轉(zhuǎn)換化合物(有機磷光體)以抵抗光化學(xué)降解。支撐元件在芳香族聚酯的玻璃轉(zhuǎn)變溫度附近或以上的溫度處同樣確?；w的尺寸穩(wěn)定性。
[0008]在本發(fā)明的實施例中，支撐元件可以包括包含在所述波長轉(zhuǎn)換層內(nèi)的加強結(jié)構(gòu)。使用這樣的內(nèi)部加強結(jié)構(gòu)，波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件可以由單個波長轉(zhuǎn)換層形成。例如，支撐元件可以包括加強纖維。
[0009]在其它實施例中，支撐元件可以包括與所述波長轉(zhuǎn)換層物理接觸地布置的至少一個支撐層或結(jié)構(gòu)。支撐層或結(jié)構(gòu)可以是連續(xù)或不連續(xù)的。連續(xù)的支撐層可以整個覆蓋波長轉(zhuǎn)換層的一側(cè)，并且可以制得相當(dāng)薄。不連續(xù)的支撐層或結(jié)構(gòu)典型地留下波長轉(zhuǎn)換層的某些區(qū)域未覆蓋，例如具有框、環(huán)或網(wǎng)格的形狀，并且因此可以制得較厚且與光學(xué)性質(zhì)較不相關(guān)地制造，至少在被適配于用在其中支撐未定位在出光路徑中的發(fā)光裝置中時如此。
[0010]在本發(fā)明的實施例中，例如支撐層或結(jié)構(gòu)的支撐元件可以是透明的。
[0011 ] 在本發(fā)明的實施例中，例如支撐層或結(jié)構(gòu)的支撐元件可以是反射或散射的。
[0012]在本發(fā)明的實施例中，波長轉(zhuǎn)換化合物是茈系衍生物。
[0013]在本發(fā)明的實施例中，非晶或半結(jié)晶芳香族聚酯可以包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)0非晶或半結(jié)晶、非拉伸的PET已經(jīng)被證實提供用于諸如茈系衍生物之類的有機磷光體的優(yōu)異基體。
[0014]典型地，在本發(fā)明的實施例中使用的半結(jié)晶芳香族聚酯可以具有小于70%、優(yōu)選地小于50%、更優(yōu)選地小于30% (例如小于20%)的結(jié)晶度。這樣的結(jié)晶度可以通過熱退火來達到，并且不顯著地降低磷光體的壽命。
[0015]在另一方面中，本發(fā)明提供一種發(fā)光裝置，包括
-固態(tài)光源，其被適配成發(fā)射具有第一波長范圍的光；以及
-如以上所描述的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件，其被布置成接收具有所述第一波長范圍的光，波長轉(zhuǎn)換化合物被適配成將具有所述第一波長范圍的光的至少一部分轉(zhuǎn)換為具有第二波長范圍的光。光源可以是中或高功率(中或高強度)的固態(tài)光源，諸如發(fā)光二極管(LED)或激光二極管。如以上所描述的，波長轉(zhuǎn)換元件在高強度LED的操作溫度處同樣是尺寸穩(wěn)定的，其中操作溫度可以超過芳香族聚酯的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。
[0016]在本發(fā)明的實施例中，支撐元件可以包括與波長轉(zhuǎn)換層接觸地布置并且布置在從所述光源到所述波長轉(zhuǎn)換層的光路徑之外的支撐結(jié)構(gòu)。在這樣的實施例中，因此可以與光學(xué)性質(zhì)較不相關(guān)地設(shè)計支撐元件。在其它實施例中，支撐元件可以包括與波長轉(zhuǎn)換層物理和光學(xué)接觸并且與固態(tài)光源光學(xué)接觸地布置的連續(xù)的透明層，并且其中支撐元件用作光
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[0017]在又一方面中，本發(fā)明分別提供包括如以上所描述的相應(yīng)的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件或發(fā)光裝置的燈或照明裝置。例如，燈可以是白熾燈泡替換燈(“改型燈”)。
[0018]要指出，本發(fā)明涉及在權(quán)利要求中陳述的特征的所有可能組合。
【附圖說明】
[0019]現(xiàn)在將參考示出本發(fā)明的(多個)實施例的附圖更詳細地描述本發(fā)明的該方面和其它方面。
[0020]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括具有連續(xù)的支撐層的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件的發(fā)光裝置的側(cè)面剖視圖。
[0021]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的其它實施例的包括具有不連續(xù)的支撐層的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件的發(fā)光裝置的側(cè)面剖視圖。
[0022]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括內(nèi)部支撐元件的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件的側(cè)面剖視圖。
[0023]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件的白熾燈泡替換燈(“改型燈”)的側(cè)面視圖。
[0024]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的包括具有波導(dǎo)功能的支撐元件的發(fā)光裝置的側(cè)面剖視圖。
[0025]如圖中所圖示的，層和區(qū)的大小出于說明性目的而擴大并且因此被提供成圖示本發(fā)明的實施例的一般結(jié)構(gòu)。同樣的參考數(shù)字自始至終是指同樣的元件。
【具體實施方式】
[0026]現(xiàn)在將參考附圖在下文中更充分地描述本發(fā)明，其中示出了本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選的實施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來具體化并且不應(yīng)解釋為限于本文所闡述的實施例；而是，這些實施例是出于徹底性和完整性而提供的，并且將本發(fā)明的范圍完全傳達給技術(shù)人員。
[0027]本發(fā)明人已經(jīng)查明，與包含在未單軸或雙軸拉伸的非晶或半結(jié)晶芳香族聚酯內(nèi)的有機磷光體的穩(wěn)定性相比較，作為芳香族聚酯薄膜的單軸或雙軸拉伸的結(jié)果，包含在該薄膜內(nèi)的有機磷光體的光化學(xué)穩(wěn)定性顯著降低。這至少部分移除將諸如聚對苯二甲酸乙二酯之類的芳香族聚酯用作有機磷光體的基體的優(yōu)點。例如，本發(fā)明人已經(jīng)查明，與未拉伸的狀態(tài)相比，對于雙軸拉伸的PET薄膜，在要么黃光(0.1ff/cm2)要么藍光(5W/cm2)的照射下的PET基體中的發(fā)光分子F305 (BASF) (0.002-0.015 wt%的重量含量)在60°C處以高于5倍的速率降解。
[0028]而且，現(xiàn)在已經(jīng)查明，諸如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)及其共聚物和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)之類的其中芳香族聚酯分子主導(dǎo)地隨機定向的非晶或半結(jié)晶芳香族聚酯薄膜可以使用支撐構(gòu)件來穩(wěn)定化，所述支撐構(gòu)件可以是外部層或結(jié)構(gòu)，或者是包含在聚酯基體內(nèi)的內(nèi)部加強結(jié)構(gòu)，諸如加強纖維。因此，提供了具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及長磷光體壽命的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件。
[0029]圖1圖示了發(fā)光裝置100，其包括固態(tài)光源101和被布置成接收由光源發(fā)射的光的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件102。波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件包括分散在非晶或半結(jié)晶芳香族聚酯(例如聚對苯二甲酸乙二酯)的基體中的有機波長轉(zhuǎn)換化合物105 (被稱為有機磷光體)，從而形成波長轉(zhuǎn)換層103。典型地，有機波長轉(zhuǎn)換材料可以分子地溶解在芳香族聚酯中。波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件102還包括向聚合物層提供結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的支撐層104。因此，包括非晶或半結(jié)晶芳香族聚酯的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件在玻璃轉(zhuǎn)變溫度(其對于PET為大約75°C)以上的溫度處具有足夠的尺寸穩(wěn)定性以允許同樣在高強度發(fā)光裝置中使用波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件，其中波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件的溫度在操作期間可以在70°C以上。因此，在本發(fā)明的實施例中，光源可以是中到高強度的固態(tài)光源，例如遞送超過500流明的LED燈或模塊，其中波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件的表面上的光強度具有0.lW/cm2的量級。
[0030]在提及聚合物時，通過“半結(jié)晶”來指聚合物包括結(jié)晶區(qū)，即其不是100%非晶的。根據(jù)本發(fā)明的實施例的半結(jié)晶薄膜典型地具有小于70%的結(jié)晶度(按體積計)，這意指聚合物薄膜的結(jié)晶相構(gòu)成的體積小于薄膜的體積的70%。
[0031]例如，根據(jù)本發(fā)明的實施例的芳香族聚酯基體可以具有小于50%、優(yōu)選地小于30%(例如小于20%)的結(jié)晶度，諸如大約10%的結(jié)晶度。聚合物的結(jié)晶度可以通過在文獻中很好地描述的以下技術(shù)或其中的多個來確定:密度測量、量熱法、X射線衍射、IR光譜學(xué)、核磁共振光譜學(xué)。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所使用的非晶或半結(jié)晶聚合物尚未經(jīng)受拉伸并且因此不具有或僅具有非常小程度的單軸或雙軸定向。典型地，基體的芳香族聚酯分子的定向主要是隨機的。
[0033]在本發(fā)明的實施例中，支撐層104可以是至少部分透明或半透明的。
[0034]支撐層104可以由在光源的操作溫度處具有足夠的尺寸穩(wěn)定性的任何適合材料制成。例如，支撐層可以是聚合物層，其包括諸如結(jié)晶PET (CPET)或熱穩(wěn)定化雙軸定向PET(BOPET)之類的聚合物。聚合物的其它示例包括但不限于，聚碳酸酯(PC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、尼龍以及其共聚物。其它示例是諸如環(huán)氧樹脂或丙烯酸酯之類的交聯(lián)聚合物系統(tǒng)?？商鎿Q地，支撐層可以是玻璃板或半透明的陶瓷板。當(dāng)在所謂的反射模式中操作時，支撐層可以是反射聚合物、金屬或陶瓷板。
[0035]支撐層104可以被提供為波長轉(zhuǎn)換層應(yīng)用到其上的襯底，或者可替換地，支撐層104可以被提供為波長轉(zhuǎn)換層103上的涂層?？梢酝ㄟ^絲網(wǎng)印刷、刮刀涂敷、葉片涂敷或者本領(lǐng)域中已知的任何其它適合的涂敷技術(shù)來應(yīng)用這樣的涂層?？梢詫訅翰ㄩL轉(zhuǎn)換層10