用于固態(tài)發(fā)光裝置及燈的光致發(fā)光波長轉(zhuǎn)換組件的制作方法
【專利摘要】一種用于發(fā)光裝置的波長轉(zhuǎn)換組件包括：至少一種光致發(fā)光材料；及光散射材料。所述光散射材料具有經(jīng)選擇使得所述光散射材料將散射的來自輻射源的激發(fā)光相對多于所述光散射材料將散射的由所述至少一種光致發(fā)光材料產(chǎn)生的光的平均顆粒大小。光散射材料的使用可減少所述光致發(fā)光材料的使用且可改進(jìn)所述組件的關(guān)斷狀態(tài)外觀。
【專利說明】用于固態(tài)發(fā)光裝置及燈的光致發(fā)光波長轉(zhuǎn)換組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用遠(yuǎn)程定位的波長轉(zhuǎn)換組件來產(chǎn)生所要色彩的光的固態(tài)發(fā)光裝置及燈。
【背景技術(shù)】
[0002]白色發(fā)光LED(白色“LED”)是已知的且為相對近期的創(chuàng)新。直到已開發(fā)出在電磁光譜的藍(lán)色/紫外部分中發(fā)射的LED，開發(fā)基于LED的白色光源才變得實(shí)際。舉例來說，如US5, 998, 925中所教不，白色LED包含一或多種一或多種光致發(fā)光材料(例如磷光體材料)，其吸收由所述LED發(fā)射的輻射的一部分并重新發(fā)射不同色彩(波長)的光。通常，LED芯片或裸片產(chǎn)生藍(lán)色光，且所述磷光體吸收一定百分比的藍(lán)色光并重新發(fā)射黃色光或綠色光與紅色光、綠色光與黃色光、綠色光與橙色光或黃色光與紅色光的組合。由所述LED產(chǎn)生的藍(lán)色光的未被所述磷光體材料吸收的部分與由所述磷光體發(fā)射的光組合，以提供在眼睛看來在色彩上接近為白色的光。或者，所述LED芯片或裸片可產(chǎn)生紫外(UV)光，其中磷光體吸收所述UV光以重新發(fā)射在人眼看來為白色的不同色彩的光致發(fā)光光的組合。
[0003]高亮度白色LED由于其長操作壽命預(yù)期(> 50，000小時)及高發(fā)光效率(70流明/瓦特及更高)而正日益用于替換常規(guī)熒光光源、緊湊型熒光光源及白熾光源。
[0004]通常，將磷光體材料與例如硅酮或環(huán)氧樹脂材料的透光材料混合，且將混合物施加到LED裸片的發(fā)光表面。還已知將磷光體材料作為一層提供于遠(yuǎn)離LED裸片定位的光學(xué)組件(磷光體波長轉(zhuǎn)換組件)上，或?qū)⑺隽坠怏w材料并入于所述光學(xué)組件內(nèi)(“遠(yuǎn)程磷光體” LED裝置)。
[0005]遠(yuǎn)程磷光體裝置的一個問題是裝置在其關(guān)斷狀態(tài)中的非白色外觀。在LED裝置的接通狀態(tài)期間，LED芯片或裸片產(chǎn)生藍(lán)色光，且磷光體吸收一定百分比的藍(lán)色光且重新發(fā)射黃色光或綠色光與紅色光、綠色光與黃色光、綠色光與橙色光或黃色光與紅色光的組合。由所述LED產(chǎn)生的藍(lán)色光的未被所述磷光體吸收的部分與由所述磷光體發(fā)射的光組合，以提供在人眼看來在色彩上接近為白色的光。然而，對于處于其關(guān)斷狀態(tài)中的遠(yuǎn)程磷光體裝置，原本將由處于接通狀態(tài)中的LED產(chǎn)生的藍(lán)色光的缺失致使所述裝置具有淡黃色、黃-綠色或橙色外觀。此類裝置的尋求白色外觀的光的潛在消費(fèi)者或購買者可因市場上的此類裝置的淡黃色、黃-橙色或橙色外觀而相當(dāng)困惑，因?yàn)樯痰曦浖苌系难b置處于其關(guān)斷狀態(tài)中。此對于潛在消費(fèi)者來說可為令人不愉快或不合意的，且因此導(dǎo)致向目標(biāo)客戶的銷售的損失。
[0006]遠(yuǎn)程磷光體裝置的另一問題可為所發(fā)射光的色彩隨著發(fā)射角度的變化。特定來說，當(dāng)從不同角度觀看時，此類裝置遭受可感知的色彩不均勻性。此類視覺上明顯的色彩差異對于許多商業(yè)用途來說為不可接受的，特別是對于通常采用LED照明裝置的高端照明來說。
[0007]使用磷光體材料的又一問題是，其為相對昂貴的且因此對應(yīng)于用于制作基于磷光體的LED裝置的成本的顯著部分。對于非遠(yuǎn)程磷光體裝置，通常將LED燈中的磷光體材料通常與例如硅酮或環(huán)氧樹脂材料的透光材料混合且將混合物直接施加到LED裸片的發(fā)光表面。此產(chǎn)生直接放置于LED裸片上的相對小的磷光體材料層，然而，此層的制作部分地由于磷光體材料的顯著成本而仍為昂貴的。與非遠(yuǎn)程磷光體裝置相比，遠(yuǎn)程磷光體裝置通常使用大得多的磷光體材料層。由于其較大的大小，通常需要更大量的磷光體來制造此類遠(yuǎn)程磷光體LED裝置。因此，成本也對應(yīng)地更大以提供此類遠(yuǎn)程磷光體LED裝置所需要的增加的磷光體材料量。
[0008]因此，需要用以實(shí)施維持裝置的所要色彩性質(zhì)但不需要在先前方法中所需的大量光致發(fā)光材料(例如，磷光體材料)的LED照明設(shè)備的經(jīng)改進(jìn)方法。另外，需要一種用以實(shí)施LED照明設(shè)備的解決所發(fā)射光的色彩隨著發(fā)射角度的可感知變化的問題且還解決LED照明設(shè)備在處于關(guān)斷狀態(tài)中時的非白色外觀的問題的經(jīng)改進(jìn)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的實(shí)施例涉及包括可操作以產(chǎn)生激發(fā)輻射(通常為藍(lán)色光)的一或多個固態(tài)光源(通常為LED)及含有可操作以將所述激發(fā)輻射的至少一部分轉(zhuǎn)換為不同波長的光的一或多種可激發(fā)光致發(fā)光材料(例如，磷光體材料)的遠(yuǎn)程波長轉(zhuǎn)換組件的發(fā)光裝置及燈。當(dāng)使用藍(lán)色光輻射源時，裝置的發(fā)射產(chǎn)物包括由所述源及波長轉(zhuǎn)換組件產(chǎn)生的經(jīng)組合光且通常經(jīng)配置以在色彩上看起來為白色。當(dāng)使用UV源時，波長轉(zhuǎn)換組件可包含藍(lán)色波長轉(zhuǎn)換組件及黃色波長轉(zhuǎn)換組件，其中這些組件的輸出組合以形成發(fā)射產(chǎn)物。波長轉(zhuǎn)換組件包括透光襯底(例如聚合物或玻璃)，其具有包括可激發(fā)光致發(fā)光材料(例如磷光體)的顆粒的波長轉(zhuǎn)換層及包括光衍射材料(例如二氧化鈦)的顆粒的光漫射層。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述波長轉(zhuǎn)換及光漫射層彼此直接接觸且優(yōu)選地通過絲網(wǎng)印刷或狹縫型擠壓式涂覆來沉積。如本文中所使用，“直接接觸”意指不存在介入層或氣隙。
[0010]此方法的一個益處為，通過選擇光衍射材料的適當(dāng)顆粒大小及每單位面積的濃度，獲得LED裝置在其關(guān)斷狀態(tài)中的白色外觀的改進(jìn)。另一益處為對來自LED裝置的所發(fā)射光針對在與發(fā)射軸成±60°范圍內(nèi)的發(fā)射角度的色彩均勻性的改進(jìn)。此外，具有光衍射材料的適當(dāng)顆粒大小及每單位面積濃度的光漫射層的使用可實(shí)質(zhì)上減少產(chǎn)生選定色彩的所發(fā)射光所需的磷光體材料量，因?yàn)樗龉饴鋵油ㄟ^將光引導(dǎo)回到所述波長轉(zhuǎn)換層中而增加光子將導(dǎo)致產(chǎn)生光致發(fā)光光的概率。因此，包含與波長轉(zhuǎn)換層直接接觸的漫射層可減少產(chǎn)生給定色彩發(fā)射產(chǎn)物所需的磷光體材料量，例如，減少最高達(dá)40%。在一個實(shí)施例中，光衍射材料的顆粒大小經(jīng)選擇使得所散射的由源產(chǎn)生的激發(fā)輻射多于由一或多種磷光體材料產(chǎn)生的光。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，一種用于發(fā)光裝置的波長轉(zhuǎn)換組件包括:至少一種光致發(fā)光材料；及光散射材料，其中所述光散射材料具有經(jīng)選擇使得所述光散射材料將散射的來自輻射源的激發(fā)光相對多于所述光散射材料將散射的由所述至少一種光致發(fā)光材料產(chǎn)生的光的平均顆粒大小。優(yōu)選地，所述激發(fā)光包括藍(lán)色光?；蛘?，所述激發(fā)光可包括紫外光。優(yōu)選地，所述光散射材料散射的所述激發(fā)光多達(dá)由所述至少一種光致發(fā)光材料產(chǎn)生的光的至少兩倍。在所述激發(fā)光包括藍(lán)色光的情況下，所述光散射材料有利地具有小于約150nm的平均顆粒大小。
[0012]所述光散射材料有利地包括二氧化鈦、硫酸鋇、氧化鎂、二氧化硅或氧化鋁。
[0013]在一些實(shí)施例中，所述至少一種光致發(fā)光材料位于波長轉(zhuǎn)換層中且所述光散射材料位于漫射層中。優(yōu)選地，所述波長轉(zhuǎn)換層與所述光漫射層彼此直接接觸以最小化各層之間的光學(xué)損耗。
[0014]通常，所述波長轉(zhuǎn)換層包括至少一種磷光體材料與透光粘結(jié)劑的混合物，且所述光漫射層包括所述光散射材料與所述透光粘結(jié)劑的混合物。為了最小化光學(xué)損耗，針對兩個層使用相同透光材料。所述透光粘結(jié)劑可包括可固化液態(tài)聚合物，例如聚合物樹脂、單體樹脂、丙烯酸系物、環(huán)氧樹脂、硅酮或氟化聚合物。所述波長轉(zhuǎn)換及光漫射層是使用選自由以下各項組成的群組的方法沉積的:絲網(wǎng)印刷、狹縫型擠壓式涂覆、旋轉(zhuǎn)涂覆、滾筒涂覆、泄降式涂覆及刮刀涂布。
[0015]為了減少所發(fā)射光色彩隨著發(fā)射角度的變化，光衍射材料對粘結(jié)劑的重量載荷在范圍7%到35%中且更優(yōu)選地在范圍10%到20%中。
[0016]在一些實(shí)施例中，所述波長轉(zhuǎn)換層及所述光漫射層為實(shí)質(zhì)上平面的。在其它實(shí)施例中，波長轉(zhuǎn)換層及/或光漫射層可為3維的且包括穹頂或細(xì)長穹頂形狀。在又一些實(shí)施例中，所述光漫射層包括中空3維形狀且所述波長轉(zhuǎn)換層填充在所述穹頂或細(xì)長穹頂形狀下方形成的體積。
[0017]為了減少光致發(fā)光材料使用，所述至少一種光致發(fā)光材料及所述光散射材料位于波長轉(zhuǎn)換層中。
[0018]所述光散射材料有利地具有在范圍ΙμL?到50μπι中且優(yōu)選地在范圍IOyn^lJ20 μ m中的平均顆粒大小。
[0019]在一些實(shí)施例中，所述至少一種光致發(fā)光材料被沉積到透光襯底上。在其它實(shí)施例中，所述至少一種光致發(fā)光材料可并入于所述透光襯底內(nèi)且遍及所述襯底的體積均質(zhì)地分布。所述透光襯底可包括聚合物，例如聚碳酸酯或丙烯酸系物或玻璃材料。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，一種發(fā)光裝置包括:至少一個固態(tài)發(fā)光器，其可操作以產(chǎn)生激發(fā)光；至少一種光致發(fā)光材料；及光散射材料，其中所述光散射材料具有經(jīng)選擇使得所述光散射材料將散射的來自輻射源的激發(fā)光相對多于所述光散射材料將散射的由所述至少一種光致發(fā)光材料產(chǎn)生的光的平均顆粒大小。
[0021]在優(yōu)選實(shí)施例中，所述光散射材料的平均顆粒大小經(jīng)選擇以改進(jìn)發(fā)光裝置的關(guān)斷狀態(tài)白色外觀?；蛘呒?或另外，所述光散射材料的平均顆粒大小可經(jīng)選擇以針對在與發(fā)射軸成±60°范圍內(nèi)的發(fā)射角度獲得來自發(fā)光裝置的所發(fā)射光的實(shí)質(zhì)上均勻色彩。
[0022]在一些實(shí)施例中，所述光散射材料對粘結(jié)劑的重量載荷在范圍7%到35%中且優(yōu)選地在范圍10%到20%中。
[0023]在激發(fā)光包括藍(lán)色光的情況下，所述光散射材料有利地經(jīng)選擇使得其散射的藍(lán)色光多達(dá)由所述至少一種光致發(fā)光材料產(chǎn)生的光的至少兩倍。通常，在此裝置中，所述光散射材料具有小于約150nm的平均顆粒大小。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，一種用于包括至少一個發(fā)光固態(tài)輻射源的發(fā)光裝置的波長轉(zhuǎn)換組件包括透光襯底，所述透光襯底具有包括至少一種光致發(fā)光材料的顆粒的波長轉(zhuǎn)換層及包括光衍射材料的顆粒的光漫射層；且其中所述層彼此直接接觸。優(yōu)選地，所述波長轉(zhuǎn)換層包括至少一種磷光體材料與透光粘結(jié)劑的混合物，而所述光漫射層包括所述光衍射材料與透光粘結(jié)劑的混合物。為了最小化所述層的界面處的光學(xué)損耗，優(yōu)選地所述層包括相同透射粘結(jié)劑。所述粘結(jié)劑可包括可固化液態(tài)聚合物，例如聚合物樹脂、單體樹脂、丙烯酸系物、環(huán)氧樹脂、硅酮或氟化聚合物。所述粘結(jié)劑優(yōu)選地為UV可固化或熱可固化的。
[0025]為了減少所發(fā)射光色彩隨著發(fā)射角度的變化，光衍射材料對粘結(jié)劑的重量載荷在范圍7%到35%中且更優(yōu)選地在范圍10%到20%中。所述波長轉(zhuǎn)換及光漫射層優(yōu)選地通過絲網(wǎng)印刷來沉積，但其可使用其它沉積技術(shù)來沉積，例如旋轉(zhuǎn)涂覆或刮刀涂布。所述光衍射材料優(yōu)選地包括二氧化鈦(TiO2),但其可包括其它材料，例如硫酸鋇(BaSO4)、氧化鎂(MgO)、二氧化硅(SiO2)或氧化鋁(Al2O3)。
[0026]在一種布置中，所述光衍射材料具有在范圍Ιμπι到50μπι中且更優(yōu)選地在范圍10 μ m到20 μ m中的平均顆粒大小。在其它布置中，所述光衍射材料具有經(jīng)選擇使得所述顆粒將散射的激發(fā)輻射相對多于其將散射的由所述至少一種光致發(fā)光材料產(chǎn)生的光的顆粒大小。舉例來說，對于藍(lán)色光輻射源，所述光衍射顆粒大小可經(jīng)選擇使得所述顆粒將散射的藍(lán)色光相對多達(dá)其將散射的由所述至少一種磷光體材料產(chǎn)生的光的至少兩倍。此光漫射層確保光衍射材料將散射從波長轉(zhuǎn)換層發(fā)射的較高比例的藍(lán)色光并將其引導(dǎo)回到波長轉(zhuǎn)換層中，從而增加光子與磷光體材料顆粒相互作用且導(dǎo)致產(chǎn)生光致發(fā)光光的概率。同時，磷光體產(chǎn)生的光可以被散射的較低概率通過所述漫射層。由于漫射層增加藍(lán)色光子與磷光體材料顆粒相互作用的概率，因此可使用較少磷光體材料來產(chǎn)生選定發(fā)射色彩。此布置還可增加波長轉(zhuǎn)換組件/裝置的發(fā)光效率。優(yōu)選地，在激發(fā)輻射包括藍(lán)色光的情況下，所述光衍射材料具有小于約150nm的平均顆粒大小。當(dāng)激發(fā)輻射包括UV光時，光衍射材料可具有小于約IOOnm的平均顆粒大小。
[0027]所述透光襯底可包括可實(shí)質(zhì)上透射可見光(380nm到740nm)的任何材料且通常包括例如聚碳酸酯或丙烯酸系物的聚合物材料?；蛘?，所述襯底可包括玻璃。
[0028]具有由與磷光體材料所產(chǎn)生的波長的光相比優(yōu)先散射對應(yīng)于由LED產(chǎn)生的波長的光的光衍射顆粒構(gòu)成的光漫射層的波長轉(zhuǎn)換組件的概念被獨(dú)立地視為發(fā)明性的。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于包括至少一個藍(lán)色發(fā)光固態(tài)光源的發(fā)光裝置的波長轉(zhuǎn)換組件包括包括至少一種磷光體材料的顆粒的波長層及包括光衍射材料的顆粒的光漫射層；其中光衍射顆粒大小經(jīng)選擇使得顆粒將散射的激發(fā)輻射相對多于其將散射的由所述至少一種磷光體材料產(chǎn)生的光。
[0029]為了增加由裝置產(chǎn)生的光的CRI (顯色指數(shù))，所述裝置可進(jìn)一步包括可操作以產(chǎn)生紅色光的至少一個固態(tài)光源。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例，用于發(fā)光裝置的波長轉(zhuǎn)換組件包括:光漫射層，包括光散射材料的顆粒，其中所述光漫射層具有帶有界定內(nèi)部體積的內(nèi)表面的形狀；波長轉(zhuǎn)換層，其包括在所述內(nèi)部體積內(nèi)的至少一種光致發(fā)光材料的顆粒。所述組件有利地包括穹頂形狀或細(xì)長穹頂形狀。
[0031]在一些實(shí)施例中，所述波長轉(zhuǎn)換層實(shí)質(zhì)上填充光漫射層的形狀的內(nèi)部體積。或者，所述波長轉(zhuǎn)換層包括與所述光漫射層相同的形狀。
[0032]與本發(fā)明的其它實(shí)施例一樣，所述波長轉(zhuǎn)換層包括至少一種磷光體材料與透光粘結(jié)劑的混合物，且所述光漫射層包括所述光散射材料與相同透光粘結(jié)劑的混合物。
[0033]為了減少光致發(fā)光材料的使用，所述波長轉(zhuǎn)換層可進(jìn)一步包括第二光散射材料。所述光散射材料及所述第二光散射材料可具有不同材料性質(zhì)?；蛘撸瑑煞N材料可包括相同材料。[0034]所述透光粘結(jié)劑可包括可固化液態(tài)聚合物，例如聚合物樹脂、單體樹脂、丙烯酸系物、環(huán)氧樹脂、硅酮或氟化聚合物。
[0035] 光散射材料對粘結(jié)劑的重量載荷在范圍7%到35%中且優(yōu)選地在范圍10%到20%中。
[0036]所述光散射材料優(yōu)選地具有在范圍ΙμL?到50μπ?中且有利地在范圍10 μ m到20 μ m中的平均顆粒大小。
[0037]可使用例如真空模制或注射模制工藝的模制工藝來形成光漫射層。所述波長轉(zhuǎn)換層可使用模制工藝形成到漫射層上或通過將磷光體材料與粘結(jié)劑材料一起沉積到光漫射層的內(nèi)部體積中來形成。
[0038]所述光散射材料優(yōu)選地包括二氧化鈦、硫酸鋇、氧化鎂、二氧化硅或氧化鋁。優(yōu)選地，所述光散射材料具有經(jīng)選擇使得所述光散射材料將散射的激發(fā)光相對多于所述光散射材料將散射的由至少一種光致發(fā)光材料產(chǎn)生的光的平均顆粒大小。在優(yōu)選實(shí)施例中，所述光散射材料散射的激發(fā)光多達(dá)由至少一種光致發(fā)光材料產(chǎn)生的光的至少兩倍。在激發(fā)光包括藍(lán)色光的情況下，所述光散射材料優(yōu)選地具有小于約150nm的平均顆粒大小?；蛘?，在激發(fā)光包括紫外光的情況下，所述光散射材料優(yōu)選地具有小于約IOOnm的平均顆粒大小。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例，一種發(fā)光裝置包括:至少一個固態(tài)發(fā)光器，其可操作以產(chǎn)生激發(fā)光；光漫射層，其包括光散射材料的顆粒，其中所述光漫射層具有帶有界定內(nèi)部體積的內(nèi)表面的形狀；波長轉(zhuǎn)換層，其包括在所述內(nèi)部體積內(nèi)的可由所述激發(fā)光激發(fā)的至少一種光致發(fā)光材料的顆粒。
[0040]有利地，所述光漫射層內(nèi)的光散射材料對應(yīng)于改進(jìn)發(fā)光裝置的關(guān)斷狀態(tài)白色外觀的平均顆粒大小。
[0041]以下在詳細(xì)描述、圖式及所附權(quán)利要求書中描述本發(fā)明的方面、目標(biāo)及優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。前述一般描述及以下詳細(xì)描述兩者均為示范性及解釋性的，且不打算限制本發(fā)明的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參考附圖僅以實(shí)例的方式描述根據(jù)本發(fā)明的基于LED的發(fā)光裝置及磷光體波長轉(zhuǎn)換組件，在附圖中相似參考編號用于表示相似部件，且其中:
[0043]圖1展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)發(fā)光裝置的示意性部分剖視平面圖及截面圖；
[0044]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的磷光體波長轉(zhuǎn)換組件的示意圖；
[0045]圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的磷光體波長轉(zhuǎn)換組件的示意圖；
[0046]圖4展示針對圖1的裝置對于含有光衍射材料的0%、7%、12%、16%、23%及35%重量載荷的磷光體波長轉(zhuǎn)換組件的發(fā)射色彩改變對發(fā)射角度的曲線圖；
[0047]圖5是針對圖1的裝置在發(fā)射角度Θ = 60°下的發(fā)光效率(經(jīng)正規(guī)化)對發(fā)射色彩改變的曲線圖；
[0048]圖6展示根據(jù)本發(fā)明針對暖白色(~3000K)固態(tài)發(fā)光裝置對于含有光衍射材料的不同及20%重量載荷的波長轉(zhuǎn)換組件的發(fā)射色彩改變對發(fā)射角度的曲線圖；
[0049]圖7是針對暖白色發(fā)光裝置對于含有光衍射材料的不同0%、10%、15%及20%重量載荷的波長轉(zhuǎn)換組件在發(fā)射角度Θ =60°下的發(fā)光效率(經(jīng)正規(guī)化)對發(fā)射色彩改變的曲線圖；
[0050]圖8是1931C.1.E.(國際照明委員會)色度圖，其展示針對暖白色發(fā)光裝置對于含有光衍射材料的及20%重量載荷的波長轉(zhuǎn)換組件在發(fā)射角度Θ =0°、15°、30°、45°及60°下的發(fā)射色彩；
[0051]圖9展示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的高CRI固態(tài)發(fā)光裝置的示意性部分剖視平面圖及截面圖；
[0052]圖10展示針對紅色、綠色及藍(lán)色光的相對光散射對光衍射顆粒大小(nm)的曲線圖。
[0053]圖11是圖解說明已知發(fā)光裝置的操作原理的示意圖；
[0054]圖12是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有與磷光體顆?；旌系纳⑸漕w粒的發(fā)光裝置的操作原理的示意圖；
[0055]圖13是針對根據(jù)本發(fā)明的基于LED的發(fā)光裝置的對于光反射材料的不同重量百分比載荷的發(fā)射強(qiáng)度對色度CIE X的曲線圖；
[0056]圖14是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例在波長轉(zhuǎn)換層及漫射層兩者內(nèi)具有散射顆粒的發(fā)光裝置的示意圖；
[0057]圖15及16分別圖解說明根據(jù)一些實(shí)施例的波長轉(zhuǎn)換組件的應(yīng)用的透視圖及橫截面圖；
[0058]圖17是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有形成為穹頂形殼層的漫射層的發(fā)光裝置的示意圖，其中波長轉(zhuǎn)換層形成所述穹頂形漫射層的內(nèi)部表面上的內(nèi)層；
[0059]圖18是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有形成為穹頂形殼層的漫射層的發(fā)光裝置的示意圖，其中波長轉(zhuǎn)換層實(shí)質(zhì)上填充由所述穹頂形漫射層的內(nèi)部表面形成的內(nèi)部體積；
[0060]圖19是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有形成為穹頂形殼層的漫射層的發(fā)光裝置的示意圖，其中具有散射顆粒的波長轉(zhuǎn)換層實(shí)質(zhì)上填充由所述穹頂形漫射層的內(nèi)部表面形成的內(nèi)部體積；
[0061]圖20A、20B及20C圖解說明根據(jù)一些實(shí)施例的波長轉(zhuǎn)換組件的應(yīng)用的實(shí)例；
[0062]圖21A、21B及21C圖解說明根據(jù)一些實(shí)施例的波長轉(zhuǎn)換組件的應(yīng)用的另一實(shí)例；
[0063]圖22圖解說明根據(jù)一些實(shí)施例的波長轉(zhuǎn)換組件的應(yīng)用的另一實(shí)例；
[0064]圖23A及23B圖解說明根據(jù)一些實(shí)施例的波長轉(zhuǎn)換組件的應(yīng)用的另一實(shí)例；且
[0065]圖24圖解說明根據(jù)一些實(shí)施例的波長轉(zhuǎn)換組件的另一應(yīng)用的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0066]本發(fā)明的一些實(shí)施例針對于包括可操作以產(chǎn)生激發(fā)光(通常為藍(lán)色或UV)的一或多個固態(tài)發(fā)光器(通常為LED)的發(fā)光裝置，所述激發(fā)光用以激發(fā)含有光致發(fā)光材料(例如，磷光體材料)(例如藍(lán)色光可激發(fā)磷光體材料或UV可激發(fā)磷光體材料)的顆粒的波長轉(zhuǎn)換組件。另外，所述波長轉(zhuǎn)換組件包括光漫射層，其包括光衍射材料(本文中也稱為“光散射材料”)的顆粒。此布置的一個益處為，通過選擇光衍射材料的適當(dāng)顆粒大小及每單位面積的濃度，可制作具有隨著在與發(fā)射軸成±60°范圍內(nèi)的發(fā)射角度幾乎均勻的發(fā)射產(chǎn)物色彩的裝置。此外，光漫射層的使用可實(shí)質(zhì)上減少產(chǎn)生選定色彩的所發(fā)射光所需的磷光體材料量。另外，所述光漫射層可顯著改進(jìn)發(fā)光裝置在其關(guān)斷狀態(tài)中的白色外觀。
[0067]僅出于圖解說明的目的，以下描述是參考具體體現(xiàn)為磷光體材料的光致發(fā)光材料而做出的。然而，本發(fā)明適用于任何類型的任何類型的光致發(fā)光材料，例如磷光體材料或量子點(diǎn)。量子點(diǎn)為其激子在所有三個空間維度上受局限的一部分物質(zhì)(例如，半導(dǎo)體)，其可由輻射能量激發(fā)以發(fā)射特定波長或波長范圍的光。另外，以下描述是參考具體體現(xiàn)為藍(lán)色光源的輻射源而做出的。然而，本發(fā)明適用于任何類型的輻射源，包含藍(lán)色光源及UV光源。
[0068]現(xiàn)在將參考圖1描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)發(fā)光裝置10，其展示所述裝置的示意性部分剖視平面圖及截面圖。裝置10經(jīng)配置以產(chǎn)生具有大致3000K的CCT (相關(guān)色溫)及大致1000流明的發(fā)光通量的暖白色光。
[0069]裝置10包括中空圓柱形主體12，所述中空圓柱形主體由圓盤形底座14、中空圓柱形壁部分16及可拆卸環(huán)形頂部18構(gòu)成。為了幫助熱量耗散，底座14優(yōu)選地由鋁、鋁合金或具有高導(dǎo)熱率(優(yōu)選地> ZOOWnr1K-1)的任何材料(例如銅、鎂合金或裝載有金屬的塑料材料)制作。為了低成本生產(chǎn)，壁16及頂部18優(yōu)選地由例如HDPP(高密度聚丙烯)、耐綸或PMA(聚丙烯酸甲酯)的熱塑性材料制作?；蛘?，其可由例如鋁或鋁合金的導(dǎo)熱材料制作。如圖1中所指示，底座14可通過螺絲或螺栓20或通過其它緊固件或借助于粘合劑附接到壁部分16。如圖1中進(jìn)一步展示，頂部18可使用卡口型架座可拆卸地安裝到壁部分16，其中徑向延伸的凸片22嚙合于頂部18中的對應(yīng)環(huán)形凹槽中。
[0070]裝置10進(jìn)一步包括多個(在所圖解說明的實(shí)例中，4個)藍(lán)色發(fā)光LED24(藍(lán)色LED)，其經(jīng)安裝而與圓形MCPCB (金屬芯印刷電路板)26熱連通。藍(lán)色LED24可包括來自加利福尼亞州佛利蒙市英特美公司(Intematix Corporation of Fremont, California)的
4.SWCetus? C1109陶瓷上芯片裝置，其中每一裝置包括配置為矩形陣列3行X4列的十二個0.4W基于GaN(基于氮化鎵)的藍(lán)色LED芯片的陶瓷封裝陣列。每一藍(lán)色LED24可操作以產(chǎn)生具有在波長范圍400nm到480nm(通常為450nm到470nm)中的峰值波長λ:的藍(lán)色光28。如已知，MCPCB包括由金屬芯底座(通常為鋁)、導(dǎo)熱/電絕緣電介質(zhì)層及用于以所要電路配置電連接電組件的銅電路層構(gòu)成的分層結(jié)構(gòu)。MCPCB26的金屬芯底座借助于導(dǎo)熱化合物(例如，含有標(biāo)準(zhǔn)散熱化合物的粘合劑，所述標(biāo)準(zhǔn)散熱化合物含有氧化鈹或氮化鋁)與底座14熱連通地安裝。如圖1中所展示，可使用螺絲或螺栓30將MCPCB附接到底座。
[0071]為了最大化光的發(fā)射，裝置10可進(jìn)一步包括光反射表面32、34，其分別覆蓋MCPCB26的面及頂部18的內(nèi)彎曲表面。通常，光反射表面32、34可包括高光反射薄片材料，例如來自美國伊利諾斯州奈爾斯市的A.L.P.照明組件公司(A.L.P.lightingComponents, Inc ofNiles, Illinois, USA)的 WhiteOptics? “White97” (基于高密度聚乙烯纖維的復(fù)合膜)。如圖1中所指示，可使用所述材料的圓盤32來覆蓋MCPCB的面，且光反射材料條帶配置為插入于外殼中且經(jīng)配置以覆蓋外殼壁部分16的內(nèi)表面的圓柱形套筒34。
[0072]裝置10進(jìn)一步包括磷光體波長轉(zhuǎn)換組件36，其可操作以吸收一定比例的由LED24產(chǎn)生的藍(lán)色光28 U1),并通過光致發(fā)光過程36將其轉(zhuǎn)換為不同波長(λ 2)的光38。裝置10的發(fā)射產(chǎn)物40包括由LED24及磷光體波長轉(zhuǎn)換組件36產(chǎn)生的波長W的組合光。所述波長轉(zhuǎn)換組件遠(yuǎn)離LED24定位，且與所述LED空間上分離通常至少Icm的距離d。在此專利說明書中，“遠(yuǎn)程地”及“遠(yuǎn)程”意指呈間隔或分離關(guān)系。波長轉(zhuǎn)換組件36經(jīng)配置以完全覆蓋外殼12的開口，使得由燈發(fā)射的所有光均通過組件36。如所展示，波長轉(zhuǎn)換組件36可使用頂部18可拆卸地安裝到壁部分16的頂部，從而使得能夠易于改變燈的組件及發(fā)射色彩。
[0073]如圖2中所展示，波長轉(zhuǎn)換組件36依序包括透光襯底42、含有光衍射顆粒的光漫射層44及含有一或多種光致發(fā)光(例如,磷光體)材料的波長轉(zhuǎn)換層46。如在圖2中可見，波長轉(zhuǎn)換組件36經(jīng)配置使得在操作中波長轉(zhuǎn)換層46面向LED。
[0074]透光襯底42可為實(shí)質(zhì)上可透射在波長范圍380nm到740nm中的光的任何材料，且可包括透光聚合物，例如聚碳酸酯或丙烯酸系物或例如硼硅酸鹽玻璃的玻璃。對于圖1的燈10，襯底42包括直徑Φ= 62 mm及厚度tl (其通常為0.5mm到3mm)的平面圓盤。在其它
實(shí)施例中，襯底可包括其它幾何形狀，例如凸或凹的形式，例如穹形或圓柱形。
[0075]漫射層44包括光衍射材料(優(yōu)選地，二氧化鈦(TiO2))的顆粒的均勻厚度層。在替代布置中，所述光衍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或更高的反射比)的粉末狀材料。將光衍射材料粉末與透光液態(tài)粘結(jié)劑材料以已知比例充分混合以形成懸浮液且優(yōu)選地通過絲網(wǎng)印刷將所得混合物沉積到襯底42的面上以形成覆蓋襯底的整個面的均勻厚度t2(通常在范圍10 μ m到75 μ m中)層。光漫射層44中每單位面積的光衍射材料量將通常在范圍10 μ g.cnT2 到 5mg.cnT2 中。
[0076]盡管絲網(wǎng)印刷為用于沉積光衍射漫射層44的優(yōu)選方法，但其可使用其它技術(shù)來沉積，例如狹縫型擠壓式涂覆、旋轉(zhuǎn)涂覆、滾筒涂覆、泄降式涂覆或刮刀涂布。所述粘結(jié)劑材料可包括可固化液態(tài)聚合物，例如聚合物樹脂、單體樹脂、丙烯酸系物、環(huán)氧樹脂(聚環(huán)氧化物)、硅酮或氟化聚合物。重要地，粘結(jié)劑材料在其固化狀態(tài)中實(shí)質(zhì)上可透射由磷光體材料及LED24產(chǎn)生的所有波長的光，且優(yōu)選地具有在可見光譜(380nm到800nm)內(nèi)至少0.9的透射比。粘結(jié)劑材料優(yōu)選地為U.V.可固化的，但其可為熱可固化的、基于溶劑的或其組合。U.V.可固化或熱可固化粘結(jié)劑可為優(yōu)選的，因?yàn)椴煌诨谌軇┑牟牧?，其在聚合作用期間不會“排氣”。在一種布置中，光衍射材料的平均顆粒大小在范圍5 μ m到15 μ m中，但如將描述，其可在納米范圍(nm)中且有利地在范圍IOOnm到150nm中。光衍射材料對液態(tài)粘結(jié)劑的重量百分比載荷通常在范圍7%到35%中。
[0077]波長轉(zhuǎn)換層46經(jīng)沉積而與光漫射層44直接接觸且無任何介入層或氣隙。將呈粉末形式的磷光體材料與液態(tài)透光粘結(jié)劑材料以已知比例充分混合以形成懸浮液且將所得磷光體組合物“磷光體油墨”直接沉積到漫射層44上。所述波長轉(zhuǎn)換層優(yōu)選地通過絲網(wǎng)印刷來沉積，但可使用其它沉積技術(shù)，例如狹縫型擠壓式涂覆、旋轉(zhuǎn)涂覆或刮刀涂布。為了消除波長轉(zhuǎn)換層46與漫射層44之間的光學(xué)界面且為了最大化光在各層之間的透射，優(yōu)選地使用相同液態(tài)粘結(jié)劑材料來制作兩個層；即，聚合物樹脂、單體樹脂、丙烯酸系物、環(huán)氧樹月旨、硅酮或氟化聚合物。
[0078]磷光體波長轉(zhuǎn)換層46優(yōu)選地通過絲網(wǎng)印刷來沉積，但可使用其它沉積技術(shù)，例如狹縫型擠壓式涂覆、旋轉(zhuǎn)涂覆、滾筒涂覆、泄降式涂覆或刮刀涂布。粘結(jié)劑材料優(yōu)選地為U.V.可固化的或熱可固化的，而非基于溶劑的。當(dāng)溶劑蒸發(fā)某體積時，且組合物的粘度將改變且此可導(dǎo)致較高濃度的磷光體材料，這將影響裝置的發(fā)射產(chǎn)物色彩。在U.V.可固化聚合物的情況下，粘度及固體比率在沉積過程期間較穩(wěn)定，其中U.V.固化用以在完成沉積之后使層聚合及凝固。此外，由于在磷光體油墨的絲網(wǎng)印刷的情況中，可需要多遍次印刷來實(shí)現(xiàn)所需的層厚度，因此U.V.可固化粘結(jié)劑的使用為優(yōu)選的，因?yàn)槊恳粚涌稍谟∷⒅笥谙乱粚拥挠∷⒅皫缀趿⒓垂袒?br> [0079]由波長轉(zhuǎn)換組件產(chǎn)生的發(fā)射產(chǎn)物的色彩取決于波長轉(zhuǎn)換層46中的磷光體材料組成及每單位面積的磷光體材料量。將了解，每單位面積的磷光體材料量取決于波長轉(zhuǎn)換層46的厚度t3及磷光體油墨中磷光體材料對粘結(jié)劑的重量載荷。在其中發(fā)射產(chǎn)物為白色的應(yīng)用中，或在其中發(fā)射產(chǎn)物具有高飽和度色彩(即，發(fā)射產(chǎn)物包括實(shí)質(zhì)上所有光致發(fā)光產(chǎn)生的光)的應(yīng)用中，波長轉(zhuǎn)換層46中每單位面積的磷光體材料量將通常在IOmg.cm-2與40mg.cm-2之間。為了使得能夠在最小數(shù)目個印刷遍次中印刷波長轉(zhuǎn)換層46，磷光體油墨優(yōu)選地具有盡可能高的磷光體材料對粘結(jié)劑材料的固體載荷，且優(yōu)選地具有在范圍40%到75%中的磷光體材料對粘結(jié)劑的重量載荷。對于在約40%以下的重量載荷,發(fā)現(xiàn)可必需五個或五個以上印刷遍次來實(shí)現(xiàn)每單位面積的所需磷光體材料。所述磷光體材料包括具有10 μ m到20 μ m且通常約15 μ m的平均顆粒大小的顆粒。
[0080]在一般照明應(yīng)用中，發(fā)射產(chǎn)物40將通常為白色光，且磷光體材料可包括一或多種藍(lán)色光可激發(fā)磷光體材料，其發(fā)射綠色(510nm到550nm)、黃-綠色(550nm到570nm)、黃色(570nm到590nm)、橙色(590nm到630nm)或紅色(630nm到740nm)光。波長轉(zhuǎn)換層的厚度t3、磷光體材料組成及每單位面積的磷光體材料的密度(重量載荷)將確定由燈發(fā)射的光的色彩。
[0081]所述磷光體材料可包括無機(jī)或有機(jī)磷光體，例如大體組成為A3Si(OD)5或A2Si(OD)4的基于硅酸鹽的磷光體，其中Si為娃，O為氧，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)例揭示于美國專利US7, 575，697B2 “基于娃酸鹽的綠色磷光體(Silicate-based greenphosphors) ”、US7, 601，276B2“兩相基于娃酸鹽的黃色憐光體(Two phase silicate-basedyellow phosphors) ”、US7, 655, 156B2 “基于娃酸鹽的澄色憐光體(Silicate-basedorange phosphors) ” 及 US7, 311，858B2 “基于娃酸鹽的黃-綠色憐光體(Silicate-basedyellow-green phosphors) ”中。所述磷光體還可包括:基于招酸鹽的材料，例如共同待決的專利申請案US2006/0158090Ar‘新穎的基于招酸鹽的綠色磷光體(Novel aluminate-basedgreen phosphors) ” 及專利 US7, 390，437B2 “基于招酸鹽的藍(lán)色憐光體(Aluminate-basedblue phosphors) ”中所教示；硅酸鋁磷光體，如共同待決的申請案US2008/0111472Ar‘硅酸招橙-紅色綠光體(Aluminum-silicate orange-red phosphor) ”中所教示；或基于氮化物的紅色磷光體材料，例如共同待決的美國專利申請案US2009/0283721A1 “基于氮化物的紅色憐光體(Nitride-based red phosphors) ”及國際專利申請案W02010/074963A1 “基于氮化物的在RGB (紅色-綠色-藍(lán)色)中發(fā)射紅色的照明系統(tǒng)(Nitride-based red-emittingin RGB (red-green-blue) lighting systems) ”中所教示。將了解，所述磷光體材料并不限于所描述的實(shí)例，且可包括任何磷光體材料，包含氮化物及/或硫酸鹽磷光體材料、氧氮化物及含氧硫酸鹽磷光體或石榴石材料(YAG)。[0082]圖3中圖解說明根據(jù)本發(fā)明的磷光體波長轉(zhuǎn)換組件36的另一實(shí)例。與圖2的波長轉(zhuǎn)換組件一樣，所述組件包括透光襯底42、光漫射層44及波長轉(zhuǎn)換層46。根據(jù)本發(fā)明，光漫射層44及波長轉(zhuǎn)換層46經(jīng)沉積而彼此直接接觸。再次，在操作中，所述組件經(jīng)配置使得所述波長轉(zhuǎn)換組件經(jīng)配置使得光漫射層44面向LED24。
[0083]在操作中，由LED24產(chǎn)生的藍(lán)色光28行進(jìn)穿過波長轉(zhuǎn)換層46直到其撞擊磷光體材料的顆粒為止。據(jù)信，平均上光子與磷光體材料顆粒的相互作用的低至1/1000導(dǎo)致光致發(fā)光光38的吸收及產(chǎn)生。光子與磷光體顆粒的相互作用的大部分(約99.9% )導(dǎo)致光子的散射。由于散射過程的各向同性性質(zhì)，平均上光子的一半將沿往回朝向LED的方向散射。測試指示，通?？?cè)肷渌{(lán)色光28的約10%從波長轉(zhuǎn)換組件36沿往回朝向LED的方向散射及發(fā)射。對于冷白色發(fā)光裝置，磷光體材料的量經(jīng)選擇以允許總?cè)肷渌{(lán)色光的大致10%從波長轉(zhuǎn)換組件發(fā)射并貢獻(xiàn)于由觀察者21觀看的發(fā)射產(chǎn)物40。入射光的大部分(大致80%)由磷光體材料吸收且作為光致發(fā)光光38重新發(fā)射。由于光致發(fā)光光產(chǎn)生的各向同性性質(zhì)，由磷光體材料產(chǎn)生的光38的大致一半將沿朝向LED的方向發(fā)射。因此，總?cè)肷涔獾膬H最高達(dá)約40%將作為波長λ 2的光38發(fā)射并貢獻(xiàn)于發(fā)射產(chǎn)物38，其中總?cè)肷涔獾氖Ｓ嗖糠?最高達(dá)約40% )作為波長λ 2的光38沿往回朝向LED的方向發(fā)射。從波長轉(zhuǎn)換組件36朝向LED發(fā)射的光由光衍射表面32、34重新引導(dǎo)以貢獻(xiàn)于發(fā)射產(chǎn)物且增加裝置的總體效率。
[0084]與常規(guī)LED照明裝置相關(guān)聯(lián)的通過解決本發(fā)明的實(shí)施例的一個問題是裝置在關(guān)斷狀態(tài)中的非白色外觀。如所論述，在接通狀態(tài)期間，LED芯片或裸片產(chǎn)生藍(lán)色光且此后所述藍(lán)色光的某一部分由磷光體吸收以重新發(fā)射黃色光(或綠色與紅色光、綠色與黃色光、綠色與橙色光或黃色與紅色光的組合)。由所述LED產(chǎn)生的藍(lán)色光的未被所述磷光體吸收的部分與由所述磷光體發(fā)射的光組合，以提供在人眼看來在色彩上接近為白色的光。
[0085]然而，在關(guān)斷狀態(tài)中，LED芯片或裸片不產(chǎn)生任何藍(lán)色光。而是，由遠(yuǎn)程磷光體照明設(shè)備產(chǎn)生的光至少部分地基于外部光(例如，太陽光或室內(nèi)光)，所述外部光激發(fā)波長轉(zhuǎn)換組件中的磷光體材料且因此在光致發(fā)光光中產(chǎn)生淡黃色、黃-橙色或橙色。由于LED芯片或裸片未產(chǎn)生任何藍(lán)色光，因此此意味著將不存在與來自波長轉(zhuǎn)換組件的光致發(fā)光光的黃色/橙色光組合以產(chǎn)生白色外觀光的任何殘余藍(lán)色光。因此，照明裝置將看起來在色彩上為淡黃色、黃-橙色或橙色。此對于正尋求白色外觀光的潛在購買者或顧客來說可為不合意的。
[0086]根據(jù)一些實(shí)施例，光漫射層44提供通過改進(jìn)裝置在關(guān)斷狀態(tài)中對于觀察者21的視覺外觀而解決此問題的額外益處。部分地，這是因?yàn)楣饴鋵?4包含光衍射材料的顆粒，其可實(shí)質(zhì)上減少原本將致使波長轉(zhuǎn)換組件重新發(fā)射具有淡黃色/橙色的波長的光的外部激發(fā)光的通過。
[0087]舉例來說，光漫射層44中的光衍射材料的顆粒經(jīng)選擇而具有增加其散射藍(lán)色光的概率的大小范圍，此意味著較少的外部藍(lán)色光通過光漫射層44以激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層46。因此，遠(yuǎn)程磷光體照明設(shè)備在關(guān)斷狀態(tài)中將具有較多的白色外觀，因?yàn)椴ㄩL轉(zhuǎn)換組件發(fā)射較少的黃色/紅色光。
[0088]光衍射顆粒大小可經(jīng)選擇使得顆粒將散射的藍(lán)色光相對多達(dá)其將散射的由磷光體材料產(chǎn)生的光的至少兩倍。此光漫射層44確保在關(guān)斷狀態(tài)期間，光衍射材料將散射由裝置接收的較高比例的外部藍(lán)色光并將其遠(yuǎn)離波長轉(zhuǎn)換層46引導(dǎo)，從而降低外部始發(fā)的光子與磷光體材料顆粒相互作用的概率且最小化淡黃色/橙色光致發(fā)光光的產(chǎn)生。然而，在接通狀態(tài)期間，由來自LED光源的激發(fā)光導(dǎo)致的磷光體產(chǎn)生的光卻可以被散射的較低概率通過漫射層44。優(yōu)選地，為了增強(qiáng)照明裝置在關(guān)斷狀態(tài)中的白色外觀，光漫射層44內(nèi)的光衍射材料為具有小于約150nm的平均顆粒大小的“納米顆粒”。對于發(fā)射具有其它色彩的光的光源，所述納米顆?？蓪?yīng)于其它平均大小。舉例來說，用于UV光源的光漫射層44內(nèi)的光衍射材料可具有小于約IOOnm的平均顆粒大小。
[0089]因此，通過對光散射材料的平均顆粒大小的適當(dāng)選擇，可配置光漫射層使得其相比于如由光致發(fā)光材料發(fā)射的其它色彩(即，綠色及紅色)更容易散射激發(fā)光(例如，藍(lán)色光)。圖10展示針對紅色、綠色及藍(lán)色光的相對光散射對TiO2平均顆粒大小(nm)的曲線圖。如從圖10可見，具有IOOnm到150nm的平均顆粒大小的TiO2顆?？赡苌⑸涞乃{(lán)色光(450nm到480nm)為其將散射的綠色光(510nm到550nm)或紅色光(630nm到740nm)的兩倍以上。舉例來說，具有IOOnm的平均顆粒大小的TiO2顆粒將散射的藍(lán)色光為其將散射的綠色或紅色光的接近三倍(2.9 = 0.97/0.33)。對于具有200nm的平均顆粒大小的TiO2顆粒，這些顆粒將散射的藍(lán)色光多達(dá)其將散射的綠色或紅色光的超過兩倍(2.3 = 1.6/0.7)。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，光衍射顆粒大小優(yōu)選地經(jīng)選擇使得顆粒將散射的藍(lán)色光相對多達(dá)由磷光體材料產(chǎn)生的光的至少兩倍。
[0090]可通過本發(fā)明的實(shí)施例解決的遠(yuǎn)程磷光體裝置的另一問題是所發(fā)射光的色彩隨著發(fā)射角度的變化。特定來說，當(dāng)從不同角度觀看時，遠(yuǎn)程磷光體裝置經(jīng)常遭受可感知的色彩不均勻性。
[0091]本發(fā)明的實(shí)施例校正此問題，因?yàn)榕c波長轉(zhuǎn)換層46直接接觸的光漫射層44的添加顯著地增加了所發(fā)射光的色彩隨著發(fā)射角度Θ的均勻性。發(fā)射角度Θ是相對于發(fā)射軸48(圖1)測量的。圖4展示根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)例性實(shí)施方案針對圖1的燈對于包括其中光衍射材料對粘結(jié)劑材料的百分比(％)重量載荷為0%、7%、12%、16%、23%及35%的漫射層44的波長轉(zhuǎn)換組件36的所測量CIE色彩改變對發(fā)射角度Θ的曲線圖。所有發(fā)射色彩測量均是針對其中光漫射層包括具有平均顆粒大小~5 μ m的TiO2光衍射顆粒的波長轉(zhuǎn)換組件在距燈10為IOm的距離處測量的。為了比較，針對TiO2的O %百分比載荷的數(shù)據(jù)對應(yīng)于不包含光漫射層的波長轉(zhuǎn)換組件。
[0092]從以下關(guān)系導(dǎo)出所測量色彩改變:
[0093]
【權(quán)利要求】
1.一種用于發(fā)光裝置的波長轉(zhuǎn)換組件，其包括:至少一種光致發(fā)光材料；及光散射材料，其中所述光散射材料具有經(jīng)選擇使得所述光散射材料將散射的來自輻射源的激發(fā)光相對多于所述光散射材料將散射的由所述至少一種光致發(fā)光材料產(chǎn)生的光的平均顆粒大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述光散射材料散射的所述激發(fā)光多達(dá)由所述至少一種光致發(fā)光材料產(chǎn)生的光的至少兩倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的組件，其中所述激發(fā)光包括藍(lán)色光。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的組件，其中所述光散射材料具有小于約150nm的平均顆粒大小。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的組件，其中所述光散射材料選自由以下各項組成的群組:二氧化鈦、硫酸鋇、氧化鎂、二氧化娃及氧化招。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的組件，其中所述至少一種光致發(fā)光材料位于波長轉(zhuǎn)換層中且所述光散射材料位于漫射層中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組件，其中所述波長轉(zhuǎn)換層與所述光漫射層彼此直接接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或權(quán)利要求7所述的組件，其中所述波長轉(zhuǎn)換層包括至少一種磷光體材料與透光粘結(jié)劑的混合物，且所述光漫射層包括所述光散射材料與所述透光粘結(jié)劑的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的組件，其中所述透光粘結(jié)劑包括選自由以下各項組成的群組的可固化液態(tài)聚合物:聚合物樹脂、單體樹脂、丙烯酸系物、環(huán)氧樹脂、硅酮及氟化聚合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的組件，其中光散射材料對粘結(jié)劑的重量載荷選自由以下各項組成的群組到35%及10%到20%。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組件，其中所述波長轉(zhuǎn)換及光漫射層是使用選自由以下各項組成的群組的方法沉積的:絲網(wǎng)印刷、狹縫型擠壓式涂覆、旋轉(zhuǎn)涂覆、滾筒涂覆、泄降式涂覆及刮刀涂布。
12.根據(jù)權(quán)利要求6到11中任一權(quán)利要求所述的組件，其中所述波長轉(zhuǎn)換層及所述光漫射層為實(shí)質(zhì)上平面的。
13.根據(jù)權(quán)利要求6到11中任一權(quán)利要求所述的組件，其中所述光漫射層包括穹頂或細(xì)長穹頂形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的組件，其中所述波長轉(zhuǎn)換層填充在所述穹頂或細(xì)長穹頂形狀下方形成的體積。
15.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的組件，其中所述至少一種光致發(fā)光材料及所述光散射材料兩者均位于波長轉(zhuǎn)換層中。
16.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的組件，其中所述光散射材料具有在選自由以下各項組成的群組的范圍中的平均顆粒大小:1 μ m到50 μ m及10 μ m到20 μ m。
17.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的組件，其中所述至少一種光致發(fā)光材料被沉積到透光襯底上，且所述透光襯底選自由以下各項組成的群組:聚碳酸酯、丙烯酸系物及玻璃。
18.一種發(fā)光裝置，其包括: 至少一個固態(tài)發(fā)光器，其可操作以產(chǎn)生激發(fā)光； 至少一種光致發(fā)光材料；及 光散射材料，其中所述光散射材料具有經(jīng)選擇使得所述光散射材料將散射的來自輻射源的激發(fā)光相對多于所述光散射材料將散射的由所述至少一種光致發(fā)光材料產(chǎn)生的光的平均顆粒大小。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述光散射材料的所述平均顆粒大小經(jīng)選擇以改進(jìn)所述發(fā)光裝置的關(guān)斷狀態(tài)白色外觀。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述光散射材料的所述平均顆粒大小經(jīng)選擇以針對在與發(fā)射軸成±60°范圍內(nèi)的發(fā)射角度獲得來自所述發(fā)光裝置的所發(fā)射光的實(shí)質(zhì)上均勻色彩。
21.根據(jù)權(quán)利要求18到20中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述光散射材料對粘結(jié)劑的重量載荷選自由以下各項組成的群組:7%到35%及10%到20%。
22.根據(jù)權(quán)利要求18到21中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述激發(fā)光包括藍(lán)色光，且所述光散射材料散射的所述藍(lán)色光多達(dá)由所述至少一種光致發(fā)光材料產(chǎn)生的光的至少兩倍。
23.根據(jù)權(quán)利要求18到22中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述光散射材料具有小于約150nm的平均顆粒 大小。
【文檔編號】F21S2/00GK103959490SQ201280057372
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月13日
【發(fā)明者】代冰, 袁湘龍, 王剛, 查爾斯·愛德華茲 申請人:英特曼帝克司公司