穩定化波長轉換元件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及固態發光裝置的領域，并且具體而言，涉及用于波長轉換的有機磷光體元件，其中有機波長轉換材料(磷光體)包含在聚合物基體中。
【背景技術】
[0002]基于發光二極管(LED)的照明器件被日益用于各種照明應用。LED提供優于諸如白熾燈和熒光燈之類的傳統光源的優點，包括長壽命、高流明效率、低操作電壓和流明輸出的快速調制。
[0003]高效的高功率LED常常基于藍光發射材料。為了產生具有期望顏色(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換材料(通常被稱為磷光體)，其將由LED發射的光的一部分轉換為具有較長波長的光以便產生具有期望光譜特性的光的組合。許多無機材料已經被用作用于將由LED發射的藍光轉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光光譜可以關于位置和帶寬容易地調節的優點。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相比較，照明系統的效率得以改進。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的照明系統中的應用的主要缺點是其欠佳的光化學穩定性。已經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。已經做出努力來解決該問題。例如，先前已經查明，當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變溫度附近的操作溫度處，聚合物的降低的尺寸穩定性是問題，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用的使用。為了產生具有足夠的尺寸穩定性的磷光體薄膜，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)并且結晶，因此形成在遠高于聚合物的玻璃轉變溫度的溫度處具有可接受的尺寸穩定性的結晶或部分結晶薄膜。然而，已經查明，當與原始非晶或半結晶聚合物基體相比較時，有機磷光體的光化學穩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，本領域中存在對于關于照明器件中的靈敏磷光體材料的并入的改進的需要。
【發明內容】
[0006]本發明的目標是克服該問題，并且提供一種適于在固態發光裝置中使用的波長轉換元件，其示出有機磷光體的高尺寸穩定性和高光化學穩定性。
[0007]根據本發明的第一方面，該目標和其它目標通過包括波長轉換層的波長轉換構件來達到，所述波長轉換層包括分布在包含非晶或半結晶芳香族聚酯的基體中的有機波長轉換化合物，其中芳香族聚酯分子主導地處于隨機定向狀態，所述波長轉換構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換化合物(有機磷光體)以抵抗光化學降解。支撐元件在芳香族聚酯的玻璃轉變溫度附近或以上的溫度處同樣確保基體的尺寸穩定性。
[0008]在本發明的實施例中，支撐元件可以包括包含在所述波長轉換層內的加強結構。使用這樣的內部加強結構，波長轉換構件可以由單個波長轉換層形成。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換層物理接觸地布置的至少一個支撐層或結構。支撐層或結構可以是連續或不連續的。連續的支撐層可以整個覆蓋波長轉換層的一側，并且可以制得相當薄。不連續的支撐層或結構典型地留下波長轉換層的某些區域未覆蓋，例如具有框、環或網格的形狀，并且因此可以制得較厚且與光學性質較不相關地制造，至少在被適配于用在其中支撐未定位在出光路徑中的發光裝置中時如此。
[0010]在本發明的實施例中，例如支撐層或結構的支撐元件可以是透明的。
[0011 ] 在本發明的實施例中，例如支撐層或結構的支撐元件可以是反射或散射的。
[0012]在本發明的實施例中，波長轉換化合物是茈系衍生物。
[0013]在本發明的實施例中，非晶或半結晶芳香族聚酯可以包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)0非晶或半結晶、非拉伸的PET已經被證實提供用于諸如茈系衍生物之類的有機磷光體的優異基體。
[0014]典型地，在本發明的實施例中使用的半結晶芳香族聚酯可以具有小于70%、優選地小于50%、更優選地小于30% (例如小于20%)的結晶度。這樣的結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，本發明提供一種發光裝置，包括
-固態光源，其被適配成發射具有第一波長范圍的光；以及
-如以上所描述的波長轉換構件，其被布置成接收具有所述第一波長范圍的光，波長轉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)的固態光源，諸如發光二極管(LED)或激光二極管。如以上所描述的，波長轉換元件在高強度LED的操作溫度處同樣是尺寸穩定的，其中操作溫度可以超過芳香族聚酯的玻璃轉變溫度。
[0016]在本發明的實施例中，支撐元件可以包括與波長轉換層接觸地布置并且布置在從所述光源到所述波長轉換層的光路徑之外的支撐結構。在這樣的實施例中，因此可以與光學性質較不相關地設計支撐元件。在其它實施例中，支撐元件可以包括與波長轉換層物理和光學接觸并且與固態光源光學接觸地布置的連續的透明層，并且其中支撐元件用作光
Q
寸ο
[0017]在又一方面中，本發明分別提供包括如以上所描述的相應的波長轉換構件或發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，本發明涉及在權利要求中陳述的特征的所有可能組合。
【附圖說明】
[0019]現在將參考示出本發明的(多個)實施例的附圖更詳細地描述本發明的該方面和其它方面。
[0020]圖1示出了根據本發明的實施例的包括具有連續的支撐層的波長轉換構件的發光裝置的側面剖視圖。
[0021]圖2示出了根據本發明的其它實施例的包括具有不連續的支撐層的波長轉換構件的發光裝置的側面剖視圖。
[0022]圖3示出了根據本發明的實施例的包括內部支撐元件的波長轉換構件的側面剖視圖。
[0023]圖4是示出根據本發明的實施例的包括波長轉換構件的白熾燈泡替換燈(“改型燈”)的側面視圖。
[0024]圖5示出了根據本發明的另一實施例的包括具有波導功能的支撐元件的發光裝置的側面剖視圖。
[0025]如圖中所圖示的，層和區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明的實施例的一般結構。同樣的參考數字自始至終是指同樣的元件。
【具體實施方式】
[0026]現在將參考附圖在下文中更充分地描述本發明，其中示出了本發明的當前優選的實施例。然而，本發明可以以許多不同的形式來具體化并且不應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，并且將本發明的范圍完全傳達給技術人員。
[0027]本發明人已經查明，與包含在未單軸或雙軸拉伸的非晶或半結晶芳香族聚酯內的有機磷光體的穩定性相比較，作為芳香族聚酯薄膜的單軸或雙軸拉伸的結果，包含在該薄膜內的有機磷光體的光化學穩定性顯著降低。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點。例如，本發明人已經查明，與未拉伸的狀態相比，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，現在已經查明，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地隨機定向的非晶或半結晶芳香族聚酯薄膜可以使用支撐構件來穩定化，所述支撐構件可以是外部層或結構，或者是包含在聚酯基體內的內部加強結構，諸如加強纖維。因此，提供了具有良好的結構穩定性以及長磷光體壽命的波長轉換構件。
[0029]圖1圖示了發光裝置100，其包括固態光源101和被布置成接收由光源發射的光的波長轉換構件102。波長轉換構件包括分散在非晶或半結晶芳香族聚酯(例如聚對苯二甲酸乙二酯)的基體中的有機波長轉換化合物105 (被稱為有機磷光體)，從而形成波長轉換層103。典型地，有機波長轉換材料可以分子地溶解在芳香族聚酯中。波長轉換構件102還包括向聚合物層提供結構穩定性的支撐層104。因此，包括非晶或半結晶芳香族聚酯的波長轉換構件在玻璃轉變溫度(其對于PET為大約75°C)以上的溫度處具有足夠的尺寸穩定性以允許同樣在高強度發光裝置中使用波長轉換構件，其中波長轉換構件的溫度在操作期間可以在70°C以上。因此，在本發明的實施例中，光源可以是中到高強度的固態光源，例如遞送超過500流明的LED燈或模塊，其中波長轉換構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“半結晶”來指聚合物包括結晶區，即其不是100%非晶的。根據本發明的實施例的半結晶薄膜典型地具有小于70%的結晶度(按體積計)，這意指聚合物薄膜的結晶相構成的體積小于薄膜的體積的70%。
[0031]例如，根據本發明的實施例的芳香族聚酯基體可以具有小于50%、優選地小于30%(例如小于20%)的結晶度，諸如大約10%的結晶度。聚合物的結晶度可以通過在文獻中很好地描述的以下技術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、核磁共振光譜學。
[0032]根據本發明的實施例，所使用的非晶或半結晶聚合物尚未經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，其包括諸如結晶PET (CPET)或熱穩定化雙軸定向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。其它示例是諸如環氧樹脂或丙烯酸酯之類的交聯聚合物系統。可替換地，支撐層可以是玻璃板或半透明的陶瓷板。當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換層應用到其上的襯底，或者可替換地，支撐層104可以被提供為波長轉換層103上的涂層。可以通過絲網印刷、刮刀涂敷、葉片涂敷或者本領域中已知的任何其它適合的涂敷技術來應用這樣的涂層。可以層壓波長轉換層10