具有包含發光材料的自支撐網格的led照明器件和制作自支撐網格的方法

專利名稱：具有包含發光材料的自支撐網格的led照明器件和制作自支撐網格的方法
技術領域：
本發明涉及一種具有包含發光材料的自支撐網格的照明器件以及一種制作這樣的包含發光材料的自支撐網格的方法。
背景技術：
包括用于轉換LED光的發光材料的照明器件在本領域中是已知的。可以用于這 樣的應用的透射陶瓷層或者發光陶瓷及其制備方法在本領域中也是已知的。例如參照US 2005/0269582，該申請公開了一種與設置于發光層發射的光路中的陶瓷層組合的半導體 發光器件。陶瓷層由波長轉換材料如發光材料組成或者包括該材料。US 7196354公開了另一類型的器件，該器件包括適合于生成光的光生成區域、 波長轉換區域和熱傳導區域。波長轉換區域能夠吸收光生成區域生成的光并且發射波長 與光生成區域生成的光的波長不同的光。熱傳導區域與波長轉換區域接觸并且能夠傳導 在波長轉換區域中生成的熱。熱傳導區域包括熱傳導率比波長轉換區域的熱傳導率較大 的材料。發光器件適合于發射總功率大于0.5瓦的光。熱傳導區域與散熱器接觸。

發明內容
一些現有技術系統的一個弊端可能在于不能容易地散熱。這意味著可能無法構 造高功率器件，因為高強度的輻射(以及例如由于斯托克司頻移損耗所致的伴隨熱發展) 可能損壞熱敏發光材料和/或有機襯底。一些現有技術系統的又一弊端在于復雜的結構或者使用相對臃腫的光學器件， 這不僅可能對效率具有有害影響并且可能妨礙構造小型器件。一些現有技術系統的其它弊端可能在于必須涂敷生產起來相對昂貴和/或困難 的(透射)材料。因此，本發明的一個方面在于提供一種優選地進一步回避一個或者多個上述缺 陷的替代照明器件。本發明的一個方面還在于提供一種效率提高的器件。在第一方面中，本發明提供一種照明器件，該器件包括a.發光二極管(LED)，布置成發射LED輻射；b.散熱器；C.自支撐網格，布置于LED下游并且布置成與散熱器接觸，其中自支撐網格包 括多個網格結構和在網格結構之間的多個網格開口，其中全部網格開口的至少部分包圍 發光材料，由此提供發光材料填充的網格開口，其中發光材料被布置成吸收LED輻射的 至少部分并且發射發光材料輻射，并且其中LED和發光材料被布置成在自支撐網格下游 提供預定顏色的光。有利地，據此提供一種替代器件。可以相對容易地耗散在發光材料中生成的 熱，這可以提高發光材料和/或其它材料，例如有機材料(如果存在則例如為粘結劑、襯底等)的壽命和/或可以允許使用較高功率的器件，和/或也可以在操作期間提供更穩定 的色點。散熱器具體為一種吸收和耗散來自發光材料和/或網格的熱的物體。具體而 言，網格與散熱器有熱接觸，由此允許經由網格向散熱器散熱。術語“接觸”因此涉及 具體為物理接觸的熱接觸。例如，網格的部分可以與散熱器接觸乃至集成于散熱器中。 在一個實施例中，室壁(見下文)的至少部分可以是散熱器。因此，在一個實施例中， 散熱器(的部分)可以布置為室壁。散熱器通過從高(較高)溫度的物體(第一物體)向熱容較大的較低溫度的另一 物體(第二物體)高效地傳送熱能(“熱”)來工作。熱能的這一迅速傳送快速地使第 一物體達到與第二物體的熱均衡，從而降低第一物體的溫度并且實現散熱器作為冷卻器 件的作用。散熱器的高效工作依賴于熱能從第一物體向散熱器以及從散熱器向第二物體 的迅速傳送。散熱器的最常見設計是具有許多鰭的金屬器件。金屬的高熱傳導率與它的大表 面積組合造成熱能向周圍較冷空氣的迅速傳送。這冷卻散熱器以及它與之直接熱接觸的 無論任何物體。散熱器為本領域技術人員所知。網格包括組成網格的網格結構，比如接線或者板、具體為接線。網格可以包 括一維網格、二維網格或者三維網格。可以按有序方式或者按無序方式或者在其組合 中布置網格結構。一般而言，網格結構將具有范圍約為0.01-2mm、具體地范圍約為 0.02-lmm、甚至更具體地范圍約為0.02_0.5mm的尺度，比如厚度、直徑或者高度。如這里使用的術語“網格”是指“自支撐網格”。一般而言，除非另有指明， 則它具體是指包含發光材料的自支撐網格。術語“包含發光材料的自支撐網格”或者
“包括發光材料的自支撐網格”和類似術語具體是指其中一個或者多個網格開口包圍發 光材料的自支撐網格。注意當網格開口包圍發光材料時，網格開口一般將有效地“閉 合”，因為它由發光材料填充。這樣的開口表示為“發光材料填充的網格開口”。術語“自支撐”為本領域技術人員所知。它是指無需更多支撐件、載體、襯底 以基本上維持其形狀的結構。具體而言，網格具有以GPa為單位的至少約為0.5GPa、更 具體地至少約為1GPA、甚至更具體地至少為lGPa、進而甚至更具體地至少約為5Gpa、 進而甚至更具體地至少約為lOGPa、甚至更具體地至少約為20GPa的楊氏模量(E)。網 格稱為自支撐網格的事實并不排除使用支撐件以支撐網格。網格可以包括包圍網格結構 的框；網格結構可以由框綁定在一起。在一個具體實施例中，網格包括一維自支撐網格。在這樣的網格中，網格結構 可以被布置成相互基本上平行。因此也可以基本上平行地布置在網格結構之間的網格開在另一實施例中，網格包括二維自支撐網格。這里，網格結構提供網格開口矩 陣。這樣的網格開口可以規則或者無規則地成形。網格開口可以基本上為圓形或者方 形或者矩形或者六邊形等。也可以應用這樣的網格開口形狀中的一個或者多個形狀的組 合。一個或者多個網格開口包圍發光材料。在另一實施例中，網格包括三維網格。這里，網格結構提供網格開口的三維矩 陣。這樣的網格開口可以規則或者不規則地成形。例如，在一個實施例中可以應用鋼絲或者類似不規則結構。一般而言，優選一維或者二維網格，其中網格結構優選為有序分 布，盡管這并不排除網格結構在網格上的不均勻分布(見下文)。網格開口優選地具有范圍約為0.1_4mm、具體地范圍約為0.5_2_的尺度(長 度/寬度或者直徑)。網格包圍的發光材料可以具有范圍約為0.01-2mm、具體地范圍約 為0.02-0.5mm的厚度(平均厚度)。在一個具體實施例中，網格結構基本上均勻地分布于自支撐網格上。這意味著 網格結構和網格開口的具有基本上恒定周期的規則和重復圖案。然而，網格結構(并且 因此網格開口)也可以不均勻地分布于網格上。具體而言，可能關注于將網格結構聚集 于熱負荷相對高的位置而不是熱負荷相對低的位置。例如，在照明強度相對高的位置， 熱的生成也將相對高。因此，在照明強度相對高的位置聚集網格結構并且因此促進向散 熱器散熱可能是值得的。因此，在照明器件的一個具體實施例中，自支撐網格具有平均網格圖案密度 (MPD),該MPD定義為每平方毫米的網格開口平均數目，其中自支撐網格接收的LED 輻射強度不均勻地分布于自支撐網格上，并且其中自支撐網格被布置成提供比在自支撐 網格接收相對高強度的LED輻射時所在的高強度位置的平均網格圖案密度(MPD)較大的 局部網格圖案密度(LPD)，并且布置成提供比在自支撐網格接收相對低強度的LED輻射 時所在的低強度位置的平均網格圖案密度(MPD)較小的局部網格圖案密度(LPD)。在一個實施例中，自支撐網格包括發光材料填充的網格開口和基本上未填充的 網格開口的規則圖案。使用填充和未填充的網格開口的一個優點可以在于填充的網格開 口可以被設計成在希望的方向上、即在網格下游優化地指引LED輻射，而未填充的網格 開口允許LED輻射基本上無阻礙地穿過網格。透射的(藍色)LED光和在LED下游的 發光可以提供預定顏色的光。然而，在一個實施例中，填充的網格開口也可以被設計成 允許LED輻射的至少部分穿過發光材料。這里，術語“填充的網格開口”是指發光材料填充的網格開口。術語“發光材 料填充的網格開口”也包括由發光材料和(變硬或者變干的)粘結劑材料的組合填充的網 格開口。在又一實施例中，基本上所有網格開口都為發光材料填充的網格開口。這意味 著基本上所有LED輻射由發光材料填充的網格開口截獲。根據希望的預定顏色，LED輻 射的全部或者部分可以由網格中的發光材料轉換。優選地，網格(即具體為網格結構)包括允許良好熱傳導率的材料。優選材料可 以例如選自于包括鋁、金、銅、銀、碳和碳納米管的組、具體為銅。其它適當材料可以 選自于包括鉬、鎢、銠和銥的組。在一個具體實施例中，網格結構包括熱傳導率在300K 至少為100Wm 1K-^更具體地至少為250Wm 1K.1的材料。框可以包括與網格結構相同 的材料和/或(也)具有在300K至少為100Wm 1K1、更具體地至少為250Wm 1IC1的熱 傳導率。類似地，散熱器也可以包括用于網格結構的上文提到的材料中的一種(或者多 種)。在一個實施例中，一個或多個LED和自支撐網格具有在一個或多個LED與自支 撐網格之間的范圍約為O-1000mm的最短LED至自支撐網格距離(dl)。因此，在一個實 施例中，自支撐網格(包括發光材料)可以與LED物理接觸(即dl≈mm)。
這里，參照具有發光材料的一個自支撐網格描述本發明。然而，根據本發明的 器件在一個實施例中也可以包括多個這樣的網格、例如2或者3個(分別布置于彼此下 游)。然而還參照布置于一個或多個LED下游的一個網格描述本發明。另外，例如在應用大型器件時多個網格也可以應用于基本上相同平面中。因 此，術語網格也可以是指多個網格。自支撐網格在一個實施例中可以具有基本上平坦形狀如板，但是在另一實施例 中可以具有基本上凸形狀如圓頂。在一個具體實施例中，應用可以被布置成進一步散射光和/或創建混合室的出 射窗。以這一方式，也可以避免用戶能夠直接觀察可以包括有色發光材料的自支撐網 格。一般而言，消費者偏好出射窗的白色外觀(在關斷狀態中)。因此，在一個實施例 中，照明器件還包括(d)在自支撐網格下游布置成透射光的至少部分的半透明出射窗。可以用多種方式生產包含發光材料的自支撐網格。網格可以是商業上可獲得的 或者可以具體針對本發明的應用來提供。本領域技術人員知道如何生產這樣的網格。然 而存在用發光材料填充網格開口的多種方式。例如，自支撐網格可以與包括發光材料和 粘結劑的膏接觸(例如浸漬)，然后可以加熱這樣獲得的網格以獲得具有發光材料填充的 網格開口的網格。取代了與膏接觸，也有可能使用打印機(printer)并且填充開口，這可 以允許創建如上文所述由和不由發光材料填充的網格開口的規則圖案。在一個具體實施 例中，本發明提供一種制造包含發光材料的自支撐網格的方法，其中該方法包括a.提供包括多個網格結構和在網格結構之間的多個網格開口的自支撐網格；b.提供具有多個預定篩網開口的篩網，其中篩網可布置于自支撐網格之上；C.引導包括發光材料和可選地包括粘結劑的膏經過多個預定篩網開口并且填充 預定網格開口；d.加熱具有膏填充的預定網格開口的自支撐網格，由此提供具有發光材料填充 的網格開口的自支撐網格。根據又一方面，本發明提供一種比如通過如這里描述的制作包含發光材料的自 支撐網格的方法可獲得的包含發光材料的自支撐網格。以這一方式，有利地提供一種替代照明器件。另外有利地，器件效率在一個實 施例中可以高于常規照明器件(比如包括發光材料層、涂層或者陶瓷等的照明器件)的效 率。也可以在一個實施例中獲得發光材料的提高的壽命。另外，本發明的器件的一個實 施例可以允許較高功率的器件。此外，根據本發明的替代器件在一個實施例中也可以在 操作期間具有與現有技術的器件相比較穩定的色點。利用提出的照明器件(其中應用出射窗)，燈可以具體在它處于關斷狀態或者用 白光來照射時看起來為白色。具體相對于其中在LED上提供發光材料的系統而言的其它 優點可以在于可以提供本質上高效的系統(較少反向反射/重新吸收)并且可以提供暖白 色選項(無大量熱猝熄并且發光材料的輻射相對“低”)。另外，根據本發明的照明器 件是相對簡單的概念(可以僅基于藍色LED，這具有相對容易組裝和驅動的優點)，并且 此外可調色溫的選項也是可行的。在基于LED的光源中的遠處發光材料具體對于生成具有低色溫(暖白色)的光 就系統效率功效而言看來頗為有利。應用如這里所述包含發光材料的網格可以獲得高系統功效，因為僅少量光反射回到LED(它在此具有相當高的被吸收的可能性)中。使用 遠離LED的發光材料可以獲得與發光材料在LED封裝中的系統相比多達約50 %的功效增
益ο在出射窗的表面(具體為發射表面(即下游表面))涂敷發光材料層可以在燈關 斷時或者在用白光照射所述表面時獲得該表面的相當飽和的色點。根據本發明可以在位 于LED與照明器件的散射半透明材料出射窗之間的透射載體上(和/或中)涂敷發光材 料涂層來減少出射窗的表現色的飽和程度。透明出射窗可以充當虛擬輻射窗口(用于又一光學系統，其中還可以操縱光例 如用于光束成形)。當增加發光材料(層)與半透明出射窗之間的距離時，可以進一步減 少半透明出射窗的色飽和度。通常，飽和度可以通過將發光材料層與半透明出射窗分離 成其間間距幾乎為零來從約62%減少至約50%，并且可以通過增加間距來進一步減少到 少于約20%。上文和下文列舉的一些措施除了其它措施之外還可以基于在系統中應用附加散 射或者反射。然而，令人驚訝的是幾乎保持系統功效，而一般而言在系統中添加更多散 射和更多(部分)反射表面引起系統功效的很明顯下降。LED和發光材料在一個實施例中，LED被布置成發射藍色輻射，并且發光材料包括(a)綠色 發光材料，布置成吸收藍色LED輻射的至少部分并且發射綠色輻射；以及(b)紅色發光 材料，布置成吸收藍色LED輻射的至少部分或者綠色輻射的至少部分或者藍色輻射的至 少部分和綠色輻射的至少部分兩者，并且發射紅色輻射。以這一方式，預定顏色的光可 以是白光。除了其它因素之外還根據LED功率、藍色LED輻射光譜和發光材料的數量， 可以組成不同色溫的白光。在另一實施例中，LED被布置成發射藍色輻射，并且發光材料包括(a)黃色 發光材料，布置成吸收藍色輻射的至少部分并且發射黃色輻射；并且可選地包括(b) 一種或者多種其它發光材料，布置成吸收藍色LED輻射的至少部分或者黃色輻射的至少 部分或者藍色輻射的至少部分和黃色輻射的至少部分兩者，并且發射輻射波長與黃色輻 射不同的輻射。也以這一方式，預定顏色的光可以是白光。除了其它因素之外還根據藍 色LED輻射光譜、LED功率和發光材料的數量，可以組成不同色溫的白光。在一個具體 實施例中，發光材料除了黃色發光材料(a)之外還包括(b)紅色發光材料，布置成吸收 藍色LED輻射的至少部分或者黃色輻射的至少部分或者藍色輻射的至少部分和黃色輻射 的至少部分兩者，并且發射紅色輻射。這一紅色發光材料除了其它應用之外還可以應用 于進一步提高CRI。因此，根據本發明的器件可以被布置成提供預定顏色的光，其中光為有色光或 者白光。在一個實施例中，照明器件包括布置成發射LED輻射的比如2-200 (比如4_64) 級的多個發光二極管(LED)。如這里使用的術語白光為本領域技術人員所知。它具體地涉及相關色溫(CCT) 在約2,000與20,000K之間、具體為2700-20,000K的光，該光用于具體地范圍約為2700K 和6500K的普通照明用途以及用于具體地范圍約為7,000K和20,000K并且具體地在相對于BBL (黑體軌跡)的約15SDCM(色匹配的標準偏差)、具體地在相對于BBL的約 10SDCM內、甚至更具體地在相對于BBL的約5SDCM內的背光用途。術語“藍光”或者“藍色輻射”具體地涉及波長范圍約為410-490nm的光。術 語“綠光”具體地涉及波長范圍約為500-570nm的光。術語“紅光”具體地涉及波長 范圍約為590-6500nm的光。術語“黃光”具體地涉及波長范圍約為560-590nm的光。這些術語并不排除發光材料可以具有波長分別在例如約500-570nm、約 590-6500nm和約560-590nm的范圍以外的寬帶輻射。然而，在這里給出的范圍內將發 現這樣的發光材料(或者LED)的主導輻射波長。因此，短語“波長范圍為”具體地表 示輻射可以具有指定范圍內的主導輻射波長。尤其優選的發光材料選自于分別具體摻雜有三價鈰或者二價銪的石榴石(garnet) 和氮化物。石榴石的實施例具體地包括A3B5O12S榴石，其中A至少包括釔或者镥并且 其中B至少包括鋁。這樣的石榴石可以摻雜有鈰(Ce)、鐠(Pr)或者鈰和鐠的組合；然 而具體摻雜有Ce。具體而言，B包括鋁(Al)，然而B也可以部分地包括鎵(Ga)和/或 鈧(Sc)和/或銦(In)、具體地多達約20%的Al、更具體地多達約10%的Al (即B離子實 質上由摩爾百分百為90%或更多的Al以及摩爾百分百為10%或者較少的Ga、Sc和In中 的一種或者多種構成)；B可以具體地包括多達約10%的鎵。在另一變體中，B和O可 以至少部分地由Si和N取代。元素A可以具體地選自于包括釔(Y)、釓(Gd)、鋱(Tb) 和镥(Lu)的組。另外，Gd和/或Tb具體地僅占多達A的約20%的數量。在一個具 體實施例中，石榴石發光材料包括(YhLux)3B5CVCe,其中χ等于或者大于0并且等于或 者小于1。術語“:Ce”表示發光材料中的金屬離子的部分(即在石榴石中“A”離子的 部分)由Ce取代。例如在(YhLux) 3Al5012:Ce的情況下，Y和/或Lu的部分由Ce取 代。這一符號表示法為本領域技術人員所知。Ce將取代A的一般不多于10%; —般而 言，Ce濃度將范圍為0.1-4%、具體為0.1-2% (相對于A)。假設的Ce和10%的 Y，完全正確分子式可以是(YaiLua89Ceatll)3Al5O12t5如本領域技術人員所知，石榴石中的 Ce基本上或者僅在三價狀態中。紅色發光材料在一個實施例中可以包括從(Ba，Sr，Ca)S:Eu、(Ba，Sr，Ca) AlSiN3:Eu和(Ba，Sr，Ca)2Si5N8:Eu的組中選擇的一種或者多種材料。在這些化合物 中，銪(Eu)基本上或者僅為二價，并且取代所示二價陽離子中的一種或者多種。一般而 言，Eu的存在數量將不大于陽離子的10%、相對于它所取代的陽離子而言具體地范圍約 為0.5-10%并且更具體地范圍約為0.5-5%。術語“:Eu”表示金屬離子的部分由Eu取 代(在這些示例中由Eu2+取代)。例如假設在CaAlSiN3:Eu中有2 %的Eu，正確分子式 可以是(Ca(1.98EUaci2)AlSiN3。二價銪一般將取代二價陽離子，如上述二價堿土陽離子、具 體為Ca、Sr或者Ba。材料(Ba，Sr，Ca) S:Eu也可以表示為MS:Eu，其中M是從包括鋇(Ba)、銀(Sr) 和鈣(Ca)的組中選擇的一種或者多種元素；具體而言，M在這一化合物中包括鈣或者鍶 或者鈣和鍶、更具體地為鈣。因此Eu被引入并且取代M的至少部分(即Ba、Sr和Ca 中的一種或者多種)。另外，材料(Ba，Sr，Ca)2Si5N8:Eu也可以表示為M2Si5N8:Eu，其中M是從包括鋇(Ba)、鍶(Sr)和鈣(Ca)的組中選擇的一種或者多種元素；具體而言，M在這一化 合物中包括Sr和/或Ba。在又一具體實施例中，M包括Sr和/或Ba (不考慮Eu的存 在)、具體為50-100% (具體為50-90% )的Ba和50-0% (具體為50-10% )的Sr，比 如Ba^Sr^SisNyEW即75%的Ba ； 25%的Sr)。這里Eu被引入并且取代M的至少部分 (即Ba、Sr和Ca中的一種或者多種)。 類似地，材料(Ba，Sr，Ca) AlSiN3:Eu也可以表示為MAlSiN3:Eu，其中M是從 包括鋇(Ba)、鍶(Sr)和鈣(Ca)的組中選擇的一種或者多種元素；具體而言，M在這一 化合物中包括鈣或者鍶或者鈣和鍶、更具體為鈣。這里Eu被引入并且取代M的至少部 分(即Ba、&和Ca中的一種或者多種)。如這里使用的術語發光材料具體地涉及也有時表示為磷光體的無機發光材料。 這些術語為本領域技術人員所知。可以應用2種或者更多不同發光材料的組合；術語“發光材料”也可以是指發 光材料的組合。半透明出射窗具體在與自支撐網格相距非零距離處并且在這一支撐件下游可以布置半透明出 射窗。這一出射窗被布置成允許照明器件的光離開照明器件。半透明出射窗可以具有基本上平坦形狀如板、但是在另一實施例中可以具有基 本上凸形狀如例如圓頂。半透明出射窗在一個實施例中可以包括有機材料。優選的有機材料選自于包括 PET (聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PC (聚碳酸酯)、P(M) MA (聚(甲基)丙烯酸)、PEN (聚乙烯萘)、PDMS (聚二甲基硅氧烷)和COC (環烯共 聚物)的組。然而，在另一實施例中，半透明出射窗包括無機材料。優選的無機材料選自于 包括玻璃、(熔融)石英、陶瓷和硅樹脂的組。然而出射窗優選為半透明。例如，上文提到的材料可以具有固有半透明性質或 者可以制作成半透明(例如通過磨砂(例如通過噴砂或者酸性蝕刻，也稱為“磨”)材 料)。這樣的方法在本領域中是已知的。半透明出射窗可以允許一些光穿過，但是經過 半透明材料看見的內部(即在出射窗上游的照明器件的物體)基本上為散射或者朦朧。照明器件相對于一個或多個LED，自支撐網格布置于一個或多個LED的下游。自支撐網 格優選地被布置成使得在自支撐網格的方向上指引一個或多個LED生成的基本上所有輻 射、即自支撐網格設置于一個或多個LED發射的光路中。因此，在一個優選實施例中， 自支撐網格(包括發光材料)接收基本上所有LED輻射。由于在一個實施例中在自支 撐網格(因此也在發光材料)與LED之間的距離為非零，所以可以有由支撐一個或多個 LED的LED支撐件、自支撐網格并且可選地由LED腔壁包圍的LED室或者LED腔。自 支撐網格(因此也有發光材料)可以接收在LED室或者LED腔中的內部反射之后的基本 上所有LED輻射。自支撐網格(包括發光材料)具體地被布置成透射LED輻射的至少部分。以這 一方式，具有由自支撐網格(包括發光材料)透射的LED輻射的LED和具有發光材料輻射的發光材料被布置成生成預定顏色的光(比如白光)。可選半透明出射窗布置于自支撐網格(包括發光材料)下游。因此，自支撐網 格(包括發光材料)具有朝向一個或多個LED的上游面和(朝向半透明出射窗的)下游 面；半透明出射窗具有朝向自支撐網格(包括發光材料)的下游面的上游面和朝向照明器 件以外的下游面。由于在一個實施例中在自支撐網格與出射窗之間的距離為非零，所以可以有由 自支撐網格、由出射窗以及可選地由散射體腔壁以及可選地由LED支撐件以及可選地由 LED腔壁包圍的(另一)內部室或者散射體腔(這里也表示為“混合室”)。如上文提到的那樣，這一出射窗被布置成允許光離開照明器件。然而，并未排 除諸如校準器、反射體、光導、光學層等更多光學器件以引導或者影響照明器件的光， 這些光學器件可以布置于可選出射窗下游和自支撐網格下游。利用本發明，可以實現具有很高效率和良好色呈現并且現在也可以在關斷狀態 中時表現為白色或者幾乎中性色的遠處發光材料模塊。提出的配置可以應用于大面積照明、環境照明(例如瓦磚燈)、背光(例如廣告 箱)、下照燈具、散射翻新燈(比如白熾燈(GSL)或者TL替換燈)和洗墻燈中并且根據 體積和光束約束來應用于一些射燈中。可選地，自支撐網格可以包括發光材料的不均勻分布(也見上文和下文)。


現在將參照對應參考標號表示對應部分的以下附圖僅通過示例描述本發明的實 施例圖Ia-圖If在側視圖中示意地描繪了本發明的照明器件的非限制性的多個可能 實施例；以及圖2a_圖2f在俯視圖中示意地描繪了一維和二維網格的非限制性的多個實施 例；圖3a_圖3b在俯視圖中示意地描繪了一維和二維網格的非限制性的多個實施 例，其中網格結構為不均勻分布；圖4a-圖4b在側視圖中示意地描繪了網格的非限制性的多個實施例；圖5a_圖5d以更多發光材料細節在側視圖中示意地描繪了網格的非限制性的多 個實施例；以及圖6示意地描繪了制作包含發光材料的自支撐網格的方法的示意實施例。僅描繪了基本元件。在示意附圖中并未描繪為本領域技術人員所知的諸如驅動 器、功率源、更多光學器件(比如濾光器、校準器、接頭)等其它元件。
具體實施例方式圖la(以及圖Ib-圖If)示意地描繪了(在側視圖中)照明器件10，該器件具有 布置成發射LED輻射21的一個或多個發光二極管20。包括發光材料51的自支撐網格 500布置于LED 20下游。舉例而言，借助影線結構來表明這一點。自支撐網格500包 括具有發光材料51的網格開口 502。
發光材料填充的網格開口用標號551來表示并且布置于網格結構501之間(見圖 2a和后續圖)；未填充的網格開口用標號552來表示(見圖2a和后續圖)。發光材料51 的至少部分被布置成吸收LED輻射21的至少部分并且發射發光材料輻射13 ；自支撐網 格500設置于一個或多個LED發射的光路中。自支撐網格可以例如是布置于用標號80表示的腔壁之間的網格。在這里所示實 施例中，腔壁80也具有散熱器功能。散熱器用標號85來表示。自支撐網格500可以例 如是銅網格。這里，腔壁80、LED支撐件(用標號30來表示)和自支撐網格500提供 腔或者室。這里，室用標號11來表示并且進一步也表示為LED腔11。LED輻射21可以至少部分地由自支撐網格500(包括發光材料51)透射。因此， 在自支撐網格50下游，LED輻射21和發光材料輻射13提供預定顏色的光115。因此， 一個或多個LED 20和發光材料51被布置成生成預定顏色如白色的光115。例如，LED 輻射21可以是藍光而發光材料輻射13可以是黃光從而造成提供作為白光的光115。自支撐網格500具有上游面或者側53和下游面或者側54 ；前者朝向LED，后 者 向外(或者可選出射窗，見下文)。在LED與自支撐網格之間的最短距離用標號dl來表示。自支撐網格500的部 分或者位置或者具體為接收相對高強度的LED輻射21的由發光材料填充的網格開口 551 用一個或多個標號Ll來表示；接收相對低強度的LED輻射21的那些位置用一個或多個 標號L2來表示。即使當室(LED室或者LED腔)中的光混合頗為令人滿意時，仍然可 能發現溫度的不均勻分布、即溫度較高和較低的位置。根據本發明的照明器件允許減少 溫度。圖Ib示意地描繪了與圖Ia中相同的實施例而不同在于在LED20與自支撐網格 500之間的距離dl基本上為0mm。圖Ic-圖If示意地更詳細描繪了多個實施例。在那些實施例中，照明器件10還 包括布置成透射光115的至少部分的半透明出射窗60，由此提供照明器件光215。半透 明出射窗60具體被布置成散射來自照明器件10的光115(并且生成照明器件光215)；半 透明出射窗60設置于發光材料51發射的和/或自支撐網格500透射的光路中。半透明 出射窗60可以例如是冰凍的聚碳酸酯(PC)。半透明出射窗60具有上游面或者側63和 下游面或者側64。這里，相對于一個或多個LED 20，自支撐網格500在一個或多個LED 20下游。 在自支撐網格500 (包括發光材料51)與一個或多個LED 20之間的最短距離(同樣)用標 號dl來表示。這里，dl大于0mm。相對于一個或多個LED 20，半透明出射窗60同樣 在自支撐網格50下游。在自支撐網格500與出射窗60之間的最短距離用標號dLW來表 示(見圖Id和后續圖)。在這一示意實施例中，半透明出射窗60具有基本上平坦形狀，并且自支撐網格 500也具有基本上平坦形狀。在示意實施例中，照明器件10具有由支撐一個或多個LED的LED支撐件30、 自支撐網格500和用一個或多個標號45表示的LED腔壁包圍的LED室或者LED腔11。 LED支撐件30可以包括(金屬芯)PCB(印刷電路板)和鋁殼32。LED腔11的內部的 至少部分、具體為LED腔壁45和支撐件30可以具有反射材料，比如反射體。反射體用支撐件30上的標號240和一個或多個LED腔壁45上的標號40來表示。在圖Id中描繪了與圖Ic中示意地描繪的實施例基本上相同的實施例，然而在 自支撐網格500與出射窗60之間的最短距離(dLW)為非零，例如2-100mm、具體為 2-20mm。如上文提到的那樣，半透明出射窗60布置于自支撐網格500下游，并且自支撐 網格500具有朝向一個或多個LED 20的上游面53和朝向半透明出射窗60的下游面54 ； 半透明出射窗60具有朝向自支撐網格500的下游面54的上游面63和朝向照明器件10以 外的下游面64。這里由于距離dLW具體為非零，所以可以有(另一)內部室或者散射體腔。在 圖Id的示意地描繪的實施例中，這一散射體腔用標號12來表示。這里，散射體腔12由 自支撐網格50、出射窗60和散射體腔壁41包圍。因此，一個或多個LED 20下游和自 支撐網格50上游的腔、即在LED 30與自支撐網格500之間的腔表示為LED腔11 ；這一 LED腔11的下游(即自支撐網格500下游)和半透明出射窗60上游的腔、即在自支撐網 格500與半透明出射窗60之間的腔表示為散射體腔12。在這一實施例中，散射體腔12的散射體腔壁41也具有用標號140來表示的反射 體。因此，在一個實施例中，散射體腔壁41也包括反射體。作為支撐件30上的反射體240，可以應用散射體腔壁41上的反射體140和LED 腔壁45上的反射體40，例如MCPET (微細胞聚乙烯酯)。可以用作反射體的其它反射材 料可以例如是基質材料中的特氟龍或者顆粒Ti02。因此作為反射體，可以應用基質材料 中的基本上散射反射體(例如特氟龍、MCPET (例如來自Furakawa)、E60L、E6SL或者 E6SV (例如來自Toray))或者散射粒子(比如TiO2)或者可以應用基本上鏡面反射體(比 如Norbridge (來自3M的商標Vikuiti ESR膜)或者MIRO (來自Alanod))或者可以應用 反射體的組合(比如部分地散射反射并且部分地鏡面反射的反射體)。LED腔反射體40具體被布置成反射(散射)LED輻射21。然而由于發光材料輻 射13的部分也可以進入LED腔11，所以LED腔反射體40也可以被布置成反射(散射) 發光材料輻射13。另外，擴散體腔反射體140具體被布置成反射(散射)發光材料輻射 13和LED輻射21 (由自支撐網格50透射)(即光115)。然而在一個實施例中，LED 40 腔反射體也可以被布置成鏡面反射LED輻射21并且可選地反射發光材料輻射13。在圖Id中，整個壁80 (即這里為LED腔壁45和擴散體腔壁41)用作散熱器85。 注意這樣的散熱器85僅被示意地示出并且可以例如還包括鰭。在圖Ia-圖Ic(和圖Ie) 中，LED腔壁45用作散熱器85。這樣的一個或多個壁的部分也可以布置為散熱器85。圖Ie示意地描繪了與示意Id中示意地描繪的實施例類似的一個實施例而不 同在于半透明出射窗60的上游表面積大于自支撐網格500的上游表面積。這些表面積 的具體優選比值約為>2、更具體地范圍約為3-10。在這一實施例中，擴散體腔12包圍 LED腔11;擴散體腔12由透射支撐件50、出射窗60、擴散體腔壁41、LED支撐件30 和LED腔壁45包圍。圖If示意地描繪了與示意Ie中示意地描繪的實施例類似的一個實施例而不 同在于半透明出射窗60為凹。同樣，半透明出射窗的上游表面積與自支撐網格500的上 游表面積之比大于1(而在圖Ic和圖Id中示意地描繪的實施例中，這一比值約等于1)。注意在圖Ic-圖Id中，擴散體腔壁41和LED腔壁45可以互成一體(即單個壁80)。另外，在實施例的這些示意圖中，網格500的部分集成于散熱器85中。上文描 述和示意地描繪的實施例無限制性。自支撐網格500和出射窗60 ( 一般) 示意地描繪為平坦網格或者窗口。然而其它配置也是可能的。例如基本上平坦出射窗60 和非平坦(例如基本上為凸)自支撐網格500也可以是一個實施例。或者可以應用基本 上平坦自支撐網格500和非平坦(例如為凸)出射窗60。圖2a_圖2f示意地描繪了(在俯視圖中)自支撐網格500的實施例。為了便于 理解，并未描繪發光材料51。網格包括組成網格的網格結構，比如接線或者板、具體為接線。網格可以包 括一維網格、二維網格或者三維網格。可以按有序方式或者按無序方式或者在其組合 中布置網格結構。一般而言，網格結構將具有范圍約為0.01-2mm、具體地范圍約為 0.02-0.5mm的尺度，比如厚度、直徑或者高度(也見圖4a和圖4b)。網格開口 502優選地具有范圍約為0.1-4mm、具體地范圍約為0.5_2mm的尺度 (長度/寬度或者直徑)(表示為d2，見下文)。圖2a_圖2c涉及二維網格(網格結構501 (并且因此也為網格開口 502)的均勻 分布)。在網格結構之間的距離用標號d2來表示。舉例而言，示意地描繪了方形、圓形 和六邊形形狀(因為LED腔11和擴散體腔12可以分別具有立方形、圓柱形或者六邊形 的形式)。并未排除其它形狀。圖2d-圖2f涉及一維網格(網格結構501 (并且因此也為網格開口 502)的均勻 分布)。在網格結構之間的距離用標號d2來表示。同樣舉例而言，示意地描繪了方形、 圓形和六邊形形狀。注意網格開口 502不一定為方形而是也可以具有其它形狀。因此， 網格開口 502可以具有不同的d2的值(在網格結構500的平面中的不同方向上)。在圖2a-圖2f以及更多圖中，自支撐網格500包括用標號520來表示的包圍網格 的框。優選地，框520包括與網格結構501相同的材料或者包括熱傳導率較高的材料。在圖2a_圖2f中(以及在其它圖中)，網格500具有平均網格圖案密度(MPD)， 該MPD定義為每平方毫米的網格開口平均數目(在整個網格500上)。在這些圖中，局 部網格圖案密度(LPD)基本上等于平均網格圖案密度(MPD)，因為網格結構500均勻地 分布于網格500上。如上文提到的那樣，自支撐網格不一定具有網格結構501的均勻分布。分別針 對一維和二維自支撐網格600在圖3a和圖3b中示意地示出了兩個非限制性的示例。d2 的值在這里可以在自支撐網格600上不同。在可以接收相對強的LED輻射21的位置(Li 位置)，d2可以比在可以接收相對弱的LED輻射21的位置(L2位置)較小(在二維自支 撐網格600中的一個或者兩個尺度中)。因此，這里局部網格圖案密度(LPD)在網格上 變化，從而高于在位置L2處的平均網格圖案密度(MPD)而低于在位置Ll處的平均網格 圖案密度(MPD)。注意對于三維網格(這里未描繪)，參照體積(mm3)而不是每平方毫 米來定義LPD和MPD值。在圖4a-圖4b中示意地描繪了自支撐網格500的實施例的側視圖。這些可以是 一維或者二維自支撐網格。在圖4a中，網格結構501并且因此網格開口 502均勻地分 布，而在圖4b中，網格結構不均勻地分布(并未排除有序分布)，其中在網格結構501之 間的距離d2變化。在圖4b中，LPD在L2處比在Ll處較大。圖4a和圖4b示出網格結構501的尺度，比如直徑、高度和厚度。在圖4a和圖4b中示意地繪制了高度(用標 號d5來表示)比厚度(或者直徑)(用標號d4來表示)較大的網格結構501。注意網格 結構501可以是接線，其中“高度”、厚度和直徑相同。網格結構501的長度用d2來表 示(見圖2a_圖2f和圖3a_圖3b)。圖5a-圖5d示意地描繪了自支撐網格500可以如何由發光材料51填充。圖5a 出于比較原因而示出了未包括發光材料的自支撐網格500。圖5b示意地描繪了其中基本 上所有網格開口 502包圍發光材料51的一個實施例。填充的網格開口表示為發光材料填 充的網格開口 551。因此，在這一實施例中，基本上所有網格開口 502為發光材料填充的 網格開口 551。由網格開口 502包圍的發光材料51的(平均)高度用標號d3來表示并且 可以范圍約為0.01-2mm、具體地范圍約為0.02_0.5mm。
圖5c示意地描繪了自支撐網格500的一個實施例，其中網格開口 502的部分包 圍發光材料51，由此提供發光材料填充的網格開口 551，并且網格開口 502的部分并未包 圍發光材料51并且表示為未填充的網格開口 552。因此，圖5c示意地示出了其中自支撐 網格500包括發光材料填充的網格開口 551和基本上未填充的網格開口 552的(規則)圖 案的一個實施例。然而，如圖5d中示意地描繪的那樣，填充的網格開口 551和基本上未 填充的網格開口 552的這樣的圖案也可以不規則。類似地，這可以適用于網格500，這些 網格具有網格結構501和網格開口 502的不均勻分布。圖6示意地描繪了制作由發光材料51填充的自支撐網格500的方法的一個實施 例。提供如這里描述的自支撐網格500的一個實施例。具體而言，在網格500的可見部 分中的光學透射至少約為70%、更具體為至少約80%、甚至更具體為至少約85% (即在 用發光材料51填充網格500之前(更具體為在用膏填充它之前))。這里在可見光向網格 500的垂直發射之下測量可見光的透射。另外，提供具有多個預定篩網開口 602的篩網600，其中篩網600可布置于自支 撐網格500之上。這里，術語“可布置于……之上”包括將篩網600布置于自支撐網格500之上 或者將自支撐網格500布置于篩網600之下或者將篩網600和網格500彼此移動以獲得希
望的配置。然后，引導包括發光材料51和粘結劑701以及可選地包括其它材料(比如溶 劑、穩定劑、散射粒子中的一種或多種)的膏700經過多個預定篩網開口 602，由此填充 預定網格開口 502。在已經填充(預定)網格開口 502之后，(通過Dl加熱或者本領域 技術人員已知的其它加熱方法)加熱具有由膏700填充的預定網格開口 502的自支撐網格 500，由此提供具有發光材料填充的網格開口 551的自支撐網格500。具體而言，膏700具有大于約lPa.s(在剪切速率為Is—1而溫度為20°C時)的粘 度。膏具有范圍為1至5,000Pa.s、優選為在5與l,000Pa.s之間、甚至更優選為在20與 400Pa.s之間(在剪切速率為1。而溫度為20°C時)的優選粘度。粘度具體而言為如在以 下條件之下根據DIN 53018-1使用板-板幾何結構按照旋轉電流測定來確定的穩態剪切粘 度-在板直徑為25mm時間隙寬度為2mm，并且-剪切速率為ls_S并且
-溫度為20°C;其中優選地在確定粘度之前的IOs期間在剪切速率為Is—1而溫度 為20°C時施加預剪切。 示例金屬網(由黃銅制成、光學透射率為70% )由有機粘結劑(Neocryl)中的YAG 磷光體涂覆(浸漬)。熒光體負荷為90g/m2 (在藍色LED照射的表面上的負荷共計約為 70% x90g/m2 = 63g/m2)。這一磷光體屏放置于455nm的LED測試架(包括散熱器) 上。具有含YAG的發光材料的有機膜也放置于相同測試架上。光膜的磷光體負荷也約 為 63g/m2。光膜達到140°C的峰值溫度。然而磷光體涂覆的金屬網達到110°c的峰值溫度。 很可能的是對金屬網的優化(使用熱傳導率高的金屬，例如銅)和對金屬網與架的熱接觸 的優化造成甚至較大的溫度差。這里比如在“基本上所有輻射”中或者在“基本上包括”使用的術語“基本 上”將為本領域技術人員所理解。術語“基本上”也可以包括具有“完全”、“完 整”、“所有”等的實施例。因此，在實施例中也可以去除副詞基本上。在適用時， 術語“基本上”也可以涉及90%或者較高，比如95%或者較高、具體為99%或者較高、 甚至更具體為99.5%或者較高(包括100% )。除了其它方面之外還在操作期間描述這里 所指的器件。例如術語“藍色LED”是指在其操作期間生成藍光的LED;換而言之 LED被布置成發射藍光。如本領域技術人員將清楚的那樣，本發明并不限于操作方法和 在操作中的器件。應當注意上文提到的實施例為舉例說明而不是限制本發明并且本領域技術人員 將能夠設計許多替代實施例而不脫離所附權利要求書的范圍。在權利要求書中，置于括 號之間的任何標號不應理解為限制權利要求書。使用動詞“包括”及其變體并不排除存 在除了權利要求書中所言單元或者步驟之外的單元或者步驟。術語“包括”也包括其中 術語“包括”意味著“由……構成”的實施例。先于單元的冠詞“一個/ 一種”并不 排除存在多個/多種這樣的單元。本發明可以借助包括若干不同單元的硬件并且借助適 當編程的計算機來實施。在列舉若干裝置的設備權利要求中，這些裝置中的若干裝置可 以由同一項硬件體現。在互不相同的從屬權利要求中記載某些措施這僅有的事實并未表 示不能有利地使用這些措施的組合。
權利要求
1.一種照明器件(10)，包括a.發光二極管(20)(LED)，布置成發射LED輻射(21)；b.散熱器(85)；C.自支撐網格(500)，布置于所述LED(20)下游并且布置成與所述散熱器(85)接 觸，其中所述自支撐網格(500)包括多個網格結構(501)和在所述網格結構(501)之間 的多個網格開口(502)，其中全部網格開口(502)的至少部分包圍發光材料(51)，由此提 供發光材料填充的網格開口(551)，其中所述發光材料(51)被布置成吸收所述LED輻射 (21)的至少部分并且發射發光材料輻射(13)，并且其中所述LED (20)和所述發光材料 (51)被布置成在所述自支撐網格(500)下游提供預定顏色的光(115)。
2.根據權利要求1所述的照明器件(10)，包括二維自支撐網格(500)。
3.根據權利要求1和2中的任一權利要求所述的照明器件(10)，其中所述網格結構 (501)基本上均勻地分布于所述自支撐網格(500)上。
4.根據權利要求1和2中的任一權利要求所述的照明器件(10)，其中所述自支撐網 格(500)具有平均網格圖案密度(MPD)，所述平均網格圖案密度定義為每平方毫米的網 格開口(502)的平均數目，其中所述自支撐網格(500)接收的LED輻射(21)的密度不均 勻地分布于所述自支撐網格(500)上，并且其中所述自支撐網格(500)被布置成提供比在 所述自支撐網格(500)接收相對高強度的LED輻射(21)時所在的高強度位置(Li)處的 所述平均網格圖案密度(MPD)較大的局部網格圖案密度(LPD)，并且布置成提供比在所 述自支撐網格(500)接收相對低強度的LED輻射(21)時所在的低強度位置(L2)處的所 述平均網格圖案密度(MPD)較小的局部網格圖案密度(LPD)。
5.根據權利要求1至4中的任一權利要求所述的照明器件(10)，其中所述自支撐網 格(500)包括發光材料填充的網格開口(551)和基本上未填充的網格開口(552)的規則圖 案。
6.根據權利要求1至4中的任一權利要求所述的照明器件(10)，其中基本上所有網格 開口(502)為發光材料填充的網格開口(551)。
7.根據任一前述權利要求所述的照明器件(10)，其中所述網格結構(501)包括熱傳 導率在300K至少為100W · m1 · IC1的材料。
8.根據任一前述權利要求所述的照明器件(10)，具有在所述LED(20)與所述自支撐 網格(500)之間的最短LED-自支撐網格距離(dl)，其中所述最短LED-自支撐網格距離 (dl)范圍為 0-100mm。
9.根據任一前述權利要求所述的照明器件(10)，其中所述照明器件(10)還包括d.半透明出射窗(60)，在所述自支撐網格(500)下游布置成透射所述光(115)的至少 部分。
10.—種制作根據任一前述權利要求所述的包含發光材料(51)的所述自支撐網格 (500)的方法，包括a.提供包括所述多個網格結構(501)和在所述網格結構(501)之間的所述多個網格開 口(502)的所述自支撐網格(500)；b.提供具有多個預定篩網開口(602)的篩網(600)，其中所述篩網(600)可布置于所 述自支撐網格(500)之上；C.引導包括發光材料(51)和粘結劑(701)的膏(700)經過所述多個預定篩網開口 (602)并且填充預定網格開口(502)；d.加熱具有所述膏(700)填充的預定網格開口(502)的所述自支撐網格(500)，由此 提供具有發光材料填充的網格開口(551)的所述自支撐網格(500)。
11. 一種包含通過根據權利要求10所述的方法可獲得的發光材料(51)的自支撐網格 (500)。
全文摘要
本發明提供一種包括(a)發光二極管(LED)、(b)散熱器(85)和(c)自支撐網格(500)的照明器件(10)。該網格(500)布置于LED(20)下游并且布置成與散熱器(85)接觸。自支撐網格(500)包括多個網格結構(501)和在網格結構(501)之間的多個網格開口(502)。全部網格開口(502)的至少部分包圍發光材料(51)，由此提供發光材料填充的網格開口(551)。發光材料(51)被布置成吸收LED輻射(21)的至少部分并且發射發光材料輻射(13)。LED(20)和發光材料(51)被布置成在自支撐網格(500)下游提供預定顏色的光(115)。
文檔編號H01L33/50GK102017204SQ200980116221
公開日2011年4月13日 申請日期2009年5月4日 優先權日2008年5月7日
發明者J·P·A·迪本, M·J·J·范德魯貝, R·J·亨德里克斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司