波長轉換元件、發光模塊和燈具的制作方法

波長轉換元件、發光模塊和燈具的制作方法
【專利摘要】提供了波長轉換元件(100)、發光模塊和燈具。波長轉換元件包括發光元件(104)和光透射冷卻支撐件(112)。發光元件包括發光材料(102)和用于保護發光材料免受環境影響的光透射密封殼(108)。密封殼具有第一導熱率。冷卻支撐件具有第二導熱率，其至少是第一導熱率的兩倍。冷卻支撐件包括第一表面(113)，并且密封殼包括第二表面(105)。第一表面和第二表面相互面對。第一表面熱耦合至第二表面，用于允許熱量通過第二表面傳導朝向冷卻支撐件以能夠再分布發光元件中生成的熱量。
【專利說明】
波長轉換元件、發光模塊和燈具
技術領域
[0001]本發明涉及用于將第一顏色的光轉換為另一顏色的光的波長轉換元件。
[0002 ]本發明還涉及發光模塊和燈具。
【背景技術】
[0003]磷光體轉換通常被用于發光二極管(LED)或模塊，其包括LED以生成白光或者不能直接通過LED有效生成的特定顏色的光。然而，一些目前使用的磷光體具有相當廣泛的發射，其延伸超過人眼的敏感性，因此生成人眼“不可見”的光子，這導致LED模塊的效能的降低。為了提高效能，窄帶紅色和綠色發射器被考慮用于這種LED模塊。然而，大多數窄帶發射器經受:a)對氧或水的敏感性，即導致永久性劣化;b)高溫，S卩，在100-120°C以上時性能降低并且降低穩定性；以及c)高藍色通量，這也會導致性能的降低并加速劣化。為了防止高藍色通量，磷光體通常被放置為遠離LED以減小通量密度。當磷光體不直接設置在LED上時，其較少被LED管芯的溫度所影響。然而，磷光體仍然會變得相對溫暖，因為作為磷光體的斯托克斯位移的結果，其也將吸收光的一部分轉換為熱量。當磷光體對氧或水敏感時，其通常被氣密或半氣密密封(這意味著相對較少、良好受控的氣體或濕氣的量能夠穿透密封)。例如，文檔US2013/0094176A1公開了氣密密封的磷光體，其內容結合于此作為參考。所公開密封的材料不僅用于密封磷光體，而且還用于支撐磷光體并為氣密密封的磷光體提供足夠強的結構。換句話說，密封層相對較厚，因為它們還是成形該氣密密封的磷光體并例如防止它們破裂的結構部件。然而，大多數密封的問題在于，密封的材料具有相對較低的導熱率，與相對較厚的密封層一起導致磷光體材料的過熱。具體地，在磷光體材料的相對大量的光撞擊于其上的特定部分處，光被轉換為另一顏色的光，并且如此這些部分會變得太熱。專利被應用于例如由陶瓷材料制成的密封，該陶瓷材料是透明或半透明的，并且具有相對較高的導熱率。然而，相對難以以可承受的價格以足夠高的精度制造這種密封。
[0004]文檔US 2014/0021503公開了一種半導體發光器件，其具有密封在作為發光元件操作的玻璃封殼內的磷光體層。玻璃封殼被包括陶瓷細微粒的樹脂層支撐。細微粒增加了樹脂的導熱率，使得可以抑制由磷光體層引起的熱量增加。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于提供一種具有更好的熱管理的波長轉換元件。
[0006]本發明的一個方面提供了一種波長轉換元件。本發明的另一方面提供了一種發光模塊。本發明的又一方面提供了一種燈具。在從屬權利要求中限定了有利的實施例。
[0007]根據本發明第一方面的波長轉換元件包括發光元件和光透射冷卻支撐件。發光元件包括發光材料和用于保護發光材料免受環境影響(例如，空氣和/或濕氣)的光透射密封殼。發光材料被配置為吸收入射光的一部分并且將吸收光的一部分轉換為另一顏色的光。密封殼包括兩個玻璃層，發光材料設置在它們之間。密封殼(的材料)具有第一導熱率。冷卻支撐件具有第二導熱率，其至少為第一導熱率的兩倍。冷卻支撐件包括第一表面，并且密封殼包括第二表面。第一表面和第二表面相互面對。第一表面熱耦合至第二表面，用于使熱量通過第二表面傳導朝向冷卻支撐件，從而能夠再分布在發光元件中生成的熱量。
[0008]通過冷卻支撐件來提高發光元件的熱管理。冷卻支撐件具有相對較高的導熱率，因此當其接收來自發光元件的熱量時，其通過冷卻支撐件(如此，整體通過波長轉換元件)擴散熱量。從而，這防止在特定的熱點處，發光元件變得太熱。此外，由于熱量較好地擴散通過整個波長轉換元件，所以在波長轉換元件之間的界面處，熱量經由相對較大的表面提供給波長轉換元件的環境，由此可以得到更好的冷卻。具體地，與沿著整個表面分布熱點的熱量的情況相比，當對象(例如，發光元件)僅具有一些小熱點，且在其大部分表面處相對較冷時，較少的熱量可提供至環境。此外，冷卻支撐件可以用作朝向波長轉換元件可被耦合至的散熱器的熱傳導器，從而為散熱器提供具有相對低熱阻的熱路徑。
[0009]第二表面(S卩，密封殼的一側)面對第一表面(S卩，冷卻支撐件的表面)。具體地，關于密封殼的整個第二表面，密封殼熱耦合至冷卻支撐件，這表示面向冷卻支撐件的發光元件的整個表面熱耦合至冷卻支撐件。因此，在相對較大的表面上方，可以通過密封殼的一個玻璃層傳導熱量朝向冷卻支撐件，并且從發光材料到冷卻支撐件的最短熱路徑穿過密封殼的位于發光材料和第二表面(其是朝向冷卻支撐件的表面)之間的玻璃層。從而，防止在熱量可以朝向冷卻支撐件傳導之前，來自熱點的熱量在橫向上行進通過密封殼到達發光元件熱耦合至冷卻支撐件的位置。
[0010]玻璃層的導熱率與配置在發光材料與冷卻支撐件之間的一個玻璃層的厚度的第一比率大于200W/VK。當第一比率足夠大時，密封殼的熱阻充分小以防止密封殼負面地影響熱量朝向冷卻支撐件的擴散。注意，沿著從密封殼的面向發光材料的表面到密封殼的外表面(遠離發光材料的表面)的最短線測量密封殼的厚度。換句話說，沿著從發光材料朝向冷卻支撐件的最短線測量厚度，并且密封殼與該線之間的相交距離是密封殼的至少配置在發光材料與冷卻支撐件之間的玻璃層的厚度。
[0011]發光元件包括密封殼，其包括具有相對較低導熱率(通常大約為1.lW/mK)的兩個玻璃層。發明人意識到，第一導熱率和第二導熱率之間的差值必須足夠大，并且第一比率足夠大以克服玻璃殼是相對較差的熱導體的事實。
[0012]可選地，第一導熱率小于5W/mK和/或第二導熱率大于10W/mK。在另一實施例中，第二導熱率大于第一導熱率的三倍。在該實施例中，差值甚至更大，并且因此熱量更好地沿著整個波長轉換元件再分布。在又一實施例中，第二導熱率大于第一導熱率的四倍。
[0013]密封殼在發光材料的兩側包括至少兩個玻璃層，然而，密封殼可以完全由玻璃制成。已知如何以足夠高的精度在可負擔的價格下制造玻璃密封。因此，上面討論的波長轉換元件的解決方案能夠制造相對廉價的波長轉換元件。
[0014]密封殼的有效部分(其是光必須透射的部分)由作為光透射材料的玻璃制成，使得發光元件也是光透透射的。光透射表示:如果光入射到密封殼的一側上，則至少一些光透射穿過密封殼并且發射到密封殼的另一表面處的環境中。在一個實施例中，至少70%的入射光發射通過密封殼。還注意，甚至更大比例的光可發射通過密封殼(例如，至少80%或至少90%)，并且光可以在密封殼的所有表面處發射到環境中。可選地，密封殼是透明的。可選地，密封殼是半透明的。
[0015]在一個實施例中，密封殼部件的材料使得密封殼可以以相對較低的溫度閉合(例如，通過膠)，或者密封殼可以僅通過局部地加熱密封殼的材料來閉合。由于密封殼的兩個玻璃層具有相對較低的導熱率，則可以局部地加熱兩個玻璃層，而不會在朝向密封殼的其他位置傳導熱量的情況下結束從而損傷發光材料。例如，可以局部地加熱設置在兩個玻璃層之間的材料以例如通過使用激光束得到密封空氣和濕氣的密封殼。在該段落中，“閉合”表示在發光材料周圍制造完整的殼，從而形成針對空氣和濕氣的阻擋。在一個實施例中，發光材料被半氣密密封在密封殼中，這表示相對較少的受控量的空氣和/或濕氣可以穿透密封殼。在另一實施例中，發光材料通過玻璃殼被氣密密封(因此保護不受空氣和濕氣的影響)O在該實施例中，沒有濕氣或空氣可以穿透密封殼，從而防止由于與空氣或濕氣的接觸引起的劣化所導致的發光材料的壽命的減少。
[0016]此外，冷卻支撐件還可以具有作為支撐層的功能，這允許制造良好密封發光材料但是不夠強壯來支撐其本身和發光材料的密封殼。因此，冷卻支撐件允許密封殼可以制造得相對較薄(相對于針對空氣和/或濕氣密封的程度)，如此，密封殼不太能夠阻擋熱量。
[0017]密封殼用于保護發光材料免受環境(諸如空氣和/或濕氣)影響。如此，可選地，發光材料可以對環境條件(諸如空氣和/或濕氣)敏感。如稍后所討論的，特定類型的發光材料對環境條件敏感。
[0018]可選地，波長轉換元件形成疊層，其中，疊層包括密封殼的第一層、發光元件層、密封殼的第二層、可選的膠層以及通過冷卻支撐件形成的層。可選地，疊層中層的順序為:密封殼的第一層、發光材料層和密封殼的第二層、可選的膠層以及通過冷卻支撐件形成的層。第二表面通過密封殼的第二玻璃層的表面形成，并且是面向可選膠層和/或通過冷卻支撐件形成的層的方向的表面。第一表面是通過冷卻支撐件形成的層的面向可選膠層和/或密封殼的第二層的表面。
[0019]可選地，密封殼提供針對濕氣和/或空氣(其具有小于10—6Hibar Ι/s的滲透率)的阻擋。如果滲透率小于10—Vbar Ι/s，則密封殼僅允許受控的相對較少的量的濕氣和/或空氣穿過。從而，波長轉換元件可以得到相對較長的壽命。壽命可以進一步通過在被密封殼密封的空間中包括吸氣劑(由此，在與設置發光材料相同的空間中包括吸氣劑)來延長。在上面可選實施例中，密封殼至少提供了半氣密密封。通過小于10—7mbar I/s的滲透率來定義氣密。在氦測試的情況下，當氦泄露時，通過小于10—9Hibar Ι/s的滲透率來定義氣密密封，具有這種低滲透率的密封稱為UHV氣密。
[0020]可選地，密封殼包括兩個玻璃層，在它們之間設置發光材料。玻璃具有良好的密封特性，因此當使用兩個玻璃層時可以得到相對良好的密封。此外，已知如何精確且有效地制造適合于這種應用的玻璃層，因此，密封殼可具有相對較低的成本價格。由于玻璃的良好密封特性，玻璃層可以相對較薄以防止玻璃層構成對于熱量的太大阻擋。可選地，當發光材料設置在兩個玻璃層之間時，密封殼還包括設置在兩個玻璃層之間并且配置在發光材料周圍的密封材料，從而提供針對濕氣和/或空氣的阻擋。因此，僅在相對較小的區域處(設置發光材料的區域邊緣)，必須設置該密封材料，因此即使密封材料不完全氣密密封發光材料，可以到達發光材料的濕氣和/或空氣的量也相對較少。可選地，冷卻支撐件還是一層，并且冷卻支撐件與一個玻璃層直接接觸，從而得到良好的熱耦合。
[0021]在一個實施例中，第一比率大于3500W/m2K。
[0022]可選地，冷卻支撐件經由光透射膠層熱耦合至發光元件。優選地，光透射膠的導熱率盡可能大，但是在實際實施例中，其通常不是非常大(例如，小于10W/mK，或者甚至小于5W/mK)。注意，本領域技術人員對在發光元件和冷卻支撐件之間使用另一層存在偏見，該另一層可以形成針對發光元件中生成的熱量的熱阻擋，但是發明人發現，添加導熱率不是非常大的膠層對從發光元件到冷卻支撐件的熱量傳導具有有限的負面影響。因此，即使當使用具有有限導熱率的膠層時，冷卻支撐件的使用仍然會導致穿過整個波長轉換元件的更好的熱擴散。可選地，光透射膠的導熱率與光透射膠的層的厚度的第二比率大于100W/m2K。當第二比率足夠大時，光透射膠的熱阻充分小以防止沿著從發光材料到冷卻支撐件(或者甚至進一步朝向散熱器)的熱路徑的總熱阻變得太大。在一個實施例中，第二比率大于2000W/m2K。假設術語“膠”還包括粘合劑，諸如適當的丙烯酸鹽或環氧樹脂。
[0023]可選地，支撐層包括陶瓷氧化鋁、藍寶石、尖晶石、A10N、SiC或MgO的一種材料。這些材料具有良好的光透射特性，并且具有相對較高的導熱率。可選地，冷卻支撐件是具有大于0.1mm的厚度的層，并且可選地小于2.0mm。在另一實施例中，冷卻支撐件的厚度大于
0.4_。在又一實施例中，冷卻支撐件的厚度大于0.7_。
[0024]可選地，波長轉換元件包括又一發光材料的層，其被配置為吸收入射光的一部分并將吸收部分轉換為又一顏色的光(其顏色不同于由發光材料生成的光的該又一顏色)。又一發光材料與發光材料相比不太對環境條件敏感。在一個實施例中，又一發光材料不對環境條件(例如，濕氣和/或空氣)敏感。又一發光材料的功能是生成又一顏色的光，但是其還具有可提供附加的光散射并且可有助于更加均勻的光輸出的優勢。又一發光材料的層可以設置在發光元件的表面(例如，朝向遠離冷卻支撐件的表面)、冷卻支撐件的表面(例如，朝向遠離發光元件的表面)處，和/或發光元件和冷卻支撐件之間。在一個實施例中，波長轉換元件包括具有特定的光學特性(不同于發光的)的光學層。光學層可以包括散射材料，可以是濾色器或者可以包括用于再定向或折射光的特定光學結構(類似于耦出結構或微透鏡)。
[0025]可選地，發光元件被配置為在窄光發射分布(具有表示為半高全寬(FWHM)值的小于7 5nm的光譜寬度)中發射另一顏色的光。在這種相對較窄光發射分布中發射光的許多發光材料對環境條件(諸如濕氣和/或空氣)敏感。這種發光材料的示例是示出量子限制并在一個維度上具有納米范圍的大小的顆粒。示出量子限制意味著顆粒具有取決于顆粒的大小的光學特性。這種材料的示例是量子點、量子棒和量子四腳體(tetrapod)。其他典型的對空氣和/或濕氣敏感的窄帶發光材料是一些無機磷光體，如硫代鎵酸鹽，例如硫代鎵酸鍶。對濕氣和/或空氣敏感的無機磷光體的其他示例是CaSSe和SS0N:Eu ASON = Eu不太對濕氣敏感，這表示與大多數類型的量子點相比其不太對濕氣敏感。
[0026]根據本發明的另一方面，提供了一種發光模塊，其包括光發射器和根據波長轉換元件的先前討論的任何實施例的波長轉換元件。光發射器被配置為發射光并且被配置用于朝向波長轉換元件發射光。波長轉換元件被配置為接收來自光發射器的光。發光模塊提供與根據本發明的上面討論的方面的波長轉換元件相同的優勢，并且具有相似的實施例，其具有與波長轉換元件的對應實施例相似的效果。
[0027]可選地，發光模塊還包括導熱殼，并且波長轉換元件的冷卻支撐件熱耦合至導熱殼。在該可選實施例中，冷卻支撐件形成通向發光模塊的殼體的具有低熱阻的熱路徑，如此，在該可選實施例中，熱量還可以朝向殼體傳導，從而更好地冷卻發光元件。可選地，導熱殼包括光出射窗，并且波長轉換元件被配置在光出射窗處。因此，波長轉換元件形成光出射窗。光發射器被配置為朝向光出射窗發射光。冷卻支撐件的邊緣熱耦合至導熱殼。根據該可選實施例，得到可以容易地集成到燈具和燈中的發光模塊，并且可以經由導熱殼耦合至燈具或燈的散熱器。
[0028]根據本發明的又一方面，提供一種燈具，其包括根據上面討論的實施例之一的波長轉換元件，或者包括根據上面討論的實施例之一的發光模塊。燈具提供與根據上面討論的本發明的方面的波長轉換元件或發光模塊相同的優勢，并且具有相似的實施例，其具有與長轉換元件或發光模塊的對應實施例相似的效果。
[0029]本發明的這些和其他方面參照以下描述的實施例而顯而易見并且得以闡述。
[0030]本領域技術人員應該理解，可以以任何視為有用的方式組合兩個或多個上面提到的本發明的選項、實施方式和/或方面。
[0031]本領域技術人員可以基于說明書執行發光模塊和/或燈具的修改和變化，其對應于波長轉換元件的所述修改和變化。
【附圖說明】
[0032]在附圖中:
[0033]圖1示意性示出了根據本發明一個方面的波長轉換元件的三個實施例，
[0034]圖2a和圖2b示意性示出了根據本發明另一方面的發光模塊的實施例，
[0035]圖3示意性示出了波長轉換元件的三個其他實施例，其中設置又一發光材料層，
[0036]圖4示意性示出了波長轉換元件的實施例，其中在發光元件中設置又一發光材料，
[0037]圖5a示意性示出了燈的實施例，以及[0038I圖5b示意性示出了燈具的實施例。
[0039]應該注意，不同附圖中由相同的參考標號表示的項具有相同的結構特征和相同的功能，或者為相同的信號。在解釋這些項的功能和/或結構時，不需要在詳細描述中重復說明。
[0040]附圖單純是示意性的，并且不按比例繪制。具體地，為了清楚，大幅夸大一些尺寸。
【具體實施方式】
[0041]圖1示意性示出了根據本發明一個方面的波長轉換元件100、130、160的三個實施例。在圖1的頂部示出波長轉換元件100的第一實施例。波長轉換元件100包括發光元件104，其包括設置在由玻璃制成的密封殼108中的發光材料102。密封殼108熱耦合至冷卻支撐件112。密封殼108與冷卻支撐件之間的熱耦合例如可以通過膠層110來提供。冷卻支撐件112包括面向發光元件104的第一表面113。發光元件104具有面向冷卻支撐件112的第二表面105。第二表面通過密封殼108的表面來形成。第二表面105(可選地沿著其整個表面)熱耦合至第一表面113。
[0042]發光材料102被配置為根據吸收光譜分布來吸收入射光的一部分，并且根據光發射光譜分布將吸收光轉換為另一顏色的光。發光材料102對環境條件(諸如空氣和/或濕氣)敏感。典型地，發射相對較窄光發射光譜分布的光的發光材料(表示該分布的半高全寬小于75納米)對濕氣和/或空氣敏感。這種發光材料的示例是顯示出量子限制并在至少一個維度上具有納米范圍的大小的顆粒。顯示量子限制意味著顆粒具有取決于顆粒的大小的光學特性。這種材料的示例是量子點、量子棒和量子四腳體(tetrapod)。其他典型的對空氣和/或濕氣敏感的窄帶發光材料是一些無機磷光體，如硫代鎵酸鹽(Th1gallate)，例如硫代鎵酸鍶。其他材料可以是CaSSe和SSON: Eu。如圖1所示，發光材料102可以設置為層。該層具有特定的厚度，其在圖1中由thl來表示。該層的厚度使得可以提供要求量的發光材料102以得到所要求的光轉換。該厚度通常在0.05mm至Imm的范圍內。發光材料102可包括一種特定類型的發光材料，但是還可以包括不同類型的發光材料的混合物，其例如具有不同的光發射光譜。發光材料102可以是存在于密封殼108中的僅有材料，但是在其他實施例中，發光材料可以提供至基質(例如，基質聚合物)或者例如密封殼108中的液體中。
[0043]密封殼108被配置為保護發光材料102免受空氣和/或濕氣的影響。因此，密封殼108的材料提供針對空氣和/或濕氣的阻擋。在一個實施例中，密封殼108的材料的導熱率低于5W/mK。在另一實施例中，密封殼108的材料的導熱率低于3W/mK。在又一實施例中，密封殼108的材料的導熱率低于2W/mK。密封殼是透光的，以允許光透射向發光材料102并且允許在發光材料102中生成將在遠離發光材料102的方向上發射的光。密封殼108的厚度相對較小，因為密封殼108否則將針對發光材料102中生成的熱量形成太大的熱阻擋。密封殼的典型厚度在200微米至Imm的范圍內。在從發光材料102到冷卻支撐件的方向上測量厚度。在圖1中，密封殼的厚度用th2來表示。密封殼的材料的導熱率與密封殼的厚度th2的第一比率低于200W/m2K，以防止密封殼構成對熱量的太大阻擋。可選地，第一比率大于3500W/VK。
[0044]密封殼的最大部分可由玻璃制造。得到這種玻璃密封殼的技術例如是玻璃吹制、玻璃焊接、通過使用激光加熱熔塊的玻璃-玻璃熔塊接合或者例如通過膠的玻璃-玻璃密封(并且可選地，使用密封空間內的吸氣劑以吸收空氣和/或濕氣，該技術在密封有機發光二極管的領域已知)。玻璃具有大約0.7至1.4W/mK的典型導熱率。熔化的硅石和石英具有多達1.4W/mK的導熱率。不同類型的硼硅酸鹽(包括AF45和鷹玻璃(eagle 81狀8))具有從0.9至
1.2W/mK的范圍內的導熱率。不同類型的鈉鈣玻璃具有從0.7至1.3W/mK的范圍內的導熱率。
[0045]膠層110可用于將發光元件104固定于冷卻支撐件112，并且提供發光元件104和冷卻支撐件112之間的熱耦合。膠層110具有在圖1中表示為th3的厚度。膠層110的厚度可以相對較薄，例如為一百或幾百微米的級別。膠的導熱率大于0.lW/mK，但是在一個實施例中大于0.2W/mK。可選地，光透射膠的導熱率與光透射膠層的厚度th3的第二比率大于100W/m2K，以防止膠層110具有太大的熱阻。可選地，第二比率大于2000W/m2K。膠層110還是透光的，以允許從冷卻支撐件112到發光元件104的光的傳輸，反之亦然。由于膠層110可以變得相對溫暖，膠應該是穩定的，例如，膠可以是LED級材料，這意味著在入射光的高通量(例如入射藍光的高通量)以及升高的溫度下是穩定的。穩定至少表示沒有發生光學劣化，并且在彼此膠合的兩個部件之間沒有層離。例如，硅樹脂KJR9222和KJR9224(Shin-Etsu)和Lumisil400(Wacker)已經測試出為具有這種特性的膠。可使用的其他粘合劑是適當的丙烯酸鹽或環氧樹脂，例如Delo-fami Iy (Kat1bond)。
[0046]通過箭頭106示意性示出，由發光材料102生成的熱量可以很好地朝向冷卻支撐件112傳導，只要穿過密封殼108和膠層110的熱路徑的熱阻相對較小。通過選擇膠的適當材料并且選擇用于玻璃密封殼108和膠層110的適當層厚度，在發光材料102中生成的相對大量的熱量可以朝向冷卻支撐件112傳導。冷卻支撐件112再分布熱量，使得通過波長轉換元件100得到更均勻的溫度分布。
[0047]冷卻支撐件112由光透射材料制成，并且具有相對較高的導熱率。在一個實施例中，冷卻支撐件112的材料的導熱率大于10W/mK，或者在另一實施例中大于15W/mK，或者在又一實施例中大于20W/mK。冷卻支撐件的厚度在圖1中通過th4來表示。厚度th4足夠大，使得大量的熱量可以通過冷卻支撐件112傳輸，但是不能太大以使其不能在從發光材料到可能的散熱器的熱路徑中引入太大的熱阻。厚度th4例如大于0.1mm，或者在另一實施例中大于0.5mm，或者在又一實施例中大于0.8mm。冷卻支撐件的厚度th4例如小于2mm。從而，冷卻支撐件強有力地有助于再分布整個波長轉換元件100內的熱量，使得不存在相對溫暖的熱點，同時波長轉換元件100的其他部分相對較冷。
[0048]可使用的其他粘合劑是適當的丙稀酸鹽或環氧樹脂，諸如De I ο - f am i I y(Kat1bond)，經由膠112還有助于將熱量更好地朝向波長轉換元件100的環境傳導的事實。用于冷卻支撐件的有用材料是陶瓷氧化鋁、藍寶石、尖晶石、A10N、SiC、Mg0。
[0049]在圖1中，以截面圖繪制當前的實施例。波長轉換元件100的截面圖可以是盤狀波長轉換元件100、或者正方形或矩形盒狀波長轉換元件100的截面。如此，發光元件104和/或冷卻支撐件112的三維形狀還可以是盤狀或者正方形或矩形盒狀中的一種。在具體實施例中，冷卻支撐件112形成層，并且發光材料102還設置在玻璃的兩層之間的層中。
[0050]波長轉換元件130具有不同的截面圖。除了波長轉換元件130的形狀以及波長轉換元件130的密封殼的實施例之外，波長轉換元件130類似于上面討論的波長轉換元件100。所示截面形狀具有半橢圓的形狀(或者在另一實施例中，為半圓形)。這表示波長轉換元件130的三維形狀可以是圓頂的形狀或隧道的形狀。這暗示發光元件和冷卻支撐件142也具有這種形狀。波長轉換元件130的發光元件的實施例包括兩個圓頂狀或隧道狀的玻璃層138、139，它們之間設置發光材料層132。在發光材料層132的邊緣處，通過密封材料137來密封兩個玻璃層138、139之間的開口。密封材料137可以是專用類型的膠，其形成針對濕氣和/或空氣的相對良好的阻擋。密封材料137還可以基于玻璃，并且可以通過局部加熱材料和相鄰玻璃來焊接至兩個玻璃層138、139。這種局部加熱可以通過向密封材料137必須焊接至兩個玻璃層138、139的位置施加相對較小、但強有力的激光束來得到。在玻璃層138、139之一與冷卻支撐件142之間，設置光透射膠層140。在波長轉換元件100的情況下討論了膠、發光材料132以及波長轉換元件130的元件的其他特性的實施例。
[0051]在圖1的下端，示出了波長轉換元件160的另一實施例。除了冷卻支撐件172的形狀和密封殼的實施例之外，波長轉換元件160類似于波長轉換元件100。與波長轉換元件130—致，密封殼包括兩個玻璃層168、169。兩個玻璃層168、169具有相對平坦的形狀，并且可以是盤狀、正方形或矩形的形狀、或者具有任何其他適當的平坦形狀。發光材料102設置在兩個玻璃層168、169之間，并且在發光材料102的邊緣處(接近兩個玻璃層168、169的邊緣)，兩個玻璃層168、169之間的空間通過密封材料167來密封(其實施例已經在上面進行了討論)。波長轉換元件160還包括(圓形或矩形)的托盤狀冷卻支撐件172。通過兩個玻璃層168、169、發光材料102和密封材料167形成的發光元件設置在托盤狀冷卻支撐件172內。通過光透射膠層170將發光元件膠合至冷卻支撐件172。在該實施例中，在發光元件和冷卻支撐件之間得到較好的熱耦合，因為發光元件的較大部分經由膠與冷卻支撐件接觸。在波長轉換元件100的情況下已經討論了膠、發光材料102和波長轉換元件160的元件的其他特性的實施例。
[0052]圖2a和圖2b示意性示出了根據本發明另一方面的發光模塊200、250的實施例。圖2a示出了發光模塊200,其包括可類似于圖1的波長轉換元件100或160的波長轉換元件201。 發光模塊200還包括導熱殼體204,并且包括一個或多個光發射器208。導熱殼體204包圍例如填充有空氣的空間202。導熱殼體204的面向空間202的內壁210可以設置有光反射涂層或層(未示出)，使得撞擊到內壁210上的光被反射而不是被吸收。在空間202內設置一個或多個光發射器208。可選地，光發射器208設置有圓頂狀光學元件209，其例如有助于良好地從光發射器208提取光和/或可以折射由光發射器208發射的光，使得由光發射器208發射較寬的光束。在導熱殼體的一側，設置光出射窗212。在光出射窗212處設置波長轉換元件201。冷卻支撐件112的至少邊緣熱耦合至導熱殼體204。例如可以通過薄膠層(其具有充分的高導熱率，但是在實際實施例中，膠的導熱率實際上不是很高)來得到這種熱耦合。冷卻支撐件 112還可以配置為與導熱殼體204直接接觸。如圖2a所示，密封殼108的邊緣還可以直接與導熱殼體204接觸，或者密封殼108的邊緣還可以通過薄膠層熱耦合至導熱殼體204。通過箭頭 106,示意性表示如何經由密封殼208、膠層110和冷卻支撐件112將熱量從發光材料102傳導至導熱殼體204。[〇〇53]在一個實施例中，導熱殼體204的壁還可以具有相對較厚的下部，并且可以具有相對較薄的上部(上部是接近光出射窗212的部分)使得導熱殼體的壁具有波長轉換元件201 適合的輪廓(這表示波長轉換元件201可以被放置/膠合)。從而，冷卻支撐件112面對空間 202的表面的部分也與導熱壁的上部接觸，以得到更好的熱耦合。[〇〇54] 如圖2a所示，發光模塊200可以可選地具有散熱器206。散熱器206可以熱耦合至導熱殼體204朝向遠離空間202的表面(具體地，在圖2a中為與設置光發射器208的表面相對的表面)。導熱殼體204可以將從波長轉換元件接收的熱量傳導至散熱器206。[〇〇55]在圖2a中，示出冷卻支撐件112面向設置光發射器208的空間202。在另一實施例中，波長轉換元件201還可以倒裝配置在導熱殼體204中，使得冷卻支撐層面對周圍環境，并且密封殼的一部分面向空間202。[0〇56]在圖2a中，畫出了三個光發射器208。發光模塊的實施例可以包括一個、兩個、三個或更多的光發射器208。在一個實施例中，光發射器是固態光發射器。例如，光發射器208是發光二極管(LED)。光發射器208可以發射藍光，并且波長轉換元件的發光材料102可被配置為將接收的藍光的一部分轉換為黃光，使得黃光和藍光的組合可以產生白光發射。發光材料102還可以被配置為將藍光的一部分轉換為紅光，使得由發光模塊200發射的光包括更平滑的光發射分布，并且可具有較高的顯色指數(CRI)。注意，發光材料102的實施例不限于黃色或紅色發光材料。[〇〇57]在圖2b中，示出了發光模塊250的另一實施例。發光模塊250包括導熱殼體254，其包圍腔并且在該腔內設置光發射器208。腔的壁可以設置有光反射涂層或層。發光模塊250 還包括波長轉換元件251，其類似于圖1的波長轉換元件100、160,除了冷卻支撐件262相對較厚并且填充被導熱殼體254包圍的腔的大部分。在一個實施例中，冷卻支撐件262可以與光發射器208直接接觸，使得由光發射器208發射的光很好地耦合至到冷卻支撐件262中。在另一實際的實施例中，光透射介質264(例如，娃樹脂)被設置在光發射器208與冷卻支撐件 262之間。光透射介質264幫助光從光發射器208的親出，并且允許光透射朝向并進入冷卻支撐件262。冷卻支撐件262沿著相對較大的表面與導熱殼體254熱接觸，使得可以將從發光材料102接收的熱量的相對較大的部分傳導至導熱殼體254。如圖2b所示，不需要具有密封殼108和發光材料102的發光元件配置在導熱殼體254的壁之間，發光元件可以突出到導熱殼體254外。[〇〇58]圖3示意性示出了波長轉換元件300、330、360的三個其他實施例，其中設置又一發光材料層。基本上，波長轉換元件300、330、360的配置類似于圖1的波長轉換元件100、160的配置，除了設置又一發光材料的附加層302。與發光材料102相比，又一發光材料不太對空氣和/或濕氣敏感，如此，又一發光材料不被密封和保護來免受空氣和/或濕氣的影響。又一發光材料被配置為吸收入射光的一部分，并且將吸收部分轉換為又一顏色的光。例如，又一發光材料可以是黃色/橙色發射無機磷光體(例如，YAG: Ce (例如，NYAG)或LuAG: Ce)。通常，這些又一發光材料具有相對較寬的光發射光譜。在波長轉換元件300、330、360的不同實施例中，又一發光材料的附加層302被配置在不同位置處。在波長轉換元件300中，又一發光材料的附加層302配置在冷卻支撐件112的一個表面處，該表面與冷卻支撐件112熱耦合至發光轉換器104的表面相對。在波長轉換元件330中，又一發光材料的附加層302配置在發光轉換器104的一個表面處，該表面與發光轉換器104的熱耦合至冷卻支撐件112的表面相對。在波長轉換元件360中，又一發光材料的附加層302配置在冷卻支撐件112和發光轉換器104之間。
[0059]在另一實施例中，層302是具有特定的光學特性的光學層(其不同于發光)。光學層可以包括散射材料，可以是濾色器或者可以包括用于再定向或折射光的特定光學結構(類似于耦出結構或微透鏡)。注意，這種光學層還可以與又一發光材料的附加層組合。
[0060]圖4示意性示出了波長轉換元件400的實施例，其中，又一發光材料402設置在發光元件404中。除了又一發光材料402的添加之外，波長轉換元件400類似于圖1的波長轉換元件100、160。盡管不需要密封又一發光材料(如在圖3的上下文中所討論的)，但該又一發光材料402也可以與對空氣和/或濕氣敏感的發光材料102—起設置在密封殼108內。在圖4中， 兩個不同的層(每一個都具有發光材料102、402中的一種)被描繪成在密封殼108內，但是在其他實施例中，不同的發光材料102、402可以設置為密封殼108內的混合物。[〇〇611圖5a示意性示出了燈500的實施例。燈500例如具有傳統白熾燈的形狀，并且如此為改裝的白熾燈。燈500例如可以包括一個或多個根據先前討論的發光模塊的實施例的發光模塊(未示出)，或者燈500可以包括一個或多個根據先前討論的波長轉換元件的實施例的波長轉換元件(未示出)。[〇〇62]圖5b示意性示出了燈具550的實施例。根據先前討論的發光模塊的實施例，燈具 550例如包括一個或多個發光模塊(未示出)。在另一實施例中，根據圖5a的實施例，燈具550 包括一個或多個燈(未示出)。在又一實施例中，燈具550包括一個或多個根據先前討論的波長轉換元件的實施例的波長轉換元件(未示出)。
[0063]總而言之，提供了波長轉換元件、發光模塊和燈具。波長轉換元件包括發光元件和光透射冷卻支撐件。燈具元件包括發光材料和用于保護發光材料免受環境影響的光透射密封殼。密封殼具有第一導熱率。冷卻支撐件具有第二導熱率，其至少為第一導熱率的兩倍。 冷卻支撐件包括第一表面，并且密封殼包括第二表面。第一表面和第二表面相互面對。第一表面熱耦合至第二表面，用于允許通過第二表面將熱量傳導朝向冷卻支撐件，以能夠再分布在發光元件中生成的熱量。
[0064]應該注意，上述實施例說明而非限制本發明，并且本領域技術人員能夠在不背離所附權利要求的范圍的情況下設計許多可選實施例。
[0065]在權利要求中，括號中的任何參考符號不應視為限制權利要求。使用動詞“包括” 及其詞性變化不排除權利要求中之外的元件或步驟的存在。元件之前的冠詞“一個”不排除多個這種元件的存在。在相互不同的從屬權利要求中引用的特定措施的僅有事實并不表示這些措施的組合不能用于獲益。
【主權項】
1.一種波長轉換元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，包括: 發光元件(104、404)，包括發光材料(102、132)和密封殼(108); 所述發光材料(102、132)被配置為吸收入射光的一部分并將吸收光的一部分轉換為另一顏色的光，所述發光材料(102、132)設置在所述密封殼(108)中； 所述密封殼(108)包括兩個玻璃層(I38、139、168、169)，所述發光材料(102、132)設置在所述兩個玻璃層之間，所述密封殼(108)是光透射的、具有第一導熱率并被配置為保護所述發光材料免受環境影響， 由光透射材料制成的冷卻支撐件(112、142、172、262)，其具有第二導熱率，所述第二導熱率大于兩倍的所述第一導熱率， 其中，所述冷卻支撐件(112、142、172、262)包括第一表面(113)，所述密封殼(108)包括第二表面(105)，所述第一表面(113)面對所述第二表面(105)，并且所述第一表面(113)熱耦合至所述第二表面(105)，用于使熱量通過所述第二表面(105)朝向所述冷卻支撐件(112、142、172、262)傳導，從而能夠再分布在所述發光元件(104、404)中生成的熱量，其中，玻璃層的導熱率與所述玻璃層中的配置在所述發光材料與所述冷卻支撐件之間的一個玻璃層的厚度(th2)的第一比率大于200W/m2K。2.根據權利要求1所述的波長轉換元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，其中， 所述第一導熱率小于5W/mK，或者 所述第二導熱率大于10W/mK，或者 所述第一導熱率小于5W/mK且所述第二導熱率大于10W/mK。3.根據權利要求1所述的波長轉換元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，其中，所述密封殼(108)提供針對濕氣和/或空氣的阻擋，并且具有小于10—Vbar Ι/s的滲透率。4.根據權利要求1所述的波長轉換元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，其中，所述密封殼(108)包括設置在所述兩個玻璃層(138、139、168、169)之間并且配置在所述發光材料(102、132)周圍的密封材料(I37、167)，所述密封材料(I37、167)被配置為提供針對濕氣和/或空氣的阻擋。5.根據權利要求1所述的波長轉換元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，其中，所述第一比率大于3500W/m2K。6.根據權利要求1所述的波長轉換元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，其中，所述冷卻支撐件(112、142、172、262)經由光透射膠的層(110)熱耦合至所述發光元件(104、404)。7.根據權利要求6所述的波長轉換元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，其中，所述光透射膠的導熱率與所述光透射膠的層(110)的厚度(th3)的第二比率大于100W/Hl2K08.根據權利要求1所述的波長轉換元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，其中，所述冷卻支撐件(112、142、172、262)包括材料氧化鋁、藍寶石、尖晶石^10151(:或1%0中的一種材料。9.根據權利要求1所述的波長轉換元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，其中，所述冷卻支撐件(112、142、172、262)是層，并且該層的厚度(也4)大于0.1臟且可選地小于2.0mm.10.根據權利要求1所述的波長轉換元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，包括又一發光材料的層(302)，所述又一發光材料的層被配置為吸收入射光的一部分并且將吸收部分轉換為又一顏色的光，所述又一發光材料與所述發光材料(102、132)相比對環境影響較不敏感。11.根據權利要求1所述的波長轉換元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，其中，所述發光材料(102、132)被配置為以窄光發射分布發射所述另一顏色的光，所述窄光發射分布具有表示為半高全寬值的不大于75nm的光譜寬度。12.—種發光模塊(200、250)，包括: 光發射器(208)，用于發射光； 根據前述權利要求中任一項所述的波長轉換元件(100、130、160、201、251、300、330、.360、400)，所述波長轉換元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)被配置為接收來自所述光發射器(208)的光。13.根據權利要求12所述的發光模塊(200、250)，其中，所述發光模塊(200、250)還包括導熱殼體(204,254),并且所述波長轉換元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)的所述冷卻支撐件(112、142、172、262)熱耦合至所述導熱殼體(204、254)。14.根據權利要求13所述的發光模塊(200、250)，其中，所述導熱殼體(204、254)包括光出射窗(212)，所述光發射器(208)被配置為朝向所述光出射窗(212)發射光，所述波長轉換元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)形成所述光出射窗(212)，并且所述冷卻支撐件的邊緣熱耦合至所述導熱殼體(204、254)。15.—種燈具(550)，包括根據權利要求1所述的波長轉換元件(100、130、160、201、251、.300、330、360、400)或者包括根據權利要求12所述的發光模塊(200、250)。
【文檔編號】H01L33/50GK105981186SQ201580008069
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年1月30日
【發明人】M·倫茲, L·J·M·科普曼斯, P·朱伊德瑪, H·J·B·賈格特
【申請人】飛利浦照明控股有限公司