具光致發(fā)光波長轉(zhuǎn)換的固態(tài)發(fā)光裝置的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請案的奪叉參考
[0002] 本申請案為2013年12月16日申請的標(biāo)題為"具有光致發(fā)光波長轉(zhuǎn)換的固 態(tài)發(fā)光裝置及標(biāo)牌（"Solid-State Light Emitting Devices and Signage with Photoluminescence Wavelength Conversion) " 的第 14/108, 163 號美國專利申請案的 部分接續(xù)，所述美國專利申請案為2011年10月4日申請的標(biāo)題為"具有光致發(fā)光波長轉(zhuǎn) 換的固態(tài)發(fā)光裝置及標(biāo)牌（Solid-State Light Emitting Devices and Signage with Photoluminescence Wavelength Conversion) " 的第 13/253, 031 號美國專利申請案 (現(xiàn)頒布為第8, 610, 340號美國專利）的接續(xù)，所述美國專利申請案主張2010年10月 5日申請的標(biāo)題為"具有光致發(fā)光波長轉(zhuǎn)換的固態(tài)發(fā)光裝置及標(biāo)牌（Solid-State Light Emitting Devices and Signage with Photoluminescence Wavelength Conversion)" 的 第61/390, 091號美國臨時(shí)專利申請案的優(yōu)先權(quán)益且主張2010年12月27日申請的標(biāo)題為 "具有遠(yuǎn)程磷光體波長轉(zhuǎn)換組件的固態(tài)發(fā)光裝置（Solid-State Light Emitting Devices with Remote Phosphor Wavelength Conversion Component)" 的第 61/427, 411 號美國臨 時(shí)專利申請案的優(yōu)先權(quán)益，所有這些申請案特此以全文引用的并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明的實(shí)施例涉及固態(tài)發(fā)光裝置，其使用光致發(fā)光波長轉(zhuǎn)換以將由固態(tài)發(fā)光體 (通常為LED (發(fā)光二極管））產(chǎn)生的光轉(zhuǎn)換為所需色彩的光。
【背景技術(shù)】
[0004] 白色發(fā)光LED( "白色LED"）在此項(xiàng)技術(shù)是已知的且是相對較新近的創(chuàng)新。歸因 于其長操作壽命預(yù)期值（>50, 000小時(shí)）及高發(fā)光效率（每瓦特70流明及更高），越來越多 地使用高亮度白色LED來替代常規(guī)熒光光源、小型熒光光源及白熾光源。
[0005] 直到開發(fā)出在電磁光譜的藍(lán)色/紫外線部分中發(fā)射的LED，開發(fā)基于LED的白光源 才變得實(shí)際。如在例如第5, 998, 925號美國專利中所教示，白色LED包含一或多種光致發(fā) 光材料（例如，磷光體材料），其吸收由所述LED發(fā)射的一部分輻射，且重新發(fā)射不同色彩 (波長）的輻射。通常，LED芯片或裸片產(chǎn)生藍(lán)光，且所述磷光體吸收一定百分比的藍(lán)光，且 重新發(fā)射黃光或綠光及紅光、綠光及黃光、綠光及橙光或黃光及紅光的組合。由所述LED產(chǎn) 生的未被所述磷光體吸收的藍(lán)光部分與由所述磷光體發(fā)射的光組合，提供對于人眼呈現(xiàn)為 接近白色的光。
[0006] 由所述LED光產(chǎn)生的確切色彩在很大程度上取決于由所述磷光體材料發(fā)射的光 的量，這是因?yàn)樗隽坠怏w發(fā)射的光的量（及波長）及殘余的藍(lán)光的量（及波長）的組合 決定所得光的色彩。因此，用來產(chǎn)生白光的基于磷光體的LED裝置將需要足夠量的磷光體 以正確運(yùn)作，因?yàn)椴痪哂凶銐蛄康牧坠怏w材料的所述基于磷光體的LED裝置將無法產(chǎn)生呈 現(xiàn)為白色的光。
[0007] 問題在于磷光體材料相對昂貴，且因此對應(yīng)于生產(chǎn)基于磷光體的LED裝置的成本 的主要部分。通常，在LED燈中的磷光體材料與光透射材料（例如硅酮或環(huán)氧樹脂材料） 混合，且所述混合物直接施覆到LED裸片的發(fā)光表面。這導(dǎo)致直接置于LED裸片上的磷光 體材料的較小占據(jù)面積層，但其在生產(chǎn)上仍然昂貴，且這部分是因?yàn)樗隽坠怏w材料的高 昂成本。
[0008] 如頒予Li的美國專利申請案US 2008/0218992 Al號中所揭示，還已知將磷光體 材料提供為光學(xué)組件上的層，或?qū)⒘坠怏w材料合并在光學(xué)組件內(nèi)，所述光學(xué)組件在物理上 位于LED裸片遠(yuǎn)程。這通常導(dǎo)致具有比前述段落中描述的方法大很多的占據(jù)面積的一層 磷光體材料。因?yàn)槠漭^大大小，通常需要更大量的磷光體以制造此類"遠(yuǎn)程磷光體" LED裝 置。因此，為提供此類遠(yuǎn)程磷光體LED裝置所需要的增加量的磷光體材料的成本也相應(yīng)更 大。例如，第7, 937, 865號美國專利教示固態(tài)發(fā)光標(biāo)志，其中來自LED的藍(lán)光用于激發(fā)發(fā)光 標(biāo)牌表面上的磷光體材料，以產(chǎn)生所需色彩的光。通常必須存在大量磷光體材料才能裝填 所述發(fā)光標(biāo)牌的寬闊表面，以使所述裝置針對其所欲光功能性而產(chǎn)生適當(dāng)色彩。
[0009] 因此，需要實(shí)施LED照明裝備的改進(jìn)方法，其維持裝置的所需色彩性質(zhì)，但不需要 使用在現(xiàn)有方法中需要的大量光致發(fā)光材料（例如，磷光體材料）。
[0010] 本發(fā)明的一些實(shí)施例的目的是提供發(fā)光裝置、發(fā)光標(biāo)志、光致發(fā)光波長轉(zhuǎn)換組件 及光致發(fā)光標(biāo)牌表面，其至少部分克服已知裝置的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的實(shí)施例涉及固態(tài)發(fā)光裝置，其包括固態(tài)發(fā)光體（通常為LED)陣列，其可 操作以產(chǎn)生激發(fā)光（通常為藍(lán)色），所述激發(fā)光用于激發(fā)光致發(fā)光波長轉(zhuǎn)換組件，所述光致 發(fā)光波長轉(zhuǎn)換組件含有可激發(fā)藍(lán)光的光致發(fā)光（例如，磷光體材料）的顆粒與光反射材料 (本文中還稱為"光散射材料"）的顆粒的混合物。將光反射材料的顆粒與磷光體材料合并 可增加磷光體材料的光致發(fā)光的光產(chǎn)生。據(jù)信增加的光致發(fā)光的光產(chǎn)生源自光反射材料增 加光子與磷光體材料的顆粒的碰撞的可能性。在一些實(shí)施例中，包含所述光反射材料可針 對給定發(fā)射產(chǎn)物色彩及強(qiáng)度潛在地將磷光體材料的使用減小33%且最多減少50%。
[0012] 根據(jù)一實(shí)施例的一個(gè)方面，一種發(fā)光裝置包括：光透射電路板；第一固態(tài)發(fā)光體 陣列，其安裝在所述光透射電路板的第一面上且電連接到所述光透射電路板的第一面；及 光致發(fā)光波長轉(zhuǎn)換組件，其包括至少一種光致發(fā)光材料的顆粒與光反射材料的顆粒的混合 物。將固態(tài)發(fā)光體安裝在光透射電路板的優(yōu)點(diǎn)為：這實(shí)現(xiàn)了從所述電路板的正面及后面以 及電路板的邊緣的光發(fā)射，使得所述裝置具有大致上全向發(fā)射特性。此發(fā)射特性對于希望 用于替代白熾燈泡的裝置是合意的。在一些方面中，所述裝置進(jìn)一步包括第二固態(tài)發(fā)光體 陣列，其安裝在光透射電路板的第二面上且電連接到光透射電路板的第二面。通常，發(fā)光體 安裝在電路板的相對面上且經(jīng)定向成其主發(fā)射方向在相反方向上。
[0013] 為輔助消散由發(fā)光體陣列產(chǎn)生的熱量，光透射電路板宜額外具有導(dǎo)熱性。所述導(dǎo) 熱電路板是尤其有利的，其中波長轉(zhuǎn)換組件包括直接施覆到且覆蓋所述發(fā)光體陣列或每一 發(fā)光體的至少一種光致發(fā)光及光散射材料的囊封劑。為增加機(jī)械強(qiáng)度，所述電路板可包括 具有其上安裝發(fā)光體的導(dǎo)熱光透射層的層壓結(jié)構(gòu)，其支撐在光透射層上。在一些實(shí)施例中， 光透射電路板的至少一部分包括透光性氧化鎂、藍(lán)寶石、氧化鋁、石英玻璃、氮化鋁或金剛 石。除消散由發(fā)光體產(chǎn)生的熱量之外，所述電路板還用于提供電力以操作發(fā)光體。在一些 實(shí)施例中，襯底進(jìn)一步包括由提供在襯底的面上的導(dǎo)電軌的圖案組成的電路。舉例來說，此 類軌可由銅、金、銀或其它良好導(dǎo)電材料組成。在其它實(shí)施例中設(shè)想導(dǎo)電軌包括光透射導(dǎo)電 材料，例如氧化銦錫（ITO)或類似物。
[0014] 光致發(fā)光組件可包括施覆到所述固體發(fā)光體陣列或每一固態(tài)發(fā)光體的光致發(fā)光 材料與光反射材料的顆粒的混合物。通常，在此類布置中，光致發(fā)光組件呈覆蓋固態(tài)發(fā)光體 陣列的囊封劑的形式。
[0015] 在其它實(shí)施例中且為減少從發(fā)光體陣列到磷光體材料的熱傳遞，光致發(fā)光組件與 固態(tài)發(fā)光體陣列或每一固態(tài)發(fā)光體分離且位于固態(tài)發(fā)光體陣列或每一固態(tài)發(fā)光體遠(yuǎn)程。在 本申請案中，"遠(yuǎn)程"及"遠(yuǎn)程地"表示通過（例如）空氣間隙或光透射介質(zhì)而在物理上分 離。其與其中波長轉(zhuǎn)換組件為裝置的整體部分且磷光體材料與固態(tài)發(fā)光體直接接觸的布置 形成對比。在遠(yuǎn)程磷光體布置中，磷光體材料分布在比發(fā)光體陣列的發(fā)光表面的面積大得 多的面積上。此布置確保色彩更均勻的光產(chǎn)生。將所述磷光體材料與所述固態(tài)發(fā)射體分離 減少到所述磷光體材料的熱傳遞，且減小所述磷光體材料的熱降解，波長轉(zhuǎn)換組件的表面 有利地可定位于距所述固態(tài)發(fā)光體陣列至少5mm的距離處。在此類方面中，波長轉(zhuǎn)換組件 可包括其上光致發(fā)光材料與光反射材料的混合物提供為至少一個(gè)層的光透射襯底。在另一 布置中，所述波長轉(zhuǎn)換組件包括具有遍及其體積而均勻地分布的磷光體與光反射材料的混 合物的光透射襯底。優(yōu)選地，所述光透射襯底包括熱塑性材料，所述熱塑性材料包含聚碳酸 酯、丙烯酸、PVC(聚氯乙烯）、尼龍、HDPE(高密度聚丙烯）、聚乙烯、PET(聚對苯二甲酸乙 酯）或Ρ0Μ(聚甲醛）。或者，其可包括環(huán)氧樹脂、硅酮或玻璃。在一些實(shí)施例中，光致發(fā)光 組件包括實(shí)質(zhì)上圓柱形管，其中發(fā)光體陣列沿著組件的軸定位。此組件優(yōu)選地通過注射模 制的擠出制造。在磷光體與光反射材料的混合物由一層組成的情況下，可通過絲網(wǎng)印刷將 所述混合物施覆到襯底的表面?；蛘?，可通過噴墨印刷、旋涂或刮刀涂覆（dotor blading) 將所述混合物沉積在襯底上。當(dāng)所述組件通過擠出制造時(shí)，可共同擠出磷光體/光反射材 料。
[0016] 在一些實(shí)施例中，用在所述波長轉(zhuǎn)換組件內(nèi)的光反射/散射材料具有經(jīng)選擇使得 比起所述顆粒將散射由所述磷光體材料產(chǎn)生的較短波長光，其將散射相對更多的較長波長 藍(lán)色激發(fā)光的粒度。例如，所述光反射顆粒大小可經(jīng)選擇使得比起所述顆粒將散射由所述 至少一個(gè)磷光體材料產(chǎn)生的光，其將散射相對至少兩倍的藍(lán)光。這確保將散射從所述波長 轉(zhuǎn)換層發(fā)射的更高比例的藍(lán)光，從而增加光子與磷光體材料顆粒交互的可能性，且導(dǎo)致產(chǎn) 生光致發(fā)光的光。同時(shí)，磷光體產(chǎn)生的光可通過而被散射的可能性較低。光反射材料的顆粒 相對于光致發(fā)光產(chǎn)生的光散射激發(fā)光的程度取決于顆粒大小。舉例來說，在激發(fā)光包括藍(lán) 光且光致發(fā)光包括黃綠光的情況下，光反射材料有利地具有在〇. 01 μ m到10 μ m范圍中的 顆粒大小。更優(yōu)選地，光反射材料具有在0. 01 μ m到0. 1 μ m且更優(yōu)選地在0. 1 μ m到1 μ m 的范圍中的顆粒大小。
[0017] 優(yōu)選地，光反射材料對至少一種光致發(fā)光材料的重量百分比裝載在0.01 %到 10%;0.01%到1%;0.1%到1%及0.5%到1%的范圍中。
[0018] 一些實(shí)施例中的磷光體材料優(yōu)選地具有在從2 μπι到60 μπι的范圍中且通常在 10 μ m到20 μ m的范圍中的顆粒大小。據(jù)信在一些實(shí)施例中，所述光反射材料的