制造陶瓷光透射屏障单元的方法和由该方法产生的屏障单元与流程

文档序号:14685640发布日期:2018-06-14 18:15

本发明涉及用于制造光透射屏障单元的制造方法。光透射屏障单元用于在光透射屏障单元的腔体中围封发光材料使得没有液体且没有气体能够穿透屏障单元并且到达发光材料。

本发明还涉及陶瓷光透射材料的屏障单元。



背景技术:

若干发光材料,特别是量子点,需要受保护以抵挡水分和氧气,因为当它们与氧气或水接触时,它们可能与其反应并且变得功能异常。因此,它们需要被提供在气密且液密封装中。提供这样的气密封装的常规方式是例如制造透明或半透明单元状结构的两个半部,从而在半部之一中提供量子点并且将第二半部气密胶合到第一半部。通常,量子点的层必须是薄的,并且照此,单元状结构的腔体也是薄的。当使用过量胶合剂时,情况可能是在腔体内过量的胶合剂将量子点的过大部分推开,从而导致必须丢弃(reject)的量子点单元。当使用有机胶合剂时,难以创建气密封装,因为有机胶合剂通常能渗透气体。取代于使用有机胶合剂,两个半部可以借助于玻璃浆料键合耦合到彼此。

发光材料根据吸收分布吸收光并且它们朝向根据发射分布发射的另一颜色的光转换所吸收的能量。一般而言,另一颜色的光具有比所吸收的光的波长更长的波长。发光材料(并且更特别地,量子点)的另外的特性在于,它们在其变得相对温暖时较低效地转换光。甚至可能的是在量子点的温度变得过高时,量子点降级或甚至被破坏。在使用期间,发光材料由于斯托克斯位移而变得温暖,这意味着并未所有所吸收的光都朝向另一波长的光转换,而是所吸收的光能量的一部分朝向热量转换。因此,当解决方案设计成气密密封发光材料时,其应当能够将热量从发光材料传导开。

公布的专利申请US2013/0223922公开了一种气密并且其中例如可能提供量子点的单元状结构的制造。单元状结构通过以下来制造:提供玻璃涂敷的衬垫或者在玻璃衬底上提供第一玻璃衬底上的低熔化温度玻璃的结构,随后例如在衬垫或结构之间提供第一玻璃衬底上的量子点,此后在此顶部上提供第二玻璃衬底并且最终通过加热玻璃涂敷的衬垫或结构使得它们紧固到衬底来紧密化单元状结构。尽管玻璃涂敷的衬垫或结构的玻璃在相对低的温度处熔化,在从200到500℃的范围中,但是该温度对于量子点而言仍旧可能过高,使得量子点的大部分变得有缺陷。另外,制造过程相对昂贵,因为其要求制造若干部分,该若干部分必须保持存货,并且必须进行组装。因此,根据所引用的专利申请的过程制造的单元状结构相对昂贵。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种用于更高效地制造适合用于气密密封发光材料的单元状结构的制造方法。

本发明的第一方面提供一种制造陶瓷光透射屏障单元的制造方法。本发明的第二方面提供一种光透射陶瓷材料的屏障单元。在从属权利要求中限定有利实施例。

依照本发明的一方面的制造陶瓷光透射屏障单元的方法用于制造陶瓷光透射屏障单元,其在陶瓷光透射屏障单元的腔体中围封发光材料。发光材料配置成根据吸收颜色分布吸收撞击在发光材料上的光的一部分并且将所吸收的光的一部分转换成具有发射颜色分布的光。方法包括以下阶段:i)通过将材料混合物提供到第一模具中而形成预形成的屏障单元的部分,材料混合物包括用于形成光透射陶瓷材料的无机颗粒和粘合剂;ii)在所述部分上提供牺牲层以用于限定预形成的屏障单元的腔体,牺牲层包括用于在制造陶瓷光透射屏障单元的方法中牺牲的牺牲材料,iii)通过将材料混合物提供到第二模具中而形成预形成的屏障单元的其余部分,第二模具包括具有牺牲层的所述部分,iv)从预形成的屏障单元至少部分地移除牺牲层从而获得预形成的屏障单元的腔体。

制造光透射屏障单元的方法是制造这样的光透射屏障单元的高效方法,因为最终产品在一系列步骤中制造并且不要求必须在稍后进行组装/紧固/胶合的半成品的制造。特别地,这适用于预形成的屏障单元的其余部分。其余部分形成在已经包括具有牺牲层的部分的第二模具中。这允许其余部分直接附接到具有牺牲层的第一部分。由此,在一个步骤中,将其余部分制造和组装到该部分。

制造方法允许制造阶段在一个制造装置或协作并且利用例如输送机或机械手直接耦合到彼此的几个装置中的完整集成。此外,已经注意到,使用牺牲层是精确地制造预形成的屏障单元中并且因而光透射屏障单元中的腔体的相对高效的方式。

总结来说,制造陶瓷光透射屏障单元的方法以有利的方式使用牺牲层来获得陶瓷光透射屏障单元中的腔体并且使用形成其余部分的步骤作为制造该其余部分和将该其余部分直接组装到第一部分的高效步骤。更特别地,当其余部分形成在第二模具中时,牺牲层存在于第一部分上这一事实允许与组装到第一部分集成地形成其余部分。如果牺牲层不在那里,则不可以制造腔体并且第一部分和其余部分必须分离地制造。

可选地,方法还包括向屏障单元施加热量以用于至少部分地移除粘合剂和用于将预形成的屏障单元转变成陶瓷光透射屏障单元的阶段。预形成的屏障单元尚未完全完成,因为粘合剂仍旧处于预形成的屏障单元中并且存在于材料混合物中的无机颗粒尚未烧结以形成最终的陶瓷形状。加热是允许粘合剂蒸发、(热学)分解成挥发性成分或者与气体(例如空气)反应而成为挥发性成分(例如气体)的非常高效的过程,并且加热还是创建最终陶瓷材料的非常高效的步骤。要指出的是,在加热阶段中物体可能收缩,并且因而,陶瓷光透射屏障单元可能小于预形成的屏障单元。要指出的是,预形成的屏障单元可能还不是光透射的,因为粘合剂可能具有不透明材料。至少在加热之后(例如,当形成陶瓷时),所制造的陶瓷屏障单元是光透射的。

光透射意味着当光撞击在屏障单元的一个表面上时,至少一些光通过屏障单元透射。该透射不限定在直线中,因为屏障单元的壁可能是半透明的并且因而(略微)散射光。在示例中,当我们假定屏障单元不包括发光材料时,撞击在屏障单元上的可见光的至少60%通过屏障单元透射。可见光是对人类裸眼可见的光。

可选地,形成部分和形成其余部分的阶段至少通过以下中的一个执行:注塑成型、注浆成型、压铸或低压注塑成型。注浆成型和压铸是来自制造陶瓷物体的领域的技术。在那些技术中,材料混合物的粘合剂通常是液体,比如例如水。注塑成型和低压注塑成型通常用于制造塑料物体。当使用注塑成型和/或低压成型时,粘合剂例如是粘合剂树脂,其可以是合成粘合剂树脂或自然粘合剂(例如蜡)。注塑成型相对于注浆成型、压铸和低压注塑成型的优点在于,其更好地适合于以相对低成本的大批量生产并且可以导致更好的精度。另外,注塑成型技术关于所制造的最终形状非常灵活(通过使用不同模具)。附加优点在于,通过使用两个注塑成型阶段,其中在第二注塑成型阶段中,所述部分存在于第二模具中并且注入与第一阶段中相同的材料,可以制造基本上单片式光透射屏障单元。这样的单片式光透射屏障单元在机械上更强劲并且是针对液体和气体的更好屏障。

在实施例中,加热预形成的屏障单元的阶段可以包括其中将预形成的屏障单元带到允许至少部分地移除粘合剂的温度的第一加热阶段,并且包括其中朝向最终产品、陶瓷光透射屏障单元烧结预形成的屏障单元的第二加热阶段。

可选地,至少部分地移除牺牲层的阶段与向屏障单元施加热量的阶段组合。在该可选实施例中阶段组合,从而导致高效的制造过程。

可选地,制造陶瓷光透射屏障单元的方法还包括以下阶段:通过向预形成的屏障单元提供从预形成的屏障单元至少部分地移除粘合剂的溶解液来从预形成的屏障单元至少部分地移除粘合剂。至少部分地移除粘合剂的阶段在形成预形成的屏障单元的其余部分的形成阶段之后执行。利用液体溶解粘合剂的部分是从预形成的屏障单元移除粘合剂的相对便宜且高效的步骤。在加热预形成的屏障单元之前如在以上可选实施例之一中所讨论的这样做可以是有利的,因为部分地溶解粘合剂创建气体可以通过其逸出的多孔预形成的屏障单元。在加热预形成的屏障单元期间,可以在屏障单元内生成气体(因为例如牺牲层的部分热学分解成气体或者与氧气反应并且变成挥发性成分(例如气体)的混合物,或者因为例如仍旧在预形成的屏障单元中的某种粘合剂与氧气反应),并且多孔结构允许这些气体逸出并且防止在屏障单元中引起断裂或者整个屏障单元爆炸。出于相同原因和另外的原因,可以有利的是在至少部分地移除牺牲层之前在溶解液中至少部分地溶解粘合剂,因为在移除牺牲材料期间,可能生成气体。另外的原因可以是牺牲材料也可以溶解在相同或另一溶解液中并且然后多孔结构提供对牺牲材料的接入。

可选地,至少部分地移除牺牲层的阶段与至少部分地移除粘合剂的阶段组合。可能是粘合剂和牺牲材料二者溶解在相同的溶解液中,这创建在一个高效且有效的阶段中组合两个阶段的机会。

可选地,牺牲材料是以下中的至少一个:第一有机材料,其在溶解液或另一溶解液中可溶;第二有机材料,其在被加热到第二有机材料的热学分解温度时分解成挥发性成分(例如气体);在热量和/或催化剂(例如聚甲醛或聚α氧甲基苯乙烯)的影响下解聚的材料;作为光化学反应的结果而变成在特定溶解液中可溶的材料(例如酚醛清漆(苯酚-甲醛)树脂,聚甲基丙烯酸甲酯或聚砜);当被加热到其熔化温度以上时变成液体的材料;可以通过不与无机颗粒反应的蚀刻液而蚀刻掉的材料(金属,例如铜箔或钼箔)。这些类型的材料是用于在陶瓷光透射单元中制造腔体的有效材料,因为它们可以从预形成的屏障单元高效地移除。要指出的是,特定溶解液可以等于溶解液或另一溶解液。要指出的是,当第二有机材料分解成挥发性成分(例如气体)时,其不燃烧,因为燃烧是其中在此期间例如形成火焰的放热化学反应的反应,并且这样的放热反应可能损坏屏障单元。然而,当第二有机材料分解成挥发性成分时,挥发性成分可以与预形成的屏障单元的直接邻域中的其它气体反应,然而,该过程应当受控制以防止火焰的生成或者造成爆炸。另外,如果使用当加热到其熔化温度以上时变成液体的材料,则熔化温度应当具有高于以其制造预形成的屏障单元的其余部分的温度的这样的值,使得牺牲层在制造方法的该阶段中保持固态。

可选地,至少部分地移除牺牲层的阶段包括以下阶段中的至少一个:i)如果牺牲材料是在溶解液或另一溶解液中可溶的第一有机材料,则向预形成的屏障单元提供其中牺牲材料至少部分溶解的溶解液或另一溶解液,ii)如果牺牲材料是当加热到热学分解温度时分解成挥发性成分(例如气体)的第二有机材料,则将预形成的屏障单元加热到热学分解温度以上的温度,iii)如果牺牲材料是在热量和/或催化剂的影响下解聚的材料,则向预形成的屏障单元提供催化剂并且将预形成的屏障单元加热到足够高以获得解聚的特定温度,iv)如果牺牲材料是作为光化学反应的结果而变成在特定溶解液中可溶的材料,则向预形成的屏障单元提供光,并且此后向屏障单元提供特定分解液,v)如果牺牲材料是当加热到其熔化温度以上时变成液体的材料,则将预形成的屏障单元加热到熔化温度以上的温度并且借助于芯吸作用移除液体,以及vi)如果牺牲材料是可以通过蚀刻液而蚀刻掉的材料,则向预形成的屏障单元提供蚀刻液。这些阶段对于特定牺牲材料而言是移除牺牲层使得在屏障单元中创建腔体的有效且高效的方式。关于以上的iii),催化剂可以是气相的,使得可以使其与牺牲材料接触。关于以上的v),芯吸作用是通过材料借助于毛细作用对液体的吸收,诸如利用烛芯。

可选地,在形成预形成的屏障单元的其余部分的阶段中,在腔体和预形成的外部之间留下敞开的通道,并且方法还包括以下阶段:在加热预形成的屏障单元以获得陶瓷光透射屏障单元的阶段之后,经由通道向腔体中提供发光材料,并且利用气密且液密密封来密封通道。发光材料可以以液体提供并且可以经由通道将液体带到腔体中。制造这样的通道不显著增加成本,因为仅第二模具需要具有限定通道位置的突起。提供给通道的密封可以是陶瓷密封,但是通道还可以通过浆料玻璃、金属、合金(例如焊料)以及甚至合成胶合剂来密封。合成胶合剂不总是100%气密的,然而,由于通道的相对小的直径,所以可以穿过密封的气体的量非常低。

可选地,提供牺牲层的阶段包括以下中的至少一个:i)借助于注塑成型制造牺牲层,ii)在所述部分上提供牺牲材料片,iii)在所述部分上印刷牺牲材料层,iv)在所述部分上分配牺牲材料层,v)层压所述部分。在所述部分上提供或创建牺牲层的这些方式是提供或创建这样的层的高效且有效的方式。

可选地,无机颗粒包括以下材料中的至少一个:多晶氧化铝(Al2O3)、钇铝石榴石(Y3Al5O12)、尖晶石(MgAl2O4)、氧化钇(Y2O3)、氮氧化铝(AlON)、立方体二氧化锆(ZrO2)。这些材料适合用于制造光透射的陶瓷结构。另外,诸如由多晶氧化铝制成的陶瓷之类的许多陶瓷具有高热学传导率,这在远离腔体中的发光材料传输热量的情境中是有利的。

可选地,粘合剂包括以下材料中的至少一个:聚乙烯、聚丙烯、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺(尼龙)。

根据本发明的第二方面,提供一种屏障单元。屏障单元由光透射陶瓷材料制成。屏障单元具有单片式结构并且包括用于发光材料的腔体。屏障单元的外层对于气体和液体是不可渗透的。陶瓷是强劲且鲁棒的材料并且若干陶瓷材料提供针对液体和气体的卓越屏障并且还是具有高热学传导率的材料,这在需要从发光材料传导开热量时是有利的。屏障单元的结构是单片式结构这一事实导致关于气体和液体的良好不可渗透性性质。要指出的是,术语“单片式结构”不排除存在提供对腔体的接入的通道或孔。另外,术语“单片式结构”不排除其中这样的通道或这样的孔稍后利用特定材料密封的屏障单元的实施例。术语单片式结构至少意味着屏障单元包括一个单片式陶瓷结构的最大部分并且不包括例如胶合到彼此的若干陶瓷元件。

根据本发明的第二方面的屏障单元提供与根据本发明的第一方面的方法类似的益处并且具有带有与方法的对应实施例类似的效果的类似实施例。

可选地,屏障单元还包括腔体中的发光材料,发光材料配置成根据吸收颜色分布而吸收撞击在发光材料上的光的第一部分并且将所吸收的光的一部分转换成根据发射颜色分布的光。

可选地,发光材料包括示出量子限域并且至少在一个维度上具有纳米范围中的尺寸的颗粒。

可选地,发光材料包括以下中的一个:量子点、量子棒和量子四脚体。

可选地,发光材料包括有机发光材料。

可选地,屏障单元包括穿过外层以用于提供对腔体的接入的至少一个通道。

可选地,如果腔体包括发光材料,则通道通过气密且液密密封而闭合。

本发明的这些和其它方面从以下描述的实施例是清楚的并且将参照这些实施例进行阐述。

本领域技术人员将领会到的是,以上提到的本发明的选项、实现和/或方面中的两个或更多个可以以被视为有用的任何方式组合。

分别对应于方法和/或设备的所描述的修改和变化的设备和/或方法的修改和变化可以由本领域技术人员在本描述的基础上实施。

附图说明

在图中:

图1示意性地示出制造陶瓷光透射屏障单元的方法的流程图,

图2a至2c示意性地图示了制造陶瓷光透射屏障单元的方法的一些步骤,

图2d示意性地示出预形成的屏障单元,

图3a和3b示意性地图示了制造陶瓷光透射屏障单元的方法的可选步骤,

图4a至4c示意性地图示了制造陶瓷光透射屏障单元的方法的一些可选步骤,

图4d和4e示意性地呈现陶瓷光透射屏障单元的实施例,

图5a示意性地呈现光源的实施例,

图5b示意性地呈现照明器的实施例。

应当指出的是,在不同图中由相同参考标号标注的项具有相同结构特征和相同功能,或者是相同信号。在已经解释了这样的项的功能和/或结构的情况下,不必在详细描述中重复其解释。

图纯粹是示意性的并且未按比例绘制。特别地为了清楚起见,强烈地夸大一些维度。

具体实施方式

图1示意性地示出制造陶瓷光透射屏障单元的方法100的实施例。所制造的光透射单元用于在陶瓷光透射屏障单元的腔体中围封发光材料。发光材料配置成根据吸收颜色分布而吸收撞击在发光材料上的光的第一部分并且将所吸收的光的一部分转换成具有发射颜色分布的光。方法100包括以下阶段:i)在第一模具中形成102材料混合物的预形成的屏障单元的部分,材料混合物包括用于形成光透射陶瓷材料的无机颗粒和粘合剂,ii)在所述部分上提供104牺牲层以用于限定预形成的屏障单元的腔体,牺牲层包括用于在制造陶瓷光透射屏障单元的方法中牺牲的牺牲材料,iii)通过在第二模具中提供材料混合物来形成106预形成的屏障单元的其余部分,第二模具包括具有牺牲层的所述部分,iv)从预形成的屏障单元至少部分地移除112牺牲层从而获得预形成的屏障单元中的腔体。

第一部分的形成和/或另一部分的形成可以借助于注浆成型、压铸、低压注塑成型或注塑成型技术来执行。一般而言,利用某个压力的注塑成型是优选的,因为其允许相对便宜的大批量生产并且一般导致相对精确形成的预形成的屏障单元。

材料混合物包括无机颗粒,例如多晶氧化铝或(Al2O3)、钇铝石榴石(Y3Al5O12)、尖晶石(MgAl2O4)、氧化钇(Y2O3)、氮氧化铝(AlON)、立方体二氧化锆(ZrO2)的颗粒。无机颗粒适合用于例如通过烧结它们来形成它们的光透射陶瓷材料。光透射陶瓷材料在实施例中为多晶陶瓷材料。用于形成光透射陶瓷材料的无机材料的颗粒具有例如在从0.3到150μm或者例如10到60μm或15到30μm的范围中的平均粒度尺寸。粘合剂例如是聚乙烯、聚丙烯、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺(尼龙)。牺牲材料可以是以下材料中的一个:a)第一有机材料,其在溶解液(例如聚乙二醇或聚氧化乙烯)中可溶,b)第二有机材料,其在加热到热学分解温度时分解成挥发性成分(例如气体),例如碳(例如碳箔),c)在热量和/或催化剂的影响下解聚的材料,例如用Catamold命名并且作为BASF的产品的材料,聚甲醛或聚α氧甲基苯乙烯,作为光化学反应的结果而变成在特定溶解液中可溶的材料,例如酚醛清漆(苯酚-甲醛)树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜,或通常还用作光致抗蚀剂材料的任何其它材料。如稍后将讨论的,材料混合物还可以包括无机磷光体颗粒。还可以向材料混合物提供其它材料以增加通过材料的光透射。例如,当多晶氧化铝用于制造光透射陶瓷屏障单元时,材料混合物还可以包括二氧化锆(ZrO2)或氧化镁(MgO)的颗粒。

向预形成的屏障单元的所述部分提供104牺牲层可以利用以下技术中的一个来完成:k)借助于注塑成型制造牺牲层,l)在所述部分上提供牺牲材料片,m)在所述部分上印刷牺牲材料层,n)在所述部分上分配牺牲材料层,o)将所述部分与牺牲材料层(部分)层压。当借助于注塑成型制造牺牲层时,将所述部分提供在第三模具中并且所述部分与第三模具的壁之间的空间填充有牺牲材料。

如果牺牲材料是在所述或另一溶解液中可溶的第一有机材料,则至少部分地移除112牺牲层的阶段包括向预形成的屏障单元提供其中牺牲材料至少部分溶解的溶解液。如果牺牲材料是当加热到热学分解温度时分解成挥发性成分(例如气体)的第二有机材料,则至少部分地移除112牺牲层的阶段包括将预形成的屏障单元加热到热学分解温度以上的温度。可以是牺牲材料还与存在于其直接环境中的气体反应并且挥发性成分是反应的产物,然而,应当防止牺牲材料开始燃烧(以以下含义:具有火焰的放热反应等)。如果牺牲材料是在热量和/或催化剂的影响下解聚的材料,则至少部分地移除112牺牲层的阶段包括向预形成的屏障单元提供催化剂并且将预形成的屏障单元加热到足够高以获得解聚的特定温度。催化剂可以例如以气相提供到预形成的屏障单元,使得气相催化剂可以与牺牲材料接触。如果牺牲材料是作为光化学反应的结果而变成在特定溶解液中可溶的材料,则至少部分地移除112牺牲层的阶段包括向预形成的屏障单元提供光,此后向屏障单元提供特定分解液。

方法包括以下可选阶段:向屏障单元应用116热量以用于至少部分地移除粘合剂并且用于将预形成的屏障单元转换成陶瓷光透射屏障单元。应用116热量的可选阶段可以与至少部分地移除112牺牲层的阶段组合从而创建组合阶段114。在热量的影响下,牺牲层的材料可以蒸发,热学分解成挥发性成分或者与空气反应从而创建气体(实际上,其或多或少地等于“燃烧”掉从而至少部分地移除112牺牲层)。

应用116热量的阶段可以细分成不同温度处的子加热阶段。例如,在第一子加热阶段中,(其余)粘合剂和其余牺牲材料烧掉并且在随后的第二子加热阶段,烧结预形成的屏障单元以获得最终的陶瓷光透射屏障单元。用于这些子加热阶段的示例性加热温度为:600摄氏度以用于允许粘合剂和牺牲材料热学分解成气体或者与一种或多种气体反应,以及1900摄氏度以用于烧结预形成的屏障单元。在烧结预形成的屏障单元的同时,无机颗粒合并在一起以形成单片式陶瓷材料。至少在烧结之后,所形成的陶瓷屏障单元具有其最终形状(其一般在尺寸上比预形成的屏障单元小约百分之25)并且至少在烧结之后陶瓷材料是光透射且气密的。在烧结阶段中,粘合剂和牺牲材料的其余部分烧掉。然而,如本文在之前和之后将讨论的,粘合剂和/或牺牲材料可以在执行烧结阶段之前已经(部分地)移除。

至少在形成106预形成的屏障单元的其余部分的阶段之后,方法包括以下阶段:通过向预形成的屏障单元提供从预形成的屏障单元至少部分地移除粘合剂的溶解液而从预形成的屏障单元至少部分地移除108粘合剂。当通过溶解阶段从预形成的屏障单元移除粘合剂的至少部分时,创建无机颗粒的多孔结构。在可选的随后加热阶段中,气体可以形成在预形成的屏障单元中并且这些气体可以经由多孔接口离开预形成的屏障单元。至少部分地移除108粘合剂的可选阶段可以与至少部分地移除112牺牲层的阶段组合从而创建组合阶段110。可能的是,溶解液还适合于溶解牺牲层,并且在该情况中,当预形成的屏障单元在某个较长的时间段内保持在溶解液中时,牺牲层还可以被(至少部分地)移除。当溶解液移除相对大量的粘合剂时,溶解液可以经由多孔结构到达牺牲层并且从而还可以溶解牺牲材料的至少部分。

随后的可选阶段是,当陶瓷光透射屏障单元包括提供对陶瓷光透射屏障单元的腔体的接入的通道时:经由通道将发光材料提供118到腔体中,和/或利用气密且液密的陶瓷密封来密封120通道。在利用气密且液密的陶瓷密封来密封120通道的阶段中,可以在通道中提供材料混合物或具有无机颗粒的另一材料混合物并且借助于局部加热技术将通道中的材料转变成气密且液密的陶瓷材料。局部加热通道中的材料混合物可以通过以激光形式提供能量来执行。

除非以其它方式提供,否则在随后的图中提供预形成的屏障单元和陶瓷光透射屏障单元的截面视图。这样的单元的3维形状的示例是:圆盘形状的单元、(扁平)箱形状的单元、椭圆形状的单元、圆顶形状的单元等。在随后的图中,通过使用注塑成型技术来图示制造光透射屏障单元的方法。要指出的是,注塑成型技术可以被制造粘合剂和无机颗粒的材料混合物的物体的其它技术而取代使得这些物体稍后可以烧结以用于获得陶瓷物体。可替换的技术是注浆成型、压铸和低压注塑成型。制造陶瓷物体的领域中的技术人员能够通过这些技术取代随后呈现的注塑成型。

图2a至2c示意性地图示了制造陶瓷光透射屏障单元的方法的一些步骤。图2a呈现了第一模具226,其包括具有预形成的屏障单元的所述部分的形状的腔体224,并且图2a呈现了用于将材料混合物注入到第一模具226中的装置222。装置222包括例如用于将第一材料注入到第一模具226中的螺旋形状螺纹。要指出的是,第一模具226和第二模具266二者适配成制造特定形状的屏障单元,这意味着所制造的结构的组合形成屏障单元。因此,第一模具226限定屏障单元的外表面和内表面的一部分,并且第二模具(假定提供牺牲层)限定屏障单元的外表面的另一部分。因此,模具226,266还具有其余部分(其如图2c中示意性所示的那样形成)无缝连接/毗连到所述部分(具有牺牲层)的这样的形状。牺牲层用于限定屏障单元内部的腔体空间。当从预形成的屏障单元移除牺牲层时,留下腔体,其中可以在稍后阶段中提供发光材料。

图2c呈现第二模具266,其中提供具有牺牲层268的部分248。在第二模具266内部,在具有牺牲层268的部分248上方的是开放空间264,其具有预形成的屏障单元的其余部分的形状。在图2c的示例中,第二模具260包括突起270,其延伸到开放空间264中使得在预形成的屏障单元中形成通道。在图2c的左端还呈现了装置262,其用于将材料混合物注入到第二模具266的开放空间264中。

关于图2a和2c所讨论的制造步骤的上下文的更多细节可以例如在“CeramicInjectionMolding”,MUTSUDDY,B.和FORD,G.,出版商:Chapman&Hall,1995年中找到。

图2b呈现在预形成的屏障单元的部分248上提供牺牲层的步骤的实施例。在图2b中,绘制第三模具246,其中提供部分248。在部分248与第三模具246之间的是限定牺牲层的形状的开放空间。在图2b顶部呈现装置242,其用于将牺牲材料注入到开放空间244中以形成部分248上的牺牲层。要指出的是,牺牲还可以以不同方式提供在部分248上。例如,牺牲材料片可以切成片段并且提供在部分248上。或者,在另一示例中,牺牲层可以利用印刷机来印刷,印刷机以与喷墨打印机类似的方式操作,或者将牺牲材料分配在所述部分上,或者将所述部分与牺牲材料层局部层压。提供牺牲层的步骤不仅限于以上示例。

图2d示意性地示出预形成的屏障单元280。如图2d中呈现的预形成的屏障单元280可以是图2a至2c的制造阶段的结果。该预形成的屏障单元280包括填充有牺牲材料284的内部空间并且包括由混合有无机颗粒的粘合剂制成的外壁282。可选地,外壁282包括提供对填充有牺牲材料284的空间的接入的通道286。

图3a和3b示意性地图示了制造陶瓷光透射屏障单元的方法的可选步骤。在图3a中示意性地示出预形成的屏障单元280可以放置在具有溶解液304的溶池320中。溶解液304可以适合于溶解存在于预形成的屏障单元280的壁中的粘合剂的至少一部分。在另一实施例中,溶解液还可以溶解牺牲层的一部分。要指出的是,不必将预形成的屏障单元280放置在具有溶解液304的溶池302中。在其它实施例中,将溶解液喷射在预形成的屏障单元280之上或者在溶解液304流中提供预形成的屏障单元280。要指出的是,当牺牲材料在溶解液304中不溶解但是在另一溶解液中溶解时,提供另一溶解液的另外阶段可以被提供以用于例如溶解牺牲材料。

图3b示意性地示出预形成的屏障单元280可以提供在烘箱352中以用于加热预形成的屏障单元280。在加热期间,可以(至少部分地)移除粘合剂,可以(至少部分地)移除牺牲层,和/或可以烧结预形成的屏障单元280以形成陶瓷光透射屏障单元的最终陶瓷材料和形状。

图4a示意性地呈现陶瓷光透射单元400。陶瓷光透射屏障单元400包括光透射陶瓷材料的外壁406,其是针对气体和液体的屏障。外壁406一起形成单片式结构。外壁406围封腔体402并且可选地通道404可以提供在腔体402与陶瓷光透射屏障单元400的周围环境之间。当忽略通道404时,保护腔体以抵挡液体和气体,因为外壁406对气体和液体不可渗透。在实施例中,外壁406通过使外壁406还是良好热学导体的这样的陶瓷材料制成,这在必须朝向陶瓷光透射屏障单元400的周围环境传导开在腔体402中生成的热量时是有利的。外壁的陶瓷材料可以基于氧化铝。要指出的是,通常,陶瓷光透射屏障单元400具有比图2e,3a和3b的预形成的屏障单元280更小的形状。例如,在烧结步骤期间,预形成的屏障单元280朝向陶瓷光透射屏障单元400的最终要求尺寸收缩。在图4a中利用d指示腔体的深度。深度d典型地在从0.05mm到1cm或在另一示例中从0.1到0.5mm的范围中。

图4b至4c示意性地图示了制造陶瓷光透射屏障单元400的方法的一些可选步骤。在图4b中,已经示意性地示出将发光材料424提供到陶瓷光透射屏障单元的腔体402中。作为示例,这可以通过使用注入构件422将具有发光材料的液体注入到腔体402中来完成。在图4c中已经示出利用液密且气密密封446闭合通道404。这可以通过在通道中和通道上提供无机颗粒并且通过局部加热通道的环境使得所提供的材料混合物变成陶瓷材料或者例如玻璃并紧密化到陶瓷光透射屏障单元的外壁406的陶瓷材料来完成。由激光器442生成的激光可以用于局部加热通道和通道的直接环境。不必使用材料混合物来密封通道。也可以使用包括用于制造空气和气密密封的组分的其它材料混合物。关于闭合这样的通道的更多信息可以在例如WO2008078228A1中找到。

图4d和4e示意性地呈现陶瓷光透射屏障单元470,480的实施例。在图4d中提供陶瓷光透射屏障单元470的另一实施例的截面视图。在陶瓷光透射屏障单元470的腔体472内提供陶瓷光透射屏障单元470的前壁与后壁之间的支撑物476。可以提供这样的支撑物476以防止例如在烧结阶段期间腔体崩塌。还可以提供多于一个支撑物476。这样的支撑物可以在形成预形成的屏障单元的所述部分的阶段中通过使用包括限定支撑物476的形状的凹陷的第一模具来制造。在另一实施例中,当在所述部分上提供牺牲层时,在牺牲层中可以存在或者可以创建孔,其限定在形成预形成的屏障单元的其余部分的阶段期间在其中注入材料混合物的空间。在图4e中呈现圆盘形状的陶瓷光透射屏障单元480的三维视图。要指出的是,陶瓷光透射屏障单元的可能形状不限于圆盘形状的陶瓷光透射屏障单元480。其它可能形状是:(矩形)扁平箱的形状、圆顶形状、透镜形状、液滴形状等。还要指出的是,在所有示例中腔体(用于发光材料)具有沿屏障单元的均匀深度,然而,陶瓷光透射屏障单元的实施例不限于具有单个深度的腔体的陶瓷光透射屏障单元。在特定应用中,可能必要的是使腔体的深度变化,使得例如当必须沿屏障单元创建颜色差异时或者当所接收到的光不具有沿整个屏障单元的均匀光分布时,在各种位置存在变化数量的发光材料。

提供在陶瓷光透射屏障单元400的腔体402中的发光材料424可以是以下中的一个:有机发光材料(其例如基于苝系衍生物)、无机发光材料、示出量子限域并且至少在一个维度上具有纳米范围中的尺寸的材料(例如量子点、量子棒和量子四脚体)。

在实施例中,材料混合物还包括无机发光磷光体(例如,材料混合物包括氧化铝颗粒和1%的Ce:YAG颗粒)。然后,屏障单元朝向黄色光转换所接收到的光中的至少一些,并且腔体中的发光材料可以用于朝向另一颜色(例如红色)的光转换一些光,使得所发射/所透射的光的组合包括从光发射器接收的光(例如蓝色光)的部分,由无机磷光体生成的黄色光,以及由腔体中的发光材料生成的红色光。

有机磷光体具有高量子效率并且通常是透明的,其防止所不期望的散射并且增加效率。有机发光材料具有更多优点。发光频谱的定位和带宽可以容易地设计到可见范围中的任何地方。照此,制造以高效用发射白色光的光源相对容易。白色光可以是至少两种颜色的光的组合,并且因而光源可以包括发射第一颜色的光的单个光发射器并且包括将第一颜色的光的部分转换成第二颜色的光的至少一种有机发光材料。

有机磷光体可以是包括苝系衍生物的材料,诸如黄色发射苝系衍生物,或者红色/橙色发射苝系衍生物。这样的苝系衍生物在名称LumogenYellowF083或F170、LumogenRedF305和LumogenOrangeF240之下商业可得到。

存在这样的有机发光材料或染料的几乎不受限的分类。相关示例是二萘嵌苯(诸如来自德国路德维希港的BASF公司的其商标名称Lumogen之下已知的染料:LumogenF240Orange、LumogenF300Red、LumogenF305Red、LumogenF083Yellow、LumogenF170Yellow、LumogenF850Green),来自印度孟买的NeelikonFoodDyes&ChemicalLtd.公司的Yellow172,以及染料,诸如香豆素(例如香豆素6、香豆素7、香豆素30、香豆素153、碱性黄(BasicYellow)51),萘酰亚胺(例如溶剂黄(SolventYellow)11、溶剂黄116),Fluorol7GA,吡啶(例如吡啶1),吡咯甲川(诸如吡咯甲川546,吡咯甲川567),萤光素钠,若丹明(例如若丹明110、若丹明B、若丹明6G、若丹明3B、若丹明101、磺酰若丹明101、磺酰若丹明640、碱性紫(BasicViolet)11、碱性红(BasicRed)2),青色素(例如酞化青染料,DCM),芪类(例如Bis-MSB,DPS),其从许多商人可得到。可以使用若干其它染料,诸如酸性染料、碱性染料、直接染料和分散染料,只要它们示出用于意图使用的足够高的荧光量子产率即可。因此,一个或多个发光部(moiety)可以包括二萘嵌苯基团。特别地,一个或多个发光部配置成当被蓝色和/或UV光激发时生成红色发光。

无机发光材料可以包括黄色或黄色/绿色发射无机磷光体,诸如YAG和/或LuAG,或者红色无机磷光体,诸如ECAS和/或BSSN。

适合作为发光材料的无机磷光体的示例包括但不限于,铈掺杂的钇铝石榴石(Y3Al5O12:Ce3+,还称为YAG:Ce或Ce掺杂的YAG)或镥铝石榴石(LuAG,Lu3Al5O12)、α-SiAlON:Eu2+(黄色),以及M2Si5N8:Eu2+(红色),其中M是选自钙Ca、Sr和Ba的至少一种元素。另外,铝的部分可以用钆(Gd)或镓(Ga)来置换,其中更多的Gd导致黄色发射的红移。其它合适材料可以包括(Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5-aAlaN8-aOa:Euz2+,其中0≤a<5,0≤x≤1,0≤y≤1并且0<z≤1,并且(x+y)≤1,诸如Sr2Si5N8:Eu2+,其在红色范围中发射光。

发光材料可以包括示出量子限域并且至少在一个维度上具有纳米范围中的尺寸的颗粒。这意味着,例如,如果颗粒基本上是球形,则其直径在纳米范围中。或者,这意味着,例如如果它们是线形状的,则线的截面的尺寸在一个方向上在纳米范围中。纳米范围中的尺寸意味着其尺寸至少小于1微米,因而小于500纳米,并且大于或等于0.5纳米。在实施例中,一个维度上的尺寸小于50纳米。在另一实施例中,一个维度上的尺寸在从2到30纳米的范围中。量子限域意味着颗粒具有取决于颗粒尺寸的光学性质。这样的材料的示例是量子点、量子棒和量子四脚体。

在本发明的实施例中,发光材料可以包括量子点。量子点是一般具有仅几个纳米的宽度或直径的半导体材料的小晶体。当被入射光激发时,量子点发射由晶体的尺寸和材料确定的颜色的光。特定颜色的光因而可以通过适配点的尺寸来产生。具有在可见范围中的发射的大多数已知量子点是基于具有壳的硒化镉(CdSe),诸如硫化镉(CdS)和硫化锌(ZnS)。还可以使用无镉量子点,诸如磷化铟(InP)和硫化铟铜(CuInS2)和/或硫化铟银(AgInS2)。量子点示出非常狭窄的发射带并且因而它们示出饱和的颜色。另外,发射颜色可以通过适配量子点的尺寸来容易地调谐。本领域中已知的任何类型的量子点可以使用在本发明中,倘若其具有适当的波长转换特性的话。

图5a示意性地呈现光源500的实施例的截面视图。光源500包括外壳504,其可能具有例如柱体形状或箱形形状。外壳504围封其中提供光发射器506的腔体502。光源500还包括陶瓷光透射屏障单元520,其包括发光材料。光发射器506发射光508,其至少包括吸收颜色分布中的光,并且至少朝向陶瓷光透射屏障单元520发射光508。在示例中,光发射器506是固态光发射器,诸如例如发光二极管(LED)。光508的部分被发光材料依照吸收颜色分布而吸收并且朝向依照发射颜色分布的另一颜色的光转换。由光源发射到周围环境中的光510可以包括由光发射器506发射的光和由陶瓷光透射屏障单元520的发光材料发射的光。陶瓷光透射屏障单元520良好地能够将热量从发光材料传导开并且朝向光源500的外壳504提供热量。图5a仅仅是陶瓷光透射屏障单元520在光源500中的使用的一个示例。不排除光源500的其它构造。在另一实施例中,例如,陶瓷光透射屏障单元520直接定位在光发射器506的顶部上。

图5b示意性地呈现照明器550的实施例。照明器550包括根据本发明的光源(未示出)或者包括根据本发明的陶瓷光透射屏障单元(未示出)。

总结来说,提供了制造用于围封发光材料的陶瓷光透射屏障单元的方法和这样的陶瓷光透射屏障单元。预形成的屏障单元的部分通过在第一模具中提供包括粘合剂和无机颗粒的材料混合物来形成。在所述部分上提供104用于限定腔体的牺牲层。预形成的屏障单元的其余部分通过在已经包括具有牺牲层的所述部分的第二模具中提供材料混合物来形成。至少部分地移除牺牲层以获得腔体。可选地,加热(和/或烧结)预形成的屏障单元以获得陶瓷光透射屏障单元。制造方法适合用于大规模生成相对便宜且精确形成的陶瓷光透射屏障单元。

应当指出的是,以上提到的实施例说明而非限制本发明,并且本领域技术人员将能够设计许多可替换的实施例而不脱离于随附权利要求的范围。

在权利要求中,放置在括号之间的任何参考标记不应当解释为限制权利要求。动词“包括”及其词形变化的使用不排除除在权利要求中陈述的那些之外的元件或阶段/步骤的存在。在元件之前的冠词“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。

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