稳定化波长转换元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固态发光装置的领域，并且具体而言，涉及用于波长转换的有机磷光体元件，其中有机波长转换材料(磷光体)包含在聚合物基体中。
【背景技术】
[0002]基于发光二极管(LED)的照明器件被日益用于各种照明应用。LED提供优于诸如白炽灯和荧光灯之类的传统光源的优点，包括长寿命、高流明效率、低操作电压和流明输出的快速调制。
[0003]高效的高功率LED常常基于蓝光发射材料。为了产生具有期望颜色(例如，白色)输出的基于LED的照明器件，可以使用适合的波长转换材料(通常被称为磷光体)，其将由LED发射的光的一部分转换为具有较长波长的光以便产生具有期望光谱特性的光的组合。许多无机材料已经被用作用于将由LED发射的蓝光转换为具有较长波长的光的磷光体材料。然而，目前，考虑有机磷光体材料以用于在许多LED中替换无机磷光体。有机磷光体具有其发光光谱可以关于位置和带宽容易地调节的优点。有机磷光体材料还常常具有高透明度，这是有利的，因为与使用更多光吸收和/或反射磷光体材料的系统相比较，照明系统的效率得以改进。而且，有机磷光体比无机磷光体成本低得多。
[0004]妨碍有机磷光体材料在基于远程磷光体LED的照明系统中的应用的主要缺点是其欠佳的光化学稳定性。已经观察到有机磷光体在氧气存在的情况下被蓝光照射时迅速地降解。已经做出努力来解决该问题。例如，先前已经查明，当将有机磷光体并入在芳香族聚酯薄膜中时，磷光体的寿命显著改进。然而，在非晶芳香族聚酯的玻璃转变温度附近的操作温度处，聚合物的降低的尺寸稳定性是问题，其有效地限制这样的基体中的有机磷光体到低强度光源应用的使用。为了产生具有足够的尺寸稳定性的磷光体薄膜，磷光体分子可以混合到芳香族聚酯基体中，其然后在压力下双轴定向(拉伸)并且结晶，因此形成在远高于聚合物的玻璃转变温度的温度处具有可接受的尺寸稳定性的结晶或部分结晶薄膜。然而，已经查明，当与原始非晶或半结晶聚合物基体相比较时，有机磷光体的光化学稳定性在双轴定向聚合物中降低。而且，双轴定向聚合物示出高光学透明度，并且因此散射颗粒的添加对于达到令人满意的光的出耦合而言是必要的。
[0005]因此，本领域中存在对于关于照明器件中的灵敏磷光体材料的并入的改进的需要。
【发明内容】
[0006]本发明的目标是克服该问题，并且提供一种适于在固态发光装置中使用的波长转换元件，其示出有机磷光体的高尺寸稳定性和高光化学稳定性。
[0007]根据本发明的第一方面，该目标和其它目标通过包括波长转换层的波长转换构件来达到，所述波长转换层包括分布在包含非晶或半结晶芳香族聚酯的基体中的有机波长转换化合物，其中芳香族聚酯分子主导地处于随机定向状态，所述波长转换构件还包括至少一个支撑元件。通过避免聚酯基体的单轴或双轴定向，很好地保护有机波长转换化合物(有机磷光体)以抵抗光化学降解。支撑元件在芳香族聚酯的玻璃转变温度附近或以上的温度处同样确保基体的尺寸稳定性。
[0008]在本发明的实施例中，支撑元件可以包括包含在所述波长转换层内的加强结构。使用这样的内部加强结构，波长转换构件可以由单个波长转换层形成。例如，支撑元件可以包括加强纤维。
[0009]在其它实施例中，支撑元件可以包括与所述波长转换层物理接触地布置的至少一个支撑层或结构。支撑层或结构可以是连续或不连续的。连续的支撑层可以整个覆盖波长转换层的一侧，并且可以制得相当薄。不连续的支撑层或结构典型地留下波长转换层的某些区域未覆盖，例如具有框、环或网格的形状，并且因此可以制得较厚且与光学性质较不相关地制造，至少在被适配于用在其中支撑未定位在出光路径中的发光装置中时如此。
[0010]在本发明的实施例中，例如支撑层或结构的支撑元件可以是透明的。
[0011 ] 在本发明的实施例中，例如支撑层或结构的支撑元件可以是反射或散射的。
[0012]在本发明的实施例中，波长转换化合物是茈系衍生物。
[0013]在本发明的实施例中，非晶或半结晶芳香族聚酯可以包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)0非晶或半结晶、非拉伸的PET已经被证实提供用于诸如茈系衍生物之类的有机磷光体的优异基体。
[0014]典型地，在本发明的实施例中使用的半结晶芳香族聚酯可以具有小于70%、优选地小于50%、更优选地小于30% (例如小于20%)的结晶度。这样的结晶度可以通过热退火来达到，并且不显著地降低磷光体的寿命。
[0015]在另一方面中，本发明提供一种发光装置，包括
-固态光源，其被适配成发射具有第一波长范围的光；以及
-如以上所描述的波长转换构件，其被布置成接收具有所述第一波长范围的光，波长转换化合物被适配成将具有所述第一波长范围的光的至少一部分转换为具有第二波长范围的光。光源可以是中或高功率(中或高强度)的固态光源，诸如发光二极管(LED)或激光二极管。如以上所描述的，波长转换元件在高强度LED的操作温度处同样是尺寸稳定的，其中操作温度可以超过芳香族聚酯的玻璃转变温度。
[0016]在本发明的实施例中，支撑元件可以包括与波长转换层接触地布置并且布置在从所述光源到所述波长转换层的光路径之外的支撑结构。在这样的实施例中，因此可以与光学性质较不相关地设计支撑元件。在其它实施例中，支撑元件可以包括与波长转换层物理和光学接触并且与固态光源光学接触地布置的连续的透明层，并且其中支撑元件用作光
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[0017]在又一方面中，本发明分别提供包括如以上所描述的相应的波长转换构件或发光装置的灯或照明装置。例如，灯可以是白炽灯泡替换灯(“改型灯”)。
[0018]要指出，本发明涉及在权利要求中陈述的特征的所有可能组合。
【附图说明】
[0019]现在将参考示出本发明的(多个)实施例的附图更详细地描述本发明的该方面和其它方面。
[0020]图1示出了根据本发明的实施例的包括具有连续的支撑层的波长转换构件的发光装置的侧面剖视图。
[0021]图2示出了根据本发明的其它实施例的包括具有不连续的支撑层的波长转换构件的发光装置的侧面剖视图。
[0022]图3示出了根据本发明的实施例的包括内部支撑元件的波长转换构件的侧面剖视图。
[0023]图4是示出根据本发明的实施例的包括波长转换构件的白炽灯泡替换灯(“改型灯”)的侧面视图。
[0024]图5示出了根据本发明的另一实施例的包括具有波导功能的支撑元件的发光装置的侧面剖视图。
[0025]如图中所图示的，层和区的大小出于说明性目的而扩大并且因此被提供成图示本发明的实施例的一般结构。同样的参考数字自始至终是指同样的元件。
【具体实施方式】
[0026]现在将参考附图在下文中更充分地描述本发明，其中示出了本发明的当前优选的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来具体化并且不应解释为限于本文所阐述的实施例；而是，这些实施例是出于彻底性和完整性而提供的，并且将本发明的范围完全传达给技术人员。
[0027]本发明人已经查明，与包含在未单轴或双轴拉伸的非晶或半结晶芳香族聚酯内的有机磷光体的稳定性相比较，作为芳香族聚酯薄膜的单轴或双轴拉伸的结果，包含在该薄膜内的有机磷光体的光化学稳定性显著降低。这至少部分移除将诸如聚对苯二甲酸乙二酯之类的芳香族聚酯用作有机磷光体的基体的优点。例如，本发明人已经查明，与未拉伸的状态相比，对于双轴拉伸的PET薄膜，在要么黄光(0.1ff/cm2)要么蓝光(5W/cm2)的照射下的PET基体中的发光分子F305 (BASF) (0.002-0.015 wt%的重量含量)在60°C处以高于5倍的速率降解。
[0028]而且，现在已经查明，诸如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)及其共聚物和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)之类的其中芳香族聚酯分子主导地随机定向的非晶或半结晶芳香族聚酯薄膜可以使用支撑构件来稳定化，所述支撑构件可以是外部层或结构，或者是包含在聚酯基体内的内部加强结构，诸如加强纤维。因此，提供了具有良好的结构稳定性以及长磷光体寿命的波长转换构件。
[0029]图1图示了发光装置100，其包括固态光源101和被布置成接收由光源发射的光的波长转换构件102。波长转换构件包括分散在非晶或半结晶芳香族聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二酯)的基体中的有机波长转换化合物105 (被称为有机磷光体)，从而形成波长转换层103。典型地，有机波长转换材料可以分子地溶解在芳香族聚酯中。波长转换构件102还包括向聚合物层提供结构稳定性的支撑层104。因此，包括非晶或半结晶芳香族聚酯的波长转换构件在玻璃转变温度(其对于PET为大约75°C)以上的温度处具有足够的尺寸稳定性以允许同样在高强度发光装置中使用波长转换构件，其中波长转换构件的温度在操作期间可以在70°C以上。因此，在本发明的实施例中，光源可以是中到高强度的固态光源，例如递送超过500流明的LED灯或模块，其中波长转换构件的表面上的光强度具有0.lW/cm2的量级。
[0030]在提及聚合物时，通过“半结晶”来指聚合物包括结晶区，即其不是100%非晶的。根据本发明的实施例的半结晶薄膜典型地具有小于70%的结晶度(按体积计)，这意指聚合物薄膜的结晶相构成的体积小于薄膜的体积的70%。
[0031]例如，根据本发明的实施例的芳香族聚酯基体可以具有小于50%、优选地小于30%(例如小于20%)的结晶度，诸如大约10%的结晶度。聚合物的结晶度可以通过在文献中很好地描述的以下技术或其中的多个来确定:密度测量、量热法、X射线衍射、IR光谱学、核磁共振光谱学。
[0032]根据本发明的实施例，所使用的非晶或半结晶聚合物尚未经受拉伸并且因此不具有或仅具有非常小程度的单轴或双轴定向。典型地，基体的芳香族聚酯分子的定向主要是随机的。
[0033]在本发明的实施例中，支撑层104可以是至少部分透明或半透明的。
[0034]支撑层104可以由在光源的操作温度处具有足够的尺寸稳定性的任何适合材料制成。例如，支撑层可以是聚合物层，其包括诸如结晶PET (CPET)或热稳定化双轴定向PET(BOPET)之类的聚合物。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)、尼龙以及其共聚物。其它示例是诸如环氧树脂或丙烯酸酯之类的交联聚合物系统。可替换地，支撑层可以是玻璃板或半透明的陶瓷板。当在所谓的反射模式中操作时，支撑层可以是反射聚合物、金属或陶瓷板。
[0035]支撑层104可以被提供为波长转换层应用到其上的衬底，或者可替换地，支撑层104可以被提供为波长转换层103上的涂层。可以通过丝网印刷、刮刀涂敷、叶片涂敷或者本领域中已知的任何其它适合的涂敷技术来应用这样的涂层。可以层压波长转换层10