波长转换元件、发光模块和灯具的制作方法
【专利摘要】提供了波长转换元件(100)、发光模块和灯具。波长转换元件包括发光元件(104)和光透射冷却支撑件(112)。发光元件包括发光材料(102)和用于保护发光材料免受环境影响的光透射密封壳(108)。密封壳具有第一导热率。冷却支撑件具有第二导热率，其至少是第一导热率的两倍。冷却支撑件包括第一表面(113)，并且密封壳包括第二表面(105)。第一表面和第二表面相互面对。第一表面热耦合至第二表面，用于允许热量通过第二表面传导朝向冷却支撑件以能够再分布发光元件中生成的热量。
【专利说明】
波长转换元件、发光模块和灯具
技术领域
[0001]本发明涉及用于将第一颜色的光转换为另一颜色的光的波长转换元件。
[0002 ]本发明还涉及发光模块和灯具。
【背景技术】
[0003]磷光体转换通常被用于发光二极管(LED)或模块，其包括LED以生成白光或者不能直接通过LED有效生成的特定颜色的光。然而，一些目前使用的磷光体具有相当广泛的发射，其延伸超过人眼的敏感性，因此生成人眼“不可见”的光子，这导致LED模块的效能的降低。为了提高效能，窄带红色和绿色发射器被考虑用于这种LED模块。然而，大多数窄带发射器经受:a)对氧或水的敏感性，即导致永久性劣化;b)高温，S卩，在100-120°C以上时性能降低并且降低稳定性；以及c)高蓝色通量，这也会导致性能的降低并加速劣化。为了防止高蓝色通量，磷光体通常被放置为远离LED以减小通量密度。当磷光体不直接设置在LED上时，其较少被LED管芯的温度所影响。然而，磷光体仍然会变得相对温暖，因为作为磷光体的斯托克斯位移的结果，其也将吸收光的一部分转换为热量。当磷光体对氧或水敏感时，其通常被气密或半气密密封(这意味着相对较少、良好受控的气体或湿气的量能够穿透密封)。例如，文档US2013/0094176A1公开了气密密封的磷光体，其内容结合于此作为参考。所公开密封的材料不仅用于密封磷光体，而且还用于支撑磷光体并为气密密封的磷光体提供足够强的结构。换句话说，密封层相对较厚，因为它们还是成形该气密密封的磷光体并例如防止它们破裂的结构部件。然而，大多数密封的问题在于，密封的材料具有相对较低的导热率，与相对较厚的密封层一起导致磷光体材料的过热。具体地，在磷光体材料的相对大量的光撞击于其上的特定部分处，光被转换为另一颜色的光，并且如此这些部分会变得太热。专利被应用于例如由陶瓷材料制成的密封，该陶瓷材料是透明或半透明的，并且具有相对较高的导热率。然而，相对难以以可承受的价格以足够高的精度制造这种密封。
[0004]文档US 2014/0021503公开了一种半导体发光器件，其具有密封在作为发光元件操作的玻璃封壳内的磷光体层。玻璃封壳被包括陶瓷细微粒的树脂层支撑。细微粒增加了树脂的导热率，使得可以抑制由磷光体层引起的热量增加。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种具有更好的热管理的波长转换元件。
[0006]本发明的一个方面提供了一种波长转换元件。本发明的另一方面提供了一种发光模块。本发明的又一方面提供了一种灯具。在从属权利要求中限定了有利的实施例。
[0007]根据本发明第一方面的波长转换元件包括发光元件和光透射冷却支撑件。发光元件包括发光材料和用于保护发光材料免受环境影响(例如，空气和/或湿气)的光透射密封壳。发光材料被配置为吸收入射光的一部分并且将吸收光的一部分转换为另一颜色的光。密封壳包括两个玻璃层，发光材料设置在它们之间。密封壳(的材料)具有第一导热率。冷却支撑件具有第二导热率，其至少为第一导热率的两倍。冷却支撑件包括第一表面，并且密封壳包括第二表面。第一表面和第二表面相互面对。第一表面热耦合至第二表面，用于使热量通过第二表面传导朝向冷却支撑件，从而能够再分布在发光元件中生成的热量。
[0008]通过冷却支撑件来提高发光元件的热管理。冷却支撑件具有相对较高的导热率，因此当其接收来自发光元件的热量时，其通过冷却支撑件(如此，整体通过波长转换元件)扩散热量。从而，这防止在特定的热点处，发光元件变得太热。此外，由于热量较好地扩散通过整个波长转换元件，所以在波长转换元件之间的界面处，热量经由相对较大的表面提供给波长转换元件的环境，由此可以得到更好的冷却。具体地，与沿着整个表面分布热点的热量的情况相比，当对象(例如，发光元件)仅具有一些小热点，且在其大部分表面处相对较冷时，较少的热量可提供至环境。此外，冷却支撑件可以用作朝向波长转换元件可被耦合至的散热器的热传导器，从而为散热器提供具有相对低热阻的热路径。
[0009]第二表面(S卩，密封壳的一侧)面对第一表面(S卩，冷却支撑件的表面)。具体地，关于密封壳的整个第二表面，密封壳热耦合至冷却支撑件，这表示面向冷却支撑件的发光元件的整个表面热耦合至冷却支撑件。因此，在相对较大的表面上方，可以通过密封壳的一个玻璃层传导热量朝向冷却支撑件，并且从发光材料到冷却支撑件的最短热路径穿过密封壳的位于发光材料和第二表面(其是朝向冷却支撑件的表面)之间的玻璃层。从而，防止在热量可以朝向冷却支撑件传导之前，来自热点的热量在横向上行进通过密封壳到达发光元件热耦合至冷却支撑件的位置。
[0010]玻璃层的导热率与配置在发光材料与冷却支撑件之间的一个玻璃层的厚度的第一比率大于200W/VK。当第一比率足够大时，密封壳的热阻充分小以防止密封壳负面地影响热量朝向冷却支撑件的扩散。注意，沿着从密封壳的面向发光材料的表面到密封壳的外表面(远离发光材料的表面)的最短线测量密封壳的厚度。换句话说，沿着从发光材料朝向冷却支撑件的最短线测量厚度，并且密封壳与该线之间的相交距离是密封壳的至少配置在发光材料与冷却支撑件之间的玻璃层的厚度。
[0011]发光元件包括密封壳，其包括具有相对较低导热率(通常大约为1.lW/mK)的两个玻璃层。发明人意识到，第一导热率和第二导热率之间的差值必须足够大，并且第一比率足够大以克服玻璃壳是相对较差的热导体的事实。
[0012]可选地，第一导热率小于5W/mK和/或第二导热率大于10W/mK。在另一实施例中，第二导热率大于第一导热率的三倍。在该实施例中，差值甚至更大，并且因此热量更好地沿着整个波长转换元件再分布。在又一实施例中，第二导热率大于第一导热率的四倍。
[0013]密封壳在发光材料的两侧包括至少两个玻璃层，然而，密封壳可以完全由玻璃制成。已知如何以足够高的精度在可负担的价格下制造玻璃密封。因此，上面讨论的波长转换元件的解决方案能够制造相对廉价的波长转换元件。
[0014]密封壳的有效部分(其是光必须透射的部分)由作为光透射材料的玻璃制成，使得发光元件也是光透透射的。光透射表示:如果光入射到密封壳的一侧上，则至少一些光透射穿过密封壳并且发射到密封壳的另一表面处的环境中。在一个实施例中，至少70%的入射光发射通过密封壳。还注意，甚至更大比例的光可发射通过密封壳(例如，至少80%或至少90%)，并且光可以在密封壳的所有表面处发射到环境中。可选地，密封壳是透明的。可选地，密封壳是半透明的。
[0015]在一个实施例中，密封壳部件的材料使得密封壳可以以相对较低的温度闭合(例如，通过胶)，或者密封壳可以仅通过局部地加热密封壳的材料来闭合。由于密封壳的两个玻璃层具有相对较低的导热率，则可以局部地加热两个玻璃层，而不会在朝向密封壳的其他位置传导热量的情况下结束从而损伤发光材料。例如，可以局部地加热设置在两个玻璃层之间的材料以例如通过使用激光束得到密封空气和湿气的密封壳。在该段落中，“闭合”表示在发光材料周围制造完整的壳，从而形成针对空气和湿气的阻挡。在一个实施例中，发光材料被半气密密封在密封壳中，这表示相对较少的受控量的空气和/或湿气可以穿透密封壳。在另一实施例中，发光材料通过玻璃壳被气密密封(因此保护不受空气和湿气的影响)O在该实施例中，没有湿气或空气可以穿透密封壳，从而防止由于与空气或湿气的接触引起的劣化所导致的发光材料的寿命的减少。
[0016]此外，冷却支撑件还可以具有作为支撑层的功能，这允许制造良好密封发光材料但是不够强壮来支撑其本身和发光材料的密封壳。因此，冷却支撑件允许密封壳可以制造得相对较薄(相对于针对空气和/或湿气密封的程度)，如此，密封壳不太能够阻挡热量。
[0017]密封壳用于保护发光材料免受环境(诸如空气和/或湿气)影响。如此，可选地，发光材料可以对环境条件(诸如空气和/或湿气)敏感。如稍后所讨论的，特定类型的发光材料对环境条件敏感。
[0018]可选地，波长转换元件形成叠层，其中，叠层包括密封壳的第一层、发光元件层、密封壳的第二层、可选的胶层以及通过冷却支撑件形成的层。可选地，叠层中层的顺序为:密封壳的第一层、发光材料层和密封壳的第二层、可选的胶层以及通过冷却支撑件形成的层。第二表面通过密封壳的第二玻璃层的表面形成，并且是面向可选胶层和/或通过冷却支撑件形成的层的方向的表面。第一表面是通过冷却支撑件形成的层的面向可选胶层和/或密封壳的第二层的表面。
[0019]可选地，密封壳提供针对湿气和/或空气(其具有小于10—6Hibar Ι/s的渗透率)的阻挡。如果渗透率小于10—Vbar Ι/s，则密封壳仅允许受控的相对较少的量的湿气和/或空气穿过。从而，波长转换元件可以得到相对较长的寿命。寿命可以进一步通过在被密封壳密封的空间中包括吸气剂(由此，在与设置发光材料相同的空间中包括吸气剂)来延长。在上面可选实施例中，密封壳至少提供了半气密密封。通过小于10—7mbar I/s的渗透率来定义气密。在氦测试的情况下，当氦泄露时，通过小于10—9Hibar Ι/s的渗透率来定义气密密封，具有这种低渗透率的密封称为UHV气密。
[0020]可选地，密封壳包括两个玻璃层，在它们之间设置发光材料。玻璃具有良好的密封特性，因此当使用两个玻璃层时可以得到相对良好的密封。此外，已知如何精确且有效地制造适合于这种应用的玻璃层，因此，密封壳可具有相对较低的成本价格。由于玻璃的良好密封特性，玻璃层可以相对较薄以防止玻璃层构成对于热量的太大阻挡。可选地，当发光材料设置在两个玻璃层之间时，密封壳还包括设置在两个玻璃层之间并且配置在发光材料周围的密封材料，从而提供针对湿气和/或空气的阻挡。因此，仅在相对较小的区域处(设置发光材料的区域边缘)，必须设置该密封材料，因此即使密封材料不完全气密密封发光材料，可以到达发光材料的湿气和/或空气的量也相对较少。可选地，冷却支撑件还是一层，并且冷却支撑件与一个玻璃层直接接触，从而得到良好的热耦合。
[0021]在一个实施例中，第一比率大于3500W/m2K。
[0022]可选地，冷却支撑件经由光透射胶层热耦合至发光元件。优选地，光透射胶的导热率尽可能大，但是在实际实施例中，其通常不是非常大(例如，小于10W/mK，或者甚至小于5W/mK)。注意，本领域技术人员对在发光元件和冷却支撑件之间使用另一层存在偏见，该另一层可以形成针对发光元件中生成的热量的热阻挡，但是发明人发现，添加导热率不是非常大的胶层对从发光元件到冷却支撑件的热量传导具有有限的负面影响。因此，即使当使用具有有限导热率的胶层时，冷却支撑件的使用仍然会导致穿过整个波长转换元件的更好的热扩散。可选地，光透射胶的导热率与光透射胶的层的厚度的第二比率大于100W/m2K。当第二比率足够大时，光透射胶的热阻充分小以防止沿着从发光材料到冷却支撑件(或者甚至进一步朝向散热器)的热路径的总热阻变得太大。在一个实施例中，第二比率大于2000W/m2K。假设术语“胶”还包括粘合剂，诸如适当的丙烯酸盐或环氧树脂。
[0023]可选地，支撑层包括陶瓷氧化铝、蓝宝石、尖晶石、A10N、SiC或MgO的一种材料。这些材料具有良好的光透射特性，并且具有相对较高的导热率。可选地，冷却支撑件是具有大于0.1mm的厚度的层，并且可选地小于2.0mm。在另一实施例中，冷却支撑件的厚度大于
0.4_。在又一实施例中，冷却支撑件的厚度大于0.7_。
[0024]可选地，波长转换元件包括又一发光材料的层，其被配置为吸收入射光的一部分并将吸收部分转换为又一颜色的光(其颜色不同于由发光材料生成的光的该又一颜色)。又一发光材料与发光材料相比不太对环境条件敏感。在一个实施例中，又一发光材料不对环境条件(例如，湿气和/或空气)敏感。又一发光材料的功能是生成又一颜色的光，但是其还具有可提供附加的光散射并且可有助于更加均匀的光输出的优势。又一发光材料的层可以设置在发光元件的表面(例如，朝向远离冷却支撑件的表面)、冷却支撑件的表面(例如，朝向远离发光元件的表面)处，和/或发光元件和冷却支撑件之间。在一个实施例中，波长转换元件包括具有特定的光学特性(不同于发光的)的光学层。光学层可以包括散射材料，可以是滤色器或者可以包括用于再定向或折射光的特定光学结构(类似于耦出结构或微透镜)。
[0025]可选地，发光元件被配置为在窄光发射分布(具有表示为半高全宽(FWHM)值的小于7 5nm的光谱宽度)中发射另一颜色的光。在这种相对较窄光发射分布中发射光的许多发光材料对环境条件(诸如湿气和/或空气)敏感。这种发光材料的示例是示出量子限制并在一个维度上具有纳米范围的大小的颗粒。示出量子限制意味着颗粒具有取决于颗粒的大小的光学特性。这种材料的示例是量子点、量子棒和量子四脚体(tetrapod)。其他典型的对空气和/或湿气敏感的窄带发光材料是一些无机磷光体，如硫代镓酸盐，例如硫代镓酸锶。对湿气和/或空气敏感的无机磷光体的其他示例是CaSSe和SS0N:Eu ASON = Eu不太对湿气敏感，这表示与大多数类型的量子点相比其不太对湿气敏感。
[0026]根据本发明的另一方面，提供了一种发光模块，其包括光发射器和根据波长转换元件的先前讨论的任何实施例的波长转换元件。光发射器被配置为发射光并且被配置用于朝向波长转换元件发射光。波长转换元件被配置为接收来自光发射器的光。发光模块提供与根据本发明的上面讨论的方面的波长转换元件相同的优势，并且具有相似的实施例，其具有与波长转换元件的对应实施例相似的效果。
[0027]可选地，发光模块还包括导热壳，并且波长转换元件的冷却支撑件热耦合至导热壳。在该可选实施例中，冷却支撑件形成通向发光模块的壳体的具有低热阻的热路径，如此，在该可选实施例中，热量还可以朝向壳体传导，从而更好地冷却发光元件。可选地，导热壳包括光出射窗，并且波长转换元件被配置在光出射窗处。因此，波长转换元件形成光出射窗。光发射器被配置为朝向光出射窗发射光。冷却支撑件的边缘热耦合至导热壳。根据该可选实施例，得到可以容易地集成到灯具和灯中的发光模块，并且可以经由导热壳耦合至灯具或灯的散热器。
[0028]根据本发明的又一方面，提供一种灯具，其包括根据上面讨论的实施例之一的波长转换元件，或者包括根据上面讨论的实施例之一的发光模块。灯具提供与根据上面讨论的本发明的方面的波长转换元件或发光模块相同的优势，并且具有相似的实施例，其具有与长转换元件或发光模块的对应实施例相似的效果。
[0029]本发明的这些和其他方面参照以下描述的实施例而显而易见并且得以阐述。
[0030]本领域技术人员应该理解，可以以任何视为有用的方式组合两个或多个上面提到的本发明的选项、实施方式和/或方面。
[0031]本领域技术人员可以基于说明书执行发光模块和/或灯具的修改和变化，其对应于波长转换元件的所述修改和变化。
【附图说明】
[0032]在附图中:
[0033]图1示意性示出了根据本发明一个方面的波长转换元件的三个实施例，
[0034]图2a和图2b示意性示出了根据本发明另一方面的发光模块的实施例，
[0035]图3示意性示出了波长转换元件的三个其他实施例，其中设置又一发光材料层，
[0036]图4示意性示出了波长转换元件的实施例，其中在发光元件中设置又一发光材料，
[0037]图5a示意性示出了灯的实施例，以及[0038I图5b示意性示出了灯具的实施例。
[0039]应该注意，不同附图中由相同的参考标号表示的项具有相同的结构特征和相同的功能，或者为相同的信号。在解释这些项的功能和/或结构时，不需要在详细描述中重复说明。
[0040]附图单纯是示意性的，并且不按比例绘制。具体地，为了清楚，大幅夸大一些尺寸。
【具体实施方式】
[0041]图1示意性示出了根据本发明一个方面的波长转换元件100、130、160的三个实施例。在图1的顶部示出波长转换元件100的第一实施例。波长转换元件100包括发光元件104，其包括设置在由玻璃制成的密封壳108中的发光材料102。密封壳108热耦合至冷却支撑件112。密封壳108与冷却支撑件之间的热耦合例如可以通过胶层110来提供。冷却支撑件112包括面向发光元件104的第一表面113。发光元件104具有面向冷却支撑件112的第二表面105。第二表面通过密封壳108的表面来形成。第二表面105(可选地沿着其整个表面)热耦合至第一表面113。
[0042]发光材料102被配置为根据吸收光谱分布来吸收入射光的一部分，并且根据光发射光谱分布将吸收光转换为另一颜色的光。发光材料102对环境条件(诸如空气和/或湿气)敏感。典型地，发射相对较窄光发射光谱分布的光的发光材料(表示该分布的半高全宽小于75纳米)对湿气和/或空气敏感。这种发光材料的示例是显示出量子限制并在至少一个维度上具有纳米范围的大小的颗粒。显示量子限制意味着颗粒具有取决于颗粒的大小的光学特性。这种材料的示例是量子点、量子棒和量子四脚体(tetrapod)。其他典型的对空气和/或湿气敏感的窄带发光材料是一些无机磷光体，如硫代镓酸盐(Th1gallate)，例如硫代镓酸锶。其他材料可以是CaSSe和SSON: Eu。如图1所示，发光材料102可以设置为层。该层具有特定的厚度，其在图1中由thl来表示。该层的厚度使得可以提供要求量的发光材料102以得到所要求的光转换。该厚度通常在0.05mm至Imm的范围内。发光材料102可包括一种特定类型的发光材料，但是还可以包括不同类型的发光材料的混合物，其例如具有不同的光发射光谱。发光材料102可以是存在于密封壳108中的仅有材料，但是在其他实施例中，发光材料可以提供至基质(例如，基质聚合物)或者例如密封壳108中的液体中。
[0043]密封壳108被配置为保护发光材料102免受空气和/或湿气的影响。因此，密封壳108的材料提供针对空气和/或湿气的阻挡。在一个实施例中，密封壳108的材料的导热率低于5W/mK。在另一实施例中，密封壳108的材料的导热率低于3W/mK。在又一实施例中，密封壳108的材料的导热率低于2W/mK。密封壳是透光的，以允许光透射向发光材料102并且允许在发光材料102中生成将在远离发光材料102的方向上发射的光。密封壳108的厚度相对较小，因为密封壳108否则将针对发光材料102中生成的热量形成太大的热阻挡。密封壳的典型厚度在200微米至Imm的范围内。在从发光材料102到冷却支撑件的方向上测量厚度。在图1中，密封壳的厚度用th2来表示。密封壳的材料的导热率与密封壳的厚度th2的第一比率低于200W/m2K，以防止密封壳构成对热量的太大阻挡。可选地，第一比率大于3500W/VK。
[0044]密封壳的最大部分可由玻璃制造。得到这种玻璃密封壳的技术例如是玻璃吹制、玻璃焊接、通过使用激光加热熔块的玻璃-玻璃熔块接合或者例如通过胶的玻璃-玻璃密封(并且可选地，使用密封空间内的吸气剂以吸收空气和/或湿气，该技术在密封有机发光二极管的领域已知)。玻璃具有大约0.7至1.4W/mK的典型导热率。熔化的硅石和石英具有多达1.4W/mK的导热率。不同类型的硼硅酸盐(包括AF45和鹰玻璃(eagle 81狀8))具有从0.9至
1.2W/mK的范围内的导热率。不同类型的钠钙玻璃具有从0.7至1.3W/mK的范围内的导热率。
[0045]胶层110可用于将发光元件104固定于冷却支撑件112，并且提供发光元件104和冷却支撑件112之间的热耦合。胶层110具有在图1中表示为th3的厚度。胶层110的厚度可以相对较薄，例如为一百或几百微米的级别。胶的导热率大于0.lW/mK，但是在一个实施例中大于0.2W/mK。可选地，光透射胶的导热率与光透射胶层的厚度th3的第二比率大于100W/m2K，以防止胶层110具有太大的热阻。可选地，第二比率大于2000W/m2K。胶层110还是透光的，以允许从冷却支撑件112到发光元件104的光的传输，反之亦然。由于胶层110可以变得相对温暖，胶应该是稳定的，例如，胶可以是LED级材料，这意味着在入射光的高通量(例如入射蓝光的高通量)以及升高的温度下是稳定的。稳定至少表示没有发生光学劣化，并且在彼此胶合的两个部件之间没有层离。例如，硅树脂KJR9222和KJR9224(Shin-Etsu)和Lumisil400(Wacker)已经测试出为具有这种特性的胶。可使用的其他粘合剂是适当的丙烯酸盐或环氧树脂，例如Delo-fami Iy (Kat1bond)。
[0046]通过箭头106示意性示出，由发光材料102生成的热量可以很好地朝向冷却支撑件112传导，只要穿过密封壳108和胶层110的热路径的热阻相对较小。通过选择胶的适当材料并且选择用于玻璃密封壳108和胶层110的适当层厚度，在发光材料102中生成的相对大量的热量可以朝向冷却支撑件112传导。冷却支撑件112再分布热量，使得通过波长转换元件100得到更均匀的温度分布。
[0047]冷却支撑件112由光透射材料制成，并且具有相对较高的导热率。在一个实施例中，冷却支撑件112的材料的导热率大于10W/mK，或者在另一实施例中大于15W/mK，或者在又一实施例中大于20W/mK。冷却支撑件的厚度在图1中通过th4来表示。厚度th4足够大，使得大量的热量可以通过冷却支撑件112传输，但是不能太大以使其不能在从发光材料到可能的散热器的热路径中引入太大的热阻。厚度th4例如大于0.1mm，或者在另一实施例中大于0.5mm，或者在又一实施例中大于0.8mm。冷却支撑件的厚度th4例如小于2mm。从而，冷却支撑件强有力地有助于再分布整个波长转换元件100内的热量，使得不存在相对温暖的热点，同时波长转换元件100的其他部分相对较冷。
[0048]可使用的其他粘合剂是适当的丙稀酸盐或环氧树脂，诸如De I ο - f am i I y(Kat1bond)，经由胶112还有助于将热量更好地朝向波长转换元件100的环境传导的事实。用于冷却支撑件的有用材料是陶瓷氧化铝、蓝宝石、尖晶石、A10N、SiC、Mg0。
[0049]在图1中，以截面图绘制当前的实施例。波长转换元件100的截面图可以是盘状波长转换元件100、或者正方形或矩形盒状波长转换元件100的截面。如此，发光元件104和/或冷却支撑件112的三维形状还可以是盘状或者正方形或矩形盒状中的一种。在具体实施例中，冷却支撑件112形成层，并且发光材料102还设置在玻璃的两层之间的层中。
[0050]波长转换元件130具有不同的截面图。除了波长转换元件130的形状以及波长转换元件130的密封壳的实施例之外，波长转换元件130类似于上面讨论的波长转换元件100。所示截面形状具有半椭圆的形状(或者在另一实施例中，为半圆形)。这表示波长转换元件130的三维形状可以是圆顶的形状或隧道的形状。这暗示发光元件和冷却支撑件142也具有这种形状。波长转换元件130的发光元件的实施例包括两个圆顶状或隧道状的玻璃层138、139，它们之间设置发光材料层132。在发光材料层132的边缘处，通过密封材料137来密封两个玻璃层138、139之间的开口。密封材料137可以是专用类型的胶，其形成针对湿气和/或空气的相对良好的阻挡。密封材料137还可以基于玻璃，并且可以通过局部加热材料和相邻玻璃来焊接至两个玻璃层138、139。这种局部加热可以通过向密封材料137必须焊接至两个玻璃层138、139的位置施加相对较小、但强有力的激光束来得到。在玻璃层138、139之一与冷却支撑件142之间，设置光透射胶层140。在波长转换元件100的情况下讨论了胶、发光材料132以及波长转换元件130的元件的其他特性的实施例。
[0051]在图1的下端，示出了波长转换元件160的另一实施例。除了冷却支撑件172的形状和密封壳的实施例之外，波长转换元件160类似于波长转换元件100。与波长转换元件130—致，密封壳包括两个玻璃层168、169。两个玻璃层168、169具有相对平坦的形状，并且可以是盘状、正方形或矩形的形状、或者具有任何其他适当的平坦形状。发光材料102设置在两个玻璃层168、169之间，并且在发光材料102的边缘处(接近两个玻璃层168、169的边缘)，两个玻璃层168、169之间的空间通过密封材料167来密封(其实施例已经在上面进行了讨论)。波长转换元件160还包括(圆形或矩形)的托盘状冷却支撑件172。通过两个玻璃层168、169、发光材料102和密封材料167形成的发光元件设置在托盘状冷却支撑件172内。通过光透射胶层170将发光元件胶合至冷却支撑件172。在该实施例中，在发光元件和冷却支撑件之间得到较好的热耦合，因为发光元件的较大部分经由胶与冷却支撑件接触。在波长转换元件100的情况下已经讨论了胶、发光材料102和波长转换元件160的元件的其他特性的实施例。
[0052]图2a和图2b示意性示出了根据本发明另一方面的发光模块200、250的实施例。图2a示出了发光模块200,其包括可类似于图1的波长转换元件100或160的波长转换元件201。 发光模块200还包括导热壳体204,并且包括一个或多个光发射器208。导热壳体204包围例如填充有空气的空间202。导热壳体204的面向空间202的内壁210可以设置有光反射涂层或层(未示出)，使得撞击到内壁210上的光被反射而不是被吸收。在空间202内设置一个或多个光发射器208。可选地，光发射器208设置有圆顶状光学元件209，其例如有助于良好地从光发射器208提取光和/或可以折射由光发射器208发射的光，使得由光发射器208发射较宽的光束。在导热壳体的一侧，设置光出射窗212。在光出射窗212处设置波长转换元件201。冷却支撑件112的至少边缘热耦合至导热壳体204。例如可以通过薄胶层(其具有充分的高导热率，但是在实际实施例中，胶的导热率实际上不是很高)来得到这种热耦合。冷却支撑件 112还可以配置为与导热壳体204直接接触。如图2a所示，密封壳108的边缘还可以直接与导热壳体204接触，或者密封壳108的边缘还可以通过薄胶层热耦合至导热壳体204。通过箭头 106,示意性表示如何经由密封壳208、胶层110和冷却支撑件112将热量从发光材料102传导至导热壳体204。[〇〇53]在一个实施例中，导热壳体204的壁还可以具有相对较厚的下部，并且可以具有相对较薄的上部(上部是接近光出射窗212的部分)使得导热壳体的壁具有波长转换元件201 适合的轮廓(这表示波长转换元件201可以被放置/胶合)。从而，冷却支撑件112面对空间 202的表面的部分也与导热壁的上部接触，以得到更好的热耦合。[〇〇54] 如图2a所示，发光模块200可以可选地具有散热器206。散热器206可以热耦合至导热壳体204朝向远离空间202的表面(具体地，在图2a中为与设置光发射器208的表面相对的表面)。导热壳体204可以将从波长转换元件接收的热量传导至散热器206。[〇〇55]在图2a中，示出冷却支撑件112面向设置光发射器208的空间202。在另一实施例中，波长转换元件201还可以倒装配置在导热壳体204中，使得冷却支撑层面对周围环境，并且密封壳的一部分面向空间202。[0〇56]在图2a中，画出了三个光发射器208。发光模块的实施例可以包括一个、两个、三个或更多的光发射器208。在一个实施例中，光发射器是固态光发射器。例如，光发射器208是发光二极管(LED)。光发射器208可以发射蓝光，并且波长转换元件的发光材料102可被配置为将接收的蓝光的一部分转换为黄光，使得黄光和蓝光的组合可以产生白光发射。发光材料102还可以被配置为将蓝光的一部分转换为红光，使得由发光模块200发射的光包括更平滑的光发射分布，并且可具有较高的显色指数(CRI)。注意，发光材料102的实施例不限于黄色或红色发光材料。[〇〇57]在图2b中，示出了发光模块250的另一实施例。发光模块250包括导热壳体254，其包围腔并且在该腔内设置光发射器208。腔的壁可以设置有光反射涂层或层。发光模块250 还包括波长转换元件251，其类似于图1的波长转换元件100、160,除了冷却支撑件262相对较厚并且填充被导热壳体254包围的腔的大部分。在一个实施例中，冷却支撑件262可以与光发射器208直接接触，使得由光发射器208发射的光很好地耦合至到冷却支撑件262中。在另一实际的实施例中，光透射介质264(例如，娃树脂)被设置在光发射器208与冷却支撑件 262之间。光透射介质264帮助光从光发射器208的親出，并且允许光透射朝向并进入冷却支撑件262。冷却支撑件262沿着相对较大的表面与导热壳体254热接触，使得可以将从发光材料102接收的热量的相对较大的部分传导至导热壳体254。如图2b所示，不需要具有密封壳108和发光材料102的发光元件配置在导热壳体254的壁之间，发光元件可以突出到导热壳体254外。[〇〇58]图3示意性示出了波长转换元件300、330、360的三个其他实施例，其中设置又一发光材料层。基本上，波长转换元件300、330、360的配置类似于图1的波长转换元件100、160的配置，除了设置又一发光材料的附加层302。与发光材料102相比，又一发光材料不太对空气和/或湿气敏感，如此，又一发光材料不被密封和保护来免受空气和/或湿气的影响。又一发光材料被配置为吸收入射光的一部分，并且将吸收部分转换为又一颜色的光。例如，又一发光材料可以是黄色/橙色发射无机磷光体(例如，YAG: Ce (例如，NYAG)或LuAG: Ce)。通常，这些又一发光材料具有相对较宽的光发射光谱。在波长转换元件300、330、360的不同实施例中，又一发光材料的附加层302被配置在不同位置处。在波长转换元件300中，又一发光材料的附加层302配置在冷却支撑件112的一个表面处，该表面与冷却支撑件112热耦合至发光转换器104的表面相对。在波长转换元件330中，又一发光材料的附加层302配置在发光转换器104的一个表面处，该表面与发光转换器104的热耦合至冷却支撑件112的表面相对。在波长转换元件360中，又一发光材料的附加层302配置在冷却支撑件112和发光转换器104之间。
[0059]在另一实施例中，层302是具有特定的光学特性的光学层(其不同于发光)。光学层可以包括散射材料，可以是滤色器或者可以包括用于再定向或折射光的特定光学结构(类似于耦出结构或微透镜)。注意，这种光学层还可以与又一发光材料的附加层组合。
[0060]图4示意性示出了波长转换元件400的实施例，其中，又一发光材料402设置在发光元件404中。除了又一发光材料402的添加之外，波长转换元件400类似于图1的波长转换元件100、160。尽管不需要密封又一发光材料(如在图3的上下文中所讨论的)，但该又一发光材料402也可以与对空气和/或湿气敏感的发光材料102—起设置在密封壳108内。在图4中， 两个不同的层(每一个都具有发光材料102、402中的一种)被描绘成在密封壳108内，但是在其他实施例中，不同的发光材料102、402可以设置为密封壳108内的混合物。[〇〇611图5a示意性示出了灯500的实施例。灯500例如具有传统白炽灯的形状，并且如此为改装的白炽灯。灯500例如可以包括一个或多个根据先前讨论的发光模块的实施例的发光模块(未示出)，或者灯500可以包括一个或多个根据先前讨论的波长转换元件的实施例的波长转换元件(未示出)。[〇〇62]图5b示意性示出了灯具550的实施例。根据先前讨论的发光模块的实施例，灯具 550例如包括一个或多个发光模块(未示出)。在另一实施例中，根据图5a的实施例，灯具550 包括一个或多个灯(未示出)。在又一实施例中，灯具550包括一个或多个根据先前讨论的波长转换元件的实施例的波长转换元件(未示出)。
[0063]总而言之，提供了波长转换元件、发光模块和灯具。波长转换元件包括发光元件和光透射冷却支撑件。灯具元件包括发光材料和用于保护发光材料免受环境影响的光透射密封壳。密封壳具有第一导热率。冷却支撑件具有第二导热率，其至少为第一导热率的两倍。 冷却支撑件包括第一表面，并且密封壳包括第二表面。第一表面和第二表面相互面对。第一表面热耦合至第二表面，用于允许通过第二表面将热量传导朝向冷却支撑件，以能够再分布在发光元件中生成的热量。
[0064]应该注意，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员能够在不背离所附权利要求的范围的情况下设计许多可选实施例。
[0065]在权利要求中，括号中的任何参考符号不应视为限制权利要求。使用动词“包括” 及其词性变化不排除权利要求中之外的元件或步骤的存在。元件之前的冠词“一个”不排除多个这种元件的存在。在相互不同的从属权利要求中引用的特定措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。
【主权项】
1.一种波长转换元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，包括: 发光元件(104、404)，包括发光材料(102、132)和密封壳(108); 所述发光材料(102、132)被配置为吸收入射光的一部分并将吸收光的一部分转换为另一颜色的光，所述发光材料(102、132)设置在所述密封壳(108)中； 所述密封壳(108)包括两个玻璃层(I38、139、168、169)，所述发光材料(102、132)设置在所述两个玻璃层之间，所述密封壳(108)是光透射的、具有第一导热率并被配置为保护所述发光材料免受环境影响， 由光透射材料制成的冷却支撑件(112、142、172、262)，其具有第二导热率，所述第二导热率大于两倍的所述第一导热率， 其中，所述冷却支撑件(112、142、172、262)包括第一表面(113)，所述密封壳(108)包括第二表面(105)，所述第一表面(113)面对所述第二表面(105)，并且所述第一表面(113)热耦合至所述第二表面(105)，用于使热量通过所述第二表面(105)朝向所述冷却支撑件(112、142、172、262)传导，从而能够再分布在所述发光元件(104、404)中生成的热量，其中，玻璃层的导热率与所述玻璃层中的配置在所述发光材料与所述冷却支撑件之间的一个玻璃层的厚度(th2)的第一比率大于200W/m2K。2.根据权利要求1所述的波长转换元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，其中， 所述第一导热率小于5W/mK，或者 所述第二导热率大于10W/mK，或者 所述第一导热率小于5W/mK且所述第二导热率大于10W/mK。3.根据权利要求1所述的波长转换元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，其中，所述密封壳(108)提供针对湿气和/或空气的阻挡，并且具有小于10—Vbar Ι/s的渗透率。4.根据权利要求1所述的波长转换元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，其中，所述密封壳(108)包括设置在所述两个玻璃层(138、139、168、169)之间并且配置在所述发光材料(102、132)周围的密封材料(I37、167)，所述密封材料(I37、167)被配置为提供针对湿气和/或空气的阻挡。5.根据权利要求1所述的波长转换元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，其中，所述第一比率大于3500W/m2K。6.根据权利要求1所述的波长转换元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，其中，所述冷却支撑件(112、142、172、262)经由光透射胶的层(110)热耦合至所述发光元件(104、404)。7.根据权利要求6所述的波长转换元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，其中，所述光透射胶的导热率与所述光透射胶的层(110)的厚度(th3)的第二比率大于100W/Hl2K08.根据权利要求1所述的波长转换元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，其中，所述冷却支撑件(112、142、172、262)包括材料氧化铝、蓝宝石、尖晶石^10151(:或1%0中的一种材料。9.根据权利要求1所述的波长转换元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，其中，所述冷却支撑件(112、142、172、262)是层，并且该层的厚度(也4)大于0.1臟且可选地小于2.0mm.10.根据权利要求1所述的波长转换元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，包括又一发光材料的层(302)，所述又一发光材料的层被配置为吸收入射光的一部分并且将吸收部分转换为又一颜色的光，所述又一发光材料与所述发光材料(102、132)相比对环境影响较不敏感。11.根据权利要求1所述的波长转换元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)，其中，所述发光材料(102、132)被配置为以窄光发射分布发射所述另一颜色的光，所述窄光发射分布具有表示为半高全宽值的不大于75nm的光谱宽度。12.—种发光模块(200、250)，包括: 光发射器(208)，用于发射光； 根据前述权利要求中任一项所述的波长转换元件(100、130、160、201、251、300、330、.360、400)，所述波长转换元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)被配置为接收来自所述光发射器(208)的光。13.根据权利要求12所述的发光模块(200、250)，其中，所述发光模块(200、250)还包括导热壳体(204,254),并且所述波长转换元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)的所述冷却支撑件(112、142、172、262)热耦合至所述导热壳体(204、254)。14.根据权利要求13所述的发光模块(200、250)，其中，所述导热壳体(204、254)包括光出射窗(212)，所述光发射器(208)被配置为朝向所述光出射窗(212)发射光，所述波长转换元件(100、130、160、201、251、300、330、360、400)形成所述光出射窗(212)，并且所述冷却支撑件的边缘热耦合至所述导热壳体(204、254)。15.—种灯具(550)，包括根据权利要求1所述的波长转换元件(100、130、160、201、251、.300、330、360、400)或者包括根据权利要求12所述的发光模块(200、250)。
【文档编号】H01L33/50GK105981186SQ201580008069
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年1月30日
【发明人】M·伦兹, L·J·M·科普曼斯, P·朱伊德玛, H·J·B·贾格特
【申请人】飞利浦照明控股有限公司