專利名稱：自支撐發(fā)光膜和磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自支撐發(fā)光膜。
本發(fā)明還涉及包括該自支撐發(fā)光膜的磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)以及制 造該自支撐發(fā)光膜的方法。
背景技術(shù)：
具有散布在自支撐材料中的磷光體的自支撐熒光蓋層本身是已知 的。例如它們使用在磷光體增強(qiáng)發(fā)光二極管中，用于偏移、改變和/或 增強(qiáng)發(fā)光二極管的光譜輸出。已知的自支撐熒光蓋層布置為覆蓋發(fā)光 二極管的發(fā)光管芯。散布在自支撐材料中的熒光材料吸收由發(fā)光管芯 發(fā)射的光的至少一部分且將所吸收的光轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定光譜的光。經(jīng) 熒光材料轉(zhuǎn)換的光隨后可能與發(fā)光管芯發(fā)射的不被熒光材料吸收的光 的部分一起被磷光體增強(qiáng)發(fā)光二極管發(fā)射。
一般地，自支撐熒光蓋層導(dǎo)致熒光材料的遠(yuǎn)程布置。該遠(yuǎn)程布置 也稱為遠(yuǎn)程磷光體配置。使用遠(yuǎn)程磷光體配置的好處在于，熒光材料 的轉(zhuǎn)換效率和壽命得到改善，且選擇發(fā)光材料的范圍得到改善。
這種自支撐熒光蓋層從WO 2005/025831獲知，其中披露了 一種通 過使用包括透明塑料和磷光體添加劑的熔融液體填充模具來制造的透 光光學(xué)元件。允許熔融液體固化產(chǎn)生具有散布在其中的磷光體的透光 光學(xué)元件。
使用該自支撐熒光蓋層的缺點(diǎn)在于，從熒光蓋層發(fā)射的光的均勻 性不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改善來自自支撐蓋層的發(fā)射光的均勻性。 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，使用根據(jù)權(quán)利要求1的自支撐發(fā)光膜實(shí) 現(xiàn)該目的。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，使用如權(quán)利要求6所述的磷光體 增強(qiáng)照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)該目的。根據(jù)本發(fā)明的自支撐發(fā)光膜包括發(fā)光顆粒 和有機(jī)聚合物，該發(fā)光顆粒包括發(fā)光材料，該發(fā)光材料布置為用于吸收入射在發(fā)光顆粒上的入射光的至少一部分，且用于將吸收光轉(zhuǎn)換成 具有不同于入射光的預(yù)定光譜的轉(zhuǎn)換光，該有機(jī)聚合物互連發(fā)光顆粒
以形成自支撐發(fā)光膜，該自支撐發(fā)光膜包括小于IO個(gè)重量百分比的有
機(jī)聚合物。
根據(jù)本發(fā)明的自支撐發(fā)光膜的效果是，發(fā)光顆粒密集堆積地布置， 這產(chǎn)生基本均勻的自支撐發(fā)光膜。僅需要極少量的有機(jī)聚合物材料用 于保持自支撐發(fā)光膜中固定的發(fā)光顆粒。由于自支撐發(fā)光膜中的發(fā)光 顆粒的均勻分布，自支撐發(fā)光膜發(fā)射的轉(zhuǎn)換光也將基本均勻。在已知 的透光光學(xué)元件中，透明塑料形成透光光學(xué)元件的重要部分，這影響 著透光光學(xué)元件發(fā)射的光的光學(xué)特性且典型地減小了發(fā)射光的均勻 性。而且，磷光體添加劑分布在透明塑料中。在透明塑料的固化過程 中雄持磷光體添加劑的良好分布是相對(duì)困難的，這可能導(dǎo)致透明塑料 中磷光體添加劑的不均勻分布，致使發(fā)射光的均勻性不佳。在根據(jù)本 發(fā)明的自支撐發(fā)光膜中，發(fā)光顆粒的密集堆積確保自支撐發(fā)光膜中的 發(fā)光顆粒的分布基本均勻，導(dǎo)致自支撐發(fā)光膜的發(fā)射光的改善的均勻 性。
根據(jù)本發(fā)明的自支撐發(fā)光膜的另一好處在于，自支撐發(fā)光膜中的 發(fā)光顆粒的濃度很高。因此，自支撐發(fā)光膜可以相對(duì)薄，用以將入射 光的預(yù)定部分轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換光。例如，當(dāng)入射光是紫外光時(shí)，優(yōu)選地， 所有入射光被自支撐發(fā)光膜轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換光，該轉(zhuǎn)換光為可見光。在這
種實(shí)施例中，需要厚度小于100微米的自支撐發(fā)光膜來基本將所有入
射光轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換光。
根據(jù)本發(fā)明的自支撐發(fā)光膜的又一好處在于，可以在向光源施加
性。 一般地，以微滴的方式施加發(fā):^料使之覆蓋發(fā)光二極管的管芯。 這種微滴一般不包括發(fā)光材料的均勻分布。而且，例如源于發(fā)光材料 的微滴厚度的精確光學(xué)特性難以控制且不能提前確定。當(dāng)使用根據(jù)本 發(fā)明的自支撐發(fā)光膜時(shí)，由于自支撐發(fā)光膜是自支撐的事實(shí)，諸如吸 收度和發(fā)射特性之類的光學(xué)屬性可被提前確定。自支撐發(fā)光膜的光學(xué) 特性例如與諸如發(fā)光二極管的發(fā)射光譜這樣的光學(xué)特性相匹配。通常，
發(fā)光二極管的光學(xué)特性稍有不同，因此發(fā)光二極管通常被裝箱(binned ) 以集合基本具有相同光學(xué)特性的發(fā)光二極管。相同的裝箱原理可應(yīng)用
5于自支撐發(fā)光膜，此后某一光學(xué)特性的發(fā)光二極管可以與具有預(yù)定光 學(xué)特性的自支撐發(fā)光膜組合，以產(chǎn)生具有所需發(fā)射特性的磷光體增強(qiáng) 照明系統(tǒng)。由于自支撐發(fā)光膜是自支撐的事實(shí)，在與匹配的光源例如 匹配的發(fā)光二極管組合以獲得諸如某一色溫的所需屬性之前，它可以 以與任意光學(xué)元件基本相同的方式處理和表征。
在本上下文中，預(yù)定光譜的光例如包括在預(yù)定波長附近具有特定 帶寬的光，或者例如包括基色或多個(gè)基色。預(yù)定波長例如是輻射功率 譜分布的平均波長。基色光例如包括諸如紅、綠、藍(lán)光的最常見的基 色。例如通過選擇紅、綠和藍(lán)光的特定組合，基本上可以通過自支撐 發(fā)光膜產(chǎn)生每一種顏色，包括白色。如果光源是發(fā)紫外光的發(fā)光二極 管，發(fā)光材料將紫外光轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換光，例如白光。如果光源是發(fā)藍(lán)光 的發(fā)光二極管，發(fā)光材料將藍(lán)光的一部分轉(zhuǎn)換成例如黃光以獲得白光。 在這種系統(tǒng)中，藍(lán)光并不被全部吸收，部分地泄漏而與黃光混合且總 光譜看上去是白色的。
在自支撐發(fā)光膜的一實(shí)施例中，有機(jī)聚合物包括超高分子量聚合 物和/或易延展聚合物。超高分子量聚合物具有大于1百萬的分子量。 這些超高分子量聚合物可以是易延展的。使用超高分子量聚合物的好
處在于，超高分子量聚合物以這種方式互連發(fā)光顆粒不管發(fā)光顆粒 的高含量，自支撐發(fā)光膜相對(duì)堅(jiān)固且不易破碎和分裂。易延展聚合物 一般在應(yīng)變下形成頸狀物，且可以伸展某一長度。使用易延展聚合物 導(dǎo)致可變形和柔軟的自支撐發(fā)光膜。超高分子量聚合物的處理可能涉 及溶劑。超高分子量聚合物例如首先分解在溶劑中，然后是添加發(fā)光 顆粒。溶劑例如可以通過干燥或萃取而移除。備選地，超高分子量聚 合物可以與發(fā)光材料作為粉末混合且研磨以形成膜。
在自支撐發(fā)光膜的一實(shí)施例中，發(fā)光顆粒的尺寸產(chǎn)生用于被樹脂 灌注的多孔自支撐發(fā)光膜。該實(shí)施例的好處在于，多孔自支撐發(fā)光膜 例如可以通過使用樹脂灌注而固定。自支撐發(fā)光膜例如可以是柔軟的， 且根據(jù)經(jīng)由樹脂灌注而固定的預(yù)定形式成形。在磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng) 的一實(shí)施例中，光源被包圍在樹脂中，且自支撐發(fā)光膜使用樹脂灌注。 例如，發(fā)光二極管的管芯一般嵌入在樹脂中以保護(hù)管芯不受環(huán)境影響， 且通過減小管芯及其周圍環(huán)境之間的折射率變化促進(jìn)管芯的光發(fā)射。 當(dāng)向管芯施加自支撐發(fā)光材料時(shí)，自支撐發(fā)光膜使用與環(huán)繞管芯的樹脂相同的樹脂灌注，這進(jìn)一步改善了磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)的光學(xué)特性， 因?yàn)樽灾伟l(fā)光膜的折射率基本等于管芯周圍的折射率。 一般地，分 離具有不同折射率的兩種材料的界面導(dǎo)致部分光從該界面反射。當(dāng)自 支撐發(fā)光膜不使用與封裝管芯相同的樹脂嵌入時(shí)，發(fā)光二極管的管芯 發(fā)射的部分光將被反射回管芯，且可能被部分吸收，減小了發(fā)光二極 管的效率。使用與封裝管芯相同的樹脂灌注自支撐發(fā)光膜，自支撐發(fā) 光膜的折射率基本等于環(huán)繞管芯的樹脂的折射率?；緵]有界面出現(xiàn) 在封裝樹脂和自支撐發(fā)光膜之間，這避免了從管芯發(fā)射的光的反射， 因而改善了效率。例如，硅橡膠可用作樹脂。硅橡膠尤其用作發(fā)射紫 外光的發(fā)光二極管的封裝材料，這是因?yàn)楣柘鹉z對(duì)于紫外光基本透明。 在自支撐發(fā)光膜的一實(shí)施例中，發(fā)光顆粒包括不同發(fā)光材料的混 合物。該實(shí)施例的好處在于，不同發(fā)光材料的混合物的使用典型地改
善了自支撐發(fā)光膜發(fā)射的轉(zhuǎn)換光的顯色指數(shù)。顯色指數(shù)(也表示為CRI) 是光源再現(xiàn)某一溫度的黑體光譜的能力的測量。尤其是，在通用照明 應(yīng)用中，需要相對(duì)高的顯色指數(shù)以確保當(dāng)照明對(duì)象時(shí)覺察的顏色基本 等于使用相應(yīng)色溫的黑體源諸如白熾燈照射時(shí)的顏色。使用不同發(fā)光 材料的混合物使得設(shè)計(jì)者能夠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換光的光譜或者調(diào)節(jié)混合入射光 和轉(zhuǎn)換光的光譜，使之更類似于黑體輻射體的光譜，該黑體輻射體的 光謙更類似于太陽發(fā)射的光。
在自支撐發(fā)光膜的一實(shí)施例中，自支撐發(fā)光膜包括第一發(fā)光顆粒 且包括第二發(fā)光顆粒，該第一發(fā)光顆粒包括不同于該第二發(fā)光顆粒的 發(fā)光材料或者發(fā)光材料的混合物。該實(shí)施例的好處在于，其使得可以 相對(duì)簡單地改變自支撐發(fā)光膜發(fā)射的光的光譜。以例如預(yù)定比例混合 不同發(fā)光顆粒，可以產(chǎn)生特定光謙的轉(zhuǎn)換光。改變?cè)摫壤蛘呃缃?換第一發(fā)光顆粒和/或第二發(fā)光顆粒中的發(fā)光材料就改變了特定光譜。
在磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)的 一 實(shí)施例中，光源發(fā)射的光的光譜包括 紫外光和/或藍(lán)光。
在磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)的一實(shí)施例中，自支撐發(fā)光膜布置在光源 與將光反射回光源的反射層之間。在自支撐膜和光源之間以及自支撐 膜和反射層之間，可以存在不同的基本半透明材料的一些附加層。這 種磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)在基本平行于自支撐發(fā)光膜的方向中發(fā)射光， 從而實(shí)現(xiàn)磷光體增強(qiáng)邊發(fā)射照明系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，使用如權(quán)利要求8所述的制造自支撐發(fā)光膜的方法實(shí)現(xiàn)該目的。
在用于制造自支撐發(fā)光膜的制造方法的實(shí)施例中，該方法包括以下步驟
-在包括超高分子量聚合物的溶液中混合發(fā)光顆粒以產(chǎn)生一種溶液，該溶液包括小于IO個(gè)重量百分比的超高分子量聚合物，以及-固化超高分子量聚合物以產(chǎn)生自支撐發(fā)光膜。該制造方法還包括澆鑄包括超高分子量聚合物和發(fā)光顆粒的溶液，且除去溶劑。該制造方法使得可以處理超高分子量聚合物以形成自支撐膜。
在用于制造自支撐發(fā)光膜的制造方法的一實(shí)施例中，該方法包括以下步驟
-將發(fā)光顆粒與易延展聚合物的顆?；旌弦援a(chǎn)生混合物，該混合物包括小于IO個(gè)重量百分比的易延展聚合物，以及
-向混合物施加壓力，以經(jīng)由易延展聚合物互連發(fā)光顆粒以產(chǎn)生自支撐發(fā)光膜。
該制造方法的好處在于它使用相對(duì)筒單的制造方法產(chǎn)生自支撐發(fā)光膜。僅需要發(fā)光顆粒和易延展聚合物的均勻混合。當(dāng)向混合物施加壓力時(shí)，易延展聚合物的顆粒與發(fā)光顆粒結(jié)合在一起以形成自支撐發(fā)光膜。
在制造方法的一 實(shí)施例中，向混合物施加壓力的步驟包括使用輥?zhàn)樱?，相?duì)重的鼓狀物，以用于在混合物上滾動(dòng)。該實(shí)施例的好處在于，輥?zhàn)涌捎糜诳刂谱灾伟l(fā)光膜的厚度。如前所示，顆粒的密集堆積導(dǎo)致用于將入射光轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換光的非常有效的光轉(zhuǎn)換層。因此，僅需要相對(duì)薄的自支撐發(fā)光膜。在施加壓力之后，使用輥?zhàn)涌梢詼p小和控制自支撐發(fā)光膜的厚度以控制預(yù)定部分的入射光向轉(zhuǎn)換光的轉(zhuǎn)換。
在用于制造自支撐發(fā)光膜的制造方法的一實(shí)施例中，該方法包括以下步驟
-將發(fā)光顆粒與單體混合，
- 向表面施加溶液層，以及
-固化該單體以形成產(chǎn)生自支撐發(fā)光膜的聚合物。
8單體形成環(huán)繞發(fā)光顆粒的涂層。該制造方法的好處在于，它不涉及附加的溶劑和研磨步驟。


本發(fā)明的這些和其他方面將從此后描述的實(shí)施例變得顯見和得到闡釋。
附圖中
圖1A和IB示出根據(jù)本發(fā)明的自支撐發(fā)光膜的示意剖面圖，
圖2A和2B示出包括施加到管芯的自支撐發(fā)光膜的磷光體增強(qiáng)照
明系統(tǒng)的示意剖面圖，
圖3示出包括遠(yuǎn)離管芯施加的自支撐發(fā)光膜的磷光體增強(qiáng)照明系
統(tǒng)的剖面圖，
圖4示出包括自支撐發(fā)光膜的磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)的另一實(shí)施例的剖面圖，其中管芯嵌入在樹脂中，
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)的另一實(shí)施例的剖面
圖，
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)的另一實(shí)施例的剖面圖，以及
圖7示出用于成形根據(jù)本發(fā)明的自支撐發(fā)光膜的一些工藝步驟。附圖純粹是示意性的且沒有按比例繪制。尤其為清晰起見， 一些尺寸被極大地放大。圖中相似的組件盡可能地由相同的參考標(biāo)號(hào)表示。
具體實(shí)施例方式
圖1A和1B示出根據(jù)本發(fā)明的自支撐發(fā)光膜10、 12的示意性剖面圖。自支撐發(fā)光膜IO、 12包括發(fā)光顆粒20、 22，該發(fā)光顆粒包括發(fā)光材料。發(fā)光材料典型地吸收作為由光源60 (見圖2、 3、 4和5)發(fā)射的光的入射光的至少一部分且將所吸收的光轉(zhuǎn)換成具有不同于入射光的預(yù)定光鐠的轉(zhuǎn)換光。自支撐發(fā)光膜還包括用于互連發(fā)光顆粒20、22以形成自支撐發(fā)光膜10、 12的有機(jī)聚合物30。使用小于10個(gè)重量百分比且優(yōu)選地小于5個(gè)重量百分比的有機(jī)聚合物30顆粒，自支撐發(fā)光膜10、 12中的發(fā)光顆粒20、 22以顆粒密集堆積的方式布置，導(dǎo)致基本均勻的自支撐發(fā)光膜IO、 12。
9有機(jī)聚合物30例如可以是具有大于1百萬的分子量的超高分子量聚合物30。這些超高分子量聚合物30以如下方式互連發(fā)光顆粒20、22:不管發(fā)光顆粒20、 22的高濃度，自支撐發(fā)光膜10、 12相對(duì)堅(jiān)固且較不易于破碎和分裂。有機(jī)聚合物30可以備選地是在應(yīng)變下形成頸狀物且可以伸展某一長度的易延展聚合物30。 一些超高分子量聚合物30是易延展的。在自支撐發(fā)光膜IO、 12中使用易延展聚合物30導(dǎo)致自支撐發(fā)光膜IO、 12可變形和/或柔軟，這使得自支撐發(fā)光膜IO、 12基本可以成形為任何形狀。而且，易延展聚合物30的使用例如通過自支撐發(fā)光膜IO、 12的伸展使得可以控制自支撐發(fā)光膜10、 12的厚度。
入射光一般是諸如紫外光或藍(lán)光的具有相對(duì)短波長的光。發(fā)光材料將入射光的至少一部分轉(zhuǎn)換成一般是可見光的轉(zhuǎn)換光。然而，可以選擇入射光到轉(zhuǎn)換光的其他轉(zhuǎn)換而不背離權(quán)利要求的范圍。
圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的自支撐發(fā)光膜10的一部分，其中自支撐發(fā)光膜包括經(jīng)由有機(jī)聚合物30結(jié)合的發(fā)光顆粒20。圖1B示出根據(jù)本發(fā)明的自支撐發(fā)光膜12的一部分，其中自支撐發(fā)光膜包括經(jīng)由有機(jī)聚合物30結(jié)合的第一發(fā)光顆粒20和第二發(fā)光顆粒22。第一發(fā)光顆粒20包括不同于該第二發(fā)光顆粒22的發(fā)光材料或者發(fā)光材料的混合物。
由于發(fā)光顆粒20、 22的密集堆積，自支撐發(fā)光膜IO、 12的轉(zhuǎn)換效率相對(duì)高，這導(dǎo)致僅使用相對(duì)薄的自支撐發(fā)光膜IO、 12就可基本將所有入射光轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換光。這在磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)50、 52、 54、 56、58 (見圖2、 3、 4和5)中使用自支撐發(fā)光膜IO、 12時(shí)是尤其有益的，其中光源60發(fā)射紫外光，該紫外光必須通過自支撐發(fā)光膜10、 12轉(zhuǎn)換成可見光。僅相對(duì)薄的自支撐發(fā)光膜IO、 12可用于確保基本沒有紫外光從磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)50、 52、 54、 56、 58發(fā)射。尤其當(dāng)在通用照明應(yīng)用中使用磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)50、 52、 54、 56、 58時(shí)，紫外光的發(fā)射優(yōu)選地被避免，這是因?yàn)樽贤夤鈱?duì)于人眼有害。
而且，由于自支撐發(fā)光膜IO、 12的自支撐特性，可以在將自支撐發(fā)光膜IO、 12與光源60組合以形成磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)50、 52、 54、56、 58之前確定自支撐發(fā)光膜10、 12的光學(xué)特性。這對(duì)于產(chǎn)生這樣的磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)50、 52、 54、 56、 58是尤其有益的，該磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)50、 52、 54、 56、 58發(fā)射的光的光i普應(yīng)被良好定義。典型地，裝箱用于選擇發(fā)射特性處于預(yù)定范圍內(nèi)的光源60諸如發(fā)光二極管60。通過在向光源60施加自支撐發(fā)光膜10、 12之前確定自支撐發(fā)光膜10、 12的光學(xué)特性，自支撐發(fā)光膜IO、 12可以以與光源60相同的方式裝箱。自支撐發(fā)光膜IO、 12的相關(guān)光學(xué)特性例如是入射光透射穿過自支撐發(fā)光膜IO、 12的水平，或者例如是自支撐發(fā)光膜10、 12發(fā)射的轉(zhuǎn)換光的光譜。因此，包括自支撐發(fā)光膜IO、 12的特定裝箱可以被選擇以匹配光源60的匹配裝箱。當(dāng)將來自特定裝箱的自支撐發(fā)光膜10、 12與來自匹配裝箱的光源60相組合時(shí)，產(chǎn)生具有良好定義的發(fā)射光語的磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)。
在已知的自支撐焚光蓋層中，自支撐熒光蓋層可以包括嵌入在聚合物中的發(fā)光材料。典型地，蓋層由形成連續(xù)聚合物矩陣的聚合物構(gòu)成。這種連續(xù)聚合物矩陣典型地不是多孔的，但形成可以包括封裝孔的基本密閉的結(jié)構(gòu)。這種密閉結(jié)構(gòu)一般選擇為避免污染物進(jìn)入蓋層因而改變蓋層的光學(xué)屬性。然而，由于密閉結(jié)構(gòu)，封裝孔不能用樹脂40填充(見圖4)。樹脂40可用于使得熒光蓋層的折射率與封裝光源60的樹脂40的折射率匹配，這減小光源60發(fā)射的光往回向光源60的反射，且還減小可能導(dǎo)致?lián)p耗的過度的多次散射。典型地，反射回光源60的部分光被光源60吸收且損失，導(dǎo)致光源60的減小的效率。根據(jù)本發(fā)明的自支撐發(fā)光膜IO、 12包括相對(duì)大的發(fā)光顆粒20、 22，這些發(fā)光顆粒通過有機(jī)聚合物30互連以形成多孔自支撐發(fā)光膜10、 12。自支撐發(fā)光膜IO、 12的多孔性使得自支撐發(fā)光膜10、 12可以被樹脂40灌注(見圖4)。由于自支撐發(fā)光膜IO、 12的灌注，自支撐發(fā)光膜IO、12的折射率基本與封裝光源60的樹脂40的折射率匹配，這減小了從光源60發(fā)射的光往回向光源60的反射，增加了光源60的效率。
在根據(jù)本發(fā)明的自支撐發(fā)光膜IO、 12中與發(fā)射基色藍(lán)色光的光源60相組合使用的發(fā)光材料例如包括Y3Al5012:Ce3+ (也稱為YAG:Ce)。YAG:Ce吸收基色藍(lán)色的入射光且隨后發(fā)射基色黃色的轉(zhuǎn)換光。選擇特定厚度的自支撐發(fā)光膜10，基色藍(lán)色的入射光的特定部分被轉(zhuǎn)換成基色黃色轉(zhuǎn)換光。剩余的入射光被自支撐發(fā)光膜IO透射且與轉(zhuǎn)換光混合。混合光通過磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)50、 52、 54、 56、 58發(fā)射，例如形成待發(fā)射的白光。備選地，自支撐發(fā)光膜10的發(fā)光顆粒20包括Y3Al5012:Ce3> CaS:Eu2+ (也稱為CaS:Eu )的混合物。CaS:Eu的添加將轉(zhuǎn)換光從黃色偏移到琥珀色且將磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)50、 52、 54、56、 58發(fā)射的白光的色溫偏移到暖白色色點(diǎn)。備選地，自支撐發(fā)光膜12包括第一發(fā)光顆粒20和第二發(fā)光顆粒22，其中第一發(fā)光顆粒20包括與第二發(fā)光顆粒22相比不同的發(fā)光材料。例如，第一發(fā)光顆粒20包括YAG:Ce，第二發(fā)光顆粒22包括CaS:Eu。當(dāng)改變第一發(fā)光顆粒20和第二發(fā)光顆粒的混合物時(shí)，磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)50、 52、 54、 56、58的色溫變化。備選地，發(fā)光材料例如可以包括(Ba，Sr)2SisN8:Eu"(將基色藍(lán)色的入射光轉(zhuǎn)換為基色琥珀色的轉(zhuǎn)換光)，或者例如Lu3Al5012:Ce3+ (將基色藍(lán)色的入射光轉(zhuǎn)換成基色綠色的轉(zhuǎn)換光)和CaS:Eu的混合物?？梢允褂弥T如(Ba，Sr,Ca)2SisNs:Eu2+、 (Sr，Ca)S:Eu2+和(Ca，Sr)AlSiN3:Eu"的將基色藍(lán)色入射光轉(zhuǎn)換成基色紅色的轉(zhuǎn)換光的其他發(fā)光材料來代替CaS:Eu,以獲得基本相同的效果?？梢允褂弥T如Sr2Si2N202:Eu"和SrGa2S4:Eu"的將基色藍(lán)色入射光轉(zhuǎn)換成基色綠色的轉(zhuǎn)換光的其他發(fā)光材料來代替LuAG:Ce，以獲得基本相同的效果。石榴石發(fā)光材料 YAG:Ce 和 LuAG:Ce 可以被(Y3_x.yLuxGdy)(Al5.zSiz)(012.zNz):Ce代替，其中0<x￡3, 0$y￡2.7， 0<x+y^3且0<z^2。
在根據(jù)本發(fā)明的自支撐發(fā)光膜10、 12中與發(fā)射紫外光的光源60組合使用的發(fā)光材料例如包括BaMgAl1Q017:Eu2+ (將入射紫外光轉(zhuǎn)換成基色藍(lán)色的轉(zhuǎn)換光)、Ca8Mg(Si04)4Cl2:Eu2+，Mn2+ (將入射紫外光轉(zhuǎn)換成基色綠色的轉(zhuǎn)換光)和Y203:Eu3+，Bi3+ (將入射紫外光轉(zhuǎn)換成基色紅色的轉(zhuǎn)換光)的混合物。選擇自支撐發(fā)光膜IO、 12中的發(fā)光材料的不同比例可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換光的色溫從相對(duì)冷白色向相對(duì)暖白色的偏移，例如介于6500K至2700K之間。也可以通過磷光體比例確定任意其他顏色變化?？梢允褂脤⒆贤夤廪D(zhuǎn)換成藍(lán)光、綠光或紅光或任意其他基色的任意其他發(fā)光材料來代替上面提到的發(fā)光材料。
可以使用不同的制造方法制造根據(jù)本發(fā)明的自支撐發(fā)光膜10、12。有機(jī)聚合物30例如可以是超高分子量聚合物。超高分子量聚合物例如可以與發(fā)光顆粒20、 22—起混合在溶液中，在此之后，該溶液被固化以產(chǎn)生自支撐發(fā)光膜IO、 12。備選地，有機(jī)聚合物30可以由例如可與發(fā)光顆粒20、 22混合的易延展聚合物30的顆粒組成。當(dāng)向易延展聚合物顆粒30和發(fā)光顆粒20、 22的混合物施加壓力時(shí)，易延展聚合物30與發(fā)光顆粒20、 22結(jié)合在一起以形成自支撐發(fā)光膜10、 12。改變施加到易延展聚合物顆粒30和發(fā)光顆粒20、 22混合物上的壓力改變了 自支撐發(fā)光膜10、 12的厚度，這例如影響自支撐發(fā)光膜10、 12對(duì)于 入射光的透射特性。發(fā)光顆粒20、 22還可以與單體混合。將單體和發(fā) 光顆粒20、 22 —起施加到表面(未示出)，且固化單體以形成聚合物 30，這產(chǎn)生自支撐發(fā)光膜IO、 12。優(yōu)選地，該表面是非粘著表面。
圖2A和2B示出了包括施加到管芯60的自支撐發(fā)光膜10、 12的 磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)50、 52的示意剖面圖。圖2A和2B的上部分別示 出在例如裝配之前的自支撐發(fā)光膜10、 12和管芯60。圖2A和2B的 下部示出直接施加到管芯60的自支撐發(fā)光膜10、 12?？梢栽谧灾伟l(fā) 光膜IO、 12被施加到管芯60上之前確定自支撐發(fā)光膜10、 12的光學(xué) 特性。自支撐發(fā)光膜10、 12的光學(xué)特性例如可以包括自支撐發(fā)光膜10、 12對(duì)于入射光的透射特性，或者例如可以包括自支撐發(fā)光膜10、 12發(fā) 射的轉(zhuǎn)換光的光i普特性.通過在向管芯60施加自支撐發(fā)光膜10、 12 之前表征自支撐發(fā)光膜IO、 12，自支撐發(fā)光膜IO、 12可以被裝箱且與 相應(yīng)裝箱的管芯60相匹配，以產(chǎn)生由根據(jù)本發(fā)明的磷光體增強(qiáng)照明系 統(tǒng)50、 52發(fā)射的光的預(yù)定顏色。
備選地，磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)可以包括多個(gè)自支撐發(fā)光膜(未示 出)。在多個(gè)自支撐發(fā)光膜中的自支撐發(fā)光膜基本相同的實(shí)施例中，膜 的數(shù)量決定了發(fā)光材料的轉(zhuǎn)換效率以及因此決定了磷光體增強(qiáng)照明系 統(tǒng)發(fā)射的光的顏色。在多個(gè)自支撐發(fā)光膜中的自支撐發(fā)光膜不相同的 實(shí)施例中，每個(gè)膜典型地發(fā)射具有不同光譜的轉(zhuǎn)換光，這些轉(zhuǎn)換光混 合時(shí)得到磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)發(fā)射的特定顏色。
在根據(jù)本發(fā)明的磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)50、 52、 54、 56、 58的優(yōu)選 實(shí)施例中，光源60是發(fā)光二極管60 (也稱為LED)。然而，光源60 可以是諸如低壓放電燈、高壓放電燈、白熾燈或激光光源的任意合適 的光源60。
圖3示出包括遠(yuǎn)離管芯60施加的自支撐發(fā)光膜14的磷光體增強(qiáng) 照明系統(tǒng)54的另一實(shí)施例的剖面圖。管芯60優(yōu)選地布置在漫反射器 65上。如圖3所示的自支撐發(fā)光膜14的布置也稱為遠(yuǎn)程磷光體配置。 在遠(yuǎn)程磷光體配置中，發(fā)光材料布置在離管芯60—距離處，和發(fā)光材 料直接施加于管芯60的配置相比，這導(dǎo)致發(fā)光材料的較低溫度和發(fā)光 材料的每表面面積減小的光通量。使用遠(yuǎn)程磷光體配置的好處在于，
13發(fā)光材料的轉(zhuǎn)換效率和壽命以及自支撐發(fā)光膜14中施加的發(fā)光材料的 選擇范圍得到改善。
圖4示出包括自支撐發(fā)光膜16的磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)56的另一 實(shí)施例的剖面圖，其中管芯60嵌入在樹脂40中。管芯60—般嵌入在 樹脂40中以保護(hù)管芯60防止環(huán)境影響且通過減小管芯60與其周圍環(huán) 境之間的折射率變化以促進(jìn)管芯60的光發(fā)射。使用與用于嵌入管芯60 相同的樹脂灌注自支撐發(fā)光膜16進(jìn)一步增強(qiáng)了磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)56 的光學(xué)特性，這是因?yàn)樽灾伟l(fā)光膜16的折射率基本等于包圍管芯60 的樹脂40的折射率。自支撐發(fā)光膜16是多孔的，使得樹脂40能夠灌 注自支撐發(fā)光膜16。優(yōu)選地，多孔性可以通過發(fā)光顆粒20、 22的尺寸 或尺寸分布控制。備選地，多孔性可以通過伸展合成膜以減小顆粒的 堆積密度控制。在圖4所示的實(shí)施例中，管芯60布置在例如由漫反射 器65組成的反射杯67中。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)58的另 一實(shí)施例的剖 面圖。圖5所示的磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)58包括被漫反射器65環(huán)繞的 邊發(fā)射發(fā)光二極管62，該邊發(fā)射發(fā)光二極管62包括根據(jù)本發(fā)明的自支 撐發(fā)光膜10。邊發(fā)射LED 62例如朝漫反射器65發(fā)射基色藍(lán)色的光(圖 5中使用虛箭頭示出)。在邊發(fā)射LED 62的光被漫反射器65反射之前， 基色藍(lán)色的光入射到自支撐發(fā)光膜IO上，基色藍(lán)色的光的一部分被自 支撐發(fā)光膜10中的發(fā)光材料轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換光，例如基色黃色光(在圖5 中用點(diǎn)劃線箭頭示出)。不被發(fā)光材料轉(zhuǎn)換的部分入射光與轉(zhuǎn)換光混合 且確定磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)58發(fā)射的光的顏色。 一般而言，透射通過 自支撐發(fā)光膜10的入射光被自支撐發(fā)光膜IO散射以增強(qiáng)入射光與轉(zhuǎn) 換光的混合。在如圖5所示的磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)58的布置中，邊發(fā) 射器LED 62發(fā)射的光經(jīng)過自支撐發(fā)光膜10兩次。因此，自支撐發(fā)光 膜10的厚度可以進(jìn)一步減小。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)59的另 一實(shí)施例的剖 面圖。磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)59包括發(fā)光二極管60，該發(fā)光二極管60 具有基本透明層70或具有直接施加到發(fā)光二極管60的散射層70。接 下來，自支撐發(fā)光膜10和反射層72分別施加到透明層70或散射層70 的頂部上。反射層72例如可以是反射金屬層72、電介質(zhì)涂層72或顆 粒的漫散射層72。反射層72例如還可以是漫反射層72。在圖6所示的配置中，發(fā)光二極管60發(fā)射的光至少部分地被自支撐發(fā)光膜10轉(zhuǎn)換。 因?yàn)樽灾伟l(fā)光膜10被反射層72覆蓋，光在基本平行于自支撐發(fā)光 膜10的方向中發(fā)射。
圖7示出用于成形根據(jù)本發(fā)明的自支撐發(fā)光膜10的一些工藝步 驟。自支撐發(fā)光膜IO例如包括易延展聚合物30(見圖1A)，且可以使 用模具80和壓力機(jī)(press) 82成形。向自支撐發(fā)光膜10應(yīng)用壓力機(jī) 82迫使自支撐發(fā)光膜10具有模具80的形狀。隨后，例如通過使用樹 脂灌注自支撐發(fā)光膜10固定自支撐發(fā)光膜10的形狀。備選地，自支 撐發(fā)光膜10被加熱以使得自支撐發(fā)光膜10能夠使用模具80和壓力機(jī) 82成形。隨后，自支撐發(fā)光膜10被冷卻使得形狀固定?？梢援a(chǎn)生具有 良好定義的厚度且因而具有良好定義的光學(xué)特性的自支撐發(fā)光膜10, 在此之后，自支撐發(fā)光膜變形且隨后固定。這導(dǎo)致具有良好定義光學(xué) 特性的自支撐發(fā)光膜的固定形狀。成形透射型自支撐熒光蓋層的已知 方法使用注模來產(chǎn)生蓋層的形狀。使用注模限制了在成形自支撐發(fā)光 膜10之前預(yù)先確定自支撐發(fā)光膜10的光學(xué)特性的可能性，因而限制 了在產(chǎn)生蓋層之前預(yù)先確定蓋層的光學(xué)屬性的可能性。而且，使用注 模來制造蓋層典型地產(chǎn)生相對(duì)厚的蓋層。這種相對(duì)厚的蓋層要求分布 在透明塑料中的發(fā)光材料的相對(duì)低的濃度，這可能導(dǎo)致蓋層發(fā)射的光 的不均勻性。根據(jù)本發(fā)明的自支撐發(fā)光膜10是自支撐的，因而可以在 成形和施加到光源60、 62之前制造和表征，以產(chǎn)生具有良好定義的發(fā) 射光譜的磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)50、 52、 54、 56、 58。
應(yīng)當(dāng)注意上述實(shí)施例是舉例說明而非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人 員能夠設(shè)計(jì)很多備選實(shí)施例而不背離所附權(quán)利要求書的范圍。
在權(quán)利要求書中，置于括號(hào)中的任何參考符號(hào)不應(yīng)解釋為是對(duì)權(quán) 利要求的限制。動(dòng)詞"包括"及其變形形式的使用不排除未在權(quán)利要 求中聲明的元件或步驟存在。元件前的冠詞"一，，或"一個(gè)"不排除 多個(gè)這種元件的存在。本發(fā)明可以借助于包括若干分離元件的硬件實(shí) 施。在枚舉若干器件的裝置權(quán)利要求中，若干這些器件可以通過一個(gè) 且相同的硬件項(xiàng)實(shí)施。在互不相同的從屬權(quán)利要求中列舉了某些措施 這一純粹事實(shí)并不表示不能有利地使用這些措施的組合。
權(quán)利要求
1.一種包括發(fā)光顆粒(20，22)和有機(jī)聚合物(30)的自支撐發(fā)光膜(10，12，14，16)，該發(fā)光顆粒(20，22)包括發(fā)光材料，該發(fā)光材料布置為用于吸收入射在該發(fā)光顆粒(20，22)上的入射光的至少一部分，且用于將吸收光轉(zhuǎn)換成具有與該入射光不同的預(yù)定光譜的轉(zhuǎn)換光，該有機(jī)聚合物(30)互連該發(fā)光顆粒(20，22)以形成該自支撐發(fā)光膜(10，12，14，16)，該自支撐發(fā)光膜(10，12，14，16)包括小于10個(gè)重量百分比的有機(jī)聚合物(30)。
2. 如權(quán)利要求1所述的自支撐發(fā)光膜(10， 12, 14， 16)，其中該有機(jī)聚合物(30)包括超高分子量聚合物和/或易延展聚合物。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的自支撐發(fā)光膜(10， 12， 14， 16)，其中該發(fā)光顆粒(20， 22)的尺寸產(chǎn)生用于被樹脂(50)灌注的多孔自支撐發(fā)光膜(10， 12， 14， 16)。
4. 如權(quán)利要求l、 2或3所述的自支撐發(fā)光膜(10, 12， 14， 16)，其中該發(fā)光顆粒(20, 22)包括不同發(fā)光材料的混合物。
5. 如權(quán)利要求l、 2或3所述的自支撐發(fā)光膜(10， 12, 14， 16)，其中該自支撐發(fā)光膜(10， 12， 14， 16)包括第一發(fā)光顆粒(20)且包括第二發(fā)光顆粒(22),該第一發(fā)光顆粒(20)包括不同于該第二發(fā)光顆粒(22)的發(fā)光材料或者發(fā)光材料的混合物。
6. —種磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)(50， 52， 54， 56， 58， 59)，包括光源(60， 62)和如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的自支撐發(fā)光膜(10，12, 14， 16)。
7. 如權(quán)利要求6所述的磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)(50， 52， 54， 56，58， 59)，其中該光源(60， 62)被包圍在樹脂(40)中，且其中該自支撐發(fā)光膜(10， 12， 14， 16)被該樹脂(40)灌注。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)(50， 52， 54，56， 58， 59)，其中該光源(60， 62)發(fā)射的光的光鐠包括紫外光和/或藍(lán)光。
9. 如權(quán)利要求6、 7或8所述的磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)(59)，其中該自支撐發(fā)光膜(10)布置在該光源(60)和將光反射回該光源(60)的反射層(72)之間。
10. 制造如權(quán)利要求l、 2或3所述的自支撐發(fā)光膜(10， 12, 14，16)的方法，該方法包括以下步驟在包括超高分子量聚合物的溶液中混合該發(fā)光顆粒(20, 22)以 產(chǎn)生一種溶液，該溶液包括小于IO個(gè)重量百分比的超高分子量聚合物， 以及固化該超高分子量聚合物以產(chǎn)生該自支撐發(fā)光膜(10, 12， 14，16)。
11. 制造如權(quán)利要求l、 2或3所述的自支撐發(fā)光膜(10, 12， 14， 16)的方法，該方法包括以下步驟將該發(fā)光顆粒(20， 22)與易延展聚合物的顆粒混合以產(chǎn)生混合 物，該混合物包括小于IO個(gè)重量百分比的易延展聚合物，以及向該混合物施加壓力，以經(jīng)由該易延展聚合物互連該發(fā)光顆粒 (20， 22)以產(chǎn)生該自支撐發(fā)光膜(10, 12， 14， 16)。
12. 如權(quán)利要求ll所述的制造自支撐發(fā)光膜(10， 12， 14， 16) 的方法，其中向該混合物施加壓力的步驟包括使用輥?zhàn)右杂糜谠谠摶?合物上滾動(dòng)。
13. 制造如權(quán)利要求l、 2或3所述的自支撐發(fā)光膜(10， 12， 14， 16)的方法，該方法包括以下步驟將該發(fā)光顆粒(20, 22)與單體混合，固化該單體以形成產(chǎn)生該自支撐發(fā)光膜(10， 12， 14， 16)的聚合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及自支撐發(fā)光膜(10)、磷光體增強(qiáng)照明系統(tǒng)以及制造該自支撐發(fā)光膜的方法。該自支撐發(fā)光膜包括發(fā)光顆粒(20)和有機(jī)聚合物(30)。該發(fā)光顆粒包括發(fā)光材料，該發(fā)光材料布置為用于吸收入射在該發(fā)光顆粒上的入射光的至少一部分，且用于將吸收光轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換光，該轉(zhuǎn)換光具有不同于該入射光的預(yù)定光譜。該有機(jī)聚合物互連該發(fā)光顆粒以形成該自支撐發(fā)光膜，其中該自支撐發(fā)光膜包括小于10個(gè)重量百分比的有機(jī)聚合物。根據(jù)本發(fā)明措施的效果是，發(fā)光顆粒的密集堆積產(chǎn)生基本均勻的自支撐發(fā)光膜。
文檔編號(hào)H05B33/02GK101679859SQ200880018813
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月5日
發(fā)明者H·A·M·范哈爾, R·A·M·?？嗣诽?申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司