CN102017204A - 具有包含发光材料的自支撑网格的led照明器件和制作自支撑网格的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种包括(a)发光二极管(LED)、(b)散热器(85)和(c)自支撑网格(500)的照明器件(10)。该网格(500)布置于LED(20)下游并且布置成与散热器(85)接触。自支撑网格(500)包括多个网格结构(501)和在网格结构(501)之间的多个网格开口(502)。全部网格开口(502)的至少部分包围发光材料(51)，由此提供发光材料填充的网格开口(551)。发光材料(51)被布置成吸收LED辐射(21)的至少部分并且发射发光材料辐射(13)。LED(20)和发光材料(51)被布置成在自支撑网格(500)下游提供预定颜色的光(115)。

Description

具有包含发光材料的自支撑网格的LED照明器件和制作自支撑网格的方法
技术领域
本发明涉及一种具有包含发光材料的自支撑网格的照明器件以及一种制作这样的包含发光材料的自支撑网格的方法。
背景技术
包括用于转换LED光的发光材料的照明器件在本领域中是已知的。可以用于这样的应用的透射陶瓷层或者发光陶瓷及其制备方法在本领域中也是已知的。例如参照US 2005/0269582，该申请公开了一种与设置于发光层发射的光路中的陶瓷层组合的半导体发光器件。陶瓷层由波长转换材料如发光材料组成或者包括该材料。
US 7196354公开了另一类型的器件，该器件包括适合于生成光的光生成区域、波长转换区域和热传导区域。波长转换区域能够吸收光生成区域生成的光并且发射波长与光生成区域生成的光的波长不同的光。热传导区域与波长转换区域接触并且能够传导在波长转换区域中生成的热。热传导区域包括热传导率比波长转换区域的热传导率较大的材料。发光器件适合于发射总功率大于0.5瓦的光。热传导区域与散热器接触。
发明内容
一些现有技术系统的一个弊端可能在于不能容易地散热。这意味着可能无法构造高功率器件，因为高强度的辐射(以及例如由于斯托克司频移损耗所致的伴随热发展)可能损坏热敏发光材料和/或有机衬底。
一些现有技术系统的又一弊端在于复杂的结构或者使用相对臃肿的光学器件，这不仅可能对效率具有有害影响并且可能妨碍构造小型器件。
一些现有技术系统的其它弊端可能在于必须涂敷生产起来相对昂贵和/或困难的(透射)材料。
因此，本发明的一个方面在于提供一种优选地进一步回避一个或者多个上述缺陷的替代照明器件。本发明的一个方面还在于提供一种效率提高的器件。
在第一方面中，本发明提供一种照明器件，该器件包括：
a.发光二极管(LED)，布置成发射LED辐射；
b.散热器；
c.自支撑网格，布置于LED下游并且布置成与散热器接触，其中自支撑网格包括多个网格结构和在网格结构之间的多个网格开口，其中全部网格开口的至少部分包围发光材料，由此提供发光材料填充的网格开口，其中发光材料被布置成吸收LED辐射的至少部分并且发射发光材料辐射，并且其中LED和发光材料被布置成在自支撑网格下游提供预定颜色的光。
有利地，据此提供一种替代器件。可以相对容易地耗散在发光材料中生成的热，这可以提高发光材料和/或其它材料，例如有机材料(如果存在则例如为粘结剂、衬底等)的寿命和/或可以允许使用较高功率的器件，和/或也可以在操作期间提供更稳定的色点。
散热器具体为一种吸收和耗散来自发光材料和/或网格的热的物体。具体而言，网格与散热器有热接触，由此允许经由网格向散热器散热。术语“接触”因此涉及具体为物理接触的热接触。例如，网格的部分可以与散热器接触乃至集成于散热器中。在一个实施例中，室壁(见下文)的至少部分可以是散热器。因此，在一个实施例中，散热器(的部分)可以布置为室壁。
散热器通过从高(较高)温度的物体(第一物体)向热容较大的较低温度的另一物体(第二物体)高效地传送热能(“热”)来工作。热能的这一迅速传送快速地使第一物体达到与第二物体的热均衡，从而降低第一物体的温度并且实现散热器作为冷却器件的作用。散热器的高效工作依赖于热能从第一物体向散热器以及从散热器向第二物体的迅速传送。
散热器的最常见设计是具有许多鳍的金属器件。金属的高热传导率与它的大表面积组合造成热能向周围较冷空气的迅速传送。这冷却散热器以及它与之直接热接触的无论任何物体。散热器为本领域技术人员所知。
网格包括组成网格的网格结构，比如接线或者板、具体为接线。网格可以包括一维网格、二维网格或者三维网格。可以按有序方式或者按无序方式或者在其组合中布置网格结构。一般而言，网格结构将具有范围约为0.01-2mm、具体地范围约为0.02-1mm、甚至更具体地范围约为0.02-0.5mm的尺度，比如厚度、直径或者高度。
如这里使用的术语“网格”是指“自支撑网格”。一般而言，除非另有指明，则它具体是指包含发光材料的自支撑网格。术语“包含发光材料的自支撑网格”或者“包括发光材料的自支撑网格”和类似术语具体是指其中一个或者多个网格开口包围发光材料的自支撑网格。注意当网格开口包围发光材料时，网格开口一般将有效地“闭合”，因为它由发光材料填充。这样的开口表示为“发光材料填充的网格开口”。
术语“自支撑”为本领域技术人员所知。它是指无需更多支撑件、载体、衬底以基本上维持其形状的结构。具体而言，网格具有以GPa为单位的至少约为0.5GPa、更具体地至少约为1GPA、甚至更具体地至少为1GPa、进而甚至更具体地至少约为5Gpa、进而甚至更具体地至少约为10GPa、甚至更具体地至少约为20GPa的杨氏模量(E)。网格称为自支撑网格的事实并不排除使用支撑件以支撑网格。网格可以包括包围网格结构的框；网格结构可以由框绑定在一起。
在一个具体实施例中，网格包括一维自支撑网格。在这样的网格中，网格结构可以被布置成相互基本上平行。因此也可以基本上平行地布置在网格结构之间的网格开口。
在另一实施例中，网格包括二维自支撑网格。这里，网格结构提供网格开口矩阵。这样的网格开口可以规则或者无规则地成形。网格开口可以基本上为圆形或者方形或者矩形或者六边形等。也可以应用这样的网格开口形状中的一个或者多个形状的组合。一个或者多个网格开口包围发光材料。
在另一实施例中，网格包括三维网格。这里，网格结构提供网格开口的三维矩阵。这样的网格开口可以规则或者不规则地成形。例如，在一个实施例中可以应用钢丝或者类似不规则结构。一般而言，优选一维或者二维网格，其中网格结构优选为有序分布，尽管这并不排除网格结构在网格上的不均匀分布(见下文)。
网格开口优选地具有范围约为0.1-4mm、具体地范围约为0.5-2mm的尺度(长度/宽度或者直径)。网格包围的发光材料可以具有范围约为0.01-2mm、具体地范围约为0.02-0.5mm的厚度(平均厚度)。
在一个具体实施例中，网格结构基本上均匀地分布于自支撑网格上。这意味着网格结构和网格开口的具有基本上恒定周期的规则和重复图案。然而，网格结构(并且因此网格开口)也可以不均匀地分布于网格上。具体而言，可能关注于将网格结构聚集于热负荷相对高的位置而不是热负荷相对低的位置。例如，在照明强度相对高的位置，热的生成也将相对高。因此，在照明强度相对高的位置聚集网格结构并且因此促进向散热器散热可能是值得的。
因此，在照明器件的一个具体实施例中，自支撑网格具有平均网格图案密度(MPD)，该MPD定义为每平方毫米的网格开口平均数目，其中自支撑网格接收的LED辐射强度不均匀地分布于自支撑网格上，并且其中自支撑网格被布置成提供比在自支撑网格接收相对高强度的LED辐射时所在的高强度位置的平均网格图案密度(MPD)较大的局部网格图案密度(LPD)，并且布置成提供比在自支撑网格接收相对低强度的LED辐射时所在的低强度位置的平均网格图案密度(MPD)较小的局部网格图案密度(LPD)。
在一个实施例中，自支撑网格包括发光材料填充的网格开口和基本上未填充的网格开口的规则图案。使用填充和未填充的网格开口的一个优点可以在于填充的网格开口可以被设计成在希望的方向上、即在网格下游优化地指引LED辐射，而未填充的网格开口允许LED辐射基本上无阻碍地穿过网格。透射的(蓝色)LED光和在LED下游的发光可以提供预定颜色的光。然而，在一个实施例中，填充的网格开口也可以被设计成允许LED辐射的至少部分穿过发光材料。
这里，术语“填充的网格开口”是指发光材料填充的网格开口。术语“发光材料填充的网格开口”也包括由发光材料和(变硬或者变干的)粘结剂材料的组合填充的网格开口。
在又一实施例中，基本上所有网格开口都为发光材料填充的网格开口。这意味着基本上所有LED辐射由发光材料填充的网格开口截获。根据希望的预定颜色，LED辐射的全部或者部分可以由网格中的发光材料转换。
优选地，网格(即具体为网格结构)包括允许良好热传导率的材料。优选材料可以例如选自于包括铝、金、铜、银、碳和碳纳米管的组、具体为铜。其它适当材料可以选自于包括钼、钨、铑和铱的组。在一个具体实施例中，网格结构包括热传导率在300K至少为100Wm-1K-1、更具体地至少为250Wm-1K-1的材料。框可以包括与网格结构相同的材料和/或(也)具有在300K至少为100Wm-1K-1、更具体地至少为250Wm-1K-1的热传导率。类似地，散热器也可以包括用于网格结构的上文提到的材料中的一种(或者多种)。
在一个实施例中，一个或多个LED和自支撑网格具有在一个或多个LED与自支撑网格之间的范围约为0-100mm的最短LED至自支撑网格距离(d1)。因此，在一个实施例中，自支撑网格(包括发光材料)可以与LED物理接触(即d1≈0mm)。
这里，参照具有发光材料的一个自支撑网格描述本发明。然而，根据本发明的器件在一个实施例中也可以包括多个这样的网格、例如2或者3个(分别布置于彼此下游)。然而还参照布置于一个或多个LED下游的一个网格描述本发明。
另外，例如在应用大型器件时多个网格也可以应用于基本上相同平面中。因此，术语网格也可以是指多个网格。
自支撑网格在一个实施例中可以具有基本上平坦形状如板，但是在另一实施例中可以具有基本上凸形状如圆顶。
在一个具体实施例中，应用可以被布置成进一步散射光和/或创建混合室的出射窗。以这一方式，也可以避免用户能够直接观察可以包括有色发光材料的自支撑网格。一般而言，消费者偏好出射窗的白色外观(在关断状态中)。因此，在一个实施例中，照明器件还包括(d)在自支撑网格下游布置成透射光的至少部分的半透明出射窗。
可以用多种方式生产包含发光材料的自支撑网格。网格可以是商业上可获得的或者可以具体针对本发明的应用来提供。本领域技术人员知道如何生产这样的网格。然而存在用发光材料填充网格开口的多种方式。例如，自支撑网格可以与包括发光材料和粘结剂的膏接触(例如浸渍)，然后可以加热这样获得的网格以获得具有发光材料填充的网格开口的网格。取代了与膏接触，也有可能使用打印机(printer)并且填充开口，这可以允许创建如上文所述由和不由发光材料填充的网格开口的规则图案。在一个具体实施例中，本发明提供一种制造包含发光材料的自支撑网格的方法，其中该方法包括：
a.提供包括多个网格结构和在网格结构之间的多个网格开口的自支撑网格；
b.提供具有多个预定筛网开口的筛网，其中筛网可布置于自支撑网格之上；
c.引导包括发光材料和可选地包括粘结剂的膏经过多个预定筛网开口并且填充预定网格开口；
d.加热具有膏填充的预定网格开口的自支撑网格，由此提供具有发光材料填充的网格开口的自支撑网格。
根据又一方面，本发明提供一种比如通过如这里描述的制作包含发光材料的自支撑网格的方法可获得的包含发光材料的自支撑网格。
以这一方式，有利地提供一种替代照明器件。另外有利地，器件效率在一个实施例中可以高于常规照明器件(比如包括发光材料层、涂层或者陶瓷等的照明器件)的效率。也可以在一个实施例中获得发光材料的提高的寿命。另外，本发明的器件的一个实施例可以允许较高功率的器件。此外，根据本发明的替代器件在一个实施例中也可以在操作期间具有与现有技术的器件相比较稳定的色点。
利用提出的照明器件(其中应用出射窗)，灯可以具体在它处于关断状态或者用白光来照射时看起来为白色。具体相对于其中在LED上提供发光材料的系统而言的其它优点可以在于可以提供本质上高效的系统(较少反向反射/重新吸收)并且可以提供暖白色选项(无大量热猝熄并且发光材料的辐射相对“低”)。另外，根据本发明的照明器件是相对简单的概念(可以仅基于蓝色LED，这具有相对容易组装和驱动的优点)，并且此外可调色温的选项也是可行的。
在基于LED的光源中的远处发光材料具体对于生成具有低色温(暖白色)的光就系统效率功效而言看来颇为有利。应用如这里所述包含发光材料的网格可以获得高系统功效，因为仅少量光反射回到LED(它在此具有相当高的被吸收的可能性)中。使用远离LED的发光材料可以获得与发光材料在LED封装中的系统相比多达约50％的功效增益。
在出射窗的表面(具体为发射表面(即下游表面))涂敷发光材料层可以在灯关断时或者在用白光照射所述表面时获得该表面的相当饱和的色点。根据本发明可以在位于LED与照明器件的散射半透明材料出射窗之间的透射载体上(和/或中)涂敷发光材料涂层来减少出射窗的表现色的饱和程度。
透明出射窗可以充当虚拟辐射窗口(用于又一光学系统，其中还可以操纵光例如用于光束成形)。当增加发光材料(层)与半透明出射窗之间的距离时，可以进一步减少半透明出射窗的色饱和度。通常，饱和度可以通过将发光材料层与半透明出射窗分离成其间间距几乎为零来从约62％减少至约50％，并且可以通过增加间距来进一步减少到少于约20％。
上文和下文列举的一些措施除了其它措施之外还可以基于在系统中应用附加散射或者反射。然而，令人惊讶的是几乎保持系统功效，而一般而言在系统中添加更多散射和更多(部分)反射表面引起系统功效的很明显下降。
LED和发光材料
在一个实施例中，LED被布置成发射蓝色辐射，并且发光材料包括：(a)绿色发光材料，布置成吸收蓝色LED辐射的至少部分并且发射绿色辐射；以及(b)红色发光材料，布置成吸收蓝色LED辐射的至少部分或者绿色辐射的至少部分或者蓝色辐射的至少部分和绿色辐射的至少部分两者，并且发射红色辐射。以这一方式，预定颜色的光可以是白光。除了其它因素之外还根据LED功率、蓝色LED辐射光谱和发光材料的数量，可以组成不同色温的白光。
在另一实施例中，LED被布置成发射蓝色辐射，并且发光材料包括：(a)黄色发光材料，布置成吸收蓝色辐射的至少部分并且发射黄色辐射；并且可选地包括：(b)一种或者多种其它发光材料，布置成吸收蓝色LED辐射的至少部分或者黄色辐射的至少部分或者蓝色辐射的至少部分和黄色辐射的至少部分两者，并且发射辐射波长与黄色辐射不同的辐射。也以这一方式，预定颜色的光可以是白光。除了其它因素之外还根据蓝色LED辐射光谱、LED功率和发光材料的数量，可以组成不同色温的白光。在一个具体实施例中，发光材料除了黄色发光材料(a)之外还包括：(b)红色发光材料，布置成吸收蓝色LED辐射的至少部分或者黄色辐射的至少部分或者蓝色辐射的至少部分和黄色辐射的至少部分两者，并且发射红色辐射。这一红色发光材料除了其它应用之外还可以应用于进一步提高CRI。
因此，根据本发明的器件可以被布置成提供预定颜色的光，其中光为有色光或者白光。
在一个实施例中，照明器件包括布置成发射LED辐射的比如2-200(比如4-64)级的多个发光二极管(LED)。
如这里使用的术语白光为本领域技术人员所知。它具体地涉及相关色温(CCT)在约2,000与20,000K之间、具体为2700-20,000K的光，该光用于具体地范围约为2700K和6500K的普通照明用途以及用于具体地范围约为7,000K和20,000K并且具体地在相对于BBL(黑体轨迹)的约15SDCM(色匹配的标准偏差)、具体地在相对于BBL的约10SDCM内、甚至更具体地在相对于BBL的约5SDCM内的背光用途。
术语“蓝光”或者“蓝色辐射”具体地涉及波长范围约为410-490nm的光。术语“绿光”具体地涉及波长范围约为500-570nm的光。术语“红光”具体地涉及波长范围约为590-6500nm的光。术语“黄光”具体地涉及波长范围约为560-590nm的光。
这些术语并不排除发光材料可以具有波长分别在例如约500-570nm、约590-6500nm和约560-590nm的范围以外的宽带辐射。然而，在这里给出的范围内将发现这样的发光材料(或者LED)的主导辐射波长。因此，短语“波长范围为”具体地表示辐射可以具有指定范围内的主导辐射波长。
尤其优选的发光材料选自于分别具体掺杂有三价铈或者二价铕的石榴石(garnet)和氮化物。石榴石的实施例具体地包括A3B5O12石榴石，其中A至少包括钇或者镥并且其中B至少包括铝。这样的石榴石可以掺杂有铈(Ce)、镨(Pr)或者铈和镨的组合；然而具体掺杂有Ce。具体而言，B包括铝(Al)，然而B也可以部分地包括镓(Ga)和/或钪(Sc)和/或铟(In)、具体地多达约20％的Al、更具体地多达约10％的Al(即B离子实质上由摩尔百分百为90％或更多的Al以及摩尔百分百为10％或者较少的Ga、Sc和In中的一种或者多种构成)；B可以具体地包括多达约10％的镓。在另一变体中，B和O可以至少部分地由Si和N取代。元素A可以具体地选自于包括钇(Y)、钆(Gd)、铽(Tb)和镥(Lu)的组。另外，Gd和/或Tb具体地仅占多达A的约20％的数量。在一个具体实施例中，石榴石发光材料包括(Y1-xLux)3B5O12:Ce，其中x等于或者大于0并且等于或者小于1。
术语“:Ce”表示发光材料中的金属离子的部分(即在石榴石中：“A”离子的部分)由Ce取代。例如在(Y1-xLux)3Al5O12:Ce的情况下，Y和/或Lu的部分由Ce取代。这一符号表示法为本领域技术人员所知。Ce将取代A的一般不多于10％；一般而言，Ce浓度将范围为0.1-4％、具体为0.1-2％(相对于A)。假设1％的Ce和10％的Y，完全正确分子式可以是(Y0.1Lu0.89Ce0.01)3Al5O12。如本领域技术人员所知，石榴石中的Ce基本上或者仅在三价状态中。
红色发光材料在一个实施例中可以包括从(Ba，Sr，Ca)S:Eu、(Ba，Sr，Ca)AlSiN3:Eu和(Ba，Sr，Ca)2Si5N8:Eu的组中选择的一种或者多种材料。在这些化合物中，铕(Eu)基本上或者仅为二价，并且取代所示二价阳离子中的一种或者多种。一般而言，Eu的存在数量将不大于阳离子的10％、相对于它所取代的阳离子而言具体地范围约为0.5-10％并且更具体地范围约为0.5-5％。术语“:Eu”表示金属离子的部分由Eu取代(在这些示例中由Eu2+取代)。例如假设在CaAlSiN3:Eu中有2％的Eu，正确分子式可以是(Ca0.98Eu0.02)AlSiN3。二价铕一般将取代二价阳离子，如上述二价碱土阳离子、具体为Ca、Sr或者Ba。
材料(Ba，Sr，Ca)S:Eu也可以表示为MS:Eu，其中M是从包括钡(Ba)、锶(Sr)和钙(Ca)的组中选择的一种或者多种元素；具体而言，M在这一化合物中包括钙或者锶或者钙和锶、更具体地为钙。因此Eu被引入并且取代M的至少部分(即Ba、Sr和Ca中的一种或者多种)。
另外，材料(Ba，Sr，Ca)2Si5N8:Eu也可以表示为M2Si5N8:Eu，其中M是从包括钡(Ba)、锶(Sr)和钙(Ca)的组中选择的一种或者多种元素；具体而言，M在这一化合物中包括Sr和/或Ba。在又一具体实施例中，M包括Sr和/或Ba(不考虑Eu的存在)、具体为50-100％(具体为50-90％)的Ba和50-0％(具体为50-10％)的Sr，比如Ba1.5Sr0.5Si5N8:Eu(即75％的Ba；25％的Sr)。这里Eu被引入并且取代M的至少部分(即Ba、Sr和Ca中的一种或者多种)。
类似地，材料(Ba，Sr，Ca)AlSiN3:Eu也可以表示为MAlSiN3:Eu，其中M是从包括钡(Ba)、锶(Sr)和钙(Ca)的组中选择的一种或者多种元素；具体而言，M在这一化合物中包括钙或者锶或者钙和锶、更具体为钙。这里Eu被引入并且取代M的至少部分(即Ba、Sr和Ca中的一种或者多种)。
如这里使用的术语发光材料具体地涉及也有时表示为磷光体的无机发光材料。这些术语为本领域技术人员所知。
可以应用2种或者更多不同发光材料的组合；术语“发光材料”也可以是指发光材料的组合。
半透明出射窗
具体在与自支撑网格相距非零距离处并且在这一支撑件下游可以布置半透明出射窗。这一出射窗被布置成允许照明器件的光离开照明器件。
半透明出射窗可以具有基本上平坦形状如板、但是在另一实施例中可以具有基本上凸形状如例如圆顶。
半透明出射窗在一个实施例中可以包括有机材料。优选的有机材料选自于包括PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PC(聚碳酸酯)、P(M)MA(聚(甲基)丙烯酸)、PEN(聚乙烯萘)、PDMS(聚二甲基硅氧烷)和COC(环烯共聚物)的组。
然而，在另一实施例中，半透明出射窗包括无机材料。优选的无机材料选自于包括玻璃、(熔融)石英、陶瓷和硅树脂的组。
然而出射窗优选为半透明。例如，上文提到的材料可以具有固有半透明性质或者可以制作成半透明(例如通过磨砂(例如通过喷砂或者酸性蚀刻，也称为“磨”)材料)。这样的方法在本领域中是已知的。半透明出射窗可以允许一些光穿过，但是经过半透明材料看见的内部(即在出射窗上游的照明器件的物体)基本上为散射或者朦胧。
照明器件
相对于一个或多个LED，自支撑网格布置于一个或多个LED的下游。自支撑网格优选地被布置成使得在自支撑网格的方向上指引一个或多个LED生成的基本上所有辐射、即自支撑网格设置于一个或多个LED发射的光路中。因此，在一个优选实施例中，自支撑网格(包括发光材料)接收基本上所有LED辐射。由于在一个实施例中在自支撑网格(因此也在发光材料)与LED之间的距离为非零，所以可以有由支撑一个或多个LED的LED支撑件、自支撑网格并且可选地由LED腔壁包围的LED室或者LED腔。自支撑网格(因此也有发光材料)可以接收在LED室或者LED腔中的内部反射之后的基本上所有LED辐射。
自支撑网格(包括发光材料)具体地被布置成透射LED辐射的至少部分。以这一方式，具有由自支撑网格(包括发光材料)透射的LED辐射的LED和具有发光材料辐射的发光材料被布置成生成预定颜色的光(比如白光)。
可选半透明出射窗布置于自支撑网格(包括发光材料)下游。因此，自支撑网格(包括发光材料)具有朝向一个或多个LED的上游面和(朝向半透明出射窗的)下游面；半透明出射窗具有朝向自支撑网格(包括发光材料)的下游面的上游面和朝向照明器件以外的下游面。
由于在一个实施例中在自支撑网格与出射窗之间的距离为非零，所以可以有由自支撑网格、由出射窗以及可选地由散射体腔壁以及可选地由LED支撑件以及可选地由LED腔壁包围的(另一)内部室或者散射体腔(这里也表示为“混合室”)。
如上文提到的那样，这一出射窗被布置成允许光离开照明器件。然而，并未排除诸如校准器、反射体、光导、光学层等更多光学器件以引导或者影响照明器件的光，这些光学器件可以布置于可选出射窗下游和自支撑网格下游。
利用本发明，可以实现具有很高效率和良好色呈现并且现在也可以在关断状态中时表现为白色或者几乎中性色的远处发光材料模块。
提出的配置可以应用于大面积照明、环境照明(例如瓦砖灯)、背光(例如广告箱)、下照灯具、散射翻新灯(比如白炽灯(GSL)或者TL替换灯)和洗墙灯中并且根据体积和光束约束来应用于一些射灯中。
可选地，自支撑网格可以包括发光材料的不均匀分布(也见上文和下文)。
附图说明
现在将参照对应参考标号表示对应部分的以下附图仅通过示例描述本发明的实施例：
图1a-图1f在侧视图中示意地描绘了本发明的照明器件的非限制性的多个可能实施例；以及
图2a-图2f在俯视图中示意地描绘了一维和二维网格的非限制性的多个实施例；
图3a-图3b在俯视图中示意地描绘了一维和二维网格的非限制性的多个实施例，其中网格结构为不均匀分布；
图4a-图4b在侧视图中示意地描绘了网格的非限制性的多个实施例；
图5a-图5d以更多发光材料细节在侧视图中示意地描绘了网格的非限制性的多个实施例；以及
图6示意地描绘了制作包含发光材料的自支撑网格的方法的示意实施例。
仅描绘了基本元件。在示意附图中并未描绘为本领域技术人员所知的诸如驱动器、功率源、更多光学器件(比如滤光器、校准器、接头)等其它元件。
具体实施方式
图1a(以及图1b-图1f)示意地描绘了(在侧视图中)照明器件10，该器件具有布置成发射LED辐射21的一个或多个发光二极管20。包括发光材料51的自支撑网格500布置于LED 20下游。举例而言，借助影线结构来表明这一点。自支撑网格500包括具有发光材料51的网格开口502。
发光材料填充的网格开口用标号551来表示并且布置于网格结构501之间(见图2a和后续图)；未填充的网格开口用标号552来表示(见图2a和后续图)。发光材料51的至少部分被布置成吸收LED辐射21的至少部分并且发射发光材料辐射13；自支撑网格500设置于一个或多个LED发射的光路中。
自支撑网格可以例如是布置于用标号80表示的腔壁之间的网格。在这里所示实施例中，腔壁80也具有散热器功能。散热器用标号85来表示。自支撑网格500可以例如是铜网格。这里，腔壁80、LED支撑件(用标号30来表示)和自支撑网格500提供腔或者室。这里，室用标号11来表示并且进一步也表示为LED腔11。
LED辐射21可以至少部分地由自支撑网格500(包括发光材料51)透射。因此，在自支撑网格50下游，LED辐射21和发光材料辐射13提供预定颜色的光115。因此，一个或多个LED 20和发光材料51被布置成生成预定颜色如白色的光115。例如，LED辐射21可以是蓝光而发光材料辐射13可以是黄光从而造成提供作为白光的光115。
自支撑网格500具有上游面或者侧53和下游面或者侧54；前者朝向LED，后者向外(或者可选出射窗，见下文)。
在LED与自支撑网格之间的最短距离用标号d1来表示。自支撑网格500的部分或者位置或者具体为接收相对高强度的LED辐射21的由发光材料填充的网格开口551用一个或多个标号L1来表示；接收相对低强度的LED辐射21的那些位置用一个或多个标号L2来表示。即使当室(LED室或者LED腔)中的光混合颇为令人满意时，仍然可能发现温度的不均匀分布、即温度较高和较低的位置。根据本发明的照明器件允许减少温度。
图1b示意地描绘了与图1a中相同的实施例而不同在于在LED20与自支撑网格500之间的距离d1基本上为0mm。
图1c-图1f示意地更详细描绘了多个实施例。在那些实施例中，照明器件10还包括布置成透射光115的至少部分的半透明出射窗60，由此提供照明器件光215。半透明出射窗60具体被布置成散射来自照明器件10的光115(并且生成照明器件光215)；半透明出射窗60设置于发光材料51发射的和/或自支撑网格500透射的光路中。半透明出射窗60可以例如是冰冻的聚碳酸酯(PC)。半透明出射窗60具有上游面或者侧63和下游面或者侧64。
这里，相对于一个或多个LED 20，自支撑网格500在一个或多个LED 20下游。在自支撑网格500(包括发光材料51)与一个或多个LED 20之间的最短距离(同样)用标号d1来表示。这里，d1大于0mm。相对于一个或多个LED 20，半透明出射窗60同样在自支撑网格50下游。在自支撑网格500与出射窗60之间的最短距离用标号dLW来表示(见图1d和后续图)。
在这一示意实施例中，半透明出射窗60具有基本上平坦形状，并且自支撑网格500也具有基本上平坦形状。
在示意实施例中，照明器件10具有由支撑一个或多个LED的LED支撑件30、自支撑网格500和用一个或多个标号45表示的LED腔壁包围的LED室或者LED腔11。LED支撑件30可以包括(金属芯)PCB(印刷电路板)和铝壳32。LED腔11的内部的至少部分、具体为LED腔壁45和支撑件30可以具有反射材料，比如反射体。反射体用支撑件30上的标号240和一个或多个LED腔壁45上的标号40来表示。
在图1d中描绘了与图1c中示意地描绘的实施例基本上相同的实施例，然而在自支撑网格500与出射窗60之间的最短距离(dLW)为非零，例如2-100mm、具体为2-20mm。如上文提到的那样，半透明出射窗60布置于自支撑网格500下游，并且自支撑网格500具有朝向一个或多个LED 20的上游面53和朝向半透明出射窗60的下游面54；半透明出射窗60具有朝向自支撑网格500的下游面54的上游面63和朝向照明器件10以外的下游面64。
这里由于距离dLW具体为非零，所以可以有(另一)内部室或者散射体腔。在图1d的示意地描绘的实施例中，这一散射体腔用标号12来表示。这里，散射体腔12由自支撑网格50、出射窗60和散射体腔壁41包围。因此，一个或多个LED 20下游和自支撑网格50上游的腔、即在LED 30与自支撑网格500之间的腔表示为LED腔11；这一LED腔11的下游(即自支撑网格500下游)和半透明出射窗60上游的腔、即在自支撑网格500与半透明出射窗60之间的腔表示为散射体腔12。
在这一实施例中，散射体腔12的散射体腔壁41也具有用标号140来表示的反射体。因此，在一个实施例中，散射体腔壁41也包括反射体。
作为支撑件30上的反射体240，可以应用散射体腔壁41上的反射体140和LED腔壁45上的反射体40，例如MCPET(微细胞聚乙烯酯)。可以用作反射体的其它反射材料可以例如是基质材料中的特氟龙或者颗粒TiO2。因此作为反射体，可以应用基质材料中的基本上散射反射体(例如特氟龙、MCPET(例如来自Furukawa)、E60L、E6SL或者E6SV(例如来自Toray))或者散射粒子(比如TiO2)或者可以应用基本上镜面反射体(比如Norbridge(来自3M的商标Vikuiti ESR膜)或者MIRO(来自Alanod))或者可以应用反射体的组合(比如部分地散射反射并且部分地镜面反射的反射体)。
LED腔反射体40具体被布置成反射(散射)LED辐射21。然而由于发光材料辐射13的部分也可以进入LED腔11，所以LED腔反射体40也可以被布置成反射(散射)发光材料辐射13。另外，扩散体腔反射体140具体被布置成反射(散射)发光材料辐射13和LED辐射21(由自支撑网格50透射)(即光115)。然而在一个实施例中，LED 40腔反射体也可以被布置成镜面反射LED辐射21并且可选地反射发光材料辐射13。
在图1d中，整个壁80(即这里为LED腔壁45和扩散体腔壁41)用作散热器85。注意这样的散热器85仅被示意地示出并且可以例如还包括鳍。在图1a-图1c(和图1e)中，LED腔壁45用作散热器85。这样的一个或多个壁的部分也可以布置为散热器85。
图1e示意地描绘了与示意图图1d中示意地描绘的实施例类似的一个实施例而不同在于半透明出射窗60的上游表面积大于自支撑网格500的上游表面积。这些表面积的具体优选比值约为≥2、更具体地范围约为3-10。在这一实施例中，扩散体腔12包围LED腔11；扩散体腔12由透射支撑件50、出射窗60、扩散体腔壁41、LED支撑件30和LED腔壁45包围。
图1f示意地描绘了与示意图图1e中示意地描绘的实施例类似的一个实施例而不同在于半透明出射窗60为凹。同样，半透明出射窗的上游表面积与自支撑网格500的上游表面积之比大于1(而在图1c和图1d中示意地描绘的实施例中，这一比值约等于1)。
注意在图1c-图1d中，扩散体腔壁41和LED腔壁45可以互成一体(即单个壁80)。另外，在实施例的这些示意图中，网格500的部分集成于散热器85中。
上文描述和示意地描绘的实施例无限制性。自支撑网格500和出射窗60(一般)示意地描绘为平坦网格或者窗口。然而其它配置也是可能的。例如基本上平坦出射窗60和非平坦(例如基本上为凸)自支撑网格500也可以是一个实施例。或者可以应用基本上平坦自支撑网格500和非平坦(例如为凸)出射窗60。
图2a-图2f示意地描绘了(在俯视图中)自支撑网格500的实施例。为了便于理解，并未描绘发光材料51。
网格包括组成网格的网格结构，比如接线或者板、具体为接线。网格可以包括一维网格、二维网格或者三维网格。可以按有序方式或者按无序方式或者在其组合中布置网格结构。一般而言，网格结构将具有范围约为0.01-2mm、具体地范围约为0.02-0.5mm的尺度，比如厚度、直径或者高度(也见图4a和图4b)。
网格开口502优选地具有范围约为0.1-4mm、具体地范围约为0.5-2mm的尺度(长度/宽度或者直径)(表示为d2，见下文)。
图2a-图2c涉及二维网格(网格结构501(并且因此也为网格开口502)的均匀分布)。在网格结构之间的距离用标号d2来表示。举例而言，示意地描绘了方形、圆形和六边形形状(因为LED腔11和扩散体腔12可以分别具有立方形、圆柱形或者六边形的形式)。并未排除其它形状。
图2d-图2f涉及一维网格(网格结构501(并且因此也为网格开口502)的均匀分布)。在网格结构之间的距离用标号d2来表示。同样举例而言，示意地描绘了方形、圆形和六边形形状。注意网格开口502不一定为方形而是也可以具有其它形状。因此，网格开口502可以具有不同的d2的值(在网格结构500的平面中的不同方向上)。
在图2a-图2f以及更多图中，自支撑网格500包括用标号520来表示的包围网格的框。优选地，框520包括与网格结构501相同的材料或者包括热传导率较高的材料。
在图2a-图2f中(以及在其它图中)，网格500具有平均网格图案密度(MPD)，该MPD定义为每平方毫米的网格开口平均数目(在整个网格500上)。在这些图中，局部网格图案密度(LPD)基本上等于平均网格图案密度(MPD)，因为网格结构500均匀地分布于网格500上。
如上文提到的那样，自支撑网格不一定具有网格结构501的均匀分布。分别针对一维和二维自支撑网格600在图3a和图3b中示意地示出了两个非限制性的示例。d2的值在这里可以在自支撑网格600上不同。在可以接收相对强的LED辐射21的位置(L1位置)，d2可以比在可以接收相对弱的LED辐射21的位置(L2位置)较小(在二维自支撑网格600中的一个或者两个尺度中)。因此，这里局部网格图案密度(LPD)在网格上变化，从而高于在位置L2处的平均网格图案密度(MPD)而低于在位置L1处的平均网格图案密度(MPD)。注意对于三维网格(这里未描绘)，参照体积(mm3)而不是每平方毫米来定义LPD和MPD值。
在图4a-图4b中示意地描绘了自支撑网格500的实施例的侧视图。这些可以是一维或者二维自支撑网格。在图4a中，网格结构501并且因此网格开口502均匀地分布，而在图4b中，网格结构不均匀地分布(并未排除有序分布)，其中在网格结构501之间的距离d2变化。在图4b中，LPD在L2处比在L1处较大。图4a和图4b示出网格结构501的尺度，比如直径、高度和厚度。在图4a和图4b中示意地绘制了高度(用标号d5来表示)比厚度(或者直径)(用标号d4来表示)较大的网格结构501。注意网格结构501可以是接线，其中“高度”、厚度和直径相同。网格结构501的长度用d2来表示(见图2a-图2f和图3a-图3b)。
图5a-图5d示意地描绘了自支撑网格500可以如何由发光材料51填充。图5a出于比较原因而示出了未包括发光材料的自支撑网格500。图5b示意地描绘了其中基本上所有网格开口502包围发光材料51的一个实施例。填充的网格开口表示为发光材料填充的网格开口551。因此，在这一实施例中，基本上所有网格开口502为发光材料填充的网格开口551。由网格开口502包围的发光材料51的(平均)高度用标号d3来表示并且可以范围约为0.01-2mm、具体地范围约为0.02-0.5mm。
图5c示意地描绘了自支撑网格500的一个实施例，其中网格开口502的部分包围发光材料51，由此提供发光材料填充的网格开口551，并且网格开口502的部分并未包围发光材料51并且表示为未填充的网格开口552。因此，图5c示意地示出了其中自支撑网格500包括发光材料填充的网格开口551和基本上未填充的网格开口552的(规则)图案的一个实施例。然而，如图5d中示意地描绘的那样，填充的网格开口551和基本上未填充的网格开口552的这样的图案也可以不规则。类似地，这可以适用于网格500，这些网格具有网格结构501和网格开口502的不均匀分布。
图6示意地描绘了制作由发光材料51填充的自支撑网格500的方法的一个实施例。提供如这里描述的自支撑网格500的一个实施例。具体而言，在网格500的可见部分中的光学透射至少约为70％、更具体为至少约80％、甚至更具体为至少约85％(即在用发光材料51填充网格500之前(更具体为在用膏填充它之前))。这里在可见光向网格500的垂直发射之下测量可见光的透射。
另外，提供具有多个预定筛网开口602的筛网600，其中筛网600可布置于自支撑网格500之上。
这里，术语“可布置于……之上”包括将筛网600布置于自支撑网格500之上或者将自支撑网格500布置于筛网600之下或者将筛网600和网格500彼此移动以获得希望的配置。
然后，引导包括发光材料51和粘结剂701以及可选地包括其它材料(比如溶剂、稳定剂、散射粒子中的一种或多种)的膏700经过多个预定筛网开口602，由此填充预定网格开口502。在已经填充(预定)网格开口502之后，(通过IR加热或者本领域技术人员已知的其它加热方法)加热具有由膏700填充的预定网格开口502的自支撑网格500，由此提供具有发光材料填充的网格开口551的自支撑网格500。
具体而言，膏700具有大于约1Pa.s(在剪切速率为1s-1而温度为20℃时)的粘度。膏具有范围为1至5,000Pa.s、优选为在5与1,000Pa.s之间、甚至更优选为在20与400Pa.s之间(在剪切速率为1s-1而温度为20℃时)的优选粘度。粘度具体而言为如在以下条件之下根据DIN 53018-1使用板-板几何结构按照旋转电流测定来确定的稳态剪切粘度：
-在板直径为25mm时间隙宽度为2mm，并且
-剪切速率为1s-1，并且
-温度为20℃；其中优选地在确定粘度之前的10s期间在剪切速率为1s-1而温度为20℃时施加预剪切。
示例
金属网(由黄铜制成、光学透射率为70％)由有机粘结剂(Neocryl)中的YAG磷光体涂覆(浸渍)。荧光体负荷为90g/m2(在蓝色LED照射的表面上的负荷共计约为70％x90g/m2＝63g/m2)。这一磷光体屏放置于455nm的LED测试架(包括散热器)上。具有含YAG的发光材料的有机膜也放置于相同测试架上。光膜的磷光体负荷也约为63g/m2。
光膜达到140℃的峰值温度。然而磷光体涂覆的金属网达到110℃的峰值温度。很可能的是对金属网的优化(使用热传导率高的金属，例如铜)和对金属网与架的热接触的优化造成甚至较大的温度差。
这里比如在“基本上所有辐射”中或者在“基本上包括”使用的术语“基本上”将为本领域技术人员所理解。术语“基本上”也可以包括具有“完全”、“完整”、“所有”等的实施例。因此，在实施例中也可以去除副词基本上。在适用时，术语“基本上”也可以涉及90％或者较高，比如95％或者较高、具体为99％或者较高、甚至更具体为99.5％或者较高(包括100％)。除了其它方面之外还在操作期间描述这里所指的器件。例如术语“蓝色LED”是指在其操作期间生成蓝光的LED；换而言之：LED被布置成发射蓝光。如本领域技术人员将清楚的那样，本发明并不限于操作方法和在操作中的器件。
应当注意上文提到的实施例为举例说明而不是限制本发明并且本领域技术人员将能够设计许多替代实施例而不脱离所附权利要求书的范围。在权利要求书中，置于括号之间的任何标号不应理解为限制权利要求书。使用动词“包括”及其变体并不排除存在除了权利要求书中所言单元或者步骤之外的单元或者步骤。术语“包括”也包括其中术语“包括”意味着“由……构成”的实施例。先于单元的冠词“一个/一种”并不排除存在多个/多种这样的单元。本发明可以借助包括若干不同单元的硬件并且借助适当编程的计算机来实施。在列举若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干装置可以由同一项硬件体现。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施这仅有的事实并未表示不能有利地使用这些措施的组合。

Claims (11)

1.一种照明器件(10)，包括：
a.发光二极管(20)(LED)，布置成发射LED辐射(21)；
b.散热器(85)；
c.自支撑网格(500)，布置于所述LED(20)下游并且布置成与所述散热器(85)接触，其中所述自支撑网格(500)包括多个网格结构(501)和在所述网格结构(501)之间的多个网格开口(502)，其中全部网格开口(502)的至少部分包围发光材料(51)，由此提供发光材料填充的网格开口(551)，其中所述发光材料(51)被布置成吸收所述LED辐射(21)的至少部分并且发射发光材料辐射(13)，并且其中所述LED(20)和所述发光材料(51)被布置成在所述自支撑网格(500)下游提供预定颜色的光(115)。
2.根据权利要求1所述的照明器件(10)，包括二维自支撑网格(500)。
3.根据权利要求1和2中的任一权利要求所述的照明器件(10)，其中所述网格结构(501)基本上均匀地分布于所述自支撑网格(500)上。
4.根据权利要求1和2中的任一权利要求所述的照明器件(10)，其中所述自支撑网格(500)具有平均网格图案密度(MPD)，所述平均网格图案密度定义为每平方毫米的网格开口(502)的平均数目，其中所述自支撑网格(500)接收的LED辐射(21)的密度不均匀地分布于所述自支撑网格(500)上，并且其中所述自支撑网格(500)被布置成提供比在所述自支撑网格(500)接收相对高强度的LED辐射(21)时所在的高强度位置(L1)处的所述平均网格图案密度(MPD)较大的局部网格图案密度(LPD)，并且布置成提供比在所述自支撑网格(500)接收相对低强度的LED辐射(21)时所在的低强度位置(L2)处的所述平均网格图案密度(MPD)较小的局部网格图案密度(LPD)。
5.根据权利要求1至4中的任一权利要求所述的照明器件(10)，其中所述自支撑网格(500)包括发光材料填充的网格开口(551)和基本上未填充的网格开口(552)的规则图案。
6.根据权利要求1至4中的任一权利要求所述的照明器件(10)，其中基本上所有网格开口(502)为发光材料填充的网格开口(551)。
7.根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)，其中所述网格结构(501)包括热传导率在300K至少为100W·m-1·K-1的材料。
8.根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)，具有在所述LED(20)与所述自支撑网格(500)之间的最短LED-自支撑网格距离(d1)，其中所述最短LED-自支撑网格距离(d1)范围为0-100mm。
9.根据任一前述权利要求所述的照明器件(10)，其中所述照明器件(10)还包括：
d.半透明出射窗(60)，在所述自支撑网格(500)下游布置成透射所述光(115)的至少部分。
10.一种制作根据任一前述权利要求所述的包含发光材料(51)的所述自支撑网格(500)的方法，包括：
a.提供包括所述多个网格结构(501)和在所述网格结构(501)之间的所述多个网格开口(502)的所述自支撑网格(500)；
b.提供具有多个预定筛网开口(602)的筛网(600)，其中所述筛网(600)可布置于所述自支撑网格(500)之上；
c.引导包括发光材料(51)和粘结剂(701)的膏(700)经过所述多个预定筛网开口(602)并且填充预定网格开口(502)；
d.加热具有所述膏(700)填充的预定网格开口(502)的所述自支撑网格(500)，由此提供具有发光材料填充的网格开口(551)的所述自支撑网格(500)。
11.一种包含通过根据权利要求10所述的方法可获得的发光材料(51)的自支撑网格(500)。
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