CN103292252A - 具有模塑磷光体片的白光发射器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有模塑磷光体片的白光发射器及其制造方法。公开一种白光发射器，其中在光学透明的塑料片对之间层叠硅树脂片。硅树脂片缺乏保持它的形状的能力，而三个片在密封在一起时可以保持形状。硅树脂片包括至少一种磷光体，而磷光体浓度在百分之二与百分之十之间。可以通过模塑产生硅树脂片。与通过挤压制造的可比较硅树脂部分比较，模塑的部分可以表现更少的、逐个部分的色温变化、可以以显著更小的批量或者一次性浇铸并且可以允许手工或者用相对简单的混合机器混合硅树脂和磷光体材料。在一些情况下，片在它们的周界密封在一起并且包括在磷光体片周围的空白。在一些情况下，磷光体片包括不同磷光体的混合物。

Description

具有模塑磷光体片的白光发射器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于与至少一个蓝色发光二极管（LED）一起使用的白光发射器。

背景技术

近年来已经目睹白光发射器领域中的显著进步，这些白光发射器包括至少一个蓝色发光二极管照射的磷光体。

配置一些白光发射器使得磷光体或者磷光体层直接接触LED管芯。这样的配置有潜在弊端。例如光子密度可能相对高并且可能使磷光体饱和。此外，LED可以相对热，并且高热量可能随时间使磷光体变暗并且减少器件的效率。

出于这些和其他原因，不同配置已经变得在其中磷光体与LED管芯在物理上分离的特定应用中有利。这一配置称为包括“远程”磷光体。远程磷光体与LED管芯在物理上间隔，从而有利地导致光子密度减少和磷光体的热暴露减少。

一些远程磷光体配置使用通常由包括磷光体的透明（clear）聚丙烯或者聚乙烯制成的挤压塑料预成型品（pre-form）。这些挤压成型品可以被形成为一般方便的形状，诸如灯具的外透镜。然而使用挤压元件有若干缺点。

例如挤压过程给予可能大到不可接受的、逐个部分的色温变化。例如在一些情况下，来自逐个部分的色温变化可能如+/-500K一样大。在这样大的逐个部分的色温变化时，使用这些挤压部分可能需要对部分排序和重新分级（binning）以便满足用于设备的总色温容差，这是不希望的。另一潜在缺点是即使仅需少量材料，挤压过程仍然需要浇铸（run）相对大量的材料。又一潜在缺点是挤压过程可能需要用于合成的相对复杂设备，该设备向塑料基材中混合磷光体。

出于至少这些原因，将希望具有一种从除了挤压之外的过程形成的远程磷光体元件。

发明内容

一个实施例是一种白光发射器。缺乏自我形状保持能力的硅树脂片具有在百分之二与百分之十之间的磷光体浓度。光学透明的塑料片对被层叠于柔性硅树脂片的相反侧上并且接触柔性硅树脂片。白光发送器拥有自我形状保持能力。

另一实施例是一种方法。混合至少一种磷光体与光学级硅树脂材料以形成磷光体硅树脂混合物。在真空室中布置磷光体硅树脂混合物。排空真空室以形成脱气的磷光体硅树脂混合物。在模子的压板（platen）上展开脱气的磷光体硅树脂混合物。在固化炉（curing oven）中布置模子和展开、脱气的磷光体硅树脂混合物。在固化炉中提升模子和展开、脱气的磷光体硅树脂混合物的温度。展开、脱气的磷光体硅树脂混合物在提升的温度形成固化的磷光体硅树脂片。从模子去除固化的磷光体硅树脂片。在光学透明的塑料片之间布置固化的磷光体硅树脂片。从固化的磷光体硅树脂片与在光学透明的塑料片之间去除空气。在空白处向在光学透明的塑料片层叠固化的磷光体硅树脂片。密封固化的磷光体硅树脂片和光学透明的塑料片的横向边缘。

附图说明

这里公开的前述和其他目的、特征和优点将从如在附图中图示的、这里公开的具体实施例的下文描述中变得清楚，在附图中，相同标号贯穿不同视图指代相同部分。附图未必按比例，代之以着重于图示这里公开的原理。

图1是柔性硅树脂片的示意图，该硅树脂片具有在硅树脂基材中嵌入的至少一个磷光体。

图2是白光发射器的侧视图。

图3是图2的白光发射器的横截面图。

图4是使用图2和3的白光发射器的示例灯具的侧视示意图。

具体实施方式

公开一种白光发射器，其中在光学透明的塑料片对之间层叠硅树脂片。硅树脂片缺乏保持它的形状的能力，而三个片在密封在一起时可以保持形状。硅树脂片包括至少一种磷光体，而磷光体浓度在百分之二与百分之十之间。可以通过模塑产生硅树脂片。与通过挤压制造的可比较硅树脂部分比较，模塑的部分可以表现更少的、逐个部分的色温变化、可以以显著更小的批量或者一次性浇铸并且可以允许手工或者用相对简单的混合机器混合硅树脂和磷光体材料。在一些情况下，片在它们的周界密封在一起并且包括在磷光体片周围的空白。在一些情况下，磷光体片包括不同磷光体的混合物。

上述段落仅为下文详细描述的元件和特征中的若干元件和特征的概括并且不应以任何方式解释为限制。

图1是柔性硅树脂片1的示意图，该硅树脂片1具有在硅树脂基材2内嵌入的至少一个磷光体3。在实际器件中，柔性硅树脂片1将被密封于提供支撑的塑料片对内，但是为了清楚而在图1中示出柔性硅树脂片1自身。在图1中示出柔性硅树脂片1为具有矩形外边缘，但是片1可以被模塑成任何适当形状。在一些情况下，柔性硅树脂片1具有在0.1 mm与0.5 mm之间的厚度T。

一般而言，为了实现用于灯具的特定外观，可以在硅树脂片1中使用不同磷光体的组合。磷光体具有不同发射光谱，使得用恰当重量百分比（weight percentage）组合它们可以实现所需输出光谱。一般而言，硅树脂片1内的磷光体含量在百分之二与百分之十之间，其中磷光体含量可以包括一种磷光体或者不同磷光体的组合。换而言之，所有不同磷光体的共计组合重量百分比可以在柔性硅树脂片1的百分之二与百分之十之间。

例如，三种常见磷光体主要在光谱的红色、黄色和绿色部分中发射光。可以用将组合红色、黄色和绿色光的相似方式组合磷光体。日光的典型近似可以使用这三种不同磷光体的组合而用特定重量百分比组合红色、黄色和绿色输出。作为另一例子，可以近似钨灯丝的光的室内光可以使用四种不同磷光体。除了上文描述的红色、黄色和绿色磷光体之外，也可以加入橙色磷光体以近似室内光。

这些所需输出中的每个输出可以称为“白光”。在本文中，“白光”可以包括诸如“冷白色”、“暖白色”等不同色温的范围。

一般而言，这些磷光体商业上可获得，具有已知的公布光谱。通常通过例行实验发现对具体磷光体的选择和对恰当重量百分比的确定以实现所需效果。

在图1中，示出磷光体3为柔性硅树脂片1内固定沉浸的粒子。在图1中标注四个磷光体粒子3a、3b、3c和3d。在一些情况下，四个粒子3a、3b、3c、3d是单个磷光体。在其他情况下，每个粒子3a、3b、3c、3d是两种、三种或者四种不同磷光体之一。

这些商业上可获得的磷光体中的许多磷光体被设计用于吸收通常具有在440 nm与470 nm之间的波长范围的蓝光。在一些情况下，光谱的“蓝色”部分在455 nm与470 nm之间，而光谱的“深蓝”部分在440 nm与455 nm之间。

用于这些磷光体的蓝光由一个或者多个蓝色发光二极管（LED）生成。如下文描述的那样，蓝色LED包括在阵列中并且与柔性硅树脂片1间隔开。从阵列发射的蓝光由柔性硅树脂片1中的磷光体3吸收。响应于吸收的蓝光，柔性硅树脂片1中的磷光体3发射白光。

柔性硅树脂片1太薄、太脆弱或者太软而难以支撑自身。片1缺乏用于支持它自己的形状的能力并且在它自己的重量之下下垂（sag）。在实际器件中，柔性硅树脂片1被安装于两个透明塑料片之间。

图2是包括光学透明的塑料片4和5对的白光发射器10的侧视图，塑料片4和5对层叠在柔性硅树脂片1的相反侧上并且接触柔性硅树脂片1。图3是图2的白光发射器10的横截面图。

作为完整单元，白光发射器10比裸硅树脂片1在结构上更坚固并且确实具有用于支撑它自己的形状的能力。假设相似厚度和横向尺寸，本领域技术人员可以选择塑料片4和5以每个都比裸硅树脂片1更有刚性。与0.5mm厚的硅树脂片1组合，所得合成物相对硬。增加塑料片4和5的厚度将趋向于增加自我形状保持能力而对光学性能的影响最小。假设片4和5的材料是透明的，一旦光经过透明材料传播，有最小损耗。多数光学损耗出现于从表面的反射，该反射独立于硅树脂片1以及塑料片4和5的厚度。在一些情况下，每个塑料片的厚度X在0.1 mm与0.5 mm之间。在一些情况下，塑料片4、5的厚度相同；在其他情况下，厚度不同。在一些情况下，塑料片对具有在柔性硅树脂片1周围的均匀间隔的空白M，其在6 mm与13 mm之间。典型横向尺寸可以约为75 mm，但是横向尺存可以在从数mm到约1 m或者更大的范围中的任何处。应该理解也可以使用其他大小和厚度。

图4是使用图2和3的白光发射器10的示例灯具20的侧视示意图。这一示例中的白光发射器10形成为向包围的发光元件的透镜组件。发射器10的表面发射白色光辉，从而产生与其中半透明（translucent）塑料盖包围荧光管灯的较旧荧光灯具很相似的发光效果。来自那些较旧灯具的半透明塑料盖表现为在合理宽的角度范围中向外发射的亮表面。类似地，发射器10的表面也表现为向合理宽的角度范围中发射的亮表面。

灯具20可以在离开页面的方向上伸长并且可以采取通常在工作台或者办公桌空间上方使用的常见较旧荧光工作灯的大小和形状。在图4中示出为单个蓝色LED 11的蓝色LED的阵列可以位于灯具20以内的空腔的后端。可以布置阵列为灯具20的空腔以内的3乘2 LED矩形，但是可以使用任何适当配置。用于控制LED的电路可以沿着灯具20以内的空腔的相同后端定位。

蓝色LED 11产生引向白光发射器10的蓝色激发光12。白光发射器10中的磷光体粒子吸收蓝色激发光12并且发射磷光体光。灯具20产生的白光13是磷光体光与透射（非吸收）的蓝色激发光12的组合。

以下段落描述用于柔性硅树脂片和用于白光发射器10的示例兴制造过程。将理解也可以使用其他适当制造过程。

首先混合至少一种磷光体与光学级硅树脂材料以形成磷光体硅树脂混合物。基于磷光体光的所需光谱选择并且通常在仿真之后或者通过例行实验选择磷光体混合物。磷光体混合物的浓度水平通常在百分之二与百分之十之间。

接着在真空室中放置磷光体硅树脂混合物并且脱气。室内的真空水平和时间依赖于磷光体硅树脂混合物的体积并且通常通过例行实验来发现。

接着，在模子的压板上展开脱气的磷光体硅树脂混合物。在一些情况下，模子压板自我调平。在填充模子压板时避免产生气泡是有益的。应该在安装模子的顶部（top half）之前驱除（dislodge）任何明显气泡。

接着在提升的温度在固化炉中固化展开、脱气的磷光体硅树脂混合物。固化温度和固化时间通常由硅树脂制造商规定并且可以通过例行实验按照需要来变更。

在固化之后，从炉去除模子并且将该模子留在外面以冷却至室温。然后分解模子两半并且从模子去除固化的硅树脂磷光体片。

在两个光学透明的塑料片4、5之间放置固化的硅树脂磷光体片1。片4、5的塑料类型和厚度依赖于器件被用于的特定应用。在一个特定应用中，光学上透明的塑料片4、5具有在硅树脂磷光体片1周围的6 mm至13 mm均匀间隔的空白。可以用于透明塑料片4、5的一些示例材料包括聚碳酸酯、PMMA（丙烯酸树脂）、聚苯乙烯和COC（环烯烃共聚物）。应该理解不同透明塑料材料可以用于塑料片4和5。

然后在真空室中将三片组件于空白处层叠在一起以去除在片之间的空气并且密封边缘。可以形成密封的三片组件为平坦或者平面预成型品或者可以形成为成形的预成型品，诸如图4中的侧视图中所示的盖。

除非另有明示，使用词语“基本上”和“基本上地”可以解释为包括精确关系、条件、布置、定向和/或其他特性以及它们的如本领域普通技术人员理解的衍生，以到这样的衍生未在本质上影响公开的方法和系统的程度。

贯穿本公开内容的全文，使用冠词“一个”或“一种”以修饰名词除非另有明示则可以理解为为了方便而使用并且包括一个或不止一个所修饰的名词。

通过附图描述和/或以别的方式描绘成与别的某些元件、部件、模块和/或其部分通信、关联和/或以别的某些元件、部件、模块和/或其部分为基础的元件、部件、模块和/或其部分除非另有规定则可以理解为以直接和/或间接方式这样通信、关联和/或基于。

虽然已经相对于方法和系统的具体实施例描述了它们，但是它们不限于此。显然，许多修改和变化可以按照上文教导而变得清楚。本领域技术人可以进行这里描述和图示的部分的在细节、材料和布置上的许多附加改变。

部分列表

1光发射器

2硅树脂基材

3磷光体

3a，3b，3c，3d磷光体粒子

4塑料片

10白光发射器

11蓝色LED

12蓝色激发光

13白光

Claims (15)

1. 一种白光发射器，包括：

硅树脂片，其缺乏自我形状保持能力并且具有在百分之二与百分之十之间的磷光体浓度；以及

光学透明的塑料片对，其层叠于柔性硅树脂片的相反侧上并且接触所述柔性硅树脂片。

2. 根据权利要求1所述的白光发射器，其中所述柔性硅树脂片具有在0.1 mm与0.5 mm之间的厚度。

3. 根据权利要求1所述的白光发射器，其中每个光学透明的塑料片具有在0.1 mm与0.5 mm之间的厚度。

4. 根据权利要求1所述的白光发射器，其中所述柔性硅树脂片包括单种磷光体。

5. 根据权利要求1所述的白光发射器，其中所述柔性硅树脂片包括两种不同磷光体。

6. 根据权利要求1所述的白光发射器，其中所述柔性硅树脂片包括三种不同磷光体。

7. 根据权利要求1所述的白光发射器，其中所述柔性硅树脂片包括四种不同磷光体。

8. 根据权利要求1所述的白光发射器，其中所述光学透明的塑料片对具有在所述柔性硅树脂片周围的在6 mm与13 mm之间的均匀间隔的空白。

9. 根据权利要求1所述的白光发射器，

还包括从所述柔性硅树脂片间隔开的蓝色发光二极管的阵列；

其中从所述阵列发射的蓝光由所述柔性硅树脂片中的所述磷光体吸收；并且

其中响应于吸收的蓝光所述柔性硅树脂片中的所述磷光体发射白光。

10. 一种方法，包括：

混合至少一种磷光体与光学级硅树脂材料以形成磷光体硅树脂混合物；

在真空室中布置所述磷光体硅树脂混合物；

排空所述真空室以形成脱气的磷光体硅树脂混合物；

在模子的压板上展开所述脱气的磷光体硅树脂混合物；

在固化炉中布置所述模子和所述展开、脱气的磷光体硅树脂混合物；

在所述固化炉中提升所述模子和所述展开、脱气的磷光体硅树脂混合物的温度，其中所述展开、脱气的磷光体硅树脂混合物在提升的温度处形成固化的磷光体硅树脂片；

从所述模子去除固化的磷光体硅树脂片；

在光学透明的塑料片之间布置所述固化的磷光体硅树脂片；

从所述固化的磷光体硅树脂片与所述光学透明的塑料片之间去除空气；

在所述空白处向所述光学透明的塑料片层叠所述固化的磷光体硅树脂片；并且

密封所述固化的磷光体硅树脂片和所述光学透明的塑料片的横向边缘。

11. 根据权利要求10所述的方法，其中所述光学透明的塑料片在结构上支撑所述固化的磷光体硅树脂片。

12. 根据权利要求10所述的方法，其中所述光学透明的塑料片具有在所述固化的磷光体硅树脂片周围的空白。

13. 根据权利要求10所述的方法，还包括：

在离开蓝色发光二极管的阵列的位置布置所述固化的磷光体硅树脂片，其中所述固化的磷光体硅树脂片吸收所述蓝色发光二极管的阵列发射的蓝光并且发射白光。

14. 根据权利要求10所述的方法，还包括：

在预定距离处与光源互相对准地布置密封、固化的磷光体硅树脂片；

其中所述密封、固化的磷光体硅树脂片在所述预定距离处支撑自身。

15. 根据权利要求10所述的方法，其中所述至少一种磷光体具有在所述磷光体硅树脂混合物中的百分之二与百分之十之间的浓度。

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