CN108029194A - 在密封的充气led灯中延迟氧耗尽的阻挡层 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种包括(a)照明设备(100)、(b)支撑件(200)和(c)封罩(300)的照明单元(10),其中:‑照明设备(100)被配置为提供照明设备光(101);其中照明设备(100)包括光源(110);‑支撑件(200)被配置为支撑光源(110);其中支撑件(200)包括层的层压件,其中层的层压件包括导电的第一层、不导电的第二层、和第三层,其中第一层包括铜,其中第二层包括基于环氧的材料,并且其中第三层包括氧阻挡材料;‑封罩(300)被配置为提供包围支撑件(200)的至少一部分和光源(110)的密封空间(310);其中封罩(300)包括对照明设备光(101)可透射的封罩部分(320),并且其中密封空间(310)包括填充气体(330),填充气体(330)包括导热气体,其中填充气体(330)至少包括氧气(O2)。
Description
技术领域
本发明涉及一种照明单元。本发明还涉及用于在这种照明单元中使用的光源和支撑件的组件。本发明还涉及一种用于产生这种组件的方法。本发明还涉及一种用于产生照明单元的方法。
背景技术
本领域中已知具有LED和填充气体的照明灯泡。例如,WO2013154932描述了在密封环境中,在贫氧环境中操作LED可能引起LED退化。这种退化的一个结果是硅氧烷的褐变,硅氧烷可以用作用于LED芯片的密封剂。根据WO2013154932,认为硅氧烷的褐变可以由以下的组合引起:LED在其中操作(贫氧)的环境、LED组件中的诸如有机物的污染物或包围件中的其它成分、来自LED的光能和/或由LED产生的热能的通量密度。根据WO2013154932,尽管退化的确切原因未知,但是WO2013154932提出可以通过降低或消除污染物和/或通过在含氧环境中操作LED来防止或逆转不利影响。在含氧环境中操作的LED不会展现出退化,并且由于缺少氧而发生的LED退化可以通过在含氧环境中操作LED来逆转。包围件中所使用的氧气的量可以与污染物的存在或不存在有关,使得在含有少量污染物的环境中需要较少的氧气,并且在含有较高水平污染物的环境中可能需要较高水平的氧气。在WO2013154932的一些实施例中,不需要氧气,使得气体可以仅包含诸如H2和/或He的高效热气体。在具有低水平污染物的环境中,氧气可以构成包围件中总气体的约5%、4%或更少的体积,诸如约1%。氧气可以构成小于包围件中总气体的约50%的体积。在WO2013154932的一些实施例中,氧气可以构成小于包围件中总气体的约40%的体积或小于包围件中总气体的约25%的体积。
发明内容
当使用标准单面铜(SSC)“覆铜层压件”(CCL)作为印刷电路板(PCB)材料时,被填充有用于冷却的氦气(和氧气)的密闭地密封的LED灯泡显现为受到热氧化的影响。
例如,当所有氧气(O2)已被消耗时,似乎通过含有磷光体的硅氧烷(LED裸片上方)的变暗而发生快速光损失。因此需要提供相对较高量的O2以防止快速的流明输出损失。然而,附加的O2的供应负面地影响了充气灯的热阻(Rth)。
因此,本发明的一个方面是提供一种替代性照明单元,该照明单元优选地进一步至少部分地消除上述缺陷中的一个或多个。特别地,本发明的一个方面是提供具有至少10,000小时寿命的照明单元。本发明的又一方面是提供用于替代性照明单元或其基本元件的产生过程。
已经发现,考虑到寿命,一些O2可能是期望的,但是也发现O2含量可以相对于商业可获得的照明单元大幅降低,商业可获得的照明单元可以包含以体积计约20%或更多的O2。
发明人惊讶地发现,通过向CCL的非功能面引入阻挡层(例如铜)可以降低满足寿命要求所需的O2水平。在不期望受理论束缚的情况下,似乎含有环氧的复合材料的热氧化可以被延迟和/或减少。目前提出的解决方案可以包括更复杂的生产工艺,并且可能比现有技术的解决方案昂贵,但是令人惊讶地显现出针对照明单元的寿命改善的相关有益因素。例如,使用“双面铜”(DSC)CCL大大降低CCL中有机复合材料(环氧)的氧化率,实现更长的寿命,允许较低的O2含量,并且从而提高热阻。
因此,在第一方面中,本发明提供了一种照明单元(在本文中也被指示为“单元”或“灯”),该照明单元包括(a)照明设备、(b)支撑件、和(c)封罩(也可以被指示为“包围件”),其中:
-照明设备被配置为提供照明设备光;其中照明设备包括光源(被配置为提供光源光);
-支撑件被配置为支撑光源;其中支撑件包括层的层压件,其中层的层压件包括导电的第一层、不导电的第二层、和第三层,其中第一层特别地包括铜,其中第二层特别地包括基于酚醛的材料和基于环氧的材料中的一个或多个,特别是基于环氧的材料,并且其中第三层特别地包括氧阻挡材料;
-封罩被配置为提供包围支撑件的至少一部分和光源的密封空间;其中封罩包括对照明设备光可透射的封罩部分,并且其中密封空间包括填充气体,该填充气体包括导热气体,其中填充气体(除了导热气体之外)至少包括氧气(O2)。
这样的照明单元显现出在较少O2的情况下具有较长的寿命。利用本发明,光源的温度也可以增加得更少,因为由于减少的氧含量,导热气体可以具有更好的热传导。因此,总体光源功率可以减小,同时与具有较高氧含量的商业可获得的其他解决方案相比,仍然具有基本上相同的输出。以这种方式,照明单元可以增加效率(在期望的功率的情况下),并且还可以增加寿命。这种增加的至少一部分也可以用成本降低来交换。
照明单元可以包括比本文描述的元件更多的元件,诸如另外的光学元件,包括滤光器、电子设备、镇流器、控件等。然而,这样的元件是本领域技术人员已知的,并且不需要另外的特别关注。下文更详细地讨论照明单元。
照明单元包括照明设备、支撑件和封罩。
照明设备被特别配置为提供照明设备光。照明设备可以被配置为提供白光或提供有色光。因此,基本上是在封罩(参见下文)的透射部分下游的照明设备光的照明单元光是白光或有色光。然而,如上所指示,不排除使用诸如滤光器的另外的光学元件。因此,透光部分可以可选地具有滤光器功能和/或滤光器可以可选地被配置在透光部分的下游。
术语“上游”和“下游”涉及项或特征相对于来自光生成装置(这里特别地是光源)的光传播的布置,其中相对于在来自光生成装置的光束内的第一位置,光束中更靠近光生成装置的第二位置是“上游”,并且光束内更远离光生成装置的第三位置是“下游”。
然而,特别地,照明单元光可以是白光。因此,在一个具体实施例中,照明单元被配置为(在照明单元的操作期间)提供白光。然而,特别地,当应用多个照明设备和/或多个光源(也参见下文)时,照明单元还可以被配置为提供具有可变色点和/或可变色温的照明单元光。可选地集成在照明单元中的控制单元可以被配置为控制色点和/或色温。因此,术语“照明设备”在实施例中也可以指代多个不同的照明设备。
照明设备包括光源。在一个具体实施例中,光源包括固态LED光源(诸如LED或激光二极管)。特别地,光源包括固态光源,该固态光源基于以下中的一个或多个:磷化镓(III)(GaP)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、磷化铝镓(AlGaP)、氮化铟镓(InGaN)/氮化镓(III)(GaN)、氮化铟镓(InGaN)、碳化硅(SiC)、氮化硼、氮化铝(AlN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝镓铟(AlGaInN)等等。光源还可以包括有机LED(OLED)。
光源被配置为提供光源光。术语“光源”还可以涉及多个光源,诸如2个-512个、诸如2个-20个(固态)LED光源。因此,术语LED也可以指代多个LED。
在一些具体实施例中,照明设备还包括光转换器,光转换器被配置为将光源光的至少一部分转换成光转换器光,其中照明设备光包括上述光转换器光的至少一部分,并且可选地包括上述光源光的一部分。如上文所指示,在一些实施例中,照明单元光因此可以包括上述光转换器光的至少一部分并且可选地包括上述光源光的一部分(即,未转换的光)。在这样的实施例中,光源可以被配置为提供UV辐射和/或蓝光。可选地,光源可以被配置为提供绿光或黄光。也可以应用不同类型光源的组合(提供具有基本上不同的主波长的光源光)。转换器元件和光源被配置为提供至少光转换器光。光源激发由光转换器包含的发光材料,其将激发光的至少一部分转换成发光(光转换器光)。因此,光转换器、特别是由光转换器包含的发光材料与光源辐射耦合。
术语“辐射耦合”特别地意味着光源和光转换器(发光材料)彼此相关联,使得由光源发射的辐射的至少一部分由光转换器(发光材料)接收(并且至少部分地由光转换器(发光材料)转换成发光)。照明设备可以被配置为提供白色照明设备光和/或有色照明设备光。
在其中应用多个光源的实施例中,每个单个光源可以与专用光转换器辐射耦合。在其他的一些实施例中,多个光源各自对准(address)单个“共享”光转换器。在其他的又一些实施例中,多个光源包括两个或更多个子集,其中每个光源子集分别对准专用光转换器。当然,对于这些实施例中的任何一个,多个不同照明设备的应用也是可能的。
关于上文所指示的光转换器,本发明还提供了其中光转换器包括聚合物材料和发光材料、并且其中聚合物材料特别地包括聚硅氧烷材料的实施例。
特别地,发光材料可以嵌入聚合物材料中。术语“嵌入”可以例如指示发光材料是分子分散的,诸如在有机发光材料的情况下。术语“嵌入”也可以指代颗粒在(固体)聚合物中的分散。因此,聚合物材料可以被配置为主体材料。发光材料可以包括无机发光材料和/或有机发光材料。无机发光材料可以包括量子点颗粒。
聚硅氧烷是硅氧烷基团的聚合物。聚硅氧烷特别地在20℃是固体,并且在最大操作功率下也是固体。光转换器可以在照明单元的最大操作功率下达到约100℃-140℃范围内的温度。
光源特别地包括发光表面。转换器在一些实施例中可以被配置为远离一个或多个光源,但是在一些实施例中也可以被配置为与发光表面相邻。特别地,在一些实施例中,光转换器被配置为与发光表面物理接触。
因此,在一些实施例中,光源包括固态光源,其中光源包括发光表面,并且其中光转换器被配置为与发光表面物理接触。转换器可以例如被配置为圆顶或层。例如,层或圆顶可以被配置在光源的发光表面上。
令人惊讶的是,在存在氧的情况下基于环氧的支撑件和硅氧烷的组合导致寿命降低。因此,替代常规的“单面铜”(SSC)“覆铜层压件”(CCL),应用改性的层压件。
环氧层压件在本领域中是已知的,并且可以用作印刷电路板(PCB)或用于印刷电路板(PCB)。因此,在本文中应用环氧层压件。单面层压件通常包括基于环氧的多个不导电层,并且在不导电层的堆叠的一面处层堆有导电层。术语“基于环氧”、“环氧”和类似术语指代包括环氧树脂的固化最终产物的材料。例如,环氧浸渍的玻璃织物层(玻璃布)可以用作第二层。特别地,也被称为聚环氧化物的环氧树脂是包含环氧基团的一类反应性预聚物和聚合物。环氧树脂可以通过均聚(homopolymerisation)与自身反应(交联),或者与包括多官能胺、酸(和酸酐)、酚、醇和硫醇的多种共反应物反应。
在一些实施例中,第二层包括层的堆叠。基于环氧的材料在第二层中例如可达到以重量计30%-70%的量。如玻璃纤维或玻璃纤维布的玻璃材料在第二层中可达到以重量计30%-70w%的量。
代替第二层中的玻璃材料或除第二层中的玻璃材料之外,还可以应用(纤维素)纸。
除了环氧树脂之外或作为环氧树脂的备选,在本文中(也)可以使用酚醛树脂。因此,在其他的一些实施例和方面中,支撑件可以是基于环氧和/或基于酚醛的支撑件,其中支撑件因此包括环氧树脂和酚醛树脂中的一个或多个。因此,第二层可以包括环氧树脂和酚醛树脂中的一个或多个,并且可选地包括玻璃材料或纸中的一个或多个。苯酚甲醛树脂(PF)或“酚醛树脂”是通过苯酚或取代苯酚与甲醛的反应而获得的合成聚合物。因此,在一些实施例中,第二层特别地包括基于酚醛的材料和基于环氧的材料中的一个或多个。
因此,本发明提供了替代的支撑件。支撑件被配置为支撑光源(或多个光源)。因此,在一些实施例中,照明单元包括多个光源,并且支撑件被配置为支撑上述多个光源。术语“支撑件”在一些实施例中也可以指代多个支撑件。因此,照明单元在一些实施例中可以包括多个支撑件(并且因此也包括多个光源(通常还有多个照明设备))。
特别地,支撑件包括层的层压件,其中层的层压件包括导电的第一层、不导电的第二层、和第三层,其中第一层特别地包括铜,其中第二层特别地包括基于环氧的材料,并且其中第三层特别地包括氧阻挡材料。所显现出的是,第三层特别地具有对寿命的有益效果。氧层可以特别地包括防止氧从封罩迁移到第二层的任何层。似乎环氧化合物的氧化导致诱发或增强用于其光学性质的聚合物材料(诸如聚硅氧烷)的褐变的产物生成。
替代铜或除铜之外,第一层(还)可以包括诸如例如铝的另一导电材料。因此,在一些实施例和方面中,导电的第一层可以包括铜和铝中的一个或多个。然而,也可以应用其他导电材料。第一层特别地是结构化的(textured),其中导电层包括导电轨道和轨道之间的不导电部分(例如,在没有提供导电材料或已经诸如通过蚀刻而去除导电材料的情况下)。
在一些具体实施例中,光源被配置为提供光源光,并且照明设备还包括光转换器,该光转换器被配置为将光源光的至少一部分转换成光转换器光,其中照明设备光包括上述光转换器光的至少一部分并且可选地包括上述光源光的一部分,其中光转换器包括聚合物材料和发光材料,其中聚合物材料包括聚硅氧烷材料,并且其中封罩部分包括玻璃。
光源和支撑件的组合在本文中也被指示为组件(进一步参见下文)。
如上文所指示,照明单元还包括封罩。封罩被配置为提供包围光源和支撑件的至少一部分的密封空间。因此,支撑件可以完全由封罩包围,但也可以部分地由封罩包围。特别地,整个层压件由封罩包围。支撑件可以包括不同的部分,包括:层压件、以及可选的例如气体芯柱(stem)(用于向由封罩形成的包围件提供气体或从其中去除气体)。
封罩包括对照明设备光可透射的封罩部分。封罩部分也可以被指示为光出射窗口。封罩部分可以包括透光材料,诸如透光聚合物材料(如PMMA)或陶瓷材料。因此,封罩部分特别地是聚合材料。然而,在另一实施例中,封罩部分(材料)可以包括无机材料。优选的无机材料从由玻璃、(熔融)石英、透光陶瓷材料等组成的组中选择。也可以应用诸如聚硅氧烷的包括无机和有机部分的混合材料。特别优选的是PMMA、透明PC或玻璃(作为用于窗口的材料)。甚至更特别地,对照明设备光可透射的封罩部分包括玻璃。在又一具体实施例中,基本上整个封罩可以包括诸如玻璃的透光材料。因此,在一个实施例中,封罩基本上由玻璃组成。封罩(部分)对照明设备光可透射。然而,在一些具体实施例中,(基本上)(整个)封罩对于照明设备光是基本透明的。在其他的一些实施例中,封罩(部分)是半透明的(对于照明设备光)。在一些实施例中,整个封罩是透光的。
封罩(与其他元件一起,在一些实施例中诸如支撑件的一部分)提供密封空间。除此之外,可以利用诸如金属陶瓷、粘合剂、胶水、焊料等的密封物将封罩密封到支撑件的一部分。特别地,密封空间包括填充气体,该填充气体包括导热气体,其中填充气体至少包括氧气(O2)。在没有氧气的情况下,光源、特别是固态光源、特别是如上文所述的固态光源具有比期望的寿命短的寿命。如果氧气过多,可能出现其他问题(参见上文)。填充气体特别地包括Ar、He、Ne、H2、N2、CO和CO2中的一个或多个。可选地,填充气体包括空气。然而,特别地,填充气体至少包括氦气(He)或H2,因为这些气体具有最高的热导率。甚至更特别的是,填充物基本上包括He和O2。特别地,填充气体还包括He,并且其中填充气体包括以体积计0.5%-18%的氧气(O2),甚至更特别地以体积计5%-12%的氧气(O2),还甚至更特别地以体积计不多于10%的氧气(O2)。特别地,填充气体基本上包括He和O2,并且基本上不包括其他组分。
由于包括氧阻挡材料的第三层,照明单元的寿命得以进一步增加。在一些实施例中,氧阻挡材料包括金属、金属氧化物和金属氮化物中的一个或多个。在又一些实施例中,氧阻挡材料包括铜。在其他的一些实施例中,氧阻挡材料包括氧化铝、二氧化硅、氮化铝(AlNx)和氮化硅(SiNx)中的一个或多个。特别地,第三层不具有导电功能和/或不具有导热功能,然而可选地也可以使用这些功能中的一个或多个(如果适用的话)。
在又一实施例中,照明单元还可以包括被配置为控制提供给一个或多个(固态)光源的功率的控制系统。备选地或附加地,控制系统可以在照明系统的外部。可选地,控制系统可以包括多个元件,其中的一些元件可以由照明系统包含,而其他的元件可以在照明系统的外部(诸如远程用户接口,还参见下文)。可选地,功率也可以被包括在照明单元中,诸如在某些手持式闪光灯的情况下。照明单元例如可以集成在(包括多个照明单元的)照明系统中并且可选地包括除了本文描述的之外的其他类型的照明单元。在又一具体实施例中,控制系统被配置为根据用户接口的输入信号来控制提供给一个或多个(固态)光源的功率。该用户接口可以被集成在照明单元中,但也可以远离照明单元。因此,用户接口可以在一些实施例中被集成在照明单元中,但是可以在其他的一些实施例中与照明单元分开。用户接口例如可以是图形用户界面。此外,用户接口可以由用于智能手机或其他类型安卓设备的应用程序提供。因此,本发明还提供了一种可选地在记录载体(存储介质)上实现的计算机程序产品,当在计算机上运行时,该计算机程序产品执行如本文描述的方法(参见下文)和/或可以(根据提供给一个或多个(固态)光源的功率)控制如本文所描述的照明单元(的照明单元光的色温)。备选地或附加地,控制系统被配置为根据传感器信号和定时器中的一个或多个来控制提供给一个或多个(固态)光源的功率。为此,例如可以使用计时器和/或传感器。例如,计时器可以用于在预定时间之后关断。此外,例如,传感器可以是被配置为感测运动的运动传感器,其中控制系统被配置为当运动传感器感测到运动或例如存在人时,接通照明单元。当照明单元包括多个光源时,控制系统或控制单元尤其可以是相关的。
光源(或照明设备)和支撑件的(功能)组合在本文中还被指示为组件。在又一方面中,本发明还提供了光源和支撑件的这种组件,其中特别地:(a)光源被配置为提供光源光;并且(b)支撑件被配置为支撑光源;其中支撑件包括层的层压件,其中层的层压件包括导电的第一层、不导电的第二层、和第三层,其中第一层包括铜,其中第二层包括基于环氧的材料,并且其中第三层包括氧阻挡材料。
进一步参考关于光源、照明设备、支撑件、支撑件层等的上文(和下文)描述的实施例。
在一些具体实施例中,组件包括照明设备,其中照明设备被配置为提供照明设备光;其中照明设备包括上述光源,其中照明设备还包括光转换器,该光转换器被配置为将光源光的至少一部分转换成光转换器光,其中照明设备光包括上述光转换器光的至少一部分并且可选地包括上述光源光的至少一部分,其中光源特别地包括固态光源,其中光源包括发光表面,其中光转换器在一些具体实施例中被配置为与发光表面物理接触;并且其中组件包括多个上述光源,其中支撑件被配置为支撑上述多个光源。如上文所指示的,在一些实施例中,第二层包括层的堆叠(特别地,其中每个层是基于环氧的(和/或基于酚醛的))。
此外,如上文所指示的,在一些具体实施例中,氧阻挡材料包括铜、氧化铝、二氧化硅、氮化铝和氮化硅中的一个或多个。
在又一方面中,本发明还提供了一种用于提供诸如本文所限定的组件的方法,其中方法包括:(a)提供支撑件,其中支撑件包括层的层压件,其中层的层压件包括导电的第一层、不导电的第二层、和第三层,其中第一层包括铜,其中第二层包括基于环氧的材料(和/或基于酚醛的材料),并且其中第三层包括氧阻挡材料;以及(b)将光源功能地连接到支撑件,将多个上述光源功能地连接到支撑件。
特别地,光源功能地耦合到第一层。第一层可以包括导电材料的轨道。备选地,第一层可以包括不导电材料的空腔。例如,通过蚀刻,第一层可以是这样的结构,使得导电材料提供用于为光源供电的导电轨道。光源因此特别地与由第一层包含的这种导电轨道功能地耦合。
可以如此来提供具有层压件的支撑件。因此,本发明还提供了可通过本文所描述的用于提供组件的方法获得的组件。
在其他的又一些实施例中,还可以提供不具有第三层的层压件(即支撑件前体)。在这样的实施例中,方法还可以包括将第三层提供给层压件(或此处为支撑件前体)。因此,在一些实施例中,方法可以包括:(i)提供支撑件前体,其中支撑件前体包括层的层压件,其中层的层压件包括导电的第一层和不导电的第二层;其中第一层特别地包括铜,并且其中第二层特别地包括基于环氧的材料(和/或基于酚醛的材料);以及(ii)在处理阶段中将第三层提供给第二层以提供上述支撑件,其中第三层包括氧阻挡材料,其中在一些具体实施例中,处理阶段包括以下中的一个或多个:(a)使用第二层作为用于第三层的粘合层,(b)将第三层前体溅射到第二层以提供上述第三层(通过第三层前体转化为第三层),和(c)将第三层前体ALD涂覆到第二层以提供上述第三层(通过第三层前体转化为第三层)。由此提供了组件。原子层沉积(ALD)和溅射是本领域已知的方法。
支撑件可以包括支撑件边缘,特别地至少两个支撑件边缘,诸如四个支撑件边缘。可选地,这些边缘可以被提供有包括氧阻挡材料(不一定与由第三层包含的氧阻挡材料相同)的涂覆层。因此,在一些实施例中,支撑件包括支撑件边缘,其中方法还包括利用包括氧阻挡材料的涂覆层来涂覆支撑件边缘。特别地,(涂覆层的)氧阻挡材料包括铜、氧化铝、二氧化硅、氮化铝和氮化硅中的一个或多个。特别地,在这种涂覆的边缘的情况下,填充气体可以包括以体积计0.5%-10%的氧(O2),甚至更特别地以体积计0.5%-5%的氧(O2),甚至更特别地以体积计不多于2%的氧(O2)。此外,如上文所指示的,填充气体可以特别地包括He。
此外,支撑件可以基本上具有在支撑件的平面内(在层压件层的平面内)的平坦横截面平面。然而,特别地,支撑件可以是弯曲的或有小面的(facetted)。这可以允许在多个相对的方向上生成光源光。因此,方法还可以包括将支撑件成形为有小面或弯曲的支撑件。例如,有小面或弯曲的支撑件可以具有如下的横截面平面(垂直于与层压件平行的平面),该横截面平面具有从圆形、椭圆形、(等边)三角形、正方形、矩形、正五边形、正六边形、正七边形、正八边形或具有三边或更多边的其他多边形中选择的形状。
在又一方面中,本发明还提供了一种用于产生特别是本文描述的照明单元的方法。因此,本发明提供了一种用于产生特别是本文描述的照明单元的方法,其中方法包括:(a)提供被配置为提供照明设备光的照明设备;其中照明设备包括光源;(b)提供支撑件;其中支撑件包括层的层压件,其中层的层压件包含导电的第一层、不导电的第二层、和第三层,其中第一层特别地包括铜,其中第二层特别地包括基于环氧的材料(和/或基于酚醛的材料),并且其中第三层特别地包括氧阻挡材料;(c)提供封罩,封罩包括对照明设备光可透射的封罩部分;(d)提供包括导热气体的填充气体,其中填充气体至少包括氧气(O2);以及(e)将光源功能地连接到支撑件,利用封罩将支撑件的至少一部分和光源包围,以提供包围支撑件的至少一部分和光源的密封空间,其中密封空间包括上述填充气体。因此,本发明还提供了可通过本文描述的用于提供照明单元的方法获得的照明单元。
照明设备可以是以下项的一部分或者可以被应用在以下项中,例如:办公室照明系统、家庭应用系统、商店照明系统、家用照明系统、重点照明系统、聚光照明系统、剧院照明系统、光纤应用系统、投影系统、自点亮显示系统、像素化显示系统、分段显示系统、警示标志系统、医疗照明应用系统、指示器标志系统、装饰性照明系统、便携式系统、汽车应用、温室照明系统、园艺照明或LCD背光。
如上所指示的,照明单元可以用作LCD显示设备中的背光单元。因此,本发明还提供了一种LCD显示设备,该LCD显示设备包括被配置为背光单元的如本文所限定的照明单元。本发明在另一方面中还提供一种液晶显示设备,该液晶显示设备包括背光单元,其中背光单元包括如本文所限定的一个或多个照明设备。
附图说明
现在将仅通过示例的方式、参考所附的示意图来描述本发明的实施例,在示意图中对应的附图标记指示对应的部分,并且在附图中:
图1a至图1b示意性地描绘了使用可以填充有He和O2的常规玻璃灯泡的照明单元/低成本LED灯泡的设计;
图2a至图2d示意性地描绘了与支撑件有关的一些方面;
图3描绘了对于He:O2填充的60W LED灯泡,对于基于单面铜(红色方块)和双面铜(蓝色菱形)的PCB,根据O2浓度(以总气体含量的体积百分比为单位)而变化的寿命(khr.);以及
图4a至图4f示意性地描绘了一些另外的方面。
示意图不一定按比例。
具体实施方式
图1a至图1b示意性地描绘了使用可以填充有He和O2的常规玻璃灯泡的照明单元/低成本LED灯泡的设计。
图1a示意性地描绘了如何组装照明单元的一个实施例,在此假设用附图标记20指示的组件是可获得的。图1a示意性地描绘了照明单元10的组件,该照明单元10包括照明设备100、支撑件200和封罩300。照明设备100被配置为提供照明设备光(未示出)。照明设备100包括光源110。支撑件200被配置为支撑光源110。支撑件200与功能地耦合的光源110一起在本文也被指示为组件20。封罩300提供密封空间310,该密封空间310包围支撑件200的至少一部分和光源110。封罩300包括对照明设备光101可透射的封罩部分320。例如,封罩300是玻璃封罩。密封空间310包括填充气体330(参见图1b),该填充气体330包括导热气体;在图1a中,附图标记330和箭头指示填充气体在组装期间或者在组装的大部分之后但在气体芯柱(参见元件510)封闭之前被引入到封罩300中。特别地,填充气体330至少包括氧O2。附图标记510指示包括这种气体芯柱和布线的元件。气体芯柱在组装期间用于控制封罩中的气体氛围。在基本上创建合适的气体氛围(特别是氧和氦气)之后,芯柱诸如通过熔化或密封被封闭。以这种方式,提供密封空间310。
O2浓度影响气体混合物的热导率。在20%的O2下,He:O2混合物的热导率约为130mW/mK,在STP(标准温度和压力)下,对于90:10的He:O2混合物,热导率为143mW/mK,对于95:5的He:O2混合物,热导率为150mW/mK。因此,降低O2含量可以改善热导率,并且从而降低LED灯的热阻。较低的热阻然后实现较高的灯效率并且因此例如通过使用较低的LED数量而实现降低成本。包围件中总气体中的氧体积从20%减少到10%或从10%减少到5%将意味着显著的成本降低。然而,利用目前的标准支撑件材料,O2含量耗尽得太快,因此不允许较低的O2含量。
附图标记520指示包括诸如驱动器的电子设备的元件。附图标记530指示帽,其可以例如包括用附图标记531指示的塑料环、例如用附图标记532指示的E27帽(侧面接触)和用附图标记533指示的焊接部(中心接触件)。接触件被配置用于为照明单元供电的电接触。
图1b示意性地描绘了照明单元的另一实施例。这里,应用了不同形状的支撑件200。
照明设备100被配置为提供照明设备光101(参见图1b)。该光将至少部分地透射通过可透射的封罩部分320(在此实际上整个封罩300可以是可透射的,如例如可以应用玻璃封罩),以提供照明单元光11。这特别地可以是白光。
图2a-图2d示意性地描绘了复合物横截面,示出了如下结构:(a)作为单面覆铜层压件的第一实施例;(b)第二实施例,与图2a相同,但此时作为双面覆铜层压件;(c)第三实施例,作为单面覆铜层压件与图2a的第一实施例不同;和(d)第四实施例,与图2c相同,但此时作为双面覆铜层压件。在附图中,层211和层213指示铜层,层212指示环氧浸渍的玻璃织物(玻璃布)的织物层,而附加的点线层指示包含无规玻璃材料(玻璃毡)的环氧浸渍层。例如,参照图2c和图2d,第二层的层压件2120的顶层和底层可以夹持包括环氧浸渍的玻璃织物(玻璃布)的一个或多个织物层的层。铜箔在所有情况下均通过环氧树脂直接附接到浸渍层。层数取决于所需的厚度。支撑件200(图2b/2d)包括层210的层压件205。层210的层压件205包括导电的第一层211、不导电的第二层212、和第三层213。第一层211包括例如铜2111;第二层212包括例如基于环氧的材料2121;并且第三层213包括氧阻挡材料2131,在此作为示例也是铜层。注意,第二层212包括层2120的堆叠或层压。第二层212可以包括比图2a至图2d中示意性描绘的更多或更少的层。因为图2a和图2c(还)没有示出第三层213,因此这些层压件或堆叠也被指示为支撑件前体1200。
发明人已经观察到,在填充有O2和氦气的LED灯泡中,在操作期间O2含量减少。他们发现,当使用例如那些具有环氧玻璃复合物材料的标准的单面“覆铜层压件”(CCL)时,在操作条件下的O2消耗是由支撑件材料(环氧)主导的。令人惊讶的是,LED封装、焊剂和焊接掩模看起来对整体O2消耗率的贡献成明显较低的水平。他们还发现,与没有或更少地被这样的铜层覆盖的样品相比,(部分地)屏蔽O2通过粘合剂到(35μm)厚的铜层的PCB支撑件样品的O2消耗率大大降低。对于没有氧阻挡层且一个面上覆盖有铜的支撑件(SSC)和没有氧阻挡层的支撑件(支撑件包括两个面上的铜(DSC)),氧消耗速率在120℃测试250小时。看起来在后者的示例中,铜用作防止(强烈延迟)环氧热氧化的阻挡层。
使用所谓的“双面铜”(DSC)来代替标准的“单面铜”(SSC)CCL,大大降低有机CCL材料(环氧)的氧化率,实现更长的寿命,允许较低的O2含量,并且从而显著提高Rth。
图3给出了一个实施例。对于具有由SSC CCL组成的光引擎的60W当量LED灯,需要总气体含量的体积的14.4%O2来达到在25℃环境温度下的10khr(10,000小时)的寿命。对于由DSC CCL构成的光引擎,作为低得多的O2消耗率的结果,仅需要6.4%的O2即可满足相同的要求。当灯以相同的正向电流操作时,DSC的LED温度(Tj、Ts)将低约3℃,这对于流明维持和LED效率是有益的。从焊点到周围环境的热阻(Rth(sp-amb))约低2K/W,从对于填充有14.4%O2的灯为17K/W到对于填充有6.4%O2的灯为15K/W。这实现显著的成本降低,因为这允许每个LED的更高的电流,并且因此对于相同的光输出减少LED数量。当支撑件的边缘被涂覆时,氧含量甚至可以更低。
备选地,可以使用其他材料作为阻挡层来延迟/防止环氧的热氧化,诸如:其它金属(例如铝)、金属氧化物(例如SiO2、Al2O3)、金属氮化物(例如SiNx)等。后部的导电的非功能金属层不需要为35μm,而只需要足够厚以防止氧扩散到环氧层中。可以以许多不同的形式应用阻挡层。在该示例中,使用粘合剂,该粘合剂使用环氧材料,但是备选地,可以使用溅射或者蒸发、ALD涂覆等,只要阻挡物提供对氧气的(中等)阻挡即可。
备选地,也可以用阻挡层覆盖PCB的面(也参见下文)。
图4a非常示意性地描绘了可以如何制成支撑件200和组件20的实施例。首先(图4a-1),提供支撑件前体1200。支撑件前体1200包括层1210的层压件1205。层1210的层压件1205包括导电的第一层211和不导电的第二层212。如上所指示,第一层211可以特别包括铜2111,并且第二层212可以特别包括基于环氧的材料2121,诸如具有环氧树脂的玻璃纤维的织布。当然,也可以从头开始提供支撑件200,从这些层中的一个开始并且向其提供另一个层。
注意,术语“层”也可以指代多个堆叠层。例如,第二层可以包括层的层压件。备选地或附加地,第一层可以包括层的层压件。备选地或附加地,第三层可以包括层的层压件。此外,特别地参照第一层,该层可以包括导电材料的轨道(因此特别是铜)、以及轨道之间具有不导电材料或根本不具有材料的部分,以用于轨道之间的电隔离。仅仅为了绘图,第一层被示意性地示出为整体层;然而也参见图4f。
随后,在处理阶段中,将第三层213提供给第二层212(图4a-2)。第三层213包括氧阻挡材料2131。以这种方式提供了支撑件200。例如,处理阶段可以包括以下中的一个或多个:使用第二层212作为用于第三层213的粘合层,将第三层前体溅射到第二层212以提供上述第三层213,以及将第三层前体ALD涂覆到第二层212以提供上述第三层213。
随后,一个或多个光源110功能地连接到支撑件200(图4a-3)。以这种方式获得组件20。
在此,作为示例,描绘了主要包括光源110的照明设备100(左侧)和包括光源110和转换器120的照明设备100(右侧)。因此,如在组件20的右侧上示意性描绘的照明设备100还包括光转换器120,光转换器120被配置为将光源光111的至少一部分转换成光转换器光121。以这种方式,照明设备光101包括上述光转换器光121的至少一部分并且可选地包括上述光源光111的至少一部分。特别地,光转换器120包括聚合物材料125和发光材料126,其中聚合材料125包括聚硅氧烷材料1251。层压件205具有限定层压件高度的两个层压面2051和2052。其他面可以被认为是层压件的边缘。边缘用附图标记201指示。层压件205的高度例如可以是20mm-50mm的量级,诸如25mm-40mm。
图4b非常示意性地描绘了一个实施例,其中光转换器120被配置在(一个或多个)光源110的发光表面130的一定距离处。此外,作为示例,在这里描绘的实施例中,多于一个的光源110辐射地耦合到单个光转换器120。当然,其他实施例也是可能的,诸如每个光源具有自己的光转换器,与发光表面130物理接触或不与发光表面130物理接触。
支撑件200包括支撑件边缘201。术语“边缘”还可以指代多个边缘。边缘201的至少一部分可以包括包含氧阻挡材料2131的涂覆层215,该氧阻挡材料2131可以与由第三层包括的氧阻挡材料相同或者也可以不同,还参见图4c。因此,本文所描述的方法可以进一步包括:用包括氧阻挡材料2131的涂覆层215涂覆支撑件边缘201。此外,氧阻挡材料2131可以特别地包括铜、氧化铝、二氧化硅、氮化铝和氮化硅中的一个或多个。在一些实施例中,涂覆层215可以包括层的层压件。
图4d以俯视图示意性地描绘了支撑件200或组件20的实施例,即包括一个或多个光源110的支撑件200。如果需要,如本文示意性描绘的那样,支撑件可以是平坦的,但是支撑件也可以在光源110和/或第三层的应用之前、期间或之后被设置为弯曲或弯的材料,但特别地在光源110和/或第三层213的应用之后被设置为弯曲或弯的材料。在图4e中示意性地描绘了折叠的支撑件。因此,如本文所述的方法可以进一步包括:将支撑件200成形为有小面或弯曲的支撑件200。特别地,当支撑件被设置有多个光源110时,将应用这种方法。在图4e中,有小面的支撑件200具有成正六边形形状的横截面平面(垂直于与层压件平行的平面)。
图4f示意性地描绘了光源110被功能地耦合到第一层211。第一层211包括导电材料的轨道211a和用附图标记211b指示的不导电材料的轨道或空腔,包括气体(没有固体材料)。例如,通过蚀刻第一层211,可以形成结构,使得导电材料提供用于为光源110供电的导电轨道。因此光源特别地在与被第一层包括的导电轨道211a功能地耦合。例如,光源的导体可以被焊接到轨道。这对于本领域技术人员是已知的。
本文中,诸如在“基本上所有光”或“基本上由…组成”中的术语“基本上”,将由本领域的技术人员理解。术语“基本上”也可以包括具有“完全地”、“完整地”、“所有”等的实施例。因此在一些实施例中,也可以去除形容词基本上。在适用的情况下,术语“基本上”还可以涉及90%或更高,诸如95%或更高,特别是99%或更高,甚至更特别是99.5%或更高,包括100%。术语“包括”也包括其中术语“包括”意为“由…组成”的实施例。术语“和/或”特别涉及在“和/或”之前和之后所提到的项中的一个或多个。例如,短语“项1和/或项2”以及类似的短语可以涉及项1和项2中的一个或多个。术语“包含”在一个实施例中可以指代“由…组成”,但是在另一实施例中也可以指代“至少包含所限定的物种并且可选地包含一个或多个其他物种”。
此外,在说明书和权利要求中的第一、第二、第三等的术语,用于区分类似要素,并且不一定用于描述序列顺序或时间顺序。要理解的是,在适合的情形下,这样使用的术语是可交换的,并且本文描述的本发明的实施例能够按照除了本文描述或图示的顺序之外的其他顺序操作。
除其他之外,本文的设备在操作期间被描述。如本领域技术人员将清楚的,本发明不限于操作方法或操作中的设备。
应当注意的是,上述实施例说明本发明而不是限制本发明,并且本领域的技术人员将能够在不脱离所附权利要求范围的情况下,设计许多备选的实施例。在权利要求中,置于括号之间的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。动词“包括”及其变形的使用不排除权利要求中陈述的那些要素或步骤之外的要素或步骤的存在。在要素之前的冠词“一”或“一个”不排除多个这种要素的存在。本发明可以借助于包括若干不同元件的硬件、并且借助于适当编程的计算机来实现。在列举了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硬件项来体现。某些措施被记载在相互不同的从属权利要求中的简单事实,并不表示这些措施的组合不可以被有利地使用。
本发明还适用于包括在说明书中所描述和/或在附图中所示出的特征化特征中的一个或多个特征化特征的设备。本发明还涉及包括在说明书中所描述和/或在附图中所示出的特征化特征中的一个或多个特征化特征的方法或过程。
可以组合在本专利中讨论的各个方面以便提供附加的优点。此外,本领域技术人员将理解,可以组合实施例,并且还可以组合多于两个的实施例。此外,一些特征可以形成一个或多个分案申请的基础。
Claims (15)
1.一种照明单元(10),包括(a)照明设备(100)、(b)支撑件(200)和(c)封罩(300),其中:
-所述照明设备(100)被配置为提供照明设备光(101);其中所述照明设备(100)包括光源(110);
-所述支撑件(200)被配置为支撑所述光源(110);其中所述支撑件(200)包括层(210)的层压件(205),其中所述层(210)的层压件(205)包括导电的第一层(211)、不导电的第二层(212)、和第三层(213),其中所述第一层(211)包括铜(2111),其中所述第二层(212)包括基于环氧的材料(2121),并且其中所述第三层(213)包括氧阻挡材料(2131);
-所述封罩(300)被配置为提供包围所述支撑件(200)的至少一部分和所述光源(110)的密封空间(310);其中所述封罩(300)包括对所述照明设备光(101)可透射的封罩部分(320),并且其中所述密封空间(310)包括填充气体(330),所述填充气体(330)包括导热气体,其中所述填充气体(330)至少包括氧气(O2)。
2.根据权利要求1所述的照明单元(1),其中所述光源(110)被配置为提供光源光(111),其中所述照明设备(100)还包括光转换器(120),所述光转换器(120)被配置为将所述光源光(111)的至少一部分转换成光转换器光(121),其中所述照明设备光(101)包括所述光转换器光(121)的至少一部分并且可选地包括所述光源光(111)的一部分,其中所述光转换器包括聚合物材料(125)和发光材料(126),其中所述聚合物材料(125)包括聚硅氧烷材料(1251),并且其中所述封罩部分(320)包括玻璃。
3.根据权利要求2所述的照明单元(1),其中光源(110)包括固态光源,其中所述光源(110)包括发光表面(130),并且其中所述光转换器(120)被配置为与所述发光表面(130)物理接触。
4.根据前述权利要求中任一项所述的照明单元(1),其中所述氧阻挡材料(2131)包括铜。
5.根据前述权利要求中任一项所述的照明单元(1),其中所述氧阻挡材料(2131)包括氧化铝、二氧化硅、氮化铝和氮化硅中的一个或多个。
6.根据前述权利要求中任一项所述的照明单元(1),其中所述第二层(212)包括层的堆叠(2120)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的照明单元(1),其中所述填充气体(330)还包括He,并且其中所述填充气体(330)包括按体积计0.5%至12%的氧气(O2)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的照明单元(1),其中所述照明单元(1)包括多个光源(110),并且其中所述支撑件(200)被配置为支撑所述多个光源(110)。
9.一种光源(110)和支撑件(200)的组件(20),其中:
-所述光源(110)被配置为提供光源光(111);并且
-所述支撑件(200)被配置为支撑所述光源(110);其中所述支撑件(200)包括层(210)的层压件(205),其中所述层(210)的层压件(205)包括导电的第一层(211)、不导电的第二层(212)、和第三层(213),其中所述第一层(211)包括铜(2111),其中所述第二层(212)包括基于环氧的材料(2121),并且其中所述第三层(213)包括氧阻挡材料(2131)。
10.根据权利要求9所述的组件(20),包括照明设备(100),其中:
-所述照明设备(100)被配置为提供照明设备光(101);其中所述照明设备(100)包括所述光源(110),其中所述照明设备(110)还包括光转换器(120),所述光转换器(120)被配置为将所述光源光(111)的至少一部分转换成光转换器光(121),其中所述照明设备光(101)包括所述光转换器光(121)的至少一部分并且可选地包括所述光源光(111)的一部分,其中所述光源(110)包括固态光源,其中所述光源(110)包括发光表面(130),其中所述光转换器(120)被配置为与所述发光表面(130)物理接触;并且
-所述组件(20)包括多个所述光源(110),其中所述支撑件(200)被配置为支撑所述多个光源(110),并且其中所述第二层(212)包括层的堆叠(2120)。
11.根据前述权利要求9至10中任一项所述的组件(20),其中所述氧阻挡材料(2131)包括铜、氧化铝、二氧化硅、氮化铝和氮化硅中的一个或多个。
12.一种用于提供根据权利要求9至11中任一项所述的组件(20)的方法,所述方法包括:
-提供支撑件(200),其中所述支撑件(200)包括层(210)的层压件(205),其中所述层(210)的层压件(205)包括导电的第一层(211)、不导电的第二层(212)、和第三层(213),其中所述第一层(211)包括铜(2111),其中所述第二层(212)包括基于环氧的材料(2121),并且其中所述第三层(213)包括氧阻挡材料(2131);以及
-将光源(110)功能地连接到所述支撑件(200)。
13.根据权利要求12所述的方法,所述方法包括:
-提供支撑件前体(1200),其中所述支撑件前体(1200)包括层(1210)的层压件(1205),其中所述层(1210)的层压件(1205)包括导电的第一层(211)和不导电的第二层(212);其中所述第一层(211)包括铜(2111),并且其中所述第二层(212)包括基于环氧的材料(2121);以及
-在处理阶段中,将所述第三层(213)提供给所述第二层(212)以提供所述支撑件(200),其中所述第三层(213)包括氧阻挡材料(2131),其中所述处理阶段包括以下中的一个或多个:(a)使用所述第二层(212)作为用于所述第三层(213)的粘合层,(b)将第三层前体溅射到所述第二层(212)以提供所述第三层(213),和(c)将第三层前体ALD涂覆到所述第二层(212)以提供所述第三层(213)。
14.根据前述权利要求12至13中任一项所述的方法,其中所述支撑件(200)包括支撑件边缘(201),其中所述方法还包括:用包括氧阻挡材料(2131)的涂覆层(215)来涂覆所述支撑件边缘(201)。
15.一种用于产生根据前述权利要求1至8中任一项所述的照明单元(10)的方法,其中所述方法包括:
-提供照明设备(100),所述照明设备(100)被配置为提供照明设备光(101);其中所述照明设备(100)包括光源(110);
-提供支撑件(200);其中所述支撑件(200)包括层(210)的层压件(205),其中所述层(210)的层压件(205)包括导电的第一层(211)、不导电的第二层(212)、和第三层(213),其中所述第一层(211)包括铜(2111),其中所述第二层(212)包括基于环氧的材料(2121),并且其中所述第三层(213)包括氧阻挡材料(2131);
-提供封罩(300),所述封罩(300)包括对所述照明设备光(101)可透射的封罩部分(320);
-提供包括导热气体的填充气体(330),其中所述填充气体(330)至少包括氧气(O2);
-将光源(110)功能地连接到所述支撑件(200),利用所述封罩(300)来包围所述支撑件(200)的至少一部分和所述光源(110),以提供包围所述支撑件(200)的至少一部分和所述光源(110)的密封空间(310),其中所述密封空间(310)包括所述填充气体(330)。
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