DE112018002181T5

DE112018002181T5 - Wellenlängenkonverter mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit und Beleuchtungsvorrichtungen damit

Info

Publication number: DE112018002181T5
Application number: DE112018002181.5T
Authority: DE
Inventors: Maria J. Anc; Mark Hannah
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2020-01-09
Also published as: KR102310760B1; WO2018197616A1; KR20190131089A; US10475967B2; US20180313501A1

Abstract

Wellenlängenkonverter (103) mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit werden beschrieben. In einigen Ausführungsformen beinhalten die Wellenlängenkonverter eine wärmeleitfähige Komponente (204, 206) und ein Wellenlängenkonversionsmaterial (205), das mit der wärmeleitfähigen Komponente vermischt oder in ihr dispergiert ist. Das Wellenlängenkonversionsmaterial (205) beinhaltet nicht-agglomerierte Quantenpunkte. Das Vorhandensein der wärmeleitfähigen Komponente kann die Wärmeabfuhr aus dem Wellenlängenkonverter erleichtern und möglicherweise den Einfluss erhöhter Temperaturen auf die Leistung des darin enthaltenen Wellenlängenkonversionsmaterials verringern. Verfahren zur Herstellung solcher Wellenlängenkonverter und Beleuchtungsvorrichtungen mit solchen Wellenlängenkonvertern werden ebenfalls beschrieben.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Wellenlängenkonverter und Beleuchtungsvorrichtungen damit. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung Wellenlängenkonverter mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit sowie Beleuchtungsvorrichtungen mit solchen Wellenlängenkonvertern.
Lichtquellen wie Leuchtdioden (LEDs) können sichtbares oder nicht-sichtbares Licht erzeugen (im Folgenden „Primärlicht“) in einem bestimmten Bereich des elektromagnetischen Spektrums, wie im sichtbaren (z.B. blau, rot, grün, etc.), ultravioletten (UV), nahen UV- und/oder Infrarotbereich, Kombinationen davon und/oder Licht in einem anderen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Die Wellenlängen oder der Wellenlängenbereich des emittierten Primärlichts können von verschiedenen Parametern abhängen, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, die Materialzusammensetzung einer LED. In jedem Fall kann das Primärlicht Licht einer ersten Wellenlänge oder eines ersten Wellenlängenbereichs sein.
Wellenlängenkonverter können verwendet werden, um eine Beleuchtungsvorrichtung zu konstruieren, die Licht (im Folgenden: „Sekundärlicht“) erzeugt, das von einer zweiten Wellenlänge oder einem zweiten Wellenlängenbereich ist, die sich von der ersten Wellenlänge oder dem ersten Wellenlängenbereich des darauf einfallenden Primärlichts unterscheidet. Derartige Wellenlängenkonverter beinhalten im Allgemeinen ein oder mehrere Wellenlängenkonversionsmaterialien, die dazu dienen, das gesamte oder einen Anteil des darauf einfallenden Primärlichts in Sekundärlicht zu konvertieren, z.B. durch Photolumineszenz. Die zweite Wellenlänge/der zweite Wellenlängenbereich kann von verschiedenen Parametern abhängen, wie z.B., aber nicht beschränkt auf, die Art und Zusammensetzung des Wellenlängenkonversionsmaterials im Wellenlängenkonverter. Durch eine geeignete Wahl des Wellenlängenkonversionsmaterials kann daher Sekundärlicht einer gewünschten Wellenlänge/eines gewünschten Wellenlängenbereichs erreicht werden. Eine LED-Lichtquelle, die mit einem Wellenlängenkonverter kombiniert ist, kann als eine „wellenlängenkonvertierte LED“ verstanden werden.
Quantenpunkte (QDs) (auch als Halbleiternanokristalle bezeichnet) sind relativ neue Materialien, die eine potentielle Verwendung in der Beleuchtungsindustrie aufweisen. Einige Quantenpunkte haben wie herkömmliche Leuchtstoffpartikel die Fähigkeit, einfallendes Primärlicht zu absorbieren und Sekundärlicht in einem anderen Teil des elektromagnetischen Spektrums zu emittieren. Viele QDs weisen Eigenschaften auf, die zur Erzeugung von Wellenlängenkonvertern mit genau designten Ausgangsspektren genutzt werden können. Solche Eigenschaften sind beispielsweise ein breites Absorptionsspektrum (freie Wahl der Pump-(Primärlicht-)Wellenlänge) und Emission von Sekundärlicht innerhalb eines schmalen Bandes (25 - 50 nm) mit der durch das Material und die Größe der QDs bestimmten Peak-Emissionswellenlänge. Die Peak-Emissionswellenlänge der QDs kann daher durch Steuerung ihrer Größe und/oder Zusammensetzung fein, z.B. innerhalb weniger Nanometer, abgestimmt werden. QDs können es Lichtplanern so ermöglichen, Wellenlängenkonverter zu entwickeln, die Sekundärlicht erzeugen, das ein fein abgestimmtes Spektrum von Emissionsfarben beinhaltet. Quantenpunkte wurden daher zur potentiellen Verwendung bei der Bildung neuartiger Wellenlängenkonverter für Halbleiterbauelemente wie LEDs untersucht.
Durch Konversion von Primärlicht in Sekundärlicht durch Wellenlängenkonversionsmaterialien in einem Wellenlängenkonverter sowie den Betrieb einer Lichtquelle, die das Primärlicht erzeugt, kann eine beträchtliche Wärmemenge erzeugt werden. Eine unzureichende Wärmeabfuhr kann dazu führen, dass sich die Temperatur eines Wellenlängenkonverters während des Betriebs einer Beleuchtungsvorrichtung erheblich erhöht, wodurch die Leistungsfähigkeit des Wellenlängenkonversionsmaterials und der Beleuchtungsvorrichtung als Ganzes potentiell beeinträchtigt wird. Dementsprechend besteht ein Interesse an der Entwicklung neuer Ansätze, die Wärme in Beleuchtungsvorrichtungen wie wellenlängenkonvertierten LEDs zu steuern.
Es wird nun auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung Bezug genommen, die in Verbindung mit den folgenden Figuren gelesen werden sollte, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile darstellen.

1 zeigt ein Beispiel einer Beleuchtungsvorrichtung mit einem mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmenden Wellenlängenkonverter;
2 zeigt ein weiteres Beispiel einer Beleuchtungsvorrichtung mit einem mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmenden Wellenlängenkonverter;
3 zeigt ein weiteres Beispiel einer Beleuchtungsvorrichtung mit einem mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmenden Wellenlängenkonverter;
4 zeigt ein weiteres Beispiel einer Beleuchtungsvorrichtung mit einem mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmenden Wellenlängenkonverter;
5 ist ein Flussdiagramm von exemplarischen Arbeitsschritten eines Beispiels für ein Verfahren zur Ausbildung einer Beleuchtungsvorrichtung mit einem mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmenden Wellenlängenkonverter.
6A-6C zeigen schrittweise ein Beispiel für die Ausbildung eines ersten beispielhaften Wellenlängenkonverters gemäß einem mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmenden Verfahren,
7A-7C zeigen schrittweise ein Beispiel für die Ausbildung eines zweiten Beispiels eines Wellenlängenkonverters gemäß einem mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmenden Verfahren,
8A-8C zeigen schrittweise ein Beispiel für die Ausbildung eines dritten Beispiels eines Wellenlängenkonverters gemäß einem mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmenden Verfahren,
9 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmenden Wellenlängenkonverter,
10 ist eine Auftragung von Emissionsintensität gegen Temperatur für verschiedene Testproben.

Die vorliegende Offenbarung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen fortgesetzt, in denen exemplarische mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmenden Ausführungsformen dargestellt werden. Es versteht sich, dass die Beispiele in den Figuren nur der Veranschaulichung und dem besseren Verständnis dienen und dass die hierin beschriebenen Verfahren, Wellenlängenkonverter und Vorrichtungen in vielfältiger Form ausgeführt sein können und nicht auf die dargestellten Ausführungsformen in den Figuren oder die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt sind.
Ein oder mehrere Elemente der vorliegenden Offenbarung können numerisch bezeichnet werden, z.B. als erstes, zweites, drittes etc. Element. In diesem Zusammenhang ist zu verstehen, dass die numerische Bezeichnung nur der Übersichtlichkeit halber erfolgt (z.B. zur Unterscheidung eines Elements von einem anderen), und dass Elemente, die so bezeichnet sind, nicht durch ihre spezifische numerische Bezeichnung eingeschränkt sind.
Wie hierin verwendet sind singuläre Ausdrücke wie „ein“, „eine“, „der“, „die“ und „das“ nicht auf ihre singuläre Form beschränkt, und sollen auch die Pluralformen abdecken, sofern nicht im Kontext eindeutig anders angegeben. Zu den spezifischen Begriffen/Phrasen, die von diesem Verständnis ausgenommen sind, gehören „einschichtig“ und „einschichtiger Wellenlängenkonverter“, die hier zur Bezeichnung einer einzigen (d.h. einer) Schicht und eines Wellenlängenkonverters, der aus einer einzigen (d.h. einer) Schicht aufgebaut ist, verwendet werden.
Wie hierin verwendet bedeuten die Begriffe „im Wesentlichen“ und „ungefähr“ bei Verwendung in Verbindung mit einem Betrag oder einem Bereich plus oder minus 5% des genannten Betrages oder der Endpunkte des angegebenen Bereichs.
Wie hierin verwendet bedeutet der Begriff „optisch transparent“, wenn er in Verbindung mit einem Material (z.B. einem Wirtsmaterial, wärmeleitfähigen Partikel oder einem anderen Material)verwendet wird, dass das referenzierte Material größer oder gleich etwa 80% des einfallenden Lichts, beispielsweise größer oder gleich etwa 90%, größer oder gleich etwa 95%, größer oder gleich etwa 99%, oder sogar etwa 100% des einfallenden Lichts transmittiert. Das einfallende Licht kann Primär- und/oder Sekundärlicht einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs sein (z.B. Ultraviolett, sichtbar, Infrarot usw.) und/oder mehrere Wellenlängenbereiche umfassen. Ohne Einschränkung transmittieren die hierin beschriebenen optisch transparenten Materialien vorzugsweise größer oder gleich etwa 95% (z.B. größer oder gleich etwa 99% oder sogar etwa 100%) von Primär- und/oder Sekundärlicht in zumindest einem der ultravioletten, sichtbaren und infraroten Bereiche des elektromagnetischen Spektrums.
Die Begriffe „lichtemittierende Diode“, „LED“ und „LED-Lichtquelle“ werden hierin austauschbar verwendet, und beziehen sich auf jede lichtemittierende Diode oder andere Art von Trägerinjektions-/Übergangssystem, das in der Lage ist, Strahlung als Reaktion auf ein elektrisches Signal zu erzeugen. So beinhaltet der Begriff LED verschiedene halbleiterbasierte Strukturen, die Licht als Reaktion auf Strom emittieren, lichtemittierende Polymere, lichtemittierende Streifen, elektrolumineszierende Streifen, Kombinationen davon und dergleichen, ist aber nicht darauf beschränkt. Insbesondere bezieht sich der Begriff LED auf Leuchtdioden aller Art (einschließlich Halbleiter- und organische lichtemittierende Dioden), die konfiguriert sein können, um Licht in allen oder verschiedenen Teilen eines oder mehrerer des sichtbaren, ultravioletten und infraroten Spektrums zu erzeugen. Nicht einschränkende Beispiele für geeignete LEDs, die verwendet werden können, beinhalten verschiedene Arten von Infrarot-LEDs, ultravioletten LEDs, roten LEDs, grünen LEDs, blauen LEDs, gelben LEDs, bernsteinfarbenen LEDs, orangefarbenen LEDs und weißen LEDs. Solche LEDs können dazu eingerichtet sein, Licht über ein breites Spektrum (z.B. das gesamte sichtbare Lichtspektrum) oder ein schmales Spektrum zu emittieren.
Wie hierin verwendet wird der Begriff „auf“ verwendet, um die relative Position einer Komponente (z.B. einer ersten Schicht) relativ zu einer anderen Komponente (z.B. einer zweiten Schicht) zu beschreiben. In solchen Fällen sollte der Begriff „auf“ so verstanden werden, dass er darauf hinweist, dass eine erste Komponente über einer zweiten Komponente vorhanden ist, aber nicht unbedingt in Kontakt mit einer oder mehreren Oberflächen der zweiten Komponente steht. Das heißt, wenn eine erste Komponente „auf“ einer zweiten Komponente ist, können eine oder mehrere dazwischenliegende Komponenten zwischen der ersten und zweiten Komponente vorhanden sein. Im Gegensatz dazu sollte der Begriff „direkt auf“ so interpretiert werden, dass eine erste Komponente mit einer Oberfläche (z.B. einer Oberseite) oder einer zweiten Komponente in Kontakt steht. Daher sollte es, wenn eine erste Komponente „direkt auf“ einer zweiten Komponente ist, so verstanden werden, dass die erste Komponente mit der zweiten Komponente in Kontakt steht, und dass zwischen der ersten und der zweiten Komponente keine dazwischenliegenden Komponenten vorhanden sind.
Bereiche werden hierin verwendet, um verschiedene Merkmale von Elementen der vorliegenden Offenbarung zu beschreiben. Es versteht sich, dass die hierin aufgezählten Bereiche nur als Beispiel dienen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. Die hierin enthaltenen Bereiche sollten auch so verstanden werden, dass sie alle Einzelwerte beinhalten, die in den angegebenen Bereich fallen, so als ob diese Werte ausdrücklich genannt wurden, und Teilbereiche innerhalb des angegebenen Bereichs abdecken, so als ob diese Teilbereiche ausdrücklich genannt wurden. Als Beispiel sollte ein Bereich von 1 bis 10 so verstanden werden, dass er die Einzelwerte von 2, 3, 4... usw. sowie die Teilbereiche von 2 bis 10, 3 bis 10, 2 bis 8 usw. beinhaltet, so als ob solche Werte und Teilbereiche ausdrücklich genannt wurden.
Der Begriff „wärmeleitfähige Komponente“ bezieht sich auf ein oder mehrere Materialien, die eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die größer als die Wärmeleitfähigkeit von optischem Silikon ist, d.h. eine Wärmeleitfähigkeit größer 0,2 Watt pro Meter-Kelvin (Wm^-1K^-1). In Ausführungsformen ist oder beinhaltet die wärmeleitfähige Komponente ein „wärmeleitfähiges Polymer“, d.h. ein Polymer mit einer Wärmeleitfähigkeit größer 0,2 Wm^-1K^-1. Alternativ oder zusätzlich ist oder beinhaltet die wärmeleitfähige Komponente in manchen Ausführungsformen „wärmeleitfähige Partikel“, d.h. Partikel mit einer Wärmeleitfähigkeit größer 0,2 Wm^-1K^-1, wie beispielsweise größer oder gleich etwa 1 Wm^-1K^-1, größer oder gleich etwa 3 Wm^-1K^-1 oder sogar größer oder gleich etwa 4 Wm^-1K^-1.
Wie im Hintergrund kurz beschrieben sind Quantenpunkte relativ neue Materialien, die für den Einsatz in Beleuchtungsanwendungen untersucht wurden. Obwohl die Forschung gezeigt hat, dass Quantenpunkte einige vielversprechende Einsatzmöglichkeiten als Wellenlängenkonversionsmaterialien in Beleuchtungsvorrichtungen haben, hat die Forschung auch gezeigt, dass ihre Leistung in solchen Anwendungen von der Temperatur beeinflusst werden kann. Tatsächlich haben die Erfinder beobachtet, dass, wenn Quantenpunkten als Wellenlängenkonversionsmaterial verwendet werden, um das von einer LED emittierte Primärlicht in Sekundärlicht zu konvertieren, die Effizienz, mit der derartige Quantenpunkte das Primärlicht in Sekundärlicht konvertieren, mit zunehmender Temperatur abnimmt, z.B. durch thermisches Quenchen.
Ein Verfahren zur Beurteilung des Einflusses der Temperatur auf die Leistung von Quantenpunkten als Wellenlängenkonversionsmaterial besteht darin, ihre integrierte Emission von Sekundärlicht bei erhöhter Temperatur wie 100 Grad Celsius mit ihrer integrierten Emission von Sekundärlicht bei Raumtemperatur zu vergleichen. Eine Abnahme der integrierten Emission von Sekundärlicht bei erhöhter Temperatur (bezogen auf Raumtemperatur) kann als eine Korrelation zu einer Verringerung der Effizienz verstanden werden, mit der solche Materialien Sekundärlicht emittieren. Vor diesem Hintergrund beobachteten die Erfinder, dass Wellenlängenkonverter, die durch Dispergieren von Quantenpunktpartikeln (als Wellenlängenkonversionsmaterial) in einem (nicht wärmeleitfähigen) Wirtsmaterial wie einem Silikon oder einem Acrylat ausgebildet werden, eine integrierte Emission von Sekundärlicht bei 100 Grad Celsius aufweisen können, die über 40% kleiner ist als die integrierte Emission von Sekundärlicht durch den Wellenlängenkonverter bei Raumtemperatur (z.B. 25 Grad Celsius). Diese Reduktion hebt eine Herausforderung hervor, die mit der Verwendung von Quantenpunkten in Wellenlängenkonvertern verbunden ist, insbesondere bei wellenlängenkonvertierten LED und/oder „laser assisted remote phosphor“-(LARP)-Anwendungen - wo durch die Konversion von Primär- in Sekundärlicht sowie dem Betrieb der Lichtquelle erhebliche Wärmemengen erzeugt werden können.
Die Verringerung der integrierten Emission von Sekundärlicht durch Quantenpunkte und andere Wellenlängenkonversionsmaterialien bei erhöhter Temperatur kann dadurch verstärkt werden, dass viele Materialien, die als Wirtsmaterial eines Wellenlängenkonverters verwendet werden, eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Derartige Wirtsmaterialien sind relativ schlechte Wärmeleiter und können daher nicht in der Lage sein, Wärme mit einer Geschwindigkeit zu leiten oder zu übertragen, die ausreicht, um zu verhindern, dass Temperaturen bis zu einem Punkt ansteigen, an dem die Leistung eines Wellenlängenkonverters negativ beeinflusst wird.
Vor diesem Hintergrund betrifft ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung Wellenlängenkonverter, die eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Allgemein beinhalten die hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter eine wärmeleitfähige Komponente und zumindest ein Wellenlängenkonversionsmaterial, das in der wärmeleitfähigen Komponente dispergiert oder mit dieser vermischt mit.
In verschiedenen Ausführungsformen ist oder beinhaltet das zumindest eine Wellenlängenkonversionsmaterial ein erstes Wellenlängenkonversionsmaterial, wobei das erste Wellenlängenkonversionsmaterial Quantenpunkte (z.B. nicht-agglomerierte Quantenpunkte, auch als nicht-agglomerierte Halbleiternanokristalle bezeichnet)ist oder beinhaltet, die dazu eingerichtet sind, auf sie einfallendes Primärlicht in Sekundärlicht zu konvertieren. In Ausführungsformen umfasst das erste Wellenlängenkonversionsmaterial nicht-agglomerierten Quantenpunkten, besteht daraus oder besteht im Wesentlichen daraus. Alternativ oder zusätzlich kann das zumindest eine Wellenlängenkonversionsmaterial ein zweites Wellenlängenkonversionsmaterial sein oder beinhalten, wobei das zweite Wellenlängenkonversionsmaterial ein von Quantenpunkten verschiedenes Wellenlängenkonversionsmaterial ist, z.B. Partikel aus einem oder mehreren anorganischen Leuchtstoffen.
In jedem Fall ist die wärmeleitfähige Komponente zumindest ein wärmeleitfähiges Polymer, wärmeleitfähige Partikel oder eine Kombination daraus. Bei Verwendung der wärmeleitfähigen Partikel sind oder beinhalten solche Partikel in manchen Ausführungsformen Partikel aus zumindest einem Material, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, d.h. Partikel aus zumindest einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich etwa 4 Wm^-1K^-1, wie beispielsweise größer oder gleich etwa 10 Wm^-1K^-1, oder sogar größer oder gleich etwa 30 Wm^-1K^-1. Alternativ ist die wärmeleitfähige Komponente in manchen Ausführungsformen ein wärmeleitfähiges Polymer, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, ein anorganisch-organisches Hybridpolymer mit einer Wärmeleitfähigkeit größer 0,2 Wm^-1K^-1.
Zur Vereinfachung und Verständlichkeit konzentriert sich die vorliegende Offenbarung auf Ausführungsformen, in denen der Wellenlängenkonverter in Form einer im Wesentlichen flachen Schicht vorliegt, die eine wärmeleitfähige Komponente und zumindest ein Wellenlängenkonversionsmaterial beinhaltet, das mit der wärmeleitfähigen Komponente vermischt oder in dieser dispergiert ist. Es versteht sich, dass eine solche Beschreibung nur beispielhaft erfolgt, und dass die hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter nicht als im Wesentlichen flache Schicht ausgebildet sein müssen. In der Tat sieht die vorliegende Offenbarung den Einsatz von Wellenlängenkonvertern vor, die eine große Vielfalt an verschiedenen Formen aufweisen. Tatsächlich können die hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter in Ausführungsformen einen gekrümmten oder linsenförmigen Querschnitt, einen unregelmäßigen Querschnitt oder dergleichen aufweisen.
In Fällen, in denen die wärmeleitfähige Komponente wärmeleitfähige Partikel ist oder beinhaltet, kann der Wellenlängenkonverter als Schicht aus einer Mischung aus solchen wärmeleitfähigen Partikeln und zumindest einem Wellenlängenkonversionsmaterial und optional einem Wirtsmatrixmaterial (mit relativ geringer Wärmeleitfähigkeit) ausgebildet sein. Alternativ, wenn die wärmeleitfähige Komponente ein wärmeleitfähiges Polymer ist, kann der thermische Wellenlängenkonverter als Schicht des wärmeleitfähigen Polymers ausgebildet sein, wobei zumindest ein Wellenlängenkonversionsmaterial innerhalb des wärmeleitfähigen Polymers dispergiert ist.
Die hier beschriebenen Wellenlängenkonverter können eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit gegenüber ansonsten ähnlichen Wellenlängenkonvertern aufweisen, die keine wärmeleitfähige Komponente wie wärmeleitfähige Partikel oder ein wärmeleitfähiges Polymer beinhalten. Die mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmenden Wellenlängenkonverter können daher eine verbesserte Leistung bei erhöhten Temperaturen im Vergleich zu Wellenlängenkonvertern aufweisen, die keine wärmeleitfähige Komponente enthalten. Insbesondere können die hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter eine erste integrierte Emission (von Sekundärlicht) bei Raumtemperatur und eine zweite integrierte Emission (wiederum von Sekundärlicht) bei 100 Grad Celsius aufweisen, wobei die zweite integrierte Emission größer als 60% der ersten integrierten Emission ist, wie beispielsweise größer oder gleich etwa 70% der ersten integrierten Emission, größer oder gleich etwa 80% der ersten integrierten Emission, größer oder gleich etwa 90% der ersten integrierten Emission, größer oder gleich etwa 95% der ersten integrierten Emission oder sogar größer oder gleich etwa 99% der ersten integrierten Emission. Ohne durch Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass das Einbinden und/oder die Co-Mischung der wärmeleitfähigen Komponente mit einem Wellenlängenkonversionsmaterial eine schnellere Wärmeübertragung vom Wellenlängenkonverter weg ermöglicht. Dadurch wird ein thermisches Quenchen des darin enthaltenen Wellenlängenkonversionsmaterials/der darin enthaltenen Wellenlängenkonversionsmaterialien begrenzt, was zu einer entsprechenden Leistungsverbesserung des Wellenlängenkonversionsmaterials unter den Betriebsbedingungen einer wellenlängenkonvertierten Lichtquelle wie beispielsweise einer wellenlängenkonvertierten LED führt. Mit anderen Worten können die hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter unter den Betriebsbedingungen einer Lichtquelle (z.B. bei 100 Grad Celsius) eine größere integrierte Emission von Sekundärlicht im Vergleich zu der integrierten Emission von Sekundärlicht eines Wellenlängenkonverters aufweisen, der keine in einem Wirtsmaterial dispergierten wärmeleitfähigen Partikel enthält, aber ansonsten identisch ist.
Obwohl es nicht erforderlich ist, beinhalten die hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter in einigen Ausführungsformen ein (nicht wärmeleitfähiges) Wirtsmaterial. Beispielsweise beinhalten die hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter in einigen Ausführungsformen ein Wirtsmaterial, in dem eine wärmeleitfähige Komponente (z.B. wärmeleitfähige Partikel) und zumindest ein Wellenlängenkonversionsmaterial dispergiert sind. In solchen Ausführungsformen kann jedes geeignete Material als Wirtsmaterial verwendet werden. Nicht einschränkende Beispiele für geeignete Wirtsmaterialien beinhalten optisch transparente Materialien, wie (optisch transparente) Polymerharze, Monomerharze, Acrylpolymere, Epoxypolymere, Silikonpolymere, fluorierte Polymere, Kombinationen davon und dergleichen. Das Wirtsmaterial kann eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, z.B. im Vergleich zu den darin dispergierten wärmeleitfähigen Partikeln. Beispielsweise kann das Wirtsmaterial in manchen Ausführungsformen eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die kleiner oder gleich 0,2 Wm^-1K^-1 ist.
Alternativ dazu beinhalten die hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter in einigen Ausführungsformen eine wärmeleitfähige Komponente in Form von wärmeleitfähigen Partikeln, aber beinhalten kein Wirtsmaterial. Beispielsweise können die hier beschriebenen Wellenlängenkonverter in manchen Fällen als eine Schicht ausgebildet sein, die eine Mischung aus einer wärmeleitfähigen Komponente (z.B. wärmeleitfähige Partikel) und zumindest einem Wellenlängenkonversionsmaterial umfasst, im Wesentlichen aus diesen besteht oder aus diesen besteht. In solchen Ausführungsformen können die wärmeleitfähigen Partikel und das Wellenlängenkonversionsmaterial auf der Oberfläche eines darunter liegenden Trägers (z.B. einer lichtemittierenden Oberfläche einer LED) in geeigneter Weise, beispielsweise durch elektrostatische Kräfte, gebunden sein. Insbesondere beinhalten bei diesen Ausführungsformen die Wellenlängenkonverter kein nicht wärmeleitfähiges Wirtsmaterial, und insbesondere kein organisches polymeres Wirtsmaterial.
In weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen beinhalten die Wellenlängenkonverter eine wärmeleitfähige Komponente, die ein Hybridpolymer ist oder beinhaltet, wie beispielsweise ein optisch transparentes Hybridpolymer. Wie hierin verwendet ist ein „Hybridpolymer“ ein Polymer, das sowohl anorganische als auch organische Komponenten beinhaltet und daher als anorganisch-organisches Hybridpolymer bezeichnet werden kann. Ein Beispiel für ein geeignetes anorganisch-organisches Hybridpolymer, das als wärmeleitfähige Komponente gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann, beinhaltet die ORMOCLEAR®-Serie von anorganisch-organischen Hybridpolymeren, die von der Micro Resist Technology GMBH am oder vor dem 19. April 2017 verkauft wurde. Selbstverständlich können auch andere Hybridpolymere verwendet werden, sofern sie geeignete Eigenschaften für den Einsatz in optischen Anwendungen aufweisen (z.B. Transparenz gegenüber einfallendem Primär- und/oder Sekundärlicht, Vergilbungsbeständigkeit usw.). Unabhängig von der Art des Hybridpolymers kann in diesen Ausführungsformen zumindest ein Wellenlängenkonversionsmaterial in das Hybridpolymer eingemischt oder anderweitig dispergiert werden, optional in Kombination mit wärmeleitfähigen Partikeln.
Wie bereits erwähnt beinhalten die Wellenlängenkonverter der vorliegenden Offenbarung auch zumindest ein Wellenlängenkonversionsmaterial. In Ausführungsformen liegen die Wellenlängenkonversionsmaterialien in Form von Quantenpunkten (z.B. Halbleiternanokristallen) und/oder Partikeln anderer Wellenlängenkonversionsmaterialien vor, wie beispielsweise Partikel eines oder mehrerer Leuchtstoffe. Unabhängig von ihrer Beschaffenheit können die Wellenlängenkonversionsmaterialien mit wärmeleitfähigen Komponenten in geeigneter Weise gemischt oder darin dispergiert sein.
In Fällen, in denen die wärmeleitfähige Komponente beispielsweise ein wärmeleitfähiges Polymer ist, kann das Wellenlängenkonversionsmaterial/die Wellenlängenkonversionsmaterialien in einer homogenen oder heterogenen Verteilung in diesem wärmeleitfähigen Polymer vorhanden sein. Im Falle einer heterogenen Verteilung kann beispielsweise das Wellenlängenkonversionsmaterial in einem Muster innerhalb des wärmeleitfähigen Polymers und/oder an einer oder mehreren Oberflächen davon verteilt sein. So kann beispielsweise der Wellenlängenkonverter eine einzelne Schicht aus einem wärmeleitfähigen Polymer mit einer oberen Oberfläche, einer unteren Oberfläche und einem mittleren Abschnitt sein oder beinhalten, wobei das Wellenlängenkonversionsmaterial darin so verteilt ist, dass eine Konzentration an Wellenlängenkonversionsmaterial in der Nähe des mittleren Abschnitts, auf oder in der Nähe der oberen Oberfläche, auf oder in der Nähe der unteren Oberfläche oder einer Kombination daraus höher ist. Ohne Einschränkung ist die wärmeleitfähige Komponente in Ausführungsformen ein wärmeleitfähiges Polymer (z.B. ein Hybridpolymer), und das hierin beschriebene Wellenlängenkonversionsmaterial ist/sind in einer homogenen Verteilung innerhalb des Wellenlängenkonverters vorhanden.
Alternativ und wie vorstehend in einigen Ausführungsformen erwähnt beinhalten die hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter kein (nicht wärmeleitfähiges) Wirtsmaterial, und die wärmeleitfähige Komponente kann in Form von wärmeleitfähigen Partikeln vorliegen. In solchen Fällen kann der Wellenlängenkonverter eine Schicht sein oder beinhalten, die eine home- oder heterogene Mischung aus wärmeleitfähigen Partikeln und Partikeln aus zumindest einem Wellenlängenkonversionsmaterial umfasst, aus diesen besteht oder im Wesentlichen aus diesen besteht.
Darüber hinaus können die Wellenlängenkonverter in einigen Ausführungsformen ein (nicht wärmeleitfähiges) Wirtsmaterial beinhalten, und die wärmeleitfähige Komponente kann in Form von wärmeleitfähigen Partikeln vorliegen. In solchen Fällen kann der Wellenlängenkonverter eine Schicht des Wirtsmaterials sein oder beinhalten, wobei die Schicht darin dispergierte wärmeleitfähige Partikel und Partikel von zumindest einem Wellenlängenkonversionsmaterial beinhaltet. Wie die Ausführungsformen, in denen ein wärmeleitfähiges Polymer verwendet wird, können die wärmeleitfähigen Partikel und/oder das Wellenlängenkonversionsmaterial in einer homogenen oder heterogenen Verteilung innerhalb des Wirtsmaterials vorhanden sein. Im Falle einer heterogenen Verteilung können beispielsweise die wärmeleitfähigen Partikel und/oder das Wellenlängenkonversionsmaterial in einem Muster innerhalb des Wirtsmaterials und/oder an einer oder mehreren Oberflächen davon verteilt sein. In einigen Ausführungsformen kann der Wellenlängenkonverter eine einzelne Schicht eines Wirtsmaterials mit einer oberen Oberfläche, einer unteren Oberfläche und einem mittleren Abschnitt sein oder beinhalten, wobei zumindest ein Wellenlängenkonversionsmaterial und/oder wärmeleitfähige Partikel in der Schicht so verteilt ist/sind, dass eine Konzentration von Wellenlängenkonversionsmaterial(ien) und/oder wärmeleitfähigen Partikeln in der Nähe des mittleren Abschnitts, auf oder nahe der oberen Oberfläche, auf oder nahe der unteren Oberfläche oder einer Kombination derselben höher ist/sind.
Jedes geeignete Wellenlängenkonversionsmaterial kann in den hierin beschriebenen Wellenlängenkonvertern verwendet werden. Nicht einschränkende Beispiele für geeignete Wellenlängenkonversionsmaterialien sind Leuchtstoffpartikel und Quantenpunkte, aber auch andere Wellenlängenkonversionsmaterialien können verwendet werden.
Im Allgemeinen ist ein Leuchtstoff eine Verbindung, die bei Anregung durch eine externe Energiequelle (z.B. Primärlicht) nützliche Strahlungsmengen (z.B. Sekundärlicht“) im sichtbaren und/oder ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums durch Lumineszenz emittieren kann. Beispiele für geeignete Leuchtstoffe, die verwendet werden können, sind gelber Leuchtstoff, grüner Leuchtstoff, roter Leuchtstoff und/oder Kombinationen davon. Natürlich sind diese exemplarischen Leuchtstoffarten nicht einschränkend, und jeder geeignete Leuchtstoff kann gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
Spezifische, nicht einschränkende Beispiele für Leuchtstoffe, die gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können, beinhalten anorganische Leuchtstoffe wie Oxyfluoratleuchtstoffe, Nitrid-(einschließlich Oxynitrid-)leuchtstoffe und Oxidleuchtstoffe (z.B. Aluminatgranate, Silikate usw.). Weitere nicht einschränkende Beispiele für geeignete Leuchtstoffe, die verwendet werden können, beinhalten ceraktivierte Yttrium-Aluminium-Granate (YAG:Ce), ceraktivierte Yttrium-Gadolinium-Aluminium-Granate (YGdAG:Ce), ceraktivierte Lutetium-Aluminium-Granate (LuAG:Ce), europium- oder ceraktiviertes Erdalkali-(AE)-Siliziumoxynitrid (AE-SiON:Eu, wobei AE zumindest ein Element bezeichnet, das aus Ba, Sr und Ca ausgewählt ist), europium- oder ceraktiviertes Metall-SiAlON (M-SiAlON, wobei M aus Alkaliionen, Ionen der seltenen Erden, Erdalkaliionen, Y, Sc und Kombinationen davon ausgewählt ist) und dergleichen.
Die Leuchtstoffe können mit einer kleinen Menge eines Aktivatorions dotiert sein, wie beispielsweise Cer, Gadolinium, Scandium, Europium, Kombinationen davon und dergleichen. Bei Verwendung kann die Menge des Aktivatorions stark variieren, z.B. von mehr als 0 bis etwa 10 Atom-%, wie beispielsweise etwa 1 bis etwa 5 Atom-%, oder sogar etwa 1 bis 2 Atom-%. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform beinhalten die hierin beschriebenen wellenlängenkonvertierenden Partikel Leuchtstoffpartikel, die eine Kombination von zwei oder mehr dotierten YAG-, dotierten LuAG-, dotierten Silikat- und dotierten Nitridleuchtstoffen beinhalten.
Die durchschnittliche Partikelgröße und/oder Partikelgrößenverteilung von Leuchtstoffpartikeln kann ihre Leistung und/oder die Fähigkeit, diese Partikel in einem Wirtsmaterial und/oder einem wärmeleitfähigen Polymer (bei Verwendung) zu verteilen, beeinträchtigen. Es kann daher wünschenswert sein, die Größe von Leuchtstoffpartikeln, die in den hierin beschriebenen Wellenlängenkonversionsmaterialien verwendet werden, auszuwählen und/oder zu steuern, z.B. basierend zumindest teilweise auf ihrer durchschnittlichen Partikelgröße/-verteilung, entweder unabhängig von oder in Bezug auf die durchschnittliche Partikelgröße/-verteilung anderer Wellenlängenkonversionsmaterialien. In einigen Ausführungsformen haben die hierin beschriebenen Leuchtstoffpartikel eine durchschnittliche Partikelgröße im Bereich von etwa 1 bis etwa 50 µm, wie beispielsweise etwa 1 bis etwa 40 µm, etwa 1 bis etwa 30 µm oder sogar etwa 10 bis etwa 40 µm. In einigen Ausführungsformen liegt die durchschnittliche Partikelgröße der Leuchtstoffpartikel zwischen etwa 20 und etwa 40 µm. In diesen oder anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen kann die durchschnittliche Partikelgröße der Leuchtstoffpartikel größer oder kleiner sein als eine andere Art von wellenlängenkonvertierenden Partikeln, die im Wellenlängenkonverter verwendet werden können, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, Quantenpunkte, wie unten beschrieben. Nanoleuchtstoffe (d.h. Leuchtstoffe im Nanobereich im Gegensatz zu Quantenpunkten) mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 100 bis etwa 200 Nanometern (nm) können auch als oder in einem mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmenden Wellenlängenkonversionsmaterial verwendet werden.
Quantenpunkte (d.h. Halbleiternanokristalle)) sind ein weiteres Beispiel für einen Art von Wellenlängenkonversionspartikeln, die als Wellenlängenkonversionsmaterial im Einklang mit der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können. Wie hierin verwendet bezieht sich der Begriff „Quantenpunkt“ auf Halbleiternanokristalle, die einen Radius haben, der kleiner ist als der Bohr-Radius (d.h. Bohr-Exciton-Radius) ihres entsprechenden Bulk-Halbleiters. Jede geeignete Art von Quantenpunkten kann verwendet werden, solange sie in der Lage sind, einfallendes Primärlicht mit einer ersten Wellenlänge oder eines ersten Wellenlängenbereich in Sekundärlicht mit einer zweiten Wellenlänge oder einem zweiten Wellenlängenbereich zu konvertieren. Ohne Einschränkung sind oder beinhalten in einigen Ausführungsformen die hierin beschriebenen Quantenpunkte Kernquantenpunkte (d.h. Kern-Halbleiternanokristalle), die eine durchschnittliche Partikelgröße im Bereich von etwa 0,1 Nanometern (nm) bis etwa 10 nm aufweisen.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Kernquantenpunkte“ auf Halbleiternanokristalle, die mit einem oder mehreren organischen Liganden überzogen sein können, um Agglomerationen zu verhindern, die Dispersion zu erleichtern und/oder nicht strahlende Rekombinationszentren an der Oberfläche zu passivieren. Im Gegensatz dazu bedeuten die Begriffe „Kern/Schale-Quantenpunkte“ Halbleiternanokristalle, bei denen ein erster Halbleiternanokristall einen „Kern“ bildet, der mit einer „Schale“ aus einem eine größere Bandlücke aufweisenden nanokristallinen Halbleitermaterial überzogen ist. Wie Kernquantenpunkte können Kern/Schale-Quantenpunkte weiter mit einem oder mehreren organischen Liganden beschichtet sein, um Agglomerationen zu verhindern, die Dispersion zu erleichtern und/oder nicht-strahlende Zentren zu passivieren. Noch weiter bezieht sich der Begriff „Quantenpunktperlen“ auf Verbundpartikel, die eine Perlmatrix beinhalten, in die eine Vielzahl von Kernquantenpunkten und/oder Kern/Schale-Quantenpunkten eingebaut sind. Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, umfasst der Begriff „Quantenpunkte“ also Kernquantenpunkte, Kern/Schale-Quantenpunkte und Quantenpunktperlen, sofern nicht anders angegeben.
Beispiele für Kernquantenpunkte, die gemäß der vorliegenden Offenbarung als oder in einem Wellenlängenkonversionsmaterial verwendet werden können, beinhalten einen oder mehrere lumineszierende Halbleiternanokristalle, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, Pulver- oder Partikelformen eines oder mehrerer der folgenden Halbleiter: CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, InP, InAs, InSb, AlP, AlS, AlAs, AlSb, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, PbS, PbSe, Si, Ge und Kombinationen davon. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Wellenlängenkonversionsmaterial der vorliegenden Offenbarung Kernquantenpunkte aus nanokristallinem Indiumphosphid (InP). Ohne Einschränkung sind die hierin beschriebenen Quantenpunkte vorzugsweise cadmiumfrei.
Obwohl die vorliegende Offenbarung die Verwendung von Kernquantenpunkten wie den oben genannten allein vorsieht, können diese Materialien unter einem oder mehreren Nachteilen leiden, die sie schwierig in der Handhabung oder Verarbeitung machen können, ohne ihre Fähigkeit, einfallendes Primärlicht zu konvertieren, wesentlich zu beeinträchtigen. Kernquantenpunkte können auch relativ niedrige Quanteneffizienzen aufweisen, die auf eine nichtstrahlende Elektronen-Loch-Rekombination zurückzuführen sind, die bei Defekten und hängenden Bindungen in oder an ihrer Oberfläche auftritt. Die Einwirkung von Feuchtigkeit und Sauerstoff kann zur Oxidation der Partikeloberfläche führen und ihre Leistung negativ beeinflussen.
Um dieses Problem anzugehen, können die hierin beschriebenen Kernquantenpunkte mit einer oder mehreren „Schalen“ beschichtet werden, um Kern/Schale-Quantenpunkte zu bilden. In solchen Partikeln ist der „Kern“ ein Kernquantenpunkt, wie vorstehend erwähnt, und die „Schale“ ist ein anorganisches und/oder organisches Material, das die Kernquantenpunktpartikel einzeln beschichtet oder verkapselt. Geeignete Materialien für den Kern von Kern/Schale-Quantenpunkten sind die oben genannten Kernquantenpunkte. Geeignete Materialien zur Bildung der Schale(n) eines Kern/Schale-Quantenpunktes beinhalten ein oder mehrere nanokristalline Halbleitermaterialien mit einer größeren Bandlücke als der Kern. Beispiele für solche Materialien sind ZnS und/oder eine Kombination aus ZnSe und ZnS. In Ausführungsformen werden Kern/Schale-Quantenpunkte mit einem Kern aus InP und einer Hülle aus ZnSe oder ZnS verwendet. Natürlich können auch andere nanokristalline Halbleitermaterialien als Schale eines Kern/Schale-Quantenpunktes verwendet werden, vorausgesetzt, dass das Schalenmaterial eine größere Bandlücke als der Kern aufweist.
Die Schalenmaterialien können mit jeder bekannten Technik auf den Kern aufgebracht werden. So kann beispielsweise der Kern mit einer oder mehreren Schalen mittels nasschemischer Synthese, aufeinanderfolgender Ionenschichtadsorption und -reaktion (SILAR) und dergleichen beschichtet werden. Auf jeden Fall kann die Dicke der Schale stark variieren und kann von etwa 1 bis etwa 30 nm, wie etwa 1--20 nm, oder sogar von etwa 1 bis etwa 10 nm betragen. In einigen Ausführungsformen werden eine oder mehrere Schalen um einen Kernquantenpunkt gebildet. So können beispielsweise die Kernquantenpunktpartikel mit 1, 2, 3 oder mehr Schalen beschichtet werden, wobei jede Schale aus den vorgenannten Schalenmaterialien ausgewählt werden kann.
Quantenpunktperlen sind eine weitere Form von Quantenpunkten, die als Wellenlängenkonversionsmaterial in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können. Im Allgemeinen umfassen Quantenpunktperlen eine Perlmatrix, die eine Vielzahl von Kernquantenpunkten, Kern/Schale-Quantenpunkten oder eine Kombination davon verkapselt. In einigen Ausführungsformen ist die Perlmatrix ein optisch transparentes Medium, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, ein optisch transparentes Harz, Polymer (z.B. Silikon, Epoxid, (Meth)Acrylat usw.), Glas (z.B. Silica), Sol-Gel oder dergleichen). Konkretere, nicht einschränkende Beispiele für geeignete Perlmatrixmaterialien beinhalten Acrylatpolymere wie Polymethyl(meth)acrylat, Polybutylmethacrylat, Polyoctylmethacrylat, Alkylcyanoacrylate, Polyethylenglykoldimethacrylat, Laurylmethacrylat, Polyvinylacetat usw., Epoxide wie EPOTEK 301 A+B thermisch härtendes Epoxid, EPOTEK OG112-4 UVhärtendes Eintopf-Epoxid oder EX0135A und B thermisch härtendes Epoxid, Polyamide, Polyimide, Polyester, Polycarbonate, Polythioether, Polyacrylnitrile, Polydiene, Polystyrol-Polybutadien-Copolymere (Kratons), Pyrelene, Poly-Para-Xylylen (Parylene), Silica, Silica-Acrylat-Hybride, Polyetheretherketon (PEEK), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polydivinylbenzol, Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat (PET), Polyisobutylen (Butylkautschuk), Polyisopren und Cellulosederivate (Methylcellulose, Ethylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulosephthalat, Nitrocellulose und Kombinationen davon.
Obwohl eine Vielzahl von Perlmatrizen vorgesehen sind, kann die Verwendung einer Perlmatrix mit einem optischen Index, der sich deutlich von dem des Wirtsmaterials unterscheidet, zu Grenzflächen mit dem Wirtsmaterial führen, die Licht innerhalb des Wellenlängenkonverters streuen, reflektieren und/oder brechen können. Daher werden in einigen Ausführungsformen die Perlmatrix und das Wirtsmaterial so ausgewählt, dass sie relativ ähnliche oder sogar identische optische Indizes aufweisen. So kann beispielsweise in einigen Ausführungsformen das Wirtsmaterial einen ersten optischen Index n1 aufweisen, die Perlmatrix einen zweiten optischen Index n2 und n1 kann sich von n2 um weniger als oder gleich 15%, 10%, 5%, 1% oder sogar 0,1% unterscheiden. In einigen Ausführungsformen ist n1 gleich n2. In einigen Ausführungsformen weist das Wirtsmaterial einen optischen Index n1 im Bereich von etwa 1,2 bis etwa 2,1 auf, wie beispielsweise über 1,4 bis etwa 1,6, und die Perlmatrix der Quantenpunktperlen weist einen optischen Index n2 auf, der gleich n1 ist oder sich von n1 innerhalb der vorgenannten Bereiche unterscheidet.
Wie Kernquantenpunkte können die hierin beschriebenen Quantenpunktperlen auch mit einer oder mehreren Schichten oder Schalen aus einem anorganischen oder organischen Material beschichtet sein, z.B. um den Kontakt der Quantenpunktpartikel mit Sauerstoff zu begrenzen. In diesem Zusammenhang kann jedes geeignete Material verwendet werden, um die Quantenpunktperlen zu beschichten, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, die Nitride, Oxide und organischen Materialien, die vorstehend als geeignet für die Beschichtung von Kernquantenpunktpartikeln bezeichnet wurden.
Wie vorstehend gezeigt, kann eine Vielzahl von Quantenpunkten als oder in einem Wellenlängenkonversionsmaterial im Einklang mit der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Als konkrete, nicht einschränkende Beispiele für geeignete Kernquantenpunkte, Kern/Schale-Quantenpunkte und Quantenpunktperlen, die verwendet werden können, werden die Kernquantenpunkte, Kern/Schale-Quantenpunkte und Quantenpunktperlen erwähnt, die in der U.S. Veröffentlichungsschrift Nr. 2013/0189803 beschrieben sind, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Ohne Einschränkung sind die hierin beschriebenen Quantenpunkte in einigen Ausführungsformen eine oder mehrere Arten von Quantenpunktperlen.
Die Partikelgröße von Quantenpunktperlen kann ihre Fähigkeit beeinflussen, sich im Wirtsmaterial zu verteilen. Es kann daher wünschenswert sein, Quantenpunktperlen auszuwählen und/oder zu verwenden, die zumindest teilweise auf ihrer durchschnittlichen Partikelgröße basieren. Ohne Einschränkung weisen die hierin beschriebenen Quantenpunktperlen in einigen Ausführungsformen eine durchschnittliche Partikelgröße im Bereich von etwa 1 bis etwa 50 µm auf, wie beispielsweise etwa 1 bis etwa 40 µm oder sogar etwa 1 bis etwa 30 µm. In diesen oder anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen kann die durchschnittliche Partikelgröße der Quantenpunktperlen größer oder kleiner sein als eine andere Art von Wellenlängenkonversionsmaterial innerhalb der Polymermatrix und des Matrixvorläufers, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, Leuchtstoffpartikel wie oben beschrieben.
Die hierin verwendeten Wellenlängenkonversionsmaterialien können Verarbeitungs- und/oder andere Herausforderungen verursachen. Wenn beispielsweise keine spezifischen Maßnahmen ergriffen werden, können Quantenpunkte dazu neigen, zusammen zu agglomerieren, um Agglomerate zu bilden, wobei die Agglomerate eine Größe aufweisen, die größer (z.B. mehrfach größer) ist als einzelne Partikel/Nanokristalle des Wellenlängenkonversionsmaterials (z.B. ein einzelner Quantenpunkt). Da solche Agglomerate optische und/oder andere Eigenschaften aufweisen können, die sich von den Eigenschaften einzelner (d.h. nicht-agglomerierter) Partikel/Halbleiternanokristalle vom Wellenlängenkonversionsmaterial unterscheiden, kann es wünschenswert sein, Maßnahmen zu ergreifen, um die Agglomeration der im Rahmen der vorliegenden Offenbarung verwendeten Wellenlängenkonversionsmaterialien zu begrenzen und/oder zu verhindern. So kann beispielsweise in einigen Ausführungsformen das Wellenlängenkonversionsmaterial (z.B. Quantenpunkte) mit einem oder mehreren organischen oder anorganischen Liganden beschichtet oder anderweitig behandelt werden, um ihre Agglomeration zu begrenzen und/oder zu verhindern, die Dispersion zu erleichtern und/oder nichtstrahlende Rekombinationszentren auf ihren Oberflächen zu passivieren. Natürlich ist eine solche Behandlung möglicherweise nicht in allen Fällen erforderlich, z.B. wenn Partikel von Wellenlängenkonversionsmaterialien verwendet werden, die nicht zum Agglomerieren neigen.
In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beinhalten die hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter zumindest ein Wellenlängenkonversionsmaterial, das nicht-agglomerierte (d.h. einzelne) Quantenpunkte (z.B. Kernquantenpunkte, Kern/Schale-Quantenpunkte und/oder Quantenpunktperlen) beinhaltet. In einigen Fällen umfasst, besteht im Wesentlichen aus oder besteht das Wellenlängenkonversionsmaterial aus einem oder mehreren nicht-agglomerierten Wellenlängenkonversionsmaterialien, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, nicht-agglomerierte Quantenpunkte.
In einigen Ausführungsformen beinhalten die hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter eine oder mehrere Arten von Wellenlängenkonversionsmaterial. So können beispielsweise die hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter ein Wellenlängenkonversionsmaterial beinhalten, das zumindest erste und zweite Arten von Wellenlängenkonversionsmaterial beinhaltet, wobei die erste Art von Wellenlängenkonversionsmaterial Leuchtstoffpartikel beinhaltet, die aus den oben beschriebenen ausgewählt sind, und die zweite Art von Wellenlängenkonversionsmaterial eine oder mehrere Arten von Quantenpunkten beinhaltet. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die erste Art von Wellenlängenkonversionsmaterial Partikel/Nanokristalle von zumindest einem der oben beschriebenen Leuchtstoffe, und die zweite Art von Wellenlängenkonversionsmaterial beinhaltet zumindest eine Art der oben beschriebenen Quantenpunkte. So kann beispielsweise in einigen Fällen das Wellenlängenkonversionsmaterial mintgrüne Breitbandleuchtstoffpartikel in Kombination mit roten Quantenpunktperlen beinhalten, um ein warmweißes Licht aus einer Lichtquelle wie einer LED zu erzeugen. In anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen kann das Wellenlängenkonversionsmaterial gelbe Breitbandleuchtstoffpartikel in Kombination mit grünen und/oder roten Quantenpunktperlen beinhalten, die das weiße Lichtspektrum erweitern können. Es ist daher zu verstehen, dass die hierin beschriebenen Quantenpunkte verwendet werden können, um die von einer Lichtquelle und/oder Leuchtstoffpartikeln erzeugte Lichtleistung einzustellen oder anzupassen.
Die Gesamtmenge an Wellenlängenkonversionsmaterial, die in den hierin beschriebenen Wellenlängenkonvertern enthalten ist, kann stark variieren. In einigen Ausführungsformen kann das Wellenlängenkonversionsmaterial in den hierin beschriebenen Wellenlängenkonvertern in einer Gesamtmenge im Bereich von etwa 1 bis etwa 70 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Wellenlängenkonverters vorhanden sein, wie beispielsweise etwa 1 bis etwa 50%, etwa 5 bis etwa 40%, etwa 10 bis etwa 30% oder sogar etwa 20 Gew.-%.
In Fällen, in denen mehrere Arten von Wellenlängenkonversionsmaterialien verwendet werden, können die relativen Mengen der verschiedenen Arten von Wellenlängenkonversionsmaterial gleich oder verschieden voneinander sein. Wenn beispielsweise Leuchtstoffpartikel als erstes Wellenlängenkonversionsmaterial und Quantenpunkte als zweites Wellenlängenkonversionsmaterial verwendet werden, kann die Menge der Leuchtstoffpartikel und Quantenpunkte stark variieren, entweder unabhängig oder in Abhängigkeit voneinander. So können beispielsweise die Quantenpunkte in einer Menge von etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% (z.B. etwa 10 bis etwa 40 Gew.-% oder sogar etwa 10 bis etwa 20 Gew.-%) bezogen auf das Gesamtgewicht des Wellenlängenkonverters vorhanden sein, während die Leuchtstoffpartikel in einer Menge von etwa 1 bis etwa 20 Gew.-% (wie beispielsweise etwa 10 bis etwa 20 Gew.-%) des Wellenlängenkonverters vorhanden sein können.
In Fällen, in denen die Wellenlängenkonversionsmaterialien in Form von Partikel/Nanokristallen vorliegen (z.B. Quantenpunkte und/oder Partikel/Nanokristalle eines Leuchtstoffs), kann die Form dieser Partikel einen Einfluss auf die Herstellung und/oder Leistung der hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter haben. Daher kann es wünschenswert sein, die Form des in den Wellenlängenkonvertern der vorliegenden Offenbarung verwendeten Wellenlängenkonversionsmaterials auszuwählen oder zu kontrollieren. In diesem Zusammenhang können die Wellenlängenkonversionsmaterialien Partikel/Nanokristalle in jeder geeigneten Form beinhalten. So können beispielsweise die hierin beschriebenen Wellenlängenkonversionsmaterialien Partikel/Nanokristalle beinhalten, die eine kugelförmige, ellipsoide, stäbchenförmige (z.B. Nanostäbchen), Tetrapoden-, Flocken-, Haarform usw., Kombinationen davon und dergleichen aufweisen. Ohne Einschränkung umfassen, bestehen im Wesentlichen aus oder bestehen die Wellenlängenkonversionsmaterialien in Ausführungsformen aus kugelförmigen wellenlängenkonvertierenden Partikeln, wie beispielsweise kugelförmigen Leuchtstoffen und/oder kugelförmigen Quantenpunkten.
Wie vorstehend erwähnt können die hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter wärmeleitfähige Partikel als oder in einer wärmeleitfähigen Komponente in einem Wirtsmaterial und/oder einem wärmeleitfähigen Polymer beinhalten. In solchen Fällen sind die wärmeleitfähigen Partikel Partikel aus einem oder mehreren Materialien, die eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die höher ist als die Wärmeleitfähigkeit des Wirtsmaterials oder des wärmeleitfähigen Polymers. Das heißt, in einigen Ausführungsformen kann das Wirtsmaterial/wärmeleitfähige Polymer eine erste Wärmeleitfähigkeit aufweisen und die wärmeleitfähigen Partikel eine zweite Wärmeleitfähigkeit, wobei die zweite Wärmeleitfähigkeit höher ist als die erste Wärmeleitfähigkeit. In einigen Ausführungsformen umfassen die wärmeleitfähigen Partikel Partikel mit zumindest einer zweiten Wärmeleitfähigkeit. In einigen Ausführungsformen umfassen die wärmeleitfähigen Partikel Partikel aus zumindest einem Material, das eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als oder gleich etwa 4 Wm^-1K^-1 aufweist, wie beispielsweise größer als oder gleich etwa 10 Wm^-1K^-1, größer als oder gleich etwa 20 Wm^-1K^-1 oder sogar größer als oder gleich etwa 40 Wm^-1K^-1. Ohne Einschränkung sind die wärmeleitfähigen Partikel in Ausführungsformen optisch transparente Partikel aus zumindest einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit (TC) innerhalb eines oder mehrerer der vorgenannten Bereiche.
Nicht einschränkende Beispiele für geeignete Materialien, die als wärmeleitfähige Partikel gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können, sind Metalloxide und Metallnitride, wie beispielsweise Aluminiumoxid (Al₂O₃; TC im Bereich von 12-38,5 Wm^-1K^-1)), Aluminiumnitrid (TC im Bereich von etwa 17 Wm^-1K^-1 bis 285 Wm^-1K^-1), Titanoxid (TiO₂) TC im Bereich von 4,8-11,8 Wm^-1K^-1), Titannitrid (TiN; TC von etwa 28,8 Wm^-1K^-1), Zinkoxid (TC von etwa 40 Wm^-1K^-1), Yttrium-Aluminium-Granat (YAG; TC von etwa 14 Wm^-1K^-1), hexagonales oder kristallines Bornitrid (BN; TC > 600 Wm^-1K^-1), Graphen (TC von etwa 2000 Wm^-1K^-1), Diamant (TC von etwa 600-2000 Wm^-1K^-1) sowie Kombinationen davon und dergleichen. Ohne Einschränkung sind die wärmeleitfähigen Partikel in einigen Ausführungsformen Partikel aus Aluminiumoxid, Titanoxid, Zinkoxid oder einer Kombination davon.
Die Partikelgröße und/oder Partikelgrößenverteilung der wärmeleitfähigen Partikel kann ihre Leistung und/oder ihre Fähigkeit, sich in einem Wirtsmaterial und/oder wärmeleitfähigen Polymer zu verteilen, beeinflussen. Es kann daher wünschenswert sein, wärmeleitfähige Partikel für die Verwendung in den hierin beschriebenen Wellenlängenkonversionsmaterialien auszuwählen, die zumindest teilweise auf ihrer Partikelgröße/-verteilung basieren, entweder unabhängig oder in Abhängigkeit von der Partikelgröße/-verteilung der oben beschriebenen Wellenlängenkonversionspartikel. Daher können die wärmeleitfähigen Partikel in einigen Ausführungsformen eine durchschnittliche Partikelgröße im Bereich von mehr als 0 bis weniger als 2 Mikrometern (µm) aufweisen, wie beispielsweise von etwa 10 Nanometern (nm) bis etwa 1 µm, von etwa 100 nm bis etwa 1 µm oder sogar von etwa 100 nm bis etwa 500 nm.
Die Menge der in den hierin beschriebenen Wellenlängenkonvertern verwendeten wärmeleitfähigen Partikel kann stark variieren, und es kann jede geeignete Menge an wärmeleitfähigen Partikeln verwendet werden. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Menge der wärmeleitfähigen Partikel verschiedene Leistungsmerkmale eines Wellenlängenkonverters beeinflussen kann. So kann beispielsweise mit zunehmender Menge an wärmeleitfähigen Partikeln die Wärmeleitfähigkeit des Wellenlängenkonverters entsprechend zunehmen. Die Verwendung übermäßiger Mengen an wärmeleitfähigen Partikeln kann jedoch die Lichtausbeute des Wellenlängenkonverters negativ beeinflussen, z.B. durch zunehmende Streuung des Sekundärlichts, Behinderung der Auskopplung von Primär-/Sekundärlicht in den dem Wellenlängenkonverter nachgelagerten Bereich usw. Daher kann es wünschenswert sein, die Menge der im Wellenlängenkonverter verwendeten wärmeleitfähigen Partikel zu kontrollieren, um ein gewünschtes Gleichgewicht zwischen verbesserter Wärmeleitfähigkeit und optischen Eigenschaften zu erreichen. Vor diesem Hintergrund können die wärmeleitfähigen Partikel in Ausführungsformen in einer Menge von etwa 99,99 bis etwa 80 Gew.-% (z.B. etwa 099,99 bis etwa 90 Gew.-% oder sogar etwa 99,99 bis etwa 95 Gew.-%) bezogen auf das Gesamtgewicht des Wellenlängenkonverters vorhanden sein.
Die Form der wärmeleitfähigen Partikel kann auch einen Einfluss auf die Herstellung und/oder Leistung der hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter haben. Daher kann es wünschenswert sein, wärmeleitfähige Partikel zu verwenden, die eine gewünschte Form in den Wellenlängenkonvertern der vorliegenden Offenbarung haben. In diesem Zusammenhang können wärmeleitfähige Partikel in jeder geeigneten Form verwendet werden. So können beispielsweise die wärmeleitfähigen Partikel kugelförmige Partikel, ellipsoide Partikel, Flocken, Haare, Kombinationen davon und dergleichen sein oder beinhalten. Ohne Einschränkung umfassen, bestehen im Wesentlichen oder bestehen die wärmeleitfähigen Partikel in Ausführungsformen aus kugelförmigen wärmeleitfähigen Partikeln, wie beispielsweise kugelförmigen Metalloxid- oder Metallnitridpartikeln (z.B. kugelförmiges TiO₂, kugelförmiges Al₂O₃). Alternativ oder zusätzlich umfassen, bestehen im Wesentlichen oder bestehen die wärmeleitfähigen Partikel in einigen Ausführungsformen aus Flocken und/oder Haaren (z.B. aus Bornitrid, Graphen oder einer Kombination davon). In einigen Ausführungsformen sind die verwendeten wärmeleitfähigen Partikel monodispers oder im Wesentlichen monodispers in der Größe.
Die mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmenden Wellenlängenkonverter können durch jedes geeignete Verfahren gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann beispielsweise ein Wellenlängenkonverter gebildet werden, indem ein „Vorläufer“ des Wellenlängenkonversionsmaterials (im Folgenden „Konvertervorläufer“) gebildet wird. Im Allgemeinen beinhalten die hierin beschriebenen Konvertervorläufer eine Kombination aus einer wärmeleitfähigen Komponente und einem Wellenlängenkonversionsmaterial, das bei der Bildung eines Wellenlängenkonverters zu verwenden ist. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Konvertervorläufer ein Wellenlängenkonversionsmaterial und wärmeleitfähige Partikel (als wärmeleitfähige Komponente) in einem Vorläufer eines Wirtsmaterials (nachfolgend „Wirtsmaterialvorläufer“) und optional in einer flüssigen Phase („Lösungsmittel“). Solche Vorläufer können beispielsweise durch Kombinieren (z.B. durch Mischen oder eine andere Methode) der wärmeleitfähigen Partikel und des Wellenlängenkonversionsmaterials mit dem Wirtsmaterialvorläufer (und der optionalen flüssigen Phase, wenn verwendet) gebildet werden. In Fällen, in denen kein Wirtsmaterial verwendet wird, kann der Konvertervorläufer eine Mischung oder ein Gemisch aus wärmeleitfähigen Partikeln und Wellenlängenkonversionsmaterial beinhalten, optional in einer flüssigen Phase (z.B. ein Lösungsmittel wie ein Toluol). Des Weiteren kann der Konvertervorläufer in Ausführungsformen, in denen die wärmeleitfähige Komponente ein wärmeleitfähiges Polymer ist oder beinhaltet, ein oder mehrere Wellenlängenkonversionsmaterialien beinhalten, die in einem flüssigen Vorläufer des wärmeleitfähigen Polymers dispergiert sind, und/oder einer Lösung/Dispersion/Suspension des wärmeleitfähigen Polymers in einer flüssigen Phase.
In jedem Fall kann der Konvertervorläufer verwendet werden, um einen Wellenlängenkonverter nach jedem geeigneten Verfahren zu bilden. Wenn beispielsweise der Konvertervorläufer eine flüssige Phase (z.B. eines Polymers oder eines Lösungsmittels) beinhaltet, kann der Konvertervorläufer auf einem Substrat oder einem anderen Träger abgeschieden werden, z.B. durch Tropfengießen, Bandgießen, Rotationsbeschichtung oder dergleichen. Anschließend kann die flüssige Phase entfernt werden (z.B. durch Verdampfung oder einen anderen Prozess), und die polymeren Komponenten (falls vorhanden) können ausgehärtet/polymerisiert/getrocknet werden, was zur Bildung eines einschichtigen Wellenlängenkonverters führt, der eine wärmeleitfähige Komponente mit Wellenlängenkonversionsmaterial beinhaltet, das mit der wärmeleitfähigen Komponente vermischt oder in ihr dispergiert ist. In einigen Fällen kann ein Wellenlängenkonverter durch Tropfengießen einer Dispersion gebildet werden, die ein Wellenlängenkonversionsmaterial, wärmeleitfähige Partikel und ein Wirtsmaterial auf einem Substrat enthält, woraufhin die Dispersion getrocknet wird. In anderen Ausführungsformen kann ein Wellenlängenkonverter durch Tropfengießen einer Dispersion gebildet werden, die Wellenlängenkonversionsmaterial, wärmeleitfähige Partikel und kein Wirtsmaterial auf einem Substrat enthält, woraufhin die Dispersion getrocknet wird, um eine Schicht zu bilden, die eine Mischung aus Wellenlängenkonversionsmaterial (z.B. Quantenpunkte) und wärmeleitfähigen Partikeln umfasst, im Wesentlichen daraus besteht oder daraus besteht. Des Weiteren kann in einigen Ausführungsformen ein Wellenlängenkonverter durch Tropfengießen einer Dispersion gebildet werden, die ein wärmeleitfähiges Polymer (z.B. ein anorganisch-organisches Hybridpolymer wie ORMOCLEAR) und wellenlängenkonvertierende Partikel auf einem Substrat enthält, woraufhin die Dispersion getrocknet wird, um eine Schicht aus Wellenlängenkonversionsmaterial enthaltendem wärmeleitfähigen Polymer zu bilden.
Die hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter können zu jeder geeigneten Dicke geformt werden. So können beispielsweise in einigen Ausführungsformen die hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter eine Dicke aufweisen, die von der Dicke einer Monolage aus wärmeleitfähigen Partikeln und/oder Wellenlängenkonversionsmaterial (je nachdem, was größer ist) bis zu einer Gesamtdicke von etwa 500 µm oder mehr reicht. Ohne Einschränkung weisen die hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter in einigen Ausführungsformen eine Gesamtdicke im Bereich von etwa 100 nm bis etwa 250 µm auf, wie etwa 100 nm bis etwa 150 µm, etwa 100 nm bis etwa 100 µm oder sogar etwa 100 nm bis etwa 10 µm.
Die Dicke und der Brechungsindex der Wellenlängenkonverter können einen Einfluss auf ihre optische Leistung haben. Solche Eigenschaften können beispielsweise die Art und den Grad der Streuung von Primär- und Sekundärlicht beeinflussen. Insbesondere kann die Differenz zwischen dem Brechungsindex des Wellenlängenkonverters den Grad der Streuung von Primär- und/oder Sekundärlicht durch den Konverter beeinflussen. Wenn gewünscht, kann dieses Phänomen genutzt werden, um die Konversion von primärem (z.B. blauem) Licht, das auf den Wellenlängenkonverter trifft, in Sekundärlicht zu erhöhen. Das heißt, eine solche Streuung kann genutzt werden, um die Konversionseffizienz zu erhöhen, indem einfallendes Primärlicht innerhalb des Wellenlängenkonverters verteilt wird, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass dieses Licht auf ein Wellenlängenkonversionsmaterial trifft und in Sekundärlicht konvertiert wird. Eine solche Streuung kann jedoch auch zu Lichtverlusten führen, weshalb es wünschenswert sein kann, den Brechungsindex und/oder die Partikelgröße der wärmeleitfähigen Partikel und/oder wellenlängenkonvertierenden Partikel zu optimieren, um eine hohe Lichtkonversionseffizienz zu erreichen und gleichzeitig Verluste durch Streuung zu reduzieren oder zu minimieren.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft Beleuchtungsvorrichtungen, die einen mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmenden Wellenlängenkonverter beinhalten. Obwohl die vorliegende Offenbarung die Verwendung der Wellenlängenkonverter und Wellenlängenkonversionsmaterialien in einer Vielzahl von Beleuchtungsvorrichtungen vorsieht, können solche Konverter und Konversionszusammensetzungen besonders geeignet für die Verwendung in Beleuchtungsvorrichtungen sein, die eine Festkörperlichtquelle wie ein lichtemittierendes Diodengehäuse beinhalten. In einer solchen Anwendung können die hierin beschriebenen Wellenlängenkonverter einfallendes Primärlicht, das von einer lichtemittierenden Diode emittiert wird, konvertieren und das gesamte oder einen Teil dieses Lichts in Sekundärlicht konvertieren.
Es wird daher auf 1 verwiesen, die ein Beispiel für eine Beleuchtungsvorrichtung zeigt, die einen mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmenden Wellenlängenkonverter beinhaltet. Wie dargestellt beinhaltet die Beleuchtungsvorrichtung 100 eine Lichtquelle 101. Während eine Vielzahl von Lichtquellen als Lichtquelle 101 verwendet werden kann, konzentriert sich die vorliegende Offenbarung zur Veranschaulichung auf Ausführungsformen, in denen die Lichtquelle 101 eine LED ist. Daher und wie in 1 dargestellt beinhaltet die Lichtquelle 101 eine lichtemittierende Oberfläche 102.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Lichtquelle 101 eine LED, die konfiguriert ist, um Primärlicht zu emittieren, z.B. im ultravioletten, sichtbaren und/oder infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Ohne Einschränkung ist die Lichtquelle 101 in einigen Ausführungsformen eine LED, die konfiguriert ist, um blaues Primärlicht zu emittieren. Unabhängig von ihrer Beschaffenheit kann die Lichtquelle 101 Primärlicht (nicht dargestellt) von ihrer emittierenden Oberfläche 102 in jede Richtung emittieren. Nach der Emission durch die Lichtquelle 101 kann zumindest ein Teil des Primärlichts auf den Wellenlängenkonverter 103 treffen.
In Übereinstimmung mit der vorangehenden Diskussion kann der Wellenlängenkonverter 103 eine wärmeleitfähige Komponente und ein Wellenlängenkonversionsmaterial beinhalten, das mit der wärmeleitfähigen Komponente vermischt oder in ihr dispergiert ist. Die wärmeleitfähige Komponente kann aus wärmeleitfähigen Partikeln, einem wärmeleitfähigen Polymer oder einer Kombination daraus bestehen. In einigen Ausführungsformen ist die wärmeleitfähige Komponente wärmeleitfähige Partikel, das Wellenlängenkonversionsmaterial ist oder beinhaltet Quantenpunkte, und der Wellenlängenkonverter beinhaltet ein oder kein Trägermaterial. In diesem Zusammenhang stellt 2 ein Beispiel einer Lichtquelle 200 dar, die einen Wellenlängenkonverter beinhaltet, der ein Trägermaterial 204, Partikel eines Wellenlängenkonversionsmaterials 205 und wärmeleitfähige Partikel 206 beinhaltet, wobei das Wellenlängenkonversionsmaterial 205 und wärmeleitfähige Partikel innerhalb der Wirtsmatrix 204 (z.B. homogen) dispergiert sind. So sind beispielsweise das Wellenlängenkonversionsmaterial 205 und die wärmeleitfähigen Partikel 206 in 2 so dargestellt, dass sie in einer homogenen Verteilung innerhalb des Wellenlängenkonverters 103 vorliegen. Eine solche Darstellung dient nur der Veranschaulichung und wie vorstehend erwähnt kann das Wellenlängenkonversionsmaterial 205 und die wärmeleitfähigen Partikel 206 im Wellenlängenkonverter 103 in jeder geeigneten Verteilung, wie beispielsweise einer heterogenen Verteilung, vorhanden sein.
Im Gegensatz dazu stellt 3 ein Beispiel einer Lichtquelle 300 dar, die einen Wellenlängenkonverter beinhaltet, der eine Schicht beinhaltet, die Partikel eines Wellenlängenkonversionsmaterials 205 und wärmeleitfähige Partikel 206 umfasst, im Wesentlichen daraus besteht oder daraus besteht und die kein Wirtsmaterial beinhaltet. So sind beispielsweise das Wellenlängenkonversionsmaterial 205 und die wärmeleitfähigen Partikel 206 in 3 in Form einer Schicht aus losen (d.h. ungesinterten) Partikeln auf der lichtemittierenden Oberfläche 102 dargestellt. In solchen Fällen kann davon ausgegangen werden, dass elektrostatische oder andere Kräfte das Wellenlängenkonversionsmaterial 205 und die wärmeleitfähigen Partikel 206 auf der lichtemittierenden Oberfläche 102 binden können. In Ausführungsformen können die Schicht und/oder das Gemisch aus Wellenlängenkonversionsmaterial 205 und den wärmeleitfähigen Partikeln 206 einer Verdichtung oder anderen Verfahren unterzogen werden, um die Retention dieser Komponenten auf der lichtemittierenden Oberfläche 102 zu erleichtern.
Im Gegensatz zu den 2 und 3 zeigt 4 ein Beispiel einer Lichtquelle 400, die eine Schicht aus einem wärmeleitfähigen Polymer 406 als wärmeleitfähige Komponente beinhaltet. Wie in dieser veranschaulichten Ausführungsform weiter dargestellt ist das Wellenlängenkonversionsmaterial 205 in der Schicht aus dem wärmeleitfähigen Polymer 406 dispergiert. Obwohl in den Figuren nicht dargestellt, wird darauf hingewiesen, dass wärmeleitfähige Partikel (wie beispielsweise die in den 2 und 3 dargestellten) auch in die Ausführungsform von 4 einbezogen werden können, z.B. als Partikel, die in einem wärmeleitfähigen Polymer 406 dispergiert sind.
Nicht einschränkende Beispiele für das Wirtsmaterial 204 beinhalten die zuvor beschriebenen optisch transparenten Polymere. Nicht einschränkende Beispiele für das Wellenlängenkonversionsmaterial 205 beinhalten Leuchtstoffpartikel/Nanokristalle und Quantenpunkte, wie zuvor beschrieben. Nicht einschränkende Beispiele für die wärmeleitfähigen Partikel 206 sind Metalloxid- und Metallnitridpartikel mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als oder gleich etwa 4 Wm^-1K^-1, wie zuvor beschrieben. Nicht einschränkende Beispiele für das wärmeleitfähige Polymer 406 sind anorganisch-organische Hybridpolymere, wie beispielsweise ORMOCLEAR®, wie zuvor beschrieben.
Ohne Einschränkung umfasst, besteht im Wesentlichen aus oder besteht das Wellenlängenkonversionsmaterial 205 in einigen Ausführungsformen aus nicht-agglomerierten Quantenpunkten, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, nicht-agglomerierten Kernquantenpunkten, Kern/Schale-Quantenpunkten und Quantenpunktperlen, wie zuvor beschrieben. In solchen Ausführungsformen oder in anderen Ausführungsformen umfassen, bestehen im Wesentlichen aus oder bestehen wärmeleitfähige Partikel 206 aus Partikeln aus zumindest einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als oder gleich etwa 4 Wm^-1K^-1, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, Partikel aus ZnO, TiO₂, YAG, Al₂O₃ oder einer Kombination von zwei oder mehr davon.
Zur Veranschaulichung und zum besseren Verständnis werden die Lichtquellen 100, 200, 300, 400 und 900 mit einem einzigen Wellenlängenkonverter 103 dargestellt, der in direktem Kontakt mit der lichtemittierenden Oberfläche 102 steht. Es ist zu verstehen, dass dies nur exemplarisch ist und dass mehr als ein Wellenlängenkonverter 103 verwendet werden kann und die Position des/der Wellenlängenkonverter variieren kann. So können beispielsweise in einigen Ausführungsformen die Beleuchtungsvorrichtungen 100, 200, 300, 400 einen ersten Wellenlängenkonverter 103 beinhalten, der direkt auf einer emittierenden Oberfläche 102 der Lichtquelle 101 angeordnet ist, und ein oder mehrere zusätzliche (z.B. zweite, dritte, vierte usw.) Wellenlängenkonverter können auf (z.B. direkt auf) einer oberen Oberfläche des Wellenlängenkonverters 103 angeordnet sein. Alternativ kann in Ausführungsformen der Wellenlängenkonverter 103 von der lichtemittierenden Oberfläche 102 der Lichtquelle 101 beabstandet sein, z.B. in einer entfernten Leuchtstoffkonfiguration.
Die Beleuchtungsvorrichtungen 100, 200, 300, 400, 900 können ferner eine optionale Komponente 107 beinhalten, wie in den 1-4 und 9 dargestellt. In einigen Ausführungsformen kann die optionale Komponente 107 dazu dienen, eine oder mehrere exponierte Oberflächen des Wellenlängenkonverters 103 zu versiegeln, wodurch die Oberseite des Wellenlängenkonverters 103 von der umgebenden Umwelt isoliert wird. In solchen Fällen kann die optionale Komponente 107 als Versiegelungsschicht verstanden werden. Wie zu beachten ist, kann eine Versiegelungsschicht in Fällen verwendet werden, in denen das Wellenlängenkonversionsmaterial 205 Elemente und/oder Verbindungen beinhaltet oder aus diesen gebildet wird, die mit Elementen (z.B. Sauerstoff) in der Umgebungsatmosphäre reagieren können, was ihre Fähigkeit, Primärlicht aus der Lichtquelle 101 in Sekundärlicht zu konvertieren, möglicherweise behindern kann. Die optionale Komponente 107 kann daher aus jedem geeigneten Versiegelungsmaterial gebildet werden. Nicht einschränkende Beispiele für solche Materialien beinhalten optisch transparente Polymere wie beispielsweise ein optisch transparentes Silikon, transparentes Epoxid oder dergleichen.
Alternativ oder zusätzlich kann die optionale Komponente 107 in Form einer optischen Komponente, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, auf eine Linse. Obwohl die optionale Komponente 107 in den 1-4 in Form einer Schicht dargestellt ist, ist daher zu verstehen, dass sie jede geeignete Geometrie aufweisen kann. So kann beispielsweise die optionale Komponente 107 eine linsenförmige oder andere Geometrie aufweisen, wie beispielsweise die in 9 dargestellte Geometrie (die eine optionale Komponente 907 in Form einer Linse darstellt). In beiden Fällen kann die optionale Komponente mit oder ohne Verwendung eines Klebstoffs, wie beispielsweise eines optischen Klebers, auf die Oberfläche des Wellenlängenkonverters 103 geklebt werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Beleuchtungsvorrichtungen 100, 200, 300, 400, 900 zur besseren Übersichtlichkeit und Verständlichkeit in den 1-4 und 9 mit begrenzten Komponenten dargestellt sind. Es ist zu verstehen, dass die hierin beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen nicht auf die dargestellten Komponenten beschränkt sind und verschiedene andere Elemente beinhalten können, wie sie einem Fachmann mit gewöhnlichen Kenntnissen verständlich wären. So können beispielsweise in einigen Ausführungsformen die Beleuchtungsvorrichtungen 100, 200, 300, 400, 900 ein darunter liegendes Substrat enthalten und/oder darauf gebildet sein, wie beispielsweise eine Leiterplatte oder eine andere Ansteuerelektronik, wie sie einem Fachmann mit gewöhnlichen Kenntnissen in lichtemittierenden Vorrichtungen verständlich wären. In diesem Zusammenhang wird erneut auf 9 verwiesen, die eine Beleuchtungsvorrichtung 900 gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt und einen Träger 901 beinhaltet. Ohne Einschränkung kann der Träger 901 in Form einer Leiterplatte mit elektrischen Schaltungen, Kontakten usw. zum Betreiben der Lichtquelle 101 ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Träger 901 eine Trägerstruktur sein, die andere Komponenten der Lichtquelle 100, 200, 300, 400, 900 mechanisch unterstützt, z.B. ein LED-Leuchtgehäuse.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmenden Verfahren zur Herstellung einer wellenlängenkonvertierten Beleuchtungsvorrichtung. In diesem Zusammenhang wird auf 5 verwiesen, die ein Flussdiagramm von exemplarischen Arbeitsschritten ist, die mit einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Beleuchtungsvorrichtung mit einem Wellenlängenkonverter im Einklang mit der vorliegenden Offenbarung stehen. Zur Veranschaulichung und zum besseren Verständnis werden die Arbeitsschritte von 5 in Verbindung mit den 6A-8C beschrieben, die schrittweise die Bildung verschiedener wellenlängenkonvertierter Beleuchtungsvorrichtungen im Einklang mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen. Es ist zu verstehen, dass die Arbeitsschritte von 5 und die in 6A-8C gezeigten Darstellungen nur dem Beispiel dienen und dass mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmende Wellenlängenkonverter auf eine andere Weise hergestellt werden können. Während beispielsweise die 6A-8C die Bildung eines Wellenlängenkonverters direkt auf einer lichtemittierenden Oberfläche einer LED darstellen, ist es möglich, Wellenlängenkonverter entsprechend der vorliegenden Offenbarung separat, d.h. ohne den Einsatz einer Lichtquelle, zu bilden. Während die 3A-8C die Bildung eines einzelnen Wellenlängenkonverters auf einer einzigen Lichtquelle darstellen, wird ein Fachmann mit gewöhnlichen Kenntnissen verstehen, dass die hierin beschriebenen Verfahren skaliert werden können, um mehrere Wellenlängenkonverter herzustellen, z.B. auf einer Reihe von Lichtquellen (z.B. einer Reihe von LEDs oder LED-Gehäusen).
Nun zu 5, wie dargestellt beginnt das Verfahren 500 bei Block 501. Das Verfahren kann dann zu Block 503 übergehen, wonach eine oder mehrere Träger bereitgestellt werden können. Es kann jeder geeignete Träger verwendet werden, wie beispielsweise ein Substrat, eine Leiterplatte, eine lichtemittierende Oberfläche einer Lichtquelle usw. Ohne Einschränkung ist der gemäß Block 503 bereitgestellte Träger in einigen Ausführungsformen eine lichtemittierende Oberfläche einer Lichtquelle, wie beispielsweise einer LED. Ein solcher Vorgang ist in den 6A, 7A und 8A dargestellt, die jeweils die Bereitstellung einer Lichtquelle 101 mit einer lichtemittierenden Oberfläche 102, wie zuvor beschrieben, veranschaulichen. So können beispielsweise in einigen Ausführungsformen eine oder mehrere LEDs, LED-Gehäuse, Reihen von LED-Gehäusen usw. gemäß Block 503 bereitgestellt werden, z.B. in isolierter Form oder unterstützt durch eine andere Komponente, wie beispielsweise eine Leiterplatte. In jedem Fall kann die Lichtquelle(n) 101 konfiguriert werden, um Primärlicht mit einer ersten Wellenlänge oder einem ersten Wellenlängenbereich zu emittieren, wie vorhergehend beschrieben.
Das Verfahren 500 kann dann mit dem optionalen Block 505 fortgesetzt werden, gemäß dem ein Konvertervorläufer gebildet werden kann. Gemäß Block 205 kann beispielsweise in einigen Ausführungsformen ein Konvertervorläufer durch Mischen oder anderweitiges Einbringen eines Wellenlängenkonversionsmaterials und wärmeleitfähiger Partikel (als wärmeleitfähige Komponente) in einen Vorläufer eines Wirtsmaterials, wie beispielsweise einen Vorläufer eines optisch transparenten Polymers, gebildet werden. So können beispielsweise ein Vorläufer (z.B. ungehärtetes Harz) der Wirtsmatrix, Wellenlängenkonversionsmaterial und wärmeleitfähige Partikel gemischt werden, z.B. mit einem Rührwerk, Bandmischer, Paddelmischer, Statikmischer, Emulgator, Trommelmischer oder dergleichen, um einen Konvertervorläufer in Form einer Mischung oder einer Dispersion zu bilden. Alternativ oder zusätzlich können Wellenlängenkonversionsmaterial und/oder wärmeleitfähige Partikel einem Wirtsmaterialvorläufer durch ein anderes Verfahren zugesetzt werden. In solchen Fällen können das Wellenlängenkonversionsmaterial und/oder wärmeleitfähige Partikel im Konvertervorläufer in einer homogenen oder heterogenen Verteilung vorhanden sein. Für die Referenzierung wird ein solcher Konvertervorläufer im Folgenden als „erster Konvertervorläufer“ bezeichnet.
Alternativ kann ein Konvertervorläufer gemäß Block 505 durch Bilden einer Dispersion von Wellenlängenkonversionsmaterial und wärmeleitfähigen Partikeln (als wärmeleitfähige Komponente) gebildet werden. Dies kann beispielsweise durch Mischen (z.B. mit einem Rührwerk, Bandmischer, Paddelmischer, Statikmischer, Emulgator, Trommelmischer) von wärmeleitfähigen Partikeln und Wellenlängenkonversionsmaterial mit einer flüssigen Phase (z.B. Toluol oder einem anderen geeigneten organischen Lösungsmittel) oder dergleichen erreicht werden, um eine Dispersion zu bilden. Für die Referenzierung wird ein solcher Konvertervorläufer im Folgenden als „zweiter Konvertervorläufer“ bezeichnet.
Darüber hinaus kann ein Konvertervorläufer eines Wellenlängenkonverters durch Mischen oder anderweitiges Einbringen eines Wellenlängenkonversionsmaterials in ein wärmeleitfähiges Polymer oder einen Vorläufer davon gebildet werden, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, ein wärmeleitfähiges anorganisch-organisches Hybridpolymer oder einen Vorläufer davon. So kann beispielsweise ein Vorläufer (z.B. ungehärtetes Harz) des wärmeleitfähigen Polymers und das Wellenlängenkonversionsmaterial gemischt werden (z.B. mit einem Rührwerk, Bandmischer, Paddelmischer, Statikmischer, Emulgator, Trommelmischer oder dergleichen), um ein Gemisch oder eine Dispersion zu bilden. Alternativ oder zusätzlich können Wellenlängenkonversionsmaterial und/oder wärmeleitfähige Partikel einem Wirtsmaterialvorläufer durch ein anderes Verfahren zugesetzt werden. In solchen Fällen kann das Wellenlängenkonversionsmaterial im Vorläufer des Wellenlängenkonverters in einer homogenen oder heterogenen Verteilung vorhanden sein. Für die Referenzierung wird ein solcher Konvertervorläufer im Folgenden als „dritter Konvertervorläufer“ bezeichnet.
Nach den Arbeitsschritten von Block 505 oder wenn solche Arbeitsschritte weggelassen werden (z.B. wenn ein Konvertervorläufer zuvor gebildet oder kommerziell verfügbar ist), kann das Verfahren 500 mit Block 507 fortfahren, gemäß dem ein Wellenlängenkonverter gebildet wird. Die Ausbildung eines Wellenlängenkonverters kann in jeder geeigneten Weise erfolgen. In Fällen, in denen beispielsweise ein erster, zweiter oder dritter Wellenlängenkonvertervorläufer wie oben beschrieben gebildet wurde, kann die Ausbildung eines Wellenlängenkonverters durch Abscheiden oder anderweitiges Bilden einer Schicht aus Wellenlängenmaterialvorläufer auf einer Oberfläche eines Trägers erfolgen, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, die lichtemittierende Oberfläche einer LED. Die Abscheidung des Wellenlängenkonvertervorläufers auf dem Träger kann in jeder geeigneten Weise erfolgen, wie beispielsweise durch Tropfengießen, Tintenstrahldruck, Bandgießen, Rotationsbeschichtung oder dergleichen. In jedem Fall kann nach einer solchen Abscheidung der Wellenlängenkonvertervorläufer in geeigneter Weise gehärtet/polymerisiert werden, was zur Ausbildung eines Wellenlängenkonverters in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung führt. Dieses Konzept ist in den 6B, 7B und 8B dargestellt, die die Ausbildung eines Wellenlängenkonverters 103 auf einer lichtemittierenden Oberfläche 102 der lichtemittierenden Diode 101 unter Verwendung eines ersten, zweiten bzw. dritten Konvertervorläufers (entsprechend) wie zuvor erläutert zeigen.
Das Verfahren 500 kann dann mit dem optionalen Block 509 fortfahren, gemäß dem eine optionale Komponente bereitgestellt werden kann, z.B. zum Abdecken/Versiegeln einer oder mehrerer Oberflächen des Wellenlängenkonverters wie oben beschrieben. Dieses Konzept ist in den 6C, 7C und 8C dargestellt, die jeweils die Ausbildung einer optionalen Komponente 107 auf einer oberen Oberfläche eines Wellenlängenkonverters 103 zeigen.
So können beispielsweise eine oder mehrere Oberflächen des Wellenlängenkonverters mit einem Versiegelungsmaterial, wie beispielsweise den oben genannten Versiegelungsmaterialien, versiegelt werden. Die Ausbildung der Versiegelungsschicht kann z.B. durch Tropfengießen, Tintenstrahldruck, Rotetionsbeschichtung, Kombinationen davon und dergleichen erfolgen. Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere Oberflächen des Wellenlängenkonverters mit einer anderen Art von optionaler Komponente, wie beispielsweise einer Linse, wie zuvor beschrieben, abgedeckt werden. In Fällen, in denen die Linse aus einem polymeren Material gebildet ist, kann sie durch Abscheiden eines solchen polymeren Materials oder eines Vorläufers davon auf einer Oberfläche des Wellenlängenkonverters gebildet werden, z.B. durch Rotationsbeschichtung, Tintenstrahldruck, Rotationsbeschichtung oder dergleichen. Alternativ kann eine Linse separat gebildet und dann (z.B. mit einem Klebstoff) mit einer oder mehrerer Oberflächen eines Wellenlängenkonverters, einer Beleuchtungsvorrichtung oder einer Kombination davon verbunden werden. Im letzteren Fall kann die Kopplung einer Linse an einen Wellenlängenkonverter mit Hilfe der so genannten „Pick and Place“-Technologie erfolgen, wobei eine Linse von einem Aufsetzarm aufgenommen, entsprechend auf einer Oberfläche eines Wellenlängenkonverters positioniert und (z.B. mit einem Klebstoff) fixiert werden kann.
Nach dem optionalen Block 509 (oder wenn die Arbeitsschritte dieses Blocks weggelassen werden) kann das Verfahren 500 mit dem Block 511 fortfahren und enden.
Beispiele
Zur Veranschaulichung wird die vorliegende Offenbarung nun mehrere Beispiele beschreiben, in denen eine Kombination von wellenlängenkonvertierenden Partikeln verwendet wird, um einen einschichtigen Wellenlängenkonverter im Einklang mit der vorliegenden Offenbarung zu bilden. Es ist zu verstehen, dass die folgenden Beispiele nur repräsentativ sind und nicht den gesamten Umfang der hierin beschriebenen Erfindung darstellen.
Um die Effektivität der Zugabe von wärmeleitfähigen Partikeln zu bestimmen, wurden mehrere Testwellenlängenkonverter hergestellt.
Probe 1: Ein erster Probenwellenlängenkonverter wurde durch Tropfengießen einer Dispersion von Indiumphosphid/Zinksulfid (InP/ZnS) Kern/Schale-Quantenpunkten in Toluol (Konzentration 6 mg/ml) auf einem Substrat hergestellt. Die Flüssigkeit konnte verdunsten, was zur Ausbildung eines Wellenlängenkonverters in Form einer Schicht führte, die InP/ZnS-Kern/Schale Quantenpunkte enthielt. Der Wellenlängenkonverter wurde dann in ein undurchlässiges Verpackungsmaterial eingekapselt.
Probe 2: Ein zweiter Probenwellenlängenkonverter wurde vorbereitet, indem ein Ausnehmungsbereich auf einem Saphirsubstrat mit einem Gramm Aluminiumoxidpartikeln gefüllt wurde. Dann wurden 0,5 µl einer Dispersion von Indiumphosphid/Zinksulfid (InP/ZnS) Kern/Schale-Quantenpunkten in Toluol (6 mg/ml) auf die Schicht aus Aluminiumoxidpartikeln getropft. Die Flüssigkeit konnte verdunsten, was zur Ausbildung eines Wellenlängenkonverters in Form einer Schicht führte, die eine Mischung aus InP/ZnS-Kern/Schale-Quantenpunkten und wärmeleitfähigen Aluminiumoxidteilchen enthielt. Der Wellenlängenkonverter wurde dann in ein undurchlässiges Verpackungsmaterial eingekapselt.
Probe 3: Ein dritter Probenwellenlängenkonverter wurde vorbereitet und beinhaltete InP/ZnS Kern/Schale-Quantenpunkte in Laurylmethacrylat bei einer geschätzten Beladung von 6 mg Quantenpunkten pro Milliliter Harz. Der Wellenlängenkonverter wurde dann in ein undurchlässiges Verpackungsmaterial eingekapselt.
Probe 4: Ein vierter Probenwellenlängenkonverter wurde durch Mischen von einem Gramm eines ungehärteten Hybridpolymers (ORMOCLEAR®) und 0,5 µl einer Dispersion von InP/ZnS-Kern/Schale-Quantenpunkten in Toluol (5 mg/ml) hergestellt. Der resultierende Konvertervorläufer wurde auf ein Substrat getropft. Die Vernetzung des Hybridpolymers wurde durch Beleuchtung mit einem 405 nm Licht eingeleitet, und die Zusammensetzung wurde ausgehärtet, um einen Wellenlängenkonverter in Form einer Schicht des Hybridpolymers einschließlich der Kern/Schale-Quantenpunkte zu bilden. Der Wellenlängenkonverter wurde dann in ein undurchlässiges Verpackungsmaterial eingekapselt.
Die integrierte Emission (d.h. Intensität) der Emissionsspektren der Proben wurde über einen Temperaturbereich von etwa 280 bis etwa 500 Kelvin mit einem Horiba Jobin-Yvon Fluorolog-3 Spektrophotometer ausgewertet. Jede Probe wurde in den Probenraum des Spektrophotometers gelegt und dem von einer Xenonlampe emittierten Primärlicht ausgesetzt. Die Emissionsspektren jeder Probe wurden dann mit einem Photomultiplier-(PMT)-Detektor oder einem CCD-(charge coupled device)-Detektor gemessen. Die Temperatur der betrachteten Probe wurde mehrfach erhöht und die integrierte Emissionsmessung über den Temperaturbereich wiederholt. Die aufgezeichnete integrierte Emission jeder Probe wurde dann als Funktion der Temperatur aufgetragen, wie in 10 dargestellt. Wie zu sehen ist, zeigten die Proben 2 und 4 (die eine wärmeleitfähige Komponente wie wärmeleitfähige Partikel oder ein wärmeleitfähiges Polymer enthielten) bei 100 Grad Celsius (etwa 400 Kelvin) eine höhere integrierte Emission als die Proben 1 und 3 (die keine wärmeleitfähige Komponente enthielten).
Wie aus dem Vorangegangenen hervorgeht, können die Technologien der vorliegenden Offenbarung die Ausbildung von Wellenlängenkonvertern mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit ermöglichen. Solche Wellenlängenkonverter können eine verbesserte Leistung unter den Betriebsbedingungen einer Lichtquelle aufweisen, insbesondere wenn der Wellenlängenkonverter Quantenpunkte als Wellenlängenkonversionsmaterial beinhaltet. Darüber hinaus können die Wellenlängenkonverter wünschenswerte Leistungsmerkmale aufweisen und es Lichtplanern ermöglichen, die Lichtausbeute einer Beleuchtungsvorrichtung anzupassen, ohne sich auf komplexe und teure Fertigungstechniken verlassen zu müssen.
Ausführungsformen
Die folgenden sind zusätzliche Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Ausführungsform 1: Gemäß dieser Ausführungsform ist eine Beleuchtungsvorrichtung (100, 200, 300, 400, 900) mit einem Wellenlängenkonverter (103) bereitgestellt, wobei der Wellenlängenkonverter (103) eine Schicht beinhaltet mit: einer wärmeleitfähigen Komponente (206, 406); und einem Wellenlängenkonversionsmaterial (205), das mit der wärmeleitfähigen Komponente (206, 406) vermischt oder in ihr dispergiert ist; wobei: das Wellenlängenkonversionsmaterial (205) nicht-agglomerierte Quantenpunkte beinhaltet; und die wärmeleitfähige Komponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem wärmeleitfähigen Polymer (406) oder wärmeleitfähigen Partikeln (206); das wärmeleitfähige Polymer eine Wärmeleitfähigkeit größer als 0.2 Watt pro Meter Kelvin (Wm^-1K^-1) aufweist; und die wärmeleitfähigen Partikel (206) Partikel aus zumindest einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich etwa 4 Wm^-1K^-1 sind.
Ausführungsform 2: Diese Ausführungsform beinhaltet einen oder alle Merkmale der Ausführungsform 1, wobei: die wärmeleitfähige Komponente die wärmeleitfähigen Partikel (206) ist; und die wärmeleitfähigen Partikel (106) eine mittlere Partikelgröße im Bereich von etwa 100 Nanometern bis etwa 1 Mikrometer aufweisen.
Ausführungsform 3: Diese Ausführungsform beinhaltet einen oder alle Merkmale der Ausführungsform, wobei die wärmeleitfähige Komponente die wärmeleitfähigen Partikel (206) ist und das zumindest eine Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als oder gleich etwa 4 Wm^-1K^-1 ein Metall, ein Metalloxid, ein Metallnitrid oder eine Kombination daraus ist.
Ausführungsform 4: Diese Ausführungsform beinhaltet einen oder alle Merkmale der Ausführungsform 1, wobei die wärmeleitfähige Komponente die wärmeleitfähigen Partikel (206) ist und das zumindest eine Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als oder gleich 4 Wm^-1K^-1 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Titanoxid, Titannitrid, Zinkoxid und Kombinationen daraus.
Ausführungsform 5: Diese Ausführungsform beinhaltet eines oder alle Merkmale der Ausführungsform 1, wobei das zumindest eine Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als oder gleich 4 Wm^-1K^-1 zumindest ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als oder gleich 10 Wm^-1K^-1 beinhaltet.
Ausführungsform 6: Diese Ausführungsform beinhaltet einen oder alle Merkmale der Ausführungsform 1, die weiterhin ein Wirtsmaterial (204) beinhaltet, wobei: die wärmeleitfähige Komponente die wärmeleitfähigen Partikel (206) ist; das zumindest eine Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich etwa 4 Wm^-1K^-1 ein Metall, ein Metalloxid, ein Metallnitrid oder eine Kombination daraus ist; und die wärmeleitfähigen Partikel (206) und das Wellenlängenkonversionsmaterial (205) in dem Wirtsmaterial (204) dispergiert sind.
Ausführungsform 7: Diese Ausführungsform beinhaltet eines oder alle Merkmale der Ausführungsform 6, wobei das Wirtsmaterial (204) ein Polymer ist.
Ausführungsform 8: Diese Ausführungsform beinhaltet eines oder alle Merkmale der Ausführungsform 6, wobei das Wellenlängenkonversionsmaterial (205) und die wärmeleitfähigen Partikel (206) homogen in dem Wirtsmaterial (204) dispergiert sind.
Ausführungsform 9: Diese Ausführungsform beinhaltet eines oder alle Merkmale der Ausführungsform 1, wobei die wärmeleitfähige Komponente das wärmeleitfähige Polymer (406) ist und Wellenlängenkonversionsmaterial (205) in dem wärmeleitfähigen Polymer (406) dispergiert ist.
Ausführungsform 10: Diese Ausführungsform beinhaltet eines oder alle Merkmale der Ausführungsform 1, wobei das Wellenlängenkonversionsmaterial (205) im Wesentlichen aus nicht-agglomerierten Quantenpunkten besteht.
Ausführungsform 11: Diese Ausführungsform beinhaltet einen oder alle Merkmale der Ausführungsform 1, wobei die wärmeleitfähige Komponente die wärmeleitfähigen Partikel ist und der Wellenlängenkonverter (103) im Wesentlichen aus einer Schicht aus einer Mischung des Wellenlängenkonversionsmaterials und der wärmeleitfähigen Partikel besteht.
Ausführungsform 12: Diese Ausführungsform beinhaltet einen oder alle Merkmale der Ausführungsform 1, wobei der Wellenlängenkonverter (103) als Reaktion auf einfallendes Primärlicht eine erste integrierte Emission bei Raumtemperatur und eine zweite integrierte Emission bei 100 Grad Celsius aufweist, wobei die zweite integrierte Emission größer als oder gleich etwa 80% der ersten integrierten Emission ist.
Ausführungsform 13: Diese Ausführungsform beinhaltet eines oder alle Merkmale der Ausführungsform 1 und beinhaltet ferner eine Lichtquelle (101) mit einer lichtemittierenden Oberfläche (102), wobei der Wellenlängenkonverter (103) auf der lichtemittierenden Oberfläche (102) oder von der lichtemittierenden Oberfläche (102)beabstandet angeordnet ist.
Ausführungsform 14: Diese Ausführungsform beinhaltet eines oder alle Merkmale der Ausführungsform 13, wobei die Lichtquelle (101) eine lichtemittierende Diode (LED) ist.
Ausführungsform 15: Diese Ausführungsform beinhaltet einen oder alle Merkmale der Ausführungsform 14, wobei: die Lichtquelle (101) konfiguriert ist, um Primärlicht einer ersten Wellenlänge oder ersten Wellenlängenbereichs zu emittieren; die nicht-agglomerierten Quantenpunktpartikel konfiguriert sind, um das Primärlicht in Sekundärlicht einer zweiten Wellenlänge oder eines zweiten Wellenlängenbereichs zu konvertieren, der sich von der ersten Wellenlänge oder ersten Wellenlängenbereich unterscheidet; und der Wellenlängenkonverter (103) als Reaktion auf einfallendes Primärlicht eine erste integrierte Emission bei Raumtemperatur und eine zweite integrierte Emission bei 100 Grad Celsius aufweist, wobei die zweite integrierte Emission größer als oder gleich etwa 80% der ersten integrierten Emission ist.
Anders als in den Beispielen oder wo anders angegeben, sind alle Zahlen, die Endpunkte von Bereichen ausdrücken, und so weiter, die in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, so zu verstehen, dass sie in allen Fällen um den Begriff „etwa“ ergänzt sind. Dementsprechend sind die in der Beschreibung und den beigefügten Angaben angegebenen numerischen Parameter, sofern nicht anders angegeben, Näherungswerte, die je nach den gewünschten Eigenschaften, die durch die vorliegende Offenbarung erreicht werden sollen, variieren können. Zumindest und nicht als Versuch, die Anwendung der Lehre von den Äquivalenten auf den Umfang der Ansprüche zu beschränken, sollte jeder numerische Parameter im Hinblick auf die Anzahl der signifikanten Stellen und die üblichen Rundungsansätze ausgelegt werden.
Ungeachtet dessen, dass die Zahlenbereiche und Parameter, die den weiten Umfang der vorliegenden Offenbarung festlegen, Näherungswerte sind, werden die in den spezifischen Beispielen angegebenen Zahlenwerte so genau wie möglich aufgeführt, sofern nicht anders angegeben. Jeder Zahlenwert enthält jedoch von Natur aus bestimmte Fehler, die sich zwangsläufig aus der Standardabweichung in ihren jeweiligen Prüfmessungen ergeben.
Andere Ausführungsformen der Erfindung werden für den Fachmann aus der Berücksichtigung der Beschreibung und der Anwendung der hier offenbarten Erfindung ersichtlich sein. Es ist beabsichtigt, die Beschreibung und die Beispiele nur als exemplarisch zu betrachten, wobei ein wahrer Umfang und Geist der Erfindung durch die folgenden Ansprüche angegeben wird.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung 15/499,598 , deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Zur besseren Übersichtlichkeit ist die folgende Tabelle mit den Bezugszeichen aufgeführt und Tabelle 1

Bezugszeichen
100	Beleuchtungsvorrichtung
101	Lichtquelle
102	Austrittsfläche
103	Wellenlängenkonverter
107	optionale Komponente
200	Beleuchtungsvorrichtung
204	Wirtsmaterial
205	Wellenlängenkonversionsmaterial
206	wärmeleitfähige Partikel
300	Beleuchtungsvorrichtung
400	Beleuchtungsvorrichtung
406	wärmeleitfähiges Polymer
500	Verfahren
501	Start
503	optionales Bereitstellen des Trägers
505	optionales Bereitstellen des Vorläufers
507	Ausbilden des Wellenlängenkonverters
509	optionales Ausbilden der optionalen Komponente
511	Ende
900	Beleuchtungsvorrichtung
901	Träger
907	optionale Komponente

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 15499598 [0111]

Claims

Beleuchtungsvorrichtung (100, 200, 300, 400, 900), die einen Wellenlängenkonverter (103) umfasst, wobei der Wellenlängenkonverter (103) eine Schicht umfasst, die umfasst: eine wärmeleitfähige Komponente (206, 406); und ein Wellenlängenkonversionsmaterial (205), das mit der wärmeleitfähigen Komponente (206, 406) vermischt oder in ihr dispergiert ist; wobei das Wellenlängenkonversionsmaterial (205) nicht-agglomerierte Quantenpunkte umfasst; und die wärmeleitfähige Komponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem wärmeleitfähigen Polymer (406) oder wärmeleitfähigen Partikeln (206); das wärmeleitfähige Polymer eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,2 Watt pro Meter Kelvin (Wm^-1K^-1) aufweist; und die wärmeleitfähigen Partikel (206) Partikel aus zumindest einem Material mit eine Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich etwa 4 Wm^-1K^-1 sind.
Beleuchtungsvorrichtung (100, 200, 300, 900) nach Anspruch 1, wobei die wärmeleitfähige Komponente die wärmeleitfähigen Partikel (206) ist; und die wärmeleitfähigen Partikel (106) eine mittlere Partikelgröße im Bereich von etwa 100 Nanometer bis etwa 1 Mikrometer aufweisen.
Beleuchtungsvorrichtung (100, 200, 300, 900) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wärmeleitfähige Komponente die wärmeleitfähigen Partikel (206) ist und das zumindest eine Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich etwa 4 Wm^-1K^-1 ein Metall, ein Metalloxid, ein Metallnitrid oder eine Kombination davon ist.
Beleuchtungsvorrichtung (100, 200, 300, 900) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wärmeleitfähige Komponente die wärmeleitfähigen Partikel (206) ist und das zumindest eine Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich 4 Wm^-1K^-1 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Titanoxid, Titannitrid, Zinkoxid und Kombinationen davon.
Beleuchtungsvorrichtung (100, 200, 300, 900) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich 4 Wm^-1K^-1 zumindest ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich 10 Wm^-1K^-1 umfasst.
Beleuchtungsvorrichtung (100, 200, 900) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Wirtsmaterial (204), wobei die wärmeleitfähige Komponente die wärmeleitfähigen Partikel (206) ist; das zumindest eine Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich etwa 4 Wm^-1K^-1 ein Metall, ein Metalloxid, ein Metallnitrid oder eine Kombination davon ist; und die wärmeleitfähigen Partikel (206) und das Wellenlängenkonversionsmaterial (205) innerhalb des Wirtsmaterials (204) dispergiert sind.
Beleuchtungsvorrichtung (100, 200, 300, 900) nach Anspruch 6, wobei das Wirtsmaterial (204) ein Polymer ist.
Beleuchtungsvorrichtung (200, 900) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Wellenlängenkonversionsmaterial (205) und die wärmeleitfähigen Partikel (206) homogen innerhalb des Wirtsmaterials (204) dispergiert sind.
Beleuchtungsvorrichtung (400, 900) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wärmeleitfähige Komponente das wärmeleitfähige Polymer (406) ist und das Wellenlängenkonversionsmaterial (205) in dem wärmeleitfähigen Polymer (406) dispergiert ist.
Beleuchtungsvorrichtung (100, 200, 300, 400, 900) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wellenlängenkonversionsmaterial (205) im Wesentlichen aus nicht-agglomerierten Quantenpunkten besteht.
Beleuchtungsvorrichtung (300, 900) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wärmeleitfähige Komponente die wärmeleitfähigen Partikel ist und der Wellenlängenkonverter (103) im Wesentlichen aus einer Schicht aus einer Mischung aus dem Wellenlängenkonversionsmaterial und den wärmeleitfähigen Partikeln besteht.
Beleuchtungsvorrichtung (100, 200, 300, 900) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wellenlängenkonverter (103) als Reaktion auf einfallendes Primärlicht eine erste integrierte Emission bei Raumtemperatur und eine zweite integrierte Emission bei 100 Grad Celsius aufweist, wobei die zweite integrierte Emission größer oder gleich etwa 80% der ersten integrierten Emission ist.
Beleuchtungsvorrichtung (100, 200, 300, 400, 900) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Lichtquelle (101), die eine lichtemittierende Oberfläche (102) umfasst, wobei der Wellenlängenkonverter (103) auf der lichtemittierenden Oberfläche (102) angeordnet oder von der lichtemittierenden Oberfläche (102) beabstandet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (100, 200, 300, 900) nach Anspruch 6, wobei die Lichtquelle (101) eine lichtemittierende Diode (LED) ist.
Beleuchtungsvorrichtung (100, 200, 300, 400, 900) nach Anspruch 14, wobei die Lichtquelle (101) dazu ausgebildet ist, das Primärlicht einer ersten Wellenlänge oder eines ersten Wellenlängenbereichs zu emittieren; die nicht-agglomerierten Quantenpunktpartikel dazu eingerichtet sind, das Primärlicht in Sekundärlicht einer zweiten Wellenlänge oder eines zweiten Wellenlängenbereich zu konvertieren, der sich von der ersten Wellenlänge oder dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet; und der Wellenlängenkonverter (103) als Reaktion auf einfallendes Primärlicht eine erste integrierte Emission bei Raumtemperatur und eine zweite integrierte Emission bei 100 Grad Celsius aufweist, wobei die zweite integrierte Emission größer oder gleich etwa 80% der ersten integrierten Emission ist.
Ein Wellenlängenkonverter (103) umfassend eine wärmeleitfähige Komponente (206, 406); und ein Wellenlängenkonversionsmaterial (205), das in der wärmeleitfähigen Komponente (206, 406) vermischt oder in ihr dispergiert ist; wobei das Wellenlängenkonversionsmaterial (205) nicht-agglomerierte Quantenpunkte umfasst; und die wärmeleitfähige Komponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem wärmeleitfähigen Polymer (406) oder wärmeleitfähigen Partikeln (206); das wärmeleitfähige Polymer eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,2 Watt pro Meter Kelvin (Wm^-1K^-1) aufweist; und die wärmeleitfähigen Partikel (206) Partikel aus zumindest einem Material mit eine Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich etwa 4 Wm^-1K^-1 sind.