TW201221860A - Light-emitting arrangement with organic phosphor - Google Patents

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201221860 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於包括維持在受控環境下之有機磷光體之發 光配置、其製造方法及包括該等發光配置之燈。 【先前技術】 基於發光二極體（LED)之照明裝置愈來愈多地用於多種 採光應用。LED提供優於諸如白熾燈及螢光燈等傳統光源 之優點’包含長壽命、高流明效率，低作業電壓及流明輸 出之快速調變。 尚效高功率LED通常係基於藍光發射材料。為製造具有 期望顏色（例如’白色）輸出之基於LED之照明裝置，可使 用適宜波長轉換材料（通常稱作磷光體），其將由LEd發射 之光之一部分轉換成較長波長之光以便產.生具有期望光譜 特性之光組合。可將波長轉換材料直接施加於LED晶粒 上’或可將LED晶粒配置於離磷光體一定距離處（所謂的遠 端組態）。例如’可將磷光體施加於封裝裝置之密封結構 之内侧上。 已使用許多無機材料作為磷光體材料用於將由LED發射 之藍光轉換成較長波長之光。然而’無機填光體具有相對 昂貴之缺點。此外’無機led磷光體係光散射顆粒，因而 總疋反射一部分入射光’此會降低裝置中之效率。此外， 無機LED磷光體，尤其對於紅色發光led磷光體而言，具 有相對寬之發射光譜，此導致額外效率損失。目前，正在 考慮在LED中用有機磷光體材料代替無機磷光體，在該等 158962.doc 201221860 LED中期望將藍光轉換為綠光至紅光，以（例如）達成白光 輸出。有機磷光體之優點在於，其發光光譜之位置及帶寬 方面易於調整。有機磷光體材料往往亦具有高透明度其 係有利的，此乃因該採光系統之效率與使用光吸收性及/ 或反射性更強之碗光體材料之系統相比有所提高。此外， 有機磷光體之成本遠低於無機磷光體。然而，由於有機碟 光體對在LED之電發光活動期間所生成之熱敏感，故有機 磷光體優先用於將磷光體置於遠離led之距離處之遠端組 態裝置中。 阻礙有機墙光體材料在基於遠端填光體led之採光系統 中應用之主要缺陷係其光化學穩定性較差。已觀察到，當 在空氣存在下用藍光照射時，有機磷光體迅速降解。 US 2007/0273274(Horiuchi等人）揭示包括發光裝置且包 括配置於不透氣腔中之有機磷光體之半透明壓層片，該不 透氣腔係藉由框架部件及兩個玻璃板形成。該腔在以下狀 態下填充有有機填光體：其中在真空或惰性氣體之環境氣 氣中將氧?農度保持於10 0 ρρηι且較佳2 0 ρρ πι或更少，從而 避免磷光體之劣化。 然而’儘管US 2007/0273274中已提出解決方案，但業 内仍需要降低或避免有機碟光體劣化之改良發光配置。 【發明内容】 本發明之目的係克服此問題，及提供包括壽命延長之有 機磷光體之發光配置。 本發明之目的亦係提供用於發光配置之密封結構，其中 158962.doc 201221860 可將有機波長轉換材料維持在低壓下。 根據本發明之第一態樣，此目的及其他目的係藉由包括 以下之發光配置來達成：光源，其適於發射第一波長之 光，波長轉換部件，其包括適於接收該第一波長之光並將 所接收光之至少一部分轉換成第二波長之光的有機波長轉 換材料，該波長轉換部件及該光源相互間隔開；及密封結 構’其至少部分地包圍該波長轉換部件並形成至少含有該 波長轉換部件之密封腔，該密封腔内之氣體壓力為1>(!1 〇_5 巴（1 Pa)或更小。已發現在此壓力下，有機磷光體具有極 佳穩疋性’從而延長磷光體之壽命。較佳地，該密封腔内 之氣體壓力為1 * 1 〇 8巴（1 mpa)或更小。通常，密封腔係氣 密性密封。 在本發明之實施例中，密封腔可進一步包括吸附劑材 料，例如活性厌。活性炭可吸附在非氣密性密封之情形中 進入腔中或自腔内組份釋放之氣態物質。因而可在發光配 置之作業壽命期間維持密封腔内之低氣體壓力。 在本發明之實施例中，密封結構至少部分地包圍光源， 以使得密封腔亦含有該光源。因此，在該等實施例中亦 將光源保持在與波長轉換部件相同之低壓下。 在本發明之實施例中，波長轉換部件包括含有花衍生物 之波長轉換材料。具體而言，波長轉換材料可包括選自由 以下通式之茈衍生物組成之群之化合物： 158962.doc 201221860

A

其中 G,係直鏈或具支鏈烷基、或含氧烷基CnH2n+i〇m、或γ, η係自1至44之整數，且m < η/2 ; A、B、C、J&Q各獨立地為氫、異丙基、第三丁基、 氟、曱氧基或未經取代飽和烷基CnH2n+丨，n係自1至16之整 數； G2、G3、G4&G5各獨立地為氫、氟、甲氧基、異丙基、 第二丁基或未經取代飽和烧基CnH2n+1或X，n係自1至16之 整數；且 D、E、I、L及Μ中各獨立地為氫、氟、曱氧基或未經取 代飽和烧基CnH2n+i，η係自1至16之整數。 在一些實施例中，Α及C各係異丙基，Β、J及Q各係氫且 D、E、I、L及Μ各係氫。發現與其他茈衍生化合物相比， 此波長轉換材料在低壓下具有優良穩定性。 在本發明之實施例中’光源包括至少一個發光二極體 (LED)。 158962.doc 201221860 根據另一態樣，本發明係關於包括如本文所闡述發光配 置之燈。 根據另一態樣’本發明提供用於產生密封結構之方法， 該密封結構包封含有處於低壓下之波長轉換部件之密封腔 用於發光配置中。該方法包括以下步驟： -提供意欲形成腔之結構； -在該結構上或毗鄰該結構配置波長轉換部件，以使得 波長轉換部件可含於該腔内； '閉合該結構以形成包封該含有波長轉換部件之腔之密 封結構； -向該腔提供具有1 Pa或更小氣體壓力之氣氛；及 -氣密性密封該閉合之密封結構，該閉合之密封結構包 封該含有波長轉換部件之腔。 通常，可使用玻璃熔融來實施密封該閉合密封結構之步 驟。同樣’可使用玻璃熔融來實施閉合密封結構之先前步 驟0 提供低氣體壓力氣氛之步驟通常包括抽真空。 在本發明之實施例中，在閉合密封結構之前提供光源， 且4光源經配置以在閉合密封結構時與波長轉換部件一起 3於腔内。因❿’可使用包封波長轉換部件及光源兩者之 簡早密封結構。—般而言’波長轉換部件及光源經配置相 互間隔開。 在再-態樣中，本發明提供用於f造如本文所闡述發光 配置之方法，其包括以下步驟： 158962.doc 201221860 -提供適於發射第一波長之光之光源； -提供意欲形成腔之結構， -在該結構上或毗鄰該結構配置包括有機波長轉換材料 之波長轉換部件，以使得波長轉換部件可含於該腔内； 閉合該結構以形成包封該含有波長轉換部件之腔之密 封結構； -向該腔提供具有1 Pa或更小氣體壓力之氣氛；及 -氣密性密封該密封結構，該密封結構包封該含有波長 轉換部件之腔。 通常，波長轉換部件經配置以使得波長轉換部件可接收 由光源發射之該第一波長之光。一般而言，波長轉換部件 及光源經配置相互間隔開。 應注意，本發明係關於申請專利範圍中所列舉特徵之所 有可能組合。 【實施方式】 現將參照顯示本發明之實施例之附圖更詳細地闡述本發 明之該等態樣及其他態樣。 圖1 a及1 b示意性地圖解說明本發明之兩個發光配置 100 »在兩個實施例中，將複數個LED 1 〇 1配置於支樓物 102上。在光源上方配置密封結構1〇3，其包括光出射部件 104及密封件107。密封結構103亦界定密封腔1〇5，其中配 置包括有機波長轉換材料（通常分散於聚合物基質或載體 中）之波長轉換部件106。 圖1 a之發光配置100係以改良式燈之形式提供。片語改 158962.doc 201221860 良式燈為熟習此項技術者所熟知且係指基於LED之燈，其 具有無LED之老式燈之外觀。將包括複數個lEd ιοί之光 源配置於提供有諸如愛迪生螺旋燈頭（Edis〇n screw cap)或 卡口燈頭等傳統燈頭之基底部分1 〇2上，每一 led 101包括 連接至陽極及陰極（未顯示）之電發光層。將包括彎曲光出 射部件104之密封結構1〇3配置於基底部分ι〇2上之lEd 1〇1 上方。彎曲部件104具有雙重壁構造，其包括外壁1〇4£1及 内壁104b且包封在壁i〇4a、i〇4b間形成之腔1〇5。彎曲壁 l〇4a、l〇4b藉由可與基底部分1〇2直接或間接接觸之底壁 部分連接。 將包括有機波長轉換材料之波長轉換部件1〇6配置於腔 105内’其係以塗層形式位於弯曲部件1 之表面（即，面 向腔之表面）上。將LED定位於彎曲部件1〇4下方由内壁 l〇4b及基底部分1〇2形成之不同腔1〇9中。 在本發明實施例中’將波長轉換部件配置於低壓密封腔 内，同時將光源配置於該腔之外部並視情況維持在不同壓 力（通常係大氣壓力）下。 光出射部件104可由氣體不可滲透材料形成且其可藉由 氣饴丨生饴封件畨封。因此，密封結構1 〇3可在腔i 〇5與包圍 密封結構103之外部氣氛之間提供不通氣障壁。根據本發 明，密封腔内之氣體壓力為PiO.5巴（對應於i pa)或更小。 圖1b圖解說明發光配置之另一實施例，其中密封結構 103包括類似傳統螢光管之圓柱形光出射部件丨〇4。藉由端 托（未顯示）閉合並密封該管1〇4之兩個末端。在此實施例 158962.doc 201221860 中’波長轉換部件1 06係以光出射部件丨〇4内表面之塗層來 提供’即位於管1 04面向密封腔1 〇5及lEd 1 〇 1之側上。 應注意’在整個本申請案中，密封結構包括一或多個由 玻璃、陶瓷、金屬或聚合物材料視情況形成之壁，且視情 況具有障壁塗層或薄膜。密封結構可至少部分透光。 圖2圖解說明另一發光配置2〇〇，其包括以複數個LED 201形式配置於基底部分202上之光源、及呈包封lED 2〇1 之光出射部件204形式之穹形密封結構2〇3。在此實施例 中’光出射部件包括形成内障壁之内壁2〇4a及形成外障壁 之外壁204b之夾層結構，且在外壁2〇4b與内壁2〇4a之間配 置遠端波長轉換部件206。藉助沿内壁及外壁之圓周邊緣 部分延伸之密封件207使外壁及内壁204b、2〇4a與基底部 分連接且彼此連接。光出射部件2〇4由此在相互間隔開之 内壁與外壁204a、2〇4b之間形成密封腔2〇5。含有波長轉 換部件206之密封腔205與由密封結構203及基底部分2〇2形 成且含有LED 201之隔室209分離。由於在該另一隔室2〇9 内不存在氧敏感性尤強之組份，故其不需要特殊環境或氣 氛，但可含有標準大氣壓力之空氣或惰性氣體。然而，由 於隔室209實際上係藉由密封件2〇7密封與環境隔開，且由 於密封件207另外用於將光出射部件2〇4附接至基底部分 2〇2，故亦可先提供具有與腔2〇5相同之氣氛及/或壓力之 隔室209。此密封件可自低熔點玻璃或金屬形成。 本發明涵蓋可使用兩個或更多個壁部分來形成密封結構 2〇3。同樣，壁204a、204b無需係半球形、穹形或甚至彎 158962.doc •10· 201221860 曲的，且可具有任何適宜形狀，且可包括（例如）複數個部 分。 密封結構可由玻璃、陶瓷、金屬或聚合物材料來形成， 視情況具有障壁塗層或薄膜。密封結構可至少部分透光。 例如，在圖1及2之實施例中，光出射部件由透光材料形 成。同樣，基底202可由玻璃、陶瓷或金屬形成。 圖5顯示本發明發光配置之另一實施例。發光配置5〇〇包 括複數個LED 501a，其配置於支撐板5〇2上且由密封結構 503包圍。支標板502可提供有而反射性塗層。亦可在裝置 内或裝置上使用擴散體及/或反射體。 饮封結構503包括兩個同心管（一外管5〇4a同心包圍内管 5 04b)以便在管之間形成環形空間。可在每一末端處密封 管504a、504b以使得環形空間形成密封腔5〇5。將包括複 數個LED之光源501配置於内管5〇4b内之支樓板上。將波 長轉換部件506以塗層形式提供於内管5〇4b之外表面上， 該表面面向外管504a及腔505 »在同心管5〇4a、5〇仆間形 成之腔505含有受控氣氛，該受控氣氛在密封腔内具有 1*1〇_5巴（對應於1 Pa)或更少之氣體壓力。 可使用如（例如）用於製造螢光燈管之習用玻璃熔融技術 來製造本發明發光配置。 本發明實施例之波長轉換部件可包括有機波長轉換材料 之聚合物基質或載體。基質之適宜聚合物材料之實例包括 聚（曱基丙烯酸甲酯）（PMMA)、聚苯乙烯、聚碳酸醋、聚 矽氧、聚矽氧烷及丙烯酸酯聚合物。 158962.doc 201221860 用於本發明發光配置中之波長轉換材料可係任何習用有 機填光體。例如，波長轉換材料可包括發光有機化合物， 例如花衍生物。具體而言，具有以下通式之茈衍生物可用 於本發明發光配置中：

其中 係直鏈或具支鏈烷基、或含氧烷基CnH2n+i〇m、或γ， η係自1至44之整數，且m < η/2 ; 八、；8、（：、】及()各獨立地為氫、異丙基、第三丁基、氟、 曱氧基或未經取代飽和烷基CnH2n+1，η係自1至16之整數； G2、G3、G4及G5中各獨立地為氫、氟、甲氧基、異丙 基、第三丁基或未經取代飽和烷基CnH2n+1或X，η係自1至 16之整數；且〇、£、1、1^及河各獨立地為氫、氟1、曱氧基 或未經取代飽和烷基CnH2n+1，η係自1至16之整數。 測試對應於以上通式之磷光體化合物，且發現其與包含 其他茈衍生有機磷光體在内之其他有機磷光體相比具有良 好穩定性。 158962.doc -12· 201221860 例如，波長轉換材料可包括以下化合物〖至⑴中之至少 一者：

III

根據本發明之實施例，密封腔可含有在低壓下作業並幫 助維持低壓之反應物或吸附劑材料。例如，腔可含有活性 炭。活性炭可吸附在非氣密性密封之情形中進人腔中或自 腔内組份釋放之氣態物質。 現將闡述製造發光配置、且尤其含有波長轉換部件之密 封結構之方法。㈣長轉換部#配置⑨由尚未密封之密封 結構形成之腔内’該密封結構可由若干部分或壁組成；視 情況先合併各部分（例如管504a、504b)以產生腔。或者， 若以密封結構表©上之㈣形式提供波長轉換部件，則可 158962.doc -13- 201221860 將波長轉換部件配置於密封結構之一部分（例如，圖5之實 施例之内管504b)上且隨後合併密封結構之不同部分（例 如’内管及外管）以形成腔。若光源亦欲含於密封腔中， 則在密封腔之前亦配置光源以藉由密封結構來包封該光 源。之後，實施第一密封步驟，在密封件中保留可與真空 幫浦連接之小開口。例如’參照圊^之實施例，將玻璃帽 溶融至官之兩個末端’該等帽中之一者設有經由玻璃管與 真空幫浦連接之小開口。使用真空幫浦使腔達到期望低 壓。隨後，熔融玻璃帽以氣密性密封包封腔之密封結構。 實例 藉由發射450 nm之光且通量密度為4 2 w/cm2之雷射照 射聚合物基質中有機磷光體之層，且圖3中顯示源自磷光 體之發射為時間之函數。由於磷光體在藍光輻照下降解， 故發射強度隨時間而降低。層中之初始吸收為1〇%，且強 度降低可由此與已降解並因而不再發射光之鱗光體分子之 濃度直接相關。可看到，光強度之變化係時間之指數函 數，c(t) = C(〇)*e^，其中衰變常數應於有機磷光體化合 物之降解速率。 本發明者研究了黃色發光染料及茈衍生之紅色發光染料 在120C及不同壓力下之衰變速率。磷光體之濃度係 〇 · 1 °/〇。結果呈現於圖4中。黃色發光染料係市售茈染料、 Lumogen® F_083(可自bASF購得），以〇.04重量％存於 PMMA基質中’且紅色發光染料係Lumogen® F-305(可自 BASF購得）’以0.1重量％之含量存於PMMA基質中。用通 158962.doc 14 201221860 量密度為4.2 W/cni2之藍光照射黃色發光染料，且用通量 在度為1.2 \V7cm2之藍光照射紅色發光染料。使用標準大 氣壓力之純氮氣氛。 如圖4中所示，與標準大氣壓力相比，在1〇_8巴（丨 之壓力下紅色發光磷光體之衰變速率低三個數量級。對於 黃色發光磷光體而言，10-8巴之壓力使衰變速率比在標準 大氣壓力下之衰變速率低超過一個數量級，且在1〇·5巴pa) 之壓力下，衰變速率亦顯著低於在標準壓力下。 熟習此項技術者應瞭解，本發明決不受限於上述較佳實 施例。相反，可在隨附申請專利範圍之範疇内作出諸多修 改及改變。 【圖式簡單說明】 圖la及lb顯示本發明實施例之發光配置之兩個實例。 圖2顯示本發明另一實施例之發光配置。 圖3係顯示在大氣壓力下用藍光照射之有機磷光體之降 解的圖表。 圖4係顯示在不同壓力下用藍光照射之兩種有機磷光體 之衰變速率的圖表。 圖5顯示本發明另一實施例之發光配置。 【主要元件符號說明】 100 發光配置

101 LED 102 支撐物/基底部分 · 103 密封結構 158962.doc •15· 201221860 104a 外壁 104b 内壁 104 光出射部件 105 密封腔 106 波長轉換部件 200 發光配置 201 LED 202 基底部分 203 密封結構 204a 内壁 204b 外壁 204 光出射部件 205 密封腔 206 波長轉換部件 207 密封件 209 隔室 500 發光配置 501 光源 502 支撐板 503 密封結構 504a 外管 504b 内管 505 密封腔 506 波長轉換部件 158962.doc -16

Claims (1)

1. 201221860 七、申請專利範圍： 1. 一種發光配置（100 ; 200)，其包括： 光源（101、201、501)，其適於發射第一波長之光，及 波長轉換部件（106、206、506)，其包括適於接收該第 一波長之光並將所接收光之至少一部分轉換成第二波長 之光的有機波長轉換材料’該波長轉換部件及該光源相 互間隔開；及 密封結構（103、203、503)，其至少部分地包圍該波長 轉換部件並形成至少含有該波長轉換部件之密封腔 (105、205、505)，該密封腔内之氣體壓力為1 pa或更 小 〇 2. 如請求項1之發光配置，其中該密封腔内之氣體壓力為1 mPa或更小。 3. 如請求項1之發光配置’其中該密封腔係氣密性密封。 4. 如請求項1之發光配置，其中該密封腔進一步白 /巴栝吸附 劑材料。 5·如請求項1之發光配置，其中該密封腔亦含有該光源。 6·如請求項1之發光配置，其中該波長轉換部件包括含有 花衍生物之波長轉換材料。 7·如請求項6之發光配置，其中該波長轉換材料選自由以 下通式之茈衍生物組成之群·· 158962.doc 201221860

   A B

   其中 G!係直鏈或具支鏈烷基、或含氧烷基CnH2n+i〇m、或 Y ’ η係自1至44之整數，且m < n/2 ; A、B、C、J及Q各獨立地為氫、異丙基、第三丁基、 氣、甲氧基或未經取代飽和烷基CnH2n+i，η係自1至16之 整數； G2、G3、G4及G5各獨立地為氫、氟、甲氧基、異丙 基、第三丁基或未經取代飽和烷基CnH2n+i或χ，η係自i 至16之整數；且 D、E、I、L及Μ各獨立地為氫、氟、甲氧基或未經取 代飽和烧基CnH2n + 1，η係自1至16之整數。 8.如請求項7之發光配置，其中&、〇3、G4&G5各係X，Α 及C各係異丙基，且B、J、Q、D、E、I、L及Μ各係氫。 9·如5月求項1之發光配置’其中該光源包括至少一個led。 10. 種燈’其包括如s青求項1至9中任·-項之發光配置。 11· 一種產生含有處於低壓下之波長轉換部件之密封腔用於 158962.doc 201221860 發光配置中之方法，其包括： 提供意欲形成腔之結構； 在該結構上或毗鄰該結構配置包括有機波長轉換材料 之波長轉換部件（106、206、506)，以使得該波長轉換部 件可含於該腔内； 閉合該結構以形成密封結構（1〇3、203、503)，該密封 結構包封該含有該波長轉換部件之腔（1〇5、205、505); 向該腔提供具有1 Pa或更小氣體壓力之氣氛；及 氣密性密封該閉合之密封結構，該閉合之密封結構包 封該含有該波長轉換部件之腔。 12. 如請求項Π之方法’其中該閉合該結構之步驟及/或該密 封該閉合結構之步驟係使用玻璃熔融進行。 13. 如請求項11之方法，其中該向該腔提供具有1 Pa或更小 氣體壓力之氣氛之步驟包括抽真空。 14. 如請求項11之方法，其中在該閉合該結構之步驟之前提 供光源（101、201、501)，該光源經配置以在閉合該結構 之後含於該腔内。 15_ —種製造如請求項1之發光配置（1〇〇、200、500)之方 法，其包括： 提供適於發射第一波長之光之光源（1〇1、201、501); 提供意欲形成腔之結構； 在該結構上或毗鄰該結構配置包括有機波長轉換材料 之波長轉換部件（106、206、506)，以使得該波長轉換部 件可含於該腔内； 158962.doc 201221860 閉合該結構以形成密封結構G 〇3、2〇3、5〇3)，該密封 結構包封該含有該波長轉換部件之腔（105、205、505); 向該腔提供具有1 Pa或更小氣體壓力之氣氛；及 氣密性密封該密封結構，該密封結構包封該含有該波 長轉換部件之腔。 158962.doc 4-