СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО С ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНИМ КЕРАМИЧЕСКИМ СФЕРИЧЕСКИМ, ПРЕОБРАЗУЮЩИМ ЦВЕТ МАТЕРИАЛОМ Российский патент 2011 года по МПК H01L33/50 

Описание

Настоящее изобретение относится к светоизлучающим устройствам, в основном к области светодиодов.

Широко известны люминофоры, содержащие силикаты, фосфаты (например, апатит) и алюминаты в качестве основных материалов, с переходными металлами или редкоземельными металлами, добавленными в качестве активирующих материалов к основным материалам. В частности, поскольку в последние годы голубые светодиоды стали применяться на практике, то энергично осуществляется разработка излучающих белый свет устройств с использованием таких голубых светодиодов в сочетании с такими кристаллическими люминофорами. Поскольку предполагается, что излучающие белый свет устройства со светодиодами в качестве источника света имеют меньшее потребление электроэнергии и более длительный срок службы, чем существующие источники белого света, то процесс разработки протекает в направлении применения их для задней подсветки жидкокристаллических панелей, в осветительных приборах для внутреннего и наружного освещения, для задней подсветки автомобильных панелей, для передних фар автомобиля и сигнальных источников света, источников света в проекционных устройствах и т.п.

Однако согласно предшествующему уровню техники изготовление светодиодов включает в себя сложные способы, особенно в части применения преобразующих цвет материалов. В отношении настоящего изобретения преобразующий цвет материал в основном означает и/или включает в себя материал, который способен поглощать свет от светоизлучающего устройства и излучать свет на другой длине волны, который в большей части применений включает в себя зеленый и/или красный свет.

Задача настоящего изобретения заключается в создании светоизлучающего устройства, которое позволяет для большей части применений облегчить встраивание светодиода.

Эта задача решается светоизлучающим устройством по пункту 1 формулы настоящего изобретения. В соответствии с этим предложено светоизлучающее устройство, содержащее по меньшей мере один источник света и по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал со средним диаметром от ≥25 мкм до ≤2500 мкм. Для примера, источник света может быть неорганическим светодиодом, органическим светодиодом или лазерным диодом.

Для широкого круга применений в рамках настоящего изобретения установлено, что светоизлучающее устройство и/или использование такого по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала для светоизлучающего устройства обеспечивает получение по меньшей мере одного из следующих преимуществ:

- Поскольку светоизлучающее устройство содержит сферический, преобразующий цвет материал, то этот материал вследствие небольшого трения между сферами может быть легко принужден внешней силой и/или действием самоагрегации к сборке при низких давлениях в плотно упакованные структуры.

- Вследствие макроскопического характера (в сравнении с атомными размерами) сфер с минимальным средним диаметром 25 мкм использование по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала позволяет очень точно дозировать сферы, в результате чего достигается хороший контроль цветности.

- Вследствие сферической формы по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала в рамках широкого круга применений могут быть получены качественное преобразование света, хорошие характеристики смешения и выходные характеристики.

- По меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал, а также светоизлучающее устройство, содержащее такой по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал, в рамках широкого круга применений настоящего изобретения могут быть получены и/или изготовлены с использованием несложных и эффективных способов, например способов, описанных ниже.

- Вследствие точного контроля осаждения сферического, преобразующего цвет материала может быть легко реализована комбинация различных, преобразующих цвет материалов с видоизмененными люминесцентными свойствами.

Термин «сферический» в отношении настоящего изобретения в основном означает и/или включает в себя, что среднее отклонение формы по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала от идеальной сферической формы составляет ≤10%, что является мерой для предпочтительного осуществления настоящего изобретения. В данном случае среднее отклонение означает усредненную разность между локальным диаметром и средним диаметром керамического сферического, преобразующего цвет материала.

В частности, предпочтительно, чтобы среднее отклонение формы по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала от идеальной сферической формы составляло ≤5%, более предпочтительно, чтобы оно составляло ≤2%, и наиболее предпочтительно, чтобы оно составляло ≤1%.

Термин «керамический материал» в отношении настоящего изобретения означает и/или включает в себя главным образом кристаллический или поликристаллический плотный материал или композиционный материал с управляемым количеством пор или который является беспористым.

Термин «поликристаллический материал» в отношении настоящего изобретения означает и/или включает в себя главным образом материал с объемной плотностью, превышающей 90% основной структурной составляющей, состоящий из более чем 80% монокристаллических доменов, при этом каждый домен имеет диаметр больше 0,5 мкм, а домены имеют различные кристаллографические ориентации. Монокристаллические домены могут быть соединены аморфным или стеклообразным материалом или дополнительными кристаллическими составляющими.

Согласно предпочтительному осуществлению настоящего изобретения предложено светоизлучающее устройство, содержащее по меньшей мере один источник света и по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал со средним диаметром от ≥100 мкм до ≤2000 мкм, с более предпочтительным от ≥200 мкм до ≤1500 мкм, с еще более предпочтительным от ≥250 мкм до ≤1000 мкм и с наиболее предпочтительным от ≥300 мкм до ≤750 мкм.

Согласно предпочтительному осуществлению по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал имеет плотность ≥95% и ≤100% теоретической плотности соответствующего монокристалла. Установлено, что это предпочтительно для широкого круга применений в рамках настоящего изобретения, поскольку в таком случае люминесцентные свойства по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала могут быть улучшены вследствие снижения количества рассеиваемого света. В результате меньшего рассеивания средний световой путь в керамическом сферическом, преобразующем цвет материале сокращается, и поэтому уменьшается величина потерь света на излучение.

Более предпочтительно, чтобы по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал имел плотность ≥97% и ≤100% теоретической плотности соответствующего монокристалла, еще более предпочтительной является плотность ≥98% и ≤100%, все же еще более предпочтительной является плотность ≥98,5% и ≤100% и наиболее предпочтительной является плотность ≥99,0% и ≤100%.

Согласно одному осуществлению настоящего изобретения диаметры сфер по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала подчиняются по существу логарифмически нормальному распределению с шириной s≤0,1. Логарифмически нормальное распределение означает распределение, в котором число n(a) керамических сферических, преобразующих цвет материалов с диаметром а и средним диаметром а₀ вытекают из:

.

В данном случае s обозначает ширину распределения n(a). N является суммарным числом керамическим сферических, преобразующих цвет материалов. Установлено, что в рамках широкого круга применений настоящего изобретения самоагрегация по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала особенно облегчается при более единообразных размерах диаметров.

Предпочтительно, чтобы диаметры сфер по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала подчинялись по существу логарифмически нормальному распределению с шириной s≤0,08, более предпочтительной является s≤0,06.

Согласно предпочтительному осуществлению настоящего изобретения шероховатость (нарушение планарности поверхности; измеряемая как среднеквадратическое значение разности между самым высоким и самым глубоким элементами поверхности) поверхности (поверхностей) по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала, составляет ≥0,001 мкм и ≤1 мкм.

Согласно примеру осуществления настоящего изобретения шероховатость поверхности (поверхностей) по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала составляет ≥0,005 мкм и ≤0,8 мкм, согласно примеру осуществления настоящего изобретения составляет ≥0,01 мкм и ≤0,5 мкм, согласно примеру осуществления настоящего изобретения составляет ≥0,02 мкм и ≤0,2 мкм и согласно примеру осуществления настоящего изобретения составляет ≥0,03 мкм и ≤0,15 мкм.

Согласно предпочтительному осуществлению настоящего изобретения удельная площадь поверхности по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала составляет ≥10^-7 м²/г и ≤0,1 м²/г. В данном случае удельная площадь поверхности означает сумму всех площадей поверхности всех керамических сферических, преобразующих цвет материалов, деленную на суммарную массу всех керамических сферических, преобразующих цвет материалов.

Согласно предпочтительному осуществлению настоящего изобретения по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал является по существу изготовленным из материала, выбранного из группы, содержащей:

(Lu_1-x-y-a-bY_xGd_y)₃(Al_1-z-cGa_zSi_c)₅O_12-cN_c:Ce_aPr_b, где 0≤x≤1; 0≤y≤1; 0≤z≤0,1; 0<a≤0,2; 0<b≤0,1 и 0<c<1;

(Sr_1-x-yBa_xCa_y)_2-zSi_5-aAl_aN_8-aO_a:Eu_z ²⁺, где 0≤а≤5; 0<x≤1; 0≤y≤1 и 0<z≤0,1;

(Sr_1-a-bCa_bBa_c)Si_xN_yO_z:Eu_a ²⁺, где 0,002≤а≤0,2; 0,0≤b≤0,25; 0,0≤c≤0,25; 1,5≤x≤2,5; 1,5≤y≤2,5; 1,5≤z≤2,5;

(Sr_1-u-v-xCa_vBa_x)₂(SiO₄):Eu_u, где 0≤x≤1; 0≤u≤0,1; 0≤v≤1;

(Ca_1-x-ySr_x)S:Eu²⁺ _y, где 0≤x≤1; 0≤y≤0,01;

(Ca_1-x-y-zSr_xBa_yMg_z)_1-n(Al_1-a+bB_a)Si_1-bN_3-bO_b:RE_n, где 0≤x≤1; 0≤y≤1; 0≤z≤1, 0≤a≤1; 0<b≤1 и 0,002≤n≤0,2 и RE выбирается из Eu и/или Се;

M_x ^v+Si_12(m+n)Al_m+nO_nN_16-n, где x=m/v и M является металлом, предпочтительно выбираемым из группы, содержащей Li, Mg, Ca, Y, Sc, Ce, Pr, Nf, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu или смеси их;

или смеси их.

Термин «по существу» означает главным образом, что ≥95%, предпочтительно ≥97% и наиболее предпочтительно ≥99% по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала состоят из этого материала. Однако в некоторых применениях следовые количества добавок могут также присутствовать в суммарных составах. В частности, эти добавки включают в себя такие разновидности, которые в уровне техники известны как флюсы. Подходящие флюсы включают в себя щелочноземельные или щелочные оксиды металлов и фториды, SiO₂ и т.п. и смеси их.

Согласно предпочтительному осуществлению настоящего изобретения светоизлучающее устройство содержит по меньшей мере один дополнительный сферический материал, который состоит из материала, не обладающего преобразующими цвет свойствами.

При этом можно образовать смесь сфер, которые являются преобразующими и не являются преобразующими, чтобы очень легко регулировать цветовые свойства светоизлучающего устройства в рамках широкого круга применений настоящего изобретения. Само собой разумеется, что в этом случае настоящее изобретение также относится к способу задания и/или регулирования цветовых свойств светоизлучающего устройства.

Согласно предпочтительному осуществлению по меньшей мере один дополнительный сферический материал имеет средний диаметр от ≥25 мкм до ≤2500 мкм, согласно предпочтительному осуществлению по меньшей мере один дополнительный сферический материал имеет средний диаметр, который отклоняется на <5% относительно диаметра по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала.

Согласно предпочтительному осуществлению по меньшей мере один дополнительный сферический материал в основном изготавливают из материала, выбираемого из группы, содержащей стекло, керамику, гранаты (например алюмоиттриевый гранат), оксиды, бораты, фосфаты, сульфиды и смеси их.

Согласно предпочтительному осуществлению шероховатость поверхности по меньшей мере одного дополнительного сферического материала составляет ≥0,005 мкм и ≤0,8 мкм, согласно примеру осуществления настоящего изобретения ≥0,01 мкм и ≤0,5 мкм, согласно примеру осуществления настоящего изобретения ≥0,02 мкм и ≤0,2 мкм и согласно примеру осуществления настоящего изобретения ≥0,03 мкм и ≤0,15 мкм.

Согласно предпочтительному осуществлению среднее отклонение формы по меньшей мере одного дополнительного сферического материала от идеальной сферической формы составляет ≤5%, более предпочтительно ≤2% и наиболее предпочтительно ≤1%.

Согласно предпочтительному осуществлению настоящего изобретения по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал по меньшей мере частично окружен материалом матрицы с (показателем преломления) n≥1,3. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал был по меньшей мере частично окружен материалом матрицы с (показателем преломления) n≥1,5, более предпочтительно с n≥1,7 и наиболее предпочтительно с n≥1,8.

Согласно предпочтительному осуществлению настоящего изобретения по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал по меньшей мере частично окружен материалом матрицы с (показателем преломления) n≤n_cv-0,1, где n_cv - показатель преломления по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал был по меньшей мере частично окружен материалом матрицы с (показателем преломления) n≤n_cv, где n_cv - показатель преломления по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала.

Установлено, что материал матрицы с такими преломляющими свойствами позволяет в рамках широкого круга применений настоящего изобретения улучшать люминесцентные свойства светоизлучающего устройства.

Предпочтительно выбирать материал матрицы из группы, содержащей полимеры, главным образом кремниевые полимеры, стекло, оксиды металлов, предпочтительно оксиды алюминия, кремния и/или титана или смеси их.

Согласно предпочтительному осуществлению настоящего изобретения материал матрицы выбирают из смеси материалов из группы, содержащей полимеры, главным образом кремниевые полимеры, стекло или смеси их и люминесцентный материал.

В некоторых применениях в рамках настоящего изобретения, когда, в частности, требуется исключительно небольшое количество дополнительного люминесцентного материала для помещения этого материала в матрицу, это позволяет повышать компактность светоизлучающего устройства.

Согласно предпочтительному осуществлению настоящего изобретения по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал в светоизлучающем устройстве и/или совместно с ним выполнен в виде многослойной структуры, предпочтительно в виде узла, который представляет собой в основном компоновку сфер с плотнейшей упаковкой или приближается довольно близко к такому узлу.

Термин «по существу» означает главным образом, что по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал в количестве ≥80%, предпочтительно в количестве ≥85% и наиболее предпочтительно в количестве ≥90% собран в компоновках сфер с плотнейшей упаковкой. В случае присутствия нелюминесцентных сфер они считаются частью компоновки сфер с плотнейшей упаковкой.

Согласно предпочтительному осуществлению настоящего изобретения светоизлучающее устройство содержит по меньшей мере два различных керамических сферических, преобразующих цвет материала. Предпочтительно, чтобы эти по меньшей мере два различных керамических сферических, преобразующих цвет материала были выполнены в виде многослойных структур, предпочтительно в виде узла, который представляет собой по существу компоновку сфер с плотнейшей упаковкой или приближается довольно близко к такому узлу.

Установлено, что поступив таким образом, в ряде осуществлений в рамках настоящего изобретения коррелированную цветовую температуру светоизлучающего устройства можно очень легко задавать и/или регулировать.

Кроме того, настоящее изобретение относится к способу изготовления и/или получения керамического сферического, преобразующего цвет материала, предназначенного для светоизлучающего устройства согласно настоящему изобретению, содержащему этапы, на которых:

(а) предварительно формируют материал из по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала,

(b) прессуют предварительно сформированный материал из по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала,

(с) при желании осуществляют вторичную обработку по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала, сформированного на этапе (b).

Это позволяет в рамках широкого круга применений без труда производить и/или получать удовлетворяющий требованиям керамический сферический, преобразующий цвет материал.

Предпочтительно, чтобы этап а) включал в себя перемалывание, предварительное придание формы и/или грубое придание формы материалу из по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала.

Предпочтительно, чтобы этап b) включал в себя изостатическое прессование по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала, предпочтительно при давлении от ≥1500 до ≤10000 бар (от ≥150 до ≤1000 МПа), предпочтительно от ≥2500 до ≤5500 бар (от ≥250 до ≤550 МПа).

Предпочтительно, чтобы изостатическое прессование по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала осуществлялось в растворителе, предпочтительно в воде.

Согласно предпочтительному осуществлению настоящего изобретения материал из по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала покрывают покровным слоем до выполнения этапа b), который при желании удаляют впоследствии.

Установлено, что это является предпочтительным в широком круге применений в рамках настоящего изобретения, поскольку на практике это способствует получению сферической формы по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала, близкой к идеальной сферической форме.

Предпочтительно выбирать покровный слой из полимерных органических и/или неорганических материалов, таких как полиолефины.

Предпочтительно, чтобы этап с) включал в себя шлифовку и/или полировку.

Кроме того, настоящее изобретение относится к способу изготовления и/или получения керамического сферического, преобразующего цвет материала, предназначенного для светоизлучающего устройства согласно настоящему изобретению, содержащему этап напыления-сушки. Установлено, что этот способ может использоваться для некоторых применений и/или материалов в рамках настоящего изобретения.

Светоизлучающее устройство согласно настоящему изобретению, а также керамический сферический, преобразующий цвет материал, полученный предложенным способом, могут использоваться в большом разнообразии систем и/или областей применения, из них в одной или нескольких из следующих:

- офисные осветительные системы,

- бытовые прикладные системы,

- производственные осветительные системы,

- домашние осветительные системы,

- направленные осветительные системы,

- системы для местного освещения,

- театральные осветительные системы,

- волоконно-оптические прикладные системы,

- проекционные системы,

- дисплейные системы с самоосвещением,

- пиксельные дисплейные системы,

- сегментные дисплейные системы,

- системы предупредительной сигнализации,

- медицинские осветительные прикладные системы,

- индикаторные знаковые системы,

- декоративные осветительные системы,

- мобильные системы,

- автомобильные системы,

- оранжерейные осветительные системы.

Упомянутые выше компоненты, а также заявленные компоненты и компоненты, используемые в соответствии с изобретением в описанных осуществлениях, не ограничены никакими особыми исключениями относительно их размера, формы, выбора материала и технической концепции, так что критерии выбора, известные в соответствующей области техники, могут применяться без ограничений.

Дополнительные подробности, признаки, характеристики и преимущества объекта изобретения раскрыты в дополнительных пунктах формулы изобретения, на чертежах и в нижеследующем описании соответствующих чертежей и примеров, в которых для примера показаны несколько осуществлений и примеров по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала, предназначенного для использования в светоизлучающем устройстве согласно изобретению, а также несколько осуществлений и примеров светоизлучающего устройства согласно изобретению.

На чертежах:

фиг.1 - схематический перспективный местный вид первого узла из керамического сферического, преобразующего цвет материала согласно первому осуществлению настоящего изобретения;

фиг.2 - схематический перспективный местный вид приспособления для сборки керамического сферического, преобразующего цвет материала согласно первому осуществлению настоящего изобретения;

фиг.3 - разрез формоизменяющего устройства, предназначенного для изготовления светоизлучающего устройства согласно второму осуществлению настоящего изобретения, на первой стадии изготовления;

фиг.4 - разрез формоизменяющего устройства, предназначенного для изготовления светоизлучающего устройства согласно второму осуществлению настоящего изобретения, на второй стадии изготовления;

фиг.5 - разрез формоизменяющего устройства, предназначенного для изготовления светоизлучающего устройства согласно второму осуществлению настоящего изобретения, на третьей стадии изготовления;

фиг.6 - узел из керамического сферического, преобразующего цвет материала согласно второму осуществлению настоящего изобретения, помещенного в материал матрицы, изготовленный с использованием формоизменяющего устройства из фиг.3-5;

фиг.7 - разрез формоизменяющего устройства, предназначенного для изготовления светоизлучающего устройства согласно третьему осуществлению настоящего изобретения, на первой стадии изготовления;

фиг.8 - виды двух дополнительных узлов из керамического сферического, преобразующего цвет материала согласно третьему и четвертому осуществлениям;

фиг.9 - очень схематический вид компоновки светоизлучающего устройства согласно пятому осуществлению настоящего изобретения, имеющей керамические сферические, преобразующие цвет материалы двух видов; и

фиг.10 - очень схематический вид компоновки светоизлучающего устройства согласно шестому осуществлению настоящего изобретения.

На фиг.1 показан схематический перспективный местный вид первого узла 30 из керамического сферического, преобразующего цвет материала 10 согласно первому осуществлению настоящего изобретения. Можно видеть, что керамический сферический, преобразующий цвет материал 10 в большинстве применений может быть легко образован в виде многослойной структуры.

На фиг.2 показан схематический перспективный местный вид приспособления для сборки керамического сферического, преобразующего цвет материала согласно первому осуществлению настоящего изобретения. Это приспособление попросту содержит наклонную пластину 60, и в случае, если угол между наклонной пластиной и горизонтальной осью задан надлежащим образом, керамический сферический, преобразующий цвет материал 10 будет легко образовывать требуемый узел. Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что на большей части этапов изготовления керамического сферического, преобразующего цвет материала и/или светоизлучающего устройства с использованием такого керамического сферического, преобразующего цвет материала используемые способы для широкого круга применений очень легко осуществлять без необходимости в сложном оборудовании.

На фиг.3 - разрез формоизменяющего устройства, предназначенного для изготовления светоизлучающего устройства согласно второму осуществлению настоящего изобретения, показан на первой стадии изготовления, на фигурах 4 и 5 показаны вторая и третья стадии.

Это формоизменяющее устройство попросту содержит несколько формирующих элементов 12, 14 и 18. Сначала размещают формирующие элементы 12 и 14, а керамический сферический, преобразующий цвет материал 10 просто загружают в формирующие элементы. Предпочтительно помещать такое количество керамического сферического, преобразующего цвет материала 10, чтобы при изготовлении светоизлучающего устройства создавалось несколько слоев.

На втором этапе (показанном на фиг.4) добавляют материал 16 матрицы и/или материал-предшественник 16 матрицы. Этот материал матрицы в изготовленном устройстве будет заполнять пространство между керамическим сферическим, преобразующим цвет материалом 10, и предпочтительно, чтобы он был описанным выше материалом.

В заключение, как показано на фиг.5, добавляют к имеющимся формирующим элементам 12 и 14 дополнительный формирующий элемент 18, а керамический сферический, преобразующий цвет материал 10 и материал матрицы (предшественник) сжимают по направлению стрелки А, так что керамический сферический, преобразующий цвет материал 10 будет образовывать многослойную структуру.

Во время сжатия или после материал-предшественник 16 матрицы можно обработать, чтобы образовать полимерную и/или стеклообразную структуру. Этого можно достигнуть, например, расплавляя материал-предшественник 16 матрицы путем приложения теплоты.

На фиг.6 показан узел 30' из керамического сферического, преобразующего цвет материала согласно второму осуществлению настоящего изобретения, помещенного в материал матрицы, изготовленный с использованием формоизменяющего устройства из фиг.3-5. На дальнейшем этапе добавляют источник 40 света (не показанный, но обозначенный на фиг.6). Этот источник света может представлять собой любой источник света, известный специалистам в данной области техники, например кристалл AlInGaN светодиода.

Если диаметр сферы керамического сферического, преобразующего цвет материала и размеры свободного пространства между формирующими элементами выбраны надлежащим образом, то в преобразующей цвет компоновке 30' может быть достигнута максимальная плотность D упаковки сфер, D=π(3)=0,7405.

На фиг.7 показан разрез формоизменяющего устройства, предназначенного для изготовления светоизлучающего устройства согласно третьему осуществлению настоящего изобретения, на первой стадии изготовления. Компоновка этого формоизменяющего устройства аналогична компоновкам из фиг.3-5, за исключением того, что уже на начальной стадии предусмотрен источник 40 света; по этой причине формирующий элемент 12' имеет иную конфигурацию.

На фиг.8 показаны два дополнительных узла 32, 34 из керамического сферического, преобразующего цвет материала согласно третьему и четвертому осуществлениям настоящего изобретения. Можно видеть, что после того, как керамическому сферическому, преобразующему цвет материалу 10 придана надлежащая форма, он будет сам компоноваться в многослойную структуру 32, 34. Длины d1 и d2 компоновок из керамического сферического, преобразующего цвет материала 10 могут быть легко вычислены.

Само собой разумеется, что длины d1 и d2 будут влиять на количество света, который преобразуется керамическим сферическим, преобразующим свет материалом. Поскольку сборку и/или изготовление светоизлучающего устройства можно осуществить очень легко, а длину компоновки из керамического сферического, преобразующего цвет материала можно вычислить очень достоверно для широкого круга применений в рамках настоящего изобретения, керамический сферический, преобразующий цвет материал позволяет надежно задавать и/или регулировать качество цветовоспроизведения или коррелированную цветовую температуру светоизлучающего устройства. Путем добавления некоторого количества дополнительных сфер керамического сферического, преобразующего цвет материала можно сдвигать цветовую температуру.

Количество преобразованного вторичного света можно очень точно регулировать толщиной преобразующего цвет узла. Эта толщина для ближайших уплотненных компоновок сфер может быть описана как:

d_n=2·r·n,

где d_n - толщина многослойного узла сфер, r - радиус сфер и n - число слоев, уплотненных в шестиугольники сфер. На практике для многих применений в рамках настоящего изобретения это значение по существу достигалось с всего лишь небольшим отклонением.

На фиг.9 показан очень схематический вид компоновки светоизлучающего устройства согласно пятому осуществлению настоящего изобретения, имеющей керамические сферические, преобразующие цвет материалы двух видов.

В этом осуществлении имеются два узла 36, 38 из двух керамических сферических, преобразующих цвет материалов 10 и 20, которые размещены в многослойной структуре, один поверх другого. Светоизлучающее устройство содержит также источник 40 света (например, кристалл AlInGaN светодиода), излучающий первичный свет 40а, который преобразуется керамическим сферическим, преобразующим свет материалом во вторичный свет 40b. В зависимости от свойств керамического сферического, преобразующего свет материала вторичный свет 40b может также содержать некоторое количество первичного света 40а. Поскольку два керамических сферических, преобразующих света материала представляют собой различные материалы, характеристики излучения также будут различными, вследствие чего обеспечивается возможность изменения люминесцентных свойств светодиода.

Само собой разумеется, что при выполнении светоизлучающего устройства в соответствии с фиг.9 (или в соответствии с дальнейшими осуществлениями, не показанными на чертежах, когда имеется еще большее количество различных керамических сферических, преобразующих цвет материалов) также предоставляется способ задания и/или регулирования качества цветовоспроизведения и/или коррелированной цветовой температуры светоизлучающего устройства.

Однако согласно дальнейшему осуществлению (не показанному на фигурах) дополнительный преобразующий цвет материал помещен в материал 16 матрицы (показанный на фиг.3). В изготовленном светоизлучающем устройстве также будут присутствовать преобразующие цвет материалы двух видов без использования дополнительного слоя. Это является преимуществом для некоторых применений в рамках настоящего изобретения.

В дальнейшем осуществлении (не показанном на фигурах, но аналогичном показанному на фиг.9) имеются два сферических материала, один из которых является преобразующим цвет, другой не является преобразующим. Этим также предоставляется способ задания и/или регулирования коррелированной цветовой температуры светоизлучающего прибора. Не преобразующий цвет материал используется для преобразующего цвет материала в значении «разбавляющего» материала. При этом для многих применений можно легко получать светоизлучающие устройства с различными коррелированными цветовыми температурами (или другими оптическими свойствами), имеющие один и тот же размер, поскольку при этом необходимо изменять только соотношения между преобразующими цвет и не преобразующими цвет сферами.

На фиг.10 показан очень схематический вид компоновки светоизлучающего устройства с источником 40 света согласно шестому осуществлению настоящего изобретения. В этом осуществлении керамический сферический, преобразующий цвет материал скомпонован в виде «стеклянного свода» 50, который может быть отражающим. Источник 40 света излучает свет к керамическому сферическому, преобразующему свет материалу. При этом преобразование керамического сферического, преобразующего цвет материала может быть дополнительно повышено.

Изобретение будет дополнительно пояснено нижеследующим примером I, посредством которого только для иллюстрации показан способ изготовления керамического сферического, преобразующего цвет материала согласно дальнейшему осуществлению настоящего изобретения.

Пример I

Al₂O₃ (99,99%, средний размер зерен 350 нм), Y₂O₃ (99,99%, средний размер зерен 700 нм) и СеО₂ (>98,5%, средний размер зерен 40 нм) перемалывали совместно с высокочистыми алюминиевыми размалывающими материалами (Nikkato, SSA-W 999) в изопропиловом спирте. После добавления поливинилбутиралового связующего вещества (Sekisui, BM-S) порошковую суспензию высушивали и гранулировали, чтобы образовать гранулят, имеющий гранулы с диаметрами в пределах 80-120 мкм. Затем гранулят прессовали в холодном состоянии в бусины со средним диаметром 800 мкм и разделяли при 500°С в воздухе.

Затем бусины покрывали водонепроницаемым покровным слоем из полиэтилена. Полиэтиленовое покрытие наносили методом псевдоожиженного слоя при температурах в диапазоне 200-400°С, при этом в качестве варианта можно использовать электростатическое напыление или ворсовое напыление.

Затем осуществляли изостатическое прессование покрытых бусин в холодном состоянии при давлениях в диапазоне от 2000 до 4500 бар (от 200 до 450 МПа). После прессования остаточные органические связующие вещества и покрытия удаляли, отжигая бусины в воздухе при 1000°С (линейное изменение нагревания: 50К/ч) в течение 12 ч. Затем разделенные необожженные керамические изделия спекали в атмосфере окиси углерода в течение 2 ч при 1750°С.

После спекания и деагломерации путем умеренного размалывания осуществляли изостатическое горячее прессование керамических сфер на основе алюмоиттриевого граната и церия в аргоне при 1700°С и давлении 500 бар (50 МПа). Затем прозрачные сферы шлифовали и полировали при мокром измельчении на вальцовом станке с использованием имеющихся на рынке измельчающих и полирующих добавок до достижения конечного качества обработки поверхности и диаметра. После очистки керамические сферы дополнительно отжигали в воздухе при 1350°С в течение 4 ч.

Полученный таким образом керамический сферический, преобразующий цвет материал имел средний диаметр 450 мкм при среднем отклонении формы от идеальной сферической формы <1%.

Конкретные сочетания элементов и признаков в подробно описанных выше осуществлениях являются только примерными; кроме того, явно предполагаются взаимные перестановки и замены этих идей изобретения другими идеями изобретения из этого описания и патентов/заявок, включенных посредством ссылок. Как должны признать специалисты в данной области техники, варианты, модификации и другие реализации описанного в настоящей заявке могут придти в голову специалистам в данной области техники без отступления от сущности и объема заявленного изобретения. В соответствии с этим предшествующее описание является только примером, и не предполагается ограничивающим. Объем изобретения определен в нижеследующей формуле изобретения и, кроме того, эквивалентами. Кроме того, условные обозначения, использованные в описании и формуле изобретения, не ограничивают объем заявленного изобретения.

Изобретение может быть использовано в осветительных системах. Светоизлучающее устройство согласно изобретению содержит по меньшей мере один источник света (40) и по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал (10) со средним диаметром от ≥100 мкм до ≤2500 мкм. Также предложены два способа получения керамического сферического, преобразующего свет материала и система, содержащая светоизлучающее устройство согласно изобретению. Изобретение способствует облегчению изготовления, а также улучшению люминесцентных свойств светоизлучающего устройства. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Светоизлучающее устройство, содержащее по меньшей мере один источник (40) света и по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал (10) со средним диаметром от ≥100 мкм до ≤2500 мкм.

2. Светоизлучающее устройство по п.1, в котором среднее отклонение формы по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала (10) от идеальной сферической формы составляет ≤10%.

3. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, в котором по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал (10) имеет плотность ≥95% и ≤100% теоретической плотности соответствующего монокристалла.

4. Светоизлучающее устройство по п.1, в котором диаметры сфер по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего материала (10) подчиняются по существу логарифмически нормальному распределению с шириной s≤0,1.

5. Светоизлучающее устройство по п.1, в котором по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал (10) имеет шероховатость поверхности ≥0,001 мкм и ≤1 мкм.

6. Светоизлучающее устройство по п.1, в котором по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал (10) является по существу изготовленным из материала, выбранного из группы, содержащей:
(Lu_1-x-y-a-bY_xGd_y)₃(Al_1-z-cGa_zSi_c)₅O_12-cN_c:Ce_aPr_b, где 0≤х≤1; 0≤y≤1; 0≤z≤0,1;
0<а≤0,2; 0<b≤0,1 и 0<с<1;
(Sr_1-x-yBa_xCa_y)_2-zSi_5-aAl_aN_8-aO_a:Eu_z ²⁺, где 0≤а≤5; 0<х≤1; 0≤y≤1 и 0<z≤0,1;
(Sr_1-a-bCa_bBa_c)Si_xN_yO_z:Eu_a ²⁺, где 0,002≤а≤0,2; 0,0≤b≤0,25; 0,0≤с≤0,25;
1,5≤х≤2,5; 1,5≤y≤2,5; 1,5≤z≤2,5;
(Sr_1-u-v-xCa_vBa_x)₂(SiO₄):Eu_u, где 0≤х≤1; 0≤u≤0,1; 0≤v≤1;
(Ca_1-x-ySr_x)S:Eu²⁺ _y, где 0≤х≤1; 0≤y≤0,01;
(Ca_1-x-y-zSr_xBa_yMg_z)_1-n(Al_1-a+bBa)Si_1-bN_3-bO_b:RE_n, где 0≤х≤1; 0≤y≤1; 0≤z≤1, 0≤а≤1; 0<b≤1 и 0,002≤n≤0,2 и RE выбирается из Еu и/или Се;
M_x ^v+Si_12(m+n)Al_m+nO_nN_16-n, где x=m/v и М является металлом, предпочтительно выбираемым из группы, содержащей Li, Mg, Ca, Y, Sc, Се, Pr, Nf, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu или смеси их;
или смеси их.

7. Светоизлучающее устройство по п.1, в котором по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал (10) по меньшей мере частично окружен материалом (16) матрицы с n (показателем преломления) ≥1,3.

8. Способ получения по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала (10) по любому из пп.1-7, содержащий этапы, на которых:
(a) предварительно формируют материал из по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала (10),
(b) прессуют предварительно сформированный материал из по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала (10),
(c) при желании осуществляют вторичную обработку по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала (10), сформированного на этапе (b).

9. Способ получения по меньшей мере одного керамического сферического, преобразующего цвет материала (10) по любому из пп.1-7, содержащий этап напыления-сушки.

10. Система, содержащая светоизлучающее устройство по любому из пп.1-7 и/или по меньшей мере один керамический сферический, преобразующий цвет материал (10), полученный в соответствии со способом по пп.8 и 9, при этом система используется в одной или нескольких из следующих областей применения:
- офисные осветительные системы,
- бытовые прикладные системы,
- производственные осветительные системы,
- домашние осветительные системы,
- направленные осветительные системы,
- системы для местного освещения,
- театральные осветительные системы,
- волоконно-оптические прикладные системы,
- проекционные системы,
- дисплейные системы с самоосвещением,
- пиксельные дисплейные системы,
- сегментные дисплейные системы,
- системы предупредительной сигнализации,
- медицинские осветительные прикладные системы,
- индикаторные знаковые системы, и
- декоративные осветительные системы,
- мобильные системы,
- автомобильные системы,
- оранжерейные осветительные системы.