包括低热膨胀系数的化合物的照明系统 【技术领域】
本发明涉及用于发光装置的新颖材料，特别涉及用于LED的新颖材料的领域。
背景技术
磷光体转换发光二极管(pcLED)是基于蓝色或紫外发光管芯，该管芯通常由(AlInGa)N和至少一个发光层组成，该至少一个发光层通常沉积在该芯片上成为硅酮悬浮液。
为了发射白光，发蓝光的(In，Ga)N LED通常通过黄色-橙色磷光体(例如YAG:Ce)或者通过包含发黄光磷光体和发红光磷光体的两种成份的磷光体混合物而转换成发白光的LED。
备选的第二个方案目前被应用以实现暖白色LED，其中所采用的磷光体为YAG:Ce与在共价晶格内包括Eu2+的发红光材料的混合物，该材料例如为(Ca，Sr)S:Eu、CaAlSiN3:Eu或(Ba，Sr，Ca)2Si5N8:Eu。
尤其是，磷光体转换LED的可靠性是这些照明系统的产业化中的重要课题。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种照明系统，该照明系统至少能够部分地克服上述不足且尤其可用于宽范围的应用，且尤其允许高度可靠的磷光体转换LED的制作和/或安装。
该目的由如本发明权利要求1所述的照明系统来达成。相应地提供了一种包括热膨胀系数α≥-2×10-6/K且≤2×10-6/K的复合材料的照明系统，特别是LED。
对于本发明内的宽范围应用，这一材料已经显示出具有至少一个下述优点：
-对于本发明内的宽范围应用，使用这一复合材料，由于复合材料内破裂和/或应力的可能性更少(更小)，LED的工作寿命可以大幅提高。
-对于本发明内的宽范围应用，由于热膨胀更少(更小)，LED可以做得更加紧凑。
-对于宽范围应用，LED内发光材料之间的接触也可以得到增加。
应注意，本发明的照明系统可具有若干种构造，这些构造可以同时和/或择一地使用且均代表本发明的优选实施例：
-该复合材料可以放置在发蓝光的管芯上且另外的磷光体材料(诸如但不限于黄色-橙色磷光体、发红光的磷光体等)可以嵌在复合材料内部。
-复合材料内的一种或多种材料也可以用作发光材料，使得至少一些(或者一部分)磷光体材料可以略去。
-复合材料可以以围绕和/或覆盖发蓝光的管芯的基体、凝胶和/或玻璃体的形式存在；然而，根据本发明的备选实施例，复合材料也可以以例如陶瓷的固体形式存在。
根据本发明的优选实施例，照明系统包括热膨胀系数α≥-1×10-6/K且≤1×10-6/K，更优选地≥-0.5×10-6/K且≤0.5×10-6/K的复合材料。
这已经表明，对于本发明内的宽范围应用，可以获得具有进一步改善的特征的材料。
根据本发明的优选实施例，复合材料包括热膨胀系数α≤0×10-6/K的至少一种第一材料。
藉此，在实践中已经发现，对于本发明内的宽范围应用，复合材料的期望热膨胀率可以容易且有效地设置。
根据本发明的优选实施例，第一材料为氧化材料。
根据本发明的优选实施例，第一材料的带隙≥2.75eV。
这已经表明，对于本发明内的宽范围应用，可以获得具有进一步改善的特征的材料。
根据本发明的优选实施例，第一材料的德拜温度≥500K且≤2000K。
这已经表明，对于本发明内的宽范围应用，可以获得具有进一步改善的特征的材料。
优选地，第一材料地德拜温度≥700K且≤1700K，更优选地≥1000K且≤1500K。
根据本发明的优选实施例，第一材料包括选自下述的材料：
M2W3-xMoxO12，其中M选自Sc、Y、La、Gd、Lu稀土金属或其混合物，并且x≥0且≤3；
AMW2-xMoxO8，其中A选自Li、Na、K、Rb、Cs或其混合物，M选自Sc、Y、La、Gd、Lu稀土金属或其混合物，并且x≥0且≤2；
XYMW1-xMoxO8，其中X选自Ca、Sr、Ba或其混合物，Y选自Nb、Ta或其混合物，M选自Sc、Y、La、Gd、Lu稀土金属或其混合物，并且x≥0且≤1；
PbTiO3；
ZrW2O8；
AlPO4-17(为一种沸石，例如在Chem.Mater.，10(7)，2013-2019，1998中描述，其全文通过引用结合于此)；
或它们的混合物。
对于本发明内的宽范围应用，已经证明这些材料在实践中是可行的。
根据优选实施例，第一材料包括发光材料，该发光材料能够至少部分地在发紫外或蓝光的波长区域吸收光并在≥420且≤800nm的波长区域发射可见光。
根据优选实施例，第一材料包括选自如下的发光材料：
M2W3-xMox012:RE，其中M选自Sc、Y、La、Gd、Lu稀土金属或其混合物，x≥0且≤3并且RE选自Eu、Pr、Sm、Dy或其混合物；
AMW2-xMoxO8:RE，其中A选自Li、Na、K、Rb、Cs或其混合物，M选自Sc、Y、La、Gd、Lu稀土金属或其混合物，x≥0且≤2，并且RE选自Eu、Pr、Sm、Dy或其混合物；
XYMW1-xMoxO8:RE，其中X选自Ca、Sr、Ba或其混合物，Y选自Nb、Ta或其混合物，M选自Sc、Y、La、Gd、Lu稀土金属或其混合物，x≥0且≤1并且RE选自Eu、Pr、Sm、Dy或其混合物；
或它们的混合物。
根据本发明的优选实施例，掺杂级≥0.001％且≤100％，优选地≤25％。
这已经表明，对于本发明内的宽范围应用，可以获得具有进一步改善的照明特征的材料。优选地，掺杂级≥0.1％且≤10％，更优选地≥1％且≤5％。
优选地该至少第一材料以粉末提供。
如果该至少第一材料至少部分地以粉末提供，尤为优选地，该粉末具有≥2.5μm且≤25μm，优选地≤15μm的d50。对于本发明内的宽范围应用，这已经表明是有益的。
根据本发明的优选实施例，复合材料包括选自硅酮、玻璃、聚合物、树脂或其混合物的至少一种第二基体材料。
根据本发明的优选实施例，第一材料∶第二材料(按重量/重量计)的比例≥0.1∶1且≤10∶1，优选地≥0.3∶1且≤3∶1。
根据本发明的优选实施例，照明系统包括发蓝光的管芯，其中复合材料的热膨胀系数与发蓝光的管芯的热膨胀系数是匹配的。
措辞“匹配的”特别地涵盖发蓝光的管芯和复合材料具有基本相同的热膨胀系数和/或发蓝光的管芯与复合材料的热膨胀系数相差≤10％，优选地≤5％。藉此，对于本发明内的宽范围应用，两种组件可以非常紧密地接触，使得LED管芯的冷却良好，这进而允许大的工作电流。
另一方面，措辞“匹配的”特别地涵盖复合材料具有负热膨胀系数，而发蓝光的管芯和复合材料的热膨胀系数的绝对值基本相同或者相差≤10％，优选地≤5％。藉此，管芯的膨胀将被复合材料“补偿”，对于本发明内的宽范围应用允许构建更紧凑的照明系统。
本发明还涉及包括热膨胀系数α≤6×10-6/K的至少一种材料的照明系统，特别是LED。
对于本发明内的宽范围应用，这一材料已经显示出具有至少一个下述优点：
-对于本发明内的宽范围应用，使用这一材料，由于复合材料内破裂和/或应力的可能性更少，LED的工作寿命可以大幅增加。
-由于更少的热膨胀，对于本发明内的宽范围应用，LED可以做得更加紧凑。根据本发明的优选实施例，所述材料的热膨胀系数选择为至少部分抵消发蓝光的管芯的热膨胀。
-对于宽范围应用，LED内的发光材料之间的光学接触也可以得到增加。
-对于宽范围应用，已经惊奇地发现，由于该材料，发蓝光的管芯的热散逸大幅增加，这进而增加LED的寿命。
-在LED安装和/或设置在底板或板状结构上的情况下，对于宽范围应用，LED连同所述第一材料的热膨胀特别地可以匹配到底板的热膨胀，这实际上是本发明的优选实施例。
根据本发明另一实施例，照明系统包括热膨胀系数α≤4×10-6/K，优选地α≤2×10-6/K且最优选地α≤0×10-6/K的至少一种材料。
根据本发明的优选实施例，所述材料为氧化材料。
根据本发明的优选实施例，所述材料的带隙≥2.75eV。
根据本发明的优选实施例，所述材料的德拜温度≥500K且≤2000K。
这已经表明，对于本发明内的宽范围应用，可以获得具有进一步改善的特征的材料。
优选地，所述材料的德拜温度≥700K且≤1700K，更优选地≥1000K且≤1500K。
根据本发明的优选实施例，所述材料包括选自下述的材料：
M2W3-xMoxO12，其中M选自Sc、Y、La、Gd、Lu稀土金属或其混合物，并且x≥0且≤3；
AMW2-xMoxO8，其中A选自Li、Na、K、Rb、Cs或其混合物，M选自Sc、Y、La、Gd、Lu稀土金属或其混合物，并且x≥0且≤2；
XYMW1-xMoxO8，其中X选自Ca、Sr、Ba或其混合物，Y选自Nb、Ta或其混合物，以及M选自Sc、Y、La、Gd、Lu稀土金属或其混合物，并且x≥0且≤1；
PbTiO3；
ZrW2O8；
AlPO4-17(为一种沸石，例如在Chem.Mater.，10(7)，2013-2019，1998中描述，其全文通过引用结合于此)；
或它们的混合物。
对于本发明内的宽范围应用，已经证明这些材料在实践中是可行的。
根据优选实施例，所述材料包括发光材料，该发光材料能够至少部分地在发紫外或蓝光的波长区域吸收光，并在≥420nm且≤800nm的波长区域发射可见光。
根据优选实施例，所述材料包括选自如下的发光材料：
M2W3-xMoxO12:RE，其中M选自Sc、La、Y、稀土金属或其混合物，x≥0且≤3，并且RE选自Eu、Pr、Sm、Dy或其混合物；
AMW2-xMoxO8:RE，其中A选自Li、Na、K、Rb、Cs或其混合物，M选自Sc、La、Y、稀土金属或其混合物，x≥0且≤2，并且RE选自Eu、Pr、Sm、Dy或其混合物；
XYMW1-xMoxO8:RE，其中X选自Ca、Sr、Ba或其混合物，Y选自Nb、Ta或其混合物，以及M选自Sc、Y、La、Gd、Lu稀土金属或其混合物，x≥0且≤1，并且RE选自Eu、Pr、Sm、Dy或其混合物；
或它们的混合物。
根据本发明的优选实施例，掺杂级≥0.001％且≤100％，优选地≤25％。
这已经表明，对于本发明内的宽范围应用，可以获得具有进一步改善的照明特征的材料。优选地，掺杂级≥0.1％且≤10％，更优选地≥1％且≤5％。
根据本发明的优选实施例，照明系统包括发蓝光的管芯，其中该材料的热膨胀系数与发蓝光的管芯的热膨胀系数是匹配的。
措辞“匹配的”特别地涵盖发蓝光的管芯和该材料具有基本相同的热膨胀系数和/或发蓝光的管芯与该材料的热膨胀系数相差≤10％，优选地≤5％。藉此，对于本发明内的宽范围应用，两种组件可以非常紧密地接触，使得LED管芯的冷却非常好，这进而允许大的工作电流。
另一方面，措辞“匹配的”特别地涵盖复合材料具有负热膨胀系数，而发蓝光的管芯和所述材料的热膨胀系数的绝对值基本相同或者相差≤10％，优选地≤5％。藉此，管芯的膨胀将被所述材料“补偿”，对于本发明内的宽范围应用，允许构建更紧凑的照明系统。
优选地，该至少一种材料以粉末和/或以陶瓷材料提供。
如果该至少一种材料至少部分地以粉末提供，尤为优选地，该粉末具有≥5μm且≤25μm，优选地≤15μm的d50。对于本发明内的宽范围应用，这已经表明是有益的。
根据本发明的优选实施例，该至少一种材料至少部分地以至少一种陶瓷材料提供。
在本发明的意义上，措辞“陶瓷材料”特别是指和/或包括具有受控数量的孔隙或者没有孔隙的结晶或多晶的紧凑材料或复合材料。
在本发明的意义上，措辞“多晶材料”特别是指和/或包括体积密度大于主成份的90％的材料，该材料由大于80％的单晶畴组成，每个畴直径大于0.5μm且具有不同的晶向。单晶畴可以通过无定形或玻璃状材料来连接或者通过另外的结晶成份来连接。
根据优选实施例，该至少一种材料的密度≥理论密度的90％且≤理论密度的100％。对于本发明内的宽范围应用，这已经表明是有益的，因为这样该至少一种陶瓷材料的发光属性可以提高。
更优选地，该至少一种陶瓷材料的密度≥理论密度的97％且≤理论密度的100％，更优选地≥98％且≤100％，再优选地≥98.5％且≤100％，且最优选地≥99.0％且≤100％。
根据本发明的优选实施例，该至少一种陶瓷材料的(多个)表面的表面粗糙度RMS(表面平坦性的破坏；作为最高和最深表面特征之间的差值的几何平均值来测量)≥0.001μm且≤1μm。
根据本发明一实施例，该至少一种陶瓷材料的(多个)表面的表面粗糙度≥0.005μm且≤0.8μm，根据本发明一实施例≥0.01μm且≤0.5μm，根据本发明一实施例≥0.02μm且≤0.2μm，且根据本发明一实施例≥0.03μm且≤0.15μm。
根据本发明的优选实施例，该至少一种陶瓷材料的比表面积≥10-7m2/g且≤0.1m2/g。
本发明的照明系统可以在各种各样的系统和/或应用中使用，下面是其中的一个或多个：
-办公室照明系统，
-家庭应用系统，
-商店照明系统，
-家居照明系统，
-重点照明系统，
-聚光照明系统，
-剧院照明系统，
-光纤应用系统，
-投影系统，
-自点亮显示系统，
-像素化显示系统，
-分段显示系统，
-警告标志系统，
-医疗照明应用系统，
-指示标志系统，以及
-装饰照明系统，
-便携式系统，
-车辆应用，
-温室照明系统，
-传感器中的应用。
前述组件以及所主张的组件和在所述实施例中依据本发明将使用的组件，在其尺寸、形状、材料选择和技术概念方面没有任何特别例外，使得相关领域中已知的选择标准可以被应用而无限制。
【附图说明】
本发明目的的附加细节、特征、特性及优点在从属权利要求、附图以及相应附图和实例的下述描述中披露，下述描述以示例性方式示出用于本发明发光装置的至少一种陶瓷材料的多个实施例和实例以及本发明照明系统的多个实施例和实例。
图1示出本发明第一实施例的LED结构的示意性部分侧视图；
图2示出本发明第二实施例的LED结构的示意性部分侧视图；
图3示出本发明第三实施例的LED结构的示意性部分侧视图；
图4示出本发明实例I的LED的发射光谱。
【具体实施方式】
图1示出本发明第一实施例的LED结构的示意性部分侧视图。
在这一实施例中，LED 1包括LED体60，镜40插入该LED体60。发蓝光的管芯20(例如由InGaN或任何其他合适材料组成)沉积在镜40内并被复合材料包围，该复合材料包括具有低或负热膨胀系数(如上所述)的第一材料10a，第一材料10a嵌在第二材料10b内，第二材料10b可由硅酮、PMMA等制成。
另外，第一材料10a可发光且因此用于转换由管芯20发射的光的一部分，从而获得暖白色LED。第一材料10a因此不是均质的而是本身包括若干种材料(如上所述)。
图2示出本发明第二实施例的LED结构的示意性部分侧视图。这一实施例与图1的实施例的不同之处在于，第一材料10a不发光，而是另外存在转换磷光体30。该磷光体材料30可选自本领域中已知的任何材料。显然，该磷光体材料30无需是均质的，基体10b内也可以存在若干种材料。
图3示出本发明第三实施例的LED结构的示意性部分侧视图。在这一实施例中，管芯20被具有低热膨胀系数的材料10围绕，如上所述。由于LED和陶瓷材料具有相同的热膨胀，这两种组件可以非常紧密地接触，使得LED管芯的冷却非常好，进而允许大的工作电流。
通过下述实例I，将进一步理解本发明：
实例I
在该实例中，制作一LED，该LED包括管芯，该管芯被热膨胀系数接近零的陶瓷复合材料包围。该复合物由掺铈的石榴石即(Y，Gd，Lu)3Al5O12:Ce，Pr以及掺铕的钨酸盐或钼酸盐即LiLaW2O8:Eu组成。该LED的光谱示于图4。
上文详细实施例中的要素和特征的具体组合仅仅是示例性的；这些教导与本发明以及通过引用结合于此的专利/申请的其他教导的互换和替代也被特别地考虑在内。如本领域技术人员将理解，本领域普通技术人员可以想到此处所述方案的变型、调整和其他实施方式，而不背离所要求保护的本发明的精神和范围。相应地，前述描述仅是举例而非限制。本发明的范围在下述权利要求及其等同特征中定义。此外，说明书和权利要求中的参考符号不限制所要求保护的发明范围。