[发明专利]折射率匹配的复合材料和包含其的光源

说明书

公开了包括基质和至少一种填料的复合材料。该基质可以是包括无机核和聚合壳的核壳粒子组合体。可通过调节核的体积分数来调节核的折射率，以使该核壳粒子组合体的折射率匹配或基本匹配填料的折射率。因此可以获得表现出填料的性质的光学透明复合材料。还公开了制造这种复合材料的方法和包括这种复合材料的光源。

对相关申请的交叉引用

本申请要求2012年10月19日提交的美国临时申请No. 61/716,141的权益。

领域

本公开大体上涉及复合材料，更特别涉及包括至少一种核壳粒子组合体和至少一种填料的复合材料。

背景

发光二极管（下文称作“LED”或“LEDs”）可以生成在光谱特定区域中的可见光或不可见光。根据LED的材料组成，来自LED的光输出可以是例如蓝光、红光、绿光、不可见的紫外光（UV）和/或近紫外光。当希望构造产生与LED的输出颜色不同的发射颜色的LED光源时，已知利用光致发光将来自LED的具有第一波长或波长范围的光输出（即“初始光”或“激发光”）转换成具有第二波长或波长范围的光（即“二次光”或“发射光”）。

光致发光通常涉及用波长转换材料，如荧光粉或荧光粉混合物吸收较高能量的初始光。初始光的吸收可以将该波长转换材料激发至较高能态。当波长转换材料回到较低能态时，其发射通常具有与初始光不同和更长的波长/波长范围的二次光。二次光的波长/波长范围取决于所用波长转换材料的类型。因此，可以通过波长转换材料的适当选择获得所需波长/波长范围的二次光。这一过程可以被理解为“波长降频转换”，与包括波长转换材料，如荧光粉的波长转换结构结合以产生二次光的LED可以被描述为“荧光粉转换LED”或“波长转换LED”。

在已知构造中，将LED管芯，如III-氮化物管芯置于反光杯套件（package）和体积中，并在该管芯表面上直接沉积由波长转换材料构成或包括波长转换材料的共形层或薄膜。在另一已知构造中，可以在固体自立平面结构，如陶瓷板、含填料的聚合物材料（例如含荧光粉粒子填料的聚合物基质）、单晶板或薄膜结构中提供波长转换材料。这种板在本文中可以被称作“波长转换板”。在任何情况下，例如通过涂布、晶片键合、烧结、胶合等直接粘贴到LED管芯上的含波长转换材料的结构可以被理解为是“芯片级转换”构造或“CLC”。或者，远离LED管芯安置的含波长转换材料的结构可以被理解为是“远程转换”构造。

聚合物-荧光粉复合材料已被提出用作LED光源中的波长转换结构。这种复合材料通常包括分散或以其它方式加载在聚合基质，如有机硅中的一种或多种波长转换材料，如荧光粉（例如黄色荧光粉、绿色银光粉、红色荧光粉等）的粒子。在许多情况中，此类复合材料中所用的聚合物具有1.3至1.6的折射率，而波长转换荧光粉填料具有1.7至1.9的折射率。聚合基质和填料之间的折射率差异可造成光在聚合物-荧光粉复合材料内的明显散射并可能由于高的全内反射（TIR）而造成荧光粉-聚合物界面处的光损失。因此，这种聚合物-荧光粉复合材料的光学透明度低，并可能使这种复合材料不适合用作照明系统中的波长转换材料。

此外，在波长转换材料，如荧光粉将初始光转换成二次光时，生成热（例如Stokes热）。由于它们的相对较低的热导率，聚合物-荧光粉复合材料不能充分除去荧光粉粒子在转换过程中生成的热。这可能使荧光粉粒子过热，以致可能降低它们的效力。过热还可能造成荧光粉粒子和/或聚合基质材料的降解。

因此，尽管已知的聚合物-荧光粉复合材料可用于一些用途，但由于它们的低光学透明度和/或低热导率，它们在照明用途中的效用有限。

附图简述

应该参考下列详述，它们应联系下列附图阅读，其中类似数字代表类似部件：

图1以横截面图解根据本公开的示例性核壳粒子。

图2以横截面图解根据本公开的示例性核壳粒子组合体。