顏色轉換裝置、照明單元、固態發光體封裝和燈具的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種顏色轉換裝置，其包括用于將第一顏色的光轉換為第二顏色的光的發光材料。本發明進一步涉及一種照明單元、一種固態發光體封裝、一種燈具，以及涉及一種石墨烯層的應用。
【背景技術】
[0002]在發光材料中，第一光譜分布的光被吸收并且部分被轉換為第二光譜分布的光。并非所有被吸收的能量都以光的形式被發射。一些能量由于發光材料的斯托克斯位移(Stokes shift)而被轉換為熱量。斯托克斯位移是吸收光譜分布和發射光譜分布的位置之間的差異。所吸收的光子作為具有較低能量值的光子被發射，而未被發射的能量則被轉換為熱量。
[0003]當發光材料的溫度變得過高時，該發光材料的工作會受到不利影響，并且在某些情況下，該發光材料可能退化或者可能出現損壞。當發光材料變得過熱時，它們的轉換效率明顯下降，它們的發光光譜會可能變化，并且它們的壽命會由于發光材料的退化和/或破壞而下降。此外，如果發光材料變熱，則發光材料分散或溶解于其中的材料，或者發光材料被提供于其上的材料也必須是耐熱的并且可能遭受退化和/或破壞。
[0004]發光材料經常以層進行應用并且撞擊在該層上的光經常并非在整個層上均勻分布。因此，在大多數情況下，在具有發光材料的層中存在溫度梯度。該溫度梯度另外的缺陷在于在受到該溫度梯度影響的材料中產生應力。
[0005]所公開的專利申請W02010/002708A1涉及一種發光設備，其包括將光從第一顏色轉換為另一種顏色的光的磷光體層。該磷光體層被提供于凹進外殼的頂端，并且該凹進包括向該磷光體層發射第一顏色的光的發光半導體。該磷光體僅有一部分被第一顏色的光所照射，并且作為斯托克斯位移的結果，磷光體層的該部分相對變熱。該磷光體層還可以與透明層相接觸，并且該磷光體層與透明層的組合在該發光設備的工作期間將會局部相對變熱。在所引用的專利申請中，該凹進外殼由導熱材料所制成，其能夠將熱量遠離該磷光體層和/或透明層進行傳導。
[0006]雖然所引用的專利申請中的發光設備提供了用于對磷光體層進行冷卻的器件，但是在工作期間仍然會在磷光體層和/或磷光體層與之相接觸的透明層內出現過大的溫度梯度。例如，該透明層應當使得磷光體層內的溫差減小，然而從磷光體層到透明層的熱量傳輸并不有效并且該透明層自身并未向外殼傳導足夠的熱量。
【發明內容】
[0007]本發明的目標是提供一種顏色轉換裝置，其使得該顏色轉換裝置內的溫差有所減小。
[0008]本發明的第一方面提供了一種顏色轉換裝置。本發明的第二方面提供了一種照明單元。本發明的第三方面提供了一種固態發光體封裝。本發明的第四方面提供了一種燈具。本發明的第五方面涉及一種石墨烯層的應用。有利實施例在從屬權利要求中進行限定。
[0009]依據本發明第一方面的一種顏色轉換裝置包括第一發光層、支撐層和第一石墨烯層。該顏色轉換裝置用于將第一顏色的光轉換為另一顏色的光。該第一發光層包括第一發光材料，其吸收包括第一顏色的第一光譜分布的光的一部分并且將所吸收的光的至少一部分轉換為第二光譜分布的光。該支撐層支撐該發光層。該第一石墨烯層沿橫向方向熱傳導熱量而使得該顏色轉換裝置中的溫差有所減小。在層的第一可選布置中，該支撐層由固態發光體的層所形成，并且該發光層和該石墨烯層的堆疊被提供于該固態發光體的層之上。該固態發光體的層的發光表面與該發光層或石墨烯層相接觸。在層的第二可選布置中，該支撐層包括第一側以及與該第一側相對的第二側，并且該第一石墨烯層在該支撐層的第一側提供并且該發光層在該第二側提供。該石墨烯層熱耦合至該支撐層并且該第一發光層熱耦合至該支撐層。在層的第三可選布置中，該顏色轉換裝置包括第二石墨烯層，并且該第一發光層夾在該第一石墨烯層和第二石墨烯層之間。該石墨烯層和第一發光層的堆疊提供在該支撐層上。在層的第四可選布置中，該顏色轉換裝置包括第二發光層，后者包括第二發光材料。該第一石墨烯層夾在該第一發光層和第二發光層之間，并且該發光層和第一石墨烯層的堆疊提供在該支撐層上。該第二發光材料吸收包括第一顏色的第三光譜分布的光和/或第二光譜分布的光的一部分，并且將所吸收的光的至少一部分轉換為第四光譜分布的光。
[0010]在該顏色轉換裝置中，至少一個石墨烯層與該第一發光層直接接觸，或者一個石墨烯層提供在其經由該支撐層而熱耦合至該第一發光層的具體位置。因此，該石墨烯層接收在第一發光層中所生成的熱量。石墨烯能夠非常好地導熱，并且因此至少一個石墨烯層將熱量從該顏色轉換裝置較熱的體積傳導至該顏色轉換裝置較冷的體積，因此減少了作為整體的該顏色轉換裝置中的溫差。因此，該發光層的峰值溫度有所下降并且該顏色轉換裝置的其它區域在可接受限值內變得較熱。由此，過熱的發光材料的不利影響有所減少，發光材料因此具有較長的壽命，具有相對高的轉換效率，將會較少受到退化的影響，并且發光光譜的變化將會有所減少。此外，該支撐層的溫度將不會變得像在沒有第一石墨烯層的顏色轉換裝置中一樣高，并且該支撐層中的溫度梯度將表現出較低的溫差。因此，該支撐層并不必抵御這些大的溫差，并且可選地可以由較為廉價的材料來制造。
[0011]石墨烯是在原子尺度蜂巢晶格中包括單層碳原子或者在原子尺度蜂巢晶格中包括2至9個這樣的單層碳原子的材料。在蜂巢晶格中有高于9層的碳原子的情況下，該材料的特性發生明顯變化并且該材料被稱作“石墨”。在本發明的上下文中，石墨烯是否導熱且光透射(這意味著撞擊在該材料上的光線的相當部分通過該材料被透射)是相關的，并且因此石墨烯在原子尺度蜂巢晶格中可以具有I至9層的碳原子。由于單層石墨烯吸收大約2.3%的可見光，所以在一個實施例中，石墨烯層在原子尺度蜂巢晶格中具有少于5層的碳原子。
[0012]該支撐層可以是該顏色轉換裝置中單獨的層，但是也可以是另一個設備的層。該支撐層的功能是至少對第一發光層(在具體實施例中，其無法承載自身的重量)和/或第二發光層進行支撐，并且可能對第一和/或第二石墨烯層進行支撐。在具體實施例中，該支撐層是固態發光體(例如，發光二極管)的襯底層或另一個層(例如，固態發光體的裸片)，并且在這樣的具體實施例中，該石墨烯層也使得發光體封裝內的溫差有所減小，該發光體封裝包括該固態發光體和顏色轉換裝置。在實際實施例中，該支撐層是光透射的。在另一個實際實施例中，該支撐層具有相對低的導熱性，例如大于0.1ff/(m.K)，或者在另一個可選實施例中，大于IW/ (m.K) O
[0013]在以上部分以及本申請中，術語“光透射”被用來表示光通過光透射材料是可透射的。因此，如果光撞擊在該材料上，則至少一些光通過該材料進行透射(并且因此在該材料的具體表面離開該材料)。并非所有的光都必然透光該材料，并且一些光可能被吸收(例如，小于撞擊的光的10%，或者小于撞擊的光的3%)，和/或一些撞擊的光可能被發射(例如，小于撞擊的光的25%，或者小于撞擊的光的10% )。光可能在光透射材料內進行散射。術語光透射包括術語“透明”和“半透明”。
[0014]在以上部分以及本申請中，術語“熱耦合”被用來表示第一材料與第二材料具有直接或間接的熱量傳輸。換句話說，熱量形式的能量可以從第一材料傳輸至第二材料，反之亦然。第一材料可以與第二材料形成直接接觸，但是也可能在第一和第二材料之間提供其它材料，只要該其它材料并不是熱絕緣體。例如，如果第一和第二材料互相直接接觸，則可以在第一和第二材料之間提供熱傳導路徑，或者該第一材料可以利用相對薄的一層膠而被粘合至第二材料。此外，如果在本申請中，兩個層被彼此上下提供和/或彼此直接接觸，則也隱含公開了這兩個層彼此熱耦合。
[0015]第二發光材料可以被配置為吸收包括第一顏色的第三光譜分布的光。這意味著該第三光譜分布可以與第一光譜分布具有一些重疊。在一個實施例中，第三光譜分布基本上等于第一光譜分布。
[0016]可選地，該顏色轉換裝置包括用于熱耦合至散熱器的熱傳輸界面，其中該第一石墨烯層以及可選地該第二石墨烯層熱耦合至該熱傳輸界面。因此，第一石墨烯層和可選的第二石墨烯層并非僅對于該顏色轉換裝置內的溫差減小有所貢獻，它們對于向散熱器進行有效熱量傳輸也有所貢獻。第一石墨烯層和可選的第二石墨烯層幾乎是透明的并且具有高的導熱性，并且它們因此對于發光材料并未變得過熱同時該顏色轉換裝置的效率并未明顯下降的效果有所貢獻。
[0017]可選地，該第一發光材料以及可選地第二發光材料至少包括從無機磷光體、有機磷光體以及表現出量子限域并且至少在一個維度具有納米范圍的尺寸的粒子的群組中進行選擇。
[0018]無機發光材料可以包括諸如YAG和/或LuAG的黃色或黃/綠色無機發光磷光體，或者諸如ECAS和/或BSSN的紅色無機磷光體。
[0019]有機磷光體具有高的量子效率并且經常是透明的，這防止了所不期望出現的散射并且提高了效率。有機發光材料具有更多優勢。發光光譜的位置和帶寬能夠被方便地設計為可見光范圍內的任意地方。因此相對易于制造發出具有高效能的白光的光源。白光可以是至少兩種顏色的光的組合，并且因此該光源可以包括發出第一顏色的光的單個發光體并且包括至少一種有機發光材料，后者將該第一顏色的光的一部分轉換為第二顏色的光。該有機磷光體可以是包括二萘嵌苯系衍生物的材料，諸如黃色發光的二萘嵌苯系衍生物，或者紅色/橙色發光的二萘嵌苯系衍生物。這樣的二萘嵌苯系衍生物能夠以Lumogen YellowR)83或F170、Lumogen Red F305以及Lumogen Orange F240的名稱而以商業方式獲得。
[0020]表現出量子限域并且至少在一個維度具有納米范圍尺寸的粒子例如是量子點、量子棒、量子四腳體(tetrapod)。在一個維度具有納米范圍的尺寸意味著例如在該粒子基本上為球體的情況下，它們的直徑處于納米范圍內。或者這意味著例如在它們為線形的情況下，該