颜色转换装置、照明单元、固态发光体封装和灯具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种颜色转换装置，其包括用于将第一颜色的光转换为第二颜色的光的发光材料。本发明进一步涉及一种照明单元、一种固态发光体封装、一种灯具，以及涉及一种石墨烯层的应用。
【背景技术】
[0002]在发光材料中，第一光谱分布的光被吸收并且部分被转换为第二光谱分布的光。并非所有被吸收的能量都以光的形式被发射。一些能量由于发光材料的斯托克斯位移(Stokes shift)而被转换为热量。斯托克斯位移是吸收光谱分布和发射光谱分布的位置之间的差异。所吸收的光子作为具有较低能量值的光子被发射，而未被发射的能量则被转换为热量。
[0003]当发光材料的温度变得过高时，该发光材料的工作会受到不利影响，并且在某些情况下，该发光材料可能退化或者可能出现损坏。当发光材料变得过热时，它们的转换效率明显下降，它们的发光光谱会可能变化，并且它们的寿命会由于发光材料的退化和/或破坏而下降。此外，如果发光材料变热，则发光材料分散或溶解于其中的材料，或者发光材料被提供于其上的材料也必须是耐热的并且可能遭受退化和/或破坏。
[0004]发光材料经常以层进行应用并且撞击在该层上的光经常并非在整个层上均匀分布。因此，在大多数情况下，在具有发光材料的层中存在温度梯度。该温度梯度另外的缺陷在于在受到该温度梯度影响的材料中产生应力。
[0005]所公开的专利申请W02010/002708A1涉及一种发光设备，其包括将光从第一颜色转换为另一种颜色的光的磷光体层。该磷光体层被提供于凹进外壳的顶端，并且该凹进包括向该磷光体层发射第一颜色的光的发光半导体。该磷光体仅有一部分被第一颜色的光所照射，并且作为斯托克斯位移的结果，磷光体层的该部分相对变热。该磷光体层还可以与透明层相接触，并且该磷光体层与透明层的组合在该发光设备的工作期间将会局部相对变热。在所引用的专利申请中，该凹进外壳由导热材料所制成，其能够将热量远离该磷光体层和/或透明层进行传导。
[0006]虽然所引用的专利申请中的发光设备提供了用于对磷光体层进行冷却的器件，但是在工作期间仍然会在磷光体层和/或磷光体层与之相接触的透明层内出现过大的温度梯度。例如，该透明层应当使得磷光体层内的温差减小，然而从磷光体层到透明层的热量传输并不有效并且该透明层自身并未向外壳传导足够的热量。
【发明内容】
[0007]本发明的目标是提供一种颜色转换装置，其使得该颜色转换装置内的温差有所减小。
[0008]本发明的第一方面提供了一种颜色转换装置。本发明的第二方面提供了一种照明单元。本发明的第三方面提供了一种固态发光体封装。本发明的第四方面提供了一种灯具。本发明的第五方面涉及一种石墨烯层的应用。有利实施例在从属权利要求中进行限定。
[0009]依据本发明第一方面的一种颜色转换装置包括第一发光层、支撑层和第一石墨烯层。该颜色转换装置用于将第一颜色的光转换为另一颜色的光。该第一发光层包括第一发光材料，其吸收包括第一颜色的第一光谱分布的光的一部分并且将所吸收的光的至少一部分转换为第二光谱分布的光。该支撑层支撑该发光层。该第一石墨烯层沿横向方向热传导热量而使得该颜色转换装置中的温差有所减小。在层的第一可选布置中，该支撑层由固态发光体的层所形成，并且该发光层和该石墨烯层的堆叠被提供于该固态发光体的层之上。该固态发光体的层的发光表面与该发光层或石墨烯层相接触。在层的第二可选布置中，该支撑层包括第一侧以及与该第一侧相对的第二侧，并且该第一石墨烯层在该支撑层的第一侧提供并且该发光层在该第二侧提供。该石墨烯层热耦合至该支撑层并且该第一发光层热耦合至该支撑层。在层的第三可选布置中，该颜色转换装置包括第二石墨烯层，并且该第一发光层夹在该第一石墨烯层和第二石墨烯层之间。该石墨烯层和第一发光层的堆叠提供在该支撑层上。在层的第四可选布置中，该颜色转换装置包括第二发光层，后者包括第二发光材料。该第一石墨烯层夹在该第一发光层和第二发光层之间，并且该发光层和第一石墨烯层的堆叠提供在该支撑层上。该第二发光材料吸收包括第一颜色的第三光谱分布的光和/或第二光谱分布的光的一部分，并且将所吸收的光的至少一部分转换为第四光谱分布的光。
[0010]在该颜色转换装置中，至少一个石墨烯层与该第一发光层直接接触，或者一个石墨烯层提供在其经由该支撑层而热耦合至该第一发光层的具体位置。因此，该石墨烯层接收在第一发光层中所生成的热量。石墨烯能够非常好地导热，并且因此至少一个石墨烯层将热量从该颜色转换装置较热的体积传导至该颜色转换装置较冷的体积，因此减少了作为整体的该颜色转换装置中的温差。因此，该发光层的峰值温度有所下降并且该颜色转换装置的其它区域在可接受限值内变得较热。由此，过热的发光材料的不利影响有所减少，发光材料因此具有较长的寿命，具有相对高的转换效率，将会较少受到退化的影响，并且发光光谱的变化将会有所减少。此外，该支撑层的温度将不会变得像在没有第一石墨烯层的颜色转换装置中一样高，并且该支撑层中的温度梯度将表现出较低的温差。因此，该支撑层并不必抵御这些大的温差，并且可选地可以由较为廉价的材料来制造。
[0011]石墨烯是在原子尺度蜂巢晶格中包括单层碳原子或者在原子尺度蜂巢晶格中包括2至9个这样的单层碳原子的材料。在蜂巢晶格中有高于9层的碳原子的情况下，该材料的特性发生明显变化并且该材料被称作“石墨”。在本发明的上下文中，石墨烯是否导热且光透射(这意味着撞击在该材料上的光线的相当部分通过该材料被透射)是相关的，并且因此石墨烯在原子尺度蜂巢晶格中可以具有I至9层的碳原子。由于单层石墨烯吸收大约2.3%的可见光，所以在一个实施例中，石墨烯层在原子尺度蜂巢晶格中具有少于5层的碳原子。
[0012]该支撑层可以是该颜色转换装置中单独的层，但是也可以是另一个设备的层。该支撑层的功能是至少对第一发光层(在具体实施例中，其无法承载自身的重量)和/或第二发光层进行支撑，并且可能对第一和/或第二石墨烯层进行支撑。在具体实施例中，该支撑层是固态发光体(例如，发光二极管)的衬底层或另一个层(例如，固态发光体的裸片)，并且在这样的具体实施例中，该石墨烯层也使得发光体封装内的温差有所减小，该发光体封装包括该固态发光体和颜色转换装置。在实际实施例中，该支撑层是光透射的。在另一个实际实施例中，该支撑层具有相对低的导热性，例如大于0.1ff/(m.K)，或者在另一个可选实施例中，大于IW/ (m.K) O
[0013]在以上部分以及本申请中，术语“光透射”被用来表示光通过光透射材料是可透射的。因此，如果光撞击在该材料上，则至少一些光通过该材料进行透射(并且因此在该材料的具体表面离开该材料)。并非所有的光都必然透光该材料，并且一些光可能被吸收(例如，小于撞击的光的10%，或者小于撞击的光的3%)，和/或一些撞击的光可能被发射(例如，小于撞击的光的25%，或者小于撞击的光的10% )。光可能在光透射材料内进行散射。术语光透射包括术语“透明”和“半透明”。
[0014]在以上部分以及本申请中，术语“热耦合”被用来表示第一材料与第二材料具有直接或间接的热量传输。换句话说，热量形式的能量可以从第一材料传输至第二材料，反之亦然。第一材料可以与第二材料形成直接接触，但是也可能在第一和第二材料之间提供其它材料，只要该其它材料并不是热绝缘体。例如，如果第一和第二材料互相直接接触，则可以在第一和第二材料之间提供热传导路径，或者该第一材料可以利用相对薄的一层胶而被粘合至第二材料。此外，如果在本申请中，两个层被彼此上下提供和/或彼此直接接触，则也隐含公开了这两个层彼此热耦合。
[0015]第二发光材料可以被配置为吸收包括第一颜色的第三光谱分布的光。这意味着该第三光谱分布可以与第一光谱分布具有一些重叠。在一个实施例中，第三光谱分布基本上等于第一光谱分布。
[0016]可选地，该颜色转换装置包括用于热耦合至散热器的热传输界面，其中该第一石墨烯层以及可选地该第二石墨烯层热耦合至该热传输界面。因此，第一石墨烯层和可选的第二石墨烯层并非仅对于该颜色转换装置内的温差减小有所贡献，它们对于向散热器进行有效热量传输也有所贡献。第一石墨烯层和可选的第二石墨烯层几乎是透明的并且具有高的导热性，并且它们因此对于发光材料并未变得过热同时该颜色转换装置的效率并未明显下降的效果有所贡献。
[0017]可选地，该第一发光材料以及可选地第二发光材料至少包括从无机磷光体、有机磷光体以及表现出量子限域并且至少在一个维度具有纳米范围的尺寸的粒子的群组中进行选择。
[0018]无机发光材料可以包括诸如YAG和/或LuAG的黄色或黄/绿色无机发光磷光体，或者诸如ECAS和/或BSSN的红色无机磷光体。
[0019]有机磷光体具有高的量子效率并且经常是透明的，这防止了所不期望出现的散射并且提高了效率。有机发光材料具有更多优势。发光光谱的位置和带宽能够被方便地设计为可见光范围内的任意地方。因此相对易于制造发出具有高效能的白光的光源。白光可以是至少两种颜色的光的组合，并且因此该光源可以包括发出第一颜色的光的单个发光体并且包括至少一种有机发光材料，后者将该第一颜色的光的一部分转换为第二颜色的光。该有机磷光体可以是包括二萘嵌苯系衍生物的材料，诸如黄色发光的二萘嵌苯系衍生物，或者红色/橙色发光的二萘嵌苯系衍生物。这样的二萘嵌苯系衍生物能够以Lumogen YellowR)83或F170、Lumogen Red F305以及Lumogen Orange F240的名称而以商业方式获得。
[0020]表现出量子限域并且至少在一个维度具有纳米范围尺寸的粒子例如是量子点、量子棒、量子四脚体(tetrapod)。在一个维度具有纳米范围的尺寸意味着例如在该粒子基本上为球体的情况下，它们的直径处于纳米范围内。或者这意味着例如在它们为线形的情况下，该