顏色轉(zhuǎn)換裝置、照明單元、固態(tài)發(fā)光體封裝和燈具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種顏色轉(zhuǎn)換裝置，其包括用于將第一顏色的光轉(zhuǎn)換為第二顏色的光的發(fā)光材料。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種照明單元、一種固態(tài)發(fā)光體封裝、一種燈具，以及涉及一種石墨烯層的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]在發(fā)光材料中，第一光譜分布的光被吸收并且部分被轉(zhuǎn)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(fā)射。一些能量由于發(fā)光材料的斯托克斯位移(Stokes shift)而被轉(zhuǎn)換為熱量。斯托克斯位移是吸收光譜分布和發(fā)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(fā)射，而未被發(fā)射的能量則被轉(zhuǎn)換為熱量。
[0003]當(dāng)發(fā)光材料的溫度變得過高時(shí)，該發(fā)光材料的工作會(huì)受到不利影響，并且在某些情況下，該發(fā)光材料可能退化或者可能出現(xiàn)損壞。當(dāng)發(fā)光材料變得過熱時(shí)，它們的轉(zhuǎn)換效率明顯下降，它們的發(fā)光光譜會(huì)可能變化，并且它們的壽命會(huì)由于發(fā)光材料的退化和/或破壞而下降。此外，如果發(fā)光材料變熱，則發(fā)光材料分散或溶解于其中的材料，或者發(fā)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(fā)光材料經(jīng)常以層進(jìn)行應(yīng)用并且撞擊在該層上的光經(jīng)常并非在整個(gè)層上均勻分布。因此，在大多數(shù)情況下，在具有發(fā)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(chǎn)生應(yīng)力。
[0005]所公開的專利申請(qǐng)W02010/002708A1涉及一種發(fā)光設(shè)備，其包括將光從第一顏色轉(zhuǎn)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(jìn)外殼的頂端，并且該凹進(jìn)包括向該磷光體層發(fā)射第一顏色的光的發(fā)光半導(dǎo)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(jié)果，磷光體層的該部分相對(duì)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(fā)光設(shè)備的工作期間將會(huì)局部相對(duì)變熱。在所引用的專利申請(qǐng)中，該凹進(jìn)外殼由導(dǎo)熱材料所制成，其能夠?qū)崃窟h(yuǎn)離該磷光體層和/或透明層進(jìn)行傳導(dǎo)。
[0006]雖然所引用的專利申請(qǐng)中的發(fā)光設(shè)備提供了用于對(duì)磷光體層進(jìn)行冷卻的器件，但是在工作期間仍然會(huì)在磷光體層和/或磷光體層與之相接觸的透明層內(nèi)出現(xiàn)過大的溫度梯度。例如，該透明層應(yīng)當(dāng)使得磷光體層內(nèi)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(dǎo)足夠的熱量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種顏色轉(zhuǎn)換裝置，其使得該顏色轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)的溫差有所減小。
[0008]本發(fā)明的第一方面提供了一種顏色轉(zhuǎn)換裝置。本發(fā)明的第二方面提供了一種照明單元。本發(fā)明的第三方面提供了一種固態(tài)發(fā)光體封裝。本發(fā)明的第四方面提供了一種燈具。本發(fā)明的第五方面涉及一種石墨烯層的應(yīng)用。有利實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中進(jìn)行限定。
[0009]依據(jù)本發(fā)明第一方面的一種顏色轉(zhuǎn)換裝置包括第一發(fā)光層、支撐層和第一石墨烯層。該顏色轉(zhuǎn)換裝置用于將第一顏色的光轉(zhuǎn)換為另一顏色的光。該第一發(fā)光層包括第一發(fā)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(zhuǎn)換為第二光譜分布的光。該支撐層支撐該發(fā)光層。該第一石墨烯層沿橫向方向熱傳導(dǎo)熱量而使得該顏色轉(zhuǎn)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(tài)發(fā)光體的層所形成，并且該發(fā)光層和該石墨烯層的堆疊被提供于該固態(tài)發(fā)光體的層之上。該固態(tài)發(fā)光體的層的發(fā)光表面與該發(fā)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(cè)以及與該第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)，并且該第一石墨烯層在該支撐層的第一側(cè)提供并且該發(fā)光層在該第二側(cè)提供。該石墨烯層熱耦合至該支撐層并且該第一發(fā)光層熱耦合至該支撐層。在層的第三可選布置中，該顏色轉(zhuǎn)換裝置包括第二石墨烯層，并且該第一發(fā)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(fā)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(zhuǎn)換裝置包括第二發(fā)光層，后者包括第二發(fā)光材料。該第一石墨烯層夾在該第一發(fā)光層和第二發(fā)光層之間，并且該發(fā)光層和第一石墨烯層的堆疊提供在該支撐層上。該第二發(fā)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(zhuǎn)換為第四光譜分布的光。
[0010]在該顏色轉(zhuǎn)換裝置中，至少一個(gè)石墨烯層與該第一發(fā)光層直接接觸，或者一個(gè)石墨烯層提供在其經(jīng)由該支撐層而熱耦合至該第一發(fā)光層的具體位置。因此，該石墨烯層接收在第一發(fā)光層中所生成的熱量。石墨烯能夠非常好地導(dǎo)熱，并且因此至少一個(gè)石墨烯層將熱量從該顏色轉(zhuǎn)換裝置較熱的體積傳導(dǎo)至該顏色轉(zhuǎn)換裝置較冷的體積，因此減少了作為整體的該顏色轉(zhuǎn)換裝置中的溫差。因此，該發(fā)光層的峰值溫度有所下降并且該顏色轉(zhuǎn)換裝置的其它區(qū)域在可接受限值內(nèi)變得較熱。由此，過熱的發(fā)光材料的不利影響有所減少，發(fā)光材料因此具有較長(zhǎng)的壽命，具有相對(duì)高的轉(zhuǎn)換效率，將會(huì)較少受到退化的影響，并且發(fā)光光譜的變化將會(huì)有所減少。此外，該支撐層的溫度將不會(huì)變得像在沒有第一石墨烯層的顏色轉(zhuǎn)換裝置中一樣高，并且該支撐層中的溫度梯度將表現(xiàn)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(jià)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(gè)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(fā)生明顯變化并且該材料被稱作“石墨”。在本發(fā)明的上下文中，石墨烯是否導(dǎo)熱且光透射(這意味著撞擊在該材料上的光線的相當(dāng)部分通過該材料被透射)是相關(guān)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(gè)實(shí)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(zhuǎn)換裝置中單獨(dú)的層，但是也可以是另一個(gè)設(shè)備的層。該支撐層的功能是至少對(duì)第一發(fā)光層(在具體實(shí)施例中，其無法承載自身的重量)和/或第二發(fā)光層進(jìn)行支撐，并且可能對(duì)第一和/或第二石墨烯層進(jìn)行支撐。在具體實(shí)施例中，該支撐層是固態(tài)發(fā)光體(例如，發(fā)光二極管)的襯底層或另一個(gè)層(例如，固態(tài)發(fā)光體的裸片)，并且在這樣的具體實(shí)施例中，該石墨烯層也使得發(fā)光體封裝內(nèi)的溫差有所減小，該發(fā)光體封裝包括該固態(tài)發(fā)光體和顏色轉(zhuǎn)換裝置。在實(shí)際實(shí)施例中，該支撐層是光透射的。在另一個(gè)實(shí)際實(shí)施例中，該支撐層具有相對(duì)低的導(dǎo)熱性，例如大于0.1ff/(m.K)，或者在另一個(gè)可選實(shí)施例中，大于IW/ (m.K) O
[0013]在以上部分以及本申請(qǐng)中，術(shù)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(jìn)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(fā)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(nèi)進(jìn)行散射。術(shù)語光透射包括術(shù)語“透明”和“半透明”。
[0014]在以上部分以及本申請(qǐng)中，術(shù)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(dǎo)路徑，或者該第一材料可以利用相對(duì)薄的一層膠而被粘合至第二材料。此外，如果在本申請(qǐng)中，兩個(gè)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(gè)層彼此熱耦合。
[0015]第二發(fā)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(gè)實(shí)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(zhuǎn)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(duì)于該顏色轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)的溫差減小有所貢獻(xiàn)，它們對(duì)于向散熱器進(jìn)行有效熱量傳輸也有所貢獻(xiàn)。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(dǎo)熱性，并且它們因此對(duì)于發(fā)光材料并未變得過熱同時(shí)該顏色轉(zhuǎn)換裝置的效率并未明顯下降的效果有所貢獻(xiàn)。
[0017]可選地，該第一發(fā)光材料以及可選地第二發(fā)光材料至少包括從無機(jī)磷光體、有機(jī)磷光體以及表現(xiàn)出量子限域并且至少在一個(gè)維度具有納米范圍的尺寸的粒子的群組中進(jìn)行選擇。
[0018]無機(jī)發(fā)光材料可以包括諸如YAG和/或LuAG的黃色或黃/綠色無機(jī)發(fā)光磷光體，或者諸如ECAS和/或BSSN的紅色無機(jī)磷光體。
[0019]有機(jī)磷光體具有高的量子效率并且經(jīng)常是透明的，這防止了所不期望出現(xiàn)的散射并且提高了效率。有機(jī)發(fā)光材料具有更多優(yōu)勢(shì)。發(fā)光光譜的位置和帶寬能夠被方便地設(shè)計(jì)為可見光范圍內(nèi)的任意地方。因此相對(duì)易于制造發(fā)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(fā)出第一顏色的光的單個(gè)發(fā)光體并且包括至少一種有機(jī)發(fā)光材料，后者將該第一顏色的光的一部分轉(zhuǎn)換為第二顏色的光。該有機(jī)磷光體可以是包括二萘嵌苯系衍生物的材料，諸如黃色發(fā)光的二萘嵌苯系衍生物，或者紅色/橙色發(fā)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(yè)方式獲得。
[0020]表現(xiàn)出量子限域并且至少在一個(gè)維度具有納米范圍尺寸的粒子例如是量子點(diǎn)、量子棒、量子四腳體(tetrapod)。在一個(gè)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(nèi)?；蛘哌@意味著例如在它們?yōu)榫€形的情況下，該