CN104854717A - 颜色转换装置、照明单元、固态发光体封装和灯具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种颜色转换装置、一种照明单元、一种固态发光体封装、一种灯具以及一种石墨烯层的具体应用。依据第一方面的一种颜色转换装置(140)包括第一发光层(110)、支撑层(106)和第一石墨烯层(108)。颜色转换装置(140)用于将第一颜色的光转换为另一种颜色的光。第一发光层(110)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线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。支撑层(106)支撑发光层(110)。第一石墨烯层(108)沿横向方向热传导热量而使得该颜色转换装置(140)中的温差有所减小。提供了该颜色转换装置(140)的不同层布置。

Description

颜色转换装置、照明单元、固态发光体封装和灯具
技术领域
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
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。
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。
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。
所公开的专利申请WO2010/002708A1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。
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
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。
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。
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。
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。
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1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。
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0.1W/(m·K)，或者在另一个可选实施例中，大于1W/(m·K)。
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”。
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。
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。
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。
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。
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。
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 YellowF083或F170、Lumogen Red F305以及Lumogen Orange F240的名称而以商业方式获得。
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，该线条的横截面的尺寸在一个维度处于纳米范围内。纳米范围内的尺寸意味着其大小至少小于1微米(例如，小于500纳米)并且大于或等于0.5纳米。在一个实施例中，一个维度中的尺寸小于50纳米。在另一个实施例中，一个维度中的尺寸处于2至30纳米的范围内。量子点是半传导材料的小型晶体，其通常具有仅数纳米的宽度或直径。当被入射光所激励时，量子点发射由晶体的大小和材料所决定的颜色的光。因此可以通过对点的大小进行调适而产生特定颜色的光。
所要注意的是，在本文中，(多种)发光材料将所吸收的光的至少一部分转换为其发光光谱中的光。经常，由于转换效率不佳并非所有的光都被转换为发射光，这导致了热量的产生。然而，有利的发光材料将几乎所有被吸收的能量都转换为发光光谱中的光。
可选地，如果该颜色转换装置包括第二石墨烯层并且第一发光层夹在该第一石墨烯层和第二石墨烯层之间，并且该石墨烯层和第一发光层的堆叠提供于支撑层上，或者如果该颜色转换装置包括第二发光层，后者包括被配置为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被配置为将所吸收的光的至少一部分转换为第四光谱分布的光的第二发光材料，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于该支撑层上，则该颜色转换装置包括另一个第二石墨烯层，其提供在该支撑层的相对表面上，其中该相对表面是该支撑层中与在其上提供相应堆叠之一的表面相对的表面。
根据这些可选实施例，提供了附加的石墨烯层而使得能够更好地减小该颜色转换装置中的温差，并且使得在针对散热器提供了界面的情况下，热量能够更好地被传导远离至该散热器。
可选地，如果该支撑层包括第一侧以及与该第一侧相对的第二侧，则该第一石墨烯层被提供在该支撑层的第一侧并且该石墨烯层热耦合至该支撑层，该第一发光层被提供在该支撑层的第二侧并且该第一发光层热耦合至该支撑层；或者如果该颜色转换装置包括第二发光层，后者包括被配置为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被配置为将所吸收的光的一部分转换为第四光谱分布的光的第二发光材料，则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于该支撑层上，该颜色转换装置包括另一个第二石墨烯层，其分别被提供在该第一发光层的表面上或者该第二发光材料的朝向远离该支撑层的表面上。
根据这些可选实施例，提供了另外的石墨烯层而使得能够更好地减小该颜色转换装置中的温差，并且使得在针对散热器提供了界面的情况下，热量能够更好地被传导远离至该散热器。
根据本发明的第二方面，提供了一种照明单元，其包括外壳、发光体，以及根据之前所讨论的任一个实施例的颜色转换装置。该外壳封闭空腔并且该外壳包括出光窗口。该外壳的至少一部分为导热材料。该发光体提供在该空腔之中并且被配置为发出第一颜色的光。该颜色转换装置被提供在该出光窗口。可选的第二石墨烯层、可选的另一个第二石墨烯层以及可选的又一个第二石墨烯层热之一和/或该第一石墨烯层耦合至该外壳中为导热材料的部分。
根据第二方面的发光单元包括具有如之前所讨论的优势的颜色转换装置。此外，该外壳至少部分由导热材料所制成，并且该至少一个石墨烯层能够向该外壳传导在发光层中所产生的热量。因此，该外壳自身用作散热器。换句话说，在作为整体的该照明单元中可能存在明显的温差，例如该颜色转换装置和外壳之间的温差，并且由于该外壳的部分与至少一个石墨烯层之间的热耦合，作为整体的该照明单元内的温差也有所减少。因此，该颜色转换装置的温度进一步下降，这更大程度地带来了之前所讨论的与这样的降温相关的优势。
所要注意的是，可以使用能够发出第一颜色的光的任意类型的发光体。在具体实施例中，该发光体是固态发光体。该固态发光体可以为在本申请中所讨论的固态发光体的类型之一，诸如有机发光二极管、发光二极管，或者例如激光二极管。
可选地，当该颜色转换装置具有在之前的一个可选实施例中所讨论的热传输界面时，该热传输界面与该外壳中导热材料的部分相接触。因此，在该可选实施例中，在该颜色转换装置中所产生的热量更好地被传输至该外壳的导热部分。
可选地，该照明单元包括被部署在该外壳朝向该空腔的表面的附加的石墨烯层。该附加的石墨烯层热耦合至该发光体和/或该外壳的导热部分。该附加的石墨烯层提供了用于使得作为整体的照明单元内的温差有所减小的附加手段。在该可选实施例中，该附加的石墨烯层基本上贡献于发光体的冷却。
可选地，该照明单元包括散热器，并且该外壳的导热部分热耦合至该散热器。因此，该外壳的导热部分能够将热量从该颜色转换装置传输至该散热器而使得该颜色转换装置的温度保持在可接受的限值之内。
根据本发明的第三方面，提供了一种固态发光体封装，其包括固态发光体裸片以及根据之前所讨论实施例之一的颜色转换装置。该固态发光体裸片部署在衬底上，并且该衬底也可以用作该颜色转换装置的支撑层。在具体实施例中，该固态发光体并不具有通过其发光的衬底层，并且在这样的实施例中，固态发光体的另一个层可以用作支撑层。该固态发光体封装具有该固态发光体封装内的温差由于该颜色转换装置的第一石墨烯层而有所减小的优势。有所减小的温差使得受到温差影响的材料内的应力较小，并且这还意味着最高温度有所下降而使得具体材料在更小程度上受到发热所导致的退化和或破坏的影响。所要注意的是，该颜色转换装置部署在该固态发光体裸片的发光表面上，或者该固态发光体所发射的光通过该衬底进行发射。
根据本发明的第四方面，提供了一种灯具，其包括根据之前所讨论的任一个实施例的颜色转换装置，或者包括根据之前所讨论的任一个实施例的照明单元，或者包括根据之前实施例之一的固态发光体封装。根据本发明第四方面的灯具提供了与该颜色转换装置、照明单元或固态发光体封装相同的益处，并且具有效果类似于它们的相对应实施例的相似实施例。
固态发光体的示例是发光二极管(LED)、(多个)有机发光二极管OLED，或者例如激光二极管。在一些实施例中，该固态光源可以是蓝色发光LED，诸如基于GaN或InGaN的LED，其例如发出波长范围从440至460nm的基色光。可替换地，该固态光源可以发射UV或紫色光，其随后被一种或多种发光材料转换为(多种)更长波长的光。
本发明的第五方面涉及石墨烯层的应用，该石墨烯层作为用于降低发光层中的温差的器件而耦合至该发光层，该发光层包括被配置为吸收第一光谱分布的光的一部分并且被配置为将所吸收的光的一部分转换为第二光谱分布的光的第一发光材料。这样使用石墨烯层的优势之前已经在上文中所讨论的颜色转换装置、照明单元和固态发光体封装的可选实施例中进行了讨论。
本发明的这些和其它方面将参考随后描述的实施例进行阐述并变得显而易见的。
本领域技术人员将要意识到的是，以上所提到的本发明的选项、实施方式和/或方面中的两个或更多可以以被认为有用的任何方式进行组合。
基于这里的描述，本领域技术人员能够对该颜色转换装置、照明单元和固态发光体封装进行修改和改变，其对应于所描述的该颜色转换装置的修改和改变。
附图说明
在附图中：
图1a示意性示出了包括根据本发明第一方面的颜色转换装置的固态发光体封装的两个实施例的截面图；
图1b至1d示意性示出了根据本发明第一方面的颜色转换装置的不同实施例的截面图；
图2示意性示出了照明单元的实施例的截面图；
图3a示意性示出了包括散热器的照明单元的另一个实施例的截面图；
图3b示意性示出了包括圆顶形发光二极管的照明单元的另外的实施例的截面图；
图4a至4d示意性示出了颜色转换装置的可替换实施例的截面图；和
图5示意性示出了灯具的实施例。
应当注意的是，在不同附图中由相同参考标记所表示的事项具有相同的结构特征和相同的功能，或者是相同的信号。在已经对这样的事项的功能和/或结构进行过解释的情况下，不必在详细描述中对其进行重复解释。
附图仅是图示性的而并非依比例绘制。尤其为了清楚，一些尺寸被大幅放大。
具体实施方式
图1a示意性示出了包括根据本发明第一方面的颜色转换装置102、122的固态发光体封装100、120的两个实施例。每个固态发光体封装100、120包括发光二极管裸片104。在其它实施例中，发光二极管裸片是另一种类型的其他固态发光体的裸片，诸如有机发光二极管，或者例如激光二极管。在操作中，发光二极管裸片104发出第一颜色的光。发光二极管裸片104被提供在光透射衬底126上。光透射衬底126也是颜色转换装置102、122的一部分，并且具有支撑层的功能。颜色转换装置102、122进一步包括石墨烯层108和发光层110。石墨烯层108和发光层110互相接触。发光层110包括发光材料，后者被配置为吸收包括第一颜色的第一光谱分布的光的一部分并且被配置为将所吸收的光的一部分转换为第二光谱分布的光。这产生了该固态发光体封装的以下光发射，该光发射包括第二光谱分布的光并且依赖于已经被吸收的第一颜色的光的数量的第一颜色的光。衬底126的第一侧与发光二极管裸片104相接触，并且衬底126的与该第一侧相对的第二侧与石墨烯层108或者发光层110相接触。换句话说，固态发光体封装100包括堆叠层，并且按照从封装100的第一侧到封装100的第二侧的顺序提及，该堆叠层中的层为发光二极管裸片104、衬底126、石墨烯层108和发光层110。固态发光体封装120包括堆叠层，并且按照从封装120的第一侧到封装120的第二侧的顺序提及，该堆叠层为发光二极管裸片104、衬底126、发光层110和石墨烯层108。
图1b示意性示出了根据本发明第一方面的颜色转换装置140的实施例。颜色转换装置140包括光透射的支撑层106，部署在支撑层106的第一表面上的石墨烯层108，以及部署在支撑层106的第二表面上的发光层110。支撑层106的第二表面与第一表面相对。支撑层106对发光材料的层110和/或石墨烯层108进行支撑。换句话说，支撑层106夹在石墨烯层108和发光层110之间。
在图1b中，颜色转换装置140的横向侧表面142被配置为作为热传输界面进行操作，这意味着横向侧表面142适于热耦合至散热器而使得热量能够经由横向侧表面142而从颜色转换装置140流走。石墨烯层108至少热耦合至该热传输界面。在图1b的具体实施例中，石墨烯层108在横向侧表面142终止，并且因此其热耦合至热量能够从那里传导至散热器的位置。所要注意的是，颜色转换装置的其它实施例也可以具有热传输界面，在工作中，热量能够从该热传输界面传导至散热器。要进一步注意的是，该热传输界面还可以位于颜色转换装置140的另一个位置。例如，石墨烯层108朝向远离支撑层106的表面的一部分可以是热传输界面，当处于使用中时，石墨烯层108与照明单元的导热层形成接触。
所要注意的是，附图给出了颜色转换装置140的截面图。颜色转换装置140的三维形状可以是薄/平的盒或盘的形状。这同样应用于随后所给出的颜色转换装置的实施例。
图1c示意性示出了根据本发明第一方面的颜色转换装置160的另一个实施例。颜色转换装置160包括支撑层106，其上提供有第一石墨烯层108、发光层110和第二石墨烯层162的堆叠。该堆叠层的发光层110夹在第一石墨烯层108和第二石墨烯层162之间。
图1d示意性示出了根据本发明第一方面的颜色转换装置180的另一个实施例。颜色转换装置180包括支撑层106，其上提供有第一发光层110、石墨烯层108和第二发光层182的堆叠。石墨烯层108夹在第一发光层110和第二发光层182之间。第一发光层108包括其特征在之前已经进行过讨论的发光材料。第二发光材料182包括第二发光材料，其被配置为吸收包括第一颜色的光(该光被颜色转换装置180所接收)的第三光谱分布的光的一部分和/或吸收(由第一发光层110所发射的)第二光谱分布的光的一部分，并且该第二发光材料被配置为将所吸收的光的一部分转换为第四光谱分布的光。在具体实施例中，第三光谱分布不同于第一光谱分布，并且在另一个实施例中，它们是相等的。在另一个具体实施例中，第四光谱分布等于第二光谱分布。
所要注意的是，在图1d的实施例中，提供了两种不同的发光材料。在具体实施例中，该颜色转换装置可以包括多于两种的发光材料。附加的发光材料可以在附加的单独层中提供或者可以在与第一发光材料和/或第二发光材料相同的层中提供。在其它所给出的颜色转换装置的实施例中，也可以使用这样附加的发光层和/或使用发光材料的混合。
(第一)石墨烯层108和可选的第二石墨烯层162由利用术语“石墨烯”所指示的材料所制成。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，石墨烯必须是否导热的并且必须是光透射的(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)，并且因此石墨烯在原子尺度蜂巢晶格中可以具有1至9层的碳原子。
石墨烯是良好的热导体，当石墨烯层具有相对少量的层时，其几乎是透明的，并且因此透射光非常好。因此，以上所讨论的实施例中的石墨烯层对于热量在颜色转换装置内更好地进行分布有所贡献。这导致了发光材料更好地进行工作，并且发光材料的更长寿命，因为其不会被过高温度所损坏或退化。
(第一)发光层110和/或第二发光层182均包括从无机磷光体、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所选择的发光材料。
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。
适于作为发光材料的无机磷光体的示例包括但并不局限于铈掺杂钇铝石榴石(Y3Al5O12:Ce3+，也被称作YAG:Ce或Ce掺杂的YAG)或者镥铝石榴石(LuAG、Lu3Al5O12)、α-SiAlON:Eu2+(黄色)和M2Si5N8:Eu2+(红色)，其中M是从钙Ca,Sr和Ba中所选择的至少一种元素。此外，铝的一部分可以被钆(Gd)或镓(Ga)所替代，其中较多的Gd导致黄光发射的红移。其它适当材料可以包括(Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5-aAlaN8-aOa:Euz 2+，其中0≤a<5、0≤x≤1、0≤y≤1且0<z≤1，并且(x+y)≤1，诸如在红色范围内发光的Sr2Si5N8:Eu2+。
无机磷光体的粒子可以在基质聚合物中进行分散，后者例如是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚碳酸酯(PC)。无机磷光体还可以在硅树脂或其它环氧树脂和/或树脂中进行分散。在其它实施例中，无机磷光体形成陶瓷发光层的基础。
有机发光体具有高的量子效率并且经常是透明的，其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。
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 Yellow F083或F170、LumogenRed F305以及Lumogen Orange F240的名称而以商业方式获得。
这样的有机发光材料或染料具有几乎无限的混合物。相关示例是二萘嵌苯(诸如以其来自德国Ludwigshafen的BASF公司的商品名称Lumogen而为人所知的染料：Lumogen F240 Orange、Lumogen F300Red、Lumogen F305 Red、Lumogen F083 Yellow、Lumogen F170Yellow、Lumogen F850Green)，来自印度孟买的Neelikon Food Dyes&Chemical有限公司的Yellow 172，以及诸如香豆素(例如，Coumarin6、Coumarin 7、Coumarin 30、Coumarin 153、Basic Yellow 51)、萘 二甲酰亚胺(例如，Solvent Yellow 11、Solvent Yellow 116)、Fluorol7GA、吡啶(吡啶1)、吡咯亚甲基(诸如吡咯亚甲基546、吡咯亚 甲基567)、荧光素钠、若丹明(例如，Rhodamine 110、Rhodamine B、Rhodamine 6G、Rhodamine 3B、Rhodamine 101、Sulphorhodamine 101、Sulphorhodamine 640、Basic Violet 11、Basic Red 2)、菁族(例如，酞菁、DCM)、芪(例如，Bis-MSB、DPS)等的染料，它们能够从许多交易商获得。只要针对所预期的使用表现出足够高的荧光量子结果，就可以使用诸如酸性染料、碱性染料、直接染料和分散染料之类的多种其它染料。因此，一个或多个发光部分可以包括苝基团。特别地，一个或多个发光部分被配置为在被蓝色和/或紫外光所激励时产生红色发光。
有机磷光体的分子可以在溶解在基质聚合物中，后者例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚碳酸酯(PC)。有机磷光体的分子也可以溶解在硅树脂或环氧树脂或树脂中。
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，该线条的横截面的尺寸在一个维度处于纳米范围内。纳米范围内的尺寸意味着其大小至少小于1微米，因此小于500纳米，并且大于或等于0.5纳米。在一个实施例中，一个维度中的尺寸小于50纳米。在另一个实施例中，一个维度中的尺寸处于2至30纳米的范围内。量子点是半传导材料的小型晶体，其通常具有仅数纳米的宽度或直径。当被入射光所激励时，量子点发射由晶体的大小和材料所决定的颜色的光。因此可以通过对点的大小进行调适而产生特定颜色的光。大多数具有可见光范围内的发光的已知量子点是基于硒化镉(CdSe)，其具有诸如硫化镉(CdS)和硫化锌(ZnS)的壳。还可以使用无镉量子点，诸如磷化铟(InP)，以及铜铟硫化物(CuInS2)和/或银铟硫化物(AgInS2)。量子点表现出非常窄的发光带并且因此它们表现出饱和的颜色。此外，发光颜色能够轻易地通过调适量子点的大小而进行调谐。假设其具有适当的波长转换特性，本领域已知的任意类型的量子点都可以在本发明中使用。
可以使用不同发光材料的组合来提高颜色转换装置所发出的光的显色指数。可以使用发光材料的多层堆叠或者可以将不同发光材料混合在单层中。石墨烯层能够被用来在层堆叠中的层之间散布热量。此外，在发光层的可替换部署形式中，层包括在空间上(例如在像素化的发光层中)分隔开来的不同材料。
本领域技术人员已知如何制造发光材料的层以及如何将它们应用于例如支撑层的其它层上。将石墨烯层应用于相对大的面积之上例如在X.Li等人的文章“Transfer of large-area graphene films forhigh-performance transparent conductive electrodes”中有所描述，其在Nano Lett.2009,9(12),pp 4359-4363中公开并且由AmericanChemical Society所发行。
图2示意性示出了照明单元200的实施例。该照明单元包括外壳、两个固态发光体206以及图1b中的颜色转换装置。该外壳包括基座208和壁202，壁202和基座208封闭空腔204。该外壳进一步包括出光窗口216。图1b的颜色转换装置被提供在出光窗口216。该外壳的至少一部分由导热材料制成。在图2的示例中，至少壁202由例如金属的导热材料所制成。基座208可以由相同材料制成。该颜色转换装置包括石墨烯层108、支撑层106和发光层110。该颜色转换装置的横向侧端点142热耦合至导热材料的壁202而使得热量能够从该颜色转换装置传输离开，因此降低该颜色转换装置的温度。朝向该颜色转换装置发出第一颜色的光210的两个固态发光体206被提供在基座208上的空腔204内。固态发光体206例如是发光二极管。在可选实施例中，固态发光体206热耦合至基座208而使得在固态发光体206中所产生的热量可以从它们传导离开。第一颜色的光210被透射通过石墨烯层108、通过支撑层106，并且至少部分被发光层110的发光材料所吸收。该发光材料将所吸收的光的至少一部分转换为具体分布的光212。如图2所示，通过出光窗口216所发射的光包括第一颜色的光210和具体光谱分布的光212。根据该发光材料所吸收的第一颜色的光210的(相对)数量，可以由发光单元200发出具体颜色的光，其中该具体颜色可以通过将第一颜色的光210与具体光谱分布的光212进行混合而获得。有多少第一颜色的光210被吸收取决于例如具体的发光材料、在发光层110中所使用的发光材料的数量以及发光层110的厚度。
在照明单元200中，热量在发光层110中局部产生。石墨烯层108经由支撑层106热耦合至发光层110。石墨烯是良好的热导体并且被石墨烯层108所接收的热量被传导至横向方向而使得该热量更好地在颜色转换装置内进行分布，并且发光层110内的最高温度有所下降。石墨烯层108还热耦合至照明单元200的壁202，而使得在该颜色转换装置中产生的热量能够向发光单元200的外壳进行传导，从而发光层110的最高温度进一步下降。
所要注意的是，图2给出了照明单元200的截面图。因此，照明单元200的三维形状可以是盒形或圆柱形。此外，该截面图示出了两个固态发光体206，但是在该空腔中可能出现多于两个的固态发光体。在另一个可选实施例中，照明单元200包括单个固态发光体206。例如在图3a和3b中所给出的照明单元的其它实施例也可以具有依据以上所讨论的实施例的形状并且也可以包括一个或多个固态发光体。
空腔204被填充以例如空气的气体。在照明单元200的另一个实施例中，光透射树脂被提供在该空腔内并且光学耦合至固态发光体206和该颜色转换装置。
图3a示意性示出了包括散热器308的照明单元300的另一个实施例。照明单元300包括图1c的颜色转换装置，并且该颜色转换装置被提供在照明单元300的外壳的出光窗口处。该外壳包括导热壁302和导热基座306，它们封闭空腔304。该颜色转换装置热耦合至导热壁302，并且更具体地，该颜色转换装置的第一石墨烯层108和第二石墨烯层162热耦合至导热壁302而使得在发光层110内所产生的热量可以从该颜色转换装置朝向散热器308进行传导。散热器308提供在该基座朝向远离空腔304的表面，散热器308例如包括鳍片。该颜色转换装置的其它特征与图2的照明装置200的特征相类似。所要注意的是，所给出的照明单元300的实施例并不局限于图1c的颜色转换装置。其它颜色转换装置也可以被提供在出光窗口处。
可选地，除了在该颜色转换装置中所提供的石墨烯层108、162之外，照明单元300可以包括附加的石墨烯层310，其提供在热耦合至发光体206的空腔304之内并且其热耦合至该外壳的导热部分。在图3a的示例中，该附加的石墨烯层310被提供在导热基座306上，并且与固态发光体206以及与基座306相接触。因此，石墨烯层310有助于源自于固态发光体206的热量朝向照明单元300的其它部分(诸如在图3a的示例中的散热器308)进行散布。所要注意的是，例如在图2和图3b中所给出的照明单元的其它实施例也可以在空腔中包括一个或多个附加的石墨烯层以便在该照明单元内提供附加的热量散布和传导。在图3a中，该附加的石墨烯层310仅被绘制为提供于基座306上的层，而并未被应用于固态发光体206的顶部。然而，在可替换实施例中，该附加的石墨烯层310还被提供在固态发光体206的顶部从而形成更好的热接触。
图3b示意性示出了包括圆顶形发光体二极管358/360的照明单元350的另一实施例。照明单元350类似于之前所讨论的照明单元。在图3b的照明单元350的具体示例中，图1d的颜色转换装置已经被提供在照明单元350的外壳的出光窗口。照明单元350的外壳包括导热壁352和导热基座356的外壳。该颜色转换装置热耦合至导热壁352。该外壳封闭被填充以空气的空腔354。在空腔354内，在基座356的表面上提供了发光二极管360，后者被提供以圆顶358，该圆顶将其相对应的发光二极管360所发出的光折射成预定的光束。圆顶358可以具有类似于透镜的功能，但是至少被用来对来自发光二极管360裸片的光的输出耦合加以改善。
图4a至4d示意性示出了颜色转换装置的可替换实施例的截面图。图4a给出了颜色转换装置400，其类似于图1b的颜色转换装置140并且包括附加的第二石墨烯层402。第二石墨烯层402被提供在发光层110的与该发光层110与支撑层106相接触的侧面相对的一侧上。因此，以垂直于颜色转换装置400的平面的方向看去，颜色转换装置400由以下层所构成：第一石墨烯层108、支撑层106、发光层110和第二石墨烯层110。
图4b给出了类似于图1c的颜色转换装置160的颜色转换装置420。提供了附加的第三石墨烯层，其处于支撑层106的与该支撑层106被提供以第一石墨烯层108、第一发光层110和第二石墨烯层162的堆叠的表面相对的表面处。因此，以垂直于颜色转换装置420的平面的方向看去，颜色转换装置420由以下层所构成：第三石墨烯层422、支撑层106、第一石墨烯层108、发光层110和第二石墨烯层162。
图4c给出了类似于图1d的颜色转换装置的颜色转换装置440。附加的第二石墨烯层442被提供至第二发光层182的与第二发光层182与第一石墨烯层108相接触的表面相对的表面。因此，以垂直于颜色转换装置440的平面的方向看去，颜色转换装置440由以下层所构成：支撑层106、第一发光层110、第一石墨烯层108、第二发光层182和第二石墨烯层442。
图4d给出了类似于图1d的颜色转换装置的颜色转换装置460。附加的第二石墨烯层442被提供至支撑层106的与支撑层106与第一发光层110相接触的表面相对的表面。因此，以垂直于颜色转换装置460的平面的方向看去，颜色转换装置460由以下层所构成：第二石墨烯层462、支撑层106、第一发光层110、第一石墨烯层108和第二石墨烯层182。
图5示意性示出了灯具500的实施例。灯具500包括至少一个如图1a至1d或图4a至4d的上下文中所公开的颜色转换装置，和/或其包括至少一个如图2或者图3a和3b的上下文中所公开的照明单元。
概言之，当前申请提供了一种颜色转换装置、一种照明单元、一种固态发光体封装、一种灯具，以及石墨烯层的具体应用。依据第一方面的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第二颜色的光。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。该第一石墨烯层以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。提供了该颜色转换装置的层的不同部署形式。
应当注意的是，以上所提到的实施例对本发明进行了说明而非限制，并且本领域技术人员将能够设计出许多可替换实施例而并不背离所附权利要求的范围。
在权利要求中，置于括号之间的任何参考标记都不应当被理解为对权利要求进行限制。动词“包括”及其及其词形变化的使用并不排除存在权利要求所提到的那些以外的部件或步骤。要素之前的不定冠词“一个”(“a”或“an”)并不排除存在多个这样的要素。本发明可以利用包括若干不同部件的硬件以及利用适当编程的计算机来实施。在枚举出若干器件的设备权利要求中，这些器件中的若干器件可以通过一个且相同的硬件项来体现。某些措施在互相不同的从属权利要求中被记载的仅有事实并非表示这些措施的组合无法被加以利用。

Claims (12)

1.一种用于将第一颜色的光转换为另一颜色的光的颜色转换装置(102,122,140,160,180,400,420,440,460)，所述颜色转换装置(102,122,140,160,180,400,420,440,460)包括：
-第一发光层(110)，其包括第一发光材料，所述第一发光材料被配置为吸收包括所述第一颜色的第一光谱分布的光(210)的一部分并且被配置为将所吸收的光的至少一部分转换为第二光谱分布的光(212)，
-支撑层(106,126)，用于支撑所述第一发光层(110)，
-第一石墨烯层(108)，用于沿横向方向热传导热量以减小所述颜色转换装置(102,122,140,160,180,400,420,440,460)中的温差，
其中
i)所述支撑层由固态发光体的层(126)所形成，所述第一发光层(110)和所述第一石墨烯层(108)的堆叠被提供在所述固态发光体的所述层(126)上，并且所述固态发光体的所述层(126)的发光表面与所述第一发光层(110)或所述第一石墨烯层(108)相接触，
或者
ii)所述支撑层(106,126)包括第一侧以及与所述第一侧相对的第二侧，所述第一石墨烯层(108)被提供在所述支撑层(106,126)的所述第一侧，并且所述第一石墨烯层(108)被热耦合至所述支撑层(106,126)，所述第一发光层(110)被提供在所述支撑层(106,126)的所述第二侧，并且所述第一发光层(110)被热耦合至所述支撑层(106,126)，
或者
iii)所述颜色转换装置(102,122,140,160,180,400,420,440,460)包括第二石墨烯层(162)，并且所述第一发光层(110)夹在所述第一石墨烯层(108)和所述第二石墨烯层(162)之间，并且所述石墨烯层(108,162)和所述第一发光层(110)的堆叠被提供在所述支撑层(106,126)上，
或者
iv)所述颜色转换装置(102,122,140,160,180,400,420,440,460)包括第二发光层(182)，所述第二发光层(182)包括第二发光材料，所述第二发光材料被配置为吸收包括所述第一颜色的第三光谱分布的光和/或所述第二光谱分布的光的一部分，并且被配置为将所吸收的光的至少一部分转换为第四光谱分布的光，所述第一石墨烯层(108)夹在所述第一发光层(110)和所述第二发光层(182)之间，并且所述发光层(110,182)和所述第一石墨烯层(108)的堆叠被提供在所述支撑层(106,126)上。
2.根据权利要求1所述的颜色转换装置(102,122,140,160,180,400,420,440,460)，进一步包括用于热耦合至散热器的热传输界面(142)，其中所述第一石墨烯层(108)以及可选地所述第二石墨烯层(162)热耦合至所述热传输界面(142)。
3.根据权利要求1所述的颜色转换装置(102,122,140,160,180,400,420,440,460)，其中所述第一发光材料以及可选地所述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组中选择的发光材料。
4.根据权利要求1所述的颜色转换装置(102,122,140,160,180,400,420,440,460)，如果
-所述颜色转换装置(102,122,140,160,180,400,420,440,460)包括所述第二石墨烯层(162)，并且所述第一发光层(110)夹在所述第一石墨烯层(108)和所述第二石墨烯层(162)之间，并且所述石墨烯层(162,108)和第一发光层(110)的堆叠被提供在所述支撑层(106,126)上，
或者如果
-所述颜色转换装置(102,122,140,160,180,400,420,440,460)包括所述第二发光层(182)，所述第二发光层(182)包括所述第二发光材料(182)，所述第一石墨烯层(108)夹在所述第一发光层(110)和所述第二发光层(182)之间，并且所述发光层(110,182)和所述第一石墨烯层(108)的所述堆叠被提供在所述支撑层(106,126)上，
则所述颜色转换装置(102,122,140,160,180,400,420,440,460)包括提供在所述支撑层(106,126)的相对表面上的另一个第二石墨烯层(422,462)，其中所述相对表面是所述支撑层(106,126)的与其上提供相应堆叠之一的表面相对的表面。
5.根据权利要求1所述的颜色转换装置(102,122,140,160,180,400,420,440,460)，如果
-所述支撑层(106,126)包括所述第一侧以及与所述第一侧相对的所述第二侧，所述第一石墨烯层(108)被提供在所述支撑层(106,126)的所述第一侧，并且所述第一石墨烯层(108)被热耦合至所述支撑层(106,126)，所述第一发光层(110)被提供在所述支撑层(106,126)的所述第二侧，并且所述第一发光层(110)被热耦合至所述支撑层(106,126)，
或者如果
-所述颜色转换装置(102,122,140,160,180,400,420,440,460)包括所述第二发光层，所述第二发光层包括所述第二发光材料，所述第一石墨烯层(108)夹在所述第一发光层(110)和所述第二发光层(182)之间，并且所述发光层(110,182)和所述第一石墨烯层(108)的所述堆叠被提供在所述支撑层(106,126)上，
则所述颜色转换装置(102,122,140,160,180,400,420,440,460)包括又一个第二石墨烯层(402,442)，所述又一个第二石墨烯层(402,442)分别被提供在所述第一发光层的表面上或者所述第二发光层的背对所述支撑层的表面上。
6.一种照明单元(200,300,350)，包括：
-外壳(202,208,302,306,352,356)，其封闭空腔(204,304,354)并且包括出光窗口(216)，并且所述外壳(202,208,302,306,352,356)的至少一部分为导热材料，
-发光体(206,360)，其提供在所述空腔(204,304,354)之中并且被配置为发出第一颜色的光，
-根据权利要求1至5中任一项的颜色转换装置(102,122,140,160,180,400,420,440,460)，所述颜色转换装置(102,122,140,160,180,400,420,440,460)被提供在所述出光窗口(216)，可选的所述第二石墨烯层(162)、可选的所述另一个第二石墨烯层(422,462)以及可选的所述又一个第二石墨烯层(402,442)中之一和/或所述第一石墨烯层(108)热耦合至所述外壳(202,208,302,306,352,356)中为所述导热材料的部分。
7.根据权利要求6所述的照明单元(200,300,350)，其中当引用根据权利要求2所述的颜色转换装置时，所述热传输界面与所述外壳(202,208,302,306,352,356)中为所述导热材料的部分相接触。
8.根据权利要求6所述的照明单元(200,300,350)，进一步包括被部署在所述外壳(202,208,302,306,352,356)的表面的附加石墨烯层(310)，所述表面朝向所述空腔(204,304,354)，并且所述附加石墨烯层(310)热耦合至所述发光体(206,360)和/或所述外壳(202,208,302,306,352,356)中为所述导热材料的部分。
9.根据权利要求6所述的照明单元(200,300,350)，进一步包括散热器(308)，并且所述外壳(202,208,302,306,352,356)中为所述导热材料的部分热耦合至所述散热器(308)。
10.一种固态发光体封装(100,120)，包括：
-固态发光体的固态发光体裸片(104)，
-根据权利要求1至5中任一项所述的颜色转换装置(102,122,140,160,180,400,420,440,460)，其中所述支撑层(106,126)是所述固态发光体的层(126)或者是在其上提供所述固态发光体裸片(104)的衬底。
11.一种灯具(500)，包括根据权利要求1至5中任一项所述的颜色转换装置(102,122,140,160,180,400,420,440,460)，或者包括根据权利要求6至9中任一项所述的照明单元(200,300,350)，或者包括根据权利要求10所述的固态发光体封装(100,120)。
12.一种石墨烯层(108,162,402,422,442,462)的应用，所述石墨烯层热耦合至发光层(110,182)以便减小所述发光层(110,182)中的温差，所述发光层(110,182)包括被配置为吸收第一光谱分布的光的一部分并且被配置为将所吸收的光的至少一部分转换为第二光谱分布的光的第一发光材料。
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