包括波长转换器的发光设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种发光设备。特别地，本发明涉及一种包括波长转换器的改进的发 光设备。
【背景技术】
[0002] 新颖并且更为节能的照明设备的研发是社会所面临的重要的技术挑战之一。较之 常规的照明方案而言更为节能的常见技术通常基于发光二极管（LED)。高强度光源对于包 括聚光照明和数字光投影的很多应用来说都是引人关注的。针对这些目的，其有可能使用 在高度透明发光材料中将具有较短波长的光转换为具有较长波长的光的波长转换器。为了 增加所发射的光的强度，具有较长波长的光可以接着仅从波长转换器的一个表面提取。
[0003] 然而，在这种应用中重要的是将来自光源的光耦合进入通常包括用于提供波长转 换的透明磷光体的波长转换器。更进一步，希望将所生成的光保持在发光层内从而避免从 LED光耦合到发光层的点处的光损失。US7982229描述了一种转换结构，其包括磷光体，所 述磷光体从蓝色LED接收光，将光转换为较长波长的光并且将其引导至出射表面，其中所 产生的亮度可以较高。进一步，建议的是在光源和透明发光材料之间没有光学接触。在这 种配置中，随着光被转换为较长波长，能量在发光元件内部消散。如果产生的热不从发光层 传送走，就会导致在这种元件内部的可观的温度增加。利用在光源和波长转换器之间的光 学接触可以增进冷却，使得温度降低，然而光学接触也可能会导致在波长转换器内部生成 的光通过光学接触损失到周围介质。
【发明内容】
[0004] 关于上面所提及的所希望的发光设备的属性，本发明的总体目的在于通过改善的 发光设备实现发光设备的改善的性能。
[0005] 根据本发明的第一方面，这些以及其他的目的通过一种发光设备来达到，其包括 具有光出射表面的光源，配置用于将光从第一波长转换到第二波长的波长转换器，所述波 长转换器具有光出射表面以及光进入表面，散热器以及与波长转换器相接触并且与散热器 热连接布置的光耦合元件，其中所述光耦合元件被选择为具有低于波长转换器的折射率的 折射率。
[0006] 本发明基于这样一种认识，即通过将光耦合元件的折射率定制为低于与其相接触 的波长转换器的折射率，光耦合元件将允许从波长转换器到散热器的有效的热透射同时降 低由在波长转换器和光耦合元件之间的界面处被耦合出的光所导致的损失。因此由光源产 生的大部分的光将从发光设备中的波长转换器的光出射表面发射。
[0007] 至于发光设备，应当理解的是该设备的目的在于提供照明，并且通常为LED的光 源为提供该功能的主要组件。波长转换器配置为将光从第一波长转换为第二波长并且将 转换过和未转换过的光引导至光出射表面。应当注意的是该转换也可以是第一多个波长 (即，第一光谱）转换为第二多个波长（即，第二光谱）。此外，波长转换器典型地提供为包 括磷光体的发光结构。光耦合元件可以理解为提供波长转换器和散热器之间的热耦合，其 将允许波长转换器将光更有效率地在更长的时间段或无限期地进行转换，而不会有由于过 高的温度而产生的故障或降低的性能。光耦合元件的折射率将确定在光耦合元件和波长转 换器之间的界面处针对给定波长的被反射的光的部分。相对于波长转换器的折射率选择较 低的光耦合元件的折射率从而使得冲击在波长转换器和光耦合元件之间的界面上的光的 较大部分被反射，由此实现较大部分的转换过的光在希望的方向上发射。同时，相对于波长 转换器来配置光耦合元件的折射率将允许较大部分的光从光耦合元件通过界面透射并且 进入波长转换器，其由此将增加在波长转换器中转换的光的部分，因此较大部分的光将通 过光发射设备而在希望的方向上进行发射。
[0008] 根据本发明的一个实施例，光源可以布置为与散热器相接触，并且光耦合元件可 以布置在光源的光出射表面和波长转换器的光进入表面之间并且与其相接触。
[0009] 散热器将热耦合到光源，并且光耦合元件布置在光源和波长转换器之间且与其相 接触。通过这种布置，光耦合元件将热从波长转换器传送进光源，并且光源将热传送进入散 热器。整个发光设备于是将保持在基本相似的温度。进一步，布置在波长转换器和光源之 间的光耦合元件将来自光源的光引导进入波长转换器，其将使得更大部分的光进入波长转 换器。
[0010] 在本发明的一个实施例中，光耦合元件可以夹在散热器和波长转换器之间，并且 光源可以布置为距离波长转换器的光进入表面一定距离处。
[0011] 将光耦合元件夹在，也即布置在散热器和波长转换器之间并与其相接触将使得光 耦合元件将热从波长转换器传送进入散热器。布置在一定距离处的光源将与波长转换器热 解耦。因此由光源产生的热在使用中基本上不会影响波长转换器。
[0012] 根据本发明的一个实施例，光耦合元件的折射率可以在1.0-1. 7的范围内，优选 地在1. 1-1.6的范围内，并且最优选地在1.2-1. 5的范围内，波长转换器的折射率可以在 1. 5-2. 0的范围内，优选地在1. 7-1. 9的范围内，并且最优选地为1. 8。光耦合元件的折射 率和波长转换器的折射率的任何组合都是可能的，但是优选地波长转换器的折射率高于光 親合元件的折射率。
[0013] 上面所给出的针对折射率的范围和数值已经被证明具有优势地提供了在波长转 换器和光耦合元件的界面处的较大程度的全内反射（TIR)。更进一步，上面针对折射率的 范围和数值还将提供在波长转换器和周围介质（例如，空气）之间的界面处的较大程度的 TIR〇
[0014] 根据本发明的另一个实施例，所述光耦合元件可以具有小于100微米的厚度。
[0015] 小于100微米的厚度将使得大部分的光通过所述光耦合元件从光源耦合进入波 长转换器。所述光耦合元件还将影响从波长转换器到光源的热传送，小于1〇〇微米的厚度 将具有优势地允许通过光耦合元件的快速且有效的热传送。
[0016] 根据本发明的一个实施例，所述光源的光出射表面可以具有配置用于漫射地反射 光的预定表面粗糙度Ra。
[0017] 根据本发明的另一个实施例，散热器的面对波长转换器的表面可以具有配置用于 漫射地反射光的预定表面粗糙度心。
[0018] 漫射地反射的表面将冲击在其上的光在朝着离开该表面的全方向（即，角度）上 进行反射。常规的镜面（反射）表面以等于入射角度的反射角度对入射光进行反射，其遵 从公知的反射定律。将表面配置为漫射地反射光使得入射在光源的光出射表面或者散热器 的面朝波长转换器的表面之上的大部分的光获得使得所述光通过光耦合元件被引导返回 波长转换器的角度。
[0019] 根据本发明的另一个实施例，波长转换器可以包括单晶体材料以及/或者单片多 晶体材料。单晶体以及/或者单片多晶体材料是光学各向同性的且还是非双折射的，这都 是优选地被并入波长转换器的效应。光学各向同性的且非双折射的材料将会允许在波长转 换器中的对光的改善的控制。
[0020] 根据本发明的一个实施例，波长转换器可以包括掺杂Ce的钇铝柘榴石 (YAG, Y3AL5012)、镥铝石榴石（LuAG)、LuGaAG 或 LuYAG 的任一个。YAG、LUAG、LuGaAG 以及 LuYAG能够具有在优选的范围中的折射率并且还转换光，因此其用于波长转换器。
[0021] 在本发明的另一个实施例中，所述光耦合元件可以包括有机的或者基于硅酮的油 或胶，或者例如聚四氟乙烯（PTFE)的含氟聚合物。有机的或者基于硅酮的油或胶以及含氟 聚合物能够产生在优选的范围内的折射率并且还可以传导热。
[0022] 在本发明的一个实施例中，波长转换器可以具有优势地进行成形从而使得光出射 表面大于与所述光出射表面相对布置的表面。相应地，波长转换器可以具有优势地被成形 为楔形体或截头锥体。相对于相对的表面增加光出射表面的尺寸允许了较大部分的在相 对于光出射表面的表面上反射的光通过光出射表面而发射。进一步，通过将波型转换器成 形为楔形体或截头锥体，可以选择更大的光出射表面从而使得其他表面将光导向光出射表 面。
[0023] 在本发明的一个实施例中，所述发光设备可以进一步包括至少一个反射元件，其 布置为面朝与波长转换器的光出射表面相对的波长转换器的至少一个表面并且在与其具 有一定距离处。反射元件将具有优势地用来将穿过在波长转换器和位于不希望的表面处的 周围介质之间的界面的光反射回波长转换器。反射元件会是镜子或漫反射体。用于镜子的 商业可代替物是可以获得的，例如Miro silve(ALANOD)而用于漫反射元件的另一个可代替 物可以是微蜂窝的聚对苯二甲酸乙二酯（MCPET)。
[0024] 根据本发明的一个实施例，所述至少一个反射元件可以具有优势地布置在距离波 长转换器有大于第一波长和第二波长的距离处。将反射元件与波长转换器分离开将确保通 过波长转换器和周围介质之间的界面的光的部分被反射回到进入波长转换器。此外，将反 射体布置在大于第一波长或第二波长的距离处具有将反射体从波长转换器进行光学解耦 合的效果。
[0025] 根据本发明的一个实施例，所述光出射表面以及光进入表面在不等于零的角度上 彼此相延伸。换句话说，光出射表面和光进入表面在彼此不平行的平面中延伸。以这种方 式，得到一种发光设备，利用其将更多的光耦合进入波长转换器并且利用其借助于全内反 射（TIR)将最佳地大量的光引导朝向各自的光出射表面。这反过来降低了由于通过光出射 表面之外的其他表面离开还用作光导的波长转换器而损失的光的量，并且进一步增加了强 度，以及由此在不等于零的角度上彼此延伸的光出射表面和光进入表面增加了通过光出射 表面发射的光的亮度。在一个实施例中，所述光出射表面和光进入表面彼此相垂直。
[0026] 通过对所附的权利要求和接下来的描述进行研读，本发明的进一步的特征和优势 将变得明显。本领域的技术人员认识到对本发明的不同特征可以进行合并从而创造与下面 所描述的不同的实施例，而不会背离本发明的范围。
【附图说明】
[0027] 现在将参照示出了本发明实施例的附图，对本发明的这些以及其他方面进行更为 详细的描述。
[0028] 图1示出了包括出射磷光体的发光设备的3维透视图；
[0029] 图2和图3分别示出了包括在透射和反射模式下进行发射的磷光体轮的发光设备 的两个不同的横截面视图；
[0030] 图4不出了在出射表面具有光学元件的光导的侧视图；
[0031] 图5不出了在出射表面具有光汇聚元件的光