用于转换泵浦光的发光材料体的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于将泵浦光转变成转换光的发光材料体(1)，所述发光材料体构成为(在延伸方向(3)上)长形的体部并且在以泵浦光照射的情况下沿所述延伸方向(3)输出转换光。根据本发明的发光材料体(1)因此由至少两个发光材料体子体(2a，b，c，d)构造，所述发光材料体子体的转换光在光谱特性方面不同；在此，发光材料体子体(2a，b，c，d)垂直于延伸方向(3)彼此并排地设置，以便预防转换光的再吸收。
【专利说明】用于转换泵浦光的发光材料体
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于将泵浦光转变成转换光的发光材料体。
【背景技术】
[0002]气体放电灯作为高的光密度的光源如今最广泛地推广应用。最近的研发与之相反涉及高的功率密度的光源、例如激光器与转换泵浦光的发光材料元件的组合，所述发光材料元件与泵浦光源间隔地设置。例如蓝色的或紫外的泵浦光通过发光材料元件转换，使得输出更长波长的转换光。
【发明内容】
[0003]本发明基于下述技术问题:提供相对于现有技术有利的发光材料体。
[0004]所述问题根据本发明借助一种发光材料体来实现，所述发光材料体在延伸方向上的延伸大于在垂直于延伸方向的方向上的延伸并且设计用于:由于以泵浦光来照射所以沿延伸方向输出转换光；在此，发光材料体由至少两个发光材料体子体构造，所述发光材料体子体设计成使得分别由其所发射的转换光在光谱特性方面不同；发光材料体子体在垂直于所述延伸方向取向的方向上依次设置。
[0005]“依次”在此是指:在垂直于延伸方向取向的截面中，可画出一条位于该平面中的穿过至少两个发光材料体子体的直线。如果例如设有多个发光材料体子体，那么所述发光材料体子体例如能够位于共同的直线上或者也能够分别成对地通过直线彼此连接。在此，发光材料体子体不强制性直接彼此邻接，而是例如也能够彼此间隔开一段距离。
[0006]也就是说设有如下发光材料体，所述发光材料体在延伸方向上的伸展大于在垂直于所述延伸方向的方向上的伸展，例如以下述顺序越来越优选地，至少为其1.1倍、1.25倍、1.75倍、2倍、2.5倍。
[0007]由于发光材料体的(进而发光材料体子体)的因此例如长形的设计方案，例如也能够沿着延伸方向设有多个相同的或不同的泵浦光源(或者相应地扩展泵浦光束)，也就是说在一定长度上进行照明。如果发光材料体子体为了在理论上说明原理而划分成在延伸方向上依次跟随的区域，那么由第一发光材料体子体区域发射的转换光随后沿延伸方向传播穿过连接于所述第一发光材料体子体区域的另一个发光材料体子体区域，并且在此以由所述另一个发光材料体子体区域发射的转换光来补充。也就是说在例如倾斜于延伸方向(优选垂直于此)延伸的放射面上因此能够出现下述转换光，所述转换光在一定程度上沿延伸方向在发光材料体子体的长度之上被“收集”进而例如具有提高的光流；光密度也相应地提闻。
[0008]发光材料体例如能够在外侧沿着延伸方向被镜面化；同样地，例如发光材料体子体也能够被镜面化，优选环绕地镜面化，使得例如在发光材料体子体组装的情况下也能够在发光材料体子体之内设有镜面化部，例如预防发光材料体子体之间的光混合。如果发光材料体反之例如仅在其外面上被镜面化，那么光混合例如也已经能够在发光材料体中进行。在这两种情况下，镜面化部例如也能够至少局部地是二向色性的，以便一方面实现泵浦光耦合输入并且另一方面预防转换光侧向地射出，进而降低沿放射面的方向传导的光的侧向的放射损失。
[0009]然而例如也能够单独地借助在延伸方向上(或者相对于其以小的角度)传播的转换光实现高的光密度的光源，因为在该情况下光的由射出的射束所占据的立体角是小的进而光的集光率(每个面元件的投影的立体角；例如见“Field Guide to Illumination”，Angelo V.Arecchi等，SPIE PreSS2007)也是小的。光密度、即每集光率的光流是相应大的。
[0010]如果沿着延伸方向不设有镜面化部，例如当发光材料体由例如空气的气体所包围时，通常被转换的光的一部分就在发光材料体的外面全反射(TIR = Total InternalReflection全反射)。也就是说光因此在一定的、通过发光材料体和周围介质的折射率预设的角度范围之内沿放射面的方向传导。也就是说“放射面”的存在通常不一定表示被转换的光仅仅在所述放射面上射出。通常为了提高沿朝向放射面的方向传导的光量也能够镜面化发光材料体的相反于放射面的、优选与其平行的外面。
[0011]根据本发明的发光材料体由至少两个发光材料体子体构造,所述发光材料体子体的转换光在其光谱特性方面不同。也就是说发光材料体子体的发光材料混合例如能够在组成部分方面，即例如在发光材料类型方面不同。发光材料体子体例如能够设计用于发射不同的颜色，即发射例如具有基本上彼此互补的光谱的光。另一方面，一个发光材料体子体的窄带的发射例如也能够在光谱方面叠加另一个发光材料体子体的宽带的光谱进而在特定的波长范围中对其进行补充。 [0012]发光材料体子体此时在垂直于延伸方向取向的方向上依次设置，即“并排地”且不沿着延伸方向“一个在一个之后”地设置。该设置证实为是尤其有利的，因为例如一个发光材料体子体的转换光的再吸收因此能够通过设置在另一个发光材料体子体中的发光材料来预防；即在沿着延伸方向“一个在一个之后”设置的发光材料体子体中可能出现这种辐射再吸收。
[0013]优选地，发光材料体子体在延伸方向上、即在发光材料体的总长度之上延伸。也就是说发光材料体尤其优选仅由“并排地”设置的发光材料体子体构造，这在避免转换光和不同发光材料体子体的发光材料的不期望的交互作用方面是尤其有利的。
[0014]当发光材料体子体在其沿着延伸方向所占据的长度的至少20%的范围，以下述顺序越来越优选地，在所占据的长度的至少40 %、60%、80%的范围被镜面化时，尤其优选地在其整个长度之上被镜面化时，这样的交互作用能够在优选的设计方案中被进一步抑制。优选地，发光材料体子体朝向另一个发光材料体子体被镜面化，也就是说镜面化部因此(也)设置在发光材料体之内；尤其优选地发光材料体子体的镜面化部环绕地设置，也就是说如果需要的话因此设置在外侧并且设置在发光材料体之内。
[0015]更优选地，镜面化部至少局部地是二向色性的，使得例如泵浦光被透射、然而另一个子体的光或转换光被反射。
[0016]发光材料嵌入基体例如能够设置为发光材料体，在所述发光材料嵌入基体中发光材料颗粒在理想情况下非常分散地分布；所述发光材料颗粒例如也能够是陶瓷体，例如掺杂的钇铝石榴石(YAG)。因此，例如借助Eu掺杂的YAG得到红色的发光材料并且借助Ce掺杂的YAG得到绿色的发光材料；Eu掺杂的钡镁多铝酸盐(BAM)例如能够设置为为蓝色的发光材料。
[0017]通常，发光材料体不一定是一件式的，而且发光材料体子体例如也能够作为彼此分开制造的部件组装并且优选在其相对位置中彼此固定，例如通过接合连接部固定。也就是说在优选的设计方案中，发光材料体子体例如能够彼此粘接。
[0018]另外的优选的设计方案在从其余的从属权利要求中并且在下面的描述中得出，其中如在全部公开中一样在对发光材料体的描述和对具有这样的发光材料体的照明单兀的描述之间不进行详细地区分；此外，本发明也针对应用方面并且各个特征也应当在相应其他的发明类别中公开。
[0019]通常扁平的元件例如也能够设置为发光材料体，其中延伸方向因此相应于面方向并且发光材料体子体在垂直于所述延伸方向的面方向上彼此跟随。因此，转换光在由于垂直于面平面的小的扩展而相应狭窄地构成的端侧上输出。然而，优选地，发光材料体在延伸方向上的长度不仅长于在垂直于所述延伸方向的方向上的长度，而且也长于在两个垂直于延伸方向并且彼此垂直的方向上的长度。尤其优选一开始针对一个方向提出的长度比例因此关于这两个方向也是适用的。
[0020]在优选的设计方案中，发光材料体子体不仅依次地、而且环绕地设置，更确切地说围绕沿延伸方向取向的共同的轴线设置。所述轴线在垂直于延伸方向取向的截面中来观察优选位于发光材料体之内；如果发光材料体在所述截面中来观察连续地构成，那么所述发光材料体在此可能围成“空腔”，所述空腔能够包含轴线。
[0021]具有环绕设置的发光材料体子体的发光材料体能够更优选地在运行中围绕沿着延伸方向(优选平行于所述延伸方向)取向的旋转轴线旋转，其中由于旋转，发光材料体的不同的侧由泵浦光来照射。也就是说例如一个或多个位置固定的泵浦光源因此也能够由于旋转而照射不同的发光材料体子体进而例如在时间方面平均地进行光混合。
[0022]泵浦光源在此不必强制性地连续运行，而是泵浦光例如也能够具有变化的强度，使得例如在匹配于旋转速度的情况下以不同的强度照射不同的发光材料体子体。
[0023]通常，转换光为了另外的应用例如能够从整个放射面截取并且例如在非成像的光学装置中混勻，例如在“复合抛物面聚光器”(compound parabolic concentrator, CPC)中混匀，所述放射面作为各个发光材料体子体的放射面的总和得出。然而另一方面，转换光也能够仅从放射面的子区域中截取，例如在发光材料体旋转的情况下截取，使得在时间方面平均地进行光混合。以该方式例如能够运行投影设备的照明单元，所述照明单元的光然后能够经由随着旋转时钟控制的微镜阵列选择性地导入到图像平面中。
[0024]沿着延伸方向的照明的优点在于:对于每个(假设的)发光材料体区域，耦合输入的泵浦光量能够在沿延伸方向的长度上保持得高，更确切地说也在泵浦光的由于吸收而受限的穿透深度的情况下保持得高。
[0025]如一开始所提及的那样，唯一的泵浦光源的光例如也能够沿延伸方向传播。然而优选设有多个泵浦光源，例如多个发光二级管和/或激光二极管，也就是说也可以是其任意的组合。然而尤其优选激光器-泵浦光源。也就是说“泵浦光”在本公开的范围中首先涉及电磁辐射，所述电磁辐射的波长也能够超出可见光范围，例如位于紫外线或红外线中。与此相应地，通常也能够普遍性地理解“照明装置”，即作为“辐照装置”来理解。“泵浦光”甚至也能能够包括粒子辐射，例如电子或离子辐射；然而优选地是借助于LED或激光器的照射。
[0026]只要在本公开的范围中提及光的传播，为了实现目标，光的传播也不一定是必须进行的，而是仅应当针对相应的传播设计发光材料体或照明单元。
[0027]如一开始已经提及的那样，本发明针对具有多个泵浦光源的照明单元；所述照明单元不必强制地沿着延伸方向设置，而是也能够(与所述延伸方向无关地或附加地)环绕地分布。不同的发光材料体子体因此能够由不同的泵浦光源照射，更确切地说，结合旋转地照射或与旋转无关地照射。
[0028]本发明通常也涉及上述照明单元用于投影设备或内窥镜的应用、用于空间照明目的应用或者也可以是用于工业和医疗使用的应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]在下文中根据实施例详细阐述本发明，其中各个特征能够以其它的方式来组合对于本发明也是重要的。
[0030]附图详细示出:
[0031]图1示出根据本发明的发光材料体；
[0032]图2示出根据本发明的照明单元；
[0033]图3示出不同的发光材料体子体组合。
【具体实施方式】
[0034]图1示出发光材料体I,所述发光材料体由多个发光材料体子体2a、b、C、d组成(为了概览性，在附图中仅设有附图标记2a和2b ;这也适用于在下文中描述的部件，而不详细地进行相应的解释)。发光材料体子体2a、b、C、d沿延伸方向3在发光材料体I的整个长度之上延伸至放射面4 (所述放射面作为各个发光材料体子体2a、b、C、d的放射面的总和得出)并且在侧向的入射面5a、b、c、d上沿着延伸方向3由泵浦光照射。转换光随后沿延伸方向3 (虽然不仅仅在该方向上)传播，所述转换光的强度沿延伸方向3上升并且所述转换光在放射面4a、b、C、d上出射(空心箭头)。
[0035]发光材料体I例如能够如根据图2详细示出的那样，以环绕设置的泵浦光源来照射。然而，发光材料体I也能够以能围绕平行于延伸方向3的轴线旋转的方式安装进而例如也能够仅从一侧被照射。然而，发光材料体I的旋转结合环绕设置的泵浦光源也是可行的(参见图1)并且例如关于发光材料体I的冷却能够是有利的。
[0036]当前，示出四个彼此分开制造的进而经由粘接连接部6彼此连接的发光材料体子体2a、b、c、d，所述发光材料体子体例如能够设计用于发射红色的、绿色的和蓝色的转换光，以例如发射白光或黄光的发光材料体子体来补充(前者例如能够提高光收益，后者例如在颜色空间方面是有利的)。关于另外的发光材料体子体组合参考图3。
[0037]图2示出具有发光材料体I的照明单元21，激光二极管22围绕所述发光材料体环绕地设置为泵浦光源(发光材料体子体为了概览而没有被示出)。发光材料体I安装在冷却体23上，所述冷却体同时是与发光材料体I的放射面4相反的镜并且沿朝向放射面4的方向反射在附图中向下传播的转换光。
[0038]激光二极管22就其而言也安装在冷却体24上；当前，示出共同的冷却体24，然而也能够设有单个的冷却体。为了散热，例如能够以冷却空气环流整个装置。在此与发光材料体I间隔地设置的激光二极管22与例如直接设置在发光材料体I的表面上的发光二极管相比是尤其有利的。
[0039]发光材料体I的垂直于放射面4的外面，即入射面设有二向色性的层25，所述层对于泵浦光是透射性的，然而对于转换光是反射性的。
[0040]图3示出不同的棒形的发光材料体子体2a、b的一系列组合可行性。棒设计为是方形的(在附图左侧)或者是圆柱形的(在附图右侧)。
[0041]借助两个棒例如能够将发射红色转换光的发光材料与宽带地发射绿色转换光的发光材料组合，这得到暖白色的、感觉舒适的光。三个棒的组合尤其被提供用于混合红色、绿色和蓝色的光(RGB)。在四个棒的情况下，例如能够通过白色或黄色的光来补充RGB ;另一方面，例如也能够为三种颜色(RGB)中的一个设置第二棒，例如有针对性地补充较低效率的发光材料。这显然也适用于五个棒或每种任意数量的棒。
[0042]也就是说在六个棒的情况下例如能够为每种颜色(RGB)分别设置两个棒；另一方面，也能够有针对性地补充RGB颜色空间，例如通过黄色的、青色的和品红色的发光材料(YCM)的组合来补充。显然地，在具有两个棒的装置中对于每个基本色(RGB)也能够附加地设置白色的发光材料棒以优化亮度和/或设置在颜色空间方面有利的黄色的发光材料。
【权利要求】
1.一种用于将泵浦光转变成转换光的发光材料体(1)，所述发光材料体在延伸方向(3)上的延伸大于在垂直于所述延伸方向的方向上的延伸并且设计用于:由于以泵浦光照射，而使得沿延伸方向(3)输出转换光， 其中所述发光材料体(1)由至少两个发光材料体子体(2a，b，c，d)构造，所述发光材料体子体设计成使得分别由其所发射的转换光在光谱特性方面不同， 所述发光材料体子体在垂直于所述延伸方向取向的方向上依次设置。
2.根据权利要求1所述的发光材料体(1)，所述发光材料体在延伸方向(3)上的延伸大于在两个垂直于所述延伸方向且彼此垂直的方向上的延伸。
3.根据权利要求1或2所述的发光材料体(1),其中所述发光材料体子体(2a，b，c，d)环绕地设置，更确切地说围绕共同的、在延伸方向(3)上取向的轴线设置。
4.根据上述权利要求中的任一项所述的发光材料体(1),其中发光材料体子体(2a，b，c，d)沿延伸方向(3)在所述发光材料体(1)的总长度上延伸。
5.根据上述权利要求中的任一项所述的发光材料体(1)，其中所述发光材料体子体(2a，b，c，d)作为单独的、优选彼此分开制造的部件组装并且优选借助接合连接部(6)连接。
6.根据权利要求5所述的发光材料体(1)，其中发光材料体子体(2a，b,c, d)在其沿延伸方向(3)所占据的长度的至少20%的范围被镜面化，优选朝向另一个发光材料体子体(2a，b，c，d)被镜面化 ，尤其优选环绕地被镜面化。
7.根据权利要求6所述的发光材料体(1)，其中镜面化部至少局部地是二向色性的。
8.一种照明单元(21)，所述照明单元具有根据上述权利要求中的任一项所述的发光材料体(1)和多个泵浦光源(22)、优选激光泵浦光源(22)。
9.根据权利要求8所述的照明单元(21)，其中多个泵浦光源(22)以环绕分布的方式设置，使得不同的发光材料体子体(2a，b，c，d)能够由不同的泵浦光源(22)照射。
10.根据权利要求8或9所述的照明单元(21)，其中所述发光材料体(1)设计成，围绕沿着所述延伸方向(3)取向的旋转轴线旋转，其中由于旋转，所述发光材料体(1)的不同侧进而不同的发光材料体子体(2a，b，c，d)能够由泵浦光照射。
11.一种根据权利要求1至7中的任一项所述的发光材料体(1)或根据权利要求8至10中的任一项所述的照明单元(21)的应用，该应用是用于投影设备、内窥镜、空间照明目的、工业和医疗使用中的至少一种。
【文档编号】F21V9/16GK104024727SQ201280065841
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年12月17日 优先权日:2012年1月2日
【发明者】安德烈·瑙恩 申请人:欧司朗股份有限公司