激光源可调节的白光模块的制作方法
- 国知局
- 2024-06-21 10:20:54
本发明涉及一种系统、特别是用于生成光的系统、以及一种包括这样的系统的光生成设备。
背景技术:
1、具有激光二极管的光源是本领域已知的。例如,us2018/0316160描述了一种用于集成白色电磁辐射源的设备和方法,集成白色电磁辐射源使用基于含镓和含氮材料的激光二极管激发源和基于磷光体材料的发光源的组合。基于镓和氮材料的紫色、蓝色或其他波长的激光二极管源可以与诸如黄色磷光体等磷光体材料紧密集成,以形成紧凑、高亮度和高效的白色光源。磷光体材料设置有多个散射中心,该散射中心被刻划在板的激发表面或内部块上以散射来自激发源的入射在激发表面上的激光束的电磁辐射,以增强从磷光体材料发射的光的生成和质量,以用于以反射模式或传输模式输出白光发射。
2、wo2020/078790a公开了一种光生成系统,该光生成系统包括多个光源和细长发光体,该细长发光体包括被配置为与多个光源成光接收关系的辐射输入面。本体保持器结构包括用于容纳细长发光体的细长狭缝,并且一个或多个弹簧元件被配置为保持细长本体被推入细长狭缝中。
3、de10032837a公开了一种具有透明材料基体和反射器的设备,该透明材料基体具有至少两个光输入耦合表面,该反射器部分地覆盖具有用于输入耦合表面的开口的基体并且包含电导体网络,该电导体网络针对每个光输入耦合表面具有至少两个暴露的接触部分。
4、ep2466375a公开了一种光源装置,该光源装置具有发射激发光的光源和激发光被输入到的金属构件,其中金属构件具有位于激发光被输入到的部分中的凹部、以及被涂覆在凹部中的磷光体。
5、us2011/032724a公开了一种具有发光元件、基板的发光设备,基板包括沿着第一方向延伸的槽状光导。从发光元件发射的光被引入光导中并且被转变为向上引导到基板上方的向上光。透镜设置在光导上方并且被配置为收集向上光并且控制在大致垂直于第一方向的平面中的光分布特性。
6、ep3779268公开了一种照明设备,该照明设备包括壳体、波长转换组件,该波长转换组件设置在壳体内部并且辐射波长转换光。光学膜覆盖壳体的开口部分并且具有光学特性,使得针对波长转换光的透射率为80%或更大。光漫射结构设置在壳体的内壁的至少一部分上,并且漫反射至少由光学膜反射的激光束。
技术实现思路
1、白色led源可以给出例如高达约300lm/mm2的强度;静态磷光体转换的激光白色源可以给出甚至高达约20.000lm/mm2的强度。ce掺杂的石榴石(例如,yag、luag)可以是最合适的发光转换器,其可以用于用蓝色激光进行泵浦,因为石榴石基质具有非常高的化学稳定性。此外,在低ce浓度(例如,低于0.5%)下,温度淬火可以仅在约200℃以上发生。此外,来自ce的发射具有非常快的衰减时间,因此基本上可以避免光学饱和。假定例如反射模式操作,蓝色激光可以入射到磷光体上。在实施例中,这可以实现蓝光的几乎完全转换,从而导致转换光的发射。正是由于这个原因,建议使用具有相对较高稳定性和热导率的石榴石磷光体。然而,也可以应用其他磷光体。当使用极高功率密度时,热管理可能仍然是一个问题。
2、高亮度光源可以用于诸如投影、舞台照明、聚光灯和汽车照明等应用。为此目的,可以使用激光器-磷光体技术,其中激光器提供激光,并且例如(远程)磷光体将激光转换为转换光。在实施例中,磷光体可以布置在散热器上或插入散热器中,以改善热管理并且因此获取更高的亮度。
3、与这样的(激光)光源相关联的问题中的一个是(陶瓷)磷光体的热管理。与这样的激光光源相关联的其他问题可以是希望创建紧凑的高功率设备。
4、因此,本发明的一个方面是提供一种替代的(光生成)系统,该系统优选地进一步至少部分消除上述缺点中的一个或多个。本发明的目的可以是克服或改善现有技术的缺点中的至少一个缺点,或者提供有用的替代方案。
5、因此,在第一方面,本发明提供了一种包括m个光生成设备和光束组合器本体的光生成系统,其中:(a)m个光生成设备被配置为生成设备光,其中光生成设备包括选自激光器和超发光二极管的组的一个或多个光源,其中m≥2;(b)光束组合器本体包括第一面,其中第一面包括从中央腔径向延伸的n个径向布置的凹槽,其中n≥2,其中n个径向布置的凹槽具有凹槽长度(l);(c)径向布置的凹槽中的至少一个径向布置的凹槽包括第一本体,其中第一本体包括发光体,其中发光体包括被配置为将设备光的至少一部分转换为发光材料光的发光材料;其中第一本体具有第一本体高度(h1),第一本体高度是平行于径向布置的凹槽中的至少一个径向布置的凹槽的凹槽长度(l)地确定的,第一本体高度(h1)小于径向布置的凹槽中的至少一个径向布置的凹槽的凹槽长度(l);以及(d)m个光生成设备和光束组合器本体被配置为使得m个光生成设备的设备光的至少一部分在m个光生成设备的操作期间在中央腔的方向上传播通过径向布置的凹槽,并且m个光生成设备中的至少一个光生成设备被配置为照射第一本体。
6、利用这样的系统,效率可以相对较高,因为发光体的大面积可以与诸如散热器等导热材料热接触。此外,可以提供相对较小的设备,例如封装,其可以能够提供具有相对较高强度的光。本发明可以提供紧凑的透射配置或紧凑的反射配置,其中改进了从磷光体的热去除。此外,可以提供具有可控色点的系统,诸如由该系统生成的系统光的相关色温。
7、如上所述,光生成系统可以包括m个光生成设备和光束组合器本体。
8、每个光生成设备可以包括一个或多个光源,特别地,每个光生成设备可以由光源和可选的光学器件组成,该光学器件例如用于准直光源的光。特别地,光源被配置为生成第一光。
9、术语“光源”原则上可以涉及本领域已知的任何光源。它可以是传统的(钨)灯泡、低压汞灯、高压汞灯、荧光灯、led(发光二极管)。在具体实施例中,光源包括固态led光源(诸如led或激光二极管(或“二极管激光器”))。术语“光源”还可以涉及多个光源,诸如2-200个(固态)led光源。因此,术语led也可以是指多个led。此外,术语“光源”在实施例中也可以是指所谓的板上芯片(cob)光源。术语“cob”特别是指半导体芯片形式的led芯片,该芯片既不封装也不连接,而是直接安装在基板(诸如pcb)上。因此,可以在同一基板上配置多个发光半导体光源。在实施例中,cob是一起被配置为单个照明模块的多led芯片。
10、光源可以具有光逸出表面。参考诸如灯泡或荧光灯等传统光源,其可以是玻璃或石英外壳的外表面。例如,对于led,它可以是led管芯,或者当树脂被施加到led管芯时,它可以是树脂的外表面。原则上,它也可以是光纤的末端。术语“逃逸表面”特别涉及光源的那部分,即光实际离开光源或从光源逃逸的地方。光源被配置为提供光束。该光束(因此)从光源的光出射表面逸出。
11、同样地,光生成设备可以包括光逸出表面,诸如端窗。此外,同样地,光生成系统可以包括光逸出表面,诸如端窗。
12、术语“光源”可以是指半导体发光设备,诸如发光二极管(led)、谐振腔发光二极管(rcled)、垂直腔激光二极管(vcsel)、边缘发射激光器等。术语“光源”还可以是指有机发光二极管(oled),诸如无源矩阵(pmoled)或有源矩阵(amoled)。在具体实施例中,光源包括固态光源(诸如led或激光二极管)。在一个实施例中,光源包括led(发光二极管)。术语“光源”或“固态光源”也可以是指超发光二极管(sled)。
13、术语led也可以是指多个led。此外,术语“光源”在实施例中也可以是指所谓的板上芯片(cob)光源。术语“cob”特别是指半导体芯片形式的led芯片,该芯片既不封装也不连接,而是直接安装到基板(诸如pcb)上。因此,可以在同一基板上配置多个半导体光源。在实施例中,cob是一起被配置为单个照明模块的多led芯片。
14、术语“光源”也可以涉及多个(基本相同(或不同))光源,诸如2-2000个固态光源。在实施例中,光源可以包括在单个固态光源(诸如led)下游或在多个固态光源(即,由多个led共享)下游的一个或多个微光学元件(微透镜阵列)。在实施例中,光源可以包括具有片上光学器件的led。在实施例中,光源包括像素化的单个led(具有或不具有光学器件)(在实施例提供片上光束转向)。
15、在实施例中,光源可以被配置为提供主辐射,其被这样使用,例如蓝色光源,如蓝色led,或者绿色光源,如绿色led,以及红色光源,如红色led。可以不包括发光材料(“磷光体”)的这样的led可以表示为直接彩色led。
16、然而,在其他实施例中,光源可以被配置为提供初级辐射,并且初级辐射的一部分被转换为二次辐射。二次辐射可以基于发光材料的转换。因此,二次辐射也可以表示为发光材料辐射。在实施例中,发光材料可以由光源包括,诸如具有包括发光材料的发光材料层或圆顶的led。这样的led可以表示为磷光体转换的led或pc led(磷光体转换的led)。在其他实施例中,发光材料可以被配置在离光源一定距离(“远程”)处,诸如具有不与led的管芯物理接触的发光材料层的led。因此,在具体实施例中,光源可以是在操作期间至少发射波长选自380nm-470nm的范围的光的光源。然而,其他波长也是可能的。这种光可以部分地由发光材料使用。
17、在实施例中,光生成设备可以包括发光材料。在实施例中,光生成设备可以包括pcled。在其他实施例中,光生成设备可以包括直接led(即,没有磷光体)。在实施例中,光生成设备可以包括激光设备,如激光二极管。在实施例中,光生成设备可以包括超发光二极管。因此,在具体实施例中,光源可以选自激光二极管和超发光二极管的组。在其他实施例中,光源可以包括led。
18、光源可以特别地被配置为生成具有光轴(o)(光束形状)和光谱功率分布的光源光。在实施例中,光源光可以包括一个或多个带,该带具有激光器已知的带宽。
19、术语“光源”可以(因此)指代光生成元件本身,例如固态光源,或者例如指代光生成元件(诸如固态光源)的封装,以及包括元件和(其他)光学器件(如透镜、准直器)的一种或多种发光材料。光转换器元件(“转换器元件”或“转换器”)可以包括发光材料,该发光材料包括元素。例如,如蓝色led等固态光源是光源。固态光源(作为光生成元件)和光学耦合到固态光源的光转换元件(诸如蓝色led和光转换元件)的组合也可以是光源(但也可以表示为光生成设备)。因此,白色led是光源(但也可以例如表示为(白色)光生成设备)。
20、本文中的术语“光源”也可以是指包括固态光源在内的光源,诸如led或激光二极管或超发光二极管。
21、在实施例中,“术语光源”也可以(因此)是指(也)基于光的转换的光源,诸如与发光转换器材料相结合的光源。因此,术语“光源”也可以是指led与被配置为转换led辐射的至少一部分的发光材料的组合,或者是指(二极管)激光器与被配置为转换(二极管)激光辐射的至少一部分的发光材料的组合。
22、在实施例中,术语“光源”还可以是指光源(如led)和滤光器的组合,该滤光器可以改变由光源生成的光的光谱功率分布。特别地,术语“光生成设备”可以用于指代光源和另外的(光学组件),如滤光器和/或光束整形元件等。
23、短语“不同光源”或“多个不同光源”以及类似短语在实施例中可以是指从至少两个不同区间(bin)中选择的多个固态光源。同样地,短语“相同光源”或“多个相同光源”以及类似短语在实施例中可以是指从相同区间中选择的多个固态光源。
24、术语“固态光源”或“固态材料光源”以及类似术语可以特别是指半导体光源,诸如发光二极管(led)、二极管激光器或超发光二极管。
25、术语“激光光源”特别是指激光器。这样的激光器可以特别地被配置为生成具有在uv、可见光或红外中的一个或多个波长的激光光源,特别是具有从200nm-2000nm的光谱波长范围中选择的波长,诸如300nm-1500nm。术语“激光器”特别是指通过基于电磁辐射的受激发射的光学放大过程来发射光的设备。
26、特别地,在实施例中,术语“激光器”可以是指固态激光器。在具体实施例中,术语“激光器”或“激光光源”或类似术语是指激光二极管(或二极管激光器)。
27、因此,在实施例中,光源包括激光光源。在实施例中,术语“激光”或“固态激光器”或“固态材料激光器”可以是指以下项中的一项或多项:掺杂铈的锂锶(或钙)氟化铝(ce:lisaf,ce:licaf)、掺杂铬的金绿宝石(亚历山大石)激光器、铬znse(cr:znse)激光器、二价钐掺杂的氟化钙(sm:caf2)激光器、er:yag激光器、掺铒和掺铒镱共掺玻璃激光器、f-center激光器、钬-yag(ho:yag)激光器、nd:yag激光器、ndcryag激光器、掺钕氧硼酸钇钙nd:yca4o(bo3)3或nd:ycob、掺钕原钒酸钇(nd:yvo4)激光器、钕玻璃(nd:玻璃)激光器、钕ylf(nd:ylf)固态激光器、掺钷147磷酸盐玻璃(147pm3+:玻璃)固态激光器、红宝石激光器(al2o3:cr3+)、铥yag(tm:yag)激光器、钛蓝宝石(ti:蓝宝石;al2o3:ti3+)激光器、三价铀掺杂氟化钙(u:caf2)固态激光器、掺镱玻璃激光器(棒、板/芯片和光纤)、镱yag(yb:yag)激光器、yb2o3(玻璃或陶瓷)激光器等。
28、例如,包括二次谐波生成和三次谐波生成的实施例,光源可以包括以下项中的一项或多项:f中心激光器、原钒酸钇(nd:yvo4)激光器、掺钷147的磷酸盐玻璃(147pm3+:玻璃)和钛蓝宝石(ti:蓝宝石;al2o3:ti3+)激光器。例如,考虑到二次谐波和三次谐波生成,这样的光源可以用于生成蓝光。
29、在实施例中,术语“激光器”或“固态激光器”或“固态材料激光器”可以是指以下项中的一项或多项:半导体激光二极管,诸如gan、ingan、algainp、algaas、ingaasp、铅盐、垂直腔面发射激光器(vcsel)、量子级联激光器、混合硅激光器等。
30、激光器可以与上变频器相结合,以实现更短的(激光)波长。例如,对于一些(三价)稀土离子,可以获取上变频,或者对于非线性晶体,可以获取上变频。替代地,激光器可以与下变频器(诸如染料激光器)相结合,以实现更长的(激光)波长。
31、从下面可以得出,术语“激光光源”也可以是指多个(不同或相同)激光光源。在具体实施例中,术语“激光光源”可以是指n个多个(相同)激光光源。在实施例中,n=2或更大。在具体实施例中,n可以是至少5,诸如特别是至少8。以这种方式,可以获取更高的亮度。在实施例中,激光光源可以布置在激光组中(也参见上文)。激光器组在实施例中可以包括散热和/或光学器件,例如用于准直激光的透镜。
32、激光光源被配置为生成激光光源光(或“激光光”)。光源光可以基本上由激光光源光组成。光源光还可以包括两个或更多个(不同或相同)激光光源的激光光源光。例如,两个或更多个(不同或相同)激光光源的激光光源光可以耦合到光导中,以提供包括两个或更多个(不同或相同)激光光源的激光光源光的单个光束。在具体实施例中,光源光因此是特别准直的光源光。在另外的实施例中,光源光特别是(准直的)激光光源光。
33、在实施例中,激光光源光可以包括一个或多个带,该带具有激光器已知的带宽度。在具体实施例中,带可以是相对尖锐的(多个)线,诸如在rt下具有在小于20nm的范围内的全宽半峰(fwhm),诸如等于或小于10nm。因此,光源光具有光谱功率分布(作为波长的函数的能量尺度上的强度),其可以包括一个或多个(窄)带。
34、(光源光的)光束可以是(激光)光源光的聚焦光束或准直光束。术语“聚焦”可以特别是指汇聚到一个小点。这个小点可以在离散转换器区域处,或者(稍微)在其上游或者(稍微)在其下游。特别地,聚焦和/或准直可以使得光束在离散转换器区域(侧面)处的截面形状(垂直于光轴)基本上不大于离散转换器区域的截面形(垂直于光学轴)(其中光源光照射离散转换器区域)。聚焦可以用一个或多个光学器件来执行,如(聚焦)透镜。特别地,可以应用两个透镜来聚焦激光光源光。准直可以用一个或多个(其他)光学器件来执行,如准直元件,诸如透镜和/或抛物面镜。在实施例中,(激光)光源光束可以是相对高度地准直的,诸如在实施例中≤2°(fwhm),更特别地≤1°(fwhm),最特别地≤0.5°(fwhm)。因此,≤2°(fwhm)可以被视为(高度)准直光源。光学器件可用于提供(高度)准直(也参见上文)。
35、术语“固态材料激光器”和类似术语可以是指基于掺杂有离子(如过渡金属离子和/或镧系元素离子)的晶体或玻璃体的固态激光器、光纤激光器、光子晶体激光器、半导体激光器,如垂直腔面发射激光器(vcsel)等。
36、术语“固态光源”和类似术语可以特别是指半导体光源,诸如发光二极管(led)、二极管激光器或超发光二极管。
37、超发光二极管是本领域已知的。超发光二极管可以表示为半导体器件,其可以像led一样发射宽光谱的低相干光,同时具有激光二极管量级的亮度。
38、例如,us2020192017指出,“在目前的技术下,单个sled能够以足够的光谱平坦度和足够的输出功率在800nm-900nm波长范围内例如最多50nm-70nm的带宽上发射。在用于显示应用的可见光范围内,即在450nm-650nm的波长范围内,单个sled能够以目前的技术在最多10nm-30nm的带宽上发射。这些发射带宽对于需要红色(640nm)、绿色(520nm)和蓝色(450nm)(即,rgb)发射的显示器或投影仪应用来说太小”。此外,超发光二极管例如在“edgeemitting laser diodes and superluminescent diodes”(szymon stanczyk、annakafar、dario schiavon、stephen najda、thomas slight、piotr perlin、book editor(s):fabrizio roccaforte、mike leszczynski、first published:03august 2020https://doi.org/10.1002/9783527825264.ch9 inchapter9,3superluminescent diodes)中有描述。本书、特别是第9.3章通过引用并入本文。例如,其中指示出超发光二极管(sld)是一种发射器,它结合了激光二极管和发光二极管的特征。sld发射器利用受激发射,这表示,这些器件在类似于激光二极管的电流密度的电流密度下操作。ld与sld之间的主要区别在于,在后一种情况下,器件波导可以以特殊的方式设计,以防止驻波和激光的形成。波导的存在仍然确保了具有高空间相干性的高质量光束的发射,但光的特征是同时具有低时间相干性并且“目前,氮化物sld最成功的设计是弯曲、弄弯或倾斜的波导几何形状以及倾斜的刻面几何形状,而在所有情况下,波导的前端都以倾斜的方式与器件刻面相交,如图9.10所示。倾斜波导通过将光向外引导到器件芯片的有损非泵浦区域来抑制光从端面反射到波导”。因此,sld特别可以是半导体光源,在半导体光源中,自发发射的光通过器件的有源区的受激发射而放大。这种发射称为“超发光”。超发光二极管将激光二极管的高功率和亮度与传统发光二极管的低相干性相结合。光源的低(时间)相干性具有斑点显著减少或不可见的优点,并且与激光二极管相比,发射的光谱分布要宽得多,激光二极管更适合照明应用。特别地,随着电流的变化,超发光二极管的光谱功率分布可以变化。以这种方式,可以控制光谱功率分布,例如也参见abdullah a.alatawi,et al.,optics express vol.26,issue 20,pp.26355-26364,https://doi.org/10.1364/qe.26.026355。
39、在实施例中,光源可以选自(a)激光器(特别是激光二极管)以及(b)超发光二极管的组。因此,特别是每个光生成设备可以包括一个或多个激光器、特别是激光二极管、和/或一个或多个超发光二极管。特别地,一个或多个光生成设备各自包括选自以下项的组的单个光源:(a)激光器、特别是激光二极管,以及(b)超发光二极管。因此,光生成设备包括选自激光器和超发光二极管的组的一个或多个光源。然而,替代地或另外地,也可以应用其他固态材料激光器。
40、特别地,m个光生成设备可以被配置为生成设备光。在相应光生成设备的操作期间,相应设备将生成设备光。在实施例中,设备光可以被准直(利用光学元件,例如被配置在光源下游)。设备光也可以被聚焦。术语“光学元件”也可以是指多个(不同)光学元件。
41、在实施例中,每个光生成设备被配置为生成具有基本相同的光谱功率分布的设备光。例如,相应光源可以来自相同区间。假定光生成设备生成可见光,则色点可以基本相同。
42、在(其他)实施例中,m个光生成设备中的两个或更多个可以被配置为生成具有基本相同的光谱功率分布的设备光。例如,相应光源可以来自相同区间。假定光生成设备生成可见光,则色点可以基本相同。在(其他)实施例中,m个光生成设备中的两个或更多个可以被配置为生成具有不同光谱功率分布的设备光。例如,相应光源可以来自不同区间。假定光生成设备生成可见光,则色点可以不同。
43、在具体实施例中,当第一类型的光和第二类型的光的相应色点对于u'相差至少0.01和/或对于v'相差至少0.01、甚至更特别地对于u'相差至少0.02和/或对于v'相差至少0.02时,第一类型的光和第二类型的光的颜色或色点可以不同。在更具体的实施例中,第一类型的光和第二类型的光的相应色点对于u'可以相差至少0.03和/或对于v'可以相差至少0.03。这里,u'和v'是cie 1976ucs(均匀色度标度)图中光的颜色坐标。
44、在其他具体实施例中,当第一类型的光和第二类型的光的相应色点对于u'相差最大0.03和/或对于v'相差最大0.03、甚至更特别地对于u'相差最大0.02和/或对于v'相差最大0.02时,第一类型的光和第二类型的光的颜色或色点可以基本相同。在更具体的实施例中,第一类型的光和第二类型的光的相应色点对于u'可以相差最大0.01和/或对于v'可以相差最大0.01。这里,u'和v'是cie 1976ucs(均匀色度标度)图中光的颜色坐标。
45、在具体实施例中,在不同光谱功率分布的情况下,设备光的至少两个光谱功率分布(在至少两个相应操作模式中)可以具有相差至少10nm的质心波长,诸如至少20nm,或者甚至至少30nm,诸如选自30nm-200nm的范围的差异。质心波长相差至少10nm、诸如至少20nm、或者甚至至少30nm的光谱功率分布可以被认为是不同光谱功率分配,例如不同颜色。
46、在实施例中,m≥2。在具体实施例中,m可以选自2-100的范围,诸如2-30,如至少3。
47、光束组合器可以用于组合多个光源的光,特别是在中央腔中。光束组合器可以具有大致圆形的形状。例如,光束组合器可以具有圆柱形形状。
48、特别地,光束组合器可以是针对设备光是导热性和/或是反射性的和/或针对发光材料光是反射性的材料。因此,特别是光束组合器本体针对设备光和发光材料光中的一项或多项是(a)导热性的和/或(b)反射性的。例如,在实施例中,光束组合器本体可以包括金属本体或陶瓷本体。
49、因此,在实施例中,光束组合器本体可以是导热元件(或者可以包括导热元件)。导热元件可以特别地包括导热材料。导热材料的导热率特别可以是至少约20w/(m*k),如至少约30w/(m*k),诸如至少约100w/(m*k),如特别是至少约200w/(m*k)。在又一具体实施例中,导热材料的导热率特别可以为至少约10w/(m*k)。在实施例中,导热材料可以包括铜、铝、银、金、碳化硅、氮化铝、氮化硼、铝-碳化硅、氧化铍、碳化硅复合物、铝-碳化硅、铜-钨合金、铜-碳化钼、碳、金刚石和石墨中的一项或多项。替代地或另外地,导热材料可以包括氧化铝或由氧化铝组成。
50、在实施例中,光束组合器本体可以热耦合(诸如物理耦合)到散热器或散热片。光束组合器也可以是具有散热器或散热片的单片体。
51、光束组合器可以是反射材料,诸如上述金属中的一项或多项,和/或可以包括反射材料的反射涂层。反射材料可以是镜面反射材料,诸如铝镜。反射材料也可以是漫反射材料,诸如颗粒白色材料的涂层。用于可见光中的反射的合适的反射材料可以从由以下项组成的组中选择:tio2、baso4、mgo和al2o3。
52、如上所述,光束组合器本体包括第一面,其中第一面可以包括从中央腔径向延伸的n个径向布置的凹槽。此外,n个径向布置的凹槽可以具有凹槽长度(l)。从中央腔看,凹槽可以被配置为从中央腔径向延伸。腔可以是光束组合器本体中的凹陷。在实施例中,它不是通孔,而是光束组合器本体中的腔或凹陷。在实施例中,腔和凹槽的深度可以基本相同。腔可以具有基本上圆形的形状。例如,中央腔可以具有圆柱形。凹槽可以从中央腔延伸,就像车轮中的辐条可以从中央轮毂延伸一样。然而,在本文中,中央轮毂和辐条是光束组合器本体中的中空元件。除非另有说明,否则凹槽特别可以是细长凹槽,其基本上径向布置。
53、在实施例中,第一面可以具有第一面直径df。在另外的实施例中,中央腔可以具有中央腔直径dc。特别地,在实施例中0.001≤dc/df≤0.25,更特别地0.01≤dc/df≤0.1。在实施例中,第一面直径df可以选自1mm-100mm的范围,如特别是选自2mm-20mm的范围。在实施例中,凹槽的长度可以具有0.5*df-0.5*dc的值。然而,不排除较短的凹槽,但凹槽中可以有反射镜,或者凹槽可以具有镜面反射端。在本文中,本发明是关于具有从第一面的边缘到中央腔的长度的凹槽来解释的。
54、特别是n≥2。更特别是n≥3。在实施例中,n选自4、6、8、10、12、16和18。然而,更高的数字也是可能的。特别地,n可以选自3-18的范围。
55、光生成系统可以用于生成系统光。系统光在操作模式下可以包括发光材料的发光材料光,其(发光材料)被配置为将设备光的至少一部分转换为发光材料光。发光材料特别被配置在径向布置的凹槽中的至少一个中。发光材料特别由发光体构成。例如,发光体可以是发光材料(也参见下文)。发光体可以被第一本体包括。特别地,第一本体是发光体。因此,术语“第一本体”可以特别是指发光体。如下面将进一步阐明的,可以有一个第一本体,可以有两个或更多个基本相同的第一本体,并且替代地或另外地,可以有两个或更多个不同的第一本体。在下文中,首先关于单个第一本体来解释本发明。为了增加强度,可以提供两组或更多组光生成设备和(基本相同的)第一本体。每组可以与相应凹槽相关联。
56、因此,在实施例中,径向布置的凹槽中的至少一个包括第一本体,其中第一本体包括发光体,其中发光体包括被配置为将设备光的至少一部分转换为发光材料光的发光材料。第一本体可以具有第一本体高度,该第一本体高度是平行于凹槽(的纵轴)地确定的,其中第一本体高度可以短于凹槽长度。因此,特别是第一本体具有小于凹槽长度(l)的第一本体高度(h1)。
57、术语“发光材料”特别是指能够将第一辐射、特别是uv辐射和蓝色辐射中的一项或多项转换为第二辐射的材料。通常,第一辐射和第二辐射具有不同的光谱功率分布。因此,代替术语“发光材料”,也可以应用术语“发光转换器”或“转换器”。通常,第二辐射在比第一辐射大的波长处具有光谱功率分布,这是所谓的下变频中的情况。然而,在具体实施例中,第二辐射具有在比第一辐射小的波长处具有强度的光谱功率分布,这是所谓的上变频中的情况。
58、在实施例中,“发光材料”可以特别是指能够将辐射转换为例如可见光和/或红外光的材料。例如,在实施例中,发光材料能够将uv辐射和蓝色辐射中的一项或多项转换为可见光。在具体实施例中,发光材料还可以将辐射转换为红外辐射(ir)。因此,在用辐射激发时,发光材料发射辐射。通常,发光材料将是下变频器,即较小波长的辐射被转换为具有较大波长的辐射(λex<λem),尽管在具体实施例中,发光材料可以包括上变频器发光材料,即较大波长的辐射被转换为具有较小波长的辐射(λex>λem)。
59、在实施例中,术语“发光”可以是指磷光。在实施例中,术语“发光”也可以是指荧光。代替术语“发光”,也可以使用术语“发射”。因此,术语“第一辐射”和“第二辐射”可以分别是指激发辐射和发射(辐射)。同样,术语“发光材料”在实施例中可以是指磷光和/或荧光。
60、术语“发光材料”也可以是指多种不同的发光材料。下面指出了可能的发光材料的示例。因此,术语“发光材料”在具体实施例中也可以是指发光材料组合物。
61、在实施例中,发光材料选自石榴石和氮化物,特别是分别掺杂有三价铈或二价铕。术语“氮化物”也可以是指氧氮化物或氮硅酸盐等。
62、在具体实施例中,发光材料包括a3b5o12:ce类型的发光材料,其中a在实施例中包括y、la、gd、tb和lu中的一项或多项,特别是y、gd,tb和lu中的(至少)一项或多项,并且其中b在实施例中包括al、ga、in和sc中的一项或多项。特别地,a可以包括y、gb和lu中的一项或多项,诸如特别是y和lu中的一项或多项。特别地,b可以包括al和ga中的一项或多项,更特别是至少al,诸如基本上全部为al。因此,特别适合的发光材料是含铈的石榴石材料。石榴石的实施例特别地包括a3b5o12石榴石,其中a包括至少钇或镥,并且其中b包括至少铝。这样的石榴石可以掺杂有铈(ce)、镨(pr)、或铈和镨的组合;然而特别是ce。特别地,b包括铝(al),然而,b也可以部分地包括镓(ga)和/或钪(sc)和/或铟(in),特别是至多约al的20%,更特别地是至多约al的10%(即,b离子基本上由90或更多摩尔%的al和10或更少摩尔%的ga、sc和in中的一项或多项组成);b可以特别地包括至多约10%的镓。在另一变体中,b和o可以至少部分被si和n取代。元素a可以特别地从由以下项组成的组中选择:钇(y)、钆(gd)、铽(tb)和镥(lu)。此外,gd和/或tb特别仅以至多约a的20%的量存在。在具体实施例中,石榴石发光材料包括(y1-xlux)3b5o12:ce,其中x等于或大于0且等于或小于1。术语“:ce”表示发光材料中的部分金属离子(即,石榴石中的部分“a”离子)被ce取代。例如,在(y1-xlux)3al5o12:ce的情况下,y和/或lu的一部分被ce取代。这是本领域技术人员已知的。ce通常将取代a不超过10%;通常,ce浓度将在0.1%至4%的范围内,特别是0.1%至2%(相对于a)。假定1%的ce和10%的y,则完全正确的公式可以是(y0.1lu0.89ce0.01)3al5o12。石榴石中的ce基本上或仅处于三价状态,这是本领域技术人员已知的。
63、在实施例中,发光材料(因此)包括a3b5o12,其中在具体实施例中,最多10%的b-o可以被si-n取代。
64、在具体实施例中,发光材料包括(yx1-x2-x3a’x2cex3)3(aly1-y2b’y2)5o12,其中x1+x2+x3=1,其中x3>0,其中0<x2+x3≤0.2,其中y1+y2=1,其中0≤y2≤0.2,其中a′包括从由镧系元素组成的组中选择的一种或多种元素,并且其中b′包括从由ga、in和sc组成的组中选择的一种或多种元素。在实施例中,x3选自0.001-0.1的范围。在本发明中,特别是x1>0,诸如>0.2,如至少0.8。具有y的石榴石可以提供合适的光谱功率分布。
65、在具体实施例中,最多10%的b-o可以被si-n取代。这里,b-o中的b是指al、ga、in和sc中的一项或多项(并且o是指氧);在具体实施例中,b-o可以是指al-o。如上所指示的,在具体实施例中,x3可以选自0.001-0.04的范围。特别地,这种发光材料可以具有合适的光谱分布(然而见下文),具有相对较高的效率,具有相对较高的热稳定性,并且允许高cri(与第一光源光和第二光源光(以及滤光器)相结合)。因此,在具体实施例中,a可以从由lu和gd组成的组中选择。替代地或另外地,b可以包括ga。因此,在实施例中,发光材料包括(yx1-x2-x3(lu,gd)x2cex3)3(aly1-y2gay2)5o12,其中lu和/或gd可以是可用的。甚至更特别地,x3选自0.001-0.1的范围,其中0<x2+x3≤0.1,并且其中0≤y2≤0.1。此外,在具体实施例中,最多1%的b-o可以被si-n取代。这里,百分比是指摩尔(如本领域已知的);参见例如ep3149108。在又一具体实施例中,发光材料包括(yx1-x3cex3)3al5o12,其中x1+x3=1,并且其中0<x3≤0.2,诸如0.001-0.1。
66、在具体实施例中,光生成设备可以仅包括选自含铈石榴石类型的发光材料。在另外的具体实施例中,光生成设备包括单一类型的发光材料,诸如(yx1-x2-x3a’x2cex3)3(aly1-y2b’y2)5o12。因此,在具体实施例中,光生成设备包括发光材料,其中至少85重量%、甚至更特别地至少约90重量%、诸如甚至更特别是至少约95重量%的发光材料包括(yx1-x2-x3a’x2cex3)3(aly1-y2b’y2)5o12。这里,其中a′包括从由镧系元素组成的组中选择的一种或多种元素,并且其中b′包括从由ga、in和sc组成的组中选择的一种或多种元素,其中x1+x2+x3=1,其中x3>0,其中0<x2+x3≤0.2,其中y1+y2=1,其中0≤y2≤0.2。特别地,x3选自0.001-0.1的范围。注意,在实施例中,x2=0。替代地或另外地,在实施例中,y2=0。
67、在具体实施例中,a可以特别地包括至少y,并且b可以特别地包括至少al。
68、替代地或另外地,其中发光材料可以包括a3si6n11:ce3+类型的发光材料,其中a包括y、la、gd、tb和lu中的一项或多项,例如在实施例中,la和y中的一项或多项。
69、在实施例中,发光材料可以替代地或另外地包括m2si5n8:eu2+和/或malsin3:eu2+和/或ca2alsi3o2n5:eu2+等中的一项或多项,其中m包括ba、sr和ca中的一项或多项,特别是在实施例中,至少sr。因此,在实施例中,发光材料可以包括从由(ba,sr,ca)s:eu、(ba,sr,ca)alsin3:eu和(ba,sr,ca)2si5n8:eu组成的组中选择的一种或多种材料。在这些化合物中,铕(eu)基本上是或仅是二价的,并且取代所指示的二价阳离子中的一种或多种。通常,eu的存在量不会超过阳离子的10%;其存在相对于其取代的(多个)阳离子特别地在约0.5%至10%的范围内、更特别在约0.5%至5%的范围内。术语“:eu”表示金属离子的一部分被eu取代(在这些示例中被eu2+取代)。例如,假定caalsin3:eu中的eu为2%,则正确的分子式可以是(ca0.98eu0.02)alsin3。二价铕通常会取代二价阳离子,诸如上述二价碱土阳离子,特别是ca、sr或ba。材料(ba,sr,ca)s:eu也可以表示为ms:eu,其中m是从由钡(ba)、锶(sr)和钙(ca)组成的组中选择的一种或多种元素;特别地,m在该化合物中包括钙或锶、或钙和锶、更特别是钙。这里,引入eu并且其取代m的至少一部分(即,ba、sr和ca中的一项或多项)。此外,材料(ba,sr,ca)2si5n8:eu也可以表示为m2si5n8:eu,其中m是从由钡(ba)、锶(sr)和钙(ca)组成的组中选择的一种或多种元素;特别地,m在该化合物中包括sr和/或ba。在另一具体实施例中,m由sr和/或ba组成(不考虑eu的存在),特别是50%-100%、更特别是50%-90%的ba和50%-0%、特别是50%-10%的sr,诸如ba1.5sr0.5si5n8:eu(即,75%ba;25%sr)。这里,引入eu并且其取代m的至少一部分,即ba、sr和ca中的一项或多项。同样,材料(ba,sr,ca)alsin3:eu也可以表示为malsin3:eu,其中m是从由钡(ba)、锶(sr)和钙(ca)组成的组中选择的一项或多项元素;特别地,m在该化合物中包括钙或锶、或钙和锶、更特别是钙。这里,引入eu并且其取代m的至少一部分(即,ba、sr和ca中的一项或多项)。如本领域技术人员所知,上述发光材料中的eu基本上或仅处于二价状态。
70、在实施例中,红色发光材料可以包括从由(ba,sr,ca)s:eu、(ba,sr,ca)alsin3:eu和(ba,sr,ca)2si5n8:eu组成的组中选择的一种或多种材料。在这些化合物中,铕(eu)基本上是或仅是二价的,并且取代所指示的二价阳离子中的一种或多种。通常,eu的存在量不会超过阳离子的10%;其存在相对于其取代的(多个)阳离子将特别地在约0.5%至10%的范围内、更特别在约0.5%至5%的范围内。术语“:eu”表示金属离子的一部分被eu取代(在这些示例中被eu2+取代)。例如,假定caalsin3:eu中的eu为2%,则正确的分子式可以是(ca0.98eu0.02)alsin3。二价铕通常将取代二价阳离子,诸如上述二价碱土阳离子,特别是ca、sr或ba。
71、材料(ba,sr,ca)s:eu也可以表示为ms:eu,其中m是从由钡(ba)、锶(sr)和钙(ca)组成的组中选择的一种或多种元素;特别地,m在该化合物中包括钙或锶、或钙和锶、更特别是钙。这里,引入eu并且其取代m的至少一部分(即,ba、sr和ca中的一项或多项)。
72、此外,材料(ba,sr,ca)2si5n8:eu也可以表示为m2si5n8:eu,其中m是从由钡(ba)、锶(sr)和钙(ca)组成的组中选择的一种或多种元素;特别地,m在该化合物中包括sr和/或ba。在另一具体实施例中,m由sr和/或ba组成(不考虑eu的存在),特别是50%-100%、更特别是50%-90%的ba和50%-0%、特别是50%-10%的sr,诸如ba1.5sr0.5si5n8:eu(即,75%ba;25%sr)。这里,引入eu并且其取代m的至少一部分,即ba、sr和ca中的一项或多项)。
73、同样,材料(ba,sr,ca)alsin3:eu也可以表示为malsin3:eu,其中m是从由钡(ba)、锶(sr)和钙(ca)组成的组中选择的一种或多种元素;特别地,m在该化合物中包括钙或锶、或钙和锶、更特别是钙。这里,引入eu并且其取代m的至少一部分(即,ba、sr和ca中的一项或多项)。
74、如本领域技术人员所知,上述发光材料中的eu基本上或仅处于二价状态。
75、蓝色发光材料可以包括yso(y2sio5:ce3+)或类似化合物、或bam(bamgal10o17:eu2+)或类似化合物。
76、本文中的术语“发光材料”特别涉及无机发光材料。
77、代替术语“发光材料”,还有术语“磷光体”。这些术语是本领域技术人员已知的。
78、替代地或另外地,也可以应用其他发光材料。例如,可以应用量子点和/或有机染料,并且其可以可选地嵌入透射基质中,例如聚合物,如pmma或聚硅氧烷等。
79、量子点是半导体材料的小晶体,通常具有仅几纳米的宽度或直径。当被入射光激发时,量子点发出的光的颜色由晶体的大小和材料决定。因此,可以通过适配点的大小来生成特定颜色的光。大多数已知的具有在可见光范围内的发射的量子点是基于具有壳体的硒化镉(cdse),诸如硫化镉(cds)和硫化锌(zns)。也可以使用无镉量子点,诸如磷化铟(inp)和硫化铜铟(cuins2)和/或硫化银铟(agins2)。量子点显示出非常窄的发射带,因此它们显示出饱和的颜色。此外,可以通过适配量子点的大小来容易地调节发射颜色。本领域中已知的任何类型的量子点都可以用于本发明。然而,出于环境安全和关注的原因,优选使用无镉量子点或至少具有非常低镉含量的量子点。
80、代替量子点或除了量子点之外,还可以使用其他量子限制结构。在本技术的上下文中,术语“量子限制结构”应当被理解为例如量子阱、量子点、量子棒、三脚架、四脚架或纳米线等。
81、也可以使用有机磷光体。合适的有机磷光体材料的示例是基于苝衍生物的有机发光材料,例如basf以的名称出售的化合物。合适的化合物的示例包括但不限于红色f305、橙色f240、黄色f083和f170。
82、不同的发光材料可以具有相应发光材料光的不同光谱功率分布。替代地或另外地,这种不同的发光材料特别可以具有不同的色点(或主波长)。
83、如上所述,其他发光材料也是可能的。因此,在具体实施例中,发光材料选自二价含铕氮化物、二价含铕氧化物、二元含铕硅酸盐、含铈石榴石和量子结构的组。量子结构可以例如包括量子点或量子棒(或其他量子型粒子)(参见上文)。量子结构也可以包括量子阱。量子结构也可以包括光子晶体。
84、发光材料光特别可以具有可见光中的一个或多个波长。更特别地,发光材料光的质心波长可以在可见光中。
85、在具体实施例中,发光材料可以被配置为将光源光的一部分转换为具有495nm-605nm波长的发光材料光。在具体实施例中,系统光的光谱功率的相当大的一部分(如至少85%、如至少90%、更特别地至少95%、诸如(基本上)100%)可以在495nm-605nm波长范围内。在实施例中,质心波长可以被配置在495nm-605nm波长范围内。更特别地,质心波长可以被配置在510nm-590nm波长范围内,甚至更特别地在570nm-590nm的波长范围内。因此,在具体实施例中,光源光可以是蓝光,并且发光材料光可以是黄光,或者可以包括黄光和红光的组合。
86、术语“质心波长”(也表示为λc),在本领域中是已知的,并且是指以下位置的波长值:在该位置处,一半光能处于更短波长下并且一半能量处于更长波长下;该值以纳米(nm)表示。它是将光谱功率分布的积分划分为两个相等部分的波长,如公式λc=∑λ*i(λ)/(∑i(λ)所示,其中总和是在感兴趣波长范围上,并且i(λ)是光谱能量密度(即,被归一化为积分强度的波长和强度的乘积在发射带上的积分)。质心波长可以例如在操作条件下确定。
87、特别地,发光材料被第一本体包括。第一本体可以是一层,如自支撑层。第一本体也可以是涂层。特别地,第一本体可以基本上是自支撑的。在实施例中,第一本体可以是陶瓷本体或单晶本体。因此,在实施例中,发光材料可以被提供为陶瓷体或单晶体,例如可以使用例如含铈石榴石发光材料(参见本文其他地方)。在其他实施例中,第一本体可以包括透光本体,其中嵌入发光材料。例如,第一本体可以包括其中嵌入有发光材料的玻璃本体。或者,玻璃本身可以是发光的。在其他实施例中,第一本体可以包括聚合物本体,发光材料嵌入其中。
88、第一本体可以具有任何形状。然而,通常,第一本体可以包括两个基本平行的面,以限定(第一本体的)高度。此外,第一本体可以包括边缘面,该边缘面桥接两个基本平行的面。边缘面可以在一个或两个维度上弯曲。边缘面可以是平面的。特别地,边缘面可以是基本上平面的;这可以促进在凹槽中的布置。第一本体可以具有矩形或圆形截面,但是其他截面也是可能的。特别地,第一本体可以具有矩形截面(垂直于凹槽轴线),因为这可以(也)促进在凹槽中的布置。这两个基本平行的面也可以表示为“主面”,因为它们可以特别地提供第一本体的最大外部面积。因此,发光体的形状可以特别地被选择以装配在凹槽中。
89、在实施例中,本体具有横向尺寸宽度或长度(w1或li)或直径(d)以及厚度或高度(h1)。在实施例中,(i)d≥h1或(ii)和w1≥h1和/或l1≥h1。发光瓦片(tile)可以是透明的或光散射的。在实施例中,瓦片可以包括陶瓷发光材料。在具体实施例中,l1≤10mm,诸如特别是l1≤5mm,更特别是l1≤3mm,最特别是l1≤2mm。在具体实施例中,w1≤10mm,诸如特别是w1≤5mm,更特别是w1≤3mm,最特别是w1≤2mm。在具体实施例中,h1≤10mm,诸如特别是h1≤5mm,更特别是h1≤3mm,最特别是h1≤2mm。在具体实施例中,d≤10mm,诸如特别是d≤5mm,更特别是d≤3mm,最特别是d≤2mm。在具体实施例中,本体在实施例中的厚度可以在50μm-1mm的范围内。此外,本体的横向尺寸(宽度/直径)可以在100μm-10mm范围内。在另外的具体实施例中,(i)d>h1或(ii)w1>h1和w1>h1。特别地,横向尺寸(如长度、宽度和直径)比高度大至少2倍,如至少5倍。在具体实施例中,第一本体具有第一长度l1、第一高度h1和第一宽度w1,其中h1≤0.5*l1和h1≤0.5*w1。对于方形瓦片,l1=w1。
90、(多个)凹槽可以特别地被容纳以容置这种发光体。因此,凹槽的截面尺寸可以基本上与第一本体的宽度或长度(w1或l1)相同。特别地,第一本体在凹槽中的装配可以是过渡装配。因此,凹槽的截面尺寸可以基本上为第一本体的宽度(w1)和第一本体的长度(l1)。装配越好,热能就可以经由第一本体的边缘被耗散到凹槽的壁和底部。
91、设备光特别地可以被引导通过凹槽到达由第一本体所包括的发光材料。这可以是透射模式,其中特别是设备辐射在第一凹槽中在中央腔的方向上传播,并且在到达中央腔之前,在相同的第一凹槽中到达发光体,或者在反射模式中,其中设备辐射在第一凹槽中在中央腔的方向上传播,在到达被配置在第二凹槽(与第一凹槽相对;相对于中央腔相对)中的发光体之前传播通过第一腔;另参见下文。
92、因此,在实施例中,m个光生成设备和光束组合器本体可以被配置为使得m个光生成设备的设备光的至少一部分在m个光生成设备的操作期间在中央腔的方向上传播通过径向布置的凹槽,并且m个光生成设备中的至少一个被配置为照射第一本体。以这种方式,生成发光材料光。另一光生成设备可以被配置为经由另一凹槽照射另一第一本体(也参见下文)。然而,另一光生成设备也可以被配置为经由另一凹槽照射第二本体,例如包括漫射器(也参见下文)。
93、特别地,第一本体可以被配置在凹槽的最靠近中央腔的端部处。第一本体至少部分被配置在凹槽中,尽管其一部分可以延伸到中央腔中。然而,特别地,第一本体完全被配置在凹槽中。然而,从第一本体到中央腔的距离可以相对较小。因此,在实施例中,第一本体可以被配置为位于距中央腔距离(d1)处,该距离选自凹槽长度(l)的0%-20%的范围。
94、腔可以具有基本上圆柱形的形状。在实施例中,腔的高度(或深度)可以基本上与凹槽的高度(或深度)相同。中央腔的边缘可以由光束组合器本体的材料限定。然而,中央腔也可以至少部分由第一本体限定。可能希望第一本体相对靠近光束组合器本体的光轴。光束组合器本体的光轴可以至少部分与中央腔的法线重合(在中央腔的中间)。
95、特别地,第一本体(多个第一本体)和(多个)凹槽两者都具有矩形截面,该矩形截面被定义为垂直于(相应)凹槽轴线。因此,特别是n个径向布置的凹槽具有矩形截面(垂直于相应凹槽轴线)。在具体实施例中,截面是正方形的。当凹槽具有矩形截面(垂直于凹槽轴线)时,凹槽可以具有两个(凹槽)壁和一个(凹槽)底部。
96、如上所述,第一本体可以相对较薄(也相对于凹槽长度)。在具体实施例中,0.001≤h1/l≤0.25,例如特别是0.01≤h1/l≤0.1。注意,垂直于凹槽轴线的凹槽的截面可以是w*h的矩形,而垂直于凹槽轴线的第一本体的截面可以是w1*l1的矩形。在具体实施例中,h1可以选自0.05mm-0.3mm的范围。h1可以特别是平行于凹槽轴线511地确定。
97、由于第一本体可以相对较小,所以第一本体可以由第一本体支撑件支撑。第一本体支撑件可以具有比第一本体的高度长的长度。这可以促进处理第一本体并且将第一本体配置在凹槽中。第一本体可以被胶合到第一本体支撑件。关于第一本体支撑件的一些具体示例,请参见下文。第一本体支撑件还可以提供第一本体支撑件与光束组合器的更好的热接触,因为现在热能也可以经由第一本体支撑件经由第一本体的主面耗散到光束组合器。
98、第一本体支撑件可以具有与凹槽基本相同的宽度和高度。因此,第一本体支撑件可以被配置为装配在凹槽中。特别地,第一本体支撑件在凹槽中的装配可以是过渡装配。第一本体支撑件可以具有比第一本体的高度大的(最长的)长度(平行于凹槽轴线)。在实施例中,最长的第一本体支撑件长度l2可以选自0.05*l-0.95*l的范围,诸如选自0.1*l-0.5*l的范围。如上所述,发光材料可以被配置为反射模式或透射模式。至少约0.05*l的长度可以促进设备光的全内反射。
99、在实施例中,第一本体可以在透射模式下操作,其中要被发光材料至少部分地转换的设备光在相应光生成设备的操作期间在中央腔的方向上传播通过第一本体所配置于的径向布置的凹槽。因此,设备辐射可以在第一凹槽中在中央腔的方向上传播,并且在到达中央腔之前,在相同的第一凹槽中到达发光体。因此,要被发光材料至少部分地转换的设备光可以在相应光生成设备的操作期间在中央腔的方向上传播通过第一本体所配置于的(与其)相同的径向布置的凹槽。
100、当使用第一本体支撑件时,透射模式可以施加第一本体支撑件针对设备光的透射性条件。在设备光的垂直辐射下,该透射率可以是至少90%。因此,在具体实施例中,该系统可以包括第一本体支撑件,其中第一本体支撑件可以被配置在第一本体所配置于的径向布置的凹槽中、位于第一本体上游,其中第一本体支撑件可以特别地被配置为支撑第一本体,并且其中第一本体支持件针对设备光是透射性的。
101、在实施例中,特别是针对透射模式,第一本体支撑件可以包括蓝宝石。透明陶瓷体也是可能的。
102、术语“光接收关系”或“光接收相关性”以及类似术语可以是指示项目可以在光源(如光生成设备或光生成元件或光生成系统)的操作期间接收来自该光源的光。因此,该项目可以被配置在该光源下游。在光源与该项目之间,可以配置有光学器件。
103、术语“上游”和“下游”(诸如在光传播的上下文中)可以特别涉及相对于来自光生成元件(这里特别是第一光源)的光的传播的项目或特征的布置,其中相对于来自光生成元件的光束内的第一位置,光束中更靠近光生成元件(与第一位置相比)的第二位置是“上游”,光束中更远离光生成元件(与第一位置相比)的第三位置是“下游”。例如,代替术语“光生成元件”,也可以应用术语“光生成设备”。
104、术语“辐射耦合”、“光学耦合”或“辐射地耦合的”可以特别是指(i)光生成元件(诸如光源)和(ii)另一项目或材料彼此相关联,使得由光生成元件发射的辐射的至少一部分被该项目或材料接收。换言之,该项目或材料被配置为与光生成元件成光接收关系。光生成元件的辐射的至少一部分将被该项目或材料接收。在实施例中,这可以是直接的,诸如与光生成元件(的光发射表面)物理接触的项目或材料。在实施例中,这可以经由介质,如空气、气体、或液体或固体光导材料。在实施例中,也可以在光生成元件与项目或材料之间的光路中配置有一个或多个光学器件,如透镜、反射器、滤光器。如上所述,术语“成光接收关系”并不排除诸如透镜、准直器、反射器、二向色镜等中间光学元件的存在。在实施例中,术语“光接收关系”和“下游”基本上可以是同义词。
105、在透射模式中,特别是n≥m可以适用。注意,在实施例中,m是至少2。因此,当m=2时,n至少为2。
106、替代地,发光材料可以在反射模式下操作。在具体实施例中,第一本体可以在反射模式下操作,其中要被发光材料至少部分地转换的设备光可以在相应光生成设备的操作期间在第一本体的方向上传播通过径向布置的凹槽,其中第一本体相对于相应光生成设备被配置在中央腔下游的径向布置的凹槽中。因此,设备辐射可以在第一凹槽中在中央腔的方向上传播,在到达被配置在第二凹槽(与第一凹槽相对;相对于中央腔相对)中的发光体之前传播通过第一腔。
107、当使用第一本体支撑件时,反射模式可以允许第一本体支撑件针对设备光的反射性条件。在设备光的垂直辐射下,这种反射可以是至少90%。因此,在具体实施例中,该系统可以包括第一本体支撑件,其中第一本体支撑件被配置在第一本体下游,其中第一本体支撑件被配置为支撑第一本体,并且其中第一本体支持件针对设备光(并且特别也针对发光材料光)是反射性的。
108、在反射模式中,特别是n≥2*m可以应用。
109、为了改善发光材料光从中央腔的逸出和/或设备光从中央腔的逸出,可能希望第一本体被配置为在一定角度下和/或具有指向中央腔的倾斜面。在具体实施例中,其中n个径向布置的凹槽具有凹槽轴线,其中第一本体的朝向中央腔的面被配置为与第一本体所配置于的凹槽的凹槽轴线成第一角度(α1),其中第一角度(α1)可以选自15°-75°的范围。
110、当应用第一本体支撑件时,第一本体支撑件还可以具有倾斜端面,第一本体可以被配置到该倾斜端面。
111、光可以从中央腔发出。该光可以是系统光。因此,由系统生成的系统光可以包括从中央腔逸出的设备光和发光材料光中的一项或多项。从上面可以看出,中央腔可以具有反射底部。中央腔还可以具有反射性的壁。
112、在实施例中,中央腔可以基本上不具有壁。在径向布置的凹槽的边缘基本上在中央腔处被转换的实施例中可以是这种情况。
113、光束组合器本体可以与光学元件组合,例如以对系统光进行光束整形。例如,可以应用准直器来产生发散性较小的设备光束。在具体实施例中,光束组合器本体可以被配置在光学元件中,特别是在中空光学元件中。例如,光束组合器本体可以被配置在中空反射器中,其中特别是中空反射器的焦点可以与光束组合器本体的中央腔的至少一部分重合。光学元件(诸如中空反射器)可以例如包括抛物面反射器,诸如复合抛物面反射器(cpc)或类似的(中空)反射器。特别地,光学元件被配置为与光束组合器本体成光接收关系。
114、因此,在实施例中,该系统可以包括中空反射器,其中光束组合器本体被配置在中空反射器中。此外,特别是中空反射器可以包括反射器光轴(or),其中反射器光轴(or)的至少一部分与中央腔的至少一部分重合。更特别地,中空反射器的焦点可以与光束组合器本体的中央腔的至少一部分重合。光生成设备可以被配置在中空反射器外部。为了将设备光引入中空反射器,中空反射器可以在反射器壁中包括(相对较小的)孔。这些孔可以基本上小于中空反射器的出口开口。例如,用ah表示的反射器中的孔的截面积可以是用ao表示的中空反射器的出口开口的面积的至少20倍,诸如至少50倍,即ah/ao≤0.05。因此,在实施例中,中空反射器包括反射器壁,其中反射器壁可以包括至少m个光注入孔,该光注入孔被配置为位于相应光的径向布置的凹槽上游并且位于相应光生成设备下游。
115、如上所述,光生成系统可以包括位于单个凹槽中的至少单个第一本体。然而,该系统也可以包括分别位于两个或更多个凹槽中的两个或更多个第一本体。
116、在具体实施例中,光生成系统可以包括第一本体被配置在其中的m个凹槽(以及可选地第一本体没有被配置在其中的n-m个第一凹槽)和m个光生成设备,每个光生成设备被配置在单个第一本体上游。
117、在具体实施例中,光生成系统包括第一本体被配置在其中的m个凹槽(以及可选地第一本体没有被配置在其中的n-m个第一凹槽)、m个光生成设备和m个光学元件(如透镜),其中每个光生成设备被配置在单个第一本体上游,该光学元件用于对光生成设备的设备光进行光束整形,其中每个光学元件被配置为位于相应光生成设备下游并且位于相应凹槽上游。因此,该系统可以包括m组光生成设备、透镜和凹槽。光学元件可以例如用于将设备光整形为相对准直的光束,诸如在实施例中≤2°(fwhm)。
118、如上所述,可以存在一个第一本体,可以存在两个或更多个基本相同的第一本体,并且可以存在两个或更多个不同的第一本体。基本相同的第一本体可以提供具有基本相同的光谱功率分布的发光材料光。不同的第一本体可以提供具有不同光谱功率分布的发光材料光。后一实施例可以例如用于提供具有可调节光谱功率分布的系统光。不同的第一本体可以表示为主第一本体、辅第一本体等。
119、因此,在实施例中,光生成系统可以包括被配置在不同的径向布置的凹槽中的至少两个第一本体,其中至少两个第一本体包括至少两种不同发光材料,其中至少两个第一本体中的主第一本体被配置为将设备光的至少一部分转换为具有主光谱功率分布的(主)发光材料光,其中至少两个第一本体中的辅第一本体被配置为将设备光的至少一部分转换为具有不同于主光谱功率分布的辅光谱功率分布的(辅)发光材料光。在具体实施例中,(主第一本体和辅本体的)至少两种不同发光材料中的至少一种可以包括a3b5o12:ce类型的发光材料,其中a包括y、la、gd、tb和lu中的一项或多项,并且其中b包括al、ga、in和sc中的一项或多项。在其他具体实施例中,至少两个第一本体各自包括a3b5o12:ce类型的发光材料,其中a包括y、la,gd、tb和lu中的一项或多项,并且其中b包括al、ga、in和sc中的一项或多项,但是至少两个第一本体中的至少两个包括具有不同化学组成和/或铈浓度的a3b5o12:ce类型的发光材料,从而产生具有不同光谱分布的发光材料光。
120、在实施例中,当控制光生成设备时,具有不同光谱功率分布的不同第一本体的发光材料光可能产生具有不同相关色温的系统光。在实施例中,系统光可以具有可控的cct,两个可能的cct值之间的可能差为至少500k,更特别地至少1000k,如至少2000k。
121、替代地或另外地,也可以使用两个或更多个不同的光生成设备。不同的光生成设备可以提供具有不同光谱功率分布的设备光。后一实施例可以例如(也)用于提供具有可调节光谱功率分布的系统光。不同的光生成设备可以表示为主光生成设备、辅光生成设备等。
122、具有不同光谱功率分布的光生成设备的光可以用于包括不同发光材料的不同第一本体。以这种方式,光生成设备的光谱功率分布可以与相应发光材料的激发光谱相匹配。
123、在实施例中,设备光的一部分可能由于在第一本体处或经由第一本体的反射和/或散射和/或透射而被耦合出去。
124、然而,替代地或另外地,设备光的一部分可以经由反射体被耦合出去。为此,可以应用第二本体,该第二本体可以特别地针对设备光是反射性的。因此,在实施例中,径向布置的凹槽中的至少一个可以包括第二本体,其中第二本体被配置为反射设备光的至少一部分。特别地,在这样的实施例中,可以存在至少两个不同的光生成设备,其被配置为生成具有不同光谱功率分布的设备光,其中至少两个光生成设备中的一种类型的设备光用于经由第一本体(或多个第一本体)生成发光材料光,并且其中至少两个光生成设备中的另一类型的设备光可以用于经由第二本体处的反射在系统光中进行混合。例如,可以应用蓝色激光器来激发石榴石发光材料,并且可以使用红色激光器来提供与系统光混合的红色激光。
125、在实施例中,光生成设备仅包括被配置为生成蓝色设备光的光生成设备。在其他实施例中,光生成设备包括被配置为生成蓝光的一个或多个第一光生成设备和被配置为生成红光的一个或多个第一光生成设备。后者特别可以与下游配置的反射性第二本体结合使用。
126、光生成设备可以通过控制系统来控制。因此,在实施例中,该系统还可以包括控制系统,其中该控制系统被配置为控制m个光生成设备。在具体实施例中,在光生成系统的操作模式中,光生成系统可以被配置为生成白色系统光。
127、特别地,在操作模式中,系统光可以包括至少设备光和发光材料光。
128、本文中的术语“白光”是本领域技术人员已知的。它特别涉及具有在大约1800k至20000k之间的相关色温(cct)的光,诸如在2000k至20000k之间,特别是在2700k-20000k之间的光,对于一般照明,特别是在大约2700k至6500k的范围内的光。在实施例中,出于背光目的,相关色温(cct)可以特别地在大约7000k至20000k的范围内。此外,在实施例中,相关色温(cct)特别地在距bbl(黑体轨迹)大约15sdcm(颜色匹配的标准偏差)内,特别地在距bbl大约10sdcm内,甚至更特别地在距bbl大约5sdcm内。
129、在实施例中,系统光的相关色温可以是可控的。
130、术语“控制”和类似术语特别至少是指确定元素的行为或监督元素的运行。因此,本文中的“控制”和类似术语可以例如是指对元件施加行为(确定元件的行为或监督元件的运行)等,例如测量、显示、致动、打开、移动、改变温度等。除此之外,术语“控制”和类似术语还可以包括监测。因此,术语“控制”和类似术语可以包括将行为施加在元件上以及还将行为施加在元件上并且监测元件。元件的控制可以通过控制系统来进行,该控制系统也可以表示为“控制器”。控制系统和元件因此可以至少暂时地或永久地在功能上耦合。该元件可以包括控制系统。在实施例中,控制系统和元件可以不物理耦合。控制可以经由有线和/或无线控制来进行。术语“控制系统”还可以是指多个不同的控制系统,这些控制系统特别是在功能上耦合的,并且其中的例如一个控制系统可以是主控制系统,并且一个或多个其他控制系统可以是从控制系统。控制系统可以包括用户接口或者可以在功能上耦合到用户接口。
131、控制系统还可以被配置为接收并且执行来自遥控器的指令。在实施例中,控制系统可以经由设备上的应用来控制,诸如便携式设备,如智能手机或i-phone、平板电脑等。因此,该设备不一定耦合到照明系统,但可以(临时)在功能上耦合到照明系统。
132、因此,在实施例中,控制系统可以(也)被配置为由远程设备上的应用来控制。在这样的实施例中,照明系统的控制系统可以是从控制系统或在从模式中的控制。例如,照明系统可以通过代码来标识,特别是用于相应照明系统的唯一代码。照明系统的控制系统可以被配置为由外部控制系统控制,该外部控制系统可以基于(唯一的)代码的知识(通过具有光学传感器(例如,qr码读取器)的用户接口输入(唯一)代码)来访问照明系统。照明系统还可以包括用于与其他系统或设备进行通信的部件,诸如基于蓝牙、wifi、lifi、zigbee、ble或wimax或另一无线技术。
133、该系统、装置或设备可以在“模式(mode)”或“操作模式(operation mode)”或“操作的模式(mode of operation)”或“操作模式(operational mode)”下执行动作。术语“操作模式(operational mode)”也可以表示为“控制模式”。同样,在一种方法中,动作或阶段或步骤可以在“模式(mode)”或“操作模式(operation mode)”或“操作的模式(mode ofoperation)”或“操作模式(operational mode)”下执行。这并不排除该系统、装置或设备也可以适于提供另一控制模式或多个其他控制模式。同样,这可以不排除在执行模式之前和/或在执行模式之后可以执行一个或多个其他模式。
134、然而,在实施例中,控制系统可以是可用的,其适于至少提供控制模式。如果其他模式可用,则这种模式的选择尤其可以经由用户界面来执行,尽管其他选项也是可能的,如根据传感器信号或(时间)方案来执行模式。在实施例中,操作模式还可以是指只能在单个操作模式下操作的系统、装置或设备(即,“开启”,而没有进一步的可调节性)。
135、因此,在实施例中,控制系统可以根据用户接口的输入信号、(传感器的)传感器信号和定时器中的一个或多个进行控制。术语“定时器”可以是指时钟和/或预定时间方案。
136、例如,光生成系统可以是以下项的一部分或者可以被应用于以下项:办公室照明系统、家庭应用系统、商店照明系统、家用照明系统、重点照明系统、聚光灯系统、剧院照明系统、光纤应用系统、投影系统、自发光显示系统、像素化显示系统、分段显示系统、警告标志系统、医疗照明应用系统、指示牌系统、装饰照明系统、便携式系统、汽车应用、(室外)道路照明系统、城市照明系统、温室照明系统、园艺照明、数字投影或lcd背光。例如,光生成系统(或照明器)可以是光通信系统或消毒系统的一部分,或者可以被应用于光通信系统或消毒系统。
137、术语“可见”、“可见光”或“可见发射”和类似术语是指具有在约380nm-780nm范围内的一个或多个波长的光。这里,uv可以特别地是指选自190nm-380nm的范围的波长,诸如200nm-380nm。
138、术语“光”和“辐射”在本文中可以互换使用,除非上下文清楚地表明术语“光”仅是指可见光。因此,术语“光”和“辐射”可以是指uv辐射、可见光和ir辐射。在具体实施例中,特别是对于照明应用,术语“光”和“辐射”是指(至少)可见光。
139、术语“紫光”或“紫色发射”特别涉及波长在约380nm-440nm范围内的光。术语“蓝光”或“蓝色发射”特别涉及波长在约440nm-495nm范围内的光(包括一些紫色和青色)。术语“绿光”或“绿色发射”特别涉及波长在约495nm-570nm范围内的光。术语“黄光”或“黄色发射”特别涉及波长在约570nm-590nm范围内的光。术语“橙光”或“橙色发射”特别涉及波长在约590nm-620nm范围内的光。术语“红光”或“红色发射”特别涉及波长在约620nm-780nm范围内的光。术语“粉红色光”或“粉红色发射”是指具有蓝色和红色成分的光。术语“青色”可以是指选自约490nm-520nm的范围的一个或多个波长。术语“琥珀色”可以是指选自大约585nm-605nm的范围的一个或多个波长,诸如大约590nm-600nm。短语“具有在波长范围内的一个或多个波长的光”和类似短语可以特别地指示所指示的光(或辐射)具有光谱功率分布,该光谱功率分布至少具有在所指示的波长范围内的这一个或多个波长处的强度。例如,发射蓝色的固态光源将具有在440nm-495nm波长范围内的一个或多个波长处的强度的光谱功率分布。
140、在又一方面,本发明还提供了一种包括如本文中定义的光生成系统的灯具或照明器。照明器还可以包括壳体、光学元件、百叶窗等。灯具或照明器还可以包括包围光生成系统的壳体。灯具或照明器可以包括壳体中的光窗、或壳体开口,系统光可以通过其从壳体逸出。在又一方面,本发明还提供了一种包括如本文中定义的光生成系统的投影设备。特别地,投影设备或“投影仪”或“图像投影仪”可以是将图像(或运动图像)投影到表面(例如投影屏幕)上的光学设备。投影设备可以包括一个或多个光生成系统,诸如本文中描述的。因此,在一个方面,本发明还提供了一种包括如本文中定义的光生成系统的照明设备,该照明设备选自灯具、照明器、投影设备、消毒设备、光化学反应器和光学无线通信设备的组。照明设备可以包括被配置为容纳或支撑光生成系统的一个或多个元件的壳体或载体。例如,在实施例中,照明设备可以包括被配置为容纳或支撑照明设备和光束组合器本体中的一个或多个的壳体或载体。在实施例中,照明设备可以是封装。
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