專利名稱：發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)射彩色光或白色光的發(fā)光器件，這種發(fā)光器件 包括固態(tài)光源、用于光轉(zhuǎn)換的元件和導(dǎo)光裝置。
背景技術(shù)：
與常規(guī)的光源相比，固態(tài)光源如LED和激光二極管具有功率良好 和成本效率高的優(yōu)點(diǎn)，此外，固態(tài)光源還具有長壽命期限和緊湊的結(jié) 構(gòu)。為了產(chǎn)生白色光，可使用雜色LED，這些雜色LED發(fā)出的光通過 添加的色彩混合產(chǎn)生白色光。這種裝置的缺陷在于由于這些LED隨著 工作時(shí)間的不同老化行為(在相同工作條件下發(fā)射的光的強(qiáng)度的變 化)，可能會(huì)發(fā)生混合光的色彩點(diǎn)的變動(dòng)。為了避免這種器件中的色 彩點(diǎn)漂移，必須通過測量傳感器對每個(gè)LED的發(fā)射量進(jìn)行精細(xì)的測量， 且必須經(jīng)由一種控制器件對對這些LED的工作條件進(jìn)行精細(xì)的重新調(diào) 節(jié)。這些LED器件可用于發(fā)射任何所期望的色彩的光，不過，這種器 件的亮度隨著色彩而變化；例如，就紅色、綠色和藍(lán)色LED而言，僅 將紅色LED用于產(chǎn)生紅色色彩。相比較而言，在所有的三個(gè)LED發(fā) 光時(shí)，白色光明顯具有較高的亮度。
或者，還可通過所稱的磷光體轉(zhuǎn)換LED (pcLED)來產(chǎn)生白色光。 此時(shí)，單個(gè)的LED發(fā)出如藍(lán)色初級輻射，這種藍(lán)色初級輻射部分地由 磷光體層吸收并作為次級輻射被再次發(fā)射，這種次級輻射具有較長的 波長，例如，這種波長在黃色、紅色或綠色光譜范圍內(nèi)(光轉(zhuǎn)換)。 通過初級輻射和次級輻射的添加色彩混合來產(chǎn)生白色光。此時(shí)，白色 混合光的色彩點(diǎn)由磷光體層與初級輻射和次級輻射的相關(guān)成分的復(fù)合 確定?？赏ㄟ^使用單光源來以簡單的方式構(gòu)造這種裝置。將一種傳感 器裝置分散，這種傳感器裝置用于多個(gè)光源的適應(yīng)性控制，這些光源 用于產(chǎn)生彩色光。在LED的初級輻射波長的與老化有關(guān)的漂移的情形 中，由于磷光體層的轉(zhuǎn)換機(jī)制的波長相依的原因，次級輻射的成分發(fā) 生變化，因此，這種光的色彩點(diǎn)也發(fā)生變化。在這種系統(tǒng)中，不可能 重新調(diào)節(jié)色彩點(diǎn)。在具有相同亮度的磷光體轉(zhuǎn)換裝置中，同樣也不能夠?qū)獾纳蔬M(jìn)行變化調(diào)節(jié)，因?yàn)榱坠怏w材料及其幾何結(jié)構(gòu)的主波長 和組成是固定的。
作為光源的激光二極管基本上發(fā)射單色輻射，這種單色輻射在整 個(gè)運(yùn)行時(shí)間段僅展示出極少的最大強(qiáng)度漂移，這樣就可忽略由于初級 輻射波長的與老化有關(guān)的漂移的原因而導(dǎo)致的可能的色彩點(diǎn)的變化。
文獻(xiàn)US 20040263074公開了 一種發(fā)光器件，這種發(fā)光器件具有作為光 源的一種激光二極管和用于發(fā)射白色光的光轉(zhuǎn)換磷光體層，該磷光體 層直接布置在該激光二極管上。就此方面而言，該光轉(zhuǎn)換磷光體層與 初級輻射和次級輻射的部分的復(fù)合確定白色光的色彩點(diǎn)。不過，此時(shí)， 不可能僅對光的色彩進(jìn)行隨后的可變設(shè)置。此外，激光二極管(如帶 有pcLED)的工作溫度可導(dǎo)致磷光體層的加熱，而磷光體層的加熱反 過來可導(dǎo)致整個(gè)運(yùn)行時(shí)間段的磷光體層轉(zhuǎn)換特征的熱降解(thermal degradation),并因此而導(dǎo)致不過的不可補(bǔ)償?shù)纳庶c(diǎn)的漂移。而且， 在這種情形中，也不可能對色彩點(diǎn)重新進(jìn)行調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種包括固態(tài)光源的有效發(fā)光器件， 可以用簡單的方式通過這種有效發(fā)光器件設(shè)置在整個(gè)壽命期限內(nèi)穩(wěn)定 并與初級輻射的功率無關(guān)的色彩點(diǎn)。
通過用于發(fā)射具有所期望的色彩點(diǎn)的光的發(fā)光器件來實(shí)現(xiàn)這種目 的，這種發(fā)光器件包括至少一個(gè)固態(tài)光源、至少一個(gè)光轉(zhuǎn)換元件、導(dǎo) 光裝置和開關(guān)控制單元，
其中，提供這種固態(tài)光源用于發(fā)射初級輻射，設(shè)置在該固態(tài)光源 與該光轉(zhuǎn)換元件之間的這種導(dǎo)光裝置設(shè)有至少一個(gè)電光開關(guān)，該至少 一個(gè)電光開關(guān)用于將這種初級輻射可控分裂成第一部分和第二部分， 提供這種開關(guān)控制單元用于控制電光開關(guān)，以可變地調(diào)節(jié)初級輻射的 第一部分與第二部分之間的比率，且提供這種光轉(zhuǎn)換元件用于部分或 全部吸收初級輻射的至少第一部分，并用于次級輻射的重新發(fā)射。
在本發(fā)明中，術(shù)語電光開關(guān)表示由于電驅(qū)動(dòng)而顯現(xiàn)出可變光學(xué)效 果的元件。術(shù)語"分裂"也包括分裂初級輻射偏轉(zhuǎn)到不同于初級輻射 進(jìn)入電光開關(guān)之前的傳播方向的傳播方向。在這里，明確地也包括具 有用于每個(gè)發(fā)射初級輻射的多個(gè)固態(tài)光源的器件，其中，單個(gè)激光二極管的初級輻射可相同或不同。就此方面而言，這種固態(tài)光源的初級 輻射可具有根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同光譜范圍的最大強(qiáng)度。為了產(chǎn)生白色 光，初級輻射的最大強(qiáng)度必須在藍(lán)色或紫外光譜范圍內(nèi)，因?yàn)槌跫壿?射的轉(zhuǎn)換導(dǎo)致具有較長波長的次級輻射，且白色光必須具有藍(lán)色光的 一部分。由電光開關(guān)分裂成兩個(gè)部分的初級輻射經(jīng)由初級輻射的至少一部 分的隨后的光轉(zhuǎn)換允許具有所期望的的色彩點(diǎn)的光的產(chǎn)生。通過將這 種電光導(dǎo)光裝置設(shè)置在該固態(tài)光源與該光轉(zhuǎn)換元件之間在空間上將該 固態(tài)光源和該光轉(zhuǎn)換元件分離，這就避免了由該固態(tài)光源的工作溫度 所引起的這種光轉(zhuǎn)換材料的轉(zhuǎn)換特征的熱降解，而且，就此方面而言， 允許這種色彩點(diǎn)的穩(wěn)定設(shè)置。除此之外，電光導(dǎo)光裝置并不包括任何 機(jī)械移動(dòng)部件。根據(jù)本發(fā)明，這種電光開關(guān)不僅起到將初級輻射以固定比率分成 第一部分和第二部分的分光器的作用，而且還是一種用于這種比率的 時(shí)間控制(調(diào)制器運(yùn)行)的可變元件。通過在經(jīng)過該電光開關(guān)之后分 裂的該初級輻射的兩個(gè)部分之間的可變比率，可根據(jù)用戶的希望改變 色彩點(diǎn)。例如，該第一部分用于產(chǎn)生黃色光，且該第二部分用于產(chǎn)生 藍(lán)色光，這就在適當(dāng)?shù)鼗旌蠒r(shí)產(chǎn)生白色光。若這種開關(guān)控制變化，例如這種比率有利于該第二部分，則混合光中的藍(lán)色部分增加；在相反 的情形中，例如，黃色部分往往會(huì)增加。這同樣適用于在其它的第一 光譜范圍和第二光譜范圍內(nèi)發(fā)射的光。由于可快速切換電光導(dǎo)光裝置， 所以這種變化可快速發(fā)生。根據(jù)這種電光開關(guān)的實(shí)施例和控制電壓， 這種變化可完全處于幾ns的范圍內(nèi)。由這種光轉(zhuǎn)換元件發(fā)出的光的混 合在一種區(qū)域內(nèi)發(fā)生，在從光輻射方向觀察時(shí)，這種區(qū)域位于該光轉(zhuǎn) 換元件上方，且這種區(qū)域的大小取決于這種光轉(zhuǎn)換元件的輻射特征和 這種光轉(zhuǎn)換元件的尺寸。由于這些光轉(zhuǎn)換元件或多或少地由光散射材 料組成，例如磷光粉或磷光陶瓷，所以在適當(dāng)?shù)木嚯x之上獲得具有至 少在實(shí)質(zhì)上均勻的色彩印象的混合光。除了其它的應(yīng)用領(lǐng)域之外，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件還可用于如稱 為用于顯示的背景系統(tǒng)的家庭照明和商業(yè)照明領(lǐng)域以及環(huán)境照明或用 在汽車領(lǐng)域。在另一個(gè)實(shí)施例中，這種固態(tài)光源是一種激光二極管。激光二極管具有高功率密度，且激光二極管的初級輻射的最大強(qiáng)度在整個(gè)工作 期間非常穩(wěn)定。出于這種幾乎是單色光譜的原因，所以除了次級輻射 的受限激發(fā)之外，激光二極管的光尤其適用于允許由一種導(dǎo)光裝置進(jìn) 行精確的偏轉(zhuǎn)，這種精確的偏轉(zhuǎn)也有助于這種發(fā)光器件的高效率。就 此方面而言，通過波導(dǎo)將這種激光二極管連接到該電光開關(guān)是有利的， 以將初級輻射有效地耦合輸入到該電光開關(guān)中。用于將初級輻射有效 地分裂成至少兩個(gè)部分的光學(xué)耦合輸入面非常小，且通常在低于10mii^的范圍內(nèi)，這樣，通過適當(dāng)?shù)牟▽?dǎo)的光耦合輸入降低光的損失。在另一個(gè)實(shí)施例中，這種光轉(zhuǎn)換元件包括至少第一區(qū)域和第二區(qū) 域，該第一區(qū)域用于將該初級輻射的第一部分耦合輸入，以產(chǎn)生在第 一光譜范圍內(nèi)的光，該第二區(qū)域用于將該初級輻射的第二部分耦合輸 入，以產(chǎn)生在第二光譜范圍內(nèi)的光。將可見光的哪些光譜范圍表示為 第一光譜范圍和第二光譜范圍取決于該光轉(zhuǎn)換元件的實(shí)施例和所使用 的初級輻射?？赏ㄟ^將如藍(lán)色和黃色光或藍(lán)色、綠色和紅色光混合來 獲得白色光，這種混合由初級輻射的至少部分轉(zhuǎn)換產(chǎn)生。此時(shí)，可通 過如該光轉(zhuǎn)換元件中的較短波初級輻射的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生藍(lán)色光，或者，至 少部分地轉(zhuǎn)換的藍(lán)色初級輻射經(jīng)過該光轉(zhuǎn)換元件。在再一個(gè)實(shí)施例中，這種導(dǎo)光裝置包括一種笫一電光開關(guān)和一個(gè) 或兩個(gè)第二電光開關(guān)，該第一電光開關(guān)用于初級輻射的第一可控分裂，該一個(gè)或兩個(gè)第二電光開關(guān)用于初級輻射的第二可控分裂，且這種初 級輻射已經(jīng)過了該第一電光開關(guān)。通過將這種初級輻射進(jìn)一步地分裂 成多于兩個(gè)部分，可用局部非常不同的方式將這種光耦合輸入該光轉(zhuǎn) 換元件中，這就允許如對所轉(zhuǎn)換的光的亮度進(jìn)行調(diào)制。若這種導(dǎo)光裝 置包括至少用于初級輻射的另一種可控偏轉(zhuǎn)的其它電光開關(guān)，則可增 加這種調(diào)制效果，這種初級輻射已經(jīng)過第二開關(guān)中的一個(gè)。因此，可通過電光開關(guān)的級聯(lián)將這種初級輻射分裂成多個(gè)(n>2)分支。在一種優(yōu)選布置中，通過一種波導(dǎo)在兩個(gè)電光開關(guān)之間引導(dǎo)該初 級輻射的這些部分，以進(jìn)一步將這些部分分裂并耦合輸入該第二電光 開關(guān)或其它的電光開關(guān)中。這樣就可在幾個(gè)電光開關(guān)的級聯(lián)的情況下 避免光的損失。在一種優(yōu)選實(shí)施例中，該光轉(zhuǎn)換元件包括用于耦合輸入該初級輻 射的其它部分的一個(gè)或多個(gè)其它區(qū)域，該初級輻射其它的這些部分已由至少另一個(gè)電光開關(guān)產(chǎn)生。分裂的多個(gè)初級輻射使較大數(shù)量的不同 的光譜范圍能夠由該光轉(zhuǎn)換元件中的初級輻射的適當(dāng)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生?？衫?用如材料的三個(gè)區(qū)域或更好地利用四個(gè)范圍獲得具有高色彩重現(xiàn)指數(shù) 的混合光，材料的這三個(gè)區(qū)域發(fā)射藍(lán)色、綠色和紅色光，這四個(gè)范圍 發(fā)射藍(lán)色、綠色、橙色和紅色光。適于產(chǎn)生不同可視光譜范圍的材料 是本領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員所公知的。就此方面而言，這種開關(guān)控制單元可用模擬方式操作這種電光開 關(guān)，以按照第一傳播方向和第二傳播方向同時(shí)偏轉(zhuǎn)該初級輻射，或者 可用數(shù)字方式操作這種電光開關(guān)，以按照第一傳播方向和第二傳播方 向交替偏轉(zhuǎn)該初級輻射。在具有多個(gè)電光開關(guān)的實(shí)施例中，這種控制 單元還可用模擬模式和/或數(shù)字模式操作多個(gè)電光開關(guān)。在再一個(gè)實(shí)施例中，用于發(fā)射混合光的這種器件還包括用于固態(tài) 光源的控制單元，以產(chǎn)生具有可調(diào)脈沖持續(xù)時(shí)間的脈動(dòng)初級輻射。這 樣，若色彩點(diǎn)已由這些電光開關(guān)的運(yùn)行固定，則可通過擴(kuò)大的或縮短 的脈沖持續(xù)時(shí)間來增加或降低亮度。在再一個(gè)實(shí)施例中，用于發(fā)射混合光的這種器件還包括光混合光 學(xué)系統(tǒng)，在以光的傳播方向觀察時(shí)，這種光混合光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在該光 轉(zhuǎn)換元件之后，以將這種光混合。就此方面而言，光混合光學(xué)系統(tǒng)可 以是一種如擴(kuò)射板、 一種微透鏡的裝置或用于光的散射或偏轉(zhuǎn)的其它 裝置。經(jīng)由這種光混合光學(xué)系統(tǒng)，已在距這種光轉(zhuǎn)換元件的小的距離 獲得所發(fā)射的光的均勻色彩印象。在無這種光混合器件時(shí)，獲得均勻 的色彩印象的距離一方面取決于所發(fā)射的光的角分布，另一方面取決 于該光轉(zhuǎn)換元件的側(cè)向尺寸。在本發(fā)明中，將這種側(cè)向尺寸理解為垂 直于光的平均傳播方向的尺寸。因此，利用一種光混合光學(xué)系統(tǒng)，一 種發(fā)光器件就可容納更多的元件，因?yàn)閷⑦@些元件更近地隔開。本發(fā)明還涉及一種運(yùn)行發(fā)光器件的方法，這種方法包括以下步驟 通過一種固態(tài)光源的初級輻射的發(fā)射，通過至少一個(gè)電光開關(guān)的將這種初級輻射分裂成這種初級輻射的 至少第一部分和第二部分，該初級輻射的至少第一部分的部分或全部吸收和通過該光轉(zhuǎn)換元 件的次級輻射的重新發(fā)射，通過一種開關(guān)控制單元的該初級輻射的第一部分與第二部分之間的比率的可變設(shè)置，這種開關(guān)控制單元用于控制這些電光開關(guān)，以發(fā)射具有所期望的色彩點(diǎn)的光。從下面描述的實(shí)施例就會(huì)明白本發(fā)明的這些和其它方面，并參考本下面描述的實(shí)施例對本發(fā)明的這些和其它方面進(jìn)行_沈明，但不應(yīng)認(rèn) 為本發(fā)明僅限于這些實(shí)施例。


圖l示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的示意圖，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的示意圖 多個(gè)電光開關(guān)，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的示意圖 用于固態(tài)光源的控制單元，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的示意圖 一種光混合光學(xué)系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
圖1示出了用于發(fā)射具有所期望的色彩點(diǎn)的光的發(fā)光器件，這種 發(fā)光器件包括固態(tài)光源1、用一種或多種不同的光轉(zhuǎn)換材料(稱為磷光 體的材料)制成的光轉(zhuǎn)換元件5、導(dǎo)光裝置2和開關(guān)控制單元4。適于 所期望的光轉(zhuǎn)換的材料根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和所使用的初級輻射20變化。適 于特定初級輻射的材料是本領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員所公知的。固態(tài)光源1發(fā)射初級輻射20，根據(jù)這種發(fā)光器件的實(shí)施例，這種 初級輻射20可具有在不同光謙范圍內(nèi)的最大強(qiáng)度?？捎媚M模式或脈 沖模式運(yùn)行固態(tài)光源l。對于要發(fā)射白色光的器件而言，這種初級輻射 的最大強(qiáng)度在藍(lán)色光譜范圍內(nèi)或更短的波的光譜范圍內(nèi)，以使可視光 譜的所有范圍的光可經(jīng)由適當(dāng)?shù)牧坠怏w材料通過光轉(zhuǎn)換產(chǎn)生。常規(guī)的 有機(jī)LED(OLED)、非有機(jī)LED或激光二極管可用作如固態(tài)光源。 固態(tài)光源1可在空間上與電光開關(guān)31分離，或者可布置在電光開關(guān)31 上，以與電光開關(guān)31直接接觸。若固態(tài)光源1在空間上與電光開關(guān)31分離(如圖1所示)，則應(yīng) 將由該固態(tài)光源發(fā)射的光通過布置在固態(tài)光源1與電光開關(guān)31之間適 當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)耦合輸入到該電光開關(guān)中，以避免光的損失。這種適當(dāng)，這種發(fā)光器件具有 ，這種發(fā)光器件具有 ，這種發(fā)光器件具有的光學(xué)系統(tǒng)可包括如一種透鏡系統(tǒng)或一種波導(dǎo)裝置。對于激光二極管 而言，由于定向窄帶光發(fā)射的原因，波導(dǎo)尤其有利于將光耦合輸入到這種電光開關(guān)中。例如，可使用具有450nm土10nm的發(fā)射波長的激光 二極管。出于幾乎是單色光譜的原因，激光二極管的光尤其適于通過 一種導(dǎo)光裝置的精確分裂。此外，由于這種窄帶發(fā)射的穩(wěn)定性，所以 在這些磷光體材料的吸收行為中并不發(fā)生變化，因?yàn)樵摮跫壿椛涞墓?譜在這種發(fā)光裝置的整個(gè)運(yùn)行時(shí)間段漂移。這樣就可非常恒定地保持 所發(fā)射的光的色彩點(diǎn)，而無需由該開關(guān)控制單元進(jìn)行的調(diào)節(jié)。導(dǎo)光裝置2包括一個(gè)或多個(gè)電光開關(guān)31并布置在固態(tài)光源1與光 轉(zhuǎn)換元件5之間，以在一方面在空間上將固態(tài)光源1與光轉(zhuǎn)換元件2 分離，從而明顯地減少或避免由于固態(tài)光源1的工作溫度而導(dǎo)致的該 光轉(zhuǎn)換材料的熱降解。在另一方面，至少一個(gè)電光開關(guān)31允許將初級 輻射20可控地分裂成第一部分21和第二部分22。就此方面而言，術(shù) 語"分裂"包括偏轉(zhuǎn)，這樣，該初級輻射的第一部分、第二部分和其 它部分(若有的話)就可以不同于該初級輻射由該第一電光開關(guān)分裂 之前的傳播方向的另一種傳播方向傳播。因此，光轉(zhuǎn)換元件5的不同 區(qū)域51和52可由帶有相同波長的初級輻射的同一個(gè)固態(tài)光源l發(fā)射。 可經(jīng)由開關(guān)控制單元4可變地調(diào)節(jié)撞擊不同區(qū)域51和52的初級輻射 20的部分21和22。由開關(guān)控制單元4應(yīng)用于這些電光開關(guān)的工作參數(shù) 確定初級輻射20的第一部分21與第二部分22之間的比率。將該初級 輻射的部分21和22在不同區(qū)域51和52耦合輸入光轉(zhuǎn)換元件5中并至 少部分地轉(zhuǎn)換成取決于各自的區(qū)域的組成的次級輻射。區(qū)域51和52 分別在特定初級輻射21和22發(fā)射光61和62，光61和62的光譜范圍 由各自的區(qū)域51或52中的光轉(zhuǎn)換材料的組成和吸收能力確定。出于 這些光轉(zhuǎn)換材料或多或少的強(qiáng)散射特征的原因，適當(dāng)光譜范圍61和62 的光61和62混合。在一種特殊實(shí)施例中，例如，該初級輻射的笫二 部分22應(yīng)以未轉(zhuǎn)換方式經(jīng)過該光轉(zhuǎn)換元件的區(qū)域52 (例如，區(qū)域52 并不包括磷光體材料)，在該實(shí)施例中，散射非吸收微?？蔀檫@種光 轉(zhuǎn)換元件的光散射做好準(zhǔn)備。在此情形中，笫二光譜范圍62往往會(huì)等 于該初級輻射(如藍(lán)色光)的光譜范圍。在紫外初級輻射的情形中， 例如，第二區(qū)域52往往并不允許初級光在未經(jīng)轉(zhuǎn)換的情況下通過，但 往往會(huì)通過適當(dāng)?shù)牟牧蠈⑦@種初級光轉(zhuǎn)換成可視光，如藍(lán)色光?？赏?0過初級輻射20的第一部分21和第二部分22之間變化的比率改變包括 光語范圍61和62的光的混合光和色彩點(diǎn)。例如，若區(qū)域51在黃色光 譜范圍內(nèi)發(fā)射且區(qū)域52在藍(lán)色光譜范圍內(nèi)發(fā)射，則對遠(yuǎn)的觀察人員而 言就產(chǎn)生白色混合光。若將該初級輻射的第一部分相對增加，則增加 這種白色光的黃色部分。相反，則可強(qiáng)化藍(lán)色部分。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域， 可利用其它的光轉(zhuǎn)換材料產(chǎn)生具有另 一種色彩點(diǎn)的混合光。例如，可通過將不同的電壓加到電光開關(guān)31獲得這些部分相對于 彼此之間的變化。因此，這種比率隨著所加的電壓余弦漂移。在要加 到電光開關(guān)31的工作電壓V和最大電壓Vmax時(shí)，在第一部分21(A1) 與第二部分22 (A2)之間獲得以下比率若將如最大電壓的50%的工作電壓加到這種開關(guān)，則獲得該初級 輻射的同樣大的第一部分Al和第二部分A2，第一部分Al和第二部分 A2在經(jīng)過該開關(guān)之后進(jìn)一步地以第一傳播方向和第二傳播方向傳播。在光信號傳輸領(lǐng)域中將電光開關(guān)稱為調(diào)制器，例如Mach-Zehnder 干涉型調(diào)制器。這些調(diào)制器小而健壯、工作快速且并無慣性。電光開 關(guān)使用電光效應(yīng)，以對光進(jìn)行調(diào)制。所使用的材料包括如鐵電晶體， 如鈮酸鋰。這些電光開關(guān)的切換時(shí)間通常在納秒范圍內(nèi)。與 Mach-Zehnder干涉型調(diào)制器相反，并不對根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置中的 光進(jìn)行調(diào)制，而是將光分裂成兩個(gè)分離部分。通過一種光學(xué)路徑將進(jìn) 入這種開關(guān)的光分裂，這種光學(xué)路徑隨后分裂成基本上平行的兩個(gè)波 導(dǎo)。將波導(dǎo)的光學(xué)特征和包圍這種波導(dǎo)的材料的光學(xué)特征選擇為使在 這兩個(gè)波導(dǎo)的每一個(gè)中引導(dǎo)的光波具有延伸到另一個(gè)波導(dǎo)中的橫向傳 播范圍。因此，可通過一種外部施加的電場將這種光波從一個(gè)波導(dǎo)漂 移至另一個(gè)平行的波導(dǎo)。在這些光波已經(jīng)過該電場的區(qū)域之后，可將 這些波導(dǎo)構(gòu)造成使這些光波的橫向傳播不再到達(dá)另一個(gè)波導(dǎo)(例如， 通過這些波導(dǎo)相互之間增加的距離或波導(dǎo)材料與周圍的材料之間的較 大折射指數(shù))。根據(jù)本發(fā)明，在這種發(fā)光器件中的電光開關(guān)的輸出端， 從這兩個(gè)波導(dǎo)出現(xiàn)的分裂的光在空間上分離的兩個(gè)位置離開這種開關(guān)。這兩個(gè)部分21和22在特定光學(xué)特征取決于這種電光開關(guān)的工作 參數(shù)。在該電光開關(guān)的替代實(shí)施例中，往往也可通過分枝成兩個(gè)以上 的平行波導(dǎo)來分裂成兩個(gè)以上的部分。該初級輻射的光學(xué)效果在施加 的電壓時(shí)隨著這種電光開關(guān)的長度而增加。就此方面而言，施加以獲 得該初級輻射的特定分裂的電壓隨著這種電光開關(guān)的長度變化。例如， 應(yīng)用可達(dá)30V的電壓運(yùn)行具有5mm長度的電光開關(guān)，以能夠從0%至 100%變化該初級輻射的第一部分或第二部分。相應(yīng)地來講，長度在3cm 的電光開關(guān)僅有必要采用可達(dá)5V的電壓。對于不同的實(shí)施例而言，電 光開關(guān)的長度可以變化。較短的開關(guān)原因非常緊湊的發(fā)光器件。若結(jié) 構(gòu)性深度受到較小的限制，則也可采用較長的開關(guān)。或者，也可釆用 超聲光開關(guān)。其它的替代解決方案，如磁光開關(guān)和基于液晶的開關(guān)的使用，允許 像前面用電光開關(guān)或超聲光開關(guān)那樣將該初級輻射適當(dāng)?shù)胤至?，不過， 這些方案與不同地極化的光和用于調(diào)節(jié)這些不同部分的極化儀一起起 作用。因此，這些方案就在發(fā)光器件的情形中在實(shí)質(zhì)上導(dǎo)致光的損失?？稍谝环矫嬉阅M模式通過開關(guān)控制單元4運(yùn)行該電光開關(guān)31， 其中，產(chǎn)生色彩點(diǎn)以通過憑借由該電光開關(guān)和這些電光開關(guān)31提供的 以所有傳播方向的初級輻射20的同時(shí)偏轉(zhuǎn)的光轉(zhuǎn)換元件5的同時(shí)發(fā)射 來具有適當(dāng)?shù)牟糠?1至22。此時(shí)，為了精確地改變已設(shè)置的具有穩(wěn)定 色彩點(diǎn)的光，有必要采用一種最初的校準(zhǔn)方法，在這種方法中，將色 彩點(diǎn)確定為隨著這種開關(guān)的控制參數(shù)變化。在此情形中，僅要求小的 努力來對這種開關(guān)進(jìn)行控制。另一方面，還可用數(shù)字模式運(yùn)行電光開關(guān)31，在此情形中，該初 級輻射以傳播方向21或傳播方向22離開這種開關(guān)。出于這種數(shù)字模 式的原因，光轉(zhuǎn)換元件5的僅一個(gè)區(qū)域在任何時(shí)間點(diǎn)發(fā)射。此時(shí)，與 模擬模式相反，不必進(jìn)行這種開關(guān)的偏轉(zhuǎn)行為的最初校準(zhǔn)?？捎秒姽忾_關(guān)(第二開關(guān))的另一種水平擴(kuò)展示于圖1中的裝置， 如圖2所示。此時(shí)，首先由第一開關(guān)31將該初級輻射20分裂成兩個(gè) 部分21和22?？稍诙鄠€(gè)角度從初級輻射20的最初傳播方向?qū)⑦@些部 分偏轉(zhuǎn)，如這些圖所示。在下面將第一電光開關(guān)31的這種效果稱為第 一分裂。在示于圖2的一種實(shí)施例中，這些部分21和22中的每一個(gè) 入射在另一個(gè)電光開關(guān)32上，該另一個(gè)電光開關(guān)32稱為第二電光開關(guān)。這兩個(gè)電光開關(guān)32中的每一個(gè)分別將這些部分21和22進(jìn)一步分 成另外的部分23、 24和25、 26，且每個(gè)部分具有不同的第一傳播方向 和第二傳播方向。這些第二開關(guān)的效果也稱為第二分裂。利用示于圖2 中的實(shí)施例，可通過第一開關(guān)和兩個(gè)其它的開關(guān)將該初級輻射分成四 個(gè)部分，這四個(gè)部分相互之間的比率可由這些電光開關(guān)調(diào)節(jié)，才艮據(jù)該 實(shí)施例，這些部分入射在光轉(zhuǎn)換元件5上，該光轉(zhuǎn)換元件5可包括具 有不同組成和/或厚度的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域。若這些區(qū)域51至54在組成 和吸收行為方面相同，則可將通過這些開關(guān)31和32將該初級輻射20 可變分裂成部分23至26用于一種亮度調(diào)制。若這些區(qū)域51至54的組 成和吸收行為不同，則這些區(qū)域51至54可發(fā)射如在光譜范圍藍(lán)色、 綠色、橙色和黃色內(nèi)的適當(dāng)量的光，這種光可產(chǎn)生具有足夠的混合之 后的可達(dá)100的高色彩重現(xiàn)指數(shù)的白色光。在實(shí)施例的另 一種示例中， 這些區(qū)域51至54可發(fā)射黃色和藍(lán)色光的序列，且可局部改變黃色和 藍(lán)色光的色彩點(diǎn)。在一種優(yōu)選器件(并未在這些示意圖中示出)中，通過一種波導(dǎo)引 導(dǎo)兩個(gè)電光開關(guān)之間的該初級輻射的部分以進(jìn)一步分裂，如圖2中的 開關(guān)31和32之間的部分21,并將這些部分耦合輸入到該第二電光開 關(guān)中和其它的這些電光開關(guān)中。這樣就可在電光開關(guān)的級聯(lián)的情況下 避免光的損失。而且，在經(jīng)過最后的開關(guān)之后，也可通過波導(dǎo)將該初 級輻射的這些部分引導(dǎo)到光轉(zhuǎn)換元件5的不同區(qū)域51至54。為了將這 些波導(dǎo)光學(xué)耦合到該固態(tài)光源、耦合到該電光開關(guān)和/或耦合到該光轉(zhuǎn) 換元件，或者為了將該固態(tài)光源直接光學(xué)耦合到一種電光開關(guān)，可使 用如具有適當(dāng)修改的折射指數(shù)的用硬材料或柔性材料制成的粘附層， 這些材料如可交聯(lián)雙組分硅橡膠或其它材料。本領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員會(huì)從本說明書所公開的實(shí)施例的示例明 白其它未明確說明的獲得其它光效果的實(shí)施例。同樣，可根據(jù)應(yīng)用領(lǐng) 域擴(kuò)展所使用的電光開關(guān)的數(shù)量，以使在其它實(shí)施例中也可通過設(shè)置 在該導(dǎo)光裝置中的第三或其它電光開關(guān)獲得第三或其它偏轉(zhuǎn)。也可獲 得這樣的實(shí)施例，例如，在這些實(shí)施例中，除了第一電光開關(guān)31之外， 僅可使用一個(gè)其它的第二電光開關(guān)32。這也同樣適用于其它開關(guān)水平。 在其它的實(shí)施例中，多個(gè)固態(tài)光源同樣也可用于產(chǎn)生初級輻射或多個(gè) 不同的初級輻射。示于圖3中的實(shí)施例的示例不同于示于圖l的實(shí)施例的示例之處在 于示于圖3中的實(shí)施例的示例包括用于該固態(tài)光源的另外的控制單元 7,該另外的控制單元7與固態(tài)光源1連接。提供用于該固態(tài)光源的控 制單元7用于以帶有可調(diào)脈沖持續(xù)時(shí)間的脈沖模式運(yùn)行固態(tài)光源1。在 實(shí)施例的該示例中受到脈動(dòng)的初級輻射20如前面所描述的那樣由導(dǎo)光 裝置2分裂。若所發(fā)射的光6的色彩點(diǎn)由導(dǎo)光裝置2、開關(guān)控制單元4 和光轉(zhuǎn)換元件5調(diào)節(jié)，則在未改變的色彩點(diǎn)的情況下，可經(jīng)由這種脈 沖持續(xù)時(shí)間調(diào)節(jié)這種發(fā)光器件的亮度。觀察人員在足夠高的脈沖頻率 僅感覺到連續(xù)發(fā)光的裝置。若增加這種脈沖持續(xù)時(shí)間，則在每個(gè)時(shí)間 單位發(fā)射更多的光量子，且這種發(fā)光器件的亮度增加，而與這種光的 色彩點(diǎn)無關(guān)。對于亮度水平的設(shè)置來講，并無必要對這種脈沖持續(xù)時(shí) 間進(jìn)行特別復(fù)雜的控制，這就降低了用于控制這種脈沖持續(xù)時(shí)間的電 路的結(jié)構(gòu)性支出?？赏ㄟ^一種光混合光學(xué)系統(tǒng)8獲得具有均勻色彩印象的更緊湊實(shí) 施例，以將由光轉(zhuǎn)換元件5發(fā)射的光61和62混合，見圖4，在以光6 的傳播方向觀察時(shí)，光混合光學(xué)系統(tǒng)8設(shè)置在光轉(zhuǎn)換元件之后。可根 據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒐饣旌瞎鈱W(xué)系統(tǒng)8設(shè)計(jì)得非常不同。例如，可將擴(kuò)散板 用作光混合光學(xué)系統(tǒng)8以將這種光和合成的完全混合的光漫散射，或 者可使用微透鏡的布置來獲得增強(qiáng)的光分布。其它的光混合光學(xué)系統(tǒng) 也適用于替代實(shí)施例。通過附圖和描述所說明的這些實(shí)施例僅表示根據(jù)本發(fā)明的用于發(fā) 射具有所期望的色彩點(diǎn)的光的發(fā)光器件，且不應(yīng)解釋為對這些示例的 專利權(quán)利要求書進(jìn)行限制。對于本領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員而言，替代 實(shí)施例也是可行的，這些實(shí)施例同樣也在專利權(quán)利要求書的保護(hù)范圍 之內(nèi)。從屬權(quán)利要求的編號不應(yīng)意指這些權(quán)利要求的組合并不表示本 發(fā)明的有利實(shí)施方式。而且，在說明書和權(quán)利要求書中，標(biāo)記"一個(gè)，， 或"一種"并不排除多個(gè)裝置、單元或元件。
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)射具有所期望的色彩點(diǎn)的光的發(fā)光器件，所述發(fā)光器件包括至少一個(gè)固態(tài)光源(1)、至少一個(gè)光轉(zhuǎn)換元件(5)、導(dǎo)光裝置(2)和開關(guān)控制單元(4)，其中提供所述固態(tài)光源(1)用于發(fā)射初級輻射(20)，設(shè)置在所述固態(tài)光源(1)與所述光轉(zhuǎn)換元件(5)之間的所述導(dǎo)光裝置(2)設(shè)有至少一個(gè)電光開關(guān)(31)，所述至少一個(gè)電光開關(guān)(31)用于將所述初級輻射(20)可控分裂成第一部分(21)和第二部分(22)，提供所述開關(guān)控制單元(4)用于控制所述一個(gè)或多個(gè)電光開關(guān)(31)，以可變地調(diào)節(jié)所述初級輻射(20)的所述第一部分(21)與第二部分(22)之間的比率，以及提供所述光轉(zhuǎn)換元件(5)用于部分或全部吸收所述初級輻射(20)的至少第一部分(21)，并用于次級輻射的重新發(fā)射。
2. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)光器件，其特征在于所述固態(tài)光源(l) 是激光二極管。
3. 如權(quán)利要求2所述的發(fā)光器件，其特征在于所述激光二極管 (1)通過波導(dǎo)與所述電光開關(guān)(31)連接，以將所述初級輻射(20)有效地耦合輸入到所述電光開關(guān)(31)中。
4. 如前面的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，其特征在于 所述光轉(zhuǎn)換元件(5)包括至少笫一區(qū)域(51)和第二區(qū)域(52),所 述第一區(qū)域(51)用于將所述初級輻射的所述第一部分耦合輸入，并 用于產(chǎn)生在第一光語范圍(61)內(nèi)的光，所述第二區(qū)域(52)用于將 所述初級輻射的所述第二部分耦合輸入，并用于產(chǎn)生在第二光譜范圍(62)內(nèi)的光。
5. 如前面的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，其特征在于 所述導(dǎo)光裝置(2)包括第一電光開關(guān)(31)和一個(gè)或兩個(gè)第二電光開 關(guān)(32),所述第一電光開關(guān)(31)用于所述初級輻射(20)的第一 可控分裂(21、 22)，所述一個(gè)或兩個(gè)第二電光開關(guān)(32)用于所述 初級輻射(21、 22)的第二可控分裂(23、 24、 25、 26)，且所述初 級輻射(21、 22)已經(jīng)過了所述第一電光開關(guān)(31)。
6. 如權(quán)利要求5所述的發(fā)光器件，其特征在于所述導(dǎo)光裝置(2) 包括至少用于已經(jīng)過所述第二開關(guān)(31 )中的一個(gè)的所述初級輻射(23、(24、 25、 26)的另一種可控分裂的其它電光開關(guān)。
7. 如權(quán)利要求5或6中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，其特征在于 通過波導(dǎo)引導(dǎo)在兩個(gè)電光開關(guān)之間的所述初級輻射(21、 22、 23、 24、25、 26)的部分以進(jìn)一步分裂，且將所述部分耦合輸入到所述第二或 其它電光開關(guān)(32、 33)中。
8. 如權(quán)利要求5至7中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，其特征在于 所述光轉(zhuǎn)換元件(5)包括用于耦合輸入所述初級輻射的其它部分的一 個(gè)或多個(gè)其它區(qū)域，所述初級輻射的其它所述部分已由至少另一個(gè)電 光開關(guān)產(chǎn)生。
9. 如前面的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，其特征在于 所述開關(guān)控制單元(4)以模擬方式操作所述電光開關(guān)(31、 32)，以 將所述初級輻射(20)同時(shí)偏轉(zhuǎn)到所述第一傳播方向(21)和第二傳 播方向(22)，或者以數(shù)字方式操作所述電光開關(guān)(31、 32)，以按 照所述第一傳播方向(21)和第二傳播方向(22)交替偏轉(zhuǎn)所述初級 輻射(20)。
10. 如前面的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，其特征在于 還包括用于所述固態(tài)光源的控制單元(7)，以產(chǎn)生具有可調(diào)脈沖持續(xù) 時(shí)間的脈動(dòng)初級輻射(20)。
11. 如前面的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，其特征在于 還包括光混合光學(xué)系統(tǒng)(8)，以將由所述光轉(zhuǎn)換元件(5)發(fā)射的光 混合，其中在以光(6)的傳播方向觀察時(shí)，所述光混合光學(xué)系統(tǒng)(8) 設(shè)置在所述光轉(zhuǎn)換元件(5)之后。
12. —種運(yùn)行如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件的方法，所述方法包 括以下步驟通過固態(tài)光源(1)進(jìn)行初級輻射(20)的發(fā)射，通過至少一個(gè)電光開關(guān)(31)將所述初級輻射(20)分裂成至少 第一部分(21)和第二部分(22)，進(jìn)行所述初級輻射(21)的至少第一部分的部分吸收或全部吸收 以及通過所述光轉(zhuǎn)換元件(5)進(jìn)行次級輻射的重新發(fā)射，通過開關(guān)控制單元(4)對所述初級輻射(20)的所述第一部分(21 ) 與第二部分(22)之間的比率進(jìn)行可變調(diào)節(jié)，其中所述開關(guān)控制單元 (4)用于控制所述電光開關(guān)(31)，以發(fā)射具有所期望的色彩點(diǎn)的光。
全文摘要
一種用于發(fā)射具有所期望的色彩點(diǎn)的光的發(fā)光器件，這種發(fā)光器件包括至少一個(gè)固態(tài)光源(1)、至少一個(gè)光轉(zhuǎn)換元件(5)、導(dǎo)光裝置(2)和開關(guān)控制單元(4)，其中，提供這種固態(tài)光源(1)用于發(fā)射初級輻射(20)，設(shè)置在這種固態(tài)光源(1)與這種光轉(zhuǎn)換元件(5)之間的這種導(dǎo)光裝置(2)具有至少一個(gè)電光開關(guān)(31)，該至少一個(gè)電光開關(guān)(31)用于將這種初級輻射(20)可控分裂成第一部分(21)和第二部分(22)，提供這種開關(guān)控制單元(4)用于控制一個(gè)或多個(gè)電光開關(guān)(31)，以可變地調(diào)節(jié)這種初級輻射(20)的第一部分(21)與第二部分(22)之間的比率，以及提供這種光轉(zhuǎn)換元件(5)用于部分或全部吸收這種初級輻射(20)的至少第一部分(21)，并用于次級輻射的重新發(fā)射。
文檔編號G02F1/1335GK101331430SQ200680047042
公開日2008年12月24日 申請日期2006年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
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