專(zhuān)利名稱(chēng)：熒光劑裝置和包括該熒光劑裝置的照明設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熒光劑裝置。此外，本發(fā)明涉及包括該熒光劑裝置的照明設(shè)備。
背景技術(shù)：
熒光劑裝置用在照明設(shè)備中，其中熒光劑遠(yuǎn)離激勵(lì)光源，即熒光劑和激勵(lì)光源之間不存在直接接觸。因此，所述熒光劑裝置也被稱(chēng)作遠(yuǎn)程熒光劑裝置。遠(yuǎn)程熒光劑裝置能夠用在各種各樣的照明應(yīng)用中，例如用在RGB (紅綠藍(lán))投射設(shè)備中，產(chǎn)生用于彩色影像投射的紅光(R)、綠光(G)和藍(lán)光(B)。其他可能的照明應(yīng)用包括醫(yī)學(xué)、建筑或娛樂(lè)上的照明。在現(xiàn)有技術(shù)中，例如為熒光劑色輪的遠(yuǎn)程熒光劑裝置，熒光劑涂覆在載體板上。熒
光劑由撞擊在所述熒光劑上的激勵(lì)光-如可見(jiàn)的藍(lán)色激光(450nm)-所激勵(lì)。激勵(lì)激
光被熒光劑改變波長(zhǎng)，以產(chǎn)生波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光(例如，峰值為屬于綠光的大約520nm的廣泛的光譜分布)。由于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的物理性質(zhì)，一部分激勵(lì)光能量轉(zhuǎn)換為熱量(Stokes損耗)。激勵(lì)光和波長(zhǎng)被轉(zhuǎn)換的光之間的頻率差越大，Stokes損耗越高，并且因此對(duì)熒光劑造成的熱影響越大。其他的效應(yīng)，例如光吸收，也額外地加熱熒光劑。熒光劑色輪的轉(zhuǎn)動(dòng)有助于移除在熒光劑中產(chǎn)生的熱。·來(lái)自熒光劑的波長(zhǎng)被轉(zhuǎn)換的光由設(shè)置在熒光劑色輪前面的透射構(gòu)件會(huì)集，透射構(gòu)件例如為光學(xué)元件，如由玻璃制成的透鏡。由于熒光劑色輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，必須保持熒光劑色輪與透射構(gòu)件之間的特定距離。然而，所述間隙引起光學(xué)損耗。首先，存在反射損耗(Fresnel損耗)，這是因?yàn)榭諝?間隙)和玻璃(透射構(gòu)件)的不同的折射率造成的，與間隙的尺寸無(wú)關(guān)。反射損耗隨著入射角的增大而增加。其次，在透射構(gòu)件的接收角之外的波長(zhǎng)被轉(zhuǎn)換的光的光線(xiàn)、即未觸及透射構(gòu)件的入射面的光線(xiàn)，被損耗掉。接收損耗隨著熒光劑表面與透射構(gòu)件的入射面之間的間隙的增大而增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有改進(jìn)的光學(xué)效率的熒光劑裝置。本發(fā)明的另一方面是移除在熒光劑裝置中產(chǎn)生的熱量。所述目的借助于熒光劑裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述熒光劑裝置包括具有上表面和下表面的載體構(gòu)件；具有側(cè)表面部和底部的反射構(gòu)件，所述反射構(gòu)件設(shè)置在載體構(gòu)件的上表面處；嵌在反射構(gòu)件中的熒光劑層；具有第一端面和第二端面的透射構(gòu)件，所述透射構(gòu)件設(shè)置在熒光劑層上，使得透射構(gòu)件的第一端面完全覆蓋熒光劑層的頂部。從屬權(quán)利要求記載了優(yōu)選的實(shí)施方式的附加特征。此外，請(qǐng)求保護(hù)包括根據(jù)本發(fā)明的熒光劑裝置的照明設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明，熒光劑層嵌在反射構(gòu)件中，所述熒光劑層可包括至少一種熒光劑或熒光劑混合物，其呈粉末、糊狀物、漿狀物或液體的形式。所述熒光劑或熒光劑混合物可借助于例如漿化、電流沉積法、旋轉(zhuǎn)涂布等合適的技術(shù)而嵌入。熒光劑層的合適厚度取決于成份及其吸收性能，并且典型地在50μπι至Imm之間的范圍中。熒光劑設(shè)計(jì)成將藍(lán)光或紫外光(即450nm、405nm或更短的波長(zhǎng))轉(zhuǎn)換成比激勵(lì)光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的可見(jiàn)光或近紅外光。根據(jù)期望的應(yīng)用，熒光劑層可具有合適的形狀，例如用于影像投射的矩形形狀或用于內(nèi)窺鏡的圓形形狀。此外，透射構(gòu)件完全地覆蓋熒光劑層的頂部并且基本上接觸熒光劑層，所述透射構(gòu)件可為由例如石英玻璃、光學(xué)玻璃(例如BK7)或丙烯酸玻璃等玻璃或者纖維束制成的光學(xué)元件。由于反射構(gòu)件、熒光劑層和透射構(gòu)件的這種布置，尤其由于透射構(gòu)件完全地覆蓋熒光劑層，所以被熒光劑層轉(zhuǎn)換的光的光線(xiàn)有效地耦合到透射構(gòu)件中。為了進(jìn)一步降低激勵(lì)光以及波長(zhǎng)被轉(zhuǎn)換的光的反射損耗，透射構(gòu)件可與熒光劑層的頂部基本直接接觸，從而盡可能地降低熒光劑層的頂部與透射構(gòu)件之間的間隙。為了更進(jìn)一步地降低光學(xué)損耗，所述基本直接接觸可由透射構(gòu)件的第一端面與熒光劑層的頂部之間的浸潰層來(lái)提供。所述浸潰層可由液體的或固體的浸潰材料構(gòu)成。浸潰材料的折射率優(yōu)選地小于透射構(gòu)件的折射率。 改進(jìn)熒光劑裝置的光學(xué)效率的另一個(gè)重要方面是將熒光劑層嵌入到反射構(gòu)件中。反射構(gòu)件的底部以及側(cè)表面部將波長(zhǎng)被轉(zhuǎn)換的光線(xiàn)反射回去，從而提高熒光劑裝置的光學(xué)效率。因此，優(yōu)選地，至少反射構(gòu)件的底部具有反射表面。反射表面可磨光或涂覆有高反射的層。反射表面的反射率優(yōu)選地大于75%，更好地大于80%甚至大于90%。尤其優(yōu)選地,反射構(gòu)件的側(cè)表面部也具有反射表面。與帶有涂覆熒光劑層的平板的熒光劑裝置相比，這顯著改進(jìn)了光學(xué)效率。在理想狀態(tài)下，能夠?qū)⑼耆剞D(zhuǎn)換激勵(lì)光所需要的熒光劑厚度降低到在沒(méi)有反射表面的情況下所需要的厚度的一半。所述降低又改進(jìn)了熒光劑的冷卻，因?yàn)闊晒鈩拥臒嶙桦S著層厚度的降低而減小。為了進(jìn)一步地改進(jìn)從熒光劑層移除熱量，所述熒光劑層與載體構(gòu)件熱傳導(dǎo)地接觸。優(yōu)選地，載體構(gòu)件由具有合適的冷卻性能的材料制成，例如，諸如銅、鋁等金屬，從而促進(jìn)了由激勵(lì)光在撞擊熒光劑層時(shí)所產(chǎn)生的熱量的消散。為了所述目的，反射構(gòu)件可凹進(jìn)載體構(gòu)件的頂表面中。凹部的深度可以或者等于熒光劑層的厚度，即當(dāng)嵌入到凹部中時(shí)，熒光劑層的頂部與凹部的邊緣齊平?；蛘甙疾康纳疃瘸^(guò)熒光劑層的厚度，即熒光劑層在凹部的邊緣之下終止。在后一種情況中，透射構(gòu)件延伸進(jìn)入到凹部中，即進(jìn)入到反射構(gòu)件中，以便直接接觸已嵌入的熒光劑層的頂部。在替選的實(shí)施方式中，反射構(gòu)件至少部分地從載體構(gòu)件的頂表面突出。這意味著，反射構(gòu)件的側(cè)表面部由從載體構(gòu)件的頂表面突出的圍繞部的內(nèi)表面形成。在各種情況下，反射構(gòu)件可為載體構(gòu)件的集成部件或與載體構(gòu)件連接的獨(dú)立部件。例如，以下可能是有利的首先用熒光劑層涂覆金屬支承件的反射性的正面，并且隨后將已涂覆的桿安裝到載體構(gòu)件的合適的凹部中。透射構(gòu)件的與熒光劑層的頂部接觸的第一端面的面積至少與熒光劑層的頂部的面積相同，因此覆蓋熒光劑表面層的整個(gè)區(qū)域。除透射構(gòu)件延伸進(jìn)入到反射構(gòu)件中的情況之外，透射構(gòu)件甚至可超出熒光劑層的頂部。在各種情況下，透射構(gòu)件完全覆蓋熒光劑層的頂部是有利的，這是因?yàn)闊晒鈩┍话踩厝菁{在裝置中，即使所述熒光劑是漿狀物或液體也如此。此外，如果所述熒光劑以適當(dāng)?shù)姆绞矫芊?，其將免于受腐蝕性環(huán)境或濕度的侵害。此外，根據(jù)本發(fā)明，熒光劑裝置可包括冷卻構(gòu)件。所述冷卻構(gòu)件可為由具有適當(dāng)?shù)睦鋮s性能的材料——例如，諸如銅、鋁、鋁合金等金屬——所制成的實(shí)心塊。此外，所述冷卻構(gòu)件可包括帶有冷卻片的散熱器。此外，冷卻構(gòu)件可包括汽化腔，其通過(guò)蒸發(fā)來(lái)促進(jìn)冷卻。在替選的實(shí)施方式中，冷卻構(gòu)件可包括有源冷卻裝置，尤其為強(qiáng)制空氣冷卻裝置、液體冷卻裝置或熱電冷卻裝置，例如珀?duì)柼鋮s裝置。冷卻構(gòu)件也以還起到載體構(gòu)件的作用。換言之，在這種情況下，冷卻構(gòu)件和載體構(gòu)件可為一體化結(jié)構(gòu)的元件。替選地，冷卻裝置和載體構(gòu)件可為獨(dú)立結(jié)構(gòu)的元件。


現(xiàn)在，將參照附圖以示例方式來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，其中圖Ia為根據(jù)本發(fā)明的熒光劑裝置的實(shí)施方式的側(cè)視剖面圖；圖Ib為圖Ia中示出的實(shí)施方式的貫穿線(xiàn)AA的剖面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的熒光劑裝置的另一個(gè)實(shí)施方式的側(cè)視剖面圖；
圖3為根據(jù)本發(fā)明的熒光劑裝置的另一個(gè)實(shí)施方式的側(cè)視剖面圖；圖4為包括根據(jù)本發(fā)明的熒光劑裝置的照明設(shè)備的示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的熒光劑裝置的另一個(gè)實(shí)施方式的側(cè)視剖面圖。
具體實(shí)施例方式在示出本發(fā)明的不同實(shí)施方式的附圖中，相同的參考數(shù)字用于相同的或相似的特征。如同在圖Ia和Ib中示意性示出的，熒光劑裝置21的第一實(shí)施方式構(gòu)造成具有由鋁制成的載體構(gòu)件I、在載體構(gòu)件I中凹進(jìn)的反射構(gòu)件2、嵌在反射構(gòu)件2中的熒光劑層3、以及透射構(gòu)件4，所述透射構(gòu)件4由優(yōu)選為石英玻璃或BK7(折射率分別為I. 46和I. 52)的光學(xué)玻璃制成，設(shè)置在熒光劑層3的頂部上。由于鋁良好的冷卻性能，載體構(gòu)件I也用作冷卻構(gòu)件。凹進(jìn)的反射構(gòu)件2成形到載體構(gòu)件I的上表面中。凹部具有大約為I. 6X1. 2mm2的矩形的底部5。如果使用浸潰層，兩個(gè)長(zhǎng)度都減小(通過(guò)浸潰層的折射率來(lái)劃分)。側(cè)表面部6的深度取決于嵌入到反射構(gòu)件中的熒光劑以及浸潰層的吸收率和散射性能。熒光劑層和浸潰層的厚度的典型值分別為大約O. 5_和O. Imm0在形成凹部之后，對(duì)底部5以及側(cè)表面部6進(jìn)行磨光以增強(qiáng)凹進(jìn)的反射構(gòu)件2的反射率。熒光劑層3由用以產(chǎn)生期望色彩(優(yōu)選地紅色、綠色或藍(lán)色)的光的單組份熒光劑制成。替選地，可使用多組分熒光劑，例如三種不同類(lèi)型的熒光劑組分的混合物，使得當(dāng)由合適的激勵(lì)光源所激勵(lì)時(shí)發(fā)出白光。所述至少一種熒光劑組分或熒光劑混合物被填充到所述凹部中以形成熒光劑層3，直到熒光劑層3的頂部7與載體構(gòu)件I的頂表面齊平。透射構(gòu)件4的第一端面8與熒光劑層3的頂部是同等的，并且與后者緊密接觸。由于該設(shè)置，光學(xué)損耗較小。借助于浸潰劑，例如設(shè)置在熒光劑層3的頂部和透射構(gòu)件4的第一端面8之間的硅(silicon)，可進(jìn)一步地降低所述光學(xué)損耗。硅具有大約為I. 42的折射率，這低于透射構(gòu)件的折射率。雖然折射率剛好匹配可最優(yōu)地降低Fresnel損耗，但是較小的數(shù)值是優(yōu)選的，這是因?yàn)楣饩€(xiàn)被朝向光軸折射，因此增強(qiáng)了透射構(gòu)件的透射率。透射構(gòu)件是漸縮形的，第二端面9大于第一端面8。整個(gè)裝置設(shè)計(jì)為用于照亮O. 55”數(shù)字微鏡裝置(DMD，也稱(chēng)為數(shù)字光處理單元-DLP -由Texas Instruments提供)的投射目的。因此，離開(kāi)透射構(gòu)件的波長(zhǎng)被轉(zhuǎn)換的光應(yīng)具有低于12°的角分布。這通過(guò)圓錐形的透射構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)。那么，根據(jù)光束擴(kuò)展值(Etendue)保持定理來(lái)確定透射構(gòu)件的另一個(gè)端面的尺寸，得到11. 2X8. 4mm2。在圖2中示出熒光劑裝置的替選的實(shí)施方式。該實(shí)施方式與圖la、lb中示出的第一實(shí)施方式的不同僅在于，反射構(gòu)件2沒(méi)有凹進(jìn)到載體構(gòu)件I的頂表面中，而是從所述頂表面突出。因此，反射構(gòu)件2的側(cè)表面部由從載體構(gòu)件的頂表面突出的圍繞部10的內(nèi)表面形成。圍繞部10齊平地填充有熒光劑混合物，從而形成熒光劑層3。漸縮形透射構(gòu)件4的第一端面7與磷光層3的頂部直接接觸。在該實(shí)施方式中，漸縮形透射構(gòu)件4的第一端面7的區(qū)域略微超過(guò)熒光劑層3的頂部的區(qū)域。然而，漸縮形透射構(gòu)件4的第一端面7的區(qū)域也可以剛好覆蓋熒光劑層3的頂部，與圖la、lb中示出的實(shí)施方式相似。此外，透射構(gòu)件4的邊緣形成為貝塞爾曲線(xiàn)而不是直線(xiàn)，從而改善對(duì)波長(zhǎng)被轉(zhuǎn)換的光的接收角。替選地，透射構(gòu)件4可分段為近似于貝塞爾曲線(xiàn)的邊緣。圖3中示出的替選的實(shí)施方式與圖la、lb中示出的第一實(shí)施方式的不同主要在于，用于反射構(gòu)件2的凹部顯著地深于熒光劑層3的厚度。此外，冷卻片12形成在載體構(gòu)件I的下表面上，以改善散熱。透射構(gòu)件11伸入到凹部中以確保透射構(gòu)件11的第一端面7與熒光劑層3的頂部接觸。為了簡(jiǎn)明的目的，透射構(gòu)件11不是漸縮形的。然而，如果適·合，也可以通過(guò)使凹部的位于熒光劑層3之上的上部分漸縮而使用漸縮形透射構(gòu)件11。替選地，透射構(gòu)件在凹部?jī)?nèi)的部分可以是直的，而僅位于凹部外的部分是漸縮形的。圖4示出包括如同圖la、lb中示出的熒光劑裝置21的照明設(shè)備20的示意圖。所述照明設(shè)備20可用于投射應(yīng)用。照明設(shè)備20還包括至少一個(gè)激光二極管22、該激光二極管22發(fā)出波長(zhǎng)大約為450nm的激勵(lì)光23 ；以及分光鏡24，分光鏡24設(shè)置在激光二極管22與熒光劑裝置21之間的光軸上。激勵(lì)光23穿過(guò)分光鏡24，通過(guò)透射構(gòu)件4的第二端面9進(jìn)入熒光劑裝置21，并且由嵌在載體構(gòu)件I中的熒光劑層3 (沒(méi)有示出)接收。熒光劑層由將激勵(lì)激光(450nm)轉(zhuǎn)換成期望的波長(zhǎng)被轉(zhuǎn)換的光的熒光劑構(gòu)成。用于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的典型的熒光劑是分別對(duì)應(yīng)于綠色和紅色的摻雜鈰的釔鋁石榴石和摻雜銪的釔鋁石榴石。通過(guò)熒光劑層產(chǎn)生的波長(zhǎng)被轉(zhuǎn)換的光25由透射構(gòu)件4會(huì)集并且透射到分光鏡24。分光鏡24傾斜以將波長(zhǎng)被轉(zhuǎn)換的光反射偏離由二極管激光器22的光束所限定的光軸。在圖5中示出熒光劑裝置的替選的實(shí)施方式。所述實(shí)施方式與圖la、lb中示出的第一實(shí)施方式的不同在于，熒光劑層3具有圓形形狀，因此，透射構(gòu)件30成形為圓形透鏡。此外，凹部的深度的尺寸確定成不僅覆蓋熒光劑層3，而且覆蓋熒光劑層3頂部上的浸潰層31。透鏡30具有平面32，所述平面32與載體構(gòu)件I的平坦的上表面接觸。出于實(shí)用性的目的，透鏡30的平面32的區(qū)域延伸超出熒光劑層3的區(qū)域，從而覆蓋整個(gè)熒光劑表面層。浸潰層31填充熒光劑層3的頂部與透鏡3的平面32的相應(yīng)區(qū)域之間的間隙。透鏡30的另一個(gè)面33是外凸的。按照所發(fā)生的情況，在以上實(shí)施方式中公開(kāi)的多種特征的任何其他的組合都可能是合適的。
權(quán)利要求
1.熒光劑裝置(21)包括 具有上表面和下表面的載體構(gòu)件(I)； 具有側(cè)表面部和底部的反射構(gòu)件(2 )，所述反射構(gòu)件(2 )設(shè)置在所述載體構(gòu)件(I)的所述上表面處； 嵌在所述反射構(gòu)件(2)中的熒光劑層(3)； 具有第一端面和第二端面的透射構(gòu)件(4)，所述透射構(gòu)件(4)設(shè)置在所述熒光劑層(3)上，使得所述透射構(gòu)件(4)的所述第一端面(8)完全地覆蓋所述熒光劑層(3)的頂部(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熒光劑裝置，其中，所述透射構(gòu)件(4)的所述第一端面(8)與所述熒光劑層(7 )的所述頂部(7 )基本直接接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熒光劑裝置，其中，所述基本直接接觸由位于所述透射構(gòu)件的所述第一端面與所述熒光劑單元的所述頂部之間的浸潰層來(lái)提供。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的熒光劑裝置，其中，所述反射構(gòu)件在所述載體構(gòu)件的所述頂表面中凹進(jìn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3中的任一項(xiàng)所述的熒光劑裝置，其中，所述反射構(gòu)件至少部分地從所述載體構(gòu)件的所述頂表面突出。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的熒光劑裝置，其中，所述透射構(gòu)件的所述第一端面的區(qū)域超出所述熒光劑層的所述頂部的區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至5中的任一項(xiàng)所述的熒光劑裝置，其中，所述透射構(gòu)件(11)延伸進(jìn)入到所述反射構(gòu)件(2)中。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的熒光劑裝置，其中，所述反射構(gòu)件(2)的至少所述底部(5 )具有反射表面。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的熒光劑裝置，其中，所述熒光劑層(3)包含至少一種熒光劑或熒光劑混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熒光劑裝置，其中，所述至少一種熒光劑或熒光劑混合物是粉末、糊狀物、漿狀物或液體。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的熒光劑裝置，其中，所述載體構(gòu)件(I)包括冷卻構(gòu)件(12)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的熒光劑裝置，其中，所述冷卻構(gòu)件包括汽化腔。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的熒光劑裝置，其中，所述冷卻構(gòu)件包括有源冷卻裝置，特別是強(qiáng)制空氣冷卻裝置、液體冷卻裝置或熱電冷卻裝置。
14.照明設(shè)備(20)，包括 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的熒光劑裝置(21); 發(fā)出激勵(lì)光(23)的激勵(lì)光源(22)； 由此，所述熒光劑層接收通過(guò)所述透射裝置(4)的所述第二端面(9)而進(jìn)入所述熒光劑裝置(21)的所述激勵(lì)光(23)以產(chǎn)生波長(zhǎng)被轉(zhuǎn)換的光(25)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的照明設(shè)備，其中，所述激勵(lì)光源包括激光光源。
全文摘要
熒光劑裝置(21)包括載體構(gòu)件(1)、設(shè)置在所述載體構(gòu)件(1)的上表面處的反射構(gòu)件(2)、嵌在所述反射構(gòu)件(2)中的熒光劑層(3)以及設(shè)置在所述熒光劑層(3)上的透射構(gòu)件(4)。進(jìn)入透射構(gòu)件(4)并且撞擊熒光劑層(3)的激勵(lì)光借助于反射構(gòu)件(2)被有效地轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)、反射并且通過(guò)透射構(gòu)件(4)而射出。
文檔編號(hào)G03B21/20GK102946787SQ201080067638
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者馬蒂亞斯·布呂默, 馬蒂亞斯·莫克爾 申請(qǐng)人:歐司朗股份有限公司