具有熒光材料裝置和激光器的照明設(shè)備的制作方法
【專利摘要】依據(jù)本發(fā)明，將具有與所應(yīng)用的熒光材料相對應(yīng)的光色的、借助于熒光材料轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的寬帶的有色光同時與具有相同光色的窄帶的激光射束疊加。由此，為相應(yīng)的光色實(shí)現(xiàn)尤其需要用于投影應(yīng)用的高的光通量以及高的光密度。例如，在光學(xué)積分器(10)中同時將由紅色熒光材料(31)通過用藍(lán)紫色激光器(5)照射產(chǎn)生的寬帶的紅色光與窄帶的紅色的激光射束(r)疊加。
【專利說明】具有熒光材料裝置和激光器的照明設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有熒光材料裝置和激光器的照明設(shè)備，所述熒光材料裝置由至 少一個激光器的激光射束照射。此外，本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行該照明設(shè)備的方法。
[0002] 本發(fā)明尤其能夠用于投影裝置，例如用于膠片和視頻投影，應(yīng)用在工業(yè)和醫(yī)學(xué)圖 像識別中、應(yīng)用在工程和醫(yī)學(xué)內(nèi)窺鏡中、用于娛樂工業(yè)中的光效、用于醫(yī)學(xué)照射以及應(yīng)用在 汽車領(lǐng)域中、尤其是用于機(jī)動車的前照燈。

【背景技術(shù)】
[0003]具有高的光通量和高的亮度的光源用在不同的領(lǐng)域中，例如同樣如同在投影設(shè) 備中那樣用在內(nèi)窺鏡檢查法中，其中為此當(dāng)前最廣泛地推廣氣體放電燈。在照明應(yīng)用 中，例如在投影和內(nèi)窺鏡檢查法中，基于原則上已知的LARP( "Laser Activated Remote Phosphor"，激光激發(fā)遠(yuǎn)程熒光粉）技術(shù)，熒光材料由遠(yuǎn)離其設(shè)置的激光器激發(fā)。在此，射 到熒光材料上的激光射束由熒光材料借助于波長轉(zhuǎn)換而至少部分地轉(zhuǎn)換為經(jīng)波長轉(zhuǎn)換的 有效光。術(shù)語激光射束在下文中包括不見可見的、例如紫外（UV)或者紅外（IR)激光射束 也包括可見的例如藍(lán)紫色、藍(lán)色、紅色等的激光射束。適當(dāng)?shù)臒晒獠牧匣蛘呖梢姷募す馍涫?將不可見的或可見的激光射束轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的可見的電磁輻射、即光。在下文中，術(shù)語"顏色" 表示熒光材料，其中在此"顏色"代表具體的顏色、例如對于原色紅、綠、藍(lán)、黃等，后者是由 兩個或更多種原色構(gòu)成的混合色，在用適當(dāng)?shù)募す馍涫ぐl(fā)時將其轉(zhuǎn)換成具有相關(guān)"顏色" 的光的熒光材料在此表黑絲光色并且不表示體色。因此，紅色熒光材料將適當(dāng)?shù)募す馍涫?例如藍(lán)色激光而激光的發(fā)射波長為大約460nm的藍(lán)色激光射束轉(zhuǎn)換成具有光色"紅色"的 光（紅光），綠色熒光材料將激光射束扎u就能換成具有光色"綠色"的光（綠光）等。本 發(fā)明不限制于疊加的光的可見的區(qū)域，盡管這對于處于當(dāng)前視角的實(shí)際相關(guān)應(yīng)用而言是優(yōu) 選的。
[0004] 尤其對于視頻投影而言，用于投影儀色彩通道紅色、綠色和藍(lán)色（肯能夠給還有 其他的色彩通道、例如黃色）的相應(yīng)的熒光材料通常被施加到旋轉(zhuǎn)的輪上，以便將激光功 率時間平均地分布到較大的面積上進(jìn)而降低熒光材料退化。此外，也已知靜態(tài)的熒光材料 裝置，其中將熒光材料施加在冷卻體上。在任何情況下，由熒光材料進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的光借助 光學(xué)設(shè)備、例如反射器、會聚透鏡或者TIR透鏡（TIR:Total Internal Reflection，全內(nèi)反 射；例如，錐形玻璃棒）聚集并且繼續(xù)用于相關(guān)的應(yīng)用。
[0005]缺點(diǎn)在于，紅色熒光材料在其由更高的面功率密度的激光射束輻照時（例如 10-50W/mm2)與黃色和綠色熒光材料相比具有更低的轉(zhuǎn)換效率。由此，尤其對于紅光而言能 夠借助LARP技術(shù)實(shí)現(xiàn)的光通量和亮度受到限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是：提供具有對于至少一個光色改進(jìn)的光通量和高的光密度的基于 LARP技術(shù)的照明設(shè)備。
[0007] 該目的通過一種照明設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，其至少具有：具有至少一個熒光材料區(qū)域的熒 光材料裝置；至少一個第一激光器，其用于用第一激光射束相應(yīng)地輻照熒光材料區(qū)域的至 少一部分，其中至少一個熒光材料區(qū)域具有至少一種熒光材料，所述熒光材料能夠通過第 一激光射束照射并且第一激光射束至少部分地以波長轉(zhuǎn)換成具有第一光色的有色光的方 式而再次放射；至少一個第二激光器，所述第二激光器設(shè)計(jì)用于放射具有第二光色的第二 激光射束，其中第二激光射束的第二光色與經(jīng)波長轉(zhuǎn)換的有色光的第一光色顏色相同，并 且其中照明設(shè)備設(shè)計(jì)用于同時放射第二激光射束和由至少一個熒光材料放射的經(jīng)波長轉(zhuǎn) 換的相同顏色的有色光。
[0008] 在從屬權(quán)利要求中提出尤其有利的設(shè)計(jì)方案。
[0009] 此外，所述目的在其用于運(yùn)行根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備方面通過具有權(quán)利要求13的特 征的方法來實(shí)現(xiàn)。
[0010] 至少一個激光器尤其能夠包括至少一個半導(dǎo)體激光器、尤其是二極管激光器或激 光二極管。激光二極管也能夠簡單地成組共同地運(yùn)行，例如作為堆疊（"激光器堆"）或者 矩陣。
[0011] 熒光材料區(qū)域尤其能夠具有帶有一種或多種熒光材料的熒光材料層。熒光材料區(qū) 域的熒光材料層關(guān)于其厚度和/或至少一種熒光材料的濃度方面有針對性地能夠設(shè)定成， 使得因此也能夠有針對性地設(shè)定波長轉(zhuǎn)換的份額。特別地，通過足夠高的熒光材料濃度和 /或足夠大的厚度將射入的第一激光射束基本上完全地進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換。這尤其能夠?qū)?yīng)于 至少大約95%、尤其至少大約98%、尤其至少大約99%的轉(zhuǎn)換度。
[0012] 波長轉(zhuǎn)換例如能夠基于發(fā)光、尤其是光致發(fā)光或者輻射發(fā)光、尤其是發(fā)磷光和和/ 或發(fā)熒光來執(zhí)行。
[0013] 但是熒光材料區(qū)域也（僅）能夠用作為用于射入的第二激光射束的擴(kuò)散器。由熒 光材料區(qū)域漫散射的和沒有進(jìn)行熒光材料轉(zhuǎn)換的第二激光射束的光譜因此保持未改變。
[0014] 除至少一個第一激光射束之外，也能夠應(yīng)用具有不同的激光光譜的一個或多個另 外的激光射束以激發(fā)至少一個熒光材料區(qū)域，即用于熒光材料轉(zhuǎn)換成具有一種光色的有色 光。例如能夠有利的是，用具有第一激光光譜的激光射束（例如藍(lán)色激光射束）照射第一 熒光材料（例如紅色熒光材料）并且用具有第二激光光譜的激光射束（例如藍(lán)紫色的或紫 外的激光射束）照射第二熒光材料（例如藍(lán)色熒光材料）。同樣地，且對于用未轉(zhuǎn)換的激光 射束疊加而言能夠是有利的，而除第二激光射束設(shè)為具有彼此不同的激光光譜但是分別具 有與由熒光材料轉(zhuǎn)換的有色光相同的光色的一個或多個另外的激光射束之外。
[0015] 術(shù)語"相同的光色"或"相同顏色的光"等就本發(fā)明而言能夠理解為：第二激光射 束的主波長與同時疊加的經(jīng)波長轉(zhuǎn)換的光（借助于第一激光射束的熒光材料轉(zhuǎn)換）的主波 長在絕對值方面以下述次序遞增優(yōu)選地不相差超過20 %、15 %、10 %、5 %。光色的光的主波 長（有色光）在CIE比色表（標(biāo)準(zhǔn)比色表）中通過從白點(diǎn)移動經(jīng)由有色光的所確定的色坐 標(biāo)的直線與CIE色坐標(biāo)的最近的邊緣的光譜族的焦點(diǎn)來限定。
[0016] 本發(fā)明的基本構(gòu)想在于：也在發(fā)光密度高的情況下通過下述方式提高基于LARP 的照明設(shè)備的有用光的有色光份額的光通量：即將具有與所應(yīng)用的熒光材料相對應(yīng)的光色 的借助于熒光材料轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的寬帶的有色光同時與具有相同光色的窄帶的激光射束疊加。 僅通過同時將轉(zhuǎn)換的有色光與相同光色的激光射束同時疊加為相應(yīng)的光色實(shí)現(xiàn)尤其需要 用于投影應(yīng)用的高的光通量以及高的光密度。簡單的說，因此例如由紅色熒光材料產(chǎn)生的 寬帶的紅光與窄帶的紅色激光射束同時疊加，由此產(chǎn)生具有根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)特性的疊加 的紅色光（R)。也能夠有利的是，由紅色熒光材料產(chǎn)生的寬帶的紅光與具有兩個或更多個不 同的激光發(fā)射彼此的窄帶、例如具有638nm和670nm激光發(fā)射波長的紅色激光射束同時疊 力口。該設(shè)計(jì)原理上也適合于其他的光色，例如綠色（G)、黃色（Y)或藍(lán)色（B)。當(dāng)然，這對于 其他的光色而言，借助如今可用的熒光材料和激光二極管波長（還）不那么如對于紅光那 樣是有效可行的。
[0017]通過適當(dāng)?shù)鼗旌细鶕?jù)本發(fā)明疊加的有色光與一個或多個另外的有色光份額，能夠 調(diào)節(jié)具有適合于相應(yīng)的照明設(shè)備應(yīng)用的總色坐標(biāo)的混合光。在需要時，另外的光份額就其 而言同樣能夠通過將熒光材料轉(zhuǎn)換的一個光色的寬帶的光與具有相同顏色的激光射束疊 加來產(chǎn)生。
[0018] 尤其對于投影應(yīng)用而言，對于成像單元的各個色彩通道而言需要相應(yīng)的有色光份 額，例如在色彩空間（色域）中展開的基本顏色紅色、黃色、綠色、藍(lán)色，其主波長位于特定 的波長范圍之內(nèi)。
[0019] 對于視頻投影器的紅色通道而言，例如需要主波長處于大約600至620nm范圍中 的紅光。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)：有利適合于此的是-由借助激光射束激發(fā)的紅色熒光材料產(chǎn)生 的-寬度的紅光和-例如具有大約638nm的發(fā)射波長的紅色的激光二極管的-窄帶的紅色 的激光射束的同時疊加。僅借助于LARP技術(shù)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換光與相同顏色的激光射束的同時 疊加實(shí)現(xiàn)：除高的光通量之外也實(shí)現(xiàn)合成的有色光的高的發(fā)光密度。發(fā)光二級管（LED)由 于其大的集光率通常不適合于所追求的高的發(fā)光密度。在下面的表格中總結(jié)一些主要的知 識，其中相應(yīng)的紅色熒光材料RL借助藍(lán)色的激光二極管和10W/mm 2的面功率密度來照射。 紅色的激光二極管LD具有大約638nm的發(fā)射波長。

【權(quán)利要求】
1. 一種照明設(shè)備（1)，至少具有 -帶有至少一個熒光材料區(qū)域（31-33)的熒光材料裝置（2)， -至少一個第一激光器（5)，用于用第一激光射束相應(yīng)地照射所述熒光材料區(qū)域 (31-33)的至少一部分， -其中至少一個所述熒光材料區(qū)域（31-33)具有至少一種熒光材料，所述熒光材料能 夠由所述第一激光射束照射并且這個第一激光射束至少部分地以波長轉(zhuǎn)換成具有第一光 色的有色光的方式再次射出， -至少一個第二激光器￠)，所述第二激光器設(shè)計(jì)用于射出具有第二光色的第二激光 射束， _其中所述第二激光射束的所述第二光色與經(jīng)波長轉(zhuǎn)換的有色光的所述第一光色顏色 相同，并且 -其中所述照明設(shè)備設(shè)計(jì)用于同時射出所述第二激光射束和由至少一個所述熒光材料 射出的、經(jīng)波長轉(zhuǎn)換的相同顏色的有色光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其具有光學(xué)裝置（8,10)，用于使所述第二激光射 束與由至少一個所述熒光材料射出的、經(jīng)波長轉(zhuǎn)換的相同顏色的有色光疊加。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明設(shè)備，其中所述光學(xué)裝置包括光學(xué)積分器（10)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明設(shè)備，其中所述光學(xué)積分器是TIR棒。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的照明設(shè)備，其中第一激光射束和第二激光射束 的光譜不同。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的照明設(shè)備，其中至少一個所述第二激光器（6) 的所述激光射束包括紅色激光射束。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的照明設(shè)備，其中至少一個所述第一激光器（5) 的所述激光射束包括藍(lán)色激光射束和/或藍(lán)紫色和/或紫外激光射束。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的照明設(shè)備，其中所述熒光材料裝置設(shè)計(jì)為能轉(zhuǎn) 動的熒光材料輪（2)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的照明設(shè)備，其中所述照明設(shè)備（1 ;11)具有光 學(xué)地連接在所述熒光材料輪（2)下游的反射器（8)，并且通過所述激光射束產(chǎn)生的所述熒 光材料區(qū)域（31-33)的光發(fā)射面（L)位于至少一個所述反射器（8)的焦點(diǎn)（F)中或焦點(diǎn)處。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3和9所述的照明設(shè)備，其中所述反射器（8)構(gòu)造為橢圓形的并且所 述光學(xué)積分器（10)位于至少一個橢圓形的所述反射器（8)的第二焦點(diǎn)（F)中或第二焦點(diǎn) 處。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的照明設(shè)備，其中所述熒光材料裝置設(shè)計(jì)為具 有安置在上游的TIR光學(xué)件（24)的、布置在載體（20)上的熒光材料層（21)。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的照明設(shè)備，其中由至少一個所述第二激光器 發(fā)射的所述第二激光射束包括兩個或多個激光發(fā)射波長。
13. -種用于運(yùn)行根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的照明設(shè)備的方法，其中與利用 至少一個第一激光器（5,105,205)的激光射束照射至少一個熒光材料至少暫時同時地射 出至少一個所述第二激光器（6,106, 206)的激光射束。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述方法，其中至少一個所述第一激光器（5,105,205)和至少一 個所述第二激光器（6,106, 206)同時以連續(xù)波運(yùn)行狀態(tài)來運(yùn)行。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述方法，其中至少一個所述第二激光器出，106,206)的所述激 光射束以對熒光材料轉(zhuǎn)換的周期往復(fù)的相進(jìn)行時間疊加的方式進(jìn)行時鐘控制。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13至15中的任一項(xiàng)所述方法，其中由至少一個所述熒光材料射出 的、波長轉(zhuǎn)換的有色光和相同顏色的所述第二激光射束同時地饋入到所述光學(xué)積分器（10， 110)中。
【文檔編號】G03B21/20GK104412159SQ201380035912
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月6日
【發(fā)明者】彼得·赫曼 申請人:歐司朗有限公司