專利名稱：用于泵浦光轉(zhuǎn)換的發(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)光器件，包含一種泵浦光(pump light)發(fā)光物質(zhì)，該泵浦光發(fā)光物質(zhì)設(shè)置用于轉(zhuǎn)換所述泵浦光。
背景技術(shù)：
高亮度光源應(yīng)用范圍極廣，例如，應(yīng)用于內(nèi)窺鏡或投影設(shè)備，而目前氣體放電燈的應(yīng)用最為廣泛。本領(lǐng)域最近的發(fā)展涉及諸如激光之類的高功率密度光源與發(fā)光元件的結(jié)合，該發(fā)光元件轉(zhuǎn)換泵浦光且可設(shè)置為與泵浦光源之間有一定距離。利用該發(fā)光元件，可將諸如紫外光或藍(lán)泵浦光的泵浦光轉(zhuǎn)換成更長波長的轉(zhuǎn)換光，在此期間經(jīng)常由于比如斯托克斯位移而產(chǎn)生以熱量形式排放的功率損耗。為此，發(fā)光元件常以反射形 式工作，即泵浦光從某一方向射入而轉(zhuǎn)換光則從相反方向射出，因此可在發(fā)光兀件的背面安裝散熱器。本發(fā)明的一個技術(shù)目標(biāo)便是提供一種較之現(xiàn)有技術(shù)更為優(yōu)越的發(fā)光器件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，通過一種散射體可實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。該散射體具有用來輸入泵浦光的入射面、設(shè)置在散射體的體積中的散射中心以及用來輸出轉(zhuǎn)換光的出射面，其中，所述散射體配置為通過散射中心散射泵浦光，該泵浦光輸入后便在散射體中以主傳播方向傳播，該主傳播方向與出射面成至多30°、25。、20°、15°、10°或5°的角，優(yōu)選程度以該順序遞增，(更優(yōu)選地與之平行)，以使得轉(zhuǎn)換光以主出射方向穿過出射面，該主出射方向與出射面成至少60°、65°、70°、75。、80°或85°的角，優(yōu)選程度以該順序遞增，(更優(yōu)選地與之垂直)。因此，在優(yōu)選實(shí)施例中，泵浦光的主傳播方向與出射面相平行，而轉(zhuǎn)換光的主出射方向與出射面相垂直，即主傳播方向和主出射方向也相互垂直；因此，散射體便會產(chǎn)生光偏差。轉(zhuǎn)換光的出射表面不一定以平面形式形成，而是例如以彎曲形式延伸或包含諸如微結(jié)構(gòu)的子結(jié)構(gòu)，該微結(jié)構(gòu)具有比如菲涅爾透鏡形式的表面區(qū)域?？商鎿Q的和/或附加地，該表面可例如包含光柵結(jié)構(gòu)和/或其他發(fā)光兀件，例如微透鏡或光子光柵結(jié)構(gòu)(photonicgrating structures)。如此,主出射方向與出射面之間的角度關(guān)系就不能在單獨(dú)地針對例如傾斜或者傾角的表面區(qū)域進(jìn)行考慮，而是針對對整個表面的線性近似關(guān)系。在上下文中，出射面為一種理想化的平面，線性近似為實(shí)際表面；出射面在包括主傳播和主出射方向的剖面中與線性近似實(shí)際(例如微觀結(jié)構(gòu))表面的直線相一致。如果設(shè)置用于射出泵浦光的表面形成為平面形式的并且不包含子結(jié)構(gòu)，那么其與出射面相一致。總體上講，根據(jù)本發(fā)明，散射體可由兩種不同的(但并不相互排斥)方式構(gòu)成一方面，散射中心可配置一種所謂的惰性(inert)散射物質(zhì),超出(beyond)泵浦光的偏轉(zhuǎn)(散射)，互不影響，即更為具體地，其不會改變泵浦光的波長。在這種情況下將在散射中心的下游提供波長轉(zhuǎn)換發(fā)光物質(zhì)，例如，作為散射體的表層，以便在散射后才轉(zhuǎn)換。然而這種情況下的發(fā)光物質(zhì)將被認(rèn)為是散射體的一部分，即發(fā)光層的背對散射中心的一側(cè)形成散射體的出射面。另一方面，還可提供發(fā)光粒子作為散射中心，以便散射同時進(jìn)行泵浦光轉(zhuǎn)換，這種情況下，散射中心的下游不再需要提供單獨(dú)的發(fā)光層。在本公開的上下文中，“散射”一般是指泵浦光與粒子(散射中心)之間的光學(xué)作用，并改變光線的原始方向使其以不同方向傳播。從這個意義上講，散射過程還包括發(fā)光粒子對泵浦光的吸收以及隨后泵浦光的隨意分散以及因此轉(zhuǎn)換光的各向同性出射。出射面因而相應(yīng)地例如是該體積的定向表面，發(fā)光粒子埋置在該體積中作為散射中心。上述兩種情況均可獲得現(xiàn)有技術(shù)所沒有的優(yōu)點(diǎn)，即除散射中心外，理想情況下再無需為發(fā)光物質(zhì)的“背面”提供例如鏡頭或反射器等發(fā)光元件，如此，即使發(fā)光物質(zhì)是以傳 播方式工作，但仍可實(shí)現(xiàn)相關(guān)于主出射方向的緊湊結(jié)構(gòu)。相應(yīng)地，例如，包括發(fā)光器件的照明裝置的結(jié)構(gòu)亦可更加緊湊，或?qū)⒃居米鞅闷止鈱?dǎo)向的發(fā)光物質(zhì)背面的空間以另外的方式加以利用，比如冷卻。實(shí)現(xiàn)這種類型的緊湊結(jié)構(gòu)還需要一種散射體，其主出射方向的角度小于主傳播方向的角度，更為具體地，更優(yōu)選地最多75%、50%、40%、30%、25%、20%、15%或10%，優(yōu)選程度以該順序遞增。利用相應(yīng)“平面”結(jié)構(gòu)的散射體可優(yōu)化主出射方向的空間要求。發(fā)光物質(zhì)以傳播方式工作是具有優(yōu)勢的，這是因?yàn)榕c發(fā)光物質(zhì)以反射方式工作相t匕，泵浦光與轉(zhuǎn)換光的光路并不重合，即泵浦光是從發(fā)光物質(zhì)的“背面”輸入，而轉(zhuǎn)換光是從“正面”輸出。其優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)光元件可以設(shè)置在轉(zhuǎn)換光的光路中，并不影響泵浦光；更為具體地，因而例如若應(yīng)用中僅需要轉(zhuǎn)換光時，便可從轉(zhuǎn)換光中過濾出未轉(zhuǎn)換的泵浦光成分。反之，若發(fā)光元件以反射方式工作，泵浦光的光路與轉(zhuǎn)換光的光路至少在發(fā)光元件的附近重合，泵浦光將被相應(yīng)的濾光器減弱或阻擋。那么首先需要將光路分開，而這必然需要一定的花費(fèi)以及更多的空間要求?？傮w上講，泵浦光的主傳播方向和轉(zhuǎn)換光的主出射方向均是分別獲得作為根據(jù)功率加權(quán)(weighted according to power)的傳播方向的質(zhì)心(分別為泵浦光和轉(zhuǎn)換光),并且主出射方向也因而構(gòu)成主傳播方向，但不是轉(zhuǎn)換光的主傳播方向(另有說明除外，術(shù)語“主傳播方向”涉及泵浦光)。例如，在表面形成為平坦形式并且出射朗伯轉(zhuǎn)換光的情況下，出射面將與之重合，且主出射方向?qū)⑴c該表面法線或出射面的方向相一致。優(yōu)選地，主出射方向垂直于出射面，盡管其可能與之形成上述規(guī)定范圍內(nèi)的不同角度(考慮的是主出射方向與表面之間的最小角度，而非表面法線與主出射方向之間的角度)。出射方向不垂直于出射面可能是由于例如上述用于出射轉(zhuǎn)換光的表面含有的子結(jié)構(gòu)，盡管出射光局部垂直于該表面，兩者之間不同于90°的角度一方面可能是由于主出射方向平均化，另一方面也可能是由于出射面的線性近似。相應(yīng)子結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)大小例如可介于幾百納米至幾毫米之間；微米范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)比較常見。本公開的上下文中，術(shù)語“泵浦光”首先是指可由例如激光器放射的電磁輻射，其波長并不限于可見光譜區(qū)，即例如其可位于紫外線或紅外線范圍內(nèi)。另一方面，“泵浦光”還意在涵蓋微粒輻射，即例如電子或離子輻射；但激光輻射最為優(yōu)選。其他優(yōu)選配置在隨附權(quán)利要求書中有所規(guī)定并將在下文中進(jìn)行闡述；單個特征可有不同組合方式，對本發(fā)明尤為重要，且通常還隱含涉及發(fā)光器件和帶發(fā)光器件的照明裝置，不局限于器件的范疇而是也涉及生產(chǎn)或使用。第一優(yōu)選實(shí)施例涉及開頭已提及的發(fā)光粒子，作為散射中心分散在散射體內(nèi)。對比惰性散射物質(zhì)的范疇中描述的發(fā)光層，例如大小為幾百納米至幾微米之間的發(fā)光粒子嵌在散射體內(nèi)，形成一種基體(matrix)以保持發(fā)光粒子在其位置并且尤其使其彼此之間保持距離。相鄰發(fā)光粒子的平均距離例如可以是至少5μ ，至少10μπ 、20μπ 、30μπ 、40μπ 、50 μ m、60 μ m、70 μ m、80 μ m、90 μ m或100 μ m,優(yōu)選程度以該順序遞增，因此遠(yuǎn)大于作為發(fā)光層的發(fā)光元件內(nèi)相互緊鄰的發(fā)光粒子的平均間距。這些說明并不一定是適應(yīng)于整個散射體，而是就例如就密度梯度(下文將詳述)而言，該密度梯度僅僅在一個部分中得到滿足；優(yōu)選地，這些說明僅符合散射體的一個部分，該部分在從主傳播方向上的尺寸為散射體長的至少25%、50%或75%。盡管發(fā)光粒子仍在此處被稱為發(fā)光元件的發(fā)光層內(nèi)散射泵浦光，在本公開的上下文中，僅有按剛才描述的方式彼此分離的發(fā)光粒子被稱作散射中心，反之應(yīng)被稱作發(fā)光兀件。散射中心與發(fā)光元件粒子的區(qū)別在于其排列，即更為具體地，由于其沿主傳播方向的分布，它們實(shí)際上也將光(泵浦光和轉(zhuǎn)換光)側(cè)向散射進(jìn)表面區(qū)域，即進(jìn)入出射面。就·發(fā)光元件而言，一方面，在主出射方向延伸的任何側(cè)面小得可以忽略不計，這是因?yàn)榘l(fā)光元件在主出射方向上的范圍-垂直于主出射方向的最小和最大范圍平均值至多為25%、20%、15%、10%或5%，優(yōu)選程度以該順序遞增。優(yōu)選地結(jié)合惰性散射物質(zhì)提供相應(yīng)的發(fā)光元件，該發(fā)光元件鄰近包含散射中心的體積，并在下文中為簡便而被稱為“基體”。在例如包括玻璃的基體中，例如大小介于幾十或幾百納米直至幾微米之間的氧化鈦和/或氧化鋁可作為散射中心，這種情況下，平均粒子間距與例如發(fā)光粒子的上述間距相一致。此外，例如透明物質(zhì)構(gòu)成的內(nèi)容物亦可設(shè)置作為惰性散射物質(zhì)，該內(nèi)容物比如氣泡內(nèi)容物具有不同于基體的折射率。盡管緊鄰基體的發(fā)光元件更為優(yōu)選，但亦不能排除包含中間層例如沉浸物質(zhì)(immersion material)的實(shí)施例。在本實(shí)施例中，從基體出射的光的波長與輸入時的波長相一致，即散射只改變了隨后將在發(fā)光元件中轉(zhuǎn)換的泵浦光的方向而已。換言之，本實(shí)施例涉及一種散射體，包含一種基體，該基體具有輸入泵浦光的輸入面，設(shè)置在散射體的體積中的作為散射中心的惰性散射物質(zhì)以及發(fā)光元件，該發(fā)光元件的背離基體的面構(gòu)成了轉(zhuǎn)換光輸出的出射面；這種情況下，基體配置為散射泵浦光，該泵浦光輸入后便通過惰性散射物質(zhì)以與出射面成至多30°角的主傳播方向在散射體中傳播，散射泵浦光照射至發(fā)光元件-特別是照射在發(fā)光元件的與出射面相反的面上-與基體相鄰特別是與基體直接相鄰。以傳播方式工作的發(fā)光元件繼而以特別是與出射面成至少60°角的主出射方向在出射面上出射轉(zhuǎn)換光；此外，主權(quán)利要求闡述的上下文中規(guī)定的角度亦為優(yōu)選角度。參考本公開中的光傳播(泵浦光或轉(zhuǎn)換光)，并不一定要發(fā)生光傳播以實(shí)現(xiàn)主題，而是僅僅需要相應(yīng)配置器件。另一優(yōu)選實(shí)施例中，散射中心即惰性散射物質(zhì)和/或發(fā)光粒子不均勻地分布在散射體內(nèi)，特別是具有沿所述泵浦光主傳播方向漸增的密度。這并不一定適用于主傳播方向上散射體的整個長度，盡管這優(yōu)選地符合散射體的一部分，該部分的大小為沿主傳播方向的散射體長度的至少25%、50%或75%。鑒于散射體的密度沿泵浦光主傳播方向漸增，應(yīng)相應(yīng)地擴(kuò)大散射來實(shí)現(xiàn)如下目的盡管泵浦光會由于已發(fā)生的散射而減少但散射泵浦光的數(shù)量仍可基本保持不變。這既便于均勻照亮發(fā)光元件，又便于從包括發(fā)光粒子的基體中均勻發(fā)射轉(zhuǎn)換光。在優(yōu)選配置中，出射面上配有不傳播泵浦光的濾光器。該濾光器并不一定完全不能傳播泵浦光，例如可能僅僅影響特定的波長范圍或僅僅過濾特定波長光線量的一部分。這樣的濾光器位于發(fā)光物質(zhì)下游，優(yōu)選作為鄰近出射面的發(fā)光層，更優(yōu)選為直接鄰近出射面。另一實(shí)施例涉及一種散射體，包含反射面，該反射面反射在輸入后的泵浦光在主傳播方向上，以便傾斜于主傳播方向的泵浦光輸入也以主傳播方向傳播。泵浦光例如可被全反射在散射體相應(yīng)定向的外表面上，該散射體具有相對于周圍介質(zhì)的增加的折射率；或被反射在諸如金屬薄膜的鏡面上，該鏡面使得泵浦光源更為自由地排列。即便如此，鑒于反射面已整合到散射體內(nèi)，仍可實(shí)現(xiàn)緊湊結(jié)構(gòu)。另一優(yōu)選實(shí)施例中，可至少部分反射泵浦光的反射面設(shè)置在散射體的與出射面相反的一側(cè)上。而這例如同樣可以形成外部施加的金屬薄膜，并且除泵浦光外，還可優(yōu)選地反 射轉(zhuǎn)換光?？傮w上講，各向同性散射會導(dǎo)致光偏轉(zhuǎn)至出射面以及該出射面的相反面，并且因此僅利用了大約一半的泵浦光/轉(zhuǎn)換光。通過與出射面相反面上的反射面，定義了一種優(yōu)選方向并且將與主出射方向相反的最初散射泵浦光保持在基體內(nèi)并將之反射至出射面，而這可以大大提高效率?？傮w上講，至少要將所引入的泵浦光散射20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%或90%，優(yōu)選程度以該順序遞增；更優(yōu)選地散射所有泵浦光。另一優(yōu)選實(shí)施例中，入射面配有一種濾光器(filter)，優(yōu)選為濾光層，例如帶通濾光器，基本上只傳播激發(fā)發(fā)光物質(zhì)所需的波長范圍。從這個意義上講，用來傳播泵浦光的發(fā)光元件也應(yīng)整合至發(fā)光器件中，便于進(jìn)一步減少發(fā)光器件的外部空間要求。迄今描述的散射體基本限于貫穿該散射體的剖面，該剖面帶有包含主傳播方向和反射方向的剖面。在最簡單的情況下，與之垂直即在空間方向上的發(fā)光器件為平移對稱結(jié)構(gòu)。優(yōu)選配置中，散射體為旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)并配置為圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。這種情況下，將在下文和例示性實(shí)施例的上下文中詳細(xì)闡述的兩種不同散射體幾何結(jié)構(gòu)從理論上講即為可能，即環(huán)形散射體和管狀散射體。在上述兩種情況下，本申請中旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)的軸與散射體的旋轉(zhuǎn)軸線相一致；環(huán)形體因而配置為一種旋轉(zhuǎn)輪而管狀體配置為一種旋轉(zhuǎn)輥。這種情況下，環(huán)形散射體圍繞著平行于旋轉(zhuǎn)軸線的出射方向旋轉(zhuǎn)，而管狀散射體則圍繞著垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的出射方向旋轉(zhuǎn)，這種情況下的平行或垂直方向分別為特別優(yōu)選方案，主權(quán)利要求的上下文中規(guī)定的角度更為優(yōu)選。換言之，“平坦”環(huán)是主傳播方向(基本)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的結(jié)果，“細(xì)長”管狀則是主傳播方向(基本)平行于旋轉(zhuǎn)軸線的結(jié)果。在本申請中，泵浦光優(yōu)選地在相對于旋轉(zhuǎn)軸線而言固定的位置引入，即該輸入點(diǎn)相對于旋轉(zhuǎn)入射面而言位置固定。由于旋轉(zhuǎn)，繼而漸漸激活了發(fā)光物質(zhì)的不同區(qū)域，而這例如直接有利于隨后減少的發(fā)光物質(zhì)平均每區(qū)域功率損失。另一方面，環(huán)或管還可劃分為多個，這些部段在發(fā)光物質(zhì)方面不同，即可給這些部段分配不同的顏色。在投影應(yīng)用中，適應(yīng)旋轉(zhuǎn)頻率的微鏡陣列(DMD陣列)例如可反射或不反射特定顏色的光線為每個像素的圖片，以便通過顏色混合獲取時間平均的圖像。
從這個意義上講，上述為環(huán)和管設(shè)置的旋轉(zhuǎn)對稱并不一定滿足整個結(jié)構(gòu)，多個部段可例如因發(fā)光物質(zhì)或其他特征不同而不同；例如，可另外提供過濾泵浦光的層到出射面上作為綠色或紅色通道，而不存在作為藍(lán)色或白色通道的層。在此，以傳播方式工作的發(fā)光元件會變得相當(dāng)有益，這得歸功于例如通過出射面上的濾光層對轉(zhuǎn)換光的后處理也可以通過部段或通道，然而例如就以反射方式工作的發(fā)光環(huán)而言，就必須提供例如用于藍(lán)光的第二光路或與環(huán)同步的濾光輪。優(yōu)選地，至少應(yīng)限制或更為優(yōu)選地阻止泵浦光從一個環(huán)部段傳播至相鄰環(huán)部段。通過切口例如微切口(microcut)將部段例如彼此間隔，其中，切口還可充滿惰性散射物質(zhì)，例如氧化鈦或氧化鋁。部段之間的相應(yīng)間 隔可減少或阻止以旋轉(zhuǎn)方向即周向傳播的泵浦光，以便在任一情況下，僅僅只有被泵浦光照亮的部段被激活，以幫助減少“臟”效應(yīng)，即生成不必要的光。另一優(yōu)選實(shí)施例中，額外提供了例如橢圓形(或半橢圓形)的反射器，并且出射面還優(yōu)選地位于該反射器的焦點(diǎn)；該反射器也可例如是拋物線形式即拋物面反射器。由于本發(fā)明的散射概念，上述旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)也可實(shí)現(xiàn)空間優(yōu)點(diǎn)，反之，通過反射器和透鏡照亮背面的發(fā)光元件則只能比較困難地放置在橢圓體內(nèi)。盡管采用的泵浦光源并不意在限制本發(fā)明，且例如發(fā)光二極管(LED)也可擬想為泵浦光源，但激光生成泵浦光更為優(yōu)選，且本發(fā)明也旨在涵蓋這樣的照明裝置。這種情況下，泵浦光源也可由多種激發(fā)源組成，該激發(fā)源由相同和/或不同的用來發(fā)射泵浦光的發(fā)射波長構(gòu)成。例如，高功率密度的泵浦光源可由例如多種激光生成。本發(fā)明同樣也涉及上述照明裝置或發(fā)光器件在投影設(shè)備、特效照明裝置和/或汽車前照燈中的應(yīng)用。


參考例示性實(shí)施例，下文將詳述本發(fā)明。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明包含惰性散射物質(zhì)和發(fā)光元件的散射體。圖2以平面圖示出了一種環(huán)形散射體(按參考圖I闡述的剖面構(gòu)成)。圖3示出了背面帶入射面的散射體，該入射面用于輸入泵浦光。圖4示出了按圖3所示相似方式構(gòu)造的散射體，但其泵浦光是側(cè)面輸入的。圖5示出了不含發(fā)光元件的散射體，發(fā)光粒子被嵌入到其中作為散射中心。圖6示出了一種裝置，包含兩個參考圖2所述的環(huán)狀散射體，圍繞共同旋轉(zhuǎn)軸線位于反射器中。圖7同樣示出了位于反射器中的散射體，該散射體形成為管狀。
具體實(shí)施例方式圖I示出了根據(jù)本發(fā)明散射體I的剖面；該剖面包含表面方向和出射方向，且位于繪圖平面。散射體I包含配有散射中心3的基體2和與散射中心3相鄰的發(fā)光元件4。通過入射面6可將激光束5輸入至散射體1，即最初進(jìn)入基體2。輸入后，激光束5在在此作為金屬層使用的寬帶鏡7上反射，再以主傳播方向傳播，本圖中水平上講是從右至左。在理想化的圖中實(shí)施例中，若無散射中心，激光束5將不能離開基體2而是通過全反射在平行于主傳播方向的表面上保持在基體2內(nèi)。這是由于設(shè)置了用于基體2的傳播激光的玻璃，但泵浦光在嵌入到玻璃中的直徑范圍為幾百納米的氧化鈦(titanium oxide)粒子3上散射。然后,散射光便具有垂直于主傳播方向的方向分量(通常仍為主傳播方向的方向分量)，沒有方向?yàn)閮?yōu)選方向，因?yàn)樵诖怪庇谥鱾鞑シ较虻姆较蚍至康娜∠蚍矫娴氖墙y(tǒng)計平均值，即在此二維圖像中，相同量的光線“向上”和“向下”散射。為此,在基體2的與發(fā)光元件(luminescent element)4相反的表面上放置了反射泵浦光的層8，該層仍為寬帶反射金屬鏡。因此，泵浦光或依靠多個散射中心3直接散射至發(fā)光元件4的方向，或先散射再反射至發(fā)光元件4的方向；由于散射(即結(jié)合反射)，所有情況下的泵浦光繼而照射到以傳播方式(in transmission)工作的發(fā)光元件4上。發(fā)光物質(zhì)例如AxByCzAl5O12 (A、B、C由Y、Al、Lu、Ga等組成)形式的石榴石發(fā)光物質(zhì)，例如Ce-摻雜YAG、正硅酸鹽發(fā)光物質(zhì)或純氮化物(nitride)發(fā)光元件，吸收泵浦光并以更低能量和相應(yīng)更長波長重發(fā)射轉(zhuǎn)換光9。發(fā)光元件4上的與基體2的一側(cè)的相反的某面 上的表面設(shè)置有足夠小的表面元件(surface element)，該表面元件符合出射面10，并發(fā)射轉(zhuǎn)換光至半球(經(jīng)過剖面鄰近出射面)，以便使得作為質(zhì)心(根據(jù)功率加權(quán)的傳播方向)獲取的主出射方向符合表面法線。發(fā)光元件4發(fā)射進(jìn)基體2的光被(為簡化起見忽略散射)寬帶反射金屬鏡8反射回發(fā)光元件4的方向并(為簡化起見忽略散射)發(fā)射出出射面10?；谔囟☉?yīng)用，如果只需提供轉(zhuǎn)換光9，可在發(fā)光元件4上施加過濾泵浦光的層11，分色鏡(dichroic milTor)有利地將泵浦光反射回發(fā)光元件4并因而更能提高泵浦光的利用率。散射體在圖I的左邊通過另一寬帶反射層即又一金屬鏡關(guān)閉并且該散射體與載體12鄰近，下文將參考圖2詳細(xì)闡述載體12。特別地，圖2示出了目前以剖面形式描述的散射體I的平面圖，并繼而示出了與圖I中圖的平面垂直的方向上散射體范圍。散射體I為環(huán)狀并配置為圍繞與圖的平面垂直的軸線21旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸線21貫穿載體12，載體12例如是插入在環(huán)形散射體I內(nèi)并可通過連接部與之相連。環(huán)狀散射體I繼而圍繞軸線21旋轉(zhuǎn)，激光束5的輸入便發(fā)生在相對于軸線21而言的固定位置上。相應(yīng)地，泵浦光照亮的發(fā)光元件區(qū)域漸漸改變，這就實(shí)現(xiàn)了隨附權(quán)利要求書上下文中闡述的優(yōu)點(diǎn)，并且例如結(jié)合DMD陣列(不同顏色)，還可將之應(yīng)用到投影設(shè)備的照明中。散射體I還可配置為與輻射方向的關(guān)系相對緊湊，即例如在該方向上的范圍可小于I毫米。另一方面，散射體I在輻射方向上的范圍亦可為厘米甚至分米。圖I和2是示出了鄰近載體12的環(huán)狀散射體I。此外，多個相應(yīng)的環(huán)狀散射體I還可彼此級聯(lián)(in cascade),即在福射方向上彼此交錯(interleaved)(未示出)。圖2示出的實(shí)施例中，散射體I被劃分為多個部段22，例如就剛提及的投影應(yīng)用而言，部段22可包括不同顏色的發(fā)光元件4。為大體上限制發(fā)光物質(zhì)分別激發(fā)引入泵浦光的部段22，在理想情況下，通過充滿氧化鈦的微創(chuàng)將部段22分開。如此便可減少泵浦光在旋轉(zhuǎn)方向上透射過單個部段22。圖3和4示出了一種散射體1，其結(jié)構(gòu)就基體2和發(fā)光元件4而言，相似于參考圖I和2闡述的散射體I。此外，發(fā)光元件4上再次提供了從轉(zhuǎn)換光中過濾泵浦光的層11。但就入射面的取向而言，散射體是有區(qū)別的。因此，就圖3所示的散射體I而言，入射面6設(shè)置在背離發(fā)光元件4的面上，即背面；輸入前取向?yàn)橹鞒錾浞较虻谋闷止?卻在輸入并反射到鏡面7上后再次以主傳播方向傳播。根據(jù)圖3所示的散射體I的入射面6上還設(shè)置了只傳播泵浦光5的濾光層31。就圖4所不的散射體I而言,入射面6的取向?yàn)榇怪庇谥鱾鞑シ较颍す馐?輸入后以主傳播方向傳播，不發(fā)生偏向。比較而言，圖1、3和4示出了根據(jù)本發(fā)明的散射體I提供的在泵浦光源相對于發(fā)光元件4的布置方面的靈活性。
就圖5所示的散射體I而言，入射面6已根據(jù)圖4所示的入射面進(jìn)行取向，因此從側(cè)向上引入泵浦光5。而散射體I在其他方面完全不同于參考上述附圖討論的散射體，因?yàn)樵诒緦?shí)施例中，發(fā)光物質(zhì)并非提供在獨(dú)立于基體2的發(fā)光層4中，而是以發(fā)光粒子51的形式嵌入基體2內(nèi)。主傳播方向上傳播的泵浦光均勻地從主傳播方向散射開，并被發(fā)光粒子51均勻地轉(zhuǎn)換。基體2的反面設(shè)置為轉(zhuǎn)換光9的出射面10，以與上述散射體相似的方式在該面上設(shè)置了寬帶反射泵浦光和轉(zhuǎn)換光的鏡8 ;出射面10上，分色鏡11將未轉(zhuǎn)換的泵浦光反射回基體2但同時傳播轉(zhuǎn)換光9。就出射方向而言，圖I至5中所示的裝置可制作成相對較薄的裝置，即例如該裝置的厚度可為毫米或亞毫米；另一方面，厚度也可以為幾毫米至幾厘米。圖6示出了一種由參考圖3所述的兩個散射體組成的裝置。通過分別設(shè)置在背面的入射面6輸入泵浦光5，為此，激光束5首先在分束器61上分為兩束，特別是通過照射反光反射面63上的光束，反光反射面以一個角度向邊緣方向成逐漸靠攏(tapered)。如果激光束5照射在邊緣的中間，泵浦光將按同等比例輸入進(jìn)上下散射體I ;相應(yīng)地，例如通過轉(zhuǎn)移激光束5至垂直方向，更多的泵浦光將被分別發(fā)送至兩個散射體I中任一一個。本實(shí)施例中，例如，不同波長的多個激發(fā)源也可設(shè)置作為泵浦光源，從而取決于各激發(fā)源發(fā)射的泵浦光的分開，使得利用不同混合光分別激發(fā)散射體I。上述包含級聯(lián)的散射體環(huán)的裝置中，例如分束器61亦可在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線21的方向上移動。此外，分束器61亦可按部分配置，即劃分為可獨(dú)立移動的上組件和下組件，這兩個組件以相反方向反射光，即反射至不同的散射體I。這兩個散射體I圍繞共用旋轉(zhuǎn)軸線21旋轉(zhuǎn)，同時基本在各實(shí)施例中局限于以參考圖2所述的方式發(fā)射轉(zhuǎn)換光9至環(huán)狀部段(在此以剖面示出)，并以相反方向發(fā)射。本裝置中還設(shè)置了反射器64，以便發(fā)送用于應(yīng)用的準(zhǔn)直的轉(zhuǎn)換光9。本實(shí)施例中的反射器64相對于垂直于旋轉(zhuǎn)軸線21的平面鏡面對稱，該反射器64位于兩個散射體I之間(散射體I也相對于該平面對稱)。反射器兩部分的任一部分符合半個旋轉(zhuǎn)橢圓，并分別在其焦點(diǎn)位置上設(shè)置了出射面10。圖7示出了以可比方式構(gòu)造的反射器64，其中設(shè)置了圍繞中軸線72旋轉(zhuǎn)的管狀散射體71。散射體71相對于環(huán)狀散射體I旋轉(zhuǎn)90°，即與平行于旋轉(zhuǎn)軸線72的主傳播方向?qū)?zhǔn)。泵浦光5通過反射器64上的開口進(jìn)入其中，并通過入射面6輸入散射體71。散射體71也相對于垂直于旋轉(zhuǎn)軸線72的平面對稱并將其從中間分開；因此在管的兩頭分別設(shè)置了周向入射面6。泵浦光5卻僅在剖面中示出的位置上輸入，分別激發(fā)的散射體區(qū)域隨旋轉(zhuǎn)而持續(xù)改變。主傳播方向上傳播的泵浦光按上述方式在嵌入散射粒子(例如氧化鋁、二氧化鈦、金紅石等)處散射到發(fā)光物質(zhì)4方向(直接或通過金屬層8上的反射，該金屬層位于背離發(fā)光物質(zhì)的管狀基體2的內(nèi)測)上。同樣管狀發(fā)光元件4的該部段繼而發(fā)射轉(zhuǎn)換光，該部段分別設(shè)置在反射器的焦點(diǎn)上。管狀體 還可制造成相對于軸向相對緊湊，即其長度可為毫米或亞毫米的；也可為厘米或分米。根據(jù)上述例示性實(shí)施例，相同或不同波長的多個激發(fā)光源可單獨(dú)使用亦可共同使用，如此激發(fā)源便可同時或帶時間偏差地即順序發(fā)射泵浦光。由于散射體71的管狀幾何結(jié)構(gòu)，在該散射體內(nèi)提供了空間，其中可例如設(shè)置冷卻裝置(例如同轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子(corotating rotor)或者熱管)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器件，包括 發(fā)光物質(zhì)，設(shè)置用于將泵浦光(5 )轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換光(9 )， 以及散射體(I )，具有 入射面(6)，用來輸入泵浦光(5)， 設(shè)置在所述散射體(I)的體積(2)中的散射中心(3、51)以及用來輸出所述轉(zhuǎn)換光(9)的出射面(10)， 其中，所述散射體(I)配置為通過所述散射中心(3、51)散射泵浦光(5)，該泵浦光(5)輸入后在所述散射體(I)中以與出射面成至多30°角的主傳播方向傳播， 從而使得所述轉(zhuǎn)換光(9)以至少60°角的主出射方向穿過所述出射面(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)光器件，其中，分布在所述散射體體積(2)內(nèi)的發(fā)光粒子(51)設(shè)置為所述散射中心(3、51)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的發(fā)光器件，其中，所述散射體(I)包含發(fā)光元件(4)，所述發(fā)光元件毗鄰包含所述散射中心(3、51)的體積(2)，且所述發(fā)光元件的背離與所述體積(2)的界面的面與出射面(10)相一致。
4.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的發(fā)光器件，其中，所述散射中心(3、51)不均勻地分布在所述散射體(I)內(nèi)，特別是具有沿所述泵浦光主傳播方向漸增的密度。
5.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的發(fā)光器件，其中，在所述出射面(10)上設(shè)置了濾光器(11)，該濾光器(11)至少部分地不能傳播所述泵浦光(5 )。
6.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的發(fā)光器件，其中，所述散射體(I)具有反射面(7)，該反射面(7 )配置為在所述泵浦光輸入所述散射體(I)之后反射所述泵浦光(5 )，以使得所述泵浦光在所述主傳播方向上傳播。
7.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的發(fā)光器件，其中，在所述散射體(I)的背離所述出射面(10)的一側(cè)設(shè)置了反射層(8)，該反射層(8)至少部分地反射所述泵浦光(5)。
8.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的發(fā)光器件，其中，在所述出射面(6)上設(shè)置了濾光器(31)，優(yōu)選為帶通濾光器。
9.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的發(fā)光器件，其中，所述散射體(I)為旋轉(zhuǎn)體并配置為圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(21)旋轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光器件，其中，所述旋轉(zhuǎn)體(I)關(guān)于旋轉(zhuǎn)方向劃分為多個部段(22)，所述多個部段(22)配置為至少應(yīng)限制并優(yōu)選地阻止泵浦光從一個部段(22)傳播至相鄰部段(22)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的發(fā)光器件，其中，所述散射體(I)形成為環(huán)，并且所述泵浦光的主傳播方向與所述旋轉(zhuǎn)軸線(21)成至少60°角。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的發(fā)光器件，其中，所述散射體(I)為管狀，并且所述泵浦光的主傳播方向與所述旋轉(zhuǎn)軸線(72)成至多30°角。
13.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的發(fā)光器件，該發(fā)光器件包含反射器(64)，其中，所述出射面(10 )優(yōu)選地設(shè)置在所述反射器(64 )的焦點(diǎn)上。
14.照明裝置，包括上述任一權(quán)利要求所述的發(fā)光器件以及激光器，其中，所述激光器發(fā)射的泵浦光(5 )經(jīng)過所述入射面(6 )輸入所述散射體(I)。
15.根據(jù)權(quán)利要求I至13中任一項所述的發(fā)光器件或根據(jù)權(quán)利要求14所述的照明裝置在包括 投影設(shè)備、特效照明裝置或汽車前照燈中至少一項中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光器件，包含用來轉(zhuǎn)換泵浦光的發(fā)光物質(zhì)，其中設(shè)置了用來散射泵浦光的散射體(1)。輸入散射體內(nèi)的泵浦光一方面首先被散射體(1)內(nèi)的惰性散射物質(zhì)散射繼而接著被轉(zhuǎn)換；另一方面，發(fā)光粒子(51)上的散射光也可被同時轉(zhuǎn)換。
文檔編號H01S3/091GK102901046SQ20121026645
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者迪爾克·貝爾本, 烏爾里?！す鼐S格 申請人:歐司朗股份有限公司