CN103282803A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

在不同的实施例中提供一种照明装置（100），所述照明装置具有用于提供激光（130）的光源（110）和漫反射的材料和/或磷光材料和/或荧光材料，所述材料在照明装置（100）中设置在面（108）上，使得由光源（110）提供的光（130）射到材料上，其中具有一个或多个子面的所述面形成空心体，所述子面至少部分彼此朝向地设置，使得由设置在子面上的材料反射的或产生的光至少部分地射到设置在所述面的同一个或另一个子面上的材料上，并且激光的射入和所反射的或所产生的光的放射都经由一个或多个子平面的同一个表面来进行。

Description

照明装置

技术领域

本发明涉及一种照明装置。

背景技术

在常规灯中，放射经由螺旋形灯丝产生的光并且作为有效光提供。灯能够具有反射器，借助于所述反射器能够转向放射的光，使得所述光作为定向的射束离开所述反射器并且作为有效光提供。迄今，基于新型的光源如LED（发光二极管，Light Emitting Diodes）或激光二极管的灯变得越来越重要。然而，借助这些新型的光源，仅能够产生有限数量的光色。为了扩展这种选择，能够使用发光材料，所述发光材料在被一种颜色的光照射时（也称作泵浦光）本身放射另一颜色的光，换言之对光进行转换。以所述方式，例如能够通过由蓝光照射磷而产生白光。

在当前常见的基于光转换的灯中，例如对含磷的平坦的层从下部由通常借助于LED来产生的蓝光照射。在此，光射入垂直于含磷层来进行，所述含磷层在其方面根据朗伯放射特性产生白光。

在应用借助于光源照射放射漫射光的材料（或发光材料）的这种装置时，发光材料的光放射基本上根据朗伯分布来进行。也就是说，在由漫反射的材料和/或磷光材料和/或荧光材料覆层的、借助光源照射的面元件中，光主要垂直于面元件放射，其中光放射朝向侧部连续减少。

如果这种装置是光学系统的一部分，那么在上文中描述的效应具有下述缺点：所转换的光可能没有到达光学元件从而失去作用。通常，能够期望目的明确地改变光放射特性，例如在应用反射器时对光分布进行扩散，或者在透镜光学元件的情况下对光分布进行限制。

也能够出现基于下述事实的问题：常见的发光材料不完全转换射入的光，而是总是一部分光被漫反射。一方面，因此，这些散射的光不再用于转换过程并且减低转换率。另一方面，具有特定颜色的泵浦光的存在能够在使用中造成负面影响，在此期望完全转换成另一颜色，例如在色彩保真度具有基本意义的投影应用中。

此外，在照射发光材料时，存在下述限制：所述发光材料不能够由任意的泵浦光效率照射。发光材料上过高的功率密度能够损害甚至损坏所述发光材料的功能。

发明内容

因此，本发明基于下述目的，提供一种具有放射漫射光的材料的照明装置，所述照明装置解决上述问题，其中所述照明装置尤其具有能够调节的放射特性和改进的效率并且能够以较高的泵浦光功率来运行。

在不同的实施例中提供照明装置，所述照明装置具有用于提供激光的光源和漫反射的材料和/或磷光材料和/或荧光材料，这些材料在照明装置中设置在面上，使得由光源提供的激光射到材料上，其中具有一个或多个子面的所述面形成至少单侧开口的空心体（在本文中需要说明的是，在本说明书的范围中，例如也将在下文中描述的凹槽理解成空心体），所述子面至少部分彼此朝向地设置，使得由设置在子面上的材料反射的或产生的光至少部分地射到设置在所述面的同一个或另一个子面上的材料上，并且激光到材料上的射入和由材料反射的或产生的光的放射经由一个或多个子面的同一个表面进行。需要指出的是，子面不必必须是实体相互连接的。所述子面也能够由各个单独的元件形成。在不同的实施例中，元件能够由共同的载体或多个载体来承载。在子面之间能够设有中间空间。此外，子面不必必须完全由漫反射的材料和/或磷光材料和/或荧光材料所覆盖。子面由漫反射的材料和/或磷光材料和/或荧光材料部分地覆盖或覆层。

换言之，在根据不同实施例的照明装置中，承载漫反射的材料和/或磷光材料和/或荧光材料的子面相对于由光源提供的激光的光路部分地倾斜。由此，一方面能够实现，照明装置具有不同于朗伯放射特性的放射特性。通过匹配照明装置的几何形状，输出的光分布能够匹配于使用环境的相应的要求。另一方面，由此也能够调节已转换的辐射的部分，这将在下文中详细阐明。更准确地说，有利地，已转换的光与剩余的泵浦光或激光的比例能够增大从而改进已转换的光的部分。通过照明装置的几何形状的设计方案，能够得出由光源的激光照射的面相对于放射转换的光的有效面积增大。根据实施例，通过一定区域、例如通过平面进行泵浦光或激光射入到施加有材料的子面上，所述平面通过至少部分朝向彼此设置的一个或多个子面的上边缘来限定。所述区域在下文中称作底面并且也是放射有效转换的光的区域。清楚地，底面是可能的光耦合输入/输出开口，所述光耦合输入/输出开口自身不是实体面并且在棱锥形的实例的情况下与其底面一致，其中底面也不涂有发光材料。

由此，照明装置能够有利地借助例如为每平方毫米几瓦特的高的辐射密度来运行，而没有在功能性方面损害或甚至破坏放射漫射光的材料。

根据实施形式，面法线向量能够指向平行于光路的向量分量。

根据照明装置的不同的实施形式，设置在一个或多个子面上的材料能够具有由不同的发光材料混合物构成的混合物。当期望转换光的混合时，所述实施形式是尤其有利的。在此，每种发光材料混合物能够产生具有另一波长的转换的光。不同的发光材料混合物能够均匀地分布在子面上，但是或者也能够在子面上以空间分离的方式存在。例如，在此，发光材料混合物中的一种能够是碱-硅酸盐-磷混合物。

在不同的实施例中，能够经由选择子面彼此间的角度来调节由照明装置产生的光的张角。由此，经由调节照明装置的几何形状，为调节照明装置的放射特性提供简单的方式和方法。

例如，设置有反射的和/或磷光的和/或荧光的材料的面形成圆锥面或棱锥面。

替选地，也能够设有下述构成形式：设置有反射的和/或磷光的和/或荧光的材料的面限定出凹槽。凹槽还能够构成为直的或弯曲的。

根据本发明的一个实施形式，所提供的激光的光路能够平行于照明装置的对称轴伸展。但是替选地，所述光路也能够相对于照明装置的对称轴线倾斜地伸展。此外，这具有下述结果：照明装置不易受所提供的激光的计划光路和承载放射漫射光的材料的面之间容易的错误定向影响，这有利地简化制造。

在一个设计方案中，照明装置的光源设计成，所提供的激光具有至少一个激光束，其中所述激光束能够具有不同的波长并且其射束轨迹能够是相互无关的。

根据另一个设计方案，照明装置能够具有至少一个准直光学元件，所述准直光学元件设计成对由材料漫射放射的光离开照明装置的角度进行限制。由此，能够进一步地调整照明装置的光分布并且能够减少可能的损耗。准直光学元件例如能够是至少一个透镜和/或至少一个TIR（全内反射，全反射）元件。

根据另一个设计方案，照明装置能够构成为，使得在照明装置中设置有漫反射的材料和/或磷光材料和/或荧光材料的面具有彼此邻接设置的、在彼此邻接设置的空心体上构成的一个或多个子面，所述子面至少部分地彼此朝向地设置，使得由设置在空心体的子面上的材料反射的或产生的光至少部分地射到设置在同一空心体的所述面的同一个或另一个子面上的材料上，并且激光到材料上的射入和由材料反射或产生的光的放射经由一个或多个子面的同一个表面进行。这具有下述优点：能够提供较大的承载材料的面，所述面具有子面或者由子面组成，而对此基本上在垂直于设置有彼此邻接的空心体的平面的方向上不要求过大的空间。

照明装置在一个设计方案中还能够具有反射器，其中设置有反射的和/或磷光的和/或荧光的材料的面至少部分地设置在反射器中、尤其至少部分地设置在反射器的焦点中。该实施形式的特征在于，能够减少出自反射器的取决于几何因素的光损耗。

照明装置例如能够设计成投影灯例如录像投影灯、效果照明灯或在光导体范围中（例如在内窥镜检查法的范围中的）的灯，然而不局限于这些类型。

在不同的实施例中提供照明装置。照明装置能够具有用于提供激光的光源；和漫反射的材料和/或磷光材料和/或荧光材料，这些材料在照明装置中设置在面上，使得由光源提供的激光射到材料上，其中具有一个或多个子面的所述面形成空心体，所述子面至少部分地彼此朝向地设置，其中激光射入通过下述区域进行，所述区域通过至少部分地彼此朝向设置的一个或多个子面的上边缘来限界。

附图说明

本发明的实施例在图中示出并且在下文中详细阐明。

附图示出：

图1示出根据不同实施例的照明装置的示意结构；

图2A和2B示出放射漫射光的不同面的实施例，所述面构成为圆锥面（图2A）或棱锥面（图2B）；

图3示出放射漫射光的面的实施例，所述光以预设的角度α被泵浦；

图4示出图2A的面的放大的细节图；

图5和6示出不同实施例的放射特性的模拟结果；

图7示出不同实施例的转换率的模拟结果；

图8A和8B示出根据不同实施例的具有凹槽形状的放射漫射光的面，其中在图8A中示出具有直凹槽的实施例并且在图8B中示出具有弯曲凹槽的实施例；

图9A和9B示出根据不同实施例的具有凹槽形状的放射漫射光的面，其中在图9A中示出具有直凹槽的实施例并且在图9B中示出具有弯曲凹槽的实施例；

图10A和10B示出放射漫射光的面的实施例，根据在图8A（图10A）和图9A（图10B）中示出的实施形式，所述光以预设的角度α被泵浦；

图11示出放射漫射光的面的实施例，所述面由多个棱锥面形成；

图12示出具有反射器的照明装置的实施例；

图13A和13B示出放射漫射光的面的实施例，所述面与准直光学元件相组合。

具体实施方式

在下文的详细描述中参考附图，所述附图形成所述描述的一部分并且在所述附图中为了说明示出能够实施本发明的具体的实施形式。在这方面，关于所描述的附图的定向使用方向术语，例如“上部”、“下部”、“前部”、“后部”、“前面”、“后面”等。因为实施形式的部件能够定位在多个不同的定向中，方向术语用于说明并且绝不以任何方式受限。应该理解的是，能够使用其他的实施形式并且能够进行结构的或逻辑的改变，而没有偏离本发明的保护范围。应该理解的是，只要没有专门地另作说明，在此描述的不同的示例性的实施形式的特征就能够相互组合。因此，下面的详细描述不理解成限制性的意义，并且本发明的保护范围通过所附的权利要求来限定。

在本说明书的范围中，术语“连接”“联接”以及“耦联”用于描述直接的或间接的连接、直接的或间接的联接或直接的或间接的耦联。只要是适当的，在图中相同的或相似的元件就设有相同的附图标记。

在图1中示出根据不同实施例的照明装置100的示意结构。

照明装置100能够具有光源110和转换装置120。由光源110提供的激光130输送给转换装置120并且由其转换成转换的光140。转换的光140能够在从照明装置100射出之前穿过一个（或多个）准直光学元件150和/或射到反射器160上，借助于所述反射器，能够进一步地调整转换的光140的输出。准直光学元件150和反射器160的顺序是任意的。但是，转换的光140也能够直接由转换装置120从照明装置100输出。

光源110能够设计成，使得所提供的激光具有至少一个激光束和/或至少一个激光二极管射束。因此，光源110在不同实施例中能够设计成或具有激光器和/或激光二极管或半导体激光器。当存在多于一个激光束130时，激光束130能够具有相同的波长，由此例如有利地，所提供的激光的功率能够增大。替选地，激光束130也能够具有两个或更多个不同的波长。在不同的实施例中，光源110能够划分成多个部分，例如产生光的部分和引导光或传导光的部分。因此，例如，光源110也能够仅具有一个引导光或传导光的部分，并且光产生能够在照明装置100之外、例如在照明装置100的壳体之外进行。光源110能够在空间上集中，但是或者也能够在空间上分散。所述光源在不同的实施例中能够由一个或多个光导体和/或一个或多个透光的区域和/或在例如照明装置100的壳体中的一个或多个开口形成，其中激光能够以任意类型分配到空间分散的光源110上。空间分散的光源110的激光射束130能够相互独立地伸展并且以不同的角度射到转换装置120上。所提供的至少一个激光束130能够被聚焦或准直。至少一个激光束的横截面能够大于或小于转换装置120的底面。至少一个激光束130的横截面例如能够位于大约1mm²至大约10mm²的范围中、例如位于大约1mm²至大约4mm²的范围中、例如位于大约1mm²至大约2mm²的范围中。

转换装置120在不同的实施例中具有面108，在所述面上设置有任意的漫反射的材料和/或任意的磷光材料和/或任意的荧光材料，激光130射到这些材料上。具有多个子面的面108形成空心体，所述子面至少部分彼此朝向地设置，使得由设置在子面上的材料反射的或产生的光至少部分地射到设置在面108的另一个子面上的材料上。替选地，面108能够具有彼此邻接设置的、在彼此邻接设置的空心体上构成的多个子面。转换装置总是具有底面，通过所述底面将泵浦光或激光130输送给空心体的子面。底面也是转换的光140离开空心体的面，因此，所述底面根据意义是有效地放射转换的光的面。换言之，这意味着，激光130的射入和通过材料反射的或产生的光140的放射在子面的同一个表面上进行。在具有多个空心体的转换装置130中，底面相应于各个底面的联接。面108的子面能够相互直接接触，但是或者也能够通过载体材料或保持材料相互连接。此外，设置在面108上的材料能够具有不同的漫反射的材料和/或磷光材料和/或任意荧光材料的混合物。由此，能够提供将泵浦光或激光130转换成期望的颜色混合。激光130由转换装置120上的放射漫射光的材料转换并且作为转换的光140离开所述转换装置。能够将光的转换理解成通过例如荧光发光或磷光发光但是或也通过反射或散射对激光130进行转换。根据所基于的转换机构，泵浦光130和转换的光140的波长能够是相同的或不同的。光转换能够仅基于一种机构，但是或者也具有转换机构的组合。

下面阐明，能够如何制造转换装置120的不同实施例。制造基于下述知识：在液态的含水碱性硅酸盐溶液中的固态的发光材料颗粒的悬浮液适合于构成机械稳定的、硬质的发光材料层，所述发光材料层同时具有极其好的光学特性。

用于制造发光材料层或发光材料体的方法包括以下步骤：

-将包含至少一种固态的发光材料和至少一种碱性硅酸盐的悬浮液施加到衬底表面上或模具中，以便制造发光材料层或发光材料体；

-使发光材料层或发光材料体固化。

悬浮液能够是含水悬浮液和由水和至少一种液态碱性硅酸盐组成的混合物。此外，也能够通过将固态的发光材料悬浮在液态的含碱性硅酸盐的溶液中进行合适的悬浮液的制造。

为了制造悬浮液，能够将发光材料粉末与液态的含水碱性硅酸盐混合。在此，碱性硅酸钠组分、水和固体材料粉末的体积比例对得到的层的悬浮液的均匀性（可加工性）、粘性、得到的层厚、形成裂缝倾向、干燥性能和光学特性（随后还有玻璃比例）具有直接影响。

证实为有利的是，液态的碱性硅酸盐和水在这种混合物中的体积浓度比例为大约1:5至大约5:1、优选为大约1:3至大约3:1。在转换装置120的特定的实施形式中，因此，在制造中，液态的碱性硅酸盐和水的体积浓度比例为1:3、1:2、2:3、1:1、2:1、3:2或3:1。使用的比例能够与颜料层的目标特性（例如，玻璃比例、层厚、强度）以及与发光材料自身相关地选择。纯的碱性硅酸盐超出上述浓度范围的比例在干燥或加热时导致层的起泡。“大约”在本文中意味着，相应的数值能够以大约10%上下偏离。在制造的一个实施形式中，液态的碱性硅酸盐为碱性硅酸盐在水中的饱和溶液，所述溶液随后以上述比例进一步地由水稀释。这种饱和溶液例如能够包含重量百分比为7.5%至8.5%的碱性氧化物、例如Na₂O和重量百分比为25.5%至28.5%的SiO₂（分别酸量滴定地确定）。这种溶液能够具有大约1.296g/ml至大约1.396g/ml的密度。

至少一种碱性硅酸盐例如能够为硅酸钠或硅酸钾。同样也包括上述碱性硅酸盐的混合物。碱性硅酸盐是通式为M₂O·nSiO₂的化合物，其中M是碱金属并且n在1-4的范围中。在转换装置120的不同的实施形式中，在制造时，碱性硅酸盐用作为水中的胶质的、碱性的溶液、尤其是硅酸钠/钾溶液使用。这种含水溶液能够通过在升高的温度和升高的压力下将固态的碱性硅酸盐溶解在水中制成。

至少一种固态的发光材料也能够为两种或更多种不同的发光材料的混合物。在本文中，术语“至少一个”意味着一个或更多个、尤其是至少2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个。因此，在此描述的制造也涉及悬浮液，所述悬浮液包含两种或更多种、例如两种、三种或四种不同的发光材料。通常，固态的发光材料用作为粉末。例如通过将固态的发光材料添加到水和碱性硅酸盐组成的混合物能够制造悬浮液。合适的发光材料在现有技术中已知。通常的发光材料例如是铝、硅、镁、钙、钡、锶、锌、镉、锰、铟、其他过渡金属或稀土金属例如钇、钆或镧的硅酸盐、氮化物、氧化物、磷酸盐、硼酸盐、氮氧化物、硫化物、硒化物和卤化物，所述发光材料掺杂有活化剂，例如铜、银、铝、镁、锌、锡、铅、铈、铽、钛、锑或铕。在转换装置的不同的实施形式中，发光材料是氧化的或（氧）氮化的发光材料，例如石榴石、正硅酸盐、氮化（铝）硅酸盐或氮化正硅酸盐或卤化物或卤化磷酸盐。合适的发光材料的具体实例是锶氯磷灰石:Eu((Sr,Ca)₅(PO₄)Cl:Eu;SCAP)，钇铝石榴石:铈（YAG:Ce）或CaAlSiN₃:Eu。

在转换装置120的不同的实施形式中，发光材料或发光材料混合物与液态的含水的碱性硅酸盐、即由碱性硅酸盐和水组成的混合物的重量比例因此为大约1:5至大约5:1、优选为大约1:3至大约3:1。示例性的浓度比例因此为3:1、2:1、1:1、1:2或1:3。这种浓度比例在悬浮液的均匀性、沉淀时间和层厚方面证实为是能够尤其有利地加工的。

根据转换装置120的不同的实施形式，悬浮液还能够包含其他的组分，例如具有光散射特性的颗粒和/或辅助材料。辅助材料的实例包括表面活性剂和有机溶剂。光散射的颗粒的实例是金的、银的和金属氧化物的颗粒。

在制造中，将悬浮液施加到表面上或引入到模具中能够通过淘析、挤压、喷射或喷注来进行。为了制造发光材料层，施加还能够包含旋涂和/或超声波处理。

施加有发光材料层的衬底例如能够是冷却体或光学组件，例如准直仪。衬底能够由不同的合适的材料制成，例如塑料、玻璃、陶瓷或金属。为了构成发光材料体，能够使用由所述材料制成的模具。发光材料体例如能够是发光材料膜。

发光材料层或发光材料体的固化能够通过干燥来进行。固化或干燥能够在室温下或在升高的温度下、例如在80℃-150℃下进行。不同温度下的不同的固化/干燥步骤也能够相互组合。在升高的温度下、例如在80℃至150℃下的另一干燥步骤能够跟随室温下的干燥步骤。在升高的温度下的固化/干燥例如能够在炉中进行。替选地，衬底或模具和/或发光材料层/发光材料体能够借助于微波或感应技术来加热。在制造发光材料体时，所述发光材料体能够在第一干燥步骤之后从模具中分离并且随后可选地在升高的温度下进一步地干燥。

与所应用的发光材料相关地，固化/干燥也能够在保护气体（例如，N₂或Ar）下或在真空中进行。由此，通过氧在升高的温度下的作用能够避免发光材料的失活。

例如，通过以发光材料与碱性硅酸盐-水-混合物的比例为1:3制造YAG:Ce悬浮液作为在液态的碱性硅酸盐-水混合物中（1:1）的发光材料、施加到衬底上、在室温下干燥15至30分钟并且在炉中在80℃下固化大约1小时进而在220℃下固化大约1小时，能够得到发光材料层。

例如，通过以发光材料与碱性硅酸盐-水-混合物的2:3的比例制造氮化正硅酸盐的悬浮液作为在液态的碱性硅酸盐-水混合物中（1:1）的发光材料、施加到衬底上、在室温下干燥15至30分钟并且在炉中在80℃下固化大约1小时进而在150℃下固化2至3小时，能够得到另一发光材料层。

通过利用碱性硅酸盐粘合发光材料能够制造极其硬质的、机械稳定的发光材料层，其粘合剂在许多发光材料的情况下在其工作温度的范围中不与发光材料相互作用、是光学透明的、光谱稳定和热稳定的。因此，不仅能够在衬底表面上制造具有50μm至200μm之间的层厚的薄的发光材料层，也能够制造更大扩展尺寸的（几毫米）的未接合的发光材料小板或三维体（光学组件）。

层（层厚、玻璃比例）、具有发光材料颗粒的发光材料层能够在透射情况下与透明的衬底一起应用或者在反射情况下与光密的衬底一起应用。此外，发光材料层能够在透明的组件、例如光学组件和冷却体之间直接接合到光学元件上。

为了将激发光到发射的光的转换构造成尽可能是有效的，激发光的散射光部分必须尽可能地被最小化。这例如能够通过光耦合到尽可能大的发光材料颗粒上而出现。原则上，能够通过相应的加工工艺（碾磨）在一定的范围中设定和选择发光材料的颗粒大小。实际上，通常总是存在粒度分布。在悬浮液之内，较大且较重的颗粒首先沉淀，较小且较轻的颗粒随后沉淀，使得在一定的时间之后（此外，与液体的粘性和颗粒大小相关地）出现重力引起的颗粒大小分布（小颗粒在上部的层表面上，较大的颗粒在下部）。含水的碱性硅酸盐溶液例如能够被如下地利用：在施加和固化期间通过一次性地或重复地转动衬底来调节颗粒大小分布。替选地或附加地，颗粒大小分布能够借助离心分离机来调节。那么，具有发光材料颗粒的发光材料层能够在干燥和加热之后从载体介质上分离，以便转动180°并且以更光学有利的更粗糙的粒径分布向上重新施加到衬底上，例如通过借助碱性硅酸盐来粘接。

替选地，能够通过超声波处理来影响颗粒分布。在此，例如能够借助于超声波将更粗粒的发光材料颗粒振动到层表面上。

此外，悬浮液能够包括液态的含水的碱性硅酸盐和一种或多种固态的发光材料。液态的碱性硅酸盐的体积浓度比例以及液态的碱性硅酸盐-水-混合物和发光材料（混合物）的重量比例在此能够如上结合制造方法来给出。碱性硅酸盐和发光材料在此同样能够如上限定。

此外，悬浮液能够包含其他组分，例如具有光散射特性的颗粒或辅助材料。

在此描述的发光材料层通过将碱性硅酸盐用作热学惰性、化学惰性的且光谱稳定的粘合剂而是极其机械稳定和极其热稳定的并且能够增加激发光的功率密度。此外，所述发光材料层的特征在于良好的光学特性。

此外，将碱性硅酸盐用作粘合剂能够实现改进到周围的光学连接（浸没Immersion），因为通过光学材料层的成形（例如在通过应用模具或后来的机械加工来制造的情况下）能够影响光耦合输入或耦合输出或放射特性（透镜效应）。

借助于所描述的制造方案制成的发光材料层能够与碱性硅酸盐和发光材料组分的比例相关地以反射的方式或透射的方式来应用。此外，直接光学连接到光学元件上是可能的。所述制造方案是相对简单的并且由于低的处理温度而尽可能地与衬底材料（金属、玻璃、陶瓷、塑料）无关。

此外，悬浮液体的低粘性允许影响发光材料表面上的粒度分布，例如通过由重力或超声波引起的颗粒选择来影响。

此外，为了继续改进发光材料层的光学特性，能够使用光学镜片的覆层方法（例如，抗反射覆层、二色层或过滤层）。

以所述方式和方法制成的发光材料层的高硬度和极其好的机械稳定性在设计基于发光材料的产品时允许更大的自由度，例如，在发光材料激发时更高的功率密度和静态的变型形式（弃用颜色轮解决方案），制造与衬底无关的发光材料小板或膜，所述发光材料小板或膜能够无承载地应用或随后粘接到衬底上（例如借助碱性硅酸盐），制造三维结构和三维体，例如光学组件。

此外，描述的发光材料层或发光材料体能够被机械再加工。因此，例如能够使发光材料表面结构化，例如设有孔或凹槽，或能够使表面目的明确地粗糙化。这通过表面的增大引起更有效的散热和功率密度的降低。

在此，例如能够考虑无承载的变型形式以用于冷却发光材料下侧或通过发光材料层中的凹槽或翼状结构进行有效冷却。

根据转换装置120的不同实施例，面108能够包含一种或多种碱-硅酸盐-磷混合物。例如为磷的发光材料能够嵌入到硅树脂层中。此外，磷能够借助于EPD（电泳沉淀/沉积）而涂覆到面（108）上，所述面在该情况下包含能导电的材料。

在图2A和图2B中示出转换装置120的不同的实施例。

两个实施例都具有空心体106，所述空心体具有底面和侧表面，其中侧表面在与底面对置的一侧上例如尖形地延伸。在不同的实施例中，箭头表示泵浦光102的射入方向，所述泵浦光由照明装置100的光源110（没有示出）沿着光路来提供。激光130射到空心体106的内侧表面108上，所述内侧表面施加有放射漫射光的材料。在图2B中示出的实施例中，空心体具有带有正方形底面的棱锥形状。因此，所述实施例具有四个三角形的子面。在图2A中示出的转换装置的实施例中，空心体106具有圆锥形状，也就是说，底面是圆形的。所述实施例是图2B中的棱锥形的空心体的临界情况，所述实施例具有近似无限多的任意小的等腰三角形形状的子面，所述子面分别以其较短侧彼此并排地沿圆周设置并且朝向圆周中央倾斜进而构成圆锥侧表面。在两个实施例中，激光130从上部（从图2A和2B的角度观察）沿着两个空心体106的对称轴线104或垂直于空心体106的底面射入。也能够考虑可以不与对称轴线相关联的空心体106的实施例。但是在那里，光射入仍然能够表现成垂直于空心体106的底面。替选地，在图2B中示出的空心体的底面能够具有三角形的或六角形的形状。在图2A和图2B中示出的转换装置的实施例也称作“0维的”，因为其结构既不沿着线也不在面上重复。在图2A和图2B中示出的转换装置的实施例的底面的面积例如能够位于大约1mm²至大约10mm²的范围中、例如位于大约1mm²至大约5mm²的范围中、例如位于大约1mm²至大约2mm²的范围中。

然而，泵浦光102的射入方向也能够相对于空心体106的对称轴104以角度α倾斜或没有垂直于所述空心体的底面，如同以在图2B中示出的空心体的实例在图3中说明。倾斜角例如能够位于大约0°至大约45°的范围中、例如位于大约0°至大约30°的范围中、例如位于大约0°至大约15°的范围中。

为了阐明转换装置120的不同实施例的工作原理，对到在图2A中示出的实施例的光射入进行模拟。对此，应用圆锥形空心体106的相应的模型，所述模型在图4中更详细地示出。在此，空心圆锥310具有圆锥高度320和圆锥直径330。此外，在图4中通过箭头130表示的射入的泵浦激光130具有射束直径340。在执行的模拟中，改变射束直径340和圆锥高度320。因为对于实验而言，射束直径340的和圆锥高度320的绝对值不是决定性的，所以对于下面的模拟结果而言基于射束直径和圆锥高度分别与圆锥直径330的比例。在下文中，将所述比例称作相对射束直径和相对圆锥高度。

在图5中示出的图表500示出从圆锥形的空心体中射出的转换的光的在y轴502上表示的张角与在x轴504上表示的相对圆锥高度的关系。在此，相对射束直径恒定地保持为0.5。张角限定为下述角：强度下降到最大值的一半的射出的射束与圆锥轴线（在该情况下也为对称轴）围成所述张角。具有余弦形的放射轮廓的朗伯辐射体的张角为60°。如同能够在图表500上读出，装置的张角随着变深的圆锥而变小（在图5中参看特性曲线506）。在图5中示出的图表500使下述内容变得清楚：具有大于0.5的相对圆锥高度的装置与朗伯辐射体相比更强地限制张角。

在图6中示出的图表600示出在x轴604上表示的相对射束直径对在y轴602上表示的张角的影响的实验结果。在此，相对圆锥高度恒定地保持为1。图表600示出，小的射束直径有利于小的张角（参看图6中的特性曲线606）。

此外，能够提及，在模拟时，在泵浦射束的横截面上的强度分布是恒定的。如同例如在高斯射束的情况下的在射束横截面的中央的较高的强度用于更强地收缩射出射束进而更小的张角。

在图7中在图表700中示出在圆锥形的空心体的情况下选择的转换装置的几何形状对转换的辐射的部分的影响。在此，作为边界条件，相对射束直径恒定地保持为0.5。在图表700中示出的两条特性曲线706、708分别基于放射漫射光的材料的不同的初始反射系数。初始反射系数说明，射到设置有放射漫射光的材料的面上的泵浦光的哪一部分被所述面漫反射。第一条特性曲线706示出在初始反射系数为20%的情况下转换的辐射的变化。第二条特性曲线708示出在初始反射系数为60%的情况下转换的辐射的变化。能够从两条特性曲线706、708得出，对于增大的相对圆锥高度，转换的辐射的部分渐进地接近100%的转换率。因为漫反射系数和转换的辐射的总和近似于1，所以对于变大的相对圆锥高度而言，漫反射系数总是变小并且渐进地接近0。所述事实的原因能够在于，在“深”圆锥的情况下，漫反射的泵浦光不是立刻离开空心圆锥，而是重新射到圆锥310的内侧表面108上的反射漫射光的材料上进而提供转换可能性。

在图8A和图8B中示出转换装置的其他的实施例。

在这两个图中示出“一维”的装置，因为沿着线、也就是在一个维度中重复设置有放射漫射光的材料的面的结构。示例性地，在此，一维装置构成为凹槽107，所述凹槽的朝向光射入的表面108施加有放射漫射光的材料。凹槽107能够是直的或弯曲的。在图8A中，泵浦光102的射入方向沿着关于凹槽107的横截面的对称轴104。在该装置中，底面具有矩形的形状。在图8B中，泵浦光102的射入方向沿着关于凹槽107的横截面的对称轴104。在该装置中，底面具有弯曲的、矩形的形状。对射出辐射的张角的有利设定在下述转换装置120的所述实施例中来进行，所述转换装置垂直于装置、也就是沿着泵浦光102的射入方向以与之相对的方向、并且也例如垂直于装置的主要伸展的方向、在该情况下例如垂直于（在弯曲情况下不同的）凹槽伸展。

在图9A和图9B中示出的转换装置120的实施例分别通过在图8A和图8B中示出的一维装置的相互结合而得到。相互并置垂直于相应的装置的主要伸展方向进行。因此，凹槽107侧向并排地安置，其中装置能够具有例如在图9A中示出的直凹槽或例如在图9B示出的弯曲凹槽。该实施例尤其适合于下述情况，转换装置120的较大的面能够施加有放射漫射光的材料并且仅要求垂直于所述面的或垂直于在图9A和9B中示出的装置的底面的小空间。经由一定数量并排设置的凹槽107能够控制覆盖特定面的转换装置120的深度，也就是说随着各个并排设置的凹槽107的数量增加，所述凹槽的底面一直变小，转换装置120的深度减小。

类似于在图3中示出的转换装置的实施例，在图8A、图8B和图9A、图9B中示出的实施例中，如示例地在图10A和10B中示出的泵浦光102的射入方向也能够相对于装置的对称平面以角度α倾斜，所述角度例如在大约0°至大约45°的范围中、例如在大约0°至大约30°的范围中、例如在大约0°至大约15°的范围中。此外，根据图10A的凹槽107或根据图10B的由并排设置的凹槽构成的转换装置109自身能够以角度β倾斜，使得不再给出垂直于通过凹槽伸展来预设的方向的对称横截面。替选地，根据图8A、图8B和图9A、图9B的实施形式能够连同发光材料轮一起使用。

除在图9A和图9B中示出的面覆盖的转换装置130的实施形式之外，在图11中示出面覆盖的转换装置120的另一个实施例。所述装置是二维装置，因为其结构沿两个彼此垂直的方向重复。所述装置由多个0维的空心体106组成，所述装置的在朝向泵浦光射入102的一侧上的侧表面108施加有放射漫射光的材料。空心体106能够根据在图2B中示出的实施形式构成为棱锥形的，也就是说，具有正方形的底面。但是，其底面也能够具有其他的几何形状，例如三角形的或六边形的形状。在转换装置120的该实施例中，泵浦光102的射入方向也能够关于装置的（任意的、因为所有的对称轴线都平行）对称轴线104倾斜（没有在图中示出）。

在图12中示出具有反射器160的照明装置100的实施例。反射器160作为光学元件在图1中的照明装置100的示意结构中连接在转换装置120的下游。反射器在图12中示出的实施例中设计成半壳反射器105。转换装置130的设置有放射光的材料的表面至少部分地设置在半壳反射器105的焦点中。在此，α表示泵浦光102的射入方向的角度并且β表示装置倾斜的角度。作为转换装置130能够使用任意在此介绍的实施例，然而其并不局限于此。通过调节张角的可能性，在根据图12示出的实施例中，出自半壳反射器105的几何形状的损耗降低进而照明装置100的效率提高。此外，该实施例也能够与发光材料轮（没有示出）组合使用。

改变放射的转换的光140的张角的另一个可能性在于应用准直光学元件150。在图13A和图13B中示出与在图2B中示出的转换装置120组合的准直光学元件140的实施例。从上部（从图13A和图13B的角度观察）到施加有放射漫射光的材料的内侧表面108上地进行泵浦光射入102。在图13A中使用TIR元件112，在其壁上，射出的转换的光140被全反射并且其张角能够继续被改变。在图13B中，为调节张角使用透镜114。要指出的是，在涂有放射漫射光的材料的空心体中，在其内部空间中能够设置其他的光学元件，例如透镜或准直光学元件。

转换装置120的所有在此介绍的实施例基于相同的基本思想：转换装置120的由泵浦光照射的施加有放射漫射光的材料的表面相对于放射有效转换的光的面增大。

这通过现有技术的转换装置120的表面上的平坦的、施加有发光材料的面的伸展来实现，所述转换装置例如能够由不同几何形状的空心体106来构成。换言之，设置有放射漫射光的材料的对于光转换重要的表面在此处示出的转换装置120的实施形式中没有在垂直于泵浦光射入的平面中延伸进而没有局限于相对于光射入的二维，而是相反地，通过所述表面例如必然构成为三维的空心体的侧表面或表面而相对于光射入延伸到第三维度中。

因为在此处示例性地描述的转换装置120中，其侧表面或表面总是大于其底面，所以通过由泵浦光泵浦的面、例如侧表面或表面与放射有效转换的光的面、例如底面的有针对性地引起的脱耦，实现在产生漫射光的材料上的功率密度的有利的降低以及已经在该申请中描述的其他优点。

迄今描述的用在照明装置中的转换装置120的实施例意图对从照明装置射出的转换的辐射的张角进行限制。

Claims (16)

1.照明装置（100），具有：

·用于提供激光（130）的光源（110）；和

·漫反射的材料和/或磷光材料和/或荧光材料，所述漫反射的材料和/或磷光材料和/或荧光材料在所述照明装置（100）中设置在面（108）上，使得由所述光源（110）提供的激光（130）射到所述材料上，其中具有一个或多个子面的所述面（108）形成空心体，所述子面至少部分地朝向彼此地设置，使得由设置在子面上的材料反射的或产生的光至少部分地射到设置在所述面（108）的同一个或另一个子面上的材料上，并且所述激光（130）到所述材料上的射入和由所述材料反射的或产生的光的放射都经由所述一个或多个子面的相同的表面来进行。

2.根据权利要求1所述的照明装置（100），

其中设置在所述一个或多个子面上的所述材料具有由不同的发光材料混合物组成的混合物。

3.根据权利要求2所述的照明装置（100），

其中所述发光材料混合物中的一种是碱-硅酸盐-磷混合物。

4.根据权利要求1至3所述的照明装置（100），

其中由所述照明装置（100）产生的所述光（130）的张角能够经由选择所述子面相互间的角度来调节。

5.根据权利要求1至4之一所述的照明装置（100），

其中设置有所述反射材料和/或磷光材料和/或荧光材料的所述面（108）形成圆锥面或棱锥面。

6.根据权利要求1至4之一所述的照明装置（100），

其中设置有所述反射材料和/或磷光材料和/或荧光材料的所述面（108）限定凹槽。

7.根据权利要求6所述的照明装置（100），

其中所述凹槽构成为直凹槽或弯曲凹槽。

8.根据权利要求1至7之一所述的照明装置（100），

其中光路平行于所述照明装置（100）的对称轴伸展。

9.根据权利要求1至7之一所述的照明装置（100），

其中光路相对于所述照明装置（100）的对称轴倾斜地伸展。

10.根据权利要求1至9之一所述的照明装置（100），

其中所述光源（110）设计成，使得所提供的所述激光（130）具有至少一个激光束，其中所述激光束具有不同的波长并且所述激光束的射束轨迹是相互无关的。

11.根据权利要求1至10之一所述的照明装置（100），还具有：

至少一个准直光学元件（150），所述准直光学元件设计成对由所述材料产生的光离开所述照明装置（100）的角度进行限制。

12.根据权利要求11所述的照明装置（100），

其中所述准直光学元件（150）具有下述元件中的至少一个：

至少一个透镜；和/或

至少一个全反射元件。

13.根据权利要求1至11之一所述的照明装置（100），

其中在所述照明装置（100）中设置有所述漫反射的材料和/或磷光材料和/或荧光材料的所述面（108）具有多个相互邻接设置的、构成在相互邻接设置的空心体上的一个或多个子面，所述子面至少部分地朝向彼此地设置，使得由设置在空心体的子面上的材料反射的或产生的光至少部分地射到设置在同一个空心体的所述面（108）的同一个或另一个子面上的材料上，并且所述激光（130）到所述材料上的射入和由所述材料反射的或产生的光的放射都经由所述子面的相同的表面来进行。

14.根据权利要求1至13之一所述的照明装置（100），还具有：

·反射器（160），

·其中设置有所述反射材料和/或磷光材料和/或荧光材料的所述面（108）至少部分地设置在所述反射器中、尤其至少部分地设置在所述反射器（160）的焦点中。

15.根据权利要求1至14之一所述的照明装置（100），

其中所述照明装置设计成下述照明装置（100）中的一种：

·投影灯；

·效果照明灯；

·光导体范围中的灯。

16.照明装置（100），具有：

·用于提供激光（130）的光源（110）；和

·漫反射的材料和/或磷光材料和/或荧光材料，所述材料在所述照明装置（100）中设置在面（108）上，使得由所述光源（110）提供的激光（130）射到所述材料上，其中具有一个或多个子面的所述面（108）形成空心体，所述子面至少部分地朝向彼此地设置，其中激光射入通过下述区域进行：所述区域通过至少部分地朝向彼此设置的所述一个或多个子面的上边缘来限界。

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