CN106369518B - 照明设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种照明设备，该照明设备(1)具有用于产生初级光束(P)的初级光产生装置(2)，用于将初级光束至少部分转换成次级光(S)的发光材料体(7)和碗形的反射器(5)，所述反射器位于在初级光产生装置(2)和发光材料体(7)之间的初级光路径中，其中反射器(5)在其反射面(13)的至少一部分中具有多个在其纵向延伸中敞开伸展的凹槽(14)，所述凹槽彼此平行地设置。本发明例如可以用于车辆照明的、尤其是前照灯的领域、舞台照明的领域、医学诊断的领域和/或效果照明的领域。

Description

照明设备
技术领域
本发明涉及一种照明设备，其具有用于产生初级光束的初级光产生装置，用于将初级光束至少部分转换成次级光的发光材料体和碗形的反射器，所述反射器位于在初级光产生装置和发光材料体之间的初级光路径中。本发明例如可应用于车辆照明的、尤其是前照灯的领域、舞台照明的领域、医学诊断的领域和/或效果照明的领域。
背景技术
已知的是：预设的初级光波长的初级光(例如蓝色的“初级”光)放射到转换波长的发光材料体上，由所述发光材料体将初级光至少部分转换成较大波长的光(例如转换成黄色的“次级”光)并且再次放射。发光材料体例如可以是由具有石榴石结构的稀土掺杂的陶瓷构成的陶瓷体(例如在DE 10 2007 010 719 A1中公开)并且借助用于热和机械结合的硅酮粘结剂粘贴在载体上。如果初级光是激光并且发光材料体与产生初级光的激光器间隔开，那么也指的是LARP(“激光远程激发磷光体(Laser Activated Remote Phosphor)”)装置。在LARP装置中，通常在激光器和发光材料体之间的初级光路径中设有(转向)反射器，以便将初级光转向到发光材料体上。
在此，在光度性能和寿命方面值得追求的是：针对LARP应用均匀化初级光束的辐射强度或辐射功率的密度分布。这尤其适用于如下情况：在激光光路中使用有机材料，例如用于固定发光材料体的硅酮粘结剂。在蓝色激光束的辐射强度的局部峰值超过100W/mm2的情况下例如已表明：超过商用的基于硅酮的粘结剂在实际足够的寿命内的稳定性。
为了降低激光束的辐射强度或功率密度的峰值，可以将光学透光元件如积分器(参见例如DE 10 2011 089 209 A1)或飞眼透镜(Fliegenaugenlinse)引入在发光材料体上游的激光束的光路中。然而，如此实现的均匀化可能还是不够的。
发明内容
本发明的目的是：至少部分克服现有技术的缺点并且尤其提供一种照明设备，所述照明设备即使在可供使用的结构空间小的情况下也借助可简单实现的措施实现初级光束的辐射强度特别有效地均匀化。
所述目的根据本发明的实施例的特征来实现。优选的实施方式尤其可以从如下描述中得出。
所述目的通过一种照明设备来实现，其具有用于产生初级光束的初级光产生装置，用于将初级光束至少部分转换成次级光的发光材料体和碗形的反射器，所述反射器位于在初级光产生装置和发光材料体之间的初级光路径中，其中反射器在其用于初级光束的反射面的至少一部分中具有多个在其纵向延伸中敞开伸展的凹槽，所述凹槽彼此平行地设置。
该照明设备得出如下优点：通过凹槽将由反射器转向到发光材料体上的初级光束局部略微不同地反射，并且由此还进一步均匀化。为了均匀化，凹槽尤其引起类似于通过光栅产生的光衍射的效果。因此，可以降低初级光束的发光密度的尖峰，这尤其结合无机材料有利地影响照明设备的寿命和光度性能。
初级光产生装置可以具有至少一个初级光源。一个改进形式是：至少一个初级光源具有至少一个半导体光源。至少一个半导体光源例如可以具有至少一个发光二极管和/或至少一个激光二极管。
对于初级光产生装置具有多个光源的情况而言，所述光源可以将其单光束平行地或不可区分地以聚束的方式射到反射器上。替选地，光源可以将其单光束以彼此成角度的方式射入到反射器上。
初级光束可以具有一个或多个波长的初级光，例如作为不同波长的单光束的组合。例如，初级光束可以具有恰好一个波长的蓝光或紫外光的初级光束，或替选地具有不同波长的蓝光和/或紫外光。
发光材料体可以构成用于部分转换初级光(“部分转换”)或构成用于完全转换初级光(“完全转换”)。
发光材料体可以具有一种或多种发光材料。在存在多种发光材料的情况下，所述发光材料可以产生彼此不同波长的次级光。次级光的波长可以比初级光的波长更长(所谓的“降频转换”)或更短(所谓的“升频转换”)。例如，蓝色初级光可以借助于相应的发光材料转换成绿色的、黄色的、橙色的或红色的次级光。在仅部分地进行波长转换或波长转换的情况下，由发光材料体放射由次级光和未被转换的初级光构成的混合光，所述混合光可以用作为可用光。例如，白色可用光可以由蓝色的、未被转换的初级光和黄色的次级光构成的混合光产生。然而，完全转换也是可行的，其中初级光要么不再存在于可用光中要么仅以可忽略的份额存在于可用光中。转换率例如与发光材料浓度和/或厚度有关。在存在多种发光材料的情况下，可以由初级光产生不同光谱组成的次级光成分，例如黄色的和红色的次级光。红色的次级光例如可以用于：为可用光供较暖的色调，例如所谓的“暖白色”。在存在多种发光材料的情况下，至少一种发光材料可以适合于：再次对次级光进行波长转换，例如将绿色次级光转换成红色次级光。这种由次级光再次进行波长转换的光也可以称作为“三级光”。
另一改进形式是：照明设备具有至少一个另外的光源，以产生至少一个另外的光束(下面在不失普遍性的情况下称作为“中性光源”)。这种照明设备构建用于：经由反射器将至少一个中性的光束也射到发光材料体上。与初级光束不同，中性光束的光不能通过发光材料体进行波长转换或进行转换，而是能够通过发光材料体来散射。通过该改进形式，可以以简单的方式将光束混合给由发光材料体放射的可用光。由此，能够以简单的方式调节可用光的总色坐标。至少一个中性的光束可以类似于各个初级光束地被引导，例如平行于所述初级光束地被引导、与所述初级光束不可区分地聚束或者相对于各个初级光束成角度地引导。中性的光束例如可以是红色光束。
照明设备可以以透射布置方式运行发光材料体，其中可用光由发光材料体在背离辐照面的一侧放射。附加地或替选地，照明设备可以以反射布置方式运行发光材料体，其中可用光由发光材料体在也具有辐照面的一侧放射。
碗形的反射器尤其理解为如下反射器，所述反射器至少在初级光束所射到的区域中具有三维弯曲的反射面。三维弯曲的反射面例如可以是椭圆体抛物线的、球形的或自由形状的基本形状。于是，一个设计方案是：至少反射器的反射面的具有凹槽的部分具有壳状的基本形状。
凹槽尤其理解为长形的凹处。所述凹槽的(槽)宽度或在两个侧边缘之间的(槽)宽度尤其可以垂直于纵向延伸地确定。凹槽的(侵入)深度尤其可以相对于反射器的没有凹槽的反射面的基本形状来确定。这可以至少近似地对应于通过凹槽的侧边缘张开的平面和凹槽的相对于其最深的点之间的间距。
在其纵向延伸中敞开伸展的凹槽尤其理解为如下凹槽，所述凹槽具有敞开的端部并且不是环绕闭合的。这样，闭合的环形的凹槽不是敞开伸展的凹槽。一个改进形式是：至少一个敞开伸展的凹槽(尤其全部敞开伸展的凹槽)的端部伸展至碗形的反射面的边缘。
彼此平行设置的凹槽尤其理解为相邻的凹槽，所述凹槽在长边直接彼此邻接或者其朝向彼此的长边彼此间具有恒定的间距。
一个改进形式是：凹槽至少近似是直线的。直线的凹槽尤其可以理解为如下凹槽，所述凹槽在一个平面上的投影可以形成直线。
又以设计方案是：凹槽的槽宽、侵入深度和/或偏转角相同。这实现特别简单的设计和制造。
偏转角可以理解为在凹槽的横截面中观察的(尤其中等的或平均的)如下角度，射到凹槽的初级光束以该角度通过角度错开的方式放射，更确切地说，与反射面的在那里假设的无凹槽的基本形状相比角度错开地放射。于是，偏转角尤其可以说明：射到凹槽上的初级光束相比于无凹槽的反射器以何种(尤其中等的或平均的)角度被更强或更弱地偏转。
另一设计方案是：至少两个相邻设置的凹槽的槽宽和/或侵入深度和/或偏转角不同。这样，可以实现更强的均匀化。
一个改进形式是：凹槽设置成多个组，这还可以进一步改进反射的初级光束的均匀化。不同组的相邻的凹槽或组可以直接彼此邻接或者彼此间隔开。
一个设计方案是：凹槽设置成多个组，所述组分别具有至少两个不同的凹槽，这实现更强的均匀化。所述组可以具有彼此相同或类似的凹槽。
此外，一个设计方案是：组彼此平行地设置，这使得设计容易。例如，组可以分别具有带有相同或不同特性的三个平行的凹槽R1、R2和R2。因此，反射器面尤其具有侧向顺序R1-R2-R3-R1-R2-R3以此类推的平行的痕迹。
用于改进被反射的初级光束的均匀性的一个普遍的改进方案是：至少两个凹槽彼此成角度地伸展并且尤其也可以交叉。例如，这样可以在反射面上产生格栅状的凹槽图案。彼此平行伸展的凹槽可以间隔开或直接(无间隔地)彼此邻接。
又一设计方案是：一组的凹槽的槽宽、侵入深度和/或偏转角相对于无凹槽的基本形状是不同的。
此外，一个设计方案是：一组的凹槽的槽宽、侵入深度和/或偏转角按相邻的顺序依次提高或者降低。这也实现复杂的凹槽图案的特别简单的布局或特别简单的设计。
例如，第一凹槽R1可以具有大约4.9微米的槽宽、大约15纳米的侵入深度和大约0.7°的偏转角。第二凹槽R3(所述第二凹槽与第一凹槽R1相邻地设置)可以具有大约5.9微米的槽宽、大约25纳米的侵入深度和大约0.85°的偏转角。第三凹槽R3(所述第三凹槽与第二凹槽R2相邻地设置)可以具有大约7微米的槽宽、大约30纳米的侵入深度和大约1°的偏转角。这已证明为对于均匀化射束强度是特别有利的。
普遍地，有利的是：凹槽的槽宽在2微米和200微米之间。
也普遍有利的是：凹槽的偏转角在0.25°和5°之间，尤其0.25°和1°之间，并且特别有利的是凹槽的偏转角在0.5°和1°之间。
此外，普遍有利的是：凹槽的侵入深度在5纳米和5微米之间，尤其为在10纳米和100纳米之间，尤其在15纳米和50纳米之间，尤其在15纳米和30纳米之间。
特别简单的实现方案通过凹槽的横截面形状是扇形的设计方案来达到。然而，也可以使用其他横截面形状，例如椭圆形的、双曲线的或自由的形状。
特别紧凑的实现方案通过如下设计方案来达到：其中初级光束的横截面与反射面的具有凹槽的部分的与初级光束平行的投影的比例为至少25％。换而言之，初级光束占据反射面的具有凹槽的部分的(投影的)面的至少25％。
又一设计方案是：反射面的具有凹槽的、可通过初级光束照明的部分的高度为五毫米到十毫米之间，尤其为大约六毫米。
又一设计方案是：初级光束在反射器的区域中的最大直径在二毫米到四毫米之间、尤其为大约三毫米。初级光束的横截面形状例如可以是圆形的、椭圆形的或多边形的(尤其矩形的)。
为了进一步均匀化初级光束，照明设备可以具有连接在反射器上游的积分棒。所述照明设备替选地或附加地也可以具有连接在反射器下游的积分棒。
通过上述照明设备可以实现：(即使在结构紧凑的情况下)发光材料体上的局部的功率密度不大于100W/mm2。
对于发光材料体借助于有机粘结剂、尤其硅酮粘结剂来固定的情况而言通过照明设备是特别有利的。
此外，一个设计方案是：照明设备是车辆照明设备。车辆照明设备可以是前照灯，其尤其具有近光灯功能、远光灯功能、雾灯功能、日间行车灯功能和/或转向灯功能。
又一设计方案是：照明设备是舞台照明设备，例如舞台探照灯。
此外，又一设计方案是：照明设备是效果照明设备。
一个改进形式是：照明设备是医疗诊断照明设备。
附图说明
本发明的上述特征、特点和优点以及如何实现它们的方式和方法结合实施例的下面的描述在理解方面变得清晰和明显，所述实施例结合附图来详细描述。在此，为了概览，相同的或起相同作用的元件设有相同的附图标记。
图1示出具有反射器的照明设备的草图；
图2示出照明设备的反射器的斜视图；和
图3以带有放大的局部的侧视图作为剖面图示出反射器。
具体实施方式
图1示出照明设备1的草图，所述照明设备可以是大灯(车辆前照灯、舞台探照灯等)、效果照明装置、室外照明装置等的一部分。
照明设备1具有呈至少一个激光器2形式的初级光产生装置2，所述激光器可以发射呈例如蓝色激光束形式的初级光束P。初级光束P在所述初级光束射到(转向)反射器5之前穿过积分棒3和必要时穿过光学装置4(其具有一个或多个光学元件)，用以使其均匀化。由反射器5将初级光束P必要时经由另一光学装置6射到例如陶瓷的发光材料体7上。发光材料体7可以借助于有机粘结剂(未示出)固定在载体8上。
由发光材料体7放射的可用光可以以反射布置方式作为可用光Nr从小板状的发光材料体7的如下侧放射，初级光束P也射入到所述侧上。在该情况下，载体8尤其可以构成为是反射的。由发光材料体7放射的可用光可以以透射布置方式作为可用光Nt从小板形的发光材料体7的如下侧放射，所述侧背离初级光束P射入的侧。在该情况下，载体8尤其可以是透光的，例如是蓝宝石小板。可用光Nr、Nt例如可以是由在发光材料体7处未被波长转换(但是被散射)的初级光P和在发光材料体7处被波长转换的次级光S构成的混合光。如果次级光S是黄色光，那么可用光Nr、Nt尤其是蓝黄色的或白色的混合光。
图2示出反射器5的放大的斜视图。反射器具有底座9，在所述底座的下侧10处，反射器5可以布设到底板(未示出)上。反射器5可以经由孔11固定在底板上。下侧10在下文中在不失普遍性的情况下可以视作为水平定向或者视作位于水平线H中(参见图3)。
反射器区域12从底座9向上突出，在所述反射器区域处，针对由初级光产生装置2在此水平地射入的初级光束P构成反射面13。初级光束P在反射面13处朝发光材料体7转向。射入的初级光束P具有的横截面大到(例如三毫米)，使得所述入射光束占据反射面13的至少25％，尤其占据反射面13在垂直于初级光束P定向(在此：竖直的)的投影平面E(参见图3)上的投影的至少25％。反射面13为此例如可以具有大约六毫米的竖直高度。
反射面13具有碗形的椭圆体的基本形状，多个敞开伸展的并且彼此平行设置的凹槽14引入到所述反射面中。尤其，整个反射面13设有凹槽14或结构化有凹槽14。凹槽14具有端部，所述端部伸展到反射面13的边缘15。在此，凹槽14水平叠置地设置。
反射器区域12还具有设置在反射面13下方的另一碗形的反射面16。另一反射面16可以不直接地通过初级光束P辐照，而是用于在此向回放射由发光材料体7放射的混合光P、S，因为否则会损失所述混合光。另一反射面16具有光滑的(未结构化的)、例如球形的或自由成形的表面。
图3以具有放大的局部A的侧视图作为剖面图示出反射器5。在局部A中绘制凹槽14中的特定的凹槽14-1的横截面。凹槽14-1在横截面中例如具有扇形的形状。与未结构化的椭圆体的表面C相比，所述凹槽在其两个侧边缘T1(下部的侧边缘)和T2(上部的侧边缘)之间具有槽宽w。另一凹槽14-2无间隔地连接到下部的侧边缘T1上，又一凹槽14-3无间隔地连接在上部的侧边缘T2上。
此外，凹槽14-1与未结构化的表面C相比具有最大侵入深度h，作为特征量。
凹槽14-1也可以借助于偏转角α来表示，所述偏转角说明凹槽14-1的初级光束P的放射方向D2和未结构化的表面C的初级光束P的放射方向D1之间的角度差。
在横截面形状为扇形的情况下，凹槽14-1例如也可以通过所属的圆的半径(未示出)来确定。
在一个改进形式中，槽宽w可以在2微米和200微米之间，和/或偏转角α可以在为0.5°和5°之间，和/或侵入深度h在5纳米和5微米之间，尤其在10纳米和100纳米之间，尤其在15纳米和50纳米之间，尤其在15纳米和30纳米之间。
半径例如可以在0.15毫米和1毫米之间。
在一个改进形式中，全部凹槽14-1、14-2、14-3都可以具有相同的槽宽w、侵入深度h和/或偏转角α。
在另一改进形式中，至少两个凹槽14-1、14-2、14-3的槽宽w、侵入深度h和/或偏转角α可以不同。尤其，凹槽14-1、14-2、14-3可以设置成多个彼此平行设置的组。不同组的凹槽14-1、14-2、14-3的特征值w、h、α等可以是相同的，但是在一个组之内可以是不同的。尤其，一个组的凹槽14-1、14-2、14-3的槽宽w、侵入深度h和/或偏转角α可以按相邻的顺序依次提高或降低。
例如，下部的凹槽14-2可以具有大约4.9微米的槽宽w、大约15纳米的侵入深度h和大约0.7°的偏转角α。中央的凹槽14-1可以具有大约5.9微米的槽宽w、大约25纳米的侵入深度h和大约0.85°的偏转角α。上部的凹槽14-3可以具有大约7微米的槽宽w、大约30纳米的侵入深度h和大约1°的偏转角α。但是，这些数值的分配也可以以相反的顺序进行。在凹槽14-2之下和/或在凹槽14-3之上可以连接其他这种组。
尽管详细地通过优选的实施例详细阐明和描述本发明，但本发明并不限于所公开的实例并且本领域技术人员可以从中推导出其他变型形式，而没有偏离本发明的保护范围。
普遍地，可以将“一”、“一个”等理解为单数或复数，尤其就“至少一个”或“一个或多个”而言理解为单数或复数，只要这没有明确地例如通过表述“刚好一个”来排除。
数量说明也可以恰好包括所说明的数量以及常用的公差范围，只要这没有明确地被排除。
附图标记列表
1 照明设备
2 初级光产生装置
3 积分棒
4 光学装置
5 反射器
6 光学装置
7 发光材料体
8 载体
9 底座
10 下侧
11 孔
12 反射器区域
13 反射面
14 凹槽
14-1 中部的凹槽
14-2 下部的凹槽
14-3 上部的凹槽
15 反射面的边缘
16 另一反射面
A 局部
C 表面
D1 放射方向
D2 放射方向
E 投影平面
H 水平线
h 侵入深度
Nr 反射布置方式中的可用光
Nt 透射布置方式中的可用光
P 初级光束
S 次级光
T1 下部的侧边缘
T2 上部的侧边缘
w 槽宽
α 偏转角

Claims (17)

1.一种照明设备(1)，具有：
-用于产生初级光束(P)的初级光产生装置(2)，
-用于将所述初级光束(P)至少部分转换成次级光(S)的发光材料体(7)，和
-碗形的反射器(5)，所述反射器位于在所述初级光产生装置(2)和所述发光材料体(7)之间的初级光路径中，其中
-所述反射器(5)在其反射面(13，16)的至少一部分(13)中具有多个凹槽(14)，所述凹槽在其纵向延伸中敞开伸展，所述凹槽彼此平行地设置，
-所述凹槽(14，14-1，14-2，14-3)的槽宽(w)在2微米和200微米之间，
-所述凹槽(14，14-1，14-2，14-3)的偏转角(α)在0.5°和5°之间，和/或
-所述凹槽(14，14-1，14-2，14-3)的侵入深度(h)在5纳米和5微米之间。
2.根据权利要求1所述的照明设备(1)，其中至少所述反射器(5)的所述反射面(13，16)的具有所述凹槽(14)的部分(13)具有椭圆体的基本形状。
3.根据权利要求1或2所述的照明设备(1)，其中所述凹槽(14，14-1，14-2，14-3)的槽宽(w)、侵入深度(h)和/或偏转角(α)相同。
4.根据权利要求1或2所述的照明设备(1)，其中至少两个相邻设置的凹槽(14，14-1，14-2，14-3)的槽宽(w)、侵入深度(h)和/或偏转角(α)是不同的。
5.根据权利要求4所述的照明设备(1)，其中
-所述凹槽(14，14-1，14,2，14-3)设置成多个组，所述组各具有至少两个不同的凹槽(14，14-1，14-2，14-3)，和
-所述组彼此平行地设置。
6.根据权利要求5所述的照明设备(1)，其中，一组的所述凹槽(14，14-1，14-2，14-3)的槽宽(w)、侵入深度(h)和/或偏转角(α)相对于无凹槽的基本形状(C)是不同的。
7.根据权利要求6所述的照明设备(1)，其中，一组的所述凹槽(14，14-1，14-2，14-3)的槽宽(w)、侵入深度(h)和/或偏转角(α)按相邻的顺序依次提高或者降低。
8.根据权利要求1所述的照明设备(1)，其中所述侵入深度(h)在10纳米和100纳米之间。
9.根据权利要求8所述的照明设备(1)，其中所述侵入深度(h)在15纳米和50纳米之间。
10.根据权利要求9所述的照明设备(1)，其中所述侵入深度(h)在15纳米和30纳米之间。
11.根据权利要求1或2所述的照明设备(1)，其中所述凹槽(14，14-1，14-2，14-3)的横截面形状是扇形的。
12.根据权利要求1或2所述的照明设备(1)，其中所述初级光束(P)的横截面与所述反射面(13，16)的具有所述凹槽(14，14-1，14-2，14-3)的部分(13)的平行于所述初级光束的投影(E)的比例为至少25％。
13.根据权利要求12所述的照明设备(1)，其中所述反射面(13，16)的具有所述凹槽(14)的部分(13)的高度在五毫米和十毫米之间。
14.根据权利要求12所述的照明设备(1)，其中所述初级光束(P)在所述反射器(5)的具有所述凹槽(14)的部分(13)的区域中的最大直径在二毫米和四毫米之间。
15.根据权利要求14所述的照明设备(1)，其中所述最大直径为大约三毫米。
16.根据权利要求1或2所述的照明设备(1)，其中所述照明设备(1)具有连接在所述反射器(5)上游的积分棒(3)。
17.根据权利要求1或2所述的照明设备(1)，其中所述照明设备(1)是车辆照明设备、舞台照明设备或者效果照明设备。
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