CN106471098A - 光源 - Google Patents

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Abstract

光源(1)基于激发相干辐射(3)的高效率固态激光源(2)和被加工成用于发射光参数化的光学元件形式的单晶磷光体(4)。单晶磷光体(4)由基于(Ax,Lu1‑x)aAlbO12:Cec通式的石榴石的单晶材料或者由基于B1‑qAlO3:Dq通式的钙钛矿结构的单晶材料产生。高效光源(1)将在例如汽车工业中使用。

Description

光源
技术领域
本发明涉及用于一般广泛使用的高效白光发光二极管，包括依赖具有激发相干辐射的发光材料激发而发光的发光材料。
背景技术
目前，照明技术利用宽光谱的光源，诸如具有灯丝的光源、卤素光源、高强度放电灯(HID)、荧光灯以及，最近越来越常见的是半导体光源，诸如发光二极管(LED)。目前引入的LED类型的光源的替代方案看起来是激光二极管(LD)。与LED相同，激光二极管是将电能直接转换成光的半导体设备。
目前，作为相干光的固态光源之一的蓝色激光二极管的输出显著地进展，因此有可能考虑在照明技术中使用激光器。半导体激光器实现非常高的亮度，目前，这是无法利用任何其它已知的光源实现的，与常规的表面照明LED相比，其具有大于1000倍的值。与能够生成超过500cd/mm2的亮度的蓝色激光器相比，高效率LED光源的亮度为60cd/mm2–100cd/mm2。目前，市场上有基于InGaN技术的蓝色激光二极管。
在获得高发光强度所必需的高电流密度(～kA/cm2)的情况下，激光器是电能转换为光能的最高效的转换器。激光二极管产生具有高亮度(大能量密度)、窄光谱宽度和窄发射特性的单色相干光，因此其可以容易且优异地聚焦。因此，激光二极管代表高效的光源，为高密度输出光源提供了有前途的条件。
由于激光二极管在小的发射表面上产生的高亮度，有可能实现尺寸和重量的减小，并且又实现光源的更大的设计变化性。因此，激光二极管看起来是发光二极管的逻辑后继。
为了在使用激光二极管时获得白光，有可能使用蓝色、绿色和红色激光束的叠加性组成。这个过程的缺点在于以下事实：照明需要更高电能消耗，即，同时通过三个激光二极管，并且，此外，光源需要非常精确的光学器件用于在一个白光束中混合激光束。各个二极管的不同的热老化导致在寿命期间所得到的色谱的变化。
目前，激光二极管开始与作为一种发光材料的磷光体组合。磷光体是吸收某一波长的激发光并在光波长的可见光谱中的不同波长上发射它的一些材料。这种现象在将短波长光转换为较长波长光的过程中最频繁地发生，并被称为“下变频”。
磷光体将被激发的光变换成所需波长的光。当这样做时，由于转换本身(斯托克斯频移)并由于光散射或反射，磷光体中存在能量损失。当使用激光二极管时，预期有必要确保大约1W输出的来自磷光体的热耗散。但是，基于给定应用的需求，随着对磷光体和二极管组件冷却的需求的增加，可以使用更多的激光二极管用于磷光体激发。
由激光二极管产生的光束的特征在于高能量密度、窄轮廓和高方向性，因此，对磷光体有新的需求。因此，有必要以能够承受高负载而不损坏或降级的形式使用磷光体。一种解决方案是利用旋转磷光体将入射功率散布到更大的表面上，就像例如对于X射线辐射源或者如在WO2012172672A专利申请中所陈述的。但是，旋转零件一般对于构造、维护以及尤其是操作更加苛刻，并且是潜在的缺陷源。这种解决方案不适于一般应用并且因此必须找到静态解决方案。
当利用1W输出的激光束照射组装在各种基质中的磷光体时，由于所释放的热量，基于聚碳酸酯、玻璃或铝的基质在5分钟后被损坏。但是，陶瓷基体可以承受热条件，其温度可以超过300℃。在转换期间磷光体被加热到的最终温度也依赖于所使用的磷光体的体积，因为其减小的体积导致温度的不可忽略的增加。在高温下，也发生负面现象，诸如温度发光淬灭，并且整个光源会过热，这进一步增加了对冷却的需求。
使用激光二极管的缺点之一是由于以下事实：对于激光二极管，存在大的热依赖性，因为激光二极管上的温度增加导致其效率的显著降低和其寿命的缩短。因此，有必要消除荧光体中生成的其它热量返回到激光二极管芯片。可用的解决方案之一是利用在许多构造组件中使用的“远程磷光体”(如在专利文件WO2010/143086A1；EP2202444；WO2009/134433A3中所述)。由于激发源和磷光体的物理分离，有可能很好地控制热管理。对来自磷光体的热耗散的解决方案在例如专利申请US20110280033中描述。当物理地分离激发光源和磷光体时，有可能将来自激光二极管的激发光传导到具有光纤的磷光体，并且有可能优选地使用由激光二极管生成的光束的小发射面积和高方向性，用于光束在光纤中的简单耦合。
另一种替代方案是使用单晶形式的磷光体。单晶代表原子位于晶格位置中的高度排列的完美材料。由于这个事实，在单晶磷光体(single crystal phosphor)中的光散射最小。在单晶材料中，Ce化学元素的掺杂原子总是分布在它们用作高效发光中心的位置。
由磷光体吸收并随后转换的蓝光的量与Ce3+掺杂离子的浓度成正比。为此，在常规粉末磷光体中刻意增加Ce3+掺杂离子的浓度。这导致磷光体中更高的热生成，如果其不被高效地带走，则可以将磷加热到超过200℃的温度，并且可以发生发光的温度猝灭，这表示降低发光效率的热依赖性非辐射过程。不过，基于YAG:Ce的单晶磷光体的温度淬灭仅在高于大约350℃的温度发生。
由于晶格中的完美原子排列，单晶磷光体实现高导热性。因此，在发光期间生成的热的散逸将比当前在硅胶、玻璃基体(PiG–玻璃中的磷光体)或多晶结构形式的基体中散布的粉末磷光体更有效。
由于单晶中不包含晶界和包含最少的缺陷，所生成的热只有很小的散射。因此，有可能使用较低浓度的一种或多种掺杂剂，其又减少导致发光效率降低的被称为发光的浓度猝灭的现象。单晶磷光体中Ce3+掺杂剂的较低浓度也导致在具有斯托克斯频移的发光期间生成较低热量和热负荷的减少。同时，如果刻意将具有与原始原子直径不同的原子直径的另一种元素引入到磷光体晶格中，则会发生晶格的膨胀或变形，随后发生磷光体发射光谱的偏移。
当使用激光二极管作为激发源时，有必要确保其安全使用(“眼睛安全”)。这可以通过以存在激光束的足够转换这样一种方式使用足够体积的单晶来实现，或者通过使用在激光二极管光束的方向上位于磷光体后面的反射元件来实现，使得它将通过磷光体的辐射反射回磷光体，在那里它将被完全吸收和转换。
WO2012/170266专利申请利用基于YAG:Ce的磷光体，其中Al原子的一部分可以被Ga化学元素的原子替代，并且Y原子的一部分被Ce原子替代。固态照明设备被用作激发源，其可以是LED或激光二极管。上述解决方案的缺点包括以下事实:它们的吸收和发射光谱不能以所得到的光满足例如家庭的非干扰长期照明的条件这样一种方式被偏移。
PV 2013-301专利申请处理YAG、LuYAG和GGAG单晶磷光体在掺杂有Ce、Ti、Cr、Eu、Sm、B、C、Gd和Ga并在具有蓝色LED的光源中被激发的光源的应用。来自发光二极管的激发源没有达到激光二极管光束的上述质量，因此以这种方式产生的光源不是非常强大。
在WO 2009/126272专利申请中，类似地使用基于YAG的单晶磷光体，并且它与发光二极管组合地在黄色、绿色、橙色或红色光谱部分中发射。这种解决方案的缺点同样包括LED被用作激发光源。
在专利申请号US20080283864A中，在固态发光设备中用作磷光体的是由掺杂Ce或Eu的Y3Al5O12或掺杂Ce的CaxSryMg1-x-yAlSiN3或掺杂Ce的SrxGaySz或掺杂Eu2+的Sr2-xBaxSiO4(BOSE)组成的单晶材料，或者来自族CaxSr1-xAlSiN3、SrxGaySz、α-SiAlON、硅质石榴石、Y2O2S和La2O2S的Eu2+掺杂的单晶体。Ce的含量在0.1至20％之间，Eu的含量在0.5至20％之间。所述解决方案的缺点在于以下事实：由于单晶磷光体的化学组成，不可能移动这种单晶磷光体的吸收和发射光谱的限值。提取光具有不可改变的参数并且必须有可能与来自不同光源的光组合。
在US20040200964A1专利申请中，给出了了单晶材料CexLu(1-x-z)AzAl(1-y)ByO3，其中x＝0.00005-0.2、y＝0.00005-1、z＝0-(1-x)并且A是阳离子Y、Sc、La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、In、Ga当中的一种或多种；B是阳离子Sc和Ga当中的一种或两种；以及材料CexLu(1-x-z)AzAl(1-y)ByO3，其中x＝0.00005至0.2、y＝0.0至1.0、z＝0.0005至(1-x)并且A是阳离子Sc、La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、In当中的一种或多种并且B是阳离子Sc和Ga当中的一种或两种，此外，在闪烁体的应用中A包含阳离子Y和Ga当中一种或两种，这意味着在被高能量辐射(诸如X射线、γ或β)激发之后利用其闪烁。所述单晶材料的缺点在于它不适于一般用途的光源，例如在家里。所使用的激发辐射对健康有害并且不适于普通光应用。
根据当前技术状态可用于光源的多晶磷光体具有以下缺点，包括不合适的激发辐射的使用、导致能量损失的多晶结构、旋转磷光体的复杂实现以及更差的热管理，从而导致辐射源的淬灭和损坏。此外，激发辐射源或者对健康有害，即，伽马射线、X射线和UV激发辐射，或者激发辐射源不足够高效，如在例如其光束亮度低且光束发散的LED激发辐射源的情况下。
已知的与激发辐射激光源组合的单晶荧光体具有这样的结构，使得它们不能使发射和吸收光谱移动，因此提取光必须进一步组合，结果，这种光源更大并且更昂贵。
本发明的任务是消除当前解决方案的上述缺点并且制造将使用激发辐射的固态激光源的光源，其在将电能转换为激发光辐射时将更有效，包括制造的单晶磷光体，将辐射具有令人愉快的颜色的提取光以用于长期利用，例如在家里，并且可以很好地应用于人类活动的各个领域，从而使各种光源的技术解决方案成为必需。光源可以被最小化，其将具有低生产成本，提取光将足够亮并且光源将不具有热管理的问题。
发明内容
通过创建根据本发明的光源来解决设定的任务，其中光源包括最少一个激发相干辐射源，尤其是一般由激光二极管制造的固态激光源。此外，它包括最少一个包含至少一种掺杂元素的单晶磷光体，用于将激发相干辐射至少部分转换成提取光，尤其是由可见波长光谱组成的提取光。
本发明的原理包括以下事实：单晶磷光体由以下通式的氧化物型化合物制成
(Ax,Lu1-x)aAlbO12:Cec
其中：
A是Y、Gd、Tb族中的至少一种化学元素，
a是从0.5至20的值区间中的数字，
b是从0.5至20的值区间中的数字，
c是从0.0005至0.2的值区间中的正数，
x是从0至1的值区间中的正数，
并且化学计量比a:b的值在0.5至0.7之间。
可以发现单晶磷光体的优点在于一个波长的光到不同波长的光的高转换效率、良好的耐高温冲击性、单晶的优异导热性、相对低的稀土(尤其是Ce3+)的消耗。根据上述公式制造的单晶磷光体本身是坚固的石榴石并且当用在光源中时不需要额外的载体衬底作为机械支撑。晶格中原子的替换导致所发射的提取光的参数的改变，诸如显色指数值的增加和相关色温的降低。在根据本发明的光源的优选实施例中，c和x数的值由以下区间定义：
0.0005<c<0.03
0.0005<x<0.9999
本发明的主题也是另一个实施例，其中含有至少一种掺杂元素的单晶磷光体由以下通式的氧化物型化合物产生：
B1-qAlO3:Dq
其中：
B是Y、Lu和Gd族中的至少一种化学元素，
D是Eu、Sm、Ti、Mn、Pr、Dy、Cr和Ce族中的至少一种化学元素，
q是从0.0001至0.2的值区间中的数字，
并且由字母D替代的化学元素的含量为0.01mol％至20mol％。
根据所述公式产生的单晶磷光体的优点与上述单晶磷光体的相似。另一个优点是它是具有钙钛矿结构的材料，因此不同的晶体场影响掺杂离子，这导致磷光体发射光谱移动到提取光更令人愉快的颜色。
根据本发明的两种材料(石榴石和钙钛矿结构)具有非常相似的光学性质(折射率、光学透明度、关于吸收和发射的特定性质)，并且由光学设备生产的当前技术制造，使得单晶磷光体不仅将一种波长的光转换成另一种波长的光，而且还对光产生影响。例如它可以将光聚焦在一个点，诸如光学透镜，例如会聚透镜。与仅转换光并且因此必须装配例如玻璃光学元件的多晶磷光体相反，根据本发明的单晶磷光体材料可以在光学元件中被直接制造。因此，光源的构造可以通过去除补充的玻璃光学元件来简化，这导致价格的降低和光源小型化的可能。
在根据本发明的光源的另一优选实施例中，单晶磷光体包含与氧空位连接的感应色心(induced colour centres)。感应色心影响光通过磷光体晶体结构的透射率并生成具有新波长的光，这导致具有所需相关色温的提取光的发射。
在根据本发明的光源的另一优选实施例中，单晶磷光体由单晶锭产生。从锭的产生确保在光源中使用的健壮性，而不需要使用辅助载体基板，这使得能够有更好的散热和更简单的光源构造。
在根据本发明的光源的另一优选实施例中，相干光的固态激光源在340nm至480nm的区域中具有光波发射最大值，并且来自单晶磷光体的提取光基本上是白色，相关色温范围为2700K至10000K。发射蓝光的激光二极管一般是广泛的并且具有低生产成本。来自磷光体的提取光具有对应于人眼很好地容忍而不会过度疲劳的日光条件的相关色温。
在根据本发明的光源的另一优选实施例中，为单晶磷光体提供选自包括研磨表面、抛光表面、具有抗反射层的表面、结构化表面和具有一层粉碎(crushed)的单晶磷光体材料的表面的处理组的最少一次表面处理。表面处理与单晶磷光体折射率结合优选地改变全反射发生的条件。或者，如果需要，则全反射可以被最小化或全反射可以被最大化，这导致离开磷光体的光仅通过清楚限定的发射表面。将粉碎的单晶磷光体材料施加到表面上增加了表面粗糙度，这又导致所发射光的高效提取及其优异的均匀性。
在根据本发明的光源的另一优选实施例中，沉积层由具有不同参数的最少两层单晶磷光体组成。通过混合产生单晶磷光体的具有不同参数的材料，有可能混合由显色指数和相关色温分布区分的不同组分。
在根据本发明的光源的另一优选实施例中，单晶磷光体具有选自包括矩形立方体、半球、球冠、直圆锥、金字塔、多面体或对称形状的形状组的形状的光学元件，用于在期望方向上的提取光发射。将单晶磷光体成形为光学元件，使得能够根据光源利用率的当前应用来布置激发和发射表面。光学元件自身指引提取光的事实使得有可能消除对其它光学元件的需要并且导致光源的显著简化。另一个优点是光学元件的适当选择的形状影响热的耗散。
在根据本发明的光源的另一优选实施例中，光学元件体积的至少一部分被结构化为生成颜色均匀化的散射提取光和/或在期望方向上最大化提取光发射。结构化单晶磷光体的体积导致以均匀散射光的形式离开磷光体的激发光束的有效分布。还有可能结构化单晶磷光体体积的至少一部分，以便将所发射的光的提取聚焦在仅期望的方向并且使其更容易。
在根据本发明的光源的另一优选实施例中，存在连接到单晶磷光体的次级磷光体，其提取光在560nm至680nm的波长范围内具有发射最大值，用于由于提取光的组合而产生的相关色温的改变。如果通过将单晶磷光体的提取光与激发光混合获得的来自光源的光的相关色温不能达到要求的参数，则同时使用几种磷光体是适合的，这导致来自光源的光的相关色温的显著且期望的变化。
在根据本发明的光源的另一优选实施例中，单晶磷光体与冷却器连接。冷却器去除过多的热量、维持磷光体的较低操作温度并且因此积极地影响光源的耐久性。
在根据本发明的光源的另一优选实施例中，激发相干辐射的源和单晶磷光体与光导光纤连接或者与光导平面光波导连接，其中光波导通过光学键合连接到单晶磷光体。为了减少从磷光体到激发源激光二极管的热传递，将两个部件彼此分离是有利的，并且为了确保激发光撞击在磷光体激发表面上，有可能经由光纤或光波导传导光束。
在根据本发明的光源的另一优选实施例中，在激发相干辐射源和单晶磷光体之间存在光学透镜，以便在单晶磷光体的激发表面上散射激发相干辐射。光学透镜将激发辐射点光束分布到整个激发磷光体表面上，与点照明相反，其均匀地加热，从而延长其耐用性。
在根据本发明的光源的另一优选实施例中，光源包括单晶磷光体的至少一个载体和指引来自单晶磷光体的提取光的至少一个元件。单晶磷光体载体将磷光体牢固地保持在其位置并且元件将提取光引导到期望的方向。
在根据本发明的光源的另一优选实施例中，单晶磷光体具有细长的矩形立方体或圆柱体的形状，单晶磷光体的侧壁被抛光，并且提取光被发射的单晶磷光体的面被研磨或设有抗反射层或设有结构化，以便使发射光的提取更容易。单晶磷光体的细长特性和激发表面的处理使得磷光体能够将光传导到光在期望方向从其被提取的发射面。
在根据本发明的光源的另一优选实施例中，单晶磷光体的激发表面同时也是发射表面。由此，磷光体可以被调节，使得激发光仅通过也发射提取光的表面进入磷光体，这可以在例如由于缺乏空间而不可能保持后续布置：激发源、激发表面、单晶磷光体、发射表面的更复杂应用中使用。
在根据本发明的光源的另一优选实施例中，单晶磷光体由以夹层结构布置的至少两个薄板组成。这尤其对于制造不适于构造光构件的较小体积的单晶磷光体是个优点。将磷光体融入到板中的布置还更好地分布了平行排列的激发辐射束。
在根据本发明的光源的另一优选实施例中，每个薄板由具有不同参数的单晶磷光体制成。这适于混合来自光源的光的产生的的相关色温。
根据本发明的光源的优点包括来自光源的热的有效耗散、光波长变换的高效率、材料健壮性和单晶磷光体结构、单晶磷光体借助于用于光学元件生产的现有技术的可机械加工性以及稀土元素的更高效利用。此外，优点包括单晶磷光体的表面改性的大变化性，以改变全光反射的参数并且从单晶磷光体制造光学构件，以便更容易地将光发射引导到期望的方向。最后但并非最不重要的是，优点包括由于所使用的激光激发光引起的高亮度和提取光最大波长的变化性，这对于光的总色温具有非常积极的影响，从而留下模拟对人眼最自然的日光的光条件的光源。
附图说明
所述发明将在附图中更加清楚，其中：
图1示出了其中单晶磷光体的位置紧挨着激发辐射源的光源，此外，还示出了其中单晶磷光体的位置远离激发辐射源的光源，
图2绘出了其中激发相干辐射经由光纤被传导到单晶磷光体的光源，
图3示出了具有若干激光二极管的光源，
图4示出了具有两种不同磷光体的光源，
图5绘出了其单晶磷光体装配在冷却器中的载体上的光源，
图6表示具有用于修改激发辐射的光束的光学透镜的光源，
图7表示具有单晶磷光体的光源，该单晶磷光体具有圆形形状的发射表面，
图8表示光源的其它可能布置，其中单晶磷光体牢固地固定到光纤，
图9绘出了其中使用单晶磷光体传导光的光源，
图10绘出了具有单晶磷光体的反射布置的光源，
图11表示具有用夹层结构构建的磷光体的光源，
图12表示具有单晶磷光体的光源，其中单晶磷光体具有粉碎的材料层。
具体实施方式
应当理解，下面陈述和绘出的本发明的具体实施例仅用于说明而不是将本发明的实施例限制到所述实施例。熟悉现有技术的专家将发现或者将能够在执行常规实验时确定这里描述的本发明的具体实施例的更大或更小量的等同物。这些等同物也应当包括在所附权利要求的范围内。
光源1在图1中以简化的方式绘出，图中我们可以看到其横截面。光源1的基本零件是单晶磷光体4固定到的激发相干辐射3的固态激光源2，或者单晶磷光体4可能位于距离激发相干辐射源3更远的位置。单晶磷光体4发射由元件13指引的提取光5，元件13由内壁具有反射处理的氧化铝圆锥形成。单晶磷光体4位于元件13的圆锥体的顶部。由圆锥体形成的元件13的内部空间通过由透明层产生的保护元件16来保护免受环境的影响。代表元件16的保护性透明层可以由玻璃或透明耐热聚合物制成。用于指引提取光5的元件13和保护元件16可以对光源1的各种应用变化地成形。
激发相干辐射3的源是由边缘发射激光二极管产生的固态激光源2。激光二极管发射具有在450nm的区域中的波长的相干光束。由激发辐射3产生的光束入射到单晶磷光体4的激发表面17上，进入其穿透的体积中。例如，有可能使用基于从边缘发射的InGaN技术的激光二极管。
单晶磷光体4是具有掺杂有Ce或包含与氧空位连接的感应色心的单晶基质(Y0.15Lu0.85)3Al5O12的发光材料。在光源1的另一实施例中，使用YAlO3:Ti0.5。
感应色心与由于在单晶生长期间缺氧而存在于材料中的氧空位相连。单晶生长期间的条件调节被控制。感应色心与晶格中的某些异常相连，在入射激发辐射之后生成不同波长的光。
单晶磷光体4的生成的形状对应于具体的用途。为了简单起见，在图中所绘出的光源1中作为具有宽面的低圆柱体制成，其在截面中看起来是矩形。激光束从其主要部分转换并且单晶磷光体4从发射表面18开始在所有方向上发射发射光5。激光辐射3的一部分以激光束的形式穿过单晶磷光体4并且，由于穿过单晶磷光体4，它失去其排列的特性并与提取光5混合成生成的的光色，这种光色的相关的色温和强度也适于在家庭应用中使用。
单晶磷光体4的表面可以以改变参数来产生或消除全反射的方式进行处理。表面可以被抛光、设有抗反射层7或具有使光提取更容易的结构8。
成形为光构件的单晶磷光体4以其形状限定发射光的发射方向。在一些情况下，光构件体积以这样一种方式被构造，使得从单晶磷光体4容易地提取光。
图2绘出了光源1的实施例的例子，其被调节，用于从单晶磷光体4回到激发辐射3的源2的激光二极管的较低热传递。激光二极管处于远离磷光体4的位置并且激发辐射3经由光纤10被传导到磷光体4。为了减少光能量损失，激发光束被光纤10中的准直透镜19瞄准。光束的中心、准直透镜19的中心和进入光纤10的入口的中心位于一个公共轴线上。从光纤10提取的光束通过投影装置光学透镜11被散射到单晶磷光体4的激发表面17上。可以使用光波导代替光纤10。
图3绘出了光源1的实施例的例子，其具有与图2的例子中类似的构造。区别在于激发辐射3的固态激光源2的倍增，用于增加光源1的亮度。激光二极管可以在空间中彼此移动，使得再次减小由于来自单晶磷光体4的热量使激光二极管发热。
图4绘出了设有单晶磷光体4和次级磷光体6的光源1的例子。次级磷光体6例如利用由(Gd,Lu,Eu)3Al5O12分子式描述的单晶材料制成，或者利用由(Y,Ti)AlO3分子式描述的单晶材料制成。次级磷光体6辐射不同颜色的发射光5，这里它是例如橙-红，使得其与单晶磷光体4的发射光5混合改变光源1的光产生的颜色。任何已知的发光材料也都可以用于次级磷光体6的产生。
图5绘出了光源1的例子，其设有冷却器9，以去除生成的热量。冷却器9从元件13的内部空间突出，用于指引提取光5，并且在元件13内部形成单晶磷光体4固定到其上的载体12的形状。激发辐射3的提供类似于图3的例子中。
图6绘出了仅使用一个激光二极管作为激发辐射源3的光源1的实施例的例子。激光二极管具有足够的输出，因此不必将激发光束传导到例如距离光纤10有一定距离的单晶磷光体4。单晶磷光体4的表面设有抗反射层7。光学透镜11被用来将激发光束散射到激发表面17的尽可能大的部分上。
图7绘出了使用具有圆形发射表面18的单晶磷光体4的光源1的实施例的例子。激发表面17被放大，并且激发辐射3被光学透镜11均匀地散射到其上。发射表面18的变圆减少了光束全反射的发生。
图8绘出了包括具有连接的光纤10的单晶磷光体4的光源1的实施例的例子。磷光体4是圆柱体或球体的形状并且在所有方向上均匀地辐射。磷光体4还设有结构8，其使得光提取更容易。
图9绘出了光源1的实施例的另一个例子。激光二极管产生激发辐射3，激发辐射3经由光学透镜11被引导到加工成细长矩形立方体或圆柱体形状的单晶磷光体4。除了位于矩形立方体或圆柱体基座的前面的发射面14之外，磷光体4的侧壁被抛光。由于磷光体4的材料的高折射率，在抛光表面与周围环境的界面上发生全光反射，并且单晶磷光体4的材料的波导特性显现出来。发射面14可以被研磨或设有抗反射层，这使得能够直接从单晶磷光体4而不是发射面14提取光5。为了提供激发辐射3，还有可能使用准直透镜19、光纤10、光学透镜11，类似于本发明的前述实施例。
还有可能使用若干二极管用于激发单晶磷光体4，二极管沿单晶磷光体4较长抛光侧定位，并且因此有可能利用最大表面用于激发单晶磷光体4。随着来自有源中心的发射，提取光5在所有方向上发射，并且由于抛光的表面，发生全反射，直到提取光到达面14的发射表面18，在那里它从单晶磷光体4中耦出。
图10绘出了光源1的实施例的另一个例子，其单晶磷光体4在单晶磷光体4的主体的一个壁上同时具有激发和发射表面17和18。单晶磷光体4的主体的其余壁的表面被处理，以便将全光反射引导回到磷光体4的内部。
图11绘出了光源1的实施例的例子，其中磷光体是由从单晶磷光体4和6切出的薄板15制成的。使用两种材料来制造在发射光的最大波长方面不同的板15。因此，光源生成的光被混合，并且因此其具有更令人愉悦的颜色。单独的板15交替地放在载体12上。这种夹层结构更高效地吸收激发辐射3，激发辐射3以逐渐减小的强度穿过位于结构中高更高处的磷光体的板15，直到其被完全吸收。
图12绘出了光源1的实施例的例子，其中用于产生单晶磷光体4的粉碎材料层20被应用到单晶磷光体4的激发表面17和发射表面18上。层20利用等离子体沉积法被应用。在层20中混合了两种不同的材料，以混合提取光5的所要求的相关色温。
工业适用性
根据本发明的光源可以用在光学投影设备中、用于公共照明、用于防御和武器系统的照明系统、用在工厂和生产场所、大厅、仓库中、用在汽车工业中以及需要高效照明的任何地方。
附图中使用的标记的概述
1 光源
2 固态激光源
3 激发相干辐射
4 单晶磷光体
5 发射光
6 次级磷光体
7 抗反射层
8 磷光体表面上的结构
9 冷却器
10 光纤
11 光学透镜
12 载体
13 指引提取光的元件
14 单晶磷光体发射面
15 薄板
16 保护元件
17 激发表面
18 发射表面
19 准直透镜
20 单晶磷光体粉碎材料层

Claims (19)

1.一种光源(1)，包括至少一个激发相干辐射(3)的源，尤其是固态激光源(2)，还包括包含至少一种掺杂元素的至少一个单晶磷光体(4)，用于将激发相干辐射(3)至少部分地转换成尤其是由可见波长光谱组成的提取光(5)，其特征在于单晶磷光体(4)由具有以下通式的氧化物型化合物制成
(Ax,Lu1-x)aAlbO12:Cec
其中：
A是Y、Gd、Tb族中的至少一种化学元素，
a是从0.5至20的值区间中的数字，
b是从0.5至20的值区间中的数字，
c是从0.0005至0.2的值区间中的正数，
x是从0至1的值区间中的正数，
并且化学计量比a:b的值在0.5至0.7之间。
2.如权利要求1所述的光源，其特征在于c和x数的值由以下区间定义：
0.0005<c<0.03
0.0005<x<0.9999。
3.一种光源(1)，包括至少一个激发相干辐射(3)的源，尤其是固态激光源(2)，还包括包含至少一种掺杂元素的至少一个单晶磷光体(4)，用于将激发相干辐射(3)至少部分地转换成尤其是由可见波长光谱组成的发射光(5)，其特征在于单晶磷光体(4)由具有以下通式的氧化物型化合物制成
B1-qAlO3:Dq
其中：
B是Y、Lu和Gd族中的至少一种化学元素，
D是Eu、Sm、Ti、Mn、Pr、Dy、Cr和Ce族中的至少一种化学元素，
q是从0.0001至0.2的值区间中的数字，
并且由字母D替代的化学元素的含量为0.01mol％至20mol％。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的光源，其特征在于单晶磷光体(4)包含与氧空位连接的感应色心。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的光源，其特征在于单晶磷光体(4)由单晶锭产生。
6.如权利要求1至5中任何一项所述的光源，其特征在于激发相干辐射(3)的固态激光源(2)在从340nm至480nm的区域中具有光波长的最大发射并且其中来自单晶磷光体(4)的发射光(5)本质上是白色，相关色温范围为2700K至10000K。
7.如权利要求1至6中任何一项所述的光源，其特征在于为单晶磷光体(4)提供选自包括研磨表面、抛光表面、具有抗反射层(7)的表面、结构化表面和具有一层粉碎的单晶磷光体(4)材料的表面的处理组的最少一次表面处理。
8.如权利要求7所述的光源，其特征在于粉碎材料的沉积层(20)由具有不同参数的最少两种单晶磷光体(4)的材料组成。
9.如权利要求1至8中任何一项所述的光源，其特征在于单晶磷光体(4)是具有选自包括矩形立方体、半球、球冠、直圆锥、金字塔、多面体或对称形状的形状组的形状的光学元件，用于在期望方向上的提取光(5)发射。
10.如权利要求1至9中至少一项所述的光源，其特征在于单晶磷光体(4)体积的至少一部分被结构化为创建颜色均匀化的散射提取光(5)和/或在期望方向上最大化提取光(5)发射。
11.如权利要求1至10中任何一项所述的光源，其特征在于存在连接到单晶磷光体(4)的次级磷光体(6)，其提取光(5)在560nm至680nm的波长范围内具有发射最大值，用于改变由于提取光(5)的组合而产生的相关色温。
12.如权利要求1至11中任何一项所述的光源，其特征在于单晶磷光体(4)连接到冷却器(9)。
13.如权利要求1至12中任何一项所述的光源，其特征在于激发相干辐射(3)的源(2)和单晶磷光体(4)与光导光纤(10)连接或者与光导平面光波导连接，其中光波导利用光学键合连接到单晶磷光体(4)。
14.如权利要求1至13中任何一项所述的光源，其特征在于在激发相干辐射(3)的源(2)和单晶磷光体(4)之间存在光学透镜(11)，以便在单晶磷光体(4)的激发表面(17)上指引激发相干辐射(3)。
15.如权利要求1至14中任何一项所述的光源，其特征在于它包括单晶磷光体(4)的至少一个载体(12)和指引来自单晶磷光体(4)的提取光(5)的至少一个元件(13)。
16.如权利要求1至15中任何一项所述的光源，其特征在于单晶磷光体(4)具有细长的矩形立方体或圆柱体的形状，单晶磷光体的侧面被抛光，并且发射光(5)从其被发射的单晶磷光体(4)的表面(14)被研磨或设有抗反射层(7)或设有结构化(8)，以便使发射光(5)的提取更容易。
17.如权利要求1至16中任何一项所述的光源，其特征在于单晶磷光体(4)的激发表面(17)同时也是发射表面(18)。
18.如权利要求1至17中任何一项所述的光源，其特征在于单晶磷光体(4)由以夹层结构布置的至少两个薄板(15)组成。
19.如权利要求18所述的光源，其特征在于每个薄板(15)由具有不同参数的单晶磷光体(4)制成。
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CN (1) CN106471098B (zh)
CA (1) CA2951719C (zh)
CZ (1) CZ307024B6 (zh)
RU (1) RU2686192C2 (zh)
WO (1) WO2015169270A2 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109581799A (zh) * 2019-01-15 2019-04-05 广东省半导体产业技术研究院 光源设备及电子设备
CN109798489A (zh) * 2017-11-17 2019-05-24 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 一种照明装置和汽车照明灯具

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI513938B (zh) * 2014-10-01 2015-12-21 錼創科技股份有限公司 光學模組
JP6538178B2 (ja) * 2015-09-03 2019-07-03 シャープ株式会社 発光装置
TWI598540B (zh) * 2015-09-07 2017-09-11 台達電子工業股份有限公司 波長轉換模組與應用其的光源模組
JP6631855B2 (ja) * 2016-01-07 2020-01-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発光装置
JP6288575B2 (ja) * 2016-03-10 2018-03-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発光装置
JP6821655B2 (ja) * 2016-03-18 2021-01-27 株式会社小糸製作所 蛍光部材および発光モジュール
DE102016218139A1 (de) * 2016-09-21 2018-04-05 Osram Gmbh Beleuchtungsvorrichtung
JP6868842B2 (ja) * 2016-10-25 2021-05-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 波長変換デバイス、光源装置、照明装置、及び、投写型映像表示装置
JP2018142414A (ja) * 2017-02-27 2018-09-13 株式会社小糸製作所 光源装置
CZ308384B6 (cs) * 2017-11-29 2020-07-15 Crytur, Spol. S R.O. Zdroj nekoherentního záření
EP4036464B1 (en) * 2018-04-19 2023-09-06 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Light emitting device
DE102019121896A1 (de) * 2019-08-14 2021-02-18 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches bauelement
WO2021085164A1 (ja) * 2019-10-31 2021-05-06 ソニー株式会社 光源装置および照明装置
CZ2020147A3 (cs) * 2020-03-17 2021-05-05 Crytur, Spol. S.R.O. Kompaktní světelný modul
CZ2020667A3 (cs) * 2020-12-10 2022-01-26 Crytur, Spol. S.R.O. Zdroj světla
CZ309891B6 (cs) * 2023-03-01 2024-01-10 Crytur, Spol. S.R.O. Světelný zdroj

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013093750A1 (en) * 2011-12-19 2013-06-27 Koninklijke Philips Electronics N.V. Light source using remote phosphor and pink led
CN105189698A (zh) * 2013-04-22 2015-12-23 克莱托斯波尔公司 具有单晶磷光体的白光发光二极管和生产的方法

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2596709B2 (ja) * 1994-04-06 1997-04-02 都築 省吾 半導体レーザ素子を用いた照明用光源装置
DE19638667C2 (de) * 1996-09-20 2001-05-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh Mischfarbiges Licht abstrahlendes Halbleiterbauelement mit Lumineszenzkonversionselement
US6630691B1 (en) * 1999-09-27 2003-10-07 Lumileds Lighting U.S., Llc Light emitting diode device comprising a luminescent substrate that performs phosphor conversion
US7189340B2 (en) * 2004-02-12 2007-03-13 Mitsubishi Chemical Corporation Phosphor, light emitting device using phosphor, and display and lighting system using light emitting device
EP1433831B1 (en) * 2002-03-22 2018-06-06 Nichia Corporation Nitride phosphor and method for preparation thereof, and light emitting device
US6995374B2 (en) 2003-04-09 2006-02-07 Photonic Materials Limited Single crystal scintillators
US7268370B2 (en) * 2003-06-05 2007-09-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Phosphor, semiconductor light emitting device, and fabrication method thereof
JP4389689B2 (ja) * 2004-06-18 2009-12-24 日立化成工業株式会社 無機シンチレータ及びその製造方法
DE202005022114U1 (de) * 2004-10-01 2014-02-10 Nichia Corp. Lichtemittierende Vorrichtung
US7356054B2 (en) * 2004-12-17 2008-04-08 Nichia Corporation Light emitting device
EP1899435A4 (en) * 2005-07-01 2010-06-02 Lamina Lighting Inc LIGHTING DEVICE WITH WHITE LIGHT EMITTING DIODES AND DIODE ARRANGEMENTS AND METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING THEM
CZ300631B6 (cs) * 2006-01-09 2009-07-01 Crytur S. R. O. Monokrystaly LuAG: Pr s dotací prvku vzácných zemin pro výrobu scintilacních detektoru a pevnolátkových laseru a jejich výroba
US20080283864A1 (en) * 2007-05-16 2008-11-20 Letoquin Ronan P Single Crystal Phosphor Light Conversion Structures for Light Emitting Devices
WO2009005035A1 (ja) * 2007-06-29 2009-01-08 Mitsubishi Chemical Corporation 蛍光体、蛍光体の製造方法、蛍光体含有組成物、並びに発光装置
US20100263723A1 (en) 2007-07-19 2010-10-21 University Of Cincinnati Nearly Index-Matched Luminescent Glass-Phosphor Composites For Photonic Applications
DE102007041439A1 (de) * 2007-08-28 2009-03-05 Carl Zeiss Surgical Gmbh Sekundäre Lichtquelle
US7859000B2 (en) * 2008-04-10 2010-12-28 Cree, Inc. LEDs using single crystalline phosphor and methods of fabricating same
US8016443B2 (en) 2008-05-02 2011-09-13 Light Prescriptions Innovators, Llc Remote-phosphor LED downlight
US8124996B2 (en) * 2008-08-04 2012-02-28 Soraa, Inc. White light devices using non-polar or semipolar gallium containing materials and phosphors
JP4869317B2 (ja) * 2008-10-29 2012-02-08 株式会社東芝 赤色蛍光体およびそれを用いた発光装置
US8083364B2 (en) 2008-12-29 2011-12-27 Osram Sylvania Inc. Remote phosphor LED illumination system
US8168998B2 (en) 2009-06-09 2012-05-01 Koninklijke Philips Electronics N.V. LED with remote phosphor layer and reflective submount
US20120091494A1 (en) * 2009-12-04 2012-04-19 Anatoly Vasilyevich Vishnyakov Composite luminescent material for solid-state sources of white light
US20110280033A1 (en) 2010-05-17 2011-11-17 Sharp Kabushiki Kaisha Light-emitting device, illumination device, and vehicle headlamp
WO2012012354A2 (en) * 2010-07-19 2012-01-26 Rensselaer Polytechnic Institute Full spectrum solid state white light source, method for manufacturing and applications
RU2456327C2 (ru) * 2010-10-22 2012-07-20 Анатолий Васильевич Вишняков Люминесцирующий материал для твердотельных источников белого света (варианты)
CN201845993U (zh) * 2010-11-02 2011-05-25 暨南大学 一种用于冷轧辊毛化的脉冲激光系统
US9617469B2 (en) * 2011-01-06 2017-04-11 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Phosphor particles, making method, and light-emitting diode
CZ303673B6 (cs) 2011-02-17 2013-02-20 Crytur Spol. S R. O. Príprava monokrystalu granátové struktury s dotací o prumeru az 500 mm
US8747697B2 (en) * 2011-06-07 2014-06-10 Cree, Inc. Gallium-substituted yttrium aluminum garnet phosphor and light emitting devices including the same
JP5737769B2 (ja) 2011-06-16 2015-06-17 Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社 蛍光体カラーホイル、それを内蔵する投写型表示装置及び投写型表示方法
CN103367611B (zh) * 2012-03-28 2017-08-08 日亚化学工业株式会社 波长变换用无机成型体及其制造方法以及发光装置
JP5649202B2 (ja) 2012-04-24 2015-01-07 株式会社光波 蛍光体及びその製造方法、並びに発光装置
CN103059860B (zh) * 2012-09-17 2015-01-07 温州大学 一种锰掺杂钇铝石榴石单晶材料及其应用
CN105914287B (zh) * 2013-10-08 2019-02-26 欧司朗光电半导体有限公司 发光材料、用于制造发光材料的方法和发光材料的应用
EP3116974B1 (en) * 2014-03-13 2017-05-10 Koninklijke Philips N.V. Supertetrahedron phosphor for solid-state lighting

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013093750A1 (en) * 2011-12-19 2013-06-27 Koninklijke Philips Electronics N.V. Light source using remote phosphor and pink led
CN105189698A (zh) * 2013-04-22 2015-12-23 克莱托斯波尔公司 具有单晶磷光体的白光发光二极管和生产的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
华伟: "白光LED用RE，Ce:YAG(RE=Pr,Sm,Eu,Gd)单晶荧光材料的制备及光学性能研究", 《中国优秀硕士论文全文数据库》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109798489A (zh) * 2017-11-17 2019-05-24 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 一种照明装置和汽车照明灯具
CN109798489B (zh) * 2017-11-17 2021-11-12 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 一种照明装置和汽车照明灯具
CN109581799A (zh) * 2019-01-15 2019-04-05 广东省半导体产业技术研究院 光源设备及电子设备

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Publication number Publication date
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