CN107017553A - 发光材料元件 - Google Patents

发光材料元件 Download PDF

Info

Publication number
CN107017553A
CN107017553A CN201710060926.3A CN201710060926A CN107017553A CN 107017553 A CN107017553 A CN 107017553A CN 201710060926 A CN201710060926 A CN 201710060926A CN 107017553 A CN107017553 A CN 107017553A
Authority
CN
China
Prior art keywords
luminescent material
monocrystalline
material element
scattering center
scattering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710060926.3A
Other languages
English (en)
Inventor
迪尔克·阿姆斯贝克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Coretronic Corp
Original Assignee
Osram Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Co Ltd filed Critical Osram Co Ltd
Publication of CN107017553A publication Critical patent/CN107017553A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7766—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
    • C09K11/7774—Aluminates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/16—Laser light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/176—Light sources where the light is generated by photoluminescent material spaced from a primary light generating element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V13/00—Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
    • F21V13/12—Combinations of only three kinds of elements
    • F21V13/14—Combinations of only three kinds of elements the elements being filters or photoluminescent elements, reflectors and refractors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/30—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source
    • F21V9/32—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source characterised by the arrangement of the photoluminescent material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/164—Solid materials characterised by a crystal matrix garnet
    • H01S3/1643—YAG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2131/00—Use or application of lighting devices or systems not provided for in codes F21W2102/00-F21W2121/00
    • F21W2131/10—Outdoor lighting
    • F21W2131/107—Outdoor lighting of the exterior of buildings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

本发明涉及一种发光材料元件，所述发光材料元件具有由发光材料元件物质构成的单晶(1)，所述发光材料元件用于将泵浦辐射(2)转换为转换辐射(3)，其中所述单晶(1)构成为体积散射体，所述体积散射体具有多个嵌入单晶(1)中的散射中心(20)，然而除此以外发光材料元件物质在单晶(1)中以单晶的形式存在，其中用于散射转换辐射(3)的散射中心(20)嵌入单晶(1)中。

Description

发光材料元件
技术领域
本发明涉及一种用于将泵浦辐射转换为转换辐射的发光材料元件。
背景技术
所提到类型的发光材料元件例如能够同发光二极管(LED)或发光激光二极管一起使用，以便将所述发光二极管或发光激光二极管例如蓝色的初级光(泵浦辐射)例如转换为黄色的转换光(转换辐射)。发光材料元件在用泵浦辐射激发的情况下发射转换辐射。在此，在发光材料元件中不一定必须转换全部泵浦辐射，而是也能够将部分地未转换的泵浦辐射与转换辐射共同混合地利用，即在刚提到的示例中，因此未转换的蓝色的初级光和黄色的转换光能够混合地得到白光。
发光材料元件在此典型地由具有不大于5μm、根据应用领域必要时也略微更大的常规直径的发光材料颗粒构成，并且例如能够通过施加其中具有发光材料颗粒的悬浮液(基体物质)并且硬化所述悬浮液来制造，以至于发光材料颗粒随后嵌入基体物质中。发光材料元件例如能够设置在LED的发射面上或设置在其他适合的衬底上。在这种发光材料元件中不利的例如能够是热学特性、尤其小的热导率。
发明内容
本发明基于的技术问题是，提出一种特别有利的发光材料元件。
根据本发明，一种具有由发光材料元件物质构成的单晶的发光材料元件实现所述目的，所述发光材料元件物质用于将泵浦辐射转换为转换辐射，其中单晶构成为具有多个嵌入单晶中的散射中心，即构成为体积散射体，然而除此之外发光材料元件物质在单晶中以单晶的形式存在，其中散射中心嵌入单晶中，以散射转换辐射。
优选的实施方式在从属权利要求中和所有公开内容中得到，其中在描述中不总是在细节方面在设备和方法或应用方面进行区分；在任何情况下，含蓄地理解关于所有权利要求类别的公开内容。
因此，本发明的基本构思在于：虽然设有发光材料元件物质的单晶，然而在所述单晶中嵌入散射中心并且将所述散射中心构成为体积散射体。一方面，单晶性的优点能够起作用，即在温度提高、例如高于150℃时，例如单晶的量子效率仅略微下降，相反在呈多晶形式/颗粒形式的同一发光材料物质的情况下，所述量子效率大幅下降，参照图3进行说明。因此，在量子效率没有明显损失的情况下，发光材料元件的工作温度能够升高。此外，单晶例如也能够在其热导率方面提供优点。此外，单晶的发光材料物质的特征在于，在转换功率相同时，与在多晶的发光材料物质相比，发光材料的温度由于更高的热导率而更少地下降。
然而，另一方面，发明人已经确定，在单晶中产生的转换辐射的耦合输出能够是成问题的；因此例如能够出现点扩宽(Spot-Verbreiterung)，即在放射面上发出转换辐射的区域增大。这例如能够在需要高的光密度的应用中是不利的。简化地说，(在温度提高时)虽然产生更多的转换辐射，但是所述转换辐射更差地耦合输出。对此的原因例如也能够是边界面效应，以至于例如在从单晶过渡到空气中时出现向回反射，例如全反射或还有菲涅尔反射。图解地说，转换辐射在单晶之内全向性地发射，但是在过渡到空气中时在放射面上所述转换辐射的仅一个锥形能够向前射出，因为过于平缓地射到放射面上的辐射在那里全反射进而朝向侧面反射离开。
现在，借助嵌入的散射中心，能够将朝向侧面、关于放射面以对于耦合输出而言过于平缓的角度传播的转换辐射的至少一部分向前散射进而耦合输出。此外，例如也能够在放射面上将原本未耦合输出的、而是向回反射的转换辐射散射进而(统计学分布地)重新引向放射面的方向。总的来说，嵌入的散射中心在任何情况下都有助于提高耦合输出的转换辐射的份额。
概括地说，借助单晶一方面能够改进温度特性，即例如在温度提高时产生更多的转换辐射或优化散热；另一方面作为体积散射体的设计方案(改进的耦合输出)使所述温度特性于是也实际上可用，即整体上得到提高的效率。
在单晶中嵌入“多个”散射中心，例如至少100、1000、5000、10000、20000、30000、40000或50000个散射中心；可能的上限(与其无关地)例如能够为最高5×106、1×106或500000个散射中心。散射中心嵌入单晶中“以散射转换辐射”，即就此而言应是光学有效的并且具有相应的最小尺寸。
在优选的设计方案中，每个散射中心具有分别至少1μm3的体积，以如下提到的顺序递增优选为至少5μm3、10μm3、15μm3、20μm3、25μm3或30μm3；可能的上限(与其无关地)例如能够为最高30000μm3、20000μm3、10000μm3、1000μm3、500μm3、300μm3、200μm3或100μm3(分别以提到的顺序递增优选)。普遍地，在本公开文献的范围中适用1μm3＝1×10-18m3以及1mm3＝1×10-9m3。
通常，并非所有存在于单晶中的散射中心中的每个都必须具有相应的最小尺寸，而是应刚好存在至少“多个”具有相应的最小尺寸的散射中心，并且此外也还能够存在更小的散射中心；优选地，单晶中的所有散射中心具有相应的最小尺寸。
作为“体积散射体”的设计方案表示：散射中心在单晶之内、在由所述单晶的外面包围的体积中分布地设置。在任何情况下对于转换辐射而言，在散射中心处优选无源地、即在没有波长变化的情况下进行散射。在本公开文献的范围中，“散射”完全普遍地表示转换辐射(或也称为泵浦辐射)的射束由于与相应的散射中心的相互作用造成的传播方向的变化，其中所述方向变化例如也能够取决于折射效应，例如在不同特性的物质之间过渡时。
一般而言，转换优选是降频转换，即将泵浦辐射转换为波长更长的转换辐射。也能够称作为转换光的转换辐射至少具有在可见光谱范围(380nm至780nm)中的部分，优选地，其辐射功率的大部分、例如至少60％、70％、80％或90％位于可见光谱范围中，特别优选转换辐射全部位于可见光谱范围中。泵浦辐射例如也能够是UV辐射，然而优选是蓝光，所述蓝光随后更优选地在仅部分转换的情况下能够部分地与转换辐射混合使用(散射中心能够有利于混合)。
在优选的设计方案中，具有嵌入的散射中心的单晶占据至少1×10-3mm3的体积，以如下顺序递增优选为至少5×10-3mm3、1×10-2mm3、2.5×10-2mm3、5×10-2mm3、7.5×10-2mm3、1×10-1mm3、2.5×10-1mm3或5×10-1mm3；可能的上限(与其无关地)例如能够为最高100mm3、50mm3、10mm3或5mm3。由单晶占据的体积位于其外面之间，即包含散射中心。因此，宏观的单晶是优选的。
通常，然而也可考虑亚宏观的单晶，所述亚宏观的单晶例如具有以如下提到的顺序递增优选的体积：至少5×10-6mm3、7.5×10-6mm3、1×10-5mm3、2.5×10-5mm3、5×10-5mm3、7.5×10-5mm3或1×10-4mm3；可能的上限(与其无关地)例如能够为最高1×10-3mm3、5×10- 4mm3或1×10-4mm3。这种亚宏观的单晶于是能够在发光材料元件中优选与发光材料元件物质的其他单晶组合，这些单晶能够要么作为晶粒直接彼此邻接、要么在两相陶瓷的情况下也嵌入作为基体的第二相中。因为单晶在所述“亚宏观的”变型方案中也是相对大的，所以在上文中描述的优点(热导率或量子效率)仍然能够起作用，并且另一方面嵌入的散射中心能够有助于改进耦合输出。宏观的单晶仍然是优选的，特别优选地，至少除散射中心之外，发光材料元件的所有发光材料元件物质是单晶的。
在一个优选的实施方式中，每个散射中心形成单晶中的离散的体积部，即散射中心不直接关联，而是在两个散射中心之间分别始终存在呈单晶形式的发光材料元件物质。多个嵌入单晶中的散射中心中的每个散射中心自身完全由单晶的发光材料元件物质包围。
在优选的设计方案中，离散的体积部均匀地在单晶上分布。这表示：在将单晶(想象地)完全分为同样大的、相同形状的且彼此不相交的子体积部时，在每个子体积部中的散射中心(即离散的体积部)的数量围绕平均值正态分布(其中μ＝0以及σ2＝1)。在此，子体积部能够选择为不小于最小尺寸，使得在每个子体积部中设置有至少10个、优选至少20个、更优选至少30个散射中心(离散的体积部)；可能的上限例如能够为最高1000、500或100个散射中心。“子体积部”是用于评估“均匀性”的想象的分解的对象，而“体积部”涉及散射中心。
在优选的设计方案中，在单晶中的离散的体积部以规则的点阵的形式、即以布拉菲格子的形式设置。因此，散射中心(离散的体积部)能够在布拉菲格子的单胞中、例如在立方体(简单立方)的角部上设置，在立方体的角部上并且附加地在所述立方体的中点中(体心立方)设置，或者在立方体的角部上并且附加地居中地在其每个侧面(面心立方)上设置，或者刚好对应于三维空间中的另一布拉菲格子。
在一个优选的实施方式中，离散的体积部在单晶中设置成，使得垂直于发光材料元件的入射面观察，散射围绕入射面的入射区域向外、即在横向方向上增大(横向方向垂直于优选平坦的入射面的面法线)。增大的散射通过相应地增大散射中心的密度来实现。通过在入射区域中的散射小于外部环绕区域，减小或避免泵浦辐射的散射。
为了散射中心在横向(径向)方向上围绕入射区域向外增大的密度，所述散射中心例如能够沿着深度方向(与面法线相反)均匀地分布，但是在垂直于所述深度方向的横向方向上越来越密地分级排列，参照图4a进行说明。另一方面，散射中心但是也能够分别在垂直于深度方向的平面中关于横向方向以保持不变的密度分布，在此然而在每个平面中围绕入射区域的不同大的(沿着深度方向减小的)区域能够不具有散射中心，参照图4b进行说明。优选地，锥形的区域保持不具有散射中心。当然，由“横向分级排列”和“深度分级排列”构成的混合形式是可能的。
在一个优选的实施方式中，发光材料元件物质是Ce掺杂的钇铝石榴石(YAG:Ce)。但是通常，作为发光材料元件物质也能够设有掺杂的镥铝石榴石(LuAG)，例如Ce掺杂的镥铝石榴石(LuAG)，或能够设有掺杂的氮化硅物质，例如Eu掺杂的CaAlSiN3。掺杂物质通常能够是Ce、Tb、Eu、Yb、Pr、Tm和/或Sm。此外，附加的掺杂也是可能的，即共掺杂，例如YAG物质掺杂有Gd或Lu，并且共掺杂有至少一种共掺质Ce、Tb、Eu、Yb、Pr、Tm和/或Sm。
在优选的设计方案中，散射中心是发光材料元件物质中的缺陷部位，除了所述缺陷部位以外所述发光材料元件物质是单晶的，即例如在散射中心中也至少部分地存在发光材料元件物质，然而不以对应于单晶的形式、而是例如无定形地存在。在缺陷部位中，发光材料物质也能够局部断裂/裂开。
在优选的设计方案中，缺陷部位是发光材料元件物质的熔化部，即散射中心在单晶中热感应生成或通过局部离子化产生，优选借助脉冲的激光束(细节参见下文)产生。即将例如之前全部单晶的发光材料元件物质在其内部在多个部位上局部地改性进而产生散射中心。
本发明也涉及一种照射设备、尤其照明设备，其中当前公开的发光材料元件与用于发射泵浦辐射的泵浦辐射源组合。二者在此相对于彼此设置为，使得在运行时在任何情况下，发射的泵浦辐射的一部分射到发光材料元件上。出于效率原因，能够优选的是：全部泵浦辐射射到发光材料元件上，与设置方式相关地，然而例如也能够存在99％、97％或95％的上限；优选地，由泵浦辐射源发射的泵浦辐射的至少60％、70％或80％射到发光材料元件上(辐射功率基于百分比说明)。
在一个优选的实施方式中，激光器、优选半导体激光器设为泵浦辐射源并且发光材料元件与所述激光器间隔开地设置(所谓的远程荧光粉设计，与激光激励源组合，也以名称LARP或Laser Activated Remote Phosphor(激光激励远程荧光粉)已知)。在发光材料元件上游，泵浦辐射于是光学有效地穿过气体体积、优选空气。“光学有效”表示：在气体体积/发光材料元件过渡时随后出现折射。在激光器和发光材料元件之间优选设有光学装置，例如使泵浦辐射准直的透镜(准直透镜)和/或将泵浦辐射集束到发光材料元件的入射面上的透镜。“透镜”在此能够理解为单个透镜以及多个单个透镜的系统。
借助由激光源和与其间隔开地设置的发光材料元件构成的组合，能够实现高亮度的光源；借助根据本发明的发光材料元件能够实现(参见上文)的运行温度的提高，能够将更多的泵浦辐射引入到发光材料元件中，这能够有助于整体上提高亮度或光通量。此外，根据本发明的发光材料元件在相同的冷却时能够加载有更高的泵功率，因为更好的热导率用于使发光材料普遍保持更低温。
在另一优选的实施方式中，发光二极管(LED)、通常还有基于有机的发光二极管(OLED)、优选基于无机的发光二极管设为泵浦辐射源。优选地，发光材料元件于是设为与LED的发射面直接光学接触，即泵浦辐射在其之间不穿过光学有效的、影响光路的气体体积、尤其不穿过空气体积。因此，发光材料元件例如能够经由接合连接层固定在发射面上；发光材料元件尤其也能够是LED的壳体的一部分(“LED”在此表示LED芯片)，即例如连同填充物质(例如模压料或硅酮)和/或安装体(引线框架)一起包围所述LED。
具有根据本发明的发光材料元件的组合在下述范围中例如能够是有利的：能够提高LED的运行温度(发光材料元件的特性通常是受限的，其他组成部分通常也能够在更高温度下运行)。因此，LED例如能够在与现有技术相比不变的热学接合的情况下以更高的电流密度运行，借此能够改进光收益。补充地或替代地，例如也能够简化冷却设计，即例如能够实现不具有分开的冷却体的构造。
一般来说，在当前所描述的照射设备或相应的发光材料元件中，发光材料元件的入射面和/或放射面是二色性覆层的。例如表面特性也能够改性、例如粗糙化，以便提高耦合效率。
本发明也涉及一种用于制造当前所描述的发光材料元件或具有这种发光材料元件的照射设备的方法，所述发光材料元件具有缺陷部位/熔化部作为散射中心，其中借助一个或多个激光束引入缺陷部位，所述一个或多个激光束在单晶之内聚焦。在激光束的焦点中，空间上的和时间上的能量密度因此高至，使得晶格局部地改性，发光材料元件物质例如局部地熔化或局部地在其晶体结构或其局部密度方面改变，或局部地加入附加的零维的、一维的或多维的晶体缺陷(例如空位、错位、晶界、微裂纹)。
与在以转换为目的的运行中对单晶的上述照射的区别(参照前面的段落)尤其在于在内部聚焦，因此所述聚焦得出高的能量密度。因为激光束在单晶之内聚焦，所以所述激光束在其外面上的点直径仍不能太小，因此在那里理想地不出现损坏。
在优选的设计方案中，激光束脉冲地作用到单晶上。这尤其能够涉及具有构成为离散的体积部的散射中心的发光材料元件的制造，其中激光束因此在任何情况下在两个散射中心之间“错位”时(所述错位例如也能够通过转向镜的翻转实现)不作用到单晶上；优选地，每个散射中心借助刚好一个脉冲产生。脉冲通常例如也能够借助于遮光器实现，然而优选地，发射激光束的激光器以脉冲的输出功率运行。此外，也能够使用锁模技术的超短波脉冲激光器。
在优选的设计方案中，脉冲作用以至少500Hz、优选至少750Hz、特别优选至少1kHz的重复频率实现；可能的上限例如能够为最高30kHz，以如下提到的顺序递增优选为最高20kHz、15kHz、10kHz或8kHz。在此，通常也能够与下限无关地对上限感兴趣，并且反之亦然，并且也应相应地公开这些值。脉冲长度优选不大于100μs，其中可能的下限(与其无关地)例如能够为至少10fs或100fs，例如也能够为至少1ps、10ps或100ps。
在优选的设计方案中，Nd:YAG激光器设为用于引入散射中心，所述Nd:YAG激光器发射随后在单晶中聚焦的激光束。一般而言，为了在制造发光材料元件时聚焦激光束，优选地，在激光器和单晶之间设置有进行聚焦的具有可变焦距的光学装置，优选设置有平面场光学装置或f-theta透镜系统。优选的Nd:YAG激光器能够发射下述激光束，所述激光束具有例如1064nm的波长或频率加倍地具有532nm的波长(与泵浦辐射的激励波长不同的波长能够是有利的)。
也能够使用其他基于YAG的激光系统，例如Cr-、Yb-、Ho-、Tm-或Er-YAG激光系统。但是，原则上能够使用可提供足够脉冲能量的所有激光系统，优选处于下述波长范围中：在所述波长范围中，单晶尽可能少地吸收。脉冲能量例如应为至少100J/cm2，其中可能的上限(与其无关地)例如能够为3kJ/cm2；有利地，例如能够大约为1.4kJ/cm2。
在优选的设计方案中，激光束在引入缺陷部位时在单晶之内以可变的深度聚焦，即产生沿深度方向错开的焦点，更确切地说除了横向错开之外产生沿深度方向错开的焦点。
照射设备的或相应的发光材料元件的优选的应用领域例如能够在于机动车照明、尤其机动车外部照明、例如借助前照灯照亮街道的范围，例如也可变地、即例如与迎面车流相关地被遮挡。其他有利的应用领域能够在于效果照明的范围；另一方面，照射设备但是也能够用于手术区照明。照射设备还能够用作为投影仪(用于数据/影片投影)的、内窥镜的或还有舞台聚光灯的光源，例如用于在电影、电视或剧场领域中的场景照明。一般而言在工业环境中的使用也是可行的，但是在房屋或建筑物照明、尤其外部照明的领域中的使用也是可行的。
附图说明
下面，根据实施例详细阐述本发明，其中在从属权利要求的范围中的各个特征也能够以其他组合是对于本发明重要的，并且此外也不会在细节上在权利要求类别之间进行区分。
详细示出：
图1示出非根据本发明的其中不具有散射中心的YAG:Ce单晶的示意图；
图2示出根据本发明的其中具有散射中心的YAG:Ce单晶以及借助激光束引入所述散射中心的示意图；
图3示出粉末状的和单晶的YAG:Ce发光材料的内部量子效率的比较；
图4示出设置在YAG:Ce单晶中的散射中心的变化的密度。
具体实施方式
图1示出由铈掺杂的钇铝石榴石(YAG:Ce)构成的单晶1。所述单晶在工作时由泵浦辐射2照射，即在此由蓝色的泵浦光照射；泵浦辐射2在单晶1中转换为转换辐射3，在此转换为黄色的转换辐射。转换辐射3的发射在单晶1之内全向性地进行，示例地示出一些射束的传播路径。
具有单晶1的发光材料元件以反射的方式工作，即泵浦辐射入射面4和转换辐射放射面5重合。相对置的、在图1中下部的侧面借助镜6镜反射，以便将部分地向下发射的转换辐射3仍然引向转换辐射放射面5。
因为YAG-Ce单晶具有比空气明显更高的折射率(在波长为589nm的情况下，所述折射率大约为n≈1.8，而在空气中为n≈1)，所以在泵浦辐射放射面5上仅相对陡峭地射入的射束簇射出，并且以较平缓的角度射入的射束朝向侧面全反射进而是不可用的(在任何情况下不在转换辐射放射面5上)。在射束“陡峭地”射入的情况下，在辐射方向和面法线(指向单晶1中)之间的角度是小的；而在射束“平缓地”射入的情况下(虚线示出)，所述角度是大的，刚好大于全反射的临界角(θc)。
在根据图2的根据本发明的发光材料元件的单晶1中，在单晶1中嵌入散射中心20，更确切地说嵌入缺陷部位或熔化部。所述散射中心的作用方式在图2中在右半部说明，引入在左半部说明(细节参见下文)。如果转换辐射3的射束射到散射中心20中的一个散射中心上，那么所述射束改变其方向并且与此相应地以一定概率更陡峭地射到转换辐射放射面5上。因此，第一射束21a例如平缓地射到下部的侧面上，并且在反射之后在那里相应平缓地射到转换辐射放射面5上，使得所述第一射束不在那里射出、而是全反射(为了对比参见图1)。相反地，通过散射将所述第一射束更陡峭地引到转换辐射放射面5上并且在那里射出。
第二射束21b说明，原本在转换辐射放射面5上向回反射的辐射的一部分如何得到“第二次机会”，即在向回反射之后散射然后更陡峭地射到转换辐射放射面5上并且在那里射出。概括地说，借助根据本发明嵌入单晶1中的散射中心20能够提高转换辐射的耦合输出(必要时在部分转换的情况下也提高部分未转换的泵浦辐射的耦合输出)。
在图2的左半部中，示意地说明散射中心20的引入；这借助在单晶1之内聚焦的激光束22进行，所述激光束由激光器23、即Nd:YAG激光器发射，并且借助(未示出的)光学装置在单晶1之内聚焦。激光器23以脉冲的方式运行；因此在各焦点中，能量密度高至，使得产生缺陷部位或材料熔化部进而产生散射中心20中的一个散射中心。
图3说明与传统的YAG:Ce相比能够在单晶的YAG:Ce中得到的优点。对此，内部量子效率(QE)作为无单位的变量关于呈单晶形式的YAG:Ce的工作温度绘制(实线)或者关于呈传统的粉末形式的YAG:Ce的工作温度绘制(虚线)。在此已经证实的是，在温度提高为高于150℃时，粉末状的YAG:Ce的量子效率明显降低，而在单晶的情况下，所述量子效率虽然示出小的变化，但是整体上保持相对高。概括地说，呈单晶形式的YAG:Ce与呈传统的粉末形式的情况下相比能够在更高的工作温度下工作，而量子效率不会由此明显减小。
图4a、b分别示出单晶1，在所述单晶中设置有具有变化的密度的散射中心20。垂直于入射面4观察，围绕入射区域40的散射中心20的密度向外增大，在所述入射区域中，泵浦辐射2射到入射面4上。通过散射在入射区域40中小于外部环绕区域，尽可能避免泵浦辐射2的散射。
在根据图4a的实施方式中，散射中心20沿着深度方向41均匀地分布，但是沿垂直于深度方向的横向方向42越来越密地分级排列。相反地，在图4b的情况下，散射中心20分别沿横向方向42密度保持不变地分布；但是锥形的区域不具有散射中心20。
附图标记列表
单晶 1
泵浦辐射 2
转换辐射 3
泵浦辐射入射面 4
转换辐射放射面 5
镜 6
散射中心 20
第一射束 21a
第二射束 21b
激光束 22
激光器 23
入射区域 40
深度方向 41
横向方向 42

Claims (16)

1.一种发光材料元件，所述发光材料元件具有由发光材料元件物质构成的单晶(1)，所述发光材料元件用于将泵浦辐射(2)至少部分地转换为转换辐射(3)，
其中所述单晶(1)构成为具有多个嵌入所述单晶(1)中的散射中心(20)，
然而除此之外，所述发光材料元件物质在所述单晶(1)中以单晶的形式存在，
其中用于散射所述转换辐射(3)的所述散射中心(20)嵌入所述单晶(1)中。
2.根据权利要求1所述的发光材料元件，其中所述散射中心中的每个散射中心占据各至少1μm3的体积。
3.根据权利要求1或2所述的发光材料元件，其中具有嵌入的所述散射中心(20)的所述单晶(1)占据至少1×10-3mm3的体积。
4.根据上述权利要求中任一项所述的发光材料元件，其中所述散射中心(20)中的每个散射中心形成所述单晶(1)中的离散的体积部。
5.根据权利要求4所述的发光材料元件，其中离散的所述体积部均匀地在所述单晶(1)范围内分布。
6.根据权利要求4所述的发光材料元件，其中离散的所述体积部在所述单晶(1)中设置成，使得垂直于所述单晶(1)的入射面(4)观察，散射围绕所述入射面(4)的入射区域(40)向外增加。
7.根据上述权利要求中任一项所述的发光材料元件，其中所述发光材料元件物质是铈掺杂的钇铝石榴石。
8.根据上述权利要求中任一项所述的发光材料元件，其中所述散射中心(20)是所述发光材料元件物质中的缺陷部位，除了所述缺陷部位以外所述发光材料元件物质是单晶的。
9.根据权利要求8所述的发光材料元件，其中所述缺陷部位是所述发光材料元件物质的熔化部。
10.一种照射设备，所述照射设备具有根据上述权利要求中任一项所述的发光材料元件和用于发射泵浦辐射(2)的泵浦辐射源，所述发光材料元件和所述泵浦辐射源相对于彼此设置成，使得所述发光材料元件在运行中被照射。
11.根据权利要求10所述的照射设备，其中所述泵浦辐射源是激光器(23)，所述发光材料元件与所述激光器间隔开地设置成，使得所述泵浦辐射(2)在所述激光器(23)和所述发光材料元件之间光学有效地穿过气体体积、优选空气。
12.根据权利要求10所述的照射设备，其中所述泵浦辐射源是发光二极管(LED)，所述发光二极管具有用于发射所述泵浦辐射(2)的发射面，其中所述发光材料元件设为与所述发射面直接光学接触。
13.一种用于制造根据权利要求8或9所述的发光材料元件或根据权利要求10至12中任一项所述的照射设备的方法，其中所述照射设备具有根据权利要求8或9所述的发光材料元件，在所述方法中，借助激光束(22)引入缺陷部位，所述激光束在所述单晶(1)之内聚焦。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述激光束(32)以脉冲的方式作用到所述单晶(1)上。
15.根据权利要求14所述的方法，其中脉冲作用以至少500Hz和最高30kHz的重复频率进行。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中在引入所述缺陷部位时，将所述激光束(32)以可变的深度在所述单晶(1)之内聚焦，即产生在深度方向(41)上错开的焦点，并且附加地产生横向错开的焦点。
CN201710060926.3A 2016-01-28 2017-01-25 发光材料元件 Pending CN107017553A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016201308.4 2016-01-28
DE102016201308.4A DE102016201308A1 (de) 2016-01-28 2016-01-28 Leuchtstoffelement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107017553A true CN107017553A (zh) 2017-08-04

Family

ID=59328177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710060926.3A Pending CN107017553A (zh) 2016-01-28 2017-01-25 发光材料元件

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10371355B2 (zh)
CN (1) CN107017553A (zh)
DE (1) DE102016201308A1 (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1144022A (zh) * 1994-03-18 1997-02-26 布朗大学研究基金会 含有强散射增益介质以提供类似激光器作用的光源
US20090057612A1 (en) * 2007-08-31 2009-03-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Phosphor and method for manufacturing the same
US20110284494A1 (en) * 2007-09-20 2011-11-24 Norwin Von Malm Method for Manufacturing an Opto-Electronic Component
CN102901046A (zh) * 2011-07-27 2013-01-30 欧司朗股份有限公司 用于泵浦光转换的发光器件
CN103081143A (zh) * 2010-08-20 2013-05-01 欧司朗光电半导体有限公司 光电子半导体器件和散射体
US20150333109A1 (en) * 2014-05-16 2015-11-19 Osram Oled Gmbh Optoelectronic component, method for producing an optoelectronic component

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101362263B1 (ko) * 2012-01-30 2014-02-13 국민대학교산학협력단 광산란을 최소화하는 형광체-기지 복합체 분말 및 이를 포함하는 ｌｅｄ 구조체
US9774010B2 (en) * 2014-10-21 2017-09-26 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Light reflective material and light-emitting device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1144022A (zh) * 1994-03-18 1997-02-26 布朗大学研究基金会 含有强散射增益介质以提供类似激光器作用的光源
US20090057612A1 (en) * 2007-08-31 2009-03-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Phosphor and method for manufacturing the same
US20110284494A1 (en) * 2007-09-20 2011-11-24 Norwin Von Malm Method for Manufacturing an Opto-Electronic Component
CN103081143A (zh) * 2010-08-20 2013-05-01 欧司朗光电半导体有限公司 光电子半导体器件和散射体
CN102901046A (zh) * 2011-07-27 2013-01-30 欧司朗股份有限公司 用于泵浦光转换的发光器件
US20150333109A1 (en) * 2014-05-16 2015-11-19 Osram Oled Gmbh Optoelectronic component, method for producing an optoelectronic component

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016201308A1 (de) 2017-08-03
US20170219185A1 (en) 2017-08-03
US10371355B2 (en) 2019-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014203484A1 (ja) 波長変換部材、光源、及び自動車用ヘッドランプ
WO2012128384A1 (ja) 発光装置、照明装置および前照灯
DE112020000442T5 (de) Laserbasiertes fasergekoppeltes weisslichtsystem
EP4038312B1 (en) High-intensity color tunable white laser light source using green phosphor
US20220290841A1 (en) High intensity light source with high cri
CN107940257A (zh) 发光模组及激光照明灯
US11543577B2 (en) Luminescent concentrator with CPC, light guide and additional phosphor
US12104785B2 (en) Laser-phosphor light source with improved brightness and thermal management
US11725803B2 (en) Compact laser-based light generating device
US9291333B2 (en) Illumination arrangement
CN107017553A (zh) 发光材料元件
US20230408802A1 (en) Laser smd package with phosphor and light incoupler
WO2023061911A1 (en) White light source
US20180003355A1 (en) Illumination device
JP2013161561A (ja) 光源装置および照明装置
JP2017228390A (ja) 照明装置
JP2021028907A (ja) 光変換装置および照明装置
US11892143B2 (en) Compact laser beam combiner with micro-prism reflector
US20240255685A1 (en) Laser-based light engine with improved thermal management using tapered fiber
US12031715B2 (en) Pixelated laser phosphor comprising ceramic phosphor tiles surrounded by phosphor particles in a medium
Li P‐79: High Power Static Phosphor Plate Light Source for Digital Projections
WO2023151980A1 (en) Heatsink comprising a closed-logo slit for pumping a cylindrical phosphor body
WO2024052198A1 (en) Annular shaped phosphor in combination with axicon lens for producing laser pumped high intensity white light source
WO2023247568A1 (en) Laser source lightguide spider module
EP4405619A1 (en) High intensity white light source with good uniformity based on a plurality of light sources

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: Munich, Germany

Applicant after: OSRAM GmbH

Address before: Munich, Germany

Applicant before: OSRAM GmbH

CB02 Change of applicant information
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20200812

Address after: Hsinchu Science Industrial Park, Taiwan, China

Applicant after: Coretronic Corp.

Address before: Munich, Germany

Applicant before: OSRAM GmbH

TA01 Transfer of patent application right
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170804

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication