CN107637173B - 具有与温度无关的色点的高强度光源 - Google Patents

具有与温度无关的色点的高强度光源 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种包括照明单元(70)的照明设备(100)，其中照明单元(70)包括(i)配置为生成光源光(11)的至少一个固态光源(10)以及(ii)细长的发光集中器(70)，该发光集中器包括相对于彼此成非零的角度延伸的光出射面(142)和至少一个光输入面(143、144、201)，其中至少一个固态光源(10)被配置为将光源光(11)提供给至少一个光输入面，发光集中器(70)包括发光材料(20)，该发光材料配置为将光源光(11)的至少一部分转换成发光材料光(21)，其中照明设备被配置为生成包括所述发光材料光(21)的至少一部分的照明设备光(101)，其中发光材料(20)被配置成在由所述发光材料(20)的激发带中的所述光源光(11)激发时提供所述发光材料光(21)，其中所述光源(10)被配置为提供半高全宽(FWHM)等于或小于20nm的所述光源光(11)，并且其中所述光源(10)被配置为在所述激发带的等吸光点中激发发光材料(20)。

Description

具有与温度无关的色点的高强度光源
技术领域
本发明涉及包括照明单元的照明设备，其中照明单元包括配置为产生光源光的固态光源和配置为将光源光的至少一部分转换成发光材料光的发光材料。本发明还涉及包括这种照明设备中的一个或多个的照明装置。此外，本发明涉及用于特定应用的照明设备或照明装置的使用。
背景技术
本领域已知某些磷光体的发射强度的温度依赖性。例如，US8105502提及CaAlSiN3:Eu作为用于使用发光二极管的LED灯的红色发光材料。当在宽(紫外到蓝)波长范围内被激发时，这种发光材料在橙色区域到红外区域的范围内显示发光。在许多发光材料中，根据US8105502，该CaAlSiN3:Eu具有相对优异的温度特性。进一步表明，据估计，随着LED灯的功率增加，设备的温度进一步升高，并且因此需要具有更优异的温度特性的发光材料。
WO2015015363描述了一种光发射布置被公开，该光发射布置适于产生增强例如零售环境中的食物的色觉的白色输出光。光发射布置包括适于发射具有从440nm到460nm的第一波长范围内的发射峰的光的至少一个蓝色光发射元件，以及适于发射具有从400nm到440nm的第二波长范围内的发射峰的光的至少一个深蓝色光发射元件。此外，光发射布置包括布置成接收由所述深蓝色光发射元件发射的光的至少一个窄带波长转换材料，以及包括布置成接收由所述蓝色光发射元件和所述深蓝色光发射元件中的至少一个发射的光的至少一个宽带波长转换材料。还公开了包括这种光发射布置的聚光灯，以及包括多个光发射布置的照明设备。
WO2006054203(也参见下文)描述了包括转换结构和一个或几个LED的光发射设备，一个或几个LED将光发射到转换结构中。然后将光转换并且以高辐射通量发射。
高亮度光源对于包括聚光灯、舞台照明、诸如前灯的汽车照明以及数字光投影的各种应用是令人关注的。为此，可以利用所谓的光集中器，其中较短波长的光在高度透明的发光材料中被转换成更长的波长。可以使用这种透明发光材料的棒。通过LED照射，在棒内产生更长的波长发射(转换光)。在波导模式中转换光将保持在发光材料(诸如掺杂石榴石)中，然后可以从导致强度增益的表面之一被提取。然而，这种基于发光转换器的光源可能是相当低效的，并且不容易获得非常高的强度。此外，包括用于获得白光的蓝色成分是不可忽视的。
因此，现有技术的照明设备遭受发光材料的发射(发光)的温度依赖性之害，当使这种发光材料经受高功率激发时，发光材料的发射(发光)的温度依赖性变得尤为重要。
发明内容
因此，本发明的一个方面是提供备选的照明设备，该照明设备优选地进一步至少部分地消除上述缺点中的一个或多个缺点。
改善发光材料发射温度依赖性的独立性的方案除此之外可以从以下中选择：冷却发光材料、选择特定类型的发光材料(见上文)、选择其它类型的光源、放弃使用发光材料等。
我们惊奇地发现，对于石榴石类型的磷光体，存在吸光度基本上不依赖于温度的点。因此，我们建议将固态光源或其他光源(特别是窄带光源)的发射峰与磷光体吸光度几乎不显示温度依赖性(在宽的温度范围内)的磷光体吸收波长匹配，以便获得基本上与温度无关的发射强度。因此，在具体实施例中，提供诸如在50-200℃的范围内具有基本上温度无关的色点的白光照明设备。
因此，在第一方面中，本发明提供了包括照明单元的照明设备(“设备”)，其中照明单元包括(i)配置为生成光源光的至少一个固态光源，以及(ii)包括相对于彼此成非零的角度延伸的光出射面和至少一个光输入面的细长的发光集中器，其中至少一个固态光源配置为将光源光提供给至少一个光输入面，发光集中器包括发光材料，发光材料配置为将光源光的至少一部分转换成发光材料光(在本文中还指示为“发射”或“发光”)，其中特别地，发光材料包括铈掺杂石榴石材料，其中照明设备配置为生成包括所述发光材料光的至少一部分的照明设备光(“设备光”)，其中发光材料配置为在由所述发光材料的激发带(EX)中的所述光源光激发时提供所述发光材料光，其中光源配置为提供具有如下半高全宽(FWHM)的所述光源光：该半高全宽(FWHM)等于或小于30nm，特别地等于或小于20nm，甚至更特别地等于或小于10nm，还甚至更特别地等于或小于5nm，诸如特别地等于或小于2nm，并且其中所述光源配置为在所述激发带(EX)的等吸光点(IP)中激发发光材料。
使用这种照明设备，例如，可以产生白光，该白光的色点可以基本上与发光材料温度无关，诸如在50-100℃的范围内的发光材料温度，甚至在50-150℃的范围内的发光材料温度，还甚至更特别地在50-200℃范围内的发光材料温度，或甚至更高的温度。当包括铈的石榴石在50-250℃的温度范围内在其等吸光(激发)点被激发时，发现白光的基本独立的色温。利用这种照明设备，固态光源和集中器的发光材料特别地不会彼此物理接触，例如，在其间可以有狭缝或间隔。因此，发光材料的温度可以(甚至)高得多(比光源的温度)。在常规白色LED的操作期间，其中发光材料被放置在LED裸片的顶部上，并且发光材料的吸收峰基本上对应于LED的发射峰(即，激发辐射)，温度可以没有太多变化。因此，色温可以基本保持相同。然而，至少对于其中在固态光源和集中器的发光材料之间存在非零距离的设备，来自诸如LED的固态光源的输出可能在其中导致：发光材料的温度以及因此的发光集中器的温度可被发现在大的温度范围内变化。本文中，温度特别是指发光材料的温度，其可以(因此)显著高于固态光源的温度。显现为有利的是将发光材料配置为远离固态光源(即，距离固态光源非零距离)，使得发光材料不与固态光源热接触。因此，特别地光源和发光集中器的发光材料优选地不是物理接触的。更特别地，光源的光发射面和发光集中器的发光材料优选地不是物理接触的(还另见下文)。非零距离可以特别地在0.1-100mm(诸如0.2-20mm)的范围内。然而，甚至大于100mm的距离可以是可能的，诸如高达200mm或还甚至更大。
在光谱学中，等吸光点是在样品的化学反应或物理变化期间样品的总吸光度不变的特定波长、波数或频率。这里，物理变化指示发光材料经受激发光，由此，发光材料的发光物种的一部分(诸如在铈掺杂石榴石(还参见下文)的情况下的三价铈离子)被带入激发态，以随后通过提供发光(本文也指示为发射)而衰减。因此，本文的等吸光点也可以指示为等吸光激发点。
每种发光材料具有发射光谱和激发光谱。发射可以具有对应的激发光谱。因此，发射带可以具有对应的激发带。本文中，激发可以特别发生在与发射带的能量最接近的激发带中。特别地，发射带相对于发射带是斯托克斯移位的。因此，通常，激发发生在最低能量的激发带中。短语“通过所述发光材料激发带中的所述光源光的激发”也可以解读为通过与所述发光材料的发光材料光对应的激发带中的所述光源光的激发。发光材料光是通过光源光激发时从发光材料发出的光。术语“发光材料光”也可以指示为“发射”，并且术语“光源光”也可以指示为激发光。
这里，等吸光点特别地是指如下激发波长：在该激发波长处，在相同波长处的激发下，整体发射强度以小于5％、特别是小于2％(相对于50℃处的整体发射强度)在50-100℃之间变化。特别地，等吸光点是指如下激发波长：在该激发波长处，在相同波长处的激发下，整体发射强度以小于10％、特别地小于5％、甚至更特别地小于2％(相对于50℃处的整体发射强度)在50-150℃之间变化。还甚至更特别地，等吸光点是指如下激发波长：在该激发波长处，在相同波长处的激发下，整体发射强度以小于10％、特别是小于5％、甚至更特别地小于2％(相对于50℃处的整体发射强度)在50-200℃之间变化。因此，发光材料温度可以在例如取决于光源功率的例如50-100℃的范围内变化，但然而照明设备光的色点可以基本上与其无关。
此外，本文所描述的发光材料的激发特别地不是基于线激发(吸收)，线激发诸如为具有在室温(“RT”；限定为20℃)下小于5nm的室温下光谱宽度的激发。特别地，发光材料的激发是带激发，该带激发具有在RT下至少20nm、诸如至少40nm的FWHM(也见例如图2a)。因此，与现有技术系统相反，光源不被配置为在这种激发带的光谱最大值处激发，而是在翼中的一个翼处激发。等吸光点的位置可以取决于发光材料，但通常发现在激发最大值的峰高度的约30-45％处(在RT下)。发光材料(更确切地说，其激发带)可以具有两个等吸光(激发)点，一个在激发带的高能量侧面并且一个在激发带的低能量侧面。他们在室温下的高度不一定相同。
可以选择发光材料，使得至少一个等吸光点在光谱的可见部分中。这可以有利地允许在可见波长范围内的激发，由此激发光的一部分(即，特别是光源光的一部分)被转换成发光材料光，但光源光的一部分也可以用作照明设备光的一部分。因此，照明设备被配置为生成至少包括所述发光材料光的一部分并且可选地还包括光源光的一部分的照明设备光。因此，在一个实施例中，发光材料包括在可见光谱的蓝色波长范围内的等吸光点(IP)。备选地或附加地，发光材料包括可见光谱的绿色波长范围内的等吸光点(IP)。备选地或附加地，特别地当发光材料具有相对小(诸如等于或小于100nm，特别地等于或小于50nm)的斯托克斯移位时，发光材料包括在可见光谱的红色波长范围内的等吸光点(IP)。备选地或附加地，发光材料包括在光谱的可见部分的另一部分中的等吸光点。
假设发光材料包括蓝色的等吸光(激发)点，特别地可以应用像蓝色LED或蓝色激光的蓝光发射固态光源。因此，在一个实施例中，光源被配置为生成蓝色光源光。
特别地，固态光源是：在操作期间发射(光源光)至少选自200nm至490nm范围内的波长下的光的光源，特别地在操作期间至少发射选自400nm至490nm范围内的波长下的光的固态光源，甚至更特别地在操作期间至少发射在440nm至490nm范围内的波长下的光的固态光源。该光可以部分地被波长转换器(即，发光材料)使用。因此，在一个具体实施例中，固态光源被配置为生成蓝光(蓝色光源光)。在一个具体实施例中，光源包括固态LED光源。术语“固态光源”也可以涉及多个光源，诸如2至20个固态LED光源。因此，术语LED也可以指多个LED。
因此，光源辐射地耦合到发光集中器的发光材料。术语“辐射地耦合”特别意指光源和发光材料彼此相关联，使得由光源发射的辐射或光的至少一部分由发光材料接收(并且在集中器中至少部分地转换为发光)。
在照明设备的使用期间，光源在所述激发带的等吸光点中激发发光材料。因此，光源和发光材料彼此相关联，并且光源专用于特定发光材料或特定发光材料专用于光源。因此，在使用期间照明设备用光源提供处于(辐射地耦合的)发光材料的所述激发带的等吸光点中的光源光。
发光材料可以特别地是无机发光材料，诸如基于量子点的发光材料或无机磷光体。尽管术语“发光材料”在实施例中可以指两种或更多种不同发光材料的组合，但是在本文中，术语“发光材料”或“与光源辐射地耦合的发光材料”在其它实施例中特别是指基本上单种发光材料。在一个实施例中，发光材料包括至少90wt.％、特别地至少95wt.％的单种发光物种(诸如量子点、有机染料或无机磷光体)。例如，发光材料(无论是否嵌入)可以包括至少90wt.％的CdS/ZnS核/壳量子点，诸如棒(壳)中的点(核)。
特别地，发光材料包括类型A3B5O12:Ce3+的发光材料，其中A从由Y、Gd、Tb和Lu组成的组中选择，并且其中B从由Al、Ga和Sc组成的组中选择。发光材料可以(因此)包括石榴石材料。因此，在一个实例中，发光材料包括A3B5O12:Ce3+类的铈掺杂石榴石材料。特别地，发光材料可以包括发光陶瓷。石榴石材料(特别是陶瓷石榴石材料)在本文中也被指示为“发光材料”。发光材料包括A3B5O12:Ce3+(石榴石材料)，其中A特别地从由Sc、Y、Tb、Gd和Lu组成的组中选择，其中B特别地从由Al、Sc和Ga组成的组中选择。更特别地，A包括钇(Y)、钆(Gd)和镥(Lu)中的一种或多种，并且B包括铝(Al)。这种石榴石可以掺杂有铈(Ce)，并且可选地掺杂有诸如镨(Pr)的其它发光物种。在一个具体实施例中，B由约40％或更多的Al和60％或更少的Ga组成。特别地，B包括铝(Al)，然而，B也可以部分地包括镓(Ga)和/或钪(Sc)和/或铟(In)，特别地高达约20％的Al、更特别地高达约10％的Al可以被替换(即，A离子本质上由90或更多的摩尔百分比的Al以及10或更低的摩尔百分比的Ga、Sc和In中一种或多种组成)；B可以特别地包括高达约10％的镓。在另一种变型中，B和O可以至少部分地被Si和N替代。如“A从由Y、Gd、Tb和Lu组成的组中选择”的短语和类似的短语指示A可以包括Y、Gd、Tb和Lu中的一种或多种。
如上所指示，元素A可以特别地从由钇(Y)、钆(Gd)、铽(Tb)和镥(Lu)组成的组中选择。
特别地，A至少包括Y、Gd和Lu中的一种或多种，甚至更特别地至少包括Y和Lu中的一种或多种。此外，特别地至少90mol.％的B是Al。在一个实施例中，发光材料包括(Y,Lu)3Al5O12:Ce，其中“Y,Lu”指示A可以包括Y和Lu中的一种或多种。
本文所描述的发光材料特别地用其化学式来指示。虽然指示了元素，但不排除杂质和/或其他相的存在。发光材料(“磷光体”)也可以包括杂质，如卤素杂质和金属杂质中的一种或多种。可以接近于本文所限定的一种或多种发光材料的发光材料还包括其他相，如以下中的一种或多种：已经指示的(剩余的)——焊剂、剩余的起始材料、以及在一种或多种(相应)发光材料的合成期间还形成的一个或多个相。同样地，发光材料还可以包括其他相，如以下中的一种或多种：已经指示的(剩余的)——焊剂、剩余的起始材料、以及在一种或多种(相应)发光材料的合成期间还形成的一个或多个相。一般而言，这样的其他相的重量百分比将低于约10wt.％(相对于发光材料的总重量)。这在本领域中是已知的。
发光材料被提供为嵌入在例如透明的波导中。特别地，发光材料被提供为发光集中器，即，发光集中器被提供为包括发光材料。发光集中器是具有第一面和第二面的细长发光集中器，第一面和第二面限定了细长的发光集中器的长度，其中细长的发光集中器包括相对于彼此成非零的角度延伸的光出射面和至少一个光输入面，该非零的角度如在5°至175°的范围内，特别地在45°至135°的范围内，如甚至更特别地在60°至120°的范围内，如特别地例如垂直的，并且第二面包括所述光出射面。至少一个固态光源配置为向至少一个光输入面提供光源光。以这种方式，可以生成高亮度源。在一个实施例中，提供了多个固态光源。在另一个实施例中，发光集中器包括两个相对的光输入面，每个光输入面接收由至少一个固态光源发出的光。因此，例如，可以提供第一组固态光源以朝向发光集中器的第一光输入面发射光，并且可以提供第二组固态光源以朝向发光集中器的第二光输入面发射光，该第二输入面与第一光输入面相对。
在另一个实施例中，照明设备还可以包括光学反射器，该光学反射器配置在第一面的下游并且配置为将光反射回细长的发光集中器中，其中光出射面配置为与至少一个光输入面垂直。这可以进一步增强光的耦出。在又一实施例中，细长的发光集中器可以包括至少为2的几何集中因子(或面积比率因子)，该几何集中因子被限定为至少一个光输入面的面积与光出射面的面积的比率。大于1、特别地大于2或更大、或甚至大得多的因子可以提供高亮度源，除其他之外，高亮度源也可以应用于投影仪目的或其他目的。然而，在另一实施例中，照明设备还可以包括配置在光出射面的下游并配置为准直转换器光的准直器。
本文使用术语“光集中器”，因为多个光源可以照射光转换器的相对较大的面(面积)，并且许多转换器光从光转换器的相对较小的面积(出射窗口)中逸出。因此，光转换器的具体配置提供了其光集中器性质。光集中器可以提供斯托克斯移位的光，其相对于泵浦辐射是斯托克斯移位的。光集中器包括光透射体。光集中器特别地是相对于诸如陶瓷棒的细长光透射体而言的。然而，这些方面还可以与其它形状的陶瓷体相关。光透射体具有光导或波导性质。因此，光透射体在本文中还被指示为波导或光导。由于光透射体用作光集中器，因此光透射体在本文中还被指示为光集中器。光透射体通常将在垂直于光透射体长度的方向上具有对可见光的(一定的)透射。在没有诸如三价铈的活化剂情况下，可见光的透射可以接近100％，诸如至少95％，如甚至至少99％，诸如甚至至少99.5％。
在本文中，术语“可见光”特别涉及具有选自380nm至780nm范围的波长的光。通过在垂直辐射下向光透射体提供具有第一强度的特定波长处的光，并且将在透射通过材料后测量的该波长处的光强度与在该特定波长下提供给材料的光的第一强度相关联，可以确定透射(还参见E-208 and E-406 of CRC Handbook of Chemistry and Physics，第69版，1088-1989)。
发光集中器可以具有诸如梁状或棒状的任何形状。然而，发光集中器也可以是盘状等。本发明不限于形状的具体实施例，本发明也不限于具有单个出射或耦出面的实施例。下文更详细地描述了一些具体实施例。如果发光集中器具有圆形横截面，那么宽度和高度可以相等(并且可以被限定为直径)。
在一个具体实施例中，发光集中器可以特别地具有大于1的纵横比，即，长度大于宽度。尽管发光集中器不一定具有正方形、矩形或圆形的横截面，但发光集中器通常是棒或条(梁)。一般而言，光源被配置为照射较长面(侧边)中的一个面，该面在本文中被指示为光输入面，并且光从前部(前边)处的面逸出，该面在本文中被指示为光出射面。特别地，在一些实施例中，固态光源或其他光源不与发光集中器物理接触。物理接触可能导致不期望的耦出，以及因此的集中器效率降低。此外，发光集中器通常包括两个基本上平行的面：光输入面以及与其相对的相对面。这两个面在本文中限定了发光集中器的宽度。一般而言，这些面的长度限定了发光集中器的长度。然而，如上文所指示并且还于下文指示的，发光集中器可以具有任何形状，并且还可以包括形状的组合。特别地，至少一个光输入面具有光输入面面积(A)，并且光出射面具有光出射面面积(E)，并且光输入面面积(A)是光出射面面积(E)的至少1.5倍，甚至更特别地至少两倍，特别地至少5倍，诸如在2至50000范围内，特别地5至5000倍大。因此，特别地，细长的发光集中器包括被限定为光输入面的面积与光出射面的面积的比率的几何集中因子，该几何集中因子至少为1.5，诸如至少为2，如至少为5，或者更大得多(见上文)。这允许例如使用多个固态光源(另见下文)。特别地，光出射面具有从1mm2至100mm2范围选择的光出射面面积。在这样的尺寸的情况下，发射面可以是小的，然而尽管如此可以实现高强度。如上文所指示，发光集中器通常具有(长度/宽度的)纵横比。这允许相对小的光出射面，但是允许例如用多个固态光源照射的大的光输入面。在一个具体实施例中，发光集中器具有从0.5mm至100mm范围选择的宽度。因此，发光集中器特别地是具有本文所指示的面的整体。
通常为棒形或条形的发光集中器可以具有任何横截面形状，但是在一些实施例中具有正方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形、五边形或六边形的形状的横截面。集中器主体通常是立方体，但是可以被设置成具有与立方体不同的形状，其中光输入面具有稍微为梯形的形状。通过这样做，可以均匀地增强光通量，这对于一些应用而言可能是有利的。因此，在一些实例中(另见上文)，术语“宽度”还可以指代直径，诸如在具有圆形横截面的发光集中器的情况下。因此，在一些实施例中，细长的发光集中器还具有宽度(W)和高度(H)，其中特别地L>W并且L>H。特别地，第一面和第二面限定了长度，即这些面之间的距离是细长的发光集中器的长度。这些面可以特别地被平行地布置。
发光集中器还可以是柱形的棒。在一些实施例中，柱形的棒沿着棒的纵向方向具有一个平坦面，并且光源可以被定位在该平坦面处，以使由光源发射的光高效地耦入到发光集中器中。平坦面还可以用于放置散热器。柱形的发光集中器也可以具有两个平坦面，例如彼此相对定位或彼此垂直定位的两个平坦面。在一些实施例中，平坦面沿着柱形棒的纵向方向的一部分延伸。
下文在根据本发明的实施例中所阐述的发光集中器也可以在长度方向上折叠、弯曲和/或成形，使得发光集中器不是直的线性条或棒，而是可以包括例如90度或180度弯曲形式的圆形拐角、U形、环形或椭圆形、环或具有多个环的3维螺旋形状。这提供了一种紧凑的发光集中器，通常沿着该发光集中器的总长度引导光，该总长度是相对大的，导致相对高的流明输出，但是同时可以被布置到相对小的空间中。例如，发光集中器的发光部分可以是刚性的，而发光集中器的透明部分是柔性的，以提供发光集中器沿其长度方向的成形。固态光源可以沿着折叠的、弯曲的和/或成形的发光集中器的长度被放置在任何地方。
发光集中器不用作光耦入或输入区域或光出射面的部分可以被设置有反射器。因此，在一个实施例中，照明设备还包括反射器，该反射器被配置为将发光材料光反射回发光集中器中。因此，照明设备还可以包括一个或多个反射器，该一个或多个反射器特别地被配置为将从光出射面以外的一个或多个其他面逸出的光反射回发光集中器中。特别地，与光出射面相对的面可以包括这样的反射器，然而在一个实施例中这样的反射器不与其物理接触。因此，反射器可以特别地不与发光集中器物理接触。因此，在一个实施例中，照明设备还包括光学反射器，该光学反射器(至少)被配置在第一面的下游并且被配置为将光反射回细长的发光集中器中。备选地或附加地，光学反射器还可以被布置在不用于将光源光耦入或者将发光光耦出的其他面和/或面的其他部分处。特别地，这样的光学反射器可以不与发光集中器物理接触。此外，这样的光学反射器可以被配置为将发光和光源光中的一个或多个光反射回发光集中器中。因此，基本上所有的光源光都可以被保留，以用于由发光材料(即，诸如特别是Ce3+的活化剂元素)来转换，并且发光的大部分可以被保留，以用于从光出射面耦出。术语“反射器”也可以指代多个反射器。
固态光源可以包括光发射面，该光发射面包括光发射面面积(AL)，其中集中器的至少一个光输入面包括光输入面面积(A)，并且集中器的光出射面包括光出射面面积(E)，其中0.8≤A/AL≤1.2并且其中0.8≤E/AL≤1.5，特别地1≤E/AL≤1.5。
术语“耦入”及类似术语和“耦出”及类似术语指示光从介质改变(分别是从发光集中器外部到发光集中器中，以及反之亦然)。一般而言，光出射面将是如下的面(或面的一部分)，即，该面(或面的一部分)被配置为(基本上)垂直于波导的一个或多个其他面。一般而言，发光集中器将包括一个或多个主体轴线(诸如长度轴线、宽度轴线或高度轴线)，其中出射面被配置为(基本上)垂直于这样的轴线。因此，一般而言，光输入面将被配置为(基本上)垂直于光出射面。因此，光出射面特别地被配置为垂直于一个或多个光输入面。因此，特别地，包括光出射面的面不包括光输入面。
可选地，可以在光出射面的下游配置滤光器。
在又一实施例中，照明设备还包括准直器，该准直器被配置在光出射面的下游并且被配置为准直转换器光。如例如CPC(复合抛物面集中器)的这样的准直器可以用于准直从光出射面逸出的光并且用于提供准直的光束。
涉及发光集中器的上述实施例从而特别地应用于配置在固态光源下游的发光集中器。
此外，照明设备可以包括散热器，散热器被配置为便于固态光源和/或发光集中器的冷却。散热器可以包括以下项或者由以下项组成：铜、铝、银、金、碳化硅、氮化铝、氮化硼、碳化硅铝、氧化铍、硅-碳化硅、碳化硅铝、铜钨合金、铜钼碳化物、碳、金刚石、石墨、以及其中的两种或更多种的组合。照明设备还可以包括被配置为冷却发光集中器的一个或多个冷却元件。
因此，特别地选择激发光(即，光源光)的峰值最大值和发光材料的等吸光点，使得它们本质上重叠。在一个具体实施例中，光源被配置为提供具有峰值最大值(MX2)的所述光源光，其中所述峰值最大值(MX2)在所述等吸光点(IP)的10nm、特别是5nm内选择。此外，特别地，光源提供具有FWHM等于或小于20nm的发射带(即，用于发光材料的激发光)的光源光，但是特别地带宽显著较小，诸如等于或小于10nm，如5nm或更小(诸如在激光的情况下)。这里，关于最大功率处的操作来指示光源光的带宽。
此外，如上所指示的，当固态光源是高功率固态光源和/或其光相对聚焦时，本发明的优点甚至可能更有意义。因此，在另一个实施例中，光源被配置为以如下的功率向发光集中器的所述光输入面提供所述光源光，该功率导致发光集中器的光输入面上的辐照度至少为1W/cm2。特别地，至少一个固态光源被配置为以如下的功率向所述光输入面提供所述光源光，该功率导致发光集中器的光输入面上的辐照度至少为1W/cm2，诸如至少为5W/cm2、甚至更特别地至少为10W/cm2、又更特别地至少为25W/cm2。
在一个具体实施例中，照明设备被配置为提供具有至少2W/(sr.mm2)的辐射率(radiance)的所述照明设备光。单位“sr”指代球面度(立体角)。甚至还可以实现到发光集中器的更高的辐射率，诸如至少5W/(sr.mm2)，诸如在5W/(sr.mm2)至50W/(sr.mm2)的范围内。
如上所指示，照明设备光由以下组成：(i)所述发光材料光的至少一部分，或(ii)所述发光材料光的至少一部分和所述光源光的一部分。
照明设备还可以包括多个照明单元，该多个照明单元中的一个或多个可以是相同的，但是该多个照明单元中的一个或多个也可以是不同的。因此，在又一实施例中，照明设备还包括多个所述照明单元，其中每个照明单元被配置为提供对应的发光材料光，其中照明设备光包括所述发光材料光中的一个或多个。例如，也以这种方式，可以生成例如白色照明设备光。
因此，在一个具体实施例中，照明设备被配置为提供白色照明设备光。注意，照明设备还可以被配置为提供着色照明设备光。此外，当照明设备包括多于一种(不同的)光源和/或多于一种(不同的)发光材料时，可以选择提供着色光的光源和发光材料的配置。
此外，照明设备还可以包括被配置为控制光源光的强度的控制单元。由此，可以控制照明设备光的强度，并且可选地也可以控制照明设备光的颜色。
特别地，照明设备光的色点因此基本上与发光材料的温度无关。因此，在一个具体实施例中，对于在50-100℃、甚至更特别地50-150℃、又甚至更特别地50-200℃的范围内的发光材料温度，照明设备可以具有在|Δx|≤0.05和/或|Δy|≤0.05、特别地|Δx|≤0.03和/或|Δy|≤0.03的范围内的(照明设备光的)色点变化(相对于在50℃处的发光材料的色点)。因此，照明设备光的色点可以基本上与发光材料的温度无关。因此，通过在等吸光(激发)点用光源激发，可以获得照明设备光的这种基本与发光温度无关的色点。当然，当照明设备包括例如一个或多个其它固态光源时，可选地色点也可以改变。
在另一方面中，本发明还提供了一种包括如本文所限定的照明设备的照明装置(“装置”)。因此，在照明装置的另一实施例中，该装置还包括一个或多个另外的照明设备，其中照明设备和一个或多个另外的照明设备被配置为提供白色照明装置光。特别地，一个或多个另外的照明设备包括又一个如本文所限定的照明设备。例如，生成蓝光、绿光和红光的照明设备可以被组合。备选地或附加地，可以使用如本文所限定的生成蓝光的照明设备来照射黄色磷光体。
照明设备可以是以下项的一部分或者可以被应用在以下项中，例如：办公室照明系统、家庭应用系统、商店照明系统、家用照明系统、重点照明系统、聚光照明系统、剧院照明系统、光纤应用系统、投影系统、自点亮显示系统、像素化显示系统、分段显示系统、警示标志系统、医疗照明应用系统、指示器标志系统、装饰性照明系统、便携式系统、汽车应用、温室照明系统、园艺照明或LCD背光。特别地，如本文所限定的照明设备或根据本文所限定的照明装置可以用于投影照明、舞台照明或汽车照明等。因此，在一个实施例中，本发明还提供了一种包括如本文所限定的照明设备的数字投影仪。
术语“紫光”或“紫色发射”特别地涉及波长在约380nm至440nm范围内的光。术语“蓝光”或“蓝色发射”特别地涉及波长在约440nm至495nm范围内的光(包括一些紫色和青色色调)。术语“绿光”或“绿色发射”特别地涉及波长在约495nm至570nm范围内的光。术语“黄光”或“黄色发射”特别地涉及波长在约570nm至590nm范围内的光。术语“橙光”或“橙色发射”特别地涉及波长在约590nm至620nm范围内的光。术语“红光”或“红色发射”特别地涉及波长在约620nm至780nm范围内的光。术语“粉光”或“粉色发射”是指具有蓝色和红色成分的光。术语“可见”、“可见光”或“可见发射”是指波长在约380nm至780nm范围内的光。
因此，特别地照明设备的光源适于在所述激发带的等吸光点中激发发光材料。
附图说明
现在将仅通过示例的方式、参考所附的示意图，来描述本发明的实施例，在示意图中对应的参考标记指示对应的部分，并且其中：
图1a至图1d示意性地描绘了本发明的一些方面；以及
图2a至图2b示出了YAG的不同温度处的吸收(激发)特性(图2a)和YAG的不同波长处的吸收(激发)特性(图2b)；
示意图不一定按比例。
具体实施方式
图1a示意性地描绘了配置为生成照明设备光101的照明设备100的一个实施例。照明设备100包括配置为生成光源光11的光源10和配置为将光源光11的至少一部分转换为发光材料光21的发光材料20。照明设备100的下游的光用附图标记101指示。光101至少包括发光材料20的发射或发光，即，发光材料光21。可选地，光源光11中的一些也可能被照明设备光101包括。这可能不是问题，因为光源光和发光材料光的波长可以基本相同和/或可以具有期望的颜色(诸如具有黄色发光材料光的蓝色光源光)。
光源10被配置在发光材料20的上游，发光材料光21从所述发光材料的下游发出。特别地，在本文中应用透射配置。术语“上游”和“下游”涉及相对于来自光生成装置(这里特别是第一光源)的光传播的项或特征的布置，其中相对于来自光生成装置的光束内的第一位置，光束中更靠近光生成装置的第二位置是“上游”，并且光束内更远离光生成装置的第三位置是“下游”。这里，通过示例的方式，描绘了透射配置。然而，如下所指示，也可以选择反射配置。
图1a示意性地描绘了包括发光集中器50的照明设备100的一个实施例，发光集中器50包括发光材料20。附图标记70指示光源10和发光材料20的(功能)组合，并且附图标记150指示发光集中器主体。附图标记d指示光源10(特别是通过附图标记12指示的其光出射表面)和发光材料20(这里特别是转换器表面201)之间的最短距离，该最短距离可以例如在0.1-100mm(诸如0.2-20mm)的范围内。
图1b示意性地描绘了发光材料的发射EM或发光材料光21。对应的激发，诸如在监测发射EM或发光材料光21的发射最大值MM3(峰值波长)下的发光材料的发射时。这生成了具有最大值MX1(峰值波长)的对应的激发曲线EX。该激发显现为具有两个等吸光点IP，一个在激发的高能量侧面处的较小波长处，通过IP(1)指示，并且一个在激发的低能量侧面处的较长波长处，通过IP(2)指示。斯托克斯移位是激发最大值MX1和发射最大值MM3之间的(能量)差。注意到IP(1)和IP(2)不一定处于相同的高度或水平。因此，发光材料在等吸光点处(这里通过示例IP(1)的方式)通过光源光11被激发，引起发光材料光21或发射EM。
因此，光源被特别地配置成在等吸光点IP处的激发带中激发发光材料。这反映在图1b中，其中激发光或光源光11被指示为基本上仅在等吸光点(这里是高能量等吸光点IP(1))处与激发带11重叠的(窄)带。MX2的波长与IP(1)大致相同。因此，特别地，在本文中光源是用于在等吸光点IP处的激发带中激发发光材料的光源。
例如，这些等吸光点中的一个(这里特别是IP(1))可能处于蓝色范围。需要时，可以提供黄色范围内的发射EM，而不是白色照明设备光。
对于诸如投影、舞台照明和汽车前灯的各种应用而言，期望具有高强度光源。
这样的光源可以基于以发光集中器为基础的构思。基于发光集中器的光源需要有效冷却以避免热淬灭。作为冷却表面的结果，效率显著降低。
在一个实施例中，我们提出光发射设备，其包括：适于在操作中发射具有第一光谱分布的光的固态光源；包括彼此成不为零的角度延伸的第一光输入面和第一光出射面的发光光导或集中器，并且发光光导或集中器适于在第一光输入面处接收具有第一光谱分布的光、将具有第一光谱分布的光的至少一部分转换为具有第二光谱分布的光、将具有第二光谱分布的光引导到第一光出射面、并将具有第二光谱分布的光从第一光出射面耦合出来，其中窄发射器的吸收和发射之间的波长移位特别地低于20nm，更特别低于10nm，最特别地低于5nm。下面描述发光集中器(光导或波导)的其它实施例。
在图1c中示意性地描绘了本文所限定的发光集中器的一个实施例，图1c示意性地描绘了包括发光集中器50和多个固态光源10的照明设备100，发光集中器50诸如为具有第一面141和第二面142的细长的(陶瓷)主体，第一面141和第二面142限定了(细长的)集中器主体150的长度L。(细长的)集中器主体150包括一个或多个光输入面111，这里通过示例的方式是用附图标记143和144指示的两个相对布置的面(其限定例如宽度W)。此外，集中器主体150包括光出射面112，其中第二面142包括所述光出射面112。整个第二面142可以被用作或配置为光出射面。多个固态光源10配置为向一个或多个光输入面111(在这种情况下，向第一光输入面143和与第一光输入面143相对设置的第二光输入面144)提供(蓝色)光源光11。在一个实施例中，固态光源10配置为向光输入面111中的至少一个提供特别地但不排他地平均至少0.067瓦特/平方毫米的蓝色功率Wopt。
(细长的)集中器主体150可以包括陶瓷材料120，陶瓷材料120配置为将(蓝色)光源光11的至少一部分波长转换为转换器光101，诸如绿色和红色转换器光101中的至少一个或多个。附图标记720和721分别指示(可选)滤光器和(可选)反射器。前者可以例如在需要绿光时减少非绿光，或者可以在需要红光时减少非红光。后者可以用于将光反射回集中器主体或波导中，从而提高效率。注意，可以使用比示意性描绘的反射器721更多的反射器。
固态光源原则上可以是任何类型的点光源，但在一个实施例中是固态光源，诸如发光二极管(LED)、激光二极管、多个LED或激光二极管或OLED、或者LED或激光二极管的阵列、或者这些中的任何一些的组合。
此外，照明设备可以包括与波导分离和/或集成在波导中的另外的光学元件，像例如，诸如复合抛物面光集中元件(CPC)的光集中元件。
图1d示意性地描绘了作为波导或发光集中器的可能的集中器主体的一些实施例。用附图标记141至146来指示面。第一变型的板状或梁状集中器主体具有面141至146。未示出的固态光源可以布置在面143至146中的一个或多个面处。第二变型是具有第一面141和第二面142以及周向面143的管状棒。固态光源(未示出)可以布置在集中器主体周围的一个或多个位置处。这种集中器主体将具有(基本上)环形或圆形的横截面。第三变型基本上是前两种变型的组合，其具有两个弯曲的侧面和两个平坦的侧面。图1d中示出的变型不是限制性的。更多的形状是可能的，即，例如参考WO2006/054203，通过引用将其并入本文。用作光导或波导的集中器主体通常可以是包括在相互垂直方向上延伸的高度H、宽度W和长度L的棒形或条形光导，并且在实施例中是透明的和发光的。光通常在长度L的方向上被引导。高度H在实施例中<10mm，在其他实施例中<5mm，在又一些其他实施例中<2mm。宽度W在实施例中<10mm，在其它实施例中<5mm，在又一些实施例中<2mm。长度L在实施例中大于宽度W和高度H，在其它实施例中至少为宽度W的2倍或高度H的2倍，在又一些其他实施例中至少为宽度W的3倍或高度H的3倍。因此，(长度/宽度的)纵横比特别地大于1，诸如等于或大于2。除非另有指示，术语“纵横比”指的是长度/宽度的比率。
高度H与宽度W的纵横比通常为1:1(例如对于一般光源应用)或1:2、1:3或1:4(例如对于诸如前灯的特殊光源应用)或4:3、16:10、16:9或256:135(例如对于显示应用)。光导通常包括未布置在平行平面中的光输入面和光出射面，并且在实施例中，至少一个光输入面垂直于光出射面。为了实现高亮度的集中的光输出，光出射面的面积可以小于光输入面的面积。光出射面可以具有任何形状，但在一个实施例中被成形为正方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形、五边形或六边形。
包括如本文所限定的光发射设备的灯、灯具和照明系统可以用于以下一个或多个应用中：数字投影、汽车照明、舞台照明、商店照明、家庭照明、重点照明、聚光照明、剧院照明、光纤照明、显示系统、警示照明系统、医疗照明应用、装饰照明应用。在又一实施例中，我们提出在灯、灯具或照明系统中使用照明设备。在又一实施例中，我们提出在投影仪系统中使用照明设备。
可以使用诸如量子点(QD)或含铈石榴石的材料。
用于生产白色LED的最常见的磷光体之一是Ce:YAG(即Y3Al5O12:Ce3+)。在该示例中，假定由YAG转换蓝光的75％，并且除了所谓的斯托克斯移位损耗之外没有损耗。然而，如图2a所示，通过这种具有Ce活化剂的磷光体陶瓷的透射率作为温度的函数是依赖于温度的。该图示出了随着温度升高，透射示出增加。当这种板由固态光源照射时，可以通过部分吸收并且将蓝光转换成黄光而产生白光。然而，随着温度的变化，蓝色与黄色的比率将变化，从而改变总光的色点。可以看出，作为温度的函数，与其它波长相反，在430nm处几乎没有吸收依赖性(图2b)。
在两个温度(60℃和250℃)处测量各种激发波长的照明设备光的色点。观察照明设备光的颜色坐标的移位(至少|Δx|＝0.05和/或|Δy|＝0.05的量级，除了使用430nm作为光源光的峰值波长的那一个之外)。因此，我们提出将固态光源的发射峰与磷光体吸光度几乎不示出温度依赖性的磷光体的吸收波长匹配(根据图2a在该磷光体的情况下，其是约430nm和约490nm)，以获得示出白光源的与温度无关的色点。
还测量了其他类型的石榴石，诸如LuAG 2％Ce(IP：421nm和478nm)、(Y,Gd)AG0.2％Ce；10％Gd(IP：425nm和498nm)、YAG 2％Ce(IP：430nm和493nm)、YAG 0.4％Ce(IP：429nm和490nm)。通常，所有这些石榴石显现为提供了稳定的色点，其中在高达200-300℃范围内的温度，色点基本上没有变化。这里，“IP”指示等吸光点，并且波长指示在实验中发现两个相应的等吸光点的波长。
本文中诸如在“基本上所有的光”或“基本组成”中的术语“基本上”将被本领域技术人员所理解。术语“基本上”还可以包括具有“整体”、“完全”、“全部”等的实施例。因此，在实施例中，形容词基本上也可以被去除。在适用的情况下，术语“基本上”还可以涉及90％或更高，诸如95％或更高，特别地99％或更高，甚至更特别地99.5％或更高，包括100％。术语“包括”还包括其中术语“包括”意指“由...组成”的实施例。术语“和/或”特别涉及在“和/或”之前和之后提到的项中的一个或多个项。例如，短语“项1和/或项2”和类似的短语可以涉及项1和项2中的一个或多个。术语“包括”可以在一个实施例中指“由...组成”，但在另一个实施例中也可以指“至少包含所限定的物种并且可选地包含一个或多个其他物种”。
此外，在说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等用于区分相似的元件，而不一定用于描述顺序或时间次序。要理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文所描述或示出的其它顺序来操作。
本文中的设备除其他外在操作期间被描述。如本领域技术人员将清楚的，本发明不限于操作方法或操作中的设备。
应当注意，上文提及的实施例说明了本发明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求范围的情况下设计许多替代性实施例。在权利要求中，放置在括号之间的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。使用动词“包括”及其词形变化不排除除了权利要求中所陈述的那些元素或步骤之外的元素或步骤的存在。元素之前的冠词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元素。本发明可以借助于包括若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干部件的设备权利要求中，这些部件中的若干部件可以由同一个硬件项来实施。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的简单事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
本发明还适用于包括说明书中描述的和/或附图中示出的特性化特征中的一个或多个特性化特征的设备。本发明还涉及包括说明书中描述的和/或附图中示出的特性化特征中的一个或多个特性化特征的方法或过程。
本专利中所讨论的各个方面可以被组合，以便提供附加的优点。此外，本领域技术人员将理解，实施例可以被组合，并且多于两个的实施例也可以被组合。此外，特征中的一些特征可以形成一个或多个分案申请的基础。

Claims (15)

1.一种包括照明单元(70)的照明设备(100)，其中所述照明单元(70)包括(i)至少一个固态光源(10)以及(ii)细长的发光集中器(70)，所述至少一个固态光源(10)被配置为生成光源光(11)，所述细长的发光集中器(70)包括相对于彼此成非零的角度延伸的光出射面(142)和至少一个光输入面(143、144、201)，其中所述至少一个固态光源(10)被配置为将所述光源光(11)提供给所述至少一个光输入面，所述发光集中器(70)包括被配置为将所述光源光(11)的至少一部分转换成发光材料光(21)的发光材料(20)，其中所述发光材料(20)包括铈掺杂石榴石材料，其中所述照明设备被配置为生成包括所述发光材料光(21)的至少一部分的照明设备光(101)，其中所述发光材料(20)被配置成在由所述发光材料(20)的激发带(EX)中的所述光源光(11)激发时提供所述发光材料光(21)，所述激发带至少由第一等吸光点和第二等吸光点表征，其中所述固态光源(10)被配置为提供半高全宽(FWHM)等于或小于20nm的所述光源光(11)，其中所述光源光的带宽被配置为与所述第一等吸光点重叠并且不与所述第二等吸光点重叠，并且其中所述固态光源(10)被配置为在所述激发带(EX)的所述第一等吸光点(IP)中激发所述发光材料(20)。
2.根据权利要求1所述的照明设备(100)，其中所述第一等吸光点(IP)在可见光谱的蓝色波长范围内，并且其中所述固态光源(11)被配置为生成蓝色光源光(11)。
3.根据权利要求1所述的照明设备(100)，其中所述固态光源(10)被配置为提供具有峰值最大值(MX2)的所述光源光(11)，其中所述峰值最大值(MX2)被选择为在所述第一等吸光点(IP)的10nm内。
4.根据权利要求1所述的照明设备(100)，其中所述至少一个固态光源(10)包括光发射面(12)，并且其中所述发光集中器的所述光输入面(143、144、201)被配置为不与所述至少一个固态光源(10)的所述光发射面(12)物理接触。
5.根据权利要求4所述的照明设备(100)，其中所述光发射面(12)的面积(AL)、所述发光集中器(70)的所述至少一个光输入面(143、144、201)的面积(A)和所述发光集中器的所述光出射面(142)的面积(E)在0.8≤A/AL≤1.2且0.8≤E/AL≤1.5的范围内。
6.根据权利要求1所述的照明设备(100)，其中所述固态光源(10)被配置为提供具有峰值最大值(MX2)的所述光源光(11)，其中所述峰值最大值(MX2)被选择为在所述第一等吸光点(IP)的5nm内，其中所述光源光(11)具有等于或小于5nm的半高全宽(FWHM)，并且其中所述固态光源(10)被配置为以如下的功率向所述光输入面(143、144、201)提供所述光源光(11)，所述功率导致转换器的被照射面上的辐照度至少为1 W/cm2。
7.根据权利要求1所述的照明设备(100)，其中所述细长的发光集中器包括至少1.5的几何集中因子，所述几何集中因子被限定为所述至少一个光输入面(143、144、201)的面积与所述光出射面(142)的面积的比率。
8.根据权利要求1所述的照明设备(100)，其中，在所述发光集中器(70)的与所述光出射面(142)相对的面处或附近提供反射器(721)。
9.根据权利要求1所述的照明设备(100)，其中所述发光材料(20)包括A3B5O12:Ce3+类的铈掺杂石榴石材料，其中A从由Y、Gd、Tb和Lu组成的组中选择，并且其中B从由Al、Ga和Sc组成的组中选择。
10.根据权利要求1所述的照明设备(100)，其中所述照明设备光(101)由以下组成：(i)所述发光材料光(21)的至少一部分，或(ii)所述发光材料光(21)的至少一部分和所述光源光(11)的一部分。
11.根据权利要求1所述的照明设备(100)，其中，所述照明设备(100)被配置为：对于在50℃至200℃的范围内的发光材料温度，提供具有在|Δx|≤0.03和/或|Δy|≤0.03的范围内的色点变化的白色照明设备光(101)。
12.根据权利要求1所述的照明设备(100)，其中所述该照明设备被配置为提供投影照明或舞台照明。
13.一种照明装置，包括根据权利要求1所述的照明设备。
14.根据权利要求13所述的照明装置，还包括一个或多个另外的照明设备，其中所述照明设备和所述一个或多个另外的照明设备被配置为提供白色照明装置光。
15.一种数字投影仪，包括根据权利要求1所述的照明设备。
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