CN108343930B - 转换器、激光远程激发荧光粉（larp）系统、探照灯和方法 - Google Patents

转换器、激光远程激发荧光粉（larp）系统、探照灯和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于激光远程激发荧光粉(LARP)系统的转换器，所述转换器具有衬底和用于转换激发辐射的发光材料。有利地，发光材料/衬底通过直接键合固定在衬底/发光材料上。本发明还公开了一种方法，借助所述方法将发光材料和衬底通过键合拼合在一起。

Description

转换器、激光远程激发荧光粉（LARP）系统、探照灯和方法
技术领域
本发明基于激光远程激发荧光粉(LARP)系统和具有这种系统的探照灯。此外，本发明涉及一种LARP系统中的转换器，以及一种用于制造转换器的方法。
背景技术
在LARP技术中，与辐射源间隔开地设置的转换元件或者转换器借助于激发辐射，尤其激发射束(泵浦射束、泵浦激光射束)来辐照，尤其借助于激光二极管的激发射束来辐照，其中所述转换元件或转换器具有发光材料或者由其构成。激发射束的激发辐射由发光材料至少部分地吸收并且至少部分地转换为转换辐射，所述转换辐射的波长进而频谱特性和/或颜色通过发光材料的转换特性确定。因此例如能够借助于转换元件将蓝色的激发辐射(蓝色的激光，例如波长范围为445nm至465nm 的蓝色的激光)转换为红色的和/或绿色的和/或黄色的转换辐射(转换光)。于是，例如在部分地转换的情况下，未转换的蓝色的激发光和黄色的转换光叠加得到白色的有用光。
为了转换激光辐射，如之前所阐述的那样，使用转换器，所述转换器具有衬底，例如薄的蓝宝石小板，所述衬底具有发光材料。衬底和发光材料根据现有技术通过硅树脂粘接层彼此连接，然而所述硅树脂粘接层在使用转换器时会被激光损伤，尤其被烧毁。由此，能够出现硅树脂的深色的变色，即所谓的暗点。这种缺陷例如由于在衬底中和/或发光材料中产生热应力和由此产生的裂缝或裂纹会使得转换器的使用寿命严重缩短或者使其不可用，由于硅树脂粘接层的变色而降低光功率，以及因发光材料从衬底可能脱落或剥离而造成的安全相关的方面，因为于是大量紧密成束的、未转换的激发辐射能够离开LARP系统(损伤观察者眼睛)。
为了避免上述缺点，LARP系统当前以与技术上可行相比更小的功率来运行。
发明内容
本发明的技术问题是，实现一种转换器、一种LARP系统和一种探照灯，所述转换器、LARP系统和探照灯具有相对高的使用寿命。此外，本发明的目的是：实现一种用于制造转换器的成本适宜的方法，借助于所述方法使转换器具有相对高的使用寿命。
该目的根据一种用于激光远程激发荧光粉(LARP)系统的转换器来实现，所述转换器具有用于至少部分地转换所述LARP系统的辐射源的激发辐射的发光材料和衬底，所述发光材料固定在所述衬底上，其中所述发光材料和所述衬底通过键合连接，其中所述发光材料具有附加的层，所述附加的层具有第一接触面，此外所述衬底具有附加的层，所述附加的层具有第二接触面，其中在所述第一接触面和所述第二接触面之间构成键合边界，在所述键合边界处，所述发光材料和所述衬底牢固地彼此连接。此外，该目的依照一种用于制造根据本发明的用于LARP系统的转换器的方法，依照一种具有根据本发明的转换器的LARP系统，以及依照一种具有根据本发明的LARP系统的探照灯来实现。
尤其有利的设计方案在下面的说明书中得出。
根据本发明，提出一种用于激光远程激发荧光粉(LARP)系统的转换器，所述转换器构成有用于部分地或者完全地转换辐射源的激发辐射的发光材料和衬底，发光材料固定在所述衬底上。发光材料和衬底优选通过键合彼此连接。衬底优选是蓝宝石小板，所述蓝宝石小板具有高的导热性。蓝宝石小板的厚度能够在0.5mm至2mm的范围中。
该解决方案具有下述优点：不再需要将粘接剂，例如硅树脂粘胶设置在发光材料和衬底之间。由此能够规避缺点，例如发光材料和衬底之间的粘接剂的燃烧并且随此出现的因粘接层的改变或省却而引起的棕色变色。此外，省去粘接层得到更低成本的且在设备方面更简单的转换器。
此外有利的是，通过该解决方案与基于硅树脂的粘接相比能够提高承受负荷能力，尤其关于温度和/或辐射密度方面提高承受负荷能力。由此可以考虑的是，尤其在发光密度和/或光通量(有用光的总光流) 方面提高功率。此外，荧光粉到衬底上的更好的热联接能够引起可用的运行持续时间的提高。
直接的键合尤其描述用于在没有附加材料、如粘接剂或者焊料的情况下仅通过直接的机械接触来接合平面体的技术，其中在这两种材料之间不需要其它的层。在直接键合时，光滑的表面能够在高温下接触。当接触面具有表面的宏观平坦性并且具有微观光滑性时，能够进行最佳的键合工艺。机械连接的原理例如是接触区的范围中的范德瓦尔交互作用和氢键。
可以考虑的是，发光材料和衬底盘状地制作。此外，发光材料的和衬底的接触面优选分别是相同大的，这引起连接的改进并且引起键合工艺的简化。
在发光材料上能够在激发侧施加层，尤其玻璃层，尤其硅玻璃层，例如低折射的SiO2层。在另一设计方案中，在衬底上能够涂覆朝向发光材料的层，尤其二色性层。二色性层优选设计为，使得所述二色性层基本上让激发辐射穿过并且基本上反射在下游的发光材料中产生的转换光。二色性覆层的最外部的一个或多个子层同样能够是玻璃层，尤其硅玻璃层。二色性层的，即二色性层堆的厚度优选在2.5μm至5.0μm的范围中，并且优选具有最大40个层序列。在玻璃层和其余衬底之间在需要时除了二色性层外还可以构成一个或多个附加的层，例如用于激发辐射的抗反射覆层。衬底(例如蓝宝石小板)朝向激发源也能够具有用于激发光的抗反射覆层。
衬底上的和/或发光材料上的层优选改进发光材料的和/或衬底的接触侧的(多个)面的表面品质。这是有利的，因为通过接触面的小的粗糙度和良好的平面性实现键合方法的改进。
衬底上的二色性层附加地允许激发辐射从辐射源起朝向发光材料完全地或者部分地穿射，并且防止尤其转换辐射的回射。
根据本发明，提出一种用于制造转换器，尤其根据上述方面中的一个或多个的转换器的方法。在所述方法中，能够借助于直接键合来接合在上文中所提到的转换器。
对于直接的键合方法而言，发光材料和/或衬底能够借助在上文中所提到的一个/多个层覆层。于是，在发光材料中能够将玻璃层设置为接触面，而在衬底中能够将二色性层的最外部的子层作为接触面，所述最外部的子层同样能够是玻璃层。这具有下述优点：避免在键合不同材料时可能出现的问题。
在方法的进一步的进展中，衬底和发光材料朝向彼此设置，尤其以能够为大约1mm的平行间距朝向彼此设置，并且定向为，使得衬底和发光材料借助它们相应的接触面指向彼此。接触面能够彼此叠加地设置。此外，接触面能够分别水平地延伸。能够通过间距保持器确保遵守该间距。
例如，发光材料以接触面向上设置，而衬底以接触面向下设置。在这种情况下，衬底设置在发光材料上方。可以考虑相反的设置。
由发光材料、衬底和间距保持器构成的装置能够置于净室中，尤其微净室中。附加地，所述装置能够设置在尤其可缓慢旋转的转动元件，尤其转动盘上。可以考虑的是，衬底和发光材料之间的间隙借助水尤其去离子水或者流体来冲洗。这具有下述优点：冲走颗粒并且能够附加地在发光材料和衬底之间尤其借助于毛细力形成水膜。
此外可以考虑的是，所述装置随后尤其通过用红外光进行辐照来干燥。在此可以考虑的是，所述干燥尤其借助于通过转动元件快速旋转产生的离心力来辅助。
接下来，能够尤其仍在净室气氛中移除间距保持器，使得设置在上部的部件，即衬底或发光材料落到设置在下部的部件上，也就是说，落到发光材料或衬底上。在所述部件朝向彼此运动期间和/或之前和/或之后，能够将初始压力施加到上部的组件上。这优选在如下部件的远离其它部件的一侧上进行，所述部件加载有例如在7MPa至50MPa范围中的初始压力。施加触发所谓的键合波的初始压力尤其能够大致在上部部件的中央进行。
有利地，通过不同的方法，尤其通过清洁和/或通过湿化学的改型和/ 或通过积聚聚合物膜和/或有机分子，通过在温度低于500℃下进行热处理就已经能够明显提高键合能。于是，当衬底上的二色性层的熔化温度为 500℃时，这是有利的。
如果被键合的材料的键合能不够高，那么可以通过退火来改变键合边界面直至共价键的化学结构，从而提高键合能。例如在室温中会是这种情况。
根据本发明，提出一种LARP系统，所述LARP系统具有根据上述实施例中任一实施例所述的转换器。此外，LARP系统能够具有用于发射激发辐射的辐射源。激发辐射能够至少部分地或者完全地由转换器转换为转换辐射。
根据本发明，提出一种探照灯，尤其用于交通工具的交通工具探照灯，所述探照灯具有根据上述方面中的一个或多个的LARP系统。
也可以考虑的是，将该探照灯用于效果光照明、娱乐照明、建筑照明、普通照明、医学和治疗照明、园艺等。
能够设有探照灯的交通工具能够是飞行器或者水上交通工具或者陆上交通工具。陆上交通工具能够是机动车辆或者轨道车辆或者自行车。尤其优选地，在载重车或者客运车或者摩托车中使用交通工具探照灯。
附图说明
在下文中应当根据一个实施例详细阐述本发明。附图示出：
图1a至1d分别示出用于制造转换器的方法的方法步骤。
具体实施方式
图1a至1d示出发光材料和衬底的直接的键合工艺的各个方法步骤。
图1a示出两个待键合的组件，即衬底1和发光材料2，所述衬底和发光材料在此尤其盘状地构成，并且大致具有相同的厚度，分别以待键合的接触面4、6朝向彼此定向。待键合的接触面4、6具有相同的大小和形状。在此，衬底1设置在上方，颠倒的设置是可行的。衬底1优选是厚度为大约0.5mm的蓝宝石小板。发光材料或发光材料小板具有 100μm至400μm的厚度。
在图1b中示出：衬底1和发光材料2如何通过间距保持器8分开，并且示出在盘10形式的缓慢旋转的转动元件上的整个装置。借助于由去离子水构成的水射束12冲洗衬底1和发光材料2之间的区域，即分别待键合的面4、6。盘10的旋转引起水更好地分布。
根据图1c，由衬底1、发光材料2和间距保持器8构成的装置在微净室14中通过红外光16的入射和转动盘10的快速旋转来干燥。通过旋转甩出水颗粒。
图1d示出被键合的材料，即发光材料2和衬底1的横截面，所述被键合的材料在相应的接触面4、6处、即在键合边界18处牢固地连接。在接触面4、6之间于是构成键合边界18。所述装置能够是LARP系统 20的一部分，所述LARP系统能够是探照灯22的一部分。LARP系统和探照灯在图1d中简化地以虚线示出。
公开一种用于激光远程激发荧光粉(LARP)系统的转换器，所述转换器具有衬底和用于转换激发辐射的发光材料。有利地，发光材料/ 衬底通过直接键合固定在衬底/发光材料上。此外公开一种方法，借助所述方法将发光材料和衬底通过键合拼合在一起。
附图标记列表
1 衬底
2 发光材料
4 发光材料的待键合的接触面
6 衬底的待键合的接触面
8 间距保持器
10 转动盘
12 水射束
14 微净室
16 红外光
18 键合边界
20 LARP系统
22 探照灯

Claims (13)

1.一种用于激光远程激发荧光粉系统的转换器，所述转换器具有用于至少部分地转换所述激光远程激发荧光粉系统的辐射源的激发辐射的发光材料(2)和衬底(1)，所述发光材料(2)固定在所述衬底上，其特征在于，所述发光材料(2)和所述衬底(1)通过直接的键合连接，
其中所述发光材料(2)具有附加的层，该附加的层具有第一接触面(4)，此外所述衬底(1)具有附加的层，该附加的层具有第二接触面(6)，其中在所述第一接触面(4)和所述第二接触面(6)之间构成键合边界(18)，在所述键合边界处，所述发光材料(2)和所述衬底(1)仅通过直接的机械接触牢固地彼此连接。
2.根据权利要求1所述的转换器，其中所述发光材料(2)和/或所述衬底(1)盘状地构成。
3.根据权利要求1或2所述的转换器，其中所述发光材料(2)的所述第一接触面(4)和所述衬底(1)的所述第二接触面(6)是相同大的。
4.根据权利要求1或2所述的转换器，其中所述发光材料(2)所具有的附加的层是玻璃层。
5.根据权利要求1或2所述的转换器，其中所述衬底(1)所具有的附加的层是二色性层，并且所述二色性层的最外部的子层是玻璃层。
6.一种用于制造用于激光远程激发荧光粉系统的根据权利要求1至5中任一项所述的转换器的方法，其特征在于，所述转换器的发光材料(2)和衬底(1)通过直接的键合连接，
所述发光材料(2)具有附加的层，该附加的层具有第一接触面(4)，此外所述衬底(1)具有附加的层，该附加的层具有第二接触面(6)，其中在所述第一接触面(4)和所述第二接触面(6)之间构成键合边界(18)，在所述键合边界处，所述发光材料(2)和所述衬底(1)仅通过直接的机械接触牢固地彼此连接。
7.根据权利要求6所述的用于制造转换器的方法，其中所述衬底(1)和所述发光材料(2)在接触侧借助由相同材料构成的层来覆层。
8.根据权利要求7所述的用于制造转换器的方法，其中所述衬底(1)和所述发光材料(2)间隔开地设置，其中所述第一接触面(4)和所述第二接触面(6)朝向彼此设置，其中所述层彼此叠加地设置并且分别水平地延伸。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的用于制造转换器的方法，所述方法具有下述附加步骤：
-将间距保持器(8)引入到衬底(1)和发光材料(2)之间，以便使所述衬底和所述发光材料彼此叠加地设置，
-移除位于衬底(1)和发光材料(2)之间的所述间距保持器(8)，由此所述衬底(1)和所述发光材料(2)彼此触碰。
10.根据权利要求6至8中任一项所述的用于制造转换器的方法，所述方法具有下述附加步骤：
-冲洗掉位于所述衬底(1)和所述发光材料(2)之间的颗粒和/或在所述衬底和所述发光材料之间产生水膜，
-干燥所述发光材料(2)和所述衬底(1)。
11.根据权利要求6至8中任一项所述的用于制造转换器的方法，其中在上部的组件的指向远离所述接触面的外面上施加压力。
12.一种具有根据权利要求1至5中任一项所述的转换器的激光远程激发荧光粉系统。
13.一种具有根据权利要求12所述的激光远程激发荧光粉系统的探照灯。
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