DE102019118060A1

DE102019118060A1 - Lichtquelle mit Photolumineszenz-Emitter

Info

Publication number: DE102019118060A1
Application number: DE102019118060.0A
Authority: DE
Inventors: Volker Hagemann; Albrecht Seidl
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2021-01-07
Anticipated expiration: 2039-07-05
Also published as: CN112180656A; US20210003909A1; US11860521B2; JP2021012875A; DE102019118060B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle (1), umfassend einen Laser (3), der ausgebildet ist, Laserlicht mit einer Wellenlänge im Bereich von 460 Nanometern bis 470 Nanometern abzugeben, sowie eine Konverteranordnung (5), welche so angeordnet ist, dass dieser das vom Laser (3) abgestrahlte Laserlicht absorbiert und durch das Laserlicht erzeugtes Photolumineszenzlicht mit gegenüber dem Laserlicht längerer Wellenlänge abstrahlt, wobei die Konverteranordnung (5) ein Konverterelement (7) umfasst, dessen Keramik Eu3+-dotiert ist, so dass die Konverteranordnung (5) unter Einwirkung des Laserlichts Photolumineszenzlicht im roten Spektralbereich ausstrahlt.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Lichtquellen, die Licht mittels Photolumineszenz erzeugen.
Moderne LED-basierte Lichtquellen (u.a. Weißlichtquellen) basieren auf blau emittierenden Leuchtdioden, deren Licht mittels Photolumineszenzkonvertern teilweise in gelbes Licht umgewandelt wird. Für Photolumineszenzkonverter werden auch die Begriffe Leuchtstoff, Lichtkonverter, Fluoreszenzkonverter, Konverter oder - aus dem englischen Sprachraum kommend - Phosphor verwendet. Aus Mischung des gelben mit dem restlichen blauen Licht ergibt sich ein weißer Lichteindruck. Der prominenteste Lichtkonverter ist mit Cer dotiertes YAG (Ce:YAG, YAG=„Yttrium-Aluminium-Granat“), welches allerdings wegen seines Emissionsspektrums mit geringem Rot-Anteil nur einen schlechten Farbwiedergabeindex erlaubt. Dieser Nachteil könnte durch einen rot emittierenden Konverter behoben werden. Allerdings ist kein roter Konverter bekannt, der in Hinblick auf Effizienz, Leistungsstabilität, thermische Stabiliät, Blau-Absorption, oder Preis die Summe guter Eigenschaften hat, die das Cer dotierte YAG aufweist.
Eine Klasse von Rot-Konvertern, die gute Quanteneffizienz und akzeptable Stabilität aufweisen sind mit Eu³⁺ dotierte Molybdate, Vanadate, Wolframate oder Tantalate. Diese Verbindungen enthalten zusätzlich zumindest eines der folgenden Elemente: Lanthan, Terbium, Gadolinium, Yttrium und Lutetium, wobei die Dotierung durch Eu³⁺ darin besteht, dass diese genannten Elemente zu einem bestimmten Prozentsatz durch Eu ersetzt sind, wobei dieser Prozentsatz bis zu 100% betragen kann.
Im Folgenden werden die prinzipiellen Eigenschaften dieser Materialklasse beispielhaft an (Y_0,5 Eu_0,5)₂MO₃O₁₂:Eu³⁺ diskutiert. Für Beleuchtungsanwendungen sind hier vor allem die Eu³⁺ Übergänge ⁷F₀→⁵D₂ (Anregung bei 465nm) und ⁵D₀→⁷F₂ (Emission zwischen 610nm und 630nm) interessant, da die Anregung bei verfügbaren Wellenlängen von Leuchtdioden und Laserdioden liegt und die Augenempfindlichkeit für die Emission im Roten noch gut ist: Die Hellempfindlichkeitskurve V(λ) des CIE 2°-Beobachters hat bei 620 nm einen Wert von 260 lm/W. Dies sind 38% der maximalen Empfindlichkeit, die das menschliche Auge mit 683 lm/W für grünes Licht der Wellenlänge 555nm aufweist. Bereits bei 640nm beträgt die Empfindlichkeit nur noch 120 lm/W bzw. 17,5% der Grünempfindlichkeit.
Bei der Verwendung dieses Leuchtstoffs für Weisslicht-Leuchtdioden ergibt sich jedoch das Problem, dass nur ein kleiner Teil des von der blauen LED emittierten Lichts absorbiert wird und damit die Effizienz einer solchen Leuchtdioden-Anordnung sehr schlecht ist. Messgrößen für die Effizienz sind zum Beispiel der sogenannte „Steckdosenwirkungsgrad“ („Wall Plug Efficiency“), die optische Effizienz oder die Lichtausbeute („Efficacy“).
Die „Wall Plug Efficiency“ setzt die Nutzlichtleistung (hier also die des roten Lichts) mit der für die blaue LED eingesetzten elektrischen Leistung ins Verhältnis.
Die optische Effizienz setzt die Nutzlichtleistung (hier also die des roten Lichts) mit der optischen Leistung der eingesetzten LED ins Verhältnis. Die Lichtausbeute oder Efficacy stellt das Verhältnis von photometrischem Lichtstrom in der Einheit lumen (Im) zur optischen Leistung der eingesetzten Leuchtdiode dar.
Grund für die schlechte Blau-Absorption ist die schmale Linienbreite der Absorption, die nur einen kleinen Teil des ca. 25nm breiten, blauen Spektrums der Leuchtdiode ausnutzt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lichtquelle mit hoher Leuchtdichte und hoher Effizienz zu realisieren, die rotes Licht abgibt oder deren Licht rote Spektralanteile enthält. Mit den roten Spektralanteilen kann unter anderem ein gegenüber Ce:YAG-basierten Weisslichtquellen verbesserter Farbwiedergabeindex erreicht werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Idee ist eine Lichtquelle, bei der ein Eu³⁺ dotierter, anorganischer (z.B. keramischer Leuchtstoff) mit einem Laser angeregt wird. Der Gegenstand der Erfindung ist im Einzelnen in den unabhängigen Ansprüchen angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt. Demgemäß sieht die Erfindung eine Lichtquelle vor, welche einen Laser umfasst, der ausgebildet ist, Laserlicht mit einer Wellenlänge im Bereich von 460 Nanometern bis 470 Nanometern abzugeben. Besonders bevorzugt liegt die Wellenlänge im Bereich von 465 nm ± 2 nm. Die Lichtquelle weist weiterhin eine Konverteranordnung auf, welcher so angeordnet ist, dass dieser das vom Laser abgestrahlte Laserlicht absorbiert und durch das Laserlicht erzeugtes Photolumineszenzlicht mit gegenüber dem Laserlicht längerer Wellenlänge abstrahlt, wobei die Konverteranordnung ein anorganisches Konverterelement umfasst, das Eu³⁺-dotiert ist, so dass der Konverter unter Einwirkung des Laserlichts Photolumineszenzlicht im roten Spektralbereich ausstrahlt. Das Konverterelement kann daher auch als lumineszierendes anorganisches Element bezeichnet werden.
Der Aufbau der Konverteranordnung bestimmt hierbei beispielsweise, ob es sich um eine remissive Anordung handelt, bei der das Anregungslicht von einer Seite einfällt, von der auch das Nutzlicht emittiert wird oder ob es sich um eine transmissive Anordnung handelt, bei die Anregungsseite und die Nutzlichtseite unterschiedliche Seiten des anorganischen Konverterelements sind.
Indem der Eu3+ dotierte Phosphor nicht mit einer relativ breitbandigen LED mit 20-30nm FWHM Linienbreite, sondern mit einem schmalbandigen Laser angeregt wird, werden gleich mehrere Nachteile des Standes der Technik adressiert:

- Da ein Laser eine Anregung mit hoher Bestrahlungsstärke erlaubt, können damit auch deutlich höhere Leuchtdichten erreicht werden als bei einer Anregung mittels LED.
- Da die schmale Spektralverteilung des Lasers gut auf die schmale Anregungsbande des Eu³⁺ dotierten Leuchtstoffs in Form eines anorganischen, lumineszierenden Konverterelements angepasst ist, ist eine gute Absorption des Anregungslichts gewährleistet.
- Die für hohe Leuchtdichten notwendigen hohen Bestrahlungsstärken führen wegen thermischer Verluste (z.B. wegen des Stokes-Shifts oder einer nicht idealen Quanteneffizienz) zu einer erhöhten Temperatur des Konverters sowie zu einem Wärmestrom mit hoher Wärmestromdichte, der aus dem Konvertermaterial abgeführt werden muss. Dazu ist ein anorganischer Konverter, wie ihn die Erfindung vorsieht, deutlich besser in der Lage, als eine Konverteranordnung, bei der der Leuchtstoff beispielsweise als Pulver in ein Polymer eingebettet ist, welches dann die (schlechte) Wärmeleitfähigkeit der Anordnung bestimmt. Auch die Schädigungsschwelle durch die erhöhten Temperaturen liegt bei anorganischen Konvertern höher als bei Konvertern mit organischen Anteilen. Anorganische Konverter sind vorzugsweise Keramikkonverter, können aber auch aus Glaskeramik, Glas, gesintertemGlaspulver, einem Glas mit eingebetteten Konverterpartikeln, beziehungsweise eingebettetem Leuchtstoffpulver oder aus mit anorganischem Material (z.B. einer oxidischen Beschichtung) fixierten Konverterpartikeln bestehen.

Geeignete Eu³⁺-dotierte keramische Materialien sind z.B. (Y_1-xEu_x)₂MO₃,O₁₂, (Y_1-xEu_x)₂MO₄,O₁₅, Li₃Ba₂(La_1-xEu_x)₃(MoO₄)₈, K(Y_1-xEu_x)(WO₄)₂ , Li(Y_1-xEu_x)(WO₄)₂, Na(Y_1-xEu_x)(WO₄)₂, MgY_2-xEu_x(WO₄)₄, CaY_2-xEu_x(WO₄)₄, Ca_1-2xEu_xLi_xWO₄. Diese Materialien können leicht als lumineszierende keramische Elemente dargestellt werden. Besonders geeignet sind keramische Materialien, bei welchen das Wirtsgitter der Eu³⁺-Ionen ein Scheelit-Gitter ist. Besonders geeignet sind Wirtsgitter mit tetragonaler Kristallstruktur.
Da die Lebensdauer der Photolumineszenz für Eu³⁺-dotierte Konverter typischerweise in der Größenordnung von 1 ms liegt, sind diese Konverter besonders für statische Anwendungen geeignet. Der Einsatz in Konverterrädern wird aber nicht ausgeschlossen.
Bei Konverterrädern wird ein Photolumineszenzmaterial auf eine sich drehende Trägerscheibe aufgebracht, was die Kühlung der Konverterandordnung unterstützt. Das Anregungslicht regt den Konverter in üblicher Bauform über eine hochaperturige Optik an, über die auch das Photolumineszenzlicht gesammelt wird. Wenn jedoch die Photolumineszenz-Lebensdauer deutlich länger ist, als die Zeit, innerhalb derer sich der angeregte Konverterbereich aus dem Bereich der Beleuchtungs- und Sammeloptik bewegt, kann ein Teil des Lumineszenzlichts nicht mehr eingesammelt werden. Diesem Effekt kann gegebenenfalls aber auch durch eine entsprechend angepasste Optik oder durch niedrigere Tangentialgeschwindigkeiten entgegengewirkt werden.
Bei statischen Anwendungen bewegt sich der Konverter nicht. Um dennoch eine gute Ableitung der Wärme sicherzustellen, die beim Lichtkonversionsprozess entsteht, ist es günstig, den das Konverterelement gut an einen Wärmespreizer oder Kühlkörper anzukoppeln. Der Wärmespreizer kann beispielsweise aus einem Material mit guter thermischer Leitfähigkeit, z.B. aus Metallen wie Kupfer oder Aluminium oder auch aus Keramiken wie Aluminiumoxid bestehen.
Die Oberfläche des Konvertermaterials teilt sich auf in einen Nutzlicht-Bereich, und in einen Nicht-Nutzlichtbereich.
Das aus dem Nutzlichtbereich austretende Licht wird der Nutzung z.B. in digitalen Projektoren oder Scheinwerfern zugeführt. Um Licht, das auf den Nicht-Nutzlichtbereich der Oberfläche auftrifft, ebenfalls der Nutzung zuzuführen, kann dieser zumindest teilweise verspiegelt oder von einem diffus oder spekular reflektierenden Reflektor umgebeben werden.
Zweckmäßigerweise wird dazu die Grenzfläche zum Wärmespreizer diffus oder spekular reflektierend ausgelegt. Welche Bereiche der Oberfläche des Konverterelements Nutzlicht- und Nicht-Nutzlichtbereiche bilden, hängt auch vom Typus der Konverteranordung ab. Bei einer Konverteranordnung für einen Betrieb in Remission wird auf den Nutzlichtbereich auch das die Lumineszenz anregende Laserlicht eingestrahlt, bei einem Betrieb in Transmission fallen der Nutzlichtbereich und der Einstrahlungsbereich für das Laserlicht auf verschiendene Oberflächenbereiche.
Die Erfindung wird im Folgenden genauer erläutert, wobei auch auf die beigeschlossenen Figuren Bezug genommen wird.
Figurenliste

1 zeigt schematisch den Intensitätsverlauf der diffusen Reflexion eines mit einer blauen Leuchdiode bestrahlten Konverters.
2 stellt einen schematischen Aufbau einer Lichtquelle mit Konverter und Stabilisierung der Laserwellenlänge dar.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Lichtquelle mit Wellenlängenstabilisierung.
4 zeigt einen unter Verwendung eines rot emittierenden Konverters aufgespannter Farbraum.
5 zeigt das emittierte Spektrum einer mit einem blauen Laserstrahl angeregten Probe.
6 zeigt das emittierte Spektrum einer mit einer blauen Leuchtdiode angeregten Probe.
7 zeigt das Emissionsspektrum einer mit einer blauen Laserdiode angeregten Probe im Vergleich zu einer mit derselben blauen Laserdiode angeregten Cer-dotierten YAG-Keramik.
8 zeigt Emissionsspektren von zwei unterschiedlich Eu3+-dotierten Keramiken, die mit derselben blauen Laserdiode angeregt wurden im Vergleich.
9 zeigt verschiedene Konfigurationen von statischen Konverteranordnungen mit Wärmespreizer, Antireflexbeschichtung und Reflekoren für die Erhöhung der Nuztlichtauskopplung.
10 zeigt einen unter Verwendung von purpurnem Licht aufgespannten Farbraum
11 zeigt verschiedene Konfigurationen eines von der Vorderseite angeregten Konverteranordnung bei Verwendung einer Kollimationslinse.
12 zeigt schematisch den Aufbau eines 3-Chip-Projektors.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1 zeigt schematisch das Spektrum der diffusen Reflexion eines Eu³⁺-dotierten keramischen Konverters, der mit einer blauen Leuchtdiode angeregt wird. Der dargestellte Teil des Spektrums liegt im blauen Spektralbereich und enthält im Wesentlichen das blaue Anregungslicht der Leuchtdiode, welches am Konverter zurückgestreut wird. Das Spektrum der Leuchtdiode stellt sich als breiter Peak im Spektrum dar. Der schmale, mit „A“ gekennzeichnete Einbruch bei etwa 465nm, der im Spektrum in 1 zu sehen ist und fast das Grundniveau erreicht, zeigt, dass die Absorption für die Absorptionslinie bei 465nm 90% oder mehr der eingestrahlten Leistung beträgt. Die Absorption des blauen Lichts in einem Eu3+ dotierten Material ist also nicht prinzipiell schlecht. Vielmehr ist am Diagramm ersichtlich, dass die im Verhältnis zum relativ breiten Spektrum der LED schmale Absorbtionsbande der Eu³⁺-Ionen zu einer nur geringen Gesamtabsorbtion des LED-Lichts und damit einer wenig effektiven Photolumineszenzanregung und damit zu einer geringen optischen Effizienz führt.
Dieser Nachteil wird mit der Erfindung dadurch umgangen, dass der von Natur aus schmalbandige Laser auf das schmale Absorptionsspektrum der Eu³⁺-Ionen abgestimmt wird. Die spektrale Position der Absorption der Eu3+ Ionen wird durch das umgebende Medium kaum beeinflusst. Typischerweise findet die Absorption, wie auch anhand von 1 ersichtlich bei etwa 465 nm statt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird daher ein Laser verwendet, welcher Laserlicht mit einer Wellenlänge abgibt, die in einem Wellenlängenbereich zwischen 460 nm und 470 nm liegt. Vorzugsweise liegt die Laserwellenlänge bei 465nm oder 465 nm ± 2 nm.
Ein weiterer Nachteil einer blauen LED als Anregungslichtquelle ist deren Strahldichte, die um Größenordnungen geringer ist, als die eines Lasers. Dementsprechend ist ein Nachteil LED-basierter, phosphorkonvertierter Lichtquellen die geringe Leuchtdichte, die um etwa einen Faktor 10 geringer ist als die Leuchtdichte, die mit Laser-angeregten, keramischen Konvertern erreichbar ist. Demgemäß wird auch eine phosphorkonvertierte Lichtquelle mit hoher Leuchtdichte geschaffen. Bei gleicher Emitterfläche wie bei einer phosphorkonvertierten LED kann so ein hoher Lichtstrom erreicht werden.
Damit die Lichtausbeute, die Leuchtdichte und der Lichtstrom möglichst hoch und konstant bleiben, ist es günstig, die Wellenlänge des Lasers zu stabilisieren und auf die Absorptionsfrequenz der Eu3+-Ionen abzustimmen.
Es ist durchaus technisch nicht trivial, den blauen Laser möglichst genau auf die Absorptionswellenlänge 465nm des Eu3+ Übergangs 7F0→5D2 abzustimmen. Typischerweise werden in Anwendungen Diodenlaser verwendet, deren Emissionswellenlänge fertigungsbedingt variiert und zudem mit elektrischer Stromdichte und Temperatur variieren kann.
Dennoch sind Diodenlaser mit einer Emissionswellenlänge von 465 nm kommerziell verfügbar und sie können ohne weitere Wellenlängenstabilisierung für die Anregung von Eu3+ dotierten, rot emittierenden Photolumineszenzkonvertern verwendet werden. Dies gilt insbesondere, da die Dioden in der Praxis oft mit zuvor bekannten Strömen und in einem begrenzen Temperaturbereich betrieben werden. Gegebenenfalls werden Diodenlaser mit der gewünschten Laserwellenlänge aus einem Fertigungslos selektiert, um die Absorptionswellenlänge des Eu3+-Übergangs 7F0→5D2 zu treffen.
Alternativ ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Einrichtung zur Stabilisierung der Laserwellenlänge vorgesehen.
Um ein „Weglaufen“ des Lasers, beziehungsweise eine Änderung der Laserwellenlänge im Betrieb zu vermeiden, kann gemäß einer Ausführungsform ein durch ein externes Gitter stabilisierter Laser verwendet werden. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung mit einem Stabilisator 9, wobei als Stabilisator 9 oder Bestandteil desselben ein optisches Gitter 91 verwendet wird. Der vom Laser 3 emittierte Laserstrahl 30 ist auf das lumineszierende, anorganische Konverterelement 7 der Konverteranordnung 5 gerichtet. Die Konverteranordnung 5 gibt Licht 50 ab, welches je nach Konfiguration neben rotem Photolumineszenzlicht auch Anteile des Primärlichts, also des blauen Laserlichts enthält. Das beigemischte Laserlicht entsteht dabei insbesondere durch Streuung des Lichts des primären Laserstrahls 30. Im Strahlengang des Laserstrahls 30 ist ein optisches Gitter 91 angeordnet, welches so angeordnet ist, dass Laserlicht einer höheren Beugungsordnung in die Kavität des Lasers rückgekoppelt wird. Dazu ist das Gitter 91 bei dem dargestellten Beispiel schräg zum Laserstrahl 30 angeordnet. Durch die Stellung des Gitters, also dessen Winkel zum Laserstrahl 30 kann die rückgekoppelte Wellenlänge ausgewählt und die Laseremission auf diese Wellenlänge stabilisiert werden. Gemäß einer Weiterbildung wird dazu das Gitter 91 so positioniert, dass Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 465 nm ± 2 nm eingestrahlt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine aktive Regelung der Laserwellenlänge vorgesehen, indem der Laser durch einen Regelkreis der Lichtquelle auf die Absorptionswellenlänge des Eu³⁺ stabilisiert wird. Die Regelung kann durch Einstellung einer Größe erfolgen, welche Einfluss auf die Wellenlänge des Lichts hat. Eine solche Größe ist beispielsweise die Temperatur des Lasers. Es wird dabei auf maximale Absorption optimiert, indem z.B. die Lasertemperatur angepasst wird.
3 zeigt dazu einen beispielhaften schematischen Aufbau. Die Einrichtung 9 zur Stabilisierung der Wellenlänge umfasst einen Regelkreis 11, an dem ein Heizelement 13 und mindestens ein Lichtdetektor 15 angeschlossen ist. Der Lichtdetektor 15 kann beispielsweise wie dargestellt eine Photodiode oder einen Phototransistor umfassen. Eine einfache Möglichkeit zur Steuerung des Regelkreises ist die Messung des vom Konverter 5 emittierten roten Lichts oder des vom Konverter 5 zurückgestreuten blauen Lichts. Der Regelkreis regelt dann den Laser 3 so, dass die Emission des roten Lichts maximal wird oder die blaue Rückstreuung minimal wird. Dazu wird in der dargestellten Ausführungsform die Temperatur des Lasers 3 mittels des Heizelements 13 eingestellt, um die Wellenlänge auf den Wert der maximalen Absorption, typischerweise auf 465 nm ± 2 nm zu ändern.
Allgemein, ohne Beschränkung auf das spezielle dargestellte Beispiel ist also nach einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Einrichtung 9 ein Heizelement 13 zur Regelung der Temperatur des Lasers 3 umfasst.
Das Eu³⁺ dotierte, typischerweise bei 465nm angeregte, rot emittierende Konverterelement 7 kann vorteilhaft in der digitalen Projektion eingesetzt werden, da der Emissionsfarbort sehr gut geeignet ist, den roten Eckpunkt eines Farbraums für die Projektion aufzuspannen. In 4 ist das exemplarisch für einen fiktiven Projektor dargestellt, dessen RGB Farbkanäle durch den Eu3+ dotierten Leuchtstoff, einen LuAG Leuchtstoff und einen Laser bei 465nm gegeben sind (4, Farbbereich „B“). Insbesondere der rote Eckpunkt und der blaue Eckpunkt schließen dabei den weit verbreiteten Rec 709 Standard-Farbraum der digitalen Projektion nahezu ideal ein ( 4/Farbraum „A“). Der grüne Eckpunkt kann durch geeignete Farbfilter noch an die Vorgaben des Standard-Farbraums angepasst werden. In diesem Zusammenhang ist die Anregung bei 465nm ebenfalls vorteilhaft, da damit der Standard-Farbraum bei einer vergleichsweise hohen Lumen-Äquivalenz des blauen Lichts von 50 lm/W umschlossen werden kann. Im Vergleich dazu hat ein 450nm Laser nur ein Lumen-Äquivalent des blauen Lichts von 25 lm/W.
Bei den Anordnungen, wie sie in den Beispielen der 2 und 3 dargestellt sind, wird das konvertierte Licht von der gleichen Oberfläche des Konverterelements 7 abgegeben, auf die auch das Laserlicht fällt. Es handelt sich mithin um eine Remissions-Lichtquelle. Allgemein wird eine Ausführungsform der Lichtquelle mit einem in Remission betriebenen lumineszierenden anorganischen Konverterelement bevorzugt. Demgemäß ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Lichtquelle eingerichtet ist, in Remission vom lumineszierenden anorganischen Konverterelement emittiertes Licht abzugeben. Eine Transmissions-Anordnung ist aber ebenfalls möglich.

Es wurden verschiedene rot emittierende keramische Konvertermaterialien experimentell untersucht. Einen Überblick zur Zusammensetzung der untersuchten Materialien gibt die folgende Tabelle.

Sample-No.	Material (Hauptphase)	Detektierte Nebenphase	Komponenten vor Sinterung	Sinterdichte ca.
202003	(Y_0,5Eu_0,5)₂Mo₃O₁₂)	(Y_0,5Eu_0,5)₂Mo₄O₁₅)	Y₂O₃, Eu₂O₃, MoO₃	93%
202007	(Y_0,5Eu_0,5)₂Mo₃O₁₂)	(Y_0,5Eu_0,5)₂Mo₄O₁₅)	Y₂O₃, Eu₂O₃, MoO₃	95%
202009	(Y_0,5Eu_0,5)₂MO₃O₁₂)	(Y_0,5Eu_0,5)₂Mo₄O₁₅)	Y₂O₃, Eu₂O₃, MoO₃	94%
202201	(Y_0,5Eu_0,5)₂Mo₄O₁₅)	MoO₃	Y₂O₃, Eu₂O₃, MoO₃	95%

Insbesondere enthalten die verwendeten, vorzugsweise keramischen Materialien für den Konverter Eu³⁺ als aktives Element, wobei das Wirtsgitter des Eu³⁺ vom Scheelit-Typ ist. Die für den Konverter geeigneten, Eu enthaltenden Verbindungen können allgemein, ohne Beschränkung auf die Beispiele der Tabelle Molybdate, Vanadate, Wolframate oder Tantalate, vorzugsweise in keramischer Form sein, wobei diese Verbindungen bevorzugt zusätzlich zumindest eines der folgenden Elemente enthalten: Lanthan, Terbium, Gadolinium, Yttrium und Lutetium. Hierbei ersetzt Eu gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform zumindest eines der genannten Elemente zu einem Mengenanteil zwischen 10% und 100%, bevorzugt zwischen 50% und 100%, bevorzugter zwischen 70% und 95 %.
Gemäß noch einer Ausführungsform kann das lumineszierende, Eu³⁺ enthaltende Material ein Molybdat, Vanadat, Wolframat oder Tantalat sein, wobei diese Verbindung zusätzlich zumindest eines der folgenden Elemente enthält: Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Kalzium oder Strontium.
Der Konverter kann aus einer Einphasen-Keramik bestehen. Weist der Konverter mehr als eine Phase auf, können diese Phasen die oben genannten Verbindungen umfassen.
Insbesondere enthält der Konverter keine Reste an MoO₃, VO₃, WO₃ oder TaO₃.
Von den obengenannten Proben wurde die in der vorstehenden Tabelle aufgelistete Probe 202009 genutzt, um den erfindungsgemäßen Ansatz experimentell zu bestätigen. Die Messungen wurden an einem aus der Probe gefertigten, 200 µm dicken Konverter durchgeführt. Der Konverter wurde auf einer hoch reflektierenden Spiegelplatte angeordnet. Das blaue Licht eines 465 nm Lasers wurde unter einem Winkel von 30° auf den Konverter eingestrahlt. Die emittierte Lichtintensität wurde spektral aufgelöst. Als Spektrometer kam ein CAS 140+ mit einem über ein Glasfaserbündelgekoppelten Messkopf zum Einsatz.
Die in der folgenden Tabelle gezeigten Farbkoordinaten wurden aus dem gemessenen Spektrum für die angegebenen Spektralbereiche bestimmt. Diese Messergebnisse bestätigen, dass ein Material mit purpurnen Farbkoordinaten realisiert werden kann.

Cx cy

Blau 0,135 0,041

Blau und Rot 0,287 0,123

Rot (λ>600nm) 0,684 0,316
Ein von einer solchen Probe emittiertes Spektrum ist in 5 gezeigt. Dieses Spektrum enthält auch das gestreute Primärlicht mit einer Wellenlänge von etwa 465 nm.
Das Lumen-Äquivalent des roten Spektrums beträgt 292 Im/W. Dies bedeutet, dass ein Strahlungsfluss von 1 W der roten Emission einem photometrischen Fluss von 292 Im/W entspricht. Die Konversionseffizienz, d.h. das Verhältnis der Emission von rotem Licht zur Eingangsleistung wurde mit 33 Lumen/W abgeschätzt.
6 zeigt die spektrale Leistungsdichte über der Wellenlänge für die oben in der Tabelle aufgeführte Probe OC-202007. Hier wurde die Probe mit einer blauen Leuchtdiode angeregt. Die schmalbandige Absorption des Eu3+ ist wie bei dem in 1 gezeigten Beispiel als scharfes lokales Minimum im blauen Spektralbereich zu erkennen. Mit dieser Messung wurde die vernachlässigbare Temperaturabhängigkeit der Absorptionswellenlänge bestätigt. Dazu wurde der Konverter auf einer Heizplatte angeordnet und mit dem Licht der blauen LED bestrahlt. Bei einer Aufheizung auf 170 °C änderte sich die Absorptionswellenlänge des Konverters nicht messbar.
Wird die Wellenlänge der verwendeten Laserdioden nicht stabilisiert, kann die Wellenlänge also alleine über die Temperatur des Lasers eingestellt werden. Die Temperatur des Konverters braucht nicht berücksichtigt zu werden. Bei einer kommerziell erhältlichen 465 nm Laserdiode wurde eine Verschiebung von 0,052 nm/K gemessen.
Allgemein ist daher gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein digitaler Projektor mit einer erfindungsgemäßen Lichtquelle 1 vorgesehen. Gemäß noch einer Ausführungsform kann der Konverter 5 der Lichtquelle 1 vorteilhaft wie im oben erläuterten Beispiel auch gegeben, neben dem lumineszierenden, anorganischen Konverterelement 7, dessen Keramik Eu³⁺-dotiert ist, ein unter Bestrahlung mit dem Laser 3 durch Photolumineszenz grünes Licht abgebendes Element umfassen. Als lumineszierendes Material eines derartigen Elements ist wie bereits genannt, ein LuAG, also ein Lutetium-Aluminium-Granat besonders geeignet. Das grün emittierende Element kann dabei insbesondere ebenfalls als keramisches Material vorliegen. Grünes Licht, insbesondere für den genannten Projektor, kann aber auch auf andere Weise außer durch Photolumineszenz erzeugt werden. Allgemein ist daher in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Lichtquelle 1 einen grün emittierenden Lichtemitter umfasst, vorzugsweise in Form des genannten, unter Bestrahlung mit dem Laser 3 durch Photolumineszenz grünes Licht abgebenden Elements.
Prinzipiell kann ein Konverter in Transmission oder in Reflexion betrieben werden. In einer Reflexionsanordnung kann es allgemein vorteilhaft sein, die Leuchtstoffkeramik stark streuend auszubilden, um eine laterale Aufweitung des Emissionsspots bei gegebenen blauen Anregungsfleck zu minimieren. Insbesondere bei Materialien mit begrenzter Absorption des blauen Lichts ist das dann aber auch typischerweise mit einer starken Rückstreuung des blauen Lichts und damit mit einer starken, diffusen Blau-Reflexion verbunden. Wird die Eu³⁺-dotierte Leuchtstoffkeramik z.B. durch den Einbau von Poren oder anderen Streuzentren stark streuend ausgeführt, kann aus der Kombination des roten Emissionsfarborts mit der blauen Remission ein purpurner Emissionsfarbort für die Gesamtanordnung entstehen. Allgemein ist demgemäß nach einer Ausführungsform der Erfindung eine Konverteranordnung 5 vorgesehen, die ein lumineszierendes, anorganisches Konverterelement 7 umfasst, dessen Keramik Eu³⁺-dotiert ist, so dass der Konverter 5 unter Einwirkung des Laserlichts Photolumineszenzlicht im roten Spektralbereich ausstrahlt, wobei das lumineszierende, anorganische Konverterelement 7lichtstreuend ausgebildet ist, so dass sich gestreutes blaues Laserlicht mit dem roten Photolumineszenzlicht zu abgegebenem, beziehungsweise ausgestrahltem purpurfarbenem Licht mischt.

7 zeigt Spektren der spektralen Leistungsdichte (PSD) als Funktion der Wellenlänge λ. Das Spektrum 16 eines purpurfarben emittierenen Eu3+ Photolumineszenzkonverters ist in 7 im Vergleich mit dem weiß-gelben Emissionsspektrum 17 eines mit Cer dotieren YAG Leuchtstoffs zu sehen. In vielen Projektoren wird der Rot-Anteil dieses Leuchtstoffs für den Rot-Kanal eines Projektors verwendet. Der dafür genutzte Teil des Spektrums ist durch einen idealisierten Kantenfilter 18 mit 600nm Grenzwellenlänge dargestellt. Beide Spektren wurden bei gleicher Leistung des Anregungslichts aufgenommen. Durch die mit der Augenempfindlichkeitskurve gewichtete Integration des Spektrums wird für beide Spektren eine dem photometrischen Lichtstrom in der Einheit lumen (lm) proportionale Größe berechnet. Die Proportionalitätskonstante wird aus der bekannten Efficacy der gelben Referenzprobe von 317 lm/W ermittelt. So kann auch für die rot emittierende Probe die Efficacy berechnet werden. Die Efficacy eines Konverters ist der auf die einfallende Lichtleistung normierte, von der Probe emittierte photometrische Lichtstrom in der Einheit lumen pro Watt (lm/W). Die Efficacy kann durch Anpassung der Integrationsgrenzen für den roten (600nm - 780nm), grünen (475nm - 600nm) oder den gesamten „gelben“ (475nm - 780nm) Spektralbereich berechnet werden. Da die Efficacy von Konvertermaterialien typischerweise eine Abhängigkeit von Probentemperatur und Leistung oder Spotgröße des Anregungslichts zeigt, wird die Rot-Efficacy im Sinne dieser Schrift für eine Messung mit einem etwa 1mm großen Lichtfleck und eine Leistung von 1 - 10 mW bei Raumtemperatur definiert. Für das in 7 gezeigte Beispiel wurden bei 3,5 mW Anregungsleistung des 465nm-Lasers folgende Efficacy-Werte ermittelt:

	yellow efficacy [lm/W]	green efficacy [lm/W]	red efficacy [lm/W]
wavelength range	475nm-780nm	475nm - 600nm	600nm - 780nm

red emitter OC-202009c	57,2	8,5	48,7
reference sample Ce:YAG	317,0	282,9	34,1

Damit zeigt die rote Probe mit 48,7 lm/W eine deutlich bessere Rot-Efficacy als ein typischer, mit Cer dotierter YAG Konverter, der eine Rot-Efficacy von 34,1 lm/W aufweist. Allgemein, ohne Beschränkung auf bestimmte hier beschriebene Ausführungsbeispiele ist daher in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Rot-Efficacy des Konvertermaterials höher ist als 35 lm/W.
Eine Emission von purpurnem Licht kann auch entstehen, wenn der Leuchtstoff zu breitbandig oder nicht spektral abgestimmt angeregt wird. Grund dafür kann die Verwendung einer Vielzahl blauer Anregungslaser sein, um die in Hochleistungsprojektoren notwendigen Laserleistungen zu erreichen. Diese Laser sind spektral meist nicht exakt gleich emittierend und bilden in Summe eine breitbandigere Anregungslichtquelle. Dies kann aber auch vorteilhaft sein, da man damit auf die oben beschriebene Stabilisierung der Laserwellenlänge verzichten kann, führt aber dann zu einer Blau-Zumischung im Nutzlicht und damit zu einer Purpur-Lichtquelle. Unabhängig davon, ob die Laser alle auf die Eu3+-Absorption genau abgestimmt sind, kann jedenfalls eine Lichtquelle 1 mit mehreren Lasern vorgesehen sein, insbesondere derart, dass diese gleichzeitig den Konverter an der gleichen Stelle bestrahlen.
In 8 sind Emissionsspekren 19, 20 von Konvertern mit verschiedenen Wirtsmaterialien gezeigt. Die in 8 dargestellten spektralen Leistungsdichten zeigen, dass die Eu3+ Emission in Abhängigkeit von dem Wirtsmaterial variieren kann. Um die Spektren vergleichen zu können, wurden die spektralen Leistungsdichten auf die Maximalwerte der Spektren normiert.
Es ergeben sich für die beiden Keramiken folgende im roten Farbbereich liegenden Farbkoordinaten:

cx cy

Kurve 19 0,6823 0,3176

Kurve 20 0,6843 0,3156
Insbesondere die Gewichtung der Spektralkomponenten kann variieren, was sich auf den Emissionsfarbort auswirken kann, ohne jedoch die Eignung des Materials für den Einsatz in der Projektion zu beschränken. Bevorzugt werden Materialien, bei denen die Emission bei 700nm nicht stark ausgeprägt ist, da Licht dieser Wellenlänge nur eine sehr geringe Augenempfindlichkeit aufweist und damit zur wahrgenommenen Helligkeit des Lichts kaum beiträgt.
9 zeigt drei verschiedene Konfigurationen (a), (b) und (c) von statischen Konverteranordnungen mit Wärmespreizer 21, Antireflex- beziehungsweise Entspiegelungsbeschichtung 23 und Reflekor 22 für die Erhöhung der Nuztlichtauskopplung. Bei der Ausführungsform nach Teilbild (a) ist das lumineszierende, anorganische Konverterelement 7 auf einem Wärmespreizer 21 aufgebracht. Auf dem Wärmespreizer kann unterhalb des Konverterelements 7 ein Reflektor 22, beispielsweise in Form einer dielektrisch oder metallisch reflektierenden Schicht aufgebracht sein. Die nach außen gewandte Fläche des lumineszierenden Konverterelements 7 kann mit einer Entspiegelungsschicht 23 versehen sein, um die Auskopplung des Lichts zu verbessern. Die Ausführungsformen nach Teilbild (b) und (c) sind ebenfalls mit einem Reflektor 22 zwischen Wärmespreizer und lumineszierendem Konverterelement 7 angeordnet. Hier ist das lumineszierende Konverterelement 7 in den Wärmespreizer 21 eingesetzt. Beispielsweise kann der Wärmespreizer 22 dazu eine passende Vertiefung aufweisen. Bei der Ausführungsform nach Teilbild (c) ist das lumineszierende Konverterelement 7 in eine Durchgangsöffnung des Wärmespreizers 21 eingesetzt, so dass das PhotolumineszenzLicht zu beiden Seiten des Wärmespreizers, beziehungsweise aus beiden Öffnungen der Durchgangsöffnung austreten kann. Bei dieser Ausführungsform kann die Wandung der Durchgangsöfffnung mit einem Reflektor 22 versehen sein. Bei transmissivem Betrieb kann auf der Seite des Anregungslichts ein dichroitischer Reflektor aufgebracht sein, der das blaue Anregungslicht durchlässt und das rote emittierte Licht reflektiert.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Purpuremission kann für die Projektion genutzt werden. Durch Farbradfilterung wird der rote und blaue Farbkanal aus dem Purpurleuchtstoff erzeugt.
Wird eine Emission mit Blau- und Rot-Anteil, also mit purpurfarbenem Licht genutzt, um verschiedene Farben, insbesondere für einen Projektor zu erzeugen, ist es allgemein weiterhin günstig, wenn der Purpurleuchtstoff, beziehungsweise die PurpurEmission so ausgelegt wird, dass der Farbort auf der Purpurlinie zwischen dem blauen und roten Farbort möglichst gerade so liegt, dass die Verbindung mit dem grünen Eckpunkt des Farbraums durch den Weißpunkt geht. Diese Ausführungsform verdeutlicht 10. Das Diagramm zeigt ähnlich wie 4 den Rec 709 Farbbereich, der durch Kurve „A“ eingeschlossen wird. Kurve „B“ begrenzt wieder den Farbbereich, der mit einem Eu³⁺ dotierten Leuchtstoff, einen LuAG Leuchtstoff und einen Laser bei 465nm aufgespannt werden kann. Ebenfalls eingezeichnet ist der Weißpunkt 25 mit den Farbkoordinaten cx=cy=0,33. In einer Konverteranordnung 5, wie etwa einem Farbrad für einen 1-Chip Projektor muss dann der Blau-Kanal nicht durch eine Öffnung im Leuchtstoffrad definiert werden, sondern wird durch Farbradfilterung aus dem Purpurleuchtstoff erzeugt. Der Purpurleuchtstoff und/oder die Anregung mit dem blauen Laserlicht werden dafür vorteilhaft so ausgelegt, dass der Farbort auf der Purpurlinie zwischen dem blauen und roten Farbort gerade so liegt, dass die Verbindung mit dem grünen Eckpunkt des Farbraums möglichst durch den Weißpunkt 25 geht.
Unabhängig vom Aufbau des Konverters, also auch unabhängig davon, ob der Konverter ein Farbrad umfasst, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung also eine Lichtquelle vorgesehen, bei welcher neben dem Eu³⁺-Ionen enthaltenden lumineszierenden, anorganischen Konverterelement 7 ein weiterer Photolumineszenzemitter zur Abgabe von grünem Photolumineszenzlicht vorgesehen ist, und wobei der Laser 3 und das lumineszierende, anorganische Konverterelement 7 so aufeinander abgestimmt sind, dass das Keramikelement purpurnes Licht abstrahlt, welches rotes Photolumineszenzlicht, sowie gestreutes Licht des Lasers 3 enthält und die Intensitäten des roten Photolumineszenzlichts und des Lichts des Lasers 3 im abgestrahlten Licht so im Verhältnis stehen, dass der Farbort 26 des emittierten purpurnen Lichts auf einer Linie 29 liegt, welche ausgehend vom Farbort des Photolumineszenzlichts des weiteren Photolumineszenzemitters durch ein Gebiet 27 um den Weisspunkt bei den Farbkoordinaten cx=cy=0,33 verläuft, wobei das Gebiet 27 durch die Farbkoordinaten-Bereiche 0,31 ≤ cx ≤ 0,35 und 0,31 ≤ cy ≤ 0,35 definiert ist. Das Gebiet 27 um den Weißpunkt 25 ist in 9 eingezeichnet. Demgemäß ist es für eine noch immer sehr gute Farbwiedergabe nicht erforderlich, dass die Linie 29 exakt durch den Weißpunkt 25 geht. Auch im dargestellten Beispiel läuft die Linie 29 leicht am Weißpunkt 25 vorbei, jedoch immer noch durch das Gebiet 27. Das Purpur-Licht kann dann durch spektrale Filterung in Blau- und Rotanteil aufgeteilt werden, wodurch dann der gesamte Farbraum aufgespannt wird.
In Anwendungen mit Projektoren wird das blaue Licht gewöhnlich durch einen dichroitischen Strahlteiler auf das Konvertermaterial gerichtet, um den blauen vom gelben Lichtweg zu trennen.
Dies hat zur Folge, dass bei einem derartigen optischen Aufbau das blaue Licht nicht mit dem gelben Licht gemischt werden kann. Dies ist zumindest der Fall bei Licht, das die gleiche Polarisation hat wie das einfallende Laserlicht. Aber auch bei Verwendung eines polarisationsabhängigen Strahlteilers können lediglich maximal 50 % des einfallenden Lichts wiederverwendet werden.
Aus diesem Grund kann bei Weißlichtanwendungen zur Mischung von gelbem und blauem Licht ein gekippter Strahlaufbau verwendet werden, der es erlaubt, das Anregungslicht des Lasers seitlich einzustrahlen und das erzeugte Licht einschließlich des blauen Anteils aus der senkrechten Richtung einzusammeln. Ein Problem dieses Ansatzes besteht darin, dass die Kopplungseffizienz begrenzt ist, da der für die Abgabe von blauem Licht benötigte Raum nicht für die Zusammenführung der Lichtstrahlen verwendet werden kann. Wenn beispielsweise eine Linse 33 für die Kollimation des Lichts genutzt wird, ist die numerische Apertur (NA) der Linse 33 begrenzt. Eine beispielhafte Anordnung dazu zeigt Teilbild (a) der 11. Normalerweise wird eine Linse 33 mit hoher NA zur Kollimation verwendet, wie sie Teilbild (b) darstellt. Zur Lösung dieses Problems kann die Seite der Linse 33 spezifisch ausgebildet werden, um den einfallenden Laserstrahl 30 durch die Sammellinse 33 auf den Konverter 5 zu lenken (11, Ausführungsform (c)). Hierbei wird die große Differenz zwischen der Etendue des Laserlichts 30 und des emittierten Lichts 50 vorteilhaft genutzt, indem der einfallende Laserstrahl 30 in geschickter Weise auf den Konverter 5 gelenkt wird. Es ist entscheidend, diesen Weg bei einer purpurnen Lichtquelle zu verwenden, da das Material des Konverters 5 nur dann effizient genutzt werden kann, wenn auch das zurückgestreute blaue Licht verwendet werden kann.
Insbesondere dann, wenn der blaue Laserstrahl 30 durch eine oder mehrere Glasfasern 31 auf den Konverter gelenkt wird, kann jede Kollimationslinse 5 mit einem oder mehreren Kanälen oder Durchgängen 32 für die Fasern 31 ausgebildet werden, um das Ende einer Faser 31 möglichst nahe an die Oberfläche des Konverters 5 zu bringen. Eine solche Anordnung, bei welcher eine lichtleitende Faser 31 zur Zuführung des Laserlichts in einem Durchgang 32 in der Linse 33 eingeführt ist, zeigt Teilbild (d) der 11. Die Lichtquellen gemäß den Teilbildern (c) und (d) sind Beispiele für eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Lichtquelle eine Linse 33 umfasst, um das vom Konverter 5 emittierte Licht zu kollimieren, wobei die Anordnung dergestalt ist, dass das Laserlicht durch die Linse hindurch auf den Konverter fällt, beziehungsweise, wobei das Laserlicht durch die Linse 33 hindurch zum Konverter 5 geführt ist. Dazu kann die Linse 33 wie im Beispiel des Teilbilds (c) besonders geformt sein.
Die in den 9 und 11 dargestellten, sogenannten statischen Konverteranordnungen sind für den erfindungsgemäßen Photolumineszenzkonverter von besonderem Interesse, da die Abklingzeit des Konverters vergleichsweise lang ist, so dass bei ortsfest betriebenen Anordnungen der lichtabgebende Bereich nicht aufgeweitet wird.Insbesondere kann dazu der Konverter wie oben beschrieben auf einem Wärmespreizer aufgebracht und gegebenenfalls gepulst betrieben werden, um Licht - und damit Abwärme - nur dann zu erzeugen, wenn der rote oder ggf. blaue Farbkanal benötigt wird.
Besonders vorteilhaft kann eine erfindungsgemäße Lichtquelle 1 auch in einem 3-Chip-Projektor verwendet werden. Prinzipiell können auch hier der Rot- und der Blau-Kanal aus dem Purpurleuchtstoff, beziehungsweise dem vom lumineszierenden, anorganischen Konverterelement 7 gespeist. Da aber die Farbkanäle nicht zeitlich sequentiell, sondern räumlich über ein dichroitisches Kreuzprisma, einem sogenannten X-Cube überlagert werden, kann der gesamte emittierte Lichtstrom ohne prinzipielle Filterverluste im Projektor genutzt werden. Ein solcher Projektor ist in 12 dargestellt. Das Prinzip dieses Projektors basiert darauf, dass lumineszierendes, anorganisches Konverterelement 7 und Laser 3 so eingerichtet sind, dass das Konverterelement 7 purpurnes Licht mit einem Blau-Anteil aus gestreuter Laserstrahlung und einem Rot-Anteil aus vom Laserstrahl angeregter Photolumineszenz abstrahlt, wobei der Blau- und Rot-Anteil räumlich in einen blauen und einen roten Lichtstrahl aufgespalten und die beiden Lichtstrahlen zwei verschiedenen Chips des Projektors zur Erzeugung farbiger Teilbilder zugeführt werden.
Wie in 12 dargestellt, kann das vom lumineszierenden, anorganischen Konverterelement 77 emittierte purpurne Licht 50 durch eine Linse 33 kollimiert werden. Das Licht 50 wird auf einen dichroitischen Strahlteiler 35 gerichtet, welcher den Blau- und Rot-Anteil in zwei Lichtstrahlen 51, 52 aufspaltet. Im dargestellten Beispiel wird der rote Teilstrahl 51 geradeaus durch den Strahlteiler 35 transmittiert und auf einen ersten Chip 38, während der blaue Teilstrahl 52 seitlich herausreflektiert wird. Über Spiegel 34 wird der blaue Teilstrahl 52 auf einen zweiten Chip 39 gerichtet. Weiterhin ist ein grüner Lichtemitter vorgesehen. Hierbei kann wiederum das bereits erwähnte weitere lumineszierende, anorganische Konverterelement 8, beispielsweise in Form eines LuAG-Keramikelements verwendet werden. Der grüne Teilstrahl 53 wird auf einen dritten Chip 40 gerichtet. Allgemein, ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel können die Chips 40 zur Erzeugung farbiger Teilbilder als LCD-Chips ausgebildet sein. In einem dichroitischen Kreuzprisma 43 werden dann die drei durch die Chips 38, 39, 40 transmittierten Lichtstrahlen zu einem die Bildinformation tragenden Bildstrahl 54 kombiniert, der dann projiziert werden kann.
Die Erfindung kann auch allgemein für Beleuchtungszwecke verwendet werden. Hierbei ist besonders an die Verwendung für

- Signalleuchten, wie Flughafenbefeuerung, maritime Signalleuchten, Signalleuchten an Windrädern und Funkmasten,
- im Bereich der Spezialbeleuchtung, wie Bühnenbeleuchtung, Effektbeleuchtung, Architekturbeleuchtung gedacht.

Um für allgemeine Beleuchtungszwecke weißes Licht erzeugen zu können, kann das purpurne Licht mit grünem Licht gemischt werden. Dabei kann die Mischung mit einer geeignet eingerichteten Lichtquelle 1 insbesondere wie anhand von 10 ersichtlich so erfolgen, dass ein Farbton in der Nähe des Weisspunktes erreicht wird. Laser und lumineszierendes, anorganisches Konverterelement 7 sind also zur Erzeugung weißen Lichts vorzugsweise wieder so eingerichtet, dass die Farbkoordinaten des abgegebenen Lichts auf der Linie 29, welche von den Farbkoordinaten des grünen Lichtemitters ausgeht, liegen. Der grüne Emitter kann wie im oben beschriebenen Beispiel ein grüner Photolumineszenzemitter sein. Insbesondere ist der Farbort 26 vorteilhaft wie dargestellt durch den Kreuzungspunkt der Linie 29 mit der Purpurlinie des Farbraums gegeben. Je nach gewünschtem Effekt kann der Farbton der Lichtquelle aber auch neben dem Weisspunkt 25 liegen, etwa um wärmere oder kältere Farbtöne zu erreichen. Allgemein ist daher gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass die Lichtquelle einen grünen Emitter umfasst und unter Mischung mit dem blauen Licht des Lasers und dem vom lumineszierenden, anorganischen Konverterelement 7 abgestrahlten roten Photolumineszenzlicht weißes Licht erzeugt. Bevorzugt wird wiederum, dass die Intensitäten des roten Photolumineszenzlichts und des Lichts des Lasers 3 im abgestrahlten Licht so im Verhältnis stehen, dass der Farbort 26 des emittierten purpurnen Lichts auf der Linie 29 liegt, welche ausgehend vom Farbort des Photolumineszenzlichts des weiteren Photolumineszenzfarbstoffs durch ein Gebiet 27 mit den Farbkoordinaten-Bereich 0,31 ≤ cx ≤ 0,35 und 0,31 ≤ cy ≤ 0,35 läuft.
Die hier beschriebene Nutzung des durch Mischung von Blau-Remission und Rot-Emission entstehenden Purpurlichts impliziert nicht, dass der mit 465 nm Laserlicht angeregte Konverter nur in dieser Weise benutzt werden kann. Die bereits nachgewiesene Rot-Efficacy von mehr als 34 lm/W zeigt auf, dass eine Lichtquelle mit einer Konverteranordnung, die ein solches rot emittierendes, anorganisches Konverterelelent enthält, abhängig von der Verwendung auch ohne Nutzung des blauen Anregungslichts besonders vorteilhaft ist.
Bezugszeichenliste

1: Lichtquelle
2: Projektor
3: Laser
5: Konverteranordnung
7, 8: Konverterelement
9: Einrichtung zur Stabilisierung der Laserwellenlänge
11: Regelkreis
13: Heizelement
15: Lichtdetektor
16,17, 19, 20: Emissionsspektrum
18: Kantenfilter
21: Wärmespreizer
22: Reflektor
23: Entspiegelungsschicht
25: Weisspunkt
26: Farbort purpurnes Licht
27: Gebiet um 25
29: Linie durch 27
30: Laserstrahl
31: Glasfaser
32: Durchgang durch 33
33: Linse
34: Spiegel
35: dichroitischer Strahlteiler
38, 39, 40: Chip
42: dichroitisches Kreuzprisma
50: Vom Konverter 5 emittiertes Licht
51: roter Teilstrahl
52: blauer Teilstrahl
53: grüner Teilstrahl
54: Bildstrahl

Claims

Lichtquelle (1), umfassend einen Laser (3), der ausgebildet ist, Laserlicht mit einer Wellenlänge im Bereich von 460 Nanometern bis 470 Nanometern abzugeben, sowie einer Konverteranordnung (5), welche so angeordnet ist, dass diese das vom Laser (3) abgestrahlte Laserlicht absorbiert und durch das Laserlicht erzeugtes Photolumineszenzlicht mit gegenüber dem Laserlicht längerer Wellenlänge abstrahlt, wobei die Konverteranordnung (5) ein Konverterelement (7) umfasst, das Eu³⁺-dotiert ist, so dass die Konverteranordnung (5) unter Einwirkung des Laserlichts Photolumineszenzlicht im roten Spektralbereich ausstrahlt.
Lichtquelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rot-Efficacy des Konverterelements (7) höher ist als 35 lm/W.
Lichtquelle (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Konverterelement (7) aus Glas, aus gesintertem Glaspulver, aus in Glas eingebettetem Leuchtstoffpulver, aus Glaskeramik oder vorzugsweise aus Keramik besteht.
Lichtquelle (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konverteranordnung (5) in Remission betrieben wird.
Lichtquelle (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Konverterelements (7) zumindest eine der folgenden Merkmale aufweist: - das Wirtsgitter der Eu³⁺-Ionen ist ein Scheelit-Gitter, - das Wirtsmaterial ein Wolframat ist, - das Material umfasst Li₃Ba₂La₃(MoO₄)-Eu³⁺ (Y_1-xEu_x)₂MO₃,O₁₂, (Y_1-xEu_x)₂MO₄,O₁₅, Li₃Ba₂(La_1-xEu_x)₃(MoO₄)₈, K(Y_1-x,Eu_x)(WO₄)₂, Li(Y_1-xEu_x)(WO₄)₂, Na(Y_1-xEu_x)(WO₄)₂, MgY₂-_xEu_x(WO₄)₄, CaY_2-xEu_x(WO₄)₄, Ca_1-2xEu_xLi_xWO₄. - das Material ist ein Molybdat, Vanadat, Wolframat oder Tantalat, welches zumindest eines der Elemente Lanthan, Terbium, Gadolinium, Yttrium, Lutetium enthält und wobei Eu zumindest eines dieser Elemente zu einem Mengenanteil zwischen 10% und 100%, bevorzugt zwischen 50% und 100%, bevorzugter zwischen 70% und 95 % ersetzt, - das Material umfasst ein Molybdat, Vanadat, Wolframat oder Tantalat, wobei diese Verbindung zusätzlich zumindest eines der folgenden Elemente Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium, Strontium enthält.
Lichtquelle (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konverteranordnung (5) einen Wärmespreizer umfasst, an den das Konverterelement (7) angebunden ist.
Lichtquelle (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutzlichtbereich des Konverterelements (7) mit einer Entspiegelungsschicht versehen ist.
Lichtquelle (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nicht-Nutzlichtbereich des Konverterelements (7) zumindest teilweise verspiegelt oder von einem diffus oder spekular reflektierenden Reflektor umgeben ist.
Lichtquelle (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (3) eingerichtet ist, Laserlicht mit einer Wellenlänge im Bereich von 465 nm ± 2 nm abzugeben.
Lichtquelle (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (9) zur Stabilisierung der Laserwellenlänge.
Lichtquelle (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine aktive Regelung mit einem Regelkreis (11), welcher ausgebildet ist, den Laser (3) auf die Absorptionswellenlänge der Eu³⁺-Ionen zu stabilisieren.
Lichtquelle (1) gemäß einem der zwei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (9) zur Stabilisierung der Laserwellenlänge ein Heizelement (13) zur Regelung der Temperatur des Lasers (3) umfasst.
Lichtquelle (1) gemäß einem der zwei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle einen grün emittierenden Lichtemitter, vorzugsweise ein unter Bestrahlung mit dem Laser (3) durch Photolumineszenz grünes Licht abgebendes Element umfasst.
Lichtquelle (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konverteranordnung (5) ein Konverterelement (7) umfasst, welches Eu³⁺-dotiert ist, so dass der Konverter (5) unter Einwirkung des Laserlichts Photolumineszenzlicht im roten Spektralbereich ausstrahlt, wobei das Konverterelement lichtstreuend ausgebildet ist, so dass sich gestreutes Laserlicht mit dem Photolumineszenzlicht zu ausgestrahltem purpurfarbenem Licht mischt.
Lichtquelle (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher neben dem Eu³⁺-Ionen enthaltenden Konverterelement (7) ein weiterer Photolumineszenzemitter zur Abgabe von grünem Photolumineszenzlicht vorgesehen ist, und wobei der Laser (3) und das Konverterelement (7) so aufeinander abgestimmt sind, dass das Konverterelement (7) purpurnes Licht abstrahlt, welches rotes Photolumineszenzlicht, sowie gestreutes Licht des Lasers (3) enthält und die Intensitäten des roten Photolumineszenzlichts und des Lichts des Lasers (3) im abgestrahlten Licht so im Verhältnis stehen, dass der Farbort (26) des emittierten purpurnen Lichts auf einer Linie (29) liegt, welche ausgehend vom Farbort des Photolumineszenzlichts des weiteren Photolumineszenzfarbstoffs durch ein Gebiet (27) um den Weisspunkt bei den Farbkoordinaten cx=cy=0,33 verläuft, wobei das Gebiet (27) durch die Farbkoordinaten-Bereiche 0,31 ≤ cx < 0,35 und 0,31 ≤ cy < 0,35 definiert ist.
Lichtquelle (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend einen grünen Emitter, so dass die Lichtquelle (1) und unter Mischung mit dem blauen Licht des Lasers und dem vom Konverterelement (7) abgestrahlten roten Photolumineszenzlicht weißes Licht erzeugt.
Lichtquelle gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, welche eine Linse (33) umfasst, um das von der Konverteranordnung (5)emittierte Licht zu kollimieren, wobei das Laserlicht durch die Linse (33) hindurch zur Konverteranordnung (5) geführt ist.
Lichtquelle gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (33) einen Durchgang (32) aufweist, in welchen eine lichtleitende Faser (31) zur Zuführung des Laserlichts eingeführt ist,
Digitaler Projektor (2) mit einer Lichtquelle (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18
Digitaler Projektor (2) gemäß dem vorstehenden Anspruch, ausgebildet als 3-Chip-Projektor.
Digitaler Projektor (2) gemäß dem vorstehenden Anspruch, bei welchem das Konverterelement (7) und der Laser (3) so eingerichtet sind, dass das Konverterelement (7) purpurnes Licht mit einem Blau-Anteil aus gestreuter Laserstrahlung und einem Rot-Anteil aus vom Laserstrahl angeregter Photolumineszenz abstrahlt, wobei der Blau- und Rot-Anteil räumlich in einen blauen und einen roten Lichtstrahl aufgespalten und die beiden Lichtstrahlen zwei verschiedenen Chips des Projektors zur Erzeugung farbiger Teilbilder zugeführt werden.
Verwendung einer Lichtquelle (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 für - Signalleuchten, wie Flughafenbefeuerung, maritime Signalleuchten, Signalleuchten an Windrädern und Funkmasten, oder - für Spezialbeleuchtung, wie Bühnenbeleuchtung, Effektbeleuchtung, Architekturbeleuchtung.