TW201706534A - 具有溫度非相關色點之高強度光源 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種照明裝置(100)，其包括一照明單元(70)，其中該照明單元(70)包括：(i)一光源(10)，其經組態以產生光源光(11)；及(ii)一發光材料(20)，其經組態以將該光源光(11)之至少部分轉換為發光材料光(21)，其中該照明裝置(100)經組態以產生包括該發光材料光(21)之至少部分之照明裝置光(101)，其中該發光材料(20)經組態以在藉由該光源光(11)在該發光材料(20)之一激發帶(EX)中激發之後提供該發光材料光(21)，其中該光源(10)經組態以提供具有等於或小於30nm之一半高寬值(FWHM)之該光源光(11)，且其中該光源(10)經組態以在該激發帶(EX)之一等吸收點(IP)中激發該發光材料(20)。

Description

具有溫度非相關色點之高強度光源
本發明係關於一種照明裝置，其包括一照明單元，其中該照明單元包括經組態以產生光源光之一光源及經組態以將該光源光之至少部分轉換為發光材料光之一發光材料。本發明亦係關於一種照明設備，其包括此等照明裝置之一或多者。此外，本發明係關於針對特定應用使用照明裝置或照明設備。
在此項技術中已知特定磷光體之發射強度之溫度相關性。舉例而言，US8105502提及CaAlSiN3：Eu作為用於一LED燈(發光二極體)之一紅色發光材料。當在一廣泛(紫外線至藍色)波長範圍中激發時，此發光材料展示一橙色區至一紅外線區之範圍中之發光。在許多發光材料中，根據US8105502，此CaAlSiN3：Eu具有相對優異之溫度特性。經進一步指示，估計隨著LED燈之功率增大，裝置之溫度進一步升高，且因此需要具有更優異溫度特性之發光材料。
包含汽車照明(諸如頭燈)之各種應用對高亮度光源感興趣。獲得高強度光之一方法係基於使用雷射，其中高強度雷射束經聚焦於一旋轉磷光體輪上。亦可在一靜態散熱器上提供一磷光體(即，發光材料)且使用一聚焦雷射束照明該磷光體以便獲得高強度白光。在此一配置中，例如，在藉由一磷光體陶瓷將藍光部分轉換為黃光時獲得白光。 厚度及活化劑濃度可經調整，使得經轉換光與未轉換光之比受控制。以此方式，可獲得所要色點。然而，在使用光源期間(例如，在調光期間等等)，磷光體之溫度可改變。隨著磷光體(尤其一所謂石榴石磷光體)展示溫度相關吸收率，裝置之色點可由於此溫度改變而展示一改變，此係一非所要效應。
因此，先前技術照明裝置遭受發光材料之發射(發光)之溫度相關性，此在使此發光材料經受高功率激發時變得尤其明確。
因此，本發明之一態樣提供一種替代照明裝置，其較佳地進一步至少部分消除上述缺點之一或多者。
可尤其自冷卻發光材料、選擇特定類型之發光材料(參見上文)、選擇其他類型之光源、放棄使用發光材料等等來選擇降低發光材料之發射之溫度相關性之解決方案。
吾人已驚奇地發現，至少對於石榴石類型之磷光體，存在吸收率實質上並非溫度相關之一點。吾人因此建議使雷射或其他光源(尤其窄帶光源)之發射峰與其中磷光體之吸收率(在一廣泛溫度範圍內)幾乎不展示溫度相關性之磷光體之吸收波長匹配，以便獲得一實質上溫度非相關發射強度。因此，在特定實施例中，提供(諸如在50℃至200℃之一範圍內)具有一實質上溫度非相關色點之一白色照明裝置。
因此，在一第一態樣中，本發明提供一種照明裝置(「裝置」)，其包括一照明單元，其中照明單元包括：(i)一光源，尤其基於固態之一光源，其經組態以產生光源光；及(ii)一發光材料，其經組態以將光源光之至少部分轉換為發光材料光(在本文中亦指示為「發射」或「發光」)，其中照明裝置經組態以產生包括該發光材料光之至少部分之照明裝置光(「裝置光」)，其中發光材料經組態以在藉由該光源光在該發光材料之一激發帶(EX)中激發之後提供該發光材料光，其中 光源經組態以提供具有等於或小於30nm(尤其等於或小於20nm，甚至更尤其等於或小於10nm，又甚至更尤其等於或小於5nm，諸如尤其等於或小於2nm)之一半高寬值(FWHM)之該光源光，且其中該光源經組態以在該激發帶(EX)之一等吸收點(IP)中激發發光材料。
憑藉此一照明裝置可產生(例如)白光，其之色點可在50℃至100℃之一發光材料溫度範圍內或在50℃至150℃之範圍內或在50℃至200℃之範圍內或甚至在更高溫度下實質上與發光材料溫度非相關。當包括石榴石之鈰在50℃至250℃之一溫度範圍內在其之等吸收(激發)點中被激發時找到白光之實質上非相關色溫。在一特定實施例中，憑藉此一照明裝置，光源及發光材料並不與彼此實體接觸(例如，其間可存在一狹縫或間隔)。因此，發光材料之溫度可遠高於光源之溫度。在習知白色LED之操作期間(其中將發光材料放置於LED晶粒之頂部上且發光材料之吸收峰實質上對應於LED之發射峰(即，激發輻射))，可不存在許多溫度變化。因此，色溫可實質上保持相同。然而，至少對於其中光源與發光材料之間存在一非零距離之一裝置，來自諸如一雷射之一(固態)光源之輸出可在其中導致發光材料之溫度可被發現在一大溫度範圍內變化。在本文中，溫度尤其係指發光材料之溫度，其可(因此)實質上高於光源之溫度。顯然，遠離於光源(即，在非零距離處)組態發光材料以使其並不與(固態)光源熱接觸係有利的。因此，特定言之，光源及發光材料較佳地並不實體接觸。更特定言之，光源之一光射出表面及發光材料較佳地並不實體接觸(亦進一步參見下文)。
在光譜學中，一等吸收點係一樣本之總吸收率並不在該樣本之一化學反應或一實體改變期間改變之一特定波長、波數或頻率。此處，實體改變指示使發光材料經受激發光，藉由該實體改變將發光材料之發光物種之部分(諸如在摻雜鈰之石榴石之情況中之三價鈰離子 (亦參見下文))帶入激發狀態中以在隨後藉由提供發光(在本文中亦指示為發射)而衰減。因此，等吸收點亦可在本文中指示為等吸收激發點。
各發光材料具有一發射光譜及一激發光譜。一發射可具有一對應激發光譜。因此，一發射帶可具有一對應激發帶。在本文中，激發可尤其發生於在能量上最接近發射帶之一激發帶中。特定言之，發射帶相對於發射帶進行斯托克斯位移。因此，一般言之，激發發生於最低能量激發帶中。片語「藉由該光源光在該發光材料之一激發帶中激發」亦可讀作藉由該光源光在對應於該發光材料之發光材料光之一激發帶中激發。發光材料光係在藉由光源光激發之後自發光材料射出之光。術語「發光材料光」亦可指示為「發射」且術語「光源光」亦可指示為激發光。
此處，等吸收點尤其係指激發波長，其中在相同波長之激發下，整合發射強度在50℃至100℃之間改變小於5%，尤其小於2%(相對於50℃下之整合發射強度)。特定言之，等吸收點係指激發波長，其中在相同波長之激發下，整合發射強度在50℃至150℃之間改變小於10%，尤其小於5%，甚至更尤其小於2%(相對於50℃下之整合發射強度)。又甚至更特定言之，等吸收點係指激發波長，其中在相同波長之激發下，整合發射強度在50℃至200℃之間改變小於10%，尤其小於5%，甚至更尤其小於2%(相對於50℃下之整合發射強度)。因此，發光材料溫度可(例如)取決於光源之功率而在(例如)50℃至100℃之範圍內變化，然而照明裝置光之色點可實質上非相關於光源之功率。
此外，在本文中描述之發光材料之激發尤其不基於一線激發(吸收率)，諸如在室溫(「RT」；定義為20℃)下具有小於5nm之一光譜寬度之一激發。特定言之，發光材料之激發係在RT下具有至少20nm(諸 如至少40nm)之一FWHM之一帶激發(例如，亦參見圖2a)。因此，與先前技術系統相比，光源並不經組態以在此激發帶之光譜最大值處激發而在翼之一者處激發。等吸收點之位置可取決於發光材料，但通常在激發最大值(在RT下)之峰值高度之約30%至45%處找到。發光材料(更精確而言，其之激發帶)可具有兩個等吸收(激發)點，一個在激發帶之高能側處且一個在激發帶之低能側處。其等在室溫下之高度不必相同。
發光材料可經選擇，使得至少一個等吸收點在光譜之可見部分中。此可有利地允許可見光波長範圍中之激發，藉此激發光之部分(即，尤其光源光之部分)經轉換為發光材料光但光源光之部分亦可用作照明裝置光之部分。因此，照明裝置經組態以產生包括該發光材料光之至少部分及亦視情況光源光之部分之照明裝置光。因此，在一實施例中，發光材料包括在可見光譜之藍色波長範圍中之一等吸收點(IP)。替代性地或另外，發光材料包括在可見光譜之綠色波長範圍中之一等吸收點(IP)。替代性地或另外，尤其在發光材料具有一相對小斯托克斯位移(諸如等於或小於100nm，尤其等於或小於50nm)時，發光材料包括在可見光譜之紅色波長範圍中之一等吸收點(IP)。替代性地或另外，發光材料包括在光譜之可見部分之另一部分中之一等吸收點。
假定發光材料包括在藍色中之一等吸收(激發)點，則尤其可應用一藍光發射光源，諸如一藍色LED或一藍色雷射。因此，在一實施例中，光源經組態以產生藍色光源光。
特定言之，光源係在操作期間至少發射選自200nm至490nm之範圍之一波長之光(光源光)之一光源，尤其係在操作期間至少發射選自400nm至490nm之範圍，更尤其在440nm至490nm之範圍中之一波長之光之一光源。此光可部分由波長轉換器(即，發光材料)使用。因 此，在一特定實施例中，光源經組態以產生藍光(光源光)。在一特定實施例中，光源包括一固態LED光源(諸如一LED或雷射二極體)。術語「光源」亦可係關於複數個光源，諸如2個至20個(固態)LED光源。因此，術語LED亦可係指複數個LED。
因此，光源輻射耦合至發光材料。術語「輻射耦合」尤其意謂光源及發光材料彼此相關聯，使得由光源發射之輻射之至少部分被發光材料接收(且至少部分轉換為發光)。發光材料亦可在距光源之一非零距離處組態，或可與光源實體接觸。前者實施例可進一步區分為鄰近或遠離，其中前者使發光材料更接近且後者使其進一步遠離於光源。在本文中，在一實施例中，光源包括在距發光材料等於或小於1mm之一距離處組態之一光發射表面。因此，在一特定實施例中，距離相對小或甚至為零。因此，在又一進一步實施例中，光源包括與發光材料實體接觸之一光發射表面。然而，距離亦可為非零，諸如至少0.1mm，如至少0.2mm或至少0.5mm，如至少1mm，尤其至少2mm或至少5mm，如在0.1mm至20mm之範圍中，諸如尤其0.5mm至20mm。此處，距離尤其係指一光射出表面(諸如一固態光源晶粒)與發光材料之間的最短距離(亦進一步參見下文)。
因此，更一般言之，照明裝置包括一光轉換器或波長轉換器。轉換器本身可為一發光材料。在又另一實施例中，轉換器包括一矩陣，其中嵌入(諸如分散)發光材料。
因此，在一特定實施例中，照明裝置包括包含該發光材料之一轉換器，其中轉換器包括一轉換器表面，其中光源包括一光射出表面，且其中在至少0.5mm或至少1mm或至少2mm(諸如在0.5mm至20mm之範圍中)之一最短距離(d)處組態轉換器表面。因此，特定言之，光源及發光材料並不實體接觸，尤其不熱接觸。特定言之，光源與發光材料之間存在一氣體(如空氣)或真空或一低導熱材料之一或多 者，尤其存在氣體或真空。
發光材料尤其可為一無機發光材料，諸如基於量子點之一發光材料或一無機磷光體。不過術語「發光材料」在實施例中可係指兩種或兩種以上不同發光材料之一組合，在本文中，術語「發光材料」或「輻射耦合至光源之發光材料」尤其係指實質上一單一發光材料。在一實施例中，發光材料構成了一單一發光物種(諸如量子點、有機染料或無機磷光體)之至少90重量百分比(「wt.%」)，尤其至少95wt.%之。舉例而言，發光材料(無論是否嵌入)可構成CdS/ZnS核/殼量子點(諸如棒(殼)中之點(核))之至少90wt.%。
特定言之，發光材料包括A3B5O12：Ce3+型之一發光材料，其中A選自由Y、Gd、Tb及Lu構成之群組，且其中B選自由Al、Ga及Sc構成之群組。發光材料可(因此)包括一石榴石材料。因此，在一實施例中，發光材料包括A3B5O12：Ce3+類別之摻雜鈰之一石榴石材料。特定言之，發光材料可包括一發光陶瓷。石榴石材料(尤其陶瓷石榴石材料)在本文中亦指示為「發光材料」。發光材料包括一A3B5O12：Ce3+(石榴石材料)，其中A尤其選自由Sc、Y、Tb、Gd及Lu構成之群組，其中B尤其選自由Al、Sc及Ga構成之群組。更特定言之，A包括釔(Y)、釓(Gd)及鎦(Lu)之一或多者，且B包括鋁(Al)。此石榴石可摻雜有鈰(Ce)，且視情況摻雜有諸如鐠(Pr)之其他發光物種。在一特定實施例中，B由約40%或更多之Al及60%或更少之Ga構成。特定言之，B包括鋁(Al)，然而，B亦可部分包括鎵(Ga)及/或鈧(Sc)及/或銦(In)，尤其至多約20%之Al，更尤其至多約10%之Al可被替換(即，A離子本質上由90或更多莫耳%之Al及10或更少莫耳%之Ga、Sc及In之一或多者構成)；B尤其可包括至多約10%之鎵。在另一變體中，B及O可至少部分被Si及N替換。如「A選自由Y、Gd、Tb及Lu構成之群組」之片語及類似片語指示A可包括Y、Gd、Tb及Lu之一或多者。
如在上文指示，元素A尤其可選自由釔(Y)、釓(Gd)、鋱(Tb)及鎦(Lu)構成之群組。
特定言之，A包括Y、Gd及Lu之至少一或多者，甚至更尤其Y及Lu之至少一或多者。此外，特定言之，至少90mol.%之B係Al。在一實施例中，發光材料包括(Y,Lu)3Al5O12：Ce，其中「Y,Lu」指示A可包括Y及Lu之一或多者。
在本文中描述之發光材料尤其使用其等之化學式指示。雖然指示元素，但並不排除雜質及/或其他相之存在。發光材料(「磷光體」)亦可包含雜質，如鹵素雜質及金屬雜質之一或多者。發光材料可接近如在本文中定義之一或多種發光材料，亦包含其他相，如已指示(剩餘)之熔劑材料、剩餘(諸)起始材料及亦在一或多個(各自)發光材料之合成期間形成之一或多個相之一或多者。一般言之，此(等)其他相之重量百分比將低於約10wt.%(相對於發光材料之總重量)。此在此項技術中已知。
因此，尤其選擇激發光(即，光源光)之最大峰值及發光材料之(諸)等吸收點，使得其等本質上重疊。在一特定實施例中，光源經組態以提供具有一最大峰值(MX2)之該光源光，其中在該等吸收點(IP)之5nm內選擇該最大峰值(MX2)。此外，特定言之，光源提供具有含有等於或小於20nm之一FWHM之一發射帶(即，用於發光材料之激發光)之光源光，但特定言之，帶寬實質上更小，諸如等於或小於10nm，如5nm或更小(諸如在一雷射之情況中)。此處，關於最大功率下之操作來指示光源光之帶寬。
此外，如在上文指示，當光源係一高功率光源及/或其光相對集中時，本發明之優點甚至可更明確。因此，在一進一步實施例中，照明裝置包括包含該發光材料之一轉換器，其中轉換器包括一轉換器表面且其中光源經組態以使用一功率將該光源光提供至該轉換器表面， 此導致轉換器之經照明表面上之輻照度係至少1W/cm2。因此，在一特定實施例中，照明裝置包括包含該發光材料之一轉換器，其中轉換器包括一轉換器表面，其中光源經組態以將該光源光提供至該轉換器表面。特定言之，光源經組態以使用一功率將該光源光提供至該轉換器表面，此導致轉換器之經照明表面上之輻照度係至少1W/cm2，諸如至少5W/cm2，甚至更尤其至少10W/cm2，又更尤其至少25W/cm2。當藉由一雷射照明發光材料之一小區域時，輻照度或照明可甚至更高；在該情況中，輻照度可為至少100W/cm2，諸如1000W/cm2或甚至更高。
在一特定實施例中，照明裝置經組態以提供具有至少2W/(sr.mm2)之一輻射率之該照明裝置光。單位「sr」係指球面度(立體角)。亦可達成甚至更高輻射率，諸如至發光材料之至少5W/(sr.mm2)，諸如在5W/(sr.mm2)至50W/(sr.mm2)之範圍中。
如在上文指示，此轉換器表面可為一發光材料層之表面，諸如一塗層。因此，在一特定實施例中，光源經組態以提供具有一最大峰值(MX2)之該光源光，其中在該等吸收點(IP)之5nm內選擇該最大峰值(MX2)，其中光源光具有等於或小於10nm之一半高寬值(FWHM)，其中照明裝置包括包含該發光材料之一轉換器，其中轉換器包括一轉換器表面且其中光源經組態以使用一功率將該光源光提供至該轉換器表面，此導致轉換器之經照明表面上之輻照度係至少1W/cm2。如在上文指示，特定言之，光源係一相對窄帶光源。因此，在一進一步實施例中，光源包括一雷射，諸如一固態雷射。
發光材料可(例如)提供為發光層。
此外，照明裝置可包含經組態以促進固態光源之冷卻之一散熱器。散熱器可包括或由以下項目構成：銅、鋁、銀、金、碳化矽、氮化鋁、氮化硼、碳化鋁矽、氧化鈹、矽-碳化矽、碳化鋁矽、銅鎢合 金、碳化銅鉬、碳、金剛石、石墨及兩種或兩種以上其等之組合。
如在上文指示，本發明亦可應用於照明一小面積磷光體。因此，在一進一步實施例中，照明裝置包括發光材料之一光點，其中光點具有最大4mm2之一面積，諸如最大1mm2。此小面積或小光點磷光體之實例係(例如)最大0.25mm2，諸如尤其最大0.04mm2，如甚至更尤其最大0.01mm2。一最小面積可在(例如)約0.001mm2之範圍中。小面積磷光體可(例如)用於將光耦合至(例如)用於汽車應用之一光纖中。使用光源光照明之區域因此亦可指示為轉換器表面。因此，在一實施例中，照明裝置包括發光材料之一光點，其中光點具有最大1mm2之一面積。
發光材料或尤其小面積磷光體經組態以轉換光源光之至少部分。
如在上文指示，照明裝置光由以下項目構成：(i)該發光材料光之至少部分，或(ii)該發光材料光之至少部分及該光源光之部分。
然而，照明裝置可進一步包括視情況與一進一步發光材料輻射耦合之另一光源。光源與發光材料之此組合亦可視情況組態為上述組合。因此，在一實施例中，照明裝置包括一單一照明單元，其包括：(i)光源，尤其基於固態之一光源，其經組態以產生光源光；及(ii)發光材料，其經組態以將光源光之至少部分轉換為如在上文關於一激發波長及一等吸收點定義之發光材料光，照明單元視情況進一步包括視情況輻射耦合至一進一步發光材料之一進一步光源。照明裝置光可接著包括發光材料光及進一步發光材料光之至少一或多者及視情況光源光及進一步光源光之一或多者。舉例而言，以此方式可產生一白色照明裝置。
然而，照明裝置亦可包括複數個照明單元，其等之一或多者可相同，但其等之一或多者亦可不同。因此，在又一進一步實施例中， 照明裝置進一步包括複數個該等照明單元，其中各照明單元經組態以提供一對應發光材料光，其中照明裝置光包括該發光材料光之一或多者。舉例而言，以此方式亦可產生(例如)一白色照明裝置光。
因此，在一特定實施例中，照明裝置經組態以提供白色照明裝置光。注意，照明裝置亦可經組態以提供彩色照明裝置光。此外，當照明裝置包括一個以上(不同)光源及/或一個以上(不同)發光材料時，亦可選擇提供彩色光之(諸)光源及(諸)發光材料之組態。
此外，照明裝置亦可包括經組態以控制光源光之強度之一控制單元。藉此，可控制照明裝置光之強度，且視情況亦控制照明裝置光之顏色。
特定言之，照明裝置光之色點因此實質上非相關於發光材料之溫度。因此，在一特定實施例中，照明裝置對於在50℃至100℃之範圍內或在50℃至150℃之範圍內或甚至在50℃至200℃之範圍內之一發光材料溫度(相對於發光材料在50℃下之色點)可具有在|△x|0.05及/或|△y|0.05(尤其|△x|0.03及/或|△y|0.03)之範圍中之(照明裝置光之)一色點改變。因此，照明裝置光之色點可實質上非相關於發光材料之溫度。因此，藉由在等吸收(激發)點中使用光源進行激發，可獲得照明裝置光之一實質上發光溫度非相關色點。當然，當照明裝置包含(例如)一或多個其他光源時，亦可視情況改變色點。
本發明亦在一進一步態樣中提供一種包括如在本文中定義之照明裝置之一照明設備(「設備」)。因此，在照明設備之一進一步實施例中，此設備進一步包括一或多個進一步照明裝置，其中照明裝置及一或多個進一步照明裝置經組態以提供白色照明設備光。特定言之，一或多個進一步照明裝置包括如在本文中定義之一或多個照明裝置。舉例而言，可組合產生藍光、綠光及紅光之照明裝置。替代性地或另外，產生藍光之如在本文中定義之一照明裝置可用於照明一黃色磷光 體。
照明裝置可為(例如)光纖應用系統、警示標誌系統、指示符標誌系統、可攜式系統或汽車應用之部分或可應用於其等中。特定言之，如在本文中定義之照明裝置或如在本文中定義之照明設備可用於汽車照明中。因此，應用之一者可在汽車中，諸如在小汽車、卡車、公共汽車、機車、火車、地鐵等等中。因此，在一實施例中，本發明亦提供包括如在本文中定義之照明裝置之一車燈。
術語「紫光」或「紫發射」尤其係關於具有在約380至440nm之範圍中之一波長之光。術語「藍光」或「藍發射」尤其係關於具有在約440nm至495nm之範圍中之一波長之光(包含一些紫色及青色色調)。術語「綠光」或「綠發射」尤其係關於具有在約495nm至570nm之範圍中之一波長之光。術語「黃光」或「黃發射」尤其係關於具有在約570nm至590nm之範圍中之一波長之光。術語「橙光」或「橙發射」尤其係關於具有在約590nm至620nm之範圍中之一波長之光。術語「紅光」或「紅發射」尤其係關於具有在約620nm至780nm之範圍中之一波長之光。術語「粉紅光」或「粉紅發射」係指具有一藍色及一紅色成分之光。術語「可見」、「可見光」或「可見發射」係指具有在約380nm至780nm之範圍中之一波長之光。
10‧‧‧光源
11‧‧‧光源光
12‧‧‧光射出表面
20‧‧‧發光材料
21‧‧‧發光材料光
21(1)‧‧‧發光材料光
21(2)‧‧‧發光材料光
70‧‧‧照明單元
70(1)‧‧‧照明單元
70(2)‧‧‧照明單元
77‧‧‧反射散熱器
100‧‧‧照明裝置
101‧‧‧照明裝置光
200‧‧‧轉換器
201‧‧‧轉換器表面
1000‧‧‧照明設備
1001‧‧‧照明設備光
1100‧‧‧照明裝置
1101‧‧‧照明裝置光
現將參考隨附示意圖式僅藉由實例描述本發明之實施例，在圖式中對應元件符號指示對應零件，且在圖式中：圖1a至圖1e示意性地描繪本發明之一些態樣；及圖2a至圖2b展示YAG之不同溫度(2a)及不同波長(2b)下之吸收(激發)特性；示意圖未必按比例。
圖1a示意性地描繪經組態以產生照明裝置光101之一照明裝置100之一實施例。照明裝置100包括經組態以產生光源光11之一光源10及經組態以將光源光11之至少部分轉換為發光材料光21之一發光材料20。照明裝置100下游之光使用元件符號101指示。光101至少包括發光材料20之發射或發光，即，發光材料光21。視情況，一些光源光11亦可被照明裝置光101包括。此可不成問題，因為光源光及發光材料光之波長可實質上相同及/或可具有一所要顏色(諸如藍色光源光與黃色發光材料光)。
在發光材料20之上游組態光源10；自該發光材料之下游射出發光材料光21。特定言之，在本文中應用一透射組態。術語「上游」及「下游」係關於品項或特徵相對於來自一光產生構件(此處尤其指光源10)之光之傳播之一配置，其中相對於在來自光產生構件之一光束內之一第一位置，在光束中更接近於光產生構件之一第二位置為「上游」，且在光束內更遠離於光產生構件之一第三位置為「下游」。此處，藉由實例描繪一透射組態。然而，如在下文指示，亦可選擇反射組態。
圖1a示意性地描繪包括發光材料20之一光點之照明裝置100之一實施例，其中光點具有(例如)最大1mm2或甚至更小之一面積。光點之尺寸藉由實例使用L/W/D指示，其等指示長度及寬度或直徑(任一者皆可應用)。光點可具有任何(橫截面)形狀，諸如圓形、方形、矩形、橢圓形等等，但尤其具有圓形(具有直徑D)或方形(具有尺寸L=W)。元件符號200指示包括發光材料20之一轉換器或包括發光材料20之光點，且元件符號201指示一轉換器表面，即，光源10可在該處照射其光11之轉換器200之一表面。
圖1b示意性地描繪一發光材料之發射EM或發光材料光21。對應激發(諸如當監測發光材料在發射EM或發光材料光21之一發射最大值 MM3(峰值波長)下之發射時)。此產生一對應激發曲線EX，其具有一最大值MX1(峰值波長)。此激發呈現為具有兩個等吸收點IP，一個在高能側處之更小波長處(使用IP(1)指示)且一個在激發之低能側處之更長波長處(使用IP(2)指示)。斯托克斯位移係激發最大值MX1與發射最大值MM3之間的(能量)差異。注意，IP(1)及IP(2)不必處於相同高度。因此使用光源光11在一等吸收點(此處藉由實例為IP(1))處激發發光材料，從而導致發光材料光21或發射EM。
因此，光源尤其經組態以在一等吸收點IP處之激發帶中激發發光材料。此在圖1b中得到反映，其中激發光或光源光11經指示為實質上僅在一等吸收點(此處為高能等吸收點IP(1))處與激發帶EX重疊之(窄)帶。MX2(光源光11之最大值)處於約相同於IP(1)之波長下。
舉例而言，此等等吸收點之一者(此處尤其為IP(1))可在藍色範圍中。若發射EM在黃色範圍中，則可在期望時提供白色照明裝置光。
對於諸如汽車頭燈之各種應用，可期望具有高強度光源。
此等光源可基於雷射光。然而，在使用雷射之情況中，相干性及眼睛安全性係一問題。為該原因，可期望將雷射光轉換為其他波長。在轉換期間，在一小體積中產生大量的熱量，其導致一溫度上升。
在一實施例中，吾人建議包括一雷射二極體及一磷光體材料之一照明裝置(舉例而言，亦參見圖1a)。磷光體材料吸收雷射光且發射經轉換雷射光。
窄帶發射器可被一反射散熱器77(圖1c)部分圍封。在另一組態中，吾人建議在反射模式(圖1d)中使用轉換器200。在另一實施例中，吾人建議使用激勵相同轉換器200(或發光元件)之多個雷射(如固態光源10)。
光源在原則上可為任何類型之點光源，但在一實施例中係一固 態光源，諸如一發光二極體(LED)、一雷射二極體、複數個LED或雷射二極體或OLED或LED或雷射二極體之一陣列或此等任意者之一組合。
此外，照明裝置可包含與一波導分離及/或整合於一波導中之進一步光學元件，如一聚光元件，諸如一復合拋物線聚光元件(CPC)。
圖1e示意性地描繪照明裝置及/或一照明設備之若干進一步態樣。尤其，此示意圖展示包括複數個該等照明單元70(1)、70(2)、...之照明裝置100之一實施例，其中各照明單元70(1)、70(2)、...經組態以提供一對應發光材料光21(1)、21(2)、...。照明裝置光101包括該發光材料光21(1)、21(2)、...之一或多者。注意，光源可相同或可不同。同樣地，發光材料可相同或不同。指示「...」指示視情況可使用更多個此等品項(諸如70(1)、70(2)、70(3)等等)。此外，如在上文指示，各照明單元可包括一光源10及輻射耦合至該光源10之一發光材料20。
此外，此圖式亦示意性地描繪包括如在本文中定義之照明裝置100(此處藉由實例為包括至少兩個照明單元70之一照明裝置100)之一照明設備1000之一實施例。此外，藉由實例，照明設備1000包括一或多個進一步照明裝置1100。此一或多個進一步照明裝置1100經組態以產生進一步照明裝置光1101。照明裝置100及一或多個進一步照明裝置1100在一實施例中經組態以提供一白色照明設備光1001。
包括如在本文中定義之一光發射裝置之一燈、一照明器具及一照明系統可用於以下應用之一或多者中：汽車照明、光纖照明、警示照明系統。在又另一實施例中，吾人建議在一燈、一照明器具或照明系統中使用照明裝置。在又另一實施例中，吾人建議在諸如一頭燈之一車燈中使用照明裝置。
可使用諸如量子點(QD)或包括石榴石之鈰之材料。
用於產生白色LED之最常見磷光體之一者係Ce：YAG(i.e.Y3Al5O12：Ce3+)。此一磷光體可用於分別在圖1c及圖1d中展示之透射或反射模式中。在此實例中，假定75%之藍光被Ce：YAG轉換且除所謂斯托克斯位移損失以外不存在其他損失。然而，依據溫度之穿過具有一Ce活化劑之此一磷光體陶瓷之透射率係溫度相關的，如在圖2a中展示。此圖展示透射隨著一增大溫度而展示一增大。當此一板被(例如)一雷射源照明時，吾人可藉由將藍光部分吸收且轉換為黃光而產生白光。然而，隨著溫度改變，藍色對黃色之比將改變，從而更改總光之色點。可見，依據430nm處之溫度，與其他波長相反，幾乎不存在吸收相關性(圖2b)。
在兩個溫度(60℃及250℃)下針對各種激發波長量測照明裝置光之色點。觀察照明裝置光之色座標中之一位移(大約至少|△x|=0.05及/或|△y|=0.05)，惟將430nm用作光源光之峰值波長之一者除外。吾人因此建議使光源(諸如一雷射)之發射峰與磷光體之吸收波長匹配，其中磷光體之吸收率幾乎不展示溫度相關性(根據圖2a，在此磷光體情況中，其為約430nm及約490nm)，以便獲得一溫度非相關色點白色光源。
亦量測其他類型之石榴石，諸如LuAG 2% Ce(IP：421nm及478nm)、(Y,Gd)AG 0.2% Ce 10% Gd(IP：425nm及498nm)、YAG 2% Ce(IP：430nm及493nm)、YAG 0.4% Ce(IP：429nm及490nm)。一般言之，所有此等石榴石呈現為提供一穩定色點，其中在高達200℃至300℃之範圍中之一溫度下色點中實質上不具有變化。此處，「IP」指示等吸收點且波長指示在實驗中找到兩個各自等吸收點之波長。
熟習此項技術者將理解本文中(諸如在「實質上全部光」中或在「實質上構成」中)之術語「實質上」。術語「實質上」亦可包含具有「整個」、「完全」、「所有」等等之實施例。因此，在實施例中，形容 詞實質上亦可被刪除。在適用之情況下，術語「實質上」亦可係關於90%或更高，諸如95%或更高，特別地為99%或更高，甚至更特別地為99.5%或更高，包含100%。術語「包括」亦包含實施例，其中術語「包括」意謂「由......構成」。術語「及/或」尤其係關於「及/或」之前及之後提及之品項之一或多者。舉例而言，一片語「品項1及/或品項2」及類似片語可係關於品項1及品項2之一或多者。術語「包括」在一實施例中可係指「由......構成」但在另一實施例中亦可係指「至少含有所定義之物種且視情況含有一或多個其他物種」。
此外，描述中及申請專利範圍中之術語第一、第二、第三及類似物用於區分類似元件且不一定用於描述一循序或時序順序。應理解，如此使用之術語在適當情形下係可互換的，且在本文中描述之本發明之實施例能夠以不同於本文中描述或繪示之順序之順序操作。
尤其在操作中描述本文之器件。熟習此項技術者將瞭解，本發明不限於操作方法或操作中之器件。
應注意，上述實施例繪示而非限制本發明，且熟習此項技術者將能夠在不脫離隨附申請專利範圍之範疇之情況下設計許多替代實施例。在申請專利範圍中，放置於括號之間的任何元件符號不應被解釋為限制申請專利範圍。動詞「包括」及其變化形式之使用並不排除不同於在一請求項中陳述之元件或步驟之元件或步驟之存在。在一元件之前的冠詞「一」或「一個」並不排除複數個此等元件之存在。可藉由包括若干不同元件之硬體及藉由一經適當程式化之電腦實施本發明。在列舉若干構件之裝置請求項中，若干此等構件可藉由硬體之同一品項加以體現。在互異之附屬請求項中敘述特定措施之純粹事實並不指示此等措施之一組合無法有利地使用。
本發明進一步適用於包括在描述中描述及/或在隨附圖式中展示之特徵化特徵部之一或多者之一器件。本發明進一步係關於包括在描 述中描述及/或在隨附圖式中展示之特徵化特徵部之一或多者之一方法或程序。
在此專利中論述之各種態樣可經組合以便提供額外優點。此外，一些特徵可形成一或多個分案申請案之基礎。
11‧‧‧光源光
21‧‧‧發光材料光

Claims (14)

  1. 一種照明裝置(100)，其包括一照明單元(70)，其中該照明單元(70)包括：(i)一光源(10)，其經組態以產生光源光(11)；及(ii)一發光材料(20)，其經組態以將該光源光(11)之至少部分轉換為發光材料光(21)，其中該照明裝置(100)經組態以產生包括該發光材料光(21)之至少部分之照明裝置光(101)，其中該發光材料(20)經組態以在藉由該光源光(11)在該發光材料(20)之一激發帶(EX)中激發之後提供該發光材料光(21)，其中該光源(10)經組態以提供具有等於或小於30nm之一半高寬值(FWHM)之該光源光(11)，且其中該光源(10)經組態以在該激發帶(EX)之一等吸收點(IP)中激發該發光材料(20)。
  2. 如請求項1之照明裝置(100)，其中該發光材料(20)包括在可見光譜之藍色波長範圍中之一等吸收點(IP)。
  3. 如請求項1或2之照明裝置(100)，其中該光源(10)經組態以產生藍色光源光(11)。
  4. 如請求項1或2之照明裝置(100)，其中該照明裝置(100)包括包含該發光材料(20)之一轉換器(200)，其中該轉換器(200)包括一轉換器表面(201)，其中該光源(10)包括一光射出表面(12)，且其中該轉換器表面(201)經組態以不與該光射出表面(12)實體接觸。
  5. 如請求項1或2之照明裝置(100)，其中該光源(10)經組態以提供具有一最大峰值(MX2)之該光源光(11)，其中在該等吸收點(IP)之5nm內選擇該最大峰值(MX2)，其中該光源光(11)具有等於或小於5nm之一半高寬值(FWHM)，其中該照明裝置(100)包括包含該發光材料(20)之一轉換器(200)，其中該轉換器包括一轉換器表面(201)，且其中該光源(10)經組態以使用一功率將該光源光(11)提 供至該轉換器表面(201)，此導致該轉換器(200)之該轉換器表面(201)上之一輻照度係至少1W/cm2。
  6. 如請求項1或2之照明裝置(100)，其中該光源(10)包括一雷射。
  7. 如請求項1或2之照明裝置(100)，其包括發光材料(20)之一光點，其中該光點具有最大1mm2之一面積。
  8. 如請求項1或2之照明裝置(100)，其中該發光材料(20)包括A3B5O12：Ce3+類別之摻雜鈰之一石榴石材料，其中A選自由Y、Gd、Tb及Lu構成之群組，且其中B選自由Al、Ga及Sc構成之群組。
  9. 如請求項1或2之照明裝置(100)，其中該照明裝置光(101)由以下項目構成：(i)該發光材料光(21)之至少部分；或(ii)該發光材料光(21)之至少部分及該光源光(11)之部分。
  10. 如請求項1或2之照明裝置(100)，其中該照明裝置(100)進一步包括複數個該等照明單元(70(1)、70(2)、...)，其中各照明單元(70(1)、70(2)、...)經組態以提供一對應發光材料光(21(1)、21(2)、...)，其中該照明裝置光(101)包括該等發光材料光(21(1)、21(2)、...)之一或多者。
  11. 如請求項1或2之照明裝置(100)，其中該照明裝置(100)經組態以提供對於在50℃至200℃之範圍內之一發光材料溫度具有在|△x|0.03及/或|△y|0.03之範圍內之一色點改變之白色照明裝置光(101)。
  12. 一種包括如請求項1或2之照明裝置(100)之照明設備(1000)。
  13. 如請求項12之照明設備(1000)，其進一步包括一或多個進一步照明裝置(1100)，其中該照明裝置(100)及該一或多個進一步照明裝置(1100)經組態以提供白色照明設備光(1001)。
  14. 一種包括如請求項1或2之照明裝置(100)之車燈。
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