包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的發(fā)光設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種發(fā)光設(shè)備。特別地，本發(fā)明涉及一種包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的改進(jìn)的發(fā) 光設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 新穎并且更為節(jié)能的照明設(shè)備的研發(fā)是社會(huì)所面臨的重要的技術(shù)挑戰(zhàn)之一。較之 常規(guī)的照明方案而言更為節(jié)能的常見技術(shù)通?；诎l(fā)光二極管（LED)。高強(qiáng)度光源對(duì)于包 括聚光照明和數(shù)字光投影的很多應(yīng)用來說都是引人關(guān)注的。針對(duì)這些目的，其有可能使用 在高度透明發(fā)光材料中將具有較短波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為具有較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。為了 增加所發(fā)射的光的強(qiáng)度，具有較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光可以接著僅從波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的一個(gè)表面提取。
[0003] 然而，在這種應(yīng)用中重要的是將來自光源的光耦合進(jìn)入通常包括用于提供波長(zhǎng)轉(zhuǎn) 換的透明磷光體的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。更進(jìn)一步，希望將所生成的光保持在發(fā)光層內(nèi)從而避免從 LED光耦合到發(fā)光層的點(diǎn)處的光損失。US7982229描述了一種轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其包括磷光體，所 述磷光體從藍(lán)色LED接收光，將光轉(zhuǎn)換為較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光并且將其引導(dǎo)至出射表面，其中所 產(chǎn)生的亮度可以較高。進(jìn)一步，建議的是在光源和透明發(fā)光材料之間沒有光學(xué)接觸。在這 種配置中，隨著光被轉(zhuǎn)換為較長(zhǎng)波長(zhǎng)，能量在發(fā)光元件內(nèi)部消散。如果產(chǎn)生的熱不從發(fā)光層 傳送走，就會(huì)導(dǎo)致在這種元件內(nèi)部的可觀的溫度增加。利用在光源和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器之間的光 學(xué)接觸可以增進(jìn)冷卻，使得溫度降低，然而光學(xué)接觸也可能會(huì)導(dǎo)致在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器內(nèi)部生成 的光通過光學(xué)接觸損失到周圍介質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 關(guān)于上面所提及的所希望的發(fā)光設(shè)備的屬性，本發(fā)明的總體目的在于通過改善的 發(fā)光設(shè)備實(shí)現(xiàn)發(fā)光設(shè)備的改善的性能。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，這些以及其他的目的通過一種發(fā)光設(shè)備來達(dá)到，其包括 具有光出射表面的光源，配置用于將光從第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換到第二波長(zhǎng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，所述波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器具有光出射表面以及光進(jìn)入表面，散熱器以及與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器相接觸并且與散熱器 熱連接布置的光耦合元件，其中所述光耦合元件被選擇為具有低于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的折射率的 折射率。
[0006] 本發(fā)明基于這樣一種認(rèn)識(shí)，即通過將光耦合元件的折射率定制為低于與其相接觸 的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的折射率，光耦合元件將允許從波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器到散熱器的有效的熱透射同時(shí)降 低由在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和光耦合元件之間的界面處被耦合出的光所導(dǎo)致的損失。因此由光源產(chǎn) 生的大部分的光將從發(fā)光設(shè)備中的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的光出射表面發(fā)射。
[0007] 至于發(fā)光設(shè)備，應(yīng)當(dāng)理解的是該設(shè)備的目的在于提供照明，并且通常為L(zhǎng)ED的光 源為提供該功能的主要組件。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器配置為將光從第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為第二波長(zhǎng)并且將 轉(zhuǎn)換過和未轉(zhuǎn)換過的光引導(dǎo)至光出射表面。應(yīng)當(dāng)注意的是該轉(zhuǎn)換也可以是第一多個(gè)波長(zhǎng) (即，第一光譜）轉(zhuǎn)換為第二多個(gè)波長(zhǎng)（即，第二光譜）。此外，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器典型地提供為包 括磷光體的發(fā)光結(jié)構(gòu)。光耦合元件可以理解為提供波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和散熱器之間的熱耦合，其 將允許波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器將光更有效率地在更長(zhǎng)的時(shí)間段或無限期地進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而不會(huì)有由于過 高的溫度而產(chǎn)生的故障或降低的性能。光耦合元件的折射率將確定在光耦合元件和波長(zhǎng)轉(zhuǎn) 換器之間的界面處針對(duì)給定波長(zhǎng)的被反射的光的部分。相對(duì)于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的折射率選擇較 低的光耦合元件的折射率從而使得沖擊在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和光耦合元件之間的界面上的光的 較大部分被反射，由此實(shí)現(xiàn)較大部分的轉(zhuǎn)換過的光在希望的方向上發(fā)射。同時(shí)，相對(duì)于波長(zhǎng) 轉(zhuǎn)換器來配置光耦合元件的折射率將允許較大部分的光從光耦合元件通過界面透射并且 進(jìn)入波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，其由此將增加在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換的光的部分，因此較大部分的光將通 過光發(fā)射設(shè)備而在希望的方向上進(jìn)行發(fā)射。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光源可以布置為與散熱器相接觸，并且光耦合元件可 以布置在光源的光出射表面和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的光進(jìn)入表面之間并且與其相接觸。
[0009] 散熱器將熱耦合到光源，并且光耦合元件布置在光源和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器之間且與其相 接觸。通過這種布置，光耦合元件將熱從波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器傳送進(jìn)光源，并且光源將熱傳送進(jìn)入散 熱器。整個(gè)發(fā)光設(shè)備于是將保持在基本相似的溫度。進(jìn)一步，布置在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和光源之 間的光耦合元件將來自光源的光引導(dǎo)進(jìn)入波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，其將使得更大部分的光進(jìn)入波長(zhǎng)轉(zhuǎn) 換器。
[0010] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光耦合元件可以夾在散熱器和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器之間，并且 光源可以布置為距離波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的光進(jìn)入表面一定距離處。
[0011] 將光耦合元件夾在，也即布置在散熱器和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器之間并與其相接觸將使得光 耦合元件將熱從波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器傳送進(jìn)入散熱器。布置在一定距離處的光源將與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器熱 解耦。因此由光源產(chǎn)生的熱在使用中基本上不會(huì)影響波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光耦合元件的折射率可以在1.0-1. 7的范圍內(nèi)，優(yōu)選 地在1. 1-1.6的范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選地在1.2-1. 5的范圍內(nèi)，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的折射率可以在 1. 5-2. 0的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在1. 7-1. 9的范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選地為1. 8。光耦合元件的折射 率和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的折射率的任何組合都是可能的，但是優(yōu)選地波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的折射率高于光 親合元件的折射率。
[0013] 上面所給出的針對(duì)折射率的范圍和數(shù)值已經(jīng)被證明具有優(yōu)勢(shì)地提供了在波長(zhǎng)轉(zhuǎn) 換器和光耦合元件的界面處的較大程度的全內(nèi)反射（TIR)。更進(jìn)一步，上面針對(duì)折射率的 范圍和數(shù)值還將提供在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和周圍介質(zhì)（例如，空氣）之間的界面處的較大程度的 TIR〇
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，所述光耦合元件可以具有小于100微米的厚度。
[0015] 小于100微米的厚度將使得大部分的光通過所述光耦合元件從光源耦合進(jìn)入波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。所述光耦合元件還將影響從波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器到光源的熱傳送，小于1〇〇微米的厚度 將具有優(yōu)勢(shì)地允許通過光耦合元件的快速且有效的熱傳送。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述光源的光出射表面可以具有配置用于漫射地反射 光的預(yù)定表面粗糙度Ra。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，散熱器的面對(duì)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的表面可以具有配置用于 漫射地反射光的預(yù)定表面粗糙度心。
[0018] 漫射地反射的表面將沖擊在其上的光在朝著離開該表面的全方向（即，角度）上 進(jìn)行反射。常規(guī)的鏡面（反射）表面以等于入射角度的反射角度對(duì)入射光進(jìn)行反射，其遵 從公知的反射定律。將表面配置為漫射地反射光使得入射在光源的光出射表面或者散熱器 的面朝波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的表面之上的大部分的光獲得使得所述光通過光耦合元件被引導(dǎo)返回 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的角度。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器可以包括單晶體材料以及/或者單片多 晶體材料。單晶體以及/或者單片多晶體材料是光學(xué)各向同性的且還是非雙折射的，這都 是優(yōu)選地被并入波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的效應(yīng)。光學(xué)各向同性的且非雙折射的材料將會(huì)允許在波長(zhǎng)轉(zhuǎn) 換器中的對(duì)光的改善的控制。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器可以包括摻雜Ce的釔鋁柘榴石 (YAG, Y3AL5012)、镥鋁石榴石（LuAG)、LuGaAG 或 LuYAG 的任一個(gè)。YAG、LUAG、LuGaAG 以及 LuYAG能夠具有在優(yōu)選的范圍中的折射率并且還轉(zhuǎn)換光，因此其用于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。
[0021] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述光耦合元件可以包括有機(jī)的或者基于硅酮的油 或膠，或者例如聚四氟乙烯（PTFE)的含氟聚合物。有機(jī)的或者基于硅酮的油或膠以及含氟 聚合物能夠產(chǎn)生在優(yōu)選的范圍內(nèi)的折射率并且還可以傳導(dǎo)熱。
[0022] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器可以具有優(yōu)勢(shì)地進(jìn)行成形從而使得光出射 表面大于與所述光出射表面相對(duì)布置的表面。相應(yīng)地，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器可以具有優(yōu)勢(shì)地被成形 為楔形體或截頭錐體。相對(duì)于相對(duì)的表面增加光出射表面的尺寸允許了較大部分的在相 對(duì)于光出射表面的表面上反射的光通過光出射表面而發(fā)射。進(jìn)一步，通過將波型轉(zhuǎn)換器成 形為楔形體或截頭錐體，可以選擇更大的光出射表面從而使得其他表面將光導(dǎo)向光出射表 面。
[0023] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述發(fā)光設(shè)備可以進(jìn)一步包括至少一個(gè)反射元件，其 布置為面朝與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的光出射表面相對(duì)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)表面并且在與其具 有一定距離處。反射元件將具有優(yōu)勢(shì)地用來將穿過在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和位于不希望的表面處的 周圍介質(zhì)之間的界面的光反射回波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。反射元件會(huì)是鏡子或漫反射體。用于鏡子的 商業(yè)可代替物是可以獲得的，例如Miro silve(ALANOD)而用于漫反射元件的另一個(gè)可代替 物可以是微蜂窩的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（MCPET)。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述至少一個(gè)反射元件可以具有優(yōu)勢(shì)地布置在距離波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器有大于第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)的距離處。將反射元件與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器分離開將確保通 過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和周圍介質(zhì)之間的界面的光的部分被反射回到進(jìn)入波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。此外，將反 射體布置在大于第一波長(zhǎng)或第二波長(zhǎng)的距離處具有將反射體從波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行光學(xué)解耦 合的效果。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述光出射表面以及光進(jìn)入表面在不等于零的角度上 彼此相延伸。換句話說，光出射表面和光進(jìn)入表面在彼此不平行的平面中延伸。以這種方 式，得到一種發(fā)光設(shè)備，利用其將更多的光耦合進(jìn)入波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器并且利用其借助于全內(nèi)反 射（TIR)將最佳地大量的光引導(dǎo)朝向各自的光出射表面。這反過來降低了由于通過光出射 表面之外的其他表面離開還用作光導(dǎo)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器而損失的光的量，并且進(jìn)一步增加了強(qiáng) 度，以及由此在不等于零的角度上彼此延伸的光出射表面和光進(jìn)入表面增加了通過光出射 表面發(fā)射的光的亮度。在一個(gè)實(shí)施例中，所述光出射表面和光進(jìn)入表面彼此相垂直。
[0026] 通過對(duì)所附的權(quán)利要求和接下來的描述進(jìn)行研讀，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征和優(yōu)勢(shì) 將變得明顯。本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到對(duì)本發(fā)明的不同特征可以進(jìn)行合并從而創(chuàng)造與下面 所描述的不同的實(shí)施例，而不會(huì)背離本發(fā)明的范圍。
【附圖說明】
[0027] 現(xiàn)在將參照示出了本發(fā)明實(shí)施例的附圖，對(duì)本發(fā)明的這些以及其他方面進(jìn)行更為 詳細(xì)的描述。
[0028] 圖1示出了包括出射磷光體的發(fā)光設(shè)備的3維透視圖；
[0029] 圖2和圖3分別示出了包括在透射和反射模式下進(jìn)行發(fā)射的磷光體輪的發(fā)光設(shè)備 的兩個(gè)不同的橫截面視圖；
[0030] 圖4不出了在出射表面具有光學(xué)元件的光導(dǎo)的側(cè)視圖；
[0031] 圖5不出了在出射表面具有光匯聚元件的光