具有增加的效率的发光聚光器制造技术

本发明专利技术提供一种设备(1)，其包括(i)发光聚光器(100)和(ii)固态光源(10)，发光聚光器(100)包括具有辐射输入面(4100)、辐射出射面(4200)、以及由辐射输入面(4100)和相对的面(4500)定义的宽度(W)的波导(4000)，波导(4000)包括以转换器浓度分布在波导(4000)中的辐射转换元件(20)，固态光源(10)被配置成使用固态光源辐射(11)照射波导(4000)的辐射输入面(4100)；其中辐射转换器元件(20)被配置成吸收光源辐射(11)的至少部分并且将其转换成辐射转换器元件辐射(21)，并且其中转换器浓度是在波导(4000)的宽度(W)上吸收光源辐射(11)的98％所需要的浓度的至少三倍高。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及发光聚光器(luminescentconcentrator)。本专利技术还涉及其应用，诸如包括这样的发光聚光器的数字投影仪单元、或者包括这样的发光聚光器的汽车照明单元。
技术介绍
发光聚光器在现有技术中已知。比如美国7982,229描述了其中一种发光设备，其包括发出在≥220nm到≤550nm的波长范围内的光的至少一个LED以及被放置成朝着至少一个LED而没有光学接触的至少一个转换结构，其将来自至少一个LED的光至少部分转换成在≥300nm到≤1000nm的波长范围内的光，其特征在于，至少一个转换结构具有≥1.5并且≤3的折射率以及≥2:1并且≤50000:1的比率A:E，其中A和E如下定义：至少一个转换结构包括至少一个进入表面和至少一个出射表面，其中光可以在至少一个进入表面进入转换结构，光可以在至少一个出射表面离开至少一个转换结构，至少一个进入表面中的每个具有进入表面区域，进入表面区域编号为A1...An，并且至少一个出射表面中的每个具有出射表面区域，出射表面区域编号为E1...En，并且至少一个进入表面区域A中的每个之和为A＝A1+A2...+An，并且至少一个出射表面区域E中的每个之和为E＝E1+E2...+En。US2011/0025951描述了一种光谱转换设备，其包括利用一定浓度的发光材料进行染色的多个离散单元，该浓度大于或等于足以吸收来自光源的基本上所有输入光并且将其转换成期望输出光谱的量；以及布置在离散的单元周围的涂覆材料，其中涂覆材料粘合多个离散的单元以形成矩阵，其中当多个离散的单元被定位在光源上方时，穿过透明的离散单元的输入光没有被转换，并且穿过掺杂的离散单元的输入光被转换成红色和绿色波长，另外，其中发射的输入光以及转换后的红光和绿光对应于期望的输出光谱从而产生一个或多个颜色。还提供了与平面图像显示器一起使用的相关联的方法和相关联的设备。
技术实现思路
可以使用LED结合发光聚光器来创建高亮度的源。能够从发光聚光器耦合出来的光在一些情况下最大值约转换后的光的大约18％。因此，本专利技术一方面在于提供一种包括聚光器的可替换照明设备，其优选地进一步至少部分缓解以上描述的缺陷中的一个或多个。本专利技术一方面在于提供一种包括这样的聚光器的可替换的照明单元，诸如汽车照明单元，其优选地进一步至少部分缓解以上描述的缺陷中的一个或多个。本专利技术的又一方面在于提供一种包括这样的聚光器的可替换应用单元，诸如数字投影仪，其优选地进一步至少部分缓解以上描述的缺陷中的一个或多个。对于这样的发光聚光器，可以使用例如陶瓷材料、单晶或透光聚合物。陶瓷转换器应当极度透明以便高效(光应当尤其保留在全内反射(TIR)直到聚光器的端部，诸如聚光器杆，并且没有不规则地偏转)。这样的聚光器包括发光元件(本文中表示为辐射转换器元件)，其将到来的光转换成转换后的光。从聚光器获取转换后的光，尤其从例如聚光器杆的端面。发光元件将来自源的辐射(诸如UV和/或蓝色)转换成发射(诸如绿色、黄色、橙色或红色)并且因此表示为转换器或“波长转换器”或“辐射转换器”，因为其将来自源的辐射(固态光源辐射)转换成其他辐射(辐射转换器元件辐射)。辐射转换器元件的发射在本文中也表示为辐射转换器元件辐射。辐射转换器元件浓度通常被选择为使得基本上来自光源的所有辐射在来自光源的辐射从辐射输入面到相对的面行进的宽度上被吸收。比如，假定1.2mm宽的陶瓷杆包括Lu3Al5O12:Ce(III)，则Ce浓度在杆中大约为0.175％，其暗示光源的蓝色辐射的大约98％被聚光器杆中的铈离子吸收。将实质上更高的浓度并不认为有助于转换效率(蓝色到绿色)并且可能仅增加成本。它还将颜色点进一步平移到红色。然而，惊讶地发现，当铈浓度实质上增加时，聚光器效率增加。期望效率能够增加大约10到20％。因此，在第一方面，本专利技术提供一种设备(1)，其包括(i)发光聚光器(“聚光器”)和(ii)固态光源，发光聚光器包括具有辐射输入面(“输入面”)、辐射出射面(“出射面”)、以及由辐射输入面和相对的面定义的宽度(W)的波导(或“光导”)，波导包括以转换器浓度(“转换器浓度”)分布在波导中的辐射转换器元件，固态光源被配置成使用固态光源辐射照射波导的辐射输入面；其中辐射转换器元件被配置成吸收光源辐射的至少部分并且将其转换成辐射转换器元件辐射，并且其中转换器浓度被选择为在波导的宽度(W)上吸收98％的光源辐射所需的浓度的至少3倍高，如所附权利要求中进一步限定的。通过这样的照明设备，可以获得实质上更高的聚光器效率。比如，参考其中转换后的光的大约18％从辐射出射面逸出的配置，现在这一值在使用相同的发光聚光器时可以增加至20到24％，但是具有实质上增加的辐射转换器浓度。所使用的辐射转换器元件通常在激发和发射光谱之间具有交叠，导致再吸收。在再吸收之后，生成红移的再发射。这一各项同性发射的仅部分将处于全内反射(TIR)。再吸收因此可以描述为散射过程。不同于散射，再吸收在光被显著地红移的情况下停止。如果辐射转换器浓度很低，则杆的长度方向上的再吸收占主导。原始处于TIR的光有可能由于这一再吸收过程而从TIR逸出。另外，初级发射不处于TIR的光将具有较低的机会被再吸收并且将在到达出射表面之前从杆逸出。然而，当辐射转换器浓度增加时，其他方向上的再吸收也变得很重要，这可能很明显。所产生的不处于TIR锥体的初级光将经历再吸收，给予其第二次机会进入TIR锥体。在长度方向上(参见以下)，再吸收没有显著增加，仅距初级发射的距离减小(杆的纵横比(长度/宽度，长度大于宽度)导致长度方向上的再吸收，即使对于较低的浓度)。因此，在较高转换器浓度的情况下聚光效率可能预料不到地增加。特别地，辐射转换器浓度为在波导的宽度(W)上吸收光源辐射的98％所需要的浓度的至少2倍高，甚至特别地至少3倍高，如特别地选自4到8倍高的范围。在比吸收光源辐射的98％所需要的浓度的3倍低、特别地比2倍低的浓度，或者另一方面，为其大约8倍高的浓度，效果可能较小，或者甚至开始再次减小(在太高的浓度下)。比如，在大约8或更高的倍数下，颜色点变化可能不期望地大，可能发生猝灭，和/或质量效率可能下降。吸收通常遵循Lambert-Beer定律。因此，浓度可以取决于所使用的物种(衰减器的吸收率ε以及材料中的衰减物种的浓度c或者总的(吸收和散射)横截面σ，如现有技术中已知的)、以及光学路径长度(或宽度)。传输和吸收条件可以相对容易地确定。固态光源辐射的辐射最大值的波长被限定。其通常表示为用于商业LED的LED波长。对于辐射转换器元件，这一波长下的吸收系数已知，或者可以确定。确定可以通过提供波导材料中的辐射转换器元件的已知的量来简单地进行，尤其是在具有两个平行的面的本体中，并且确定透射。对于确定吸收率、消光系数和透射，这在本领域中是已知的。透射或光渗透率可以通过向材料提供具有第一强度(I0)的具体波长(这里是固态光源的辐射最大值的波长)的光并且将在透射通过材料之后测量的波长的光的强度(It)与在上述具体波长向材料提供的光的上述第一强度相关联来确定(还参见CRCHandbookofChemistryandPhysics,69thedition,1088-1989的E-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种照明设备(1)，包括：‑发光聚光器(100)，所述发光聚光器(100)包括具有辐射输入面(4100)、辐射出射面(4200)、以及由所述辐射输入面(4100)和相对的面(4500)限定的宽度(W)的波导(4000)，所述波导(4000)包括以辐射转换器浓度分布在所述波导(4000)中的辐射转换器元件(20)，其中所述波导(4000)包括单晶或陶瓷；‑固态光源(10)，被配置成使用固态光源辐射(11)照射所述波导(4000)的所述辐射输入面(4100)；其中所述辐射转换器元件(20)被配置成吸收所述光源辐射(11)的至少部分并且转换成辐射转换器元件辐射(21)，并且其中所述辐射转换器浓度被选择为在所述波导(4000)的宽度(W)上吸收98％的所述光源辐射(11)所需的浓度的至少3倍高。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.05 EP 14171242.21.一种照明设备(1)，包括：-发光聚光器(100)，所述发光聚光器(100)包括具有辐射输入面(4100)、辐射出射面(4200)、以及由所述辐射输入面(4100)和相对的面(4500)限定的宽度(W)的波导(4000)，所述波导(4000)包括以辐射转换器浓度分布在所述波导(4000)中的辐射转换器元件(20)，其中所述波导(4000)包括单晶或陶瓷；-固态光源(10)，被配置成使用固态光源辐射(11)照射所述波导(4000)的所述辐射输入面(4100)；其中所述辐射转换器元件(20)被配置成吸收所述光源辐射(11)的至少部分并且转换成辐射转换器元件辐射(21)，并且其中所述辐射转换器浓度被选择为在所述波导(4000)的宽度(W)上吸收98％的所述光源辐射(11)所需的浓度的至少3倍高。2.根据权利要求1所述的照明设备(1)，其中所述辐射转换器浓度从在所述波导(4000)的宽度(W)上吸收98％的所述光源辐射(11)所需的浓度的4到8倍高的范围内进行选择。3.根据权利要求1或2所述的照明设备(1)，其中所述辐射转换器元件(20)包括在光谱上部分交叠的辐射激发光谱和辐射发射光谱。4.根据权利要求3所述的照明设备(1)，其中所述辐射转换器元件(20)具有发射光谱和激发光谱，其中所述发射光谱的5％到25％与所述激发光谱交叠。5.根据前述权利要求中的任一项所述的照明设备(1)，其中所述辐射输入面(4100)具有辐射输入面区域(A)，其中所述辐射出射面(4200)具有辐射出射面区域(E)，并且其中所述辐射输入面区域(A)为所述辐射出射面区域(E)的至少2倍大，并且其中所述辐射出射面(4200)具有从1到100mm2的范围中选择的辐射出射面区域(E)。6.根据前述权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·P·J·皮特斯，
申请(专利权)人：飞利浦照明控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL