提供红色光谱范围波长转换光的光模块、方法、投影设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明用于借助于转换件产生红色光谱范围中的波长转换的光的光模块，一种具有这种光模块的投影设备，以及一种用于提供红色光谱范围中的波长转换的光的方法。
【背景技术】
[0002]从现有技术已知用于借助转换件、例如发光材料产生波长转换的光的方法和光模块，其中激发光、例如激光二极管的单色光射入到发光材料上并且发光材料发射具有转换了的、通常更大波长的光。在发光材料中已知地出现如下问题，其随着激发光的栗浦功率和栗浦功率密度的增加而降低转换效率。栗浦功率的提高导致平均温度提高并且经由转换效率的温度相关性而导致输出功率的饱和(热淬灭Quenching)。在栗浦功率密度提高的情况下导致输出功率饱和的另一原因是强度淬灭，即由于发光材料的所参与的激活剂状态的相对长的寿命造成发光材料的低栗浦等级的占据密度降低。另一问题还在于，这些效应、如热淬灭和强度淬灭在不同的发光材料中有不同程度的表现。特殊的红色发光材料在栗浦功率提高时具有对转换效率的极其强烈的降低。
[0003]在例如用于投影器的光模块中，其中使用不同的发光材料以产生例如绿色、黄色和红色的光，对红色通道中的栗浦功率的限制导致更小的红色光流，而红色光流限制投影器的总光流或者不利地影响白点。此外，当前的现有技术是使用具有尽可能低的热淬灭的红色发光材料。然而，这种红色发光材料此时具有在橙红色区域中的短的主波长(Dominante Wellenlaenge)，该主波长导致了可定址的色域的大小的降低。在此，光谱组成的主波长或主要波长能够理解为如下波长，在该波长下的窄带单色的激发在人眼中引起与具有相应的主波长的较宽的光分布相同的色彩印象。然而替代地，对于具有较长的主波长的红色通道所提供的LED由于其小的发光密度同样限制了混合投影器中的总光流。
[0004]在LARP应用(激光激活远程荧光)中，将高的光学输入功率集中在转换发光材料上，以便获得用于在设备中的应用的转换光。对于投影应用而言需要提供至少三个原色:蓝色、绿色和红色。蓝色能够简单地通过LED或激发的激光器、尤其激光二极管来提供。绿色/黄色能够借助于根据现有技术的、具有良好效率和可靠性的Ce3+掺杂的石榴石发光材料(例如YAG: Ce或LuAG = Ce)也在高激活能量的情况下转换。然而，用于LARP应用的红色转换发光材料经受多种问题。最常见的和最大多数证明有效的红色转换发光材料是基于氮硅化物的材料，如(Ca，Sr，BahSi5N8: Eu2+或CaAlSiN3: Eu2+。它们全部在高温下且在高的光学能量下经受耐久性问题，例如变暗或褪色。附加地，Eu2+激活的发光材料在高的光学激活能的情况下损失转换效率(效率消失)。
[0005]多种商业可得的系统使用Eu掺杂的氮化物的转换发光材料用于红色转换，例如，欧司朗的LARP投影模块Phaser Pl使用(Ca，Sr)2Si5N8:Eu2+发光材料。发光材料必须针对具体应用和运行温度以及针对所提出的发射波长来优化。发光材料必须在仔细地监控极限的情况下运行。例如其不应当过热，因为发光材料否则就退化。但是，此时也应考虑耐久性问题。运行条件中的小的变化能够灵敏地限制发光材料的使用寿命。
[0006]在这点中，WO2014/019758 Al公开了一种用于提供电磁辐射的设备，设备具有用于产生激发辐射的辐射装置和至少一个用于产生转换辐射的转换元件。转换元件具有至少一种发光材料并且以距辐射装置一定间距设置在激发辐射的辐射路径中。平均粒度大小d50在1至30μηι范围中的粗粒的氮娃化物适合作为发光材料。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的目的是，提供一种发光模块、一种投影设备和一种用于产生红色光谱范围中的波长转换的光的方法，其实现了在栗浦功率和栗浦功率密度高的情况下的效率提尚O
[0008]本发明基于如下认知，通过滤波、尤其通过橙色和/或橙红色发光材料的发射光谱的适当的频谱滤波使发射光谱的主波长朝更大的波长移动，更确切地说，使得长通滤波的橙色发光材料和/或橙红色发光材料的主波长大于或等于未滤波的红色发光材料的主波长。由此，为了产生具有期望的主波长的红色光谱范围中的光，能够使用主波长比要产生的光的主波长更小的、但是具有更高的转换效率的发光材料，以便通过滤波产生具有期望的主波长的光。此外，本发明基于如下认知，在激发功率密度高的情况下，更高的转换效率的优点超过因滤波所引起的光损失进而能够实现光流优势。
[0009]根据本发明的用于提供红色光谱范围中的、具有输出光谱的可预设的第一主波长的波长转换的光的光模块包括:转换件，其设计用于吸收具有吸收光谱的至少一个第一波长的激发辐射并且将其转换成具有发射光谱的至少一个第二波长的光并且发射该光，其中至少一个第二波长大于至少一个第一波长;和激发辐射源，激发辐射源设计用于发射具有吸收光谱之内的光谱份额的激发辐射，其中激发辐射源如下地布置，使得由激发辐射源出射的激发辐射能够至少间接地射入到转换件上。根据本发明，转换件具有发射光谱，其带有红色的光谱份额和带有第二主波长以及带有至少120nm的半值宽度，其中光模块还包括:具有长通特性的频谱滤波器，频谱滤波器具有能预设的极限波长，并且其中频谱滤波器设计用于并且布置成，将具有第二主波长的发射光谱降低到具有能预设的第一主波长的输出光谱上。
[0010]在此，由激发辐射源出射的初级辐射能够至少间接地射入到转换件上并且由转换件发射的光至少部分地并且至少间接地能够射入到频谱滤波器上应理解为:激发辐射源和转换件或转换件和频谱滤波器能够彼此关联地如下地布置，使得激发辐射借助一个或多个光学元件、例如透镜、成像准直仪、非成像准直仪、转向镜、分束器、尤其介电镜、扩散器等能够射入到频谱滤波器上。
[0011]通过应用频谱滤波器可行的是:为了产生红色光谱范围中的光应用转换件，转换件的发射光谱具有以下主波长，其小于要产生的光的输出光谱的期望的、即可预设的第一主波长。因为如今大量常见的红色发射的转换件、尤其氮化物的红色发光材料通常在高的激发功率密度时具有低的转换效率，所以本发明以有利的方式提供如下可行性，应用转换件，其具有极其低的淬灭(Quenching)，尤其在激发功率密度大时具有极其低的淬灭并且具有高的转换效率。这具有很大的优点:即在激发功率密度高的情况下能够引起光流的提高，而尽管因滤波引起了辐射功率损失。例如因此实现了，将橙色发光材料或橙红色发光材料用作为转换件并且通过频谱滤波产生红色光谱范围中的光来代替应用红色发光材料，红色发光材料具有显著更低的转换效率。然而能够不仅应用橙色发光材料或橙红色发光材料，以在产生红光时引起效率提高，也能够应用红色发光材料，红色发光材料的主波长由于频谱滤波而朝更大的、期望的波长移动。在此，与应用在没有频谱滤波的情况下具有期望的主波长的红色发光材料相比，也能够实现效率提高。此外，激发功率密度越大，该效率提高就越强。
[0012]此外，通过应用频谱滤波器可行的是，至少在预设的范围之内任意地选择可预设的第一主波长。因此不固定到与所应用的转换件的相应的发射光谱相对应的主波长上。因此通过本发明可行的是，产生红色光谱范围中的波长转换的光，其在激发功率密度高的情况下具有高的光流，而在此不必在主波长方面进而在色彩方面做出妥协。通过具有至少120nm的半值宽度的宽的发射对于具有输出光谱的可预设的第一主波长的过滤的光得到突出的效率值，因为由此充分地提供红色份额，以便获得期望的第一主波长。优选地，半值宽度在此能够至少为125nm，尤其至少130nm。在此自动地理解为:半值宽度另一方面也不应过大，因为否则可能借助于短通滤波器必须滤除远距离地位于红色范围中的光谱份额以遵守第一主波长。但是也在这由于光谱的人眼灵敏度变化而不起干扰作用的情况下，由此提供不必要的能量放射，能量放射降低效率。因此，也能够遵守半值宽度的适宜的上限，上限最高为200nm、优选最高180nm、尤其最高为160nm。
[0013]本发明公开如下解决方案，其使用橙色发射的、铈掺杂的硅石榴石发光材料
[0014](AE3-x-yLuxCey) (Mg1-zScz) 2 (S i 1-qGeq) 3Ο12
[0015]其中ΑΕ= 0&，3;τ，Β&;χ = 0...2υ = 0...0.6;ζ = 0...1 ;q = 0."l
[0016]作为转换件并使用长通滤波器以滤除光谱的红色侧。关于该解决方案的概览能够在图4中观察到。在使用该类型的硅石榴石的情况下，根据当前的知识状态完全地避免开始描述的问题，而该问题能够从使用Eu掺杂的氮化物的红色发光材料中产生，例如:
[0017]-效率消失，效率消失在入射密度较高的情况下出现:与Ce3+发射相比，Eu2+发射缓慢得多，这例如能够引起饱和效应。
[0018]-热学问题:出现更小的斯托克斯位移进而必须导出少量的能量，能量直接地在发光材料中损失。由此得到较低的热淬灭和更好的耐久性。
[0019]-稳定性问题:氮化物的红色发光材料对于在高辐射功率密度和/或高温时-尤其相对于氧气和湿气引起的退化是灵敏的。然而石榴石发光材料甚至在极端条件下都是稳定的。
[0020]优选地，第二主波长能够位于橙红色光谱范围中，优选为575nm和600nm之间、尤其优选在580nm和595nm之间。转换件例如能够构成为橙红色的石植石发光材料。
[0021]尤其与红色发光材料，如Eu掺杂的氮化物的发光材料相比，这种橙红色的石榴石发光材料尤其在功率密度高的情况下具有极其高的转换效率，从而由于石榴石发光材料的发射光谱的滤波而可引起红光光流的尤其大的提高。此外，另一尤其大的优点是:不仅能够实现效率提高和更大的红色光流，而且石榴石发光材料通常与氮化物的红色发光材料相比显著更加成本低廉。因此通过应用石榴石发光材料为了产生红光也还能够实现成本节约。
[0022]尤其优选的是，转换件构成为具有铈掺杂的硅石榴石发光材料。由此尤其例如相对于铕掺杂得到如下优点:设定激活剂状态的显著更短的使用寿命，进而避免饱和效应。例如，硅石榴石发光材料能够根据下式构成:
[0023]CaLu2-xCexMg2Si30i2 或者 Ca2Lu1-xCexMgScSi30i2
[0024]优选地，其中X小于或等于0.2，尤其X等于0.06或0.03。
[0025]在一个优选的实施方式中，硅石榴石发光材料