基于磷光体的照明设备和用于生成光输出的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于磷光体的照明设备，其中磷光体由光源进行光激发从而发射 具有不同波长的光。
【背景技术】
[0002] 基于磷光体的照明设备是已知的。例如，光源发出具有第一波长的光，其用来对发 光的磷光体层进行光激发，其随后生成具有不同（期望望的）波长的光。
[0003] 在这种设备中，固态栗浦激源（例如，激光二极管）可以用作系统的单色光源。这 个光源被用于对吸收栗浦光并且以一个或多个期望的波长重新发射光的转换磷光体进行 栗浦。由磷光体发射的光通常具有较之由栗浦源发射的光而言改进的发光效能。通过改变 单色源和磷光体，可以获得作为这种设备的输出的所发射的波长范围。
[0004] 典型地用于栗浦源中的半导体包括GaAs、InP、GaSb以及GaN。通常使用的磷光体 为石榴石微丸，诸如钇铝石榴石（"YAG")，但是也采用诸如CdSe/CdS或InP以及有机染料的 量子点。
[0005] 磷光体被发现于诸如白光发光二级管（LED)和基于全下转换的设备的应用中。后 者被视为并且被证明为对于产生高色彩纯度的光而言很有前景，尤其是在其中来自非转换 的LED的直接辐射为相对无效率的波长范围内，即在所谓的"黄色带隙"中。典型地，琥珀 色LED使用在汽车应用中或者用于交通信号中并且被认为对于光刻室的照明来说非常有 前景。
[0006] 作为示例，掺杂有Ce3+的钇铝石榴石，Y3Al5012(YAG:Ce)是用于照明应用的重要磷 光体，由于其极好的发光性能、化学耐久性和热稳定性。其具有在460nm左右的吸收峰值而 同时其发射光谱覆盖了 500nm-750nm的范围。
[0007] 通常希望使得磷光体的光吸收为最大化从而生成尽可能多的转换的光。增强 吸收的一个直接方法是增加在YAG晶体中Ce3+的量。然而如果浓度高于阈值（通常为 >5mo1 % )，则YAG:Ce开始展现浓度淬灭，导致降低的量子效率和减少的发射强度。对于固 定的掺杂百分比来说，阻止全吸收的量为从磷光体层逃逸的反射并且透射的栗浦光的量。
[0008] 为了限制在透射通过YAG:Ce微丸之后逃逸的光的量，通常便利的是在其吸收峰 值的波长上来对磷光体进行栗浦并且使用长通过滤波器从而反射并且再循环未吸收的栗 浦光。然而，这就引入了在设备的效率中的自然损耗，已知为量子亏损，其与磷光体的斯托 克斯频移特性相关联。所述量子亏损定义为在激发波长和最大发射波长之间的差。磷光体 的斯托克斯频移特性代表了在磷光体中的吸收和发射波长之间的差（或能量差）（基于介 质的折射率的虚部在此处为最大的波长）。
[0009] 这种量子亏损通常被认为是不可避免的。量子亏损比较重要，是因为其出现在针 对磷光体转换的LED功率效率的公式中，其中其通过激发波长与发射光谱的质心的比率来 被量化。
[0010] 在现有技术的照明设备中，光致发光的强度仅仅由来自栗浦光源的入射光的强度 指示。为了获得栗浦光的有效吸收，磷光体的厚度需要与其吸收长度可比拟。
[0011] 对于通常使用的磷光体，类似钇铝石榴石，材料对栗浦源的充分吸收所需要的厚 度处于数十微米的数量级上。为了最小化这个厚度，在磷光体的吸收系数处于最大并且量 子亏损同样较大的波长处对磷光体进行栗浦。量子亏损代表了对这种设备的效率的限制并 且导致了磷光体的加热。在过热时（磷光体的温度可能超过300°c)，磷光体的效率显著下 降并且导致了额外的功率损失以及失控的进一步加热，其可能损坏照明设备。
[0012] US2004/0150997A1公开了一种具有接收激发光的磷光体层的LED。磷光体层在被 激发光照射时发射可见光。聚合物的多层光学薄膜通过将否则可能被浪费的光反射回到磷 光体层之上来增强LED的效率。
【发明内容】
[0013] 本发明由所附权利要求来限定。
[0014] 根据本发明，提供了一种照明设备，其包括：
[0015] 磷光体层；以及
[0016] 光源布置，其布置用于对磷光体层进行栗浦或光激发，其中所述光源布置被配置 为提供在磷光体层之内相向传播的两个单色光束由此提供在磷光体层之外的光的相消干 涉，
[0017] 其中所述磷光体层具有相对于波长的吸收光谱，其在第一波长处具有峰值吸收， 并且其中所述光源具有大于第一波长的第二波长的峰值输出。
[0018] 这个设备利用了在磷光体层之外的相消干涉，从而允许使用更长波长激发光源。 这就降低了在激发和发射之间的波长差并由此降低了量子亏损的负面效应，从而降低了磷 光体层的加热并且增加了设备的效率。
[0019] 在实施例中，选择磷光体层的材料、磷光体层的厚度以及激发波长来达到光源布 置的输出的全吸收。这就意味着利用磷光体针对相干完美吸收（CPA)而工作。本发明于是 将CPA用于基于磷光体的照明系统。光源布置提供单色光束，但是具有围绕所希望的波长 的狭窄线宽的光束同样可接受。
[0020] 通过采用这个原理，磷光体的厚度可以降低例如多达上百微米而不会减损输出， 甚至对于微弱吸收的磷光体也是如此，由此实现制备更小、较廉价而更有效率的这种类型 的设备。
[0021] 与现有技术设备相比，激发源的波长可以被选择成磷光体吸收不佳所在的波长 处。特别地，所选择的波长为相对于磷光体的最大吸收波长而言为红移的。
[0022] 磷光体层的厚度优选地选择为达到光源布置的输出的完美吸收。本发明于是本质 上来说将相干完美吸收（"CPA"）过程利用在基于磷光体的照明设备中。
[0023] 在第一布置中，光源布置生成同等强度和波长的第一光束和第二光束，并且所述 光源布置配置为引导所述第一光束和第二光束在磷光体层之内相向传播。
[0024] 针对给定的角度和光谱窗口，通过对这两个相向传播的光束的相位差进行调整， 可以在磷光体之外产生相消干涉，而导致入射光基本上由磷光体全部消散。
[0025] 磷光体可以因此制成为基本上将来自光源布置的所有吸收的入射光转换成光致 发光。这就提供了 一种有效的照明设备，其增加了功率效率并且降低了加热。
[0026] 光源布置的配置可以用于引导第一光束和第二光束从磷光体层的相对侧法线地 进入磷光体层。这提供了希望的相向传播。作为代替，可以以与磷光体层成角度地引入光 束。
[0027] 所述设备可以包括定位设备，用于调整相向传播光束中的一个相对于另一个的路 径长度（即，相位）由此控制相向传播光束中的一个的相位。通过操纵入射在磷光体之上 的多个相干光束的相位关系，就有可能控制磷光体所消散的栗浦的光量并且因此控制所生 成的光致发光的量。
[0028] 所述定位设备可以为压电平台或空间光调制器。
[0029] 在可替换的布置中，光源布置生成了单一光束，并且所述设备包括在磷光体层的 与引入单一光束的一侧的相对侧处的分色镜。
[0030] 这个布置提供了在第一磷光体界面处的入射激发光束的反射部分和该光束在分 色镜之上的反射之间的相消干涉。所述分