发光装置和具有至少一个这种发光装置的投影器的制作方法

专利名称：发光装置和具有至少一个这种发光装置的投影器的制作方法
发光装置和具有至少一个这种发光装置的投影器提出了一种发光装置。此外，提出了一种具有至少一个这种发光装置的投影器。一个要解决的任务在于提出一种具有高发光密度的发光装置。另一要解决的任务在于提出一种具有至少一个这种发光装置的投影器。根据发光装置的至少一个实施形式，该发光装置包括至少一个光电子半导体芯片。该半导体芯片构建为产生在紫外或可见光谱范围中的电磁辐射。该半导体芯片可以是发光二极管或半导体激光器。根据发光装置的至少一个实施形式，该发光装置具有至少一个半导体激光器，其构建为发射具有在360nm到485nm之间(其中包括边界值)的波长的初级辐射，尤其是在 380nm到460nm之间(其中包括边界值)的波长的初级辐射。换言之，初级辐射通过至少一个半导体激光器来产生。发光装置尤其可以没有发光二极管，使得初级辐射仅仅通过半导体激光器来产生。根据发光装置的至少一个实施形式，该发光装置包含至少一个转换装置。转换装置在初级辐射的辐射方向上设置在半导体激光器之后并且构建为将初级辐射的至少一部分转换成次级辐射。次级辐射具有与初级辐射不同的、优选更大的波长。根据发光装置的至少一个实施形式，由发光装置发射的辐射通过次级辐射或通过次级辐射和初级辐射混合来形成。如果由发光装置发射的辐射是混合辐射，则辐射优选在离开发光装置时已被混合。由发光装置发射的辐射尤其是在辐射的整个射束横截面上是均勻的。换言之，在整个射束横截面上由发光装置发射的辐射的色度坐标与关于整个射束横截面所求的平均值在标准色表中偏差最多0. 05个单位，尤其是偏差最多0. 025个单位。根据发光装置的至少一个实施形式，由发光装置发射的辐射具有最多为50 μ m的光学相干长度。优选地，光学相干长度最大为10 μ m，尤其是最大2.5 μ m。换言之，由发光装置发射的辐射为非相干辐射，其不能干涉。由此，可以避免在将相干辐射例如用于投影目的时会出现的如斑点图案的效应。在发光装置中使用转换装置尤其基于如下构思发光装置的初级辐射由半导体激光器产生，其由此具有比较大的相干长度并且能干涉。通过使用尤其包含多个彼此独立的色心或者发光点的转换装置，产生了非相干的次级辐射。由于多个例如色心彼此去耦合地吸收初级辐射并且时间上错移地并且彼此不相关地发射经转换的辐射(次级辐射)，所以次级辐射尤其是非相干的。在各个例如色心之间的空间上限定的关系在通常情况下也并未给定。因此，由各个例如色心发射的次级辐射相对于由相邻的色心发射的次级辐射并不具有固定的或限定的相位关系。此外，次级辐射与初级辐射相比具有比较大的光谱宽度。由此，同样减小了相干长度。根据发光装置的至少一个实施形式，光学相干长度小于或者等于由发光装置发射的辐射的平均波长的平方与该辐射的光谱带宽之商乘以恒定的因数L ≤ k λ 20/ Δ λL在此表示由发光装置发射的辐射的光学相干长度，λ ^表示由发光装置发射的辐射的平均波长，而△ λ表示辐射的光谱宽度。尤其是，光学相干长度最高为通过上式得到的值的90 %，尤其是最高75 %。通过上面所说明的式子可以根据辐射的带宽和平均波长估计辐射的光学相干长度。因数K是在1的量级的实数，该因数与辐射的光谱包络线有关。换言之，由发光装置发射的辐射可以具有比针对具有相应的光谱宽度的辐射根据上面的式子得到的相干长度更短的相干长度。光学相干长度于是可以尤其比光谱上宽带的光源(该光源例如基于激光器)的相干长度更短。如果发光装置发射的辐射是由初级辐射和次级辐射构成的混合辐射，则辐射在此情况下也具有小的相干长度，因为通过初级辐射和次级辐射的混合破坏了相位关系并且因此破坏了干涉能力。光学相关长度例如可以通过干涉仪来确定。干涉仪例如具有两个干涉仪臂，它们彼此呈现出可变的长度差。如果辐射通过两个臂被导向并且随后叠加，则根据臂的长度差显示出干涉图案。壁长度差的从其开始不再显示干涉图案的长度于是为光学相干长度。在发光装置的至少一个实施形式中，该发光装置包含至少一个半导体激光器，该半导体激光器构建为发射具有在360nm到485nm之间(其中包括边界值)的波长的初级辐射。此外，发光装置包括至少一个转换装置，其设置在半导体激光器之后并且构建为将初级辐射的至少一部分转换为具有不同于初级辐射的更大波长的次级辐射。由发光装置发射的辐射在此情况下显现出最高为5 μ m的光学相干长度。通过发射相干辐射的半导体激光器可以有效地成形初级辐射，尤其是可以将初级辐射会聚。由此，可以实现在转换装置中的初级辐射的高功率密度。与此同时也可以实现次级辐射的高发光密度和次级辐射的近似点状的发射。通过小的光学相干长度，例如可以避免例如在投影由发光装置发射的辐射时的斑点图案。根据发光装置的至少一个实施形式，转换装置没有有机材料或者大体上没有有机材料。例如，转换装置包含基质材料，其由玻璃或者烧结的陶瓷构成。例如发光材料颗粒或发光材料色素嵌入到基质材料中。有机材料通常仅仅能够有条件地耐受光化学损伤，其中该光化学损伤会在尤其是初级辐射的高发光密度的情况下出现。如果转换装置不包括有机材料，则可以实现次级辐射的高发光密度。根据发光装置的至少一个实施形式，所述至少一个转换装置包括至少一种铈或铕掺杂的发光材料。根据发光装置的至少一个实施形式，所述至少一个转换装置包括的色心或者发光点的浓度为至少107 μ m3，优选为至少5*107 μ m3，尤其为IO8/ μ m3。色心或者发光点优选统计分布在转换装置中，使得在彼此相邻的色心或者发光点之间不形成固定的或者规则的、 类似栅格的空间关系，并且彼此独立地发射次级辐射。通过彼此独立地发射的色心或者发光点的如此高的密度，可以实现次级辐射的特别小的光学相干长度。根据发光装置的至少一个实施形式，通过初级辐射在转换装置中激发至少同真空光速与转换装置的衰变时间之积除以相干长度一样多的色心或者发光点，其对应于N ^ (cT)/LL在此表示光学相干长度，c表示真空光速，T表示转换装置的尤其指数的衰变时间并且N表示通过初级辐射激发的色心或发光点的数目。优选地，N大于或等于上式的右侧的十倍，尤其是大于或等于五十倍。
换言之，转换装置的衰变时间越大，则激发色心或发光点越多。例如，N大于106， 尤其是大于108。被激发的色心或者发光点的大数目(相对于衰变时间)可以允许小的相干长度。根据发光装置的至少一个实施形式，次级辐射在从转换装置出射时的发光密度至少局部为至少lkW/cm2。优选地，发光密度超过lOkW/cm2，特别优选为lOOkW/cm2，尤其为 1000kW/cm2。根据发光装置的至少一个实施形式，该发光装置包括导热的第一支承体。所述至少一个转换装置至少间接地、尤其是直接地安置在第一支承体上。优选地，转换装置的材料与第一支承体的材料直接接触。由此，保证了有效的热耦合并且保证了从转换装置经第一支承体的有效热量散发。根据发光装置的至少一个实施形式，第一支承体至少对于次级辐射的一部分透明地或者反射地构建。透明在此意味着次级辐射的至少90%、优选至少95%穿过第一支承体，而未经历散射或者吸收。反射意味着射到第一支承体上的次级辐射的至少90%、优选至少95%在其上被反射。根据发光装置的至少一个实施形式，第一支承体对于初级辐射透明地或者不透射地构建。透明意味着初级辐射的至少90%、优选至少95%穿过第一支承体，而不被吸收或者散射。不透射意味着初级辐射的最多1%。可以穿过第一支承体。根据发光装置的至少一个实施形式，该发光装置包括至少一个准直光学系统。该准直光学系统在初级辐射和/或次级辐射的辐射方向上设置在转换装置之后。通过准直光学系统可以减小和/或调节通过转换产生的次级辐射的发散角。准直光学系统可以是消色差透镜。根据发光装置的至少一个实施形式，次级辐射的发散角在通过准直光学系统之后至少局部最高为10°，优选最高5°，尤其最高为1.5°。次级辐射的小的发散性使得(例如在设置在后的光学元件中)次级辐射的射束引导及其射束成形容易。根据发光装置的至少一个实施形式，至少一个准直光学系统构建为从初级辐射成形平行的射束。平行在此可以表示射束的发散角最高为1°、优选最高为0.5°。这由此能够实现在小的空间区域中产生具有高的发光密度的次级辐射。根据发光装置的至少一个实施形式，该发光装置具有至少一个由初级辐射照射的转换装置的发光斑点。发光斑点在此尤其是转换装置的如下的优选连贯的面初级辐射通过该面侵入转换装置中。根据发光装置的至少一个实施形式，转换装置施加在光入射面上，尤其是在发光斑点的区域中和/或在光出射面上。由此，改善了光从转换装置或者至转换装置中的耦合输出和耦合输入。在光入射面和光出射面上也出现光散射，通过光散射可以减小辐射的相干长度。根据发光装置的至少一个实施形式，所述至少一个发光斑点具有最高0. 5mm2的面积，优选最高0. Imm2的面积。例如，发光斑点的面积间隔地在10 μ m2到10000 μ m2之间(其中包括边界值)，尤其是在100 μ m2到2000 μ m2之间(其中包括边界值)。换言之，次级辐射在点状区域中产生。如果辐射入射面关于转换装置的初级辐射而粗化，则发光斑点的面积应理解为由将实际被初级辐射照明的面投影到垂直于初级辐射的射束轴线的尤其是虚构的平面上而得到的面积。根据发光装置的至少一个实施形式，该发光装置具有至少两个半导体激光器，它们照射同样的发光斑点。换言之，所述至少两个半导体激光器在制造精度和调节精度的范围中照射转换装置的相同部位。通过使用两个半导体激光器来照明相同的发光斑点，可以实现关于次级辐射的特别高的发光密度。如果转换装置是由至少两种不同的发光材料构成的混合物，则照射发光斑点的半导体激光器可以具有初级辐射的不同波长，以便保证次级辐射的特别有效的产生。根据发光装置的至少一个实施形式，该发光装置除了具有第一支承体之外还具有至少一个第二支承体。转换装置分别与支承体至少间接接触，尤其是直接接触。根据发光装置的至少一个实施形式，转换装置处于第一支承体与第二支承体之间。尤其是，转换装置的材料可以分别与第一支承体和第二支承体的材料直接接触。根据发光装置的至少一个实施形式，初级辐射穿过支承体的至少之一。尤其是，初级辐射不仅可以穿过第一支承体而且可以穿过第二支承体。根据发光装置的至少一个实施形式，转换装置施加在第一支承体的主侧上。主侧关于次级辐射反射性地构建或者设置有关于次级辐射反射性地起作用的涂层，使得在主侧上反射次级辐射的至少90%，尤其是至少95%。同样，主侧优选关于初级辐射反射性地构建或设置有反射性的涂层。换言之，并不通过穿过转换装置的透射来进行转换，而是通过在第一支承体上的反射来进行转换。而且，初级辐射和/或次级辐射的射束路径、射束轴线或主辐射方向在第一支承体的主侧上经历方向改变。根据发光装置的至少一个实施形式，该发光装置包括至少三个半导体激光器。这些半导体激光器中的两个照明转换装置的至少两个不同的发光斑点。由发光装置发射的辐射包括红色、绿色和蓝色的光。例如，为此使用半导体激光器中的两个，从初级辐射的蓝色或者紫外光经由转换在不同发光斑点上产生红色和绿色光。蓝色光同样可以经过转换产生或者也可以通过所述三个半导体激光器之一的初级辐射来形成。由发光装置发射的辐射于是例如是由红色、绿色和蓝色的、分别尤其是借助转换产生的光构成的混合物，或是例如次级辐射的红色和绿色光以及次级辐射的蓝色光构成的混合物。在由半导体激光器照明的发光斑点上可以使用彼此不同的转换装置或者转换装置的混合物，使得例如发光斑点之一仅仅发射红色次级辐射而发光斑点的另一个仅仅发射绿色次级辐射。根据发光装置的至少一个实施形式，可以彼此无关地产生红色、绿色和蓝色光。这可以通过如下方式来实现转换装置的发光斑点被不同的半导体激光器照射，并且半导体激光器在其强度方面在时域中能够可变化地设置。于是可以在不同的时刻尤其是彼此独立地设置不同的强度。同样可能的是，在所述至少一个半导体激光器与转换装置之间存在可以调整初级辐射的强度的部件。根据发光装置的至少一个实施形式，红色、绿色和蓝色光共同经过射束路径的至少一部分。换言之，红色、绿色和蓝色光彼此平行地引导，并且至少沿着射束路径的部分段在制造公差的范围内具有相同的射束轴线。优选地，红色、绿色和蓝色光是分别平行的射
束ο根据发光装置的至少一个实施形式，该发光装置包括至少一个调制器，该调制器处于次级辐射的射束路径中，并且构建为通过透射或者反射调节次级辐射的强度。调制器可以是液晶单元、空间光调制器(英语=Spatial Light Modulator，缩写SLM)。同样可能的是，调制器通过至少一个普克尔斯盒(Pockels-Zelle)或克尔盒(Kerr-Zelle)形成。如果调制器起到透射作用，于是根据时间可以调节穿过调制器的次级辐射的强度。如果调制器反射性地起作用，则反射率或者反射方向可以随时间变化。根据发光装置的至少一个实施形式，由发光装置发射的辐射的强度和/或色度坐标能够以至少IOMHz的频率、尤其是至少25MHz的频率调谐。该调谐例如可以通过数字微镜装置(缩写DMD)实现。这样高的调谐率能够实现将发光装置例如使用在投影器中，尤其是使用在所谓的飞点投影器中。根据发光装置的至少一个实施形式，第一支承体机械上可移动地支承并且具有至少两个区域，这些区域设置有彼此不同的转换装置。如果使支承体移动，则初级辐射例如照射不同的区域并且因此照射不同的转换装置。尤其是，第一支承体可以在一个方向上、特别仅仅在垂直于初级辐射的射束轴线的方向上移动，使得例如初级辐射和/或次级辐射的射束路径并未由于第一支承体的移动而出现改变或并未显著改变。由此，于是次级辐射的色度坐标可以通过第一支承体的定位或者移动来确定。根据发光装置的至少一个实施形式，其上施加有转换装置的第一支承体机械上可移动地支承。支承体在垂直于初级辐射的射束轴线的方向上至少有时以至少lcm/s、尤其是至少5cm/s的速度移动。由此，可以限制转换装置的热负载。根据发光装置的至少一个实施形式，第一和/或第二支承体具有至少40W/(mK)、 优选至少120W(mK)、尤其至少300W(mK)的导热系数。例如，第一支承体配置有碳化硅、蓝宝石、钻石或者尤其是透明的陶瓷譬如A1N。根据发光装置的至少一个实施形式，发光装置包括至少一个孔径光阑，其设置在转换装置之后。通过孔径光阑可以防止散射辐射离开发光装置，使得由发光装置发射的辐射在限定的、小的空间区域中被发射，并且在例如设置在发光装置之后的光学元件中能够实现射束成形。根据发光装置的至少一个实施形式，在第一支承体的主面上的、其上安置有转换装置的区域具有如下直径该直径最高对应于发光斑点的平均直径的三倍、尤其最高两倍、 优选最高为发光斑点的平均直径的1. 2倍。根据发光装置的至少一个实施形式，该发光装置具有偏转单元和/或成像单元， 其位于射束路径中或射束路径上。偏转单元可以通过空间光调制器形成。成像单元可以是液晶掩模(Fluessigkristallmaske) ο根据发光装置的至少一个实施形式，转换装置与半导体激光器热去耦。也就是说， 未发生或未明显发生从转换装置到半导体激光器上的热串扰，反之亦然。这能够实现发光装置在强度和色度坐标方面特别稳定的运行。根据发光装置的至少一个实施形式，该发光装置包括可表面安装的壳体，在该壳体中安装有所述至少一个半导体激光器。同样，所述至少一个转换装置可以部分或完全处于壳体中。壳体例如根据出版物US 2007/0091945 Al来构建，其关于在那里所描述的壳体和那里所描述的方法的公开内容通过引用结合于此。壳体同样可以是根据出版物US 2008/0116551 Al的壳体，其关于在那里所描述的部件和在那里所描述的用于这种部件的制造方法的公开内容通过引用结合于此。
根据发光装置的至少一个实施形式，壳体构建为所谓的晶体管单轮廓 (Transistor Single Outline)壳体，缩写为 TO 壳体。根据发光装置的至少一个实施形式，整个发光装置的体积在0. Olmm3到60mm3之间 (其中包括边界值)的范围中，尤其在0.4mm3到Smm3之间(其中包括边界值)的范围中。此外，提出了一种投影器。该投影器包括至少一个根据上述权利要求之一所述的发光装置以及至少一个偏转单元和/或至少一个成像单元。其中可以使用在此所描述的发光装置的一些应用领域例如是显示器或者显示设备的背光照明。此外，在此所描述的发光装置也可以使用在用于投影目的的照明设备中，使用在聚光灯或光辐射器中，或者使用在一般照明中。在下文中参照附图借助实施例更为详细地阐述了在此所描述的发光装置以及在此所描述的投影器。相同的附图标记在此说明了各个附图中的相同的元件。然而在此并未示出合乎比例的关系，更确切地说，为了更好理解为可以夸大地示出各个元件。其中

图1至5示出了在此所描述的带有第一支承体的发光装置的实施例的示意图，图6至8示出了在此所描述的带有第二支承体的发光装置的实施例的示意图，图9示出了在此所描述的带有构建为光学系统的第一支承体的发光装置的实施例的示意图，图10和11示出了在此所描述的带有不同的转换装置的发光装置的实施例的示意图，图12示出了在此所描述的发光装置的实施例的示意图，其中多个半导体激光器照射一个发光斑点，图13至15示出了在此所描述的发光装置的另外的实施例的示意图，图16和17示出了在此所描述的投影器的实施例的示意图，图18和19示出了另外的在此所描述的发光装置的实施例的示意图，并且图20至29示出了在此所描述的带有壳体的发光装置的实施例的示意图。在图1中示出了发光装置1的一个实施例。半导体激光器2发射初级辐射P，通过带单箭头的线象征性地表示。初级辐射P具有在370nm到400nm之间的波长。在初级辐射 P的辐射方向上在半导体激光器2之后设置有转换装置3，其以层的方式施加在第一支承体 4的主侧40上。在垂直于主侧40的方向上，转换装置3的层厚度在大约1 μ m到1000 μ m 之间，优选在3μπι到300μπι之间(其中包括边界值)。转换装置3包括铈和/或铕掺杂的至少一种发光材料。通过转换装置3吸收初级辐射P并且转换成较长波长的次级辐射S。次级辐射S 的主辐射方向通过带双箭头的线象征性地表示。初级辐射P(其为激光辐射)与次级辐射 S相比具有非常大的光学相干长度。通过使用带有多个色心或发光点的转换装置3，强烈地缩短相干长度，并且可以抑制干扰性的效应，例如抑制斑点图案引起的干扰效应。准直光学系统6在辐射方向上以小的间距安置在转换装置3之后。达到准直光学系统6的次级辐射S被成形为近似平行的射束。准直光学系统6可以是所谓的消色差透镜。任选地，在辐射方向上在准直光学系统6之后设置有过滤器15。过滤器15可以是滤色器和/或偏振过滤器。通过过滤器15可以过滤掉确定的光谱成分。尤其是，过滤器15可以关于初级辐射P不透射地构建。在此情况下，由发光装置1发射的辐射R(通过带有实心箭头的线象征性地表示)仅仅是次级辐射S的至少一部分。在根据图2的实施例中，转换装置3仅仅在具有直径D的小的区域41中施加在第一支承体4的主侧40上。具有直径d的发光斑点7通过初级辐射P在转换装置3的朝着半导体激光器2的侧上照射的面积来限定。直径的比例D/d在1的量级中。发光斑点7具有在10 μ m2到10，000 μ m2之间(其中包括边界值)的面积。发光斑点7例如可以借助丝网印刷方法或也可以借助光刻工艺结构化地施加在支承体4上。为了通过初级辐射P实现这种小的发光斑点7，在半导体激光器2与转换装置3之间可以安置有图2中未示出的透
^Ml O根据图3，发光装置1包括孔径光阑12。该孔径光阑12设置在平面地施加到支承体4上的转换装置3的朝着半导体激光器2的主侧上。例如，孔径光阑通过具有金、银、钼、 钯、钛、铬或其他可以关于次级辐射高反射性构建的金属的金属化物来形成。同样，孔径光阑12可以借助例如布拉格反射器形式的介电层序列来形成。在此情况下，孔径光阑12具有如氧化铝、氧化硅、氮化硅、氧化钽、氧化钛、氧化铌和/或氧化钕的层序列。各个层分别优选地具有次级辐射S的波长的四分之一的光学厚度。也可能的是，孔径光阑12的材料起吸收作用并且例如是碳黑。次级辐射S的功率为数十毫瓦到数百毫瓦，但也可以为数瓦。为了散发由于在转换装置3中的转换而得到的热量，支承体4优选借助具有高导热性的材料来形成，例如借助蓝宝石或者碳化硅来形成。同样，支承体4可以借助玻璃或者陶瓷来形成。可以将其他材料添加到支承体4用于提高导热性。在根据图4的实施例中，孔径光阑12设置在转换装置3与支承体4之间。孔径光阑12的材料可以用于在转换装置3与支承体4之间改进粘附。在图5中所示的是，孔径光阑12处于支承体4的背离转换装置3的主侧上。支承体4关于次级辐射S的波长透明地构建并且优选地具有在25 μ m到500 μ m之间(其中包括边界值)的范围中的厚度。在图6中，发光装置1包括第二支承体5。转换装置3处于第一支承体4与第二支承体5之间并且分别与支承体4、5直接接触。此外，发光装置1包括两个保持器16，其预选借助金属形成并且改进了热量从支承体4、5的导出。第一支承体4不仅关于初级辐射P而且关于次级辐射S是透明的。第二支承体5 关于初级辐射P是透明的，并且可以对于次级辐射S起反射作用。通过支承体4、5的这种构型可能的是，由发光装置1发射的辐射R由初级辐射P和次级辐射S的混合物构成。转换装置3可以是通过丝网印刷施加到支承体4上的磷光体层。第二支承体5于是例如粘合到转换装置3上。转换装置3例如包含晶体材料和/或陶瓷材料或由晶体材料和/或陶瓷材料构成，色心统计分布地引入到该材料中。如果转换装置3由晶体材料构建， 则例如从较大的晶体中锯割出薄的小片，其为转换装置3。转换装置3的小片于是可以通过薄的粘合层例如固定在第一支承体4上。粘合剂在此优选地具有高导热性和耐辐射性。可替选地，可能的是，转换装置3通过晶片接合方法安置在支承体4、5上。在此， 薄的二氧化硅层施加到转换装置3的主面上以及施加到支承体4、5的主侧上。通过压力和热量，促进在转换装置3与支承体4、5之间通过二氧化硅层的持久连接。二氧化硅层在图 6中未示出。用于连接第一支承体4和转换装置3的另一可能性是陶瓷的、透明的以及含转换器的层的综合物，它们包括转换装置3。在此情况下，用于透明的层或第一支承体4的初始材料即例如氧化铝粉末铺开为厚层。随后以小的厚度将用于转换装置3的初始材料施加到该层上。通过接着烧结于是可以形成唯一的陶瓷层，使得在此情况下，第一支承体4和转换装置3可以一体式地实施。在根据图7的实施例中，在第一支承体4的主侧40上施加有涂层8，其为布拉格反射器。涂层8关于初级辐射P是透射的，而关于次级辐射S是高反射性的。由发光装置发射的辐射R是由初级辐射P和次级辐射S构成的混合物。为了改进热量从转换装置3的散发，该转换装置又位于第一支承体4与第二支承体5之间。在根据图8的实施例中，第二支承体5具有截锥状凹处，在该凹处中存在转换装置 3。第二支承体5的边缘51关于次级辐射S反射性地构建。例如，第二支承体5实心地借助金属形成。不同于图8中所示，边缘51可以具有抛物面形式，使得通过次级辐射S在边缘51 上的反射可以得到平行的射束。边缘51可以关于射束路径9旋转对称地成形。射束路径 9通过初级辐射P和由发光装置1发射的辐射R的主辐射方向来限定。在图9中示出了一个实施例，其中第一支承体4透镜状地成形。由此，在第一支承体4的背离转换装置3的弯曲的外表面上将次级辐射S朝着光轴和朝着射束路径9地偏转。 为了附加的准直，发光装置1包括构建为凹凸透镜的透镜17。次级辐射S在透镜17和第一支承体4的边界面上的光折射在图9中仅仅示例性地示出。不同于图9中所示，第一支承体4的朝着半导体激光器2的主侧40可以并非是平坦的而是弯曲的。同样可能的是，转换装置3可以位于支承体4中的未示出的凹处中。在根据图10的实施例中，三个不同的转换装置3a_3c通过来自唯一的半导体激光器2的光导体供给初级辐射P，其中三个不同的转换装置分别施加在支承体4上的小的区域中。转换装置3a-3c、支承体4、准直光学系统6和过滤器15a_15c的布置可以类似于譬如根据图2所构建的实施例。转换装置3a_3c构建为用于产生红色、绿色和蓝色的光。过滤器15a_15c构建为分别透射相应转换装置3a_3c发射的次级辐射S的光谱范围。过滤器15a_15c关于初级辐射P是不透射的。由发光装置1发射的辐射R是次级辐射Sa-Sc的混合物。在根据图11的发光装置1的实施例中，该发光装置具有三个半导体激光器2a_2c， 其产生三种不同的初级辐射Pa-Pc。通过三个不同的转换装置3a_3c产生三种次级辐射 Sa-Sc，其具有不同的波长。由发光装置1发射的辐射R是由这三种次级辐射Sa-Sc构成的混合辐射。可能的是，半导体激光器2a_2c在略微不同的波长情况下发射，使得不同的转换装置3a_3c可以被有效地光学泵浦。可替选地，半导体激光器2a_2c可以是相同的半导体激光器，使得简化了半导体激光器2a_2c的激励或供电。在图12中示出了发光装置1，其中四个半导体激光器2通过透镜17耦合到光纤中并且共同照射转换装置3的发光斑点7，以便实现次级辐射S的特别高的发光密度。
根据图13，发光装置1具有调制器11。调制器11例如通过液晶掩模、空间光调制器、克尔盒或普克尔斯盒形成。通过调制器11可以经由反射或者透射尤其是调节初级辐射 P或者次级辐射S的强度。优选地，调制器11可以以至少10MHz、尤其是至少25MHz的频率调谐或反应。根据图13A，在初级辐射P的光路上，调制器11位于半导体激光器2与转换装置之间。根据图13B，调制器11在次级辐射S的光路上安置在准直光学系统6与支承体4之间。在图13C中示出了，调制器11集成到光纤中，光纤构建为将泵浦辐射P从四个半导体激光器2引导至转换装置3。参见图13D，调制器11也可以在光路中处于过滤器15之后，使得可以调制由初级辐射P和次级辐射S构成的混合辐射。在根据图14的实施例中，发光装置1具有三个相同的半导体激光器2a_2c。初级辐射Pa-Pc具有在蓝色光谱范围中的波长。初级辐射Pb、Pc被转换装置3b、3c转换成绿色次级辐射Sb和红色次级辐射Sc。并不进行初级辐射Pa的转换。由发光装置1发射的辐射 R于是为初级辐射Pa和次级辐射Sb、Sc构成的混合物。在图15中示出了发光装置1的一个实施例，其中转换装置3直接施加在半导体激光器2上。这尤其是会导致转换装置3与半导体激光器2热耦合。在图16中示出了投影器10的一个实施例。三个发光装置Ia-Ic发射红色、绿色和蓝色次级辐射Sa-Sc。通过镜18a-18c(其可以构建为二色性的镜并且例如包括多个介电层)，将次级辐射Sa-Sc导向到共同的射束路径9上。在共同的射束路径9中存在调制器 11，通过该调制器可以以高的频率调制由发光装置1发射的辐射R的色度坐标以及次级辐射Sa-Sc的强度。在调制器11之后设置有偏转单元13，其可以借助空间光调制器或者快速移动的镜来形成。通过偏转单元13偏转辐射R(该辐射R为近似平行射束)并且快速地在投影面 19上引导，在该投影面上于是显现图像。根据图16的投影器10于是尤其是所谓的飞点投影器。对于根据图16的视图可替选地，同样可能的是，三个不同的调制器11例如分别处于次级辐射Sa-Sc的光路中。根据图17的投影器10拥有成像单元14，其在共同的射束路径9中设置在调制器 11之后。成像单元14可以具有液晶掩模或数字微镜装置(缩写DMD)。在成像单元14之后设置有透镜17，其将由发光装置1或投影器10发射的辐射R成像到投影面19上。透镜 17也可以是透镜系统。根据图18的发光装置1具有唯一的转换装置3，该转换装置施加在支承体4的小区域41中。在转换装置3之后设置有准直光学系统6。在辐射方向上在准直光学系统6之后存在偏转单元13。该偏转单元13可以是可移动的镜或者也可以是光纤。通过偏转单元 13将次级辐射S划分成次级辐射Sa-Sc。次级辐射Sa-Sc可以分别是白色光或者光谱上被划分的红色、绿色和蓝色的光。在次级辐射Sa-Sc之后分别可选地设置有成像单元14a_14c 和/或过滤器15。由发光装置1发射的辐射R由穿过过滤器15和/或成像单元14a-14c 的次级辐射Sa-Sc组成。在根据图19的实施例中，支承体4可移动地设置。换言之，支承体4可以在垂直于射束路径9的方向上推移和定位，其中在支承体上施加有带有尤其彼此不同的转换装置 3a-3c的三个区域41a_41c。转换装置3a_3c在垂直于主侧40的方向上可以具有不同的厚度。第一支承体4的移动方向通过双箭头来表示。通过第一支承体4在垂直于射束路径9的方向上的推移，可能的是，根据第一支承体4的位置，由初级辐射P照射不同的区域41a-41c并且因此照射不同的转换装置3a_3c。 根据第一支承体的位置于是可以确定由发光装置1发射的辐射R的强度和/或色度坐标。根据图19A，例如产生绿色光，根据图19B例如产生红色光而根据图19C例如产生蓝色光。通过可以可选地安置在准直光学系统6之后的过滤器15，可以进一步限制由发光装置1发射的辐射R的色度坐标。根据图19的发光装置1例如可以使用在激光指示器(Laserpointer)中，其根据第一支承体的位置以不同的颜色发射。在此情况下，第一支承体4例如保持在分别可通过例如第一支承体4的卡入而固定的三个位置中。在发光装置1发射辐射R期间，第一支承体4的位置于是优选并不改变。同样可能的是，第一支承体4比较快速地移动，使得转换装置3a_3c以快速顺序交替地被初级辐射P照射。这例如降低了由于初级辐射P的转换而对转换装置3a-3c产生的热负荷。在第一支承体4快速移动的情况下(例如通过旋转)，发光装置1例如可以使用在投影器中。在此情况下，尤其在半导体激光器2与带有转换装置3a-3c的第一支承体4之间存在图19中未示出的调制器。在根据图20的实施例中，尤其是恰好一个半导体激光器2完全在壳体20中。壳体20可以是可表面安装的壳体，例如可SMT焊接的壳体。壳体20也可以构建为所谓的晶体管单轮廓壳体，缩写为TO壳体。壳体20例如通过焊接或者导电的粘合剂固定在不属于发光装置1的本体21上。随着将壳体20固定在本体21上优选也进行发光装置1的电连接，其中本体尤其是可以构建为冷却体或电路板。半导体激光器2发射具有在平行于本体21的主侧23的方向上比较大的发散角的初级辐射P。初级辐射P通过箭头线象征性地表示。初级辐射P随后通过棱镜22在垂直于主侧23的方向上转向。棱镜22例如通过在朝着半导体激光器2的侧上的全反射或者未示出的反射性涂层起作用。在辐射方向上，在棱镜22之后设置有存在转换装置3，其在第一支承体4上以层的方式施加在朝着半导体激光器2的侧上。第一支承体4优选关于在图20中未示出的次级辐射S是透射的而关于初级辐射P是透射的或者是不可透过的。在其中未施加转换装置3的第一支承体4的区域中存在孔径光阑12的材料。由此保证了仅仅在转换装置3所处的区域中从发光装置1出射辐射。在根据图21的实施例中，在棱镜22与半导体激光器2之间安置有透镜17。通过透镜17可能的是，将初级辐射P会聚到转换装置3中。根据图21，壳体20 —体式地例如通过塑料基本体形成。同样，壳体20可以由多个部分组成。在图22中示出的是，转换装置3可以嵌入在基质材料中。基质材料优选通过与第一支承体4相同的材料形成。尤其是，转换装置和第一支承体4可以由此一体式地实施。例如，转换装置3和第一支承体4的材料可以通过就共同的烧结工艺彼此组合或者连接。
如在图23中可看到的那样，在第一支承体4上双侧地施加有转换装置3a、b。第一支承体4可以是薄的透明的陶瓷板。带有转换装置3a、3b的第一支承体4施加在第二支承体5上。转换装置3a、3b以及第一支承体4可以任选地完全或者部分引入到第二支承体 5的凹处中。转换装置3a、3b可以包含同样的或者不同的发光材料。在根据图24的实施例中，第一支承体24同样例如是陶瓷小片，在第一支承体4的一侧上施加有转换装置3，并且在背离转换装置3和半导体激光器2的侧上层状地施加有过滤器15。任选地，可能的是，第二支承体5具有色素、颗粒或颜料的混合物，使得第二支承体 5可以承担过滤器15的功能。根据图25的发光装置1具有两种不同的转换装置3a、3b。转换装置3a、3b嵌入到第一支承体4的传导热量的基质材料中。由此，实现有效地将热量从转换装置3传导出。 同样可能的是，与图25中所示不同，例如转换装置3b嵌入到基质材料中，第二支承体5由该基质材料形成。在一方面为转换装置3a、3b与第一支承体4而另一方面为棱镜22之间存在涂层 8。该涂层8关于初级辐射P起透射作用而关于图25中未绘制的次级辐射S起反射作用， 使得关于来自发光装置1的次级辐射S的耦合输出效率提高。在图26中描绘了例如根据图20至25的发光装置1的俯视图。壳体20具有圆形的轮廓。在圆形凹处中存在三个半导体激光器2a-2c，其发射初级辐射P。通过棱镜22将初级辐射P导向到转换装置3上并且转换成次级辐射Sa-Sc，次级辐射在垂直于视图平面的方向上离开发装置1。半导体激光器2a_2c可以相同地或者不同地构建。可能的是，半导体激光器2a_2c 直接施加在本体21上并且直接电接触该本体。在根据图27的发光装置1中，半导体激光器2a、2b设置为使得其将初级辐射Pa、 Pb反平行地发射。初级辐射Pa、Pb的转向通过两个棱镜22朝着转换装置3进行。在根据图28的实施例中，转换装置3施加在棱镜22上，其同时形成第一支承体3。 棱镜22的朝着半导体激光器2的侧(在该侧上施加有转换装置3)关于初级辐射P以及关于次级辐射S起反射作用。由此，可以减小转换装置3的层厚度，因为初级辐射P由于在棱镜22上的反射而有效地利用转换装置3的双倍的层厚度。第二支承体5例如关于初级辐射P不透光地实施并且关于次级辐射S透射地实施。优选地，第二支承体5关于次级辐射 S是透明的并且例如设置有抗反射地作用的、在图28中未示出的涂层。在根据图29的实施例中，不仅半导体激光器2以及转换装置3直接施加在第一支承体4上。初级辐射P通过安置在壳体20上的棱镜22朝着转换装置3和第一支承体4转向。由发光装置1发射的辐射R穿过透明的导热的第一支承体4。在第一支承体4的主侧 40上例如施加有电印制导线，用于为半导体激光器2供电。任选地，可以将图29中未示出的孔径光阑安置在支承体4中。在此所描述的本发明并未通过参照实施例的描而受限。更确切地说，本发明包括任意新的特征以及特征的任意组合，尤其包含在权利要求中的特征的任意组合，即使该特征或者组合本身并未明确地在权利要求或者实施例中予以说明。本专利申请要求德国专利申请10 2008 063 634. 7的优选权，其公开内容通过引
用结合于此。
权利要求
1.一种发光装置(1)，具有:-至少一个半导体激光器(2)，其构建为发射波长在360nm到485nm之间的初级辐射 (P)，其中包括边界值，以及-至少一个转换装置(3)，其设置在半导体激光器(2)之后并且构建为将初级辐射(P) 的至少一部分转换为具有与初级辐射(P)不同的更大波长的次级辐射(S)， 其中由发光装置(1)发射的辐射(R)具有最高为50ym的光学相干长度。
2.根据权利要求1所述的发光装置(1)，其中次级辐射(S)的发光密度在从转换装置(3)出射时至少局部为至少lkW/cm2。
3.根据权利要求1或2所述的发光装置(1)，其包括导热的第一支承体(4)，在第一支承体上至少间接地安置转换装置(3)，所述第一支承体对于次级辐射(S)的至少一部分是透明的或者起反射作用，并且所述第一支承体对于初级辐射(P)是透明的或者不能穿透的。
4.根据上述权利要求之一所述的发光装置(1)，其包括设置在转换装置(3)之后的至少一个准直光学系统(6)，其中次级辐射(S)的发散角在通过准直光学系统(6)之后至少局部最高为10°。
5.根据上述权利要求之一所述的发光装置(1)，其中转换装置(3)的被初级辐射(P) 照射的至少一个发光斑点(7)具有最高0. 5mm2的面积。
6.根据上述权利要求之一所述的发光装置(1)，其中至少两个半导体激光器(2)照射相同的发光斑点(7)。
7.根据上述权利要求之一所述的发光装置(1)，其中转换装置(3)处于第一支承体(4) 与第二支承体(5)之间，并且分别至少间接地接触支承体(4，5)，其中初级辐射(P)穿过支承体(4，5)的至少之一。
8.根据上述权利要求之一所述的发光装置(1)，其中转换装置(3)施加在第一支承体(4)的主侧(40)上，所述第一支承体(4)的主侧(40)至少关于次级辐射(S)起反射作用或者设置有反射性涂层(8)，并且其中通过第一支承体(4)将射束路径(9)在其方向上改变。
9.根据上述权利要求之一所述的发光装置(1)，其包括至少三个半导体激光器(2)，其中所述半导体激光器(2)的至少两个照射所述至少一个转换装置(3)的至少两个不同的发光斑点(7)，并且其中由发光装置发射的辐射(R)包括红色、绿色和蓝色光。
10.根据上一权利要求所述的发光装置(1)，其中能够彼此独立地产生红色、绿色和蓝色光并且共同经过所述射束路径(9)的至少一部分。
11.根据上述权利要求之一所述的发光装置(1)，其包括至少一个调制器(11)，所述调制器处于次级辐射(S)的射束路径(9)中，并且构建为通过透射或反射调节次级辐射(S) 的强度。
12.根据上述权利要求之一所述的发光装置(1)，其中由发光装置(1)发射的辐射(R) 的强度和/或色度坐标能够以至少IOMHz的频率调谐。
13.根据上述权利要求之一所述的发光装置(1)，其中第一支承体(4)能够机械移动地支承并且具有设置有彼此不同的转换装置(3)的至少两个区域(41)，使得通过第一支承体 (4)的移动能够确定次级辐射(S)的色度坐标。
14.根据上述权利要求之一所述的发光装置(1)，其中-第一支承体(4)具有至少40W/(mK)的导热性，-至少一个孔径光阑(12)设置在转换装置(3)之后，或者转换装置(3)安置在第一支承体(4)的具有如下直径(D)的区域(41)中该直径最高对应于发光斑点(7)的平均直径 (d)的三倍，以及-偏转单元(13)和/或成像单元(14)处于射束路径(9)中或射束路径(9)上。
15. 一种投影器(10)，具有至少一个根据上述权利要求之一所述的发光装置(1)和至少一个偏转单元(13)和/或至少一个成像单元(14)。
全文摘要
在发光装置(1)的至少一个实施形式中，该发光装置包含至少一个半导体激光器(2)，其构建为发射波长在360nm到485nm之间的初级辐射(P)，其中包括边界值。此外，发光装置(1)包括至少一个转换装置(3)，其设置在半导体激光器(2)之后并且构建为将初级辐射(P)的至少一部分转换为具有与初级辐射(P)不同的更大波长的次级辐射(S)。由发光装置(1)发射的辐射(R)具有最高为50μm的光学相干长度。
文档编号H04N9/31GK102246527SQ200980150254
公开日2011年11月16日 申请日期2009年10月19日 优先权日2008年12月18日
发明者克里斯托夫·艾克勒, 多米尼克·艾泽特, 尤伟·斯特劳斯, 斯蒂芬妮·布鲁宁戈夫, 松克·托茨, 迪米特里·蒂尼, 阿尔弗雷德·莱尔, 鲁道夫·贝林杰 马丁 申请人:奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司