具有熱管的光轉換設備和具有光轉換設備的半導體發(fā)光設備的制作方法

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本發(fā)明涉及一種具有熱管的光轉換設備。本發(fā)明還涉及一種半導體發(fā)光設備，其具有至少一個光轉換設備和至少一個半導體光源，其中可由至少一個半導體光源放射的初級光能夠射到至少一個發(fā)光材料體上，使得至少一個發(fā)光材料體將射入其上的初級光至少部分地能夠轉換成次級光。本發(fā)明尤其能夠應用于用于室外和室內照明的照明設備。本發(fā)明尤其能夠應用于車輛照明設備、尤其前燈，并且應用于投影儀、例如銀幕投影儀和電影院投影儀。

背景技術：

用于進行波長轉換的發(fā)光材料能夠將入射的初級光至少部分地轉換或變換成不同波長的次級光。在存在多種發(fā)光材料的情況下，所述發(fā)光材料可以產生波長彼此不同的次級光。次級光的波長可以比初級光的波長更長(所謂的“Down Coversion”(降頻轉換))或更短(所謂的“Up Coversion”(升頻轉換))。例如，可以借助于發(fā)光材料將藍色的初級光轉換成綠色的、黃色的、橙色的或紅色的次級光。在僅部分地進行波長變換或波長轉換時，由發(fā)光材料體放射由次級光和未轉換的初級光構成的混合光，所述混合光能夠用作為有效光。波長轉換產生降低轉換效率的熱量。此外，通過熱量引起次級光的波長移動(所謂的“斯托克斯位移”)。因此尋求將發(fā)光材料保持為冷。

US2011/0280033A1公開一種前燈，所述前燈包括：用于發(fā)射激光束的激光二極管；發(fā)光的部段，用于當其借助由激光二極管發(fā)射的激光束照射時發(fā)光；和冷卻裝置，用于在利用液體的情況下冷卻發(fā)光的設備。借助該布置可行的是：防止發(fā)光部段的溫度提高并且由此提供長壽命的光源，其中所述發(fā)光部段用激發(fā)光照射。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是至少部分地克服現(xiàn)有技術的缺點，并且尤其提供基于熱管冷卻半導體發(fā)光設備的尤其用戶友好的可能性。

所述目的根據獨立權利要求的特征來實現(xiàn)。尤其能夠從從屬權利要求中得出優(yōu)選的實施方式。

所述目的通過一種光轉換設備來實現(xiàn)，其具有回環(huán)式熱管，所述回環(huán)式熱管的蒸發(fā)器具有至少一個光材料體。

該光轉換設備或變換設備具有的優(yōu)點是：通過將發(fā)光材料體集成到回環(huán)式熱管中提供尤其緊湊和簡單構成的可能性，在重量小的情況下實現(xiàn)在長距離之上的可靠的運行。此外，該回環(huán)式熱管能夠運輸具有低溫度差的大量的熱量。這實現(xiàn)在溫度(即在回環(huán)式熱管中引導的工作介質或冷卻劑的蒸發(fā)溫度)幾乎恒定的情況下有效地冷卻至少一個發(fā)光材料體。因此，又在色溫和色坐標實際恒定的情況下實現(xiàn)由發(fā)光材料體有效地產生極其高的光通量和實現(xiàn)長的壽命。該能力尤其有利的是，即，能夠克服重力進行工作?；丨h(huán)式熱管不需要機械移動的部件并且實際上能夠無噪聲地運行。

回環(huán)式熱管(也稱作為“Loop Heat Pipe環(huán)路熱管”，LHP)是連續(xù)回環(huán)或連續(xù)管式的二相熱傳遞系統(tǒng)，在所述回環(huán)或管中工作介質或“冷卻劑”在蒸汽形式的狀態(tài)下還有在液態(tài)狀態(tài)下總是沿相同方向流動。熱量由工作介質通過液態(tài)工作介質的蒸發(fā)在蒸發(fā)器或汽化器處(在此因此在至少一個發(fā)光材料體處)吸收。該熱量取自至少一個發(fā)光材料體，所述發(fā)光材料體因此被冷卻。蒸發(fā)的工作介質在回環(huán)中運輸至液化器或冷凝器，以便在那里再次冷凝出來。通過冷凝出來而液化的工作介質隨后又流動至蒸發(fā)器。該循環(huán)消耗工作介質的蒸發(fā)潛熱或者冷凝潛熱，這允許以少量工作介質和可忽略的溫度落差傳輸相對大的熱量。

發(fā)光材料體能夠將入射到其上的、預設的第一光譜范圍的光(下面在不限制一般性的情況下稱作為“初級光”)至少部分地轉換成預設的第二光譜范圍的光(下面在不限制一般性的情況下稱作為“次級光”)，尤其將第一波長或顏色的初級光(例如藍色光或UV光)轉換成第二波長或顏色的次級光(例如轉換成綠色光、紅色光、橙色光和/或黃色光)。在僅部分地進行波長轉換或波長變換的情況下，由發(fā)光材料體放射由次級光和未轉換的初級光構成的混合光，所述混合光能夠用作為有效光。例如，可以產生由藍色的、未轉換的初級光和黃色的次級光構成的混合光構成的白色有效光。然而，全轉換也是可行的，其中不再存在有效光或僅存在可忽略份額的有效光。轉換度例如與發(fā)光材料體的厚度和/或由變換活性的顆粒的濃度或摻雜相關。

一個設計方案是：至少一個發(fā)光材料體是多孔陶瓷發(fā)光材料體。所述發(fā)光材料體尤其良好地適合于蒸發(fā)貼靠在其上的和/或進入其中的液態(tài)的工作介質。大的內表面引起強和均勻的蒸發(fā)進而也引起發(fā)光材料體的冷卻。此外，所述發(fā)光材料由于其陶瓷特性是機械穩(wěn)定的而且相對于高溫和相對于通常的工作介質是結實的。陶瓷的發(fā)光材料體例如可以用稀土摻雜。

陶瓷的發(fā)光材料體可以具有一種或多種陶瓷發(fā)光材料，例如通過所述陶瓷的發(fā)光材料體以不同的陶瓷的發(fā)光材料粉末組成、例如燒結的方式或者借助不同的摻雜材料摻雜的方式。在存在多種發(fā)光材料的情況下，能夠由初級光產生不同光譜成分的次級光分量，例如綠色、黃色、橙色和/或紅色的次級光。橙色的次級光例如可以用于為有效光提供較暖的色調，例如所謂的“暖白色”。在存在多種發(fā)光材料的情況下，至少一種發(fā)光材料可以適合于：再次對次級光進行波長轉換，例如將綠色的次級光轉換成紅色的次級光。這種由次級光再次波長轉換的光也可以稱作為“三級光”。

替選地，至少一個發(fā)光材料體可以是具有基礎材料或基體材料(例如硅樹脂或環(huán)氧樹脂)的多孔體，在所述多孔體中嵌入發(fā)光材料作為填充材料。特別地，基礎材料或基體材料可以是多孔的。發(fā)光材料例如能夠作為粉末存在。這種發(fā)光材料具有的優(yōu)點是：能夠尤其簡單地也存在多種不同的發(fā)光材料或粉末。

又一設計方案是：至少一個發(fā)光材料體設置在多孔的燈芯(英語“wick”)中或設置在毛細燈芯結構上，尤其引入燈芯中。燈芯或燈芯結構借助于毛細作用將液態(tài)介質引導至至少一個發(fā)光材料體。燈芯尤其借助背離至少一個發(fā)光材料體的或與至少一個發(fā)光材料體間隔開的端部區(qū)域與液態(tài)的工作介質形成接觸。至少一個熱的發(fā)光材料體在工作介質蒸發(fā)時產生抽吸作用或在燈芯中產生負壓，由此拉動液態(tài)的工作介質。該抽吸作用或負壓充分地提供力，借助所述力能夠使工作介質循環(huán)經過回環(huán)，更確切地說甚至能夠克服重力作用。

替選于或除了多孔燈芯之外，可以為光轉換設備使用泵，以便能夠維持在全部空間方向或斜度上在回環(huán)中循環(huán)工作介質。

至少一個發(fā)光材料體可以引入多孔的燈芯中，這實現(xiàn)燈芯和至少一個發(fā)光材料體之間的尤其大面積的過渡。

燈芯可以是陶瓷燈芯，因為所述陶瓷燈芯能夠尤其小孔地構成進而能夠引起尤其強的毛細作用。所述陶瓷燈芯由于其陶瓷性質還是機械穩(wěn)定的并且相對于高溫和相對于大多工作介質是結實的。

發(fā)光材料體可以單獨地制造并且隨后與燈芯連接，例如嵌入其中或裝入其中。對于陶瓷燈芯和至少一個陶瓷的發(fā)光材料體的情況而言，陶瓷的基本材料可以是相同的。于是，燈芯和至少一個發(fā)光材料體可以尤其一體或者由多孔陶瓷的一個件支承。這得到如下優(yōu)點：能夠取消單獨制造的部件的結合。這種一體的多孔陶瓷體例如能夠局部地摻雜(例如用稀土摻雜)，以便實現(xiàn)至少一個發(fā)光材料體或用作為發(fā)光材料體的發(fā)光材料區(qū)域。

另一設計方案是：燈芯是透光的(透明或半透明)。由此，至少一個發(fā)光材料體能夠穿過燈芯借助初級光照射。因此能夠放棄燈芯中的、用于透射初級輻射的透射開口。替選地，燈芯能夠具有到至少一個發(fā)光材料體的一個或多個透射開口或通道。

再一設計方案是：燈芯在其表面的處于至少一個發(fā)光材料體之外的至少一個部分上設計為是反射性的。例如，燈芯能夠在那里具有漫反射或鏡面反射的覆層。由此，能夠進一步提高有效光產量。特別地，因此能夠將由至少一個發(fā)光材料體將放射的光偏轉到否則不使用的方向上，以進行有效光耦合輸出，例如偏轉回到發(fā)光材料體。因此，也能夠提高變換效率。

在反射表面中，能夠存在至少一個局部不反射的區(qū)域，初級光穿過所述區(qū)域能夠射到至少一個發(fā)光材料體上。反射表面可以替選地或附加地對于次級光是反射的并且對于初級光是透射的，例如是二色性層。

另一設計方案是：燈芯在其承載至少一個發(fā)光材料體的區(qū)域處構成為是板形的。由此能夠將一個或多個平面的發(fā)光材料體面齊平地設置在燈芯上。至少一個發(fā)光材料體尤其能夠設置在板形區(qū)域的至少一個扁平側上。

此外，一個設計方案是：至少一個發(fā)光材料體由透光的腔室包圍，所述腔室具有用于工作介質的引導至回環(huán)式熱管的冷凝器的出口。該設計方案能夠尤其緊湊地實現(xiàn)。因此，由至少一個發(fā)光材料體蒸發(fā)的工作介質輸出到腔室中，所述工作介質從所述腔室中僅還能夠穿過出口再次排出。蒸發(fā)的工作介質穿過出口到冷凝器(在那里所述工作介質再次液化)的流動一方面由于由燈芯施加到液態(tài)的工作介質上的吸力并且另一方面通過在腔室中通過蒸發(fā)的工作介質施加的壓力進行。

又一設計方案是：燈芯導入到腔室中。這實現(xiàn)能夠尤其多種形式地設置至少一個發(fā)光材料體的優(yōu)點。

此外，一個設計方案是：腔室具有至少一個透光的窗口。因此，初級光也能夠穿過腔室壁部的不透光的區(qū)域射入到腔室中。

此外，一個設計方案是：腔室具有底部側的接口部件，燈芯引導穿過所述接口部件，接口部件具有出口并且接口部件由透光的覆蓋件拱形覆蓋。這種腔室尤其簡單地構成。特別地，因此能夠將至少一個發(fā)光材料體的向上方或向前方定向到光放射不受接口阻礙地穿引。覆蓋件可以例如由玻璃或塑料制成。所述覆蓋件可以是透明的或半透明的或不透明的。覆蓋件例如可以是球殼形的。覆蓋件可以借助其自由的邊緣安置在底部側的接口部件上并且與其例如粘貼。至少一個發(fā)光材料體尤其處于腔室中。

再一設計方案是：底部側的接口部件由不透光的材料構成，在所述接口部件中嵌入或存在至少一個窗口，并且存在從至少一個窗口到至少一個發(fā)光材料體的視線傳播。由此能夠尤其多樣地選擇底部部件的材料，例如在機械強度方面多樣地選擇。

所述目的也通過一種半導體發(fā)光設備實現(xiàn)，其具有如上描述的至少一個光轉換設備，和至少一個半導體光源，其中能夠由至少一個半導體光源放射的初級光射到至少一個發(fā)光材料體上，使得至少一個發(fā)光材料體能夠將射入其上的初級光至少部分地轉換成次級光。半導體發(fā)光設備能夠類似于光轉換設備構成并且具有相同的優(yōu)點。

特別地，至少一個半導體光源包括至少一個二極管激光器。所述二極管激光器例如能能夠放射藍色光或紫外光。替選地，至少一個半導體光源例如能夠具有至少一個發(fā)光二極管。由光轉換設備放射的有效光作為由初級光和次級光的混合光例如能夠是白光。

至少一個半導體光源尤其與至少一個發(fā)光材料體間隔開地設置，這也已知為所謂的“遠程熒光”設計。如果至少一個半導體光源是激光器，該設計也已知為LARP(“激光激發(fā)遠程熒光粉”)。半導體光源和發(fā)光材料體因此尤其是半導體發(fā)光設備的單獨制造的且彼此間隔開設置的部件。

一個設計方案是：至少一個半導體光源設置在腔室之外，并且初級光從外部(例如穿過底部側的接口部件的至少一個窗口)能夠射到設置在腔室中的至少一個發(fā)光材料體上。由此，能夠尤其簡單地制造光轉換設備并且還關于至少一個半導體光源多樣地進行定位。此外，光轉換設備因此不被由至少一個半導體光源產生的廢熱加載負荷。更確切地說，至少一個半導體光源能夠單獨地冷卻，例如通過熱聯(lián)接到一個冷卻體上和/或通過主動冷卻，例如借助于風扇冷卻。

一個改進形式是：燈芯的板形的區(qū)域在其朝向底部側的接口部件的“下部的”扁平側上構成為是反射性的，并且在其朝向覆蓋件的“上部的”扁平側具有至少一個發(fā)光材料體。因此，提高光產量，而沒有顯著地限制通過至少一個發(fā)光材料體實際上可照明的空間角范圍。替選地或附加地，底部側的接口部件的朝向腔室的面可以構成為是漫反射或鏡面反射的。

又一改進形式是：燈芯的板形的區(qū)域的下部的扁平側具有用于使初級光透射到燈芯中的至少一個透射區(qū)域。由此能夠以簡單的方式實現(xiàn)對發(fā)光材料體進行后側照射。

此外，一個設計方案是：半導體發(fā)光設備是燈。半導體發(fā)光設備還能夠是發(fā)光模塊。此外，半導體發(fā)光設備能夠是發(fā)光體。

又一設計方案是：半導體發(fā)光設備是車輛發(fā)光設備，尤其是用于對車輛周圍照明的車輛發(fā)光設備，例如前燈或前燈的一部分。車輛例如可以是私人汽車、載重車或摩托車。

但是，半導體發(fā)光設備也可以是投影設備或投影設備的一部分。投影設備例如可以是用于家庭或辦公室領域的圖像投影儀。其也可以是電影院投影儀。

附圖說明

本發(fā)明的上述特征、特點和優(yōu)點以及如何實現(xiàn)它們的方式和方法結合實施例的下面的描述在理解方面變得清晰和顯而易見，所述實施例結合附圖來詳細描述。在此，為了概覽，相同的或起相同作用的元件設有相同的附圖標記。

具體實施方式

唯一的附圖示出半導體發(fā)光設備1的側視剖面圖，所述半導體發(fā)光設備具有光轉換設備2和放射藍色初級光的激光二極管3形式的的半導體光源。光轉換設備2具有回環(huán)式熱管4，所述回環(huán)式熱管具有液化氣或冷凝器5、構成為發(fā)光材料體6的蒸發(fā)器、第一回環(huán)部段7和第二回環(huán)部段8。在回環(huán)熱管4中引導工作介質M。更確切地說，在第二回環(huán)部段8中存在蒸汽狀的工作介質M、Md，所述工作介質流動至液化器5。在液化器5中將蒸汽狀的工作介質M、Md液化并且輸出到第一回環(huán)部段7中。處于第一回環(huán)部段7中的液態(tài)的工作介質M、Mf流動至用作為蒸發(fā)器的發(fā)光材料體6，所述發(fā)光材料體蒸發(fā)液態(tài)的工作介質M、Mf。蒸汽狀的工作介質M、Md輸出到第二回環(huán)部段8中。

第一回環(huán)部段7至少在其鄰接于發(fā)光材料體6的部段中具有多孔陶瓷燈芯9，或者構成為這種燈芯9。燈芯9在此是透光的。在發(fā)光材料體6處蒸發(fā)的液態(tài)的工作介質M、Mf通過燈芯9借助于毛細作用拉動。液化器5和/或第一回環(huán)部段7對此可以具有用于液態(tài)的工作介質M、Mf的存儲器(未示出)，例如燈芯9的背離發(fā)光材料體6的端部區(qū)域能夠沉入所述存儲器中。

發(fā)光材料體6在此構成為陶瓷發(fā)光材料，例如通過將單獨制造的發(fā)光材料體6裝入燈芯9中或通過對原始燈芯9的隨后用作為發(fā)光材料體6的區(qū)域摻雜來構成。燈芯9在其具有發(fā)光材料體6的端部區(qū)域10處板形地構成。

燈芯9的具有發(fā)光材料體6的端部部段由透光的腔室11包圍。腔室11借助接口部件12和拱形覆蓋底部側的接口部件12和發(fā)光材料體6的透光的覆蓋件13兩件式地構成。覆蓋件13由透明的或半透明的玻璃構成并且具有半球殼狀的基本形狀。覆蓋件13以其自由邊緣密封地安置在接口部件12上。

接口部件12具有屬于第一回環(huán)部段7的、用于燈芯9的穿引部14和屬于第二回環(huán)部段8的引導至冷凝器5的出口15。

激光二極管3設置在腔室11之外并且朝底部側的接口部件12中的居中的窗口16定向，所述窗口對于初級光P的由激光二極管3發(fā)射的射束是透射的，但是對于蒸汽狀的工作介質Md是不可穿透的或密封的。射入腔室11的內部中的初級光P隨后射到燈芯9的板形的端部區(qū)域10的扁平側17上，所述扁平側除了局部中的透射區(qū)域18之外被漫反射光或鏡面反射光的層19占據。初級光P穿過透射區(qū)域18進入到透光的燈芯9中并且在燈芯9中行進至存在于燈芯9的板形的端部區(qū)域10的另一扁平側20上的發(fā)光材料體6。因此，存在從窗口16到發(fā)光材料體6的視線傳播。

射入發(fā)光材料體6上的藍色的初級光P部分地轉換成黃色的次級光S，使得由發(fā)光材料體6整體上放射藍黃或白色的混合光P、S作為有效光。在反射光的層19上反射沿反向方向放射的混合光P、S，并且向前偏轉，使得所述光也能夠用作為有效光。

因此，整體上在將在激光二極管3激活的情況下由發(fā)光材料體6部分進行波長轉換的混合光P、S作為有效光放射出，這對應于LARP結構。在此，發(fā)光材料體6發(fā)熱，使得其將從燈芯9引入的液態(tài)的工作介質M、Md蒸發(fā)到腔室11的內部中。工作介質M的蒸發(fā)將熱量從發(fā)光材料體6導出，使得冷卻該發(fā)光材料體，尤其冷卻到工作介質M的蒸發(fā)溫度范圍中的非常恒定的溫度上。蒸汽狀的工作介質M、Md由于借助于蒸發(fā)提高的壓力經過第二回環(huán)部段8的出口15引導至冷凝器5，在那里所述工作介質再次液化。液態(tài)的工作介質M、Md通過燈芯9的毛細作用再次拉到固體材料9上。

半導體發(fā)光設備1例如可以是燈、模塊或發(fā)光體或者是其一部分。特別地，由發(fā)光材料體6放射的有效光P、S由耦合輸出光學裝置21(在此表示為透鏡)耦合輸出，例如用于圖像投影或用于對街道或車輛周圍進行照明。

盡管詳細地通過優(yōu)選的實施例詳細闡明和描述本發(fā)明，那么本發(fā)明不通過所公開的實例來限制并且能夠由本領域技術人員從中推導出其他的變型形式，而沒有偏離本發(fā)明的保護范圍。

因此，通常除了激光二極管之外也能夠使用其他的半導體激光器或其他的半導體光源。使用非半導體激光器的激光器也是可行的。因此，本發(fā)明也可以包括具有普遍的、不限制于半導體類型的激光源的光源的發(fā)光設備。

普遍地，能夠將“一”、“一個”等理解為單數(shù)或復數(shù)，尤其就“至少一個”或“一個或多個”而言理解為單數(shù)或復數(shù)，只要這沒有明確地例如通過表述“剛好一個”來排除。

數(shù)量說明也能夠剛好包括所說明的數(shù)量還有通常的公差范圍，只要這沒有明確地被排除。

附圖標記列表

1 半導體發(fā)光設備

2 光轉換設備

3 激光二極管

4 回環(huán)式熱管

5 冷凝器

6 發(fā)光材料體