發光設備的制作方法
本發明涉及發光設備，該發光設備包括光源，其適于在操作中發射具有第一光譜分布的光；和光導，其適于將具有第一光譜分布的光轉換成具有第二光譜分布的光。
背景技術：
高強度光源并且特別是白色高強度光源對于包括聚光燈、頭燈、舞臺照明以及數字光投影的各種應用來說是令人關注的。對于這樣的用途，可能使用所謂的發光集中器，其中在高度透明的發光材料中較短波長的光被轉換為較長波長。這種透明發光材料由LED照明以便在發光材料內產生更長的波長。被轉換的光(其將在發光材料中被波導)從導致強度增益(或換言之，亮度的增加)的表面被提取。
這種光源對于諸如聚光照明和舞臺照明的應用是令人關注的。然而，雖然這種光源可以高效地用于產生綠光、黃光以及橙光，但難以借助于這種光源產生良好混合的白光。
文檔WO2012/056382A1在一個實施例中描述了包括多個波導和兩個光源的照明設備。波導提供有設置在波導中的發光材料。每個波導的發光材料可以相互不同且被配置為將來自光源的光轉換成發光材料發射。
然而，憑借這種發光設備，來自光源和來自發光材料發射的光的混合(即，不同顏色光的混合)低效且不足，此外，增大光學擴展量。
技術實現要素：
本發明的目的是克服這一問題并提供具有提供不同顏色光的高效和徹底混合的備選配置的發光設備，并且憑借該發光設備，可以獲得高質量白光和低光學擴展量。
根據本發明的第一方面，這一目的和其他目的借助于發光設備來實現，發光設備包括：至少一個第一光源，其適于在操作中發射具有第一光譜分布的第一光，第一光譜分布包括在430nm至480nm范圍內的峰值波長；至少一個第二光源，其適于在操作中發射具有第二光譜分布的第二光，第二光譜分布包括在350nm至410nm范圍內的峰值波長；以及光導，其包括至少一個第一光輸入表面、至少一個第二光輸入表面、以及第一光出射表面，至少一個第一光輸入表面和第一光出射表面以相對于彼此的不同于零的角度延伸；光導適于在至少一個第一光輸入表面處接收具有第一光譜分布的第一光，將具有第一光譜分布的第一光的至少一部分轉換成具有第三光譜分布的第三光(第三光譜分布包括在500nm至800nm范圍內的峰值波長)，將具有第三光譜分布的第三光引導到第一光出射表面，并且將具有第三光譜分布的第三光的至少一部分從第一光出射表面耦合出來；光導還適于在至少一個第二光輸入表面處接收具有第二光譜分布的第二光，將具有第二光譜分布的第二光引導到第一光出射表面，并且將具有第二光譜分布的第二光的至少一部分從第一光出射表面耦合出來；發光設備還包括發光元件，發光元件被設置為與第一光出射表面鄰近，發光元件適于將具有第二光譜分布的第二光的至少一部分轉換成具有第四光譜分布的第四光，第四光譜分布包括在430nm至500nm范圍內的峰值波長。
通過提供至少一個第一光源(適于在操作中發射具有第一光譜分布的第一光，第一光譜分布包括在430nm至480nm范圍內的峰值波長)和至少一個第二光源(適于在操作中發射具有第二光譜分布的第二光，第二光譜分布包括在350nm至410nm范圍內的峰值波長)，以及通過提供發光元件(被設置為與光導的第一光出射表面鄰近，且適于將具有第二光譜分布的第二光的至少一部分轉換成具有第四光譜分布的第四光，第四光譜分布包括在430nm至500nm范圍內的峰值波長，其中剩余光/光譜分布將在沒有由發光元件進行轉換的情況下透射)，提供了一種發光設備，憑借該發光設備，獲得不同顏色光的高效且徹底的混合，從而獲得高質量白光和低光學擴展量。
此外，通過提供適于將入耦合光的至少一部分轉換成具有不同光譜分布的轉換光的光導，提供了一種光導，憑借該光導，可以從表面之一提取的特別大量的轉換光將留在光導中，這轉而導致特別高的強度增益。
而且，通過提供相對于第一光輸入表面以不同于零的角度延伸的第一光出射表面，獲得發光設備，憑借該發光設備，更多光耦合到光導中，并且憑借該發光設備，更多光借助于全內反射(TIR)朝向相應光出射表面被引導。這轉而顯著降低通過借助其他表面而非第一光出射表面離開光導而損失的光量，并且由此增大通過第一光出射表面發射的光強度。
在一個實施例中，光導包括至少兩個第一光輸入表面，至少兩個第一光輸入表面中的每一個以相對于第一光出射表面的不同于零的角度延伸，并且光導適于在至少兩個第一光輸入表面中的每一個處接收具有第一光譜分布的第一光，將具有第一光譜分布的第一光的至少一部分轉換成具有第三光譜分布的第三光(第三光譜分布包括在500nm至800nm范圍內的峰值波長)，將具有第三光譜分布的第三光引導到第一光出射表面，并且將具有第三光譜分布的第三光的至少一部分從第一光出射表面耦合出來。
從而提供發光設備，憑借該發光設備，可能用甚至更大數目的第一光源來泵激光導，這轉而提供增大的光輸出增益，并且由此提供增大的強度增益，并且此外提供由發光設備發出的光的特別高的亮度。
在一個實施例中，發光設備還包括耦合元件，該耦合元件設置在第二光輸入表面處，耦合元件適于將具有第二光譜分布的第二光耦合到光導中。
通過提供這種耦合元件，提供發光設備，憑借該發光設備，由至少一個第二光源發出的第二光可以以特別高效的方式且以特別低的耦合損失或可能無耦合損失地被耦合到光導中。
在一個實施例中，發光設備還包括設置在第一光輸入表面處的第一光學元件，第一光學元件適于透射在430nm至480nm波長范圍內的光，并且適于反射具有大于480nm的波長的光。
通過提供這種第一光學元件，提供發光設備，憑借該發光設備，耦合到光導中的第一光被提供有特別良好限定的第一光譜分布。這轉而提供光導中第一光的特別高的轉換度，并且提供發光元件中轉換的第一光(即第三光)的特別高的透射度，并且由此轉而提供由發光設備發出的光的特別良好限定的光譜分布和特別高質量的白光。
在一個實施例中，發光設備還包括設置在第二光輸入表面處的第二光學元件，第二光學元件適于透射在350nm至410nm波長范圍內的光，并且適于反射具有大于430nm的波長的光。
通過提供這種第二光學元件，提供發光設備，憑借該發光設備，耦合到光導中的第二光被提供有特別良好限定的第二光譜分布。這轉而提供光導中第二光的特別高的透射度，并且提供發光元件中第二光的特別高的轉換度，并且由此轉而提供由發光設備發出的光的特別良好限定的光譜分布和特別高質量的白光。
在一個實施例中，至少一個第一光源被設置為與至少一個第一光輸入表面光學接觸。
在一個實施例中，至少一個第二光源被設置為與第二光輸入表面光學接觸。
從而提供發光設備，憑借該發光設備，分別由第一光源和第二光源發出的光可以以特別高效的方式且以特別低的耦合損失或可能無耦合損失地分別在光導的第一光輸入表面和第二光輸入表面處被接收。
在一個實施例中，發光元件在430nm至480nm波長范圍內的最大吸光度是發光元件在350nm至410nm波長范圍內的最大吸光度的10倍、30倍或50倍高。
在其他實施例中，發光元件在350nm至410nm波長范圍內具有多于1、多于1.2或多于1.5的吸光度。
從而在發光元件中轉換特別大量的第二光，并且轉而獲得由發光設備發出的光的特別良好限定的光譜分布。注意的是，通常發光元件在350nm至410nm波長范圍內的吸光度的增大將導致轉換的第二光的增加。
在一個實施例中，光導在350nm至410nm波長范圍內具有小于0.2的吸光度。
在其他實施例中，光導在350nm至410nm波長范圍內具有小于0.15、小于0.1或小于0.01的吸光度。
從而特別大量的第二光在沒有損失的情況下穿過光導透射至發光元件，并且轉而獲得由發光設備發出的光的特別良好限定的光譜分布。注意的是，通常發光元件在350nm至410nm波長范圍內的吸光度越低，透射的第二光的量越大。
在一個實施例中，在反射器和/或反射部件存在于與至少一個第一光源相對的表面上或該表面處時，光導在430nm至480nm波長范圍內具有大于0.5、大于0.7、大于0.8或大于0.9的吸光度。
在其他實施例中，在沒有反射部件存在于與至少一個第一光源相對的側的情況下，光導在430nm至480nm波長范圍內具有大于1、大于1.2或大于1.5的吸光度。
從而在光導中轉換特別大量的第一光，并且轉而獲得由發光設備發出的光的特別良好限定的光譜分布。注意的是，通常光導在430nm至480nm波長范圍內的吸光度的增大將導致轉換的第一光的增加。
在一個實施例中，光導為發光的、光集中的、由石榴石制成的、以及這些的任何組合中的任何一種。
通過提供發光光導，提供具有特別良好且高效的光轉換性質的發光設備。
通過提供光集中光導，提供發出具有特別高亮度的光的發光設備。
通過提供由石榴石或另一透明發光材料制成的光導，提供具有特別良好且高效的光導性質的發光設備。
在一個實施例中，至少一個第一光源為LED、激光二極管或OLED。
在一個實施例中，至少一個第二光源為LED、激光二極管或OLED。
本發明還涉及包括根據本發明的發光設備的燈、燈具或照明系統，燈、燈具和系統用于以下應用中的一個或多個應用中：數字投影、汽車照明、舞臺照明、商店照明、家庭照明、重點照明、聚光照明、劇場照明、光纖照明、顯示系統、警示照明系統、醫療照明應用、顯微鏡照明、用于分析設備的照明、裝飾照明應用。
注意的是，本發明涉及權利要求中所記載的特征的所有可能組合。
附圖說明
現在將參照示出本發明的(多個)實施例的附圖，更詳細地描述本發明的這一方面和其它方面。
圖1示出了包括磷光體輪的發光設備的橫截面圖。
圖2示出了在出射表面處被提供有光學元件的光導的側視圖。
圖3示出了貫穿其長度被成形以便提供經成形的光出射表面的光導的透視圖。
圖4示出了在其長度的一部分上成形以便提供經成形的光出射表面的光導的側視圖。
圖5示出了具有光導和附加光源并且被提供有濾波器和二色性光學元件的照明系統的側視圖。
圖6A和圖6B示出了被提供有設置為鄰近光導的表面的散熱器元件的光導。
圖7示出了具有漸窄出射表面的發光設備的透視圖。
圖8示出了根據本發明的發光設備的第一實施例的透視圖。
圖9示出了根據圖13的發光設備的頂視圖。
圖10示出了圖示了作為由光導引導的光的波長的函數的、根據本發明的發光設備的光導的實施例的吸光度的圖。
圖11示出了根據本發明的發光設備的第二實施例的頂視圖。
圖12示出了根據本發明的發光設備的第三實施例的頂視圖。
圖13示出了根據本發明的發光設備的第四實施例的頂視圖。
圖14示出了根據本發明的發光設備的第五實施例的頂視圖。
如圖所示，層、元件以及區域的尺寸為了說明性目的而被夸大，并且因此被提供為圖示本發明的實施例的一般結構。自始至終，相同的附圖標記指代相同的元件，使得例如根據本發明的發光設備通常表示為1，而通過將01、02、03等添加到一般附圖標記來表示其不同的具體實施例。對于示出了可以被添加到根據本發明的發光設備的實施例中的任何一個實施例的若干特征和元件的圖1至圖7，已經將“00”添加到除了特定于這些圖之一的那些元件之外的所有元件。
具體實施方式
現在將在下文中參照附圖更充分地描述本發明，在附圖中示出了本發明的當前優選實施例。然而，本發明可以以很多不同形式體現并且不應該被解釋為限于本文中闡述的實施例；更確切地說，這些實施例被提供用于徹底性和完整性，并且向技術人員充分傳達本發明的范圍。
以下描述將開始于關于用于根據本發明的發光設備的各種元件和特征的應用、合適的光源以及合適的材料的一般考慮。
于是，將參照圖1至圖7描述可以被添加到根據本發明的發光設備的實施例中的任何一個實施例的若干特征和元件。
最后，將參照圖8至圖14詳細描述根據本發明的發光設備的若干具體實施例。
其是如下面闡述的根據本發明的實施例的一部分的光源適于在操作中發射具有第一光譜分布的光。此光隨后耦合到光導或者波導中。光導或者波導可以將第一光譜分布的光轉換為另一光譜分布，并且將光引導到出射表面。光源原則上可以是任何類型的點光源，但是在實施例中是固態光源，諸如發光二極管(LED)、激光二極管或者有機發光二極管(OLED)、多個LED或者激光二極管或者OLED、或者LED或者激光二極管或者OLED的陣列、或者這些中的任何的組合。在多個LED或者激光二極管或者OLED或者其陣列的情形下，LED或者激光二極管或者OLED原則上可以是兩個或者更多不同顏色(諸如但不限于UV、藍色、綠色、黃色或者紅色)的LED或者激光二極管或者OLED。
根據本發明的實施例中的如下面闡述的光導通常可以是包括在互相垂直的方向上延伸的高度H、寬度W以及長度L的桿狀的或者棒狀的光導，并且在實施例中是透明的、或者透明且發光的。光通常在長度L方向上被引導。高度H在一些實施例中<10mm，在另一些實施例中<5mm，在又一些實施例中<2mm。寬度W在一些實施例中<10mm，在另一些實施例中<5mm，在又一些實施例中<2mm。長度L在一些實施例中大于寬度W和高度H，在另一些實施例中是寬度W的至少2倍或者高度H的至少2倍，在又一些實施例中是寬度W的至少3倍或者高度H的至少3倍。高度H:寬度W的高寬比通常為1:1(對于例如一般光源應用)或者1:2、1:3或者1:4(對于例如諸如頭燈之類的特殊光源應用)或者4:3、16:10、16:9或者256:135(對于例如顯示應用)。光導通常包括未設置在平行平面中的光輸入表面和光出射表面，并且在實施例中光輸入表面垂直于光出射表面。為了實現高亮度、集中的光輸出，光出射表面的面積可以小于光輸入表面的面積。光出射表面可以具有任何形狀，但是在實施例中被成形為正方形、長方形、圓形、卵形、三角形、五邊形或者六邊形。
透明光導在實施例中可以包括其上外延生長多個光源(例如LED)的透明基板。基板在實施例中為單晶基板(諸如例如藍寶石基板)。光源的透明的生長基板在這些實施例中為光集中光導。
通常桿狀的或者棒狀的光導可以具有任何橫截面形狀，但是在實施例中，具有正方形、長方形、圓形、卵形、三角形、五邊形或者六邊形的橫截面形狀。通常，光導是長方體，但是可以被提供有除長方體之外的不同形狀，其中光輸入表面具有一定程度的梯形形狀。通過這樣做，光通量可以進一步增強，這可能對于一些應用有利。
光導還可以是圓柱狀的棒。在實施例中，圓柱狀的棒具有一個沿著棒的縱向方向的平化表面，并且光源可以定位在該表面處以用于由光源發射的光高效率地內耦合到光導中。平化表面還可以用于放置散熱器。圓柱體光導還可以具有例如與彼此相對定位或者垂直于彼此定位的兩個平化表面。在實施例中，平化表面沿著圓柱體棒的縱向方向的一部分延伸。
根據本發明的實施例中的如下面闡述的光導還可以是折疊的、彎曲的和/或在長度方向上成形的，使得光導不是直的、線狀的桿或棒，而是可以包括例如90或者180度彎曲形式的圓角、U形、圓形或者橢圓形形狀、環或者具有多個環的三維螺旋形狀。這提供了緊湊的光導，其總長度(光通常沿著長度被引導)相對大，從而導致相對高的流明輸出，但是同時可以設置到相對小的空間中。例如，光導的發光部分可以是剛性的，而光導的透明部分是柔性的，以便提供沿著光導長度方向的光導成形。光源可以被放置在沿著折疊、彎曲和/或成形的光導的長度的任何地方。
用于根據本發明的實施例的如下面闡述的光導的合適材料是藍寶石、多晶氧化鋁和/或諸如具有n＝1.7的折射率的YAG、LuAG之類的非摻雜透明石榴石。此材料(勝于例如玻璃)的附加優點是，其具有良好的熱傳導性，從而減少局部發熱。其它合適材料包括但不限于玻璃、石英以及透明聚合物。在其它實施例中，光導材料是鉛玻璃。鉛玻璃是玻璃的變種，其中鉛代替典型鉀玻璃中的鈣成分并且以此方式可以增加折射率。普通玻璃具有n＝1.5的折射率，而鉛的添加產生了范圍高達1.7的折射率。
根據本發明的實施例的如下面闡述的光導可以包括用于將光轉換到另一光譜分布的合適發光材料。合適的發光材料包括諸如摻雜YAG、LuAG之類的無機磷光體、有機磷光體、有機發光染料、以及高度適合于如下面闡述的本發明的實施例的目的的量子點。
量子點是半導體材料的小晶體，通常具有僅幾個納米的寬度或者直徑。當被入射光激發時，量子點發射由晶體的尺寸和材料確定的顏色的光。因此通過適配點的尺寸，可以產生特定顏色的光。大多數已知的具有在可見范圍內的發射的量子點是基于具有諸如硫化鎘(CdS)和硫化鋅(ZnS)之類的殼的硒化鎘(CdSe)。還可以使用諸如磷化銦(InP)以及銅銦硫(CuInS2)和/或銀銦硫(AgInS2)之類的無鎘量子點。量子點示出非常窄的發射帶并且因此它們示出飽和顏色。此外，發射顏色可以通過適配量子點的尺寸被容易地調諧。本領域已知的任何類型的量子點可以用于如下面闡述的本發明的實施例中。然而，由于環境安全和關注的原因，可能優選使用無鎘量子點或者至少具有非常低的鎘含量的量子點。
也可以使用有機發光染料。可以設計分子結構，使得光譜峰位置可以被調諧。合適的有機發光染料材料的示例是基于苝衍生物的有機發光材料，例如由BASF以的名稱出售的化合物。合適的化合物的示例包括但不限于Red F305、Orange F240、Yellow F083以及F170。
發光材料還可以是無機磷光體。無機磷光體材料的示例包括但不限于鈰(Ce)摻雜的YAG(Y3Al5O12)或者LuAG(Lu3Al5O12)。Ce摻雜的YAG發射淡黃色的光，而Ce摻雜的LuAG發射淡黃綠色的光。發射紅光的其它無機磷光體材料的示例可以包括但不限于ECAS和BSSN；ECAS是Ca1-xA1SiN3:Eux，其中0<x≤1，在其它實施例中0<x≤0.2；并且BSSN是Ba2-x-zMxSi5-yA1yN8-yOy:Euz，其中M表示Sr或者Ca，0≤x≤1、0<y≤4并且0.0005≤z≤0.05，并且在實施例中0≤x≤0.2。
在如下面闡述的本發明的實施例中，發光材料由從包括以下項的組中選擇的材料制成：(M<I>(1-x-y) M<II>x M<III>y)3(M<IV>(1-z) M<V>z)5O12，其中M<I>從包括Y、Lu或者其混合物的組中選擇，M<II>從包括Gd、La、Yb或者其混合物的組中選擇，M<III>從包括Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu或者其混合物的組中選擇，M<IV>是A1，M<V>從包括Ga、Sc或者其混合物的組中選擇，并且0<x≤1、0<y≤0.1、0<z<1；(M<I>(1-x-y) M<II>x M<III>y)2O3，其中M<I>從包括Y、Lu或者其混合物的組中選擇，M<II>從包括Gd、La、Yb或者其混合物的組中選擇，M<III>從包括Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu、Bi、Sb或者其混合物的組中選擇，并且0<x≤1、0<y≤0.1；(M<I>(1-x-y)M<II>x M<III>y)S(1-z)Se，其中M<I>從包括Ca、Sr、Mg、Ba或者其混合物的組中選擇，M<II>從包括Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr、Sb、Sn或者其混合物的組中選擇，M<III>從包括K、Na、Li、Rb、Zn或者其混合物的組中選擇，并且0<x≤0.01、0<y≤0.05、0≤z<1；(M<I>(1-x-y) M<II>x M<III>y)O，其中M<I>從包括Ca、Sr、Mg、Ba或者其混合物的組中選擇，M<II>從包括Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr或者其混合物的組中選擇，M<III>從包括K、Na、Li、Rb、Zn或者其混合物的組中選擇，并且0<x≤0.1、0<y≤0.1；(M<I>(2-x) M<II>x M<III>2)O7，其中M<I>從包括La、Y、Gd、Lu、Ba、Sr或者其混合物的組中選擇，M<II>從包括Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm或者其混合物的組中選擇，M<III>從包括Hf、Zr、Ti、Ta、Nb或者其混合物的組中選擇，并且0<x≤1；(M<I>(1-x) M<II>x M<III>(1-y) M<IV>y)O3，其中M<I>從包括Ba、Sr、Ca、La、Y、Gd、Lu或者其混合物的組中選擇，M<II>從包括Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm或者其混合物的組中選擇，M<III>從包括Hf、Zr、Ti、Ta、Nb或者其混合物的組中選擇，并且M<IV>從包括Al、Ga、Sc、Si或者其混合物的組中選擇，并且0<x≤0.1、0<y≤0.1；或者其混合物。
其他合適的發光材料為Ce摻雜的釔鋁石榴石(YAG，Y3Al5O12)和镥鋁石榴石(LuAG)。發光光導可以包括在藍顏色范圍內或者綠顏色范圍內或者紅顏色范圍內的中心發射波長。藍顏色范圍被限定在380nm和495nm之間，綠顏色范圍被限定在495nm和590nm之間，并且紅顏色范圍被限定在590nm和800nm之間。
可以用于實施例中的磷光體的選擇連同最大發射波長在下面的表1中給出。
表1
根據本發明的實施例的如下面闡述的光導可以包括具有不同密度的用于將光轉換為另一光譜分布的合適發光材料的區域。在實施例中，透明光導包括彼此鄰近的兩個部分，并且其中的僅一個部分包括發光材料，而另一個部分是透明的或者具有相對低濃度的發光材料。在另一實施例中，光導包括鄰近第二部分的又一第三部分，第三部分包括不同的發光材料或者不同濃度的相同發光材料。不同的部分可以一體形成，從而形成整體式或者一個光導。在實施例中，部分反射元件可以設置在光導的不同部分之間，例如在第一部分和第二部分之間。部分反射元件適于透射具有一個特定波長或者光譜分布的光，并且適于反射具有另一不同特定波長或者光譜分布的光。部分反射元件因此可以是諸如二色性鏡之類的二色性元件。
在另一實施例中(未示出)，發光材料的多個波長轉換區域設置在諸如LED之類的多個光源的上方或者頂部上的透明光導的光輸入表面處。因此，多個波長轉換區域中的每個波長轉換區域的表面區域對應于多個光源中的每個光源的表面區域，使得來自光源的光經由發光材料區域耦合到透明光導中。被轉換的光然后耦合到光導的透明部分中，并且隨后被引導到光導的光出射表面。波長轉換區域可以設置在光輸入表面上或者它們可以形成在光導中。波長轉換區域可以形成設置在光導上或者光導中在光輸入表面處的均勻層的一部分。在兩個相鄰波長轉換區域之間延伸的均勻層的部分可以是透明的，并且可以另外地或者備選地具有與波長轉換區域相同的折射率。不同的波長轉換區域可以包括互相不同的發光材料。光源和發光區域之間的距離可以低于2mm、低于1mm、或者低于0.5mm。
在如下面闡述的根據發明的發光設備的實施例中，耦合結構或者耦合介質可以被提供用于將由光源發射的光高效率地耦合到光導中。耦合結構可以是具有諸如例如形成波形結構的突出和凹部之類特征的折射結構。耦合結構的特征的典型尺寸是5μm到500μm。特征的形狀可以是例如半球形(透鏡)、棱柱形、正弦曲線形或者雜亂無章的(例如噴砂的)。通過選擇適當的形狀，可以調諧耦合到光導中的光的量。折射結構可以通過機械手段制作，諸如通過鐫刻、噴砂等。備選地，折射結構可以通過在諸如例如聚合物或者溶膠凝膠材料之類的適當材料中的復制來制作。備選地，耦合結構可以是衍射結構，其中衍射耦合結構的特征的典型尺寸是0.2μm到2μm。光導內的衍射角θin由光柵方程λ/Λ＝nin·sinθin-nout·sinθout給出，其中λ是LED光的波長，Λ是光柵周期，nin和nout分別是光導內和光導外的折射率，θin和θout分別是光導內的衍射角和光導外的入射角。如果我們為低折射率層和耦合介質假設相同的折射率nout＝1，通過全內反射條件nin sinθin＝nout，我們發現以下條件：λ/Λ＝1-sinθout，即對于法線入射θout＝0，Λ＝λ。通常，不是所有其它角θout都被衍射到光導中。僅如果其折射率nin足夠高，這才會發生。從光柵方程得出對于條件nin≥2，如果Λ＝λ，則所有角都被衍射。還可以使用其它周期和折射率，從而導致更少的光被衍射到光導中。此外，一般透射大量的光(0階)。衍射的光的量依賴于光柵結構的形狀和高度。通過選擇適當的參數，可以調諧耦合到光導中的光的量。這種衍射結構最容易通過復制已經通過例如電子束光刻或者全息術制成的結構來制作。復制可以通過像軟納米壓印光刻那樣的方法完成。耦合介質可以例如是空氣或者另一合適的材料。
圖1示出了包括如下面所闡述的、根據本發明的實施例的光導4015的發光設備1001。圖1中所示的發光設備1001還包括可轉動磷光體輪1600和設置在光導4015與磷光體輪1600之間的耦合元件7700。
發光設備1001進一步包括設置在基體或者基板1500上的多個LED 2100、2200、2300形式的光源。多個LED 2100、2200、2300用于泵激光導4015的轉換部分6110以便產生具有第三光譜分布的光1700，諸如綠光或者藍光。在關于轉動軸1620的轉動方向1610上轉動的磷光體輪1600用于將具有第三光譜分布的光1700轉換為具有第二光譜分布的光1400，諸如紅光和/或綠光。注意，原則上，光1700和光1400的顏色的任何組合是可行的。
如在橫截面側視圖中圖示磷光體輪1600的圖1所示，磷光體輪1600在透明模式下使用，即入射光1700在一側進入磷光體輪1600，透射穿過磷光體輪1600，并且從形成光出射表面4200的其相反側發射。備選地，磷光體輪1600可以在反射模式下使用(未示出)，使得光從與光進入磷光體輪所穿過的表面相同的表面發射。
磷光體輪1600自始至終可以包括僅一個磷光體。備選地，磷光體輪1600還可以包括無任何磷光體的分段，使得光1700的一部分還可以未經轉換而透射。以此方式，繼而可以生成其它顏色。在另一備選方案中，磷光體輪1600還可以包括多個磷光體分段，例如分別發射黃光、綠光以及紅光的磷光體分段，以便創建多顏色光輸出。在又一備選方案中，發光設備1001可以適于通過在磷光體輪1600上采用像素化的磷光體反射器圖案而生成白光。
在一個實施例中，耦合元件7700是適合用于將入射在磷光體輪1600上的光1700準直的光學元件，但是其還可以是耦合介質或者耦合結構，諸如例如上文描述的耦合介質或者耦合結構7700。發光設備1001此外可以包括附加的透鏡和/或準直器。例如，可以定位附加的光學器件以便將由光源2100、2200、2300發射的光和/或由發光設備1001發射的光1400準直。
圖2示出了還包括光學元件8010的、如下面所闡述的、根據本發明的實施例的光導4020，該光學元件設置有與光導4020的光出射表面4200光學連接的光輸入小面8060。光學元件8010由具有高折射率的材料制成(在實施例中為等于或者大于光導4020的折射率的折射率)，并且包括四邊形橫截面和兩個漸窄側面8030和8040。漸窄側面8030和8040自光導4020的光出射表面4200向外傾斜，使得光學元件8010的光出射小面8050具有大于光輸入小面8060和光導4020的光出射表面4200兩者的表面區域。光學元件8010可以備選地具有多于兩個(特別地，四個)漸窄側面。在備選方案中，光學元件8010具有圓形橫截面和一個周向漸窄側面。使用這種設置，光將在傾斜側面8030和8040處被反射，并且如果其射中光出射小面8050則有大的機會逃逸，因為與光輸入小面8060相比光出射小面8050是大的。側面8030和8040的形狀還可以是彎曲的并且被選擇為使得所有光都通過光出射小面8050逃逸。
光學元件還可以與光導4020一體形成，例如通過將光導的一部分成形，使得預定的光學元件形成在光導的端部之一處。光學元件可以例如具有準直器的形狀，或者可以具有梯形橫截面形狀，并且在實施例中梯形形狀的外表面被提供有反射層。因此，可以將所接收的光成形以便包括更大的光斑尺寸，而同時將通過除了光出射表面之外的其它表面的光損失最小化，因此還提高了所發射光的強度。在另一實施例中，光學元件具有透鏡(例如凸透鏡或者凹透鏡或者其組合)陣列的形狀。因此，可以將所接收的光成形以便形成聚焦的光、散焦的光、或者其組合。在透鏡陣列的情形下，還可行的是，所發射的光可以包括兩個或者多個分立光束，每個分立光束由陣列的一個或多個透鏡形成。更一般地，光導因此可以具有不同尺寸的不同成形的部分。因此，提供了如下光導，使用該光導可以將光成形，因為自光出射表面的任何一個或多個光發射方向、從光出射表面發射的光的光束尺寸和光束形狀可以以特別簡單的方式調諧，例如通過更改光出射表面的尺寸和/或形狀。因此，光導的一部分作為光學元件起作用。
光學元件還可以是設置在光導的光出射表面處的光集中元件(未示出)。光集中元件包括四邊形橫截面和兩個向外彎曲的側面，使得光集中元件的光出射表面具有比光導的光出射表面更大的表面區域。光集中元件可以備選地具有不止兩個(特別地，四個)漸窄側面。光集中元件可以是具有拋物面狀的彎曲側面的復合拋物面光集中元件(CPC)。在備選方案中，光集中元件具有圓形橫截面和一個周向漸窄側面。在備選方案中，如果光集中元件的折射率被選擇為低于光導的折射率(但是大于空氣的折射率)，則仍然可以提取可觀的光量。這允許與由具有高折射率的材料制成的光集中元件相比，制造起來容易和便宜的光集中元件。例如，如果光導具有n＝1.8的折射率，并且光集中元件具有n＝1.5的折射率(玻璃)，可以實現光輸出的因子為2的增益。對于具有n＝1.8的折射率的光集中元件而言，增益將會高大約10％。實際上，不是所有光都將被提取，因為在光學元件或者光集中元件和外部介質(一般為空氣)之間的界面處將存在菲涅耳反射。可以通過使用適當的抗反射涂層(即四分之一λ電介質堆疊或者蛾眼結構)減少這些菲涅耳反射。假設作為光出射小面之上的位置的函數的光輸出不均勻，則利用抗反射涂層的覆蓋可以變化(例如通過變化涂層的厚度)。
CPC的興趣特征之一在于保持了光的光學擴展量(＝n2×面積×立體角，其中n是折射率)。CPC的光輸入小面的形狀和尺寸可以適于光導的光出射表面的形狀和尺寸，和/或反之亦然。CPC的一大優勢在于，傳入光分布被變換為最佳地適配于給定應用的可接受光學擴展量的光分布。CPC的光出射小面的形狀根據期望可以例如為長方形或者圓形。例如，對于數字投影儀，將對光束的尺寸(高度和寬度)以及發散度有要求。對應光學擴展量將會在CPC中得到保持。在這一情形下，使用具有所使用的顯示面板的期望高/寬比的長方形的光輸入小面和光出射小面的CPC將是有益的。對于聚光燈應用而言，要求不太嚴格。CPC的光出射小面可以是圓形的，但是還可以具有另一形狀(例如長方形)以照射特定形狀的區域或者照射期望的圖案以將這種圖案投影在屏幕、墻壁、建筑物、基礎設施等上。雖然CPC提供了很多設計上的靈活性，但是其長度可能相當長。一般，可能設計具有相同性能的更短的光學元件。為此目的，表面形狀和/或出射表面可以適于例如具有更彎曲的出射表面以便將光集中。一個附加的優勢在于，CPC可以被用于克服當光導的尺寸受到LED的尺寸限制并且光出射小面的尺寸由后續光學部件確定時可能的高寬比失配。此外，可能放置部分覆蓋CPC的光出射小面的鏡(未示出)，例如使用在其中心附近或者中心處具有“孔洞”的鏡。以這一方式，CPC的出射平面變窄，光的一部分被反射回到CPC和光導中，并且因此光的出射光學擴展量將減少。這將自然地減少從CPC和光導提取的光量。然而，如果這一鏡具有高的反射率，像例如Alanod 4200AG，則光可以有效地被注入回到CPC和光導中，在那里其可以通過TIR再循環。這將不會改變光的角度分布，但是其將更改光在再循環之后會射中CPC出射平面的位置，從而增加光通量。以此方式，通常將被犧牲掉以便減少系統光學擴展量的光的部分可以被重新獲得并且用于增加例如均勻性。如果系統被用于數字投影應用中，則這是極其重要的。通過以不同方式選擇鏡，相同CPC和光導的集可以被用于處理使用不同面板尺寸和高寬比的系統，而不需要犧牲大量的光。以這一方式，一個單個系統可以被用于各種數字投影應用。
通過使用參照圖2描述的以上結構中的任何一個結構，解決了與將光從高折射率光導材料提取到低折射率材料(像空氣)相關(特別是涉及提取效率)的問題。
參照圖3和圖4，將描述用于提供具有特定形狀的光分布的不同可能。圖3示出了光導4040的透視圖，該光導貫穿其長度成形以便提供經成形的光出射表面4200。光導4040可以是適于將具有光譜分布的光轉換為具有另一光譜分布的光的光導。光導4040的貫穿光導4040的長度延伸的部分4501(特別地，鄰近表面4500并且與光輸入表面4100相對)已經被移除，以便提供具有對應于光出射表面4200處的光分布的期望形狀的形狀的光導4040，該形狀貫穿光導4040的整個長度從光出射表面4200延伸到相對的表面4600。
圖4示出了光導4050的側視圖，該光導在其長度的一部分上被成形以便提供經成形的光出射表面4200。光導4050可以是適于將具有光譜分布的光轉換為具有另一光譜分布的光的光導。光導4050的在光導4050的長度的一部分上延伸的部分4501(特別地，鄰近表面4500并且與光輸入表面4100相對)已經被移除，以便提供具有對應于光出射表面4200處的光分布的期望形狀的形狀的光導4050，該形狀在光導4050的長度的鄰近光出射表面4200的部分上延伸。
光導的另一部分或者多于一個部分可以被移除，以便提供光出射表面的其它形狀。以這一方式可以獲得光出射表面的任何可行的形狀。而且，光導可以被部分或者完全劃分為具有不同形狀的幾個部分，使得可以獲得更復雜的形狀。從光導移除的一個或多個部分可以通過例如鋸切、切割等方式移除，接著對移除一個或多個部分之后暴露的表面進行拋光。在另一備選方案中，可以例如通過鉆孔移除光導的中心部分，以便在光出射表面中提供孔洞。
在備選實施例中，還可以通過對光導的光出射表面的一部分進行表面處理(例如粗糙化)，而保持光出射表面的其余部分光滑，來獲得具有特定形狀的光分布。在這一實施例中，不需要移除光導的部分。同樣地，用于獲得具有特定形狀的光分布的以上可能的任何組合都是可行的。
圖5示出了具有如下面所闡述的、根據本發明的實施例的光導4070的照明系統(例如數字投影儀)的側視圖，并且該光導適于轉換入射光1300，使得所發射的光1700在黃色和/或橙色波長范圍內，即大致在560nm到600nm的波長范圍內。光導4070可以例如被提供為由諸如Ce摻雜的(Lu,Gd)3Al5O12、(Y,Gd)3Al5O12、或者(Y,Tb)3Al5O12之類的陶瓷材料制成的透明石榴石。利用更高的Ce含量和/或以Ce取代例如Gd和/或Tb的更高替代水平，由光導發射的光的光譜分布可以被位移到更高的波長。
在光出射表面4200處，提供了光學元件9090。光學元件9090包括：濾波器9091，用于對從光導4070發射的光1700進行濾波，以便提供經濾波的光1701；至少一個其它光源9093、9094；以及光學部件9092，適于組合經濾波的光1701和來自至少一個其它光源9093、9094的光，以便提供共同光輸出1400。濾波器9091可以是吸收濾波器或者反射濾波器，其可以是固定的或者可切換的。可切換濾波器可以例如通過提供反射式二色性鏡和可切換鏡并且將可切換鏡放置在光傳播方向上所見的二色性鏡的上游來獲得，該反射式二色性鏡根據期望的光輸出可以是低通、帶通或者高通的。此外，還可行的是，組合兩個或者更多濾波器和/或鏡以便選擇期望的光輸出。圖5所示的濾波器9091是可切換濾波器，從而根據濾波器9091的切換狀態使得能夠透射未濾波的黃光和/或橙光或者經濾波的光(特別地并且在示出的實施例中為經濾波的紅光)。經濾波的光的光譜分布依賴于所采用的濾波器9091的特性。如示出的光學部件9092可以是十字二色性棱鏡(還稱為X-cube)，或者在備選方案中其可以是合適的單獨二色性濾波器的集。
在所示的實施例中，提供了兩個其它光源9093和9094，其它光源9093是藍色光源并且其它光源9094是綠色光源。其它顏色和/或更大數目的其它光源也可以是可行的。其它光源中的一個或多個光源還可以是根據如下面闡述的本發明的實施例的光導。其它選項是使用由濾波器9091濾除的光作為其它光源。共同光輸出1400因此是由光導4070發射的并且由濾波器9091濾波的光1701和由相應兩個其它光源9093和9094發射的光的組合。有利地，共同光輸出1400可以是白光。
圖5所示的解決方案是有利的，原因在于其是可伸縮的、有成本效益的、以及可以根據本發明的實施例的發光設備的給定應用的要求容易適配的。
圖6A和圖6B分別示出了兩者均如下面所闡述的、根據本發明的實施例的光導4090A和光導4090B的側視圖，光導4090A和光導4090B分別包括散熱器元件7000A、7000B，散熱器元件7000A、7000B分別設置在光導4090A、4090B的不同于光輸入表面(在實施例中在離光輸入表面大約30μm或者更小的距離處)的表面之一上。不論實施例，相應散熱器元件7000A、7000B包括用于改善的散熱的翅片7100、7200、7300，然而翅片是可選元件。不論實施例，相應散熱器元件7000A、7000B適于與光導的表面形狀適形，并且因此適于在與光導的整個接觸區域之上提供適形熱接觸。因此，獲得增加的熱接觸區域和因此改善的光導冷卻，并且現有的對于散熱器元件的定位的容許限變得不太關鍵。
圖6A示出，散熱器元件7000A包括多個散熱器部分，此處是四個散熱器部分7001、7002、7003以及7004，其中的一個或多個(此處是所有四個)散熱器部分可以被提供有翅片。明顯地，散熱器元件7000A包括的散熱器部分越多，散熱器元件7000可以越精確地與光導的表面適形。每個散熱器部分7001、7002、7003、7004適于提供在與光導的整個接觸區域上的適形熱接觸。散熱器部分可以設置為與光導的表面相距互相不同的距離。此外，散熱器元件7000A包括共同載體7050，散熱器部分7001、7002、7003以及7004分別借助于附接元件7010、7020、7030以及7040被單獨附接到共同載體7050。備選地，每個散熱器部分可以被分配其自己的載體。注意，這些元件是可選的。
圖6B示出，散熱器元件7000B包括底部部分7060，底部部分7060適于與其要設置在的光導4090B的表面的形狀適形。底部部分7060是柔性的并且可以例如是諸如銅層之類的熱傳導金屬層。散熱器元件7000B進一步包括設置在底部元件7060和散熱器元件7000B的剩余部分之間的熱傳導層7070，以用于改善散熱器元件7000B的柔性和適形性。熱傳導層7070可以例如是熱傳導流體或者膏。熱傳導層7070在實施例中是高度反射的，和/或包括高度反射涂層。散熱器元件7000B進一步包括設置在散熱器元件7000B內部的流體蓄存器7080，以用于生成用于改善散熱的流體流。在備選方案中，流體蓄存器7080還可以被外部設置在散熱器元件7000B上，例如沿著散熱器元件7000B的一部分或者整個外部外圍延伸。流體流可以借助于泵來增強。注意，傳導層7070和流體蓄存器7080是可選元件。
不論實施例，散熱器元件7000A、7000B可以由從以下項中選擇的材料制成：銅、鋁、銀、金、碳化硅、氮化鋁、氮化硼、鋁碳化硅、氧化鈹、硅-碳化硅、鋁碳化硅、銅鎢合金、銅碳化鉬、碳、金剛石、石墨、以及其中兩個或者更多的組合。此外，組合上述實施例的特征的散熱器元件是可行的。還可行的是，將根據以上實施例中的任何實施例的散熱器元件設置在光導4090A或者4090B的不止一個表面處。
在實施例(未示出)中，如下面所闡述的、根據本發明的實施例的光導包括被設置為鄰近于光出射表面的光偏振元件。因此，可以獲得具有高亮度和高效率的偏振光源。不論實施例，偏振元件可以為反射線性偏振器和反射圓形偏振器中的任何一個。基于聚合物層(包括雙折射層)的堆疊的線柵偏振器、反射偏振器為反射線性偏振器的示例。圓形偏振器可以通過以下方式來獲得：使用所謂的膽甾型液晶相的聚合物來制造僅透射一個偏振和特定光譜分布的光的所謂的膽甾型偏振器。備選地或除了反射偏振器之外，還可以采用偏振分束器。此外，還可以使用散射偏振器。在另一實施例中，例如可以借助于由像玻璃那樣的材料制成的楔子的形式的偏振元件，來使用由反射進行的偏振，其中光接近于布儒斯特角入射。在又一實施例中，偏振元件可以為諸如WO2007/036877A2中所述的所謂的偏振背光。在又一實施例中，偏振元件可以為偏振結構。在又一實施例中，偏振元件9001被設置為關于光導的光出射表面成角，例如以相對于光出射表面的45°角成角，但任何角度在原則上都是可行的。
如下面所闡述的、根據本發明的實施例的光導4095的光出射表面4200可以如圖7中所示進一步被提供有四個向內漸窄壁和與光出射表面相對的另一表面4600平行延伸的中心平坦部分。由如本文中所用的“漸窄壁”意指相對于光出射表面4200的剩余部分和鄰近于光出射表面延伸的光導的表面這兩者以不同于零度的角度設置的光出射表面4200的壁分段。壁向內漸窄，這意味著光導的橫截面朝向出射表面逐漸減小。在一個實施例中，鏡元件7400設置在光出射表面的漸窄壁處且與漸窄壁光學接觸。因此，鏡元件7400被提供有對應于且覆蓋光出射表面4200的漸窄壁中的每個漸窄壁的四個分段7410、7420、7430。對應于光出射表面4200的中心平坦部分的通口7520限定光出射表面4200的透明部分，通過該通口7520，光可以離開，以從光導4095發出。這樣，提供波導，其中撞擊鏡元件7400的光線改變角方向，使得更多光線朝向光出射表面4200被導引，并且之前由于TIR而將保留在光導4095內的光線由于角方向的變化現在以小于反射的臨界角的角度撞擊光出射表面4200，并且因此可以通過光出射表面4200的通口7520離開光導。因此，進一步增加通過光導4095的光出射表面4200由發光設備發出的光強度。因為鏡元件向內傾斜，光線在該鏡元件處被反射之后改變方向，并且可以經由鏡元件的透明部分離開光導。由此，這一配置借助于從漸窄壁的反射來提供光朝向光出射表面4200的中心平坦部分且由此朝向第二鏡元件7400中的通孔7520的改進引導。
在備選實施例中，可以提供其他數目的漸窄壁(諸如小于或多于四個(例如一個、兩個、三個、五個或六個)漸窄壁)，并且類似地，不是所有漸窄壁需要被提供有鏡元件或其分段。在其他備選中，漸窄壁中的一個或多個可以未被鏡元件7400覆蓋，和/或中心平坦部分可以部分或完全地被第二鏡元件7400覆蓋。
圖8示出了根據本發明的第一實施例的發光設備1的透視圖。圖9示出了根據圖8的發光設備1的頂視圖。發光設備1通常包括：多個第一光源21，每個第一光源包括至少一個固態光源(諸如LED或激光二極管)；多個第二光源22，每個第二光源包括至少一個固態光源(諸如LED或激光二極管)；光導4，光導4具有第一光輸入表面41、第二光輸入表面46以及第一光出射表面42；以及發光元件77，該發光元件77被設置為鄰近于第一光出射表面42，具有第三光輸入表面771和第二光出射表面772。上面描述了適當類型的LED或激光二極管。
光導4在這里被示出為成形為正方形板，然而，光導4還可以為棒，第一光輸入表面41以相對于第一光出射表面42的不同于零的角度延伸，并且第一光出射表面42和第二光輸入表面46為光導4的相互相對的表面。換言之，在這一實施例中，第一光出射表面42和第二光輸入表面46為光導4的相互相對的側表面，并且第一光輸入表面41為光導4的在第一光出射表面42與第二光輸入表面46之間延伸的側表面。光導4還包括與第一光輸入表面41平行且相對延伸的側表面45、以及分別作為光導4的頂表面和底表面的其他表面43和44。
注意的是，其中第一光輸入表面41與第一光出射表面42之間的角度小于90°、等于90°以及大于90°的實施例如上所述全部都是可行的。
光導4還可以為棒或桿形的、或被成形為長方形板。此外，光導4原則上可以如上所述具有任何可行的橫截面形狀，包括但不限于三角形、長方形、正方形、梯形、多邊形、圓形、橢圓形及其組合。
其中第一光輸入表面41為光導的頂表面或底表面的、根據本發明的發光設備的備選配置也是可行的。同樣，其中第一光出射表面42和第二光輸入表面46分別為底表面和頂表面且第一光輸入表面41為側表面的、根據本發明的發光設備的備選配置也是可行的。
此外，光導4包括發光材料、石榴石、光集中材料或其組合，上面描述了合適的材料和石榴石。在實施例中，石榴石材料可以包括具有0.1％-2％之間的濃度的鈰。由此，光導4為發光光導和/或光集中光導。
具體地，光導4包括至少在沿由在相關波長范圍內發光的光源發出的光的傳播方向測量時，在430nm至480nm波長范圍內具有高吸光度(即，多于0.7、多于1、多于1.2或多于1.5的吸光度)且在350nm至410nm波長范圍內具有低吸光度(即，小于0.2、小于0.15、小于0.1或小于0.05的吸光度)的材料。
在所示的實施例中，發光設備1包括三個第一光源21和三個第二光源22。在一些其他實施例中，可以提供另一數目(例如一個、兩個或四個)的第一光源21和/或另一數目(例如一個、兩個或四個)的第二光源22。在又一些其他實施例中，可以提供第一光源21的陣列和/或第二光源22的陣列。第一光源21的數目和第二光源22的數目可以相同或者可以不同。
比如借助于光學膠粘劑，第一光源21直接設置在第一光輸入表面41上。同樣，比如借助于光學膠粘劑，第二光源22直接設置在第二光輸入表面46上。在其他實施例中，光源可以設置在基體或基板(未示出)上。基體或基板可以以優選地由金屬(諸如銅、鐵或鋁)制成的散熱器的形式來提供，上面描述了合適的實施例。散熱器可以包括用于改進散熱的翅片。注意，在其他實施例中，基體或基板不需要為散熱器。而且，因為基體或基板不是必不可少的，所以在又一些其他實施例中，基體或基板甚至可以省略。
發光元件77在這一實施例中設置在光導4的第一光出射表面42上。具體地，發光元件77的第三光輸入表面771被設置為鄰近于光導4的第一光出射表面42，并且發光元件的第二光出射表面772與第三光輸入表面771平行且相對地延伸。
發光元件77包括如下發光材料，該發光材料具有至少在沿光行進方向測量時在350nm至410nm波長范圍內的高吸光度(即，多于1、多于1.2、多于1.3或多于1.5的吸光度)、以及在430nm至480nm波長范圍內的發射。在一個實施例中，發光材料為磷光體。上面描述了合適的發光材料和磷光體。
具體地，發光元件77包括如下材料，該材料在430nm至480nm波長范圍內的最大吸光度是其在350nm至410nm波長范圍內的最大吸光度的10倍、30倍或50倍高。
參照圖8和圖9，根據本發明的發光設備通常如下工作。由至少一個第一光源21中的每一個發出具有第一光譜分布的第一光13。具有第一光譜分布的第一光13然后在第一光輸入表面41處耦合到光導4中。具有第一光譜分布的光13的至少一部分由光導4轉換成具有第三光譜分布的第三光17。具有第三光譜分布的第三光17被引導到第一光出射表面42且從第一光出射表面42耦合出來。具有第三光譜分布的第三光17然后在第三光輸入表面771處耦合到發光元件77中，被引導到第二光出射表面772，并且從第二光出射表面772被耦合出來。
由至少一個第二光源22中的每一個發出具有第二光譜分布的第二光14。具有第二光譜分布的第二光14然后在第二光輸入表面46處耦合到光導4中、被引導穿過光導4至第一光出射表面42并且從第一光出射表面42耦合出來。第二光然后在第三光輸入表面771處耦合到發光元件77中。具有第二光譜分布的第二光14的至少一部分由發光元件77轉換成具有第四光譜分布的第四光18。具有第四光譜分布的第四光18然后被引導到第二光出射表面772且從第二光出射表面772耦合出來。這樣，提供具有包括具有第三光譜分布的第三光17和具有第四光譜分布的第四光18的組合的光輸出的發光設備。
不論實施例，第一光譜分布(即，由第一光源發出的第一光的光譜分布)被包括在400nm和800nm之間的范圍內，并且第二光譜分布(即，由第二光源發出的第二光的光譜分布)被包括在200nm和500nm之間的范圍內。
此外，且不論實施例，第一光譜分布包括430nm至480nm范圍內的峰值波長，第二光譜分布包括350nm至410nm范圍內的峰值波長，第三光譜分布包括500nm至800nm范圍內的峰值波長，并且第四光譜分布包括430nm至480nm范圍內的峰值波長。
在所示的實施例中，存在的所有第一光源發出具有大致相同光譜分布的光，并且存在的所有第二光源發出具有大致相同光譜分布的光。然而，在備選實施例中，可行的是第一和第二光源可以分別發出具有兩個或更多個不同光譜分布的光。
不論實施例，具有第一光譜分布的第一光13和具有第二光譜分布的第二光14可以具有大致完全重疊的光譜分布(具有不同的峰值波長)。備選地且仍然不論實施例，具有第一光譜分布的第一光13和具有第二光譜分布的第二光14可以具有不同(例如，部分重疊或大致不重疊)的光譜分布。
圖10示出了圖示了可以用作光導4的摻雜有0.2％鈰的材料YAG的吸光度的圖。如圖所示，光導材料在350nm至410nm波長范圍內具有低吸光度(即，小于0.05)。在430nm至480nm波長范圍內，光導材料具有在460nm時峰值達到略低于0.5的高吸光度。最后，在500nm至800nm波長范圍內，光導具有幾乎為零的吸光度。
現在轉到圖11，在與圖9的頂視圖相似的頂視圖中示出了根據本發明的發光設備101的第二實施例。發光設備101與圖8和圖14中所示的發光設備的不同在于，發光設備101包括兩個第一光輸入表面41和45以及至少一個第三光源23，并且發光設備101被大致成形為棒或棍。至少兩個第一光輸入表面41和45中的每一個以關于第一光出射表面42的不同于零的角度延伸。由此，在所示的實施例中，兩個第一光輸入表面41和45為光導4的相對側表面，而第二光輸入表面46和第一光出射表面42為光導4的端部表面。
其中兩個第一光輸入表面為光導4的鄰近側表面而第二光輸入表面和第一光出射表面為光導的端部表面的實施例也是可行的。其中兩個第一光輸入表面為光導的端部表面而第二光輸入表面和第一光出射表面為光導4的相對側表面的實施例也是可行的。此外，其中光導4包括多于兩個(例如三個或四個)第一光輸入表面的實施例也是可行的。
在所示的實施例中，提供四個第三光源23。在另一些實施例中，可以提供另一數目的第三光源23(例如一個、兩個或五個第三光源23)。在又一些其他實施例中，可以提供第三光源23的陣列。在操作中，具有第一光譜分布的第一光13由至少一個第三光源23中的每一個來發出。而且，在所示的實施例中，發光設備101包括四個第一光源21和一個第二光源22。
發光設備101的光導4由此適于在至少兩個第一光輸入表面41和45中的每一個處接收具有第一光譜分布的第一光13，將具有第一光譜分布的第一光13的至少一部分轉換成具有第三光譜分布的第三光17，將具有第三光譜分布的第三光17引導到第一光出射表面42，并且將具有第三光譜分布的第三光17的至少一部分從第一光出射表面42耦合出來。在其他方面，發光設備101的光導4如上面結合圖8和圖9描述的工作。
現在轉到圖12，在與圖11的頂視圖相似的頂視圖中示出了根據本發明的發光設備102的第三實施例。發光設備102與圖11中所示的發光設備的不同在于，提供多個(這里為三個)第二光源，并且耦合元件7設置在光導4的第二光輸入表面46與第二光源22之間。耦合元件7適于將由第二光源22發出的、具有第二光譜分布的第二光14耦合到光導4中。耦合元件7例如可以為光學膠粘劑或者它可以為折射部件(例如透鏡或透鏡陣列)或衍射部件(諸如光柵或反射層或結構)。上面描述了其他合適的耦合元件。
現在轉到圖13，在與圖11的頂視圖相似的頂視圖中示出了根據本發明的發光設備103的第四實施例。發光設備103與圖11中所示的發光設備的不同在于，例如空氣間隙的形式的間隙91被提供在光導4的第二光輸入表面46與第二光源22之間。發光設備103與圖11中所示的發光設備的不同還在于，第一光源211被設置為例如借助于光學膠粘劑92與光導4光學接觸，而第一光源212被設置為離光導4一距離，且通過例如空氣間隙的形式的間隙90與光導4分離。
在另一實施例中，第一光源全部可以被設置為例如借助于光學膠粘劑與光導4光學接觸。在又一實施例中，第一光源全部可以被設置為離光導4一距離，且通過例如空氣間隙的形式的間隙與光導4分離。
現在轉到圖14，在與圖11的頂視圖相似的頂視圖中示出了根據本發明的發光設備104的第五實施例。發光設備104與圖11中所示的發光設備的不同在于，第一光學元件81被提供在第一光輸入表面41與第一光源21之間。更具體地，第一光學元件81設置在第一光輸入表面41處或其上。第一光學元件81適于透射430nm至480nm波長范圍內的光，且適于反射具有大于480nm的波長的光。第一光學元件81比如可以為抗反射層或涂層。備選地，第一光學元件81可以為二色性光學元件(諸如二色性濾波器或鏡)。
發光設備104與圖11中所示的發光設備的不同還在于，第二光學元件82被提供在第二光輸入表面46與第二光源22之間。更具體地，第二光學元件82設置在第二光輸入表面46處或其上。第二光學元件82適于透射350nm至410nm波長范圍內的光，且適于反射具有大于430nm的波長的光。第二光學元件82比如可以為抗反射層或涂層。備選地，第二光學元件82可以為二色性光學元件(諸如二色性濾波器或鏡)。在其他實施例中，可以提供第一光學元件81和第二光學元件82中的僅一個。
本領域技術人員了解，本發明絕不限于上述優選實施例。相反，在所附權利要求的范圍內，許多修改和變化是可能的。
具體地，可以自由組合本文中所描述的各種實施例的各種元件和特征。
另外，技術人員在實踐所要求保護的發明時可以從附圖、公開內容以及所附權利要求的研究中理解并實現所公開的實施例的變化。在權利要求中，詞語“包括”不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。僅憑在互相不同的從屬權利要求中記載某些措施的事實不指示這些措施的組合不能有利地使用。
- 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊！