CN105090873A - 发光设备 - Google Patents

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Abstract

发光设备包括：至少一个第一光源(21)，适于在操作中发射具有第一光谱分布的第一光(13)；至少一个第二光源(22)，适于在操作中发射具有第二光谱分布的第二光(14)；光导(4)，包括至少一个第一光输入表面(41)、至少一个第二光输入表面(46)和第一光出射表面(42)，至少一个第一光输入表面和第一光出射表面相对于彼此以不同于零的角度延伸；以及发光元件(77)，被布置为邻近第一光出射表面，光导适于将具有第一光谱分布的第一光的至少部分转换为具有第三光谱分布的第三光(17)、引导第二光、并且将第三光的至少部分和第二光的至少部分耦合出第一光出射表面，发光元件适于将第二光的至少部分转换为具有第四光谱分布的第四光(18)。

Description

发光设备
技术领域
本发明涉及发光设备，其包括适于在操作中发射具有第一光谱分布的光的光源以及适于将具有第一光谱分布的光转换为具有第二光谱分布的光的光导。
背景技术
高强度光源并且特别是白色高强度光源，对于包括聚光照明(spot)、头灯、舞台照明以及数字光投影的各种应用是令人关注的。对于这种用途，可能使用所谓的聚光器(luminescentconcentrator)，其中在高度透明的发光材料中较短波长的光被转换为较长波长。这种透明发光材料由LED照明以便在发光材料内产生更长的波长。所转换的光(将在发光材料中被导波)从表面被提取，从而导致强度增益或者换句话说亮度的增加。
这种光源对于诸如聚光照明和舞台照明之类的应用是令人关注的。然而，虽然这种光源可以高效率地用于产生绿色、黄色以及橙色的光，但是难以借助于这种光源产生良好混合的白光。
文档WO2012/056382A1在一个实施例中描述了包括多个波导和两个光源的照明设备。波导被提供有布置在波导中的发光材料。每个波导的发光材料可以互相不同并且被配置为将来自光源的光转换为发光材料发射。
然而，利用这种照明设备，来自光源和来自发光材料发射的光的混合，即不同颜色的光的混合，是低效率的和不充分的，并且此外增加了光学扩展量(etendue)。
发明内容
本发明的目的是克服该问题，并且提供具有备选配置的发光设备，其提供不同颜色光的高效率和彻底的混合，并且利用其可以获得高质量的白光和低的光学扩展量。
根据本发明的第一方面，借助于如下发光设备实现此目的和其它目的，该发光设备包括：至少一个第一光源，适于在操作中发射具有第一光谱分布的第一光，第一光谱分布包括在430nm到480nm范围内的峰值波长；至少一个第二光源，适于在操作中发射具有第二光谱分布的第二光，第二光谱分布包括在350nm到410nm范围内的峰值波长；以及光导，包括至少一个第一光输入表面、至少一个第二光输入表面以及第一光出射表面，至少一个第一光输入表面和第一光出射表面相对于彼此以不同于零的角度延伸，光导适于在至少一个第一光输入表面处接收具有第一光谱分布的第一光，将具有第一光谱分布的第一光的至少部分转换为具有第三光谱分布的第三光，第三光谱分布包括在500nm到800nm范围内的峰值波长，将具有第三光谱分布的第三光引导到第一光出射表面，以及将具有第三光谱分布的第三光的至少部分耦合出第一光出射表面，光导还适于在至少一个第二光输入表面处接收具有第二光谱分布的第二光，将具有第二光谱分布的第二光引导到第一光出射表面，以及将具有第二光谱分布的第二光的至少部分耦合出第一光出射表面，发光设备进一步包括布置为邻近于第一光出射表面的发光元件，发光元件适于将具有第二光谱分布的第二光的至少部分转换为具有第四光谱分布的第四光，第四光谱分布包括在430nm到500nm范围内的峰值波长。
通过提供适于在操作中发射具有第一光谱分布的第一光的至少一个第一光源，第一光谱分布包括在430nm到480nm范围内的峰值波长，并且通过提供适于在操作中发射具有第二光谱分布的第二光的至少一个第二光源，第二光谱分布包括在350nm到410nm范围内的峰值波长，以及通过提供布置为邻近于光导的第一光出射表面并且适于将具有第二光谱分布的第二光的至少部分转换为具有第四光谱分布的第四光的发光元件，第四光谱分布包括在430nm到500nm范围内的峰值波长，其中剩余的光/光谱分布将被透射而不经发光元件转换，提供了如下发光设备，利用该发光设备可以获得不同颜色光的高效率和彻底混合，以及因此高质量的白光和低的光学扩展量。
通过还提供适于将入耦合(incouple)的光的至少部分转换为具有不同光谱分布的转换光的光导，提供了如下光导，利用该光导，特别大量的转换光将留在光导中，可以从表面之一提取转换光，这转而导致特别高强度的增益。
还有，通过提供以不同于零的角度延伸到第一光输入表面的第一光出射表面，获得了如下发光设备，利用该发光设备，更多的光耦合到光导中，并且更多的光借助于全内反射(TIR)被引导向相应的光出射表面。这转而极大地降低了由于通过其它表面而非第一光出射表面离开光导所损耗的光的量，并且因此增加了通过第一光出射表面发射的光的强度。
在实施例中，光导包括至少两个第一光输入表面，至少两个第一光输入表面中的每个第一光输入表面相对于第一光出射表面以不同于零的角度延伸，并且光导适于在至少两个第一光输入表面中的每个第一光输入表面处接收具有第一光谱分布的第一光，将具有第一光谱分布的第一光的至少部分转换为具有第三光谱分布的第三光，第三光谱分布包括在500nm到800nm范围内的峰值波长，将具有第三光谱分布的第三光引导到第一光出射表面，并且将具有第三光谱分布的第三光的至少部分耦合出第一光出射表面。
因此，提供了发光设备，利用该发光设备，可能泵激具有甚至更大数目的第一光源的光导，这转而提供了增加的光输出增益并且因此增加的强度增益，并且此外由发光设备发射的特别高的光亮度。
在实施例中，发光设备进一步包括布置在第二光输入表面处的耦合元件，耦合元件适于将具有第二光谱分布的第二光耦合到光导中。
通过提供这种耦合元件，提供了发光设备，利用该发光设备，由至少一个第二光源发射的第二光可以以特别高效率的方式耦合到光导中，并且具有特别低的耦合损耗或者可能无耦合损耗。
在实施例中，发光设备进一步包括布置在第一光输入表面处的第一光学元件，第一光学元件适于透射在430nm到480nm波长范围内的光并且反射具有大于480nm波长的光。
通过提供这种第一光学元件，提供了发光设备，利用该发光设备，耦合到光导中的第一光被提供有定义特别良好的第一光谱分布。这转而提供了光导中的第一光的特别高的转换度，并且提供了发光元件中的被转换的第一光(即第三光)的特别高的透射度，并且因此转而提供了由发光设备发射的光的定义特别良好的光谱分布并且提供了特别高质量的白光。
在实施例中，发光设备进一步包括布置在第二光输入表面处的第二光学元件，第二光学元件适于透射在350nm到410nm波长范围内的光并且反射具有大于430nm波长的光。
通过提供这种第二光学元件，提供了发光设备，利用该发光设备，耦合到光导中的第二光被提供有定义特别良好的第二光谱分布。这转而提供了光导中的第二光的特别高的透射度并且提供了发光元件中的第二光的特别高的转换度，并且因此转而提供了由发光设备发射的光的定义特别良好的光谱分布并且提供了特别高质量的白光。
在实施例中，至少一个第一光源被布置为与至少一个第一光输入表面光学接触。
在实施例中，至少一个第二光源被布置为与第二光输入表面光学接触。
因此，提供了发光设备，利用该发光设备，可以分别在光导的第一光输入表面和第二光输入表面处以特别高效率的方式接收分别由第一光源和第二光源发射的光，并且具有特别低的耦合损耗或者可能无耦合损耗。
在实施例中，发光元件具有在430nm到480nm波长范围内的最大吸光度，在430nm到480nm波长范围内的最大吸光度是其在350nm到410nm波长范围内的最大吸光度的10倍、30倍或者50倍高。
在其它实施例中，发光元件在350nm到410nm波长范围内具有大于1、大于1.2或者大于1.5的吸光度。
因此，特别大量的第二光在发光元件中被转换，并且转而获得由发光设备发射的光的定义特别良好的光谱分布。注意，一般，发光元件在350nm到410nm波长范围内的吸收增加将导致被转换的第二光的增加。
在实施例中，光导在350nm到410nm波长范围内具有小于0.2的吸光度。
在其它实施例中，光导在350nm到410nm波长范围内具有小于0.15、小于0.1或者小于0.01的吸光度。
因此，特别大量的第二光透射通过光导到达发光元件而未损耗，并且转而获得了由发光设备发射的光的定义特别良好的光谱分布。注意，一般，发光元件在350nm到410nm波长范围内的吸收越低，透射的第二光的量越大。
在实施例中，当在与至少一个第一光源相对的表面上或者表面处存在反射器和/或反射部件时，光导在430nm到480nm的波长范围内具有大于0.5、大于0.7、大于0.8或者大于0.9的吸光度。
在其它实施例中，当在与至少一个第一光源相对的侧面上不存在反射部件的情况下，光导在430nm到480nm的波长范围内具有大于1、大于1.2或者大于1.5的吸光度。
因此，特别大量的第一光在光导中被转换，并且转而获得了由发光设备发射的光的定义特别良好的光谱分布。注意，一般，光导在430nm到480nm波长范围内的吸收增加将导致被转换的第一光的增加。
在实施例中，光导是发光的、聚光的、由石榴石制成的以及其任何组合中的任何一种。
通过提供发光光导，发光设备被提供为具有特别良好和高效率的光转换性质。
通过提供聚光光导，发光设备被提供为发射具有特别高亮度的光。
通过提供由石榴石或者另一透明发光材料制成的光导，发光设备被提供为具有特别良好和高效率的光导性质。
在实施例中，至少一个第一光源是LED、激光二极管或者OLED。
在实施例中，至少一个第二光源是LED、激光二极管或者OLED。
本发明进一步涉及包括根据本发明的发光设备的灯、照明设备或者照明系统，灯、照明设备和系统用于以下应用中的一个或者多个应用中：数字投影、汽车照明、舞台照明、商店照明、家庭照明、重点照明、聚光照明、剧场照明、光纤照明、显示系统、警示照明系统、医疗照明应用、显微照明、用于分析设备的照明、装饰性照明应用。
注意，本发明涉及权利要求中记载的特征的所有可能组合。
附图说明
现在将参照示出本发明的实施例的附图，更详细地描述本发明的此方面和其它方面。
图1示出了包括磷光体轮的发光设备的剖视图。
图2示出了在出射表面处被提供有光学元件的光导的侧视图。
图3示出了贯穿其长度被塑形以便提供塑形的光出射表面的光导的透视图。
图4示出了在其长度的一部分上被塑形以便提供塑形的光出射表面的光导的侧视图。
图5示出了具有光导和附加光源并且被提供有滤波器和二色性光学元件的照明系统的侧视图。
图6A和图6B示出了被提供有布置为邻近光导的表面的散热元件的光导。
图7示出了具有锥形出射表面的发光设备的透视图。
图8示出了根据本发明的发光设备的第一实施例的透视图。
图9示出了根据图13的发光设备的顶视图。
图10示出了图示根据本发明的发光设备的光导的实施例的吸光度作为由光导引导的光的波长的函数的图表。
图11示出了根据本发明的发光设备的第二实施例的顶视图。
图12示出了根据本发明的发光设备的第三实施例的顶视图。
图13示出了根据本发明的发光设备的第四实施例的顶视图。
图14示出了根据本发明的发光设备的第五实施例的顶视图。
如图所示，层、元件以及区域的尺寸为了说明性目的而被夸大，并且因此被提供为图示本发明的实施例的一般结构。自始至终，相同的附图标记指代相同的元件，使得例如根据本发明的发光设备通常表示为1，然而通过将01、02、03诸如此类添加到一般附图标记来表示其不同的具体实施例。关于示出其可以被添加到根据本发明的发光设备的实施例中的任何一个实施例的特征和元件的编号的图1至图7，“00”已经被添加到除了特定于这些图之一的那些元件之外的所有元件。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更全面地描述本发明，其中示出了本发明当前优选的实施例。然而，本发明可以以很多不同形式体现并且不应该被解释为限于本文中阐述的实施例；更确切地说，这些实施例被提供用于彻底性和完整性，并且向技术人员完全传达本发明的范围。
以下描述将从关于用于根据本发明的发光设备的各种元件和特征的应用、合适的光源以及合适的材料的一般考虑开始。
于是，将参照图1至图7描述可以被添加到根据本发明的发光设备的实施例中的任何一个实施例的若干特征和元件。
最后，将参照图8至图14详细描述根据本发明的发光设备的若干具体实施例。
其是如下面阐述的根据本发明的实施例的部分的光源适于在操作中发射具有第一光谱分布的光。此光随后耦合到光导或者波导中。光导或者波导可以将第一光谱分布的光转换为另一光谱分布，并且将光引导到出射表面。光源原则上可以是任何类型的点光源，但是在实施例中是固态光源，诸如发光二极管(LED)、激光二极管或者有机发光二极管(OLED)、多个LED或者激光二极管或者OLED、或者LED或者激光二极管或者OLED的阵列、或者这些中任何项的组合。在多个LED或者激光二极管或者OLED或者其阵列的情形下，LED或者激光二极管或者OLED原则上可以是两个或者更多不同颜色(诸如但不限于UV、蓝色、绿色、黄色或者红色)的LED或者激光二极管或者OLED。
根据本发明的实施例中的如下面阐述的光导通常可以是包括在互相垂直的方向上延伸的高度H、宽度W以及长度L的杆状的或者棒状的光导，并且在实施例中是透明的、或者透明且发光的。光通常在长度L方向上被引导。高度H在一些实施例中<10mm，在另一些实施例中<5mm，在又一些实施例中<2mm。宽度W在一些实施例中<10mm，在另一些实施例中<5mm，在又一些实施例中<2mm。长度L在一些实施例中大于宽度W和高度H，在另一些实施例中是宽度W的至少2倍或者高度H的至少2倍，在又一些实施例中是宽度W的至少3倍或者高度H的至少3倍。高度H:宽度W的高宽比通常为1:1(对于例如一般光源应用)或者1:2、1:3或者1:4(对于例如诸如头灯之类的特殊光源应用)或者4:3、16:10、16:9或者256:135(对于例如显示应用)。光导通常包括未布置在平行平面中的光输入表面和光出射表面，并且在实施例中光输入表面垂直于光出射表面。为了实现高亮度、集中的光输出，光出射表面的面积可以小于光输入表面的面积。光出射表面可以具有任何形状，但是在实施例中被塑形为正方形、长方形、圆形、椭圆形、三角形、五边形或者六边形。
透明光导在实施例中可以包括透明基板，在基板上外延生长多个光源，例如LED。在实施例中，基板是诸如例如蓝宝石基板之类的单晶基板。在这些实施例中，光源的透明生长基板是聚光光导。
通常杆状的或者棒状的光导可以具有任何横截面形状，但是在实施例中，具有正方形、长方形、圆形、椭圆形、三角形、五边形或者六边形的横截面形状。通常，光导是长方体，但是可以被提供有除长方体之外的不同形状，其中光输入表面具有一定程度的梯形形状。通过这样做，光通量可以进一步增强，这可能对于某些应用有利。
光导还可以是圆柱状的杆体。在实施例中，圆柱状的杆体具有一个沿着杆体的纵向方向的平化表面，并且光源可以定位在该表面处以用于由光源发射的光高效率地内耦合到光导中。平化表面还可以用于放置散热片。圆柱体光导还可以具有两个平化表面，例如与彼此相对定位或者垂直于彼此定位。在实施例中，平化表面沿着圆柱体杆体的纵向方向的一部分延伸。
根据本发明的实施例中的如下面阐述的光导还可以是折叠的、弯曲的和/或在长度方向上塑形的，使得光导不是直的、线状的棒体或者杆体，但是可以包括例如90或者180度弯曲形式的圆角、U形、圆形或者椭圆形形状、环或者具有多个环的三维螺旋形状。这提供了紧凑的光导，其总长度(光通常沿着长度被引导)相对大，从而导致相对高的流明输出，但是同时可以被布置到相对小的空间中。例如，光导的发光部分可以是刚性的，而光导的透明部分是柔性的，以便提供沿着波导长度方向的波导塑形。光源可以被放置在沿着折叠、弯曲和/或塑形的光导的长的任何地方。
用于根据本发明的实施例的如下面阐述的光导的合适材料是蓝宝石、多晶氧化铝和/或诸如具有n＝1.7的折射率的YAG、LuAG之类的非掺杂透明石榴石。此材料(胜于例如玻璃)的附加优点是，其具有良好的热传导性，从而减少局部发热。其它合适材料包括但不限于玻璃、石英以及透明聚合物。在其它实施例中，光导材料是铅玻璃。铅玻璃是玻璃的变种，其中铅代替典型钾玻璃中的钙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，而铅的添加产生了范围高达1.7的折射率。
根据本发明的实施例的如下面阐述的光导可以包括用于将光转换到另一光谱分布的合适发光材料。合适的发光材料包括诸如掺杂YAG、LuAG之类的无机磷光体、有机磷光体、有机荧光染料、以及高度适合于如下面阐述的本发明的实施例的目的的量子点。
量子点是半导体材料的小晶体，通常具有仅几个纳米的宽度或者直径。当被入射光激发时，量子点发射由晶体的尺寸和材料确定的颜色的光。因此通过改变点的尺寸，可以产生特定颜色的光。大多数已知的具有在可见范围内的发射的量子点是基于具有诸如硫化镉(CdS)和硫化锌(ZnS)之类的壳的硒化镉(CdSe)。还可以使用诸如磷化铟(InP)以及铜铟硫(CuInS2)和/或银铟硫(AgInS2)之类的无镉量子点。量子点示出非常窄的发射带并且因此它们示出饱和颜色。此外，发射颜色可以通过改变量子点的尺寸被容易地调谐。本领域已知的任何类型的量子点可以用于如下面阐述的本发明的实施例中。然而，由于环境安全和关注的原因，可能优选使用无镉量子点或者至少具有非常低的镉含量的量子点。
也可以使用有机荧光染料。可以设计分子结构，使得光谱峰位置可以被调谐。合适的有机荧光染料材料的示例是基于苝衍生物的有机发光材料，例如由BASF出售的名为的化合物。合适的化合物的示例包括但不限于RedF305、OrangeF240、YellowF083以及F170。
发光材料还可以是无机磷光体。无机磷光体材料的示例包括但不限于铈(Ce)掺杂的YAG(Y3Al5O12)或者LuAG(Lu3Al5O12)。Ce掺杂的YAG发射淡黄色的光，而Ce掺杂的LuAG发射淡黄绿色的光。发射红光的其它无机磷光体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，在其它实施例中0<x≤0.2；而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，并且在实施例中0≤x≤0.2。
在如下面阐述的本发明的实施例中，发光材料由从包括(M<I>(1-x-y)M<II>xM<III>y)3(M<IV>(1-z)M<V>z)5O12、(M<I>(1-x-y)M<II>xM<III>y)2O3、(M<I>(1-x-y)M<II>xM<III>y)S(1-z)Se、(M<I>(1-x-y)M<II>xM<III>y)O、(M<I>(2-x)M<II>xM<III>2)O7、(M<I>(1-x)M<II>xM<III>(1-y)M<IV>y)O3、或者其混合物的组中选择的材料制成；对于(M<I>(1-x-y)M<II>xM<III>y)3(M<IV>(1-z)M<V>z)5O12，其中M<I>从包括Y、Lu或者其混合物的组中选择，M<II>从包括Gd、La、Yb或者其混合物的组中选择，M<III>从包括Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu或者其混合物的组中选择，M<IV>是A1，M<V>从包括Ga、Sc或者其混合物的组中选择，并且0<x≤1、0<y≤0.1、0<z<1；对于(M<I>(1-x-y)M<II>xM<III>y)2O3，其中M<I>从包括Y、Lu或者其混合物的组中选择，M<II>从包括Gd、La、Yb或者其混合物的组中选择，M<III>从包括Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu、Bi、Sb或者其混合物的组中选择，并且0<x≤1、0<y≤0.1；对于(M<I>(1-x-y)M<II>xM<III>y)S(1-z)Se，其中M<I>从包括Ca、Sr、Mg、Ba或者其混合物的组中选择，M<II>从包括Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr、Sb、Sn或者其混合物的组中选择，M<III>从包括K、Na、Li、Rb、Zn或者其混合物的组中选择，并且0<x≤0.01、0<y≤0.05、0≤z<1；对于(M<I>(1-x-y)M<II>xM<III>y)O，其中M<I>从包括Ca、Sr、Mg、Ba或者其混合物的组中选择，M<II>从包括Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr或者其混合物的组中选择，M<III>从包括K、Na、Li、Rb、Zn或者其混合物的组中选择，并且0<x≤0.1、0<y≤0.1；对于(M<I>(2-x)M<II>xM<III>2)O7，其中M<I>从包括La、Y、Gd、Lu、Ba、Sr或者其混合物的组中选择，M<II>从包括Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm或者其混合物的组中选择，M<III>从包括Hf、Zr、Ti、Ta、Nb或者其混合物的组中选择，并且0<x≤1；对于(M<I>(1-x)M<II>xM<III>(1-y)M<IV>y)O3，其中M<I>从包括Ba、Sr、Ca、La、Y、Gd、Lu或者其混合物的组中选择，M<II>从包括Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm或者其混合物的组中选择，M<III>从包括Hf、Zr、Ti、Ta、Nb或者其混合物的组中选择，并且M<IV>从包括Al、Ga、Sc、Si或者其混合物的组中选择，并且0<x≤0.1、0<y≤0.1。
其它合适的发光材料是Ce掺杂的钇铝石榴石(YAG,Y 3 Al 5 O 12)和镥铝石榴石(LuAG)。发光光导可以包括在蓝颜色范围内或者绿颜色范围内或者红颜色范围内的中心发射波长。蓝颜色范围被定义在380纳米和495纳米之间，绿颜色范围被定义在495纳米和590纳米之间，并且红颜色范围被定义在590纳米和800纳米之间。
可以用于实施例中的磷光体的选择连同最大发射波长在下面的表1中给出。
磷光体 最大发射波长[nm]
CaGa2S4:Ce 475
SrGa2S4:Ce 450
BaA12S4:Eu 470
CaF2:Eu 435
Bi4Si3O12:Ce 470
Ca3Sc2Si3O12:Ce 490
表1
根据本发明的实施例的如下面阐述的光导可以包括具有不同密度的用于将光转换为另一光谱分布的合适发光材料的区域。在实施例中，透明光导包括彼此邻近的两个部分，并且其中的仅一个部分包括发光材料，而另一个部分是透明的或者具有相对低浓度的发光材料。在另一实施例中，光导包括邻近第二部分的又一第三部分，第三部分包括不同的发光材料或者不同浓度的相同发光材料。不同的部分可以一体形成，从而形成整体式或者一个光导。在实施例中，部分反射元件可以被布置在光导的不同部分之间，例如在第一部分和第二部分之间。部分反射元件适于透射具有一个特定波长或者光谱分布的光，并且反射具有另一不同特定波长或者光谱分布的光。部分反射元件因此可以是诸如二色性镜之类的二色性元件。
在另一实施例中(未示出)，发光材料的多个波长转换区域被布置在诸如LED之类的多个光源的上方或者顶部上的透明光导的光输入表面处。因此，多个波长转换区域中的每个波长转换区域的表面积对应于多个光源中的每个光源的表面积，使得来自光源的光经由发光材料区域耦合到透明光导中。被转换的光然后耦合到光导的透明部分中，并且随后被引导到光导的光出射表面。波长转换区域可以被布置在光输入表面上或者它们可以形成在光导中。波长转换区域可以形成布置在光导上或者光导中在光输入表面处的均匀层的部分。在两个相邻波长转换区域之间延伸的均匀层的部分可以是透明的，并且可以另外地或者备选地具有与波长转换区域相同的折射率。不同的波长转换区域可以包括互相不同的发光材料。光源和发光区域之间的距离可以低于2mm、低于1mm、或者低于0.5mm。
在如下面阐述的根据发明的发光设备的实施例中，耦合结构或者耦合介质可以被提供用于将由光源发射的光高效率地耦合到光导中。耦合结构可以是具有诸如例如形成波形结构的突出和凹槽之类特征的折射结构。耦合结构的特征的典型尺寸是5μm到500μm。特征的形状可以是例如半球形(透镜)、棱柱形、正弦曲线形或者杂乱无章的(例如喷砂的)。通过选择适当的形状，可以调谐耦合到光导中的光的量。折射结构可以通过机械手段制作，诸如通过镌刻、喷砂等。备选地，折射结构可以通过在诸如例如聚合物或者溶胶凝胶材料之类的适当材料中复制的方法制作。备选地，耦合结构可以是衍射结构，其中衍射耦合结构的特征的典型尺寸是0.2μm到2μm。光导内的衍射角θin由光栅方程λ/Λ＝nin·sinθin-nout·sinθout给出，其中λ是LED光的波长，Λ是光栅周期，nin和nout分别是光导内和光导外的折射率，θin和θout分别是光导内的衍射角和光导外的入射角。如果我们为低折射率层和耦合介质假设相同的折射率nout＝1，通过全内反射条件ninsinθin＝nout，我们发现以下条件：λ/Λ＝1-sinθout，即对于法线入射θout＝0，Λ＝λ。通常，不是所有其它角θout都被衍射到光导中。仅如果其折射率nin足够高，这才会发生。从光栅方程得出如果Λ＝λ，则对于条件nin≥2，所有角都被衍射。还可以使用其它周期和折射率，从而导致更少的光被衍射到光导中。此外，一般透射大量的光(0阶)。衍射的光的量依赖于光栅结构的形状和高度。通过选择适当的参数，可以调谐耦合到光导中的光的量。这种衍射结构最容易通过复制已经通过例如电子束光刻或者全息术制成的结构来制作。复制可以通过像软纳米压印光刻那样的方法完成。耦合介质可以例如是空气或者另一合适的材料。
图1示出了根据如下面阐述的本发明的实施例的包括光导4015的发光设备1001。图1所示的发光设备1001进一步包括可旋转磷光体轮1600以及布置在光导4015和磷光体轮1600之间的耦合元件7700。
发光设备1001进一步包括以布置在基体或者基板1500上的多个LED2100、2200、2300形式的光源。多个LED2100、2200、2300用于泵激光导4015的转换部分6110以便产生具有第三光谱分布的光1700，诸如绿光或者蓝光。在关于旋转轴1620的旋转方向1610上旋转的磷光体轮1600用于将具有第三光谱分布的光1700转换为具有第二光谱分布的光1400，诸如红光和/或绿光。注意，原则上，光1700和光1400的颜色的任何组合是可行的。
如图1所示，通过在横截面侧视图中图示磷光体轮1600，磷光体轮1660在透明模式中被使用，即入射光1700在一侧进入磷光体轮1600，透射穿过磷光体轮1600，并且从形成光出射表面4200的其相对侧发射。备选地，磷光体轮1600可以在反射模式中被使用(未示出)，使得光从与光进入磷光体轮所穿过的表面相同的表面发射。
磷光体轮1600自始至终可以包括仅一个磷光体。备选地，磷光体轮1600还可以包括无任何磷光体的分段，使得光1700的部分还可以未经转换而透射。以此方式，继而可以生成其它颜色。在另一备选方案中，磷光体轮1600还可以包括多个磷光体分段，例如分别发射黄光、绿光以及红光的磷光体分段，这样以便创建多色光输出。在又一备选方案中，发光设备1001可以适于通过在磷光体轮1600上采用像素化的磷光体反射器图案而生成白光。
在实施例中，耦合元件7700是适合用于将入射在磷光体轮1600上的光1700准直的光学元件，但是其还可以是耦合介质或者耦合结构，诸如例如上文描述的耦合介质或者耦合结构7700。发光设备1001还可以包括附加的透镜和/或准直器。例如，可以定位附加的光学器件以便将由光源2100、2200、2300发射的光和/或由发光设备1001发射的光1400准直。
图2示出了根据如下面阐述的本发明的实施例的光导4020，其进一步包括光学元件8010，光学元件8010布置有与光导4020的光出射表面4200光学连接的光输入面8060。光学元件8010由具有高折射率(在实施例中，等于或者高于光导4020的折射率的折射率)的材料制成，并且包括四边形横截面和两个锥形侧面8030和8040。锥形侧面8030和8040从光导4020的光出射表面4200向外倾斜，使得光学元件8010的光出射面8050具有比光输入面8060和光导4020的光出射表面4200二者更大的表面积。光学元件8010可以备选地具有多于两个(具体而言四个)锥形侧面。在备选方案中，光学元件8010具有圆形横截面和一个圆周锥形侧面。利用这种布置，光将在倾斜侧面8030和8040处被反射，并且如果其射中光出射面8050，则具有大的机会逸出，原因在于相比于光输入面8060，光出射面8050是大的。侧面8030和8040的形状还可以是弯曲的并且可以被选择，使得所有光穿过光出射面8050逸出。
光学元件还可以与光导4020一体形成，例如通过将光导的一部分塑形，使得预定光学元件在光导的端部之一处形成。光学元件可以例如具有准直器的形状，或者可以具有梯形的横截面形状，并且在实施例中，梯形形状的外表面被提供有反射层。因此，接收的光可以被塑形，以便包括更大的斑尺寸，而同时最小化光穿过除光出射表面之外的其它表面的损耗，从而还提高发射的光的强度。在另一实施例中，光学元件具有透镜阵列的形状，例如凸透镜或者凹透镜或者其组合。因此，接收的光可以被塑形，以便形成聚焦的光、散焦的光或者其组合。在透镜阵列的情形下，还可行的是，发射的光可以包括两个或者更多分离的光束，每个光束由阵列的一个或者多个透镜形成。更一般地说，光导因此可以具有不同尺寸的不同形状的部分。因此，提供了光导，利用该光导光可以被塑形，因为例如通过更改光出射表面的尺寸和/或形状，来自光出射表面的光发射的方向、从光出射表面发射的光的光束尺寸和光束形状中的任何一项或者多项可以以特别简单的方式被调谐。因此，光导的一部分起光学元件的作用。
光学元件还可以是布置在光导的光出射表面处的聚光元件(未示出)。聚光元件包括四边形横截面和两个向外弯曲的侧面，使得聚光元件的光出射表面具有比光导的光出射表面更大的表面积。聚光元件可以备选地具有多于两个(具体而言四个)锥形侧面。聚光元件可以是具有抛物面弯曲侧面的复合抛物面聚光元件(CPC)。在备选方案中，聚光元件具有圆形横截面和一个圆周锥形侧面。如果在备选方案中聚光元件的折射率被选择为低于光导的折射率(但是高于空气的折射率)，仍然可以提取可观量的光。相比于由具有高折射率的材料制成的聚光元件，这允许制造容易并且便宜的聚光元件。例如，如果光导具有n＝1.8的折射率并且聚光元件具有n＝1.5的折射率(玻璃)，可以实现2倍光输出的增益。对于具有n＝1.8的折射率的聚光元件，增益将多出约10％。实际上，不是所有光都将被提取，因为在光学元件或者聚光元件和外部介质(通常为空气)之间的界面处会有菲涅耳反射。通过使用适当的抗反射涂层，即四分之一lambda电介质堆叠或者蛾眼(moth-eye)结构，可以减少这些菲涅耳反射。假如作为在光出射面之上的位置的函数的光输出是不均匀的，可以变化利用抗反射涂层进行的覆盖，例如通过变化涂层的厚度。
CPC的有趣特征之一是保存了光的光学扩展量(＝n2x面积x立体角，其中n是折射率)。CPC的光输入面的形状和尺寸可以适于光导的光出射表面的形状和尺寸和/或反之亦然。CPC的巨大优势在于，进入的光分布被变换为最优地适应给定应用的可接受光学扩展量的光分布。CPC的光出射面的形状根据期望可以是例如长方形或者圆形。例如，对于数字投影仪，将对光束的尺寸(高度和宽度)以及发散度有要求。对应光学扩展量将被保存在CPC中。在此情形下，使用具有长方形光输入面和光出射面的CPC将是有益的，其中长方形光输入面和光出射面具有所使用的显示面板的期望的高度/宽度比。对于聚光应用，要求较不严格。CPC的光出射面可以是圆形的，但是也可以具有另一形状(例如长方形)以便照射特定形状的区域或者期望图案，以便将这种图案投射在屏幕上、墙壁上、建筑物上、基础设施上等。虽然CPC提供设计上的许多灵活性，但是其长度可能相当大。通常，设计具有相同性能的更短的光学元件是可能的。为此，表面形状和/或出射表面可以适配为例如具有更加弯曲的出射表面，这样以便聚光。一个附加优势是，当光导的尺寸受LED的尺寸约束并且光出射面的尺寸由后续光学部件确定时，CPC可以用于克服可能的宽高比失配。此外，可能的是，放置部分覆盖CPC的光出射面的镜(未示出)，例如使用在其中心附近或者中心中具有“孔洞”的镜。以此方式，CPC的出射平面被缩小，部分光被反射回到CPC和光导中，并且因此光的出射光学扩展量将会减少。这会自然地减少从CPC和光导提取的光的量。然而，如果此镜具有高反射率，像例如Alanod4200AG，则光可以有效地被注射回到CPC和光导中，在此其可以通过TIR再循环。这不会改变光的角分布，但是其将更改光在再循环之后将射中CPC出射平面的位置，从而增加光通量。以此方式，部分光(其通常将被牺牲掉以便减少系统光学扩展量)可以重新获得并且用于增加例如均匀性。如果系统用于数字投影应用中，这十分重要。通过以不同方式选择镜，同一套CPC和光导可以用于应对使用不同面板尺寸和宽高比的系统，而不是必须牺牲大量的光。以此方式，一个单个系统可以用于各种数字投影应用。
通过使用参照图2描述的以上结构中的任何一种结构，解决了与从高折射率光导材料向像空气这样的低折射率材料提取光有关的、具体而言涉及提取效率的问题。
参照图3和图4，将描述用于提供具有特定形状的光分布的不同可能性。图3示出了贯穿其长度被塑形以便提供塑形的光出射表面4200的光导4040的透视图。光导4040可以是适于将具有某个光谱分布的光转换为具有另一光谱分布的光的光导。贯穿光导4040的长度延伸的光导4040的部分4501(具体而言邻近表面4500并且与光输入表面4100相对)已经被移除以便为光导4040提供对应于光分布在光出射表面4200处的期望形状的形状，该形状贯穿光导4040的整个长度从光出射表面4200延伸到相对的表面4600。
图4示出了在其长度的一部分之上被塑形以便提供塑形的光出射表面4200的光导4050的侧视图。光导4050可以是适于将具有某个光谱分布的光转换为具有另一光谱分布的光的光导。在光导4050的长度的一部分之上延伸的光导4050的部分4501已经被移除(具体而言邻近表面4500并且与光输入表面4100相对)以便为光导4050提供对应于光分布在光出射表面4200处的期望形状的形状，该形状在光导4050的长度的邻近光出射表面4200的部分之上延伸。
光导的另一部分或者多于一个部分可以被移除以便提供其它形状的光出射表面。可以以此方式获得任何可行形状的光出射表面。光导还可以被部分地或者完全地分割为具有不同形状的若干部分，使得可以获得更复杂的形状。从光导移除的一个或者多个部分可以通过例如锯切、切割等手段被移除，接着将移除一个或者多个部分之后暴露的表面抛光。在另一备选方案中，光导的中心部分可以例如通过钻孔被移除，以便在光出射表面中提供孔洞。
在备选实施例中，具有特定形状的光分布还可以通过表面处理(例如，粗糙化)光导的光出射表面的一部分来获得，同时让光出射表面的剩余部分光滑。在此实施例中，不需要移除光导的部分。同样地，用于获得具有特定形状的光分布的以上可能性的任何组合都是可行的。
图5示出了根据如下面阐述的本发明的实施例的具有光导4070的照明系统(例如数字投影仪)的侧视图，并且光导4070适于以如下方式转换入射光1300，使得发射的光1700在黄色和/或橙色波长范围内，即大致在560nm到600nm的波长范围内。光导4070可以例如被提供为由诸如Ce掺杂的(Lu,Gd)3Al5O12、(Y,Gd)3Al5O12或者(Y,Tb)3Al5O12之类的陶瓷材料制成的透明石榴石。利用更高的Ce含量和/或以例如Gd和/或Tb取代Ce的更高的替代水平，由光导发射的光的光谱分布可以被位移到更高的波长。
在光出射表面4200处，提供了光学元件9090。光学元件9090包括：滤波器9091，用于对从光导4070发射的光1700进行滤波，以便提供被滤波的光1701；至少一个其它光源9093、9094；以及光学部件9092，适于组合被滤波的光1701和来自至少一个其它光源9093、9094的光，以便提供共同光输出1400。滤波器9091可以是吸收滤波器或者反射滤波器，其可以是固定的或者可切换的。可切换滤波器可以例如通过提供反射式二色性镜和可切换镜并且将可切换镜放置在光传播方向上所见的二色性镜的上游来获得，该反射式二色性镜根据期望的光输出可以是低通、带通或者高通的。此外，组合两个或者多个滤波器和/或镜以便选择期望的光输出也是可行的。图5所示的滤波器9091是可切换滤波器，从而根据滤波器9091的切换状态使得能够透射未滤波的黄色和/或橙色光或者被滤波的光(特别地并且在示出的实施例中为被滤波的红色光)。被滤波的光的光谱分布依赖于所采用的滤波器9091的特性。所示的光学部件9092可以是十字二色性棱镜(crossdichroicprism)(还称为X-cube)，或者在备选方案中其可以是合适的成套的单独二色性滤波器。
在所示的实施例中，提供了两个其它光源9093和9094，其它光源9093是蓝色光源而其它光源9094是绿色光源。其它颜色和/或更大数目的其它光源也可以是可行的。其它光源中的一个或者多个还可以是根据如下面阐述的本发明的实施例的光导。其它选项是使用由滤波器9091滤除的光作为其它光源。共同光输出1400因此是由光导4070发射的并且由滤波器9091滤波的光1701和由相应两个其它光源9093和9094发射的光的组合。有利地，共同光输出1400可以是白光。
图5所示的解决方案是有利的，原因在于其是可伸缩的(scalable)、有成本效益的以及根据对于根据本发明的实施例的发光设备的给定应用的要求容易适配的。
图6A和图6B分别示出了光导4090A和光导4090B的侧视图，并且两者都根据如下面阐述的本发明的实施例，光导4090A和光导4090B分别包括散热元件7000A、7000B，散热元件7000A、7000B分别布置在光导4090A、4090B的不同于光输入表面的表面之一上，在实施例中，在离光输入表面大约30μm或者更小的距离处。不论实施例，相应散热元件7000A、7000B包括用于改善的散热的翅片(fin)7100、7200、7300，然而翅片是可选元件。不论实施例，相应散热元件7000A、7000B适于与光导的表面形状适形(conformal)，并且因此适于在与光导的整个接触区域之上提供适形热接触。因此，获得增加的热接触区域和因此改善的光导冷却，并且现有的对于散热元件的定位的容许限(tolerancelimit)变得不太关键(lesscritical)。
图6A示出，散热元件7000A包括多个散热部分，此处是四个散热部分7001、7002、7003以及7004，其中的一个或者多个(此处是全部四个)可以被提供有翅片。明显地，散热元件7000A包括的散热部分越多，散热元件7000可以越精确地与光导的表面适形。每个散热部分7001、7002、7003、7004适于在与光导的整个接触区域之上提供适形热接触。散热部分可以被布置为离光导的表面互相不同的距离。此外，散热元件7000A包括共同载体7050，散热部分7001、7002、7003以及7004分别借助于附接元件7010、7020、7030以及7040被单独附接到共同载体7050。备选地，每个散热部分可以被分配其自己的载体。注意，这些元件是可选的。
图6B示出，散热元件7000B包括底部部分7060，底部部分7060适于与其将被布置在的光导4090B的表面的形状适形。底部部分7060是柔性的并且可以例如是诸如铜层之类的热传导金属层。散热元件7000B进一步包括布置在底部元件7060和散热元件7000B的剩余部分(remainder)之间的热传导层7070，以用于散热元件7000B的改善的柔性和适形性。热传导层7070可以例如是热传导流体或者膏(paste)。热传导层7070在实施例中是高度反射的，和/或包括高度反射涂层。散热元件7000B进一步包括布置在散热元件7000B内部的流体蓄存器7080，以用于生成用于改善的散热的流体流动。在备选方案中，流体蓄存器7080还可以被外部布置在散热元件7000B上，例如沿着散热元件7000B的部分或者整个外部外围(periphery)延伸。流体流动可以借助于泵来增强。注意，传导层7070和流体蓄存器7080是可选元件。
不论实施例，散热元件7000A、7000B可以由从以下项中选择的材料制成：铜、铝、银、金、碳化硅、氮化铝、氮化硼、铝碳化硅、氧化铍、硅-碳化硅、铝碳化硅、铜钨合金、铜碳化钼、碳、金刚石、石墨、以及其中两个或者更多的组合。此外，组合上述实施例的特征的散热元件是可行的。还可行的是，将根据以上实施例中的任何实施例的散热元件布置在光导4090A或者4090B的不止一个表面处。
在实施例中(未示出)，根据如下面阐述的本发明的实施例的光导包括布置为邻近于光出射表面的光偏振元件。因此，可以获得具有高亮度和高效率的偏振光源。不论实施例，偏振元件可以是反射式线偏振器和反射式圆偏振器中的任何一种。基于包括双折射层的聚合物层的堆叠的线栅偏振器、反射式偏振器是反射式线偏振器的示例。可以使用所谓的胆甾相液晶相的聚合物制作仅透射一个偏振和特定光谱分布的光的所谓的胆甾相偏振器来获得圆偏振器。备选地或者除反射式偏振器之外，还可以采用偏振分束器。此外，还可以使用散射偏振器。在另一实施例中，可以使用通过反射的偏振，例如借助于由像玻璃那样的材料制成的楔形形式的偏振元件，其中光接近布儒斯特(Brewster)角入射。在又一实施例中，偏振元件可以是诸如WO2007/036877A2中所描述的之类的所谓的偏振背光。在又一实施例中，偏振元件可以是偏振结构。在又一些实施例中，偏振元件9001被布置为相对于光导的光出射表面成角度，例如相对于光出射表面成45°角，虽然任何角度原则上都是可行的。
如图7所示，根据如下面阐述的本发明的实施例的光导4095的光出射表面4200可以进一步被提供有四个向内成锥形的壁和与另一表面4600平行延伸的中心平坦部分，其中另一表面4600与光出射表面相对。通过如本文中使用的“锥形壁”意指光出射表面4200的布置为与光出射表面4200的剩余部分和邻近于光出射表面延伸的光导表面二者都成不同于零度的角度的壁分段。壁向内成锥形，从而意指光导的横截面朝向出射表面逐渐减小。在实施例中，镜元件7400被布置在光出射表面的锥形壁处并且与锥形壁光学接触。因此，镜元件7400被提供有对应于并且覆盖光出射表面4200的锥形壁中的每个锥形壁的四个分段7410、7420、7430、7440。对应于光出射表面4200的中心平坦部分的穿通开口7520定义了光出射表面4200的透明部分，光可以穿过该透明部分离开，以从光导4095发射。以此方式，提供了光导，其中射中镜元件7400的光线改变角方向，使得更多的光线指向光出射表面4200，并且之前由于TIR会留在光导4095内的光线由于角方向的改变现在以小于反射临界角的角度射中光出射表面4200，并且因此可以通过光出射表面4200的穿通开口7520离开光导。因此，由发光设备发射的通过光导4095的光出射表面4200的光的强度进一步增加。因为镜元件向内倾斜，光线在该镜元件处被反射之后改变方向，并且可以经由镜元件的透明部分离开光导。因此，这一配置提供光朝着光出射表面4200的中心平坦部分的改善的引导，并且因此通过从锥形壁反射的手段，提供光朝着第二镜元件7400中的穿通开口7520的改善的引导。
在备选实施例中，可以提供其它数目的锥形壁，诸如小于或者大于四个，例如一个、两个、三个、五个或者六个锥形壁，并且相似地，不是所有锥形壁都需要被提供有镜元件或者其分段。在其它备选方案中，锥形壁中的一个或者多个锥形壁可以未被镜元件7400覆盖，和/或中心平坦部分可以部分地或者完全地被第二镜元件7400覆盖。
图8示出了根据本发明的第一实施例的发光设备1的透视图。图9示出了根据图8的发光设备1的顶视图。发光设备1通常包括：多个第一光源21，每个第一光源包括诸如LED或者激光二极管之类的至少一个固态光源；多个第二光源22，每个第二光源包括诸如LED或者激光二极管之类的至少一个固态光源；光导4，具有第一光输入表面41、第二光输入表面46和第一光出射表面42；以及发光元件77，布置为邻近于第一光出射表面42，具有第三光输入表面771和第二光出射表面772。上面描述了合适类型的LED或者激光二极管。
此处示出光导4被塑形为正方形板，然而其还可以是杆体，第一光输入表面41相对于第一光出射表面42以不同于零的角度延伸，并且第一光出射表面42和第二光输入表面46是光导4的互相相对的表面。换句话说，在这一实施例中，第一光出射表面42和第二光输入表面46是光导4的互相相对的侧表面，并且第一光输入表面41是光导4的在第一光出射表面42和第二光输入表面46之间延伸的侧表面。光导4进一步包括侧表面45以及其它表面43和44，侧表面45平行于并且相对于第一光输入表面41延伸，其它表面43和44分别是光导4的顶表面和底表面。
注意，如上文所述，其中第一光输入表面41和第一光出射表面42之间的角度小于90°、等于90°以及大于90°的实施例都是可行的。
光导4还可以是棒状或者杆状的或者塑形为长方形板。此外，如上文所述，光导4原则上可以具有任何可行的横截面形状，包括但不限于三角形、长方形、正方形、梯形、多边形、圆形、椭圆形以及其组合。
其中第一光输入表面41是光导的顶表面或者底表面的根据本发明的发光设备的备选配置也是可行的。同样地，其中第一光出射表面42和第二光输入表面46分别是底表面和顶表面并且第一光输入表面41是侧表面的根据本发明的发光设备的备选配置也是可行的。
此外，光导4包括发光材料、石榴石、聚光材料或者其组合，上文描述了合适的材料和石榴石。在实施例中，石榴石材料可以包括具有0.1-2％之间的浓度的铈。因此，光导4是发光和/或聚光的光导。
具体而言，光导4包括如下材料，至少当在由在相关波长范围内发射的光源发射的光的传播方向上测量时，该材料在430nm到480nm的波长范围内具有高吸光度，即大于0.7、大于1、大于1.2或者大于1.5的吸光度，并且在350nm到410nm的波长范围内具有低吸光度，即小于0.2、小于0.15、小于0.1或者小于0.05的吸光度。
在所示的一些实施例中，发光设备1包括三个第一光源21和三个第二光源22。在另一些实施例中，可以提供另一数目的(例如一个、两个或者四个)第一光源21和/或另一数目的(例如一个、两个或者四个)第二光源22。在又一些实施例中，可以提供第一光源21的阵列和/或第二光源22的阵列。第一光源21的数目和第二光源22的数目可以是相同的或者可以是不同的。
例如借助于光学粘合剂，第一光源21被直接布置在第一光输入表面41上。同样地，例如借助于光学粘合剂，第二光源22被直接布置在第二光输入表面46上。在其它实施例中，光源可以被布置在基体或者基板上(未示出)。基体或者基板可以以散热片的形式被提供，优选地由诸如铜、铁或者铝之类的金属制成，上面描述了合适的实施例。散热片可以包括用于改善散热的翅片。注意，在其它实施例中，基体或者基板不需要是散热片。同样地，由于基体或者基板不是必要的，在又一些实施例中它甚至可以被省略。
在这一实施例中，发光元件77被布置在光导4的第一光出射表面42上。具体而言，发光元件77的第三光输入表面771被布置为邻近于光导4的第一光出射表面42，并且发光元件的第二光出射表面772与第三光输入表面771平行并且相对延伸。
发光元件77包括如下发光材料，至少当在光行进的方向上测量时，该发光材料在350nm到410nm波长范围内具有高吸光度，即大于1、大于1.2、大于1.3或者大于1.5的吸光度，并且具有在430nm到480nm波长范围内的发射。在实施例中，发光材料是磷光体。上面描述了合适的发光材料和磷光体。
具体而言，发光元件77包括如下材料，该材料在430nm到480nm波长范围内具有是其在350nm到410nm波长范围内的最大吸光度的10倍、30倍或者50倍大的最大吸光度。
参照图8和图9，根据本发明的发光设备通常如下工作。至少一个第一光源21中的每个第一光源发射具有第一光谱分布的第一光13。具有第一光谱分布的第一光13接着在第一光输入表面41处耦合到光导4中。具有第一光谱分布的光13的至少部分被光导4转换为具有第三光谱分布的第三光17。具有第三光谱分布的第三光17被引导到第一光出射表面42，并且耦合出第一光出射表面42。具有第三光谱分布的第三光17接着在第三光输入表面771处耦合到发光元件77中、被引导到第二光出射表面772、并且耦合出第二光出射表面772。
至少一个第二光源22中的每个第二光源发射具有第二光谱分布的第二光14。具有第二光谱分布的第二光14接着在第二光输入表面46处耦合到光导4中，通过光导4被引导到第一光出射表面42，并且耦合出第一光出射表面42。第二光接着在第三光输入表面771处耦合到发光元件77中。具有第二光谱分布的第二光14的至少部分被发光元件77转换为具有第四光谱分布的第四光18。具有第四光谱分布的第四光18接着被引导到第二光出射表面772并且耦合出第二光出射表面772。以此方式，提供了具有包括具有第三光谱分布的第三光17和具有第四光谱分布的第四光18的组合的光输出的发光设备。
不论实施例，第一光谱分布(即由第一光源发射的第一光的光谱分布)被包括在400nm和800nm之间的范围内，并且第二光谱分布(即由第二光源发射的第二光的光谱分布)被包括在200nm和500nm之间的范围内。
此外，并且不论实施例，第一光谱分布包括在430nm到480nm范围内的峰值波长，第二光谱分布包括在350nm到410nm范围内的峰值波长，第三光谱分布包括在500nm到800nm范围内的峰值波长，并且第四光谱分布包括在430nm到480nm范围内的峰值波长。
在所示的实施例中，出现的所有第一光源发射具有基本相同光谱分布的光，并且出现的所有第二光源发射具有基本相同光谱分布的光。在备选实施例中，然而，可行的是，第一和第二光源分别可以发射具有两个或者更多不同光谱分布的光。
不论实施例，具有第一光谱分布的第一光13和具有第二光谱分布的第二光14可以具有拥有不同峰值波长的基本完全重叠的光谱分布。备选地并且仍然不论实施例，具有第一光谱分布的第一光13和具有第二光谱分布的第二光14可以具有不同的(例如，部分重叠或者基本无重叠的)光谱分布。
图10示出了图示可以用作光导4的具有0.2％铈掺杂的材料YAG的吸光度的图表。如图所示，光导材料在350nm到410nm的波长范围内具有低吸光度，即小于0.05。在430nm到480nm的波长范围内，光导材料具有高吸光度，其峰值在460nm处略低于0.5。最后，在500nm到800nm波长范围内，光导具有几乎为零的吸光度。
现在转到图11，根据本发明的发光设备101的第二实施例以与图9的顶视图相似的顶视图示出。发光设备101与图8和图14所示的发光设备的不同在于，其包括两个第一光输入表面41和45以及至少一个第三光源23，并且其被塑形为基本上杆体或者棍体。至少两个第一光输入表面41和45中的每个第一光输入表面相对于第一光出射表面42以不同于零的角度延伸。因此，在所示的实施例中，两个第一光输入表面41和45是光导4的相对侧表面，而第二光输入表面46和第一光出射表面42是光导4的端部表面。
其中两个第一光输入表面是光导4的邻近侧表面，而第二光输入表面和第一光出射表面是光导的端部表面的实施例也是可行的。其中两个第一光输入表面是光导的端部表面，而第二光输入表面和第一光出射表面是光导4的相对侧表面的实施例也是可行的。此外，其中光导4包括多于两个(例如三个或者四个)第一光输入表面的实施例也是可行的。
在所示的实施例中，提供了四个第三光源23。在另一些实施例中，可以提供另一数目的第三光源23，例如一个、两个或者五个第三光源23。在又一些实施例中，可以提供第三光源23的阵列。操作中，具有第一光谱分布的第一光13由至少一个第三光源23中的每个第三光源发射。在所示的实施例中，发光设备101还包括四个第一光源21和一个第二光源22。
发光设备101的光导4因此适于在至少两个第一光输入表面41和45中的每个第一光输入表面处接收具有第一光谱分布的第一光13，将具有第一光谱分布的第一光13的至少部分转换为具有第三光谱分布的第三光17，将具有第三光谱分布的第三光17引导到第一光出射表面42，并且将具有第三光谱分布的第三光17的至少部分耦合出第一光出射表面42。在其它方面，发光设备101的光导4按照上面联系图8和图9描述的那样进行工作。
现在转到图12，根据本发明的发光设备102的第三实施例以与图11的顶视图相似的顶视图示出。发光设备102与图11所示的发光设备的不同在于，提供了多个(此处为三个)第二光源22，并且耦合元件7被布置在光导4的第二光输入表面46和第二光源22之间。耦合元件7适于将由第二光源22发射的具有第二光谱分布的第二光14耦合到光导4中。耦合元件7可以例如是光学粘合剂，或者它可以是折射部件(例如透镜或者透镜阵列)或者诸如光栅或者反射层或结构之类的衍射部件。上面描述了其它合适的耦合元件。
现在转到图13，根据本发明的发光设备103的第四实施例以与图11的顶视图相似的顶视图示出。发光设备103与图11所示的发光设备的不同在于，间隙91(例如，以空气间隙的形式)被提供在光导4的第二光输入表面46和第二光源22之间。发光设备103与图11所示的发光设备的进一步不同在于，第一光源211被布置为例如借助于光学粘合剂92与光导4光学接触，而第一光源212被布置为离光导4一定的距离并且通过间隙90(例如，以空气间隙的形式)从其分离。
在另一实施例中，所有的第一光源都可以被布置为例如借助于光学粘合剂与光导4光学接触。在又一实施例中，所有的第一光源都可以被布置为离光导4一定的距离并且通过间隙(例如，以空气间隙的形式)从其分离。
现在转到图14，根据本发明的发光设备104的第五实施例以与图11的顶视图相似的顶视图示出。发光设备104与图11所示的发光设备的不同在于，第一光学元件81被提供在第一光输入表面41和第一光源21之间。更具体地，第一光学元件81被布置在第一光输入表面41处或者第一光输入表面41上。第一光学元件81适于透射在430nm到480nm波长范围内的光并且反射具有大于480nm波长的光。第一光学元件81可以例如是抗反射涂层或者层。备选地，第一光学元件81可以是诸如二色性滤波器或者镜之类的二色性光学元件。
发光设备104与图11所示的发光设备的进一步不同在于，第二光学元件82被提供在第二光输入表面46和第二光源22之间。更具体地，第二光学元件82被布置在第二光输入表面46处或者第二光输入表面46上。第二光学元件82适于透射在350nm到410nm波长范围内的光并且反射具有大于430nm波长的光。第二光学元件82可以例如是抗反射涂层或者层。备选地，第二光学元件82可以是诸如二色性滤波器或者镜之类的二色性光学元件。在其它实施例中，可以提供第一光学元件81和第二光学元件82中的仅一个。
本领域技术人员意识到，本发明决不限于上文描述的优选实施例。相反地，很多修改和变化可能在所附权利要求的范围内。
具体而言，本文所描述的各种实施例的各种元件和特征可以被自由地组合。
此外，对所公开的实施例的变化可以由技术人员在实践所要求保护的发明中，从学习附图、公开内容以及所附权利要求中理解和实现。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元素或者步骤，并且不定冠词“一(a)”或者“一个(an)”不排除多个。仅凭在互相不同的从属权利要求中记载某些措施的事实不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims (15)

1.一种发光设备(1)，包括：
至少一个第一光源(21)，适于在操作中发射具有第一光谱分布的第一光(13)，所述第一光谱分布包括在430nm到480nm范围内的峰值波长，
至少一个第二光源(22)，适于在操作中发射具有第二光谱分布的第二光(14)，所述第二光谱分布包括在350nm到410nm范围内的峰值波长，以及
光导(4)，包括至少一个第一光输入表面(41)、至少一个第二光输入表面(46)以及第一光出射表面(42)，所述至少一个第一光输入表面和所述第一光出射表面相对于彼此以不同于零的角度延伸，
所述光导(4)适于在所述至少一个第一光输入表面(41)处接收具有所述第一光谱分布的所述第一光(13)，将具有所述第一光谱分布的所述第一光(13)的至少部分转换为具有第三光谱分布的第三光(17)，所述第三光谱分布包括在500nm到800nm范围内的峰值波长，将具有所述第三光谱分布的所述第三光(17)引导到所述第一光出射表面(42)，并且将具有所述第三光谱分布的所述第三光(17)的至少部分耦合出所述第一光出射表面，
所述光导还适于在所述至少一个第二光输入表面(46)处接收具有所述第二光谱分布的所述第二光(14)，将具有所述第二光谱分布的所述第二光(14)引导到所述第一光出射表面(42)，并且将具有所述第二光谱分布的所述第二光(14)的至少部分耦合出所述第一光出射表面，
所述发光设备进一步包括布置为邻近于所述第一光出射表面的发光元件(77)，所述发光元件适于将具有所述第二光谱分布的所述第二光(14)的至少部分转换为具有第四光谱分布的第四光(18)，所述第四光谱分布包括在430nm到500nm范围内的峰值波长。
2.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述光导包括至少两个第一光输入表面(41、45)，所述至少两个第一光输入表面中的每个第一光输入表面相对于所述第一光出射表面以不同于零的角度延伸，以及
所述光导适于在所述至少两个第一光输入表面(41、45)中的每个第一光输入表面处接收具有所述第一光谱分布的所述第一光(13)，将具有所述第一光谱分布的所述第一光(13)的至少部分转换为具有第三光谱分布的第三光(17)，所述第三光谱分布包括在500nm到800nm范围内的峰值波长，将具有所述第三光谱分布的所述第三光(17)引导到所述第一光出射表面(42)，并且将具有所述第三光谱分布的所述第三光(17)的至少部分耦合出所述第一光出射表面。
3.根据权利要求1或者2所述的发光设备，进一步包括布置在所述第二光输入表面(46)处的耦合元件(7)，所述耦合元件适于将具有所述第二光谱分布的所述第二光(14)耦合到所述光导中。
4.根据以上权利要求中的任一项所述的发光设备，进一步包括布置在所述第一光输入表面(41)处的第一光学元件(81)，所述第一光学元件适于透射在430nm到480nm波长范围内的光并且反射具有大于480nm波长的光。
5.根据以上权利要求中的任一项所述的发光设备，进一步包括布置在所述第二光输入表面(46)处的第二光学元件(82)，所述第二光学元件适于透射在350nm到410nm波长范围内的光并且反射具有大于430nm波长的光。
6.根据以上权利要求中的任一项所述的发光设备，其中所述至少一个第一光源(21)被布置为与所述至少一个第一光输入表面(41)光学接触。
7.根据以上权利要求中的任一项所述的发光设备，其中所述至少一个第二光源(22)被布置为与所述至少一个第二光输入表面(46)光学接触。
8.根据以上权利要求中的任一项所述的发光设备，其中所述发光元件(77)具有在430nm到480nm波长范围内的最大吸光度，在430nm到480nm波长范围内的所述最大吸光度是所述发光元件(77)在350nm到410nm范围内的最大吸光度的10倍、30倍或者50倍高。
9.根据以上权利要求中的任一项所述的发光设备，其中所述光导(4)在350nm到410nm波长范围内具有小于0.2、小于0.15、小于0.1或者小于0.01的吸光度。
10.根据以上权利要求中的任一项所述的发光设备，其中当在与所述第一光源相对的表面上或者表面处存在反射器和/或反射部件时，所述光导(4)在430nm到480nm的波长范围内具有大于0.5、大于0.7、大于0.8或者大于0.9的吸光度，或者其中当在与所述至少一个第一光源(21)相对的侧面上不存在反射部件时，所述光导(4)在430nm到480nm的波长范围内具有大于1、大于1.2或者大于1.5的吸光度。
11.根据以上权利要求中的任一项所述的发光设备，其中所述光导(4)是发光的、聚光的、由石榴石制成的以及其任何组合中的任何一种。
12.根据以上权利要求中的任一项所述的发光设备，其中所述光导(4)是包含具有在1-0.2％范围内浓度的铈的发光的、聚光的、由石榴石制成的以及其任何组合中的任何一种。
13.根据以上权利要求中的任一项所述的发光设备，其中所述至少一个第一光源(21)是LED、激光二极管或者OLED。
14.根据以上权利要求中的任一项所述的发光设备，其中所述至少一个第二光源(22)是LED、激光二极管或者OLED。
15.一种包括根据先前权利要求中的任一项所述的发光设备的灯、照明设备或者照明系统，所述灯、照明设备以及系统用于以下应用中的一个或者多个应用中：数字投影、汽车照明、舞台照明、商店照明、家庭照明、重点照明、聚光照明、剧场照明、光纤照明、显示系统、警示照明系统、医疗照明应用、显微照明、用于分析设备的照明、装饰性照明应用。
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