CN105340094B - 发光设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种发光设备(1)，包括光源(2)，其适于在操作中发出具有第一光谱分布的光(13)；第一发光光导(4)，其包括彼此以非零角度进行延伸的第一光输入表面(41)和第一出光表面(42)，并且适于在所述第一光输入表面(41)接收具有第一光谱分布的光(13)，将具有第一光谱分布的光(13)转换为具有第二光谱分布的光(14)，将具有第二光谱分布的光(14)引导至第一出光表面(42)并且将具有第二光谱分布的光(14)耦合出第一出光表面(42)；和第一透明散热器部件(3)，其与所述第一发光光导(4)的至少一个表面相邻部署并且处于光源(2)和第一发光光导(4)之间的光学路径中，所述至少一个表面不同于所述出光表面(42)，其中所述第一透明散热器部件(3)适于利用折射和衍射中的任意一种对光进行重定向。

Description

发光设备
技术领域
本发明涉及一种包括光导和透明散热器部件的发光设备。
背景技术
US8008845 B2公开了一种部署在透明散热器中的封装LED形式的照明设备，该透明散热器具有背面反射体以及前侧的正负端子。该LED所发出的光在离开该照明设备之前通过该透明散热器的至少一部分。
包括聚光灯和数字光投影的各种应用都对高亮度的光源感兴趣。出于该目的，可能对光导加以利用，其中较短波长的光在高度透明的荧光材料中被转换为较长波长的光。这样的透明荧光材料的光导被LED所照亮从而在光导内产生更长波长的光。光导之中被转换的光随后能够从一个表面被提取因此导致了强度增益。
因此期望增加落入光导之内的光强度以便获得更高的输出强度。然而，在光导内所消散的热量的分布和扩散严重限制了所能够获得的最大光强度。
而且，过多的热量例如会由于热淬灭而导致不良的光学性能，并且可能会导致可靠性的问题。
EP2346101 A1公开了一种发光模块，其中提供有反射膜的光学波长转换陶瓷体对半导体发光部件所发射的波长进行转换。通过该光学波长转换陶瓷体的光的发射面积被收窄为小于该半导体发光部件的发光面积。该反射部件对光进行引导而使得光大致平行于该半导体发光部件的发光表面进行发射。
发明内容
本发明的一个目标是克服该问题，并且提供一种发光设备，利用该发光设备，光导中过多的热量有所减少从而实现光学性能的提高，并且可以利用其实现更高的强度和强度增益。
根据本发明的第一方面，该目标和其它目标利用一种发光设备所实现，其包括光源，其适于在操作中发出具有第一光谱分布的光；第一发光光导，其包括彼此以非零角度进行延伸的第一光输入表面和第一出光表面，并且该第一发光光导适于在该第一光输入表面接收具有第一光谱分布的光，将具有第一光谱分布的光的至少一部分转换为具有第二光谱分布的光，将具有第二光谱分布的光引导至第一出光表面并且将具有第二光谱分布的光耦合出第一出光表面；和第一透明散热器部件，其与该第一发光光导的至少一个表面相邻部署并且处于该光源和第一发光光导之间的光学路径中，该至少一个表面不同于该出光表面，其中该第一透明散热器部件适于利用折射和衍射中的任意一种对光进行重定向。
通过提供适于将具有第一光谱分布的光的至少一部分转换为具有第二光谱分布的光并且由石榴石(garnet)制成的光导，提供了这样一种光导，利用其特别大量的被转换光将留在该石榴石中并且因此留在该光导之中，并且因此能够从一个表面被提取，这进而导致了特别高的强度增益。
通过相邻第一发光光导提供第一透明散热器部件，在从该光导进行热量消散的方面获得了相当的改进，因此相当程度上提高了该发光设备所能够获得的最大输出光强度。此外，例如由于热淬灭而对光学性能造成的不利影响被明显降低或者甚至被消除，这相当程度上提供了光学性能有所提高的更为可靠的发光设备。
该第一发光光导的第一光输入表面和第一出光表面彼此以非零角度进行延伸，即上述表面的方向并不平行。这可以为第一发光光导给出更大的设计自由度，例如该第一光输入表面可以比第一出光表面具有更大面积。在一个示例中，该第一出光表面垂直于第一光输入表面。
通过将该第一透明散热器部件部署在该光源和第一发光光导之间的光学路径之中，该光源所发出的热量以其中至少大部分热量将不会进入光导的方式而被引导离开光导，这进而提供了一种其中光导针对光源所发出的热量得到特别好的保护的发光设备。
通过调适第一透明散热器部件以便利用折射和衍射中的任意一种对光进行重定向，提供了这样一种发光设备，利用其该第一透明散热器部件适于用作耦合部件，利用该耦合部件，该光源所发出的光以特别有效且功能良好的方式被收集并被朝向光导进行引导而几乎没有或没有光损失。而且，耦合至第一发光光导中的光的数量可以通过改变这样的第一透明散热器部件的形状而进行调谐。
根据一个实施例，该第一透明散热器部件由具有大于1W/(K*m)，大于10W/(K*m)，或者甚至大于20W/(K*m)的导热率的材料所制成。
因此，获得了远离光导的特别好的热量消散。注意到，更大的导热率一般导致更好的热量消散。
根据一个实施例，该第一发光光导除该第一光输入表面和第一出光表面之外的一个或多个表面被提供以反射层。这减少了可能从除该第一出光表面之外的一个或多个表面逸散的光并且提高了该发光设备的效率和光输出。
根据一个实施例，该第一发光光导由从包括发光石榴石、发光掺杂石榴石、透明发光材料、发光的聚光材料以及它们的组合的群组中所选择的发光材料所制成。因此，提供了一种具有波长转换属性特别好的光导的发光设备。
根据一个实施例，在该第一透明散热器部件和第一发光光导之间提供有间隙。这样的间隙导致甚至更大部分的热量都将不会进入到光导之中，因为热量进一步通过该间隙被传输离开，这进而提供了一种其中光导针对光源所发出的热量得到甚至更好的保护的发光设备。
根据一个实施例，该第一透明散热器部件和第一发光光导之间的间隙包括空气和光学粘合剂中的任意一种或多种。通过在该间隙中提供这样的材料，确保了在光通过该间隙传送时很少或甚至没有光损失发生，并且上述光被耦合至光导之中。此外，尤其是在间隙包括光学粘合剂时，获得了一种明显更为鲁棒的发光设备。
根据一个实施例，该第一透明散热器部件包括任意一种或多种耦合结构，后者被部署在平行于第一出光表面并与之相对地进行延伸的表面上或处于该表面，以及散射材料。通过提供散热材料，提供了这样一种发光设备，利用其光在第一透明散热器部件中进行散射并且利用其散射光因此被耦合至光导之中。因此，光可以以特别有效的方式从光导进行提取并且可以获得如观看者所感知的均匀的光分布。通过提供耦合结构，提供了这样一种发光设备，利用其光源所发射的光可以以特别有效的方式被耦合至第一发光光导之中并且耦合损失特别低或者可能没有耦合损失。
根据一个实施例，该第一透明散热器部件具有梯形横截面形状，其具有两个相对地锥形的侧表面。以这种方式，该第一透明散热器部件用作利用折射对光进行重定向的光学部件。因此，通过该第一透明散热器部件进行透射的期间的光损失数量有所减少。
根据一个实施例，该第一透明散热器部件相邻该第一发光光导的至少两个表面进行延伸。因此，提供了一种热量消散属性进一步有所提升的发光设备，因为可用于消散热量的面积和/或体积有所增加。在另外的实施例中，该第一透明散热器部件相邻该第一发光光导的四个侧面进行延伸并且具有三角形的横截面形状，并且其中光源被提供在该第一透明散热器部件的全部三个侧面上。该第一透明散热器部件因此从三个不同角度被照亮。因此，更多的光可以被耦合到第一发光光导中，因此导致了更高的强度增益。
根据一个实施例，该第一透明散热器部件的透明材料从包括蓝宝石、诸如YAG、LuAG的非掺杂透明石榴石、玻璃、石英、诸如多晶氧化铝的陶瓷材料、发光材料、磷光体以及它们的组合的群组中进行选择。因此，提供了一种具有由导热率高的高度透明材料所制成的第一透明散热器部件的发光设备，因此允许来自光源的光在非常少或者甚至没有光损失的情况下通过同时确保优异的热量消散。根据该透明散热器的位置，该透明材料优选地表现出高透明度，换句话说，其并不应当对光进行散射。在发光光导与该透明散热器形成光学接触的情况下，该透明散热器优选地具有高透明度并且形成最小散射或不形成散射。在其中该透明散热器和发光光导之间存在部分光学接触和/或不存在光学接触的配置中，透明度可以较低。
在该上下文中，高度透明的材料意在是指在激励和发射的光谱范围中几乎不表现出吸收性，并且进一步表现出高于85％、高于90％、高于95％或者甚至高于98％的直射光束透明度的材料(即散射到高于2度的角度的平行光束比例少于15％、少于10％、少于5％或者甚至少于2％)。
根据一个实施例，该发光设备进一步包括相邻于该第一发光光导的朝向远离所述第一透明散热器部件的表面进行部署的第二透明散热器部件。
根据一个实施例，该光源被部署在基底上，该基底为非透明散热器。
根据一个实施例，提供以与该第一透明散热器部件和第一发光光导中的任意一个或多个形成物理和热接触中的任意一种或多种而进行部署的非透明散热器。
根据一个实施例，非透明散热器被布置为使得至少部分包围发光设备。该非透明散热器可以是反射性的或者包括反射性的涂层。
利用之前四个实施例中的任意一个或多个，提供了一种热量消散属性进一步有所改善的发光设备，因为提供了另外的热量消散器件，因此明显增加了可用于消散热量的面积和/或体积。
本发明还涉及一种包括根据本发明的发光设备的投影仪、灯或灯具。
注意到，本发明涉及权利要求中所引用特征的所有可能组合。
附图说明
图1示出了包括出射磷光体的发光设备的3维透视图。
图2示出了包括磷光体轮的发光设备的截面图。
图3示出了在出射表面提供有光学部件的光导的侧视图。
图4示出了贯穿其长度成形以便提供成形的出光表面的光导的透视图。
图5示出了在其部分长度上成形以便提供成形的出光表面的光导的侧视图。
图6示出了具有光导和附加光源并且被提供以滤波器和二向色光学部件的照明系统的侧视图。
图7示出了一种光导，其被提供以部署在该光导不同于第一光输入表面的表面的第二光源。
图8A和8B示出了被提供以相邻于光导表面进行部署的散热器部件的光导。
图9A至9D示出了被提供以相邻于光导的出光表面进行部署的偏振部件的光导。
图10示出了具有锥形出射表面的发光设备的透视图。
图11示出了根据本发明的第一和总体实施例的发光设备的透视图。
图12示出了根据本发明的第二实施例的发光设备的截面侧视图。
图13示出了根据本发明的第三实施例的发光设备的截面侧视图。
图14示出了根据本发明的第四实施例的发光设备的截面侧视图。
图15示出了根据本发明的第五实施例的发光设备的截面侧视图。
图16示出了根据本发明的第六实施例的发光设备的截面侧视图。
图17示出了根据本发明的第七实施例的发光设备的截面侧视图。
图18示出了根据本发明的第八实施例的发光设备的截面侧视图。
图19示出了根据本发明的第九实施例的发光设备的截面侧视图。
如图中所示，层、部件和区域的大小出于图示的目的而有所放大，并且因此被提供用于对本发明实施例的大体结构进行图示。同样的附图标记始终指代同样的要素，而使得例如根据本发明的发光设备总体上被表示为1，而其不同的具体实施例则通过向该总体附图标记添加01、02、03等进行表示。关于示出了可以向如以下进一步给出的根据本发明的发光设备的任何一个实施例所添加的多个特征和部件的图1至10，除了特定于这些附图之一的那些要素之外，已经向所有要素总体上添加了“00”。
具体实施方式
如图中所示，层、部件和区域的大小出于图示的目的而有所放大，并且因此被提供用于对本发明实施例的大体结构进行图示。同样的附图标记始终指代同样的要素，而使得例如根据本发明的发光设备总体上被表示为1，而其不同的具体实施例则通过向该总体附图标记添加01、02、03等进行表示。关于示出了可以向如以下进一步给出的根据本发明的发光设备的任何一个实施例所添加的多个特征和部件的图1至10，除了特定于这些附图之一的那些要素之外，已经向所有要素总体上添加了“00”。
具体实施方式
现在将在随后参考其中示出了本发明当前的优选实施例的附图对本发明进行更为全面地描述。然而，本发明可以以许多不同形式来体现并且不应当被理解为局限于这里所给出的实施例；相反，这些实施例是为了全面和完整以及为了向本领域技术人员完全传递本发明的范围而提供。
以下描述将以有关根据本发明的发光设备的应用、适当光源以及其各个部件和特征的适当材料的总体考虑作为开始。出于该目的，将参考图1至10对可以向如以下所给出的根据本发明的发光设备的任意一个实施例所增加的多种特征和部件进行描述。根据本发明的发光设备的具体实施例将参考图11至19进行详细描述。
根据本发明的发光设备可以在包括但并不局限于灯、发光模块、灯具、聚光灯、闪光灯、投影仪、数字投影设备、汽车照明—诸如机动车的头灯或尾灯、舞台照明、剧院照明和建筑照明的多种应用中得到使用。
如以下所给出的作为根据本发明实施例的一部分的光源适于在工作中发射具有第一光谱分布的光。该光随后被耦合至光导或波导之中。该光导或波导可以将该第一光谱分布的光转换为另一种光谱分布并且将光引导至出射表面。该光源原则上可以是任意类型的点状光源，但是在实施例中为固态光源，诸如发光二极管(LED)、激光二极管或有机发光二极管(OLED)、多个LED或激光二极管或OLED，或者LED或激光二极管或OLED的阵列。LED原则上可以是任意颜色的LED，但是在实施例中为在被定义为380nm和495nm之间的波长范围的蓝色范围中产生光源光的蓝色光源。在另一个实施例中，该光源是UV或紫外线光源，即在低于420nm的波长范围中发光。在多个LED或激光二极管或OLED或者它们的阵列的情况下，LED或激光二极管或OLED原则上可以是两种或更多不同颜色的LED或激光二极管或OLED，诸如但并不局限于UV、蓝色、绿色、黄色或红色。
该光源可以是红色光源，即在例如600nm和800nm之间的波长范围中发光。这样的红色光源例如可以是任意以上所提到类型的光源，其直接发出红色光或者被提供以适于将光源光转换为红色光的磷光体。该实施例在与适于将光源光转换为红外(IR)光—即波长对于大约800nm，并且在适当实施例中具有从810到850nm范围内的峰值强度的光—的光导相结合的情况下是特别有利的。在一个实施例中，这样的光导包括IR发光磷光体。具有这些特性的发光设备对于在夜视系统中使用是特别有利的，但是也可以在以上所提到的任何应用中使用。
如以下在根据本发明的实施例中所给出的光导总体上可以为杆形状或条形状的光导，其包括在相互垂直的方向进行延伸的高度H、宽度W和长度L，并且在实施例中是透明的，或者是透明且荧光的。光总体上以长度L的方向进行引导。高度H优选地<10mm，更为优选地<5mm，最为优选地<2mm。宽度W优选地<10mm，更为优选地<5mm，最为优选地<2mm。长度L优选地大于宽度W和高度H，最为优选地至少为宽度W的2倍或者高度H的2倍，最为优选地至少为宽度W的3倍或者高度H的3倍。高度H:宽度W的纵横比通常为1:1(例如对于一般光源应用)，或者为1:2、1:3或1:4(例如对于诸如头灯之类的特殊光源应用)，或者为4:3、16:10、16:9或256:135(例如对于显示器应用)。该光导通常包括并非部署在平行平面之中的光输入表面和出光表面，并且在多个实施例中，光输入表面垂直于出光表面。为了实现高亮度、汇聚的光输出，出光表面的面积可以小于光输入表面的面积。出光表面可以具有任意形状，但是在实施例中的形状为正方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形、五边形或六边形。
总体上为杆形状或条形状的光导可以具有任意的横截面形状，但是在实施例中具有正方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形、五边形或六边形形状的横截面。该光导一般为长方体，但是可以被提供以长方体以外的不同形状，其中该光输入表面具有稍微成梯形的形状。通过这样，可以进一步提高光通量，这对于一些应用可能是有利的。
该光导也可以为圆柱形杆体。在实施例中，该圆柱形杆体沿该杆体的纵向方向具有平坦表面并且光源可以被定位于那里以便将光源所发射的光有效地耦合至光导之中。该平坦表面也可以被用于放置散热器。该圆柱形光导也可以具有两个平坦表面，例如，它们彼此相对定位或者垂直于彼此进行定位。在实施例中，该平坦表面沿该圆柱形杆体的纵向方向的一部分进行延伸。
如根据本发明实施例在以下所给出的光导也可以被在长度方向进行折叠、弯曲和/或成形而使得该光导并不是直的、线形的条或杆，而是例如可以包括形式为90或180度弯曲的圆角、U形、圆形或椭圆形、环形，或者具有多个环形的3维螺旋形状。这提供了其总长度相对大的紧凑光导，光总体上沿上述长度进行引导，这导致了相对高流明的输出，但是同时能够被部署到相对小的空间之中。例如，该光导的荧光部分可以是刚性的而该光导的透明部分则是柔性的从而沿其长度方向提供该光导的成形。该光源可以被置于沿被折叠、弯曲和/或成形的光导的长度的任意地方。
如根据本发明实施例在以下所给出的用于光导的适当材料为蓝宝石、多晶氧化铝和/或诸如YAG、LuAG的非掺杂透明石榴石，它们具有n＝1.7的折射系数。该材料(以上例如玻璃)的优势在于，其具有良好的导热性，因此消除了局部发热。其它适当材料包括但并不局限于玻璃、石英和透明聚合物。在其它实施例中，光导材料为含铅玻璃。含铅玻璃是其中以铅替代典型的钾玻璃中的钙含量的各种玻璃，并且以这种方式能够提高折射率。常规玻璃具有n＝1.5的折射系数，而铅的添加则产生了高达1.7的折射率。
如根据本发明实施例在以下所给出的光导可以包括用于将光转换为另一种光谱分布的适当发光材料。适当的发光材料包括无机磷光体，诸如掺杂YAG、LuAG、有机磷光体、有机荧光剂和量子点，它们高度适用于如以下所给出的本发明实施例的目的。
量子点是半导体材料的小型晶体，其通常具有仅为几纳米的宽度或直径。当被入射光所激励时，量子点发出由晶体的大小和材料所确定的颜色的光。因此能够通过调适点的大小而产生特定颜色的光。在可见范围内进行发光的最为熟知的量子点基于硒化镉(CdSe)，其具有诸如硫化镉(CdS)和硫化锌(ZnS)的壳。也能够使用诸如磷化铟(InP)和铜铟硫化物(CuInS2)和/或银铟硫化物(AgInS2)之类的无镉量子点。量子点表现出非常窄的发光带，并且因此它们显示出饱和的颜色。此外，发光的颜色能够通过对量子点的大小进行调适而被轻易调谐。本领域已知的任意类型的量子点都可以在下面提出的本发明的实施例中使用。然而，出于环境安全和问题的原因，优选地使用无镉量子点或者至少使用具有镉含量非常低的量子点。
也可以使用有机荧光剂。能够对分子结构进行设计而使得能够对光谱峰值位置进行调谐。适当的有机荧光剂材料的示例是基于苝衍生物的有机发光材料，例如由BASF以的名称进行销售的化合物。适当化合物的示例包括但并不局限于Red F305、Orange F240、Yellow F083和F170。
发光材料也可以是无机磷光体。无机磷光体材料的示例包括但并不局限于铈掺杂YAG(Y3Al5O12)或者LuAG(Lu3Al5O12)。铈掺杂YAG发射黄色光，而铈掺杂LuAG则发出黄绿色光。发出红色光的其它无机磷光体的示例可以包括但并不局限于ECAS和BSSN；ECAS是Ca1- xAlSiN3:Eux，其中0<x≤1；优选地0<x≤0.2；而BSSN是Ba2-x-zMxSi5-yAlyN8-yOy:Euz，其中M表示Sr或Ca，0≤x≤1，0≤y≤4，且0.0005≤z≤0.05，并且优选地0≤x≤0.2。
在如以下所给出的本发明的实施例中，发光材料由从以下群组中所选择的材料所制成，该群组包括(M<I>(1-x-y)M<II>x M<III>y)3(M<IV>(1-z)M<V>z)5O12，其中M<I>从包括Y、Lu或它们的混合物的群组中进行选择，M<II>从包括Gd、La、Yb或它们的混合物的群组中进行选择，M<III>从包括Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu或它们的混合物的群组中进行选择，M<IV>为Al，M<V>从包括Ga、Sc或它们的混合物的群组中进行选择，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>从包括Y、Lu或它们的混合物的群组中进行选择，M<II>从包括Gd、La、Yb或它们的混合物的群组中进行选择，M<III>从包括Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu、Bi、Sb或它们的混合物的群组中进行选择，并且0<x≤1，0<y≤0.1；(M<I>(1-x-y)M<II>x M<III>y)S(1-z)，其中M<I>从包括Ca、Sr、Mg、Ba或它们的混合物的群组中进行选择，M<II>从包括Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr、Sb、Sn或它们的混合物的群组中进行选择，M<III>从包括K、Na、Li、Rb、Zn或它们的混合物的群组中进行选择，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>从包括Ca、Sr、Mg、Ba或它们的混合物的群组中进行选择，M<II>从包括Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr或它们的混合物的群组中进行选择，M<III>从包括K、Na、Li、Rb、Zn或它们的混合物的群组中进行选择，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>从包括La、Y、Gd、Lu、Ba、Sr或它们的混合物的群组中进行选择，M<II>从包括Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm或它们的混合物的群组中进行选择，M<III>从包括Hf、Zr、Ti、Ta、Nb或它们的混合物的群组中进行选择，并且0<x≤1；(M<I>(1-x)M<II>x M<III>(1-y)M<IV>y)O3，其中M<I>从包括Ba、Sr、Ca、La、Y、Gd、Lu或它们的混合物的群组中进行选择，M<II>从包括Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm或它们的混合物的群组中进行选择，M<III>从包括Hf、Zr、Ti、Ta、Nb或它们的混合物的群组中进行选择，并且M<IV>从包括Al、Ga、Sc、Si或它们的混合物的群组中进行选择，并且0<x≤0.1,0<y≤0.1；或者它们的混合物。
其它适当的发光材料为铈掺杂钇铝石榴石(YAG，Y3Al5O12)和镥铝石榴石(LuAG)。发光光导可以包括处于蓝色范围内或绿色范围内或红色范围内的中心发光波长。蓝色范围被定义为380纳米和495纳米之间，绿色范围被定义为495纳米和590纳米之间，并且红色范围被定义为590纳米和800纳米之间。
可以在实施例中使用的磷光体的选择在以下表1中连同最大发光波长一起给出。
磷光体 最大发光波长[nm]
CaGa2S4:Ce 475
SrGa2S4:Ce 450
BaAl2S4:Eu 470
CaF2:Eu 435
Bi4Si3O12:Ce 470
Ca3Sc2Si3O12:Ce 490
表1
如根据本发明实施例在以下所给出的光导可以包括不同密度的用于将光转换为另一种光谱分布的适当荧光材料的区域。在一个实施例中，该透明光导包括彼此相邻的两个部分并且仅其中之一包括发光材料而另外一部分则是透明的并且包括相对低浓度的发光材料。在另一个实施例中，该光导包括与第二部分相邻的又一个部分，即第三部分，其包括不同的发光材料或不同浓度的相同发光材料。该不同部分可以被整体形成，因此形成一块或一个光导。在一个实施例中，部分反射的部件可以被部署在光导的不同部分之间，例如在第一部分和第二部分之间。该部分反射的部件适于透射具有一种特定波长或光谱分布的光并且用于反射具有另一种不同的特定波长或光谱分布的光。该部分反射的部件因此可以是诸如二向色镜的二向色部件。
在另一个实施例中(未示出)，发光材料的多个波长转换区域被部署在透明光导中处于多个光源—诸如LED—上方或顶端的光输入表面。因此，该多个波长转换区域中的每一个的表面积对应于该多个光源中的每一个的表面积，而使得来自光源的光经由发光材料的多个区域而被耦合至透明光导之中。被转换的光因此被耦合至该光导的透明部分并且随后被引导至该光导的出光表面。该波长转换区域可以被部署在光输入表面上或者它们可以形成于光导之中。该波长转换区域可以形成在光输入表面处的部署在该光导之上或之中的均质层的一部分。该均质层在两个相邻波长转换区域之间延伸的部分可以是透明的，并且除此之外或可替换地，具有与该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彼此不同的发光材料。光源和发光区域之间的距离可以小于2mm，小于1mm或者小于0.5mm。
在以下所给出的根据本发明的发光设备的实施例中，可以提供耦合结构或耦合介质以便有效地将光源所发出的光耦合到光导之中。该耦合结构可以是折射结构，其具有诸如形成波形结构的突起和凹进的特征。该耦合结构的特征的典型大小为5μm至500μm。该特征的形状可以为例如半球形(透镜)、棱镜形、正弦形，或者是随机的(例如，喷砂的)。通过选择适当形状，耦合到光导之中的光的数量能够进行调谐。该折射结构能够通过机械手段来制成，诸如通过凿边、喷砂等。可替换地，该折射结构可以通过以诸如聚合物或溶胶-凝胶材料之类的适当材料进行复制而制成。可替换地，该耦合结构可以是衍射结构，其中该衍射耦合结构的特征的典型大小为0.2μm至2μm。光导内的衍射角度θin由光栅方程λ/Λ＝nin·sinθin-nout·sinθout所给出，其中λ是LED光的波长，Λ是光栅周期，nin和nout是光导内部和外部的折射率，θin和θout分别是光导内部的衍射角度和光导外部的入射角度。如果假设低折射率层和耦合介质有相同的折射率nout＝1，则发现以全内反射的条件nin sinθin＝nout，有以下的条件：λ/Λ＝1-sinθout，即对于垂直入射θout＝0而言Λ＝λ。通常，并非所有其它角度θout都被衍射到光导之中。这将仅在其折射率nin足够高的情况下发生。从该光栅方程，所遵循的是对于条件nin≥2而言，所有角度都在Λ＝λ的情形被衍射。也可以使用其它周期和折射率，这导致被衍射到光导中的光更少。此外，大量光一般都被传输(第0级)。所衍射的光的数量取决于光栅结构的形状和高度。通过选择适当参数，被耦合到光导中的光量能够被调谐。这样的衍射结构通过从已经例如通过电子束光刻或全息摄影所形成的结构进行复制而最为容易地被制成。该复制可以通过如软纳米压印技术之类的方法来实现。该耦合介质例如可以是空气或另一种适当材料。
现在转向图1，示出了发光设备1000的3维透视图，其包括适于将入射的具有第一光谱分布的光转换为具有不同的第二光谱分布的光的光导4000。图1所示的光导4000包括或被构造为波长转换结构6000，其具有UV至蓝色波长转换器形式的第一转换部分6110以及适于基于来自第一转换部分6110的蓝色光输入发出白色光1400的磷光体的形式的第二转换部分6120。因此，图1所示的发光设备1000包括在UV至蓝色波长范围内发光的多个LED2100、2200、2300的形式的光源。LED 2100、2200、2300被部署在基底或基板1500上。特别地，第一转换部分6110包括多晶立方体的钇铝柘榴石(YAG)，其被掺杂以稀土离子，在一个实施例中为铕和/或铽，而第二转换部分6120则包括黄色磷光体。该实施例的有利之处在于，出光表面的表面积小于构建由发射直接光的LED所组成的光源所需的表面积。因此，能够实现展度的增益。
利用蓝色或UV光源生成白色光的替换形式包括但并不局限于发射蓝色光的LED，该光在第一转换部分6110中被转换为绿色/蓝色光，后者进而被作为红色磷光体提供的第二转换部分转换为白色光；以及发出蓝色光的LED，该光在第一转换部分6110中被转换为绿色光，后者进而与红色和蓝色光混合从而生成白色光源，其中该混合利用红色磷光体形式的第二转换部分来实现，红色磷光体的前方部署有扩散器。
图2示出了发光设备1001，其包括光导4015并且适于将入射的具有第一光谱分布的光转换为具有不同于第一光谱分布的第二光谱分布的光。图2所示的光导4015包括或者被构造为波长转换器结构，其具有以可旋转的磷光体轮1600的形式提供的第二转换部分6120，并且其进一步包括部署在第一转换部分6110和第二转换部分6120或磷光体轮1600之间的耦合部件7700。
发光设备1001进一步包括部署在基底或基板1500上的多个LED2100、2200、2300的形式的光源。多个LED 2100、2200、2300被用来对在所示实施例中由透明材料所制成的第一转换部分6110进行泵浦(pump)，从而产生具有第三光谱分布的光1700，诸如绿色或蓝色光。绕旋转轴线1620以旋转方向1610进行旋转的磷光体轮1600被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，诸如红色和/或绿色光。注意到，光1700和光1400的任何颜色组合在原则上都是可行的。
如图2所示，其以截面视图示出了磷光体轮1600，磷光体轮1600以透明模式被使用，即入射光1700在一侧进入磷光体轮1600，并且透射通过磷光体轮1600，并且从其形成出光表面4200的相对一侧发出。可替换地，磷光体轮1600可以以反射模式使用(未示出)，而使得光从与它通过其进入该磷光体轮相同的表面被发出。
磷光体轮1600可以始终仅包括一个磷光体。可替换地，磷光体轮1600还可以包括没有任何磷光体的多个分段，从而光1700的一部分也可以在不被转换的情况下进行透射。以这种方式，能够顺序地生成其它颜色。在另一种替换形式中，磷光体轮1600还可以包括多个磷光体分段，例如分别发出黄色、绿色和红色光的磷光体的分段，从而诸如形成多色光输出。在又另一种替换形式中，发光设备1001可适于通过在磷光体轮1600上采用像素化的磷光体反射体图案而生成白色光。
在一个实施例中，耦合部件7700是适于对入射在磷光体轮1600上的光1700进行准直的光学部件，但是其也可以是耦合介质或耦合结构，例如以上所描述的耦合介质或耦合结构7700。发光设备1001可以进一步包括另外的透镜和/或准直器。例如，可以定位另外的光学器件，以诸如对光源2100、2200、2300所发出的光和/或发光设备1100所发出的光1400进行准直。
图3示出了光导4020，其包括光学部件8010，后者被配置以与光导4020的出光表面4200光学连接的光输入面8060。光学部件8010由具有高折射率的材料所制成，在一个实施例中该折射率等于或高于光导4020的折射率，并且包括四边形的横截面以及两个梯形侧面8030和8040。梯形侧面8030和8040从光导4020的出光表面4200向外倾斜，而使得光学部件8010的出光面8050具有比光导4020的光输入面8060和出光表面4200二者更大的表面积。光学部件8010可替换地可以具有多于两个—特别为四个—的梯形侧面。在一种替换形式中，光学部件8010具有圆形横截面以及一个圆周锥形侧面。利用这样的配置，光将在倾斜侧面8030和8040被反射并且由很大机会在其击中出光面8050的情况下发生逸散，因为出光面8050与光输入面8060相比很大。侧面8030和8040的形状也可以是曲面的并且被选择为使得所有光都通过出光面8050逸散。
该光学部件还可以从光导4020整体形成，例如通过形成光导的一部分而使得预先确定的光学部件被形成于该光导的末端之一。该光学部件例如可以具有准直器的形状，或者可以具有梯形的横截面形状，并且在一个实施例中，该梯形的外表面被提供有反射层。因此，所接收的光可以被整形以诸如包括更大的光斑大小，同时使得光通过出光表面以外的其它表面的损失最小化，因此还提高了所发射光的强度。在另一个实施例中，该光学部件具有透镜阵列的形状，例如凸面或凹面透镜或者它们的组合。因此，所接收到的光可以被整形从而诸如形成聚焦光、失焦光或它们的组合。在透镜阵列的情况下，进一步可行的是，所发出的光可以包括均由该阵列的一个或多个透镜所形成的两个或更多单独光束。更为概括而言，该光导因此可以具有不同大小的以不同方式成形的部分。因此，提供了一种光导，光可以利用其在从出光表面发光的该任意一个或多个方向进行整形，从出光表面发出的光的光束大小和光束形状可以以特别简单的方式进行调谐，例如通过改变出光表面的大小和/或形状。因此，该光导的一部分用作光学部件。
该光学部件还可以是部署在该光导的出光表面的光汇聚部件(未示出)。该光汇聚部件包括四边形的横截面以及两个向外弯曲的侧面，而使得该光汇聚部件的出光表面具有比该光导的出光表面更大的表面积。该光汇聚部件可替换地可以具有多于两个的—特别为四个—梯形侧面。该光汇聚部件可以是复合抛物面光汇聚部件(CPC)，其具有抛物面形的曲线侧面。在一种替换形式中，该光汇聚部件具有圆形横截面以及一个圆周梯形的侧面。在一种替换形式中，如果该光汇聚部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)，则仍然有适当数量的光能够被提取。与高折射率材料所制成的光汇聚部件相比，这允许制造容易且廉价的光汇聚部件。例如，如果光导具有n＝1.8的折射率并且光汇聚元件具有n＝1.5(玻璃)的折射率，则可以实现光输出中因数为2的增益。对于具有光折射率n＝1.8的光汇聚部件而言，该增益将更多大约10％。实际上，因为光学部件或光汇聚部件与外部介质—通常为空气—之间的界面处将存在Fresnel反射，所以并非所有的光都将被提取。这些Fresnel反射可以通过使用适当的防反射涂层—即四分之一lambda电介质堆叠或蛾眼结构—而有所减少。在作为出光面上的位置的函数的光输出并不均匀的情况下，利用防反射涂层进行的覆盖可能有所变化，例如通过改变涂层的厚度。
CPC令人感兴趣的特征之一在于光的展度(＝n2×面积×立体角，其中n是折射率)得以被保存。CPC的光输入面的形状和大小可以针对光导的出光表面的那些进行调适和/或反之亦然。CPC的一种很大的优势在于，入射的光分布被变换为与给定应用的可接受展度配合最优的光分布。CPC的出光面的形状例如可以根据需要而是矩形或圆形。例如，对于数字投影仪而言，将对于光束的大小(高度和宽度)以及散度有所要求。相对应的展度将在CPC中被保存。在这种情况下，使用具有所使用显示面板的所期望高度/宽度比的矩形光输入面和出光面将会是有利的。对于聚光灯应用而言，该要求没有那么严格。CPC的出光面可以为圆形，但是也可以具有其它形状(例如，矩形)从而照亮特定形状的区域或所期望的图案从而将这样的图案投影在屏幕、墙面、建筑物、设施等上。虽然CPC提供了大量的设计灵活性，但是它们的长度可能非常大。通常，可能期望设计具有相同性能的较短的光学部件。为此，表面形状和/或出光表面可以进行调适以例如具有更为弯曲的出光表面，从而诸如对光进行汇聚。一种另外的优势在于，CPC在光导的大小被LED的尺寸所限制并且出光面的大小由后续光学组件所确定时能够被用来克服可能的纵横比失配。另外，可能放置部分覆盖CPC的出光面的镜面(未示出)，例如使用在其中心或附近具有“开孔”的镜面。以这种方式，CPC的出光面被收窄，光的一部分被反射回到CPC和光导之中，并且因此光的出射展度将有所减小。这自然将会减少从CPC和光导所提取的光量。然而，如果该镜面具有例如Alanod 4200AG的高反射率，则光能够被有效注射返回到CPC和光导中，其在那里可以通过被TIR进行循环。这将不会改变光的角分布，但是将会改变光将在循环之后击中CPC出光面的位置，因此增大照明通量。以这种方式，正常情况下将被牺牲掉以便减小系统展度的部分光能够被重新获取并且被用来例如提高同质性(homogeneity)。这在系统在光学投影应用中使用的情况下是主要重要的。通过以不同方式选择镜面，相同的CPC和光导集合可以被用来应对使用不同面板大小和纵横比的系统，而并不必牺牲大量的光。以这种方式，能够针对各种数字投影应用使用一种单一的系统。
通过使用以上参考图3所描述的任意一种结构，与从高折射率光导材料向如空气的低折射率材料提取光相结合、特别是有关提取效率的问题得以被解决。
参考图4和5，将对用于提供具有特定形状的光分布不同可能性进行描述。图4示出了光导4040的透视图，其贯穿其长度进行成形以便提供所成形的出光表面4200。光导4040可以是透明光导或者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。光导4040贯穿其长度进行延伸、特别是与表面4500相邻并且与光输入表面4100相对的部分4501已经被去除，诸如以提供具有与出光表面4200处的光分布的所期望形状相对应的形状光导4040，该形状从出光表面4200到相对表面4600贯穿光导4040的整个长度进行延伸。
图5示出了光导4050的侧视图，其在其长度的一部分上进行成形以诸如提供所成形的出光表面4200。光导4050可以是透明光导或者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。光导4050在其长度的一部分上进行延伸、特别是与表面4500相邻并且与光输入表面4100相对的部分4501已经被去除，诸如以提供具有与出光表面4200处的光分布的所期望形状相对应的形状光导4040，该形状在光导4050的长度的与出光表面4200相邻的部分上进行延伸。
光导的另一个部分或者多于一个的部分可以被去除以诸如提供出光表面的其它形状。以这种方式可以获得出光表面的任意可行形状。而且，光导可以被部分或完全划分为具有不同形状的若干部分，而使得可以获得更为复杂的形状。从光导所移除的一个或多个部分可以利用例如锯切、切割等去除，随后对去除该一个或多个部分之后所暴露的表面进行抛光。在另一种替换形式中，可以例如通过钻孔而去除光导的中心部分，以诸如在出光表面中提供开孔。
在可替换实施例中，还可以通过对光导的出光表面的一部分进行例如粗糙化的表面处理，而保留出光表面的其余部分平滑来获得具有特定形状的光分布。在该实施例中，光导没有部分需要被去除。同样，以上用于获得具有特定形状的光分布的可能性的任意组合是可行的。
图6示出了例如数字投影仪的照明系统的侧视图，其具有适于以所发出的光1700处于黄色和/或橙色波长范围—即大致处于560nm至600nm的波长范围之内—的方式对入射光1300进行转换的光导4070。光导4070例如可以被提供为由诸如Ce掺杂的(Lu,Gd)3Al5O12、(Y,Gd)3Al5O12或(Y,Tb)3Al5O12的陶瓷材料所制成的透明石榴石。利用更高的Ce含量和/或例如Gd和/或Tb的有利于Ce的更高置换水平，该光导所发出的光的光谱分布能够被转移为更高的波长。在一个实施例中，光导4070是完全透明的。
在出光表面4200提供了光学部件9090。光学部件9090包括用于对从光导4070所发出的光1700进行过滤以诸如提供过滤光1701的滤波器9091，至少一个另外的光源9093、9094，以及适于将过滤光1701与来自至少一个另外的光源9093、9094的光进行组合以诸如提供共同光输出1400的光学组件9092。滤波器9091可以是吸收滤波器或反射滤波器，其可以是固定的或可切换的。可切换滤波器例如可以通过提供反射二向色镜面(其根据所期望的光输出而可以是低通、带通或高通的)，以及可切换镜面并且将该可切换镜面放置以光传播方向看在该二向色镜面的上游而获得。此外，将两个或更多滤波器和/或镜面进行组合以选择所期望的光输出也是可行的。图6中所示的滤波器9091是使得能够根据滤波器9091的开关状态而传输未过滤的黄色和/或橙色光或过滤光—特别地并且在所示出的实施例中为经过滤的红色光—的可切换滤波器。经过滤的光的光谱分布取决于所采用的滤波器9091的特性。如所示出的光学组件9092可以是也被称作X立方的交叉二向色棱镜，或者其可替换地可以是个体二向色滤波器的适当集合。
在所示出的实施例中提供了两个另外的光源9093和9094，另外的光源9093是蓝色光源而另外的光源9094是绿色光源。其它颜色和/或更多数量的另外光源也是可行的。一个或多个另外的光源也可以是如以下所给出的根据本发明实施例的光导。另外的选项是使用滤波器9091所过滤掉的光作为另外的光源。共用光源1400因此是光导4070所发出并且被滤波器9091所过滤的光1701与相应的两个另外的光源9093和9094所发出的光的组合。该共用光输出1400有利地可以是白色光。
图6所示解决方案的有利之处在于其是可缩放的、成本有效的，并且能够容易地根据针对根据本发明实施例的发光设备的给定应用的要求进行调适。
图7示出了光导4080的侧视图，其包括第一光源2100、2200、2300，它们发出具有第一光谱分布的光并且相邻光导4080的光输入表面4100进行部署。光导4080还包括至少一个第二光源2400，其发出具有不同于第一光谱分布的第二光谱分布的光，并且其相邻光导4080中平行于光输入表面4100并与之相对地进行延伸的表面4500进行部署。光导4080适于将具有第一光谱分布的光的至少一部分转换为具有不同于该第一光谱分布的第三光谱分布的光，并且在并不对具有第二光谱分布的光进行转换的情况下对其进行引导。以这种方式，光导4080通过出光表面4200所发出的光1700包括至少分别具有第二和第三光谱分布的光以及可能还有具有第一光谱分布的光(因为该光的一部分可能被保持不被转换)的组合。作为非限制示例，第一光谱分布可以处于低于400nm的波长范围之内，第二光谱分布可以处于红色波长范围内，即500至800nm，而第三光谱分布可以处于400至500nm的波长范围之内。作为另一个非限制性示例，第一光谱分布可以处于绿色波长范围内，即400至500nm，第二光谱分布可以处于红色波长范围内，即500至800nm，而第三光谱分布可以处于440至600nm的波长范围之内。作为又另一个非限制性示例，第一光源2100、2200、2300可以以440至480nm的波长范围内发光，光源4080可以将第一光源所发出的光转换为具有480至600nm范围内的波长的光，并且第二光源2400可以以600至800nm的波长范围内发光。注意到，第一、第二和第三光谱分布的所有可行组合在原则上都可以被使用。因此，获得了简单且有效的产生白色光的方式。
如图7所示，光导4080进一步包括适于将来自第二光源2400的光耦合至光导4080之中的耦合部件7710。耦合部件7710可以是如以上所描述的耦合结构或耦合介质。注意到，该耦合部件是光学部件，并且因此也可以被省略，在这种情况下，该第二光源可以被部署为与该光导形成直接光学接触。
可以提供多于一个的第二光源。在这些实施例中，在这些实施例中，提供发出具有不同光谱分布的光的第二光源也是可行的，而使得部署在不同表面的第二光源发出具有不同光谱分布的光。此外，第二光源可替换地或除此之外可以被部署在光导4080中多于一个的不同于光输入表面4100的表面处，例如部署在两个不同表面。例如，至少一个第二光源2400可以被部署在与光导4080的出光表面4200相对的表面。
图8A和8B分别示出了光导4090A和光导4090B的侧视图，它们分别包括散热部件7000A、7000B，后者分别部署在光导4090A、4090B中不同于光输入表面的一个表面上，优选地被部署在距其大约30μm或更少的距离处。无论哪个实施例，相应散热部件7000A、7000B都包括用于改善热量消散的鳍片7100、7200、7300，然而该鳍片是可选部件。无论哪个实施例，相应散热部件7000A、7000B都适于符合光导的表面形状，并且因此适于在于光导的整个接触面积上提供保形的热接触。因此获得了有所增加的热接触面积并且由此获得了光导有所改进的冷却，并且对于散热器部件的定位的现有公差限制就变得没有那么关键。
图8A示出了散热器部件7000A包括多个散热器部分，这里为四个散热器部分7001、7002、7003和7004，它们中的一个或多个—在这里为全部四个—可以被提供以鳍片。显然，散热器部件7000A所包括的散热器部分越多，散热器部件7000就可以更为精确地与光导的表面相保形。每个散热器部分7001、7002、7003和7004适于在与光导的整个接触面积上提供相保形的热接触。该散热器部分可以距光导的表面以相互不同的距离进行部署。此外，散热器部件7000A包括共用载体7050，散热器部分7001、7002、7003和7004分别利用接合部件7010、7020、7030和7040与共用载体7050单独接合。可替换地，每个散热器部分可以被分配以其自己的载体。注意到，这些部件是可选的。
图8B示出了散热器部件7000B包括适于与其要部署在那里的光导4090B的表面形状相保形的底部部分7060。该底部部分7060是柔性的并且例如可以是导热金属层，诸如铜层。该散热器部件7000B进一步包括部署在底部部件7060和散热器部件7000B的其余部分之间的导热层7070以使得散热器部件7000B的柔性和保形性有所提高。导热层7070例如可以是导热流体或贴片。导热层7070在实施例中是高度反射的和/或包括高度反射涂层。散热器部件7000B进一步包括部署在散热器部件7000B内的流体储存器7080以便生成用于改善热量消散的流体流通。在一种替换形式中，流体储存器7080也可以被部署在散热器部件7000B的外部，例如沿散热器部件7000B的整个外围的一部分进行延伸。该流体流动可以利用泵进行提升。注意到，导热层7070和流体储存器7080是可选部件。
无论哪一个实施例，散热器部件7000A、7000B可以由从铜、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、碳化钼铜、碳、金刚石、石墨，以及它们中两种或多种的组合。此外，对以上所描述的实施例的特征加以组合的散热器部件是可行的。而且，将根据任意上述实施例的散热器部件部署在光导4090A或4090B的多于一个的表面是可行的。
最后，注意：提供如上所述的散热器在采用发射红光波长和/或适于发射红外波长范围的光(例如通过包括发射IR的磷光体)的光源的发光设备中是特别有利的。
图9A-9D分别示出了光导4010A、4010B和4010C以及4010D的侧视图，它们包括相邻于各自的光导4010A、4010B、4010C、4010D的出光表面4200布置的光偏振部件以及在各自的光导4010A、4010B、4010C、4010D的与出光表面4200相对进行延伸的表面4600处布置的反射元件7400。由此，可以获得具有高亮度以及高效率的偏振光源。无论哪个实施例，偏振部件9001可以是反射型线偏振器和反射型圆偏振器中任意一个。基于包括双折射层的聚合物层堆叠的反射型偏振器、线栅偏振器是反射型线偏振器的示例。圆偏振器可以使用所谓的胆甾型液晶相的聚合物以使得所谓的胆甾型聚合物仅透射具有一个偏振以及特定光谱分布的光来获得。可替换地或除反射型偏振器之外，还可以采用偏振分束器。更进一步地，还可以使用散射偏振器。在另一个实施例中，可以例如通过由如玻璃的材料制成的楔形偏振部件而使用反射所导致的偏振，在楔形偏振部件中光以接近布儒斯特角(Brewster angle)进行入射。在又一个实施例中，偏振部件9001可以为诸如在WO2007/036877A2描述的所谓的偏振背光。在又一个实施例中，偏振部件9001可以是偏振结构。
图9A示出了偏振部件9001被部署在光导4010A的出光表面4200的实施例。光源2100、2200、2300发射具有第一光谱分布的第一光1300，其在光导4010A中被转换为具有第二光谱分布的第二光1400。由于偏振部件9001，仅第一偏振的光—在这种情况下为p型偏振的光1400PA—从出光表面4200透射并发出，而第二偏振的光—在这种情况下为是s型偏振的光1400S—则被反射回光导4010A之中，被反射的s型偏振的光1400S被反射部件7400所反射。在被反射时，被反射的s型偏振的光1400S的至少一部分被变为p型偏振的光1400PB，后者由偏振部件9001进行透射。因此，获得了仅包括具有第一偏振的光—在这种情况下为p型偏振的光1400PA、1400PB—的光输出。
此外，在该示例中，光导4010A包括1/4lambda板9002，其部署在出光表面4200和相对表面4600之间所延伸的表面之一，在所示出的实施例中，其部分覆盖表面4500。可替换地，该1/4lambda板可以完全覆盖表面4500或者其可以包括两个或更多分开的部分。可替换地或除此之外，可以在出光表面4200和表面4600之间延伸的一个或多个其它表面处部署另外的1/4lambda板。在又另一个实施例中，1/4lambda板9002可以被部署在光导与反射部件7400之间而使得在该1/4lambda板和光导之间提供间隙。1/4lambda板9002可以被用于将具有第一偏振的光转换为具有第二偏振的光，尤其是用于将圆偏振的光转换为线偏振的光。然而，所注意到的是，无论哪一个实施例，1/4lambda板9002都是可选部件，并且其因此也可以被省略。
图9B示出了其中偏振部件9001关于出光表面4200成角度部署的实施例，如所示出的，其关于出光表面4200以45°的角度进行部署，但是原则上任何角度都是可行的。此外，相互层叠的1/4lambda板9002和反射部件9003被部署在偏振部件9001的光束路径下游而使得它们基本上平行于偏振部件9001进行延伸。因此，被反射的具有第一偏振的光被耦合出光导4010B并且在其上由偏振部件9001变为具有第二偏振的光。随后，该具有第二偏振的光被反射部件9003所反射并且进一步被1/4lambda板9002所偏振。
图9C示出了与图9A所示的非常相似的实施例，但是根据图9C，作为一种替换形式的光导4010C包括与出光表面4200相对的锥形(tapered)表面4600。该锥形表面4600被提供以反射部件4701、4702，它们被1/4lambda板9004形式的插入件所隔开。
图9D示出了一个实施例，其中两个光导4010D和5010进行层叠而使得光导4010D的表面4500和光导5010的光输入表面5100互相面对，并且具有部署在光导4010D和5010之间并且与它们光学接触的另外的偏振部件9005。偏振部件9001被部署在光导4010D和5010的出光表面4200和5200上，并且反射部件7400被部署在光导4010D和5010上与相应的出光表面4200、5200相对的表面4600和5600上。另外的偏振部件9005透射具有与偏振部件9001所透射的光的偏振相垂直的偏振的光。1/4lambda板9002可以被应用于光导5010的表面5500的至少一部分。
在另外的可替换实施例中，偏振部件80001可以被提供为部署在光导的出光表面4200的光学部件的一部分。在一个特定实施例中，偏振部件9001因此被部署为诸如在光学部件的安装位置与出光表面4200相对定位。作为示例，这样的光学部件例如可以是光学部件、复合抛物面光汇聚部件(CPC)或者如以上所描述的光学部件。可替换地，这样的光学部件可以是混光室。特别地，在CPC的情况下，1/4lambda板可以与偏振部件9001相对地部署在CPC之中。
图10示出了包括光源2100和光导4095的发光设备1020，该光源2100包括多个LED。光源2100在该示例中被部署在散热器7000形式的基底或基板上，后者优选地由诸如铜、铁或铝的金属所制成。注意到，在其它实施例中，基底或基板并不需要是散热器。光导4095被示为其形状总体上为条或杆，其具有关于彼此以非零角度进行延伸的光输入表面4100和出光表面4200，它们在该特定情形中是垂直的，从而出光表面4200是光导4095的末端表面。光输入表面4100和出光表面4200可以具有不同的大小，优选地使得光输入表面4100大于出光表面4200。光导4095进一步包括平行于出光表面4200并且与之相对地进行延伸的另外的表面4600，该另外的表面4600因此同样是光导4095的末端表面。光导4095进一步包括侧表面4300、4400、4500。光导4095也可以是平板形状，例如作为正方形或矩形平板。
发光设备1020进一步包括部署在光导4095的另外表面4600的第一镜面部件7600以及部署在光导4095的出光表面4200的第二镜面部件7400。如所示出的，第一镜面部件7600被部署为与出光表面4200形成光学接触，并且第二镜面部件7600则被部署为与另外的表面4600形成光学接触。可替换地，可以分别在第一和第二镜面部件7600和7400之一或二者与另外的表面4600和出光表面4200之间提供间隙。这样的间隙例如可以被填充以空气或光学粘合剂。
光导4095的出光表面4200进一步被提供以四个朝内的锥形壁以及平行于另外的表面4600进行延伸的中心平坦部分。这里所使用的“锥形壁”表示出光表面4200中与出光表面的(多个)其余部分以及光导相邻该出光表面延伸的表面都以非零角度进行部署的壁部分。壁朝内成锥形意味着该光导的横截面朝向出光表面逐渐减小。在该实施例中，第二镜面部件7400被部署在出光表面4200的锥形壁并且与之光学接触。因此，第二镜面部件被提供以对应于出光表面4200的锥形壁中的每一个并且对其进行覆盖的四个部分7410、7420、7430和7410。对应于出光表面4200的中心平坦部分的通孔7520定义了出光表面4200的透明部分，光可以通过其离开从而从发光设备1020射出。
以这种方式，提供了一种发光设备，其中击中第二镜面部件的光线改变角方向而使得更多的光线的方向朝向出光表面4200并且之前由于TIR而将保留在光导4095内的光线由于该角方向的变化现在以小于反射临界角度的角度击中出光表面4200，并且因此可以通过出光表面4200的通孔7520离开光导。因此，发光设备通过光导4095的出光表面4200所发出的光的强度进一步有所增加。特别地，当光导为矩形条时，将存在垂直入射出光表面处的第二镜面部件并且因此无法离开该条的光线，这是因为它们在两个镜面部件之间保持反射。当一个镜面部件向内倾斜时，光线在该镜面部件处被反射之后改变方向并且可以经由第二镜面部件的透明部分离开光导。因此，该配置利用锥形壁的反射而提供了朝向出光表面4200的中心平坦部分并且因此第二镜面部件7400中的通孔7520的有所改进的光引导。
在可替换实施例中，可以提供诸如少于或多于四个的其它数量的锥形壁，例如一个、两个、三个、五个或六个锥形壁，并且类似地并非所有锥形壁都需要被提供以第二镜面部件或者其多个部分。在其它可替换形式中，一个或多个锥形壁可以不被第二镜面部件7400所覆盖，和/或中心平坦部分可以部分或完全被第二镜面部件7400所覆盖。
图11示出了根据本发明的第一且总体实施例的发光设备1的透视图。发光设备1总体上包括光源2、透明散热器部件3和第一发光光导4，上述光源2包括多个LED 21、22、23。
透明散热器部件3被示为总体上为条或杆的形状，其具有彼此相对部署的第一光输入表面31和第一出光表面32，以及互相成对部署并且在第一光输入表面31和第一出光表面32之间延伸的另外的侧表面33、34、35、36。透明散热器部件3也可以为平板形状，例如作为正方形或矩形平板，或者原则上可以为任意其它适当形状。
透明散热器部件3总体上使得光在光损失非常小或者没有光损失的情况下通过，同时热量以远离第一发光光导4的方向进行扩散和分布。也就是说，在所示实施例中，热量通过四个侧表面33、34、35、36中的一个或多个进行发射。
用于这样的透明散热器部件3的适当材料是高度透明的材料，即所有或基本上所有入射光通过其进行透射的材料，例如具有高于90％的透明度的材料，并且其具有高的导热性，即大于1W/(m*K)且优选地大于10W/(m*K)的导热性。
适当的材料包括但并不局限于蓝宝石、诸如YAG、LuAG的非掺杂透明石榴石、玻璃、玻璃、石英，以及诸如氧化铝之类的其它陶瓷材料。
第一发光光导4被示为形状总体上为条或杆，其具有第一光输入表面41，作为第一发光光导4的末端表面的第一出光表面42，以及另外的侧表面43、44、45、46。第一发光光导4也可以为平板形状，诸如正方形或长方形平板。
第一光输入表面41和第一出光表面42总体上关于彼此以非零角度进行延伸，即它们并不处于平行平面之中。在这里所示出的实施例中，第一光输入表面41和第一出光表面42垂直于彼此进行延伸。而且，第一光输入表面41和第一出光表面42具有不同大小，优选地使得第一光输入表面41大于第一出光表面42。
第一发光光导4由发光材料所制成，诸如发光石榴石、以上所描述的适当石榴石。此外，第一发光光导4的发光材料优选地是透明的、聚光的或者它们的组合，适当材料在以上进行了描述。
透明散热器部件3和光导4可以互相以物理、热和光学接触进行部署。
发光设备1通常如下进行工作。具有第一光谱分布的光13由光源2所发出并且通过透明散热器部件3进行透射，在光输入表面31进入并且在出光表面32离开。因此，如所示出的，透明散热器部件3被部署在光源2和第一发光光导4之间的光学路径之中。然而，原则上并非所有的光都需要通过出光表面32进行透射，因为一些光例如可以通过表面35进行透射。
具有第一光谱分布的光13因此在第一光输入表面42进入第一发光光导4。具有第一光谱分布的光13的至少一部分被第一发光光导4转换为具有第二光谱分布的光14。最后，具有第二光谱分布的光14的一部分被波导并且在第一出光表面42耦合出第一发光光导4，并且因此被发光设备1所发出。通过仅经由其一个表面42从第一发光光导4提取出具有第二光谱分布的光14实现了光的汇聚，因此导致了强度增益。
可替换地但并未示出，第一发光光导4除了第一光输入表面41和第一出光表面42之外的任意一个或多个表面—即另外的表面43、44、45、46—可以被提供以反射层。
在以上所描述的实施例中，光源2和发光光导并不与透明散热器部件3形成光学接触。
在另一个示例中，在第一光导4和透明散热器3之间可能存在光学接触，并且具有第二光谱分布的光14也将部分进入透明散热器3并且在其中进行波导，并且将在表面36和46提供有反射层的情况下在表面35和42离开。
在下文中，将参考图12-19对根据本发明的发光设备1的不同具体实施例进行描述。将仅对不同于以上关于图11所描述的总体实施例的那些特征进行描述。
图12示出了根据本发明的发光设备1的第二实施例的配置的截面侧视图。在该实施例中，光源2被部署在非透明散热器70形式的基底上，以诸如提供远离第一发光光导4的附加热量分布。非透明散热器70包括一个或多个鳍片71、72、73以便使得热量分布有所改善。非透明散热器70优选地由具有高导热性的金属所制成，诸如铜、铁或铝。非透明散热器70也可以由诸如氧化铝或氮化硼的反射陶瓷所制成。
此外，在透明散热器部件3和第一发光光导4之间提供有间隙6。间隙6例如具有小于200μm、小于100μm或者小于50μm的大小。间隙6可以是利用间隔器部件(未示出)所保持的空气间隙。间隙6也可以被部分或完全填充以光学透明且非热透明的材料，诸如导热性相对低的光学透明的粘合剂。
而且，光源2能够被部署为与透明散热器部件3形成物理接触，在这种情况下，甚至针对相对纤薄的透明散热器部件3也可以获得有所改进的热量分布。因此，以这种方式可以节省材料并且可以提供更为紧凑的发光设备1。
图13示出了根据本发明的发光设备102的第三实施例的截面侧视图。在该实施例中，透明散热器部件301被提供以两个补充部分310和312，它们均包括分别以与第一发光光导4相对的方向进行延伸的鳍片311和313，以诸如提供远离第一发光光导4的附加热量分布。该补充部分310和311被示为是透明部分，但是在可替换示例中也可以是非透明部分。如果补充部分310和311是非透明的，则它们可以包括一个或多个鳍片，并且优选地由具有相对高的导热性的金属所制成，诸如铜、铁或铝，或者由诸如氧化铝或氮化硼的反射陶瓷所制成。
图14示出了根据本发明的发光设备103的第四实施例的截面侧视图。在该实施例中，透明散热器部件302被提供以散热材料10，后者以散热颗粒的形式处于透明散热器部件之中或者处于光输入表面处，以便使得来自透明散热器部件302的光的输出耦合有所改善。此外，散热器部件302可以被提供以耦合结构7，后者被示为一层适当材料，以便将光从预期的光出射耦合表面耦合至透明散热器部件302之外。
而且，在一种替换形式中，该透明散热器可以经由高度反射层与非透明散热器形成接触。该非透明散热器可以包括一个或多个鳍片。
以这种方式，获得两种另外的结果。散射材料10所提供的在于，具有第一光谱分布的光13的至少一部分变为散射光131并且被朝向第一发光光导4出射耦合。代替散射材料或者除此之外，能够使用用于将光耦合出来的耦合结构7。这同样使得能够使用透明散热器部件3作为光导，这进而且如图14所示使得能够使用透明散热器部件3的侧表面作为光输入表面31，并且利用耦合结构7将光耦合至透明散热器部件3之外并且将该光发送至出光表面32。因此，图14所示的发光设备103是所谓的侧光式(edge lit)发光设备。
耦合结构7并非必然需要是如图14所示的层，而是也可以为适当形状或结构，例如提供在透明散热器部件302的表面上的衍射或折射结构。而且，耦合结构可以被用于有所改善地将光耦合至透明散热器部件302之外。
可替换地或除此之外，并且尤其在具有如以下关于图17所描述的第二透明散热器部件的实施例中，光导4也可以被提供以散射材料和/或耦合结构。
图15示出了根据本发明的第五实施例的发光设备104的截面侧视图。在该实施例中，透明散热器部件303被提供以总体上为梯形的横截面形状，其具有两个相对的锥形侧表面35和36。以这种方式，透明散热器部件303利用折射而用作对光13进行重定向的光学组件，其中以这种方式，被折射的光132被透射至第一发光光导4。因此，在通过透明散热器部件进行透射的期间所损失的光的数量有所减少。注意到，透明散热器部件的其它横截面形状也是可行的，例如具有抛物线侧表面的横截面形状。
图16示出了根据本发明的第六实施例的发光设备105的截面侧视图。在该实施例中，透明散热器部件304被提供以部署在光输入表面31上的折射和/或衍射结构74。可替换地，折射和/或衍射结构74可以嵌入在光输入表面31之中。以这种方式，透明散热器部件303利用衍射而用作对光13进行重定向的光学组件，其中以这种方式，被衍射的光133被透射至第一发光光导4。因此，折射和/或衍射部件74改善了光的进入耦合而使得在通过透明散热器部件进行透射的期间所损失的光的数量有所减少。
在其它未示出的实施例中，折射和/或衍射结构也可以或可替换地被部署在透明散热器部件3的任意其它表面上，或者被部署在第一发光光导4的表面上。
图17示出了根据本发明的第七实施例的发光设备106的截面侧视图。在该实施例中，相邻于第一发光光导4中与光输入表面41相对的表面45提供了第二透明散热器部件20。更为概括地而言，该第二透明散热器部件20相邻于第一发光光导4与透明散热器部件3相对的侧面进行部署。因此，第一发光光导4被部署在两个透明散热器部件3和20之间。这提供了远离第一发光光导4的进一步有所改善的热量分布。
第二透明散热器部件20可以为杆、条或平板形状，例如具有矩形或正方形横截面，或者其原则上可以具有任意其它的适当形状。
在该示例中，在透明散热器部件3和第一发光光导4之间提供有间隙6。间隙6例如具有小于200μm、小于100μm或者小于50μm的大小。间隙6可以是利用间隔器部件(未示出)所保持的空气间隙。间隙6也可以被部分或完全填充以光学透明但非热透明的材料，诸如光学透明且非热透明的粘合剂。
优选地，在第二透明散热器部件20和第一发光光导4之间提供有间隙75。间隙75例如具有小于200μm、小于100μm或者小于50μm的大小。间隙75可以是利用间隔器部件(未示出)所保持的空气间隙。间隙75也可以被部分或完全填充以光学透明但非热透明的材料，诸如光学透明且非热透明的粘合剂。
在该实施例中，还可能省略第一透明散热器部件3和/或间隙6、75之一或二者。
图18示出了根据本发明的第八实施例的发光设备107的截面端部视图。在该实施例中，第一发光光导4被透明散热器部件305所包围，即透明散热器部件305相邻于第一发光光导4的四个侧面进行延伸。
此外，透明散热器部件305被提供以三角形的横截面形状。注意到，无论哪一个实施例，该透明散热器部件原则上都可以被提供以任意的横截面形状和/或表面形状。
此外，光源21、22、23被提供于透明散热器部件3的所有三个侧面上，上述透明散热器部件3因此从三个不同角度被照亮。原则上，只要实现所要求的光输出，可以部署任意所期望数量的光源以从任意所期望数量的不同角度照亮该透明散热器部件。因此，更多的光可以被耦合到第一发光光导4之中，因此导致更高的强度增益。该透明散热器部件可以接合至具有更高导热性的非透明散热器。
图19示出了根据本发明的第九实施例的发光设备108的截面端部视图。在该实施例中，第一发光光导4被部署在提供于透明散热器部件306中的凹陷3061之中。换句话说，透明散热器部件306被成形为在三个侧面包围该光导，即透明散热器部件306相邻于第一发光光导4的光输入表面41以及侧表面43和44进行延伸。
此外，发光设备108被提供以非透明散热器76，后者被配置为包围第一发光光导4和透明散热器部件306，即非透明散热器76相邻于三个侧面进行延伸以便进行有所改进的热量分布。如所示出的，其上部署有光源2的侧面相邻于非透明散热器76进行延伸。
非透明散热器76在可替换实施例中可以相邻于第一发光光导4和透明散热器部件3的一个或两个或三个或者甚至四个侧面进行延伸。其上部署有光源2的侧面可以原则上也相邻于非透明散热器76进行延伸，在这种情况下，光源2被部署在该非透明散热器面向透明散热器部件3的光输入表面的表面上。
可以提供在四个侧面包围第一发光光导的透明散热器部件，这四个侧面并不包括第一出光表面。
在实施例中，该发光设备进一步包括如以上关于图2所描述的磷光体轮。
在另一个实施例中，该发光设备被提供以如以上关于图3所描述的第一出光表面处的光学部件。可替换地或除此之外，该光导的第一出光表面具有如以上关于图10所描述的锥形壁。
在实施例中，该第一光导可以如以上关于图4和图5所描述的那样成形。
在实施例中，例如如以上关于图7所描述的，发射不同于第一光源的另一光谱分布的光的光源可以被增加至根据本发明的发光设备。
在实施例中，如以上关于图8A和图8B所描述的散热器部件可以被部署在第一光导上以进一步改善散热。
在实施例中，例如以上关于图9A-9D所描述的，第一光导可适于提供偏振光。
例如以上关于图6所描述的，根据本发明实施例的发光设备可以被部署在数字投影仪中。
本领域技术人员将会意识到的是，本发明绝非被局限于以上所描述的优选实施例。与之相反，可能在所附权利要求的范围内进行许多修改和变化。
特别地，这里所描述的各个实施例的各种要素和特征可以自由组合。
此外，通过研习附图、公开和所附权利要求，本领域技术人员在对请求保护的发明加以实践时能够理解并实施针对所公开实施例的变化。在权利要求中，词语“包括”并不排除其它要素或步骤，并且不定冠词“一个”(“a”或“an”)并不排除多个。某些措施在互相不同的从属权利要求中被引用的仅有事实并非表示这些措施的组合不能被加以利用。

Claims (24)

1.一种发光设备(1)，包括：
光源(2)，其适于在操作中发出具有第一光谱分布的光(13)，
第一发光光导(4)，其包括彼此以非零角度进行延伸的第一光输入表面(41)和第一出光表面(42)，
并且所述第一发光光导(4)适于在所述第一光输入表面(41)接收具有所述第一光谱分布的所述光(13)，将具有所述第一光谱分布的所述光(13)的至少一部分转换为具有第二光谱分布的光(14)，将具有所述第二光谱分布的所述光(14)引导至所述第一出光表面(42)，并且将具有所述第二光谱分布的所述光(14)耦合出所述第一出光表面(42)，和
第一透明散热器部件(3)，其与所述第一发光光导(4)的至少一个表面相邻部署并且处于所述光源(2)和所述第一发光光导(4)之间的光学路径中，所述至少一个表面不同于所述出光表面(42)，其中所述第一透明散热器部件(3)适于利用折射和衍射中的任意一种对光进行重定向。
2.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述第一透明散热器部件(3)由具有大于1W/(K*m)的导热率的材料所制成。
3.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述第一透明散热器部件(3)由具有大于10W/(K*m)的导热率的材料所制成。
4.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述第一透明散热器部件(3)由具有大于20W/(K*m)的导热率的材料所制成。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的发光设备，其中所述第一发光光导(4)的除所述第一光输入表面(41)和所述第一出光表面(42)之外的一个或多个表面被提供有反射层。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的发光设备，其中所述第一发光光导(4)由从包括发光石榴石、透明发光材料以及它们的组合的群组中所选择的发光材料所制成。
7.根据权利要求6所述的发光设备，其中所述发光石榴石是发光的掺杂石榴石。
8.根据权利要求6所述的发光设备，其中所述透明发光材料是聚光的发光材料。
9.根据权利要求1-4、7和8中任一项所述的发光设备，其中在所述第一透明散热器部件(3)和所述第一发光光导(4)之间提供有间隙(6)。
10.根据权利要求9所述的发光设备，其中所述第一透明散热器部件(3)和所述第一发光光导(4)之间的所述间隙(6)包括空气和光学粘合剂中的任意一种或多种。
11.根据权利要求1-4、7、8和10中任一项所述的发光设备，其中所述第一透明散热器部件(3)包括耦合结构(7)和散射材料(10)中的任意一种或多种，所述耦合结构被部署在平行于所述第一出光表面(42)并与之相对地进行延伸的表面上或所述表面处。
12.根据权利要求1-4、7、8和10中任一项所述的发光设备，其中所述第一透明散热器部件具有梯形横截面形状，从而具有两个相对地锥形侧表面(35，36)。
13.根据权利要求1-4、7、8和10中任一项所述的发光设备，其中所述第一透明散热器部件(3)相邻于所述第一发光光导(4)的至少两个表面进行延伸。
14.根据权利要求13所述的发光设备，其中所述第一透明散热器部件(3)相邻于所述第一发光光导(4)的四个侧面进行延伸，并且具有三角形的横截面形状，并且其中光源(21，22，23)被提供在所述第一透明散热器部件(3)的全部三个侧面上。
15.根据权利要求1-4、7、8、10和14中任一项所述的发光设备，其中所述第一透明散热器部件(3)的透明材料从包括蓝宝石、非掺杂透明石榴石、玻璃、石英、陶瓷材料、发光材料以及它们的组合的群组中进行选择。
16.根据权利要求15所述的发光设备，其中所述非掺杂透明石榴石是YAG或LuAG。
17.根据权利要求15所述的发光设备，其中所述陶瓷材料是氧化铝。
18.根据权利要求15所述的发光设备，所述发光材料包括磷光体。
19.根据权利要求1-4、7、8、10、14、16、17和18中任一项所述的发光设备，进一步包括相邻于所述第一发光光导(4)的背离所述第一透明散热器部件(3)的表面进行部署的第二透明散热器部件(20)。
20.根据权利要求1-4、7、8、10、14、16、17和18中任一项所述的发光设备，其中所述光源(2)被部署在基底上，所述基底为非透明散热器(70)。
21.根据权利要求1-4、7、8、10、14、16、17和18中任一项所述的发光设备，其中提供以与所述第一透明散热器部件(3)和所述第一发光光导(4)中的任意一个或多个形成物理和热接触中的任意一种或多种而进行部署的非透明散热器。
22.一种包括根据之前任一项权利要求所述的发光设备的投影仪。
23.一种包括根据之前任一项权利要求所述的发光设备的灯。
24.一种包括根据之前任一项权利要求所述的发光设备的灯具。
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