CN106461182A - 具有增加的效率的发光聚光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种设备(1)，其包括(i)发光聚光器(100)和(ii)固态光源(10)，发光聚光器(100)包括具有辐射输入面(4100)、辐射出射面(4200)、以及由辐射输入面(4100)和相对的面(4500)定义的宽度(W)的波导(4000)，波导(4000)包括以转换器浓度分布在波导(4000)中的辐射转换元件(20)，固态光源(10)被配置成使用固态光源辐射(11)照射波导(4000)的辐射输入面(4100)；其中辐射转换器元件(20)被配置成吸收光源辐射(11)的至少部分并且将其转换成辐射转换器元件辐射(21)，并且其中转换器浓度是在波导(4000)的宽度(W)上吸收光源辐射(11)的98％所需要的浓度的至少三倍高。

Description

具有增加的效率的发光聚光器
技术领域
本发明涉及发光聚光器(luminescent concentrator)。本发明还涉及其应用，诸如包括这样的发光聚光器的数字投影仪单元、或者包括这样的发光聚光器的汽车照明单元。
背景技术
发光聚光器在现有技术中已知。比如美国7982,229描述了其中一种发光设备，其包括发出在≥220nm到≤550nm的波长范围内的光的至少一个LED以及被放置成朝着至少一个LED而没有光学接触的至少一个转换结构，其将来自至少一个LED的光至少部分转换成在≥300nm到≤1000nm的波长范围内的光，其特征在于，至少一个转换结构具有≥1.5并且≤3的折射率以及≥2:1并且≤50000:1的比率A:E，其中A和E如下定义：至少一个转换结构包括至少一个进入表面和至少一个出射表面，其中光可以在至少一个进入表面进入转换结构，光可以在至少一个出射表面离开至少一个转换结构，至少一个进入表面中的每个具有进入表面区域，进入表面区域编号为A1...An，并且至少一个出射表面中的每个具有出射表面区域，出射表面区域编号为E1...En，并且至少一个进入表面区域A中的每个之和为A＝A1+A2...+An，并且至少一个出射表面区域E中的每个之和为E＝E1+E2...+En。
US 2011/0025951描述了一种光谱转换设备，其包括利用一定浓度的发光材料进行染色的多个离散单元，该浓度大于或等于足以吸收来自光源的基本上所有输入光并且将其转换成期望输出光谱的量；以及布置在离散的单元周围的涂覆材料，其中涂覆材料粘合多个离散的单元以形成矩阵，其中当多个离散的单元被定位在光源上方时，穿过透明的离散单元的输入光没有被转换，并且穿过掺杂的离散单元的输入光被转换成红色和绿色波长，另外，其中发射的输入光以及转换后的红光和绿光对应于期望的输出光谱从而产生一个或多个颜色。还提供了与平面图像显示器一起使用的相关联的方法和相关联的设备。
发明内容
可以使用LED结合发光聚光器来创建高亮度的源。能够从发光聚光器耦合出来的光在一些情况下最大值约转换后的光的大约18％。因此，本发明一方面在于提供一种包括聚光器的可替换照明设备，其优选地进一步至少部分缓解以上描述的缺陷中的一个或多个。本发明一方面在于提供一种包括这样的聚光器的可替换的照明单元，诸如汽车照明单元，其优选地进一步至少部分缓解以上描述的缺陷中的一个或多个。本发明的又一方面在于提供一种包括这样的聚光器的可替换应用单元，诸如数字投影仪，其优选地进一步至少部分缓解以上描述的缺陷中的一个或多个。
对于这样的发光聚光器，可以使用例如陶瓷材料、单晶或透光聚合物。陶瓷转换器应当极度透明以便高效(光应当尤其保留在全内反射(TIR)直到聚光器的端部，诸如聚光器杆，并且没有不规则地偏转)。这样的聚光器包括发光元件(本文中表示为辐射转换器元件)，其将到来的光转换成转换后的光。从聚光器获取转换后的光，尤其从例如聚光器杆的端面。发光元件将来自源的辐射(诸如UV和/或蓝色)转换成发射(诸如绿色、黄色、橙色或红色)并且因此表示为转换器或“波长转换器”或“辐射转换器”，因为其将来自源的辐射(固态光源辐射)转换成其他辐射(辐射转换器元件辐射)。辐射转换器元件的发射在本文中也表示为辐射转换器元件辐射。
辐射转换器元件浓度通常被选择为使得基本上来自光源的所有辐射在来自光源的辐射从辐射输入面到相对的面行进的宽度上被吸收。比如，假定1.2mm宽的陶瓷杆包括Lu3Al5O12:Ce(III)，则Ce浓度在杆中大约为0.175％，其暗示光源的蓝色辐射的大约98％被聚光器杆中的铈离子吸收。将实质上更高的浓度并不认为有助于转换效率(蓝色到绿色)并且可能仅增加成本。它还将颜色点进一步平移到红色。然而，惊讶地发现，当铈浓度实质上增加时，聚光器效率增加。期望效率能够增加大约10到20％。
因此，在第一方面，本发明提供一种设备(1)，其包括(i)发光聚光器(“聚光器”)和(ii)固态光源，发光聚光器包括具有辐射输入面(“输入面”)、辐射出射面(“出射面”)、以及由辐射输入面和相对的面定义的宽度(W)的波导(或“光导”)，波导包括以转换器浓度(“转换器浓度”)分布在波导中的辐射转换器元件，固态光源被配置成使用固态光源辐射照射波导的辐射输入面；其中辐射转换器元件被配置成吸收光源辐射的至少部分并且将其转换成辐射转换器元件辐射，并且其中转换器浓度被选择为在波导的宽度(W)上吸收98％的光源辐射所需的浓度的至少3倍高，如所附权利要求中进一步限定的。
通过这样的照明设备，可以获得实质上更高的聚光器效率。比如，参考其中转换后的光的大约18％从辐射出射面逸出的配置，现在这一值在使用相同的发光聚光器时可以增加至20到24％，但是具有实质上增加的辐射转换器浓度。所使用的辐射转换器元件通常在激发和发射光谱之间具有交叠，导致再吸收。在再吸收之后，生成红移的再发射。这一各项同性发射的仅部分将处于全内反射(TIR)。再吸收因此可以描述为散射过程。不同于散射，再吸收在光被显著地红移的情况下停止。如果辐射转换器浓度很低，则杆的长度方向上的再吸收占主导。原始处于TIR的光有可能由于这一再吸收过程而从TIR逸出。另外，初级发射不处于TIR的光将具有较低的机会被再吸收并且将在到达出射表面之前从杆逸出。
然而，当辐射转换器浓度增加时，其他方向上的再吸收也变得很重要，这可能很明显。所产生的不处于TIR锥体的初级光将经历再吸收，给予其第二次机会进入TIR锥体。在长度方向上(参见以下)，再吸收没有显著增加，仅距初级发射的距离减小(杆的纵横比(长度/宽度，长度大于宽度)导致长度方向上的再吸收，即使对于较低的浓度)。因此，在较高转换器浓度的情况下聚光效率可能预料不到地增加。特别地，辐射转换器浓度为在波导的宽度(W)上吸收光源辐射的98％所需要的浓度的至少2倍高，甚至特别地至少3倍高，如特别地选自4到8倍高的范围。在比吸收光源辐射的98％所需要的浓度的3倍低、特别地比2倍低的浓度，或者另一方面，为其大约8倍高的浓度，效果可能较小，或者甚至开始再次减小(在太高的浓度下)。比如，在大约8或更高的倍数下，颜色点变化可能不期望地大，可能发生猝灭，和/或质量效率可能下降。
吸收通常遵循Lambert-Beer定律。因此，浓度可以取决于所使用的物种(衰减器的吸收率ε以及材料中的衰减物种的浓度c或者总的(吸收和散射)横截面σ，如现有技术中已知的)、以及光学路径长度(或宽度)。传输和吸收条件可以相对容易地确定。固态光源辐射的辐射最大值的波长被限定。其通常表示为用于商业LED的LED波长。对于辐射转换器元件，这一波长下的吸收系数已知，或者可以确定。确定可以通过提供波导材料中的辐射转换器元件的已知的量来简单地进行，尤其是在具有两个平行的面的本体中，并且确定透射。对于确定吸收率、消光系数和透射，这在本领域中是已知的。透射或光渗透率可以通过向材料提供具有第一强度(I0)的具体波长(这里是固态光源的辐射最大值的波长)的光并且将在透射通过材料之后测量的波长的光的强度(It)与在上述具体波长向材料提供的光的上述第一强度相关联来确定(还参见CRC Handbook of Chemistry and Physics,69thedition,1088-1989的E-208和E-406)。第一强度(I0)因此尤其是辐射输入面上游的强度并且强度(It)尤其是所述辐射输入面的相对面下游的辐射下游的辐射下游。以这一方式，可以导出吸收系数(ε)。现在，定义将使用哪种波导，即相关宽度是多少。后者因此定义光行进通过材料的距离，即路径长度。因此已知所有定义辐射转换器元件的在如下情况下吸收辐射最大波长的辐射的98％的浓度的参数：该情况即当辐射转换器元件在该浓度下在波导中可用并且使用辐射(辐射输入面处的固态光源的辐射，该辐射输入面在预定义的距离或相关宽度(W)处具有相对的面)照射时。基于此，选择这一浓度的至少三倍，并且提供具有辐射转换器元件的这一至少三倍浓度的波导。
比如，假定透射应当是2％(98％吸收)，假定辐射转换器元件的浓度为1，并且宽度或路径长度也是1(为了简单，彼此调节尺寸)，因此这一(虚构的)辐射转换器元件的吸收率很清楚地为(log(0.02))/(-1*1)＝1.699，其中(Lambert-Beer等式)，并且T＝It/I0＝0.02，并且c＝1。现在假定期望波导具有宽度的一半，因此用于这一辐射转换器元件的98％的吸收的浓度是(log(0.02))/(1.699*0.5)＝2。因此，当选择浓度的至少三倍的条件时，诸如3或4倍，厚度为0.5的这一波导中的这一辐射转换器元件的浓度是浓度2的3或4倍，即6或8(另外，为了简单已经相对彼此调节尺寸)。
此外，当激发光谱和发射光谱部分交叠时获得最佳结果。固态光源的辐射激发辐射转换器元件，后者转而提供转换器元件辐射或发射。因此，在一个实施例中，辐射转换器元件包括辐射激发光谱和光谱部分交叠的辐射发射光谱。特别是没有全部交叠(例如在零斯托克斯位移的情况下)，因为期望再吸收过程不是“无限”。因此，特别是激发光谱和发射光谱的交叠区域在发射光谱的2-50％的范围内，特别地发射光谱的5-25％的范围内。甚至更特别地，在可见波长范围内的激发光谱和发射光谱的交叠区域在发射光谱(在可见波长范围内)的2-50％的范围内，尤其是发射光谱的5-25％。可以在波导中使用以提供辐射转换器元件的合适的发光材料的示例是Lu3Al5O12:Ce。在此，最低激发频带和发射频带部分交叠。因此，特别地，选择辐射转换器元件，其在波导(材料)中示出发射(光谱)与激发(光谱)的交叠。甚至更特别地，辐射转换器元件具有发射光谱(由固态光源辐射激发诱发)和(上述发射或辐射转换器元件的辐射的)激发光谱，其中5-25％的发射光谱与激发光谱交叠。光谱交叠可以通过以下方式来确定：归一化激发光谱和发射光谱，特别是在可见光范围内，并且限定发射曲线下与激发曲线下的区域交叠的区域。特别地，激发光谱是在最大发射波长处的激发光谱(即使用测量固定波长、特别地是发射为最大值时的波长下的发射的检测器来记录激发光谱，如本领域技术人员已知的)。此外，由于激发光谱并且特别是发射光谱可以(略)取决于浓度，因此相关激发光谱和发射光谱是在这里指示的浓度下嵌入在波导中的辐射转换器元件的激发光谱和发射光谱(同时特别是监测或测量从辐射输入面中逸出的发射，因为一些发射也可能从该面逸出)。
因此，波导还包括辐射转换器元件。这可能特别是发光离子元素(诸如在上述示例中的铈)、发光分子(染料)或发光量子点等。下面进一步定义示例。辐射转换器元件吸收光源的至少一部分辐射并将该辐射转换成辐射转换器元件辐射(即波长转换)。该辐射转换器元件辐射可以从波导逸出(特别是在辐射出射面处)。然而，可选地，该辐射转换器元件辐射被分布在波导中的另一元件转换，其将辐射转换器元件辐射转换成其他发光，也称为次级辐射转换器元件辐射。在这样的实施例中，辐射转换器元件辐射可以用作感光剂。在本文中，特别地关于辐射转换器元件描述本发明，其提供期望从波导中逸出的辐射。当然，从波导逸出的辐射也可以根据需要被再次转换，例如添加磷光体轮。
发光转换器包括波导，其特别地具有大于1的纵横比，即长度(L)大于宽度(W)。一般来说，波导是杆或条(梁)，然而波导不必具有正方形、矩形或圆形横截面。通常，光源被配置为照射较长面(侧边缘)之一(在此表示为辐射输入面)，并且辐射从在前部(前边缘)处的面(这里表示为辐射出射面)逸出。特别地，在实施例中，固态光源不与波导物理接触。物理接触可能导致不期望的出耦合并且因此导致聚光器的效率降低。此外，通常波导包括两个基本上平行的面，辐射输入面以及与其相对的对面。这两个面在这里定义波导的宽度。一般来说，这些面的长度定义波导的长度。然而，如上所述以及以下所述，波导可以具有任何形状，并且还可以包括形状的组合。特别地，辐射输入面具有辐射输入面区域(A)，其中辐射出射面具有辐射出射面区域(E)，并且其中辐射输入面(A)是辐射输入面(E)的至少两倍，特别是至少5倍大，例如在2-50,000的范围内，特别是5-5,000倍大。这使得例如能够使用多个固态灯源(另见下文)。对于典型应用，例如汽车或数字投影仪，期望小但高强度的发射表面。这不能用一个单一的LED来获得，但是可以利用本照明设备获得。特别地，辐射出射面具有从1-100mm2的范围中选择的辐射出射面区域(E)。有了这样尺寸，发射表面可以很小，而可以实现高强度。如上所述，波导通常具有纵横比(定义为长度/宽度)。这允许小的辐射出射表面，但是大的辐射输入表面，例如用多个固态光源照射。在具体实施例中，波导具有选自0.5-100mm范围内的宽度(W)。因此，波导特别是具有本文指出的面的集成本体。
短语“辐射转换器浓度是在波导的宽度(W)上吸收光源辐射的98％所需的浓度的至少2倍高、甚至更特别地至少3倍高、特别选自其4-8倍高的范围”以及类似的短语尤其是指固态光源和辐射转换器元件的组合，其中固态光源被特别地用于辐射转换器元件的激发进行优化。因此，固态光源被配置为提供固态光源辐射，其在也可以很好地激发辐射转换器浓度的波长处具有强度最大值(提供辐射转换器元件辐射)。特别地，固态光源被配置为提供如下波长处的固态源辐射：其中辐射转换器浓度在该波长处具有在激发最大值(强度)的70-100％范围内的激发(强度)，特别是在激发最大值的85-100％的范围内。例如，假设含铈的石榴石具有在约400-530nm之间的最低激发带，则可以在约420-490nm之间找到70％的范围。然后，固态光源特别地被配置为具有在420-490nm范围内的发射或辐射最大值。
术语“辐射转换器元件”在一个实施例中还可以指代两个或更多个不同的辐射转换器元件，例如LuAG:Ce和YAG:Ce的组合，或含铈的石榴石和量子点的组合。注意，在前一个示例中，辐射转换器元件事实上是相同的(铈)，但是化学环境不同，由此激发光谱和发射光谱也不同，如本领域已知的。在这种情况下，其中应用两个或更多个不同的辐射转换器元件，短语“辐射转换器浓度是吸收98％的光源辐射所需的浓度的至少2倍高、甚至更特别地至少3倍高、特别选自其4-8倍高的范围”以及类似的短语尤其是指至少一个辐射转换器元件(及其浓度)。其它辐射转换器元件可以或者可以不以在波导的宽度(W)上吸收98％的光源辐射所需的浓度的至少2倍高、甚至更特别地至少3倍高、特别地选自其4-8倍高的范围的浓度下可用。
如本文所示，术语“固态光源”还可以指多个固态光源。在实施例中，这些是基本相同的固态光源，即提供固态光源辐射的基本相同的光谱分布。然而，在其他实施例中，可以存在不同固态光源的两个或更多子集，其中每个子集包括一个或多个固态光源，并且每个子集被配置为提供固态光源辐射(具有相互不同的光谱分布)。在这种情况下，短语“辐射转换器浓度是在波导的宽度(W)上吸收98％的光源辐射所需的浓度的至少2倍高、甚至更特别地至少3倍高、特别选自其4-8倍高的范围”以及类似的短语尤其指代(i)一个或多个固态光源的子集和(ii)辐射转换器元件(及其浓度)的至少一个组合。
在实施例中，固态光源可以被配置为照射波导的不同面。在这种情况下，并且当照射的面的下游的材料的宽度不同时(例如，当波导例如不具有正方形横截面时可能是这种情况)，短语“辐射转换器浓度是在波导的宽度(W)上吸收98％的光源辐射所必需的浓度的至少2倍高、甚至更特别地至少3倍高、特别地选自4-8倍高的范围”以及类似的短语尤其是指用于(iii)一个特定宽度的(i)固态光源和(ii)转换器元件的至少一种组合。例如，假设相对于具有不相等的第一宽度和第二厚度的波导垂直布置的两个光源的照射，则上述条件可以仅适用于第一宽度，并且可选地也适用于第二厚度。然而，当应用多个固态光源时，它们可以可选地在不同的面处照射波导，但是仍然面向波导的相同的相关宽度，这将特别是当固态光源布置在180°配置，其中波导在其间的情况。
如上所述，波导可以特别地包括单晶或陶瓷。使用这种系统，可以获得所需的透明度，并且可以减少晶界或缺陷处的反射。在又一实施例中，波导包括玻璃或聚合物。特别是在有机辐射转换器元件和/或基于量子点的辐射转换器元件的情况下，可能期望使用玻璃，例如低熔点玻璃或聚合物。辐射转换器元件分布在波导上。因此，辐射转换器元件嵌入波导中，或者掺杂在波导中，或者溶解在波导中，或者分散在波导中。辐射转换器元件还可以是较大结构，例如结晶主体的部分。该结晶主体可以分散在波导中(或者可以这样使用，也参见下文)。
下面描述另外的特定辐射转换器元件，但是特别地，波导可以包括A3B5O12类型的铈掺杂的石榴石。这种石榴石可以用作波导，或者可以嵌入例如具有类似材料的波导中。这些类型的石榴石可以被提供作为单晶，并且还可以良好地被提供为高质量的陶瓷材料。铈、辐射转换器元件在这些材料中利用蓝色和/或紫外辐射激发时提供绿色橙色发光，这取决于石榴石的类型和铈浓度。因此，特别是在具有铈掺杂的石榴石的这些实施例中，固态光源被配置为用UV和蓝色固态光源辐射中的一种或多种照射波导的辐射输入面。在具体实施例中(还另见下文)，A包含Ce以及Y，Gd，Tb，Lu中的一种或多种，其中相对于A的总量，特别地Ce在0.01-2摩尔％的范围内，特别地Lu是至少90摩尔％，其中B包括Al，Ga和Sc中的一种或多种，其中，相对于B的总量，Al是至少50摩尔％。例如，铈掺杂的石榴石可以包括(Lu1-xCex)3(Al1-yGay)B5O12，其中x在0.0001-0.02的范围内，特别是x在0.001-0.01的范围内，如在0.001-0.005的范围内(即0.1-0.5摩尔％的A包括铈)，以及y在0-0.5的范围内。特别地，y基本上为零，即B基本上包括Al。这可以提供具有期望的光学性质(例如效率和色点)的发光。如上所述，照明设备可以包括被配置为用固态光源辐射照射波导的辐射输入面的多个固态光源。固态光源越多，来自辐射出射表面的辐射的强度可以越高。多个光源不一定全部辐射相同类型的辐射。可以提供例如蓝色和/或UV的组合。还可以使用波导作为混合室并且组合可以激发辐射转换器元件的辐射和基本上不激励辐射转换器元件的辐射。例如，假设吸收蓝色并转换成绿色的辐射转换器元件，固态光源可以提供用于转换的蓝光和用于混合的红光。可以从辐射出射面获取绿色和红色光(并且在一些情况下，一些蓝色)。用于与波导中的辐射(被转换)混合的光可以例如在与辐射出射表面相对的面处耦合到波导中。
照明设备还可以包括被配置为冷却波导的一个或多个冷却元件。此外，照明设备还可以包括一个或多个反射器，其特别地被配置为将从除了辐射出射面之外的一个或多个其它面逃逸的辐射反射回到波导中。特别地，与辐射出射面相对的面可以包括这样的反射器，尽管在实施例中不与其物理接触。此外，照明设备可以包括散热器，其被配置为促进固态光源和/或发光聚光器的冷却。散热器可以包括铜、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、铜钼碳化物、碳、金刚石、石墨及其两种或更多种的组合，或由这些组成。
另一方面，本发明提供了一种被配置为提供可见光的照明单元，其中照明单元包括如本文所限定的至少一个照明设备。例如，这样的照明单元还可以包括其他光学器件，如光学滤光器、准直器、反射器、波长转换器等中的一个或多个。照明单元可以是例如用于汽车应用中的照明单元，例如头灯。因此，本发明还提供了一种被配置为提供可见光的汽车照明单元，其中汽车照明单元包括如本文所限定的至少一个照明设备和/或包括如本文所限定的至少一个照明设备的数字投影仪单元。特别地，照明设备可以被配置成(在这样的应用中)提供绿光或红光。在特定实施例中，这种照明单元包括至少第一照明设备和至少第二照明设备，第一照明设备被配置为提供绿光，第二照明设备被配置为提供红光。蓝光可以例如由相同的固态光源提供，但不使用发光聚光器。这样，例如可以提供白光。可替换地或另外地，可以用聚光器产生蓝色辐射。在这种情况下，固态光源特别地被配置成提供具有在420nm或更低、例如410nm或更低、如400nm或更低、如390nm或更低、特别是在(近)UV的波长的辐射并且辐射转换器元件被配置为吸收该辐射的至少部分并且将其转换成蓝色辐射转换器元件辐射。
因此，特别地，照明设备被配置为提供可见辐射转换器辐射。此外，特别地，照明设备被配置为在辐射出射面的下游提供(可见的)辐射转换器辐射(在用固态光源辐射照射辐射输入面时)。本发明还提供了波导本身。
照明设备可以是例如以下各项的部分或者可以应用于其中：例如，办公室照明系统、家庭应用系统、商店照明系统、家庭照明系统、重点照明系统、聚光照明系统、剧院照明系统、光纤应用系统、投影系统、自照明显示系统、像素显示系统、分段显示系统、警示标志系统、医疗照明应用系统、指示标志系统、装饰照明系统、便携式系统、汽车应用、温室照明系统、园艺照明或LCD背光照明。
本文中的术语“基本上”，例如在“基本上所有的光”或在“基本上由...组成”将被本领域技术人员理解。术语“基本上”还可以包括使用“整个”、“完全”、“全部”等的实施例。因此，在实施例中，形容词基本上也可以被去除。在适用的情况下，术语“基本上”也可以涉及90％或更高，例如95％或更高，特别是99％或更高，甚至更特别是99.5％或更高，包括100％。术语“包括”还包括其中术语“包括”意指“由...组成”的实施例。术语“和/或”特别涉及在“和/或”之前和之后提到的一个或多个项目。例如，短语“项目1和/或项目2”和类似短语可以涉及项目1和项目2中的一个或多个。术语“包括”在一个实施例中可以指代“由...组成”，但是在另一个实施例中也指代“至少包含限定的物质和任选地一种或多种其它物质”。
此外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分类似元件，而不一定用于描述顺序或时间顺序。应当理解，这样使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文所描述的本发明的实施例能够以不同于本文所描述或示出的其它顺序来操作。
本文中的装置尤其在操作期间描述。如本领域技术人员将清楚的，本发明不限于操作方法或操作中的装置。
应当注意，上述实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多替代实施例而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。动词“包括”及其变形的使用不排除除了权利要求中所述的那些元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件之前的冠词“一个(a)”或“一个(an)”不排除存在多个这样的元件。本发明可以通过包括几个不同元件的硬件、以及通过适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的几个可以由同一个硬件项实现。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
本发明还适用于包括说明书中描述的和/或附图中所示的一个或多个特征化特征的装置。本发明还涉及包括在说明书中描述和/或在附图中示出的一个或多个特征化特征的方法或过程。
在本专利中讨论的各个方面可以组合以提供另外的优点。此外，一些特征可以形成一个或多个分案申请的基础。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考示意性附图来描述本发明的实施例，其中相应的附图标记指示相应的部分，并且在附图中：
图1示出了包括出射磷光体的发光设备的三维透视图，其中波导特别地被配置作为聚光器。
图2示出了照明系统的侧视图，其具有光导和另外的光源并且设置有滤光器和二向色光学元件。
图3A到3D示出了设置有被布置成与光导的光出射表面相邻的偏振元件的光导。
图4示出了具有锥形出射表面的发光设备的透视图。
图5A到5B示意性地描绘一些实施例。
图6A到6D示意性地描绘本发明的一些方面。
附图不一定按比例。
具体实施方式
如图所示，为了说明的目的，层、元件和区域的尺寸被夸大，并且因此被提供以示出本发明的实施例的一般结构。相似的附图标记始终指代相同的元件，使得例如根据本发明的发光器件通常表示为1，而其不同的具体实施例通过将01、02、03等添加到一般附图标记来表示其不同的具体的实施例。图1至图4示出了可以添加到如下面进一步阐述的根据本发明的发光器件的实施例中的任一个实施例的多个特征和元件，通常将“00”添加到除了特定于一个附图的所有元件。
现在将在下文中参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底性和完整性，并且将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。
以下描述将从关于应用、适当的光源和用于根据本发明的发光器件的各种元件和特征的合适材料的一般考虑开始。为了这个目的，将参照图1至图4描述可以添加到如下面进一步阐述的根据本发明的发光器件的实施例中的任一个实施例的多个特征和元件。将参照图5a至6d详细描述根据本发明的发光器件的具体实施例。
根据本发明的发光器件可以用于包括但不限于灯、光模块、灯具、聚光灯、闪光灯、投影仪、数字投影设备、汽车照明(如机动车辆的前灯或尾灯)、舞台照明、剧院照明和建筑照明等应用中。
作为如下所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。该光随后耦合到光导或波导中。光导或波导可以将第一光谱分布的光转换成另一光谱分布，并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，但在一个实施例中是固态光源，例如发光二极管(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LED或激光二极管或OLED的阵列、或这些的任何组合。LED原则上可以是任何颜色的LED或这些的组合，但在一个实施例中是蓝光源，其产生在蓝色范围内的光源光，其被定义为在380nm到495nm之间的波长范围。在另一个实施例中，光源是UV或紫色光源，即在低于420nm的波长范围内发射。在多个LED或激光二极管或OLED或LED或激光二极管或OLED的阵列的情况下，LED或激光二极管或OLED原则上可以是两个或更多个不同颜色的LED或激光二极管或OLED，例如但不限于UV、蓝色、绿色、黄色或红色。
特别地，光源是这样的光源，其在操作期间发射(光源光，特别是固态光源辐射)至少选自200-490nm范围的波长的光，特别是在操作期间发射至少选自400-490nm范围内、甚至更特别地在440-490nm的范围内的波长的光的光源。该光可以部分地被辐射转换器元件使用(也将在下面进一步可知)。因此，在具体实施例中，光源被配置为产生蓝光。可替换地或者另外地，(固态)光源被配置为提供选自200-600nm、特别是300-550nm、例如300-500nm的波长的辐射。特别地，被配置为提供蓝色和/或绿色辐射的光源也可以用于激发红色发光材料。在具体实施例中，光源包括固态LED光源(例如LED或激光二极管)。术语“光源”也可以涉及多个光源，例如2到20个(固态)LED光源，但是可以应用更多的光源。因此，术语LED还可以指代多个LED。光源在本文中特别指示为固态光源(也参见上文)。
以下在根据本发明的实施例中阐述的光导通常可以是杆状或条状光波导，其包括在相互垂直的方向上延伸的高度H、宽度W和长度L，并且在实施例中是透明的或者透明且发光的。通常在长度L方向上引导光。高度H在实施例中<10mm，在其他实施例中<5mm，在又一些其他实施例中<2mm。宽度W在实施例中<10mm，在其他实施例中<5mm，在又一些其他实施例中<2mm。长度L在实施例中大于宽度W和高度H，在其他实施例中至少为宽度W的2倍或高度H的2倍，在又一些其他实施例中至少为宽度W的3倍或高度H的3倍。因此，(长度/宽度)的纵横比尤其大于1，诸如等于或大于2。除非另有指定，术语“纵横比”指代长度/宽度比。
高度H:宽度W的纵横比通常为1:1(例如用于一般的光源应用)或1:2、1:3或1:4(例如用于诸如前灯的特殊光源应用)或4:3、16:10、16:9或256:135(例如用于显示应用)。光导通常包括不被配置为平行面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，但是在一个实施例中被成形为正方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形、五边形、六边形。
在实施例中，透明光导可以包括透明衬底，其上外延地生长多个光源(例如，LED)。衬底在实施例中为单晶衬底，诸如蓝宝石衬底。在这些实施例中，光源的透明生长衬底是光集中光波导。
通常为杆状或条状的光波导可以具有任何截面形状，但是在一些实施例中具有正方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形、五边形或六边形的截面。通常，光波导是立方体的，但是可以设置有除立方体之外的不同形状，其中光输入表面一定程度上具有梯形的形状。如此，可以增强光通量，这对于一些应用来说是有利的。因此，在一些实例中，“术语”可以指代直径，诸如在具有圆形截面的光导的情况中。
光导也可以是圆柱形杆。在实施例中，圆柱形杆具有沿着杆的纵向方向的一个平坦表面，并且光源可以位于该平坦表面处，以将由光源发射的光有效地耦合到光导中。平坦表面也可以用于放置散热器。圆柱形光导还可以具有两个平坦表面，例如彼此相对地定位或彼此垂直定位。在实施例中，平坦表面沿着圆柱形杆的纵向方向的一部分延伸。
在根据本发明的实施例中如下所述的光导也可以在长度方向上折叠、弯曲和/或成形，使得光导不是直的、线性的棒或杆，而是可以包括例如具有90或180度弯曲、U形、圆形或椭圆形形状的圆角、环路或具有多个环的3维螺旋形状。这提供了紧凑的光导，其中光大体上沿着其引导的光导的总体长度相对较大，导致相对高的流明输出，但是同时可以被布置在相对小的空间中。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，以提供光导沿其长度方向的成形。光源可以沿着折叠、弯曲和/或成形的光导的长度放置在任何地方。
用于以下根据本发明实施例阐述的光导的适当材料是蓝宝石、多晶氧化铝和/或非掺杂透明石榴石，诸如具有范围为n＝1.7-1.8的折射率的YAG、LuAG。该材料(以上例如，玻璃)的附加优势在于，其具有良好的导热性，由此减少了局部发热。其他适当的材料包括但不限于玻璃、石英和透明聚合物。在其他实施例中，光波导材料是铅玻璃。铅玻璃是各种玻璃，其中铅替代了典型钾玻璃的钙含量，以这种方式可以增加折射率。普通的玻璃具有n＝1.5的折射率，而铅的添加产生高达1.7的折射率。
以下根据本发明实施例阐述的光导可包括适当的发光材料，用于将光转换为另一光谱分布。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、有机荧光染料和量子点，它们高度适合于以下阐述的本发明的实施例的目的。
量子点是半导体材料的小晶体，其通常具有仅几纳米的宽度或直径。当被入射光激发时，量子点发出通过晶体的大小和材料确定的颜色的光。因此，特定颜色的光可以通过改变点的大小来产生。具有可变范围发射的最为熟知的量子点是基于具有诸如硫化镉(CdS)和硫化锌(ZnS)的壳的硒化镉(CdSe)。还可以使用无镉量子点，诸如磷化铟(InP)和硫化铜铟(CuInS2)和/或硫化银铟(AgInS2)。量子点示出了非常窄的发射带，由此它们示出饱和色。此外，发射颜色可以容易地通过改变量子点的大小来调整。本领域已知的任何类型的量子点都可以用于以下阐述的本发明的实施例。然而，为了环境安全和关注的原因，优选使用无镉量子点或至少具有非常低的镉含量的量子点。
术语“量子点”或“发光量子点”也可以指代不同类型的量子点的组合，即具有不同光谱性质的量子点。QD在本文中也表示为“波长转换器纳米颗粒”。术语“量子点”特别是指在UV、可见和IR中的一种或多种中的发光的量子点(用合适的辐射、例如UV辐射激发)。
本文中表示为波长转换器纳米颗粒的量子点或发光纳米颗粒可以例如包括II-VI族化合物半导体量子点，后者选自以下各项构成的组(或选自核-壳量子点构成的组，其中核选自以下各项构成的组)：CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe和HgZnSTe。在另一实施例中，发光纳米颗粒可以例如是III-V族化合物半导体量子点，后者选自以下各项构成的组(或选自核-壳量子点构成的组，其中核选自以下各项构成的组)：GaN、GaP、GaAs、AlN、AlP、AlAs、InN、InP、InGaP、InAs、GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP、AlNAs、AlPAs、InNP、InNAs、InPAs、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlPAs、GaInNP、GaInNAs、GaInPAs、InAlNP、InAlNAs和InAlPAs。在又一实施例中，发光纳米颗粒可以例如是I-III-VI2黄铜矿型半导体量子点，后者选自以下各项构成的组(或选自核-壳量子点构成的组，其中核选自以下各项构成的组)：CuInS2、CuInSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgInS2、AgInSe2、AgGaS2和AgGaSe2。在又一实施例中，发光纳米颗粒可以例如是I-V-VI2半导体量子点(核-壳量子点，其中核选自I-V-VI2半导体量子点构成的组)，诸如选自以下各项构成的组(或选自核-壳量子点构成的组，其中核选自以下各项构成的组)：LiAsSe2、NaAsSe2和KAsSe2。在又一实施例中，发光纳米颗粒可以例如是核-壳量子点，其中核选自IV-VI族化合物半导体纳米晶体，诸如SbTe。在具体实施例中，发光纳米颗粒选自以下各项构成的组(或选自核-壳量子点构成的组，其中核选自以下各项构成的组)：InP、CuInS2、CuInSe2、CdTe、CdSe、CdSeTe、AgInS2和AgInSe2。在另一实施例中，发光纳米颗粒可以例如是以上描述为具有内部掺杂剂诸如ZeSn:Mn、ZnS:Mn的II-VI、III-V、I-III-V和IV-VI族化合物半导体纳米晶体中之一(或选自核壳量子点中组中之一，其中核选自上述具有内部掺杂剂诸如ZeSn:Mn、ZnS:Mn的II-VI、III-V、I-III-V和IV-VI族化合物半导体纳米晶体构成的组)。掺杂剂元素可以选自Mn、Ag、Zn、Eu、S、P、Cu、Ce、Tb、Au、Pb、Tb、Sb、Sn和Tl。这里，基于发光纳米颗粒的发光材料还可以包括不同类型的QD，例如CdSe和ZnSe:Mn。
使用II-VI量子点似乎是特别有利的。因此，在实施例中，基于半导体的发光量子点包括II-VI量子点，后者特别是选自以下各项构成的组(或选自核-壳量子点构成的组，其中核选自以下各项构成的组)：CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe和HgZnSTe，甚至更特别地选自CdS、CdSe、CdSe/CdS和CdSe/CdS/ZnS构成的组。
在实施例中，纳米颗粒可以包括半导体纳米晶体，其包括包含第一半导体材料的核和包含第二半导体材料的壳，其中壳设置在核的表面的至少部分上。包括核和壳的半导体纳米晶体也称为“核/壳”半导体纳米晶体。上面指出的任何材料可以特别地用作核。因此，短语“核-壳量子点，其中核选自以下各项构成的组”适用于上述量子点材料的列举中的一些列举中。术语“核-壳”还可以指“核-壳-壳”等，包括梯度合金壳或棒中的点等。半导体纳米晶体(核)壳材料的示例包括但不限于：基于半导体的红色(例如，(CdSe)ZnS(核)壳)、绿色(例如，(CdZnSe)CdZnS(核)壳等)和蓝色(例如(CdS)CdZnS(核)壳(还例如参见上述特定波长转换器纳米颗粒)。
在一个实施例中，半导体纳米晶体优选具有连接到其上的配体，例如在WO2011/031871中描述的。在实施例中，配体可以衍生自在生长过程中使用的配位溶剂。在实施例中，可以通过重复暴露于过量的竞争配位基团以形成覆盖层来改性表面。
也可以使用有机荧光染料。可以设计分子结构使得可以调谐光谱峰值位置。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以名称销售的化合物。合适的化合物的示例包括但不限于Red F305、OrangeF240、Yellow F083和F 170。
有机发光材料的相关示例是例如二萘嵌苯(例如以其商品名Lumogen从德国Ludwigshafen的BASF公司获知的发光材料：Lumogen F240 Orange、Lumogen F300 RedLumogen F305 Red、Lumogen F083 Yellow、Lumogen F170 Yellow、Lumogen F850 Green)、来自Neelikon Food Dyes&Chemical Ltd.，Mumbai，India，India的Yellow 172以及可从多个贸易商获得的发光材料、诸如香豆素(例如Coumarin 6、Coumarin7、Coumarin 30、Coumarin 153、Basic Yellow 51)、萘酰亚胺(例如Solvent Yellow 11、Solvent Yellow116)、Fluorol 7GA、吡啶(例如吡啶1)、Pyrromethene(例如Pyrromethene 546、Pyrromethene 567)、荧光素钠、若丹明(例如Rhodamine 110、Rhodamine B、Rhodamine 6G、Rhodamine 3B、Rhodamine101、Sulphorhodamine 101、Sulphorhodamine 640、BasicViolet 11、Basic Red 2)、花青(例如酞菁、DCM)、芪(例如Bis-MSB、DPS)。可以使用几种其它发光材料，例如酸性染料、碱性染料、直接染料和分散染料，只要它们对于预期用途显示出足够高的荧光量子产率。可以应用的特别感兴趣的有机材料包括例如用于绿色发光的BASF Lumogen 850、用于黄色发光的BASF Lumogen F083或F170、用于橙色发光的BASFLumogen F 240和用于红色发光的BASF Lumogen F 300或F305。
这种有机发光材料特别地嵌入在基质中，从而形成波导。基质可以特别地包含芳族聚酯或其共聚物，例如聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(P(M)MA)、聚乙交酯或聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚己二酸乙二醇酯(PEA)、聚羟基链烷酸酯(PHA)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚(3-羟基丁酸-共-3-羟基戊酸)(PHBV)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)；特别地，基质可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。此外，如下文还将阐述的，基质可以包括嵌入基质中的另外的发光材料。然而，也可以施加(PETG)(乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PDMS(聚二甲基硅氧烷)、COC(环烯烃共聚物)、PE(聚乙烯)或PP(聚丙烯)作为基质。因此，基质特别是聚合物基质。
发光材料还可以是无机磷光体。无机磷光体材料的实例包括但不限于铈(Ce)掺杂YAG(Y3Al5O12)或LuAG(Lu3Al5O12)。Ce掺杂YAG发出淡黄色光，而Ce掺杂LuAG发出黄绿色光。发出红色光的其他无机磷光体材料的实例包括但不限于ECAS和BSSN；ECAS为Ca1-xAlSiN3:Eux，其中0<x≤1，在其他实施例中0<x≤0.2；以及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，并且在一些实施例中0≤x≤0.2。
在以下阐述的本发明的实施例中，发光材料由从以下的组中选择的材料制成，该组包括(M<I>(1-x-y)M<II>x M<III>y)3(M<IV>(1-z)M<V>z)5O12，其中M<I>选自包括Y、Lu或它们的混合物的组，M<II>选自包括Gd、Tb、La、Yb或它们的混合物的组，M<III>选自包括Tb(当M<II>不是Tb)、Pr、Ce、Er、Nd、Eu或它们的混合物的组，M<IV>是Al，M<V>选自包括Ga、Sc或它们的混合物的组、诸如Ce掺杂钇铝石榴石(YAG、Y3Al5O12)或Ce掺杂的镥铝石榴石(LuAG(LuAG)，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>选自包括Y、Lu或它们的混合物的组，M<II>选自包括Gd、La、Yb或它们的混合物的组，M<III>选自包括Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu、Bi、Sb或它们的混合物的组，并且0<x≤1,0<y≤0.1；(M<I>(1-x-y)M<II>xM<III>y)S(1-z)Se，其中，M<I>选自包括Ca、Sr、Mg、Ba或它们的混合物的组，M<II>选自包括Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr、Sb、Sn或它们的混合物的组，M<III>选自包括K、Na、Li、Rb、Zn或它们的混合物的组，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>选自包括Ca、Sr、Mg、Ba或它们的混合物的组，M<II>选自包括Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr或它们的混合物的组，M<III>选自包括K、Na、Li、Rb、Zn或它们的混合物的组，并且0<x≤0.1,0<y≤0.1；(M<I>(2-x)M<II>xM<III>2)O7，其中，M<I>选自包括La、Y、Gd、Lu、Ba、Sr或它们的混合物的组，M<II>选自包括Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm或它们的混合物的组；M<III>选自包括Hf、Zr、Ti、Ta、Nb或它们的混合物的组，并且0<x≤1；(M<I>(1-x)M<II>x M<III>(1-y)M<IV>y)O3，其中，M<I>选自包括Ba、Sr、Ca、La、Y、Gd、Lu或它们的混合物的组，M<II>选自包括Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm或它们的混合物的组，M<III>选自包括Hf、Zr、Ti、Ta、Nb或它们的混合物的组，M<IV>选自包括Al、Ga、Sc、Si或它们的混合物的组，并且0<x≤0.1,0<y≤0.1；或它们的混合物。
下面讨论一些具体的无机发光材料。绿色发射体的几种选择是可能的，包括(Ca,Sr,Ba)(Al,Ga,In)2(O,S,Se)4:Eu2+、硫代镓酸盐(thiogallate)中的一种或多种，特别是至少包含Sr、Ga和S的发光材料，诸如SrGa2S4:Eu2+。这些类型的发光材料可以特别地是窄带绿色发射器。
可选地或可替换地，无机发光材料可以包括M3A5O12:Ce3+(石榴石材料)，其中M选自由Sc、Y、Tb、Gd和Lu构成的组，其中A选自由Al和Ga构成的组。优选地，M至少包括Y和Lu中的一种或多种，并且其中A至少包括Al。这些类型的材料可以提供最高的效率。石榴石的实施例特别地包括M3A5O12石榴石，其中M至少包括钇或镥，并且其中A至少包括铝。这种石榴石可以掺杂有铈(Ce)、镨(Pr)或铈和镨的组合；特别是至少具有Ce。特别地，A包括铝(Al)，然而，A也可以部分地包括镓(Ga)和/或钪(Sc)和/或铟(In)，特别是高达约20％的Al，更特别地高达约10％的Al(即，A离子基本上由90或更多摩尔％的Al和10或更少摩尔％的Ga、Sc和In中的一种或多种组成)；A可以特别地包含高达约10％的镓。在另一个变体中，A和O可以至少部分地被Si和N代替。元素M可以特别地选自由钇(Y)、钆(Gd)、铽(Tb)和镥(Lu)构成的组。此外，Gd和/或Tb尤其仅存在M的至多约20％的量。在一个具体实施例中，石榴石发光材料包含(Y1-xLux)3Al5O12:Ce，其中x等于或大于0并且等于或小于1。术语“:Ce”或“:Ce3+”表示发光材料中的金属离子的一部分(即在石榴石中：“M”离子的一部分)被Ce替代。特别地，当镥为M的至少50％时，尤其是包含石榴石的镥可以提供期望的发光。另外地或可替换地，无机发光材料还可以包括选自由含二价铕的氮化物发光材料或含二价铕的氧氮化物发光材料构成的组，诸如选自由(Ba,Sr,Ca)S:Eu、(Mg,Sr,Ca)AlSiN3:Eu和(Ba,Sr,Ca)2Si5N8:Eu组成的组中的一种或多种材料。欧洲联盟。在这些化合物中，铕(Eu)基本上或仅仅是二价的，并且替代一种或多种所示的二价阳离子。通常，相对于其所取代的阳离子，Eu不以大于阳离子的10％的量存在，特别是在约0.5-10％的范围内，更特别地在约0.5-5％的范围内。术语“:Eu”或“:Eu2+”表示部分金属离子被Eu(在这些示例中被Eu2+)代替。例如，假设在CaAlSiN3:Eu中2％的Eu，正确的化学式可以是(Ca0.98Eu0.02)AlSiN3。二价铕通常代替二价阳离子，例如上述二价碱土阳离子，特别是Ca、Sr或Ba。材料(Ba,Sr,Ca)S:Eu也可表示为MS:Eu，其中M是选自由钡(Ba)、锶(Sr)和钙(Ca)的组中的一种或多种元素；特别地，M在该化合物中包含钙或锶、或钙和锶，更特别是钙。这里，引入Eu并取代M(即Ba、Sr和Ca中的一种或多种)的至少一部分。此外，材料(Ba,Sr,Ca)2Si5N8:Eu也可以表示为M2Si5N8:Eu，其中M是选自由钡(Ba)，锶(Sr)和钙(Ca)构成的组中的一个或多个元素；特别地，M在该化合物中包含Sr和/或Ba。在另一个具体实施例中，M由Sr和/或Ba(不考虑Eu的存在)构成，特别地50-100％、特别是50-90％的Ba和50-0％、特别是50-10％Sr构成，诸如Ba1.5Sr0.5Si5N8:Eu(即75％Ba；25％Sr)。这里，引入Eu并代替M(即Ba、Sr和Ca中的一种或多种)的至少一部分。同样，材料(Ba,Sr,Ca)AlSiN3:Eu也可以表示为MAlSiN3:Eu，其中M是选自由钡(Ba)，锶(Sr)和钙(Ca)构成的组中的一种或多种元素；特别地，M在该化合物中包含钙或锶，或钙和锶，更特别是钙。这里，引入Eu并取代M(即Ba、Sr和Ca中的一种或多种)的至少一部分。优选地，在一个实施例中，无机发光材料包含(Ca,Sr,Mg)AlSiN3:Eu，优选地是CaAlSiN3:Eu。此外，在可以与前者组合的另一个实施例中，无机发光材料包含(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu，优选地是(Sr,Ba)2Si5N8:Eu。术语“(Ca,Sr,Ba)”表示相应的阳离子可以被钙、锶或钡占据。它还表明在这种材料中，相应的阳离子位点可以被选自由钙、锶和钡构成的组中的阳离子占据。因此，该材料可以例如包括钙和锶、或仅锶等。
无机发光材料还可以包含选自由含三价铈的石榴石(见上文)和含三价铈的氧氮化物构成的组中的一种或多种发光材料。氧氮化物材料(oxonitride)在本领域中通常也称为氧氮化物材料(oxynitride)。
术语“无机发光材料”因此也可以涉及多种不同的无机发光材料。无机发光材料可以被光转换器包括，例如嵌入在基质中，特别比如有机发光材料中。
两种或更多种这种构造的组合也是可能的(也见上文)。因此，在实施例中，(无机)有机发光材料，例如基于量子点的发光材料，被嵌入(即分布)在基质中。在其他情况下，特别是在无机发光材料的情况下，甚至更特别地在基于石榴石的发光材料的情况下，这种材料可以被成形为(陶瓷)波导，并且因此可以这样使用。
许多上述材料，特别是石榴石材料，可以作为陶瓷(陶瓷体或陶瓷板)提供。术语“陶瓷”特别涉及通过在高压(诸如至少0.5MPa、特别是至少1MPa、例如1至约500MPa、例如至少5MPa或至少10MPa)下，特别地在单轴压或等静压下(尤其在等静压下)、在如至少500℃、特别是至少800℃、例如至少1000℃下加热(多晶)粉末可获得的无机材料。获得陶瓷的具体方法是热等静压(HIP)，而HIP工艺可以是如在上述温度和压力条件下的后烧结HIP，胶囊HIP或组合烧结HIP工艺。通过这种方法可获得的陶瓷可以原样使用，或者可以进一步加工(如抛光，或甚至再次加工成颗粒)。陶瓷特别地具有理论密度(即单晶的密度)的至少90％、例如至少95％、如在97-100％的范围内的密度。陶瓷可以仍然是多晶的，但是在晶粒(压制颗粒或压制附聚颗粒)之间具有减小的或大幅减小的体积。
不具有辐射转换器元件的波导将通常是高度透射的(特别是透明的)，如单晶，聚合材料或陶瓷材料。透射可以接近100％。然而，利用辐射转换器元件，至少部分辐射被强烈吸收；对于由辐射转换器元件吸收的该辐射，包括辐射转换器元件的波导几乎不透射。本文中的术语“透射”可以特别是指对于具有从可见光波长范围中选择的波长的光，具有在90-100％范围内，例如95-100％范围内的光透射率的转换器。这里，术语“可见光”特别涉及具有选自380-780nm范围内的波长的光。可以通过在垂直辐射下向波导提供具有第一强度的特定波长的光并且将在透射通过材料之后测量的该波长下的光的强度与在该特定波长处向材料提供的光的第一强度相关联来确定高透射(参见CRC Handbook of Chemistry andPhysics，第69版，1088-1989的E-208和E-406)。波导可以包括或基本上由一种或多种材料构成，这些材料是高度透明的，并且在不存在辐射转换器元件的情况下，对于固态光源辐射具有90％或更多，特别是95％或更多，甚至更特别是98％或更多，甚至更特别是99％或更多的透射(通过波导的宽度W)。
发光光导可以包括在蓝色颜色范围内或在绿色颜色范围内或红色颜色范围内的中心发射波长。蓝色范围限定在380纳米和495纳米之间，绿色范围限定在495纳米和590纳米之间，红色范围限定在590纳米和800纳米之间。
替代上述磷光体或者除了上述磷光体之外，在下表中给出可以在实施例中使用的磷光体的选择连同最大发射波长。
磷光体 最大发射波长[nm]
CaGa2S4:Ce 475
SrGa2S4:Ce 450
BaAl2S4:Eu 470
CaF2:Eu 435
Bi4Si3O12:Ce 470
Ca3Sc2Si3O12:Ce 490
在本发明中，由于再吸收，上述发射最大值可能被红移。
根据本发明的实施例的下面阐述的光导可以包括具有用于将光转换成另一光谱分布的不同密度的合适的发光材料的区域。在一个实施例中，透明光导包括彼此相邻的两个部分，其中仅一部分包括发光材料，另一部分是透明的或具有相对低浓度的发光材料。在另一实施例中，光导包括与第二部分相邻的又一部分，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。不同的部件可以一体地形成，从而形成一件或一个光导。如果应用这样的实施例，则应用宽度上的平均浓度。例如，假设具有两层的波导，第一层中的第一浓度为2，而第二层中的第一浓度为0，则浓度为1。
在如下所述的根据本发明的发光器件的实施例中，可以提供耦合结构或耦合介质，用于将由光源发射的光有效地耦合到光导中。耦合结构可以是具有特征、例如凸起和凹陷形成波形结构的折射结构。耦合结构的特征的典型尺寸为5μm至500μm。特征的形状可以例如是半球形(透镜)、棱镜形、正弦曲线或随机(例如喷砂)。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方法制成，例如通过凿子、喷砂等。可替换地，折射结构可通过在合适的材料中复制而制成，例如，聚合物或溶胶凝胶材料。可替换地，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为0.2μm至2μm。光导内部的衍射角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和外部的入射角。如果我们假设对于低折射率层和耦合介质相同的折射率nout＝1，发现对于全内反射条件ninsinθin＝nout，有以下条件：λ/Λ＝1-sinθout，即对于垂直入射θout＝0有Λ＝λ。通常，不是所有其他角度θout都被衍射到光导中。这将仅在其折射率nin足够高时发生。从光栅方程可以得出，对于条件nin≥2，如果Λ＝λ，所有角度都被衍射。也可以使用其它周期和折射率，导致衍射到光导中的较少的光。此外，通常发射大量光(第0级)。衍射光的量取决于光栅结构的形状和高度。通过选择适当的参数，耦合到光导中的光的量可以被调谐。这种衍射结构最容易通过复制由已经通过例如电子束光刻或全息术制备的结构制成。复制可以通过类似于软纳米压印光刻的方法来进行。耦合介质可以例如是空气或另一种合适的材料。
现在转到图1。参考图1，示出了发光设备1的三维透视图，其包括聚光器100，聚光器100包括适于将具有第一光谱分布的入射光转换为具有第二不同光谱分布的光的光导4000。图1所示的光导4000包括或者被构造为波长转换器结构6000，其具有UV至蓝色波长转换器形式的第一转换部分6110和适于基于从第一转换部6110输入的蓝光发射白光1400的磷光体形式的第二转换部分6120。因此，图1所示的发光设备1包括发射UV到蓝色波长范围内的光的多个LED 2100、2200、2300形式的光源。LED 2100、2200、2300布置在基底或衬底1500上。特别地，第一转换部分6110包括掺杂有稀土离子(在实施例中为铕和/或铽)的多晶立方钇铝石榴石(YAG)，而第二转换部6120包括黄色磷光体。该实施例的优点在于，光出射表面的表面积小于构建由直接发光LED组成的光源所需的表面积。由此，可以实现扩展量的增益。
用于使用蓝色或UV光源产生白光的替代方案包括但不限于发射蓝光的LED，该光在第一转换部分6110中转换为绿色/蓝色光，后者转而通过作为红色磷光体提供的第二转换部分6110转换为白光，以及发射蓝光的LED，该光在第一转换部分6110中转换为绿光，后者转而又与红光和蓝光混合以产生白色LED光源，其中混合通过红色磷光体形式的第二转换部件实现，该红色磷光体的前面布置有漫射器。
在另一实施例中，多个LED包括被配置为提供具有不同光谱分布的辐射的两个或更多个子集。例如，第一子集可以被配置为生成UV或蓝色辐射，并且第二子集被配置为分别生成蓝色或绿色辐射。
此外，照明设备可以包括与波导分离和/或集成在波导中的另外的光学元件，例如聚光元件，例如复合抛物面聚光元件(CPC)。
图2示出了照明系统的侧视图，例如数字投影仪单元140，其具有光导4070，其适于以这样的方式转换入射光1300，该方式使得发射光1700处于黄色和/或橙色波长范围，即大致在560nm至600nm的波长范围内nm。光导4070可提供为由诸如Ce掺杂(Lu,Gd)3Al5O12、(Y,Gd)3Al5O12或(Y,Tb)3Al5O12的陶瓷材料制成的透明石榴石。具有较高的Ce含量和/或例如有利于Ce的Gd和/或Tb的较高的取代水平，由光导发射的光的光谱分布可以偏移到更高的波长。在实施例中，光导4070是完全透明的。
在光出射表面4200处，设置有光学元件9090。光学元件9090包括用于过滤从光导4070发射的光1700以便提供经过滤的光1701的滤光器9091、至少一个另外的光源9093、9094以及适于将过滤光1701和来自至少一个另外的光源9093、9094的光组合诸如以便提供公共光输出1400的光学部件9092。滤光器9091可以是吸收滤光器或反射滤光器，其可以是固定的或可切换的。可切换滤光器例如可以通过以下方式来获得：提供根据期望的光输出可以是低通、带通或高通的反射二向色镜以及可切换镜并且将可切换镜置于在光传播方向看到的二向色镜上游。此外，组合两个或更多个滤光器和/或反射镜以选择期望的光输出也是可行的。图2所示的滤光器9091是可切换滤光器，其使得能够根据滤光器9091的切换状态透射未滤光的黄色和/或橙色光或经过滤的光(特别地且在该实施例中示出为经过滤的红光)。经过滤的光的光谱分布取决于所采用的滤光器9091的特性。所示的光学部件9092可以是也称为X立方体的正交二向色棱镜，或者在可替换中可以是单独的二向色滤光器的适当集合。
在所示的实施例中，设置有两个另外的光源9093和9094，另外的光源9093是蓝色光源，并且另外的光源9094是绿色光源。其它颜色和/或更多数量的其它光源也是可行的。根据如下所述的本发明的实施例，一个或多个其它光源也可以是光导。另一选择是使用由滤光器9091滤出的光作为另一光源。因此，公共光输出1400是由光导4070发射并被滤光器9091滤波的光1701和由相应的两个另外的光源9093和9094发射的光的组合。公共光输出1400有利地可以是白光。
图2所示的解决方案的优点在于，其根据对根据本发明实施例的发光器件的给定应用的要求是可扩展的、成本有效的并且容易适应。本发明不限于图2中示意性地描绘的数字投影仪实施例。
图3A至3D分别示出了光导4010A、4010B、4010C和4010D的侧视图，其包括邻近相应光导4010A、4010B、4010C、4010D的光出射表面4200布置的光偏振元件9001以及布置在相应的光导4010A、4010B、4010C、4010D的与光出射表面4200相对延伸的表面4600处的反射元件7400。由此，可以获得具有高亮度和高效率的偏振光源。不管实施例如何，偏振元件9001可以是反射线性偏振器和反射圆偏振器中的任何一个。线栅偏振器、基于包括双折射层的聚合物层的堆叠的反射偏振器是反射线性偏振器的示例。圆偏振器可以使用在所谓的胆甾型液晶相中的聚合物获得，以制造仅透射一种偏振和特定光谱分布的光的所谓的胆甾型偏振器。作为反射偏振器的替代或除其之外，也可以使用偏振分束器。此外，也可以使用散射偏振器。在另一个实施例中，可以使用通过反射的偏振，例如，通过由诸如玻璃的材料制成的楔形式的偏振元件，其中光接近布鲁斯特角入射。在又一个实施例中，偏振元件9001可以是诸如在WO 2007/036877A2中描述的所谓的偏振背光。在又一个实施例中，偏振元件9001可以是偏振结构。
图3A示出了偏振元件9001布置在光导4010A的光出射表面4200上的实施例。光源2100、2200、2300发射具有第一光谱分布的第一光1300(其他地方指示为固态光源辐射11)，其在光导4010A中转换成具有第二光谱分布的第二光1400(其他地方表示为转换器元件辐射21)。由于偏振元件9001，仅第一偏振的光(在这种情况下为p偏振光1400PA)从光出射表面4200透射和发射，并且第二偏振的光(在这种情况下为s偏振光1400S)被反射回到光导4010A中。反射的s偏振光1400S被反射元件7400反射。当被反射时，反射的s偏振光1400S的至少一部分被改变为被偏振元件9001透射的p偏振光1400PB。因此，获得了仅包括具有第一偏振的光的光输出，在这种情况下是p偏振光1400PA、1400PB。
此外，在该示例中，光导4010A包括布置在在光出射表面4200和相对表面4600之间延伸的表面之一处的1/4λ板9002，其在所示的实施例中部分覆盖表面4500。可替换地，1/4λ板可以完全覆盖表面4500或者可以包括两个或更多个分离的分段。可替换地或另外地，另外的1/4λ板可以布置在在光出射表面4200和表面4600之间延伸的一个或多个其它表面处。在又一个实施例中，1/4λ板9002可以布置在光导和反射元件7400之间，使得在1/4λ板和光导之间设置有间隙。1/4λ板9002可以用于将具有第一偏振的光转换为具有第二偏振的光，特别是用于将圆偏振光转换为线偏振光。然而，应当注意，不管该实施例如何，1/4λ板9002是可选元件，并且因此也可以省略。
图3B示出了其中偏振元件9001相对于光出射表面4200成角度布置的实施例，如相对于光出射表面4200以45°的角度所示，但是任何角度在原则上是可行的。此外，彼此叠置的1/4λ板9002和反射元件9003被布置在偏振元件9001下游的光束路径中，使得它们基本上与偏振元件9001平行地延伸。因此，具有第一偏振的反射的光被耦合出光导4010B，并且被偏振元件9001在其上改变为具有第二偏振的光。随后，具有第二偏振的光被反射元件9003重定向，并且被1/4λ板9002进一步偏振。
图3C示出了非常类似于图9A所示的实施例，但是根据该实施例，作为替代的光导4010C包括与光出射表面4200相对的锥形表面4600。锥形表面4600设置有反射元件4701、4702，反射元件4701、4702由1/2λ板9004形式的插入件分开。
图3D示出了如下实施例：其中两个光导4010D和5010堆叠，使得光导4010D的表面4500和光导5010的光输入表面5100彼此面对，并且另一偏振元件9005布置在它们之间并且与光导4010D和5010光学接触。偏振元件9001布置在光导4010D和5010的光出射表面4200和5200上，并且反射元件7400布置在光导4010D和5010的与相应光出射表面4200、5200相对的表面4600和5600上。另一偏振元件9005透射具有垂直于由偏振元件9001透射的光的偏振的偏振的光。可将1/4λ板9002施加给光导5010的表面5500的至少部分。
在另外的可替换实施例中，偏振元件9001可以被设置作为布置在光导的光出射表面4200处的光学元件的部分。在一个特定实施例中，偏振元件9001然后被布置成定位与在光学元件的安装位置处的光出射表面4200相对。作为示例，这种光学元件可以例如是如上所述的光学元件、复合抛物面聚光元件(CPC)或光学元件。可替换地，这种光学元件可以是光混合室。特别是在CPC的情况下，可以在CPC中与偏振元件9001相对地布置1/4λ板。
图4示出了发光器件1020，其包括具有多个LED的光源2100和光导4095。在该示例中，光源2100以散热器7000的形式布置在基座或基板上，在实施例中散热器7000由金属如铜、铁或铝制成。注意，在其他实施例中，基底或衬底不需要是散热器。光导4095被示出为大体上成形为具有光输入表面4100和光出射表面4200的条或杆，光出射表面4200以不同于零的角度延伸，在该特定情况下相对于彼此垂直，使得光出射表面4200是光导4095的端表面。在实施例中，光输入表面4100和光出射表面4200可以具有不同的尺寸，使得光输入表面4100大于光出射表面4200。光导4095进一步包括平行于光出射表面4200延伸并与光出射表面4200相对的另一表面4600，因此另一表面4600同样是光导4095的端表面。光导4095还包括侧表面4300、4400、4500。光导4095也可以是板形，例如作为正方形或矩形板。
发光器件1020还包括布置在光导4095的另一表面4600处的第一反射镜元件7600以及布置在光导4095的光出射表面4200处的第二反射镜元件7400。如图所示，第一反射镜元件7600被布置成与光出射表面4200光学接触，并且第二反射镜元件7600被布置成与另一表面4600光学接触。可替换地，第一和第二反射镜元件7600和7400中的一个或两个与另一表面4600和光出射表面4200之间可以分别设置有间隙。这种间隙可以填充有例如空气或光学粘合剂。
光导4095的光出射表面4200还设置有四个向内的渐缩壁以及与另一表面4600平行延伸的中心平坦部分。本文所使用的“渐缩壁”表示光出射表面4200的壁分段以不同于零度的角度布置到光出射表面的其余部分和邻近光出射表面延伸的光导表面。壁向内渐缩，这意味着光导的横截面朝向出射表面逐渐减小。在该实施例中，第二反射镜元件7400布置在光出射表面4200的渐缩壁处并与其光学接触。因此，第二镜反射元件设置有对应于并且覆盖光出射表面4200的每个渐缩壁的四个分段7410、7420、7430和7410。与光出射表面4200的中心平坦部分相对应的通孔7520限定光出射表面4200的透明部分，光可以通过该透明部分从发光设备1020离开以被发射。
以这种方式，提供了一种发光设备，其中，击中第二反射镜元件的光线改变角度方向，使得更多的光线被引向光出射表面4200，并且原本由于TIR而留在光导4095内的光线由于角度方向的变化现在以小于临界反射角的角度撞击光出射表面4200，因此可能通过光出射表面4200的通孔7520离开光导。因此，由发光设备发射的通过光导4095的光出射面4200的光的强度进一步增加。特别地，当光导是矩形条时，将存在垂直地在出射表面处撞击第二反射镜元件的光线，并且因此不能离开条，因为它们保持在两个反射镜元件之间反弹。当一个反射镜元件向内倾斜时，光线在被该反射镜元件反射之后改变方向，并且可以经由第二反射镜元件的透明部分离开光导。因此，该构造通过渐缩壁的反射提供了朝向光出射表面4200的中心平坦部分并且因此第二反射镜元件7400中的通孔7520的光的改进的引导。
在可替换实施例中，可以设置其它数量的渐缩壁，例如小于或大于4个，例如1个、2个、3个、5个或6个渐缩壁，并且类似地，不是所有的渐缩壁都需要设置有第二反射镜元件或其分段。在其它可替换方案中，一个或多个渐缩壁可以被第二反射镜元件7400覆盖，和/或中心平坦部分可以被第二反射镜元件7400部分地或完全地覆盖。
图5A示意性地描绘了用附图标记1表示的照明设备的实施例。照明设备1包括发光聚光器100，发光聚光器100包括具有辐射输入面4100和辐射出射面4200的波导4000。宽度W由辐射输入面4100和相对面4500之间的距离来限定，波导4000包括分布在波导4000中的辐射转换器元件20。这里，宽度W等于波导4000的厚度(以及路径长度，也见上文)。此外，照明设备1包括固态光源10，固态光源10被配置为用固态光源辐射11辐射波导4000的辐射输入面4100。这里，仅举例而言，示出了两个固态光源10。辐射转换器元件20、例如Ce3+或Eu2 +、或有机染料或QD或其两种或更多种的组合被配置为吸收光源辐射11的至少部分，并将其转换成辐射转换器元件辐射21。波导4000可以是例如梁或杆，但也可以具有基本上球形的横截面。其实施例在图5B中示意性地示出，其具有基本平行的输入面4100和相对面4500；其它面可以是圆形的。然而，后端4600(未示出)和出射面4200通常将具有平坦部分或基本完全平坦(“平坦表面”，也参见上文)。在图5A中，在辐射出射面4200处从波导4000逃逸的5A辐射用附图标记1400表示。波导4000的长度用附图标记L表示。长度方向(LD)例如平行于面4100和4500，并且可以特别地与本体轴线(未示出)重合。在图5B中，长度方向将垂直于附图平面并且用本体轴线BA指示。长度方向垂直于宽度(方向)。来自辐射源10的辐射11平行于宽度方向(WD)行进。这些方向WD和LD也用波导4000右侧的箭头指示。聚光器100包括波导4000，但可以可选地包括如上所述的其他元件，例如滤光器、反射器等。
图6A和6B示意性地示出了在活化剂的浓度低的情况下，在杆的长度方向上的再吸收是主要的(参见图6A)。在宽度方向上的再吸收是可忽略的；由于杆的高的纵横比，将总是发生沿长度方向的再吸收。原来在TIR中的光，由于这种再吸收过程，很可能从TIR逃逸。此外，在不是TIR的初级发射中的光将具有较低的被再吸收的机会，并且在它到达出口表面之前将从杆逸出。如果增加掺杂剂浓度(参见图6B)，则在其它方向上的再吸收变得重要。产生的不在TIR锥体中的初级光将经历再吸收，给予它第二次进入TIR锥体的机会。在长度方向上，再吸收不会显着增加；只有与初级发射的距离将减小(杆的纵横比，定义为长度与宽度之比，导致长度方向上的再吸收，即使对于较低的浓度)。附图标记a1表示不在全内反射范围内(在这个示意性2D图中在两个方向上描绘了TIR锥)的辐射，并且其因此可能损失。附图标记a2表示在长面4100和4500的TIR内的辐射，但不具有背面4600的TIR。附图标记a3表示离开出射表面200的TIR内的辐射。
参考图6C给出一些量化，其中假设含铈的石榴石波导，其中波导的折射率为1.8(空气的折射率为1)。因此，可以确定在33.7°的临界角。附图标记a4表示所有面的TIR内的光。不在TIR内的辐射a1可以估计为(4*33.7)/360＝37.5％，其中因子4基于顶部的两个半锥和底部的两个半锥(整个a1锥体的开口角因此为2*33.7°)。辐射a2可以估计为(2*33.7/360)＝18.7％，辐射a3可以估计为(2*33.7/360)＝18.7％，其中因子2分别基于a2和a3的两个半锥。辐射a4可以估计为(4*22.6/360)＝25％；值22.6基于2*(45°-33.7°＝11.3°)。从图6C中可以看出，有四个a4部分，因此这个值是四倍。假定约15％的辐射可以经历再吸收，则可能的增益由下式给出：(在锥体'a1'中的光)*(仍然有可能经历再吸收的光的分数)*(再发射的光具有正确的发射角的机会)，因此是大约0.375*0.15*(1-0.375)＝4％，该值是实质性的。
在以下表格中，给出一些示例：
对于量子点，进行了类似的计算，但是因此基于每升波导的量子点的浓度。量子点的特征值为＝1e6M-1cm-1，M定义为摩尔每升。因此，超过0.12cm的98％的吸收为-log(0.02)＝1e6*0.12*[C]，其中[C]表示浓度。因此，这种类型的量子点的98％的吸收浓度为15μM。因此，在厚度为0.12cm的波导中，期望的浓度为至少45μM。
图6D示意性地描绘了在x轴波长(λ)以纳米(nm)为单位和在y轴归一化强度(N.I.)(以任意单位)上的发射曲线和相关激发曲线。为了论证，吸收曲线被定义为与激发曲线相同、特别是在400-600、特别是甚至300-600nm的相关波长范围内。激发或吸收曲线用参考标记EX标识。用参考标记EM、即辐射转换器元件辐射21来标识发射曲线。此外，(对角线)虚线曲线是固态光源辐射11。曲线被归一化。显然，在该示例中，辐射转换器元件可以在300-500的几乎整个波长范围上被激发。然而，最有效的激发将在最大λXM、即激发最大值附近的范围内。固态光源辐射在辐射最大值λRM处具有最大值。特别地，选择固态光源使得其辐射最大值λRM在λXM的70-100％的范围内。在附图中，指示了80-100％的范围。这里，在该实施例中，固态光源辐射基本上完全与激发带交叠，并且最大λXM和λRM基本上在彼此的顶部。此外，发射带和激发带交叠。这里，在该示意图中，约10-15％的发射带EM(辐射转换器元件辐射21)与激发带交叠。通过将可见光范围内的激发光谱和发射光谱归一化为100(或1等)，并且定义与激发曲线下面积交叠的发射曲线下的面积来确定光谱交叠。对于良好的再吸收，这种交叠是有益的。交叠区域是(水平地)虚线并且用附图标记O表示。最大发射处的波长用附图标记λMM表示。λXM和λMM之间的波长差是斯托克斯频移。

Claims (15)

1.一种照明设备(1)，包括：
-发光聚光器(100)，所述发光聚光器(100)包括具有辐射输入面(4100)、辐射出射面(4200)、以及由所述辐射输入面(4100)和相对的面(4500)限定的宽度(W)的波导(4000)，所述波导(4000)包括以辐射转换器浓度分布在所述波导(4000)中的辐射转换器元件(20)，其中所述波导(4000)包括单晶或陶瓷；
-固态光源(10)，被配置成使用固态光源辐射(11)照射所述波导(4000)的所述辐射输入面(4100)；
其中所述辐射转换器元件(20)被配置成吸收所述光源辐射(11)的至少部分并且转换成辐射转换器元件辐射(21)，并且其中所述辐射转换器浓度被选择为在所述波导(4000)的宽度(W)上吸收98％的所述光源辐射(11)所需的浓度的至少3倍高。
2.根据权利要求1所述的照明设备(1)，其中所述辐射转换器浓度从在所述波导(4000)的宽度(W)上吸收98％的所述光源辐射(11)所需的浓度的4到8倍高的范围内进行选择。
3.根据权利要求1或2所述的照明设备(1)，其中所述辐射转换器元件(20)包括在光谱上部分交叠的辐射激发光谱和辐射发射光谱。
4.根据权利要求3所述的照明设备(1)，其中所述辐射转换器元件(20)具有发射光谱和激发光谱，其中所述发射光谱的5％到25％与所述激发光谱交叠。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的照明设备(1)，其中所述辐射输入面(4100)具有辐射输入面区域(A)，其中所述辐射出射面(4200)具有辐射出射面区域(E)，并且其中所述辐射输入面区域(A)为所述辐射出射面区域(E)的至少2倍大，并且其中所述辐射出射面(4200)具有从1到100mm2的范围中选择的辐射出射面区域(E)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的照明设备(1)，具有从0.5到100mm的范围中选择的宽度(W)，并且其中所述固态光源(10)没有与所述波导(4000)物理接触。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的照明设备(1)，其中所述波导(4000)包括单晶。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的照明设备(1)，其中所述波导(4000)包括A3B5O12类型的铈掺杂石榴石，并且其中所述固态光源(10)被配置成使用UV和蓝色固态光源辐射(11)中的一项或多项照射所述波导(4000)的所述辐射输入面(4100)。
9.根据权利要求8所述的照明设备(1)，其中A包括Y、Gd、Tb、Lu中的一项或多项和Ce，其中相对于A的总量，Ce在0.01到2摩尔％的范围内，并且Lu至少为90摩尔％，并且其中B包括Al、Ga和Sc中的一项或多项，其中Al相对于B的总量为至少50摩尔％。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的照明设备(1)，包括被配置成使用固态光源辐射(11)照射所述波导(4000)的所述辐射输入面(4100)的多个固态光源(10)。
11.一种照明单元(120)，被配置成提供可见光(121)，其中所述照明单元(2)包括至少一个根据权利要求1到10中的任一项所述的照明设备(1)。
12.一种汽车照明单元，被配置成提供可见光，其中所述汽车照明单元包括至少一个根据权利要求1到10中的任一项所述的照明设备(1)。
13.一种数字投影仪单元(140)，包括至少一个根据权利要求1到10中的任一项所述的照明设备(1)。
14.根据权利要求11到13中的任一项所述的单元(120，130，140)，其中至少一个照明设备(1)被配置成提供绿光或红光。
15.根据权利要求11到14中的任一项所述的单元(120，130，140)，包括被配置成提供绿光的至少第一照明设备(1101)以及被配置成提供红光的至少第二照明设备(1201)。
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