CN111148940B - 具有cpc、光导和附加磷光体的发光聚光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供照明设备，包括：一个或多个光源；发光元件，包括用于接收光源光的细长发光本体和将至少一部分光源光转换成发光材料光的第一发光材料；光导元件，用于引导至少一部分第一发光材料光；第二发光材料，用于将至少一部分光源光和/或至少一部分第一发光材料光转换为第二发光材料光，第二发光材料光的光谱功率分布不同于第一发光材料光的光谱功率分布；光透射光学元件，用于接收至少一部分第一发光材料光和至少一部分第二发光材料光，并且将所接收的发光材料光和所接收的第二发光材料光透射，并且对所接收的发光材料光的至少一部分进行光束成形，并提供照明设备光，照明设备光包括光源光、第一发光材料光和第二发光材料光中的一者或多者。

Description

具有CPC、光导和附加磷光体的发光聚光器
技术领域
本发明涉及例如用于在投影仪或舞台照明中使用的照明设备。本发明还涉及包括这种照明设备的照明系统。更进一步，本发明还涉及包括这种照明设备(和/或这种照明系统)的投影系统或灯具。
背景技术
发光棒是本领域已知的。例如，WO2006/054203描述了发光设备，发光设备包括：发射在＞220nm至＜550nm的波长范围内的光的至少一个LED；以及在没有光学接触的情况下朝向至少一个LED放置的至少一个转换结构，至少一个转换结构将来自至少一个LED的光至少部分地转换为在>300nm至≤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且<3的折射率n，并且比率A:E>2:1且<50000:1，其中A和E定义如下：至少一个转换结构包括至少一个入射表面(其中由至少一个LED发射的光可以进入转换结构)以及至少一个出射表面(其中光可以从至少一个转换结构出射)，至少一个入射表面中的每一个均具有入射表面面积，(多个)入射表面面积被编号为A1...An，并且(多个)至少一个出射表面中的每一个具有出射表面面积，(多个)出射表面面积被编号为E1...En，并且(多个)至少一个入射表面面积中的每一个的总和为A＝A1+A2...+An，并且(多个)至少一个出射表面面积中的每一个的总和为E＝E1+E2...+En。
WO 2017/067781 A1公开了具有光导的照明设备，光导具有至少两个端部并且照明设备在轴向方向上在光导的一个端部处的第一底表面和光导的另一端部处的第二底表面之间延伸，其中光导包括多个区段，所述区段中的每一个区段包括位于光导的侧表面上、用于将光耦入到光导中的第一光耦入表面，并且所述区段中的每一个区段被配置为将其中输入的至少一部分光转换为具有选定波长范围的光，并且其中第一底表面包括用于将光耦入到光导中的第二光耦入表面，并且第二底表面包括用于将光从光导耦出的光耦出表面。附加地，存在至少一个第一光发射元件，至少一个第一光发射元件被配置为发射第一波长范围的光并且被光学耦合到第二光耦入表面，使得由至少一个第一光发射元件发射的光经由第二光耦入表面被耦合到光导中，其中至少一个第一光发射元件被配置为将其上具有所选波长范围中的至少一个波长范围内的波长的入射光的至少一部分反射回光导中。
US 2008/079910 A1公开了投影系统，投影系统包括照明系统，照明系统具有能够生成第一波长范围内的光的至少一个第一非相干光源。照明系统还包括含有荧光材料的本体，荧光材料在被第一波长范围内的光照射时发射不同于第一波长范围的第二波长范围内的光。系统还包括至少第二荧光材料，至少第二荧光材料吸收第一和第二波长范围中的至少一个的光并发射第三波长范围的光。本体具有提取区域，并且第二或第三波长范围中的至少一些光在本体内内部反射到提取区域。来自提取区域的光照射至少一个图像形成设备。来自图像形成设备的图像光被投影透镜单元投影到屏幕上。
US 2016/170120 A1公开了照明设备，照明设备包括：具有顶部和底部的基本平面的波导；用于接收光的输入区域，波导与输入区域在空间上分离；用于发射光的输出区域，输出区域包括波导的顶部表面的至少一部分，其中波导的至少一部分通过来自波导表面与周围环境之间的界面的全内反射来限制光。光源将光发射到输入区域中。在输入区域中的波导的表面上，磷光体材料层设置在该反射器的顶部上，反射器用于将经转换和未转换的光反射回到输入区域中。设置在输出区域中的耦出结构破坏了从输入区域接收的基本均匀的混合光的全内反射，使得从输出区域发射基本均匀的混合光。
发明内容
高亮度光源对于包括聚光灯、舞台照明、前照灯和数字光投影等在内的各种应用都令人感兴趣。为此，可以使用所谓的聚光器，在高度透明的发光材料中将较短波长的光转换为较长波长的光。这种透明发光材料棒可以被LED照射而在棒内产生较长的波长。经转换的光将以波导模式停留在发光材料(例如，(三价铈)掺杂的石榴石)中，然后可以从(较小)表面之一中提取出来，从而获得强度增益。
在实施例中，聚光器可以包括磷掺杂的高折射率石榴石的矩形条(棒)，其能够将蓝光转换成绿光并将该绿光收集在小的光阑输出光束中。矩形条可以具有六个表面，在形成四个侧壁的条的长度上具有四个大表面(在此也表示为“细长面”)，在条的端部处具有两个较小的表面，其中一个较小的表面形成提取所需光的“鼻部”。在本文中，术语“发光材料”和“磷光体”涉及相同类型的材料，即，在激发(特别是在UV或可见辐射下)时可以发光的材料。在本文中，第一发光材料因此具体可以被光源光激发。
假设例如一些含铈的石榴石应用，在(例如，蓝光)辐射下，(蓝光)辐射激发磷光体，磷光体在所有方向上发射(绿)光。由于磷光体通常嵌入在高折射率条(这是细长本体的一个示例，另请参见下文)中，因此经转换的(绿)光的主要部分被捕获到高折射率条中并被波引导到条的鼻部，(绿)光可以从鼻部离开条。所生成的(绿)光的量与泵入条中的蓝光的量成比例。条越长，光源越多，例如可以使用蓝色LED来将磷光体材料泵入灯条和多个光源中，例如可以使用蓝色LED来增加离开条的鼻部的(绿)光的亮度。然而，经磷光体转换的光可以分为两部分。
第一部分基本上可以由将以大于临界反射角的角度撞击条的侧壁的第一类型的光射线组成。这些第一光射线被捕获在高折射率条中，并将遍历条的鼻部，在鼻部，光射线可以作为系统所需的光离开。
期望具有能够提供光谱功率分布的照明设备，光谱功率分布不仅由发光本体中的发光材料限定。例如，可能期望提供能够提供白光(尤其是具有高功率)或提供饱和光等的照明设备。此外，期望将提供这种设备，这种设备可靠并具有期望的最小寿命。
为此，在本文中(尤其是)建议使用透明光导并将其粘合到发光聚光器并在将光导连接到CPC的端部处放置另外的发光材料。特别地，在实施例中，光导和CPC可以由相同的材料制成。在实施例中，提供了具有光导延伸部的CPC，该延伸部包括发光材料。这种实施例(和其他实施例)可以提供可靠的解决方案。
因此，本发明的一个方面提供包括发光聚光器的备选照明设备，该备选照明设备特别地进一步至少部分地消除了一个或多个上述缺陷和/或可以具有这种光谱功率分布：不仅可以取决于发光聚光器中使用或可以使用的发光材料。本发明还可具有克服或改善现有技术的至少一个缺点的目的，或提供有用的备选方案。
因此，本发明提供照明设备(“设备”)，其包括：
-被配置为提供光源光的多个光源；
-发光元件(或发光聚光器)，包括具有用于接收光源光的辐射输入面的细长发光本体(本体、或发光本体或细长本体)，发光元件(更具体是细长发光本体)包括用于将至少一部分光源光转换成发光材料光的第一发光材料；
-光导元件(光导或波导)，被配置在第一发光材料的下游，并且被配置为对第一发光材料光的至少一部分进行光引导，其中光导元件不包括发光材料；
-第二发光材料，被配置在第一发光材料的下游，在第一发光材料的第一距离(d1)处(例如，在第一发光材料的至少0.5mm的第一距离(d1)处)，并且被配置在光导元件的下游，并且其中第二发光元件被配置为将(i)光源光的至少一部分和(ii)第一发光材料光的一部分中的一者或多者转换为第二发光材料光，第二发光材料光的(第二)光谱功率分布不同于第一发光材料光的(第一)光谱功率分布；
-被配置在光导元件下游的光透射光学元件，被配置为接收(i)光导元件的第一发光材料光的至少一部分和(ii)第二发光材料光的至少一部分，并且特别地被配置为接收光导元件的第一发光材料光的至少一部分并接收第二发光材料光的至少一部分，并且被配置为提供包括第一发光材料光和第二发光材料光中的一者或多者的照明设备光；
-其中辐射输入面被配置为平行于细长发光本体的细长的本体轴线，并且其中光源被配置为仅向细长发光本体提供光源光。
措词“光源被配置为仅向细长发光本体提供光源光”表示来自光源的光不直接耦合到光导元件中。由光源耦合到细长发光本体中的光的至少一部分可以不在细长发光本体中转换并且随后从细长发光本体中耦出到光导元件中。
可选地，照明设备光还可以包括光源光(尤其已传播通过至少细长发光本体的至少一部分(和光导元件的至少一部分))。特别地，光透射光学元件被配置为透射所接收的发光材料光和所接收的第二发光材料光。此外，特别地，光透射光学元件被配置为将所接收的发光材料光的至少一部分以及可选地所接收的第二发光材料光的至少一部分进行光束成形。因此，照明设备可以在操作期间提供从光透射光学元件发出的照明设备光。此外，在实施例中，光透射光学元件还可以被配置为对(剩余的)光源光进行光束形状，光源光可以在透射通过细长本体和光导元件(和第二发光材料)之后剩余。
这种照明设备允许由照明设备生成的高强度的光。此外，这种照明设备允许生成白光或例如饱和光。由于可以将有限数量的发光材料用于发光元件，因此，与仅具有发光元件的第一发光材料的照明设备相比，本照明设备还允许更宽的光谱范围。此外，这种照明设备可以允许在光导元件和光透射光学元件之间和/或在细长发光本体和光导元件之间可靠地耦合。
如上所述，照明设备包括被配置为提供光源光的一个或多个光源。在特定实施例中，照明设备包括多个光源。所有光源可以被配置为泵送第一发光材料。然而，也可以将一个或多个其他光源用于其他目的，例如提供除第一发光材料光和/或光源光之外的发射或者可以可选地用于泵送第二发光材料(尽管特别是经由细长本体和(可选地)光导元件的至少一部分)。
(多个)光源具体可以是固态光源(例如，发光二极管和/或激光二极管(也参见下文))。因此，在其中应用多个光源的实施例中，光源可以来自相同的容器(bin)。光源(因此)可以基本上具有与其所生成的光相同的光谱功率分布。细长本体因此可以辐射地耦合到一个或多个光源。光源的(强度)可以由控制系统控制。
发光元件包括细长发光本体，细长发光本体具有用于接收光源光的辐射输入面。因此，每个细长发光本体与(一个或多个)光源的集合辐射地耦合(也参见上文)。发光本体还可包括多个辐射输入面。因此，术语“辐射输入面”也可以指代多个辐射输入面。此外，代替术语“辐射输入面”，还可以应用术语“辐射入射面”或术语“辐射入射表面”。
在特定实施例中，一个或多个光源中的至少一个的光源光被提供给基本平行于细长本体的本体轴线的辐射输入面(即，细长侧面)。特别地，多个光源被配置为将光源光提供给这种(细长)辐射输入面。当应用LED时尤其如此。在备选实施例中，尤其是在应用激光二极管时，可以将光源光提供给被配置为基本上垂直于本体轴线的辐射输入面(即，细长本体的头部或尾部面)。当然，也可以应用这些实施例的组合。
本体轴线还可以指示为细长轴线。在圆柱形的实施例中，这可以是圆柱形的轴线。特别地，在实施例中，细长轴线的长度等于本体(或元件)的长度。
发光元件可以具有针对第一发光材料光的发光元件出射窗(“辐射出射窗”)。在实施例中，辐射出射窗可以被配置为基本上垂直于本体轴线(即，细长本体的头部或尾部面)。在可以与前面的实施例(基本垂直于本体轴线配置)进行组合的其他实施例中，辐射出射窗基本垂直于(细长)辐射输入面进行配置。
该辐射出射窗可以基本上是面或面的一部分，第一发光材料光可以从面或面的一部分从第一材料传播到第二材料。本体可以基本上是发光本体。其他实施例在下面更详细地描述。
发光元件包括第一发光材料，用于将至少一部分光源光转换为发光材料光。术语“发光材料”也可以指代多种不同的发光材料。发光材料的示例如下所示。
设备还包括光导元件，光导元件被配置在第一发光材料的下游并被配置为对第一发光材料的光的至少一部分进行光引导。如下所示，在特定实施例中，光导元件被配置在细长本体的下游。术语“进行光引导”也可以被“进行波引导”代替，并且特别地指代允许光传播通过(固体)光学介质(例如，陶瓷体、聚合物或单晶体)。光导元件包括光透射材料。更特别地，光导元件主要由光透明材料组成。特别地，光导元件可以包括玻璃、陶瓷、硅酮和单晶中的一个或多个，尤其是玻璃、陶瓷和单晶中的一个或多个。可选地，光导元件包括聚合物材料。
合适的光透射材料(更特别是光透明材料)的示例也在下面例如关于可用于容纳第一发光材料的主体材料示出。在实施例中，就感兴趣波长而言，光导元件在透射率和/或平均自由路径方面的期望条件可以与可应用于主体材料的条件基本相同，即，例如以下条件中的一个或多个：(i)针对感兴趣波长的透射可以是至少80％/cm、例如至少90％/cm、甚至更特别是至少95％/cm、例如至少98％/cm，例如至少99％/cm，以及(ii)仅考虑散射效应，针对感兴趣波长的平均自由路径可以是至少5mm、例如至少10mm。
在第一实施例中，光导元件可以是配置在细长本体和光透射光学元件之间的单独本体。在这种实施例中，发光元件可以具有配置在光导元件入射窗上游的发光元件出射窗。在这种实施例中，(发光元件的)发光元件出射窗和(细长本体的)辐射出射窗可以基本重合。
此外，在这种实施例中(但也在其他实施例中，例如也参见下文)，光导元件可以具有光导元件输入表面(也可以表示为光导元件入射表面或光导元件入射窗)以及光导元件输出表面(也可以表示为光导元件出射表面或光导元件出射窗)。
此外，在这种实施例中(但也在其他实施例中，例如也参见下文)，发光元件出射窗可以特别地与光导元件入射窗光学接触。因此，细长本体和光导元件可以光学耦合。特别地，光导元件和光学元件光学耦合。
在第二实施例中，光导元件和细长本体可以被配置为单个本体。例如，光导元件可以是细长本体的延伸部，但是不具有或仅具有相对较低浓度的第一发光材料。例如，细长本体可以包括掺杂有铈的石榴石材料并且光导元件可以是基本上相同的石榴石材料，但是不掺杂铈或仅具有相对较低的浓度。细长本体和光透射光学元件的这种组合也可以被生产为单个本体。在这种实施例中，光导元件可以包括发光元件出射窗。因此，因为在具有发光材料的细长本体和光导元件之间基本上不存在物理窗，所以光导的辐射出射窗可以有效地配置为发光元件出射窗。在这种实施例中，由于细长本体和光导元件被配置为单个本体(例如，单个棒)，所以本质上可以光学耦合。特别地，光导元件和光学元件光学耦合。
在第三实施例中，光导元件和光透射光学元件可以被配置为单个本体。例如，光导元件可以是光透射光学元件的延伸部。例如，光透射光学元件可以是玻璃或陶瓷(本体)，因此光导元件是相同的材料。光导元件和光透射光学元件的这种组合也可以被生产为单个本体。在这种实施例中，发光元件可以具有配置在光导元件入射窗上游的发光元件出射窗。在这种实施例中，(细长本体的)发光元件出射窗和辐射出射窗可以基本重合。此外，在这种实施例中，因为在光导元件与光透射光学元件之间基本上没有物理窗口，所以诸如发光材料光的光可以从光导元件入射窗传播到光透射光学元件出射窗。因此，在实施例中，光导元件和光透射光学元件是单个本体，(基本上)由相同材料组成。
因此，在实施例中，(细长本体的)发光元件出射窗和(发光元件的)辐射出射窗可以基本重合。因此，细长本体和光导元件特别地光学耦合。在这种实施例中，由于光导元件和光学元件被配置为单个本体，因此它们可以本质上光学耦合。
在又一(第四)实施例中，细长本体、光导元件和光透射光学元件可以被配置为单个本体。例如，光导元件可以是细长本体的延伸部，但是不具有或仅具有相对较低浓度的第一发光材料，在实施例中，在细长本体的另一端部处具有光透射光学元件。例如，细长本体可以包括掺杂有铈的石榴石材料，并且光导元件可以是基本上相同的石榴石材料，但是不掺杂铈或仅具有相对较低的浓度。同样，光透射光学元件可以是基本上相同的石榴石材料，但是不掺杂铈或者仅具有相对较低的浓度。细长本体、光导元件、光透射光学元件的这种组合也可以被生产为单个本体。在这种实施例中，因为在细长发光本体与光导元件以及光导元件和光透射光学元件之间基本上没有物理窗，所以诸如发光材料光的光可以从细长发光本体传播到光透射光学元件出射窗。
在这种实施例中，由于细长本体、光导元件和光学元件被配置为单个本体，因此它们可以本质上光学耦合。
因此，在特定实施例中，第一发光材料可以以第一浓度c1用于细长发光本体中，而相同的发光材料可以以第二浓度c2用于光导元件中，其中0≤c2/c1≤0.05、例如0≤c2/c1≤0.01。因此，在实施例中，第一发光材料不可用于光导元件中(c2/c1＝0)。
同样，在特定实施例中，第一发光材料可以以第一浓度c1用于细长发光本体中，并且相同的发光材料可以以第三浓度为c3用于光透射光学元件中，其中0≤c3/c1≤0.05、例如0≤c3/c1≤0.01。因此，在实施例中，第一发光材料不可用于光透射光学元件中(c3/c1＝0)。
如上所述，术语“发光材料”还可以指代多种不同的发光材料。在这种实施例中，以上条件可以适用于每种发光材料。
此外，细长发光本体包括第一发光材料并且光导元件(和/或光透射光学元件)基本上不包括这种发光材料的事实并不排除另一发光材料在光导元件(和/或光透射光学元件)中的可用性，因此在细长本体中基本上没有其他发光材料。然而，对于光导元件，无论该光导元件是否包括任何发光材料，针对感兴趣波长的透射率可以是至少80％/cm、例如至少90％/cm、甚至更特别地至少95％/cm、例如至少98％/cm、例如至少99％/cm，且(ii)仅考虑散射效应，针对感兴趣波长的平均自由路径可以至少是5mm、例如至少10mm。
因此，在操作中，(多个)光源激发第一发光材料，并且发光材料可以传播通过细长本体并且随后传播通过光导元件。最后，第一发光材料光从光透射光学元件逸出。可选地，第一发光材料光的至少一部分可以传播通过第二发光材料。同样可选地，光源光的至少一部分可以传播通过第二发光材料。然而，在其他实施例中，基本上所有的光源光(例如，(所有光子的)至少99％，如所有光源光的至少99.5％)被第一发光材料或第一发光材料和第二发光材料吸收。
因此，如上所述，照明设备还包括配置在第一发光材料下游的第二发光材料。这意味着第二发光材料可以例如被光导元件包括和/或可以配置在光导元件和光学元件之间和/或可以被光学元件包括。
术语“第二发光材料”还可以指代多种不同的第二发光材料。在这种实施例中，以上条件可以适用于每种第二发光材料。第二发光材料可以被配置在单个位置处(例如在光导和光学元件之间)，但是也可以被配置在不同的位置处。
然而，特别地，第二发光材料被配置在第一发光材料的下游，例如距离第一发光材料至少0.5mm的第一距离(d1)处。特别地，(第二发光材料与第一发光材料之间的)第一距离(d1)可以大于0mm。更特别地，(在第二发光材料和第一发光材料之间的)第一距离(d1)可以选自1mm-20mm的范围。在特定的实施例中，第二发光材料配置在发光本体的下游。备选地或附加地，第二发光材料可以被配置在光导元件的至少一部分的下游。短语“光导元件的至少一部分的下游”指示例如其中第二发光材料被配置在光导元件和光学元件之间的实施例，以及其中第二发光材料例如被包括在光导元件中作为本体(也参见下文)，但不直接在细长本体的下游，而是距离下游一定距离处的实施例。以此方式，光导的长度的至少一部分在细长本体与第二发光材料之间。以这种方式，在实施例中，发光材料光和可选地光源光可以仅在传播通过光导元件的至少一部分之后到达第二发光材料。
特别地，当第二发光材料被配置为更靠近光学元件而不是细长本体时，这似乎是有益的。因此，施加该第一距离，这表示不管第二发光材料在细长本体的延伸部中还是在作为单独本体的光导元件中是否可用，相对于第一发光材料存在至少一些距离。例如，第一发光材料可以被配置在光导元件的端部处(即，靠近光学元件)(和/或)可以被配置在光导元件和光学元件之间。这种配置允许第二发光材料不经受相对高温(在发光细长本体中生成)。此外，这种配置也备选地或附加地允许光导元件和光学元件之间的连接不经受相对高温。因此，可以创建更可靠的设备。
第二发光材料特别地被配置为将(i)光源光的至少一部分和(ii)第一发光材料光的至少一部分中的一个或多个转换为第二发光材料光。因此，在其中第二发光材料光(也)对第一发光材料光的至少一部分进行转换的实施例中，第二发光材料通常将提供相对于光源光并且可选地还相对于第一发光材料光斯托克斯位移的第二发光材料光(对于第一发光材料光通常也将如此)。在本文中，第二发光材料可以因此尤其被光源光和/或第一发光材料的第一发光材料光激发。因此，第二发光材料被配置在第一发光材料的下游。
当第二发光材料将光源光转换时，这些光源光特别是基本上仅是经由细长本体和(至少一部分)光导元件到达第二发光材料的光源光。特别地，没有接收直接光源光。因此，在特定实施例中，没有光源被配置为将光源光直接提供给光导元件。
因此，在特定实施例中，(多个)光源被特别配置为基本上仅向细长发光本体提供光源光。特别地，基本上所有的光源光(例如，由(多个)光源产生的所有光子的至少90％)可以被辐射输入面接收并因此不被例如光导元件直接接收。在其中第二发光材料对光源光进行转换的实施例中，(多个)光源可以被配置为辐射细长本体的侧面。在其他实施例中，(多个)光源可以被配置为辐射端面。
因此，在实施例中，相同(类型)的(多个)光源可以被应用于激发第一发光材料和第二发光材料。
在可以与先前的实施例进行组合的其他实施例中，可以应用不同类型的(多个)光源来激发第一发光材料和第二发光材料。例如，蓝色LED可以用于对细长本体进行侧面照射来生成第一发光材料光，并且固态(激光)光源可以被配置为照射细长本体的端面，该光可以激发第二发光材料。
特别地，第二发光材料光具有与第一发光材料光的光谱功率分布不同的光谱功率分布。因此，第一发光材料光和第二发光材料光的色点不同。例如，第一发光材料和第二发光材料的CIE 1931图中的x值和/或y值可以至少相差0.05、例如至少0.1。
尤其是当存在剩余(在传播通过细长本体之后)的光源光时，光导元件还可以可选地用作光混合元件。
如上面进一步指示的，照明设备包括光透射光学元件，光透射光学元件配置在光导元件的下游，配置为接收光导元件的第一发光材料光的至少一部分和/或接收第二发光材料光的至少一部分，特别是配置为接收光导元件的第一发光材料光的至少一部分并接收第二发光材料光的至少一部分。特别地，光透射元件被配置为透射所接收的发光材料光和所接收的第二发光材料光。所接收的光尤其在其出射窗处离开光透射光学元件。因此，如上所述，特别地，光透射光学元件被配置为将所接收的发光材料光的至少一部分以及可选地所接收的第二发光材料光的至少一部分进行光束成形。
在特定实施例中，光学元件选自准直器(例如，CPC状准直器)和透镜的组。
光学元件可以特别地包括准直器，准直器用于将光束转换(“准直”)成具有期望的角度分布的光束。
此外，光学元件可以特别地包括具有辐射入射窗的光透射本体。因此，光学元件可以是被配置为对来自发光本体的转换器辐射进行准直的光透射材料的本体。
在特定实施例中，光学元件包括复合抛物线状准直器(例如，CPC(复合抛物线聚光器))。
大型准直器(例如，大型CPC)可以特别用作光的提取器并用于对(发射)辐射进行准直。备选地，还可以在棒的鼻部上配置具有光学接触(n>1.00)的圆顶或中空准直器(例如，CPC)来会聚(发射)辐射。
光学元件的截面(垂直于光轴)的形状可以与发光本体的截面(垂直于最长的本体轴线(该本体轴线基本平行于辐射输入面))相同。例如，如果发光本体具有矩形截面，则光学元件也可以具有这种矩形截面，但是尺寸可以不同。此外，光学元件的尺寸可以在其整个长度上变化(因为它可能具有光束成形功能)。
此外，光学元件的截面的形状可以沿光轴的位置而变化。在特定配置中，矩形截面的纵横比可以随着沿光轴的位置而特别是单调地变化。在另一优选的配置中，光学元件的截面的形状可以沿光轴的位置从圆形改变为矩形，反之亦然。
因此，特别地，光学元件被配置为将所接收的发光材料光的至少一部分进行光束成形。在特定实施例中，光学元件特别地被配置为对所接收的发光材料光的至少一部分以及可选地所接收的第二发光材料光的至少一部分进行准直。因此，在实施例中，光透射光学元件包括复合抛物线准直器。
因此，在实施例中，光学元件可被配置用于以下各项中的一个或多个：(i)促进经由出射窗将发光材料光提取到光学元件(例如尤其是从光导元件提取光)，以及(ii)对从出射窗发出的发光材料光进行光束成形(尤其是从光导元件提取的光)。
因此，照明设备被配置为提供照明设备光，照明设备光包括光源光、第一发光材料光和第二发光材料光中的一个或多个，特别是至少第一发光材料光和第二发光材料光。
下面，描述一些其他实施例。
在实施例中，光导元件和光透射光学元件包括相同的材料。在实施例中，它们甚至可以基本上由相同的材料组成。在特定实施例中，光导元件和光透射光学元件均包括选自由以下构成的组的一种或多种材料：玻璃、蓝宝石、石英、陶瓷材料、(基本上)未掺杂的石榴石、单晶材料等。但是，聚合材料也是可能的。
特别地，在实施例中，细长发光本体和光透射光学元件可以具有不同的材料组分。例如，在掺杂铈的实施例中，前者可以包括石榴石材料。如果光导元件和/或光透射光学元件还包括(基本上)未掺杂有发光物质的石榴石材料，则细长发光本体和光透射光学元件可以具有相似的材料组分。
细长发光本体和光导元件尤其是光学耦合的(假设它们是不同的元件，并且一个不是另一个的延伸部)。同样地，光导元件和光透射光学元件可以光学耦合(假设它们是不同的元件，并且一个不是另一个的延伸部)。当一个元件是另一元件的延伸部时，细长本体可以光学地耦合到光导元件(当后者是光学元件的延伸部时)，或者光导元件可以光学地耦合到光透射光学元件(当前者是细长发光本体的延伸部时)。
例如，对于光学耦合，可以应用物理接触(另请参见下文)。备选地，可以使用硅酮胶来连接(并光学耦合)这两个元件。备选地，可以应用(玻璃)玻璃料来连接(并且光学耦合)这两个元件。备选地，对于两个元件的光学耦合，两个元件之间的平均距离可以最大约为相关波长(例如，第一发光材料的最大发射波长(也参见下文))。
可以选择不同的位置来配置第二发光材料。可选地，在设备中，可以选择两个或更多个位置(具有不同的d1值)来配置第二发光材料。
在实施例中，照明设备包括配置在光导元件和光透射光学元件之间的发光材料层，其中发光材料层包括第二发光材料。在这种实施例中，第二发光材料被配置在可以基本上等于光导元件的长度的距离处。发光层可以是涂层。发光层可以包括包含第二发光材料的主体材料。发光层也可以是诸如薄片的本体(也参见下文)。
备选地或附加地，光透射光学元件包括第二发光材料。如果第二发光材料被嵌入在光透射光学元件中，特别地可以不覆盖整个长度，而是与第一发光材料相距一定距离(第一距离dl)(例如，与细长本体相距这种距离)。
备选地或附加地，光透射光学元件可以包括第二发光材料。例如，在实施例中，光透射光学元件包括光学元件腔，光学元件腔被配置为将经由光导元件接收的第一发光材料光的至少一部分进行光束成形，其中光学元件腔包括第二发光材料。
如上所述，在实施例中，第二发光材料可以由诸如薄片的本体包括。因此，在特定实施例中，照明设备还包括包含第二发光材料的第二发光本体，其中光导元件和光透射光学元件中的一个或多个包括用于容纳第二发光本体的接收腔。这还可以允许制造具有这种接收腔的包括光导元件和光透射光学元件的单个本体，或者包括细长本体和光导元件的单个本体，或者包括细长本体、光导元件和光学元件的单个本体。接收腔可以特别地被配置为容纳第二发光本体，甚至更特别地，接收腔可以被配置为以过盈适配来容纳第二发光本体。过盈适配(也称为压适配或摩擦适配)是两个部件之间的、在将部件推送到一起后通过摩擦实现的紧固，而不是通过任何其他紧固方式实现的紧固。
如上所述，光导元件特别地被配置在细长本体和光学元件之间，可选地作为一者或两者的延伸部，或者(因此)作为单独的本体。特别地，光导元件是细长的。在实施例中，光导元件可以具有选自0.5mm-20mm的范围的长度(L1)。
此外，特别地，细长发光本体具有本体轴线(BA)，其中光导元件具有本体轴线(BA1)，其中本体轴线(BA、BA1)共线。在实施例中，细长发光本体和光导元件具有相同的截面对称性(尤其是至少在细长本体变为光导元件的位置处)。
在另外的特定实施例中，细长发光本体和光导元件具有相同的截面形状(因此包括基本上相同的周向长度)(尤其是至少在细长本体变成光导元件的位置处)。
在实施例中，细长本体的高度特别地在0.2mm至5mm的范围内。细长本体的宽度特别地在0.2mm至5mm的范围内。高度与宽度之比可以在0.4至2.5的范围内。细长本体的长度可以在10mm至200mm的范围内。
光导(或光学元件的延伸部)的长度特别地在1mm至20mm的范围内。更特别地，光导(或光学元件的延伸部)的长度在3mm至15mm的范围内。最特别地，光导(或光学元件的延伸部)的长度在4mm至10mm的范围内。
光导的宽度和/或高度特别地基本上与细长本体的宽度和/或高度相同。因此，在实施例中，光导的特别地尤其在0.2mm至5mm的范围内。光导的宽度特别地在0.2mm至5mm的范围内。高度与宽度之比可以在0.4至2.5的范围内。
然而，在实施例中，细长发光本体具有细长的本体轴线，光导元件具有本体轴线，并且光学元件具有本体轴线，并且这些本体轴线中的两个或更多个共线。
同样，在实施例中，细长发光本体具有光轴，光导元件具有光轴，并且光学元件具有光轴，并且这些光轴中的两个或多个共线。
如上所述，(多个)光源可以被配置为向(细长)边缘面提供光源光。因此，在实施例中，照明设备可以特别地包括多个光源，其中多个光源中的一个或多个被配置为将光源光提供给辐射输入面，其中辐射输入面被配置为与细长发光本体的本体轴线(BA)平行。然而，特别地，没有光源被配置为将光源光直接提供给光导元件。特别地，光导元件可以基本上仅经由细长发光本体(也参见上文)接收发光材料光，并且可选地还接收光源光。
照明设备可以被配置为提供白光或有色光。当存在多于一个的光源并且一个或多个光源具有基本不同的光谱功率分布时，照明设备还可以进行颜色调节。因此，在实施例中，照明设备还可以包括控制系统或可以在功能上与控制系统耦合。
因此，在实施例中，第一发光材料被配置为提供绿色和黄色发光材料光中的一个或多个，其中第二发光材料被配置为提供红色第二发光材料光，并且其中照明设备被配置为提供白色照明设备光。
在实施例中，照明设备因此可以被配置为在控制模式下提供有色光和/或可以被配置为在控制模式下提供白光。
如本文所指示的，照明设备(或系统)可以以某种模式执行动作。术语“模式”也可以被指示为“控制模式”。这不排除照明设备(或系统)还可以适于提供另一控制模式，或提供多个其他控制模式(例如，针对白光的控制模式和针对有色光的控制模式或针对色温不同的白光的控制模式)。然而，控制系统适于提供至少一个控制模式。如果其他模式可用，则可以特别地经由用户接口来执行对这些模式的选择，但是诸如根据传感器信号或(时间)方案来执行模式的其他选项也是可能的。
在实施例中，照明设备被配置为提供照明设备光而不提供被配置为激发第一发光材料的(多个)光源的光源光。这可以通过以下方式实现：将一个或多个光源的光轴配置为基本上平行于细长本体(或光导元件)的辐射出射窗口，或者通过使用相对较高浓度的发光材料，和/或通过使用相对较长的细长元件，和/或通过使用滤光器。通过选择这些参数，可以实现光源光(用于激发第一发光材料)的完全转换或者可以实现光源光(用于激发第一发光材料)的部分转换。
因此，如果照明设备光包括蓝光，蓝光可以是光源光，和/或可以是第一发光材料光，和/或这可以通过提供用于提供蓝光的附加光源来实现，附加光源可以例如将其蓝光直接提供给光导元件和/或光学元件，特别是基本上仅提供给光导元件(用于与其他光混合)。
此外，下面描述一些其他特定实施例。
在特定实施例中，本体可以包括其中没有可用的发光材料(或激活剂)或具有减少的发光材料含量的部件。这种部件可以例如用于将在(同一)本体的上游生成的光混合。在两个实施例中，本体均包括辐射出射窗。因此，在这种实施例中，发光元件出射窗可以包括或者可以是辐射出射窗。在其他实施例中，发光本体可以与诸如混合元件的光学延伸元件光学耦合。特别地，该元件的折射率接近发光本体的折射率，例如，折射率在发光本体的折射率的+/-10％的范围内、例如在+/-5％的范围内、例如在+/-2％的范围内。
感兴趣的折射率特别地可以是感兴趣的波长处的折射率，感兴趣的波长可以被限定为第一发光材料的发射最大值或备选地限定为第一发光材料的发射的质心波长。
术语“质心波长”在本领域中是已知的，并且指代其中光能的一半在较短的波长处而光能的一半在较长的波长处的波长值；该值以纳米(nm)表示。它是整个波长强度的光谱平均值(Σλ*Iλ/(ΣI))；即，将发射带上的强度积分标准化为积分强度)。可以在室温(尤其是20℃)下确定相应发光材料的发射最大值或质心波长。
因此，术语“面”可以指代本体的侧面。因此，术语“窗”可以指代辐射可以从本体或发光元件逸出和/或辐射进入本体中的面。因此，特别是每个发光元件具有发光元件出射窗，用于使得第一发光材料光从发光元件逸出。由于本体是细长本体，因此辐射输入面特别地是细长的面。辐射输入面可以因此是细长本体的侧面(由其构成)。发光元件出射窗可以特别地被配置用于经由发光元件出射窗(例如经由细长本体的辐射出射窗)将至少一部分第一发光材料光从诸如细长发光本体的元件耦出。如在别处所指示的，通常，(多个)辐射输入面的面积大于发光出射窗(例如，本体的辐射出射窗)的面积。特别地，比率A:E＞2:1，例如＞2:1且＜50000:1，其中A和E分别如下定义为辐射输入面和辐射出射窗的面积。
因此，设备可以包括具有混合元件(即，光混合元件)的发光本体，混合元件特别地与发光本体光学耦合。发光材料光可以从发光本体传播到混合元件中，并从混合元件逸出。在这种实施例中，第一发光材料光可以从光学延伸元件的辐射出射窗发出。因此，在这种实施例中，发光元件出射窗可以包括或者是光学延伸元件的辐射出射窗。在此，术语“光学延伸元件”可以特别指代混合元件和/或例如用于校正本体的锥形配置(也参见下文)的元件，通过这种校正，可以导致其中发光元件出射窗被配置在平面中的配置。
在实施例中，照明设备可以进一步包括一个或多个散热器。一个或多个冷却元件可以与发光聚光器热接触。冷却元件可以是散热器或主动冷却元件(例如，珀耳帖元件)。此外，冷却元件可以经由其他方式(包括经由空气进行热传递或者利用可以传递热量的中间元件(例如，导热油脂))与光透射本体热接触。然而，特别地，冷却元件基本上不与光透射本体物理接触。术语“冷却元件”还可指代多个(不同的)冷却元件。在实施例中，冷却元件到细长光透射本体的平均距离可以是至少1μm，例如至少2μm，尤其是至少5μm，或者其中散热元件与细长光透射本体的(多个)侧面的总面积的最大10％、例如最大5％物理接触。因此，该平均值尤其不大于50μm。
因此，照明设备可以包括散热器，散热器被配置为促进固态光源和/或发光聚光器的冷却。散热器可以由铜、铝、银、金、碳化硅、氮化铝、氮化硼、碳化铝硅、氧化铍、碳化硅、碳化硅铝、钨铜合金、碳化铜钼、碳、金刚石、石墨及其两个或更多个的组合组成。备选地或附加地，散热器可以包括氧化铝或由氧化铝组成。术语“散热器”也可以指代多个(不同的)散热器。冷却元件或散热器可用于冷却光透射本体和/或相同或不同的冷却元件，或散热器可用于冷却(多个)光源。冷却元件或散热器还可以提供到进一步的冷却装置的接口或者允许冷却传输来将热量耗散到周围环境。例如，冷却元件或散热器可以连接至热管或作为水冷却系统，水冷却系统连接至更远处的散热器或者可以被诸如风扇生成的气流直接冷却。被动冷却和主动冷却均可应用。散热器可以被定义为将例如由电子或机械设备生成的热量传递到流体介质(通常是空气或液体冷却剂)，从而可以将热量从设备耗散出去的热交换器。这样可以调节设备的温度。
在特定实施例中，散热器(或冷却元件)与光透射本体之间没有物理接触。特别地，该平均值至少是通过发光材料的发光而透射的光的强度平均波长。在实施例中，光透射本体与散热器或冷却元件之间的平均值为至少1μm、例如至少2μm、如至少5μm。此外，为了良好的热传递，光透射本体与散热器或冷却元件之间的平均距离不大于50μm、例如不大于25μm、例如不大于20μm、例如等于或小于15μm、如最大10μm。
因此，在实施例中，照明设备可以进一步包括散热器，散热器与细长光透射本体的平均距离为至少1μm、例如至少2μm、尤其是至少5μm，或者其中散热元件与细长光透射本体的侧面的总面积的最大10％、例如最大5％物理接触。因此，该平均值尤其不大于50μm。术语冷却元件可以指代散热器或主动冷却元件。
在特定的实施例中，细长发光聚光器被夹持在两个金属板之间或夹持在由高导热材料构成的壳体内，使得细长发光聚光器之间仍然存在足够的气隙，以提供细长发光聚光器内捕获的光的TIR(全内反射)，同时足够的热量可以借助气隙从细长发光聚光器流向高导热壳体。气隙的厚度高于光的波长，例如高于0.1μm、例如高于0.5μm。通过在细长发光聚光器和壳体之间提供小颗粒(例如，直径高于0.1μm、高于0.5μm、例如至少1μm、例如至少5μm、尤其是等于或小于20μm、例如等于或小于10μm(另请参见上面定义的平均值)的小球或棒)，可以将细长发光聚光器固定在壳体中。备选地，可以通过在高导热壳体接触细长发光聚光器的表面上提供一些表面粗糙度来将细长发光聚光器固定在壳体中，表面粗糙度在高于0.1μm、例如高于0.5μm、特别是等于或小于10μm的深度上变化。
高导热壳体的粗糙表面的这种球体、棒或接触点的密度相对很小，因此细长光透射本体的大部分表面积保持不变，从而确保细长光透射本体内捕获的光的TIR反射，例如细长光透射本体的(多个)侧面的总面积的最大10％、例如最大5％。
如上所述，两个元件之间可以存在光学接触(具有可选功能)。术语“光学接触”和类似术语(例如，“光学耦合”)尤其可以意味着归因于这些元件的折射率差异，从辐射出射窗逸出的光可以以最小的损耗(例如，菲涅耳反射损耗或TIR(总内反射)损耗)进入辐射入射窗。可以通过以下一个或多个元素来将损耗最小化：两个光学元件之间的直接光学接触、在两个光学元件之间提供光学胶(尤其是折射率高于两个单独的光学元件的最低折射率的光学胶)、提供距离很近(例如，距离远小于光的波长)的两个光学元件使得光将隧穿两个光学元件之间存在的材料、在两个光学元件之间提供光学透明的界面材料(尤其是折射率高于两个单独的光学元件的最低折射率的光学透明界面材料，光学透明界面材料可以是液体或凝胶)、或者在(一个或两个)两个单独的光学元件的表面上提供光学防反射涂层。在实施例中，光学透明界面材料也可以是固体材料。此外，光学界面材料或胶尤其可以具有不高于两个单独的光学元件的最高折射率的折射率。
代替术语“光学接触”和类似的术语，还可以使用术语“辐射耦合”或“光学耦合”。术语“辐射耦合”尤其是指元件彼此关联，使得一个元件发射的辐射的至少一部分被另一元件接收。例如，这可以分别适用于细长本体和光导元件，以及光导元件和光学元件。
特别地，在实施例中，所指示的“窗”可以彼此物理接触或者在其他实施例中，可以利用(薄)光学胶层(例如，具有小于约1mm的厚度、尤其是小于100μm的厚度)彼此分离。当不应用光学透明界面材料时，处于光学接触的两个元件之间的距离尤其可以约为最大相关波长(例如最大发射波长)。对于可见波长，它可以小于1μm、例如小于0.7μm，对于蓝光波长甚至更小。
如上所述，照明设备可以包括多个光源来提供至少部分地由光透射本体、更特别是光透射本体的第一发光材料转换成转换器辐射的光源光。经转换的光可以至少部分地从辐射出射窗逸出，辐射出射窗尤其与光学元件光学接触，更特别地与光学元件的辐射入射窗光学接触。
同样，光源通常与发光本体辐射耦合，但是通常光源不与发光本体物理接触(另请参见下文)。由于发光本体是本体，并且通常光学元件也通常是本体，因此本文中的术语“窗”尤其可以指代侧面或侧面的一部分。
因此，发光本体包括一个或多个侧面，其中光学元件被配置为在辐射入射窗处接收从一个或多个侧面逸出转换器辐射的至少一部分。
该辐射可以经由气体(例如空气)直接到达入射窗。附加地或备选地，该辐射可以在一个或多个反射(例如，位于发光本体附近的反射镜处的反射)之后到达入射窗。因此，在实施例中，照明设备可以进一步包括第一反射表面，第一反射表面特别地被配置为平行于一个或多个侧面，并且被配置为与发光本体相距第一距离，其中第一反射表面被配置为将从一个或多个侧面逸出的转换器辐射的至少一部分反射返回到发光本体或光学元件中。反射表面与一个或多个侧面之间的空间包括气体，其中气体包括空气。第一距离例如在0.1μm-20μm的范围内、例如在1μm-10mm的范围内、例如2μm-10mm。
特别地，该距离至少是感兴趣的波长，更特别地至少是感兴趣的波长的两倍。此外，由于可能存在一些接触(例如为了保持目的或为了距离保持目的)，平均距离尤其是至少λi、例如至少1.5*λi、例如至少2*λi、例如尤其是约5*λi，其中λi是感兴趣的波长(也参见上文)。特别地，然而，出于良好热接触的目的，在实施例中，平均距离不大于50μm、例如不大于25μm、例如不大于20μm、例如不大于10μm。同样地，这种平均最小距离可以应用于配置在端面或其他光学组件处的反射器和/或滤光器。可选地，在实施例中，元件可以既包括散热功能又包括反射功能(例如具有反射表面的散热器或功能上耦合至散热器的反射器)。
照明设备可以被配置为提供蓝色、绿色、黄色、橙色或红色的光等。备选地或附加地，在实施例中，照明设备可以(还)被配置为提供UV(例如近UV(特别是在320nm-400nm的范围内))和IR(例如近IR(特别是在750nm-3000nm的范围内))中的一个或多个。此外，在特定实施例中，照明设备可以被配置为提供白光。根据需要，可以使用(多个)滤光器来改进单色性。近UV和近红外的定义可以与可见光的常用定义(380nm-780nm)部分重叠。
本文使用术语“聚光器”或“发光聚光器”，因为一个或多个光源照射光转换器的相对较大的表面(面积)并且许多转换器辐射可以从光转换器的相对较小的面积(出射窗)逸出。由此，光转换器的特定配置提供其聚光器属性。特别地，聚光器可以提供斯托克斯移位的光，斯托克斯位移的光相对于泵浦辐射被斯托克斯位移。因此，术语“发光聚光器”或“发光元件”可以指代相同的元件，尤其是细长光透射本体(包括发光材料)，其中术语“聚光器”和类似术语可以指代与一个或多个光源组合使用且术语“元件”可以与包括多个光源的一个或多个光源组合使用。当使用单个光源时，这种光源例如可以是激光器，尤其是固态激光器(例如LED激光器)。细长光透射本体包括第一发光材料，并且在本文中尤其可以用作发光聚光器。细长光透射本体在本文中也表示为“发光本体”。特别地，可以应用多个光源。
术语“上游”和“下游”涉及项或特征相对于来自光发生装置(这里具体是(多个)光源)的光的传播的布置，其中相对于来自光发生装置的光束内的第一位置，光束中更靠近光发生装置的第二位置是“上游”，而光束中更远离光发生装置的第三位置是“下游”。
聚光器包括光透射本体。特别是关于细长光透射本体(例如陶瓷棒或晶体，例如单晶或聚合体)来描述聚光器。但是，这些方面也可能与其他形状的陶瓷体或单晶有关。在特定实施例中，发光本体包括陶瓷体或单晶。
光透射本体具有光导或波导属性。因此，光透射本体在本文中也被表示为波导或光导。由于光透射本体用作聚光器，因此光透射本体在本文中也表示为聚光器。光透射本体通常将在垂直于光透射本体长度的方向上具有(N)UV、可见光和(N)IR辐射中的一个或多个的(一些)透射。在没有激活剂(掺杂剂)(如三价铈)的情况下，可见光内部的透射率可能接近100％。
光透射本体对于一个或多个发光波长的透射率可以是至少80％/cm、例如至少90％/cm、甚至更特别是至少95％/cm、例如至少98％/cm、例如至少99％/cm。这意味着例如在具有选定发光波长(例如与光透射本体的第一发光材料的最大发光发射相对应的波长)的辐射的垂直照射下，光透射本体将具有至少为95％的透射率。
在本文中，针对透射的值特别指代不考虑界面(例如空气)处的菲涅耳损耗的透射。因此，术语“透射”特别地指代内部透射。内部透射可以例如通过测量具有不同宽度(通过其来测量透射)的两个或更多个本体的透射来确定。然后，基于这种测量值，可以确定菲涅耳反射损耗和(因此)内部透射的贡献。因此，特别地，本文所指示的针对透射的值忽略了菲涅耳损耗。
除了针对感兴趣的(多个)波长的高透射率之外，针对(多个)波长的散射也可以特别低。因此，仅考虑散射效应(因此不考虑可能的吸收(考虑到较高的透射率，应该较低))，针对感兴趣波长的平均自由路径可以至少是本体长度的0.5倍，例如至少是本体长度、例如至少是本体长度的两倍。例如，在实施例中，仅考虑散射效应的平均自由路径可以是至少5mm、例如至少10mm。感兴趣波长尤其可以是在第一发光材料的最大发光发射(强度)处的波长。术语“平均自由路径”尤其是射线在经历将改变其传播方向的散射事件之前将行进的平均距离。
除非从上下文清楚地看出，术语“光”仅指代可见光，否则术语“光”和“辐射”在本文中可互换使用。因此，术语“光”和“辐射”可以指代UV辐射、可见光和IR辐射。在特定实施例中，尤其是对于照明应用，术语“光”和“辐射”指代可见光。
在特定实施例中，术语UV辐射可以指代近UV辐射(NUV)。因此，在本文中还应用术语“(N)UV”来泛指UV，并且在特定实施例中指代NUV。在特定实施例中，术语IR辐射可以指代近IR辐射(NIR)。因此，在本文中还应用术语“(N)IR”来泛指IR，并且在特定实施例中指代NIR。
在本文中，术语“可见光”尤其是指具有选自380nm-780nm范围内的波长的光。可以通过在垂直辐射下向光透射本体提供具有第一强度的特定波长的光并将透射过该材料后测得的该波长处的光强度与提供给材料的该特定波长处的光的第一强度相关联来确定透射率(另请参见CRC Handbook of Chemistry and Physics，第69版，1088-1989页的E-208和E-406)。
光透射本体可以具有任何形状，例如光束(或条)状或棒状，但是尤其是光束状(立方体状)。但是，光透射本体也可以是碟状等。光透射本体(例如，发光聚光器)可以是中空的(例如，管)或者可以利用另一材料填充(例如，填充有水的管或填充有另一固体光透射介质的管)。本发明不限于形状的特定实施例，本发明也不限于具有单个出射窗或耦出面的实施例。下面，更详细地描述一些特定的实施例。如果光透射本体具有圆形截面，则宽度和高度可以相等(并且可以定义为直径)。然而，特别地，光透射本体具有立方体状的形状(例如条状形状)并且还被配置为提供单个出射窗。
在特定实施例中，光透射本体可以特别地具有大于1的纵横比，即，长度大于宽度。通常，光透射本体是条或棒(光束)或矩形板，但是光透射本体不必具有正方形、矩形或圆形的截面。通常，光源被配置为照射较长的一个(或多个)面(侧边缘)(在本文中表示为辐射输入面)并且辐射从前部(前边缘)的面(在本文中表示为辐射出射窗)逸出。(多个)光源可以向一个或多个侧面以及可选地向端面提供辐射。因此，可以存在多于一个的辐射输入面。
特别地，在实施例中，固态光源或其他光源不与光透射本体(直接)物理接触。
物理接触((多个)光源的(多个)光出射窗与一个或多个光透射本体的(多个)光入射窗之间)可能导致不期望的(从光透射本体的)耦出，从而减少聚光器效率。因此，尤其是基本上不存在物理接触。如果实际接触面积保持足够小，则光学影响可以忽略不计或至少可以接受。因此，存在一些将限定不会提取大量的光的两个表面之间的某个平均距离、同时实现较短的平均距离的物理上的接触(例如由于某些表面粗糙度或非完美平坦表面而产生的一些小点或者由于在表面上故意创建的“最高光斑”)是完全可以接受的。
此外，通常，光透射本体包括两个基本平行的面，辐射输入面以及与之相对的相对面。这两个面在本文中限定了光透射本体的宽度。通常，这些面的长度限定了光透射本体的长度。因此，通常这些面是细长的面。然而，如上文以及下文所述，光透射本体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面积(A)，其中辐射出射窗具有辐射出射窗面积(E)，并且其中辐射输入面面积(A)比辐射出射窗面积(E)大至少1.5倍，甚至更特别地至少两倍，尤其大至少五倍，例如在2倍-50,000倍的范围内，特别是大5倍-5,000倍的范围内。因此，特别地，细长光透射本体包括几何集中因数，几何集中因数被定义为辐射输入面的面积与辐射出射窗的面积的比率(至少为1.5、例如至少为2、至少为5或更大(请参见上文))。这允许例如使用多个固态光源(另请参见下文)。对于诸如汽车、数字投影仪的典型应用或高亮度聚光灯应用，期望小但高的辐射通量或光通量发射表面。这不能利用单个LED获得，但是可以利用本照明设备获得。特别地，辐射出射窗具有选自1mm2-100mm2范围内的辐射出射窗面积(E)。利用这种尺寸，发射表面可以很小，但是仍然可以实现高辐射或亮度。如上所述，光透射本体通常具有(长/宽)的纵横比。这允许例如利用多个固态光源照射的较小的辐射出射表面，但是较大的辐射输入表面。在一个特定的实施例中，光透射本体的宽度(W)选自0.5mm-100mm、尤其是高达30mm、例如0.5mm-10mm、尤其是0.5mm-5mm。因此，光透射本体特别是具有在本文中所示的面的集成本体。
特别地，(多个)辐射输入面和辐射出射窗具有大于0°且小于180°的相互夹角(α)(例如在实施例中为90°)。通常，前者是侧面，后者是端面(由端面组成)。然而，辐射出射窗也可以因此包括相对于本体的一个或多个(其他)面成钝角或锐角进行配置的面。
大体上棒状或条状的光透射本体可以具有任何截面形状，但是在实施例中具有正方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形、五边形或六边形的截面形状。通常，陶瓷或晶体本体是长方体。在特定实施例中，本体可以被提供具有与长方体不同的形状，其中光输入表面具有略微梯形的形状。这样，甚至可以增强光通量，这对于某些应用可能是有利的。因此，在某些情况下(也参见上文)，例如在具有圆形截面的光透射本体的情况下，术语“宽度”也可以指代直径。因此，在实施例中，细长光透射本体还具有宽度(W)和高度(H)，尤其是L>W且L>H。特别地，第一面和第二面限定长度，即，这些面之间的距离是细长光透射本体的长度。这些面尤其可以平行布置。此外，在特定实施例中，长度(L)为至少2cm、例如3cm-20cm、例如4cm-20cm、例如最大15cm。然而，其他尺寸(例如，0.5cm-2cm)也是可能的。
特别地，光透射本体具有被选择为吸收大于95％的光源光的宽度(W)。在实施例中，光透射本体的宽度(W)选自0.03cm-4cm、尤其是0.05cm-2cm、例如0.1cm-1.5cm、例如0.1cm-1cm的范围。利用本文中指出的铈浓度，这种宽度足以吸收由光源生成的基本上所有的光(特别是在具有最大激发强度的激发波长处)。
光透射本体也可以是柱形的棒。在实施例中，柱形棒具有沿棒的纵向方向的一个平坦表面，并且光源可以定位在平坦表面上，以将由光源发射的光有效地耦入到光透射本体中。平坦表面也可以用于放置散热器。柱形光透射本体也可以具有两个平坦表面(例如彼此相对放置或彼此垂直放置)。在实施例中，平坦表面沿柱形棒的纵向方向的一部分延伸。然而，特别地，边缘是平面的并且彼此垂直地配置。
侧面特别地是这种(多个)平坦表面。平坦表面特别地具有相对低的表面粗糙度(例如，Ra最大为100nm、例如在5nm-100nm的范围内、如高达50nm)。
光透射本体也可以是在透明材料中紧密间隔或光学连接的纤维或多个纤维(例如纤维束)。纤维可以被称为发光纤维。单独纤维的直径可以非常细，例如0.1mm至0.5mm。光透射本体还可以包括一个或多个管。在实施例中，一个或多个管可以填充有气体(例如，空气或具有更高导热率的另一气体(例如氦气或氢气)或包括氦气、氢气、氮气、氧气和二氧化碳中的两个或多个的气体)。在实施例中，一个或多个管可以填充有诸如水或(另一)冷却液的液体。
如下在根据本发明的实施例中阐述的光透射本体也可以在长度方向上折叠、弯曲和/或成形，使得光透射本体不是笔直的、线性的棒或条，而是可以包括例如呈90度或180度弯曲形式的圆角、U形、圆形或椭圆形、环形或具有多个环形的3维螺旋形状。这提供了总长度通常相对较大、光通常沿该总长度被引导、从而导致相对较高的流明输出、但是同时可以布置在相对较小的空间中的紧凑的光透射本体。例如，光透射本体的发光部件可以是刚性的，而光透射本体的透明部件是柔性的，以提供沿光透射本体的长度方向的形状。光源可以沿经折叠、弯曲和/或成形的光透射本体的长度放置在任何地方。
光透射本体的未被用作光耦入区域或光出射窗的部分可以被提供有反射器。因此，在一个实施例中，照明设备还包括反射器，反射器被配置为将发光材料辐射反射回到光透射本体中。因此，照明设备可以进一步包括特别是被配置为将辐射反射回光透射本体中的一个或多个反射器，辐射从辐射出射窗之外的一个或多个其他面逸出。特别地，尽管辐射出射窗相对的面可以包括这种反射器，但是在一个实施例中不与之物理接触。因此，反射器可以特别地不与光透射本体物理接触。因此，在一个实施例中，照明设备还(至少)包括光学反射器，光学反射器被配置在第一面的下游并且被配置为将光反射回到细长光透射本体中。备选地或附加地，光学反射器也可以布置在不用于将光源光耦入或将荧光耦出的其他面和/或面的一部分处。特别地，这种光学反射器可以不与光透射本体物理接触。此外，这种(多个)光学反射器可以被配置为将荧光和光源光中的一个或多个反射回光透射本体中。因此，基本上所有的光源光可以被保留用于由第一发光材料(即，(多个)激活剂元素，尤其是诸如Ce3+)进行转换，并且荧光的大部分可以被保留用于从辐射出射窗耦出。术语“反射器”也可以指代多个反射器。
一个或多个反射器可以由金属反射器(例如，薄金属板)或沉积在衬底(例如，玻璃)上的反射金属层组成。一个或多个反射器可以由光学透明本体组成，光学透明本体包含用于反射(部分)光的光学结构(例如，棱镜结构)。一个或多个反射器可以由镜面反射器组成。一个或多个反射器可以包含被设计成将光线朝向期望方向发射的微结构(例如棱镜结构或锯齿结构)。
特别地，这种反射器也存在于光源所处的平面中，使得该平面由具有开口的反射镜组成，每个开口具有与对应光源相同的尺寸，从而允许该对应光源的光通过反射镜层并进入细长(第一)光透射本体，而从(第一)光透射本体沿该平面方向传播的光很有可能撞击反射镜层并被反射镜层朝向(第一)光透射本体反射。
术语“耦入”和类似术语以及“耦出”和类似术语指示光通过介质(光透射本体的外部的介质到光透射本体)变化(反之亦然)。通常，光出射窗将是被配置为(基本上)垂直于波导的一个或多个其他面的面(或面的一部分)。通常，光透射本体将包括一个或多个本体轴线(例如，长度轴线、宽度轴线或高度轴线)，并且出射窗被配置为(基本上)垂直于这种轴线。因此，通常，(多个)光输入面将被配置为(基本上)垂直于光出射窗。因此，辐射出射窗特别地被配置为垂直于一个或多个辐射输入面。因此，特别地，包括光出射窗的面不包括光输入面。
为了进一步提高效率和/或为了改进光谱功率分布，可以包括若干光学元件(例如反射镜、滤光器、附加光学器件等)。
在特定实施例中，照明设备可以具有在第一面处配置的反射镜(反射镜被配置为将光反射回到细长光透射本体中)和/或可以具有滤光器、(波长选择)反射镜、偏光器、光提取结构和第二面处配置的准直器中的一个或多个。在第二面处，反射镜可以例如是波长选择反射镜或包括孔的反射镜。在后一实施例中，光可以被反射回本体中，但是一部分光可以经由孔逸出。特别地，在实施例中，光学元件可以被配置为距本体约0.01mm-1mm、例如0.1mm-1mm的距离处。这可能尤其适用于例如其中不需要光学耦合的反射镜。
当期望例如与第一发光材料所处的(部分)本体下游的光学元件(如CPC或混合元件)进行光学耦合时，可以应用光学透明的界面材料。在其他实施例中，当不应用光学透明的界面材料时，处于光学接触的两个元件之间的平均距离特别地可以约为最大相关波长(例如(第一发光材料的)最大发射波长)。因此，当期望光学接触时，可以存在物理接触。即使在这种实施例中，也可能存在随后等于或小于感兴趣波长的非零的平均距离。
在特定实施例中，特别地当不期望光学接触时，平均距离可以如上所述，但是在一些地方，例如出于配置目的，可能存在物理接触。例如，与边缘面的接触可能超过侧面总面积的不到10％、例如超过不到5％。因此，最小平均距离可以如上文所定义并且如果存在物理接触，该物理接触可以具有与元件(反射镜和/或散热器)物理接触的表面的表面积的最大10％、例如最大5％、例如最大2％、甚至最大1％。例如，对于侧面，平均距离可以例如在2μm到10μm之间(下限基本上确定为感兴趣波长的几倍；此处假设例如可见光)。这可以通过在小于相应侧面总面积的1％范围内进行物理接触(以确保该距离)来实现。
例如，散热器或反射器或相关表面可以具有一些突起(如表面粗糙度)，通过这些突起，表面与元件之间可能接触，但平均距离至少为λi(或更大，也请参见上文)(以基本上防止光学接触)，但存在等于或小于本体表面(元件可以热耦合和/或光学不耦合的表面)的10％(特别是少得多)的物理接触。
在实施例中，光学元件可以包括在一个或多个侧面处。特别地，可以施加抗反射涂层来提高(激发)光源光和/或(波长选择)反射涂层对经转换的光的耦合效率。
在诸如辐射出射窗的发光元件出射窗的下游，可以可选地布置滤光器。这种滤光器可用于去除不期望的辐射。例如，当照明设备应提供红光时，可以去除红光以外的所有光。因此，在另一实施例中，照明设备还包括滤光器，滤光器被配置在(辐射)出射窗的下游并且被配置为减少不期望的光在转换器辐射(辐射出射窗的下游)中的相对贡献。为了滤除光源光，可选地可以应用干涉滤光器。
在又一实施例中，照明设备还包括准直器，准直器配置在发光元件出射窗(例如，辐射出射窗)的下游并且被配置为将转换器辐射准直。这种准直器(例如CPC(复合抛物线聚光器))可用于将从辐射出射窗逸出的光准直并提供经准直或经预准直的光束。在本文中，术语“经准直”、“经预准直”以及类似的术语可以特别地指代具有(基本上)小于2π的立体角的光束。
如上所述，照明设备可以包括多个光源。该多个光源可以被配置为向单侧或面或多个面提供光源光；另请参见下文。当向多个面提供光时，通常每个面将接收多个光源(多个光源的子集)的光。因此，在实施例中，多个光源将被配置为将光源光提供给辐射输入面。而且，通常将多个光源配置成一行或多行。因此，光透射本体是细长的，多个光源可以配置在可以基本平行于光透射本体的细长轴的行中。该行光源可以具有与细长光透射本体基本相同的长度。因此，在光透射本体中的长度(L)在该行光源的第二长度(L2)的大约80％-120％的范围内；或该行光源的长度在光透射本体长度的约80％-120％的范围内。
光源可以被配置为提供具有选自UV(包括近UV)、可见光和红外(包括近IR)的范围的波长的光。
特别地，光源是在操作期间至少发射(光源光)选自200nm-490nm范围内的波长的光的光源，特别是在操作期间至少发射选自360nm-490nm、例如400nm-490nm、甚至更特别地在430nm-490nm、例如440nm-490nm、例如最大480nm的波长范围内的光的光源。该光可以被第一发光材料部分地使用。因此，在特定实施例中，光源被配置为生成蓝光。备选地或附加地，光源可以被配置为生成UV辐射。
在特定实施例中，光源包括固态光源(例如LED或激光二极管)。术语“光源”还可以涉及多个光源(例如，2-2000个、例如2-500个、例如2-100个、例如至少四个光源，例如在实施例中，特别是4-80个(固态)光源)，但是可以应用更多的光源。因此，在实施例中，可以应用例如4-500个光源、例如8-200个光源、例如至少10个光源、甚至至少50个光源。术语“光源”还可以涉及被定制以应用于这种聚光发光聚光器的一个或多个光源(例如，具有与细长发光聚光器的细长光输入表面匹配的细长辐射表面的一个或多个LED)。因此，术语LED也可以指代多个LED。因此，如本文所指示，术语“固态光源”也可以指代多个固态光源。在一个实施例中(也参见下文)，这些是基本相同的固态光源，即，提供基本相同的固态光源辐射的光谱功率分布。在实施例中，固态光源可以被配置为照射光透射本体的不同面。此外，在实施例中，术语“光源”还可以指代所谓的板上芯片(COB)光源。术语“COB”特别地指代既不封装也不连接、而是直接安装在诸如PCB(“印刷电路板”)或类似物的衬底上的半导体芯片形式的LED芯片。因此，可以在同一衬底上配置多个半导体光源。在实施例中，COB是一起配置为单个照明模块的多LED芯片。
照明设备包括多个光源。特别地，多个(m个)光源的光源光具有光谱重叠，甚至更特别地，它们是相同类型的并且提供基本相同的光(因此具有基本相同的光谱功率分布)。因此，光源可以基本上具有例如在10nm的带宽内、尤其是在8nm内、例如在5nm内(例如，通过分档获得)的相同发射最大值(“峰值最大值”)。然而，在其他实施例中，照明设备可以包括单个光源，特别是具有相对较大的管芯的固态光源。因此，在本文中也可以使用短语“一个或多个光源”。如上所述，它们可以在同一容器中，但是可选地这对于两个或更多集合可以不同。
在实施例中，例如当应用两个或更多个不同的光透射本体时，可以存在两个或更多个不同的发光材料。在这种实施例中，光源可以包括具有两个或更多个不同发射光谱的光源，使得能够激发两个不同的发光材料。这种两个或更多个不同的光源可以属于不同的容器。
光源特别地被配置为向光透射本体(即向(多个)辐射输入面)提供至少0.2瓦/平方毫米的蓝光功率(Wopt)。蓝光功率定义为在能量范围内的能量，能量范围定义为光谱的蓝光部分(另请参见下文)。特别地，光子通量平均为至少4.5×1017个光子/(s.mm2)、例如至少6.0×1017个光子/(s.mm2)。假设蓝色(激发)光，这可以例如对应于提供给至少一个辐射输入面的蓝光功率(Wopt)分别为平均至少0.067瓦/mm2和0.2瓦/mm2。在此，术语“平均”特别指示(至少一个辐射输入表面的)面积上的平均值。当照射多于一个的辐射输入表面时，则特别地，这些辐射输入表面中的每一个均接收这种光子通量。此外，特别地，所指示的光子通量(或当施加蓝色光源光时的蓝光功率)也是时间上的平均值。
在又一实施例中，特别是对于(DLP(数字光处理))投影仪应用，多个光源以脉冲操作的方式进行操作，其中占空比选自10％-80％、例如25％-70％的范围。
在又一实施例中，特别是对于使用动态对比度技术(例如，如WO0119092或USRE42428(E1)中所述)的(LCD或DLP)投影仪应用，多个光源以视频信号内容控制的PWM脉冲操作方式进行操作，其中占空比选自0.01％-80％、例如0.1％-70％的范围。
在又一实施例中，特别是对于使用动态对比度技术(例如，如在美国专利WO0119092或US6631995(B2)中所述)的(LCD或DLP)投影仪应用，多个光源以视频信号内容控制的强度调制操作方式来进行操作，其中强度变化选自0.1％-100％、例如2％-100％的范围。
照明设备可以包括多个发光聚光器(例如在2-50个的范围内、例如2-20个聚光器(例如可以堆叠))。
聚光器可以与一个或多个光源(特别是多个光源，例如2至1000个光源、如2至50个光源)辐射地耦合。术语“辐射地耦合”特别地是指光源和聚光器彼此关联，使得由光源发射的辐射的至少一部分被聚光器接收(并且至少部分地转换成荧光)。除了术语“荧光”外，还可以使用术语“发射”或“发射辐射”。
因此，发光聚光器在一个或多个辐射输入面处接收来自上游配置的聚光器或上游配置的光源的辐射(泵浦辐射)。此外，聚光器包括第一发光材料，第一发光材料被配置为将在一个或多个辐射输入面处接收的泵浦辐射的至少一部分转换为发光材料辐射并且发光聚光器被配置为在辐射出射窗处将第一发光材料辐射的至少一部分耦出作为转换器辐射。该转换器辐射特别地用作照明设备光的分量。
短语“被配置为在辐射出射窗处提供发光材料辐射”和类似短语尤其指代这种实施例：其中在发光聚光器内(即，在光透射本体内)生成第一发光材料辐射，并且第一发光材料辐射的一部分将到达辐射出射窗并从发光聚光器逸出。因此，在辐射出射窗的下游，提供了第一发光材料辐射。在辐射出射窗的下游的转换器辐射至少包括经由辐射出射窗从光转换器逸出的至少第一发光材料辐射。代替术语“转换器辐射”，也可以使用术语“聚光器光”。可以将泵浦辐射施加到单个辐射输入面或多个辐射输入面。
在实施例中，长度(L)选自1cm-100cm的范围，例如尤其是2cm-50cm、如至少3cm、如5cm-50cm、例如最大30cm。
在另外的实施例中，(发光聚光器的)细长光透射本体包括细长的陶瓷本体。例如，掺杂有Ce3+(三价铈)的发光陶瓷石榴石可用于将蓝光转换为更长波长(例如，在绿色至红色波长范围内、例如在约500nm-750nm的范围内、或者甚至在青色内)的光。为了在期望的方向上获得足够的吸收和光输出，有利的是使用透明棒(特别地基本上成形为光束)。这种棒可用作聚光器，将光源光转换成转换器辐射并在出射表面提供(大量)(集中的)转换器辐射。基于聚光器的照明设备例如引起了投影仪应用的兴趣。对于投影仪，红色、黄色、绿色和蓝色的发光聚光器引起了人们的兴趣。基于石榴石的绿色和/或黄色发光棒可能相对有效。例如在实施例Lu3Al5O12:Ce3+中，这种聚光器特别地基于YAG:Ce(即Y3Al5O12:Ce3+)或LuAG(可以表示为(Y1-xLux)3Al5O12:Ce3+，其中0≤x≤1)。红色石榴石可以通过在YAG石榴石中掺杂Gd(“YGdAG”)制成。青色发光器可以通过例如使用Ga置换Al(在例如LuAG中)制成(以提供“LuGaAG”)。蓝色发光聚光器可以基于特别地配置为单晶的YSO(Y2SiO5:Ce3+)或类似化合物或基于BAM(BaMgAl10O17:Eu2+)或类似化合物。术语类似化合物特别地指代具有相同晶体结构但其中一个或多个阳离子至少部分被另一阳离子置换(例如，Y被Lu和/或Gd置换，或Ba被Sr置换)的化合物。可选地，也可以至少部分地置换阴离子，或阳离子阴离子组合，例如使用Si-N置换至少一部分Al-O。
因此，特别地，细长光透射本体包括陶瓷材料，陶瓷材料被配置为将至少一部分(蓝色)光源光波长转换为例如绿色、黄色和红色中的一种或多种的转换器辐射，该转换器辐射至少部分地从辐射出射窗逸出。
在实施方式中，陶瓷材料特别地包括A3B5O12:Ce3+陶瓷材料(“陶瓷石榴石”)，其中A包括钇(Y)和/或镥(Lu)和/或钆(Gd)，并且其中B包括铝(Al)和/或镓(Ga)(尤其是至少Al)。如下进一步所述，A还可以指代其他稀土元素并且B可以仅包括Al，但是可以可选地还包括镓。公式A3B5O12:Ce3+特别地表示化学式(即，不同类型的元素A、B和O(3:5:12)的化学计量)。然而，如本领域已知的，由该式表示的化合物还可任选地包括与化学计量小的偏差。
在另一方面，本发明还提供了这种细长光透射本体本身，即，具有第一面和第二面的细长光透射本体，这些面特别地限定了细长光透射本体的长度(L)，细长光透射本体包括一个或多个辐射输入面和辐射出射窗，其中第二面包括辐射出射窗，其中细长光透射本体包括陶瓷材料，陶瓷材料被配置为将至少一部分(蓝色)光源光进行波长转换为转换器辐射(例如(至少)绿色、黄色和红色转换器辐射中的一个或多个)(当使用蓝色光源光照射细长光透射本体时，转换器辐射至少部分从辐射出射窗逸出)，其中陶瓷材料包括本文中定义的A3B5O12:Ce3+陶瓷材料。这种光透射本体因此可以用作光转换器。特别地，这种光透射本体具有长方体的形状。
如上所述，在实施例中，陶瓷材料包括石榴石材料。但是，也可以应用其他(晶体学)立方系统。因此，细长本体特别地包括发光陶瓷。石榴石材料(特别是陶瓷石榴石材料)在本文中也被称为“发光材料”。第一发光材料包括A3B5O12:Ce3+(石榴石材料)，其中A特别地选自Sc、Y、Tb、Gd和Lu(尤其是至少Y和/或Lu，以及可选地Gd)，其中B特别地选自Al和Ga(特别是至少Al)组成的组。更特别地，A(基本上)包括(i)镥(Lu)，(ii)钇，(iii)钇(Y)和镥(Lu)，(iv)可选地与前述之一组合的钆(Gd)，并且B包括铝(Al)或镓(Ga)或两者的组合。这种石榴石掺有铈(Ce)，并可选地掺有其他发光物质，例如镨(Pr)。
如上所述，元素A特别地可以选自钇(Y)和钆(Gd)。因此，A3B5O12:Ce3+特别地指代(Y1-xGdx)3B5O12:Ce3+，其中特别是x在0.1-0.5的范围内、甚至更特别地在0.2-0.4的范围内、甚至更特别地在0.2-0.35的范围内。因此，A可以包括50原子％-90原子％的Y，甚至更特别地至少60原子％-80原子％的Y，甚至更特别地65原子％-80原子％的A包括Y。此外，A因此特别地包括至少10原子％的Gd、例如在10原子％-50原子％的Gd的范围内、例如20原子％-40原子％、甚至更特别地20原子％-35原子％的Gd。
特别地，B包括铝(Al)，然而，B还可以部分地包括镓(Ga)和/或钪(Sc)和/或铟(In)，特别是高达约20％的Al(更特别地是高达约10％的Al)可以被置换(即，A离子基本上由90摩尔％以上的Al和10摩尔％以下的Ga、Sc和In中的一种或多种组成)；B可以特别地包括高达约10％的镓。因此，B可以包括至少90原子％的Al。因此，A3B5O12:Ce3+特别地指代(Y1- xGdx)3Al5O12:Ce3+，其中特别是x在0.1-0.5的范围内，甚至更特别地在0.2-0.4的范围内。
在另一变型中，B(特别是Al)和O可以至少部分地被Si和N置换。可选地，高达约20％(例如高达10％)的Al-O可以被Si-N置换。
对于铈的浓度，指示n摩尔％Ce表示n％的A被铈置换。因此，A3B5O12:Ce3+也可以定义为(A1-nCen)3B5O12，其中n在0.001-0.035的范围内、例如0.0015-0.01的范围内。因此，基本上包括Y和摩尔Ce的石榴石实际上可以指代((Y1-xGdx)1-nCen)3B5O12，其中x和n如上所定义。
特别地，陶瓷材料可通过烧结工艺和/或热压工艺、可选地随后在(轻微)氧化环境中退火而获得。术语“陶瓷”特别地涉及无机材料，无机材料尤其是可在低压、大气压或高压下(例如在10-8MPa至500MPa的范围内、例如特别是至少0.5MPa、特别是至少1MPa、例如1至大约500MPa、例如至少5MPa或至少10MPa，尤其是在单轴或等静压下、特别是在等静压下)，通过在至少500℃、尤其是至少800℃、例如至少1000℃、例如至少1400℃的温度下加热(多晶)粉末而获得。获得陶瓷的特定方法是热等静压(HIP)，而HIP工艺可以是例如在上述温度和压力条件下的后烧结HIP、封装HIP或烧结-HIP组合工艺。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处理(如抛光)。陶瓷的密度特别地是理论密度(即单晶的密度)的至少90％(或更高，见下文)、例如至少95％、例如在97％-100％的范围内。陶瓷可能仍然是多晶的，但晶粒(压制颗粒或压制附聚物颗粒)之间的体积减小或显著减小。在例如HIP的高压下加热可以在惰性气体(例如包括N2和氩气(Ar)中的一种或多种)中执行。特别地，在高压下加热之前是在选自1400℃-1900℃、例如1500℃-1800℃的温度下的烧结工艺。这种烧结可以在减压下(例如在10-2Pa或更低的压力下)执行。这种烧结可能已导致密度达到理论密度的至少95％、甚至更特别是至少99％。在预烧结和加热之后，特别是在诸如HIP的高压下，光透射本体的密度可以接近单晶的密度。但是，不同之处在于，由于光透射本体是多晶的，因此在光透射本体中存在晶界。这种晶界可以例如通过光学显微镜或SEM来检测。因此，本文中的光透射本体特别指代密度与单晶(相同材料)基本相同的烧结多晶。因此，这种本体对于可见光可以是高度透明的(除了被诸如Ce3+的光吸收物质的吸收之外)。
发光聚光器也可以是晶体(例如单晶)。这种晶体可以在较高温度的过程中从熔体中生长/汲取。可以将通常称为晶锭的大晶体切割块，以形成光透射本体。上面提及的多晶石榴石是可以备选地也以单晶形式生长的材料的示例。
在获得光透射本体之后，可以对本体进行抛光。在抛光之前或之后、尤其是在抛光之前，可以执行退火过程(在氧化环境中)。在另一特定实施例中，退火过程持续至少2小时、例如至少1200℃至少2小时。此外，特别地，氧化环境包括例如O2。
除了铈掺杂的石榴石之外，或者除了这种石榴石之外，还可以使用例如嵌入有机或无机光透射基质中的其他发光材料作为发光聚光器。例如，可以施加量子点和/或有机染料，并且可以将其嵌入在透射基质(例如，诸如PMMA或聚硅氧烷的聚合物)中。还可以使用其他光透射材料作为主体基质，另请参见下文。
量子点是半导体材料的小晶体，通常具有仅几纳米的宽度或直径。当被入射光激发时，量子点发出的光的颜色取决于晶体的尺寸和材料。因此，可以通过调整点的尺寸来产生特定颜色的光。发射范围在可见光范围内的大多数已知量子点均基于硒化镉(CdSe)，其外壳为硫化镉(CdS)和硫化锌(ZnS)。也可以使用无镉量子点，例如，磷化铟(InP)和硫化铜铟(CuInS2)和/或硫化银铟(AgInS2)。量子点显示出非常窄的发射带，因此显示出饱和色。此外，可以通过调整量子点的尺寸来容易地对发射颜色进行调节。本领域中已知的任何类型的量子点均可用于本发明。然而，出于环境安全和关注的考虑，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。
代替量子点或除了量子点外，还可以使用其他量子限制结构。在本申请的上下文中，术语“量子限制结构”应被理解为例如量子阱、量子点、量子棒或纳米线。
也可以使用有机磷光体。合适的有机磷光体材料的示例是基于茈类衍生物的有机发光材料(例如由BASF出售的名称为
Figure GDA0003576980300000371
的化合物)。合适的化合物的示例包括但不限于：
Figure GDA0003576980300000373
Red F305、
Figure GDA0003576980300000372
Orange F240、
Figure GDA0003576980300000375
Yellow F083和
Figure GDA0003576980300000374
F170。
若干颜色转换方案是可能的。但是，特别地，斯托克斯位移相对较小。特别地，被定义为用于泵浦的光源的最大谱带的位置与所发射的光之间的波长差的斯托克斯位移(Stokes shift)不大于100nm；特别地，斯托克斯位移至少约10nm、例如至少约20nm。这特别地可以应用于光源光到第一发光材料辐射的转换，也可以应用于第二泵浦辐射到第二发光材料辐射的转换等。
在实施例中，多个光源被配置为提供UV辐射作为第一泵浦辐射，并且发光聚光器被配置为提供蓝色和绿色第一转换器辐射中的一个或多个。在其他实施例中，多个光源被配置为提供蓝色辐射作为第一泵浦辐射并且发光聚光器被配置为提供绿色和黄色第一转换器辐射中的一个或多个。注意，也如下所述，这种实施例也可以进行组合。
因此，在实施例中，光源被配置为提供UV和蓝色辐射中的一个或多个，并且第一发光材料被配置为将该光源光的至少一部分(即，UV和蓝色辐射中的一个或多个)转换为蓝色、绿色、黄色、橙色和红色(第一)发光材料光中的一个或多个。第二发光材料可以被配置为将一部分光源光和/或至少一部分第一发光材料光转换为蓝色、绿色、黄色、橙色和红色(第一)发光材料光中的一个或多个(但是具有与第一发光材料的光谱分布不同的光谱分布)。可以使用不同的颜色方案(可选地包括一个或多个附加(固态)光源)来提供白光。
因此，照明设备可以基本上由细长光透射本体组成，细长光透射本体包括第一发光材料和一个或多个光源(尤其是多个光源)，这些光源将第一发光材料泵浦来提供从辐射出射窗(端面(第二面)逸出的发光材料光。
此外，照明设备可以包括可以被配置在光透射本体的下游、但是在实施例中可以与光透射本体集成在一起的光学元件(例如CPC或(其他)提取光学元件)。
可选地，在该光学元件和光透射本体之间，可以配置辐射混合元件。因此，可以配置附加元件的光透射本体的一部分，该部分用作转换器和CPC(或提取光学元件)之间的光学混合棒(特别是不是圆形的，而是例如六角形的)。备选地或附加地，提取光学元件被设计为使得其也将光混合。
此外，照明设备可以包括用于保持光透射本体的一个或多个保持元件。特别地，这些保持元件与边缘表面接触，但是仅与边缘表面的一小部分接触来将光损失最小化。例如，(多个)保持元件(例如(多个)夹持装置)与边缘表面接触的面积小于侧面总面积的10％、例如小于侧面总面积的5％。此外，照明设备可以包括散热器和/或冷却元件。(多个)保持元件可以由散热器和/或冷却元件构成。
照明设备可以是例如办公照明系统、家庭应用系统、商店照明系统、家庭照明系统、重点照明系统、点光源系统、剧院照明系统、建筑照明、光纤应用系统、投影系统、自发光显示系统、像素化显示系统、分段显示系统、警告标志系统、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背光等的一部分或可以在这些系统中应用。照明设备也可以是材料固化系统、增材制造系统、计量系统、UV杀菌系统、(IR)成像系统、光纤照明系统等的一部分或可以在这些系统中应用。一方面，本发明还提供了包括本文所述的照明设备或多个这种照明设备的投影系统或灯具。
在又一方面，本发明提供了包括如本文定义的照明设备(或如本文定义的照明系统；也参见下文)的投影仪。如上所述，当然，光投影仪还可包括多个这种照明设备。
在又一方面，本发明还提供被配置为提供照明系统光的照明系统，照明系统包括本文所定义的一个或多个照明设备。在此，术语“照明系统”也可以用于(数字)投影仪。此外，照明设备可以用于例如舞台照明(另请参见下文)或建筑照明。因此，在实施例中，本发明还提供了如本文所定义的照明系统，其中照明系统包括数字投影仪、舞台照明系统或建筑照明系统。照明系统可以包括本文中定义的一个或多个照明设备，以及可选地被配置为提供第二照明设备光的一个或多个第二照明设备，其中照明系统光包括(a)(i)本文所定义的转换器辐射中的一个或多个以及可选地(b)第二照明设备光。因此，本发明还提供被配置为提供可见光的照明系统，其中照明系统包括如本文所定义的至少一个照明设备。例如，这种照明系统还可以包括一个或多个(附加)光学元件(例如滤光器、准直器、反射器、波长转换器、透镜元件等中的一个或多个)。照明系统可以是例如用于汽车应用的照明系统(例如前照灯)。因此，本发明还提供了被配置为提供可见光的汽车照明系统，其中汽车照明系统包括如本文定义的至少一个照明设备和/或数字投影仪系统包括如本文所定义的至少一个照明设备。特别地，照明设备可以被配置为(在这种应用中)提供红光。汽车照明系统或数字投影仪系统还可包括如本文所述的多个照明设备。
在又一方面(或以上照明系统的实施例)中，本发明还提供了包括如本文所定义的一个或多个照明设备以及控制系统的照明系统，其中两个或更多个发光元件被配置为提供具有不同光谱功率分布的发光材料光，并且其中控制系统被配置为控制光源的一个或多个集合。
备选地，例如针对3D打印技术或UV杀菌应用，照明设备可以被设计成提供高强度的UV辐射。备选地，照明设备可以被设计成提供高强度的IR光束，例如以投影用于(军事)训练目的的IR图像。
本文中的术语白光是本领域技术人员已知的。白光特别地涉及具有相关色温(CCT)在约2000K至20000K之间、特别是在2700K-20000K之间(对于一般照明，相关色温(CCT)特别地在约2700K至6500K的范围内，以及对于背光目的，相关色温(CCT)特别地在约7000K至20000K的范围内)、以及距BBL(黑体轨迹)大约15SDCM(颜色匹配的标准偏差)之内(尤其是距BBL大约10SDCM之内、甚至更特别是距BBL约5SDCM之内、例如距BBL约3SDCM之内)的光。
术语“紫光”或“紫光发射”特别地涉及波长在约380nm-440nm范围内的光。术语“蓝光”或“蓝光发射”特别地涉及波长在约440nm-490nm范围内的光(包括一些紫光和青色光)。术语“绿光”或“绿色发射”特别地涉及波长在约490nm-560nm范围内的光。术语“黄光”或“黄光发射”特别地涉及波长在约560nm-570nm范围内的光。术语“橙色光”或“橙色发射”特别地涉及波长在约570nm-600nm范围内的光。术语“红光”或“红光发射”特别地涉及波长在约600nm-780nm范围内的光。术语“粉光”或“粉光发射”指代具有蓝光和红光分量的光。术语“可见”、“可见光”或“可见发射”指代波长在380nm-780nm范围内的光。术语UV光可以是UV-A(315nm-400nm)；UV-B(280nm-315nm)或UV-C(200nm–280nm)。术语IR光可以是在780nm以上的范围内的光。在实施例中，术语“白光”可以指代由波长在380nm-780nm之间的特定光谱组分组成的光，这些光在温度约为1000K以上的普朗克黑体辐射器附近被感知。
细长光透射本体以及可选地光学元件可以包括光透射主体材料(因此不考虑第一发光材料，或更特别地在实施例中不包括诸如三价铈的发光物质)，特别是针对可见光(例如绿光和红光，通常也包括蓝光)中的一个或多个波长的光透明材料。合适的主体材料可以包括选自由透射性有机材料组成的组的一种或多种材料，例如，选自由以下组成的组：PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)、聚丙烯酸甲酯(PMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(有机玻璃或防风玻璃)、醋酸丁酸纤维素(CAB)、硅酮、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、在一个实施例中包括的(PETG)(乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二酯)、PDMS(聚二甲基硅氧烷)和COC(环烯烃共聚物)。特别地，光透射材料可以包括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-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(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，光透射材料可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。因此，光透射材料特别地是聚合物光透射材料。
然而，在另一实施例中，光透射材料可以包括无机材料。特别地，无机光透射材料可以选自玻璃、(熔融的)石英、透射性陶瓷材料(例如石榴石)和硅酮组成的组。也可以应用玻璃陶瓷材料。也可以应用包括无机和有机部分的混合材料。特别地，光透射材料包括PMMA、透明PC或玻璃中的一种或多种。
当诸如无机发光材料、量子点、有机分子等的发光材料被嵌入主体基质中时，在实施例中，第一发光材料的浓度可以选自0.01wt％-5wt％(重量％)、例如0.01wt％-2wt％的范围。
高亮度光源可以用于例如前投影仪、后投影仪、工作室照明、舞台照明、娱乐照明、汽车前照明、建筑照明、增强照明(包括数据/内容)、显微镜、计量、医疗应用(例如数字病理学)等。
附图说明
现在将仅通过示例的方式，参考所附的示意图来描述本发明的实施例，在附图中，对应的附图标记指示对应的部件，并且其中：
图1A-图1E示意性地描绘了本发明的一些方面，但是不包括光导元件和第二发光材料；以及
图2A-图2B示意性地描绘了本发明的一些方面，但是不包括光导元件；
图2C-图2H示意性地描绘了一些可能的实施例。
示意图不一定按比例绘制。
具体实施方式
根据本发明的光发射设备可以用于以下应用中：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(例如汽车的前照灯或尾灯)、舞台照明、剧院照明和建筑照明等。
如下所述，作为根据本发明的实施例的一部分的光源可以适于在操作中发射具有第一光谱功率分布的光。该光随后被耦合到光导或波导(这里是光透射本体)中。光导或波导可以将第一光谱功率分布的光转换为另一光谱功率分布，并将光引导至出射表面。
在图1A中示意性地描绘了本文所定义的照明设备的一个实施例。图1A示意性地描绘了包括多个固态光源10和发光聚光器5的照明设备1，发光聚光器5包括细长光透射本体100，细长光透射本体100具有限定细长光透射本体的长度L的第一面141和第二面142。细长光透射本体100包括一个或多个辐射输入面111(在此作为示例是两个相对布置的面，利用附图标记143和144表示(限定例如宽度W)，在本文中也表示为边缘面或边缘侧147)。此外，光透射本体100包括辐射出射窗112，其中第二面142包括辐射出射窗112。整个第二面142可以用作或配置为辐射出射窗。多个固态光源10被配置为向一个或多个辐射输入面111提供(蓝色)光源光11。如上所述，它们特别地被配置为向辐射输入面111中的至少一个提供平均功率至少为0.067瓦/平方毫米的蓝光功率Wopt。附图标记BA指示本体轴线，本体轴线在长方体的实施例中将基本平行于边缘侧147。附图标记140通常指代侧面或边缘面。
细长光透射本体100可以包括陶瓷材料120，陶瓷材料120被配置为将(蓝色)光源光11的至少一部分进行波长转换为转换器光101(例如绿色和红色转换器光101中的至少一个或多个)。如上所述，陶瓷材料120包括A3B5O12:Ce3+陶瓷材料，其中A包括例如钇(Y)、镥(Lu)和钆(Gd)中的一个或多个，并且其中B包括例如铝(Al)。附图标记20和21分别指示滤光器和反射器。当需要绿光时，前者可以减少例如非绿光；当需要红光时，可以减少非红光。后者可以用于将光反射回到光透射本体或波导中，从而提高效率。注意，可以使用比示意性描绘的反射器更多的反射器。注意，光透射本体也可以基本上由单晶组成，在实施例中也可以是A3B5O12:Ce3+。
光源原则上可以是任何类型的光源，但是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的阵列或任何这些的组合)。LED原则上可以是任何颜色或者这些颜色的组合的LED，但是在一个实施例中是产生在UV和/或蓝色范围(被限定为380nm和490nm之间的波长范围)内的光源光的蓝色光源。在另一实施例中，光源是UV或紫光光源(即，在低于420nm的波长范围内发射)。在LED或激光二极管或OLED为多个或阵列的情况下，LED或激光二极管或OLED原则上可以是两种或更多种不同颜色(例如但不限于UV、蓝色、绿色、黄色或红色)的LED或激光二极管或OLED。
光源10被配置为提供用作泵浦辐射7的光源光11。第一发光材料120将光源光转换为发光材料光8(也参见图1E)。在光出射窗处逸出的光被表示为转换器光101，并且将包括发光材料光8。注意，第一发光材料光8的一部分在发光聚光器5内可以被重新吸收。因此，光谱功率分布可以是经重新相对移位的例如低掺杂系统和/或相同材料的粉末。照明设备1可以用作发光聚光器来将另一发光聚光器泵浦。图1E还示出了发光本体100(多个)辐射输入面111和辐射出射窗112具有大于0°且小于180°的相互夹角α。在这里，角度是90°。因此，以这种方式，(多个)辐射输入面111和发光元件出射窗(这里是辐射出射窗112)具有大于0°且小于180°的(一个或多个)相互夹角α。
图1A-图1B示意性地描绘了照明设备的类似实施例。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，例如复合抛物线聚光元件(CPC))。图1B中的照明设备1还包括准直器24(例如CPC)。
如图1A-图1B和其他附图所示，光导具有至少两个端部，并且在光导的一个端部处的第一底表面(也表示为第一面141)和光导另一端部处的第二底表面(也表示为第二面142)之间以轴向方向延伸。
图1C示意性地描绘了可能的陶瓷本体或晶体作为波导或发光聚光器的一些实施例。这些面利用附图标记141-146表示。第一变型(板状或束状光透射本体)具有面141-146。未示出的光源可以被布置在面143-146中的一个或多个处(边缘面的整体指示是附图标记147)。第二变型是具有第一和第二面141和142以及圆周面143的管状条。未示出的光源可以布置在光透射本体周围的一个或多个位置处。这种光透射本体将具有(基本上)圆形或弧形的截面。第三变型基本上是两个先前变型的组合(具有两个弯曲的侧面和两个平坦的侧面)。
在本申请的上下文中，光导的侧表面应理解为沿其延伸部的光导的外表面或面。例如，在光导将为柱体形式的情况下，其中在光导的端部之一处的第一底表面由柱体的底表面构成，且在光导另一端部处的第二底表面由柱体的顶表面构成，侧表面是柱体的侧表面。在本文中，侧表面也利用术语端面或侧面140表示。
图1C中所示的变型不是限制性的。可能的形状更多；即例如参考WO2006/054203，其通过引用并入本文。用作光导的陶瓷本体或晶体通常可以是具有高度H、宽度W和长度L(在相互垂直的方向上延伸)的棒状或条形光导并且在实施例中是透明的、或透明且发光的。通常在长度L方向上引导光。在实施例中，高度H＜10mm，在其他实施例中＜5mm，在又一些实施例中＜2mm。在实施例中，宽度W<10mm，在其他实施例中<5mm，在又一些实施例中<2mm。在实施例中，长度L大于宽度W和高度H，在其他实施例中，长度L至少是宽度W的2倍或高度H的2倍，在其他实施例中，长度L至少是宽度W的3倍或高度H的3倍。因此，(长/宽)的纵横比尤其大于1、例如等于或大于2、例如至少5、甚至更特别地在10-300的范围内、例如10-100的范围内、例如10-60的范围内、例如10-20的范围内。除非另有说明，否则术语“纵横比”指代长/宽之比。图1C示意性地描绘了具有四个长侧面的实施例，其中可以利用光源光来照射两个或四个长侧面。
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1:2、1:3或1:4(例如，对于诸如前照灯的特殊光源应用)或4:3、16:10、16：9或256：135(例如，对于显示应用)。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，但是在一个实施例中，其形状为正方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形、五边形或六边形。
注意，在本文示意性地描绘的所有实施例中，辐射出射窗特别地配置为垂直于(多个)辐射输入面。因此，在实施例中，辐射出射窗和(多个)辐射输入面被垂直地配置。在其他实施例中，辐射出射窗可以相对于一个或多个辐射输入面以小于或大于90°的角度进行配置。
注意，特别是对于使用激光源来提供光源光的实施例，可以将辐射出射窗配置为与(多个)辐射输入面相对，而反射镜21可以由具有孔的反射镜组成，以允许激光通过反射镜，而经转换的光很有可能在反射镜21处被反射。备选地或附加地，反射镜可以包括二向色镜。
图1D非常示意性地描绘了包括如本文所定义的照明设备1的投影仪或投影仪设备2。例如，这里的投影仪2包括至少两个照明设备1，其中第一照明设备(1a)被配置为提供例如绿光101并且其中第二照明设备(1b)被配置为提供例如红光101。光源10例如被配置为提供蓝光。这些光源可用于提供投影(光)3。注意，配置为提供光源光11的附加光源10不必与将(多个)发光聚光器泵浦的光源相同。此外，在此术语“光源”也可以指代多个不同的光源。投影仪设备2是照明系统1000的一个示例，该照明系统特别配置为提供照明系统光1001，照明系统光1001将特别包括照明设备光101。照明系统1000的其他示例是灯具或聚光灯。
高亮度光源对于包括聚光灯、舞台照明、前照灯和数字光投影的各种应用都很有兴趣。
为此，可以使用其中在高度透明的发光材料中将较短波长的光转换为较长波长的所谓的发光聚光器。可以使用这种透明发光材料的棒，然后利用LED对其进行照射，以在棒内产生更长的波长。经转换的光将以波导模式停留在第一发光材料(例如，掺杂的石榴石)中，然后可以从其中一个表面提取，从而获得强度增益(图1E)。图1E以及其他附图也可以有效地示意性地描绘灯具1100。灯具可以进一步包括装置1下游的一个或多个光学器件(图1E中未示出)。此外，灯具可以包括被配置为控制光源或光源子集的控制系统(未示出)。
针对射束器应用的基于高亮度LED的光源似乎很重要。例如，高亮度可以通过由离散的外部蓝色LED集合将发光聚光器棒泵浦来实现，随后发光棒中包含的磷光体随后将蓝色光子转换为绿色或红色光子。由于发光棒主体材料的高折射率(通常为约1.8)，由于全内反射，经转换的绿色或红色光子几乎完全被捕获在棒内部。在棒的出射面处，借助于一些提取光学器件(例如，复合抛物线聚光器(CPC)或微折射型结构(微球或金字塔结构))从棒中提取光子。结果，可以在相对较小的出射面处提取棒内部生成的高发光功率，从而提高了光源的亮度，从而实现了(1)较小的光学投影结构以及(2)因为各种组件(特别是相对昂贵的投影显示板)可以做得更小而产生的较低成本。
期望具有基于上述原理的高亮度光源并将其放置在基质中。为此，可将棒彼此靠近放置。但是，在这种情况下，没有散热空间。为了克服这个问题，我们提出了像素化的发光棒结构，其中多个发光棒以锥形布置放置。相邻的棒以锥形角延伸，该锥形角例如选自5°至40°的范围。每个棒可以由单独的LED阵列泵浦并由散热器包围，以允许像素化的光并避免串扰。散热器也可以是锥形的来改进冷却和热传递。随着棒表面积随着角度增加而变大，锥形配置也存在问题。例如，在0°时面积为4mm2的棒在50°时将其面积增加到9mm2。为此目的，在实施例中，改变棒的尺寸，使得它们在出射表面处均具有相同的尺寸。射线追踪模拟已用于评估锥形棒布置的效率并找到最理想的配置。
因此，为了克服上述问题，我们提出了像素化的发光棒配置，其中多个发光棒以锥形布置放置。特别地，相邻棒以从5°-40°的范围中选择的锥形角θ延伸。更特别地，相邻棒以从8°-35°的范围中选择的锥形角延伸。在特定实施例中，相邻棒以从10°-30°的范围中选择的锥形角延伸。例如，每个棒可以由单独LED阵列集合泵浦并被散热器包围，以允许像素化的光并避免串扰。
图2A-图2B示意性地描绘了但是还不包括第二发光材料的照明设备的一些方面。
注意，在本文中，照明设备1通常被描绘为具有准直元件。但是，也可以使用透镜。
在图2A-图2B中，附图标记12表示发光元件出射窗，在图2A中发光元件出射窗基本上与细长本体100的辐射出射窗112重合。附图标记850表示光导元件。在此，光导元件850具有长度L1、辐射入射窗851(在本文中也称为光导元件输入表面)和辐射出射窗852(在本文中也称为光导元件出射表面)。附图标记241和241分别表示光学元件24的辐射入射窗和辐射出射窗。在元件之间画出距离，但是这些元件可以例如经由光学胶或通过物理接触而光学接触。
通过示例的方式，图2A还描绘了辐射输入面111的光源10。可选地，该光源10可以基本上用于将第二发光材料(关于其位置，请参见下文)泵浦。
附图标记BA、BA1和BA2指代相应元件(即，本体100、元件850和元件24)的本体轴线(这里也是光轴)。因此，附图标记BA和BA2也可以分别指代细长轴线。
附图标记1100表示灯具。虽然未描绘，但是灯具可以进一步包括反射器和/或其他光学器件、壳体、控制系统等。
图2B示意性地描绘了一些实施例或变型，其中I指代其中光导元件850是细长本体100的延伸部的实施例，其中II指代其中光导元件850是光学元件24的延伸部的实施例，并且其中III指代其中细长本体100、光导元件850和光学元件240是单个本体的实施例。注意，在所有这些实施例/变型中，光导元件和细长本体的截面尺寸可以基本上相同，而光学元件24的截面尺寸可以与其不同(并且也可以在其长度上变化)。
如上所述，基于这种聚光器，可能期望产生既提供白光又提供饱和光的光源。为此目的，可以在棒的端部处(即，CPC和发光聚光器之间)放置磷光体层，其中组件被粘合在一起。然而，由于在该位置处由光转换而生成过多热量(斯托克斯位移损失)，在操作中降低了构造的可靠性。
在这里，我们建议先使用透明的光导并将其粘合到发光聚光器，然后将磷光体放置在光导的末端处，在该末端将其连接到光学元件(例如CPC)，其中光导和光学元件(例如CPC)可以由相同的材料制成(图2C)。
图2C示意性地描绘了一个实施例的照明设备1，照明设备1包括被配置为提供光源光的一个或多个光源10。设备1还包括发光元件5，发光元件5包括细长发光本体100，细长发光本体100具有用于接收光源光11的辐射输入面111(但是实际上这里是至少两个)。发光元件5包括用于将光源光11的至少一部分转换为发光材料光8的第一发光材料120。附图标记1228表示包括第二发光材料1120的发光材料层。
设备1还包括光导元件850，光导元件850被配置在第一发光材料120的下游并且被配置为对第一发光材料光8的至少一部分进行光引导。
设备还包括第二发光材料1120，第二发光材料1120被配置在第一发光材料120的下游并且在距第一发光材料120例如至少0.5mm的第一距离d1处，被配置为将光源光11的至少一部分和第一发光材料光8的至少一部分中的一个或多个转换为具有与第一发光材料光8的(第一)光谱功率分布不同的(第二)光谱功率分布的第二发光材料光1128。
此外，设备包括光透射光学元件24，光透射光学元件24配置在光导元件850的下游，被配置为接收光导元件850的第一发光材料光8的至少一部分和(/或)接收第二发光材料光1128的至少一部分。光学元件在此还被配置为透射所接收的发光材料光8和所接收的第二发光材料光1128，并且被配置为对所接收的发光材料光的至少一部分进行光束成形并提供照明设备光101，照明设备光101包括光源光11、第一发光材料光8和第二发光材料光1128中的一个或多个。
在一个实施例中，诸如CPC的光学元件24可以具有光导元件850作为延伸部。参见图2D，光导元件(部分)或光学元件或两者可以包括磷光体。这样，可以(进一步)解决可靠性问题。
在实施例中，磷光体层覆盖光导的整个宽度和高度(参见例如图2C)。所获得的效果是改进了均匀的光转换。在图2D和图2E中，示意性地描绘了实施例，其中第一发光材料1120被配置成(即磷光体浓度和厚度)使得获得部分磷光体转换。所获得的效果是发光聚光器的光和磷光体层的光从光学元件(例如透镜或CPC)的光出口出射。例如，在实施例中，发光材料(层)覆盖光导的宽度和高度的一部分(见图2C和图2D)。所获得的效果可以改进颜色控制。
在实施例中，在本文中也表示为发光材料(层)的磷光体(层)也可以是磷光体元件。磷光体可以位于CPC或光导的腔中。所获得的效果可以改进可靠性。例如，它可以从顶部插入或注入到光学元件(例如CPC)中(图2F)。所获得的效果甚至可以进一步改进可靠性。图2F示意性地描绘了照明设备1的实施例，照明设备1包括第二发光本体1328，第二发光本体1328包括第二发光材料1120，其中光导元件850和光透射光学元件24中的一个或多个包括用于容纳第二发光本体1328的接收器腔1020。
因此，细长光透射本体100也可以表示为“第一细长光透射本体”(以及诸如“第一发光本体”的等效术语等)。
当然，第二发光材料还可包括两种或更多种不同的发光材料(的组合)。发光材料可以混合或堆叠，但是也可以配置在不同的位置处。所获得的效果是改进光质量/光谱调节。
在图2G中，第一发光材料在细长发光本体中具有第一浓度c1的条件以及相同的发光材料在光导元件中可选地具有第二浓度c2的条件也适用，其中0≤c2/c1≤0.05、例如0≤c2/c1≤0.01，特别是光导元件中不可使用第一发光材料的条件(c2/c1＝0)可以适用，因为第一发光材料可以在光导元件850的材料中或在光透射光学元件24的材料中不可用，但仅在第二发光本体1328中(在腔1020中)可用。因此对于0≤c3/c1≤0.05的条件同样适用。
在实施例中，第二发光材料1120被配置在诸如CPC的准直器的准直部分的入口处。第二发光材料1120也可以位于诸如CPC的准直器的准直部分中。诸如CPC的准直器可以被设计为使得它允许改进光准直。获得的效果可能是更少的光再次进入发光棒(参见图2G)。
光学元件和/或光导可以包括二向色镜1021(见图2H)。在实施例中，二向色镜放置在发光聚光器和磷光体层之间。二向色层将经转换的光重定向到光学元件(例如CPC)的光出口。所获得的效果是改进了效率。
可以包括第二发光材料(例如第二发光本体1328)的光学元件24(例如准直器、特别地是CPC)也可以包括反射器1121。由磷光体层转换并且不受全内反射限制的光被重定向(图2H)。所获得的效果是改进了效率。反射器特别地是漫反射器。反射器1121可以连接至散热器1030。所获得的效果是改进了冷却，因此可以实现更高的强度。可选的(多个)反射器1121和可选的(多个)散热器1030以虚线画出。
设备可以包括可选地配置为位于光导和/或光学元件中的层和/或发光本体1328层的多种第二发光材料。
细长本体100的高度H特别地在0.2mm至5mm的范围内。细长本体100的宽度W特别地在0.2mm至5mm的范围内。
H和W的比率在0.4至2.5的范围内。细长本体100的长度L在10mm至200mm的范围内。
CPC的光导或延伸部的长度L1特别是在1mm到20mm的范围内。更特别地，光导的长度L或CPC的延伸部的长度在3mm至15mm的范围内。最特别地，光导的长度L或CPC的延伸部的长度在4mm至10mm的范围内。
光导850的宽度和/或高度特别地与细长本体100的宽度和/或高度基本相同。
第二发光材料还可以包括散射材料(例如诸如Al2O3、BaSO4和/或TiO2颗粒的散射颗粒)。
特别地，d1至少为L1的50％，例如至少为100％。在实施例中，d1＝L1，或者甚至可以更大。
本文中建议的照明设备也可以与其他光源(例如LED或(多个)激光二极管)进行组合。这种光源可以例如被配置为提供蓝光、绿光、黄光、橙光和红光光源中的一个或多个。这种其他光源(或“附加光源”)的光可以耦合到细长本体中和/或(直接)耦合到光导元件和/或光学元件中。当(直接)耦合到光导元件中时，另一光源的光可以与第一发光材料光(更好地)混合。照明设备例如可以与蓝色发光二极管进行组合。
本领域技术人员将理解本文中的术语“基本上”(例如“基本上所有的光”或“基本上包括”)。术语“基本上”还可以包括利用“全部”、“完全”、“所有”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”还可以涉及90％或更高、例如95％或更高、尤其是99％或更高、甚至更特别是99.5％或更高、包括100％。当陈述吸收、反射或透射应为某个值或在某个值的范围内时，这些值对于预期的波长范围有效。这样，如果陈述细长发光光透射本体的透射率高于99％/cm，则该值99％/cm对于在照明设备1发射的期望波长范围内的经转换的光线是有效的，然而对于本领域技术人员将清楚的是，对于光源10发射的波长范围，细长发光光透射本体的透射率将远低于99％/cm，这是因为光源光11旨在激发细长发光光透射本体中的磷光体材料，使得所有的光源光11特别地被细长发光光透射本体吸收而不是高度透射。
术语“包括”还包括其中术语“包括”是指“由...组成”的实施例。术语“和/或”特别地涉及“和/或”之前和之后提及的一个或多个项。例如，短语“项1和/或项2”以及类似的短语可以涉及项1和项2中的一个或多个。术语“包括”可以在一个实施例中指代“由...组成”，但是可以在另一实施例中指代“至少包含所定义的种类和可选地一个或多个其他种类”。
此外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分相似的元件，而不必用于描述顺序或时间顺序。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下可互换，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文描述或示出的其他顺序来操作。
本文中的设备具体是在操作期间描述的。对于本领域技术人员将显而易见的是，本发明不限于操作方法或操作中的设备。
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在不脱离所附权利要求的范围的情况下，设计许多备选实施例。在权利要求中，放置在括号之间的任何附图标记不应解释为对权利要求的限制。使用动词“包括”及其词形变化不排除权利要求中所述的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。除非上下文清楚地另外要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包含”等应理解为包含性含义，而不是排他性或穷举性含义；也就是说，在“包括但不限于”的意义上。元素之前的冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除存在多个这种元素。本发明可以通过包括若干不同元件的硬件以及通过适当编程的计算机来实现。在列举若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干可以由一个相同的硬件项来体现。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
本领域技术人员可以使用光线跟踪程序来进一步优化实际设计，可以根据一个或多个细长光透射本体的特定尺寸、组分和定位来优化微结构(反射微结构或折射微结构)的特定角度和尺寸。
本发明还适用于包括说明书中描述的和/或附图中示出的一个或多个表征特征的设备。本发明还涉及包括说明书中描述的和/或附图中示出的一个或多个表征特征的方法或过程。
该专利中讨论的各个方面可以进行组合来提供附加的优点。此外，本领域技术人员将理解，实施例可以进行组合并且多于两个的实施例也可以进行组合。此外，某些特征可以构成一个或多个分案申请的基础。

Claims (15)

1.一种照明设备（1），包括：
- 多个光源（10），被配置为提供光源光（11）；
- 发光元件（5），包括细长发光本体（100），所述细长发光本体（100）具有用于接收所述光源光（11）的辐射输入面（111），所述发光元件（5）包括第一发光材料（120），所述第一发光材料（120）用于将所述光源光（11）的至少一部分转换成发光材料光（8）；
- 光导元件（850），被配置在所述第一发光材料（120）的下游，并且被配置为对所述第一发光材料光（8）的至少一部分进行光引导，其中所述光导元件（850）不包括发光材料；
- 第二发光材料（1120），被配置在所述第一发光材料（120）的下游，距所述第一发光材料（120）第一距离（d1）处，并且被配置在所述光导元件（850）的下游，所述第二发光材料（1120）进一步被配置为将（i）所述光源光（11）的至少一部分和（ii）所述第一发光材料光（8）的一部分中的一者或多者转换为第二发光材料光（1128），所述第二发光材料光（1128）的光谱功率分布不同于所述第一发光材料光（8）的光谱功率分布；
- 光透射光学元件（24），被配置在所述光导元件（850）的下游，被配置为接收所述光导元件（850）的所述第一发光材料光（8）的至少一部分并且接收所述第二发光材料光（1128）的至少一部分，并且被配置为透射所接收的第一发光材料光（8）和所接收的第二发光材料光（1128），并且被配置为对所接收的第一发光材料光（8）的至少一部分进行光束成形并且提供照明设备光（101），所述照明设备光（101）包括以下中的一者或多者：所述第一发光材料光（8）和所述第二发光材料光（1128），
- 其中所述辐射输入面（111）被配置为平行于所述细长发光本体（100）的细长的本体轴线（BA），并且其中所述光源（10）被配置为仅向所述细长发光本体（100）提供光源光（11）。
2.根据权利要求1所述的照明设备（1），其中所述光导元件（850）和所述光透射光学元件（24）包括相同的材料，其中所述细长发光本体（100）和所述光透射光学元件（24）具有不同的材料组分，并且其中所述光导元件（850）和所述光透射光学元件（24）均包括选自由以下组成的组中的一种或多种材料：玻璃、蓝宝石、石英、陶瓷材料、基本未掺杂的石榴石和单晶材料。
3.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备（1），其中所述细长发光本体（100）和所述光导元件（850）光学耦合。
4.根据权利要求1或2所述的照明设备（1），包括发光材料层（1228），所述发光材料层（1228）被配置在所述光导元件（850）和所述光透射光学元件（24）之间，其中所述发光材料层（1228）包括所述第二发光材料（1120）。
5.根据权利要求1或2所述的照明设备（1），其中所述光透射光学元件（24）包括所述第二发光材料（1120）。
6.根据权利要求5所述的照明设备（1），其中所述光透射光学元件（24）包括光学元件腔（1241），所述光学元件腔被配置为对经由所述光导元件（850）接收的所述第一发光材料光（8）的至少一部分进行光束成形，其中所述光学元件腔（1241）包括所述第二发光材料（1120）。
7.根据权利要求1、2和6中任一项所述的照明设备（1），其中所述光透射光学元件（24）包括复合抛物线准直器。
8.根据权利要求1、2和6中任一项所述的照明设备（1），还包括第二发光本体（1328），所述第二发光本体包括所述第二发光材料（1120），其中所述光透射光学元件（24）包括用于容纳所述第二发光本体（1328）的接收器腔（1020）。
9.根据权利要求1、2和6中任一项所述的照明设备（1），其中所述光导元件（850）和所述光透射光学元件（24）是由相同材料构成的单个本体。
10.根据权利要求1、2和6中任一项所述的照明设备（1），其中所述光导元件（850）是细长的，具有选自0.5mm-20mm的范围的长度（L1），其中所述细长发光本体（100）具有细长的本体轴线（BA），其中所述光导元件（850）具有本体轴线（BA1），其中所述细长发光本体（100）的细长的本体轴线（BA）与所述光导元件（850）的本体轴线（BA1）共线，并且其中所述第一距离（d1）至少为0.5mm。
11.根据权利要求1、2和6中任一项所述的照明设备（1），还包括二向色镜，所述二向色镜被配置在所述光导元件（850）与所述第二发光材料之间。
12.根据权利要求1、2和6中任一项所述的照明设备（1），其中所述第一发光材料（120）被配置为提供绿色发光材料光和黄色发光材料光（8）中的一者或多者，其中所述第二发光材料（1120）被配置为提供红色第二发光材料光（1128），并且其中所述照明设备（1）被配置为提供白色照明设备光（101）。
13.一种照明系统（1000），包括控制系统以及一个或多个根据前述权利要求中任一项所述的照明设备（1），其中两个或更多个发光元件（5）被配置为提供具有不同光谱功率分布的发光材料光（120），并且其中所述控制系统被配置为对光源（10）的一个或多个集合（310）进行控制。
14.一种投影系统（1000），包括根据前述权利要求1至12中的任一项所述的照明设备（1）或根据权利要求13所述的照明系统。
15.一种灯具（1100），包括根据前述权利要求1至12中的任一项所述的照明设备（1）或根据权利要求13所述的照明系统。
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