CN105393046B - 发光设备和用于对发光设备进行调光的方法 - Google Patents

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Abstract

发光设备包括：至少两个光源(21、22、23、24)，适于在操作中发射具有第一光谱分布的光；第一光导(4)，包括设置为平行于第一光导(4)的主波导方向的第一光输入表面(41)、和关于第一光输入表面(41)成不为零的角度延伸的第一光出射表面(42)，第一光导适于在第一光输入表面处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(14)，将具有第二光谱分布的光(14)引导到第一光出射表面(42)，并且将具有第二光谱分布的光(14)从第一光出射表面(42)耦合出来，至少两个光源(21、22、23、24)设置在与第一光导(4)的第一光出射表面(42)相距相互不同的距离处；以及控制设备(90)，适于从至少两个光源(21、22、23、24)的设置在与第一光导(4)的第一光出射表面(42)相距最大距离处的光源开始对发光设备进行调光。

Description

发光设备和用于对发光设备进行调光的方法
技术领域
本发明涉及用于对发光设备进行调光的方法。本发明进一步涉及适于执行根据本发明的方法的发光设备。
背景技术
高强度光源并且特别是白色高强度光源对于包括聚光灯、头灯、舞台照明以及数字光投影的各种应用来说是令人关注的。对于这样的用途，可能使用所谓的光集中器，其中在高度透明的发光材料中较短波长的光被转换为较长波长。这种透明发光材料可以被使用，并且由LED(发光二极管)照明以便在发光材料内产生更长的波长。被转换的光(其将在发光材料中被波导)从导致强度增益的表面被提取。
在数字投影中，例如为了节能并且保持光源的寿命，期望对屏幕亮度进行调光。在上面描述的解决方案中，发光材料的棒体被放置在LED行的顶部上。因为诸如由散射和再吸收导致的光泄漏之类的损耗，在LED(泵激源)进一步远离出射表面时，其对总的光输出的贡献变少。
因此，对于很多实际用途而言，调光是效率低的并且不适合的，特别是在数字投影中，而且还在例如聚光灯、头灯以及舞台照明领域中。
US 2012/0243220 A1描述了包括多个光发射组的发光装置，每个光发射组包括多个LED。每个光发射组与透明包装和波长转换构件关联。发光装置进一步包括用于集体控制属于每个光发射组的LED的打开和关闭和调光操作的驱动器。
然而，在上述现有技术解决方案中，仅可得到相对少的调暗(即所发射的光的低于最大值的强度水平)自由度，并且不同的调暗度由大得不方便的光强度差分隔开。
US 2012/0212931 A1公开了包括第一光源、光学波导体、发光层、以及第一反射层的发光设备。光学波导体包括：第一端部表面，来自第一光源的光被注入到该端部表面；和第二端部表面，与第一端部表面相对并且被提供在光的光引导方向上。发光层沿着光引导方向包括能够吸收光并且发射波长经转换的光的磷光体粒子或者漫射光的光漫射剂。第一反射层被提供在第二端部表面上并且能够反射在光学波导体中被引导的光的一部分。从发光层漫射的光被发射到光学波导体外部。提供了控制器，该控制器可以按顺序点亮光源，使得发光区域移动。
US 2011/0175549 A1公开了线性光源，其通过使得光在线性材料中传播来发光，在该线性材料中，传入的光可以传播。发光设备被提供在线性材料的一个端部的一侧，发光设备发光，使得光进入线性材料的该一个端部；并且光接收设备被提供在线性材料的另一端部的一侧，光接收设备检测在线性材料中传播的光。
发明内容
本发明的目的是克服这一问题，并且提供发光设备和用于对发光设备进行调光的相当更加高效率的方法，其适合于各种各样的实际用途并且提供经改进的节能和对光源寿命的经改进的保持。
根据本发明的第一方面，借助于如下发光设备实现这一目的和其它目的，该发光设备包括：至少两个光源，适于在操作中发射具有第一光谱分布的光；第一光导，包括设置为平行于第一光导的主波导方向的第一光输入表面、和关于第一光输入表面成不为零的角度延伸的第一光出射表面，第一光导适于在第一光输入表面处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到第一光出射表面，并且将具有第二光谱分布的光从第一光出射表面耦合出来，至少两个光源设置在与第一光导的第一光出射表面相距相互不同的距离处；以及控制设备，适于从至少两个光源中的设置在与第一光导的第一光出射表面相距最大距离处的光源开始对发光设备进行调光。
因此，提供了如下发光设备，使用该发光设备使各种各样的调光自由度变得可得，因为光源可以单独被调光。因此，方法适合用于各种各样的实际实施方式中，其中期望各种不同的并且精确的调光程度。此外，进一步的能量节约成为可能，并且获得了增加的光源寿命，因为根据本发明的方法在使用中高效得多，这是因为在同一时间更少的光源需要被调光，并且因为发射的光的强度水平可以根据给定的情况和要求以高水平的准确度进行调整。
改进的能量节约通过以下方式来实现，即开始对设置为离光出射表面最远的光源进行调光，因为来源于这一光源的光(并且其在光导中将至少部分地被转换)穿过光导行进了最大的距离到达第一光出射表面，并且因此将经历最多的损耗(例如通过吸收)。换句话说，最高效率的光源将在最后被调光，并且其是设置在最靠近第一光出射表面的距离处的光源，因为来源于这一光源的光(并且其在光导中将至少部分地被转换)必须穿过光导行进最短的距离到达第一光出射表面并且因此将经历较少的吸收损耗。
在实施例中，控制设备适于逐个光源地对光源进行调光，从而提供进一步的调光自由度。
在实施例中，发光设备包括多个光源，并且控制设备进一步适于对多个光源中的至少两个光源进行调光，以便以不同的强度水平发光，强度水平随着每个光源和第一光导的第一光出射表面之间的距离的增加而降低。
因此，提供了如下发光设备，使用该发光设备使其它各种各样的调光程度变得可得，因为光源可以逐个光源地(即单独地)被调光，以便以两个或者多个不同的强度水平发光，例如使得设置在与第一光出射表面相距最大距离(即最远)处的第一光源以最大可能强度的一半发光，设置在与第一光出射表面相距第二最大距离处的第二光源以最大可能强度的四分之三发光，并且其余光源以最大可能强度发光。
在实施例中，发光设备包括多个光源，并且控制设备进一步适于从设置在与第一光导的第一光出射表面相距最大距离处的至少两个光源的组开始，对多个光源中的至少两个光源的组进行调光。
因此，提供了如下发光设备，使用该发光设备使又一些其它各种各样的调光程度变得可得，因为光源可以成组地(例如，两个两个地或者四个四个地)被调光。
在实施例中，控制设备适于逐个组地对至少两个光源的组进行调光，从而提供其它调光自由度。
在实施例中，控制设备进一步适于逐个组地并且从设置在与第一光导的第一光出射表面相距最大距离处的至少两个光源的组开始，关闭多个光源中的至少两个光源的组。因此，更进一步的调光程度成为可能。
在实施例中，发光设备的第一光导包括至少一个其它光出射表面，并且其中控制设备进一步适于从至少两个光源中的设置为最靠近第一光输入表面上的点P的光源开始逐个光源地对至少两个光源进行调光，点P位于到光出射表面中的每一个光出射表面的垂直距离尽可能最大的位置处，到光出射表面中的每一个光出射表面的垂直距离被给予相等的权重。
注意，如在本文中使用的短语“至少两个光源中的设置为最靠近第一光输入表面上的点P的光源”更精确地旨在于指的是至少两个光源中的设置为具有在光源的中心或者中部和点P之间的最短距离的光源。
此外，如在本文中使用的短语“到光出射表面中的每一个光出射表面的垂直距离被给予相等的权重”意指同等重要的是，首先被调光的光源位于离所有光出射表面最远。
因此，提供了如下发光设备，在从光出射表面两者或者所有光出射表面发射的光以相等或者基本上相等的程度被调光的意义上，使用该发光设备可以提供均匀的调光。
在实施例中，控制设备进一步适于进行关闭至少两个光源中的至少一个光源、将具有互相不同的大小的至少两个连续直接电压(DC)电流依次应用到至少两个光源中的至少一个光源、以及使用对供应到至少两个光源中的至少一个光源的电流的脉冲宽度调制中的任何一项或者多项。因此，提供了如下发光设备，使用该发光设备以特别简单和直接的方式使各种各样的调光程度变得可得。
根据本发明的第二方面，借助于用于对发光设备进行调光的方法实现这一目的和其它目的，方法包括以下步骤：提供发光设备，该发光设备包括：至少两个光源，适于在操作中发射具有第一光谱分布的光；第一光导，包括设置为平行于第一光导的主波导方向的第一光输入表面、和关于第一光输入表面成不为零的角度延伸的第一光出射表面，其中第一光导适于在第一光输入表面处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到第一光出射表面，并且将具有第二光谱分布的光从第一光出射表面耦合出来，至少两个光源设置在与第一光导的第一光出射表面相距相互不同的距离处；以及从至少两个光源中的设置在与第一光导的第一光出射表面相距最大距离处的光源开始，逐个光源地对至少两个光源进行调光。
因此，提供了用于对发光设备进行调光的方法，使用该方法使各种各样的调光程度变得可得，因为光源可以逐个光源地(即单独地)被调光。因此，该方法适合用于各种各样的实际实施方式中，其中期望各种不同的并且精确的调光程度。此外，进一步的能量节约成为可能，并且获得了增加的光源寿命，因为根据本发明的方法在使用中高效得多，这是因为在同一时间更少的光源需要被调光，并且因为发射的光的强度水平可以根据给定的情况和要求以高水平的准确度进行调整。此外，根据本发明的发光设备的其它优势可以同样适用于根据本发明的调光方法。
在实施例中，方法包括提供控制设备的其它步骤，该控制设备适于执行对至少两个光源进行调光的步骤和执行借助于控制设备对至少两个光源进行调光的步骤。因此，提供了用于对发光设备进行调光的方法，可以手动或者自动地以非常简单并且方便的方式执行该方法。
在实施例中，发光设备包括多个光源，并且调光步骤包括对多个光源中的至少两个光源进行调光，以便以不同的强度水平发光，强度水平随着每个光源和第一光导的第一光出射表面之间的距离的增加而降低。
因此，提供了用于对发光设备进行调光的方法，使用该方法使其它各种各样的调光程度变得可得，因为光源可以逐个光源地(即单独地)被调光，以便以两个或者多个不同的强度水平发光，例如使得设置在与第一光出射表面相距最大距离(即最远)处的第一光源以最大可能强度的一半发光，设置在与第一光出射表面相距第二最大距离处的第二光源以最大可能强度的四分之三发光，并且其余光源以最大可能强度发光。
在实施例中，调光步骤包括从设置在与第一光导的第一光出射表面相距最大距离处的至少两个光源的组开始，逐个光组地关闭多个光源中的至少两个光源的组。因此，更进一步的调光程度成为可能。
在实施例中，发光设备的第一光导包括至少一个其它光出射表面，并且调光步骤包括从至少两个光源中的设置在与第一光出射表面和至少一个其它光出射表面两者相距最大距离处的光源开始，逐个光源地对至少两个光源进行调光。因此，提供了用于调光的方法，在从光出射表面两者或者所有光出射表面发射的光以相等或者基本上相等的程度被调光的意义上，使用该方法可以提供均匀的调光。
本发明还涉及包括根据本发明的第一方面的发光设备的投影仪。
注意，本发明涉及在权利要求中记载的特征的所有可能组合。
附图说明
现在将参照示出本发明的(多个)实施例的附图，更详细地描述本发明的这一方面和其它方面。
图1示出了包括出射磷光体的发光设备的三维透视图。
图2示出了包括磷光体轮的发光设备的横截面图。
图3示出了在出射表面处被提供有光学元件的光导的侧视图。
图4示出了贯穿其长度被成形以便提供经成形的光出射表面的光导的透视图。
图5示出了在其长度的一部分上成形以便提供经成形的光出射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有滤波器和二色性光学元件的照明***的侧视图。
图7示出了被提供有设置在光导的与第一光输入表面不同的表面处的第二光源的光导。
图8A和图8B示出了被提供有设置为邻近光导的表面的散热器元件的光导。
图9A至图9D示出了被提供有设置为邻近光导的光出射表面的偏振元件的光导。
图10示出了具有渐窄出射表面的发光设备的透视图。
图1示出了包括出射磷光体的发光设备的三维透视图。
图2和图3示出了包括分别以投射模式和反射模式进行发射的磷光体轮的发光设备的两个不同横截面图。
图4示出了在出射表面处被提供有光学元件的光导的侧视图。
图5示出了在出射表面处被提供有光集中元件的光导的侧视图。
图6示出了贯穿其长度被成形以便提供经成形的光出射表面的光导的透视图。
图7示出了在其长度的一部分上成形以便提供经成形的光出射表面的光导的侧视图。
图8示出了被提供有部分地粗糙化的光出射表面的光导的透视图。
图9a 11a和图9b 11b示出了根据本发明的发光设备的第一实施例在a)全功率模式下和b)功率节约模式下的两个侧视图。
图10a 12a和图10b 12b示出了根据本发明的发光设备的第二实施例在a)全功率模式下和b)功率节约模式下的两个侧视图。
图11a 13a和图11b 13b示出了根据本发明的发光设备的第三实施例在a)全功率模式下和b)功率节约模式下的两个侧视图。
图12a 14a和图12b 14b示出了根据本发明的发光设备的第四实施例在a)全功率模式下和b)功率节约模式下的两个侧视图。
图13a 15a至图13d 15d示出了根据本发明的方法的第一实施例的示意性图示。
图164a至图14d 16d示出了根据本发明的方法的第二实施例的示意性图示。
图15a 17a至图15c 17c示出了根据本发明的方法的第三实施例的示意性图示。
图16a 18a至图16d 18d示出了根据本发明的方法的第四实施例的示意性图示。
图1719至图1921示出了图示当根据本发明的方法的三个不同实施例对发光设备的光源进行调光时，由根据本发明的发光设备发射的光的强度作为时间的函数的三幅图。
如图所示，层、元件以及区域的尺寸为了说明性目的而被夸大，并且因此被提供为图示本发明的实施例的一般结构。自始至终，相同的附图标记指代相同的元件，使得例如根据本发明的发光设备通常表示为1，而通过将01、02、03等添加到一般附图标记来表示其不同的具体实施例。对于示出了可以被添加到如下面进一步阐述的根据本发明的发光设备的实施例中的任何一个实施例的若干特征和元件的图1至图10，一般已经将“00”添加到除了特定于这些图之一的那些元件之外的所有元件。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明当前优选的实施例。然而，本发明可以以很多不同形式体现并且不应该被解释为限于本文中阐述的实施例；更确切地说，这些实施例被提供用于彻底性和完整性，并且向技术人员充分传达本发明的范围。
以下描述将开始于关于用于根据本发明的发光设备的各种元件和特征的应用、合适的光源以及合适的材料的一般考虑。为了这一目的，将参照图1至图10描述可以被添加到如下面进一步阐述的根据本发明的发光设备的实施例中的任何一个实施例的若干特征和元件。将参照图11a至图21详细描述根据本发明的发光设备的具体实施例。
根据本发明的发光设备可以用于包括但不限于以下项的应用中：灯、光模块、灯具、聚光灯、闪光灯、投影仪、数字投影设备、诸如例如机动车辆的车头灯或者车尾灯之类的汽车照明、场地照明、剧场照明、以及建筑照明。
其是如下面阐述的根据本发明的实施例的一部分的光源适于在操作中发射具有第一光谱分布的光。此光随后耦合到光导或者波导中。光导或者波导可以将第一光谱分布的光转换为另一光谱分布，并且将光引导到出射表面。光源原则上可以是任何类型的点光源，但是在实施例中是固态光源，诸如发光二极管(LED)、激光二极管或者有机发光二极管(OLED)、多个LED或者激光二极管或者OLED、或者LED或者激光二极管或者OLED的阵列、或者其组合。LED原则上可以是任何颜色的LED，或者是这些LED的组合，但是在实施例中是蓝光光源，该蓝光光源产生在蓝颜色范围内的光源光，该蓝颜色范围被限定为380nm和495nm之间的波长范围。在另一实施例中，光源为UV光源或者紫色光源，即在发射420nm以下的波长范围内发射。在多个LED或者激光二极管或者OLED或者其阵列的情形下，LED或者激光二极管或者OLED原则上可以是两个或者更多不同颜色(诸如但不限于UV、蓝色、绿色、黄色或者红色)的LED或者激光二极管或者OLED。
光源可以是红色光源，即在例如600nm和800nm之间的波长范围内发射。这种红色光源可以为例如直接发射红光或者被提供有适合将光源光转换为红光的磷光体的上述类型中的任何类型的光源。在与适于将光源光转换为红外(IR)光(即具有大于大约800nm的波长并且在合适的实施例中具有在从810nm和850nm的范围内的峰值强度的光)的光导组合时，这一实施例特别有利。在实施例中，这种光导包括发射IR的磷光体。具有这些特性的发光设备特别有利于在夜视***中使用，但是还可以被用于任何上述应用中。
另一示例是在480nm和800nm之间的波长范围内发光并且将这一光耦合到发光棒体或者波导中的第一红色光源、和发射蓝光或者UV光或者紫光(即具有小于480nm的波长)并且也将其发射的光耦合到发光波导或者棒体中的第二光源的组合。第二光源的光由发光波导或者棒体转换到在480nm和800nm之间的波长范围，并且耦合到发光波导或者棒体中的第一光源的光将不被转换。换句话说，第二光源发射UV光、紫光、或者蓝光，并且接着由发光集中器转换为绿色-黄色-橙色-红色光谱范围内的光。在另一实施例中，第一光源在500nm和600nm之间的波长范围内发射，并且第二光源的光由发光波导或者棒体转换到在500nm和600nm之间的波长范围。在另一实施例中，第一光源在600nm和750nm之间的波长范围内发射，并且第二光源的光由发光波导或者棒体转换到在600nm和750nm之间的波长范围。在实施例中，第一光源的光在另一表面处耦合到发光波导或者棒体中，该另一表面为例如与光出射表面相对的表面，而不是第二光源的光耦合到发光波导或者棒体中的表面。这些实施例提供在红光范围内以增加的亮度发射的发光波导或者棒体。
根据本发明的实施例中的如下面阐述的光导通常可以是包括在互相垂直的方向上延伸的高度H、宽度W以及长度L的杆状的或者棒状的光导，并且在实施例中是透明的、或者透明且发光的。光通常在长度L方向上被引导。高度H在一些实施例中<10mm，在另一些实施例中<5mm，在又一些实施例中<2mm。宽度W在一些实施例中<10mm，在另一些实施例中<5mm，在又一些实施例中<2mm。长度L在一些实施例中大于宽度W和高度H，在另一些实施例中是宽度W的至少2倍或者高度H的至少2倍，在又一些实施例中是宽度W的至少3倍或者高度H的至少3倍。高度H:宽度W的高宽比通常为1:1(对于例如一般光源应用)或者1:2、1:3或者1:4(对于例如诸如头灯之类的特殊光源应用)或者4:3、16:10、16:9或者256:135(对于例如显示应用)。光导通常包括未设置在平行平面中的光输入表面和光出射表面，并且在实施例中光输入表面垂直于光出射表面。为了实现高亮度、集中的光输出，光出射表面的面积可以小于光输入表面的面积。光出射表面可以具有任何形状，但是在实施例中被成形为正方形、长方形、圆形、卵形、三角形、五边形或者六边形。
通常杆状的或者棒状的光导可以具有任何横截面形状，但是在实施例中，具有正方形、长方形、圆形、卵形、三角形、五边形或者六边形的横截面形状。通常，光导是长方体，但是可以被提供有除长方体之外的不同形状，其中光输入表面具有一定程度的梯形形状。通过这样做，光通量可以进一步增强，这可能对于一些应用有利。
光导还可以包括圆柱状的杆体。在实施例中，圆柱状的杆体具有一个沿着杆体的纵向方向的平化表面，并且光源可以定位在该表面处以用于由光源发射的光高效率地内耦合到光导中。平化表面还可以用于放置散热器。圆柱体光导还可以具有例如与彼此相对定位或者垂直于彼此定位的两个平化表面。在实施例中，平化表面沿着圆柱体杆体的纵向方向的一部分延伸。
根据本发明的实施例中的如下面阐述的光导还可以是折叠的、弯曲的和/或在长度方向上成形的，使得光导不是直的、线状的棒体或者杆体，而是可以包括例如90或者180度弯曲形式的圆角、U形、圆形或者椭圆形形状、环或者具有多个环的三维螺旋形状。这提供了紧凑的光导，其总长度(光通常沿着长度被引导)相对大，从而导致相对高的流明输出，但是同时可以设置到相对小的空间中。例如，光导的发光部分可以是刚性的，而光导的透明部分是柔性的，以便提供沿着光导长度方向的光导成形。光源可以被放置在沿着折叠、弯曲和/或成形的光导的长度的任何地方。
用于根据本发明的实施例的如下面阐述的光导的合适材料是蓝宝石、多晶氧化铝和/或诸如具有n＝1.7的折射率的YAG、LuAG之类的非掺杂透明石榴石。此材料(胜于例如玻璃)的附加优点是，其具有良好的热传导性，从而减少局部发热。其它合适材料包括但不限于玻璃、石英以及透明聚合物。在其它实施例中，光导材料是铅玻璃。铅玻璃是玻璃的变种，其中铅代替典型钾玻璃中的钙成分并且以此方式可以增加折射率。普通玻璃具有n＝1.5的折射率，而铅的添加产生了范围高达1.7的折射率。
根据本发明的实施例的如下面阐述的光导可以包括用于将光转换到另一光谱分布的合适发光材料。合适的发光材料包括诸如掺杂YAG、LuAG之类的无机磷光体、有机磷光体、有机荧光染料、以及高度适合于如下面阐述的本发明的实施例的目的的量子点。
量子点是半导体材料的小晶体，通常具有仅几个纳米的宽度或者直径。当被入射光激发时，量子点发射由晶体的尺寸和材料确定的颜色的光。因此通过适配点的尺寸，可以产生特定颜色的光。大多数已知的具有在可见范围内的发射的量子点是基于具有诸如硫化镉(CdS)和硫化锌(ZnS)之类的壳的硒化镉(CdSe)。还可以使用诸如磷化铟(InP)以及铜铟硫(CuInS2)和/或银铟硫(AgInS2)之类的无镉量子点。量子点示出非常窄的发射带并且因此它们示出饱和颜色。此外，发射颜色可以通过适配量子点的尺寸被容易地调谐。本领域已知的任何类型的量子点可以用于如下面阐述的本发明的实施例中。然而，由于环境安全和关注的原因，可能优选使用无镉量子点或者至少具有非常低的镉含量的量子点。
也可以使用有机荧光染料。可以设计分子结构，使得光谱峰位置可以被调谐。合适的有机荧光染料材料的示例是基于苝衍生物的有机发光材料，例如由BASF以的名称出售的化合物。合适的化合物的示例包括但不限于Red F305、Orange F240、Yellow F083以及F170。
发光材料还可以是无机磷光体。无机磷光体材料的示例包括但不限于铈(Ce)掺杂的YAG(Y3Al5O12)或者LuAG(Lu3Al5O12)。Ce掺杂的YAG发射淡黄色的光，而Ce掺杂的LuAG发射淡黄绿色的光。发射红光的其它无机磷光体材料的示例可以包括但不限于ECAS和BSSN；ECAS是Ca1-xA1SiN3:Eux，其中0<x≤1，在实施例中0<x≤0.2；并且BSSN是Ba2-x-zMxSi5-yA1yN8- yOy:Euz，其中M表示Sr或者Ca，0≤x≤1、0<y≤4并且0.0005≤z≤0.05，并且在实施例中0≤x≤0.2。
在如下面阐述的本发明的实施例中，发光材料由从包括以下项的组中选择的材料制成：(M<I>(1-x-y)M<II>x M<III>y)3(M<IV>(1-z)M<V>z)5O12，其中M<I>从包括Y、Lu或者其混合物的组中选择，M<II>从包括Gd、La、Yb或者其混合物的组中选择，M<III>从包括Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu或者其混合物的组中选择，M<IV>是A1，M<V>从包括Ga、Sc或者其混合物的组中选择，并且0<x≤1、0<y≤0.1、0<z<1；(M<I>(1-x-y)M<II>x M<III>y)2O3，其中M<I>从包括Y、Lu或者其混合物的组中选择，M<II>从包括Gd、La、Yb或者其混合物的组中选择，M<III>从包括Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu、Bi、Sb或者其混合物的组中选择，并且0<x≤1、0<y≤0.1；(M<I>(1-x-y)M<II>x M<III>y)S(1-z)Se，其中M<I>从包括Ca、Sr、Mg、Ba或者其混合物的组中选择，M<II>从包括Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr、Sb、Sn或者其混合物的组中选择，M<III>从包括K、Na、Li、Rb、Zn或者其混合物的组中选择，并且0<x≤0.01、0<y≤0.05、0≤z<1；(M<I>(1-x-y)M<II>x M<III>y)O，其中M<I>从包括Ca、Sr、Mg、Ba或者其混合物的组中选择，M<II>从包括Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr或者其混合物的组中选择，M<III>从包括K、Na、Li、Rb、Zn或者其混合物的组中选择，并且0<x≤0.1、0<y≤0.1；(M<I>(2-x)M<II>x M<III>2)O7，其中M<I>从包括La、Y、Gd、Lu、Ba、Sr或者其混合物的组中选择，M<II>从包括Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm或者其混合物的组中选择，M<III>从包括Hf、Zr、Ti、Ta、Nb或者其混合物的组中选择，并且0<x≤1；(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或者其混合物的组中选择，M<II>从包括Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm或者其混合物的组中选择，M<III>从包括Hf、Zr、Ti、Ta、Nb或者其混合物的组中选择，并且M<IV>从包括Al、Ga、Sc、Si或者其混合物的组中选择，并且0<x≤0.1、0<y≤0.1；或者其混合物。
其它合适的发光材料是Ce掺杂的钇铝石榴石(YAG,Y 3 Al 5 O 12)和镥铝石榴石(LuAG)。发光光导可以包括在蓝颜色范围内或者绿颜色范围内或者红颜色范围内的中心发射波长。蓝颜色范围被限定在380nm和495nm之间，绿颜色范围被限定在495nm和590nm之间，并且红颜色范围被限定在590nm和800nm之间。
可以用于实施例中的磷光体的选择连同最大发射波长在下面的表1中给出。
磷光体 最大发射波长[nm]
CaGa<sub>2</sub>S<sub>4</sub>:Ce 475
SrGa<sub>2</sub>S<sub>4</sub>:Ce 450
BaA1<sub>2</sub>S<sub>4</sub>:Eu 470
CaF<sub>2</sub>:Eu 435
Bi<sub>4</sub>Si<sub>3</sub>O<sub>12</sub>:Ce 470
Ca<sub>3</sub>Sc<sub>2</sub>Si<sub>3</sub>O<sub>12</sub>:Ce 490
表1
根据本发明的实施例的如下面阐述的光导可以包括具有不同密度的用于将光转换为另一光谱分布的合适发光材料的区域。在实施例中，透明光导包括彼此邻近的两个部分，并且其中的仅一个部分包括发光材料，而另一个部分是透明的或者具有相对低浓度的发光材料。在另一实施例中，光导包括邻近第二部分的又一第三部分，第三部分包括不同的发光材料或者不同浓度的相同发光材料。不同的部分可以一体形成，从而形成整体式或者一个光导。在实施例中，部分反射元件可以设置在光导的不同部分之间，例如在第一部分和第二部分之间。部分反射元件适于透射具有一个特定波长或者光谱分布的光，并且适于反射具有另一不同特定波长或者光谱分布的光。部分反射元件因此可以是诸如二色性镜之类的二色性元件。
在另一实施例中(未示出)，发光材料的多个波长转换区域设置在诸如LED之类的多个光源的上方或者顶部上的透明光导的光输入表面处。因此，多个波长转换区域中的每个波长转换区域的表面区域对应于多个光源中的每个光源的表面区域，使得来自光源的光经由发光材料区域耦合到透明光导中。被转换的光然后耦合到光导的透明部分中，并且随后被引导到光导的光出射表面。波长转换区域可以设置在光输入表面上或者它们可以形成在光导中。波长转换区域可以形成设置在光导上或者光导中在光输入表面处的均匀层的一部分。在两个相邻波长转换区域之间延伸的均匀层的部分可以是透明的，并且可以另外地或者备选地具有与波长转换区域相同的折射率。不同的波长转换区域可以包括互相不同的发光材料。光源和发光区域之间的距离可以低于2mm、低于1mm、或者低于0.5mm。
在如下面阐述的根据发明的发光设备的实施例中，耦合结构或者耦合介质可以被提供用于将由光源发射的光高效率地耦合到光导中。耦合结构可以是具有诸如例如形成波形结构的突出和凹部之类特征的折射结构。耦合结构的特征的典型尺寸是5μm到500μm。特征的形状可以是例如半球形(透镜)、棱柱形、正弦曲线形或者杂乱无章的(例如喷砂的)。通过选择适当的形状，可以调谐耦合到光导中的光的量。折射结构可以通过机械手段制作，诸如通过镌刻、喷砂等。备选地，折射结构可以通过在诸如例如聚合物或者溶胶凝胶材料之类的适当材料中的复制来制作。备选地，耦合结构可以是衍射结构，其中衍射耦合结构的特征的典型尺寸是0.2μm到2μm。光导内的衍射角θin由光栅方程λ/Λ＝nin·sinθin-nout·sinθout给出，其中λ是LED光的波长，Λ是光栅周期，nin和nout分别是光导内和光导外的折射率，θin和θout分别是光导内的衍射角和光导外的入射角。如果我们为低折射率层和耦合介质假设相同的折射率nout＝1，通过全内反射条件nin sinθin＝nout，我们发现以下条件：λ/Λ＝1-sinθout，即对于法线入射θout＝0，Λ＝λ。通常，不是所有其它角θout都被衍射到光导中。仅如果其折射率nin足够高，这才会发生。从光栅方程得出对于条件nin≥2，如果Λ＝λ，则所有角都被衍射。还可以使用其它周期和折射率，从而导致更少的光被衍射到光导中。此外，一般透射大量的光(0阶)。衍射的光的量依赖于光栅结构的形状和高度。通过选择适当的参数，可以调谐耦合到光导中的光的量。这种衍射结构最容易通过复制已经通过例如电子束光刻或者全息术制成的结构来制作。复制可以通过像软纳米压印光刻那样的方法完成。耦合介质可以例如是空气或者另一合适的材料。
现在转到图1，示出了发光设备1000的三维透视图，该发光设备包括适于将具有第一光谱分布的传入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包括或者被构建为波长转换器结构6000，该波长转换器结构具有UV到蓝色波长转换器形式的第一转换部分6110和适于基于来自第一转换部分6110的蓝光输入发射白光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1000包括发射在UV到蓝色波长范围内的光的多个LED2100、2200、2300形式的光源。LED 2100、2200、2300设置在基体或者基板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)，而第二转换部分6120包括黄色磷光体。这一实施例的优势在于，光出射表面的表面区域小于建造包括直接发光LED的光源所需要的表面区域。因此，可以实现光学扩展量的增益。
用于使用蓝色或者UV光源生成白光的备选方案包括但不限于：LED发射蓝光，该蓝光在第一转换部分6110中被转换为绿/蓝光，绿/蓝光转而被设置为红色磷光体的第二转换部分转换为白光的；和LED发射蓝光，该蓝光在第一转换部分6110中被转换为绿光，绿光转而与红光和蓝光混合以生成白色LED源，其中该混合通过前方设置有漫射器的红色磷光体形式的第二转换部分的方式实现。
图2示出了包括光导4015的发光设备1001，光导4015适于将具有第一光谱分布的传入光转换为具有与第一光谱分布不同的第二光谱分布的光。图2所示的光导4015包括或者被构建为波长转换器结构，该波长转换器结构具有以可转动磷光体轮1600形式提供的第二转换部分6120，并且光导4015进一步包括设置在第一转换部分6110和第二转换部分6120或者磷光体轮1600之间的耦合元件7700。
发光设备1001进一步包括设置在基体或者基板1500上的多个LED 2100、2200、2300形式的光源。多个LED 2100、2200、2300用于泵激第一转换部分6110(在所示的实施例中由透明材料制成)以便产生具有第三光谱分布的光1700，诸如绿光或者蓝光。在关于转动轴1620的转动方向1610上转动的磷光体轮1600用于将具有第三光谱分布的光1700转换为具有第二光谱分布的光1400，诸如红光和/或绿光。注意，原则上，光1700和光1400的颜色的任何组合是可行的。
如在横截面侧视图中图示磷光体轮1600的图2所示，磷光体轮1600在透明模式下使用，即入射光1700在一侧进入磷光体轮1600，透射穿过磷光体轮1600，并且从形成光出射表面4200的其相反侧发射。备选地，磷光体轮1600可以在反射模式下使用(未示出)，使得光从与光进入磷光体轮所穿过的表面相同的表面发射。
磷光体轮1600自始至终可以包括仅一个磷光体。备选地，磷光体轮1600还可以包括无任何磷光体的分段，使得光1700的一部分还可以未经转换而透射。以此方式，继而可以生成其它颜色。在另一备选方案中，磷光体轮1600还可以包括多个磷光体分段，例如分别发射黄光、绿光以及红光的磷光体分段，以便创建多颜色光输出。在又一备选方案中，发光设备1001可以适于通过在磷光体轮1600上采用像素化的磷光体反射器图案而生成白光。
在实施例中，耦合元件7700是适合用于将入射在磷光体轮1600上的光1700准直的光学元件，但是其还可以是耦合介质或者耦合结构，诸如例如上文描述的耦合介质或者耦合结构7700。发光设备1001此外可以包括附加的透镜和/或准直器。例如，可以定位附加的光学器件以便将由光源2100、2200、2300发射的光和/或由发光设备1001发射的光1400准直。
图3示出了包括光学元件8010的光导4020，该光学元件设置有与光导4020的光出射表面4200光学连接的光输入小面8060。光学元件8010由具有高折射率的材料制成(在实施例中为等于或者大于光导4020的折射率的折射率)，并且包括四边形横截面和两个渐窄侧面8030和8040。渐窄侧面8030和8040自光导4020的光出射表面4200向外倾斜，使得光学元件8010的光出射小面8050具有大于光输入小面8060和光导4020的光出射表面4200两者的表面区域。光学元件8010可以备选地具有多于两个(特别地，四个)渐窄侧面。在备选方案中，光学元件8010具有圆形横截面和一个周向渐窄侧面。使用这种设置，光将在倾斜侧面8030和8040处被反射，并且如果其射中光出射小面8050则有大的机会逃逸，因为与光输入小面8060相比光出射小面8050是大的。侧面8030和8040的形状还可以是弯曲的并且被选择为使得所有光都通过光出射小面8050逃逸。
光学元件还可以与光导4020一体形成，例如通过将光导的一部分成形，使得预定的光学元件形成在光导的端部之一处。光学元件可以例如具有准直器的形状，或者可以具有梯形横截面形状，并且在实施例中梯形形状的外表面被提供有反射层。因此，可以将所接收的光成形以便包括更大的光斑尺寸，而同时将通过除了光出射表面之外的其它表面的光损失最小化，因此还提高了所发射光的强度。在另一实施例中，光学元件具有透镜(例如凸透镜或者凹透镜或者其组合)阵列的形状。因此，可以将所接收的光成形以便形成聚焦的光、散焦的光、或者其组合。在透镜阵列的情形下，还可行的是，所发射的光可以包括两个或者多个分立光束，每个分立光束由阵列的一个或者多个透镜形成。更一般地，光导因此可以具有不同尺寸的不同成形的部分。因此，提供了如下光导，使用该光导可以将光成形，因为自光出射表面的任何一个或者多个光发射方向、从光出射表面发射的光的光束尺寸和光束形状可以以特别简单的方式调谐，例如通过更改光出射表面的尺寸和/或形状。因此，光导的一部分作为光学元件起作用。
光学元件还可以是设置在光导的光出射表面处的光集中元件(未示出)。光集中元件包括四边形横截面和两个向外弯曲的侧面，使得光集中元件的光出射表面具有比光导的光出射表面更大的表面区域。光集中元件可以备选地具有不止两个(特别地，四个)渐窄侧面。光集中元件可以是具有抛物面状的弯曲侧面的复合抛物面光集中元件(CPC)。在备选方案中，光集中元件具有圆形横截面和一个周向渐窄侧面。在备选方案中，如果光集中元件的折射率被选择为低于光导的折射率(但是大于空气的折射率)，则仍然可以提取可观的光量。这允许与由具有高折射率的材料制成的光集中元件相比，制造起来容易和便宜的光集中元件。例如，如果光导具有n＝1.8的折射率，并且光集中元件具有n＝1.5的折射率(玻璃)，可以实现光输出的因子为2的增益。对于具有n＝1.8的折射率的光集中元件而言，增益将会高大约10％。实际上，不是所有光都将被提取，因为在光学元件或者光集中元件和外部介质(一般为空气)之间的界面处将存在菲涅耳反射。可以通过使用适当的抗反射涂层(即四分之一λ电介质堆叠或者蛾眼结构)减少这些菲涅耳反射。假设作为光出射小面之上的位置的函数的光输出不均匀，则利用抗反射涂层的覆盖可以变化(例如通过变化涂层的厚度)。
CPC的兴趣特征之一在于保持了光的光学扩展量(＝n2x面积x立体角，其中n是折射率)。CPC的光输入小面的形状和尺寸可以适于光导的光出射表面的形状和尺寸，和/或反之亦然。CPC的一大优势在于，传入光分布被变换为最佳地适配于给定应用的可接受光学扩展量的光分布。CPC的光出射小面的形状根据期望可以例如为长方形或者圆形。例如，对于数字投影仪，将对光束的尺寸(高度和宽度)以及发散度有要求。对应光学扩展量将会在CPC中得到保持。在这一情形下，使用具有所使用的显示面板的期望高/宽比的长方形的光输入小面和光出射小面的CPC将是有益的。对于聚光灯应用而言，要求不太严格。CPC的光出射小面可以是圆形的，但是还可以具有另一形状(例如长方形)以照射特定形状的区域或者照射期望的图案以将这种图案投影在屏幕、墙壁、建筑物、基础设施等上。虽然CPC提供了很多设计上的灵活性，但是其长度可能相当长。一般，可能设计具有相同性能的更短的光学元件。为此目的，表面形状和/或出射表面可以适于例如具有更弯曲的出射表面以便将光集中。一个附加的优势在于，CPC可以被用于克服当光导的尺寸受到LED的尺寸限制并且光出射小面的尺寸由后续光学部件确定时可能的高宽比失配。此外，可能放置部分覆盖CPC的光出射小面的镜(未示出)，例如使用在其中心附近或者中心处具有“孔洞”的镜。以这一方式，CPC的出射平面变窄，光的一部分被反射回到CPC和光导中，并且因此光的出射光学扩展量将减少。这将自然地减少从CPC和光导提取的光量。然而，如果这一镜具有高的反射率，像例如Alanod 4200AG，则光可以有效地被注入回到CPC和光导中，在那里其可以通过TIR再循环。这将不会改变光的角度分布，但是其将更改光在再循环之后会射中CPC出射平面的位置，从而增加光通量。以此方式，通常将被牺牲掉以便减少***光学扩展量的光的部分可以被重新获得并且用于增加例如均匀性。如果***被用于数字投影应用中，则这是极其重要的。通过以不同方式选择镜，相同CPC和光导的集可以被用于处理使用不同面板尺寸和高宽比的***，而不需要牺牲大量的光。以这一方式，一个单个***可以被用于各种数字投影应用。
通过使用参照图3描述的以上结构中的任何一个结构，解决了与将光从高折射率光导材料提取到低折射率材料(像空气)相关(特别是涉及提取效率)的问题。
参照图4和图5，将描述用于提供具有特定形状的光分布的不同可能。图4示出了光导4040的透视图，该光导贯穿其长度成形以便提供经成形的光出射表面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的贯穿光导4040的长度延伸的部分4501(特别地，邻近表面4500并且与光输入表面4100相对)已经被移除，以便提供具有对应于光出射表面4200处的光分布的期望形状的形状的光导4040，该形状贯穿光导4040的整个长度从光出射表面4200延伸到相对的表面4600。
图5示出了光导4050的侧视图，该光导在其长度的一部分上被成形以便提供经成形的光出射表面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的在光导4050的长度的一部分上延伸的部分4501(特别地，邻近表面4500并且与光输入表面4100相对)已经被移除，以便提供具有对应于光出射表面4200处的光分布的期望形状的形状的光导4050，该形状在光导4050的长度的邻近光出射表面4200的部分上延伸。
光导的另一部分或者多于一个部分可以被移除，以便提供光出射表面的其它形状。以这一方式可以获得光出射表面的任何可行的形状。而且，光导可以被部分或者完全划分为具有不同形状的几个部分，使得可以获得更复杂的形状。从光导移除的一个或者多个部分可以通过例如锯切、切割等方式移除，接着对移除一个或者多个部分之后暴露的表面进行抛光。在另一备选方案中，可以例如通过钻孔移除光导的中心部分，以便在光出射表面中提供孔洞。
在备选实施例中，还可以通过对光导的光出射表面的一部分进行表面处理(例如粗糙化)，而保持光出射表面的其余部分光滑，来获得具有特定形状的光分布。在这一实施例中，不需要移除光导的部分。同样地，用于获得具有特定形状的光分布的以上可能的任何组合都是可行的。
图6示出了照明***(例如数字投影仪)的侧视图，该照明***具有光导4070，该光导适于转换入射光1300，使得所发射的光1700在黄色和/或橙色波长范围内，即大致在560nm到600nm的波长范围内。光导4070可以例如被提供为由诸如Ce掺杂的(Lu,Gd)3Al5O12、(Y,Gd)3Al5O12、或者(Y,Tb)3Al5O12之类的陶瓷材料制成的透明石榴石。利用更高的Ce含量和/或以Ce取代例如Gd和/或Tb的更高替代水平，由光导发射的光的光谱分布可以被位移到更高的波长。在实施例中，光导4070完全透明。
在光出射表面4200处，提供了光学元件9090。光学元件9090包括：滤波器9091，用于对从光导4070发射的光1700进行滤波，以便提供经滤波的光1701；至少一个其它光源9093、9094；以及光学部件9092，适于组合经滤波的光1701和来自至少一个其它光源9093、9094的光，以便提供共同光输出1400。滤波器9091可以是吸收滤波器或者反射滤波器，其可以是固定的或者可切换的。可切换滤波器可以例如通过提供反射式二色性镜和可切换镜并且将可切换镜放置在光传播方向上所见的二色性镜的上游来获得，该反射式二色性镜根据期望的光输出可以是低通、带通或者高通的。此外，还可行的是，组合两个或者更多滤波器和/或镜以便选择期望的光输出。图6所示的滤波器9091是可切换滤波器，从而根据滤波器9091的切换状态使得能够透射未滤波的黄光和/或橙光或者经滤波的光(特别地并且在示出的实施例中为经滤波的红光)。经滤波的光的光谱分布依赖于所采用的滤波器9091的特性。如示出的光学部件9092可以是十字二色性棱镜(还称为X-cube)，或者在备选方案中其可以是合适的单独二色性滤波器的集。
在所示的实施例中，提供了两个其它光源9093和9094，其它光源9093是蓝色光源并且其它光源9094是绿色光源。其它颜色和/或更大数目的其它光源也可以是可行的。其它光源中的一个或者多个光源还可以是根据如下面阐述的本发明的实施例的光导。其它选项是使用由滤波器9091滤除的光作为其它光源。共同光输出1400因此是由光导4070发射的并且由滤波器9091滤波的光1701和由相应两个其它光源9093和9094发射的光的组合。有利地，共同光输出1400可以是白光。
图6所示的解决方案是有利的，原因在于其是可伸缩的、有成本效益的、以及可以根据本发明的实施例的发光设备的给定应用的要求容易适配的。
图7示出了包括第一光源2100、2200、2300的光导4080的侧视图，第一光源2100、2200、2300发射具有第一光谱分布的光并且设置为邻近光导4080的光输入表面4100。此外光导4080包括发射具有与第一光谱分布不同的第二光谱分布的光的至少一个第二光源2400，并且至少一个第二光源2400设置为邻近光导4080的与光输入表面4100平行并且相对延伸的表面4500。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第一光谱分布的第三光谱分布的光，并且适于引导具有第二光谱分布的光而不将其转换。以这一方式，由光导4080通过光出射表面4200发射的光1700包括至少分别具有第二和第三光谱分布的光、并且可能还有具有第一光谱分布的光(因为这一光的一部分可以保持未被转换)的组合。通过非限制性示例的方式，第一光谱分布可以在低于400nm的波长范围内，第二光谱分布可以在红色波长范围内(即500nm到800nm)，并且第三光谱分布可以在400nm到500nm的波长范围内。通过另一非限制性示例的方式，第一光谱分布可以在绿色波长范围内(即400nm到500nm)，第二光谱分布可以在红色波长范围内(即500nm到800nm)，并且第三光谱分布可以在440nm到600nm的波长范围内。通过又一非限制性示例的方式，第一光源2100、2200、2300可以在440nm到480nm的波长范围内发射，光导4080可以将由第一光源发射的光转换为具有在480nm到600nm范围内的波长的光，并且第二光源2400可以在600nm到800nm的波长范围内发射。注意，原则上可以使用第一、第二、以及第三光谱分布的所有可行组合。因此，获得了产生白光的简单且高效的方法。
如图7所示，光导4080进一步包括耦合元件7710，耦合元件7710适于将来自第二光源2400的光耦合到光导4080中。耦合元件7710可以是如上文描述的耦合结构或者耦合介质。注意，耦合元件是可选元件，并且因此还可以省略，在该情形下第二光源可以设置为与光导直接光学接触。
可以提供多于一个第二光源。在这些实施例中，还可行的是，提供发射具有不同光谱分布的光的第二光源，使得设置在不同表面处的第二光源发射具有不同光谱分布的光。此外，第二光源可以备选地或者附加地设置在光导4080的与光输入表面4100不同的表面中的多于一个表面上，例如在两个不同表面处。例如，至少一个第二光源2400可以设置在与光导4080的光出射表面4200相对的表面处。
图8A和图8B分别示出了光导4090A和光导4090B的侧视图，光导4090A和光导4090B分别包括散热器元件7000A、7000B，散热器元件7000A、7000B分别设置在光导4090A、4090B的不同于光输入表面(在实施例中在离光输入表面大约30μm或者更小的距离处)的表面之一上。不论实施例，相应散热器元件7000A、7000B包括用于改善的散热的翅片7100、7200、7300，然而翅片是可选元件。不论实施例，相应散热器元件7000A、7000B适于与光导的表面形状适形，并且因此适于在与光导的整个接触区域之上提供适形热接触。因此，获得增加的热接触区域和因此改善的光导冷却，并且现有的对于散热器元件的定位的容许限变得不太关键。
图8A示出，散热器元件7000A包括多个散热器部分，此处是四个散热器部分7001、7002、7003以及7004，其中的一个或者多个(此处是所有四个)散热器部分可以被提供有翅片。明显地，散热器元件7000A包括的散热器部分越多，散热器元件7000可以越精确地与光导的表面适形。每个散热器部分7001、7002、7003、7004适于提供在与光导的整个接触区域上的适形热接触。散热器部分可以设置为与光导的表面相距互相不同的距离。此外，散热器元件7000A包括共同载体7050，散热器部分7001、7002、7003以及7004分别借助于附接元件7010、7020、7030以及7040被单独附接到共同载体7050。备选地，每个散热器部分可以被分配其自己的载体。注意，这些元件是可选的。
图8B示出，散热器元件7000B包括底部部分7060，底部部分7060适于与其要设置在的光导4090B的表面的形状适形。底部部分7060是柔性的并且可以例如是诸如铜层之类的热传导金属层。散热器元件7000B进一步包括设置在底部元件7060和散热器元件7000B的剩余部分之间的热传导层7070，以用于改善散热器元件7000B的柔性和适形性。热传导层7070可以例如是热传导流体或者膏。热传导层7070在实施例中是高度反射的，和/或包括高度反射涂层。散热器元件7000B进一步包括设置在散热器元件7000B内部的流体蓄存器7080，以用于生成用于改善散热的流体流。在备选方案中，流体蓄存器7080还可以被外部设置在散热器元件7000B上，例如沿着散热器元件7000B的一部分或者整个外部***延伸。流体流可以借助于泵来增强。注意，传导层7070和流体蓄存器7080是可选元件。
不论实施例，散热器元件7000A、7000B可以由从以下项中选择的材料制成：铜、铝、银、金、碳化硅、氮化铝、氮化硼、铝碳化硅、氧化铍、硅-碳化硅、铝碳化硅、铜钨合金、铜碳化钼、碳、金刚石、石墨、以及其中两个或者更多的组合。此外，组合上述实施例的特征的散热器元件是可行的。还可行的是，将根据以上实施例中的任何实施例的散热器元件设置在光导4090A或者4090B的不止一个表面处。
最后注意，在采用在红色波长范围内发射和/或例如通过包括发射IR的磷光体而适于在红外波长范围内发射光的光源的发光设备中，提供如上面描述的散热器元件是特别有利的。
图9A至图9D分别示出了光导4010A、4010B、4010C、以及4010D的侧视图，光导4010A、4010B、4010C、以及4010D包括：光偏振元件9001，设置为邻近相应光导4010A、4010B、4010C、以及4010D的光出射表面4200；以及反射元件7400，设置在相应光导4010A、4010B、4010C、以及4010D的与光出射表面4200相对延伸的表面4600处。因此，可以获得具有高亮度和高效率的偏振光源。不论实施例，偏振元件9001可以是反射式线偏振器和反射式圆偏振器中的任何一种。线栅偏振器、基于包括双折射层的聚合物层的堆叠的反射式偏振器是反射式线偏振器的示例。可以使用所谓的胆甾型液晶相的聚合物制作仅透射一个偏振和特定光谱分布的光的所谓的胆甾型偏振器来获得圆偏振器。备选地或者除反射式偏振器之外，还可以采用偏振分束器。此外，还可以使用散射偏振器。在另一实施例中，可以使用通过反射的偏振，例如借助于由像玻璃那样的材料制成的楔形形式的偏振元件，其中光接近布儒斯特(Brewster)角入射。在又一实施例中，偏振元件9001可以是诸如WO 2007/036877 A2中所描述的之类的所谓的偏振背光。在又一实施例中，偏振元件9001可以是偏振结构。
图9A示出了其中偏振元件9001设置在光导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，第一光1300在光导4010A中被转换为具有第二光谱分布的第二光1400。由于偏振元件9001，仅第一偏振的光(在这一情形下为p偏振光1400PA)被透射并且从光出射表面4200发射，并且第二偏振的光(在这一情形下为s偏振光1400S)被反射回到光导4010A中。被反射的s偏振光1400S由反射元件7400反射。当被反射时，被反射的s偏振光1400S的至少一部分被更改为由偏振元件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(在这一情形下为p偏振光1400PA、1400PB)的光输出。
此外，在这一示例中，光导4010A包括设置在光出射表面4200和相对表面4600之间延伸的表面之一处的四分之一λ板9002，在所示的实施例中四分之一λ板9002部分覆盖表面4500。备选地，四分之一λ板可以完全覆盖表面4500，或者其可以包括两个或者更多分立的分段。备选地或者除此之外，其它四分之一λ板可以设置在光出射表面4200和表面4600之间延伸的表面中的一个或者多个其它表面处。在又一实施例中，四分之一λ板9002可以设置在光导和反射元件7400之间，使得间隙被提供在四分之一λ板和光导之间。四分之一λ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，特别地用于将圆偏振光转换为线偏振光。然而注意，不论实施例，四分之一λ板9002是可选元件，并且其因此还可以被省略。
图9B示出了其中偏振元件9001关于光出射表面4200成角度设置的实施例，如图所示相对于光出射表面4200成45°角，但是原则上任何角度都是可行的。此外，堆叠在彼此顶部上的四分之一λ板9002和反射元件9003设置在偏振元件9001下游的光束路径中，使得它们基本上与偏振元件9001平行延伸。因此，具有第一偏振的反射光被耦合出光导4010B，并且随即由偏振元件9001更改为具有第二偏振的光。接着，具有第二偏振的光由反射元件9003改向，并且由四分之一λ板9002进一步偏振。
图9C示出了与图9A所示的实施例非常相似的实施例，但是根据该实施例，作为备选方案的光导4010C包括与光出射表面4200相对的渐窄表面4600。渐窄表面4600被提供有由二分之一λ板9004形式的***件分开的反射元件4701、4702。
图9D示出了如下实施例，其中两个光导4010D和5010被堆叠为使得光导4010D的表面4500和光导5010的光输入表面5100面对彼此，并且其它偏振元件9005设置在光导4010D和5010之间并且与它们光学接触。偏振元件9001设置在光导4010D和5010的光出射表面4200和5200上，并且反射元件7400设置在光导4010D和5010的与相应光出射表面4200、5200相对的表面4600和5600上。其它偏振元件9005透射具有与由偏振元件9001透射的光的偏振垂直的偏振的光。四分之一λ板9002可以被应用于光导5010的表面5500的至少一部分。
在其它备选实施例中，偏振元件9001可以被提供为设置在光导的光出射表面4200处的光学元件的一部分。在一个特定实施例中，偏振元件9001则设置为定位在光学元件的安装位置处与光出射表面4200相对。通过示例的方式，这种光学元件可以例如是光学元件、复合抛物面光集中元件(CPC)、或者如上面描述的光学元件。备选地，这种光学元件可以是光混合腔室。特别地，在CPC的情形下，四分之一λ板可以设置在CPC中与偏振元件9001相对。
图10示出了包括光源2100和光导4095的发光设备1020，光源2100包括多个LED。光源2100在这一示例中设置在散热器7000(在实施例中由诸如铜、铁、或者铝之类的金属制成)形式的基体或者基板上。注意，在其它实施例中，该基体或者基板不需要是散热器。光导4095被示出为总体上被成形为棒体或者杆体，该棒体或者杆体具有关于彼此以不为零的角度(在这一特定情形下垂直)延伸的光输入表面4100和光出射表面4200，使得光出射表面4200为光导4095的端部表面。光输入表面4100和光出射表面4200可以具有不同的尺寸，例如使得光输入表面4100大于光出射表面4200。光导4095进一步包括与光出射表面4200平行并且相对延伸的其它表面4600，其它表面4600因此同样是光导4095的端部表面。光导4095进一步包括侧表面4300、4400、4500。光导4095还可以为板形状的，例如作为正方形板或者长方形板。
发光设备1020进一步包括设置在光导4095的其它表面4600处的第一镜元件7600以及设置在光导4095的光出射表面4200处的第二镜元件7400。如图所示，第一镜元件7600设置为与光出射表面4200光学接触，并且第二镜元件7600设置为与其它表面4600光学接触。备选地，可以在第一镜元件7600和第二镜元件7400中的一个或者两者与其它表面4600和光出射表面4200之间分别提供间隙。这种间隙可以用例如空气或者光学粘合剂填充。
光导4095的光出射表面4200进一步被提供有四个向内渐窄壁和与其它表面4600平行延伸的中心平坦部分。通过如本文中使用的“渐窄壁”意指光出射表面4200的设置为与光出射表面的(多个)剩余部分和邻近于光出射表面延伸的光导表面两者成不同于零度的角度的壁分段。壁向内渐窄，从而意指光导的横截面朝向出射表面逐渐减小。在这一实施例中，第二镜元件7400设置在光出射表面4200的渐窄壁处并且与渐窄壁光学接触。因此，第二镜元件被提供有对应于并且覆盖光出射表面4200的渐窄壁中的每个渐窄壁的四个分段7410、7420、7430和7410。对应于光出射表面4200的中心平坦部分的穿通开口7520限定了光出射表面4200的透明部分，光可以穿过该透明部分离开，以从发光设备1020发射。
以此方式，提供了发光设备，其中射中第二镜元件的光线改变角方向，使得更多的光线指向光出射表面4200，并且之前由于TIR会留在光导4095内的光线由于角方向的改变现在以小于反射临界角的角度射中光出射表面4200，并且因此可以通过光出射表面4200的穿通开口7520离开光导。因此，由发光设备通过光导4095的光出射表面4200发射的光的强度进一步增加。特别地，当光导是长方形棒体时，将有光线在出射表面处垂直射中第二镜元件，并且因此由于它们在两个镜元件之间保持反弹而不能离开棒体。当一个镜元件向内倾斜时，光线在该镜元件处反射之后改变方向，并且可以经由第二镜元件的透明部分离开光导。因此，这一配置借助于从渐窄壁的反射，提供光朝着光出射表面4200的中心平坦部分并且从而朝着第二镜元件7400中的穿通孔洞7520的经改善的引导。
在备选实施例中，可以提供其它数目的渐窄壁，诸如小于或者大于四个，例如一个、两个、三个、五个或者六个渐窄壁，并且相似地，不是所有渐窄壁都需要被提供有第二镜元件或者其分段。在其它备选方案中，渐窄壁中的一个或者多个渐窄壁可以未被第二镜元件7400覆盖，和/或中心平坦部分可以部分地或者完全地被第二镜元件7400覆盖。
如图所示，层、元件以及区域的尺寸为了说明性目的而被夸大，并且因此被提供为图示本发明的实施例的一般结构。自始至终，相同的附图标记指代相同的元件，使得例如根据本发明的发光设备通常表示为1，而通过将01、02、03等添加到一般附图标记来表示其不同的具体实施例。对于示出了可以被添加到根据本发明的发光设备的实施例中的任何一个实施例的若干特征和元件的图1至图8，已经将“00”添加到除了特定于这些图之一的那些元件之外的所有元件。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明当前优选的实施例。然而，本发明可以以很多不同形式体现并且不应该被解释为限于本文中阐述的实施例；更确切地说，这些实施例被提供用于彻底性和完整性，并且向技术人员充分传达本发明的范围。
现在将在下文中参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明当前优选的实施例。然而，本发明可以以很多不同形式体现并且不应该被解释为限于本文中阐述的实施例；更确切地说，这些实施例被提供用于彻底性和完整性，并且向技术人员充分传达本发明的范围。
以下描述将开始于关于用于根据本发明的发光设备的各种元件和特征的应用、合适的光源以及合适的材料的一般考虑。
随即将参照图1至图8描述可以被添加到根据本发明的发光设备的实施例中的任何一个实施例的若干特征和元件。
最后将参照图9至图19详细描述根据本发明的发光设备的若干具体实施例。
根据本发明的发光设备可以用于包括但不限于以下项的应用中：灯、光模块、灯具、聚光灯、闪光灯、舞台照明、投影仪、数字投影设备、诸如例如机动车辆的车头灯或者车尾灯之类的汽车照明、场地照明、剧场照明、以及建筑照明。
根据本发明的发光设备包括光源，该光源适于在操作中发射具有第一光谱分布的光。此光随后耦合到光导或者波导中。光导或者波导将第一光谱分布的光转换为另一光谱分布，并且将光引导到出射表面。光源原则上可以是任何类型的点光源，但是优选地是固态光源，诸如发光二极管(LED)、激光二极管或者有机发光二极管(OLED)、多个LED或者激光二极管或者OLED、或者LED或者激光二极管或者OLED的阵列。LED原则上可以是任何颜色的LED，但是优选地是蓝光光源，该蓝光光源产生在蓝颜色范围内的光源光，该蓝颜色范围被限定为380nm和495nm之间的波长范围。在另一优选实施例中，光源为UV光源或者紫色光源，即在发射420nm以下的波长范围内发射。在多个LED或者激光二极管或者OLED或者其阵列的情形下，LED或者激光二极管或者OLED原则上可以是两个或者更多不同颜色(诸如但不限于UV、蓝色、绿色、黄色或者红色)的LED或者激光二极管或者OLED。
通常，如本发明中使用的光导是包括在互相垂直的方向上延伸的高度H、宽度W以及长度L的杆状的或者棒状的光导，并且优选地是透明且发光的。
高度H优选<10mm，更优选<5，最优选<2mm。宽度W优选<10mm，更优选<5，更优选<2mm。长度L优选大于宽度W和高度H，更优选地是宽度W的至少2倍或者高度H的至少2倍，最优选地是宽度W的至少3倍或者高度H的至少3倍。高度H:宽度W的高宽比通常为1:1(对于例如一般光源应用)或者1:2、1:3或者1:4(对于例如诸如头灯之类的特殊光源应用)或者4:3、16:10、16:9或者256:135(对于例如显示应用)。
通常如本发明中使用的光导包括光输入表面和光出射表面。光出射表面可以具有任何形状，但是优选地被成形为正方形、长方形、圆形、卵形、三角形、五边形或者六边形。
通常杆状的或者棒状的光导可以具有任何横截面形状，但是优选地具有正方形、长方形、圆形、卵形、三角形、五边形或者六边形的横截面形状。
通常，如本发明中使用的光导是长方体，但是可以被提供有除长方体之外的不同形状，其中光输入表面具有一定程度的梯形形状。通过这样做，光通量可以进一步增强，这可能对于一些应用有利。
用于如本发明中使用的光导的合适材料是蓝宝石、多晶氧化铝和/或诸如具有n＝1.7的折射率的YAG、LuAG之类的非掺杂透明石榴石。此材料(胜于例如玻璃)的附加优点是，其具有良好的热传导性，从而减少局部发热。其它合适材料包括但不限于玻璃、石英以及透明聚合物。在另一实施例中，光导材料是铅玻璃。铅玻璃是玻璃的变种，其中铅代替典型钾玻璃中的钙成分并且以此方式可以增加折射率。普通玻璃具有n＝1.5的折射率，而铅的添加产生了范围高达1.7的折射率。
光导或波导包括用于将光转换到另一光谱分布的发光材料。如本发明中使用的合适的发光材料包括诸如掺杂YAG、LuAG之类的无机磷光体、有机磷光体、有机荧光染料、以及高度适合于本发明的目的的量子点。
量子点是半导体材料的小晶体，通常具有仅几个纳米的宽度或者直径。当被入射光激发时，量子点发射由晶体的尺寸和材料确定的颜色的光。因此通过适配点的尺寸，可以产生特定颜色的光。大多数已知的具有在可见范围内的发射的量子点是基于具有诸如硫化镉(CdS)和硫化锌(ZnS)之类的壳的硒化镉(CdSe)。还可以使用诸如磷化铟(InP)以及铜铟硫(CuInS2)和/或银铟硫(AgInS2)之类的无镉量子点。量子点示出非常窄的发射带并且因此它们示出饱和颜色。此外，发射颜色可以通过适配量子点的尺寸被容易地调谐。本领域已知的任何类型的量子点可以用于本发明中。然而，由于环境安全和关注的原因，可能优选使用无镉量子点或者至少具有非常低的镉含量的量子点。
也可以使用有机荧光染料。可以设计分子结构，使得光谱峰位置可以被调谐。合适的有机荧光染料材料的示例是基于苝衍生物的有机发光材料，例如由BASF以的名称出售的化合物。合适的化合物的示例包括但不限于Red F305、Orange F240、Yellow F083以及F170。
明显地，发光材料还可以是无机磷光体。无机磷光体材料的示例包括但不限于铈(Ce)掺杂的YAG(Y3Al5O12)或者LuAG(Lu3Al5O12)。Ce掺杂的YAG发射淡黄色的光，而Ce掺杂的LuAG发射淡黄绿色的光。发射红光的其它无机磷光体材料的示例可以包括但不限于ECAS和BSSN；ECAS是Ca1-xA1SiN3:Eux，其中0<x≤1，优选地0<x≤0.2；并且BSSN是Ba2-x-zMxSi5- yA1yN8-yOy:Euz，其中M表示Sr或者Ca，0≤x≤1、0<y≤4并且0.0005≤z≤0.05，并且优选地0≤x≤0.2。
根据本发明的优选实施例，发光材料基本上由从包括以下项的组中选择的材料制成：(M<I>(1-x-y)M<II>x M<III>y)3(M<IV>(1-z)M<V>z)5O12——其中M<I>从包括Y、Lu或者其混合物的组中选择，M<II>从包括Gd、La、Yb或者其混合物的组中选择，M<III>从包括Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu或者其混合物的组中选择，M<IV>是A1，M<V>从包括Ga、Sc或者其混合物的组中选择，并且0<x≤1、0<y≤0.1、0<z<1；(M<I>(1-x-y)M<II>x M<III>y)2O3——其中M<I>从包括Y、Lu或者其混合物的组中选择，M<II>从包括Gd、La、Yb或者其混合物的组中选择，M<III>从包括Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu、Bi、Sb或者其混合物的组中选择，并且0<x≤1、0<y≤0.1；(M<I>(1-x-y)M<II>x M<III>y)S(1-z)Se——其中M<I>从包括Ca、Sr、Mg、Ba或者其混合物的组中选择，M<II>从包括Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr、Sb、Sn或者其混合物的组中选择，M<III>从包括K、Na、Li、Rb、Zn或者其混合物的组中选择，并且0<x≤0.01、0<y≤0.05、0≤z<1；(M<I>(1-x-y)M<II>xM<III>y)O——其中M<I>从包括Ca、Sr、Mg、Ba或者其混合物的组中选择，M<II>从包括Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr或者其混合物的组中选择，M<III>从包括K、Na、Li、Rb、Zn或者其混合物的组中选择，并且0<x≤0.1、0<y≤0.1；(M<I>(2-x)M<II>x M<III>2)O7——其中M<I>从包括La、Y、Gd、Lu、Ba、Sr或者其混合物的组中选择，M<II>从包括Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm或者其混合物的组中选择，M<III>从包括Hf、Zr、Ti、Ta、Nb或者其混合物的组中选择，并且0<＝x<＝1；(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或者其混合物的组中选择，M<II>从包括Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm或者其混合物的组中选择，M<III>从包括Hf、Zr、Ti、Ta、Nb或者其混合物的组中选择，并且M<IV>从包括Al、Ga、Sc、Si或者其混合物的组中选择，并且0≤x≤0.1、0≤y≤0.1；或者其混合物。
然而，特别地合适的发光材料是Ce掺杂的钇铝石榴石(YAG,Y 3 Al 5 O 12)和镥铝石榴石(LuAG)。
两个或者更多发光光导中的每个发光光导包括在蓝颜色范围内或者绿颜色范围内或者红颜色范围内的不同中心发射波长。蓝颜色范围被限定在380nm和495nm之间，绿颜色范围被限定在495nm和590nm之间，并且红颜色范围被限定在590nm和800nm之间。
根据本发明的发光设备可以包括用于将由光源发射的光高效率地耦合到光导中的耦合结构或者耦合介质。
耦合结构是具有诸如例如形成波形结构的突出和凹部之类特征的折射结构。耦合结构的特征的典型尺寸是5μm到500μm。特征的形状可以是例如半球形(透镜)、棱柱形、正弦曲线形或者杂乱无章的(例如喷砂的)。通过选择适当的形状，可以调谐耦合到光导中的光的量。折射结构可以通过机械手段制作，诸如通过镌刻、喷砂等。备选地，折射结构可以通过在诸如例如聚合物或者溶胶凝胶材料之类的适当材料中的复制来制作。
备选地，耦合结构可以是衍射结构，其中衍射耦合结构的特征的典型尺寸是0.2μm到2μm。光导内的衍射角θin由光栅方程λ/Λ＝nin·sinθin-nout·sinθout给出，其中λ是LED光的波长，Λ是光栅周期，nin和nout分别是光导内和光导外的折射率，θin和θout分别是光导内的衍射角和光导外的入射角。如果我们为低折射率层和耦合介质假设相同的折射率nout＝1，通过全内反射条件nin sinθin＝nout，我们发现以下条件：λ/Λ＝1-sinθout，即对于法线入射θout＝0，Λ＝λ。通常，不是所有其它角θout都被衍射到光导中。仅如果其折射率nin足够高，这才会发生。从光栅方程得出对于条件nin≥2，如果Λ＝λ，则所有角都被衍射。还可以使用其它周期和折射率，从而导致更少的光被衍射到光导中。此外，一般透射大量的光(0阶)。衍射的光的量依赖于光栅结构的形状和高度。通过选择适当的参数，可以调谐耦合到光导中的光的量。
这种衍射结构最容易通过复制已经通过例如电子束光刻或者全息术制成的结构来制作。复制可以通过像软纳米压印光刻那样的方法完成。
耦合介质可以例如是空气或者另一合适的材料。
现在转到图1，示出了根据本发明的发光设备1000的三维透视图，该发光设备包括适于将具有第一光谱分布的传入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与本文中描述的其余实施例的不同在于，其包括或者被构建为波长转换器结构6000，该波长转换器结构具有UV到蓝色波长转换器形式的第一转换部分61100和适于基于来自第一转换部分61100的蓝光输入发射白光14的磷光体形式的第二转换部分61200。
因此，图1所示的发光设备1000包括发射在UV到蓝色波长范围内的光的多个LED2100、2200、2300形式的光源。LED 2100、2200、2300设置在基体或者基板1500上。
特别地，第一转换部分61100包括掺杂有稀土离子(优选为铕和/或铽)的多晶立方钇铝石榴石(YAG)，而第二转换部分61200为黄色磷光体。优选地，第一转换部分61100是立方体或棒状的。
这一实施例的优势在于，光出射表面的表面区域小于建造包括直接发光LED的光源所需要的表面区域。因此，可以实现光学扩展量的增益。
用于使用蓝色或者UV光源生成白光的备选方案包括但不限于：
-LED发射蓝光，该蓝光在第一转换部分61100中被转换为绿/蓝光，绿/蓝光转而被设置为红色磷光体的第二转换部分转换为白光的；和
-LED发射蓝光，该蓝光在第一转换部分61100中被转换为绿光，绿光转而与红光和蓝光混合以生成白色LED源，其中该混合通过前方设置有漫射器的红色磷光体形式的第二转换部分的方式实现。
优选磷光体的选择连同它们能够发射的最大波长在下面的表1中给出。
磷光体 最大发射波长(nm)
CaGa<sub>2</sub>S<sub>4</sub>:Ce 475
SrGa<sub>2</sub>S<sub>4</sub>:Ce 450
BaA1<sub>2</sub>S<sub>4</sub>:Eu 470
CaF<sub>2</sub>:Eu 435
Bi<sub>4</sub>Si<sub>3</sub>O<sub>12</sub>:Ce 470
Ca<sub>3</sub>Sc<sub>2</sub>Si<sub>3</sub>O<sub>12</sub>:Ce 490
表1
图2和图3示出了根据本发明的包括光导401的发光设备1001，并且光导4015适于将具有第一光谱分布的传入光转换为具有与第一光谱分布不同的第二光谱分布的光。
图2和图3所示的光导401与本文中描述的其余实施例的不同在于，其包括或者被构建为波长转换器结构，该波长转换器结构具有以可转动磷光体轮16形式提供的第二转换部分61200，并且光导4015进一步包括设置在第一转换部分61100和第二转换部分61200或者磷光体轮16之间的耦合元件700。
发光设备1001进一步包括设置在基体或者基板1500上的多个LED 2100、2200、2300形式的光源。
多个LED 2100、2200、2300用于泵激第一转换部分61100(在所示的实施例中由透明材料制成)以便产生具有第三光谱分布的光1700，诸如绿光或者蓝光。在关于转动轴162的转动方向161上转动的磷光体轮16然后用于将光1700转换为具有第二光谱分布的光1400，诸如红光和/或绿光。注意，原则上，光1700和光1400的颜色的任何组合是可行的。
如在横截面侧视图中图示磷光体轮16的图2所示，磷光体轮16在透明模式下使用，即入射光1700在一侧进入磷光体轮16，透射穿过磷光体轮16，并且从形成光出射表面4200的其相反侧发射。
备选地，磷光体轮16可以在反射模式下使用，即使得光从与光进入磷光体轮16所穿过的表面相同的表面发射，参见在横截面顶视图中图示磷光体轮16的图3。
磷光体轮16自始至终可以包括一个磷光体。备选地，磷光体轮16还可以包括无任何磷光体的分段，使得光1700的一部分还可以未经转换而透射。以此方式，继而可以生成其它颜色。在另一备选方案中，磷光体轮16还可以包括多个磷光体分段，例如分别发射黄光、绿光以及红光的磷光体分段，以便创建多颜色光输出。在又一备选方案中，发光设备1001可以适于通过在磷光体轮16上采用像素化的磷光体反射器图案而生成白光。
耦合元件700优选地是适合用于将入射在磷光体轮16上的光1700准直的光学元件，但是还可以是耦合介质或者耦合结构，诸如例如上文描述的耦合介质或者耦合结构700。
发光设备1001此外可以包括附加的透镜和/或准直器。例如，可以定位附加的光学器件以便将由光源2100、2200、2300发射的光和/或由发光设备1001发射的光1400准直。
图4示出了根据本发明的光导402。光导402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。图4所示的光导402与本文中描述的其余实施例的不同在于，其包括光学元件801，该光学元件设置有与光导402的光出射表面4200光学连接的光输入小面806。
光学元件801由具有高折射率的材料制成(优选地为等于或者大于光导402的折射率的折射率)，并且包括四边形横截面和两个渐窄侧面803和804。渐窄侧面803和804自光导402的光出射表面4200向外倾斜，使得光学元件801的光出射小面805具有大于光输入小面806和光导402的光出射表面4200两者的表面区域。光学元件801可以备选地具有多于两个(特别地，四个)渐窄侧面。在优选备选方案中，光学元件801具有圆形横截面和一个周向渐窄侧面。
使用这种设置，光将在倾斜侧面803和804处被反射，并且如果其射中光出射小面805则有大的机会逃逸，因为与光输入小面806相比光出射小面805是大的。侧面803和804的形状还可以是弯曲的并且被选择为使得所有光都通过光出射小面805逃逸。
图5示出了根据本发明的光导403。光导403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。图5所示的光导403与本文中描述的其余实施例的不同在于，其包括光集中元件802，该光集中元件设置在光导403的光出射表面4200处。
光集中元件802由具有高折射率(优选等于或大于光导403的折射率的折射率)的诸如复合材料之类的材料制成，并且包括四边形横截面和两个弯曲侧面803和804。弯曲侧面803和804从光导403的光出射表面4200向外弯曲，使得光集中元件802的光出射表面805具有比光导403的光出射表面4200更大的表面区域。光集中元件802可以备选地具有不止两个(特别地，四个)渐窄侧面。在优选备选方案中，光集中元件802具有圆形横截面和一个周向渐窄侧面。优选地，弯曲侧面803、804是抛物面状的。
在备选方案中，如果具有弯曲侧面803和804的光集中元件802的折射率被选择为低于光导403的折射率(但是大于空气的折射率)，则仍然可以提取可观的光量。这允许与由具有高折射率的材料制成的光集中元件相比，制造起来容易和便宜的光集中元件802。例如，如果光导403具有n＝1.8的折射率，并且光集中元件802具有n＝1.5的折射率(玻璃)，可以实现光输出的因子为2的增益。对于具有n＝1.8的折射率的光集中元件802而言，增益将会高大约10％。
实际上，不是所有光都将被提取，因为在光学元件801或者光集中元件802和外部介质(一般为空气)之间的界面处将存在菲涅耳反射。可以通过使用适当的抗反射涂层(即四分之一λ电介质堆叠或者蛾眼结构)减少这些菲涅耳反射。假设作为光出射小面805之上的位置的函数的光输出不均匀，则利用抗反射涂层的覆盖可以变化(例如通过变化涂层的厚度)。
通过使用图4和图5所示的上述结构中的任何一个结构，解决了与将光从高折射率光导材料提取到低折射率材料(像空气)相关(特别是涉及提取效率)的问题。情况不同于其中提取是向高折射率太阳能电池的发光太阳能集中器中的情况。例如，如果转换器的折射率为n＝1.8，则关于空气的全内反射(TIR)的临界角为34°。具有关于侧表面的法线的这一角或更大角的光将通过TIR被引导至出射表面。然而，具有34°角的光将以56°射中出射表面(关于其法线)，并且将在那里被反射。仅具有小于34°的角(关于出射表面的法线)的光将逃逸。具有在34°和56°之间的角的光将在完美光导中永远循环。
如图5所示的复合抛物面光集中元件(CPC)802的兴趣特征之一在于保持了光的光学扩展量(＝n2x面积x立体角，其中n是折射率)。CPC的光输入小面806的形状和尺寸可以适于光导403的光出射表面4200的形状和尺寸，和/或反之亦然。CPC的一大优势在于，传入光分布被变换为最佳地适配于给定应用的可接受光学扩展量的光分布。CPC的光出射小面805的形状根据期望可以例如为长方形或者圆形。
例如，对于数字投影仪，将对光束的尺寸(高度和宽度)以及发散度有要求。对应光学扩展量将会在CPC中得到保持。在这一情形下，使用具有所使用的显示面板的期望高/宽比的长方形的光输入小面806和光出射小面805的CPC将是有益的。
对于聚光灯应用而言，要求不太严格。CPC的光出射小面805可以是圆形的，但是还可以具有另一形状(例如长方形)以照射特定形状的区域或者照射期望的图案以将这种图案投影在屏幕、墙壁、建筑物、基础设施等上。
虽然CPC提供了很多设计上的灵活性，但是其长度可能相当长。一般，可能设计具有相同性能的更短的光学元件。为此目的，表面形状和/或出射表面可以适于例如具有更弯曲的出射表面以便将光集中。
一个附加的优势在于，CPC可以被用于克服当光导403的尺寸受到LED的尺寸限制并且光出射小面805的尺寸由后续光学部件确定时可能的高宽比失配。
此外，可能放置部分覆盖CPC的光出射小面805的镜(未示出)，例如使用在其中心附近或者中心处具有“孔洞”的镜。以这一方式，CPC的出射平面变窄，光的一部分被反射回到CPC和光导中，并且因此光的出射光学扩展量将减少。这将自然地减少从CPC和光导提取的光量。然而，如果这一镜具有高的反射率，像例如Alanod 4200AG，则光可以有效地被注入回到CPC和光导中，在那里其可以通过TIR再循环。这将不会改变光的角度分布，但是其将更改光在再循环之后会射中CPC出射平面的位置，从而增加光通量。以此方式，通常将被牺牲掉以便减少***光学扩展量的光的部分可以被重新获得并且用于增加例如均匀性。
如果***被用于数字投影应用中，则这是极其重要的。通过以不同方式选择镜，相同CPC和光导的集可以被用于处理使用不同面板尺寸和高宽比的***，而不需要牺牲大量的光。以这一方式，一个单个***可以被用于各种数字投影应用。
在诸如聚光照明和汽车照明的许多应用中，期望获得具有特定形状的光分布，以符合针对这样的应用所给出的特定要求。例如，对于汽车照明，存在法律中指定的与汽车车头灯的照明轮廓有关的要求。而且，出于装饰性或美学原因，获得具有特定形状的光分布可能是期望的。
参照图6至图8，将描述用于提供具有特定形状的光分布的不同可能。
图6示出了根据本发明的光导404的透视图，该光导贯穿其长度成形以便提供经成形的光出射表面4200。光导404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。
如可以看到的，光导404的贯穿光导404的长度延伸的部分4501(特别地，邻近表面4500并且与光输入表面4100相对)已经被移除，以便提供具有对应于光出射表面4200处的光分布的期望形状的形状的光导404，该形状贯穿光导404的整个长度从光出射表面4200延伸到相对的表面4600。
图7示出了根据本发明的光导405的侧视图，该光导在其长度的一部分上被成形以便提供经成形的光出射表面4200。光导405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。
如可以看到的，光导405的在光导405的长度的一部分上延伸的部分4501(特别地，邻近表面4500并且与光输入表面4100相对)已经被移除，以便提供具有对应于光出射表面4200处的光分布的期望形状的形状的光导405，该形状在光导405的长度的邻近光出射表面4200的部分上延伸。
光导的另一部分或者多于一个部分可以被移除，以便提供光出射表面的其它形状。以这一方式可以获得光出射表面的任何可行的形状。而且，光导可以被部分或者完全划分为具有不同形状的几个部分，使得可以获得更复杂的形状。从光导移除的一个或者多个部分可以通过例如锯切、切割等方式移除，接着对移除一个或者多个部分之后暴露的表面进行抛光。在另一备选方案中，可以例如通过钻孔移除光导的中心部分，以便在光出射表面中提供孔洞。
在图8所示的备选实施例中，还可以通过对光导406的光出射表面4200的一部分4201进行表面处理(例如粗糙化)，而保持光出射表面4200的其余部分光滑，来获得具有特定形状的光分布。在这一实施例中，不需要移除光导406的部分。
同样地，用于获得具有特定形状的光分布的以上可能的任何组合都是可行的。
在下面，将参照图911至图124描述根据本发明的发光设备的实施例，在这之后，将参照图135至图1921描述据本发明的用于调光的方法。应该注意，根据本发明的发光设备可以包括任何根据参照图1至图10在上文中描述的实施例的技术特征和/或光导。
图911a和图911b示出了根据本发明的发光设备1的第一实施例在a)全功率模式下(图9a)和b)功率节约模式下(图9b)的两个侧视图。发光设备1包括四个光源21、22、23、24和光导4。
通常，并且不论实施例，发光设备的两个或者多个光源中的每一个光源都是诸如LED之类的固态光源。上文描述了光源并且特别是LED的合适类型。而且注意，根据本发明的发光设备原则上可以包括等于或大于二的任何数目的光源。此外注意，优选地在实施例中，光源发射具有相同光谱分布的光。然而，如下实施例也是可行的，在这些实施例中，光源发射具有两个或者多个不同光谱分布的光，例如分别在红色、绿色、以及蓝色波长范围内。
光源21、22、23、24设置在散热器(优选地例如由诸如铜、铁、以及铝之类的金属制成)形式的基体或者基板(为了简单起见而未示出)上。散热器可以包括用于改进散热的翅片。注意，在其它实施例中，基体或者基板不需要是散热器。还要注意，基体或者基板不是必须的特征，并且在又一些实施例中，因此可以省略基体或者基板。
第一光导4被示出为总体上被成形为杆体或者棒体，该杆体或者棒体具有垂直于彼此延伸的第一光入射表面41和第一光出射表面42，第一光入射表面41基本上平行于主方向延伸，光在第一光导4中在该主方向上被波导，使得光出射表面42为光导4的端部表面。光导4进一步包括与光出射表面42平行并且相对延伸的其它表面46，其它表面46因此同样是光导4的端部表面。光导4进一步包括三个其它侧表面，其中两个其它侧表面在图中用43和44表示，而与第一光输入表面41平行并且相对延伸的表面在图中不可见。光导4还可以是板形的，例如以正方形或者长方形板的形式。光源21、22、23、24设置为沿着第一光输入表面41或者在第一光输入表面41处。因此，光源21、22、23、24设置为沿着第一光导4中的光的主波导方向。
根据本发明的发光设备的备选配置也是可行的，例如其中光出射表面42和其它表面46是互相相对的侧表面并且光输入表面41是端部表面。还要注意，通常第一光输入表面41和第一光出射表面42不需要关于彼此垂直延伸，但是在任何情况下，它们以关于彼此不为零的角度延伸。
此外，第一光导4包括透明材料、发光材料、发光石榴石、掺杂石榴石、光集中材料、或者其组合，在上文描述了合适的材料和石榴石。因此，提供了具有特别好的波长转换性质的光导的发光设备。
例如，在实施例中，第一光导4是透明光导。如本文中使用的术语“透明光导”指的是材料的散射性质并且因此并非材料的吸光度。因此，材料可以是高吸收性的但是可以示出高透明度。透明度可以通过使用材料在该处示出无吸收的波长来测量。可以使用平行光束，并且可以在将样品放置在光束中之前和之后通过在延伸高达2度的角度范围上积分来测量透射的强度。在计算中，减去了界面反射损耗。优选地在实施例中，透明度为至少80％，备选地透明度为至少90％，备选地透明度为至少95％，或者备选地透明度为至少99％。通过提供包括透明材料的光导，提供了如下发光设备，使用该发光设备，进一步降低了光的损耗，因为在光导中更少的光或者甚至没有光被吸收。
然而，优选地在实施例中，第一光导4是透明光导，其包括适于将具有一个光谱分布的光转换为具有另一光谱分布的光的材料。适于将具有一个光谱分布的光转换为具有另一光谱分布的光的材料可以设置在第一光导4的表面处，或者其可以被嵌入在第一光导4中。例如，第一光导4可以是透明光导，其包括一个或者多个发光元件，该一个或者多个发光元件设置在光导处或者光导的表面处，例如设置在光源和第一光导4的光输入表面41之间。
发光设备4进一步包括借助于合适连接91连接到光源的控制设备90。控制设备90可以是本领域中已知的任何合适的控制设备。控制设备90能够控制被供应到光源21、22、23、24的电流，并且从而单独控制光源发射的光的强度。连接91可以是有线连接或者无线连接。
在这一实施例中，发光设备1进一步包括设置在光导4的其它表面46处的第一反射元件76、以及分别设置在第一光导4的表面44和表面43处的第二和第三反射元件77、78。如图所示，反射元件76、77、以及78设置为分别与其它表面46和表面44和43光学接触。备选地，可以分别在第一、第二、以及第三反射元件76、77以及78与其它表面46和表面44和43中的一个或多个之间提供间隙。这种间隙可以使用例如空气或者光学粘合剂填充。注意，在这一实施例中，需要反射元件76以保证实际上仅有一个单个光出射表面。反射元件77、78是可选的。反射元件77、78可以在其中不是所有光源光都被转换为经转换的光的实施例中使用。未被转换的光源光接着被反射元件反射，并且被导向回到光导中，并且可以随后被转换为经转换的光。
第一、第二、以及第三反射元件76、77、以及78可以是任何合适的反射元件，诸如例如镜板、镜箔、或者镜涂层，其可以分别被粘合(例如借助于光学粘合剂)、涂覆、或者沉积到其它表面46和表面44和43上。
第一、第二、以及第三反射元件76、77、以及78(其在图9a 11a中作为镜板示出，作为镜板示出)基本上分别覆盖了其它表面46和表面44和43的完整表面区域。在其它实施例中，第一、第二、以及第三反射元件76、77和78仅分别覆盖其它表面46和表面44和43的表面区域的一部分。
参照图9a 11a和图9b 11b，根据本发明的发光设备通常如下面所解释那样操作。具有第一光谱分布的光由光源21、22、23、24发射。具有第一光谱分布的光接着在第一光输入表面41处耦合到第一光导4中。具有第一光谱分布的光的至少一部分由光导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在第一光出射表面42处耦合出第一光导4，并且从而由发光设备1发射。
在图9a11a所示的全功率模式a)下，所有四个光源21、22、23、24以最大强度发光。在图9b11b所示的功率节约模式b)下，发光设备1借助于根据本发明的方法被调光，使得设置在与第一光出射表面42相距最大距离(即最远)处的两个光源21、22被关闭。在这一情形下，箭头(其一般图示所发射的具有第二光谱分布的光14)的厚度图示所发射的光的强度。
此外注意，在备选实施例中，根据本发明的发光设备还可以包括多于一个光导，即第一光导和一个或者多个其它光导，并且在这种实施例中，光源可以设置在或者可以不设置在每个其它光导的光输入表面处或者光输入表面上。
现在转到图102a和图102b，根据本发明的发光设备101的第二实施例的两个侧视图以a)全功率模式和b)功率节约模式示出。
图120a和图120b所示的发光设备101与图9a 11a和图9b 11b所示的发光设备的首要不同在于第一光导401包括一个其它光出射表面，在所示的实施例中是与第一光出射表面42平行并且相对延伸的表面46。因此，具有第二光谱分布的光141、142从其它光出射表面46和第一光出射表面42两者被发射。
因此在图102a所示的全功率模式a)下，所有四个光源21、22、23、24以最大强度发光。在图102b所示的功率节约模式b)下，发光设备101借助于根据本发明的方法被调光，使得设置为最靠近第一光输入表面41上的点P的两个光源22、23被关闭。点P位于到光出射表面42和46两者的垂直距离尽可能最大的位置处，到光出射表面42和46中的每一个光出射表面的垂直距离被给予相等的权重。即在这一实施例中，点P位于光输入表面41的中心处，但是原则上可以位于通过光输入表面41的中心并且平行于光出射表面42和46延伸的线上的任何位置处。在这一情形下，箭头(其一般图示所发射的具有第二光谱分布的光141、142)的厚度也图示所发射的光的强度。
此外，图120a和图102b所示的发光设备101包括：耦合元件7，设置在表面44处，用于将光源光耦合到第一光导401中；以及耦合介质8，设置在表面43处，用于将光耦合到第一光导401中。合适的耦合结构和耦合介质在上文进行了描述。在备选实施例中，相似的耦合结构或者耦合介质可以设置在第一光输入表面41处。通过提供耦合元件或者耦合介质，提供了如下发光设备，使用该发光设备，由至少两个光源发射的光可以以特别高效的方式并且以特别低的耦合损耗或者可能无耦合损耗地耦合到第一光导中。
备选地或者除此之外，发光设备可以包括至少一个设置在发光设备的表面处的反射元件。
现在转到图113a和图113b，根据本发明的发光设备102的第三实施例的两个侧视图以a)全功率模式和b)功率节约模式示出。
图113a和图113b所示的发光设备102与图9a 11a和图9b 11b所示的发光设备的首要不同在于，第一光导402包括两个其它光出射表面，在所示的实施例中是与第一光出射表面42平行并且相对延伸的表面46以及延伸在第一光出射表面42和表面46之间的表面43。因此，具有第二光谱分布的光141、142、143从两个其它光出射表面43和46和第一光出射表面42两者被发射。
此外，发光设备102包括四乘四(即一共十六)个光源的阵列。注意，在备选实施例中，发光设备可以包括任何其他大小的光源阵列，该光源阵列包括等于或大于二的任何数目的光源。
因此在图113a所示的全功率模式a)下，所有光源21、22、23、24以最大强度发光。在图11b13b所示的功率节约模式b)下，发光设备102借助于根据本发明的方法被调光，使得设置为最靠近第一光输入表面41上的点P的两个光源21、22被关闭。点P位于到光出射表面42、43和46中的每一个光出射表面的垂直距离尽可能最大的位置处，到光出射表面42、43和46中的每一个光出射表面的垂直距离被给予相等的权重。即在这一实施例中，点P位于第一光导4的表面44处，并且在通过光输入表面41的中心并且平行于光出射表面42和46延伸的线上。在这一情形下，箭头(其一般图示所发射的具有第二光谱分布的光141、142、143)的厚度也图示所发射的光的强度。
此外，图11a 13a和图131b所示的发光设备103包括耦合元件7，耦合元件7设置在与其它光出射表面43平行并且相对延伸的表面44处，用于将光源光耦合到第一光导402中。
现在转到图12a 14a和图12b 14b，根据本发明的发光设备103的第四实施例的两个侧视图以a)全功率模式和b)功率节约模式示出。
图12a 14a和图12b 14b所示的发光设备103与图11a 13a和图11b13b所示的发光设备的首要不同在于，第一光导403包括三个其它光出射表面，在所示的实施例中是与第一光出射表面42平行并且相对延伸的表面46以及在第一光出射表面42和表面46之间延伸的表面43和44。因此，具有第二光谱分布的光141、142、143、144从三个其它光出射表面43、44、以及46和第一光出射表面42两者被发射。
因此在图12a 14a所示的全功率模式a)下，所有光源21、22、23、24以最大强度发光。在图12b 14b所示的功率节约模式b)下，发光设备103借助于根据本发明的方法被调光，使得设置为最靠近第一光输入表面41上的点P的光源21、22(即如示出的设置在阵列中心的光源)被关闭。点P位于到光出射表面42、43、44、以及46中的每一个光出射表面的垂直距离尽可能最大的位置处，到光出射表面42、43、44、以及46中的每一个光出射表面的垂直距离被给予相等的权重。即在这一实施例中，点P位于第一光导4的光输入表面41的中心处。因此，箭头(其一般图示所发射的具有第二光谱分布的光141、142、143、144)的厚度图示所发射的光的强度。
下面将描述根据本发明的方法的实施例。
通常，用于对根据本发明的发光设备进行调光的方法包括以下步骤：提供根据本方面的发光设备，并且该发光设备包括适于在操作中发光的至少两个光源、包括第一光输入表面和第一光出射表面的第一光导，第一光导适于在第一光输入表面处接收来自至少两个光源的光，将来自至少两个光源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到第一光出射表面，并且将具有第二光谱分布的光从第一光出射表面耦合出来，至少两个光源设置在与第一光导的第一光出射表面相距相互不同的距离处；并且以相距第一光导的第一光出射表面的距离顺序对至少两个光源中的光源进行调光。换句话说，光源优选地例如逐个光源地被调光，从至少两个光源中的设置在与第一光导的第一光出射表面相距最大距离处的光源开始。
备选地，在同一时刻对多于一个光源进行调光，例如从设置在与第一光导的第一光出射表面相距最大距离处的光源开始，同时对两个光源进行调光，并且另外两个光源也是同时被调光，但是是在与第一两个光源不同的另一时刻。
在根据本发明的方法的所有实施例中，光源是诸如单个LED之类的单个光源。合适类型的光源并且特别是LED在上文进行了描述。
在一些实施例中，方法可以包括提供控制设备90的步骤。接着，借助于控制设备90执行调光步骤(参见图911a至图11b)，控制设备90借助于合适的连接91连接到光源。控制设备90可以是本领域已知的任何合适的控制设备。控制设备90能够单独地控制光源21、22、23、24。连接91可以是有线连接或者无线连接。控制设备90可以手动、远程、或者自动制动。
在实施例中，调光步骤包括关闭至少两个光源中的至少一个光源，从而使其它调光程度变得可能。
在实施例中，调光步骤包括将具有互相不同大小的至少两个连续直流电压(DC)电流依次应用到至少两个光源中的至少一个光源的步骤。在实施例中，调光步骤使用对被供应到至少两个光源中的至少一个光源的电流的脉冲宽度调制来执行。
通过两个上述实施例中的任何一个实施例的方式，提供了如下用于对发光设备进行调光的方法，使用该方法以特别简单并且直接的方式使各种各样的调光程度变得可得。
在其中使用了数字光处理(DLP)/数字微镜设备(DMD)的投影应用中，以足够高的速率依次显示颜色(例如RGB)，使得观察者看到合成“全彩”图像。这意味着例如绿色光源被脉冲化。因此，在一些实施例中，使用了非连续(DC)电流。脉冲宽度调制还可以在颜色可控光源中使用。连续电流一般用于静态LED光源。
在实施例中，发光设备包括多个光源，并且调光步骤包括从设置在与第一光导的第一光出射表面相距最大距离处的至少两个光源的组开始，逐个组地对多个光源中的至少两个光源的组进行调光。因此，提供了如下用于对发光设备进行调光的方法，使用该方法使又一些各种各样的调光程度变得可能，因为可以成组地对光源进行调光，例如两个两个地或者四个四个地。
现在转到图13a15a至图13d15d，图示了根据本发明的方法的调光步骤的第一实施例，其中调光通过如下方式执行，即从设置在与第一光导的第一光出射表面相距最大距离(即最远)处的光源开始，逐个光源地关闭至少两个光源。
从图13a 15a开始，所有示出的四个光源以最大强度发射，并且发光设备处于全功率模式下。分别在图135b、图13c 15c、以及图13d15d中示出了三个不同的功率节约模式。在图13b 15b中，通过关闭离第一光导的第一光出射表面最远的光源21，获得了第一调光程度。在图13c 15c和图13d 15d中，通过附加地关闭离第一光导的第一光出射表面第二远的光源22，并且随后附加地关闭离第一光导的第一光出射表面第三远的光源23，获得了其它调光程度，并且如图135d所描绘的，在这一调光模式下，仅最靠近第一光导的第一光出射表面的光源24被打开。
图14a16a至图14d 16d图示了根据本发明的方法的调光步骤的第二实施例，其中调光通过如下方式执行，即从设置在与第一光导的第一光出射表面相距最大距离(即最远)处的光源开始，逐个光源地减少(或者换句话说调暗但不关闭)至少两个光源的发射强度。
从图14a16a开始，所有示出的四个光源以最大强度发射。发光设备处于全功率模式下。分别在图14b16b、图14c 16c、以及图14d 16d中示出了三个不同的功率节约模式。在图14b 16b中，通过调暗离第一光导的第一光出射表面最远的光源21使得其以减少的强度发光，获得了第一调光程度。在图14c 16c和图14d 16d中，通过首先附加地调暗离第一光导的第一光出射表面第二远的光源22，并且随后附加地调暗离第一光导的第一光出射表面第三远的光源23，以便以与光源21相同的减少的强度发射，获得了其它调光程度(即由发光设备产生的其它减少的光强度水平)。
以这一方法，可能获得各种各样的调光自由度，因为光源可以被调光到在从零到光源可以发射的最大可能强度的区间内的任何期望的强度。而且，获得了大得多的效率，因为对发光设备进行调光以更精确地满足给定的要求和情况变得可能。此外，通过首先对离光出射表面最远并且对吸收损耗和低能量效率贡献最大的光源进行调光，获得了更高能量效率的发光设备。
图15a17a至图15c 17c图示了根据本发明的方法的调光步骤的第三实施例，其中调光通过如下方式执行，即从设置在与第一光导的第一光出射表面相距最大距离(即最远)处的两个光源开始，两个两个光源地(即成对地)减少(或者换句话说调暗但不关闭)至少两个光源的发射强度。
从图15a17a开始，所有示出的四个光源以最大强度发射。发光设备处于全功率模式下。分别在图15b 17b和图15c 17c中示出了两个不同的功率节约模式。在图15b 17b中，通过调暗离第一光导的第一光出射表面最远的两个光源21和22以便以减少的强度发射，获得了第一调光程度。在图15c 17c中，通过关闭离第一光导的第一光出射表面最远的两个光源21和22并且同时调暗离第一光导的第一光出射表面第二远的两个光源23和24使得光源23和24以减少的强度发光，获得了其它调光程度(即由发光设备发射的光强度的进一步减少)。
图16a18a至图16d 18d图示了根据本发明的方法的调光步骤的第四实施例，其中调光通过如下方式执行，即从设置在与第一光导的第一光出射表面相距最大距离(即最远)处的光源开始，逐个光源地逐渐减少(或者换句话说逐渐调暗但不关闭)至少两个光源的发射强度。
从图6a18a开始，所有示出的四个光源以最大强度发射。发光设备处于全功率模式下。分别在图16b18b、图168c、以及图16d18d中示出了三个不同的功率节约模式。在图16b18b中，通过调暗离第一光导的第一光出射表面最远的光源21使得其以减少的第一强度发光，获得了第一调光程度。在图16c 18c中，通过进一步调暗光源21使得其以进一步减少的第二强度发光(其中第二强度低于第一强度)，并且通过还调暗离第一光导的第一光出射表面第二远的光源22使得光源22以减少的第三强度发光，获得了其它调光程度。在图16d 18d中，通过进一步调暗光源21和22两者以及通过调暗离第一光导的第一光出射表面第三远的光源23，获得了其它调光程度。
因此，四个光源21、22、23、24以低于最大可能强度的互相不同的强度发射，使得给定的光源设置得离第一光出射表面越远，该光源发射的强度越低。换句话说，光源21发射的强度是最低的，光源22发射的强度稍微大于光源21发射的强度，光源23发射的强度稍微大于光源22发射的强度，并且光源24发射的强度稍微大于光源23发射的强度。可行的是，两个或者多个相邻光源(例如光源22和23)发射的强度的大小是可比拟的。
调暗可以通过减少光源发光的强度和/或通过关闭该光源获得。实际上，调光借助于控制设备获得。为了这一目的，控制设备通常适于更改(特别地，减少)输送到单独光源的功率(即电流)的量。
图1719至图1921示出了由光源发射的光的强度作为时间的函数的图，这些图图示了在调光步骤中进行的更改输送到光源的功率(即电流)的量的不同实施例的对光源发射的强度的影响。
在第一实施例中，输送到光源的电流简单地在特定时间点被关闭，在该时间点，图1719所示的图示出强度下降到零。
在第二实施例中，输送到光源的电流通过应用不同的恒定电流水平(特别是DC电流水平)来输送，电流在特定的时间点连续降低，在这些时间点，图1820所示的图示出了强度下降到终止于零的连续更低水平。
在第三实施例中，输送到光源的电压或者电流通过使用脉冲宽度调制来更改，图1921所示的图通过具有减少的强度的时间段对其进行图示，其中时间段的长度确定期望的调光程度。
LED可以以两种方式被调光：模拟调光和脉冲宽度调制(PWM)调光。模拟调光通过简单地调整线路中的DC电流来改变LED光输出，而PWM调光通过变化线路中的恒定电流的占空比以便有效地改变线路中的平均电流来实现相同的效果。如果在短的持续时间内，LED在50％的时间内被打开并且在50％的时间内被关闭，LED将表现出一半的亮度，因为在持续时间内总的光输出仅为100％开启时间的一半那么多。在这一点上，占空比指的是脉冲在周期的持续时间内为“开”的总时间量，因此在50％的亮度下，LED的占空比是50％。通过增加占空比来增加LED的强度。
适于执行根据本发明的方法的发光设备可以用于各种各样的用具中，诸如但不限于投影仪、汽车照明***、灯、以及灯具。
本领域技术人员意识到，本发明决不限于上文描述的优选实施例。相反地，很多修改和变化可能在所附权利要求的范围内。例如，根据本发明的发光设备可以包括本文描述的不同类型光导的组合和/或不同类型光源的组合。同样地，根据本发明的方法可以包括用于获得发光设备的调光的不同可能步骤的组合。
此外，对所公开的实施例的变化可以由技术人员在实践所要求保护的发明中，从学习附图、公开内容以及所附权利要求中理解和实现。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元素或者步骤，并且不定冠词“一(a)”或者“一个(an)”不排除多个。仅凭在互相不同的从属权利要求中记载某些措施的事实不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims (17)

1.一种发光设备，包括：
至少两个光源(21、22、23、24)，适于在操作中发射具有第一光谱分布的光，第一光导(4)，包括：第一光输入表面(41)，设置为平行于所述第一光导(4)的主波导方向；和第一光出射表面(42)，关于所述第一光输入表面(41)成不为零的角度延伸，所述第一光导适于在所述第一光输入表面处接收具有所述第一光谱分布的所述光，将具有所述第一光谱分布的所述光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)引导到所述第一光出射表面(42)，并且将具有所述第二光谱分布的所述光(14)从所述第一光出射表面(42)耦合出来，所述至少两个光源(21、22、23、24)设置在与所述第一光导(4)的所述第一光出射表面(42)相距相互不同的距离处，以及
控制设备(90)，适于从所述至少两个光源(21、22、23、24)中的设置在与所述第一光导(4)的所述第一光出射表面(42)相距最大距离处的光源开始对所述发光设备进行调光。
2.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述控制设备(90)适于逐个光源地对光源进行调光。
3.根据以上权利要求中的任一项所述的发光设备，其中所述发光设备包括多个光源，并且其中所述控制设备(90)进一步适于对所述多个光源中的至少两个光源进行调光，以便发射不同强度水平的光，所述强度水平随着每个光源和所述第一光导的所述第一光出射表面之间的距离的增加而降低。
4.根据权利要求1或者2所述的发光设备，其中所述发光设备包括多个光源，并且其中所述控制设备(90)进一步适于从所述多个光源中的设置在与所述第一光导的所述第一光出射表面相距最大距离处的至少两个光源的组开始对至少两个光源的组进行调光。
5.根据权利要求4所述的发光设备，其中所述控制设备(90)适于逐个组地对至少两个光源的组进行调光。
6.根据权利要求4所述的发光设备，其中所述控制设备(90)进一步适于从所述多个光源中的设置在与所述第一光导的所述第一光出射表面相距最大距离处的至少两个光源的组开始逐个组地关闭至少两个光源的组。
7.根据权利要求1-2和5-6中的任一项所述的发光设备，其中所述发光设备的所述第一光导(4)包括至少一个其它光出射表面(43、44、46)，并且其中所述控制设备(90)进一步适于从所述至少两个光源中的设置为最靠近所述第一光输入表面(41)上的点(P)的光源开始逐个光源地对所述至少两个光源进行调光，所述点(P)位于到所述光出射表面(42、43、44、46)中的每一个光出射表面的垂直距离尽可能最大的位置处，到所述光出射表面中的每一个光出射表面的所述垂直距离被给予相等的权重。
8.根据权利要求1-2和5-6中的任一项所述的发光设备，其中所述控制设备(90)进一步适于以下中的任何一项或者多项：
关闭所述至少两个光源中的至少一个光源，
将具有互相不同的大小的至少两个连续的直流电压(DC)电流依次应用到所述至少两个光源中的至少一个光源，以及
对供应到所述至少两个光源中的至少一个光源的电流使用脉冲宽度调制。
9.一种用于对发光设备进行调光的方法，所述方法包括以下步骤：
提供发光设备(1)，所述发光设备包括：至少两个光源(21、22、23、24)，适于在操作中发射具有第一光谱分布的光；第一光导(4)，包括设置为平行于所述第一光导(4)的主波导方向的第一光输入表面(41)、和关于所述第一光输入表面(41)成不为零的角度延伸的第一光出射表面(42)，所述第一光导适于在所述第一光输入表面处接收具有所述第一光谱分布的所述光，将具有所述第一光谱分布的所述光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)引导到所述第一光出射表面(42)，并且将具有所述第二光谱分布的所述光(14)从所述第一光出射表面(42)耦合出来，所述至少两个光源(21、22、23、24)设置在与所述第一光导(4)的所述第一光出射表面(42)相距相互不同的距离处，并且
对所述至少两个光源(21、22、23、24)中的设置在与所述第一光导(4)的所述第一光出射表面(42)相距最大距离处的光源进行调光。
10.根据权利要求9所述的方法，其中调光的步骤包括逐个光源地对所述至少两个光源进行调光。
11.根据权利要求9或者10所述的方法，包括以下其它步骤：
提供控制设备(90)，所述控制设备适于执行对所述至少两个光源进行调光的步骤，以及
借助于所述控制设备来执行对所述至少两个光源进行调光的步骤。
12.根据权利要求9或者10所述的方法，其中所述发光设备包括多个光源，并且其中调光的步骤包括对所述多个光源中的至少两个光源进行调光，以便发射不同强度水平的光，所述强度水平随着每个光源和所述第一光导的所述第一光出射表面之间的距离的增加而降低。
13.根据权利要求9或者10所述的方法，其中所述发光设备包括多个光源，并且其中调光的步骤包括从所述多个光源中的设置在与所述第一光导的所述第一光出射表面相距最大距离处的至少两个光源的组开始逐个组地对至少两个光源的组进行调光。
14.根据权利要求9或者10所述的方法，其中所述发光设备的所述第一光导(4)包括至少一个其它光出射表面(43、44、46)，并且其中调光的步骤包括从所述至少两个光源中的设置为最靠近所述第一光输入表面上的点(P)的光源开始逐个光源地对所述至少两个光源进行调光，所述点(P)位于到所述光出射表面中的每一个光出射表面的垂直距离尽可能最大的位置处，到所述光出射表面中的每一个光出射表面的垂直距离被给予相等的权重。
15.一种灯，包括根据权利要求1至8中的任一项所述的发光设备。
16.一种灯具，包括根据权利要求1至8中的任一项所述的发光设备。
17.一种投影仪，包括根据权利要求1至8中的任一项所述的发光设备。
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