СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ПРИБОР Российский патент 2018 года по МПК G02B6/00 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к светоизлучающему прибору, содержащему источник света, выполненный с возможностью испускания во время работы света с первым спектральным распределением, и световод, выполненный с возможностью преобразования света с первым спектральным распределением в свет со вторым спектральным распределением.

ПЕРДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Высокоинтенсивные источники света и особенно высокоинтенсивные источники белого света представляют интерес для различных приложений, включая узконаправленные световые приборы, автомобильные фары или налобные фонари, сценическое освещение и цифровое проецирование. Для этих целей можно использовать так называемые люминесцентные концентраторы, в которых в высокопрозрачном люминесцентном материале свет более коротких длин волн преобразуется в свет более длинных волн. Для того чтобы внутри люминесцентного материала получить свет более длинных волн, такой прозрачный люминесцентный материал освещают светодиодами. Преобразованный свет, который будет направлен волноводом в этот люминесцентный материал и извлечен с поверхности, приводит к усилению интенсивности или, другими словами, к увеличению яркости.

Такие источники света представляют интерес для таких приложений, как точечное освещения и сценическое освещение. Однако, несмотря на то, что такие источники света могут быть эффективно использованы для получения зеленого, желтого и оранжевого света, посредством такого источника света трудно получить хорошо смешанный белый свет.

Документ WO 2012/056382 Al описывает в одном варианте осуществления световой прибор, содержащий множество волноводов и два источника света. Световоды снабжены находящимся в волноводе люминесцентным материалом. Люминесцентные материалы каждого волновода могут быть взаимно различными, и выполнены с возможностью преобразования света от источника света в излучение люминесцентного материала.

Однако в таком световом приборе смешение света от источников света и от излучения люминесцентного материал, то есть смешение различных цветов света, является неэффективным и неудовлетворительным, а, кроме того, при этом увеличен оптический фактор.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы преодолеть эту проблему и обеспечить светоизлучающий прибор, имеющий альтернативную конструкцию, которая обеспечивает эффективное и полное смешение света различных цветов, и посредством которого может быть получен белый свет высокого качества и при низком оптическом факторе.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения эта и другие цели достигаются с помощью светоизлучающего прибора, содержащего по меньшей мере один первый источник света, выполненный с возможностью испускания во время работы первого света с первым спектральным распределением, при этом первое спектральное распределение имеет пиковую длину волны в диапазоне от 430 нм до 480 нм, по меньшей мере один второй источник света, выполненный с возможностью испускания во время работы второго света со вторым спектральным распределением, при этом второе спектральное распределение имеет пиковую длину волны в диапазоне от 350 нм до 410 нм, и световод, содержащий по меньшей мере одну первую поверхность входа света, по меньшей мере одну вторую поверхность входа света и первую поверхность выхода света, при этом упомянутые по меньшей мере одна первая поверхность входа света и первая поверхность выхода света простираются по отношению друг к другу под отличным от нуля углом, световод выполнен с возможностью приема первого света с первым спектральным распределением на упомянутой по меньшей мере одной первой поверхности входа света, преобразования по меньшей мере части первого света с первым спектральным распределением в третий свет с третьим спектральным распределением, при этом третье спектральное распределение имеет пиковую длину волны в диапазоне от 500 нм до 800 нм, направления третьего света с третьим спектральным распределением к первой поверхности выхода света и вывода по меньшей мере части третьего света с третьим спектральным распределением из первой поверхности выхода света, причем световод дополнительно выполнен с возможностью приема второго света со вторым спектральным распределением на упомянутой по меньшей мере одной второй поверхности входа света, направления второго света со вторым спектральным распределением к первой поверхности выхода света и вывода по меньшей мере части второго света со вторым спектральным распределением из первой поверхности выхода света, при этом светоизлучающий прибор дополнительно содержит люминесцентный элемент, расположенный смежно с первой поверхностью выхода света, причем, люминесцентный элемент выполнен с возможностью преобразования по меньшей мере части второго света со вторым спектральным распределением в четвертый свет с четвертым спектральным распределением, при этом четвертое спектральное распределение имеет пиковую длину излучения в диапазоне от 430 нм до 500 нм.

Благодаря обеспечению по меньшей мере одного первого источника света, выполненного с возможностью испускания во время работы первого света с первым спектральным распределением, при этом первое спектральное распределение имеет пиковую длину волны в диапазоне от 430 нм до 480 нм, и по меньшей мере одного второго источник света выполненного с возможностью испускания во время работы второго света со вторым спектральным распределением, при этом второе спектральное распределение имеет пиковую длину волны в диапазоне от 350 нм до 410 нм, а также обеспечением люминесцентного элемента, расположенного смежно с первой поверхностью выхода света, и выполненного с возможностью преобразования по меньшей мере части второго света со вторым спектральным распределением в четвертый свет с четвертым спектральным распределением, при этом четвертое спектральное распределение имеет пиковую длину волны в диапазоне от 430 нм до 500 нм, причем оставшийся свет/спектральные распределения будут пропускаться без преобразования этим люминесцентным элементом, обеспечен светоизлучающий прибор, эффективно и полно смешивающий свет различных цветов, и тем самым получается белый свет высокого качества и низкий оптический фактор.

Кроме того, благодаря обеспечению световода, выполненного с возможностью преобразования по меньшей мере части не введенного света в преобразованный свет с другим спектральным распределением, обеспечен световод, в котором очень большое количество преобразованного света будет оставаться в световоде, этот свет может быть «извлечен» из одной из поверхностей, что, в свою очередь, ведет к очень высокому усилению интенсивности.

Также, благодаря обеспечению первой поверхности выхода света, простирающейся под отличным от нуля углом к первой поверхности входа света, получен светоизлучающий прибор, в котором в световод вводится больше света, и в котором посредством полного внутреннего отражения больше света направляется к соответствующим поверхностям выхода света. Это, в свою очередь, значительно снижает количество света, потерянного при выходе из световода через другие поверхности, чем первая поверхность выхода света, и таким образом увеличивает интенсивность света, испущенного через первую поверхность выхода света.

В одном варианте осуществления световод содержит по меньшей мере две первые поверхности входа света, при этом каждая из упомянутых по меньшей мере двух первых поверхностей входа света простирается по отношению к первой поверхности выхода света под отличным от нуля углом, а световод выполнен с возможностью приема первого света с первым спектральным распределением на каждой из упомянутых по меньшей мере двух первых поверхностей входа света, преобразования по меньшей мере части первого света с первым спектральным распределением в третий свет с третьим спектральным распределением, при этом третье спектральное распределение имеет пиковую длину волны в диапазоне от 500 нм до 800 нм, направления третьего света с третьим спектральным распределением к первой поверхности выхода света и вывода по меньшей мере части третьего света с третьим спектральным распределением из первой поверхности выхода света.

Тем самым обеспечен светоизлучающий прибор, посредством которого можно накачивать световод все бóльшим числом первых источников света, что, в свою очередь обеспечивает повышенное усиление светового выхода и, таким образом, повышенное усиление интенсивности а, кроме того, очень высокую яркость света, испущенного этим светоизлучающим прибором.

В одном варианте осуществления светоизлучающий прибор дополнительно содержит элемент ввода, расположенный у второй поверхности входа света, причем элемент ввода выполнен с возможностью ввода в световод второго света со вторым спектральным распределением.

Благодаря обеспечению такого элемента ввода, которым снабжен светоизлучающий прибор, второй свет, испущенный упомянутым по меньшей мере одним вторым источником света, может быть введен в световод очень эффективным образом и с очень низкими потерями на вводе или, возможно, вообще без потерь.

В одном варианте осуществления светоизлучающий прибор дополнительно содержит первый оптический элемент, расположенный у первой поверхности входа света, причем, первый оптический элемент выполнен с возможностью пропускания света в диапазоне длин волн от 430 нм до 480 нм и отражения света с длиной волны, большей, чем 480 нм.

Благодаря обеспечению такого первого оптического элемента, которым снабжен светоизлучающий прибор, в световод вводится первый свет с очень четко заданным первым спектральным распределением. Это, в свою очередь, обеспечивает очень высокую степень преобразования первого света в световоде и очень высокую степень пропускания преобразованного первого света, то есть, третьего света в люминесцентном элементе и, таким образом, очень четко заданное спектральное распределение света, испущенного светоизлучающим прибором, и очень высокое качество белого света.

В одном варианте осуществления светоизлучающий прибор дополнительно содержит второй оптический элемент, расположенный у второй поверхности входа света, причем второй оптический элемент выполнен с возможностью пропускания света в диапазоне длин волн от 350 нм до 410 нм и отражения света с длиной волны, большей, чем 430 нм.

Благодаря обеспечению такого второго оптического элемента, которым снабжен светоизлучающий прибор, в световод вводится второй свет с очень четко заданным вторым спектральным распределением. Это, в свою очередь, обеспечивает очень высокую степень пропускания второго света в световоде и очень высокую степень преобразования второго света в люминесцентном элементе и, следовательно, в свою очередь, очень четко заданное спектральное распределение света, испущенного светоизлучающим прибором, и очень высокое качество белого света.

В одном варианте осуществления упомянутый по меньшей мере один первый источник света выполнен в оптическом контакте с упомянутой по меньшей мере одной первой поверхностью входа света.

В одном варианте осуществления упомянутый по меньшей мере один второй источник света выполнен в оптическом контакте со второй поверхностью входа света.

Тем самым обеспечен светоизлучающий прибор, посредством которого свет, испущенный, соответственно, первыми источниками света и вторыми источниками света, может быть принят, соответственно, на первой поверхности входа света и на второй поверхности входа света световода очень эффективным образом и с очень низкими потерями на вводе или, возможно, вообще без потерь.

В одном варианте осуществления люминесцентный элемент имеет максимальную оптическую плотность в диапазоне длин волн от 430 до 480 нм, являющейся в 10 раз большей, в 30 раз большей или в 50 раз большей, чем его максимальная оптическая плотность в диапазоне от 350 нм до 410 нм.

В других вариантах осуществления люминесцентный элемент имеет оптическую плотность более 1, более 1,2, более 1,3 или более 1,5 в диапазоне длин волн от 350 нм до 410 нм.

Тем самым в люминесцентном элементе преобразуется очень большое количество второго света и, в свою очередь, достигается очень четко заданное спектральное распределение света, испущенного светоизлучающим прибором. Заметим, что в основном увеличение оптической плотности люминесцентного элемента в диапазоне длин волн от 350 нм до 410 нм приводит к увеличению второго света, который подвергается преобразованию.

В одном варианте осуществления световод имеет оптическую плотность менее 0,2 в диапазоне длин волн от 350 нм до 410 нм.

В других вариантах осуществления световод имеет оптическую плотность менее 0,15, менее 0,1 или менее 0,01 в диапазоне длин волн от 350 нм до 410 нм.

Тем самым через световод к люминесцентному элементу пропускается очень большое количество второго света без потерь и, в свою очередь, достигается очень четко заданное спектральное распределение света, испущенного светоизлучающим прибором. Заметим, что, в основном, чем меньше оптическая плотность люминесцентного элемента в диапазоне длин волн от 350 нм до 410 нм, тем большее количество второго света пропускается.

В одном варианте осуществления световод имеет оптическую плотность более 0,5, более 0,7, более 0,8 или более 0,9 в диапазоне длин волн от 430 нм до 480 нм, когда на или у поверхности, противоположной упомянутому по меньшей мере одному первому источнику света, присутствует отражатель и/или отражательный компонент.

В других вариантах осуществления, когда со стороны противоположной упомянутому по меньшей мере одному первому источнику света не присутствует отражательный компонент, световод имеет оптическую плотность более 1, более 1,2 или более 1,5 в диапазоне длин волн от 430 нм до 480 нм.

Тем самым в световоде преобразуется очень большое количество первого света и, в свою очередь, достигается очень четко заданное спектральное распределение света, испущенного светоизлучающим прибором. Заметим, что, в основном увеличение оптической плотности световода в диапазоне длин волн от 430 нм до 480 нм приводит к увеличению первого света, который подвергается преобразованию.

В варианте осуществления световод является одним из люминесцентного, светоконцентрирующего, выполненного из граната световода и любой их комбинацией.

Благодаря обеспечению люминесцентного световода предоставлен светоизлучающий прибор, имеющий очень высокие и эффективные свойства преобразования света.

Благодаря обеспечению светоконцентрирующего световода предоставлен светоизлучающий прибор, испускающий свет, имеющий очень высокую яркость.

Благодаря обеспечению световода, выполненного из граната или из другого прозрачного люминесцентного материала, предоставлен светоизлучающий прибор, имеющий очень высокие и эффективные свойства по проведению света.

В варианте осуществления по меньшей мере один первый источник света является СИД, лазерным диодом или ОСИД.

В варианте осуществления по меньшей мере один второй источник света является СИД, лазерным диодом или ОСИД.

Изобретение дополнительно относится к лампе, светильнику или осветительной системе, содержащей светоизлучающий прибор в соответствии с изобретением, причем, лампа, светильник или система используются в одном или более следующих приложений: цифровое проецирование, автомобильное освещение, сценическое освещение, освещение магазинов, домашнее освещение, направленное освещение, точечное освещение, театральное освещение, оптоволоконное освещение, системы отображения, сигнальные световые системы, приложения медицинского освещения, освещение в микроскопии, освещение в аналитическом оборудовании, приложения декоративного освещения.

Заметим, что изобретение относится ко всем возможным комбинациям признаков, перечисленных в пунктах формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут теперь описаны более подробно, со ссылками на прилагаемые чертежи, показывающие вариант (варианты) осуществления изобретения.

Фиг. 1 показывает вид в поперечном разрезе светоизлучающего прибора, содержащего люминофорное колесо.

Фиг. 2 показывает вид сбоку световода, который на поверхности выхода снабжен оптическим элементом.

Фиг. 3 показывает вид в перспективе световода, которому по всей его длине придана такая форма, чтобы обеспечить поверхность выхода света определенной формы.

Фиг. 4 показывает вид сбоку световода, которому на части его длины придана такая форма, чтобы обеспечить поверхность выхода света определенной формы.

Фиг. 5 показывает вид сбоку осветительной системы со световодом и с дополнительными источниками света, и которая снабжена фильтром и дихроичным оптическим элементом.

Фиг. 6A и 6B показывают световоды, снабженные теплоотводящим элементом, расположенным рядом с поверхностью световода.

Фиг. 7 показывает вид в перспективе светоизлучающего прибора, имеющего сужающуюся поверхность выхода света.

Фиг. 8 показывает вид в перспективе первого варианта осуществления светоизлучающего прибора в соответствии с изобретением.

Фиг. 9 показывает вид сверху светоизлучающего прибора с фиг. 13.

Фиг. 10 показывает график, иллюстрирующий оптическую плотность световода светоизлучающего прибора в варианте осуществления в соответствии с изобретением как функцию длины волны света, направляемого световодом.

Фиг. 11 показывает вид сверху второго варианта осуществления светоизлучающего прибора в соответствии с изобретением.

Фиг. 12 показывает вид сверху третьего варианта осуществления светоизлучающего прибора в соответствии с изобретением.

Фиг. 13 показывает вид сверху четвертого варианта осуществления светоизлучающего прибора в соответствии с изобретением.

Фиг. 14 показывает вид сверху пятого варианта осуществления светоизлучающего прибора в соответствии с изобретением.

В том виде, как они показаны на чертежах, размеры слоев, элементов и областей являются преувеличенными в иллюстративных целях и, таким образом, указаны для того, чтобы иллюстрировать общие конструкции вариантов осуществления по настоящему изобретению. Одинаковые ссылочные позиции везде относятся к одинаковым элементам, так что, например, светоизлучающий прибор по настоящему изобретению в целом обозначен «1», в то время как различные конкретные варианты его осуществления обозначены посредством наращивания общей ссылочной позиции: «01», «02», «03» и так далее. Что касается фиг. с 1 по 7, показывающих ряд признаков и элементов, которые могут быть добавлены к любому из вариантов осуществления светоизлучающего прибора в соответствии с изобретением, то ко всем элементам, за исключением тех, которые характерны лишь для одного из этих чертежей, добавлено «00».

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Теперь настоящее изобретение будет далее описано более подробно со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых показаны предпочтительные в настоящее время варианты осуществления изобретения. Однако данное изобретение может быть реализовано во многих других формах и не должно истолковываться как ограниченное изложенными здесь вариантами осуществления: эти варианты осуществления предоставлены, скорее, для широты и завершенности и полностью передают объем изобретения специалистам в данной области.

Нижеследующее описание будет начинаться с общих соображений относительно приложений, пригодных источников света и подходящих материалов для различных элементов и конструктивных признаков светоизлучающего прибора в соответствии с изобретением.

Вслед за этим со ссылками на фиг. с 1 по 7 будут описаны некоторые конструктивные признаки и элементы, которые могут быть добавлены к любому одному из вариантов осуществления светоизлучающего прибора по настоящему изобретению.

И, наконец, со ссылками на фиг. с 8 по 14 будет подробно описан ряд конкретных вариантов осуществления светоизлучающего прибора в соответствии с изобретением.

Источники света, которые являются частью вариантов осуществления в соответствии с изобретением, в том виде как они описаны далее, выполнены с возможностью испускания во время работы света с первым спектральным распределением. Этот свет затем заводится в световод или в волновод. Этот световод или волновод может преобразовывать свет первого спектрального распределения в свет другого спектрального распределения и направляет свет к поверхности выхода. Источником света, в принципе, может быть любой тип точечного источника света, но в варианте осуществления им является твердотельный источник света, такой как светоизлучающий диод (СИД), лазерный диод или органический светоизлучающий диод (ОСИД), множество СИД или лазерных диодов, или ОСИД или решетка СИД, или лазерных диодов, или ОСИД или сочетание любого из них. В случае множества или решетки СИД или лазерных диодов, или ОСИД, эти СИД, или лазерные диоды, или ОСИД, в принципе, могут быть СИД или лазерными диодами или ОСИД двух или более различных цветов, таких как, но этим не ограничиваясь, ультрафиолетовый, синий, зеленый, желтый или красный.

Световодам, как описано ниже в вариантах осуществления в соответствии с изобретением, вообще говоря, может быть придана форма световодов в виде стержней или брусков, имеющих высоту Н, ширину W и длину L, простирающихся во взаимно-перпендикулярных направлениях, и в вариантах осуществления изобретения являющихся прозрачными или прозрачными и люминесцентными. Свет, как правило, направляется в направлении длины L. Высота Н в вариантах осуществления составляет менее < 10 мм, в других вариантах осуществления < 5 мм, в еще других вариантах осуществления < 2 мм. Ширина W в вариантах осуществления составляет < 10 мм, в других вариантах осуществления < 5 мм, в еще других вариантах осуществления < 2 мм. В некоторых вариантах осуществления длина L больше, чем ширина W и высота H, в других вариантах осуществления она равна по меньшей мере 2-кратной ширине W или 2-кратной высоте Н, в еще других вариантах осуществления она равна по меньшей мере 3-кратной ширине W или 3-кратной высоте Н. Аспектовое отношение высоты Н к ширине W обычно составляет от 1:1 (например, для источника света общего назначения) или 1:2, 1:3 или 1:4 (например, для источников света специального назначения, такого как использование в фарах) или 4:3, 16:10, 16:9 или 256:135 (например, для приложений, связанных с отображением). Световоды обычно содержат поверхность входа света и поверхность выхода света, которые не расположены в параллельных плоскостях, а в некоторых вариантах осуществления поверхность входа света перпендикулярна поверхности выхода света. Для того чтобы добиться концентрированного светового выхода с высокой яркостью, площадь поверхности выхода света может быть меньше, чем площадь поверхности входа света. Поверхность выхода света может иметь любую форму, но в одном варианте осуществления ей придана форма квадрата, прямоугольника, круга, овала, треугольника, пятиугольника или шестиугольника.

В вариантах осуществления прозрачные световоды могут включать в себя прозрачную подложку, на которой эпитаксиально выращено множество источников света, например светодиодов. В некоторых вариантах осуществления подложка представляет собой монокристаллическую подложку, например, такую как сапфировую подложку. Выращенная в этих вариантах осуществления прозрачная подложка источников света представляет собой светоконцентрирующий световод.

Световод, как правило, имеющий палочкообразную или стержневидную форму, может иметь любую форму поперечного сечения, но в вариантах осуществления имеет поперечное сечение в форме квадрата, прямоугольника, круга, овала, треугольника, пятиугольника или шестиугольника. Световоды, как правило, являются прямоугольными параллелепипедами, но могут быть предусмотрены световоды с иной формой, чем параллелепипед, с поверхностью выхода света, имеющий форму, напоминающую трапецию. Таким образом, световой поток, может быть даже увеличен, что для некоторых приложений может представлять собой преимущество.

Кроме того, световодам может быть придана форма цилиндрических стержней. В некоторых вариантах осуществления эти стержни цилиндрической формы вдоль продольного направления стержня имеют одну «приплюснутую» поверхность, у которой могут быть расположены источники света для более эффективного ввода в световод света, испускаемого этими источниками света. «Приплюснутая» поверхность может быть использована также для размещения тепловых радиаторов. Цилиндрический световод может иметь также две «приплюснутые» поверхности, например, расположенные напротив друг друга или расположенные перпендикулярно друг другу. В вариантах осуществления «приплюснутая» поверхность простирается вдоль части продольного направления цилиндрического стержня.

Световоды, как описано ниже в вариантах осуществления в соответствии с изобретением, могут быть также свернутыми, сложенными, согнутыми и/или имеющими какую-либо форму в направлении длины так, что световод при этом не является прямым, прямолинейным бруском или стержнем, а может включать в себя, например, скругленный угол в форме 90- или 180-градусного изгиба, U-образную форму, круговую или эллиптическую форму, петлю или форму трехмерной спирали, имеющей несколько петель. Это обеспечивает компактный световод, при этом общая длина, вдоль которой, как правило, направляется свет, является относительно большой, что приводит к относительно высокому световому выходу, но который, в то же время, может быть помещен в относительно небольшое пространство. Люминесцирующие части световода могут быть, например, жесткими, в то время как прозрачные части световода являются гибкими, чтобы обеспечить придание световоду соответствующей формы вдоль его направления длины. Источники света могут быть размещены в любом месте по длине свернутого, согнутого и/или фасонного световода.

Подходящие материалы для световодов, как указано ниже в соответствии с вариантами осуществления изобретения являются сапфир, поликристаллическая окись алюминия и/или нелегированные прозрачные гранаты, такие как YAG, LuAG, имеющие показатель преломления n=1,7. Дополнительным преимуществом этого материала (например, по сравнению со стеклом) является то, что он обладает хорошей теплопроводностью, тем самым уменьшая локальный нагрев. Другие подходящие материалы включают в себя, но ими не ограничиваются, стекло, кварц и прозрачные полимеры. В других вариантах осуществления материалом световода является свинцовое стекло. Свинцовое стекло является разновидностью стекла, в котором свинец замещает содержание кальция в типичном калиевом стекле и, таким образом, показатель преломления может быть увеличен. Обычное стекло имеет показатель преломления n=1,5, в то время как добавка свинца дает показатель преломления, доходящий до 1,7.

Световоды, как описано ниже, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения может содержать подходящий люминесцентный материал для преобразования света в другое спектральное распределение. Подходящие люминесцентные материалы включают в себя неорганические люминофоры, такие как легированные YAG, LuAG, органические люминофоры, органические флуоресцентные красители и квантовые точки, которые, как описано далее, являются наиболее подходящими для целей вариантов осуществления настоящего изобретения.

Квантовые точки представляют собой небольшие кристаллы полупроводникового материала, как правило, имеющие ширину или диаметр всего в несколько нанометров. При возбуждении падающим светом квантовая точка излучает свет цвета, определенного размером и материалом кристалла. Поэтому свет конкретного цвета может быть получен посредством подбора размера точек. Наиболее известные квантовые точки с излучением в видимом диапазоне основаны на селениде кадмия (CdSe) с оболочкой, такой как сульфид кадмия (CdS) и сульфид цинка (ZnS). Кроме того, могут быть использованы также бескадмиевые квантовые точки, такие как на фосфиде индия (InP), и сульфиде меди и индия (CuInS₂) и/или сернистом серебре и индии (AgInS₂). Квантовые точки характеризуется очень узкой полосой излучения и, таким образом, они демонстрируют насыщенные цвета. Кроме того, цвет излучения может легко быть настроен путем подбора размера квантовых точек. В вариантах осуществления по настоящему изобретению может быть использован любой тип известной в данной области квантовой точки, как описано далее. Однако по соображениям экологической безопасности и беспокойства за окружающую среду может быть предпочтительным использование бескадмиевых квантовых точек или по меньшей мере квантовых точек, имеющих очень низкое содержание кадмия.

Кроме того, могут быть использованы также органические флуоресцентные красители. Молекулярная структура их может быть построена так, чтобы положение спектрального максимума можно было настраивать. Примерами подходящих материалов органических флуоресцентных красителей являются органические люминесцентные материалы на основе производных перилена, например соединения, продаваемые фирмой BASF под названием Lumogen^®. Примеры подходящих соединений включают, но ими не ограничиваются, Lumogen^® Red F305, Lumogen^® Orange F240, Lumogen^® Yellow F083 и Lumogen^® F170.

Люминесцентный материал может также быть неорганическим люминофором. Примеры неорганических фосфорных материалов включают в себя, но ими не ограничиваются, легированный церием (Се) YAG (Y₃AI₅O₁₂) или LuAG (Lu₃A₅O₁₂). Церий, легированный YAG, излучает желтоватый свет, в то время как церий, легированный LuAG, излучает желто-зеленоватый свет. Примеры других неорганических фосфорных материалов, которые испускают красный свет, могут включать в себя, но ими не ограничиваются, материалы ECAS и BSSN; при этом ECAS представляет собой Ca_1-xAlSiN₃:Eux, где 0<х≤1, в других вариантах осуществления 0<х≤0,2; а BSSN представляет собой Ba_2-x-zM_xSi_5-yAlyN_8-yO_y:Eu_z, где М представляет Sr или Са, 0≤х≤1, 0 <у≤4 и 0,0005≤z≤0,05, а в вариантах осуществления 0≤х≤0,2.

В вариантах осуществления изобретения, как изложено ниже, люминесцентный материал изготовлен из материала, выбранного из группы, включающей (M<I>_(i-x-y) M<II>_х М<III>_у)₃(М<IV>_(i-z) М<V>_z)₅O₁₂, где М<I> выбран из группы, содержащей Y, Lu или их смеси, M<II> выбран из группы, содержащей Gd, La, Yb или смеси их, M<III> выбран из группы, содержащей Tb, Pr, Ce, Er, Nd, Eu или их смеси, М<IV> является Al, M<V> выбран из группы, содержащей Ga, Sc или их смеси и 0<х≤1, 0<у≤0,1, 0<z<1, (М<I>_(1-x-y) M<II>_х М<III>_у)₂О₃, где M<I> выбран из группы, содержащей Y, Lu или их смеси, M<II> выбран из группы, содержащей Gd, La, Yb или их смеси, M<III> выбран из группы, содержащей Tb, Pr, Ce, Er, Nd, Eu, Bi, Sb или их смеси, и 0<х≤1, 0<у≤0,1, (М<I>_(1-x-y) M<II>_x M<III>_у) S_(1-z) Se, где M<I> выбран из группы, содержащей Ca, Sr, Mg, Ba или их смеси, M<II> выбран из группы, содержащей Ce, Eu, Mn, Tb, Sm, Pr, Sb, Sn или их смеси, M<III> выбран из группы, содержащей K, Na, Li, Rb, Zn или их смеси, и 0<х≤0,01, 0<у≤0,05, 0≤z<1, (М<I>_(1-x-y) M<II>_х M<III>_у)О, где M<I> выбран из группы, содержащей Ca, Sr, Mg, Ba или их смеси, M<II> выбран из группы, содержащей Ce, Eu, Mn, Tb, Sm, Pr или их смеси, М<III> выбран из группы, содержащей K, Na, Li, Rb, Zn или их смеси, и 0<х≤0,1, 0<у≤0,1, (М<I>_(2-х) M<II>_x M<III>₂)О₇, где M<I> выбран из группы, содержащей La, Y, Gd, Lu, Ba, Sr или их смеси, M<II> выбран из группы, содержащей Eu, Tb, Pr, Ce, Nd, Sm, Tm или их смеси, М<III> выбран из группы, содержащей Hf, Zr, Ti, Ta, Nb или их смеси, и 0<х≤1, (М<I>_(1-x) M<II>_х М<III>_(i-y) M<IV>_у)О₃, где M<I> выбран из группы, содержащей Ва, Sr, Ca, La, Y, Gd, Lu или их смеси, M<II> выбран из группы, содержащей Eu, Tb, Pr, Ce, Nd, Sm, Tm или их смеси, M<III> выбран из группы, содержащей Hf; Zr, Ti, Ta, Nb или их смеси, а М<IV> выбран из группы, содержащей Al, Ga, Sc, Si или их смеси, и 0<х≤0,1, 0 <у≤0,1, или их смеси.

Другими подходящими люминесцентными материалами являются легированный церием (Се) алюмоиттриевый гранат (YAG, Y₃AI₅O₁₂) и лютеций-алюминиевый гранат (LuAG). Люминесцентный световод может иметь центральную длину волны излучения внутри синего цветового диапазона, или внутри зеленого цветового диапазона, или внутри красного цветового диапазона. Синий цветовой диапазон определен между 380 нанометрами и 495 нанометрами, зеленый цветовой диапазон определен между 495 нанометрами и 590 нанометрами, а красный цветовой диапазон определен между 590 нанометрами и 800 нанометрами.

Выбор люминофоров, которые могут быть использованы в вариантах осуществления, приведен ниже в таблице 1 вместе с пиковой длиной волны. Таблица 1

Люминофор Пиковая длина волны, нм CaGa₂S₄:Ce 475 SrGa₂S₄:Ce 450 BaAl₂S₄:Eu 470 CaF₂:Eu 435 Bi₄Si₃O₁₂:Ce 470 Ca₃Sc₂Si₃O₁₂:Ce 490

Световоды, в том виде, как они описаны ниже в соответствии с вариантами осуществления изобретения, могут включать в себя участки с разной плотностью подходящего люминесцентного материала для преобразования света в свет другого спектрального распределения. В одном варианте осуществления прозрачный световод состоит из двух частей, смежных одна с другой, только одна из которых содержит люминесцентный материал, а другая часть является прозрачной или имеет относительно низкую концентрацию люминесцентного материала. В другом варианте осуществления световод содержит еще одну, третью часть, смежную со второй частью, которая содержит другой люминесцентный материал или другую концентрацию того же самого люминесцентного материала. Эти разные части могут быть сформированы как одно целое, образуя, таким образом, одну часть или один световод. В одном варианте осуществления между различными частями световода, например, между первой частью и второй частью, может быть расположен частично отражающий элемент. Частично отражающий элемент выполнен с возможностью пропускания света одной определенной длины волны или одного спектрального распределения и отражения света с другой, отличающейся конкретной длиной волны или с другим спектральным распределением. Таким образом, частично отражающий элемент может быть дихроичным элементом, таким как дихроичное зеркало.

В другом варианте осуществления (не показан) на поверхности входа света прозрачного световода выше или сверху множества источников света, таких как светодиоды, размещено множество областей люминесцентного материала для преобразования длины волны. Так что, площадь поверхности каждой из упомянутого множества областей преобразования длины волны соответствует площади поверхности каждого из упомянутого множества источников света так, что свет от источников света заводится в прозрачный световод через области люминесцентного материала. Далее, преобразованный свет вводится в прозрачную часть световода, а затем направляется к поверхности выхода света световода. Области преобразования длины волны могут быть расположены на поверхности входа света световода, или они могут быть сформированы внутри световода. Области преобразования длины волны могут образовывать часть однородного слоя, расположенного в или на световоде, на поверхности входа света. Части однородного слоя, простирающегося между двумя соседними областями преобразования длины волны, могут быть прозрачными и, дополнительно или альтернативно, могут иметь тот же самый коэффициент преломления, что и области преобразования длины волны. Различные области преобразования длины волны могут включать в себя взаимно различные люминесцентные материалы. Расстояние между источниками света и люминесцентными областями может быть менее 2 мм, менее 1 мм или менее 0,5 мм.

В вариантах осуществления светоизлучающего прибора в соответствии с изобретением, как это описано ниже, для эффективного ввода света, испущенного источником света, в световод может быть предусмотрена структура ввода или среда ввода. Эта структура ввода может быть преломляющей структурой, имеющей конструктивные признаки, такие как, например, выступы и впадины, образующие волнообразную структуру. Типичный размер конструктивных признаков согласующей структуры составляет от 5 мкм до 500 мкм. Форма конструктивных признаков может быть, например, полусферической (линзы), призматической, синусоидальной или хаотичной (например, после пескоструйной обработки). Выбором соответствующей формы может быть «отрегулировано» вводимое в световод количество света. Преломляющие структуры могут быть изготовлены механическими способами, такими как рубка зубилом, пескоструйная обработка и т.п. Альтернативно, преломляющие структуры могут быть получены путем репликации с использованием соответствующей материала, такого как, например, полимер или золь-гель материал. Альтернативно, структура ввода может быть дифракционной структурой, в которой типичный размер конструктивных признаков дифракционной структуры ввода составляет от 0,2 мкм до 2 мкм. Углы дифракции θ_in внутри световода определяются уравнением решетки λ/Λ=n_in⋅Sinθ_in - n_out⋅Sinθ_out, где λ - длина волны света СИД, Λ есть период решетки, n_in и n_out являются показателями преломления среды внутри и снаружи световода, а θ_in и θ_out есть, соответственно, угол дифракции внутри световода и угол падения света снаружи световода. Если предположить один и тот же показатель преломления n_out=1 для слоя с меньшим показателем преломления и для среды вода, то при условии полного внутреннего отражения n_in Sinθ_in=n_out, найдем следующую зависимость: λ/Λ= 1 - Sinθ_out, то есть, Λ=λ для нормального падения (θ_out=0). Как правило, не все другие углы θ_out в световоде являются дифрагирующими. Это будет происходить только тогда, когда его показатель преломления n_in достаточно высок. Из уравнения решетки следует, что при условии n_in≥2, все углы являются дифрагирующими, если Λ=λ. Могут использоваться также и другие периоды решетки и показатели преломления световода, приводящие к меньшему количеству дифрагированного в световоде света. Кроме того, обычно передается много света (0-го порядка). Количество дифрагированного света зависит от формы и высоты структур решетки. Посредством выбора соответствующих параметров можно регулировать количество введенного в световод света. Такие дифракционные структуры наиболее легко изготавливаются репликацией структур, которые уже были созданы, например, посредством электронно-лучевой литографии или голографии. Репликация может быть выполнена с помощью способа, такого как «мягкая наноимпринтная литография». Согласующая среда может, например, представлять собой воздух или другой подходящий материал.

Фиг. 1 показывает светоизлучающий прибор 1001, содержащий световод 4015 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, как это описано ниже. Показанный на фиг. 1 светоизлучающий прибор 1001 дополнительно содержит вращающееся люминофорное колесо 1600 и элемент 7700 ввода, расположенный между световодом 4015 и люминофорным колесом 1600.

Светоизлучающий прибор 1001 дополнительно содержит источник света в виде множества СИД 2100, 2200, 2300, расположенных на основании или на подложке 1500. Множество СИД 2100, 2200, 2300 используются для накачки преобразующей части 6110 световода 4015 с целью получения света 1700, имеющего третье спектральное распределение, такого как зеленый или синий свет. Люминофорное колесо 1600, которое вращается в направлении 1610 вращения вокруг оси 1620 вращения, используется для преобразования света 1700, имеющего третье спектральное распределение, в свет 1400, имеющий второе спектральное распределение, такой как, красный и/или зеленый свет. Заметим, что, в принципе, приемлемой является любая комбинация цветов света 1700 и света 1400.

Как показано на фиг. 1, иллюстрирующей люминофорное колесо 1600 на виде в поперечном сечении, люминофорное колесо 1600 используется в режиме пропускания, т.е. падающий свет 1700 входит в люминофорное колесо 1600 с одной стороны, проходит через люминофорное колесо 1600 и испускается с его противоположной стороны, образующей поверхность 4200 выхода света. Альтернативно, люминофорное колесо 1600 может быть использовано в режиме отражения (не показан) так, чтобы свет испускался из той же самой поверхности, что и поверхность, через которую он входит в люминофорное колесо.

Люминофорное колесо 1600 может содержать в себе только один люминофор. Альтернативно, люминофорное колесо 1600 может также содержать сегменты без какого-либо люминофора, так что при этом часть света 1700 может быть даже пропущена без преобразования. Таким образом, последовательно могут быть созданы другие цвета. В другом альтернативном варианте люминофорное колесо 1600 может также содержать множество люминофорных сегментов, например, люминофорных сегментов, испускающих, соответственно, желтый, зеленый и красный свет, так чтобы создать многоцветный световой выход. В еще одном альтернативном варианте светоизлучающий прибор 1001 может быть выполнен с возможностью получения белого света посредством использования пиксельной структуры люминофорного отражателя люминофорного колеса 1600.

В одном варианте осуществления элемент 7700 ввода представляет собой оптический элемент, пригодный для коллимации света 1700, падающего на люминофорное колесо 1600, но он также может быть средой ввода или структурой ввода, такой как описанная выше среда ввода или структура 7700 ввода. Более того, светоизлучающий прибор 1001 может содержать дополнительные линзы и/или коллиматоры. Например, дополнительная оптика может быть расположена так, чтобы коллимировать свет, испущенный источниками 2100, 2200, 2300 света и/или свет 1400, испущенный светоизлучающим прибором 1001.

Фиг. 2 показывает световод 4020 в соответствии с вариантами осуществления изобретения, как они описаны ниже, который дополнительно содержит оптический элемент 8010, расположенный так, что его грань входа света находится в оптической связи с поверхностью 4200 выхода света световода 4020. Оптический элемент 8010 изготовлен из материала, имеющего высокий показатель преломления, в одном варианте осуществления с показателем преломления, который равен или выше, чем показатель преломления световода 4020, и имеет четырехугольное поперечное сечение и две сужающиеся стороны 8030 и 8040. Эти сужающиеся стороны 8030 и 8040 расходятся в направлении наружу от поверхности 4200 выхода света световода 4020 так, что грань 8050 выхода света оптического элемента 8010 имеет бóльшую площадь поверхности, чем обе из грани 8060 входа света и поверхности 4200 выхода света световода 4020. Альтернативно, оптический элемент 8010 может иметь более двух, в частности, четыре сужающиеся стороны. В альтернативном варианте оптический элемент 8010 имеет круговое поперечное сечение и одну окружную сходящую на конус поверхность. При такой конфигурации свет будет отражаться на наклонных сторонах 8030 и 8040 и иметь бóльшую вероятность выхода, если он падает на выходную световую грань 8050, поскольку эта грань 8050 выхода света больше по сравнению с гранью 8060 входа света. Форма сторон 8030 и 8040 может быть также криволинейной и выбрана так, чтобы весь свет выходил через грань 8050 выхода света.

Оптический элемент может быть также образован как единое целое из световода 4020, например, путем придания части световода такой формы, чтобы на одном из концов световода образовался заранее заданный оптический элемент. Оптический элемент может, например, иметь форму коллиматора, или он может иметь поперечное сечение в форме трапецоида, а в одном варианте осуществления наружные поверхности этой трапециевидной формы обеспечены отражающими слоями. Тем самым принятому свету может быть придана такая форма, чтобы он имел больший размер пятна при одновременной минимизации потерь света через другие поверхности, помимо поверхности выхода света, также увеличивая таким образом интенсивность испущенного света. В другом варианте осуществления оптический элемент имеет форму решетки линз, например выпуклых или вогнутых линз или их комбинаций. Тем самым принятому свету может быть придана такая форма, чтобы образовать сфокусированный свет, расфокусированный свет или их комбинацию. В случае решетки линз является приемлемым, чтобы излучаемый свет мог содержать два отдельных пучка или более, каждый из которых был бы образован одной или более линзами решетки. В более общих терминах, световод, таким образом, может иметь части, которым придана различная форма с разными размерами. Тем самым обеспечен световод, посредством которого свету может быть придана такая форма, что в любом одном или в более направлений испускания света из поверхности выхода света размер пучка и форма пучка света, испущенного из поверхности выхода света, могут быть отрегулированы очень простым способом, например, изменением размера и/или формы поверхности выхода света. Таким образом, часть световода функционирует в качестве оптического элемента.

Оптический элемент может являться также светоконцентрирующим элементом (не показан), расположенным на поверхности выхода света световода. Светоконцентрирующий элемент имеет четырехугольное поперечное сечение и две стороны, искривленные наружу так, что поверхность выхода света светоконцентрирующего элемента имеет бóльшую площадь поверхности, чем поверхность выхода света световода. Альтернативно светоконцентрирующий элемент может иметь более двух, в частности, четыре, сужающиеся стороны. Светоконцентрирующий элемент может представлять собой сложный параболический светоконцентрирующий элемент (СПК), имеющий параболические криволинейные стороны. В альтернативном варианте светоконцентрирующий элемент имеет круговое поперечное сечение и одну круговую сужающуюся поверхность. Если в альтернативном варианте показатель преломления светоконцентрирующего элемента выбран так, чтобы он был ниже, чем у световода (но выше, чем показатель преломления воздуха), то при этом из него все еще может быть извлечено значительное количество света. Это делает возможным светоконцентрирующий элемент, который является простым и дешевым в изготовлении по сравнению с элементом, выполненным из материала с высоким показателем преломления. Например, если световод имеет показатель преломления n=1,8, а светоконцентрирующий элемент имеет показатель преломления n=1,5 (стекло), то может быть достигнут коэффициент усиления светового выхода 2. Для светоконцентрирующего элемента с показателем преломления n= 1,8 усиление было бы на около 10% больше. На самом деле, при этом будет извлечен не весь свет, поскольку на границе раздела между оптическим элементом или светоконцентрирующим элементом и внешней средой, которой обычно является воздух, будут иметь место отражения Френеля. Эти отражения Френеля могут быть уменьшены посредством использования соответствующего антиотражающего покрытия, то есть четвертьволнового диэлектрического пакета или микрорельефной структуры. В том случае, когда световой поток в зависимости от положения на грани выхода света является неоднородным, покрытие антиотражающим покрытием может быть изменяющимся, например, посредством изменения толщины этого покрытия.

Одной из интересных особенностей СПК является то, что его оптический фактор (= n² × площадь × телесный угол, где n - показатель преломления) остается неизменным. Форма и размер грани входа света СПК могут быть подобраны к поверхности выхода света световода и/или наоборот. Большим преимуществом СПК является то, что входное световое распределение преобразуется в такое световое распределение, которое оптимально подходит к приемлемому оптическому фактору данного приложения. Форма грани выхода света СПК в зависимости от необходимости может быть, например, прямоугольной или круговой. Например, для цифрового проектора будут существовать требования к размеру (высота и ширина) светового луча, а также к его расходимости. Соответствующий оптический фактор СПК будет оставаться неизменным. В этом случае будет выгодно использовать СПК с прямоугольными гранями входа и выхода света, имеющими требуемое отношение высота/ширина используемой панели дисплея. Для точечных световых приложений требования являются менее жесткими. Грань выхода света СПК может быть круговой, но может иметь также и другую форму (например, прямоугольную), чтобы освещать области с конкретной формой, или с требуемой структурой для проецирования такой структуры на экраны, стены, здания, инфраструктуры и т.д. Хотя СПК предлагают большее разнообразие в конструкции, их длина может быть достаточно большой. В общем, можно спроектировать более короткие оптические элементы с такими же характеристиками. С этой целью форма поверхности и/или поверхности выхода света может быть подобрана, например, чтобы иметь более криволинейную поверхность выхода света, например, для концентрации света. Одним дополнительным преимуществом является то, что СПК может быть использован для устранения возможных несовпадений аспектового отношения, когда размер световода ограничен размерами светодиода, а размер грани выхода света определен последующими оптическими компонентами. Более того, можно поместить зеркало (не показано), частично закрывающее грань выхода света СПК, например, посредством зеркала, которое имеет отверстие вблизи своего центра или в центре. Таким образом, плоскость выхода СПК становится суженной, при этом часть света отражается обратно в СПК и в световод, и, таким образом, оптический фактор света будет уменьшен. Это, естественно, уменьшит количество света, который извлекается из СПК и из световода. Однако если это зеркало имеет высокую отражательную способность, как, например, Alanod 4200AG, то свет может быть эффективно введен назад в СПК и в световод, где он посредством полного внутреннего отражения может быть использован повторно. Это не изменит угловое распределение света, но это изменит положение, при котором свет будет падать на плоскость выхода СПК после его возвращения, увеличивая тем самым световой поток. Таким образом, часть света, которая обычно была бы потеряна для того, чтобы уменьшить оптический фактор системы, может быть повторно возвращена и использована, например, для увеличения однородности. Это имеет первостепенное значение, если система используется в приложении, связанном с цифровым проецированием. Путем выбора различными способами зеркала один и тот же набор СПК и световода могут быть использованы для работы с системами, использующими панели с различными размерами и аспектовыми отношениями без необходимости терять большое количество света. Таким образом, одна единственная система может быть использована для различных приложений, связанных с цифровым проецированием.

При использовании любой из вышеприведенных конструкций, описанных со ссылкой на фиг. 2, решены проблемы, связанные с извлечением света из материала световода с высоким показателем преломления в материал с низким показателем преломления, такой как воздух, в частности, проблемы, связанные с эффективностью этого извлечения.

Со ссылкой на фиг. 3 и 4 будут описаны различные возможности для обеспечения светового распределения, имеющего конкретную форму. Фиг. 3 показывает вид в перспективе световода 4040, которому по всей его длине придана форма, чтобы обеспечить поверхность 4200 выхода света определенной формы. Этот световод 4040 может быть световодом, выполненным с возможностью преобразования света с одним спектральным распределением в свет с другим спектральным распределением. Часть 4501 световода 4040, простирающаяся по всей длине световода 4040, в частности, поверхности входа света, смежная с поверхностью 4500 и противоположная поверхности 4100 входа света, была удалена, так чтобы обеспечить световод 4040 с формой, соответствующей требуемой форме распределения света по поверхности 4200 выхода света, причем форма простирается по всей длине световода 4040 от поверхности 4200 выхода света до противоположной поверхности 4600.

Фиг. 4 показывает вид сбоку световода 4050, которому на части его длины придана такая форма, чтобы обеспечить поверхность 4200 выхода света определенной формы. Световод 4050 может быть световодом, выполненным с возможностью преобразования света с одним спектральным распределением в свет с другим спектральным распределением. Часть 4501 световода 4050, простирающаяся по части длины световода 4050, в частности, смежная с поверхностью 4500 и противоположная поверхности 4100 входа света была удалена, так чтобы обеспечить световод 4050 с формой, соответствующей требуемой форме распределения света на поверхности 4200 выхода света, причем форма простирается по части длины световода 4050, смежной с поверхности 4200 выхода света.

Может быть удалена другая часть или может быть удалена более чем одна часть световода, так чтобы обеспечить другие формы поверхности выхода света. Таким образом, может быть получена любая приемлемая форма поверхности выхода света. Кроме того, световод частично или полностью может быть разделен на несколько частей, имеющих различные формы, так чтобы могли быть получены более сложные формы. Удаленная из световода часть или части могут быть удалены, например, посредством распиливания, резки или т.п. с последующим полированием поверхности, которая открывается после удаления этой части или частей. В другом альтернативном варианте, например, сверлением может быть удалена центральная часть световода, так чтобы обеспечить отверстие в поверхности выхода света.

В альтернативном варианте осуществления распределение света, имеющего конкретную форму, может также быть получено обработкой поверхности, например, огрублением части поверхности выхода света световода, оставляя в то же время остальную часть поверхности выхода света гладкой. В этом варианте осуществления нет необходимости удалять какие-либо части световода. Аналогичным образом, приемлема любая комбинация вышеуказанных возможностей для получения распределения света, имеющего конкретную форму.

Фиг. 5 показывает вид сбоку осветительной системы, например, цифрового проектора со световодом 4070 в соответствии с вариантами осуществления изобретения, как он описан ниже, и который выполнен с возможностью преобразования падающего света 1300 так, чтобы излучаемый свет 1700 находился в желтом и/или оранжевом диапазоне длин волн, то есть, примерно, в диапазоне длин волн от 560 нм до 600 нм. Световод 4070 может быть, например, обеспечен в виде прозрачного граната, выполненного из керамических материалов, таких как легированный Се (Lu,Gd)₃Al₅O₁₂, (Y,Gd)₃Al₅O₁₂ или (Y,Tb)₃Al₅O₁₂. При более высоком содержании Се и/или при более высоких уровнях замещения, например, Gd и/или Tb в пользу Се спектральное распределение испущенного световодом света может быть сдвинуто в сторону бóльших длин волн.

У поверхности 4200 выхода света обеспечен оптический элемент 9090. Этот оптический элемент 9090 содержит фильтр 9091 для фильтрации испущенного из световода 4070 света 1700, так чтобы обеспечить фильтрованный свет 1701, по меньшей мере один дополнительный источник 9093, 9094 света и оптический компонент 9092, выполненный с возможностью объединения фильтрованного света 1701 и света от упомянутого по меньшей мере одного дополнительного источника 9093, 9094 света, так чтобы обеспечить общий световой выход 1400. Фильтр 9091 может представлять собой поглощающий фильтр или отражающий фильтр, который может быть постоянным или переключаемым. Переключаемый фильтр может, например, быть получен обеспечением отражающего дихроичного зеркала, он может быть низкочастотным, полосовым или фильтром верхних частот в соответствии с требуемым световым выходом, и переключаемого зеркала и размещением переключаемого зеркала до дихроичного зеркала при наблюдении в направлении распространения света. Кроме того, приемлемо также объединить два или более фильтров и/или зеркал, чтобы подобрать нужный световой выход. Показанный на фиг. 5 фильтр 9091 является переключаемым фильтром, позволяющим пропускание нефильтрованного желтого и/или оранжевого света или фильтрованного света, в частности, в показанном варианте осуществления - фильтрованного красного света в соответствии с положением переключаемого фильтра 9091. Спектральное распределение фильтрованного света зависит от характеристик используемого фильтра 9091. Оптический компонент 9092, как показано, может быть кросс-дихроичной призмой известной также как X-куб или же, в альтернативном варианте, он может быть подходящим набором отдельных дихроичных фильтров.

В показанном варианте осуществления обеспечены еще два дополнительных источника 9093 и 9094 света, причем дополнительный источник 9093 света является источником синего света, а дополнительный источник 9094 света является источником зеленого света. Могут быть приемлемы также другие цвета и/или большее количество дополнительных источников света. Кроме того, как описано ниже, один или более из дополнительных источников света могут быть световодами в соответствии с вариантами осуществления данного изобретения. Еще одним возможным вариантом является использование света, отфильтрованного фильтром 9091, в качестве дополнительного источника света. Таким образом, общий световой выход 1400 представляет собой комбинацию света 1701, испущенного световодом 4070 и отфильтрованного фильтром 9091, и света, испущенного соответствующими двумя дополнительными источниками 9093 и 9094 света. Общий световой выход 1400 может быть преимущественно белым светом.

Показанное на фиг. 5 решение имеет преимущество в том, что оно является масштабируемым, экономически эффективным и легко адаптируемым в соответствии с требованиями данного приложения светоизлучающего прибора в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 6А и 6В показывают вид сбоку, соответственно, световода 4090 A и световода 4090B, оба которые соответствуют вариантам осуществления настоящего изобретения, как это описано ниже, которые содержат, соответственно, теплоотводящие элементы 7000А, 7000B, расположенные, соответственно, по одной из поверхностей 4090A, 4090B световода, отличной от поверхности входа света, в вариантах осуществления - на расстоянии около 30 мкм от нее или менее. Независимо от варианта осуществления, соответствующий теплоотводящий элемент 7000A, 7000B содержит ребра 7100, 7200, 7300 для улучшенного рассеивания тепла, однако, ребра являются необязательным элементом. Независимо от варианта осуществления соответствующий теплоотводящий элемент 7000A, 7000B выполнен соответствующим форме поверхности световода и, таким образом, выполнен с обеспечением возможности конформного теплового контакта со световодом по всей области контакта. Тем самым достигается повышенная площадь теплового контакта и, таким образом, достигается улучшенное охлаждение световода, а существующие предельные допуски на размещение теплоотводящего элемента становятся менее критичными.

Фиг. 6A показывает, что теплоотводящий элемент 7000A содержит множество частей теплоотвода, в настоящем документе четыре части 7001, 7002, 7003 и 7004 теплоотвода, одна или более из которых, в настоящем документе все четыре, могут быть снабжены ребрами. Очевидно, что чем больше частей теплоотвода содержит теплоотводящий элемент 7000A, тем более точно этот теплоотводящий элемент 7000 может соответствовать поверхности световода. Каждая часть 7001, 7002, 7003 и 7004 теплоотвода, выполнена с обеспечением возможности конформного теплового контакта по всей площади контакта световода. Части теплоотвода могут быть расположены на взаимно различных расстояниях от поверхности световода. Кроме того, теплоотводящий элемент 7000A содержит общую подложку 7050, к которой с помощью, соответственно, крепежных элементов 7010, 7020, 7030 и 7040 присоединены по отдельности части 7001, 7002, 7003 и 7004 теплоотвода. Альтернативно, каждой части теплоотвода может быть назначен свой собственный носитель. Заметим, что эти элементы не являются обязательными.

Фиг. 6B показывает, что теплоотводящий элемент 7000B содержит нижнюю часть 7060, выполненную соответствующей форме поверхности световода 4090B, на котором она должна быть расположена. Нижняя часть 7060 является гибкой и может, например, быть слоем теплопроводящего металла, таким как слой меди. Теплоотводящий элемент 7000B дополнительно содержит теплопроводящий слой 7070, расположенный между нижним элементом 7060 и остальной частью теплоотводящего элемента 7000B для достижения улучшенной гибкости и способности теплоотводящего элемента 7000B принять нужную форму. Теплопроводящий слой 7070 может быть, например, быть теплопроводящей жидкостью или пастой. В одном варианте осуществления теплопроводящий слой 7070 является высокоотражающим и/или содержит высокоотражающее покрытием. Теплоотводящий элемент 7000B дополнительно содержит резервуар 7080 для текучей среды, расположенный внутри этого теплоотводящего элемента 7000B для формирования потока текучей среды для улучшенного рассеивания тепла. В альтернативном варианте резервуар 7080 для текучей среды может быть расположен также снаружи на теплоотводящем элементе 7000B, например, простирающимся вдоль части или вдоль всей внешней периферии теплоотводящего элемента 7000B. Поток текучей среды может быть увеличен посредством насоса. Отметим, что проводящий слой 7070 и резервуар 7080 для текучей среды являются необязательными элементами.

Независимо от варианта осуществления теплоотводящий элемент 7000A, 7000B может быть изготовлена из материала, выбранного из меди, алюминия, серебра, золота, карбида кремния, нитрида алюминия, нитрида бора, алюминия-карбида кремния, окиси бериллия, кремний-кремниевого карбида, алюминия-карбида кремния, сплавов меди и вольфрама, карбидов меди-молибдена, углерода, алмаза, графита, а также комбинации двух или более этих материалов. Более того, приемлем теплоотводящий элемент, сочетающий признаки вышеописанных вариантов осуществления. Кроме того, приемлемо организовать теплоотводящий элемент в соответствии с любым из вышеуказанных вариантов осуществления на более чем одной поверхности световода 4090 A или 4090B.

В вариантах осуществления изобретения (не показаны) световод в соответствии с вариантами осуществления изобретения, как они описаны ниже, содержит светополяризационный элемент, расположенный рядом с поверхностью выхода света. Тем самым может быть получен источник поляризованного света, имеющий высокую яркость и высокую эффективность. Независимо от варианта осуществления поляризационный элемент может быть любым из отражательного линейного поляризатора и отражательного кругового поляризатора. Примерами отражательных линейных поляризаторов являются проволочные решетчатые поляризаторы, отражающие поляризаторы на основе стопки полимерных слоев, содержащих слои с двойным лучепреломлением. Круговые поляризаторы могут быть получены посредством использования полимеров в так называемой холестерической жидкокристаллической фазе с созданием так называемых холестерических поляризаторов, пропускающих свет только с одной поляризацией и с определенным спектральным распределением. Альтернативно или в дополнение к отражательным поляризаторам могут использоваться также поляризационные светоделители. Кроме того, могут использоваться также рассеивающие поляризаторы. В другом варианте осуществления может быть использована поляризация отражением, например, посредством поляризационного элемента в виде клина, изготовленного из материала типа стекла, в котором свет падает под углом, близким к углу Брюстера. В еще одном варианте осуществления поляризационный элемент может представлять собой так называемый элемент поляризованной фоновой подсветки, такой, как описанный в патентной заявке WO 2007/036877 А2. В еще одном варианте осуществления поляризационный элемент может быть поляризационной структурой. В еще других вариантах осуществления поляризационный элемент 9001 расположен под углом по отношению к поверхности выхода света световода, например, под углом 45° по отношению к поверхности выхода света световода, хотя в принципе возможен любой угол.

Как описано далее, поверхность 4200 выхода света световода 4095 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения может быть дополнительно обеспечена четырьмя сужающимися внутрь стенками и центральной плоской частью, простирающейся параллельно дополнительной поверхности 4600, противоположной поверхности выхода света, как показано на фиг. 7. Под термином «сужающаяся стенка», как он здесь используется, понимается сегмент стенки поверхности 4200 выхода света, который расположен под отличным от нуля градусов углом к обеим оставшимся частям поверхности 4200 выхода света и к поверхностям световода, простирающимся смежно с поверхностью выхода света. Стены сужены внутрь, означает, что поперечное сечение световода постепенно уменьшается в направлении к поверхности выхода. В одном варианте осуществления на сужающихся стенках поверхности выхода света расположен зеркальный элемент 7400, и он находится с ними в оптическом контакте. Таким образом, этот зеркальный элемент 7400 оснащен четырьмя сегментами 7410, 7420, 7430, соответствующими каждой из сужающихся стенок поверхности 4200 выхода света, и покрывающими их. Сквозное отверстие 7520, соответствующее центральной плоской части поверхности 4200 выхода света, определяет прозрачную часть этой поверхности выхода света 4200, через которую свет может выходить, чтобы быть испущенным из световода 4095. Таким образом, обеспечен световод, в котором световые лучи, которые падают на зеркальный элемент 7400, изменяют свое угловое направление так, что при этом в сторону поверхности 4200 выхода света направляется большее количество световых лучей, а световые лучи, которые ранее оставались в световоде 4095, из-за полного внутреннего отражения, обусловленного изменением их угловых направлений, теперь падают на поверхность 4200 выхода света под углами, меньшими, чем критический угол отражения и, следовательно, могут покинуть световод через сквозное отверстие 7520 поверхности 4200 выхода света. Тем самым еще больше увеличивается интенсивность света, испущенного светоизлучающим прибором через поверхность 4200 выхода света световода 4095. Поскольку зеркальный элемент наклонен внутрь, то световые лучи после отражения на этом зеркальном элементе изменяют направление и могут покинуть световод через прозрачную часть зеркального элемента. Таким образом, эта конструкция обеспечивает улучшенное проведение света к центральной плоской части поверхности 4200 выхода света и, таким образом, сквозному отверстию 7520 во втором зеркальном элементе 7400 посредством отражения от сужающихся стенок в направлении.

В альтернативных вариантах осуществления могут быть обеспечено другое число сужающихся стенок, такое как, меньше или больше четырех, например, одна, две, три, пять или шесть сужающихся стенок, и, аналогично, не все сужающиеся стенки необходимо снабдить зеркальным элементом или его сегментами. В других альтернативных вариантах одна или более из сужающихся стенок могут быть непокрытыми зеркальным элементом 7400, и/или центральная плоская часть может быть частично или полностью покрыта вторым зеркальным элементом 7400.

Фиг. 8 показывает вид в перспективе светоизлучающего прибора 1 в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг. 9 показывает вид сверху светоизлучающего прибора 1 в соответствии с фиг. 8. Светоизлучающий прибор 1 в целом содержит множество первых источников 21 света, каждый из которых содержит по меньшей мере один твердотельный источник света, такой как СИД или лазерный диод, множество вторых источников 22 света, каждый из которых содержит по меньшей мере один твердотельный источник света, такой как СИД или лазерный диод, световод 4, имеющий первую поверхность 41 входа света, вторую поверхность 46 входа света и первую поверхность 42 выхода света, а также люминесцентный элемент 77, расположенный смежно с первой поверхностью 42 выхода света и имеющий третью поверхность 771 входа света и вторую поверхность 772 выхода света. Подходящие типы СИД или лазерных диодов, описаны выше.

Световод 4 показан здесь выполненным в форме квадратной пластины, однако он может быть также стержнем, первая поверхность 41 входа света простирается под отличным от нуля углом относительно первой поверхности 42 выхода света, а первая поверхность 42 выхода света и вторая поверхность 46 входа света являются взаимно противоположными поверхностями световода 4. Другими словами, в этом варианте осуществления первая поверхность 42 выхода света и вторая поверхность 46 входа света являются взаимно противоположными боковыми поверхностями световода 4, а первая поверхность 41 входа света является боковой поверхностью световода 4, простирающейся между первой поверхностью 42 выхода света и второй поверхностью 46 входа света. Световод 4 дополнительно содержит боковую поверхность 45, простирающуюся параллельно и расположенную напротив первой поверхности 41 входа света, а также дополнительные поверхности 43 и 44, являющиеся, соответственно, верхней и нижней поверхностями световода 4.

Заметим, что, как описано выше, являются приемлемыми все варианты осуществления, в которых угол между первой поверхностью 41 входа света и первой поверхностью 42 выхода света меньше 90°, равен 90° и больше, чем 90°.

Световод 4 может иметь также форму бруска или стержня, или же ему может быть придана форма прямоугольной пластины. Кроме того, световод 4 в принципе может иметь любую приемлемую форму поперечного сечения, включая, но ими не ограничиваясь, треугольную, прямоугольную, квадратную, трапециевидную, многоугольную, круговую, эллиптическую и их комбинации, как это описано выше.

Приемлемыми также являются альтернативные конструкции светоизлучающего прибора в соответствии с изобретением, в которых первая поверхность 41 входа света является верхней или нижней поверхностью световода. Аналогично, приемлемыми являются также альтернативные конструкции светоизлучающего прибора в соответствии с изобретением, в которых первая поверхность 42 выхода света и вторая поверхность 46 входа света, соответственно, являются нижней и верхней поверхностями, а первая поверхность 41 входа света является боковой поверхностью.

Кроме того, световод 4 содержит люминесцентный материал, гранат, светоконцентрирующий материал или их комбинации, при этом пригодные материалы и гранаты описаны выше. В вариантах осуществления гранатовый материал может содержать церий с концентрацией между 0,1 и 2%. Таким образом, световод 4 представляет собой люминесцентный и/или светоконцентрирующий световод.

Световод 4, в частности, содержит материал с высокой оптической плотностью по меньшей мере при измерении в направлении распространения света, испущенного источниками света, излучающими в соответствующем волновом диапазоне, т.е. с оптической плотностью более 0,7, более 1, более 1,2 или более 1,5, в диапазоне длин волн от 430 нм до 480 нм и с низкой оптической плотностью, т.е. с оптической плотностью менее 0,2, менее 0,15, менее 0,1 или менее 0,05 в диапазоне длин волн от 350 нм до 410 нм.

В показанном варианте осуществления светоизлучающий прибор 1 содержит три первых источника 21 света и три вторых источника 22 света. В других вариантах осуществления может быть обеспечено другое число, например, один, два или четыре первых источников 21 света и/или другое число, например, один, два или четыре вторых источников 22 света. В еще других вариантах осуществления может быть предусмотрен набор первых источников 21света и/или набор вторых источников 22 света. Количество первых источников 21 света и количество вторых источников 22 света может быть одинаковым или может быть разным.

Первые источники 21 света, например, с помощью оптического клея размещены непосредственно на первой поверхности 41 входа света. Аналогично, вторые источники 22 света, например, с помощью оптического клея размещены непосредственно на второй поверхностью 46 входа света. В других вариантах осуществления источники света могут быть расположены на основании или на подложке (не показана). Основание или подложка могут быть обеспечены в виде теплоотвода, предпочтительно, выполненного из металла, такого как медь, железо или алюминий, при этом пригодные варианты их осуществления описаны выше. Для улучшенного рассеяния тепла теплоотвод может содержать ребра. Отметим, что в других вариантах осуществления основание или подложка не обязательно должны быть теплоотводом. Кроме того, поскольку основание или подложка не являются необходимыми, то в следующих вариантах осуществления они могут даже быть исключены.

Люминесцентный элемент 77 в данном варианте осуществления расположен на первой поверхности 42 выхода света световода 4. В частности, третья поверхность 771 входа света люминесцентного элемента 77 расположена смежно с первой поверхностью 42 выхода света световода 4, а вторая поверхность 772 выхода света люминесцентного элемента простирается параллельно и напротив третьей поверхности 771 входа света.

Люминесцентный элемент 77 содержит люминесцентный материал, имеющий высокую оптическую плотность по меньшей мере при измерении в направлении прохождения света, т.е. оптическую плотность более 1, более 1,2, более 1,3 или более 1,5 в диапазоне длин волн от 350 нм до 410 нм и излучение в диапазоне длин волн от 430 нм до 480 нм. В одном варианте осуществления люминесцентный материал представляет собой люминофор. Подходящие люминесцентные материалы и люминофоры описаны выше.

В частности, люминесцентный элемент 77 содержит материал с максимальной оптической плотностью в диапазоне длин волн от 430 нм до 480 нм, являющейся в 10 раз большей, в 30 раз большей или в 50 раз большей, чем его максимальная оптическая плотность в диапазоне длин волн от 350 нм до 410 нм.

Светоизлучающий прибор в соответствии с изобретением, в общем, работает следующим образом (со ссылкой на фиг. 8 и 9). Каждым из упомянутого по меньшей мере одного первого источника 21 света испускается первый свет 13, имеющий первое спектральное распределение. Затем первый свет 13, имеющий первое спектральное распределение, вводится в световод 4 на первой поверхности 41 входа света. По меньшей мере часть света 13 с первым спектральным распределением преобразуется световодом 4 в третий свет 17, имеющий третье спектральное распределение. Этот третий свет 17 с третьим спектральным распределением направляется к первой поверхности 42 выхода света и выводится из этой первой поверхности 42 выхода света. Затем третий свет 17 с третьим спектральным распределением вводится в люминесцентной элемент 77 на третьей поверхности 771 входа света, направляется ко второй поверхности 772 выхода света и выводится из этой второй поверхности 772 выхода света.

Каждым из упомянутого по меньшей мере одного второго источника 22 света испускается второй свет 14, имеющий второе спектральное распределение. Затем второй свет 14, имеющий второе спектральное распределение, вводится в световод 4 на второй поверхности 46 входа света, направляется через световод 4 к первой поверхности 42 выхода света и выводится из этой первой поверхности 42 выхода света. Второй свет затем на третьей поверхности 771 входа света вводится в люминесцентный элемент 77. По меньшей мере часть второго света 14 со вторым спектральным распределением преобразуется люминесцентным элементом 77 в четвертый свет 18, имеющий четвертое спектральное распределение. Четвертый свет 18 с четвертым спектральным распределением затем направляется ко второй поверхности 772 выхода света и выводится из этой второй поверхности 772 выхода света. Таким образом, обеспечен светоизлучающий прибор, имеющий световой выход, содержащий комбинацию третьего света 17 с третьим спектральным распределением и четвертого света 18 с четвертым спектральным распределением.

Независимо от варианта осуществления, первое спектральное распределение, т.е. спектральное распределение первого света, испущенного первым источниками света, заключено в диапазоне от 400 нм до 800 нм, а второе спектральное распределение, то есть спектральное распределение второго света, испущенного вторым источниками света, заключено в диапазоне от 200 нм до 500 нм.

Более того и независимо от варианта осуществления, первое спектральное распределение имеет пиковую длину волны в диапазоне от 430 нм до 480 нм, второе спектральное распределение имеет пиковую длину волны в диапазоне от 350 нм до 410 нм, третье спектральное распределение имеет пиковую длину волны в диапазоне от 500 нм до 800 нм, а четвертое спектральное распределение имеет пиковую длину волны в диапазоне от 430 нм до 480 нм.

В показанном варианте осуществления все первые источники света выдают испущенный свет, имеющий практически одно то же спектральное распределение, и все вторые источники света выдают испущенный свет, имеющий практически одно то же спектральное распределение. Однако в альтернативных вариантах осуществления приемлемо, что первый и второй источники света, соответственно, могут испускать свет, имеющий два или более различных спектральных распределений.

Независимо от варианта осуществления, первый свет 13, имеющий первое спектральное распределение, и второй свет 14, имеющий второе спектральное распределение, могут иметь практически полностью перекрывающиеся спектральные распределения с разными пиковыми длинами волн. Альтернативно и также независимо от варианта осуществления, первый свет 13, имеющий первое спектральное распределение, и второй свет 14, имеющий второе спектральное распределение, могут иметь разные, например, частично перекрывающиеся или практически не перекрывающиеся спектральные распределения.

Фиг. 10 показывает график, иллюстрирующий оптическую плотность материала YAG, легированного 0,2% церия, который может быть использован в качестве световода 4. Как показано на графике, материал световода имеет низкую оптическую плотность в диапазоне длин волн от 350 нм до 410 нм, а именно - менее 0,05. В диапазоне длин волн от 430 нм до 480 нм материал световода имеет высокую оптическую плотность с максимумом чуть ниже 0,5 на 460 нм. Наконец, в диапазоне длин волн от 500 нм до 800 нм, световод имеет практически нулевую оптическую плотность.

Обратимся теперь к фиг. 11, на виде сверху, аналогичном виду с фиг. 9, показан второй вариант осуществления светоизлучающего прибора 101 в соответствии с изобретением Светоизлучающий прибор 101 отличается от прибора, показанного на фиг. 8 и 14, тем, что он содержит две первые поверхности 41 и 45 входа света, а также по меньшей мере один третий источник 23 света, и тем, что ему придана форма практически в виде стержня или бруска. Каждая из по меньшей мере двух первых поверхностей 41 и 45 входа света простирается относительно первой поверхности 42 выхода света под отличным от нуля углом. Таким образом, в показанном варианте осуществления две первые поверхности 41 и 45 входа света являются противоположными боковыми поверхностями световода 4, в то время как вторая поверхность 46 входа света и первая поверхность 42 выхода света являются торцевыми поверхностями световода 4.

Возможны также варианты осуществления, в которых две первые поверхности входа света являются смежными боковыми поверхностями световода 4, в то время как вторая поверхность входа света и первая поверхность выхода света являются торцевыми поверхностями световода. Возможен также вариант осуществления, в котором две первые поверхности входа света являются торцевыми поверхностями световода, в то время как вторая поверхность входа света и первая поверхность выхода света являются противоположными боковыми поверхностями световода 4. Кроме того, возможен также вариант осуществления, в котором световод 4 содержит более двух, например, три или четыре первые поверхности входа света.

В показанном варианте осуществления обеспечены четыре третьих источника 23 света. В других вариантах осуществления может быть обеспечено другое число третьих источника 23 света, например, один, два или пять третьих источников 23 света. В следующих вариантах осуществления может быть обеспечен набор третьих источников 23 света. Во время работы каждым из по меньшей мере одного источника 23 третьего света испускается первый свет 13, имеющий первое спектральное распределение. Кроме того, в показанном варианте осуществления изобретения светоизлучающий прибор 101 содержит четыре первых источника 21 света и один второй источник 22 света.

Таким образом, световод 4 светоизлучающего прибора 101 выполнен с возможностью приема первого света 13 с первым спектральным распределением на каждой из по меньшей мере дух первых поверхностях 41 и 45 входа света, преобразования по меньшей мере части первого света 13 с первым спектральным распределением в третий свет 17 с третьим спектральным распределением, направления третьего света 17 с третьим спектральным распределением к первой поверхности 42 выхода света и вывода по меньшей мере части третьего света 17 с третьим спектральным распределением из первой поверхности 42 выхода света. В другом случае световод 4 светоизлучающего прибора 101 работает, как описано выше со ссылками на фиг. 8 и 9.

Обратимся теперь к фиг. 12, на виде сверху, подобном виду с фиг. 11, показан третий вариант осуществления светоизлучающего прибора 102 в соответствии с изобретением. Светоизлучающий прибор 102 отличается от показанного на фиг. 11 тем, что в нем обеспечено множество, в данном случае три, вторых источников 22 света, а также тем, что между второй поверхностью 46 входа света световода 4 и вторыми источниками 22 света расположен элемент 7 ввода. Элемент 7 ввода выполнен с возможностью ввода в световод 4 второго света 14 со вторым спектральным распределением, испущенного вторыми источниками 22 света. Элемент 7 ввода может, например, являться оптическим клеем или он может быть преломляющим компонентом (например, линзой или набором линз), или же дифракционным компонентом, таким как дифракционная решетка, или же отражающим слоем или структурой. Выше были описаны другие подходящие элементы ввода.

Обратимся теперь к фиг. 13, на виде сверху, подобном виду с фиг. 11, показан четвертый вариант осуществления светоизлучающего прибора 103 в соответствии с изобретением. Светоизлучающий прибор 103 отличается от показанного на фиг. 11 тем, что между второй поверхностью 46 входа света световода 4 и вторым источником 22 света обеспечен зазор 91, например, в виде воздушного зазора. Светоизлучающий прибор 103 дополнительно отличается от показанного на фиг. 11 тем, что первый источник 211 света расположен в оптическом контакте со световодом 4, например, посредством оптического клея 92, в то время как первый источник 212 света расположен на расстоянии от световода 4 и отделен от него зазором 90, например, в виде воздушного зазора.

В другом варианте осуществления все из первых источников света могут быть расположены в оптическом контакте со световодом 4, например, с помощью оптического клея. В еще одном варианте осуществления все из первых источников света могут быть расположены на расстоянии от световод 4 и отделены от него зазором, например в виде воздушного зазора.

Обратимся теперь к фиг. 14, на виде сверху, подобном виду с фиг. 11, показан пятый вариант осуществления светоизлучающего прибора 104 в соответствии с изобретением. Светоизлучающий прибор 104 отличается от показанного на фиг. 11 тем, что между первой поверхностью 41 входа света и первыми источниками 21 света обеспечен первый оптический элемент 81. Более конкретно, первый оптический элемент 81 расположен у или на первой поверхности 41 входа света. Этот первый оптический элемент 81 выполнен с возможностью пропускания света в диапазоне длин волн от 430 до 480 нм и для отражения света с длиной волны, являющейся более длинной, чем 480 нм. Первый оптический элемент 81 может, например, представлять собой антиотражающее покрытие или слой. Альтернативно, первый оптический элемент 81 может быть дихроичным оптическим элементом, таким как дихроичный фильтр или зеркало.

Светоизлучающий прибор 104 дополнительно отличается от показанного на фиг. 11 тем, что между второй поверхностью 46 входа света и вторыми источниками 22 света предусмотрен второй оптический элемент 82. Более конкретно, второй оптический элемент 82 расположен у или на второй поверхности 46 входа света. Этот второй оптический элемент 82 выполнен с возможностью пропускания света в диапазоне длин волн от 350 до 410 нм и для отражения света с длиной волны, являющейся более длинной, чем 430 нм. Второй оптический элемент 82 может быть, например, антиотражающим покрытием или слоем. Альтернативно, второй оптический элемент 82 может быть дихроичным оптическим элементом, таким как дихроичный фильтр или зеркало. В других вариантах осуществления может быть обеспечен только один из первого оптического элемента 81 и второго оптического элемента 82.

Специалист в данной области техники поймет, что настоящее изобретение никоим образом не ограничивается описанными выше предпочтительными вариантами осуществления. Напротив, в пределах объема приложенных пунктов формулы изобретения возможны многие модификации и изменения.

В частности, описанные здесь различные элементы и признаки разных вариантов осуществления могут быть свободно объединены.

Кроме того, изменения в раскрытые варианты осуществления могут быть придуманы и осуществлены специалистами при практической работе с заявленным изобретением, при изучении чертежей, описания и приложенных пунктов формулы изобретения. В этих пунктах слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а признаки единственного числа не исключают множественности. Тот простой факт, что определенные величины повторяются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что для получения выгоды не может быть использована комбинация этих величин.

Изобретение относится к светоизлучающему прибору, содержащему источник света, выполненный с возможностью испускания во время работы света с первым спектральным распределением, и световод, выполненный с возможностью преобразования света с первым спектральным распределением в свет со вторым спектральным распределением. Заявленный светоизлучающий прибор содержит по меньшей мере один первый источник света, выполненный с возможностью испускания во время работы первого света с первым спектральным распределением, по меньшей мере один второй источник света, выполненный с возможностью испускания во время работы второго света со вторым спектральным распределением, световод, содержащий по меньшей мере одну первую поверхность входа света, по меньшей мере одну вторую поверхность входа света и первую поверхность выхода света, при этом упомянутая по меньшей мере одна первая поверхность входа света и первая поверхность выхода света простираются по отношению друг к другу под отличным от нуля углом, и люминесцентный элемент, расположенный смежно с первой поверхностью выхода света. Причем световод выполнен с возможностью преобразования по меньшей мере части первого света с первым спектральным распределением в третий свет с третьим спектральным распределением, направления второго света и вывода по меньшей мере части третьего света и по меньшей мере части второго света из первой поверхности выхода света. Причем люминесцентный элемент выполнен с возможностью преобразования по меньшей мере части второго света в четвертый свет с четвертым спектральным распределением. Технический результат - обеспечение эффективного и полного смешения света различных цветов, посредством которого может быть получен белый свет высокого качества и при низком оптическом факторе. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 14 ил., 1 табл.

1. Светоизлучающий прибор (1), содержащий:

по меньшей мере один первый источник (21) света, выполненный с возможностью испускания при работе первого света (13) с первым спектральным распределением, имеющим пиковую длину волны в диапазоне от 430 нм до 480 нм,

по меньшей мере один второй источник (22) света, выполненный с возможностью испускания при работе второго света (14) со вторым спектральным распределением, имеющим пиковую длину волны в диапазоне от 350 нм до 410 нм, и

световод (4), содержащий по меньшей мере одну первую поверхность (41) входа света, по меньшей мере одну вторую поверхность (46) входа света и первую поверхность (42) выхода света, при этом упомянутые по меньшей мере одна первая поверхность входа света и первая поверхность выхода света простираются по отношению друг к другу под отличным от нуля углом;

причем световод (4) выполнен с возможностью приема первого света (13) с первым спектральным распределением на упомянутой по меньшей мере одной первой поверхности (41) входа света, преобразования по меньшей мере части первого света (13) с первым спектральным распределением в третий свет (17) с третьим спектральным распределением, имеющим пиковую длину волны в диапазоне от 500 нм до 800 нм, направления третьего света (17) с третьим спектральным распределением к первой поверхности (42) выхода света и вывода по меньшей мере части третьего света (17) с третьим спектральным распределением из первой поверхности выхода света,

причем световод дополнительно выполнен с возможностью приема второго света (14) со вторым спектральным распределением на упомянутой по меньшей мере одной второй поверхности (46) входа света, направления второго света (14) со вторым спектральным распределением к первой поверхности (42) выхода света и вывода по меньшей мере части второго света (14) со вторым спектральным распределением из первой поверхности выхода света,

причем светоизлучающий прибор дополнительно содержит люминесцентный элемент (77), расположенный смежно с первой поверхностью выхода света, причем люминесцентный элемент выполнен с возможностью преобразования по меньшей мере части второго света (14) со вторым спектральным распределением в четвертый свет (18) с четвертым спектральным распределением, имеющим пиковую длину волны в диапазоне от 430 нм до 500 нм.

2. Светоизлучающий прибор по п. 1, причем световод содержит по меньшей мере две первые поверхности (41, 45) входа света, при этом каждая из упомянутых по меньшей мере двух первых поверхностей входа света простирается по отношению к первой поверхности выхода света под отличным от нуля углом, а

световод выполнен с возможностью приема первого света (13) с первым спектральным распределением на каждой из упомянутых по меньшей мере двух первых поверхностей (41, 45) входа света, преобразования по меньшей мере части первого света (13) с первым спектральным распределением в третий свет (17) с третьим спектральным распределением, имеющим пиковую длину волны в диапазоне от 500 нм до 800 нм, направления третьего света (17) с третьим спектральным распределением к первой поверхности (42) выхода света и вывода по меньшей мере части третьего света (17) с третьим спектральным распределением из первой поверхности выхода света.

3. Светоизлучающий прибор по п. 1 или 2, дополнительно содержащий элемент (7) ввода, расположенный у второй поверхности (46) входа света, причем элемент ввода выполнен с возможностью ввода в световод второго света (14) со вторым спектральным распределением.

4. Светоизлучающий прибор по любому из вышеприведенных пунктов, дополнительно содержащий первый оптический элемент (81), расположенный у первой поверхности (41) входа света, причем первый оптический элемент выполнен с возможностью пропускания света в диапазоне длин волн от 430 нм до 480 нм и отражения света с длиной волны, большей чем 480 нм.

5. Светоизлучающий прибор по любому из вышеприведенных пунктов, дополнительно содержащий второй оптический элемент (82), расположенный у второй поверхности (46) входа света, причем второй оптический элемент выполнен с возможностью пропускания света в диапазоне длин волн от 350 нм до 410 нм и отражения света с длиной волны, большей чем 430 нм.

6. Светоизлучающий прибор по любому из вышеприведенных пунктов, при этом упомянутый по меньшей мере один первый источник (21) света выполнен в оптическом контакте с упомянутой по меньшей мере одной первой поверхностью (41) входа света.

7. Светоизлучающий прибор по любому из вышеприведенных пунктов, при этом упомянутый по меньшей мере один второй источник (22) света выполнен в оптическом контакте с упомянутой по меньшей мере одной второй поверхностью (46) входа света.

8. Светоизлучающий прибор по любому из вышеприведенных пунктов, при этом люминесцентный элемент (77) имеет максимальную оптическую плотность в диапазоне длин волн от 430 до 480 нм, являющейся в 10 раз большей, в 30 раз большей или в 50 раз большей, чем его максимальная оптическая плотность в диапазоне от 350 нм до 410 нм.

9. Светоизлучающий прибор по любому из вышеприведенных пунктов, при этом световод (4) имеет оптическую плотность менее 0,2, менее 0,15, менее 0,1 или менее 0,01 в диапазоне длин волн от 350 нм до 410 нм.

10. Светоизлучающий прибор по любому из вышеприведенных пунктов, при этом световод (4) имеет оптическую плотность более 0,5, более 0,7, более 0,8 или более 0,9 в диапазоне длин волн от 430 нм до 480 нм, когда на или у поверхности, противоположной первым источникам света, присутствует отражатель и/или отражательный компонент, или при этом световод (4) имеет оптическую плотность более 1, более 1,2 или более 1,5 в диапазоне длин волн от 430 нм до 480 нм, когда со стороны, противоположной упомянутому по меньшей мере одному первому источнику (21) света, не присутствует отражательный компонент.

11. Светоизлучающий прибор по любому из вышеприведенных пунктов, при этом световод (4) является любым одним из люминесцентного, светоконцентрирующего, выполненного из граната и любой их комбинации.

12. Светоизлучающий прибор по любому из вышеприведенных пунктов, при этом световод (4) является любым одним из люминесцентного, светоконцентрирующего, выполненного из граната и любой их комбинации, содержащей церий с концентрацией в диапазоне 1-0,2%.

13. Светоизлучающий прибор по любому из вышеприведенных пунктов, при этом упомянутый по меньшей мере один первый источник (21) света является СИД, лазерным диодом или ОСИД.

14. Светоизлучающий прибор по любому из вышеприведенных пунктов, при этом упомянутый по меньшей мере один второй источник (22) света является СИД, лазерным диодом или ОСИД.

15. Осветительная система, содержащая светоизлучающий прибор по любому из вышеприведенных пунктов, причем система используется в одном или более следующих приложений: цифровое проецирование, автомобильное освещение, сценическое освещение, производственное освещение магазинов, домашнее освещение, направленное освещение, точечное освещение, театральное освещение, оптоволоконное освещение, системы отображения, сигнальные световые системы, приложения медицинского освещения, освещение в микроскопии, освещение в аналитическом оборудовании, приложения декоративного освещения.