Светоизлучающее устройство с элементом спектрального преобразования

Светоизлучающее устройство с элементом спектрального преобразования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к светоизлучающему устройству, имеющему по меньшей мере один источник света и световод. Кроме того, изобретение относится к лампе, светильнику или системе освещения, содержащим такое светоизлучающее устройство.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Высокоинтенсивные источники света, и, в частности, источники белого света высокой интенсивности, представляют интерес для разнообразных вариантов применения, в том числе в прожекторах, для направленного освещения сценических площадок, автомобильного освещения, и в цифровых световых проекторах. Для этих целей, а также для получения желательной формы светового луча, светораспределения и цветораспределения с точкой высокой интенсивности, возможно использование так называемых концентраторов светового потока, где коротковолновое световое излучение преобразуется в длинноволновое в люминесцентном материале с высокой прозрачностью. Такой прозрачный люминесцентный материал облучают светоизлучающими диодами (LED) для создания длинноволнового излучения внутри люминесцентного материала. Преобразованный свет, будучи направленным по волноводу на люминесцентный материал, испускается с поверхности, создавая точку высокой яркости.

Патентный документ WO 2012/056382 А1 в одном варианте осуществления описывает осветительное устройство, содержащее волновод и источник света. Волновод может быть оснащен люминесцентным материалом, размещенным на или в волноводе, и тем самым может быть конфигурирован для конверсии света от источника света в излучение люминесцентного материала.

Проблема, связанная с этой конфигурацией, относится к подведению достаточного света в световод, в то же время с выдерживанием его температуры на относительно низком уровне. В конфигурациях светодиодов (LED) согласно прототипу, и в некоторых конфигурациях плотно упакованных светодиодов (LED), например, 30, 40 и даже 50 светодиодов (LED) размещаются на малом расстоянии от световода, чтобы он воспринимал как можно больше света. В результате расположения светодиодов (LED) слишком близко к световоду тепло от светодиодов (LED) приводит к нагреванию световода и снижает оптические характеристики как световода, так и светодиодов (LED).

Патентный документ DE102008012316A1 представляет полупроводниковый источник света и люминесцентный конверсионный элемент, которые оба размещаются на общем теплоотвод. Свет, излученный полупроводниковым источником света, направляется по световоду на люминесцентный конверсионный элемент.

Патентный документ EP2202444A1 раскрывает LED-модуль, который испускает свет в сторону люминофорного модуля. Люминофорный модуль включает прозрачный слой, ближайший к LED-модулю, и слой люминофора, смежный непосредственно с прозрачным слоем. Люминофорный модуль может дополнительно включать теплоотвод.

Патентный документ WO2012/006128A2 представляет осветительный модуль с высокой светоотдачей и яркостью, с использованием возбуждаемого источника света и элемента конверсии длины волны с многоканальным рассеянием тепла.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является разрешение этой проблемы, и создание светоизлучающего устройства, с помощью которого большое количество света подводится в световод и пропускается по нему, в то же время с выдерживанием относительно низкой температуры световода, а также оптимизация оптических характеристик как световода, так и светодиодов (LED) светоизлучающего устройства.

Согласно первому аспекту изобретения, эта и другие цели достигаются с помощью светоизлучающего устройства, включающего множество первых твердотельных источников света, выполненных с возможностью, при работе, излучения первого света с первым спектральным распределением, первый световод, содержащий первую поверхность ввода света, первую поверхность выхода света и по меньшей мере одну первую дополнительную поверхность, причем первый световод выполнен с возможностью приема первого света с первым спектральным распределением на первую поверхность ввода света, проведения первого света до первой поверхности выхода света, и выведения первого света с первым спектральным распределением с первой поверхности выхода света, причем множество источников света расположены смежно с и в оптическом контакте с первой поверхностью ввода света первого световода, по меньшей мере один люминесцентный элемент, размещенный на первой поверхности выхода света первого световода, причем по меньшей мере один люминесцентный элемент включает вторую поверхность ввода света, вторую поверхность выхода света и по меньшей мере одну вторую дополнительную поверхность, причем вторая поверхность ввода света и вторая поверхность выхода света продолжаются под отличным от нулевого углом относительно друг друга, причем люминесцентный элемент выполнен с возможностью приема первого света с первым спектральным распределением на вторую поверхность ввода света, преобразования по меньшей мере части первого света с первым спектральным распределением во второй свет со вторым спектральным распределением, направления второго света на вторую поверхность выхода света и выведения второго света со вторым спектральным распределением со второй поверхности выхода света, причем светоизлучающее устройство дополнительно содержит по меньшей мере один первый теплоотводящий элемент, размещенный у или на поверхности люминесцентного элемента, противоположной и параллельной второй поверхности ввода света.

В результате размещения люминесцентного элемента, предназначенного для преобразования по меньшей мере части поступающего света в преобразованный свет с отличающимся спектральным распределением, и направлением света на выходную поверхность, создано светоизлучающее устройство, с помощью которого особенно большое количество преобразованного света будет восприниматься люминесцентным элементом, и которое может быть выведено с одной из поверхностей, что, в свою очередь, ведет к достижению особенно высокой интенсивности.

Благодаря размещению по меньшей мере одного первого теплоотводящего элемента при или на поверхности люминесцентного элемента обращенным в сторону от нее, или, другими словами, которая противоположна второй поверхности ввода света, и, кроме того, размещению первого световода между источниками света и люминесцентным элементом, свет от источников света может быть подведен к люминесцентному элементу, тогда как бóльшая часть тепла, генерированного источниками света, не передается на люминесцентный элемент, и обеспечивается эффективное охлаждение люминесцентного элемента. Тем самым создано светоизлучающее устройство, с помощью которого большое количество света подводится и пропускается в световод, в то же время с поддерживанием относительно низкой температуры люминесцентного элемента.

Кроме того, с помощью светоизлучающего устройства согласно изобретению меньшее число светодиодов (LED) и тем самым с менее плотной упаковкой их может быть применено для получения высокой выходной интенсивности света, по сравнению с прототипом, что также содействует поддержанию температуры люминесцентного элемента на относительно низком уровне.

Кроме того, оба из вышеуказанных признаков вносят свой вклад в создание светоизлучающего устройства с оптимизированными оптическими характеристиками в отношении как световода, так и источников света.

В одном варианте исполнения площадь первой поверхности выхода света первого световода является в 2 раза меньшей, чем площадь первой поверхности ввода света. Благодаря этому большее число твердотельных источников света может быть размещено при первой поверхности ввода света, и может быть достигнута улучшенная концентрация света, обеспечивающая повышенную яркость. В других вариантах исполнения площадь первой поверхности выхода света первого световода является в 5 или даже в 10 раз меньшей, чем площадь первой поверхности ввода света.

В одном варианте исполнения первый световод имеет первый показатель преломления, по меньшей мере один люминесцентный элемент имеет второй показатель преломления, и второй показатель преломления по меньшей мере одного люминесцентного элемента является более высоким, чем первый показатель преломления первого световода.

Благодаря этому бóльшая часть света, проводимого первым световодом, будет поступать в люминесцентный элемент, снижая тем самым потерю света, содержащегося в подводимом к люминесцентному элементу свете. В свою очередь, это содействует повышению интенсивности и тем самым яркости света, испускаемого светоизлучающим устройством.

В одном варианте исполнения светоизлучающее устройство дополнительно содержит связующий элемент, предназначенный для выведения света из первого световода и направления в по меньшей мере один люминесцентный элемент, и размещенный между первым световодом и по меньшей мере одним люминесцентным элементом.

В этой конфигурации связующий элемент обеспечивает оптическую связь с передачей света от волновода в люминесцентный элемент. Благодаря этому бóльшая часть света, пропускаемого по первому световоду, будет поступать в люминесцентный элемент, тогда как преобразованный свет по большей части не будет пропускаться обратно в волновод, снижая тем самым потерю света, содержащегося в подводимом к люминесцентному элементу свете. В свою очередь, это содействует повышению интенсивности и тем самым яркости света, испускаемого светоизлучающим устройством.

В одном варианте исполнения первый световод имеет первый показатель преломления, по меньшей мере один люминесцентный элемент имеет второй показатель преломления, связующий элемент имеет третий показатель преломления, и третий показатель преломления связующего элемента является меньшим, чем по меньшей мере один из второго показателя преломления по меньшей мере одного люминесцентного элемента и первого показателя преломления первого световода. Этим гарантируется, что только относительно малая доля преобразованного света, или же никакой преобразованный свет, не будет пропускаться из люминесцентного элемента обратно в волновод.

Эти варианты исполнения обеспечивают то, что особенно большая доля света, пропускаемого по первому световоду, будет восприниматься люминесцентным элементом, тем самым дополнительно снижая потерю света, содержащегося в подводимом к люминесцентному элементу свете. В свою очередь, это содействует повышению интенсивности и тем самым яркости света, испускаемого светоизлучающим устройством.

В одном варианте исполнения первый световод выполнен из материала, имеющего теплопроводность, которая является меньшей, чем 1 Вт/(К⋅м).

Благодаря этому создано светоизлучающее устройство, с помощью которого особенно малая доля выделяемого источниками света тепла переносится на люминесцентный элемент, без ущерба количеству подводимого к нему света, обеспечивая тем самым даже более эффективное охлаждение люминесцентного элемента.

В одном варианте исполнения первая поверхность ввода света и первая поверхность выхода света продолжаются под отличным от нулевого углом относительно друг друга. В одном конкретном варианте исполнения первая поверхность ввода света и первая поверхность выхода света расположены перпендикулярно друг другу.

В результате создания светоизлучающего устройства со световодом, имеющим поверхность ввода света и поверхность выхода света, ориентированные друг относительно друга под отличным от нулевого углом, и, в частности, перпендикулярно друг другу, получается светоизлучающее устройство, с помощью которого большое количество света оптимально пропускается к соответствующим поверхностям выхода света посредством полного внутреннего отражения (TIR). Это, в свою очередь, сокращает величину потерь света через другие поверхности первого световода, нежели поверхность выхода света, и таким образом дополнительно повышает интенсивность и тем самым яркость испускаемого светоизлучающим устройством света.

В одном варианте исполнения первый световод выполнен с возможностью преобразования падающего света в преобразованный свет со спектральным распределением, которое отличается от спектрального распределения падающего света.

Тем самым создано светоизлучающее устройство, с помощью которого по меньшей мере часть света, подводимого в первый световод через по меньшей мере одну первую дополнительную поверхность и пропускаемого через первый световод, может быть подвергнута второй конверсии длины волны перед конверсией длины волны, происходящей в люминесцентном элементе, и с помощью которого тем самым может быть достигнута светоотдача светоизлучающего устройства с более сложным спектральным распределением.

Кроме того, в одном варианте исполнения светоизлучающего устройства множество источников света расположены смежно с и в оптическом контакте с по меньшей мере одной первой дополнительной поверхностью первого световода.

Благодаря этому большее количество света может быть направлено в световод и тем самым в люминесцентный элемент, чем обеспечивается излучение света светоизлучающим устройством с еще более высокой интенсивностью и тем самым большей яркостью.

В одном варианте исполнения по меньшей мере один теплоотводящий элемент выполнен из материала, имеющего теплопроводность, которая является более высокой, чем 1 Вт/(К⋅м), более высокой, чем 10 Вт/(К⋅м), или большей, чем 20 Вт/(К⋅м).

Тем самым получается особенно хорошее рассеяние тепла от световода. Следует отметить, что, как правило, чем выше теплопроводность, тем лучше рассеяние тепла.

В одном варианте исполнения светоизлучающее устройство дополнительно содержит по меньшей мере один добавочный теплоотводящий элемент, размещенный у одной из по меньшей мере одной первой дополнительной поверхности первого световода.

Благодаря этому создается светоизлучающее устройство, имеющее еще более улучшенные характеристики рассеяния тепла, поскольку возрастает площадь и/или объем, наличествующие для теплоотвода.

В одном варианте исполнения первый световод является протяженным рядом по меньшей мере с двумя поверхностями по меньшей мере одного люминесцентного элемента.

Такой вариант исполнения еще в большей степени улучшает поступление света от первого световода к люминесцентному элементу, так как увеличивается площадь, через которую свет может поступать в люминесцентный элемент.

В одном варианте исполнения светоизлучающее устройство дополнительно содержит по меньшей мере один связующий элемент, предназначенный для выведения света из первого световода, причем связующий элемент размещается на поверхности первого световода, противолежащей относительно по меньшей мере одного люминесцентного элемента.

Тем самым создается светоизлучающее устройство, с помощью которого свет может испускаться одновременно по более чем одному направлению.

В одном варианте исполнения светоизлучающее устройство дополнительно содержит по меньшей мере один второй источник света, предназначенный в рабочем режиме для излучения третьего света с третьим спектральным распределением, и второй световод, содержащий третью поверхность ввода света и третью поверхность выхода света, причем второй световод выполнен с возможностью приема третьего света с третьим спектральным распределением на третью поверхность ввода света, направления третьего света на третью поверхность выхода света, и выведения третьего света с третьим спектральным распределением с третьей поверхности выхода света, причем, кроме того, люминесцентный элемент выполнен с возможностью приема третьего света с третьим спектральным распределением, выведенного с третьей поверхности выхода света второго световода, направления третьего света на вторую поверхность выхода света и выведения третьего света с третьим спектральным распределением со второй поверхности выхода света.

Кроме того, в одном варианте исполнения второй световод выполнен с возможностью преобразования по меньшей мере части третьего света с третьим спектральным распределением в четвертый свет с четвертым спектральным распределением, направления четвертого света на третью поверхность выхода света и выведения четвертого света с четвертым спектральным распределением с третьей поверхности выхода света.

В дополнение к преимуществам, которые подобны вышеупомянутым достоинствам, эти варианты исполнения предусматривают светоизлучающее устройство, испускающее свет даже с более высокой интенсивностью или яркостью, и способное создавать световые пучки с желательным светораспределением и распределением цвета высокой сложности простым и экономически эффективным путем, в частности, когда общая светоотдача светоизлучающего устройства согласно этим вариантам исполнения включает по меньшей мере один дополнительный компонент светоотдачи, а именно, третий свет и, необязательно, также четвертый свет.

Кроме того, эти варианты исполнения предусматривают дополнительные параметры, применимые для получения различных геометрических конфигураций светоизлучающего устройства.

Кроме того, изобретение относится к лампе, светильнику или системе освещения, включающим светоизлучающее устройство согласно любому из предшествующих пунктов формулы изобретения, причем лампа, светильник и система используются в одном или более из следующих применений: в цифровых проекторах, для автомобильного освещения, для освещения сценических площадок, для освещения торговых помещений, для домашнего освещения, для направленного освещения, для точечного освещения, театрального освещения, оптоволоконного освещения, систем отображения, систем подачи предупредительных световых сигналов, для использования освещения в медицинской практике, для применения освещения в декоративных целях.

Следует отметить, что изобретение относится ко всем возможным комбинациям признаков, перечисленных в пунктах патентной формулы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Этот и прочие аспекты настоящего изобретения теперь будут описаны более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи, показывающие вариант(-ты) осуществления изобретения.

Фиг. 1 показывает вид в разрезе светоизлучающего устройства, включающего люминофорный диск.

Фиг. 2 показывает вид сбоку осветительной системы со световодом и дополнительными источниками света, и которая оснащена фильтром и дихроичным оптическим элементом.

Фиг. 3А и 3В показывают световоды, оснащенные размещенным теплоотводящим элементом.

Фиг. 4 показывает перспективный вид светоизлучающего устройства в первом варианте исполнения согласно изобретению.

Фиг. 5 показывает вид с торца светоизлучающего устройства согласно Фиг. 4.

Фиг. 6 показывает вид с торца светоизлучающего устройства во втором варианте исполнения согласно изобретению.

Фиг. 7 показывает вид с торца светоизлучающего устройства в третьем варианте исполнения согласно изобретению.

Фиг. 8 показывает вид с торца светоизлучающего устройства в четвертом варианте исполнения согласно изобретению.

Фиг. 9 показывает вид с торца светоизлучающего устройства в пятом варианте исполнения согласно изобретению, причем теплоотводящий элемент удален для простоты.

Фиг. 10 показывает вид с торца светоизлучающего устройства в шестом варианте исполнения согласно изобретению.

Фиг. 11 показывает перспективный вид светоизлучающего устройства в седьмом варианте исполнения согласно изобретению.

Фиг. 12 показывает вид с торца светоизлучающего устройства согласно Фиг. 11.

Фиг. 13 показывает вид с торца светоизлучающего устройства в восьмом варианте исполнения согласно изобретению.

Фиг. 14 показывает вид с торца светоизлучающего устройства в девятом варианте исполнения согласно изобретению.

Как иллюстрированные в фигурах, размеры слоев, элементов и областей являются преувеличенными для целей иллюстрации, и тем самым представлены, чтобы показать общие структуры вариантов осуществления настоящего изобретения. Сходные кодовые номера позиций относятся к подобным элементам на всем протяжении, например, так, что светоизлучающее устройство согласно изобретению в целом обозначено как 1, тогда как различные конкретные варианты исполнения его обозначаются добавлением 01, 02, 03, и так далее, к общему кодовому номеру позиции. В отношении Фигур 1-3В, показывающих ряд признаков и элементов, которые могут быть добавлены к светоизлучающего устройства в любом из вариантов исполнения согласно изобретению, как дополнительно излагаемому ниже, в общем были добавлены «00» ко всем элементам, за исключением тех, которые являются специфическими для одной из этих Фигур.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Теперь настоящее изобретение будет далее описано более полно со ссылкой на сопроводительные чертежи, в которых показаны предпочтительные в данный момент варианты осуществления изобретения. Однако это изобретение может быть исполнено во многих различных формах, и не должно толковаться как ограниченное изложенными здесь вариантами осуществления; скорее, эти варианты осуществления представлены для доскональности и завершенности, и для полноты описания объема изобретения для квалифицированного специалиста.

Нижеследующее описание будет начато с общих соображений относительно вариантов применения, подходящих источников света и материалов, пригодных для разнообразных элементов и деталей светоизлучающего устройства согласно изобретению. Для этой цели ряд признаков и элементов, которые могут быть добавлены в любом из вариантов исполнения светоизлучающего устройства согласно изобретению, как далее излагаемому ниже, будет описан со ссылкой на Фигуры 1-3В. Конкретные варианты исполнения светоизлучающего устройства согласно изобретению будут подробно описаны со ссылкой на Фигуры 4-14.

Светоизлучающее устройство согласно изобретению может быть использовано в вариантах применения, включающих, но не ограничивающихся таковыми, лампу, осветительный модуль, светильник, точечное освещение, импульсное освещение, проектор, цифровое проекционное устройство, автомобильную светотехнику, например, такую как фары и задние фонари автомобиля, освещение арены, освещение театральной сцены, и архитектурное освещение.

Источники света, которые составляют часть вариантов исполнения согласно изобретению, как излагаемому ниже, предназначены в эксплуатационном режиме для излучения света с первым спектральным распределением. Затем этот свет подводится в световод или волновод. Световод или волновод может преобразовывать свет с первым спектральным распределением в свет с другим спектральным распределением, и пропускать свет до выходной поверхности. Источник света в принципе может быть точечным источником света любого типа, но в одном варианте исполнения представляет собой твердотельный источник света, такой как Светоизлучающий Диод (LED), Лазерный Диод или Органический Светоизлучающий Диод (OLED), множество Светодиодов (LED), или Лазерные Диоды, или Органические Светодиоды (OLED), или матрица из Светодиодов (LED), или Лазерных Диодов, или Органических Светодиодов (OLED), или комбинация любых из них. Светодиод (LED) в принципе может представлять собой LED любого цвета, или их комбинацию, но в одном варианте исполнения представляет собой источник синего света, генерирующий свет от источника света в синем цветовом диапазоне, который определяется как диапазон длин волн между 380 нм и 495 нм. В еще одном варианте исполнения источник света представляет собой источник УФ-излучения или фиолетового света, то есть, излучающий в диапазоне длин волн менее 420 нм. В случае множества или матрицы Светодиодов (LED), или Лазерных Диодов, или Органических Светодиодов (OLED), Светодиоды (LED), или Лазерные Диоды, или Органические Светодиоды (OLED), в принципе могут представлять собой Светодиоды (LED), или Лазерные Диоды, или Органические Светодиоды (OLED), двух или более различных цветов, таких, но без ограничения, как УФ, синий, зеленый, желтый или красный.

Источник света может быть источником красного света, то есть, излучающим в диапазоне длин волн, например, между 600 нм и 800 нм. Такой красный источник света может представлять собой, например, источник света любого из вышеупомянутых типов, непосредственно излучающий красный свет или оснащенный люминофором, пригодным для преобразования света от источника света в красный свет. Этот вариант исполнения является особенно благоприятным в сочетании со световодом, приспособленным для преобразования света от источника света в инфракрасное (IR, ИК) излучение, то есть, излучение с длинами волн свыше 800 нм, и в надлежащем варианте исполнения с максимальной интенсивностью в диапазоне от 810 до 850 нм. В одном варианте исполнения такой световод включает ИК-излучающий люминофор. Светоизлучающее устройство с такими характеристиками является в особенности благоприятным для применения в системах ночного видения, но также может быть использовано в любом из вышеуказанных вариантов применения.

Еще одним примером является комбинация источника первого, красного света, излучающего свет в диапазоне длин волн между 480 нм и 800 нм, и направления этого света в люминесцентный стержень или волновод, и источника второго света, излучающего синий, или ультрафиолетовый (УФ), или фиолетовый свет, то есть, с длиной волны менее 480 нм, и также направления этого света в люминесцентный волновод или стержень. Свет от второго источника света преобразуется люминесцентным волноводом или стержнем в излучение с длинами волн в диапазоне между 480 нм и 800 нм, и свет от первого источника света, направленный в люминесцентный волновод или стержень, не будет преобразован. Другими словами, второй источник света испускает ультрафиолетовый (УФ), фиолетовый или синий свет, который затем преобразуется люминесцентным концентратором в свет в зеленой-желтой-оранжевой-красной спектральной области. В еще одном варианте исполнения первый источник света излучает в диапазоне длин волн между 500 нм и 600 нм, и свет от второго источника света преобразуется люминесцентным волноводом или стержнем в излучение с длинами волн в диапазоне между 500 нм и 600 нм. В еще одном варианте исполнения первый источник света излучает в диапазоне длин волн между 600 нм и 750 нм, и свет от второго источника света преобразуется люминесцентным волноводом или стержнем в излучение с длинами волн в диапазоне между 600 нм и 750 нм. В одном варианте исполнения свет от первого источника света направляется в люминесцентный волновод или стержень у еще одной поверхности, например, поверхности, противолежащей относительно поверхности выхода света, нежели поверхности, где свет от второго источника света направляется в люминесцентный волновод или стержень. Эти варианты исполнения предусматривают люминесцентный волновод или стержень, излучающий в диапазоне красного света с повышенной яркостью.

Световоды, как разъясняемые ниже в вариантах исполнения согласно изобретению, как правило, могут быть стержневидными по форме или имеющими форму бруска световодами, имеющими высоту Н, ширину W и длину L, продолжающиеся во взаимно перпендикулярных направлениях, и в вариантах исполнения являются прозрачными, или прозрачными и люминесцентными. Как правило, свет проходит по направлению длины L. Высота Н в вариантах исполнения составляет <10 мм, в других вариантах исполнения <5 мм, в еще других вариантах исполнения <2 мм. Ширина W в вариантах исполнения составляет <10 мм, в других вариантах исполнения <5 мм, в еще других вариантах исполнения <2 мм. Длина L в вариантах исполнения является большей, чем ширина W и высота Н, в других вариантах исполнения составляет по меньшей мере 2-кратную величину ширины W или является вдвое большей, чем высота Н, в еще других вариантах исполнения составляет по меньшей мере 3-кратную величину ширины W или 3-кратную величину величины Н. Аспектное отношение «высота Н:ширина W» типично составляет 1:1 (например, для вариантов применения источников света общего назначения) или 1:2, 1:3 или 1:4 (например, в вариантах применения специальных источников света, таких как фары), или 4:3, 16:10, 16:9 или 256:135 (например, для применения в устройствах отображения). Световоды, как правило, включают поверхность ввода света и поверхность выхода света, которые не размещаются в параллельных плоскостях, и в вариантах исполнения поверхность ввода света перпендикулярна поверхности выхода света. Для достижения концентрированного светового потока с высокой яркостью площадь поверхности выхода света может быть меньше, чем площадь поверхности ввода света. Поверхность выхода света может иметь любую форму, но в одном варианте исполнения сформирована квадратной, прямоугольной, круглой, овальной, треугольной, пятиугольной или шестиугольной.

Прозрачные световоды в вариантах исполнения могут содержать прозрачную подложку, на которой эпитаксиально выращено множество источников света, например, светодиодов (LED). В вариантах исполнения подложка представляет собой монокристаллическую подложку, например, такую как сапфировая подложка. Прозрачная ростовая подложка для источников света в этих вариантах исполнения представляет собой светоконцентрирующий световод.

Как правило, стержневидный по форме или имеющий форму бруска световод может иметь любую форму поперечного сечения, но в вариантах исполнения имеет поперечное сечение с квадратной, прямоугольной, круглой, овальной, треугольной, пятиугольной или шестиугольной формой. Как правило, световоды имеют форму параллелепипеда, но им может быть придана иная форма, нежели кубовидная, с поверхностью ввода света, имеющей несколько трапециевидный контур. Этим путем может быть еще более усилен световой поток, что может быть благоприятным в некоторых вариантах применения.

Подходящими материалами для световодов, как разъясняемых ниже согласно вариантам осуществления изобретения, являются сапфир, поликристаллический оксид алюминия и/или нелегированные прозрачные гранаты, такие как YAG (алюмоиттриевый гранат), LuAG (алюмолютециевый гранат), имеющий показатель преломления n=1,7. Дополнительным преимуществом этого материала (например, сравнительно со стеклом) является то, что он имеет хорошую теплопроводность, тем самым сводя к минимуму локальное разогревание. Другие пригодные материалы включают, но не ограничиваются таковыми, стекло, кварц и прозрачные полимеры. В других вариантах исполнения материалом световода является свинцовое стекло. Свинцовое стекло представляет собой разновидность стекла, в котором свинец замещает кальций, содержащийся в типичном калиевом стекле, и в результате этого может быть повышен показатель преломления. Обычное стекло имеет показатель преломления n=1,5, тогда как свинец обусловливает показатель преломления, варьирующий вплоть до 1,7.

Световоды, как разъясняемые ниже согласно вариантам осуществления изобретения, могут включать подходящий люминесцентный материал для преобразования света до другого спектрального распределения. Пригодные люминесцентные материалы включают неорганические люминофоры, такие как легированные YAG, LuAG, органические люминофоры, органические флуоресцентные красители и квантовые точки, которые весьма пригодны для целей согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, как излагаемого ниже.

Квантовые точки представляют собой мелкие кристаллы полупроводникового материала, обычно имеющие ширину или диаметр порядка всего нескольких нанометров. Будучи возбужденной падающим светом, квантовая точка испускает свет с цветом, который определяется размером и материалом кристалла. Поэтому свет конкретного цвета может быть создан адаптацией величины точки. Наиболее известные квантовые точки с излучением в видимой области основываются на селениде кадмия (CdSe) с оболочкой, такой как сульфид кадмия (CdS) и сульфид цинка (ZnS). Также могут быть использованы бескадмиевые квантовые точки, такие как фосфид индия (InP), и сульфид меди-индия (CuInS₂) и/или сульфид серебра-индия (AgInS₂). Квантовые точки проявляют очень узкую полосу излучения, и тем самым они создают насыщенные цвета. Кроме того, цвет излучения может быть без труда настроен корректированием размера квантовых точек. В вариантах осуществления настоящего изобретения, как излагаемого ниже, могут быть применены квантовые точки любого известного в технологии типа. Однако по соображениям экологической безопасности и связанных с этим проблем может быть предпочтительным применение не содержащих кадмия квантовых точек или по меньшей мере квантовых точек, имеющих очень низкое содержание кадмия.

Также могут быть применены органические флуоресцентные красители. Молекулярная структура может быть сформирована так, чтобы можно было настраивать положение спектрального максимума. Примерами материалов пригодных органических флуоресцентных красителей являются органические флуоресцентные материалы на основе производных перилена, например, соединения, продаваемые фирмой BASF под наименованием Lumogen®. Примеры подходящих соединений включают, но не ограничиваются таковыми, Lumogen® Red F305, Lumogen® Orange F240, Lumogen® Yellow F083 и Lumogen® F170.

Люминесцентный материал также может представлять собой неорганический люминофор. Примеры материалов неорганических люминофоров включают, но не ограничиваются таковыми, легированные церием (Ce) YAG (Y₃Al₅O₁₂) или LuAG (Lu₃Al₁₅O₁₂). Легированный церием (Ce) YAG излучает желтоватый свет, тогда как легированный церием (Ce) LuAG излучает желто-зеленоватый свет. Примеры других материалов неорганических люминофоров, которые излучают красный свет, могут включать, но не ограничиваются таковыми, ECAS и BSSN; причем ECAS представляет собой Ca_1-xAlSiN₃:Eu_x, где 0<x≤1, в других вариантах исполнения 0<x≤0,2; и BSSN представляет собой Ba_2-x-zM_xSi_5-yAl_yN_8-yO_y:Eu_z, где M представляет Sr или Ca, 0≤x≤1, 0<y≤4, и 0,0005≤z≤0,05, и в вариантах исполнения 0≤x≤0,2.

В вариантах осуществления изобретения, как излагаемого ниже, люминесцентный материал выполнен из материала, выбранного из группы, включающей (M<I>_(1-x-y)M<II>_хM<III>_y)₃(M<IV>(_1-z)M<V>_z)₅О₁₂, где M<I> выбирают из группы, включающей Y, Lu или их смеси, M<II> выбирают из группы, включающей Gd, La, Yb или их смеси, M<III> выбирают из группы, включающей Tb, Pr, Ce, Er, Nd, Eu или их смеси, M<IV> представляет Al, M<V> выбирают из группы, включающей Ga, Sc или их смеси, и 0<x≤1, 0<y≤0,1, 0<z<1, (M<I>_(1-x-y) M<II>_хM<III>_y)₂О_3, где M<I> выбирают из группы, включающей Y, Lu или их смеси, M<II> выбирают из группы, включающей Gd, La, Yb или их смеси, M<III> выбирают из группы, включающей Tb, Pr, Ce, Er, Nd, Eu, Bi, Sb или их смеси, и 0<x≤1, 0<y≤0,1, (M<I>_(1-x-y)M<II>_хM<III>_y)S_(1-z)Se, где M<I> выбирают из группы, включающей Ca, Sr, Mg, Ba или их смеси, M<II> выбирают из группы, включающей Ce, Eu, Mn, Tb, Sm, Pr, Sb, Sn или их смеси, M<III> выбирают из группы, включающей K, Na, Li, Rb, Zn или их смеси, и 0<x≤0,01, 0<y≤0,05, 0≤z<1, (M<I>_(1-x-y) M<II>_хM<III>_y)О, где M<I> выбирают из группы, включающей Ca, Sr, Mg, Ba или их смеси, M<II> выбирают из группы, включающей Ce, Eu, Mn, Tb, Sm, Pr или их смеси, M<III> выбирают из группы, включающей K, Na, Li, Rb, Zn или их смеси, и 0<x≤0,1, 0<y≤0,1, (M<I>_(2-х) M<II>_хM<III>₂)О₇, где M<I> выбирают из группы, включающей La, Y, Gd, Lu, Ba, Sr или их смеси, M<II> выбирают из группы, включающей Eu, Tb, Pr, Ce, Nd, Sm, Tm или их смеси, M<III> выбирают из группы, включающей Hf, Zr, Ti, Ta, Nb или их смеси, и 0<x≤1, (M<I>_(1-x)M<II>_хM<III>_(1-y)M<IV>_y)О₃, где M<I> выбирают из группы, включающей Ba, Sr, Ca, La, Y, Gd, Lu или их смеси, M<II> выбирают из группы, включающей Eu, Tb, Pr, Ce, Nd, Sm, Tm или их смеси, M<III> выбирают из группы, включающей Hf; Zr, Ti, Ta, Nb или их смеси, и M<IV> выбирают из группы, включающей Al, Ga, Sc, Si или их смеси, и 0<x≤0,1, 0<y≤0,1, или их смеси.

Другими пригодными люминесцентными материалами являются легированные церием (Ce) алюмоиттриевый гранат (YAG, Y₃Al₅O₁₂) и алюмолютециевый гранат (LuAG). Люминесцентный световод может иметь излучение с центральной длиной волны в пре