СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ВЫСОКОЙ ЯРКОСТИ
HIGH BRIGHTNESS LIGHT EMITTING DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к светоизлучающему устройству высокой яркости.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Источники высокой яркости для испускания света представляют интерес для различных применений, включая точечное освещение, освещение сцены, головные фары транспортного средства и цифровую световую проекцию. В этих целях можно использовать так называемые световые концентраторы, содержащие преобразующий длину волны элемент, преобразующий свет первой длины волны в свет второй длины волны. Как правило, преобразующий длину волны элемент преобразует существенную часть света более короткой длины волны в свет с более длинными волнами. Преобразующему длину волны элементу дополнительно может быть придана форма в виде стержня, который освещается источником света для формирования в пределах стержня света с большей длиной волны. Преобразованный свет переносится в стержне, например, за счет полного внутреннего отражения и может выводиться из одной из малых или коротких сторон стержня, то есть сторон, меньших, чем поверхность входа света стержня, что приводит к усилению силы испущенного из стержня преобразованного света. Однако такой источник света на основе светового концентратора довольно неэффективен, и проблематично получать необходимые для некоторых применений высокие интенсивности.
Альтернативно, свет высокой интенсивности с требуемым спектральным распределением может быть получен с помощью системы, использующей источник яркого света, такой как светоизлучающий диод (светодиод) или лазер, в котором испускаемый источником света пучок света высокой интенсивности посылается на вращающееся колесо, содержащее преобразующий длину волны элемент, такой как люминофор. Количество света от источника света, которое взаимодействует с преобразующим длину волны элементом вращающегося колеса, определяет спектральное распределение испускаемого света. Однако наличие подвижной механической детали снижает надежность системы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в преодолении по меньшей мере некоторых из вышеуказанных проблем и обеспечении светоизлучающего устройства с улучшенным световым выходом.
В соответствии с одним аспектом изобретения эта и другие цели достигаются обеспечением светоизлучающего устройства. Светоизлучающее устройство содержит источник света высокой интенсивности, выполненный с возможностью испускания света первой длины волны на преобразующий длину волны элемент, при этом преобразующий длину волны элемент выполнен с возможностью испускания света второй длины волны и пропускания и/или отражения света первой длины волны; и собирающую линзу, выполненную с возможностью сбора света, испущенного, пропущенного и/или отраженного от преобразующего длину волны элемента. Преобразующий длину волны элемент содержит преобразующий длину волны компонент, предназначенный для преобразования света первой длины волны в свет второй длины волны, отражающий теплопроводящий компонент, предназначенный для отражения света второй длины волны, и формирующий пучок теплопроводящий компонент, предназначенный для пропускания света первой и второй длин волн, при этом этот формирующий пучок теплопроводящий компонент предназначенный для направления света первой и второй длин волн с угловым распределением в пределах угла сбора собирающей линзы. Преобразующий длину волны компонент находится в непосредственном тепловом контакте с формирующим пучок теплопроводящим компонентом и в тепловом контакте с отражающим теплопроводящим элементом.
источник света
высокой интенсивности
2
2
2
Выражение  должно пониматься как источник света, выполненный имеющим высокую светимость. Эта светимость предпочтительно составляет более 0,5 Гкд/м, более предпочтительно более 1 Гкд/м, а наиболее предпочтительно более 3 Гкд/м.
формирующий пучок теплопроводящий компонент
Выражение должно пониматься как элемент, который воздействует на свет таким образом, что изменяется характеристика света. Формирующий пучоктеплопроводящий компонентможет, например, изменить направление света и/или путь прохождения света. Формирующий пучоктеплопроводящий компонентможет дополнительно влиять на пространственное распространение света. Формирующий пучоктеплопроводящий компонент может, например, содержать линзу.
преобразующий длину волны
компонент
Выражение должно пониматься как любой элемент, который преобразует свет первой длины волны в свет второй длины волны. Преобразование длины волны может быть обусловлено люминесценцией, флуоресценцией и/или фосфоресценцией, обеспечивающей формирование стоксова сдвига на длине волны преобразованного испущенного света относительно длины волны освещающего света.
отражающий теплопроводящий компонент
Выражение  должно пониматься как любой элемент, который отражает свет таким образом, что свет перенаправляется.
Авторами изобретения было неожиданно обнаружено, что установка по настоящему изобретению, в которой преобразующий длину волны элемент содержит и отражающий теплопроводящий компонент, и формирующий пучок теплопроводящий компонент, дает в четыре раза более высокий световой выход, чем обычная установка, использующая только отражающий теплопроводящий компонент. Дополнительно, оптический (геометричеcкий) фактор для светоизлучающего устройства может быть больше, по сравнению с обычными светоизлучающими устройствами, поскольку размер пятна светового пучка света первой длины волны может быть установлен относительно небольшим. Можно использовать хорошо сфокусированный световой пучок света первой длины волны.
Таким образом, для получения белого света высокой интенсивности используется сфокусированный свет от источника света высокой интенсивности с помощью смешения света первой и второй длин волн. Белый свет может быть получен, например, когда преобразующим длину волны элементом синий свет частично преобразуется в желтый свет. Однако яркость светоизлучающего устройства ограничена тем, какое "количество силы света" может обрабатывать преобразующий длину волны элемент. При использовании того, что преобразующий длину волны компонент находится в непосредственном тепловом контакте с отражающим теплопроводящим компонентом и в тепловом контакте с формирующим пучок теплопроводящим компонентом достигается улучшенная удельная теплопроводность преобразующего длину волны элемента. Следовательно, как упоминалось выше, при использовании улучшенной удельной теплопроводности размер пятна света, испускаемого светоизлучающим устройством, может быть уменьшен. Это также приведет к увеличенному оптическому фактору для светоизлучающего устройства. Формирующий пучок теплопроводящий компонент, а также отражающий теплопроводящий компонент работает как теплоотвод для снижения температуры преобразующего длину волны компонента. Поэтому квантовый выход преобразующего длину волны компонента значительно улучшен. Кроме того, при выполнении формирующего пучок теплопроводящего компонента с возможностью направления света первой и второй длин волн с угловым распределением в пределах угла сбора собирающей линзы, может быть значительно сокращено количество света, теряемого в этом светоизлучающем устройстве.
Таким образом, получено светоизлучающее устройство, предназначенное для обеспечения повышенной яркости или силы при сохранении или при фактическом увеличении оптического фактора по сравнению с обычными светоизлучающими устройствами. Повышенная яркость или сила достигается за счет комбинации улучшенных тепловых характеристик преобразующего длину волны элемента и улучшенного сбора света, испускаемого, пропускаемого или отражаемого преобразующим длину волны элементом. Достигнутый повышенный оптический фактор обусловлен улучшенными тепловыми свойствами, позволяющими уменьшить размер светового пятна света из источника света высокой интенсивности, падающего на преобразующий длину волны компонент преобразующего длину волны элемента.
Формирующий пучок теплопроводящий компонент может быть сформирован в виде полусферической, сферической линзы или линзы Френеля. Полусферические линзы легко изготавливаются из такого материала с высокой удельной теплопроводностью, как сапфир, в то время как линзы Френеля являются более трудными в изготовлении, но они могут быть плоскими и относительно тонкими.
Преобразующий длину волны компонент может содержать легированный участок материала, а формирующий пучок теплопроводящий компонент содержит нелегированный участок этого материала. При использовании одного и того же материала для формирующего пучок теплопроводящего компонента и для преобразующего длину волны компонента можно добиться упрощенного изготовления преобразующего длину волны элемента. Следует понимать, что легирование материала осуществляется для облегчения такого преобразования света в преобразующем длину волны компоненте, при котором свет первой длины волны преобразуется в свет второй длины волны. При легировании требуемый участок материала обеспечивает преобразование длины волны света. Кроме того, при использовании одного и того же материала для формирующего пучок теплопроводящего компонента и для преобразующего длину волны компонента может быть достигнут улучшенный теплоперенос между этими двумя компонентами.
Преобразующий длину волны компонент и/или формирующий пучок теплопроводящий компонент может содержать иттрий-алюминиевый гранат YAG или лютеций-алюминиевый гранат LuAG.
Преобразующий длину волны компонент содержит иттрий-алюминиевый гранат YAG или лютеций-алюминиевый гранат LuAG, легированные Ce.
2
3
Преобразующий длину волны компонент может содержать легированный AlO.
2
3
Формирующий пучок теплопроводящий компонент может содержать CaF, AlO, алмаз или стекло.
Источник света может быть монохроматическим.
Источник света может содержать лазерный диод и/или светоизлучающий диод (светодиод).
Светоизлучающее устройство может дополнительно содержать смесительный элемент, выполненный с возможностью смешения света, исходящего из преобразующего длину волны элемента и собираемого собирающей линзой, так, что свет первой длины волны и свет второй длины волны смешиваются в пределах смесительного элемента. Таким образом может быть получено светоизлучающее устройство, испускающее свет с более равномерным пространственным спектральным распределением.
Кроме того, светоизлучающее устройство может содержать дополнительную линзу, предназначенную для фокусирования света, исходящего из преобразующего длину волны элемента и собираемого собирающей линзой, в смесительном элементе после того, как свет вышел из собирающей линзы. Таким образом может быть достигнут более эффективный ввод света в смесительную камеру.
Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными при изучении приложенной формулы изобретения и нижеследующего описания. Специалист в данной области понимает, что различные признаки настоящего изобретения могут быть объединены для создания вариантов осуществления, отличных от описанных далее, не выходя за рамки объема настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Теперь вышеприведенные и другие аспекты настоящего изобретения будут описаны более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, показывающие варианты осуществления изобретения.
Рис. 1 и 2 иллюстрируют виды сбоку в поперечном сечении соответствующего светоизлучающего устройства.
Рис. 3а-3с иллюстрируют виды сбоку в поперечном сечении преобразующих длину волны элементов светоизлучающего устройства.
Как показано на фигурах, размеры слоев и областей в иллюстративных целях преувеличены и, таким образом, предоставлены для иллюстрации общих структур вариантов осуществления настоящего изобретения. По всему описанию одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым элементам.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение будет описано здесь далее более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны предпочтительные в настоящее время варианты осуществления изобретения. Однако это изобретение может быть реализовано во многих различных формах и не должно истолковываться как ограниченное изложенными здесь вариантами осуществления; скорее, эти варианты осуществления приведены для тщательности и полноты и полностью передают объем изобретения специалисту в данной области.
С использованием фиг. 1 и 2 раскрыты два альтернативных варианта осуществления светоизлучающих устройств 100, 200. Функционирование проиллюстрированных на фиг. 1 и 2 светоизлучающих устройств 100, 200 аналогично, за исключением того, как свет первой длины волны 110, испускаемый из соответствующего источника 102 света высокой интенсивности, направляется к преобразующему длину волны элементу 104. На фиг. 1 показана отражающая конструкция светоизлучающего устройства 100, а на фиг. 2 показана пропускающая конструкция светоизлучающего устройства 200. Общим для обоих светоизлучающих устройств 100 и 200 является то, что при частичном преобразовании света первой длины волны 110 в свет второй длины волны 112 с использованием преобразующего длину волны элемента 104 получается белый свет высокой яркости. Далее сначала по отдельности для каждого варианта осуществления светоизлучающего устройства 100, 200 будет описано направление света первой длины волны 110 на соответствующий преобразующий длину волны элемент 104 соответствующего светоизлучающего устройства 100, 200. После этого будет описано функционирование светоизлучающих устройств 100, 200, общее для различных вариантов осуществления.
Светоизлучающее устройство 100 содержит источник света 102 высокой интенсивности, преобразующий длину волны элемент 104, отражатель 106 и собирающую линзу 108. Отражатель 106 может быть дихроичным отражателем. Однако специалист в данной области техники понимает, что в других вариантах осуществления отражатель может быть зеркалом или дифракционной решеткой. Отражатель 106 выполнен с возможностью отражения света первой длины волны 110. Отражатель 106, если он является дихроичным отражателем, выполнен с возможностью пропускания света второй длины волны 112. Источник 102 света высокой интенсивности выполнен с возможностью испускания света первой длины волны 110. После источника 102 света, то есть на пути света, испускаемого источником 102 света, расположен оптический элемент 103, предназначенный для коллимирования света, испускаемого источником 102 света, и обеспечения на отражателе 106 коллимированного пучка света первой длины волны 110. Оптический элемент 103 может быть коллимирующей линзой. Альтернативно, вместо использования коллимирующей линзы функция коллимирования может быть достигнута с помощью изогнутого отражателя, такого как параболический отражатель. Затем источник 102 света высокой интенсивности может быть помещен в фокус параболического отражателя. Испущенный из источника 102 света на отражатель 106 свет первой длины волны отражается и направляется к преобразующему длину волны элементу 104. Собирающая линза 108 предназначена для фокусирования света первой длины волны 110 на этом преобразующем длину волны элементе 104.
Светоизлучающее устройство 200, которое показано на фиг. 2, содержит источник 102 света высокой интенсивности, преобразующий длину волны элемент 104 и собирающую линзу 108. Источник 102 света высокой интенсивности выполнен с возможностью испускания света первой длины волны 110. После источника 102 света, то есть на пути света, испускаемого источником 102 света, расположен оптический элемент 103, предназначенный для фокусирования света, испускаемого источником 102 света, и обеспечения сфокусированного пучка света первой длины волны на преобразующем длину волны элементе 104. Оптический элемент 103 может быть фокусирующей линзой. Таким образом, свет первой длины волны 110, испускаемый источником 102 света, предназначен для фокусирования на преобразующем длину волны элементе 104.
Нижеследующее описание относится как к варианту осуществления светоизлучающего устройства 100, раскрытого с использованием фиг. 1, так и к варианту осуществления светоизлучающего устройства 200, раскрытого с использованием фиг. 2.
Преобразующий длину волны элемент 104 предназначен для преобразования света первой длины волны 110 в свет второй длины волны 112. Преобразующий длину волны элемент 104 дополнительно предназначен для излучения света второй длины волны 112. Преобразующий длину волны элемент 104 дополнительно предназначен для отражения и/или пропускания света первой длины волны 110. В соответствии с вариантом осуществления, показанном на фиг. 1, преобразующий длину волны элемент 104 предпочтительно предназначен для отражения света первой длины волны 110. В соответствии с вариантом осуществления, показанном на фиг. 2, преобразующий длину волны элемент 104 предпочтительно предназначен для пропускания света первой длины волны 110.
Собирающая линза 108 предназначена для сбора света (различных длин волн, особенно света первой и второй длин волн), испущенного, пропущенного и/или отраженного от преобразующего длину волны элемента 104. Собирающая линза 108 может называться коллимирующей линзой, обеспечивающей коллимацию света в фокусе этой собирающей линзы 108, то есть собирающую линзу 108 могут покидать по существу параллельные лучи 114 света. Здесь собирающая линза 108 показана в виде плосковыпуклой линзы, но специалист в данной области понимает, что могут использоваться другие линзы или зеркала, а также системы линз или зеркал.
Светоизлучающее устройство 100, 200 может содержать смесительный элемент 126. Этот смесительный элемент 126 выполнен с возможностью смешения света 128, входящего в смесительный элемент 126. Входящий в смесительный элемент 126 свет 128 исходит из преобразующего длину волны элемента 104 и может содержать пространственно-изменяющийся спектральный состав, то есть свет первой длины волны 110 и свет второй длины волны 112 могут быть разделены в пространстве. Входящий в смесительный элемент 126 свет 128 пространственно смешивается, например, за счет множественных отражений и/или дифракций. Тем самым свет 130, выходящий из смесительного элемента 126, может иметь более равномерное пространственное спектральное распределение, чем свет 128, входящий в смесительный элемент 126. Таким образом может быть получено светоизлучающее устройство 100, 200, обеспечивающее более равномерный пространственный выход света.
Источник 102 света высокой интенсивности может быть монохроматическим, например, испускающим синий свет.
Свет первой длины волны 110 может быть синим светом, а свет второй длины волны 112 может иметь большую длину волны, чем первая длина волны 110, такую, как длина волны желтого света. Комбинация синего и желтого света может давать белый свет. При смешении синего и желтого света с помощью смесительного элемента 126 светоизлучающее устройство 100 может обеспечивать белый свет 130 с более равномерным спектральным распределением.
Смесительный элемент 126 может быть оптическим волокном. Тем самым может быть получен простой, экономичный и гибкий смесительный элемент 126. Входящий в смесительный элемент 126 свет 128 может далее эффективно распространяться в сердечнике оптического волокна за счет полного внутреннего отражения.
Альтернативно, смесительный элемент 126 может быть прозрачным стержнем.
Поперечное сечение стержня или оптического волокна может быть некруговым, например, имеющим квадратное, шестиугольное или восьмиугольное поперечное сечение для улучшения смешения света.
Кроме того, светоизлучающее устройство 100, 200 может содержать дополнительную линзу 132, предназначенную для фокусирования света, исходящего из преобразующего длину волны элемента 104, и сбора его в смесительном элементе 126. Таким образом может быть достигнут более эффективный ввод света в смесительный элемент 126 и повышенный световой выход из светоизлучающего устройства 100, 200.
На фиг. 3a, 3b и 3c показаны виды сбоку поперечного сечения вариантов осуществления преобразующего длину волны элемента 300a, 300b, 300c, приходных для конфигурирования в качестве преобразующего длину волны элемента 104 в пределах любого из светоизлучающих устройств 100, 200. Преобразующий длину волны элемент 300a, 300b, 300c содержит преобразующий длину волны компонент 302, отражающий теплопроводящий компонент 304 и формирующий пучок теплопроводящий компонент 306. Преобразующий длину волны компонент 302 находится в непосредственном тепловом контакте с отражающим теплопроводящим элементом 304 и в тепловом контакте с формирующий пучок теплопроводящим компонентом 306. Преобразующий длину волны компонент 302 может быть химически связан с отражающим теплопроводящим элементом 304. Поэтому не требуется никакого органического клея или другого материала, который выгорает при падении на него пятна света высокой интенсивности.
Преобразующий длину волны элемент 300a, 300b, 300c содержит переднюю поверхность 308, расположенную обращенной к собирающей линзе 108 светоизлучающего устройства 100, 200. Формирующий пучок теплопроводящий компонент 306 расположен на передней поверхности 308 преобразующего длину волны элемента 300a, 300b, 300c. Преобразующий длину волны элемент 300a, 300b, 300c содержит заднюю поверхность 310, причем задняя поверхность 310 противоположна передней поверхности 308. Отражающий теплопроводящий компонент 304 расположен на задней поверхности 310 преобразующего длину волны элемента 300a, 300b, 300c.
Преобразующий длину волны элемент 300a, 300b, 300c может быть отражающим преобразующим длину волны элементом. Под светоотражающим преобразующим длину волны элементом имеется в виду преобразующий длину волны элемент, предназначенный для освещения светом его передней поверхности 308. Преобразующий длину волны элемент 300a, 300b, 300c может быть светопропускающим преобразующим длину волны элементом. Под светопропускающим преобразующим длину волны элементом имеется в виду преобразующий длину волны элемент, предназначенный для освещения светом первой длины волны его задней поверхности 310 таким образом, что свет первой длины волны достигает преобразующего длину волны компонента 302.
Преобразующий длину волны компонент 302 предназначен для преобразования света первой длины волны в свет второй длины волны. Преобразующий длину волны компонент 302 дополнительно предназначен для испускания света второй длины волны.
Преобразующий длину волны компонент 302 может содержать люминофор, такой как керамический люминофор. Керамический люминофор может быть керамическим иттрий-алюминиевым гранатом (YAG), легированным Ce или Lu, таким как Lumiramic, с высокой удельной теплопроводностью. Альтернативно или помимо этого, преобразующий длину волны компонент 302 может содержать органические флуоресцентные красители или квантовые точки.
2
2
Квантовые точки представляют собой небольшие кристаллы полупроводникового материала, как правило, имеющие ширину или диаметр всего в несколько нанометров. Возбудившись падающим светом, квантовая точка испускает свет цвета, определяемого размером и материалом кристалла. Следовательно, конкретный цвет может быть получен при адаптации размера точек. Наиболее известные квантовые точки с излучением в диапазоне видимого света 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 фосфид индия (InP) и сульфид индия-меди (CuInS) и/или сульфид индия-серебра (AgInS). Квантовые точки демонстрируют очень узкую полосу излучения и, таким образом, они демонстрируют насыщенные цвета. Кроме того, цвет излучения может легко быть настроен путем адаптации размера квантовых точек. В настоящем изобретении может быть использован любой тип известной в данной области техники квантовой точки. Однако по причинам сохранения окружающей среды может быть предпочтительным использование бескадмиевых квантовых точек или по крайней мере квантовых точек, имеющих очень низкое содержание кадмия.
3
5
12
3
5
12
1-x
3
x
2-x-z
x
5-y
y
8-y
y
z
Преобразующий длину волны компонент 302 может дополнительно или альтернативно содержать неорганический люминофор. Примеры неорганических люминофоров включают в себя, но не ограничиваются этим, легированные церием (Се) иттрий-алюминиевый гранат YAG (YAIO) или лютеций-алюминиевый гранат LuAG (LuAO). Легированный церием YAG излучает желтоватый свет, в то время как легированный церием LuAG излучает желто-зеленоватый свет. Примеры других неорганических люминофоров, которые испускают красный свет, могут включать в себя, но не ограничиваются этим, материалы ECAS и BSSN; ECAS представляет собой CaAlSiN:Eu, где 0<х≤1, предпочтительно 0<х≤0,2; а BSSN представляет собой BaMSiAlNO:Eu, где М представляет Sr или Са, 0≤х≤1, 0≤у≤4 и 0,0005≤z≤0,05, предпочтительно 0≤х≤0,2.
1-х-y
x
y
3
1-z
Z
5
12-
1-x-y
x
y
2
3-
1-x-y
x
y
1-z
z-
1-x-y
x
y
-
2-x
x
2
7-
1-x
x
1-y
y
3-
Следовательно, люминесцентный материал преобразующего длину волны компонента 302 может быть по существу выполнен из материала, выбранного из группы, содержащей (M<I>M<II>M<III>)(M<IV>M<V>)О, 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 собой Al, M<V> выбирают из группы, включающей Ga, Sc или их смеси, и 0≤x≤1, 0≤y≤0,1, 0≤z≤l, (M<I>M<II> M<III>)O, где M<I> выбирают из группы, содержащей Y, Lu или их смеси, M<II> выбирают из группы, содержащей Gd, La, Yb или их смеси, M<III> выбирают из группы, содержащей Tb, Pr, Ce, Er, Nd, Eu, Bi, Sb или их смеси и 0≤x≤l, 0≤y≤0,1, (M<I>M<II>M<III>) SSe, где M<I> выбирают из группы, содержащей Ca, Sr, Mg, Ba или их смеси, M<II> выбирают из группы, содержащей Ce, Eu, Mn, Tb, Sm, Pr, Sb, Sn или их смеси, M<III> выбирают из группы, содержащей K, Na, Li, Rb, Zn или их смеси, и 0≤x≤0,01, 0≤y≤0,05, 0≤z≤1, (M<I>M<II>M<III>)О, где M<I> выбирают из группы, содержащей Ca, Sr, Mg, Ba или их смеси, M<II> выбирают из группы, содержащей Ce, Eu, Mn, Tb, Sm, Pr или их смеси, M<III> выбирают из группы, содержащей K, Na, Li, Rb, Zn или их смеси, и 0≤x≤0,1, 0≤y≤0,1, (M<I>M<II>M<III>)О, где M<I> выбирают из группы, содержащей La, Y, Gd, Lu, Ba, Sr или их смеси, M<II> выбирают из группы, содержащей Eu, Tb, Pr, Ce, Nd, Sm, Tm или их смеси, M<III> выбирают из группы, содержащей Hf, Zr, Ti, Ta, Nb или их смеси, и 0≤х≤l, (M<I>M<II>M<III>M<IV>)О, где M<I> выбирают из группы, содержащей Ba, Sr, Ca, La, Y, Gd, Lu или их смеси, M<II> выбирают из группы, содержащей Eu, Tb, Pr, Ce, Nd, Sm, Tm или их смеси, M<III> выбирают из группы, содержащей Hf; Zr, Ti, Ta, Nb или их смеси, и M<IV> выбирают из группы, содержащей Al, Ga, Sc, Si или их смеси, и 0≤x≤0,1, 0≤y≤0,1 или их смеси.
3
5
12
Особенно подходящими люминесцентными материалами преобразующего длину волны компонента 302 являются легированные церием иттрий-алюминиевый гранат (YAG, YAlO) и/или лютеций-алюминиевый гранат (LuAG).
-1
-1
Удельная теплопроводность преобразующего длину волны компонента 302 предпочтительно выше 2, более предпочтительно выше 6, а наиболее предпочтительно выше 20 Вт⋅м⋅К.
Преобразующий длину волны компонент 302 предпочтительно имеет такой же размер, что и световое пятно первой длины волны. Типичными размерами являются 200 мкм, 400 мкм и/или 600 мкм в диаметре.
Отражающий теплопроводящий компонент 304 содержит светоотражающую поверхность. Отражающий теплопроводящий компонент 304 предназначен для отражения света первой длины волны, и этот отражающий теплопроводящий компонент 304 предназначен для отражения света второй длины волны. Отражающий теплопроводящий компонент 304 может содержать дифракционную решетку, зеркало или другой подходящий отражатель. Тем самым достигается эффективное перераспределение света, а испускание света из светоизлучающего устройства 100, 200 значительно увеличивается.
2
-1
-1
-
-1
-
-1
Отражающий теплопроводящий компонент 304 дополнительно предназначен для распределения тепла, образуемого в преобразующем длину волны элементе 302. Отражающий теплопроводящий компонент 304 может содержать материал, выбранный из группы материалов, содержащей серебро; алюминий; нитрид бора; микропористый полиэтилентерефталат (MCPET); полупрозрачную поликристаллическую алюмооксидную керамику (PCA); оксид титана (TiO) или их комбинации. Отражающий теплопроводящий компонент 304 может содержать зеркально- или диффузноотражающий материал, такой как алюминий или серебро. Кроме того, отражающий элемент может также содержать нитрид бора или оксид алюминия, обуславливающие отражение и улучшенную теплопроводность, обеспечивающую улучшенное терморегулирование. Удельная теплопроводность отражающего теплопроводящего элемента 304 предпочтительно выше 2 Вт⋅м⋅К, более предпочтительно выше 6 Вт⋅м1⋅К, а наиболее предпочтительно выше 20 Вт⋅м1⋅К. Преобразующий длину волны компонент 302 находится в тепловом контакте с отражающим теплопроводящим элементом 304.
В некоторых вариантах осуществления преобразующий длину волны компонент 302 находится в непосредственном тепловом контакте с отражающим теплопроводящим элементом 304. Это проиллюстрировано в варианте осуществления по фиг. 3а и 3b. Здесь преобразующий длину волны компонент 302 предпочтительно химически связан с отражающим теплопроводящим элементом 304. Поэтому не требуется никакого органического клея или другого материала, который выгорает при попадании пятна света высокой интенсивности. В некоторых вариантах осуществления преобразующий длину волны компонент 302 находится в косвенном тепловом контакте с отражающим теплопроводящим элементом 304. Косвенный тепловой контакт осуществлен посредством формирующего пучок теплопроводящего компонента 306, при этом преобразующий длину волны компонент 302 встроен внутрь формирующего пучок теплопроводящего компонента 306. Это показано в варианте осуществления по фиг. 3с. Тем самым достигается эффективное перераспределение и излучение тепла, а испускание света из светоизлучающего устройства 100, 200 увеличивается. Это уменьшит тепловую нагрузку на преобразующий длину волны компонент 302. Таким образом увеличивается квантовая эффективность преобразующего длину волны компонента 302.
Формирующий пучок теплопроводящий компонент 306 предназначен для пропускания света первой и второй длин волн. Дополнительно, формирующий пучок теплопроводящий компонент 306 предназначен для направления света первой и второй длин волн с угловым распределением в пределах угла сбора собирающей линзы 108. Следовательно, формирующий пучок теплопроводящий компонент 306 в значительной степени увеличивает эффективность вывода света светоизлучающего устройства 100, 200.
В проиллюстрированном на фиг. 3а варианте осуществления преобразующего длину волны элемента 300a формирующий пучок теплопроводящий компонент 306 размещен на верху преобразующего длину волны компонента 302. В проиллюстрированном на фиг. 3b варианте осуществления преобразующего длину волны элемента 300b формирующий пучок теплопроводящий компонент 306 размещен покрывающим преобразующий длину волны компонент 302, за исключением нижней стороны этого преобразующего длину волны компонента. Поэтому преобразующий длину волны компонент 302 окружен формирующим пучок теплопроводящим компонентом 306 со всех сторон, за исключением нижней стороны, где вместо этого преобразующий длину волны компонент 302 обращен к отражающему теплопроводящему компоненту 304. В проиллюстрированном на фиг. 3с варианте осуществления преобразующего длину волны элемента 300с формирующий пучок теплопроводящий компонент 306 выполнен окружающим преобразующий длину волны компонент 302 со всех сторон. Поэтому отражающий теплопроводящий компонент 304 может быть в непосредственном тепловом контакте с формирующим пучок теплопроводящим компонентом 306. Это увеличивает теплоотвод от преобразующего длину волны компонента 302.
В случае отражающего светоизлучающего устройства 100 формирующий пучок теплопроводящий компонент 306 также имеет функцию уменьшения размера пятна света первой длины волны, облучающего преобразующий длину волны компонент 302.
Формирующий пучок теплопроводящий компонент 306 содержит материал с высокой удельной теплопроводностью. Этот формирующий пучок теплопроводящий компонент 306 предназначен для распределения тепла, образуемого в преобразующем длину волны компоненте 302. Преобразующий длину волны компонент 302 находится в непосредственном тепловом контакте с формирующим пучок теплопроводящим компонентом 306. Таким образом достигается эффективное перераспределение и излучение тепла, а испускание света от светоизлучающего устройства 100, 200 увеличивается. Это уменьшает тепловую нагрузку на преобразующий длину волны компонент 302. Таким образом увеличивается квантовая эффективность преобразующего длину волны компонента 302.
Преобразующий длину волны компонент 302 может быть химически связан с формирующим пучок теплопроводящим компонентом 306. Поэтому не требуется никакого органического клея или другого материала, который выгорает при попадании пятна света высокой интенсивности. Альтернативно, преобразующий длину волны компонент 302 может быть встроен в формирующий пучок теплопроводящий компонент 306. Это показано на фиг. 3b и 3с. При встраивании преобразующего длину волны компонента 302 в формирующий пучок теплопроводящий компонент 306 может быть увеличен теплоотвод от преобразующего длину волны компонента 302. Дополнительно, это обеспечивает также боковое охлаждение преобразующего длину волны компонента 302.
-1
-1
Удельная теплопроводность формирующего  пучок теплопроводящего компонента 306 предпочтительно выше 2, более предпочтительно выше 6, а наиболее предпочтительно выше 20 Вт⋅м⋅К.
2
3
Формирующий пучок теплопроводящий компонент 306 может быть выполнен из керамического материала, CaF, AlO, алмаза и/или стекла. Как упоминалось выше, преобразующий длину волны компонент 302 может содержать легированный участок керамического материала, например, иттрий-алюминиевого граната YAG или лютеций-алюминиевого граната LuAG. Если это так, то формирующий пучок теплопроводящий компонент 306 предпочтительно представляет собой соответственно YAG или LuAG. Преимущество использования YAG или LuAG заключается в том, что формирующему пучок теплопроводящему компоненту 306 могут быть приданы сложные формы. Сложные формы могут быть приданы также и CaF.
Специалист в данной области техники понимает, что настоящее изобретение никоим образом не ограничено вышеописанными предпочтительными вариантами осуществления. Напротив, в рамках объема приложенной формулы изобретения возможны многие модификации и варианты.
Отражающий теплопроводящий компонент может быть в непосредственном тепловом контакте с формирующим пучок теплопроводящим компонентом. Это еще больше улучшит тепловые свойства преобразующего длину волны элемента. Поэтому удельная теплопроводность в пределах преобразующего длину волны элемента может быть улучшена.
Во всех вариантах осуществления формирующий пучок теплопроводящий компонент 306 расположен на верху преобразующего длину волны компонента 302. Это улучшает теплоотвод от преобразующего длину волны компонента 302. Кроме того, это улучшает сбор света, испущенного, пропущенного и/или отраженного от преобразующего длину волны элемента 104. Таким образом эффективность системы в значительной степени улучшается. Такой формирующий пучок компонент обладает также функцией уменьшения размера пятна. Формирующий пучок теплопроводящий компонент выполнен из материала с высокой удельной теплопроводностью и соединен с отражающим теплопроводящим элементом, действующим в качестве теплоотвода для снижения тепловой нагрузки на преобразующий длину волны компонент.
В варианте осуществления отражающего светоизлучающего устройства формирующий пучок теплопроводящий компонент может также собирать свет лазера, уменьшая размер пятна, на преобразующий длину волны компонент. В варианте осуществления пропускающего светоизлучающего устройства, который показан на фиг. 2, свет высокой интенсивности, например, свет лазера, входит в преобразующий длину волны компонент через отражающий теплопроводящий компонент снизу.
Формирующий пучок теплопроводящий компонент 306 может, например, принимать различные формы, например, полусферическую, сферическую форму, свободную форму или форму линзы Френеля.
Преобразующий длину волны компонент 302 и формирующий пучок теплопроводящий компонент 306 могут быть спечены в единый компонент.
Отражающий теплопроводящий компонент 304 и формирующий пучок теплопроводящий компонент 306 могут быть выполнены из подобного материала.
Осветительное устройство в соответствии с вариантами осуществления изобретения может, например, преимущественно применяться в цифровом проекторе, точечном освещении, для освещения сцены, обеспечения света на стадионе или в качестве головных автомобильных фар.
В дополнение, специалистом в данной области техники при практической реализации заявленного изобретения, из изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения могут быть поняты и внесены изменения в раскрытые варианты осуществления. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а признак единственного числа не исключает множества. Тот простой факт, что некоторые меры изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что не может быть использована с преимуществом комбинация этих мер.