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TW200809139A - Light emitting device - Google Patents

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Publication number
TW200809139A
TW200809139A TW096122719A TW96122719A TW200809139A TW 200809139 A TW200809139 A TW 200809139A TW 096122719 A TW096122719 A TW 096122719A TW 96122719 A TW96122719 A TW 96122719A TW 200809139 A TW200809139 A TW 200809139A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
light
light guide
radiation
illuminating device
wavelength
Prior art date
Application number
TW096122719A
Other languages
English (en)
Inventor
Volker Haerle
Alfred Leel
Hubert Ott
Norbert Stath
Uwe Strauss
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors Gmbh filed Critical Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Description

200809139 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種具有光導之發光裝置。 本專利申請案主張德國專利申請案10 2006 029 203.0 之優先權，其已揭示的整個內容在此一倂作爲參考。 【先前技術】 具有光導的發光裝置例如由文件WO 2006/038502 A1 中已爲人所知。 ^【發明內容】 本發明之目的是提供其它具有光導的發光裝置。 此目的藉由申請專利範圍第1項所述的一種發光裝置 來達成。發光裝置的其它形式以及具有此種發光裝置的照 明裝置’顯示裝置和具有此種發光裝置的運輸工具描述在 申請專利範圍其它各項中。 本發明的一種實施形式可支配一種發光裝置，其包括： -一發出第一波長的輻射之輻射源， 馨 -一光導’由輻射源所發出的輻射耦合至此光導中， 以及 -一轉換材料，其使經由光導而輸送的輻射轉換成較 長的第二波長的光。 光轉換的效率在此種發光裝置中藉由下述方式來提 高’即’該轉換材料不是配置在該發出輻射的輻射源之直 接相鄰的鄰近處而是藉由光導來與輻射源相隔開。因此， 該較長的第二波長之已轉換的光之再吸收性可藉由該輻射 200809139 源而下降。此外，產生可見光時的位置在空間上是與該輻 射源的熱產生器的位置相隔開。結果，該轉換材料的操作 溫度可下降，這樣可使該轉換材料的可靠性提高。該轉換 材料與該輻射源之此種相隔開的形式亦稱爲”遠端磷光體 組態”。藉由上述的轉換作用，則第一波長的輻射可轉換成 第二波長的輻射（較佳是可見光），其中第二波長大於激發 用之輻射的第一波長。 在本發明的另一實施形式中，發出輻射的輻射源發出 範圍在2 1 0至5 0 0 nm之短波長的輻射，其波長較佳是在 2 1〇nm至42 0nm之間，更佳時是在3 60nm至420nm之間， 或在藍色範圍中時是在4 2 Onm至5 OOnm之間。轉換後所發 出的較佳是第二波長的可見光因此具有一種較該輻射源所 發出的原來輻射之波長還長的波長且可依據此輻射而位於 400至8 OOnm之波長範圍中。 該轉換材料特別是可爲一種發光材料，其可由該輻射 源所發出的輻射來激發以發出螢光。在鄰近的紫外線中， 例如可使用以氧化物爲主的發光材料，例如，可使用以銪 來摻雜的鋇-鎂-鋁酸鹽，例如，BaMgAl1G017:Eu2+。亦可使 用緦-鎂-鋁酸鹽，其同樣以銪來摻雜，例如， SrMgAl1()017:EU2+。另外亦可使用由緦、鋇或鈣所形成的分 子式是（81*，；63,03)5(?〇4)3(：1:£112 +之氯磷灰石。亦可使用鋇 鋁酸鹽，例如，Ba3Al2 8 04 5:Eu2+。當上述的全部化合物都 在鄰近的紫外線中泵送時，其都發出藍色波長範圍中的 光。發出綠光的發光材料例如可以是SrAl2〇4:Eii2+。發出 200809139 綠色至綠-黃色之發光材料例如可以爲分子式是 Ca8Mg(Si04)4Cl2:Eu2 +，Mn2 +之氯矽酸鹽，其以銪或錳來摻 雜；以及分子式通常是AGa2S4:Eu2 +，Ce2 +之硫鎵酸鹽，其 中A可由鈣，緦，鋇，鋅和鎂中選取。此外，例如可使用 分子式通常是（（A，Sr)S:Eu2+’其中A =鹼土金屬離子）之以 鹼土-取代的緦-硫化物或分子式是M2Si5N5N8:Eu2 + (其中 M = C a或Sr)之氮化物矽酸鹽以作爲發出紅光之發光材料和 轉換材料。 可使用多種轉換材料或發光材料，使其在以短波長的 輻射來激發時可發出可見的白光且因此可將短波長的輻射 轉換成可見的白光。例如，一種由47 Wt%之緦-氯磷灰石， 48 Wt%之緦-鋁酸鹽和5 Wt%之氮化物-矽酸鹽所形成的混 合物在405 nm受激發時可發出一種在CIE規範彩色圖表中 彩色座標x = 〇.354和y = 0.386之白光。在本發明的另一實 施形式中，藉由第一波長之輻射的轉換，則亦可產生第二 波長的可見光，使得觀看者不會留下泛白的印象而是顯示 出黃色、綠紅色或其它任意的彩色。此外，此發光裝置亦 可發出光線，使混合光是由未轉換的短波長的輻射和已轉 換的光所構成。 上述光導例如包含光纖’所含有的材料選自玻璃和塑 料。因此，該光導亦可包括玻璃纖維纜線或光導桿。在本 發明的一些實施形式中，爲了使輻射源所發出的短波長的 光（例如，紫外線）可射入且被傳輸’則適合使用以玻璃爲 主之特佳的光導。此光導可像光纖一樣地構成’其中此光 200809139 纖的橫切面顯示出一種具有高折射率的核芯區，其由折射 率較此核芯區還小的一種包覆區所圍繞著。此核芯區因此 可藉由干擾和反射來傳輸已射入的光和短波長的輻射的各 種模式。 在本發明的另一形式中，亦可存在多個光導，其例如 可組合成一種光導束，其中每一各別的光導可依據該轉換 材料的耦合入射作用以各別地對該輻射源所發出的第一波 長的輻射進行輸送。本發明的發光裝置的另一實施形式亦 可包括多個輻射源，其中對每一光導可存在一輻射源。由 輻射源所發出的第一波長的輻射可藉由光導而在光導束中 成爲束狀，且在該輻射經由光導束而輸送之後藉由該轉換 材料而轉換成較長的第二波長的光。因此，不同的輻射源 之入射至不同光導中的輻射藉由不同的轉換材料而轉換成 不同的第二波長之可見光，此時藉由不同波長之該可見光 之混合，則可對觀看者形成一種均勻的泛白印象。於此， 對此種混合作用而言，例如仍可使用以下將描述的光學構 件及/或透明體。 ’ 此外，在本發明的另一實施例的發光裝置中可存在一 種光學構件，其與已轉換的光或與該光導所發出的第一波 長的輻射交互地作用。此光學構件例如可與已轉換的光或 與該光導中所發出的第一波長（例如，短波長）的輻射_由 散射、折射、反射、轉向或繞射而交互作用。此光學構件 例如可包含一透鏡，其例如可使已轉換的光成束。當該發 光裝置包含多個例如組合成束的光導時，則該束例如可存 200809139 在於該光學構件之一種共同的鑽孔中。 在本發明的另一實施形式中，該轉換材料可配置在該 光導之一端上且此端配置在該光學構件之焦點處。 在上述的發光裝置中，藉由轉換材料所產生的波長較 長的可見光平行地透過該光學構件（例如，透鏡）發出，使 該已轉換的光可在一特殊的發射方向中平行對準地發出。 此外，該光導的末端亦可與該轉換材料配置在、該光學 構件之焦點外部，且例如可用來使藉由轉換而產生的可見 光散焦。以此種方式，則可使一種點光源之輻射擴大，結 果可使更大的面積由該點光源所照射，其中該點光源藉由 短波長的輻射（例如，紫外線輻射）轉換成可見的輻射而形 成在作爲光導用的玻璃纖維之一端上。 輻射源例如可包括一種短波長的輻射源，特別是紫外 線雷射二極體，例如，以N爲主的雷射二極體，例如，In GaN 雷射二極體。特別是可使用一般形式是AlxInyGazN，其中x， y，ζ^Ο且x + y + z=l之材料，例如，發射波長是3 65nm至 425nm之雷射二極體之光產生層中所具有的銦含量是〇至 1〇原子％(例如，\ = 〇;7=〇-〇.1;2 = 0.9-1.0)。紫外線雷射二 極體特別適合用來發出一種已對準的紫外線輻射，其可良 好地入射至一光導中。 本發明之發光裝置例如可達成一種特佳的光學成像品 質，此時須以下述方式來製成一種明亮的點狀光源，即， 該輻射源之第一波長之輻射（例如，紫外線輻射）可經由一 種光導（其例如是一種玻璃纖維）來輸送。特佳的點狀光源 200809139 可藉由使用紫外線雷射（其包括光導和轉換材料）來達成。 點狀光源具有一種狹窄地受到限制的空間範圍，其中該照 明區域和未照明之區域之間存在著一種較大的對比。 輻射源例如可與一_散熱件相連接以使已損耗的熱被 排出。輻射源可直接與散熱件相連接或保持著熱接觸。 在本發明的發光裝置的另一實施形式中，該轉換材料 可包括nm微粒。nm微粒的優點是，其可使光散射量減少 且因此使該轉換材料所發出的可見光之發光強度成爲均勻 狀。有利的方式是使nm微粒所具有的微粒直徑在數個nm 的範圍中，例如，在2至50nm之範圍中，更佳時是介於 2nm至lOnm之間，此乃因此種小的nm微粒可特佳地使已 轉換的可見光之光散射量減少。此外，微粒直徑會影響已 轉換的光的波長，這例如是由於量子效應所造成。因此， 在與直徑較大的nm微粒相比較時，直徑較小的nm微粒所 產生的已轉換的光具有較短的波長。 在本發明的發光裝置的另一實施形式中，另外存在著 一種偵測裝置，其可偵測該光導之受損現象且因此予以顯 示出。 這樣特別有利，此乃因可快速地偵測出該光導是否已 受損，且因此使對觀看者而言同樣有害的短波長的光亦可 向外發出。 偵測裝置可偵測該光導的受損情況，對發出短波長輻 射的輻射源而言，該偵測裝置亦可控制此輻射源的能量供 應（電流及/或電壓的供應）時特別有利，且因此在光導受損 -10- 200809139 時可消除能量的供應。結果是，潛在具有危險性的短波長 的輻射（例如，紫外線輻射）亦可由於已受損的光導而中斷。 該偵測裝置例如可包括第一偵測器以偵測已轉換的 光，此時該已轉換的光之偵測可顯示出該光導的功能性。 在轉換第一波長（較佳是短波長）的輻射時，藉由該轉 換材料所產生的第二波長（例如，可見的波長）的光由該轉 換材料同向地在所有的方向中發出。在偵測裝置存在於光 導的一端且該轉換材料存在於光導的另一端時，可使已轉 換的光耦合至光導中，此時該已轉換的光經由光導而又傳 送至光導的另一端上的第一偵測器。在此種情況下，偵測 到已轉換的光時藉由第一偵測器來顯示出：該光導仍具有 功能且未受損。在該已轉換的光不再由第一偵測器來偵測 時，則此時例如會由於光導之中斷而使已轉換的光不能由 該轉換材料傳送至第一偵測器。在此種情況下，當第一偵 測器或偵測裝置可使輻射源的能量供應中斷時特別有利。 例如，該偵測裝置可以是一電路配置的一部份，此電路配 置以電流供應至該輻射源之能量供應器且在未偵測到該已 轉換的光時使電流回路中斷。此外，該輻射源（例如，具有 小功率的紫外線雷射二極體）亦可在該發光裝置接通時起 動，且隨後在雷射動作時該雷射之原來的起動裝置被解除 (deactived) ’取而代之的是一控制電路（其中該偵測裝置形 成一組件）用來控制該.雷射。因此，該雷射只依據該已轉換 的光之已進行的偵測而由該偵測裝置來操作，且可在未偵 測到該已轉換的光時立即關閉該雷射。 200809139 例如，第一偵測器以可導光的方式耦接至一 端’此時光導的另一端上配置著該轉換材料。此 種較大型的光導複合體（例如，光導束狀體）之一 此種情況下，該光導束狀體之另一光導可與該輻 接且例如只有一光導纖維與第一偵測器相連接。 導中安裝一種分光器，其將該光導所傳送回來的 光之至少一部份導引至第一偵測器（請參閱第3圖 此外，在光導之一端和該轉換材料之間亦存 或多個塗層，例如，介電質鏡面層，其可透過第 輻射，但使第二波長的已轉換的光之一部份反射 該介電質鏡面層可使已轉換之光的紅色成份向後 果是可使光導之發射量變大，但不能使黃色成份 時黃色成份經由光導而向後耦合且例如可由第一 偵測出。 當該輻射源和第一偵測器存在於光導或光導 同一端時特別有利。然後，藉由該轉換材料所轉 光被反射回來，則可特別簡易地經由光導的整個 測光導之功能。此外，在光導另一端上該光學元 光學構件或透明體）在構造上可具備高的自由度。 又，另外亦可存在第二偵測器以偵測環境光 測器例如可偵測一種由未與輻射源相連接的光導 環境光且作爲第一偵測器所偵測的已轉換的光之 由第一和第二偵測器，則可更簡易地使已轉換的 敏感性提高且因此可達成一種控制該光導之功會g 光導之一 光導是一 部份。在 射源相連 亦可在光 已轉換的 I ) ° 在著一個 一波長的 。例如， 反射，結 反射。此 偵測器所 束狀體之 換的可見 長度來偵 件（例如， 。此種偵 所透過的 參考。藉 光之偵測 用的控制 200809139 系統，其特別敏感。 偵測裝置可偵測光導之受損現象，此種偵測裝置例如 亦可包含導電性的第一連接件，其在光導中延伸。此外， 存在著多個可對導電性的第一連接件進行功能檢測用的元 件，此時導電性的第一連接件具有功能時即顯示出該光導 亦具有功能。 在纜線形式的光導（例如，光導桿或玻璃纖維）中，導 電性的第一連接件有利的方式是沿著光導之主軸而延伸且 ^ 因此可特別敏感地顯示該光導的受損情況。對該導電性的 第一連接件之功能進行檢測用的元件例如可包括一種電流 供應器，其發出一種電脈波至導電性的第一連接件（例如， 一種導線）中，且因此可藉由光導的外形來檢測該導電性的 第一連接件的長度。此長度然後藉由脈波在導線另一端上 的反射以及運行時間來決定。 此外，導電性的第二連接件另外可經由該光導而延 伸。導電性的第二連接件與導電性的第一連接件一起形成 一種電路且對該導電性的第一連接件之功能進行檢測用的 元件另外包括一種裝置，其可偵測該電路中流過的電流。 該電路例如可以是電晶體電路，只有當電路閉合且因此顯 示該光導未受損時，該電晶體電路才對該輻射源供應能 量。導電性的第一和第二連接件例如可在光導的配置著該 轉換材料的此端上組合成一種電流回路，這例如藉由一種 金屬套筒或金屬環來達成。 導電性的第二連接件亦可與導電性的第一連接件保持 •13- 200809139 著距離以經由該光導而延伸且對該導電性的第一連接件之 功能進行檢測用的元件可偵測一種施加在導電性的第一連 接件和第二連接件之間的電壓。例如，可測得互相隔開的 導電性的第一和第二連接件之間的電容效應，且因此可藉 由電容的變化或RC共振偏移來檢測該光導之未受損現象。 該光導可有利地具有一種包覆區和一種核芯區，其中 各導電性的連接區較該核芯區更容易碎裂。在此種情況下 可確保：在該光導折斷或受損之前，在機械負載下各導電 性的連接區仍可斷開。各導電性的連接區亦可在該光導之 包覆區上或包覆區中延伸，或例如可在該包覆區和該核芯 區之間延伸。各導電性的連接區亦可在該光導中或該光導 上環繞該光導而配置著，以便有利地使施加在該光導上的 機械負載亦可由不同的方向中被偵測出。亦可較薄地構成 各導電性的連接區，其在光導（特別是核芯區）折斷之前較 佳是可斷開。 所謂”易碎裂性（SprSdigkeit)”通常是指固體的性質，其在 應力下會斷裂而不是可塑性地或彈性地變形。就此點而言， 請參閱 Stuttgart Georg-Thieme-出版社，Romp Chemielexikon， 新增訂之第9版中的字詞” SprSdigkeit”，本說明書在內容 上完全以該字詞之意義作爲參考。 在本發明之發光裝置之另一實施形式中，光導的一末 端導電性地與一透明體相連接。例如，該光導的一末端亦 可由該透明體所圍繞且例如可插入至該透明體的一鑽孔 中。該透明體例如可以是一種玻璃體或塑膠體，其中該透 200809139 明體可以是一種中空體或實心體。該透明體可透過已轉換 的可見光時是有利的，或該透明體可透過該光導所傳輸的 第一波長的輻射（較佳是短波長的輻射）時亦是有利的。在 該透明體之表面的至少一部份區域上可設有：一種使短波 長的輻射反射用的層或一種使第一波長的輻射反射用的層 或相對應的多個吸收層，以使未轉換的短波長的光不會由 該發光裝置發出或使發出量減少。 較有利的方式是使光導的末端導電性地與該透明體相 連接或由該透明體所圍繞著，輻射源之在光導中所傳送的 輻射由該透明體中發出。 此外，亦可在光導之設有該透明體之此末端上設有該 轉換材料，以使第一波長的輻射（例如，紫外線輻射）轉換 成第二波長的光（例如，可見光）。 又，至少在該透明體之表面的一部份區域上可設有一 種使該已轉換的光被反射的層。此層例如可使光導末端上 的轉換材料所產生的已轉換的可見光在一種待照明的面上 成束。 此外，該透明體可具有一種光發射面’其幾何形式可 決定一待照明的面之形式。例如，可在該透明體上形成一 種圓形、卵形或矩形、三角形的光發射面，其形成一種可 用來對環境照明的形式可變的面。以此種方式’則例如可 使點光源轉換成覆蓋著較大面積的面光源’其中各個點光 源藉由轉換而在光導的末端上發出所產生的可見光。該透 明體例如可形成一種拋物面體’其具有圓形或卵形的光發 -15- 200809139 射面，以形成適當的面光源。例如，該透明體可具有一種 縱向延伸的棒形之光發射面，其可用來照明各種較點光源 所能照明的面積還大的面積。 例如，該透明體中亦可存在至少一個中空區，中空區 中配置著該轉換材料，其中該中空區可與光導或光導的一 末端在光學性質上相連接。該中空區例如可縱向地延伸且 沿著同樣是縱向延伸的透明體之主軸而延伸，因此可決定 該點光源的擴大率。 例如，該透明體中可存在一可導光的介質，例如，光 導桿或光導（例如，玻璃纖維），其沿著該透明體的主軸而 延伸，其中該導光的介質在光學性質上可與光導的末端相 連接。可形成該導光的介質之表面且因此不需一種散射作 用，藉此可特別簡單地使光由該透明體中的該導光的介質 發出。在該導光的介質中或其表面上可配置一種轉換材料。 該轉換材料例如可以層的形式配置在由光導所輸送的 第一波長的輻射之輻射通道中。在此種情況下，較有利的 方式是藉由一種反射器使該輻射成束而將該輻射導引至轉 換層且在該處轉換成可見光。 在本發明的發光裝置的另一實施形式中，此發光裝置 之輻射通道中可反射第一波長的輻射且可使可見光透過的 層是連接在該轉換材料之後。此層例如可以是一種短波長 輻射用的介電質鏡面層。此種層可有利地防止未轉換的短 波長的輻射由該發光裝置中發出且該未轉換的短波長的輻 射例如反射回到該轉換材料上。藉由上述可使短波長的輻 200809139 射反射用的層，則一方面可使該具有潛在損害性的短波長 的輻射不會由該發光裝置中發出或使發出量減少，且同時 藉由再反射而使光轉換的效率提高。 本發明另一實施形式之標的是一種照明裝置，其包括 上述各種發光裝置之一種。此照明裝置例如可以是一種 燈、桌上發光體、天花板發光體或其它任意的照明裝置。 本發明另一實施形式之標的是一種顯示裝置，其包括 上述各種發光裝置之一種。特別有利的是使用一種發光裝 置作爲此顯示裝置的組件，該發光裝置發出一種可轉換成 狹窄光條的光。此種光條例如特別適合射入至一種玻璃板/ 塑料板中以對LCD進行背光照明。 於此，本發明另一實施形式的標的亦是一種顯示裝 置，其中背光照明包括一種如上所述的發光裝置。此顯示 裝置較佳是非自發光型且例如是一種液晶顯示器。 本發明的另一實施形式是一種具有探照燈的運輸工 具，其包括一種如上所述的發光裝置。此運輸工具例如是 一種機動車或軌道車且具有一種包含冷卻器的馬達。因 此，當該發光裝置的輻射源是與該冷卻器在熱性上相接觸 時是有利的。在此種情況下，可簡易地使該發光裝置的馬 達和輻射源被冷卻。 本發明以下將依據圖式中的實施例來詳述。各圖式未 按比例繪出，且相同的元件或作用相同的元件在各圖式中 設有相同的參考符號。 【實施方式】 200809139 第1圖顯示一發光裝置1，其中一輻射源5發出短波 長的輻射1 1 (例如，紫外線輻射），該輻射源5例如是一種 紫外線二極體雷射’其在熱性上是與一散熱件6相連接， 該輻射1 1入射至一光導1 0中。由輻射源5所發出的短波 長的光11於是入射至該光導10之末端10A。光導10包括 一包覆區10C。經由光導10而輸送的短波長的輻射在 光導10之第二末端10B上由光導10發出且由一種轉換材 料15轉換成波長較長的可見光20。 ^ 透明體35藉由插接件17而固定在光導1〇上。在光導 和透明體之間存在著該轉換材料15，其亦可施加在該光導 上或藉由一鑽孔而安裝在該透明體35(玻璃體或塑料體） 上。透明體35可透過已轉換的光20且在其表面上較佳是 具有一種可吸收或反射紫外線的區域（此處未顯示）。輻射 通道中，一種光學構件3 0(例如，透鏡）配置在該透明體3 5 之後。因此，此轉換材料1 5有利的方式是存在於該光學構 ^ 件3 0之焦點處，使與該光學構件3 0交互作用的已轉換的 光2 0平行地對準一較有利的方向而發出。該透鏡和透明體 可決定該光導10之末端10B上所入射的點光源之擴大率。 光學構件3 0和透明體3 5可以單件的形式來構成。 第2圖顯示本發明的發光裝置的另一種實施形式，其 中存在著一種偵測裝置2 5，其可偵測該光導1 〇之受損情 況。於此，第一電性連接線25A在該光導1〇之包覆區i〇C 中互相平行地延伸，且第二電性連接線2 5 B同樣以導線來 構成。此二條電性連接線2 5 A和2 5 B共同組合成一種電流 200809139 回路且在電性上是與元件2 5 C相接觸以檢測電性連接之功 能。由第2圖中可得知，此元件25 C(例如，一種電晶體電 路）同時可控制該輻射源5之能量供應。當該光導1 0受損 而使電性連接線25 A和25B所構成的閉合的電流回路斷開 時，對該輻射源5之能量供應因此可立即中斷，且使潛在 上有損害性的短波長的輻射1 1 (例如，紫外線輻射）不會由 該發光裝置1發出。一種作爲光學構件30用之透鏡直接連 接至該轉換材料15，此透鏡用來使該已轉換的光20成爲 ® 一種已對準的光束而發出。 第3圖所顯示的發光裝置1具有另一種偵測裝置 25C，其可偵測該光導1 〇之受損情況。在此種情況下使用 一種光導束狀體，此時此束狀體之一光導10之末端10A 在光學上與可見光用的偵測器25C相連接。此輻射源5發 出短波長的輻射11，其射入至光導束狀體之末端10A且在 光導中和光導10之另一末端10B上藉由該轉換材料15而 轉換成波長較長的可見光20。可確認的是，該已轉換的可 ^ 見光20之一部份由作爲光學構件30之透鏡所聚焦且由該 發光裝置發出。該已轉換的光20之其它成份由該轉換材料 層1 5射回至該光導1 0中且因此可由偵測器2 5 C偵測到。 此偵測器25C同樣可控制該輻射源（紫外線雷射二極體）5 之能量供應且在未偵測到該已轉換的可見光20時可使電 流之供應中斷，這樣可使雷射不會繼續發出短波長的光。 若不使用束狀或聚焦式光學元件，則在本發明的發光 裝置中亦可使用已散焦之光學元件，散光透鏡或散光透鏡 -19-
200809139 系統以及可調整的變焦光學元件。 第4圖顯示一種照明裝置100，其中整合著一種 本發明的實施形式所製成的發光裝置。在此種情況下 輻射源5所發出的短波長的輻射可入射至光導之一 10A上的一光導10中，且在經由光導之另一末端i〇B 光導10而傳送之後藉由一轉換材料15而轉換成可見 該轉換材料15直接位於該光導10之末端10B上，以 無意中發出的短波長的輻射最小化。已轉換的可見光 射至一透明體3 5 (例如，全玻璃體）中且經由一種反射閹 而在該透明體35之表面上反射，使已轉換的光之已對 輻射可入射在一待照明的面40上。該透明體35因此 一種拋物鏡形式。該轉換材料1 5位於該拋物鏡之焦黑 以使該已轉換的輻射特別良好地聚焦。此外，在該透 35之光發射面35D上配置一種可使短波長輻射反射 45，其可使未轉換的短波長的輻射不會無意中發出。 明體3 5亦可以是一種中空體，例如，一種曲面鏡。此 體在該光發射面35D上可具有一種可透過該可見光的 此蓋塗佈著可使紫外線反射的層4 5。此層4 5例如可 一種電介質鏡面，其可依據短波長的輻射源的波長 整。具有反射性的層35A可以是一種反射面或可藉由 率之跳躍使已轉換的輻射發生全反射，或亦可包括一 射面和折射率跳躍的組合。例如，部份區域可具有反 且另一部份區域具有小的光入射角且因此可無損耗地 折射率跳躍而反射。此外，一種低折射率之中間層放 -2 0 - 依據 ，由 末端 上的 光。 便使 20入 f 35A 準的 具有 S處， 明體 的層 該透 I中空 蓋， ‘以是 來調 I折射 i種反 :射性 〖藉由 ;可配 200809139 置在該反射層35A下方。該透明體35之幾何的30形式可 另外形成，使拋物面曲率在二個互相圍繞一光軸而旋轉的 切面中並不相同，這樣可達成一種橢圓形的光分佈。 上述的照明裝置1 〇〇可產生一種明顯之光點40且例如 可用作閱讀照明燈、探照燈、戲院照明燈和車頭燈。 相較於第4圖之照明裝置而言，第5圖所示的照明裝 置1 00可對一種待照明的長方形面積40進行照明。在此種 情況下，該透明體3 5具有一種拉長的拋物體形式，其光發 ^ 射面35D具有長方形的橫切面。第5圖中可明顯看出，該 光發射面35D之幾何形式可廣泛地決定該待照明的面積40 之幾何形式，其中該待照明的面積40所延伸的長度較該光 發射面35D還長。在此種照明裝置100中，短波長的光1 1 經由一光導而傳送且在光導1〇之末端10B上入射至該透明 體3 5中。該透明體3 5中存在著一種鑽孔，其沿著該透明 體35之主軸而延伸且鑽孔中以一種轉換材料15來塡入， 該轉換材料15將短波長的光11轉換成可見光20。該轉換 ^ 材料1 5例如可包含奈米微粒，此乃因奈米微粒中可使光散 射現象減低且因此可使該鑽孔的發光強度隨著轉換現象而 變成更均勻。在該透明體35之表面上可藉由折射率跳躍現 象或藉由反射層或此二者使已轉換的可見光20反射且經 由該光發射面35D而發出。該透明體35之光發射面35D 設有一種可使紫外線反射的層45，其可防止該未轉換的輻 射被發出。 藉由上述的配置，可形成一種已良好地界定之發光 -21 - 200809139 區，其同時可藉由包括奈米微粒的轉換材料來達成一種均 勻的亮度。此外，藉由該桿形的照明裝置1 0 0定位在拋物 體中可達成明顯的亮暗邊界。 第6圖顯示一種類似於第5圖的照明裝置100。第6 圖中，該透明體35的鑽孔中存在著一種導光介質35C，例 如，一種玻璃桿或玻璃纖維，其在光學上與該光導10之末 端1 0 B相連接。此導光介質如上所述可以是一種玻璃桿， 其具有一轉換層。該玻璃桿之厚度例如可小於1 mm，例如， 小於1 〇 0 μ m。在使用雷射二極體作爲該輻射源5且由於該 發光桿之尺寸較小時，則可在特別高的亮度下達成一種很 緊密的照明裝置1 〇〇。此種照明裝置例如亦可用作顯示器 背光照明源，其射入至背光照明板（例如，筆記型電腦中者） 中的效率較高。在此種裝置中，光發射面亦可粗糙化或含 有散射中心，這在應產生較大的自由形式的發光面時特別 有利。 該導光介質25 C亦可未包含上述的轉換材料。在此種 配置中，該光發射面35D較佳是亦可粗糖化或包含散射中 心且因此可自動成爲一種二次發光面。此種形式在需要一 種自由形式的發光面時是有利的，此發光面在情況需要時 可以光學方式成像在待照明的面上或物件上。該導光介質 3 5 C之表面較佳是同樣被粗糙化（已粗糙化的桿條或纖維） 或使該導光介質35C含有散射中心，且因此可使光較佳地 由該導光介質發出。可反射短波長之輻射的層亦可與該轉 換層15和45 —起配置在該光發射面35D上。 -22- 200809139 第7圖顯示一種天花板照明裝置1〇〇，其中存在著一 種發光弔桿11 〇以固定至天花板上。在此種情況下，由光 導10所輸送之短波長的光在該光導的末端上藉由該轉換 材料15而轉換成可見光20且入射至錐體形式的透明體35 中，透明體35是一個實心體或中空體。此外，在該透明體 35上存在著一種光導固定器10D。在該透明錐形體之外表 面上於是可存在一種可使紫外線反射的層45，其反射未轉 換之短波長的輻射。 ^ 在第8圖所示的天花板照明裝置1 00中，短波長之輻 射1 1在光導10之末端10A上藉由一種可包含一散射透鏡 的光學構件3 0而入射至該透明體3 5中。透明體3 5可以是 中空體或實心錐形體且例如可由玻璃或塑料所構成。在中 空體的情況下，一種轉換材料1 5可配置在該中空體3 5之 內表面上，該轉換材料15將短波長的輻射11轉換成已轉 換的光2 0。在此中空錐形體的外表面上可存在著一種可使 紫外線反射的層4 5，其使未轉換的短波長的輻射被反射或 被吸收。由該透明體35可發出該已轉換的光20且因此可 達成一種擺動式照明。上述天花板照明裝置1 〇 〇之優點 是，該轉換材料1 5之輻射密度小於該材料1 5直接配置在 該光導10之末端10A上的情況下的輻射密度。於是，可達 成一種較高的轉換效率。 光學構件3 0亦可包含一種轉向稜鏡，其使短波長之輻 射在一種平角（flat angle)下入射，以使短波長的輻射在具 有反射性的層上反射回到該透明體3 5中，且在轉換之後達 -23- 200809139 成一種均勻的照明。 此外，在上述全部的實施形式中亦可將該轉換材料或 轉換nm微粒配置在該透明體35之體積中，當該透明體35 是一種實心體時。 第9圖顯示一種機動車150，具有一探照燈160，其包 含一種依據本發明的實施形式而製成的發光裝置1。於此， 可辨認出該透明體3 5配置在該探照燈1 60中，且亦可選擇 性地配置著其它的光學構件30,其用來使已產生的輻射20 ® 對準地被發射出。此外，存在著一種冷卻器1 70，其用來 使馬達冷卻^此時特別有利的是將該輻射源5及散熱件6 配置在該冷卻器170附近，以便可進行一種熱耦合且該冷 卻器1 70亦可使該輻射源5冷卻。 第1 0A和10B圖顯示一種光導10，其包括一種核芯區 10E和一種圍繞該核芯區10E之包覆區10C。該核芯區所 具有的折射率大於該包覆區者。該核芯區可藉由反射和干 涉來引導光束或引導輻射（例如，短波長的輻射）。在該包 覆區10C的表面上存在著一種第一導電性連接區25A’其 捲繞在該包覆區之周圍或環繞在該光導的周圍而配置著， 且因此可對各種不同的位置上的光導之可能的受損情況或 折斷予以偵測出。第1 0B圖顯示以200來表示的位置上之 光導之橫切面。若未使用導電性的連接區2 5 A，則亦可使 二個導電性的連接區在該包覆區1 0 C上延伸，其中如上所 述該二個連接區亦可形成一種閉合的電流回路或可在二個 平行延伸的連接區之間決定一種電容效應且因此可偵測該 -24- 200809139 光導的受損情況。 相對於第10A和10B圖而言，第1 1 A和1 1B圖中所示 的光導中第一導電性連接區25A和第二導電性連接區25B 在該光導10之包覆區10C中延伸。第11B圖是第11A圖 所示的光導之橫切面。若未使用該二個導電性的連接區 2 5 A和2 5 B，則亦可只使一導電性的連接區經由該包覆區 1 0C而延伸。此二個導電性連接區例如可平行於該光導的 主軸300而延伸或如第10A和10B圖所示亦可捲繞在該主 ®軸的周Η。 在第12Α圖中和第12Β圖之光導的橫切面圖中，第一 導電性連接區25Α和與其平行的第二導電性連接區25Β在 該光導10之包覆區10C之表面上延伸。這些導電性連接區 例如可如上所述組成一種電流回路，或可測得一種在這些 平行的連接區中所產生的電容效應且因此能可靠地偵測到 光導之受損情況。 本發明當然不限於依據各實施例中所作的描述。反 ® 之，本發明包含每一新的特徵和各特徵的每一種組合，特 別是包含各申請專利範圍-或不同實施例之各別特徵之每 一種組合。例如，就透明體3 5之幾何形式而言其它變動方 式亦是可能的。 【圖式簡單說明】 第1至3圖 本發明具有光學構件之發光裝置之不同 的實施形式。 第4至8圖 本發明具有透明體之發光裝置之其它的 -25- 200809139 實施形式。 第9圖 具有探照燈的汽車，其包含本發明的發光裝 置。 第10A至12B圖 具有導電性之複合物的光導之不同 的實施形式。 【主要元件符號說明】
1 發 光 裝 置 5 幅 射 源 6 散 熱 件 10 光 導 1 0A 光 導 之 末 端 1 0B 光 導 之 第 二 末 丄山 m 1 0C 光 導 之 包 覆 1^ 1 0D 光 導 固 定 件 1 0E 核 -H- 心 is 11 短 波 長 之 輻 射 15 轉 換 材 料 17 插 接 件 20 已 轉 換 之 光 25 偵 測 裝 置 25 A 第 一 導 電 性 連 接 區 25B 第 二 導 電 性 連 接 區 25C 偵 測 器 30 光 學 構 件 -26 - 200809139 35 透明 3 5 A 反射 3 5B 中空 35C 導光 3 5D 光發 40 可昭 -J " 45 可反 100 照明 110 發光 150 運輸 160 探照 170 冷卻 200 橫切 300 主軸
體 層 區 材料 射面 明之面積 射紫外線之層 裝置 弔桿 工具 燈 器 面之位置

Claims (1)

  1. 200809139 十、申請專利範圍： 1 · 一種發光裝置（1)，包括： 一輻射源（5)，其發出第一波長的輻射， 一光導（10)，由該輻射源所發出的輻射入射至此光導 中，以及 一轉換材料（15)，其將該光導（10)所傳送的輻射轉換成 較長之第二波長的光（20)。 2.如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中，該輻射源（5) ® 包含一短波長的輻射源，特別是紫外線雷射二極體。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之發光裝置，其中，從一組 包含以下的化合物中選取該轉換材料（15): Ca8Mg(Si〇4)4Cl2:Eu2 +，Mn2+ ; Y203:Eu2+，Bi3+ ; (Sr，Ba， Ca)5(P〇4)3cl:Eu2+ ; BaMgAl10O17:Eu2+ ; SrMgAl10〇17:Eu2 + ; B a 3 A12 8 O 4 5: E u 2 + ; ( S r，B a) 2 A1 6 O ! i : E u 2 + ; S r A1 2 O 4 : E u 2 + ; M2Si5N5N8:Eu2+，其中 M = Ca 或 Sr; AGa2S4:Eu2 +，Ce2 +其中 A 由 Ca，Sr，Ba，Zn 和 Mg 中選取；（A，Sr)S:Eu2+，其中 A =鹼土 金屬離子，以及 BaMg2Ali6〇27:Eu2+。 4 ·如申請專利範圍第1至3項中任一項之發光裝置，其中， 該轉換材料（15)包括奈米微粒。 5·如申請專利範圍第1至4項中任一項之發光裝置，其中， 另外存在一種偵測裝置（2 5 )，其可偵測該光導（1 〇 )之受損 情況。 6 ·如申請專利範圍第1至5項中任一項之發光裝置，其中， 該偵測裝置（25)包括第一偵測器（2 5D)，用以偵測該B轉 -28- 200809139 換的光（20) ’其中該已轉換的光（20)之偵測可顯示出該光 導（10)之功能。 7 ·如申請專利範圍第1至6項中任一項之發光裝置，其中， 該偵測裝置（2 5)依據該已轉換的光之偵測而使該輻射源 (5)之能量供應中斷。 8.如申請專利範圍第6或7項之發光裝置，其中，第一偵 測器（2 5D)存在於該光導（10)之一末端（10A)上，且該轉換 材料（15)存在於該光導（10)之另一末端（10B)上。 ^ 9.如申g靑專利範圍第6至8項中任一項之發光裝置，其中， 該輻射源（5)和第一偵測器（25 D)存在於該光導（10)之同 一個末端（1 0 A)上。 1 〇 ·如申請專利範圍第6至9項中任一項之發光裝置，其中， 另外存在一第二偵測器，用以偵測環境光。 1 1 .如申請專利範圍第5項之發光裝置，其中，光導（1 〇)中有 一第一導電性連接區（25A)延伸著，且 存在著多個元件（25 C)，以用來對該第一導電性連接區 ^ (25A)之功能進行檢測， 第一導電性連接區之功能顯示出該光導之功能。 1 2.如申請專利範圍第1至1 1項中任一項之發光裝置，其 中，該光導包括一核芯區（10E)且該第一導電性連接·區 (10A)較該核芯區（10E)更容易碎裂。 13.如申請專利範圍第11或12項之發光裝置，其中，存在 著該輻射源（5)用的能量供應器，其在未偵測到已轉換之 光（20)時可關閉。 -29- 200809139 1 4.如申請專利範圍第1 0至1 3項中任一項之發光裝置，其 中，第二導電性連接區（25Β)經由該光導（10)而延伸，該 光導是與第一導電性連接區（25 Α)形成一電流回路，以及 各元件（25 C)包括一種偵測該電流回路中所流過的電流 用之裝置，以對該第一導電性連接區之功能進行檢測。 15.如申請專利範圍第10至13項中任一項之發光裝置，其 中，第二導電性連接區（25Β)經由該光導（10)以與第一導 電性連接區（25 Α)相隔開而延伸著，以及 • 各元件（25C)可偵測一種施加至第一和第二導電性連接 區之間的電壓，以對該第一導電性連接區之功能進行檢 測。 1 6 ·如申請專利範圍第1至1 5項中任一項之發光裝置，其 中，該光導（10)包括光纖，該光纖之材料選自：玻璃和塑 料。 1 7 ·如申請專利範圍第1至1 6項中任一項之發光裝置，其 中，存在著一種光學構件（30)，其與該已轉換的光（20)或 ® 與由該光導所發出的輻射（11)互相作用。 1 8 ·如申請專利範圍第1至1 7項中任一項之發光裝置，其 中，該光學構件（30)包括透鏡。 1 9 ·如申請專利範圍第1 7或1 8項之發光裝置，其中，在光 導（10)之一末端（10Β)上配置著該轉換材料，且此末端 (10Β)配置在該光學構件（30)之焦點處。 2 0 ·如申請專利範圍第1至1 9項中任一項之發光裝置，其 中，該光導（10)之一末端（10Β)在光學上是與該透明體 -30- 200809139 (35)相連接。 21. 如申請專利範圍第1至20項中任一項之發光裝置，其 中，該光導（10)之末端（10B)是由該透明體（3 5)所圍繞 著，該輻射源（5)之光導中所傳送的輻射由該透明體（35) 中發出。 22. 如申請專利範圍第20或21項之發光裝置，其中，對該 已轉換的光具有反射性的層（35A)配置在該透明體（35)之 表面上。. ^ 23.如申請專利範圍第20至22項中任一項之發光裝置，其 中，該透明體（35)中存在著至少一個中空區（35B)，其中 配置著該轉換材料（15)，此中空區在光學上是與該光導 (10)相連接著。 24.如申請專利範圍第20至23項中任一項之發光裝置，其 中，該中空區（3 5B)在縱向中延伸且沿著該透明體（3 5)之 主軸而延伸。 25·如申請專利範圍第20至24項中任一項之發光裝置，其 ^ 中，——種可導光的介質（35C)沿著該透明體的主軸而在該 透明體（35)中延伸著。 26. 如申請專利範圍第1至25項中任一項之發光裝置，其 中，該可導光的介質（35C)之表面已粗糙化。 27. 如申請專利範圍第20至26項中任一項之發光裝置，其 中，該透明體具有一光發射面（35 D)，其幾何形式廣泛地 決定一種可照明的面（4 0)之形式。 2 8 ·如申請專利範圍第1 7至1 9項中任一項之發光裝置，其 200809139 中，該光學構件（30)包括一反射器，其與由光導所發出的 輻射或該已轉換的光互相作用。 2 9 ·如申請專利範圍第1至2 8項中任一項之發光裝置，其 中’該轉換材料（15)以層的形式配置在由光導所傳送的第 一波長的輻射之輻射通道中。 30·如申請專利範圍第1至29項中任一項之發光裝置，其 中，該轉換材料配置在該光導（10)之末端（10B)上，由光 導所傳送的輻射由該末端（10 B)發出。 • 3 1 .如申請專利範圍第1至3 0項中任一項之發光裝置，其 中，一可使第二波長的光透過且可使第一波長之輻射反 射之層（45)在此發光裝置之輻射通道中配置在該轉換材 料（15)之後。 32·—種照明裝置（1〇〇)，其包括一種如申請專利範圍第1至 31項中任一項之發光裝置（1)。 33·—種顯示裝置，其包括一種如申請專利範圍第1至31項 中任一項之發光裝置。 β 3 4 ·如申請專利範圍第3 3項之發光裝置，其由液晶顯示器所 形成，該背光照明器具有一種如申請專利範圍第i至3 i 項中任一項之發光裝置。 3 5 · —種具有探照燈（丨6 〇 )之運輸工具（〗5 〇 )，其包括一種如申 請專利範圍第1至3 1項中任一項之發光裝置（丨）。 36.如申專利軔圍弟35項之運輸工具（150)，其由機動車或 軌道車所形成，其中， · 具有一個馬達和一個用於該馬達之冷卻器（1 70)， -32- 200809139 該發光裝置（1)之輻射源（5)配置成在熱性上與該冷卻 器相接觸。
    -33-
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