專利名稱：改進(jìn)的光導(dǎo)和光輸出設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及平面光導(dǎo)，其包括第一和第二相對(duì)設(shè)置的表面(face)、 用于向內(nèi)耦合來自光源的光的內(nèi)耦合位置以及位于內(nèi)耦合位置鄰近的 外耦合部分。
本發(fā)明還涉及包括這種光導(dǎo)以及至少 一 個(gè)光源的光輸出設(shè)備。
背景技術(shù)：
到目前為止，焚光照明通常用作選用于辦公照明的照明系統(tǒng)。
然而，為了允許建筑師和室內(nèi)設(shè)計(jì)師創(chuàng)建明顯將一幢建筑物與另一
幢建筑物區(qū)分的室內(nèi)風(fēng)格，越來越需要盡可能不令人生厭地將照明集成
到室內(nèi)。
已知基于熒光照明的常規(guī)燈具(luminaire)具有大約50mm的最小 厚度。另一方面，基于允許薄燈具的可替換光源的照明系統(tǒng)，例如包括 若干發(fā)光二極管(LED)以及用于混合和分布由這些LED發(fā)射的光的光 導(dǎo)的照明系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)燈具方面提供了多得多的自由度。
在光導(dǎo)中實(shí)現(xiàn)足夠程度的光混合是獲得基于光導(dǎo)的燈具的改進(jìn)的 觀察特性的重要因素。這樣的改進(jìn)可以包括例如從光導(dǎo)向外耦合的光的 增大的均勻性以及降低的最大亮度。
WO2006/03483 l公開了一種用于實(shí)現(xiàn)這種混合的方法，依照該方 法，光導(dǎo)配備了金字塔形外耦合小平面(facet),這些小平面與外耦合 表面形成一定角度，使得幾乎平行的光在向外耦合之前在光導(dǎo)中經(jīng)歷若 干次反射。
WO2006/034831中描述的光導(dǎo)的缺陷在于，它要求內(nèi)耦合光高度準(zhǔn) 直以便發(fā)揮適當(dāng)?shù)墓δ堋?br>
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是減輕現(xiàn)有技術(shù)的至少一些缺陷并且提供允許 使用更加多樣的光源的改進(jìn)的光導(dǎo)。
依照本發(fā)明，這些和其他目的是通過一種光導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)的，該光導(dǎo)包括第一和第二相對(duì)設(shè)置的表面(face)、用于內(nèi)耦合來自光源的光的內(nèi)耦 合部分以及位于內(nèi)耦合部分鄰近的外耦合部分。外耦合部分被配置成以 比次級(jí)光束更低的外耦合效率向外耦合初級(jí)光束，所述初級(jí)光束具有離 開(directed from)內(nèi)耦合部分中的位置的傳播方向，所述次級(jí)光束具 有離開光導(dǎo)中的內(nèi)耦合部分之外的位置的傳播方向。
所述光導(dǎo)可以例如由單種電介質(zhì)材料的或者電介質(zhì)材料的組合的 平板(slab)制成。適當(dāng)?shù)碾娊橘|(zhì)材料包括不同的透明材料，例如各種 類型的玻璃、聚曱基丙烯酸曱酯(PMMA)等等。光導(dǎo)可以是平面的、 平坦的或者具有彎曲的外觀。平板型光導(dǎo)典型地依賴于全內(nèi)反射(TIR) 以便包含耦合到該波導(dǎo)中的光。
在光導(dǎo)的特定外耦合部分中，次級(jí)光束可能來源于可以包含在光導(dǎo) 中的另 一 內(nèi)耦合部分，或者可能是起初來自與該特定外耦合部分關(guān)聯(lián)的 內(nèi)耦合部分，但是由于例如反射而改變了其傳播方向的光。
應(yīng)當(dāng)指出的是，為一個(gè)外耦合部分中的初級(jí)光束的光束典型地為與 另一內(nèi)耦合部分(如果有的話)關(guān)聯(lián)的另一外耦合部分中的次級(jí)光。
通過配置外耦合部分，使得它以比次級(jí)光束更低的外耦合效率向外 耦合初級(jí)光束，確保了內(nèi)耦合光的大部分在作為次級(jí)光向外耦合之前經(jīng) 歷光導(dǎo)的相對(duì)表面內(nèi)的若干次反射。這可以例如通過配置外耦合部分來 實(shí)現(xiàn)，使得對(duì)于初級(jí)光束滿足TIR (全內(nèi)反射)條件但是對(duì)于次級(jí)光束 則不滿足TIR。
通過這種方式，可以實(shí)現(xiàn)光在光導(dǎo)中的良好混合，而無需對(duì)內(nèi)耦合 光的準(zhǔn)直施加任何特殊的要求。
依照本發(fā)明的光導(dǎo)還可以包括重定向裝置，其用于對(duì)初級(jí)光束重定 向，從而將初級(jí)光束轉(zhuǎn)換成次級(jí)光束。
這種重定向裝置可以包括有源和/或無源裝置。有源裝置可以例如包 括具有可控折射率和/或反射率的光學(xué)元件，無源裝置可以例如包括固定 反射結(jié)構(gòu)和/或具有不同折射率的材料之間的界面。
在離開內(nèi)耦合部分的傳播方向上傳播的初級(jí)光束可以例如由 一個(gè) 或多個(gè)反射器反射，所述反射器可以位于光導(dǎo)的邊緣處，或者位于光導(dǎo) 的分段的邊界處。在這樣的分段邊界處的反射器可以例如由空氣間隙或 者另一具有低折射率的物質(zhì)形成、由半透明反射器涂層形成或者通過選 擇性地提供基本上完全反射的涂層而形成。這樣的分段可以為組裝起來以形成復(fù)合光導(dǎo)的若干光導(dǎo)，或者光導(dǎo)可以通過例如在適當(dāng)?shù)奈恢锰幮?成通過光導(dǎo)部分地延伸的狹縫而部分地被分離成分段。
當(dāng)在反射結(jié)構(gòu)處的若干反射之后，起初離開內(nèi)耦合部分的光束在不 同的方向上通過外耦合部分行進(jìn)時(shí)，它更可能被向外耦合。這樣，即使 對(duì)于具有單個(gè)內(nèi)耦合部分的光導(dǎo)，也獲得了改進(jìn)的均勻性。因此，重定 向裝置的提供改善了光導(dǎo)中的光束的空間以及角度混合。這在光導(dǎo)中使 用了多個(gè)不同顏色的光源的情形中是特別有利的。
這種內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)為這;羊的結(jié)構(gòu)，其適于l許將來自光源的光內(nèi)^合 到光導(dǎo)中，并且可以被設(shè)置在各個(gè)不同的位置，例如在光導(dǎo)的邊緣處、 沿著光導(dǎo)的相對(duì)設(shè)置的表面之一的某處或者在光導(dǎo)的內(nèi)部。
此外，內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)可以包括用于準(zhǔn)直內(nèi)耦合光的光束定形裝置。 在這里，對(duì)光準(zhǔn)直應(yīng)當(dāng)被理解為限制由光源發(fā)射的光的角分布。 通過提供與適當(dāng)設(shè)計(jì)的光導(dǎo)相結(jié)合的這樣的光束定形裝置，可以從 光導(dǎo)向外耦合準(zhǔn)直的光。這特別對(duì)于其中應(yīng)當(dāng)避免或者至少限制眩光的 辦公照明是重要的。
光束定形裝置可以包括常規(guī)準(zhǔn)直光學(xué)元件，例如反射漏斗或者TIR 元件?？商鎿Q地或者與這樣的光學(xué)元件相結(jié)合，可以通過內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)本 身的適當(dāng)幾何結(jié)構(gòu)來提供光束定形裝置。
此外，所迷內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)可以包括從笫 一或第二表面在光導(dǎo)內(nèi)形成的 凹口 ( recess )。
該凹口可以部分地通過光導(dǎo)延伸，或者形成為通孔(through-going hole )。
因此，可以方便地從光導(dǎo)的任何表面將光源插入到光導(dǎo)中。
對(duì)于具有多個(gè)內(nèi)耦合部分的光導(dǎo)，這些可以有利地形成為分布在一 個(gè)或兩個(gè)表面之上的凹口 ，從而允許光源^爭(zhēng)越光導(dǎo)的均勻分布。
此外，所述凹口在平行于光導(dǎo)的平面內(nèi)有利地可以具有矩形截面， 從而允許在與光導(dǎo)平行的平面內(nèi)準(zhǔn)直內(nèi)耦合光。
具有矩形截面的內(nèi)耦合凹口允許將由在所有方向上發(fā)射光的光源
'這樣的凹:配置因:將初級(jí)光束的方向限制到與光導(dǎo)平行的平面 內(nèi)。這反過來特別在外耦合部分方面有助于光導(dǎo)的制造。
6此外，依照本發(fā)明的光導(dǎo)還可以有利地包括準(zhǔn)直層，其用于減小由 外耦合部分向外耦合的光的角擴(kuò)展。
"準(zhǔn)直層"應(yīng)當(dāng)被理解為準(zhǔn)直的層，即減小通過其中的光的角擴(kuò)展的層。
通過提供準(zhǔn)直層，可以減少眩光的量，這當(dāng)在用于普通照明目的的 燈具中使用了光導(dǎo)時(shí)是特別有利的。
何種類的準(zhǔn)i光、學(xué)元件。例如，準(zhǔn)曰直層可以口包括具有基本上為三角形的 界面的分開的結(jié)構(gòu)，從而形成漏斗狀準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)?？商鎿Q地，可以使用所
謂的同心拋物線形聚光器(cpc)以便進(jìn)一步改善準(zhǔn)直。
具有上述三角形截面或者任何其他準(zhǔn)直形狀的準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)(例如上述 cpc )可以例如通過使用擠出成型并且隨后將反射涂層施加到這些結(jié)構(gòu) 來制造。所述涂層可以有利地施加到準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)的所有側(cè)面上，但是特別 在光導(dǎo)與準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)之間不存在光學(xué)接觸時(shí)，可以省略這些結(jié)構(gòu)面向光導(dǎo) 的側(cè)面上的反射涂層。
此外，所述外耦合部分可以包括多個(gè)外耦合結(jié)構(gòu)。
這些外耦合結(jié)構(gòu)可以在光導(dǎo)的任一表面上提供或者在光導(dǎo)的內(nèi)部 提供，并且可以是表現(xiàn)出依賴于方向的外耦合性能的任何結(jié)構(gòu)。可替換 地或者與提供外耦合結(jié)構(gòu)相結(jié)合，依賴于方向的外耦合可以借助于例如 光導(dǎo)折射率的適當(dāng)空間變化來實(shí)現(xiàn)。
這些外耦合結(jié)構(gòu)可以有利地包括多個(gè)在光導(dǎo)的第一和第二表面中 的至少一個(gè)上形成的凹槽，每個(gè)凹槽沿著對(duì)應(yīng)初級(jí)光束在光導(dǎo)表面上的 投影延伸。
在所述表面中的至少一個(gè)上形成與離開內(nèi)耦合部分的光的主方向 平行延伸的外耦合凹槽確保了光在耦合出去之前行進(jìn)一定距離并且因 而在一定區(qū)域上散布。該光可以在反射之后在與其來源的光源關(guān)聯(lián)的外 耦合部分中向外耦合，或者在相鄰?fù)怦詈喜糠种邢蛲怦詈稀?br> 或小平面。
依照 一種示例性準(zhǔn)直保留配置，所述凹槽可以具有基本上為v形的
截面，其張開角大約為90。。
作為這種準(zhǔn)直保留凹槽配置的替換或補(bǔ)充，光導(dǎo)可以配備包括與外耦合結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)的準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)直層。對(duì)于以凹槽形式提供的外耦合結(jié) 的光。
通過提供與外耦合結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)的這樣的準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)充分低水 平的眩光，而無需使得外耦合結(jié)構(gòu)像這樣準(zhǔn)直保留。因此，可以使用更 加多樣的外耦合結(jié)構(gòu)，這可以有助于制造并且從而導(dǎo)致光導(dǎo)成本的降低。
為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)的最佳性能，它們應(yīng)當(dāng)與外耦合結(jié)構(gòu)充分對(duì)準(zhǔn)。 優(yōu)選地，準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)與基本上平行的外耦合結(jié)構(gòu)之間的橫向未對(duì)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)?shù)?br> 于相鄰?fù)怦詈辖Y(jié)構(gòu)之間的距離(外耦合結(jié)構(gòu)的間距)的10%。而且，準(zhǔn)
直結(jié)構(gòu)的角位移(相對(duì)于外耦合結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn))(以弧度為單位)優(yōu)選地
應(yīng)當(dāng)小于相鄰?fù)怦詈辖Y(jié)構(gòu)之間的距離與光導(dǎo)長(zhǎng)度之比的10%。
此外，依照一個(gè)實(shí)施例，外耦合部分可以包括具有隨著相對(duì)于內(nèi)耦 合部分的距離的增加而增大的厚度的光導(dǎo)的一部分。
通過提供這種相對(duì)于內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)向外張開的結(jié)構(gòu)(flaring
的入射角變得依賴于光導(dǎo)平面內(nèi)的光束的方向。離開內(nèi)耦合部分的初級(jí) 光束將以比具有另一方向的次級(jí)光束更低的外耦合效率向外耦合。
這種結(jié)構(gòu)可以作為上述凹槽的替換方案或者與上述凹槽相結(jié)合而 提供。
為了實(shí)現(xiàn)來自光導(dǎo)的光的高效率外耦合，光導(dǎo)可以附加地包括設(shè)置 在其一側(cè)上的反射層。
當(dāng)外耦合部分包括在光導(dǎo)的一個(gè)表面上的外耦合結(jié)構(gòu)時(shí)，所述反射 層可以在相同或相對(duì)的表面上提供，這取決于外耦合結(jié)構(gòu)的配置。
在外耦合結(jié)構(gòu)為凹槽的情況下，所述反射層可以在這些凹槽的一些 或全部小平面上提供。可替換地，所述反射層可以以在光導(dǎo)的外耦合部 分處基本上平行于光導(dǎo)地設(shè)置的反射膜的形式提供。
通過使用這種反射層而不是在凹槽的小平面上施加反射層，可以有 助于光導(dǎo)的制造，然而這典型地以外耦合光的準(zhǔn)直程度的降低為代價(jià)。
因此，這種反射膜可以有利地與上述準(zhǔn)直層結(jié)合使用。
有利的是，可以基本上防止這種反射膜與光導(dǎo)之間的光學(xué)接觸，以 便避免由反射膜中不必要的反射造成的光損失。因此，優(yōu)選的是，基本光學(xué)接觸可以通過將反射膜與光導(dǎo)分開來防止。此外，應(yīng)當(dāng)指出的 是，如果反射膜被放置成與光導(dǎo)機(jī)械接觸，那么典型地在其間不存在任 何光學(xué)接觸。
有利的是，依照本發(fā)明的光導(dǎo)可以包括多個(gè)內(nèi)耦合部分和多個(gè)外耦 合部分，每個(gè)內(nèi)耦合部分適于向內(nèi)耦合來自關(guān)聯(lián)的光源的光，每個(gè)外耦 合部分鄰近相應(yīng)的內(nèi)耦合部分并且凈皮配置成以比次級(jí)光束更4氐的外耦 合效率向外耦合初級(jí)光束，所述初級(jí)光束具有離開所述相應(yīng)內(nèi)耦合部分 中的位置的傳播方向，所述次級(jí)光束具有離開光導(dǎo)中的所述相應(yīng)內(nèi)耦合 部分之外的位置的傳播方向。
為了獲得適當(dāng)?shù)霓k公室以及住宅照明，希望從光導(dǎo)發(fā)射的光是均勻 分布的并且避免令人不舒適的高的最大局部亮度。光的均勻分布可以通
過使光從多個(gè)光源出射來獲得。然而，諸如發(fā)光二極管(LED)之類的 光源典型地具有稍微不同的顏色和通量特性，這稱為分級(jí)問題(binning problem )。因此，由不同光源發(fā)射的光優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)在向外耦合之前在光 導(dǎo)中充分混合以便實(shí)現(xiàn)外耦合光的均勻分布。良好的光混合被獲得，因 為初級(jí)光束在大的程度上包含在光導(dǎo)內(nèi)，從而它們?cè)谧鳛榇渭?jí)光束耦合 出去之前行進(jìn)一定距離并且因而在一定區(qū)域上散布。
此外，來自多個(gè)內(nèi)耦合部分的光在光導(dǎo)中混合還對(duì)防止一些光源的 失效的魯棒性產(chǎn)生貢獻(xiàn)。
此外，光導(dǎo)可以有利地包括至少 一 個(gè)位于相鄰?fù)怦詈喜糠种g的引 導(dǎo)部分，以便防止其間的串?dāng)_。
對(duì)于一些類型的外耦合結(jié)構(gòu)，例如可以在光導(dǎo)的一個(gè)或兩個(gè)表面上 提供的具有反射側(cè)面的凹槽，光束可以通過兩個(gè)或更多凹槽內(nèi)的連續(xù)反 射而向外耦合。典型地將導(dǎo)致外耦合光束的不希望的重定向的這樣的連 續(xù)反射，可以通過至少在相鄰?fù)怦詈喜糠值倪x定部分之間提供未結(jié)構(gòu)化 的引導(dǎo)部分來避免。
此外，所述內(nèi)耦合部分可以被設(shè)置在形成矩形柵格圖案的陣列中。
該柵才各圖案可以由方形或非方形矩形形成。
此外，依照本發(fā)明的光導(dǎo)還可以包括至少一個(gè)全方向外耦合部分， 所述全方向外耦合部分被配置成以基本上相等的外耦合效率向外耦合 光束，而不管它們?cè)谄叫杏诠鈱?dǎo)的平面內(nèi)的方向如何。通過在跨越光導(dǎo)的適當(dāng)位置處、優(yōu)選地在與相鄰內(nèi)耦合部分關(guān)聯(lián)的 外耦合部分之間提供這樣的全方向外耦合結(jié)構(gòu)，確保了起源于 一個(gè)內(nèi)耦 合部分的、碰巧具有與和另一個(gè)內(nèi)耦合部分關(guān)聯(lián)的外耦合部分中的初級(jí) 光束的方向重合(或者正好相反)的方向的光束事實(shí)上從光導(dǎo)向外耦合 并且不繼續(xù)在內(nèi)耦合部分處被吸收或散射。
所述全方向外耦合結(jié)構(gòu)可以以獨(dú)立于光在光導(dǎo)平面內(nèi)的方向而向 外耦合光的任何常規(guī)外耦合結(jié)構(gòu)的形式提供。
此外，依照本發(fā)明的光導(dǎo)可以包括多個(gè)全方向外耦合部分，每個(gè)全 方向外耦合部分位于矩形柵格圖案陣列中兩個(gè)相鄰內(nèi)耦合部分之間的 對(duì)角線上。
而且，具有多個(gè)被設(shè)置在柵格狀陣列中的內(nèi)耦合部分的平面光導(dǎo)可 以有利地包括多個(gè)內(nèi)耦合凹口 ，每個(gè)凹口在相應(yīng)的內(nèi)耦合部分處提供并 且具有平行于平面光導(dǎo)的矩形截面，其中每個(gè)矩形內(nèi)耦合凹口的相對(duì)拐 角基本上與所述柵格圖案中的相應(yīng)柵格線重合，并且每個(gè)外耦合部分包 括四組基本上在每組內(nèi)平行的凹槽，其在所述第一或第二表面中的至少 一個(gè)上提供，每組凹槽基本上與矩形內(nèi)耦合凹口的關(guān)聯(lián)側(cè)面垂直延伸。
在這種配置中，所述矩形內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)對(duì)光準(zhǔn)直，從而允許提供僅在 兩個(gè)主方向上延伸的簡(jiǎn)化外耦合結(jié)構(gòu)。
如上所迷，所述內(nèi)耦合凹口可以在方形或者非方形柵格狀陣列中提 供。通過選擇非方形柵格，外耦合凹槽不直接指向相鄰的內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)。 因此，更少的光由相鄰內(nèi)耦合位置處的吸收或散射而損失。
此外，依照本發(fā)明的光導(dǎo)可以有利地包含在光輸出設(shè)備中，所述光 輸出設(shè)備例如燈具，其還包括至少 一個(gè)設(shè)置在所述內(nèi)耦合部分處的光 源。
本發(fā)明的其他方面、益處和有利特征根據(jù)以下說明和權(quán)利要求書將 是清楚明白的。


現(xiàn)在，將參照示出本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的附圖更加詳細(xì)地描述
本發(fā)明的這些和其他方面，在附圖中
圖1 a為依照本發(fā)明的燈具的示例性實(shí)施例的示意性頂視圖，該燈具 具有多個(gè)設(shè)置在方形柵格陣列中的光源；
10圖lb示意性地示出了在其中考慮了一個(gè)內(nèi)耦合部分處的部分光束 的示例性情況下由圖la中的燈具發(fā)射的光；
圖lc示意性地示出了在其中考慮了一個(gè)內(nèi)耦合部分處的部分光束 并且在外耦合部分之間提供了空氣狹縫的示例性情況下由圖1 a中的燈 具發(fā)射的光；
圖ld為圖la中的燈具的平面圖，其具有在與不同光源關(guān)聯(lián)的外耦合 部分之間提供的不同顏色的光源和半透明反射鏡；
圖1 e為具有不同顏色的光源和半透明反射鏡的另 一 燈具的平面圖， 其中該燈具的邊緣被修改以提供外耦合光的改進(jìn)的顏色均勻性；
圖2a為示例性矩形內(nèi)耦合凹口的平面圖，其中示意性地示出了它的 準(zhǔn)直性質(zhì)；
圖2b示出了圖2a中的內(nèi)耦合凹口的尺寸；
圖2c示出了修改的內(nèi)耦合凹口 ，其中連接凹口的拐角的側(cè)面彎曲以 實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步改善的準(zhǔn)直；
圖3a-b為沿著垂直于圖la中的燈具的剖面(section)的示意性截面 構(gòu);' 、 "、。 .、'、 、'
圖4a為圖la中的燈具的截面視圖，其示出當(dāng)在相鄰的外耦合部分之 間行進(jìn)時(shí)光束的傳播；
圖4b為圖la中的光導(dǎo)的截面視圖，其示意性地示出了用于控制從光 導(dǎo)的向外耦合的外耦合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)；
圖4c為圖la中的燈具的變型的截面視圖，其還包括外耦合部分之間 的未結(jié)構(gòu)化引導(dǎo)部分。
圖5a示意性地示出了燈具的剖面，該燈具具有V形凹槽形式的外耦 合結(jié)構(gòu)，凹槽的小平面涂敷了反射層；
圖5b示意性地示出了圖5a中的剖面和準(zhǔn)直層，該剖面具有鄰近光導(dǎo) 處提供的反射膜而不是小平面中的反射涂層；
圖5c示意性地示出了具有與圖5b的實(shí)施例相比在光導(dǎo)的相對(duì)表面 處提供的外耦合結(jié)構(gòu)的另 一示例性實(shí)施例；
圖6為示意性地示出不同實(shí)施例的外耦合光的角分布的示圖7為依照本發(fā)明的燈具的另 一 示例性實(shí)施例的示意性頂視圖，其 具有多個(gè)設(shè)置在非方形柵格陣列中的光源；圖8為依照本發(fā)明的燈具的另 一 示例性實(shí)施例的示意性頂 一見圖，其 具有設(shè)置在相鄰內(nèi)耦合部分之間的對(duì)角線上的全方向外耦合結(jié)構(gòu)；
圖9a-c為依照本發(fā)明燈具的另外的示例性實(shí)施例的示意性頂視圖10a-b示意性地示出了另外的示例性實(shí)施例，其利用了在光導(dǎo)的邊 緣處通過反射重定向光；
圖11 a為示意性地示出具有可替換外耦合結(jié)構(gòu)的示例性燈具的透視
圖1 lb為圖1 la中的燈具的截面視圖。
具體實(shí)施例方式
當(dāng)前詳細(xì)的描述主要涉及燈具，其包括平面光導(dǎo)以及一個(gè)或多個(gè)在 光導(dǎo)的表面之一 中提供的內(nèi)耦合凹口中設(shè)置的發(fā)光二極管。
應(yīng)當(dāng)指出的是，這絕沒有限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明同樣可適用于 其他類型的光源(例如半導(dǎo)體激光器)以及其他種類的內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)，包 括例如反射鏡、棱鏡等等。
在下文中，將描述若干優(yōu)選的實(shí)施例。
首先，將參照?qǐng)Dla-e描述具有多個(gè)設(shè)置在方形柵纟各陣列中的光源的 燈具的基本配置。在圖la中，示出了示例性燈具IO,其包括光導(dǎo)ll以 及多個(gè)位于相應(yīng)的內(nèi)耦合部分13a-f處的、這里為全方向LED形式的光 源12a-f，所述內(nèi)耦合部分中的每一個(gè)在圖la中配備了凹口 14(出于附 圖清楚性的原因，在圖la中僅僅明確示出了這些凹口之一)形式的內(nèi) 耦合結(jié)構(gòu)，所述凹口在光導(dǎo)11的平面中具有方形截面。鄰近每個(gè)內(nèi)耦 合部分13a-f,提供了關(guān)聯(lián)的外耦合部分15a-f。這些外耦合部分中的每 一個(gè)包括四個(gè)具有凹槽形外耦合結(jié)構(gòu)17的區(qū)域16a-d,所述凹槽形外耦 合結(jié)構(gòu)在相對(duì)于位于中心的內(nèi)耦合部分13e的45°、 135。、 225。和315° 方向上延伸。
通過將內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)形成為在光導(dǎo)11的平面中具有矩形/方形截面的 凹口 14，由未準(zhǔn)直的光源12e (例如全方向LED)發(fā)射的光在光導(dǎo)11 的平面中被準(zhǔn)直并且因而沿著兩個(gè)正交的軸分裂成四個(gè)單獨(dú)的光束 18a-d,如圖la中示意性表示的。內(nèi)耦合凹口 14的這種準(zhǔn)直性質(zhì)將在下 面結(jié)合圖2a-c更加詳細(xì)地進(jìn)行描述。
由圖la可見，內(nèi)耦合凹口 14被定向成使得光束18a-d的方向基本上與外耦合部分15e的四個(gè)區(qū)域16a-d中的外耦合結(jié)構(gòu)17的方向一致。 因此，光導(dǎo)11中內(nèi)耦合部分13e處的向內(nèi)耦合的光束18a將遇到平行 的凹槽17，其不向外耦合該光；或者遇到垂直取向的凹槽20、 21,其 確實(shí)向外耦合該光。這在圖lb中僅針對(duì)光束18a而^皮表示出，光通過 燈具10的所示部分22a-d向外耦合。
特定光源發(fā)射的光的向外耦合不一定發(fā)生在光導(dǎo)的與另一光源關(guān) 聯(lián)的外耦合部分中，如圖lb所示。相反地，來自一定光源的光可以在 反射之后在與該光源關(guān)聯(lián)的外耦合部分中向外耦合，所述反射使得由該 光源發(fā)射的光束在光導(dǎo)的平面內(nèi)改變方向。因此，參照?qǐng)Dlc并且考慮 僅由光源12e發(fā)射的初級(jí)光束之一 18a，該初級(jí)光束18a在反射結(jié)構(gòu)處 反射時(shí)可以被轉(zhuǎn)換成次級(jí)光束，所述反射結(jié)構(gòu)在這里為光導(dǎo)11中提供 的空氣狹縫23a-b (這里，為了附圖清楚起見僅表示了這些空氣狹縫中 的兩個(gè))。然后，如圖lc中的大箭頭所示，這些次級(jí)光束由與光源12e 關(guān)聯(lián)的外耦合部分15e的分段16a中的外耦合結(jié)構(gòu)17向外耦合(并且在 較小的程度上由光導(dǎo)11中的其他外耦合結(jié)構(gòu)向外耦合，如圖lc中的較 小的箭頭所示)。
這種效果可以以各種方式來實(shí)現(xiàn)。例如，光導(dǎo)11可以包括單獨(dú)的 光導(dǎo)，其可以例如與上面提到的外耦合部分一致。這些單獨(dú)的光導(dǎo)可以 例如通過空氣狹縫彼此隔離。
如圖lc示意性所示，由于所述光導(dǎo)分段之間的邊界處的反射，跨 越燈具的光分布因而完全被改變了 。作為圖lc中所示空氣狹縫23a-b的 可替換方案，所述光導(dǎo)分段可以利用低折射率膠粘物粘合在一起，在這 種情況下，分段邊界處反射以及跨過分段邊界的對(duì)應(yīng)部分光將轉(zhuǎn)向 (shift),從而導(dǎo)致介于圖lb和圖lc中所示情形之間的外耦合光分布。 依照另外的可替換方案，可以在完整的光導(dǎo)的選定位置處形成例如空氣 狹縫形式的反射結(jié)構(gòu)。
上面結(jié)合圖lc討論的重定向在使用不同顏色的光源的情況下是特 別有利的，如下面將要參照?qǐng)Dld-e所解釋的。
圖ld為燈具IO的示意性平面圖，該燈具基本上對(duì)應(yīng)于圖lc中繪 出的燈具，例外之處在于，反射結(jié)構(gòu)形式的重定向裝置僅在燈具的外耦 合部分15a-f之間的邊界處提供，而不是在外耦合部分內(nèi)的外耦合分段 之間的邊界處提供。此外，內(nèi)邊界處的反射結(jié)構(gòu)以半透明反射鏡25的形式提供，而外邊界處的反射結(jié)構(gòu)以基本上完全反射的反射鏡26的形 式提供。
在圖ld的燈具10中， 一半光源12a、 12c、 12e發(fā)射暖白色光，而 其余的光源12b、 12d、 12f發(fā)射冷白色光。在這種情形下，如果在外耦 合部分之間沒有提供反射結(jié)構(gòu)，那么由于不同顏色的光源的原因，用戶 可以察覺到不同顏色的光帶。
這些彩色帶出現(xiàn)的原因在于，當(dāng)在特定位置觀看燈具10時(shí)，只有 特定的光源是可見的，從而每個(gè)光源看起來處于不同的位置。
通過如圖ld所示在外耦合部分之間的邊界處提供半透明反射鏡 25,每個(gè)光源(例如12b)的鏡像在相鄰光源12a、 12c、 12e的位置處 產(chǎn)生。如果不同顏色的光源位于相鄰位置處，如圖ld中分別用"W，， 和"C"所示，那么可以實(shí)現(xiàn)良好的顏色混合。
然而，為了實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步改善的顏色混合，燈具邊緣處的特殊條件 也應(yīng)當(dāng)加以考慮。
這在圖le中被示意性地示出，其中示出了小的示例性燈具10,其 具有兩個(gè)位于燈具10內(nèi)部的光源28a-b以及9個(gè)位于其外邊界處的光源 29a-j。通過觀看圖le可以理解的是，由于對(duì)稱性的原因，燈具外邊界 處的光源29a-j不僅應(yīng)當(dāng)具有交替的顏色，而且與位于燈具10內(nèi)部的光 源28a-b相比，對(duì)于沿著邊緣的光源29b、 29d、 29e、 29g、 29i、 29j而 言應(yīng)當(dāng)為一半大小且發(fā)射大約一半的光量，并且對(duì)于燈具拐角處光源 29a、 29c、 29f、 29h而言應(yīng)當(dāng)為大約四分之一大小且發(fā)射大約四分之一 的光量。
此外，基本上完全反射的反射鏡26應(yīng)當(dāng)沿著燈具10的外邊界而存 在。作為一半大小和四分之一大小的光源的可替換方案，可以使用具有 一半和四分之一強(qiáng)度的全尺寸光源。當(dāng)利用發(fā)光二極管(LED)實(shí)現(xiàn)光
源28a-b、 29a-j時(shí)， 一種選項(xiàng)是提供位于內(nèi)部的、4個(gè)LED形式的光源 28a-b中的每一個(gè)并且提供沿著邊界的、分別為2個(gè)LED和一個(gè)LED形 式的光源。在這種情況下，每個(gè)LED應(yīng)當(dāng)發(fā)射基本上相同的光量。
圖ld和圖le中的外耦合部分15a-f之間的半透明反射鏡25可以例 如以基本上連續(xù)的半透明反射層的形式提供、通過適當(dāng)尺寸的空氣狹縫 提供或者以覆蓋邊界表面一部分(比如一半)的基本上完全反射的結(jié)構(gòu) 的形式提供。在這種情況下，其中反射為大約100%和大約0%的區(qū)域理想地應(yīng)當(dāng)小于光源的展度(extension),或者當(dāng)可應(yīng)用時(shí)，小于光源中 包含的LED。
此外，圖ld和圖le中示出的燈具可以通過對(duì)光束預(yù)準(zhǔn)直并且將它 們更多地沿著外耦合部分15a-f的對(duì)角線定向來擴(kuò)展到多于兩種顏色。
應(yīng)當(dāng)指出的是，上面描述的燈具10以及下面討論的其他示例性燈 具是以簡(jiǎn)化且示意的方式來說明的。特別地，實(shí)際的燈具典型地具有數(shù) 量大得多的光源。然而，這里公開的實(shí)施例應(yīng)當(dāng)足以允許相關(guān)領(lǐng)域的技 術(shù)人員制造和使用本發(fā)明?，F(xiàn)在，將參照?qǐng)D2a-c描述用于準(zhǔn)直由光導(dǎo)平 面內(nèi)的光源12a-f發(fā)射的光的、凹口形式的示例性內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)。
在圖2a-b中，示意性地示出了矩形(這里為方形)內(nèi)耦合凹口 14 形式的內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)。如圖2a中的箭頭所示，碰撞凹口的壁的光束朝凹 口 14的壁的法向折射，使得由全方向光源發(fā)射的光^L分裂成4個(gè)不同 的光束。
轉(zhuǎn)向圖2b,現(xiàn)在將討^r標(biāo)注(dimensioning)用于在圖la的光導(dǎo) 11平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)可接受的準(zhǔn)直程度的圖2a中的矩形凹口 14。對(duì)于點(diǎn)光源 而言，四個(gè)光束18a-d中的每一個(gè)都在2x 45度內(nèi)準(zhǔn)直(在空氣中)。 然而，對(duì)于有限光源而言，凹口 14的側(cè)面30a-d (，!/沒為方形截面)的 長(zhǎng)度D應(yīng)當(dāng)大約2.5倍于光源直徑d,以便產(chǎn)生如圖2b中示意性示出的 60度截止角(cut-off angle ) cut-。ff。為了在光導(dǎo)11平面中實(shí)現(xiàn)窄于2x45 度的準(zhǔn)直，可以使用附加的光束定形裝置，例如常規(guī)的準(zhǔn)直器漏斗。
仿真和實(shí)驗(yàn)表明，通過如圖2c中示意性示出的使得凹口 14的壁 30a-d為凹形可以實(shí)現(xiàn)光導(dǎo)平面內(nèi)的準(zhǔn)直的改善。事實(shí)上，使用諸如圖 2c中所示之類的內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)比2x45度更窄的準(zhǔn)直。
現(xiàn)在，將參照?qǐng)D3a-b簡(jiǎn)要地描述兩個(gè)用于在垂直于光導(dǎo)11的平面 內(nèi)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直的示例性光束定形裝置。
在圖3a中，示出了側(cè)面發(fā)射LED封裝35，其包括插入到光導(dǎo)11 內(nèi)的內(nèi)耦合凹口 14中的準(zhǔn)直TIR (全內(nèi)反射)元件36。 LED37發(fā)射的 光在其內(nèi)耦合表面38處耦合到TIR元件36中，并且然后通過TIR元件 的幾何結(jié)構(gòu)內(nèi)反射以便作為光束39(這里僅在一個(gè)方向上示出)而發(fā)射， 該光束39在垂直于光導(dǎo)11的方向上被準(zhǔn)直。
圖3b示意性地示出了反射漏斗40形式的另一示例性光束定形裝 置，其如圖3b中繪出的光束所示重定向由LED37發(fā)射的光。這樣結(jié)合圖2a-c和圖3a-b描述了各種內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)配置之后，現(xiàn)在 將參照?qǐng)D4a-c和圖5a-c描述若干示例性外耦合結(jié)構(gòu)配置。
在圖4a中，示意性地示出了光導(dǎo)11的截面，其平行于圖la中的內(nèi) 耦合部分13e處向內(nèi)耦合的光束42。光束42從具有外耦合凹槽17的外 耦合部分15e傳遞到具有外耦合凹槽21的外耦合部分15f，所述外耦合 凹槽17基本上平行于光束42的方向(在光導(dǎo)11的平面內(nèi))，所述外 耦合凹槽21基本上垂直于光束42的傳播方向。
由圖4a顯然可知，只要光束42保留在與該光束42離開的內(nèi)耦合 部分13e關(guān)聯(lián)的外耦合部分15e內(nèi)，那么光束42就將包含在光導(dǎo)內(nèi)，并 且在垂直的凹槽形外耦合結(jié)構(gòu)21中反射之后將通過光導(dǎo)11的頂面向外 耦合。
通過如圖la中示意性示出的這些V形外耦合凹槽21的適當(dāng)配置， 平均說來，光可以基本上垂直于光導(dǎo)11地向外耦合。此外，這些外耦 合結(jié)構(gòu)可以被配置成保持內(nèi)耦合光的準(zhǔn)直，從而避免眩光。這種適當(dāng)配 置的一個(gè)實(shí)例是提供作為反射凹槽的外耦合結(jié)構(gòu)，其如圖la所示在光 導(dǎo)中定向在45。，并且具有如圖4a所示的2x45。對(duì)稱張開角。
如圖4b所示意性示出的，凹槽45的反射側(cè)44a-b可以間隔一定3巨 離w!。此外，凹槽45可以相互間隔一定距離w2。這些距離W!、 W2是 重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，并且通過其適當(dāng)?shù)倪x擇，可以控制光導(dǎo)11的相應(yīng)部
分的外耦合效率。通過增加距離W!和W2，可以逐漸降低外耦合效率。
在圖4c中，示意性地示出了圖la中的燈具的變型，其中在外耦合 部分15e-f之間提供未結(jié)構(gòu)化的引導(dǎo)部分43。該引導(dǎo)部分43降低了相鄰 外耦合部分15e-f中的外耦合結(jié)構(gòu)17、 21之間的串?dāng)_。
如上所述，燈具IO的用戶覺察的眩光可以通過提供保持光導(dǎo)11中 光的準(zhǔn)直的外耦合結(jié)構(gòu)來降低。這樣的準(zhǔn)直保持外耦合結(jié)構(gòu)的 一個(gè)實(shí)例 是具有圖4a-c所示的反射側(cè)面或小平面44a-b的凹槽21。
現(xiàn)在，將參照?qǐng)D5a-c和圖6進(jìn)行帶有具有反射小平面44a-b的外耦 合結(jié)構(gòu)21的這種配置與沒有反射小平面的配置之間的比較。
在圖5a-c中的每一幅中，示出了燈具10的相應(yīng)部分，其具有矩形 凹口 13a中的光源(比如12a)以及一部分具有V形凹槽21形式的外耦 合結(jié)構(gòu)的外耦合部分15a。
在基本上等效于圖4a的圖5a中，凹槽21的小平面44a-b涂敷了反
16射層，并且從燈具10向外耦合的光的主要方向由箭頭50表示。
在圖5b中示意性示出的燈具部分中，V形凹槽21未被涂敷，并且改為在光導(dǎo)11具有V形凹槽21的表面處光導(dǎo)11配備了反射膜52。光導(dǎo)還包括在其與反射膜52相對(duì)的側(cè)面上的準(zhǔn)直層53。通過如圖5b所示利用反射膜52替換凹槽21中的反射涂層，與圖5a所示的配置相比，降低了光導(dǎo)的準(zhǔn)直保持能力。這部分地通過提供準(zhǔn)直層53來補(bǔ)救，如圖5b中的示例性外耦合光束55所示。
圖5b中示出的示例性準(zhǔn)直層53包括多個(gè)具有三角形截面的桿54a-b形式的準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)。這些桿54a-b如圖5b所示與凹槽21對(duì)準(zhǔn)并且優(yōu)選地附接到光導(dǎo)11上。在光導(dǎo)11與桿54a-b之間，優(yōu)選地提供某種反射裝置。這種裝置可以是反射層、空氣間隙或者具有比光導(dǎo)11的材料更低的折射率的膠粘物。這是為了防止來自光導(dǎo)11的通過桿54a-b的光的不希望的向外耦合。
準(zhǔn)直層53可以以單獨(dú)的桿54a-b的形式提供，或者作為包括多個(gè)桿的薄板而提供。例如，鄰近的桿可以通過垂直延伸的桿連接。
圖5c示出了圖5b中的配置的一種可替換方案，其中反射層52在與凹槽21相對(duì)的光導(dǎo)11側(cè)提供，并且準(zhǔn)直層53在與凹槽21相同的側(cè)面提供。準(zhǔn)直層53的功能由圖5c中的示例性外耦合光束56示意性地示出。
為了證明圖5a-c中示出的各種配置的準(zhǔn)直保持性質(zhì)，針對(duì)具有以下度量的光導(dǎo)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真
外耦合部分15a的長(zhǎng)度72mm;外耦合部分15a的寬度48mm;光導(dǎo)11的厚度4mm;V形凹槽21的間距4mm;凹槽21的寬度lmm;凹槽的深度0.5mm;
桿54a-b底部(at base )之間的距離2mm4干的間3巨4mm;桿的高度4mm;
針墊形內(nèi)耦合凹口，具有側(cè)面長(zhǎng)度8.5mm側(cè)面曲率半徑8mm;以及光源側(cè)面發(fā)射LED。
圖6示出了針對(duì)不同的外耦合配置的由燈具IO發(fā)射的光線的相對(duì)光強(qiáng)與角度的函數(shù)關(guān)系的徑向曲線圖60、 61、 62。
由針對(duì)圖5a的配置的徑向曲線圖60可見，超過40。的角度處的強(qiáng)度非常低。
當(dāng)簡(jiǎn)單地由反射膜52替換凹槽21的小平面45a-b上的反射涂層而不也添加準(zhǔn)直層時(shí)，在更大的角度處也存在相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，如徑向曲線圖61所示。
由圖6中的最后曲線圖62顯然可知，通過如圖5b所示添加準(zhǔn)直層相當(dāng)程度地改善了結(jié)果。當(dāng)分析由諸如圖la所示具有多個(gè)設(shè)置在方形柵格陣列中的光源的燈具之類的燈具IO發(fā)射的光的角分布時(shí)，在與柵格的對(duì)角線(依照關(guān)于圖la的描述中使用的符號(hào)(notation)的45°、135。、 225°、 315°)相應(yīng)的方向上找到了最小值。這些最小值歸因于一些光將在內(nèi)耦合部分之間行進(jìn)而不向外耦合這一事實(shí)，因?yàn)樵摴鈨H僅遇到平行于該光的凹槽。這(小)部分光最終在沿著相關(guān)對(duì)角線的相鄰內(nèi)耦合部分處損失掉。
圖7中示意性地示出了一種改進(jìn)由該效應(yīng)引起的角度非均勻性的方式，該圖為燈具70的頂視圖，燈具70與圖la中的燈具10的不同之處在于，光源設(shè)置在非方形矩形柵格陣列中的柵格點(diǎn)處。如圖la中同樣所示出的，每個(gè)光源發(fā)射的光將被分裂成四個(gè)正交光束71a-d。然而，由圖7顯然可知，光的峰值分布不再指向?qū)蔷€相對(duì)側(cè)上的內(nèi)耦合部分，并且因而在沿著對(duì)角線的相鄰內(nèi)耦合部分處更少的光由吸收而損失掉。
圖8示意性地示出了一種改進(jìn)由相鄰內(nèi)耦合部分處的光吸收而引起的上述角度非均勻性的方式。
圖8為燈具80的頂視圖，燈具80與圖la中的燈具IO的不同之處在于，全方向外耦合結(jié)構(gòu)81 a-b在相鄰內(nèi)耦合部分82a-f之間的對(duì)角線上提供。
這些全方向外耦合結(jié)構(gòu)能夠向外耦合在前面討論的任何一個(gè)主方向(依照關(guān)于圖la的描述中使用的符號(hào)的45°、 135°、 225°、 315°)上行進(jìn)的光。
除了上面描述的本發(fā)明的示例性實(shí)施例，大量變型是可能的，并且可以#4居應(yīng)用的領(lǐng)域而有利于^f吏用。
18圖9a-c示意性地示出了兩個(gè)附加的示例性實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解的是，這里描述的實(shí)施例僅僅是實(shí)例并且大量進(jìn)一步的變型都處于所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
在圖9a中，示意性地示出了燈具90,其中光源更加密集分布并且部分地共享依賴于方向的外耦合部分。利用該實(shí)施例，在光束91a-d的主方向上在相鄰內(nèi)耦合部分處存在更多的光損失。然而，這在光源之間的距離足夠大的情況下可以^^皮容忍。
在迄今所描述的實(shí)施例中，已經(jīng)描述了光在四個(gè)主要方向上以 一定光束寬度向內(nèi)耦合到光導(dǎo)中的情形。顯然，光源和/或內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)可替換地可以被配置成使得光在更少的主方向上被向內(nèi)耦合。因此，可以減少或者甚至完全消除相鄰內(nèi)耦合部分之間的相互作用。圖9b中示意性地示出了利用僅僅兩個(gè)主方向上向內(nèi)耦合的光的示例性燈具。
在圖9b中，示意性地示出了示例性燈具93,其包括光導(dǎo)94以及多個(gè)被配置成僅在兩個(gè)主方向96a-b上發(fā)射光的光源95a-f。這些光源95a-f中的每 一 個(gè)可以例如包括兩個(gè)單方向側(cè)面發(fā)射器，例如Nichia側(cè)面點(diǎn)火(side-firing) LED,其通常用在用于移動(dòng)電話的背光源中。
未使用的內(nèi)耦合小平面97a-b可以配備反射器或者外耦合小平面，以便減少相鄰光源之間的相互作用。
在圖9c中，示意性地示出了另一個(gè)示例性燈具98,其與圖9b中的燈具93的不同之處在于，光源95a-f改為^皮配置成〗叉在兩個(gè)相對(duì)朝向的主方向99a-b上發(fā)射光。
如下面將參照?qǐng)D10a-b所描述的，本發(fā)明的教導(dǎo)可以利用單個(gè)外耦合部分以及通過反射的初級(jí)光的重定向來實(shí)現(xiàn)。因此，可以實(shí)現(xiàn)均勻發(fā)射的照明設(shè)備，例如僅包括一個(gè)光源的背光源或燈具。可替換地，如下面也將描述的，相同的原理可以利用多個(gè)光源來實(shí)現(xiàn)。
在圖10a中，示意性地示出了照明設(shè)備100，其包括光導(dǎo)101以及單個(gè)側(cè)面發(fā)射光源102，例如單方向側(cè)面點(diǎn)火LED。在光導(dǎo)表面的至少一個(gè)上，提供了依賴于方向的外耦合結(jié)構(gòu)103,其被配置成在主方向上以比具有其他方向的光更低的外耦合效率向外耦合由光源102發(fā)射的光。
其結(jié)果是，在光導(dǎo)101的反射邊緣104a-d處的反射之前，實(shí)際上沒有光將被向外耦合。通過關(guān)于其相距反射邊緣104a-d的距離以及光導(dǎo)101的總體幾何結(jié)構(gòu)而適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)外耦合結(jié)構(gòu)103,可以利用單個(gè)光源 102實(shí)現(xiàn)跨越照明設(shè)備100的均勻光輸出。
外耦合光的均勻性可以通過使用漫反射邊緣104a-d而進(jìn)一步提高。 然而，這可能增加外耦合光的角分布。
在圖10b中，示意性地示出了類似的照明設(shè)備105，其與圖10a中 的照明設(shè)備100的不同之處在于，使用了多個(gè)單方向光源106a-c。
上述實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的凹槽形外耦合結(jié)構(gòu)僅僅是可以在依照本發(fā)明 的光導(dǎo)中包含的依賴于方向的外耦合結(jié)構(gòu)的 一個(gè)實(shí)例。
現(xiàn)在，將參照?qǐng)Dlla-b描述可以實(shí)現(xiàn)為先前描述的V形凹槽的可替 換方案的或者可以與這些凹槽相結(jié)合地實(shí)現(xiàn)的另外的示例性外耦合結(jié) 構(gòu)。
在圖lla中，示意性地示出了示例性燈具110,其包括光導(dǎo)lll以 及設(shè)置在相應(yīng)的內(nèi)耦合部分處的光源112a-f。光導(dǎo)111具有鄰近每個(gè)內(nèi) 耦合部分的外耦合部分113a-f。這些外耦合部分中的每一個(gè)配備了傾斜 小平面114a-d形式的宏觀外耦合結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在，將參照?qǐng)Dllb描述這些外耦合結(jié)構(gòu)114a-d的依賴于方向的外 耦合，圖llb為沿著直線A-A，的燈具IIO的截面。
圖lib示意性地示出了由光源112e發(fā)射的光束115如何不在與該 光源關(guān)聯(lián)的外耦合部分113e內(nèi)被向外耦合，因?yàn)橛捎诠鈱?dǎo)111的局部 傾斜的表面114c而滿足了 TIR條件。然而，當(dāng)光束115進(jìn)入相鄰?fù)怦?合部分113f中時(shí)，其由于光導(dǎo)111的表面的入射角而如圖llb所示耦合 出光導(dǎo)111。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明絕不限于這些優(yōu)選實(shí)施例。例
導(dǎo)的發(fā)射表面上的具有透明側(cè)面的外耦合凹槽。此外，可以提供外耦合 結(jié)構(gòu)，作為在徑向方向上從每個(gè)內(nèi)耦合部分延伸的凹槽。而且，許多其 他的內(nèi)耦合配置都是可行的，包括在光導(dǎo)平面內(nèi)具有圓柱形截面的凹口 或孔。
權(quán)利要求
1.一種光導(dǎo)(11；101；111)，包括第一和第二相對(duì)設(shè)置的表面；用于向內(nèi)耦合來自光源(12a-f)的光的內(nèi)耦合部分(13a-f)；以及位于所述內(nèi)耦合部分(13a-f)鄰近的外耦合部分(15a-f；103；113a-f)，其特征在于，所述外耦合部分(15a-f；103；113a-f)被配置成以比次級(jí)光束更低的外耦合效率向外耦合初級(jí)光束，所述初級(jí)光束具有離開所述內(nèi)耦合部分(13a-f)中的位置的傳播方向，所述次級(jí)光束具有離開光導(dǎo)(11；101；111)中的所述內(nèi)耦合部分(13a-f)之外的位置的傳播方向。
2. 依照權(quán)利要求l的光導(dǎo)(11; 101; 111),還包括重定向裝置，該 重定向裝置用于對(duì)所述初級(jí)光束重定向，從而將所述初級(jí)光束轉(zhuǎn)換成次 級(jí)光束。
3. 依照權(quán)利要求1或2的光導(dǎo)(11; 101; 111),還包括在所述內(nèi)耦 合部分(13a-f)處形成的內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)(14)。
4. 依照權(quán)利要求3的光導(dǎo)(11; 101; 111 )，其中所述內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)(14 ) 包括用于準(zhǔn)直所述內(nèi)耦合光的光束定形裝置(14; 36; 40)。
5. 依照權(quán)利要求3或4的光導(dǎo)(11; 101; 111),其中所述內(nèi)耦合結(jié) 構(gòu)包括從所述第一或第二表面在所述光導(dǎo)(11; 101; lll)內(nèi)形成的凹 口 (14)。
6. 依照權(quán)利要求5的光導(dǎo)(11; 101; 111),其中所述凹口在平行于 所述光導(dǎo)(ll; 101; 111 )的平面內(nèi)具有矩形截面，從而允許在與所迷 光導(dǎo)(ll; 101; 111 )平行的平面內(nèi)準(zhǔn)直內(nèi)耦合光。
7. 依照前面的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的光導(dǎo)(11; 101; 111),其中 所述外耦合部分(15a-f; 103; 113a-f)包括多個(gè)外耦合結(jié)構(gòu)(17, 20, 21; 114a-d)。
8. 依照權(quán)利要求7的光導(dǎo)(11; 101; 111),包括多個(gè)準(zhǔn)直結(jié)構(gòu) (54a-b),所述準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的多個(gè)所述外耦合結(jié)構(gòu)(17, 20, 21)對(duì)準(zhǔn)。
9. 依照權(quán)利要求7或8的光導(dǎo)(11; 101),其中所述外耦合結(jié)構(gòu)包括 多個(gè)在光導(dǎo)(11)的所述第一和第二表面中的至少一個(gè)上形成的凹槽(17, 20, 21),每個(gè)所述凹槽(17, 20, 21 )基本上沿著對(duì)應(yīng)的所述 初級(jí)光束在光導(dǎo)(ll; 101 )的所述表面上的投影延伸。
10. 依照前面的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的光導(dǎo)(11; 101; 111),還包括至少在所述外耦合部分(15a-f; 103; 113a-f)處設(shè)置在該光導(dǎo)的一側(cè) 上的反射層(52)。
11. 依照前面的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的光導(dǎo)(11; 111),包括多個(gè) 內(nèi)耦合部分(13a-f)和多個(gè)外耦合部分(15a-f; 113a-f),每個(gè)內(nèi)耦合部 分適于向內(nèi)耦合來自關(guān)聯(lián)的光源(12a-f; 112a-f)的光，每個(gè)外耦合部 分鄰近相應(yīng)的所述內(nèi)耦合部分(13a-f)并且被配置成以比次級(jí)光束更低 的外耦合效率向外耦合初級(jí)光束，所述初級(jí)光束具有離開所述相應(yīng)內(nèi)耦 合部分(13a-f)中的位置的傳播方向，所述次級(jí)光束具有離開光導(dǎo)(11; 111)中的所述相應(yīng)內(nèi)耦合部分(13a-f)之外的位置的傳播方向。
12. 依照權(quán)利要求ll的光導(dǎo)(11; 111),還包括至少一個(gè)位于相鄰 外耦合部分(15e-f)之間的引導(dǎo)部分(43),以便防止其間的串?dāng)_。
13. 依照權(quán)利要求11或12的光導(dǎo)(11; 111)，其中所述內(nèi)耦合部分 (13a-f)被設(shè)置在形成矩形柵格圖案的陣列中。
14. 一種光輸出設(shè)備(IO; 70; 80; 90; 98; 100; 105; 110),例 如燈具，包括依照前面的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的平面光導(dǎo)(11; 101; 111)以及至少一個(gè)設(shè)置在所述內(nèi)耦合部分(13a-f)處的光源(12a-f; 95a-f; 102; 106a-c; 112a-f),例如發(fā)光二極管。
15. —種光輸出設(shè)備(IO; 70; 80; 90; 98; 110),包括依照權(quán)利 要求11-13中任何一項(xiàng)的光導(dǎo)(11; 111),具有設(shè)置在鄰近的外耦合部 分(15a-f; 113a-f)之間的重定向裝置(25 )，所述光輸出設(shè)備還包括 多個(gè)光源(12a-f; 112a-f),每個(gè)光源設(shè)置在對(duì)應(yīng)的所述內(nèi)耦合部分處， 其中相鄰的所述光源適于發(fā)射不同顏色的光，從而改善了由所述光輸出 設(shè)備輸出的光的顏色均勻性。
全文摘要
一種光導(dǎo)(11；101；111)，包括第一和第二相對(duì)設(shè)置的表面、用于內(nèi)耦合來自光源(12a-f；95a-f；102；106a-c；112a-f)的光的內(nèi)耦合部分(13a-f)以及位于所述內(nèi)耦合部分(13a-f)鄰近的外耦合部分(15a-f；103；113a-f)。所述外耦合部分(15a-f；103；113a-f)被配置成以比次級(jí)光束更低的外耦合效率向外耦合初級(jí)光束，所述初級(jí)光束具有離開所述內(nèi)耦合部分(13a-f)中的位置的傳播方向，所述次級(jí)光束具有離開光導(dǎo)(11；101；111)中的所述內(nèi)耦合部分(13a-f)之外的位置的傳播方向。通過這種方式，可以在光導(dǎo)內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的光混合，而無需對(duì)內(nèi)耦合光的準(zhǔn)直施加任何特殊要求。
文檔編號(hào)G02B6/00GK101657745SQ200880011688
公開日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2008年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月12日
發(fā)明者F·皮爾曼, H·J·科尼利森, M·C·J·M·維森伯格, M·P·C·M·克里恩, O·H·威廉森, R·P·范戈科姆, W·L·伊澤曼 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司