專利名稱：色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備和色彩可控的光輸出設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備，其用于調(diào)節(jié)由光源發(fā)射的光的色彩。 本發(fā)明還涉及色彩可控的光輸出設(shè)備，其包含這種色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備和光源。
背景技術(shù)：
盡管許多新型光源已經(jīng)被開發(fā)出來，但是傳統(tǒng)燈泡因其廉價和舒適的發(fā)射光譜而仍被大量使用。 然而，由于不斷增長的對更節(jié)能照明解決方案的需求，可以預(yù)料最終大部分燈泡將被更節(jié)能的光源取代。 實現(xiàn)節(jié)能照明的最有希望的候選方案之一就是基于發(fā)光二極管(LED)的光源。因為單獨的LED本質(zhì)上是單色光源，所以多個發(fā)射不同色彩的光的LED典型地經(jīng)過分組以形成發(fā)射白光的LED裝置。 然而，這樣的LED裝置具有固定的發(fā)射光譜，其通常不能很好地適用于每一種可設(shè)想的用途或場合。 為了增加多功能性，基于LED的色彩可控的光輸出設(shè)備會是所希望的。 US6，357，8S9公開了這樣的色彩可控的光輸出設(shè)備，其具有多個具有不同發(fā)射光
譜的發(fā)光二極管和涂覆有磷光體涂層的透射板。該磷光體涂層轉(zhuǎn)換二極管的色彩，并且光
輸出設(shè)備的發(fā)射光譜能夠通過單獨地控制不同色彩的發(fā)光二極管的各自的強度來加以控制。 此方法的缺點是，根據(jù)US6， 357， 889的光輸出設(shè)備輸出的光的色彩的調(diào)節(jié)通常需要同時調(diào)節(jié)多個所述不同色彩的發(fā)光二極管的強度，該操作需要相對復(fù)雜的控制系統(tǒng)，這致使該光輸出設(shè)備成本高。 而且，根據(jù)US6， 357， 889的光輸出設(shè)備中包含的不同色彩的發(fā)光二極管隨著時間而不同地退化，導(dǎo)致用于實現(xiàn)給定色彩設(shè)置的發(fā)光二極管的驅(qū)動參數(shù)的依賴于時間的變化。為了補償這點，通常需要反饋系統(tǒng)，這將進一步增加該光輸出設(shè)備的成本。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述和其它缺點，本發(fā)明的總目標是提供一種改進的和/或更加
成本有效的色彩可控的光輸出設(shè)備。 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，這些和其它目標通過色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備實現(xiàn)，該色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備用于調(diào)節(jié)由光源發(fā)射的光的色彩，該色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備包括光束整形部件，其被配置用來改變與該光束整形部件相互作用的光束的形狀；和至少第一波長轉(zhuǎn)換部件，其被配置用來吸收具有第一波長分布的光，并且對其響應(yīng)而發(fā)射具有不同于第一波長分布的第二波長分布的光，其中可以控制該光束整形部件以便將所述光束的第一部分導(dǎo)向第一波長轉(zhuǎn)換部件，在那里所述第一部分的波長分布被轉(zhuǎn)換，由此允許實現(xiàn)光束的色彩調(diào)節(jié)。
本發(fā)明基于以下認識由光源(例如單色LED)發(fā)射的光束的色彩可以通過將光束
4的部分重新導(dǎo)向其中被重新導(dǎo)向的光的色彩被轉(zhuǎn)換的波長轉(zhuǎn)換部件并且將光束的被轉(zhuǎn)換的部分與光束的剩余未轉(zhuǎn)換的部分進行混合來加以控制。通過改變被導(dǎo)向波長轉(zhuǎn)換部件的光的部分，可以在色彩空間中沿著直線從未轉(zhuǎn)換的光的色點到轉(zhuǎn)換的光的色點調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換的和未轉(zhuǎn)換的光之間的混合比例以及因而總光束的色彩。 因此，通過本發(fā)明，光的色彩可以通過改變由單個光源發(fā)射的光的方向而不是通過同時調(diào)節(jié)多個不同色彩的光源的相對強度來改變。 因此，可以實現(xiàn)色彩可控的光輸出設(shè)備，其相比先有技術(shù)，控制起來不那么復(fù)雜并且更加成本有效。 根據(jù)本發(fā)明的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備可以例如響應(yīng)于來自適當傳感器的輸入信號而被自動地控制或者手動地控制。 根據(jù)本發(fā)明的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備可以包括單個波長轉(zhuǎn)換部件或者多個波長轉(zhuǎn)換部件，所述波長轉(zhuǎn)換部件被配置用于將第一波長分布轉(zhuǎn)換為互不相同的對應(yīng)波長分布。
通過提供多個這樣的波長轉(zhuǎn)換部件，可以擴展該色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備可訪問的色域。
所述波長轉(zhuǎn)換部件有利地可以包括活性波長轉(zhuǎn)換物質(zhì)，其基于光致發(fā)光物質(zhì)，例如磷光染料的熒光。該波長轉(zhuǎn)換物質(zhì)可以由諸如聚合物、晶體、簇狀物、分子、原子之類的粒子形成，并且可以是流體或固體。 此外，所述波長轉(zhuǎn)換部件依據(jù)用途可以為反射的或光學(xué)透明的，即至少部分是對光透明的。 而且，所述光束整形部件有利地可以包括電光元件，其可通過對其施加電壓在若干光束整形狀態(tài)之間進行控制。 在本申請的上下文中，"電光元件"應(yīng)當被理解為光學(xué)元件，其至少一種光學(xué)特性可通過對該光學(xué)元件施加電壓來進行控制。電光元件是非機械的，且沒有移動的結(jié)構(gòu)部分。
相比于機械光學(xué)元件(例如常規(guī)的變焦距透鏡等)，電光元件通常是緊湊的、節(jié)能的并且能夠非常迅速地切換。 有許多種電光元件可用于根據(jù)本發(fā)明的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備中。這樣的電光元件可以例如被配置成通過光的受控的散射、折射、衍射或反射或者通過這些機制的組合實現(xiàn)光束整形。 而且，所述光束整形部件有利地可以包括多個單獨可控的像素，每個像素被配置
用于可控地改變穿過它的子光束的形狀。例如，入射到特定像素上的光能夠被可控地反射、
散射、折射或衍射，這取決于特定光束整形部件中所采用的光束整形機制。 利用這種像素化的光束整形部件，可以借助于施加到特定光束整形像素的控制信
號(例如電壓)以及通過選取激活的光束整形像素的數(shù)量和位置來改變光重新導(dǎo)向的量。 因此，可以選擇性地將光導(dǎo)向具有不同波長轉(zhuǎn)換特性的特定波長轉(zhuǎn)換部件。 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述光束整形部件可以包括電光元件，該電光元件被
配置用于通過控制其中包含的液晶分子的取向來改變穿過它的光束的形狀。 通過控制液晶分子的取向，能夠通過散射、折射、衍射或反射控制光的方向。 根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述光束整形部件可以包含兩種具有不同折射率的不
能混合的流體。通過控制在流體之間形成的彎月面(meniscus)的形狀，可以通過折射控制
穿過它的光束的形狀。
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該彎月面的形狀可以例如通過本領(lǐng)域熟知的電潤濕來加以控制。 此外，根據(jù)本發(fā)明的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備有利地可以包含于色彩可控的光輸出設(shè)備中，
該光輸出設(shè)備還包含被配置用于發(fā)射具有第一波長分布的光束的光源，所述第一波長分布
能被該色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備中包括的所述至少第一色彩轉(zhuǎn)換部件所轉(zhuǎn)換。 所述光輸出設(shè)備依據(jù)用途可被配置用于照明或創(chuàng)造氛圍。 所述光源有利地可以包括基于半導(dǎo)體的光源，例如單色LED或半導(dǎo)體激光器。
所述色彩可控的光輸出設(shè)備還可以包含附加的光學(xué)元件，其置于光源與色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備之間，并被配置用于將光源輸出的光束預(yù)整形，以改善與色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備的相互作用。
該附加的光學(xué)元件可以例如是準直器。


現(xiàn)在將參考顯示本發(fā)明當前優(yōu)選實施例的附圖，對本發(fā)明的這些和其它方面進行更詳細的說明，其中 圖la-b示意性地說明根據(jù)本發(fā)明第一實施例的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備； 圖2a_b示意性地說明根據(jù)本發(fā)明第二實施例的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備； 圖3a_b示意性地說明根據(jù)本發(fā)明第三實施例的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備； 圖4a_b示意性地說明根據(jù)本發(fā)明第四實施例的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備； 圖5a_b示意性地說明根據(jù)本發(fā)明第五實施例的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備； 圖6a_b示意性地說明根據(jù)本發(fā)明第六實施例的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備； 圖7a-b示意性地說明利用散射的第一示例性光束整形部件； 圖8a_b示意性地說明利用散射的第二示例性光束整形部件； 圖9a_b示意性地說明利用折射的第三示例性光束整形部件；禾口 圖10a-c示意性地說明利用折射的第四示例性光束整形部件。
具體實施例方式
在以下說明中，針對利用不同電光效應(yīng)的示例性光束整形設(shè)備的選取描述了本發(fā)明。應(yīng)當注意的是，這絕不限制本發(fā)明的范圍，其同樣適用于利用了其它電光效應(yīng)的許多其它光束整形設(shè)備，所述其它電光效應(yīng)例如液晶凝膠散射、電泳、流體中懸浮粒子(所謂的懸浮粒子設(shè)備)的控制等。 此外，盡管包含在各種實施例中的波長轉(zhuǎn)換部件在整篇中被稱為"磷光體層"，但是應(yīng)當理解的是，"磷光體"在這里僅用作代表性的色彩轉(zhuǎn)換物質(zhì)。 首先，將參考圖1-5說明根據(jù)本發(fā)明的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備的實施例的各種基本配置。所有這些圖都是設(shè)備的截面圖，其典型地關(guān)于穿過各截面圖的垂直中心線對稱。這些設(shè)備可以為例如圓對稱的。 在整篇中，色彩轉(zhuǎn)換的光以虛線箭頭指示，其表示與色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備相互作用的光束中所包含的光線。 在圖la-b中，顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備10分別處于第一和第二狀態(tài)。 該色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備10包括光束整形部件ll，和置于準直反射器13上的磷光體層形式的波長轉(zhuǎn)換部件12。 如圖la-b所示，在這里用四條光線14a-d表示的具有第一波長分布的光束穿過色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備10。 當光束整形部件ll處于第一光束整形狀態(tài)(如圖la中示意性所示)時，每條光線14a-d穿過該色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備10而不被導(dǎo)向波長轉(zhuǎn)換部件12。結(jié)果是，光束在穿過色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備后仍具有第一波長分布，并且沒有發(fā)生色彩轉(zhuǎn)換。 當光束整形部件ll處于第二光束整形狀態(tài)(如圖lb中示意性所示)時，光束的部分(即光線14a和14d)被光束整形部件11導(dǎo)向磷光體層12。這些光線14a和14d被磷光體層12吸收和反射，并且以不同的波長分布重新發(fā)射。光束中經(jīng)過色彩轉(zhuǎn)換的部分(光線14a和14d)隨后與光束中未經(jīng)色彩轉(zhuǎn)換的部分(14b和14c)混合，產(chǎn)生中間色彩。
在圖2a-b中，示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備20。
該色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備20與圖la-b中所示色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備10的不同之處在于，移除了置于反射器13內(nèi)側(cè)的磷光體層(圖la-b中的12)，并且在色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備20中增加了垂直延伸的反射器21a-b，每個反射器涂覆有磷光體層22a_b。圖2a_b中的垂直延伸的反射器21a_b以同心反射結(jié)構(gòu)的形式布置，但是當然可以布置為其它配置。 如上結(jié)合圖la-b所述，圖2a-b示出了色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備20的兩種狀態(tài)，其中不同量的光與磷光體層22a_b相互作用。 相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當認識到，圖1和圖2的實施例能夠容易地組合到在準直反射器13上和在垂直延伸的反射器21a_b上設(shè)有不同的磷光體層的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備。此外，每個反射器13、 2la-b可部分地由磷光體層覆蓋和/或在不同位置覆蓋有不同的磷光體層。
在圖3a-b中，示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備30。
該色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備30與前述色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備10、20的不同之處在于，與圖3a-b中的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備30相互作用的光束的色彩通過控制穿過透明的波長轉(zhuǎn)換部件的光束的部分來進行控制，所述透明的波長轉(zhuǎn)換元件在這里以透明的磷光體涂覆板31的形式提供。
當該光束整形部件ll處于第一光束整形狀態(tài)(如圖3a中示意性所示)時，光線32c所示的第一部分被導(dǎo)向透明的磷光體涂覆板31，并且穿過該板，同時經(jīng)歷色彩轉(zhuǎn)換。其余光線32a、32b、32d、32e所示的剩余光束穿過色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備而不經(jīng)歷色彩轉(zhuǎn)換。
當光束整形部件11處于第二光束整形狀態(tài)(如圖3b中示意性所示)時，由圖3b中所有光線32a_e表示的光束的第二部分被光束整形部件11導(dǎo)向以穿過磷光體層31。這些光線32a_e被磷光體層31吸收并且以不同的波長分布重新發(fā)射，從而得到轉(zhuǎn)換了色彩的光。 在圖4a-b中，示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備40。
此色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備40與參考圖3說明的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備30的不同之處在于，透明的波長轉(zhuǎn)換部件41a_b作為圖案化的磷光體層布置于光束整形部件11。在當前所示實例中，磷光體層圖案化為兩個同心環(huán)41a-b。然而，應(yīng)當注意的是，該磷光體層依據(jù)特定應(yīng)用可能圖案化為任何適當?shù)男螤?，例如為點形或線形等。通過對與色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備40相互作用的光束進行整形，碰撞圖案化的磷光體層41a_b的光束的部分能夠從非常小的部分(如圖4a中示意性所示，其中光線42a-d都未被導(dǎo)向磷光體層41a-b)到大的部分(如圖4b中示意性所示，其中光線42a-d都被導(dǎo)向磷光體層41a-b)加以控制。
在圖5a-b中，示意性地顯示了一種光輸出設(shè)備50，其包括根據(jù)本發(fā)明第五實施例的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備51。 圖5a-b中的光輸出設(shè)備50還包括在這里以單個單色LED的形式提供的光源52以及設(shè)置用于準直由LED 52發(fā)射的光的初級準直器53，如圖5a_b中示意性所示。
圖5a-b中的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備51與前述實施例的不同之處在于，光束整形部件54被配置用于借助于受控的反射將LED 52發(fā)射的光束的部分(由光線55a-d表示)導(dǎo)向布置在次級準直器57上的磷光體層56。這種光束整形部件54能夠例如通過采用如W02007/008235中所描述的所謂的膽甾液晶鏡來實現(xiàn)。 首先參考圖5a，光束整形部件54處于非反射狀態(tài)，并且因此允許從LED 52發(fā)射出的整個光束(光線55a-d)穿過它。在這種狀態(tài)下，由光輸出設(shè)備50輸出的光將因此具有由LED 52初始發(fā)射的色彩。 現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖5b，光束整形部件已被切換至完全反射的狀態(tài)，因此整個光束(光線
55a-d)都被反射到置于次級準直器57上的磷光體層56。在這種狀態(tài)下，由光輸出設(shè)備50
輸出的光將因此具有由LED 52初始發(fā)射的光被磷光體層56轉(zhuǎn)換后的色彩。 在圖6a-b中，示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明第六實施例的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備60。 如圖6a-b所示，色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備60包括像素化的光束整形部件61 、多個波長轉(zhuǎn)換部
件62a-g(其例如以光學(xué)透明板上的不同磷光體層的形式提供)和準直反射器63。 光束整形部件61具有多個單獨可控的光束整形像素64a-g。這些像素64a_g中的
每一個能夠在光束整形狀態(tài)之間切換。 在顯示色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備60處于第一色彩轉(zhuǎn)換狀態(tài)的圖6a中，光束整形設(shè)備61的每個光束整形像素64a-g被控制以允許入射光束(光線65a-g表示)穿過光束整形部件61。每條光線65a-g在各自穿過光束整形設(shè)備61之后，碰撞不同的對應(yīng)色彩轉(zhuǎn)換部件62a-g，并且被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的色彩。在被色彩轉(zhuǎn)換部件62a-g重新發(fā)射后，通過混合經(jīng)過色彩轉(zhuǎn)換的子光束(每個由對應(yīng)的光線65a-g表示)獲得色彩轉(zhuǎn)換的光束。 現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖6b，色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備60被顯示處于第二色彩轉(zhuǎn)換狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，光束的第一部分(光線65a-c表示)被光束整形設(shè)備61導(dǎo)向以碰撞與圖6a中相同的對應(yīng)色彩轉(zhuǎn)換部件62a-c，并且光束的第二部分(光線65d-g表示)被光束整形部件61導(dǎo)向，使得這些光線65d-g從色彩轉(zhuǎn)換部件62a-g的旁邊通過而不進行色彩轉(zhuǎn)換。相反地，光束的第二部分(光線65d-g)被準直反射器63反射，與光束的轉(zhuǎn)換的第一部分(光線65a-c)混合，由此獲得不同的色彩。 在前述根據(jù)本發(fā)明的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備的每個實施例中，光束整形部件可以被控制處于無光束整形和最大光束整形之間的中間狀態(tài)。就當前的第五實施例而言，在這種中間狀態(tài)下，由LED 52發(fā)射的光束的第一部分將穿過光束整形部件54且發(fā)射光譜基本不變，第二部分將被光束整形部件54反射到其中發(fā)生有效的色彩轉(zhuǎn)換的磷光體層56，并且被次級準直器57反射以與第一部分混合，導(dǎo)致光輸出設(shè)備50輸出的光在色彩空間中具有介于第一部分的色彩和第二部分的色彩之間的色彩。 以上說明了根據(jù)本發(fā)明的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備的六種示例性實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，這些實施例僅表示實例，在不背離本發(fā)明范圍的情況下，這些實施例的許多變化及其組合是可能的。
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在下文中，參考圖7-10中的示例性圖示，提供了不同光束整形機制的代表性實例，這些光束整形機制能被用在包含于根據(jù)本發(fā)明的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備中的光束整形部件中。應(yīng)當注意的是，以下說明并非是對光束整形部件實施例的詳盡描述，而只是可能利用的各種機制的圖示。 首先，將參考圖7a-b和圖8a-b說明兩種示例性光束整形部件，其利用了電氣可控的散射以實現(xiàn)希望的光束整形。 在圖7a-b中，示意性地示出了利用所謂的聚合物分散液晶(PDLC)的光束整形部件70。 聚合物分散液晶(PDLC)是通過將液晶分子分散于各向同性聚合物中而產(chǎn)生。該液晶材料(分散在各向同性聚合物基體中的微米尺寸的向列型液晶微滴)布置在第一襯底72和第二襯底73之間的單元71中，所述襯底例如玻璃板，其每一個都設(shè)置有透明的電極(未顯示)。當電極之間沒有施加電場時，液晶取向是隨機的，這形成散射模式，如圖7a所示。由于液晶分子的隨機取向，光的兩個偏振都受到影響。 通過施加電場，散射逐漸減弱，并且當液晶分子平行于電場排列時，液晶分子的折射率與聚合物的折射率匹配，由此實現(xiàn)透明模式，并且光穿過所述單元而不被重新導(dǎo)向，如圖7b所示。 作為圖7a-b示意性所示的光束整形機制的替代，光的受控散射可以利用液晶凝膠而非上述PDLC來實現(xiàn)。在存在三維聚合物網(wǎng)絡(luò)的情況下，液晶凝膠是液晶分子。宏觀取向的液晶凝膠在凝膠內(nèi)沒有折射率失配，并且因而是透明的，不引起光的散射。通過施加電場，聚合物網(wǎng)絡(luò)中的液晶分子重新取向，引起凝膠內(nèi)大尺度的反射率波動，由此引起光的散射。 在圖8a-b中，示意性地示出了利用電泳的光束整形部件80。 圖8a-b中的光束整形部件80包含多個懸浮于流體82中的帶電粒子81 (這里以
單個粒子表示)。該粒子_流體懸浮物被包圍在由側(cè)壁83a-b和頂壁與底壁84a-b構(gòu)成邊
界的單元中。為了能夠?qū)崿F(xiàn)帶電粒子81的控制，電極85a-b布置在單元中適當?shù)奈恢?。?br> 過在電極85a-b之間施加電壓，可以控制穿過光束整形部件80的光束的形狀。 在圖8a中，示出了第一狀態(tài)，其中電極85a-b之間沒有施加電壓。在這種狀態(tài)下，
帶電粒子81基本上均勻地分散在流體82中，并且散射穿過粒子_流體懸浮物的光線，如圖
8a所示。 在圖8b中，示出了第二狀態(tài)，其中電極85a-b之間施加了電壓。由于施加電壓V而產(chǎn)生的電場的原因，粒子81被移位，從而單元中大部分沒有粒子。結(jié)果，穿過單元的光沒有碰到任何粒子81并且不被散射，如圖8b示意性所示。應(yīng)當注意的是，光束整形部件的這個實施例，除了其初級光束整形功能外，還可用于實現(xiàn)被散射光的色彩轉(zhuǎn)換。這可以通過提供具備有效波長轉(zhuǎn)換能力的粒子81來實現(xiàn)。例如，粒子81可能包含適當?shù)臒晒獠牧稀?br> 通過懸浮在流體中的粒子進行光的受控散射而實現(xiàn)的光束整形還可以通過其它熟知的技術(shù)實現(xiàn)，所述技術(shù)例如電潤濕、懸浮在流體中的各向異性的粒子的重新取向等。
其次，參考圖9a-b和圖10a-c，圖解說明兩種示例性光束整形部件，其利用電氣可控的折射來實現(xiàn)希望的光束整形。 在圖9a-b中，示意性示出了光束整形部件90，其中光的重新導(dǎo)向通過液晶層中的受控的折射率梯度來實現(xiàn)。 圖9a-b中的該光束整形部件90為所謂的梯度折射率微透鏡陣列，其具有夾在第一襯底92和第二襯底93之間的液晶層91。第一襯底92具有第一電極94a和第二電極94b，這些電極置于該襯底面向液晶層91的一側(cè)。 當電極94a_b間沒有施加電壓時，沒有電場作用在LC層91中包含的LC分子上。在這種狀態(tài)下，LC分子的取向由布置于第一襯底92和第二襯底93上的配向?qū)?alignmentlayer)(未顯示)來確定。在圖9a所示的示例性實施例中，LC分子垂直排列，垂直于襯底92、93，并且因而穿過光束整形部件90的光束的形狀不受影響，如圖9a示意性所示。
在圖9b中，光束整形部件90處于第二狀態(tài)，其中電極94a-b之間施加了電壓，從而在LC層91中產(chǎn)生電場。包含在LC層91中的LC分子傾向于使自身沿電場線取向，導(dǎo)致在LC層91中形成折射率梯度。 因此，穿過光束整形部件90的光能夠被聚焦，如圖9b所示。圖9a-b所示的光束
整形部件90只影響入射的非偏振光的一個偏振分量。 通過在疊層結(jié)構(gòu)中設(shè)置兩個液晶單元，可以控制兩個偏振分量。 在圖10a-c中，示意性示出了光束整形部件IOO，其中光的重新導(dǎo)向通過控制兩種
不能混合的流體之間的彎月面形成的透鏡的形狀來實現(xiàn)。 圖10a-c中的光束整形部件100為所謂的流體聚焦單元，其中含有第一流體IOI(例如極性液體)和第二流體102(例如非極性液體)。在側(cè)壁103的內(nèi)側(cè)，布置有第一電極104，其覆蓋有親水層105。通過在置于側(cè)壁103上的第一電極104和與第一流體101接觸的第二電極106之間施加電壓，可以控制彎月面107沿壁的位置，如圖10a-c中針對三種不同狀態(tài)所示。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當認識到，本發(fā)明絕不受限于優(yōu)選的實施例。例如，在色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備中，可以包含被配置用來將光轉(zhuǎn)換到不同的波長光譜的多種熒光結(jié)構(gòu)。此外，其它各種光學(xué)元件，例如濾波器、透鏡、反射器、偏振器等，按照特定用途的需要，也可包含在色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備中。例如，透鏡或其它靜態(tài)的光學(xué)元件可被布置來改變與光束整形部件相互作用后的光束的至少一種特性，例如形狀。
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權(quán)利要求
一種色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備(10；20；30；40；51；60)，用于調(diào)節(jié)由光源發(fā)射的光的色彩，所述色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備包括-光束整形部件(11；54；61；70；80；90；100)，其被配置用來改變與所述光束整形部件相互作用的光束的形狀；和-至少第一波長轉(zhuǎn)換部件(12；22a-b；31；41a-b；56；62a-g)，其被配置用來吸收具有第一波長分布的光，并且對其響應(yīng)而發(fā)射具有不同于所述第一波長分布的第二波長分布的光，其中可以控制所述光束整形部件(11；54；61；70；80；90；100)以便將所述光束的第一部分導(dǎo)向所述第一波長轉(zhuǎn)換部件(12；22a-b；31；41a-b；56；62a-g)，在那里所述第一部分的波長分布被轉(zhuǎn)換，由此允許實現(xiàn)所述光束的色彩調(diào)節(jié)。
2. 如權(quán)利要求1的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備(10 ;20 ;30 ;40 ;51 ;60)，其中所述光束整形部件(11 ;54 ;61 ;70 ;80 ;90 ;100)可以在第一和第二光束整形狀態(tài)之間進行控制，從而允許實現(xiàn)將所述光束的第一和第二部分分別導(dǎo)向所述至少第一波長轉(zhuǎn)換部件(12 ;22a-b ;31 ;41a-b ;56 ;62a-g)，所述第一部分不同于所述第二部分。
3. 如權(quán)利要求1或2的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備(10 ;20 ;30 ;40 ;51 ;60)，其中所述至少第一波長轉(zhuǎn)換部件(12 ;22a-b ;31 ;41a-b ;56 ;62a-g)包括熒光材料。
4. 如權(quán)利要求1-3中任何一項的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備(20 ;40 ;60)，還包括第二波長轉(zhuǎn)換部件(22b ;41b ;62b-g)，該第二波長轉(zhuǎn)換部件被配置用于吸收具有第一波長分布的光，并且對其響應(yīng)而發(fā)射具有不同于所述第一波長分布的第三波長分布的光，其中可以進一步控制所述光束整形部件(11 ;54 ;61 ;70 ;80 ;90 ;100)以便將所述光束的第二部分導(dǎo)向所述第二波長轉(zhuǎn)換部件，在那里所述第二部分的波長分布被轉(zhuǎn)換。
5. 如上述權(quán)利要求中任何一項的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備(10 ;20 ;30 ;40 ;51 ;60)，其中所述光束整形部件(11 ;54 ;61 ;70 ;80 ;90 ;100)包括電光元件，其通過對其施加電壓(V)在光束整形狀態(tài)之間可控。
6. 如權(quán)利要求5的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備(10 ;20 ;30 ;40 ;60)，其中所述光束整形部件(11 ;61 ;70 ;80)被配置用于通過控制光的散射來改變所述光束的所述形狀。
7. 如權(quán)利要求5的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備(10 ;20 ;30 ;40 ;60)，其中所述光束整形部件(11 ;61 ;90 ;100)被配置用于通過控制光的衍射和/或折射來改變所述光束的所述形狀。
8. 如權(quán)利要求5的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備(51)，其中所述光束整形部件(54)被配置用于通過控制光的反射來改變所述光束的所述形狀。
9. 如權(quán)利要求5-8中任何一項的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備(10 ;20 ;30 ;40 ;51 ;60)，其中所述光束整形部件(11 ;54 ;61 ;70 ;90)包含多個液晶分子(71 ;91)。
10. 如權(quán)利要求7或8的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備(10 ;20 ;30 ;40 ;51 ;60)，其中所述光束整形部件(11 ;61 ;100)包含兩種不能混合的流體(101，102)，并且所述光束整形發(fā)生在所述不能混合的流體之間的彎月面(107)處。
11. 如權(quán)利要求6的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備(10 ;20 ;30 ;40 ;51 ;60)，其中所述光束整形部件(11 ;61 ;80)包含懸浮在流體(82)中的多個電氣可控的粒子(81)。
12. 如上述權(quán)利要求中任何一項的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備(60)，其中所述光束整形部件(61)包含多個單獨可控的光束整形像素(64a-g)。
13. —種色彩可控的光輸出設(shè)備(50)，包括_光源(52)，其被配置用于輸出具有第一波長分布的光束；禾口-如上述權(quán)利要求中任何一項的色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備(10 ;20 ;30 ;40 ;51 ;60)，其被設(shè)置用于與由所述光源(52)輸出的所述光束相互作用。
14. 如權(quán)利要求13的色彩可控的光輸出設(shè)備(50)，還包括另外的光學(xué)元件(53)，該光學(xué)元件置于所述光源(52)與所述色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備(10 ;20 ;30 ;40 ;50 ;60)之間，并且被配置用于對由該光源輸出的光束進行預(yù)整形，以改善與所述色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備的相互作用。
15. 如權(quán)利要求13或14的色彩可控的光輸出設(shè)備，其中所述光源基本上為單色光源，例如單色發(fā)光二極管。
全文摘要
一種色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備(10；20；30；40；51；60)，用于調(diào)節(jié)由光源發(fā)射的光的色彩，該色彩轉(zhuǎn)換設(shè)備包括光束整形部件(11；54；61；70；80；90；100)，其被配置用來改變與該光束整形部件相互作用的光束的形狀；和至少第一波長轉(zhuǎn)換部件(12；22a-b；31；41a-b；56；62a-g)，其被配置用來吸收具有第一波長分布的光，并且對其響應(yīng)而發(fā)射具有不同于第一波長分布的第二波長分布的光。可以控制該光束整形部件(11；54；61；70；80；90；100)以便將光束的第一部分導(dǎo)向第一波長轉(zhuǎn)換部件(12；22a-b；31；41a-b；56；62a-g)，在那里第一部分的波長分布被轉(zhuǎn)換，由此允許實現(xiàn)光束的色彩調(diào)節(jié)。
文檔編號G02B27/10GK101765800SQ200880100414
公開日2010年6月30日 申請日期2008年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月25日
發(fā)明者R·A·M·?？嗣诽? T·范博梅爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司