專利名稱：具有長波通型反射器的基于熒光物質(zhì)的照明系統(tǒng)及其制造方法
背景技術(shù)：
在其結(jié)構(gòu)中使用發(fā)光二極管(LED)的白色光源可以有兩種基本構(gòu)造。其中一種，在這里稱為直接發(fā)射LED，通過不同顏色LED的直接發(fā)射產(chǎn)生白光。例子包括紅光LED、綠光LED和藍(lán)光LED的組合，以及藍(lán)光LED和黃光LED的組合。在另一種構(gòu)造中，本文稱為熒光粉轉(zhuǎn)換LED(PCLED)，由單個LED產(chǎn)生窄波長范圍的光，所產(chǎn)生的光入射到熒光粉或其它類型的發(fā)光材料上，并激發(fā)其產(chǎn)生與所述LED產(chǎn)生的光不同波長的光。所述熒光粉可以包括不同的發(fā)光材料的混合物或組合物，由熒光粉發(fā)出的光可以包括在可見波長范圍上分布的寬或窄發(fā)射譜線，使得對于肉眼來說發(fā)射光基本上顯現(xiàn)為白色。
PCLED的一個例子是藍(lán)光LED，該藍(lán)光LED照射熒光粉，該熒光粉將藍(lán)光轉(zhuǎn)換為更長波長的光。一部分藍(lán)色激發(fā)光沒有被熒光粉吸收，而剩余的藍(lán)色激發(fā)光與熒光粉發(fā)射的更長波長光組合。另一個PCLED的例子是紫外(UV)LED，該紫外LED照射熒光粉，所述熒光粉吸收UV光并將其轉(zhuǎn)換為紅光、綠光和藍(lán)光，或者轉(zhuǎn)換為藍(lán)光和黃光的組合。
PCLED的另一個應(yīng)用是將UV光或藍(lán)光轉(zhuǎn)換為綠光。通常，綠光LED的效率相對較低而且在操作期間可能會改變輸出波長。與綠光LED相比，綠光PCLED能夠提高波長穩(wěn)定性。
白光PCLED優(yōu)于直接發(fā)射白光LED的優(yōu)點包括隨著器件老化和溫度變化具有較好的色穩(wěn)定性，以及批次至批次和器件至器件之間具有較好的色均勻性/可重復(fù)性。然而，PCLED的效率可能比直接發(fā)射LED的效率低，這部分是由于熒光粉吸收光并重新發(fā)射光的過程效率低的緣故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)利用發(fā)光材料和用于過濾光分量的干涉反射器。在一些實施例中，本發(fā)明的干涉反射器可以包含多層光學(xué)薄膜，該多層光學(xué)薄膜包含獨立的光學(xué)層，至少一些所述光學(xué)層是雙折射的，所述光學(xué)層沿該薄膜的厚度方向布置成光學(xué)重復(fù)單元。相鄰的光學(xué)層具有一定的折射率關(guān)系，該折射率關(guān)系保持反射性，并且避免中高入射角的p偏振光泄漏出去。
一方面，本發(fā)明提供照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)包括發(fā)射具有第一光學(xué)特征光的光源和具有輸出表面的光導(dǎo)，其中光導(dǎo)構(gòu)造為引導(dǎo)光源發(fā)射的至少一部分光通過輸出表面。該系統(tǒng)還包括放置為接收來自光導(dǎo)的輸出表面的光的發(fā)光材料，其中當(dāng)該發(fā)光材料被具有第一光學(xué)特征的光照射時，其發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光。該系統(tǒng)還包括干涉反射器，該干涉反射器放置為使得發(fā)光材料位于光導(dǎo)的輸出表面和該干涉反射器之間，其中該干涉反射器基本上透射具有第二光學(xué)特征的光，而基本上反射具有第一光學(xué)特征的光。
另一方面，本發(fā)明提供制造照明系統(tǒng)的方法，該方法包括提供發(fā)射具有第一光學(xué)特征的光的光源；放置光導(dǎo)以接收所述光源發(fā)射的光，其中，光導(dǎo)引導(dǎo)光源發(fā)射的至少一部分光通過光導(dǎo)的輸出表面。該方法還包括放置發(fā)光材料以接收來自光導(dǎo)的輸出表面的光，其中，當(dāng)該發(fā)光材料被具有第一光學(xué)特征的光照射時，其發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光；以及放置干涉反射器，使得發(fā)光材料位于光導(dǎo)的輸出表面和該干涉反射器之間，其中該干涉反射器基本上透射具有第二光學(xué)特征的光，而基本上反射具有第一光學(xué)特征的光。
另一方面，本發(fā)明提供顯示器，該顯示器包括照明系統(tǒng)和空間光調(diào)制器。所述照明系統(tǒng)包括發(fā)射具有第一光學(xué)特征的光的光源和具有輸出表面的光導(dǎo)，其中光導(dǎo)構(gòu)造為引導(dǎo)光源發(fā)射的至少一部分光通過輸出表面。所述照明系統(tǒng)還包括放置為接收來自光導(dǎo)的輸出表面的光的發(fā)光材料，其中當(dāng)該發(fā)光材料被具有第一光學(xué)特征的光照射時，其發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光。所述照明系統(tǒng)還包括干涉反射器，其放置為使得發(fā)光材料位于光導(dǎo)的輸出表面和該干涉反射器之間，其中該干涉反射器基本上透射具有第二光學(xué)特征的光，并基本上反射具有第一光學(xué)特征的光。空間光調(diào)制器與照明系統(tǒng)光學(xué)耦合，并包括可控元件，所述可控元件可操作以調(diào)制來自照明系統(tǒng)的至少一部分光。
另一方面，本發(fā)明提供為所需位置提供照明的方法，包括使用具有第一光學(xué)特征的光照射光導(dǎo)，其中，光導(dǎo)引導(dǎo)光通過輸出表面；以及使用來自光導(dǎo)的輸出表面的光照射發(fā)光材料，使得發(fā)光材料發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光。該方法還包括使用發(fā)光材料發(fā)射的光照射干涉反射器，其中所述干涉反射器基本上透射具有第二光學(xué)特征的光，而基本上反射具有第一光學(xué)特征的光；并將干涉反射器透射的至少一部分光引導(dǎo)到所需位置。
本發(fā)明的上述概述并沒有試圖描述本發(fā)明的每一個公開的實施例和每一個實施方式。下文的附圖和詳細(xì)說明更具體地舉例說明了這些實施例。


圖1示意性地示出了具有短波通型干涉反射器的照明系統(tǒng)的一個實施例。
圖2示意性地示出了具有短波通型干涉反射器和長波通型干涉反射器的照明系統(tǒng)的一個實施例。
圖3示意性地示出了具有短波通型干涉反射器和一個或多個光學(xué)元件的照明系統(tǒng)的一個實施例。
圖4示意性地示出了具有長波通型干涉反射器的照明系統(tǒng)的一個實施例。
圖5示意性地示出了具有短波通型干涉反射器、長波通型干涉反射器和光腔的照明系統(tǒng)的一個實施例。
圖6A是具有光腔的照明系統(tǒng)的一個實施例的示意性俯視圖，所述光腔包括一個或多個小面。
圖6B是圖6A中照明系統(tǒng)的光腔的一部分示意性剖視圖。
圖6C是圖6A中照明系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖。
圖6D是具有光腔的照明系統(tǒng)的另一個實施例的示意性側(cè)視圖，所述光腔包括一個或多個小面。
圖6E是具有光腔的照明系統(tǒng)的另一個實施例的示意性側(cè)視圖，所述光腔包括一個或多個小面。
圖7是具有四個光腔的照明系統(tǒng)的另一個實施例的示意性俯視圖，每個所述光腔都包括一個或多個小面。
圖8A是具有短波通型干涉反射器的照明系統(tǒng)的實施例的示意性俯視圖，所述短波通型干涉反射器位于一個或多個光腔內(nèi)，所述光腔位于光導(dǎo)內(nèi)。
圖8B是圖8A中照明系統(tǒng)沿直線8B-8B的示意性剖視圖。
圖9A是具有一個或多個光腔的照明系統(tǒng)的實施例的示意性側(cè)視圖，所述光腔鄰近光導(dǎo)的輸入表面。
圖9B是圖9A中照明系統(tǒng)的示意性俯視圖。
圖10A是具有一個或多個光腔的照明系統(tǒng)的一個實施例的示意性立體圖，所述光腔鄰近光導(dǎo)的輸入表面。
圖10B是圖10A中照明系統(tǒng)沿直線10B-10B的示意性剖視圖。
圖11示意性地示出了具有短波通型干涉反射器的照明系統(tǒng)，所述短波通型干涉反射器置于發(fā)光材料和光導(dǎo)輸出表面之間。
圖12示意性地示出了具有短波通型干涉反射器和一個或多個熒光點的照明系統(tǒng)，所述短波通型干涉反射器鄰近光導(dǎo)輸出表面，所述熒光點置于所述短波通型干涉反射器上。
圖13是具有楔形光導(dǎo)的照明系統(tǒng)的一個實施例的示意性立體圖。
圖14是具有一個或多個光導(dǎo)的照明系統(tǒng)的一個實施例的示意性剖視圖。
圖15示意性地示出了具有一個或多個光導(dǎo)的照明系統(tǒng)的另一個實施例。
圖16示意性地示出了包括照明系統(tǒng)和顯示設(shè)備的顯示組件。
圖17示意性地示出了具有長波通型干涉反射器的照明系統(tǒng)的實施例，所述長波通型干涉反射器定位為使得發(fā)光材料位于光導(dǎo)的輸出表面和所述長波通型干涉反射器之間。
圖18是具有一個或多個光導(dǎo)的照明系統(tǒng)的另一個實施例的示意性剖視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)包括光源，一個或多個光導(dǎo)，發(fā)光材料和一個或多個干涉反射器。在某些實施例中，照明系統(tǒng)為各種應(yīng)用提供白光。在本文中，術(shù)語“白光”所指的光刺激人眼中的紅、綠、藍(lán)感受器，以獲得普通觀察者認(rèn)為是“白色”的觀感。這種光可以偏紅(通常稱為暖白光)或偏藍(lán)(通常稱為冷白光)。另外，這種光能夠具有高達(dá)100的彩色再現(xiàn)指數(shù)。通常，這些照明系統(tǒng)包括發(fā)射具有第一光學(xué)特征的光的光源。本發(fā)明的系統(tǒng)還包括發(fā)光材料，當(dāng)使用具有第一光學(xué)特征的光照射這種發(fā)光材料時，所述發(fā)光材料發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光。第一光學(xué)特征和第二光學(xué)特征可以是任何合適的光學(xué)特征，例如波長、偏振、調(diào)制、強度等。例如，第一光學(xué)特征可以包括第一波長區(qū)域，第二光學(xué)特征可以包括與第一波長區(qū)域不同的第二波長區(qū)域。在一個示例性實施例中，光源可以發(fā)射具有第一光學(xué)特征的光，其中第一光學(xué)特征包括包含UV光在內(nèi)的第一波長范圍。在這個示例性實施例中，由光源所發(fā)射的UV光照射發(fā)光材料，促使該材料發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光，其中第二光學(xué)特征包括包含可見光在內(nèi)的第二波長區(qū)域。
本發(fā)明的某些實施例包括短波通型(SP)干涉反射器。在本文中，術(shù)語“短波通型干涉反射器”所指的反射器基本上透射具有第一光學(xué)特征的光，并基本上反射具有第二光學(xué)特征的光。在一個示例性實施例中，照明系統(tǒng)包括SP干涉反射器，所述SP干涉反射器基本上透射來自光源的UV光，并基本上反射由已透射的UV光照射的發(fā)光材料發(fā)射的可見光。
此外，在某些實施例中，照明系統(tǒng)包括長波通型(LP)干涉反射器。在本文中，術(shù)語“長波通型干涉反射器”所指的反射器基本上透射具有第二光學(xué)特征的光，并基本上反射具有第一光學(xué)特征的光。例如，在一個示例性實施例中，照明系統(tǒng)包括LP干涉反射器，所述LP干涉反射器基本上透射發(fā)光材料發(fā)射的可見光，并基本上反射來自光源的UV光，所述光源照射所述發(fā)光材料。
通常，當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)特征和第二光學(xué)特征與波長相關(guān)時，本發(fā)明的發(fā)光材料可以將較短波長的光(例如UV光)降頻轉(zhuǎn)換為較長波長的光(例如可見光)?；蛘?，也可將紅外輻射升頻轉(zhuǎn)換為可見光。例如，在本領(lǐng)域中眾所周知的升頻轉(zhuǎn)換熒光粉，其通常用兩個或更多的紅外光子產(chǎn)生一個可見光光子。激勵這種熒光粉所需的紅外LED也有示例而且非常高效。使用這一方法的可見光源在增加了LP干涉反射器和/或SP干涉反射器后將更加高效，但與降頻轉(zhuǎn)換熒光粉系統(tǒng)相比，在這種情況下每種反射器的功能正好相反。SP干涉反射器能夠用來在透射可見光的同時將IR光導(dǎo)向熒光粉，LP干涉反射器可以布置為使得熒光粉位于LED和LP干涉反射器之間，其中LP干涉反射器將發(fā)射的可見光向外導(dǎo)向目標(biāo)系統(tǒng)或者用戶。盡管本發(fā)明的示例性實施例通常將第一光學(xué)特征和第二光學(xué)特征與波長相關(guān)聯(lián)，然而應(yīng)該理解，這種示例性實施例也可以將第一光學(xué)特征和第二光學(xué)特征與其它適合的光特征例如偏振、調(diào)制、強度等相關(guān)聯(lián)。例如，可以選擇這種SP干涉反射器，其基本上透射第一偏振的光，而LP干涉反射器基本上透射第二偏振的光。
本發(fā)明的照明系統(tǒng)可以用于任何合適的應(yīng)用中。例如，在某些實施例中，照明系統(tǒng)可以用作顯示器、照明燈具、頭燈、標(biāo)志等的光源。
在某些實施例中，SP干涉反射器和LP干涉反射器中之一或者兩者包含多層聚合物光學(xué)薄膜。多層聚合物光學(xué)薄膜是具有至少第一聚合物材料和第二聚合物材料的幾十、幾百或幾千交替層的薄膜。選擇這種層的厚度和折射率，以便在需要的光譜部分實現(xiàn)需要的反射性，例如限定在UV波長的反射帶或者限定在可見波長的反射帶。例如，參見美國專利No.5,882,774(Jonza等人)。多層聚合物光學(xué)薄膜能夠被這樣處理，使得相鄰的一對層具有與垂直于薄膜的z軸相關(guān)的匹配的、或者基本匹配的、或者故意不匹配的折射率，這樣，對于p偏振光，每個相鄰層間的界面的反射率隨著入射角緩慢減小，或者基本上與入射角度無關(guān)，或者隨著入射角遠(yuǎn)離法線而增加。因此，即使在高傾斜入射角的情況下，這種多層聚合物光學(xué)薄膜也能夠保持p偏振光的高反射率水平，因此，相比于常規(guī)的無機各向同性堆積式反射器，減少了由反射薄膜透射的p偏振光量。在某些實施例中，通過選擇聚合物材料和處理條件，使得對于每一對相鄰光學(xué)層，沿z軸(平行于薄膜厚度的方向)的折射率差不大于沿x軸或y軸(在平面中)的折射率差的尾數(shù)，該尾數(shù)是0.5、0.25或者甚至0.1。沿z軸的折射率差可以與平面內(nèi)折射率差的符號相同或相反。
如同本文中進一步描述的，這種多層聚合物光學(xué)薄膜能夠制成任何合適的形狀。例如，通過模壓、加熱成形或其它已知的工藝，能夠?qū)⒍鄬泳酆衔锕鈱W(xué)薄膜永久變形，以具有三維形狀，例如拋物體、球體或橢圓體的一部分。例如，參見美國專利No.6,788,463(Merrill等人)。另外，參見美國專利No.5,540,978(Schrenk)。多種聚合物材料適用于照明系統(tǒng)的多層光學(xué)薄膜。在根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的某些應(yīng)用中，理想的情況是多層光學(xué)薄膜包括交替聚合物層，所述交替聚合物層由當(dāng)暴露在UV光下時能夠抗老化的材料構(gòu)成，例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)/共聚-聚甲基丙烯酸甲酯(co-PMMA)的聚合物對。聚合物反射器的UV穩(wěn)定性也能夠通過結(jié)合非UV吸收光穩(wěn)定劑來增大，所述非UV吸收光穩(wěn)定劑例如是受阻胺光穩(wěn)定劑(HALS)。在某些情況中，多層聚合物光學(xué)薄膜還可包含透明的金屬層或者金屬氧化物層。例如，參見PCT公開WO 97/01778(Ouderkirk等人)。在使用特別高強度的UV光的應(yīng)用中(即使對堅固的聚合物材料的組合物，所述特別高強度的UV光也將導(dǎo)致不可接受的老化)，使用無機材料形成多層光學(xué)薄膜將是有益的。無機材料層可以是各向同性的，或者能夠制成表現(xiàn)出如PCT公開WO01/75490(Weber)所描述的形狀雙折射并從而具有有益的折射率關(guān)系，所述有益的折射率關(guān)系產(chǎn)生本文所述的增強的p偏振反射性。
通常，本文所述的干涉反射器包含由有機物、無機物或者有機物和無機物材料的組合制成的反射器。所述干涉反射器可以是多層干涉反射器。所述干涉反射器可以是撓性干涉反射器。撓性干涉反射器可以由聚合物材料、非聚合物材料、或者聚合物和非聚合物材料構(gòu)成。包含聚合物和非聚合物材料的示例性薄膜公開在美國專利No.6,010,751(Shaw等人)、No.6,172,810(Fleming等人)和EP733,919A2(Shaw等人)中。
本文描述的干涉反射器可以由撓性的、可塑的或可變形的材料制成，并且其本身可以是撓性的、可塑的或可變形的。這些撓性干涉反射器能夠被撓曲或彎曲，而仍然保持它們在被撓曲前的光學(xué)特性。
已知的自組裝周期性結(jié)構(gòu)，諸如膽甾反射偏振器和某些嵌段共聚物，被認(rèn)為是用作本發(fā)明目的的多層干涉反射器。膽甾鏡可以使用左手性和右手性的螺距元件的組合構(gòu)成。
在本發(fā)明的某些實施例中，可以選擇干涉反射器，以便基本上透射或部分透射具有選定光學(xué)特征的光。
例如，部分透射藍(lán)光的LP干涉反射器可以與薄的黃熒光粉層結(jié)合使用，以便在從光源發(fā)出的一些藍(lán)光第一次通過熒光粉后，將其引導(dǎo)回?zé)晒夥蹖印?br> 除了提供藍(lán)光和UV光的反射，多層光學(xué)薄膜的功能還可以是阻止UV光的透射，以防止照明系統(tǒng)內(nèi)部或外部的后繼元件的老化，包括防止對人眼的傷害。在某些實施例中，UV吸收劑可以包含在UV反射器的距離光源最遠(yuǎn)的一側(cè)上。該UV吸收劑可以在多層光學(xué)薄膜內(nèi)部、表面或者附近。
盡管本發(fā)明的干涉反射器可以包含任何合適的一種材料或多種材料，但是全聚合物構(gòu)造能夠提供很多制造和成本上的益處。如果在所述干涉反射器中使用具有高透光性和大折射率差的高溫聚合物，那么就可以制造即薄又非常有撓性的在各種環(huán)境下都穩(wěn)定的反射器，從而滿足SP和LP干涉反射器的需求。在某些實施例中，如美國專利No.6,531,230(Weber等人)中指出的共擠出多層干涉反射器，能夠提供精確的波長選擇，以及大面積、成本高效的制造。使用具有高折射率差的聚合物對，將允許構(gòu)造非常薄、高反射性的反射鏡，該反射鏡是獨立式的，即沒有基板但仍然易于加工。或者，本發(fā)明的干涉反射器可以由如美國專利No.3,711,176(Alfrey，Jr.等人)中所描述的鑄造法制成。
全聚合物干涉反射器能夠熱成形為不同的三維形狀，例如半球狀拱形(本文將作進一步說明)。但是，必須仔細(xì)地將整個拱表面的薄度控制在正確的量上，以便產(chǎn)生需要的角度性能。具有簡單的二維曲率的干涉反射器比復(fù)雜的三維形狀的干涉反射器更容易制造。具體地說，任何薄的撓性干涉反射器都能夠彎曲成二維形狀，例如圓柱體的一部分，在這種情況下不需要全聚合物干涉反射器。在薄聚合物基板上的多層無機物干涉反射器，和位于厚度少于200μm的玻璃基板上的無機物干涉反射器，都可以使用這種方法成形。后者可能需要加熱到接近玻璃化轉(zhuǎn)變點的溫度，以便在較低的應(yīng)力下獲得永久的形狀。
對于SP和LP干涉反射器最佳的帶邊將依賴于系統(tǒng)中光源和發(fā)光材料的發(fā)射光譜。在示例性實施例中，對于SP干涉反射器，基本上所有從光源發(fā)出的光都穿過SP干涉反射器去激勵發(fā)光材料，基本上所有向光源被導(dǎo)回的發(fā)射光都被SP干涉反射器反射，使得這些光不會進入光源或者光源底部結(jié)構(gòu)，在那里這些光將被吸收。因為這個緣故，限定SP干涉反射器的帶邊的短波通位于光源的平均發(fā)射波長和發(fā)光材料的平均發(fā)射波長之間的一個區(qū)域內(nèi)。在示例實施例中，SP干涉反射器置于光源和發(fā)光材料之間。但是，如果SP干涉反射器是平面的，那么從光源射出的發(fā)射光能夠以與SP干涉反射器表面的法線成不同的角照射SP干涉反射器上，并且在某些入射角被SP干涉反射器反射而不能到達(dá)發(fā)光材料。除非干涉反射器彎曲以使入射角基本保持不變，不然的話，我們可能期望將設(shè)計帶邊置于大于發(fā)光材料和光源的發(fā)射曲線的中點的波長處，以便使整個系統(tǒng)的性能優(yōu)化。具體地說，由于所包含的立體角非常小，所以非常少的發(fā)光材料的發(fā)射光被以接近零度的入射角(即垂直于干涉反射器的表面)引導(dǎo)到干涉反射器。在另一個示例性實施例中，LP干涉反射器相對于光源與發(fā)光材料相對地設(shè)置，以將光源光循環(huán)使用返回到發(fā)光材料，從而提高系統(tǒng)效率。在一個示例性實施例中，如果光源發(fā)射光在可見光譜內(nèi)，而且需要大量的光來平衡發(fā)光材料的顏色輸出，那么可以去掉LP干涉反射器。但是，可以利用部分透射較短波長光(例如藍(lán)光)的LP干涉反射器，通過光譜角偏移來優(yōu)化藍(lán)光源/黃熒光粉系統(tǒng)的角度性能，從而在更大角度通過的藍(lán)光比垂直入射通過藍(lán)光的多。在進一步的示意性實施例中，LP干涉反射器被彎曲，以便使LP干涉反射器上的光源的發(fā)射光的入射角基本保持不變。在這個實施例中，發(fā)光材料和光源均面向LP干涉反射器的一側(cè)。在高入射角，具有基本上平面形狀的LP干涉反射器不能反射較短波長的光。由于這個原因，LP干涉反射器的長波長帶邊可以置于盡可能長的波長處，而阻擋盡可能少的發(fā)光材料發(fā)射的光。此外，能夠改變帶邊位置以便優(yōu)化整個系統(tǒng)的效率。
在某些實施例中，本文描述的多層干涉反射器可能具有橫向的厚度梯度，即反射器的一個橫截面與另一個橫截面的厚度不同。隨著發(fā)射光的入射角向多層反射器的外部區(qū)域方向增加，這些反射器可以具有更厚的干涉層。由于反射的波長與高低折射率干涉層的光學(xué)厚度以及入射角成比例，所以增加反射器的外部區(qū)域的反射器厚度補償了帶移。
圖1示例性地示出了照明系統(tǒng)10的一個實施例。所述系統(tǒng)10包含光源20和具有輸出表面14的光導(dǎo)12。在某些實施例中，光導(dǎo)12還可以具有輸入表面16。系統(tǒng)10還包含置于光源20和光導(dǎo)12的輸出表面14之間的第一干涉反射器30。置于第一干涉反射器30和光導(dǎo)12的輸出表面14之間的是發(fā)光材料40。
光源20可以包含任何合適的一個光源或多個光源，例如，電致發(fā)光器、冷陰極熒光燈、無電極熒光燈、LED、有機電致發(fā)光器件(OLED)、聚合物L(fēng)ED、激光二極管、弧光燈等。在本文中，術(shù)語“LED”指發(fā)光的二極管，所述光可以是可見光、紫外光或紅外光，可以是相干光或非相干光。本文中使用的這個術(shù)語還包括作為“LED”銷售的非相干的用環(huán)氧樹脂密封的半導(dǎo)體器件，無論是常規(guī)的還是超發(fā)光種類。本文中使用的這個術(shù)語還包括半導(dǎo)體激光二極管。在某些實施例中，光源20的位置可以鄰近光導(dǎo)12的一個或多個側(cè)面、和/或光導(dǎo)12的一個或多個主表面。如圖1所示，光源20鄰近輸入表面16放置。盡管圖1示出的照明系統(tǒng)10具有一個光源20，但是照明系統(tǒng)10可以包含兩個或更多個光源，所述光源置于光導(dǎo)12的同一輸入表面或其它輸入表面附近。
光源20發(fā)射的光具有第一光學(xué)特征?？梢赃x擇任何合適的光學(xué)特征。在某些實施例中，第一光學(xué)特征可以包括第一波長區(qū)域。例如，光源20可以發(fā)射UV光。在本文中，術(shù)語“UV光”指波長范圍為從約150nm到約425nm的光。在另一個例子中，光源20可以發(fā)射藍(lán)光。
在某些實施例中，光源20包括一個或多個LED。例如，所述一個或多個LED可以發(fā)射UV光和/或藍(lán)光。藍(lán)光還包括紫光和靛青光。LED包括自激發(fā)射體件以及使用受激發(fā)射或超發(fā)光發(fā)射的器件，其中包括激光二極管和垂直腔表面發(fā)射激光二極管。
系統(tǒng)10的光導(dǎo)12可以包括任何合適的光導(dǎo)，例如，空心或?qū)嵭墓鈱?dǎo)。盡管光導(dǎo)12的形狀被示例為平面的，但光導(dǎo)12可以采用任何合適的形狀，例如，楔形、圓柱形、平面形、圓錐形、復(fù)雜模制形狀等。此外，光導(dǎo)12的輸入表面16和/或輸出表面14可以具有任何合適的形狀，例如上文描述的光導(dǎo)12的那些形狀。構(gòu)造光導(dǎo)12以便引導(dǎo)光通過它的輸出表面14可能是優(yōu)選的。另外，光導(dǎo)12可以包含任何合適的一種材料或多種材料。例如，光導(dǎo)12可以包含玻璃；丙烯酸酯，包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、含氟聚合物；聚酯，包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和含有PET或PEN或兩者都有的共聚物；聚烯烴，包括聚乙烯、聚丙烯、聚降冰片烯，聚烯烴在全同立構(gòu)、無規(guī)立構(gòu)和間同立構(gòu)情況下的立體異構(gòu)體，以及由茂金屬聚合產(chǎn)生的聚烯烴。其它適合的聚合物包括聚醚醚酮和聚醚酰亞胺。
照明系統(tǒng)10還包括置于光源20和光導(dǎo)12的輸出表面14之間的第一干涉反射器30。在圖1所示的實施例中，第一干涉反射器30是SP干涉反射器，即其基本上透射從光源20來的具有第一光學(xué)特征的光，并基本上反射具有第二光學(xué)特征的光。例如，如本文進一步描述的，當(dāng)使用從光源20發(fā)出的UV光或藍(lán)光照射發(fā)光材料40時，所述發(fā)光材料40可以發(fā)射出可見光。在這一實施例中，可以選擇第一干涉反射器30，從而使其基本上透射UV光而基本上反射可見光。在另一個實施例中，當(dāng)使用光源20發(fā)出的光照射時，發(fā)光材料40可以發(fā)射出紅外光。在這種實施例中，可以選擇第一干涉反射器30，從而使其基本上透射從光源20來的光而基本上反射紅外光。
第一干涉反射器30可以置于光源20和光導(dǎo)12的輸出表面14之間的任何合適的位置。在某些實施例中，第一干涉反射器30可以置于光導(dǎo)12的輸入表面16上、光導(dǎo)12內(nèi)部或者光源20上。
第一干涉反射器30可以包含任何合適的干涉反射器或本文描述的反射器。另外，第一干涉反射器30可以采用任何合適的形狀，例如，半球形、圓柱形、平面形等。第一干涉反射器30能夠使用如本文所討論的、在暴露在UV光、藍(lán)光或紫光下時抗老化的材料形成。通常，在長時間處于高強度照射下時，本文討論的多層反射器能夠保持穩(wěn)定。高強度照射可通常定義為從1到100瓦特/cm2的光通量水平。適合的示例性聚合物材料可以包括抗UV材料，該抗UV材料可以由諸如丙烯酸材料、PET材料、PMMA材料、聚苯乙烯材料、聚碳酸酯材料、可從3M公司(St.Paul，MN)得到的THV材料以及它們的組合構(gòu)成。這些材料和PEN材料可以與發(fā)射藍(lán)光的光源一同使用。
照明系統(tǒng)10還包括置于第一干涉反射器30和光導(dǎo)12的輸出表面14之間的發(fā)光材料40。當(dāng)使用光源20發(fā)出的具有第一光學(xué)特征的光照射發(fā)光材料40時，該發(fā)光材料40發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光。第二光學(xué)特征可以是任何合適的光學(xué)特征，例如波長、偏振、調(diào)制、強度等。在某些實施例中，當(dāng)使用光源20發(fā)射的包括第一波長區(qū)域的光照射發(fā)光材料40時，發(fā)光材料40發(fā)射的光可以包括第二波長區(qū)域。例如，在某些實施例中，當(dāng)使用從光源20來的UV光或藍(lán)光照射時，發(fā)光材料40可以發(fā)射可見光。在本文中，術(shù)語“可見光”指裸眼可察覺的光，例如通常在大約400nm到大約780nm波長范圍內(nèi)。在其它實施例中，發(fā)光材料40可以發(fā)射可見光和/或紅外光。在本文中，術(shù)語“紅外光”指在780nm到2500nm波長范圍內(nèi)的光。
通常，本文公開的實施例可以使用多種發(fā)光材料。在某些實施例中，可以使用適合的熒光材料。這些熒光材料的成分通常是無機的，具有150-1100nm范圍內(nèi)的激發(fā)波長。熒光粉共混物可以包含散布在粘結(jié)劑中的1-25μm粒度范圍內(nèi)的熒光粉顆粒，所述粘結(jié)劑諸如硅樹脂、含氟聚合物、環(huán)氧樹脂、粘合劑或者另一種聚合物基體，接著熒光粉顆粒可以被應(yīng)用于基板(諸如LED或薄膜)上。熒光粉包括摻雜稀土的石榴石、硅酸鹽、和其它陶瓷。在其它實施例中，發(fā)光材料也可以包含有機熒光材料，包括熒光染料和顏料、硫化物、鋁酸鹽、磷酸鹽、氮化物。例如，參見Shionoya等人的Phosphor Handbook，CRC Press，Boca Raton，F(xiàn)L(1998)。
在使用具有窄發(fā)射光波長范圍的發(fā)光材料40的實施例中，可以設(shè)計發(fā)光材料的混合物(例如發(fā)射紅、綠和藍(lán)光的發(fā)光材料的混合物)的配方以實現(xiàn)觀察者可以察覺的理想的顏色平衡。在其它實施例中，具有較寬發(fā)射帶邊的發(fā)光材料可用于具有高彩色再現(xiàn)指數(shù)的混合物。在某些實施例中，所述發(fā)光材料可以具有快的輻射衰減率。發(fā)光材料40可以形成在連續(xù)的或非連續(xù)的層內(nèi)。發(fā)光材料40可以是均勻或非均勻的圖案。發(fā)光材料40可以包括小面積的區(qū)域，例如“點”，每個“點”具有小于10000μm2的俯視圖面積。在示意性實施例中，點可以分別由發(fā)射具有一個或多個不同峰值波長的較長波長光的熒光粉構(gòu)成。例如，至少一個點可以包含在紅色區(qū)域發(fā)射峰值波長的第一發(fā)光材料，至少另一個熒光點可以包含在藍(lán)色區(qū)域發(fā)射峰值波長的第二發(fā)光材料?？梢愿鶕?jù)需要，按照均勻或非均勻方式安排和構(gòu)造發(fā)射具有多個峰值波長可見光的點。例如，發(fā)光材料40可以包含布置成圖案的點，所述圖案沿表面或區(qū)域具有非均勻的密度梯度。所述點可以具有規(guī)則或不規(guī)則形狀，并且在俯視圖中不需要是圓的。另外，發(fā)光材料40可以位于多層光學(xué)膜的共擠出表層內(nèi)。
可以使用若干種方法來構(gòu)造結(jié)構(gòu)化發(fā)光材料，以便提供本文所述的性能改善。當(dāng)使用多種熒光粉類型來提供更寬和更全的光譜輸出時，從較短波長熒光粉發(fā)出的光能夠被其它熒光粉重新吸收。包括每種熒光粉類型的孤立的點、線或者孤立區(qū)域的圖案可以減少重新吸收的量。
多層發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)也能夠減少吸收。例如，可以按順序形成每種發(fā)光材料的層，使波長最長的發(fā)射體距離激發(fā)源最近。平均來說，與靠近發(fā)光材料輸出表面處發(fā)射的光相比，靠近發(fā)射體處發(fā)射的光在整個發(fā)光材料中要經(jīng)歷更大程度的多次散射。由于發(fā)射的最短波長最易被散射和重新吸收，所以最好將最短波長發(fā)光材料放置到離發(fā)光材料的輸出表面最近。另外，最好使每層的厚度不同，以便在激發(fā)光通過多層結(jié)構(gòu)傳播時，補償其逐漸降低的強度。對于具有相同吸收效率和發(fā)射效率的發(fā)光材料，從激發(fā)側(cè)到輸出側(cè)各層逐漸變薄將對激勵強度在每層中的衰減起到補償作用。在某些實施例中，可以將一個或多個SP干涉反射器放置在不同發(fā)光材料層之間，以便減少向后散射和被排列在前邊的層重新吸收的熒光粉發(fā)射的光。
結(jié)合多層光學(xué)薄膜，非散射發(fā)光材料能夠提供增強的光輸出。例如，非散射熒光粉層可以包括在折射率匹配的粘結(jié)劑(例如，具有高折射率惰性納米顆粒的粘結(jié)劑)中的常規(guī)熒光粉、常規(guī)熒光粉成分的納米級顆粒(例如，其中顆粒尺寸非常小，其對光的散射可以忽略)，或者量子點發(fā)光材料。量子點發(fā)光材料是基于具有低帶隙的半導(dǎo)體的光發(fā)射體，所述具有低帶隙的半導(dǎo)體例如是硫化鎘、硒化鎘或硅化鎘，其中的顆粒足夠小，以便電子結(jié)構(gòu)由顆粒大小來影響和控制。因此，通過顆粒大小來控制吸收光譜和發(fā)射光譜。參見例如美國專利No.6,501,091(Bawendi等人)。
發(fā)光材料40可以置于第一干涉反射器30和光導(dǎo)12的輸出表面14之間任何合適的位置。在某些實施例中，發(fā)光材料40可以置于光導(dǎo)12的輸入表面16上?；蛘?，發(fā)光材料40可以置于光導(dǎo)12內(nèi)。在其它實施例中，發(fā)光材料40可以分散在光導(dǎo)12內(nèi)。在其它實施例中，發(fā)光材料40可以置于第一干涉反射器30的輸出表面32上?？梢杂萌魏魏线m的技術(shù)將發(fā)光材料40置于第一干涉反射器30上，例如，在共有和共同未決的美國專利申請公開No.2004/0116033(Ouderkirk等人)中描述的那些技術(shù)。例如，發(fā)光材料40能夠置于或涂覆在第一干涉反射器30上。所述發(fā)光材料40可以作為實心層層壓在第一干涉反射器30附近。另外，發(fā)光材料40和第一干涉反射器30可以順序地或同時地加熱成形。發(fā)光材料40可以是可壓縮的、有彈性的，甚至可以包含在泡沫結(jié)構(gòu)中。
在某些實施例中，系統(tǒng)10還可以包括置于發(fā)光材料40上的TIR促進層，位于發(fā)光材料40和第一干涉反射器30之間。所述TIR促進層可以包含能夠提供比所述發(fā)光材料40中的粘結(jié)劑的折射率低的折射率的任何合適的材料或者多種材料。在某些實施例中，TIR促進層可以是氣隙。這種氣隙能夠使在發(fā)光材料40中以高入射角傳播的光全內(nèi)反射。在其它實施例中，TIR促進層可以是具有微結(jié)構(gòu)表面的微結(jié)構(gòu)層。所述微結(jié)構(gòu)表面的特征可以是單獨一組的線性v型凹口或棱柱、形成小金字塔型陣列的多組交叉v型凹口、一組或多組狹窄脊?fàn)钔蛊?，等等。?dāng)將這種薄膜的所述微結(jié)構(gòu)表面緊靠另一個扁平薄膜放置時，在微結(jié)構(gòu)表面的最上面部分與該扁平薄膜之間就會形成氣隙。
例如，當(dāng)將光從第一波長區(qū)域轉(zhuǎn)換到第二波長時，某些類型的發(fā)光材料能夠產(chǎn)生熱。在發(fā)光材料40附近存在的氣隙可以顯著地減少從發(fā)光材料40向周圍材料的熱傳導(dǎo)。減少的熱傳導(dǎo)能夠通過其它方法補償，例如在發(fā)光材料40附近提供可以側(cè)向除熱的一層玻璃或者透明陶瓷。
通常，所述光源20發(fā)射具有第一光學(xué)特征的光，其中的至少一部分照射第一干涉反射器30。第一干涉反射器30又基本上透射從光源20來的光。至少一部分透射光照射發(fā)光材料40。當(dāng)使用具有第一光學(xué)特征的光照射時，發(fā)光材料40發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光。通常，發(fā)光材料40可以在任何方向發(fā)射光。換句話說，某些光可能會射回光源20，而某些光可能射向光導(dǎo)12。由發(fā)光材料40發(fā)射的照射第一干涉反射器30的光基本上被反射，使得所述光不會到達(dá)光源20，在光源20所述光可以被吸收。光導(dǎo)12引導(dǎo)發(fā)光材料40發(fā)射的至少一部分光通過所述輸出表面14，接著，在輸出表面14可以使用任何合適的技術(shù)將所述光引導(dǎo)到需要的位置。
本發(fā)明的照明系統(tǒng)的某些實施例可以包含一個以上的干涉反射器。例如，圖2示意性地示出了照明系統(tǒng)100的一個實施例，該照明系統(tǒng)100包括光源120以及具有輸入表面116和輸出表面114的光導(dǎo)112。系統(tǒng)100還包括置于光源120和光導(dǎo)112的輸出表面114之間的第一干涉反射器130、以及置于第一干涉反射器130和輸出表面114之間的發(fā)光材料140。本文中對于在圖1中示出的實施例的光導(dǎo)12、光源20、第一干涉反射器30和發(fā)光材料40描述的所有的設(shè)計考慮事項和可能性，對圖2中示出的實施例的光導(dǎo)112、光源120、第一干涉反射器130和發(fā)光材料140同樣適用。圖1中的系統(tǒng)10和圖2中的系統(tǒng)100的一個不同點是，系統(tǒng)100包含第二干涉反射器150，其放置的位置使得發(fā)光材料140位于第一干涉反射器130和第二干涉反射器150之間。在某些實施例中，第二干涉反射器150是LP干涉反射器，即基本上透射具有第二光學(xué)特征的光而基本上反射具有第一光學(xué)特征的光的反射器。例如，在某些實施例中，當(dāng)使用UV光或者藍(lán)光(即第一光學(xué)特征)照射發(fā)光材料140時，該發(fā)光材料140可以發(fā)射出可見光(即第二光學(xué)特征)。在這種實施例中，可以選擇第二干涉反射器150，以便其基本上透射可見光而基本上反射UV光或藍(lán)光。在另一個實施例中，當(dāng)使用UV光或藍(lán)光照射時，發(fā)光材料140可以發(fā)射出紅外光。在這些實施例中，可以選擇第二干涉反射器150，以便其基本上透射紅外光而基本上反射UV光或藍(lán)光。第二干涉反射器150可以包括本文描述的任何合適的一個或多個干涉反射器。此外，第二干涉反射器150可以采取任何合適的形狀，例如半球形、圓柱形或平面形。
第二干涉反射器150可以置于發(fā)光材料140和光導(dǎo)112的輸出表面114之間的任何合適的位置。在某些實施例中，第二干涉反射器150可以置于光導(dǎo)112的輸入表面116上。在其它實施例中，第二干涉反射器150可以置于光源112內(nèi)部。在某些實施例中，例如在共有和共同未決的美國專利申請公開No.2004/0145913(Ouderkirk等人)中進一步描述的，發(fā)光材料140可以置于第二干涉反射器150上?；蛘?，第一干涉反射器130、發(fā)光材料140和第二干涉反射器150可以組成組件，其中發(fā)光材料140與第一干涉反射器130和第二干涉反射器150都接觸?？梢杂萌魏魏线m的技術(shù)組成這種組件，例如在共有和共同未決的美國專利申請公開No.2004/0116033(Ouderkirk等人)中描述的那些技術(shù)。
第一干涉反射器130和第二干涉反射器150的存在能夠提高照明系統(tǒng)100的效率。第二干涉反射器150將至少一部分沒有被發(fā)光材料140吸收的光(不然這部分光會浪費)反射回發(fā)光材料140。這樣做增加了來自光源120的光通過發(fā)光材料140的有效光路長度，從而對于給定厚度的一個或多個發(fā)光材料層，增加了發(fā)光材料140吸收的光的量。對光源120發(fā)出的光進行循環(huán)使用，也允許使用更薄的發(fā)光材料140的層，以獲得有效的光轉(zhuǎn)換。
通常，光源120發(fā)出的具有第一光學(xué)特征的至少一部分光照射第一干涉反射器130上，而該第一干涉反射器130基本上將上述光透射。由第一干涉反射器130透射的至少一部分光照射發(fā)光材料140。當(dāng)被具有第一光學(xué)特征的光照射時，發(fā)光材料140發(fā)射出具有第二光學(xué)特征的光。由發(fā)光材料140發(fā)射的至少一部分光照射第二干涉反射器150上，而該第二干涉反射器150基本上將具有第二光學(xué)特征的光透射。至少一部分所述透射光進入光導(dǎo)112，并被光導(dǎo)112引導(dǎo)通過輸出表面114。由光源120發(fā)出的照射第二干涉反射器150的任何光基本上都被向發(fā)光材料140反射，在發(fā)光材料140那里所述光可以激發(fā)發(fā)光材料140，從而產(chǎn)生進一步的光發(fā)射。另外，由發(fā)光材料140發(fā)射的照射第一干涉反射器130的光基本上被反射回第二干涉反射器150和/或光導(dǎo)112。
本發(fā)明的照明系統(tǒng)可以包含一個或多個光學(xué)元件。例如，圖3示意性地示出了包含一個或多個光學(xué)元件260的照明系統(tǒng)200。系統(tǒng)200還包含光源220以及具有輸出表面214和輸入表面216的光導(dǎo)212。系統(tǒng)200還包含位于光源220和光導(dǎo)212的輸出表面214之間的第一干涉反射器230、以及位于第一干涉反射器230與光導(dǎo)212的輸出表面214之間的發(fā)光材料240。本文中對于在圖1中示出的實施例的光導(dǎo)12、光源20、第一干涉反射器30和發(fā)光材料40描述的所有的設(shè)計考慮事項和可能性，對圖3中示出的實施例的光導(dǎo)212、光源220、第一干涉反射器230和發(fā)光材料240同樣適用。系統(tǒng)200還可包含本文中進一步說明的一個或多個額外的干涉反射器(例如LP干涉反射器)。
所述一個或多個光學(xué)元件260可以置于發(fā)光材料240和光導(dǎo)212的輸出表面214之間、光源220和第一干涉反射器230之間、第一干涉反射器230和發(fā)光材料240之間和/或鄰近光導(dǎo)212的輸出表面214。所述一個或多個光學(xué)元件260可以包括任何合適的一個或多個光學(xué)元件，例如，光學(xué)耦合劑(諸如粘結(jié)劑或者折射率匹配的液體或凝膠體)、光學(xué)增亮膜(諸如BEF(可從3M公司購得))、短波長吸收材料(諸如紫外光吸收染料和顏料)、反射偏振薄膜(諸如DBEF(也可從3M公司購得))、擴散片及其組合。在某些實施例中，所述一個或多個光學(xué)元件260被構(gòu)造為控制由發(fā)光材料240發(fā)射的、被引導(dǎo)進光導(dǎo)212的光的角度。
在某些實施例中，所述一個或多個光學(xué)元件260可以包括一個或多個反射偏振器。通常，反射偏振器可以鄰近發(fā)光材料240放置。反射偏振器允許透射優(yōu)選偏振的光，而反射其它偏振的光。發(fā)光材料240和在本領(lǐng)域中已知的其它薄膜部件可以對反射偏振器所反射的偏振光進行去偏振，而且或者通過發(fā)光材料240的反射，或者通過發(fā)光材料240結(jié)合第一干涉反射器230，可以循環(huán)使用光，從而提高系統(tǒng)200的偏振光亮度。適合的反射偏振器包括例如膽甾型反射偏振器、具有1/4波延遲器的膽甾型反射偏振器、線柵偏振器、或者可從3M公司購得的各種反射偏振器，包括DBEF(即鏡面反射偏振器)和DRPF(即漫反射偏振器)。所述反射偏振器優(yōu)選偏振由發(fā)光材料240反射的絕大部分波長和角度上的光，并且在光源220發(fā)射藍(lán)光的情況下，也可以發(fā)射藍(lán)光。
盡管在圖3中示出的所述一個或多個光學(xué)元件260位于光導(dǎo)212的外部，但是所述一個或多個光學(xué)元件260也可以置于光導(dǎo)212上或內(nèi)部。在某些實施例中，所述一個或多個光學(xué)元件260可以置于發(fā)光材料240上。如果LP干涉反射器被包含在系統(tǒng)300中，并置于發(fā)光材料240和輸出表面214之間，那么所述一個或多個光學(xué)元件260可以置于LP干涉反射器上。
在某些實施例中，照明系統(tǒng)可以包含LP反射器而不包含SP反射器。例如，圖4示意性地示出了照明系統(tǒng)300的另一個實施例。系統(tǒng)300包含光源320、以及具有輸出表面314和輸入表面316的光導(dǎo)312。系統(tǒng)300還包含置于光源320與光導(dǎo)輸出表面314之間的發(fā)光材料340、以及置于發(fā)光材料340與光導(dǎo)312的輸出表面314之間的干涉反射器350。本文中對于在圖2中示出的實施例的光導(dǎo)112、光源120、發(fā)光材料140和第二干涉反射器150描述的所有的設(shè)計考慮事項和可能性，對圖4中示出的實施例的光導(dǎo)312、光源320、發(fā)光材料340和第二干涉反射器350同樣適用。
盡管干涉反射器350示出為位于光導(dǎo)312外部，但干涉反射器350可以置于發(fā)光材料340和光導(dǎo)312的輸出表面314之間的任何合適的位置。例如，干涉反射器350可以置于光導(dǎo)312的輸入表面316上或者光導(dǎo)312內(nèi)部。在某些實施例中，干涉反射器350置于發(fā)光材料340上。
此外，在某些實施例中，系統(tǒng)300可以包含一個或多個光學(xué)元件，其置于光源320和發(fā)光材料340之間、發(fā)光材料340和干涉反射器350之間、干涉反射器350和光導(dǎo)312的輸出表面314之間，和/或鄰近光導(dǎo)312的輸出表面314(例如，圖3中的一個或多個光學(xué)元件360)。
通常，光源320發(fā)射具有第一光學(xué)特征的光，其中至少一部分照射發(fā)光材料340。當(dāng)使用具有第一光學(xué)特征的光進行照射時，發(fā)光材料340發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光。由發(fā)光材料340發(fā)射的至少一部分光照射干涉反射器350。干涉反射器350基本上透射具有第二光學(xué)特征的光并基本上反射具有第一光學(xué)特征的光。至少一部分所述透射光被光導(dǎo)312引導(dǎo)通過光導(dǎo)312的輸出表面314。由光源320發(fā)出的沒有被發(fā)光材料340轉(zhuǎn)換的任何光基本上都被干涉反射器350反射并引導(dǎo)回發(fā)光材料340，在發(fā)光材料340那里其可以被轉(zhuǎn)換。被引導(dǎo)通過輸出表面314的光可以使用任何合適的技術(shù)引導(dǎo)到需要的位置。
某些可以在本發(fā)明的照明系統(tǒng)中使用的光源在寬發(fā)射錐內(nèi)發(fā)射光。例如，某些LED在具有2π或更大球面度的立體角的半球空間中發(fā)射光。本發(fā)明的某些實施例提供非成像光學(xué)器件，來將從光源發(fā)出的激發(fā)光收集和/或引導(dǎo)進光導(dǎo)中。例如，圖5是照明系統(tǒng)400的一個實施例的示意性立體圖。系統(tǒng)400與圖2的系統(tǒng)100相似。系統(tǒng)400包括光源420、以及具有輸出表面414和輸入表面416的光導(dǎo)412。系統(tǒng)400還包括置于光源420和光導(dǎo)412的輸出表面414之間的第一干涉反射器430、置于第一干涉反射器430和輸出表面414之間的發(fā)光材料440、以及置于發(fā)光材料440和輸出表面414之間的第二干涉反射器450。本文中對于在圖2中示出的實施例的光導(dǎo)112、光源120、第一干涉反射器130、發(fā)光材料140和第二干涉反射器150描述的所有的設(shè)計考慮事項和可能性，對圖5中示出的實施例的光導(dǎo)412、光源420、第一干涉反射器430、發(fā)光材料440和第二干涉反射器450同樣適用。圖2中系統(tǒng)100和圖5中系統(tǒng)400之間的一個區(qū)別是，系統(tǒng)400還包括與光源420光學(xué)耦合的光腔470，即從光源420發(fā)出的光可以被引導(dǎo)入光腔470。當(dāng)兩個或更多個器件進行了光學(xué)耦合時，這些器件就位于相同的光路中，而且可以使用任何合適的技術(shù)(例如反射、透射、發(fā)射等)來向彼此引導(dǎo)光。光腔470被構(gòu)造用來將光源420發(fā)射的光引導(dǎo)向第一干涉反射器430。光腔470可以置于任何合適的位置。在某些實施例中，光腔470可以接觸第一干涉反射器430放置。在某些實施例中，如同在本文中進一步描述的，一個或多個TIR促進層可以置于光腔470和第一干涉反射器430之間。
光腔470可以采用任何合適的形狀，例如橢圓形、楔形、長方形、梯形等。光腔470采用拋物面形狀是優(yōu)選的。
光腔470可以使用任何合適的一種或多種材料制成。在某些實施例中，光腔470可以包括寬帶干涉反射器472。寬帶干涉反射器472可以置于光學(xué)透明體上以形成光腔470。所述光學(xué)透明體可以使用任何合適的一種或多種材料制成，例如玻璃；丙烯酸酯，包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、含氟聚合物；聚酯，包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)以及含有PET或PEN或兩者都含有的共聚物；聚烯烴，包括聚乙烯、聚丙烯、聚降冰片烯，聚烯烴在全同立構(gòu)、無規(guī)立構(gòu)和間同立構(gòu)情況下的立體異構(gòu)體，以及由茂金屬聚合產(chǎn)生的聚烯烴。其它適合的聚合物包括聚醚醚酮和聚醚酰亞胺。在某些實施例中，寬帶干涉反射器472可以制成所需的形狀以便形成光腔470。寬帶干涉反射器472可以使用任何合適的技術(shù)由任何合適的一種或多種材料構(gòu)成，如例如在美國專利No.5,882,774(Jonza等人)中描述的那些材料和技術(shù)。
在某些實施例中，光腔470可以是實心的。或者，光腔470可以使用任何合適的介質(zhì)(例如氣體或液體)填充。
可以這樣制作光腔470，以便光源420發(fā)射的光進入光腔470?？梢圆捎萌魏魏线m的技術(shù)，以便將光導(dǎo)入進光腔470。例如，光源420可以置于光腔470內(nèi)?；蛘撸庠?20可以通過在光腔470中形成的一個或多個開口或端口光學(xué)耦合到光腔470上。在某些實施例中，光腔470可以包括一個或多個孔(未示出)，所述孔允許光源420發(fā)出的光照射第一干涉反射器430。在一個示例性實施例中，光腔470可以具有細(xì)長的孔，所述細(xì)長的孔沿光腔470的長度的至少一部分延伸。所述細(xì)長的孔可以置于第一干涉反射器430附近。在某些實施例中，光腔470可以具有漫射體或小面，它們可將光與第一干涉反射器430的主表面基本上垂直地引導(dǎo)。
通常，光源420發(fā)射具有第一光學(xué)特征的光，光被光腔470引導(dǎo)向第一干涉反射器430。第一干涉反射器430基本上透射從光源420來的光，使其照射發(fā)光材料440。沒有被第一干涉反射器430透射的光中至少有一部分被光腔470收集并重新引導(dǎo)向第一干涉反射器430。當(dāng)被具有第一光學(xué)特征的光照射時，發(fā)光材料440發(fā)射出具有第二光學(xué)特征的光。發(fā)光材料440發(fā)射的光中至少有一部分照射第二干涉反射器450。所有由發(fā)光材料440向光腔470發(fā)射的光基本上都被第一干涉反射器430反射回發(fā)光材料440。由發(fā)光材料440發(fā)射并可能被第一干涉反射器430透射的光由光腔470收集，并引導(dǎo)回第一干涉反射器430。第二干涉反射器450基本上透射具有第二光學(xué)特征的光而基本上反射具有第一光學(xué)特征的光，其基本上將發(fā)光材料440發(fā)射的光透射向光導(dǎo)412的輸入表面416，在此所述光被引導(dǎo)通過輸出表面414，接著被引導(dǎo)到需要的位置。所有光源420發(fā)出的照射第二干涉反射器450的光基本上都被反射回了發(fā)光材料440，在發(fā)光材料440那里其可以被轉(zhuǎn)換為具有第二光學(xué)特征的光。
盡管圖5示出的照明系統(tǒng)400包括第一干涉反射器430，但是在某些實施例中，系統(tǒng)400可以不包括第一干涉反射器430。在這種實施例中，光腔470鄰近發(fā)光材料440放置，使得光源420發(fā)出激發(fā)光中至少有一部分照射發(fā)光材料440，而沒有首先照射干涉反射器。
盡管沒有在圖5中示出，但如例如參考圖1中照明系統(tǒng)所述，照明系統(tǒng)400還可以包括鄰近發(fā)光材料440的一個或兩個主表面的一個或多個TIR促進層。
本發(fā)明的光腔可以使用任何合適的技術(shù)將光源的光引導(dǎo)到干涉反射器、發(fā)光材料或光導(dǎo)上。例如，圖6A-C是包含光腔570的照明系統(tǒng)500的另一個實施例的示意圖。系統(tǒng)500還包括具有輸出表面514和輸出表面516的光導(dǎo)512、以及光學(xué)耦合到光腔570的光源520。系統(tǒng)500還包括置于光源520和光導(dǎo)512輸出表面514之間的第一干涉反射器530、以及置于第一干涉反射器530和光導(dǎo)512的輸出表面514之間的發(fā)光材料540。本文中關(guān)于在圖1中示出的實施例的光導(dǎo)12、光源20、第一干涉反射器30和發(fā)光材料40描述的所有的設(shè)計考慮事項和可能性，對圖6A-C中示出的實施例的光導(dǎo)512、光源520、第一干涉反射器530和發(fā)光材料540同樣適用。系統(tǒng)500還可以包括本文進一步描述的LP干涉反射器(例如圖2中的第二干涉反射器150)。
光腔570包含鄰近第一干涉反射器530的擴展孔(未示出)。光源520可以使用任何合適的技術(shù)光學(xué)耦合到光腔570。例如，在圖6A-C中，光腔570包括聚光器571，該聚光器571收集光源520發(fā)射的光并將其引導(dǎo)到光腔570中。在某些實施例中，聚光器571還使發(fā)射光準(zhǔn)直。本文中，術(shù)語“聚光器”指非成像光學(xué)器件，其收集由一個或多個光源發(fā)射的光并將收集到的光引導(dǎo)向發(fā)光材料或干涉反射器。在某些實施例中，可能優(yōu)選的是，光腔570的z方向尺寸502具有最小值，使得聚光本領(lǐng)保持不變，同時也維持了在光腔570表面的全面內(nèi)發(fā)射(TIR)。所述TIR至少部分依賴于光腔570的內(nèi)空間574的折射率和光源520的聚光本領(lǐng)。如果光源520包含LED管芯，那么，在某些實施例中，該LED管芯假定可以發(fā)射2π的球面度，在這種情況下，折射率為1.5的TIR角是大約42°。在這種實施例中，300μm的LED管芯的z方向尺寸502等于(300μm)/sin(48°)＝400μm。如果光導(dǎo)512的z方向尺寸是1000μm，那么第一干涉反射器530上的光入射角等于sin-1((300μm)/(1000μm))＝17.5°。
多層薄膜的隨著角度的帶邊偏移的公式為λ＝λ(0)cos(Θ)其中Θ是在介質(zhì)中的角度。反射帶邊偏移下移大約4％。因此，為第一干涉反射器530選擇的藍(lán)色帶邊可以比為垂直入射選擇的高大約4％。
光腔570還包括內(nèi)部空間574。內(nèi)部空間574包括一個或多個小面576。每個小面576具有一個小面角578，選擇該小面角578，以便小面576以基本上與第一干涉反射器530的主表面垂直的角度將激發(fā)光引導(dǎo)向第一干涉反射器530。每一個小面576都有反射面577以反射從光源520來的光。任何合適的一種或多種材料可以用來形成小面576。
如果小面576的反射面577包括多層光學(xué)薄膜，那么光腔570在x方向的最小尺寸504依賴于小面角578，其中所述最小尺寸確保通過小面576的泄漏很少或者沒有泄漏。例如，如果小面角578是45°，那么如果光展度超過±3°，在平面577處某些光可能超過TIR角。45°的小面角578輸出耦合基本上垂直入射到第一干涉反射器530上的光線。但是，在某些實施例中，可能沒有必要以完全垂直的入射角照射第一干涉反射器530。例如，10°和20°的入射角就足以保證基本上所有來自光源520的光都透射通過并到達(dá)發(fā)光材料540。如果在光腔570中的光展度ΔΘ是±3°，那么x方向尺寸等于5700μm或5.7mm。表1包括對于給定各種不同光展度(ΔΘ)值的情況下，光腔570的x方向尺寸504。
表1


盡管光腔570的位置鄰近光導(dǎo)512的輸入邊516，但光腔570、第一干涉反射器530和發(fā)光材料540可以相對于光導(dǎo)512置于任何適合的位置。例如，如同在本文進一步描述的那樣，在某些實施例中，光腔570、第一干涉反射器530和發(fā)光材料540可以鄰近光導(dǎo)512的主表面放置。某些手持光導(dǎo)(例如在用于手持電子設(shè)備的顯示器中使用的光導(dǎo))的厚度大約是1mm。這微小的1mm的尺寸會增加轉(zhuǎn)換和組裝第一干涉反射器530和發(fā)光材料540的復(fù)雜性。如果光導(dǎo)512的厚度小于1mm，那么圖6D中示意性地示出的實施例將更有用。在圖6D中，光腔570d鄰近傾斜輸入表面516d，這樣就可以允許放置更大的第一干涉反射器530d。由光導(dǎo)512d形成的楔形為光提供了用以擴展和匹配光導(dǎo)512d的數(shù)值孔徑(NA)的區(qū)域?？扇芜x的第二干涉反射器550d(其基本上透射發(fā)光材料540d所發(fā)射的光并基本上反射光源520d所發(fā)射的光)可以置于光導(dǎo)512的輸出表面514d和/或與輸入表面516d相對的末端，以便幫助防止沒有被發(fā)光材料540d轉(zhuǎn)換的光從光導(dǎo)512d離開。
圖6E示意性地示出了照明系統(tǒng)500e的另一個實施例，其中光腔570e的位置鄰近光導(dǎo)512e的底表面518e。這種設(shè)計可以允許為較小的光導(dǎo)512e提供較大的第一干涉反射器530e和發(fā)光材料540e的面積。系統(tǒng)500e還包括置于光導(dǎo)512e的輸出表面514e和末端的第二干涉反射器550e，以便防止沒有被發(fā)光材料540e轉(zhuǎn)換的光從光導(dǎo)512e離開。盡管圖6A-E包含具有一個光源的系統(tǒng)，但某些實施例能夠包含兩個或更多個光源。例如，圖7示意性地示出了包含四個光源620的照明系統(tǒng)600，每個所述光源都與光腔670光學(xué)耦合。光腔670可以包括本文描述的任何合適的光腔，例如圖6A-C中的光腔570。每個光腔670都鄰近光導(dǎo)612的輸入表面616a和616b放置。照明系統(tǒng)600可以包括本文描述的任何合適的系統(tǒng)，例如圖2中的照明系統(tǒng)100。盡管系統(tǒng)600包含鄰近光導(dǎo)612的兩個輸入表面616a和616b的光腔670，但系統(tǒng)600可以包含任何適合數(shù)量的光腔，所述光腔置于任何合適的位置，使得可以提供額外的光源。
正如在本文中進一步描述的，任何公開的干涉反射器均可以被彎曲，以便保持由點光源發(fā)射的光基本上垂直入射在干涉反射器上的入射角。例如，圖8A-B示意性地示出了具有彎曲的第一干涉反射器730的照明系統(tǒng)700的實施例。照明系統(tǒng)700與圖1中的照明系統(tǒng)10相似。系統(tǒng)700包含具有輸出表面714和輸入表面716的光導(dǎo)712、以及一個或多個光源720。系統(tǒng)700還包含置于所述一個或多個光源720和輸出表面714之間的第一干涉反射器730、以及置于第一干涉反射器730和光導(dǎo)712的輸出表面714之間的發(fā)光材料740。本文中關(guān)于在圖1中示出的實施例的光導(dǎo)12、光源20、第一干涉反射器30和發(fā)光材料40描述的所有的設(shè)計考慮事項和可能性，對圖8A-B中示出的實施例的光導(dǎo)712、所述一個或多個光源720中的每一個、第一干涉反射器730和發(fā)光材料740同樣適用。如本文進一步描述的那樣，系統(tǒng)700還可以包括置于發(fā)光材料740和光導(dǎo)712的輸出表面714之間的第二干涉反射器750。
在圖8A-B中示出的實施例中，所述一個或多個光源720可以安裝在互連組件724上。可以使用任何合適的互連組件，例如在共有和共同未決的美國專利申請No.10/727,220(Schultz等人)中描述的那些組件。系統(tǒng)700還包含置于光導(dǎo)712內(nèi)部的一個或多個光腔770。在圖8A-B中示出的實施例中，每個光源720都與光腔770相關(guān)聯(lián)。所述一個或多個光腔770可以采用任何合適的形狀，例如圓柱形、半球形等。在圖8A-B中示出的實施例中，每個光腔770的形狀都是半球形。所有的一個或多個光腔770可以采用相同的形狀。或者，所述一個或多個光腔770可以采用不同的形狀。此外，每個光腔770可以具有適當(dāng)?shù)拇笮　?br> 所述光腔可以由反射表面772所限定邊界?？梢杂萌魏魏线m的一種或多種材料來構(gòu)成反射表面772。優(yōu)選的是，反射表面772包括如例如美國專利No.5,882,774(Jonza等人)中描述的寬帶干涉反射器。
在圖8A-B中示出的實施例中，所述一個或多個光腔770置于光導(dǎo)712的內(nèi)部空間717內(nèi)。所述一個或多個光腔770可以使用任何合適的技術(shù)制成。例如，所述一個或多個光腔770可形成為光導(dǎo)712的輸入表面716中的凹口。照明系統(tǒng)700可以包含任何適合數(shù)量的光腔770。此外，盡管圖8A-B中示出的光腔770位于光導(dǎo)712的一邊，但系統(tǒng)700包含的光腔770可以位于光導(dǎo)712的兩側(cè)或更多側(cè)，或者位于光導(dǎo)712的一個或多個主表面上。在某些實施例中，每個光源720都可以置于緊鄰每個光腔770的曲率中心。通過將光源720置于緊鄰每個光腔770的曲率中心，光源720發(fā)射的光可以以基本上垂直于第一干涉反射器730的主表面的角度照射第一干涉反射器730，因此消除某些帶邊偏移。換句話說，將第一干涉反射器730與光源720間隔開，并使其向光源720彎曲，可以幫助減少照射第一干涉反射器730上的光的入射角范圍，因此減少了由于在本文中描述的藍(lán)移效應(yīng)造成的通過第一干涉反射器730的光泄漏。
通常，具有第一光學(xué)特征的光由光源720發(fā)射，并被第一干涉反射器730基本上透射。透射光照射發(fā)光材料740，使得發(fā)光材料740發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光。任何由發(fā)光材料740發(fā)射向光源720的光基本上都被第一干涉反射器730反射。此外，沒有被第一干涉反射器730透射的任何光基本上都被反射表面772反射，并被引導(dǎo)回第一干涉反射器730。然后，發(fā)光材料740發(fā)射的光被光導(dǎo)712引導(dǎo)通過輸出表面714到達(dá)希望的位置。如果在發(fā)光材料740和輸出表面714之間包含可任選的第二干涉反射器750，那么優(yōu)選的是，該第二干涉反射器750基本上透射具有第二光學(xué)特征的光，并基本上反射具有第一光學(xué)特征的光。在這種示意性實施例中，發(fā)光材料740發(fā)射的光將被所述第二干涉反射器750基本上透射，并被光導(dǎo)712引導(dǎo)通過輸出表面714到達(dá)希望的位置。由光源720發(fā)射的、穿過發(fā)光材料740而沒有被吸收的光基本上被第二干涉反射器750反射回了發(fā)光材料740。
如上所述，本發(fā)明的某些光源以具有2π或更大球面度的立體角的圖案發(fā)射激發(fā)光。在某些實施例中，可以使用聚光器收集由光源發(fā)射的光并使收集到的光準(zhǔn)直，使得所述光被以基本上垂直的角度引導(dǎo)向干涉反射器或者發(fā)光材料。圖9A-B示意性地示出了具有一個或多個聚光器880的照明系統(tǒng)800的一個實施例。該照明系統(tǒng)800包含光源820、以及具有輸出表面814和輸入表面816的光導(dǎo)812。在圖9A-B中示出的實施例中，光源820包含一個或多個LED 822，如本文所進一步描述的，所述LED 822選擇性地安裝在互連組件824上。系統(tǒng)800還包含置于光源820和輸出表面814之間的第一干涉反射器830、以及置于第一干涉反射器830和光導(dǎo)812的輸出表面814之間的發(fā)光材料840。本文中關(guān)于在圖1中示出的實施例的光導(dǎo)12、光源20、第一干涉反射器30和發(fā)光材料40描述的所有的設(shè)計考慮事項和可能性，對圖9A-B中示出的實施例的光導(dǎo)812、光源820、第一干涉反射器830和發(fā)光材料840同樣適用。盡管沒有示出，但如上文所述，系統(tǒng)800還可以包含置于發(fā)光材料840和輸出表面814之間的可任選的LP干涉反射器。
圖9A-B中的系統(tǒng)800與圖1中的系統(tǒng)10之間的一個區(qū)別是，每個LED 822都與聚光器880相關(guān)聯(lián)。每個聚光器880形成一個光腔882，光腔882將由LED 822發(fā)射的光引導(dǎo)向第一干涉反射器830。每個聚光器880可以采用任何合適的形狀，例如球形、拋物面形或橢圓形。優(yōu)選的是，每個聚光器880采用允許對由光源820發(fā)射的光進行準(zhǔn)直的形狀。此外，優(yōu)選的是，每個聚光器880成形為使其收集LED 822發(fā)射的光，并將光引導(dǎo)向第一干涉反射器830，使得激發(fā)光以基本上垂直于第一干涉反射器830主表面的角度入射到第一干涉反射器830上。聚光器880可以減少入射到第一干涉反射器830上的光的角展度，這樣就減少了如本文將進一步描述的反射帶的藍(lán)移。每個聚光器880可以采用具有平側(cè)壁的簡單圓錐截面形狀，或者側(cè)壁可以根據(jù)光的傳播方向采用已知的更加復(fù)雜的曲線形狀，以增強準(zhǔn)直和聚焦的作用。優(yōu)選的是，聚光器880的側(cè)壁是反射性的，而兩端不是反射性的。如本文進一步描述的，聚光器的側(cè)壁包含寬帶干涉反射器也是優(yōu)選的。每個聚光器880可以相對于第一干涉反射器830置于任何合適的位置。例如，每個聚光器880可以與第一干涉反射器830間隔開?；蛘?，一個或多個聚光器880可以與第一干涉反射器830接觸。
盡管示出的系統(tǒng)800具有一個光源820，該光源鄰近光導(dǎo)812的一個輸入表面816，但系統(tǒng)800可包含兩個或更多個光源，所述光源鄰近光導(dǎo)812的兩個或更多個輸入表面。
任何合適的器件或技術(shù)都可以與本發(fā)明的實施例一同使用，從而將來自光源的光引導(dǎo)向干涉反射器，使得所述光以基本上垂直的角度入射到干涉反射器。例如，圖10A-B示意性地示出了照明系統(tǒng)900的一個實施例，所述照明系統(tǒng)900包含光腔970，該光腔970具有在光腔970內(nèi)形成的聚光器980。系統(tǒng)900包含光源920。光源920包含一個或多個LED 922。在本實施例中，光源920鄰近光導(dǎo)912的輸入表面916放置。系統(tǒng)900還包含置于光源920和輸出表面914之間的第一干涉反射器930，以及置于第一干涉反射器930和輸出表面914之間的發(fā)光材料940。本文中關(guān)于在圖1中示出的實施例的光導(dǎo)12、光源20、第一干涉反射器30和發(fā)光材料40描述的所有的設(shè)計考慮事項和可能性，對圖10A-B中示出的實施例的光導(dǎo)912、光源920、第一干涉反射器930和發(fā)光材料940同樣適用。系統(tǒng)900還可以包含LP干涉反射器，例如圖2中的第二干涉反射器150。
光腔970定位為將由光源920發(fā)出的光引導(dǎo)到光導(dǎo)912中。光腔970包括在光腔970內(nèi)形成的聚光器980。每個LED 922都具有對應(yīng)的聚光器980。在某些實施例中，兩個或更多個LED 922可以置于單個聚光器980中。聚光器980可以采取任何合適的形狀，例如諸如半球體、拋物體或圓柱體。在圖10A-B中，聚光器980被制成二維圓錐截面。優(yōu)選的是，聚光器980成形為使得由每個LED 922發(fā)射的光以基本上垂直于第一干涉反射器930主表面的角度照射第一干涉反射器930。聚光器980收集由LED 922發(fā)射的光并引導(dǎo)收集到的光，以使其照射第一干涉反射器930。此外，將一個或多個LED 922緊鄰一個或多個聚光器980的焦點放置是優(yōu)選的。
可以使用任何合適的技術(shù)來構(gòu)成光腔970和聚光器980。在某些實施例中，LED 922可以封裝在平板密封劑中，并與光腔970的折射率匹配。此外，第一干涉反射器930和發(fā)光材料940可以使用任何合適的一種或多種材料，例如光學(xué)粘合劑等，光學(xué)耦合到光腔970。優(yōu)選的是，將TIR促進層置于光腔970和光導(dǎo)912之間，以由發(fā)光材料940發(fā)射的進入光導(dǎo)912的光獲得更好的NA匹配。
在某些實施例中，LED 922可以安裝在互連組件924上?？梢允褂萌魏魏线m的互連組件，例如在共有和共同未決的美國專利No.10,727,220(Schultz等人)中描述的那些互連組件。在示例實施例中，可以使用任何合適的技術(shù)在互連組件924上形成光腔970。
聚光器980可以具有反射性的內(nèi)表面，使得每個LED 922發(fā)射的光被反射向第一干涉反射器930。優(yōu)選的是，一個或多個聚光器980包含置于該聚光器980中的寬帶干涉反射器，以便將光反射向第一干涉反射器930。如前文所述，本發(fā)明的干涉反射器和發(fā)光材料可以相對于光導(dǎo)置于任何合適的位置。例如，圖1中的照明系統(tǒng)10的第一干涉反射器30和發(fā)光材料40被放置在鄰近光導(dǎo)12的輸入表面16的位置。在某些實施例中，光的轉(zhuǎn)換可以發(fā)生在鄰近光導(dǎo)輸出表面的位置。換句話說，光源發(fā)出的光可以由光導(dǎo)引導(dǎo)通過該光導(dǎo)的輸出表面，然后由置于光導(dǎo)輸出表面上或附近的發(fā)光材料進行轉(zhuǎn)換。依賴于選擇的光源和干涉反射器的類型，將發(fā)光材料和干涉反射器置于與光源有一定距離的位置，可以防止損壞發(fā)光材料和/或干涉反射器。
例如，使材料蠕變的過熱能夠使聚合物干涉反射器退化，因此改變各層的厚度值，從而也改變了反射器反射的光的光學(xué)特征(例如波長)。在最壞的情況下，過熱可以導(dǎo)致聚合物材料熔化，最終導(dǎo)致材料的快速流動并改變選擇的光學(xué)特征，以及在濾光器中引起非均勻性。
依賴于聚合物材料，短波長(光化學(xué)的)輻射，例如藍(lán)、紫或UV輻射，也可以引起聚合物材料的退化。退化率依賴于光化學(xué)的光通量和聚合物的溫度。通常，溫度和光通量都會隨著與光源距離的增加而減少。這樣，在高亮度光源的情況下，特別是UV發(fā)射光源的情況下，將聚合物干涉反射器放置到設(shè)計允許的最遠(yuǎn)距離是有利的。圖11示意性地示出了照明系統(tǒng)1000的一個實施例，其包含光源1020、以及具有輸出表面1014和輸入表面1016的光導(dǎo)1012。光源1020發(fā)射具有第一光學(xué)特征的光。系統(tǒng)1000還包含放置用來接收來自光導(dǎo)1012的輸出表面1014的光的發(fā)光材料1040、以及置于發(fā)光材料1040和光導(dǎo)1012的輸出表面1014之間的第一干涉反射器1030。當(dāng)使用具有第一光學(xué)特征的光照射時，發(fā)光材料1040發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光。第一干涉反射器1030基本上透射具有第一光學(xué)特征的光并基本上反射具有第二光學(xué)特征的光。本文中關(guān)于在圖1中示出的實施例的光導(dǎo)12、光源20、第一干涉反射器30和發(fā)光材料40描述的所有的設(shè)計考慮事項和可能性，對圖11中示出的實施例的光導(dǎo)1012、光源1020、第一干涉反射器1030和發(fā)光材料1040同樣適用。系統(tǒng)1000還可以包含第二干涉反射器1050，該第二干涉反射器1050放置為使得發(fā)光材料1040置于第一干涉反射器1030和第二干涉反射器1050之間。本文描述的任何合適的干涉反射器都可以應(yīng)用于第二干涉反射器1050(例如圖2中的第二干涉反射器150)。第二干涉反射器1050可以幫助防止光源1020發(fā)射的一些或全部光到達(dá)面對光導(dǎo)1012的輸出表面1014的觀看者。第二干涉反射器1050可以置于任何合適的位置。在某些實施例中，第二干涉反射器1050可以置于發(fā)光材料1040上或與其接觸。
第一干涉反射器1030可以定位在輸出表面1014的附近、在輸出表面1014上、在發(fā)光材料1040上或在任何其它適合的位置上。在一個示意性實施例中，第一干涉反射器1030可以在發(fā)光材料1040上和光導(dǎo)1012的輸出表面1014上，并與它們接觸。在某些實施例中，系統(tǒng)1000也可以包含位于輸出表面1014和第一干涉反射器1030之間的一個或多個TIR促進層、和/或置于輸出表面1014上的用來從光導(dǎo)1012提取光的一個或多個提取器件?？梢允褂萌魏魏线m的提取器件。在某些實施例中，可以包含鄰近光導(dǎo)1012的底表面1018的一個或多個提取器件，以便引導(dǎo)光導(dǎo)1012內(nèi)的至少一部分光通過輸出表面1014?？梢允褂萌魏魏线m的一個或多個提取器件。
在某些實施例中，照明系統(tǒng)1000可以包含置于第一干涉反射器1030和發(fā)光材料1040之間、并接觸發(fā)光材料1040的TIR促進層。優(yōu)選的是，在光源1020發(fā)射的光的波長處，TIR促進層的折射率低于發(fā)光材料1040的折射率?？梢允褂萌魏魏线m的一種或多種材料作為TIR促進層。TIR促進層可以包括氣隙；或者，TIR促進層可以包括微結(jié)構(gòu)層。第二TIR促進層可以置于發(fā)光材料1040和第二光學(xué)干涉反射器1050之間并與發(fā)光材料1040接觸。優(yōu)選的是，在光源1020發(fā)射的光的波長處，第二TIR促進層的折射率低于發(fā)光材料1040的折射率。
盡管沒有示出，但系統(tǒng)1000可以包括一個或多個光學(xué)元件，所述光學(xué)元件放置為接收發(fā)光材料1040發(fā)射的光。或者，所述一個或多個光學(xué)元件可以置于輸出表面1014和第一干涉反射器1030之間、和/或光源1020和光導(dǎo)1012的輸出表面1014之間。如果包含第二干涉反射器1050，那么所述一個或多個光學(xué)元件可以置于發(fā)光材料1040和第二干涉反射器1050之間，并且/或者使得所述第二干涉反射器1050置于發(fā)光材料1040和所述一個或多個光學(xué)元件之間。所述一個或多個光學(xué)元件可以包含本文中進一步描述的任何合適的光學(xué)元件。
通常，具有第一光學(xué)特征的光由光源1020發(fā)射，其中至少有一部分光進入光導(dǎo)1012并被引導(dǎo)通過輸出表面1014。從光導(dǎo)1012來的光中至少有一部分光照射第一干涉反射器1030并被基本上透射。透射光中至少有一部分照射發(fā)光材料1040，從而促使發(fā)光材料1040發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光。然后，發(fā)光材料1040發(fā)射的光可以使用任何合適的技術(shù)引導(dǎo)到希望的位置。任何由發(fā)光材料1040向第一干涉反射器1030發(fā)射的光都基本上向發(fā)光材料反射回去。如果系統(tǒng)1000包含第二干涉反射器1050，那么由發(fā)光材料1040發(fā)射的照射第二干涉反射器1050的光基本上被透射并被引導(dǎo)到希望的位置。任何由光源1020發(fā)射的照射第二干涉反射器1050的光都基本上向發(fā)光材料1040反射回去，并在發(fā)光材料1040那里可以轉(zhuǎn)換為具有第二光學(xué)特征的光。
或者，本發(fā)明照明系統(tǒng)的某些實施例可以包含LP干涉反射器而不包含SP干涉反射器。例如，圖17示意性地示出了照明系統(tǒng)1600的實施例，其包含光源1620、以及具有輸出表面1614和輸入表面1616的光導(dǎo)1612。光源1620發(fā)射具有第一光學(xué)特征的光。系統(tǒng)1600還包括放置用來接收來自輸出表面1614的光的發(fā)光材料1640和干涉反射器1650，所述干涉反射器1650放置為使得發(fā)光材料1640位于輸出表面1614和干涉反射器1650之間。當(dāng)被具有第一光學(xué)特征的光照射時，發(fā)光材料1640發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光。在這個示例實施例中，干涉反射器1650基本上透射具有第二光學(xué)特征的光而反射具有第一光學(xué)特征的光。本文中關(guān)于在圖11中示出的實施例的光導(dǎo)1012、光源1020、發(fā)光材料1040和第二干涉反射器1050描述的所有的設(shè)計考慮事項和可能性，對圖17中示出的實施例的光導(dǎo)1612、光源1620、發(fā)光材料1640和干涉反射器1650同樣適用。照明系統(tǒng)1600還可以包含參考圖11中的照明系統(tǒng)1000中描述的其它元件，例如一個或多個光學(xué)元件、TIR促進層等。
通常，具有第一光學(xué)特征的光由光源1620發(fā)出，其中至少有一部分進入光導(dǎo)1612并被引導(dǎo)通過輸出平面1614。從光導(dǎo)1612來的光中至少有一部分光照射發(fā)光材料1640，從而促使發(fā)光材料1640發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光。由發(fā)光材料1640發(fā)射的至少一部分光被干涉反射器1650基本上透射，并使用任何合適的技術(shù)引導(dǎo)到希望的位置。由光源1620發(fā)射的照射干涉反射器1650的任何光都基本上向發(fā)光材料1640反射回去，并在發(fā)光材料1640那里可以轉(zhuǎn)換為具有第二光學(xué)特征的光。
圖12示意性地示出了照明系統(tǒng)1100的另一個實施例。系統(tǒng)1100包含光源1120、以及具有輸出表面1114和輸入表面1116的光導(dǎo)1112。光源1120發(fā)射具有第一光學(xué)特征的光。系統(tǒng)1100還包含鄰近輸出表面1114的第一干涉反射器1130。第一干涉反射器1130基本上透射具有第一光學(xué)特征的光而基本上反射具有第二光學(xué)特征的光。第一干涉反射器1130包含在第一干涉反射器1130的第一主表面1132中形成的凹口1134。系統(tǒng)1100還包含被放置為接收來自光導(dǎo)1112的輸出表面1114的激發(fā)光的發(fā)光材料1140。系統(tǒng)1100還可以包含可任選的LP干涉反射器(未示出)，其放置為使發(fā)光材料1040位于LP干涉反射器和第一干涉反射器1130之間。本文中關(guān)于在圖2中示出的實施例的光導(dǎo)112、光源120、第一干涉反射器130、發(fā)光材料140和第二干涉反射器150描述的所有的設(shè)計考慮事項和可能性，對圖12中示出的實施例的光導(dǎo)1112、光源1120、第一干涉反射器1130、發(fā)光材料1140和可任選的LP干涉反射器1150同樣適用。
發(fā)光材料1140包含一些點1142，這些點位于在第一干涉反射器1130的第一主表面1132中形成的凹口1134內(nèi)。每個熒光點可以具有任何合適的大小。例如，每個點可以具有在俯視圖中小于10000μm2或者從500到10000μm2的面積。在示例性實施例中，這些點每個都可以由發(fā)光材料制成，當(dāng)用具有第一光學(xué)特征的光照射時，所述發(fā)光材料發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光。在某些實施例中，發(fā)光材料1140包含發(fā)射可見光的一種或多種發(fā)射波長的一個或多個點，例如，發(fā)射紅光的點、發(fā)射藍(lán)光的點和發(fā)射綠光的點。例如，當(dāng)用來自光源1120的光照射時，熒光點1142R可以發(fā)射紅光，熒光點1142G可以發(fā)射綠光，而熒光點1142B可以發(fā)射藍(lán)光。
可以按需要以任何均勻或非均勻的方式安排和構(gòu)造點1142。例如，發(fā)光材料1140可以是沿表面或區(qū)域具有非均勻濃度梯度的許多點。所述點可以具有任何規(guī)則或不規(guī)則形狀，并且在俯視圖中不必一定是圓的。
通常，結(jié)構(gòu)化熒光粉層，例如點，可以通過若干種方法構(gòu)造，以便獲得本文所述的性能上的改善。當(dāng)使用多種類型的發(fā)光材料時(例如紅光發(fā)射體、綠光發(fā)射體等)，從更短波長發(fā)光材料發(fā)射的光可以由其它發(fā)光材料重新吸收。包括各種類型的獨立點、線或獨立區(qū)域的圖案可以減少重新吸收的量。
可以用任何合適的技術(shù)設(shè)置干涉反射器1130的主表面1132中的凹口1134，例如加熱成形、模壓、壓花、激光打標(biāo)或燒蝕、磨蝕、澆鑄和固化等?；蛘?，第一干涉反射器1130可以通過加熱成形提供反射井或反射凹穴，在所述反射井或反射凹穴中可以放置發(fā)光材料1140。凹口1134可以制成任何圖案。每個凹口1134可以具有任何合適的深度。優(yōu)選的是，每個凹口1134相對較淺，使得第一干涉反射器1130不變得過薄。由于厚度或角度效應(yīng)，這種變薄會導(dǎo)致大的波長偏移。
盡管圖12將發(fā)光材料1140示出為包括點1142，但發(fā)光材料1140可以制成任何合適的形狀和/或圖案，例如線、不連續(xù)的形狀，或者以分級密度和/尺寸排列的濃淡點圖。
本發(fā)明的光導(dǎo)可以采用任何合適的形狀。例如，圖13是照明系統(tǒng)1200的另一個實施例的示意圖。照明系統(tǒng)1200在很多方面都與圖11的照明系統(tǒng)1000相似。系統(tǒng)1200包含光源1220、以及具有輸出表面1214和輸入表面1216的光導(dǎo)1212。系統(tǒng)1200還包含被放置為接收來自光導(dǎo)1212的輸出表面1214的由光源1220發(fā)射的光的發(fā)光材料1240、以及置于發(fā)光材料1240和輸出表面1214之間的第一干涉反射器1230。本文中關(guān)于在圖11中示出的實施例的光導(dǎo)1012、光源1020、第一干涉反射器1030和發(fā)光材料1240描述的所有的設(shè)計考慮事項和可能性，對圖13中示出的實施例的光導(dǎo)1212、光源1220、第一干涉反射器1230和發(fā)光材料1240同樣適用。系統(tǒng)1200還包括LP干涉反射器(例如圖11中的第二干涉反射器1050)，所述LP涉反射器放置為使得發(fā)光材料1240位于第一干涉反射器1230和LP干涉反射器之間。系統(tǒng)1200還包括與光源1220光學(xué)耦合的光腔1270，光腔1270將光源1220發(fā)出的激發(fā)光引導(dǎo)到光導(dǎo)1212中?？梢允褂萌魏魏线m的光腔1270，例如圖5中示出的實施例的光腔470。
光導(dǎo)1212還包括反射性的底表面1218，其與輸出表面1214形成角度，使得光導(dǎo)1212形成楔形形狀，該楔形形狀從輸入表面1216向末端逐漸減小。反射性的底表面1218可以包含任何合適的一種或多種反射材料。優(yōu)選的是，反射性的底表面1218包含如例如美國專利No.5,882,774(Jonza等人)中所述的寬帶干涉反射器1290。寬帶干涉反射器1290可以接觸底表面1218或與底表面1218隔開。
在某些實施例中，如上所述，TIR促進層可以置于輸出表面1214和第一干涉反射器1230之間，并且/或者可以置于第一干涉反射器1230和發(fā)光材料1240之間。
使用楔形光導(dǎo)1212可以使由光源1220發(fā)射的光基本上垂直入射在第一干涉反射器1230上，因此允許在第一波通上的基本上所有的光向第一干涉反射器1230透射。在輸出表面1214和第一干涉反射器1230之間有TIR促進層的實施例中，從光導(dǎo)1212內(nèi)以傾斜角度導(dǎo)向輸出表面1214的光可以被TIR促進層引導(dǎo)回光導(dǎo)1212內(nèi)。然后，這些被重新引導(dǎo)的光可以被反射性的底表面1218反射，并以基本上垂直于輸出表面1214的入射角引導(dǎo)通過輸出表面1214。在光導(dǎo)1212內(nèi)的一些光可以被引導(dǎo)通過輸入表面1216射向光源1220。這種光可以被光腔1270收集并重新引導(dǎo)通過輸入表面1216進入光導(dǎo)1212。
通常，光源1220發(fā)射具有第一光學(xué)特征的光，光被光腔1270引導(dǎo)到光導(dǎo)1212內(nèi)。至少一部分光被光導(dǎo)1212和/或光導(dǎo)1212的反射性的底表面1218引導(dǎo)通過輸出表面1214，從而使其照射第一干涉反射器1230。第一干涉反射器1230將具有第一光學(xué)特征的光基本上透射到發(fā)光材料1240上。當(dāng)使用具有第一光學(xué)特征的光照射時，發(fā)光材料1240發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光。發(fā)光材料1240可以將一些光發(fā)射回光導(dǎo)1212的輸出表面1214。第一干涉反射器1230可以基本上將這種光從輸出表面1214反射回去。本發(fā)明的照明系統(tǒng)可以包含任何適合類型的一個或多個光導(dǎo)。例如，圖14示意性地示出了照明系統(tǒng)1300的一個實施例，其包含光源1320、以及每個都具有輸入表面1316和輸出表面1314的光導(dǎo)1312。光導(dǎo)1312與光源1320光學(xué)耦合。光源1320發(fā)射具有第一光學(xué)特征的光。所述系統(tǒng)還包含放置用來接收來自至少一個光導(dǎo)1312的光的發(fā)光材料1340、以及置于發(fā)光材料1340和光導(dǎo)1312的輸出表面1314之間的第一干涉反射器1330。第一干涉反射器1330基本上透射具有第一光學(xué)特征的光而基本上反射具有第二光學(xué)特征的光。當(dāng)用具有第一光學(xué)特征的光照射時，發(fā)光材料1340發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光。系統(tǒng)1300還包含可任選的第二干涉反射器1350，其放置為使得發(fā)光材料1340位于第二干涉反射器1350和第一干涉反射器1330之間。本文中關(guān)于在圖2中示出的實施例的光導(dǎo)112、光源120、第一干涉反射器130、發(fā)光材料140和第二干涉反射器150描述的所有的設(shè)計考慮事項和可能性，對圖14中示出的實施例的光導(dǎo)1312、光源1320、第一干涉反射器1330、發(fā)光材料1340和第二干涉反射器1350同樣適用。
在某些實施例中，光導(dǎo)1312可以包含一根或多根光纖1313。光纖1313可以包含任何適合類型的光纖，例如大芯徑聚合物包層二氧化硅光纖(例如商品名為TECSTM，可以從3M Company，St.Paul，MN購得的那些光纖)、玻璃光纖、塑料芯光纖等。光纖1313與光源1320光學(xué)耦合。如前文所述，光源1320可以包含任何適合類型的一個或多個光源。在某些實施例中，光源1320可以包含以陣列圖案布置的不連續(xù)的LED管芯或芯片。此外，在某些實施例中，照明系統(tǒng)1300可以包含用于每個光源1320的一根光纖1313。可以使用任何合適的技術(shù)將光源1320發(fā)射的光耦合到光導(dǎo)1312中。例如，如下列共有和共同未決的專利申請中所述，照明系統(tǒng)1300可以包含一個或多個集光器，集光器可以將來自對應(yīng)的LED管芯的各向同性的發(fā)射光轉(zhuǎn)換成一束光，這一束光符合對應(yīng)的光接收光導(dǎo)的受光角標(biāo)準(zhǔn)，所述專利申請是美國專利申請公開No.2004/0149998(Henson等人)；美國專利申請No.10/726,244(Simbal)；美國專利申請No.10/726,248；美國專利申請No.10/727,220(Schultz等人)；美國專利申請No.10/726,225(Henson等人)；美國專利申請No.10/726,257(Aguirre等人)；以及美國專利申請No.10/739,792(Ouderkirk等人)。
發(fā)光材料1340以及第一干涉反射器1330和/或第二干涉反射器1350可以采用本文中進一步描述的任何合適的形狀。在某些實施例中，發(fā)光材料1340和干涉反射器1330和1350中之一或兩者可以采用連續(xù)一層或多層的形式。在其它實施例中，發(fā)光材料1340和干涉反射器1330和1350中之一或兩者可以是彎曲的。此外，在某些實施例中，發(fā)光材料1340和干涉反射器1330和1350中之一或兩者可以是非連續(xù)片斷，所述片斷形成在光導(dǎo)1312的一個或多個輸出表面1314上并與所述輸出表面接觸。
發(fā)光材料1340可以相對于光導(dǎo)1312的輸出表面1314置于任何合適的位置。在某些實施例中，發(fā)光材料1340可以與輸出表面1314間隔放置。在其它實施例中，發(fā)光材料1340可以位于第一干涉反射器1330和第二干涉反射器1350中之一或兩者之上。如本文所進一步描述的，在其它實施例中，一個或多個TIR促進層可以置于發(fā)光材料1340上并位于發(fā)光材料1340和第一干涉反射器1330之間、位于發(fā)光材料1340和第二干涉反射器1350之間，或者置于發(fā)光材料1340的兩側(cè)上。還可以參見美國專利申請公開No.2004/0150991(Ouderkirk等人)。
第一干涉反射器1330可以相對于輸出表面1314和發(fā)光材料1340置于任何合適的位置，例如與輸出表面1314隔開、與發(fā)光材料1340隔開、在輸出表面1314之上、在發(fā)光材料1340之上、在輸出表面1314和發(fā)光材料1340兩者之上等。在某些實施例中，一個或多個TIR促進層可以被包含在輸出表面1314和第一干涉反射器1330之間。此外，在某些實施例中，光導(dǎo)1312的輸出表面1314和第一干涉反射器1330可以使用任何合適的技術(shù)或材料進行折射率匹配，例如使用折射率匹配液體、凝膠體、粘合劑、壓敏粘合劑、UV固化粘合劑或粘結(jié)劑。
照明系統(tǒng)1300還可以包含一個或多個光學(xué)元件1360。所述一個或多個光學(xué)元件1360可以放置用來接收來自發(fā)光材料1340的光，并可放置在發(fā)光材料1340和第一干涉反射器1330之間、和/或光導(dǎo)1312的輸出表面1314和第一干涉反射器1330之間。所述一個或多個光學(xué)元件1360可以包含將預(yù)定角度內(nèi)的光向顯示器或其它器件引導(dǎo)的準(zhǔn)直光學(xué)器件。例如，所述一個或多個光學(xué)元件1360可以包含增亮膜、轉(zhuǎn)向膜、透鏡、擴散片、增益擴散片、對比增強材料、反射元件等。在某些實施例中，所述一個或多個光學(xué)元件1360可以包含離散板或晶體，以提供更均勻的光分布。離散板或晶體包含將光線分成相互分開的兩束光線的層組，其中這種分開是由于光線的兩個偏振態(tài)造成的，當(dāng)照射離散晶體上時，每個偏振態(tài)都會遭遇不同的折射率。典型的離散板由對不同的光偏振具有不同折射率(即雙折射)的材料制成。通常，高折射率方向相對于該板的至少一個面內(nèi)軸偏斜。
在某些實施例中，所述一個或多個光學(xué)元件1360可以包含反射偏振器，其允許系統(tǒng)1300發(fā)射優(yōu)選偏振的光，而反射其它偏振的光?？梢允褂萌魏魏线m的偏振器，例如膽甾型反射偏振器、具有1/4波延遲器的膽甾型反射偏振器、線柵偏振器和可從3M公司購得的各種反射偏振器，包括DBEF(即鏡面反射偏振器)、DRPF(即漫反射偏振器)。由反射偏振器1360反射的光可以被發(fā)光材料1340、和/或干涉反射器1330和1350去偏振，并且被循環(huán)使用，使得所選偏振的光就可以以更高效率被發(fā)射。
通常，來自光源1320的光照射光導(dǎo)1312的輸入表面1316，并被光導(dǎo)1312引導(dǎo)通過輸出表面1314，在此至少一部分所述光照射第一干涉反射器1330。第一干涉反射器1330基本上透射來自光源的1320的光，使得至少一部分光照射發(fā)光材料1340。當(dāng)用具有第一光學(xué)特征的光照射時，該發(fā)光材料1340發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光。例如，可以選擇發(fā)光材料1340，從而使得當(dāng)使用來自光源1320的UV或藍(lán)光照射時，該發(fā)光材料1340發(fā)射可見光。由發(fā)光材料1340發(fā)射的至少一部分光照射用于基本上透射這種光的可任選的第二干涉反射器1350。來自光源1320的沒有被發(fā)光材料1340轉(zhuǎn)換的任何光基本上都被可任選的第二干涉反射器1350向發(fā)光材料1340反射回去。此外，發(fā)光材料1340發(fā)射的照射第一干涉反射器1330的任何光都基本上被反射。
如前文所提到的，可以使用任何合適的技術(shù)將來自光源1320的光耦合進光導(dǎo)1312。例如，圖15示意性地示出了照明系統(tǒng)1400的另一個實施例，其包括包含光纖1413的光導(dǎo)1412。例如，參見共有和共同未決的美國專利申請公開No.2004/0149998(Henson等人)。系統(tǒng)1400包含光源1420、放置用來接收來自光源1420的光的發(fā)光材料1440、以及置于光導(dǎo)1412和發(fā)光材料1440之間的第一干涉反射器1430。本文中關(guān)于在圖14中示出的實施例的光導(dǎo)1312、光源1320、第一干涉反射器1330和發(fā)光材料1340描述的所有的設(shè)計考慮事項和可能性，對圖15中示出的實施例的光導(dǎo)1412、光源1420、第一干涉反射器1430和發(fā)光材料1440同樣適用。如本文進一步描述的，系統(tǒng)1400還可以包含第二干涉反射器(為示出)。
光源1420包含LED管芯1424的陣列1422，其放置為與光學(xué)元件陣列1428光學(xué)對準(zhǔn)，所述光學(xué)元件陣列1428可以包含無源光學(xué)元件(例如聚焦透鏡1429)或光學(xué)會聚元件(例如反射器)。光學(xué)元件陣列1428又與光纖陣列1413對準(zhǔn)。光纖陣列1413可以使用連接器連接，其中連接器連接可以包含支撐和/或容納光纖1413的輸入表面1416的連接器1417。連接器連接還可以包含支撐和/或容納光纖1413的輸出表面1414的連接器1415。在光纖1413的輸入表面1416或輸出表面1414處可以使用任何合適的一個或多個連接器，例如在美國專利No.10/726,222(Henson等人)中描述的那些連接器。通過閱讀本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的一名普通技術(shù)人員來說，顯而易見的是，光纖1413的輸出表面1414可以被捆扎以便形成點狀源或成形陣列，例如線性陣列、環(huán)形陣列、六邊形陣列或其它成形陣列。在示例實施例中，光源1420的陣列1422包含分立的LED 1424的陣列，例如單個LED管芯或芯片陣列，這些分立的LED單獨安裝，并具有用于操作控制的獨立的電連接(而不是其中所有LED都通過它們的公共半導(dǎo)體基板互相連接的LED陣列)。LED管芯可以產(chǎn)生對稱的輻射圖案，使其成為對于本發(fā)明的理想光源。LED管芯能夠?qū)㈦娔苡行У剞D(zhuǎn)換為光，而不像大多數(shù)激光二極管那樣對溫度敏感。因此，與很多類型的激光二極管相比，僅用普通的散熱裝置就足以操作LED管芯。在示例實施例中，每個LED管芯1424與最靠近它的相鄰管芯至少隔開大于LED管芯寬度的距離。另外，LED管芯可以在-40℃到125℃的溫度范圍內(nèi)操作，而且與大多數(shù)激光二極管具有的大約10,000小時的使用壽命或鹵素汽車頭燈具有的大約500到1000小時的使用壽命相比，可以具有100,000小時范圍的使用壽命。在示例實施例中，每個LED管芯1424都可以具有大約50流明或更大的輸出強度。分立的大功率LED管芯可以從例如Cree和Osram這種公司購得。在一個示例實施例中，LED管芯1424的陣列(由Cree公司制造)可以用來提供集中的(小面積、大功率)光源，其中每一個LED管芯的照射面積大約為300μm×300μm。也可以使用其它光發(fā)射表面形狀，比如矩形或其它多邊形。另外，在可供選用的另一個實施例中，所用的LED管芯1424的發(fā)射層可以置于頂表面上或底表面上。在可供選用的另一個實施例中，陣列1422可以用發(fā)射激光的白色垂直腔表面(VCSEL)陣列代替?？梢允褂脽o源光學(xué)元件陣列1428將由每個VCSEL發(fā)射的光重新引導(dǎo)到對應(yīng)光纖1413中。圖15的示意性實施例的一種情況是，每個光源1412、光學(xué)元件1428的陣列的對應(yīng)無源光學(xué)元件(透鏡、聚焦元件、會聚元件或反射元件)和對應(yīng)的光纖1413之間是一一對應(yīng)的。當(dāng)通電時，每個LED管芯1424作為單獨的光源將光射入對應(yīng)光纖1413。本示例實施例包含大芯徑(例如400μm到1000μm)聚合物包層二氧化硅光纖(例如商品名為TECSTM，可以從3M Company，St.Pau1，MN購得的那些光纖)。依賴于某些參數(shù)，例如LED管芯1424的輸出波長，也可以按照本發(fā)明的所述實施例使用其它類型的光纖，比如傳統(tǒng)或特制玻璃光纖。另外，通過閱讀本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的一名普通技術(shù)人員來說，顯而易見的是，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)也可以應(yīng)用其它類型的波導(dǎo)，例如平面波導(dǎo)、聚合物波導(dǎo)等。光纖1413還可以包含在光纖1413的每個輸出表面1414上的光纖透鏡。同樣地，光纖1413的輸入表面1416也可以分別包含光纖透鏡。光纖透鏡的制造和應(yīng)用在共有和共同未決的美國專利No.6,822,190(Smithson等人)和美國專利申請No.10/670,630(Jennings等人)中進行了描述。單獨的光纖1413被收集起來以提供距離原始光源一定距離的遠(yuǎn)距照明。對作為燈泡替代物的基于LED的照明組件的進一步描述在共有和共同未決的美國專利申請No.10/726,225(Henson等人)中進行了描述。
在某些實施例中，LED管芯1424可以是獨立可控的，使得可以選擇激活一個或多個LED 1424。例如，系統(tǒng)1400可以包括與每個LED 1424電連接的控制器(未示出)。所述控制器可以操作來選擇激活一個或多個LED 1424。可以使用任何合適的一個或多個控制器，例如在共有和共同未決的美國專利申請公開No.2004/014998(Henson等人)中描述的那些控制器。這種可控的LED 1424輸出可以用于各種應(yīng)用中，例如機動車的可轉(zhuǎn)向頭燈、像素化顯示器、投影系統(tǒng)、標(biāo)志等。
通常，具有第一光學(xué)特征的光由光源1420的一個或多個LED1424發(fā)射，這種光被光學(xué)元件1428通過光纖的輸入表面1416引導(dǎo)進一個或多個光纖1413中。所述光被光纖1413引導(dǎo)通過光纖的輸出表面1414，并照射第一干涉反射器1430。所述第一干涉反射器1430基本上透射所述光，使得光照射發(fā)光材料1440。所述發(fā)光材料1440將來自光源1420的至少一部分光轉(zhuǎn)換為具有第二光學(xué)特征的光。由發(fā)光材料1440發(fā)射的被引導(dǎo)向第一干涉反射器1430的光基本上被第一干涉反射器1430反射。如果LP干涉反射器(例如圖2中的第二干涉反射器150)被包含在系統(tǒng)1400中，那么由發(fā)光材料1440發(fā)射的光基本上由LP干涉反射器透射。任何來自光源1420的照射LP干涉反射器的光基本上被反射回發(fā)光材料1440，然后在發(fā)光材料1440那里其可以被轉(zhuǎn)換為具有第二光學(xué)特征的光。然后，由發(fā)光材料1440發(fā)射和/或由可任選的LP干涉反射器透射的光可以使用任何合適的技術(shù)引導(dǎo)到希望的位置。
在某些實施例中，圖14的照明系統(tǒng)1300和圖15的1400可以包含LP干涉反射器而不包含SP干涉反射器。例如，圖18示意性地示出了照明系統(tǒng)1700，其包含放置為接收來自發(fā)光材料1740的光的干涉反射器1750。系統(tǒng)1700也包含光源1720，以及光學(xué)耦合到光源1720的光導(dǎo)1712。本文中關(guān)于在圖14中示出的實施例的光導(dǎo)1312、光源1320、發(fā)光材料1340和第二光學(xué)干涉反射器1350描述的所有的設(shè)計考慮事項和可能性，對圖18中示出的實施例的光導(dǎo)1712、光源1720、發(fā)光材料1740和第二干涉反射器1750同樣適用。系統(tǒng)1700可以包含與關(guān)于圖14的照明系統(tǒng)1300所述類似的其它特征件，例如一個或多個光學(xué)元件、TIR促進層等。
通常，光源1720發(fā)射具有第一光學(xué)特征的光。這種光照射光導(dǎo)1312的輸入表面1316并被引導(dǎo)通過輸出表面1714，在此至少一部分所述光照射發(fā)光材料1740。當(dāng)使用具有第一光學(xué)特征的光照射時，發(fā)光材料1740發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光。發(fā)光材料1740發(fā)射的至少一部分光照射干涉反射器1750，干涉反射器1750基本上透射具有第二光學(xué)特征的光而基本上反射具有第一光學(xué)特征的光。然后，使用任何合適的技術(shù)將被基本上透射的光引導(dǎo)到希望的位置。
可以任何合適的方式使用本發(fā)明的照明系統(tǒng)以提供照明。例如，本文描述的一些或全部照明系統(tǒng)可以用于為顯示器提供照明。圖16示意性地示出了顯示器組件1500，其包含光學(xué)耦合到顯示器件1512的照明系統(tǒng)1510。照明系統(tǒng)1510可以包含本文描述的任何照明系統(tǒng)，例如圖1中的照明系統(tǒng)10。照明系統(tǒng)1510為顯示器件1512提供照明光。顯示器件1512可以是任何合適的顯示器件，例如LCD、電致變色器件或電泳器件、一個或多個空間光調(diào)制器、透射式標(biāo)志等。例如，顯示器件1512可以包含一個或多個空間光調(diào)制器。在某些實施例中，所述一個或多個空間光調(diào)制器可以包含可單獨尋址的可控元件陣列。這種空間光調(diào)制器可以包含適合類型的可控元件。例如，空間光調(diào)制器可以包含可變透射率類型的顯示器。在某些實施例中，空間光調(diào)制器可以包含液晶顯示器(LCD)，其為透射類型的光調(diào)制器的例子。在某些實施例中，空間光調(diào)制器可以包含可變形的反射鏡器件(DMD)，其為反射類型的光調(diào)制器的例子。顯示器件1512可以包含產(chǎn)生顯示圖像的任何合適的光學(xué)元件和非光學(xué)元件，例如透鏡、擴散片、偏振器、濾光器、分光器、增亮膜等。照明系統(tǒng)1510可以使用本領(lǐng)域內(nèi)已知的任何合適的技術(shù)光學(xué)耦合到顯示器件1512。
討論了本發(fā)明的示例性實施例，并且參考了在本發(fā)明范圍內(nèi)的可能的變化。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，本發(fā)明的這些及其它的變形和修改將是顯而易見的，并且應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不局限于在這里所闡述的示例性實施例。因此，本發(fā)明僅僅由下面所提供的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種照明系統(tǒng)，包括光源，其發(fā)射具有第一光學(xué)特征的光；光導(dǎo)，其具有輸出表面，其中所述光導(dǎo)被構(gòu)造為引導(dǎo)所述光源發(fā)射的至少一部分光通過其輸出表面；發(fā)光材料，其放置為接收來自所述光導(dǎo)的輸出表面的光，其中，當(dāng)所述發(fā)光材料被具有第一光學(xué)特征的光照射時，其發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光；以及干涉反射器，其放置為使得所述發(fā)光材料位于所述光導(dǎo)的輸出表面和所述干涉反射器之間，其中，所述干涉反射器基本上透射具有第二光學(xué)特征的光，而基本上反射具有第一光學(xué)特征的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光學(xué)特征包括第一波長區(qū)域，所述第二光學(xué)特征包括與所述第一波長區(qū)域不同的第二波長區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述第一波長區(qū)域包括UV光。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述第一波長區(qū)域包括藍(lán)光。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述第二波長區(qū)域包括可見光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述光源包括至少一個固態(tài)光源。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個光源包括至少一個LED。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)光材料包括熒光材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)光材料是不連續(xù)的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述不連續(xù)的發(fā)光材料是多條發(fā)光材料線。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述不連續(xù)的發(fā)光材料包括發(fā)光材料圖案。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述不連續(xù)的發(fā)光材料包括多個發(fā)光材料點。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述多個發(fā)光材料點中的每一個點都具有小于10000μm2的面積。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述多個發(fā)光材料點中的至少一個點包含第一發(fā)光材料，所述多個發(fā)光材料點中的至少一個其它點包含第二發(fā)光材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光學(xué)特征包括第一波長區(qū)域，所述第二光學(xué)特征包括與所述第一波長區(qū)域不同的第二波長區(qū)域，其中，至少第一熒光點發(fā)射具有在第二波長區(qū)域內(nèi)的第一峰值波長的光，至少第二熒光點發(fā)射具有在第二波長區(qū)域內(nèi)的第二峰值波長的光，所述第二峰值波長與所述第一峰值波長不同。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括與所述光源光學(xué)耦合的光腔，其中，所述光腔構(gòu)造成將具有所述第一光學(xué)特征和所述第二光學(xué)特征中的至少一種光學(xué)特征的光導(dǎo)向所述光導(dǎo)的輸入表面。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述光導(dǎo)具有楔形形狀。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)光材料還具有粘合劑。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光學(xué)特征包括第一波長區(qū)域，所述第二光學(xué)特征包括與所述第一波長區(qū)域不同的第二波長區(qū)域，其中，所述發(fā)光材料在所述第一波長區(qū)域具有第一折射率。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括在所述干涉反射器和所述發(fā)光材料之間接觸所述發(fā)光材料的TIR促進層，并且，所述TIR促進層在第一波長區(qū)域具有第二折射率，所述第二折射率小于所述第一折射率。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述TIR促進層包括氣隙。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述TIR促進層包括微結(jié)構(gòu)化層。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，還包括至少一個光學(xué)元件，所述光學(xué)元件放置為使得所述干涉反射器位于所述發(fā)光材料和所述至少一個光學(xué)元件之間。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個光學(xué)元件包括反射偏振器。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中，所述反射偏振器包括膽甾型材料。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中，所述反射偏振器包括多層聚合物材料。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述反射偏振器包括多層雙折射聚合物材料。
28.一種照明燈具，其包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)。
29.一種標(biāo)志，其包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)。
30.一種制造照明系統(tǒng)的方法，包括提供發(fā)射具有第一光學(xué)特征的光的光源；設(shè)置光導(dǎo)以接受由所述光源發(fā)射的光，其中，所述光導(dǎo)引導(dǎo)所述光源發(fā)射的至少一部分光通過光導(dǎo)的輸出表面。設(shè)置發(fā)光材料以接受來自所述光導(dǎo)的輸出表面的光，其中，當(dāng)用具有第一光學(xué)特征的光照射所述發(fā)光材料時，其發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光；以及設(shè)置干涉反射器，使得所述發(fā)光材料位于所述光導(dǎo)的輸出表面和所述干涉反射器之間，其中，所述干涉反射器基本上透射具有第二光學(xué)特征的光，并且基本上反射具有第一光學(xué)特征的光。
31.一種顯示器，包括照明系統(tǒng)，其中所述照明系統(tǒng)包括光源，其發(fā)射具有第一光學(xué)特征的光；光導(dǎo)，其包括輸出表面，其中所述光導(dǎo)構(gòu)造為引導(dǎo)所述光源發(fā)射的至少一部分光通過輸出表面；發(fā)光材料，其放置為接收來所述自光導(dǎo)的輸出表面的光，其中，當(dāng)用具有第一光學(xué)特征的光照射所述發(fā)光材料時，其發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光；以及干涉反射器，其放置為使得所述發(fā)光材料位于所述光導(dǎo)的輸出表面和所述干涉反射器之間，其中，所述干涉反射器基本上透射具有第二光學(xué)特征的光，并且基本上反射具有第一光學(xué)特征的光；以及空間光調(diào)制器，其與所述照明系統(tǒng)光學(xué)耦合，其中，所述空間光調(diào)制器包括多個可控元件，所述可控元件可操作以調(diào)制來自所述照明系統(tǒng)的至少一部分光。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的顯示器，其中，所述空間光調(diào)制器的多個可控元件包括可變透射率的顯示元件。
33.一種給所需位置提供照明的方法，包括用具有第一光學(xué)特征的光照射光導(dǎo)，其中所述光導(dǎo)引導(dǎo)光通過輸出表面；用來自所述光導(dǎo)的輸出表面的光照射發(fā)光材料，使得所述發(fā)光材料發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光；用來自所述發(fā)光材料的光照射干涉反射器，其中，所述干涉反射器基本上透射具有第二光學(xué)特征的光，而基本上反射具有第一光學(xué)特征的光；以及將所述干涉反射器透射的至少一部分光導(dǎo)向所需位置。
全文摘要
本發(fā)明公開一種照明系統(tǒng)，其包括光源；具有輸出表面的光導(dǎo)；放置為接收來自光導(dǎo)的輸出表面的光的發(fā)光材料；以及干涉反射器，其放置為使得發(fā)光材料位于光導(dǎo)的輸出表面和干涉反射器之間。光源發(fā)射具有第一光學(xué)特征的光。當(dāng)發(fā)光材料被具有第一光學(xué)特征的光照射時，其發(fā)射具有第二光學(xué)特征的光。干涉反射器基本上透射具有第二光學(xué)特征的光，而基本上反射具有第一光學(xué)特征的光。
文檔編號G02F1/1335GK1981216SQ200580022325
公開日2007年6月13日 申請日期2005年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者安德魯·J·歐德科克, 約翰·A·惠特利, 邁克爾·F·韋伯, 肯尼思·A·愛潑斯坦, 詹姆斯·E·沃森 申請人:3M創(chuàng)新有限公司