專利名稱：使用遠(yuǎn)離光源的磷光體的照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及照明系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地，涉及使用諸如磷光 體的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的照明系統(tǒng)，所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料遠(yuǎn)離諸如發(fā)光二極 管的光源定位。
背景技術(shù)：
照明系統(tǒng)廣泛地用來背光照明顯示設(shè)備，諸如電視、膝上型電腦
電腦和個(gè)人數(shù)字助理(PDA);用來照亮櫥柜和廚房中的擱4反；以及 用于標(biāo)牌和輪廓照明。照明系統(tǒng)可以包括耦合到光學(xué)波導(dǎo)的光源。光 學(xué)波導(dǎo)傳輸光源產(chǎn)生的光到例如顯示設(shè)備。
一些現(xiàn)有的照明系統(tǒng)包括冷陰極熒光燈(CCFL )作為光源。CCFL 發(fā)射的光被耦合到光學(xué)波導(dǎo)中，該光學(xué)波導(dǎo)傳輸此光。然而，CCFL 含有汞，其可能導(dǎo)致環(huán)境危害。而且，CCFL尺寸大并需要高的工作 電壓。
包括發(fā)光二極管(LED)作為光源的照明系統(tǒng)正得到了流行。包 括LED作為光源的現(xiàn)有照明系統(tǒng)的例子是具有產(chǎn)生諸如白色光或紅 色、藍(lán)色和綠色光的多個(gè)LED的照明系統(tǒng)。可以混合紅色、藍(lán)色和綠 色光以產(chǎn)生例如基本呈白色的光。另外，現(xiàn)有的照明系統(tǒng)包括圍繞光 源的封裝以提高現(xiàn)有照明系統(tǒng)的效率。
圍繞光源的封裝增大了現(xiàn)有照明系統(tǒng)的尺寸。在使用LED的現(xiàn)有 照明系統(tǒng)中，必須均勻地混合紅色、藍(lán)色和綠色光以產(chǎn)生基本呈白色 的光。然而，在現(xiàn)有的照明系統(tǒng)中難以實(shí)現(xiàn)光的空間光譜分布和亮度 的一致性。另外，由于傳輸損失，現(xiàn)有照明系統(tǒng)的效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供照明系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)產(chǎn)生具有一致 的空間光譜分布的均勻的亮光，而與現(xiàn)有照明系統(tǒng)相比，其占用的空 間量少得多。本發(fā)明的各種實(shí)施例提供了照明系統(tǒng)以及用于照明的方法。根據(jù) 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，照明系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)光源、光混合區(qū)域、
波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層以及光發(fā)射區(qū)域。光源產(chǎn)生初始光(primary light)。波長(zhǎng) 轉(zhuǎn)換層將初始光轉(zhuǎn)換成二次光(secondary light)。光發(fā)射區(qū)域基本上 朝向例如液晶顯示器(LCD)發(fā)射二次光。另外，可以在光發(fā)射區(qū)域 和LCD之間包括一個(gè)或多個(gè)中間層以便例如將二次光均勻地分布在 1XD上。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 個(gè)實(shí)施例，用于照明的方法包括產(chǎn)生初始光并使 其均勻、將初始光轉(zhuǎn)換成二次光以及基本上朝向例如LCD發(fā)射二次光。


以下將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的各種實(shí)施例，提供附圖以說明但并 非限制本發(fā)明，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，其中 圖la說明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的照明系統(tǒng)； 圖lb說明了根據(jù)圖la的顯示系統(tǒng)； 圖2a是根據(jù)圖la的照明系統(tǒng)的橫截面； 圖2b是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)可替換實(shí)施例的照明系統(tǒng)的橫截面。 圖3a是根據(jù)圖la和圖lb的照明系統(tǒng)的橫截面； 圖3b是根據(jù)本發(fā)明另 一個(gè)可替換實(shí)施例的照明系統(tǒng)的橫截面。 圖3c是根據(jù)圖3a的照明系統(tǒng)的橫截面； 圖3d是根據(jù)圖3a的照明系統(tǒng)的橫截面；以及 圖4是根據(jù)本發(fā)明 一 個(gè)實(shí)施例的用于照明的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的各種實(shí)施例提供了照明系統(tǒng)以及用于照明的方法。根據(jù) 本發(fā)明的實(shí)施例，照明系統(tǒng)可以用于例如照明液晶顯示器(LCD)。
圖la說明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的照明系統(tǒng)100。照明系統(tǒng) 100包括一個(gè)或多個(gè)光源102 (以下稱為光源102)、光混合區(qū)域104、 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106以及光發(fā)射區(qū)域108。光發(fā)射區(qū)域108包括第一表面 110、 諸如發(fā)射表面112的一個(gè)或多個(gè)發(fā)射表面以及諸如剩余邊緣表 面114的一個(gè)或多個(gè)剩余邊緣表面。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例。笫一 表面110、所述一個(gè)或多個(gè)發(fā)射表面以及所述一個(gè)或多個(gè)剩余邊緣表面組合起來形成封閉的結(jié)構(gòu)。
光源102產(chǎn)生初始光，該初始光可以例如是藍(lán)色光、紫外(UV) 光或近UV光。光混合區(qū)域104 4皮耦合到光源102并接收來自光源102 的初始光。在光混合區(qū)域104中均勻化初始光，以便例如實(shí)現(xiàn)初始光 空間均勻的光譜分布以及初始光均勻的亮度。光混合區(qū)域104在耦合 到光混合區(qū)域104的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106上均勻地分布^L均勻化的初始光。 結(jié)合圖2a詳細(xì)地說明在光混合區(qū)域104中初始光的均勻化。
波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106將初始光轉(zhuǎn)換成二次光。二次光可以例如是白色 光。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106可以是磷光體層，諸 如紅色和綠色磷光體層，藍(lán)色、紅色和綠色磷光體層以及釔鋁石榴石 (YAG)磷光體層。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106可以是平面或可以具有不同的形 狀。
光發(fā)射區(qū)域108的第一表面110與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106關(guān)聯(lián)在一起。這 里的關(guān)聯(lián)可以包括例如在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106和第一表面IIO之間引入零 個(gè)或多個(gè)中間層。第一表面IIO接收來自波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106的二次光。 發(fā)射表面112發(fā)射由第一表面IIO接收的二極光，使得二次光可以用 于例如照明LCD。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，發(fā)射表面112可以位于 第一表面110的鄰近。特別地，發(fā)射表面112的中心平面可以基本與 第一表面110的中心平面垂直。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)光源102可以包括一個(gè)或多個(gè)發(fā) 光二極管(LED)。另外，每個(gè)LED可以是藍(lán)色LED、紫外(UV) LED、近UV LED等等。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，包括在光源102 中的LED可以涂敷有密封材料。該密封材料可以完成如下功能例如， 從LED抽取光，以及優(yōu)化輻射的輪廓分布(radiation profile )以獲得 更高的耦合效率或更好的均勻性。另外，密封材料可以包括例如磷光 體以產(chǎn)生具有期望的空間光譜分布的初始光。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，光源102可以包括LED功率封裝 (power package )。 LED功率封裝的例子包括LuxeonTM型LED等等。 這里，LED功率封裝的光通量遠(yuǎn)大于常規(guī)LED的光通量。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以響應(yīng)來自照明系統(tǒng)100的所需照 明而調(diào)節(jié)由作為光源102之一的LED產(chǎn)生的初始光量?？梢酝ㄟ^例如 改變經(jīng)過LED的電流來實(shí)現(xiàn)對(duì)由LED產(chǎn)生的初始光量的調(diào)節(jié)。另外，可以通過改變包括在每個(gè)光源102中的LED的數(shù)目來調(diào)節(jié)由光源102
產(chǎn)生的初始光量。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光混合區(qū)域104可以例如是光導(dǎo)、中 空光導(dǎo)、中空塑料外殼等等。光混合區(qū)域104可以由例如合成樹脂、 丙烯、聚碳酸酯、PMMA、玻璃等等制成。另外，光混合區(qū)域104可 以是實(shí)心的區(qū)域或者可以包括空氣腔。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光 混合區(qū)域104的厚度(以下表示為t)可以處于lmm至10mm之間。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，t等于2.5mm。這里，t是沿著y-軸的尺寸 (如圖la中所示)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106包括基材和熒光材料。 熒光材料例如以微粒的形式分布在基材中。熒光材料將諸如藍(lán)色光的 初始光轉(zhuǎn)換成諸如白色光的二次光。基材的例子可以包括光學(xué)透明的 硅樹脂、丙烯酸、聚碳酸酯等等。根據(jù)二次光的期望的空間光譜分布 來選擇熒光材料。熒光材料的例子可以包括釔鋁石榴石(YAG)顆粒。 這里，YAG顆粒可以是例如鈰(Ce)激發(fā)的，并且可以包含摻雜的釓。 根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，可以使用例如絲網(wǎng)印刷工藝或溶膠-凝膠法 來沉積波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106。此外，可以根據(jù)例如二次光的期望的空間光譜 分布來改變波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106中的熒光材料的濃度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè) 實(shí)施例，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106只包括熒光材料層。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可替換實(shí)施例，可以在諸如波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106的 單一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層中包括不同的熒光材料。
才艮據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106還可以包括例如稀土 金屬以改善諸如波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106的顯色性的性質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，熒光材料可以將入射到熒光材料上的 初始光轉(zhuǎn)換成中間(intermediate)光。其后，可以將中間光與未凈皮轉(zhuǎn) 換的初始光組合以生成二次光。未^^皮轉(zhuǎn)換的初始光可以包括例如沒有 入射到熒光材料上(例如，初始光穿過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106)并因此未被轉(zhuǎn) 換成中間光的初始光。例如，當(dāng)藍(lán)色光入射到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106上時(shí)， 入射到諸如YAG顆粒的熒光材料上的一部分藍(lán)色光可以^皮YAG顆粒 轉(zhuǎn)換成黃色或琥珀色光。然后可以將黃色光和未被轉(zhuǎn)換的藍(lán)色光組合 以生成基本上呈白色的光。這里，白色光可以具有變化的顏色深淺， 所述變化的顏色深淺取決于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106的厚度以及存在于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106中的萸光材料的量。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，熒光材料吸 收具有第一波長(zhǎng)的初始光并發(fā)射具有第二波長(zhǎng)的中間光，第二波長(zhǎng)比 第一波長(zhǎng)更長(zhǎng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)初始光是UV光時(shí)，熒光材料可以包 括藍(lán)色、紅色和綠色磷光體顆粒以生成二次光。
根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，可以把中間光和在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106內(nèi) 未被轉(zhuǎn)換的初始光組合起來，或者可以利用單獨(dú)的漫射體層把中間光 和未纟皮轉(zhuǎn)換的初始光組合起來。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光發(fā)射區(qū)域108可以包括例如光學(xué)波 導(dǎo)、光導(dǎo)、中空光導(dǎo)等等。光發(fā)射區(qū)域108可以由例如合成樹脂、丙 烯、聚碳酸酯、PMMA、玻璃等等制成。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例， 剩余邊緣表面114相對(duì)于發(fā)射表面112可以傾斜零度或更大角度。特 別地，光發(fā)射區(qū)域108可以具有楔形的幾何結(jié)構(gòu)。
#4居本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，二次光可以在光發(fā)射區(qū)域108中經(jīng)過 全內(nèi)反射(TIR)。這里，TIR是一種現(xiàn)象，當(dāng)在具有較高折射率的第 一介質(zhì)中行進(jìn)的光到達(dá)與具有較低折射率的第二介質(zhì)的分界面時(shí)，該 現(xiàn)象導(dǎo)致諸如二次光的光的反射。發(fā)生TIR的必要條件是，光相對(duì)于 分界面法線的入射角大于第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的組合的臨界角。根據(jù) 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過阻止TIR來經(jīng)過發(fā)射表面112發(fā)射二次光。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光發(fā)射區(qū)域108的楔形幾何結(jié)構(gòu)使得阻止 T1R以及隨后經(jīng)過發(fā)射表面112發(fā)射二次光變得容易。
圖lb說明了根據(jù)圖la的顯示系統(tǒng)116。顯示系統(tǒng)116包括諸如照 明系統(tǒng)100 (圖la中所示)的照明系統(tǒng)、 一個(gè)或多個(gè)中間層118 (以 下稱作中間層118)以及顯示器120。顯示系統(tǒng)116的例子可以包括但 不限于LCD。照明系統(tǒng)100用于照明顯示器120。在由照明系統(tǒng)100 發(fā)射的二次光被用于照明顯示器120之前，使該二次光通過中間層118。 根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，中間層118可以包括一個(gè)或多個(gè)偏振濾光 器、 一個(gè)或多個(gè)薄膜晶體管(TFT)陣列、 一個(gè)或多個(gè)包含液晶的層、 紅綠藍(lán)(RGB)濾光器等等。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，顯示器120 可以是透射式顯示器或透反射式顯示器。
圖2a是根據(jù)圖la的照明系統(tǒng)IOO的橫截面。這里，該橫截面是沿 著平4亍于平面x-y的平面截取的(如圖2a中所示)。照明系統(tǒng)100還包括多個(gè)耦合部件202 (以下稱作耦合部件202)、 一個(gè)或多個(gè)反射表 面204 (以下稱作反射表面204)、 一個(gè)或多個(gè)反射表面206 (以下稱 作反射表面206)、 一個(gè)或多個(gè)漫射層208 (以下稱作漫射層208)。 提供耦合部件202以將二次光均勻地耦合出光發(fā)射區(qū)域108。另外，耦 合部件202可以用于提高向外耦合的效率。反射表面204可以用于例 如經(jīng)過例如發(fā)射表面112朝期望的方向?qū)⒍喂怦詈铣龉獍l(fā)射區(qū)域 108。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光發(fā)射區(qū)域108的所述一個(gè)或多個(gè)剩 余邊緣表面(如圖la中所描述的)可以包括反射表面204。反射表面 204的例子可以包括鏡面、呈白色的表面等等。反射表面204還可以用 于在發(fā)射之前均勻化二次光。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述一個(gè)或 多個(gè)剩余邊緣表面可以是透明的，并可以包括一個(gè)或多個(gè)反射薄膜， 其將二次光反射進(jìn)光發(fā)射區(qū)域108。
光混合區(qū)域104包括反射表面206?？梢酝ㄟ^離開各自的反射表面 206朝向波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106反射初始光來在光混合區(qū)域104中實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn) 換層106上的初始光的均勻化和均勻分布。反射表面206的例子可以 包括鏡面、呈白色的表面等等。
使被耦合出光發(fā)射區(qū)域108的二次光通過漫射層208。根據(jù)本發(fā)明 的一個(gè)實(shí)施例，可以在中間層118(如圖lb中所示)中實(shí)現(xiàn)漫射層208。 漫射層208可以用于在例如顯示器120上均勻地分布二次光。
在圖2a中，箭頭圖示地指示了一條或多條光線的路徑。由光源102 之一產(chǎn)生的初始光線進(jìn)入光混合區(qū)域104。在光混合區(qū)域104中，可以 一次或多次反射初始光線，并可以隨后將該初始光線耦合進(jìn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換 層106,波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106產(chǎn)生二次光線?？梢砸淮位蚨啻畏瓷浠蛏⑸渌?述二次光線，并可以例如通過利用耦合部件202和反射表面204將該 二次光線耦合出光發(fā)射區(qū)域108。
耦合部件202通過利用例如反射、折射和散射將二次光耦合出光 發(fā)射區(qū)域108。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，耦合部件202可以和反射表 面204 —起用于將二次光耦合出光發(fā)射區(qū)域108。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí) 施例，耦合部件202可以包括例如包括楔和脊的表面變形、絲網(wǎng)印刷 點(diǎn)等等。可以通過使用諸如印刷、壓制、蝕刻、刻劃、噴沙等等工藝 來提供耦合部件202。
才艮據(jù)本發(fā)明的可替換實(shí)施例，光混合區(qū)域104的一個(gè)或多個(gè)表面可以包括耦合部件202,以朝著波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106均勻地將初始光耦合出 光混合區(qū)域104。另外，光混合區(qū)域104的一個(gè)或多個(gè)表面可以包括耦 合部件202,以將初始光耦合進(jìn)光混合區(qū)域104，并在光混合區(qū)域104 中均勻化初始光。
根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106可以包括耦合部件202, 以將初始光耦合進(jìn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106。另外，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106可以包括耦 合部件202,以將二次光耦合出波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí) 施例，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106的一個(gè)或多個(gè)表面可被粗糙地制造或者可以具 有微結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)可以用作耦合部件202。
圖2b是根據(jù)圖la的照明系統(tǒng)100的橫截面。這里，該橫截面是 沿著平行于平面x-y的平面截取的。在圖2b中，說明了光發(fā)射區(qū)域108 的可替換的幾何結(jié)構(gòu)，其中橫截面的形狀是矩形。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè) 可替換實(shí)施例，橫截面可以具有梯形的幾何結(jié)構(gòu)。
圖3a是根據(jù)圖la和圖lb的照明系統(tǒng)IOO的橫截面。該橫截面是 沿著平行于平面z-x的平面截取的。這里，聯(lián)合波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106和光發(fā) 射區(qū)域108，使得在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106和光發(fā)射區(qū)域108之間引入空氣間 隙302?？諝忾g隙302可以用于例如保證二次光在光發(fā)射區(qū)域108的臨 界角之內(nèi)。
圖3b是根據(jù)圖la的照明系統(tǒng)100的截面。該截面是沿著平行于 平面z-x的平面截取的。這里，以一種方式布置光源102以形成陣列。 根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例，該陣列的中心平面基本平行于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層 106的前表面。
才艮據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光混合區(qū)域104還可以包括位于例如 陣列中任意兩個(gè)光源102之間的傳感器。這些傳感器可以用于保證由 光源102產(chǎn)生的初始光具有一致的亮度水平和空間光譜分布。
圖3c是根據(jù)圖3a的照明系統(tǒng)100的截面。在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106和光 發(fā)射區(qū)域108之間引入一張或多張亮度增強(qiáng)膜(BEF) 304,所述亮度 增強(qiáng)膜以下稱作BEF 304。 BEF 304可以用于例如將二次光聚焦進(jìn)光發(fā) 射區(qū)域108。這增大了光發(fā)射區(qū)域108中的二次光的亮度并隨后增大了 由光發(fā)射區(qū)域108發(fā)射的二次光的亮度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，可以通過在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106和光發(fā) 射區(qū)域108之間引入一個(gè)或多個(gè)濾光器來聯(lián)合波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106和光發(fā)射區(qū)域108。所述濾光器捕獲可以被耦合出波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106的未被轉(zhuǎn)換 的初始光。這里，捕獲可以包括吸收初始光或反射初始光至波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換 層106。
圖3d是根據(jù)圖3a的照明系統(tǒng)100的截面。該截面是沿著平行于 平面z-x的平面截取的。這里，照明系統(tǒng)100包括光導(dǎo)306a和光導(dǎo)306b。 光導(dǎo)306a和光導(dǎo)306b中的每一個(gè)具有一個(gè)錐形表面并被覆蓋。根據(jù) 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光導(dǎo)306a和光導(dǎo)306b在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106上均勻 地分布初始光并保證光混合區(qū)域104中初始光的基本均勻化。光導(dǎo)306a 和光導(dǎo)306b中的每一個(gè)可以由例如硅樹脂、丙烯酸、聚碳酸酯等等制 成。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光導(dǎo)306a和光導(dǎo)306b中的每一個(gè)被 耦合至一個(gè)或多個(gè)光源102。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，諸如光導(dǎo)306a和光導(dǎo)306b的一個(gè)或 多個(gè)光導(dǎo)可以用于在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106上均勻地分布初始光，并實(shí)現(xiàn)基 本的均勻化。另外， 一個(gè)或多個(gè)光源102可以和所述一個(gè)或多個(gè)光導(dǎo) 一起使用。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可替換實(shí)施例，所述一個(gè)或多個(gè)光導(dǎo)中 的每一個(gè)的一個(gè)或多個(gè)表面可以是錐形的。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于照明的方法的流程圖。在402 處，通過利用例如光源102產(chǎn)生初始光。在404處，通過利用例如光 混合區(qū)域104均勻化初始光。在406處，通過利用例如波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106 將初始光轉(zhuǎn)換成二次光。這里，將初始光轉(zhuǎn)換成二次光包括將初始光 轉(zhuǎn)換成中間光。然后，把中間光和未被轉(zhuǎn)換的初始光組合以產(chǎn)生二次 光。在408處，通過利用例如光發(fā)射區(qū)域108發(fā)射二次光。特別地， 可以經(jīng)過例如發(fā)射表面112發(fā)射二次光。；陂發(fā)射的二次光可用于照明。
本發(fā)明的各種實(shí)施例提供了照明系統(tǒng)和用于照明的方法。諸如照 明系統(tǒng)100的照明系統(tǒng)產(chǎn)生具有均勻空間光譜分布的均勻的亮光。這 通過在光混合區(qū)域104中均勻化初始光并在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106上均勻地 分布初始光來實(shí)現(xiàn)。二次光在發(fā)射之前也被均勻化。另外，所述照明 系統(tǒng)尺寸較小。這通過避免使用圍繞光源102的封裝來實(shí)現(xiàn)。另外， 所述照明系統(tǒng)具有高的效率。這通過例如在將光從光源102耦合進(jìn)光 混合區(qū)域104時(shí)減小傳輸損失來實(shí)現(xiàn)。
通過提供遠(yuǎn)離LED的而不是作為每個(gè)LED的部分的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層 106,可以使用各種類型的LED,并且波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106可以更易于構(gòu)造。另外，遠(yuǎn)處的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106提供了對(duì)由LED產(chǎn)生的初始光的附加的混合。
可以提供照明系統(tǒng)100,作為任意尺寸的單一互連的或集成的單 元。照明系統(tǒng)100可以用于照明用于蜂窩式電話、電視機(jī)或其他設(shè)備 的LCD。
盡管已經(jīng)說明并描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但應(yīng)該清楚的是， 本發(fā)明不僅僅限于這些實(shí)施例。許多修改、變化、變形、替換以及等 效物對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的，并不背離如權(quán)利要求中所述 的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)包括a.一個(gè)或多個(gè)光源，所述一個(gè)或多個(gè)光源產(chǎn)生初始光；b.光混合區(qū)域，所述光混合區(qū)域耦合至所述一個(gè)或多個(gè)光源；c.耦合至光混合區(qū)域的輸出的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，該光混合區(qū)域在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層上基本上均勻地分布初始光，該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層將初始光轉(zhuǎn)換成二次光；以及d.用于使二次光改變方向的光發(fā)射區(qū)域，該光發(fā)射區(qū)域包括i.接收二次光的第一表面；以及ii.一個(gè)或多個(gè)發(fā)射表面，所述一個(gè)或多個(gè)發(fā)射表面發(fā)射接收的二次光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)光源中的每一 個(gè)包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的照明系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)LED選自包括 一個(gè)或多個(gè)藍(lán)色LED、 一個(gè)或多個(gè)紫外(UV) LED以及一個(gè)或多個(gè)近 UV LED的組。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中光混合區(qū)域包括一個(gè)或多個(gè)光導(dǎo)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的照明系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)光導(dǎo)中的每一 個(gè)具有至少一個(gè)錐形表面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中光混合區(qū)域包括至少兩個(gè)^皮覆 蓋的光導(dǎo)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中光混合區(qū)域包括一個(gè)或多個(gè)中空光導(dǎo)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中光混合區(qū)域包括至少一個(gè)反射 內(nèi)表面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層包括基材，該基材 包含熒光材料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層是釔鋁石榴石 (YAG)磷光體層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層是藍(lán)色、紅色和綠 色磷光體層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層包括多個(gè)耦合部件， 所述多個(gè)耦合部件將二次光耦合出波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層包括多個(gè)耦合部件， 所述多個(gè)耦合部件將初始光耦合進(jìn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中所述二次光基本上是白色光。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l的照明系統(tǒng)，其中光發(fā)射區(qū)域是光學(xué)波導(dǎo)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中光發(fā)射區(qū)域包括多個(gè)耦合部件， 所述多個(gè)耦合部件將二次光耦合出光發(fā)射區(qū)域。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中光發(fā)射區(qū)域還包括一個(gè)或多個(gè) 反射表面。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的照明系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)反射表面相對(duì) 于所述一個(gè)或多個(gè)發(fā)射表面傾斜零度或更大角度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中聯(lián)合第一表面和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層， 使得第 一表面和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層之間存在空氣間隙。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中聯(lián)合第一表面和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層， 使得在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層和第一表面之間引入一張或多張亮度增強(qiáng)膜(BEF )。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中聯(lián)合第一表面和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層， 使得在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層和第一表面之間引入一個(gè)或多個(gè)濾光器，所述一個(gè) 或多個(gè)濾光器捕獲未被轉(zhuǎn)換的初始光，該未被轉(zhuǎn)換的初始光是未被波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層轉(zhuǎn)換成二次光的一部分初始光。
22. —種顯示系統(tǒng)，該顯示系統(tǒng)包^":a. 液晶顯示器(LCD);以及b. 背光照明系統(tǒng)，該背光照明系統(tǒng)照明LCD,該背光照明系統(tǒng)包括i. 一個(gè)或多個(gè)光源，所述一個(gè)或多個(gè)光源產(chǎn)生初始光；ii. 光混合區(qū)域，該光混合區(qū)域耦合至所述一個(gè)或多個(gè)光源；iii. 耦合至光混合區(qū)域的輸出的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，該光混合區(qū)域在波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層上基本上均勻地分布初始光，該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層將初始光轉(zhuǎn)換成 二次光；以及iv. 用于使二次光改變方向的光發(fā)射區(qū)域，該光發(fā)射區(qū)域包括a) 接收二次光的第一表面；以及b) —個(gè)或多個(gè)發(fā)射表面，所述一個(gè)或多個(gè)發(fā)射表面發(fā)射接收的二次光。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22的顯示系統(tǒng)，還包括一個(gè)或多個(gè)中間層，所述一 個(gè)或多個(gè)中間層位于LCD和背光照明系統(tǒng)之間。
24. —種用于照明的方法，該方法包括a. 產(chǎn)生初始光，通過給一個(gè)或多個(gè)光源通電來產(chǎn)生所述初始光；b. 均勻化初始光，在光混合區(qū)域中均勻化所述初始光，其中光混 合區(qū)域耦合至所述一個(gè)或多個(gè)光源；c. 將初始光轉(zhuǎn)換成二次光，通過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層來完成初始光到二次 光的轉(zhuǎn)換。其中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層耦合至光混合區(qū)域的輸出；以及d. 發(fā)射二次光，經(jīng)過光發(fā)射區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)發(fā)射表面來完成二 次光的發(fā)射，該光發(fā)射區(qū)域和該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層關(guān)聯(lián)，該光發(fā)射區(qū)域接收 二次光。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述初始光選自包括藍(lán)色光、紫外 (UV)光以及近UV光的組。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述二次光基本上是白色光。
全文摘要
照明系統(tǒng)100包括一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生初始光的光源102、均勻化初始光的光混合區(qū)域104、將初始光轉(zhuǎn)換成二次光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層106以及接收二次光并發(fā)射二次光至例如液晶顯示器(LCD)的光發(fā)射區(qū)域108。
文檔編號(hào)G02B6/00GK101292183SQ200680038708
公開日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2006年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月17日
發(fā)明者G·哈伯斯, M·普格 申請(qǐng)人:飛利浦拉米爾德斯照明設(shè)備有限責(zé)任公司