專利名稱：波導板及其制造方法
技術領域：
在多個實施例中，本申請涉及光學，更具體地，涉及光波導。
背景技術：
用于傳輸并且引導光通過光學系統(tǒng)的技術利用了將光限制在由具有低折射率的 其他材料所包圍的材料中的物理現(xiàn)象。這樣的光學系統(tǒng)通常稱之為光波導，并且用來在許 多應用中引導光、使光漫射和/或使光發(fā)生偏振，例如在光通信和照明中。當光線在透明基底中移動并且以一定角度照射到其一個內表面時，光線或者從該 表面反射，或者折射進入和基底接觸的外界空氣中。光反射或者折射所依據的條件由斯涅 爾(Snell)定律確定，該定律涉及入射角、折射角(在折射的情況中)以及基底和空氣的折 射率。廣義上來說，根據光的波長，對于足夠大的入射角(大于臨界角)，不會發(fā)生折射，并 且光的能量會限制在基底中。換句話說，光從內表面反射，如同從反射鏡反射一樣。在這些 條件下，發(fā)生全內反射。許多光學系統(tǒng)根據全內反射原理運行。光纖代表了一個這樣的系統(tǒng)。光纖是玻璃 或者塑料制成的透明柔性桿，基本上由內芯和包層構成。內芯是光纖的內部部分，光被引導 通過內芯，而包層完全包圍該內芯。內芯的折射率高于包層的折射率，使得內芯中以等于或 者超過臨界角入射到與包層的邊界的光因全內反射而限制在內芯中。因此，幾何光學可以 用來獲取發(fā)生全反射的最大角度。每個光纖(或者任一其它光傳輸光學系統(tǒng))的重要參數 稱為“數值孔徑”，其被定義為成功傳輸通過光纖的最大入射光線角的正弦乘以光線進入光 纖所經介質的折射率。設計用于引導光的另一個光學系統(tǒng)是折射率漸變型光纖，其中通過折射而不是全 內反射引導光線。在此光纖中，折射率從中央沿著徑向方向向外逐漸減少，并且最后下降到 和內芯邊緣處的包層的一樣的值。由于折射率在內芯和包層之間的邊界處沒有突然改變， 所以不會存在全內反射。然而，在光傳輸通過具有較低折射率的層時，折射還是會將所弓I導 的光轉向返回內芯中央。另一個類型的光學系統(tǒng)基于光子材料，其中光限制在圍繞光的帶隙材料中。在這 類也稱為光子材料波導的光學系統(tǒng)中，光限制在低折射率區(qū)域的附近。光子材料波導的一 個例子是在全長具有小的氣孔的陣列的硅石纖維。公開號為W02004/053531的國際專利申請披露了用于傳播和發(fā)射光的波導，其全部內容通過引用包括在本申請中。該波導由柔性、多層波導材料制成，在該波導材料中一層 的折射率大于另一層的折射率，以允許光通過全內反射傳播。波導材料的一層包括一個或 者多個雜質，這些雜質將光散射從而將一部分光發(fā)射通過波導材料的表面。用于光散射的雜質還用在光漫射器(還稱為光散射膜或者漫射膜)中，其使得來 自光源的光發(fā)生漫射，以獲得均勻的照明。例如，在液晶顯示器裝置中，光漫射器置于光源 或者反光器和液晶板之間，以漫射照明光，允許該裝置用作平面或者平板光源，以及加強裝 置前側上的亮度。可以發(fā)射具有均勻亮度的漫射光的傳統(tǒng)照明設備制備復雜并且對于許多應用來 說過大。此外，這樣的設備通常表現(xiàn)出不足以發(fā)出顏色和亮度高度均勻的光的顏色混合和漫射。此外，許多照明裝置利用發(fā)光二極管(LED)作為光源。通常，LED并不直接發(fā)射白 光，這樣，如果期望輸出白光，則通常利用顏色混合。例如，光致發(fā)光材料可以用來改變光的 顏色。由光致發(fā)光材料發(fā)射的光可以具有比其吸收的光更長的波長。因此，藍色LED產生 的藍光可以輕易地轉變?yōu)榫哂休^長波長的可見光。所轉變的光可以和來自LED的未轉變的 光混合，來形成不同于輸出光和轉變光的混合光，例如白光。基于LED的利用轉變來獲取白色輸出光的照明系統(tǒng)的缺陷是不均勻。更具體地， 高強度“熱點”可以發(fā)生在從LED發(fā)出的光通過光致發(fā)光材料以到達觀察者(即沿著穿過 光致發(fā)光材料到達到LED的視線)的地方。此外，LED和光致發(fā)光材料之間的接近會導致 對于后者的熱損傷。

發(fā)明內容
此處通過利用包括耦合輸入區(qū)域、傳播區(qū)域和耦合輸出區(qū)域和/或容易制備為一 組對準內芯結構的波導來解決傳統(tǒng)照明設備的前述限制?？偟膩碚f，本發(fā)明的實施例傳播和漫射光，直到其通過波導裝置或者波導裝置的 一部分的表面離開。光路徑可以包括兩個直角在不同實施例中，光通過波導的一部分的底 部表面(例如耦合輸入區(qū)域)吸收進入該結構并且從波導的第二部分的頂部表面(例如， 耦合輸出區(qū)域)發(fā)射。這些波導部分基本不具有交迭，它們例如通過光不從其發(fā)射的傳播 區(qū)域來分隔開。在多個實施例中，進入波導耦合輸入區(qū)域的光大體上保持在波導中，直到其從耦 合輸出區(qū)域發(fā)射。不同波導部分的不同的發(fā)射和保持行為可以使用散射粒子的不同濃度來 獲取，例如，傳播區(qū)域可以完全沒有散射粒子，用來將光限制在其中。本發(fā)明的實施例成功地提供可以平鋪或者交迭的光波導裝置。如此處詳細描述 的，波導的光學性質可以根據特定應用的必須條件來設計。根據本發(fā)明的基于波導的光結構的設計還利于制備方便。該光結構可以例如通 過聯(lián)接多個內芯結構來組裝，每一個內芯結構具有不同濃度的散射粒子(或者沒有散射粒 子)。形成聯(lián)接的內芯結構可以通過例如共注成型、共擠出成型、涂覆、層壓、粘合和/或焊 接來實現(xiàn)。根據本發(fā)明的照明結構可以利用包括空間區(qū)分的耦合輸入區(qū)域、傳播區(qū)域和耦合 輸出區(qū)域和/或容易制備為一組對準的內芯結構的波導。在多個實施例中，光致發(fā)光材料可以分布為距離散光源足夠遠，以使基本不會受到由離散光源發(fā)出的熱的影響。在一個方面中，本發(fā)明的實施例的特征在于包括基本上非光纖的波導的照明結 構。該波導可以包括或者大體由如下部件構成用于接收光的離散耦合輸入區(qū)域、用于傳播 光而光基本不會發(fā)射出去的離散傳播區(qū)域和用于發(fā)射光的離散耦合輸出區(qū)域。照明結構可 以包括布置在波導的頂部表面上(并且與其直接物理接觸)的第一包層，以及布置在波導 的底部表面上(并且與其直接物理接觸)的第二包層。耦合輸入區(qū)域和/或耦合輸出區(qū)域 可以包括多個散射粒子，并且傳播區(qū)域可以基本不包含散射粒子。散射粒子可以具有在耦 合輸出區(qū)域的至少一個維度發(fā)生改變的濃度，并且散射粒子的濃度可以隨著與耦合輸入區(qū) 域的距離而增加。本發(fā)明的實施例的特征在于以下的一個或者多個。耦合輸出區(qū)域可以包括或者大 體由多個內芯結構組成，其中一些包括多個散射粒子。散射粒子的大小、濃度或者類型的至 少一個可以在至少兩個內芯結構間不同。在與光傳播的總體方向垂直的方向上各個內芯結 構之間基本不會發(fā)生交迭。每個內芯結構可以具有基本上四角形的橫截面區(qū)域。橫截面區(qū) 域可以是矩形的。照明結構還可以包括布置為接近耦合輸入區(qū)域和/或布置在波導中用于 發(fā)射光的裝置。反射器可以布置為接近耦合輸入區(qū)域的表面。波導可以基本上是平面的。 傳播區(qū)域中的光的光學平均自由程可以基本上恒定，并且耦合輸出區(qū)域的光的光學平均自 由程可以大體上單調變化。照明結構可以包括布置在大體非光纖的波導之上和/或與其直接接觸的大體非 光纖的第二波導。大體非光纖的第二波導可以包括或者大體由以下部件構成用于接收光 的離散耦合輸入區(qū)域、用于傳播光的離散傳播區(qū)域和用于發(fā)射光的離散耦合輸出區(qū)域。大 體非光纖的波導的耦合輸出區(qū)域可以大體上和大體非光纖第二波導的耦合輸出區(qū)域垂直 對準。在另一個方面，本發(fā)明的實施例的特征在于產生光的方法。該方法包括提供大體 非光纖的波導，該波導可以包括或者大體由以下部件構成用于接收光的離散耦合輸入區(qū) 域、用于傳播光而沒有發(fā)射的離散傳播區(qū)域和用于發(fā)射光的離散耦合輸出區(qū)域。該方法還 包括接近耦合輸入區(qū)域發(fā)射光，從而光傳播通過傳播區(qū)域并且大體不會從其中發(fā)射出去， 并進入耦合輸出區(qū)域中。該光從耦合輸出區(qū)域發(fā)射。在一個方面中，發(fā)明的實施例特征在于包括大體非光纖的波導和布置為接近波導 的第一部分的底部表面的離散光源的照明結構。光通過第一部分的底部表面吸收進入該 照明結構并且從波導的第二部分的頂部表面發(fā)射；波導的第二部分和第一部分基本沒有交 迭。波導的第一部分和第二部分可以互相間隔開。總的來說，光僅從波導的第二部分發(fā)射。在另一個方面中，本發(fā)明的實施例特征在于大體非光纖的波導和布置為接近波導 的第一部分的底部表面的離散光源。離散光源的光在波導的第二部分內的傳播方向大體垂 直于光的耦合輸入方向。光的傳播方向可以大體垂直于波導的第三部分中的光的耦合輸出 方向。照明結構可以包括用于將一些光轉變?yōu)椴煌ㄩL的磷光材料，所轉變的光和未轉變 的光混合來形成光譜不同于未轉變光和轉變光的混合光?；旌瞎獾鸟詈陷敵龇较蚩梢源篌w 上垂直于來自離散光源的光的傳播方向。在又一方面中，本發(fā)明的實施例特征在于形成大體非光纖波導的方法。該方法包 括形成多個聯(lián)接的內芯結構，至少一個內芯結構基本不包含散射粒子。至少一些內芯結構包括多個散射粒子，并且散射粒子的大小、濃度或者類型中的至少一個可以在至少兩個內 芯結構間改變。形成多個聯(lián)接的內芯結構可以包括或者大體由如下操作構成共注成型、共 擠出成型、涂覆、層壓、粘合或焊接的其中至少一個。該方法還包括在多個聯(lián)接的內芯結構 的頂部表面和/或底部表面上形成包層。在聯(lián)接的內芯結構之間的整個厚度上鄰接的內芯 結構之間基本不存在交迭。波導可以大體是平面的。在一個方面中，本發(fā)明的實施例特征在于包括波導、用于發(fā)射輸出光的離散光源 和用于將一些輸出光轉變?yōu)椴煌ㄩL的磷光材料的照明結構，所轉變的光和未轉變的輸出 光混合來形成光譜不同于輸出光和轉變光的混合光。離散光源布置在波導內，并且在離散 光源和磷光材料之間基本不存在直接視線。磷光材料也可以布置在波導中。波導可以定形 為阻止光在離散光源和磷光材料之間的視線傳播。離散光源和磷光材料可以幾何布置為阻 止光在離散光源和磷光材料之間的視線傳播。本發(fā)明的實施例包括以下的至少一個。輸出光可以包括藍光和/或紫外光。磷光 材料可以布置成和離散光源足夠遠以基本不會受到由離散光源發(fā)出的熱的影響。離散光源 可以包括或者由大體未封裝的發(fā)光二極管晶片構成。波導可以包括或者大體由以下構成 用于接收輸出光的離散耦合輸入區(qū)域和用于發(fā)射光的離散耦合輸出區(qū)域，該波導保持光在 其中傳播并且將光引導到耦合輸出區(qū)域進行輸出。耦合輸出區(qū)域的表面可以大體上是平面 的。磷光材料可以布置成接近耦合輸出區(qū)域的表面和/或與其直接物理接觸。磷光材料可 以包括或者大體由布置在耦合輸出區(qū)域中的多個光致發(fā)光粒子構成。光致發(fā)光粒子的濃度 可以沿著耦合輸出區(qū)域的長度逐漸變化。波導可以包括布置在耦合輸入區(qū)域和耦合輸出區(qū) 域之間的基本不包括散射粒子的傳播區(qū)域。傳播區(qū)域可以定形為阻擋離散光源和磷光材料 之間的直接視線。磷光材料的量子效率可以僅在高達到大約50°C的溫度下是穩(wěn)定的?；旌?光可以大體上是白光。在另一方面中，本發(fā)明的實施例的特征在于一種照明結構，包括或者基本由以下 組成波導、用于發(fā)射輸出光到波導中的離散光源，用將一些輸出光轉變?yōu)椴煌ㄩL的磷光 材料，和用于將光偏轉出波導的多個光學元件。所轉變的光和未轉變的光混合，來形成大體 白光。光學元件可以布置在離散光源和磷光材料之間的波導中。照射光學元件的輸出光可 以不如照射磷光材料的輸出光(例如在照射光學元件之后)均勻。離散光源和/或磷光材 料可以布置在波導中。大體白光可以從波導的大體平面表面發(fā)射。大體白光的光通量和/ 或顏色坐標在波導的大體平面的表面上基本均勻。在離散光源和磷光材料之間不存在直接 視線。在又一方面中，本發(fā)明的實施例的特征在于形成照明結構的方法。該方法包括提 供波導、提供波導中的磷光材料、并且提供波導中的離散光源。在離散光源和磷光材料之間 不存在直接視線?？梢栽谔峁┝坠獠牧现髞硖峁╇x散光源。在又一方面中，本發(fā)明的實施例的特征在于產生大體白光的方法，包括提供照明 結構。照明結構包括或者基本由以下組成波導、(布置在波導中)用于發(fā)射輸出光的裝置， 和用于將光轉變?yōu)椴煌ㄩL的裝置，其中在發(fā)射裝置和轉變裝置之間不存在直接視線。輸 出光從發(fā)射裝置發(fā)射，轉變裝置將輸出光的一部分轉變?yōu)椴煌ㄩL，轉變光和未轉變輸出 光混合來形成大體白光，并且大體白光從波導表面發(fā)射。轉變裝置可以布置在波導中。波 導表面可以大體是平面的。發(fā)射裝置的工作溫度可以超過轉變裝置的操作溫度至少大約30°C。在波導中可以布置用于將要從波導表面發(fā)射的光耦合輸出的裝置。輸出光可以在由 轉變裝置轉變之前通過耦合輸出裝置耦合輸出。在另一方面中，本發(fā)明的實施例的特征在于一種照明結構，包括或者基本由以下 組成波導、用于發(fā)射輸出光的離散光源，用將一些輸出光轉變?yōu)椴煌ㄩL的磷光材料。所 轉變的光和未轉變的光混合，來形成大體白光。磷光材料可以布置為距離離散光源足夠遠， 使得不受由離散光源發(fā)出的熱的影響。離散光源可以布置在波導中。磷光材料的量子效率 可以僅在高達接近50°C的溫度下穩(wěn)定。此處披露的本發(fā)明的這些和其他目的、優(yōu)點以及特征通過參考以下描述、附圖和 權利要求將變得更加明顯。此外，可以理解此處描述的不同實施例的特征并不互相排斥并 且可以在不同組合和排列中存在。


在這些附圖中，相同的附圖標記在全部不同視圖中通常指相同的部件。此外，附圖 并不需要按比例繪制，而是主要用來說明本發(fā)明的原理。在以下附圖中，本發(fā)明的不同實施 例參考下述附圖來描述，其中圖1A是根據本發(fā)明的一些實施例示出光波導裝置的透視圖的示意圖，光波導裝 置包括以并排布局聯(lián)接的多個內芯結構；圖1B是根據本發(fā)明的一些實施例示出圖1A沿著線A-A的橫截面圖的示意圖；圖1C是示出在裝置包括一個或者多個包層的實施例中的光波導裝置的透視圖的 示意圖；圖1D和1E示出圖1C沿著線B-B的橫截面圖的示意圖；圖1F和1G是示出在裝置的內芯層由小板狀內芯結構形成的實施例中具有包層 (圖1F)和不具有包層(圖1G)的光波導裝置的透視圖的示意圖；圖1H是根據本發(fā)明的一些實施例示出包括以嵌套布局聯(lián)接的多個內芯結構的光 波導裝置的透視圖的示意圖；圖2A和2B示出根據本發(fā)明的一些實施例的作為側向方向的函數的光學平均自由 程的代表性例子；圖3A-3D是根據本發(fā)明的一些實施例示出裝置的部分橫截面視圖的示意圖；圖4A-4D是根據本發(fā)明的一些實施例示出光漏斗的橫截面圖的示意圖；圖4E-4G是根據本發(fā)明的一些實施例的在光致發(fā)光材料和光漏斗中的發(fā)光元件 之間基本不存在視線的光波導裝置的橫截面視圖；圖4H-4J是根據本發(fā)明的一些實施例的在光致發(fā)光材料和嵌入波導裝置中的發(fā) 光元件之間不存在視線的光波導裝置的橫截面視圖；圖5是根據本發(fā)明的一些實施例的用于形成內芯層的共擠出成型設備的示意圖；圖6是根據本發(fā)明的一些實施例用于形成內芯層和一個或者多個包層的共擠出 成型設備的示意圖；圖7A和7B是根據本發(fā)明的不同示例性實施例用于使用擠出涂覆技術來形成內芯 層和可選的一個或者多個包層的過程的示意圖；圖8A-8C是根據本發(fā)明的不同示例性實施例用于使用層壓技術來形成內芯層和可選的一個或者多個包層的過程的示意圖；圖9A-9C是根據本發(fā)明的不同示例性實施例用于使用平鋪技術來形成內芯層和 可選的一個或者多個包層的過程的示意圖；圖10A-10C是根據本發(fā)明的不同示例性實施例用于使用共注成型技術來制造內 芯層的過程的示意圖；圖11是根據本發(fā)明的一些實施例示出多層光波導裝置的透視圖的示意圖；圖12A是根據本發(fā)明的一些實施例包括多個光波導裝置的照明板的平面視圖；圖12B是包括圖12A中所示照明板的顯示裝置的分解圖；和圖13是包括磷光層的發(fā)光元件的示意圖。
具體實施例方式圖la-lh示出根據本發(fā)明的不同示例性實施例的光波導裝置10。裝置10總的具 有開放形狀(即非圓管狀)，諸如板狀，如平面板。典型地，裝置10是非光纖裝置，即不是 其中以包層來圍繞透光內芯的大致圓柱形的波導，并且是實心的(即，非中空)。在本發(fā)明 的多個示例實施例中，該板是柔性的并且因此還可以采用非平面形狀。例如，當該板置于彎 曲表面上時，該板可以具有該表面的曲率。裝置10還可以具有一定程度的彈性。因此，裝 置10的一個層或者多個層可以例如使用彈性體制成。在一些實施例中，裝置10是大體剛 性的。裝置10包括由多個例如以并排或者嵌套布局結合在一起的內芯結構18形成的內 芯層16。內芯結構18 (圖la-lh中用標號18-1、18-2，...，18-n來指示)可以是并排布置 的細長的帶狀，或者可以具有嵌套布局(參見例如圖lh)，公共端聯(lián)接。結構18的寬度(沿 著圖la-lh中的x方向)可以改變。為了表示方便，裝置10示為平面狀，層16平行于x-y平面，并且每個細長的內芯 結構18沿著y方向延伸。本領域普通技術人員可以理解如何針對非平面裝置修改如下描 述。例如，非平面板的每個部分可使用旋轉的笛卡爾x-y-z坐標系統(tǒng)來描述，使得該部分和 x-y平面相切并且正交于z方向。x、y和z方向此處分別稱之為橫向、縱向和法線方向。盡管圖la-lg中所示內芯結構18具有矩形橫截面，但根據具體應用這并不是必須 的。更具體地參考圖la和lb，圖la是在內芯層16至少部分被空氣圍繞的實施例中裝 置10的透視圖并且圖lb是該實施例中沿圖la的A-A線獲得的橫截面視圖。圖lb是在內 芯層16至少部分被空氣圍繞的實施例中與圖la和lh中所示類似的裝置沿著A-A的橫截 面視圖。在內芯層16至少部分被空氣圍繞的實施例中，結構18的特征在于其折射率 大于圍繞的空氣的折射率。在這樣的布局中，當光以大于臨界角的角度照在層16的內 表面時，光能限制在內芯層16中并且經由全內反射在內芯層16中傳播，其中臨界角 e。Esin' nrv^hnl和n2分別是空氣和內芯層的折射率。當入射角小于臨界角時，光也 可以傳播通過裝置10，該情況中光的一部分被發(fā)射出去并且其他部分繼續(xù)傳播。內芯層和 圍繞的空氣的折射率之差可以根據光的期望傳播角度來選擇。典型地，空氣的折射率大約是1，因此內芯結構18典型地包括或基本由折射率大于1的波導材料的構成。適合用于內芯結構的波導材料的代表性的例子包括但不限于諸如 聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和/或折射率大約1.50的聚氨酯(TPU)(脂肪族)的 熱塑性塑料，折射率從大約1. 58到大約1. 60的TPU (芳香物族)，諸如EMS Grivory供應 的GRILAMID的無定形尼龍(例如折射率大約1. 54的GRILAMID TR90)，聚甲基戊烯一例如 Mitsui提供的折射率大約1. 46的TPX，折射率大約1. 34的聚偏氟乙稀(PVDF)，或者其它熱 塑性碳氟聚合物，和/或BASF提供的折射率大約1. 58的STYR0LUX (抗紫外線)。圖lc-le是在裝置10還包括一個或者多個包層的實施例中裝置10的透視圖(圖 lc)和沿著線B-B的橫截面圖(圖Id和le)。盡管圖lc中所示的裝置的內芯層示為具有 并排布局的內芯結構，但這并不是必須的，因為對于一些應用可以期望將內芯層設置成嵌 套布局(例如圖lh中所示的示例布局)。如圖lc-le中所示，裝置10包括第一包層12、第二包層14和插在包層12和14之 間的內芯層16。典型地，內芯16的細長結構沿著包層的長度延伸。包層的折射率典型地小于內芯層的折射率。結果是，當光以大于臨界角 (e。二 sin"1 (ni/n2)，nl和n2分別是包層和內芯層的折射率)的入射角照在包層的內表面 上時，光能限制在內芯層16中并且傳播通過內芯層。當入射角小于臨界角時，光也可以傳 播通過裝置10，該情況中光的一部分被發(fā)射出去并且其他部分繼續(xù)傳播。各層的折射率之 間的差可以優(yōu)選根據光的期望傳播角度來選擇。在使用包層的實施例中，內芯結構18包括諸如上述沒有包層的實施例中的波導 材料，并且優(yōu)選具有相對高的折射率。根據本發(fā)明的實施例，選擇折射率，使得傳播角度從約2°到大約55°。例如，內 芯層16由折射率大約1. 54的GRILAMID TR90制成，并且包層12、14由折射率大約1. 46的 TPX制成，使得An三n2-nl 0. 08并且nl/n2 0. 948，對應于90° -sirT1 (0. 948)的傳 播角，或者近似為士 19°。在另一個例子中，使用折射率大于1.60的TPU(芳香族)制成不 具有包層的內芯層16，其對應的傳播角為90° -sirT1 (1/1. 6)，或者近似為士51°。在本發(fā)明的一些實施例中，內芯結構18不具有細長的形狀。圖If和lg是不具 有(圖If)和具有(圖lg)包層的裝置10的透視圖，在該實施例中內芯結構18是小板狀 (plaque)的(例如諸如方形或者矩形的多角形小塊)。本領域內普通技術人員可以理解如 何做出這些圖示的橫截面視圖，這些視圖類似于圖lb、ld和le。將內芯層16分成內芯結構18(細長的或者小板狀的)可以通過本領域內任意公 知的工藝來實現(xiàn)，諸如但不限于共擠出、擠出、涂覆、共注成型、層壓、平鋪等等。例如兩個相 鄰結構可以在其所結合的端部焊接，通過沿著其長度和/或寬度布置的粘合材料粘接等。 以下提供根據本發(fā)明實施例的形成內芯層16的過程。無論裝置10是否包括包層，并且不考慮形成層16的內芯結構的形狀和布置，一些 內芯結構包括選擇用來為單個內芯結構提供預定的有效折射率的添加物。有效折射率依賴 于添加物的類型和濃度。通常，較高的添加物濃度提供較高的有效折射率。添加物可以采 用嵌入到一個或者多個內芯結構中的光散射粒子20的形式。在本發(fā)明的多個實施例中，光 散射粒子20的大小、濃度、折射率和/或類型在至少兩個內芯結構中是不同的。粒子20分散在內芯結構18并且利于從內芯層16的表面23和/或包層14的表 面24 (在使用包層14的實施例中)發(fā)射光。粒子20用作散射器并且典型地在超過一個方向散射光學輻射。當光由粒子20散射使得入射角低于臨界角時，則不會發(fā)生全內反射并且 散射的光通過表面23和/或24來發(fā)射。光散射粒子可以是諸如玻璃珠的珠子，或者其他陶瓷粒子、橡膠粒子、硅石粒子、 包括或者主要由諸如BaS04或者Ti02的無機材料構成的粒子，包括或者主要由磷光材料 (如下描述的)構成的粒子，以及其他類似物。在一個實施例中，光散射粒子基本上甚至完 全是非磷光的。這樣的非磷光粒子僅散射光，而不會轉變照射到粒子的任一光的波長。術 語“光散射粒子”也可以稱為嵌入構成內芯結構的波導材料中的非固態(tài)物體，只要這些物體 可以散射光即可。適合的非固態(tài)物體的代表示例包括但不限于諸如氣泡的內芯結構中的封 閉中空，和/或嵌入內芯結構中的液滴。光散射粒子還可以是有機或者生物粒子，例如但不 限于脂質體。在一些實施例中，諸如微透鏡的光學元件可以和光散射粒子結合使用或者甚 至將其代替。在其他實施例中，光學元件包括諸如半球或者漫射點的結構，或者主要由這些 結構構成。在這樣的實施例中，光學元件用于耦合輸出傳播通過裝置10的光。如此處所利 用的，“光學元件”可以總的指諸如微透鏡以及諸如非光致發(fā)光粒子的光散射粒子的元件。根據本發(fā)明的一些實施例，選擇粒子的濃度、大小和/或類型，從而從表面23或者 24的預定區(qū)域提供預定分布(例如強度分布)的照明。例如，在裝置10中所傳播光的較大 部分通過表面發(fā)射的區(qū)域中，粒子20的濃度可以是大的和/或粒子可以具有能提供高散射 性質的類型和/或大??；在光的較小部分發(fā)射的區(qū)域中，粒子20的濃度可以較小和/或粒 子可以具有提供較低散射性質的類型和/或大?。徊⑶以诓话l(fā)射光的表面區(qū)域中，基本上 沒有粒子嵌入內芯結構18中。如本領域普通技術人員所理解的，每當光線發(fā)射通過表面23或者24時，陷在波導 裝置10中的能量將減少。另一方面，可能期望使用裝置10來提供均勻的表面照明。因此， 隨著每次發(fā)射時能量總量減少，可以通過逐漸增加發(fā)射光和傳播光之間的比率來實現(xiàn)均勻 的表面照明。根據本發(fā)明的一些實施例，通過合理選擇內芯層16中粒子20的分布、類型、 折射率和/或大小，可實現(xiàn)發(fā)射光和傳播光的比率增加。例如，在期望具有均勻表面照明的 區(qū)域處，粒子20的濃度可以是傳播的光所經過的光學距離的增函數。總的來說，通過將內芯結構18布置成使得不同的內芯結構具有不同濃度、大小、 折射率和/或類型的粒子可以控制特定和預定區(qū)域的光學輸出。在本發(fā)明的多種示例實施例中，內芯結構18布置成限定第一區(qū)26和第二區(qū)28。 第一區(qū)26和第二區(qū)28可以包括內芯層16的部分，使得限定內芯層16的光學平均自由程 的分布在第一區(qū)26上大致是平的并且在第二區(qū)28上單調變化。通過將一大塊材料放在發(fā)光元件前面并且在給定方向上測量通過該塊的光輸出， 來直接測量作為塊厚度的函數的光學平均自由程。典型地，當厚度為t mm的大塊材料將前 向上光源的光輸出降低50%時，則稱該材料具有t mm的平均自由程。圖2a示出作為橫向方向x的函數的光學平均自由程的示意性例子。如圖所示，光 學平均自由程在區(qū)域26中基本是常數，并且在區(qū)域28中是x的減函數。區(qū)域28中的光學 平均自由程的下降有利于實現(xiàn)光的發(fā)射部分和傳播部分之間的增加的比率。區(qū)域26可以包括一個或者多個內芯結構并且典型地不具有光散射粒子20。在此 實施例中，區(qū)域26傳播光且從表面23或者24發(fā)射最少的光或者不發(fā)光，即區(qū)域26是傳 播區(qū)域。區(qū)域28可以包括多個內芯結構18，例如三個或者多個，每一個內芯結構具有嵌入其中的粒子20。在這樣的實施例中，區(qū)域28通過將來自內芯16的光耦合輸出來提供照明 (即，區(qū)域28是傳播通過區(qū)域26的光的耦合輸出區(qū)域)。來自區(qū)域28的照明的視亮度可 以基本上是均勻的。通過將某個方位角范圍內的亮度偏差視為該范圍內的平均亮度的一部分來計算 視亮度均勻度。視亮度均勻度BU的更簡單的定義是BU = l_(LMX-LMIN)/(Lmx+LMIN)，其中Lmx 和Lmin分別是方位角的預定范圍內的最大和最小亮度值。術語“基本均勻的視亮度”是指當根據上述公式計算時BU至少是0. 8的BU值。 在本發(fā)明的一些實施例中，BU值至少是0. 85，更優(yōu)選地至少是0.9，并且更優(yōu)選地至少是 0. 95。為了實現(xiàn)下降的光學平均自由程，區(qū)域28的內芯結構18中的粒子20的濃度可以 是到區(qū)域26的距離的增函數。替代地或者附加地，區(qū)域28的各個內芯結構18中的粒子的 類型和/或大小可變，以獲取期望的分布。如圖lb所示，區(qū)域28中的粒子的濃度、類型、大 小和/或折射率可以在光傳播通過裝置10的方向上改變(圖lb中標為x方向)。然而，對 于通過區(qū)域28的任意橫截面，粒子20的濃度、類型、大小和/或折射率在垂直于光傳播方 向的至少其中一個方向上(即圖lb中的y和z方向)是基本恒定的。例如，區(qū)域28中的 每個內芯結構18中的粒子20可以具有基本恒定的濃度、類型、大小和/或折射率，但是該 值在區(qū)域28中的至少一個(或者每一個)其它內芯結構18中可以改變。本發(fā)明的一些實施例包括第三區(qū)30。如圖la中所示，第三區(qū)30可以接近或者直 接接觸第一區(qū)26并且遠離第二區(qū)28。第三區(qū)30可以包括或者基本由具有嵌入其中的光散 射粒子20的一個或者多個內芯結構18構成。圖2b中示出其中限定三個區(qū)的實施例中的 光學平均自由程的示意性例子。區(qū)域30可以是有利于光進入裝置10的耦合輸入區(qū)域。光在區(qū)域30處進入裝置 30，傳播通過區(qū)域26并且在區(qū)域28處出射(即，耦合輸出)。一個或者多個內芯結構18， 典型地為第一和最后一個結構(即圖Id中所示的結構18-1和18-n)可以制成光反射的， 從而阻止或者降低通過裝置10的側面的光損耗。這樣的光反射內芯結構18的特征折射率 優(yōu)選地大于2。可用于本實施例的具有足夠高折射率的材料的示意性例子是Ti02，其具有大 約2. 5的折射率。替代地，光反射結構22可以布置為接近裝置10的整體高度，如圖le中 所示?？梢允褂媒咏鼌^(qū)域30的層12或者層16放置的光漏斗32來促進光耦合進入裝置 10。漏斗32優(yōu)選地配置為接收來自一個或者多個發(fā)光元件的光并且來發(fā)送光進入層12或 者16。根據本發(fā)明實施例的漏斗30的操作原理在下面參考圖4詳細描述。為了阻止或者減低通過覆蓋區(qū)域30的包層14的部分的光損耗，裝置10還可以在 覆蓋區(qū)域30的包層14的區(qū)域處包括臨近包層14的一個或者多個反光器36。反光器36降 低了除了圓周方向之外的任一方向上的照明。在本發(fā)明的多個示例實施例中，裝置10的區(qū)域30包括使得光出射區(qū)域30 (進入 區(qū)域26)具有預定的分布的一個或多個部件，所述預定分布諸如但不限于基本均勻的彩色 分布或者基本均勻的白光。本實施例可以通過顏色混合、光學裝置來實現(xiàn)，或者經由發(fā)冷 光來實現(xiàn)，在發(fā)冷光這一現(xiàn)象中，能量被通常稱為冷光體的物質吸收，并且以光的形式發(fā) 射。所發(fā)射光的波長不同于所吸收能量的特征波長(特征波長等于hc/E，其中h是普朗克(Plank)常數，c是光速并且E是冷光體所吸收的能量)。發(fā)冷光是廣泛發(fā)生的現(xiàn)象，其可 以根據激發(fā)機制以及根據發(fā)射機制來分類。這樣的分類的例子包括光致發(fā)光和電子發(fā)光。 光致發(fā)光又分為熒光和磷光。光致發(fā)光體通常是以光的形式吸收能量的材料。熒光材料是在從單重態(tài)激發(fā)回到 基態(tài)時發(fā)光的材料，并且磷光是從三重態(tài)激發(fā)回到基態(tài)時發(fā)光的材料。在熒光材料或者熒 光體中，幾乎自發(fā)地發(fā)生電子退激發(fā)，并且當激發(fā)熒光體的能量源移除時停止發(fā)射。在磷光 材料或者磷光體中，激發(fā)態(tài)包括自旋態(tài)的改變，其僅緩慢衰減。在磷光中，由原子或者分子 發(fā)出的光在激發(fā)源移除后仍持續(xù)。根據本發(fā)明的多個實施例來使用光致發(fā)光材料用來改變光的顏色。由于藍光具有 短的波長(例如相比于綠光或者紅光)，并且由于光致發(fā)光材料發(fā)出的光的波長比吸收的 光長，由諸如發(fā)光二極管(LED)的藍光發(fā)射元件產生的藍光可以輕易地轉變?yōu)榫哂休^長波 長的可見光。從而，在本發(fā)明多個示例性實施例中，光進入區(qū)域26的出射處的特定光分布 使用布置在裝置10上或者嵌入其中的一個或者多個光致發(fā)光層提供。術語“光致發(fā)光層”在此處通常用來描述一個光致發(fā)光層或者多個光致發(fā)光層。此 外，光致發(fā)光層可以包括一個或者多個類型的光致發(fā)光物質。在任一情況中，光致發(fā)光層的 特征在于吸收譜(即為產生到較高能級的量子躍遷而由光致發(fā)光分子吸收的光波長的范 圍)和發(fā)射譜(即由于到較低能級的量子躍遷而使光致發(fā)光分子發(fā)射的光波長的范圍)。 光致發(fā)光層的發(fā)射譜典型地是較寬的并且相對于其吸收譜頻移。光致發(fā)光層的吸收和發(fā)射 譜的峰值之間的波長差值稱為光致發(fā)光層的斯托克司(stokes)頻移。光致發(fā)光層的吸收譜優(yōu)選地和饋送給裝置10的光源的發(fā)射譜重疊，至少部分重 疊。更具體地，對于光源的每個特征發(fā)射譜，存在其吸收譜和特征發(fā)射譜重疊的至少一個光 致發(fā)光層。根據本發(fā)明的一些實施例，光源的發(fā)射譜的峰值位于光致發(fā)光層的譜中，和/或 光致發(fā)光層的吸收譜的峰值位于光源的譜中。光致發(fā)光層可以“轉變”光源發(fā)射的一部分光的波長。更具體地，對于由層成功吸 收的每個光子，發(fā)射新的光子?；诠庵掳l(fā)光物的類型，所發(fā)射光子的波長可以比吸收的光 子的波長更長或者更短。不和光致發(fā)光層相互作用的光子通過其間傳播。轉變的光和未轉 變的光的組合形成進入區(qū)域26的光的分布。該“混合”光的光譜優(yōu)選地不同于轉變的光和 未轉變的光的每一個。由于混合光是通過轉變的光和未轉變的光的疊加形成的，則混合光 的譜總的包括轉變的光和未轉變的光的所有波長。在優(yōu)選實施例中，光致發(fā)光材料既不布置在裝置10的外表面上也不直接布置在 發(fā)光元件34的上面。而是，如下所述，光致發(fā)光材料(例如形式為粒子和/或一層或者多 層)布置在裝置10中遠離發(fā)光元件34 —定距離。圖3a_d示出平行于z-x平面的區(qū)域30的橫截面的裝置10的部分示意圖。為了 表示簡單，從圖3a_d中省去裝置10的一些部件。圖3a示出的實施例中，區(qū)域30的端部處 (本例中結構18-1和18-3)細長結構包括或者主要由光致發(fā)光材料構成，例如熒光體或者 磷光體。圖3b所示實施例中，區(qū)域30的一個或者多個內部細長結構(本例中結構18-2) 包括或者主要由光致發(fā)光材料構成。圖3c是光致發(fā)光層38布置在層12和/或層14的表 面上的實施例的示意圖，光致發(fā)光層38可以包括或者主要由諸如熒光體或者磷光體的光 致發(fā)光材料構成。在此實施例中，光的波長經由將光多次入射到層12和/或層14的表面上來改變。在一個實施例中，僅一個表面以光致發(fā)光層38涂覆。例如，層14的表面可以以 光致發(fā)光層38涂覆并且層12的表面可以暴露，以便層12和發(fā)光元件或者漏斗32之間的 更好的光耦合。如圖3d所示，還可以包括粒子形式的光致發(fā)光材料。多個光致發(fā)光粒子128可以 根據期望的光輸出分布來分布在一個或者多個內芯結構18中。例如，在一個實施例中，粒 子128均勻分布在所有的內芯結構18中。在另一個實施例中，取決于每個內芯結構中或者 附近的期望分布，粒子分布為使存在具有較高粒子數的粒子128的內芯結構18以及較低粒 子數的粒子128的內芯結構18。圖4a示出光漏斗32的示例實施例的橫截面圖。光漏斗32接收來自一個或者多 個發(fā)光元件34的光并且在光進入層12之前將其分布開(圖4中未示，參考圖Id和le)，從 而在區(qū)域30中建立多個進入位置(因此改進了區(qū)域30中的光分布的均勻性)。發(fā)光元件 34可以布置為接近漏斗32或者可以嵌入漏斗32中。漏斗32和層12之間的有效的光學傳 輸優(yōu)選通過其間的阻抗匹配來確保。每個發(fā)光元件34可以是離散光源，例如LED。在多個 實施例中，每個發(fā)光元件34基本上是未封裝(或者“裸的”)的LED基片。在這樣的實施例 中，漏斗32或者裝置10的其他部分(諸如區(qū)域30，如下詳細描述)用作發(fā)光元件34的封 裝。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，裸的LED基片不包括作為其部分的磷光或者其它光致發(fā)光 材料(例如，與其位于共同基底上，或者包括在LED半導體層結構間之上或者之中)。雖然 此處描述單個發(fā)光元件34，但是通常可以使用超過一個的發(fā)光元件34，反之亦然?？偟膩?說，對其供電時，發(fā)光元件34發(fā)光。漏斗32可以制成表面發(fā)射波導或者表面發(fā)射光學腔，其通過入射表面142接收發(fā) 光元件34產生的光，將其分布在內部空間148中，并且通過出射表面144發(fā)出光，出射表面 144典型地對著入射表面142。在本發(fā)明的一些實施例中，漏斗32包括一個或者多個反光器146，其典型地圍繞 空間148的外圍布置，使得在空間148中形成光學腔或者的光學諧振器。一個或者多個反 光器146還可以形成或者接附到漏斗32的入射表面142處。在此實施例中，一個或者多個 開口 150形成在入射表面處的反光器146上，因此允許光進入空間148。開口 150可以例如 在x_y平面中和發(fā)光元件34對準。漏斗32可以包括或者主要由波導材料構成，或者可以填充有介質，該介質對發(fā)光 元件34發(fā)射的光譜的吸收系數較小。例如，漏斗32可以填充以空氣，或者由材料和包層12 和/或14類似或相同的波導材料來制成。使用空氣的益處在于其低的吸收系數，并且材料 和包層12、14相同的波導材料的優(yōu)點在于與包層12、14阻抗匹配。當漏斗32填充具有小的吸收系數的介質(例如空氣)時，在漏斗32的出射表面 144處不存在阻抗匹配。從而，在光入射到漏斗32和包層12之間的界面上時會發(fā)生反射和 折射。折射和反射都不會引起顯著的光損耗，折射對光在區(qū)域30中的分布有貢獻，并且反 射對光在空間148中的分布有貢獻。在本發(fā)明的多個示例實施例中，用光致發(fā)光材料對漏斗32進行補償，以控制光的 輸出分布，如圖4b到4d中所示的。為了表示清楚，在圖4b-4d中未示出反光器146。在任 一實施例中，漏斗32可以包括一個或者多個如上所述的反光器146。在圖4b中所示的實施 例中，光致發(fā)光層38插在層12和漏斗32之間；在圖4c中所示實施例中，光致發(fā)光層38嵌入漏斗32中，并且在圖4d中所示的實施例中，多個光致發(fā)光粒子128分布在漏斗32中。本發(fā)明的多種實施例的特征為嵌入裝置10的區(qū)域30中的一個或者多個發(fā)光元件 34，和/或布置到發(fā)光元件34的直接視線外的裝置10中的光致發(fā)光材料(例如，光致發(fā)光 層38和/或粒子128)。即，在這樣的實施例中，在發(fā)光元件34和光致發(fā)光材料之間不存在 直接的、直線型光路，而是從發(fā)光元件34發(fā)射的光在到達光致發(fā)光材料之前從裝置10中的 反射器、表面或者界面反射。因此，照在光致發(fā)光材料或者從光致發(fā)光材料反射回的任一光 將不會直接傳播回到發(fā)光元件34(在此處光可以被吸收，因此降低裝置10總的光輸出和效 率)。相反，從光致發(fā)光材料反射的光將趨向于保持在裝置10內并且最終反射回到區(qū)域28 中以待耦合輸出。在一些實施例中，在發(fā)光元件34和光致發(fā)光材料之間基本不存在直接視 線，即，少于約5%的來自發(fā)光元件34的光具有到光致發(fā)光材料的直接視線；其中的任何損 耗是可以忽略的。無論光致發(fā)光材料是否處于發(fā)光元件34的直接視線內，光致發(fā)光材料可以有益 地定位為遠離發(fā)光元件34，即可以存在于區(qū)域26和/或區(qū)域28中，而不是接近發(fā)光元件 34 (例如，區(qū)域30中或者漏斗32中)。光致發(fā)光材料的量子效應(或者其它性能度量)在 材料暴露在升高的溫度(例如大于接近50°C的溫度)下時可能會降低。將光致發(fā)光材料的 遠距離布置阻止材料的溫度在操作期間例如由于發(fā)光元件34的發(fā)熱而上升。相反，遠距離 布置的光致發(fā)光材料的溫度大致保持在裝置10周圍的環(huán)境溫度?？偟膩碚f，發(fā)光材料的溫 度可以在工作時保持在比發(fā)光元件34的溫度至少低30°C，或者甚至低100°C。在裝置10的組裝期間，在固定或者嵌入發(fā)光元件34到裝置10中時所需要的升高 的溫度通常會損壞光致發(fā)光材料(例如降低其量子效應)。光致發(fā)光材料的遠距離布置使 得光致發(fā)光材料可以在附加發(fā)光元件34之前設置在裝置10中，兩者間的距離阻止了會損 壞光致發(fā)光材料的升高的溫度。如圖4e到4j中所示，遠距離布置的光致發(fā)光材料可以位于任意一個或者多個位 置。4e示出位于區(qū)域26中并且在漏斗32中的發(fā)光元件的直接視線外的光致發(fā)光層38 (如 圖4a中所示)。傳播通過區(qū)域26的至少一部分光由光致發(fā)光層38轉變?yōu)椴煌ㄩL的光， 并且隨后轉變的和未轉變的光分量進入區(qū)域28，在區(qū)域28中，轉變的和未轉變的光分量一 起耦合輸出形成大體白光。在此以及類似布局中，由光致發(fā)光材料轉變的傳播光以大體和 最終耦合輸出的光的方向垂直的方向傳播。這樣的布局可以使得耦合輸出光的較好的均勻 性、視亮度和顏色。圖4f示出光致發(fā)光材料在區(qū)域28中的可能位置，這也在漏斗32中的發(fā)光元件的 直接視線之外。首先，光致發(fā)光粒子128可以和粒子20結合使用(或者替代粒子20)；照射 粒子128的至少一部分光轉變?yōu)椴煌ㄩL的光，并且從區(qū)域28耦合輸出的光是例如大體白 光。此外(或者替代地)，光致發(fā)光層38可以布置在區(qū)域28中，例如接近其頂部邊緣。在 此布局中，已經耦合輸出的至少部分光(在離開裝置10的路徑上)轉變?yōu)椴煌ㄩL的光。 出射的經轉變和未轉變的光混合，來形成例如大體白光。在提供布置在發(fā)光元件34和光致 發(fā)光材料(例如沿著區(qū)域28的頂部邊緣布置的光致發(fā)光層38)之間的粒子20(或者其它光 學元件)的布局中，照射光致發(fā)光材料的光的均勻度可以大于照射粒子20的光的均勻度。 即，通過粒子20的散射增加了光的均勻度，其隨后照射光致發(fā)光材料并且從裝置10以高水 平的均勻度來耦合輸出。發(fā)光元件34和光致發(fā)光材料之間的視線可能不會被布置在其間的粒子20消除，這是由于一些光可以傳播通過布置有粒子20的區(qū)域而不會由此發(fā)生散射。圖4g示出參考圖4e和4f描述的光致發(fā)光材料的可能位置，其任一個(或者任一 組合)可以和裝置10結合使用，該裝置10定形為消除漏斗32中發(fā)光元件和光致發(fā)光層 38和/或粒子128之間的直接視線。如圖4g所示，裝置10可以包括區(qū)域26 (甚或在區(qū)域 28)中的彎曲、曲線或者其他幾何構形，其有助于消除發(fā)光元件和光致發(fā)光材料之間的直接 視線。該幾何構形還可有助于多個裝置10隨后的“平鋪”，來形成照明板，例如裝置10的區(qū) 域28覆蓋相鄰裝置10的區(qū)域26和/或30的板(如下參考圖12a和12b描述)。圖4g中 描述的形狀是示例性的，并且可以使用許多其他布局。圖4h_4j分別類似于圖4e_4g，但示出嵌入裝置10中的一個或者多個發(fā)光元件 34(此處示為嵌入區(qū)域30的內芯結構18中)而不是經由漏斗32耦合到裝置10。如通過 圖4h-4j中的區(qū)域26中的示意裂口所示，區(qū)域26可以是細長的和/或大小和形狀構建為大 體或者完全消除發(fā)光元件34和光致發(fā)光層38和/或粒子128之間的直接視線。圖4e-4j 中描述的每個裝置10還可以結合如圖lc-le中所示的包層12、14。在優(yōu)選實施例中，來自發(fā)光元件34的光(無論嵌入裝置10或者結合漏斗32操 作)總的在耦合輸入方向上進入區(qū)域30，即沿著圖lb中示出的z軸。一旦通過從粒子20 和/或反光器36的散射而耦合輸入到裝置10時，光總的以和耦合輸入方向垂直的傳播方 向傳播通過裝置10 (例如通過區(qū)域26)。如圖lb中所示，傳播方向大致沿著x軸。在光進 入區(qū)域28之后，光大致從裝置10以和傳播方向大體垂直的耦合輸出方向(例如沿著圖lb 中所示z軸)耦合輸出(即從表面23和/或24出射)。因此，耦合輸入方向和耦合輸出方 向大體是平行的。在存在光致發(fā)光材料38和/或粒子128的實施例中，在裝置10中以傳 播方向傳播的至少一部分光由光致發(fā)光層38和/或粒子128來激勵，引起從裝置10以和 傳播方向大體垂直的耦合輸出方向耦合輸出的混合光。相比于在其中激勵光(即照射光致 發(fā)光材料之前或者照射時的光)以大體不和由于光致發(fā)光材料激勵導致的混合光的耦合 輸出方向垂直的方向(例如大體平行方向)傳播的裝置，該布局可以具有更好的視亮度和 /或顏色均勻度。磷光體廣泛用于涂覆單個的LED，典型地來獲取從其產生白光。然而，還沒有使用 如此處描述的包括在波導裝置中的光致發(fā)光層。(在層16和/或漏斗32中)提供光致發(fā) 光層38和/或粒子128相對于在每個單個發(fā)光元件上提供光致發(fā)光層38和/或粒子128 的優(yōu)點在于波導裝置10在發(fā)射光之前將光漫射。因此，與收集來自點光源(例如LED)的 光不同，光致發(fā)光層38和/或粒子128收集具有預定范圍的光。該布局允許對于裝置10 所提供的光分布有更好的控制。設想多種類型的磷光和熒光物質。示意性例子包括但不限于美國專利5813752、 5813753、5847507、5959316、6155699、6351069、6501100、6501102、6522065、6614179、 6621211,6635363,6635987,6680004,6765237,6853131,6890234,6917057,6939481, 6982522、7015510、7026756、7045826和7005086公開的磷光體，其全部披露內容通過引用
包括進來。在實施例中，光致發(fā)光層38和/或粒子128的量子效率僅在高達約50°C的溫度 下是穩(wěn)定的。然而，在許多布局中，由于光致發(fā)光層38和/或粒子128和發(fā)光元件之間的 空間間隔，所以這樣的材料的溫度保持比此水平更低。在多種實施例中，層38和/或粒子 128包括或者大體由一個或者多個電致發(fā)光材料而不是光致發(fā)光材料(或除了光致發(fā)光材料之外)構成。這樣的電致發(fā)光材料可以包括或者基本由量子點材料和/或有機LED (0LED) 材料構成。合適的量子點可以包括或者大體包括硒化鎘。存在可以使用光致發(fā)光層38的多于一個的布局。在一個實施例中，光致發(fā)光層38 補充通過發(fā)光元件34發(fā)射的光來形成白光，例如使用二色性、三色性、四色性或者多色性 技術。例如，可以使用藍黃二色性方法，其中使用藍光發(fā)光元件(例如具有大約460nm的峰 值發(fā)射波長的InGaN LED)，并且光致發(fā)光層30可以包括或者基本由吸收譜在藍色范圍并 且發(fā)射譜延伸到黃色范圍的磷光分子(例如，鈰激發(fā)的釔鋁石榴石，或者銪硅酸鍶)構成。 由于光的散射角嚴格地依賴于光的頻率(對于瑞利散射為四次冪相關，或者對于米氏散射 為二次冪相關)，藍光發(fā)光元件34產生的藍光在和光致發(fā)光層38和/或粒子128相互作用 前在波導材料中有效漫射。層38和/或粒子128在其發(fā)射譜發(fā)射光，并且補充光致發(fā)光層 38和/或粒子128沒有吸收的藍光以形成白光。在另一個二色布局中，使用紫外光發(fā)射元件(例如具有360nm和420nm之間的峰 值發(fā)射波長的GaN、AlGaN和/或InGaN LED)。這樣的紫外光發(fā)射元件的光有效地漫射在 波導材料中。為提供大體白色的光，優(yōu)選使用兩個光致發(fā)光層38和/或兩類光致發(fā)光粒子 128。一個這樣的光致發(fā)光層和/或類型的粒子的特征在于其吸收譜在紫外范圍中并且發(fā) 射譜在橙色范圍(例如具有從大約570nm到大約620nm之間的峰值發(fā)射波長)中，并且另 一個光致發(fā)光層和/或類型的粒子的特征在于其吸收譜在紫外范圍中并且發(fā)射譜在藍綠 范圍(例如具有從大約480nm到大約500nm之間的峰值發(fā)射波長)中。通過兩個光致發(fā)光 層38和/或兩類光致發(fā)光粒子128發(fā)射的橙色光和藍綠光混合來對于觀察者顯示為白光。 由于紫外光發(fā)射元件發(fā)射的光高于或者接近可視范圍的端部，其不會被觀察者注意到。當 使用兩個光致發(fā)光層38時，可以將一個沉積到另一個上面來改進均勻度。或者，可以使用 具有上述發(fā)射譜的兩種類型的光致發(fā)光材料的單個光致發(fā)光層38。在另一個實施例中，使用三色技術。例如，如上所述使用藍光發(fā)射元件，其與兩個 光致發(fā)光層38和/或兩類光致發(fā)光粒子128 —起使用。第一光致發(fā)光層38和/或類型的 光致發(fā)光粒子128可以包括或主要由其吸收譜在藍光范圍中并且發(fā)射譜延伸到如上所述 的黃光范圍的磷分子構成，第二光致發(fā)光層38和/或類型的光致發(fā)光粒子128可以包括或 主要由其吸收譜在藍光范圍中并且發(fā)射譜延伸到紅光范圍的磷分子(例如，摻雜有鐠的三 價離子的鈰激發(fā)的釔鋁石榴石，或者銪激發(fā)的硫化鍶)。未吸收的藍光、黃光和紅光混合來 對觀察者呈現(xiàn)為白光。所構想的一種布局是其中使用具有不同發(fā)射譜的發(fā)光元件34并且沉積多種光致 發(fā)光層38和/或分布多種類型的光致發(fā)光粒子128，使得每個光致發(fā)光層38和/或類型 的光致發(fā)光粒子128的吸收譜和發(fā)光元件34的其中一個發(fā)射譜交迭，并且(發(fā)光元件34 和光致發(fā)光層38和/或光致發(fā)光粒子128的)所有的所發(fā)射的顏色光混合來呈現(xiàn)為白光。 這樣的多色布局的優(yōu)點在于，由于其允許以局部方式(例如沿著裝置10的表面或者邊緣) 更好的控制光的不同頻譜分量，所以其提供高性能白平衡。白色輸出光的顏色成分依賴于所發(fā)出的光發(fā)射的強度和頻譜分布。這些依賴于發(fā) 光元件34的頻譜特性和空間分布，并且在使用一個或者多個光致發(fā)光部件(層38和/或 粒子128)的實施例中，這些依賴于光致發(fā)光部件的頻譜特性和未吸收光的量。光致發(fā)光部 件未吸收光的量又是部件的特征的函數，例如光致發(fā)光層38的厚度、光致發(fā)光材料的密度以及類似特征。通過仔細的選擇發(fā)光元件34的發(fā)射譜和可選地選擇光致發(fā)光層38和/或 光致發(fā)光粒子128的厚度、密度和頻譜特征(吸收和發(fā)射譜)，裝置10可以提供大體均勻的 白光。在上述任一實施例中，根據裝置10所期望的特定應用，可以定制光的“白度”。例 如，當裝置10作為LCD裝置的背光時，裝置10提供的光的頻譜分量可以根據液晶面板的顏 色濾波器的頻譜特性來選擇。換句話說，由于典型的液晶面板包括在多個不同顏色工作的 顏色濾波器的布置，裝置10所提供的白光包括至少這樣的濾波器的不同顏色。由于減小或 消除了背光單元的頻譜分量和液晶面板的顏色濾波器之間的不匹配所造成的光損耗，所以 該布局顯著地改進了光學效率以及IXD裝置提供的圖像質量。因此，在通過發(fā)光元件34發(fā)射不同顏色光(例如紅光、綠光和藍光)來獲取白光 的實施例中，發(fā)光元件34的發(fā)射頻譜優(yōu)選選擇為和LCD面板的顏色濾波器的特征頻譜交 迭。在裝置10通過一個或者多個光致發(fā)光部件(層30和/或粒子128)補充的實施例中， 光致發(fā)光部件的發(fā)射譜和可選的發(fā)光部件的發(fā)射譜(頻譜)優(yōu)選選擇為和LCD面板的顏色 濾波器的特征頻譜交迭。典型地，特征發(fā)射譜和特征濾波器譜之間的交迭大約為70%頻譜 交迭，更優(yōu)選的為80%頻譜交迭，并且甚至更優(yōu)選地為大約90%。以下描述根據本發(fā)明的多個實施例的內芯層16和光波導裝置10的制造過程。在一些實施例中，內芯層通過共擠出技術形成。如此處所使用的，術語“共擠出”是 指同時擠出多個模輸出的工藝，這多個模輸出在冷卻前焊接在一起來形成具有開放形狀的 擠出型材，例如非圓管形薄板。根據本發(fā)明的一些實施例通過共擠出方法形成的擠出型材 可以是單層結構或者具有兩層或者多層的層壓結構。在本發(fā)明的一些實施例中，在擠出涂 覆工藝中使用共擠出工藝，應用由共擠出工藝形成的擠出型材來涂覆一個或者多個已有的 層。因此，處于熔化或者塑性狀態(tài)的多個透光成分可以被共擠出以形成內芯層16的 細長的內芯結構。每個透光成分可以被擠出以形成單個內芯結構18，并且可以是混合有光 散射例子的聚合物材料，光散射例子的類型、大小和濃度選擇為為內芯結構18提供期望的 光學性質(例如，平均自由程)。可以根據本發(fā)明的一些實施例所使用的共擠出設備50如圖5中所示。如圖所示， 多個熔化或者塑性化的流52(圖中所示為三個)分別從多個擠出機54中擠出。熔化流包 括根據要形成的各個內芯結構18的透光成分。擠出機54將該成分流出，其通過傳統(tǒng)導管 (未示出)傳輸到共擠出?；蛘哌M料塊56中。模56組合并且布置該成分并且流出不同成 分并排流動的組合的平板流58。冷卻輥系統(tǒng)60對流58淬火來形成內芯層16，該內芯層16 包括或主要由如上所述的多個內芯結構18形成。所形成的內芯結構18可以具有任一形狀 或者橫截面，例如矩形或者三角形。一個或者多個擠出的內芯結構18 (例如圖la中最靠邊的細長的結構18-1和 18-n)可以制成反射性的。這可以通過認真選擇形成的這些內芯結構的成分來實現(xiàn)。例如， 高折射率(例如2或者更大)的成分可以饋送到相應的擠出機54。具有足以形成反射性的 高折射率的材料的示例性例子是Ti02，其具有大約2. 5的折射率。還考慮使用基本不透明 的成分或者包括足夠高密度的反射粒子來使得內芯結構18具有反射性。共擠出設備50可以適于同時形成內芯層16和包層12、14。該方法在圖6中示出，其示出具有模56的設備50，配置為將成分組合和布置成層壓平板流58，在該層壓平板流 58中，流58的中間層包括內芯層16的不同成分的并排流，并且流的外層包括包層12、14的 成分。在一個實施例中，在包層12、14上面和下面形成附加層，例如用于保護或者加強包層 12、14。圖7a和7b中示出替代性例子。在此實施例中，設備50執(zhí)行擠出涂覆過程，從而內 芯層16的內芯結構18共擠出到包層12上，包層12已經處于形狀穩(wěn)定(即，剛性)狀態(tài)。 一旦內芯層16處于形狀穩(wěn)定(例如冷卻后，或者使用冷卻輥系統(tǒng)60處理后)，包層14可以 可選地在內芯層16上層壓，來形成三層結構。一旦內芯層16以及可選地包層12、14共擠出形成，當成分處于熔化或者塑性態(tài)時 該層可以進一步處理。這樣的處理的一個例子是應用熱和/或壓力，使得在相鄰內芯結構 18的公共邊緣處至少部分混合各個成分。當相鄰內芯結構18具有不同的粒子濃度(包括 兩個相鄰結構中的一個具有零濃度而另一個具有非零濃度的情況)，熱和/或壓力處理可 以導致在內芯結構18的整個橫向方向上的濃度梯度。當期望具有沿著光學平均自由程的 平滑分布時，該實施例特別有用。(在擠出結構冷卻前)通過冷卻輥系統(tǒng)60可以對形成的 內芯結構18執(zhí)行擠出后處理，或者可以使用另一個輥系統(tǒng)來進行。當該成分包括熱塑材料 時，可以在結構冷卻之后執(zhí)行擠出后處理。在此實施例中，擠出后處理可以包括對內芯結構 的再次加熱。本發(fā)明的實施例中提出的光波導裝置還可以通過層壓工藝來制造。合適的層壓工 藝可以用于熱固材料和熱塑性材料?？梢允褂眠m合用于形成內芯層16和包層12、14的材 料的任一層壓技術。層壓工藝可以使用或者不使用載體來執(zhí)行。當使用載體時(例如金屬 載體或者其他剛性載體)，優(yōu)選設計和構建為允許單個內芯結構18以并排方式層壓。因此， 載體優(yōu)選將每個單獨的內芯結構18固定到和前一個層壓的細長結構并排的位置。根據多個實施例的層壓技術在圖8a-8c中簡要示出。該過程從基片62開始(圖 8a)，在該基片62上執(zhí)行層壓過程。該過程繼續(xù)，以并排布局在基片62上層壓多個內芯結構 18 (例如細長的內芯結構)，來形成內芯層16 (圖8b)。層壓可以通過加熱和加壓來執(zhí)行，使 用或者不使用粘合劑均可?？蛇x但不是必須地，基片62可以用作包層(例如圖Ic-Ie或者 Ig中的層12)。在此實施例中，基片62優(yōu)選包括或者主要由柔性包層材料構成并且優(yōu)選位 于載體基片(未示)上，其是所期望的平面的。一個或者多個反光結構可以相對于內芯層16并排層壓。這可以以類似層壓其他 內芯結構18的方式來進行。并排層壓后，內芯結構18可以在其公共端部使用本領域公知技術聯(lián)接，這些技術 包括但不限于粘合劑粘結、溶劑粘結、或者焊接(或也稱為熔接)。在基片62上層壓芯16 之前可有如下步驟，即在基片62上應用粘合光學材料。如果希望，在層壓內芯結構18之后 可以移除基片62。在此實施例中，空氣用作上述的包層。在本發(fā)明的多個實施例中，該過程繼續(xù)，在內芯層16上層壓包層14 (圖8c)。可選 地，在內芯層16上層壓包層14前，可以在內芯層16上應用光學粘合劑。圖9a_9c中示出用于制造裝置10的其他技術。該過程以基片62開始(圖9a)。 具有小板形狀的多個內芯結構18以并排布局平鋪在基片62上，以形成內芯層16 (圖9b)。 通過諸如加熱和加壓使用或者不使用粘合劑的層壓技術來執(zhí)行平鋪?？蛇x但不是必須地，基片62可以用作包層(例如圖Ic-Ie或者Ig中的層12)。在此實施例中，基片62優(yōu)選地 由柔性包層材料形成并且優(yōu)選位于載體基片(未示)上，其是所期望的平面的。一個或者多個反光結構可以相對于內芯層16并排層壓。這可以以類似于層壓其 他內芯結構18的方式來進行。并排層壓后，內芯結構18可以在其公共端部使用本領域公知技術聯(lián)接，這些技術 包括但不限于粘合劑粘結、溶劑粘結、或者焊接。在基片62上層壓內芯16之前可以進行如 下步驟，即在基片62上應用粘合光學材料。如果希望，在層壓內芯結構18之后可以移除基 片62。在此實施例中，空氣用作上述的包層。在本發(fā)明的多個示例實施例中，該過程繼續(xù)， 在內芯層16上層壓包層14(圖9c)。可選地，在內芯層16上層壓包層14前，可以在內芯層 16上應用光學粘合劑。在任一上述實施例的層壓過程后，一個或者多個附加層(未示)可以接附到包層 12和/或14。這可以通過本領域內任意公知過程來實現(xiàn)，包括但不限于印刷、壓印、層壓等。 接附附加層可以使用任意技術實現(xiàn)，包括但不限于粘合劑粘結、溶劑粘結、焊接、機械固定、 聯(lián)合固定以及類似技術。附加層可以覆蓋包層的全部表面面積或者其包層的一部分。例如， 反射性薄片36(例如參見圖la)可以接附到包層14。還考慮使用夾層來保護包層12、14。圖IOa-IOc中示出根據本發(fā)明一些實施例的制造裝置10的其他技術。在這些實 施例中，使用共注成型技術。共注成型是公知的注射成型技術的一個變化。在注射成型中， 熱塑聚合物或者類似材料從儲料器注入圓筒中，通過往復旋擰和/或電加熱來熔化，并且 通過活塞(活塞、柱塞)或者螺栓(用作柱塞)前向推進到模制腔中，其冷卻到樹脂的熱變 形溫度以下。共注成型利用了稱為噴射流的注射成型的特征。填充腔時，熔體前沿的材料從流 的中心線移動到腔壁。該壁典型地保持在熔體的臨界溫度以下，使得接觸該壁的材料快速 冷卻并且就地凝固。這提供了絕緣層，通過該絕緣層新的熔體可以到達熔體前沿。在本發(fā)明的一些實施例中，使用共注成型技術來形成具有嵌套布局的多個內芯結 構18的內芯層16。圖IOa中示出適合用于本實施例的共注成型系統(tǒng)。該系統(tǒng)典型地包括 相對模制腔220安裝的并且根據裝置的期望外形來定形的共注多支管230。在本發(fā)明的多 個實施例中，模制腔230具有大體平板的形狀。多支管230包括具有前向和后向端的噴嘴外罩234。所示噴嘴外罩234大致為V 形的，但也可以使用適于共注成型的任一其它形狀。噴嘴外罩234包括多個臂狀件254，每 個具有后向端部262，并且包括向外延伸的安裝部分266。臂狀件254通過安裝柱236來支 撐，安裝柱236典型固定安裝在機器基座撬板(sled)(未示)的水平表面上。外罩234在其前向端部中具有出口 270，以及在其每個臂狀件的后向端部中具有 多個入口 274。出口 270和腔220的入口 226連通。外罩234的入口 274分別和相應的注 入單元(未示)的多個注入噴嘴284連通。每個注入噴嘴典型地饋以不同的如上所述的透 光成分。多支管230還包括可在多個位置之間移動的閥門258。在每個位置，閥門258開啟 其中一個入口 274和出口 270之間的液體連通通道。還設想閥門258關閉所有的連通通道 的位置。閥門258可以通過安裝在多支管230上的水壓缸278相對于外罩234移動。共注成型系統(tǒng)可以如下操作。噴嘴外罩定位為使得每個注入噴嘴提供一類透光成分。共注成型過程以閥門258處于選擇使得第一透光成分(例如具有低濃度的光散射顆粒 的成分)以熔化或塑性態(tài)流經出口 270的位置來開始。所選擇的成分注入模制腔220中。 閥門258隨后移動到另一個位置，允許第二透光成分(例如具有高濃度的光散射粒子的成 分)以熔化或塑性態(tài)流經出口 270。通過上述噴射流效應，第二成分套在第一成分中?？蛇x 地，通過重新定位閥門258使得將熔化或塑性態(tài)的第三成分注入模型而繼續(xù)該過程。第三 成分套入之前注入的第二成分中。第三成分具有比第二成分更高的光散射粒子濃度。任一數量的透光成分可以順序注入到模型中，使得形成具有以嵌套布局聯(lián)接 在一起的多個內芯結構18(其可以是柔性的)的內芯層16。在圖IOa中用附圖標記 222-1、. . . 222-n來標出不同透光成分的熔體前沿。套入之前注入的透光成分的每個熔體 前沿的傳播通過箭頭示出。使用共注多支管來制造內芯層16的優(yōu)點在于其允許更加靈活 地選擇不同內芯結構18的特性。對共注多支管的操作的連續(xù)或者半連續(xù)控制可以有助于 以一種特定方式形成內芯結構18，即使得特征平均自由程從一個內芯結構18到另一個內 芯結構18大體平滑改變。由于有效折射率隨著特征平均自由程改變，所以本發(fā)明的不同實 施例允許產生具有沿著橫向方向漸變的有效折射率的光波導裝置10。形成內芯層16后，通常將其從模型取出。圖IOb中示出內芯層16從模型取出后 的頂視圖。可選地并且優(yōu)選地，該過程以以下操作繼續(xù)，即，通過將內芯層16沿著橫向方向 切割，使得從其移除一個或者多個邊緣區(qū)域228，從而提供內芯結構18以并排布局聯(lián)接的 內芯層16。圖IOb中示出平行于切割內芯層16所沿著的橫向方向的兩個切割線224。圖 IOc中示出沿著切割線224切割后的內芯層16的頂視圖。該過程可以繼續(xù)在內芯結構16 上形成諸如上述包層12、14和/或光致發(fā)光層38的其他層。在本發(fā)明的多個實施例中，共 注系統(tǒng)配置為還注入包層12、14?，F(xiàn)在參考圖11，在本發(fā)明的多個實施例中，多層光波導裝置100包括多個波導裝 置10，每個波導裝置10可以如上制成。多層裝置100中的裝置10可以以圖11中所示垂直 層疊布局來布置。低折射率材料的層1100可以布置在每層10之間，來阻止不期望的光從 一層10傳播到另一層。光可以從不同的光源耦合輸入到每層10的區(qū)域30，或者同樣的光 源可以用于每一層10。在特定實施例中，多層裝置100通過在每一層10中包括不同類型 的光致發(fā)光粒子來提供可控的RGB照明。例如，底層10可以包括發(fā)射紅光的光致發(fā)光粒子 128，中間層10可以包括發(fā)射綠光的光致發(fā)光粒子128，并且頂層10可以包括發(fā)射藍光的光 致發(fā)光粒子128。這樣的多顏色多層裝置100可以適用于IXD背光應用。如圖11中所示， 層10的區(qū)域28可以大體垂直對準，使得從底層10發(fā)射的光在最終從多層裝置100發(fā)射之 前傳播通過其它層10。換句話說，多層裝置100中的每個區(qū)域28可以和其他層10的區(qū)域 26,30基本不具有垂直交迭。參考圖12a和12b，在本發(fā)明的多個實施例中，多個光波導裝置10 —起利用來提供 改進的功能性。照明面板1200包括或主要由以平鋪方式在其邊緣(或者交迭)接附在一 起的多個光波導裝置10構成。為了在照明面板1200的整個表面上提供大體均勻的照明， 波導裝置10可以平鋪在一起，使得僅每一個裝置10的耦合輸出區(qū)域28可見。每個裝置10 的耦合輸入區(qū)域30和傳播區(qū)域26從而可以布置在相鄰裝置10的下部并且不可見。雖然 所示照明面板1200為大體平板，每個波導裝置10的柔性使得照明面板1200可以以多種形 狀配置，包括彎曲的板，甚至是球形。
照明面板1200可以用來在多種應用中提供大體均勻的照明。例如，照明面板1200 可以自身用作照明應用的光源。在另一個實施例中，照明面板1200在例如液晶顯示器 (IXD)的顯示裝置1210中用作背光單元。顯示裝置1210可以還包括限定多個像素并且可 以由從控制電路1230接收的信號激發(fā)的LCD面板1220。參考圖13，磷光層1302可以增加到發(fā)光元件1300上。磷光層1302將從耦合輸入 區(qū)域1304發(fā)射的來自諸如LED的光源1306的光轉變?yōu)椴煌伾?即改變頻譜)。例如，來 自藍色LED的部分光可以轉變?yōu)辄S色光，其和剩余的藍光混合，來提供白色輸出照明光。在 其他實施例中，磷材料置于光學路徑的任一位置，包括不在任一光源的直接視線的位置。制成波導裝置10的波導材料可以包括或由一種或多種聚合材料構成。聚合材料 可選地包括橡膠狀或者橡膠類材料。該材料可以在浸漬介質中通過浸漬成型來形成，例如 在碳氫溶劑中，橡膠狀材料在這種溶劑中溶解或者擴散。聚合材料可選地并且優(yōu)選具有預 定水平的交聯(lián)，其優(yōu)選在特定限制之間。該交聯(lián)可選地可以是物理交聯(lián)、化學交聯(lián)或者其組 合?；瘜W交聯(lián)聚合物的一個非限制示例性例子是交聯(lián)聚異戊二烯橡膠。物理交聯(lián)聚合物的 非限制示例性例子包括交聯(lián)嵌段共聚物和鏈段共聚物，其可以是例如由于微相分離引起的 交聯(lián)。該材料可選地通過施加輻射而交聯(lián)，輻射例如包括但不限于電子束輻射和/或電磁 (例如紫外)輻射。盡管不限于橡膠本身，該材料可選并且優(yōu)選具有橡膠的物理特性(例如涉及抗張 強度和彈性的參數)。例如，波導材料的特征在于抗張率的值低于5%。抗張率值通常依賴 于交聯(lián)度并且是柔性材料在通過膨脹或者通過外部施加的力拉伸后在收縮或者移除施加 力時返回其初始大小的能力的度量。例如可以通過以下方式來確定抗張率的值，即，在波導材料的條帶上放置兩個標 記并且記錄它們之間的距離，以一定程度拉伸該條帶，例如通過增加其延伸率到期望的最 大延伸率的90%來拉伸該條帶，保持該拉伸持續(xù)一定時間、例如一分鐘，隨后釋放該條帶并 且使其返回放松長度并且重新測量兩個標記之間的距離。通過比較拉伸前后的測量值，用 一個減去另一個，并且用差值除以拉伸前的測量值，來確定抗張率的值。在優(yōu)選實施例中， 使用期望的最大拉升的90%的拉伸量和一分鐘的保持時間，優(yōu)選的抗張率的值低于5%。 還考慮具有大約30%塑料延伸率和低于5%彈性延伸率的材料?？梢钥蛇x地單獨使用或者組合使用或者與上述一個或多個橡膠材料結合使用的 其它示例性材料包括但不限于諸如以下的交聯(lián)聚合物聚烯烴，包括但不限于，聚異戊二 烯、聚丁二烯、乙烯_丙烯共聚物；諸如聚氯丁二烯(氯丁橡膠)的氯代烯烴；嵌段共聚物， 包括二嵌段、三嵌段、多嵌段或者星狀嵌段共聚物，諸如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、或 者苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯共聚物(優(yōu)選具有從大約到37%的苯乙烯成分)；鏈段 共聚物，諸如聚氨酯、聚醚-氨脂，鏈段聚醚共聚物；硅氧烷聚合物，包括共聚物；以及氟代 聚合物和氟代共聚物。在本發(fā)明的一些實施例中，波導材料可以包括IOTEK或者主要由其 構成。嵌入粒子可以是玻璃珠、BaSO4粒子和/或類似粒子。粒子的容積密度可以從約 0. 到 5%。用來制造內芯層16的擠出機的數量可以從三個到大約10個。當包層12、14和內 芯層16同時形成時，擠出機的數量可以從三個到大約十五個。共擠出模的總的寬度可以是大約400mm到大約1200mm，并且其可以構建并且設計為提供從大約20到100個并排的內芯 結構18。包層12、14的厚度可以是大約IOym到大約100 μ m。內芯層16的厚度可以是大 約400 μ m到大約1300 μ m。內芯層中內芯結構18的數量可以大約是20到大約100個結 構。單個內芯結構18的寬度可以是大約5mm到大約30mm。Mi光波導裝置10的內芯結構18使用聚氨酯制造。兩個外部耦合輸入區(qū)域30每個 寬約22mm，并且包括具有接近5 μ m直徑的容積密度0. 5 %的VELVOLUX M合成BaSO4粒子 (來自德國Duisburg的Sachtleben Chemie GmbH)。傳播區(qū)域26每一個大約29mm寬并且 基本不包含粒子。中央的耦合輸出區(qū)域28接近77mm寬并且包括三個內芯結構18。外部 內芯結構18接近26mm寬并且包括容積密度為0. 35%的VELVOLUX M合成BaSO4粒子。耦 合輸出區(qū)域28的中間內芯結構18接近25mm寬并且包括具有接近1 μ m直徑的容積密度 為 0.2% 的 BLANC FIXE F 合成 BaSO4 粒子(也來自德國 Duisburg 的 Sachtleben Chemie GmbH)。耦合輸出區(qū)域28顯示接近9078尼特的九點平均視亮度，具有大約10%的均勻度。另一個光波導裝置10用IOTEK制成，并且包括大體不含粒子的并且寬度接近Ilmm 的傳播區(qū)域26。耦合輸出區(qū)域28包括三個內芯結構18。為了增加距傳播區(qū)域26的距離， 這些內芯結構18是1)具有5 μ m直徑0. 75%容積密度的BaSO4粒子的17mm寬的區(qū)域，2) 具有5μπι直徑1.5%容積密度的BaSO4粒子的IOmm寬的區(qū)域，3)具有5μπι直徑3%容積 密度的BaSO4粒子的IOmm寬的區(qū)域。此耦合輸出區(qū)域28的照明在其寬度上大體均勻。此處所用術語和表達用作具體描述的術語和表達并且并非限制，并且使用這樣的 術語和表達中并非有意于排除所示或者該部分描述的特征的任一等同。此外，雖然已經描 述了本發(fā)明的特定實施例，但是本領域內普通技術人員清楚的是包含此處概念的其他實施 例可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內使用。因此，所描述實施例在全部方面認為是示意 性而非限制性的。
權利要求
一種照明結構，包括基本非光纖的波導，和布置接近所述波導的第一部分的底部表面的離散光源，其中光通過第一部分的底部表面吸收進入該結構并且從和波導的第一部分基本沒有交迭的波導第二部分的頂部表面發(fā)射。
2.權利要求1的照明結構，其中，波導的第一部分和第二部分互相間隔開，并且光僅從 波導的第二部分發(fā)射。
3.一種照明結構，包括大體非光纖的波導，和布置接近波導的第一部分的底部表面的離散光源，其中，離散光源的光在波導的第二部分內的傳播方向大體垂直于光的耦合輸入方向。
4.權利要求3的照明結構，其中，光的傳播方向大體垂直于波導的第三部分中的光的 耦合輸出方向，耦合輸出方向平行于耦合輸入方向。
5.權利要求3的照明結構，還包括用于將一些光轉變?yōu)椴煌ㄩL的磷光材料，所轉變 的光和未轉變的光混合來形成光譜不同于未轉變光和轉變光的混合光。
6.權利要求5的照明結構，其中，混合光的耦合輸出方向大體上垂直于所述傳播方向。
7.一種形成大體非光纖波導的方法，該方法包括形成多個聯(lián)接的內芯結構，至少一個 內芯結構基本不包含散射粒子。
8.權利要求7的方法，其中，至少一些內芯結構包括多個散射粒子，并且散射粒子的大 小、濃度或者類型中的至少一個在至少兩個內芯結構間不同。
9.權利要求7的方法，其中，形成多個聯(lián)接的內芯結構包括共注成型、共擠出成型、涂 覆、層壓、粘合或焊接中的至少一種。
10.權利要求7的方法，還包括在多個聯(lián)接的內芯結構的頂部表面或底部表面的至少 一個上形成包層。
11.權利要求7的方法，其中，在聯(lián)接的內芯結構的整個厚度上，鄰接的內芯結構之間 基本不存在交迭。
12.權利要求7的方法，其中，波導大體是平面的。
13.一種照明結構，包括波導；用于發(fā)射輸出光的離散光源；和用于將一些輸出光轉變?yōu)椴煌ㄩL的磷光材料，所轉變的光和未轉變的輸出光混合來 形成光譜不同于輸出光和轉變光的混合光，其中，離散光源布置在波導內，并且在離散光源和磷光材料之間基本不存在直接視線。
14.權利要求13的照明結構，其中，磷光材料也布置在波導中。
15.權利要求13的照明結構，其中，波導定形為阻止光在離散光源和磷光材料之間的 視線傳播。
16.權利要求13的照明結構，其中，離散光源和磷光材料幾何布置為阻止光在離散光 源和磷光材料之間的視線傳播。
17.權利要求13的照明結構，其中，輸出光包括藍光或者紫外光的至少一個。
18.權利要求13的照明結構，其中，磷光材料布置為和離散光源足夠遠以使基本不會 受到由離散光源產生的熱的影響。
19.權利要求13的照明結構，其中，離散光源可以包括大體未封裝的發(fā)光二極管晶片。
20.權利要求13的照明結構，其中，波導包括用于接收輸出光的離散耦合輸入區(qū)域和 用于發(fā)射光的離散耦合輸出區(qū)域，該波導保持光在其中傳播并且將光引導到耦合輸出區(qū)域 用于輸出。
21.權利要求20的照明結構，其中，耦合輸出區(qū)域的表面大體上是平面的。
22.權利要求21的照明結構，其中，磷光材料布置為接近耦合輸出區(qū)域的表面。
23.權利要求20的照明結構，其中，磷光材料包括布置在耦合輸出區(qū)域中的多個光致 發(fā)光粒子。
24.權利要求13的照明結構，其中，光致發(fā)光粒子的濃度沿著耦合輸出區(qū)域的長度逐 級變化。
25.權利要求20的照明結構，其中，波導包括布置在耦合輸入區(qū)域和耦合輸出區(qū)域之 間的基本不包括散射粒子的傳播區(qū)域。
26.權利要求25的照明結構，其中，傳播區(qū)域定形為阻擋離散光源和磷光材料之間的 直接視線。
27.權利要求13的照明結構，其中，磷光材料的量子效率僅在高達大約50°C的溫度下 是穩(wěn)定的。
28.權利要求13的照明結構，其中，混合光基本是白光。
29.一種照明結構，包括波導；用于發(fā)射輸出光到波導中的離散光源；用于將一些輸出光轉變?yōu)椴煌ㄩL的磷光材料，所轉變的光和未轉變的輸出光混合來 形成大體白光；和布置在離散光源和磷光材料之間的波導中用于將光偏轉出波導的多個光學元件，其中，照射光學元件的輸出光不如照射磷光材料的輸出光均勻。
30.權利要求29的照明結構，其中，離散光源布置在波導中。
31.權利要求29的照明結構，其中，磷光材料布置在波導中。
32.權利要求29的照明結構，其中，大體白光從波導的大體平面表面發(fā)射。
33.權利要求32的照明結構，其中，大體白光的光通量或顏色坐標中的至少一個在波 導的大體平面的表面上基本均勻。
34.權利要求29的照明結構，其中，在離散光源和磷光材料之間不存在直接視線。
35.一種形成照明結構的方法，該方法包括提供波導；提供波導中的磷光材料；并且提供波導中的離散光源，其中在離散光源和磷光材料之間不存在直接視線。
36.權利要求35的方法，其中，在提供磷光材料之后提供離散光源。
37.一種產生大體白光的方法，包括提供照明結構，照明結構包括 波導，布置在波導中用于發(fā)射輸出光的裝置，和 用于將光轉變?yōu)椴煌ㄩL的裝置， 其中在發(fā)射裝置和轉變裝置之間不存在直接視線， 從發(fā)射裝置發(fā)射輸出光，其中，轉變裝置將輸出光的一部分轉變?yōu)椴煌ㄩL，轉變光和未轉變輸出光混合來形 成大體白光，并且大體白光從波導表面發(fā)射。
38.權利要求37的方法，其中，轉變裝置布置在波導中。
39.權利要求37的方法，其中，波導表面大體是平面的。
40.權利要求37的方法，其中，發(fā)射裝置的工作溫度超過轉變裝置的工作溫度至少大 約 30 0C ο
41.權利要求37的方法，還包括布置在波導中用于將要從波導表面發(fā)射的光耦合輸出 的裝置。
42.權利要求41的方法，其中，輸出光在由轉變裝置轉變之前由耦合輸出裝置來耦合 輸出。
43.一種照明結構，包括 波導；用于發(fā)射輸出光的離散光源；和用將一些輸出光轉變?yōu)椴煌ㄩL的磷光材料，所轉變的光和未轉變的輸出光混合來形 成大體白光，其中，磷光材料布置為距離離散光源足夠遠，使得基本不受由離散光源發(fā)出的熱的影響。
44.權利要求43的照明結構，其中，離散光源布置在波導中。
45.權利要求43的照明結構，其中，磷光材料的量子效率僅在高達接近50°C的溫度下 是穩(wěn)定的。
46.一種照明結構，包括基本非光纖的波導，該波導包括 用于接收光的離散耦合輸入區(qū)域， 用于傳播光的離散傳播區(qū)域，和用于發(fā)射光的離散耦合輸出區(qū)域，其中耦合輸入區(qū)域、傳播區(qū)域和耦合輸出區(qū)域在空 間上不同，并且進入耦合輸入區(qū)域的光基本保持在波導中用于從耦合輸出區(qū)域發(fā)射。
47.權利要求46的照明結構，還包括 布置在波導的頂部表面上的第一包層，和 布置在波導的底部表面下的第二包層。
48.權利要求46的照明結構，其中，耦合輸入區(qū)域包括多個散射粒子。
49.權利要求46的照明結構，其中，傳播區(qū)域基本不包含散射粒子。
50.權利要求46的照明結構，其中，耦合輸出區(qū)域包括多個散射粒子。
51.權利要求50的照明結構，其中，散射粒子具有在耦合輸出區(qū)域的至少一個維度上改變的濃度。
52.權利要求51的照明結構，其中，散射粒子的濃度隨著距耦合輸入區(qū)域的距離而增加。
53.權利要求46的照明結構，其中，耦合輸出區(qū)域包括多個內芯結構，其中至少一些包 括多個散射粒子，并且其中散射粒子的大小、濃度或者類型中的至少一個在至少兩個內芯 結構間不同。
54.權利要求53的照明結構，其中，在與光傳播通過的總體方向垂直的方向上的各個 內芯結構之間基本沒有交迭。
55.權利要求53的照明結構，其中，每個內芯結構具有基本上四角形的橫截面區(qū)域。
56.權利要求55的照明結構，其中，所述橫截面區(qū)域大體是矩形的。
57.權利要求46的照明結構，還包括接近耦合輸入區(qū)域布置的用于發(fā)射光的裝置。
58.權利要求46的照明結構，還包括布置在波導中用于發(fā)射光的裝置。
59.權利要求46的照明結構，還包括布置為接近耦合輸入區(qū)域的表面的反射器。
60.權利要求46的照明結構，其中，所述波導基本上是平面的。
61.權利要求46的照明結構，其中，傳播區(qū)域中的光的光學平均自由程基本上恒定，并 且耦合輸出區(qū)域中的光的光學平均自由程大體上單調變化。
62.一種產生光的方法，該方法包括 提供大體非光纖的波導，該波導包括 用于接收光的離散耦合輸入區(qū)域， 用于傳播光的離散傳播區(qū)域，和用于發(fā)射光的離散耦合輸出區(qū)域，并且接近耦合輸入區(qū)域發(fā)射光，從而光傳播通過傳播區(qū)域且大體不從傳播區(qū)域發(fā)射、并進 入耦合輸出區(qū)域中，并且該光從耦合輸出區(qū)域發(fā)射。
全文摘要
一種照明結構，包括基本非光纖的波導，該波導包括用于接收光的離散耦合輸入區(qū)域、用于傳播光的離散傳播區(qū)域和用于發(fā)射光的離散耦合輸出區(qū)域。
文檔編號G02F1/295GK101946207SQ200880126951
公開日2011年1月12日 申請日期2008年11月27日 優(yōu)先權日2007年12月19日
發(fā)明者E·法恩, K·雷格夫, M·齊默爾曼, N·玫爾, S·盧思琪 申請人:奧利高級照明解決公司