專利名稱：提供表面形式的光源的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種照明系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明涉及提供表面形式的光源 的裝置和方法。
背景技術(shù)：
照明用于照亮物體，以用于觀看，以及還用于攝影、顯微鏡方法、科 學(xué)目的、娛樂產(chǎn)品(包括劇場、電視和電影)、圖像投影，以及作為顯示 器的背光。
為了照明的目的，現(xiàn)有技"很多點或單維光源形式的系統(tǒng)。這些系
統(tǒng)有很多缺點光源處的光強與房間或環(huán)境的其余部分相比很高，且這些 光源對眼睛有害。這些光源還投射很銳利的物體影子，這對于眼睛是不舒 適的，且對諸如攝影和娛樂產(chǎn)品的應(yīng)用可能不是優(yōu)選的。這些光源還在表 面上，例如桌頂、電視前面板和監(jiān)視器前面板上引起眩光。
現(xiàn)有技術(shù)中存在有以表面形式充當光源的現(xiàn)有系統(tǒng)。用于家庭照明的 熒光燈可由漫射體面板遮蓋以減弱眩光。這些系統(tǒng)體積巨大，且不透明。 漫射體和漫反射器，例如傘狀反射器，被用作攝影和電影攝影的光源，但 它們只是近似于均勻照明。
平板屏例如LCD屏的背光提供均勻的或幾乎均勻的光。從背后照明 LCD屏的現(xiàn)有方案有板形式的導(dǎo)光體， 一些諸如點或棱柱的形狀印于其 上以提取光。該導(dǎo)光體通過將高折射率材料夾在兩個低折射率材料之間而 形成。控制所述點的形狀和頻率以實現(xiàn)表面上的均勻照明。均勻照明單維 光源，而非表面。這些方法提供表面上的均勻照明，但該照明局部上是不 均勻的——近看時外表具有被黑暗圍繞的發(fā)光的光點。這種非均勻性對于
眼睛是不舒適的，且若用作平M的背光將引起干擾的摩爾紋。為實現(xiàn)光 的局部均勻性，這些系統(tǒng)需要由漫射體面板或薄膜遮蓋，這使它們價格更 高，體積更大且不透明。
現(xiàn)有技術(shù)中存在有提供局部意義上的表面上均勻照明的系統(tǒng)，即局部地，表面被均勻地照明。在它們使用導(dǎo)光體和提取所引導(dǎo)的部分光的方法 的方面，這些系統(tǒng)與上述系統(tǒng)相似。但光的提取不是以點或幾何形狀完成， 而是以精微的光散射、衍射或漫射微粒完成。這些,在整個導(dǎo)光體中均 勻分布。這實現(xiàn)了連續(xù)發(fā)光的光源，而不是離^光的光源。
另一方面，由于光M的一端被傳導(dǎo)到另一端，部分光被提取，導(dǎo)致
剩余的用于提取的光越來越少，以;5i^來越少的照明。因此，這些系統(tǒng)不 提供整個表面上的照明的均勻性。為提供近似的均勻性，從導(dǎo)光體的一端 到另一端光的總下降不得過大。盡管如此，仍將使光浪費在導(dǎo)光體邊緣， 并因此降低系統(tǒng)的能效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了提供表面形式的光源的裝置和方法。在一個實施例中， 所述裝置包括含有光漫射體的第 一板，以及沿所述第 一板的邊緣放置的光 源。所述第一板使光源產(chǎn)生的光漫射，其中光漫射微粒的分布在整個光漫 射體中是變化的，以發(fā)射預(yù)定的光圖案。
參照附圖詳細地描述上述和其他的包括部件的組合和實施的各種細 節(jié)在內(nèi)的優(yōu)選特征。并且在權(quán)利要求中已指出這些優(yōu)選特征。應(yīng)理解，這 里描述的特定方法和系統(tǒng)只以舉例^沈明的方式示出，而非作為限制。本領(lǐng) 域的技術(shù)人員應(yīng)理解，這里描述的原理和特征可在不脫離本發(fā)明的范圍的 同時被用于不同的眾多具體實施例。


作為本說明書的部分，附圖示出了目前優(yōu)選的實施例，并與以上的概 述和以下對優(yōu)選實施例的詳細描述一起，解釋并教導(dǎo)了本發(fā)明的原理。
圖1A示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例導(dǎo)光體的結(jié)構(gòu)圖1B示出才艮據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例導(dǎo)光體的正面的結(jié)構(gòu)圖1C示出才艮據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例導(dǎo)光體的側(cè)面的結(jié)構(gòu)圖2A示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例芯的結(jié)構(gòu)圖2B示出才艮據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例芯的結(jié)構(gòu)圖，該示例芯將 光線208漫射；圖2C示出才艮據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例芯的結(jié)構(gòu)圖，該示例芯將 橫向光線210和212漫射；
圖3A示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的示例導(dǎo)光體的結(jié)構(gòu)圖3B示出才艮據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例導(dǎo)光體的側(cè)面的結(jié)構(gòu)圖4示出賴^據(jù)本發(fā)明的一個實施例的芯的示例芯元件的結(jié)構(gòu)圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例導(dǎo)光體的圖，該示例導(dǎo)光體 的芯具有變化的漫射^^立濃度；
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例導(dǎo)光體的結(jié)構(gòu)圖，該示例導(dǎo) 光體具有兩個主光源；
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例導(dǎo)光體的結(jié)構(gòu)圖，該示例導(dǎo) 光體具有鏡面芯；
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例導(dǎo)光體制造方法的流程
圖9A示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例基液的結(jié)構(gòu)圖，該示例基 液具有變化的漫射體^t^立濃度；
圖9B示出才艮據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例芯的結(jié)構(gòu)圖9C示出棉4t本發(fā)明的一個實施例的示例基液的結(jié)構(gòu)圖，該示例基 液具有隔間；
圖10示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例基液和光源的結(jié)構(gòu)圖11A示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例導(dǎo)光體的結(jié)構(gòu)圖，該示 例導(dǎo)光體從單個表面發(fā)射出光；
圖11B示出才艮據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的示例導(dǎo)光體的結(jié)構(gòu)圖，該 示例導(dǎo)光體從單個表面發(fā)射出光；
圖11C示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例導(dǎo)光體的結(jié)構(gòu)圖，該示 例導(dǎo)光體具有未鏡面化的水平條；
圖12示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例導(dǎo)光體，該示例導(dǎo)光體允 許多于兩種顏色的照明；
具體實施方式
發(fā)明公開了提供表面形式的光源的裝置和方法。在一個實施例中，所 述裝置包括含有光漫射體的第 一板，以及沿所述第 一板的邊緣放置的光 源。所述第一板使光源產(chǎn)生的光漫射，其中光漫射微粒的分布在整個光漫 射體中是變化的，以發(fā)射預(yù)定的光圖案。
根據(jù)一個實施例，提供了節(jié)能的照明系統(tǒng)，其制造了平面表面以發(fā)射 局部意義上和整個表面上的均勻照明。該系統(tǒng)包括導(dǎo)光體和主光源，其中 主光源以使最大量的光導(dǎo)入導(dǎo)光體的方式提供。導(dǎo)光體的結(jié)構(gòu)為透明材料 制成的板，其被夾在多個具有預(yù)定的較低折射率的透明材料制成的板之 間。中心板包括微光漫射、散射和/或衍射材料，例如粉末、染料、透明
泡沫等。該漫射材料具有的光濃度可使得i^所&面的一個大面的光的 僅一小部分被散射。該濃度隨板上的位置而變化，從而實現(xiàn)了光源表面上 的均勻照明或具有期望圖案的照明。
根據(jù)另 一個實施例，用于制造由指定非均勻濃度的光漫射材料制成的 透明板的方法包括以均勻或變化的濃度將光漫射材料引入流體材料。該流 體材料的固化(以受控的方式)發(fā)生，變?yōu)橥该鞑牧?。光漫射材料由于?理漫射、浮力、對流和/或非均勻的散射率的原因經(jīng)歷遷移。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例導(dǎo)光體和光源系統(tǒng)199的結(jié) 構(gòu)圖。導(dǎo)光體100是透明板。導(dǎo)光體100由在其較大面相連接的三個板組 成，每個都對光透明。中心板104(芯)的折射率高于兩個側(cè)板102和106 (以后稱為覆層或包覆板102、 106)。管狀或線性主光源108枕故置成接 近導(dǎo)光體的一個邊緣112。主光源108可為白熾光、熒光、氣體放電管、 一組LED或任何其他相似的光源。用聚焦>^射器110或其他光學(xué)裝置來 使來自主光源108的光耦合進導(dǎo)光體100的芯104,使得主光源108產(chǎn)生 的光的最大量地從底邊緣l芯104。來自主光源108的光經(jīng)歷重復(fù)的全 內(nèi)反射，以從主光源邊緣112行進到芯的相對邊緣114。
圖1B示出根據(jù)本發(fā)明的 一個實施例的示例導(dǎo)光體和光源系統(tǒng)199的 正面的結(jié)構(gòu)圖。導(dǎo)光體100有頂邊緣U4、底邊緣112、左邊緣116和右 邊緣U8。優(yōu)選地，左邊緣116和右邊緣118(與主光源/底邊緣112垂直) 是鏡面的，以使光在這些邊緣不會損失。
圖1C示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例導(dǎo)光體和光源系統(tǒng)119的 側(cè)面的結(jié)構(gòu)圖。圖1C示出來自主光源108的單個光線120正在經(jīng)歷全內(nèi) 反射。使用較低折射率的包覆板以使芯傳導(dǎo)光1其邊緣。包覆板可為折射
率低于芯104的固體、液體、氣體(例如空氣)或真空。類似地，將來自 主光源108的光聚焦以使光主要地穿過芯104行進至另一端實現(xiàn)了相似的 結(jié)果，即光被芯104傳導(dǎo)。特別地，相干光，例如激光器所產(chǎn)生的光，被 傳導(dǎo)穿過芯104而沒有損失。穿過芯104傳播的光在芯104的所有位置被 少量提取。這一任務(wù)得以實現(xiàn)的基本原理將在下面描述。
圖2A示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例芯200的結(jié)構(gòu)圖。盡管被 描述為板，出于說明的目的，芯200圖示為矩形形狀。示出由透明材料制 成的矩形平行六面體板(芯)200具有^f艮小的光^t射^^濃度。該光散射 #*立濃度如此小以至于沿其窄維度看板200時，如眼睛202所示，其幾乎 完全透明。沿其較長的維度看時，如眼睛204所示，觀察到大得多的可見 的光Jt射,濃度，如206所示。從大致的觀察方向204，幾乎任何觀察 方向都碰上光散射微粒，而從大致的觀察方向202，幾乎沒有觀察方向碰 上光散射樹立。
圖2B示出才艮據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例芯200的結(jié)構(gòu)圖，該示例 芯將光線208漫射。光線208被導(dǎo)入板200，使其橫穿板200的較長長度。 光線208幾乎被完全散射。
圖2C示出才艮據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例芯200的結(jié)構(gòu)圖，該示例 芯將橫向光線210和212漫射。以橫向方向發(fā)送到板200的光，例如光線 210和212,幾乎完全穿過芯200而沒有散射。沒有"lt射的光的傳播仿佛 穿過純粹的透明板一樣，從而在板的一端產(chǎn)生了另一端的物體的基本清晰 的像。因此芯200在經(jīng)由其較長的維度觀察時是既透明又清澈的。
在一個實施例中，光^:射微粒小，且均勻地(盡管不必是均一地)分 布在整個板200中。
圖3A示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的表面形式的光源300的結(jié)構(gòu) 圖。導(dǎo)光體350的芯304包括漫射體340，該漫射體340是稀疏分布的光 散射微粒。芯304中的漫射體由金屬的、有機的或其他的粉末或顏料制成， 將入射于其上的光反射。可替選地，芯304中的漫射體可由小且透明的微 ?；蚺菽瓨?gòu)成，通過邊界的折射、反射，,內(nèi)的漫射或全內(nèi)反射來將光 散射。來自主光源108的光在導(dǎo)光體350的整個表面上散射，并將離開其 兩個大面。從其一個面觀察時導(dǎo)光體350^本透明和清澈的。使用聚焦 反射器110使光聚焦。圖3B示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例導(dǎo)光體300的側(cè)面的結(jié)構(gòu) 圖。芯304中的漫射體可由小且透明的微?；蚺菽瓨?gòu)成，通過邊界的折射、 反射，^U立內(nèi)的漫射或全內(nèi)反射來將光^t射。來自主光源108的光在導(dǎo)光 體300的整個表面散射，并將離開其兩個大面。從其一個面觀察時導(dǎo)光體 300 U本透明和清澈的。使用聚焦反射器110使光聚焦。
圖4示出才艮據(jù)本發(fā)明的一個實施例的芯的示例芯元件499的結(jié)構(gòu)圖。 芯元件499具有芯的厚度和寬度，但高JL4艮小。光400進入芯元件499。 一些光被^L射并作為照明光402離開導(dǎo)光體，剩余的光404繼續(xù)傳播至下 一個芯元件。ii/V的光400的功率與被*^射的光402的功率和繼續(xù)至下一 個元件404的功率之和相等。被散射的光404相對于1芯元件499的光 400的分數(shù)即芯元件499的光lt射度。芯元件499的光^L射度與芯元件499 的高度成正比。芯元件499的光散射度與芯元件499的高度之比即光散射 密度。隨著芯元件499的高度下降，該光散射密度逼近常數(shù)。芯元件499 的光散射密度與芯元件499的漫射體濃度具有一定的關(guān)系。該關(guān)系在一定 程度上與成正比近似。該關(guān)系易于通過試驗來估計，因此，對元件的漫射 體濃度的認識允許對芯元件499的光^:射密度進行估計，反之亦然。
隨著芯元件499的高度下降，出射光402的功率成比例地減小。出射 光402的功率與芯元件499的高度之比即芯元件499的出射功率密度，該 出射功率密度隨著元件的高度下降而逼近常數(shù)。該芯元件499的出射功率 密度等于光散射密度乘以入射光的功率(即穿過該元件傳播的光的功率)。 穿過芯304傳播的光的功率的梯度是出射功率密度的負值。這兩個關(guān)系給 出了一個微分方程。這個方程以"3 /(111 = -9 = - :"的形式表示，其中
h是從主光源邊緣112起的芯元件的高度；
P是被引導(dǎo)穿過該元件的光的功率；
Q是該元件的光J:射密度；
K是該元件的出射功率密度；
這個方程用于在給定了每個元件處的光散射密度時找到出射能量密 度。本方程也用于在給定出射能量密度時找到每個元件的光散射密度。為 了設(shè)計具有特定出射能量密度的特定光源，求解上面的微分方程以確定芯 例如芯304的每個芯元件的光散射密度。由此確定芯的每個芯元件的漫射 體濃度。制造這樣的芯并在導(dǎo)光體中使用，以提供在光源表面上具有所需 出射能量密度的光源。如果在芯中使用均勻濃度的漫射體，出射功率密度隨高度呈指數(shù)關(guān)系
下降。均勻出射功率密度可通iti^擇漫射體濃度來近似得到，從而使功率 從接近光源的邊緣(例如邊緣112 )到相對邊緣114的下降最小。為了減 小功率損失并提高出射功率的均勻性，相對邊緣114將光反射回芯。在替 代實施例中，另一個主光源照亮相對邊緣114。
為了實現(xiàn)均勻照明，光散射密度和漫射體濃度必須在芯表面上變化。 這可用以上方法來完成。閉合形式的解為q = K/(A-hK)，其中A是iiX 芯104的功率，而K是每個元件的出射功率密度，對于均勻照明為常數(shù)。 如果該芯的總高度為H,則H乘以K應(yīng)比A小，即全部的出射功率應(yīng)比 i^導(dǎo)光體的全部功率小，這樣上面的解才可行。如果1導(dǎo)光體的全部 功率被用于照明，則H乘以K等于A，且光散射密度q隨著h逼近H而 逼近無窮，即對于芯504的較高元件。在本發(fā)明的一個實施例中，H乘以 K保持比A稍小，以使只有很少功率被浪費，且光散射密度始終是有限 的。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的表面形式的示例光源500的圖， 該示例光源的芯具有變化的漫射體 濃度。漫射體的濃度從芯504的底 部(主光源邊緣)到芯504的相對邊#稀疏變化到稠密。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的表面形式的示例光源600的結(jié)構(gòu) 圖，該示例光源600具有兩個主光源。通過4吏用兩個主光源108、 609， 芯中漫射體濃度的強烈變化不是必需的。以上提供的微分方程用于獨立地 推出每個主光源108、 609導(dǎo)致的出射功率密度。這兩個功率密度相加， 得到特定芯元件處出射的總光功率密度。
光源600的均勻照明通過光散射密度q = 1/sqrt((h-H/2)A2+C/KA2)來 實現(xiàn)，其中sqrt為平方根函數(shù)，A代表取冪，K是每個主光源的平均出射 功率密度(數(shù)字上等于每個元件的總出射功率密度的一半)，而C = A(A-HK)。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的表面形式的示例光源700的結(jié)構(gòu) 圖，該示例光源700具有鏡面化芯。通過使用鏡面化芯720,芯720中漫 射體濃度的強烈變化不是必需的。芯720的頂邊緣是鏡面化的，以將光反 射回芯720。實現(xiàn)光源700的均勻照明的光散射密度為國
q = 1/sqrt((h國H)八2+D/K八2);
其中D = 4A(A-HK)。對于本發(fā)明的任何系統(tǒng)(例如表面形式的光源500、 600和700)，相 同的出射圖案甚至在主光源功率改變時也將得以維持。例如，如果光源 500的主光源提供額定功率的一半，芯的每個元件將發(fā)射其額定功率的一 半。特別地，i殳計為均勻照明器的導(dǎo)光體通過改變其主光源或多個主光源 的功率在所有額定功率下都表現(xiàn)為均勻照明器。如果有兩個主光源，它們 的功率一前一后地改變以維持此效果。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的 一個實施例的示例導(dǎo)光體制造方法800的流 程圖。將漫射體微粒引入具有均勻的或變化的濃度的基液(810)。以受控 的方式，將基液固化成透明固體(820)。該透明固體最終形成芯的主體。 固化是通過冷卻基液、聚合或其他相似的物理或化學(xué)手段實現(xiàn)的(830)。 固化過程采用了受控的溫度或聚合進度，或其他使基液中漫射體的物理漫 射的速度被控制為時間的函數(shù)的手段。漫射體材料可能在該過程中經(jīng)歷物 理和化學(xué)改變。在固化期間，漫射體微粒經(jīng)歷物理漫射引起的遷移，而在 替選實施例中，經(jīng)歷浮力、對流、非均勻的散射率和其他力引起的遷移 (840 )?；罕还袒删哂蓄A(yù)定的隨位置而定的漫射體濃度的芯?？蛇x地， 此過程自始至終都可引入更多的漫射體材料或基液(850 )。
圖9A示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例基液910的結(jié)構(gòu)圖，該示 例基液910具有變化的漫射體,濃度?；?10包括不同濃度級別的漫 射體微粒902。漫射，粒卯2^入基液910的不同位置，其被保存在 與要生產(chǎn)的芯大小相同或更大的矩形盤中。漫射體^^立添加的位置也可具 有相同或變化的尺寸。盡管基液910中僅示出了三個區(qū)域的漫射體#*立， 基液910的表面上可有數(shù)百或甚至百萬個這樣的區(qū)域。然后以受控的方式 將基液910固化以形成芯(例如芯304)。
圖9B示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例芯920的結(jié)構(gòu)圖。在固化 期間，各區(qū)域的漫射>( 粒經(jīng)受^彼此和基液的物理漫射，以形成具有 預(yù)定漫射體濃度圖案的漫射體濃度的連續(xù)漸變。如果所述盤比所需的芯 大，則從形成的板中切割出芯板。
為了設(shè)計漫射體#*立區(qū)域，物理漫射過程被近似為線性、位置不變的 系統(tǒng)，即巻積運算。漫射W^立區(qū)域被設(shè)計為彼此接近，且其濃度使得巻 積后的最終濃度具有預(yù)定的圖案。這可由反巻積完成。根據(jù)一個實施例， 進行反巻積必需的該巻積運算的脈沖響應(yīng)由試驗、或用對溫度進度或其他 所用的受控固化的了解來識別。因為邊緣的位置不變性，線性但非位置不 變的模型可用于另 一個實施例。從而漫射體微粒區(qū)域的# 濃度用線性系統(tǒng)解決方法來計算，包括矩陣求逆或最小平方方法。
在一個實施例中，具有變化的漫射體濃度的漫射體微粒區(qū)域由噴嘴引
入基液卯o，每個噴嘴噴射具有不同濃度或量的漫射體溶液，或噴射長短
不同的時間。在另一個實施例中，漫射體微粒區(qū)域通過經(jīng)由可變大小的孔 噴射漫射體而制成，該孔是在裝有漫射體材料的盤中制成的。
圖9C示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例基液930的結(jié)構(gòu)圖，該示 例基液930具有隔間。該基液本身被以具有變化的漫射體濃度的形式引入 設(shè)定盤。這些部分可能首先用隔離物分隔，如圖9C所示。在所有部分準 備好之后移除該隔離物。這些部分然后隨著基液的固化經(jīng)歷iiAjL此的物 理漫射，以產(chǎn)生漫射體濃度的連續(xù)漸變。
以上過程(或者下文詳細說明的過程)不需在最終板形式的盤中執(zhí)行。 例如，整個三維的塊可被同時處理，而且板可被從其中切割出?？商孢x地， 這些過程可以在傳送帶上一個接一個地發(fā)生，形成連續(xù)的板，該板最終被 切成所需尺寸的板。在固化的情況下，由于溫度(冷凍)，傳送帶的各個 位置將具有被精確控制的溫度。
在另 一個實施例中，基液的固化板在兩側(cè)上與具有不同漫射體濃度的 基液的貯存器接觸。漫射體濃度的漸變穿過基液建立。經(jīng)過一段時間，物 理漫射過程完成，線性的梯度形成。更短的時間為特定應(yīng)用和近似均勻光 *提供不同種類的梯度。
在另 一個實施例中，制造基液和漫射體的均勻混合物。在基液固化時， 板被保持一定的角度。取決于漫射體微粒是否重于或輕于基液，它們將在 重力或浮力的作用下向上或向下遷移，并由此形成漫射體濃度的漸變。板 的角度在過程中自始至終以受控的方式變化。
圖10示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例基液1000和光源1010的 結(jié)構(gòu)圖。擴展的光源IOIO從一端將光能投射到其中具有少量漫射體的基 液1000上。來自光源1010的光具有被該漫射體吸收的波長。特定位置的 漫射體微粒接收與該位置的光散射密度乘以到達該點的輻射的功率的乘 積成比例的輻射熱。當接收到的熱為常數(shù)時，甚至對漫射^t粒加熱。這 一均衡狀態(tài)是相同的用于均勻照明的漫射體濃度漸變。如果未達到這一均 衡狀態(tài)，優(yōu)選地，對漫射體微粒和圍繞的基液加熱。這導(dǎo)致物理漫射率的 變化，從而使漫射體微粒遷移直到達到均衡。光源1010的功率可被減小， 直到基液IOOO固化。對于輻射熱的均勻性，光源IOIO是被均勻照明的表面。
在另 一個實施例中，基液1000各個位置的溫度用溫度控制機構(gòu)來控
制。反饋系統(tǒng)(未示出)檢測當前的漫射體濃度，并調(diào)整溫度以實現(xiàn)所需 的濃度。當前的濃度可通過使光穿過形成的芯并檢測出射光密度來檢測。
在另一個實施例中，濃度圖案的線性性質(zhì)通過在貯存器之間建立梯度 來實現(xiàn)。對濃度圖案的非線性性質(zhì)的校正通過添加具有變化漫射體濃度的
漫射體微粒區(qū)域來實現(xiàn)。在光源1010為很小尺度的校正而建立精微的溫
度梯度的同時，這些漫射體^*立區(qū)域經(jīng)歷物理漫射。
圖11A示出棉4t本發(fā)明的一個實施例的示例光源1100的結(jié)構(gòu)圖，該 示例光源1100從單個表面發(fā)射出光。導(dǎo)光體IIOO包括一側(cè)的鏡1102。在 一個實施例中，為了避免來自鏡1102的鏡面反射，該鏡1102有磨光或擦 光的外表。在另一個實施例中，光漫射板或薄膜被添加在鏡1102和裝置 U00的其^15分之間，或緊接在輸出包覆板之后。鏡1102可能為部^ 銀鏡，以使得一些穿過其中的光和另一側(cè)的物體可被觀察到，這個裝置可 被用作單向玻璃。該系統(tǒng)也可被用于攝影目的，以使照明與相機一樣來自
才目同的方向。
圖11B示出根據(jù)本發(fā)明的另 一個實施例的示例導(dǎo)光體1120的結(jié)構(gòu)圖， 該示例導(dǎo)光體1120從單個表面發(fā)射出光。在該實施例中，只用了一個包 覆板1106且芯直接被鏡面化1104。
根據(jù)另 一個實施例，可能期望在導(dǎo)光體后面放置相機或類似的設(shè)備。 但如果導(dǎo)光體包括鏡，將使背光不能穿透，相機則不能透過其觀察。圖 11C示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例導(dǎo)光體1140的結(jié)構(gòu)圖，該示例 導(dǎo)光體1140具有未鏡面化的水平條。為了補償照明功率在本部分的損失， 更大濃度的漫射體被用在未鏡面化的條前面的區(qū)域1107中。為了實現(xiàn)各 個觀察角度的均勻照明，鏡的反射率的連續(xù)漸變與漫射體濃度的連續(xù)漸變 相一致，漫射體濃度的連續(xù)漸變也與鏡的反射率的減小所引起的照明功率 損失相一致。鏡的反射率的漸變使得在被相機利用以透過背光觀察的區(qū)域 中，該4^完全或基本透明的。
圖12示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例導(dǎo)光體1200，該示例導(dǎo)光 體1200允許多于兩種顏色的照明。示例導(dǎo)光體1200還允許特殊光圖案的 發(fā)射。 一個或更多的導(dǎo)光體1201枕故置為彼此相鄰。由于每個導(dǎo)光體都 是透明的，所有導(dǎo)光體產(chǎn)生的照明在表面上可見。多種照明效果可以這種方式實現(xiàn)。每個主光源108有特定的發(fā)射光譖。每個主光源的功率可被單 獨控制。光源1200的可見表面1202是顏色可變的光源。透鏡系統(tǒng)或其他 光學(xué)裝置可用于產(chǎn)生聚焦的光束，這樣就產(chǎn)生了具有變化的顏色的照明 器，其很節(jié)能，且可產(chǎn)生顏色的連續(xù)漸變和顏色的連續(xù)變化。
由于芯的厚度小，幾乎所有經(jīng)由其大表面ii^光源的光都通過光源而 沒有改變。因此光源對于橫向光A^本透明的。
本發(fā)明的裝置的一個應(yīng)用為家庭、辦公室、工廠的照明源，用于攝影 等，以及作為實驗室的光源。
本發(fā)明的裝置和方法的另 一個應(yīng)用為用于平板顯示器例如LCD屏的 背光。這些屏廣泛用于便攜式電腦和臺式監(jiān)視器，而且顯示器的背光^_被 均勻照明的表面。
根據(jù)另一個實施例，光的非均勻發(fā)射是優(yōu)選的。使用具有兩個具有不 同顏色的主光源的系統(tǒng)，可實現(xiàn)具有顏色漸變(大致為色調(diào)、飽和度、亮 度或光譜)的光。該系統(tǒng)比使用濾光片的系統(tǒng)節(jié)能。
本發(fā)明的裝置可用于建筑和民用的照明(包括家庭、辦公室和公共場 所)，包括醫(yī)學(xué)攝影的攝影，以及電影攝影和劇場。均勻光源也可作為標 準光源，用于校準和實驗室目的.
本發(fā)明的裝置的透明性允許攝影師從光源的后面拍攝物體，相片中沒 有影子，這在醫(yī)學(xué)(特別是正牙學(xué))攝影中特別重要。相機可從包括本發(fā) 明裝置的有背光的點亮平板屏后面捕捉圖像。
本發(fā)明的裝置和方法也可用于美學(xué)和藝術(shù)目的。例如，位于導(dǎo)光體兩 個相對邊緣的不同顏色的主光源提供了色調(diào)連續(xù)漸變的光源。這種設(shè)備的 一個特別應(yīng)用可為戲劇和電影制作中的背景或天幕，以模擬天空中的色調(diào) 漸變。發(fā)光度和色調(diào)的其他各種漸變也可實現(xiàn)。
根據(jù)另 一個實施例，本發(fā)明的裝置和方法以來自相同方向的人工光源 取4&了日光。因為日光孔和人工光源不需單獨的空間，實現(xiàn)了自動壓縮。 由于透明表面成為了光源，使透過該透明表面的觀察變模糊，因此另一個 實施例在需要時可提供私密性。類似地，半鏡或單向玻璃可通過半鏡一端 的透明光源來增大，這使從一個方向觀察物體變得困難，使W目反方向觀 察它們變得容易。
已描述了提供表面形式的光源的裝置和方法。應(yīng)理解，這里描述的實 施例是為了說明的目的，不應(yīng)視作對本發(fā)明主旨的限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見地得到不脫離本發(fā)明的范圍和精神的多種修改、應(yīng)用、替代、 再組合、改進以及生產(chǎn)方法。
權(quán)利要求
1.一種裝置，其包括含有光漫射體的第一板；以及沿所述第一板的邊緣放置的光源；其中所述第一板使所述光源產(chǎn)生的光漫射，從而使得光以預(yù)定的光圖案發(fā)射。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其進一步包括使光聚焦到第二板的邊 緣上的反射器。
3. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其進一步包括與所述光源垂直的鏡面 化邊緣。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其進一步包括與所述第一板平行取向 的第二板。
5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中第三板的一部分在與所述第一板 相鄰的表面上祐 鏡面化。
6. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光漫射體具有光漫射微粒的 分布。
7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述光漫射微粒具有第一折射率。
8. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述光漫射微粒的分布在整個所 述光漫射體中是均勻的。
9. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述光漫射微粒的分布在整個所 述光漫射體中是變化的。
10. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述第一板在其整個表面上產(chǎn)生 均勻的光。
11. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述光漫射體是金屬粉末、金屬 顏料、有機粉末和有機顏料中的一種或多種，其中所述光漫射體反射入射 光。
12. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述光漫射體是透明微粒和透明 泡沫中的一種或多種，其中所述光漫射體通過折射使光分散。
13. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述光源是線性光源或管狀光源中的一種。
14. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其進一步包括沿所述第二板的第二邊 緣放置的額外光源。
15. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述第一板具有大于所述第二板 的折射率。
16. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述第一板和所述光源提供基本 上透明的光^JL射表面。
17. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述第一板和所述光源提供基本 上清澈的光發(fā)射表面。
18. —種方法，其包括制造能夠發(fā)射光的平面表面，其中制造所述平面表面的步驟包括， 將漫射體#^立引入液體，以及在使所述光漫射體微粒遷移以便在所述平面表面中產(chǎn)生非均勻的 漫射體,分布的同時，使所述液體固化。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中制造所述平面表面的步驟進一 步包括冷卻所述液體以使所述平面表面變硬。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中制造所述平面表面的步驟進一 步包括使所述液體聚合以使所述平面表面變硬。
21. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中引入漫射體微粒的步驟進一步 包括使所述液體和一個或多個的第二液體的貯存器之間保持接觸，所述 一個或多個貯存器具有多種漫射體#*立濃度。
22. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中制造所述平面表面的步驟進一 步包括在一個或更多的位置加熱所述液體。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述液體用光源來加熱，該光 源發(fā)射被所述光漫射，粒吸收的波長的光。
24. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中加熱所述液體的步驟進一步包 括以溫度控制機構(gòu)控制溫度，該溫度控制機構(gòu)在一個或更多的位置檢測 所述漫射體 的濃度。
25. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述漫射體微粒的非均勻分布 被預(yù)定為發(fā)射預(yù)定的圖案。
26. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述漫射體微粒以不同濃度引 入，使得所述漫射體的濃度在所述平面表面中是不均勻的。
27. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述漫射體微粒以在所述液體 中不同位置處為不同濃度的方式引入。
全文摘要
本發(fā)明公開了提供表面形式的光源的裝置和方法。在一個實施例中，所述裝置包括含有光漫射體的第一板，以及沿所述第一板的邊緣放置的光源。所述第一板使光源產(chǎn)生的光漫射，其中光漫射微粒的分布在整個光漫射體中是變化的，從而發(fā)射預(yù)定的光圖案。
文檔編號F21V8/00GK101563567SQ200680038656
公開日2009年10月21日 申請日期2006年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月17日
發(fā)明者烏達安·卡納德, 巴拉吉·加納帕蒂 申請人:I2Ic公司