[发明专利]改进的波导和照明设备

说明书

技术领域

本发明涉及波导，将所说波导安排成引导来自至少一个光源的光，波导包括：至少一个引导边缘，引导边缘适合于将光包含在波导内；提取边缘，提取边缘适合于允许从波导提取光，其中所说的引导边缘配置成在光朝向提取边缘的路程上反射所说的光。

本发明进一步还涉及包括这样一种波导的照明设备以及包括这种照明设备的显示设备。

背景技术

有几种不同的照明应用，其中将来自至少一个光源的光耦合到波导中，并且从波导的一个或几个表面发射出去。在某些应用中，例如用于液晶显示器的背光源，光可以通过大尺寸的平面波导的上表面耦合出去。在另外的应用中，光可以在波导的一个或几个边缘耦合出去。通过使用平面波导并且在波导的至少一个边缘将光耦合出去，可以实现几种不同类型的照明设备。这样一种照明设备的一个例子是透明灯，透明灯是由一系列平面波导形成的。对于这样一种灯，通过在适当位置将波导的发射边缘制成倾斜镜，可以从灯表面的选择部分提取光。

这样的照明设备的合适光源包括发光二极管(LED)。发光二极管在一般情况下是窄带的，通常需要对于发光二极管发出的光进行某些处理才能产生白光。产生白光的一种能量有效方法是组合合适颜色(通常是红、绿、蓝色)的光源(如发光二极管)发出的光以形成白光。

来自不同有色发光二极管的光的这种组合可以在波导中发生，在波导的提取边缘，从波导发出的混合光的强度和空间颜色分布通常是相当均匀的。但在离开这个/这些边缘的某个距离，强度和/或颜色的变化是可以察觉的。由于人的眼睛对于颜色的轻微变化是非常敏感的，因此需要进行很好的颜色混合才能产生均匀的白光。

还有，对于由单个光源发射的并且通过波导引导的白光或有色光，可能感受到空间均匀性不够，尤其是在离开波导提取边缘某个距离的地方更是如此。

改善从波导提取的光的空间均匀性的一种已知方法是漫射所说波导的外部耦合(outcoupling)边缘。通过这种方法可以改善空间均匀性。但是通过光的反向散射使能量效率下降，提取的光比预期的更加发散。

因此需要一种更加能量有效的方法，来减小在距波导的提取边缘一定距离的地方所感受到的空间强度和/或颜色的变化。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺点以及其它的缺点，本发明的一个目的是提供一种更加能量有效的方法，来改进由波导发出的光的空间均匀性。

按照本发明的的第一方面，通过一种波导来实现所说目的和其它的目的，对于所说的波导进行安排以便可以引导来自至少一个光源的光，所说波导包括：至少一个引导边缘，引导边缘适合于将光包含在波导中；和提取边缘，提取边缘适合于允许从波导提取光，其中：对于所说的引导边缘进行配置，以便使所说的光在其途中朝向提取边缘反射；其中：对于引导边缘进一步进行配置，以使相对于引导边缘延伸的总体方向的、在给定的入射方向射在引导边缘上的光线的反射方向取决于沿引导边缘的入射位置。

波导可以由平板(slab)制成，平板由单一电介质材料组成，或者由电介质材料的组合组成。合适的电介质材料包括不同的透明材料，如各种不同类型的玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。波导还可以是至少部分地由波导反射体封闭的空气。包括电介质材料的平板的波导的功能可依赖在边缘和/或顶部和/或底部表面的全内反射(TIR)、反射体、或全内反射和反射体的组合。

所谓光的“空间均匀性”应该被理解为光在空间域的均匀性。空间均匀性包括颜色和强度的均匀性。事实上，在“白光”应用中，颜色变化可以等效于单色应用中的强度变化。

所谓提取边缘适合于允许从波导提取光意味着，提取边缘直接涉及光从波导中耦合出来。光的提取或向外耦合，可能通过提取边缘直接发生，或者在提取边缘中发生的最后反射之后，通过在提取边缘直接附近的波导的顶部和/或底部表面发生。可以按照各种不同的方式配置提取边缘：提取边缘可以是平直的、弯曲的、棱镜形状的、圆形的、或多或少有些漫射的等等。

本发明基于如下的认识：从常规波导提取的光的不均匀性的主要机制是，直接来自所述至少一个光源的光与在波导边缘反射的光的混合不够充分。这种机制的一个效果是，观察者通过波导可见的光源(实际的和虚拟的)的数目取决于观察位置。这种情况导致依赖观察位置的强度和/或颜色的变化。这个问题的解决方案将是大幅度地增加光源的数目(或者实际上是增加光源的密度)。这样一来，可见光源的相对数目(实际的和虚拟的)只会缓慢地和连续地随观察位置发生变化。