[发明专利]具有不对称出耦合的波导

说明书

技术领域

本发明涉及布置为引导来自至少一个光源的光的波导(waveguide)，波导包括至少一个适于将光包含(contain)在波导中的引导侧面(guide edge)，以及适于使光从波导中提取出的提取侧面(extraction edge)。

本发明进一步地涉及包括上述波导的照明装置和包含上述照明装置的显示装置。

背景技术

有一些照明应用，其中来自至少一个光源的光耦合进入波导，且从波导的一个或者几个表面射出。在一些应用中，例如，用于液晶显示器的背光源，光可以通过大尺寸平面波导的顶面出耦合。在其它的应用中，光可以在波导的一个或者几个侧面(edge)耦合出来。通过使用平面波导和将光从其至少一个侧面中耦合出来，可以实现几种不同类型的照明装置。一个上述照明装置的实例是透明灯，所述透明灯由多个平面波导形成。就上述灯来说，可以通过在合适位置将波导的射出侧面形成为角镜(angle mirror)来从灯表面的选定部分提取光。

用于上述照明装置的适当光源包括发光二极管(LED)。LED通常是狭窄带状的，且一般产生白色需要光对从LED发射的光作某些调整。产生白色光的节能方法是，将由适当颜色(典型地为红，绿和蓝)的由诸如LED的光源发射的光相结合来形成白光。

来自不同颜色LED的光的上述结合可以在波导中发生，且在波导的提取侧面处，从波导中射出的混合光的亮度及空间颜色分布通常更加均匀。然而，远离这/这些侧面(edge)的一段距离，在亮度和/或颜色中的变化是可见的。由于人眼对颜色的微小变化非常敏感，产生均匀的白光需要很好的颜色混合。

还有，就由单光源发射且通过波导引导的白色或有色光而言，可能有不足的空间均匀性，特别是在远离波导提取侧面的一定距离处。

改善从波导提取的光的空间均匀性的一种已知方法是，使波导的出耦合侧面漫射(diffuse)。通过该方法，可以获得改善的空间均匀性。然而，通过光反向散射，降低了能源效率，且提取光可以比所预期更加发散。

因此，需要更加节能的方法减少所感知的在远离波导的提取侧面的一定距离处的空间亮度和/或颜色变化。

发明目的

鉴于现有技术的上述和其它缺陷，本发明的目的是提供更加节能的方法改善由波导所射出光的空间均匀性。

此处，光的“空间均匀性”应该理解为在空间域中光的均匀性。空间均匀性包括颜色和亮度的均匀性。实际上，在“白光”应用中颜色的变化可以与单色应用中亮度的变化等同。

发明内容

根据本发明的第一方面，这些和其它的目的是通过波导实现，所述波导包括：提取侧面，适于使所述光能够按照整体(general)出耦合方向从所述波导出耦合；至少一个引导侧面，适于通过反射所述光使其在朝向所述提取侧面的路径上来将所述光包含在所述波导中，其中，提取侧面设置有不对称漫射层。

此处，“漫射(diffusing)”应该理解为，在反射面中的不规则性是在光波长的量级，而表面仍然是宏观上的扁平。

“不对称漫射”应该理解为：漫射度并非在所有平面中相同。特别地，漫射层可以适于在与整体出耦合方向平行的两个不同(例如，相互垂直的)平面中不同地扩散光。

波导可以布置为入耦合以及引导来自多个光源的光，以及在至少一个混合平面中混合所述光。于是，漫射层可以在该混合平面中比在与所述混合平面垂直的平面中扩散更多的光。所述不对称漫射改善了颜色混合，且去除或者限制了色带或者亮度带的出现，同时限制了沿着不存在任何颜色混合或者强度变化问题的方向上的发散。

出耦合结构可以是透射面，其适于通过该表面出耦合光，或者是反射面，其适于通过波导的顶和/或底面出耦合光，接着在反射面中反射。出耦合结构可以按照多种方式配置—其可以是扁平的，弯曲的，棱柱形的，圆形的，或多或少漫射的等等。

在光通过提取侧面出耦合的情况下，该漫射层可以是透明的漫射层。

光在提取侧面中反射后通过顶或底面出耦合的情况下，漫射层可以是漫射镜(diffusing mirror)。可以例如通过将金属涂层应用到漫射引导侧面表面来形成漫射镜。

波导优选地是平面波导。此处，“平面波导”限定为基本上在一个平面内具有延展的波导，即，与平面中波导的尺寸相比，从波导任何点到平面的距离很小。可替换地，波导是非扁平的，其可用于特定设计的照明设备。