[发明专利]用于混合光的装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于混合光的装置。

背景技术

存在各种方式将来自不同颜色的光源(例如红色(R)LED、绿色(G)LED和蓝色(B)LED)的光混合以形成白光或者期望颜色的光。光导用来混合和引导由各种照明方案中的光源发射的光。通过在光导的表面上具有表面凹凸结构(如衍射光栅)，可以在表面处提取在光导结构中传输和反射的光以获得照明图案。不同颜色的提取的光(即输出耦合的光)的衍射效率决定感知的经混合的光的质量或者颜色。衍射效率是表达从衍射的光中获得的能量关于入射光的能量的程度的值。

由衍射光栅衍射的光的衍射角由光栅定律确定：mλ/Λ＝n₀ sinθ_out-n_g sinθ_g，其中m是衍射级，λ是光波长，Λ是光栅周期，n_g和n₀分别是光导的折射率和外部介质的折射率，并且θ_g和θ_out分别是关于光导内部的光和光导外部的光的表面法线的角度。为了发生光的全内反射(即当反射光束的第0阶被全内反射反射时)，则应当满足条件：θ_c＜θ_g＜90°，其中θ_c＝a sin(n₀/n_g)是全内反射的临界角。

US20050259939公开了包括超薄光导层和多层应用的光导。光导元件具有类似于光源高度的厚度。另外，在光导元件包括多个光导层的情况中，通常建议输入耦合(incoupling)可以在层中间变化。

利用用于混合光的传统装置，存在的风险是光导中的反射损耗导致的太低的衍射效率或者不同波长的光之间的衍射效率的不平衡影响输出耦合(outcoupling)的光的质量，其与期望颜色不对应。

发明内容

鉴于以上，期望提供具有提高的衍射效率的用于混合光的装置。

根据本发明的一方面，提供了用于混合光的装置，该装置包括至少两个光源，其中第一光源发射第一波长的光，并且第二光源发射第二波长的光。用于混合光的装置进一步包括至少一个光导，该光导具有用于光的输出耦合的衍射光栅和针对至少两个光源中的每个光源的用于光的输入耦合的小平面(facet)，由此第一小平面适于将第一波长的光耦合进入至少一个光导中，并且第二小平面适于将第二波长的光耦合进入至少一个光导中。不同波长的光通过独立的小平面进入光导，此后在光导中发生多次反射。通过针对每个波长具有各自的光输入耦合小平面可以在光导中针对每个波长优化反射条件(例如，最小化反射损耗)，从而利用该用于混合光的装置获得提高的衍射效率。可以使用一个或者多个光导，每个光导具有针对每个波长的光输入耦合小平面。通过将光导的表面处的光衍射到周围介质(例如空气)的衍射光栅提供光的输出耦合或者光的提取。

在本发明的实施方式中，关于至少一个光导成角度地安装第一小平面和第二小平面，其中第一小平面的第一角度可以与第一波长在至少一个波导中的全内反射的角度相对应，并且第二小平面的第二角度可以与第二波长在至少一个波导中的全内反射的角度相对应。每个小平面关于例如光导在其中延伸的平面具有角度，该平面可以与光提取表面和/或者衍射光栅平行。小平面的角度由针对进入该小平面的光的特定波长在光导中的全内反射(TIR)条件决定。当光在TIR条件中进入光导时，这允许在衍射光栅内提取全部的光量。在光在小平面处的任意(非TIR)角度输入耦合情况中，呈现光的非衍射阶，即第零阶，并且这个光将不会在光导中传播并且将会被损耗。根据本发明可以最小化反射损耗(例如菲尼尔反射损耗)。

在本发明的实施方式中，第一光源和第二光源可以将光发射进入独立的光导中，使得第一光导引导第一波长的光，并且第二光导引导第二波长的光。通过针对每个光源和波长具有独立的光导，可以针对每个波长调整光导参数，并且可以确保针对每个波长的最大衍射效率的重叠范围，以提供期望颜色的均匀光。重叠范围可以解释为衍射角的范围，在该范围中针对每个波长获得最大衍射效率。