[发明专利]超高效率色彩混合和色彩分离

说明书

本申请要求申请日为2010年9月27日的美国临时专利申请序列第61/404,062号的优先权，在此结合该申请作为参考。

技术领域

本发明大体涉及用于组合或分离光的光谱成分的装置和方法，更具体地涉及为了任一上述目的使用多色物质。

背景技术

对于应用于街道和汽车照明，至家用、LCD显示器和娱乐照明范围的多种应用中的白光照明的实现，色彩混合是必须的。通常通过以蓝光照射发出红和绿光的荧光材料而得到白光。当三种颜色混合时，总体发出的光看起来是白色的。在图1中示出了该方法，其中从p-n结发出的蓝光101照射发出红光103和绿光104的荧光体102。这三种颜色的混合产生白光。

上述用于将不同颜色的光混合的方法具有以下三个主要缺点：

●该荧光体随着时间趋于劣化。这对色彩输出寿命以及装置的整体效率造成不利影响。

●该整体的装置的效率低于常规的3-色LED系统。这主要由于斯托克斯频移（非弹性散射）的热损失和与荧光体有关的劣化（degradation）问题。因此，没有实现LED的高固有效率。

●该系统遭受差的色彩稳定性和渲染之害。利用此方法对高质量的照明进行色彩控制是很难的，因为其几乎不能控制不同颜色的相关光的输出。

产生白光的另一个方法是使用三个为原色：红、绿和蓝（RGB）色的分离的LED。这允许独立地控制每种颜色的强度，从而实现输出光的更好的色域。在最简单的情况中，仅将三个LED封装在单个、密封的壳体里。由于没有提出高效率的三色混合的方法，因此三种颜色在传播期间混合并且产生白光。这在白光输出中产生了显著的非均匀性，且很难控制白光的质量。包括使用漫射体的调色方法受到由于漫射体中的光吸收和散射引起的固有效率损失。

发明内容

本发明的实施例提供，与诸如发光二极管的彩色光源相结合地使用多色物质，用于照明、显示、光谱学和相关的应用中的非常有效的色彩混合。

根据本发明的优选实施方式，提供了色彩组合装置，其具有多个照射源，每个照射源发出的射束特征在于不同的光谱范围。共同地，射束构成射束组。该装置还具有多色物质，其被配置成在多个照射源对该多色物质照射时定义在至少一个容积中的光输出特性。

在本发明的多个实施方式中，多色物质被配置成在多个照射源对该多色物质照射时定义不仅仅是一个容积而是多个容积中的光输出特性。在多个容积中的至少两个容积中定义的光输出特性可以是相互不同的光输出特性。

在本发明的另一个实施方式中，多色物质可用于将射束组结合到输出射束中。该多色物质可被进一步配置成定义输出射束的传播方向。

在本发明的另一个实施方式中，该多色物质可被配置成定义在空间的特定容积中的至少一个光特性，其中一个特性选自包括以下特性的组：（i）亮度；（ii）色彩；（iii）色均匀性；（iv）偏振。其中形成输出射束，该多色物质可被配置成定义输出射束的至少一种特性，该一种特性选自包括以下特性的组：（i）亮度；（ii）色彩；（iii）色均匀性；（iv）发散角；（v）准直度；（vi）偏振；（vii）焦距；和（viii）束腰。

在本发明的另一个实施方式中，各所述照射源的不同光谱范围在光谱上基本不重叠。所述色彩组合装置还包括设置在各照射源和所述多色物质之间的计算机生成的全息底板。所述多个源可以，但并不必须是，设置在非平面基底上。可提供至少一个控制器用于独立地控制各光源。所述多个源的子集至其整体，可共享公共电极。所述多色物质可制造在透明的材料上或在吸收材料上。所述多色物质可配置成以透射模式或以反射模式工作。所述多色物质可以是二元的、多级的或具有渐变的折射率分布指数。所述多色物质还包括镶拼的多色物质。

本发明的另一实施方式还提供一种隐私增强显示器，其包括发出电磁辐射的多个源像素，各像素的特征在于发散角；和与各像素相邻设置的多色物质，用于将从远离所述源像素的位置看的辐射视野变窄。

本发明的另一实施方式提供一种高效率LCD显示器，包括：偏振背光的源；基本设置在一个平面中的多个LCD像素；和设置在偏振背光的源与LCD像素的平面之间的多色物质，用于将背光分为一定的光谱成分。

根据本发明的另一方面，提供一种方法用于组合色彩。该方法包括以下步骤：

a．以来自多个源的电磁辐射照射多色物质，各源的特征在于不同的光谱范围；以及

b．将来自多个源的电磁辐射组合，使得来自所述多色物质的辐射具有特定的色彩和功率均匀性以及准直度。