專利名稱：發(fā)光設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光設備。具體地，本發(fā)明涉及一種具有一組波長選擇濾光器的發(fā)光 設備，所述波長選擇濾光器被設置為子準直器以準直來自多個光源的光。
背景技術：
W02006/129220 Al公開了一種包括準直裝置的發(fā)光設備，該準直裝置包括將特定 屬性的光朝該準直裝置的輸出區(qū)反射的濾光器。如W02006/129220 Al中所公開的一個，由 于在濾光器中的不必要的反射，對于該發(fā)光設備可能產(chǎn)生變色(discoloration)的影響。 因此，期望提供一種改進的發(fā)光設備。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述分析，本發(fā)明的目的是解決或至少減少上面討論的問題。具體地，目的是 減少變色。本發(fā)明基于以下理解在波長選擇濾光器中不需要的反射可以以朝向濾光器的平 直入射光發(fā)生。本發(fā)明進一步基于以下理解在發(fā)光設備中提供更對稱結構的濾光器配置 將使得不需要的光傳播更加均勻，從而減少變色。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種發(fā)光設備，包括多個光源，其提供不同波長的 光；準直裝置，其具有接收端和輸出端，其中所述光源被設置在所述接收端處，并且所述準 直裝置包括一組波長選擇濾光器，其設置為用于所述多個光源的每一個的子準直器，從而 使得對于每個光源，所述子準直器準直來自其光源的光，并且所述每個光源的所述波長選 擇濾光器對來自鄰近光源的不同波長的光是半透明的，以及第二組波長選擇濾光器，其包 括至少一個補償濾光器，其中所述補償濾光器圍繞相應的光源的總體光方向相對于所述第 一組波長選擇濾光器的相應的部分而被對稱地設置。因此，由于朝向第一組波長選擇濾光 器的平直入射角的反射由相應的補償濾光器來補償，該補償濾光器給出了圍繞相應光源的 總體光方向對稱的反射，并且因此給出了更加均勻的傳播，從而減少了變色。在這里，圍繞 相應光源的總體光方向的對稱應當被解釋為圍繞線的對稱，該線被考慮用于形成從光源發(fā) 射的光的中心，該光被傳播為圍繞該線的集中光束。補償濾光器中的至少一個可以具有與第一組波長選擇濾光器的其相應部分相似 的濾光器屬性(filter property) 0因此，在濾光器屬性方面，也實現(xiàn)對稱以提供均勻的傳播。補償濾光器中的至少一個可以是全通濾光器，使得任何反射歸因于平直的入射光 的角度。該濾光器可以例如是玻璃板。因此，不必考慮濾光器屬性，并且/或者補償濾光器 制造起來更便宜且更容易。補償濾光器的每一個可以分別具有以下屬性使得與子準直器或多個子準直器相 關聯(lián)的、存在于其中的波長基本通過。由此，補償濾光器不干擾相鄰的子準直。對于(復數(shù)個)補償濾光器，補償濾光器的濾光器屬性的分配可以不同。因此，一個補償濾光器可以具有與第一組波長選擇濾光器的其相應部分相似的濾光器屬性，另一個 補償濾光器可以是全通濾光器。在這里，應當注意，一個或多個濾光器可以提供在發(fā)光設備 上，這取決于補償?shù)男枨蟆?每一個補償濾光器都可以分別具有以下屬性使得與子準直器或多個子準直器相 關聯(lián)的、存在于其中的波長基本通過。濾光器可以具有與總體光輸出方向成3到30度的角，優(yōu)選地為5到15度，優(yōu)選地 為9到11度，優(yōu)選地為大約10度。那些設置在最接近所述接收端的一部分處的所述濾光器或濾光器部分可以具有 與總體光輸出方向成15到30度的角，優(yōu)選地為20到25度，優(yōu)選地為21到22度，且那些 設置在最接近所述輸出端的一部分處的所述濾光器或濾光器部分可以具有與總體光輸出 方向成3到15度的角，優(yōu)選地為4到10度，優(yōu)選地為5到6度。光的波長可以基本上處于可見光的波長的范圍內(nèi)。然而，本發(fā)明還可以適用于其 他輻射，比如紅外、紫外或X射線輻射。光源可以包括固態(tài)光源。固態(tài)光源可以包括發(fā)光二極管。光源可以包括分別發(fā)射基本上紅色、綠色和藍色光的三個光源。波長選擇濾光器的任何一個可以是二向色濾光片。準直裝置可以進一步包括環(huán)境(surrounding)反射器。在這里，應當注意，當一個 或多個子準直器被設置在準直裝置的邊界處時環(huán)境反射器可以是這個或這些一個或多個 子準直器的一部分。發(fā)光設備可以進一步包括在所述輸出端處的擴散器(diffusor)。該擴散器可以是 全息擴散器。這將進一步最小化強度和/或顏色的非均勻性。波長選擇濾光器可以是高通或低通濾光器。使用高通或低通濾光器而不是帶通或 帶阻濾光器的益處在于，與帶通和帶阻濾光器相比，在高通和低通濾光器中更容易實現(xiàn)良 好的濾光器屬性。對于與另一個具有更長波長的光源鄰近的光源，所述子準直器的任何一個的波長 選擇濾光器可以是低通濾光器，并且對于與另一個具有更短波長的光源鄰近的光源，所述 子準直器的任何一個的波長選擇濾光器可以是高通濾光器。通過這種設置，光源和它們的 子準直器可以被堆積在一起而沒有干擾，從而提供更小的單元，以及更好的混色。光源可以以波長的順序設置。這將使得能夠避免使用帶通或帶阻濾光器。一般地，權利要求中使用的所有術語都將根據(jù)技術領域中它們的普通意義來進行 解釋，除非本文中另外明確地定義。所有對“一個/該[元件、設備、組件、裝置、步驟等等]” 的引用將被開放地解釋為是指所述元件、設備、組件、裝置、步驟等等中至少一個實例。本文 所公開的任意方法的步驟不必以公開的確切的順序執(zhí)行，除非明確規(guī)定。根據(jù)下面的詳細公開，根據(jù)所附的獨立權利要求以及根據(jù)附圖，本發(fā)明的其他目 的、特征和優(yōu)點將是清楚的。


通過下面參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行的說明性和非限制性的詳細描 述，本發(fā)明的上述以及附加目的、特征和優(yōu)點將被更好地理解，在附圖中相同的參考數(shù)字將用于相似的元件，其中圖1示意性示出發(fā)光設備；圖2示意性示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)光設備；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)光設備；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)光設備；以及圖5示出由于朝向發(fā)光設備的濾光器的平直入射角而引起的可能反射。
具體實施例方式圖1示意性示出包括多個光源102的發(fā)光設備100，這些光源中的每一個具有不同 的波長范圍，從而使得該發(fā)光設備100能夠提供具有期望顏色屬性的光，例如具有優(yōu)選色 溫的白光或彩色光。選擇并控制光源102以獲得優(yōu)選的色溫在本領域中是公知的，并且不 是本發(fā)明的一部分。然而，為了更好地理解的目的，應當注意，光源102可以有利地包括發(fā) 光二極管(LED)，例如分別提供紅色、綠色和藍色光的發(fā)光二極管。光源102被設置在發(fā)光 設備100的準直裝置104的接收端103處。因此，發(fā)光設備100包括準直裝置104，該準直裝置包括用于每一個光源102的子 準直器106、107、108。為了理解本發(fā)明，可以觀察子準直器106。子準直器106包括對從相 應的光源111發(fā)射的光具有反射性的準直元件109，110。準直元件109，110可以是波長選 擇濾光器，例如二色向濾光片。因此，這些濾光器(即準直元件109、110)可以對其他顏色的 光是半透明的，從而使得形成(enabling)圖1所示的緊湊結構。如果例如光源111發(fā)射紅 光，則準直元件被設置為反射紅光，但或多或少地對綠色和藍色光是半透明的。這種濾光器 可以由每側上具有16層SiO2和Ta2O5濾光器的玻璃板來實現(xiàn)。這將反射具有比大約600nm 略大波長的光(即紅光)，但是透射具有比600nm更短波長的可見光，即綠色和藍色光。如 果來自光源111的光的兩個示范性射線112、113被考慮(regard)，則圖1中的左射線112 將被相應的準直元件109反射并且在準直裝置104的輸出端114處出射，并且圖1中的右射 線113將被透射穿過相鄰的準直元件115、被相應的準直元件110反射、透射穿過下一個相 鄰的準直元件117、并且在準直裝置104的輸出端114處出射。根據(jù)相鄰的準直元件115、 117的屬性，紅光能夠穿過它們。例如，準直元件115可以對綠光是反射性的而對紅光是透 射性的。因此，在這里對藍光的屬性不是關鍵的。如下面將要解釋的，準直元件115可以可 選地是帶阻類型的濾光器并且因此也透射藍光(例如每側上具有14層SiO2和Ta2O5濾光 器的玻璃板)，或者可選地是透射紅光而反射綠光的低通濾光器。它可以反射藍光，但是這 不是必需的屬性。通過相似的方式，來自光源119的光(例如綠光)由準直元件115和116準直，同時剛好穿過相鄰的準直元件110、117，并且來自光源120的光(例如藍光)由準直元件117 和118準直(collimate)，同時剛好穿過相鄰的準直元件110、116。在這里，我們可以看到 準直元件116需要反射綠光并透射藍光，同時對于紅光的屬性是任意的。相似地，我們可以 看到準直元件117需要反射藍光而透射紅光和綠光，并且準直元件118需要反射藍光，同 時對綠光和紅光的屬性是任意的，因此，準直元件118可以是寬帶反射器，比如金屬或涂覆 的金屬。因此，具有期望屬性的聚集光(aggregated light)在準直裝置104的輸出端114 處發(fā)射。因此，例如通過每側上具有12層SiO2和Ta2O5濾光器的玻璃板，準直元件可以對藍光是反射性的并且對紅光和綠光是透射性的。如上面作為選項提出的，中間子準直器107并非必須包括帶阻類型的濾光器。通 過考慮什么波長存在于相鄰子準直器中且因此必須穿過準直元件，即可以實現(xiàn)這一點。因 此，準直元件115可以是僅僅使紅光通過而反射綠光和藍光的低通濾光器，而準直元件116 可以是僅僅使藍光通過而反射紅光和綠光的高通濾光器。這樣，優(yōu)點在于，與在阻帶(stop band)的任一側上具有良好通帶特征的帶阻(band stop)類型濾光器相比，更容易提供合 適的低通或高通濾光器。因此，僅僅使用低通和高通濾光器可以改進發(fā)光設備100的性能， 例如在光圖案的邊界(bundaries)處變色較小。與濾光器屬性無關，以朝向濾光器的真正平直光入射角，至少不可忽略量的光被 反射。這種無意的反射光將使得所提供的光圖案惡化并且導致變色。發(fā)明人已經(jīng)認識到， 特別地，變色是由于準直器的不對稱造成的。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供補償濾光器 來減少這種不對稱，從而減少變色。圖2示意性示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有這種補償濾光器的發(fā)光設備200。原 則上，該實施例的發(fā)光設備200包括參照圖1公開的實施例中闡明的特征，并且當需要參照 該實施例的特定技術特征時，僅僅討論共有的元件。將類似地參照圖5，其示出與如圖2所 示的一個發(fā)光設備相似的發(fā)光設備中射線的示范性反射。應當注意，圖5所示的原理同樣 可適用于具有補償濾光器的任何實施例?？紤]從發(fā)光設備200的光源211發(fā)射的示范性光，其被認為將被透射穿過相鄰的 準直元件215，但是由于朝向該相鄰準直元件215的平直入射，至少不可忽視部分的光被該 相鄰準直元件215反射，例如在圖5中由射線500所示出。假定光源211提供具有紅光波 長范圍的光，則由發(fā)光設備提供的光圖案將提供太多的紅色“給左邊”，除非已被補償。因 此，為了補償最接近于發(fā)光設備200的準直裝置204的接收端203的相鄰準直元件215 — 部分，補償濾光器222被設置為在與光源211相關聯(lián)的子準直器206中提供對稱性。補償 濾光器222的屬性優(yōu)選地與準直元件215的屬性相匹配，例如通過具有相同的濾光器屬性。 因此，提供了 “到右邊”的相應的反射，如圖5中射線502所示。圖5還示出其中可能發(fā)生 不必要反射的其他示范性射線，以及在補償濾光器中相應的補償反射。相似地，為了補償在下一個相鄰準直元件217中的反射并且隨后補償與子準直器 206共享空間的、最接近于準直裝置204的輸出端214的下一個相鄰準直元件217的一部分 中的反射，向最接近于輸出端214的下一個相鄰準直元件217的該部分對稱地提供補償濾 光器224。以相似的方式，在與光源220相關聯(lián)的子準直器208中提供補償濾光器226、228。在其中光源211提供紅光的實例的連續(xù)中，讓我們假設光源220提供藍光。隨后，我們將獲得在紅色和藍色方面更多傳播的(spread)光，但是該光是均勻傳播的。另一方 面，對于提供沒有變色的白光，我們將可能在光圖案的一些部分中缺乏光源219的顏色(例 如綠色)。為了對這一點進行補償，補償濾光器230、232被提供以使得綠光以與紅光和藍 光相同的方式傳播。這些濾光器230、232優(yōu)選地透射綠光，因為它們存在于“綠色”子準直 器207中。藍光范圍中濾光器230的屬性是任意的。然而，補償濾光器230也可以存在于 “紅色”子準直器206中并且因此需要透射紅光，并且在這里給定的實例中，補償濾光器230 優(yōu)選地是透射紅光和綠光而反射藍光的低通濾光器。以相應的方式，補償濾光器232也存在于“藍色”子準直器208中，并且因此需要透射藍光，并且在這里給定的實例中，補償濾光 器232優(yōu)選地是透射藍光和綠光的濾光器，例如未涂覆的玻璃板或透射藍光和綠光而反射 紅光的高通濾光器。因此，對于這些補償濾光器230、232，不存在子準直器207內(nèi)的全對稱， 但是在實踐中，這不是問題，因為反射主要取決于來自光源219的光的平直入射，而不取決 于濾光器屬性。然而，補償濾光器232需要對綠光和紅光是透明的，而對于藍光的屬性是任 意的。給出上面的實例，其中為了容易理解補償濾光器的原理，光源211、219、220分別 發(fā)射紅光、綠光和藍光。然而，從光源發(fā)射的顏色的其他分配也是可能的，正如本領域技術 人員可以容易理解的。相似地，上面給出了多個實例，其中使用了三個具有不同顏色的光源 和它們的相關聯(lián)子準直器。然而，也如本領域技術人員可以容易理解的，可以使用具有其他 顏色(即波長范圍)的更多的光源以及相關聯(lián)的子準直器。一個以上的光源(例如LED) 能與每個子準直器關聯(lián)。例如，可以在一個子準直器中提供紅色和琥珀色光源。取決于發(fā) 光應用，本發(fā)明可適用于低功率光源和高功率光源。使用補償濾光器的原理還可適用于除 了波長選擇濾光器之外的其他濾光器，例如偏振濾光器。為了根據(jù)不同要求提供發(fā)光設備， 并不需要全部公開的波長濾光器。所公開的補償濾光器的一個或多個可以被加入以獲得期 望的發(fā)光設備。例如，一個選擇是僅僅具有圖2中所描繪的補償濾光器222和226、僅僅具 有圖2中所描繪的補償濾光器224和228或具有圖2中所描繪的補償濾光器222、224、226 和 228。圖3a以擬截面示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括準直裝置和光源的發(fā)光設備300。 在圖3a中，準直裝置具有與圖2所示的準直裝置相似的結構。然而，如圖1示出的準直裝置 的結構作為可替代的實施例同樣也是可能的。如下面將要討論的，包括或多或少的補償濾 光器的其他實施例同樣是可能的。發(fā)光設備300進一步包括環(huán)境反射器302，其可以是金屬 反射器。該反射器可以用于反射未被外部準直元件304、306反射的任何光，并且/或者用 于裝載準直裝置。作為選擇，外部準直元件304、306根本不是濾光器，其中直接在環(huán)境反射 器302上進行反射，在圖4a中更具體地示出了其原理。如圖3b中所示，其是沿著線A-A的 截面中的發(fā)光設備300，反射器302也用于垂直于準直裝置的準直元件的準直。可選地，擴 散器(diffUSOr)308可以提供在準直裝置的輸出端處。擴散器308可以是全息擴散器。使 用全息技術制造該全息擴散器，但是該全息擴散器不依賴干涉，并且因此具有很少的色差。上面LED已經(jīng)用作實例，但是也可以使用其他光源，比如激光器、熒光燈等等。圖4a以擬截面示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括準直裝置和光源的發(fā)光設備400。 該準直裝置包括準直元件402和具有與參照圖2和5討論的功能相似的補償濾光器404。 如上所討論，包括或多或少的補償濾光器的其他實施例同樣是可能的。圖4a所示的特殊特 征在于，準直元件402在與最接近于發(fā)光設備400的準直裝置的接收端407的一部分406處 與總體光輸出方向成第一角度，而準直元件402在與最接近于發(fā)光設備400的準直裝置的 輸出端409的一部分408處與總體光輸出方向成第二角度?？紤]濾光器的角度依賴性，所 述角度優(yōu)選地被最優(yōu)化。盡管對于圖3a示出的準直裝置的所有準直元件和可選補償濾光 器來說，與總體光輸出方向所成的角度優(yōu)選地為3到30度，優(yōu)選地為5到15度，優(yōu)選地為 8到9度，但是圖4a示出的準直裝置的第一和第二角度分別是15到30度，優(yōu)選地為20到 25度，優(yōu)選地為21到22度，以及3到15度，優(yōu)選地為4到10度，優(yōu)選地為5到6度。補償濾光器的相應角度當然與它們被設置用于補償?shù)臏手痹慕嵌认嗤?。圖4b以沿著線B-B的截面示出發(fā)光設備400，其中環(huán)境反射器412也用于垂直于準直裝置的準直元件的準直?？蛇x地，擴散器410可以提供在準直裝置的輸出端處。擴散器410可以是全息擴 散器。該全息擴散器采用全息技術制造，但是并不依賴于干涉，并且因此具有很少的色差。上面參照圖4給出的實例，其中使用了具有不同顏色的三個光源和它們相關聯(lián)的 子準直器。然而，如本領域技術人員還可以容易理解的，可以使用具有其他顏色(即波長范 圍)的更多光源以及相關聯(lián)的子準直器。一個以上的光源(例如LED)可以與每個子準直 器關聯(lián)。例如，可以在一個子準直器中提供紅色和琥珀色光源。取決于發(fā)光應用，本發(fā)明可 適用于低功率光源和高功率光源。使用補償濾光器的原理還可適用于除了波長選擇濾光器 之外的其他濾光器，例如偏振濾光器。為了根據(jù)不同要求提供發(fā)光設備，并不要求全部公開 的補償濾光器。所公開的補償濾光器的一個或多個可以被加入以獲得期望的、與參照圖2 討論的發(fā)光設備相似的發(fā)光設備。上面已經(jīng)主要參照若干個實施例描述了本發(fā)明。然而，如本領域技術人員容易理 解的，在如由所附專利權利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)，除了上面公開的實施例之外的 其他實施例同樣是可能的。
權利要求
發(fā)光設備(100，200，300，400)，包括-多個光源(102，111，119，120，211，219，220)，其提供不同波長的光，-準直裝置(104，204)，其具有接收端(103，203，407)和輸出端(114，214，409)，其中所述光源被設置在所述接收端處，并且所述準直裝置包括第一組波長選擇濾光器(109，110，115，116，117，118，215，217)，被設置為用于所述多個光源的每一個的子準直器(106，107，108，206，207，208)，從而使得對于每個光源，所述子準直器準直來自其光源的光，并且所述每個光源的所述波長選擇濾光器對來自鄰近光源的不同波長的光是半透明的；以及第二組波長選擇濾光器，包括至少一個補償濾光器(222，224，226，228，230，232)，其中所述補償濾光器圍繞相應的光源的總體光方向相對于所述第一組波長選擇濾光器的相應的部分而被對稱地設置。
2.根據(jù)權利要求1的發(fā)光設備，其中所述至少一個補償濾光器的至少一個具有與所述 第一組波長選擇濾光器的其相應部分相似的濾光器屬性。
3.根據(jù)權利要求1或2的發(fā)光設備，其中所述至少一個補償濾光器的至少一個是全通 濾光器，使得任何反射歸因于平直的入射光角度。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項的發(fā)光設備，其中所述至少一個補償濾光器具有以下屬 性使得與子準直器或多個子準直器相關聯(lián)、存在于其中的波長基本通過。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項的發(fā)光設備，其中所述濾光器(109，110，115，116，117， 118，215，217，222，224，226，228，230，232)具有與總體光輸出方向成3到30度的角，優(yōu)選地 為5到15度，優(yōu)選地為9到11度，優(yōu)選地為大約10度。
6.根據(jù)權利要求1-4中任一項的發(fā)光設備，其中那些設置在最接近所述接收端的一部 分處的所述濾光器或濾光器部分具有與總體光輸出方向成15到30度的角，優(yōu)選地為20到 25度，優(yōu)選地為21到22度，且那些設置在最接近所述輸出端的一部分處的所述濾光器或 濾光器部分具有與總體光輸出方向成3到15度的角，優(yōu)選地為4到10度，優(yōu)選地為5到6 度。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項的發(fā)光設備，其中光的所述波長基本上處于可見光的波 長的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項的發(fā)光設備，其中所述光源包括固態(tài)光源。
9.根據(jù)權利要求8的發(fā)光設備，其中所述固態(tài)光源包括發(fā)光二極管。
10.根據(jù)前述權利要求中任一項的發(fā)光設備，其中所述光源包括分別發(fā)射基本上紅色、 綠色和藍色光的三個光源。
11.根據(jù)前述權利要求中任一項的發(fā)光設備，其中波長選擇濾光器的任何一個是二向 色濾光片。
12.根據(jù)前述權利要求中任一項的發(fā)光設備，其中所述準直裝置進一步包括環(huán)境反射 器(302,412)。
13.根據(jù)前述權利要求中任一項的發(fā)光設備，進一步包括在所述輸出端處的擴散器 (308,410)。
14.根據(jù)權利要求13的發(fā)光設備，其中所述擴散器是全息擴散器。
15.根據(jù)前述權利要求中任一項的發(fā)光設備，其中所述波長選擇濾光器是高通或低通濾光器O
16.根據(jù)權利要求15的發(fā)光設備，其中，用于與另一個具有更長波長的光源鄰近的光 源的所述子準直器的任何一個的波長選擇濾光器是低通濾光器，并且用于與另一個具有更 短波長的光源鄰近的光源的所述子準直器的任何一個的波長選擇濾光器是高通濾光器。
17.根據(jù)權利要求15或16中任一項的發(fā)光設備，其中所述光源以波長的順序設置。
全文摘要
公開了一種發(fā)光設備(100，200，300，400)。該設備包括多個光源(111，119，120，211，219，220)，其提供不同波長的光；準直裝置(104，204)，其具有接收端(103，203，407)和輸出端(114，214，409)，其中所述光源被設置在所述接收端處。該準直裝置包括一組波長選擇濾光器(109，110，115，116，117，118，215，217)，其設置為用于所述多個光源的每一個的子準直器(106，107，108，206，207，208)，從而使得對于每個光源，所述子準直器準直來自其光源的光，并且所述每個光源的所述波長選擇濾光器對來自鄰近光源的不同波長的光是半透明的；以及第二組波長選擇濾光器，其包括補償濾光器(222，224，226，228，230，232)，其中每個補償濾光器圍繞相應的光源的總體光方向相對于所述第一組波長選擇濾光器的相應部分而被對稱地設置。
文檔編號G02B17/06GK101821661SQ200880102905
公開日2010年9月1日 申請日期2008年8月4日 優(yōu)先權日2007年8月10日
發(fā)明者C·A·H·A·穆薩爾斯, C·G·A·霍倫, H·庫伊曼斯, M·范阿斯, R·P·范戈科姆 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司