[发明专利]用于照明系统的波导装置

说明书

相关申请

本申请要求2011年4月28日递交的名称为“Waveguide Apparatus for Illumination Systems”的美国临时专利申请No.61/480,216的较早申请日的权益。

技术领域

本发明的实施方式总体涉及一种圆柱形波导装置，其作为分布式照明系统的一部分，可以以更定向、更均匀强度和更节能的方式进行白光照明。另一实施方式是用于制造该装置的方法。还描述了其他实施方式。

背景技术

在基本的光纤照明系统中，光源将光射入光纤中，光纤随后用于将射入的光传输到远距离的所需位置。在该远距离的位置，光纤通常在其端面处裸露出，使得光可以射出且照亮在外部且靠近光纤的端面的远距离区域。最近，已经提出，基于光纤的照明系统具有多个区域，各个区域具有不同的折射率，据称这可以用来使传播光沿着光纤的长度从光纤的侧面偏转出。参见Wang等的美国专利5,905,837。通过使用在光纤中的芯和包层之间的折射率之比和光纤中的吸收系数和散射系数之比的组合变化，还已经提出360度或全方向的偏转模式。参见Lieberman等的美国专利6,714,711。随后的努力已经提出，在光纤的芯中使用闪耀衍射光栅，用于将光衍射出光纤，以及光纤外部的凸透镜结构用于接收衍射光且建立线性照明场。参见Carver等的美国专利7,437,035。然而，这些技术在有效地产生具有宽波段可见成分（本文也称为白光）的照明光且确保该照明光沿着光纤的长度具有均匀性这一方面的功效不明显。

发明内容

本发明的一实施方式是一种光波导装置，该光波导装置可以是分布式照明系统的一部分，该分布式照明系统产生具有宽波段的可见内容（白光）的照明且同时允许容易地控制沿着波导的长度的照明的色温和强度均匀性。该装置具有波导，该波导将初级光输送或导向到远距离的位置，即，远离初级光的光源的位置。该波导包含大量的散射结构，该散射结构用于将传播的初级光重新分布或重新定向成从波导的侧面出去且使其具有期望的辐射图案。辐射图案可以是定向的，例如，具有至少一个预定的辐射瓣，该辐射瓣具有小于360度的径向扩展且位于期望的径向位置，且辐射图案可以按照需要定位在纵向方向上。设置了光致发光材料的介质或层，优选设置在波导的外部且沿着波导纵向延伸，以吸收重新定向的初级光，从而发出具有与初级光不同波长的波长转换的次级光。初级光应该是准单波长的或单色的，如通过例如激光器或单色发光二极管（LED）产生，该激光器或单色发光二极管被调整到光致发光介质的主要吸收带。由于在一个实施方式中，波长转换的次级光与任何未被吸收的重新定向的初级光以可以垂直于波导的传播轴线的方向组合，这在远距离的位置处产生宽波段的照明光（这里也称为白光）。照明光基本上可以是波长转换的次级光（其可以具有比初级光的带宽宽的带宽）和重新定向的初级光的任何未被吸收的部分的组合。波导装置也能够远离光转换位置定位初级光源，使得可以减少在该位置的散热。还描述了其他实施方式。

波导是任何合适的光纤，例如，单包层的、多包层的和光子晶体的或微结构的光纤，由于较低的寄生反射和较低的制造成本，其可以产生较佳的照明效率。在一个实施方式中，光纤可具有芯层和包覆层。散射结构（例如，微漫射体或反射体）优选是先前在光纤内部（或者全部在芯层中，或者部分地在芯中和部分地在包覆层中）形成的激光-感应结构。这些散射结构被设计成根据期望的辐射图案重新定向初级光，所述期望的辐射图案穿过光纤的外侧面或正面；辐射图案因此可以具有通过散射结构的一些特征部分地限定的形状。光致发光层可以被成形为与光纤同心，和/或可以成形为部分地或全部地（例如，取向成垂直于）接收重新定向的初级光的辐射图案。具体地，光转换效率可以通过以下来增强：（a）使波导的几何结构和光致发光层的几何结构匹配（例如，使光致发光层的入射表面符合波导的辐射面或外表面），和（b）调整波导的材料和光致发光介质的材料之间的折射率差，尤其是在波导材料具有的折射率约等于或小于光致发光介质的折射率的情况下。

可选的反射体可以被置于波导的后面且可以设计成反射重新定向的初级光和任何非相干的次级光的辐射图案中的一些。例如，反射体可以具有曲线形的反射表面，且可以尺寸设计成且定位成与圆柱形波导同心。然而，通常，反射体可以具有比圆柱形波导的半径大的半径，或者其可以具有非环形的形状，例如，矩形、V-形。此外，或者可能作为替选，反射体可以定位在光致发光介质和波导之间，且被设计成反射次级光，以及使初级光通过。这可以是中间介质或中间层的一部分，该中间介质或该中间层形成在波导的外侧表面和光致发光层的内表面之间。