CN101821661B

CN101821661B - 发光设备

Info

Publication number: CN101821661B
Application number: CN2008801029052A
Authority: CN
Inventors: R·P·范戈科姆; C·G·A·霍伦; M·范阿斯; C·A·H·A·穆萨尔斯; H·库伊曼斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2028-08-04
Also published as: RU2489742C2; US8388175B2; EP2179319A1; WO2009022255A1; JP2010536136A; TW200928435A; US20110063834A1; KR20100053638A; CN101821661A; JP5341085B2; RU2010108495A

Abstract

公开了一种发光设备(100，200，300，400)。该设备包括：多个光源(111，119，120，211，219，220)，其提供不同波长的光；准直装置(104，204)，其具有接收端(103，203，407)和输出端(114，214，409)，其中所述光源被设置在所述接收端处。该准直装置包括一组波长选择滤光器(109，110，115，116，117，118，215，217)，其设置为用于所述多个光源的每一个的子准直器(106，107，108，206，207，208)，从而使得对于每个光源，所述子准直器准直来自其光源的光，并且所述每个光源的所述波长选择滤光器对来自邻近光源的不同波长的光是半透明的；以及第二组波长选择滤光器，其包括补偿滤光器(222，224，226，228，230，232)，其中每个补偿滤光器围绕相应的光源的总体光方向相对于所述第一组波长选择滤光器的相应部分而被对称地设置。

Description

发光设备

技术领域

本发明涉及发光设备。具体地，本发明涉及一种具有一组波长选择滤光器的发光设备，所述波长选择滤光器被设置为子准直器以准直来自多个光源的光。

背景技术

WO2006/129220A1公开了一种包括准直装置的发光设备，该准直装置包括将特定属性的光朝该准直装置的输出区反射的滤光器。如WO2006/129220A1中所公开的一个，由于在滤光器中的不必要的反射，对于该发光设备可能产生变色(discoloration)的影响。因此，期望提供一种改进的发光设备。

发明内容

基于上述分析，本发明的目的是解决或至少减少上面讨论的问题。具体地，目的是减少变色。

本发明基于以下理解：在波长选择滤光器中不需要的反射可以以朝向滤光器的平直入射光发生。本发明进一步基于以下理解：在发光设备中提供更对称结构的滤光器配置将使得不需要的光传播更加均匀，从而减少变色。

根据本发明的第一方面，提供一种发光设备，包括：多个光源，其提供不同波长的光；准直装置，其具有接收端和输出端，其中所述光源被设置在所述接收端处，并且所述准直装置包括一组波长选择滤光器，其设置为用于所述多个光源的每一个的子准直器，从而使得对于每个光源，所述子准直器准直来自其光源的光，并且所述每个光源的所述波长选择滤光器对来自邻近光源的不同波长的光是半透明的，以及第二组波长选择滤光器，其包括补偿滤光器，其中所述补偿滤光器围绕相应的光源的总体光方向相对于所述第一组波长选择滤光器的相应的部分而被对称地设置，并且其中所述补偿滤光器适于补偿由于所述准直装置的非对称性引起的变色。因此，由于朝向第一组波长选择滤光器的平直入射角的反射由相应的补偿滤光器来补偿，该补偿滤光器给出了围绕相应光源的总体光方向对称的反射，并且因此给出了更加均匀的传播，从而减少了变色。在这里，围绕相应光源的总体光方向的对称应当被解释为围绕线的对称，该线被考虑用于形成从光源发射的光的中心，该光被传播为围绕该线的集中光束。

补偿滤光器中的至少一个可以具有与第一组波长选择滤光器的其相应部分相似的滤光器属性(filter property)。因此，在滤光器属性方面，也实现对称以提供均匀的传播。

补偿滤光器中的至少一个可以是全通滤光器，使得任何反射归因于平直的入射光的角度。该滤光器可以例如是玻璃板。因此，不必考虑滤光器属性，并且/或者补偿滤光器制造起来更便宜且更容易。

补偿滤光器的每一个可以分别具有以下属性：使得与子准直器或多个子准直器相关联的、存在于其中的波长基本通过。由此，补偿滤光器不干扰相邻的子准直。

对于(复数个)补偿滤光器，补偿滤光器的滤光器属性的分配可以不同。因此，一个补偿滤光器可以具有与第一组波长选择滤光器的其相应部分相似的滤光器属性，另一个补偿滤光器可以是全通滤光器。在这里，应当注意，一个或多个滤光器可以提供在发光设备上，这取决于补偿的需求。

每一个补偿滤光器都可以分别具有以下属性：使得与子准直器或多个子准直器相关联的、存在于其中的波长基本通过。

滤光器可以具有与总体光输出方向成3到30度的角，优选地为5到15度，优选地为9到11度，优选地为大约10度。

那些设置在最接近所述接收端的一部分处的所述滤光器或滤光器部分可以具有与总体光输出方向成15到30度的角，优选地为20到25度，优选地为21到22度，且那些设置在最接近所述输出端的一部分处的所述滤光器或滤光器部分可以具有与总体光输出方向成3到15度的角，优选地为4到10度，优选地为5到6度。

光的波长可以基本上处于可见光的波长的范围内。然而，本发明还可以适用于其他辐射，比如红外、紫外或x射线辐射。

光源可以包括固态光源。固态光源可以包括发光二极管。

光源可以包括分别发射基本上红色、绿色和蓝色光的三个光源。

波长选择滤光器的任何一个可以是二向色滤光片。

准直装置可以进一步包括环境(surrounding)反射器。在这里，应当注意，当一个或多个子准直器被设置在准直装置的边界处时环境反射器可以是这个或这些一个或多个子准直器的一部分。

发光设备可以进一步包括在所述输出端处的扩散器(diffusor)。该扩散器可以是全息扩散器。这将进一步最小化强度和/或颜色的非均匀性。

波长选择滤光器可以是高通或低通滤光器。使用高通或低通滤光器而不是带通或带阻滤光器的益处在于，与带通和带阻滤光器相比，在高通和低通滤光器中更容易实现良好的滤光器属性。

对于与另一个具有更长波长的光源邻近的光源，所述子准直器的任何一个的波长选择滤光器可以是低通滤光器，并且对于与另一个具有更短波长的光源邻近的光源，所述子准直器的任何一个的波长选择滤光器可以是高通滤光器。通过这种设置，光源和它们的子准直器可以被堆积在一起而没有干扰，从而提供更小的单元，以及更好的混色。

光源可以以波长的顺序设置。这将使得能够避免使用带通或带阻滤光器。

一般地，权利要求中使用的所有术语都将根据技术领域中它们的普通意义来进行解释，除非本文中另外明确地定义。所有对“一个/该[元件、设备、组件、装置、步骤等等]”的引用将被开放地解释为是指所述元件、设备、组件、装置、步骤等等中至少一个实例。本文所公开的任意方法的步骤不必以公开的确切的顺序执行，除非明确规定。

根据下面的详细公开，根据所附的独立权利要求以及根据附图，本发明的其他目的、特征和优点将是清楚的。

附图说明

通过下面参照附图，对本发明的优选实施例进行的说明性和非限制性的详细描述，本发明的上述以及附加目的、特征和优点将被更好地理解，在附图中相同的参考数字将用于相似的元件，其中：

图1示意性示出发光设备；

图2示意性示出根据本发明的实施例的发光设备；

图3示出根据本发明的实施例的发光设备；

图4示出根据本发明的实施例的发光设备；以及

图5示出由于朝向发光设备的滤光器的平直入射角而引起的可能反射。

具体实施方式

图1示意性示出包括多个光源102的发光设备100，这些光源中的每一个具有不同的波长范围，从而使得该发光设备100能够提供具有期望颜色属性的光，例如具有优选色温的白光或彩色光。选择并控制光源102以获得优选的色温在本领域中是公知的，并且不是本发明的一部分。然而，为了更好地理解的目的，应当注意，光源102可以有利地包括发光二极管(LED)，例如分别提供红色、绿色和蓝色光的发光二极管。光源102被设置在发光设备100的准直装置104的接收端103处。

因此，发光设备100包括准直装置104，该准直装置包括用于每一个光源102的子准直器106、107、108。为了理解本发明，可以观察子准直器106。子准直器106包括对从相应的光源111发射的光具有反射性的准直元件109，110。准直元件109，110可以是波长选择滤光器，例如二色向滤光片。因此，这些滤光器(即准直元件109、110)可以对其他颜色的光是半透明的，从而使得形成(enabling)图1所示的紧凑结构。如果例如光源111发射红光，则准直元件被设置为反射红光，但或多或少地对绿色和蓝色光是半透明的。这种滤光器可以由每侧上具有16层SiO₂和Ta₂O₅滤光器的玻璃板来实现。这将反射具有比大约600nm略大波长的光(即红光)，但是透射具有比600nm更短波长的可见光，即绿色和蓝色光。如果来自光源111的光的两个示范性射线112、113被考虑(regard)，则图1中的左射线112将被相应的准直元件109反射并且在准直装置104的输出端114处出射，并且图1中的右射线113将被透射穿过相邻的准直元件115、被相应的准直元件110反射、透射穿过下一个相邻的准直元件117、并且在准直装置104的输出端114处出射。根据相邻的准直元件115、117的属性，红光能够穿过它们。例如，准直元件115可以对绿光是反射性的而对红光是透射性的。因此，在这里对蓝光的属性不是关键的。如下面将要解释的，准直元件115可以可选地是带阻类型的滤光器并且因此也透射蓝光(例如每侧上具有14层SiO₂和Ta₂O₅滤光器的玻璃板)，或者可选地是透射红光而反射绿光的低通滤光器。它可以反射蓝光，但是这不是必需的属性。

通过相似的方式，来自光源119的光(例如绿光)由准直元件115和116准直，同时刚好穿过相邻的准直元件110、117，并且来自光源120的光(例如蓝光)由准直元件117和118准直(collimate)，同时刚好穿过相邻的准直元件110、116。在这里，我们可以看到：准直元件116需要反射绿光并透射蓝光，同时对于红光的属性是任意的。相似地，我们可以看到：准直元件117需要反射蓝光而透射红光和绿光，并且准直元件118需要反射蓝光，同时对绿光和红光的属性是任意的，因此，准直元件118可以是宽带反射器，比如金属或涂覆的金属。因此，具有期望属性的聚集光(aggregated 11ght)在准直装置104的输出端114处发射。因此，例如通过每侧上具有12层SiO₂和Ta₂O₅滤光器的玻璃板，准直元件可以对蓝光是反射性的并且对红光和绿光是透射性的。

如上面作为选项提出的，中间子准直器107并非必须包括带阻类型的滤光器。通过考虑什么波长存在于相邻子准直器中且因此必须穿过准直元件，即可以实现这一点。因此，准直元件115可以是仅仅使红光通过而反射绿光和蓝光的低通滤光器，而准直元件116可以是仅仅使蓝光通过而反射红光和绿光的高通滤光器。这样，优点在于，与在阻带(stop band)的任一侧上具有良好通带特征的带阻(band stop)类型滤光器相比，更容易提供合适的低通或高通滤光器。因此，仅仅使用低通和高通滤光器可以改进发光设备100的性能，例如在光图案的边界(bundaries)处变色较小。

与滤光器属性无关，以朝向滤光器的真正平直光入射角，至少不可忽略量的光被反射。这种无意的反射光将使得所提供的光图案恶化并且导致变色。发明人已经认识到，特别地，变色是由于准直器的不对称造成的。因此，根据本发明的实施例，提供补偿滤光器来减少这种不对称，从而减少变色。

图2示意性示出根据本发明的实施例的具有这种补偿滤光器的发光设备200。原则上，该实施例的发光设备200包括参照图1公开的实施例中阐明的特征，并且当需要参照该实施例的特定技术特征时，仅仅讨论共有的元件。将类似地参照图5，其示出与如图2所示的一个发光设备相似的发光设备中射线的示范性反射。应当注意，图5所示的原理同样可适用于具有补偿滤光器的任何实施例。

考虑从发光设备200的光源211发射的示范性光，其被认为将被透射穿过相邻的准直元件215，但是由于朝向该相邻准直元件215的平直入射，至少不可忽视部分的光被该相邻准直元件215反射，例如在图5中由射线500所示出。假定光源211提供具有红光波长范围的光，则由发光设备提供的光图案将提供太多的红色“给左边”，除非已被补偿。因此，为了补偿最接近于发光设备200的准直装置204的接收端203的相邻准直元件215一部分，补偿滤光器222被设置为在与光源211相关联的子准直器206中提供对称性。补偿滤光器222的属性优选地与准直元件215的属性相匹配，例如通过具有相同的滤光器属性。因此，提供了“到右边”的相应的反射，如图5中射线502所示。图5还示出其中可能发生不必要反射的其他示范性射线，以及在补偿滤光器中相应的补偿反射。

相似地，为了补偿在下一个相邻准直元件217中的反射并且随后补偿与子准直器206共享空间的、最接近于准直装置204的输出端214的下一个相邻准直元件217的一部分中的反射，向最接近于输出端214的下一个相邻准直元件217的该部分对称地提供补偿滤光器224。

以相似的方式，在与光源220相关联的子准直器208中提供补偿滤光器226、228。

在其中光源211提供红光的实例的连续中，让我们假设光源220提供蓝光。随后，我们将获得在红色和蓝色方面更多传播的(spread)光，但是该光是均匀传播的。另一方面，对于提供没有变色的白光，我们将可能在光图案的一些部分中缺乏光源219的颜色(例如绿色)。为了对这一点进行补偿，补偿滤光器230、232被提供以使得绿光以与红光和蓝光相同的方式传播。这些滤光器230、232优选地透射绿光，因为它们存在于“绿色”子准直器207中。蓝光范围中滤光器230的属性是任意的。然而，补偿滤光器230也可以存在于“红色”子准直器206中并且因此需要透射红光，并且在这里给定的实例中，补偿滤光器230优选地是透射红光和绿光而反射蓝光的低通滤光器。以相应的方式，补偿滤光器232也存在于“蓝色”子准直器208中，并且因此需要透射蓝光，并且在这里给定的实例中，补偿滤光器232优选地是透射蓝光和绿光的滤光器，例如未涂覆的玻璃板或透射蓝光和绿光而反射红光的高通滤光器。因此，对于这些补偿滤光器230、232，不存在子准直器207内的全对称，但是在实践中，这不是问题，因为反射主要取决于来自光源219的光的平直入射，而不取决于滤光器属性。然而，补偿滤光器232需要对绿光和红光是透明的，而对于蓝光的属性是任意的。

给出上面的实例，其中为了容易理解补偿滤光器的原理，光源211、219、220分别发射红光、绿光和蓝光。然而，从光源发射的颜色的其他分配也是可能的，正如本领域技术人员可以容易理解的。相似地，上面给出了多个实例，其中使用了三个具有不同颜色的光源和它们的相关联子准直器。然而，也如本领域技术人员可以容易理解的，可以使用具有其他颜色(即波长范围)的更多的光源以及相关联的子准直器。一个以上的光源(例如LED)能与每个子准直器关联。例如，可以在一个子准直器中提供红色和琥珀色光源。取决于发光应用，本发明可适用于低功率光源和高功率光源。使用补偿滤光器的原理还可适用于除了波长选择滤光器之外的其他滤光器，例如偏振滤光器。为了根据不同要求提供发光设备，并不需要全部公开的波长滤光器。所公开的补偿滤光器的一个或多个可以被加入以获得期望的发光设备。例如，一个选择是仅仅具有图2中所描绘的补偿滤光器222和226、仅仅具有图2中所描绘的补偿滤光器224和228或具有图2中所描绘的补偿滤光器222、224、226和228。

图3a以拟截面示出根据本发明的实施例的包括准直装置和光源的发光设备300。在图3a中，准直装置具有与图2所示的准直装置相似的结构。然而，如图1示出的准直装置的结构作为可替代的实施例同样也是可能的。如下面将要讨论的，包括或多或少的补偿滤光器的其他实施例同样是可能的。发光设备300进一步包括环境反射器302，其可以是金属反射器。该反射器可以用于反射未被外部准直元件304、306反射的任何光，并且/或者用于装载准直装置。作为选择，外部准直元件304、306根本不是滤光器，其中直接在环境反射器302上进行反射，在图4a中更具体地示出了其原理。如图3b中所示，其是沿着线A-A的截面中的发光设备300，反射器302也用于垂直于准直装置的准直元件的准直。可选地，扩散器(diffusor)308可以提供在准直装置的输出端处。扩散器308可以是全息扩散器。使用全息技术制造该全息扩散器，但是该全息扩散器不依赖干涉，并且因此具有很少的色差。

上面LED已经用作实例，但是也可以使用其他光源，比如激光器、荧光灯等等。

图4a以拟截面示出根据本发明的实施例的包括准直装置和光源的发光设备400。该准直装置包括准直元件402和具有与参照图2和5讨论的功能相似的补偿滤光器404。如上所讨论，包括或多或少的补偿滤光器的其他实施例同样是可能的。图4a所示的特殊特征在于，准直元件402在与最接近于发光设备400的准直装置的接收端407的一部分406处与总体光输出方向成第一角度，而准直元件402在与最接近于发光设备400的准直装置的输出端409的一部分408处与总体光输出方向成第二角度。考虑滤光器的角度依赖性，所述角度优选地被最优化。尽管对于图3a示出的准直装置的所有准直元件和可选补偿滤光器来说，与总体光输出方向所成的角度优选地为3到30度，优选地为5到15度，优选地为8到9度，但是图4a示出的准直装置的第一和第二角度分别是15到30度，优选地为20到25度，优选地为21到22度，以及3到15度，优选地为4到10度，优选地为5到6度。补偿滤光器的相应角度当然与它们被设置用于补偿的准直元件的角度相同。

图4b以沿着线B-B的截面示出发光设备400，其中环境反射器412也用于垂直于准直装置的准直元件的准直。

可选地，扩散器410可以提供在准直装置的输出端处。扩散器410可以是全息扩散器。该全息扩散器采用全息技术制造，但是并不依赖于干涉，并且因此具有很少的色差。

上面参照图4给出的实例，其中使用了具有不同颜色的三个光源和它们相关联的子准直器。然而，如本领域技术人员还可以容易理解的，可以使用具有其他颜色(即波长范围)的更多光源以及相关联的子准直器。一个以上的光源(例如LED)可以与每个子准直器关联。例如，可以在一个子准直器中提供红色和琥珀色光源。取决于发光应用，本发明可适用于低功率光源和高功率光源。使用补偿滤光器的原理还可适用于除了波长选择滤光器之外的其他滤光器，例如偏振滤光器。为了根据不同要求提供发光设备，并不要求全部公开的补偿滤光器。所公开的补偿滤光器的一个或多个可以被加入以获得期望的、与参照图2讨论的发光设备相似的发光设备。

上面已经主要参照若干个实施例描述了本发明。然而，如本领域技术人员容易理解的，在如由所附专利权利要求所限定的本发明的范围内，除了上面公开的实施例之外的其他实施例同样是可能的。

Claims

1.发光设备(100，200，300，400)，包括：

-多个光源(102，111，119，120，211，219，220)，其提供不同波长的光，

-准直装置(104，204)，其具有接收端(103，203，407)和输出端(114，214，409)，其中所述光源被设置在所述接收端处，并且所述准直装置包括：

第一组波长选择滤光器(109，110，115，116，117，118，215，217)，被设置为用于所述多个光源的每一个的子准直器(106，107，108，206，207，208)，从而使得对于每个光源，所述子准直器准直来自其光源的光，并且所述每个光源的所述波长选择滤光器对来自邻近光源的不同波长的光是半透明的；以及

第二组波长选择滤光器，包括补偿滤光器(222，224，226，228，230，232)，其中所述补偿滤光器围绕相应的光源的总体光输出方向相对于所述第一组波长选择滤光器的相应的部分而被对称地设置，并且其中所述补偿滤光器适于补偿由于所述子准直器的非对称性引起的变色。

2.根据权利要求1的发光设备，其中所述补偿滤光器的至少一个具有与所述第一组波长选择滤光器的其相应部分相似的滤光器属性。

3.根据权利要求1或2的发光设备，其中所述补偿滤光器的至少一个是全通滤光器。

4.根据前述权利要求中1或2的发光设备，其中所述补偿滤光器具有以下属性：使得与子准直器或多个子准直器相关联、存在于其中的波长基本通过。

5.根据前述权利要求中1或2的发光设备，其中所述滤光器(109，110，115，116，117，118，215，217，222，224，226，228，230，232)具有与总体光输出方向成3到30度的角。

6.根据权利要求1或2的发光设备，其中那些设置在最接近所述接收端的一部分处的所述滤光器或滤光器部分具有与总体光输出方向成15到30度的角，且那些设置在最接近所述输出端的一部分处的所述滤光器或滤光器部分具有与总体光输出方向成3到15度的角。

7.根据前述权利要求中1或2的发光设备，其中光的所述波长基本上处于可见光的波长的范围内。

8.根据前述权利要求中1或2的发光设备，其中所述光源包括固态光源。

9.根据权利要求8的发光设备，其中所述固态光源包括发光二极管。

10.根据前述权利要求中1或2的发光设备，其中所述光源包括分别发射基本上红色、绿色和蓝色光的三个光源。

11.根据前述权利要求中1或2的发光设备，其中波长选择滤光器的任何一个是二向色滤光片。

12.根据前述权利要求中1或2的发光设备，其中所述准直装置进一步包括环境反射器(302，412)。

13.根据前述权利要求中1或2的发光设备，进一步包括在所述输出端处的扩散器(308，410)。

14.根据权利要求13的发光设备，其中所述扩散器是全息扩散器。

15.根据前述权利要求中1或2的发光设备，其中所述波长选择滤光器是高通或低通滤光器。

16.根据权利要求15的发光设备，其中，用于与中间光源邻近并具有更长波长的光源的波长选择滤光器是低通滤光器，并且用于与中间光源邻近并具有更短波长的光源的波长选择滤光器是高通滤光器。

17.根据权利要求15的发光设备，其中所述光源以波长的顺序设置。

18.根据前述权利要求中5的发光设备，其中所述滤光器(109，110，115，116，117，118，215，217，222，224，226，228，230，232)具有与总体光输出方向成5到15度的角。

19.根据前述权利要求中18的发光设备，其中所述滤光器(109，110，115，116，117，118，215，217，222，224，226，228，230，232)具有与总体光输出方向成9到11度的角。

20.根据前述权利要求中19的发光设备，其中所述滤光器(109，110，115，116，117，118，215，217，222，224，226，228，230，232)具有与总体光输出方向成大约10度的角。

21.根据权利要求6的发光设备，其中那些设置在最接近所述接收端的一部分处的所述滤光器或滤光器部分具有与总体光输出方向成20到25度的角。

22.根据权利要求21的发光设备，其中那些设置在最接近所述接收端的一部分处的所述滤光器或滤光器部分具有与总体光输出方向成21到22度的角。

23.根据权利要求6的发光设备，其中那些设置在最接近所述输出端的一部分处的所述滤光器或滤光器部分具有与总体光输出方向成4到10度的角。

24.根据权利要求23的发光设备，其中那些设置在最接近所述输出端的一部分处的所述滤光器或滤光器部分具有与总体光输出方向成5到6度的角。