CN101946207A - 波导板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种照明结构，包括基本非光纤的波导，该波导包括用于接收光的离散耦合输入区域、用于传播光的离散传播区域和用于发射光的离散耦合输出区域。

Description

波导板及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年12月19日提交的美国临时专利申请61/006110、2008年3月3日提交的美国临时专利申请61/064384、2008年5月9日提交的美国临时专利申请61/127095、2008年6月27日提交的美国临时专利申请61/076427、2008年7月16日提交的美国临时专利申请61/135098的优先权和权益，这些申请的每一个的全部披露内容在此通过引用包含进来。

技术领域

在多个实施例中，本申请涉及光学，更具体地，涉及光波导。

背景技术

用于传输并且引导光通过光学系统的技术利用了将光限制在由具有低折射率的其他材料所包围的材料中的物理现象。这样的光学系统通常称之为光波导，并且用来在许多应用中引导光、使光漫射和/或使光发生偏振，例如在光通信和照明中。

当光线在透明基底中移动并且以一定角度照射到其一个内表面时，光线或者从该表面反射，或者折射进入和基底接触的外界空气中。光反射或者折射所依据的条件由斯涅尔(Snell)定律确定，该定律涉及入射角、折射角(在折射的情况中)以及基底和空气的折射率。广义上来说，根据光的波长，对于足够大的入射角(大于临界角)，不会发生折射，并且光的能量会限制在基底中。换句话说，光从内表面反射，如同从反射镜反射一样。在这些条件下，发生全内反射。

许多光学系统根据全内反射原理运行。光纤代表了一个这样的系统。光纤是玻璃或者塑料制成的透明柔性杆，基本上由内芯和包层构成。内芯是光纤的内部部分，光被引导通过内芯，而包层完全包围该内芯。内芯的折射率高于包层的折射率，使得内芯中以等于或者超过临界角入射到与包层的边界的光因全内反射而限制在内芯中。因此，几何光学可以用来获取发生全反射的最大角度。每个光纤(或者任一其它光传输光学系统)的重要参数称为“数值孔径”，其被定义为成功传输通过光纤的最大入射光线角的正弦乘以光线进入光纤所经介质的折射率。

设计用于引导光的另一个光学系统是折射率渐变型光纤，其中通过折射而不是全内反射引导光线。在此光纤中，折射率从中央沿着径向方向向外逐渐减少，并且最后下降到和内芯边缘处的包层的一样的值。由于折射率在内芯和包层之间的边界处没有突然改变，所以不会存在全内反射。然而，在光传输通过具有较低折射率的层时，折射还是会将所引导的光转向返回内芯中央。

另一个类型的光学系统基于光子材料，其中光限制在围绕光的带隙材料中。在这类也称为光子材料波导的光学系统中，光限制在低折射率区域的附近。光子材料波导的一个例子是在全长具有小的气孔的阵列的硅石纤维。

公开号为WO2004/053531的国际专利申请披露了用于传播和发射光的波导，其全部内容通过引用包括在本申请中。该波导由柔性、多层波导材料制成，在该波导材料中一层的折射率大于另一层的折射率，以允许光通过全内反射传播。波导材料的一层包括一个或者多个杂质，这些杂质将光散射从而将一部分光发射通过波导材料的表面。

用于光散射的杂质还用在光漫射器(还称为光散射膜或者漫射膜)中，其使得来自光源的光发生漫射，以获得均匀的照明。例如，在液晶显示器装置中，光漫射器置于光源或者反光器和液晶板之间，以漫射照明光，允许该装置用作平面或者平板光源，以及加强装置前侧上的亮度。

可以发射具有均匀亮度的漫射光的传统照明设备制备复杂并且对于许多应用来说过大。此外，这样的设备通常表现出不足以发出颜色和亮度高度均匀的光的颜色混合和漫射。

此外，许多照明装置利用发光二极管(LED)作为光源。通常，LED并不直接发射白光，这样，如果期望输出白光，则通常利用颜色混合。例如，光致发光材料可以用来改变光的颜色。由光致发光材料发射的光可以具有比其吸收的光更长的波长。因此，蓝色LED产生的蓝光可以轻易地转变为具有较长波长的可见光。所转变的光可以和来自LED的未转变的光混合，来形成不同于输出光和转变光的混合光，例如白光。

基于LED的利用转变来获取白色输出光的照明系统的缺陷是不均匀。更具体地，高强度“热点”可以发生在从LED发出的光通过光致发光材料以到达观察者(即沿着穿过光致发光材料到达到LED的视线)的地方。此外，LED和光致发光材料之间的接近会导致对于后者的热损伤。

发明内容

此处通过利用包括耦合输入区域、传播区域和耦合输出区域和/或容易制备为一组对准内芯结构的波导来解决传统照明设备的前述限制。

总的来说，本发明的实施例传播和漫射光，直到其通过波导装置或者波导装置的一部分的表面离开。光路径可以包括两个直角：在不同实施例中，光通过波导的一部分的底部表面(例如耦合输入区域)吸收进入该结构并且从波导的第二部分的顶部表面(例如，耦合输出区域)发射。这些波导部分基本不具有交迭，它们例如通过光不从其发射的传播区域来分隔开。

在多个实施例中，进入波导耦合输入区域的光大体上保持在波导中，直到其从耦合输出区域发射。不同波导部分的不同的发射和保持行为可以使用散射粒子的不同浓度来获取，例如，传播区域可以完全没有散射粒子，用来将光限制在其中。

本发明的实施例成功地提供可以平铺或者交迭的光波导装置。如此处详细描述的，波导的光学性质可以根据特定应用的必须条件来设计。

根据本发明的基于波导的光结构的设计还利于制备方便。该光结构可以例如通过联接多个内芯结构来组装，每一个内芯结构具有不同浓度的散射粒子(或者没有散射粒子)。形成联接的内芯结构可以通过例如共注成型、共挤出成型、涂覆、层压、粘合和/或焊接来实现。

根据本发明的照明结构可以利用包括空间区分的耦合输入区域、传播区域和耦合输出区域和/或容易制备为一组对准的内芯结构的波导。在多个实施例中，光致发光材料可以分布为距离散光源足够远，以使基本不会受到由离散光源发出的热的影响。

在一个方面中，本发明的实施例的特征在于包括基本上非光纤的波导的照明结构。该波导可以包括或者大体由如下部件构成：用于接收光的离散耦合输入区域、用于传播光而光基本不会发射出去的离散传播区域和用于发射光的离散耦合输出区域。照明结构可以包括布置在波导的顶部表面上(并且与其直接物理接触)的第一包层，以及布置在波导的底部表面上(并且与其直接物理接触)的第二包层。耦合输入区域和/或耦合输出区域可以包括多个散射粒子，并且传播区域可以基本不包含散射粒子。散射粒子可以具有在耦合输出区域的至少一个维度发生改变的浓度，并且散射粒子的浓度可以随着与耦合输入区域的距离而增加。

本发明的实施例的特征在于以下的一个或者多个。耦合输出区域可以包括或者大体由多个内芯结构组成，其中一些包括多个散射粒子。散射粒子的大小、浓度或者类型的至少一个可以在至少两个内芯结构间不同。在与光传播的总体方向垂直的方向上各个内芯结构之间基本不会发生交迭。每个内芯结构可以具有基本上四角形的横截面区域。横截面区域可以是矩形的。照明结构还可以包括布置为接近耦合输入区域和/或布置在波导中用于发射光的装置。反射器可以布置为接近耦合输入区域的表面。波导可以基本上是平面的。传播区域中的光的光学平均自由程可以基本上恒定，并且耦合输出区域的光的光学平均自由程可以大体上单调变化。

照明结构可以包括布置在大体非光纤的波导之上和/或与其直接接触的大体非光纤的第二波导。大体非光纤的第二波导可以包括或者大体由以下部件构成：用于接收光的离散耦合输入区域、用于传播光的离散传播区域和用于发射光的离散耦合输出区域。大体非光纤的波导的耦合输出区域可以大体上和大体非光纤第二波导的耦合输出区域垂直对准。

在另一个方面，本发明的实施例的特征在于产生光的方法。该方法包括：提供大体非光纤的波导，该波导可以包括或者大体由以下部件构成：用于接收光的离散耦合输入区域、用于传播光而没有发射的离散传播区域和用于发射光的离散耦合输出区域。该方法还包括接近耦合输入区域发射光，从而光传播通过传播区域并且大体不会从其中发射出去，并进入耦合输出区域中。该光从耦合输出区域发射。

在一个方面中，发明的实施例特征在于包括大体非光纤的波导和布置为接近波导的第一部分的底部表面的离散光源的照明结构。光通过第一部分的底部表面吸收进入该照明结构并且从波导的第二部分的顶部表面发射；波导的第二部分和第一部分基本没有交迭。波导的第一部分和第二部分可以互相间隔开。总的来说，光仅从波导的第二部分发射。

在另一个方面中，本发明的实施例特征在于大体非光纤的波导和布置为接近波导的第一部分的底部表面的离散光源。离散光源的光在波导的第二部分内的传播方向大体垂直于光的耦合输入方向。光的传播方向可以大体垂直于波导的第三部分中的光的耦合输出方向。照明结构可以包括用于将一些光转变为不同波长的磷光材料，所转变的光和未转变的光混合来形成光谱不同于未转变光和转变光的混合光。混合光的耦合输出方向可以大体上垂直于来自离散光源的光的传播方向。

在又一方面中，本发明的实施例特征在于形成大体非光纤波导的方法。该方法包括形成多个联接的内芯结构，至少一个内芯结构基本不包含散射粒子。至少一些内芯结构包括多个散射粒子，并且散射粒子的大小、浓度或者类型中的至少一个可以在至少两个内芯结构间改变。形成多个联接的内芯结构可以包括或者大体由如下操作构成：共注成型、共挤出成型、涂覆、层压、粘合或焊接的其中至少一个。该方法还包括在多个联接的内芯结构的顶部表面和/或底部表面上形成包层。在联接的内芯结构之间的整个厚度上邻接的内芯结构之间基本不存在交迭。波导可以大体是平面的。

在一个方面中，本发明的实施例特征在于包括波导、用于发射输出光的离散光源和用于将一些输出光转变为不同波长的磷光材料的照明结构，所转变的光和未转变的输出光混合来形成光谱不同于输出光和转变光的混合光。离散光源布置在波导内，并且在离散光源和磷光材料之间基本不存在直接视线。磷光材料也可以布置在波导中。波导可以定形为阻止光在离散光源和磷光材料之间的视线传播。离散光源和磷光材料可以几何布置为阻止光在离散光源和磷光材料之间的视线传播。

本发明的实施例包括以下的至少一个。输出光可以包括蓝光和/或紫外光。磷光材料可以布置成和离散光源足够远以基本不会受到由离散光源发出的热的影响。离散光源可以包括或者由大体未封装的发光二极管晶片构成。波导可以包括或者大体由以下构成：用于接收输出光的离散耦合输入区域和用于发射光的离散耦合输出区域，该波导保持光在其中传播并且将光引导到耦合输出区域进行输出。耦合输出区域的表面可以大体上是平面的。磷光材料可以布置成接近耦合输出区域的表面和/或与其直接物理接触。磷光材料可以包括或者大体由布置在耦合输出区域中的多个光致发光粒子构成。光致发光粒子的浓度可以沿着耦合输出区域的长度逐渐变化。波导可以包括布置在耦合输入区域和耦合输出区域之间的基本不包括散射粒子的传播区域。传播区域可以定形为阻挡离散光源和磷光材料之间的直接视线。磷光材料的量子效率可以仅在高达到大约50℃的温度下是稳定的。混合光可以大体上是白光。

在另一方面中，本发明的实施例的特征在于一种照明结构，包括或者基本由以下组成：波导、用于发射输出光到波导中的离散光源，用将一些输出光转变为不同波长的磷光材料，和用于将光偏转出波导的多个光学元件。所转变的光和未转变的光混合，来形成大体白光。光学元件可以布置在离散光源和磷光材料之间的波导中。照射光学元件的输出光可以不如照射磷光材料的输出光(例如在照射光学元件之后)均匀。离散光源和/或磷光材料可以布置在波导中。大体白光可以从波导的大体平面表面发射。大体白光的光通量和/或颜色坐标在波导的大体平面的表面上基本均匀。在离散光源和磷光材料之间不存在直接视线。

在又一方面中，本发明的实施例的特征在于形成照明结构的方法。该方法包括提供波导、提供波导中的磷光材料、并且提供波导中的离散光源。在离散光源和磷光材料之间不存在直接视线。可以在提供磷光材料之后来提供离散光源。

在又一方面中，本发明的实施例的特征在于产生大体白光的方法，包括提供照明结构。照明结构包括或者基本由以下组成：波导、(布置在波导中)用于发射输出光的装置，和用于将光转变为不同波长的装置，其中在发射装置和转变装置之间不存在直接视线。输出光从发射装置发射，转变装置将输出光的一部分转变为不同波长，转变光和未转变输出光混合来形成大体白光，并且大体白光从波导表面发射。转变装置可以布置在波导中。波导表面可以大体是平面的。发射装置的工作温度可以超过转变装置的操作温度至少大约30℃。在波导中可以布置用于将要从波导表面发射的光耦合输出的装置。输出光可以在由转变装置转变之前通过耦合输出装置耦合输出。

在另一方面中，本发明的实施例的特征在于一种照明结构，包括或者基本由以下组成：波导、用于发射输出光的离散光源，用将一些输出光转变为不同波长的磷光材料。所转变的光和未转变的光混合，来形成大体白光。磷光材料可以布置为距离离散光源足够远，使得不受由离散光源发出的热的影响。离散光源可以布置在波导中。磷光材料的量子效率可以仅在高达接近50℃的温度下稳定。

此处披露的本发明的这些和其他目的、优点以及特征通过参考以下描述、附图和权利要求将变得更加明显。此外，可以理解此处描述的不同实施例的特征并不互相排斥并且可以在不同组合和排列中存在。

附图说明

在这些附图中，相同的附图标记在全部不同视图中通常指相同的部件。此外，附图并不需要按比例绘制，而是主要用来说明本发明的原理。在以下附图中，本发明的不同实施例参考下述附图来描述，其中：

图1A是根据本发明的一些实施例示出光波导装置的透视图的示意图，光波导装置包括以并排布局联接的多个内芯结构；

图1B是根据本发明的一些实施例示出图1A沿着线A-A的横截面图的示意图；

图1C是示出在装置包括一个或者多个包层的实施例中的光波导装置的透视图的示意图；

图1D和1E示出图1C沿着线B-B的横截面图的示意图；

图1F和1G是示出在装置的内芯层由小板状内芯结构形成的实施例中具有包层(图1F)和不具有包层(图1G)的光波导装置的透视图的示意图；

图1H是根据本发明的一些实施例示出包括以嵌套布局联接的多个内芯结构的光波导装置的透视图的示意图；

图2A和2B示出根据本发明的一些实施例的作为侧向方向的函数的光学平均自由程的代表性例子；

图3A-3D是根据本发明的一些实施例示出装置的部分横截面视图的示意图；

图4A-4D是根据本发明的一些实施例示出光漏斗的横截面图的示意图；

图4E-4G是根据本发明的一些实施例的在光致发光材料和光漏斗中的发光元件之间基本不存在视线的光波导装置的横截面视图；

图4H-4J是根据本发明的一些实施例的在光致发光材料和嵌入波导装置中的发光元件之间不存在视线的光波导装置的横截面视图；

图5是根据本发明的一些实施例的用于形成内芯层的共挤出成型设备的示意图；

图6是根据本发明的一些实施例用于形成内芯层和一个或者多个包层的共挤出成型设备的示意图；

图7A和7B是根据本发明的不同示例性实施例用于使用挤出涂覆技术来形成内芯层和可选的一个或者多个包层的过程的示意图；

图8A-8C是根据本发明的不同示例性实施例用于使用层压技术来形成内芯层和可选的一个或者多个包层的过程的示意图；

图9A-9C是根据本发明的不同示例性实施例用于使用平铺技术来形成内芯层和可选的一个或者多个包层的过程的示意图；

图10A-10C是根据本发明的不同示例性实施例用于使用共注成型技术来制造内芯层的过程的示意图；

图11是根据本发明的一些实施例示出多层光波导装置的透视图的示意图；

图12A是根据本发明的一些实施例包括多个光波导装置的照明板的平面视图；

图12B是包括图12A中所示照明板的显示装置的分解图；和

图13是包括磷光层的发光元件的示意图。

具体实施方式

图1a-1h示出根据本发明的不同示例性实施例的光波导装置10。装置10总的具有开放形状(即非圆管状)，诸如板状，如平面板。典型地，装置10是非光纤装置，即不是其中以包层来围绕透光内芯的大致圆柱形的波导，并且是实心的(即，非中空)。在本发明的多个示例实施例中，该板是柔性的并且因此还可以采用非平面形状。例如，当该板置于弯曲表面上时，该板可以具有该表面的曲率。装置10还可以具有一定程度的弹性。因此，装置10的一个层或者多个层可以例如使用弹性体制成。在一些实施例中，装置10是大体刚性的。

装置10包括由多个例如以并排或者嵌套布局结合在一起的内芯结构18形成的内芯层16。内芯结构18(图1a-1h中用标号18-1、18-2，...，18-n来指示)可以是并排布置的细长的带状，或者可以具有嵌套布局(参见例如图1h)，公共端联接。结构18的宽度(沿着图1a-1h中的x方向)可以改变。

为了表示方便，装置10示为平面状，层16平行于x-y平面，并且每个细长的内芯结构18沿着y方向延伸。本领域普通技术人员可以理解如何针对非平面装置修改如下描述。例如，非平面板的每个部分可使用旋转的笛卡尔x-y-z坐标系统来描述，使得该部分和x-y平面相切并且正交于z方向。x、y和z方向此处分别称之为横向、纵向和法线方向。

尽管图1a-1g中所示内芯结构18具有矩形横截面，但根据具体应用这并不是必须的。

更具体地参考图1a和1b，图1a是在内芯层16至少部分被空气围绕的实施例中装置10的透视图并且图1b是该实施例中沿图1a的A-A线获得的横截面视图。图1b是在内芯层16至少部分被空气围绕的实施例中与图1a和1h中所示类似的装置沿着A-A的横截面视图。

在内芯层16至少部分被空气围绕的实施例中，结构18的特征在于其折射率大于围绕的空气的折射率。在这样的布局中，当光以大于临界角的角度照在层16的内表面时，光能限制在内芯层16中并且经由全内反射在内芯层16中传播，其中临界角θ_c≡sin^″1(n₁/n₂)，n1和n2分别是空气和内芯层的折射率。当入射角小于临界角时，光也可以传播通过装置10，该情况中光的一部分被发射出去并且其他部分继续传播。内芯层和围绕的空气的折射率之差可以根据光的期望传播角度来选择。

典型地，空气的折射率大约是1，因此内芯结构18典型地包括或基本由折射率大于1的波导材料的构成。适合用于内芯结构的波导材料的代表性的例子包括但不限于诸如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和/或折射率大约1.50的聚氨酯(TPU)(脂肪族)的热塑性塑料，折射率从大约1.58到大约1.60的TPU(芳香物族)，诸如EMS Grivory供应的GRILAMID的无定形尼龙(例如折射率大约1.54的GRILAMID TR90)，聚甲基戊烯—例如Mitsui提供的折射率大约1.46的TPX，折射率大约1.34的聚偏氟乙稀(PVDF)，或者其它热塑性碳氟聚合物，和/或BASF提供的折射率大约1.58的STYROLUX(抗紫外线)。

图1c-1e是在装置10还包括一个或者多个包层的实施例中装置10的透视图(图1c)和沿着线B-B的横截面图(图1d和1e)。尽管图1c中所示的装置的内芯层示为具有并排布局的内芯结构，但这并不是必须的，因为对于一些应用可以期望将内芯层设置成嵌套布局(例如图1h中所示的示例布局)。

如图1c-1e中所示，装置10包括第一包层12、第二包层14和插在包层12和14之间的内芯层16。典型地，内芯16的细长结构沿着包层的长度延伸。

包层的折射率典型地小于内芯层的折射率。结果是，当光以大于临界角(θ_c≡sin^-1(n₁/n₂)，n1和n2分别是包层和内芯层的折射率)的入射角照在包层的内表面上时，光能限制在内芯层16中并且传播通过内芯层。当入射角小于临界角时，光也可以传播通过装置10，该情况中光的一部分被发射出去并且其他部分继续传播。各层的折射率之间的差可以优选根据光的期望传播角度来选择。

在使用包层的实施例中，内芯结构18包括诸如上述没有包层的实施例中的波导材料，并且优选具有相对高的折射率。

根据本发明的实施例，选择折射率，使得传播角度从约2°到大约55°。例如，内芯层16由折射率大约1.54的GRILAMID TR90制成，并且包层12、14由折射率大约1.46的TPX制成，使得Δn≡n₂-n1≈0.08并且n1/n₂≈0.948，对应于90°-sin^-1(0.948)的传播角，或者近似为±19°。在另一个例子中，使用折射率大于1.60的TPU(芳香族)制成不具有包层的内芯层16，其对应的传播角为90°-sin^-1(1/1.6)，或者近似为±51°。

在本发明的一些实施例中，内芯结构18不具有细长的形状。图1f和1g是不具有(图1f)和具有(图1g)包层的装置10的透视图，在该实施例中内芯结构18是小板状(plaque)的(例如诸如方形或者矩形的多角形小块)。本领域内普通技术人员可以理解如何做出这些图示的横截面视图，这些视图类似于图1b、1d和1e。

将内芯层16分成内芯结构18(细长的或者小板状的)可以通过本领域内任意公知的工艺来实现，诸如但不限于共挤出、挤出、涂覆、共注成型、层压、平铺等等。例如两个相邻结构可以在其所结合的端部焊接，通过沿着其长度和/或宽度布置的粘合材料粘接等。以下提供根据本发明实施例的形成内芯层16的过程。

无论装置10是否包括包层，并且不考虑形成层16的内芯结构的形状和布置，一些内芯结构包括选择用来为单个内芯结构提供预定的有效折射率的添加物。有效折射率依赖于添加物的类型和浓度。通常，较高的添加物浓度提供较高的有效折射率。添加物可以采用嵌入到一个或者多个内芯结构中的光散射粒子20的形式。在本发明的多个实施例中，光散射粒子20的大小、浓度、折射率和/或类型在至少两个内芯结构中是不同的。

粒子20分散在内芯结构18并且利于从内芯层16的表面23和/或包层14的表面24(在使用包层14的实施例中)发射光。粒子20用作散射器并且典型地在超过一个方向散射光学辐射。当光由粒子20散射使得入射角低于临界角时，则不会发生全内反射并且散射的光通过表面23和/或24来发射。

光散射粒子可以是诸如玻璃珠的珠子，或者其他陶瓷粒子、橡胶粒子、硅石粒子、包括或者主要由诸如BaSO₄或者TiO₂的无机材料构成的粒子，包括或者主要由磷光材料(如下描述的)构成的粒子，以及其他类似物。在一个实施例中，光散射粒子基本上甚至完全是非磷光的。这样的非磷光粒子仅散射光，而不会转变照射到粒子的任一光的波长。术语“光散射粒子”也可以称为嵌入构成内芯结构的波导材料中的非固态物体，只要这些物体可以散射光即可。适合的非固态物体的代表示例包括但不限于诸如气泡的内芯结构中的封闭中空，和/或嵌入内芯结构中的液滴。光散射粒子还可以是有机或者生物粒子，例如但不限于脂质体。在一些实施例中，诸如微透镜的光学元件可以和光散射粒子结合使用或者甚至将其代替。在其他实施例中，光学元件包括诸如半球或者漫射点的结构，或者主要由这些结构构成。在这样的实施例中，光学元件用于耦合输出传播通过装置10的光。如此处所利用的，“光学元件”可以总的指诸如微透镜以及诸如非光致发光粒子的光散射粒子的元件。

根据本发明的一些实施例，选择粒子的浓度、大小和/或类型，从而从表面23或者24的预定区域提供预定分布(例如强度分布)的照明。例如，在装置10中所传播光的较大部分通过表面发射的区域中，粒子20的浓度可以是大的和/或粒子可以具有能提供高散射性质的类型和/或大小；在光的较小部分发射的区域中，粒子20的浓度可以较小和/或粒子可以具有提供较低散射性质的类型和/或大小；并且在不发射光的表面区域中，基本上没有粒子嵌入内芯结构18中。

如本领域普通技术人员所理解的，每当光线发射通过表面23或者24时，陷在波导装置10中的能量将减少。另一方面，可能期望使用装置10来提供均匀的表面照明。因此，随着每次发射时能量总量减少，可以通过逐渐增加发射光和传播光之间的比率来实现均匀的表面照明。根据本发明的一些实施例，通过合理选择内芯层16中粒子20的分布、类型、折射率和/或大小，可实现发射光和传播光的比率增加。例如，在期望具有均匀表面照明的区域处，粒子20的浓度可以是传播的光所经过的光学距离的增函数。

总的来说，通过将内芯结构18布置成使得不同的内芯结构具有不同浓度、大小、折射率和/或类型的粒子可以控制特定和预定区域的光学输出。

在本发明的多种示例实施例中，内芯结构18布置成限定第一区26和第二区28。第一区26和第二区28可以包括内芯层16的部分，使得限定内芯层16的光学平均自由程的分布在第一区26上大致是平的并且在第二区28上单调变化。

通过将一大块材料放在发光元件前面并且在给定方向上测量通过该块的光输出，来直接测量作为块厚度的函数的光学平均自由程。典型地，当厚度为t mm的大块材料将前向上光源的光输出降低50％时，则称该材料具有t mm的平均自由程。

图2a示出作为横向方向x的函数的光学平均自由程的示意性例子。如图所示，光学平均自由程在区域26中基本是常数，并且在区域28中是x的减函数。区域28中的光学平均自由程的下降有利于实现光的发射部分和传播部分之间的增加的比率。

区域26可以包括一个或者多个内芯结构并且典型地不具有光散射粒子20。在此实施例中，区域26传播光且从表面23或者24发射最少的光或者不发光，即区域26是传播区域。区域28可以包括多个内芯结构18，例如三个或者多个，每一个内芯结构具有嵌入其中的粒子20。在这样的实施例中，区域28通过将来自内芯16的光耦合输出来提供照明(即，区域28是传播通过区域26的光的耦合输出区域)。来自区域28的照明的视亮度可以基本上是均匀的。

通过将某个方位角范围内的亮度偏差视为该范围内的平均亮度的一部分来计算视亮度均匀度。视亮度均匀度BU的更简单的定义是BU＝1-(L_MAX-L_MIN)/(L_MAX+L_MIN)，其中L_MAX和L_MIN分别是方位角的预定范围内的最大和最小亮度值。

术语“基本均匀的视亮度”是指当根据上述公式计算时BU至少是0.8的BU值。在本发明的一些实施例中，BU值至少是0.85，更优选地至少是0.9，并且更优选地至少是0.95。

为了实现下降的光学平均自由程，区域28的内芯结构18中的粒子20的浓度可以是到区域26的距离的增函数。替代地或者附加地，区域28的各个内芯结构18中的粒子的类型和/或大小可变，以获取期望的分布。如图1b所示，区域28中的粒子的浓度、类型、大小和/或折射率可以在光传播通过装置10的方向上改变(图1b中标为x方向)。然而，对于通过区域28的任意横截面，粒子20的浓度、类型、大小和/或折射率在垂直于光传播方向的至少其中一个方向上(即图1b中的y和z方向)是基本恒定的。例如，区域28中的每个内芯结构18中的粒子20可以具有基本恒定的浓度、类型、大小和/或折射率，但是该值在区域28中的至少一个(或者每一个)其它内芯结构18中可以改变。

本发明的一些实施例包括第三区30。如图1a中所示，第三区30可以接近或者直接接触第一区26并且远离第二区28。第三区30可以包括或者基本由具有嵌入其中的光散射粒子20的一个或者多个内芯结构18构成。图2b中示出其中限定三个区的实施例中的光学平均自由程的示意性例子。

区域30可以是有利于光进入装置10的耦合输入区域。光在区域30处进入装置30，传播通过区域26并且在区域28处出射(即，耦合输出)。一个或者多个内芯结构18，典型地为第一和最后一个结构(即图1d中所示的结构18-1和18-n)可以制成光反射的，从而阻止或者降低通过装置10的侧面的光损耗。这样的光反射内芯结构18的特征折射率优选地大于2。可用于本实施例的具有足够高折射率的材料的示意性例子是TiO₂，其具有大约2.5的折射率。替代地，光反射结构22可以布置为接近装置10的整体高度，如图1e中所示。

可以使用接近区域30的层12或者层16放置的光漏斗32来促进光耦合进入装置10。漏斗32优选地配置为接收来自一个或者多个发光元件的光并且来发送光进入层12或者16。根据本发明实施例的漏斗30的操作原理在下面参考图4详细描述。

为了阻止或者减低通过覆盖区域30的包层14的部分的光损耗，装置10还可以在覆盖区域30的包层14的区域处包括临近包层14的一个或者多个反光器36。反光器36降低了除了圆周方向之外的任一方向上的照明。

在本发明的多个示例实施例中，装置10的区域30包括使得光出射区域30(进入区域26)具有预定的分布的一个或多个部件，所述预定分布诸如但不限于基本均匀的彩色分布或者基本均匀的白光。本实施例可以通过颜色混合、光学装置来实现，或者经由发冷光来实现，在发冷光这一现象中，能量被通常称为冷光体的物质吸收，并且以光的形式发射。所发射光的波长不同于所吸收能量的特征波长(特征波长等于hc/E，其中h是普朗克(Plank)常数，c是光速并且E是冷光体所吸收的能量)。发冷光是广泛发生的现象，其可以根据激发机制以及根据发射机制来分类。这样的分类的例子包括光致发光和电子发光。光致发光又分为荧光和磷光。

光致发光体通常是以光的形式吸收能量的材料。荧光材料是在从单重态激发回到基态时发光的材料，并且磷光是从三重态激发回到基态时发光的材料。在荧光材料或者荧光体中，几乎自发地发生电子退激发，并且当激发荧光体的能量源移除时停止发射。在磷光材料或者磷光体中，激发态包括自旋态的改变，其仅缓慢衰减。在磷光中，由原子或者分子发出的光在激发源移除后仍持续。

根据本发明的多个实施例来使用光致发光材料用来改变光的颜色。由于蓝光具有短的波长(例如相比于绿光或者红光)，并且由于光致发光材料发出的光的波长比吸收的光长，由诸如发光二极管(LED)的蓝光发射元件产生的蓝光可以轻易地转变为具有较长波长的可见光。从而，在本发明多个示例性实施例中，光进入区域26的出射处的特定光分布使用布置在装置10上或者嵌入其中的一个或者多个光致发光层提供。

术语“光致发光层”在此处通常用来描述一个光致发光层或者多个光致发光层。此外，光致发光层可以包括一个或者多个类型的光致发光物质。在任一情况中，光致发光层的特征在于吸收谱(即为产生到较高能级的量子跃迁而由光致发光分子吸收的光波长的范围)和发射谱(即由于到较低能级的量子跃迁而使光致发光分子发射的光波长的范围)。光致发光层的发射谱典型地是较宽的并且相对于其吸收谱频移。光致发光层的吸收和发射谱的峰值之间的波长差值称为光致发光层的斯托克司(stokes)频移。

光致发光层的吸收谱优选地和馈送给装置10的光源的发射谱重叠，至少部分重叠。更具体地，对于光源的每个特征发射谱，存在其吸收谱和特征发射谱重叠的至少一个光致发光层。根据本发明的一些实施例，光源的发射谱的峰值位于光致发光层的谱中，和/或光致发光层的吸收谱的峰值位于光源的谱中。

光致发光层可以“转变”光源发射的一部分光的波长。更具体地，对于由层成功吸收的每个光子，发射新的光子。基于光致发光物的类型，所发射光子的波长可以比吸收的光子的波长更长或者更短。不和光致发光层相互作用的光子通过其间传播。转变的光和未转变的光的组合形成进入区域26的光的分布。该“混合”光的光谱优选地不同于转变的光和未转变的光的每一个。由于混合光是通过转变的光和未转变的光的叠加形成的，则混合光的谱总的包括转变的光和未转变的光的所有波长。

在优选实施例中，光致发光材料既不布置在装置10的外表面上也不直接布置在发光元件34的上面。而是，如下所述，光致发光材料(例如形式为粒子和/或一层或者多层)布置在装置10中远离发光元件34一定距离。

图3a-d示出平行于z-x平面的区域30的横截面的装置10的部分示意图。为了表示简单，从图3a-d中省去装置10的一些部件。图3a示出的实施例中，区域30的端部处(本例中结构18-1和18-3)细长结构包括或者主要由光致发光材料构成，例如荧光体或者磷光体。图3b所示实施例中，区域30的一个或者多个内部细长结构(本例中结构18-2)包括或者主要由光致发光材料构成。图3c是光致发光层38布置在层12和/或层14的表面上的实施例的示意图，光致发光层38可以包括或者主要由诸如荧光体或者磷光体的光致发光材料构成。在此实施例中，光的波长经由将光多次入射到层12和/或层14的表面上来改变。在一个实施例中，仅一个表面以光致发光层38涂覆。例如，层14的表面可以以光致发光层38涂覆并且层12的表面可以暴露，以便层12和发光元件或者漏斗32之间的更好的光耦合。

如图3d所示，还可以包括粒子形式的光致发光材料。多个光致发光粒子128可以根据期望的光输出分布来分布在一个或者多个内芯结构18中。例如，在一个实施例中，粒子128均匀分布在所有的内芯结构18中。在另一个实施例中，取决于每个内芯结构中或者附近的期望分布，粒子分布为使存在具有较高粒子数的粒子128的内芯结构18以及较低粒子数的粒子128的内芯结构18。

图4a示出光漏斗32的示例实施例的横截面图。光漏斗32接收来自一个或者多个发光元件34的光并且在光进入层12之前将其分布开(图4中未示，参考图1d和1e)，从而在区域30中建立多个进入位置(因此改进了区域30中的光分布的均匀性)。发光元件34可以布置为接近漏斗32或者可以嵌入漏斗32中。漏斗32和层12之间的有效的光学传输优选通过其间的阻抗匹配来确保。每个发光元件34可以是离散光源，例如LED。在多个实施例中，每个发光元件34基本上是未封装(或者“裸的”)的LED基片。在这样的实施例中，漏斗32或者装置10的其他部分(诸如区域30，如下详细描述)用作发光元件34的封装。在本发明的优选实施例中，裸的LED基片不包括作为其部分的磷光或者其它光致发光材料(例如，与其位于共同基底上，或者包括在LED半导体层结构间之上或者之中)。虽然此处描述单个发光元件34，但是通常可以使用超过一个的发光元件34，反之亦然。总的来说，对其供电时，发光元件34发光。

漏斗32可以制成表面发射波导或者表面发射光学腔，其通过入射表面142接收发光元件34产生的光，将其分布在内部空间148中，并且通过出射表面144发出光，出射表面144典型地对着入射表面142。

在本发明的一些实施例中，漏斗32包括一个或者多个反光器146，其典型地围绕空间148的外围布置，使得在空间148中形成光学腔或者的光学谐振器。一个或者多个反光器146还可以形成或者接附到漏斗32的入射表面142处。在此实施例中，一个或者多个开口150形成在入射表面处的反光器146上，因此允许光进入空间148。开口150可以例如在x-y平面中和发光元件34对准。

漏斗32可以包括或者主要由波导材料构成，或者可以填充有介质，该介质对发光元件34发射的光谱的吸收系数较小。例如，漏斗32可以填充以空气，或者由材料和包层12和/或14类似或相同的波导材料来制成。使用空气的益处在于其低的吸收系数，并且材料和包层12、14相同的波导材料的优点在于与包层12、14阻抗匹配。

当漏斗32填充具有小的吸收系数的介质(例如空气)时，在漏斗32的出射表面144处不存在阻抗匹配。从而，在光入射到漏斗32和包层12之间的界面上时会发生反射和折射。折射和反射都不会引起显著的光损耗，折射对光在区域30中的分布有贡献，并且反射对光在空间148中的分布有贡献。

在本发明的多个示例实施例中，用光致发光材料对漏斗32进行补偿，以控制光的输出分布，如图4b到4d中所示的。为了表示清楚，在图4b-4d中未示出反光器146。在任一实施例中，漏斗32可以包括一个或者多个如上所述的反光器146。在图4b中所示的实施例中，光致发光层38插在层12和漏斗32之间；在图4c中所示实施例中，光致发光层38嵌入漏斗32中，并且在图4d中所示的实施例中，多个光致发光粒子128分布在漏斗32中。

本发明的多种实施例的特征为嵌入装置10的区域30中的一个或者多个发光元件34，和/或布置到发光元件34的直接视线外的装置10中的光致发光材料(例如，光致发光层38和/或粒子128)。即，在这样的实施例中，在发光元件34和光致发光材料之间不存在直接的、直线型光路，而是从发光元件34发射的光在到达光致发光材料之前从装置10中的反射器、表面或者界面反射。因此，照在光致发光材料或者从光致发光材料反射回的任一光将不会直接传播回到发光元件34(在此处光可以被吸收，因此降低装置10总的光输出和效率)。相反，从光致发光材料反射的光将趋向于保持在装置10内并且最终反射回到区域28中以待耦合输出。在一些实施例中，在发光元件34和光致发光材料之间基本不存在直接视线，即，少于约5％的来自发光元件34的光具有到光致发光材料的直接视线；其中的任何损耗是可以忽略的。

无论光致发光材料是否处于发光元件34的直接视线内，光致发光材料可以有益地定位为远离发光元件34，即可以存在于区域26和/或区域28中，而不是接近发光元件34(例如，区域30中或者漏斗32中)。光致发光材料的量子效应(或者其它性能度量)在材料暴露在升高的温度(例如大于接近50℃的温度)下时可能会降低。将光致发光材料的远距离布置阻止材料的温度在操作期间例如由于发光元件34的发热而上升。相反，远距离布置的光致发光材料的温度大致保持在装置10周围的环境温度。总的来说，发光材料的温度可以在工作时保持在比发光元件34的温度至少低30℃，或者甚至低100℃。

在装置10的组装期间，在固定或者嵌入发光元件34到装置10中时所需要的升高的温度通常会损坏光致发光材料(例如降低其量子效应)。光致发光材料的远距离布置使得光致发光材料可以在附加发光元件34之前设置在装置10中，两者间的距离阻止了会损坏光致发光材料的升高的温度。

如图4e到4j中所示，远距离布置的光致发光材料可以位于任意一个或者多个位置。4e示出位于区域26中并且在漏斗32中的发光元件的直接视线外的光致发光层38(如图4a中所示)。传播通过区域26的至少一部分光由光致发光层38转变为不同波长的光，并且随后转变的和未转变的光分量进入区域28，在区域28中，转变的和未转变的光分量一起耦合输出形成大体白光。在此以及类似布局中，由光致发光材料转变的传播光以大体和最终耦合输出的光的方向垂直的方向传播。这样的布局可以使得耦合输出光的较好的均匀性、视亮度和颜色。

图4f示出光致发光材料在区域28中的可能位置，这也在漏斗32中的发光元件的直接视线之外。首先，光致发光粒子128可以和粒子20结合使用(或者替代粒子20)；照射粒子128的至少一部分光转变为不同波长的光，并且从区域28耦合输出的光是例如大体白光。此外(或者替代地)，光致发光层38可以布置在区域28中，例如接近其顶部边缘。在此布局中，已经耦合输出的至少部分光(在离开装置10的路径上)转变为不同波长的光。出射的经转变和未转变的光混合，来形成例如大体白光。在提供布置在发光元件34和光致发光材料(例如沿着区域28的顶部边缘布置的光致发光层38)之间的粒子20(或者其它光学元件)的布局中，照射光致发光材料的光的均匀度可以大于照射粒子20的光的均匀度。即，通过粒子20的散射增加了光的均匀度，其随后照射光致发光材料并且从装置10以高水平的均匀度来耦合输出。发光元件34和光致发光材料之间的视线可能不会被布置在其间的粒子20消除，这是由于一些光可以传播通过布置有粒子20的区域而不会由此发生散射。

图4g示出参考图4e和4f描述的光致发光材料的可能位置，其任一个(或者任一组合)可以和装置10结合使用，该装置10定形为消除漏斗32中发光元件和光致发光层38和/或粒子128之间的直接视线。如图4g所示，装置10可以包括区域26(甚或在区域28)中的弯曲、曲线或者其他几何构形，其有助于消除发光元件和光致发光材料之间的直接视线。该几何构形还可有助于多个装置10随后的“平铺”，来形成照明板，例如装置10的区域28覆盖相邻装置10的区域26和/或30的板(如下参考图12a和12b描述)。图4g中描述的形状是示例性的，并且可以使用许多其他布局。

图4h-4j分别类似于图4e-4g，但示出嵌入装置10中的一个或者多个发光元件34(此处示为嵌入区域30的内芯结构18中)而不是经由漏斗32耦合到装置10。如通过图4h-4j中的区域26中的示意裂口所示，区域26可以是细长的和/或大小和形状构建为大体或者完全消除发光元件34和光致发光层38和/或粒子128之间的直接视线。图4e-4j中描述的每个装置10还可以结合如图1c-1e中所示的包层12、14。

在优选实施例中，来自发光元件34的光(无论嵌入装置10或者结合漏斗32操作)总的在耦合输入方向上进入区域30，即沿着图1b中示出的z轴。一旦通过从粒子20和/或反光器36的散射而耦合输入到装置10时，光总的以和耦合输入方向垂直的传播方向传播通过装置10(例如通过区域26)。如图1b中所示，传播方向大致沿着x轴。在光进入区域28之后，光大致从装置10以和传播方向大体垂直的耦合输出方向(例如沿着图1b中所示z轴)耦合输出(即从表面23和/或24出射)。因此，耦合输入方向和耦合输出方向大体是平行的。在存在光致发光材料38和/或粒子128的实施例中，在装置10中以传播方向传播的至少一部分光由光致发光层38和/或粒子128来激励，引起从装置10以和传播方向大体垂直的耦合输出方向耦合输出的混合光。相比于在其中激励光(即照射光致发光材料之前或者照射时的光)以大体不和由于光致发光材料激励导致的混合光的耦合输出方向垂直的方向(例如大体平行方向)传播的装置，该布局可以具有更好的视亮度和/或颜色均匀度。

磷光体广泛用于涂覆单个的LED，典型地来获取从其产生白光。然而，还没有使用如此处描述的包括在波导装置中的光致发光层。(在层16和/或漏斗32中)提供光致发光层38和/或粒子128相对于在每个单个发光元件上提供光致发光层38和/或粒子128的优点在于波导装置10在发射光之前将光漫射。因此，与收集来自点光源(例如LED)的光不同，光致发光层38和/或粒子128收集具有预定范围的光。该布局允许对于装置10所提供的光分布有更好的控制。

设想多种类型的磷光和荧光物质。示意性例子包括但不限于美国专利5813752、5813753、5847507、5959316、6155699、6351069、6501100、6501102、6522065、6614179、6621211、6635363、6635987、6680004、6765237、6853131、6890234、6917057、6939481、6982522、7015510、7026756、7045826和7005086公开的磷光体，其全部披露内容通过引用包括进来。在实施例中，光致发光层38和/或粒子128的量子效率仅在高达约50℃的温度下是稳定的。然而，在许多布局中，由于光致发光层38和/或粒子128和发光元件之间的空间间隔，所以这样的材料的温度保持比此水平更低。在多种实施例中，层38和/或粒子128包括或者大体由一个或者多个电致发光材料而不是光致发光材料(或除了光致发光材料之外)构成。这样的电致发光材料可以包括或者基本由量子点材料和/或有机LED(OLED)材料构成。合适的量子点可以包括或者大体包括硒化镉。

存在可以使用光致发光层38的多于一个的布局。在一个实施例中，光致发光层38补充通过发光元件34发射的光来形成白光，例如使用二色性、三色性、四色性或者多色性技术。例如，可以使用蓝黄二色性方法，其中使用蓝光发光元件(例如具有大约460nm的峰值发射波长的InGaN LED)，并且光致发光层30可以包括或者基本由吸收谱在蓝色范围并且发射谱延伸到黄色范围的磷光分子(例如，铈激发的钇铝石榴石，或者铕硅酸锶)构成。由于光的散射角严格地依赖于光的频率(对于瑞利散射为四次幂相关，或者对于米氏散射为二次幂相关)，蓝光发光元件34产生的蓝光在和光致发光层38和/或粒子128相互作用前在波导材料中有效漫射。层38和/或粒子128在其发射谱发射光，并且补充光致发光层38和/或粒子128没有吸收的蓝光以形成白光。

在另一个二色布局中，使用紫外光发射元件(例如具有360nm和420nm之间的峰值发射波长的GaN、AlGaN和/或InGaN LED)。这样的紫外光发射元件的光有效地漫射在波导材料中。为提供大体白色的光，优选使用两个光致发光层38和/或两类光致发光粒子128。一个这样的光致发光层和/或类型的粒子的特征在于其吸收谱在紫外范围中并且发射谱在橙色范围(例如具有从大约570nm到大约620nm之间的峰值发射波长)中，并且另一个光致发光层和/或类型的粒子的特征在于其吸收谱在紫外范围中并且发射谱在蓝绿范围(例如具有从大约480nm到大约500nm之间的峰值发射波长)中。通过两个光致发光层38和/或两类光致发光粒子128发射的橙色光和蓝绿光混合来对于观察者显示为白光。由于紫外光发射元件发射的光高于或者接近可视范围的端部，其不会被观察者注意到。当使用两个光致发光层38时，可以将一个沉积到另一个上面来改进均匀度。或者，可以使用具有上述发射谱的两种类型的光致发光材料的单个光致发光层38。

在另一个实施例中，使用三色技术。例如，如上所述使用蓝光发射元件，其与两个光致发光层38和/或两类光致发光粒子128一起使用。第一光致发光层38和/或类型的光致发光粒子128可以包括或主要由其吸收谱在蓝光范围中并且发射谱延伸到如上所述的黄光范围的磷分子构成，第二光致发光层38和/或类型的光致发光粒子128可以包括或主要由其吸收谱在蓝光范围中并且发射谱延伸到红光范围的磷分子(例如，掺杂有镨的三价离子的铈激发的钇铝石榴石，或者铕激发的硫化锶)。未吸收的蓝光、黄光和红光混合来对观察者呈现为白光。

所构想的一种布局是其中使用具有不同发射谱的发光元件34并且沉积多种光致发光层38和/或分布多种类型的光致发光粒子128，使得每个光致发光层38和/或类型的光致发光粒子128的吸收谱和发光元件34的其中一个发射谱交迭，并且(发光元件34和光致发光层38和/或光致发光粒子128的)所有的所发射的颜色光混合来呈现为白光。这样的多色布局的优点在于，由于其允许以局部方式(例如沿着装置10的表面或者边缘)更好的控制光的不同频谱分量，所以其提供高性能白平衡。

白色输出光的颜色成分依赖于所发出的光发射的强度和频谱分布。这些依赖于发光元件34的频谱特性和空间分布，并且在使用一个或者多个光致发光部件(层38和/或粒子128)的实施例中，这些依赖于光致发光部件的频谱特性和未吸收光的量。光致发光部件未吸收光的量又是部件的特征的函数，例如光致发光层38的厚度、光致发光材料的密度以及类似特征。通过仔细的选择发光元件34的发射谱和可选地选择光致发光层38和/或光致发光粒子128的厚度、密度和频谱特征(吸收和发射谱)，装置10可以提供大体均匀的白光。

在上述任一实施例中，根据装置10所期望的特定应用，可以定制光的“白度”。例如，当装置10作为LCD装置的背光时，装置10提供的光的频谱分量可以根据液晶面板的颜色滤波器的频谱特性来选择。换句话说，由于典型的液晶面板包括在多个不同颜色工作的颜色滤波器的布置，装置10所提供的白光包括至少这样的滤波器的不同颜色。由于减小或消除了背光单元的频谱分量和液晶面板的颜色滤波器之间的不匹配所造成的光损耗，所以该布局显著地改进了光学效率以及LCD装置提供的图像质量。

因此，在通过发光元件34发射不同颜色光(例如红光、绿光和蓝光)来获取白光的实施例中，发光元件34的发射频谱优选选择为和LCD面板的颜色滤波器的特征频谱交迭。在装置10通过一个或者多个光致发光部件(层30和/或粒子128)补充的实施例中，光致发光部件的发射谱和可选的发光部件的发射谱(频谱)优选选择为和LCD面板的颜色滤波器的特征频谱交迭。典型地，特征发射谱和特征滤波器谱之间的交迭大约为70％频谱交迭，更优选的为80％频谱交迭，并且甚至更优选地为大约90％。

以下描述根据本发明的多个实施例的内芯层16和光波导装置10的制造过程。

在一些实施例中，内芯层通过共挤出技术形成。如此处所使用的，术语“共挤出”是指同时挤出多个模输出的工艺，这多个模输出在冷却前焊接在一起来形成具有开放形状的挤出型材，例如非圆管形薄板。根据本发明的一些实施例通过共挤出方法形成的挤出型材可以是单层结构或者具有两层或者多层的层压结构。在本发明的一些实施例中，在挤出涂覆工艺中使用共挤出工艺，应用由共挤出工艺形成的挤出型材来涂覆一个或者多个已有的层。

因此，处于熔化或者塑性状态的多个透光成分可以被共挤出以形成内芯层16的细长的内芯结构。每个透光成分可以被挤出以形成单个内芯结构18，并且可以是混合有光散射例子的聚合物材料，光散射例子的类型、大小和浓度选择为为内芯结构18提供期望的光学性质(例如，平均自由程)。

可以根据本发明的一些实施例所使用的共挤出设备50如图5中所示。如图所示，多个熔化或者塑性化的流52(图中所示为三个)分别从多个挤出机54中挤出。熔化流包括根据要形成的各个内芯结构18的透光成分。挤出机54将该成分流出，其通过传统导管(未示出)传输到共挤出模或者进料块56中。模56组合并且布置该成分并且流出不同成分并排流动的组合的平板流58。冷却辊系统60对流58淬火来形成内芯层16，该内芯层16包括或主要由如上所述的多个内芯结构18形成。所形成的内芯结构18可以具有任一形状或者横截面，例如矩形或者三角形。

一个或者多个挤出的内芯结构18(例如图1a中最靠边的细长的结构18-1和18-n)可以制成反射性的。这可以通过认真选择形成的这些内芯结构的成分来实现。例如，高折射率(例如2或者更大)的成分可以馈送到相应的挤出机54。具有足以形成反射性的高折射率的材料的示例性例子是TiO₂，其具有大约2.5的折射率。还考虑使用基本不透明的成分或者包括足够高密度的反射粒子来使得内芯结构18具有反射性。

共挤出设备50可以适于同时形成内芯层16和包层12、14。该方法在图6中示出，其示出具有模56的设备50，配置为将成分组合和布置成层压平板流58，在该层压平板流58中，流58的中间层包括内芯层16的不同成分的并排流，并且流的外层包括包层12、14的成分。在一个实施例中，在包层12、14上面和下面形成附加层，例如用于保护或者加强包层12、14。

图7a和7b中示出替代性例子。在此实施例中，设备50执行挤出涂覆过程，从而内芯层16的内芯结构18共挤出到包层12上，包层12已经处于形状稳定(即，刚性)状态。一旦内芯层16处于形状稳定(例如冷却后，或者使用冷却辊系统60处理后)，包层14可以可选地在内芯层16上层压，来形成三层结构。

一旦内芯层16以及可选地包层12、14共挤出形成，当成分处于熔化或者塑性态时该层可以进一步处理。这样的处理的一个例子是应用热和/或压力，使得在相邻内芯结构18的公共边缘处至少部分混合各个成分。当相邻内芯结构18具有不同的粒子浓度(包括两个相邻结构中的一个具有零浓度而另一个具有非零浓度的情况)，热和/或压力处理可以导致在内芯结构18的整个横向方向上的浓度梯度。当期望具有沿着光学平均自由程的平滑分布时，该实施例特别有用。(在挤出结构冷却前)通过冷却辊系统60可以对形成的内芯结构18执行挤出后处理，或者可以使用另一个辊系统来进行。当该成分包括热塑材料时，可以在结构冷却之后执行挤出后处理。在此实施例中，挤出后处理可以包括对内芯结构的再次加热。

本发明的实施例中提出的光波导装置还可以通过层压工艺来制造。合适的层压工艺可以用于热固材料和热塑性材料。可以使用适合用于形成内芯层16和包层12、14的材料的任一层压技术。层压工艺可以使用或者不使用载体来执行。当使用载体时(例如金属载体或者其他刚性载体)，优选设计和构建为允许单个内芯结构18以并排方式层压。因此，载体优选将每个单独的内芯结构18固定到和前一个层压的细长结构并排的位置。

根据多个实施例的层压技术在图8a-8c中简要示出。该过程从基片62开始(图8a)，在该基片62上执行层压过程。该过程继续，以并排布局在基片62上层压多个内芯结构18(例如细长的内芯结构)，来形成内芯层16(图8b)。层压可以通过加热和加压来执行，使用或者不使用粘合剂均可。可选但不是必须地，基片62可以用作包层(例如图1c-1e或者1g中的层12)。在此实施例中，基片62优选包括或者主要由柔性包层材料构成并且优选位于载体基片(未示)上，其是所期望的平面的。

一个或者多个反光结构可以相对于内芯层16并排层压。这可以以类似层压其他内芯结构18的方式来进行。

并排层压后，内芯结构18可以在其公共端部使用本领域公知技术联接，这些技术包括但不限于粘合剂粘结、溶剂粘结、或者焊接(或也称为熔接)。在基片62上层压芯16之前可有如下步骤，即在基片62上应用粘合光学材料。如果希望，在层压内芯结构18之后可以移除基片62。在此实施例中，空气用作上述的包层。

在本发明的多个实施例中，该过程继续，在内芯层16上层压包层14(图8c)。可选地，在内芯层16上层压包层14前，可以在内芯层16上应用光学粘合剂。

图9a-9c中示出用于制造装置10的其他技术。该过程以基片62开始(图9a)。具有小板形状的多个内芯结构18以并排布局平铺在基片62上，以形成内芯层16(图9b)。通过诸如加热和加压使用或者不使用粘合剂的层压技术来执行平铺。可选但不是必须地，基片62可以用作包层(例如图1c-1e或者1g中的层12)。在此实施例中，基片62优选地由柔性包层材料形成并且优选位于载体基片(未示)上，其是所期望的平面的。

一个或者多个反光结构可以相对于内芯层16并排层压。这可以以类似于层压其他内芯结构18的方式来进行。

并排层压后，内芯结构18可以在其公共端部使用本领域公知技术联接，这些技术包括但不限于粘合剂粘结、溶剂粘结、或者焊接。在基片62上层压内芯16之前可以进行如下步骤，即在基片62上应用粘合光学材料。如果希望，在层压内芯结构18之后可以移除基片62。在此实施例中，空气用作上述的包层。在本发明的多个示例实施例中，该过程继续，在内芯层16上层压包层14(图9c)。可选地，在内芯层16上层压包层14前，可以在内芯层16上应用光学粘合剂。

在任一上述实施例的层压过程后，一个或者多个附加层(未示)可以接附到包层12和/或14。这可以通过本领域内任意公知过程来实现，包括但不限于印刷、压印、层压等。接附附加层可以使用任意技术实现，包括但不限于粘合剂粘结、溶剂粘结、焊接、机械固定、联合固定以及类似技术。附加层可以覆盖包层的全部表面面积或者其包层的一部分。例如，反射性薄片36(例如参见图1a)可以接附到包层14。还考虑使用夹层来保护包层12、14。

图10a-10c中示出根据本发明一些实施例的制造装置10的其他技术。在这些实施例中，使用共注成型技术。共注成型是公知的注射成型技术的一个变化。在注射成型中，热塑聚合物或者类似材料从储料器注入圆筒中，通过往复旋拧和/或电加热来熔化，并且通过活塞(活塞、柱塞)或者螺栓(用作柱塞)前向推进到模制腔中，其冷却到树脂的热变形温度以下。

共注成型利用了称为喷射流的注射成型的特征。填充腔时，熔体前沿的材料从流的中心线移动到腔壁。该壁典型地保持在熔体的临界温度以下，使得接触该壁的材料快速冷却并且就地凝固。这提供了绝缘层，通过该绝缘层新的熔体可以到达熔体前沿。

在本发明的一些实施例中，使用共注成型技术来形成具有嵌套布局的多个内芯结构18的内芯层16。图10a中示出适合用于本实施例的共注成型系统。该系统典型地包括相对模制腔220安装的并且根据装置的期望外形来定形的共注多支管230。在本发明的多个实施例中，模制腔230具有大体平板的形状。

多支管230包括具有前向和后向端的喷嘴外罩234。所示喷嘴外罩234大致为V形的，但也可以使用适于共注成型的任一其它形状。喷嘴外罩234包括多个臂状件254，每个具有后向端部262，并且包括向外延伸的安装部分266。臂状件254通过安装柱236来支撑，安装柱236典型固定安装在机器基座撬板(sled)(未示)的水平表面上。

外罩234在其前向端部中具有出口270，以及在其每个臂状件的后向端部中具有多个入口274。出口270和腔220的入口226连通。外罩234的入口274分别和相应的注入单元(未示)的多个注入喷嘴284连通。每个注入喷嘴典型地馈以不同的如上所述的透光成分。

多支管230还包括可在多个位置之间移动的阀门258。在每个位置，阀门258开启其中一个入口274和出口270之间的液体连通通道。还设想阀门258关闭所有的连通通道的位置。阀门258可以通过安装在多支管230上的水压缸278相对于外罩234移动。

共注成型系统可以如下操作。喷嘴外罩定位为使得每个注入喷嘴提供一类透光成分。共注成型过程以阀门258处于选择使得第一透光成分(例如具有低浓度的光散射颗粒的成分)以熔化或塑性态流经出口270的位置来开始。所选择的成分注入模制腔220中。阀门258随后移动到另一个位置，允许第二透光成分(例如具有高浓度的光散射粒子的成分)以熔化或塑性态流经出口270。通过上述喷射流效应，第二成分套在第一成分中。可选地，通过重新定位阀门258使得将熔化或塑性态的第三成分注入模型而继续该过程。第三成分套入之前注入的第二成分中。第三成分具有比第二成分更高的光散射粒子浓度。

任一数量的透光成分可以顺序注入到模型中，使得形成具有以嵌套布局联接在一起的多个内芯结构18(其可以是柔性的)的内芯层16。在图10a中用附图标记222-1、...222-n来标出不同透光成分的熔体前沿。套入之前注入的透光成分的每个熔体前沿的传播通过箭头示出。使用共注多支管来制造内芯层16的优点在于其允许更加灵活地选择不同内芯结构18的特性。对共注多支管的操作的连续或者半连续控制可以有助于以一种特定方式形成内芯结构18，即使得特征平均自由程从一个内芯结构18到另一个内芯结构18大体平滑改变。由于有效折射率随着特征平均自由程改变，所以本发明的不同实施例允许产生具有沿着横向方向渐变的有效折射率的光波导装置10。

形成内芯层16后，通常将其从模型取出。图10b中示出内芯层16从模型取出后的顶视图。可选地并且优选地，该过程以以下操作继续，即，通过将内芯层16沿着横向方向切割，使得从其移除一个或者多个边缘区域228，从而提供内芯结构18以并排布局联接的内芯层16。图10b中示出平行于切割内芯层16所沿着的横向方向的两个切割线224。图10c中示出沿着切割线224切割后的内芯层16的顶视图。该过程可以继续在内芯结构16上形成诸如上述包层12、14和/或光致发光层38的其他层。在本发明的多个实施例中，共注系统配置为还注入包层12、14。

现在参考图11，在本发明的多个实施例中，多层光波导装置100包括多个波导装置10，每个波导装置10可以如上制成。多层装置100中的装置10可以以图11中所示垂直层叠布局来布置。低折射率材料的层1100可以布置在每层10之间，来阻止不期望的光从一层10传播到另一层。光可以从不同的光源耦合输入到每层10的区域30，或者同样的光源可以用于每一层10。在特定实施例中，多层装置100通过在每一层10中包括不同类型的光致发光粒子来提供可控的RGB照明。例如，底层10可以包括发射红光的光致发光粒子128，中间层10可以包括发射绿光的光致发光粒子128，并且顶层10可以包括发射蓝光的光致发光粒子128。这样的多颜色多层装置100可以适用于LCD背光应用。如图11中所示，层10的区域28可以大体垂直对准，使得从底层10发射的光在最终从多层装置100发射之前传播通过其它层10。换句话说，多层装置100中的每个区域28可以和其他层10的区域26、30基本不具有垂直交迭。

参考图12a和12b，在本发明的多个实施例中，多个光波导装置10一起利用来提供改进的功能性。照明面板1200包括或主要由以平铺方式在其边缘(或者交迭)接附在一起的多个光波导装置10构成。为了在照明面板1200的整个表面上提供大体均匀的照明，波导装置10可以平铺在一起，使得仅每一个装置10的耦合输出区域28可见。每个装置10的耦合输入区域30和传播区域26从而可以布置在相邻装置10的下部并且不可见。虽然所示照明面板1200为大体平板，每个波导装置10的柔性使得照明面板1200可以以多种形状配置，包括弯曲的板，甚至是球形。

照明面板1200可以用来在多种应用中提供大体均匀的照明。例如，照明面板1200可以自身用作照明应用的光源。在另一个实施例中，照明面板1200在例如液晶显示器(LCD)的显示装置1210中用作背光单元。显示装置1210可以还包括限定多个像素并且可以由从控制电路1230接收的信号激发的LCD面板1220。

参考图13，磷光层1302可以增加到发光元件1300上。磷光层1302将从耦合输入区域1304发射的来自诸如LED的光源1306的光转变为不同颜色(即改变频谱)。例如，来自蓝色LED的部分光可以转变为黄色光，其和剩余的蓝光混合，来提供白色输出照明光。在其他实施例中，磷材料置于光学路径的任一位置，包括不在任一光源的直接视线的位置。

制成波导装置10的波导材料可以包括或由一种或多种聚合材料构成。聚合材料可选地包括橡胶状或者橡胶类材料。该材料可以在浸渍介质中通过浸渍成型来形成，例如在碳氢溶剂中，橡胶状材料在这种溶剂中溶解或者扩散。聚合材料可选地并且优选具有预定水平的交联，其优选在特定限制之间。该交联可选地可以是物理交联、化学交联或者其组合。化学交联聚合物的一个非限制示例性例子是交联聚异戊二烯橡胶。物理交联聚合物的非限制示例性例子包括交联嵌段共聚物和链段共聚物，其可以是例如由于微相分离引起的交联。该材料可选地通过施加辐射而交联，辐射例如包括但不限于电子束辐射和/或电磁(例如紫外)辐射。

尽管不限于橡胶本身，该材料可选并且优选具有橡胶的物理特性(例如涉及抗张强度和弹性的参数)。例如，波导材料的特征在于抗张率的值低于5％。抗张率值通常依赖于交联度并且是柔性材料在通过膨胀或者通过外部施加的力拉伸后在收缩或者移除施加力时返回其初始大小的能力的度量。

例如可以通过以下方式来确定抗张率的值，即，在波导材料的条带上放置两个标记并且记录它们之间的距离，以一定程度拉伸该条带，例如通过增加其延伸率到期望的最大延伸率的90％来拉伸该条带，保持该拉伸持续一定时间、例如一分钟，随后释放该条带并且使其返回放松长度并且重新测量两个标记之间的距离。通过比较拉伸前后的测量值，用一个减去另一个，并且用差值除以拉伸前的测量值，来确定抗张率的值。在优选实施例中，使用期望的最大拉升的90％的拉伸量和一分钟的保持时间，优选的抗张率的值低于5％。还考虑具有大约30％塑料延伸率和低于5％弹性延伸率的材料。

可以可选地单独使用或者组合使用或者与上述一个或多个橡胶材料结合使用的其它示例性材料包括但不限于诸如以下的交联聚合物：聚烯烃，包括但不限于，聚异戊二烯、聚丁二烯、乙烯-丙烯共聚物；诸如聚氯丁二烯(氯丁橡胶)的氯代烯烃；嵌段共聚物，包括二嵌段、三嵌段、多嵌段或者星状嵌段共聚物，诸如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、或者苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物(优选具有从大约1％到37％的苯乙烯成分)；链段共聚物，诸如聚氨酯、聚醚-氨脂，链段聚醚共聚物；硅氧烷聚合物，包括共聚物；以及氟代聚合物和氟代共聚物。在本发明的一些实施例中，波导材料可以包括IOTEK或者主要由其构成。

嵌入粒子可以是玻璃珠、BaSO₄粒子和/或类似粒子。粒子的容积密度可以从约0.1％到5％。

用来制造内芯层16的挤出机的数量可以从三个到大约10个。当包层12、14和内芯层16同时形成时，挤出机的数量可以从三个到大约十五个。共挤出模的总的宽度可以是大约400mm到大约1200mm，并且其可以构建并且设计为提供从大约20到100个并排的内芯结构18。

包层12、14的厚度可以是大约10μm到大约100μm。内芯层16的厚度可以是大约400μm到大约1300μm。内芯层中内芯结构18的数量可以大约是20到大约100个结构。单个内芯结构18的宽度可以是大约5mm到大约30mm。

例子

光波导装置10的内芯结构18使用聚氨酯制造。两个外部耦合输入区域30每个宽约22mm，并且包括具有接近5μm直径的容积密度0.5％的VELVOLUX M合成BaSO₄粒子(来自德国Duisburg的Sachtleben Chemie GmbH)。传播区域26每一个大约29mm宽并且基本不包含粒子。中央的耦合输出区域28接近77mm宽并且包括三个内芯结构18。外部内芯结构18接近26mm宽并且包括容积密度为0.35％的VELVOLUX M合成BaSO₄粒子。耦合输出区域28的中间内芯结构18接近25mm宽并且包括具有接近1μm直径的容积密度为0.2％的BLANC FIXE F合成BaSO₄粒子(也来自德国Duisburg的Sachtleben Chemie GmbH)。耦合输出区域28显示接近9078尼特的九点平均视亮度，具有大约10％的均匀度。

另一个光波导装置10用IOTEK制成，并且包括大体不含粒子的并且宽度接近11mm的传播区域26。耦合输出区域28包括三个内芯结构18。为了增加距传播区域26的距离，这些内芯结构18是1)具有5μm直径0.75％容积密度的BaSO₄粒子的17mm宽的区域，2)具有5μm直径1.5％容积密度的BaSO₄粒子的10mm宽的区域，3)具有5μm直径3％容积密度的BaSO₄粒子的10mm宽的区域。此耦合输出区域28的照明在其宽度上大体均匀。

此处所用术语和表达用作具体描述的术语和表达并且并非限制，并且使用这样的术语和表达中并非有意于排除所示或者该部分描述的特征的任一等同。此外，虽然已经描述了本发明的特定实施例，但是本领域内普通技术人员清楚的是包含此处概念的其他实施例可以在不脱离本发明的精神和范围内使用。因此，所描述实施例在全部方面认为是示意性而非限制性的。

Claims (62)

1.一种照明结构，包括：

基本非光纤的波导，和

布置接近所述波导的第一部分的底部表面的离散光源，

其中光通过第一部分的底部表面吸收进入该结构并且从和波导的第一部分基本没有交迭的波导第二部分的顶部表面发射。

2.权利要求1的照明结构，其中，波导的第一部分和第二部分互相间隔开，并且光仅从波导的第二部分发射。

3.一种照明结构，包括：

大体非光纤的波导，和

布置接近波导的第一部分的底部表面的离散光源，

其中，离散光源的光在波导的第二部分内的传播方向大体垂直于光的耦合输入方向。

4.权利要求3的照明结构，其中，光的传播方向大体垂直于波导的第三部分中的光的耦合输出方向，耦合输出方向平行于耦合输入方向。

5.权利要求3的照明结构，还包括用于将一些光转变为不同波长的磷光材料，所转变的光和未转变的光混合来形成光谱不同于未转变光和转变光的混合光。

6.权利要求5的照明结构，其中，混合光的耦合输出方向大体上垂直于所述传播方向。

7.一种形成大体非光纤波导的方法，该方法包括形成多个联接的内芯结构，至少一个内芯结构基本不包含散射粒子。

8.权利要求7的方法，其中，至少一些内芯结构包括多个散射粒子，并且散射粒子的大小、浓度或者类型中的至少一个在至少两个内芯结构间不同。

9.权利要求7的方法，其中，形成多个联接的内芯结构包括共注成型、共挤出成型、涂覆、层压、粘合或焊接中的至少一种。

10.权利要求7的方法，还包括在多个联接的内芯结构的顶部表面或底部表面的至少一个上形成包层。

11.权利要求7的方法，其中，在联接的内芯结构的整个厚度上，邻接的内芯结构之间基本不存在交迭。

12.权利要求7的方法，其中，波导大体是平面的。

13.一种照明结构，包括：

波导；

用于发射输出光的离散光源；和

用于将一些输出光转变为不同波长的磷光材料，所转变的光和未转变的输出光混合来形成光谱不同于输出光和转变光的混合光，

其中，离散光源布置在波导内，并且在离散光源和磷光材料之间基本不存在直接视线。

14.权利要求13的照明结构，其中，磷光材料也布置在波导中。

15.权利要求13的照明结构，其中，波导定形为阻止光在离散光源和磷光材料之间的视线传播。

16.权利要求13的照明结构，其中，离散光源和磷光材料几何布置为阻止光在离散光源和磷光材料之间的视线传播。

17.权利要求13的照明结构，其中，输出光包括蓝光或者紫外光的至少一个。

18.权利要求13的照明结构，其中，磷光材料布置为和离散光源足够远以使基本不会受到由离散光源产生的热的影响。

19.权利要求13的照明结构，其中，离散光源可以包括大体未封装的发光二极管晶片。

20.权利要求13的照明结构，其中，波导包括用于接收输出光的离散耦合输入区域和用于发射光的离散耦合输出区域，该波导保持光在其中传播并且将光引导到耦合输出区域用于输出。

21.权利要求20的照明结构，其中，耦合输出区域的表面大体上是平面的。

22.权利要求21的照明结构，其中，磷光材料布置为接近耦合输出区域的表面。

23.权利要求20的照明结构，其中，磷光材料包括布置在耦合输出区域中的多个光致发光粒子。

24.权利要求13的照明结构，其中，光致发光粒子的浓度沿着耦合输出区域的长度逐级变化。

25.权利要求20的照明结构，其中，波导包括布置在耦合输入区域和耦合输出区域之间的基本不包括散射粒子的传播区域。

26.权利要求25的照明结构，其中，传播区域定形为阻挡离散光源和磷光材料之间的直接视线。

27.权利要求13的照明结构，其中，磷光材料的量子效率仅在高达大约50℃的温度下是稳定的。

28.权利要求13的照明结构，其中，混合光基本是白光。

29.一种照明结构，包括：

波导；

用于发射输出光到波导中的离散光源；

用于将一些输出光转变为不同波长的磷光材料，所转变的光和未转变的输出光混合来形成大体白光；和

布置在离散光源和磷光材料之间的波导中用于将光偏转出波导的多个光学元件，

其中，照射光学元件的输出光不如照射磷光材料的输出光均匀。

30.权利要求29的照明结构，其中，离散光源布置在波导中。

31.权利要求29的照明结构，其中，磷光材料布置在波导中。

32.权利要求29的照明结构，其中，大体白光从波导的大体平面表面发射。

33.权利要求32的照明结构，其中，大体白光的光通量或颜色坐标中的至少一个在波导的大体平面的表面上基本均匀。

34.权利要求29的照明结构，其中，在离散光源和磷光材料之间不存在直接视线。

35.一种形成照明结构的方法，该方法包括：

提供波导；

提供波导中的磷光材料；并且

提供波导中的离散光源，

其中在离散光源和磷光材料之间不存在直接视线。

36.权利要求35的方法，其中，在提供磷光材料之后提供离散光源。

37.一种产生大体白光的方法，包括：

提供照明结构，照明结构包括：

波导，

布置在波导中用于发射输出光的装置，和

用于将光转变为不同波长的装置，

其中在发射装置和转变装置之间不存在直接视线，

从发射装置发射输出光，

其中，转变装置将输出光的一部分转变为不同波长，转变光和未转变输出光混合来形成大体白光，并且大体白光从波导表面发射。

38.权利要求37的方法，其中，转变装置布置在波导中。

39.权利要求37的方法，其中，波导表面大体是平面的。

40.权利要求37的方法，其中，发射装置的工作温度超过转变装置的工作温度至少大约30℃。

41.权利要求37的方法，还包括布置在波导中用于将要从波导表面发射的光耦合输出的装置。

42.权利要求41的方法，其中，输出光在由转变装置转变之前由耦合输出装置来耦合输出。

43.一种照明结构，包括：

波导；

用于发射输出光的离散光源；和

用将一些输出光转变为不同波长的磷光材料，所转变的光和未转变的输出光混合来形成大体白光，

其中，磷光材料布置为距离离散光源足够远，使得基本不受由离散光源发出的热的影响。

44.权利要求43的照明结构，其中，离散光源布置在波导中。

45.权利要求43的照明结构，其中，磷光材料的量子效率仅在高达接近50℃的温度下是稳定的。

46.一种照明结构，包括：

基本非光纤的波导，该波导包括：

用于接收光的离散耦合输入区域，

用于传播光的离散传播区域，和

用于发射光的离散耦合输出区域，其中耦合输入区域、传播区域和耦合输出区域在空间上不同，并且进入耦合输入区域的光基本保持在波导中用于从耦合输出区域发射。

47.权利要求46的照明结构，还包括：

布置在波导的顶部表面上的第一包层，和

布置在波导的底部表面下的第二包层。

48.权利要求46的照明结构，其中，耦合输入区域包括多个散射粒子。

49.权利要求46的照明结构，其中，传播区域基本不包含散射粒子。

50.权利要求46的照明结构，其中，耦合输出区域包括多个散射粒子。

51.权利要求50的照明结构，其中，散射粒子具有在耦合输出区域的至少一个维度上改变的浓度。

52.权利要求51的照明结构，其中，散射粒子的浓度随着距耦合输入区域的距离而增加。

53.权利要求46的照明结构，其中，耦合输出区域包括多个内芯结构，其中至少一些包括多个散射粒子，并且其中散射粒子的大小、浓度或者类型中的至少一个在至少两个内芯结构间不同。

54.权利要求53的照明结构，其中，在与光传播通过的总体方向垂直的方向上的各个内芯结构之间基本没有交迭。

55.权利要求53的照明结构，其中，每个内芯结构具有基本上四角形的横截面区域。

56.权利要求55的照明结构，其中，所述横截面区域大体是矩形的。

57.权利要求46的照明结构，还包括接近耦合输入区域布置的用于发射光的装置。

58.权利要求46的照明结构，还包括布置在波导中用于发射光的装置。

59.权利要求46的照明结构，还包括布置为接近耦合输入区域的表面的反射器。

60.权利要求46的照明结构，其中，所述波导基本上是平面的。

61.权利要求46的照明结构，其中，传播区域中的光的光学平均自由程基本上恒定，并且耦合输出区域中的光的光学平均自由程大体上单调变化。

62.一种产生光的方法，该方法包括：

提供大体非光纤的波导，该波导包括：

用于接收光的离散耦合输入区域，

用于传播光的离散传播区域，和

用于发射光的离散耦合输出区域，并且

接近耦合输入区域发射光，从而光传播通过传播区域且大体不从传播区域发射、并进入耦合输出区域中，并且该光从耦合输出区域发射。

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