[發(fā)明專利]用于照明裝置的光外部耦合結(jié)構(gòu)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200780044344.0
• 申請(qǐng)日: 2007-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101595409A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 卡里·林科
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 莫迪尼斯有限公司
• 主分類號(hào): G02B6/00
• 分類號(hào): G02B6/00;F21V8/00
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 吳貴明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及光學(xué)。具體地，本發(fā)明關(guān)于利用衍射光柵效 應(yīng)的光外部耦合(outcoupling)及導(dǎo)引結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

衍射光柵結(jié)構(gòu)是具有基于包括衍射效應(yīng)的物理光學(xué)來(lái)調(diào)節(jié)光路 的表面的精細(xì)結(jié)構(gòu)(例如，橫截面輪廓5為微米)。許多已知的“微 型棱鏡”結(jié)構(gòu)并不是真正的衍射結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈兪窍鄬?duì)大的(例如， 橫截面輪廓為50微米)，由此，僅基于其中的折射效應(yīng)(即僅應(yīng)用 幾何光學(xué)的原理)來(lái)改變光路。

通常，光在兩種介質(zhì)之間的界面處的折射用斯涅耳定律來(lái)描述：

sinθisinθt=n2n1=v1v2,---(1)]]>

且對(duì)于反射，θ_i＝θ_r

其中，θ_i、θ_r和θ_t分別是界面的法向矢量與入射光束、反射光 束和折射光束之間的入射角、反射角和折射角。n和v分別是指第 一介質(zhì)和第二介質(zhì)的折射系數(shù)(refraction?index)和光在所述介質(zhì)中 的速度。為了可視化，參見(jiàn)圖1。當(dāng)來(lái)自相對(duì)于第二材料具有更高 折射系數(shù)的材料的光以比關(guān)于表面法線的臨界角大的角與介質(zhì)邊界 相交時(shí)，可能產(chǎn)生全內(nèi)反射。

衍射現(xiàn)象經(jīng)常可通過(guò)衍射光柵觀察到，衍射光柵是指用來(lái)使光 分散成光譜的由大量平行線(即，光柵溝槽或“狹縫”)形成的透明 或反射表面圖案。透射光柵在透明材料上具有溝槽。反射光柵在表 面上的反射涂層上具有溝槽。穿過(guò)這種表面或從這種表面反射的光 線由于衍射而彎曲。根據(jù)下列的(平面內(nèi))光柵方程，衍射角取決 于光波長(zhǎng)度λ和所謂的溝槽“間隔”或溝槽“周期”d(有時(shí)也稱作 “節(jié)距”)。

mλ＝d(sinα+sinβ_m)，????????????????????(2)

其中，角α和β分別是指入射角和衍射角。本實(shí)例中的角度從 光柵法線測(cè)得?！癿”是指衍射級(jí)，其是一個(gè)整數(shù)。鑒于方程2，對(duì) 于所選波長(zhǎng)λ，符合|mλ/d|＜2的m的值顯然是可物理地實(shí)現(xiàn)的。等 衍射級(jí)m＝0對(duì)應(yīng)于直接透射或鏡面反射。光柵的每個(gè)溝槽均引入一 個(gè)衍射圖案，從而干涉多個(gè)溝槽的許多衍射圖案。參見(jiàn)圖1，為了 示意性地示出反射光柵，其中，光柵溝槽垂直于頁(yè)面，并且單色光 束在表面平面內(nèi)傳播。對(duì)于最常見(jiàn)的衍射，衍射光柵的溝槽具有矩 形的橫截面，即它們是二元溝槽(binary?groove)，但梯形或三角形 的形態(tài)也是可行的。

精確且有效的光管理的重要性正不斷增長(zhǎng)。能量消耗和光污染 是所有光學(xué)應(yīng)用中的兩個(gè)實(shí)際問(wèn)題。目前，光學(xué)解決方案中的主要 焦點(diǎn)是光耦合及導(dǎo)引結(jié)構(gòu)。

波導(dǎo)件是尤其適于其中載有波的元件。在光學(xué)中，波導(dǎo)件常被 稱為光導(dǎo)件(lightguide)，并且它們典型地包括具有相對(duì)高的折射 系數(shù)的介質(zhì)材料。當(dāng)波導(dǎo)件被置于具有較低折射系數(shù)的環(huán)境中時(shí)， 有利地，導(dǎo)向件根據(jù)全內(nèi)反射的原理來(lái)載波。光導(dǎo)件包括光纖、玻 璃以及例如不同的薄膜。

在光學(xué)應(yīng)用中，可以使用諸如二元溝槽的衍射光柵來(lái)進(jìn)行光外 部耦合和光散射。然而，僅使用衍射光柵溝槽并不能自動(dòng)確保尚可 符合任何下文中將評(píng)述的標(biāo)準(zhǔn)的性能。