用于色彩调节的角变元件的制作方法

专利名称：用于色彩调节的角变元件的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及发光器件，尤其涉及控制由发光器件和磷光体 产生的光的色彩。
背景技术：
在许多照明用途中，采用发光二极管(LED)的照明器件正变得 越来越普遍。LED通常采用初级发射的磷光体变换以产生白色光，但 磷光体也可用于传输更加饱和的色彩，如红色、绿色和黄色。但令人 遗憾的是，由磷光体变换的LED所产生的光往往具有色彩变化量。由 PC (磷光体变换的)LED产生的光的色彩中的变化是由于如LED光 谱发射中的变化、磷光体厚度中的变化和可用在如基于LED的投射系 统中的二向色滤光镜的生产变化。由于这些变化的原因，难以对这些 LED器件的光的色彩进行精确的控制。
不过，许多照明用途要求对这种色彩进行高度控制。例如，摄影 棚、剧场和商店以及陈列中的照明用途要求非常精确的色彩控制，基 本上光的色彩的小的变化也会被注意到。因此，需要一种能够产生对 光的色彩进行高度控制的改进的照明系统。

发明内容
根据本发明的实施例，发光器件包括产生光的光源和角变元件， 这种光具有多种波长，且这种角变元件对这种光进行过滤。角变元件 具有一个或多个范围，在这些范围内的光波长比不在这些范围内的光 波长更有效地传播。以与光轴成角度地将这种角变元件定位。通过调 节相对于光轴的这种角变滤光器的角位，可对由这种发光器件所产生 的光波长进行控制，以选择所希望的光的色彩。


图1示出了一种色彩可调照明器件，这种照明器件包括光源和角 变滤光器，以相对于光轴的角位保持这种角变滤光器。图2示出了色彩可调光器件的另一个实施例。
图3是示出了二向色滤光器的角变随着波长和透射率变化的曲线图。
图4是示出了带通二向色滤光器的角变随着波长和透射率变>(匕的 曲线图。
图5是示出了由利用蓝色LED和YAG磷光体的器件所产生的光 谱和由二向色陷波滤光器传输的光谱的曲线图。
图6示出了一种色彩可调照明器件的另一个实施例，这种照明器 件包括两个角变滤光器，以相对于光轴的角位保持这些角变滤光器。
具体实施例方式
图1示出了一种色彩可调照明器件100，这种照明器件100包括光 源102和准直镜片106，光源102如蓝色或UV发光二极管(LED) 103 和波长变换层104,准直镜片106如准直透镜或复合式抛物面聚焦器 (CPC)或类似的结构。在一些实施例中，光源102可以是一种宽带 光源，而不是LED103，在此情形中，可不需要波长变换层104。
在波长变换层104用在其中的实施例中，可将波长变换层104附 到LED 103，或者，波长变换层104可以是远程的，即并不附到光源 103。波长变换元件104可以是一种磷光体涂层，如YAG或其它适当 的材料。穿过波长变换元件104泄漏的由波长变换元件104变换的光 与由LED 103发射的光的组合确定所产生的光的特定波长。
准直镜片106接收由光源102产生的光并沿着光轴101适当地准直 这种光。在一个实施例中，准直镜片106将这种光准直到小于60。的半 锥角。
如图1所示，照明器件IOO还包括角变滤光器108，以相对于光轴 101的角位保持这种角变滤光器108，即用线109示出的角变滤光器108 的表面法线与光轴101形成不平行的角a。角变滤光器108可以是一种 二向色滤光器、胆甾型膜、衍射或全息滤光器或其它任何角变元件， 在准直角变元件中，光谱随着入射角变化。此外，可通过透射或反射 运行角变滤光器108，例如，可采用一种二向色镜，而不是二向色滤光 器。为了引用方便，本说明书有时将角变滤光器108称为角变元件、 二向色滤光器或二向色元件。如图1所示，可在不同的角度a将角变滤光器108定位，如虚线所示，这就改变由照明器件100所产生的光 的色彩。作为实例，角变滤光器108的角位a可从0。至60。变化，并包 括0。和6(T，以产生所希望的光的色彩。
通过对角a的仔细选择或调节，可改进由光源102所产生的色彩。 这样就可对由诸如磷光体变换的LED或等离子体灯这样的光源所产生 的光的色彩进行控制。而且，也可类似地改进由诸如汞灯这样的源所 产生的带有并不希望的波长波峰的光。
在一个实施例中，可按照单角位a将角变滤光器108固定安装在 框内。在另一个实施例中，角变滤光器108的角位a可调。作为实例， 框114能够以各种角位保持角变滤光器108。在一个实施例中，框114 可包括位置或槽口，以将角变滤光器108保持在各种角位。虽然图1 中仅示出了保持角变滤光器108的三个位置，但应理解，可将许多位 置包括在框114中。可通过将角变滤光器108从一个位置取下并将角 变滤光器108移到另一个位置来调节角变滤光器108的角位。
在另一个实施例中，可通过旋转角变滤光器108来调节角变滤光 器108的角位。作为实例，图2示出了发光器件100'，这种发光器件 类似于示于图1中的发光器件，且类似命名的元件相同。不过，发光 器件100'包括框120，框120保持角变滤光器108并绕着轴线122旋转， 轴线122垂直于光轴101。可利用如用箭头示出的辊124旋转框120。 角变滤光器108的旋转可由如电机或手动控制。当然，可用其它方式 改变角变滤光器108的角位。例如，可在一端可旋转地保持角变滤光 器108并利用如螺丝或隔片旋转另一端。
光轴101可出于角变滤光器108的角位的调节而移位。因此，可 如图1中的箭头116'所示的那样调节下游光学元器件116，以补偿光轴 IOI中的移位。或者，可将这种系统设计成对光轴中的变化不灵敏，例 如，通过将这种系统设计成，可将这种系统设计成对光轴中的变化不 灵敏，例如，通过将这种系统设计成带有较宽的照明束，即对系统进 行过扫描。
可选择性地以与光轴101所成的角a安装的角变滤光器108的使 用改进了照明器件的色彩效应，尤其是使用发光二极管的器件。此外， 对使用角变滤光器如二向色滤光器的系统而言，既改进了效应又降低 了成本，以操作或结合光，即不必对角变滤光器的性能参数进行严格控制。而且，在允许用户改变这种角变滤光器的角a的实施例中，用 户可对由这种照明器件所产生的色彩进行选择和变化，而并不要求对 照明系统100进行重新设计。
角变滤光器108沿着光轴101传播在由光源122所产生的波长的全 范围之外并入射在角变滤光器108上的波长(在图1中用线112示出) 的子集。可如线110所示的那样将在由角变滤光器108传播的波长的 子集之外的任何波长完全或部分地反射。在一个实施例中，利用如CPC 可回收反射的光，CPC会将反射的光引导回到波长变换层104，可在 波长变换层104再次将这种光用于波长变换，如美国出版物 2005/0270775中所描述的那样，该出版物通过参考结合在本发明中。 或者，利用并不与光轴101平行(且无CPC)的标称角a，可将这种 反射的光永久性地从光学路径去除。例如，在蓝色抽运回收的情形中， 不平行的角a可用于对至磷光体回收的蓝色的量进行控制。
在一些实施例中，角变滤光器108可沿着光轴101传输另外的波 长，即在波长112的所希望的子集之外的波长。另外的这些波长在图l 中用线110'示出并可包括泄漏或可以是几乎全部或大多数由光源102 所产生的波长的全范围。不过，角变滤光器108以高于波长的子集之 外的波长110'的效率成本这些波长112的所希望的子集。
可与本发明的实施例一起使用的适当的角变滤光器是一种由 JDSU、 Bookham或Unaxis制造的二向色滤光器。在如U.S. 5,292,415 中描述了用于适当的二向色滤光器的一种制造方法。当然，若有要求， 也可采用其它制造方法。商业上可得到的红色、绿色和蓝色添加剂滤 光器的实例是来自Edmund Optics的NT52-546。任何角变元件可与本 发明一起使用，只要由这种角变元件传播的光具有角变，即沿着初级 传播方向的光谱随着入射角变换，即沿着光轴，而无论是通过透射、 反射还是衍射。
图3是示出了一种二向色滤光器的角变随着波长和透射率变化的 曲线图，其中，每条曲线示出了以3。递增的从0° (法线入射)至30° 的不同的入射角，其中，法线入射由向右的曲线表示，30°由向左的曲 线表示。正如可从图中看出的那样，透射光谱随着入射角变化。例如， 在50%透射率时，从对应于以0。入射的光波长约为605nm变化至对应 于以3(T入射的光波长约为582nm。通过改变角变滤光器108与光轴101所成的角位a，将角变滤光器 108的透射光谱中的移位用于对由照明器件100所产生的光的色彩进行 控制。可在首先确定由照明器件100所产生的光的色彩之后改变角变 滤光器108的角位。在确定了这种光的色彩之后，可对角变滤光器108 的角位进行适当的调节，以传输光的所希望的色彩。在一个实施例中， 角变滤光器108的角位a的调节是一种工厂准直，在这种工厂准直中， 以必要的角位a安装角变滤光器108，以产生所希望的色彩。
或者，用户或最终用户可对角变滤光器108的角位a进行调节， 以产生用户或最终用户所希望的光的色彩。在此实施例中，可通过如 用示于图2中的电动系统或手动旋转角变滤光器108来调节角变滤光 器108的角位。这样，用户就可通过改变角变滤光器108的角位a在 具有小色域的高通量模式与具有降低的亮度的高色域之间做出选择。 可设计具有较高角变的滤光器专门用于这种目的。例如，利用多层较 高折射材料和较低折射材料的堆形成二向色涂层。通常通过适当地选 择具有较高折射指数和优化的厚度的不同的涂覆材料得到所希望的具 有低角变的滤光器。不过，通过对淀积材料和层厚度的适当选择，也 可产生相反的效果，即高的角变。
在一个实施例中，角变滤光器108可以是一种带通滤光器。图4 是一种曲线图，这种曲线图类似于示于图3中的曲线图，图4中的曲 线图示出了带通二向色滤光器的角变随着波长和透射率变化。如图4 所示，这种带通滤光器传输绿色光并反射蓝色(抽运)光。还将这种 光的红色分量过滤以获得更好的色彩饱和度。通过调节这种带通滤光 器的角位a，可产生所希望的色彩，即便是在波长变换元件104产生错 误的色彩的情况下也是如此。这样就可使用有效而稳定的波长变换元 件，如YAG磷光体，即便是在这些波长变换元件产生错误的色彩的情 况下也是如此。
图5是示出了色彩可调照明器件的运行的曲线图，如根据本发明 的实施例的器件IOO。下曲线152示出了由器件100产生的光谱，器件 100可使用光源102，这种光源102是一种具有YAG磷光体变换元件 104的蓝色LED 103。正如可从曲线152看出的那样，在考虑光源102 产生白色光时，白色光的光谱包括以蓝色抽运波长的峰值和来自YAG 磷光体的黄色(绿色+红色)发射，这种YAG磷光体部分地吸收且部分地传输这种蓝色抽运光。在许多情形中，并不对蓝色波长与黄色波 长之间的确切比率进行精确的控制，从而使白点离开目标(如黑体曲 线)。
图5还示出了由角变滤光器108传输的光谱的上曲线。如图5所示， 角变滤光器108是一种陷波滤光器，这种陷波滤光器设计用于传输除 了一小部分蓝色光之外的大多数光，这一小部分蓝色光可由角变滤光 器108反射并返回到磷光体波长变换元件104，这种光可在磷光体波长 变换元件104被部分地吸收并减弱为另外的黄色光。如图5所示，包 括两个透射率范围和一个抑制带(rejection band ) 160，这两个透射率 范围是范围156和范围158，抑制带160包括这些透射率范围之外的波 长。在传输范围156、 158内的光比在抑制带160内的波长更有效地沿 着光轴传播。不过，正如可看出的那样，即便是在抑制带160内的波 长也可由角变滤光器108传输。若有要求，角变滤光器108可以是一 种短波通、长波通、带通或陷波滤光器。此外，若有要求，角变滤光 器108可以是两种或更多类型的滤光器的组合，这样就有更多的抑制 带和/或一个以上的透射率范围。
可以与光轴所成的(T的标称角位将角变滤光器108保持在器件100 中。为了改变由器件100所产生的光的色点，可改变角变滤光器108 的角位，这就会将蓝色反射峰值161即抑制带160的峰值移至较低的 波长，如箭头162所示。这样就将角变滤光器108的角位选择为将所 希望的波长范围置于这两个透射率范围156、 158内。因此，角变滤光 器108就会传输更多的蓝色光，从而导致由器件IOO产生更多的带蓝 色的白色光。这样，通过对角变滤光器108的角位进行适当的选择， 具有所希望的色彩的光就能够由角变滤光器108沿着光轴101传播。
图6示出了包括光源102的色彩可调照明器件200，光源102包括 波长变换层104、准直镜片106和两个角变滤光器208和210，分别以 角位a和p保持这两个角变滤光器208和210。作为实例，第一角变滤 光器208传输由箭头212和214所示的绿色光和红色光，而反射由箭头 216所示的蓝色光。第二角变滤光器210传输绿色光212并反射红色光 214。在一个实施例中，可对角变滤光器208和210的角位a和p分别 进行调节，这就允许对示于图4中的光谱的蓝色端和红色端进行独立 调节。虽然结合为了说明目的的特定实施例对本发明进行了描述，但本 发明并不仅限于这些特定实施例。可进行各种修正和修改而并不脱离 本发明的范围。因此，所附的权利要求书的精神和范围不应限制在前 面的描述。
权利要求
1. 一种发光器件，所述发光器件发射具有所希望的色彩的光，所述发光器件包括光源，所述光源包括至少一个发光二极管，所述光源产生光谱，所述光谱具有沿着光轴的多个波长；以及角变元件，所述角变元件改变所传播的光谱，所述角变元件具有在所述光轴上的角位，以使角变元件的表面法线不与所述光轴平行，来自所述光源的光入射在所述角变元件上，所述角变元件具有这样的范围，在所述范围内的光波长比不在所述范围内的光波长更有效地传播，在所述范围内的光波长取决于所述角变元件相对于所述光轴的角位，对所述角变元件相对于所述光轴的角位进行选择，以将来自所述光源的光波长的所希望的范围置于所述范围内，以传播具有所希望的色彩的光。
2. 如权利要求1所述的发光器件，还包括用于调节所述角变元件的装置。
3. 如权利要求l所述的发光器件， 述角变元件固定安装在所述光轴上。
4. 如权利要求1所述的发光器件， 可旋转地安装在所述光轴上。
5. 如权利要求l所述的发光器件， 二向色滤光器、二向色镜、胆甾型膜、 一种。
6. 如权利要求1所述的发光器件， 短波通、长波通、带通或陷波滤光器中的一种。
7. 如权利要求1所述的发光器件，其特征在于所述发光器件包 括多于一个的角变元件。
8. 如权利要求7所述的发光器件，其特征在于所述角变元件是 第一角变元件，所迷发光器件还包括第二角变元件，所述第二角变元件改变所传播的光谱，所述第二 角变元件具有在所述光轴上的角位，以使角变元件的表面法线不与所 述光轴平行，其中，由所迷第一角变元件传播的光入射在所述第二角其特征在于以所述角位将所其特征在于将所述角变元件其特征在于所述角变元件是 衍射滤光器和全息滤光器中的其特征在于所述角变元件是变元件上，所述第二角变元件具有这样的范围，在所述第二角变元件 的范围内的光波长比不在所述第二角变元件的范围内的光波长更有效 地传播，在所述第二角变元件的范围内的光波长取决于所述第二角变 元件相对于所述光轴的角位，对所述第二角变元件相对于所述光轴的 角位进行选择，以将来自所述第一角变元件的光波长的所希望的范围 置于所述第二角变元件的范围内，以沿着所述光轴传播具有所希望的 色彩的光。
9. 如权利要求l所述的发光器件，还包括在所述光源与所述角变 元件之间的准直仪。
10. 如权利要求1所述的发光器件，其特征在于大致不传播不 在所述角变元件的范围内的波长。
11. 如权利要求1所述的发光器件，其特征在于所述角变元件 具有多于一个的范围，在所述多于一个的范围内的光波长比不在所述 多于一个的范围内的光波长更有效地传播。
12. 如权利要求1所述的发光器件，其特征在于所述光源是具 有波长变换层的至少一种发光二极管，所述变换层产生具有多个波长 的光谱。
13. —种发光器件，所述发光器件包括光源，所述光源产生光谱，所述光谱具有沿着光轴的多个波长； 角变元件，所述角变元件改变所传播的光谱，所述角变元件位于 所述光轴上，以接收所述具有多个波长的光，所述角变元件具有表面 法线，所述表面法线限定所述角变元件相对于所述光轴的角位，所述 角变元件具有这样的范围，在所述范围内的光波长比不在所述范围内 的光波长更有效地传播，在所述范围内的光波长取决于所述角变元件 相对于所述光轴的角位；以及调节装置，所述调节装置用于调节所述角变元件相对于所述光轴 的角位，以选择在所述范围内的波长。
14. 如权利要求13所述的发光器件，其特征在于还包括框，所 述框具有多个位置以保持所述角变元件，其中所述装置包括将所述角 变元件从在所述框上的一个位置移动并将所述角变元件定位在所述框 上的不同位置处，以将所述角变元件置于所希望的角位。
15. 如权利要求13所述的发光器件，其特征在于所述调节装置包括将所述角变元件旋转，以将所述角变元件置于所希望的角位。
16. 如权利要求13所述的发光器件，其特征在于所述角变元件 是二向色滤光器、二向色镜、胆甾型膜、衍射滤光器和全息滤光器中 的一种。
17. 如权利要求13所述的发光器件，其特征在于所述角变元件 是短波通、长波通、带通和陷波滤光器中的一种。
18. 如权利要求13所述的发光器件，其特征在于所述角变元件 是第一角变元件，所述发光器件还包括第二角变元件，所述第二角变元件在所述第一角变元件之后位于 所述光轴上，其中，由所述角变元件传播的光入射在所述第二角变元 件上。
19. 如权利要求13所述的发光器件，其特征在于所述光源是具 有波长变换层的至少一种发光二极管，所述变换层产生具有沿着光轴 的多个波长的光语。
20. 如权利要求13所述的发光器件，还包括在所述光源与所述角 变元件之间的准直4义。
21. 如权利要求13所述的发光器件，其特征在于大致不传播不 在所述角变元件的范围内的波长。
22. 如权利要求13所述的发光器件，其特征在于所述角变元件 具有多于一个的范围，在所述范围内的光波长比不在所述范围内的光 波长更有效地沿着所述光轴传播。
23. —种产生具有所希望的色彩的光的方法，所述方法包括 生成具有多个波长的光；用角变元件过滤所述光，所述角变元件改变所传播的光的光谱， 所述光以第一入射角入射在所述角变元件上，所述角变元件具有至少 一个范围，在所述至少一个范围内的光波长比不在所述至少一个范围 内的光波长更有效地传播；以及对所述角变元件的角位进行调节，以使所述光以不同的入射角入 射在输送角变元件上，以改变在所述至少一个范围内的波长，以使所 传播的光具有所希望的色彩。
24. 如权利要求23所述的方法，还包括在对所述角变元件的角位 进行调节之前确定由所述滤光器所传播的光的色彩。
25. 如权利要求23所述的方法，其特征在于生成具有多个波长 的光包括从至少一个发光二极管产生光；以及变换来自所述至少一个发光二极管的光以生成所述具有多个波长 的光。
26. 如权利要求23所述的方法，其特征在于对所述角变元件的 角位进行调节包括在框内改变保持所述角变元件的位置。
27. 如权利要求23所述的方法，其特征在于对所述角变元件的 角位进行调节包括旋转所述角变元件。
28. 如权利要求23所述的方法，还包括在过滤所述光之前将所述 光准直。
29. —种产生具有所希望的色彩的光的方法，所述方法包括 提供生成光的光源，所述光具有多个波长的光镨，所述光源包括发光二极管；提供角变元件，所述角变元件随着所述角变元件相对于由所述光 源所生成的光的角位来改变所传播的光语；以及选择所述角变元件的角位以产生所希望的光谱，所选择的角位在 由所述光源所生成的光与所述角变元件之间产生非垂直入射角。
全文摘要
一种发光器件包括产生光的光源(103)和角变元件(108)，这种光具有波长范围，且这种角变元件(108)对这种光进行过滤。这种角变元件可以是如二向色滤光器、二向色镜、胆甾型膜、衍射滤光器和全息滤光器。这种角变元件具有一个或多个范围，在这些范围内的光波长比不在这些范围内的光波长更有效地传播。以与光轴成角度地将这种角变元件定位。通过调节相对于光轴的这种角变滤光器的角位，可对由这种发光器件所产生的光波长进行控制，以选择所希望的光的色彩。
文档编号F21Y101/02GK101415991SQ200780012411
公开日2009年4月22日 申请日期2007年4月5日 优先权日2006年4月6日
发明者G·哈伯斯, M·H·柯帕, S·J·A·比尔休詹 申请人:飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司