平行于光导的平面的第一基准平面(参见图2中的x-y平面)中以朗伯分布将波长λ的偏振光发射到空气中，该光随后被折射在光导的侧表面处。模拟仅假设在垂直于第一基准平面的第二基准平面(参见图2中的χ-ζ平面)中的光的一个传播角度，α =5度，如图2中所参考的。假设光导的折射率为1.5。初始选择光学波长λ和光栅间距P，以使得针对第一级衍射(m= I)，正交于光导表面来提取所耦合出的光，从而得出λ ^ 520nm并且ρ ^ 350nm。那么，光栅高度h在从50到500nm的范围内变化，而间距P在350nm处保持恒定。对于与光栅高度的特定值相关联的每个实施例，以下量由计算机模拟软件计算出:
[0081].从第一主表面612a提取的横向磁性(TM)偏振光的提取效率，在此称为TM顶部提取效率；
[0082].从第一主表面612a提取的横向电性(TE)偏振光的提取效率，在此称为TE顶部提取效率；
[0083].从第二主表面612b提取的横向磁性(TM)偏振光的提取效率，在此称为TM底部提取效率；和
[0084].从第二主表面612b提取的横向电性(TE)偏振光的提取效率，在此称为TE底部提取效率。
[0085]就这一点而言，“提取效率”是指针对单个交互作用从指定的主表面(612a或612b)提取的指定光(TM或TE)的量除以紧接在光束与提取表面的交互作用之前在光导内传播的这种指定光的量(表示为百分比)。
[0086]所计算出的量在图7中绘出，其中曲线710是TM底部提取效率，曲线712是TE底部提取效率，曲线714是TM顶部提取效率，并且曲线716是TE顶部提取效率。这些结果展示，可优先地通过光导的一个主表面来提取导模光，其方法是使得单独衍射特征(例如棱镜)的形状不对称。这些结果还展示，优先地从一个主表面提取光的程度取决于衍射特征的特定形状的细节。在直角棱镜特征的情况下，可通过选择近似等于间距P的高度h来使优先提取最大化。
[0087]可对衍射表面特征进行调控，使得从光导的一个主表面发射的光(例如，图2中的所耦合出的光217a)与从光导的对置主表面发射的光(例如，图2中的所耦合出的光217b)是相同或类似的。从对置的表面发射的光关于所耦合出的光的颜色、强度、和/或颜色和/或强度的角度分布可以是相同的。在一种方法中，可将衍射表面特征设置在两个对置的主表面上，并且这些衍射表面特征可相对于设置在对置的主表面之间并与它们等距的基准平面而为彼此的镜像，以使得照明装置相对于这样的基准平面具有径向对称性。在替代的实施例中，可对衍射表面特征进行调控，使得从光导的一个主表面发射的光实质上不同于从光导的对置的主表面发射的光。从对置的表面发射的光关于所耦合出的光的颜色、强度、和/或颜色和/或强度的角度分布可以是不同的。例如，观察者可感知到一种颜色的光从一个主表面发射，而实质上不同颜色的光从对置的主表面发射。在水平安装的照明装置中，可将白色光源与适当调控的衍射表面特征一起使用，以使得具有相对冷的色温(带蓝色的色调)的白光被向上引导朝向顶篷，并且具有相对更暖的色温(带红色的色调)的白光被向下引导朝向地板，或反之亦然。
[0088]在不期望不同颜色的光由于衍射而发生角度分离的应用中，可使用若干设计方法来克服颜色分离问题。在图8所示的一种方法中，两个或更多个光导可堆叠在一起。在图9所示的另一种方法中，不同的衍射表面特征被设置在给定光导的对置的主表面上，并且针对不同着色的光源进行调控。在图10和图11所示的另一种方法中，光导的给定主表面上的衍射表面特征可包括具有不同间距的表面特征组。需注意，尽管这些方法是结合处理颜色分离问题而呈现的，但它们还可用于其它目的，包括仍然发生颜色分离的实用和/或美观目的，或在仅采用具有给定期望的(非白色的)颜色的光源的单色实施例中使用。还需注意，尽管单独描述了各种方法，但这些方法中的任何两种或更多种可组合在一起并且用在单个实施例中。
[0089]随后转向图8，在该图中我们看到包括呈堆叠或分层布置的多个光导812、832、852的照明装置810的不意图。每个光导具有一对对置的主表面，即，光导812具有主表面812a、812b，光导832具有主表面832a、832b，并且光导852具有主表面852a、852b。每个光导的至少一个主表面优选包括衍射表面特征，例如，主表面812a可包括衍射表面特征813，主表面832a可包括衍射表面特征833，主表面852a可包括衍射表面特征853。装置810还包括光源814a、814b、834a、834b、854a、854b，如图所示，它们被布置成例如穿过它们的相应侧表面将光注入到相应光导中，以便在光导中提供导模光。优选地，这些光导(包括它们的衍射表面特征)中的每一个均具有低光学失真，以使得非导模光可相对不受干扰地穿过光导。以这种方式，通过衍射表面特征833而从光导832提取的光可穿过光导812以到达用户820和/或表面822，并且通过衍射表面特征853而从光导852提取的光可穿过光导812和光导832两者以到达用户820和/或表面822。此外，用户820还可透过光导812、832、852的堆叠以极少或无光学失真来观察对象，诸如对象824，其可与以上讨论的对象124相同或类似。
[0090]如果期望克服颜色分离问题，那么可对装置810中的各种光导、光源和衍射表面特征进行调控，以向用户820和/或表面822提供不同颜色的耦合出的光，使得所有这种光的总和提供实质上白色的光照明。例如，光源854a、854b可发射红光并且衍射表面特征853可沿装置的光轴(例如，平行于z轴的轴线)最佳地提取这样的光，并且光源834a、834b可发射绿光并且衍射表面特征833可沿同一个光轴最佳地提取绿光，并且光源814a、814b可发射蓝光并且衍射表面特征813可沿同一个光轴最佳地提取蓝光。当然，按次序来描述的红色、绿色和蓝色仅仅为示例，并且读者应当理解，还设想了多个替代的组合。此外，虽然在图8的堆叠中示出三个光导，但也可以使用其它数量的光导，包括两个、四个或更多个。堆叠内的每个层的构成组分都可具有相同或类似的设计，例如，相同的光导维度和特性、相同的衍射表面结构的维度和特性、及相同数量、颜色和布置的LED。另选地，每个层的构成组分在这些方面中的任一方面可不同于其它层中的对应组分。类似于照明装置110，装置810可在表面822上提供实质上白色的光照明，而在用户820直接观看装置810时提供着色的外观。另外，用户有利地在装置810的发射区域中看到具有3维外观的一个或多个带，这些带可起始于堆叠内的层中的任何一个、或一些、或所有层。
[0091]转向图9，在该图中我们看到照明装置910的示意图，照明装置910包括光导912和设置成将光注入到光导的不同(例如，正交的)侧表面中的光源914a、914b。光导912具有一对对置的主表面912a、912b。在装置910中，每个主表面均具有其自己的衍射表面特征:表面912a具有衍射表面特征913a，并且表面912b具有衍射表面特征913b。衍射表面特征在图中仅示意性地表示，但指示:特征913a大致平行于一个平面内轴线(例如，y轴)延伸，并且特征913b大致平行于正交的平面内轴线(例如，X轴)延伸。光源同样被定位并配置成大致沿正交的平面内方向将光注入，其中源914a被设置成大致沿X轴将光注入，并且源914b被设置成大致沿y轴将光注入。在此使用术语“大致”是因为光源无需(并在大多数情况下优选无需)准直，但在x-y平面中以一个角度分布来发射光。另外，虽然源914a、914b各自被示出为离散点源(诸如单个LED发射器)，但另选地它们各自可为此类离散源沿光导的相应侧表面延伸的线性阵列、或线性或条形扩展源。然而，来自源914a的光主要沿平面内X轴传播，以使得其与衍射表面特征913a强烈地交互作用并与衍射表面特征913b较弱地交互作用，并且来自源914b的光主要沿平面内I轴传播，以使得其与特征913a较弱地交互作用并与特征913b强烈地交互作用。
[0092]如果需要，使用几何形状或方向性实现的光源到光导上的不同相应衍射表面特征的这种选择性耦合可用于解决颜色分离问题。例如，光源在它们的发射光谱内可以是实质上互补的，例如，源914a可发射蓝光，并且源914b可发射黄光,在这种情况下,衍射表面特征913a可被配置成沿给定方向诸如照明装置910的光轴(例如，正z轴)来提取蓝光，而衍射表面特征913b可被配置成沿相同方向来提取黄光，以便沿该光轴提供实质上白光照明。蓝光或黄光与相反颜色的衍射表面特征(光提取光栅)之间存在极少交互作用，因为如上所解释的，用于蓝光提取的沟槽大致沿黄光的光路延伸，用于黄光提取的沟槽大致沿蓝光的光路延伸。因此，在同一个光导中，独立引导并提取不同颜色的光束。所耦合出的蓝光和黄光的组合视觉效果使观察者或用户感觉到白光。然而，在这个实例中，白光的显色指数(CRI)可为相对低的，因为光导912仅组合了两种颜色。
[0093]图9所示的方法可扩展到许多其它实施例，包括使用其它颜色的光源的实施例，这些其它颜色包括不同的互补颜色、和不互补的颜色的组合，另外包括可为相同的颜色(例如，对于两个源914a和914b是发绿色的光，或对于两个源是发红色的光)。另外，照明装置诸如装置910可与具有类似或不同设计(例如，呈堆叠布置，如结合图8所述)的其它照明装置组合。在这种情况下，可将每个光导配置成发射两种不同颜色的组合，并且如果需要，可对从该堆叠共同发射出的这些颜色进行选择以产生具有更高CRI的白光。
[0094]可用于解决颜色分离问题的另一种方法是图10和图11中大致所示方法。这些图中，示出光导1012、1112，其中给定的主表面上的衍射表面特征包括具有不同间距的表面特征组或分组。多个不同间距一般可被用来提供从光导提取的光的各种波长的期望分布，假设具有此类波长的光由一个或多个光源(未示出)注入到光导中。
[0095]如在其它地方所提及，本文所公开的光导可具有多种不同的构造，包括一体构造、或分层构造，在分层构造中，两个或更多个部件彼此附接而无显著的居间气隙。就这一点而言，光导1012、1112被示出为具有分层构造，但如果需要，它们可容易地被修改成具有一体构造。相反地，在其它图中示出为一体的光导可容易地被修改成具有分层构造。参考图10，光导1012包括相对厚的板或其它基底1011a，由载体膜1llb制成的膜附接到该板或其它基底1011a，棱镜层1llc已在该膜上进行浇铸并固化。基底101 la、载体膜1llb和棱镜层1llc优选具有相同或类似的折射率，并且优选全部对可见光而言是高度透射的，具有极少或无散射或吸收，但在一些情况下，受控量的吸收和/或散射可为可接受的、或甚至是所需的。参考图11，光导1112可具有与光导1012类似的构造，并且因此可包括相对厚的板或其它基底1111a，由载体膜Illlb制成的膜附接到该板或其它基底1111a，棱镜层Illlc已在该膜上进行浇铸并固化。
[0096]可通过任何合适的技术来完成棱镜的或表面结构化的膜到板或其它基底的用以提供分层光导的附接。例如，附接可使用合适的粘合剂(诸如透光的压敏粘合剂)来实现。附接还可使用注塑工艺(包括插入注塑工艺)来实现。化学键也可用于附接，例如，当将可固化的树脂浇铸并固化在诸如载体膜的合适基底上时。另选地，在一体构造情况下，衍射表面特征可例如通过压印或模塑(包括例如注塑工艺)而形成在诸如膜或板的一体基底的至少一个表面上。压塑、挤出复制和直接切割是可用于形成衍射表面特征的另外的技术。无论衍射结构是否是在膜、板或其它基底的表面上形成的，衍射表面特征都可使用现在已知或以后发展的任何合适技术来制造。可用于制造合适的衍射表面特征的另外的方法在以下文献中的一个或多个中进行讨论:WO 2011/088161(沃克(Wolk)等人)；US2012/0098421 (汤普森(Thompson));和 US 2012/0099323 (汤普森)。
[0097]光导1012、1112具有:相应的第一主表面1012a、1112a ;和与第一主表面对置的相应的第二主表面1012b、1112b ;及侧表面(未不出)。类似于本文所描述的其它光导，第一主表面1012a、1112a被配置成分别具有衍射表面特征1013、1113。表面特征可被称为沟槽或棱镜。沟槽/棱镜被示出为在横截面中具有不对称的90度锯齿轮廓，但根据需要也可以使用其它轮廓，包括其它不对称轮廓和对称(例如，V形)轮廓。在平面图中，沟槽/棱镜可沿循直的、弯曲的或这两种(例如，在一些地方是直的而在其它地方是弯曲的)路径。显著地，衍射表面特征1013、1113被布置成多个组或分组，任何给定分组中的棱镜或沟槽都具有均匀的间距，但相邻分组具有不同的间距。在一些情况下，分组可被布置成在光导的表面上重复的图案，最小重复组的分组在此被称为分组的“集合”。例如，光导1012(图10)具有衍射表面特征1013，这些衍射表面特征1013被分成沟槽或棱镜分组1030、1031和1032，这些分组是按照重复序列布置的，从而限定集合1040。分组1030、1031、1032中的每一个中的棱镜或沟槽都具有均匀的间距，但分组1030中的间距小于分组1031中的间距，分组1031中的间距继而小于分组1032中的间距。光导1112(图11)具有衍射表面特征1113，这些衍射表面特征1113被分成沟槽或棱镜分组1130、1131、1132、1133、1134、和1135。这些分组也可按照重复序列布置，以便限定集合1140。分组1130、1131、1132、1133、1134和1135中的每一个中的棱镜或沟槽都具有均匀的间距，但该间距随着其从分组1130向分组1135移动而逐渐变得更大。需注意，尽管图10和图11所示的各种分组中使用了不同间距，但优选地，这些间距中的每一个都在适于通过衍射原理来将一些可见导模光从光导中耦合出来的范围中。
[0098]当在平面图中看光导时，分组的宽度(平面内横向维度)和分组的集合的宽度可足够小，使得普通观察者在视觉上感知不到它们。另选地，分组的宽度和/或分组的集合的宽度可足够大，使得它们可作为标记或美观图案而被普通观察者感知到。
[0099]多间距式提取设计，诸如图10和图11中所描绘的那些，可用于进行颜色混合。一般来讲，可使用至少两个不同的分组(通过两个不同的间距来表征)，但是在许多情况下，期望至少三个不同的分组(通过三个不同的间距pl、p2、p3来表征)。对间距维度的选择是随着光导的折射率(η)而变化，并且随着我们期望从具有给定分组的光导提取的光的波长(λ )而变化。在示例性情况下，我们可选择Pl = λ 1/η，其中λ I是在从400到600nm的范围内，并且ρ2= λ2/η，其中入2是在从500到70011111的范围内，并且？3= λ3/η，其中λ 3是在从600到900nm的范围内。在由丙烯酸类树脂(n ^ 1.49)或类似材料制成的光导的情况下，这些条件对应于在从约268到403nm的范围内的间距p1、在从约336到370nm的范围内的间距p2、和在从约403到604nm的范围内的间距p3。在光导内传播的多色光诸如白光与多个间距分组相交，使得不同颜色的光针对每个给定分组以不同的角度衍射(从波导耦合出或提取)，对于不同的分组，针对任何给定颜色的提取角度也是不同的。因此，可将各种颜色的光混合或组合，以便为在距光导一个合适距离处的用户或设置在该处的对象提供具有实质的颜色均匀度的照明，例如，实质上白色的光。
[0100]在示例性实施例中，照明装置可利用具有不同光谱输出的多个光源，并且可以使用控制器来独立控制不同光源，以便主动或动态地控制照明装置所发射的光的感知颜色。这种主动控制可用于调节或以其它方式改变输出光的色温、相关色温和/或显色指数(CRI)。出于这个目的，发射红色、绿色和蓝色的LED (RGB)与发射红色、绿色、蓝色和白色的LED(RGBff)的结合或组合具有特定益处。另外，包含有多间距式提取设计的光导同样具有特定益处。优选地，多间距式设计针对每个窄带发射光源包含给定间距的至少一个衍射特征分组，例如，间距针对红光进行调控的一个或多个分组、间距针对绿光进行调控的一个或多个分组、间距针对蓝光进行调控的一个或多个分组、等等。需注意，单独的窄带颜色并不限于红色、绿色和蓝色，并且发射其它非白色(诸如黄色或琥珀色)的光源也可用于扩展本发明所公开的照明装置的色域。
[0101]多间距式光栅设计及本发明所公开的其它衍射表面特征设计的相关设计参数是有效提取效率。提取效率以上已讨论，在此将不再重复。“有效”提取效率是在单个交互作用时从指定的主表面(612a或612b)提取的指定光的量除以紧接在与提取表面的交互作用之前在光导内传播的这种指定光的量的百分比。可对给定间距的衍射表面特征(沟槽或棱镜)的有效提取效率进行评估并将其与其它间距的有效提取效率进行比较。一般来讲，在给定系统参数的情况下，给定间距的有效提取效率:是具有该间距的衍射特征的平面图区域覆盖范围(例如，对于图10中的最小间距，表面上的三个分组1030的平面图区域的总和)的线性函数(即，与该平面图区域覆盖范围成正比)；并且还取决于其它因素，包括衍射特征间距和衍射特征(沟槽/棱镜)横截面轮廓形状。为了获得实质的颜色均匀度，期望确保针对不同间距的有效提取效率可彼此相当，例如，任何两个不同间距的有效提取效率的比率优选处于从约0.3到3的范围内。
[0102]当我们结合图4、图5和图5a来看时，用于将光注入到