具有单间距式线性衍射光栅的光导中的单色朗伯光源使得产生所耦合出的光的月牙形的分布，其以相对狭窄的光提取角来表征。如果期望所耦合出的光的角度更进一步变窄，那么可将光源重新配置成具有合适的透镜、反射镜或其它部件，以便发射准直的或几乎准直的光而非朗伯光。相反，如果期望所耦合出的光的角度变宽，那么可将光源重新配置成在比朗伯分布更广的角度范围内发射光。微结构化的光学膜可与光源诸如LED或激光器组合以调控注入到光导中的光的角展度(angular spread),从而还影响所稱合出的光的角展度。合适微结构化的光学膜在PCT专利公布WO 2012/075352(汤普森等人)和WO 2012/075384 (汤普森等人)中进行描述。可被称为均匀卷带的这些光学膜直接被施加到光导的边缘或侧表面，并且包括朝外面向光源以增强光到光导中的耦合的折射结构。另选地，折射结构可例如通过注塑、压印或直接机加工而直接结合到光导的侧表面或注入边缘中。当设置在LED源和光导的侧表面之间时，这些光学膜或折射结构可使注入到光导中的光的角展度加宽，并且可与本文所公开的任一实施例中的光源中的一个、一些或所有一起使用。带有定制设计的复制型结构的光学膜还可与内聚性激光器一起使用，以提供用于注入到光导中的光的明确限定的矩形角度分布(即，在角的指定锥上具有近似恒定强度并在指定锥外具有零或接近零的强度的光分布)。
[0103]所耦合出的光的角展度还可通过适当选择衍射特征分组的物理宽度(平面内横向维度)进行调控，其中物理宽度正交于棱镜/沟槽的延长方向进行测量。每个分组的物理宽度影响与该分组相交的所有颜色的光，并且整个所提取的光是所有分组的平均效应。小的物理宽度趋于使所耦合出的光的角宽度加宽，而大的物理宽度趋于使所耦合出的光的角宽度变窄。然而，可通过物理宽度调节而实现的角度加宽或变窄的量在一定程度上是有限的，因为太小的物理宽度可能引起过量的光分散，以使得衍射表面特征产生高度的失真或散射，并且以使得光导看上去像是漫射的而非衍射的。
[0104]用于产生更有角度地分散(为了远侧表面处的更好的空间均匀度)的照明的另一种技术是使用沿不同的平面内方向(例如，对应于图5的锥光图中的不同方位角)取向的衍射表面特征的图案。不同地取向的衍射特征优选还与大致沿不同的平面内方向发射光的对应光源组合，这些平面内方向随着对应的衍射特征进行调控以获得最大提取效率。各种取向的衍射特征与各种取向的光源的组合可产生以多种方位角的方向发射的所耦合出的光，从而导致照明更有角度地分散并且在空间上更均匀。在示例性实施例中，可以使用至少三个不同的衍射特征取向，其对应于由120度的方位角彼此分开的平面内轴线。
[0105]不同取向的衍射表面特征还可通过使用连续弯曲的沟槽或棱镜来实现，例如，具有圆形、卵形或椭圆形形状(在平面图中)、或此类形状的部分(例如，弧形，包括一系列互连的弧，诸如正弦的或以其它方式成波状的形状)的沟槽或棱镜。就此而言，被描述为具有线性衍射表面特征的本文所公开的实施例可另选地采用弯曲的衍射特征。我们已经发现，弯曲的衍射表面特征在与离散光源和/或不均一反射结构组合时可用于产生呈亮带或暗带的形式的视觉特征。诸如以上所述的带在大多数扩展源应用中是高度不可取的，但是在这种情况下，它们被利用来提供具有美观的3维外观的照明装置。现将以图12a开始来进一步讨论这些带的外观和行为。
[0106]图12a示意性地示出包括光导1212和离散光源1214(诸如LED)的照明装置1210的前视图或平面图。为了简化解释，假设光导1212大致平行于x-y平面定位，但是一般来讲，光导无需如在本文其它地方所解释的那样是平坦的或平面的。另外，一般来讲，该图仅示出光导1212的一部分，以使得光导1212的外边界或边缘可具有任何期望的形状。然而，示出了一个边缘或侧表面1212c，并且假设光源1214靠近表面1212c定位，使得可将来自光源的光注入到光导中。光源1214优选在x-y平面中不是准直的、而是叉开的，使得其在某个角度或方向的范围内发射光。就此而言，平面内朗伯发射分布1214a叠加在该图上，朗伯分布是发散光源的代表性实例。分布1214a可以两种方式中任一种进行解释，这取决于光源的设计细节:它可表示用于发散光到空气或真空中(即，在不存在光导1212的情况下)的光源1214的强度分布,或它可表不用于实际上注入到光导1212中并在其内传播的光的光源1214的强度分布。读者应当理解，一般来讲，空气中的强度分布和光导中的强度分布是不同的，但由于发生在侧表面1212c处的折射所造成的转变(涉及传播方向的改变)而彼此相关。
[0107]光导1212包括在光导的一个或两个主表面上的衍射表面特征1213，这些衍射表面特征被配置成从光导中提取出导模光，如以上所解释的。衍射特征1213可与本文所讨论的其它衍射表面特征相同或类似，但出于本实施例目的，我们假设衍射特征被调控成在平面图中是弯曲的，如图所示。为简单起见，我们还假设每个单独的衍射特征1213具有恒定的曲率，至少在图12a所示的光导的一部分上如此，并且假想的基准线1207将每个衍射特征1213的曲率中心与光源1214连接。与该描述一致的是，衍射特征1213可全部为同心的，在这种情况下，这些特征的曲率随其沿线1207朝向光源1214前进而单调递减(曲率半径单调递增)，或衍射特征1213可具有相同的形状，在这种情况下，这些特征的曲率(和曲率半径)随其沿线1207朝向光源1214前进而保持恒定。在替代的实施例中，每个单独的衍射特征1213无需具有精确恒定的曲率，诸如在衍射特征1213是连续螺旋形沟槽或棱镜的一部分的情况下。
[0108]当光源1214通电时，光被耦合到光导1212中，并在光导内向平面内或平面外、在一个角度或方向的范围内作为导模光来传播。导模光中的一些通过衍射表面特征1213在光导上的任何给定位置处进行提取。然而，当从图12a的视角(即，沿正交于光导的平面的察看轴线)来察看时，与光源1214相关联的所耦合出的光在与基准线1207重合的相对直的、狭窄的带1209a中进行最强烈地提取。光导1212的其余部分具有相对较暗的外观，相对较暗的外观由图12a中的阴影指示。因此，带1209a具有在暗背景上的亮带的外观。带1209a的相对狭窄的宽度不是光源1214的任何准直的结果，因为光源是发散的，从而在相对广阔的平面内角度或方向的范围内发射光。来自光源1214的导模光并未在光导的平面内被限制于对应于带1209a的区域，而是延伸超过这个区域。
[0109]如果我们现在在相同条件下观察同一个照明装置1210，不同的是，我们改变察看几何形状，以使得我们相对于x-y-z坐标系(我们假设该坐标系相对于光导1212而言是固定的)沿不同的观察方向或轴线来观察照明装置1210，那么亮带看起来像如图12b示意性地示出的那样发生偏移。具体地，最初在图12a中被看作与基准线1207重合的带1209a的亮带针对斜角察看几何形状改变其形状，以产生弓形或弯曲的带1209b，该带偏离基准线1207，如图所示。带1209b同样具有比光导的其余部分更亮的外观，相对较暗的区域由图12b中的阴影指示。
[0110]在图12c中，我们示意性地示出了一些几何关系，这些几何关系可用于解释与离散光源相关联的亮带的观察到的特性，如图12a和图12b所描绘的。因此，我们示出遇到(与之相交)三个衍射表面特征1213a、1213b、1213c的导模光线1201的前视图或平面图。为了进行示意性的说明，我们假设表面特征是同心圆弧，并且光线1201与这些弧以如相对于径向方向在相应的相交点处所测量的不同的入射角相交。相应的径向方向针对第一相交点被标记为NI，针对第二相交点被标记为N2，并且针对第三相交点被标记为N3。在处于每个相交点对面的图12c的左侧,矢量V被不出为表不光线1201传播方向。另外,对于每个相交点，矢量V被分解成平行于径向方向的分量(Via、Vlb、Vlc)和垂直于径向方向(平行于切向方向)的分量(V2a、V2b、V2c)。
[0111]对于导模光线1201与衍射表面特征的任何给定的交互作用，在该相交点处从光导提取的光的量将取决于多种因素，包括但不限于:沟槽或棱镜的间距；沟槽或棱镜的横截面轮廓；光的波长；光线的平面内取向，如以光线的方向矢量V沿局部径向或切向方向的分解所表达的；和光线的平面外取向。在每个相交点处，通常提取光中的至少一些，但所提取的光的量及其随着极角和方位角而变化的方向分布在很大程度上可取决于列出的因素。随着方向矢量V和径向方向之间的角度增加，所提取的光的量倾向于减少，因为方向矢量相切于衍射表面特征的分量不与衍射表面特征相交。
[0112]提供图12d用于参考目的，以便示出观察者1220在笛卡尔坐标系和极坐标系中沿特定观察方向或矢量来观看照明装置，诸如装置1210。假设照明装置的光导或其一部分位于x-y平面中。可以极角Θ和方位角来指定观察或察看方向(矢量)。为了供观察者1220观察越过光导延伸的亮带，光导的对应于亮带的区域必须具有所发射的或耦合出的光的角度分布，该角度分布就特定(Θ、)察看方向而言要比针对光导的其它区域耦合出的光的角度分布实质上更密集。然后，如果观察者通过移动到不同察看方向(Θ、)来改变察看几何形状，那么亮带在位置和形状方面发生偏移，条件是光导的对应于所偏移的带的不同区域在新的(Θ、)察看方向上具有比光导其它区域实质上更密集的耦合出的光的角度分布。针对任何给定的察看方向，带的外观是由所耦合出的光在光导的整个扩展输出区域上的每个点处的角度分布来确定。针对弯曲的衍射表面特征观察到的带的形状改变(比较带1209a、1209b)可与结合图5中所描绘的月牙形分布特性结合图12c进行讨论的几何因数相关。
[0113]我们已经发现，本发明所公开的光导和衍射表面特征可用于不仅产生形状随着察看几何形状而改变的亮带，而且产生以相同或类似方式改变形状的暗带。这种暗带在图13a和图13b中进行描绘。一种生成暗带的尤其有用的方式是使用设置在光导的一个或多个侧表面处的不均一反射结构。
[0114]因此，在图13中，我们看到包括光导1312和衍射表面特征1313的照明装置1310，衍射表面特征1313在平面图中是弯曲的。为了便于解释和简洁，我们假设光导1312和衍射特征1313分别与图12a的光导1212和衍射特征1213相同或类似。还提供一个或多个光源用于将光注入到光导1312中，但图13a中未示出此类光源，此类光源在设计上可以是小的和离散的或可以不是小的和离散的。相反，该图示出设置成临近光导1312的一个边缘或侧表面1312c的不均一反射结构。不均一反射结构是(或包括)扩展反射器1304和离散区域或光点1303的组合，所述离散区域或光点具有比相邻的扩展反射器1304更低的反射率。
[0115]反射器1304沿侧表面1312c的大部分延伸并沿此大部分提供相对高的反射率，该反射率可为镜面的或漫射的。离散光点1303较小，并且在侧表面1312c处更局部化。反射器1304优选在一些或所有可见光谱范围内具有至少50 %、60 %、70 %、80 %或90 %的反射率。用作反射器1304的示例性材料包括诸如铝或银的金属、或利用交替的有机或无机材料层的薄膜堆叠的多层光学膜，例如，3M? Vikuiti?增强镜面反射器膜(ESR)。反射器1304可为薄的柔性膜或块状对象的形式，并且可由薄的气隙与侧表面1312c间隔开，或直接施加到侧表面1312c而没有气隙。
[0116]离散光点1303在相对小的局部区域中干扰反射器1304所提供的高反射率。可将光点1303设置在反射器1304中的间隙或孔隙处，如图所示，或如果反射器在结构上是连续的，那么可将光点1303设置在反射器和侧表面之间。离散光点1303优选在一些或所有可见光谱范围内具有实质上小于反射器1304的反射率的反射率，例如，比反射器小至少20%、30%、40%或50%或更多。优选地，离散光点1303在一些或所有可见光谱范围内具有小于或10%的反射率。离散光点1303可为或可包括任何合适的吸收性材料，例如，黑色涂料或任何其它合适的光吸收材料。我们还已发现，离散光点1303可为未通电的LED光源，BP, LED光源是“关闭”的。离散光点1303可以是薄的柔性膜或块状对象的形式，并且可由薄的气隙与侧表面1312c间隔开，或直接施加到侧表面1312c而没有气隙。在一些情况下，离散光点1303可完全省略，例如，在反射器1304中设置有间隙、孔或类似间断的情况下。
[0117]图13a是照明装置1310的在将光注入到光导1312中的光源(未示出)通电或照明时的示意性前视图或平面图。来自此类源的导模光在光导1312内传播，并且该光中的一些到达侧表面1312c并由反射器1304反射回到光导中。但相比之下，在离散光点1303处反射极少或不反射这种光。在光点1303处反射减弱的结果是源于光点1303并与该光点相关联的来自光导的光提取减少的区域。光提取减少的区域被感知为带1309a，带1309a相对于光导的周围区域更暗，这种更暗的外观由图13a中的阴影指示。当从图13a的视角(即，沿正交于光导的平面的察看轴线)来察看时，暗带1309a是相对直的和狭窄的，并且与基准线1307重合，基准线1307与图12a中的基准线1207相同或类似。光导1312的其余部分具有相对更亮的外观。
[0118]如果我们现在在相同条件下观察同一个照明装置1310，不同的是，我们改变察看几何形状，以使得我们相对于x-y-z坐标系(我们假设该坐标系相对于光导1312而言是固定的)沿不同的观察方向或轴线来观察照明装置1310，那么暗带看起来像如图13b示意性地示出的那样偏移。具体地，最初在图13a中被看作与基准线1307重合的带1309a的暗带针对斜角察看几何形状改变其形状，以产生弓形或弯曲的带1309b，该带偏离基准线1307，如图所示。带1309b同样具有比光导的其余部分更暗的外观，相对较暗的区域由图13b中的阴影指示。
[0119]我们已经描述了图12a-图12b中的具有可变形状的亮带和图13a_图13b中的具有可变形状的暗带。在一些情况下，亮带和暗带可在同一个照明装置和光导中结合使用。例如，多个离散光源(诸如LED)可沿光导的外周边设置在不同点处，并且反射结构(诸如金属环或夹持器)可用于双重目的:将光源保持在光导的侧表面处的适当位置，并沿侧表面的大部分提供高反射率表面。通过使得光源中的一些光源通电而其它光源不通电，针对通电的光源中的每一个可产生亮带，并且针对未通电的光源中的每一个可产生暗带。另选地，吸收性材料可取代未通电的光源中的一个或多个。
[0120]在其它替代的实施例中，不均一反射结构可以用于生成亮带。这可通过逆转用于生成暗带的扩展反射器和离散的吸收性光点的特性来实现。因此，例如，参考图13a，可将离散光点1303修改成具有高反射率，如结合反射器1304所述，并且可将扩展反射器1304修改成具有低反射率，如结合离散光点1303所述。高反射率和低反射率的这种逆转导致带1309a(和图13b中的带1309b)比光导的周围区域相对更亮，而不是相对更暗。
[0121]图14示出可被用作本文所公开的照明装置中的部件的示例性光导1412。光导1412具有对置的主表面和侧表面1412c，该侧表面1412c围绕呈狭窄圆环形式的光导的周边连续延伸。衍射表面特征1413设置在主表面中的一个上。在该实施例中，衍射特征1413形成实质上填充光导的一个主表面的紧密缠绕的螺旋。因此，衍射特征1413在平面图中实质上在它们整个长度上都是弯曲的，并且曲率随着距光导1412和衍射特征1413的几何中心的径向距离的变化而单调地改变，该中心在图14中被标记为“C”。光导1412和衍射表面特征1413的一部分在图14a中以示意性放大图示出。衍射特征的间距(相邻沟槽或棱镜之间的径向距离)可为均匀的或不均匀的，如在本文其它地方所讨论的。在替代的实施例中，紧密缠绕的螺旋可用同心圆或其它类似形状来替代。在其它替代的实施例中，可将光导1412的圆形形状和衍射表面特征1413的实质上圆形的形状改变成其它弯曲形状，诸如椭圆形或卵形。此外，衍射表面特征可另选地设置在光导1412的两个主表面上，或仅在一个或两个主表面的一部分上。
[0122]光导1412可以适当地被设定尺寸并与合适的离散光源组合以形成可用于办公室、家庭等中的一般照明目的的照明设备或类似照明装置。这种装置在图15a中示意性地示出。在该图中，照明装置1510包括具有对置的主表面和连续弯曲的侧表面1512c的光导1512。衍射表面特征(未不出)设置在光导1512的主表面中的一个上。出于该讨论的目的，我们假定衍射表面特征和光导与图14和图14a的衍射特征和光导是实质上相同的。因此，衍射表面特征形成以光导的几何中心“C”为中心的螺旋，并且向外前进至侧表面1512c。
[0123]八个离散光源1514、1515、1516、1517、1518、1519、1520、和 1521 沿圆形侧表面1512c以如从中心C所测量的45度间隔相等地分布。可为LED的八个光源中的每一个均通电并且具有发散的光输出，如上结合图12a所讨论的。与该讨论一致的是，来自各个光源的导模光与弯曲的衍射表面特征相交以产生从图15a的察看视角看到的亮带。因此，源1514产生带1524a，源1515产生带1525a，源1516产生带1526a，源1517产生带1527a，源1518产生带1528a，源15