19产生带1529a，源1520产生带1530a，并且源1521产生带1531a。图15a的察看视角是沿垂直于光导1512的平面的察看轴线。就此而言，假设笛卡尔χ-y-z坐标系相对于光导1512是固定的，其中光导1512位于x-y平面中或平行于该平面。图15a的察看轴线则平行于z轴。在这个察看几何形状的情况下，带1524a至1531a中的每一个均具有直线段的形状，它们全部从中心点C向外辐射并且每个都在其相应光源处终止。
[0124]在图15b中，相同的照明装置1510是从不同的察看几何形状来看的。在该图中，已经对具有与图15a相同的参考标记的元件进行了描述，并且无需进一步讨论。图15b的察看几何形状与图15a的察看几何形状的不同之处在于围绕y轴进行的旋转，以使得在图15b中，光源1518现在被设置成比光源1514更靠近观察者。因此，图15b的察看轴线仍然垂直于I轴，但相对于z轴成约45度的角度。为方便起见，我们可参考x-z平面作为观察平面，因为它包括用于光导1512的察看轴线和表面法线矢量。
[0125]图15b与图15a的比较揭示出一些亮带具有改变的形状。然而在图15a中，所有八个带都具有直线段的形状，在图15b中，仅两个带，即带1524b和1528b具有这种形状。需注意，这两个带的端点(即，用于带1524b的源1514和中心点C及用于带1528b的源1518和中心点C)沿平行于观察平面的线定位。剩余的带1525b、1526b、1527b、1529b、1530b、和1531b的端点沿不平行于观察平面但以非零角度与该平面相交的线定位，并且从图15b的视点来看这些带将不再看起来像直的而是弯曲的。图15b中示出的八个带形成图案，该图案由于各种带的相对形状、位置和曲率而具有3维外观。
[0126]在图15c中，相同的照明装置1510是从又一个察看几何形状来看的。在该图中，已经对具有与图15a和图15b相同的参考标记的元件进行了描述，并且无需进一步讨论。图15c的察看几何形状与图15b的察看几何形状的不同之处在于围绕y轴进行的另外的旋转，以使得在图15c中，光源1518同样被设置成比光源1514更靠近观察者。因此，图15c的察看轴线仍然垂直于y轴，但相对于z轴成约60度的角度。因此，图15c的观察几何形状的观察平面仍然是x-z平面。
[0127]图15c与图15b的比较揭示出一些亮带同样具有改变的形状。在图15b中具有直线段形状的两个带(参见带1524b、1528b)在图15c中仍然具有这种形状(参见带1524c、1528c)。同样，这两个带的端点(即，用于带1524c的源1514和中心点C及用于带1528c的源1518和中心点C)沿平行于观察平面的线定位。剩余的带1525c、1526c、1527c、1529c、1530c、和1531c的端点沿不平行于观察平面但以非零角度与该平面相交的线定位，并且这些带在图15c中具有的曲率大于它们在图15b中的相应曲率。图15c中所示的八个带继续形成图案，该图案由于各种带的相对形状、位置和曲率而具有3维外观。
[0128]各种特征和修改可结合到照明装置1510中。例如，可使用多于或少于八个(包括仅一个)光源，并且如果使用多于两个光源，那么它们无需(但可以)围绕光导的周边相等地间隔开。光源也无需(但可以)成对地布置在中心点C的对置侧上。如果使用多个光源，那么它们全部可具有标称地相同的设计，例如，标称地相同的输出光谱(颜色)、输出功率和物理维度。另选地，多个光源中的两个或更多个在设计上可实质上不同，例如，它们可以具有不同输出光谱(例如，一个可发射出红光，另一个则可发射出绿光，另一个则可发射出蓝光，另一个则可发射出白光等等)、或不同输出功率。在其它实施例中，光源中的一个或多个可用吸收性材料来替代，并且扩展反射器可沿侧表面1512c设置，使得相关联的亮带被暗带替代。
[0129]现在转向图16，该图示出可如何沿光导的弯曲侧表面安装离散光源(诸如图15a-图15c的那些)的示例性布置。照明装置1610包括:光导1612 ;设置成将光注入到光导1612的弯曲侧表面中的离散光源1614a、1614b ;和诸如安装环的支撑结构1602。衍射表面特征(在此未示出但在本文其它地方进行描述)设置在光导1612的主表面上，以便将导模光从光导中提取出来。光源1614a、1614b可为或可包括LED或类似的小区域光源。光源安装在支撑结构1602的孔隙或狭槽中。如果需要，支撑结构1602可由金属或由其它反射材料制成，以沿光导1612的侧表面提供扩展反射器。另选地，薄的反射膜1604可插入在支撑结构与侧表面之间。在其它实施例中，支撑结构1602可由吸收性(或其它低反射率)材料制成，和/或可将膜1604制造成吸收性的或具有低反射率。无需在光导的侧表面处安装光源来提供导模光。例如，光源可通过光导的主表面的外部(例如，环形)部分而非通过侧表面来注入光，并且该侧表面在这种情况下可成斜面或成角度(例如，成45度)，使得通过主表面进入的来自光源的光向一侧反射，以提供导模光。
[0130]图17描绘可在本发明所公开的光源中使用的另一个光导1712。假设光导1712是平坦的，位于x-y平面中，带有扇形或饼片形的对置的主表面。邻接该主表面的是侧表面1712cl、1712c2、1712c3。侧表面1712cl是弯曲的，例如就像圆形的弧，并且侧表面1712c2和1712c3是平坦的。侧表面1712c2、1712c3在中心点C处相交，该中心点C可以是弯曲的侧表面1712cl的曲率中心。衍射表面特征1713设置在光导1712的一个或两个主表面上。衍射特征1713并非是同心的，而是被假设为全部具有相同的曲率，该曲率可等于弯曲的侧表面1712cl的曲率。此外，衍射表面特征1713被布置成具有不同间距的分组。这些包括:分组al和a2，它们具有被配置成以预先确定的角度(例如，正交于光导的表面)来提取红色导模光的间距；分组bl和b2，它们具有被配置成以相同或不同的预先确定的角度来提取绿色导模光的间距；及分组Cl和c2，它们具有被配置成以相同或不同的预先确定的角度来提取蓝色导模光的间距。因此，这些分组被布置成两个分组集合。
[0131]读者将会知道，可根据本文其它教导内容来对光导1712做出许多修改。例如，针对衍射表面特征可使用其它间距配置，包括整个光导上的恒定间距、及其它数量的分组类型和/或其它数量的分组集合。另外，衍射表面特征1713可全部制成是同心的，例如，具有位于中心点C处的曲率中心，而非恒定曲率。
[0132]光导诸如图17的光导适用于与具有相同或类似设计的光导组合在一起，以提供具有甚至更大的扩展发射区域的照明装置。在图18中，这种照明装置被示出为照明装置1810。装置1810包括扇形或饼形的光导1812，这些光导1812可以交替的拼接布置彼此附连，如图所示，因此所得的一组光导沿y方向延伸。在这种布置中，相邻光导1812的直的侧表面(参见例如图17中的表面1712c2、1712c3)彼此附连。各种光导1812可全部具有相同的标称设计特征，例如，衍射表面特征的相同间距配置，或可替代地使用具有不同设计的光导。一个、一些或所有光导1812可与图17的光导1712相同或类似。
[0133]装置1810还包括多个离散光源1814，这些离散光源1814沿光导1812的弯曲的侧表面分布以便将光注入到其中。优选地，一个、一些或所有光源1814与它们的相应光导上的衍射表面特征相交以产生形状随着视角变化而改变的带。光源1814可全部具有标称地相同的设计，例如，标称地相同的输出光谱(颜色)、输出功率和物理维度。另选地，多个光源中的两个或更多个在设计上可实质上不同，例如，它们可具有不同的输出光谱(例如，一个可发射红光，另一个可发射绿光，另一个可发射蓝光，另一个可发射白光等等)、或不同的输出功率。如果针对每个光导1812使用三个不同分组类型的衍射表面特征，例如，如图17所示的红色、绿色和蓝色分组类型，那么用于每个光导1812的光源1814可基本上包括一个或多个红色光源、一个或多个绿色光源及一个或多个蓝色光源或由它们组成。在其它实施例中，光源1814中的一个或多个可用吸收性材料来替代，并且扩展反射器可沿侧表面1512c设置，使得相关联的亮带由暗带替代。
[0134]实例I
[0135]制造一个适合用作照明设备的照明装置并对其进行评估。该装置在设计上类似图14、图15a和图16的装置。该装置包含带有呈螺旋图案的衍射表面特征的圆形光导，这些衍射表面特征被布置成具有不同沟槽或棱镜间距的六个分组类型的重复图案。安装环被用于使得三十六个相等间隔开的LED围绕光导的弯曲的侧表面定位。现将给出另外的构造细节。
[0136]使用精密金刚石车削机来将螺旋形沟槽图案切割到圆柱形工具的铜表面中，该螺旋形沟槽图案在复制之后变为照明装置中的衍射表面特征。金刚石成形为使得沟槽在横截面上具有类似于图6的锯齿(不对称的)轮廓，其中高度与间距比(参见图6)为约1:1。在切割期间，该螺旋的沟槽间距在六个特定值(315nm、345nm、375nm、410nm、445nm、和485nm)之间循环，以产生形成彼此邻接但彼此不重叠的嵌套式环形区域的沟槽分组。每个环形区域是具有恒定间距的沟槽分组，并且每组六个相邻环形区域形成重复的一组沟槽分组或沟槽分组的集合。螺旋图案具有约8英寸(约20厘米)的最大直径。环形区域的径向维度或宽度被选择为使得所有六个间距值的总面积是相同的。即，整个沟槽状图案的面积为约314cm2 ( η r2,其中r ^ 1cm),并且具有315nm间距的沟槽的总面积为约314/6 ^ 52cm2,并且具有其它五个间距中的每一个的沟槽的总面积也为约52cm2。环形区域是相对狭窄的，如径向地所测量的，最大的这种维度为约150微米。
[0137]随后，使用浇铸和固化技术在薄的柔性透光膜中复制所得铜工具的沟槽状表面(参见例如图11中的层Illlb和1111c)。这是通过以下方式完成的:利用有机膦酸剥离层来涂覆铜工具的沟槽状表面(本领域的技术人员通常已知)，并且使用具有约5密尔(约125微米)厚度的透明聚对苯二甲酸乙二酯(PET)支撑膜来对带涂层的精密工具浇铸丙烯酸树脂组合物。丙烯酸树脂组合物包括丙烯酸酯单体(可购自科宁化工公司的按重量计75%的PH0T0MER 6210和购自奥德里奇化学公司的按重量计25%的1，6-己二醇二丙烯酸酯)和光引发剂(按重量计1%的Darocur 1173，汽巴特殊化学品公司)。随后，使用紫外光来固化树脂组合物。这形成了微复制型光学膜，该光学膜为约125微米厚并且具有来自精密铜工具的呈螺旋形沟槽图案的负或反转型式(负复制品)的形式的衍射表面特征。PET支撑膜的折射率为约1.49，并且固化的丙烯酸树脂的折射率为约1.5。当以垂直于微复制型光学膜的表面的角度察看时，该光学膜具有带有略微蓝色凋的透明外观。可通过膜以低失真来察看对象。
[0138]切除螺旋图案周围的过量材料，使得微复制型膜呈圆形形状。该膜被直接附接到厚度3_的干净的透光圆形丙烯酸类树脂板的一个主表面，该板还具有约20cm的直径。附接是使用I密尔(约25微米)厚的光学透明的压敏粘合剂(Vikuiti? OCA 8171，来自3M公司)完成的，其中膜的微复制型表面背向该板并暴露于空气，并且在膜和板之间实质上无气隙。板与膜的组合产生在其(仅)一个主表面上具有用于光提取的衍射表面特征的光导，光导具有约20cm的直径和约3mm的厚度。
[0139]一串36个标称地相同的LED (产品代码NCSL119T-H1，来自日亚化学公司(Nichia))用于将光注入到光导中，每个LED以发散分布发射白光(“暖白色”)。LED安装在环形框中，使得它们以10度增量围绕光导的圆形侧表面相等地间隔开，每个LED指向光导的中心并与侧表面紧邻地设置，以便将光直接注入到光导中。为了提高效率，将高反射率镜膜(3M? Vikuiti? ESR)的条层合在每两个相邻LED之间的安装环的内表面上，镜膜条还与光导的圆形侧表面紧邻。
[0140]将这样构造的照明装置连接到电源并从房间的顶篷悬挂下来。图19a是照明装置的照片，其中电源是关闭的，并且房间环境光是打开的。该照片的察看方向略微倾斜，即，并不沿其对称轴或光学轴直接位于照明装置下方，而是相对于此轴成适度的角度。需注意，可通过光导以极少或无显著失真地看到顶篷的细节。用于悬挂照明装置并将其连接到电源的线也可通过光导看到。在这种“关闭”状态中，光导具有略微带蓝色的色调，类似于微复制型膜本身的色调。图1%是从与图19a相同的察看方向察看的同一个照明装置的照片，但其中电源(并且因此所有36个LED)是打开的并且房间环境光是关闭的。可在光导的不同区域处看到可变的颜色色调，在图19b的灰度照片中，颜色并不可见。还可在光导的输出区域上方看到亮带，36个通电的光源中的每一个对应于一个带,并且这些带在图19b中清楚地可见。从图1%的察看几何形状看到大多数带为弯曲的，这些带形成具有类似于图15b的3维外观的图案。当以其它察看方向观察时，亮带实质上以类似于图15a至图15c的顺序改变形状，并且可在几乎任何察看方向越过光导看到可变的颜色色调。
[0141]图19c为实例I的照明装置的另一张照片，其类似于图19b但是以一定程度地更倾斜的视角来看的。在该照片中，三个小区域或点1910c、1912c、1914c被标识在光导在相邻亮带之间的输出区域上。这些点中的每一个处的颜色以已知的CIE色度(x，y)坐标进行测量。CIE(x，y)颜色坐标(其为无量纲的)不应与例如，如在本文多张图中所示的笛卡尔x-y-z坐标系中的空间(x，y)坐标相混淆。对颜色的测量是使用被配置为色度计的相机来完成的，该色度计型号为PR-650SpectraScanTM，来自加利福尼亚州查茨沃斯市的光学研究公司(Photo Research Inc.，Chatsworth, California)。在视觉上，区域 1910c 具有暗红颜色，并且被绘制为图19d的CIE颜色坐标标度上的点1910d。区域1912c具有橙色或棕色颜色，并且被绘制为图19d的标度上的点1912d。区域1914c具有蓝色颜色，并且被绘制为图19d的标度上的点1914d。
[0142]带有扩展区域光导和衍射表面特征的实例I的照明装置具有以下效果:将当直接用眼睛察看时呈现为非常亮的点源的LED光源转换成具有显著较低辉度的扩展区域源，使得可直接察看照明装置而不会损伤眼睛。衍射表面特征不仅用于从光导中提取出导模光的功能目的，而且用于当直接观察照明装置时通过添加吸引人的颜色和3维带图案来增强照明装置的美观吸引力(例如，如图1%和图19c中那样)。然而，我们已经发现，用户在直接观看照明装置时看到的美观颜色和带无需减损照明装置为远离该照明装置的对象和表面提供实质上均匀的白光照明的能力。
[0143]使用图20a所示设置来测试由实例I照明装置产生的远程照明。在这个设置中，项目2010表示从顶篷悬挂的实例I照明装置。照明装置2010具有光轴或对称轴2001，该轴2001穿过盘形光导中心并垂直于光导。在该图中，光轴2001平行于笛卡尔坐标系的z轴。平坦表面2012平行于x-y平面延伸，并且设置在距照明装置20102.3米的距离处，如沿光轴2001所测量的。平坦表面2012被覆盖以白色漫反射膜(产品代码DLR80，来自杜邦公司(E.1.du Pont de Nemours and Company)),该膜对可见光具有98%反射率。随后,将相机2016如图所示那样定位，相对于光轴2001以约30度的角度取向，以便获得如仅仅由实例I照明装置2010照明的白色漫射表面的彩色图像。以上所提及的PR-650相机被用作相机2016。在所照明的平坦表面2012上限定九个小区域或点，并且使用PR-650相机来测量这些小区域中的每一个处的颜色。九个小区域沿X轴相等地间隔开，从与光轴2001对准的第一区域2014a到第九区域2014i，相邻区域(共同地以参考数字2014指代)之间的中心至中心间隔为30厘米。因此，从区域2014a到区域2014i的距离为240cm。在视觉上，所照明的平坦表面2012显现为标称白色的，至少在由区域2014覆盖的区域上方具有良好的空间均匀度。
[0144]针对区域2014所测量的CIE颜色坐标在图20b的CIE颜色坐标标度上绘出。所测量的颜色限定曲线2015，曲线2015具有对应于区域2014a处的颜色的端点2015a和对应于区域2014i处的颜色的对置端点2015i。因此，当采样区域(参见区域2014)更远离照明装置2010的光轴2001移动时，相机2016测量红移。然而，红移相对较小，因为曲线2015上的所有测量点均保持靠近普朗克(Planckian)轨迹，普朗克轨迹指示来自实例I照明装置2010的在表面2012上的实质上白色的场照明。
[0145]在实例I的照明装置的变型中，将电源与36个白色LED中的所选择的LED断开连接，并且观察该照明装置的外观。对于未通电的LED中的每一个可看到微弱的暗带，该微弱的带具有与在打开LED的情况下将会产生的亮带大致相同的形状。
[0146]另外的实例
[0147]多个照明装置是以不同于实例I的形状、尺寸、和光源布置制成。这些照明装置是通过获得如实例I中所述微复制型光学膜并将其切割成如图21的平面图中所示的矩形片制成的。矩形片以标签 2121、2122、212