專利名稱：Led照明系統(tǒng)的勻光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是微顯示及微投影顯示的照明技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近十年來，半導(dǎo)體發(fā)光技術(shù)及微電子技術(shù)的發(fā)展，使得LED技術(shù)得到 了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步與應(yīng)用。LED以其高達(dá)10萬(wàn)小時(shí)的長(zhǎng)壽命、驅(qū)動(dòng)電壓低、 響應(yīng)速度快、散熱容易、色域?qū)?、沒有紫外輻射和紅外輻射等優(yōu)點(diǎn)，已在 很多領(lǐng)域顯示了較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。如微顯示及投影顯示領(lǐng)域。關(guān)于微顯示 與投影顯示的照明系統(tǒng)和光學(xué)引擎已有很多發(fā)明。主要分為兩類
第一類采用二次型反射聚光器與光棒進(jìn)行勻光；如專利號(hào)為CN 1948823A，專利名稱為"LED用復(fù)合反射面"的專利；專利號(hào)為CN 1790153A，專利名稱為"液晶投影儀光學(xué)引擎"的專利；專利號(hào)為CN 2760613Y，專利名稱為"基于反射型復(fù)眼的照明系統(tǒng)"的專利。
第二類采用反射型復(fù)眼或透射型蠅眼進(jìn)行勻光；如專利號(hào)為CN 1916693A,專利名稱為"反射式硅基液晶顯示光學(xué)引擎"的專利；專利號(hào)為 CN 1554983A，專利名稱為"光學(xué)引擎照明系統(tǒng)的蠅眼透鏡"的專利；專利 號(hào)為CN2891006Y，專利名稱為"新型勻光器件及帶該勻光器件的光學(xué)引擎 照明系統(tǒng)"的專利；專利號(hào)為CN2881677Y，專利名稱為"硅基液晶光學(xué)引 擎"的專利；專利號(hào)為CN2896319Y，專利名稱為"數(shù)字投影光學(xué)引擎"的 專利。
以上兩類技術(shù)方案用于LED照明系統(tǒng)中都會(huì)存在一定的缺陷1、用 于微顯示或微投影顯示技術(shù)中時(shí)，光源輸出面轉(zhuǎn)化成圖像調(diào)制器形狀或顯 示面板所需的矩形，使得大部分的光能損失，導(dǎo)致了光能利用率很低。2、 因單管LED的發(fā)光功率較低，所以二次型反射聚光器不適合LED照明光源 (LED照明將以犧牲照明系統(tǒng)的體積及效率為代價(jià))，只適合鹵素?zé)艄庠椿?超高壓汞燈3、光棒在長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)時(shí)勻光效果較好，但以犧牲光能利用率為代價(jià)而浪費(fèi)能源。4、反射型復(fù)眼的每個(gè)復(fù)眼焦點(diǎn)都不同，設(shè)計(jì)較難，不 易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)輸出面邊緣均勻效果較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有LED照明系統(tǒng)應(yīng)用在微顯示及微投影顯 示系統(tǒng)中時(shí)，存在照明系統(tǒng)的體積龐大、光效率過低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜而難設(shè)計(jì) 的問題。進(jìn)而提出了一種LED照明系統(tǒng)的勻光裝置。
它包含n個(gè)矩形反射聚光器l， n為大于零的自然數(shù)，第一正方形復(fù)眼 2、第二正方形復(fù)眼3、凸透鏡4;
所述第一正方形復(fù)眼2由多個(gè)矩形透鏡2-1和正方形透明基板2-2組 成；每個(gè)矩形透鏡2-l的焦距都相同，多個(gè)矩形透鏡2-l排列粘接在正方形 透明基板2-2的一個(gè)側(cè)面上；
所述第二正方形復(fù)眼3由多個(gè)矩形透鏡3-1和正方形透明基板3-2組 成；每個(gè)矩形透鏡3-l的焦距都相同，多個(gè)矩形透鏡3-1排列粘接在正方形 透明基板3-2的一個(gè)側(cè)面上；
所述矩形反射聚光器1由矩形透明腔體和反光膜組成；矩形透明腔體 的外表面或內(nèi)表面鍍有高反射率的反光膜，矩形透明腔體的四個(gè)曲面的成
型規(guī)則為
將拋物線沿對(duì)稱軸或平行于對(duì)稱軸的直線分成兩個(gè)部分；其中較小的 部分沿著垂直于拋物線平面的方向拉伸，形成曲面；并且曲面的兩端都為 直線段，然后拼接在一起，組成矩形透明腔體；
所述矩形反射聚光器1的焦距/與出射端口對(duì)角線長(zhǎng)度的一半《、入射 端口對(duì)角線長(zhǎng)度的一半"長(zhǎng)度丄、出射光線在出射面處的角度《互相之間 的關(guān)系為下式<formula>formula see original document page 5</formula> (1)<formula>formula see original document page 5</formula> (2)
所述n個(gè)矩形反射聚光器1的光出射端口設(shè)置在同一個(gè)平面內(nèi)并組合 排列成正方形光輸出端口； 第一正方形復(fù)眼2、第二正方形復(fù)眼3、凸透鏡4依次設(shè)置在上述n個(gè) 矩形反射聚光器1的光出射端口排列組成的正方形光輸出端口處；
上述n,個(gè)矩形反射聚光器1的光出射端口排列組成正方形光輸出端口 的中心線、第一正方形復(fù)眼2的光軸中心線、第二正方形復(fù)眼3的光軸中 心線與凸透鏡4的光軸中心線相互重合；
第一正方形復(fù)眼2的后焦面與第二正方形復(fù)眼3的前焦面重合，第二 正方形復(fù)眼3通過凸透鏡4與微顯示面板5之間形成物像關(guān)系。
本發(fā)明能將LED光源的光束直接整形為矩形，光能利用率大于60%， 并具有照射面的光均度好、體積小、色彩鮮艷、發(fā)熱量小、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單容易設(shè)計(jì)制造的優(yōu)點(diǎn)。在應(yīng)用于彩色照明時(shí)，其三基色組成的色域較 寬，能實(shí)現(xiàn)很好的色飽和度和很大的顏色范圍。能對(duì)微顯示及微投影顯示 系統(tǒng)中的DLP、 LCD、 LCOS微顯示面板進(jìn)行照明。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1中矩形反射聚光器1的 右視圖，圖3是含有多個(gè)矩形反射聚光器1的勻光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4 是含有多個(gè)高亮度LED發(fā)光二極管6的勻光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是具 體實(shí)施方式四中的一種結(jié)構(gòu)的示意圖，圖6是具體實(shí)施方式
四中的另一種 結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖l、圖2、圖3、圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí) 施方式由n個(gè)矩形反射聚光器l， n為大于零的自然數(shù)，第一正方形復(fù)眼2、 第二正方形復(fù)眼3、凸透鏡4組成；
所述第一正方形復(fù)眼2由多個(gè)矩形透鏡2-1和正方形透明基板2-2組 成；每個(gè)矩形透鏡2-l的焦距都相同，多個(gè)矩形透鏡2-l排列粘接在正方形 透明基板2-2的一個(gè)側(cè)面上；
所述第二正方形復(fù)眼3由多個(gè)矩形透鏡3-1和正方形透明基板3-2組 成；每個(gè)矩形透鏡3-l的焦距都相同，多個(gè)矩形透鏡3-1排列粘接在正方形 透明基板3-2的一個(gè)側(cè)面上；
所述矩形反射聚光器1由矩形透明腔體和反光膜組成；矩形透明腔體
的外表面或內(nèi)表面鍍有高反射率的反光膜，矩形透明腔體的四個(gè)曲面的成 型規(guī)則為
將拋物線沿對(duì)稱軸或平行于對(duì)稱軸的直線分成兩個(gè)部分；其中較小的 部分沿著垂直于拋物線平面的方向拉伸，形成曲面；并且曲面的兩端都為 直線段，然后拼接在一起，組成矩形透明腔體；
所述矩形反射聚光器1的焦距/與出射端口對(duì)角線長(zhǎng)度的一半"、入射 端口對(duì)角線長(zhǎng)度的一半"長(zhǎng)度丄、出射光線在出射面處的角度《互相之間 的關(guān)系為下式
<formula>formula see original document page 7</formula>所述n個(gè)矩形反射聚光器1的光出射端口設(shè)置在同一個(gè)平面內(nèi)并組合
排列成正方形光輸出端口；
第一正方形復(fù)眼2、第二正方形復(fù)眼3、凸透鏡4依次設(shè)置在上述n個(gè) 矩形反射聚光器1的光出射端口排列組成的正方形光輸出端口處；
上述n個(gè)矩形反射聚光器1的光出射端口排列組成正方形光輸出端口 的中心線、第一正方形復(fù)眼2的光軸中心線、第二正方形復(fù)眼3的光軸中 心線與凸透鏡4的光軸中心線相互重合；
第一正方形復(fù)眼2的后焦面與第二正方形復(fù)眼3的前焦面重合，第二 正方形復(fù)眼3通過凸透鏡4與微顯示面板5之間形成物像關(guān)系。
所述矩形反射聚光器1的矩形透明腔體的材質(zhì)為光學(xué)玻璃、光學(xué)樹脂 或光學(xué)塑料。
每個(gè)矩形反射聚光器1的入射端口中都設(shè)置有N個(gè)高亮度LED發(fā)光二 極管6。
所述矩形透明腔體的四個(gè)曲面所引用的拋物線為相同時(shí)，矩形透明腔 體的入射端口和出射端口都為正方形。
所述矩形透明腔體的兩個(gè)相鄰曲面所引用的拋物線為不同時(shí)，矩形透 明腔體的入射端口和出射端口都為長(zhǎng)方形，并使其邊長(zhǎng)比都為4: 3，不同的兩個(gè)曲面的焦點(diǎn)都在平行于入射端口面的同一個(gè)平面內(nèi)。
矩形反射聚光器1的入射端口中可設(shè)置三個(gè)高亮度LED發(fā)光二極管6， 其顏色分別為紅、綠、藍(lán)三基色。
本具體實(shí)施方式
中的微顯示面板5選用DLP。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施 方式一的不同點(diǎn)在于矩形反射聚光器1的數(shù)量為一個(gè)；其它組成和連接關(guān) 系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施 方式一的不同點(diǎn)在于矩形反射聚光器1的數(shù)量為多個(gè)；其它組成和連接關(guān) 系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖5、圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式在具體 實(shí)施方式一的基礎(chǔ)上增加有PBS偏振器7; PBS偏振器7設(shè)置在第二正方 形復(fù)眼3與凸透鏡4之間。本具體實(shí)施方式
中的矩形反射聚光器1的數(shù)量 為一個(gè)或?yàn)槎鄠€(gè)，本具體實(shí)施方式
中的微顯示面板5選用LCD、 LCOS。其 它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
權(quán)利要求
1、LED照明系統(tǒng)的勻光裝置，它包含n個(gè)矩形反射聚光器(1)，n為大于零的自然數(shù)，第一正方形復(fù)眼(2)、第二正方形復(fù)眼(3)、凸透鏡(4)；其特征在于所述第一正方形復(fù)眼(2)由多個(gè)矩形透鏡(2-1)和正方形透明基板(2-2)組成；每個(gè)矩形透鏡(2-1)的焦距都相同，多個(gè)矩形透鏡(2-1)排列粘接在正方形透明基板(2-2)的一個(gè)側(cè)面上；所述第二正方形復(fù)眼(3)由多個(gè)矩形透鏡(3-1)和正方形透明基板(3-2)組成；每個(gè)矩形透鏡(3-1)的焦距都相同，多個(gè)矩形透鏡(3-1)排列粘接在正方形透明基板(3-2)的一個(gè)側(cè)面上；所述矩形反射聚光器(1)由矩形透明腔體和反光膜組成；矩形透明腔體的外表面或內(nèi)表面鍍有高反射率的反光膜，矩形透明腔體的四個(gè)曲面的成型規(guī)則為將拋物線沿對(duì)稱軸或平行于對(duì)稱軸的直線分成兩個(gè)部分；其中較小的部分沿著垂直于拋物線平面的方向拉伸，形成曲面；并且曲面的兩端都為直線段，然后拼接在一起，組成矩形透明腔體；所述矩形反射聚光器(1)的焦距f與出射端口對(duì)角線長(zhǎng)度的一半a、入射端口對(duì)角線長(zhǎng)度的一半s、長(zhǎng)度L、出射光線在出射面處的角度θi互相之間的關(guān)系為下式f＝s(1+sinθi)(1)L＝(a+s)ctgθi(2)a＝s/sinθi (3)所述n個(gè)矩形反射聚光器(1)的光出射端口設(shè)置在同一個(gè)平面內(nèi)并組合排列成正方形光輸出端口；第一正方形復(fù)眼(2)、第二正方形復(fù)眼(3)、凸透鏡(4)依次設(shè)置在上述n個(gè)矩形反射聚光器(1)的光出射端口排列組成的正方形光輸出端口處；上述n個(gè)矩形反射聚光器(1)的光出射端口排列組成正方形光輸出端口的中心線、第一正方形復(fù)眼(2)的光軸中心線、第二正方形復(fù)眼(3)的光軸中心線與凸透鏡(4)的光軸中心線相互重合；第一正方形復(fù)眼(2)的后焦面與第二正方形復(fù)眼(3)的前焦面重合，第二正方形復(fù)眼(3)通過凸透鏡(4)與微顯示面板(5)之間形成物像關(guān)系。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED照明系統(tǒng)的勻光裝置，其特征在于所 述矩形透明腔體的四個(gè)曲面所引用的拋物線為相同時(shí)，矩形透明腔體的入 射端口和出射端口都為正方形。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED照明系統(tǒng)的勻光裝置，其特征在于所 述矩形透明腔體的兩個(gè)相鄰曲面所引用的拋物線為不同時(shí)，矩形透明腔體 的入射端口和出射端口都為長(zhǎng)方形，并使其邊長(zhǎng)比都為4: 3，不同的兩個(gè) 曲面的焦點(diǎn)都在平行于入射端口面的同一個(gè)平面內(nèi)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED照明系統(tǒng)的勻光裝置，其特征在于所 述矩形反射聚光器(l)中矩形透明腔體的材質(zhì)為光學(xué)玻璃、光學(xué)樹脂或光學(xué) 塑料。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED照明系統(tǒng)的勻光裝置，其特征在于所 述矩形反射聚光器(l)的數(shù)量為一個(gè)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED照明系統(tǒng)的勻光裝置，其特征在于所 述矩形反射聚光器(l)的數(shù)量為多個(gè)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED照明系統(tǒng)的勻光裝置，其特征在于它 增加有PBS偏振器(7);PBS偏振器(7)設(shè)置在第二正方形復(fù)眼(3)與凸透鏡(4) 之間。
全文摘要
LED照明系統(tǒng)的勻光裝置，它涉及的是微顯示及微投影顯示的照明技術(shù)領(lǐng)域。它是為了解決現(xiàn)有LED照明系統(tǒng)應(yīng)用在微顯示及微投影顯示系統(tǒng)中時(shí)，存在照明系統(tǒng)的體積龐大、光效率過低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜而難設(shè)計(jì)的問題。它的n個(gè)矩形反射聚光器(1)的光出射端口設(shè)置在同一個(gè)平面內(nèi)并組合排列成正方形光輸出端口；第一正方形復(fù)眼(2)、第二正方形復(fù)眼(3)、凸透鏡(4)依次設(shè)置在上述n個(gè)矩形反射聚光器(1)的光出射端口排列組成的正方形光輸出端口處。本發(fā)明能將LED光源的光束直接整形為矩形，光能利用率大于60％，并具有照射面的光均度好、色彩鮮艷、發(fā)熱量小、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易設(shè)計(jì)制造的優(yōu)點(diǎn)。在應(yīng)用于彩色照明時(shí)，其三基色組成的色域較寬。
文檔編號(hào)F21V7/04GK101169233SQ200710144689
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日
發(fā)明者孫文軍, 尹燕宗, 麗 趙, 峰 閆 申請(qǐng)人:哈爾濱師范大學(xué)