專利名稱：混光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混光器，尤其涉及一種應(yīng)用于液晶顯示領(lǐng)域和 照明顯示系統(tǒng)的混光器。
背景技術(shù)：
液晶顯示裝置具有輕薄、低耗電和輻射少等特點(diǎn)，被廣泛用于 顯示器、液晶電視、手機(jī)和筆記本電腦等領(lǐng)域，并成為顯示器主流， 同時其顯示亮度和色彩顯示效果具有更高要求。由于液晶本身不發(fā) 光，需背光模組為其提供光源。背光模組通常分為直下式背光模組 與側(cè)光式背光模組。側(cè)光式背光模組由于很難達(dá)到要求的亮度(請參
見，用大功率白光LED實現(xiàn)高亮度背光源設(shè)計，汪顯波等，現(xiàn)代顯 示，第72期，p51(2007))，因此，目前背光模組較多采用直下式背 光結(jié)構(gòu)。目前，背光模組的發(fā)光源主要采用冷陰極射線管和發(fā)光二 極管陣列，由于發(fā)光二極管具高色彩飽和度、不含汞、高壽命等特 性，已廣泛被應(yīng)用在背光模組中。
請參閱圖1，是一種現(xiàn)有技術(shù)直下式背光模組的立體示意圖。 該背光模組10包括一底板11、設(shè)置在該底板11上的一發(fā)光二極管 陣列12和設(shè)置在該底板11上方的一擴(kuò)散板14。
該發(fā)光二極管陣列12由多個紅、綠、藍(lán)光發(fā)光二極管12a、 12b、 12c組成，其排布規(guī)律為 一排紅光發(fā)光二極管12a、 一排綠光發(fā)光 二極管12b和一排藍(lán)光發(fā)光二極管12c依序周期排布。該紅、綠、 藍(lán)光發(fā)光二極管12a、 12b、 12c都為頂面發(fā)光的發(fā)光二極管。
該發(fā)光二極管陣列12的紅、綠、藍(lán)光發(fā)光二極管12a、 12b、 12c能分別發(fā)出紅、綠、藍(lán)三色光，該紅、綠、藍(lán)三色光在離開光 源射向該擴(kuò)散板14過程中不斷進(jìn)行混光，傳輸一定距離后混合成白 光射至該擴(kuò)散板14。
但是，由于背光模組10的尺寸大小限制，光束的混光距離有限， 白光混合很難均勻，容易出現(xiàn)偏黃或偏藍(lán)，從而無法達(dá)到所要求的白光，而且該背光模組10用于顯示裝置的背光時，混光不均容易使 顯示面板的不同區(qū)域出現(xiàn)色差現(xiàn)象。為了使三色光充分混合成白光，
需要增加混光距離，但是這樣做會增加該背光模組IO的厚度，不符
合背光模組日益輕薄化的發(fā)展趨勢。
此外，當(dāng)LED背光模組用于中等尺寸或大尺寸的LCD面板時， 為了獲得所需的亮度，必須使用大量的紅色、綠色和藍(lán)色的LED。 當(dāng)使用這些三色LED時，需要適當(dāng)混合各顏色，以發(fā)射均勻的白光。
然而，混合大量的紅色、綠色和藍(lán)色的LED產(chǎn)生的白光，存在 著能量低和色飽和度差等缺點(diǎn)；而且，混合LED后產(chǎn)生的白光不夠 均勻，顯示的顏色也不能任意調(diào)整。
此外，在液晶顯示領(lǐng)域和照明顯示系統(tǒng)工作時，還需要將上述 多個LED光源混合后，發(fā)出的光線會聚到相應(yīng)的光學(xué)元件中。然而， LED光源的發(fā)光特性可以近似為朗伯體O, LED光源的發(fā)光角度可以 近似為±90。。如果采用類似透鏡等普通光學(xué)折射元件對LED光源發(fā) 出的光線進(jìn)行會聚，不能對LED光源發(fā)出的大角度光線起到會聚作 用。如果釆用曲面反射鏡的方法對LED光源發(fā)出的光線進(jìn)行會聚， 從LED光源發(fā)出的小角度光線將不能很好地會聚。因此無論是折射 元件還是透射元件都不能很好地會聚。由于單個LED光源的功率較 小，且不能很好地將LED光源發(fā)出的光線會聚到相應(yīng)的光學(xué)元件中。 所以，目前的液晶顯示領(lǐng)域和照明顯示系統(tǒng)普遍存在亮度較低的問 題。故，如何將多個LED光源發(fā)出的光線高效地會聚成為了 一個研 究熱點(diǎn)。
有鑒于此，有必要提供一種混光器，該混光器能產(chǎn)生能量高、 色飽和度高、顏色可調(diào)整，混合均勻的光，且能高效地將出射的光 線高效地會聚到相應(yīng)的光學(xué)元件中，從而提高液晶顯示系統(tǒng)和照明 顯示系統(tǒng)的顯示亮度和光能的利用率。

發(fā)明內(nèi)容
一種混光器，包括至少兩個聚光反射裝置和至少兩個光源，其 中，所述至少兩個聚光反射裝置分別具有第一焦點(diǎn)和第二焦點(diǎn)，所
5述至少兩個聚光反射裝置之間共第 一 焦點(diǎn)設(shè)置，所述至少兩個光源 分別對應(yīng)設(shè)置于上述的至少兩個聚光反射裝置的第二焦點(diǎn)上，上述 混光器還進(jìn)一步包括一公共出光面及一場鏡，該公共出光面經(jīng)過第 一焦點(diǎn)，該場鏡對應(yīng)設(shè)置于上述的公共出光面上。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實施例所提供的混光器具有以下優(yōu)點(diǎn)其 一，各聚光反射裝置都將光源發(fā)出的光會聚到各自的第一焦點(diǎn)上， 并呈發(fā)射狀射出。由于在混光器中各聚光反射裝置共第一焦點(diǎn)設(shè)置， 且過公共的第 一焦點(diǎn)設(shè)置有一公共出光面，因此各聚光反射裝置發(fā) 出的光就在公共出光面的第一焦點(diǎn)處混合。因此上述的混光器產(chǎn)生 的光能量高、色飽和度高且混合均勻。其二，本實施例所提供的混 光器，配合適當(dāng)?shù)目刂破?，個別操控各聚光反射裝置中的光源的開 啟和關(guān)閉，可以實現(xiàn)顏色的任意調(diào)整，因此本實施例所提供的混光 器不僅可以提供白光光源，也可以提供其他顏色的光源。其三在公 共出光面上設(shè)置一場鏡。該場鏡減小出射光線的孔徑角，使光線分 布更加集中，從而提高了從混光器的公共出光面出射的光線在液晶 顯示領(lǐng)域和照明顯示系統(tǒng)中的利用率。此外，上述場鏡的設(shè)置，也 使得從公共出光面出射的光線混合更加均勻，相應(yīng)地提高了液晶顯 示領(lǐng)域和照明顯示系統(tǒng)的顯示效果。故，在液晶顯示領(lǐng)域和照明顯 示系統(tǒng)中使用上述的混光器，可以提高液晶顯示領(lǐng)域和照明顯示系 統(tǒng)的顯示亮度和光能的利用率。


圖1為一種現(xiàn)有技術(shù)的直下式背光模組的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本技術(shù)方案實施例的混光器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本技術(shù)方案實施例的混光器的仰視圖。
圖4為本技術(shù)方案實施例的場鏡的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本技術(shù)方案實施例的單個聚光反射裝置的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合附圖及實施例對本技術(shù)方案的混光器進(jìn)行具體說明。
本技術(shù)方案提供了一種混光器，其包括至少兩個聚光反射裝置 和至少兩個光源。其中，所述至少兩個聚光反射裝置分別具有第一 焦點(diǎn)和第二焦點(diǎn)，所述至少兩個聚光反射裝置之間共第 一 焦點(diǎn)設(shè)置， 所述至少兩個光源分別對應(yīng)設(shè)置于至少兩個聚光反射裝置的第二焦 點(diǎn)上，上述混光器還進(jìn)一步包括一公共出光面和一場鏡，該公共出 光面經(jīng)過第 一 焦點(diǎn)，該場鏡對應(yīng)設(shè)置在上述的公共出光面上。
請參閱圖2及圖3，本實施例中的混光器20包括第 一聚光反射裝 置IOO、第二聚光反射裝置200及第三聚光反射裝置300。此外，本實 施例的混光器20還進(jìn)一步包括第 一光源110、第二光源210及第三光 源310。第一聚光反射裝置IOO、第二聚光反射裝置200及第三聚光反 射裝置300可分別為 一橢球?qū)嶓w。第 一聚光反射裝置100具有一長軸 L1及長軸L1上的第 一焦點(diǎn)O和第二焦點(diǎn)A。第二聚光反射裝置200具 有一長軸L2及長軸L2上的第一焦點(diǎn)0和第二焦點(diǎn)B。第三聚光反射裝 置300具有一長軸L3及長軸L3上的第 一焦點(diǎn)O和第二焦點(diǎn)C。上述三 個聚光反射裝置IOO， 200, 300共第一焦點(diǎn)O設(shè)置。第一光源110相 對應(yīng)地設(shè)置于第 一聚光反射裝置IOO的第二焦點(diǎn)A上；第二光源210 相對應(yīng)地設(shè)置于第二聚光反射裝置200的第二焦點(diǎn)B上；第三光源 310相對應(yīng)地設(shè)置于第三聚光反射裝置300的第二焦點(diǎn)C上?；旃馄?20過公共的第 一焦點(diǎn)O設(shè)置有一公共出光面23。本實施例，公共出 光面23為一平面?？梢岳斫?，/>共出光面23也可為 一曲面，只需確 ?；旌掀?0內(nèi)部的光線，可以經(jīng)過公共出光面23射出，并在公共的 第一焦點(diǎn)O處混合即可。
如圖4所示，混光器20還包括一場鏡24。該場鏡24為半球形 或一球缺形的透鏡。該場鏡24包括一底面241和一球形的表面242。 本實施例中，場鏡24的底面241為圓形的平面。底面241半徑為r， 場鏡24的表面242上的點(diǎn)的曲率半徑為f, r與f滿足以下條件 即f/r S 1 。當(dāng)場4竟24的底面為平面形狀時，該場4竟24的底面241 可通過膠粘結(jié)劑(光固化膠)粘結(jié)在公共出光面23上；或場鏡24可在形成第一聚光反射裝置100、第二聚光反射裝置200及第三聚光 反射裝置300時，直接在公共出光面23上形成，即場鏡24與第一 聚光反射裝置100、第二反射裝置200、第三聚光反射裝置300 —體 成型。當(dāng)場鏡24的底面241為其它形狀時，可通過一固定裝置將場 鏡24的底面241對應(yīng)于公共出光面23間隔一定距離設(shè)置?？梢岳?解，場鏡24可以不限于上述的半球形或球缺形的形狀，也可以采用 其它形狀，只需確保從公共出光面23出射的光線大部分都會聚到場 鏡24內(nèi)即可。
該場鏡24的大小可以根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇，只需確保從混光 器20的公共出光面23出射的光線大部分進(jìn)入場鏡24即可。該場鏡24 的材料為聚甲基苯烯酸曱酯(PMMA)或玻璃等透明材料。
混光器20中的光源可以是單色LED光源，也可以是復(fù)色LED光 源。在本實施例中，光源為三個單色LED。第 一 光源1 IO為紅色LED， 且設(shè)置在聚光反射裝置IOO的第二焦點(diǎn)A上；第二光源210為綠色 LED，且設(shè)置在聚光反射裝置200的第二焦點(diǎn)B上；第三光源310為藍(lán) 色LED，且設(shè)置在聚光反射裝置300的第二焦點(diǎn)C上。長軸L1與公共 出光面23的夾角為al，長軸L2與公共出光面23的夾角為a2，長軸L3 與7>共出光面23的夾角為a3。其中，夾角al、 a2及a3的取值可以相 同，也可以不相同，其取值范圍為40°-70。。長軸L1、長軸L2及長軸 L3之間的夾角可以相等，也可以不相等。優(yōu)選地，角度al、 ct2及a3 分別相等且都為60。；長軸L1、長軸L2及長軸L3之間的夾角相等。
以下將介紹第一聚光反射裝置IOO的具體結(jié)構(gòu)。第一聚光反射 裝置100可以為一橢球?qū)嶓w，其材料為聚曱基苯烯酸曱酯(PMMA) 或玻璃等透明材料。第一聚光反射裝置100包括一第一挖空結(jié)構(gòu) 121、與該第一挖空結(jié)構(gòu)121相對的第一出光面23a及連接第一挖空 結(jié)構(gòu)121和第一出光面23a的第一外表面122。第一挖空結(jié)構(gòu)121 為設(shè)置于第一聚光反射裝置IOO第二焦點(diǎn)A的一端且向第一聚光反 射裝置100內(nèi)部凹陷的凹入部。第一挖空結(jié)構(gòu)121包括第一側(cè)面 121a和第一底面121b,第一側(cè)面121a為圓柱面、圓錐面，第 一底 面121b為3求面。該3求面的曲率半徑的取J直范圍為2.6-3.5?？梢岳?br> 8解，第一側(cè)面121a還可為其他曲面，只需確保光源110發(fā)出的光， 能夠通過第一側(cè)面121a導(dǎo)入第一聚光反射裝置100內(nèi)部即可。第一 底面121b還可為平面或其他曲面，只需確保第一光源110發(fā)出的光， 經(jīng)過第一底面121b后，會聚到第一聚光反射裝置100的第一焦點(diǎn)O 處即可。
具體地，第一挖空結(jié)構(gòu)121為在第一聚光反射裝置100上挖去 一復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)形成，該復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)為 一 平面圖形圍繞某 一旋轉(zhuǎn) 軸旋轉(zhuǎn)而形成?？梢岳斫?，在第一聚光反射裝置100上挖去的復(fù)雜 空間結(jié)構(gòu)的大小，可以根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇，其關(guān)鍵在于能夠確 保在第一聚光反射裝置100上挖去一復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)后形成一足夠大 的空腔，可以將第一光源110放置在第一聚光反射裝置100的第二 焦點(diǎn)A上。第一外表面122為一連接第一挖空結(jié)構(gòu)121和第一出光 面23a的一橢球面。第一光源110收容于第一挖空結(jié)構(gòu)121內(nèi)，設(shè) 置在第一聚光反射裝置100的第二焦點(diǎn)A上且其發(fā)光面(未標(biāo)示) 與第一挖空結(jié)構(gòu)121的第一底面121b相對。第一外表面122上可設(shè) 置有增反膜(圖未示)，用以增強(qiáng)第一外表面122的反射功能。
本實施例的第一聚光反射裝置100工作過程中，由于第一光源 110設(shè)置于第一聚光反射裝置100的第二焦點(diǎn)A上，第一光源110 發(fā)出的一部分光線經(jīng)過挖空結(jié)構(gòu)121的第一側(cè)面121a導(dǎo)入第一聚光 反射裝置100內(nèi)部后，經(jīng)第一外表面122反射后到達(dá)第 一聚光反射 裝置100的第一焦點(diǎn)O，并從第 一焦點(diǎn)O處呈發(fā)散狀射出；第一光 源110發(fā)出的另 一部分光線，經(jīng)過第一挖空結(jié)構(gòu)121的第一底面 121b的會聚，到達(dá)了第一聚光反射裝置100的第一焦點(diǎn)O上，并從 第 一焦點(diǎn)O處呈發(fā)散狀射出。
與第一聚光反射裝置100的結(jié)構(gòu)相同，第二聚光反射裝置200 包括一第二挖空結(jié)構(gòu)221、 一與該第二挖空結(jié)構(gòu)221相對的第二出 光面23b及連接第二挖空結(jié)構(gòu)221和第二出光面23b的第二外表面 222;該第二挖空結(jié)構(gòu)221包括一第二側(cè)面221a和一第二底面221b。 第三聚光反射裝置300包括一第三挖空結(jié)構(gòu)321、 一與第三該挖空 結(jié)構(gòu)321相對的第三出光面23c及連接第三挖空結(jié)構(gòu)321和第三出
9光面23c的第三外表面322;該第三挖空結(jié)構(gòu)321包括一第三側(cè)面 321a和一第三底面321b?？梢岳斫猓旃馄?0的公共出光面23 由第一聚光反射裝置100的第一出光面23a、第二聚光反射裝置200 的第二出光面23b及第三聚光反射裝置300的第三出光面23c組成。
本實施例所提供的混光器20具體制作過程為提供三個聚光反 射裝置的預(yù)制體，并進(jìn)行一預(yù)定形狀的切割，從而使得使各聚光反 射裝置的長軸(L1、 L2、 L3)之間的夾角都相等且共第 一焦點(diǎn)O設(shè)置； 之后過公共的第一焦點(diǎn)O進(jìn)行切割，從而形成一平面并使得平面與 各聚光反射裝置的夾角相同且都等于60。。上述的平面即為混光器 的公共出光面23。制備一場鏡24,將該場鏡24通過膠粘結(jié)劑(光固 化膠)粘結(jié)在公共出光面23上。
由于混光器20中，第一聚光反射裝置100、第二聚光反射裝置 200及第三聚光反射裝置300共第一焦點(diǎn)O設(shè)置，且第二聚光反射 裝置200、第三聚光反射裝置300的工作原理與第一聚光反射裝置 IOO相同。故，第一聚光反射裝置100發(fā)出的紅光從第一焦點(diǎn)O處 呈發(fā)散狀射出，第二聚光反射裝置200發(fā)出的綠光從第 一焦點(diǎn)O處 呈發(fā)散狀射出，第三聚光反射裝置300發(fā)出的藍(lán)光也從第一焦點(diǎn)0 處呈發(fā)散狀射出。從而在混光器20的公共出光面23上的公共的第 一焦點(diǎn)O處將紅、綠、藍(lán)三色光進(jìn)行混合，乂人而產(chǎn)生白光。該白光 從第 一焦點(diǎn)O呈發(fā)散狀射出。經(jīng)設(shè)置在公共出光面23上的場鏡24 會聚后，該出射光束具有較小的孔徑角，從而使得從混光器20出射 的光線分布更加集中。此外，經(jīng)場鏡24的會聚后，該出射光線較從 公共出光面23出射時，混合更加均勻。因此，本發(fā)明所提供的混光 器20產(chǎn)生的白光分布集中、能量高且混合均勻。
可以理解，本實施例所述的混光器20并不僅限于各聚光反射裝 置長軸之間的夾角相等和各聚光反射裝置的長軸與公共出光面23 的夾角相等的設(shè)置方式。混光器20還可為各聚光反射裝置長軸之間 的夾角不相等或各聚光反射裝置的長軸與公共出光面23的夾角不 相等的方式設(shè)置，只需確保各聚光反射裝置的共第一焦點(diǎn)O設(shè)置即 可。
10另夕卜，本發(fā)明所提供的混光器20并不僅限于本實施例所述的含 有三個聚光反射裝置的混光器20。該混光器20還可為含有兩個聚 光反射裝置或三個以上的聚光反射裝置的混光器20，只需確保在該 混光器20中的各聚光反射裝置的共第一焦點(diǎn)O設(shè)置即可?？梢岳?解，本實施例所提供的混光器20可根據(jù)各聚光反射裝置中LED光 源的不同，可以產(chǎn)生白光或其他顏色的光。此外，本實施例所提供 的混光器20,配合適當(dāng)?shù)目刂破?，個別操控各聚光反射裝置中的光 源的開啟和關(guān)閉，可以實現(xiàn)顏色的任意調(diào)整，因此本實施例所提供 的混光器20不僅可以提供白光光源，也可以提供其他顏色的光源。
為了驗證本實施例所提供的混光器20的混光效果和發(fā)射效率， 采用照明設(shè)計軟件LightTools將混光器20用于DLP投影顯示系統(tǒng) 中做以下仿真計算。該仿真設(shè)計的過程為，先設(shè)計出一個聚光反射 裝置并進(jìn)行仿真計算，得到合適結(jié)果之后；再將三個聚光反射裝置 拼接在一起，進(jìn)行最終的仿真計算。
(一)對單個聚光反射裝置的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計和仿真計算。
如圖5所示，在仿真過程中，設(shè)計了 一個聚光反射裝置400。 該聚光反射裝置400為一橢球?qū)嶓w，該橢球?qū)嶓w具有一長軸L4及 一短軸L5。上述的聚光反射裝置400包括一挖空結(jié)構(gòu).421、與該挖 空結(jié)構(gòu)421相對的出光面423及連接挖空結(jié)構(gòu)421和出光面423的 外表面422。挖空結(jié)構(gòu)421為設(shè)置于聚光反射裝置400第二焦點(diǎn)D 的一端且向聚光反射裝置400內(nèi)部凹陷的凹入部。該挖空結(jié)構(gòu)421 包括一側(cè)面421a和一底面421b。其中，上述的底面421b為一^求面， 上述的側(cè)面421a為 一 圓錐面。上述的出光面423為經(jīng)過第 一焦點(diǎn)O 且垂直于長軸L4的平面。上述的外表面422為橢球面，且在該外 表面422上鍍上反射膜。
在該聚光反射裝置400中，LED光源410設(shè)置于第二焦點(diǎn)D上。 故，該聚光反射裝置400可以將從LED光源410出射的大角度光線 利用外表面422的橢球面反射會聚到第一焦點(diǎn)O上。將LED光源 410出射的小角度光線利用底面421b的球面折射會聚到第一焦點(diǎn)O 上。因此，該聚光反射裝置400結(jié)合了折射元件和反射元件的優(yōu)點(diǎn)，可以高效地把單個LED光源發(fā)出的光線會聚到第 一焦點(diǎn)O上。
聚光反射裝置400的各具體參數(shù)如下。LED光源410為一面光 源，該LED光源410的發(fā)光面尺寸為0.5 x 0.5mm，光譜范圍為400 -700nm,發(fā)光特性為余弦輻射體。上述的聚光反射裝置400為一 由PMMA制成的橢球體。該橢球體的具體參ft如下其長軸L4長 為10mm ，短軸L5長為6mm,第 一 焦點(diǎn)Q和第二焦點(diǎn)D之間的距 離為4mm;底面421b為一段圓弧，其曲率半徑為3mm,該圓弧與 橢圓長軸L4的交點(diǎn)距第二焦點(diǎn)D的距離為lmm;側(cè)面421a為 一段 圓錐曲面，其半錐頂角的正切值為0.075，其錐頂?shù)奈恢梦挥跈E球 體長軸L4上，并與出光面423的距離為15.8mm。
用照明設(shè)計軟件Light Tools對上述的聚光反射裝置400建模， 并進(jìn)行仿真計算，接收面設(shè)置在出光面423上，追跡光線為100000 條。在出光面423上，主要能量集中在直徑為2mm的圓斑內(nèi)。計算 表明該結(jié)構(gòu)的聚光反射裝置400的出光效率可以達(dá)到94.4%?？紤] 到在DLP投影顯示系統(tǒng)中使用的光學(xué)積分棒的工作角度為±45。， 出射角為± 45。時，可以接收的光能利用率為86 % 。
(二)選取三個上述的聚光反射裝置400，組裝成如圖2所示的 混光器，再進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計。
把上述的三個聚光反射裝置400組裝成如圖2所示的混光器， 其具體的制備方法如下即上述的三個聚光反射裝置共第一焦點(diǎn)O 設(shè)置，且使各聚光反射裝置的長軸(L1、 L2、 L3)之間的夾角相等； 之后過公共的第一焦點(diǎn)O進(jìn)行切割，從而形成一平面并使得平面與 各聚光反射裝置的夾角相同且都等于60°。上述的平面即為混光器 20的公共出光面23。在公共出光面23上，通過光固化膠粘結(jié)場鏡 24。
用照明設(shè)計軟件LightTools做仿真計算，第一LED光源、第二 LED光源及第三LED光源的輻射波長分別550nm、 430nm、 670nm。 接收面設(shè)置在出光面23上，追跡光線為100000條。當(dāng)各聚光反射 裝置的長軸與出光面所形成的角度都相等時，即al、 a2和a3相等， 將該夾角al、 a2及a3統(tǒng)一定義為a。當(dāng)夾角a分別為40°、 50°、60。、 70。時，計算出射光線角度為土90。和土45。時各自的出光效率。 結(jié)果如表1所示。
表l不同角度下混光器20的出光效率
夾角a 效率(土90。) 效率(±45。) 40°75% 50% 50。73.3% 43% 60°81.5% 37% 70 o71% 29%
經(jīng)優(yōu)化設(shè)計表明選用交角a為40°時，光斑能量集中在直徑為 8mm的區(qū)域內(nèi)，出射角為土90。時的出射光效率可以達(dá)到75%,出 射角為±45。時的出光效率最高，可以達(dá)到50%。由于DLP投影顯 示系統(tǒng)中的光學(xué)積分棒的幾何尺寸一般為5.4x4mm,工作角度為± 45。左右，所以夾角a為40。時，雖然在出射角為± 45。時，出射光的 效率較高，但是因光斑尺寸較大而不符合使用要求。
當(dāng)夾角a為60。時，主要能量集中在直徑為2.2mm的圓斑內(nèi)， 出射角為±90。時的出射光效率最高，可以達(dá)到81.5%,出射角為士 45。時的出光效率為37%。夾角a為60°時雖然光斑大小符合要求， 但是士45。時，混光器20的出射光的效率太低，也不符合使用要求。
為了解決前面兩種情況遇到的問題，根據(jù)夾角a為60°時總的 出光效率較高的特點(diǎn)，在7>共出光面23上加一半徑為4mm ,曲率 半經(jīng)為2的半球形場鏡24,用以減小出射光線的角度。計算表明光 斑大小為直徑為4mm,出射角為± 90。時的出射光效率可以達(dá)到 70%，出射角為士45。時的出射光效率也大大提高，可以達(dá)到61%。 所以無論光斑尺寸還是出光效率都滿足了光學(xué)積分棒的要求。
在公共出光面上設(shè)置了場鏡24后，減小了出射光束的孔徑角， 使光能分布更加集中，提高了光能的利用率。在減小了孔徑角的同 時，也使得從公共出光面23出射的光線混合更加均勻，相應(yīng)地提高 了 DLP投影顯示系統(tǒng)的顯示效果。
13通過上述的仿真計算可知，本實施例所得到的混光器20，可以
將LED光源發(fā)出的光能較高效率地會聚到光學(xué)積分棒中，從而提高 了 DLP投影顯示系統(tǒng)的顯示亮度和光能的利用率。此外，通過控制 混光器20中的各聚光反射裝置中LED光源的開啟與關(guān)閉，可對從 混光器20出光面出射的光實現(xiàn)時間分色。從而替代了 DLP投影顯 示系統(tǒng)中的RGB色輪旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)時間分色，故，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實施例所提供的混光器20具有以下優(yōu)點(diǎn) 其一，各聚光反射裝置都將光源發(fā)出的光會聚到各自的第一焦點(diǎn)O 上，并呈發(fā)射狀射出。由于在混光器20中各聚光反射裝置共第一焦 點(diǎn)O設(shè)置，且過公共的第一焦點(diǎn)O設(shè)置有一公共出光面23，因此 各聚光反射裝置發(fā)出的光就在公共出光面的第一焦點(diǎn)處混合。因此 上述的混光器產(chǎn)生的光能量高、色飽和度高且混合均勻。其二，本 實施例所提供的混光器20，配合適當(dāng)?shù)目刂破?，個別操控各聚光反 射裝置中的光源的開啟和關(guān)閉，可以實現(xiàn)顏色的任意調(diào)整，因此本 實施例所提供的混光器20不僅可以提供白光光源，也可以提供其他 顏色的光源。其三，在公共出光面23上設(shè)置一場鏡24。該場鏡24 可減小出射光線的孔徑角，使光線分布更加集中，從而提高了從混 光器20的公共出光面23出射的光線在液晶顯示領(lǐng)域和照明顯示系 統(tǒng)中的利用率。此外，上述場鏡24的設(shè)置，也使得從公共出光面 20出射的光線混合更加均勻，相應(yīng)地提高了液晶顯示領(lǐng)域和照明顯 示系統(tǒng)的顯示效果。故，在液晶顯示領(lǐng)域和照明顯示系統(tǒng)中使用上 述的混光器20，可以提高液晶顯示領(lǐng)域和照明顯示系統(tǒng)的顯示亮度 和光能的利用率。
可以理解，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明 的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思做出其他各種相應(yīng)的改變和變形，而所有這 些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種混光器，該混光器包括至少兩個聚光反射裝置和至少兩個光源，其特征在于，所述至少兩個聚光反射裝置分別具有第一焦點(diǎn)和第二焦點(diǎn)，所述至少兩個聚光反射裝置之間共第一焦點(diǎn)設(shè)置，所述至少兩個光源分別對應(yīng)設(shè)置于至少兩個聚光反射裝置的第二焦點(diǎn)上，上述混光器進(jìn)一步包括一公共出光面和一場鏡，該公共出光面經(jīng)過第一焦點(diǎn)，場鏡對應(yīng)設(shè)置于上述的公共出光面上。
2. 如權(quán)利要求1所述的混光器，其特征在于，所述場鏡為一半球形或一球缺形的透鏡，該場鏡具有一底面和一表面。
3. 如權(quán)利要求2所述的混光器，其特征在于，所述場鏡的底面半徑 r和表面的曲率半徑f滿足以下條件f/r^1。
4. 如權(quán)利要求2所述的混光器，其特征在于，所述場鏡的底面通過 光固化膠粘結(jié)于所述公共出光面上。
5. 如權(quán)利要求2所述的混光器，其特征在于，所述場鏡的底面與所 述公共出光面間隔設(shè)置。
6. 如權(quán)利要求2所述的混光器，其特征在于，所述場鏡與各聚光反 射裝置一體成型。
7. 如權(quán)利要求2所述的混光器，其特征在于，所述場鏡的材料為聚 曱基苯烯酸曱酯或玻璃。
8. 如權(quán)利要求1所述的混光器，其特征在于，所述聚光反射裝置為 一橢球?qū)嶓w，該聚光反射裝置具有一長軸，上述第一焦點(diǎn)和第二 焦點(diǎn)設(shè)置于該長軸上。
9. 如權(quán)利要求8所述的混光器，其特征在于，所述聚光反射裝置包 括一挖空結(jié)構(gòu)、 一與挖空結(jié)構(gòu)相對的出光面及連接挖空結(jié)構(gòu)和出 光面的外表面，上述挖空結(jié)構(gòu)設(shè)置于聚光反射裝置第二焦點(diǎn)的一 端，所述光源收容于上述挖空結(jié)構(gòu)內(nèi)。
10. 如權(quán)利要求9所述的混光器，其特征在于，所述公共出光面由至 少兩個聚光反射裝置的出光面組成。
11. 如權(quán)利要求10所述的混光器，其特征在于，所述混光器的公共 出光面為一平面或曲面。
12. 如權(quán)利要求11所述的混光器，其特征在于，所述公共出光面與 上述至少兩個聚光反射裝置的長軸之間的夾角的取值范圍為 40。扁700。
13. 如權(quán)利要求1所述的混光器，其特征在于，所述混光器的公共出 光面上設(shè)置有散射膜。
14. 如權(quán)利要求9所述的混光器，其特征在于，所述挖空結(jié)構(gòu)包括一 側(cè)面和一底面，光源設(shè)置于第二焦點(diǎn)上。
15. 如權(quán)利要求14所述的混光器，其特征在于，所述側(cè)面為一圓柱 面或圓錐面。
16. 如權(quán)利要求14所述的混光器，其特征在于，所述底面為一球面。
17. 如權(quán)利要求9所述的混光器，其特征在于，所述外表面上設(shè)置有 增反膜。
18. 如權(quán)利要求1所述的混光器，其特征在于，所述光源為單色LED 光源或復(fù)色LED光源。
19. 如權(quán)利要求1所述的混光器，其特征在于，所述聚光反射裝置的 材料為聚曱基苯烯酸甲酯或玻璃。
20. 如權(quán)利要求1所述的混光器，其特征在于，所述混光器包括第一 聚光反射裝置、第二聚光反射裝置及第三聚光反射裝置，上述三 個聚光反射裝置的長軸之間的夾角相等，上述三個聚光反射裝置 的長軸與公共出光面的夾角相等。
21. 如權(quán)利要求20所述的混光器，其特征在于，所述公共出光面為 平面，三個聚光反射裝置的長軸與公共出光面的夾角相等且為 60。。
22. 如權(quán)利要求21所述的混光器，其特征在于，所述混光器分別采 用紅、綠、藍(lán)三種單色LED作光源，且與混光器中的三個聚光反 射裝置相對應(yīng)設(shè)置。
全文摘要
一種混光器，包括至少兩個聚光反射裝置和至少兩個光源，其中，所述至少兩個聚光反射裝置分別具有第一焦點(diǎn)和第二焦點(diǎn)，所述至少兩個聚光反射裝置之間共第一焦點(diǎn)設(shè)置，所述至少兩個光源分別對應(yīng)設(shè)置于至少兩個聚光反射裝置的第二焦點(diǎn)上，上述混光器還進(jìn)一步包括一公共出光面和一場鏡，該公共出光面經(jīng)過第一焦點(diǎn)，該場鏡設(shè)置于上述的公共出光面上。
文檔編號G02B1/10GK101424789SQ20071012424
公開日2009年5月6日 申請日期2007年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者鶴 張, 鈞 朱, 金國藩 申請人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司