專利名稱：一種高亮度led照明勻光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于投影領(lǐng)域尤其是微投影領(lǐng)域，具體的說，涉及一種用于提高LED光源出射光均勻性及改變出射光斑形狀的照明勻光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
投影系統(tǒng)是將移動(dòng)圖像或者靜止圖片等信息投影到屏幕上，從而將特定的信息向人們進(jìn)行展示的技術(shù)。隨著信息社會(huì)的到來，投影顯示技術(shù)進(jìn)入了多樣性的時(shí)代，近年來， 微投影機(jī)由于其便攜靈巧的特點(diǎn)，在商務(wù)投影領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，獲得了長足的發(fā)展， 隨著微投影芯片的出現(xiàn)，手機(jī)投影技術(shù)也正在快速的崛起。目前，為了降低能耗、提高安全性，并適應(yīng)投影領(lǐng)域尤其是微投影領(lǐng)域小型化的發(fā)展趨勢(shì)，目前，LED光源，尤其是面發(fā)光的高亮度LED光源，正在逐步取代傳統(tǒng)鹵鎢燈、氙燈等高能耗、短壽命的光源，獲得了廣泛的應(yīng)用。高亮度LED光源具有啟動(dòng)時(shí)間短、亮度高、能耗低、體積小、壽命長、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，可以克服目前投影領(lǐng)域發(fā)展中面臨的許多瓶頸，但是作為面發(fā)光光源，與傳統(tǒng)光源的燈絲發(fā)光，氣體放電發(fā)光相比具有許多不同的特點(diǎn)，集中表現(xiàn)在能量收集效率不高、光均勻度差等方面。在傳統(tǒng)的液晶投影顯示系統(tǒng)中，柯勒照明是常采用的一種照明方式，它的工作原理如圖1所示。光源經(jīng)聚光鏡前組成像在照明系統(tǒng)的視場光闌上；聚光鏡前組經(jīng)聚光鏡后組成像于IXD板上，同時(shí)也把照明系統(tǒng)視場光闌成像在無限遠(yuǎn)處?？吕照彰髦星敖M聚光鏡稱為柯勒鏡，它得到了光源的均勻照明，經(jīng)過聚光鏡后組后成像在IXD板上，因此使IXD板得到均勻照明。雙排復(fù)眼透鏡照明結(jié)構(gòu)也是常用來為投影提供均勻照明的方式，如圖2所示，復(fù)眼照明系統(tǒng)通常含有兩排復(fù)眼透鏡，每排復(fù)眼透鏡由一系列小透鏡組成，光源發(fā)出的光，經(jīng)過雙排復(fù)眼透鏡和積分透鏡，在液晶板上形成均勻照明。單片式DLP投影顯示系統(tǒng)通常采用具有橢球形反光碗的光源和方棒照明系統(tǒng)，光源發(fā)出的光經(jīng)聚焦入射到方棒入射端，光線經(jīng)過在方棒內(nèi)的多次反射后，在方棒出射端形成均勻的矩形分布，進(jìn)而由照明透鏡組將方棒出射端成像在DMD表面，形成合適的照明區(qū)域。照明光經(jīng)DMD調(diào)制反射后，經(jīng)過投影物鏡成像在屏幕上。其原理如圖3所示。上述傳統(tǒng)的投影照明系統(tǒng)，均采用聚光透鏡組來進(jìn)行光耦合和均勻照明，這種方法采用了多個(gè)鏡片組成的透鏡組，大大增加了成本，而且體積比較大，很難符合儀器小型化的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高亮度LED照明勻光系統(tǒng)，該照明勻光系統(tǒng)不但能有效提高LED光源的光能量提取效率，而且能夠提高光照度均勻性，并使出射光斑符合投影領(lǐng)域?qū)獍咝螤畹囊?。為?shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案
一種高亮度LED照明勻光系統(tǒng)，其包括一高亮度LED模組，所述高亮度LED模組上設(shè)置有LED發(fā)光芯片，所述LED發(fā)光芯片的正前方設(shè)置由一勻光棒，所述勻光棒的正前方設(shè)置有一色輪，所述勻光棒包括一錐形結(jié)構(gòu)部，所述錐形結(jié)構(gòu)部的入射端的尺寸小于其出射端的尺寸，所述錐形結(jié)構(gòu)部的尺寸以接近光源尺寸為優(yōu)，出射端面為矩形結(jié)構(gòu)，所述矩形結(jié)構(gòu)的長寬比為4:3或16:9，浮動(dòng)范圍10%以內(nèi)。進(jìn)一步的，所述勻光棒還包括一矩形結(jié)構(gòu)部，所述矩形結(jié)構(gòu)部位于所述錐形結(jié)構(gòu)部的入射端或出射端，并一體連接。優(yōu)選的，所述勻光棒通過硅膠粘接在所述LED發(fā)光芯片2的表面。進(jìn)一步的，所述LED發(fā)光芯片的正前方設(shè)置由一保護(hù)窗片，所述勻光棒通過硅膠粘接在所述保護(hù)窗片上。優(yōu)選的，所述勻光棒通過一定位板固定在所述高亮度LED模組上。優(yōu)選的，所述勻光棒為實(shí)心結(jié)構(gòu)體，所述實(shí)心結(jié)構(gòu)體為可見光波段高透過率的玻璃，所述定位板與所述勻光棒接觸處設(shè)置有一層寬帶高反膜。優(yōu)選的，所述勻光棒為空心結(jié)構(gòu)體，所述空心結(jié)構(gòu)體的內(nèi)表面鍍有一層寬帶高反膜，所述定位板為矩形結(jié)構(gòu)，所述勻光棒位于所述定位板的矩形腔內(nèi)。本發(fā)明的工作原理如下
本發(fā)明的高亮度LED照明勻光系統(tǒng)包括高亮度LED模組，勻光棒及色輪，其中高亮度 LED模組上設(shè)置由貼片式LED發(fā)光芯片構(gòu)成的面發(fā)光光源，該面發(fā)光光源發(fā)出的光，主要集中在120°角范圍內(nèi)，同時(shí)在超過120°角范圍內(nèi)也都有能量分布，因此光照均勻度很差， 不能滿足投影照明的需求，但通過所述勻光棒的設(shè)置能夠有效提取高亮度LED光源的光能量，提高能量耦合效率，降低光損失。所述勻光棒，其入射口面積小于出射口面積，從LED發(fā)光面發(fā)出的光，經(jīng)過勻光棒后，光出射角度被壓縮，入射口與出射口面積比越小，角度壓縮作用越明顯，光束準(zhǔn)直性越好?？紤]角度耦合效率和面積耦合效率兩個(gè)因素，選擇合理的入射口和出射口面積比，可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的能量耦合效率。通過合理設(shè)計(jì)勻光棒出射端尺寸，形成勻光棒出射端矩形長寬比為接近或等于4:3或者16:9，因此該出射光斑還能夠滿足目前投影領(lǐng)域?qū)φ彰鞴獍叱叽绲囊?。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
本發(fā)明中陣列狀排列的貼片式LED發(fā)光芯片構(gòu)成的高亮度LED光源，發(fā)光均勻度不高， 但經(jīng)過所述勻光棒件，光線在勻光棒中多次反射，起到了混光的效果，出射光均勻度明顯提高，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)柯勒照明或復(fù)眼透鏡照明的勻光效果，同時(shí)體積與前兩者相比大大縮小。從本發(fā)明的照明勻光系統(tǒng)出射的光，可經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡、投影芯片、IlR棱鏡、投影鏡頭，最終將信息投影到屏幕上。該照明勻光系統(tǒng)不但可以大大提高LED光源的能量收集效率，提高出射光均勻度，而且可以根據(jù)投影照明的需要，改變出射光斑的形狀，縮小了耦合裝置的體積，適合于投影領(lǐng)域，尤其是微投影領(lǐng)域?qū)φ彰鞴庠戳炼群腕w積的要求。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。


此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中
圖1為傳統(tǒng)的柯勒照明方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為傳統(tǒng)的復(fù)眼透鏡照明方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為采用方棒的單片式投影顯示系統(tǒng)示意圖。圖4為本發(fā)明的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明的另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明的再一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明的又一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明的又一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)說明1、高亮度LED模組，2、LED發(fā)光芯片，3、錐形結(jié)構(gòu)部，4、矩形結(jié)構(gòu)部，5、定位板，6、寬帶高反膜，7、色輪。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。實(shí)施例1
如圖4所示，示出了一種高亮度LED照明勻光系統(tǒng)，其包括一高亮度LED模組1，所述高亮度LED模組1上設(shè)置有LED發(fā)光芯片2，所述LED發(fā)光芯片2的正前方設(shè)置由一勻光棒，所述勻光棒的正前方設(shè)置有一色輪7，所述勻光棒包括一錐形結(jié)構(gòu)部3，所述錐形結(jié)構(gòu)部3的入射端的尺寸小于其出射端的尺寸，所述錐形結(jié)構(gòu)部3的入射端面為矩形或者或其它形狀，其尺寸以接近光源尺寸為優(yōu)，出射端面為矩形結(jié)構(gòu)，所述矩形結(jié)構(gòu)的長寬比為4:3 或16:9，浮動(dòng)范圍10%以內(nèi)。所述勻光棒還包括一矩形結(jié)構(gòu)部4，所述矩形結(jié)構(gòu)部4位于所述錐形結(jié)構(gòu)部3的入射端或出射端，并一體連接。所述勻光棒通過一定位板5固定在所述高亮度LED模組1上。所述勻光棒為實(shí)心結(jié)構(gòu)體，所述實(shí)心結(jié)構(gòu)體為可見光波段高透過率的玻璃，所述定位板5與所述勻光棒接觸處設(shè)置有一層寬帶高反膜6。本實(shí)施例的工作原理如下
從高亮度LED模組1的LED發(fā)光芯片2中發(fā)出的光線，首先耦合到勻光棒的錐形結(jié)構(gòu)部3，錐形結(jié)構(gòu)部3的材料為可見光范圍內(nèi)高透過率的光學(xué)玻璃，其入射端面為矩形或者或其它形狀，其尺寸以接近光源尺寸為優(yōu)，該錐形結(jié)構(gòu)入射端尺寸小于出射端尺寸，錐形結(jié)構(gòu)部3通過對(duì)光線進(jìn)行多次全反射，對(duì)多個(gè)芯片發(fā)出來的光進(jìn)行了均勻混合，并且對(duì)光線角度有壓縮作用，經(jīng)過壓縮后的光線進(jìn)入勻光棒的矩形結(jié)構(gòu)部4，勻光棒的錐形結(jié)構(gòu)部3和矩形結(jié)構(gòu)部4采用相同的材料，矩形結(jié)構(gòu)部分4的主要作用是實(shí)現(xiàn)出射光斑長寬比為接近或等于4:3 (或16:9)，從而與后續(xù)系統(tǒng)中芯片尺寸相匹配，同時(shí)矩形結(jié)構(gòu)部4為勻光棒提供了一個(gè)方便的固定面，定位板5的內(nèi)表面在可見光波段鍍寬帶高反膜6，寬帶高反膜6的作用是防定位板5與勻光棒接觸的部分形成漏光，色輪7為投影系統(tǒng)中的分光器件，與勻光棒的出射面緊靠接觸，從色輪7發(fā)出的光，通過準(zhǔn)直透鏡、投影芯片、投影鏡頭等，最終實(shí)現(xiàn)投影顯不。實(shí)施例2
如圖5所示，示出了一種高亮度LED照明勻光系統(tǒng)，其中與實(shí)施例1的主要區(qū)別是勻光棒的矩形結(jié)構(gòu)部4在靠近LED發(fā)光芯片2的方向，這種結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1本質(zhì)上相同，能量耦合效率相當(dāng)，主要是勻光棒件的定位板5位置靠近高亮度LED模組1，改變了夾具的夾持方式。實(shí)施例3:
如圖6所示，示出了一種高亮度LED照明勻光系統(tǒng)，其中與實(shí)施例1的主要區(qū)別是勻光棒的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，其只有錐形結(jié)構(gòu)部3構(gòu)成，不包含矩形結(jié)構(gòu)部4。錐形結(jié)構(gòu)部3的入射端面為矩形或者或其它形狀，其尺寸以接近光源尺寸為優(yōu)，出射端面為矩形結(jié)構(gòu)，所述矩形結(jié)構(gòu)的長寬比為4:3或16:9(或近似的比例)。這種結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1本質(zhì)上相同，能量耦合效率相當(dāng)，主要是省略了勻光棒的矩形結(jié)構(gòu)部4，同時(shí)改變了夾具的夾持方式。實(shí)施例4
如圖7所示，示出了一種高亮度LED照明勻光系統(tǒng)，該結(jié)構(gòu)的勻光棒為空心結(jié)構(gòu)體，所述空心結(jié)構(gòu)體的內(nèi)表面鍍有一層寬帶高反膜6，所述定位板5為矩形結(jié)構(gòu)，所述勻光棒位于所述定位板5的矩形腔內(nèi)。光線從高亮度LED模組1的LED發(fā)光芯片2中出射后，耦合到勻光棒，光纖在勻光棒中是通過寬帶高反膜6的反射進(jìn)行傳輸?shù)?，而不是?shí)施例1與實(shí)施例2中光線在勻光棒中進(jìn)行全反射進(jìn)行傳輸?shù)?，該?shí)施例中的定位板5做成矩形結(jié)構(gòu)，采用特制的夾具進(jìn)行夾持，勻光棒入射端面與出射端面尺寸與實(shí)施例1相同，從勻光棒出射的光按照與實(shí)施例1與實(shí)施例2相同的方式進(jìn)行傳輸。實(shí)施例5
如圖8所示，示出了一種高亮度LED照明勻光系統(tǒng)，其中勻光棒為空心結(jié)構(gòu)體，與實(shí)施例4的主要區(qū)別是勻光棒的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，其只有錐形結(jié)構(gòu)部3構(gòu)成，不包含矩形結(jié)構(gòu)部 4。錐形結(jié)構(gòu)部3的入射端面為矩形或者或其它形狀，其尺寸以接近光源尺寸為優(yōu)，出射端面為矩形結(jié)構(gòu)，所述矩形結(jié)構(gòu)的長寬比為4:3或16:9(或近似的比例)。這種結(jié)構(gòu)與實(shí)施例 4本質(zhì)上相同，能量耦合效率相當(dāng)，主要是省略了勻光棒的矩形結(jié)構(gòu)部4，同時(shí)改變了夾具的夾持方式，夾具通過膠粘在高亮度LED模組上。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高亮度LED照明勻光系統(tǒng)，其特征在于包括一高亮度LED模組(1)，所述高亮度LED模組(1)上設(shè)置有LED發(fā)光芯片(2)，所述LED發(fā)光芯片(2)的正前方設(shè)置由一勻光棒，所述勻光棒的正前方設(shè)置有一色輪(7)，所述勻光棒包括一錐形結(jié)構(gòu)部(3)，所述錐形結(jié)構(gòu)部(3)的入射端的尺寸小于其出射端的尺寸，所述錐形結(jié)構(gòu)部(3)的出射端面為矩形結(jié)構(gòu)，所述矩形結(jié)構(gòu)的長寬比為4:3或16:9，浮動(dòng)范圍10%以內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高亮度LED照明勻光系統(tǒng)，其特征在于所述勻光棒還包括一矩形結(jié)構(gòu)部(4)，所述矩形結(jié)構(gòu)部(4)位于所述錐形結(jié)構(gòu)部(3)的入射端或出射端，并一體連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高亮度LED照明勻光系統(tǒng)，其特征在于所述勻光棒通過硅膠粘接在所述LED發(fā)光芯片(2)的表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高亮度LED照明勻光系統(tǒng)，其特征在于所述LED發(fā)光芯片 (2)的正前方設(shè)置由一保護(hù)窗片，所述勻光棒通過硅膠粘接在所述保護(hù)窗片上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高亮度LED照明勻光系統(tǒng)，其特征在于所述勻光棒通過一定位板(5 )固定在所述高亮度LED模組(1)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高亮度LED照明勻光系統(tǒng)，其特征在于所述勻光棒為實(shí)心結(jié)構(gòu)體，所述實(shí)心結(jié)構(gòu)體材料為可見光波段高透過率的玻璃，所述定位板(5)與所述勻光棒接觸處設(shè)置有一層寬帶高反膜(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高亮度LED照明勻光系統(tǒng)，其特征在于所述勻光棒為空心結(jié)構(gòu)體，所述空心結(jié)構(gòu)體的內(nèi)表面鍍有一層寬帶高反膜(6)，所述定位板(5)為矩形結(jié)構(gòu)，所述勻光棒位于所述定位板(5)的矩形腔內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高亮度LED照明勻光系統(tǒng)，其包括一高亮度LED模組，所述高亮度LED模組上設(shè)置有LED發(fā)光芯片，所述LED發(fā)光芯片的正前方設(shè)置有一勻光棒，所述勻光棒的正前方設(shè)置有一色輪，所述勻光棒包括一錐形結(jié)構(gòu)部，所述錐形結(jié)構(gòu)部的入射端的尺寸小于其出射端的尺寸，所述錐形結(jié)構(gòu)部的出射端面為矩形結(jié)構(gòu)，所述矩形結(jié)構(gòu)的長寬比為43或169，浮動(dòng)范圍10%以內(nèi)。本發(fā)明的照明勻光系統(tǒng)不但可以大大提高LED光源的能量收集效率，并提高出射光均勻度，而且可以根據(jù)投影照明的需要，改變出射光斑的形狀，縮小了耦合裝置的體積，適合于投影領(lǐng)域，尤其是微投影領(lǐng)域?qū)φ彰鞴庠戳炼群腕w積的要求。
文檔編號(hào)G02B27/09GK102402111SQ20111038728
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者朱劍鋒, 李蕊, 楊西斌, 熊大曦 申請(qǐng)人:蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所