專利名稱：包含2d發(fā)光二極管堆疊的發(fā)光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括多個光引擎和系統(tǒng)出射窗口的發(fā)光系統(tǒng)，每 個光引擎包括第一預(yù)定數(shù)量的發(fā)光二極管、第二預(yù)定數(shù)量的二向色分 光器和引擎輸出窗口。本發(fā)明還涉及一種燈和一種顯示設(shè)備。
技術(shù)背景高強(qiáng)度發(fā)光系統(tǒng)通常包括高壓放電光源以提供在這些高強(qiáng)度發(fā)光 系統(tǒng)中所需的高強(qiáng)度輸出。然而，高壓放電光源存在一些缺點(diǎn)。例如， 高壓放電光源的光強(qiáng)度或顏色相對難以影響。另一個缺點(diǎn)是，包含高 壓放電光源的發(fā)光系統(tǒng)通常易受光源故障的影響，這可能影響安全 性，特別是當(dāng)該發(fā)光系統(tǒng)用于例如交通指示燈的應(yīng)用中時。高亮度半導(dǎo)體發(fā)光器，例如發(fā)光二極管(還稱為LED)已經(jīng)成為 可以利用的，并且通常更多地應(yīng)用于高強(qiáng)度發(fā)光系統(tǒng)。似乎存在一個 趨勢是應(yīng)用LED陣列，它們一起形成該高強(qiáng)度光源。通常將LED的 不同顏色的輸出進(jìn)行混合，以便能夠由發(fā)光系統(tǒng)提供基本上白色的 光。在包含LED的發(fā)光系統(tǒng)中，LED的輸出通常受到LED的環(huán)境溫 度的影響因此LED的環(huán)境溫度通常是包含LED的發(fā)光系統(tǒng)中的關(guān) 鍵參數(shù)。從美國專利申請US 2004/0080938中獲知了 一種包含多個發(fā)光二 極管的發(fā)光系統(tǒng)的示例。在該專利申請中，劇場或工作室發(fā)光系統(tǒng)基 于二維陣列的光源立方體。每個光源立方體包括三個光源，優(yōu)選將這 三個光源直接施加于光源立方體的三個不同輸入表面。這三個光源優(yōu) 選地代表LED三元組，具有一個紅色、 一個綠色和一個藍(lán)色光源。光 源立方體是二向色棱鏡立方體(也稱為飛利浦棱鏡排列)，其包含兩 個二向色涂層。每個二向色涂層例如根據(jù)光的波長選擇性地反射或透 射光。通過在已知的光源立方體中選擇適當(dāng)?shù)亩蛏繉樱齻€光源 中每一個的光被疊加在光源立方體的單一光輸出表面上。在包含二維陣列的光源立方體的發(fā)光系統(tǒng)中，難以有效地冷卻施
加于該光源立方體不同輸入表面的LED。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是提供一種包括(提供)二維陣列的光源輸出 的發(fā)光系統(tǒng)，其中每個光源組合了多個發(fā)光二極管的輸出，并且其中 能夠相對容易地冷卻發(fā)光二極管。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該目的是通過包含多個光引擎和系統(tǒng)出 射窗口的發(fā)光系統(tǒng)來實現(xiàn)的，每個光引擎包括第一預(yù)定數(shù)量的發(fā)光二 極管，其發(fā)射與相同光引擎中任一其他發(fā)光二極管的原色不同的原色 光，每個發(fā)光二極管配備有具有縱軸的準(zhǔn)直器，每個光引擎還包括第 二預(yù)定數(shù)量的二向色分光器，和引擎輸出窗口，其中由每個發(fā)光二極 管發(fā)射的光通過至少一個二向色分光器被疊加在引擎輸出窗口上，該 發(fā)光系統(tǒng)還包括多個光導(dǎo)，以用于將由光引擎發(fā)射的光導(dǎo)向系統(tǒng)出射 窗口，每個光導(dǎo)具有光導(dǎo)輸出窗口，該系統(tǒng)出射窗口由光導(dǎo)輸出窗口 的陣列構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的手段的效果在于，多個光導(dǎo)使得光引擎能夠遠(yuǎn)離系 統(tǒng)出射窗口放置。光導(dǎo)的光導(dǎo)輸出窗口的陣列能夠緊密堆疊在系統(tǒng)出 射窗口中，而對光引擎的冷卻沒有影響。將光引擎遠(yuǎn)離地放置，并且 能夠設(shè)置光引擎使得能夠有效地冷卻LED。光引擎包括二向色分光器。通常，二向色分光器將光束的光分成 包含不同原色的不同光束。在根據(jù)本發(fā)明的光引擎中，將分光器用于 組合不同原色的光，并將不同原色的光疊加于引擎輸出窗口上。在該系統(tǒng)的實施例中，每個光引擎中的發(fā)光二極管沿著基本上垂 直于縱軸的直線排列。該實施例的好處在于進(jìn)一步促進(jìn)LED的冷卻， 這是因為例如可以將沿該直線的氣流用于冷卻光引擎中的所有LED。在該系統(tǒng)的實施例中，每個光引擎中的發(fā)光二極管設(shè)置在單一基 板上。該實施例的好處在于能夠?qū)蝹€的吸熱器應(yīng)用于基板，因而進(jìn) 一步簡化了光引擎中LED的冷卻。在該系統(tǒng)的實施例中，每個光引擎的基板平行排列。該實施例的 好處在于可以將每個光引擎中的LED的冷卻集中在發(fā)光系統(tǒng)內(nèi)的一個 位置處，例如，在發(fā)光系統(tǒng)的蓋子的一側(cè)處。例如，光引擎的這一設(shè) 置能夠?qū)崿F(xiàn)這樣一種蓋子設(shè)計，使得將改善的冷卻特性賦予發(fā)光系統(tǒng) 的蓋子的該部分。在該系統(tǒng)的實施例中，將光導(dǎo)輸出窗口設(shè)置在陣列內(nèi)，以形成基 本上覆蓋系統(tǒng)出射窗口的表面。該設(shè)置的好處在于可將光導(dǎo)輸出窗口 彼此臨近地放置，并因此基本上完全地填充該系統(tǒng)出射窗口。在已知的發(fā)光系統(tǒng)中，使用包含三個LED的光源立方體。該三個LED設(shè)置 在每個光源立方體的三個輸入表面處。當(dāng)形成了二維陣列的光源立方 體時， 一部分LED設(shè)置在兩個光源立方體之間，這樣就防止了這些光 源立方體彼此臨近地放置在二維陣列中?，F(xiàn)有照明系統(tǒng)的輸出窗口是 由光源立方體的光輸出表面的陣列形成的，其不能完全地被光源立方 體的光輸出表面所填充。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)包括光導(dǎo)，其將來自每個光引擎的光導(dǎo)向 光導(dǎo)輸出窗口。通過使用具有光導(dǎo)輸出窗口的光導(dǎo)，LED被遠(yuǎn)離地放 置，從而不影響光導(dǎo)輸出窗口在該陣列內(nèi)的排列。將光導(dǎo)輸出窗口臨 近地放置在該陣列內(nèi)，并因此可以基本上完全地填充該系統(tǒng)出口窗 口 。在該系統(tǒng)的實施例中，每個準(zhǔn)直器將發(fā)光二極管發(fā)射的光的角分 布減少到相對于準(zhǔn)直器的縱軸在20度以內(nèi)。該實施例的好處在于準(zhǔn)直 器能夠?qū)崿F(xiàn)LED的有效使用，其利用二向色分光器具有了相對寬角分 布的發(fā)射特性。該二向色分光器例如根據(jù)光的波長并且還例如根據(jù)光 與二向色層之間的入射角來選擇性地反射或透射光。典型地，設(shè)計該 二向色分光器以獲得最佳的入射角，在該角度下二向色分光器以相對 高的效率選擇性地反射或透射光。對于遠(yuǎn)離該最佳入射角的入射角，二向色分光器的效率通常降低。當(dāng)使用所要求保護(hù)的準(zhǔn)直器時，將發(fā) 射光的角分布減小到距最佳角在20度以內(nèi)，并且優(yōu)選減小到15度以內(nèi)，從而使得光引擎中使用的二向色分光器具有相對高的整體效率。在該系統(tǒng)的實施例中，每個光導(dǎo)包括剛性光導(dǎo)，以用于基本上保 持來自準(zhǔn)直器的光的角分布。當(dāng)采用柔性光導(dǎo)時，所引導(dǎo)的光的角分 布在將來自光引擎的光導(dǎo)向系統(tǒng)出射窗口的同時通常被拓寬。對于絕 大多數(shù)照明應(yīng)用，諸如聚光燈而言，窄的角分布是優(yōu)選的。使用準(zhǔn)直 器將所發(fā)射的光的角分布縮窄到例如15度以內(nèi)。使用剛性光導(dǎo)基本上 保持了該角分布，從而提供了一種具有與每一個準(zhǔn)直器所提供的基本 相同的總的角分布的發(fā)光系統(tǒng)。
在該系統(tǒng)的實施例中，該系統(tǒng)包括至少兩個二向色分光器，其中 將兩個二向色分光器組合為單一的分光立方體。該實施例的好處在于 能實現(xiàn)二向色分光器的緊湊排列，并因此實現(xiàn)發(fā)光系統(tǒng)的緊湊設(shè)計。在該系統(tǒng)的實施例中，每個光引擎包含三個發(fā)光二極管。使用三個LED的好處在于基本能夠產(chǎn)生每一種顏色，包括白色。本發(fā)明的這些和其他方面將通過參考下面描述的實施例而顯而易 見，并進(jìn)行闡述。
在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)的兩個實施例，其中第一光導(dǎo) 將第一光引擎的輸出引導(dǎo)至發(fā)光系統(tǒng)的系統(tǒng)出射窗口，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)的實施例，其中第二光導(dǎo)將第 二光引擎的輸出引導(dǎo)至發(fā)光系統(tǒng)的系統(tǒng)出射窗口，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)的實施例，其中第三光導(dǎo)將第三光引擎的輸出引導(dǎo)至發(fā)光系統(tǒng)的系統(tǒng)出射窗口，以及 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的燈和顯示設(shè)備。這些附圖僅僅是圖示性的，并且未按比例繪制。尤其為了清楚起 見，將一些尺寸嚴(yán)重夸大。附圖中的類似元件盡可能地通過相同的附 圖才示i己表示。
具體實施方式
在附圖中，將可以設(shè)置在陣列內(nèi)的項通過下標(biāo)i和j來表示。下標(biāo) i表示陣列內(nèi)的行，下標(biāo)j表示陣列內(nèi)的列。包括下標(biāo)i或j的標(biāo)記用 于它們所指代的項的一般性描述，并且其中下標(biāo)i或j由數(shù)字代替的標(biāo) 記用于指代陣列內(nèi)的特定項。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)LS1(見圖lc)、 LS2(間圖ld) 的兩個實施例，其中第一光導(dǎo)LGai，j將第一光引擎LEai，j的輸出引導(dǎo)至 光導(dǎo)系統(tǒng)LS1、 LS2的系統(tǒng)出射窗口 OS (見圖lc、 ld和le)。圖la 示出了包括三個發(fā)光二極管R、 G、 B作為光源的第一光引擎LEaj，j的 側(cè)視圖。在工作中，第一光引擎LEai,j中的LEDR、 G、 B分別提供與 任一其他LED R、 G、 B的原色不同的原色光。在該實施例中， 一個 LEDR發(fā)射紅光(也表示為紅色LEDR)， 一個LEDG發(fā)射綠光(也 表示為綠色LEDG)， 一個LEDB發(fā)射藍(lán)光(也表示為藍(lán)色LEDB)。 當(dāng)然還可以使用其他的原色組合。每個LEDR、 G、 B配備有具有縱軸 Ca的準(zhǔn)直器Co。準(zhǔn)直器Co將LEDR、 G、 B發(fā)射的光的角分布減小 到例如相對于準(zhǔn)直器Co的縱軸Ca在20度以內(nèi)，并且優(yōu)選在15度以 內(nèi)。第一光引擎LEai,j還包括兩個二向色分光器Dl、 D2，第一反射鏡 Ml和引擎輸出窗口 OEa。第一二向色分光器Dl反射由紅色LED R 發(fā)射的光并透射由綠色LED G發(fā)射的光。第二二向色分光器D2反射 由藍(lán)色LED B發(fā)射的光并透射由綠色LED G和紅色LED R發(fā)射的 光。圖la還示出了具有光導(dǎo)輸出窗口 OGai，j的第一光導(dǎo)LGa小第一 光導(dǎo)LGai，j將第一光引擎LEa、j的光輸出引導(dǎo)至光導(dǎo)輸出窗口 OGag。在圖la中，由綠色LED G發(fā)射的光的主光路以實線表示。所發(fā) 射的綠光穿過將該綠光的角分布縮窄的準(zhǔn)直器Co。接著，綠光在反射 鏡M1處朝向引擎輸出窗口 OEa反射，穿過第一二向色分光器Dl和 第二二向色分光器D2。由紅色LED R發(fā)射的光的主光路以點(diǎn)劃線表 示。所發(fā)射的紅光穿過將該紅光的角分布縮窄的準(zhǔn)直器Co。接著，紅 光在二向色分光器Dl處朝向引擎輸出窗口 OEa反射，穿過第二二向 色分光器D2。由藍(lán)色LEDB發(fā)射的光的主光路以虛線表示。所發(fā)射的 藍(lán)光穿過將該藍(lán)光的角分布縮窄的準(zhǔn)直器Co。接著，藍(lán)光在二向色分 光器D2處朝向引擎輸出窗口 OEa反射。第一反射鏡Ml和兩個二向 色分光器D1、 D2的設(shè)置能夠使由三個LEDR、 G、 B中的每一個發(fā)射 的光被疊加在第一光引擎LEai，j的光輸出表面OEa上，從而產(chǎn)生了作 為綠光、紅光和藍(lán)光混合的光輸出S。該光輸出S由第一光導(dǎo)LGai，j 引導(dǎo)至光導(dǎo)輸出窗口 OGai,j。第一光導(dǎo)LGai，j的尺寸da可以進(jìn)行調(diào)整 而不偏離本發(fā)明的范圍。圖lb示出了第一光引擎LEai，j的側(cè)視圖，其中將準(zhǔn)直器延伸部分 Ce添加到每個準(zhǔn)直器Co的出口處。該準(zhǔn)直器延伸部分能夠?qū)崿F(xiàn)LED 和反射鏡M1或二向色分光器D1、 D2之間距離的延伸。圖lc示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)LSl的側(cè)視圖，其中第一光引 擎LEaw、 LEa2)1、 LEa3)1的陣列為第 一光導(dǎo)LGaw、 LGa2>1、 LGaw 的陣列提供光。光導(dǎo)LGa1;1、 LGa2，i、 LGaw將第一光引擎LEaw、 LEaw、 LEaw中每一個的輸出引導(dǎo)至光導(dǎo)輸出窗口 OGai>1、 OGa^、OGaw。光導(dǎo)LGaw、 LGa^、 LGa^的尺寸da有助于笫一光引擎 LEa14、 LEa2>1、 LEa^的排列，使得LED R、 G、 B可以-故有效地冷 卻，同時允許光導(dǎo)輸出窗口 OGaw、 OGa^、 OGa^相鄰地排列在發(fā) 光系統(tǒng)出射窗口 OS處。在如圖lc所示的發(fā)光系統(tǒng)LSl的實施例中， 每個笫一光引擎LEaw、 LEa2>1、 LEa3)1中的LED設(shè)置在基板Sul上。 基板Sul還包括吸熱器Hsl。光導(dǎo)輸出窗口 OGaw、 OGa^、 OGa^ 的陣列形成了該發(fā)光系統(tǒng)的系統(tǒng)出射窗口 OS。例如在圖le中示出了 發(fā)光系統(tǒng)LS1的前視圖。從圖lc和圖le中清楚地看出，每個第一光 引擎LEaw、 LEa^、 LEa^包括基板Sul，并且發(fā)光系統(tǒng)的系統(tǒng)出射 窗口 OS由光導(dǎo)輸出窗口 OGaw……OGa3,4的二維陣列構(gòu)成。圖ld示出了根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)光系統(tǒng)LS2的側(cè)視圖，其中第一 光引擎LEaw、 LEaM、 LEa^的陣列為第一光導(dǎo)LGa^、 LGa2)1、 LGa^ 的陣列提供光。同樣的，光導(dǎo)LGaw、 LGa2)1、 LGa^的尺寸da能夠?qū)?現(xiàn)第一光引擎LEaw、 LEa2>1、 LEaw的排列，使得LED R、 G、 B可 以被有效地冷卻，同時允許光導(dǎo)輸出窗口 OGaw、 OGaw、 OGa^相 鄰地排列在發(fā)光系統(tǒng)出射窗口 OS處。在如圖ld所示的發(fā)光系統(tǒng)LS2 的實施例中，設(shè)置在發(fā)光系統(tǒng)LS2的單一列中的第一光引擎LEaw、 LEaw、 LEa3>1的所有LED設(shè)置在單一的基板Su2上。這是通過在適 當(dāng)?shù)臏?zhǔn)直器Co處使用準(zhǔn)直器延伸部分Ce來實現(xiàn)的。該基板Su2還包 括吸熱器Hs2。同樣在該發(fā)光系統(tǒng)LS2中，光導(dǎo)輸出窗口 OGaw、 OGa^、 OGa^的陣列形成了發(fā)光系統(tǒng)LS2的系統(tǒng)出射窗口 OS。例如 在圖le中示出了發(fā)光系統(tǒng)LS2的前視圖。從圖ld和圖le中清楚地看 出，每列第一光引擎LEaw、 LEa2>1、 LEa^包括基板Su2，并且發(fā)光 系統(tǒng)LS2的系統(tǒng)出射窗口 OS由光導(dǎo)輸出窗口 OGa1;1……OGa3,4的二 維陣列構(gòu)成。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)LS3的實施例，其中第二光導(dǎo) LGbi，j將第二光引擎LEbi，j的輸出導(dǎo)向發(fā)光系統(tǒng)LS3的系統(tǒng)出射窗口 OS。圖2a示出了包含三個發(fā)光二極管R、 G、 B的第二光引擎LEbi,j 的側(cè)視圖，每個發(fā)光二極管提供與任一其他LEDR、 G、 B的原色不同 的原色光。每個LEDR、 G、 B配備有減小由該LEDR、 G、 B發(fā)射的 光的角分布的準(zhǔn)直器Co，其類似于圖la中所示的排列。第二光引擎 LEbj，i還包括兩個二向色分光器D2、 D3，它們設(shè)置在二向色棱鏡立方 體中，以及第一反射鏡M1，第二反射鏡M2和系統(tǒng)輸出窗口 OEb。 二 向色分光器D2反射由藍(lán)色LED B發(fā)射的光并透射由綠色LED G和紅 色LED R發(fā)射的光。第二二向色分光器D3反射由綠色LED G發(fā)射的 光并透射由藍(lán)色LED B和紅色LED R發(fā)射的光。圖2a還示出了包含 光導(dǎo)輸出窗口 OGbi，j的第二光導(dǎo)LGbi,j。第二光導(dǎo)LGbi，j將第二光引擎 LEbi，j的輸出引導(dǎo)至光導(dǎo)輸出窗口 OGbi,j。在圖2a中，由綠色LED G發(fā)射的光的主光路以實線表示。所發(fā) 射的綠光穿過準(zhǔn)直器Co朝向第二反射鏡M2，該第二反射鏡M2將綠 光朝向二向色分光器D3反射。二向色分光器D3將綠光朝向引擎輸出 窗口OEb反射，其穿過二向色分光器D2。由紅色LEDR發(fā)射的光的 主光路以點(diǎn)劃線表示。所發(fā)射的紅光穿過準(zhǔn)直器Co，并由二向色分光 器D2和二向色分光器D3朝向引擎輸出窗口 OEb透射。由藍(lán)色LEDB 發(fā)射的光的主光路以虛線表示。所發(fā)射的藍(lán)光穿過準(zhǔn)直器Co朝向第一 反射鏡M1，該第一反射鏡M1將藍(lán)光朝向二向色分光器D2反射。二 向色分光器D2將藍(lán)光朝向引擎輸出窗口 OEb反射，其穿過二向色分 光器D3。第一反射鏡M1、第二反射鏡M2和兩個二向色分光器D2、 D3的設(shè)置能夠使由三個LED R、 G、 B中的每一個發(fā)射的光疊加在第 二光引擎LEbi,j的光輸出表面OEb上，從而產(chǎn)生了作為綠光、紅光和 藍(lán)光混合的光輸出S。該光輸出S由第二光導(dǎo)LGbi，j引導(dǎo)至光導(dǎo)輸出窗 口 OGbi，j。第二光導(dǎo)LGbi,j的尺寸dbl、 db2可以進(jìn)行調(diào)整而不偏離本發(fā) 明的范圍。圖2b示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)LS3的側(cè)視圖，其中第二光引 擎LEbw、 LEbw、 LEbw的陣列為第二光導(dǎo)LGb^、 LGbw、 LGby 的陣列提供光。光導(dǎo)LGbw、 LGbw、 LGbw將第二光引擎LEbw、 LEby、 LEbw中每一個的輸出引導(dǎo)至光導(dǎo)輸出窗口 OGbw、 OGb2，b OGbw。光導(dǎo)LGbw、 LGb2)1、 LGb3>1的尺寸dbl、 db2能夠?qū)崿F(xiàn)第二光 引擎LEbw、 LEbw、 LEbw的排列，使得LED R、 G、 B可以被有效 地冷卻，同時允許光導(dǎo)輸出窗口 OGbw、 OGb2>1、 OGb^相鄰地排列 在發(fā)光系統(tǒng)出射窗口 OS處。在如圖2b所示的實施例中，第二光引擎 LEbw、 LEbw、 LEb3,i的所有LED設(shè)置在單一基板Su3上。該基板 Su3還包括吸熱器Hs3。光導(dǎo)輸出窗口 OGbw、 OGbw、 OGb^的陣列 形成了發(fā)光系統(tǒng)的系統(tǒng)出射窗口 OS。例如在圖2c中示出了發(fā)光系統(tǒng) LS3的前視圖。從圖2b和圖2c中清楚地看出，在圖2示出的實施例中， 每個第二光引擎LEbw、 LEb2，b LEbw的LED可以設(shè)置在相同的基板 Su3上，并且發(fā)光系統(tǒng)LS3的系統(tǒng)出射窗口 OS由光導(dǎo)輸出窗口 OGbw……OGb3，4的二維陣列構(gòu)成。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)LS4的實施例，其中第三光導(dǎo) LGq，j將第三光引擎LEci,j的輸出引導(dǎo)至光導(dǎo)系統(tǒng)LS4的系統(tǒng)出射窗口 OS。圖3a示出了包含三個發(fā)光二極管R、 G、 B的第三光引擎LEq，j 的側(cè)視圖，每個發(fā)光二極管提供與任一其他LEDR、 G、 B的原色不同 的原色光。每個LEDR、 G、 B配備有減小由LEDR、 G、 B發(fā)射的光 的角分布的準(zhǔn)直器Co，其與圖la和2a中示出的排列相同。第三光引 擎LEci，j還包括兩個二向色分光器Dl、 D4，笫一反射鏡M1和引擎輸 出窗口 OEc。 二向色分光器D1反射由紅色LED R發(fā)射的光并透射由 綠色LEDG發(fā)射的光。第二二向色分光器D4反射由綠色LEDG和紅 色LED R發(fā)射的光并透射由藍(lán)色LED B發(fā)射的光。圖3a還示出了包 括光導(dǎo)輸出窗口 OGci，j的第三光導(dǎo)LGci，j。第三光導(dǎo)LGci，j將一維排列 的光引擎LEci，j (見圖3c)的輸出引導(dǎo)至光導(dǎo)輸出窗口 OGci,j。
在圖3a中，由綠色LED G發(fā)射的光的主光路以實線表示。所發(fā) 射的綠光穿過準(zhǔn)直器Co朝向第一反射鏡Ml，該第一反射鏡M1將綠 光朝向二向色分光器D4反射，其穿過二向色分光器D1。 二向色分光 器D4將綠光朝向第三光引擎LECi，j的引擎輸出窗口 OEc反射。由紅色 LEDR發(fā)射的光的主光路以點(diǎn)劃線表示。所發(fā)射的紅光穿過準(zhǔn)直器Co 朝向二向色分光器D1，其將紅光朝向二向色分光器D4反射。二向色 分光器D4將紅光朝向引擎輸出窗口 OEc反射。由藍(lán)色LEDB發(fā)射的 光的主光路以虛線表示。所發(fā)射的藍(lán)光穿過準(zhǔn)直器Co并由二向色分光 器D4朝向引擎輸出窗口 OEc透射。第一反射鏡M1和兩個二向色分 光器D1、 D4的設(shè)置能夠使由三個LEDR、 G、 B中的每一個發(fā)射的光 疊加在第三光引擎LEci，j的光輸出表面OEc上，從而產(chǎn)生了作為綠光、 紅光和藍(lán)光混合的光輸出S。該光輸出S由第三光導(dǎo)LGci,j引導(dǎo)至光導(dǎo) 輸出窗口 OGci，j。
圖3b示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)LS4的實施例的側(cè)視圖，其中 第三光引擎LEcw、 LEc2)1、 LEcw的陣列為第三光導(dǎo)LGcw、 LGc^、 LGcw的陣列提供光。在所示出的實施例中，每個光導(dǎo)LGcw、 LGc2，b
LGcw將一維排列的第三光引擎LEcw、 LEc21、 LEcw (在圖3c中僅 示出LEd,j)的輸出引導(dǎo)至光導(dǎo)輸出窗口 OGcw、 OGc2j、 OGcw。光 導(dǎo)LGcw、 LGc2)1、 LGcw的尺寸del、 dc2能夠?qū)崿F(xiàn)一維排列的第三光 引擎LEd，j、 LEc2,j、 LEc3，j的排列，使得LED R、 G、 C可以被有效地 冷卻，同時允許光導(dǎo)輸出窗口 OGcw、 OGc2>1、 OGcw相鄰地排列在發(fā) 光系統(tǒng)LS4的系統(tǒng)出射窗口 OS處。在如圖3b所示的實施例中， 一維 排列的第三光引擎LEd,j、 LEc2，j、 LEc3，j的LED設(shè)置在單一基板Su4 上。該基板Su4還包括吸熱器Hs4。光導(dǎo)輸出窗口 OGcw、 OGcw、 OGcw的陣列形成了發(fā)光系統(tǒng)LS4的系統(tǒng)出射窗口 OS。例如在圖3c 中示出了發(fā)光系統(tǒng)LS3的前視圖。
圖3c示出了圖3b中所示的發(fā)光系統(tǒng)LS4的實施例的前視圖。 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的燈L和顯示設(shè)備DD。圖4a示出了包括 蓋子Lc、冷卻部分C、鉸鏈H和出射窗口 OL的燈L。該燈L的出射 窗口 OL包括根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)LS1、 LS2、 LS3、 LS4的系統(tǒng)出 射窗口OS。在前面的圖中示出的發(fā)光系統(tǒng)的吸熱器HS1、 HS2、 HS3、 HS4集中在蓋子Lc的冷卻部分C處。典型地，將冷卻部分C設(shè)計為 使得將改善的冷卻特性賦予蓋子Lc的該部分。
圖4b示出了包括顯示器Di和根據(jù)本發(fā)明的用于照射顯示器Di的 發(fā)光系統(tǒng)LS1、 LS2、 LS3、 LS4的顯示設(shè)備DD。顯示設(shè)備DD的顯示 器Di例如可以是液晶面板，或者例如是用在布告板中的部分透明的畫 面。
第一光導(dǎo)LGai，j、第二光導(dǎo)LGbi，j和第三光導(dǎo)LGci，j是根據(jù)本發(fā)明 的發(fā)光系統(tǒng)LS1、 LS2、 LS3、 LS4的中使用的光導(dǎo)的實施例。光導(dǎo) LGai，j、 LGbi,j、 LGc"j能夠?qū)崿F(xiàn)光引擎LEaw、 LEbi，j、 LEci,j在發(fā)光系 統(tǒng)LS1、 LS2、 LS3、 LS4中的排列,使得光引擎LEaj,j、 LEb;,j、 LEq,j 內(nèi)部的LEDR、 G、 B可以遠(yuǎn)離系統(tǒng)出射窗口 OS放置，從而能夠^f吏得 LED被有效地冷卻，同時允許光導(dǎo)輸出窗口 OGai，j、 OGbjj、 OGci，j相 鄰地"^列在發(fā)光系統(tǒng)LS1、 LS2、 LS3、 LS4的系統(tǒng)出射窗口 OS處。 光導(dǎo)LGai，j、 LGbi，j、 LGCi,j例如包括介電材料，其中通過全內(nèi)反射限制 光引擎LEai，j、 LEbi，j、 LEci,j的光輸出S。該介電材料可以是柔性的或 剛性的。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計光引擎LEai，j、 LEbi，j、 LEci,j和光導(dǎo)
LGai,j、 LGbi，j、 LGcg的不同組合，而不偏離本發(fā)明的范圍。
LED可以是不同原色的光源，諸如公知的紅色(R)、綠色(G) 或藍(lán)色(B)發(fā)光體。此外，發(fā)光體可以例如具有棕黃色、品紅色或青 色作為原色。這些原色可以由發(fā)光二極管芯片直接產(chǎn)生，或者可以由 磷光體在受到來自發(fā)光二極管芯片的光照射時產(chǎn)生。
應(yīng)當(dāng)注意的是，上述實施例描述而非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人 員能夠設(shè)計多種替換的實施例而不偏離所附權(quán)利要求的范圍。
在權(quán)利要求中，括號內(nèi)的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制權(quán)利 要求。動詞"包括"及其變化的使用不排除存在有權(quán)利要求所述之外 的元素或步驟。元素之前的冠詞"一，，或"一個，，不排除存在有多個 這種原色。在列舉若干裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置中的若干可 以由一個且相同的硬件項來實現(xiàn)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中描述 某些手段這一事實，并不是指這些手段的組合不能被用于實現(xiàn)有利的 方案。
權(quán)利要求
1.發(fā)光系統(tǒng)(LS1、LS2、LS3、LS4)，其包括多個光引擎(LEai，j、LEbi，j、LEci，j)和系統(tǒng)出射窗口(OS)，每個光引擎(LEai，j、LEbi，j、LEci，j)包括第一預(yù)定數(shù)量(N)的發(fā)光二極管(R、G、B)，其發(fā)射與相同光引擎(LEai，j、LEbi，j、LEci，j)中任一其他發(fā)光二極管(R、G、B)的原色不同的原色光，每個發(fā)光二極管(R、G、B)配備有具有縱軸(Ca)的準(zhǔn)直器(Co)，每個光引擎(LEai，j、LEbi，j、LEci，j)還包括第二預(yù)定數(shù)量(M)的二向色分光器(D1、D2；D2、D3；D1、D4)，和引擎輸出窗口(OEa、OEb、OEc)，其中由每個發(fā)光二極管(R、G、B)發(fā)射的光通過至少其中一個二向色分光器(D1、D2；D2、D3；D1、D4)疊加在引擎輸出窗口(OEa、OEb、OEc)上，該發(fā)光系統(tǒng)(LS1、LS2、LS3、LS4)還包括多個光導(dǎo)(LGai，j、LGbi，j、LGci，j)，以用于將由光引擎(LEai，j、LEbi，j、LEci，j)發(fā)射的光導(dǎo)向系統(tǒng)出射窗口(OS)，每個光導(dǎo)(LGai，j、LGbi，j、LGci，j)具有光導(dǎo)輸出窗口(OGai，j、OGbi，j、OGci，j)，該系統(tǒng)出射窗口(OS)由光導(dǎo)輸出窗口(OGai，j、OGbi，j、OGci，j)的陣列構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光系統(tǒng)(LS1、 LS2、 LS3、 LS4)， 其中每個光引擎(LEai,j、 LEbi，j、 LEci，j)中的發(fā)光二極管(R、 G、 B) 沿著基本上垂直于縱軸(Ca)的直線排列。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光系統(tǒng)(LS1、 LS2、 LS3、 LS4)， 其中每個光引擎(LEai，j、 LEbi，j、 LEci，j)中的發(fā)光二極管(R、 G、 B) 設(shè)置在單一基板(Sul)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光系統(tǒng)(LS1、 LS2、 LS3、 LS4)， 其中每個光引擎(LEai，j、 LEbi，j、 LEci，j)的基板(Sul、 Su2 )平行設(shè) 置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光系統(tǒng)(LS1、 LS2、 LS3、 LS4), 其中所有光引擎(LEai,j、 LEbi，j、 LEci，j)的發(fā)光二極管(R、 G、 B) 設(shè)置在單一基板(Su3)上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光系統(tǒng)(LS1、 LS2、 LS3、 LS4 )，其中光導(dǎo)輸出窗口 (OGai，j、 OGbi,j、 OGci，j)設(shè)置在陣列內(nèi)以形成基本 上覆蓋該系統(tǒng)出射窗口 (OS)的表面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光系統(tǒng)(LS1、 LS2、 LS3、 LS4 )， 其中光導(dǎo)(LGai,j、 LGbi,j、 LGci，j)將由多個光引擎(LEa^ LEbi，j、 LEci,j)發(fā)射的光導(dǎo)向系統(tǒng)出射窗口 (OS)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光系統(tǒng)(LS1、 LS2、 LS3、 LS4 )， 其中每個準(zhǔn)直器(Co)將由發(fā)光二極管(R、 G、 B)發(fā)射的光的角分 布減少到相對于準(zhǔn)直器(Co)的縱軸(Ca)在20度以內(nèi)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光系統(tǒng)(LS1、 LS2、 LS3、 LS4)， 其中每個光導(dǎo)(LGai，j、 LGbi，j、 LGci，j)包括剛性光導(dǎo)(LGai,j、 LGbg、 LGci，j)，以用于基本上保持來自準(zhǔn)直器(Co)的光的角分布。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光系統(tǒng)(LS1、 LS2、 LS3、 LS4 )， 包括至少兩個二向色分光器(Dl、 D2; D2、 D3; Dl、 D4),其中將 兩個二向色分光器(D2、 D3)組合為單一分光器立方體(Cu)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光系統(tǒng)(LS1、 LS2、 LS3、 LS4 )， 其中每個光引擎(LEai，j、 LEbi,j、 LEci，j)包括三個發(fā)光二極管(R、 G、 B)。
12. —種燈(L)，包括如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光系統(tǒng)(LS1、 LS2、 LS3、 LS4)。
13. —種顯示設(shè)備，包括如權(quán)利要求l所述的發(fā)光系統(tǒng)(LS1、LS2、 LS3、 LS4)作為背光照射系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光系統(tǒng)(LSI)，其包括多個光引擎(LEa<sub>1，1</sub>、LEa<sub>2，1</sub>、LEa<sub>3，1</sub>)和系統(tǒng)出射窗口(OS)。每個光引擎包括第一預(yù)定數(shù)量的發(fā)光二極管、第二預(yù)定數(shù)量的二向色分光器和引擎輸出窗口，光引擎將由發(fā)光二極管發(fā)射的光通過至少一個二向色分光器疊加在引擎輸出窗口上。該發(fā)光系統(tǒng)還包括多個光導(dǎo)(LGa<sub>1，1</sub>、LGa<sub>2，1</sub>、LGa<sub>3，1</sub>)，以用于將由光引擎發(fā)射的光導(dǎo)向系統(tǒng)出射窗口。該光導(dǎo)包括光導(dǎo)輸出窗口(OGa<sub>1，1</sub>、OGa<sub>2，1</sub>、OGa<sub>3，1</sub>)。該多個光導(dǎo)輸出窗口設(shè)置在構(gòu)成系統(tǒng)出射窗口的陣列中。該光導(dǎo)使得光引擎能夠遠(yuǎn)離系統(tǒng)出射窗口放置。這能實現(xiàn)光引擎的發(fā)光二極管的有效冷卻，同時允許光導(dǎo)輸出窗口相鄰地堆疊在系統(tǒng)出射窗口中。
文檔編號G02B27/14GK101160544SQ200680012065
公開日2008年4月9日 申請日期2006年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月13日
發(fā)明者E·倫德林克, J·A·A·M·范希斯維克, P·A·多恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司