專利名稱：校直發(fā)光模組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光模組，更具體地說，涉及一種校直光發(fā)光模組。
技術(shù)背景要將LED發(fā)光器件取代傳統(tǒng)的電弧式點(diǎn)光源用于(投影顯示等)光學(xué)系 統(tǒng)，采用單一器件其光輸出強(qiáng)度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)用要求， 一種主要的解決方案 是將多只LED發(fā)光器件組合形成一個(gè)發(fā)光陣列，以達(dá)到足夠的光輸出強(qiáng)度， 再經(jīng)過對(duì)每一只LED發(fā)光器件所發(fā)出的光進(jìn)行準(zhǔn)直，從而輸出近似的平行光, 以達(dá)到取代傳統(tǒng)的平行光輸出型弧光燈的目的。 一種典型的設(shè)計(jì)如圖l所示， 通過透鏡的匯聚作用將LED芯片發(fā)出的光變成平行光，這種設(shè)計(jì)只能在發(fā)光 器件為嚴(yán)格的點(diǎn)光源時(shí)，才能達(dá)到理想的(平行)光輸出效果，但LED發(fā)光 芯片是有一定發(fā)光面積的，所形成的光源不會(huì)是理想的點(diǎn)光源，相當(dāng)于無窮多 個(gè)發(fā)光點(diǎn)在其發(fā)光面積的集合，其不在光學(xué)中心處的發(fā)光點(diǎn)所產(chǎn)生的輸出光線 就不會(huì)是理想的(與其光軸平行的)平行光，產(chǎn)生光輸出的平行度誤差，如圖 2所示，A點(diǎn)為在焦點(diǎn)的發(fā)光點(diǎn)，B點(diǎn)為不在焦點(diǎn)的發(fā)光點(diǎn)，A、 B點(diǎn)所發(fā)的 光經(jīng)過凸透鏡后產(chǎn)生光輸出的角度誤差。LED發(fā)光芯片面積越大，其平行度 誤差越大， 一般情況下，這也與所采用的LED發(fā)光器件功率相矛盾，即所需 要的光輸出越大，所采用LED發(fā)光器件功率越大，采用上述典型設(shè)計(jì)所產(chǎn)生 的光輸出平行度誤差越大，從而導(dǎo)致整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)效率越低。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種校直 光發(fā)光模組。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造本發(fā)明涉及一種校直光 發(fā)光模組，包括由多個(gè)陣列化光源單元組成；產(chǎn)生近似平行光輸出的發(fā)光模板， 其特征在于，還包括用于將所述近似平行光進(jìn)行平行度校直的光校直器，所述 光校直器包括至少一個(gè)回轉(zhuǎn)棱鏡陣列，所述每個(gè)回轉(zhuǎn)棱鏡陣列包括多個(gè)回轉(zhuǎn)棱 鏡，每個(gè)回轉(zhuǎn)棱鏡與發(fā)光模板的相應(yīng)光源單元對(duì)應(yīng)，同一光源單元對(duì)應(yīng)的回轉(zhuǎn) 棱鏡組成回轉(zhuǎn)棱鏡組。在本發(fā)明所述的校直光發(fā)光模組中，所述回轉(zhuǎn)棱鏡組單元包括第一回轉(zhuǎn)棱 鏡和第二回轉(zhuǎn)棱鏡，所述第一回轉(zhuǎn)棱鏡和第二回轉(zhuǎn)棱鏡皆以所述光源單元光軸 為對(duì)稱軸，所述第一回轉(zhuǎn)棱鏡沿所述對(duì)稱軸的切面構(gòu)成第一棱鏡，所述第二回 轉(zhuǎn)棱鏡沿所述對(duì)稱軸的切面構(gòu)成第二棱鏡，平行于所述光源單元光軸的理想光 線，依次經(jīng)過所述第一棱鏡的第一折射面、第二折射面、所述第二棱鏡的第三 折射面、第四折射面，四次折射后平行于所述光源單元光軸。在本發(fā)明所述的校直光發(fā)光模組中，光線在所述第一折射面的入射角大于 光線在所述第二折射面的出射角；光線在所述第三折射面的入射角大于光線在 所述第四折射面的出射角。在本發(fā)明所述的校直光發(fā)光模組中，對(duì)于所述的理想光線，在第一折射面 入射角與在第三折射面的入射角相同。在本發(fā)明所述的校直光發(fā)光模組中，回轉(zhuǎn)棱鏡組的介質(zhì)折射系數(shù)相等且大 于l。在本發(fā)明所述的校直光發(fā)光模組中，所述光源為LED發(fā)光器件。在本發(fā)明所述的校直光發(fā)光模組中，所述回轉(zhuǎn)棱鏡組單元包括多個(gè)第一回 轉(zhuǎn)棱鏡和第二回轉(zhuǎn)棱鏡設(shè)計(jì)的組合。在本發(fā)明所述的校直光發(fā)光模組中，所述相同回轉(zhuǎn)棱鏡組成的回轉(zhuǎn)棱鏡陣 列采用模壓的方式構(gòu)成回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板，不同的回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板構(gòu)成回轉(zhuǎn)棱鏡 陣列板組。在本發(fā)明所述的校直光發(fā)光模組中，所述回轉(zhuǎn)棱鏡表面設(shè)置增加光學(xué)透過 率的光學(xué)薄膜實(shí)施本發(fā)明的校直光源裝置，具有以下有益效果可以大幅提高平行光源 發(fā)光模組的光輸出平行度，從而改善使用該發(fā)光模組的光學(xué)系統(tǒng)的光效率。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是理想的LED發(fā)光器件經(jīng)過透鏡產(chǎn)生準(zhǔn)直光的示意圖；圖2是實(shí)際的LED發(fā)光器件經(jīng)過透鏡產(chǎn)生準(zhǔn)直光誤差的示意圖；圖3是光線由真空或空氣介質(zhì)入射到光密透明介質(zhì)的折射角度變化示意圖；圖4是光線由光密透明介質(zhì)入射到真空或空氣介質(zhì)的折射角度變化示意圖；圖5是光線由真空或空氣經(jīng)由棱鏡的光線折射角度變化示意圖；圖6是光線經(jīng)過一組雙棱鏡折射的示意圖；圖7是一組雙回轉(zhuǎn)棱鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是一組雙回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板的光線折射剖視圖；圖9是一組雙回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板的結(jié)構(gòu)立體圖；圖10是本發(fā)明的校直光發(fā)光模組采用一組雙回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是光線經(jīng)過兩組雙棱鏡折射的示意圖； 圖12是兩組雙回轉(zhuǎn)棱鏡的立體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖13是兩組雙回轉(zhuǎn)棱鏡陣列的光線折射剖視圖；圖14是本發(fā)明的校直光發(fā)光模組采用兩組雙回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖3所示，為光線由真空或空氣介質(zhì)入射到光密透明介質(zhì)的折射角度變 化示意圖，其中r為理想入射光線，與法線的夾角為e， r1為理想出射光 線，其與法線的夾角為9 1， r '為誤差入射光線，與法線的夾角為9 ' ， r ' 1 為誤差出射光線，與法線的夾角為e '1， r和r'之間的夾角為d e， rl和 r'l之間的夾角為d ei，有如下關(guān)系ei=arcsin(n —'-sin e); d e 1/d e 二cos e.(n2—sin2 e) _ 1/2; e越大，dei/de越小。如圖4所示，為光線由光密透明介質(zhì)入射到真空或空氣介質(zhì)的折射角度變 化示意圖，其中理想入射光線為r2，其與法線的夾角為6 2，誤差入射光線 為r'2，其與法線的夾角為9 '2，理想入射光線的出射光線為r3，其與法線 的夾角為9 3，誤差出射光線為r'3，其與法線的夾角為e '3， r2與r'2 的夾角為d9 2，r3與r'3的夾角為de3，其中e3二arcsin(n-sin e 2); d e 3/d 6 2二cos 9 2'(n —2—sin2 e 2) — 1/2 ( | sin e 2 | <n — 1); 03越小， d63/de2越小。根據(jù)以上分析，可以構(gòu)造一個(gè)棱鏡，使得入射光線與入射面法線的夾角(入射角)盡量大，同時(shí)使出射光線與出射面法線的夾角(出射角)盡量小(推薦 值為零)，由此獲得誤差光線在通過所構(gòu)造的棱鏡后獲得比入射誤差角小得多 的出射誤差角，從而達(dá)到對(duì)誤差光線的校直。如圖5所示，為光線由真空或空氣經(jīng)由棱鏡的光線折射角度變化示意圖，其中理想入射光線為r，與入射面法線的夾角為9 ，誤差入射光線為r '，與 入射面法線的夾角為e 、 r與r '之間的夾角為d 0 ，理想出射光線為r3， 與出射面法線的夾角為9 3，誤差出射光線為r3、與出射面法線的夾角為e 3'，理想出射光線與誤差出射光線之間的夾角為de3，由上述推論可知，當(dāng)9>03時(shí)，就有d93《de，為了獲得更好的校直結(jié)果，e應(yīng)該盡量的大， 而e 3應(yīng)盡量的小(推薦值為e 3=0)。如圖6所示，是光線經(jīng)過一組雙棱鏡折射的示意圖，通過兩個(gè)棱鏡的"級(jí)聯(lián)"校直，進(jìn)一步提高了光線的校直精度，同時(shí)通過兩個(gè)棱鏡相對(duì)校直光線的 折射方向的反向等偏配置，使得經(jīng)過雙棱鏡組校直后的校直光方向不變，即經(jīng) 過校直雙棱鏡組校直系統(tǒng)后的理想出射光和理想入射光平行。如圖7所示，是一組雙回轉(zhuǎn)棱鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。在通常情況下，LED發(fā) 光器件所產(chǎn)生的光輸出是關(guān)于垂直穿過LED發(fā)光芯片中心的光軸對(duì)稱的，因 此，對(duì)應(yīng)地將圖6所示的雙棱鏡光校直結(jié)構(gòu)同樣以LED發(fā)光器件的光輸出光 軸為對(duì)稱軸進(jìn)行360。旋轉(zhuǎn)，就構(gòu)成雙回轉(zhuǎn)棱鏡結(jié)構(gòu)。如圖8所示，是一組雙回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板的光線折射剖視圖，因?yàn)榘l(fā)光模組 由多個(gè)光源單元陣列化組成，由此對(duì)應(yīng)地構(gòu)成多組雙回轉(zhuǎn)棱鏡，且相同回轉(zhuǎn)棱 鏡組成回轉(zhuǎn)棱鏡陣列，采用模壓方式構(gòu)成回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板，與雙回轉(zhuǎn)棱鏡對(duì)應(yīng) 的兩塊回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板分別為第一回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板1和第一回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板 2，順序疊加成為雙回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板組，入射準(zhǔn)直光經(jīng)由該雙回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板組后獲得平行度校直。如圖9所示，是一組雙回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板的結(jié)構(gòu)立體圖，由第一回轉(zhuǎn)棱鏡陣 列板1和第一回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板2組成。如圖IO所示，是本發(fā)明的校直光發(fā)光模組采用一組雙回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板的結(jié)構(gòu)示意圖，包括LED發(fā)光模板5、第一回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板1和第二回轉(zhuǎn)棱鏡 陣列板2。 LED發(fā)光模板5 (最好不要用0，機(jī)械制圖一般都沒用0標(biāo)號(hào)的) 上的任一個(gè)LED發(fā)光器件，唯一對(duì)應(yīng)LED準(zhǔn)直透鏡陣列的一個(gè)透鏡、第一回 轉(zhuǎn)棱鏡陣列板1上的一個(gè)回轉(zhuǎn)棱鏡和第二回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板2上的一個(gè)回轉(zhuǎn)棱 鏡。圖11是光線經(jīng)過兩組雙棱鏡折射的示意圖，通過兩組雙棱鏡的四次"級(jí) 聯(lián)"校直可以更進(jìn)一步提高校直精度。圖12是兩組雙回轉(zhuǎn)棱鏡的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖13是兩組雙回轉(zhuǎn)棱鏡陣列的光線折射剖視圖，分別由第一回轉(zhuǎn)棱鏡陣 列板l、第二回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板2、第三回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板3和第四回轉(zhuǎn)棱鏡陣列 板4組成。圖14是本發(fā)明的校直光發(fā)光模組采用兩組雙回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板的結(jié)構(gòu)示意 圖。包括LED發(fā)光組件5、第一回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板l、第二回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板2、 第三回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板3和第四回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板4。 LED發(fā)光組件5上的任一個(gè) LED發(fā)光器件，唯一對(duì)應(yīng)LED準(zhǔn)直透鏡陣列的一個(gè)透鏡、第一回轉(zhuǎn)棱鏡陣列 板1上的一個(gè)回轉(zhuǎn)棱鏡、第二回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板2上的一個(gè)回轉(zhuǎn)棱鏡、第三回轉(zhuǎn) 棱鏡陣列板3上的一個(gè)回轉(zhuǎn)棱鏡和第四回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板4上的一個(gè)回轉(zhuǎn)棱鏡。本發(fā)明還可以有其他的實(shí)施方式，例如雙回轉(zhuǎn)棱鏡陣可以釆用三組、四組 等根據(jù)需要設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1. 本發(fā)明涉及一種校直光發(fā)光模組，包括由多個(gè)陣列化光源單元組成、產(chǎn)生近似平行光輸出的發(fā)光模板，其特征在于，還包括用于將所述近似平行光進(jìn)行平行度校直的光校直器，所述光校直器包括多個(gè)回轉(zhuǎn)棱鏡陣列，所述每個(gè)回轉(zhuǎn)棱鏡陣列包括多個(gè)回轉(zhuǎn)棱鏡，每個(gè)回轉(zhuǎn)棱鏡與發(fā)光模板的相應(yīng)光源單元對(duì)應(yīng)，同一光源單元對(duì)應(yīng)的回轉(zhuǎn)棱鏡組成回轉(zhuǎn)棱鏡組。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的校直光發(fā)光模組，其特征在于，所述回轉(zhuǎn)棱鏡組單元包括第一回轉(zhuǎn)棱鏡和第二回轉(zhuǎn)棱鏡，所述第一回轉(zhuǎn)棱鏡和第二回轉(zhuǎn)棱鏡 皆以所述光源單元光軸為對(duì)稱軸，所述第一回轉(zhuǎn)棱鏡沿所述對(duì)稱軸的切面構(gòu)成 第一棱鏡，所述第二回轉(zhuǎn)棱鏡沿所述對(duì)稱軸的切面構(gòu)成第二棱鏡，平行于所述 光源單元光軸的理想光線，依次經(jīng)過所述第一棱鏡的第一折射面、第二折射面、 所述第二棱鏡的第三折射面、第四折射面，四次折射后平行于所述光源單元光 軸。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的校直光發(fā)光模組，其特征在于，光線在所述第 一折射面的入射角大于光線在所述第二折射面的出射角；光線在所述第三折射 面的入射角大于光線在所述第四折射面的出射角。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的校直光發(fā)光模組，其特征在于，對(duì)于所述的理 想光線，在第一折射面入射角與在第三折射面的入射角相同。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的校直光發(fā)光模組，其特征在于，回轉(zhuǎn)棱鏡組的 介質(zhì)折射系數(shù)相等且大于l。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的校直光發(fā)光模組，其特征在于，所述光源為LED 發(fā)光器件。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的校直光發(fā)光模組，其特征在于，所述回轉(zhuǎn)棱鏡 組單元包括多組第一回轉(zhuǎn)棱鏡和第二回轉(zhuǎn)棱鏡的組合。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的校直光發(fā)光模組，其特征在于，所述相同回轉(zhuǎn)棱鏡組成的回轉(zhuǎn)棱鏡陣列采用模壓的方式構(gòu)成回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板，不同的回轉(zhuǎn)棱 鏡陣列板構(gòu)成回轉(zhuǎn)棱鏡陣列板組。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的校直光發(fā)光模組，其特征在于，所述回轉(zhuǎn)棱鏡表面設(shè)置增加光學(xué)透過率的光學(xué)薄膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及一種校直光發(fā)光模組，包括由多個(gè)陣列化光源單元組成、產(chǎn)生近似平行光輸出的發(fā)光模板，還包括用于將所述近似平行光進(jìn)行平行度校直的光校直器，所述光校直器包括多個(gè)回轉(zhuǎn)棱鏡陣列，所述每個(gè)回轉(zhuǎn)棱鏡陣列包括多個(gè)回轉(zhuǎn)棱鏡，每個(gè)回轉(zhuǎn)棱鏡與發(fā)光模板的相應(yīng)光源單元對(duì)應(yīng)，同一光源單元對(duì)應(yīng)的回轉(zhuǎn)棱鏡組成回轉(zhuǎn)棱鏡組。實(shí)施本發(fā)明的校直光發(fā)光模組，具有以下有益效果可以大幅提高平行光源發(fā)光模組的光輸出平行度，從而改善使用該發(fā)光模組的光學(xué)系統(tǒng)的光效率。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK101251236SQ20061006246
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2006年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月4日
發(fā)明者曹嘉燦 申請(qǐng)人:曹嘉燦