CN101363997B

CN101363997B - 混光器

Info

Publication number: CN101363997B
Application number: CN2007100756697A
Authority: CN
Inventors: 朱钧; 张鹤; 金国藩
Original assignee: Tsinghua University; Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Tsinghua University; Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2027-08-10
Also published as: US7857489B2; CN101363997A; US20090040757A1

Abstract

一种混光器，包括至少两个聚光反射装置和至少两个光源，其中，所述至少两个聚光反射装置分别具有第一焦点和第二焦点，所述至少两个聚光反射装置之间共第一焦点设置，所述至少两个光源分别对应设置于至少两个聚光反射装置的第二焦点上，上述混光器还进一步包括一公共出光面，该公共出光面经过第一焦点。本发明所提供的混光器能产生能量高、色饱和度高、颜色可调整且混合均匀的光。

Description

混光器

技术领域

本发明涉及一种混光器，尤其涉及一种应用于液晶显示领域和照明系统的混光器。

背景技术

液晶显示装置具有轻薄、低耗电和辐射少特点，并被广泛用于显示器、液晶电视、手机和笔记本电脑等领域，并成为显示器主流，但同时对其显示亮度和色彩显示效果提出更高要求。由于液晶本身不发光，需背光模组为其提供光源。背光模组通常分为直下式背光模组与侧光式背光模组。侧入式背光模组由于很难达到要求的亮度(请参见，用大功率白光LED实现高亮度背光源设计，汪显波等，现代显示，第72期，p51(2007))，因此，目前背光模组较多采用直下式背光结构。目前，背光模组的发光源主要采用冷阴极射线管和发光二极管阵列，由于发光二极管具高色彩饱和度、不含汞、高寿命等特性，已广泛被应用在背光模组中。

请参阅图1，是一种现有技术直下式背光模组的立体示意图。该背光模组10包括一底板11、设置在该底板11上的一发光二极管阵列12和设置在该底板11上方的一扩散板14。

该发光二极管阵列12由多个红、绿、蓝光发光二极管12a、12b、12c组成，其排布规律为：一排红光发光二极管12a、一排绿光发光二极管12b和一排蓝光发光二极管12c依序周期排布。该红、绿、蓝光发光二极管12a、12b、12c都为顶面发光的发光二极管。

该发光二极管阵列12的红、绿、蓝光发光二极管12a、12b、12c能分别发出红、绿、蓝三色光，该红、绿、蓝三色光在离开光源射向该扩散板14过程中不断进行混光，传输一定距离后混合成白光射至该扩散板14。

但是，由于背光模组10的尺寸大小限制，光束的混光距离有限，白光混合很难均匀，容易出现偏黄或偏蓝，从而无法达到所要求的白光，而且该背光模组10用于显示装置的背光时，混光不均容易使显示面板的不同区域出现色差现象。为了使三色光充分混合成白光，需要增加混光距离，但是这样做会增加该背光模组10的厚度，不符合背光模组日益轻薄化的发展趋势。

此外，当LED背光模组用于中等尺寸或大尺寸的LCD面板时，为了获得所需的亮度，必须使用大量的红色、绿色和蓝色的LED。当使用这些三色LED时，需要适当混合各颜色，以发射均匀的白光。

然而，混合大量的红色、绿色和蓝色的LED产生的白光，存在着能量低和色饱和度差等缺点；而且，混合LED后产生的白光不够均匀，显示的颜色也不能任意调整。

有鉴于此，有必要提供一种产生的光具有能量高、色饱和度高、颜色可调整且混合均匀等优点的混光器。

发明内容

以下，将以实施例说明本发明的混光器。

一种混光器，包括至少两个聚光反射装置和至少两个光源，其中，所述至少两个聚光反射装置分别具有第一焦点和第二焦点，所述至少两个聚光反射装置之间共第一焦点设置，所述至少两个光源分别对应设置于至少两个聚光反射装置的第二焦点上，上述混光器还进一步包括一公共出光面，该公共出光面经过第一焦点。

所述混光器的聚光反射装置中，光源和聚光反射装置之间设置有一挖空结构，且聚光反射装置的外表面为一椭球面，这样，光源发出的光线达到上述挖空结构后，一部分光线通过上述挖空结构底面汇聚到聚光反射装置的第一焦点上，另一部分光线通过上述挖空结构侧面后，经聚光反射装置外表面的反射，汇聚到聚光反射装置的第一焦点上。这样光源发出的光经过聚光反射装置反射或汇聚后，都汇聚到第一焦点上。在混光器中，各聚光反射装置都将光源发出的光汇聚到各自的第一焦点上，并呈发射状射出。由于在混光器中各聚光反射装置共第一焦点设置，且过公共的第一焦点设置有一公共出光面，因此各聚光反射装置发出的光就在公共出光面的第一焦点处混合。因此上述的混光器产生的光具有能量高、色饱和度高及混合均匀等优点。另外，配合适当的控制器，个别操控各聚光反射装置中的光源，可以很容易地实现颜色的任意调整。进一步地，通过本发明所提供的混光器产生的白光，具有能量高、色饱和度高及混合均匀等优点，因此可以广泛地应用于液晶显示领域和照明系统，弥补白光的不足。

附图说明

图1为一种现有技术的直下式背光模组的立体结构示意图。

图2为本技术方案实施例的混光器的立体结构示意图。

图3为本技术方案实施例的混光器的仰视图。

图4为本技术方案实施例的聚光反射装置的截面结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例对本技术方案的混光器进行具体说明。

本发明提供了一种混光器，其包括至少两个聚光反射装置和至少两个光源。其中，所述至少两个聚光反射装置分别具有第一焦点和第二焦点，所述至少两个聚光反射装置之间共第一焦点设置，所述至少两个光源分别对应设置于至少两个聚光反射装置的第二焦点上，上述混光器还进一步包括一公共出光面，该公共出光面经过第一焦点。

请参阅图2及图3，本实施例中的混光器20包括第一聚光反射装置100、第二聚光反射装置200及第三聚光反射装置300。此外，本实施例的混光器20还进一步包括第一光源110、第二光源210及第三光源310。第一聚光反射装置100、第二聚光反射装置200及第三聚光反射装置300可分别为一椭球实体。第一聚光反射装置100具有一长轴L1及长轴L1上的第一焦点O和第二焦点A。第二聚光反射装置200具有一长轴L2及长轴L2上的第一焦点O和第二焦点B。第三聚光反射装置300具有一长轴L3及长轴L3上的第一焦点O和第二焦点C。上述三个聚光反射装置共第一焦点O设置。第一光源110相对应地设置于第一聚光反射装置100的第二焦点A上；第二光源210相对应地设置于第二聚光反射装置200的第二焦点B上；第三光源310相对应地设置于第三聚光反射装置300的第二焦点C上。混光器20过公共的第一焦点O设置有一公共出光面23。该公共出光面23与光源相对应设置。公共出光面23为一平面。可以理解，公共出光面23也可为一曲面，只需确保混合器20内部的光线，可以经过公共出光面23射出，并在公共的第一焦点O处混合即可。公共出光面23上还可设置有一散射膜，用以将公共出光面23射出的光进行散射。

混光器中的光源可以是单色LED光源，也可以是复色LED光源。在本实施例中，光源为三个单色LED。第一光源110为红色LED，且设置在聚光反射装置100的第二焦点A上；第二光源210为绿色LED，且设置在聚光反射装置200的第二焦点B上；第三光源310为蓝色LED，且设置在聚光反射装置300的第二焦点C上。长轴L1与公共出光面23的夹角为α1，长轴L2与公共出光面23的夹角为α2，长轴L3与公共出光面23的夹角为α3。其中，夹角α1、α2及α3的取值可以相同，也可以不相同，其取值范围为40°-70°。长轴L1、长轴L2及长轴L3之间的夹角可以相等，也可以不相等。优选地，角度α1、α2及α3分别相等且都为60°；长轴L1、长轴L2及长轴L3之间的夹角相等。

以下将以图4为例，介绍第一聚光反射装置100的具体结构。第一聚光反射装置100可以为一椭球实体，其材料为聚甲基苯烯酸甲酯(PMMA)或玻璃等透明材料。第一聚光反射装置100包括一挖空结构121、与该挖空结构121相对的出光面23a及连接挖空结构121和出光面23a的外表面122。挖空结构121为设置于第一聚光反射装置100第二焦点A的一端且向第一聚光反射装置100内部凹陷的凹入部。挖空结构121包括一侧面121a和一底面121b，侧面121a为圆柱面、圆锥面，底面121b为球面。该球面的曲率半径的取值范围为2.6-3.5。可以理解，侧面121a还可为其他曲面，只需确保光源110发出的光，能够通过侧面121a导入第一聚光反射装置100内部即可。底面121b还可为平面或其他曲面，只需确保第一光源110发出的光，经过底面121b后，汇聚到第一聚光反射装置100的第一焦点O处即可。

具体地，挖空结构121为在第一聚光反射装置100上挖去一复杂空间结构形成，该复杂空间结构为一平面图形围绕某一旋转轴旋转而形成。可以理解，在第一聚光反射装置100上挖去的复杂空间结构的大小，可以根据实际需要进行选择，其关键在于能够确保在第一聚光反射装置100上挖去一复杂空间结构后形成一足够大的空腔，可以将第一光源110放置在第一聚光反射装置100的第二焦点A上。外表面122为一连接挖空结构121和出光面23a的一椭球面。第一光源110收容于挖空结构121内，设置在第一聚光反射装置100的第二焦点A上且其发光面(未标示)与挖空结构121的底面121b相对。外表面122上可设置有增反膜，用以增强外表面122的反射功能。

本实施例的第一聚光反射装置100工作过程中，由于第一光源110设置于第一聚光反射装置100的第二焦点A上，第一光源110发出的一部分光线经过挖空结构121的侧面121a导入第一聚光反射装置100内部后，经外表面122反射后到达第一聚光反射装置100的第一焦点O，并从第一焦点O处呈发散状射出；第一光源110发出的另一部分光线，经过挖空结构121的底面121b的汇聚，到达了第一聚光反射装置100的第一焦点O上，并从第一焦点O处呈发散状射出。

与第一聚光反射装置100的结构相同，第二聚光反射装置200包括一挖空结构221、一与该挖空结构221相对的出光面23b及连接挖空结构221和出光面23b的外表面222；该挖空结构221包括一侧面221a和一底面221b。第三聚光反射装置300包括一挖空结构321、一与该挖空结构321相对的出光面23c及连接挖空结构321和出光面23c的外表面322；该挖空结构321包括一侧面321a和一底面321b。可以理解，混光器20的公共出光面23由第一聚光反射装置100的出光面23a、第二聚光反射装置200的出光面23b及第三聚光反射装置300的出光面23c组成。

由于混光器20中，第一聚光反射装置100、第二聚光反射装置200及第三聚光反射装置300共第一焦点O设置，且第二聚光反射装置200、第三聚光反射装置300的工作原理与第一聚光反射装置100相同。故，第一聚光反射装置100发出的红光从第一焦点O处呈发散状射出，第二聚光反射装置200发出的绿光从第一焦点O处呈发散状射出，第三聚光反射装置300发出的蓝光也从第一焦点O处呈发散状射出。从而在混光器20的公共出光面23上的公共的第一焦点O处将红、绿、蓝三色光进行混合，从而产生白光。

本实施例所提供的混光器20具体制作过程为：将第一聚光反射装置100、第二聚光反射装置200及第三聚光反射装置300共第一焦点O设置，且使各聚光反射装置的长轴(L1、L2、L3)之间的夹角都相等；之后过公共的第一焦点O进行切割，从而形成一平面并使得平面与各聚光反射装置的夹角相同且都等于60°。上述的平面即为混光器的公共出光面23。

在本实施例中，由于采用了将各聚光反射装置共第一焦点O的设置。从而当三个聚光反射装置分别射出红、绿、蓝三色的光线时，三色光线会在公共出光面23上的公共的第一焦点O处进行混合，从而实现混光并产生白光。因此，本发明所提供的混光器产生的白光具有能量高、色饱和度高及混合均匀等优点。

可以理解，本发明所提供的混光器20，并不仅限于本实施例所述的将各聚光反射装置长轴之间的夹角相等和各聚光反射装置的长轴与公共出光面23的夹角相等的设置方式。混光器20还可为各聚光反射装置长轴之间的夹角不相等或各聚光反射装置的长轴与公共出光面23的夹角不相等的方式设置，只需确保各聚光反射装置的共第一焦点设置即可。

另外，本发明所提供的混光器20并不仅限于本实施例所述的含有三个聚光反射装置的混光器20。该混光器20还可为含有两个聚光反射装置或三个以上的聚光反射装置的混光器20，只需确保在该混光器20中的各聚光反射装置的共第一焦点O设置即可。

此外，本发明所提供的混光器，配合适当的控制器，个别操控各聚光反射装置中的光源，可以实现颜色的任意调整，因此本发明所提供的混光器不仅可以提供白光光源，也可以提供其他颜色的光源。

可以理解，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思做出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims

1.一种混光器，包括至少两个聚光反射装置和至少两个光源，其特征在于，所述至少两个聚光反射装置分别具有第一焦点和第二焦点，所述至少两个聚光反射装置之间共第一焦点设置，所述至少两个光源分别对应设置于至少两个聚光反射装置的第二焦点上，所述聚光反射装置为一具有一长轴的椭球实体，上述第一焦点和第二焦点设置于该长轴上，该椭球实体进一步包括一挖空结构、一与挖空结构相对的出光面及连接挖空结构和出光面的外表面，上述挖空结构设置于聚光反射装置第二焦点的一端，所述光源收容于上述挖空结构内，该挖空结构包括一侧面和一底面，对于每个聚光反射装置及收容于其的挖空结构的光源，所述光源发出的一部分光线经过该挖空结构的侧面导入聚光反射装置的内部后，经外表面反射后到达聚光反射装置的第一焦点上，并从该第一焦点处呈发散状射出，该光源发出的另一部分光线，经过挖空结构的底面汇聚，到达聚光反射装置的第一焦点上，并从该第一焦点处呈发散状射出，上述混光器进一步包括一公共出光面，该公共出光面经过第一焦点。

2.如权利要求1所述的混光器，其特征在于，所述公共出光面由至少两个聚光反射装置的出光面组成。

3.如权利要求2所述的混光器，其特征在于，所述混光器的公共出光面为一平面。

4.如权利要求3所述的混光器，其特征在于，所述公共出光面与上述至少两个聚光反射装置的长轴之间的夹角的取值范围为40°-70°。

5.如权利要求1所述的混光器，其特征在于，所述混光器的公共出光面上设置有散射膜。

6.如权利要求1所述的混光器，其特征在于，所述光源相对于挖空结构的底面设置。

7.如权利要求1所述的混光器，其特征在于，所述侧面为一圆柱面或圆锥面。

8.如权利要求1所述的混光器，其特征在于，所述底面为一球面。

9.如权利要求1所述的混光器，其特征在于，所述外表面上设置有增反膜。

10.如权利要求1所述的混光器，其特征在于，所述光源为单色LED光源或复色LED光源。

11.如权利要求1所述的混光器，其特征在于，所述聚光反射装置的材料为聚甲基苯烯酸甲酯或玻璃。

12.如权利要求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装置、第二聚光反射装置及第三聚光反射装置，上述三个聚光反射装置的长轴之间的夹角相等，上述三个聚光反射装置的长轴与公共出光面的夹角相等。

13.如权利要求12所述的混光器，其特征在于，所述公共出光面为平面，三个聚光反射装置的长轴与公共出光面的夹角相等且为60°。

14.如权利要求13所述的混光器，其特征在于，所述混光器分别采用红、绿、蓝三种单色LED作光源，且与混光器中的三个聚光反射装置相对应设置。