專利名稱：Led紅、綠、藍(lán)三色光三棱鏡合色器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED紅、綠、藍(lán)三色光三棱鏡合色器，確切說(shuō)，涉及一種用三棱鏡將紅光LED發(fā)出的紅光，綠光LED發(fā)出的綠光和藍(lán)光LED發(fā)出的藍(lán)光合成為白光的裝置，屬光電照明和顯示的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的把LED紅、綠、藍(lán)三色光合成為白光的裝置是X-棱鏡合色器，如圖1所示。采用一個(gè)正方形的X-棱鏡，X-棱鏡中間有兩片正交的濾光膜f1和f2。濾光膜f1反射藍(lán)光，透過(guò)紅、綠光；濾光膜f2反射紅光，透過(guò)藍(lán)、綠光。當(dāng)紅、綠、藍(lán)三色光分別通過(guò)三只聚光器的耦合，射入X-棱鏡，經(jīng)濾光膜f1和f2處理后，就合成為白光出射。在背景技術(shù)的合色器中，紅、綠、藍(lán)三色光都是以45°角分別入射各自對(duì)應(yīng)的濾光膜，且兩片濾光膜都是不受光的偏振狀態(tài)影響，這樣大的入射角對(duì)消除偏振影響的濾光膜的制作帶來(lái)很大的難度，限制了濾光膜的F數(shù)，也限制了聚光器對(duì)LED聚光的F數(shù)，即限制了聚光效率，限制了對(duì)LED光能量的利用率。此外，X-棱鏡由四個(gè)直角棱鏡膠合，制作工藝要求高，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是推出一種LED紅、綠、藍(lán)三色光三棱鏡合色器。該裝置有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制作，制造成本低和LED光能量的利用率高的優(yōu)點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案。所述的合色器含截面是正三角形的三棱鏡，三棱鏡的兩個(gè)二面角的角平分面上分別有濾光膜。這樣，紅、綠、藍(lán)三色光都能以30°角分別入射各自對(duì)應(yīng)的濾光膜，有助于降低濾光膜制作難度，降低濾光膜的F數(shù)的數(shù)值，提高LED光能量的利用率和提高出射白光的亮度。
現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
方案1(見(jiàn)圖2)一種LED紅、綠、藍(lán)三色光三棱鏡合色器，含紅光聚光器7、綠光聚光器8和藍(lán)光聚光器9，紅光LED 4、綠光LED5和藍(lán)光LED6分別與紅光聚光器7、綠光聚光器8和藍(lán)光聚光器9的頂部之間呈光學(xué)耦合，其特征在于，紅光聚光器7、綠光聚光器8和藍(lán)光聚光器9的F數(shù)介于2～3，它還含三棱鏡1，三棱鏡1的截面是正三角形，第一棱面10，第二棱面11和第三棱面12都是拋光面，在三棱鏡1的第一棱面10與第三棱面12所成的第一二面角14的角平分面上有第一濾光膜2，在三棱鏡1的第二棱面11與第三棱面12所成的第二二面角15的角平分面上有第二濾光膜3，第一濾光膜2是反射藍(lán)光，透過(guò)紅、綠光的濾光膜，第二濾光膜3是反射紅光，透過(guò)藍(lán)、綠光的濾光膜，紅光聚光器7與綠光聚光器8和藍(lán)光聚光器9通過(guò)各自的底面以下列方式分別與第一棱面10和第三棱面12膠接在一起它們的光軸位于同一平面，紅光聚光器7與綠光聚光器8的光軸與第一棱面10垂直，藍(lán)光聚光器9的光軸與第三棱面12垂直，綠光聚光器8和藍(lán)光聚光器9之間有第一濾光膜2，第二棱面11是合成的白光的出射面。
交換方案1中第一濾光膜2和第二濾光膜3的位置，同時(shí)交換紅光聚光器7和藍(lán)光聚光器9的位置，所得到的合色器與方案1的合色器具有相同的合色功能。
方案2(見(jiàn)圖5)一種LED紅、綠、藍(lán)三色光三棱鏡合色器，含紅光聚光器7、綠光聚光器8和藍(lán)光聚光器9，紅光LED 4、綠光LED 5和藍(lán)光LED 6分別與紅光聚光器7、綠光聚光器8和藍(lán)光聚光器9的頂部之間呈光學(xué)耦合，其特征在于，紅光聚光器7、綠光聚光器8和藍(lán)光聚光器9的F數(shù)介于2～3，它還含三棱鏡1，三棱鏡1的截面是正三角形，第一棱面10，第二棱面11和第三棱面12都是拋光面，在三棱鏡1的第一棱面10與第三棱面12所成的第一二面角14的角平分面上有第二濾光膜3，在三棱鏡1的第二棱面11與第三棱面12所成的第二二面角15的角平分面上有第一濾光膜2，第一濾光膜2是反射藍(lán)光，透過(guò)紅、綠光的濾光膜，第二濾光膜3是反射紅光，透過(guò)藍(lán)、綠光的濾光膜，藍(lán)光聚光器9與綠光聚光器8和紅光聚光器7通過(guò)各自的底面以下列方式分別與第一棱面10和第三棱面12膠接在一起它們的光軸位于同一平面，藍(lán)光聚光器9與綠光聚光器8的光軸與第一棱面10垂直，紅光聚光器7的光軸與第三棱面12垂直，綠光聚光器8和紅光聚光器7之間有第二濾光膜3，第二棱面11是合成的白光的出射面。
與背景技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)1、LED的光能量利用率高現(xiàn)有的X-棱鏡合色器中紅、綠、藍(lán)三色光都是以45°入射角射向各自的濾光膜，制作這樣的濾光膜的難度高，限制了F數(shù)數(shù)值的減少，限制了LED的光能量利用率。本發(fā)明中紅、綠、藍(lán)三色光都是以30°入射角射向各自的濾光膜，降低了制作濾光膜的難度，減小了F數(shù)的數(shù)值，提高了LED光能量的利用率。
2、易于制作，成本低現(xiàn)有的X一棱鏡合色器中的X一棱鏡由四個(gè)直角棱鏡膠合而成，四個(gè)直角棱鏡精度要求高，制作工藝繁雜，制作成本高。本發(fā)明的合色器中的三棱鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度要求低，制作工藝簡(jiǎn)單，制作成本低。


圖1是LED紅、綠和藍(lán)三色光X-棱鏡合色器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是LED紅、綠、藍(lán)三色光三棱鏡合色器之一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是LED紅、綠、藍(lán)三色光三棱鏡合色器中第一濾光膜2的特性示意圖。
圖4是LED紅、綠、藍(lán)三色光三棱鏡合色器中第二濾光膜3的特性示意圖。
圖5是LED紅、綠、藍(lán)三色光三棱鏡合色器之二的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實(shí)施例1～3完全按照上述的方案1實(shí)施。
實(shí)施例1本實(shí)施例的主要零部件的尺寸三棱鏡1邊長(zhǎng)10mm，高度5mm。紅光聚光器7、綠光聚光器8和藍(lán)光聚光器9具有相同的尺寸，每個(gè)聚光器的底面和頂面均為正方形，頂面尺寸為1.2mm×1.2mm，底面尺寸為4mm×4mm，高度15.5mm，F(xiàn)數(shù)為2.0。
實(shí)施例2本實(shí)施例的主要零部件的尺寸三棱鏡1邊長(zhǎng)10mm，高度5mm。紅光聚光器7、綠光聚光器8和藍(lán)光聚光器9具有相同的尺寸，聚光器的底面和頂面均為正方形，頂面尺寸為1.2mm×1.2mm，底面尺寸為4mm×4mm，高度21.2mm。F數(shù)為2.5。
實(shí)施例3本實(shí)施例的主要零部件的尺寸三棱鏡1邊長(zhǎng)10mm，高度5mm。紅光聚光器7、綠光聚光器8和藍(lán)光聚光器9具有相同的尺寸，聚光器的底面和頂面均為正方形，頂面尺寸為1.2mm×1.2mm，底面尺寸為3mm×3mm，高度19mm。F數(shù)為3.0。
實(shí)施例4～6完全按照上述的方案2實(shí)施。
實(shí)施例4本實(shí)施例的主要零部件尺寸與實(shí)施例1的主要零部件尺寸相同。
實(shí)施例5本實(shí)施例的主要零部件尺寸與實(shí)施例2的主要零部件尺寸相同。
實(shí)施例6本實(shí)施例的主要零部件尺寸與實(shí)施例3的主要零部件尺寸相同。
工作原理。
現(xiàn)以實(shí)施例1為例說(shuō)明之。本發(fā)明的三棱鏡合色器的工作原理，如圖2所示。紅光LED 4，綠光LED 5，藍(lán)光LED 6分別與紅光聚光器7，綠光聚光器8和藍(lán)光聚光器9的頂部之間呈光學(xué)耦合，紅光LED 4，綠光LED 5和藍(lán)光LED 6在電源(未示出)驅(qū)動(dòng)下分別發(fā)出紅光，綠光和藍(lán)光。紅光聚光器7，綠光聚光器8和藍(lán)光聚光器9通過(guò)各自的底面以下列方式分別與第一棱面10和第三棱面12膠接在一起它們的光軸位于同一平面，紅光聚光器7與綠光聚光器8的光軸與第一棱面10垂直，藍(lán)光聚光器9的光軸與第三棱面12垂直，綠光聚光器8和藍(lán)光聚光器9之間有第一濾光膜2。三棱鏡1的截面是正三角形，第一濾光膜2和第二濾光膜3分別位于第一二面角14和第二二面角15的角平分面上，第一濾光膜2反射藍(lán)光，透過(guò)綠光、紅光，第二濾光膜3反射紅光，透過(guò)藍(lán)光、綠光，見(jiàn)圖3和圖4。三個(gè)聚光器的F數(shù)可以取為2～3。從藍(lán)光聚光器9底面射出的經(jīng)藍(lán)光聚光器9聚光處理后的藍(lán)光以30°入射角射向第一濾光膜2，被第一濾光膜2反射，從綠光聚光器8底面射出的經(jīng)綠光聚光器8聚光處理后的綠光以30°入射角射向第一濾光膜2，透過(guò)第一濾光膜2，與藍(lán)光一起射向第三棱面12，在第三棱面12上發(fā)生全反射，反射光以30°入射角射向第二濾光膜3，透過(guò)第二濾光膜3，從紅光聚光器7底面射出的經(jīng)紅光聚光器7聚光處理后的紅光以30°入射角射向第二棱面11，在第二棱面11上發(fā)生全反射，反射光以30°入射角射向第二濾光膜3，被第二濾光膜3反射，與透過(guò)第二濾光膜3的綠光和藍(lán)光匯合成白光，一起以垂直于第二棱面11的方式，從第二棱面11，即白光出射面射出。
本發(fā)明的合色器特別適于用在諸如LCD、DLP、LCOS之類的顯示系統(tǒng)中，作為照明光源。
權(quán)利要求
1.一種LED紅、綠、藍(lán)三色光三棱鏡合色器，含紅光聚光器(7)、綠光聚光器(8)和藍(lán)光聚光器(9)，紅光LED(4)、綠光LED(5)和藍(lán)光LED(6)分別與紅光聚光器(7)、綠光聚光器(8)和藍(lán)光聚光器(9)的頂部之間呈光學(xué)耦合，其特征在于，紅光聚光器(7)、綠光聚光器(8)和藍(lán)光聚光器(9)的F數(shù)介于2～3，它還含三棱鏡(1)，三棱鏡(1)的截面是正三角形，第一棱面(10)，第二棱面(11)和第三棱面(12)都是拋光面，在三棱鏡(1)的第一棱面(10)與第三棱面(12)所成的第一二面角(14)的角平分面上有第一濾光膜(2)，在三棱鏡(1)的第二棱面(11)與第三棱面(12)所成的第二二面角(15)的角平分面上有第二濾光膜(3)，第一濾光膜(2)是反射藍(lán)光，透過(guò)紅、綠光的濾光膜，第二濾光膜(3)是反射紅光，透過(guò)藍(lán)、綠光的濾光膜，紅光聚光器(7)與綠光聚光器(8)和藍(lán)光聚光器(9)通過(guò)各自的底面以下列方式分別與第一棱面(10)和第三棱面(12)膠接在一起它們的光軸位于同一平面，紅光聚光器(7)與綠光聚光器(8)的光軸與第一棱面(10)垂直，藍(lán)光聚光器(9)的光軸與第三棱面(12)垂直，綠光聚光器(8)和藍(lán)光聚光器(9)之間有第一濾光膜(2)，第二棱面(11)是合成的白光的出射面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED紅、綠、藍(lán)三色光三棱鏡合色器，其特征在于，該合色器的主要零部件的尺寸三棱鏡(1)邊長(zhǎng)10mm，高度5mm。紅光聚光器(7)、綠光聚光器(8)和藍(lán)光聚光器(9)具有相同的尺寸，每個(gè)聚光器的底面和頂面均為正方形，頂面尺寸為1.2mm×1.2mm，底面尺寸為4mm×4mm，高度15.5mm，F(xiàn)數(shù)為2.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED紅、綠、藍(lán)三色光三棱鏡合色器，其特征在于，該合色器的主要零部件的尺寸三棱鏡(1)邊長(zhǎng)10mm，高度5mm。紅光聚光器(7)、綠光聚光器(8)和藍(lán)光聚光器(9)具有相同的尺寸，聚光器的底面和頂面均為正方形，頂面尺寸為1.2mm×1.2mm，底面尺寸為4mm×4mm，高度21.2mm。F數(shù)為2.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED紅、綠、藍(lán)三色光三棱鏡合色器，其特征在于，該合色器的主要零部件的尺寸三棱鏡(1)邊長(zhǎng)10mm，高度5mm。紅光聚光器(7)、綠光聚光器(8)和藍(lán)光聚光器(9)具有相同的尺寸，聚光器的底面和頂面均為正方形，頂面尺寸為1.2mm×1.2mm，底面尺寸為3mm×3mm，高度19mm。F數(shù)為3.0。
5.一種LED紅、綠、藍(lán)三色光三棱鏡合色器，含紅光聚光器(7)、綠光聚光器(8)和藍(lán)光聚光器(9)，紅光LED(4)、綠光LED(5)和藍(lán)光LED(6)分別與紅光聚光器(7)、綠光聚光器(8)和藍(lán)光聚光器(9)的頂部之間呈光學(xué)耦合，其特征在于，紅光聚光器(7)、綠光聚光器(8)和藍(lán)光聚光器(9)的F數(shù)介于2～3，它還含三棱鏡(1)，三棱鏡(1)的截面是正三角形，第一棱面(10)，第二棱面(11)和第三棱面(12)都是拋光面，在三棱鏡(1)的第一棱面(10)與第三棱面(12)所成的第一二面角(14)的角平分面上有第二濾光膜(3)，在三棱鏡(1)的第二棱面(11)與第三棱面(12)所成的第二二面角(15)的角平分面上有第一濾光膜(2)，第一濾光膜(2)是反射藍(lán)光，透過(guò)紅、綠光的濾光膜，第二濾光膜(3)是反射紅光，透過(guò)藍(lán)、綠光的濾光膜，藍(lán)光聚光器(9)與綠光聚光器(8)和紅光聚光器(7)通過(guò)各自的底面以下列方式分別與第一棱面(10)和第三棱面(12)膠接在一起它們的光軸位于同一平面，藍(lán)光聚光器(9)與綠光聚光器(8)的光軸與第一棱面(10)垂直，紅光聚光器(7)的光軸與第三棱面(12)垂直，綠光聚光器(8)和紅光聚光器(7)之間有第二濾光膜(3)，第二棱面(11)是合成的白光的出射面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED紅、綠、藍(lán)三色光三棱鏡合色器，其特征在于，該合色器的主要零部件的尺寸三棱鏡(1)邊長(zhǎng)10mm，高度5mm。紅光聚光器(7)、綠光聚光器(8)和藍(lán)光聚光器(9)具有相同的尺寸，每個(gè)聚光器的底面和頂面均為正方形，頂面尺寸為1.2mm×1.2mm，底面尺寸為4mm×4mm，高度15.5mm，F(xiàn)數(shù)為2.0。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED紅、綠、藍(lán)三色光三棱鏡合色器，其特征在于，該合色器的主要零部件的尺寸三棱鏡(1)邊長(zhǎng)10mm，高度5mm。紅光聚光器(7)、綠光聚光器(8)和藍(lán)光聚光器(9)具有相同的尺寸，聚光器的底面和頂面均為正方形，頂面尺寸為1.2mm×1.2mm，底面尺寸為4mm×4mm，高度21.2mm。F數(shù)為2.5。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED紅、綠、藍(lán)三色光三棱鏡合色器，其特征在于，該合色器的主要零部件的尺寸三棱鏡(1)邊長(zhǎng)10mm，高度5mm。紅光聚光器(7)、綠光聚光器(8)和藍(lán)光聚光器(9)具有相同的尺寸，聚光器的底面和頂面均為正方形，頂面尺寸為1.2mm×1.2mm，底面尺寸為3mm×3mm，高度19mm。F數(shù)為3.0。
全文摘要
一種LED紅、綠、藍(lán)三色光三棱鏡合色器，確切說(shuō)，涉及一種用三棱鏡將紅光LED發(fā)出的紅光，綠光LED發(fā)出的綠光和藍(lán)光LED發(fā)出的藍(lán)光合成為白光的裝置，屬光電照明和顯示的技術(shù)領(lǐng)域。該合色器含截面是正三角形的三棱鏡，三棱鏡的兩個(gè)二面角的角平分面上分別有濾光膜。這樣，紅、綠、藍(lán)三色光都能以30°的入射角分別射向各自對(duì)應(yīng)的濾光膜，有助于降低濾光膜制作難度，降低濾光膜的F數(shù)的數(shù)值，提高LED光能量的利用率和提高出射白光的亮度。該合色器有LED的光能量利用率高和易于制作，成本低的優(yōu)點(diǎn)。該合色器特別適于用在諸如LCD、DLP、LCOS之類的顯示系統(tǒng)中，作為照明光源。
文檔編號(hào)G02B5/04GK1982943SQ200510111409
公開(kāi)日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者鄭安民, 沈榮桂, 辜長(zhǎng)明, 李德斌 申請(qǐng)人:上海飛銳光電科技有限公司