一種用于回收光以增加光源亮度的照明系統和方法技術方案

一種用于增加光源亮度的照明系統，包括耦合至光源的光學回收設備，用于空間和/或角度的回收光，所述光源優選地為發光二極管(LED)。光學回收設備使用反射體或反射鏡空間回收由LED發射的光射線的部分回到光源，和/或角度的回收高角度光射線并傳輸小角度光射線，從而增加光源的輸出的亮度。

【技術實現步驟摘要】
本申請是申請號為200780021930.3、申請日為2007年6月13日、專利技術名稱為“一種用于回收光以增加光源亮度的照明系統和方法”的申請的分案申請。
本專利技術涉及用于增加照明系統亮度的系統和方法，尤其涉及回收由光源發射的光以增加光源亮度的照明系統和方法。
技術介紹
光源用在所有類型的照明應用中。典型的光源包括但不限于弧光燈、鹵素燈、熒光設備、微波燈和發光二極管(LED)。很多應用需要在小的有效發射面積具有高水平亮度的照明系統。這種高水平的亮度通常可以通過增加更多光源來完成。然而，如果存在有限的空間用于集成光源，這在技術上是不可能的，并且經濟上也是不可行的，因為集成并使用多個光源是昂貴的。因此，本專利技術寄希望于在不增加光源數目的情況下增加光源亮度。例如，基于微顯示的電視(MDTV)可能低成本且帶有大屏幕尺寸。傳統的MDTV通常由弧光燈照明。雖然該光源是以最低成本最亮的，但需要將白光分成3個顏色并且壽命短，這使得它較不合適。隨著LED技術的發展，必須考慮LED作為在MDTV中光源的使用以獲取LED長壽命的特性以及諸如瞬時開啟的其它益處。然而，目前，對于使用小成像面板或具有較大屏幕的低成本的應用，LED亮度不足。LED回收方案已經被用于增強光源的亮度，參見授予Zimmerman等人的美國專利6,869,206。然而，Zimmerman等人描述了將LED裝入具有一個光輸出孔的光反射腔中。同樣，授予Zimmerman等人的美國專利6,144,536描述了具有封閉了氣體填充的中空內部的帶有磷光體涂層的玻璃封罩的熒光燈。由磷光體涂層產生的光的部分被回收回到磷光體涂層。本專利技術寄希望于提供可被耦合至一個或多個LED以通過有效的回收來增加LED的可用亮度的回收設備，使得可以使用較小的面板或可以用足夠的亮度照明大屏幕。例如，LED是一種用在諸如普通照明、建筑照明和最近的投影電視中的多種照明應用中的光源。例如，當用在投影電視中時，LED必須以高的亮度水平在小的有效發射面積中發射光，以便在電視屏幕上提供必須的高光輸出。特別的，LED必須在小的發射面積內以小的和立體的角度提供以流明來測量的強的且亮的光,以在投影電視中有用。不幸的是，目前可用的LED的亮度不足以用在照明大投影電視屏幕，這種照明大投影電視屏幕逐漸受消費者歡迎。因此，需要一種用于增加LED亮度的方法和系統，以合理的成本提供滿足當前和未來應用要求的照明系統。
技術實現思路
因此，本專利技術的一個目的是提供一種解決現有技術的前述的問題的照明系統。本專利技術的另一個目的是提供一種包括用于回收由光源發射的光的部分來增加光輸出的亮度的回收設備的照明系統。本專利技術的另一個目的是提供一種包括用于通過反射由光源發射的光的部分回到光源來回收光來增加光輸出的亮度的空間回收設備的照明系統。本專利技術的另一個目的是提供一種包括用于傳輸小角度光并回收高角度光以增加光輸出的亮度的角度回收設備的照明系統。本專利技術的另一個目的是提供一種包括用于回收由光源發射的光的部分來增加光輸出的亮度的空間和角度回收設備的照明系統。本專利技術的另一個目的是提供一種如前所述的照明系統，該照明系統附加的包括用于反射和回收具有不期望偏振的光的偏振器，從而增強回收設備的回收效果。本專利技術致力于一種回收光以增加光源亮度的照明系統，從而使得照明系統能夠以合理成本提供較高光輸出。根據本專利技術的示例性實施例，用于回收光以增加亮度的照明系統包括空間回收設備。空間回收設備包括耦合至光源的光管，該光源優選為安裝在基底上的LED芯片。空間回收設備通過利用反射介質或涂層來覆蓋光管的輸出端的部分來回收光，從而使得來自光源的光被反射介質反射回通過光管進入光源。光源重新發射反射的光進入光管，從而增加來自照明系統的光輸出的亮度。根據本專利技術的示例性實施例，用于回收光以增加亮度的照明系統包括角度回收設備。角度回收設備包括耦合至光源的錐形光管，該光源優選為安裝在基底上的LED芯片。優選地，錐形光管是漸減的錐形光管，該錐形光管從在輸入端的較大橫截面尺寸至在輸出端的較小橫截面尺寸形成錐形。角度回收設備傳輸小角度光并將大角度光反射回進入光源。光源以不同的角度分布重新發射反射的光，從而增加光輸出的亮度。根據本專利技術的示例性實施例，角度回收設備包括耦合至光源的漸減的錐形光管和耦合至漸減的錐形光管的輸出端的漸增的錐形光管，該光源優選為安裝在基底上的LED芯片。漸減的錐形光管從在輸入端的較小的橫截面尺寸至在輸出端的較大的橫截面尺寸形成錐形。角度回收設備傳輸小角度光并將大角度光反射回進入光源，從而增加光輸出的亮度。根據本專利技術的示例性實施例，角度回收設備包括耦合至光源的透鏡系統，所述光源優選為安裝在基底上的LED芯片。透鏡系統包括在被凹面反射體或反射表面包圍的中心處的透鏡表面或透鏡。可選的，反射體可以是雙拋物面反射體，在該雙拋物面反射體處高角度的光射線在被聚焦回到LED芯片上之前被反射兩次。反射體和反射表面將高角度光射線反射回進入LED芯片用于回收，且透鏡或透鏡表面耦合小角度光射線作為光輸出，從而增加光輸出的亮度。根據本專利技術的示例性實施例，用于增加光源亮度的光學回收設備包括用于從光源傳輸多個光射線的傳輸介質。傳輸介質具有輸出端和耦合至光源的輸入端。反射鏡或反射體被耦合至傳輸介質的輸出端，用于通過將多個光射線的部分經傳輸介質的輸入端反射回光源來回收多個光射線的部分，用于被光源重新發射，從而增加光源輸出的亮度。根據本專利技術的示例性實施例，一種用于增加照明系統亮度的方法包括以下步驟：提供光源和包括輸入端和輸出端的光管；所述光管還包括布置在輸出端上的反射介質；由光源產生光射線；放置光管使得輸入端大體上與光源接近；在輸入端收集光射線；通過反射介質將光射線的的部分反射回進入光管；將反射的光射線與光源發射的光耦合；從光管的輸出端輸出反射的光射線，從而回收光以增加照明系統的亮度。根據本專利技術的示例性實施例，一種用于增加照明系統亮度的方法包括以下步驟：提供光源和具有輸入端和輸出端的錐形光管，其中光管從在所述輸入端處的較大橫截面尺寸至在輸出端處的較小橫截面尺寸形成錐形；由光源產生光射線；放置錐形光管使得其輸入端大體上與光源接近；在輸入端收集光射線；將具有大角度的射線的部分反射回進入漸減的錐形光管，從而減小角度尺寸；從輸出端輸出小角度光。根據本專利技術的示例性實施例，一種用于增加光源亮度的方法包括以下步驟：耦合光學回收設備至光源以從光源接收多個光射線；回收多個光射線的部分回到光源；以及通過光源重新本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于增加光源亮度的照明系統，包括：用于發射多個光射線的光源；以及光學回收設備，用于傳輸來自所述光源的所述多個光射線，所述光學回收設備包括具有反射凹面和透鏡表面的單個實心光學部件；其中，所述單個實心光學部件的所述透鏡表面形成與所述光源的預定圓錐角，使得所述單個實心光學部件的所述反射凹面通過將從所述光源發射的、在所述預定圓錐角之外的光射線反射回到所述光源來角度地回收所述多個光射線的一部分，所述光源將發射到所述預定圓錐角之外的光射線重新發射到所述角度光學回收設備，從而增加所述光源的輸出的亮度；其中，所述單個實心光學部件的所述透鏡表面傳輸來自所述光學回收設備的、從所述光源發射的在所述預定圓錐角內的光射線；以及其中，在所述預定圓錐角之外的所有光射線在撞擊到任何其他表面之前首先撞擊到所述凹面。

【技術特征摘要】
2006.06.13 US 60/813186;2006.06.16 US 60/814605;201.一種用于增加光源亮度的照明系統，包括：
用于發射多個光射線的光源；以及
光學回收設備，用于傳輸來自所述光源的所述多個光射線，所述光學回收設備包括具
有反射凹面和透鏡表面的單個實心光學部件；
其中，所述單個實心光學部件的所述透鏡表面形成與所述光源的預定圓錐角，使得所
述單個實心光學部件的所述反射凹面通過將從所述光源發射的、在所述預定圓錐角之外的
光射線反射回到所述光源來角度地回收所述多個光射線的一部分，所述光源將發射到所述
預定圓錐角之外的光射線重新發射到所述角度光學回收設備，從而增加所述光源的輸出的
亮度；
其中，所述單個實心光學部件的所述透鏡表面傳輸來自所述光學回收設備的、從所述
光源發射的在所述預定圓錐角內的光射線；以及
其中，在所述預定圓錐角之外的所有光射線在撞擊到任何其他表面之前首先撞擊到所
述凹面。
2.如權利要求1所述的照明系統，其中所述光源包括多個LED芯片。
3.如權利要求2所述的照明系統，其中所述多個LED芯片被緊密封裝在一維或二維陣列
中。
4.如權利要求1所述的照明系統，其中所述光源包括多個彩色LED芯片，其中每個彩色
LED芯片發射具有不同波長的光。
5.如權利要求1所述的照明系統，其中所述反射凹面形成雙拋物面反射表面，以在將從
所述光源發射的、在所述預定圓錐角之外的光射線聚焦回到所述光源上之前將其反射兩
次。
6.如權利要求1所述的照明系統，其中所述反射凹面的形狀是球形的、拋物面形的或橢
圓形的。
7.如權利要求1所述的照明系統，其中所述反射凹面圍繞所述孔。
8.如權利要求1所述的照明系統，其中所述光源包括發光二極管(LED)或LED芯片。
9.如權利要求8所述的照明系統，其中所述LED芯片安裝在具有反射表面涂層的基底
上。
10.如權利要求8所述的照明系統，其中所述LED芯片包括集成的光學元件，用于從所述
LED芯片提取光。
11.如權利要求1所述的照明系統，其中所述實心光學部件的反射凹面的形狀是球形
的、拋物面形的或橢圓形的。
12.如權利要求1所述的照明系統，其中所述實心光學部件的反射凹面圍繞所述實心光
學部件的透鏡表面。
13.一種用于增加光源亮度的照明系統和一種用于增加亮度的方法，包括：
用于發射多個光射線的光源；以及角度光學回收設備，其用于傳輸來自所述光源的所
述多個光射線，所述角度光學回收設備包括具有孔和反射凹面的單個中空光學部件，所述
反射凹面的形狀是雙拋物面；以及
其中，所述單個中空光學部件的孔形成與所述光源的預定圓錐角，使得所述中空光學
部件的所述反射凹面通過將從所述光源發射的、在所述預定圓錐角之外的光射線反射回到
所述光源來角度地回收所述多個光射線的一部分，所述光源將發射到所述預定圓錐角之外
的光射線重新發射到所述角度光學回收設備，從而增加所述光源的輸出的亮度；以及
其中，所述單個中空光學部件的所述孔傳輸來自所述角度光學回收設備的、從所述光
源發射的在所述預定圓錐角內的光射線；以及
其中，在所述預定圓錐角之外的所有光射線在撞擊到任何其他表面之前首先撞擊到所
述雙拋物面反射表面之一。
14.如權利要求13所述的照明系統，其中所述雙拋物面反射表面在將從所述光源發射
的、在所述預定圓錐角之外的光射線聚焦回到所述光源上之前將其反射兩次。
15.如權利要求13所述的照明系統，其中所述反射凹面的形狀是球形的、拋物面形的或
橢圓形的。
16.如權利要求13所述的照明系統，其中所述反射凹面圍繞所述孔。
17.如權利要求13所述的照明系統，其中所述光源包括發光二極管(LED)或LED芯片。
18.如權利要求17所述的照明系統，其中所述LED芯片安裝在具有反射表面涂層的基底
上...

【專利技術屬性】
技術研發人員：K·K·李，S·稻次，
申請(專利權)人：梅多星企業有限公司，
類型：發明
國別省市：美國;US