一种用于回收光以增加光源亮度的照明系统和方法技术方案

一种用于增加光源亮度的照明系统，包括耦合至光源的光学回收设备，用于空间和/或角度的回收光，所述光源优选地为发光二极管(LED)。光学回收设备使用反射体或反射镜空间回收由LED发射的光射线的部分回到光源，和/或角度的回收高角度光射线并传输小角度光射线，从而增加光源的输出的亮度。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请号为200780021930.3、申请日为2007年6月13日、专利技术名称为“一种用于回收光以增加光源亮度的照明系统和方法”的申请的分案申请。
本专利技术涉及用于增加照明系统亮度的系统和方法，尤其涉及回收由光源发射的光以增加光源亮度的照明系统和方法。
技术介绍
光源用在所有类型的照明应用中。典型的光源包括但不限于弧光灯、卤素灯、荧光设备、微波灯和发光二极管(LED)。很多应用需要在小的有效发射面积具有高水平亮度的照明系统。这种高水平的亮度通常可以通过增加更多光源来完成。然而，如果存在有限的空间用于集成光源，这在技术上是不可能的，并且经济上也是不可行的，因为集成并使用多个光源是昂贵的。因此，本专利技术寄希望于在不增加光源数目的情况下增加光源亮度。例如，基于微显示的电视(MDTV)可能低成本且带有大屏幕尺寸。传统的MDTV通常由弧光灯照明。虽然该光源是以最低成本最亮的，但需要将白光分成3个颜色并且寿命短，这使得它较不合适。随着LED技术的发展，必须考虑LED作为在MDTV中光源的使用以获取LED长寿命的特性以及诸如瞬时开启的其它益处。然而，目前，对于使用小成像面板或具有较大屏幕的低成本的应用，LED亮度不足。LED回收方案已经被用于增强光源的亮度，参见授予Zimmerman等人的美国专利6,869,206。然而，Zimmerman等人描述了将LED装入具有一个光输出孔的光反射腔中。同样，授予Zimmerman等人的美国专利6,144,536描述了具有封闭了气体填充的中空内部的带有磷光体涂层的玻璃封罩的荧光灯。由磷光体涂层产生的光的部分被回收回到磷光体涂层。本专利技术寄希望于提供可被耦合至一个或多个LED以通过有效的回收来增加LED的可用亮度的回收设备，使得可以使用较小的面板或可以用足够的亮度照明大屏幕。例如，LED是一种用在诸如普通照明、建筑照明和最近的投影电视中的多种照明应用中的光源。例如，当用在投影电视中时，LED必须以高的亮度水平在小的有效发射面积中发射光，以便在电视屏幕上提供必须的高光输出。特别的，LED必须在小的发射面积内以小的和立体的角度提供以流明来测量的强的且亮的光,以在投影电视中有用。不幸的是，目前可用的LED的亮度不足以用在照明大投影电视屏幕，这种照明大投影电视屏幕逐渐受消费者欢迎。因此，需要一种用于增加LED亮度的方法和系统，以合理的成本提供满足当前和未来应用要求的照明系统。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种解决现有技术的前述的问题的照明系统。本专利技术的另一个目的是提供一种包括用于回收由光源发射的光的部分来增加光输出的亮度的回收设备的照明系统。本专利技术的另一个目的是提供一种包括用于通过反射由光源发射的光的部分回到光源来回收光来增加光输出的亮度的空间回收设备的照明系统。本专利技术的另一个目的是提供一种包括用于传输小角度光并回收高角度光以增加光输出的亮度的角度回收设备的照明系统。本专利技术的另一个目的是提供一种包括用于回收由光源发射的光的部分来增加光输出的亮度的空间和角度回收设备的照明系统。本专利技术的另一个目的是提供一种如前所述的照明系统，该照明系统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，从而增强回收设备的回收效果。本专利技术致力于一种回收光以增加光源亮度的照明系统，从而使得照明系统能够以合理成本提供较高光输出。根据本专利技术的示例性实施例，用于回收光以增加亮度的照明系统包括空间回收设备。空间回收设备包括耦合至光源的光管，该光源优选为安装在基底上的LED芯片。空间回收设备通过利用反射介质或涂层来覆盖光管的输出端的部分来回收光，从而使得来自光源的光被反射介质反射回通过光管进入光源。光源重新发射反射的光进入光管，从而增加来自照明系统的光输出的亮度。根据本专利技术的示例性实施例，用于回收光以增加亮度的照明系统包括角度回收设备。角度回收设备包括耦合至光源的锥形光管，该光源优选为安装在基底上的LED芯片。优选地，锥形光管是渐减的锥形光管，该锥形光管从在输入端的较大横截面尺寸至在输出端的较小横截面尺寸形成锥形。角度回收设备传输小角度光并将大角度光反射回进入光源。光源以不同的角度分布重新发射反射的光，从而增加光输出的亮度。根据本专利技术的示例性实施例，角度回收设备包括耦合至光源的渐减的锥形光管和耦合至渐减的锥形光管的输出端的渐增的锥形光管，该光源优选为安装在基底上的LED芯片。渐减的锥形光管从在输入端的较小的横截面尺寸至在输出端的较大的横截面尺寸形成锥形。角度回收设备传输小角度光并将大角度光反射回进入光源，从而增加光输出的亮度。根据本专利技术的示例性实施例，角度回收设备包括耦合至光源的透镜系统，所述光源优选为安装在基底上的LED芯片。透镜系统包括在被凹面反射体或反射表面包围的中心处的透镜表面或透镜。可选的，反射体可以是双抛物面反射体，在该双抛物面反射体处高角度的光射线在被聚焦回到LED芯片上之前被反射两次。反射体和反射表面将高角度光射线反射回进入LED芯片用于回收，且透镜或透镜表面耦合小角度光射线作为光输出，从而增加光输出的亮度。根据本专利技术的示例性实施例，用于增加光源亮度的光学回收设备包括用于从光源传输多个光射线的传输介质。传输介质具有输出端和耦合至光源的输入端。反射镜或反射体被耦合至传输介质的输出端，用于通过将多个光射线的部分经传输介质的输入端反射回光源来回收多个光射线的部分，用于被光源重新发射，从而增加光源输出的亮度。根据本专利技术的示例性实施例，一种用于增加照明系统亮度的方法包括以下步骤：提供光源和包括输入端和输出端的光管；所述光管还包括布置在输出端上的反射介质；由光源产生光射线；放置光管使得输入端大体上与光源接近；在输入端收集光射线；通过反射介质将光射线的的部分反射回进入光管；将反射的光射线与光源发射的光耦合；从光管的输出端输出反射的光射线，从而回收光以增加照明系统的亮度。根据本专利技术的示例性实施例，一种用于增加照明系统亮度的方法包括以下步骤：提供光源和具有输入端和输出端的锥形光管，其中光管从在所述输入端处的较大横截面尺寸至在输出端处的较小横截面尺寸形成锥形；由光源产生光射线；放置锥形光管使得其输入端大体上与光源接近；在输入端收集光射线；将具有大角度的射线的部分反射回进入渐减的锥形光管，从而减小角度尺寸；从输出端输出小角度光。根据本专利技术的示例性实施例，一种用于增加光源亮度的方法包括以下步骤：耦合光学回收设备至光源以从光源接收多个光射线；回收多个光射线的部分回到光源；以及通过光源重新本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于增加光源亮度的照明系统，包括：用于发射多个光射线的光源；以及光学回收设备，用于传输来自所述光源的所述多个光射线，所述光学回收设备包括具有反射凹面和透镜表面的单个实心光学部件；其中，所述单个实心光学部件的所述透镜表面形成与所述光源的预定圆锥角，使得所述单个实心光学部件的所述反射凹面通过将从所述光源发射的、在所述预定圆锥角之外的光射线反射回到所述光源来角度地回收所述多个光射线的一部分，所述光源将发射到所述预定圆锥角之外的光射线重新发射到所述角度光学回收设备，从而增加所述光源的输出的亮度；其中，所述单个实心光学部件的所述透镜表面传输来自所述光学回收设备的、从所述光源发射的在所述预定圆锥角内的光射线；以及其中，在所述预定圆锥角之外的所有光射线在撞击到任何其他表面之前首先撞击到所述凹面。

【技术特征摘要】
2006.06.13 US 60/813186;2006.06.16 US 60/814605;201.一种用于增加光源亮度的照明系统，包括：
用于发射多个光射线的光源；以及
光学回收设备，用于传输来自所述光源的所述多个光射线，所述光学回收设备包括具
有反射凹面和透镜表面的单个实心光学部件；
其中，所述单个实心光学部件的所述透镜表面形成与所述光源的预定圆锥角，使得所
述单个实心光学部件的所述反射凹面通过将从所述光源发射的、在所述预定圆锥角之外的
光射线反射回到所述光源来角度地回收所述多个光射线的一部分，所述光源将发射到所述
预定圆锥角之外的光射线重新发射到所述角度光学回收设备，从而增加所述光源的输出的
亮度；
其中，所述单个实心光学部件的所述透镜表面传输来自所述光学回收设备的、从所述
光源发射的在所述预定圆锥角内的光射线；以及
其中，在所述预定圆锥角之外的所有光射线在撞击到任何其他表面之前首先撞击到所
述凹面。
2.如权利要求1所述的照明系统，其中所述光源包括多个LED芯片。
3.如权利要求2所述的照明系统，其中所述多个LED芯片被紧密封装在一维或二维阵列
中。
4.如权利要求1所述的照明系统，其中所述光源包括多个彩色LED芯片，其中每个彩色
LED芯片发射具有不同波长的光。
5.如权利要求1所述的照明系统，其中所述反射凹面形成双抛物面反射表面，以在将从
所述光源发射的、在所述预定圆锥角之外的光射线聚焦回到所述光源上之前将其反射两
次。
6.如权利要求1所述的照明系统，其中所述反射凹面的形状是球形的、抛物面形的或椭
圆形的。
7.如权利要求1所述的照明系统，其中所述反射凹面围绕所述孔。
8.如权利要求1所述的照明系统，其中所述光源包括发光二极管(LED)或LED芯片。
9.如权利要求8所述的照明系统，其中所述LED芯片安装在具有反射表面涂层的基底
上。
10.如权利要求8所述的照明系统，其中所述LED芯片包括集成的光学元件，用于从所述
LED芯片提取光。
11.如权利要求1所述的照明系统，其中所述实心光学部件的反射凹面的形状是球形
的、抛物面形的或椭圆形的。
12.如权利要求1所述的照明系统，其中所述实心光学部件的反射凹面围绕所述实心光
学部件的透镜表面。
13.一种用于增加光源亮度的照明系统和一种用于增加亮度的方法，包括：
用于发射多个光射线的光源；以及角度光学回收设备，其用于传输来自所述光源的所
述多个光射线，所述角度光学回收设备包括具有孔和反射凹面的单个中空光学部件，所述
反射凹面的形状是双抛物面；以及
其中，所述单个中空光学部件的孔形成与所述光源的预定圆锥角，使得所述中空光学
部件的所述反射凹面通过将从所述光源发射的、在所述预定圆锥角之外的光射线反射回到
所述光源来角度地回收所述多个光射线的一部分，所述光源将发射到所述预定圆锥角之外
的光射线重新发射到所述角度光学回收设备，从而增加所述光源的输出的亮度；以及
其中，所述单个中空光学部件的所述孔传输来自所述角度光学回收设备的、从所述光
源发射的在所述预定圆锥角内的光射线；以及
其中，在所述预定圆锥角之外的所有光射线在撞击到任何其他表面之前首先撞击到所
述双抛物面反射表面之一。
14.如权利要求13所述的照明系统，其中所述双抛物面反射表面在将从所述光源发射
的、在所述预定圆锥角之外的光射线聚焦回到所述光源上之前将其反射两次。
15.如权利要求13所述的照明系统，其中所述反射凹面的形状是球形的、抛物面形的或
椭圆形的。
16.如权利要求13所述的照明系统，其中所述反射凹面围绕所述孔。
17.如权利要求13所述的照明系统，其中所述光源包括发光二极管(LED)或LED芯片。
18.如权利要求17所述的照明系统，其中所述LED芯片安装在具有反射表面涂层的基底
上...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·K·李，S·稻次，
申请(专利权)人：梅多星企业有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US