平面平行光光源制造技术

一种高效率、长寿命、高亮度的输出平行光的平面光源。它由至少一支荧光灯、荧光灯的反射器、一个光耦合器、一个有一系列光输出小孔的高反射率的反射腔、一系列锥形光反射器和一个透镜阵列板组成。所说的荧光灯所发的光经反射器反射集中，经光耦合器进入反射腔，经反射腔并由位于反射腔一面的光输出小孔输出，经锥形反射器后经透镜变成平行光输出。本发明专利技术的光源，可用于各种液晶显示的背照明和其它需要平行光的照明。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种产生平行光的平面光源，特别是一种高效率、长寿命、高亮度的平行光源和一种可依次产生红、兰、绿三基色脉冲平行光的平行光光源。目前现有技术的平行光光源通常由一个点光源，例如金属卤素灯(M--H灯)或短弧氙灯、及一个抛物面反射器或椭球面的反射器加一个聚光透镜组成。它们可产生良好的平行光，但它们的体积很大，而且寿命短，不能产生脉冲光，也不能产生红、兰、绿三基色的脉冲光。本专利技术克服了上述缺点，提供了一种平板型结构、高效率、长寿命的平行光源，且可产生白色或红、兰、绿三基色脉冲光，可用于散射式液晶显示器的背照明，也可用于普通有源矩阵液晶显示(AM-LCD)或无源矩阵(STN--LCD)的背照明，以提高亮度或节约电功耗，也可用于层叠式液晶显示器，以产生多色或全色显示。本专利技术的目的是通过如下技术方案来实现的一支或几支热阴极或冷阴极荧光灯光源；一个或几个所说荧光灯的光反射器；一个高反射率墙的反射腔；一个或几个光耦合器，荧光灯所发的光均匀有效地经过耦合器射入反射腔；反射腔一面有一系列光输出小孔；一系列锥形反射器；一个透镜阵列板。所说的荧光灯所发的光经反射器反射，通过光耦合器射入反射腔，后从光输出小孔输出，再经锥形反射器和透镜出射，所说的光输出小孔位于相对应的透镜的焦点上，从小孔射出的光线、经透镜后可很好地变成平行光，从而得到输出平行光的平面光源。下面结合附图详细描述本专利技术的平行光光源的实施例。其中附图说明图1为现有技术的平行光光源示意图；图2为本专利技术的平面平行光光源原理图；图3为本专利技术平行光光源和光反射腔示意图；图4为本专利技术平行光光源锥形反射器示意图；图5为本专利技术平行光光源锥形反射器的一种结构示意图；图6为本专利技术平行光光源锥形反射器的另一种结构示意图；图7为本专利技术平行光光源的光源位置示意图；图8为本专利技术平行光光源的另一种光源位置示意图；图9为本专利技术的平行光光源用于普通有源或无源矩阵液晶显示器背照明的示意图；图10为本专利技术平行光光源与层叠式液晶显示器结合作背照明的示意图；图11为本专利技术平行光光源为红、兰、绿三基色彩色平行光源的示意图。图1为现有技术的一种平行光光的结构示意图。其中101为一个点光源，例如M-H灯或短弧氙灯；102为一个椭球面反射器，点光源位于此反射器102的一个焦点F1上，点光源101所发的光经反射器102反射，集中在第二焦点F2上。103为一个透镜，其焦点位于F2，因此经F2的光再经透镜都可变成平行光104。此系统可有效地产生平行光，但它的体积大，若要产生一个大面积的平行光，它的体积就更大。另一方面M-H灯和氙灯的寿命都较短，而且不能产生红、兰、绿三基色的脉冲光。图2为本专利技术的平面平行光光源的原理示意图。其中201为一光源，例如冷阴极或热阴极荧光灯。202为光反射器，此反射器可将由光源201所发的光反射并集中经耦合器203射入反射腔204。此反射腔的四周和上下面均为高反射率的反射面。此反射腔204的一面有一系列光出射小孔205，经反射腔的光，可经由这些小孔205射出。206为一系列锥形反射器，它的锥壁为高反射率层，它的锥体的小的一端与光输出小孔吻合，可让由小孔射出的光有效地射入锥形反射器206。锥形反射器的另一端为一凸透镜207。光输出小孔205位于凸透镜207的焦点上，因此由小孔205出射的光经透镜207后都变成平行光208输出，从而得到一个平板结构的平行光光源。光源201也可以和反射腔直接耦合，而不用光耦合器203。图3为本专利技术的光源和反射腔的原理示意图。其中301为反射腔，302为光源，303为光源反射器，304为光耦合器。反射腔301的四周和上下305均为高反射率的面，可有效地反射入射光。306为光入射窗，307为光输出小孔。光耦合器304可使由光源来的光有效且均匀地入射反射腔，同时由于光入射窗和光出射小孔的面积比反射腔总表面积小得很多，由入射窗306入射的光经反射腔多次反射可使由各小孔307射出的光强度均匀。反射腔可由一块透明的板，如有机玻璃等透明塑料或玻璃制成，也可由几片高反射率的板构成一个反射盒。反射腔301的形状可为一扁平矩形平板，或不同厚度的平板、近光源侧较厚，或其它曲面，以保证由各小孔射出的光的强度均匀。反射腔301的各表面304可以是镜面，如银或铝等薄膜层，也可以是漫反射的涂层，也可以是粗糙表面加上银或铝薄膜层的高反射率漫反射表面，以得到出射光均匀且效率高的平行光光源。图4为锥形反射器的原理图。其中401为锥形反射器，402为锥体的小的一端，它与反射腔的光输出小孔吻合。锥体的另一端为凸透镜403。光输出小孔402位于透镜403的焦点F上，经焦点入射锥形反射器的光404经透镜403后变成平行光405。经小孔402边上入射锥形反射器401的光，如406、407经透镜后变成出射光408、409，它们与光轴的夹角β决定于小孔的大小(a)和透镜到小孔之间的距离D，β＝tg-1(a/2D)。孔越小，D越大，β角越小，即出射光的平行度越好。当由光输出小孔402入射锥形反射器的光的入射角i大于角δ，δ＝tg-1(R/D)，其中R为透镜大小的半径。这时入射光不能直接经透镜折射变成平行光出射，而首先射到锥壁上，如图4中410，此光线410经锥壁反射后与垂直线(垂直于反射腔出射面b-b)之间的夹角∠Φ为∠Φ＝∠i-2∠θ(1)其中θ为入射光与锥面的夹角。即光线在锥面上每反射一次，它与垂直线的夹角将减小它与锥面夹角的2倍。如果由式(1)得到负值，则表示光线向垂直线的另一方向出射，如图4中的411。如果入射光的入射角很大，如图中412，则需经锥面二次或更多次反射，每反射一次减小2倍它与锥面的夹角，从而可使由小孔402入射的所有从各方向入射来的光线都经透镜或经锥面反射再经透镜变成平行光出射。因此可得到高效率的平行光光源。锥形反射器401的锥角α、高度D、入射小孔a、以及透镜的半径R可按要求选择。锥形反射器可以是方形锥体或园形锥体或其它形状。图2所示的透镜阵列板207可以是一块单独的透镜阵列板，也可以与锥形反射器结合成一块板，如图5所示。其中501为锥形反射器，502为透镜阵列。二者结合在一起，由一块透明板制成。在反射器501的锥壁503上有高反射率涂层，如银或铝等薄膜。504为与反射腔光输出小孔吻合的透明窗口。为了得到很好的平行光，使从光输出小孔射来的光都变成很好的平行光，透镜502可以是非球面的，以保证得到良好的平行光输出。此透明的透镜及锥形反射器板与反射腔可用光学胶胶合在一起，以提高光耦合效率。图6为透镜板与锥形反射器分为二块板的结构示意图。其中601为锥形反射器，602为透镜板，透镜板602可以是单面凸透镜，也可以是双面凸透镜。603为光输入窗口。如果此窗口(与反射腔光输出小孔吻合)位于透镜的焦点上，这时从透镜输出的光为很好的平行光。如果要改变输出光的散射角，则可以改变此二板之间的距离d，就可以得到不同的散射角。光源可以放在反射腔板的一侧，如图2所示。也可以放在反射腔的上、下或左、右二侧，或四周，如图7所示，图中701为反射腔，702为光源。也可以放在反射腔的底面，如图8所示，其中801为反射腔，802为光源。本专利技术的平行光光源可用于散射式液晶显示器，例如PDLCD(聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效率、长寿命、高亮度的输出平行光的平面光光源。它包括一个光源、一个光耦合器、一个反射腔、一系列光输出小孔、一系列锥形反射器和一个凸透镜阵列板。由所说的光源所发的光经光耦合器射进反射腔，经反射腔由光输出小孔输出，再经锥形反射器和透镜射出。所说的光输出小孔近似为点光源并位于透镜的焦点上，从而得到平行光输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：葛世潮，葛晓勤，黄，
申请(专利权)人：葛晓勤，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]