用于制造技术

本发明专利技术涉及

【技术实现步骤摘要】
用于Micro
‑
LED的光束整形装置及制备方法


[0001]本专利技术涉及
Micro
‑
LED
领域，具体是一种用于
Micro
‑
LED
的光束整形装置及制备方法
。

技术介绍

[0002]在投影显示领域，画面亮度是衡量投影仪性能的一大关键指标
。
由于投影画面尺寸会随投影距离的不同而发生变化，业内通常使用光通量来评价投影仪产品的亮度
。
当前，随着消费者需求的不断提升，投影产品的画面光通量需达到
300
流明以上才具备较强的市场竞争力，而要实现良好的观感，例如在明亮环境下仍能正常观看，投影画面光通量应超过
1000
流明
。
近年来，随着
Micro
‑
LED
性能的逐步提升，单块
Micro
‑
LED
微显示芯片已经具备百流明量级的光通量输出，且仍有很大的提升潜力，表明
Micro
‑
LED
投影仪的产品化进程正逐步加快
。
而且，与当前主流的数字光处理投影和液晶投影不同，
Micro
‑
LED
投影装置无需照明光路，从而可以有效地降低一部分光能损耗
。
[0003]尽管如此，由于
Micro
‑
LED
像素本身的配光曲线接近朗伯分布，若不进行光束整形，就意味着仅有一小部分发散角较小的光束能够顺利通过后续的投影镜头，最终投射到屏幕上成像，而发散角较大的光束能量将完全损耗，甚至可能导致投影系统部分模块产生严重的发热
。
显然，若无法解决光束整形问题，
Micro
‑
LED
投影仪的效率可能不如传统投影技术，其市场竞争力将大打折扣
。
[0004]目前，微透镜阵列是最具代表性的一种
Micro
‑
LED
光束整形技术
。
微透镜阵列要求在每个
Micro
‑
LED
像素上方安装一块微型透镜，从而通过透镜的折射对像素发出的大角度光束进行准直
。
另一方面，在照明领域，全内反射
(Total Internal Reflection,TIR)
透镜得到了广泛的应用
。
一般的
TIR
透镜整体形状接近碗形，其底部具有向上凹陷的空心腔体，用于放置光源
。
因此，光源发出的小角度光束可通过竖直方向的自由曲面进行折射，而大角度光线则通过侧面的自由曲面发生全反射，进而获得均匀出射的准直光束
。
[0005]遗憾的是，根据理论分析，不论是微透镜或
TIR
透镜，要获得较好的收光效果，均要求相应光学元件的口径远大于
LED
光源尺寸
。
然而，对于像素间距较小，尤其是像素间距与单像素尺寸相当的
Micro
‑
LED
投影显示芯片，由于空间非常有限，为了避免相互碰撞，单个微透镜或
TIR
透镜的尺寸均会严重受限，致使其无法按照整形效果最佳的面形进行建模
。
因此，当前用于实际
Micro
‑
LED
产品中的微透镜阵列的收光效果比较有限，有时还需要配合黑框结构来吸收掉残留的大角度光束以避免像素串扰，故而该方案对单个
Micro
‑
LED
像素发出光束的整体利用率较低
。

技术实现思路

[0006]为了提高小间距像素的光能利用率，本申请提供了一种用于
Micro
‑
LED
的光束整形装置及制备方法
。
[0007]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：
[0008]用于
Micro
‑
LED
的光束整形装置，包括透镜
、
高反射外壁及角度限制膜，所述透镜包括第一自由曲面
、
第二自由曲面
、
第一顶面
、
底面
、
外表面侧壁及腔体，所述第二自由曲面及腔体均设置在底面上，且第二自由曲面设置在腔体外侧，所述第二自由曲面及外表面侧壁共同组成透镜的侧面，所述第一自由曲面设置在腔体的顶面或第一顶面上，所述高反射外壁设置在透镜侧面的外侧，所述角度限制膜设置在透镜的出光口处
。
[0009]进一步地，当第一自由曲面设置在腔体的顶面时，第一自由曲面开口朝向透镜的出光口；当第一自由曲面设置在第一顶面时，第一自由曲面开口朝向底面
。
[0010]进一步地，所述高反射外壁为矩形或圆柱形
。
[0011]进一步地，所述高反射外壁包括侧壁及底部延伸区，所述侧壁设置在外表面侧壁的外侧，所述底部延伸区一端与侧壁连接，另一端向底面延伸
。
[0012]进一步地，所述高反射外壁采用玻璃制成，且靠近透镜的内侧表面镀制有高反膜
。
[0013]进一步地，所述高反射外壁采用高反射材料制成
。
[0014]进一步地，所述高反射外壁为外表面侧壁及第二自由曲面上镀制的高反射膜层
。
[0015]进一步地，所述角度限制膜限定的入射半角在
10
°
～
20
°
之间
。
[0016]进一步地，所述透镜为
TIR
透镜
。
[0017]用于
Micro
‑
LED
的光束整形装置的制备方法，包括：
[0018]步骤
1、
根据像素点参数确定透镜的第一自由曲面和第二自由曲面的端点位置；
[0019]步骤
2、
根据几何光学原理计算第一自由曲面和第二自由曲面的面形；
[0020]步骤
3、
根据像素点之间的距离，对第二自由曲面进行裁剪以获取透镜外形；
[0021]步骤
4、
设置高反射外壁及角度限制膜
。
[0022]本专利技术相比于现有技术具有的有益效果是：通过对透镜曲面的剪裁，使其与小间距像素更适配；通过在透镜外侧设置高反射外壁及角度限制膜，有效减少了大角度杂散光，提高了小角度出光比例，进而提高了
Micro
‑
LED
芯片光能的整体利用率
。
所有光束整形结构均设置在
Micro
‑
LED
像素外部，不要求对
Micro
‑
LED
像素本身结构进行修改，从而避免了增加
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
用于
Micro
‑
LED
的光束整形装置，其特征在于，包括透镜
、
高反射外壁及角度限制膜，所述透镜包括第一自由曲面
、
第二自由曲面
、
第一顶面
、
底面
、
外表面侧壁及腔体，所述第二自由曲面及腔体均设置在底面上，且第二自由曲面设置在腔体外侧，所述第二自由曲面及外表面侧壁共同组成透镜的侧面，所述第一自由曲面设置在腔体的顶面或第一顶面上，所述高反射外壁设置在透镜侧面的外侧，所述角度限制膜设置在透镜的出光口处
。2.
根据权利要求1所述的用于
Micro
‑
LED
的光束整形装置，其特征在于，当第一自由曲面设置在腔体的顶面时，第一自由曲面开口朝向透镜的出光口；当第一自由曲面设置在第一顶面时，第一自由曲面开口朝向底面
。3.
根据权利要求1所述的用于
Micro
‑
LED
的光束整形装置，其特征在于，所述高反射外壁为矩形或圆柱形
。4.
根据权利要求3所述的用于
Micro
‑
LED
的光束整形装置，其特征在于，所述高反射外壁包括侧壁及底部延伸区，所述侧壁设置在外表面侧壁的外侧，所述底部延伸区一端与侧壁连接，另一端向底面延伸
。5.
根据权利要求3所述的用于
Micro
‑
LED
的光束整形装置，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张寅瑞，梁其鹏，黎垚，姜银磊，陈宁，
申请(专利权)人：四川长虹电子控股集团有限公司，
类型：发明
国别省市：