[发明专利]用于背光源和前灯的聚光本领－保持的照明光学器件

说明书

优先权要求

本发明要求2005年10月21日提交的、题为“ETENDUE-CONSERVINGILLUMINATION OPTICS FOR BACKLIGHT AND FRONTLIGHT”的美国专利申请No.60/729,188的优先权，并在此引入其全部内容作参考。

本发明要求2005年7月28日提交的、题为“ETENDUE-CONSERVINGILLUMINATION OPTICS FOR BACKLIGHT AND FRONTLIGHT”的美国专利申请No.60/703,644的优先权，并在此引入其全部内容作参考。

技术领域

本发明一般涉及照明，尤其涉及高亮度背光源和/或前灯。

背景技术

具有接近光源亮度的输出亮度的器件通常被称作高亮度器件。与用于小显示器的数千平方毫米相比，在很多情况下，很难实现用于非常小的光源的高亮度器件，例如单独的高功率LED(例如，具有约2平方毫米面积的LED)。

提供使用小光源的高亮度器件对于很多情况都是有益的。提供这样器件的成本和/或复杂度是受限制的。

发明内容

一些实施例中给出了使用小光源的背光源/前灯的照明器件，例如单独的高功率发光二极管(LED)。这样的LED现在可以达到用于整个中等尺寸(例如，3”)的显示器的足够的发光度。当多个LED被用于照明一背光源时，为了均匀性它们可以围绕着周界分布。但是，使用一个单独的LED，在横跨出射孔径上会存在均匀性的问题，因为单独的一个只能照明很小的面积。

非成像光学器件的边缘光线原理阐明了光源聚光本领最小增长的规律，非成像光学器件的中心主要数量。当计算具有常规正交坐标x和y的两维外形时，可以计算在x＝常数线上的聚光本领，从而可以使用y坐标和相对于它确定的、作为关于y轴乘以折射率n的方向余弦的光学方向余弦q。如果在点y，光学方向余弦q₀和q₁限定光线在该点发射，因此(q₀(y)≤q(y)≤q₁(y))，并且这些限定被确定为沿着y-范围(y₀≤y≤y₁)，于是光线的聚光本领E时相位空间面积，由E=∫q0q1∫y0y1dydq]]>给出。

在三维中，聚光本领是光源面积A_s和光源输出的投影立体角的乘积，乘以围绕光源的光学介质的折射率n。假定立体角是锥形角，于是三维中的聚光本领的表达式为：

E＝nA_ssin²θ

其中，θ是立体锥形角的离位角。如果该限定角θ在孔径处不恒定，则表达式会更复杂。在2π球面度内的漫射朗伯(Lambertain)发光由θ＝90°表示。这样的漫射输出是来自LED芯片本身的发光的特征。

理想的光学系统保持聚光本领，因此理想的准直器的扩大的输出面积使得其在窄的光束角内的有利的高强度，因为在被所有出射孔径点照明的方向上的强度是亮度和出口面积的乘积。另一方面，阳光集中器的聚焦点的小尺寸导致从其宽光束角的有利的高辐射。特别的，众所周知的符合抛物线集中器(CPC)在二维内是聚光本领受限的并且在3D中也近似。