CN102287715B - 一种大面积均匀面光源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大面积均匀面光源装置。该装置包括：LED线阵光源、大面积漫散射板和大面积体扩散板。大面积漫散射板与大面积体扩散板相互平行，平行平面之间为空气间隔层，LED线阵光源为四个或二个，当LED线阵光源为四个时，分别相对平行位于垂直于大面积漫散射板、大面积体扩散板的四个侧面上；当LED线阵光源为二个时，分别相对平行位于垂直于大面积漫散射板、大面积体扩散板的二个侧面上。LED线阵光源从空气间隔层的侧面掠入射照明大面积漫散射板，形成大面积光源辐射，该面光源辐射透过大面积体扩散板，再次因散射／扩散输出，因而又再进一步使输出面光源均匀化，从而获得具有高均匀性的大面积面光源输出。
Description
技术领域
本发明涉及面光源具体是指一种具有高辐射强度、高均匀性、超大面积的面光源装置。
背景技术
均匀面光源因具有极其广泛的应用，一直是光源技术研究的热门课题。目前已有很多有关的文章报道，甚至专利和产品。
面光源的形成，最简单的方法是积分球方法，应用一种或多种光源输入积分球，经球体内表面多次反射后，从积分球表面的小孔或小面积开口输出光。最为典型的代表是英国豪迈集团旗下的蓝菲光学有限公司(Lab sphere)以制造、生产积分球著称，研发了多种积分球均匀光源产品。由于积分球输出窗口尺寸受球体直径的限制，不可能制造大面积均匀输出面光源；同时因积分球的光损耗很大，其输出光强度受到极大的限制。
目前最为实用的面光源是应用各种类型光导板(LGP)边光技术(Side Light)制造的背光源，已广泛应用于液晶显示屏(LCD)，如液晶电视、计算机液晶显示屏、手机等。但背光源技术只能应用于显示器件。
近年来也有专利报道应用LED模块与几种光学元件组成单个小的面光源光学系统，再将这些单个光学系统进行拼装成较大一些面光源。其结构和工艺的复杂性、技术的局限性，同样不能实现具有高辐射强度、高均匀性、超大面积的面光源。
发明内容
基于上述已有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种具有高辐射强度、超大面积均匀面光源装置。
本发明的大面积均匀面光源装置，包括：LED线阵光源、大面积漫散射板和大面积体扩散板。大面积漫散射板与大面积体扩散板相互平行，平行平面之间为空气间隔层，空气间隔层的间距为聚光型LED线阵器件的高度。LED线阵光源为四个或二个，当LED线阵光源为四个时，分别相对平行位于垂直于大面积漫.散射板、大面积体扩散板的四个侧面上，也即空气间隔层的四个侧面上；当LED线阵光源为二个时，分别相对平行位于垂直于大面积漫散射板、大面积体扩散板的二个侧面上，也即空气间隔层相对的二个侧面上。LED线阵光源的线阵排列方向平行于空气间隔层。
所述的大面积漫散射板是由在大面积基板上喷涂聚四氟乙烯(F4)涂料构成的。
所述的大面积体扩散板是由高透过率聚碳酸酯／聚甲基丙烯酸甲酯塑料(PC／PMMA)为基材，在基材聚合成型之前，掺入尺寸等于或大于可见光波长的散射粒子组成的。
所述的LED线阵光源是由LED线阵光源中每个LED器件前安装一个柱面透镜组成，柱面透镜的母线垂直于LED输出光束的光轴、平行于大面积漫散射板平面，柱面透镜与LED器件的距离保持在使LED输出光束沿光轴方向准直。
LED输出光束沿柱面透镜母线方向压缩，变换为扁椭圆形光强分布的光束，该光束从位于空气间隔层的四个侧面上或两个侧面上掠入射照明大面积漫散板平面；通过微调掠入射角，照明整个大面积漫散射板平面，形成具有漫散射特 性的大面积面光源辐射。这是一种光掠入射于漫反射面形成面光源的物理过程。该面光源辐射透过大面积体扩散板，再次因散射／扩散输出，因而又再进一步使输出面光源均匀化，从而获得具有高均匀性的大面积面光源输出。
本发明的优点是：
1.光学装置结构简单，制造工艺简便，应用本发明制造原理和方法，可制造实用的大面积、高光功率输出、高均匀性朗伯辐射特性输出的面光源。
2.按照本发明的制造原理和方法，应用具有不同光谱辐射的聚光型LED线阵作为输入光源，可获得所需光谱分布的大面积光输出，可制造新型超大面积的太阳光模拟器和多种类型的面光源，应用于光学器件、仪器、产品的测试、定标，也可制造超高亮度输出的背光源。
附图说明
图1为大面积均匀面光源装置的结构示意图；
图2为柱面透镜使LED光束变换为扁椭圆形光强分布光束的作用图；
图3为线阵LED扁椭圆形光束示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：
图1是本发明的大面积均匀面光源装置的结构示意图，该装置由LED线阵光源1、大面积漫散射板5和大面积体扩散板3部件构成。大面积漫散射板与大面积体扩散板相互平行，平行平面之间为空气间隔层4，空气间隔层的间距为LED线阵器件的高度。LED线阵光源可以为四个，或者二个，如果是二个，则安装在空气间隔层4的相对的二个侧面，使二个侧面LED光束在大面积漫散射板平面上的辐照区域相互叠加，较大幅度地改善LED在散射板平面上辐照度的均匀化程度。为增强均匀面光源装置的面辐射强度光输出，可安装4个LED线阵 光源，分别安装在空气间隔层4的四个侧面，对称地安装。
大面积漫散射板5是由在大面积基板上喷涂聚四氟乙烯(F4)涂料构成的，基板要求刚性好，表面为光学平面，喷涂后表面要求为高散射效率、低散射损耗的理想朗伯漫射特性的散射面。
大面积体扩散板3是应用具有高透过率PC／PMMA为光学基材，在基材聚合成型之前，参入散射粒子制成的。这种扩散板是具有整体散射机理的散射板，即扩散板的表面及体内均起散射作用，其中散射粒子的有效光散射系数可达78％以上。体散射型散射板克服了面散射的弱点，具有高的光散射性，同时兼备较好的透明性，散射板具有80％以上的光透过率和90％以上的雾度，使光输出实现柔和、均匀。
LED线阵光源1是由LED线阵光源1的每个LED器件前面安装一个柱面透镜2组成，并使柱面透镜的母线垂直于LED输出光束光轴、平行于大面积漫散射板平面。
本发明装置的大面积均匀光束的形成过程：
调整柱面透镜2与LED器件1的距离，使LED输出光束沿光轴方向准直。图2说明柱面透镜使聚光型LED光束变换为截面呈扁椭圆形光强分布光束的作用。LED光源1发出的光，经柱面透镜2，使LED定向发散的光束在与柱面透镜母线垂直的光轴平面内会聚准直；由于柱面透镜的非对称性，LED发射光束在与柱面透镜母线平行的截面内的聚焦率为零，LED发射光束的发散角没有改变，于是图2中LED输出圆形对称的光束A，光束A经二次光学柱面透镜2变换为扁椭圆形光束B；A1表示LED输出光束中光强分布的半功率区域；B1表示扁椭圆形光束B光强分布的半功率区域。
图3是线阵LED扁椭圆光束剖面示意图。调整线阵LED中相邻器件的间距， 使大面积漫散射板平面上每个相邻LED照明光束光强的半功率输出区域B1的外围区域相互重叠，改善LED在散射板平面上辐照度的均匀化性。
LED线阵光源经柱面透镜2透射输出光从大面积漫散射板的二个侧面掠入射照明大面积漫散板平面，微调掠入射角，使输出光照明整个大面积漫散射板平面，形成具有漫散射特性的大面积面光源辐射。这是一种光掠入射于漫反射面形成面光源的物理过程。同时控制LED线阵各个器件的正向电流，使LED在大面积散射板平面上的辐照度进一步均匀化。该面光源辐射透过大面积体扩散板，再次因散射／扩散输出，因而又再进一步使输出面光源均匀化，从而获得具有高均匀性的大面积面光源输出。
Claims (3)
1.一种大面积均匀面光源装置，包括：LED线阵光源(1)、大面积漫散射板(5)和大面积体扩散板(3)；大面积漫散射板与大面积体扩散板相互平行，平行平面之间为空气间隔层(4)，空气间隔层的间距为聚光型LED线阵器件的高度；LED线阵光源为四个或二个；当LED线阵光源为四个时，分别相对平行位于垂直于大面积漫散射板、大面积体扩散板的四个侧面上，也即空气间隔层的四个侧面上；当LED线阵光源为二个时，分别相对平行位于垂直于大面积漫散射板、大面积体扩散板的二个侧面上，也即空气间隔层相对的二个侧面上；LED线阵光源的线阵排列方向平行于空气间隔层；其特征在于：
所述的LED线阵光源是由LED线阵光源中每个LED器件前安装一个柱面透镜组成，柱面透镜的母线垂直于LED输出光束的光轴、平行于大面积漫散射板平面，柱面透镜与LED器件的距离保持在使LED输出光束沿光轴方向准直；
LED输出光束沿柱面透镜母线方向压缩，变换为扁椭圆形光强分布的光束，该光束从位于空气间隔层的四个侧面上或两个侧面上掠入射照明整个大面积漫散射板平面，形成具有漫散射特性的大面积面光源辐射，该面光源辐射透过大面积体扩散板，再次因散射／扩散输出，因而又再进一步使输出面光源均匀化，从而获得具有高均匀性的大面积面光源输出。
2.根据权利要求1的一种大面积均匀面光源装置，其特征在于：所述的大面积漫散射板是由在大面积基板上喷涂聚四氟乙烯涂料构成的。
3.根据权利要求1的一种大面积均匀面光源装置，其特征在于：所述的大面积体扩散板是由高透过率PC／PMMA为基材，在基材聚合成型之前，掺入尺寸等于或大于可见光波长的散射粒子组成的。
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