专利名称：Led红、绿、蓝三色光三棱镜合色器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED红、绿、蓝三色光三棱镜合色器，确切说，涉及一种用三棱镜将红光LED发出的红光，绿光LED发出的绿光和蓝光LED发出的蓝光合成为白光的装置，属光电照明和显示的技术领域。
背景技术：
现有的把LED红、绿、蓝三色光合成为白光的装置是X-棱镜合色器，如图1所示。采用一个正方形的X-棱镜，X-棱镜中间有两片正交的滤光膜f1和f2。滤光膜f1反射蓝光，透过红、绿光；滤光膜f2反射红光，透过蓝、绿光。当红、绿、蓝三色光分别通过三只聚光器的耦合，射入X-棱镜，经滤光膜f1和f2处理后，就合成为白光出射。在背景技术的合色器中，红、绿、蓝三色光都是以45°角分别入射各自对应的滤光膜，且两片滤光膜都是不受光的偏振状态影响，这样大的入射角对消除偏振影响的滤光膜的制作带来很大的难度，限制了滤光膜的F数，也限制了聚光器对LED聚光的F数，即限制了聚光效率，限制了对LED光能量的利用率。此外，X-棱镜由四个直角棱镜胶合，制作工艺要求高，成本高。
发明内容
本发明的目的是推出一种LED红、绿、蓝三色光三棱镜合色器。该装置有结构简单，便于制作，制造成本低和LED光能量的利用率高的优点。
为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案。所述的合色器含截面是正三角形的三棱镜，三棱镜的两个二面角的角平分面上分别有滤光膜。这样，红、绿、蓝三色光都能以30°角分别入射各自对应的滤光膜，有助于降低滤光膜制作难度，降低滤光膜的F数的数值，提高LED光能量的利用率和提高出射白光的亮度。
现结合附图详细说明本发明的技术方案。
方案1(见图2)一种LED红、绿、蓝三色光三棱镜合色器，含红光聚光器7、绿光聚光器8和蓝光聚光器9，红光LED 4、绿光LED5和蓝光LED6分别与红光聚光器7、绿光聚光器8和蓝光聚光器9的顶部之间呈光学耦合，其特征在于，红光聚光器7、绿光聚光器8和蓝光聚光器9的F数介于2～3，它还含三棱镜1，三棱镜1的截面是正三角形，第一棱面10，第二棱面11和第三棱面12都是抛光面，在三棱镜1的第一棱面10与第三棱面12所成的第一二面角14的角平分面上有第一滤光膜2，在三棱镜1的第二棱面11与第三棱面12所成的第二二面角15的角平分面上有第二滤光膜3，第一滤光膜2是反射蓝光，透过红、绿光的滤光膜，第二滤光膜3是反射红光，透过蓝、绿光的滤光膜，红光聚光器7与绿光聚光器8和蓝光聚光器9通过各自的底面以下列方式分别与第一棱面10和第三棱面12胶接在一起它们的光轴位于同一平面，红光聚光器7与绿光聚光器8的光轴与第一棱面10垂直，蓝光聚光器9的光轴与第三棱面12垂直，绿光聚光器8和蓝光聚光器9之间有第一滤光膜2，第二棱面11是合成的白光的出射面。
交换方案1中第一滤光膜2和第二滤光膜3的位置，同时交换红光聚光器7和蓝光聚光器9的位置，所得到的合色器与方案1的合色器具有相同的合色功能。
方案2(见图5)一种LED红、绿、蓝三色光三棱镜合色器，含红光聚光器7、绿光聚光器8和蓝光聚光器9，红光LED 4、绿光LED 5和蓝光LED 6分别与红光聚光器7、绿光聚光器8和蓝光聚光器9的顶部之间呈光学耦合，其特征在于，红光聚光器7、绿光聚光器8和蓝光聚光器9的F数介于2～3，它还含三棱镜1，三棱镜1的截面是正三角形，第一棱面10，第二棱面11和第三棱面12都是抛光面，在三棱镜1的第一棱面10与第三棱面12所成的第一二面角14的角平分面上有第二滤光膜3，在三棱镜1的第二棱面11与第三棱面12所成的第二二面角15的角平分面上有第一滤光膜2，第一滤光膜2是反射蓝光，透过红、绿光的滤光膜，第二滤光膜3是反射红光，透过蓝、绿光的滤光膜，蓝光聚光器9与绿光聚光器8和红光聚光器7通过各自的底面以下列方式分别与第一棱面10和第三棱面12胶接在一起它们的光轴位于同一平面，蓝光聚光器9与绿光聚光器8的光轴与第一棱面10垂直，红光聚光器7的光轴与第三棱面12垂直，绿光聚光器8和红光聚光器7之间有第二滤光膜3，第二棱面11是合成的白光的出射面。
与背景技术相比，本发明有以下优点1、LED的光能量利用率高现有的X-棱镜合色器中红、绿、蓝三色光都是以45°入射角射向各自的滤光膜，制作这样的滤光膜的难度高，限制了F数数值的减少，限制了LED的光能量利用率。本发明中红、绿、蓝三色光都是以30°入射角射向各自的滤光膜，降低了制作滤光膜的难度，减小了F数的数值，提高了LED光能量的利用率。
2、易于制作，成本低现有的X一棱镜合色器中的X一棱镜由四个直角棱镜胶合而成，四个直角棱镜精度要求高，制作工艺繁杂，制作成本高。本发明的合色器中的三棱镜结构简单，精度要求低，制作工艺简单，制作成本低。
图1是LED红、绿和蓝三色光X-棱镜合色器的结构示意图。
图2是LED红、绿、蓝三色光三棱镜合色器之一的结构示意图。
图3是LED红、绿、蓝三色光三棱镜合色器中第一滤光膜2的特性示意图。
图4是LED红、绿、蓝三色光三棱镜合色器中第二滤光膜3的特性示意图。
图5是LED红、绿、蓝三色光三棱镜合色器之二的结构示意图。
具体实施例方式
现结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1～3完全按照上述的方案1实施。
实施例1本实施例的主要零部件的尺寸三棱镜1边长10mm，高度5mm。红光聚光器7、绿光聚光器8和蓝光聚光器9具有相同的尺寸，每个聚光器的底面和顶面均为正方形，顶面尺寸为1.2mm×1.2mm，底面尺寸为4mm×4mm，高度15.5mm，F数为2.0。
实施例2本实施例的主要零部件的尺寸三棱镜1边长10mm，高度5mm。红光聚光器7、绿光聚光器8和蓝光聚光器9具有相同的尺寸，聚光器的底面和顶面均为正方形，顶面尺寸为1.2mm×1.2mm，底面尺寸为4mm×4mm，高度21.2mm。F数为2.5。
实施例3本实施例的主要零部件的尺寸三棱镜1边长10mm，高度5mm。红光聚光器7、绿光聚光器8和蓝光聚光器9具有相同的尺寸，聚光器的底面和顶面均为正方形，顶面尺寸为1.2mm×1.2mm，底面尺寸为3mm×3mm，高度19mm。F数为3.0。
实施例4～6完全按照上述的方案2实施。
实施例4本实施例的主要零部件尺寸与实施例1的主要零部件尺寸相同。
实施例5本实施例的主要零部件尺寸与实施例2的主要零部件尺寸相同。
实施例6本实施例的主要零部件尺寸与实施例3的主要零部件尺寸相同。
工作原理。
现以实施例1为例说明之。本发明的三棱镜合色器的工作原理，如图2所示。红光LED 4，绿光LED 5，蓝光LED 6分别与红光聚光器7，绿光聚光器8和蓝光聚光器9的顶部之间呈光学耦合，红光LED 4，绿光LED 5和蓝光LED 6在电源(未示出)驱动下分别发出红光，绿光和蓝光。红光聚光器7，绿光聚光器8和蓝光聚光器9通过各自的底面以下列方式分别与第一棱面10和第三棱面12胶接在一起它们的光轴位于同一平面，红光聚光器7与绿光聚光器8的光轴与第一棱面10垂直，蓝光聚光器9的光轴与第三棱面12垂直，绿光聚光器8和蓝光聚光器9之间有第一滤光膜2。三棱镜1的截面是正三角形，第一滤光膜2和第二滤光膜3分别位于第一二面角14和第二二面角15的角平分面上，第一滤光膜2反射蓝光，透过绿光、红光，第二滤光膜3反射红光，透过蓝光、绿光，见图3和图4。三个聚光器的F数可以取为2～3。从蓝光聚光器9底面射出的经蓝光聚光器9聚光处理后的蓝光以30°入射角射向第一滤光膜2，被第一滤光膜2反射，从绿光聚光器8底面射出的经绿光聚光器8聚光处理后的绿光以30°入射角射向第一滤光膜2，透过第一滤光膜2，与蓝光一起射向第三棱面12，在第三棱面12上发生全反射，反射光以30°入射角射向第二滤光膜3，透过第二滤光膜3，从红光聚光器7底面射出的经红光聚光器7聚光处理后的红光以30°入射角射向第二棱面11，在第二棱面11上发生全反射，反射光以30°入射角射向第二滤光膜3，被第二滤光膜3反射，与透过第二滤光膜3的绿光和蓝光汇合成白光，一起以垂直于第二棱面11的方式，从第二棱面11，即白光出射面射出。
本发明的合色器特别适于用在诸如LCD、DLP、LCOS之类的显示系统中，作为照明光源。
权利要求
1.一种LED红、绿、蓝三色光三棱镜合色器，含红光聚光器(7)、绿光聚光器(8)和蓝光聚光器(9)，红光LED(4)、绿光LED(5)和蓝光LED(6)分别与红光聚光器(7)、绿光聚光器(8)和蓝光聚光器(9)的顶部之间呈光学耦合，其特征在于，红光聚光器(7)、绿光聚光器(8)和蓝光聚光器(9)的F数介于2～3，它还含三棱镜(1)，三棱镜(1)的截面是正三角形，第一棱面(10)，第二棱面(11)和第三棱面(12)都是抛光面，在三棱镜(1)的第一棱面(10)与第三棱面(12)所成的第一二面角(14)的角平分面上有第一滤光膜(2)，在三棱镜(1)的第二棱面(11)与第三棱面(12)所成的第二二面角(15)的角平分面上有第二滤光膜(3)，第一滤光膜(2)是反射蓝光，透过红、绿光的滤光膜，第二滤光膜(3)是反射红光，透过蓝、绿光的滤光膜，红光聚光器(7)与绿光聚光器(8)和蓝光聚光器(9)通过各自的底面以下列方式分别与第一棱面(10)和第三棱面(12)胶接在一起它们的光轴位于同一平面，红光聚光器(7)与绿光聚光器(8)的光轴与第一棱面(10)垂直，蓝光聚光器(9)的光轴与第三棱面(12)垂直，绿光聚光器(8)和蓝光聚光器(9)之间有第一滤光膜(2)，第二棱面(11)是合成的白光的出射面。
2.根据权利要求1所述的LED红、绿、蓝三色光三棱镜合色器，其特征在于，该合色器的主要零部件的尺寸三棱镜(1)边长10mm，高度5mm。红光聚光器(7)、绿光聚光器(8)和蓝光聚光器(9)具有相同的尺寸，每个聚光器的底面和顶面均为正方形，顶面尺寸为1.2mm×1.2mm，底面尺寸为4mm×4mm，高度15.5mm，F数为2.0。
3.根据权利要求1所述的LED红、绿、蓝三色光三棱镜合色器，其特征在于，该合色器的主要零部件的尺寸三棱镜(1)边长10mm，高度5mm。红光聚光器(7)、绿光聚光器(8)和蓝光聚光器(9)具有相同的尺寸，聚光器的底面和顶面均为正方形，顶面尺寸为1.2mm×1.2mm，底面尺寸为4mm×4mm，高度21.2mm。F数为2.5。
4.根据权利要求1所述的LED红、绿、蓝三色光三棱镜合色器，其特征在于，该合色器的主要零部件的尺寸三棱镜(1)边长10mm，高度5mm。红光聚光器(7)、绿光聚光器(8)和蓝光聚光器(9)具有相同的尺寸，聚光器的底面和顶面均为正方形，顶面尺寸为1.2mm×1.2mm，底面尺寸为3mm×3mm，高度19mm。F数为3.0。
5.一种LED红、绿、蓝三色光三棱镜合色器，含红光聚光器(7)、绿光聚光器(8)和蓝光聚光器(9)，红光LED(4)、绿光LED(5)和蓝光LED(6)分别与红光聚光器(7)、绿光聚光器(8)和蓝光聚光器(9)的顶部之间呈光学耦合，其特征在于，红光聚光器(7)、绿光聚光器(8)和蓝光聚光器(9)的F数介于2～3，它还含三棱镜(1)，三棱镜(1)的截面是正三角形，第一棱面(10)，第二棱面(11)和第三棱面(12)都是抛光面，在三棱镜(1)的第一棱面(10)与第三棱面(12)所成的第一二面角(14)的角平分面上有第二滤光膜(3)，在三棱镜(1)的第二棱面(11)与第三棱面(12)所成的第二二面角(15)的角平分面上有第一滤光膜(2)，第一滤光膜(2)是反射蓝光，透过红、绿光的滤光膜，第二滤光膜(3)是反射红光，透过蓝、绿光的滤光膜，蓝光聚光器(9)与绿光聚光器(8)和红光聚光器(7)通过各自的底面以下列方式分别与第一棱面(10)和第三棱面(12)胶接在一起它们的光轴位于同一平面，蓝光聚光器(9)与绿光聚光器(8)的光轴与第一棱面(10)垂直，红光聚光器(7)的光轴与第三棱面(12)垂直，绿光聚光器(8)和红光聚光器(7)之间有第二滤光膜(3)，第二棱面(11)是合成的白光的出射面。
6.根据权利要求5所述的LED红、绿、蓝三色光三棱镜合色器，其特征在于，该合色器的主要零部件的尺寸三棱镜(1)边长10mm，高度5mm。红光聚光器(7)、绿光聚光器(8)和蓝光聚光器(9)具有相同的尺寸，每个聚光器的底面和顶面均为正方形，顶面尺寸为1.2mm×1.2mm，底面尺寸为4mm×4mm，高度15.5mm，F数为2.0。
7.根据权利要求5所述的LED红、绿、蓝三色光三棱镜合色器，其特征在于，该合色器的主要零部件的尺寸三棱镜(1)边长10mm，高度5mm。红光聚光器(7)、绿光聚光器(8)和蓝光聚光器(9)具有相同的尺寸，聚光器的底面和顶面均为正方形，顶面尺寸为1.2mm×1.2mm，底面尺寸为4mm×4mm，高度21.2mm。F数为2.5。
8.根据权利要求5所述的LED红、绿、蓝三色光三棱镜合色器，其特征在于，该合色器的主要零部件的尺寸三棱镜(1)边长10mm，高度5mm。红光聚光器(7)、绿光聚光器(8)和蓝光聚光器(9)具有相同的尺寸，聚光器的底面和顶面均为正方形，顶面尺寸为1.2mm×1.2mm，底面尺寸为3mm×3mm，高度19mm。F数为3.0。
全文摘要
一种LED红、绿、蓝三色光三棱镜合色器，确切说，涉及一种用三棱镜将红光LED发出的红光，绿光LED发出的绿光和蓝光LED发出的蓝光合成为白光的装置，属光电照明和显示的技术领域。该合色器含截面是正三角形的三棱镜，三棱镜的两个二面角的角平分面上分别有滤光膜。这样，红、绿、蓝三色光都能以30°的入射角分别射向各自对应的滤光膜，有助于降低滤光膜制作难度，降低滤光膜的F数的数值，提高LED光能量的利用率和提高出射白光的亮度。该合色器有LED的光能量利用率高和易于制作，成本低的优点。该合色器特别适于用在诸如LCD、DLP、LCOS之类的显示系统中，作为照明光源。
文档编号G02B5/04GK1982943SQ200510111409
公开日2007年6月20日 申请日期2005年12月13日 优先权日2005年12月13日
发明者郑安民, 沈荣桂, 辜长明, 李德斌 申请人:上海飞锐光电科技有限公司