CN101495906A - 具有偏振循环的led照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有发射非准直光的光源前表面的光引擎。集光透镜收集非准直光并且提供不完全准直的光。准直透镜接收不完全准直的光并且提供准直图像。非正交偏振滤光镜接收准直图像，并且传输所述准直图像的偏振部分作为偏振光引擎图像的直接分量。所述非正交偏振滤光镜将再循环的图像反射回至所述前表面。根据在所述光源前表面上的光的图案选择偏振滤光镜的非正交形状。

Description

具有偏振循环的LED照明系统

相关专利申请的交叉引用

本专利申请基于并要求提交于2006年7月31日的美国临时专利申请No.60/820,894和提交于2006年7月31日的美国临时专利申请60/820,887的优先权，其全文均以引用方式并入本文。

背景技术

光学投影机用于将图像投影到表面，以便于被人群观看。光学投影机包括光学投影机子系统，所述子系统包括：透镜、滤光镜、偏振器、光源、成像装置等。期望的是，提高光学效率，然而现有的光引擎限制了提高光学效率的努力。需要提供增强效率的方法和光学投影子系统。

发明内容

本发明公开了光引擎。所述光引擎提供偏振光引擎图像。

光引擎包括具有前表面的光源。所述前表面包括发射非准直光的第一区域和循环光的第二区域。光引擎包括集光透镜。集光透镜收集非准直光并提供来自于前表面的不完全准直的光。光引擎包括准直透镜。准直透镜接收不完全准直的光并提供前表面的准直图像。

光引擎包括偏振滤光镜。偏振滤光镜接收前表面的准直图像。偏振滤光镜相对于光引擎的光学轴线非正交地排列。偏振滤光镜传输准直图像的偏振部分作为所述偏振光引擎图像的直接分量。偏振滤光镜将再循环的图像反射回至前表面。前表面提供再循环的图像作为偏振光引擎输出的再循环分量。

根据一个方面，非正交偏振滤光镜包括具有曲率的弯曲的滤光镜形状，其相对于直接分量移动再循环的分量的部分，以增加偏振光引擎图像的亮度均匀性。根据另一个方面，第一区域包括发射相对于发光二极管中心偏心的光学亮度图案的发光二极管，并且非正交偏振滤光镜被倾斜，以改善在前表面上的再循环的图像的方向。

附图说明

图1A示出包括弯曲偏振滤光镜的光引擎。

图1B示出包括倾斜的偏振滤光镜的光引擎。

图1C示出用于光引擎的发光二极管(LED)。

图1D示出来自于图1C的发光图案，包括光循环。

图2A示出包括具有弯曲的偏振滤光镜的光引擎的投影机。

图2B示出包括倾斜、弯曲的偏振滤光镜的光引擎的一部分。

图2C示出包括倾斜的偏振滤光镜的光引擎的一部分。

图4示出测量通过循环得到的光的系统。

图5示出使用图4中系统的结果的表。

图6A、6B示出在投影机应用中的光引擎。

图8示出光引擎。

图9示出偏振态的表。

图10示出测量通过循环得到的光的系统。

图11示出使用图10中系统的结果的表。

图12示出用于测量通过循环得到的光的投影机。

图13示出使用图12中系统的结果的表。

图14示出用于光引擎中的发光二极管(LED)。

具体实施方式

在以下描述的实施例中，光引擎具有发射非准直光的光源前表面。集光透镜收集非准直光并且提供不完全准直的光。准直透镜接收不完全准直的光并且提供基本准直的光束。非正交偏振滤光镜接收准直图像，并且传输准直图像的偏振部分作为偏振光引擎图像的直接分量。偏振滤光镜将再循环的图像反射回前表面。前表面提供光引擎图像的再循环的光分量。前表面可以通过反射或通过磷光或通过两者提供循环光。光引擎的效率通过光循环而提高。非正交偏振滤光镜具有非正交的反射面，该非正交的反射面相对于直接分量移动再循环的分量的位置，导致光引擎图像均匀性的增加。位置的移动补偿了来自光源的前表面的发射的不均匀性，或者说补偿了光准直中的不完美。

偏振循环对于需要来自于非偏振源(例如发光二极管(LED))的偏振光的应用是非常有用的。这些应用包括使用透射液晶显示器(LCD)或反射硅上液晶(LCOS)微显示器或其他类型的数字成像装置的投影系统。

整合入LED光源的反射型偏振器的使用此前已在WO2004/068602(Ouderkirk等人)中有所描述。在本应用中所公开的是使用准直光以引起偏振循环的非正交反射型偏振器的使用。在本发明中，来自于LED的光穿过较大面积的偏振膜并分布在偏振膜的整个较大面积上，降低了偏振膜上的密度，并且降低了与在光谱的蓝光部分中的LED光相关的膜寿命影响，这是优于先前的系统的。另外，光的大部分或全部以垂直的或接近垂直的入射角度射入偏振器，导致在循环利用中较高的会聚效率。

循环的反射型偏振器沿着光学轴线非正交地放置在准直元件之后，如图1A、1B所示。在这个位置上，阻隔的或“阻断的”偏振态沿着发射路径反射回至LED晶粒，该LED晶粒可以用或不用荧光体涂覆。这种光然后被反射或再吸收。一些被吸收的光激发荧光体再发射。

涂覆有荧光体的LED晶粒以PLED表示。PLED的一个实例是蓝光LED，它照射将蓝光同时转化为红光以及绿光波长的荧光体。一部分蓝色激发光不被荧光体吸收，这部分残余的蓝色激发光与荧光体发出的红光以及绿光结合。PLED的另一个实例是紫外光LED，它照射吸收紫外光并且将其转换为红光、绿光以及蓝光的荧光体。通常在组成上是无机的并且具有300-450纳米范围的激发波长和在可见光波长范围的发射波长的荧光体材料在本领域中是熟知的。例如，见由英国埃塞克斯市的荧光体技术有限公司(Phosphor Technology Ltd.，Essex，England)提供的荧光体系列。荧光体包括掺杂稀土的石榴石(例如掺杂铈的钇铝石榴石(Ce:YAG))、掺杂稀土的硅酸盐、硫化镓酸盐和其他陶瓷。在此所用的术语荧光体还可以包括量子点和有机荧光材料，包括荧光染料和颜料。在此所用的术语荧光体还可以包括III-V再发射半导体构造，例如在WO 02/0297902和US2002/0139984中所描述的那些，或者II-VI再发射半导体构造，例如在US2006/0124918中所描述的那些。在此所用的术语荧光体还可以包括掺杂质的半导体层，例如在US 6,337,536和EP 1363335A2中所描述的。

循环反射型偏振器的实例为多层光学偏振膜，如在US 5,882,774(Jonza)中所描述的，这里组成膜的交替的层具有基本匹配的沿着垂直于膜方向的折射率，即层之间的Δn_z约为零，以使得对于p偏振光在膜中任何指定界面的反射率基本上是取决于入射角的常数。本文这种反射型偏振膜称为“APF”膜。

使用如图4所示布置的光学系统进行测量。图4包括光引擎400和接收偏振光引擎图像404的检测系统402。检测系统402包括偏振器406和光学检测器408，例如可得自加利福尼亚州欧文的新港公司(Newport Corporation，Irvine，CA.)。在光引擎400中，拉紧反射型偏振膜410以确保平的反射面。在LED晶粒的发射表面上具有荧光体涂层的白的1瓦特LED412(得自美国加利福尼亚州圣何塞市西特林布尔路370号的飞利浦流明公司，邮编95131(Philips Lumileds LightingCompany，370 West Trimble Road，San Jose，California 95131USA))在0.2A的驱动电流下使用。在反射型偏振膜410存在和不存在下测量输出光。反射型偏振膜410对齐偏振器406以最大化输出。对于未涂覆的APF膜以及对于在两个表面上涂覆有抗反射层(标准氟化镁抗反射层以本领域普通技术人员已知的方式真空沉积在APF膜上)的APF膜，结果在图5中示出。将APF膜用于循环利用，测量出输出光的增加在7.8％至15％范围内。

图6A和6B示出可以用于投影机应用的光引擎，这些系统都与本文所讨论的偏振循环相容。在各个情况下，反射型偏振膜602、604优选地布置在光引擎的光瞳面614、616处(此处光是准直的)或接近该处。各光引擎采用LED发光体606、608并用高折射率球集光透镜610、612收集来自于那个发光体的光并将其成形为填充目标区域618、620的相对均匀的点，例如硅上液晶(LCOS)的数字成像装置布置在该目标区域。根据一个方面，可以使用例如在提交于2005年12月30日的美国专利申请11/322,801，“LED With Compound Encapsulant Lens(具有复合式封装透镜的LED)”中所公开的集光透镜610、612。这些透镜提供短焦距、小光圈数(宽角度)的光收集能力。在图6和7中的投影系统还包括偏振分束器(PBS)622、624，分束器的光路在图6和7中简单以“展开的”示出。PBS622、624的入射表面626、628和射出表面630、632可以如所示弯曲以提供照明系统的光学功率。图6的系统使用球透镜610和PBS622之间的菲涅耳透镜634和平凸透镜L2。菲涅耳透镜634用作准直透镜以提供准直图像。图7的系统使用双凸透镜，其可以是非球面的，并且可以用两个模制的半块636A、636B制成。透镜半块636A用作准直透镜以提供准直图像。

在图6B中双凸透镜636A、636B的曲面之间的光线基本上是准直的。有利地使用那种准直状态以将反射型偏振膜604(APF或其他)“夹”在双凸透镜636A、636B之间以将光学聚焦和偏振循环特征包括在包括636A、636B和604的一个元件中。反射型偏振膜604可以是倾斜的或弯曲的。

在图6A和6B中示出的偏振循环系统还可以包括中空集光透镜，其在美国临时专利申请60/820,887中有所公开。在中空集光透镜中，LED发光体(例如LED发光体606)在透镜(例如透镜610)中空腔体(例如中空腔体638)的空气中，透镜为半球形的或高半球形的和正凹凸的，并且基本上捕集由LED发光体发射的全半球的光。

使用在LED晶粒顶部的球透镜610(或者其他集光透镜)允许从晶粒反射的大百分比高角度的光线被循环利用。其他不使用高折射率球透镜的循环机构(例如连接到LED晶粒的锥形隧道或复合式抛物面聚光器(CPC))通常损失这些高角度光线。在锥形隧道中这些不能满足全内反射(TIR)要求的光线可以通过隧道侧离开并损失掉。

本发明所公开的光引擎还可以用于光序投影机中，其中以各个基色的时序形式来照明，其时间平均对于普通观察者看起来是白色的。在该次序构造中，使用四分之一波片(QWP)以旋转回射的p态是优选的。如在图8中示出的800，LED发光体802向集光透镜804提供光。集光透镜804向准直透镜806提供非准直光。四分之一波片808设置在集光透镜806和偏振滤光镜810之间。以图9中阐明的四步骤进行偏振循环利用。图9汇总使用琼斯矩阵形式的偏振态转化。其机制是，在通过QWP808、从LED发光体晶粒802反射、并且再次通过QWP808之后由偏振膜810反射的p态被旋转。对循环效率有利的是对于在LED发光体晶粒界面处高角度的入射角的强菲涅耳反射。这些高入射角光线通常在标准非成像聚光器设计(例如TIR锥形隧道)中被丢弃。

使用集光透镜(例如具有高折射率的球透镜)的LED照明系统的循环效率的测量如图10中的1000所示。在图10中，光源1002将光耦合到集光透镜1004。集光透镜1004将光耦合到准直透镜1006。准直透镜1006通过四分之一波片1008将光耦合到循环偏振滤光镜1010上。图10中的布置方式测试偏振循环利用(类似于图4)。偏振膜优选地包括在其两个表面上具有抗反射涂层的APF膜。使用在LED晶粒的发射表面上具有荧光体涂层的白色LED(得自美国加利福尼亚州圣何塞市西特林布尔路370号的飞利浦流明公司，邮编95131)进行测试，并且使用在LED晶粒1002的发射表面上不具有任何荧光体涂层的绿光LED(“Luxeon III”型，也得自美国加利福尼亚州圣何塞市西特林布尔路飞利浦流明公司，邮编95131)进行测试。导向偏振光通过偏振器(分析仪)1012和标准光学检测器1014。结果在图11的表中提供。使用在适当位置的偏振膜1010和四分之一波片1008测量输出光，并且随后在四分之一波片1008和偏振膜1010移除的情况下重复。

使用具有和不具有循环利用的投影机进行进一步的测试。使用在图12中1200所示的投影机设计，其中照明子系统1202在实线内示出并且投影子系统1204以虚线(部分叠加)示出。光引擎1206包括光源1208、集光透镜1210、准直透镜1212、偏振滤光镜1214和四分之一波片1215。投影子系统1204包括偏振分束器1216和投影透镜组件1218。偏振滤光镜1214(其在当前测试装置中不是倾斜的或弯曲的)和四分之一波长膜1215固定到圆柱形透镜1220上。在1200的投影机中包括LCOS成像装置1222。在该具有Luxeon III绿光LED的投影系统中的循环利用效率如图13的表中所示。

在一些情况下，根据在光源前表面上的光的图案，例如弯曲的或倾斜的偏振滤光镜的非正交偏振滤光镜可能是理想的。LED发光体可以包括在基底上彼此靠近放置的多个LED晶粒，如图1C或图14中所示。晶粒可以是矩形的，并且可以有例如3、4或更多个这样的晶粒被布置为形成LED发光体的整个发射表面。为循环利用技术的目的，一个或多个LED晶粒矩形(例如图1C中的矩形158、160、162、164)可以被例如高反射金属或其他合适的反射镜的反射镜面置换。例如，这里158、160、164三个LED晶粒矩形(图1C)构成发光体，中心矩形162(图1C)可以被这种反射镜面置换。然后，通过稍微地倾斜或不对齐反射型偏振膜(例如在图1A中的膜130或者在图1B中的膜131)以使得反射膜是非正交的，反射偏振态可以被往回导向以撞击中心矩形的反射镜面。这种光可以最终转为相反的偏振态以使得其可以被反射型偏振器透射。偏振转换可以通过多种方法完成，包括连接到反射型偏振膜的四分之一波片，或放置半波长反射镜作为反射镜面。

图1A示出光引擎100。光引擎100提供偏振光引擎图像102。图像102优选地为准直的。例如可以使用偏振光图像102以在利用LCOS图像装置的投影机中提供偏振照明，该LCOS图像装置具有选择性地反射偏振光的像素。

光引擎100包括光源104。光源104具有前表面106，前表面106包括发射非准直光108、110的第一区域以及循环光的第二区域。前表面106通过在图1C中示出的实例在下文中将作更详细的描述。根据一个方面，第一区域包括发光二极管阵列。根据另一个方面，发光二极管阵列发射白光。根据另一个方面，发光二极管阵列或按次序地或同时地发射红光、绿光和蓝光。

根据一个方面，第一区域、第二区域或这两个区域可以包括用于光循环的荧光体。根据另一个方面，第一区域、第二区域或这两个区域可以包括用于光循环的反射面。

光引擎100包括集光透镜116。集光透镜116收集非准直光108、110并且提供前表面106的不完全准直光118、120。根据一个方面，准直透镜116包括凹凸透镜。根据另一个方面，集光透镜116包括高折射率的高半球的球透镜。

光引擎100包括准直透镜122。准直透镜122接收不完全准直的光118、120并且提供前表面106的准直图像124、126。根据一个方面，准直透镜122包括至少一个菲涅耳透镜。根据另一个方面，准直透镜122包括至少一个平凸或双凸或凹凸的透镜。根据一个方面，光引擎图像102具有与准直图像124、126基本上相同的尺寸。根据另一个方面，光引擎图像102包括准直图像。

光引擎100包括偏振滤光镜130。偏振滤光镜130接收前表面106的准直图像124、126。偏振滤光镜130传输准直图像124、126的偏振部分132、134作为偏振光引擎图像102的直接分量。偏振滤光镜130将偏振的再循环的图像140、142反射回至前表面106。前表面106返回再循环的图像140、142作为偏振光引擎输出102的再循环的分量。前表面106可以通过反射、激发在前表面106上的荧光体或两者返回再循环的图像140、142。根据一个方面，偏振滤光镜130包括多层光学偏振膜。偏振的、再循环的图像140、142作为自动准直的图像照射前表面106。在前表面106，前表面106的发射图像与再循环的图像140、142自动准直(排列)。再循环的图像140、142是前表面106的发射图像的镜像。

偏振滤光镜130包括具有曲率的弯曲滤光镜形状，其相对于直接分量横向移动再循环的分量的部分，以增加偏振光引擎图像102的亮度均匀性。偏振滤光镜130不与在光引擎100中的光传播方向正交。根据一个方面，调节该曲率以校正在集光透镜和准直透镜中的偏离。根据另一个方面，弯曲滤光镜形状包括面向准直透镜122的凸面136。根据另一个方面，第一区域包括发射相对于光学轴线144偏心的光学亮度图案的发光二极管，并且偏振滤光镜130倾斜以提高再循环的图像140、142在前表面106上的居中。根据一个方面，集光透镜116、准直透镜122、偏振滤光镜130和偏振光引擎图像102沿着共同的光学轴线144排列。根据另一个方面，四分之一波片(未在图1A中示出)沿着光学轴线144设置在光源104和偏振滤光镜130之间。四分之一波片旋转循环光的偏振态以使得其在循环之后将更容易地穿过偏振滤光镜130。偏振滤光镜的曲率可以同轴或离轴，取决于发光二极管的亮度图案。

根据一个方面，偏振光引擎图像102包括前表面106的图像，其中图像102的第二区域被再循环的光填充。根据另一个方面，光引擎100不包括光隧道。用于循环利用的光隧道不在其输出提供源图像，并且比公开的成像循环系统效率低。光隧道的实例在美国专利申请2006/0262514中阐明。根据另一个方面，再循环的图像140、142包括相对于前表面106自动准直的图像。根据另一个方面，光源104和集光透镜116是发光二极管复合式包封装透镜的部分。

图1B示出光引擎103。光引擎103类似于光引擎100(图1A)。与用于图1A的参考标号相同的用于图1B的参考标号标识相同或相似的部件。光引擎100包括含凸透镜的准直透镜122，然而，光引擎103包括含一个或多个菲涅耳透镜(作为准直透镜123的部件)的准直透镜123。光引擎103包括相对于中心光学轴线144是平的并且倾斜的偏振滤光镜131。偏振滤光镜131不正交于中心光学轴线。光引擎103包括四分之一波片151。在其他方面，光引擎100、103是类似的。在图1A中示出的部件可以在图1B的使用中采用，反之亦然。

图1C示出作为示例性光源(例如在图1A、1B中的光源104)的发光二极管150。发光二极管150通过键合线152、154连接至电源。发光二极管150包括发光区域158、160、162、164、166。发光二极管150的区域，例如区域168、170、172、174、176、178包括非发射区域，该非发射区域包括电导体并且不因为电能而生成光。然而，非发射区域可以通过反射、激发荧光体或两者提供光。因而，发光二极管150的图像是发光的区域和不发光电区域的图案。对于用于投影中，期望在亮度上相对均匀的图像，例如在图1D中示出的。如上结合图1A、1B所述，在光引擎中包括弯曲偏振滤光镜130或倾斜偏振滤光镜131。弯曲的、非正交的偏振滤光镜130提供最有效地将反射光再成像于LED区域以用于循环利用的光。非正交偏振滤光镜130(或者131)将循环光反射回至光源前表面106的一部分，该部分不同于光从其上发源的光源前表面的部分。非正交偏振滤光镜稍微地移动再循环的图像以填充光源前表面106的较黑区域。由于非正交循环偏振滤光镜130或131，所得的偏振光引擎图像更均匀。倾斜的偏振滤光镜131提高了再循环的图像140、142在发光二极管150上的居中。弯曲的偏振滤光镜130也可以是倾斜的。发源于倾斜的和弯曲的光循环偏振滤光镜的图像是均匀的、居中的图像，如在图1D中180示出的。

图14示出起到光源作用的作为可供选择的实施例的发光二极管1400。发光二极管1400包括在区域1402、1404和1406中发射不同波长光的区域，这里这些区域例如可以分别发射红光、绿光和蓝光。区域1408可以发射另外的绿光，或者称为第四彩色光。区域1408可以作为另外一种选择包括反射镜。这些是在截然不同的区域发射不同波长的源的多个可能构造的实例。发光二极管1400例如可以在不同区域生成蓝光和黄光，并且可以包括红光、黄光、绿光、青光、蓝光、品红光和白光区域的组合，具有相同或不同数目的各彩色发射区域。各区域的面积可以相同或不同于相邻区域，或是不同尺寸区域的组合。

不同的彩色发射区域可以由离散的发光二极管构造或可以由具有至少一个发光二极管(覆盖有透明和波长转换区域的图案)的发射表面的单个发光二极管构造。例如，发射蓝光的单个发光二极管的发射表面部分可以覆盖有将蓝光转换为红光或绿光或它们的组合的波长转换层。发光二极管1400还可以由离散的和多波长单个发光二极管的组合构造。发光二极管1400可以具有至少两个发射区域，优选地至少三个发射区域。在本发明的其他实施例中，发光二极管1400可以具有十个、百个或千个发光区域。

用于波长转换的合适的材料包括荧光体，例如包括Ce:YAG、硫化物、硫化镓酸盐、硅酸盐、量子点、有机荧光材料(例如荧光染料和颜料)和半导体(例如III-V和II-VI材料，以及掺杂质的半导体)，以及它们的组合。

通过用于收集来自发光二极管1400的光的照明光学器件和反射型偏振器的组合来再循环的光，可以优先循环回至初始区域，或者可以循环至不同的区域。不同的区域可以发射或不发射与再循环的光相同颜色的光。优选地，发光二极管对于再循环的光将具有低吸收率。

图2A示出为投影机203一部分的光引擎200。光引擎200提供偏振光引擎图像202。图像202是准直的。偏振光图像202在投影机203中提供偏振照明，投影机采用具有选择性地反射偏振光的像素的LCOS图像装置201。

光引擎200包括光源204。例如在图1C中所示，光源150具有包括发射非准直光(例如光208)的区域158、160、162、164、166和循环光的非发射区域168、170、176、178的前表面(相当于在图2A的光引擎200中的前表面206)。发射区域158、160、162、164、166也可以循环光。根据一个方面，区域158、160、162、164、166包括发光二极管阵列。根据另一个方面，发光二极管阵列发射白光。根据另一个方面，发光二极管阵列按次序发射红光、绿光和蓝光。

根据一个方面，发射区域、非发射区域或这两种区域可以包括用于光循环的荧光体。根据另一个方面，发射区域、非发射区域或这两种区域可以包括反射面。

光引擎200包括集光透镜216。集光透镜216收集非准直光208并提供前表面206的不完全准直的光218。根据一个方面，集光透镜216包括球透镜。根据另一个方面，集光透镜216包括高折射率的高半球球透镜。

光引擎200包括准直透镜222。准直透镜222接收不完全准直的光218并且提供前表面206的准直图像224。根据一个方面，准直透镜222包括至少一个菲涅耳透镜。根据另一个方面，准直透镜222包括至少一个凸透镜。根据一个方面，光引擎图像202具有与准直图像224基本上相同的尺寸。根据另一个方面，光引擎图像202包括准直图像。

光引擎200包括偏振滤光镜230。偏振滤光镜接收前表面206的准直图像224。偏振滤光镜230传输准直图像224的偏振部分232作为偏振光引擎图像202的直接分量。偏振滤光镜230将再循环的图像240反射回至前表面206。前表面206提供再循环的图像240作为偏振光引擎输出202的再循环的分量。前表面206可以通过反射、荧光体激发或两者提供再循环的图像。根据一个方面，偏振滤光镜230包括多层光学偏振膜。

偏振滤光镜230包括具有曲率的弯曲的滤光镜形状，其相对于直接分量横向移动再循环的分量的部分，以增加偏振光引擎图像202的亮度均匀性。根据一个方面，调节该曲率以校正在集光透镜和准直透镜中的偏离。根据另一个方面，弯曲的滤光镜形状包括面向准直透镜222的凸面236。偏振滤光镜的曲率可以同轴或离轴，取决于发光二极管的亮度图案。根据图2B中所示的另一个方面，偏振滤光镜252既可以是弯曲的也可以是倾斜的。根据另一个方面，第一区域包括发射相对于发光二极管中心偏心的光学亮度图案的发光二极管(见图1C)，并且偏振滤光镜256(如图2C所示)被倾斜，以提高再循环的图像240在前表面206上的居中。

根据一个方面，偏振光引擎图像200包括前表面206的图像，其中图像202的第二区域被再循环的光填充。根据另一个方面，光引擎200不包括光隧道。根据另一个方面，再循环的图像240包括相对于前表面206自动准直的图像。根据另一个方面，光源204和集光透镜216是发光二极管复合式封装透镜的部分。

虽然已结合优选实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将认识到，可以在不脱离本发明的精神和范围的前提下对形式和细节进行修改。

Claims (22)

1.一种提供偏振光引擎图像的光引擎，包括：

光源，其具有前表面；

集光透镜，其收集来自所述前表面的非准直光并且提供来自所述前表面的不完全准直的光；

准直透镜，其接收所述不完全准直的光并且提供所述前表面的基本准直的图像；

偏振滤光镜，其接收所述前表面的准直图像，所述偏振滤光镜传输所述准直图像的偏振部分作为所述偏振光引擎图像的直接分量，并且所述偏振滤光镜将再循环的图像反射回至所述前表面，所述前表面提供所述再循环的图像作为所述偏振光引擎图像的再循环分量；并且

所述偏振滤光镜包括非正交形状，所述非正交形状相对于所述直接分量移动所述再循环分量的部分，以增加所述偏振光引擎图像的亮度均匀性。

2.根据权利要求1所述的光引擎，其中所述偏振滤光镜的非正交形状选自由倾斜的偏振滤光镜形状和弯曲的偏振滤光镜形状组成的组。

3.根据权利要求1所述的光引擎，其中所述滤光镜形状包括面向所述准直透镜的弯曲的、凸的表面。

4.根据权利要求1所述的光引擎，其中第一区域包括发光二极管阵列。

5.根据权利要求4所述的光引擎，其中所述发光二极管阵列发射白光。

6.根据权利要求4所述的光引擎，其中所述发光二极管阵列按次序发射红光、绿光和蓝光。

7.根据权利要求1所述的光引擎，其中所述集光透镜和所述光源被组合在封装的发光二极管球透镜中。

8.根据权利要求1所述的光引擎，其中所述准直透镜包括至少一个菲涅耳透镜。

9.根据权利要求1所述的光引擎，其中所述准直透镜包括至少一个凸透镜。

10.根据权利要求1所述的光引擎，其中第一区域包括发射相对于发光二极管中心偏心的光学亮度图案的发光二极管，并且所述非正交偏振滤光镜改善所述偏振光引擎图像的居中状态。

11.根据权利要求1所述的光引擎，其中第一区域和第二区域的至少一者包括荧光体。

12.根据权利要求1所述的光引擎，其中所述第二区域包括反射面。

13.根据权利要求1所述的光引擎，其中所述光引擎图像具有与所述准直图像基本上相同的尺寸。

14.根据权利要求1所述的光引擎，其中所述光引擎图像包括准直图像。

15.根据权利要求1所述的光引擎，还包括设置在所述光源和所述偏振滤光镜之间的四分之一波片。

16.根据权利要求1所述的光引擎，其中所述偏振光引擎图像包括所述前表面的图像，其中所述图像的第二区域被再循环的光填充。

17.根据权利要求1所述的光引擎，其中所述光引擎不包括光隧道。

18.根据权利要求1所述的光引擎，其中所述再循环的图像包括相对于所述前表面的自动准直的图像。

19.根据权利要求1所述的光引擎，其中所述集光透镜、所述准直透镜、所述偏振滤光镜以及所述偏振光引擎图像沿共同的光轴排列。

20.根据权利要求1所述的光引擎，其中所述偏振滤光镜包括多层光学偏振膜。

21.根据权利要求1所述的光引擎，其中所述光源和所述集光透镜是发光二极管复合式封装透镜的部分。

22.一种提供偏振光引擎图像的光引擎，包括：

光源，其发射非准直光；

集光透镜，其收集所述非准直光并且提供所述前表面的不完全准直的光；

准直透镜，其接收所述不完全准直的光并且提供所述前表面的准直图像；

非正交偏振滤光镜，其接收所述前表面的准直图像，所述偏振滤光镜传输所述准直图像的偏振部分作为所述偏振光引擎图像的直接分量，并且所述偏振滤光镜将再循环的图像反射回至所述前表面；所述前表面提供所述再循环的图像作为所述偏振光引擎输出的再循环分量；以及

四分之一波片，其位于所述偏振滤光镜和所述光源之间。

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