CN101324747A

CN101324747A - 高效率发光二极管投影光源装置

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Publication number: CN101324747A
Application number: CNA2008100634054A
Authority: CN
Inventors: 施振浩
Original assignee: NINGBO SCIENCE AND TECHNOLOGY PARK HUAYU ELECTRONIC Co Ltd
Current assignee: NINGBO SCIENCE AND TECHNOLOGY PARK HUAYU ELECTRONIC Co Ltd
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2008-08-01
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2028-08-01
Also published as: CN101324747B

Abstract

一种高效率发光二极管投影光源装置，它主要由LED封装芯片和起光导作用的反射灯杯构成，所述的LED裸晶一体化封装于发射灯杯中；所述的灯杯具有二对不同参数的抛物面曲线，它利用反射或全反射输出与LED投影面积耦合方形面积的均匀光斑；所述的反射灯杯的两对抛物曲线是根据后续微晶元件的尺寸和比例决定；所述的反射灯杯采用正体实芯透明物质火灾其曲面内管涂制油糕反射膜构成；所述的反射灯杯的出口长宽比例与LED裸晶的阵列长宽比例相同，且所述的LED裸晶以紧密排列成无缝的阵列结构，每一格裸晶单独控制；它具有结构简单，使用方便、可靠，能提高光线耦合效率，且体积小，价格低等特点。

Description

高效率发光二极管投影光源装置

技术领域

本发明涉及的是一种发光二极管投影光源装置，特别是一种微型或手持投影设备用的发光二极管投影光源装置，属于光学仪器类。

背景技术

最近，基于发光二极管(LED)的微芯片(芯片)已用作光源。有基于发光二极管的微芯片(芯片)已经用作光引擎的光源。典型的有包括多个单独的LED芯片封装，每一个都与准直器镜片连接，光引擎同时还包括单独的聚光透镜，以用于将来自多个芯片封装和准直器镜片的光导入到后续光学系统。

尽管该系统的效率也还可以，它可以使70％的由LED发射的光射到后续光学系统，但其体积大且昂贵，在已有的光引擎，直径为20mm，并且光引擎超过80mm及100mm长，但由于价格和尺寸是随着LED芯片的准直镜片数量的增加而增长，所需的光学元件，包括18个LED片、18个准直器镜片和一个聚光透镜等是昂贵的。

另外虽然专利：200380106623.7采用CPC方案，在LED与CPC的耦合光率上有提高，但其采用了圆形方案，无法与后续4∶3或16∶9的LCD、LCOS、DLP等微显面板进行高效耦合，且由于LED大多为方型，也无法在圆形入口处做到无缝紧密排列，从而影响整体亮度。

美国专利200610059253.1同样在这方面做出了努力，但其采用锥形体方案，虽然实现与LCD面板4；3和16∶9匹配，但无法把LED裸晶表面大于60％的光或裸晶侧面光有效收集。原因是这些光在锥型体内部反射次数很多，到出口处严重衰减。更无法象本发明后续方案一样，实现超短，因此效率低下。

由于LED对投影总的来说亮度还是不够，因此不仅需要光线耦合效率高，而且还需要在单个面积上的LED密度大，几何形状与微显面板尺寸相似或全等。这样的系统才具有最高的效率，并且更需要在体积上最小，价格上廉价。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的不足，而提供一种高效率、小体积，出光均匀及与LCD面板的有效匹配结构的高效率的发光二极管投影光源装置。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，它主要由LED封装芯片和起光导作用的反射灯杯构成，所述的LED裸晶一体化封装于发射灯杯中；所述的灯杯具有二对不同参数的抛物面曲线，它利用反射或全反射输出与LED投影面积耦合方形面积的均匀光斑。

所述的反射灯杯的两对抛物曲线是根据后续微晶元件的尺寸和比例决定；所述的反射灯杯采用正体实芯透明物质火灾其曲面内管涂制有高反射膜构成。

所述的反射灯杯的出口长宽比例与LED裸晶的阵列长宽比例相同，且所述的LED裸晶以紧密排列成无缝的阵列结构，每一格裸晶单独控制。

所述的LED裸晶阵列的上面设置有由高折射材料构成的出光元件，所述的LED裸晶阵列是R、G、B中的各单色阵列，或根据需要，采用R、G、B混合排列。

所述的反射灯杯为短体灯杯。

本发明与现有技术相比，具有结构简单，使用方便、可靠，能提高光线耦合效率，且体积小，价格低等特点。

附图说明

图1是本发明的一个实施例结构示意图。

图2是本发明的又一个实施示意图。

图3是本发明的超短LED光源装置实施例的结构示意图。

图4是本发明的超短LED光源装置又一实施例的结构示意图。

图5是本发明的再一实施例结构示意图。

图6时本发明的再一实施例结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细的介绍：本发明主要由LED封装芯片和起光导作用的反射灯杯构成，所述的LED裸晶一体化封装于发射灯杯中，实现低成本与高效率，并且可以通过对LED驱动的改变实现高亮度及高均匀度；所述的灯杯具有二对不同参数的抛物面曲线，它利用反射或全反射输出与LED投影面积耦合方形面积的均匀光斑。所述的反射灯杯的两对抛物曲线是根据后续微晶元件的尺寸和比例决定；所述的反射灯杯采用正体实芯透明物质火灾其曲面内管涂制有高反射膜构成。所述的反射灯杯的出口长宽比例与LED裸晶的阵列长宽比例相同，且所述的LED裸晶以紧密排列成无缝的阵列结构，每一格裸晶单独控制。所述的LED裸晶阵列的上面设置有由高折射材料构成的出光元件，所述的LED裸晶阵列是R、G、B中的各单色阵列，或根据需要，采用R、G、B混合排列。所述的反射灯杯为短体灯杯。

附图1所示，发明的反射灯杯抛物曲线由二个部分组成，分别为103、104。这二条曲线是根据后续元件的尺寸和比例决定的。一般后续元件的比例大多为4∶3或16∶9。当元件长宽比为1∶1时，103或104曲线参数一至，反射灯杯出口为正方形。因此一般情况下需计算103或104不同的曲面参数，103、104曲面内壁为高反膜或整体灯杯采用是实芯透明物质。在103、104上利用全反射工作。以下均以103、104曲面作为内壁为高反射膜作介绍。其次LED陈列101的长宽比例与反射灯杯出口相同，因此大多数也为16∶9或4∶3。因LED裸晶大多为正方形或长方形，因此，在本发明中LED裸晶很容易紧密排列成无缝的陈列结构，且每一个裸晶可以单独控制，提高了整个灯杯的总出光量。

由于采用反射灯杯出口的为16∶9或4∶3，因此后续LCD(106)等微显元件可以与灯杯可以1∶1面积全等传递光能，耦合率为100％，效率极高。而同时在这一出光角度下(出口角度与再后续元件镜头有关)决定了最有效的LED面积，也即裸晶的个数或功率，从而得到LED的最小功耗。这对于电池供电的手持或便携设备极为重要，能够最合理的利用LED光源能量。因此本结构在元件耦合方面效率接近100％。

由于103、104采用的是CPC抛物线曲面，因此LED103上发出的光包括LED109侧面发出的光均能再其表面103、104反射。且按标准CPC计算长度，大部分光线的反射次数为23次就能在其CPC出口达到80％左右的光均度。因此其反射损失也降到最低。

元件102为高折射材料，可以是固体、液体或胶体，主要用于提高LED裸晶的出光效率。目前大多使用硅胶作为该元件。该元件也可混入荧光粉用于直接产生白光。

元件LED109一般为红、绿、蓝单独的LED裸晶元件陈列，也可以是红、绿、蓝混合排列，独立控制的方式。

LED控制电源106可以对LED实现脉冲控制以加强LED亮度。当红、绿、蓝混合排列时，用于控制各自的LED亮度。如LED控制电源106可以用来控制整个LED阵列101的单个LED，用来调节灯杯106的出光均匀性。在要求均匀度高的场合实现高达90％以上的灯杯(106)输出的光均匀度。本专利包括实芯灯的结构，如图1展示了本发明LED密缝排列的示意图。由于LED阵列与灯杯入口的密缝排列增加了LED的光源密度，总出光量大，也使得出光均匀性更好。LED的阵列可以是R、G、B等颜色LED全部单色排列，也可以根据需要，R、G、B混合排列。

附图2所示，这是采用本发明在LCOS面板上的应用示例。光线自LED裸晶101发出后，经出光元件102、灯杯103多次发射后进入PBS105。由于本发明灯杯103出口面与PBS105入光面几何面积完全，因此PBS的宽度(L)可以视为灯杯103的一部分。因而可以缩短灯杯103的长度。

同时对PBS105作一些处理，在其非出光面涂上高反膜或利用其全反射以作为灯杯103一部分完成光线反射，达到均光目的。本方法也适合其他，如LCD、DLP等其他微显示元件的使用。

附图3所示，它是采用LCD显示屏的应用示例。R、G、B分别经过灯杯303、304、305经二相色片反射300、301、302进入LCD309由于光线在308光槽中有一段光程。同样可以看出是灯杯303、304、305的一部分。在光槽内壁涂有高反膜或光槽用实芯材料利用全反射，都可以折算成灯杯303、304、305一部分。因此缩短了灯杯303、304、305的体积。本方法也适合LCD、DLP等元件。

附图4所示的是：利用杯内多次反射，缩短灯杯403的方法。光线从LED401出发经过多次反射达到出口。在出口处，由于出口处有半透半反膜，有近50％的光线返回LED灯杯内。因此在灯杯内的反射增加，因为只要2-3次的反射次数即可达到像面出射均匀。因此可有效减少灯杯403的长度，以缩小体积。

附图5是采用LCD方案。灯杯503出射光经过PBS504以后，P光被作为输出光，而S光反射回灯杯503内，增加灯杯内的反射次数。由于灯杯前均有1/4波片，因此S偏振光反射回灯杯时变成了圆偏光。因此反射后P偏振光得到加强。由于灯杯内503的灯内反射次数增加。因此可以有效减少灯杯503的长度，达到缩小体积的目的。

图5、图6均可以象图2方案一样把PBS的宽度计算在灯杯内，而采用在非出光面涂有高反射膜的PBS。

本发明对图1中抛物面103、104的描述，包括自由曲面等。灯杯包括利用全反射原理实现的玻璃、塑料等实芯材料制作的灯杯。对LED裸晶的描述包括，采用光子晶体等其它技术的LED阵列。

Claims

1、一种高效率发光二极管投影光源装置，它主要由LED封装芯片和起光导作用的反射灯杯构成，其特征在于所述的LED裸晶一体化封装于发射灯杯中；所述的灯杯具有二对不同参数的抛物面曲线，它利用反射或全反射输出与LED投影面积耦合方形面积的均匀光斑。

2、根据权利要求1所述的高效率发光二极管投影光源装置，其特征在于所述的反射灯杯的两对抛物曲线是根据后续微晶元件的尺寸和比例决定；所述的反射灯杯采用正体实芯透明物质火灾其曲面内管涂制有高反射膜构成。

3、根据权利要求1或2所述的高效率发光二极管投影光源装置，其特征在于所述的反射灯杯的出口长宽比例与LED裸晶的阵列长宽比例相同，且所述的LED裸晶以紧密排列成无缝的阵列结构，每一格裸晶单独控制。

4、根据权利要求3所述的高效率发光二极管投影光源装置，其特征在于所述的LED裸晶阵列的上面设置有由高折射材料构成的出光元件，所述的LED裸晶阵列是R、G、B中的各单色阵列，或根据需要，采用R、G、B混合排列。

5、根据权利要求3所述的高效率发光二极管投影光源装置，其特征在于所述的反射灯杯为短体灯杯。