CN101514804A - 多芯片封装led光源及液晶投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种多芯片封装LED光源及液晶投影装置。该多芯片封装LED光源包括单个发光二极管元件和聚光元件，该发光二极管元件含方形布置的多个发光芯片，聚光元件为一个将该多个发光芯片发出的全散射光压缩成小角度发射光的聚光镜，该聚光镜与发光二极管元件固定成一体。该多芯片封装LED光源成本低体积小、发光均匀。所述的液晶投影装置采用了以上LED光源用来照明微液晶面板，该液晶投影装置还包括一个偏振分光器和投影透镜。本发明提供的液晶投影装置结构简单，成本低且适于微型化制作，对光利用率高，LED光源输出的光满足液晶面板成像品质。

Description

多芯片封装LED光源及液晶投影装置

技术领域

本发明涉及照明光源和投影显示技术，特别涉及一种含有多个发光二极管芯片的单个LED光源及采用该LED光源的液晶投影装置。

背景技术

LED(发光二极管)目前在液晶显示领域作为照明光源的应用非常广泛，但含有单个发光芯片的单个发光二极管元件的光功率在实际应用过程中并不能满足需求。因此通常的解决方案是将多个已封装好的发光二极管组成阵列，已获得大发光功率、高亮度的面光源，然而这种方法无疑会较大程度地增加光源的体积和成本，光学设计复杂。

虽然已经存在将多个发光芯片封装的发光二极管元件作为光源的现有投影技术专利，但通过观察其光源结构，以LED光源和聚光透镜组形成的光源组件仍占据较大的空间，无法满足投影装置微型化。而且有的LED光源需要众多聚焦整形透镜，这增加了成本；有的LED光源存在发光不均匀、光效低等缺点，不能发射出投影装置中液晶显示芯片所需要品质的光斑。

发明内容

为了解决上述问题，本发明光源中仅使用一个发光二极管元件，其含有方形布置的多个发光芯片，以及仅使用一个聚光镜将发散光转换成平行光，且该聚光镜与发光二极管元件固定成一体，这样便可提供一种发光均匀亮度好、结构紧凑体积小的多芯片封装LED光源，采用该多芯片封装LED光源的液晶投影装置光利用率高、成本低。

所述多芯片封装LED光源通过以下技术方案予以实现：

一种多芯片封装LED光源，包括单个发光二极管元件和聚光元件，该发光二极管元件主要由基板、二极管发光芯片和封装透镜组成，该发光二极管元件含方形布置的多个发光芯片，聚光元件为一个将该多个发光芯片发出的全散射光压缩成小角度发散光的聚光镜。

在上述结构基础上，其中：

所述发光芯片数目至少为四个。

所述发光芯片为白光发光芯片；或者所述发光芯片为两个绿光发光芯片、一个红光发光芯片和一个蓝光发光芯片，其中该两个绿光发光芯片对角设置，且发光二极管元件还连接有用来控制红光发光芯片、绿光发光芯片、蓝光发光芯片进行时序发光的控制器。

该光源的另一种设计方案可以为：所述方形布置的多个发光芯片分成四个区域，每个区域均至少含有一个红光发光芯片、一个绿光发光芯片和一个蓝光发光芯片。其中所述每个区域的红光发光芯片、绿光发光芯片和蓝光发光芯片构成线性排列或三角形布置或方形布置。

所述聚光镜为二次曲面反射聚光镜，其设置在发光二极管元件前端，且与该发光二极管元件固定成一体。

所述聚光镜是通过先将其套入到一个壳体内，然后将该壳体与发光二极管的基板进行螺钉连接或卡扣连接或点焊的方式与发光二极管元件相固定的。

本发明提供的液晶投影装置通过以下技术方案予以实现：

一种液晶投影装置，包含偏振分光器件、微液晶显示单元、投影透镜，该液晶投影装置还含有上述的多芯片封装LED光源。

所述微液晶显示单元为单片或两片LCOS液晶面板。

更进一步的，所述多芯片封装LED光源内的多个发光芯片形成的方形阵列的长宽尺寸比例与所述LCOS液晶面板的显示区域的长宽比相匹配。

本发明采用以上技术方案后产生的有益效果为：

(1)发光二极管元件中含方形布置的多个发光芯片，其数目可以为四个或十二个等等，这样可以提供微液晶显示芯片所需要的均匀性好的方形光斑。

(2)聚光镜将多个发光芯片发出的全散射光压缩成小角度发散光，满足投影系统中偏振分光器和投影透镜的小角度入射光要求，提高光的利用率。

(3)本发明仅使用一个发光二极管元件和一个二次曲面反射聚光镜组成光源，在投影系统中除了偏振分光器件、微液晶显示面板、投影透镜外，不再需要其他光学器件，这样本发明的液晶投影装置结构简单、成本低廉，光学设计过程也被简化。

(4)多个发光芯片可以为红光发光芯片、绿光发光芯片、蓝光发光芯片的组合，可以按液晶显示面板所需要的最佳颜色比例进行搭配，以提供色域丰富亮度好的照明光源。

(5)将聚光镜和发光二极管元件固定成一体，可以得到体积很小的LED光源，结构紧凑可靠性好，以满足投影装置微型化。

附图说明

图1a为本发明中发光二极管元件的结构示意图。

图1b为本发明所述多芯片封装LED光源的简化结构示意图。

图1c为该发光二极管元件中透视发光芯片的正面示意图。

图2为发光二极管元件内多个发光芯片的第二种实施方式的正面示意图。

图3为发光二极管元件内多个发光芯片的第三种实施方式的正面示意图。

图4为发光二极管元件内多个发光芯片的第四种实施方式的正面示意图。

图5为聚光镜与发光二极管元件固定成一体的结构示意图。

图6为本发明所述液晶投影装置的单片式LCOS液晶投影系统示意图。

图7为该液晶投影装置的两片式LCOS液晶投影系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

请参照图1a、图1b，本发明提供一种多芯片封装LED光源，包括单个发光二极管元件1和聚光元件，该发光二极管元件1主要由基板01、二极管发光芯片02和封装透镜03组成，发光二极管元件1的结构本领域技术人员应清楚了解：基板01一般包括散热层、胶层、电路层，二极管发光芯片02设置在基板01上，然后由封装透镜03进行外罩保护。

其中该发光二极管元件1含有方形(正方形或长方形)布置的多个发光芯片02，聚光元件为一个将该多个发光芯片02发出的全散射光压缩成小角度发散光的聚光镜2，即发光芯片02发出180°散射光，然后聚光镜2将该散射光进行聚拢整形成10°～20°小角度发散光，以输出亮度好的方形光斑。本发明中聚光镜2为二次曲面反射式聚光镜，即为抛物面式反射镜或曲面式反射镜，如图1b所示，聚光镜2通过在其底部开设一个凹孔3与封装透镜03相吻合，该聚光镜2对发光芯片02发出的光的利用率较高。

如图1c所示，发光二极管1的基板01上设置的发光芯片02的数目至少为四个，具体如发光芯片021、022、023、024，这四个发光芯片可以均发出白光，也可以为一个红光发光芯片021，二个绿光发光芯片022、024，一个蓝光发光芯片023，其中绿光发光芯片022、024对角布置，这样搭配可以得到色域较好亮度佳的投影用照明光源。该发光二极管元件1还可连接一个用以控制红、绿、蓝发光芯片进行时序发光的控制器(图中未示出)，各个发光芯片工作频率按液晶面板所需光照参数进行设定，以达到显示最好的颜色视觉效果。

较佳的方式为：该发光芯片02的数目为12个，分成方形布置的四个区域，这样发光芯片02发出的光均匀性良好。

请参照图2，为发光二极管元件1内多个发光芯片的第二种布置排列实施例，12个发光芯片均匀分布在以基板01的中心为坐标原点的四个象限区域内，每个区域含有一个红光发光芯片021、一个绿光发光芯片022和一个蓝光发光芯片023，其中该红光芯片021、绿光发光芯片022、蓝光发光芯片023三者构成水平线性排列，每个区域内的发光芯片排列方式相同，以保证发光均匀性。

请参照图3，为发光二极管元件1内多个发光芯片的第三种布置排列实施例，仍然为12个发光芯片，分成四个区域，每个区域含一个红光发光芯片021、一个绿光发光芯片022和一个蓝光发光芯片023，与上面不同的是：该红光芯片021、绿光发光芯片022、蓝光发光芯片023三者构成三角形布置，每个区域内的发光芯片布置方式相同，这样也可实现发光均匀。

发光二极管元件1也可以含16个发光芯片，组成方形芯片阵列，如图4所示，发光芯片02仍然分成四个区域，其中每个区域含四个发光芯片：一个红光发光芯片021，二个绿光发光芯片022、024，一个蓝光发光芯片023。这四个发光芯片021、022、023、024方形布置，其排列方式同图1c中发光芯片的排列方式一致。该实施例中发光芯片02排列整体对称，色彩丰富，可以得到亮度及均匀性更好的照明光源。

本发明所述多芯片封装LED光源中的聚光镜2设置在发光二极管元件1的前端，且与该发光二极管元件1固定成一体，这样整个光源结构紧凑体积小，以满足投影装置微型化的需要。另外聚光镜2与发光芯片02之间的间隙小，可以更充分完全的接收光，提高光的利用率。

请参照图5，其示意出了聚光镜2与发光二极管元件1之间的固定方式，通过使用一个可以套装该聚光镜2的壳体4，该壳体4伸出有用来与发光二极管元件1相连接的引脚5。先将聚光镜2装入到壳体4内，壳体4的引脚5内含有螺纹孔，只需要在发光二极管元件1的基板01的边缘开设相对应的螺钉孔，便可实现螺钉连接固定。或者在所述基板01的边缘开槽口，通过改变引脚5的形状，也可容易实现卡扣连接；或者改变引脚5的材料，也可实现点焊连接壳体4与基板01，即将聚光镜2与发光二极管元件1相固定。

请参照图6、图7，本发明同时提供了一种液晶投影装置，采用了本发明所述的多芯片封装LED光源作为照明光源6。该液晶投影装置可以为单片式LCOS液晶投影系统，见图6所示，组成部件为多芯片封装LED光源6、一个偏振分光器8、一块LCOS液晶面板7、一个投影镜头9。多芯片封装LED光源6发射出均匀的方形光斑经偏振分光器8分光后提供给LCOS液晶面板7，然后LCOS液晶面板7调制出图像光从投影镜头9输出。

该液晶投影装置可以为两片式LCOS液晶投影系统，见图7所示，组成部件为多芯片封装LED光源6、一个偏振分光器8、两块相邻正交设置的LCOS液晶面板7和7’、一个投影镜头9。多芯片封装LED光源6发射出均匀的方形光斑经偏振分光器8后分成为两束正交偏振光，分别提供给LCOS液晶面板7和7’。两LCOS液晶面板输出图像光经偏振分光器8后再合成为一束光，从投影镜头9输出到外部屏幕。

能产生较佳投影显示效果的一种额加技术方案为：使多芯片封装LED光源6内的多个发光芯片形成的方形阵列的长宽尺寸比例与LCOS液晶面板7和7’的显示区域的长宽比相匹配，例如均按照液晶屏幕比例一般为4∶3或16∶9，保持尺寸一致性，照明光就可被充分利用，并且均匀地照明成像液晶面板。

本发明所述液晶投影装置采用的LED光源6仅由一个发光二极管元件1和一个聚光镜2组成，成本低，结构紧凑体积小。LED光源6输出小角度分布光束，满足偏振分光器8和投影透镜9的小角度入射光要求，提高了光的利用率。且在光学系统设计过程中，该液晶投影装置除了还使用一个偏振分光器8、一个投影透镜9和成像液晶面板外，不再需要其他光学器件，因此设计成本大大降低，整机也容易实现微型简洁化。该光源输出的方形光均匀性及亮度色彩均良好，满足投影装置中成像液晶面板的照明需求。

Claims (12)

1.一种多芯片封装LED光源，包括单个发光二极管元件和聚光元件，该发光二极管元件主要由基板、二极管发光芯片和封装透镜组成，其特征在于：该发光二极管元件含方形布置的多个发光芯片，聚光元件为一个将该多个发光芯片发出的全散射光压缩成小角度发散光的聚光镜。

2.如权利要求1所述的一种多芯片封装LED光源，其特征在于：所述发光芯片数目至少为四个。

3.如权利要求2所述的一种多芯片封装LED光源，其特征在于：所述发光芯片为白光发光芯片。

4.如权利要求2所述的一种多芯片封装LED光源，其特征在于：所述发光芯片为两个绿光发光芯片、一个红光发光芯片和一个蓝光发光芯片，其中该两个绿光发光芯片对角设置。

5.如权利要求4所述的一种多芯片封装LED光源，其特征在于：所述发光二极管元件还连接有用来控制红光发光芯片、绿光发光芯片、蓝光发光芯片进行时序发光的控制器。

6.如权利要求1所述的一种多芯片封装LED光源，其特征在于：所述方形布置的多个发光芯片分成四个区域，每个区域均至少含有一个红光发光芯片、一个绿光发光芯片和一个蓝光发光芯片。

7.如权利要求6所述的一种多芯片封装LED光源，其特征在于：所述每个区域的红光发光芯片、绿光发光芯片和蓝光发光芯片构成线性排列或三角形布置或方形布置。

8.如权利要求1所述的一种多芯片封装LED光源，其特征在于：所述聚光镜为二次曲面反射聚光镜，其设置在发光二极管元件前端，且与该发光二极管元件固定成一体。

9.如权利要求8所述的一种多芯片封装LED光源，其特征在于：所述聚光镜是通过先将其套入到一个壳体内，然后将该壳体与发光二极管的基板进行螺钉连接或卡扣连接或点焊的方式与发光二极管元件相固定的。

10.一种液晶投影装置，包含偏振分光器件、微液晶显示单元、投影透镜，其特征在于：该液晶投影装置还含有如权利要求1至9中任意一项所述的多芯片封装LED光源。

11.如权利要求10所述的一种液晶投影装置，其特征在于：所述微液晶显示单元为单片或两片LCOS液晶面板。

12.如权利要求11所述的一种液晶投影装置，其特征在于：所述多芯片封装LED光源内的多个发光芯片形成的方形阵列的长宽尺寸比例与LCOS液晶面板的显示区域的长宽比相匹配。

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