CN101634800A - 光谱重组的led投影光源及其投影引擎 - Google Patents

Abstract

本发明属于投影光源、投影光学系统和投影显示设备。在白光LED投影光源中的适当位置，用色光LED替代白光LED实现光谱重组，种类和数量视光谱和设计要求而定。在投影光学引擎中，复眼透镜阵列将白光和色光LED混合阵列发出的离散光束分为数十到数百个小光束，场镜将小光束逐个叠加到LCD屏上。照明LCD屏的白光光谱不同于全白光LED阵列的光谱。重组后的LED光源光谱与CF膜的光谱对应拟合，提升光输出，亮度和色度均匀性，彩色重现率和改变色温。投影光源和投影引擎也保留了LED投影寿命长，响应快，易驱动，无辐射热，光源光效高，节能环保等基本优点。应用本投影光源和光学引擎的投影装置，当然也就具备上述优点。

Description

光谱重组的LED投影光源及其投影引擎

技术领域

本发明专利属于投影光源、投影光学系统和投影显示设备。专利特别涉及一种光谱重组的白光LED阵列投影光源，以复眼透镜阵列和CF(彩色滤色)膜彩色方式为特征的LCD投影光学引擎，以及使用该光学引擎的投影装置。

背景技术

视频投影机这类前投影装置以带CF膜的TFT-LCD作为成像器件。它主要用于娱乐场所和家庭影院，也可用做游戏和玩具，全球市场年需求数以百万台计。以前，它长期采用金卤灯作为投影光源；近年，也开始采用LED投影光源。

此类投影机廉价实用，得到市场欢迎，改用LED投影光源后，更具有寿命长，响应时间短，易于驱动，无辐射热量，光源光效高，节能环保的优点。但单只LED功率小，光输出小，需采用多只拼接方式，例如阵列方式来增大LED投影光源的光输出。投影引擎的光输出不仅取决于光源光输出，也由投影光学引擎的光效决定。此类投影光学引擎的光效“瓶颈”在于带CF膜的TFT-LCD屏，一般要求用于投影的LCD屏透过率高一些，但也不过约为5％～7％。此外，在有的应用中，白光LED的光谱和CF膜的光谱影响投影显示的色度性能，例如彩色重现率和CCT(相关色温)，也需要改进。

LCD屏透过率主要取决于三个因素，偏光片透过率、像素开口率和CF膜透过率。投影机制造商外购LCD屏，似乎无法改变它的透过率。若LCD屏的供应商已经过设计优化，受原理限制，前两个因素确实难以再提升。在CF膜的设计中，透过率与彩色重现率的矛盾似乎也难以调和，单方面强调提高透过率，必然导致彩色重现率降低，所以需要进行CF膜的折中设计。按规范，采用C型标准白光源测试CF膜的透过率，但是它并非投影中所用的实际光源，两者的光谱存在很大差异，正是这种差异为本专利的新方案预留了改进空间。

投影所用的气体放电灯(包括金卤灯)不能进行光源光谱重组。采用RGB(红绿兰)LED可混合成白光且重组光谱，但RGB色光LED的发光效率低于白光LED，引擎设计不当还存在投影图像色度和亮度不均匀问题。目前未见对白光LED阵列投影光源进行光谱重组的报道。

本发明已经全面了解到上述情况，采用一种新颖的技术方案，重组白光LED阵列的光谱，使之与CF膜的光谱对应拟合，同时设计了与之配合的投影光学引擎，按设计要求提升相关性能，并已达到投影装置的实用效果。

发明内容

在本发明专利的技术方案中，投影光源和投影引擎的设计具有显著的特点。

在LED视频投影机中，为获得所需的高光源光输出，也为与带CF膜的LCD屏配合，通常采用白光LED(芯片或封装器件)阵列构成投影光源。本方案在白光LED阵列中某个或某些适当位置，用色光LED替代白光LED，从而实现白光LED投影光源的光谱重组。可选择的色光种类包括R、G、B、Y(黄)、GY(黄绿)、OR(橙红)等，色光LED种类和数量视CF膜光谱，LED光谱和其它设计要求而定。重组后的光源光谱与CF膜的光谱对应拟合，能改善相关性能，但色光LED替代白光LED也可能引起光源光输出有些下降。在有的设计中，重组并没有使光学引擎光效提高，结果是重组改进了色度相关性能而牺牲了一些引擎光输出。而在另外的设计中，重组更有利于提高CF膜透过率和光学引擎光效，所以，在改进色度相关性能的同时，引擎的光输出还是得到提高。

本方案所指LED含盖了各类LED，例如芯片LED、各类型封装LED、功率LED、中功率LED和小功率LED。

色光LED替代白光LED还可能引起投影图像不均匀。为解决此问题，本专利在引擎中采用复眼透镜阵列方式，同时保证了亮度和色度均匀性。复眼透镜阵列将以白光LED为主，色光LED为辅的混合阵列发出的离散光束分为数十到数百个小光束，并逐个叠加到成像器件上。照明成像器件的仍然是白光光束，但其光谱不同于全白光LED阵列，便于与CF膜光谱对应拟合，不仅有可能提高光效和光输出，改进彩色重现率和CCT，也提升了亮度和色度均匀性。

这样的投影光源和投影引擎，除具有LED投影光源的寿命长，响应时间短，容易驱动，无辐射热量，光源光效高，节能环保的基本优点外，还具有提升光输出，亮度均匀性，色度均匀性，彩色重现率和改变色温的优点。

应用本投影光源和光学引擎的投影装置，当然也就具备上述优点。

本发明专利是这样实现的：

在投影光源规则排列的LED阵列中，按照不同的CF膜光谱和LED光谱，以及光输出，彩色重现率和色温等设计要求，选择某个或某些更有利于色度均匀的位置，安装某个或某些种类的色光LED，其余位置则全部安装白光LED。这就构成了LED投影光源的光谱重组。

投影光学引擎中，设置有但不仅仅设置有依次排列的光谱重组LED投影光源，复眼透镜阵列，场镜，成像器件LCD屏。光源发出的白光为主，色光为辅的混合光束到达复眼透镜阵列，它将不同LED发出的离散光束细分为数十到数百个小光束，场镜将每一小光束的光轴都改变到通过LCD屏的中心，从而实现每一小光束逐个叠加到LCD屏上。即无论是白光光束还是色光光束，全部都叠加到同一位置和区域-LCD屏。照明LCD屏的白光光束光谱与CF膜光谱对应拟合，从而实现设计所要求的光输出，彩色重现率和色温等性能。

以本投影光源和光学引擎作为核心部件，再加上电路和结构，即构成本专利所指的投影装置。

附图说明

图1是一种光谱重组的封装LED器件阵列示意图。

图2是一种CF膜光谱和全白光LED光谱的示意图。

图3是一种CF膜光谱和重组的LED光谱的示意图。

图4是光谱重组LED投影光源相关的光学引擎原理示意图。

具体实施

下面结合附图说明具体实施例：

在附图1中，101是5只绿光LED，102是2只橙红光LED，103是12只白光LED，104为安装LED阵列的金属基印制电路板(MCPCB)。在附图2中，201是CF膜透过率的光谱曲线，202是白光LED的能量光谱曲线。可见光谱重组前，在可见光的大部分波长区域，白光LED的能量光谱峰值与CF膜透过率光谱峰值不对应，因此，透过率低，同时绿光和红光的彩色重现率也低。在附图3中，201仍然是同一条CF膜透过率的光谱曲线，302则是光谱重组后白光LED的能量光谱曲线。可见采用对应拟合的方法，透过率，以及绿光和红光的彩色重现率均可望改善。

在附图4中，401为光谱重组的LED投影光源，402是复眼透镜阵列，403为场镜，404是LCD屏，W代表白光束，G代表绿光束，OR代表橙红光束。401发出的白光为主，色光为辅的混合光束到达402，它将不同LED发出的离散光束细分为数十到数百个小光束，403将每一小光束的光轴都改变到通过404的中心，从而实现每一小光束逐个叠加到LCD屏上。这样，不仅改善了透过率和彩色重现率，也改善了亮度均匀性和色度均匀性，同时还进一步提高了引擎光效。

Claims (5)

1.一种以白光LED为主，色光LED为辅组成的投影光源，用于带CF膜的LCD投影光学引擎中，其重组后的能量光谱与LCD屏的CF膜透过率光谱存在一种对应关系，导致彩色重现率和色温的改变。

2.一种以白光LED为主，色光LED为辅组成的投影光源，用于带CF膜的LCD投影光学引擎中，其重组后的能量光谱与LCD屏的CF膜透过率光谱存在一种对应关系，导致提高CF膜透过率、光学引擎光输出、彩色重现率，改变色温。

3.权利要求1和2所指LED含盖了各类LED，例如芯片LED、各类型封装LED、功率LED、中功率LED和小功率LED。

4.一种设置有，但不仅仅设置有，依次排列的权利要求1或2所述的光谱重组LED投影光源，复眼透镜阵列，场镜，带CF膜LCD屏的投影光学引擎。

5.一种单片LCD投影装置，其特征在于它具有权利要求4所述的投影光学引擎，权利要求1或2所述的投影光源，权利要求3所述的LED。

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