CN115524911A - 一种适用于lcd投影机共轭照明系统的led光源 - Google Patents

一种适用于lcd投影机共轭照明系统的led光源 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种适用于LCD投影机共轭照明系统的LED光源，所述LED光源在基板上制作有矩形的发光面，所述发光面的一条平分线为X轴，另一条平分线为Y轴，所述X轴和Y轴正交且交点为O，所述X轴、Y轴和交点O构成平面直角坐标系XOY；所述坐标系的第一象限、第二象限、第三象限、第四象限内设置有多个发光晶片和反射镜，所述各发光晶片沿所述X轴和Y轴与所述各反射镜镜像对称，一一对应构成共轭关系。本发明在排列晶片时，行列间隙可以拉得尽量开阔，这对LED光源的散热有本质的改善，显著降低了热流密度，显著改善了LED光源的发光效率和寿命，且显著降低了固晶的制作难度，使得投影机光学系统真正实现了照明效率显著地大幅度提升。

Description

一种适用于LCD投影机共轭照明系统的LED光源
技术领域
本发明涉及投影机技术领域，尤其涉及一种适用于LCD投影机共轭照明系统的LED光源。
背景技术
参见图5、图6所示的中国公开号CN112180665A“一种LCD投影机共轭高效照明系统和投影方法”，文献中对核心创新技术的特征有充要描述，参见文献的权利要求1：“所述方锥形聚光器(2)入射端口的通光面沿水平中心线或垂直中心线平分，形成两个子通光面，所述LED光源(1)的发光面位于其中一个子通光面处，所述反射镜(9)位于另外一个子通光面处”。以上是所述文献完成偏振光变换的关键技术之一，经实践验证了文献所述的创新效果即“真正实现了投影机照明效率显著地大幅度提升”是完全客观成立的，是非常宝贵的投影机照明技术突破。
在应用于单LCD投影机实践中，发现该技术也存在一些工程的不足，仍然值得去持续改进和创新。单LCD投影机的LED光源通常由若干颗大功率的LED发光晶片(简称“发光晶片”或者“晶片”，后同)设置(固定)在陶瓷、铝或者铜基板上构成(这个过程专业称为“固晶”)，当前每颗晶片的出光面尺寸(业内指晶片发光表面中面向人脸一面的边长)在35mil到55mil之间，电功率约1W-7W，LED光源视不同投影机产品，功率约30w-200w左右。上述文献的光学系统需要获得尽量高的效率，则“LED光源(1)”各晶片之间的间隙必然地需要越小越好。
而晶片行、列间隙越小，则晶片的散热就越困难(因为热量太过于集中)，且制作出来的最终产品良率，也相对越受影响。同时由于高密度排列的晶片对散热要求(晶片发热到散热器扩热之间的热阻)很苛刻，所以晶片往往温度也难以控制在尽可能低的程度，这必然使得LED光源的发光效率受到很大影响，进而LED光源的寿命也相应受影响。对于水平电极正装结构或者垂直电极的晶片，晶片行或者列(即金线方向)间隙有一定的限度，小于某个限度则不能顺利焊接金线；对于倒装结构的晶片，虽然晶片的行和列间隙相对正装晶片可以缩减得更小，但对基板、焊盘和PCB(Printed Circuit Board)绝缘层等材料的热应力要求也更高。这些都是具体制作投影机产品时，需要必须考虑的但又是难以解决的常识性工程问题。
本发明在排列晶片时，不需要极限高密度排列晶片即极限压缩晶片的行列间隙，且晶片行列间隙可以拉得尽量开阔(相对前述引用专利技术，对光学扩展量并没有造成障碍和不良影响)，这对LED光源的散热有本质的改善，即显著降低了热流密度，相应地显著改善了LED光源的发光效率和寿命，且显著降低了正装晶片、垂直电极晶片的制作难度，以及显著改善了倒装晶片对基板的热应力苛刻要求。同时，通过合理设计准直透镜的参数，仍然满足文献所述的具有共轭关系的光路基本原理思想和实际功效，使得投影机光学系统进一步具有“真正实现了投影机照明效率显著地大幅度提升”的先进技术效果。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提供了一种适用于LCD投影机共轭照明系统的LED光源，所述LCD投影机共轭照明系统包括按光线行进方向依次设置的LED光源、方锥形聚光器、准直透镜、四分之一波片、增亮型偏光板和LCD光阀；所述LED光源在基板上制作有矩形的发光面，所述发光面的一条平分线为X轴，另一条平分线为Y轴，所述X轴和Y轴正交且交点为O，所述X轴、Y轴和交点O构成平面直角坐标系XOY。
在所述发光面的矩形区域内，设置有多颗LED发光晶片，每颗LED发光晶片的出光面的长*宽尺寸为a*b；所述多颗LED发光晶片按一行或者多行排列，每行设有多颗；且在所述发光面的矩形区域内，设置有与所述多颗LED发光晶片一一共轭对应的、反射面尺寸为a*b的多个反射镜。
具体地，在所述直角坐标系XOY第二象限内固定的第一行第一颗LED发光晶片所占的a*b区域对应的沿所述X轴和Y轴镜像的第四象限内的a*b区域，设有反射镜；在第二象限内固定的第一行第二颗LED发光晶片所占区域对应的沿所述X轴和Y轴镜像的第四象限内的a*b区域，设有反射镜；在第二象限内固定的第二行第一颗LED发光晶片所占区域对应的沿所述X轴和Y轴镜像的第四象限内的a*b区域，设有反射镜，并以此类推。
相应地，在第一象限内固定的各LED发光晶片所占的对应区域，对应的沿所述X轴和Y轴镜像的第三象限内的各a*b区域，设有和所述各LED发光晶片一一对应的反射镜；在第三象限内固定的所述各LED发光晶片所占的对应区域，对应的沿所述X轴和Y轴镜像的第一象限内的各a*b区域，设有和所述各LED发光晶片一一对应的反射镜；在第四象限内固定的各LED发光晶片所占的对应区域，对应的沿所述X轴和Y轴镜像的第二象限内的各a*b区域，设有和所述各LED发光晶片一一对应的反射镜。
所述发光面的长宽尺寸≤所述方锥形聚光器入射端口的长宽尺寸，且所述发光面的中心O点和所述方锥形聚光器入射端口的中心重合；所述发光面的长边和所述方锥形聚光器入射端口的长边平行。
所述准直透镜的光学参数需要满足在所述增亮型偏光板的反射分光作用下，所述各LED发光晶片和与之一一对应的所述反射镜成光学共轭关系，具体地，各所述反射镜设置在与之一一对应的所述各LED发光晶片的实像位置。
进一步地，所述反射镜制作在所述基板的表面。
进一步地，所述反射镜通过在所述基板的表面进行镀银或者镀铝获得。
进一步地，在行的方向，相邻的LED发光晶片之间的间隙，最小值为单颗的发光晶片在行方向的尺寸a或者b。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：
本发明在排列晶片时，不需要极限高密度的晶片行列间隙，且晶片行列间隙可以拉得尽量开阔，这对LED光源的散热有本质的改善，即显著降低了热流密度，相应地显著改善了LED光源的发光效率和寿命，且显著降低了正装晶片、垂直电极晶片的制作难度，以及显著改善了倒装晶片对基板的热应力苛刻要求。同时，仍然满足共轭关系的光路基本原理和实际功效，使得投影机光学系统进一步获得了真正工程意义的照明效率显著地大幅度提升，取得了先进的实际技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明LED光源外形示意图；
图2为本发明实施例LED光源示意图；
图3为本发明实施例发光晶片排列示意图；
图4为本发明另一实施例示意图；
图5为引用技术实施例的结构示意摘图；
图6为引用技术实施例的A处放大摘图；
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：
参见图1-3所示，本实施例提供的一种适用于LCD投影机共轭照明系统的LED光源，所述LED光源在基板99上制作有矩形的发光面100，所述发光面100的一条平分线为X轴，另一条平分线为Y轴，所述X轴和Y轴正交且交点为O，所述X轴、Y轴和交点O构成平面直角坐标系XOY。
本实施例中，参见图3所示晶片的完整排布，在所述发光面100的矩形区域内设置有49颗型号为“S-45ABFSD-D”的三安光电公司的LED发光晶片。图3中，晶片共为七行，每行为第一颗，第二颗，，，第七颗依次排列。49颗晶片输入电功率共约100W时，输出光通量约10000Lm(色温约13000K)。每颗晶片的尺寸为45mil，相应地即晶片发光面的长＝宽＝45mil＝1.143mm，即前述的a＝b＝45mil。
继续参见图2所示，在所述发光面100的矩形区域内，还设置有与所述多颗LED发光晶片一一共轭对应的、反射面尺寸为a*b的多个反射镜；在发光面100的矩形区域内，在所述直角坐标系XOY的第二象限内固定的第一行第一颗发光晶片101的位置，所述发光晶片101所占区域为1.143mm*1.143mm，所述发光晶片101对应的沿X轴和Y轴镜像的第四象限内的位置设有反射镜101'，所述反射镜101'的反射面的尺寸为a*b，即1.143mm*1.143mm；进一步地，在第二象限内固定的第一行第二颗发光晶片102的位置，晶片所占区域对应的沿X轴和Y轴镜像的第四象限内的位置设有反射镜102'，所述反射镜102'的反射面的尺寸为a*b；以此类推，在第一象限内固定的第一行第七颗发光晶片107的位置，晶片所占区域对应的沿X轴和Y轴镜像的第三象限内的位置设有反射镜107'，所述反射镜107'的反射面的尺寸为a*b，本实施例中，a＝b＝45mil＝1.143mm，不再赘述。
进一步地，第二象限内固定的第二行第一颗发光晶片201的位置，晶片所占区域对应的沿X轴和Y轴镜像的第四象限内的位置设有反射镜201'；以此类推，在第一象限内固定的第二行第七颗发光晶片207的位置，晶片所占区域对应的沿X轴和Y轴镜像的第三象限内的位置设有反射镜207'。
进一步地，第二象限内固定的第三行第一颗发光晶片301的位置，晶片所占区域对应的沿X轴和Y轴镜像的第四象限内的位置设有反射镜301'；以此类推，在第一象限内固定的第三行第七颗发光晶片307的位置，晶片所占区域对应的沿X轴和Y轴镜像的第三象限内的位置设有反射镜307'。
进一步地，第三象限内固定的第五行第一颗发光晶片501的位置，晶片所占区域对应的沿X轴和Y轴镜像的第一象限内的位置设有反射镜501'；以此类推，在第三象限内固定的第六行第二颗发光晶片602的位置，晶片所占区域对应的沿X轴和Y轴镜像的第一象限内的位置设有反射镜602'；在第四象限内固定的第六行第七颗发光晶片607的位置，晶片所占区域对应的沿X轴和Y轴镜像的第一象限内的位置设有反射镜607'；在第三象限内固定的第七行第一颗发光晶片701的位置，晶片所占区域对应的沿X轴和Y轴镜像的第一象限内的位置设有反射镜701'；在第四象限内固定的第七行第五颗发光晶片705的位置，晶片所占区域对应的沿X轴和Y轴镜像的第二象限内的位置设有反射镜705'，49颗晶片和与之一一对应的反射镜排布以此类推。
由于第四行晶片设置在X轴上，相应的晶片和根据前述规律所一一共轭对应的反射镜，沿Y轴对称。也可以理解为，将位于X轴上的第四行每颗相应的晶片和相应的反射镜，沿X轴一分为二，所述每一个局部的1/2的晶片和局部的1/2反射镜，必满足同时沿X轴和Y轴位置镜像对称。
经过以上固晶、设置与晶片一一共轭对应的反射镜，本发明一种适用于LCD投影机共轭照明系统的LED光源便制作完成。当然还有晶片和基板进行回流焊固晶或者通过导热银胶固晶并焊接金线，以及制作荧光粉、烘烤等工艺过程，不再赘述。
实施例二：
参见图5和图6所示的前述中国公开号CN112180665A“一种LCD投影机共轭高效照明系统和投影方法”专利摘图，可以清晰看出，“所述方锥形聚光器(2)入射端口的通光面沿水平中心线或垂直中心线平分，形成两个子通光面，所述LED光源(1)的发光面位于其中一个子通光面处，所述反射镜(9)位于另外一个子通光面处”。参见图4所示本发明的具体应用，所述LCD投影机共轭照明系统包括按光线行进方向依次设置的LED光源、方锥形聚光器2、准直透镜3、四分之一波片4、增亮型偏光板5和LCD光阀6。
LED光源在基板99上制作有矩形的发光面100。所述发光面100的长宽尺寸≤所述方锥形聚光器2入射端口的长宽尺寸，所述发光面100的中心O点和所述方锥形聚光器2入射端口的中心重合；所述发光面100的长边和所述方锥形聚光器2入射端口的长边平行。
所述准直透镜3的光学参数需要满足在所述增亮型偏光板5的反射分光作用下，所述各LED发光晶片和与之一一对应的所述反射镜成光学共轭关系。即各所述反射镜的位置，为与之一一共轭对应的所述各LED发光晶片经所述增亮型偏光板5分光反射、经所述准直透镜3聚焦，经所述方锥形聚光器2进一步汇集在所述发光面100的矩形区域内的各LED发光晶片的实像位置。
所述LED光源发出的光线，依次经所述方锥形聚光器2汇集和所述准直透镜3准直后，穿过所述四分之一波片4到达所述增亮型偏光板5，所述增亮型偏光板5对光线进行偏振光分离，对LCD光阀6有用的一路偏振光被透射，对LCD光阀6无用的一路偏振光被反射，两路偏振光为线偏振光且振幅相等、振动面正交；对LCD光阀6无用的一路偏振光被所述增亮型偏光板5反射回去，被反射回去的光线穿过所述四分之一波片4，并经所述准直透镜3聚焦和所述方锥形聚光器2汇集后，被反射的光线刚好聚焦照射在所述发光面100的矩形区域内的各反射镜上。由于各LED发光晶片和与之一一对应的所述反射镜成光学共轭关系，所以这些光线也必然会刚好聚焦并照射在所述各反射镜上，进而再次射入所述方锥形聚光器2，再次穿过准直透镜3进行准直后穿过所述四分之一波片4到达所述增亮型偏光板5；上述被反射的光线两次穿过所述四分之一波片4后偏振面旋转90°变得和所述增亮型偏光板5的透过轴一致，从而对LCD光阀无用的一路偏振光变得可用，完成偏振光变换的过程，使投影机照明效率获得显著幅度的提升。以上是引用专利文献的主要发明思想，本发明通过对LED光源进行创新，针对现有技术，本发明在排列晶片时，不需要极限高密度的晶片行列间隙，且晶片行列间隙可以拉得尽量开阔，这对LED光源的散热有本质的改善，即显著降低了热流密度，相应地显著改善了LED光源的发光效率和寿命，且显著降低了正装晶片、垂直电极晶片的制作难度，以及显著改善了倒装晶片对基板的热应力苛刻要求。同时，仍然满足共轭关系的光路基本原理和实际功效，使得投影机光学系统进一步获得了真正工程意义的照明效率显著地大幅度提升，取得了先进的实际技术效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种适用于LCD投影机共轭照明系统的LED光源，所述LCD投影机共轭照明系统包括按光线行进方向依次设置的LED光源、方锥形聚光器、准直透镜、四分之一波片、增亮型偏光板和LCD光阀；其特征在于，所述LED光源在基板(99)上制作有矩形的发光面(100)，所述发光面(100)的一条平分线为X轴，另一条平分线为Y轴，所述X轴和Y轴正交且交点为O，所述X轴、Y轴和交点O构成平面直角坐标系XOY；
在所述发光面(100)的矩形区域内，设置有多颗LED发光晶片，每颗LED发光晶片的出光面的长*宽尺寸为a*b；所述多颗LED发光晶片按一行或者多行排列，每行设有多颗；且在所述发光面(100)的矩形区域内，设置有与所述多颗LED发光晶片一一共轭对应的、反射面尺寸为a*b的多个反射镜；
具体地，在所述直角坐标系XOY第二象限内固定的第一行第一颗LED发光晶片(101)所占的a*b区域对应的沿所述X轴和Y轴镜像的第四象限内的a*b区域，设有反射镜(101')；在第二象限内固定的第一行第二颗LED发光晶片(102)所占区域对应的沿所述X轴和Y轴镜像的第四象限内的a*b区域，设有反射镜(102')；在第二象限内固定的第二行第一颗LED发光晶片(201)所占区域对应的沿所述X轴和Y轴镜像的第四象限内的a*b区域，设有反射镜(201')，并以此类推；
相应地，在第一象限内固定的各LED发光晶片所占的对应区域，对应的沿所述X轴和Y轴镜像的第三象限内的各a*b区域，设有和所述各LED发光晶片一一对应的反射镜；在第三象限内固定的所述各LED发光晶片所占的对应区域，对应的沿所述X轴和Y轴镜像的第一象限内的各a*b区域，设有和所述各LED发光晶片一一对应的反射镜；在第四象限内固定的各LED发光晶片所占的对应区域，对应的沿所述X轴和Y轴镜像的第二象限内的各a*b区域，设有和所述各LED发光晶片一一对应的反射镜；
所述发光面(100)的长宽尺寸≤所述方锥形聚光器入射端口的长宽尺寸，且所述发光面(100)的中心O点和所述方锥形聚光器入射端口的中心重合；所述发光面(100)的长边和所述方锥形聚光器入射端口的长边平行；
所述准直透镜的光学参数需要满足在所述增亮型偏光板的反射分光作用下，所述各LED发光晶片和与之一一对应的所述反射镜成光学共轭关系，具体地，各所述反射镜设置在与之一一对应的所述各LED发光晶片的实像位置。
2.根据权利要求1所述的一种适用于LCD投影机共轭照明系统的LED光源，其特征在于，所述反射镜制作在所述基板(99)的表面。
3.根据权利要求2所述的一种适用于LCD投影机共轭照明系统的LED光源，其特征在于，所述反射镜通过在所述基板(99)的表面进行镀银或者镀铝获得。
4.根据权利要求1所述的一种适用于LCD投影机共轭照明系统的LED光源，其特征在于，在行的方向，相邻的LED发光晶片之间的间隙，最小值为单颗的发光晶片在行方向的尺寸a或者b。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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