CN1841183B - 照明单元和采用该照明单元的图像投影装置 - Google Patents

照明单元和采用该照明单元的图像投影装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1841183B
CN1841183B CN2006100794181A CN200610079418A CN1841183B CN 1841183 B CN1841183 B CN 1841183B CN 2006100794181 A CN2006100794181 A CN 2006100794181A CN 200610079418 A CN200610079418 A CN 200610079418A CN 1841183 B CN1841183 B CN 1841183B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
reflecting surface
lighting unit
condenser
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2006100794181A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1841183A (zh
Inventor
金钟会
李元镛
李迎铁
李启薰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020050045200A external-priority patent/KR100694117B1/ko
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of CN1841183A publication Critical patent/CN1841183A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1841183B publication Critical patent/CN1841183B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/0025—Combination of two or more reflectors for a single light source
    • F21V7/0033—Combination of two or more reflectors for a single light source with successive reflections from one reflector to the next or following
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0005—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being of the fibre type
    • G02B6/0006—Coupling light into the fibre
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/315—Modulator illumination systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/61—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction using light guides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0015—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0018—Redirecting means on the surface of the light guide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • H01L33/60—Reflective elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种照明单元和采用该照明单元的图像投影装置。该照明单元包括：反射入射到其上的光的第一反射表面；产生并发射照明光的发光器件；以及第二反射表面，该第二反射表面将从发光器件发射出的光反射至包括发光器件的光源表面。

Description

照明单元和采用该照明单元的图像投影装置
技术领域
本发明涉及一种能够提高从光源发出的光的聚集效率的照明单元，以及采用该照明单元的图像投影装置。
背景技术
通常，照明单元包括发射光的光源以及传输从光源发出的光的照明光学系统。照明单元广泛用于图像投影装置，这些装置利用诸如液晶显示(LCD)器件或由二维微镜阵列构成的数字光处理板(DLP)的成像器件产生图像。
金属卤化物灯或超高压汞灯已被用作照明单元的光源。因为这些灯的寿命最多为几千小时，所以需要经常更换。为了解决这个问题，已经对使用具有相对较长寿命的诸如发光二极管(LED)的小型发光器件进行了研究。由于LED发散地发光，因此照明单元需要聚集并准直从LED发出的光，以使光可以沿一个方向传播。
LED比金属卤化物灯或超高压汞灯发出的光相对要少。因此，必须使用LED模块阵列作为图像投影装置的光源。
为了准直从LED发射的光，LED模块一般包括透镜。使用一般透镜的LED模块阵列具有较低的光效率，正如下面要解释的。
由LED所发射的光的发射面积与立体角的乘积是恒定值，称为“光源面积发散度(etendue)”。由于光源面积发散度是恒定的，因此由LED所发射的光的发射面积与立体角的乘积应等于成像器件的面积与成像器件的入射立体角的乘积。成像器件的光源面积发散度用几何学确定。
当使用LED模块阵列时，LED模块阵列的发射面积大于一个LED模块的发射面积，这是因为发射面积与LED模块的数量成比例地增加。
这里，每个LED模块的发射立体角与LED模块阵列的发射立体角相同，并且成像器件的面积是固定的。根据光源面积发散度守恒，采用LED模块阵列时成像器件的入射立体角大于采用一个LED模块时成像器件的入射立体角。因此，一些光存在于投影透镜可对光进行有效投影的立体角范围之外，产生光损失，从而降低了光效率。结果，尽管LED的数量增加，但成像器件的亮度仍受到限制。
发明内容
本发明提供一种能够提高从光源发出的光的聚集效率的照明单元，以及一种采用该照明单元的图像投影装置。
根据本发明的一方面，提供一种照明单元，其包括：反射入射到其上的光的第一反射表面；产生并发射照明光的发光器件；以及第二反射表面，该第二反射表面将从发光器件发射出的光反射至包括发光器件的光源表面。
第一反射表面可具有一焦点，并且发光器件可设置在第一反射表面的焦点处或焦点附近。
第一和第二反射表面中的至少一个表面可从包括抛物线反射表面(parabolic reflective surface)、球形反射表面和椭圆反射表面的组中选择。
第一反射表面可以是抛物线反射表面，第二反射表面可以是球形反射表面。第二反射表面的球心与第一反射表面的焦点可以重合。
发光器件可以是有机发光二极管(OLED)或发光二极管(LED)。
照明单元可以包括透明的聚光器，该聚光器具有光入射表面和外侧表面，第二反射表面形成在光入射表面的某一区域上，第一反射表面形成在外侧表面上。
聚光器可包括导光部分，该导光部分引导由第一反射表面反射的光。
聚光器的光入射表面可以是凹面，并且在发光器件与聚光器的光入射表面之间可存在预定的光学介质或空气层。
聚光器的光入射表面可以具有凹圆顶形状(concave dome shape)。
照明单元可包括聚光器和分别对应于每个聚光器的多个发光器件的二维阵列。
根据本发明的另一方面，提供一种图像投影装置，其包括：至少一个照明单元；成像器件，其响应于利用从照明单元发射出的光所输入的图像信号来产生图像；投影透镜单元，其放大并投影由成像器件形成的图像，其中照明单元包括：反射入射到其上的光的第一反射表面；产生并发射照明光的发光器件；以及第二反射表面，该第二反射表面将从发光器件发射出的光反射到包括发光器件的光源表面。
所述至少一个照明单元可包括发射不同颜色的光的多个照明单元，并且图像投影装置还可包括颜色合成棱镜，该颜色合成棱镜合成由多个照明单元发射的不同颜色的光，使得不同颜色的合成光沿一个光路传播。
图像投影装置还可包括光学积分器，该光学积分器将从多个照明单元发射出的不同颜色的光转换为均匀光。
成像器件可从包括透射型液晶显示器件、反射型液晶显示器件和反射型成像器件的组中选择，所述反射型成像器件包括选择性地反射由照明单元发射的光以形成图像的微镜阵列(array of micromirrors)。
照明单元可包括透明的聚光器，该聚光器包括凹圆顶形状的光入射表面和用于引导由第一反射表面反射的光的导光部分。第二反射表面可形成在聚光器的光入射表面的某一区域上，光从发光器件入射在该区域上，第一反射表面可形成在聚光器的外侧表面上，并且在发光器件与聚光器的光入射表面之间可存在预定的光学介质或空气层。所述至少一个照明单元可包括发射不同颜色的光的多个照明单元。图像投影装置还可包括：颜色合成棱镜，其合成由多个照明单元发射的不同颜色的光，使得不同颜色的合成光沿着一个光路传播；以及光学积分器，其将从多个照明单元发射的光转换为均匀光。成像器件可从包括透射型液晶显示器件、反射型液晶显示器件和反射型成像器件的组中选择，该反射型成像器件包括选择性地反射由照明单元发射的光以形成图像的微镜阵列。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和其它特点及优点将变得更加明显，附图中：
图1是美国专利申请No.11/119,918中公开的照明单元的透视图；
图2是沿图1中的II-II线剖开的横截面图；
图3是示出根据本发明实施例的照明单元的主要元件的概念图(conceptual view)；
图4是图3的照明单元的透视图；
图5和图6是根据本发明其它实施例的照明单元的横截面图；
图7是根据本发明实施例的形成为阵列的照明单元的透视图；以及
图8至图10是根据本发明实施例的采用照明单元的图像投影装置的顶视图。
具体实施方式
下面参照附图更加全面地描述本发明，附图中示出本发明的示例性实施例。
根据本发明的照明单元比本发明申请人所拥有的题为“使用LED的照明单元和采用该照明单元的图像投影装置(illumination unit using LED and animage projecting apparatus employing the same)”的美国专利申请No.11/119,918中所公开的传统照明单元具有更好的聚光效率。
图1是美国专利申请No.11/119,918中公开的照明单元50的透视图。图2是沿图1中的II-II线剖开的横截面图。
参照图1和图2，照明单元50包括发光二极管(LED)模块10和透明棒20。棒20包括抛物线反射表面21、以及用于引导由抛物线反射表面21反射的光的导光部分24。在棒20的表面中形成凹陷23，光入射在该凹陷23上。导光部分24具有矩形的横截面。
LED模块10包括发射光的LED芯片11。LED模块10还可包括圆顶透镜或盖12。LED模块10设置在抛物线反射表面21的焦点处。
从LED芯片11发出并入射在抛物线反射表面21上的光被抛物线反射表面21反射，以准直为基本平行的光，然后由导光部分24引导，以从该照明单元射出。
在照明单元50中，在LED芯片11发出的光中，入射在抛物线反射表面21上的光la被准直成基本平行的光。光la沿着导光部分24被引导至棒20的光出射表面20′。从LED芯片11发射出并行进到抛物线反射表面21的区域(图1中LED芯片11的右侧)之外的光lb没有被准直成平行光，这是因为其没有从抛物线反射表面21反射而直接进入导光部分24。因此，较难聚集光lb，从而降低了聚光效率。
而根据本发明的照明单元可以对行进在抛物线反射表面21之外并直接传播到导光部分中的光进行准直，从而增加了聚光效率。
图3是示出根据本发明实施例的照明单元100的主要元件的概念图。图4是图3的照明单元100的透视图。
参照图3和图4，照明单元100包括反射入射到其上的光的第一反射表面120、产生并发射光的发光器件130、以及反射光Lb的第二反射表面140。光Lb是由发光器件130发射并在第一反射表面120的区域之外传播的光。光Lb由第二反射表面反射至光源表面(参见图5和图6中的131)，该光源表面包括发光器件130的光发射表面130a。
第一反射表面120是曲面并具有焦点。第一反射表面120可从包括抛物线反射表面、球形反射表面和椭圆反射表面的组中选择。第一反射表面120反射来自发光器件130的光并将该光准直成基本平行的光。
发光器件130可设置在第一反射表面120的焦点处或焦点附近。发光器件130可包括发光器件芯片，例如LED或有机发光二极管(OLED)，也称作有机电致发光(EL)器件。
发光器件130可以具有反射性质，以使其可以反射外部入射光。由于诸如LED的发光器件芯片具有平滑表面，因此其具有预定的反射率。即，发光器件130可以具有发光器件芯片的基本反射性质。
发光器件130除了具有这种基本反射性质之外，还可以包括反射层(未示出)，以进一步提高对入射到其上的外部光的反射率。例如，反射层可以形成在发光器件130的基底与层叠在该基底上的半导体层之间。在这种情况中，借助第二反射表面140将光反射至发光器件130的效率以及借助发光器件130将光反射至第一反射表面120的效率可进一步提高。
由于发光器件130不是点光源，而是面光源，因此由第二反射表面140反射的一些光可能入射到发光器件130区域的外部。因此，发光器件130可以安装在基部135上，如图5和6所示，在这种情况中，基部135可以具有反射表面，该反射表面将由第二反射表面140反射并入射在基部135上的光反射至第一反射表面120。参照图5和图6，光源表面131可包括发光器件130的光发射表面130a或光发射表面130a与基部135的入射光反射区域135a的总和区域。
第二反射表面140将在第一反射表面120区域之外传播的光Lb反射至包括发光器件130的光源表面131，使得由光源表面131反射的光朝第一反射表面120传播。图3中的虚线表示在第一反射表面120区域之外行进的光的可能路径，从而当不存在第二反射表面140时输出光不能被准直成平行光。
与第一反射表面120相似，第二反射表面140可从包括抛物线反射表面、球形反射表面和椭圆反射表面的组中选择。
由第二反射表面140反射从而被引导至发光器件130然后到第一反射表面120的光的大部分被第一反射表面120准直成平行光。
因此，由于根据本发明的照明单元100包括第二反射表面140，该第二反射表面140用于将在第一反射表面120之外区域中传播的光Lb反射并送回到发光器件130，因此该照明单元100具有比美国专利申请No.11/119,918中公开的照明单元更高的聚光效率。
现在，将从把照明单元100发射的光准直为基本平行的光线的角度说明根据本发明各种实施例的光相对于第一和第二反射表面120和140的传播。
例如，第一反射表面120可以是抛物线反射表面，第二反射表面140可以是球形反射表面。发光器件130可以设置在第一反射表面120的焦点处或该焦点附近，或者设置在第二反射表面140的球心(spherical center)。第一反射表面120的焦点和第二反射表面140的球心可以彼此相同，这样，发光器件130可以设置在第一反射表面120的焦点处以及第二反射表面140的球心处。
在这种情况下，从设置在第一反射表面120的焦点处的发光器件130发射并传播到抛物线形的第一反射表面120的光La被第一反射表面120反射并准直成基本平行的光.从发光器件130发射并传播到球形的第二反射表面140的光Lb被第二反射表面140反射并聚焦在发光器件130上.聚焦的光被发光器件130反射，发散地传播到第一反射表面120，然后被第一反射表面120准直成基本平行的光，以在与从发光器件130发射并直接入射在第一反射表面120上的光La相同的方向上行进.
当第一反射表面120是抛物线反射表面、第二反射表面140是球形反射表面时，这样的话，从发光器件130发射的发散光可被准直成基本平行的光，以使有效地从照明单元100发射出的光量最大化。
即使当第一反射表面120为抛物线反射表面并且发光器件130设置在第一反射表面120的焦点处时，由发光器件130发射的光也被第一反射表面120准直为基本平行的光，但并不是理想的平行光，这是因为发光器件130不是点光源，而是面光源。由于发光器件130是面光源，因此尽管存在球形的第二反射表面140，也不是所有被第二反射表面140反射的光都被聚焦在发光器件130的一个点上。尽管如此，仍有较高百分比的光聚焦在发光器件130上。
在照明单元100中，由发光器件130产生并发射的光被准直为基本平行的光。这里，术语“基本平行的光”包括近似平行光，该近似平行光的发射角或会聚角处于光可以被随后的光学元件聚集的范围内。
第一反射表面120和第二反射表面140中的每个都可从抛物线反射表面、球形反射表面或椭圆反射表面之一中选择，在上述组合内各种实施例都是可以的。
例如，第一反射表面120可以是球形反射表面，以反射从设置在第一反射表面120的焦点处或焦点附近的发光器件130发射出的发散光，并将该反射光准直为基本平行的光。
第一反射表面120可以是椭圆反射表面，以反射从设置在第一反射表面120的焦点处或焦点附近的发光器件130发射出的发散光，并将该反射光准直为基本平行的光。
众所周知，椭圆具有两个焦点。因此，从设置在一个焦点处的发光器件130发出、入射在椭圆反射表面上的发散光被椭圆反射表面反射，以聚焦在椭圆反射表面的另一焦点处。
因此，当第一反射表面120为具有彼此远离的两个焦点的椭圆反射表面时，由第一反射表面120反射的光可被准直为几乎平行的光。这样，当第一反射表面120是接近于抛物线反射表面的椭圆反射表面时，由第一反射表面120反射的光可被准直为基本平行的光。另外，当第一反射表面120是接近于球形反射表面的椭圆反射表面时，由第一反射表面120反射的光可被准直为基本平行的光。球形反射表面是两个焦点彼此重合的椭圆反射表面。
因此，即使当第一反射表面120为椭圆反射表面时，从发光器件130入射的光也可被准直为基本平行的光。可被聚集的基本平行的光的比例随着第一反射表面120的椭圆率而改变。
第二反射表面140可以为抛物线反射表面、椭圆反射表面或者最好为球形反射表面。虽然由抛物线或椭圆的第二反射表面140反射到包括发光器件130的光源表面131、并被引导至第一反射表面120且被该第一反射表面120反射以准直为基本平行的光的光量少于通过使用球形的第二反射表面140而得到的经准直的基本平行的光的光量，但是由于使用了第二反射表面140，总的聚光效率与不使用第二反射表面140时相比可以得到显著的增加。
在描述反射表面120和140时，术语“抛物线表面”不是指严格地具有二次系数(conic coefficient)K为-1的抛物线表面。这里使用的术语“抛物线表面”指的是二次系数K在-0.4和-2.5之间、优选在-0.7和-1.6之间的非球面表面。抛物线表面的二次系数K可以在上述范围内适当选择，以在有效照明物体的辐射角范围内准直由发光器件130发射的光。
上述构造的照明单元100允许从发光器件130发射并传播到第一反射表面120的发散光La被第一反射表面120反射并准直。根据第一反射表面120的结构，反射光形成为平行光。
因为在传统的照明单元中从发光器件130发射且不朝第一反射表面120传播的光Lb不能被准直，所以聚光效率变差。为了解决这一问题，本实施例的照明单元100包括将光Lb反射到光源表面131的第二反射表面140，使得由光源表面131反射的光可以被导向第一反射表面120，从而在第一反射表面120的作用下形成为平行光。
通过利用第二反射表面140将在传统照明单元中不能生成平行光的光Lb的至少一部分反射回光源表面131，照明单元100可以提高聚光效率。
因而，根据本实施例的照明单元100与本申请人提交的美国专利申请No.11/119,918中公开的照明单元100相比，可以获得更高的聚光效率。
图5和6是根据其它实施例的照明单元100的横截面图。
参照图5和图6，照明单元100包括具有光入射表面125的透明聚光器110，光从发光器件130入射在该光入射表面125上。第二反射表面140可形成在聚光器110的光入射表面125的某一区域上，第一反射表面120可形成在聚光器110的外侧表面上。
光入射表面125是凹面。光入射表面125可以具有凹圆顶形状。在这种情况中，发光器件130可设置在第一反射表面120的焦点处，第二反射表面140可以以圆顶形形成在光入射表面125的某一区域上。发光器件130安装在基部135上，基部135耦接(couple)到聚光器110。基部135可具有反射表面，如上所述，该反射表面可将由第二反射表面140反射的光反射到第一反射表面120。基部135的表面可被涂覆，以反射光。
在根据本实施例的照明单元100中，在发光器件130与光入射表面125之间可以设置有折射率比空气高的预定的光学介质137，如图5所示。可替换的是，在发光器件130与光入射表面125之间可填充有空气层137′，如图6所示。
光学介质137可以是发光器件130的圆顶透镜或盖。光学介质137可以是另外填充在发光器件130与光入射表面125之间的一种介质。当发光器件130包括圆顶透镜或盖并且存在着光学介质137时，光学介质137的折射率可以等于透明聚光器110的折射率或可以处于圆顶透镜或盖的折射率与透明聚光器110的折射率之间。
在本实施例的照明单元100中，聚光器110可进一步包括从聚光器110的透明本体延伸的导光部分150。导光部分150引导由第一反射表面120反射并准直成平行光的光。导光部分150可具有矩形的横截面。
导光部分150可形成为阶梯状，以相对于聚光器110的耦接有发光器件130的部分减小导光部分150的横截面面积。即，发光器件130可从聚光器110向下突出，从而使发光器件130降低到导光部分150之下。存在着阻挡光传播到导光部分150的区域，即第二反射表面140。因此，为了在导光部分150的光出射表面的中心而不在导光部分150的光出射表面的上部聚焦光，导光部分150应该为阶梯状。
考虑到第二反射表面140的光阻挡区域的尺寸，导光部分150相对于聚光器110的耦接有发光器件130的部分呈阶梯状的量可以在这样的范围内适当地确定，即该范围允许光均匀地从导光部分150的整个光出射表面发射。
当导光部分150在聚光器110的耦接有发光器件130的部分之上呈阶梯状时，聚光器110和发光器件130的模块可以更容易地进行排列，并且在聚光器阵列的出射表面上可获得更均匀的光分布。
因为LED比传统的金属卤化物灯或超高压汞灯发出的光少，所以发光器件130可以包括LED阵列。
因此，根据本发明的照明单元100可形成为阵列，如图7所示。图7是根据本发明实施例的形成为阵列的照明单元100的透视图。参照图7，照明单元100包括聚光器110和发光器件130的模块的二维阵列，其中多个聚光器110布置成二维，并且多个发光器件130分别对应于聚光器110。发光器件130和基部135构成发光模块。
因为照明单元100可以通过借助于第二反射表面140重复利用(recycle)至少一些从发光器件130发射的可能损失掉的光，而将从发光器件130发射出的大部分光准直为基本平行的光，所以照明单元100可以具有较高的聚光效率并可用作各种系统的照明源。例如，照明单元100可用作图像投影装置或是车辆头灯的照明源。
下面将解释利用根据本发明各种实施例的照明单元100作为照明光源的图像投影装置。
图8是采用根据本发明实施例的照明单元100的图像投影装置的顶视图。
参照图8，图像投影装置包括：第一至第三照明单元100R、100G和100B；成像器件，其响应于利用从第一至第三照明单元100R、100G和100B入射的光的图像信号形成图像；以及投影透镜单元250，其将由成像器件形成的图像放大并投影到屏幕s上。
第一至第三照明单元100R、100G和100B每个都可以是如图7所示的阵列形式的照明单元100。即，第一至第三照明单元100R、100G和100B中的每一个可包括发光器件130和聚光器110的二维阵列，所述发光器件130对应于每个聚光器110。
因为诸如LED的发光器件比金属卤化物灯或超高压汞灯发出的光少，所以可以使用发光器件阵列。
第一至第三照明单元100R、100G和100B可分别发射红光、绿光和蓝光。
当第一至第三照明单元100R、100G和100B发射不同颜色的光时，可另外使用颜色合成棱镜201(例如，X立方棱镜)来合成从第一至第三照明单元100R、100G和100B发出的不同颜色的光，以使合成颜色的光可沿单一光路传播。根据本发明的图像投影装置可包括发射白光的单一照明单元，在这种情况中，颜色合成棱镜201不是必需的。
根据本发明的图像投影装置还可包括光学积分器，该光学积分器将入射光转换为均匀光。光学积分器整合(integrate)从第一至第三照明单元100R、100G和100B发出并被合成后沿着同一光路入射的光，以使光均匀。
光学积分器可以是矩形平行六面体光管(rectangular parallelepiped lighttunnel)205，如图8所示。矩形平行六面体光管205可以是中空的或者是光学介质块(optical medium block)。一对蝇眼透镜(参见图9中的320)可以代替光管205用作光学积分器。
第一至第三照明单元100R、100G和100B具有光出射表面，并且光管205具有光入射表面。第一至第三照明单元100R、100G和100B的光出射表面与光管205的光入射表面可具有相似的形式。第一至第三照明单元100R、100G和100B的光出射表面与光管205的光入射表面可具有纵横比(aspect ratio)与成像器件200相同的矩形形状。
因此，每个第一至第三照明单元100R、100G和100B中的聚光器110的导光部分150布置成二维阵列，以形成具有与光管205相同的纵横比的矩形形状。
本发明的图像投影装置还可包括沿着颜色合成棱镜201与光管205之间的光路的聚光透镜203，用于会聚从第一至第三光源单元10a、10b和10c发出并由颜色合成棱镜201合成的光，以沿着单一光路引导该光，从而使光束尺寸减小的会聚光入射在光管205上。
在本实施例中，成像器件是反射型成像器件，其对每个像素控制入射的均匀光以产生图像。
在图8中，反射型成像器件是数字光处理(DLP)板200或是具有微镜阵列的数字微镜器件(DMD)。反射型成像器件可以是反射型液晶显示器(LCD)。可替换的是，成像器件可以是透射型LCD。
DLP板200包括独立驱动的微镜的二维阵列，并通过基于所输入的图像信号为每个像素改变反射光的角度来产生图像。
当成像器件是反射型成像器件时，可在光管205与反射型成像器件之间设置光路改变器，以通过将从光管205入射的光引导至反射型成像器件并将被反射型成像器件反射的光引导至投影透镜单元205，来改变入射光的传播路径。当反射型成像器件是DLP板200时，全内反射(TIR)棱镜70可用作光路改变器，如图8所示。
在光学积分器与光路改变器之间，即在光管205与TIR棱镜70之间，可以设置中继透镜207，以根据成像器件的有效区域按比例增加或减少从光学积分器发出的光。
在根据本实施例的图像投影装置中，包含形成在DLP板200上的图像信息的光透过TIR棱镜70并被引导至投影透镜单元250，然后投影透镜单元250将形成在DLP板200上的图像放大并投影到屏幕s上。
图9是根据本发明另一实施例的采用照明单元100的图像投影装置的顶视图。在附图中，相同的元件由相同的附图标记示出，并且不再重复对其的详细说明。
参照图9，不同于图8所示的图像投影装置，根据本发明另一实施例的图像投影装置包括作为成像器件的反射型LCD 300。根据本实施例的图像投影装置可包括一对蝇眼透镜320作为光学积分器，蝇眼透镜320由具有凸透镜形状的多个透镜元件(lens cell)或多个圆柱透镜元件的阵列构成。可替换的是，光管205(参见图8)可代替蝇眼透镜320用作光学积分器。
反射型LCD 300选择性地为每个像素反射入射的均匀照明光以产生图像。反射型LCD 300通过根据图像信号为每个像素改变入射光的偏振状态以打开或者关闭待反射的光，来形成图像。
当成像器件是反射型LCD 300时，偏振分束器310可用作光路改变器来改变入射光的传播路径。偏振分束器310通过将从第一至第三照明单元100R、100G和100B入射的、具有一个偏振状态的光引导至反射型LCD 300，并将由反射型LCD 300反射的具有另一偏振状态的光引导至投影透镜单元250，来改变入射光的传播路径。
为了提高光效率，偏振转换单元330可沿光路设置在蝇眼透镜320与偏振分束器310之间，使得从第一至第三照明单元100R、100G和100B发出并入射在偏振分束器310上的光具有单一的偏振状态。通过利用多个小偏振分束器根据偏振状态来分离光，并通过仅在具有预定偏振状态的光的光路中设置半波片，偏振转换单元330将入射到其上的大部分非偏振光转换为具有特定偏振状态的光。该偏振转换单元在本领域中是熟知的。
图10是根据本发明另一实施例的采用照明单元100的图像投影装置的顶视图。
参照图10，不同于图9所示的图像投影装置，根据本发明另一实施例的图像投影装置包括作为成像器件的透射型LCD 380。当透射型LCD 380用作成像器件时，用作光路改变器的偏振分束器310(参见图9)不是必需的。
透射型LCD 380通过根据图像信号为每个像素改变入射均匀光的偏振状态以打开或关断待透射的光，来形成图像。
如上所述，照明单元100可应用于各种图像投影装置。
如上所述，照明单元和采用该照明单元的图像投影装置可将由发光器件发出的大部分光准直为基本平行的光，因此在不使用透镜的条件下，通过利用将从发光器件发射并在第一反射表面区域外传播的光经由发光器件反射回第一反射表面的第二反射表面，而保证了较高的聚光效率。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的条件下，可对本发明做各种形式和细节上的改变。
本申请要求于2005年3月30日提交的美国专利临时申请No.60/666,181以及于2005年5月27日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2005-0045200的优先权，这里将其全部公开内容引作参考。

Claims (24)

1.一种照明单元，包括：
第一反射表面，用于反射入射到其上的光；
发光器件，用于产生并发射照明光；以及
第二反射表面，用于将从所述发光器件发射出的光反射到包括所述发光器件的光源表面，从而由所述第二反射表面反射的光被引导至所述光源表面，然后被所述光源表面反射至所述第一反射表面，
其中，所述第一反射表面具有大于所述第二反射表面的尺寸，所述第一反射表面和所述第二反射表面位于所述发光器件的相同侧。
2.如权利要求1的照明单元，其中，所述第二反射表面将在所述第一反射表面的区域之外行进的光朝向所述光源表面反射回。
3.如权利要求1的照明单元，其中，所述第一反射表面具有一焦点，并且所述发光器件设置在所述第一反射表面的焦点处或焦点附近。
4.如权利要求3的照明单元，其中，所述第一和第二反射表面中的至少一个表面从包括抛物线反射表面、球形反射表面和椭圆反射表面的组中选择。
5.如权利要求3的照明单元，其中，所述第一反射表面是抛物线反射表面，所述第二反射表面是球形反射表面。
6.如权利要求5的照明单元，其中，所述第二反射表面的球心与所述第一反射表面的焦点重合。
7.如权利要求6的照明单元，其中，所述发光器件是有机发光二极管或发光二极管或它们的阵列。
8.如权利要求1的照明单元，其中，所述发光器件是有机发光二极管或发光二极管或它们的阵列。
9.如权利要求1至8中任一项的照明单元，包括透明的聚光器，该聚光器具有光入射表面和外侧表面，所述第二反射表面形成在所述光入射表面的某一区域上，所述第一反射表面形成在所述外侧表面上。
10.如权利要求9的照明单元，其中，所述聚光器包括导光部分，该导光部分引导由第一反射表面反射的光。
11.如权利要求9的照明单元，其中，所述聚光器的光入射表面是凹面，并且在发光器件与聚光器的光入射表面之间存在预定的光学介质或空气层。
12.如权利要求11的照明单元，其中，所述聚光器的光入射表面具有凹圆顶形状。
13.如权利要求9的照明单元，包括所述聚光器和分别对应于每个聚光器的多个发光器件的二维阵列。
14.一种图像投影装置，包括：
至少一个如权利要求1至8中任一项的照明单元；
成像器件，其响应于利用从照明单元发射出的光所输入的图像信号来产生图像；以及
投影透镜单元，其放大并投影由所述成像器件形成的图像。
15.如权利要求14的图像投影装置，其中，所述照明单元包括透明的聚光器，该聚光器具有光入射表面和外侧表面，其中所述第二反射表面形成在所述光入射表面的某一区域上，所述第一反射表面形成在所述外侧表面上。
16.如权利要求15的图像投影装置，其中，所述聚光器包括导光部分，该导光部分引导由所述第一反射表面反射的光。
17.如权利要求15的图像投影装置，其中，所述聚光器的光入射表面是凹面，并且在发光器件与聚光器的光入射表面之间存在预定的光学介质或空气层。
18.如权利要求17的图像投影装置，其中，所述聚光器的光入射表面具有凹圆顶形状。
19.如权利要求15的图像投影装置，其中，所述照明单元包括所述聚光器和分别对应于每个聚光器的多个发光器件的二维阵列。
20.如权利要求15的图像投影装置，其中，所述至少一个照明单元包括发射不同颜色的光的多个照明单元，所述图像投影装置还包括颜色合成棱镜，该颜色合成棱镜合成从所述多个照明单元发射出的不同颜色的光，使得不同颜色的合成光沿一个光路传播。
21.如权利要求20的图像投影装置，其中，还包括光学积分器，所述光学积分器将从所述多个照明单元发射出的不同颜色的光转换为均匀光。
22.如权利要求19的图像投影装置，其中，所述成像器件从包括透射型液晶显示器件、反射型液晶显示器件和反射型成像器件的组中选择，所述反射型成像器件包括选择性地反射从照明单元发射出的光以形成图像的微镜阵列。
23.如权利要求14的图像投影装置，其中，所述照明单元包括透明的聚光器，该聚光器包括凹圆顶形状的光入射表面和用于引导由第一反射表面反射的光的导光部分，
其中，第二反射表面形成在所述聚光器的光入射表面的某一区域上，光从发光器件入射在该区域上，第一反射表面形成在聚光器的外侧表面上，并且在发光器件与聚光器的光入射表面之间存在预定的光学介质或空气层，
其中，所述至少一个照明单元包括发射不同颜色的光的多个照明单元，
所述图像投影装置还包括：
颜色合成棱镜，其合成从所述多个照明单元发射出的光，使得不同颜色的合成光沿着一个光路传播；以及
光学积分器，其将从所述多个照明单元发射出的光转换为均匀光，
其中，所述成像器件从包括透射型液晶显示器件、反射型液晶显示器件和反射型成像器件的组中选择，所述反射型成像器件包括选择性地反射从照明单元发射出的光以形成图像的微镜阵列。
24.如权利要求23的图像投影装置，其中，每个照明单元包括所述聚光器和分别对应于所述聚光器的多个发光器件的二维阵列。
CN2006100794181A 2005-03-30 2006-03-30 照明单元和采用该照明单元的图像投影装置 Expired - Fee Related CN1841183B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US66618105P 2005-03-30 2005-03-30
US60/666,181 2005-03-30
KR45200/05 2005-05-27
KR1020050045200A KR100694117B1 (ko) 2005-03-30 2005-05-27 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1841183A CN1841183A (zh) 2006-10-04
CN1841183B true CN1841183B (zh) 2010-05-12

Family

ID=36282896

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2006100794181A Expired - Fee Related CN1841183B (zh) 2005-03-30 2006-03-30 照明单元和采用该照明单元的图像投影装置

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1708513B1 (zh)
JP (1) JP4524265B2 (zh)
CN (1) CN1841183B (zh)

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4957186B2 (ja) * 2006-10-31 2012-06-20 株式会社Ｊｖｃケンウッド 光源装置及び画像表示装置
JP4645549B2 (ja) * 2006-07-28 2011-03-09 カシオ計算機株式会社 照明装置及びプロジェクタ
US7915629B2 (en) 2008-12-08 2011-03-29 Cree, Inc. Composite high reflectivity layer
US9461201B2 (en) 2007-11-14 2016-10-04 Cree, Inc. Light emitting diode dielectric mirror
JP5386815B2 (ja) * 2007-11-15 2014-01-15 ソニー株式会社 投射型表示装置および映像表示方法
WO2009093369A1 (ja) * 2008-01-22 2009-07-30 Nikon Corporation プロジェクタ装置
US9348208B2 (en) 2008-01-22 2016-05-24 Nikon Corporation Projector having a light-emitting element, image forming unit and reflecting member
US8529102B2 (en) * 2009-04-06 2013-09-10 Cree, Inc. Reflector system for lighting device
JP2011159549A (ja) * 2010-02-02 2011-08-18 Toshiba Lighting & Technology Corp 光源ユニット及び照明装置
CN102575812A (zh) * 2009-08-07 2012-07-11 东芝照明技术株式会社 光源单元、光源装置以及照明装置
US9362459B2 (en) 2009-09-02 2016-06-07 United States Department Of Energy High reflectivity mirrors and method for making same
US9435493B2 (en) 2009-10-27 2016-09-06 Cree, Inc. Hybrid reflector system for lighting device
KR101604497B1 (ko) 2009-12-08 2016-03-17 엘지디스플레이 주식회사 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정표시장치
JP2011175869A (ja) * 2010-02-24 2011-09-08 Toshiba Lighting & Technology Corp 光源ユニット及び照明装置
CN102200243A (zh) * 2010-03-25 2011-09-28 亿光电子工业股份有限公司 照明装置
DE102010013931A1 (de) * 2010-04-06 2011-10-06 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Modulare Lichtleitervorrichtung für Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen
US9105824B2 (en) 2010-04-09 2015-08-11 Cree, Inc. High reflective board or substrate for LEDs
US9012938B2 (en) 2010-04-09 2015-04-21 Cree, Inc. High reflective substrate of light emitting devices with improved light output
US8764224B2 (en) 2010-08-12 2014-07-01 Cree, Inc. Luminaire with distributed LED sources
JP2012069386A (ja) * 2010-09-24 2012-04-05 Sharp Corp 照明装置
US9115867B2 (en) * 2010-10-19 2015-08-25 Macdonald, Dettwiler And Associates Inc. Dual reflector system for linear lamp illuminators
DE102011012297B4 (de) * 2011-02-24 2022-12-22 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Beleuchtungsvorrichtung
US8680556B2 (en) 2011-03-24 2014-03-25 Cree, Inc. Composite high reflectivity layer
US9728676B2 (en) 2011-06-24 2017-08-08 Cree, Inc. High voltage monolithic LED chip
US10243121B2 (en) 2011-06-24 2019-03-26 Cree, Inc. High voltage monolithic LED chip with improved reliability
US8686429B2 (en) 2011-06-24 2014-04-01 Cree, Inc. LED structure with enhanced mirror reflectivity
IN2014CN01871A (zh) * 2011-09-23 2015-05-29 Koninkl Philips Nv
JPWO2013084839A1 (ja) * 2011-12-09 2015-04-27 ソニー株式会社 撮像装置、電子機器、輝尽発光検出スキャナーおよび撮像方法
CN103216745B (zh) * 2012-01-20 2016-07-20 扬升照明股份有限公司 照明装置
JP5957937B2 (ja) * 2012-02-16 2016-07-27 セイコーエプソン株式会社 照明装置およびプロジェクター
DE102012218179A1 (de) * 2012-10-05 2014-04-10 Osram Gmbh Vorrichtung zur Strahlformung von Licht
FR3006422B1 (fr) * 2013-05-30 2017-08-11 Valeo Vision Module d'eclairage pour projecteur de vehicule automobile, et projecteur comportant de tels modules
CN105745485B (zh) * 2013-11-18 2019-04-02 麦克赛尔株式会社 固体光源装置和使用它的车辆用灯具、影像显示装置及固体光源装置的驱动方法
TWI512334B (zh) 2013-11-28 2015-12-11 Delta Electronics Inc 光源系統及顯示裝置
CN103631078A (zh) * 2013-12-18 2014-03-12 吴震 发光装置和投影显示系统
CN104714358A (zh) * 2015-01-06 2015-06-17 杨军 一种易加工生产的投影机照明模组
US10658546B2 (en) 2015-01-21 2020-05-19 Cree, Inc. High efficiency LEDs and methods of manufacturing
US9903995B2 (en) * 2016-03-03 2018-02-27 Microsoft Technology Licensing, Llc Flat panel illuminator with concentrator
CN108957924B (zh) 2017-05-24 2021-07-23 深圳光峰科技股份有限公司 激光照明设备及使用该设备的投影系统
DE112019006057T5 (de) * 2018-12-07 2021-09-02 HELLA GmbH & Co. KGaA Beleuchtungsvorrichtung für ein Motorfahrzeug
CN110260257B (zh) * 2019-07-11 2024-06-25 华域视觉科技(上海)有限公司 一种基于pbs分光器的前照灯单元

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1555509A (zh) * 2001-04-25 2004-12-15 ά 用于投影显示器的光回收利用

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0463321A (ja) * 1990-07-03 1992-02-28 Canon Inc 照明系および該照明を備えた画像表示装置
JPH07159897A (ja) * 1993-12-07 1995-06-23 Nippondenso Co Ltd 光源装置
JP4154780B2 (ja) * 1998-12-18 2008-09-24 ソニー株式会社 プロジェクション照明装置
JP2002189263A (ja) * 2000-12-21 2002-07-05 Seiko Epson Corp 投射型表示装置
FR2839139B1 (fr) * 2002-04-25 2005-01-14 Valeo Vision Module d'eclairage elliptique sans cache realisant un faisceau d'eclairage a coupure et projecteur comportant un tel module
JP3960377B2 (ja) * 2002-07-19 2007-08-15 Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社 光源装置及び投写型表示装置
FR2849158B1 (fr) * 2002-12-20 2005-12-09 Valeo Vision Module d'eclairage pour projecteur de vehicule
JP2004228143A (ja) * 2003-01-20 2004-08-12 Seiko Epson Corp 固体光源照明装置、プロジェクタ及び光学装置
JP4047185B2 (ja) * 2003-02-06 2008-02-13 株式会社小糸製作所 車両用前照灯及び発光モジュール
CN1809785B (zh) * 2003-04-18 2010-10-27 松下电器产业株式会社 光源装置、照明装置及投影式显示装置
EP1631855B1 (en) * 2003-06-10 2015-08-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Compact led module and projection display adopting the same
FR2858042B1 (fr) * 2003-07-24 2005-09-23 Valeo Vision Module d'eclairage elliptique sans cache realisant un faisceau d'eclairage a coupure et projecteur comportant un tel module
KR100636179B1 (ko) * 2004-09-24 2006-10-19 삼성전자주식회사 Ｌｅｄ를 채용한 조명유닛 및 이를 채용한 화상투사장치
KR100619070B1 (ko) * 2005-03-08 2006-08-31 삼성전자주식회사 조명유닛 및 이를 채용한 화상투사장치
JP2006267579A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Seiko Epson Corp 光源装置、照明装置及びプロジェクタ
KR100694117B1 (ko) * 2005-03-30 2007-03-12 삼성전자주식회사 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1555509A (zh) * 2001-04-25 2004-12-15 ά 用于投影显示器的光回收利用

Also Published As

Publication number Publication date
CN1841183A (zh) 2006-10-04
EP1708513A3 (en) 2008-08-20
JP2006301620A (ja) 2006-11-02
EP1708513A2 (en) 2006-10-04
EP1708513B1 (en) 2015-04-29
JP4524265B2 (ja) 2010-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1841183B (zh) 照明单元和采用该照明单元的图像投影装置
US7828448B2 (en) Illumination unit and image projection apparatus employing the same
US7182497B2 (en) Illumination unit using LED and image projecting apparatus employing the same
US7267446B2 (en) Projection display
US7040767B2 (en) Integrator module with a compact light source and projection display having the same
CN100394251C (zh) 投影显示器
KR101109592B1 (ko) 광원 모듈 및 이를 채용한 화상투사장치
JP4186918B2 (ja) 画像表示装置
US20060238720A1 (en) Illumination unit and image projection apparatus having the same
US7330314B1 (en) Color combiner for solid-state light sources
CN1779502A (zh) 发光单元和使用该发光单元的投影型图像显示设备
CN105264437A (zh) 照明光学系统和投影仪
JP2009058594A (ja) 照明装置および画像表示装置
JP6804135B2 (ja) 光源装置およびプロジェクタ
CN104937488A (zh) 使用反射器阵列的照明设备
JP2011248327A (ja) 照明装置及びそれを備えた投写型表示装置
JP2007507754A (ja) ｅｔｅｎｄｕｅを小さく抑えたカラービデオ投写装置の効率のよい照明装置
US10634981B2 (en) Light source device and projection type display apparatus
CN102591020B (zh) 投影系统
CN100365468C (zh) 照明光学装置及投影机
JP2006285043A (ja) 光源装置
US20040189952A1 (en) Projection display
CN110703545B (zh) 一种投影机
TW201120559A (en) Projection system
JP2006221954A (ja) 光源装置および画像表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100512

Termination date: 20180330

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee