CN201820786U - 一种带激发腔的高效率单色光源封装结构及投影光学引擎 - Google Patents

Abstract

一种带激发腔的高效率单色光源封装结构，包括线路板，出射泵浦光的至少一个发光芯片，设置于线路板上的导热装置，与导热装置接触的荧光粉层，及设置于荧光粉层上的光学透镜。其中，荧光粉层用于吸收泵浦光，并激发出波长不同与泵浦光的荧光。光学透镜朝向荧光粉层的表面镀有第一薄膜，用于透射荧光，反射泵浦光。导热装置朝向荧光粉层且与该第一薄膜相对的表面镀有第二薄膜，用于透射泵浦光，反射荧光。本实用新型的封装结构，一方面，利用波通特性相反的两种薄膜，提高荧光粉的转换效率，增加出射亮度和光输出纯度。另一方面，利用导热装置对荧光粉层的散热，提高单色光光源的发光效率，延长寿命。另外，还提供一种使用其的投影光学引擎。

Description

一种带激发腔的高效率单色光源封装结构及投影光学引擎

技术领域

本实用新型涉及单色光源的封装结构及投影显示技术，尤其涉及一种带荧光粉激发腔的高效率单色光源封装结构及使用其的投影光学引擎。

背景技术

光源是液晶投影机重要的部件之一，其亮度、光利用率和发热量直接影响到投影图像的质量、投影机的功耗、投影机使用和维护成本等问题。在过去，大多数投影机均采用超高压汞灯(UHP)或金卤灯作为光源，这类光源虽然亮度能满足要求，但是其耗能高寿命短，光转换效率较低，发热量大，而且会对环境造成污染，因此不是很适合用作投影光源。如今，越来越多的液晶投影机都开始使用环保、转换效率高的发光二极管(Light Emitting Diode，LED)作为光源。

作为显示和照明领域的LED光源，现有的低成本LED光源通常采用荧光转换，即，利用预定波长的发射光来激发荧光粉，产生白光。例如：日本日亚(Nichia)公司的白光专利，就是利用蓝光LED来激发黄色YAG荧光粉来产生白光。然而，如果利用这种荧光转换方式来获得单色光，由于部分未被荧光粉吸收利用的泵浦光会直接射往光源出射面，使这些泵浦光得不到充分利用，降低转换效率，局限了光源的输出亮度；同时，这部分光与荧光粉受激发射出来的荧光混合输出，降低光输出纯度；另外，荧光粉受热容易老化，降低光源的发光效率，缩短寿命。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种转换效率高、光源输出亮度及纯度高、散热效果好、寿命长的带激发腔的高效率单色光源封装结构。

另外，还需提供一种成本较低、投影显示效果好的投影光学引擎。

本实用新型的发明目的是通过以下技术方案来实现的：

一种带激发腔的高效率单色光源封装结构，包括线路板，出射泵浦光的至少一个发光芯片，设置于所述线路板上的导热装置，与所述导热装置接触的荧光粉层，以及设置于所述荧光粉层上的光学透镜。其中，荧光粉层用于吸收泵浦光，并激发出波长不同与该泵浦光的荧光。所述光学透镜朝向荧光粉层的表面镀有第一薄膜，用于透射荧光，反射泵浦光。所述导热装置朝向荧光粉层且与该第一薄膜相对的表面镀有第二薄膜，用于透射泵浦光，反射荧光。

一种投影光学引擎，包括微显示面板，投影镜头以及照明装置。其中，微显示面板对入射光进行调制，并调制出携有图像信息的图像光。投影镜头用于将所述微显示面板上的图像信息投影成像到屏幕上。照明装置照射所述微显示面板。该照明装置包括至少一个上述所述的带激发腔的高效率单色光源封装结构。

一种投影光学引擎，包括照明装置，数字微镜器件，全内反射棱镜以及投影镜头。其中，照明装置用于提供入射光线，其包括至少一个上述所述的带激发腔的高效率单色光源封装结构。数字微镜器件选择性的反射所述入射光线以产生影像光线。全内反射棱镜设置于所述照明装置与数字微镜器件之间，将入射光线导入所述数字微镜器件并反射所述数字微镜器件出射的影像光线。投影镜头用于接收该数字微镜器件所出射的影像光线，并将该影像光线投影成影像画面。

本实用新型的封装结构，一方面，通过荧光粉层吸收泵浦光激发出荧光，获得单色的输出光，其利用导热装置、光学透镜上设置的波通特性相反的两种薄膜，形成激发腔，使荧光粉层充分吸收泵浦光，激发出更多的荧光，提高转换效率，从而增加荧光的出射亮度，与传统的大芯片相比，成本低；同时，使得向发光芯片散射的荧光得到利用，由光源的出射面出射，进一步提高光源的输出亮度；另外，还避免了射到荧光粉层上未被吸收利用的泵浦光由光源的出射面出射，提高光输出纯度。

另一方面，通过导热装置使荧光粉层所产生的热量传递出去，解决了荧光粉受热而引起的老化问题，提高单色光光源的发光效率，延长使用寿命。

而使用这种封装结构的投影光学引擎，转换效率高、光源输出亮度及纯度高的光源封装结构出射的光照射微显示面板/数字微镜器件，之后，由微显示面板/数字微镜器件调制出图像光，从投影镜头输出到外部屏幕，光源封装结构散热效果好，寿命长，而整个投影光学引擎的结构简单，亮度高，生产成本较低，投影显示效果好。

附图说明

为了易于说明，本实用新型由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。

图1为本实用新型第一实施方式的带激发腔的高效率单色光源封装结构平面结构示意图。

图2为本实用新型第二实施方式的带激发腔的高效率单色光源封装结构平面结构示意图。

图3为本实用新型第三实施方式的带激发腔的高效率单色光源封装结构平面结构示意图。

图4为本实用新型第一实施方式投影光学引擎的平面结构示意图。

图5为本实用新型第二实施方式投影光学引擎的平面结构示意图。

具体实施方式

图1所示为本实用新型第一实施方式的带激发腔的高效率单色光源封装结构的平面结构示意图。该带激发腔的高效率单色光源封装结构包括线路板10，至少一个发光芯片20，设置于线路板10上导热装置，与导热装置接触的荧光粉层60，以及设置于荧光粉层60上的光学透镜50。其中，导热装置包括设置于线路板10上的导热承载部30，以及放置在导热承载部30上、覆盖发光芯片20的透明导热陶瓷40。

本实用新型实施方式中，线路板10包括电路层(图中未示出)，设置于电路层下表面的散热层(图中未示出)以及设置在线路板10上表面的凸台101。发光芯片20设置在该凸台101上，与线路板10上的电路层连接，出射泵浦光。采用凸台101的结构，有利于最大限度的收集发光芯片20发出的光。本实用新型实施方式中，凸台101与线路板10一体成型。

本实用新型其它实施方式中，该凸台101也可以与线路板10分离设置，当然，该凸台101也可以省略。

本实用新型实施方式中，发光芯片20为发光二极管(Light Emitting Diode，LED)芯片，用于发出180°的光(泵浦光)。该LED芯片的数量可以为一个(参阅图1)，也可以为以阵列方式排列的多个(参阅图2)。采用多个LED芯片以阵列方式的排列，有利于提高整个光源的光通量，进而增加光亮度。参阅图1，该LED芯片的数量为1个，可以是蓝光芯片，发出蓝色泵浦光，或者是UV芯片，发出UV泵浦光。

参阅图1，导热承载部30的横截面积为环形或者框形，环绕于发光芯片20周围，本实用新型实施方式中，该导热承载部30的材质为金属。导热承载部30与线路板10之间填充有包覆发光芯片20的透明封装胶体(图中未标示)。具体说，导热承载部30、透明导热陶瓷40与线路板10之间形成空腔，该空腔内填充有包覆发光芯片20的透明封装胶体。采用透明封装胶体的结构，有利于为发光芯片20提供可靠的保护，同时，缩小临界物质的折射率差异，减小全反射损耗，提高出光效率。具体实施方式中，该透明封装胶体为硅胶。当然，该空腔也可以填充空气。

透明导热陶瓷40放置在导热承载部30上，且，覆盖发光芯片20。而光学透镜50设置在透明导热陶瓷40上。荧光粉层60与透明导热陶瓷40接触，设置于透明导热陶瓷40和光学透镜50之间，用于吸收泵浦光，激发出波长不同与该泵浦光的荧光。本实用新型实施方式中，荧光为单色的输出光，其波长范围为490nm～680nm。荧光粉层60为红、黄、绿、蓝单色荧光粉中的一种或者其结合。本实用新型实施方式中，荧光粉层60通过透明导热陶瓷40与导热承载部30接触，因此，荧光粉层60所产生的热量通过透明导热陶瓷40和导热承载部30所组成的散热通道传递出去，解决了荧光粉受热而引起的老化问题，提高单色光光源的发光效率，延长使用寿命。

又，光学透镜50朝向荧光粉层60的表面镀有第一薄膜501，用于透射荧光，反射泵浦光。导热装置朝向荧光粉层60且与该第一薄膜501相对的表面镀有第二薄膜401，用于透射泵浦光，反射荧光。具体说，第二薄膜401镀于透明导热陶瓷40朝向荧光粉层的表面。因此，本实用新型中，荧光粉层60与发光芯片20分离，利用第二薄膜401对荧光的反射，第一薄膜501对荧光的透射，使得向泵浦光源散射的荧光得到利用，由单色光源的出射面出射；另外，利用第一薄膜501对泵浦光的反射，第二薄膜401对泵浦光的透射，避免了射到荧光粉层60上未被吸收利用的泵浦光由单色光源的出射面出射，提高光输出纯度。

本实用新型实施方式中，光学透镜50为平凸透镜，会聚出射的荧光；透明导热陶瓷40为平板状。荧光粉层60是均匀的涂覆在光学透镜50与透明导热陶瓷40之间。

因此，本实用新型的单色光源封装结构，一方面，通过荧光粉层吸收泵浦光激发出荧光，获得单色的输出光，其利用透明导热陶瓷、光学透镜上设置的波通特性相反的两种薄膜，形成激发腔，使荧光粉层充分吸收泵浦光，激发出更多的荧光，提高转换效率，从而增加荧光的出射亮度，与传统的大芯片相比，成本低；同时，使得向发光芯片散射的荧光得到利用，由光源的出射面出射，进一步提高光源的输出亮度；另外，还避免了射到荧光粉层上未被吸收利用的泵浦光由光源的出射面出射，提高光输出纯度。

另一方面，通过透明导热陶瓷和导热承载部组成散热通道，使荧光粉层所产生的热量通过此散热通道传递出去，解决了荧光粉受热而引起的老化问题，提高单色光光源的发光效率，延长使用寿命。

图2所示为本实用新型第二实施方式带激发腔的高效率单色光源封装结构平面结构示意图，该光源封装结构与第一实施方式的光源封装结构基本相同，区别在于图2所示的光学透镜50’为弯月透镜，采用这种结构，避免镀膜引起的大角度出射光的透过率低。此时，透明导热陶瓷40’为平凸状，当然，该透明导热陶瓷40’还可以为弯月状或者平板状。

另外，导热承载部30’为倒锥体，具有倾斜侧壁；采用倾斜侧壁，有利于提高发光芯片20’的出光效率。

图3为本实用新型第三实施方式的带激发腔的高效率单色光源封装结构平面结构示意图。该光源封装结构与第一实施方式的光源封装结构基本相同，区别在于图3所示的导热装置包括设置于线路板10”上的导热承载部30”，粘结于该导热承载部30”的侧壁、表面镀有全反膜的透明导热陶瓷40”，以及设置于导热承载部30”内、覆盖发光芯片20”的滤光片41”。第二薄膜411”镀于滤光片41”朝向荧光粉层60”的表面。荧光粉层60”设置于滤光片41”、透明导热陶瓷40”和光学透镜50”之间。因此，荧光粉层60”所产生的热量同样通过透明导热陶瓷40”和导热承载部30”所组成的散热通道传递出去，解决了荧光粉受热而引起的老化问题，提高单色光光源的发光效率，延长使用寿命。

本实用新型实施方式中，导热承载部30”的侧壁设有台阶(图中未标示)，该滤光片41”设置在台阶上。又，滤光片41”的材质为透明光学玻璃或者导热陶瓷。当滤光片41”为透明导热陶瓷时，荧光粉层60”所产生的热量通过透明导热陶瓷40”、导热承载部30”、滤光片41”所组成的散热通道向四周传递出去，散热速度更快，效率更高。

另外，导热承载部30”为倒锥体，具有倾斜侧壁；采用倾斜侧壁，有利于提高发光芯片20”的出光效率。导热承载部30”与线路板10”之间填充有包覆发光芯片20”的透明封装胶体。具体说，导热承载部30”、滤光片41”与线路板10”之间形成空腔，该空腔内填充有包覆发光芯片20”的透明封装胶体(图中未标示)。当然，该空腔也可以填充空气。

图4所示为本实用新型第一实施方式投影光学引擎的平面结构示意图。投影光学引擎包括照明装置100，偏振分光器70，微显示面板80以及投影镜头90。其中，照明装置100照射微显示面板80，其包括至少一个上述任一实施方式的带激发腔的高效率单色光源封装结构以及对出射光进行整形的各种整形镜组(图中未示出)。

偏振分光器70设置于照明装置100的输出光路上，本实用新型实施方式中，偏振分光器70为棱镜式偏振分光器，由二个三角棱镜胶合成立方体形状，在其中间接触面上镀有偏振分光膜层，由该偏振分光膜层形成一个偏振分光面，该偏振分光面可以将非偏振光转换为偏振光并分离出S偏振光和P偏振光。当然，偏振分光器70也可以由其它棱镜胶合成其它形状，只要满足入射的非偏振光被转化为偏振光出射即可。

本实用新型其它实施方式中，该偏振分光器70也可以由平板式偏振分光器来代替。

微显示面板80的数量为一个，设置于偏振分光器70与照明装置的非相邻的一侧，用于对所接收到的入射光进行调制，并调制出携有图像信息的图像光。本实用新型实施方式中，微显示面板80为反射式硅基液晶面板(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)，当微显示面板80接收到的光为S偏振光时，经过微显示面板80的调制后，则反射出携有图像信息的另一偏振光P偏振光，经由偏振分光器70折叠光路后，将该P偏振光透射至投影镜头90上。本实用新型的实施方式中的投影镜头90与微显示面板80相对平行设置，用于将微显示面板80上的图像信息投影成像到屏幕上。

本实用新型其它实施方式中，微显示面板80’(图4的虚线所示)所接收到的偏振光也可以为P偏振光，经过微显示面板80’的调制后，转换为携有图像信息的S偏振光，且将其反射回偏振分光器70上，由偏振分光器70将该S偏振光反射至投影镜头90上。换句话说，投影镜头90与微显示面板80’相邻设置于偏振分光器70的一侧，即，投影镜头90与微显示面板80’分别设置于偏振分光器70的相邻两侧面上。此时，投影镜头90是用于接收并投射携有图像信息的S偏振光。

因此，本实施方式的投影光学引擎，光源封装结构出射的转换效率高、光源输出亮度及纯度高的光通过整形镜组的整形，偏振分光器的偏振分离，照射微显示面板，之后，微显示面板调制出图像光再次进入偏振分光器，由偏振分光器从投影镜头输出到外部屏幕，光源封装结构散热效果好，寿命长，而整个投影光学引擎的结构简单，亮度高，生产成本较低，投影显示效果好。

图5所示为实用新型第二实施方式投影光学引擎的平面结构示意图。该投影光学引擎包括照明装置100’，全内反射棱镜71，数字微镜器件(Digital Micro mirror Device，DMD)81以及投影镜头91。其中，照明装置100’用于提供入射光线，其包括至少一个上述任一实施方式的带激发腔的高效率单色光源封装结构以及对出射光进行整形的各种整形镜组(图中未示出)。

数字微镜器件81设置于该入射光线的传递路径上，用于选择性的反射入射光线以产生影像光线(图像光)，即，用于接收并调变该入射光线，反射出影像光线。全内反射棱镜71设置于照明装置100’与数字微镜器件81之间，将入射光线导入数字微镜器件81并反射数字微镜器件81出射的影像光线。即，将入射的入射光线和出射的影像光线相分离。投影镜头91用于接收该数字微镜器件81所出射的影像光线，并将该影像光线投影成影像画面。

因此，本实施方式的投影光学引擎，转换效率高、光源输出亮度及纯度高的光源封装结构出射的光通过整形镜组的整形，全内反射棱镜的反射，进入数字微镜器件进行调变，之后，数字微镜器件调制出影像光线(图像光)从投影镜头输出到外部屏幕，光源封装结构散热效果好，寿命长，而整个投影光学引擎的结构简单，亮度高，生产成本较低，投影显示效果好。

以上所述之具体实施方式为实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，例如，发光芯片为一个或者以阵列方式排列的多个LD芯片。或者微显示面板为透射式液晶面板(Liquid Crystal Display，LCD)，此时，省略偏振分光器，透射式液晶面板设置于照明装置的出射光路上，对入射光进行调制，并透射出携有图像信息的光。凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均包含本实用新型的保护范围内。

Claims (16)

1.一种带激发腔的高效率单色光源封装结构，包括线路板及出射泵浦光的至少一个发光芯片，其特征在于，还包括：设置于所述线路板上的导热装置，与所述导热装置接触的荧光粉层，以及设置于所述荧光粉层上的光学透镜；其中，荧光粉层用于吸收泵浦光，并激发出波长不同与该泵浦光的荧光；所述光学透镜朝向荧光粉层的表面镀有第一薄膜，用于透射荧光，反射泵浦光；所述导热装置朝向荧光粉层且与该第一薄膜相对的表面镀有第二薄膜，用于透射泵浦光，反射荧光。

2.根据权利要求1所述的带激发腔的高效率单色光源封装结构，其特征在于，所述导热装置包括设置于线路板上的导热承载部，以及放置在所述导热承载部上、覆盖所述发光芯片的透明导热陶瓷；所述第二薄膜镀于所述透明导热陶瓷朝向荧光粉层的表面；所述荧光粉层设置于所述透明导热陶瓷和光学透镜之间。

3.根据权利要求2所述的带激发腔的高效率单色光源封装结构，其特征在于，所述透明导热陶瓷为平板状、平凸状或者弯月状。

4.根据权利要求1所述的带激发腔的高效率单色光源封装结构，其特征在于，所述导热装置包括设置于线路板上的导热承载部，粘结于该导热承载部的侧壁、表面镀有全反膜的透明导热陶瓷，以及设置于所述导热承载部内、覆盖所述发光芯片的滤光片；所述第二薄膜镀于所述滤光片朝向荧光粉层的表面；所述荧光粉层设置于所述滤光片、透明导热陶瓷和光学透镜之间。

5.根据权利要求4所述的带激发腔的高效率单色光源封装结构，其特征在于，所述滤光片的材质为透明光学玻璃或者导热陶瓷。

6.根据权利要求2或4所述的带激发腔的高效率单色光源封装结构，其特征在于，所述导热承载部的横截面积为环形或者框形，环绕于所述发光芯片周围， 其材质为金属。

7.根据权利要求6所述的带激发腔的高效率单色光源封装结构，其特征在于，所述导热承载部为倒锥体，具有倾斜侧壁。

8.根据权利要求2或4所述的带激发腔的高效率单色光源封装结构，其特征在于，所述导热承载部与线路板之间填充有包覆所述发光芯片的透明封装胶体。

9.根据权利要求1所述的带激发腔的高效率单色光源封装结构，其特征在于，所述光学透镜为平凸透镜或者弯月透镜。

10.根据权利要求1所述的带激发腔的高效率单色光源封装结构，其特征在于，所述发光芯片为LED芯片或者LD芯片。

11.根据权利要求1所述的带激发腔的高效率单色光源封装结构，其特征在于，所述荧光粉层为红、黄、绿、蓝单色荧光粉中的一种或者其结合。

12.根据权利要求1所述的带激发腔的高效率单色光源封装结构，其特征在于，所述线路板的上表面具有凸台，所述发光芯片设置于所述凸台上。

13.一种投影光学引擎，包括：

微显示面板，对入射光进行调制，并调制出携有图像信息的图像光；

投影镜头，用于将所述微显示面板上的图像信息投影成像到屏幕上；以及

照明装置，照射所述微显示面板，其特征在于，所述照明装置包括至少一个权利要求1至12中任意一项所述的带激发腔的高效率单色光源封装结构。

14.根据权利要求13所述的投影光学引擎，其特征在于，所述微显示面板为LCOS，其入射光路上还设置有偏振分光器。

15.根据权利要求13所述的投影光学引擎，其特征在于，所述微显示面板为LCD。

16.一种投影光学引擎，包括： 

照明装置，用于提供入射光线，其特征在于，所述照明装置包括至少一个权利要求1至12中任意一项所述的带激发腔的高效率单色光源封装结构；

数字微镜器件，选择性的反射所述入射光线以产生影像光线；

全内反射棱镜，设置于所述照明装置与数字微镜器件之间，将入射光线导入所述数字微镜器件并反射所述数字微镜器件出射的影像光线；及

投影镜头，用于接收该数字微镜器件所出射的影像光线，并将该影像光线投影成影像画面。 

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