CN202837789U

CN202837789U - 一种用于微投影显示的led光源照明装置

Info

Publication number: CN202837789U
Application number: CN2012203875425U
Authority: CN
Inventors: 辜长明; 郑耀; 于冬梅
Original assignee: QINGDAO HAITAI XINGUANG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Qingdao Novelbeam Technology Co ltd
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2022-08-07

Abstract

一种用于微投影显示的LED光源照明装置，采用三色多芯片两组混合共阳极封装的形式，将多片的三色LED发光芯片封装在同一基板上，使LED的散热得到简化，通过转向器转折光路，采用消偏振镀膜的合色器将三色LED光合色成白光。本实用新型的微投影显示用LED照明光源装置克服现有LED照明装置的缺点，能实现高效率，低成本，结构紧凑的微投影光学引擎照明系统，特别适宜应用于各种便携式微投影设备中作照明系统用。

Description

一种用于微投影显示的LED光源照明装置

技术领域

本发明涉及一种用于微投影显示的LED光源照明装置，属于投影显示照明的技术领域。

背景技术

常用的微投影显示技术有LCOS，DLP，LCD等，无论哪种投影技术，光机结构主要包括，照明系统，图像调制系统和投影系统三大部分，其中照明系统就是为微投影显示提供足够的亮度和均匀的照明。随着LED技术的发展，LED光源逐步广泛应用于各种便携式微投影设备中作为照明光源。目前一种主流的LED光源照明装置是一种以X形合色棱镜为合色器件的三色光合色系统，其结构比较松散，体积大，不利于便携式投影设备减小体积，X形合色棱镜加工制作复杂，合色膜镀膜难度高，合色效率低，成本高，三色LED分布不在同一平面内，导致LED散热结构复杂，不利于LED散热和结构的小型化。

发明内容

本发明的目的是推出一种微投影显示用LED光源照明装置，该装置克服现有LED照明装置的缺点，能实现高效率，结构紧凑，低成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，采用三色多芯片两组混合共阳极封装的形式，将多片的三色LED发光芯片封装在同一基板上，使LED的散热得到简化，通过转向器转折光路，采用消偏振镀膜的合色器将三色LED光合色成白光。

现结合附图详细说明本发明的技术方案。一种用于微投影显示的LED光源照明装置，含第一集光和匀光组件21，第二集光和匀光组件22，第一中继透镜组件31，第二中继透镜组件32，合色组件4，聚焦组件5，微显示芯片6和散热器7，第一集光和匀光组件21和第二集光和匀光组件22是光锥、复合抛物面集光器或二者之一与匀光棒的集合体，第一集光和匀光组件21和第二集光和匀光组件22的入射面和出射面是矩形，合色组件4含转向器41和合色器42，转向器41是全反射棱镜或平面反射镜，转向器41含第三入射面411、中继出射面412和反射面413，第三入射面411与中继出射面412互相垂直，第三入射面411和中继出射面412与反射面413的夹角都是45°，合色器42是合色棱镜或平面合色镜，合色器42含第一入射面421、第二入射面422、合色面423和合色光出射面424，第二入射面422与合色光出射面424互相平行，第一入射面421分别与第二入射面422和合色光出射面424垂直，合色面423与第一入射面421、第二入射面422和合色光出射面424的夹角都是45°，第二入射面422与中继出射面412重合，第一集光和匀光组件21的光轴与第一中继透镜组件31的光轴重合，第一集光和匀光组件21的出射面与第一中继透镜组件31的焦平面重合，第二集光和匀光组件22的光轴与第二中继透镜组件32的光轴重合，第二集光和匀光组件22的出射面与第二中继透镜组件32的焦平面重合，第一入射面421与第一中继透镜组件31的出瞳重合，第一中继透镜组件31的光轴通过第一入射面421的中心与第一入射面421垂直，第三入射面411与第二中继透镜组件32的出瞳重合，第二中继透镜组件32的光轴通过第三入射面411的中心与第三入射面411垂直，聚焦组件5的光轴通过合色光出射面424的中心与合色光出射面424垂直，微显示芯片6是LCOS芯片，DMD芯片或LCD芯片，微显示芯片6的形状与第一集光和匀光组件21和第二集光和匀光组件22的出射面的形状相似，微显示芯片6的有效面积是第一集光和匀光组件21和第二集光和匀光组件22的出射面的面积的4～16倍，微显示芯片6与聚焦组件5的焦平面重合，聚焦组件5的光轴通过微显示芯片6的中心与微显示芯片6垂直，散热器7是金属散热器或热管散热器，含连接平面71，其特征在于，所述的照明装置还含基板10，第一LED发光矩阵11，第二LED发光矩阵12，基板10是铜板或铝板，第一LED发光矩阵11含LED发光芯片的数量可为2、4、6、9、12、16，分别排列成1×2、2×2、2×3、3×3、3×4、4×4的矩阵，相邻两芯片之间的间隙介于0.01mm～0.1mm之间，第一LED发光矩阵11含第一颜色LED发光芯片13和第二颜色LED发光芯片14，第一颜色LED发光芯片13与第二颜色LED发光芯片14的芯片数量的比例范围在1:1~1:3之间，第二LED发光矩阵12仅含第三颜色LED发光芯片15，LED发光芯片数量为2、4、6、9、12、16，分别排列成1×2、2×2、2×3、3×3、3×4、4×4的矩阵，相邻两芯片之间的间隙介于0.01mm～0.1mm之间，第一颜色LED发光芯片13，第二颜色LED发光芯片14和第三颜色LED发光芯片15的阳极与基板10焊接，所有第一颜色LED发光芯片13的阴极连接在一起，所有第二颜色LED发光芯片14的阴极连接在一起，所有第三颜色LED发光芯片15的阴极连接在一起，第一LED发光矩阵11和第二LED发光矩阵12的中心位于同一水平面内，第一LED发光矩阵11和第二LED发光矩阵12的中心之间的距离与第一集光和匀光组件21和第二集光和匀光组件22光轴之间的距离相等，所述的距离介于10mm-25mm之间，第一集光和匀光组件21的入射面的形状与第一LED发光矩阵11的形状相似，第一LED发光矩阵11与第一集光和匀光组件21呈光学耦合，第一LED发光矩阵11的中心与第一集光和匀光组件21的入射面的中心重合，第二集光和匀光组件22的入射面的形状与第二LED发光矩阵12的形状相似，第二LED发光矩阵12与第二集光和匀光组件22呈光学耦合，第二LED发光矩阵12的中心与第二集光和匀光组件22的入射面的中心重合，基板10与连接平面71通过导热介质紧密贴合在一起。

本发明的技术方案的进一步特征在于，第一颜色LED发光芯片13为红光LED发光芯片，第二颜色LED发光芯片14为蓝光LED发光芯片，第三颜色LED发光芯片15为绿光LED发光芯片，合色面423上的合色膜为反射蓝光和红光，透射绿光的消偏振合色膜。

本发明的技术方案的进一步特征在于，第一颜色LED发光芯片13为绿光LED发光芯片，第二颜色LED发光芯片14为蓝光LED发光芯片，第三颜色LED发光芯片15为红光LED发光芯片，合色面423上的合色膜为反射蓝光和绿光，透射红光的消偏振合色膜。

与背景技术相比，本发明有以下优点：

1、效率高，只需要一次合色就实现了三色LED的合光，解决了采用X形棱镜需要两次合光才能实现三色LED合光，从而可以提高照明装置的效率；

2、结构紧凑，LED散热方便，将LED集成封装在同一基板上，使用简单的散热结构即可实现对所有LED的散热，通过转向器和合色器结合，避免了采用X形棱镜整个照明装置结构分散的缺点，整个装置结构更加紧凑，更容易集成在不同的微投影系统中，使便携式微投影设备更加小型化；

3、成本低，采用合色棱镜或平面合色镜，制造成本都比X形棱镜低，同时将三路合光改变为两路合光，有效减小了所用器件的数量，采用的LED发光芯片的数量比传统方案采用的发光芯片数量少，从而降低了照明装置的成本。

附图说明

图1是本发明微投影显示用LED照明光源装置结构示意图。

图2是实施例1用LED芯片排列的结构示意图。

图3是实施例2用LED芯片排列的结构示意图。

图4是实施例1合色膜的膜系曲线示意图。

图5是实施例2合色膜的膜系曲线示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案和工作原理。

所有实施例都具有与发明内容所述装置的结构完全相同的结构。为避免重复，以下实施例仅罗列关键的技术数据。

实施例1：本实施例的结构与图1所示的LED照明光源装置的结构完全相同。

本实施例的关键技术数据：第一LED发光矩阵11是2×2的矩阵，第二LED发光矩阵12是2×2的矩阵，第一颜色LED发光芯片13是红光发光芯片，数量为3，第二颜色LED发光芯片14是蓝光发光芯片，数量为1，第三颜色LED发光芯片15是绿光发光芯片，数量为4，转向器41是全反射棱镜，合色器42是合色棱镜，合色面423上制有反射蓝光和红光，透射绿光的消偏振合色膜，合色膜的膜系如图4所示。

本实施例的工作原理为：从第一发光矩阵11发出的大角度的红光和蓝光被第一集光和匀光组件21收集起来并实现均匀化，同时将光的出射角度压缩到45°左右，从第一集光和匀光组件21的出射面上均匀的射出，第一集光和匀光组件21的出射面位于第一中继透镜组件31的焦平面上，红光和蓝光被准直成角度在20°以内的平行光入射到合色棱镜42上，通过合色面423上的合色膜，红光和蓝光被反射，光轴转折90°，从合色棱镜423的合色光出射面424射出，从第二发光矩阵12发出的大角度的绿光被第二集光和匀光组件22收集起来并实现均匀化，同时将光的出射角度压缩到45°左右，从第二集光和匀光组件22的出射面上均匀的射出，第二集光和匀光组件22的出射面位于第二中继透镜组件的焦平面上，绿光将被准直成角度在20°以内的平行光入射到全反射棱镜41上，经过全反射棱镜41的反射面413，光轴转折90°，从全反射棱镜41的中继出射面412射出入射到合色棱镜42上，通过合色面423上的合色膜，绿光将透射，光轴方向不变，则在合色棱镜42的合色光出射面424上射出的是红、绿和蓝三色合成的白光，再经过聚焦组件5将白光汇聚到微显示芯片6上，实现微投影显示照明。

实施例2：本实施例的结构与图1所示的LED照明光源装置的结构完全相同。

本实施例的关键技术数据：第一LED发光矩阵11是2×3的矩阵，第二LED发光矩阵12是2×3的矩阵，第一颜色LED发光芯片13是绿光发光芯片，数量为4，第二颜色LED发光芯片14是蓝光发光芯片，数量为2，第三颜色LED发光芯片15是红光发光芯片，数量为6，转向器41是全反射棱镜，合色器42是平面合色镜，合色面423上制有反射蓝光和绿光，透射红光的消偏振合色膜，合色膜的膜系如图5所示。

本实施例的工作原理与实施例1的工作原理类似，此处就不再重复。

本发明的微投影显示用LED照明光源装置，能实现高亮度，结构紧凑的微投影光学引擎照明系统，特别适宜应用于各种便携式微投影设备中作照明系统用。

Claims

1.一种用于微投影显示的LED光源照明装置，含第一集光和匀光组件（21），第二集光和匀光组件（22），第一中继透镜组件（31），第二中继透镜组件（32），合色组件（4），聚焦组件（5），微显示芯片（6）和散热器（7），第一集光和匀光组件（21）和第二集光和匀光组件（22）是光锥、复合抛物面集光器或二者之一与匀光棒的集合体，第一集光和匀光组件（21）和第二集光和匀光组件（22）的入射面和出射面是矩形，合色组件（4）含转向器（41）和合色器（42），转向器（41）是全反射棱镜或平面反射镜，转向器（41）含第三入射面（411）、中继出射面（412）和反射面（413），第三入射面（411）与中继出射面（412）互相垂直，第三入射面（411）和中继出射面（412）与反射面（413）的夹角都是45°，合色器（42）是合色棱镜或平面合色镜，合色器（42）含第一入射面（421）、第二入射面（422）、合色面（423）和合色光出射面（424），第二入射面（422）与合色光出射面（424）互相平行，第一入射面（421）分别与第二入射面（422）和合色光出射面（424）垂直，合色面（423）与第一入射面（421）、第二入射面（422）和合色光出射面（424）的夹角都是45°，第二入射面（422）与中继出射面（412）重合，第一集光和匀光组件（21）的光轴与第一中继透镜组件（31）的光轴重合，第一集光和匀光组件（21）的出射面与第一中继透镜组件（31）的焦平面重合，第二集光和匀光组件（22）的光轴与第二中继透镜组件（32）的光轴重合，第二集光和匀光组件（22）的出射面与第二中继透镜组件（32）的焦平面重合，第一入射面（421）与第一中继透镜组件（31）的出瞳重合，第一中继透镜组件（31）的光轴通过第一入射面（421）的中心与第一入射面（421）垂直，第三入射面（411）与第二中继透镜组件（32）的出瞳重合，第二中继透镜组件（32）的光轴通过第三入射面（411）的中心与第三入射面（411）垂直，聚焦组件（5）的光轴通过合色光出射面（424）的中心与合色光出射面（424）垂直，微显示芯片（6）是LCOS芯片，DMD芯片或LCD芯片，微显示芯片（6）的形状与第一集光和匀光组件（21）和第二集光和匀光组件（22）的出射面的形状相似，微显示芯片（6）的有效面积是第一集光和匀光组件（21）和第二集光和匀光组件（22）的出射面的面积的4～16倍，微显示芯片（6）与聚焦组件（5）的焦平面重合，聚焦组件（5）的光轴通过微显示芯片（6）的中心与微显示芯片（6）垂直，散热器（7）是金属散热器或热管散热器，含连接平面（71），其特征在于，所述的照明装置还含基板（10），第一LED发光矩阵（11），第二LED发光矩阵（12），基板（10）是铜板或铝板，第一LED发光矩阵（11）含LED发光芯片的数量可为2、4、6、9、12、16，分别排列成1×2、2×2、2×3、3×3、3×4、4×4的矩阵，相邻两芯片之间的间隙介于0.01mm～0.1mm之间，第一LED发光矩阵（11）含第一颜色LED发光芯片（13）和第二颜色LED发光芯片（14），第一颜色LED发光芯片（13）与第二颜色LED发光芯片（14）的芯片数量的比例范围在1:1~1:3之间，第二LED发光矩阵（12）仅含第三颜色LED发光芯片（15），LED发光芯片数量为2、4、6、9、12、16，分别排列成1×2、2×2、2×3、3×3、3×4、4×4的矩阵，相邻两芯片之间的间隙介于0.01mm～0.1mm之间，第一颜色LED发光芯片（13），第二颜色LED发光芯片（14）和第三颜色LED发光芯片（15）的阳极与基板（10）焊接，所有第一颜色LED发光芯片（13）的阴极连接在一起，所有第二颜色LED发光芯片（14）的阴极连接在一起，所有第三颜色LED发光芯片（15）的阴极连接在一起，第一LED发光矩阵（11）和第二LED发光矩阵（12）的中心位于同一水平面内，第一LED发光矩阵（11）和第二LED发光矩阵（12）的中心之间的距离与第一集光和匀光组件（21）和第二集光和匀光组件（22）光轴之间的距离相等，所述的距离介于10mm-25mm之间，第一集光和匀光组件（21）的入射面的形状与第一LED发光矩阵（11）的形状相似，第一LED发光矩阵（11）与第一集光和匀光组件（21）呈光学耦合，第一LED发光矩阵（11）的中心与第一集光和匀光组件（21）的入射面的中心重合，第二集光和匀光组件（22）的入射面的形状与第二LED发光矩阵（12）的形状相似，第二LED发光矩阵（12）与第二集光和匀光组件（22）呈光学耦合，第二LED发光矩阵（12）的中心与第二集光和匀光组件（22）的入射面的中心重合，基板（10）与连接平面（71）通过导热介质紧密贴合在一起。

2.如权利要求1所述的LED光源照明装置，其特征在于上述第一颜色LED发光芯片（13）为红光LED发光芯片，第二颜色LED发光芯片（14）为蓝光LED发光芯片，第三颜色LED发光芯片（15）为绿光LED发光芯片，合色面（423）上的合色膜为反射蓝光和红光，透射绿光的消偏振合色膜。

3.如权利要求1所述的LED光源照明装置，其特征在于上述第一颜色LED发光芯片（13）为绿光LED发光芯片，第二颜色LED发光芯片（14）为蓝光LED发光芯片，第三颜色LED发光芯片（15）为红光LED发光芯片，合色面（423）上的合色膜为反射蓝光和绿光，透射红光的消偏振合色膜。

4.如权利要求1或2所述的LED光源照明装置，其特征在于上述第一LED发光矩阵（11）是2×2的矩阵，第二LED发光矩阵（12）是2×2的矩阵，第一颜色LED发光芯片（13）是红光发光芯片，数量为3，第二颜色LED发光芯片（14）是蓝光发光芯片，数量为1，第三颜色LED发光芯片（15）是绿光发光芯片，数量为4，转向器（41）是全反射棱镜，合色器（42）是合色棱镜，合色面（423）上制有反射蓝光和红光，透射绿光的消偏振合色膜。

5.如权利要求1或3所述的LED光源照明装置，其特征在于上述第一LED发光矩阵（11）是2×3的矩阵，第二LED发光矩阵（12）是2×3的矩阵，第一颜色LED发光芯片（13）是绿光发光芯片，数量为4，第二颜色LED发光芯片（14）是蓝光发光芯片，数量为2，第三颜色LED发光芯片（15）是红光发光芯片，数量为6，转向器（41）是全反射棱镜，合色器（42）是平面合色镜，合色面（423）上制有反射蓝光和绿光，透射红光的消偏振合色膜。