CN215259364U - 一种光源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种光源装置，包括LED芯片阵列，包括至少1个LED芯片，该至少1个LED芯片的发光面形成一个总发光面，用于出射光束；准直系统，用于对该LED芯片阵列的出射光束进行准直；微透镜阵列对，包括相对的第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，微透镜阵列对设置在所述准直系统的出射光路上，用于对所述准直系统的出射光束进行匀光；其中，第一微透镜阵列上的各微透镜和所述第二微透镜阵列上的各微透镜一一对应，所述第一微透镜阵列上的微透镜在所述第二微透镜阵列上形成的所述总发光面的成像的部分位于对应的微透镜上，部分位于所述对应的微透镜之外；聚焦透镜，用于将经所述微透镜阵列对匀光后的光束会聚至所述聚焦透镜的焦平面上。

Description

一种光源装置

技术领域

本申请涉及显示技术领域，尤其涉及一种光源装置。

背景技术

目前的舞台灯中，常将LED出射的光束准直后聚焦形成一个光斑，再通过成像系统将该光斑成像到目标平面上。一般要求目标平面上形成的光斑的均匀度达到80％以上。然而，在舞台灯需要较大光通量时，单个LED芯片无法满足需求，一种解决方式是采用至少1个LED芯片形成紧密排列的阵列。但因为LED芯片无法做到无缝拼接，LED芯片之间的缝隙导致形成的光斑不均匀，进而成像系统成像到目标平面上的光斑也不均匀。

实用新型内容

本申请提供了一种光源装置，包括：

LED芯片阵列，包括至少1个LED芯片，且相邻两个LED芯片之间的缝隙不大于0.2mm，所述至少1个LED芯片的发光面形成一个总发光面，用于出射光束；

准直系统，用于对所述LED芯片阵列的出射光束进行准直；

微透镜阵列对，包括相对的第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，所述微透镜阵列对设置在所述准直系统的出射光路上，用于对所述准直系统的出射光束进行匀光；

聚焦透镜，用于将经所述微透镜阵列对匀光后的光束会聚至所述聚焦透镜的焦平面上。

本申请还提供了一种光源装置，包括上述光源装置。

本实用新型实施例中，通过在准直系统和聚焦透镜之间设置有微透镜阵列对，第一个微透镜阵列中的各微透镜分别将经准直系统准直后的光束分割成多个子光束，每个子光束经该微透镜汇聚至第二个微透镜阵列中对应的微透镜上，第二个微透镜阵列中的各微透镜再分别将汇聚至自己的子光束准直后出射，这样，经聚焦透镜会聚在焦平面上的光斑并不是简单的LED芯片阵列的总发光面的成像，而是第一个微透镜阵列上的多个子光束形成的光斑的叠加，起到匀光作用，而且，第一微透镜阵列上的微透镜在所述第二微透镜阵列上形成的所述总发光面的成像的部分位于对应的微透镜上，部分位于所述对应的微透镜之外，这样，第二微透镜上的微透镜完全包含在总发光面的成像光斑内，可以减少出射光束的亮度损失；另外，由于总发光面的成像大于第二微透镜阵列上的微透镜，在元件安装有偏差导致成像位置发生一定偏差的情况下仍然可以充满对应微透镜，减小出射光束的亮度损失，且增大了元件安装的容差，降低安装难度和成本。

附图说明

图1本实用新型的光源装置的一个实施例的结构示意图；

图2为微透镜阵列对的另一个示例的截面示意图；

图3中虚线方框31为第二微透镜阵列上的一个微透镜的示意图，白色方框32为第一微透镜阵列上的微透镜在第二微透镜阵列中对应的微透镜上对LED芯片阵列的总发光面的成像的示意图；

图4是一个LED芯片的发光面的结构示意图；

图5是一个LED芯片阵列的一个实施例的结构示意图；

图6是一个LED芯片阵列的一个实施例的结构示意图；

图7是一个LED芯片阵列的一个实施例的结构示意图；

图8是一个LED芯片阵列的一个实施例的结构示意图；

图9是一个LED芯片阵列的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

本实用新型提供一种光源装置，可以提高光源装置出射的光斑的均匀度。

下面结合图1对本实用新型的光源装置的一个实施例的结构示意图进行解释。如图1所示，光源装置10包括LED芯片阵列11、准直系统12、微透镜阵列对13和聚焦透镜14。其中，LED芯片阵列11包括至少1个LED芯片110，且相邻两个LED芯片之间的缝隙不大于0.2mm，所述至少1个LED的发光面形成一个总发光面111，用于出射光束。准直系统12用于对所述LED芯片阵列11的出射光束进行准直。

微透镜阵列对13包括相对的第一微透镜阵列131和第二微透镜阵列132，所述微透镜阵列对设置在所述准直系统的出射光路上，用于对所述准直系统12的出射光束进行匀光。在图1所示实施例中，第一微透镜阵列131和所述第二微透镜阵列132一体成型在一个透镜的两个相对的表面上。

聚焦透镜14用于将经所述微透镜阵列对13匀光后的光束会聚至所述聚焦透镜14的焦平面上，形成一个光斑。

本实施例中，通过在准直系统和聚焦透镜之间设置有微透镜阵列对，第一个微透镜阵列中的各微透镜将经准直系统准直后的光束分割成多个子光束，每个子光束经该微透镜汇聚至第二个微透镜阵列中对应的微透镜上，第二个微透镜阵列中的各微透镜再分别将汇聚至自己的子光束准直后出射，这样，经聚焦透镜会聚在焦平面上的光斑并不是简单的LED芯片阵列的总发光面的成像，而是第一个微透镜阵列上的多个子光束形成的光斑的叠加，起到匀光作用。

一些示例中，LED芯片阵列中各LED芯片之间的缝隙不大于0.2mm，可以提高光源装置的出光亮度。

一些示例中，第一微透镜阵列和第二微透镜阵列可以是分开设置的。例如如图2所示，图2为微透镜阵列对的另一个示例的截面示意图。两个呈片状的透镜对21和22相对设置，且该透镜对相对的两个表面211和221呈平面平行设置。第一微透镜阵列212和第二微透镜阵列222分别成型在该透镜对向背的两个表面上。

上述各示例中，第一微透镜阵列和第二微透镜阵列上的微透镜的数量可以相同也可以不同。可选的，第一微透镜阵列上的各微透镜和第二微透镜阵列上的各微透镜一一相对。微透镜阵列对上的各微透镜的形状可以为方形、矩形、六角形、三角形等。优选的，LED芯片阵列的总发光面的形状与各微透镜的形状相同或相似，这样减少亮度损耗。

一个示例中，LED芯片阵列的总发光面上至少部分覆盖有荧光物质层，用于将LED芯片阵列发出的至少部分光转化为更长波长的光。优选的，LED芯片阵列用于出射蓝光，主波长在420nm～470nm，该荧光物质层用于将一部分蓝光转化为黄光。LED芯片阵列发出的蓝光和经荧光物质层转化的黄光的合成光出射。

可选的，光源装置还包括设置于所述LED芯片阵列和所述准直系统之间的反射罩15。该反射罩15为球面的部分，例如呈半球面状，所述LED芯片阵列11位于该反射罩15对应的球面的球心处。反射罩15对应所述LED芯片的出射光的光轴处还设置有透光区151。该透光区151可以是反射罩15上的通孔，或者是设置有透明材料的区域。

所述LED芯片阵列11对应该所述透光区151的出射光从该透光区151出射至所述准直系统12，所述LED芯片阵列的其余出射光经所述反射罩15反射回所述LED芯片阵列的总出光面，经所述总出光面反射后至少部分经所述透光区151出射至所述准直系统12。一个示例中，从透光区151出射的光束的光束全角小于90度；这样准直系统12可以简化为单片准直透镜，进一步的，所述聚焦透镜也可以简化为单片透镜。

一个示例中，LED芯片阵列11的总发光面所在表面上，除各LED芯片的发光面以外的区域中至少部分区域覆盖有反射层，以提高对经反射罩15反射回的光束的反射率，进而提高经过所述透光区151出射至准直系统12的能量。

通过设置反射罩，由于被反射回LED芯片阵列的总发光面的光经过荧光物质层时，蓝光会进一步被转化为黄光，造成蓝光和黄光的比例降低，因此经光回收然后再出射的光的色温会降低。下面表1中的数据为反射器的开口全角在75度时，加反射罩前和加反射罩之后的出射合成光的色温对比。

表1

加反射罩前的出射光色温(K)	加反射罩后的出射光色温(K)
		12808	5940
40200	6270
		87820	6462
99731	7389
		100000	8057

一般在正常工作电流下，舞台灯应用中需要的色温一般为6000K～9000K，因此通过以上的实测数据可知，LED芯片和荧光物质层发出的合成光的色温需要相应地设置在大于12000K。

一个示例中，所述第一微透镜阵列上的各微透镜和所述第二微透镜阵列上的各微透镜一一对应，所述第一微透镜阵列上的微透镜在所述第二微透镜阵列上形成的所述总发光面的成像的部分位于对应的微透镜上，部分位于所述对应的微透镜之外，也即总发光面的成像溢出第二微透镜阵列上的微透镜。如图3所示，图3中虚线方框31为第二微透镜阵列上的一个微透镜的示意图，白色方框32为第一微透镜阵列上的微透镜在第二微透镜阵列中对应的微透镜上对LED芯片阵列的总发光面的成像的示意图。总发光面的部分区域(图中由阴影区域表示)覆盖有荧光物质层。如图所示，总发光面的成像32并未全部位于微透镜31内，而是部分成像位于微透镜31内，部分成像位于微透镜31外。

这样，第二微透镜上的微透镜完全包含在总发光面的成像光斑内，可以减少出射光束的亮度损失；另外，由于总发光面的成像大于第二微透镜阵列上的微透镜，在元件安装有偏差导致成像位置发生一定偏差的情况下仍然可以充满对应微透镜，减小出射光束的亮度损失，且增大了元件安装的容差，降低安装难度和成本。比如，图1中所示的LED芯片阵列的总发光面中心、准直透镜和两个微透镜阵列这几个元件，如果相对位置在垂直方向上有安装偏差，总发光面在第二微透镜阵列上的成像位置也相应在垂直方向产生偏差，如果成像大于各个微透镜，偏差在一定程度内，第二微透镜阵列上的微透镜还是可以被成像光斑充满。

同理，总发光面的成像大于第二微透镜阵列上的微透镜还可以增大反射罩的安装公差。理想状态中，LED芯片阵列的总发光面的出射光经反射罩反射回总发光面，在总发光面处的成像与原总发光面关于球心对称；当反射罩安装有偏差时，反射回的成像光斑与LED芯片阵列的总发光面在边缘处不能完全重合，两者相互重合的中心部分相对于不重合的边缘部分的亮度更高。因此，在有一定安装公差的情况下，如果总发光面的成像大于第二微透镜阵列上的微透镜，仍然可以尽量使亮度高的中心部分充满第二微透镜阵列的微透镜，提升光源亮度。

优选的，总发光面的成像32中，位于微透镜31内的部分成像与位于微透镜31之外的部分成像的色温不同。在一个示例中，位于微透镜31内的部分成像与位于微透镜31之外的部分成像的色温相差大于2000K。

在一个示例中，总发光面的成像32中对应覆盖有荧光物质层的至少部分位于微透镜31内，未覆盖有荧光物质层的至少部分位于微透镜31外。

在一个示例中，总发光面上均覆盖有荧光物质层，且总发光面的成像32中位于微透镜31内的部分区域上的荧光物质层对LED芯片的出射光束的转化率，与位于微透镜31外的部分区域上的荧光物质层对LED芯片的出射光束的转化率不同。例如，总发光面用于出射蓝光，总发光面上覆盖的荧光物质层用于将蓝光转化为黄光。其中，成像位于微透镜31内所对应的部分区域上的荧光物质层将所覆盖芯片发出的约60％的蓝光转化为黄光，而成像位于微透镜31外所对应的部分区域上的荧光物质层将所覆盖芯片发出的约95％的蓝光转化为黄光。

在一些示例中，第一微透镜阵列上的微透镜在所述第二微透镜阵列的对应的微透镜上形成的所述总发光面的成像中，落在该对应的微透镜之内的部分成像和落在该对应的微透镜之外的部分成像的比例是可调的。这样，通过调节该比例，可以调节光源装置的出射光的色温。调节的方法有多种，例如，准直系统12与LED芯片阵列11之间的相对位置是可调的。又例如，在微透镜阵列对为两个分离的透镜的情况中，该两个透镜之间的相对位置是可调的。

另外，总发光面的成像大于第二微透镜阵列上的微透镜还可以方便地调节色温，并且尽量少地损失亮度。通过移动总发光面在第二微透镜上的成像位置来调节色温，由于总发光面的成像大于第二微透镜阵列上的微透镜，可以使成像位置移动之后，还可能使第二微透镜阵列上的微透镜被该成像充满。

在上述各示例中，LED芯片阵列可以有多种排布示例。例如，LED芯片阵列包括一行LED芯片。如图4所示，图4是一个LED芯片的发光面的结构示意图。该一行LED芯片中每个LED芯片41的发光面包括发光区411和非发光区412，其中非发光区412上设置有焊盘区。如图5所示，图5是一个LED芯片阵列的结构示意图。任意相邻两个LED芯片51的发光区511相邻，形成一片总发光区(图中虚线方框所围设的区域)，各非发光区512位于所述总发光区之外，且所述任意相邻的两个发光区之间的间隙间距小于0.2mm。一个示例中，任意相邻两个LED芯片的非发光区相邻。一个示例中，该行LED芯片51中每个LED芯片的发光区511位于发光面上的同一侧，且每个LED芯片的非发光区512位于发光面上的同一侧。

在一示例中，如图6所示，每个LED芯片61的发光面上在发光区611相对两侧分别设置有两个所述非发光区612。该行LED芯片中任意相邻两个LED芯片，其中一个LED芯片上的两个非发光区分别与另一个LED芯片上的两个非发光区相邻。

在图7所示实施例中，LED芯片阵列呈两行排布，为描述方便，称为第一行LED芯片71和第二行LED芯片72。该两行LED中任意相邻两个LED芯片的发光区相邻，形成一片总发光区。具体的，每个LED芯片的发光面上设置有一个发光区和一个非发光区，其中所述第一行LED芯片上每个LED芯片的非发光区位于所在发光面背向所述第二行LED芯片的一侧，所述第二行LED芯片上每个LED的非发光区位于所在发光面背向所述第一行LED芯片的一侧。所述第一行LED芯片和所述第二行LED芯片中任意相邻两个LED芯片的发光面相邻。

在图8所示实施例中，4个LED芯片中每个LED芯片81的发光区呈长方形状，该4个LED芯片沿一个正方形的边缘排布，其中任意相邻的两个LED芯片的发光区82的长边方向相互垂直，以围绕形成呈一个正方形的总发光区。该4个LED芯片的4个非发光区83分别位于该正方形的4个边的外侧。这样排布可以使得具有长方形发光区82的4个LED芯片形成的总发光区尽量接近一个圆形，有助于光源模组形成的光斑为圆形光斑或尽量接近圆形光斑，使得光源模组的出射光利用率更高。

在图9所示实施例中，8个LED芯片91沿着一个矩形的边缘排布，围绕成一个矩形，其中任意相邻的两个LED芯片的发光区92相邻，该8个LED芯片中每个LED芯片的非发光区93分别位于该矩形的外侧。这样排布可以使得至少1个LED芯片形成的总发光区尽量接近一个圆形，有助于光源模组形成的光斑为圆形光斑或尽量接近圆形光斑，使得光源模组的出射光利用率更高，而且LED芯片数量更多，可以提高光源模组的亮度。

这样，LED芯片阵列的所有发光区集中在中间区域，非发光区环绕在发光区外围，可以提高总发光区的亮度。

可选的，LED芯片发光面至少有一部分设置有荧光物质层。LED芯片发出的光至少有一部分被荧光物质层转化为更长波长的光。进一步，可选的，LED芯片发出蓝光，主波长在420nm～470nm；荧光物质层可以将一部分蓝光转化为黄光。可选的，在正常工作电流下，LED芯片最终发出的合成光的色温大于12000K。

可选的，总发光区内相邻的两个LED芯片的发光区之间的间隙的至少部分覆盖有高反射层，这样可以提高发光面总体反射率，从而提升反光罩回收光的效率。

可选的，LED芯片阵列中相邻两个LED芯片间隙小于0.2mm，以尽量减小光源亮度损失。

本实用新型中的光源装置可以是车灯，或者是舞台灯，或者是探照灯，或者是投影机光源，在此不做限制。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一个示例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

应理解，在本申请实施例中，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。

应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光源装置，其特征在于，包括：

LED芯片阵列，包括至少1个LED芯片，所述至少1个LED芯片的发光面形成一个总发光面，用于出射光束；

准直系统，用于对所述LED芯片阵列的出射光束进行准直；

微透镜阵列对，包括相对的第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，所述微透镜阵列对设置在所述准直系统的出射光路上，用于对所述准直系统的出射光束进行匀光；其中，所述第一微透镜阵列上的各微透镜和所述第二微透镜阵列上的各微透镜一一对应，所述第一微透镜阵列上的微透镜在所述第二微透镜阵列上形成的所述总发光面的成像的部分位于对应的微透镜上，部分位于所述对应的微透镜之外；

聚焦透镜，用于将经所述微透镜阵列对匀光后的光束会聚至所述聚焦透镜的焦平面上。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述第一微透镜阵列上的微透镜在所述第二微透镜阵列上形成的所述总发光面的成像中，位于所述对应的微透镜上的部分成像与位于所述对应的微透镜之外的部分成像的色温不同。

3.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于，所述位于所述对应的微透镜上的部分成像与位于所述对应的微透镜之外的部分成像的色温相差大于2000K。

4.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于，所述总发光面上部分区域覆盖有荧光物质层；

所述位于所述对应的微透镜上的部分成像包括所述总发光面上覆盖有所述荧光物质层的至少部分区域的成像；

所述位于所述对应的微透镜之外的部分成像包括所述总发光面上未覆盖有所述荧光物质层的至少部分区域的成像。

5.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于，所述总发光面上覆盖有荧光物质层；

所述位于所述对应的微透镜上的部分成像的荧光物质层，与所述位于所述对应的微透镜之外的部分成像的荧光物质层对所述总发光面的出射光束的转化率不同。

6.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于，所述LED芯片阵列和所述准直系统之间的相对位置是可调的；和/或，

所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列之间的相对位置是可调的。

7.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述第一微透镜阵列上的各微透镜和所述第二微透镜阵列上的各微透镜的形状与所述LED芯片阵列的形状相同。

8.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列一体成型在一个透镜上。

9.根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，所述LED芯片阵列和所述准直系统之间还设置有反射罩，所述反射罩为球面的一部分，且所述LED芯片阵列位于所述反射罩对应的球面的球心处；

所述反射罩对应所述LED芯片的出射光的光轴处还设置有透光区，所述LED芯片阵列的部分出射光经过所述透光区出射至所述准直系统，所述LED芯片阵列的部分出射光经所述反射罩反射回所述LED芯片阵列的发光面，经所述发光面反射后至少部分经所述透光区出射至所述准直系统。

10.根据权利要求9所述的光源装置，其特征在于，从所述透光区出射的光束的光束全角小于90度；

且所述准直系统为单片准直透镜，和/或，所述聚焦透镜为单片透镜。

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