專利名稱：投影儀設(shè)備、疊層型發(fā)光二極管器件以及反射型發(fā)光二極管單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將圖像投影并顯示在諸如銀幕等等上的投影 儀設(shè)備、以及一種適用于該投影儀設(shè)備的疊層型發(fā)光二極管器件和反射 型發(fā)光二極管單元。
背景技術(shù)：
這樣一種投影儀設(shè)備是已知的，其中通過利用諸如DMD (數(shù)字反 射鏡器件注冊商標(biāo))等等之類的光調(diào)制器來調(diào)制從光源發(fā)射的光，并 且通過利用投影透鏡將已調(diào)制光放大并將其投影到銀幕上。在這種類型 的投影儀設(shè)備中，諸如超高壓汞燈、氙燈等等之類的白色放電燈被用作 光源(例如參見專利文獻1)。然而，通常在投影儀設(shè)備中，在一幀期 間內(nèi)分時投影對應(yīng)于三原色的紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)的圖 像。當(dāng)白光被用作光源時，在光源和光調(diào)制器之間用于將白光分成R、 G和B三種顏色的濾光器部件是必須的，并且該器件的構(gòu)造笨重。
因此，迄今已經(jīng)提出了一種具有由紅色、綠色和藍(lán)色的各個發(fā)光二 極管所構(gòu)成的光源的投影儀設(shè)備(例如參見專利文獻2)。
專利文獻l: JP-A-2005-148298
專利文獻2: JP-A-2003-186110

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將要解決的問題
然而，在紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)光二極管被用作光源的常規(guī)技術(shù)中， 交叉分色棱鏡被用來合并從各個發(fā)光二極管發(fā)射的光，并且每個發(fā)光二 極管被布置成使得面對該交叉分色棱鏡的三個表面中的每一個。因此存 在這樣一個問題，即在將各個發(fā)光二極管布置在投影儀設(shè)備中時，難以 使各個發(fā)光二極管的光軸彼此共軸。
鑒于上述情形而實施了本發(fā)明，并且本發(fā)明具有提供一種其中不必 使多個光源的光軸相互匹配的投影儀設(shè)備、以及一種適用于該投影儀設(shè)
備的疊層型發(fā)光二極管器件和反射型發(fā)光二極管單元的目的。 解決所述問題的手段
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明， 一種具有用于基于圖像數(shù)據(jù)來調(diào) 制從光源發(fā)射的光的光調(diào)制器和用于放大并投影由所述光調(diào)制器所調(diào) 制的光的投影光學(xué)系統(tǒng)的投影儀設(shè)備的特征在于，通過利用疊層型發(fā)光 二極管器件來構(gòu)成光源，其中至少紅光、綠光和藍(lán)光的各個反射型發(fā)光 二才及管單元一皮彼此相連，以便沿相同的方向發(fā)射光。
此外，上述本發(fā)明的特征進一步在于，所述反射型發(fā)光二極管單元
更進一步f上述本發(fā)明的特征4一步在于，紅光、綠光和藍(lán)光反射 型發(fā)光二極管單元中的至少兩個或更多個被同時接通，以便投影不同于 紅色、綠色和藍(lán)色的顏色的圖像。
更進一步，上述本發(fā)明的特征進一步在于，用于發(fā)射不同于紅光、 綠光和藍(lán)光的顏色光的反射型發(fā)光二極管單元進一步與疊層型發(fā)光二 極管器件相連。
更進一步，上述本發(fā)明的特征進一步在于，每個反射型發(fā)光二極管 單元具有中空支架箱以及彼此面對布置的發(fā)光元件和分色反射鏡，并且 從發(fā)光元件所發(fā)射的光被分色反射鏡反射，并從該支架箱的一個開口射出。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種疊層型發(fā)光二極管器件，其特征在于，多個 反射型發(fā)光二極管單元通過由電絕緣材料所形成的連接部件被彼此相 連，其中每個反射型發(fā)光二極管單元包括被彼此面對布置在具有高導(dǎo)熱 性的金屬中空支架箱內(nèi)的發(fā)光元件和分色反射鏡。
此外，上述本發(fā)明的特征進一步在于，發(fā)光元件被固定到由高導(dǎo)熱 材料所形成的引線框上，并且該引線框被固定到支架箱上。
更進一步，上述本發(fā)明的特征進一步在于，用于使分色反射鏡的焦 點位置與發(fā)光元件的布置位置相匹配的調(diào)節(jié)間隔器被設(shè)置在引線框和 分色反射鏡之間。
更進一步，上述本發(fā)明的特征進一步在于，漫射濾光器被設(shè)置在發(fā) 光元件和分色反射鏡之間。
更進一步，上述本發(fā)明的特征進一步在于，具有預(yù)定數(shù)量或更多的 層的電介質(zhì)多層膜被形成在玻璃基底的表面上，從而形成分色反射鏡。
更進一步，上述本發(fā)明的特征進一步在于，分色反射鏡的直徑^Li殳
定為發(fā)光元件的外形尺寸的40倍或更大。
更進一步，上述本發(fā)明的特征進一步在于，分色反射鏡的光反射面 被設(shè)計成非球面形狀或拋物面形狀，其焦點對應(yīng)于發(fā)光元件的布置位置。
更進一步，上述本發(fā)明的特征進一步在于，多個反射型發(fā)光二極管 單元中的每個發(fā)光二極管發(fā)射具有不同中心波長的光。
為了達(dá)到上述目的， 一種用于通過反射鏡反射發(fā)光元件的光并將該 光發(fā)射到外部的反射型發(fā)光二極管單元的特征在于，發(fā)光元件和反射鏡 被布置在金屬中空支架箱內(nèi)，并且另 一反射型發(fā)光二極管單元被允許通 過由電絕緣材料所形成的連接部件與所述反射型發(fā)光二極管單元相 連。
本發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，所述疊層型發(fā)光二極管器件被用作光源，其中至少紅 光、綠光和藍(lán)光的反射型發(fā)光二極管單元被彼此相連，以便沿著相同的 方向發(fā)射各自的光。因此，當(dāng)光源被布置在投影儀設(shè)備中時，用于使反 射型發(fā)光二極管單元的光軸彼此匹配的工作就是不必要的。
具體實施例方式
將參考附圖描述本發(fā)明的各實施例。 第一實施例
圖1是示出根據(jù)一個實施例的投影儀設(shè)備200的構(gòu)造的示意圖。如 圖l所示，投影儀設(shè)備200配備有作為用于發(fā)射光的光源的疊層型發(fā)光 二極管器件100、用于調(diào)制光的二維光調(diào)制器110、用于將從疊層型發(fā) 光二極管器件100發(fā)射的光引導(dǎo)至二維光調(diào)制器110的照射光學(xué)系統(tǒng) 120、用于投影在二維光調(diào)制器110中所調(diào)制的已調(diào)制光的投影光學(xué)系 統(tǒng)130、以及用于執(zhí)行投影儀設(shè)備200操作的控制的控制器件140。
疊層型發(fā)光二極管器件100有選擇地發(fā)射對應(yīng)于三原色的紅光 (R)、綠光(G)和藍(lán)光(B)或者同時發(fā)射紅光、綠光和藍(lán)光中的一 些(包含發(fā)射全色光的情況)。具體而言，疊層型發(fā)光二極管器件100 具有用于發(fā)射紅光(R: 660nm的波長)的反射型發(fā)光二極管單元IOA、 用于發(fā)射綠光(G: 525nm的波長)的反射型發(fā)光二極管單元10B和用
于發(fā)射藍(lán)光(B: 470nm的波長)的反射型發(fā)光二極管單元IOC，并且 這些反射型發(fā)光二極管單元IOA至IOC(在沒有特別區(qū)分時由參考數(shù)字 "10"表示)被層疊以便彼此連續(xù)，從而反射型發(fā)光二極管單元IOA至 10C沿相同的方向發(fā)射光。在控制器件140的控制下，有選擇地發(fā)射每 種顏色光或者發(fā)射一些顏色的光束(包含發(fā)射全色光束的情況)。稍后 將詳細(xì)描述疊層型發(fā)光二極管器件100的具體構(gòu)造。
二維光調(diào)制器110基于控制器件140的控制來調(diào)制從疊層型發(fā)光二 極管器件IOO發(fā)射的光，并使該已調(diào)制光入射到投影光學(xué)系統(tǒng)130上。 在該實施例中，DMD ^皮用作二維光調(diào)制器110。詳細(xì)地描述為，DMD 由二維布置的微反射鏡構(gòu)成，所述微反射鏡的每個像素為微米尺寸。基 于每個像素來控制微反射鏡的傾斜，并且通過基于微反射鏡改變反射光 的反射角來設(shè)定開/關(guān)狀態(tài)，以及僅沿預(yù)定方向反射的光入射到投影光學(xué) 系統(tǒng)130上并且被投影為投影圖像。此時， 一個像素被分配給投影圖像 的一個像素，并且控制器件140基于將要投影的圖像數(shù)據(jù)來執(zhí)行一個像 素的微反射鏡的開/關(guān)控制(角度控制)。
照射光學(xué)系統(tǒng)120被布置在疊層型發(fā)光二極管器件IOO和二維光調(diào) 制器UO之間，并使從疊層型發(fā)光二極管器件IOO發(fā)射的光入射到二維 光調(diào)制器110的反射區(qū)域的整個表面上，以使入射光的光量是均勻的。 具體而言，照射光學(xué)系統(tǒng)120由用于分散從疊層型發(fā)光二極管器件100 發(fā)射的光的多個蠅眼陣列透鏡121、用于會聚通過蠅眼陣列透鏡121的 光的會聚透鏡122、以及用于將通過會聚透鏡122的光引導(dǎo)至二維光調(diào) 制器110的反射區(qū)域的一對反射鏡123、 124構(gòu)成。任何構(gòu)造都可一皮用 作照射光學(xué)系統(tǒng)120的構(gòu)造，只要它使從疊層型發(fā)光二極管發(fā)射的光能 夠入射到二維光調(diào)制器110的反射區(qū)域的整個表面上，以使入射光的光 量是均勻的。
投影光學(xué)系統(tǒng)130放大在二維光調(diào)制器110中所調(diào)制的光并將其投 影到銀幕400上，該銀幕被布置在投影儀設(shè)備200的前面處，并且多個 會聚元件被構(gòu)造為沿光軸方向布置的一組透鏡，以便防止投影圖像由于 R、 G、 B等等的各個顏色光束的色差而變得不清楚。
控制器件140具有用于控制疊層型發(fā)光二極管器件IOO的光發(fā)射的 光發(fā)射控制器141、以及用于控制二維光調(diào)制器110的二維光調(diào)制器控 制器142。光發(fā)射控制器141將接通控制信號Cm-r、 Cm-g、 Cm-b輸出
至反射型發(fā)光二極管單元IOA至IOC，以便在每個預(yù)定周期連續(xù)接通反 射型發(fā)光二極管單元IOA至10C。
此外，二維光調(diào)制器控制器142基于從與本實施例的投影儀設(shè)備 200相連的計算機300 (其可以是具有圖像輸出功能的另一電子設(shè)備， 例如數(shù)字視頻照相機等)輸出的圖像數(shù)據(jù)，將調(diào)制控制信號Cm-d輸出 至二維光調(diào)制器110,以便控制每個微反射鏡的開/關(guān)，從而調(diào)制從疊層 型發(fā)光二極管器件100發(fā)射的光。
二維光調(diào)制器控制器M2與光發(fā)射控制器141的光發(fā)射控制同步地 控制二維光調(diào)制器110,并且稍后將描述其細(xì)節(jié)。
如上所述，根據(jù)該實施例，疊層型發(fā)光二極管器件100被用作光源， 并且在下文中將詳細(xì)描述該疊層型發(fā)光二極管器件100的構(gòu)造。
圖2是示出疊層型發(fā)光二極管器件100的正面和側(cè)面的圖，以及圖 3是疊層型發(fā)光二極管器件100的側(cè)截面圖。圖4是示出反射型發(fā)光二 極管單元10的分解透視圖。
如圖3和圖4所示，疊層型發(fā)光二極管器件100的反射型發(fā)光二極 管單元IOA至10C中的每個包括作為發(fā)光半導(dǎo)體元件的發(fā)光二極管2、 用于支撐該發(fā)光二極管2的引線框1、面對該發(fā)光二極管2的發(fā)光面2A 布置以作為反射鏡的分色反射鏡3、以及在后級處連接反射型發(fā)光二極 管單元10并且被布置在圖6中所示被設(shè)計成圓柱形(可以是具有矩形 截面的筒形)的支架箱5內(nèi)的連接部件4。支架箱5由具有高導(dǎo)熱性的 金屬部件(例如鋁等)形成，并且具有許多輻射散熱片7的輻射部分5C 被形成在支架箱的外周表面(外表面)上。
如圖5所示，引線框1包括環(huán)形部分1A、布置在環(huán)形部分1A的中 心 處并將發(fā)光二極管2布置在其背面上的基本為盤形的固定部分 1B、以及從環(huán)形部分1A延伸到固定部分1B的三個臂部分1C,并且例 如通過沖切具有高導(dǎo)熱性(例如銅等)的板部件來整體形成這些元件。
發(fā)光二極管2被固定在引線框1背面的固定部分1B上，并且在臂 部分1C處設(shè)置電路板6以便通過電路板6從外部為發(fā)光二極管2供電。 漫射濾光器9被附著到發(fā)光二極管2的發(fā)光面2A上，并且稍后將對此 進^于i爭細(xì)4苗述。
引線框1從支架箱5背面的開口 5A被插入到支架箱5內(nèi)，同時發(fā) 光二極管2 (發(fā)光面2A)被布置成面對其背面，如圖4所示，并且如圖3所示，通過設(shè)置在支架箱5的內(nèi)圓周表面上的保持片5B來保持引線框 1。此時，引線框1的環(huán)形部分1A的側(cè)圓周表面與支架箱5的內(nèi)表面緊 密接觸，使得從發(fā)光二極管2產(chǎn)生的熱被傳遞到支架箱5。
如圖3和圖7所示，分色反射鏡3具有用于有選擇地僅反射具有特
分色反射鏡3通過用于調(diào)節(jié)焦距的間隔器8被布置在支架箱5內(nèi)，以便 光反射面3A面對發(fā)光二極管2的發(fā)光面2A,如圖3所示。光反射面3A 對于被布置成面對光反射面3A的發(fā)光二極管2的發(fā)射光波長具有高反 射特性，并且被設(shè)計成在發(fā)光二極管2的布置位置處具有焦點的拋物面 (回轉(zhuǎn)拋物面)或非球面的形式。因此，在反射型發(fā)光單元IOA至10C 的每一個中，從發(fā)光二極管2發(fā)射的光被反射為與中心軸N基本平行的 光，并且從支架箱5正面的開口 5D發(fā)射的光纟皮反射為與中心軸N基本 平行的光。位于最后一級的反射型發(fā)光單元10C可以具有正常凹面^:以 代替分色反射鏡3，因為沒有光從其后級入射。
焦距調(diào)節(jié)間隔器8是用于調(diào)節(jié)分色反射鏡3的光反射面3A的焦點 位置的樹脂部件。相對于發(fā)光二極管2的詳細(xì)描述為，芯片的高度根據(jù) 生產(chǎn)制造商、它的結(jié)構(gòu)(棵芯片、表面安裝型芯片等)等而改變，并且 因此從發(fā)光二極管2 (發(fā)光面2A)到光反射面3A的距離，也就是焦3巨f (參見圖3 ),隨著每個反射型發(fā)光二極管單元10而改變，從而光分布 特性或亮度分布在反射型發(fā)光二極管單元10之間不 一致。
因此，在該實施例中，焦距調(diào)節(jié)間隔器8被插入在引線框1和分色 反射鏡3之間以調(diào)節(jié)從發(fā)光二極管2 (發(fā)光面2A)到光反射面3A的距 離，從而可以使焦點位置位于發(fā)光二極管2的布置位置處。
在該實施例中，多個圓柱形部件(在附圖中所示的實例中為三個部 件)被用作焦距調(diào)節(jié)間隔器8,然而本發(fā)明不限于該實例。具有與引線 框1的環(huán)形部分1A基本相同直徑的圓柱部件可以;故用作間隔器8。
連接部件4由電絕緣部件(例如樹脂等)形成并被設(shè)計成例如圓柱 形，并且連接部件4被設(shè)置在支架箱5內(nèi)以使其一端4A基本平行于光 發(fā)射方向P從支架箱5背面的開口 5A向后延伸，如圖3所示。連接部 件4的一端4B被插入在后級處連接的反射型發(fā)光二極管單元10的支架 箱5正面的開口 5D內(nèi)，并且由支架箱5的保持部分5B來保持，從而使 反射型發(fā)光二極管單元IO相互連接。
此時，連接部件4基本平行于光發(fā)射方向P延伸，并且因此通過相
關(guān)的連接部件4連接到后級的反射型發(fā)光二極管單元10的光發(fā)射方向 可以與前級的相匹配，從而使得各個反射型發(fā)光二極管單元IOA至10C 的光軸可以簡單且容易地相互匹配。
如上所述，多個反射型發(fā)光二極管單元10通過連接部件4 ^^皮相互 連接以便被堆疊，從而構(gòu)成圖2和圖3中所示的疊層型發(fā)光二極管器件 100。在疊層型發(fā)光二極管器件100中，如圖3所示，各個反射型發(fā)光 二極管單元10沿相同的發(fā)射方向P發(fā)光，并且每個反射型發(fā)光二極管 單元10的分色反射鏡3傳輸從后級通過的光，從而各個反射型發(fā)光二 極管單元10的光束被相互合并，并且從前排的反射型發(fā)光二極管單元 10的正面向外發(fā)射。
因此，在疊層型發(fā)光二極管器件100中，從各個反射型發(fā)光二極管 單元10發(fā)射的光束被相互合并并被發(fā)射到外部，從而能夠容易地獲得 高的光輸出。如果通過構(gòu)造反射型發(fā)光二極管單元10的發(fā)光二極管2 來使用對應(yīng)于三原色光的紅光(R: 660nm的波長)、綠光(G: 525nm 的波長)和藍(lán)光(B: 470nm的波長)，那么通過控制每個發(fā)光二極管2 的光可以容易地構(gòu)造全色光源。
這里，如上所述，在該實施例中，引線框1和支架箱5中的每一個 由具有高導(dǎo)熱性的金屬(例如銅等)形成。因此，在發(fā)光二極管2中所 產(chǎn)生的熱可以通過引線框1被傳遞到支架箱5,并且從相關(guān)的支架箱5 的輻射部分5C輻射，以便能夠增強發(fā)光二極管2的熱輻射。特別地， 具有許多輻射散熱片7的輻射部分5C被設(shè)置在支架箱5的外表面上， 以便可以進一步增強輻射性能，并且因此即使當(dāng)使用具有高輸出功率的 發(fā)光二極管2時，也能防止發(fā)光二極管2在供給高電流時溫度的增加， 從而不會引起亮度降低。
通過在疊層型發(fā)光二極管器件100附近布置用于對輻射部分5C進 行空氣冷卻的空氣冷卻扇，能夠更加增強熱輻射。
此外，通過將棵芯片用作發(fā)光二極管2并將發(fā)光二極管2直接固定 到引線框1而不在其間插入絕緣層，能夠減少發(fā)光二極管2和引線框1 之間的熱阻，并且能夠進一步增強輻射性能。
具體而言，在其中引線框和發(fā)光二極管被密封在透明樹脂內(nèi)的常規(guī) 疊層型發(fā)光二極管中，從發(fā)光二極管延伸到周圍空氣的通路的熱阻是
150至20(TC/W的高值。另一方面，根據(jù)該實施例，當(dāng)引線框l的環(huán)形 部分1A的直徑被設(shè)定為40mm、其厚度被設(shè)定為3mm、以及深度設(shè)置 為2mm的輻射散熱片7被設(shè)置到在長度上為20mm或更長的圓柱形支 架箱5上時，從發(fā)光二極管2和引線框1之間的連接部分(固定部分) 延伸到外部空氣的熱阻可以被降低至20°C/W或更少，并且進一步通過 結(jié)合使用強制空氣冷卻可將熱阻降低至10 °C / W或更少。
此外，在引線框1和支架箱5由如上所述的金屬材料形成的情況 下，存在當(dāng)反射型發(fā)光二極管單元IO被彼此相連時在各個單元10之間 可能發(fā)生電短^各的危險。然而，在該實施例中，各個單元10通過由電 絕緣材料所形成的連接部件4被彼此相連，并且因此在各個單元10之 間建立電絕緣。
此外，作為中空部件的 一 個實施例的圓柱形部件 一皮用作連接部件 4。因此，僅位于發(fā)射方向P的前一級處的反射型發(fā)光二極管單元10的 分色反射鏡3作為透明部件存在，所述透明部件位于從反射型發(fā)光二極 管單元10發(fā)射的光的發(fā)射通路上，如圖8所示。也就是，當(dāng)光傳輸通 過材料時，光的傳播方向由于材料的折射率而被折射，并且特別是在平 行光的情況下，減少了平行光分量。然而，根據(jù)該實施例，通過使分色 反射鏡3的厚度均勻，當(dāng)從在后級處的反射型發(fā)光二極管IO發(fā)射的平 行光傳輸通過在前級處的分色反射鏡3時，可以使許多平行光分量被包 含在輸出光b中。
接著將詳細(xì)描述該實施例的分色反射鏡3。
通常，根據(jù)膜形成工藝，例如沉積、濺射、CVD(化學(xué)汽相沉積) 等等，通過在具有光學(xué)透明度的基底材料的表面上形成電介質(zhì)多層膜
(例如Ti02/Si02多層膜)，分色反射鏡3具有帶有波長選擇性的光反 射面3A。此時，分色反射鏡3的波長選擇性，也就是，波長和反射率
(透射率)之間的關(guān)系大大依賴于電介質(zhì)多層膜的層的數(shù)量。也就是， 如圖9所示，當(dāng)電介質(zhì)多層膜的層的數(shù)量小時，通帶的上升沿緩和。當(dāng) 電介質(zhì)多層膜的層的數(shù)量較大時，通帶的上升沿較尖銳。因此，為了使 光從后級能夠入射到分色反射鏡3而沒有損耗(為了減少反射分量)， 期望增加電介質(zhì)多層膜的層的數(shù)量。
然而，在常規(guī)疊層型發(fā)光二極管器件中，反射面的材料是可透射的 樹脂，例如環(huán)氧樹脂等，并且因此，考慮到膜形成工藝中的加熱，電介
質(zhì)多層膜的層的數(shù)量最大被限制為大約20。因此，不可能實現(xiàn)通帶的尖 銳上升，因此從后級入射到分色反射鏡3的光損耗大。
另一方面，根據(jù)該實施例，當(dāng)分色反射鏡3的基底材料使用玻璃時，
其中玻璃具有比可透射樹脂更高的熔點并且能夠充分耐受膜形成工藝
中的加熱，從而電介質(zhì)多層膜的層的數(shù)量可增加至30或更多，這比現(xiàn) 有技術(shù)的層的數(shù)量大。因此，分色反射鏡3具有通帶中的尖銳上升沿， 并且可以抑制透射損耗。
沿發(fā)射方向P傳輸從后級發(fā)射的光并具有帶有尖銳上升沿的通帶的 分色反射鏡3被設(shè)置到反射型發(fā)光二極管單元10上，以便構(gòu)成疊層型 發(fā)光二極管器件100,從而從每級發(fā)射的光可通過位于發(fā)射方向P上在 先級的前級處的分色反射鏡3傳輸而沒有損耗，并且能夠高效地實現(xiàn)光 輸出。
隨后將詳細(xì)描述發(fā)光二極管2和分色反射鏡3之間的尺寸關(guān)系。當(dāng) 發(fā)光二極管2的尺寸由S表示，分色反射鏡3的光反射面3A的直徑由 Sl表示，以及光反射面3A的焦距由f表示時，如圖ll所示，從發(fā)光二 極管2的端部發(fā)射并以入射角01入射到光反射面3A的入射光cl以反 射角92從光反射面3A反射，以便獲得反射光c2。
此時，在lmm或更大尺寸的芯片(例如功率LED等)被用作發(fā)光 二極管2的情況下，當(dāng)分色反射鏡Sl的尺寸小時，焦距短并且入射角 ei和反射角e2都大。因此，光分布特性寬，并且因此減少了平行光分 量。特別是在疊層型發(fā)光二極管器件100中，每個反射型發(fā)光二極管單 元10的平行光分量主要被發(fā)射到外部。因此，當(dāng)每個反射型發(fā)光二極 管單元10的平行光分量被減少時，減少了疊層型發(fā)光二極管器件100 的總的光輸出，從而降低了效率。
因此，在該實施例中，將分色反射鏡3的光反射面3A的尺寸S1設(shè) 定為發(fā)光二極管2的芯片尺寸(外部尺寸)S的約四十倍或更大(也就 是S1/S》40),并由此將焦距設(shè)定為足夠大的值。因此，從發(fā)光二極管
2的端部發(fā)射的光ci的入射角ei和反射角e2都小，并且具有許多平行
光分量的光被視作反射光c2。此外，在被構(gòu)造以滿足Sl/S>40的反射 型發(fā)光二極管單元10的情況下，能夠獲得具有2。或更小的半值角的光 分布特性，并且能夠增強疊層型發(fā)光二極管器件100的光輸出效率。 這里，在該實施例中，漫射濾光器9被附著到發(fā)光二極管2的發(fā)光
面2A上，如圖3所示。具體而言，發(fā)光二極管2通常具有用于接線的 電極(未示出)。由于電極的作用，所以發(fā)生了光源的光發(fā)射的不均勻 性，并且降低了光發(fā)射時間的亮度分布的均勻性。此外，當(dāng)多個發(fā)光二 極管2被密集地安裝在引線框1上時，在發(fā)光二極管之間也出現(xiàn)間隙， 從而該間隙《I起光發(fā)射的不均勻性，并且還？I起亮度分布的均勻性的降 低。
因此，在該實施例中，為了改進亮度分布的均勻性，漫射濾光器9 被設(shè)置到發(fā)光二極管2的發(fā)光面2A上，并且在改進了從發(fā)光二極管2 發(fā)射到分色反射鏡3的光的光發(fā)射不均勻性之后，光從分色反射鏡3反射。
根據(jù)這種構(gòu)造，能夠防止每個反射型發(fā)光二極管單元10發(fā)射光的 均勻性被降低。
此外，通過為每個反射型發(fā)光二極管單元10的光發(fā)射面或疊層型 發(fā)光二極管器件100的光發(fā)射面提供漫射濾光器，也能夠防止亮度分布 的均勻性的降低。然而，在這種構(gòu)造中，漫射了分色反射鏡3所反射的 光，使得照射范圍擴展并且降低了其中心處的亮度。
另一方面，根據(jù)該實施例，從發(fā)光二極管2發(fā)射到分色反射鏡3的 光被漫射濾光器9漫射，從而能夠利用抑制照射范圍的擴展來增強亮度 分布的均勻性。
接著將描述該投影儀設(shè)備200的操作。在下列描述中，假定投影儀 設(shè)備200每秒顯示60個圖像幀。
當(dāng)投影一幀圖像時，投影儀設(shè)備200在一幀的時間(1/60秒)連續(xù) 并分時地把R平面、G平面和B平面投影到銀幕400上，其中通過將圖 像分解成R、 G、 B的各個顏色來獲得R平面、G平面和B平面，從而 人類在視覺上將這些各個圖像識別為一個彩色合成圖像。
具體而言，如圖12所示， 一幀-故分成三個部分以提供R接通周期 Tr、 G接通周期Tg和B接通周期Tb。對于R接通周期Tr,光發(fā)射控制 器141為反射型發(fā)光二極管單元10A提供具有預(yù)定電壓或經(jīng)受預(yù)定 PWM控制的接通控制信號Cm-r,從而發(fā)射紅光。同樣，分別在G接通 周期Tg和B接通周期Tb分時發(fā)射綠光和藍(lán)光。因此，在一幀的周期的 三分之一 (1/180秒)連續(xù)發(fā)射R、 G、 B的各個顏色的光束。
對于R接通周期Tr,二維光調(diào)制器控制器142基于指示將要投影的
圖像數(shù)據(jù)的R分量的R平面來向二維光調(diào)制器110輸出調(diào)制控制信號
Cm-d,從而在R接通周期Tr將僅基于R分量的圖像投影到銀幕上。同 樣，在G接通周期Tg投影僅基于G分量的圖像，并且在B接通周期Tb 投影僅基于B分量的圖像。因此，在一幀的時間內(nèi)連續(xù)投影R、 G、 B 的各個顏色分量的圖像，并且人類在視覺上將各個顏色分量的這些圖像 識別為一個彩色合成圖像。
當(dāng)調(diào)節(jié)投影圖像的亮度時，光發(fā)射控制器141改變提供給各個反射 型發(fā)光二極管單元10A至10C的接通控制信號Cm-r、 Cm-g、 Cm-b的 電壓或PWM控制值(脈沖寬度等)，從而控制從反射型發(fā)光二極管10A 至10C中每一個發(fā)射的光的光量。
這里，作為投影儀設(shè)備200的圖像投影模式，該實施例不僅具有其 中僅通過R、 G、 B三種顏色來投影圖像的模式，而且還具有中間顏色 使用模式，其中在將通過適當(dāng)合并R、 G、 B所獲得的中間顏色添加到R、 G、 B三種顏色中的同時來投影圖像。在下列描述中，R和G被同時接 通以顯示黃色，然而，也可顯示其他中間顏色或白色的光。
圖13是示出中間顏色使用^^莫式的時序圖。如圖13所示，在中間顏 色使用^t莫式中，對于一幀新添加用于顯示中間顏色的中間顏色光發(fā)射周 期Tc。在該中間顏色光發(fā)射周期Tc中，光發(fā)射控制器141同時發(fā)射R 光和G光，并且從疊層型發(fā)光二極管器件IOO發(fā)射黃光。此時，如果R 和B的光發(fā)射強度被設(shè)定成與單色光發(fā)射情況下的相等，則黃光的強度 高于其他顏色光的強度。因此，光發(fā)射控制141將接通控制信號Cm-r 和Cm-g的電壓值或PWM控制值設(shè)定成小于單色光發(fā)射情況下的值， 從而將中間顏色光和單色光的光發(fā)射強度設(shè)定為相同水平。
此外，通過分解一幀內(nèi)所要顯示的圖像而獲得的R平面、G平面、 B平面和中間顏色平面的各個數(shù)據(jù)從計算機300被輸入到控制器件 140,并且對于中間顏色光發(fā)射周期Tc， 二維光調(diào)制器控制器142基于 中間顏色平面數(shù)據(jù)控制二位光調(diào)制器110的調(diào)制。
通過上述控制，R、 G、 B的各個顏色分量和中間顏色的圖像在一幀 時間內(nèi)被連續(xù)投影，從而與利用R、 G、 B三種顏色投影圖像的情況相 比能夠投影具有更寬彩色再現(xiàn)區(qū)域的圖像。
通過在一幀內(nèi)進一步添加用于顯示另 一中間顏色的光發(fā)射周期，能 夠投影多種中間顏色，并且更加加寬了彩色再現(xiàn)區(qū)域。
如上所述，該實施例將疊層型發(fā)光二極管器件100用作光源，其具
極管單元IOA、用于發(fā)射綠光的反射型發(fā)光二極管單元IOB和用于發(fā)射 藍(lán)光的反射型發(fā)光二極管單元IOC。因此，當(dāng)光源被布置在投影儀設(shè)備 200中時，就不需要使反射型發(fā)光二極管單元IOA至IOC的光軸相互匹 配的工作。此外，反射型發(fā)光二極管單元IOA至IOC纟皮彼此相連而合并 成一體，并且因此即使當(dāng)對投影儀設(shè)備200施加撞擊時，在反射型發(fā)光 二極管單元10A至10C的布置位置處也不會發(fā)生色散。
此外，根據(jù)該實施例，反射型發(fā)光二極管單元IOA至10C中每一個 具有連接部件4，以用于連接該反射型發(fā)光二極管單元與另一反射型發(fā) 光二極管單元10以使其光軸彼此共軸，并且因此當(dāng)反射型發(fā)光二極管 單元IOA至IOC被彼此相連以制造疊層型發(fā)光二極管器件100時，能夠 簡單且容易地彼此匹配這些反射型發(fā)光二極管單元的光軸。
更進一步，根據(jù)該實施例，反射型發(fā)光二極管單元IOA至10C中的 至少兩個或更多個被同時接通，以投影不同于紅色、綠色和藍(lán)色的中間 顏色的圖像，從而可以獲得具有更寬彩色再現(xiàn)區(qū)域的鮮明的投影圖像。
更進一步，根據(jù)該實施例，能夠增強發(fā)光二極管2的輻射性能并且 能夠獲得高輸出。另外，能夠增強反射型發(fā)光二極管單元IO之間的電 絕緣。更具體而言，在常規(guī)疊層型發(fā)光二極管器件中，其中發(fā)光二極管 被密封在由可透光材料所形成的密封部件內(nèi)，并且連續(xù)設(shè)置多個反射型 發(fā)光二極管以便使其沿著光發(fā)射方向?qū)盈B，其中所述多個反射型發(fā)光二 極管是通過在每個密封部件的面對每個發(fā)光二極管的發(fā)光面的表面上 形成反射面來獲得的，發(fā)光二極管被密封在由可透光材料所形成的密封 部件中，并且因此存在的問題在于，發(fā)光二極管的熱輻射低，并且難以 獲得高輸出。
另一方面，根據(jù)該實施例，多個反射型發(fā)光二極管單元10通過由 電絕緣材料所形成的連接部件4被彼此相連，以便可以增強發(fā)光二極管 2的熱輻射并有可能獲得高輸出，其中每個反射型發(fā)光二極管單元10包 含被布置在具有高導(dǎo)熱性的金屬中空支架箱5內(nèi)的發(fā)光二極管2和分色 反射鏡3。另外，可以增強反射型發(fā)光二極管單元IO之間的電絕緣。
此外，根據(jù)該實施例，發(fā)光二極管2被固定到由具有高導(dǎo)熱性的材 料所形成的引線框l上，并且引線框l被固定到支架箱5上。因此，從
發(fā)光二極管2所產(chǎn)生的熱通過引線框1被傳遞到支架箱5,并且從相關(guān)
的支架箱5有效地輻射熱。
特別地，根據(jù)該實施例，輻射散熱片7被形成在支架箱5的外表面 上，從而可以進一步增強輻射性能。如果在投影儀設(shè)備200內(nèi)布置用于 為疊層型發(fā)光二極管100吹冷風(fēng)的風(fēng)扇，則可以進一步增強熱輻射性能。
此外，根據(jù)該實施例，用于匹配分色反射鏡3的焦點位置與發(fā)光二 極管2的布置位置的焦距調(diào)節(jié)間隔器8被設(shè)置在引線框1和分色反射鏡 3之間。因此，即使當(dāng)發(fā)光二極管2之間芯片的高度不同，從發(fā)光二極 管2 (發(fā)光面2A)到光反射面3A的距離也能保持恒定，并且使反射型 發(fā)光二極管單元IO之間的光分布特性和亮度分布均勻。
更進一步，根據(jù)該實施例，漫射濾光器9被設(shè)置在發(fā)光二極管2和 分色反射鏡3之間。因此，可以抑制從反射型發(fā)光二極管單元10所發(fā) 射的光照射范圍的擴展，并且可以增強亮度分布的均勻性。
更進一步，根據(jù)該實施例，通過在玻璃基底材料的表面上形成具有 預(yù)定數(shù)量或更多的層的電介質(zhì)多層膜獲得的反射鏡被用作分色反射鏡 3，并且因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以增加電介質(zhì)多層膜的層的數(shù)量(例 如30層或更多)。因此，獲得了具有通帶的尖銳上升沿的分色反射鏡3， 能夠抑制光傳輸損耗，并且能夠增強高輸出的效率。
更進一步，根據(jù)該實施例，分色反射鏡3的直徑Sl被設(shè)定成發(fā)光 二極管2的外形尺寸S的40倍或更多，從而可以減少從發(fā)光二極管2 的邊緣發(fā)射并入射到分色反射鏡3的光cl的入射角ei和反射角e2,從 而可以取出包含大量平行光分量的光來作為反射光c2。
更進一步，根據(jù)該實施例，將分色反射鏡3的光反射面3A設(shè)計成 非球面形狀或拋物面形狀，其焦點與發(fā)光二極管2的布置位置一致。因 此，可以準(zhǔn)直反射光并使其高效地從支架箱5發(fā)射到外部。
第二實施例
在上述的第一實施例中，疊層型發(fā)光二極管器件100的多個反射型 發(fā)光二^l管10A至10C 4皮單獨或同時4妾通，并且通過利用圖14的xy 色度圖中所示的范圍內(nèi)表示的彩色光來投影圖像。另一方面，根據(jù)該實 施例，疊層型發(fā)光二極管器件IOOA被用作投影圖像的光源，其中用于 發(fā)射不同于R、 G、 B光的光(以下稱為"另一顏色光")的發(fā)光二極
管單元IOD進一步與反射型發(fā)光二極管單元IOA至IOC相連。
也就是，在投影儀設(shè)備200A中，通過利用如圖16的xy色度圖所 示的反射型發(fā)光二極管單元10A至10D的四種顏色的合成范圍中所表 示的顏色來表示圖像。具體而言，如圖17所示，用于接通紅光的R光 發(fā)射周期Tr、用于接通綠光的G光發(fā)射周期Tg、用于接通藍(lán)光的B光 發(fā)射周期Tb以及用于接通另 一顏色光的另 一顏色光發(fā)射周期Tc被設(shè)置 在一幀內(nèi)，并且連續(xù)接通四個反射型發(fā)光二極管單元10A至10D每個周 期。
如上所述，根據(jù)該實施例，用于發(fā)射不同于紅光、綠光和藍(lán)光的顏 色光的反射型發(fā)光二極管單元IOD進一步與疊層型發(fā)光二極管器件100 相連，從而能夠簡單地執(zhí)行另一顏色的圖像顯示并且能夠容易地加寬彩 色再現(xiàn)區(qū)域。
特別地，根據(jù)該實施例，疊層型發(fā)光二極管器件IOO被用作光源，
并且因此與其中光源被布置在交叉分色棱鏡附近以執(zhí)行顏色合成的常 規(guī)投影儀設(shè)備相比，能夠更簡單地添加用作另 一顏色光源的反射型發(fā)光
二極管單元10。
此外，在該實施例中，僅添加用于發(fā)射不同顏色光的一個反射型發(fā)
光二極管單元IOD。然而，本發(fā)明并不限于該形式，并且用于發(fā)射不同 顏色的光束的多個反射型發(fā)光二極管單元10可與反射型發(fā)光二極管單 元IOA至IOD相連，從而構(gòu)成能夠?qū)崿F(xiàn)更寬彩色再現(xiàn)區(qū)域的疊層型發(fā)光 二極管器件。
以上描述的每個實施例僅僅是實施例，并且這些實施例在本發(fā)明的 范圍內(nèi)可以 一皮任意地修改和應(yīng)用。
例如，在上述實施例中，惰性氣體可以被填充在支架箱5內(nèi)以防止 發(fā)光二極管2由于腐蝕等而引起的惡化。
此外，在上述實施例中，反射膜可被設(shè)置在分色反射鏡3的背面上， 使得未被正面的光反射面3A反射并從其通過的光由相關(guān)背面反射，從 而可以進一步增強光輸出的效率。
此外，用于防止光反射的減反射膜被設(shè)置在分色反射鏡3的背面 上，使得從在后級處的反射型發(fā)光二極管單元10發(fā)射的光沒有損耗地 通過相關(guān)的背面，從而可以增強光輸出的效率。
更進一步，在上述實施例中，通過連接三個反射型發(fā)光二極管單元
10來構(gòu)成疊層型發(fā)光二極管器件100。然而，本發(fā)明不限于這種形式，
并且相連的反射型發(fā)光二極管單元10的數(shù)量可以是兩個或四個或更 實夕。
特別地，六個反射型發(fā)光二極管單元10可以;故彼此相連以發(fā)射具 有不同中心波長的藍(lán)光(470nm的波長)、綠光(525nm的波長)、黃 綠光(570nm的波長)、黃光(590nm的波長)、紅黃光(605nm的波 長)和紅光(660nm的波長)的光束，從而與藍(lán)色、紅色、綠色三種顏 色光源彼此合并的情況相比能夠表示更寬的色調(diào)。
本發(fā)明的疊層型發(fā)光二極管器件IOO可以被應(yīng)用于投影儀光源、大 尺寸全色顯示板、基于用于工業(yè)、醫(yī)療服務(wù)等的光纖的光源。
如圖18所示，代替發(fā)光二極管2,將光電二極管20固定到引線框1 上，從而構(gòu)成反射型光電二極管單元30，其中光電二極管20僅能^r測 (接收)從分色反射鏡3反射的特定波長范圍內(nèi)的光束。此外，多個反 射型光電二極管單元30被彼此相連，從而構(gòu)成其中在各層(級)4企測 到不同波長的光束的疊層型光電器件500。
例如，將疊層型發(fā)光二極管器件IOO設(shè)定為光信號發(fā)射器，同時將 疊層型光電二極管器件500設(shè)定為光信號接收器，從而可以實現(xiàn)基于不 同波長的光束的多重光通信器件。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的投影儀設(shè)備的構(gòu)造的示意圖。 圖2是示出疊層型發(fā)光二極管器件的正面和側(cè)面的圖。 圖3是疊層型發(fā)光二極管器件的截面圖。 圖4是示出發(fā)光二極管單元的分解透視圖。 圖5是示出引線框的正面、側(cè)面和背面的圖。 圖6是示出支架箱的正面和側(cè)面的圖。 圖7是示出分色反射鏡的正面和側(cè)面的圖。 圖8是示出通過中空連接部件的光的光路的一個方面的圖。 圖9是示出分色反射鏡的電介質(zhì)多層膜的層的數(shù)量與光學(xué)特性之間 的關(guān)系的圖。
圖IO是示出發(fā)光二極管單元的每個分色反射鏡的光學(xué)特性的圖。 圖11是示出發(fā)光二極管和分色反射鏡之間的尺寸關(guān)系的圖。
圖12是示出投影儀設(shè)備的投影操作的時序圖。
圖13是示出在中間顏色使用模式下的投影操作的時序圖。
圖14是示出可由根據(jù)第一實施例的投影儀設(shè)備表示的顏色范圍的
xy色度圖。
圖15是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的投影儀設(shè)備的構(gòu)造的示意圖。
圖16是示出可由根據(jù)本發(fā)明第二實施例的投影儀設(shè)備表示的顏色 范圍的xy色度圖。
圖17是示出投影儀設(shè)備的投影操作的時序圖。 圖18是示出本發(fā)明的應(yīng)用實例的圖。
附圖標(biāo)記說明
1引線框
2發(fā)光二極管
2A發(fā)光面
3分色反射鏡
3A光反射面
4連接部件
5
7輻射散熱片
8焦距調(diào)節(jié)間隔器
9漫射濾光器
10、10A 10D反射型發(fā)光二極管單元
100、100A疊層型發(fā)光二極管器件
110二維光調(diào)制器
130投影光學(xué)系統(tǒng)
140控制器件
200、200A投影儀設(shè)備
權(quán)利要求
1.一種投影儀設(shè)備，具有用于基于圖像數(shù)據(jù)來調(diào)制從光源發(fā)射的光的光調(diào)制器以及用于放大并投影由光調(diào)制器所調(diào)制的光的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，通過利用疊層型發(fā)光二極管器件來構(gòu)成光源，其中至少紅光、綠光和藍(lán)光的各個反射型發(fā)光二極管單元被彼此相連以便沿相同的方向發(fā)射光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影儀設(shè)備，其中反射型發(fā)光二極管單元
3. 根據(jù)權(quán)利要求/所述的投影儀設(shè)備，其中紅光、綠光和藍(lán)光反射 型發(fā)光二極管單元中的至少兩個或更多個被同時接通，以便投影不同于 紅色、綠色和藍(lán)色的顏色的圖像。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影儀設(shè)備，其中用于發(fā)射不同于紅光、 綠光和藍(lán)光的顏色光的反射型發(fā)光二極管單元進一步與疊層型發(fā)光二 極管器件相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影儀設(shè)備，其中反射型發(fā)光二極管單元 中的每個具有中空支架箱以及彼此面對布置的發(fā)光元件和分色反射 鏡，并且從發(fā)光元件所發(fā)射的光被分色反射鏡反射并從支架箱的一個開 口射出。
6. —種疊層型發(fā)光二極管器件，其特征在于，多個反射型發(fā)光二極 管單元通過由電絕緣材料所形成的連接部件被彼此相連，其中每個反射 型發(fā)光二極管單元包括被彼此面對布置在具有高導(dǎo)熱性的金屬中空支 架箱內(nèi)的發(fā)光元件和分色反射鏡。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的疊層型發(fā)光二極管器件，其中發(fā)光元件被 固定到由高導(dǎo)熱材料所形成的引線框上，并且該引線框^L固定到支架箱 上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的疊層型發(fā)光二極管器件，其中用于4吏分色 反射鏡的焦點位置與發(fā)光元件的布置位置匹配的調(diào)節(jié)間隔器被設(shè)置在 引線框和分色反射鏡之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的疊層型發(fā)光二極管器件，其中漫射濾光器 被設(shè)置在發(fā)光元件和分色反射鏡之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的疊層型發(fā)光二極管器件，其中具有預(yù)定 數(shù)量或更多的層的電介質(zhì)多層膜被形成在玻璃基底的表面上，以便從而形成分色反射鏡。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的疊層型發(fā)光二極管器件，其中分色反射鏡的直徑被設(shè)定為發(fā)光元件的外形尺寸的4 0倍或更大。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的疊層型發(fā)光二極管器件，其中分色反射 鏡的光反射面被設(shè)計成非球面形狀或拋物面形狀，其焦點對應(yīng)于發(fā)光元 件的布置位置。
13. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的疊層型發(fā)光二極管器件，其中多個反射 型發(fā)光二極管單元中的每個發(fā)光二極管發(fā)射具有不同中心波長的光。
14. 一種用于通過反射鏡反射發(fā)光元件的光并將該光發(fā)射到外部的 反射型發(fā)光二極管單元，其特征在于，發(fā)光元件和反射鏡被布置在金屬 中空支架箱內(nèi)，并且另 一反射型發(fā)光二極管單元被允許通過由電絕緣材 料所形成的連接部件與所述反射型發(fā)光二極管單元相連。
全文摘要
提供一種具有杰出的熱輻射性能和高的輸出能力的疊層型發(fā)光二極管器件。多個反射型發(fā)光二極管單元10通過由電絕緣材料所形成的連接部件4被彼此連接，從而構(gòu)成疊層型發(fā)光二極管器件100，其中每個反射型發(fā)光二極管單元10包括被彼此面對布置在具有高導(dǎo)熱性的中空金屬支架箱5內(nèi)的發(fā)光二極管2和分色反射鏡3。
文檔編號G03B21/14GK101176035SQ200680016289
公開日2008年5月7日 申請日期2006年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月10日
發(fā)明者佐藤敬, 內(nèi)田浩二, 山本一夫, 川鍋保文, 齋藤行正, 畠中三幸 申請人:巖崎電氣株式會社