一種led投影機及其光源裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種LED投影機及其光源裝置，該光源裝置包括藍光LED光源、紅光LED光源、綠光LED光源和位于各光源前端的透鏡組，所述綠光LED光源表面有綠光熒光粉；在所述綠光LED光源對面設(shè)置第二藍光LED光源及透鏡組，在綠光LED光源和第二藍光LED光源之間設(shè)置分光鏡B；所述第二藍光LED光源發(fā)射的藍光透過分光鏡B，聚焦在綠光LED光源上。本發(fā)明使綠色LED在不增加發(fā)光面積的情況下，輸出光通量提升接近一倍，重新對R、B進行白平衡配光，整機輸出亮度成倍提升，一定程度解決了LED光源投影機因為亮度較低帶來的局限，應(yīng)用范圍更廣。
【專利說明】[0001] 一種LED投影機及其光源裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明屬于投影顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種LED投影機及其光源裝置。

【背景技術(shù)】
[0003] 近年來，人們試圖用LED等新型固體光源替代原有的氣體光源，迎來投影發(fā)展史 上的又一個新的輝煌時期。圖1是目前市面上LED光源的DLP投影機光學(xué)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 和原理，紅、綠、藍三顆LED，各自按一定的時序和占空比發(fā)光，經(jīng)過分光鏡A (透射綠、藍，反 射紅)和B (透射藍，反射綠)合光后，對后端積分系統(tǒng)(一般也稱均光系統(tǒng)，常見的有光棒和 復(fù)眼透鏡兩種形式）進行照明。以藍色組為例，光源通過"LED收集鏡頭系統(tǒng)"會聚成準(zhǔn)平 行光，透過分光鏡A和B，進入"積分系統(tǒng)"。積分系統(tǒng)可將入射光束整形均勻化后，輸出做 投影機成像系統(tǒng)的入射光線，這樣就形成了完整的投影照明系統(tǒng)。
[0004] 但絕大多新光源的投影產(chǎn)品市場表現(xiàn)不好，最關(guān)鍵的因素是固體光源能量密度太 低所致。投影機最重要的指標(biāo)即輸出亮度方面，一直是固體光源應(yīng)用于投影機的技術(shù)瓶頸。 因為LED能量密度太低而很難達到氣體光源(燈泡機）水準(zhǔn)，而加大光源亮度又會因為光源 發(fā)光面積成比例的被加大，于光學(xué)系統(tǒng)而言，光源能加大的面積是有限度的。任何投影機的 輸出亮度，都不是想做多高就多高，最關(guān)鍵的是光學(xué)系統(tǒng)存在一個對輸出亮度的限制，這就 是"積分系統(tǒng)"能通過光線的角度限制。
[0005] "積分系統(tǒng)"能通過光線的角度限制：設(shè)這個限制角度為α，如果光源匯聚后的光 線發(fā)散角β大于α，大于α的部分就會成為雜散光線而無法投射出去，只有小于α的部 分才可用，所以光源匯聚后光線發(fā)散角度β都會小于α，否則就存在浪費，達不到應(yīng)有的 效率；而積分系統(tǒng)允許通過的光束孔徑也是有限制的，如圖3的孔徑V。積分系統(tǒng)的基本 參數(shù)，取決于后端成像系統(tǒng)(光閥和鏡頭）的要求，而積分系統(tǒng)決定前端光源的參數(shù)。
[0006] 在"收集器鏡頭組"固定的情況下，如果高效利用光源所形成的光束孔徑剛好是Ψ (通過光學(xué)設(shè)計實現(xiàn)高效利用)，那么如圖3所示，出射光線角度β就由光源的數(shù)值孔徑S決 定：S越大則β越大，由于β被限制，所以S也被相應(yīng)嚴(yán)格限制，而現(xiàn)有LED晶片的亮度， 和光源面積S有直接關(guān)系(在散熱良好的情況下，輸出光通量和晶片面積接近成正比)，所以 光源亮度也就被限制了。（注：一般投影機的LED光源，發(fā)光面均為矩形，S為晶片的發(fā)光面 長、寬乘積)。
[0007] 由于光源的面積被限制，RGB光源的亮度也就被限制，意思是只能選擇某個發(fā)光面 積內(nèi)的光源，繼續(xù)提高光源面積，以提升光源總光通量，投影機輸出亮度并不會增加，在光 源一定的情況下，投影機輸出亮度就很難有較大的提升。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對前述的不足，本發(fā)明的目的是提供一種輸出亮度獲得極大提升的LED投影機 及其光源裝置。
[0009] 結(jié)合當(dāng)前LED晶片已經(jīng)達到的電光轉(zhuǎn)換效率，由于白平衡的配比，紅綠藍光源中 綠光占總光通量的比例一般是超過70%的，紅和藍LED就必須降低輸出光通量（即降低功 率)使用來配合白平衡需求。當(dāng)綠色的光通量一定時，往往紅色和藍色的光通量有非常大的 富余量。所以提升綠光亮度成為提升投影機亮度的關(guān)鍵。
[0010] 本發(fā)明提供的投影機的LED光源裝置，包括藍光LED光源、紅光LED光源、綠光LED 光源和位于各光源前端的透鏡組，所述綠光LED光源表面有綠光熒光粉；在所述綠光LED光 源對面設(shè)置第二藍光LED光源及透鏡組，在綠光LED光源和第二藍光LED光源之間設(shè)置分 光鏡B ;所述第二藍光LED光源發(fā)射的藍光透過分光鏡B，聚焦在綠光LED光源上。
[0011] 所述綠光LED光源與第二藍光LED光源正對，兩者前端的透鏡組光軸重合。
[0012] 所述分光鏡B透射藍光、反射綠光。
[0013] 所述藍光LED光源設(shè)置在分光鏡B的一側(cè)，所述紅光LED光源前面設(shè)置分光鏡A。
[0014] 所述綠光LED光源自身發(fā)射的綠光，與綠光LED光源經(jīng)第二藍光LED光源發(fā)射的 藍光照射激發(fā)的綠光疊加，經(jīng)分光鏡B反射，經(jīng)合光裝置進入積分系統(tǒng)。所述藍光LED光源 發(fā)射的藍光透過分光鏡B和分光鏡A，經(jīng)合光裝置進入積分系統(tǒng)；所述紅光LED光源發(fā)射的 紅光經(jīng)分光鏡A反射，再經(jīng)合光裝置進入積分系統(tǒng)。
[0015] 本發(fā)明還提供一種LED投影機，包括上述的LED光源裝置，可以為DLP投影機，還 可以應(yīng)用于IXD或LC0S投影機。
[0016] 本發(fā)明在傳統(tǒng)的3LED (R+G+B)光源系統(tǒng)上，巧妙引入第四顆LED作為二次光源， 該LED為藍光LED，照射原來的綠色LED的熒光粉，使綠色LED在不增加發(fā)光面積(數(shù)值孔 徑）的情況下，輸出光通量提升接近一倍，重新對R、B進行白平衡配光，整機輸出亮度成倍 提升。
[0017] 具體來說，本發(fā)明有如下的有益效果： (1)使固體光源投影機輸出的亮度獲得顯著提升，一定程度解決了 LED光源投影機因 為亮度較低帶來的局限，應(yīng)用范圍更廣。
[0018] (2)本發(fā)明應(yīng)用在DLP上，可以在光路上取消色輪這個對性能而言非常薄弱的環(huán) 節(jié)，進而顯著提升投影機性能。
[0019] (3)因為鏡頭F數(shù)的降低是有限度的。本發(fā)明可以在鏡頭F數(shù)不變或者相對較大 的情況下，實現(xiàn)與3LED同等的高亮度輸出，能耗更低，投影機體積更小。
[0020] (4)和3LED光源相比，投影機實現(xiàn)同等的輸出性能，光源成本低2/5倍以上，鏡頭 成本低三倍以上，具有更好的市場適應(yīng)性。
[0021] (5)實現(xiàn)了投影機的無汞化，更環(huán)保。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 附圖1為現(xiàn)有3LED+DLP投影機典型光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
[0023] 附圖2為本發(fā)明的光源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0024] 附圖3為光學(xué)系統(tǒng)的限制原理。

【具體實施方式】
[0025] 如圖2所示，本發(fā)明用于投影機的LED光源裝置，其包括藍光LED光源（Bl-LED)、 紅光LED光源（R-LED)、綠光LED光源（G-LED，為藍色LED晶片，表面涂有綠色熒光粉)和位 于各光源前端的透鏡組(即LED收集器鏡頭系統(tǒng))。在綠光LED光源正對面設(shè)置第二藍光LED 光源（B2-LED)，兩者及前端的透鏡組光軸重合。在綠光LED光源和第二藍光LED光源之間 設(shè)置分光鏡B (透射藍光、反射綠光)。藍光LED光源設(shè)置在分光鏡B的一側(cè)，紅光LED光源 前面設(shè)置分光鏡A。
[0026] 第二藍光LED光源發(fā)射的藍光透過分光鏡B，使其剛好聚焦在綠光LED光源上。綠 光LED光源發(fā)射的綠光，與綠光LED光源經(jīng)第二藍光LED光源發(fā)射的藍光照射激發(fā)的綠光 疊加，經(jīng)分光鏡B反射，透過分光鏡A，經(jīng)合光裝置進入積分系統(tǒng)。藍光LED光源發(fā)射的藍光 透過分光鏡B和分光鏡A，經(jīng)合光裝置進入積分系統(tǒng)；紅光LED光源發(fā)射的紅光經(jīng)分光鏡A 反射，再經(jīng)合光裝置進入積分系統(tǒng)。
[0027] G-LED光源熒光粉除受到自身的藍色晶片激勵發(fā)綠光外，還受到B2光源照射激發(fā) 出綠光，這樣G-LED的熒光粉就相當(dāng)于同時受到2顆藍光光源激發(fā)，發(fā)出1. 81倍左右的漫 射綠光，G-LED組光源輸出光通量大幅提升。這樣為了配比白平衡，R、B1光源就可以大幅 度提升功率甚至接近足功率使用，輸出更多的紅光和藍光光通量，最終投影機總亮度接近 提升了一倍。
[0028] 將本發(fā)明的LED光源裝置進行實測，采用.45的DMD面板(型號DLP4500 45 WXGA-800 DDR SERIES 310)系統(tǒng)，使用歐司朗LE*P1W光源套裝(含RGB三顆，簡稱Pl，"*" 代表R/CG/B，三顆分別對應(yīng)的型號為LERP1W、LECGP1W和LEBP1W)，結(jié)果顯示亮度提升1. 86 倍，在LED驅(qū)動非交叉的模式下，達到880流明。
[0029] 本發(fā)明尤其適合應(yīng)用于光閥面積較大的場合成倍提升亮度，一般可提升1. 8倍以 上，而在光閥面積較小的場合，比如〇.45inch以下，通常可以提升1.5?1.8倍左右。
【權(quán)利要求】
1. 一種投影機的LED光源裝置，包括藍光LED光源、紅光LED光源、綠光LED光源和位 于各光源前端的透鏡組，其特征在于： 所述綠光LED光源表面有綠光熒光粉； 在所述綠光LED光源對面設(shè)置第二藍光LED光源及透鏡組，在綠光LED光源和第二藍 光LED光源之間設(shè)置分光鏡B ; 所述第二藍光LED光源發(fā)射的藍光透過分光鏡B，聚焦在綠光LED光源上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED光源裝置，其特征在于：所述綠光LED光源與第二藍光 LED光源正對，兩者前端的透鏡組光軸重合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED光源裝置，其特征在于：所述分光鏡B透射藍光、反射綠 光。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的LED光源裝置，其特征在于：所述綠光LED光源自身 發(fā)射的綠光，與綠光LED光源經(jīng)第二藍光LED光源發(fā)射的藍光照射激發(fā)的綠光疊加，經(jīng)分光 鏡B反射，經(jīng)合光裝置進入積分系統(tǒng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED光源裝置，其特征在于：所述藍光LED光源設(shè)置在分光 鏡B的一側(cè)，所述紅光LED光源前面設(shè)置分光鏡A。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED光源裝置，其特征在于： 所述藍光LED光源發(fā)射的藍光透過分光鏡B和分光鏡A，經(jīng)合光裝置進入積分系統(tǒng)； 所述紅光LED光源發(fā)射的紅光經(jīng)分光鏡A反射，再經(jīng)合光裝置進入積分系統(tǒng)。
7. -種LED投影機，包括權(quán)利要求1飛之一所述的LED光源裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED投影機，其特征在于為DLP投影機。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED投影機，其特征在于應(yīng)用于LCD或LCOS投影機。
【文檔編號】G02B27/10GK104102082SQ201410373039
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】陳靈, 聶瑾祿 申請人:長沙創(chuàng)榮電子科技有限公司, 杭州瑾麗光電科技有限公司