專利名稱：高效率發(fā)光二極管投影光源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種發(fā)光二極管投影光源裝置，特別是一種微型或手持投影設(shè)備用的 發(fā)光二極管投影光源裝置，屬于光學(xué)儀器類。
技術(shù)背景最近，基于發(fā)光二極管(LED)的微芯片(芯片)已用作光源。有基于發(fā)光二極管的 微芯片(芯片)已經(jīng)用作光引擎的光源。典型的有包括多個(gè)單獨(dú)的LED芯片封裝，每一個(gè) 都與準(zhǔn)直器鏡片連接，光引擎同時(shí)還包括單獨(dú)的聚光透鏡，以用于將來自多個(gè)芯片封裝和準(zhǔn)直器鏡片的光導(dǎo)入到后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)。盡管該系統(tǒng)的效率也還可以，它可以使70%的由LED發(fā)射的光射到后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)，但 其體積大且昂貴，在已有的光引擎，直徑為20mm，并且光引擎超過80mm及100mm長(zhǎng)，但 由于價(jià)格和尺寸是隨著LED芯片的準(zhǔn)直鏡片數(shù)量的增加而增長(zhǎng)，所需的光學(xué)元件，包括18 個(gè)LED片、18個(gè)準(zhǔn)直器鏡片和一個(gè)聚光透鏡等是昂貴的。另外雖然專利200380106623. 7采用CPC方案，在LED與CPC的耦合光率上有提高， 但其采用了圓形方案，無法與后續(xù)4: 3或16: 9的LCD、 LCOS、 DLP等微顯面板進(jìn)行高效 耦合，且由于LED大多為方型，也無法在圓形入口處做到無縫緊密排列，從而影響整體亮 度。美國(guó)專利200610059253.1同樣在這方面做出了努力，但其采用錐形體方案，雖然實(shí) 現(xiàn)與LCD面板4; 3和16: 9匹配，但無法把LED裸晶表面大于60。/。的光或裸晶側(cè)面光有效 收集。原因是這些光在錐型體內(nèi)部反射次數(shù)很多，到出口處嚴(yán)重衰減。更無法象本發(fā)明后 續(xù)方案一樣，實(shí)現(xiàn)超短，因此效率低下。由于LED對(duì)投影總的來說亮度還是不夠，因此不僅需要光線耦合效率高，而且還需要 在單個(gè)面積上的LED密度大，幾何形狀與微顯面板尺寸相似或全等。這樣的系統(tǒng)才具有最 高的效率，并且更需要在體積上最小，價(jià)格上廉價(jià)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述存在的不足，而提供一種高效率、小體積，出光均勻及與 LCD面板的有效匹配結(jié)構(gòu)的高效率的發(fā)光二極管投影光源裝置。3本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，它主要由LED封裝芯片和起光導(dǎo)作用的 反射燈杯構(gòu)成，所述的LED裸晶一體化封裝于發(fā)射燈杯中；所述的燈杯具有二對(duì)不同參數(shù) 的拋物面曲線，它利用反射或全反射輸出與LED投影面積耦合方形面積的均勻光斑。所述的反射燈杯的兩對(duì)拋物曲線是根據(jù)后續(xù)微晶元件的尺寸和比例決定；所述的反射 燈杯采用正體實(shí)芯透明物質(zhì)火災(zāi)其曲面內(nèi)管涂制有高反射膜構(gòu)成。所述的反射燈杯的出口長(zhǎng)寬比例與LED裸晶的陣列長(zhǎng)寬比例相同，且所述的LED裸晶 以緊密排列成無縫的陣列結(jié)構(gòu)，每一格裸晶單獨(dú)控制。所述的LED裸晶陣列的上面設(shè)置有由高折射材料構(gòu)成的出光元件，所述的LED裸晶陣 列是R、 G、 B中的各單色陣列，或根據(jù)需要，采用R、 G、 B混合排列。所述的反射燈杯為短體燈杯。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、可靠，能提高光線耦合效率，且 體積小，價(jià)格低等特點(diǎn)。


圖l是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施示意圖。 圖3是本發(fā)明的超短LED光源裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是本發(fā)明的超短LED光源裝置又一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5是本發(fā)明的再一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6時(shí)本發(fā)明的再一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的介紹本發(fā)明主要由LED封裝芯片和起光導(dǎo)作用的 反射燈杯構(gòu)成，所述的LED裸晶一體化封裝于發(fā)射燈杯中，實(shí)現(xiàn)低成本與高效率，并且可 以通過對(duì)LED驅(qū)動(dòng)的改變實(shí)現(xiàn)高亮度及高均勻度；所述的燈杯具有二對(duì)不同參數(shù)的拋物面 曲線，它利用反射或全反射輸出與LED投影面積耦合方形面積的均勻光斑。所述的反射燈 杯的兩對(duì)拋物曲線是根據(jù)后續(xù)微晶元件的尺寸和比例決定；所述的反射燈杯采用正體實(shí)芯 透明物質(zhì)火災(zāi)其曲面內(nèi)管涂制有高反射膜構(gòu)成。所述的反射燈杯的出口長(zhǎng)寬比例與LED裸 晶的陣列長(zhǎng)寬比例相同，且所述的LED裸晶以緊密排列成無縫的陣列結(jié)構(gòu)，每一格裸晶單 獨(dú)控制。所述的LED裸晶陣列的上面設(shè)置有由高折射材料構(gòu)成的出光元件，所述的LED裸 晶陣列是R、 G、 B中的各單色陣列，或根據(jù)需要，采用R、 G、 B混合排列。所述的反射燈杯為短體燈杯。附圖1所示，發(fā)明的反射燈杯拋物曲線由二個(gè)部分組成，分別為103、 104。這二條曲 線是根據(jù)后續(xù)元件的尺寸和比例決定的。 一般后續(xù)元件的比例大多為4: 3或16: 9。當(dāng)元件長(zhǎng)寬比為l: l時(shí)，103或104曲線參數(shù)一至，反射燈杯出口為正方形。因此一般情況下 需計(jì)算103或104不同的曲面參數(shù)，103、 104曲面內(nèi)壁為高反膜或整體燈杯采用是實(shí)芯透 明物質(zhì)。在103、 104上利用全反射工作。以下均以103、 104曲面作為內(nèi)壁為高反射膜作 介紹。其次LED陳列101的長(zhǎng)寬比例與反射燈杯出口相同，因此大多數(shù)也為16: 9或4: 3。 因LED裸晶大多為正方形或長(zhǎng)方形，因此，在本發(fā)明中LED裸晶很容易緊密排列成無縫的 陳列結(jié)構(gòu)，且每一個(gè)裸晶可以單獨(dú)控制，提高了整個(gè)燈杯的總出光量。由于采用反射燈杯出口的為16: 9或4: 3，因此后續(xù)LCD (106)等微顯元件可以與燈 杯可以1: 1面積全等傳遞光能，耦合率為100%，效率極高。而同時(shí)在這一出光角度下(出 口角度與再后續(xù)元件鏡頭有關(guān))決定了最有效的LED面積，也即裸晶的個(gè)數(shù)或功率，從而 得到LED的最小功耗。這對(duì)于電池供電的手持或便攜設(shè)備極為重要，能夠最合理的利用LED 光源能量。因此本結(jié)構(gòu)在元件耦合方面效率接近100%。由于103、 104采用的是CPC拋物線曲面，因此LED103上發(fā)出的光包括LED109側(cè)面發(fā) 出的光均能再其表面103、 104反射。且按標(biāo)準(zhǔn)CPC計(jì)算長(zhǎng)度，大部分光線的反射次數(shù)為 2-3次就能在其CPC出口達(dá)到80%左右的光均度。因此其反射損失也降到最低。元件102為高折射材料，可以是固體、液體或膠體，主要用于提高LED裸晶的出光效 率。目前大多使用硅膠作為該元件。該元件也可混入熒光粉用于直接產(chǎn)生白光。元件LED109—般為紅、綠、藍(lán)單獨(dú)的LED裸晶元件陳列，也可以是紅、綠、藍(lán)混合排 列，獨(dú)立控制的方式。LED控制電源106可以對(duì)LED實(shí)現(xiàn)脈沖控制以加強(qiáng)LED亮度。當(dāng)紅、綠、藍(lán)混合排列 時(shí)，用于控制各自的LED亮度。如LED控制電源106可以用來控制整個(gè)LED陣列101的單 個(gè)LED，用來調(diào)節(jié)燈杯106的出光均勻性。在要求均勻度高的場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)高達(dá)90%以上的燈 杯(106)輸出的光均勻度。本專利包括實(shí)芯燈的結(jié)構(gòu)，如圖1展示了本發(fā)明LED密縫排 列的示意圖。由于LED陣列與燈杯入口的密縫排列增加了LED的光源密度，總出光量大， 也使得出光均勻性更好。LED的陣列可以是R、 G、 B等顏色LED全部單色排列，也可以根 據(jù)需要，R、 G、 B混合排列。附圖2所示，這是采用本發(fā)明在LCOS面板上的應(yīng)用示例。光線自LED裸晶101發(fā)出后，經(jīng)出光元件102、燈杯103多次發(fā)射后進(jìn)入PBS105。由于本發(fā)明燈杯103出口面與PBS105 入光面幾何面積完全，因此PBS的寬度(L)可以視為燈杯103的一部分。因而可以縮短 燈杯103的長(zhǎng)度。同時(shí)對(duì)PBS105作一些處理，在其非出光面涂上高反膜或利用其全反射以作為燈杯103 一部分完成光線反射，達(dá)到均光目的。本方法也適合其他，如LCD、 DLP等其他微顯示元 件的使用。附圖3所示，它是采用LCD顯示屏的應(yīng)用示例。R、 G、 B分別經(jīng)過燈杯303、 304、 305 經(jīng)二相色片反射300、 301、 302進(jìn)入LCD309由于光線在308光槽中有一段光程。同樣可 以看出是燈杯303、 304、 305的一部分。在光槽內(nèi)壁涂有高反膜或光槽用實(shí)芯材料利用全 反射，都可以折算成燈杯303、 304、 305 —部分。因此縮短了燈杯303、 304、 305的體積。 本方法也適合LCD、 DLP等元件。附圖4所示的是利用杯內(nèi)多次反射，縮短燈杯403的方法。光線從LED401出發(fā)經(jīng)過 多次反射達(dá)到出口。在出口處，由于出口處有半透半反膜，有近50%的光線返回LED燈杯 內(nèi)。因此在燈杯內(nèi)的反射增加，因?yàn)橹灰?-3次的反射次數(shù)即可達(dá)到像面出射均勻。因此 可有效減少燈杯403的長(zhǎng)度，以縮小體積。附圖5是采用LCD方案。燈杯503出射光經(jīng)過PBS504以后，P光被作為輸出光，而S 光反射回?zé)舯?03內(nèi)，增加燈杯內(nèi)的反射次數(shù)。由于燈杯前均有1/4波片，因此S偏振光 反射回?zé)舯瓡r(shí)變成了圓偏光。因此反射后P偏振光得到加強(qiáng)。由于燈杯內(nèi)503的燈內(nèi)反射 次數(shù)增加。因此可以有效減少燈杯503的長(zhǎng)度，達(dá)到縮小體積的目的。圖5、圖6均可以象圖2方案一樣把PBS的寬度計(jì)算在燈杯內(nèi)，而采用在非出光面涂 有高反射膜的PBS。本發(fā)明對(duì)圖1中拋物面103、 104的描述，包括自由曲面等。燈杯包括利用全反射原理 實(shí)現(xiàn)的玻璃、塑料等實(shí)芯材料制作的燈杯。對(duì)LED裸晶的描述包括，采用光子晶體等其它 技術(shù)的LED陣列。
權(quán)利要求
1、一種高效率發(fā)光二極管投影光源裝置，它主要由LED封裝芯片和起光導(dǎo)作用的反射燈杯構(gòu)成，其特征在于所述的LED裸晶一體化封裝于發(fā)射燈杯中；所述的燈杯具有二對(duì)不同參數(shù)的拋物面曲線，它利用反射或全反射輸出與LED投影面積耦合方形面積的均勻光斑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率發(fā)光二極管投影光源裝置，其特征在于所述的反射 燈杯的兩對(duì)拋物曲線是根據(jù)后續(xù)微晶元件的尺寸和比例決定；所述的反射燈杯采用正體實(shí) 芯透明物質(zhì)火災(zāi)其曲面內(nèi)管涂制有高反射膜構(gòu)成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高效率發(fā)光二極管投影光源裝置，其特征在于所述的 反射燈杯的出口長(zhǎng)寬比例與LED裸晶的陣列長(zhǎng)寬比例相同，且所述的LED裸晶以緊密排列 成無縫的陣列結(jié)構(gòu)，每一格裸晶單獨(dú)控制。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高效率發(fā)光二極管投影光源裝置，其特征在于所述的LED 裸晶陣列的上面設(shè)置有由高折射材料構(gòu)成的出光元件，所述的LED裸晶陣列是R、 G、 B中 的各單色陣列，或根據(jù)需要，采用R、 G、 B混合排列。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高效率發(fā)光二極管投影光源裝置，其特征在于所述的反射 燈杯為短體燈杯。
全文摘要
一種高效率發(fā)光二極管投影光源裝置，它主要由LED封裝芯片和起光導(dǎo)作用的反射燈杯構(gòu)成，所述的LED裸晶一體化封裝于發(fā)射燈杯中；所述的燈杯具有二對(duì)不同參數(shù)的拋物面曲線，它利用反射或全反射輸出與LED投影面積耦合方形面積的均勻光斑；所述的反射燈杯的兩對(duì)拋物曲線是根據(jù)后續(xù)微晶元件的尺寸和比例決定；所述的反射燈杯采用正體實(shí)芯透明物質(zhì)火災(zāi)其曲面內(nèi)管涂制油糕反射膜構(gòu)成；所述的反射燈杯的出口長(zhǎng)寬比例與LED裸晶的陣列長(zhǎng)寬比例相同，且所述的LED裸晶以緊密排列成無縫的陣列結(jié)構(gòu)，每一格裸晶單獨(dú)控制；它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、可靠，能提高光線耦合效率，且體積小，價(jià)格低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F21V7/09GK101324747SQ20081006340
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者施振浩 申請(qǐng)人:寧波市科技園區(qū)華域電子有限公司