專利名稱：利用選擇性光線角再循環(huán)的led亮度增強(qiáng)的制作方法
本申請一般涉及LED光源，以及用于投影發(fā)動機(jī)和投影顯示器圖像處理的LED光源，更具體地涉及包含運(yùn)動補(bǔ)償?shù)膱D像處理。
高功率LED源的制造者中的領(lǐng)導(dǎo)人已在提高這種源的最大電流密度和散熱過程中制造了高亮度的LED源。光從這種源以任意(lambertian)方向發(fā)出，并且已設(shè)計收集光學(xué)系統(tǒng)來保存源的亮度和校準(zhǔn)光。然而，這種LED的亮度在用作投影系統(tǒng)的源時是臨界的，并且需要增強(qiáng)LED的視亮度。由于LED芯片在所有方向上發(fā)射光，所以相當(dāng)數(shù)量的光不能被許多應(yīng)用直接收集，其限制了光收集能力。
因此，希望具有設(shè)計總輸出通量具有最小損耗的LED輸出分布的方法。還希望增強(qiáng)LED源的亮度，使得能夠基于這種源制造投影系統(tǒng)是可行的。還希望研究設(shè)計使LED的輸出分布更好地匹配總輸出通量具有最小損耗的光收集光學(xué)系統(tǒng)。
為了解決這些關(guān)心問題中的一個或多個，在本發(fā)明的一個方面，一種LED封裝包括LED芯片；邊緣濾器，其透射從LED芯片發(fā)出的相對于LED芯片具有第一入射角或更小角的光，并反射從LED芯片發(fā)出的相對于LED芯片具有大于第一入射角的入射角的光；和漫射體，其被設(shè)置以接收從邊緣濾器反射的光。
在本發(fā)明的另一方面中，一種LED封裝包括LED芯片；角相關(guān)的光再循環(huán)裝置，用于透射從LED芯片發(fā)出的相對于LED芯片具有第一入射角或更小角的光，并反射從LED芯片發(fā)出的相對LED芯片具有大于第一入射角的入射角的光；和漫射體，其被設(shè)置以接收從該邊緣濾器反射的光。
描述用于實現(xiàn)本發(fā)明的方法的一種方式是，允許從LED芯片發(fā)出的相對于LED芯片具有第一入射角或更小的角的光離開LED封裝。阻止以大于該第一入射角的從LED芯片發(fā)出的光離開LED封裝并使其再循環(huán)回到LED封裝內(nèi)。在再循環(huán)光例如通過使其穿過漫射體而改變它相對于LED芯片的入射角之后，使再循環(huán)光從LED封裝重新發(fā)出。
借助以下附圖更好地說明本發(fā)明，其中

圖1示例了根據(jù)本發(fā)明一個可能實施例的LED芯片。
圖2示例了根據(jù)本發(fā)明另一可能實施例的LED芯片。
圖3A示例了利用復(fù)合拋物形聚光器(CPC)校準(zhǔn)來自LED芯片的光。
圖3B示例了具有外部光學(xué)系統(tǒng)用于校準(zhǔn)/收集的LED的使用。
圖4A示出了亮度增強(qiáng)膜(BEF)。
圖4B示例了具有LED的亮度增強(qiáng)膜(BEF)的使用。
在使用微顯示器的投影系統(tǒng)中，存在由顯示器的面積和放大光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑限定的光學(xué)孔徑(或etendue)。照明系統(tǒng)的物鏡提供在該孔徑內(nèi)的最大光通量，并因此產(chǎn)生最亮的投影圖像。LED源以任意方向從該源芯片發(fā)出光，并且通常在投影系統(tǒng)的孔徑內(nèi)光沒有被收集(并因此浪費(fèi)的)。通過再循環(huán)會被浪費(fèi)的光，通過重定向這些光線到光收集孔徑中，能夠增加LED的視亮度。
圖1示例了LED芯片封裝1，其包括上述的LED芯片11、漫射層(漫射體)13和二色性反射鏡15。二色性反射鏡的作用是反射其入射角落在指定的透射錐體16(即，投影系統(tǒng)的數(shù)值孔徑)外部的光。為了實現(xiàn)該目的，二色性截止邊緣濾器(dichroic cut-off edge filter)17放置在芯片上方，其透射邊緣隨著光的入射角增加而移向較短的波長。另外的反射鏡18可以放置在LED封裝1的側(cè)面。使LED的發(fā)射光譜和濾光器的透射匹配，以能夠反射高入射角的光線，但仍透射接近于軸輻射的光線。反射光再循環(huán)通過漫射體13(或可能是漫射體和LED芯片二者)以第二次遇到二色性反射鏡15；因此該再循環(huán)光12的一部分現(xiàn)在在透射錐體16內(nèi)，如果發(fā)射沒有反射該再循環(huán)光12的一部分會落入所謂的反射錐體9內(nèi)。再循環(huán)將出現(xiàn)多次直至光被散射到濾光器的透射錐體中，然而再循環(huán)路徑的吸收損耗將復(fù)合以減少由每個連續(xù)再循環(huán)路徑提供的光通量。除了可以使用透射窗與LED波長匹配的邊緣濾器設(shè)計帶通濾光器；低和高波長的濾光器的邊緣隨著入射角的增加而移位，導(dǎo)致LED輻射的增加反射作為照明入射角的函數(shù)。
在圖1中，LED芯片11輻射光到半個半球(lambertian分布)。另外的電介質(zhì)反射鏡和漫射體涂層組合以增加發(fā)射光的亮度。電介質(zhì)反射鏡的截止波長隨著照明的入射角增加而移向較短的波長。
另外，在校準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)之后可以放置二色性濾光器，其被集成到LED封裝中。在圖2中，復(fù)合拋物形聚光器(CPC)21通過從光學(xué)系統(tǒng)的邊緣反射(全內(nèi)反射)從LED芯片任意發(fā)出的光線來校準(zhǔn)該從LED芯片任意發(fā)出的光線。再次，具有被確定比二色性濾光器截止大的角的光線將被反射并重定向到LED芯片和漫射體。散射該光將該光的一部分引導(dǎo)到二色性濾光器27的透射錐體26中。這里示出了CPC準(zhǔn)直器21，盡管其它的對準(zhǔn)/收集光學(xué)系統(tǒng)也是可以的，并且甚至可以是折射和反射光學(xué)系統(tǒng)的組合。此外，在圖1中所示它的光的LED芯片可以進(jìn)一步由CPC21或透鏡31校準(zhǔn)，并且示意性地示出在圖3A和3B中。再循環(huán)的光導(dǎo)致從LED發(fā)出的圓錐角變窄，因此傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)(例如非球面透鏡)可用于收集光。必須修改CPC光學(xué)系統(tǒng)的邊緣輪廓，以收集由LED輻射的光線角度的新范圍。
除了二色性截止濾光器之外，還存在可以用于選擇光線角度范圍并將光重定向回到LED芯片的其它光學(xué)系統(tǒng)。一個這樣的結(jié)構(gòu)是基于三角形槽陣列并示于圖4A和4B中。這種結(jié)構(gòu)由商標(biāo)為BEF(亮度增強(qiáng)膜)的3M制造，并且通常用在直觀液晶顯示器的背光中以校準(zhǔn)光。圖4A中所示的光學(xué)膜43具有放置在漫射體45頂部上的棱鏡膜41。它(通過全內(nèi)反射)反射接近膜的法線的角度范圍(在一個平面上)的光；對于較大的反射角，光被BEF朝著膜的法線折射。因此，選擇性反射和再循環(huán)光可以利用這種光學(xué)結(jié)構(gòu)。這種光學(xué)系統(tǒng)的一個優(yōu)點是與圖1中所示的技術(shù)相比，反射光對LED的波長相對不敏感；LED的波長變化會從一批到一批，并且另外當(dāng)LED以高的電流密度驅(qū)動時，會發(fā)生波長的動態(tài)移位。這會導(dǎo)致LED波長和二色性濾光器的緊密度容限。除了僅在一個平面上反射光的三角形槽結(jié)構(gòu)外，棱鏡陣列(或交叉的BEF膜)也可用于在兩個平面上反射光。
對于利用反射和折射部件的光校準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)，一些反向傳播的光線會穿過反射側(cè)壁。為了捕獲這些光線，可以將高反射漫射層47纏繞在反射壁周圍，而沒有如圖4B所示的光學(xué)接觸。例如，可在LED芯片48附近或在校準(zhǔn)/收集光學(xué)系統(tǒng)的出口處添加三角形剖面的槽膜(BEF)棱鏡陣列49。該膜提供了光線角度范圍的再循環(huán)以增加LED的視亮度。
權(quán)利要求
1.一種LED封裝，包括LED芯片；邊緣濾器，其透射從LED芯片發(fā)出的相對于LED芯片具有第一入射角或更小角的光，并反射從LED芯片發(fā)出的相對于LED芯片具有大于第一入射角的入射角的光；和漫射體，被設(shè)置以接收從邊緣濾器反射的光。
2.如權(quán)利要求1所述的LED封裝，其中該邊緣濾器是二色性邊緣濾器或二色性反射鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的LED封裝，其中該邊緣濾器包括棱鏡陣列或三角形槽陣列。
4.一種LED封裝，包括LED芯片；角相關(guān)的光再循環(huán)裝置，用于透射從LED芯片發(fā)出的相對于LED芯片具有第一入射角或更小的角的光，并反射從LED芯片發(fā)出的相對于LED芯片具有大于第一入射角的入射角光；和漫射體，被設(shè)置以接收從該邊緣濾器反射的光。
5.如權(quán)利要求1所述的LED封裝，其中該角相關(guān)的光再循環(huán)裝置是二色性邊緣濾器或二色性反射鏡。
6.如權(quán)利要求1所述的LED封裝，其中該角相關(guān)的光再循環(huán)裝置包括棱鏡陣列或三角形槽陣列。
7.一種在LED封裝中再循環(huán)光的方法，包括當(dāng)光相對于LED芯片以第一入射角或更小的角從LED芯片發(fā)出時，使從該LED芯片發(fā)出的光離開LED封裝；當(dāng)光以相對于LED芯片大于第一入射角的入射角從LED芯片發(fā)出時，阻止該從LED芯片發(fā)出的光離開LED封裝，并且使其再循環(huán)回到LED封裝內(nèi)作為再循環(huán)光；改變再循環(huán)光相對于LED芯片的入射角；和相對于LED芯片以第一入射角或更小的角從LED封裝發(fā)出該再循環(huán)光。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中阻止光離開LED封裝是通過利用二色性邊緣濾器或二色性反射鏡重定向它的路徑來實現(xiàn)的。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中阻止光離開LED封裝是通過利用棱鏡陣列或三角形槽陣列重定向它的路徑來實現(xiàn)的。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中相對于LED芯片改變再循環(huán)光的入射角是通過使它穿過漫射體來實現(xiàn)的。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中相對于LED芯片改變再循環(huán)光的入射角是通過使它穿過漫射體來實現(xiàn)的。
全文摘要
允許相對于LED芯片以第一入射角或更小的角發(fā)出的光離開LED封裝。阻止以大于該第一入射角的從LED芯片發(fā)出的光離開LED封裝并使其再循環(huán)回到LED封裝內(nèi)。在再循環(huán)光例如通過使其穿過漫射體而改變它相對于LED芯片的入射角之后，使再循環(huán)光從LED封裝重新發(fā)出。
文檔編號H01L33/60GK101032036SQ200580033194
公開日2007年9月5日 申請日期2005年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者D·安德森, H·鄒 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司