專利名稱：一種基于led的投影用照明光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于投影技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種投影用照明光源，尤其是一種基于LED 的投影用照明光源。
背景技術(shù)：
投影顯示系統(tǒng)通常使用的光源為超高壓水銀燈(UHP)、金屬鹵化物燈、氙燈及鹵素 燈。多年來人類一直在尋找和開發(fā)固體發(fā)光光源，隨著發(fā)光材料的開發(fā)和半導(dǎo)體制作工藝 的改進，半導(dǎo)體照明用發(fā)光二極管效率不斷提高。目前，超高壓水銀燈是投影裝置的主流光 源。與之相比，LED投影光源燈具有一些吸引人的優(yōu)勢，其效率高、單色性好、能耗小、壽命 長、響應(yīng)時間短、驅(qū)動較易、顏色再現(xiàn)范圍大。但是LED光源也有明顯不足。LED光源要解 決兩方面問題，一方面是大幅提高光通量輸出，另一方面是目前器件或芯片的出射光束張 角較大，光學(xué)擴展量較大，其幾何形狀不利于收集和傳輸，也不利于改進投影引擎的相關(guān)性 能和成熟度。用LED器件或芯片構(gòu)建的投影光源是一種具有多個離散發(fā)光元件的擴展面 光源，對增大引擎光效，提高亮度和均勻性等圖像質(zhì)量指標(biāo)增加了難度，如何高效率的利用 LED的光能成為一個非常有研究價值的問題。為了使LED芯片發(fā)出的光能夠更好地輸出，得 到最大程度的利用，并且在照明區(qū)域內(nèi)滿足設(shè)計要求，需要對LED進行光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計。一 般來講，在封裝過程中的設(shè)計被稱為一次光學(xué)整形，而在LED之外進行的光學(xué)設(shè)計被稱為 二次光學(xué)整形。一次光學(xué)整形，是指將LED芯片發(fā)射的具有朗伯分布的2 π立體角的光整 形為一般應(yīng)用所需。對于照明而言，一次光學(xué)整形之后LED光束發(fā)散角會壓縮至120°到 160°范圍內(nèi)，這樣的LED可以直接作為照明光源來使用，這種封裝出來的產(chǎn)品就可以作為 成品來出售。但是若要用于投影顯示，還需要將光束發(fā)散角壓縮，根據(jù)投影顯示光學(xué)系統(tǒng)數(shù) 值孔徑的要求，一般要將經(jīng)一次光學(xué)整形后的光束壓縮到30°以內(nèi)，這就需要二次光學(xué)整 形元件。為了使采用發(fā)光二級管(LED)光源的投影顯示照明系統(tǒng)發(fā)出的光束滿足顯示芯 片的照明要求，往往需要選擇可以實現(xiàn)出射光束角度和形狀與后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)相匹配的光束 收集和整形元件。目前，用于發(fā)光二級管(LED) 二次光學(xué)整形的元件主要錐形光棒、全反射 透鏡、復(fù)合拋物面集光器。錐形光棒光收集效率不高，光損失很大，而且要得到相對均勻的像面則要求光棒 長度足夠長，會加大系統(tǒng)負擔(dān)。全反射透鏡在設(shè)計，優(yōu)化及加工上都較困難，光收集效率也不高，其出射光束角及 光斑大小都難以控制。復(fù)合拋物面集光器是一種非成像光學(xué)元件，根據(jù)非成像光學(xué)中的邊緣光線原理制 成，其收集效率可高達96 %，收集效率在三個整形元件中是最高的。光束收集之后其峰值光 強可以成倍增加，以實現(xiàn)高光強輸出。其廣泛應(yīng)用于太陽能收集?！闱闆r下，上述三種二次光學(xué)整形元件都是在一次光學(xué)整形元件基礎(chǔ)之上來使 用的，對于一次光學(xué)整形結(jié)果有一定的依賴性。而且，一次光學(xué)整形之后，再經(jīng)二次光學(xué)整形，會使二次光學(xué)整形元件體積變大，加大系統(tǒng)負擔(dān)，這必然會帶來傳輸過程的光能損耗。 另外，一次光學(xué)整形與二次光學(xué)整形之間的耦合效率有限，會造成比較大的光能損耗。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種基于LED的投影用照 明光源，該光源提出一種能夠最大限度的收集LED發(fā)出的光的集光器，在提高光收集效率 的同時保證較高的耦合效率，進行光學(xué)整形，控制出射的光束角度以滿足顯示芯片的要求， 從而最大限度地提高LED的光能利用率。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的這種基于LED的投影用照明光源，包括發(fā)光二極管光源，其特征在于所述發(fā)光二 極管光源的光出射端連接有集光器，所述集光器是復(fù)合拋物面集光器，所述集光器的下端 中心位置設(shè)有凹槽，所述發(fā)光二極管光源設(shè)于凹槽內(nèi)。上述集光器為上端大下端小的棒狀體，該棒狀體的橫截面是矩形或圓形，棒狀體 的周側(cè)面為復(fù)合拋物面形狀。上述集光器為橫截面是矩形或者圓形的棒狀體，該棒狀體內(nèi)部為空心，所述棒狀 體內(nèi)部空心的上端大，下短小，且空心的周側(cè)壁為復(fù)合拋物面。上述集光器的材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚苯乙烯。上述集光器下端的凹槽尺寸與發(fā)光二極管光源的尺寸相匹配。本實用新型具有以下有益效果本實用新型將一次光學(xué)整形與二次光學(xué)整形集成于封裝之中，提供了一種能夠最 大限度的收集LED發(fā)出的光的復(fù)合拋物面集光器結(jié)構(gòu)，該集光器顯著提高了光收集效率， 將LED的光發(fā)散角壓縮至投影顯示芯片所要求的接收角范圍。實現(xiàn)了高功率、高亮度的光 輸出，有效提高了光能利用率，獲得了最佳的集光效率，有效提高了投影顯示儀的亮度。

[0017]圖1-1為本實用新型的集光器實施例一結(jié)構(gòu)示意圖；[0018]圖1-2為本實用新型的集光器實施例二結(jié)構(gòu)示意圖；[0019]圖1-3為本實用新型的集光器實施例三結(jié)構(gòu)示意圖；[0020]圖1-4為本實用新型的集光器實施例四結(jié)構(gòu)示意圖；[0021]圖2-1為圖1-1的軸向剖切圖；[0022]圖2-2為圖1-2的軸向剖切圖；[0023]圖2-3為圖1-3的軸向剖切圖；[0024]圖2-4為圖1-4的軸向剖切圖；[0025]圖3為本實用新型的光線追跡圖；[0026]圖4-1、圖4-2、圖5-1、圖5-2、圖6為本發(fā)明的測試結(jié)果圖。[0027]其中1為凹槽；2為復(fù)合拋物面；3為空心。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細描述[0029]本實用新型的基于LED的投影用照明光源，可設(shè)置在投影機的光機內(nèi)，發(fā)光二極管光源(即LED發(fā)光芯片或者芯片陣列)產(chǎn) 生光后利用復(fù)合拋物面集光器聚光后投射到顯示芯片上。該照明光源包括發(fā)光二極管光 源，發(fā)光二極管光源的光出射端連接有復(fù)合拋物面集光器集光器，該種集光器的下端中心 位置設(shè)有凹槽1，發(fā)光二極管光源設(shè)于凹槽1內(nèi)，因此該凹槽1尺寸必須與發(fā)光二極管光源 的尺寸相匹配。在本實用新型的復(fù)合拋物面集光器集光器具有多種結(jié)構(gòu)，以下提出幾種集光器結(jié) 構(gòu)的較佳實施實施例1 實心集光器該種集光器為上端大下端小的實心棒狀體，該棒狀體的橫截面可以是矩形(如圖 1-1)，也可以是圓形(如圖1-2)，棒狀體的周側(cè)面為復(fù)合拋物面2形狀，如圖2-1和圖2-2， 該種結(jié)構(gòu)的集光器光路是在集光器介質(zhì)內(nèi)通過的。實施例2 具有空心的集光器參見圖2-3或圖2-4，該種集光器是一橫截面是矩形或者圓形的棒狀體，該棒狀 體內(nèi)部有一空心3，棒狀體內(nèi)部的空心3的上端大，下短小，且空心3的周側(cè)壁為復(fù)合拋物面 2。另外空心3的形狀也可以是多種，如圖2-3中是橫截面是矩形的空心3，或者如圖2-4中 示出的橫截面是圓形的空心3。這種集光器當(dāng)LED發(fā)光芯片從下端的凹槽1出射入后，大部 分光以空心3為光路，發(fā)散的光線通過空心3內(nèi)周壁的復(fù)合拋物面2也會被反射回來。綜上所述，本實用新型的集光器外形結(jié)構(gòu)可以稍作改進，如將外形制作成菱形柱 狀等，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)必須為拋物面形狀。另外本實用新型的集光器的材質(zhì)可以選擇聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯 (PC)、聚苯乙烯(PS)或者其他透明材料。圖3為本實用新型的光線追跡圖，由圖3可知LED芯片陣列出射的2 π立體角的 光經(jīng)集光器之后得到有效地整形，光束發(fā)散角明顯減小，從而滿足投影顯示系統(tǒng)的要求；圖 4-1和圖4-2為綠光LED芯片陣列經(jīng)本實用新型的集光器之后的測試結(jié)果，可知在6A的電 流下可輸出2W，7751m的光；圖5_1和圖5_2為藍光LED芯片陣列經(jīng)本實用新型的集光器之 后的測試結(jié)果，可知在6A電流下可輸出4. 2W，1501m的光；圖6為本實用新型的集光器輸出 光束發(fā)散角，其測試結(jié)果表明本實用新型輸出光束發(fā)散角較小，小于32°。綜上所述，本實用新型設(shè)計的用于投影顯示照明光源的集光器可在提高光收集效 率的同時進行光學(xué)整形，控制出射的光束角度滿足顯示芯片的要求，其光收集效率及光能 利用率高，同時可有效提高投影顯示系統(tǒng)的亮度。此外，本實用新型制作簡單、制作成本低、 使用和維護簡單。
權(quán)利要求1.一種基于LED的投影用照明光源，包括發(fā)光二極管光源，其特征在于所述發(fā)光二極 管光源的光出射端連接有集光器，所述集光器是復(fù)合拋物面集光器，所述集光器的下端中 心位置設(shè)有凹槽(1)，所述發(fā)光二極管光源設(shè)于凹槽(1)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LED的投影用照明光源，其特征在于所述集光器為上 端大下端小的棒狀體，該棒狀體的橫截面是矩形或圓形，棒狀體的周側(cè)面為復(fù)合拋物面(2) 形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LED的投影用照明光源，其特征在于所述集光器為橫 截面是矩形或者圓形的棒狀體，該棒狀體內(nèi)部為空心(3)，所述棒狀體內(nèi)部空心(3)的上端 大，下短小，且空心(3)的周側(cè)壁為復(fù)合拋物面O)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的基于LED的投影用照明光源，其特征在于所述集光 器的材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚苯乙烯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LED的投影用照明光源，其特征在于所述集光器下端 的凹槽(1)尺寸與發(fā)光二極管光源的尺寸相匹配。
專利摘要本實用新型涉及一種基于LED的投影用照明光源，包括發(fā)光二極管光源，其特征在于所述發(fā)光二極管光源的光出射端連接有集光器，所述集光器是復(fù)合拋物面集光器，所述集光器的下端中心位置設(shè)有凹槽，所述發(fā)光二極管光源設(shè)于凹槽內(nèi)。本實用新型將一次光學(xué)整形與二次光學(xué)整形集成于封裝之中，提供了一種能夠最大限度的收集LED發(fā)出的光的復(fù)合拋物面集光器結(jié)構(gòu)，該集光器顯著提高了光收集效率，將LED的光發(fā)散角壓縮至投影顯示芯片所要求的接收角范圍。實現(xiàn)了高功率、高亮度的光輸出，有效提高了光能利用率，獲得了最佳的集光效率，有效提高了投影顯示儀的亮度。
文檔編號F21Y101/02GK201909940SQ20102066377
公開日2011年7月27日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者劉興勝, 宗恒軍, 彭晨暉, 李小寧, 鄭艷芳 申請人:西安炬光科技有限公司