一种ＬＥＤ光源的ＬＣＤ投影光学照明引擎制造技术

一种ＬＥＤ光源的ＬＣＤ投影光学照明引擎，由ＬＥＤ光源，带彩色滤色膜的成像器件ＬＣＤ屏以及将ＬＥＤ出射的光线引导到成像器件ＬＣＤ屏的光锥器件组成。本新型采用ＬＥＤ光源，具有高效经济且结构紧凑的特点。以本投影光学照明引擎作为核心部件，再加上投影镜头以及电路和整机结构，即可构成前投影和背投影装置，如前投影机或背投电视。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于投影光学照明引擎。专利特别涉及一种采用功率LED为投影光 源，以及一个将LED出射的光束引导到成像器件LCD屏的光锥器件为主构成投影光学照明 引擎。
技术介绍
称为数据(Data)投影机的前投影装置，采用UHP (超高压汞灯)投影光源，二向色 镜或色轮彩色方式，以高分辨率、微小尺寸微显示(MD)作为成像器件。类似的光学引擎架 构也用于MD背投电视。全球MD前投影机和MD背投电视年产销达800多万台。此外，还 有一类称为视频(Video)投影机的投影装置，它采用金卤灯投影光源，以中低分辨率，小尺 寸，带CF(彩色滤色)膜的α-Si-IXD(非晶硅液晶显示)或LTPS-IXD(低温多晶硅液晶显 示)作为成像器件。视频投影机用于娱乐场所和家庭影院，也可用做游戏和玩具，全球市场 年需求量也以百万台计。目前，两类投影机均采用气体放电灯投影光源，存在光源寿命短，辐射热量大和耗 能等性能缺陷，此外，其制造过程的汞污染也受到环保法规的限制。近几年，出现了采用RGB(红绿蓝)光LED为光源，MD为成像器件的前投影机，它 们改进了气体放电灯投影光源的寿命、辐射热、节能环保限制的缺陷。但根据投影光束扩展 原理，能够利用的光源光束扩展量必须不大于显示器件光束扩展量，MD微显示器件的尺寸 很小，LED光源的发光面积也必须很小，致使光源和投影引擎的光输出低。也有称为投影光 源专用的LED，采用特殊工艺压窄光束的出射角以便减小光源光束扩展量，从而提高了光源 和引擎的光输出，但供应商极少，价格很高。视频投影机所采用的LCD对角线尺寸一般大于1. 5英寸，面积可能达到MD的数十 倍，显示器件光束扩展量对光源的约束相对很小，但其流行的其他放电灯加反射碗加透镜 的投影照明系统，或者是采用多芯片封装的LED光源加聚光镜的投影照明系统，使得引擎 效率低到难以超过4% ；或者是采用多颗LED光源加光源收集器加复眼透镜而制作的LED 光源视频投影机，效率可以提升至4%但体积庞大。本专利已经全面注意到上述情况，因此创造性地提出一种新颖的高效且结构紧凑 的投影光学照明引擎，并已达到产品完全实用效果。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种高效经济、结构紧凑的LED光源的LCD投影光学照 明引擎。本新型的目的是这样实现的一种LED光源的IXD投影光学照明引擎，包括一个 LED光源，一个带彩色滤色膜的LCD屏以及一个将LED光源出射的光线引导到成像器件LCD 屏的光锥器件，其顺序为LED光源一光锥器件一成像器件LCD屏；LED光源或者为多个LED 芯片排列在同一个封装内的白光LED，或者是大面积单芯片单独封装的白光LED。在本专利的技术方案中，投影光源、投影光学照明引擎的设计均具有显著的特点。采用功率白光LED构成投影光源。与气体放电灯投影光源相比，LED投影光源的寿 命长，无汞污染，响应时间极短，容易驱动，无辐射热量，光源光效高。将数只到数百只功率 LED芯片统一封装在一个封装内或将一个大面积芯片单独封装，以便获得所需的高光输出， 以此保证较高的照明系统光输出和投影引擎光输出。采用普通照明所用的功率白光LED，以 便实现充足的供应和低成本。投影光学照明引擎以光锥器件作为核心，进行合理面型设计，它可以将LED发射 的大角度光线以很小的角度引导到LCD屏的方向，并可合理的分布到屏上，可以极大的提 高光束的几何形状利用率和均勻性；可以在光锥的出射端增加透镜，对入射到LCD屏上光 束角度进一步压窄，进一步合理分布入射到LCD屏上光束。投影光学照明引擎采用光锥器 件，以及光锥器件出射端增加透镜后，可以实现高达90%的照明效率、90%的亮度均勻性和 6%的引擎效率。同时在LCD屏前增加微透镜列阵，进一步提高引擎效率，这样可以将引擎 效率提升到8%以上。光学引擎的成像器件采用带CF (彩色滤色)膜的单片LCD，对角线尺寸范围约1 7英寸，它被大量采用在手持式和便携式数码产品中，分辨率和彩色等指标较好，充足供应 和成本很低更是胜于MD的突出优点。CF膜彩色方式有利于光学引擎降低成本。与采用UHP投影光源的数据投影机相比，使用本投影光学照明引擎的投影机的突 出优点是光源寿命长、成本低、节能环保；而与采用金卤灯的视频投影机相比，它的突出优 点是长光源寿命、高光效、高亮度、高均勻性、结构紧凑和节能环保。本投影光学照明引擎也 可用于其它类别投影装置，如背投电视。本专利是这样实现的投影光源采用白光功率LED，该LED可以采用多芯片封装在同一封装内也可以采 用单一大型片单独封装。从投影光源开始，沿光束传播方向，依次设置光锥器件、成像器件 LCD屏，从而构成本专利所指的基本光学照明引擎。为进一步提高上屏的光束质量可以在光 锥器件的出射端设置准直透镜，同时也可以在LCD屏前的增加微镜阵列进一步提高投影光 学照明引擎的效率。以本光学引擎作为核心部件，再加上信号处理、控制和电源等电路，投 影镜头、反射镜等引擎外光学元件，以及整机外壳、机内结构件和散热器件，就构成了本专 利所指的投影装置。附图说明图1是一种同一个封装内的多芯片白光功率LED示意图。图2是投影光学照明引擎的基本构成示意图。图3是附加了准直透镜的投影光学照明引擎构成示意图。图4是附加了准直透镜和微镜阵列的光学照明引擎构成示意图。具体实施方式以下结合附图说明具体实施实例在图1中，101为组成阵列的白光功率LED芯片，102是LED封装。在图2中，描述了本专利技术的投影光学照明引擎组件的基本构成示意图，所述组件包括已封装白光功率LED器件，光锥器件202，带CF膜的IXD屏203。LED201发出的光束经 光锥器件202反射、勻化、整形入射到带CF膜的IXD屏203上。图3给出了图1所示的投影光学照明引擎另一种可选实施实例，准直透镜303设 置在光锥器件302的出射端与带CF膜的IXD屏304之间。LED301发出的光束经光锥器件 302反射、勻化、整形入射到准直透镜303，光束再一次被准直透镜303准直后入射到带CF 膜的LCD屏304上。图4是图2所示的投影光学照明引擎另一种可选实施实例，微透镜列阵设置在 准直透镜403与带CF膜的IXD屏405之间，紧贴IXD屏。LED401发出的光束经光锥器件 402反射、勻化、整形后入射到准直透镜403准直，光束再经微透镜列阵404的子单元汇聚， 入射到带CF膜的IXD屏405对应的有效像素上，从而进一步提高光线透过屏的能力。当然 若LED401发出的光束经光锥器件402准直的光束质量已经很好，可以不增加准直透镜403， 在图2中描述的投影光学照明引擎组件的基本构成基础上直接在LCD屏前增加微透镜列阵 404。LED光源为多个LED芯片排列在同一个封装内的白光LED，或者是大面积单芯片单 独封装的白光LED。LED发出的大角度光线经过反射或者是全反射的方式引导到LCD屏上。光锥器件 其整体形状是中空形状，若其内表面对光线进行反射，则内表面覆有高反射率的膜；若其外 表面对光线进行反射，则进行合理的光学设计，可以让光线在外表面实现全反射或者在外 表面覆有高反射率的膜。光锥器件其各个方向的反射表面是根据LED芯片形状、发光特性，LCD屏的形状， 光线在LCD屏上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＬＥＤ光源的ＬＣＤ投影光学照明引擎，其特征是：包括：一个ＬＥＤ光源，一个带彩色滤色膜的ＬＣＤ屏以及一个将ＬＥＤ光源出射的光线引导到成像器件ＬＣＤ屏的光锥器件，其顺序为ＬＥＤ光源→光锥器件→成像器件ＬＣＤ屏；上述ＬＥＤ光源或者为多个ＬＥＤ芯片排列在同一个封装内的白光ＬＥＤ，或者是大面积单芯片单独封装的白光ＬＥＤ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：霍永峰，
申请(专利权)人：四川省雷克赛恩电子科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：90[]