專利名稱：光源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于放映裝置部件，特別是一種光源裝置。
由于高壓汞燈900所發(fā)出的光波含有大量紫外光與紅外光，所以在光路中設(shè)置多組濾光片，其不僅會減弱可見光波長范圍的光束能量，更會導(dǎo)致大約1％的紅外及紫外光分量穿透，由于紅外光會加熱光路元件，紫外光則會因為它的高能量光子損害光路元件的結(jié)構(gòu)，故都將導(dǎo)致縮短光路元件的壽命。
另外，以人眼感光的色彩譜比對，較佳的綠光波長應(yīng)為525納米(nm)，但是高壓汞燈受其發(fā)光頻譜限制，綠光的波長在550納米附近。但分析人眼感光的效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)綠光的光強度與人眼感受的整體光強度關(guān)系最密切，換句話說，偏離了最佳發(fā)光波長后的綠光，會產(chǎn)生呈現(xiàn)的復(fù)合色彩減少及亮度降低的問題。而且高壓汞燈點亮?xí)r，無論紅、綠、藍(lán)光都同時被射出，無法依照時序區(qū)隔發(fā)光，所以限制了投影機的光機部分必須采取紅、綠、藍(lán)三色同時顯示的技術(shù)，無法運用單片液晶片的架構(gòu)。
尤其，高壓汞燈點亮與熄滅均需數(shù)百毫秒(ms)甚至數(shù)秒的時間，與人眼視覺暫留現(xiàn)象約1/15秒相較，熄滅一次再點亮一次會被察覺而使影像無法連貫。即在投影機開啟的使用期間內(nèi)，光源裝置都要保持點亮狀態(tài)，不能有暫停、降溫等行為，所以無法作為脈沖式發(fā)光的光源。
相互比較下，發(fā)光二極體不只是在發(fā)光時光束發(fā)散角度較小、發(fā)光波長較易選擇，而且各色光可分別點亮及熄滅，輪到發(fā)光時可施加較大的電流發(fā)光、然后馬上能熄滅而降溫，同時能源轉(zhuǎn)換效率也不稍遜色，技術(shù)較成熟的紅色發(fā)光二極體能源轉(zhuǎn)換效率可達(dá)約5 5％，即便黃-綠色的發(fā)光二極體也可達(dá)約32％。因此在選擇光源時，發(fā)光二極體應(yīng)較高壓汞燈更為理想。但是受限于一般每顆發(fā)光二極體只能釋放數(shù)流明(Lm)的光，所以要達(dá)到如液晶投影機所需的上千流明還有很大的差距。
本實用新型包括殼體、至少四組發(fā)光二極體光源組件及數(shù)分色反射鏡；殼體內(nèi)部形成有呈矩形截面的立體空腔，對應(yīng)立體空腔四側(cè)壁的一側(cè)壁形成有透明輸出孔道及至少另兩側(cè)壁分別形成至少一透明輸入孔道；至少四組發(fā)光二極體光源組件分別包含復(fù)數(shù)個發(fā)光波長帶位于400nm至700nm之間且發(fā)光波長帶大致相同的發(fā)光二極體；各光源組件彼此的發(fā)光波長帶系兩兩相異，各發(fā)光波長帶的中心波長間距分別大于20nm；各光源組件分別對應(yīng)設(shè)置于立體空腔側(cè)壁的各輸入透明孔道外側(cè)，以使各光源組件光束經(jīng)各輸入透明孔道輸入立體空腔；數(shù)分色反射鏡分別具有相異波長分界點，以使較各分界點長/短的光波分別被透射/反射；并令波長分界點恰分別位于各波長相鄰的發(fā)光波長帶間。
其中由于本實用新型包括形成空腔的殼體、至少四組光源組件及數(shù)分色反射鏡；殼體一側(cè)壁設(shè)有透明輸出孔道及另兩側(cè)壁分別形成至少一透明輸入孔道；光源組件分別包含復(fù)數(shù)個發(fā)光波長帶位于400nm至700nm之間且發(fā)光波長帶大致相同的發(fā)光二極體；各光源組件彼此的發(fā)光波長帶系兩兩相異，各發(fā)光波長帶的中心波長間距分別大于20nm；各光源組件分別對應(yīng)設(shè)置于立體空腔側(cè)壁的各輸入透明孔道外側(cè)，以使各光源組件光束經(jīng)各輸入透明孔道輸入立體空腔；數(shù)分色反射鏡分別具有相異波長分界點，以使較各分界點長/短的光波分別被透射/反射；并令波長分界點恰分別位于各波長相鄰的發(fā)光波長帶間。各光源組件發(fā)光的光束經(jīng)輸入透明孔道輸入立體空腔，并經(jīng)數(shù)別具有相異波長分界點分色反射鏡分整合匯聚，使可獲得足夠投影機使用的亮度，并充分利用發(fā)光二極體轉(zhuǎn)換效率高、發(fā)光角度小的特性，有效提高光運用效率、減少發(fā)熱、延長光源及光機壽命，而且大幅降低使用成本，從而達(dá)到本實用新型的目的。
圖2、為本實用新型實施例一結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖3、為本實用新型實施例一光源組件發(fā)光波長帶分布示意圖。
圖4、為本實用新型實施例一光源組件結(jié)構(gòu)示意正視圖。
圖5、為本實用新型實施例一光源組件結(jié)構(gòu)示意剖視圖。
圖6、為本實用新型實施例一第一分色反射鏡s-極化態(tài)與p-極化態(tài)透射率與入射光波長關(guān)系的示意圖(分色反射鏡與入射光為45°夾角時)。
圖7、為本實用新型實施例一第二分色反射鏡s-極化態(tài)與p-極化態(tài)透射率與入射光波長關(guān)系的示意圖(分色反射鏡與入射光為45°夾角時)。
圖8、為本實用新型實施例一第三分色反射鏡s-極化態(tài)與p-極化態(tài)透射率與入射光波長關(guān)系的示意圖(分色反射鏡與入射光為45°夾角時)。
圖9、為本實用新型實施例二結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖10、為本實用新型實施例二第四分色反射鏡s-極化態(tài)與p-極化態(tài)透射率與入射光波長關(guān)系的示意圖(分色反射鏡與入射光為45°夾角時)。
圖11、為本實用新型實施例三結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖12、為以本實用新型實施例三作為光源的三片式液晶投影機結(jié)構(gòu)示意圖。
圖13、為以本實用新型實施例三作為光源的單片式液晶投影機結(jié)構(gòu)示意圖。
圖14、為以本實用新型實施例三作為光源的單片式液晶投影機結(jié)構(gòu)示意圖。
殼體10內(nèi)部形成有呈矩形，最好為正方形截面的立體空腔100，藉以節(jié)約所占用空間。殼體10對應(yīng)立體空腔100的右側(cè)壁上半部形成有透明輸出孔道101；于殼體10上方側(cè)壁左半部、左側(cè)壁的上半部、左側(cè)壁下半部及下方側(cè)壁的右側(cè)半部分別形成透明輸入孔道102、103、104、105；即殼體10形成四處輸入透明孔道。
四組發(fā)光二極體(LED)光源組件12、13、14、15分別設(shè)置于殼體10形成的四處輸入透明孔道102、103、104、105外側(cè)，使各光源組件12、13、14、15發(fā)光時，通過對應(yīng)的透明輸入孔道102、103、104、105將發(fā)出的光束輸入殼體10的立體空腔100中。
在目前制造技術(shù)中，以紅光二極體技術(shù)最成熟、發(fā)光效率及單顆LED晶粒的亮度皆最佳。
如圖3所示，四組LED光源組件12、13、14、15中設(shè)置一組發(fā)光波長較長可見光波長的紅色光源組件15。紅色光源組件15使用的波長為約625nm。
波長范圍在中間的綠色部分，雖然LED發(fā)光效率較差、單顆晶粒的亮度也較低，但是因為人的眼睛針對中間波長的光感測能力最好，鑒于經(jīng)濟因素比較節(jié)省，故只采用一組波長為515nm的綠色光源組件14。
由于藍(lán)光LED效率不佳、單顆晶粒的亮度低、人的眼睛對于短波長部分的感測性又遠(yuǎn)低于綠色，為了提供足夠重建光學(xué)影像資料的亮度，必須采用至少兩組波長為480nm與455nm藍(lán)色光的藍(lán)色光源組件12、13才足以勝任。
如圖4、圖5所示，各光源組件12、13、14、15分別包括復(fù)數(shù)個發(fā)光波長帶大致相同的發(fā)光二極體及陶瓷基板2。
陶瓷基板2發(fā)光側(cè)面21上形成復(fù)數(shù)陣列排列的凹穴20、布設(shè)指叉狀交錯排列的對正負(fù)電極22、23。在每一凹穴20中分別設(shè)置發(fā)光波長帶大致相等的晶粒30以隨凹穴20的排列方式設(shè)置于陶瓷基板2中，各晶粒30的正負(fù)電極31、32延伸導(dǎo)接到暴露于基板2發(fā)光側(cè)面21的正負(fù)電極22、23。當(dāng)然，為了提高各晶粒30發(fā)光的使用效率，在基板2形成各凹穴20的表面上鍍設(shè)絕緣設(shè)置晶粒30、電極31、32的高反射層25；同時，為了保持各晶粒30的工作環(huán)境溫度不致過高，于基板2與發(fā)光側(cè)面21相反的側(cè)面設(shè)置為金屬散熱板的散熱結(jié)構(gòu)24。藉由貫穿基板2的穿孔導(dǎo)接高反射層25的金屬鍍膜及散熱結(jié)構(gòu)24。藉由金屬的良好導(dǎo)熱效果，將晶粒30所發(fā)熱量由反射層25傳導(dǎo)通過穿孔而至散熱結(jié)構(gòu)24。當(dāng)然，也可在散熱結(jié)構(gòu)24下設(shè)置如冷卻管等主動冷卻結(jié)構(gòu)強制將散熱結(jié)構(gòu)24的溫度降低，使晶粒30的工作環(huán)境達(dá)到較低溫度的熱平衡。
如同熟悉此項技術(shù)人士了解的，每一晶粒30射出光束大致分布于±8°的立體角范圍。如圖5所示，為了讓它射出光束的立體角度窄化，在固設(shè)有復(fù)數(shù)晶粒30的基板2前設(shè)置表面具有分別對應(yīng)于晶粒30位置復(fù)數(shù)凸起的微型透鏡26，藉以使各晶粒30所發(fā)的光束較為收斂。
如圖6所示，位于圖2中殼體10左上的兩組藍(lán)色光源組件12、13所發(fā)光束輸入立體空腔100后，通過第一分色反射鏡71，其對s極化分量透射率L1達(dá)到50％的分界點在光波長為465nm處，而p極化分量的透射率L1’達(dá)到50％系在光波長為485nm處。當(dāng)光源組件12的中心波長約為480nm時，s極化分量的反射率L1已接近100％。故如圖2所示，可在光源組件12與殼體10之間設(shè)置一p-s極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)17，使光源組件12以向下方行進方向進入殼體10的光束均呈s極化態(tài)，而受45°夾角架設(shè)的分色反射鏡71反射至向右方向；相對而言，來自光源組件13的光束不管是屬于s極化態(tài)或p極化態(tài)均會透射，兩束光束被匯整向右行進至第二分色反射鏡72。
如圖8所示，位于圖2中殼體10左側(cè)下半部的綠色光源組件14以515nm的中心波長發(fā)光，向右行進至第三分色反射鏡73，由于s極化態(tài)與p極化態(tài)的透射率L3、L3’50％分界點波長分別在580nm與550nm。故如圖2所示，第三分色反射鏡73不影響綠色光束的反射，使得來自光源組件14的光束轉(zhuǎn)折向上行進。
位于圖2中殼體10下方側(cè)壁的右側(cè)半部的紅色光源組件15以625nm的中心波長發(fā)光，直接上行、穿透匯整，最后，由左向右行進的藍(lán)光與由下向上行進的紅、綠光于第二分色反射鏡72處會合。如圖7所示，第二分色反射鏡72對s極化態(tài)與p極化態(tài)的透射率L2、L2’達(dá)50％分界點波長分別為490nm與510nm，容許波長480nm與455nm較短波長的藍(lán)色光束透射，并將波長515nm與625nm較長波長的紅、綠光反射轉(zhuǎn)折向右，匯入藍(lán)色光的行進方向，共同由殼體10的透明輸出孔道101射出。
實施例二當(dāng)然，如同熟悉此項技術(shù)人士所能輕易理解的，因為綠光的亮度嚴(yán)重影響人的眼睛對于整體亮度的感受。
如圖9所示，本實用新型光源裝置4包括殼體40、五組發(fā)光二極體(LED)光源組件42、43、44、45、46及第一、二、三、四分色反射鏡71、72、73、74。
殼體40內(nèi)部形成有呈矩形，最好為正方形截面的立體空腔400，藉以節(jié)約所占用空間。殼體40對應(yīng)立體空腔400的右側(cè)壁上半部形成有透明輸出孔道401；于殼體40上方側(cè)壁左半部、左側(cè)壁的上半部、左側(cè)壁下半部及下方側(cè)壁的右、左側(cè)半部分別形成透明輸入孔道402、403、404、405、406；即殼體40形成五處輸入透明孔道。
五組發(fā)光二極體(LED)光源組件42、43、44、45、46分別設(shè)置于殼體40形成的五處輸入透明孔道402、403、404、405、406外側(cè)，使各光源組件42、43、44、45、46發(fā)光時，通過對應(yīng)的透明輸入孔道402、403、404、405、406將發(fā)出的光束輸入殼體40的立體空腔400中。
如圖6所示，位于圖9中殼體40左上的兩組藍(lán)色光源組件42、43所發(fā)光束輸入立體空腔400后，通過第一分色反射鏡71，其對s極化分量透射率L1達(dá)到50％的分界點在光波長為465nm處，而p極化分量的透射率L1’達(dá)到50％系在光波長為485nm處。當(dāng)光源組件42的中心波長約為480nm時，s極化分量的反射率L1已接近100％。故如圖9所示，可在光源組件42與殼體40之間設(shè)置一p-s極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，使光源組件42以向下方行進方向進入殼體40的光束均呈s極化態(tài)，而受45°夾角架設(shè)的分色反射鏡71反射至向右方向；相對而言，來自光源組件43的光束不管是屬于s極化態(tài)或p極化態(tài)均會透射，兩束光束被匯整向右行進至第二分色反射鏡72。
如
圖10所示，位于圖9中殼體40左側(cè)下半部及下方側(cè)壁左側(cè)半部的綠色光源組件44、46以545nm及515nm的中心波長發(fā)光；s極化態(tài)與p極化態(tài)的透射率L4、L4’50％分界點波長分別在535nm與505nm在第四分色反射鏡74整合。亦即使具五組光源組件42、43、44、45、46本實用新型整體亮度隨的提升。當(dāng)然，為了避免來自光源組件46的p極化態(tài)分量不能被順利反射，也可以在光源組件46與殼體間設(shè)置一p-s極化轉(zhuǎn)換裝置，使光源組件46以向上方行進方向進入殼體的光束均呈s極化態(tài)，并被反射向右。
位于圖9中殼體40下方側(cè)壁的右側(cè)半部的紅色光源組件45以625nm的中心波長發(fā)光，直接上行、穿透匯整，最后，由左向右行進的藍(lán)光與由下向上行進的紅、綠光于第二分色反射鏡72處會合。如圖7所示，第二分色反射鏡72對s極化態(tài)與p極化態(tài)的透射率L2、L2’達(dá)50％分界點波長分別為490nm與510nm，容許波長480nm與455nm較短波長的藍(lán)色光束透射，并將波長515nm與625nm較長波長的紅、綠光反射轉(zhuǎn)折向右，匯入藍(lán)色光的行進方向，共同由殼體40的透明輸出孔道401射出。
各光源組件42、43、44、45、46中，每一晶粒輻射的光束大致分布于±8°的立體角范圍，為使所發(fā)光束的立體角更形窄化，以更加符合對各光路元件的預(yù)期。并分別在第一分色反射鏡71與第二分色反射鏡72之間、第二分色反射鏡72與第三分色反射鏡73之間及第三分色反射鏡73與第四分色反射鏡74之間分別設(shè)置微型陣列透鏡47，逐漸地使光束的整體張角收斂。
實施例三另一方面，上述各分色反射鏡對s極化態(tài)與p極化態(tài)分量的分界點波長不一現(xiàn)象，并不必須藉由p-s極化轉(zhuǎn)換裝置解決。
如
圖11所示，本實用新型光源裝置5也可在與殼體50側(cè)壁45°夾角設(shè)置的第一、四分色反射鏡71、74處以大致垂直的方式另外增加第五、六分色反射鏡75、76，藉以分別攔截來自光源組件56、52而又無法由第一、四分色反射鏡71、74大幅反射的p極化態(tài)分量與少量穿透的s極化態(tài)分量，以將其重新導(dǎo)回匯整光束中而加以利用。
而如同熟悉此項技術(shù)人士所能輕易理解，在如圖9的殼體上側(cè)壁右半部，仍可再形成透明輸入孔道，而將中心波長最短的藍(lán)色光源組件設(shè)置于此處，并以與第二分色反射鏡72大致垂直置放的分色反射鏡整合匯入，就可構(gòu)成包括一片紅色光源組件、兩片綠色光源組及三片藍(lán)色光源組件的六片LED光源組件式的光源裝置。
如
圖12所示，本實用新型所揭露的光源裝置5可以單純?nèi)〈F(xiàn)有的高壓汞燈，作為替代的光源，將發(fā)出的光重新經(jīng)由分色鏡分為三原色光束，分別穿過包括諸如P-S極化轉(zhuǎn)換裝置、偏振片、液晶片、及極化分析片的三色液晶片模組調(diào)制，并由一合光裝置匯整，最后送至投射透鏡組投射輸出。因為本實用新型的光轉(zhuǎn)換效率較佳、并使用主動冷卻裝置冷卻后，光源本身不會對操作環(huán)境散發(fā)出高熱量；光束的發(fā)散角度有限，減少大角度四散而無法利用的光束；而且發(fā)出的光束波長單純，少有紅外及紫外光成分，減少對光路元件的損害；更何況LED壽命遠(yuǎn)長于現(xiàn)有的高壓放電燈，所以作為一取代光源相當(dāng)有利。
如
圖13所示，通過時序控制裝置輸入電信號，控制光源裝置5的各色光源組件循例如紅→綠1、綠2→藍(lán)1、藍(lán)2(R→G1、G2→B1、B2)的順序，在一發(fā)光周期中輪流發(fā)光，分別直接經(jīng)由p-s極化轉(zhuǎn)換裝置61、s-方向偏振片62、極化分光鏡63，入射至單一液晶片64調(diào)制，再返回經(jīng)極化分光鏡63后，經(jīng)極化分析片65共同構(gòu)成反射式液晶調(diào)制模組，再經(jīng)一組投射鏡頭組66投射至諸如熒幕，使紅綠藍(lán)三色影像信號依時序被重建，并利用人類眼睛的視覺暫留現(xiàn)象自動疊加達(dá)成顯示彩色影像的效果，藉由空間方面的疊合達(dá)成顯示彩色影像的效果；同時在操作周期中，還沒有輪到的LED晶粒被暫停供電而使得溫度下降，更可以確保操作溫度不會過高。當(dāng)然，此例中作為施加調(diào)制信號的液晶片模組，也可由數(shù)位微鏡片裝置(DMD，digital micro-mirror device)取代。
前述的架構(gòu)也有其他的替代方式，如
圖14所示，將極化分光鏡63’由前例的s-波反射、p-波穿透的棱鏡換為s-波穿透、p-波反射的片狀透鏡，也可以實施。
權(quán)利要求1.一種光源裝置，其特征在于它包括殼體、至少四組發(fā)光二極體光源組件及數(shù)分色反射鏡；殼體內(nèi)部形成有呈矩形截面的立體空腔，對應(yīng)立體空腔四側(cè)壁的一側(cè)壁形成有透明輸出孔道及至少另兩側(cè)壁分別形成至少一透明輸入孔道；至少四組發(fā)光二極體光源組件分別包含復(fù)數(shù)個發(fā)光波長帶位于400nm至700nm之間且發(fā)光波長帶大致相同的發(fā)光二極體；各光源組件彼此的發(fā)光波長帶系兩兩相異，各發(fā)光波長帶的中心波長間距分別大于20nm；各光源組件分別對應(yīng)設(shè)置于立體空腔側(cè)壁的各輸入透明孔道外側(cè)，以使各光源組件光束經(jīng)各輸入透明孔道輸入立體空腔；數(shù)分色反射鏡分別具有相異波長分界點，以使較各分界點長/短的光波分別被透射/反射；并令波長分界點恰分別位于各波長相鄰的發(fā)光波長帶間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源裝置，其特征在于所述的各光源組件分別包括基板及復(fù)數(shù)以陣列排列形成于基板發(fā)光側(cè)面的晶粒及設(shè)置于基板與發(fā)光側(cè)面相反的側(cè)面的散熱結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光源裝置，其特征在于所述的各光源組件在一發(fā)光周期中系依序供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源裝置，其特征在于所述的固設(shè)有復(fù)數(shù)以復(fù)數(shù)陣列排列晶粒的基板前設(shè)置表面具有分別對應(yīng)于晶粒位置復(fù)數(shù)凸起的微型透鏡。
專利摘要一種光源裝置。為提供一種提高光運用效率、減少發(fā)熱、延長光源及光機壽命、大幅降低使用成本的放映裝置部件，提出本實用新型，它包括形成空腔的殼體、至少四組光源組件及數(shù)分色反射鏡；殼體一側(cè)壁設(shè)有透明輸出孔道及另兩側(cè)壁分別形成至少一透明輸入孔道；光源組件分別包含復(fù)數(shù)個發(fā)光波長帶位于400nm至700nm之間且發(fā)光波長帶大致相同的發(fā)光二極體；各光源組件分別對應(yīng)設(shè)置于立體空腔側(cè)壁的各輸入透明孔道外側(cè)，以使各光源組件光束經(jīng)各輸入透明孔道輸入立體空腔；數(shù)分色反射鏡分別具有相異波長分界點，以使較各分界點長/短的光波分別被透射/反射；并令波長分界點恰分別位于各波長相鄰的發(fā)光波長帶間。
文檔編號G03B21/20GK2583700SQ0225445
公開日2003年10月29日 申請日期2002年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月25日
發(fā)明者黃旭華 申請人:黃旭華