專利名稱：三基色半導(dǎo)體照明裝置及使用其的微型投影光學(xué)引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明光源和投影顯示技術(shù)，尤其涉及一種高效的三基色半導(dǎo)體照明裝 置及使用該照明裝置的微型投影光學(xué)引擎。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光元件，例如發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)是一種磷化鎵 (GAP)、氮化鎵(GAN)等半導(dǎo)體材料制成的、能直接將電能轉(zhuǎn)化為光能的發(fā)光器件。當(dāng)其內(nèi) 部有一定電流通過時(shí)，它就會發(fā)光。由于LED發(fā)光效率高、壽命長、反應(yīng)靈敏、不含有毒物質(zhì) 等特點(diǎn)，使得其的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是白光LED，被認(rèn)為是繼白熾燈、熒光燈以后的第三 代照明光源，被廣泛應(yīng)用在液晶投影裝置、手機(jī)背光源、顯示屏幕等。目前，照明光源的照明方式一般分為臨界照明以及柯勒照明。對于臨界照明而言， 其半導(dǎo)體芯片通過透鏡后出射的光斑通常為半導(dǎo)體芯片外形形狀的光斑，由于標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體 芯片的有效正表面通常是方形，因此，臨界照明的 出射光斑通常也為方形。而對于柯勒照 明而言，其半導(dǎo)體芯片通過透鏡后出射的光斑通常為圓形光斑。當(dāng)這兩種照明方式的照明 光源應(yīng)用在投影機(jī)時(shí)，由于液晶投影機(jī)中的成像液晶面板為長寬比為4 3或16 9的矩 形，顯示圖像的屏幕也為矩形，顯然，這種照明光源發(fā)出的方形光斑或者圓形光斑不能全部 運(yùn)用于照明液晶面板，方形光斑或者圓形光斑的邊緣光將會損失掉，降低照明光源的光利 用率，而且方形光斑或者圓形光斑照明矩形液晶面板容易產(chǎn)生的缺陷是屏幕上顯示的圖 像的邊角有暗區(qū)，影響投影顯示質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，須提供一種結(jié)構(gòu)簡單，光效高，均勻性好的三基色半導(dǎo)體照明裝置。另外，還需提供一種結(jié)構(gòu)簡單，光能利用率高，投影顯示質(zhì)量好，尺寸小的微型投 影光學(xué)引擎。一種三基色半導(dǎo)體照明裝置，包括紅光光源模組，藍(lán)光光源模組，綠光光源模組， 交叉形合色鏡以及至少一個光學(xué)整形透鏡。紅光光源模組出射紅光光束。藍(lán)光光源模組出 射藍(lán)光光束。綠光光源模組出射綠光光束。交叉形合色鏡設(shè)置于所述紅光光源模組、藍(lán)光 光源模組以及綠光光源模組的輸出光路的交匯處，用于合并所述紅光光束、藍(lán)光光束以及 綠光光束為一束光。光學(xué)整形透鏡設(shè)置于所述交叉形合色鏡的輸出光路上，該光學(xué)整形透 鏡的其中一表面為平面或者球面，其與該表面相對的另一表面為柱面?！N微型投影光學(xué)引擎，包括偏振分光器、微顯示面板、投影透鏡以及上述的三基 色半導(dǎo)體照明裝置。偏振分光器設(shè)置于所述三基色半導(dǎo)體照明裝置的輸出光路上。微顯示 面板用于對所接收到的偏振光進(jìn)行調(diào)制，轉(zhuǎn)換為與該偏振光垂直的另一偏振光，并使該另 一偏振光攜有圖像信息。投影透鏡用于接收并投射攜有圖像信息的另一偏振光。一種微型投影光學(xué)引擎，包括三基色半導(dǎo)體照明裝置、偏振分光器、微顯示面板以 及投影透鏡。三基色半導(dǎo)體照明裝置包括紅光光源模組，藍(lán)光光源模組，綠光光源模組，交叉形合色鏡以及柱面透鏡。紅光光源模組出射紅光光束。藍(lán)光光源模組出射藍(lán)光光束。綠 光光源模組出射綠光光束。交叉形合色鏡設(shè)置于所述紅光光源模組、藍(lán)光光源模組以及綠 光光源模組的輸出光路的交匯處，用于合并所述紅光光束、藍(lán)光光束以及綠光光束為一束 光。柱面透鏡設(shè)置于所述交叉形合色鏡與偏振分光器之間，且，膠合在所述偏振分光器的端 面上，其中，所述柱面透鏡與所述偏振分光器的膠合面為平面，在所述交叉形合色鏡側(cè)的柱 面透鏡的表面為柱面。偏振分光器設(shè)置于所述三基色半導(dǎo)體照明裝置的輸出光路上。微顯 示面板用于對所接收到的偏振光進(jìn)行調(diào)制，轉(zhuǎn)換為與該偏振光垂直的另一偏振光，并使該 另一偏振光攜有圖像信息。投影透鏡用于接收并投射攜有圖像信息的另一偏振光。
本發(fā)明的共軸的三基色半導(dǎo)體照明裝置，通過三基色的光源模組，交叉形合色鏡 以及光學(xué)整形透鏡，輸出光亮度均勻、準(zhǔn)直性好的、與微顯示面板外形尺寸比例一致的光 斑，提高光能的利用率，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)成本低廉。而使用上述三基色半導(dǎo)體照明裝置的共 軸的微型投影光學(xué)引擎，其光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程僅涉及三基色半導(dǎo)體照明裝置，偏振分光器、 微顯示面板以及投影透鏡，不涉及其他光學(xué)器件，結(jié)構(gòu)簡單，光亮度均勻，投影顯示質(zhì)量好， 且，尺寸小，生產(chǎn)成本較低。此外，采用柱面透鏡與偏振分光器整合為一體的結(jié)構(gòu)，有利于減 小微型投影光學(xué)引擎的體積，使其結(jié)構(gòu)更為緊湊。


為了易于說明，本發(fā)明由下述的較佳實(shí)施例及附圖作以詳細(xì)描述。圖Ia為本發(fā)明第一實(shí)施方式的三基色半導(dǎo)體照明裝置的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖Ib為本發(fā)明圖Ia中沿直線A-A方向的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a為圖1的光學(xué)整形透鏡的第一實(shí)施方式的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2b為圖1的光學(xué)整形透鏡的第二實(shí)施方式的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2c為圖1的光學(xué)整形透鏡的第三實(shí)施方式的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2d為圖1的光學(xué)整形透鏡的第四實(shí)施方式的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2e為本發(fā)明三基色半導(dǎo)體照明裝置在臨界照明時(shí)輸出的光斑效果示意圖；圖2f為本發(fā)明三基色半導(dǎo)體照明裝置在柯勒照明時(shí)輸出的光斑效果示意圖；圖3為本發(fā)明第二實(shí)施方式的三基色半導(dǎo)體照明裝置的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明第三實(shí)施方式的三基色半導(dǎo)體照明裝置的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明第一實(shí)施方式的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明第二實(shí)施方式的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明第三實(shí)施方式的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖Ia所示為本發(fā)明第一實(shí)施方式的三基色半導(dǎo)體照明裝置的平面結(jié)構(gòu)示意圖； 同時(shí)參閱圖lb，為本發(fā)明圖Ia中沿直線A-A方向的結(jié)構(gòu)示意圖。三基色半導(dǎo)體照明裝置 包括紅光光源模組11、藍(lán)光光源模組21、綠光光源模組31、交叉形合色鏡41、光學(xué)整形透鏡 51以及偏振轉(zhuǎn)換器61。紅光光源模組11包括紅光半導(dǎo)體發(fā)光元件112，以及用于收集并整形所接收到的紅光光束的紅光整形鏡組113。藍(lán)光光源模組21包括藍(lán)光半導(dǎo)體發(fā)光元件212，以及用于收集并整形所接收到的藍(lán)光光束的藍(lán)光整形鏡組213。綠光光源模組31包括綠光半導(dǎo)體發(fā) 光元件312，以及用于收集并整形所接收到的綠光光束的綠光整形鏡組313。本發(fā)明實(shí)施方式中，紅光半導(dǎo)體發(fā)光元件112、藍(lán)光半導(dǎo)體發(fā)光元件212以及綠光 半導(dǎo)體發(fā)光元件312均為發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,LED)芯片，用于發(fā)出180° 的光。且，LED芯片連接有控制器(圖中未示出)，用于控制芯片的時(shí)序發(fā)光。各個芯片工 作頻率按微顯示面板所需光照參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，以達(dá)到顯示最好的顏色視覺效果。又，該LED 芯片的數(shù)量可以為一個，也可以為以陣列方式排列的多個(參閱圖lb)。采用多個LED芯片 以陣列方式的排列，有利于提高整個照明裝置的流明數(shù)量，進(jìn)而增加投影光束的光亮度。此 夕卜，紅光整形鏡組113、藍(lán)光整形鏡組213以及綠光整形鏡組313均包括兩個順序排列的正 透鏡。本發(fā)明實(shí)施方式中，為兩個彎月形的正透鏡，其材質(zhì)為玻璃，順序排列于半導(dǎo)體發(fā)光 元件112、212、312與交叉形合色鏡41之間。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，也可以采用平凸透鏡或雙凸透鏡組成整形透鏡組，而正 透鏡的數(shù)量可以為一個，也可以為兩個以上，這里不再贅述。交叉形合色鏡41設(shè)置于紅光光源模組11、藍(lán)光光源模組21以及綠光光源模組31 的輸出光路的交匯處，用于合并紅光光束、藍(lán)光光束以及綠光光束為一束光。本發(fā)明實(shí)施方 式中，交叉形合色鏡41為平板狀交叉形合色鏡，其包括配置成叉狀的第一平板411，第二平 板412以及第三平板413。且，第一平板411，第二平板412以及第三平板413表面均鍍有 薄膜(圖中未標(biāo)示)。紅光光源模組11、藍(lán)光光源模組21以及綠光光源模組31分別設(shè)置 于交叉形合色鏡41與光學(xué)整形透鏡51的非相鄰的三個側(cè)面上。詳細(xì)說，紅光整形鏡組113 設(shè)置于紅光半導(dǎo)體發(fā)光元件112與交叉形合色鏡41之間，收集紅光光束并把紅光光束會聚 為適合交叉形合色鏡41所需的大小。藍(lán)光整形鏡組213設(shè)置于藍(lán)光半導(dǎo)體發(fā)光元件212與 交叉形合色鏡41之間，收集藍(lán)光光束并把藍(lán)光光束會聚為適合交叉形合色鏡41所需的大 小。綠光整形鏡組313設(shè)置于綠光半導(dǎo)體發(fā)光元件312與交叉形合色鏡41之間，收集綠光 光束并把綠光光束會聚為適合交叉形合色鏡41所需的大小。因此，紅光整形鏡組113、藍(lán)光 整形鏡組213以及綠光整形鏡組313中正透鏡的數(shù)量可以根據(jù)交叉形合色鏡41的尺寸來 設(shè)計(jì)。通常來說，交叉形合色鏡41的尺寸越小，其所需的入射光束的發(fā)散角也越小，從LED 芯片發(fā)出的光束就需要經(jīng)過更多的正透鏡的會聚來逐步減小入射到交叉形合色鏡41的發(fā) 散角，以提高光能的利用率。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，交叉形合色鏡41也可以采用四塊平板組合成交叉形狀， 當(dāng)然，交叉形合色鏡41也可以采用合光棱鏡，而紅光光源模組11、藍(lán)光光源模組21以及綠 光光源模組31則環(huán)繞于該合光棱鏡，這里不再贅述。光學(xué)整形透鏡51設(shè)置于交叉形合色鏡41的輸出光路上，用于將所接收到的入射 光斑整形成與微顯示面板(圖中未示出)外形尺寸比例一致的光斑，本發(fā)明實(shí)施方式中，為 矩形光斑，其長寬比為4 3或16 9。該光學(xué)整形透鏡51的其中一表面為平面或者球 面，與該表面相對的另一表面為柱面。本發(fā)明實(shí)施方式中，平面或者球面臨近交叉形合色鏡 41，是光學(xué)整形透鏡51的前表面511，而柱面為光學(xué)整形透鏡51的后表面512，具體實(shí)施方 式中，該柱面為凸柱面，用于對所接收到的入射光斑進(jìn)行壓縮，整形為矩形光斑。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，在交叉形合色鏡側(cè)的光學(xué)整形透鏡也可以是柱面，即把圖1中的光學(xué)整形透鏡51水平翻轉(zhuǎn)180°即可。該柱面也可以為凹柱面，用于對所接收到 的入射光斑進(jìn)行拉伸，整形為矩形光斑。而矩形光斑的長寬比也可以為其它比例，只要恰當(dāng) 設(shè)計(jì)光學(xué)整形透鏡51的后表面512的曲率半徑即可。又，該光學(xué)整形透鏡51為一體成型的塑料透鏡；采用一體成型的塑料透鏡，有利 于消像差。當(dāng)光學(xué)整形透鏡51的前表面511為球面時(shí)，該光學(xué)整形透鏡51還可以為膠合 鏡，由球面透鏡與柱面透鏡膠合而成。且，該膠合鏡的膠合面為平面，球面透鏡以及柱面透 鏡為折射率相同的玻璃透鏡，有利于減小像差。當(dāng)然，當(dāng)光學(xué) 整形透鏡51的前表面511為 平面時(shí)，該光學(xué)整形透鏡51仍然可以為膠合鏡，由平板玻璃與柱面透鏡膠合而成。偏振轉(zhuǎn)換器61設(shè)置于光學(xué)整形透鏡51的輸出光路上，用于把所接收到的非偏振 光轉(zhuǎn)換為單一偏振狀態(tài)的偏振光，即，偏振轉(zhuǎn)換器61可以把入射的光全部轉(zhuǎn)換為S偏振光 或P偏振光，提高光效。因此，LED芯片所發(fā)出的180°的光經(jīng)過各個整形鏡組的整形、交叉 形合色鏡41的合色以及光學(xué)整形透鏡51的整形后，輸出單一偏振狀態(tài)的光。本發(fā)明實(shí)施方 式中，偏振轉(zhuǎn)換器61的數(shù)量為一個，該偏振轉(zhuǎn)換器61的結(jié)構(gòu)可以為偏振片，也可以由數(shù)個 連續(xù)結(jié)合在一起的棱鏡組成。這種連續(xù)結(jié)合在一起的棱鏡內(nèi)部含有連續(xù)交接的數(shù)個斜面， 斜面上含有偏振分光膜層以構(gòu)成偏振分光面，斜面整體構(gòu)成鋸齒形狀，且，部分棱鏡的光入 射面上設(shè)置有四分之一波片等。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，偏振轉(zhuǎn)換器61還可以設(shè)置在交叉形合色鏡41與光學(xué)整 形透鏡51之間，因此，LED芯片所發(fā)出的180°的光經(jīng)過整形鏡組以及交叉形合色鏡41后， 輸出發(fā)散角小于或等于-15° +15°的單一偏振狀態(tài)的光。此外，還可以包括三個或三個 以上偏振轉(zhuǎn)換器，分別設(shè)置于紅光光源模組、藍(lán)光光源模組、綠光光源模組與交叉形合色鏡 之間(參閱圖4)。當(dāng)然，該偏振轉(zhuǎn)換器61也可以省略。圖2a 圖2d分別為圖1的光學(xué)整形透鏡的立體結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖2a所示的 光學(xué)整形透鏡51a是一個單柱面透鏡，其前表面511a為凸球面，后表面512a為凸柱面，構(gòu) 成一個雙凸球柱面透鏡。圖2b所示的光學(xué)整形透鏡51b與第一實(shí)施方式的光學(xué)整形透鏡 51a的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于圖2b所示的光學(xué)整形透鏡51b的前表面511b為平面，因此， 構(gòu)成的是一個平凸柱面透鏡。圖2c所示的光學(xué)整形透鏡51c是一個雙柱面透鏡，本發(fā)明所 說的雙柱面透鏡是指相互垂直的兩個方向的截面所形成的折射表面均為柱面，其中，χ為光 軸，具體實(shí)施方式
中，是與微顯示面板的長邊長方向及短邊長方向?qū)?yīng)的兩個方向的折射 表面為柱面。本發(fā)明實(shí)施方式中，其前表面511c為凸球面，后表面512c為凸柱面。圖2d 所示的光學(xué)整形透鏡51d與第三實(shí)施方式的光學(xué)整形透鏡51c的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于 圖2d所示的光學(xué)整形透鏡51d的前表面511d為平面。圖2e所示為本發(fā)明三基色半導(dǎo)體照明裝置在臨界照明時(shí)輸出的光斑效果示意 圖。臨界照明時(shí)，半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)出的光經(jīng)整形鏡組以及交叉形合色鏡后輸出的光斑一 般為方形光斑，經(jīng)過光學(xué)整形透鏡51a、51b的整形處理，被壓縮成接近微顯示面板(圖中未 示出)外形形狀的矩形光斑，例如長寬比為4 3或者16 9的矩形光斑。即，方形光斑的 填充區(qū)域bl (原先光斑的部分邊緣部分)的光被壓縮到矩形區(qū)域al中，使得原先光斑的邊 緣光得到了利用，進(jìn)而提高了光能的利用率。詳細(xì)說，微顯示面板的顯示區(qū)域大小為圖中所 示矩形區(qū)域al的大小，顯然會產(chǎn)生兩個圖像暗區(qū)bl，而通過本發(fā)明的柱面是凸柱面的光學(xué) 整形透鏡51a、51b，一個單柱面透鏡，以微顯示面板的長邊長(長度方向)為基準(zhǔn)，把原射向兩個圖像暗區(qū)的光，即微顯示面板的短邊長(寬度方向)的邊緣光，壓縮到矩形區(qū)域al中，與微顯示面板的比例大致相等，因此，方形光斑被壓縮為準(zhǔn)直性好的、與微顯示面板外形尺 寸相匹配的矩形光斑，同時(shí)提高輸出光斑的均勻性。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，也可以通過柱面是凹柱面的光學(xué)整形透鏡，以微顯示面板的短邊長(寬度方向)為基準(zhǔn)，把原射向微顯示面板的長邊長(長度方向)的光拉伸為 與微顯示面板比例大致相等的光斑。圖2f所示為本發(fā)明三基色半導(dǎo)體照明裝置在柯勒照明時(shí)輸出的光斑效果示意圖?？吕照彰鲿r(shí)，半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)出的光經(jīng)整形鏡組以及交叉形合色鏡后輸出的光斑一 般為圓形光斑，經(jīng)過光學(xué)整形透鏡51c、51d的整形處理，被壓縮成接近微顯示面板(圖中未 示出)形狀的矩形光斑。即，圓的四周的填充區(qū)域b2(原先光斑的邊緣部分)的光被壓縮 到矩形區(qū)域a2中，使得原先光斑的邊緣光得到了利用，進(jìn)而提高了光能的利用率。詳細(xì)說， 微顯示面板的顯示區(qū)域大小為圖中所示矩形區(qū)域a2的大小，顯然會產(chǎn)生四個圖像暗區(qū)b2， 而通過本發(fā)明的柱面是凸柱面的光學(xué)整形透鏡51c、51d，一個雙柱面透鏡，把原射向四個圖 像暗區(qū)的光，即邊緣光，壓縮到矩形區(qū)域a2中，因此，圓形光斑被壓縮為準(zhǔn)直性好的、與微 顯示面板外形尺寸相匹配的矩形光斑，同時(shí)提高輸出光斑的均勻性。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，也可以通過柱面是凹柱面的光學(xué)整形透鏡，把圓形光斑 拉伸為與微顯示面板比例大致相等的光斑。因此，本發(fā)明的共軸的三基色半導(dǎo)體照明裝置，半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)出的光，通過整 形鏡組、交叉形合色鏡以及光學(xué)整形透鏡后，輸出光亮度均勻、準(zhǔn)直性好的、與微顯示面板 外形尺寸比例一致的光斑，提高光能的利用率，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)成本低廉。圖3所示為本發(fā)明第二實(shí)施方式的三基色半導(dǎo)體照明裝置的平面結(jié)構(gòu)示意圖，該 三基色半導(dǎo)體照明裝置與圖1所示的三基色半導(dǎo)體照明裝置的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于圖 3所示的三基色半導(dǎo)體照明裝置的光學(xué)整形透鏡的數(shù)量為2個，兩個光學(xué)整形透鏡531、532 相互垂直設(shè)置在交叉形合色鏡43的輸出光路上。此處，這兩個光學(xué)整形透鏡531、532相當(dāng) 于一個雙柱面透鏡，分別從兩個方向(微顯示面板的長邊長方向及短邊長方向)壓縮或拉 伸入射光斑，整形為與微顯示面板外形尺寸比例一致的光斑。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，光學(xué)整形透鏡的數(shù)量可以為一個，或者兩個以上，這里不 再贅述。交叉形合色鏡43為合光棱鏡，而紅光光源模組13、藍(lán)光光源模組23以及綠光光源 模組33則環(huán)繞于該合光棱鏡。偏振轉(zhuǎn)換器63設(shè)置于交叉形合色鏡43與光學(xué)整形透鏡53 之間，用于把所接收到的非偏振光轉(zhuǎn)換為單一偏振狀態(tài)的偏振光。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，該交叉形合色鏡43也可以為平板狀交叉形合色鏡，偏振 轉(zhuǎn)換器63還可以設(shè)置在光學(xué)整形透鏡53的輸出光路上或者設(shè)置在紅光光源模組、藍(lán)光光 源模組、綠光光源模組與交叉形合色鏡之間，這里不再贅述。圖4所示為本發(fā)明第三實(shí)施方式的三基色半導(dǎo)體照明裝置的平面結(jié)構(gòu)示意圖，該 三基色半導(dǎo)體照明裝置與第一實(shí)施方式的三基色半導(dǎo)體照明裝置的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在 于圖4所示的三基色半導(dǎo)體照明裝置中，紅光整形鏡組143、藍(lán)光整形鏡組243以及綠光整 形鏡組343均包括反射式復(fù)合拋物面聚光器(Compound Parabolic Concentrator, CPC)， 其材質(zhì)為塑料，外截面形狀為橢圓形或者圓形。復(fù)合拋物面聚光器的中央部的光出射區(qū)域呈凸?fàn)钋妫苓厒?cè)反射區(qū)域呈曲面，而中央光入射區(qū)域則呈凹狀曲面。因此，半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)出的大角度入射光在周圍側(cè)反射區(qū)域發(fā)生全內(nèi)反射后變成基本平行的光束出射，其 發(fā)出的小角度入射光則經(jīng)中央部折射會聚。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，復(fù)合拋物面聚光器的結(jié)構(gòu)并不限于本發(fā)明具體實(shí)施方式
中的結(jié)構(gòu)，例如其中央光入射區(qū)域也可以呈平面。此外，紅光整形鏡組143、藍(lán)光整形鏡組 243以及綠光整形鏡組343均還可以再包括至少一個透鏡，即在每一個復(fù)合拋物面聚光器 與交叉形合色鏡44之間均可以再設(shè)置至少一個透鏡，以進(jìn)一步對光束進(jìn)行整形并減小出 射光的發(fā)散角。本發(fā)明實(shí)施方式中，三個偏振轉(zhuǎn)換器64分別設(shè)置于紅光光源模組14、藍(lán)光光源模 組24、綠光光源模組34與交叉形合色鏡44之間。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，偏振轉(zhuǎn)換器64的數(shù)量也可以為一個，設(shè)置于光學(xué)整形透 鏡54的輸出光路上(參閱圖1)，或者交叉形合色鏡44與光學(xué)整形透鏡54之間(參閱圖 3)。當(dāng)然，該偏振轉(zhuǎn)換器64的數(shù)量也可以為三個以上或者在照明裝置中省略該偏振轉(zhuǎn)換器 64。圖5所示為本發(fā)明第一實(shí)施方式的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié)構(gòu)示意圖。該微 型投影光學(xué)引擎包括三基色半導(dǎo)體照明裝置，偏振分光器75、微顯示面板85以及投影透鏡 (圖中未示出)。其中，三基色半導(dǎo)體照明裝置為上述任一實(shí)施方式的三基色半導(dǎo)體照明裝置。偏振分光器75設(shè)置于三基色半導(dǎo)體照明裝置的輸出光路上，本發(fā)明實(shí)施方式中， 偏振分光器75為棱鏡式偏振分光器，由二個三角棱鏡膠合成立方體形狀，在其中間接觸面 上鍍有偏振分光膜層，由該偏振分光膜層形成一個偏振分光面，該偏振分光面可以將非偏 振光轉(zhuǎn)換為偏振光并分離出S偏振光和P偏振光。當(dāng)然，偏振分光器75也可以由其它棱鏡 膠合成其它形狀，只要滿足入射的非偏振光被轉(zhuǎn)化為偏振光出射即可。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，該偏振分光器75也可以由平板式偏振分光器來代替(參 閱圖6)。本發(fā)明實(shí)施方式中，微顯示面板85的數(shù)量為一個，單片微顯示面板85設(shè)置于偏振 分光器75與三基色半導(dǎo)體照明裝置的非相鄰的一側(cè)，用于對所接收到的偏振光進(jìn)行調(diào)制， 轉(zhuǎn)換為與該偏振光垂直的另一偏振光，并使該另一偏振光攜有圖像信息。本實(shí)施方式中，單 片微顯示面板85為硅基液晶面板。當(dāng)單片微顯示面板85接收到的偏振光為S偏振光時(shí)， 經(jīng)過單片微顯示面板85的調(diào)制后，將轉(zhuǎn)換為攜有圖像信息的P偏振光，且將其反射回偏振 分光器75上，由偏振分光器75將該P(yáng)偏振光透射至投影透鏡上。換句話說，投影透鏡與單 片微顯示面板85相對平行設(shè)置于偏振分光器75的一側(cè)，用于接收并投射攜有圖像信息的 另一偏振光，即P偏振光。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，該單片微顯示面板85所接收到的偏振光也可以為P偏振 光，經(jīng)過單片微顯示面板85的調(diào)制后，轉(zhuǎn)換為攜有圖像信息的S偏振光，且將其反射回偏振 分光器75上，由偏振分光器75將該S偏振光反射至投影透鏡上。換句話說，投影透鏡與單 片微顯示面板85相鄰設(shè)置于偏振分光器75的一側(cè)，即，投影透鏡與單片微顯示面板85分 別設(shè)置于偏振分光器75的相鄰兩側(cè)面上。此時(shí)，投影透鏡是用于接收并投射攜有圖像信息 的S偏振光。
因此，本發(fā)明的共軸的微型投影光學(xué)引擎中，三基色半導(dǎo)體照明裝置發(fā)出光亮度 均勻的光經(jīng)偏振分光器分光后，提供給微顯示面板，之后，微顯示面板調(diào)制出圖像光再次進(jìn) 入偏振分光器，由偏振分光器從投影鏡頭輸出到外部屏幕，其光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程僅涉及三 基色半導(dǎo)體照明裝置，偏振分光器、微顯示面板以及投影透鏡，不涉及其他光學(xué)器件，結(jié)構(gòu) 簡單，均勻性好，光能利用率高，且，尺寸小，生產(chǎn)成本較低。圖6所示為本發(fā)明第二實(shí)施方式的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié)構(gòu)示意圖，該微型 投影光學(xué)引擎與第一實(shí)施方式的微型投影光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于圖6所示的 微型投影光學(xué)引擎的偏振分光器76為平板式偏振分光器。該平板式偏振分光器是一塊表 面具有偏振分光膜層的平板狀透明基體(如玻璃、塑膠等)，或者由經(jīng)過工藝處理產(chǎn)生偏振 分光效應(yīng)的平板狀晶體制作而成，這種結(jié)構(gòu)的偏振分光器具有光接收角寬，體積小重量輕 等優(yōu)點(diǎn)，有利于光學(xué)引擎的微型化。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，偏振分光器76也可以為棱鏡式偏振分光器(參閱圖5)， 這里不再贅述。
圖7為本發(fā)明第三實(shí)施方式的微型投影光學(xué)引擎的平面 結(jié)構(gòu)示意圖。該微型投影 光學(xué)引擎與第一實(shí)施方式的微型投影光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于圖7所示的微型 投影光學(xué)引擎中的光學(xué)整形透鏡57為一個柱面透鏡，設(shè)置于交叉形合色鏡47與偏振分光 器77之間，且，膠合在偏振分光器77的端面上，其中，該柱面透鏡與偏振分光器77的膠合 面為平面，在交叉形合色鏡47側(cè)的柱面透鏡的表面為柱面，本發(fā)明實(shí)施方式中，該柱面為 凸柱面，同樣用于對所接收到的入射光斑進(jìn)行壓縮，整形為與微顯示面板(圖中未示出)外 形尺寸比例一致的光斑，本發(fā)明實(shí)施方式中，為矩形光斑。換句話說，該光學(xué)整形透鏡57是 一個膠合在偏振分光器77的端面上的平凸柱面透鏡。采用光學(xué)整形透鏡57與偏振分光器 77整合為一體的結(jié)構(gòu)，有利于減小微型投影光學(xué)引擎的體積，使其結(jié)構(gòu)更為緊湊。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，柱面也可以為凹柱面，用于對所接收到的入射光斑進(jìn)行 拉伸，整形為矩形光斑。本發(fā)明實(shí)施方式中，光學(xué)整形透鏡57可以是一個單柱面透鏡，如圖2b，也可以是 一個雙柱面透鏡，如圖2d。該光學(xué)整形透鏡57的結(jié)構(gòu)位置相對于圖1的光學(xué)整形透鏡51 來說發(fā)生了變化在交叉形合色鏡47側(cè)的柱面透鏡的表面為柱面。具體說是將圖2b或圖 2d中的光學(xué)整形透鏡水平翻轉(zhuǎn)180°來實(shí)現(xiàn)，即光學(xué)整形透鏡的前表面膠合在偏振分光器 77的端面上，而光學(xué)整形透鏡的后表面則臨近交叉形合色鏡47側(cè)。本發(fā)明實(shí)施方式中，紅光光源模組17、藍(lán)光光源模組27、綠光光源模組37以及交 叉形合色鏡47為前述的任一實(shí)施方式，而偏振分光器77為棱鏡式偏振分光器。因此，本發(fā)明的共軸的微型投影光學(xué)引擎中，三基色半導(dǎo)體照明裝置通過三基色 的光源模組，交叉形合色鏡以及光學(xué)整形透鏡，輸出光亮度均勻、準(zhǔn)直性好的、與微顯示面 板外形尺寸比例一致的光斑(矩形光斑)，有效提高光學(xué)引擎的光能利用率，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè) 計(jì)成本低廉；其次，通過設(shè)置偏振轉(zhuǎn)換器，減少光能的損耗，再次提高光能的利用率。此外， 三基色半導(dǎo)體照明裝置輸出的光經(jīng)偏振分光器后，提供給微顯示面板，之后，微顯示面板調(diào) 制出圖像光再次通過偏振分光器進(jìn)入投影鏡頭，從投影鏡頭輸出到外部屏幕，其光學(xué)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)過程僅涉及照明裝置，一個偏振分光器、單片微顯示面板以及投影透鏡，不涉及其他光 學(xué)器件，所使用的光學(xué)元件較少，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，均勻性好，光能利用率高，投影顯示質(zhì)量好，且，光路較短，尺寸較小，生產(chǎn)成本較低，滿足市場微型化、輕量化的需求。
以上所述之具體實(shí)施方式
為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，并非以此限定本發(fā)明的具體 實(shí)施范圍，本發(fā)明的范圍包括并不限于本具體實(shí)施方式
，例如，紅光半導(dǎo)體發(fā)光元件、藍(lán)光 半導(dǎo)體發(fā)光元件以及綠光半導(dǎo)體發(fā)光元件為一個或者以陣列方式排列的多個激光芯片，而 紅光整形鏡組、藍(lán)光整形鏡組以及綠光整形鏡組均包括擴(kuò)束透鏡，用于將激光芯片所發(fā)出 的激光光束擴(kuò)束整形為適合所述交叉形合色鏡所需的大小。單片微顯示面板為透射式液晶 面板。凡依照本發(fā)明之形狀、結(jié)構(gòu)所作的等效變化均包含本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種三基色半導(dǎo)體照明裝置，包括紅光光源模組，其出射紅光光束；藍(lán)光光源模組，其出射藍(lán)光光束；綠光光源模組，其出射綠光光束；交叉形合色鏡，設(shè)置于所述紅光光源模組、藍(lán)光光源模組以及綠光光源模組的輸出光路的交匯處，用于合并所述紅光光束、藍(lán)光光束以及綠光光束為一束光；其特征在于，所述三基色半導(dǎo)體照明裝置還包括至少一個光學(xué)整形透鏡，設(shè)置于所述交叉形合色鏡的輸出光路上，該光學(xué)整形透鏡的其中一表面為平面或者球面，其與該表面相對的另一表面為柱面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三基色半導(dǎo)體照明裝置，其特征在于，所述光學(xué)整形透鏡為 膠合鏡，由球面透鏡與柱面透鏡膠合而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三基色半導(dǎo)體照明裝置，其特征在于，所述膠合鏡的膠合面 為平面；所述球面透鏡以及柱面透鏡為折射率相同的玻璃透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三基色半導(dǎo)體照明裝置，其特征在于，所述光學(xué)整形透鏡為 一體成型的塑料透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三基色半導(dǎo)體照明裝置，其特征在于，所述光學(xué)整形透鏡的 數(shù)量為2個，相互垂直設(shè)置在所述交叉形合色鏡的輸出光路上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三基色半導(dǎo)體照明裝置，其特征在于，所述光學(xué)整形透鏡為 雙柱面透鏡，其相互垂直的兩個方向的截面所形成的折射表面均為柱面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三基色半導(dǎo)體照明裝置，其特征在于，所述平面或者球面臨 近所述交叉形合色鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三基色半導(dǎo)體照明裝置，其特征在于，所述柱面為凸柱面或 者凹柱面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三基色半導(dǎo)體照明裝置，其特征在于，所述紅光光源模組包 括紅光半導(dǎo)體發(fā)光元件以及用于收集并整形所接收到的紅光光束的紅光整形鏡組；所述藍(lán) 光光源模組包括藍(lán)光半導(dǎo)體發(fā)光元件以及用于收集并整形所接收到的藍(lán)光光束的藍(lán)光整 形鏡組；所述綠光光源模組包括綠光半導(dǎo)體發(fā)光元件以及用于收集并整形所接收到的綠光 光束的綠光整形鏡組。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三基色半導(dǎo)體照明裝置，其特征在于，所述紅光半導(dǎo)體發(fā)光 元件、藍(lán)光半導(dǎo)體發(fā)光元件以及綠光半導(dǎo)體發(fā)光元件為一個或者以陣列方式排列的多個發(fā) 光二極管芯片。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三基色半導(dǎo)體照明裝置，其特征在于，所述紅光整形鏡組、 藍(lán)光整形鏡組以及綠光整形鏡組均包括至少一個順序排列的透鏡。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三基色半導(dǎo)體照明裝置，其特征在于，所述紅光整形鏡組、 藍(lán)光整形鏡組以及綠光整形鏡組均包括反射式復(fù)合拋物面聚光器。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三基色半導(dǎo)體照明裝置，其特征在于，所述紅光半導(dǎo)體發(fā)光 元件、藍(lán)光半導(dǎo)體發(fā)光元件以及綠光半導(dǎo)體發(fā)光元件為一個或者以陣列方式排列的多個激 光芯片；所述紅光整形鏡組、藍(lán)光整形鏡組以及綠光整形鏡組均包括擴(kuò)束透鏡，用于將所述 激光芯片所發(fā)出的激光光束擴(kuò)束整形為適合所述交叉形合色鏡所需的大小。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三基色半導(dǎo)體照明裝置，其特征在于，所述交叉形合色鏡為 平板狀交叉形合色鏡或者合光棱鏡。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三基色半導(dǎo)體照明裝置，其特征在于，還包括設(shè)置于所述光 學(xué)整形透鏡的輸出光路上，或者所述交叉形合色鏡與光學(xué)整形透鏡之間，或者分別設(shè)置于 所述紅光光源模組、藍(lán)光光源模組、綠光光源模組與交叉形合色鏡之間的偏振轉(zhuǎn)換器，用于 把所接收到的非偏振光轉(zhuǎn)換為單一偏振狀態(tài)的偏振光。
16.一種微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述微型投影光學(xué)引擎包括 根據(jù)權(quán)利要求1至15中任意一項(xiàng)所述的三基色半導(dǎo)體照明裝置；偏振分光器，設(shè)置于所述三基色半導(dǎo)體照明裝置的輸出光路上； 微顯示面板，用于對所接收到的偏振光進(jìn)行調(diào)制，轉(zhuǎn)換為與該偏振光垂直的另一偏振 光，并使該另一偏振光攜有圖像信息；以及投影透鏡，用于接收并投射攜有圖像信息的另一偏振光。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述微顯示面板為單片 微顯示面板，設(shè)置于所述偏振分光器與三基色半導(dǎo)體照明裝置的非相鄰的一側(cè)；所述偏振 分光器為平板式偏振分光器或者棱鏡式偏振分光器。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述微顯示面板為硅基液 晶面板或者透射式液晶面板。
19.一種微型投影光學(xué)引擎，包括 三基色半導(dǎo)體照明裝置，包括 紅光光源模組，其出射紅光光束； 藍(lán)光光源模組，其出射藍(lán)光光束； 綠光光源模組，其出射綠光光束；交叉形合色鏡，設(shè)置于所述紅光光源模組、藍(lán)光光源模組以及綠光光源模組的輸出光 路的交匯處，用于合并所述紅光光束、藍(lán)光光束以及綠光光束為一束光； 偏振分光器，設(shè)置于所述三基色半導(dǎo)體照明裝置的輸出光路上； 單片微顯示面板，設(shè)置于所述偏振分光器與三基色半導(dǎo)體照明裝置的非相鄰的一側(cè)， 用于對所接收到的偏振光進(jìn)行調(diào)制，轉(zhuǎn)換為與該偏振光垂直的另一偏振光，并使該另一偏 振光攜有圖像信息；以及投影透鏡，用于接收并投射攜有圖像信息的另一偏振光； 其特征在于，所述三基色半導(dǎo)體照明裝置還包括柱面透鏡，設(shè)置于所述交叉形合色鏡與偏振分光器之間，且，膠合在所述偏振分光器的 端面上，其中，所述柱面透鏡與所述偏振分光器的膠合面為平面，在所述交叉形合色鏡側(cè)的 柱面透鏡的表面為柱面。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述三基色半導(dǎo)體照明 裝置還包括設(shè)置于所述交叉形合色鏡與柱面透鏡之間，或者分別設(shè)置于所述紅光光源模 組、藍(lán)光光源模組、綠光光源模組與交叉形合色鏡之間的偏振轉(zhuǎn)換器，用于把所接收到的非 偏振光轉(zhuǎn)換為單一偏振狀態(tài)的偏振光；所述柱面為凸柱面或者凹柱面。
全文摘要
一種三基色半導(dǎo)體照明裝置，包括紅光光源模組、藍(lán)光光源模組、綠光光源模組、交叉形合色鏡及至少一個光學(xué)整形透鏡。交叉形合色鏡設(shè)置于紅光光源模組、藍(lán)光光源模組及綠光光源模組的輸出光路的交匯處，用于合并紅光光束、藍(lán)光光束及綠光光束為一束光。光學(xué)整形透鏡設(shè)置于交叉形合色鏡的輸出光路上，該光學(xué)整形透鏡的其中一表面為平面或者球面，其與該表面相對的另一表面為柱面。本發(fā)明的共軸的三基色半導(dǎo)體照明裝置，通過光學(xué)整形透鏡，輸出光亮度均勻、準(zhǔn)直性好的、與微顯示面板外形尺寸比例一致的光斑(矩形光斑)，有效提高光效，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)成本低廉。另外，還提供一種使用該照明裝置的微型投影光學(xué)引擎。
文檔編號G02F1/13357GK101813290SQ20091010539
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者曲魯杰, 林晶, 高國欣 申請人:紅蝶科技(深圳)有限公司