CN104102082A - 一种led投影机及其光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED投影机及其光源装置，该光源装置包括蓝光LED光源、红光LED光源、绿光LED光源和位于各光源前端的透镜组，所述绿光LED光源表面有绿光荧光粉；在所述绿光LED光源对面设置第二蓝光LED光源及透镜组，在绿光LED光源和第二蓝光LED光源之间设置分光镜B；所述第二蓝光LED光源发射的蓝光透过分光镜B，聚焦在绿光LED光源上。本发明使绿色LED在不增加发光面积的情况下，输出光通量提升接近一倍，重新对R、B进行白平衡配光，整机输出亮度成倍提升，一定程度解决了LED光源投影机因为亮度较低带来的局限，应用范围更广。

Description

一种LED投影机及其光源装置

 

技术领域

本发明属于投影显示技术领域，具体涉及一种LED投影机及其光源装置。

背景技术

近年来，人们试图用LED等新型固体光源替代原有的气体光源，迎来投影发展史上的又一个新的辉煌时期。图1是目前市面上LED光源的DLP投影机光学系统的基本结构和原理，红、绿、蓝三颗LED，各自按一定的时序和占空比发光，经过分光镜A（透射绿、蓝，反射红）和B（透射蓝，反射绿）合光后，对后端积分系统（一般也称均光系统，常见的有光棒和复眼透镜两种形式）进行照明。以蓝色组为例，光源通过“LED收集镜头系统”会聚成准平行光，透过分光镜A和B，进入“积分系统”。积分系统可将入射光束整形均匀化后，输出做投影机成像系统的入射光线，这样就形成了完整的投影照明系统。

但绝大多新光源的投影产品市场表现不好，最关键的因素是固体光源能量密度太低所致。投影机最重要的指标即输出亮度方面，一直是固体光源应用于投影机的技术瓶颈。因为LED能量密度太低而很难达到气体光源（灯泡机）水准，而加大光源亮度又会因为光源发光面积成比例的被加大，于光学系统而言，光源能加大的面积是有限度的。任何投影机的输出亮度，都不是想做多高就多高，最关键的是光学系统存在一个对输出亮度的限制，这就是“积分系统”能通过光线的角度限制。

“积分系统”能通过光线的角度限制：设这个限制角度为α，如果光源汇聚后的光线发散角β大于α，大于α的部分就会成为杂散光线而无法投射出去，只有小于α的部分才可用，所以光源汇聚后光线发散角度β都会小于α，否则就存在浪费，达不到应有的效率；而积分系统允许通过的光束孔径也是有限制的，如图3的孔径ψ。积分系统的基本参数，取决于后端成像系统（光阀和镜头）的要求，而积分系统决定前端光源的参数。

在“收集器镜头组”固定的情况下，如果高效利用光源所形成的光束孔径刚好是ψ（通过光学设计实现高效利用），那么如图3所示，出射光线角度β就由光源的数值孔径S决定：S越大则β越大，由于β被限制，所以S也被相应严格限制，而现有LED晶片的亮度，和光源面积S有直接关系（在散热良好的情况下，输出光通量和晶片面积接近成正比），所以光源亮度也就被限制了。（注：一般投影机的LED光源，发光面均为矩形，S为晶片的发光面长、宽乘积）。

由于光源的面积被限制，RGB光源的亮度也就被限制，意思是只能选择某个发光面积内的光源，继续提高光源面积，以提升光源总光通量，投影机输出亮度并不会增加，在光源一定的情况下，投影机输出亮度就很难有较大的提升。

发明内容

针对前述的不足，本发明的目的是提供一种输出亮度获得极大提升的LED投影机及其光源装置。

结合当前LED晶片已经达到的电光转换效率，由于白平衡的配比，红绿蓝光源中绿光占总光通量的比例一般是超过70%的，红和蓝LED就必须降低输出光通量（即降低功率）使用来配合白平衡需求。当绿色的光通量一定时，往往红色和蓝色的光通量有非常大的富余量。所以提升绿光亮度成为提升投影机亮度的关键。

本发明提供的投影机的LED光源装置，包括蓝光LED光源、红光LED光源、绿光LED光源和位于各光源前端的透镜组，所述绿光LED光源表面有绿光荧光粉；在所述绿光LED光源对面设置第二蓝光LED光源及透镜组，在绿光LED光源和第二蓝光LED光源之间设置分光镜B；所述第二蓝光LED光源发射的蓝光透过分光镜B，聚焦在绿光LED光源上。

所述绿光LED光源与第二蓝光LED光源正对，两者前端的透镜组光轴重合。

所述分光镜B透射蓝光、反射绿光。

所述蓝光LED光源设置在分光镜B的一侧，所述红光LED光源前面设置分光镜A。

所述绿光LED光源自身发射的绿光，与绿光LED光源经第二蓝光LED光源发射的蓝光照射激发的绿光叠加，经分光镜B反射，经合光装置进入积分系统。所述蓝光LED光源发射的蓝光透过分光镜B和分光镜A，经合光装置进入积分系统；所述红光LED光源发射的红光经分光镜A反射，再经合光装置进入积分系统。

本发明还提供一种LED投影机，包括上述的LED光源装置，可以为DLP投影机，还可以应用于LCD或LCOS投影机。

本发明在传统的3LED（R+G+B）光源系统上，巧妙引入第四颗LED作为二次光源，该LED为蓝光LED，照射原来的绿色LED的荧光粉，使绿色LED在不增加发光面积（数值孔径）的情况下，输出光通量提升接近一倍，重新对R、B进行白平衡配光，整机输出亮度成倍提升。

    具体来说，本发明有如下的有益效果：

（1）使固体光源投影机输出的亮度获得显著提升，一定程度解决了LED光源投影机因为亮度较低带来的局限，应用范围更广。

（2）本发明应用在DLP上，可以在光路上取消色轮这个对性能而言非常薄弱的环节，进而显著提升投影机性能。

（3）因为镜头F数的降低是有限度的。本发明可以在镜头F数不变或者相对较大的情况下，实现与3LED同等的高亮度输出，能耗更低，投影机体积更小。

（4）和3LED光源相比，投影机实现同等的输出性能，光源成本低2/5倍以上，镜头成本低三倍以上，具有更好的市场适应性。

（5）实现了投影机的无汞化，更环保。

附图说明

附图1为现有3LED+DLP投影机典型光学系统示意图。

附图2为本发明的光源系统结构。

附图3为光学系统的限制原理。

具体实施方式

如图2所示，本发明用于投影机的LED光源装置，其包括蓝光LED光源（B1-LED）、红光LED光源（R-LED）、绿光LED光源（G-LED，为蓝色LED晶片，表面涂有绿色荧光粉）和位于各光源前端的透镜组（即LED收集器镜头系统）。在绿光LED光源正对面设置第二蓝光LED光源（B2-LED），两者及前端的透镜组光轴重合。在绿光LED光源和第二蓝光LED光源之间设置分光镜B（透射蓝光、反射绿光）。蓝光LED光源设置在分光镜B的一侧，红光LED光源前面设置分光镜A。

第二蓝光LED光源发射的蓝光透过分光镜B，使其刚好聚焦在绿光LED光源上。绿光LED光源发射的绿光，与绿光LED光源经第二蓝光LED光源发射的蓝光照射激发的绿光叠加，经分光镜B反射，透过分光镜A，经合光装置进入积分系统。蓝光LED光源发射的蓝光透过分光镜B和分光镜A，经合光装置进入积分系统；红光LED光源发射的红光经分光镜A反射，再经合光装置进入积分系统。

G-LED光源荧光粉除受到自身的蓝色晶片激励发绿光外，还受到B2光源照射激发出绿光，这样G-LED的荧光粉就相当于同时受到2颗蓝光光源激发，发出1.81倍左右的漫射绿光，G-LED组光源输出光通量大幅提升。这样为了配比白平衡，R、B1光源就可以大幅度提升功率甚至接近足功率使用，输出更多的红光和蓝光光通量，最终投影机总亮度接近提升了一倍。

将本发明的LED光源装置进行实测，采用.45的DMD面板（型号DLP4500：.45 WXGA-800 DDR SERIES 310）系统，使用欧司朗LE*P1W光源套装（含RGB三颗，简称P1，“*”代表R/CG/B，三颗分别对应的型号为LERP1W、LECGP1W和LEBP1W），结果显示亮度提升1.86倍，在LED驱动非交叉的模式下，达到880流明。

本发明尤其适合应用于光阀面积较大的场合成倍提升亮度，一般可提升1.8倍以上，而在光阀面积较小的场合，比如0.45inch以下，通常可以提升1.5～1.8倍左右。

Claims (9)

1.一种投影机的LED光源装置，包括蓝光LED光源、红光LED光源、绿光LED光源和位于各光源前端的透镜组，其特征在于：

所述绿光LED光源表面有绿光荧光粉；

在所述绿光LED光源对面设置第二蓝光LED光源及透镜组，在绿光LED光源和第二蓝光LED光源之间设置分光镜B；

所述第二蓝光LED光源发射的蓝光透过分光镜B，聚焦在绿光LED光源上。

2.根据权利要求1所述的LED光源装置，其特征在于：所述绿光LED光源与第二蓝光LED光源正对，两者前端的透镜组光轴重合。

3.根据权利要求1所述的LED光源装置，其特征在于：所述分光镜B透射蓝光、反射绿光。

4.根据权利要求1-3之一所述的LED光源装置，其特征在于：所述绿光LED光源自身发射的绿光，与绿光LED光源经第二蓝光LED光源发射的蓝光照射激发的绿光叠加，经分光镜B反射，经合光装置进入积分系统。

5.根据权利要求1所述的LED光源装置，其特征在于：所述蓝光LED光源设置在分光镜B的一侧，所述红光LED光源前面设置分光镜A。

6.根据权利要求5所述的LED光源装置，其特征在于：

所述蓝光LED光源发射的蓝光透过分光镜B和分光镜A，经合光装置进入积分系统；

所述红光LED光源发射的红光经分光镜A反射，再经合光装置进入积分系统。

7.一种LED投影机，包括权利要求1~6之一所述的LED光源装置。

8.根据权利要求7所述的LED投影机，其特征在于为DLP投影机。

9.根据权利要求7所述的LED投影机，其特征在于应用于LCD或LCOS投影机。