CN104102082A - 一种led投影机及其光源装置 - Google Patents
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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
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***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***(一般也称均光***,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***”会聚成准平行光,透过分光镜A和B,进入“积分***”。积分***可将入射光束整形均匀化后,输出做投影机成像***的入射光线,这样就形成了完整的投影照明***。
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***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***存在一个对输出亮度的限制,这就是“积分***”能通过光线的角度限制。
“积分***”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***允许通过的光束孔径也是有限制的,如图3的孔径ψ。积分***的基本参数,取决于后端成像***(光阀和镜头)的要求,而积分***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***。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***;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***。
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***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***示意图。
附图2为本发明的光源***结构。
附图3为光学***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***)。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***。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***;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***。
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)***,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***。
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***;
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***。
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。
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- 2014-08-01 CN CN201410373039.8A patent/CN104102082A/zh active Pending
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