CN2879242Y

CN2879242Y - 大功率面发光二极管投影光源

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Publication number: CN2879242Y
Application number: CN 200620033580
Authority: CN
Inventors: 陈友余
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2016-03-28

Abstract

一种大功率面发光二极管投影光源，它是由大功率发光二极管、散热器、风扇、反射镜、温度保护电路构成，由多只大功率发光二极管分布在散热器面上。它具有超长的使用寿命、很低的发热量，光效高、耗电低，可以减化部件，节省空间，缩小投影机体积，使之小型化、微型化。将逐步取代金卤灯、UHP、UHE灯。在单片式DLP投影机中取代色轮。调制发光二极管亮度，使其处于半光工作状态，而随图像信号的变化进行亮度调节，节省功耗一半。本投影光源有纯白、单红、单绿、单蓝几种灯头，分别用于单片式、多片式液晶、DLP数字微镜、LCoS等各种投影机。

Description

大功率面发光二极管投影光源

所属技术领域

本实用新型涉及一种投影机的投影光源，尤其是大功率面发光二极管投影光源。

背景技术

投影光源是液晶(包括反射型液晶)、DLP数字微镜、LCoS投影机重要的部件之一，其亮度、寿命、发热量，将直接影响到投影图象的质量、投影机的使用寿命、投影机使用和维护成本等问题。现今各种类型的投影机的光源绝大多数都采用温度高达上千度的金卤灯、几百度超高压气体放电灯UHP、UHE。其中尤以飞利浦的UHP、爱普生的UHE为主流光源——因为UHP和UHE相对温度较低而被称为“冷光源”。

现行投影机的光源存在如下共同的问题：

1、寿命短。金卤灯、UHP、UHE灯实际工作寿命仅为2000小时左右。若以平均每日运行10小时，或以每日5小时计，仅约200天到400天就要更换灯头。除金卤灯外，UHP/UHE灯头很昂贵，国内现今价格约2000-3000元人民币，并且更换灯头一般必须专业人士才能操作。寿命短已成为用户和商家最为头疼的问题，也是投影机难以普及，特别是普及到家庭最主要的瓶颈。然而，与大屏幕等离子、液晶平板电视机相比，投影机可以轻而易举实现100时-300时的显示，具有真正家庭影院的超级视觉效果。价格方面，一般家用投影机价格在一万元人民币左右；而目前一台80时液晶电视就要40万元！可以说，解决了投影光源寿命短的问题，就必然打开投影机广阔的市场，特别是普及家庭这一巨大的市场领域。可以预测：未来家电的热点，不是等离子，也不是液晶平板显示器，而是投影。投影机显著的价格优势，超大屏幕、高清晰度的画面，将给目前巨额投资的超大屏幕等离子、液晶平板显示器造成生存危机，也给城市的电影院带来巨大冲击。

2、温度高。金卤灯的温度高达上千度/摄氏，被誉为“冷光源”的UHP、UHE灯也有几百度。由于这些灯都含有大量对于图像投影无用的红外线和紫外线，必然对液晶屏、DLP内的DMD芯片造成损害，缩短它们的使用寿命，同时增加机内的发热量，对整机电气线路工作稳定性不利，因而不得不采取如下措施：在光源前面加装红外线、紫外线滤镜；增大光源与液晶、DLP投影屏之间的空间距离；对光源和机器内部实施强力散热等等。但红、紫外线滤镜将造成光的损失，增加空间距离不仅增大整机体积也会产生光的损耗。由于灯的发热量很大，每次开机后和关机前都必须先对灯头散热，否则极易造成液晶、DLP屏的损坏，因而现今所有的投影机都无法实现“即开、即关”的功能，这是现今所有投影机的通病。

3、耗电高。尽管UHP、UHE光源是目前很好的光源，但它有相当功率耗在发热上，因而是一种光效低、高耗能、非绿色的光源。

4、体积大。一台投影机光源和光学部分的体积约占整机的2/3，其中光源又占其1/2。金卤灯、UHP/E灯为立体全方位发射光源，即发散角为380度，需要较大的抛物线反光凹镜使之形成单方向投射光，使光路变为复杂。另外，由于温度高、耗电高的灯头增加了许多不必要的电源供给、散热和滤镜等诸多附件，使得整机体积较大，难以实现小型化、微型化、便携化。

综上所述，现今投影机的最大问题是光源问题，光源问题是业内人士长期研讨、一直无法解决的问题，也是整个投影机领域最迫切的问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种大功率面发光二极管投影光源，解决现今金卤灯、UHP、UHE灯等投影光源寿命短、温度高、耗电高、光损大、体积大的问题。

本实用新型所采用的技术方案是：

现在大多数高亮度发光二极管都是以照明为主的，投影机光源需要一种体积小、流明数很高、单向平面发光的发光二极管光源。如果以若干单只高亮度发光二极管的组合，其体积相当大，不适合投影光源。根据投影机光源的特点，本实用新型提供一种体积小、单向平面发射的大功率面发光二极管投影光源。其技术方案是：

1)在一只散热器的正平面上粘贴若干只大功率发光二极管且均匀分布，散热器与发光二极管之间有线路层和电气绝缘层，它们之间互相绝缘，发光二极管与散热器之间还涂敷有导热硅脂可靠散热；

2)在散热器背面安装有散热风扇，有引线及插头与电源单元连接；

3)在散热器背面安装温度传感器，当温度超过发光二极管限制工作温度时切断其电源并报警显示；

4)在散热器上安装反射镜，将发光二极管周边散射的光源汇聚，形成单向平行光；

5)在散热器的边缘处有一电气接插头，以与电源和控制电路连接；

6)根据投影机常用的单片式和多片式显示方案，散热器平面上的发光二极管的色光有所不同，即1)单光头——由红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色的发光二极管按三基色原理组成一个纯白光光头；2)三光头——由三套光头，包括三套散热器部件在内，每套光头分别由红、绿、蓝三种颜色组成红、绿、蓝三个独立的光头。

本实用新型的有益效果是：

1、寿命长。普通金卤灯、UHP、UHE灯的实际有效工作寿命一般只有2000小时，而发光二极管的工作寿命达5-10万小时，远远高于普通灯的寿命。在整个投影机使用寿命之内无需更换灯头。

2、很低的发热量。由于发光二极管不发射红外线、紫外线光，因而基本不产生热量，去掉红外、紫外滤镜也不会造成对液晶、DMD的损害。由内阻所产生的热量只要加散热器和风扇即可消除。由此可大大缩小光源部件的体积，以及对散热的苛刻要求。因此本光源可以贴近液晶板、DMD板，缩小与光源之间的空间距离，减少光的损耗，这是UHP等灯头根本不可想象的。

3、大功率、单向平面发光：普通金卤灯、UHP、UHE1灯是一种立体、发射角360度发光光源，二极管是一种发射角小于180度、单向发射光源。本光源是在一块小的平面上，集成若干只大功率发光二极管为一体，只须经简单反光镜聚焦即可将发射角进一步缩小，形成单向的平行光源。

4、耗电低、光效高。由于发光二极管不发射红外线、紫外线光，不仅不产生热量，也无额外功耗产生，因而功耗明显降低，目前大功率发光二极管每瓦亮度已达80流明以上，已超过日光灯的每瓦流明数，是白炽灯的20多倍。最近国内160流明/每瓦样品已出现，今后世界发光二极管的亮度还将成倍的提高，逐步达到和超过UHP、UHE灯的亮度，它是一种高光效电子发光光源。

5、取消色轮。在单片式DLP投影机中，红、绿、蓝三原色是由机械旋转色轮来分时、分色的，其光的损耗达到2/3，色轮的寿命也有限。由于发光二极管内红、绿、蓝三色可以经电子线路高速切换，可直接取代色轮达到分时、分色的功能，将红、绿、蓝三色光直接射向DLP的数字微镜DMD芯片上，几乎无损耗地反射投向投影屏幕，光的利用效率非常的高，大大提高投影亮度，降低整机成本十分显著，并且没有色轮，投影机寿命和可靠性更高。

6、取消红、绿、蓝滤色镜。在多片式投影机中，一只金卤灯或UHP、UHE1灯只能发出白光，必须要有滤色镜才能分出红、绿、蓝三色以投向三片各自的液晶板或DMD芯片，滤色镜对于光的衰减是十分明显的。而红、绿、蓝发光二极管可以不要滤色镜直接射向各自的液晶板、DMD芯片，光损大为减低。

7、实现“即开、即关”功能。发光二极管是一种低电压、低电流器件，开机时不需要高压启动，控制电路极为简单，并可随时开机、关机，无过热烧坏液晶、DLP芯片之虞。这一至有投影机以来梦寐以求解决的技术难题，将一举成为现实。

8、调制。发光二极管是一种高速电子器件，它可以随图像亮度的不断变化，通过图像中的亮度信号(专业名称为“Y-信号”)控制光源的亮度，提高图像对比度、色饱和度。在现在透射式液晶屏中，图像的“黑度”始终不够，是因为恒亮的光源透过液晶屏使其无法“黑暗”。那么，调制发光二极管光源亮度即可使其达到“全黑”。与此同时，光源功耗也随之降低，光源功耗总是在1/2即半光功耗中工作，整机功耗仅为不调制时的一半！

9、减小体积，使之小型化、微型化。本实用新型光源将会省去许多光源中不必要的部件，缩小体积，如：去掉红外和紫外线滤镜、色轮等；缩小灯头和聚光镜体积；减少光源与液晶和芯片的距离，由于功耗降低，电源体积缩小，线路简化，原来需要增加机壳容积来减少机内的发热，而今可大大减小机箱的体积。不久，将会有一种耗电极省、与小型数码摄像机一样大小的投影机展现于市场。

下面结合附图和实施例进一步说明。

附图说明：

图1是本实用新型大功率面发光二极管投影光源结构图。

图2是简化的纯白、红、绿、蓝四种色的大功率面发光二极管投影光源结构图。

图3是单片投影方式原理图；

图4是三片投影方式原理图

图5是带调制的单片投影原理图；

图6是带调制的三片投影原理图。

图1中：1-大功率发光二极管，2-绝缘层，3-线路层，4-散热器，5-风扇，6-插件，7-引线，8-温度传感器，9-反光镜。

图2中：10-纯白光源，11-红光源，12-绿光源，13-蓝光源。

图3中，10-纯白光源，20-透镜，21-图像器件，包括液晶屏、DLP的DMD芯片、LCoS芯片等(以下同)，22-镜头，23-投影屏幕，15-图像处理控制器，16-切换电路。

图4中：11-红光源，12-绿光源，13-蓝光源，20-透镜，21-图像器件，22-镜头，23-投影屏幕，24-折射镜。

图5中：10-纯白光源，20-透镜，21-图像器件，22-镜头，23-投影屏幕，15-图像处理控制器，16-切换电路，17-亮度控制电路。

图6中：11-红光源，12-绿光源，13-蓝光源，20-透镜，21-图像器件，22-镜头，23-投影屏幕，24-折射镜，15-图像处理控制器，17-亮度控制电路。

具体实施例：

1、如图1所示，散热器(4)的平面上有一层极薄的绝缘层(2)，在绝缘层(2)上采用印制电路PCB方法制作一层极薄的线路层(3)，其上安装固定有多只大功率发光二极管(1)，并在其边沿安装插件(6)；散热器(4)的背面安装一只散热风扇(5)；温度传感器(8)安装在散热器(4)的叶片中间，并有引线(7)引出；反光镜(9)安装在在散热器(4)上。对于铝材散热器，绝缘层(2)用阳极氧化技术镀一层几十微米、耐压几百伏的绝缘膜；对于铜材散热器则粘贴一层普通导热绝缘薄膜。

2、如图2，大功率发光二极管(1)均匀分布在散热器(4)的平面上，形成面发光投影光源，并组成4种颜色的光源，即：纯白光源(10)，红光源(11)，绿光源(12)，蓝光源(13)；其中，纯白光源(10)是由红、绿、蓝三种大功率发光二极管按三原色原理的比例合成。

3、图3单片投影方式中采用纯白光源(10)，在纯白光源(10)与图像器件(21)之间安有透镜(20)，再经镜头(22)将图象光线射向投影屏幕(23)。图像处理控制器(15)中的时序信号控制切换电路(16)，驱动纯白光源(10)中的红、绿、蓝三色发光二极管按顺序、循环点亮发光。

4、图4为多片投影方式，红光源(11)，绿光源(12)，蓝光源(13)分别经透镜(20)射向各自的图像器件(21)，再经折射镜(24)将三色汇聚至镜头(22)投向投影屏幕(23)显示出图像。

5、图5是带调制的单片投影方式，由纯白光源(10)发出光，经透镜(20)、图像器件(21)、镜头(22)再射向投影屏幕(23)。图像处理控制器(15)中的时序信号控制切换电路(16)，使纯白光源(10)中的红、绿、蓝三种色的发光二极管按顺序、循环点亮发光；图像处理控制器(15)输出亮度信号至亮度控制电路(17)调制纯白光源(10)的亮度，使其随图像亮度变化而变化。

6、图6是带调制的多片投影方式，红光源(11)，绿光源(12)，蓝光源(13)分别经透镜(20)射向各自的图像器件(21)，再经折射镜(24)将三色汇聚至镜头(22)投向投影屏幕(23)显示出图像；图像处理控制器(15)输出亮度信号至亮度控制电路(17)，以分别调制红光源(11)，绿光源(12)，蓝光源(13)的亮度，使它们随图像亮度变化而变化。

Claims

1、一种大功率面发光二极管投影光源，由发光灯头、反光镜、散热装置组成，其特征在于：大功率发光二极管(1)安装在散热器(4)上，但在大功率发光二极管(1)与散热器(4)之间有一层极薄的绝缘层(2)，且在绝缘层(2)上有一层极薄的线路层(3)固定、连接发光二极管(1)，大功率发光二极管(1)由多只均匀分布排列；线路层(3)的边沿部位安装插件(6)，散热器(4)背面安装一只风扇(5)；温度传感器(8)安装在散热器(4)的叶片中间，并有引线(7)引出；反光镜(9)安装在散热器(4)上。

2、根据权利要求1所述的大功率面发光二极管投影光源，其特征在于：对于铝材散热器，绝缘层(2)用阳极氧化铝工艺镀一层绝缘膜，对于铜材散热器则粘贴一层导热绝缘薄膜。

3、根据权利要求1所述的大功率面发光二极管投影光源，其特征在于：由大功率发光二极管(1)的不同组合而生成4种颜色的光源，即：纯白光源(10)，红光源(11)，绿光源(12)，蓝光源(13)；其中，纯白光源(10)是由红、绿、蓝三种大功率发光二极管按三原色原理的比例合成。

4、根据权利要求1所述的大功率面发光二极管投影光源，其特征在于：在单片投影方式中采用单一纯白光源(10)，在纯白光源(10)与图像器件(21)之间安有透镜(20)，再经镜头(22)将图象光线射向投影屏幕(23)，图像处理控制器(15)中的时序信号接至切换电路(16)，纯白光源(10)中的红、绿、蓝三色发光二极管按顺序、循环点亮发光。

5、根据权利要求1所述的大功率面发光二极管投影光源，其特征在于：在多片投影方式中的红光源(11)，绿光源(12)，蓝光源(13)分别经透镜(20)射向各自的图像器件(21)，再经折射镜(24)将三色汇聚至镜头(22)投向投影屏幕(23)。

6、根据权利要求1所述的大功率面发光二极管投影光源，其特征在于：在带调制的单片投影方式中，由纯白光源(10)发出光，经透镜(20)、图像器件(21)、镜头(22)再射向投影屏幕(23)；图像处理控制器(15)中的时序信号接至切换电路(16)，纯白光源(10)中的红、绿、蓝三色发光二极管按顺序、循环点亮发光，图像处理控制器(15)中的亮度信号接至亮度控制电路(17)，调制纯白光源(10)的亮度。

7、根据权利要求1所述的大功率面发光二极管投影光源，其特征在于：在带调制的多片投影方式中，红光源(11)，绿光源(12)，蓝光源(13)分别经透镜(20)射向各自的图像器件(21)，再经折射镜(24)将三色汇聚至镜头(22)投向投影屏幕(23)显示出图像；图像处理控制器(15)中的亮度信号接至亮度控制电路(17)，分别调制红光源(11)，绿光源(12)，蓝光源(13)的亮度。