專利名稱：小型led模塊和采用該模塊的投影顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及小型光源模塊(compact light source module)和采用該小型光源模塊的投影顯示器(projection display)，更具體地，涉及使用諸如發(fā)光二極管的光源的小型光源模塊和采用該小型光源模塊的投影顯示器。
背景技術(shù)：
圖1示出傳統(tǒng)投影顯示器的結(jié)構(gòu)。參照圖1，傳統(tǒng)的投影顯示器包括為光學(xué)調(diào)制器的液晶顯示(LCD)板20R、20G和20B，照射光線到LCD板20R、20G和20B的照明單元10，以及放大并投影所調(diào)制的圖像的投影透鏡40。
LCD板20R、20G和20B分別調(diào)制適于各個圖像數(shù)據(jù)的紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)光束，從而顯示彩色圖像。附圖標(biāo)記30表示混合所調(diào)制的R、G和B光束并而后將混合的光束照射到投影透鏡40上的合成棱鏡。
照明單元10包括光源1、積分器3、聚光透鏡4、多個鏡子5R、5G和5B，以及多個中繼透鏡7和8。
光源1可以是金屬鹵化物燈或超高壓水銀燈，其位于帶有拋物面的反射鏡2的焦點(diǎn)上。積分器3用于將均勻的光束照射到LCD板20R、20G和20B上，并通常由兩個蠅眼透鏡(fly-eye lens)組成，其中微透鏡是二維排列的。透過積分器3的光束被聚光透鏡4聚光。鏡子5R、5G和5B是選擇性的反射鏡，它們分別反射R、G和B光束并透射其它顏色的光束。光束經(jīng)由鏡子5R、5G和5B分別分成R、G和B光束，然后R、G和B光束通過中繼透鏡7和8分別入射到LCD板20R、20G和20B上。
LCD板20R、20G和20B分別調(diào)制R、G和B光束，以輸出R、G和B彩色圖像。合成棱鏡30將從LCD板20R、20G和20B輸出的R、G和B光束混合成一束，然后，投影透鏡40放大并透射所混合的光束。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題但是，在這種傳統(tǒng)的投影顯示器中，燈用作照明光學(xué)調(diào)制器的光源并且具有較短的壽命。因此，當(dāng)傳統(tǒng)的投影顯示器用作家用時，燈要經(jīng)常更換新的。此外，光源的尺寸較大。為了解決這些問題，正在對采用相對較長壽命的諸如發(fā)光二極管(LED)的小型光源進(jìn)行研究。日本專利公開No.JP2001-42431公開了使用LED的投影裝置。
圖2示出由LUMILEDS公司制造的Luxeon Emitter的LED結(jié)構(gòu)。參照圖2，作為主要光學(xué)器件之一的圓頂透鏡62安裝在LED芯片61的上方。圓頂透鏡62會聚從LED芯片發(fā)射來的光束。
通過圓頂透鏡62的光束具有用圖3的附圖標(biāo)記C1或C2表示的光強(qiáng)度分布。在圖3的曲線圖中，橫軸表示發(fā)散角(radiation angle)，縱軸表示相對光強(qiáng)度。光強(qiáng)度分布C1和C2在0°和±90°之間的發(fā)散角內(nèi)分別是翼形和漸變的圓頂形。然而，發(fā)散角應(yīng)該在0°和±15°之間，以照明光學(xué)調(diào)制器20R、20G和20B。因此，具有上述發(fā)散角在0°和±15°之間的光強(qiáng)度分布的光束，即，具有上述發(fā)散角在0°和±15°之間的光強(qiáng)度分布C1或C2的部分光束，未能照明光學(xué)調(diào)制器20R、20G和20B，從而損失掉。因此光效率下降。
為了防止這種光損失，傳統(tǒng)的投影顯示器包括第二光學(xué)器件，其會聚在將光束照射到光學(xué)調(diào)制器20R、20G和20B上之前從LED發(fā)射的光束，使光束具有由圖3的附圖標(biāo)記C3所表示的光強(qiáng)度分布。因此，另外使用第二光學(xué)器件使傳統(tǒng)投影顯示器的照明系統(tǒng)復(fù)雜化，并且增加了制造照明系統(tǒng)的成本。
通常，LED比金屬鹵化物燈或超高壓水銀燈發(fā)射更少量的光。因此，傳統(tǒng)的投影顯示器使用LED陣列作為光源。在這種情況下，第二光學(xué)器件是必須的。然而，因為第二光學(xué)器件必須是透鏡，所以聚光效率下降。這將參照圖4A和4B更詳細(xì)地加以解釋。
在近軸區(qū)，圖像的尺寸與角度的乘積是恒定的。因此，LED的發(fā)射面積與LED發(fā)射角(emission angle)的球面度的乘積是恒定值，該恒定值稱為“光源面積發(fā)散度(etendue)”。當(dāng)光源面積發(fā)散度小于LCD板的面積與由投影透鏡的F值計算得到的球面度的乘積時，聚光效率提高。
如圖4A所示，當(dāng)使用一個LED時，LED的發(fā)射面積ΦL與球面度UL的乘積可以等于LCD板的發(fā)射面積ΦL與球面度UP的乘積。
如圖4B所示，當(dāng)使用LED陣列時，LED陣列的發(fā)射面積∑ΦL大于圖4A的LED的發(fā)射面積ΦL。這里，LED陣列的發(fā)射角的球面度UL等于圖4A的LED的球面度UL，并且LCD板的發(fā)射面積ΦP等于圖4A的LCD板的發(fā)射面積ΦL。因此，為了使光源面積發(fā)散度恒定，圖4B的LCD板的發(fā)射角的球面度UP′大于圖4A的LCD板的球面度UP。因此，當(dāng)使用圖4B所示的LED陣列時，光受到損失，從而導(dǎo)致投影顯示器的聚光效率和亮度降低。
技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種包括準(zhǔn)直器的小型光源模塊，該準(zhǔn)直器用于準(zhǔn)直從諸如LED的小型光源發(fā)射出的光束，從而在發(fā)散角的范圍內(nèi)有效地將光束照射到物體上，本發(fā)明還提供了一種采用該小型光源模塊的投影顯示器。
根據(jù)本發(fā)明的非限制性的、示例性的方面，提供了一種小型光源模塊，該小型光源模塊包括小型光源；和準(zhǔn)直器，其包括拋物面的第一反射面、以及第二反射面，第一反射面用于減小光束從小型光源照射的發(fā)散角，以使光束通過側(cè)孔徑發(fā)射出，第二反射面位于第一反射面的下方并包括入射部分，光束通過該入射部分從小型光源照射出。小型光源位于第一反射面的焦點(diǎn)附近。
本發(fā)明還構(gòu)想了設(shè)置在小型光源和準(zhǔn)直器之間的反射率匹配元件。反射率匹配元件的反射率小于小型光源的反射率并且大于準(zhǔn)直器的反射率。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種投影顯示器，該投影顯示器包括照明單元、將從照明單元照射的光束調(diào)制成適于圖像數(shù)據(jù)的光學(xué)調(diào)制器、以及放大并投影從光學(xué)調(diào)制器發(fā)射出的光束的投影光學(xué)器件。照明單元包括至少一個小型光源模塊。該至少一個小型光源模塊包括小型光源和準(zhǔn)直器，準(zhǔn)直器包括拋物面的第一反射面、以及平的第二反射面，第一反射面用于減小光束從小型光源照射的發(fā)散角，以使光束通過側(cè)孔徑發(fā)射出，第二反射面位于第一反射面的下方并包括入射部分，光束通過該入射部分從小型光源照射出。小型光源位于第一反射面的焦點(diǎn)附近。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種小型光源模塊，該小型光源模塊包括小型光源；和準(zhǔn)直器，其包括拋物面的第一反射面，該第一反射面用于減小光束從小型光源照射出的發(fā)散角，以使光束通過側(cè)孔徑發(fā)射出。小型光源位于第一反射面的焦點(diǎn)附近。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種投影顯示器，該投影顯示器包括照明單元、將從照明單元照射的光束調(diào)制成適于圖像數(shù)據(jù)的光學(xué)調(diào)制器、以及放大并投影從光學(xué)調(diào)制器發(fā)射出的光束的投影光學(xué)器件。照明單元包括小型光源；和準(zhǔn)直器，其包括拋物面的第一反射面，該第一反射面用于減小光束從小型光源照射出的發(fā)散角，以使光束通過側(cè)孔徑發(fā)射出。小型光源位于第一反射面的焦點(diǎn)附近。
有益效果小型光源模塊可以包括拋物面的第一反射面，該第一反射面用于準(zhǔn)直從光源照射出的光束，從而以發(fā)散角有效地照明物體。另外，小型光源模塊可以包括第二反射面，該第二反射面用于使光的損失最小，從而提高光效率。小型光源模塊還可包括第三反射面，該第三反射面用于朝第一反射面反射以一發(fā)散角從光源照射出、但沒有入射到第一反射面上的光束。因此，可以提高光準(zhǔn)直效率。此外，第二反射面可以傾斜，以實現(xiàn)小尺寸孔徑的小型光源模塊。因此，可以在預(yù)定空間中布置更多數(shù)量的小型光源模塊，從而可以獲得更亮的照明光。
此外，準(zhǔn)直器可以填充冷卻劑，以防止光源的照射特性因熱量而下降。準(zhǔn)直器可以由透明主體形成，以達(dá)到折射率的匹配。當(dāng)排列光源模塊時，多個準(zhǔn)直器可以形成單一體(single body)或可以具有與光學(xué)調(diào)制器相同的高寬比。本發(fā)明的小型光源模塊可應(yīng)用于各種照明裝置，例如投影顯示器、電光板、平板顯示器(FPD)的背光板等。
本發(fā)明的投影顯示器無需包括第二光學(xué)器件。因此，可以簡化照明單元并提高光效率。由于該光源具有比金屬鹵化物燈或超高壓水銀燈相對更長的壽命，故無需頻繁地更換新光源。從而可以簡化投影顯示器。


圖1是示出傳統(tǒng)投影顯示器的結(jié)構(gòu)的示圖；圖2是示出傳統(tǒng)LED的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是示出LED的發(fā)散角與光強(qiáng)度之間關(guān)系的曲線圖；圖4A和4B是用于解釋使用透鏡的照明系統(tǒng)的聚光效率的示圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的小型光源模塊的分解透視圖；
圖6是沿圖5的I-I′線剖開的橫截面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的小型光源模塊的橫截面圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的小型光源模塊的橫截面圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明再一實施例的小型光源模塊的橫截面圖；圖10到13是根據(jù)本發(fā)明不同實施例的采用透明主體的小型光源模塊的橫截面圖和透視圖；圖14是示出從圖11的小型光源模塊發(fā)射出的光束的光強(qiáng)度分布相對于發(fā)射角的仿真結(jié)果的曲線圖；圖15和16是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的分別使用透射型光調(diào)制器和反射型光調(diào)制器的投影顯示器的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖17到20是示出根據(jù)本發(fā)明不同實施例的各種小型光源模塊陣列的示圖；和圖21是示出從圖20的光源模塊陣列發(fā)射出的光束的光強(qiáng)度分布相對于發(fā)射角的仿真結(jié)果的曲線圖。
具體實施例方式
圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的小型光源模塊的分解透視圖，圖6是沿圖5的I-I′線剖開的橫截面圖。參照圖5和6，LED 200用作小型光源。在LED 200上設(shè)置準(zhǔn)直器101。LED 200包括發(fā)射光束的LED芯片201。盡管沒有示出，但LED 200還包括散發(fā)由LED芯片201所產(chǎn)生的熱量的散熱器，以及為LED芯片201提供電流的正極和負(fù)極。在本實施例中，LED 200不包括圖2的圓頂透鏡62。這不限制本發(fā)明的范圍。LED 200的結(jié)構(gòu)對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是公知的，因而在此不作解釋。
準(zhǔn)直器101具有側(cè)孔徑120。在準(zhǔn)直器101的內(nèi)表面上設(shè)置反射光束的第一反射面130和第二反射面150。第一反射面130是拋物面。第二反射面150位于第一反射面130的下方，并包括入射部分110，光束通過該入射部分110從LED 200照射。在該實施例中，優(yōu)選地但不是必須地，第二反射面150是平面。例如，如圖5和6所示，入射部分110可以穿透板170，第二反射面150形成在該板170上。
如上所述，第一反射面130確定為具有拋物面形狀。術(shù)語“拋物面”不僅表示二次曲線系數(shù)K為1的嚴(yán)格拋物面形狀，而且還表示二次曲線系數(shù)K在？0.4到？2.5(優(yōu)選的是？0.7到？1.6)的范圍內(nèi)的非球面形狀。第一反射面130的二次曲線系數(shù)K可以適當(dāng)?shù)卮_定為前述范圍內(nèi)的任何值，使得從小型光源發(fā)射出的光被準(zhǔn)直成具有能夠使光有效照明物體的發(fā)散角范圍。現(xiàn)在描述第一反射面130具有二次曲線系數(shù)K為1的嚴(yán)格拋物面形狀的示例。
LED 200布置成使LED芯片201位于第一反射面130的焦點(diǎn)F1附近。優(yōu)選的是，LED 200布置成其光軸202大致垂直于主軸140。但是，本發(fā)明不嚴(yán)格限制于此。
參照圖6，光束從LED 200以0°和180°之間的發(fā)散角A照射并入射到第一反射面130。在本實施例中，發(fā)散角A定義為從主軸140的逆時針方向，第一反射面130是拋物面的。因此，光束L1以大于孔徑角B的發(fā)散角A照射，并從第一反射面130反射成與主軸140平行，并通過側(cè)孔徑120發(fā)射出。光束L2從LED 200以小于孔徑角B的發(fā)散角A照射，不入射到第一反射面130上，而是直接通過側(cè)孔徑120發(fā)射出。因此，光束L2以0°和孔徑角B之間的發(fā)射角C通過側(cè)孔徑120發(fā)射出。因此，準(zhǔn)直器101準(zhǔn)直從LED 200以0°和180°之間的發(fā)散角A照射的光束，使其以0°和孔徑角B之間的發(fā)射角C發(fā)射?？讖浇荁可以相對小型光源模塊照明物體的照明角進(jìn)行調(diào)整。
在本實施例中，假設(shè)LED 200是點(diǎn)光源，其照射點(diǎn)經(jīng)由焦點(diǎn)F1照射光束。然而，LED 200不是精確的點(diǎn)光源，而是具有預(yù)定照射面積的面光源。因此，從LED 200照射的光束可以被認(rèn)為是在焦點(diǎn)F1附近照射。因此，從LED 200發(fā)射出的一部分光束可以從第一反射面130朝第二反射面150反射，而不朝側(cè)孔徑120反射。第二反射面150用于接收來自第一反射面130的光束部分，然后朝側(cè)孔徑120反射該光束部分，以提高光效率。
圖7是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實施例的小型光源模塊的橫截面圖。參照圖7，準(zhǔn)直器102還包括第三反射面160。第三反射面160形成在入射部分110的邊緣，以反射以小于孔徑角B的發(fā)散角A照射的光束。光束L3從LED200以小于孔徑角B的發(fā)散角A1照射，并從第三反射面160朝第一反射面130反射。因此，雖然光束L3在第一反射面130的焦點(diǎn)F1附近照射，但光束L3被認(rèn)為是從與第三反射面160相交的點(diǎn)E照射。因此，從第一反射面130反射的光束L3不與主軸140平行。但是，光束L3可以以小于初始發(fā)散角A1的發(fā)射角C1發(fā)射。從而，可以提高光準(zhǔn)直效率。
在本實施例中，板(panel)170由透明材料形成。在示例性實施例中，除了入射部分110(光束從LED 200通過該入射部分110照射出)以外，板170的內(nèi)或外表面涂敷有反射材料，以形成第二反射面150和第三反射面160。通常，當(dāng)光束從高折射率的介質(zhì)傳播到低折射率的介質(zhì)時，由于高折射率和低折射率之間的差，以大于臨界角的入射角照射的光束發(fā)生全反射。隨著兩種介質(zhì)折射率之間的差增大，更大量的光被全反射。圖7的準(zhǔn)直器102的內(nèi)部充滿空氣。板170可以用折射率大于空氣的折射率并且小于制成LED芯片201的材料的折射率的透明塑料或玻璃形成，從而用作減小LED芯片201與空氣的折射率之間的差的折射率匹配材料。
圖8是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的小型光源模塊的橫截面圖。參照圖8，第二反射面150相對于第一反射面130的主軸140傾斜角度D。LED 200安裝成使光軸202基本上或大致垂直于第二反射面150。從而，LED 200的光軸202相對于第一反射面130的主軸140傾斜角度D。由于這種結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)直器103的孔徑尺寸可得以減小。附圖標(biāo)記AP2表示準(zhǔn)直器103的孔徑尺寸。附圖標(biāo)記AP1表示圖5和7的準(zhǔn)直器101和102的孔徑尺寸，在圖5和7中，第二反射面150平行于主軸140。如圖8所示，準(zhǔn)直器103的孔徑尺寸AP2小于準(zhǔn)直器101和102的孔徑尺寸AP1?？讖匠叽鐪p小有利于設(shè)置多個小型光源模塊。
同時，圖5到8所示的準(zhǔn)直器101、102和103的內(nèi)部充滿空氣。因此，在LED 200發(fā)射光束時，產(chǎn)生熱量。而熱量可能會對LED 200的照射特性具有負(fù)面影響。
圖9是根據(jù)本發(fā)明再一實施例的小型光源模塊的橫截面圖。參照圖9，準(zhǔn)直器104的內(nèi)部充滿冷卻劑。由于這個原因，LED 200粘附到準(zhǔn)直器104上，以使冷卻劑漏出準(zhǔn)直器104。在準(zhǔn)直器104的一側(cè)可以安裝蓋玻璃(coverglass)190，光束通過該蓋玻璃190發(fā)射出。冷卻劑可以是苯、甘油、甲醇等。
圖10到12是根據(jù)本發(fā)明不同實施例的小型光源模塊的橫截面圖。這些實施例的特征在于，準(zhǔn)直器由透明主體形成。
參照圖10，透明主體310包括拋物面的外表面301、平的下表面302、以及側(cè)表面303。優(yōu)選但不是必須地，下表面302包括主軸140。LED 200安裝成使LED芯片201位于外表面301的焦點(diǎn)F1處。外表面301涂敷有反射材料，以用作反射從LED 200照射出的光束的第一反射面130。除了區(qū)域G(光束通過該區(qū)域G從LED 200照射出)以外，下表面302涂敷有反射材料，以用作第二反射面150。區(qū)域G用作入射部分110。由于這種結(jié)構(gòu)，透明主體310用作圖5的準(zhǔn)直器101。在下文中，透明主體310稱為準(zhǔn)直器。
參照圖11，透明主體320包括拋物面的外表面301以及平的側(cè)表面303。透明主體320的下表面包括第一和第二表面321和322，并帶有形成第一和第二表面321和322之間邊界的臺階和斜面323。外表面301涂敷有反射材料，以用作反射從LED 200照射出的光束的第一反射面130。除了區(qū)域G(光束通過該區(qū)域G從LED 200照射出)以外，第一表面321涂敷有反射材料。第二表面322和斜面323也涂敷有反射材料。第一和第二表面321和322用作第二反射面150。區(qū)域G起到入射部分110的作用。斜面323起到圖7的第三反射面160的作用。從而，透明主體320起到圖7的準(zhǔn)直器102的作用。在下文中，透明主體320稱為準(zhǔn)直器。
參照圖12，除了準(zhǔn)直器340由透明主體形成之外，準(zhǔn)直器340具有與圖8的準(zhǔn)直器103相同的結(jié)構(gòu)。第一和第二表面321和322用作第二反射面150，并相對外表面301的主軸140傾斜角度D。因此，準(zhǔn)直器340的側(cè)表面304小于圖10和11的準(zhǔn)直器310和320的側(cè)表面303。
雖然未示出，但反射率匹配元件可以設(shè)置在圖10到13的LED 200和準(zhǔn)直器310、320、330、340之間。反射率匹配元件的反射率小于LED 200的反射率并大于準(zhǔn)直器310、320、330、340的反射率。
小型光源模塊的陣列可以用作光源。這里，優(yōu)選但不是必須地，多個準(zhǔn)直器相互緊密地粘附。出于這個目的，如圖13所示，可以使用準(zhǔn)直器330，該準(zhǔn)直器330包括外表面301，其兩側(cè)有平的粘附表面331。在將采用準(zhǔn)直器330的小型光源模塊用作光源的情況下，可以獲得接近矩形的照明光。粘附表面331可應(yīng)用于圖5到12所示的準(zhǔn)直器。
圖14是示出通過圖11的準(zhǔn)直器320的側(cè)表面303發(fā)射出的光束的相對光強(qiáng)度相對于發(fā)射角的仿真結(jié)果的曲線圖。從圖14中可以看出，相對光強(qiáng)度集中在±20°的發(fā)射角內(nèi)。通過將本發(fā)明的相對光強(qiáng)度與圖3的光強(qiáng)度分布曲線C1和C2進(jìn)行比較，可以觀察到準(zhǔn)直器320的準(zhǔn)直效率。
如上所述，從小型光源照射出的光束的發(fā)散角可以變成光束有效入射到物體上的角。發(fā)散角的變化導(dǎo)致光效率的提高。此外，當(dāng)使用小型光源模塊作為光源時，無需在照明裝置中安裝第二光學(xué)器件。因此，可以防止由第二光學(xué)器件造成的光損失，并且可以簡化照明裝置。
雖然在本發(fā)明的上述實施例中已經(jīng)描述使用LED作為小型光源，但是可以使用各種光源。例如，可以使用諸如有機(jī)電致發(fā)光(EL)器件、激光器等的各種小型光源。
圖15是根據(jù)本發(fā)明實施例的投影顯示器的示意圖。通常，用于調(diào)制照明光以適于圖像信息的光學(xué)調(diào)制器粗略地分成透射型光學(xué)調(diào)制器和反射型光學(xué)調(diào)制器。在本實施例中，投影顯示器采用透射型光學(xué)調(diào)制器。
參照圖15，投影顯示器包括用作透射型光學(xué)調(diào)制器的LCD板410、照明LCD板410的照明單元400、以及放大并投影經(jīng)LCD板410調(diào)制的光束的投影光學(xué)器件420。在本實施例中，投影顯示器包括分別調(diào)制R、G和B光束的三塊LCD板410R、410G和410B。附圖標(biāo)記421表示將所調(diào)制的R、G和B光束混合成一束的合成棱鏡。LCD板410例如可以是1英寸寬和長的小型液晶板。照明單元400相對于各個LCD板410R、410G和410B安裝，以分別照明LCD板410R、410G和410B。優(yōu)選地，照明單元400分別將R、G和B光束照射到LCD板410R、410G和410B上。
圖16是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的投影顯示器的示意圖。在本實施例中，投影顯示器采用反射型光學(xué)調(diào)制器。
參照圖16，投影顯示器包括是反射型光學(xué)調(diào)制器的數(shù)字微鏡器件(DMD)430、照明DMD 430的照明單元400、以及放大并投影經(jīng)DMD 430調(diào)制的光束的投影光學(xué)器件440。在本實施例中，投影顯示器使用一個DMD 430順序調(diào)制R、G和B圖像信號。在這種情況下，照明單元400將R、G和B光束順序照射到DMD 430上。附圖標(biāo)記441表示全內(nèi)反射(TIR)棱鏡，其朝DMD 430反射從照明單元400發(fā)射出的光束，并朝投影光學(xué)器件440透射由DMD 430調(diào)制的光束。
圖15和16的照明單元400包括光源403以及使從光源403照射出的光束強(qiáng)度均勻的積分器401，從而均勻地照明整個光學(xué)調(diào)制器410和430。照明單元400還包括中繼透鏡402，該中繼透鏡402將從積分器401發(fā)射出的光束導(dǎo)向光學(xué)調(diào)制器410和430。積分器401可以是蠅眼透鏡、矩形平行六面體玻璃棒、矩形平行六面體光學(xué)管和內(nèi)反射表面等。
圖5到13所示的小型光源模塊可以用作光源403。當(dāng)一個小型光源模塊照射足以用于投影顯示的光量時，該一個小型光源模塊可以代替光源403。但是，一般地小型光源模塊照射的光量小于金屬鹵化物燈或超高壓水銀燈照射的光量。因此，優(yōu)選但不是必須地，光源403是多個小型光源模塊的二維陣列。下文中，為了方便起見，將描述圖11或13所示的小型光源模塊501或502。
圖17到20示出各種類型的光源模塊陣列。參照圖17，三個小型光源模塊501排列成四行。這里，小型光源模塊501陣列的孔徑高寬比(aspectratio)H∶V優(yōu)選地等于光學(xué)調(diào)制器410和430的孔徑高寬比。
參照圖18，小型光源模塊501排列成使上一行的小型光源模塊501交搭部分下一行的小型光源模塊501。換言之，小型光源模塊501成鋸齒形。由此，該結(jié)構(gòu)可以有助于獲得均勻的照明光。
參照圖19，小型光源模塊501排列成使上兩行M1和M2的準(zhǔn)直器320的第一反射面301面對下兩行M3和M4的準(zhǔn)直器320的第一反射面301。因此，由這種結(jié)構(gòu)可以獲得均勻的照明光。此外，由于拋物面的第一反射面301面朝內(nèi)并且平的第二表面322面朝外，故可以獲得具有與光學(xué)調(diào)制器410和430的高寬比相同的高寬比的照明光。
從圖20中可以看出，三個小型光源模塊502排列成六行。小型光源模塊502的每一行排列成使準(zhǔn)直器330的粘附表面331緊密地相互粘附。此外，拋物面的第一反射面301面朝內(nèi)，并且平的第二表面322面朝外。因此，第二表面322位于小型光源模塊502陣列的上側(cè)和下側(cè)，粘附表面331位于小型光源模塊502陣列的右側(cè)和左側(cè)。從而小型光源模塊502陣列具有矩形形狀。這種結(jié)構(gòu)可以有助于獲得具有與光學(xué)調(diào)制器410和430的孔徑高寬比相同的高寬比的照明光。
在圖17到20的實施例中，同一行中的小型光源模塊的準(zhǔn)直器可以形成單一體。在這種情況下，小型光源模塊排列成如圖20所示。此外，圖8和12所示的小型光源模塊具有比圖5、6、7、9、10、11和13所示的小型光源模塊的孔徑高寬比低的高寬比的孔徑。因此，當(dāng)排列如圖8和12所示的小型光源模塊時，可以比排列圖5、6、7、9、10、11和13所示的小型光源模塊時排列更多數(shù)量的小型光源模塊。從而可以獲得更亮的照明光。
圖21是示出從圖20的光源模塊陣列發(fā)射出的光束的相對光強(qiáng)度相對于發(fā)射角的仿真結(jié)果的曲線圖。從圖21可以看出，相對光強(qiáng)度為約25％的光束集中在±15°的發(fā)射角內(nèi)。因此，不需要另外的第二光學(xué)器件進(jìn)行準(zhǔn)直。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的使用小型光源模塊的投影顯示器中，可以使光束以有效的發(fā)散角從小型光源模塊照射，從而有效地照明光學(xué)調(diào)制器410和430。因此，由于投影顯示器不需要用于準(zhǔn)直的第二光學(xué)器件，故照明單元可以大大簡化。此外，可以避免由使用透鏡的光學(xué)系統(tǒng)的根本限制造成的聚光效率降低。因此，可以提高光效率。
工業(yè)適用性與本發(fā)明一致的裝置涉及使用諸如發(fā)光二極管的光源的小型光源模塊，以及采用該小型光源模塊的投影顯示器。本發(fā)明的投影顯示器無需包括第二光學(xué)器件。因此，可以簡化照明單元并提高光效率。由于該光源具有比金屬鹵化物燈或超高壓水銀燈相對更長的壽命，故無需頻繁地更換新光源。從而可以簡化投影顯示器。
雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性實施例具體示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以做形式和細(xì)節(jié)上的各種變化。
權(quán)利要求
1.一種小型光源模塊，其包括小型光源；和準(zhǔn)直器，其包括，拋物面的第一反射面，其用于減小光束從所述小型光源照射的發(fā)散角，以使光束通過側(cè)孔徑發(fā)射出，和第二反射面，其位于所述第一反射面的下方并包括入射部分，所述光束通過該入射部分從所述小型光源照射，其中，所述小型光源位于所述第一反射面的一焦點(diǎn)附近。
2.如權(quán)利要求1所述的小型光源模塊，其中，所述小型光源具有一光軸，并設(shè)置成使所述光軸垂直于所述第一反射面的主軸。
3.如權(quán)利要求1所述的小型光源模塊，其中，所述第二反射面相對于所述第一反射面的主軸傾斜一傾斜角，以使所述側(cè)孔徑的尺寸減小，所述小型光源設(shè)置成使其光軸相對于所述主軸傾斜與所述第二反射面的傾斜角相同的傾斜角。
4.如權(quán)利要求1所述的小型光源模塊，其中，所述準(zhǔn)直器還包括在所述入射部分一邊緣處的第三反射面，所述第三反射面用于朝所述第一反射面反射以比所述側(cè)孔徑的孔徑角大的發(fā)散角從所述小型光源照射出的光束。
5.如權(quán)利要求1所述的小型光源模塊，其中，所述第一和第二反射面之間的內(nèi)部空間填充冷卻劑。
6.如權(quán)利要求1所述的小型光源模塊，其中，所述準(zhǔn)直器具有一透明主體，所述透明主體包括拋物面的外表面、平的下表面、以及用于發(fā)射光束的側(cè)表面，所述拋物面的外表面和所述平的下表面除了所述入射部分以外涂敷有反射材料，以形成所述第一和第二反射面。
7.如權(quán)利要求6所述的小型光源模塊，其中，所述準(zhǔn)直器包括分別是平的粘附表面的兩側(cè)。
8.如權(quán)利要求6所述的小型光源模塊，其中，所述準(zhǔn)直器還包括用于形成所述下表面和所述入射部分之間邊界的斜面，所述斜面涂敷有反射材料以形成第三反射面，所述第三反射面朝所述第一反射面反射以比所述側(cè)孔徑的孔徑角大的發(fā)散角從所述小型光源照射出的光束。
9.如權(quán)利要求8所述的小型光源模塊，其中，所述準(zhǔn)直器包括分別是平的粘附表面的兩側(cè)。
10.如權(quán)利要求1所述的小型光源模塊，其中，還包括設(shè)置在所述小型光源和所述準(zhǔn)直器之間的反射率匹配元件，其中，所述反射率匹配元件的反射率小于所述小型光源的反射率并且大于所述準(zhǔn)直器的反射率。
11.一種投影顯示器，其包括照明單元、將從所述照明單元照射出的光束調(diào)制成適于圖像數(shù)據(jù)的光學(xué)調(diào)制器、以及放大并投影從所述光學(xué)調(diào)制器發(fā)射出的光束的投影光學(xué)器件，所述照明單元包括至少一個小型光源模塊，其包括小型光源和準(zhǔn)直器，所述準(zhǔn)直器包括拋物面的第一反射面，其用于減小光束從所述小型光源照射的發(fā)散角，以使光束通過側(cè)孔徑發(fā)射出，和第二反射面，其位于所述第一反射面的下方并包括入射部分，所述光束通過該入射部分從所述小型光源照射，其中，所述小型光源位于所述第一反射面的一焦點(diǎn)附近。
12.如權(quán)利要求11所述的投影顯示器，其中，所述小型光源具有一光軸，并設(shè)置成使所述光軸垂直于所述第一反射面的主軸。
13.如權(quán)利要求11所述的投影顯示器，其中，所述第二反射面相對于所述第一反射面的主軸傾斜一傾斜角，以使所述側(cè)孔徑的尺寸減小，所述小型光源設(shè)置成使其光軸相對于所述主軸傾斜與所述第二反射面的傾斜角相同的傾斜角。
14.如權(quán)利要求11所述的投影顯示器，其中，所述準(zhǔn)直器還包括在所述入射部分一邊緣處的第三反射面，所述第三反射面用于朝所述第一反射面反射以比所述側(cè)孔徑的孔徑角大的發(fā)散角從所述小型光源照射出的光束。
15.如權(quán)利要求11所述的投影顯示器，其中，所述第一和第二反射面之間的內(nèi)部空間填充冷卻劑。
16.如權(quán)利要求11所述的投影顯示器，其中，所述準(zhǔn)直器具有透明主體，所述透明主體包括拋物面的外表面、平的下表面、以及用于發(fā)射光束的側(cè)表面，所述拋物面的外表面和所述平的下表面除了所述入射部分以外涂敷有反射材料，以形成所述第一和第二反射面。
17.如權(quán)利要求16所述的投影顯示器，其中，所述準(zhǔn)直器包括分別是平的粘附表面的兩側(cè)。
18.如權(quán)利要求16所述的投影顯示器，其中，所述準(zhǔn)直器還包括用于形成所述下表面和所述入射部分之間邊界的斜面，所述斜面涂敷有反射材料以形成第三反射面，所述第三反射面朝所述第一反射面反射以比所述側(cè)孔徑的孔徑角大的發(fā)散角從所述小型光源照射出的光束。
19.如權(quán)利要求18所述的投影顯示器，其中，所述準(zhǔn)直器包括分別是平的粘附表面的兩側(cè)。
20.如權(quán)利要求11所述的投影顯示器，其中，所述小型光源模塊還包括設(shè)置在所述小型光源和所述準(zhǔn)直器之間的反射率匹配元件，所述反射率匹配元件的反射率小于所述小型光源的反射率并且大于所述準(zhǔn)直器的反射率。
21.如權(quán)利要求11所述的投影顯示器，其中，其還包括二維排列的多個小型光源模塊。
22.如權(quán)利要求21所述的投影顯示器，其中，所述多個小型光源模塊排列成使所述多個小型光源模塊的孔徑高寬比等于所述光學(xué)調(diào)制器的孔徑高寬比。
23.如權(quán)利要求21所述的投影顯示器，其中，一行的小型光源模塊排列在相鄰行的小型光源模塊中。
24.如權(quán)利要求21所述的投影顯示器，其中，一行的多個小型光源模塊的準(zhǔn)直器形成單一體。
25.一種小型光源模塊，其包括小型光源；和準(zhǔn)直器，其包括拋物面的第一反射面，所述第一反射面用于減小光束從所述小型光源照射的發(fā)散角，以使光束通過側(cè)孔徑發(fā)射出，其中，所述小型光源位于所述第一反射面的一焦點(diǎn)附近。
26.一種投影顯示器，其包括照明單元、將從所述照明單元照射出的光束調(diào)制成適于圖像數(shù)據(jù)的光學(xué)調(diào)制器、以及放大并投影從所述光學(xué)調(diào)制器發(fā)射出的光束的投影光學(xué)器件，所述照明單元包括小型光源；和準(zhǔn)直器，其包括拋物面的第一反射面，所述第一反射面用于減小光束從所述小型光源照射的發(fā)散角，以使光束通過側(cè)孔徑發(fā)射出，其中，所述小型光源位于所述第一反射面的一焦點(diǎn)附近。
全文摘要
小型光源模塊包括小型光源和準(zhǔn)直器，準(zhǔn)直器包括拋物面的第一反射面，該第一反射面用于減小光束從小型光源照射的發(fā)散角，以使光束通過側(cè)孔徑發(fā)射出；平的第二反射面，其位于第一反射面的下方并包括入射部分，光束通過該入射部分從小型光源照射。小型光源位于第一反射面的焦點(diǎn)附近。
文檔編號G02B27/18GK1802588SQ200480015916
公開日2006年7月12日 申請日期2004年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月10日
發(fā)明者李迎鐵, 藏富靖規(guī), 金東河, 文一權(quán) 申請人:三星電子株式會社