帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構及投影光學引擎的製作方法
2023-06-12 17:36:11 3
專利名稱：帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構及投影光學引擎的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及單色光源的封裝結構及投影顯示技術，尤其涉及一種帶螢光粉激 發腔的單色光源封裝結構及使用其的投影光學引擎。
背景技術：
光源是液晶投影機重要的部件之一，其亮度、光利用率和發熱量直接影響到投影 圖像的質量、投影機的功耗、投影機使用和維護成本等問題。在過去，大多數投影機均採用 超高壓汞燈(UHP)或金滷燈作為光源，這類光源雖然亮度能滿足要求，但是其耗能高壽命 短，光轉換效率較低，發熱量大，而且會對環境造成汙染，因此不是很適合用作投影光源。如 今，越來越多的液晶投影機都開始使用環保、轉換效率高的發光二極體(Light Emitting Diode, LED)作為光源。作為顯示和照明領域的LED光源，現有的低成本LED光源通常採用螢光轉換，即， 利用預定波長的發射光來激發螢光粉，產生白光。例如日本日亞(Nichia)公司的白光專 利，就是利用藍光LED來激發黃色YAG螢光粉來產生白光。然而，如果利用這種螢光轉換方 式來獲得單色光，由於部分未被螢光粉吸收利用的泵浦光會直接射往光源出射面，使這些 泵浦光得不到充分利用，降低轉換效率，局限了光源的輸出亮度；同時，這部分光與螢光粉 受激發射出來的螢光混合輸出，降低光輸出純度。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種轉換效率高、光源輸出亮度及純度高的 帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構。另外，還需提供一種成本較低、投影顯示效果好的投影光學引擎。本實用新型的發明目的是通過以下技術方案來實現的—種帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構，包括出射泵浦光的至少一個發光芯 片，包覆所述發光晶片的透明封裝膠體，所述透明封裝膠體上還設置有與其粘結的濾光片， 所述濾光片上還設置有螢光粉層及光學透鏡。其中，螢光粉層用於吸收泵浦光，並激發出波 長不同與該泵浦光的螢光。所述光學透鏡朝向螢光粉層的表面鍍有第一薄膜，用於透射熒 光，反射泵浦光。所述濾光片朝向螢光粉層的表面鍍有第二薄膜，用於透射泵浦光，反射熒 光。一種投影光學引擎，包括微顯示面板，投影鏡頭以及照明裝置。其中，微顯示面板 對入射光進行調製，並調製出攜有圖像信息的圖像光。投影鏡頭用於將所述微顯示面板上 的圖像信息投影成像到屏幕上。照明裝置照射所述微顯示面板。該照明裝置包括至少一個 上述所述的帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構。一種投影光學引擎，包括照明裝置，數字微鏡器件，全內反射稜鏡以及投影鏡頭。 其中，照明裝置用於提供入射光線，其包括至少一個上述所述的帶螢光粉激發腔的單色光 源封裝結構。數字微鏡器件選擇性的反射所述入射光線以產生影像光線。全內反射稜鏡設置於所述照明裝置與數字微鏡器件之間，將入射光線導入所述數字微鏡器件並反射所述數 字微鏡器件出射的影像光線。投影鏡頭用於接收該數字微鏡器件所出射的影像光線，並將 該影像光線投影成影像畫面。本實用新型的封裝結構，通過螢光粉層吸收泵浦光激發出螢光，獲得單色的輸出 光，其利用濾光片、光學透鏡上設置的波通特性相反的兩種薄膜，形成激發腔，使螢光粉層 充分吸收泵浦光，激發出更多的螢光，提高轉換效率，從而增加螢光的出射亮度，與傳統的 大晶片相比，成本低；同時，使得向發光晶片散射的螢光得到利用，由光源的出射面出射，進 一步提高光源的輸出亮度；另外，還避免了射到螢光粉層上未被吸收利用的泵浦光由光源 的出射面出射，提高光輸出純度。而使用這種封裝結構的投影光學引擎，轉換效率高、光源 輸出亮度及純度高的光源封裝結構出射的光照射微顯示面板/數字微鏡器件，之後，由微 顯示面板/數字微鏡器件調製出圖像光，從投影鏡頭輸出到外部屏幕，結構簡單，亮度高， 生產成本較低，投影顯示效果好。
為了易於說明，本實用新型由下述的較佳實施例及附圖作以詳細描述。圖1為本實用新型第一實施方式的帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構平面結 構示意圖。圖2為本實用新型第二實施方式的帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構平面結 構示意圖。圖3為本實用新型第一實施方式投影光學引擎的平面結構示意圖。圖4為本實用新型第二實施方式投影光學引擎的平面結構示意圖。
具體實施方式
圖1所示為本實用新型第一實施方式的帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構的 平面結構示意圖。帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構包括至少一個發光晶片10，包覆發 光晶片10的透明封裝膠體20，與透明封裝膠體20粘結的濾光片30，設置在濾光片30上的 螢光粉層40和光學透鏡50。發光晶片10出射泵浦光。本實用新型實施方式中，為發光二極體(Light Emitting Diode,LED)晶片，用於發出180°的光(泵浦光)。該LED晶片的數量可以為一個，也可以 為以陣列方式排列的多個。採用多個LED晶片以陣列方式的排列，有利於提高整個光源的 光通量，進而增加光亮度。
具體實施方式
中，該LED晶片的數量為2個，可以是藍光晶片，發 出藍色泵浦光，或者是UV晶片，發出UV泵浦光。透明封裝膠體20包覆發光晶片10，為發光晶片提供可靠的保護，且，該透明封裝 膠體與濾光片30粘結。此外，發光晶片10還焊接有金線(圖中未示出)，透明封裝膠體20 同時包覆發光晶片10以及金線，進行機械保護，提高光源封裝的可靠性。本實用新型實施 方式中，封裝膠體20為矽膠。濾光片30、螢光粉層40、光學透鏡50順序設置透明封裝膠體20上。S卩，螢光粉層 40設置在濾光片30與光學透鏡50之間，用於吸收泵浦光，激發出波長不同與該泵浦光的熒 光。本實用新型實施方式中，螢光為單色的輸出光，其波長範圍為490nm 680nm。螢光粉層40為紅、黃、綠、藍單色螢光粉中的一種或者其結合。又，光學透鏡50朝向螢光粉層的表面鍍有第一薄膜501，用於透射螢光，反射泵浦 光。濾光片30朝向螢光粉層的表面鍍有第二薄膜301，用於透射泵浦光，反射螢光。因此， 本實用新型中，螢光粉層40與發光晶片10分離，利用第二薄膜301對螢光的反射，第一薄 膜501對螢光的透射，使得向泵浦光源散射的螢光得到利用，由單色光源的出射面出射；另 外，利用第一薄膜501對泵浦光的反射，第二薄膜301對泵浦光的透射，避免了射到螢光粉 層40上未被吸收利用的泵浦光由單色光源的出射面出射，提高光輸出純度。本實用新型實施方式中，光學透鏡50為平凸透鏡，會聚出射的螢光；濾光片30為 平板濾光片。螢光粉層40是均勻的塗覆在光學透鏡50與濾光片30之間。因此，本實用新型的單色光源封裝結構，通過螢光粉層吸收泵浦光激發出螢光，獲 得單色的輸出光，其利用濾光片、光學透鏡上設置的波通特性相反的兩種薄膜，形成激發 腔，使螢光粉層充分吸收泵浦光，激發出更多的螢光，提高轉換效率，從而增加螢光的出射 亮度，與傳統的大晶片相比，成本低；同時，使得向發光晶片散射的螢光得到利用，由光源的 出射面出射，進一步提高光源的輸出亮度；另外，還避免了射到螢光粉層上未被吸收利用的 泵浦光由光源的出射面出射，提高光輸出純度。圖2所示為本實用新型第二實施方式帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構平面 結構示意圖，該光源封裝結構與第一實施方式的光源封裝結構基本相同，區別在於圖2所 示的光學透鏡50』為彎月透鏡，採用這種結構，避免鍍膜引起的大角度出射光的透過率低。 此時，濾光片30』為平凸濾光片，當然，該濾光片30』還可以為彎月濾光片或者平板濾光片。圖3所示為本實用新型第一實施方式投影光學引擎的平面結構示意圖。投影光學 引擎包括照明裝置60，偏振分光器70，微顯示面板80以及投影鏡頭90。其中，照明裝置60 照射微顯示面板80，其包括至少一個上述任一實施方式的帶螢光粉激發腔的單色光源封裝 結構以及對出射光進行整形的各種整形鏡組(圖中未示出)。偏振分光器70設置於照明裝置60的輸出光路上，本實用新型實施方式中，偏振分 光器70為稜鏡式偏振分光器，由二個三角稜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 換為偏振光並分離出S偏振光和P偏振光。當然，偏振分光器70也可以由其它稜鏡膠合成 其它形狀，只要滿足入射的非偏振光被轉化為偏振光出射即可。本實用新型其它實施方式中，該偏振分光器70也可以由平板式偏振分光器來代替。微顯示面板80的數量為一個，設置於偏振分光器70與照明裝置的非相鄰的一側， 用於對所接收到的入射光進行調製，並調製出攜有圖像信息的圖像光。本實用新型實施方 式中，微顯示面板80為反射式矽基液晶面板(Liquid Crystal on Silicon，LC0S)，當微顯 示面板80接收到的光為S偏振光時，經過微顯示面板80的調製後，則反射出攜有圖像信息 的另一偏振光P偏振光，經由偏振分光器70摺疊光路後，將該P偏振光透射至投影鏡頭90 上。本實用新型的實施方式中的投影鏡頭90與微顯示面板80相對平行設置，用於將微顯 示面板80上的圖像信息投影成像到屏幕上。本實用新型其它實施方式中，微顯示面板80』 (圖3的虛線所示)所接收到的偏振 光也可以為P偏振光，經過微顯示面板80』的調製後，轉換為攜有圖像信息的S偏振光，且將其反射回偏振分光器70上，由偏振分光器70將該S偏振光反射至投影鏡頭90上。換句 話說，投影鏡頭90與微顯示面板80』相鄰設置於偏振分光器70的一側，即，投影鏡頭90與 微顯示面板80』分別設置於偏振分光器70的相鄰兩側面上。此時，投影鏡頭90是用於接 收並投射攜有圖像信息的S偏振光。因此，本實施方式的投影光學引擎，光源封裝結構出射的轉換效率高、光源輸出亮 度及純度高的光通過整形鏡組的整形，偏振分光器的偏振分離，照射微顯示面板，之後，微 顯示面板調製出圖像光再次進入偏振分光器，由偏振分光器從投影鏡頭輸出到外部屏幕， 結構簡單，亮度高，生產成本較低，投影顯示效果好。圖4所示為實用新型第二實施方式投影光學引擎的平面結構示意圖。該投影光學 引擎包括照明裝置61，全內反射稜鏡71，數字微鏡器件(Digital Micro mirror Device, DMD)81以及投影鏡頭91。其中，照明裝置61用於提供入射光線，其包括至少一個上述任一 實施方式的帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構以及對出射光進行整形的各種整形鏡組 (圖中未示出)。數字微鏡器件81設置於該入射光線的傳遞路徑上，用於選擇性的反射入射光線 以產生影像光線(圖像光)，即，用於接收並調變該入射光線，反射出影像光線。全內反射稜 鏡71設置於照明裝置61與數字微鏡器件81之間，將入射光線導入數字微鏡器件81並反 射數字微鏡器件81出射的影像光線。即，將入射的入射光線和出射的影像光線相分離。投 影鏡頭91用於接收該數字微鏡器件81所出射的影像光線，並將該影像光線投影成影像畫因此，本實施方式的投影光學引擎，轉換效率高、光源輸出亮度及純度高的光源封 裝結構出射的光通過整形鏡組的整形，全內反射稜鏡的反射，進入數字微鏡器件進行調變， 之後，數字微鏡器件調製出影像光線(圖像光)從投影鏡頭輸出到外部屏幕，結構簡單，亮 度高，生產成本較低，投影顯示效果好。以上所述之具體實施方式
為實用新型的較佳實施方式，並非以此限定本實用新型 的具體實施範圍，本實用新型的範圍包括並不限於本具體實施方式
，例如，發光晶片為一個 或者以陣列方式排列的多個LD晶片。或者微顯示面板為透射式液晶面板(Liquid Crystal Display, IXD)，此時，省略偏振分光器，透射式液晶面板設置於照明裝置的出射光路上，對 入射光進行調製，並透射出攜有圖像信息的光。凡依照本實用新型之形狀、結構所作的等效 變化均包含本實用新型的保護範圍內。
權利要求一種帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構，包括出射泵浦光的至少一個發光晶片及包覆所述發光晶片的透明封裝膠體，其特徵在於，所述透明封裝膠體上還設置有與其粘結的濾光片，所述濾光片上還設置有螢光粉層及光學透鏡；其中，螢光粉層用於吸收泵浦光，並激發出波長不同與該泵浦光的螢光；所述光學透鏡朝向螢光粉層的表面鍍有第一薄膜，用於透射螢光，反射泵浦光；所述濾光片朝向螢光粉層的表面鍍有第二薄膜，用於透射泵浦光，反射螢光。
2.根據權利要求1所述的帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構，其特徵在於，所述發 光晶片為LED晶片或者LD晶片。
3.根據權利要求2所述的帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構，其特徵在於，所述發 光晶片為藍光晶片或者UV晶片。
4.根據權利要求2所述的帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構，其特徵在於，所述發 光晶片還焊接有金線，所述封裝膠體包覆所述金線。
5.根據權利要求1所述的帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構，其特徵在於，所述熒 光粉層為紅、黃、綠、藍單色螢光粉中的一種或者其結合。
6.根據權利要求1所述的帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構，其特徵在於，所述光 學透鏡為平凸透鏡或者彎月透鏡。
7.根據權利要求1所述的帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構，其特徵在於，所述濾 光片為平板濾光片或者平凸濾光片。
8.根據權利要求1所述的帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構，其特徵在於，所述封 裝膠體為矽膠。
9.一種投影光學引擎，包括微顯示面板，對入射光進行調製，並調製出攜有圖像信息的圖像光；投影鏡頭，用於將所述微顯示面板上的圖像信息投影成像到屏幕上；以及照明裝置，照射所述微顯示面板，其特徵在於，所述照明裝置包括至少一個根據權利要 求1至8中任意一項所述的帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構。
10.根據權利要求9所述的投影光學引擎，其特徵在於，所述微顯示面板為LC0S，其入 射光路上還設置有偏振分光器。
11.根據權利要求9所述的投影光學引擎，其特徵在於，所述微顯示面板為LCD。
12.一種投影光學引擎，包括照明裝置，用於提供入射光線，其特徵在於，所述照明裝置包括至少一個根據權利要求 1至8中任意一項所述的帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構；數字微鏡器件，選擇性的反射所述入射光線以產生影像光線；全內反射稜鏡，設置於所述照明裝置與數字微鏡器件之間，將入射光線導入所述數字 微鏡器件並反射所述數字微鏡器件出射的影像光線；及投影鏡頭，用於接收該數字微鏡器件所出射的影像光線，並將該影像光線投影成影像 畫面。
專利摘要一種帶螢光粉激發腔的單色光源封裝結構，包括出射泵浦光的至少一個發光晶片，包覆發光晶片的透明封裝膠體，與透明封裝膠體粘結的濾光片，設置在濾光片上的螢光粉層及光學透鏡。其中，螢光粉層用於吸收泵浦光，並激發出波長不同與該泵浦光的螢光。光學透鏡朝向螢光粉層的表面鍍有第一薄膜，用於透射螢光，反射泵浦光。濾光片朝向螢光粉層的表面鍍有第二薄膜，用於透射泵浦光，反射螢光。本實用新型的封裝結構，利用濾光片、光學透鏡上設置的波通特性相反的兩種薄膜，形成激發腔，提高螢光粉的轉換效率，從而增加螢光的出射亮度和光輸出純度，同時，與傳統的大晶片相比，成本低。另外，還提供一種使用該光源封裝結構的投影光學引擎。
文檔編號H01L33/50GK201717287SQ20102025731
公開日2011年1月19日 申請日期2010年7月12日 優先權日2010年7月12日
發明者廖深財, 曲魯傑, 黃鵬 申請人:紅蝶科技(深圳)有限公司