反射式led光學引擎的製作方法

2023-05-21 04:49:51

專利名稱：反射式led光學引擎的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種投影機或背投電視機(MDTV)中關鍵的部件 一光學引擎，尤其是涉及一種對光學引擎中光源結構進行的改進，屬 於投影顯示器件技術領域。
技術背景如今,投影技術作為一種飛速發展的顯示技術，已廣泛應用於曰 常工作和生活中。現有各種投影系統中的核心組件是光學引擎，光學 引擎主要由光源和沿光路布置的透鏡組、顯示晶片構成；其中顯示芯 片主要分為液晶式晶片和DMD (數字微鏡裝置)晶片，其形狀為四方 形，長寬比通常是4:3或16:9;光源常用的是燈泡式光源，如UHP燈 (超高壓汞燈)和金屬卣素燈。燈泡式光源的缺點是功耗大、散熱多、 彩色範圍小和不利於環保。目前已出現以LED為光源的光學引擎，但據申請人了解,現有這 些以LED為光源的光學引擎尚有缺陷。如公告號為CN2519308Y的中 國專利(專利名稱-以發光二極體為光源的投影機)，在該專利公開文 件所描述的光學引擎中，各LED只是簡單獨立地布置在控制單元上， 其發出的散射光只有少部分直接或簡單通過透鏡射到液晶顯示板上； 由於光的亮度和均勻度很差，因此實際根本無法實現有效的投影畫 面。實用新型內容本實用新型的目的在於針對上述現有投影系統的光學引擎存在 的缺陷，提出一種反射式LED光學引擎，該光學引擎通過改進光源結 構及配套積分透鏡組，可大幅提高LED發射光的均勻度和LED發光利 用率，從而達到清晰有效的投影畫面。為了達到以上目的，本實用新型的技術方案是，提出一種反射式LED光學引擎，該光學引擎包括裝於基板一面的LED陣列、積分透鏡 組和四方形顯示晶片，所述積分透鏡組由第一樣i透鏡陣列和第二;f效透 鏡陣列沿光路順次平行排列構成，所述第 一微透鏡陣列數與第二微透 鏡陣列數相同且大於LED陣列數，其改進之處是，所述裝有LED陣列 的基板一面對應LED陣列制有反光碗陣列形成LED陣列模板，所述 LED封裝在所述反光碗底部中心的^上，所述反光碗的敞口面為四 方形。上述技術方案的完善是，所述反光碗的凹面為一旋轉圓錐曲面， 所述凹面的表面覆有反光膜，所述反光碗的敞口面長寬比與顯示晶片 長寬比相同，所述第一微透鏡和第二微透鏡的貫通面為四方形。上述技術方案的進一步完善是，所述LED的發光源處於所述反 光碗凹面的焦點上。實際使用本實用新型的反射式LED光學引擎時，由於LED通電發 出的光大部分先發射到反光碗的凹面上，經凹面反射後的光線，形成 以反光碗的敞口面範圍內均布且基本平行射出且與顯示晶片面積基 本一致的光束；同時該光束經第一微透鏡陣列分割成若千小光束後再 經第二微透鏡陣列擴大成與顯示晶片面積大小基本相同的若千大光 束，各大光束重合疊加到顯示晶片上，因此相比現有投影系統中的 LED光學引擎，可大大提高LED發光的利用率和均勻度。


以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明。 圖l是實施例一中LED陣列的結構示意圖。 圖2是圖1中LED陣列單元的結構示意圖。 圖3是圖2的左視結構示意圖。圖4是實施例一 LED光學引擎陣列的單元及光路的結構示意圖。 圖5是實施例二LED光學引擎陣列及光路的結構示意圖。 圖6是實施例三LED光學引擎陣列及光路的結構示意圖。
具體實施方式
實施例一本實施例的反射式LED光學引擎如圖1和圖4所示，包括基板1、 裝於基板1 一面的由多個LED2排列的LED陣列、由第一樣t透鏡陣列 4和第二微透鏡陣列5沿光路順次平行排列組成的積分透鏡組及顯示 晶片8,在基板1的裝有LED陣列的一面壓制有與LED陣列對應也呈 陣列布置的凹陷反光碗3，由基板l、 LED陣列和反光碗陣列構成LED 陣列模板ll。基板1釆用印刷電路板製作；顯示晶片8為長方形， 採用LCD液晶晶片。如圖2所示，LED2封裝在反光碗3底部的中心處。如圖3所示，反光碗3的凹面為一旋轉拋物面7，且其表面鍍有 反光膜；反光碗3的敞口面6為長方形，敞口面6的長寬比與顯示芯 片8的長寬比相同，由反光碗3組成的反光碗陣列周邊也形成長方形。如圖4所示，第一微透鏡陣列4對應反光碗3敞口面6的貫通面 呈長方形，並分割為若干個呈長方形的糹敖透鏡9;第二孩t透鏡陣列5 對應第一^L透^^竟陣列4的貫通面呈長方形，並分割為若干個呈長方形 的微透鏡9'。第一微透鏡陣列4和第二微透鏡陣列5的貫通面長寬 比與顯示晶片8的長寬比相同。在基板1上製作安裝LED陣列和反光碗陣列的主要過程是，將 LED2直接封裝在基板1上組成LED陣列；圍繞每單元LED2的四周用 鋁板製成反光碗3並形成反光碗3陣列，反光碗3內凹面鍍有反光膜， 反光碗3的開口面製成長方形，調整LED2的發光源位置，使之處於反 光碗3凹面的焦點上，這樣就完成了 LED陣列和反光碗陣列製作並形 成LED陣列模板ll。
在上述制好的LED陣列模板11的發光一側排布第一微透鏡陣列 4、第二微透鏡陣列5和顯示晶片8即形成基本的光學引擎。使用時， 將LED陣列衝莫才反中的各LED2與電控等裝置接通，如圖3所示，通電 後的LED2發出的絕大部^L射光都先射到反光碗3的拋物面7上， 經拋物面7的反射後的光沿反光碗3的開口基本平行射出，由此形成 與反光碗3敞口面積大小相同的長方形平行光束，可大大提高LED的 發光利用率和亮度。如圖4所示，經反光碗3反射出的光束先穿過第 一微透鏡陣列4，被微透鏡9分割成若干小光束；小光束再經第二微 透鏡陣列5,被微透鏡9'擴放成大光束後射到顯示晶片8上，射到顯 示晶片8上的大光束面積正好等於顯示晶片8的面積；這樣從反光碗 3反射出光束中存在的不同強弱光線，經第一微透鏡陣列4和第二微 透鏡陣列5積分後重合疊加到顯示晶片8上，形成強弱光線的補償， 可以進一步地提高到達顯示晶片8光束的亮度和均勻度。實驗證明，採用本實施例的反射式LED光學引擎後，相比現有投 影系統中的LED光學引擎，由於成倍提高到達顯示晶片的LED發射光 的亮度、均勻度及LED發射光的利用率，因此真正有效地實現了以 LED為光源的投影畫面，並使得投影顯示畫面更加清晰和柔和。 實施例二本實施例的反射式LED光學引擎與實施例一基W目同，所不同的 是，沿正四邊形的三邊布置三組由外向內平行排列的LED陣列模板、 積分透鏡組和會聚透鏡12,積分透鏡組一側還設有偏振鏡片13，正 四邊形的中間設有一四稜鏡14,沿正四邊形的另一邊設有線柵9和 顯示晶片8。 LED陣列模板中的反光碗3凹面為一旋轉圓弧面，其表 面貼有反光膜；反光碗3採用塑料製作；顯示晶片8採用LC0S液晶 晶片。 實施例三 本實施例的反射式LED光學引擎與實施例二基本相同，所不同的 是，沿正四邊形的另一邊依次設有平行的二塊反射鏡15、 16和三角 稜鏡17及顯示晶片8;反光碗3凹面為一旋轉橢圓弧面；反光碗3採 用鋼板、合金板材或鋁塑複合板；顯示晶片8採用DMD晶片。顯然，從上述實施例中可以得出，所述反光碗的凹面還可以是由 其它圓錐曲線旋轉而形成的旋轉圓錐曲面；所述反光碗還可以採用其 它金屬材料、非金屬材料或複合材料製作；顯示晶片8還可是其它種 類的顯示晶片，具體實施方式
可以是上述方式的任意變化組合。除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式。凡採用等 同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本實用新型要求的保護範 圍內。
權利要求1.一種反射式LED光學引擎，包括裝於基板一面的LED陣列、積分透鏡組和四方形顯示晶片，所述積分透鏡組由第一微透鏡陣列和第二微透鏡陣列沿光路順次平行排列構成，所述第一微透鏡陣列數與第二微透鏡陣列數相同且大於LED陣列數，其特徵在於所述裝有LED陣列的基板一面對應LED陣列制有反光碗陣列形成LED陣列模板，所述LED封裝在所述反光碗底部中心的基板上，所述反光碗的敞口面為四方形。
2. 根據權利要求1所述反射式LED光學引擎，其特徵在於所 述反光碗的凹面為一旋轉圓錐曲面，其表面覆有反光膜；所述反光碗 的敞口面長寬比與顯示晶片長寬比相同；所述第 一微透鏡和第二微 透鏡的貫通面為四方形，其貫通面長寬比與顯示晶片的長寬比相同。
3. 根據權利要求2所述反射式LED光學引擎，其特徵在於所 述LED的發光源處於所述反光^^凹面的焦點上。
4. 根據權利要求3所述反射式LED光學引擎，其特徵在於所 述旋轉圓錐曲面是旋轉拋物面、旋轉圓弧面或旋轉橢圓弧面；所述顯 示晶片採用LCD液晶晶片、LCOS液晶晶片或DMD晶片。
5. 根據權利要求4所述反射式LED光學引擎，其特徵在於所 述顯示晶片為長方形，所述反光碗的敞口面為長方形，所述反光碗 陣列周邊形成長方形；所述第一微透鏡陣列對應反光碗敞口面的貫通面呈長方形，並分割為若干個呈長方形的微透鏡；所述第二孩t透鏡陣列5對應第一孩i透lfe陣列4的貫通面呈長方形，並分割為若干個呈長 方形的微透鏡。
6. 根據權利要求5所述反射式LED光學引擎，其特徵在於含 有沿正四邊形的三邊布置三組由外向內平行排列的LED陣列模板、積 分透鏡組和會聚透鏡，積分透鏡組一側還設有偏振鏡片，所述正四邊 形的中間^i殳有一四稜一鏡，沿正四邊形的另 一邊^L有線^f和LC0S液晶 晶片。
7.根據權利要求5所述反射式LED光學引擎，其特徵在於含 有沿正四邊形的三邊布置三組由外向內平行排列的LED陣列才莫板、積 分透鏡組和會聚透鏡，積分透鏡組一側還設有偏振鏡片，所述正四邊 形的中間設有一四稜鏡，沿正四邊形的另 一邊設有平行的二塊反射鏡 和三角稜鏡及DMD晶片。
專利摘要本實用新型涉及一種反射式LED光學引擎，屬於投影顯示器件技術領域。該光學引擎包括裝於基板一面的LED陣列、積分透鏡組和四方形顯示晶片，積分透鏡組由第一微透鏡陣列和第二微透鏡陣列沿光路順次平行排列構成，第一微透鏡陣列數與第二微透鏡陣列數相同且大於LED陣列數，裝有LED陣列的基板一面對應LED陣列制有反光碗陣列形成LED陣列模板，LED的電極引腳封裝在所述反光碗底部中心的基板上，反光碗的敞口面為四方形。採用本實施例的反射式LED光學引擎後，相比現有投影系統中的LED光學引擎，可大大提高LED發光的利用率和均勻度。
文檔編號G02B27/10GK201017160SQ20072003505
公開日2008年2月6日 申請日期2007年3月12日 優先權日2007年3月12日
發明者肖西昌 申請人:肖西昌