专利名称：采用三片led灯板的lcd投影机光源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投影机光源系统，特别涉及一种采用三片LED灯板的LCD投影机 光源系统。
背景技术：
多年来投影机一直是商务活动、教育等领域的公用设备，其特点是可以轻松获得 大画面，可显示数字、模拟图像，可以作为超大屏幕电视应用，正在由公用设备逐步向家用 电器的应用普及；目前市场上3LCD投影机的光源多采用UHE超高压汞灯泡和金属卤素灯 泡，是中、低档投影机中广泛采用的理想光源。UHE超高压汞灯泡优点是价格适中，在使用 4000小时以前亮度几乎不衰减。金属卤素灯泡价格相对UHE便宜，高效率、高显色性、高色 温，但发热高，半衰期短，一般使用1000小时左右亮度就会降低到原先的一半左右。对投影 机散热系统要求高，不宜做长时间(4小时以上)的投影使用，金属卤素灯泡在低端投影机中 被广泛使用。两种光源能够较好满足大幅面投影的亮度要求，但是投影机光路结构都较复 杂，体积大，开机需要预热1 2分钟才能点亮，同时灯的寿命短，属设备消耗材料，价格约 占设备总价的1/4 1/5，对投影机用户是一个较大的经济负担，一般家庭难以承受。目前市场上3IXD投影机公知的光路系统的工作原理如图1所示包括密闭光匣 101 ；光源(灯泡)102，冷光镜(光学隔热玻璃)103;可以去掉UV (紫外线)保护IXD屏不受 热量损害，积分透镜104、106、109、111、112、114、116负责将从光源发出的光线均勻化后均 勻地照射到投影屏幕的各个边角，反光镜105、108、113、115负责将各色光源送到合适的位 置，分光镜107将红色频率的光通过，绿和蓝色频率光被反射到绿、蓝光路，分光镜110将蓝 光通过送进蓝光路，将绿光反射，经过积分透镜111送入绿光路前偏振光片124、绿IXD屏 125、后偏振光片126，最后进入合成棱镜120，红色和蓝色同理。合成棱镜120将红、绿、蓝 三信号重合成方向一致的彩色信号经镜头130投射出大幅面彩色图象到屏幕上。随着世界低碳经济、节能环保主导人们消费生活的发展趋势，科技进步为电子设 备的革新提供了新的机遇，发光二级管(LED)是一种寿命长、环保的半导体光源，但在过去 一段时间，由于高亮度、大功率LED灯芯价格高，影响了普及应用。电子产品升级遵循摩尔 定律，LED产品近来性能有了很大的提升，伴随着大量的普及应用，价格也趋于合理，科研开 发前景日益显现。因此，提供一种设计合理、性能可靠、高效节能的采用三片LED灯板的IXD投影机 光源系统，是该领域科研技术人员急需解决的重要难题之一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足之处，提供一种采用三片LED灯板的IXD投 影机光源系统；即采用红、绿、蓝三片多个LED灯芯组成的灯板作为光源，替代目前3IXD投 影机普遍使用的UHE超高压汞灯或卤素灯光源，可以实现投影机体积小、寿命长、价格低和 环保的目的，且将该投影机普及推广替代现在家庭电视的应用。
为实现上述目的本发明所采用的实施方式如下一种采用三片LED灯板的IXD投 影机光源系统，该系统是由多个LED灯芯为光源的3IXD投影机光源系统，其包括红、绿、蓝 三片独立的LED灯芯板，系统根据不同投影机LCD显示屏面积，每块LED灯芯板上分别安装 45 90粒红、绿、蓝LED灯芯。投影机根据亮度需求的不同，每粒LED灯芯功率可以在1 3W内选择，灯芯发光 角度大于100°，均勻排列布置，LED灯芯布置面积大于投影机IXD显示屏面积，长、宽方向 的尺寸各增加10% 20%，红色LED灯板发出红光经红光路的前偏振光片照射红信号IXD显 示屏后经红光路的后偏振光片进入图像合成棱镜；绿色LED灯板发出绿光经绿光路的前偏 振光片照射绿信号LCD显示屏后，经绿光路的后偏振光片进入图像合成棱镜，蓝色LED灯板 发出的蓝光经蓝光路的前偏振光片照射蓝信号IXD显示屏后，经蓝光路的后偏振光片进入 图像合成棱镜，三种颜色图像经图像合成棱镜内的红、蓝两个镜面反射后形成方向一致的 红、绿、蓝混合彩色图像，经变焦镜头在幕布上投射出大画面彩色图像。
所述系统包括一个固定各部件的密闭LED光路底座匣，各部件安装在设计好的相 关位置上，所述图像合成棱镜位于LED光路底座匣的中心，图像合成棱镜的图像输出面位 于变焦镜头的入射面，两面相对且平行，两面中心点在同一轴心上，面对合成棱镜的红、绿、 蓝三个图像入射面分别安装各光路的后偏振光片，后偏振光片的外侧分别是红、绿、蓝信号 LCD显示屏；红、绿、蓝信号LCD显示屏外侧分别是各光路前偏振片；前偏振片外侧分别安装 红、绿、蓝LED灯板，每种颜色的LED灯板发光面和所对应光路的前偏振光片、LCD显示屏、 后偏振光片、合成棱镜入射面的中心点在同一轴心上，且各部分内相互对应的四个面平行。本发明的有益效果是本发明采用LED的光源简化投影机整体结构、缩小体积， 光路系统比传统金属卤素灯的体积可以减小2倍以上，摆脱投影机专业、笨重、高价的烙 印，同时省去了透镜、反射镜、滤色镜等器件，可直接降低系统成本，简化生产工艺，可靠性 会有很大提高，LED寿命是目前金属卤素灯泡的10倍以上，延长使用寿命，有效降低成本； 随着LED技术、性能的快速提升，节能环保的优势将会更为突出，实用效果非常显著。同时 本发明给普通消费者带来最为震撼的大画面体验；且有利于节能环保，在保证LED光源有 效散热条件下，可长时间连续使用；该装置不但满足专业要求也适合于普通家庭的普及应 用。
图1是现有3IXD投影机光源系统示意图2. 1是本发明采用三片LED作为LCD投影机光源的投影机光学结构平面示意图； 图2. 2是本发明采用三片LED作为LCD投影机光源的投影机光学结构立体示意图； 图3是本发明采用三片LED作为3LCD光源的投影机工作原理示意图； 图4是本发明举例说明红、绿、蓝LED发光板灯芯布置示意图。
具体实施例方式以下结合附图和较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式
、结构、特征详述 如下
如图2 图4所示，该系统是由多个LED灯芯为光源的3IXD投影机光源系统，包括红、绿、蓝三片独立的LED灯芯板，系统根据不同投影机IXD显示屏面积，每块LED灯芯板上分 别安装45 90粒红、绿、蓝LED灯芯。
如图2. 1、图2. 2所示的位置装配，所述系统包括一个固定各部件的密闭LED光路 底座匣21、图像合成棱镜22、变焦镜头23、红光路前偏振片241、红信号IXD显示屏242、红 光路后偏振光片243、红色LED灯板244、绿光路前偏振片251、绿信号IXD显示屏252、绿光 路后偏振光片253、绿色LED灯板254、蓝光路前偏振片261、蓝信号IXD显示屏262、蓝光路 后偏振光片263及蓝色LED灯板264。所述图像合成棱镜22位于LED光路底座匣21的中心，图像合成棱镜22的图像输 出面位于变焦镜头23的入射面，两面相对且平行，两面中心点在同一轴心上，面对图像合 成棱镜22的红、绿、蓝三个图像入射面分别安装各光路的后偏振光片243、253、263，后偏振 光片的外侧分别是红、绿、蓝信号IXD显示屏242、252、262 ；红、绿、蓝信号IXD显示屏242、 252、262外侧分别是各光路前偏振片241、251、261 ；前偏振片外侧分别安装红、绿、蓝LED灯 板244、254、264，每种颜色的LED灯板发光面和所对应光路的前偏振光片、LCD显示屏、后偏 振光片、合成棱镜入射面的中心点在同一轴心上，且各部分内相互对应的四个面平行。为了保证系统正常工作的环境要求，遵循LED灯工作特性按常规做好相关的专 业散热工艺，故不再本发明文件中赘述。图3是采用三片LED光源的3IXD投影机工作原理图，以多芯LED灯板组成的光源 可发出均勻的红、绿、蓝三基色光，通过各光路的前偏振光片分别照射到红、绿、蓝信号LCD 显示屏，红色IXD屏上的图像经红光路中的后偏振光片进入合成棱镜30中，在45°的红色 反射镜31表面反射出红色图象，蓝色IXD屏上的图像经蓝光路中的后偏振光片进入合成 棱镜30中，在45°蓝色反射镜32镜面上反射出蓝色图像，绿色IXD屏上的图像通过绿光路 中的后偏振光片透过红色反射镜31、蓝色反射镜32在合成棱镜与红、蓝反射镜面反射出的 图像重合为方向一致彩色图像，经变焦镜头投射出彩色大幅面艳丽图像。投影机根据亮度需求的不同，每粒LED灯芯功率可以在1 3W内选择，灯芯发光 角度大于100°，均勻排列布置，LED灯芯布置面积大于投影机IXD显示屏面积，长、宽方向 的尺寸各增加10% 20%。图4是LED灯芯原理图，采用串联、并联混合方式布置，每单粒灯芯发
光面大于100°，红色LED光谱为620 630nm，绿色LED光谱为520 530nm，蓝色LED 光谱为460 470nm。在图4中LED灯板41是红色灯板244的电路布置示意图，LED板42是绿、蓝LED 灯板254、264的电路布置示意图；图4是采用50V直流电压供电的实施例，布置LED灯板 41的灯芯41-01到41-60共60粒，每粒红LED灯芯典型工作电压2. 4V，分别以41-01到
41-20,41-21到41-40、41-41到41-60，20粒一组串联后电压48V，再三组并联，采用50V电 源加一个限流电阻供电。在图4中42代表绿色和蓝色LED板的电路布置示意图上布置LED灯芯42_01到
42-45共45粒，每粒绿、蓝LED灯芯典型工作电压3.25V，分别以42-01到42-15,42-16到 42-30,42-31到42-45，15粒一组串联后电压48. 75V，再三组并联，采用50V电源加一个限 流电阻供电。在上述实施例中采用的50V直流电源供电，当采用145V供电方式时，LED灯芯分别以红色60粒，绿、蓝色45粒进行串联，电源供电采用公知的开关型直流电源，根据不同亮 度需求，确定采用50V或145V方式供电。为了满足色彩平衡要求，选用灯芯时按照红、绿、蓝色亮度值和功率进行配比，同 时通过适当调整供电LED串联电路中的限流电阻值来保证色彩的纯正。 采用LED灯芯制作的红、绿、蓝色三块灯板作为3IXD投影机的光源，在摄氏50°C的 工作温度条件下寿命一般为50000小时，是卤素灯寿命的十几倍，同等功率的LED亮度已经 与卤素灯持平，目前达到100 lm/W以上，2011年有望提高至150 200 lm/W，近几年发展 速度是平均每年提高301m/W以上，LED的发光效率的上限被认为是2501m/W左右，因此高 效、节能上还有很大的发展潜力。上述参照实施例对该采用三片LED灯板的LCD投影机光源系统进行的详细描述， 是说明性的而不是限定性的，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明 的保护范围之内。
权利要求
一种采用三片LED灯板的LCD投影机光源系统，其特征在于该系统是由多个LED 灯芯为光源的3LCD投影机光源系统，包括红、绿、蓝三片独立的LED灯芯板，系统根据不同投影机LCD显示屏面积，每块LED灯芯板上分别安装45～90粒红、绿、蓝LED灯芯；每粒LED灯芯功率可以在1～3W内选择，灯芯发光角度大于100°，均匀排列布置，LED灯芯布置面积大于投影机LCD显示屏面积，长、宽方向的尺寸各增加10%～20%，红色LED灯板发出红光经红光路的前偏振光片照射红信号LCD显示屏后经红光路的后偏振光片进入图像合成棱镜；绿色LED灯板发出绿光经绿光路的前偏振光片照射绿信号LCD显示屏后，经绿光路的后偏振光片进入图像合成棱镜，蓝色LED灯板发出的蓝光经蓝光路的前偏振光片照射蓝信号LCD显示屏后，经蓝光路的后偏振光片进入图像合成棱镜，三种颜色图像经图像合成棱镜内的红、蓝两个镜面反射后形成方向一致的红、绿、蓝混合彩色图像，经变焦镜头在幕布上投射出大画面彩色图像；所述系统包括一个固定各部件的密闭LED光路底座匣，所述图像合成棱镜位于LED光路底座匣的中心，图像合成棱镜的图像输出面位于变焦镜头的入射面，两面相对且平行，两面中心点在同一轴心上，面对合成棱镜的红、绿、蓝三个图像入射面分别安装各光路的后偏振光片，后偏振光片的外侧分别是红、绿、蓝信号LCD显示屏；红、绿、蓝信号LCD显示屏外侧分别是各光路前偏振片；前偏振片外侧分别安装红、绿、蓝LED灯板，每种颜色的LED灯板发光面和所对应光路的前偏振光片、LCD显示屏、后偏振光片、合成棱镜入射面的中心点在同一轴心上，且各部分内相互对应的四个面平行。
2.根据权利要求1所述的采用三片LED灯板的LCD投影机光源系统，其特征在于以多 粒LED灯芯板组成的光源可发出均勻的红、绿、蓝三基色光，通过各光路的前偏振光片分别 照射到红、绿、蓝信号IXD显示屏，红色IXD屏上的图像经红光路中的后偏振光片进入合成 棱镜中，在45°的红色反射镜表面反射出红色图象，蓝色IXD屏上的图像经蓝光路中的后 偏振光片进入合成棱镜中，在45°的蓝色反射镜上反射出蓝色图像，绿色IXD屏上的图像 通过绿光路中的后偏振光片透过红色反射镜、蓝色反射镜与红、蓝反射镜面反射出的图像 重合为方向一致彩色图像，经变焦镜头投射出彩色大幅面艳丽图像。
3.根据权利要求1所述的采用三片LED灯板的LCD投影机光源系统，其特征在于单粒 灯芯发光面大于100°，红色LED光谱为620 630nm，绿色LED光谱为520 530nm，蓝色 LED光谱为460 470nm。
全文摘要
本发明涉及一种采用三片LED灯板的LCD投影机光源系统，该系统包括红、绿、蓝三片独立的LED灯芯板，系统根据不同投影机LCD显示屏面积，每块LED灯芯板上分别安装45～90粒红、绿、蓝LED灯芯。投影机根据亮度需求的不同，每粒LED灯芯功率可以在1～3W内选择， 灯芯发光角度大于100°，均匀排列布置；LED灯芯布置面积大于投影机LCD显示屏面积，长、宽方向的尺寸各增加10%～20%。三种颜色图像信号经图像合成棱镜内的红、蓝两个镜面反射后重合为方向一致的彩色图像，经变焦镜头在幕布上投射出大画面彩色图像。本发明采用LED的光源可以简化投影机整体结构，简化生产工艺，降低成本；同时有利于节能环保，在保证LED光源有效散热条件下，可长时间连续使用，且应用非常广泛。
文档编号F21V13/00GK101963747SQ20101028587
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月19日 优先权日2010年9月19日
发明者刘喜章, 孙小金, 李海洋, 靳张铝 申请人:天津爱安特科技股份有限公司