专利名称：Led组件以及采用led组件的照明系统和投影系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有提高的光效率的LED组件，以及一种采用该LED组件的照明系统和投影系统。
背景技术：
投影系统使用从光源发出的光在显示面板上形成图像，通过投影透镜单元放大图像并将该图像投影在屏幕上以满足观众对于大尺度屏幕的要求。投影系统使用灯作为光源，但是灯的缺点是尺寸较大、制造单位价格昂贵、热辐射强并且平均寿命短。
因此，投影系统使用激光或发光二极管(LED)代替灯来作为光源。由于LED便宜并且平均寿命长，所以LED可用作光源。由于单个LED的亮度不足以投影图像，所以需要许多LED。
如图1所示，在传统LED组件10中，多个LED芯片15以预定间隔排列在LED基板13上。LED芯片15大致具有正方形形状。在投影系统中形成图像的显示面板之一的DMD(变形反射镜装置)通过在二维空间上使用多个微镜的排列并且独立操作开/关每个微镜来形成图像。
当微镜30处于开或关状态时，在入射光被微镜30反射之后每道光的路径显示在图2a中。例如，高宽比为16∶9的显示面板宽2.3cm长1cm。容纳在显示面板内的微镜30非常小。一个微镜的大小以单位μm给出，从而很难精确地控制微镜的操作。微镜的旋转角受DMD的结构限制，入射光的锥角受微镜的倾斜角α限制。
当微镜30处于开状态时，入射光Li以入射角α入射在微镜30上，从而入射光Li可从微镜30被反射并以垂直方向向着屏幕前进。当微镜30处于开状态时，用于在从微镜30被反射之后形成图像的光被称为有效光Le，当微镜30处于关状态时，在从微镜30被反射之后传向投影透镜单元外部的光被称为无效光。入射光Li的锥角需要在±α之内，从而有效光和无效光不会相互干扰。例如，当α为12°时，入射光Li的锥角可以在±12°内。其次，当微镜30处于关状态时，微镜30被倾斜到对面，并且入射光Li向着偏离纵轴P的方向被反射。窗31覆盖微镜30，并且存在从窗31反射的超范围的光。
如上所述，入射光Li的锥角被限制，从而入射光和有效光不相互干扰。图2B是示出被投影在相同平面上以解释微镜30的旋转轴C和有效光之间的关系的入射光Li、有效光Le、超范围光Lo和无效光Lu的示图。关于图3A中示出的锥角，垂直于旋转轴C的轴被称为第一轴X，平行于旋转轴C的轴被称为第二轴Y。考虑由于入射光和有效光对于第一轴会相互干扰而对于第二轴不会相互干扰，所以与第一轴的锥角相比第二轴的锥角相对具有足够的裕量。因此，可以通过使第二轴的锥角大于第一轴的锥角来提高光效率。使用障碍形成椭圆光来增大第二轴的锥角。
图3A是示出具有以二维排列的微镜30的显示面板35的结构以及微镜30的旋转轴C和显示面板35之间的关系的平面图。图3B是比较从传统LED组件发出的光40和通过投影透镜单元的障碍形成的有效光42的平面图。旋转轴与Y轴一致。当比较光40和有效光42时，存在的问题是由于在如图1所示的LED组件结构中入射在显示面板上的入射光具有正方形分布，所以如图3B所示通过除去大部分光的障碍使得光效率降低。
发明内容
本发明提供了一种具有改进的LED芯片排列结构以增大光效率的LED组件，以及一种采用该LED组件的照明系统和投影系统。
根据本发明的一方面，提供了一种将光提供给具有多个可旋转微镜以形成图像的显示面板的LED组件，该LED组件包括基板；和排列在基板上并相对于基板以预定角度倾斜的LED芯片。像微镜的旋转轴相对于显示面板倾斜那样LED芯片相对于基板松散排列。
LED组件的形状可与显示面板的形状相同。
LED芯片可具有矩形形状。
矩形LED组件芯片的高宽比由提供给投影透镜单元的障碍的Fno来确定，所述投影透镜单元放大由所述显示面板形成的图像并将该图像投影在屏幕上。
根据本发明的另一方面，提供了一种将光提供给具有多个可旋转微镜以形成图像的显示面板的照明系统，该照明系统包括LED组件，具有基板和以预定角度相对于基板松散排列的LED芯片；光学装置，将从LED芯片发射的光变成平行光；和光隧道，使通过光学装置的光的强度均匀。
光学装置可包括复眼透镜，该复眼透镜具有与LED芯片的排列对应的排列。
根据本发明的另一方面，提供了一种投影系统，包括LED组件，具有基板和以预定角度相对于基板松散排列的LED芯片；光学装置，将从LED芯片发射的光变成平行光；光隧道，使通过光学装置的光的强度均匀；显示面板，具有排列在其上的可旋转微镜，使用来自光隧道的光来形成图像；和投影透镜单元，使用障碍来放大通过所述显示面板形成的图像并将该图像投影在屏幕上，所述障碍对于入射光形成具有不对称分布的有效光。
显示面板可包括多个微镜，所述多个微镜的旋转轴相对于所述面板以对角线方向或平行方向排列。
通过结合附图对示例性实施例进行的详细描述，本发明的以上和其他特点和优点将会变得更加清楚，其中图1是使用在传统投影系统中的LED组件的平面图；图2A是示出当在投影系统中使用DMD作为显示面板来形成图像时根据微镜的旋转运动的入射光、有效光、超范围光和无效光的示图；图2B是示出使用微镜投影在平面上的入射光、有效光、超范围光和无效光的示图；图3A是示出用作显示面板的示例的DMD的示图；图3B是比较由提供给传统投影系统中的投影透镜单元的障碍形成的有效光分布和由采用传统LED组件的照明系统形成的光分布的平面图；图4是示出根据本发明实施例的照明系统和投影系统的平面图；图5是示出根据本发明实施例的LED组件的平面图；图6A和图6B是示出根据本发明实施例的提供给投影系统的显示面板的排列结构的平面图；
图7是比较从光隧道发出的照射光和由提供给根据本发明实施例的投影系统的障碍形成的椭圆有效光的平面图；和图8A和图8B是示出根据从根据本发明实施例的LED组件照射的光的光角度的光强度分布的曲线图。
具体实施例方式
参照图4，根据本发明的投影系统包括照射光的LED组件100；显示面板132，使用从LED组件100照射的光来形成图像；和投影透镜单元135，放大图像并将图像投影在屏幕S上。
光学装置120将从LED组件100照射的光变成平行光，光隧道125使光强度均匀。
第一会聚透镜122、第二会聚透镜123和第三会聚透镜124被布置在光学装置120和光隧道125之间的光路上。反射已通过第四会聚透镜127和光隧道125的所有光的全反射棱镜130被布置在光隧道125和显示面板132之间的光路上。
全反射棱镜130包括入射侧棱镜130a，向着显示面板132反射从LED组件100发出的所有光；和出射侧棱镜130b，向着投影透镜单元135透射从显示面板132反射的光。此外，对于光效率，投影透镜单元135具有障碍134，该障碍134形成与显示面板132的结构对应的有效光。
参照图5，LED组件100包括具有多个LED芯片115的基板113，所述多个LED芯片115以预定角度θ相对于基板113倾斜。
根据显示面板132的结构LED芯片115的倾斜角θ有所不同。LED芯片115的倾斜角θ可以是微镜的旋转轴相对于显示面板132倾斜的角度。
如图6A所示，显示面板132具有有着以行排列的多个微镜165的面板160，并且微镜165绕着旋转轴C旋转。微镜165以矩形形状被并排排列在面板160上，旋转轴被置于对角线方向。当显示面板132具有图6A中所示的结构时，如图7所示，由障碍134形成的有效光140变成在微镜165的旋转轴C的方向上具有长轴的椭圆形。
LED芯片115可具有矩形形状以与椭圆形的有效光对应。可由障碍134的Fno确定矩形的高宽比。由于Fno＝(焦距/有效孔径)，所以矩形LED芯片115的高宽比是障碍134的长轴与短轴的有效孔径比的倒数。有效孔径比与如图7所示的椭圆有效光140的长轴与短轴的长度比相同。
LED芯片115的倾斜角θ可具有与微镜165的旋转轴C相对于面板160的倾斜相同的倾斜。当LED芯片115的倾斜角与微镜的旋转轴C的倾斜相同时，通过光学装置120和光隧道125的照射光141具有有着如图7所示的倾斜矩形形状的锥角的光分布。因此，当比较有效光140和照射光141时，可最小化从照射光141除去的光数量。图8A是示出在照射光141的长轴方向上根据光角度光强度分布的曲线图。图8B是示出在照射光141的短轴方向上根据光角度光强度分布的曲线图。根据光强度的分布通过提高有效光140和照射光141的比可提高光效率。
如图6B所示，微镜175可相对于面板170以钻石图案排列。这样，微镜175的旋转轴C可相对于面板170在平行方向或垂直方向上排列。当微镜175的旋转轴C相对于面板170在平行方向上排列时，矩形LED芯片115的长轴可相对于基板113在平行方向上排列。此外，当微镜175的旋转轴C相对于面板170在垂直方向上排列时，矩形LED芯片115的长轴可相对于基板113在垂直方向上排列。LED组件可具有类似于显示面板形状的形状。按照更期望的方式，LED组件的高宽比可大致与显示面板132的高宽比相同。
光学装置120使从LED组件100发出的光成为平行光，复眼透镜可用作光学装置120。透镜单元120a相对于LED芯片115具有一对一的排列。结果，复眼透镜的每个透镜单元120a面对每个LED芯片。
通过光学装置120的平行光通过穿过光隧道125变成均匀光。根据LED芯片115的形状，穿过光隧道125的光具有倾斜角和大致矩形分布。具有这种分布的照射光被入射侧棱镜130a完全反射，并入射在显示面板132上。从显示面板132反射的光通过入射侧棱镜130a和出射侧棱镜130b被向着投影透镜单元135发射。
由于从显示面板132反射的光已被调整成将由障碍134形成的有效光的形状，所以可最小化由障碍134除去的光量。因此，可提高照明系统和投影系统的光效率。
投影透镜单元135放大由显示面板形成的图像，将该图像作为大尺寸图像显示在屏幕S上，并且由于光效率被提高而提供具有较大亮度的图像。
如上所述，通过使用投影透镜单元的障碍，LED组件通过排列LED芯片从而使得LED芯片与具有不对称分布的有效光的形状对应来提高光效率。光效率的提高减少了LED的功耗和发热量。结果，使LED组件的冷却比过去更容易。
通过采用具有与显示面板结构相匹配的改进的结构的LED组件，照明系统和投影系统提供更亮的图像。
尽管已参照本发明的示例性实施例显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。
权利要求
1.一种给具有多个可旋转微镜以形成图像的显示面板提供光的LED组件，该LED组件包括基板；和LED芯片，排列在所述基板上并以预定角度相对于所述基板倾斜。
2.根据权利要求1所述的LED组件，其中，像微镜的旋转轴相对于所述显示面板倾斜那样所述LED芯片相对于所述基板松散排列。
3.根据权利要求1所述的LED组件，其中，所述LED组件的形状与所述显示面板的形状相同。
4.根据权利要求1所述的LED组件，其中，所述LED芯片具有矩形形状。
5.根据权利要求4所述的LED组件，其中，所述矩形LED芯片的高宽比由提供给投影透镜单元的障碍的Fno来确定，所述投影透镜单元放大由所述显示面板形成的图像并将该图像投影在屏幕上。
6.一种将光提供给具有多个可旋转微镜以形成图像的显示面板的照明系统，该照明系统包括LED组件，具有基板和以预定角度相对于所述基板松散排列的LED芯片；光学装置，将从所述LED芯片发射的光变成平行光；和光隧道，使通过所述光学装置的光的强度均匀。
7.根据权利要求6所述的照明系统，其中，像微镜的旋转轴相对于所述显示面板倾斜那样，所述LED芯片相对于所述基板松散排列。
8.根据权利要求6所述的照明系统，其中，所述LED组件的形状与所述显示面板的形状相同。
9.根据权利要求6所述的照明系统，其中，所述LED芯片具有矩形形状。
10.根据权利要求9所述的照明系统，其中，所述矩形LED芯片的高宽比由提供给投影透镜单元的障碍的Fno来确定，所述投影透镜单元放大由所述显示面板形成的图像并将该图像投影在屏幕上。
11.根据权利要求6所述的照明系统，其中，所述光学装置包括复眼透镜。
12.根据权利要求11所述的照明系统，其中，所述复眼透镜具有与所述LED芯片的排列对应的排列。
13.一种投影系统，包括LED组件，具有基板和以预定角度相对于所述基板松散排列的LED芯片；光学装置，将从所述LED芯片发射的光变成平行光；光隧道，使通过所述光学装置的光的强度均匀；显示面板，具有排列在其上的可旋转微镜，使用来自所述光隧道的光来形成图像；和投影透镜单元，使用障碍来放大由所述显示面板形成的图像并将该图像投影在屏幕上，所述障碍对于入射光形成具有不对称分布的有效光。
14.根据权利要求13所述的投影系统，其中，像微镜的旋转轴相对于所述显示面板倾斜那样，所述LED芯片相对于所述基板松散排列。
15.根据权利要求13所述的投影系统，其中，所述LED组件的形状与所述显示面板的形状相同。
16.根据权利要求13所述的投影系统，其中，所述LED芯片具有矩形形状。
17.根据权利要求16所述的投影系统，其中，所述矩形LED芯片的高宽比由所述障碍的Fno确定。
18.根据权利要求17所述的投影系统，其中，所述矩形LED芯片的高宽比是所述障碍的长轴与短轴的有效孔径比的倒数。
19.根据权利要求13所述的投影系统，其中，所述光学装置包括复眼透镜。
20.根据权利要求19所述的投影系统，其中，所述复眼透镜具有与所述LED芯片的排列对应的排列。
21.根据权利要求13所述的投影系统，其中，所述显示面板包括多个微镜，所述多个微镜的旋转轴相对于所述面板以对角线方向或平行方向排列。
全文摘要
本发明提供了一种具有提高的光效率的LED组件，以及一种采用该LED组件的照明系统和投影系统。在将光提供给具有多个可旋转微镜以形成图像的显示面板的LED组件中，该LED组件包括基板和LED芯片。LED芯片以预定角度相对于基板松散排列。通过投影透镜单元的障碍，LED组件通过排列LED芯片以使LED芯片与具有不对称分布的有效光的形状对应来提高光效率。
文档编号G02B27/00GK1800965SQ20051013282
公开日2006年7月12日 申请日期2005年12月22日 优先权日2005年1月5日
发明者李启薰 申请人:三星电子株式会社