专利名称：发光二极管组件、光源系统和投影系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学照明领域，尤其是涉及发光二极管(LED, LightEmitting Diodes )，具有所述发光二极管的硅基液晶(LCOS, Liquid Crystalon Silicon )投影机的光源系统以及具有该光源系统的硅基液晶投影系统。
背景技术：
目前，在微型投影机中普遍采用发光二极管(LED)作为投影机光源，但是众所周知，LED所发出的光，存在很大的角度性，这样就造成中间部分光较强，周边部分的光较弱。使光变均勾成为LED作为投影机光源首要首先需要解决的一个问题。目前，大多投影机厂家普遍采用蝇眼系统进行均光。
采用蝇眼系统进行均光的光源系统结构如图1所示。图l所示光源系统包括发光二极管组件l、蝇眼系统2和会聚透镜8。
其中，蝇眼系统2由蝇眼透镜构成，可使照射在其上的非均匀光均匀的射出，达到均光的作用。发光二极管组件包括若干LED器件。LED器件由于有一定的出射角，所以在发光二极管组件后面要加上一会聚透镜8,对出射光线进行会聚，然后照射到蝇眼系统2上进行均光。
在这种结构中，采用在光源与蝇眼系统中间加会聚透镜，能提高光的利用率。现有技术采用这种方法的缺陷在于，光在穿过透镜的过程中增加了损耗，并且增加了元器件的数目，不利于降低成本。
发明内容
本发明要解决的问题是对采用蝇眼系统进行均光的光源系统结构进行改进，以克服现有技术中光损耗较大且成本较高的缺点。
为了达到上述目的，本发明公开了一种发光二极管组件，包括基板和设置在所述基板上的LED器件。所述基板被构造成所述基板上的至少一部分LED器件的法线向基板的中心法线倾斜，以使所述至少一部分LED器件发射的光会聚。
本发明还公开了一种硅基液晶投影装置的光源系统，包括蝇眼系统，用于使入射的光线均匀地射出；发光二极管组件，用于向硅基液晶面板提供光。所述发光二极管组件包括基板和设置在所述基板上的LED器件。所述基板被构造成所述基板上的至少 一部分LED器件的法线向基板的中心法线倾斜，以使所述至少一部分LED器件发射的光会聚。所述发光二极管组件的设有LED器件的表面与所述蝇眼系统相对设置。
本发明还公开了 一种硅基液晶投影系统，包括以上所述的光源系统。本发明的光源系统省去了发光二极管组件和蝇眼系统之间的会聚透镜，有效的提高了光的利用率，并且减少了元器件的数目，节约了成本。
图l为现有技术中硅基液晶投影机的光源系统结构图2a显示了发光二极管的发光原理示意图2b显示了发光二极管的发光强度角分布示意图3 a为本发明 一 个实施例的硅基液晶投影装置的光源系统结构图3 b为本发明另 一 个实施例的硅基液晶投影装置的光源系统结构图；图4为本发明 一 个实施例的发光二极管组件的正面结构图5为本发明 一 个实施例的中心LED与蝇眼系统的距离计算示意图6为本发明一个实施例的周边LED倾斜角度计算示意图；以及
图7为本发明 一个实施例的硅基液晶投影系统的光路结构示意图。
具体实施例方式
下面将详细描述本发明的具体实施方式
，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号表示相同或类似的元件。下面通过参考附图，描述本发明，这仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明的主要目的是提供一种用于硅基液晶投影机的LED光源系统，包括发光二极管组件和蝇眼系统，通过合理设置LED器件的摆放结构，使得发光二极管组件出射的光大部分都集中在蝇眼系统上，提高光的利用率。发光二极管(LED)是由m-IV族化合物，如GaAs (砷化镓)、GaP (磷化镓)、GaAsP (磷砷化镓)等半导体制成，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性等。但是在一定条件下，发光二极管具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子一部分与多数载流子(多子)复合而发光，如图2a中所示。具体而言，假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心(这个中心介于导带、介带中间附近)捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。通常，发光二极管的发光强度通常是指法线(对圆柱形发光管是指其轴线)方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为(1/683 ) W/sr时，则发光1坎德拉(符号为cd)。由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。
图2b显示了发光二极管的发光强度角分布示意图。法线AO的坐标为相对发光强度(即发光强度与最大发光强度的之比)。显然，法线方向上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。在下面的具体实施方式
的说明中，将发光二极管发光强度最大的方向作为该发光二极管的法线方向。
本发明的一个实施例提出了一种发光二极管组件，如图3a中标号10所示为本实施例的发光二极管组件的结构。该发光二极管组件包括基板和设置在所述基板上的LED器件。基板被构造成基板上的至少一部分LED器件的法线向基板的中心法线倾斜，以使所述至少一部分LED器件发射的光会聚。基板的法线是与基板所在的平面垂直的直线，基板的中心法线为经过基板中心点的与基板所在平面垂直的直线。
本发明的另一个实施例提出了一种发光二极管组件，如图3b中标号11所示为本实施例的发光二极管组件的结构。本实施例的发光二极管组件的基板
6包括中心部分和围绕中心部分的周边部分，LED器件分别设置在中心部分和周边部分上，其中周边部分的法线向中心部分倾斜。周边部分设置的LED器件称为周边LED,中心部分设置的LED器件称为中心LED。
如图4所示为本发明一个实施例的发光二极管组件的正面结构图。作为上述实施例的一个实例，周边部分上的LED器件均匀地布置。LED器件采用对称形式布置可以使发光二极管组件射出的光具有较好的对称性。
作为上述实施例的一个实例，周边部分上均匀地设置有6个LED器件，且中心部分设置有1个LED器件。
作为上述实施例的一个实例，周边部分上的6个LED器件相对于中心部分上的1个LED器件两两对称。
作为本发明的发光二极管组件的实施例，基板沿着中心法线所取的截面形状为弧形。
本发明的一个实施例提出了一种硅基液晶投影装置的光源系统。如图3a所示为该实施例的光源系统的结构图。该实施例的光源系统包括发光二极管组件10和蝇眼系统2。其中，蝇眼系统2用于让入射的光线均匀地射出；发光二极管组件10用于向硅基液晶面板提供光。该发光二极管组件10包括基板和设置在基板上的LED器件。基板被构造成基板上的至少一部分LED器件的法线向基板的中心法线倾斜，以使所述至少 一部分LED器件发射的光会聚。发光二极管组件10的设有LED器件的表面与蝇眼系统2相对设置。
本发明的另 一个实施例提出了 一种硅基液晶投影装置的光源系统。如图3b所示为该实施例的光源系统的结构图。该实施例的光源系统包括发光二极管组件11和蝇眼系统2。该发光二极管组件11包括基板和设置在基板上的LED器件。与上述实施例不同的是，本实施例的发光二极管组件11的基板包括中心部分和围绕中心部分的周边部分，LED器件分别设置在中心部分和周边部分上，其中周边部分的法线朝向所述中心部分的中心法线倾斜。周边部分设置的LED器件称为周边LED，中心部分设置的LED器件称为中心LED。
如图4所示为本发明一个实施例的发光二极管组件的正面结构图。作为本发明的光源系统的实施例，周边部分上的LED器件均匀地布置。
作为本发明的光源系统的实施例，周边部分上均匀地设置有6个LED
器件，且中心部分设置有1个LED器件。
作为本发明的光源系统的实施例，周边部分上的6个LED器件相对于中
心部分上的1个LED器件两两对称。
作为本发明的光源系统的实施例，基板沿着中心法线所取的截面形状为弧形。
作为本发明的光源系统的实施例，发光二极管组件的出射面和蝇眼系统的入射面具有相同或者相似的形状。采用相同或者相似的形状可以最大限度的利用蝇眼系统，提高光线和设备的利用率。
作为本发明的光源系统的实施例，发光二极管组件的出射面与所述蝇眼系统的入射面为圆形。采用圆形可以使LED器件发射的光具有良好的对称性。采用圓形出射面仅是本发明的一种实施方式，在具体应用中，可以采用其他对称形状。
本实施例中，每个LED器件的出射光线的上下边缘分别到达蝇眼系统的上下边缘。这样，就能保证发光二极管组件出射的大部分光线都集中在了蝇眼系统上，从而可以省略掉中间的会聚透镜部分，达到了会聚光线的目的。
如果发光二极管组件需要较多的LED器件，还可以把LED器件设置为外围多层的结构，每一层都各自具有相应的倾斜角度，使得每一层LED器件发射的光都集中在蝇眼系统上。
下面举例说明中心LED与蝇眼系统的距离a的计算过程如图5所示为本发明的一个实施例计算中心LED与蝇眼系统的距离的示意图。
在该例中，中心LED的发光角度e为60° ，蝇眼系统有效直径D为
25mm，中心LED光的有效直径山为5mm,根据三角函数可以得出计算公
式如下
a = 《)xcot(0/2)/2 ，
式中，a为所述中心LED与所述蝇眼系统的距离，d,为所述中心LED的直径，D为所述蝇眼系统的直径，e为所述中心LED的发光角度。
根据上述公式可计算出在该实例中，中心LED距离蝇眼系统的距离 a=17.32mm。
下面举例说明周边LED倾斜角度"的计算过程
如图6所示为上述实施例中计算周边LED倾斜角度的示意图。周边 LED底面相对于中心LED底面的倾斜角度〃根据中心LED的有效直径d,、 周边LED的有效直径d2、蝇眼系统的有效直径D、周边LED的发光角度, 以及中心LED与所述蝇眼系统的距离a计算。
在该例中，周边LED的发光角度"为60° ，蝇眼系统的有效直径为 25mm,中心LED的有效直径为5mm，周边LED的有效直径为5mm，如 图5所示，角度b即为所求的周边LED的倾斜角度/ 。根据法线垂直可以 得出，Zd=Zb,
而Zc:30。 -Zd,即Zc-30。 -Zb。
tanc= ((25-5)/2画5cosb) /(17.32-5sinb)，而c=30° -Zb，
故tan(30。 -Zb)=(10-5cosb)/(17.32-5sinb),从而求得Zb^ 14° ，即" 14° 。
根据上述计算过程可得出计算公式如下 tanO/2= 2 —《cossin〃)，
式中，/ 为周边LED底面相对于中心LED底面的倾斜角度，r为周边 LED的发光角度，D为蝇眼系统的有效直径，山为中心LED的有效直径， d2为周边LED的有效直径，a为中心LED与蝇眼系统的距离。
在上述实例中，中心LED和周边LED的有效直径以及发光角度都相 同，在具体应用中，可以不限于此种情况，根据需要选择相同或不同的直 径和发光角度。
以上所述仅是举例说明中心LED距离蝇眼系统的距离以及周边LED 的倾斜角度的计算方法。在具体应用中，根据设计方案中的总体构建，LED 的发光角度和直径，蝇眼系统的大小都视具体情况而定，不是固定不变的。
本发明的一个实施例提出了一种硅基液晶投影系统。如图7所示为本 发明一个实施例的硅基液晶投影系统光路图。图中，发光二极管组件ll用于向硅基液晶面板提供光，其发射的光投射到蝇眼系统2后出射均匀光，
再经过偏光板3a,滤去P光，透过S光，到达偏振分束器PBS( Polarized Beam Splitter) 4后，反射S光进入LCOS面板5，然后从LCOS面板出射P光， 透过PBS板到达偏光板3b，进入投影物镜系统6进行放大投影到前面的大 屏幕7上。
其中，上述发光二极管组件包括基板和设置在基板上的LED器件。基 板被构造成所述基板上的至少 一部分LED器件的法线向基板的中心法线倾 斜，以使所述至少一部分LED器件发射的光会聚。发光二极管组件的设有 LED器件的表面与蝇眼系统相对设置。
作为本发明的投影系统的实施例，如图7所示，发光二极管组件ll的基 板包括中心部分和围绕中心部分的周边部分，LED器件分别设置在中心部 分和周边部分上，其中周边部分的法线朝向中心部分倾斜。周边部分设置 的LED器件称为周边LED，中心部分设置的LED器件称为中心LED。图 7所示的发光二极管11的结构仅是本发明实施例的一个实例，也可以采用 基于本发明思想的其他结构。
作为本发明的投影系统的实施例，周边部分上的LED器件均匀地布置。
作为本发明的投影系统的实施例，周边部分上均匀地设置有6个LED 器件，且中心部分设置有1个LED器件。
作为本发明的投影系统的实施例，周边部分上的6个LED器件相对于 中心部分上的1个LED器件两两对称。
作为本发明的投影系统的实施例，基板沿着中心法线所取的截面形状为 弧形。
作为本发明的投影系统的实施例，发光二极管组件的出射面和所述蝇眼 系统的蝇眼系统的入射面具有相同或者相似的形状。采用相同或者相似的 形状可以最大限度的利用蝇眼系统，提高光线和设备的利用率。
作为本发明的投影系统的实施例，所述发光二极管组件的出射面与所述 蝇眼系统的入射面为圓形。釆用圓形可以使LED器件发射的光具有良好的 对称性。采用圆形出射面仅是本发明的一种实施方式，在具体应用中，可 以采用其他对称形状。
10本发明的实施例提出的发光二极管组件、光源系统以及投影系统具有
以下有益效果
(1 )将发光二极管组件设置为具有会聚光线的结构，使得LED器件 发射的光线自然集中在蝇眼系统上，不需要在发光二极管组件和蝇眼系统 之间增加会聚透镜，减少了元器件的使用，节约了成本；
(2 )由于避免了使用位于发光二极管组件和蝇眼系统之间的会聚透 镜，使得LED器件发出的光在到达蝇眼系统的过程中减少了损耗，提高了 光的利用率；
(3)本发明实施例的发光二极管组件以及其中的LED器件采用对称 形状，使得出射的光具有良好的对称性，有利于提高蝇眼系统的均光效果。 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种发光二极管组件，其特征在于，包括基板和设置在所述基板上的LED器件，所述基板被构造成所述基板上的至少一部分LED器件的法线向基板的中心法线倾斜，以使所述至少一部分LED器件发射的光会聚。
2. 根据权利要求1所述的发光二极管组件，其特征在于，所述基板包 括中心部分和围绕所述中心部分的周边部分，所述LED器件分别设置在所 述中心部分和周边部分上，其中所述周边部分的法线向所述中心部分的中 心法线倾斜。
3. 根据权利要求2所述的发光二极管组件，其特征在于，所述周边部 分上的LED器件均匀地布置。
4. 根据权利要求3所述的发光二极管组件，其特征在于，所述周边部 分上均勻地设置有6个LED器件，且中心部分设置有1个LED器件。
5. 根据权利要求1所述的发光二极管组件，其特征在于，所述基板沿 着中心法线所取的截面形状为弧形。
6. —种硅基液晶投影装置的光源系统，其特征在于，包括 蝇眼系统，用于使入射的光线均匀地射出；发光二极管组件，用于向硅基液晶面板提供光，所述发光二极管组件 包括基板和设置在所述基板上的LED器件，所述基板被构造成所述基板上 的至少 一部分LED器件的法线向基板的中心法线倾斜，以使所述至少 一部 分LED器件发射的光会聚，所述发光二极管组件的设有LED器件的表面与所述蝇眼系统相对设置。
7. 根据权利要求6所述的光源系统，其特征在于，所述基板包括中心 部分和围绕所述中心部分的周边部分，所述LED器件分别设置在所述中心 部分和周边部分上，其中所述周边部分的法线向所述中心部分的中心法线倾斜。
8. 根据权利要求7所述的光源系统，其特征在于，所述周边部分上的LED器件均匀地布置。
9. 根据权利要求6所述的光源系统，其特征在于，所述基板沿着中心 法线所取的截面形状为弧形。
10. 根据权利要求6所述的光源系统，其特征在于，所述发光二极管 组件的出射面和所述蝇眼系统的入射面具有相同或者相似的形状。
11. 根据权利要求IO所述的光源系统，其特征在于，所述发光二极管 组件的出射面与所述蝇眼系统的入射面为圓形。
12. —种硅基液晶投影系统，其特征在于，包括根据权利要求6-11 任一项所述的光源系统。
全文摘要
本发明公开了一种发光二极管组件、一种硅基液晶投影装置的光源系统以及一种硅基液晶投影系统。所述光源系统包括蝇眼系统，用于使入射的光线均匀地射出；发光二极管组件，用于向硅基液晶面板提供光。所述发光二极管组件包括基板和设置在所述基板上的LED器件，所述基板被构造成所述基板上的至少一部分LED器件的法线向基板的中心法线倾斜，以使所述至少一部分LED器件发射的光会聚。所述发光二极管组件的设有LED器件的表面与所述蝇眼系统相对设置。本发明的光源系统省去了发光二极管组件和蝇眼系统中间的会聚透镜，从而减少了透镜的使用数量，有效的提高了光的利用率，也节约了成本。
文档编号F21V21/00GK101639203SQ20081011757
公开日2010年2月3日 申请日期2008年8月1日 优先权日2008年8月1日
发明者欧耀华 申请人:比亚迪股份有限公司