專利名稱：采用三片led燈板的lcd投影機(jī)光源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影機(jī)光源系統(tǒng)，特別涉及一種采用三片LED燈板的LCD投影機(jī) 光源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
多年來(lái)投影機(jī)一直是商務(wù)活動(dòng)、教育等領(lǐng)域的公用設(shè)備，其特點(diǎn)是可以輕松獲得 大畫面，可顯示數(shù)字、模擬圖像，可以作為超大屏幕電視應(yīng)用，正在由公用設(shè)備逐步向家用 電器的應(yīng)用普及；目前市場(chǎng)上3LCD投影機(jī)的光源多采用UHE超高壓汞燈泡和金屬鹵素?zé)?泡，是中、低檔投影機(jī)中廣泛采用的理想光源。UHE超高壓汞燈泡優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格適中，在使用 4000小時(shí)以前亮度幾乎不衰減。金屬鹵素?zé)襞輧r(jià)格相對(duì)UHE便宜，高效率、高顯色性、高色 溫，但發(fā)熱高，半衰期短，一般使用1000小時(shí)左右亮度就會(huì)降低到原先的一半左右。對(duì)投影 機(jī)散熱系統(tǒng)要求高，不宜做長(zhǎng)時(shí)間(4小時(shí)以上)的投影使用，金屬鹵素?zé)襞菰诘投送队皺C(jī)中 被廣泛使用。兩種光源能夠較好滿足大幅面投影的亮度要求，但是投影機(jī)光路結(jié)構(gòu)都較復(fù) 雜，體積大，開(kāi)機(jī)需要預(yù)熱1 2分鐘才能點(diǎn)亮，同時(shí)燈的壽命短，屬設(shè)備消耗材料，價(jià)格約 占設(shè)備總價(jià)的1/4 1/5，對(duì)投影機(jī)用戶是一個(gè)較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，一般家庭難以承受。目前市場(chǎng)上3IXD投影機(jī)公知的光路系統(tǒng)的工作原理如圖1所示包括密閉光匣 101 ；光源(燈泡)102，冷光鏡(光學(xué)隔熱玻璃)103;可以去掉UV (紫外線)保護(hù)IXD屏不受 熱量損害，積分透鏡104、106、109、111、112、114、116負(fù)責(zé)將從光源發(fā)出的光線均勻化后均 勻地照射到投影屏幕的各個(gè)邊角，反光鏡105、108、113、115負(fù)責(zé)將各色光源送到合適的位 置，分光鏡107將紅色頻率的光通過(guò)，綠和藍(lán)色頻率光被反射到綠、藍(lán)光路，分光鏡110將藍(lán) 光通過(guò)送進(jìn)藍(lán)光路，將綠光反射，經(jīng)過(guò)積分透鏡111送入綠光路前偏振光片124、綠IXD屏 125、后偏振光片126，最后進(jìn)入合成棱鏡120，紅色和藍(lán)色同理。合成棱鏡120將紅、綠、藍(lán) 三信號(hào)重合成方向一致的彩色信號(hào)經(jīng)鏡頭130投射出大幅面彩色圖象到屏幕上。隨著世界低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保主導(dǎo)人們消費(fèi)生活的發(fā)展趨勢(shì)，科技進(jìn)步為電子設(shè) 備的革新提供了新的機(jī)遇，發(fā)光二級(jí)管(LED)是一種壽命長(zhǎng)、環(huán)保的半導(dǎo)體光源，但在過(guò)去 一段時(shí)間，由于高亮度、大功率LED燈芯價(jià)格高，影響了普及應(yīng)用。電子產(chǎn)品升級(jí)遵循摩爾 定律，LED產(chǎn)品近來(lái)性能有了很大的提升，伴隨著大量的普及應(yīng)用，價(jià)格也趨于合理，科研開(kāi) 發(fā)前景日益顯現(xiàn)。因此，提供一種設(shè)計(jì)合理、性能可靠、高效節(jié)能的采用三片LED燈板的IXD投影機(jī) 光源系統(tǒng)，是該領(lǐng)域科研技術(shù)人員急需解決的重要難題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足之處，提供一種采用三片LED燈板的IXD投 影機(jī)光源系統(tǒng)；即采用紅、綠、藍(lán)三片多個(gè)LED燈芯組成的燈板作為光源，替代目前3IXD投 影機(jī)普遍使用的UHE超高壓汞燈或鹵素?zé)艄庠?，可以?shí)現(xiàn)投影機(jī)體積小、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低和 環(huán)保的目的，且將該投影機(jī)普及推廣替代現(xiàn)在家庭電視的應(yīng)用。
為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明所采用的實(shí)施方式如下一種采用三片LED燈板的IXD投 影機(jī)光源系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由多個(gè)LED燈芯為光源的3IXD投影機(jī)光源系統(tǒng)，其包括紅、綠、藍(lán) 三片獨(dú)立的LED燈芯板，系統(tǒng)根據(jù)不同投影機(jī)LCD顯示屏面積，每塊LED燈芯板上分別安裝 45 90粒紅、綠、藍(lán)LED燈芯。投影機(jī)根據(jù)亮度需求的不同，每粒LED燈芯功率可以在1 3W內(nèi)選擇，燈芯發(fā)光 角度大于100°，均勻排列布置，LED燈芯布置面積大于投影機(jī)IXD顯示屏面積，長(zhǎng)、寬方向 的尺寸各增加10% 20%，紅色LED燈板發(fā)出紅光經(jīng)紅光路的前偏振光片照射紅信號(hào)IXD顯 示屏后經(jīng)紅光路的后偏振光片進(jìn)入圖像合成棱鏡；綠色LED燈板發(fā)出綠光經(jīng)綠光路的前偏 振光片照射綠信號(hào)LCD顯示屏后，經(jīng)綠光路的后偏振光片進(jìn)入圖像合成棱鏡，藍(lán)色LED燈板 發(fā)出的藍(lán)光經(jīng)藍(lán)光路的前偏振光片照射藍(lán)信號(hào)IXD顯示屏后，經(jīng)藍(lán)光路的后偏振光片進(jìn)入 圖像合成棱鏡，三種顏色圖像經(jīng)圖像合成棱鏡內(nèi)的紅、藍(lán)兩個(gè)鏡面反射后形成方向一致的 紅、綠、藍(lán)混合彩色圖像，經(jīng)變焦鏡頭在幕布上投射出大畫面彩色圖像。
所述系統(tǒng)包括一個(gè)固定各部件的密閉LED光路底座匣，各部件安裝在設(shè)計(jì)好的相 關(guān)位置上，所述圖像合成棱鏡位于LED光路底座匣的中心，圖像合成棱鏡的圖像輸出面位 于變焦鏡頭的入射面，兩面相對(duì)且平行，兩面中心點(diǎn)在同一軸心上，面對(duì)合成棱鏡的紅、綠、 藍(lán)三個(gè)圖像入射面分別安裝各光路的后偏振光片，后偏振光片的外側(cè)分別是紅、綠、藍(lán)信號(hào) LCD顯示屏；紅、綠、藍(lán)信號(hào)LCD顯示屏外側(cè)分別是各光路前偏振片；前偏振片外側(cè)分別安裝 紅、綠、藍(lán)LED燈板，每種顏色的LED燈板發(fā)光面和所對(duì)應(yīng)光路的前偏振光片、LCD顯示屏、 后偏振光片、合成棱鏡入射面的中心點(diǎn)在同一軸心上，且各部分內(nèi)相互對(duì)應(yīng)的四個(gè)面平行。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用LED的光源簡(jiǎn)化投影機(jī)整體結(jié)構(gòu)、縮小體積， 光路系統(tǒng)比傳統(tǒng)金屬鹵素?zé)舻捏w積可以減小2倍以上，擺脫投影機(jī)專業(yè)、笨重、高價(jià)的烙 印，同時(shí)省去了透鏡、反射鏡、濾色鏡等器件，可直接降低系統(tǒng)成本，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，可靠性 會(huì)有很大提高，LED壽命是目前金屬鹵素?zé)襞莸?0倍以上，延長(zhǎng)使用壽命，有效降低成本； 隨著LED技術(shù)、性能的快速提升，節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)將會(huì)更為突出，實(shí)用效果非常顯著。同時(shí) 本發(fā)明給普通消費(fèi)者帶來(lái)最為震撼的大畫面體驗(yàn)；且有利于節(jié)能環(huán)保，在保證LED光源有 效散熱條件下，可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用；該裝置不但滿足專業(yè)要求也適合于普通家庭的普及應(yīng) 用。


圖1是現(xiàn)有3IXD投影機(jī)光源系統(tǒng)示意圖2. 1是本發(fā)明采用三片LED作為L(zhǎng)CD投影機(jī)光源的投影機(jī)光學(xué)結(jié)構(gòu)平面示意圖； 圖2. 2是本發(fā)明采用三片LED作為L(zhǎng)CD投影機(jī)光源的投影機(jī)光學(xué)結(jié)構(gòu)立體示意圖； 圖3是本發(fā)明采用三片LED作為3LCD光源的投影機(jī)工作原理示意圖； 圖4是本發(fā)明舉例說(shuō)明紅、綠、藍(lán)LED發(fā)光板燈芯布置示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征詳述 如下
如圖2 圖4所示，該系統(tǒng)是由多個(gè)LED燈芯為光源的3IXD投影機(jī)光源系統(tǒng)，包括紅、綠、藍(lán)三片獨(dú)立的LED燈芯板，系統(tǒng)根據(jù)不同投影機(jī)IXD顯示屏面積，每塊LED燈芯板上分 別安裝45 90粒紅、綠、藍(lán)LED燈芯。
如圖2. 1、圖2. 2所示的位置裝配，所述系統(tǒng)包括一個(gè)固定各部件的密閉LED光路 底座匣21、圖像合成棱鏡22、變焦鏡頭23、紅光路前偏振片241、紅信號(hào)IXD顯示屏242、紅 光路后偏振光片243、紅色LED燈板244、綠光路前偏振片251、綠信號(hào)IXD顯示屏252、綠光 路后偏振光片253、綠色LED燈板254、藍(lán)光路前偏振片261、藍(lán)信號(hào)IXD顯示屏262、藍(lán)光路 后偏振光片263及藍(lán)色LED燈板264。所述圖像合成棱鏡22位于LED光路底座匣21的中心，圖像合成棱鏡22的圖像輸 出面位于變焦鏡頭23的入射面，兩面相對(duì)且平行，兩面中心點(diǎn)在同一軸心上，面對(duì)圖像合 成棱鏡22的紅、綠、藍(lán)三個(gè)圖像入射面分別安裝各光路的后偏振光片243、253、263，后偏振 光片的外側(cè)分別是紅、綠、藍(lán)信號(hào)IXD顯示屏242、252、262 ；紅、綠、藍(lán)信號(hào)IXD顯示屏242、 252、262外側(cè)分別是各光路前偏振片241、251、261 ；前偏振片外側(cè)分別安裝紅、綠、藍(lán)LED燈 板244、254、264，每種顏色的LED燈板發(fā)光面和所對(duì)應(yīng)光路的前偏振光片、LCD顯示屏、后偏 振光片、合成棱鏡入射面的中心點(diǎn)在同一軸心上，且各部分內(nèi)相互對(duì)應(yīng)的四個(gè)面平行。為了保證系統(tǒng)正常工作的環(huán)境要求，遵循LED燈工作特性按常規(guī)做好相關(guān)的專 業(yè)散熱工藝，故不再本發(fā)明文件中贅述。圖3是采用三片LED光源的3IXD投影機(jī)工作原理圖，以多芯LED燈板組成的光源 可發(fā)出均勻的紅、綠、藍(lán)三基色光，通過(guò)各光路的前偏振光片分別照射到紅、綠、藍(lán)信號(hào)LCD 顯示屏，紅色I(xiàn)XD屏上的圖像經(jīng)紅光路中的后偏振光片進(jìn)入合成棱鏡30中，在45°的紅色 反射鏡31表面反射出紅色圖象，藍(lán)色I(xiàn)XD屏上的圖像經(jīng)藍(lán)光路中的后偏振光片進(jìn)入合成 棱鏡30中，在45°藍(lán)色反射鏡32鏡面上反射出藍(lán)色圖像，綠色I(xiàn)XD屏上的圖像通過(guò)綠光路 中的后偏振光片透過(guò)紅色反射鏡31、藍(lán)色反射鏡32在合成棱鏡與紅、藍(lán)反射鏡面反射出的 圖像重合為方向一致彩色圖像，經(jīng)變焦鏡頭投射出彩色大幅面艷麗圖像。投影機(jī)根據(jù)亮度需求的不同，每粒LED燈芯功率可以在1 3W內(nèi)選擇，燈芯發(fā)光 角度大于100°，均勻排列布置，LED燈芯布置面積大于投影機(jī)IXD顯示屏面積，長(zhǎng)、寬方向 的尺寸各增加10% 20%。圖4是LED燈芯原理圖，采用串聯(lián)、并聯(lián)混合方式布置，每單粒燈芯發(fā)
光面大于100°，紅色LED光譜為620 630nm，綠色LED光譜為520 530nm，藍(lán)色LED 光譜為460 470nm。在圖4中LED燈板41是紅色燈板244的電路布置示意圖，LED板42是綠、藍(lán)LED 燈板254、264的電路布置示意圖；圖4是采用50V直流電壓供電的實(shí)施例，布置LED燈板 41的燈芯41-01到41-60共60粒，每粒紅LED燈芯典型工作電壓2. 4V，分別以41-01到
41-20,41-21到41-40、41-41到41-60，20粒一組串聯(lián)后電壓48V，再三組并聯(lián)，采用50V電 源加一個(gè)限流電阻供電。在圖4中42代表綠色和藍(lán)色LED板的電路布置示意圖上布置LED燈芯42_01到
42-45共45粒，每粒綠、藍(lán)LED燈芯典型工作電壓3.25V，分別以42-01到42-15,42-16到 42-30,42-31到42-45，15粒一組串聯(lián)后電壓48. 75V，再三組并聯(lián)，采用50V電源加一個(gè)限 流電阻供電。在上述實(shí)施例中采用的50V直流電源供電，當(dāng)采用145V供電方式時(shí)，LED燈芯分別以紅色60粒，綠、藍(lán)色45粒進(jìn)行串聯(lián)，電源供電采用公知的開(kāi)關(guān)型直流電源，根據(jù)不同亮 度需求，確定采用50V或145V方式供電。為了滿足色彩平衡要求，選用燈芯時(shí)按照紅、綠、藍(lán)色亮度值和功率進(jìn)行配比，同 時(shí)通過(guò)適當(dāng)調(diào)整供電LED串聯(lián)電路中的限流電阻值來(lái)保證色彩的純正。 采用LED燈芯制作的紅、綠、藍(lán)色三塊燈板作為3IXD投影機(jī)的光源，在攝氏50°C的 工作溫度條件下壽命一般為50000小時(shí)，是鹵素?zé)魤勖氖畮妆?，同等功率的LED亮度已經(jīng) 與鹵素?zé)舫制?，目前達(dá)到100 lm/W以上，2011年有望提高至150 200 lm/W，近幾年發(fā)展 速度是平均每年提高301m/W以上，LED的發(fā)光效率的上限被認(rèn)為是2501m/W左右，因此高 效、節(jié)能上還有很大的發(fā)展?jié)摿?。上述參照?shí)施例對(duì)該采用三片LED燈板的LCD投影機(jī)光源系統(tǒng)進(jìn)行的詳細(xì)描述， 是說(shuō)明性的而不是限定性的，因此在不脫離本發(fā)明總體構(gòu)思下的變化和修改，應(yīng)屬本發(fā)明 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種采用三片LED燈板的LCD投影機(jī)光源系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)是由多個(gè)LED 燈芯為光源的3LCD投影機(jī)光源系統(tǒng)，包括紅、綠、藍(lán)三片獨(dú)立的LED燈芯板，系統(tǒng)根據(jù)不同投影機(jī)LCD顯示屏面積，每塊LED燈芯板上分別安裝45～90粒紅、綠、藍(lán)LED燈芯；每粒LED燈芯功率可以在1～3W內(nèi)選擇，燈芯發(fā)光角度大于100°，均勻排列布置，LED燈芯布置面積大于投影機(jī)LCD顯示屏面積，長(zhǎng)、寬方向的尺寸各增加10%～20%，紅色LED燈板發(fā)出紅光經(jīng)紅光路的前偏振光片照射紅信號(hào)LCD顯示屏后經(jīng)紅光路的后偏振光片進(jìn)入圖像合成棱鏡；綠色LED燈板發(fā)出綠光經(jīng)綠光路的前偏振光片照射綠信號(hào)LCD顯示屏后，經(jīng)綠光路的后偏振光片進(jìn)入圖像合成棱鏡，藍(lán)色LED燈板發(fā)出的藍(lán)光經(jīng)藍(lán)光路的前偏振光片照射藍(lán)信號(hào)LCD顯示屏后，經(jīng)藍(lán)光路的后偏振光片進(jìn)入圖像合成棱鏡，三種顏色圖像經(jīng)圖像合成棱鏡內(nèi)的紅、藍(lán)兩個(gè)鏡面反射后形成方向一致的紅、綠、藍(lán)混合彩色圖像，經(jīng)變焦鏡頭在幕布上投射出大畫面彩色圖像；所述系統(tǒng)包括一個(gè)固定各部件的密閉LED光路底座匣，所述圖像合成棱鏡位于LED光路底座匣的中心，圖像合成棱鏡的圖像輸出面位于變焦鏡頭的入射面，兩面相對(duì)且平行，兩面中心點(diǎn)在同一軸心上，面對(duì)合成棱鏡的紅、綠、藍(lán)三個(gè)圖像入射面分別安裝各光路的后偏振光片，后偏振光片的外側(cè)分別是紅、綠、藍(lán)信號(hào)LCD顯示屏；紅、綠、藍(lán)信號(hào)LCD顯示屏外側(cè)分別是各光路前偏振片；前偏振片外側(cè)分別安裝紅、綠、藍(lán)LED燈板，每種顏色的LED燈板發(fā)光面和所對(duì)應(yīng)光路的前偏振光片、LCD顯示屏、后偏振光片、合成棱鏡入射面的中心點(diǎn)在同一軸心上，且各部分內(nèi)相互對(duì)應(yīng)的四個(gè)面平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用三片LED燈板的LCD投影機(jī)光源系統(tǒng)，其特征在于以多 粒LED燈芯板組成的光源可發(fā)出均勻的紅、綠、藍(lán)三基色光，通過(guò)各光路的前偏振光片分別 照射到紅、綠、藍(lán)信號(hào)IXD顯示屏，紅色I(xiàn)XD屏上的圖像經(jīng)紅光路中的后偏振光片進(jìn)入合成 棱鏡中，在45°的紅色反射鏡表面反射出紅色圖象，藍(lán)色I(xiàn)XD屏上的圖像經(jīng)藍(lán)光路中的后 偏振光片進(jìn)入合成棱鏡中，在45°的藍(lán)色反射鏡上反射出藍(lán)色圖像，綠色I(xiàn)XD屏上的圖像 通過(guò)綠光路中的后偏振光片透過(guò)紅色反射鏡、藍(lán)色反射鏡與紅、藍(lán)反射鏡面反射出的圖像 重合為方向一致彩色圖像，經(jīng)變焦鏡頭投射出彩色大幅面艷麗圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用三片LED燈板的LCD投影機(jī)光源系統(tǒng)，其特征在于單粒 燈芯發(fā)光面大于100°，紅色LED光譜為620 630nm，綠色LED光譜為520 530nm，藍(lán)色 LED光譜為460 470nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用三片LED燈板的LCD投影機(jī)光源系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括紅、綠、藍(lán)三片獨(dú)立的LED燈芯板，系統(tǒng)根據(jù)不同投影機(jī)LCD顯示屏面積，每塊LED燈芯板上分別安裝45～90粒紅、綠、藍(lán)LED燈芯。投影機(jī)根據(jù)亮度需求的不同，每粒LED燈芯功率可以在1～3W內(nèi)選擇， 燈芯發(fā)光角度大于100°，均勻排列布置；LED燈芯布置面積大于投影機(jī)LCD顯示屏面積，長(zhǎng)、寬方向的尺寸各增加10%～20%。三種顏色圖像信號(hào)經(jīng)圖像合成棱鏡內(nèi)的紅、藍(lán)兩個(gè)鏡面反射后重合為方向一致的彩色圖像，經(jīng)變焦鏡頭在幕布上投射出大畫面彩色圖像。本發(fā)明采用LED的光源可以簡(jiǎn)化投影機(jī)整體結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，降低成本；同時(shí)有利于節(jié)能環(huán)保，在保證LED光源有效散熱條件下，可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用，且應(yīng)用非常廣泛。
文檔編號(hào)F21V13/00GK101963747SQ20101028587
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月19日
發(fā)明者劉喜章, 孫小金, 李海洋, 靳張鋁 申請(qǐng)人:天津愛(ài)安特科技股份有限公司