CN101176035A - 投影仪设备、叠层型发光二极管器件以及反射型发光二极管单元 - Google Patents

Abstract

提供一种具有杰出的热辐射性能和高的输出能力的叠层型发光二极管器件。多个反射型发光二极管单元10通过由电绝缘材料所形成的连接部件4被彼此连接，从而构成叠层型发光二极管器件100，其中每个反射型发光二极管单元10包括被彼此面对布置在具有高导热性的中空金属支架箱5内的发光二极管2和分色反射镜3。

Description

投影仪设备、叠层型发光二极管器件以及反射型发光二极管单元

技术领域

本发明涉及一种用于将图像投影并显示在诸如银幕等等上的投影仪设备、以及一种适用于该投影仪设备的叠层型发光二极管器件和反射型发光二极管单元。

背景技术

这样一种投影仪设备是已知的，其中通过利用诸如DMD(数字反射镜器件：注册商标)等等之类的光调制器来调制从光源发射的光，并且通过利用投影透镜将已调制光放大并将其投影到银幕上。在这种类型的投影仪设备中，诸如超高压汞灯、氙灯等等之类的白色放电灯被用作光源(例如参见专利文献1)。然而，通常在投影仪设备中，在一帧期间内分时投影对应于三原色的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的图像。当白光被用作光源时，在光源和光调制器之间用于将白光分成R、G和B三种颜色的滤光器部件是必须的，并且该器件的构造笨重。

因此，迄今已经提出了一种具有由红色、绿色和蓝色的各个发光二极管所构成的光源的投影仪设备(例如参见专利文献2)。

专利文献1：JP-A-2005-148298

专利文献2：JP-A-2003-186110

发明内容

本发明将要解决的问题

然而，在红色、绿色和蓝色发光二极管被用作光源的常规技术中，交叉分色棱镜被用来合并从各个发光二极管发射的光，并且每个发光二极管被布置成使得面对该交叉分色棱镜的三个表面中的每一个。因此存在这样一个问题，即在将各个发光二极管布置在投影仪设备中时，难以使各个发光二极管的光轴彼此共轴。

鉴于上述情形而实施了本发明，并且本发明具有提供一种其中不必使多个光源的光轴相互匹配的投影仪设备、以及一种适用于该投影仪设备的叠层型发光二极管器件和反射型发光二极管单元的目的。

解决所述问题的手段

为了达到上述目的，根据本发明，一种具有用于基于图像数据来调制从光源发射的光的光调制器和用于放大并投影由所述光调制器所调制的光的投影光学系统的投影仪设备的特征在于，通过利用叠层型发光二极管器件来构成光源，其中至少红光、绿光和蓝光的各个反射型发光二极管单元被彼此相连，以便沿相同的方向发射光。

此外，上述本发明的特征进一步在于，所述反射型发光二极管单元通过用于使其光轴彼此共轴的连接部件来彼此相连。

更进一步，上述本发明的特征进一步在于，红光、绿光和蓝光反射型发光二极管单元中的至少两个或更多个被同时接通，以便投影不同于红色、绿色和蓝色的颜色的图像。

更进一步，上述本发明的特征进一步在于，用于发射不同于红光、绿光和蓝光的颜色光的反射型发光二极管单元进一步与叠层型发光二极管器件相连。

更进一步，上述本发明的特征进一步在于，每个反射型发光二极管单元具有中空支架箱以及彼此面对布置的发光元件和分色反射镜，并且从发光元件所发射的光被分色反射镜反射，并从该支架箱的一个开口射出。

根据本发明，提供一种叠层型发光二极管器件，其特征在于，多个反射型发光二极管单元通过由电绝缘材料所形成的连接部件被彼此相连，其中每个反射型发光二极管单元包括被彼此面对布置在具有高导热性的金属中空支架箱内的发光元件和分色反射镜。

此外，上述本发明的特征进一步在于，发光元件被固定到由高导热材料所形成的引线框上，并且该引线框被固定到支架箱上。

更进一步，上述本发明的特征进一步在于，用于使分色反射镜的焦点位置与发光元件的布置位置相匹配的调节间隔器被设置在引线框和分色反射镜之间。

更进一步，上述本发明的特征进一步在于，漫射滤光器被设置在发光元件和分色反射镜之间。

更进一步，上述本发明的特征进一步在于，具有预定数量或更多的层的电介质多层膜被形成在玻璃基底的表面上，从而形成分色反射镜。

更进一步，上述本发明的特征进一步在于，分色反射镜的直径被设定为发光元件的外形尺寸的40倍或更大。

更进一步，上述本发明的特征进一步在于，分色反射镜的光反射面被设计成非球面形状或抛物面形状，其焦点对应于发光元件的布置位置。

更进一步，上述本发明的特征进一步在于，多个反射型发光二极管单元中的每个发光二极管发射具有不同中心波长的光。

为了达到上述目的，一种用于通过反射镜反射发光元件的光并将该光发射到外部的反射型发光二极管单元的特征在于，发光元件和反射镜被布置在金属中空支架箱内，并且另一反射型发光二极管单元被允许通过由电绝缘材料所形成的连接部件与所述反射型发光二极管单元相连。

本发明的效果

根据本发明，所述叠层型发光二极管器件被用作光源，其中至少红光、绿光和蓝光的反射型发光二极管单元被彼此相连，以便沿着相同的方向发射各自的光。因此，当光源被布置在投影仪设备中时，用于使反射型发光二极管单元的光轴彼此匹配的工作就是不必要的。

具体实施方式

将参考附图描述本发明的各实施例。

第一实施例

图1是示出根据一个实施例的投影仪设备200的构造的示意图。如图1所示，投影仪设备200配备有作为用于发射光的光源的叠层型发光二极管器件100、用于调制光的二维光调制器110、用于将从叠层型发光二极管器件100发射的光引导至二维光调制器110的照射光学系统120、用于投影在二维光调制器110中所调制的已调制光的投影光学系统130、以及用于执行投影仪设备200操作的控制的控制器件140。

叠层型发光二极管器件100有选择地发射对应于三原色的红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)或者同时发射红光、绿光和蓝光中的一些(包含发射全色光的情况)。具体而言，叠层型发光二极管器件100具有用于发射红光(R：660nm的波长)的反射型发光二极管单元10A、用于发射绿光(G：525nm的波长)的反射型发光二极管单元10B和用于发射蓝光(B：470nm的波长)的反射型发光二极管单元10C，并且这些反射型发光二极管单元10A至10C(在没有特别区分时由参考数字“10”表示)被层叠以便彼此连续，从而反射型发光二极管单元10A至10C沿相同的方向发射光。在控制器件140的控制下，有选择地发射每种颜色光或者发射一些颜色的光束(包含发射全色光束的情况)。稍后将详细描述叠层型发光二极管器件100的具体构造。

二维光调制器110基于控制器件140的控制来调制从叠层型发光二极管器件100发射的光，并使该已调制光入射到投影光学系统130上。在该实施例中，DMD被用作二维光调制器110。详细地描述为，DMD由二维布置的微反射镜构成，所述微反射镜的每个像素为微米尺寸。基于每个像素来控制微反射镜的倾斜，并且通过基于微反射镜改变反射光的反射角来设定开/关状态，以及仅沿预定方向反射的光入射到投影光学系统130上并且被投影为投影图像。此时，一个像素被分配给投影图像的一个像素，并且控制器件140基于将要投影的图像数据来执行一个像素的微反射镜的开/关控制(角度控制)。

照射光学系统120被布置在叠层型发光二极管器件100和二维光调制器110之间，并使从叠层型发光二极管器件100发射的光入射到二维光调制器110的反射区域的整个表面上，以使入射光的光量是均匀的。具体而言，照射光学系统120由用于分散从叠层型发光二极管器件100发射的光的多个蝇眼阵列透镜121、用于会聚通过蝇眼阵列透镜121的光的会聚透镜122、以及用于将通过会聚透镜122的光引导至二维光调制器110的反射区域的一对反射镜123、124构成。任何构造都可被用作照射光学系统120的构造，只要它使从叠层型发光二极管发射的光能够入射到二维光调制器110的反射区域的整个表面上，以使入射光的光量是均匀的。

投影光学系统130放大在二维光调制器110中所调制的光并将其投影到银幕400上，该银幕被布置在投影仪设备200的前面处，并且多个会聚元件被构造为沿光轴方向布置的一组透镜，以便防止投影图像由于R、G、B等等的各个颜色光束的色差而变得不清楚。

控制器件140具有用于控制叠层型发光二极管器件100的光发射的光发射控制器141、以及用于控制二维光调制器110的二维光调制器控制器142。光发射控制器141将接通控制信号Cm-r、Cm-g、Cm-b输出至反射型发光二极管单元10A至10C，以便在每个预定周期连续接通反射型发光二极管单元10A至10C。

此外，二维光调制器控制器142基于从与本实施例的投影仪设备200相连的计算机300(其可以是具有图像输出功能的另一电子设备，例如数字视频照相机等)输出的图像数据，将调制控制信号Cm-d输出至二维光调制器110，以便控制每个微反射镜的开/关，从而调制从叠层型发光二极管器件100发射的光。

二维光调制器控制器142与光发射控制器141的光发射控制同步地控制二维光调制器110，并且稍后将描述其细节。

如上所述，根据该实施例，叠层型发光二极管器件100被用作光源，并且在下文中将详细描述该叠层型发光二极管器件100的构造。

图2是示出叠层型发光二极管器件100的正面和侧面的图，以及图3是叠层型发光二极管器件100的侧截面图。图4是示出反射型发光二极管单元10的分解透视图。

如图3和图4所示，叠层型发光二极管器件100的反射型发光二极管单元10A至10C中的每个包括作为发光半导体元件的发光二极管2、用于支撑该发光二极管2的引线框1、面对该发光二极管2的发光面2A布置以作为反射镜的分色反射镜3、以及在后级处连接反射型发光二极管单元10并且被布置在图6中所示被设计成圆柱形(可以是具有矩形截面的筒形)的支架箱5内的连接部件4。支架箱5由具有高导热性的金属部件(例如铝等)形成，并且具有许多辐射散热片7的辐射部分5C被形成在支架箱的外周表面(外表面)上。

如图5所示，引线框1包括环形部分1A、布置在环形部分1A的中心O处并将发光二极管2布置在其背面上的基本为盘形的固定部分1B、以及从环形部分1A延伸到固定部分1B的三个臂部分1C，并且例如通过冲切具有高导热性(例如铜等)的板部件来整体形成这些元件。

发光二极管2被固定在引线框1背面的固定部分1B上，并且在臂部分1C处设置电路板6以便通过电路板6从外部为发光二极管2供电。漫射滤光器9被附着到发光二极管2的发光面2A上，并且稍后将对此进行详细描述。

引线框1从支架箱5背面的开口5A被插入到支架箱5内，同时发光二极管2(发光面2A)被布置成面对其背面，如图4所示，并且如图3所示，通过设置在支架箱5的内圆周表面上的保持片5B来保持引线框1。此时，引线框1的环形部分1A的侧圆周表面与支架箱5的内表面紧密接触，使得从发光二极管2产生的热被传递到支架箱5。

如图3和图7所示，分色反射镜3具有用于有选择地仅反射具有特定波长带的光并使具有其他波长带的光通过的凹形光反射面3A，并且分色反射镜3通过用于调节焦距的间隔器8被布置在支架箱5内，以便光反射面3A面对发光二极管2的发光面2A，如图3所示。光反射面3A对于被布置成面对光反射面3A的发光二极管2的发射光波长具有高反射特性，并且被设计成在发光二极管2的布置位置处具有焦点的抛物面(回转抛物面)或非球面的形式。因此，在反射型发光单元10A至10C的每一个中，从发光二极管2发射的光被反射为与中心轴N基本平行的光，并且从支架箱5正面的开口5D发射的光被反射为与中心轴N基本平行的光。位于最后一级的反射型发光单元10C可以具有正常凹面镜以代替分色反射镜3，因为没有光从其后级入射。

焦距调节间隔器8是用于调节分色反射镜3的光反射面3A的焦点位置的树脂部件。相对于发光二极管2的详细描述为，芯片的高度根据生产制造商、它的结构(裸芯片、表面安装型芯片等)等而改变，并且因此从发光二极管2(发光面2A)到光反射面3A的距离，也就是焦距f(参见图3)，随着每个反射型发光二极管单元10而改变，从而光分布特性或亮度分布在反射型发光二极管单元10之间不一致。

因此，在该实施例中，焦距调节间隔器8被插入在引线框1和分色反射镜3之间以调节从发光二极管2(发光面2A)到光反射面3A的距离，从而可以使焦点位置位于发光二极管2的布置位置处。

在该实施例中，多个圆柱形部件(在附图中所示的实例中为三个部件)被用作焦距调节间隔器8，然而本发明不限于该实例。具有与引线框1的环形部分1A基本相同直径的圆柱部件可以被用作间隔器8。

连接部件4由电绝缘部件(例如树脂等)形成并被设计成例如圆柱形，并且连接部件4被设置在支架箱5内以使其一端4A基本平行于光发射方向P从支架箱5背面的开口5A向后延伸，如图3所示。连接部件4的一端4B被插入在后级处连接的反射型发光二极管单元10的支架箱5正面的开口5D内，并且由支架箱5的保持部分5B来保持，从而使反射型发光二极管单元10相互连接。

此时，连接部件4基本平行于光发射方向P延伸，并且因此通过相关的连接部件4连接到后级的反射型发光二极管单元10的光发射方向可以与前级的相匹配，从而使得各个反射型发光二极管单元10A至10C的光轴可以简单且容易地相互匹配。

如上所述，多个反射型发光二极管单元10通过连接部件4被相互连接以便被堆叠，从而构成图2和图3中所示的叠层型发光二极管器件100。在叠层型发光二极管器件100中，如图3所示，各个反射型发光二极管单元10沿相同的发射方向P发光，并且每个反射型发光二极管单元10的分色反射镜3传输从后级通过的光，从而各个反射型发光二极管单元10的光束被相互合并，并且从前排的反射型发光二极管单元10的正面向外发射。

因此，在叠层型发光二极管器件100中，从各个反射型发光二极管单元10发射的光束被相互合并并被发射到外部，从而能够容易地获得高的光输出。如果通过构造反射型发光二极管单元10的发光二极管2来使用对应于三原色光的红光(R：660nm的波长)、绿光(G：525nm的波长)和蓝光(B：470nm的波长)，那么通过控制每个发光二极管2的光可以容易地构造全色光源。

这里，如上所述，在该实施例中，引线框1和支架箱5中的每一个由具有高导热性的金属(例如铜等)形成。因此，在发光二极管2中所产生的热可以通过引线框1被传递到支架箱5，并且从相关的支架箱5的辐射部分5C辐射，以便能够增强发光二极管2的热辐射。特别地，具有许多辐射散热片7的辐射部分5C被设置在支架箱5的外表面上，以便可以进一步增强辐射性能，并且因此即使当使用具有高输出功率的发光二极管2时，也能防止发光二极管2在供给高电流时温度的增加，从而不会引起亮度降低。

通过在叠层型发光二极管器件100附近布置用于对辐射部分5C进行空气冷却的空气冷却扇，能够更加增强热辐射。

此外，通过将裸芯片用作发光二极管2并将发光二极管2直接固定到引线框1而不在其间插入绝缘层，能够减少发光二极管2和引线框1之间的热阻，并且能够进一步增强辐射性能。

具体而言，在其中引线框和发光二极管被密封在透明树脂内的常规叠层型发光二极管中，从发光二极管延伸到周围空气的通路的热阻是150至200℃/W的高值。另一方面，根据该实施例，当引线框1的环形部分1A的直径被设定为40mm、其厚度被设定为3mm、以及深度设置为2mm的辐射散热片7被设置到在长度上为20mm或更长的圆柱形支架箱5上时，从发光二极管2和引线框1之间的连接部分(固定部分)延伸到外部空气的热阻可以被降低至20℃/W或更少，并且进一步通过结合使用强制空气冷却可将热阻降低至10℃/W或更少。

此外，在引线框1和支架箱5由如上所述的金属材料形成的情况下，存在当反射型发光二极管单元10被彼此相连时在各个单元10之间可能发生电短路的危险。然而，在该实施例中，各个单元10通过由电绝缘材料所形成的连接部件4被彼此相连，并且因此在各个单元10之间建立电绝缘。

此外，作为中空部件的一个实施例的圆柱形部件被用作连接部件4。因此，仅位于发射方向P的前一级处的反射型发光二极管单元10的分色反射镜3作为透明部件存在，所述透明部件位于从反射型发光二极管单元10发射的光的发射通路上，如图8所示。也就是，当光传输通过材料时，光的传播方向由于材料的折射率而被折射，并且特别是在平行光的情况下，减少了平行光分量。然而，根据该实施例，通过使分色反射镜3的厚度均匀，当从在后级处的反射型发光二极管10发射的平行光传输通过在前级处的分色反射镜3时，可以使许多平行光分量被包含在输出光b中。

接着将详细描述该实施例的分色反射镜3。

通常，根据膜形成工艺，例如沉积、溅射、CVD(化学汽相沉积)等等，通过在具有光学透明度的基底材料的表面上形成电介质多层膜(例如TiO₂/SiO₂多层膜)，分色反射镜3具有带有波长选择性的光反射面3A。此时，分色反射镜3的波长选择性，也就是，波长和反射率(透射率)之间的关系大大依赖于电介质多层膜的层的数量。也就是，如图9所示，当电介质多层膜的层的数量小时，通带的上升沿缓和。当电介质多层膜的层的数量较大时，通带的上升沿较尖锐。因此，为了使光从后级能够入射到分色反射镜3而没有损耗(为了减少反射分量)，期望增加电介质多层膜的层的数量。

然而，在常规叠层型发光二极管器件中，反射面的材料是可透射的树脂，例如环氧树脂等，并且因此，考虑到膜形成工艺中的加热，电介质多层膜的层的数量最大被限制为大约20。因此，不可能实现通带的尖锐上升，因此从后级入射到分色反射镜3的光损耗大。

另一方面，根据该实施例，当分色反射镜3的基底材料使用玻璃时，其中玻璃具有比可透射树脂更高的熔点并且能够充分耐受膜形成工艺中的加热，从而电介质多层膜的层的数量可增加至30或更多，这比现有技术的层的数量大。因此，分色反射镜3具有通带中的尖锐上升沿，并且可以抑制透射损耗。

沿发射方向P传输从后级发射的光并具有带有尖锐上升沿的通带的分色反射镜3被设置到反射型发光二极管单元10上，以便构成叠层型发光二极管器件100，从而从每级发射的光可通过位于发射方向P上在先级的前级处的分色反射镜3传输而没有损耗，并且能够高效地实现光输出。

随后将详细描述发光二极管2和分色反射镜3之间的尺寸关系。当发光二极管2的尺寸由S表示，分色反射镜3的光反射面3A的直径由S1表示，以及光反射面3A的焦距由f表示时，如图11所示，从发光二极管2的端部发射并以入射角θ1入射到光反射面3A的入射光c1以反射角θ2从光反射面3A反射，以便获得反射光c2。

此时，在1mm或更大尺寸的芯片(例如功率LED等)被用作发光二极管2的情况下，当分色反射镜S1的尺寸小时，焦距短并且入射角θ1和反射角θ2都大。因此，光分布特性宽，并且因此减少了平行光分量。特别是在叠层型发光二极管器件100中，每个反射型发光二极管单元10的平行光分量主要被发射到外部。因此，当每个反射型发光二极管单元10的平行光分量被减少时，减少了叠层型发光二极管器件100的总的光输出，从而降低了效率。

因此，在该实施例中，将分色反射镜3的光反射面3A的尺寸S1设定为发光二极管2的芯片尺寸(外部尺寸)S的约四十倍或更大(也就是S1/S≥40)，并由此将焦距设定为足够大的值。因此，从发光二极管2的端部发射的光c1的入射角θ1和反射角θ2都小，并且具有许多平行光分量的光被视作反射光c2。此外，在被构造以满足S1/S≥40的反射型发光二极管单元10的情况下，能够获得具有2°或更小的半值角的光分布特性，并且能够增强叠层型发光二极管器件100的光输出效率。

这里，在该实施例中，漫射滤光器9被附着到发光二极管2的发光面2A上，如图3所示。具体而言，发光二极管2通常具有用于接线的电极(未示出)。由于电极的作用，所以发生了光源的光发射的不均匀性，并且降低了光发射时间的亮度分布的均匀性。此外，当多个发光二极管2被密集地安装在引线框1上时，在发光二极管之间也出现间隙，从而该间隙引起光发射的不均匀性，并且还引起亮度分布的均匀性的降低。

因此，在该实施例中，为了改进亮度分布的均匀性，漫射滤光器9被设置到发光二极管2的发光面2A上，并且在改进了从发光二极管2发射到分色反射镜3的光的光发射不均匀性之后，光从分色反射镜3反射。

根据这种构造，能够防止每个反射型发光二极管单元10发射光的均匀性被降低。

此外，通过为每个反射型发光二极管单元10的光发射面或叠层型发光二极管器件100的光发射面提供漫射滤光器，也能够防止亮度分布的均匀性的降低。然而，在这种构造中，漫射了分色反射镜3所反射的光，使得照射范围扩展并且降低了其中心处的亮度。

另一方面，根据该实施例，从发光二极管2发射到分色反射镜3的光被漫射滤光器9漫射，从而能够利用抑制照射范围的扩展来增强亮度分布的均匀性。

接着将描述该投影仪设备200的操作。在下列描述中，假定投影仪设备200每秒显示60个图像帧。

当投影一帧图像时，投影仪设备200在一帧的时间(1/60秒)连续并分时地把R平面、G平面和B平面投影到银幕400上，其中通过将图像分解成R、G、B的各个颜色来获得R平面、G平面和B平面，从而人类在视觉上将这些各个图像识别为一个彩色合成图像。

具体而言，如图12所示，一帧被分成三个部分以提供R接通周期Tr、G接通周期Tg和B接通周期Tb。对于R接通周期Tr，光发射控制器141为反射型发光二极管单元10A提供具有预定电压或经受预定PWM控制的接通控制信号Cm-r，从而发射红光。同样，分别在G接通周期Tg和B接通周期Tb分时发射绿光和蓝光。因此，在一帧的周期的三分之一(1/180秒)连续发射R、G、B的各个颜色的光束。

对于R接通周期Tr，二维光调制器控制器142基于指示将要投影的图像数据的R分量的R平面来向二维光调制器110输出调制控制信号Cm-d，从而在R接通周期Tr将仅基于R分量的图像投影到银幕上。同样，在G接通周期Tg投影仅基于G分量的图像，并且在B接通周期Tb投影仅基于B分量的图像。因此，在一帧的时间内连续投影R、G、B的各个颜色分量的图像，并且人类在视觉上将各个颜色分量的这些图像识别为一个彩色合成图像。

当调节投影图像的亮度时，光发射控制器141改变提供给各个反射型发光二极管单元10A至10C的接通控制信号Cm-r、Cm-g、Cm-b的电压或PWM控制值(脉冲宽度等)，从而控制从反射型发光二极管10A至10C中每一个发射的光的光量。

这里，作为投影仪设备200的图像投影模式，该实施例不仅具有其中仅通过R、G、B三种颜色来投影图像的模式，而且还具有中间颜色使用模式，其中在将通过适当合并R、G、B所获得的中间颜色添加到R、G、B三种颜色中的同时来投影图像。在下列描述中，R和G被同时接通以显示黄色，然而，也可显示其他中间颜色或白色的光。

图13是示出中间颜色使用模式的时序图。如图13所示，在中间颜色使用模式中，对于一帧新添加用于显示中间颜色的中间颜色光发射周期Tc。在该中间颜色光发射周期Tc中，光发射控制器141同时发射R光和G光，并且从叠层型发光二极管器件100发射黄光。此时，如果R和B的光发射强度被设定成与单色光发射情况下的相等，则黄光的强度高于其他颜色光的强度。因此，光发射控制141将接通控制信号Cm-r和Cm-g的电压值或PWM控制值设定成小于单色光发射情况下的值，从而将中间颜色光和单色光的光发射强度设定为相同水平。

此外，通过分解一帧内所要显示的图像而获得的R平面、G平面、B平面和中间颜色平面的各个数据从计算机300被输入到控制器件140，并且对于中间颜色光发射周期Tc，二维光调制器控制器142基于中间颜色平面数据控制二位光调制器110的调制。

通过上述控制，R、G、B的各个颜色分量和中间颜色的图像在一帧时间内被连续投影，从而与利用R、G、B三种颜色投影图像的情况相比能够投影具有更宽彩色再现区域的图像。

通过在一帧内进一步添加用于显示另一中间颜色的光发射周期，能够投影多种中间颜色，并且更加加宽了彩色再现区域。

如上所述，该实施例将叠层型发光二极管器件100用作光源，其具有彼此相连以便沿相同的方向发射光的用于发射红光的反射型发光二极管单元10A、用于发射绿光的反射型发光二极管单元10B和用于发射蓝光的反射型发光二极管单元10C。因此，当光源被布置在投影仪设备200中时，就不需要使反射型发光二极管单元10A至10C的光轴相互匹配的工作。此外，反射型发光二极管单元10A至10C被彼此相连而合并成一体，并且因此即使当对投影仪设备200施加撞击时，在反射型发光二极管单元10A至10C的布置位置处也不会发生色散。

此外，根据该实施例，反射型发光二极管单元10A至10C中每一个具有连接部件4，以用于连接该反射型发光二极管单元与另一反射型发光二极管单元10以使其光轴彼此共轴，并且因此当反射型发光二极管单元10A至10C被彼此相连以制造叠层型发光二极管器件100时，能够简单且容易地彼此匹配这些反射型发光二极管单元的光轴。

更进一步，根据该实施例，反射型发光二极管单元10A至10C中的至少两个或更多个被同时接通，以投影不同于红色、绿色和蓝色的中间颜色的图像，从而可以获得具有更宽彩色再现区域的鲜明的投影图像。

更进一步，根据该实施例，能够增强发光二极管2的辐射性能并且能够获得高输出。另外，能够增强反射型发光二极管单元10之间的电绝缘。更具体而言，在常规叠层型发光二极管器件中，其中发光二极管被密封在由可透光材料所形成的密封部件内，并且连续设置多个反射型发光二极管以便使其沿着光发射方向层叠，其中所述多个反射型发光二极管是通过在每个密封部件的面对每个发光二极管的发光面的表面上形成反射面来获得的，发光二极管被密封在由可透光材料所形成的密封部件中，并且因此存在的问题在于，发光二极管的热辐射低，并且难以获得高输出。

另一方面，根据该实施例，多个反射型发光二极管单元10通过由电绝缘材料所形成的连接部件4被彼此相连，以便可以增强发光二极管2的热辐射并有可能获得高输出，其中每个反射型发光二极管单元10包含被布置在具有高导热性的金属中空支架箱5内的发光二极管2和分色反射镜3。另外，可以增强反射型发光二极管单元10之间的电绝缘。

此外，根据该实施例，发光二极管2被固定到由具有高导热性的材料所形成的引线框1上，并且引线框1被固定到支架箱5上。因此，从发光二极管2所产生的热通过引线框1被传递到支架箱5，并且从相关的支架箱5有效地辐射热。

特别地，根据该实施例，辐射散热片7被形成在支架箱5的外表面上，从而可以进一步增强辐射性能。如果在投影仪设备200内布置用于为叠层型发光二极管100吹冷风的风扇，则可以进一步增强热辐射性能。

此外，根据该实施例，用于匹配分色反射镜3的焦点位置与发光二极管2的布置位置的焦距调节间隔器8被设置在引线框1和分色反射镜3之间。因此，即使当发光二极管2之间芯片的高度不同，从发光二极管2(发光面2A)到光反射面3A的距离也能保持恒定，并且使反射型发光二极管单元10之间的光分布特性和亮度分布均匀。

更进一步，根据该实施例，漫射滤光器9被设置在发光二极管2和分色反射镜3之间。因此，可以抑制从反射型发光二极管单元10所发射的光照射范围的扩展，并且可以增强亮度分布的均匀性。

更进一步，根据该实施例，通过在玻璃基底材料的表面上形成具有预定数量或更多的层的电介质多层膜获得的反射镜被用作分色反射镜3，并且因此与现有技术相比，可以增加电介质多层膜的层的数量(例如30层或更多)。因此，获得了具有通带的尖锐上升沿的分色反射镜3，能够抑制光传输损耗，并且能够增强高输出的效率。

更进一步，根据该实施例，分色反射镜3的直径S1被设定成发光二极管2的外形尺寸S的40倍或更多，从而可以减少从发光二极管2的边缘发射并入射到分色反射镜3的光c1的入射角θ1和反射角θ2，从而可以取出包含大量平行光分量的光来作为反射光c2。

更进一步，根据该实施例，将分色反射镜3的光反射面3A设计成非球面形状或抛物面形状，其焦点与发光二极管2的布置位置一致。因此，可以准直反射光并使其高效地从支架箱5发射到外部。

第二实施例

在上述的第一实施例中，叠层型发光二极管器件100的多个反射型发光二极管10A至10C被单独或同时接通，并且通过利用图14的xy色度图中所示的范围内表示的彩色光来投影图像。另一方面，根据该实施例，叠层型发光二极管器件100A被用作投影图像的光源，其中用于发射不同于R、G、B光的光(以下称为“另一颜色光”)的发光二极管单元10D进一步与反射型发光二极管单元10A至10C相连。

也就是，在投影仪设备200A中，通过利用如图16的xy色度图所示的反射型发光二极管单元10A至10D的四种颜色的合成范围中所表示的颜色来表示图像。具体而言，如图17所示，用于接通红光的R光发射周期Tr、用于接通绿光的G光发射周期Tg、用于接通蓝光的B光发射周期Tb以及用于接通另一颜色光的另一颜色光发射周期Tc被设置在一帧内，并且连续接通四个反射型发光二极管单元10A至10D每个周期。

如上所述，根据该实施例，用于发射不同于红光、绿光和蓝光的颜色光的反射型发光二极管单元10D进一步与叠层型发光二极管器件100相连，从而能够简单地执行另一颜色的图像显示并且能够容易地加宽彩色再现区域。

特别地，根据该实施例，叠层型发光二极管器件100被用作光源，并且因此与其中光源被布置在交叉分色棱镜附近以执行颜色合成的常规投影仪设备相比，能够更简单地添加用作另一颜色光源的反射型发光二极管单元10。

此外，在该实施例中，仅添加用于发射不同颜色光的一个反射型发光二极管单元10D。然而，本发明并不限于该形式，并且用于发射不同颜色的光束的多个反射型发光二极管单元10可与反射型发光二极管单元10A至10D相连，从而构成能够实现更宽彩色再现区域的叠层型发光二极管器件。

以上描述的每个实施例仅仅是实施例，并且这些实施例在本发明的范围内可以被任意地修改和应用。

例如，在上述实施例中，惰性气体可以被填充在支架箱5内以防止发光二极管2由于腐蚀等而引起的恶化。

此外，在上述实施例中，反射膜可被设置在分色反射镜3的背面上，使得未被正面的光反射面3A反射并从其通过的光由相关背面反射，从而可以进一步增强光输出的效率。

此外，用于防止光反射的减反射膜被设置在分色反射镜3的背面上，使得从在后级处的反射型发光二极管单元10发射的光没有损耗地通过相关的背面，从而可以增强光输出的效率。

更进一步，在上述实施例中，通过连接三个反射型发光二极管单元10来构成叠层型发光二极管器件100。然而，本发明不限于这种形式，并且相连的反射型发光二极管单元10的数量可以是两个或四个或更多。

特别地，六个反射型发光二极管单元10可以被彼此相连以发射具有不同中心波长的蓝光(470nm的波长)、绿光(525nm的波长)、黄绿光(570nm的波长)、黄光(590nm的波长)、红黄光(605nm的波长)和红光(660nm的波长)的光束，从而与蓝色、红色、绿色三种颜色光源彼此合并的情况相比能够表示更宽的色调。

本发明的叠层型发光二极管器件100可以被应用于投影仪光源、大尺寸全色显示板、基于用于工业、医疗服务等的光纤的光源。

如图18所示，代替发光二极管2，将光电二极管20固定到引线框1上，从而构成反射型光电二极管单元30，其中光电二极管20仅能检测(接收)从分色反射镜3反射的特定波长范围内的光束。此外，多个反射型光电二极管单元30被彼此相连，从而构成其中在各层(级)检测到不同波长的光束的叠层型光电器件500。

例如，将叠层型发光二极管器件100设定为光信号发射器，同时将叠层型光电二极管器件500设定为光信号接收器，从而可以实现基于不同波长的光束的多重光通信器件。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施例的投影仪设备的构造的示意图。

图2是示出叠层型发光二极管器件的正面和侧面的图。

图3是叠层型发光二极管器件的截面图。

图4是示出发光二极管单元的分解透视图。

图5是示出引线框的正面、侧面和背面的图。

图6是示出支架箱的正面和侧面的图。

图7是示出分色反射镜的正面和侧面的图。

图8是示出通过中空连接部件的光的光路的一个方面的图。

图9是示出分色反射镜的电介质多层膜的层的数量与光学特性之间的关系的图。

图10是示出发光二极管单元的每个分色反射镜的光学特性的图。

图11是示出发光二极管和分色反射镜之间的尺寸关系的图。

图12是示出投影仪设备的投影操作的时序图。

图13是示出在中间颜色使用模式下的投影操作的时序图。

图14是示出可由根据第一实施例的投影仪设备表示的颜色范围的xy色度图。

图15是示出根据本发明第二实施例的投影仪设备的构造的示意图。

图16是示出可由根据本发明第二实施例的投影仪设备表示的颜色范围的xy色度图。

图17是示出投影仪设备的投影操作的时序图。

图18是示出本发明的应用实例的图。

附图标记说明

1                引线框

2                发光二极管

2A               发光面

3                分色反射镜

3A               光反射面

4                连接部件

5                支架箱

7                辐射散热片

8                焦距调节间隔器

9                漫射滤光器

10、10A～10D     反射型发光二极管单元

100、100A        叠层型发光二极管器件

110              二维光调制器

130              投影光学系统

140              控制器件

200、200A        投影仪设备

Claims (14)

1.一种投影仪设备，具有用于基于图像数据来调制从光源发射的光的光调制器以及用于放大并投影由光调制器所调制的光的投影光学系统，其特征在于，通过利用叠层型发光二极管器件来构成光源，其中至少红光、绿光和蓝光的各个反射型发光二极管单元被彼此相连以便沿相同的方向发射光。

2.根据权利要求1所述的投影仪设备，其中反射型发光二极管单元通过用于使其光轴彼此共轴的连接部件来彼此相连。

3.根据权利要求1所述的投影仪设备，其中红光、绿光和蓝光反射型发光二极管单元中的至少两个或更多个被同时接通，以便投影不同于红色、绿色和蓝色的颜色的图像。

4.根据权利要求1所述的投影仪设备，其中用于发射不同于红光、绿光和蓝光的颜色光的反射型发光二极管单元进一步与叠层型发光二极管器件相连。

5.根据权利要求1所述的投影仪设备，其中反射型发光二极管单元中的每个具有中空支架箱以及彼此面对布置的发光元件和分色反射镜，并且从发光元件所发射的光被分色反射镜反射并从支架箱的一个开口射出。

6.一种叠层型发光二极管器件，其特征在于，多个反射型发光二极管单元通过由电绝缘材料所形成的连接部件被彼此相连，其中每个反射型发光二极管单元包括被彼此面对布置在具有高导热性的金属中空支架箱内的发光元件和分色反射镜。

7.根据权利要求6所述的叠层型发光二极管器件，其中发光元件被固定到由高导热材料所形成的引线框上，并且该引线框被固定到支架箱上。

8.根据权利要求7所述的叠层型发光二极管器件，其中用于使分色反射镜的焦点位置与发光元件的布置位置匹配的调节间隔器被设置在引线框和分色反射镜之间。

9.根据权利要求6所述的叠层型发光二极管器件，其中漫射滤光器被设置在发光元件和分色反射镜之间。

10.根据权利要求6所述的叠层型发光二极管器件，其中具有预定数量或更多的层的电介质多层膜被形成在玻璃基底的表面上，以便从而形成分色反射镜。

11.根据权利要求6所述的叠层型发光二极管器件，其中分色反射镜的直径被设定为发光元件的外形尺寸的40倍或更大。

12.根据权利要求6所述的叠层型发光二极管器件，其中分色反射镜的光反射面被设计成非球面形状或抛物面形状，其焦点对应于发光元件的布置位置。

13.根据权利要求6所述的叠层型发光二极管器件，其中多个反射型发光二极管单元中的每个发光二极管发射具有不同中心波长的光。

14.一种用于通过反射镜反射发光元件的光并将该光发射到外部的反射型发光二极管单元，其特征在于，发光元件和反射镜被布置在金属中空支架箱内，并且另一反射型发光二极管单元被允许通过由电绝缘材料所形成的连接部件与所述反射型发光二极管单元相连。

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