[發明專利]固態光源裝置、采用該裝置的投影系統及集束照明燈具

有效

• 申請號: 200810065647.7
• 申請日: 2008-01-23
• 公開（公告）號: CN101493207A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 曹嘉燦
• 申請（專利權）人: 曹嘉燦
• 主分類號: F21V5/02
• 分類號: F21V5/02;G03B21/20;F21Y101/02
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司
• 代理人: 高占元;張秋紅

技術領域

本發明涉及一種光源裝置及其應用，尤其涉及一種固態光源裝置、采用該裝置的投影系統及集束式照明燈具。?

背景技術

大功率LED(包括OLED)等固態發光器件作為新型的高亮度、長壽命光源在照明等應用領域獲得了長足的發展，其具有的長壽命、高色純等特點正是現有基于電弧發光的投影光源所欠缺的，但要將LED等固態發光器件應用于投影系統，就必須要求所構成光源為一個較為理想的點光源，但每一個LED的發光體為一個具有一定發光面積的半導體芯片，本質上是一個小型面光源，且由于單只LED芯片發光亮度有限，為了達到足夠大的發光通量，通常還需要將多個LED芯片排列成陣列，或采用更大尺寸的LED面發光體，在形成發光通量倍增的同時，其光源發光面積也相應倍增，當光源發光面積越大，其相應的投影成像光學系統的成像光效率就越低，即試圖通過傳統方式增加LED數量來增加光源的光輸出通量(發光亮度)努力是難以湊效的，這是將大功率LED等固體光源應用于投影系統的主要技術障礙。?

通常，對于非嚴格點光源，采用“光學擴展量”(Etendue)來表明其對點光源的近似程度，即有E＝πAsin²θ，其中E為光學擴展量(Etendue)值，A為面光源發光面積，θ為面光源出射光線最大擴散角，發光面積越小，光線最大擴散角越小，E值越小，越接近點光源，反之則離點光源要求越遠。在現有技術條件下，以較為典型的40mil(1mm²)LED芯片為例，其Etendue值約為?3.14mm^2*sr，而對于一種典型的投影光學系統的設計，其顯示光芯片的匹配Etendue值約為34.36mm^2*sr，按照光源的Etendue值≤顯示光芯片Etendue值的設計要求，即只能采用9只LED芯片排成3×3的陣列，以LED芯片的發光效率為40流明/W，投影系統光效率為15％計算，則最后只能得到54流明的投影光輸出，這樣的水平只能作為一般的個人應用“袖珍”型投影機所使用，遠遠達不到一般的家用或商務用投影顯示裝置(背投影或前投影方式的投影裝置)所需要的幾百流明乃至幾千流明的光輸出要求。要將LED等固態發光器件取代傳統“弧光”式投影光源，其所要解決的技術難點之一，是要使其在滿足投影系統所要求的Etendue值的條件下，大幅度提高光源的“產光量”，或者說在不增大光源輸出Etendue值的前提下，大量增加光源中所能容納的LED芯片數量或LED面發光體的發光面積，并能將LED芯片所發出的光以足夠高的效率導出。為達其目的，如圖1所示，公開號為CN1682070A的中國專利“光源裝置和投影式顯示裝置”中披露了一種光源裝置，按照該技術方案，首先要構造一個棒狀的光學構件，棒狀光學構件的一個端面為出光面，該光源的光輸出Etendue值由該端面面積所確定，棒狀光學構件的其它表面均為反射面，LED芯片沿棒狀光學構件縱向設置于其側反射面上，LED芯片所發的光在棒狀光學構件內部的反射面之間反復反射后從其出光端面輸出，從而可以通過無限制地延伸棒狀光學構件的長度來無限制地增加設置于棒狀光學構件內部的LED芯片數量來無限制地提高從出光端面獲得的光輸出量，試圖達到在不增加光源Etendue值的條件下大幅增加光源產光量的目標。然而，在該專利所披露的技術方案中存在嚴重的缺陷：設置于棒狀光學構件中的LED芯片，既是提供該光源光輸出的源泉，又是將所發出的光從棒狀光學構件內部導向出光端面的障礙，因為當LED芯片所發出的光通過棒狀構件內部的反射面反復反射導出的過程中，一旦這些光線射到LED芯片上，就會被LED芯片吸收，在芯片內部反復反射衰減，變成芯片的熱量而損失掉。因此，為了獲得更多的光輸出而在棒狀構件內部設置更多的LED芯片，但同時卻為光線的導出而設置了更多的障礙，使光線的導出效率降低，沒有實現通過在棒狀構件內部增加LED的數量來大幅增加光源產光量的目的。另外，如圖2所示，LED芯片的發光特性滿足“Lambertian分布”，由于LED芯片發光能量與其發射角有關，發射角越小的光，其發射能量越大，發射角越大的光，其發射能量越小，在上述專利所披露的技術方案中，發射角越小的光，在棒狀構件內部所要經歷的反射次數反而越多，其被LED芯片吸收而損失的幾率就越大。最后的結果是，當為了謀求高光輸出而在棒狀構件內部大量設置LED芯片時，僅有能量很小的部分大發射角的光線能夠被較為有效地從出光端面導出，光導出效率很低，亦難以達到大幅提高產光量的目的。

發明內容

本發明的目的是提供一種高產光量、高效率導出的固態光源裝置。?