專利名稱：用于小型化投影機(jī)的照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明系統(tǒng)，特別是涉及一種適合應(yīng)用于小型化投影機(jī)的照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的投影機(jī)所使用的光源是以高壓放電的原理制作，其不但耗電、體積大，同時(shí) 因其工作時(shí)所產(chǎn)生的高熱等問題，一直成為投影機(jī)設(shè)計(jì)上的瓶頸。近來因發(fā)光二極管(LED， Light-Emitting Diode)的發(fā)光功率已被大幅提高，例如LUXEON，CREE等廠牌的LED，即以 大功率的產(chǎn)品為主，某些產(chǎn)品甚至可達(dá)200流明(Lumen)以上。因此，開始有人嘗試以LED 作為投影機(jī)的光源。而隨著可攜式個(gè)人電子產(chǎn)品風(fēng)潮的興起，若投影機(jī)也可縮小體積而方 便攜帶，勢必為投影機(jī)及個(gè)人電子產(chǎn)品的應(yīng)用及市場帶來一波革命性的改變。然而，由于現(xiàn)有的LED產(chǎn)品的設(shè)計(jì)仍以一般照明為主要目標(biāo)，其光線照射的分布 面積過大，造成到達(dá)投影顯示元件(一般為液晶面板)的光線強(qiáng)度不夠。舉例來說，若一 LED芯片的發(fā)光面積為1平方毫米(mm2)，而發(fā)光范圍為120°，則在距芯片10毫米(mm)的 地方，發(fā)光范圍將暴增至900倍，而芯片與投影顯示元件的距離一般是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過IOmm的，故 光線漏失的情況將頗為嚴(yán)重。為解決光線強(qiáng)度不夠的問題，曾有業(yè)者在投影機(jī)照明系統(tǒng)中 使用多個(gè)LED重疊照射顯示元件的同一區(qū)域，如圖1所示，采用多個(gè)的LED燈41的用意是 為了增強(qiáng)投影機(jī)照明系統(tǒng)在顯示元件31上的照度，因此每個(gè)LED燈41所發(fā)出的光束410 在顯示元件31上必有部分的交錯(cuò)重疊。然而如此一來，光束410所需的光學(xué)路徑勢必要有 一定的距離，也因而不利于整個(gè)投影機(jī)的小型化。此外，由于投影顯示元件需要被均勻的光源照射，否則可能在畫面的邊緣或中心 造成光度或色彩不均的現(xiàn)象，這也是制造投影光源亟待解決的課題。再者，若投影設(shè)備可縮小至個(gè)人可攜式設(shè)備的尺寸，勢必要使用電池等可攜式電 源，因而如何更有效的節(jié)能，在小型化投影設(shè)備的設(shè)計(jì)中也應(yīng)列入考慮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種利于投 影機(jī)小型化/可攜式程度提高，同時(shí)能夠提升照明光源的光及能源使用效率的用于小型化 投影機(jī)的照明系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一 種照明系統(tǒng)，應(yīng)用于小型化投 影機(jī)，其中該小型化投影機(jī)具顯示元件，用以呈現(xiàn)圖像畫面。該照明系統(tǒng)包括多個(gè)發(fā)光單 元，任一發(fā)光單元均可發(fā)出一光束，照射至該顯示元件上，形成一光照范圍；該顯示元件分 割為多個(gè)子區(qū)域，且該多個(gè)發(fā)光單元對(duì)應(yīng)該多個(gè)子區(qū)域排列安裝，使任一該多個(gè)子區(qū)域恰 可由一對(duì)應(yīng)的該光照范圍所涵蓋。該顯示元件為穿透式液晶面板。該顯示元件為反射式液晶面板。該顯示元件為數(shù)字微型反射式元件。
該多個(gè)發(fā)光單元排列成二維陣列。任一發(fā)光單元均包括至少一個(gè)發(fā)光二極管芯片、封裝結(jié)構(gòu)底座以及杯形反射結(jié) 構(gòu)，該杯形反射結(jié)構(gòu)形成于該封裝結(jié)構(gòu)底座上；其中，該至少一個(gè)發(fā)光二極管芯片安裝于該 杯形反射結(jié)構(gòu)內(nèi)，且該杯形反射結(jié)構(gòu)用以將該至少一 個(gè)發(fā)光二極管芯片所發(fā)出的光集聚成 該光束。該杯形反射結(jié)構(gòu)具開口及底部，且該開口比該底部面積大。該開口的形狀為圓形或方形。所述照明系統(tǒng)，還包括偏振片，以讓該光束中的P偏振光穿透，并反射該光束的S 偏振光。所述照明系統(tǒng)還包括極性轉(zhuǎn)化元件，將反射自該偏振片的S偏振光部分轉(zhuǎn)化為P 偏振光。該極性轉(zhuǎn)化元件為極性轉(zhuǎn)化薄膜。該極性轉(zhuǎn)化元件為極性轉(zhuǎn)化介質(zhì)，注入于該杯形反射結(jié)構(gòu)中，以利用該杯形反射 結(jié)構(gòu)，將自該偏振片反射的S偏振光，經(jīng)該極性轉(zhuǎn)化介質(zhì)部分轉(zhuǎn)化為P偏振光后，再度反射 回該偏振片。任一發(fā)光單元還包括透鏡，該透鏡與該封裝結(jié)構(gòu)底座組合成封裝結(jié)構(gòu)。任一發(fā)光單元還包括有反射光管，安裝于該封裝結(jié)構(gòu)之前，用以將該光束整型收 聚至該光照范圍。 該反射光管具有第一開口及第二開口，該第一開口接至該封裝結(jié)構(gòu)，且該第二開 口接至一收束透鏡。該收束透鏡安裝于該多個(gè)發(fā)光單元之前，并由該多個(gè)發(fā)光單元所共享。任一發(fā)光單元具一獨(dú)立的該收束透鏡，且該收束透鏡安裝于該第二開口之上。該反射光管前設(shè)有偏振片，容許該光束的P偏振光穿透，并將該光束的S偏振光反 射回該反射光管，且該照明系統(tǒng)還包括可將該偏極光所反射的S偏振光轉(zhuǎn)化為P偏振光的 極性轉(zhuǎn)化元件，使自該偏振片反射的S偏振光被轉(zhuǎn)化為P偏振光，并由該反射光管再度反射 回該偏振片。該極性轉(zhuǎn)化元件為極性轉(zhuǎn)化薄膜，安裝于該反射光管與該顯示元件之間。該極性轉(zhuǎn)化元件為極性轉(zhuǎn)化介質(zhì)，注入于該反射光管之中。該反射光管具內(nèi)壁，而該內(nèi)壁靠近該第一開口的部分呈圓形，靠近該第二開口的 部分呈方形。所述照明系統(tǒng)還包括連接該多個(gè)發(fā)光單元的控制器，該控制器可獨(dú)立控制該任一 發(fā)光單元的亮度，以控制相對(duì)應(yīng)的該子區(qū)域內(nèi)該圖像畫面的亮度。任一發(fā)光單元具有多個(gè)發(fā)光二極管芯片，該多個(gè)發(fā)光二極管芯片所發(fā)出的光彼此 顏色不同，且該控制器可控制該多個(gè)發(fā)光二極芯片在不同的時(shí)序中發(fā)光。本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述照明系統(tǒng)的小型化投影機(jī)，該小型化投影機(jī)還包括投
影透鏡組。本發(fā)明各發(fā)光單元光束的行進(jìn)方向彼此間大致是平行的，對(duì)顯示元件表面的法線 的偏移角很小，各光照范圍彼此間大體上不互相重疊，而是各自涵蓋所對(duì)應(yīng)的顯示元件的 子區(qū)域，再加上光線是直接照射并穿透顯示元件，因此，縮短了投影機(jī)照明系統(tǒng)的成像光源的光學(xué)路徑，大幅的縮小了投影機(jī)的體積，使投影機(jī)的小型化/可攜式程度大大的提高；同 時(shí)顯示元件的任一該多個(gè)子區(qū)域恰被其發(fā)光單元的光照范圍所涵蓋，可提升照明光源的光 及能源使用效率；另外還可使用更為通用/價(jià)廉的發(fā)光/顯示元件，大幅降低所需成本。


圖1為現(xiàn)有投影機(jī)照明系統(tǒng)的照明光路徑示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明技術(shù)概念的投影機(jī)較佳實(shí)施例的系統(tǒng)示意圖。圖3及圖4為根據(jù)本發(fā)明技術(shù)概念的投影機(jī)另二較佳實(shí)施例的系統(tǒng)示意圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明技術(shù)概念的照明系統(tǒng)的較佳實(shí)施例的剖面圖。圖6為根據(jù)本發(fā)明技術(shù)概念的照明系統(tǒng)的另一較佳實(shí)施例的剖面圖。圖7為顯示元件子區(qū)域與所對(duì)應(yīng)發(fā)光單元的示意圖。圖8為根據(jù)本發(fā)明技術(shù)概念的照明系統(tǒng)的照明光路徑示意圖。圖9為根據(jù)本發(fā)明技術(shù)概念的照明系統(tǒng)的發(fā)光單元的另一較佳實(shí)施例的剖面圖。圖10為圖5所示的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)的立體分解圖。圖11為圖5所示的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖12為圖5所示的照明系統(tǒng)的控制線路示意圖。
具體實(shí)施例方式圖2所示的投影機(jī)9包括照明系統(tǒng)1、顯示元件2及投影透鏡組3，用以投影形成 一圖像畫面4。圖像畫面4首先呈現(xiàn)于顯示元件2上，經(jīng)照明系統(tǒng)1所提供的光線5 (參見 圖8)照射穿透后，投射至投影透鏡組3之上。投影透鏡組3可以將呈現(xiàn)于顯示元件2的圖 像投影放大，而形成圖像畫面4。顯示元件2可為穿透式液晶面板。當(dāng)然，本發(fā)明概念的應(yīng) 用并不限于使用穿透式液晶面板的投影設(shè)備，如圖3及圖4所示，也可將本發(fā)明的照明系 統(tǒng)Ia或Ib應(yīng)用于使用反射式液晶面板2a (如LCOS等)或數(shù)字微型反射式元件2b(DMD， DigitalMicromirror Device)等其它顯示元件的投影設(shè)備。如圖3所示，反射式液晶面板 2a必須配合偏光分離棱鏡(PBS，Polarized Beam Splitter) 30a使用。而數(shù)字微型反射式 元件2b，如圖4所示，則必須配合全內(nèi)反射(TIR，Total InternalReflect)棱鏡30b使用。照明系統(tǒng)1的具體構(gòu)造，可參閱圖5所示。照明系統(tǒng)1由多個(gè)發(fā)光單元11所組成， 每一個(gè)發(fā)光單元11包括一個(gè)發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)110及一個(gè)反射光管111。發(fā)光單元11固 定在電路板62上。反射光管111具有第一開口 1111及第二開口 1112。第一開口 1111上 安裝有發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)110，而第二開口 1112上則安裝有收束透鏡102。如圖7所示， 安裝于電路板62上的發(fā)光單元11排列成一個(gè)二維陣列，而此二維陣列的分布面積則大略 與顯示元件2的面積相等。顯示元件2被分割為若干個(gè)子區(qū)域21。發(fā)光單元11是對(duì)應(yīng)這 些子區(qū)域排列安裝的，以便每一子區(qū)域21均由一對(duì)應(yīng)的發(fā)光單元11所發(fā)出的光束51所照 射，并恰可由該光束的發(fā)光范圍所涵蓋。收束透鏡102可為單獨(dú)安裝于每一第二開口 1112 上的透鏡單元，也可將所有的收束透鏡102 —體成型于一片透明塑料或其它材料之上。除 此之外，也可如圖6所示，將單一收束透鏡102c安裝于發(fā)光單元Ilc所排成的陣列之前，并 由該發(fā)光單元陣列中的所有發(fā)光單元Ilc共享收束透鏡102c。 LED燈雖然不像傳統(tǒng)投影機(jī)所用的鹵素?zé)粢粯?，在操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生高溫，然而也會(huì)有一定的熱量需要被發(fā)散。一般在安裝發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)110與反射光管111時(shí)，發(fā)光二 極管封裝結(jié)構(gòu)Iio與第一開口 1111間會(huì)保持一段距離，以便LED發(fā)光時(shí)可以散熱。所有的 發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)110被固定在電路板62上，而反射光管111則以固定架12固定，并以 開口第一 1111對(duì)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)110。固定架12的功能可用各種不同的 結(jié)構(gòu)和形式實(shí)施，只要能達(dá)成各反射光管的固定和定位即可。除了使用固定架之外，也可 在一完整結(jié)構(gòu)上形成等同于反射光管111功能的多個(gè)孔洞，而安裝在發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu) 110所形成的陣列之前。而本發(fā)明適用于小型化投影機(jī)的優(yōu)點(diǎn)可以由圖8觀察得知。自各個(gè)發(fā)光單元11 所射出的光束51組合成一光線5。其中，各光束51的行進(jìn)方向彼此間大致是平行的，對(duì)顯 示元件2表面的法線的偏移角很小，且照射于顯示元件2上所各自形成的光照范圍21彼此 間大體上不互相重疊，而是各自涵蓋所對(duì)應(yīng)的顯示元件2的子區(qū)域21。再加上光線5是直 接照射并穿透位于發(fā)光單元11正前方的顯示元件2，使得光線5所需的光學(xué)路徑的距離得 以大幅的縮小，也因而大幅的縮小了投影機(jī)9的體積。當(dāng)然，除了縮小光學(xué)路徑之外，如何提供足夠強(qiáng)度且照射均勻的光束也是非常重 要的。圖9顯示了發(fā)光單元的另一較佳實(shí)施例。發(fā)光單元8可如發(fā)光單元11 一般，由多個(gè) 該單元排列成一陣列式照明系統(tǒng)。發(fā)光單元8也由封裝結(jié)構(gòu)80及反射光管84所組成。封 裝結(jié)構(gòu)80包括發(fā)光二極管芯片81、封裝結(jié)構(gòu)底座82、透鏡83以及凹杯86。凹杯86為一 杯形反射結(jié)構(gòu)，形成于封裝結(jié)構(gòu)底座82上，而發(fā)光二極管芯片81則固定于凹杯86的內(nèi)部。 相較于一般LED燈封裝結(jié)構(gòu)，發(fā)光二極管芯片81由于放置于加深的凹杯86底部，使凹杯86 成為一個(gè)效果良好的聚光結(jié)構(gòu)，有效地縮小集中了發(fā)光二極管芯片81的發(fā)光范圍。透鏡83 安裝于封裝結(jié)構(gòu)底座82上方，而將發(fā)光二極管芯片81封裝于封裝結(jié)構(gòu)80之內(nèi)。透鏡83 本身也具有進(jìn)一步收斂發(fā)光二極管芯片81發(fā)光范圍的效果。反射光管84包括了管狀本體840、圓形內(nèi)壁841、方形內(nèi)壁842、第一開口 843、第 二開口 844以及收束透鏡85。開口 843、844分別位于管狀本體840的兩端，其中第一開口 843正對(duì)著封裝結(jié)構(gòu)80，而第二開口 844則是用來對(duì)準(zhǔn)所欲照射的顯示元件。圓形內(nèi)壁841 圍成一個(gè)圓柱形通道845，且使第一開口 843呈圓形。方形內(nèi)壁842由四片傾斜壁所組成 (圖9所示標(biāo)號(hào)842則為其中二片傾斜壁的剖面)，該四片傾斜壁兩兩相對(duì)，且相鄰的傾斜 壁彼此相接，而圍成一個(gè)與前述圓柱形通道845相通的方錐形通道846。該相接的四片傾斜 壁且使第二開口 844呈方形。準(zhǔn)此，由圓柱形通道845與方錐形通道846所構(gòu)成的光信道 有兩大功能，其一為，利用光線在通道內(nèi)壁上的多次反射，使光均化；其二則為使發(fā)光二極 管芯片81原本的圓形發(fā)光面被整型為方形發(fā)光面。由于作為顯示元件(圖中未示)的液 晶面板的形狀多為方形，故反射光管84所提供的發(fā)光面整型功能，可使發(fā)光單元8所發(fā)出 的光束的截面形狀與顯示元件的形狀更為吻合，而減少光線的逸散。尤其是當(dāng)多個(gè)發(fā)光單 元8組合成一個(gè)方陣型照明系統(tǒng)時(shí)，每一發(fā)光單元8的方型發(fā)光面可使顯示元件充分地被 各發(fā)光單元8在其上的光照范圍所覆蓋，同時(shí)各光照范圍彼此間又可更不易重疊，或即使 稍有重疊，重疊部分的面積也會(huì)比圓形發(fā)光面者更小。收束透鏡85安裝于第二開口 844之上，而使射出發(fā)光單元8的光束的分布范圍更 進(jìn)一步地收斂。因此，由發(fā)光二極管芯片81所發(fā)出的光線55，經(jīng)過凹杯86、透鏡83、圓形內(nèi) 壁841、方形內(nèi)壁842以及收束透鏡85的反射、聚光、勻化后，其光行進(jìn)路徑與欲照射的顯示元件表面的法線幾乎平行，使得發(fā)光二極管芯片81所發(fā)出的光能量充分地被運(yùn)用，而不致 有因光的逸散而導(dǎo)致照射于顯示元件上光線的強(qiáng)度不足的問題。此外，由于被用來作為顯 示元件的液晶面板，在操作上，其入射光線的入射角度是愈小愈好，而發(fā)光單元11或發(fā)光 單元8所提供的光束，其行進(jìn)方向可與液晶面板表面的法線方向幾乎成平行，即提供了一 擁有極小入射角度的光源，而使液晶面板的性能可充分的發(fā)揮，產(chǎn)生清晰度極高的投影畫上述凹杯86的聚光作用，由于是在封裝結(jié)構(gòu)80之內(nèi)進(jìn)行，即在承載發(fā)光二極管芯 片81的封裝結(jié)構(gòu)底座上直接形成凹杯86，在最靠近發(fā)光體之處直接進(jìn)行聚光并收斂其發(fā) 光范圍，有別于一般傳統(tǒng)在封裝結(jié)構(gòu)外才開始進(jìn)行聚光的作法，使光逸散的程度可大幅縮 小。為更清楚闡示這一技術(shù)概念，現(xiàn)以圖10及圖11所示的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)110的具 體構(gòu)造，來作進(jìn)一步例示說明。發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)110包括發(fā)光二極管芯片75、控制接腳 702、703、封裝結(jié)構(gòu)底座71以及透明上蓋73。其中，封裝結(jié)構(gòu)底座71包括散熱座710以及 絕緣外殼70。散熱座710下方為一大圓盤701，上方則為中心柱712。中心柱712的表面 有一杯形反射結(jié)構(gòu)72，而發(fā)光二極管芯片75則固定于杯形反射結(jié)構(gòu)72的底部。杯形反射 結(jié)構(gòu)72的深度、側(cè)壁傾斜度及開口尺寸和形狀足以使發(fā)光二極管芯片75的發(fā)光范圍收斂 集中成一光束。散熱座710的材料為金屬等導(dǎo)熱系數(shù)大的材料，以便將發(fā)光二極管芯片75 發(fā)光時(shí)所產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)至發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)110的外部。控制接腳702、703固定于絕緣 外殼70上，且在結(jié)構(gòu)上各自獨(dú)立，與散熱座710在結(jié)構(gòu)上并不相連，而是另外自發(fā)光二極管 芯片75上拉導(dǎo)線(圖中未示)出來分別與控制接腳702、703連接，以使發(fā)光二極管芯片75 可以通過控制接腳702、703接收電源及外部的控制信號(hào)。此種控制接腳與散熱座在結(jié)構(gòu)上 分離的發(fā)光二極管芯片封裝方法，常被通稱為熱_電分離封裝方法。使用這種熱_電分離 方法封裝的封裝結(jié)構(gòu)，由于芯片是置放在極易加工的金屬散熱座上，因此極適合運(yùn)用本發(fā) 明的技術(shù)概念，在散熱座上加工形成深度足以帶來良好聚光效果的杯形反射結(jié)構(gòu)或凹杯。由于顯示元件常常只能允許特定極性的光通過，例如液晶面板只能接受P偏振光 通過，造成S偏振光無法得到利用而影響光使用效率。解決的辦法是可在顯示元件與光源 間的光行進(jìn)路徑上，放置極性轉(zhuǎn)化元件，并在極性轉(zhuǎn)化介質(zhì)前放置偏振片，以回收并再利用 S偏振光。極性轉(zhuǎn)化元件可以是一片極性轉(zhuǎn)化薄膜，也可以是注入封裝結(jié)構(gòu)底座的杯形反 射結(jié)構(gòu)/凹杯或反射光管內(nèi)、可改變光極 性的極性轉(zhuǎn)化介質(zhì)。請參見圖5及圖6。在組裝 照明系統(tǒng)1或Ic時(shí)，發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)110或IlOc被固定至電路板62或62c上，而反 射光管111或Illc則以固定架12或12c固定。若要在反射光管111內(nèi)灌入極性轉(zhuǎn)化介 質(zhì)112，則第一開口 1111可以用透明物(圖中未示)封住。該極性轉(zhuǎn)化介質(zhì)112可為加入 微粒的膠或液晶等，可以將S偏振光轉(zhuǎn)化為P偏振光。然后，以收束透鏡102密接于第二 開口 1112以防極性轉(zhuǎn)化介質(zhì)112滲漏。等所有發(fā)光單元11按上述程序安裝完畢之后，再 在所有收束透鏡102前端安裝一偏振片61，該偏振片61可容許P偏振光通過，而反射回S 偏振光。被反射回來的S偏振光有部分會(huì)被極性轉(zhuǎn)化介質(zhì)112轉(zhuǎn)化為P偏振光，經(jīng)反射光 管111的反射后再度被送至偏振片61，此時(shí)被轉(zhuǎn)化成P偏振的光就可通過偏振片61而被 利用。若光線501是第一次被傳送至偏振片61的光線，其中同時(shí)包含P偏振光502及S偏 振光503，則P偏振光502會(huì)通過偏振片，而S偏振光503會(huì)被反射回反射光管111內(nèi)部。 假設(shè)被反射回來的S偏振光503有二分之一被所灌入的極性轉(zhuǎn)化介質(zhì)112轉(zhuǎn)化為P偏振光505，則S偏振光503被反射光管111內(nèi)壁反射后成為光線504，并再度回到偏振片61時(shí)， 光線504中已被轉(zhuǎn)化的P偏振光505會(huì)通過，而未被轉(zhuǎn)化的S偏振光則再度被反射回反射 光管111內(nèi)部，并再有二分之一被轉(zhuǎn)化。如此反復(fù)的反射/轉(zhuǎn)化程序，并假設(shè)第一次通過偏 振片61的P偏振光502的量為P，則原光線501最后通過偏振片61的光線的量，會(huì)是P的 1+1/2+1/4+1/8+1/16+……倍。其中，被反射回來的S偏振光每次轉(zhuǎn)成P偏振光的轉(zhuǎn)化率， 會(huì)因極性轉(zhuǎn)化介質(zhì)性質(zhì)的不同而變化。當(dāng)轉(zhuǎn)化率為1/2時(shí)，則通過偏振片61的P偏振光會(huì) 趨近原來不回收的2倍，即幾乎所有原來的S偏振光已由此回收機(jī)制完全轉(zhuǎn)化為P光而被 充分利用，可見此種光回收機(jī)制可以得到相當(dāng)不錯(cuò)的成效。當(dāng)此種機(jī)制應(yīng)用在封裝結(jié)構(gòu)底 座的凹杯或杯形反射結(jié)構(gòu)時(shí)，只要將此極性轉(zhuǎn)化介質(zhì)注入凹杯/杯形反射結(jié)構(gòu)中，再密封 住凹杯/杯形反射結(jié)構(gòu)開口即可。當(dāng)使用極性轉(zhuǎn)化薄膜為極性轉(zhuǎn)化元件時(shí)，其安裝位置可 如圖6所示，在反射光管與顯示元件之間。圖6中安裝于收束透鏡102c與偏振片61c間的 極性轉(zhuǎn)化薄膜103c僅為例示，極性轉(zhuǎn)化薄膜103c也可安裝于偏振片61c與反射光管Illc 間的其它位置，或是安裝在如圖5所示的照明系統(tǒng)1的偏振片61與反射光管111之間。當(dāng) 然，當(dāng)安裝了極性轉(zhuǎn)化薄膜103c后，反射光管111內(nèi)就不需再注入極性轉(zhuǎn)化介質(zhì)112。前述的種種發(fā)光角度收斂或光回收的機(jī)制，使得光的使用效率大為提升，然而，若 能更進(jìn)一步節(jié)省光源所使用的能源，則對(duì)投影機(jī)小型化/可攜化的設(shè)計(jì)將更有幫助。傳統(tǒng) 的投影機(jī)光源，在投影機(jī)操作時(shí)光源自始至終全部是開啟的，亮度也是固定的，若投影畫面 中有黑色或較暗的部分也全靠顯示元件來控制。本發(fā)明提出一種全新概念，即通過控制投 影機(jī)光源的明暗程度來呈現(xiàn)投影畫面中所需的明暗。由于發(fā)光二極管芯片有極快的反應(yīng)速 度，因此使得此概念的實(shí)施更為容易。當(dāng)投影畫面有全黑畫面時(shí)，關(guān)掉全部的投影機(jī)光源。 當(dāng)整個(gè)投影畫面在某一灰暗的亮度值時(shí)，將整體光源的亮度由全亮狀態(tài)降低至足夠呈現(xiàn)該 灰暗亮度值即可。請參看圖8，當(dāng)某一發(fā)光單元11的光照范圍21所對(duì)應(yīng)到的局部投影畫面 被偵測到為全黑或可由某一亮度值來表現(xiàn)時(shí)，則關(guān)掉該發(fā)光單元11或?qū)⒃摪l(fā)光單元11的 亮度調(diào)至足以呈現(xiàn)該亮度值。如此一來，通過關(guān)掉或降低全部或部分發(fā)光單元11亮度所節(jié) 省的能源，將大大提升整個(gè)投影機(jī)9的能源使用效率，也更有助于其小型化或可攜化的特 性。圖12為控制照明系統(tǒng)1亮度的硬件示意圖?？刂破?連接至每一個(gè)發(fā)光二極管封裝 結(jié)構(gòu)110的控制接腳702/703，以個(gè)別控制其明亮度。在操作時(shí)，控制器6先分析整個(gè)投影 畫面或各光照范圍21所對(duì)應(yīng)的亮度值，再依所分析結(jié)果控制各發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)110內(nèi) 的發(fā)光二極管芯片75發(fā)出適當(dāng)?shù)牧炼?，同時(shí)分析下一投影畫面的整體/局部亮度值，以便 于下一個(gè)操作頻率中進(jìn)行控制。除了控制亮度之外，當(dāng)發(fā)光二極管芯片75為可以分別發(fā)出 R、G、B三種不同顏色的光線的多個(gè)發(fā)光二極管芯片時(shí)，控制器6可通過控制R/G/B芯片在 不同的時(shí)序發(fā)光。此種分時(shí)顯示R/G/B三原色的作法可以取代傳統(tǒng)濾色鏡(color filter) 的功能。而由于不需使用濾色鏡，可使投影畫面的分辨率提高三倍。在本發(fā)明的技術(shù)架構(gòu)之下，顯示元件可選用(但不限于)一般手機(jī)等手持裝置所 使用的低溫多晶硅(LTPS，Low Temperature Poly Silicon)液晶面板，不需(但不限制) 使用高溫多晶硅(HTPS)液晶面板等價(jià)格昂貴的產(chǎn)品，不但可節(jié)省成本，同時(shí)也替LTPS面板 開拓了新的應(yīng)用領(lǐng)域。同時(shí)，由于光使用效率的提升，在發(fā)光元件方面也可選用(但不限 于)市場接受度高且較為平價(jià)的類似LUXEON的熱-電分離式LED發(fā)光元件，而不需(但不 限制)特別選擇高亮度但價(jià)格也較高的如CREE的LED發(fā)光元件。由于這些關(guān)鍵元件的價(jià)格可壓低，因此也使運(yùn)用本發(fā)明所制造的投影機(jī)能夠有較高的市場接受度。綜上所述，本發(fā)明提出全新的技術(shù)概念及架構(gòu)，縮短了投影機(jī)照明系統(tǒng)的成像光 源的光學(xué)路徑，同時(shí)提升照明光源的光及能源使用效率，而使投影機(jī)的小型化/可攜化的 程度大大的提高，且可使用更為通用/價(jià)廉的發(fā)光/顯示元件，大幅降低所需成本，為投影 機(jī)/發(fā)光二極管元件/液晶面板產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用及市場帶來了革命性的變革，實(shí)為一極具產(chǎn)業(yè) 價(jià)值的發(fā)明。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明的實(shí)施范圍，因此凡其 它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
一種照明系統(tǒng)，應(yīng)用于小型化投影機(jī)，其中該小型化投影機(jī)具顯示元件，用以呈現(xiàn)圖像畫面，其特征在于該照明系統(tǒng)包括多個(gè)發(fā)光單元，任一發(fā)光單元均可發(fā)出一光束，照射至該顯示元件上，形成一光照范圍；該顯示元件分割為多個(gè)子區(qū)域，且該多個(gè)發(fā)光單元對(duì)應(yīng)該多個(gè)子區(qū)域排列安裝，使任一該多個(gè)子區(qū)域恰可由一對(duì)應(yīng)的該光照范圍所涵蓋。
2.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于該顯示元件為穿透式液晶面板。
3.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于該顯示元件為反射式液晶面板。
4.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于該顯示元件為數(shù)字微型反射式元件。
5.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于該多個(gè)發(fā)光單元排列成二維陣列。
6.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，任一發(fā)光單元均包括至少一個(gè)發(fā)光二 極管芯片；封裝結(jié)構(gòu)底座；以及杯形反射結(jié)構(gòu)，形成于該封裝結(jié)構(gòu)底座上；其中，該至少一個(gè)發(fā)光二極管芯片安裝于該 杯形反射結(jié)構(gòu)內(nèi)，且該杯形反射結(jié)構(gòu)用以將該至少一個(gè)發(fā)光二極管芯片所發(fā)出的光集聚成 該光束。
7.如權(quán)利要求6所述的照明系統(tǒng)，其特征在于該杯形反射結(jié)構(gòu)具開口及底部，且該開 口比該底部面積大。
8.如權(quán)利要求7所述的照明系統(tǒng)，其特征在于該開口的形狀為圓形或方形。
9.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于還包括偏振片，以讓該光束中的P偏振 光穿透，并反射該光束的S偏振光。
10.如權(quán)利要求9所述的照明系統(tǒng)，其特征在于還包括極性轉(zhuǎn)化元件，將反射自該偏 振片的S偏振光部分轉(zhuǎn)化為P偏振光。
11.如權(quán)利要求10所述的照明系統(tǒng)，其特征在于該極性轉(zhuǎn)化元件為極性轉(zhuǎn)化薄膜。
12.如權(quán)利要求10所述的照明系統(tǒng)，其特征在于該極性轉(zhuǎn)化元件為極性轉(zhuǎn)化介質(zhì)，注 入于該杯形反射結(jié)構(gòu)中，以利用該杯形反射結(jié)構(gòu)，將自該偏振片反射的S偏振光，經(jīng)該極性 轉(zhuǎn)化介質(zhì)部分轉(zhuǎn)化為P偏振光后，再度反射回該偏振片。
13.如權(quán)利要求6所述的照明系統(tǒng)，其特征在于任一發(fā)光單元還包括透鏡，該透鏡與 該封裝結(jié)構(gòu)底座組合成封裝結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求13所述的照明系統(tǒng)，其特征在于任一發(fā)光單元還包括有反射光管，安 裝于該封裝結(jié)構(gòu)之前，用以將該光束整型收聚至該光照范圍。
15.如權(quán)利要求14所述的照明系統(tǒng)，其特征在于該反射光管具有第一開口及第二開 口，該第一開口接至該封裝結(jié)構(gòu)，且該第二開口接至一收束透鏡。
16.如權(quán)利要求15所述的照明系統(tǒng)，其特征在于該收束透鏡安裝于該多個(gè)發(fā)光單元 之前，并由該多個(gè)發(fā)光單元所共享。
17.如權(quán)利要求15所述的照明系統(tǒng)，其特征在于任一發(fā)光單元具一獨(dú)立的該收束透 鏡，且該收束透鏡安裝于該第二開口之上。
18.如權(quán)利要求14所述的照明系統(tǒng)，其特征在于該反射光管前設(shè)有偏振片，容許該光 束的P偏振光穿透，并將該光束的S偏振光反射回該反射光管，且該照明系統(tǒng)還包括可將該 偏極光所反射的S偏振光轉(zhuǎn)化為P偏振光的極性轉(zhuǎn)化元件，使自該偏振片反射的S偏振光 被轉(zhuǎn)化為P偏振光，并由該反射光管再度反射回該偏振片。
19.如權(quán)利要求18所述的照明系統(tǒng)，其特征在于該極性轉(zhuǎn)化元件為極性轉(zhuǎn)化薄膜，安 裝于該反射光管與該顯示元件之間。
20.如權(quán)利要求18所述的照明系統(tǒng)，其特征在于該極性轉(zhuǎn)化元件為極性轉(zhuǎn)化介質(zhì)，注 入于該反射光管之中。
21.如權(quán)利要求15所述的照明系統(tǒng)，其特征在于該反射光管具內(nèi)壁，而該內(nèi)壁靠近該 第一開口的部分呈圓形，靠近該第二開口的部分呈方形。
22.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于還包括連接該多個(gè)發(fā)光單元的控制 器，該控制器可獨(dú)立控制該任一發(fā)光單元的亮度，以控制相對(duì)應(yīng)的該子區(qū)域內(nèi)該圖像畫面 的亮度。
23.如權(quán)利要求22所述的照明系統(tǒng)，其特征在于任一發(fā)光單元具有多個(gè)發(fā)光二極管 芯片，該多個(gè)發(fā)光二極管芯片所發(fā)出的光彼此顏色不同，且該控制器可控制該多個(gè)發(fā)光二 極芯片在不同的時(shí)序中發(fā)光。
24.一種應(yīng)用權(quán)利要求1至23任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)的小型化投影機(jī)，其特征在于 還包括投影透鏡組。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于小型化投影機(jī)的照明系統(tǒng)，該小型化投影機(jī)包含用以形成一圖像畫面的顯示元件(面板)。該照明系統(tǒng)具有多個(gè)發(fā)光單元，任一發(fā)光單元可發(fā)出一光束，照射于該顯示元件；其中，各光束在該顯示元件上形成一光照范圍，且各光照范圍彼此間實(shí)質(zhì)上不互相重疊。本發(fā)明有利于投影機(jī)小型化/可攜式程度的提高，同時(shí)提升了照明光源的光及能源使用效率。
文檔編號(hào)F21V5/04GK101989033SQ200910161550
公開日2011年3月23日 申請日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者黃旭華 申請人:華柏光電股份有限公司