[发明专利]包括用于回收多余光的颜色选择面板的照明设备

说明书

本发明涉及一种基于发光二极管的照明设备。

高亮度投影系统典型地需要具有大体积和高成本的照明光源。典 型的照明光源使用例如高压汞灯或可替代地三个发光二极管(LED) (即，每一种颜色对应一个LED)，以及用于分色滤波器的附加空间 需求，以组合单个面板系统的光。所希望的是减小例如用在紧凑的成 像设备(有时称为“袖珍投影仪”)中的照明光源的体积和成本。

根据本发明的一个实施例，照明光源包括LED或LED阵列，其产 生例如蓝色光的短波长光。一个或多个波长转换元件(例如，磷光体 元件)将来自(多个)LED的至少一部分光转换为较长的波长(例如， 红色和绿色)。位于(多个)LED与(多个)波长转换元件之间的分 色元件透射来自(多个)LED的光并且反射来自(多个)波长转换元 件的较长波长。颜色选择面板选择由照明设备要产生的、以及要回收 用于另一个机会由波长转换元件要转换或由分色元件要反射的光的 颜色。颜色选择面板可以在空间域和时间域的一个或两个中工作。

图1和2示出根据本发明的实施例的照明设备。

图3示出在空间域中工作并且包括多个透射红色、绿色或蓝色光 的单像素的颜色选择面板的平面图。

图4示出在图中3示出的颜色选择面板中的单像素工作的特写 图。

图5示出在空间域中工作并且包括多个透射红色、绿色或蓝色光 的单条纹的颜色选择面板的平面图。

图6示出反射一种偏振状态和任何期望的颜色的光并且在时间 域中透射期望的颜色和偏振状态的颜色选择面板的扩展透视图。

图7示出包括多个条纹的颜色选择面板的扩展透视图，该多个条 纹发射一种偏振状态和任何期望的颜色的光，以及透射期望的颜色和 偏振状态，并且在空间域和时间域中工作。

图8示出图7的颜色选择面板的平面图，并且示出由颜色选择面 板产生的组合颜色以及条纹如何可以控制成滚动(scroll)。

图9是示出蓝色、绿色和红色发射光谱以及来自照明设备的绿色 和红色吸收的曲线图。

图10示出使用5原色系统的另一个照明设备。

图1示出根据本发明的实施例的照明设备100。照明设备100能 够通过回收由微型显示器最初拒绝(reject)的光来为单个面板投影 系统提供均匀照明和大于50％的效率增益。照明设备100具有紧凑的 设计(大约0.5”×0.5”×1.8”，0.5”F#1.8设计)并且可以通过使用 产生大约相同的波长(例如，蓝色)的LED阵列来减少成本，而传统 系统需要不同类型的LED，以产生不同期望颜色的光，比如蓝色、绿 色和红色。而且，照明设备100具有高亮度，这是因为对于没有直接 使用的光的高回收效率。

如图1所示，照明设备100包括LED104的阵列102，其产生蓝 色(或其他短波长)光并且示出为安装在基座106和/或散热器上。 LED104可以包括光子晶体，以控制角发射图案，从而使得大部分光 集中到不大于例如45°的圆锥中。可替代地，复合抛物面聚光器(CPC) 或直角变换器(RAT)或其他类似的光学设备可以用来控制LED104的 阵列102的角发射图案。光子晶体的使用是有利的，因为它减小了照 明设备100的尺寸。

LED104的阵列102耦合到光学聚光器108，所述光学聚光器108 可以是固态光学聚光器。光学聚光器108包括位于光学聚光器108入 射表面处的分色滤波器110。分色滤波器110透射蓝色光，但是反射 较长的波长。陶瓷盘112光学地耦合到光学聚光器108的出射表面。 一个或多个波长转换元件114A和114B堆积或附着到陶瓷盘112上。 波长转换元件114A和114B分别是例如红色和绿色磷光体，或者可替 代地是YAG类型磷光体。红色磷光体114A可以放置在绿色磷光体114B 之前，即，更接近于陶瓷盘112，这是因为绿色发射谱带由某些红色 磷光体(例如，BSSN)再吸收。磷光体板可以形成陶瓷盘，或者可替 代地，磷光体也许涂覆到不必一定是陶瓷的透明衬底上。波长转换元 件114A和114B的顺序在回收路径中也起作用。陶瓷盘112对于蓝色 泵浦光以及转换后的光是透明的。具有内部反射表面的散热器113可 以在陶瓷盘112的周围形成，并且可以用来支撑陶瓷盘112和波长转 换元件。