小型LED模块和采用该模块的投影显示器.pdf

小型光源模块包括小型光源和准直器，准直器包括：抛物面的第一反射面，该第一反射面用于减小光束从小型光源照射的发散角，以使光束通过侧孔径发射出；平的第二反射面，其位于第一反射面的下方并包括入射部分，光束通过该入射部分从小型光源照射。小型光源位于第一反射面的焦点附近。

权利要求书
1.  一种小型光源模块，其包括：
小型光源；和
准直器，其包括，
抛物面的第一反射面，其用于减小光束从所述小型光源照射的发散角，以使光束通过侧孔径发射出，和
第二反射面，其位于所述第一反射面的下方并包括入射部分，所述光束通过该入射部分从所述小型光源照射，
其中，所述小型光源位于所述第一反射面的一焦点附近。

2.  如权利要求1所述的小型光源模块，其中，所述小型光源具有一光轴，并设置成使所述光轴垂直于所述第一反射面的主轴。

3.  如权利要求1所述的小型光源模块，其中，所述第二反射面相对于所述第一反射面的主轴倾斜一倾斜角，以使所述侧孔径的尺寸减小，所述小型光源设置成使其光轴相对于所述主轴倾斜与所述第二反射面的倾斜角相同的倾斜角。

4.  如权利要求1所述的小型光源模块，其中，所述准直器还包括在所述入射部分一边缘处的第三反射面，所述第三反射面用于朝所述第一反射面反射以比所述侧孔径的孔径角大的发散角从所述小型光源照射出的光束。

5.  如权利要求1所述的小型光源模块，其中，所述第一和第二反射面之间的内部空间填充冷却剂。

6.  如权利要求1所述的小型光源模块，其中，所述准直器具有一透明主体，所述透明主体包括抛物面的外表面、平的下表面、以及用于发射光束的侧表面，所述抛物面的外表面和所述平的下表面除了所述入射部分以外涂敷有反射材料，以形成所述第一和第二反射面。

7.  如权利要求6所述的小型光源模块，其中，所述准直器包括分别是平的粘附表面的两侧。

8.  如权利要求6所述的小型光源模块，其中，所述准直器还包括用于形成所述下表面和所述入射部分之间边界的斜面，所述斜面涂敷有反射材料以形成第三反射面，所述第三反射面朝所述第一反射面反射以比所述侧孔径的孔径角大的发散角从所述小型光源照射出的光束。

9.  如权利要求8所述的小型光源模块，其中，所述准直器包括分别是平的粘附表面的两侧。

10.  如权利要求1所述的小型光源模块，其中，还包括设置在所述小型光源和所述准直器之间的反射率匹配元件，其中，所述反射率匹配元件的反射率小于所述小型光源的反射率并且大于所述准直器的反射率。

11.  一种投影显示器，其包括照明单元、将从所述照明单元照射出的光束调制成适于图像数据的光学调制器、以及放大并投影从所述光学调制器发射出的光束的投影光学器件，所述照明单元包括：
至少一个小型光源模块，其包括小型光源和准直器，所述准直器包括：
抛物面的第一反射面，其用于减小光束从所述小型光源照射的发散角，以使光束通过侧孔径发射出，和
第二反射面，其位于所述第一反射面的下方并包括入射部分，所述光束通过该入射部分从所述小型光源照射，
其中，所述小型光源位于所述第一反射面的一焦点附近。

12.  如权利要求11所述的投影显示器，其中，所述小型光源具有一光轴，并设置成使所述光轴垂直于所述第一反射面的主轴。

13.  如权利要求11所述的投影显示器，其中，所述第二反射面相对于所述第一反射面的主轴倾斜一倾斜角，以使所述侧孔径的尺寸减小，所述小型光源设置成使其光轴相对于所述主轴倾斜与所述第二反射面的倾斜角相同的倾斜角。

14.  如权利要求11所述的投影显示器，其中，所述准直器还包括在所述入射部分一边缘处的第三反射面，所述第三反射面用于朝所述第一反射面反射以比所述侧孔径的孔径角大的发散角从所述小型光源照射出的光束。

15.  如权利要求11所述的投影显示器，其中，所述第一和第二反射面之间的内部空间填充冷却剂。

16.  如权利要求11所述的投影显示器，其中，所述准直器具有透明主体，所述透明主体包括抛物面的外表面、平的下表面、以及用于发射光束的侧表面，所述抛物面的外表面和所述平的下表面除了所述入射部分以外涂敷有反射材料，以形成所述第一和第二反射面。

17.  如权利要求16所述的投影显示器，其中，所述准直器包括分别是平的粘附表面的两侧。

18.  如权利要求16所述的投影显示器，其中，所述准直器还包括用于形成所述下表面和所述入射部分之间边界的斜面，所述斜面涂敷有反射材料以形成第三反射面，所述第三反射面朝所述第一反射面反射以比所述侧孔径的孔径角大的发散角从所述小型光源照射出的光束。

19.  如权利要求18所述的投影显示器，其中，所述准直器包括分别是平的粘附表面的两侧。

20.  如权利要求11所述的投影显示器，其中，所述小型光源模块还包括设置在所述小型光源和所述准直器之间的反射率匹配元件，所述反射率匹配元件的反射率小于所述小型光源的反射率并且大于所述准直器的反射率。

21.  如权利要求11所述的投影显示器，其中，其还包括二维排列的多个小型光源模块。

22.  如权利要求21所述的投影显示器，其中，所述多个小型光源模块排列成使所述多个小型光源模块的孔径高宽比等于所述光学调制器的孔径高宽比。

23.  如权利要求21所述的投影显示器，其中，一行的小型光源模块排列在相邻行的小型光源模块中。

24.  如权利要求21所述的投影显示器，其中，一行的多个小型光源模块的准直器形成单一体。

25.  一种小型光源模块，其包括：
小型光源；和
准直器，其包括抛物面的第一反射面，所述第一反射面用于减小光束从所述小型光源照射的发散角，以使光束通过侧孔径发射出，
其中，所述小型光源位于所述第一反射面的一焦点附近。

26.  一种投影显示器，其包括照明单元、将从所述照明单元照射出的光束调制成适于图像数据的光学调制器、以及放大并投影从所述光学调制器发射出的光束的投影光学器件，所述照明单元包括：
小型光源；和
准直器，其包括抛物面的第一反射面，所述第一反射面用于减小光束从所述小型光源照射的发散角，以使光束通过侧孔径发射出，
其中，所述小型光源位于所述第一反射面的一焦点附近。

说明书小型LED模块和采用该模块的投影显示器
技术领域
本发明涉及小型光源模块(compact light source module)和采用该小型光源模块的投影显示器(projection display)，更具体地，涉及使用诸如发光二极管的光源的小型光源模块和采用该小型光源模块的投影显示器。
背景技术
图1示出传统投影显示器的结构。参照图1，传统的投影显示器包括为光学调制器的液晶显示(LCD)板20R、20G和20B，照射光线到LCD板20R、20G和20B的照明单元10，以及放大并投影所调制的图像的投影透镜40。
LCD板20R、20G和20B分别调制适于各个图像数据的红(R)、绿(G)和蓝(B)光束，从而显示彩色图像。附图标记30表示混合所调制的R、G和B光束并而后将混合的光束照射到投影透镜40上的合成棱镜。
照明单元10包括光源1、积分器3、聚光透镜4、多个镜子5R、5G和5B，以及多个中继透镜7和8。
光源1可以是金属卤化物灯或超高压水银灯，其位于带有抛物面的反射镜2的焦点上。积分器3用于将均匀的光束照射到LCD板20R、20G和20B上，并通常由两个蝇眼透镜(fly-eye lens)组成，其中微透镜是二维排列的。透过积分器3的光束被聚光透镜4聚光。镜子5R、5G和5B是选择性的反射镜，它们分别反射R、G和B光束并透射其它颜色的光束。光束经由镜子5R、5G和5B分别分成R、G和B光束，然后R、G和B光束通过中继透镜7和8分别入射到LCD板20R、20G和20B上。
LCD板20R、20G和20B分别调制R、G和B光束，以输出R、G和B彩色图像。合成棱镜30将从LCD板20R、20G和20B输出的R、G和B光束混合成一束，然后，投影透镜40放大并透射所混合的光束。
发明内容
技术问题
但是，在这种传统的投影显示器中，灯用作照明光学调制器的光源并且具有较短的寿命。因此，当传统的投影显示器用作家用时，灯要经常更换新的。此外，光源的尺寸较大。为了解决这些问题，正在对采用相对较长寿命的诸如发光二极管(LED)的小型光源进行研究。日本专利公开No.JP2001-42431公开了使用LED的投影装置。
图2示出由LUMILEDS公司制造的Luxeon Emitter的LED结构。参照图2，作为主要光学器件之一的圆顶透镜62安装在LED芯片61的上方。圆顶透镜62会聚从LED芯片发射来的光束。
通过圆顶透镜62的光束具有用图3的附图标记C1或C2表示的光强度分布。在图3的曲线图中，横轴表示发散角(radiation angle)，纵轴表示相对光强度。光强度分布C1和C2在0°和±90°之间的发散角内分别是翼形和渐变的圆顶形。然而，发散角应该在0°和±15°之间，以照明光学调制器20R、20G和20B。因此，具有上述发散角在0°和±15°之间的光强度分布的光束，即，具有上述发散角在0°和±15°之间的光强度分布C1或C2的部分光束，未能照明光学调制器20R、20G和20B，从而损失掉。因此光效率下降。
为了防止这种光损失，传统的投影显示器包括第二光学器件，其会聚在将光束照射到光学调制器20R、20G和20B上之前从LED发射的光束，使光束具有由图3的附图标记C3所表示的光强度分布。因此，另外使用第二光学器件使传统投影显示器的照明系统复杂化，并且增加了制造照明系统的成本。
通常，LED比金属卤化物灯或超高压水银灯发射更少量的光。因此，传统的投影显示器使用LED阵列作为光源。在这种情况下，第二光学器件是必须的。然而，因为第二光学器件必须是透镜，所以聚光效率下降。这将参照图4A和4B更详细地加以解释。
在近轴区，图像的尺寸与角度的乘积是恒定的。因此，LED的发射面积与LED发射角(emission angle)的球面度的乘积是恒定值，该恒定值称为“光源面积发散度(etendue)”。当光源面积发散度小于LCD板的面积与由投影透镜的F值计算得到的球面度的乘积时，聚光效率提高。
如图4A所示，当使用一个LED时，LED的发射面积ΦL与球面度UL的乘积可以等于LCD板的发射面积ΦL与球面度UP的乘积。
如图4B所示，当使用LED阵列时，LED阵列的发射面积∑ΦL大于图4A的LED的发射面积ΦL。这里，LED阵列的发射角的球面度UL等于图4A的LED地球面度UL，并且LCD板的发射面积ΦP等于图4A的LCD板的发射面积ΦL。因此，为了使光源面积发散度恒定，图4B的LCD板的发射角的球面度UP′大于图4A的LCD板的球面度UP。因此，当使用图4B所示的LED阵列时，光受到损失，从而导致投影显示器的聚光效率和亮度降低。
技术方案
本发明提供了一种包括准直器的小型光源模块，该准直器用于准直从诸如LED的小型光源发射出的光束，从而在发散角的范围内有效地将光束照射到物体上，本发明还提供了一种采用该小型光源模块的投影显示器。
根据本发明的非限制性的、示例性的方面，提供了一种小型光源模块，该小型光源模块包括：小型光源；和准直器，其包括抛物面的第一反射面、以及第二反射面，第一反射面用于减小光束从小型光源照射的发散角，以使光束通过侧孔径发射出，第二反射面位于第一反射面的下方并包括入射部分，光束通过该入射部分从小型光源照射出。小型光源位于第一反射面的焦点附近。
本发明还构想了设置在小型光源和准直器之间的反射率匹配元件。反射率匹配元件的反射率小于小型光源的反射率并且大于准直器的反射率。
根据本发明的另一方面，提供了一种投影显示器，该投影显示器包括照明单元、将从照明单元照射的光束调制成适于图像数据的光学调制器、以及放大并投影从光学调制器发射出的光束的投影光学器件。照明单元包括至少一个小型光源模块。该至少一个小型光源模块包括小型光源和准直器，准直器包括抛物面的第一反射面、以及平的第二反射面，第一反射面用于减小光束从小型光源照射的发散角，以使光束通过侧孔径发射出，第二反射面位于第一反射面的下方并包括入射部分，光束通过该入射部分从小型光源照射出。小型光源位于第一反射面的焦点附近。
根据本发明的又一方面，提供了一种小型光源模块，该小型光源模块包括：小型光源；和准直器，其包括抛物面的第一反射面，该第一反射面用于减小光束从小型光源照射出的发散角，以使光束通过侧孔径发射出。小型光源位于第一反射面的焦点附近。
根据本发明的再一方面，提供了一种投影显示器，该投影显示器包括照明单元、将从照明单元照射的光束调制成适于图像数据的光学调制器、以及放大并投影从光学调制器发射出的光束的投影光学器件。照明单元包括：小型光源；和准直器，其包括抛物面的第一反射面，该第一反射面用于减小光束从小型光源照射出的发散角，以使光束通过侧孔径发射出。小型光源位于第一反射面的焦点附近。
有益效果
小型光源模块可以包括抛物面的第一反射面，该第一反射面用于准直从光源照射出的光束，从而以发散角有效地照明物体。另外，小型光源模块可以包括第二反射面，该第二反射面用于使光的损失最小，从而提高光效率。小型光源模块还可包括第三反射面，该第三反射面用于朝第一反射面反射以一发散角从光源照射出、但没有入射到第一反射面上的光束。因此，可以提高光准直效率。此外，第二反射面可以倾斜，以实现小尺寸孔径的小型光源模块。因此，可以在预定空间中布置更多数量的小型光源模块，从而可以获得更亮的照明光。
此外，准直器可以填充冷却剂，以防止光源的照射特性因热量而下降。准直器可以由透明主体形成，以达到折射率的匹配。当排列光源模块时，多个准直器可以形成单一体(single body)或可以具有与光学调制器相同的高宽比。本发明的小型光源模块可应用于各种照明装置，例如投影显示器、电光板、平板显示器(FPD)的背光板等。
本发明的投影显示器无需包括第二光学器件。因此，可以简化照明单元并提高光效率。由于该光源具有比金属卤化物灯或超高压水银灯相对更长的寿命，故无需频繁地更换新光源。从而可以简化投影显示器。
附图说明
图1是示出传统投影显示器的结构的示图；
图2是示出传统LED的结构的示意图；
图3是示出LED的发散角与光强度之间关系的曲线图；
图4A和4B是用于解释使用透镜的照明系统的聚光效率的示图；
图5是根据本发明实施例的小型光源模块的分解透视图；
图6是沿图5的I-I′线剖开的横截面图；
图7是根据本发明另一实施例的小型光源模块的横截面图；
图8是根据本发明又一实施例的小型光源模块的横截面图；
图9是根据本发明再一实施例的小型光源模块的横截面图；
图10到13是根据本发明不同实施例的采用透明主体的小型光源模块的横截面图和透视图；
图14是示出从图11的小型光源模块发射出的光束的光强度分布相对于发射角的仿真结果的曲线图；
图15和16是示出根据本发明实施例的分别使用透射型光调制器和反射型光调制器的投影显示器的结构的示意图；
图17到20是示出根据本发明不同实施例的各种小型光源模块阵列的示图；和
图21是示出从图20的光源模块阵列发射出的光束的光强度分布相对于发射角的仿真结果的曲线图。
具体实施方式
图5是根据本发明实施例的小型光源模块的分解透视图，图6是沿图5的I-I′线剖开的横截面图。参照图5和6，LED 200用作小型光源。在LED 200上设置准直器101。LED 200包括发射光束的LED芯片201。尽管没有示出，但LED 200还包括散发由LED芯片201所产生的热量的散热器，以及为LED芯片201提供电流的正极和负极。在本实施例中，LED 200不包括图2的圆顶透镜62。这不限制本发明的范围。LED 200的结构对于本领域的普通技术人员来说是公知的，因而在此不作解释。
准直器101具有侧孔径120。在准直器101的内表面上设置反射光束的第一反射面130和第二反射面150。第一反射面130是抛物面。第二反射面150位于第一反射面130的下方，并包括入射部分110，光束通过该入射部分110从LED 200照射。在该实施例中，优选地但不是必须地，第二反射面150是平面。例如，如图5和6所示，入射部分110可以穿透板170，第二反射面150形成在该板170上。
如上所述，第一反射面130确定为具有抛物面形状。术语“抛物面”不仅表示二次曲线系数K为1的严格抛物面形状，而且还表示二次曲线系数K在？0.4到？2.5(优选的是？0.7到？1.6)的范围内的非球面形状。第一反射面130的二次曲线系数K可以适当地确定为前述范围内的任何值，使得从小型光源发射出的光被准直成具有能够使光有效照明物体的发散角范围。现在描述第一反射面130具有二次曲线系数K为1的严格抛物面形状的示例。
LED 200布置成使LED芯片201位于第一反射面130的焦点F1附近。优选的是，LED 200布置成其光轴202大致垂直于主轴140。但是，本发明不严格限制于此。
参照图6，光束从LED 200以0°和180°之间的发散角A照射并入射到第一反射面130。在本实施例中，发散角A定义为从主轴140的逆时针方向，第一反射面130是抛物面的。因此，光束L1以大于孔径角B的发散角A照射，并从第一反射面130反射成与主轴140平行，并通过侧孔径120发射出。光束L2从LED 200以小于孔径角B的发散角A照射，不入射到第一反射面130上，而是直接通过侧孔径120发射出。因此，光束L2以0°和孔径角B之间的发射角C通过侧孔径120发射出。因此，准直器101准直从LED 200以0°和180°之间的发散角A照射的光束，使其以0°和孔径角B之间的发射角C发射。孔径角B可以相对小型光源模块照明物体的照明角进行调整。
在本实施例中，假设LED 200是点光源，其照射点经由焦点F1照射光束。然而，LED 200不是精确的点光源，而是具有预定照射面积的面光源。因此，从LED 200照射的光束可以被认为是在焦点F1附近照射。因此，从LED 200发射出的一部分光束可以从第一反射面130朝第二反射面150反射，而不朝侧孔径120反射。第二反射面150用于接收来自第一反射面130的光束部分，然后朝侧孔径120反射该光束部分，以提高光效率。
图7是根据本发明另一示例性实施例的小型光源模块的横截面图。参照图7，准直器102还包括第三反射面160。第三反射面160形成在入射部分110的边缘，以反射以小于孔径角B的发散角A照射的光束。光束L3从LED200以小于孔径角B的发散角A1照射，并从第三反射面160朝第一反射面130反射。因此，虽然光束L3在第一反射面130的焦点F1附近照射，但光束L3被认为是从与第三反射面160相交的点E照射。因此，从第一反射面130反射的光束L3不与主轴140平行。但是，光束L3可以以小于初始发散角A1的发射角C1发射。从而，可以提高光准直效率。
在本实施例中，板(panel)170由透明材料形成。在示例性实施例中，除了入射部分110(光束从LED 200通过该入射部分110照射出)以外，板170的内或外表面涂敷有反射材料，以形成第二反射面150和第三反射面160。通常，当光束从高折射率的介质传播到低折射率的介质时，由于高折射率和低折射率之间的差，以大于临界角的入射角照射的光束发生全反射。随着两种介质折射率之间的差增大，更大量的光被全反射。图7的准直器102的内部充满空气。板170可以用折射率大于空气的折射率并且小于制成LED芯片201的材料的折射率的透明塑料或玻璃形成，从而用作减小LED芯片201与空气的折射率之间的差的折射率匹配材料。
图8是根据本发明又一实施例的小型光源模块的横截面图。参照图8，第二反射面150相对于第一反射面130的主轴140倾斜角度D。LED 200安装成使光轴202基本上或大致垂直于第二反射面150。从而，LED 200的光轴202相对于第一反射面130的主轴140倾斜角度D。由于这种结构，准直器103的孔径尺寸可得以减小。附图标记AP2表示准直器103的孔径尺寸。附图标记AP1表示图5和7的准直器101和102的孔径尺寸，在图5和7中，第二反射面150平行于主轴140。如图8所示，准直器103的孔径尺寸AP2小于准直器101和102的孔径尺寸AP1。孔径尺寸减小有利于设置多个小型光源模块。
同时，图5到8所示的准直器101、102和103的内部充满空气。因此，在LED 200发射光束时，产生热量。而热量可能会对LED 200的照射特性具有负面影响。
图9是根据本发明再一实施例的小型光源模块的横截面图。参照图9，准直器104的内部充满冷却剂。由于这个原因，LED 200粘附到准直器104上，以使冷却剂漏出准直器104。在准直器104的一侧可以安装盖玻璃(coverglass)190，光束通过该盖玻璃190发射出。冷却剂可以是苯、甘油、甲醇等。
图10到12是根据本发明不同实施例的小型光源模块的横截面图。这些实施例的特征在于，准直器由透明主体形成。
参照图10，透明主体310包括抛物面的外表面301、平的下表面302、以及侧表面303。优选但不是必须地，下表面302包括主轴140。LED 200安装成使LED芯片201位于外表面301的焦点F1处。外表面301涂敷有反射材料，以用作反射从LED 200照射出的光束的第一反射面130。除了区域G(光束通过该区域G从LED 200照射出)以外，下表面302涂敷有反射材料，以用作第二反射面150。区域G用作入射部分110。由于这种结构，透明主体310用作图5的准直器101。在下文中，透明主体310称为准直器。
参照图11，透明主体320包括抛物面的外表面301以及平的侧表面303。透明主体320的下表面包括第一和第二表面321和322，并带有形成第一和第二表面321和322之间边界的台阶和斜面323。外表面301涂敷有反射材料，以用作反射从LED 200照射出的光束的第一反射面130。除了区域G(光束通过该区域G从LED 200照射出)以外，第一表面321涂敷有反射材料。第二表面322和斜面323也涂敷有反射材料。第一和第二表面321和322用作第二反射面150。区域G起到入射部分110的作用。斜面323起到图7的第三反射面160的作用。从而，透明主体320起到图7的准直器102的作用。在下文中，透明主体320称为准直器。
参照图12，除了准直器340由透明主体形成之外，准直器340具有与图8的准直器103相同的结构。第一和第二表面321和322用作第二反射面150，并相对外表面301的主轴140倾斜角度D。因此，准直器340的侧表面304小于图10和11的准直器310和320的侧表面303。
虽然未示出，但反射率匹配元件可以设置在图10到13的LED 200和准直器310、320、330、340之间。反射率匹配元件的反射率小于LED 200的反射率并大于准直器310、320、330、340的反射率。
小型光源模块的阵列可以用作光源。这里，优选但不是必须地，多个准直器相互紧密地粘附。出于这个目的，如图13所示，可以使用准直器330，该准直器330包括外表面301，其两侧有平的粘附表面331。在将采用准直器330的小型光源模块用作光源的情况下，可以获得接近矩形的照明光。粘附表面331可应用于图5到12所示的准直器。
图14是示出通过图11的准直器320的侧表面303发射出的光束的相对光强度相对于发射角的仿真结果的曲线图。从图14中可以看出，相对光强度集中在±20°的发射角内。通过将本发明的相对光强度与图3的光强度分布曲线C1和C2进行比较，可以观察到准直器320的准直效率。
如上所述，从小型光源照射出的光束的发散角可以变成光束有效入射到物体上的角。发散角的变化导致光效率的提高。此外，当使用小型光源模块作为光源时，无需在照明装置中安装第二光学器件。因此，可以防止由第二光学器件造成的光损失，并且可以简化照明装置。
虽然在本发明的上述实施例中已经描述使用LED作为小型光源，但是可以使用各种光源。例如，可以使用诸如有机电致发光(EL)器件、激光器等的各种小型光源。
图15是根据本发明实施例的投影显示器的示意图。通常，用于调制照明光以适于图像信息的光学调制器粗略地分成透射型光学调制器和反射型光学调制器。在本实施例中，投影显示器采用透射型光学调制器。
参照图15，投影显示器包括用作透射型光学调制器的LCD板410、照明LCD板410的照明单元400、以及放大并投影经LCD板410调制的光束的投影光学器件420。在本实施例中，投影显示器包括分别调制R、G和B光束的三块LCD板410R、410G和410B。附图标记421表示将所调制的R、G和B光束混合成一束的合成棱镜。LCD板410例如可以是1英寸宽和长的小型液晶板。照明单元400相对于各个LCD板410R、410G和410B安装，以分别照明LCD板410R、410G和410B。优选地，照明单元400分别将R、G和B光束照射到LCD板410R、410G和410B上。
图16是根据本发明另一实施例的投影显示器的示意图。在本实施例中，投影显示器采用反射型光学调制器。
参照图16，投影显示器包括是反射型光学调制器的数字微镜器件(DMD)430、照明DMD 430的照明单元400、以及放大并投影经DMD 430调制的光束的投影光学器件440。在本实施例中，投影显示器使用一个DMD 430顺序调制R、G和B图像信号。在这种情况下，照明单元400将R、G和B光束顺序照射到DMD 430上。附图标记441表示全内反射(TIR)棱镜，其朝DMD 430反射从照明单元400发射出的光束，并朝投影光学器件440透射由DMD 430调制的光束。
图15和16的照明单元400包括光源403以及使从光源403照射出的光束强度均匀的积分器401，从而均匀地照明整个光学调制器410和430。照明单元400还包括中继透镜402，该中继透镜402将从积分器401发射出的光束导向光学调制器410和430。积分器401可以是蝇眼透镜、矩形平行六面体玻璃棒、矩形平行六面体光学管和内反射表面等。
图5到13所示的小型光源模块可以用作光源403。当一个小型光源模块照射足以用于投影显示的光量时，该一个小型光源模块可以代替光源403。但是，一般地小型光源模块照射的光量小于金属卤化物灯或超高压水银灯照射的光量。因此，优选但不是必须地，光源403是多个小型光源模块的二维阵列。下文中，为了方便起见，将描述图11或13所示的小型光源模块501或502。
图17到20示出各种类型的光源模块阵列。参照图17，三个小型光源模块501排列成四行。这里，小型光源模块501阵列的孔径高宽比(aspectratio)H∶V优选地等于光学调制器410和430的孔径高宽比。
参照图18，小型光源模块501排列成使上一行的小型光源模块501交搭部分下一行的小型光源模块501。换言之，小型光源模块501成锯齿形。由此，该结构可以有助于获得均匀的照明光。
参照图19，小型光源模块501排列成使上两行M1和M2的准直器320的第一反射面301面对下两行M3和M4的准直器320的第一反射面301。因此，由这种结构可以获得均匀的照明光。此外，由于抛物面的第一反射面301面朝内并且平的第二表面322面朝外，故可以获得具有与光学调制器410和430的高宽比相同的高宽比的照明光。
从图20中可以看出，三个小型光源模块502排列成六行。小型光源模块502的每一行排列成使准直器330的粘附表面331紧密地相互粘附。此外，抛物面的第一反射面301面朝内，并且平的第二表面322面朝外。因此，第二表面322位于小型光源模块502阵列的上侧和下侧，粘附表面331位于小型光源模块502阵列的右侧和左侧。从而小型光源模块502阵列具有矩形形状。这种结构可以有助于获得具有与光学调制器410和430的孔径高宽比相同的高宽比的照明光。
在图17到20的实施例中，同一行中的小型光源模块的准直器可以形成单一体。在这种情况下，小型光源模块排列成如图20所示。此外，图8和12所示的小型光源模块具有比图5、6、7、9、10、11和13所示的小型光源模块的孔径高宽比低的高宽比的孔径。因此，当排列如图8和12所示的小型光源模块时，可以比排列图5、6、7、9、10、11和13所示的小型光源模块时排列更多数量的小型光源模块。从而可以获得更亮的照明光。
图21是示出从图20的光源模块阵列发射出的光束的相对光强度相对于发射角的仿真结果的曲线图。从图21可以看出，相对光强度为约25％的光束集中在±15°的发射角内。因此，不需要另外的第二光学器件进行准直。
如上所述，在根据本发明的使用小型光源模块的投影显示器中，可以使光束以有效的发散角从小型光源模块照射，从而有效地照明光学调制器410和430。因此，由于投影显示器不需要用于准直的第二光学器件，故照明单元可以大大简化。此外，可以避免由使用透镜的光学系统的根本限制造成的聚光效率降低。因此，可以提高光效率。
工业适用性
与本发明一致的装置涉及使用诸如发光二极管的光源的小型光源模块，以及采用该小型光源模块的投影显示器。本发明的投影显示器无需包括第二光学器件。因此，可以简化照明单元并提高光效率。由于该光源具有比金属卤化物灯或超高压水银灯相对更长的寿命，故无需频繁地更换新光源。从而可以简化投影显示器。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的条件下，可以做形式和细节上的各种变化。