2024年6月13日发(作者：留希月)
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２００８年第５０卷第２期 光电技术ＥＬＥＣＴＲＯ－ＯＰＴＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏ１．５０ Ｎｏ．２，２００８
使用高亮度ＬＥＤ的液晶投影机
沈培宏
（华东电子集团公司南京２１００２８）
摘要本文介绍了使用高亮度ＬＣＤ作为光源的液晶投影机及其特点。
关键词高亮度ＬＥＤ ＬＣＤ投影机
上 刖昌
成了几乎遥不可及的目标，并一直停留在有限度缩
传统上，液晶投影机都是使用超高压水银灯为
小体积的阶段。
光源的，但是由于超高压水银灯在启动时需要有数
进入二十一世纪后，由于ＬＥＤ功率和发光效率
十ｋＶ的高压（照明的瞬间会达到数百ｋＶ），因此，
的不断提高，使得它因成为小型卤素灯的替代光源
灯泡的温度同时也会达到８００℃～９００℃。在这样
而受到重视。
的高耗电机制下，就必须使用交流（ＡＣ）电源驱动，
从２００５年末开始，以发光二极管为光源的液晶
并采用复杂的电源电路和必备的散热解决方案。
投影机相继被发明。用来代替传统超高压水银灯的
由于超高压水银灯和荧光灯发光的原理是一样
Ｒ（红色）、Ｇ（绿色）、Ｂ（蓝色）三色发光二极管（ＬＥＤ）
的，所以也是依靠汞的激发来产生紫外线从而发出
在用作为光源后，世界著名厂商便积极地设计开发
高亮光源的；因此从点灯开始，达到一定的亮度时需
出使用发光二极管作为光源的背投式液晶投影机，
要一定的启动时间；而使用完毕关灯后的散热，也需
其色彩表现范围也超出１００ ９／６的ＮＴＳＣ比。ＬＥＤ光
要耗费很长时间来达到冷却的状态。因为存在着这
源在投影机中的应用使得小型化和微型化的投影机
成为可能，近来出现了以电池驱动的前投式液晶投
些种种不便，液晶投影机的设计开发者因而需要找
影机，而且还出现了指尖般大小的投影机。
到一种新的光源来替代超高压水银灯。
在２００５年１２月６日～９日举行的“ＩＤＷ／ＡＤ’
近年来，电视机市场逐步转变成为数码电视、前
Ｏ５”显示器学会上，三洋电机披露了利用发光二极管
投式电视、背投式电视类的大型电视市场。这类投
（ＬＥＤ）作光源的小型正面投射仪，其大小为
射型电视显示器使用的光源，无一例外的都是超高
９８０ｃｍａ，长边相当于一支钢笔的长度。色彩表现范
压水银灯，超高压水银灯在照明时，为了把蒸汽压控
围达到ＮＴＳＣ规格比在１００ 以上。
制在２００大气压左右而需使用大量的水银。
２００６年１月，在美国拉斯维加斯召开的ＥＣＥＳ
为防止造成公害，避免使用水银，目前寻找其替
２００６３上，利用ＬＥＤ为光源的液晶投影机被首度公
代品的开发研究很多，但是水银是确保照明发光功
开。从此，在此之前一直处于秘密研发状态的各从
率的必要条件，实在很难找到其它方便且适用的替
业者，随后便向市场陆续公开了他们所研制的发光
代品。
二极管光源背投式液晶投影机。
由于高压水银灯泡（ＵＨＰ）的关系，使得前投影
此外，为了开发出更具特色的产品，对以半导体
机的体积一直无法有效地缩小到手持式的阶段，光
激光为光源的液晶投影机，也在积极地进行研发中。
是散热问题、光折射问题就使得将之发展成手持式
可以预见的是，随着光源的不断变化，液晶投影机也
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２ 光电技术 第５Ｏ卷
将发生巨大变化。
虽然说有这样的优势，但前投式ＬＥＤ液晶投影
其实，因为发光二极管具有很多优点，利用
机的亮度，与前投式超高压水银灯液晶投影机相比
ＬＥＤ为液晶投影机光源的设想，从很早以前就有研
就差得多，能够投射出来的亮度只有１０２０流明。这
究人员开始投人开发，例如，具有可以达到小型化、
样的亮度根本不可能像前投式超高压水银灯液晶投
电池驱动、扩大色彩表现范围、延长使用寿命等等特
影机那样，在明亮的会议室里也能清晰地把影像放
色的液晶投影电视机。
大到３０４０英寸。
大部分的液晶投影机生产者对于前投式ＬＥＤ
２使用高亮度ＬＥＤ作为投影机光源
的特点
目前市场上的主流液晶投影机是将超高压水银
灯的白色光分离成红绿蓝三种颜色，以达到高色域
表现能力的。但是，能够把红绿蓝三色光直接用作
可发光光源元件才是未来的发展趋势。
液晶投影机的销售模式和前景都感到有一定程度的
困难：虽然前投式ＬＥＤ液晶投影机的优点是体积
小，而且可利用电池供电驱动，但使用时投影效果却
远远比不上传统的产品，一般的消费者根本不会接
受，市场前景似乎很不明朗。
所以有液晶投影机的业者认为，虽然目前前投
式ＬＥＤ液晶投影机马上就可以投人市场，但因亮度
各液晶投影机生产厂商将大量精力投入到ＬＥＤ
液晶投影机的开发上，这是因为以发光二极管作为光
源，可以拥有很大的改善性能的空间。在过去，Ｕ
的问题，使其在营销上还是有一些困难的。能够期
待的是，只有当ＬＥＤ液晶投影机的亮度超过现在的
使用超高压水银灯时，才会更容易提高消费者对这
项产品的可接受度。所以目前大多数有能力开发
ＬＥＤ液晶投影机的业者，在产品投人市场方面，采
取了相当保守的态度。
的发光效率和光通量都不很充足，尚不具备成为液晶
投影机光源的性能。但近年来，随着性能的大幅度提
高，各从业者都认为ＬＥＤ已经具备了可以成为液晶
投影机光源的特性，并开始进行实际的研发。
但在实际应用中不难发现，ＬＥＤ在前投式液晶
因此，很多液晶投影机业者都相当关心东芝以
及较早之前投人市场的其它业者在前投式ＬＥＤ液
晶投影机销售方面的情况；因为大多后进这一市场
的业者都以东芝及先前进人市场业者的成果作为风
向球。出现这种情况的原因是，若东芝和其它业者
能够成功，那么就可以推出同类型产品进人市场。
但东芝也不会相当大胆且无计划的成为前投式
ＬＥＤ液晶投影机市场上的先锋。仔细观察可以发
现，东芝所凭借的是本身和其它屏幕业者所共同开
投影机和背投式液晶投影机中的使用情况并不太一
样。背投式ＬＥＤ液晶投影机的投影表现，虽然不能
说已经达到了与背投式超高压水银灯液晶投影机相
同的水平，但基本上，也达到了同等的亮度。
另一方面，在作为小型化的应用方面，前投式
ＬＥＤ液晶投影机在亮度上的障碍就比较小，也不需
要为了减小散热设备和光学系统而大费周折地进行
结构设计，所以很容易保持所需要的亮度。
一
发的２２．５寸折叠式投影屏幕。
般高功率ＬＥＤ的散热路径 ．
根据资料显示，这款折叠式投影屏幕可以抑制
墨 互 ＝ 墨 ＝＝＝
环境光的反射，也就是说，即使在明亮的场所，例如
光线明亮的会议室里，也可以因达到高对比度而能
反射式ＬＥＤ的散热路径
够清晰地显示出投射影像。
盈蕾互
图１高功率ＬＥＤ与反射式ＬＥＤ散热方式的比较
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第２期 沈培宏：使用高亮度ＬＥＤ的液晶投影机 ３
３存在的亮度问题
不过，还必须清醒地认识到这样一个事实：虽然
说因为ＬＥＤ发光效率的提高，每个ＬＥＤ的亮度输
出量和过去相比有相对的提高，但仍然不能和发光
光会从芯片表面散射出来，但是这款新型的ＬＥＤ却
有９７ 的光都是从芯片表面激发出来的，如此一
来，就能够大幅度地提高效率和亮度。ＯＳＴＡＲ表
示，目前发明的模块产品安装了４个ｌｍｍ平方的
ＬＥＤ芯片，相当适合０．５５英寸的显示元件应用。
安装Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ透镜可提高光的利用
率。针对光通量不足的标准型ＬＥＤ光源，目前可以
功率在６Ｏ流明／瓦以上，全光束为１００００流明的光
源相比。
所以当各业者在不遗余力地进行关于ＬＥＤ光
源技术研究开发的时候，发现与超高压水银灯不同
的是，如果期望能有效地利用ＬＥＤ作为背光源的
话，仍旧需要解决相当多的问题；因为每个ＬＥＤ生
产业者间细微的技术差别都会造成产品亮度等性能
方面出现落差。所以如何有效利用ＬＥＤ，就成了每
个液晶投影机生产商所面临的问题。
ＬＥＤ不像超高压水银灯那样是点光源，而是面
积只有几个毫米大小的ＬＥＤ芯片光，因而会散射到
四面八方。为了聚集这些光，还需要配以包括１寸
大小的ＤＭＤ（数据微镜显示）元件等，这样的结构设
计是相当复杂的，所以，从这方面就可以很容易地看
出各个业者之间技术能力的高低。
为了解决这个难题，三洋电机开发了能更有效
聚集ＬＥＤ光线的光学产品，并将之应用在液晶投影
机的结构中。和传统应用在ＬＥＤ上的普通采光透
镜相比，这款光学透镜对光的利用率经过模拟验证，
预计可以达到原先的１．４１倍；不过经过实际测量之
后，利用率却只达到１．３４倍。虽然有这么高的光利
用率，但仍旧无法完全将所有从ＬＥＤ散射出来的光
都加以有效利用，也就是说，还会有一些光会因被浪
费或无法透过这个光学元件而无法被聚集使用。
如果为了提高ＬＥＤ液晶投影机的亮度等性能，
只是单纯从光机引擎上做努力还是不够的，因为
ＬＥＤ本身的改良和性能的提高也很重要。很多业
者已经意识到了这一点，例如，印度的ＯＳＴＡＲ在
２００５年底发明了应用于液晶投影机的ＬＥＤ模块
ＯＳＴＡＲ，该模块使用了他们自己生产的ＬＥＤ—
ＴｈｉｎＧａＮ。
就传统的结构来说，一般的ＬＥＤ只有５Ｏ 的
采用两种方式来调节光，一种是和传统的ＨＩＤ（高压
气体放电）光源属于同一照明系统。针对这点的方
案是：将透镜装在焦点上，这样的结构很简单，但是
效率却是相当低。另一方案是在光源前面安装Ｏｐ—
ｔｉｃａｌ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ透镜，从而提高光的利用率，这样的
做法比第一种方式的效率高了许多。
不过有一点需要注意：就这两种方式而言，为了
提高光调节效率，都必须使用很大的透镜。反射式
ＬＥＤ的基本构造与传统的炮弹型ＬＥＤ完全不同
（炮弹型ＬＥＤ：把树脂透镜安装在发光元件上，从而
达到对光的调节）；而且与芯片型ＬＥＤ也不同（芯片
型ＬＥＤ：在散热性能高的电路基板上，配备发光元
件再向四周反射光线），反射式ＬＥＤ是把发光元件
和反射镜相向安装；这样由发光元件发射出来的光，
一
旦碰撞到反射面就可以被调节发射到ＬＥＤ外部。
只是因为透明树脂的透光率、反射面的反射率
等原因，才会发生一部分光的流失，但是９Ｏ 的光
可以有效地发射到外部。目前，所有的ＬＥＤ设计都
是根据发光元件和反射面相向安装的结构来完成
的，所以必须要让外形尽可能地小，从而现实高发光
效率的目标。不过，传统封装的ＬＥＤ为了提高利用
率，所以在外形上又不得不设计得很大。
为了得到光输出功率很大的发射光源，发光元
件的大小相当关键。如果期望提高光通量的话，就
必须要增加发光元件的尺寸，以耐得住用来激发光
线的大电流。另一方面，从光学系统角度来看，却是
发光元件越小越能提高光的利用率，这是相当矛盾
且必须面对的问题。
如果从这一点来看的话，液晶投影机所使用的
发光元件，应该尽量地朝小型化方向发展，并且必须
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４ 光电技术 第５Ｏ卷
应用在散热性较好的封装型ＬＥＤ结构上。因为用
可配备大光束发光元件的反射光学系统和高效率合
来作为光输出量高，且光调节性能高的ＬＥＤ结构，
成白色光源光学系统的研究开发，可以指望会有更
需要依靠简化的散热电路、扩大搭载发光元件路径
好的成果出现，ＬＥＤ的应用会越来越广泛（参考资
的截面，以确保一定的散热性能，而在这样的条件需
料：ＮＥ杂志、日本Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ研究所）。
求下，反射型ＬＥＤ的散热路径可以说是最简单的。
一
般的ＬＥＤ
正面约５０％ 正面约９７％
光行进方向
－
光取出效率
约２５％
图２普通ＬＥＤ模块与ＯＳＴＡＲ的ＬＥＤ模块光取出效率比较
把芯片型ＬＥＤ和Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ透镜搭
配，可得高均匀的光线。
液晶投影机用的光学单元基本上是由芯片型
ＬＥＤ和Ｏｐｔｉｃａｌ ｏＣｌｌｉｍａｔｏｒ透镜构成的，光通量可达６０
流明左右。同时，由于使用了聚光透镜和右通道，因
此可获得均匀度相当高的发射光。从ＬＥＤ光学系统
方面来看，发光元件、光学透镜，或透镜大小问的关
系，与光分布可调性有很大联系。在使用同样的透镜
的情况下，如果能够扩大发光元件或加大光分布角
度，那么一直存在的轴向发光强度差异问题就能得到
解决。
若使用反射型ＬＥＤ的光学单元，则因为外形尺
寸较小，所以光分布特性也很好。在８００ｍＡ直流电
流下，照明的发光强度为红光３３０ｋ ｌｘ、绿光６５０ｋ
ｌｘ、蓝光４７０ｋ ｌｘ。但在实际应用中，它将会变成脉
冲照明光源，这在发光波形较为稳定的情况下使用
会比较好。
总之，对可以应用于液晶投影机的ＬＥＤ光源，
还需要不断地改进其发光效率和光学系统。目前，
可以说反射型ＬＥＤ的效率是最高的，并只需用很小
的空间就能产生发射光的光源。今后，随着对大型、
使用（ Ｑ－ 的ＬＩＤ配光下ｌＷ和３ｗ比较使用反射式Ｌ臼Ｄ配光下ｌＷ和３Ｗ比较
爆光
・
２０．Ｉ５．１０－５ ０ ５ １０ １５ ２０
可视角度
图３在１Ｗ与３Ｗ功率下，由反射式ＬＥＤ与Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｌｌｉ—
ｍａｔｏｒ透镜构成的ＬＥＤ分别在每个势角的亮度比较
４结束语
使用高亮度ＬＥＤ为光源的投影机，已经成为小
型化和便携式投影机的主流品种。此外，为了开发
出更具特色的产品，对以半导体激光为光源的液晶
投影机，也在积极地进行研发。可以预见的是，随着
光源的不断变化，液晶投影机也将发生巨大变革。
其实，因为发光二极管具有很多优点，利用ＬＥＤ为
液晶投影机光源的想法，从很早以前就有业者开始
投入开发。例如，制作出具有小型化、电池驱动、扩
大色彩表现范围、延长使用寿命等等特色的液晶投
影电视机。如今最迫切要解决的是提高ＬＥＤ的亮
度和光输出，ＬＥＤ的快速发展使这成为可能。可以
预见在不久的将来，ＬＥＤ将成为各类投影机的首选
光源。
参考资料
１．ＳＩＤ ２００７论文集
２．２００８国际消费电子展ＣＥＳ论文集
３．日本Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ研究所ＮＥ杂志
４．卢庆儒／ＤｉｇｉＴｉｍｅｓ．ｃｏｍ［反射式高亮度ＬＥＤ带动液
晶投影机变革】
2024年6月13日发(作者：留希月)
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２００８年第５０卷第２期 光电技术ＥＬＥＣＴＲＯ－ＯＰＴＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏ１．５０ Ｎｏ．２，２００８
使用高亮度ＬＥＤ的液晶投影机
沈培宏
（华东电子集团公司南京２１００２８）
摘要本文介绍了使用高亮度ＬＣＤ作为光源的液晶投影机及其特点。
关键词高亮度ＬＥＤ ＬＣＤ投影机
上 刖昌
成了几乎遥不可及的目标，并一直停留在有限度缩
传统上，液晶投影机都是使用超高压水银灯为
小体积的阶段。
光源的，但是由于超高压水银灯在启动时需要有数
进入二十一世纪后，由于ＬＥＤ功率和发光效率
十ｋＶ的高压（照明的瞬间会达到数百ｋＶ），因此，
的不断提高，使得它因成为小型卤素灯的替代光源
灯泡的温度同时也会达到８００℃～９００℃。在这样
而受到重视。
的高耗电机制下，就必须使用交流（ＡＣ）电源驱动，
从２００５年末开始，以发光二极管为光源的液晶
并采用复杂的电源电路和必备的散热解决方案。
投影机相继被发明。用来代替传统超高压水银灯的
由于超高压水银灯和荧光灯发光的原理是一样
Ｒ（红色）、Ｇ（绿色）、Ｂ（蓝色）三色发光二极管（ＬＥＤ）
的，所以也是依靠汞的激发来产生紫外线从而发出
在用作为光源后，世界著名厂商便积极地设计开发
高亮光源的；因此从点灯开始，达到一定的亮度时需
出使用发光二极管作为光源的背投式液晶投影机，
要一定的启动时间；而使用完毕关灯后的散热，也需
其色彩表现范围也超出１００ ９／６的ＮＴＳＣ比。ＬＥＤ光
要耗费很长时间来达到冷却的状态。因为存在着这
源在投影机中的应用使得小型化和微型化的投影机
成为可能，近来出现了以电池驱动的前投式液晶投
些种种不便，液晶投影机的设计开发者因而需要找
影机，而且还出现了指尖般大小的投影机。
到一种新的光源来替代超高压水银灯。
在２００５年１２月６日～９日举行的“ＩＤＷ／ＡＤ’
近年来，电视机市场逐步转变成为数码电视、前
Ｏ５”显示器学会上，三洋电机披露了利用发光二极管
投式电视、背投式电视类的大型电视市场。这类投
（ＬＥＤ）作光源的小型正面投射仪，其大小为
射型电视显示器使用的光源，无一例外的都是超高
９８０ｃｍａ，长边相当于一支钢笔的长度。色彩表现范
压水银灯，超高压水银灯在照明时，为了把蒸汽压控
围达到ＮＴＳＣ规格比在１００ 以上。
制在２００大气压左右而需使用大量的水银。
２００６年１月，在美国拉斯维加斯召开的ＥＣＥＳ
为防止造成公害，避免使用水银，目前寻找其替
２００６３上，利用ＬＥＤ为光源的液晶投影机被首度公
代品的开发研究很多，但是水银是确保照明发光功
开。从此，在此之前一直处于秘密研发状态的各从
率的必要条件，实在很难找到其它方便且适用的替
业者，随后便向市场陆续公开了他们所研制的发光
代品。
二极管光源背投式液晶投影机。
由于高压水银灯泡（ＵＨＰ）的关系，使得前投影
此外，为了开发出更具特色的产品，对以半导体
机的体积一直无法有效地缩小到手持式的阶段，光
激光为光源的液晶投影机，也在积极地进行研发中。
是散热问题、光折射问题就使得将之发展成手持式
可以预见的是，随着光源的不断变化，液晶投影机也
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２ 光电技术 第５Ｏ卷
将发生巨大变化。
虽然说有这样的优势，但前投式ＬＥＤ液晶投影
其实，因为发光二极管具有很多优点，利用
机的亮度，与前投式超高压水银灯液晶投影机相比
ＬＥＤ为液晶投影机光源的设想，从很早以前就有研
就差得多，能够投射出来的亮度只有１０２０流明。这
究人员开始投人开发，例如，具有可以达到小型化、
样的亮度根本不可能像前投式超高压水银灯液晶投
电池驱动、扩大色彩表现范围、延长使用寿命等等特
影机那样，在明亮的会议室里也能清晰地把影像放
色的液晶投影电视机。
大到３０４０英寸。
大部分的液晶投影机生产者对于前投式ＬＥＤ
２使用高亮度ＬＥＤ作为投影机光源
的特点
目前市场上的主流液晶投影机是将超高压水银
灯的白色光分离成红绿蓝三种颜色，以达到高色域
表现能力的。但是，能够把红绿蓝三色光直接用作
可发光光源元件才是未来的发展趋势。
液晶投影机的销售模式和前景都感到有一定程度的
困难：虽然前投式ＬＥＤ液晶投影机的优点是体积
小，而且可利用电池供电驱动，但使用时投影效果却
远远比不上传统的产品，一般的消费者根本不会接
受，市场前景似乎很不明朗。
所以有液晶投影机的业者认为，虽然目前前投
式ＬＥＤ液晶投影机马上就可以投人市场，但因亮度
各液晶投影机生产厂商将大量精力投入到ＬＥＤ
液晶投影机的开发上，这是因为以发光二极管作为光
源，可以拥有很大的改善性能的空间。在过去，Ｕ
的问题，使其在营销上还是有一些困难的。能够期
待的是，只有当ＬＥＤ液晶投影机的亮度超过现在的
使用超高压水银灯时，才会更容易提高消费者对这
项产品的可接受度。所以目前大多数有能力开发
ＬＥＤ液晶投影机的业者，在产品投人市场方面，采
取了相当保守的态度。
的发光效率和光通量都不很充足，尚不具备成为液晶
投影机光源的性能。但近年来，随着性能的大幅度提
高，各从业者都认为ＬＥＤ已经具备了可以成为液晶
投影机光源的特性，并开始进行实际的研发。
但在实际应用中不难发现，ＬＥＤ在前投式液晶
因此，很多液晶投影机业者都相当关心东芝以
及较早之前投人市场的其它业者在前投式ＬＥＤ液
晶投影机销售方面的情况；因为大多后进这一市场
的业者都以东芝及先前进人市场业者的成果作为风
向球。出现这种情况的原因是，若东芝和其它业者
能够成功，那么就可以推出同类型产品进人市场。
但东芝也不会相当大胆且无计划的成为前投式
ＬＥＤ液晶投影机市场上的先锋。仔细观察可以发
现，东芝所凭借的是本身和其它屏幕业者所共同开
投影机和背投式液晶投影机中的使用情况并不太一
样。背投式ＬＥＤ液晶投影机的投影表现，虽然不能
说已经达到了与背投式超高压水银灯液晶投影机相
同的水平，但基本上，也达到了同等的亮度。
另一方面，在作为小型化的应用方面，前投式
ＬＥＤ液晶投影机在亮度上的障碍就比较小，也不需
要为了减小散热设备和光学系统而大费周折地进行
结构设计，所以很容易保持所需要的亮度。
一
发的２２．５寸折叠式投影屏幕。
般高功率ＬＥＤ的散热路径 ．
根据资料显示，这款折叠式投影屏幕可以抑制
墨 互 ＝ 墨 ＝＝＝
环境光的反射，也就是说，即使在明亮的场所，例如
光线明亮的会议室里，也可以因达到高对比度而能
反射式ＬＥＤ的散热路径
够清晰地显示出投射影像。
盈蕾互
图１高功率ＬＥＤ与反射式ＬＥＤ散热方式的比较
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第２期 沈培宏：使用高亮度ＬＥＤ的液晶投影机 ３
３存在的亮度问题
不过，还必须清醒地认识到这样一个事实：虽然
说因为ＬＥＤ发光效率的提高，每个ＬＥＤ的亮度输
出量和过去相比有相对的提高，但仍然不能和发光
光会从芯片表面散射出来，但是这款新型的ＬＥＤ却
有９７ 的光都是从芯片表面激发出来的，如此一
来，就能够大幅度地提高效率和亮度。ＯＳＴＡＲ表
示，目前发明的模块产品安装了４个ｌｍｍ平方的
ＬＥＤ芯片，相当适合０．５５英寸的显示元件应用。
安装Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ透镜可提高光的利用
率。针对光通量不足的标准型ＬＥＤ光源，目前可以
功率在６Ｏ流明／瓦以上，全光束为１００００流明的光
源相比。
所以当各业者在不遗余力地进行关于ＬＥＤ光
源技术研究开发的时候，发现与超高压水银灯不同
的是，如果期望能有效地利用ＬＥＤ作为背光源的
话，仍旧需要解决相当多的问题；因为每个ＬＥＤ生
产业者间细微的技术差别都会造成产品亮度等性能
方面出现落差。所以如何有效利用ＬＥＤ，就成了每
个液晶投影机生产商所面临的问题。
ＬＥＤ不像超高压水银灯那样是点光源，而是面
积只有几个毫米大小的ＬＥＤ芯片光，因而会散射到
四面八方。为了聚集这些光，还需要配以包括１寸
大小的ＤＭＤ（数据微镜显示）元件等，这样的结构设
计是相当复杂的，所以，从这方面就可以很容易地看
出各个业者之间技术能力的高低。
为了解决这个难题，三洋电机开发了能更有效
聚集ＬＥＤ光线的光学产品，并将之应用在液晶投影
机的结构中。和传统应用在ＬＥＤ上的普通采光透
镜相比，这款光学透镜对光的利用率经过模拟验证，
预计可以达到原先的１．４１倍；不过经过实际测量之
后，利用率却只达到１．３４倍。虽然有这么高的光利
用率，但仍旧无法完全将所有从ＬＥＤ散射出来的光
都加以有效利用，也就是说，还会有一些光会因被浪
费或无法透过这个光学元件而无法被聚集使用。
如果为了提高ＬＥＤ液晶投影机的亮度等性能，
只是单纯从光机引擎上做努力还是不够的，因为
ＬＥＤ本身的改良和性能的提高也很重要。很多业
者已经意识到了这一点，例如，印度的ＯＳＴＡＲ在
２００５年底发明了应用于液晶投影机的ＬＥＤ模块
ＯＳＴＡＲ，该模块使用了他们自己生产的ＬＥＤ—
ＴｈｉｎＧａＮ。
就传统的结构来说，一般的ＬＥＤ只有５Ｏ 的
采用两种方式来调节光，一种是和传统的ＨＩＤ（高压
气体放电）光源属于同一照明系统。针对这点的方
案是：将透镜装在焦点上，这样的结构很简单，但是
效率却是相当低。另一方案是在光源前面安装Ｏｐ—
ｔｉｃａｌ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ透镜，从而提高光的利用率，这样的
做法比第一种方式的效率高了许多。
不过有一点需要注意：就这两种方式而言，为了
提高光调节效率，都必须使用很大的透镜。反射式
ＬＥＤ的基本构造与传统的炮弹型ＬＥＤ完全不同
（炮弹型ＬＥＤ：把树脂透镜安装在发光元件上，从而
达到对光的调节）；而且与芯片型ＬＥＤ也不同（芯片
型ＬＥＤ：在散热性能高的电路基板上，配备发光元
件再向四周反射光线），反射式ＬＥＤ是把发光元件
和反射镜相向安装；这样由发光元件发射出来的光，
一
旦碰撞到反射面就可以被调节发射到ＬＥＤ外部。
只是因为透明树脂的透光率、反射面的反射率
等原因，才会发生一部分光的流失，但是９Ｏ 的光
可以有效地发射到外部。目前，所有的ＬＥＤ设计都
是根据发光元件和反射面相向安装的结构来完成
的，所以必须要让外形尽可能地小，从而现实高发光
效率的目标。不过，传统封装的ＬＥＤ为了提高利用
率，所以在外形上又不得不设计得很大。
为了得到光输出功率很大的发射光源，发光元
件的大小相当关键。如果期望提高光通量的话，就
必须要增加发光元件的尺寸，以耐得住用来激发光
线的大电流。另一方面，从光学系统角度来看，却是
发光元件越小越能提高光的利用率，这是相当矛盾
且必须面对的问题。
如果从这一点来看的话，液晶投影机所使用的
发光元件，应该尽量地朝小型化方向发展，并且必须
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４ 光电技术 第５Ｏ卷
应用在散热性较好的封装型ＬＥＤ结构上。因为用
可配备大光束发光元件的反射光学系统和高效率合
来作为光输出量高，且光调节性能高的ＬＥＤ结构，
成白色光源光学系统的研究开发，可以指望会有更
需要依靠简化的散热电路、扩大搭载发光元件路径
好的成果出现，ＬＥＤ的应用会越来越广泛（参考资
的截面，以确保一定的散热性能，而在这样的条件需
料：ＮＥ杂志、日本Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ研究所）。
求下，反射型ＬＥＤ的散热路径可以说是最简单的。
一
般的ＬＥＤ
正面约５０％ 正面约９７％
光行进方向
－
光取出效率
约２５％
图２普通ＬＥＤ模块与ＯＳＴＡＲ的ＬＥＤ模块光取出效率比较
把芯片型ＬＥＤ和Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ透镜搭
配，可得高均匀的光线。
液晶投影机用的光学单元基本上是由芯片型
ＬＥＤ和Ｏｐｔｉｃａｌ ｏＣｌｌｉｍａｔｏｒ透镜构成的，光通量可达６０
流明左右。同时，由于使用了聚光透镜和右通道，因
此可获得均匀度相当高的发射光。从ＬＥＤ光学系统
方面来看，发光元件、光学透镜，或透镜大小问的关
系，与光分布可调性有很大联系。在使用同样的透镜
的情况下，如果能够扩大发光元件或加大光分布角
度，那么一直存在的轴向发光强度差异问题就能得到
解决。
若使用反射型ＬＥＤ的光学单元，则因为外形尺
寸较小，所以光分布特性也很好。在８００ｍＡ直流电
流下，照明的发光强度为红光３３０ｋ ｌｘ、绿光６５０ｋ
ｌｘ、蓝光４７０ｋ ｌｘ。但在实际应用中，它将会变成脉
冲照明光源，这在发光波形较为稳定的情况下使用
会比较好。
总之，对可以应用于液晶投影机的ＬＥＤ光源，
还需要不断地改进其发光效率和光学系统。目前，
可以说反射型ＬＥＤ的效率是最高的，并只需用很小
的空间就能产生发射光的光源。今后，随着对大型、
使用（ Ｑ－ 的ＬＩＤ配光下ｌＷ和３ｗ比较使用反射式Ｌ臼Ｄ配光下ｌＷ和３Ｗ比较
爆光
・
２０．Ｉ５．１０－５ ０ ５ １０ １５ ２０
可视角度
图３在１Ｗ与３Ｗ功率下，由反射式ＬＥＤ与Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｌｌｉ—
ｍａｔｏｒ透镜构成的ＬＥＤ分别在每个势角的亮度比较
４结束语
使用高亮度ＬＥＤ为光源的投影机，已经成为小
型化和便携式投影机的主流品种。此外，为了开发
出更具特色的产品，对以半导体激光为光源的液晶
投影机，也在积极地进行研发。可以预见的是，随着
光源的不断变化，液晶投影机也将发生巨大变革。
其实，因为发光二极管具有很多优点，利用ＬＥＤ为
液晶投影机光源的想法，从很早以前就有业者开始
投入开发。例如，制作出具有小型化、电池驱动、扩
大色彩表现范围、延长使用寿命等等特色的液晶投
影电视机。如今最迫切要解决的是提高ＬＥＤ的亮
度和光输出，ＬＥＤ的快速发展使这成为可能。可以
预见在不久的将来，ＬＥＤ将成为各类投影机的首选
光源。
参考资料
１．ＳＩＤ ２００７论文集
２．２００８国际消费电子展ＣＥＳ论文集
３．日本Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ研究所ＮＥ杂志
４．卢庆儒／ＤｉｇｉＴｉｍｅｓ．ｃｏｍ［反射式高亮度ＬＥＤ带动液
晶投影机变革】