专利名称：：Led镶嵌体的制作方法LED镶嵌体相关申请的交叉引用本申请基于并要求于2006年7月31日提交的美国临时专利申请No.60/820,883的优先权，该申请的全文以引用方式并入本文。
背景技术：
：用于将图像投影到屏幕上的投影系统可使用多个彩色光源，例如发光二极管(LED)，其具有不同的色彩以生成照明光。若干光学元件被设置在LED与图像显示单元之间，以将来自LED的光组合并转移至图像显示单元。图像显示单元可以使用多种方法来将图像施加到光上。例如，图像显示单元可以使用吸收方式，如摄影幻灯片；使用偏振方式，如液晶显示器；或者通过光偏转方式，如单个可定址、可倾斜的反射镜的微机械阵列。一些图像显示单元使用透射性显示机构，而其他图像显示单元使用反射性显示机构。在图像显示单元上提供色彩的均匀照明，可以成为投影系统更有效地对光进行收集、组合、均匀化和递送至图像显示单元的重要参数。
发明内容一种用于照亮目标区的照明系统，其包括LED源、光混合器、收集来自LED源的光的集光透镜、和布置在目标区的成像装置。LED源包括形成至少两种不同色彩的覆盖区的LED晶粒的镶嵌体。图1为投影子系统的示意图。图2A为包括变形光学装置的投影子系统的示意图。图2B为包括在折射体上的变形表面的投影子系统的示意图。4图3为包括生成均匀的强度和色彩的光混合器附加装置的投影子系统的示意图。图4为另一个投影子系统的示意图。图5A-5F示出了在基板上的LED晶粒的镶嵌体的布置方式。图5G示出了均匀的照明分布。图6示出了拜尔模式(Bayerpattern)多色LED阵列设计。具体实施例方式图1示出了投影子系统100。投影子系统100可用于投影来自微型电子系统(例如手机、个人数字助理(PDA)、全球定位系统(GPS)接收器等)的静止图像或视频图像。投影子系统100接收来自微型电子系统(图1中未示出)的电能和图像数据，投影子系统嵌于微型电子系统中。投影子系统100可用作用于显示计算机视频的微型投影仪附件的构成部件。投影子系统100可用于足够小以便携带的系统中，当不使用时可将其放入衣服的口袋，例如衬衫的口袋。可将投影子系统100投影的图像可投影到反射投影屏幕上、着有浅颜色的墙上、白板上或纸张上或其他已知的投影表面上。投影子系统100可嵌入便携式计算机(例如膝上型计算机)或手机中。投影子系统100包括光学引擎102，其提供光束104。光学引擎102包括集光透镜106、准直仪108和固态发光器110。根据子系统100的一个方面，集光透镜106包括超半球透镜。集光透镜106可如于2005年12月30日提交的共同转让的美国申请11/322,801"带有复合封装透镜的LED"(LEDWithCompoundEncapsulantLens)(代理人案巻号61677US002)、或与本发明同一天提交的名称为"带中空集光透镜的LED源"(LEDSourceWithHollowCollectionLens)的美国申请(代理人案巻号62371US006)中所述的那样。准直仪108可包括聚焦单元，聚焦单元包括具有第一非小平面化侧面和第一小平面化侧面的第一菲涅耳透镜，所述第一非小平面化侧面用于接收第一非准直光束，而第一小平面化侧面用于发射准直光束；以及具有第二非小平面化侧面和第二小平面化侧面的第二菲涅耳透镜，所述第二非小平面化侧面用于基本上直接接收准直光束，而第二小平面化侧面用于发射输出光束。固态发光器110接收具有电源电平的电源112并且热耦合至散热器114。固态发光器IIO提供具有发光器光通量水平的发光器光束。根据子系统100的一个方面，光束104包括非相干光。根据另一个方面，光束104包括照明，该照明为固态发光器110的部分聚焦图像。根据又一个方面，固态发光器110包括一个或多个发光二极管(LED)。在这种情况下，固态发光器110可包括LED晶粒的镶嵌体，例如红光LED晶粒、绿光LED晶粒和蓝光LED晶粒，或者不同LED晶粒的任何其他布置(统称作LED源)。镶嵌体可包装且任选封装于同一基板上。在不同配置中，镶嵌体可形成一定形状或覆盖区，这由晶粒的外边界限定。例如，该形状可基本上类似于布置用以从固态发光器110接收光的光学部件。在一个实例中，该形状的纵横比可选择成类似于从镶嵌体接收光的一个或多个光学部件。LED晶粒的镶嵌体可用于非顺序照明，其中由照明系统供应的白光不是个别主色的时间序列，而是其中主色同时投射，如同发白光的磷基LED源；或者，可用于顺序照明，其中由照明系统供应的白光是以个别主色的时间序列形式，对于普通观察者而言，其时间平均效果表现为白色。在非顺序情况下，数字成像装置可包括彩色滤镜以限定图像的不同色彩的亚像素，而在顺序情况下，可排除彩色滤镜，因为成像装置上的给定像素可基于其在不同时间由不同色彩照亮时的相对状态来提供色彩信息。投影子系统100还包括折射体120。折射体120接收光束104并提供偏振光束122。折射体120包括内部偏振滤光器124。光束104的一个偏振部分由内部偏振滤光器124反射以形成偏振光束122。可根据Duncan等人的美国专利公布US2007/0023941Al、Duncan等人的美国专利公布US2007/0024981Al、Duncan等人的美国专利公布US2007/0085973Al以及Duncan等人的美国专利公布US2007/0030456的一个或多个方面来形成或利用折射体。折射体120包括第一外部透镜表面126和第二外部透镜表面128。外部透镜表面126、128具有弯曲的透镜表面并且具有非零的透镜光学能力。外部透镜表面126可包括凸透镜表面，其可用于维持投影子系统100的较小的体积。根据另一个方面，外部透镜表面126、128是平坦的。折射体120可在内部偏振滤光器124的相对侧面上包括塑料树脂材料主体130、132。在一个实例中，内部偏振滤光器124可包括多层光学膜。如果需要，折射体120可包括多功能光学部件，其起到偏振分束器以及透镜的作用。通过在多功能折射体中组合偏振分束器和透镜功能，可避免否则将会在分开的分束器和透镜之间的空气界面处发生的损失。投影子系统100还包括成像装置136。成像装置136在电输入总线138上接收图像数据。成像装置136接收偏振光束122，并且根据图像数据来选择性地反射该偏振光束122以形成图像140。成像装置136提供具有偏振的图像140，该偏振相对于偏振光束122的偏振向折射体120旋转。然后图像140穿过内部偏振滤光器124。根据子系统100的一个方面，成像装置136包括硅基液晶(LCOS)装置。成像装置136的纵横比可调适成基本上类似于固态发光器110的LED镶嵌体的纵横比。投影子系统100还包括从折射体120接收图像140的投影透镜组件150。投影透镜组件150包括在152、154、156、158、160处示意性地显示的多个透镜。投影透镜组件150提供具有适用于观看的投射光通量的图像投射束162。图2A示出了投影子系统200。投影子系统200类似于投影子系统100，不同的是变形光学装置202包括于投影子系统200中。图2A中使用的参考标号与图1中所用的参考标号相同，相同的参考标号表示相同或类似的功能部件。在其他方面，投影子系统200类似于投影子系统100。变形光学装置202改变光束204的纵横比。变形光学装置202改变光束形状，以使光学引擎102中的第一纵横比适合折射体120中的第二不同的纵横比。在一个实施例中，第一纵横比为1:1并且第二纵横比为16:9。在另一个实施例中，第一纵横比是1:1并且第二纵横比是4:3。根据一个方面，第二纵横比可调适成与成像装置136的纵横比相匹配。变形光学装置202可包括如图2A中所示的变形透镜。在图2B中示出的另一个实施例中，设置在折射体220上的变形表面206可用作变形光学装置。在其他方面，折射体220类似于图2A中的折射体120。图3示出了投影子系统300。投影子系统300类似于投影子系统100，不同的是光混合器附加装置302包括于投影子系统300中。图3中使用的参考标号与图1中所用的参考标号相同，相同的参考标号表示相同或类似的功能部件。在其他方面，投影子系统300类似于投影子系统100。光混合器附加装置302包括一对小透镜阵列304、306(也称作复眼透镜阵列)，其将来自固态发光器110的个别晶粒的光混合(例如均匀化)至所照亮的目标区上，即成像装置136上。然后，这些光由成像装置136反射从而可将其导向穿过投影透镜组件150供观看。将小透镜阵列用作光混合装置可帮助保持固态发光器110的扩展量，使得从固态发光器110到成像装置136的亮度损失较小。此外，可维持在成像装置B6的角区的光强。在一个实例中，小透镜阵列是3X3小透镜阵列，每个阵列含有布置成网格的总共9个小透镜。期望保持两个小透镜阵列302、304中的每一个的物理大小不超过约成像装置136的大小。此外，在任一小透镜阵列中的给定小透镜的大小(例如，边或对角线的长度)可为整个目标区或数字成像装置的相应大小的约三分之一。可使固态发光器110的LED晶粒镶嵌体的形状或覆盖区与8小透镜阵列304、306中每一个的孔径准确地匹配，从而可在整个系统上更好地维持源扩展量。图4示出了投影子系统400。该投影子系统类似于投影子系统100，不同的是在投影子系统400中将积分棒/隧道用作光混合器。例如，子系统400可采用锥形的积分棒/隧道，如在与本发明同一天提交的美国专利申请"积分光源模块"(IntegratingLightSourceModule)(代理人案巻号62382US008)中所述的那样。投影子系统400包括积分器402、循环滤光器404、光学镜406和任选的聚光透镜408。积分器402朝向滤光器404和光学镜406反射其侧面的光。如果使用，则聚光透镜408发送光至折射体120。积分器402的高度可根据需要而不同。图5A-5F示出了可实施于固态发光器110中的实例LED镶嵌布置。在相邻的LED晶粒之间可能存在不发光的(黑暗)空间或间隙，在由镶嵌体所限定的覆盖区内产生非常不均匀的亮度。如图所示，每个布置包括至少一个发红光的LED晶粒、至少一个发绿光的LED晶粒、以及至少一个发蓝光的LED晶粒。这些主色的混合物可产生白光，但是其他的色彩混合物也可用于产生白光并且也涵盖于本发明内。另外，对于不需要白光或实际上需要白色之外的特定色彩光的应用中，可使用少于三种发光色彩的LED晶粒或都发出相同色彩的LED晶粒的镶嵌体。LED晶粒可对称地布置，如在图5A、图5C和图5F中，或不对称地布置，如在图5B、图5D和图5E中。对称被定义为在一根线的相对侧或围绕轴线具有一致的LED晶粒配置。此外，LED晶粒可都为相同的大小和形状，如在图5B和图5C中，或者它们可具有不同的大小和/或形状，如在图5A、图5D、图5E和图5F中。例如，绿光晶粒可调整成覆盖比蓝光晶粒和红光晶粒更大的表面积。当围绕水平中心线和竖直中心线被分成象限时，在图5A-5F中就镶嵌体来说至少两个象限具有至少两种不同的色彩。另外，有利的是，彼此对角的象限具有9相同的色彩，以增强均匀性。对于投影系统而言，理想的是，镶嵌体的形状或覆盖区大体上为矩形，任选具有与成像装置136的纵横比相同或相似的纵横比。镶嵌布置的纵横比定义为镶嵌体的宽度除以镶嵌体的高度，可根据需要来调整纵横比，例如提供4:3或16:9的纵横比。在一个实例中，在图5A-5F中的镶嵌体的大小的范围可在大约1.20至1.75mmX0.75至1.25mm，其可用于某些迷你型投影仪系统，但是不应理解为具有限制性。图5G示出(以展开图)图5A-5F的镶嵌体在目标区所希望的照明分布。艮P，在目标区的照明分布是均匀的红色、绿色和蓝色，不管是同时照明还是顺序照明，使得在目标区(例如，成像装置136)上形成白光照明分布。图5A示出了具有由宽度'w'和高度'h'所限定的覆盖区的镶嵌体500。镶嵌体500包括彼此间隔开的总共15个单独的晶粒，其包括三种单独色彩，R表示红色、G表示绿色，而B表示蓝色。存在9个G晶粒、4个B晶粒和2个R晶粒。也可使用其他色彩的晶粒。镶嵌体500的覆盖区可分成象限500A至500D，这由轴线502和504确定。象限500A-500D中的每一个包括所有三种色彩的至少一部分。例如，象限500A包括一个完全的B晶粒、一个完全的G晶粒和三个部分G晶粒及一个部分R晶粒。此外，镶嵌体500关于轴线502和轴线504对称，也关于布置在轴线502和504的交点处的轴线对称。R晶粒大于镶嵌体500中其他晶粒中的每个晶粒，并且G晶粒大于镶嵌体500中的B晶粒。此外，由G晶粒覆盖的面积大于由B晶粒或R晶粒覆盖的面积。图5B示出了具有由宽度'w'和高度所限定的覆盖区的镶嵌体510。镶嵌体510包括彼此间隔开的总共12个单独的晶粒，并且包括三种单独的色彩，R表示红色、G表示绿色，而B表示蓝色。存在5个G晶粒、4个B晶粒和3个R晶粒。也可使用其他色彩的晶粒。镶嵌体510的覆盖区可分成象限510A至510D，这由轴线512和514确定。象限510A、510C和510D中的每一个包括所有三种色彩的至少一部分。例如，象限500A包括一个完全的R晶粒、一个完全的G晶粒以及部分B晶粒和G晶粒。象限510B包括一个完全的G晶粒、一个完全的B晶粒以及部分B晶粒和G晶粒。此外，镶嵌体510关于轴线512和轴线514对称，也关于在轴线512与514交点的轴线对称。晶粒中的每一个在镶嵌体510内为相同的大小。图5C示出了具有由宽度'w'和高度'h'所限定的覆盖区的镶嵌体520。镶嵌体520包括彼此间隔开的总共12个单独的晶粒且包括三种单独的色彩，R表示红色、G表示绿色，而B表示蓝色。存在6个G晶粒、4个B晶粒和2个R晶粒。也可使用其他色彩的晶粒。镶嵌体520的覆盖区可分成象限520A至520D，这由轴线522和524确定。象限520A至520D中的每一个包括所有三种色彩的至少一部分。例如，象限520A包括一个完全的B晶粒、一个完全的G晶粒以及部分R晶粒和G晶粒。此外，镶嵌体520关于轴线522和轴线524对称，也关于轴线522和424的交点的轴线对称。晶粒中的每一个在镶嵌体520中是相同的大小。图5D示出了具有由宽度'w，和高度'h'所限定的覆盖区的镶嵌体530。镶嵌体530包括彼此间隔开的总共6个单独的晶粒，并且包括三种单独的色彩，R表示红色、G表示绿色，而B表示蓝色。存在2个G晶粒、2个B晶粒和2个R晶粒。也可使用其他色彩的晶粒。镶嵌体530的覆盖区可分成象限530A至530D，这由轴线532和534确定。象限530A至530D中的每一个包括所有三种色彩的至少一部分。例如，象限530A包括一个完全的B晶粒、一个完全的G晶粒和一个部分G晶粒。象限530B和530B中的每一个包括仅一个部分G晶粒。此外，镶嵌体530关于轴线532和轴线534对称。镶嵌体530关于在轴线532与534交点的轴线对称，其中如果镶嵌体530围绕在轴线532和534交点处的轴线旋转180°，将得到相同的晶粒配置。2G晶粒中的每一个大于R晶粒和B晶粒。此外，R晶粒大于B晶粒。图5E示出了具有由宽度'w'和高度'h'所限定的覆盖区的镶嵌体540。镶嵌体540包括彼此间隔开的总共6个单独的晶粒，并且包括三种单独的色彩，R表示红色、G表示绿色，而B表示蓝色。存在2个G晶粒、2个B晶粒和2个R晶粒。也可使用其他色彩的晶粒。镶嵌体540的覆盖区可分成象限540A至540D，这由轴线542和544确定。象限540A至540D中的每一个包括所有三种色彩的至少一部分。例如，象限540B包括一个完全的B晶粒、一个完全的R晶粒和一个部分G晶粒。象限540A和540D中的每一个包括仅一个部分G晶粒。此外，镶嵌体540关于轴线542和544对称。2个G晶粒中的每一个大于R晶粒和B晶粒。此外，R晶粒大于B晶粒。图5F示出了具有由宽度'w'和高度'h'所限定的覆盖区的镶嵌体550。镶嵌体550包括彼此间隔开的总共7个单独的晶粒，并且包括三种单独的色彩，R表示红色、G表示绿色，而B表示蓝色。存在4个B晶粒、2个R晶粒和1个G晶粒。也可使用其他色彩的晶粒。镶嵌体550的覆盖区可分成象限550A至550D，这由轴线552和554确定。象限550A至550D中的每一个包括所有三种色彩的至少一部分。例如，象限520A包括一个完全的B晶粒、一个部分R晶粒和一个部分G晶粒。镶嵌体550关于轴线552和554对称，也关于在轴线552与554交点的轴线对称，其中如果镶嵌体550围绕在轴线552和554交点处的轴线旋转180。，将得到相同的晶粒配置。G晶粒大于R晶粒和B晶粒。此外，R晶粒大于B晶粒。可调整晶粒中每一个的大小以实现子系统的均匀性。例如，可在轴线554的方向调整R、G和B晶粒(调整宽度)，并且可在轴线552的方向调整R晶粒和B晶粒(调整长度)。色彩均匀性可在色彩主要空间中由红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)限定，其中R、G和B具有的值在0与255之间。色彩均匀性U12在此空间被定义为11=(AR2+AG2+AB2)1/2，其中AR为在四个角的红色红光值之间的最大差，AG为在四个角中绿色值之间的最大差，并且AB为在四个角的蓝色值之间的最大差。较低的U值表示较大的色彩均匀性。可调整晶粒布置方式，以使均匀性最大。结合图4的照明子系统来确定图5E、图5F和图6所示的LED装置的色彩均匀性。数据总结于下表中，其中积分器402的长度不同。图6示出了常用的拜耳LED布置。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>对于积分器长度2.5mm而言，数据表明图5E和图5F的LED布置给出优良的色彩均匀性。为了利用传统的拜耳LED装置获得相当的色彩均匀性，积分器将必须为至少l.lmm或更长。一般而言，对称性的使用减小所需积分器402的长度。较短的积分器也可改进照明效率，因为在积分器内需要更少的反射。尽管已经使用结构特征和/或方法操作的专业语言描述了本主题，但应当理解，由所附权利要求书限定的主题不必局限于上文所述的具体特征或操作。相反，上文所述的具体特征和操作公开是为实施权利要求书的实例形式而公开的。权利要求1.一种用于照亮目标区的照明系统，所述系统包括LED源，其包括形成覆盖区的LED晶粒的镶嵌体，所述覆盖区围绕竖直中心线和水平中心线被分成四个象限，其中对于至少两个象限而言，在所述至少两个象限中存在至少两种不同色彩的LED晶粒；集光透镜，其收集来自所述LED源的光；以及成像装置，其在所述目标区接收来自所述LED源的光。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少两个象限彼此对角。3.根据权利要求l所述的系统，其中所述至少两个象限包括至少三种不同色彩的LED晶粒。4.根据权利要求l所述的系统，其中所述覆盖区的纵横比与所述目标区的纵横比大致匹配。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述LED晶粒具有至少两种不同的尺寸。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述LED晶粒对于三种不同的色彩来说具有三种不同的尺寸。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述LED晶粒包括发出不同色彩光的至少三种晶粒。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述不同色彩包括红色、绿色和蓝色。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统提供顺序照明。10.根据权利要求l所述的系统，其中所述系统提供非顺序照明。11.根据权利要求1所述的系统，其中所述成像装置是硅基液晶装置。12.根据权利要求1所述的系统，还包括接收来自所述成像装置的图像的投影透镜组件。13.根据权利要求1所述的系统，其中所述镶嵌体关于所述竖直中心线和所述水平中心线中的至少一者对称。14.根据权利要求1所述的系统，其中所述镶嵌体关于所述竖直中心线和所述水平中心线中的至少一者不对称。15.根据权利要求1所述的系统，其中所述镶嵌体关于位于所述竖直中心线和所述水平中心线的交点处的轴线对称。16.根据权利要求1所述的系统，其中所述镶嵌体包括至少五个晶粒o17.根据权利要求16所述的系统，其中对于三种不同色彩中的每一种色彩来说，所述镶嵌体包括至少两个晶粒。全文摘要本发明公开一种用于照亮目标区(136)的照明系统(100)，所述照明系统包括LED源(110)、收集来自所述LED源(110)的光的集光透镜(106)、以及布置在目标区(136)的成像装置(136)。LED源(110)包括形成至少两种不同色彩覆盖区的LED晶粒(500)的镶嵌体。文档编号H01L25/075GK101496171SQ200780028753公开日2009年7月29日申请日期2007年7月31日优先权日2006年7月31日发明者威廉·E·菲利普斯三世,珍妮弗·L·格雷斯申请人:3M创新有限公司