CN109725480B - 一种lcd投影装置及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LCD投影装置及设计方法，属于投影技术领域，包括顶壳、光机上盖、LCD散热风扇、主控板、电源板、光机模块、光机下盖、中框、LED散热风扇和底壳。通过设置光机上盖和光机下盖对光机模块进行扣合，更好的防止灰层进入光机模块内，提高寿命，同时使用LCD散热风扇和LED散热风扇对LED及LCD屏的最佳冷却效果，光学元件不裸露在外，集成度高，创新布局使光机模块化提高了长期信赖性及产品品质。LED阵列光源、双层聚光薄膜和微透镜阵列增大反光杯的反射面积，利用小尺寸多颗阵列LED缩小均光部分体积。

Description

一种LCD投影装置及设计方法

技术领域

本发明涉及投影技术领域，尤其涉及一种LCD投影装置及设计方法。

背景技术

投影模块是用于提供影像于投影目标上，以利观看者观看影像的电子装置。一般来说，传统投影模块包括一光源及一光学单元，来自光源的光线通过光学单元后产生投影于投影目标上。一般传统的投影模块为用以投影的单一装置，且仅能沿一特定方向进行单一投影，不具备朝多方向投影的功能。然而，随着技术的发展，投影模块的体积越做越小，投影模块不再仅可作为单一装置，更可内嵌于手持装置中，例如：手机、平板电脑、定位装置等装置中。

传统的投影模块中，大角度光线无法使用，造成能量损失，光线角度损失超过30％，并且现有的投影模块中光通量低，集成度低等，无法满足社会的需求。需要设计出一种能量损失更少，光通量更高的投影模块，从而更好的实现投影模块的微型化和成本更低，提高企业经济效益。传统布局光学元件全部裸露在外，集成度低，因此需要设计一种集成度更高，寿命更长的投影装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LCD投影装置及设计方法，解决现有投影模块能量损失大、光线角度损失大、光通量低和集成度低的技术问题。

一种LCD投影装置及设计方法，包括顶壳、光机上盖、LCD散热风扇、主控板、电源板、光机模块、光机下盖、中框、LED散热风扇和底壳，所述底壳设置在中框底部，所述光机下盖设置在中框内，，所述光机模块设置在光机下盖内，所述LED散热风扇设置在光机模块底部，用于光机模块散热，所述电源板设置在光机模块的一侧，所述光机上盖盖在光机模块上，所述主控板设置在光机上盖上，所述LCD散热风扇设置在主控板的一侧，所述顶壳扣合在中框上，所述主控板与LCD散热风扇、光机模块和LED散热风扇连接，所述电源板与主控板、LCD散热风扇、光机模块和LED散热风扇连接供电。

进一步地，所述光机模块包括光源、反光杯、双层聚光薄膜、微透镜阵列、成像屏幕、成像透镜、反射镜和镜头，所述反光杯设置在光源上，所述双层聚光薄膜设置在反光杯的光出口处，所述微透镜阵列和成像屏幕依次设置在双层聚光薄膜的后侧，并与双层聚光薄膜平行设置，所述成像透镜设置在成像屏幕的后侧，且与成像屏幕平行，所述反射镜倾斜设置在成像透镜的后侧，所述镜头设置在反射镜反射光线一侧，所述光源、反光杯、双层聚光薄膜、微透镜阵列、成像屏幕和成像透镜的中线先设置在同一条直线上；所述双层聚光薄膜包括扩散膜和双重增量薄膜，所述扩散膜设置在双重增量薄膜的前端，所述扩散膜与双重增量薄膜平行设置。

进一步地，所述双层聚光薄膜包括扩散膜和双重增量薄膜，所述扩散膜设置在双重增量薄膜的前端，所述扩散膜与双重增量薄膜平行设置，所述扩散膜用于对光线进行扩散和反射，反射光线反射回反光杯内，所述双重增量薄膜用于双重增量光线。

进一步地，所述光源上设置有若干颗LED阵列，LED阵列与LED阵列之间等间距设置。

进一步地，所述反光杯为镀镍反光杯，设置为喇叭结构。

进一步地，所述微透镜阵列为纳米级微透镜阵列，微透镜阵列包括微透镜片、印刷电路和液晶像素透光片，所述液晶像素透光片设置在印刷电路内，所述微透镜片设置在印刷电路前端，所述微透镜片设置为波浪镜片结构，微透镜片前端设置有若干个凸起透光坡，一个凸起透光坡与一个液晶像素透光片相对应设置，凸起透光坡设置在液晶像素透光片前端。

进一步地，所述扩散膜的厚度为5mm，双重增量薄膜的厚度为8mm。

进一步地，所述LCD散热风扇和LED散热风扇侧边均设置有出风口，所述出风口处设置有格网。

本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

本发明通过设置光机上盖和光机下盖对光机模块进行扣合，更好的防止灰层进入光机模块内，提高寿命，同时使用LCD散热风扇和LED散热风扇对LED及LCD屏的最佳冷却效果，光学元件不裸露在外，集成度高，创新布局使光机模块化提高了长期信赖性及产品品质；LED阵列光源、双层聚光薄膜和微透镜阵列增大反光杯的反射面积，利用小尺寸多颗阵列LED缩小均光部分体积，同时利用DF+DBEF微结构薄膜对光线的重新整合，实现更低成本更小体积的前提下实现相同的光效，设计纳米级的微透镜阵列，通过微光束的矫正使通过LCD的光通量增加，集成度低，创新布局使光机模块化提高了长期信赖性及产品品质。

附图说明

图1为本发明的装置爆炸图。

图2为本发明光机模块的正视图。

图3为本发明光机模块的侧视图。

图4为传统的光通量原理图。

图5为本发明的提高光通量原理图。

图6为传统的光能量损失原理图。

图7为本发明的提高光线使用原理图。

图8为本发明的内部布局图。

图中：1-顶壳、2-光机上盖、3-LCD散热风扇、4-主控板、5-电源板、6-光机模块、7-光机下盖、8-中框、9-LED散热风扇、10-底壳、11-光源、12-反光杯、13-双层聚光薄膜、14-微透镜阵列、15-成像屏幕、16-成像透镜、17-反射镜、18-镜头、19-LED阵列、20-传统结构可通过光线、21-传统结构不可通过光线、22-传统结构液晶像素透光片、23-传统结构不透光印刷电路、24-改进结构可通过光线、25-原无法通过光线变为可利用光线、26-传统结构无法使用大角度光线、27-传统结构可通过小角度光线、28-重复反射被利用大角度光线、29-折射利用大角度光线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

请参阅图1，本发明提供一种LCD投影装置，包括顶壳1、光机上盖2、LCD散热风扇3、主控板4、电源板5、光机模块6、光机下盖7、中框8、LED散热风扇9和底壳10，所述底壳10设置在中框8底部，所述光机下盖(7)设置在中框8内，所述光机模块6设置在光机下盖7内，所述LED散热风扇9设置在光机模块6底部，用于光机模块6散热，所述电源板5设置在光机模块6的一侧，所述光机上盖2盖在光机模块6上，所述主控板4设置在光机上盖2上，所述LCD散热风扇3设置在主控板4的一侧，所述顶壳1扣合在中框8上，所述主控板4与LCD散热风扇3、光机模块6和LED散热风扇9连接，所述电源板5与主控板4、LCD散热风扇3、光机模块6和LED散热风扇9连接供电。主控板4使用STM32系列的单片单片机最小系统，通过继电器电路控制LCD散热风扇3和LED散热风扇9，通过LED驱动电路驱动光机模块6的光源。

电源板5分别给主控板4和LED灯(光机模块6)供电，主控板4设置有LCD触摸显示屏，可设置场景选择通过主控板4对LED调光及LCD散热风扇3和LED散热风扇9同步转速调整以达到最佳散热效果。LCD散热风扇3和LED散热风扇9配合及主控板4和光机下盖7的机构设计实现对LED及LCD屏的最佳冷却效果。主控板4和光机下盖7设计为一个相对密闭结构，以保证LCD散热风扇3和LED散热风扇9产生气流能把LED和LCD产生的热量对流走，同时起到一定的防尘效果。

如图2所示，光机模块6包括光源11、反光杯12、双层聚光薄膜13、微透镜阵列14、成像屏幕15、成像透镜16、反射镜17和镜头18，所述反光杯12设置在光源11上，所述双层聚光薄膜13设置在反光杯12的光出口处，所述微透镜阵列14和成像屏幕15依次设置在双层聚光薄膜13的后侧，并与双层聚光薄膜13平行设置，所述成像透镜16设置在成像屏幕15的后侧，且与成像屏幕15平行，所述反射镜17倾斜设置在成像透镜16的后侧，所述镜头18设置在反射镜17反射光线一侧，所述光源11、反光杯12、双层聚光薄膜13、微透镜阵列14、成像屏幕15和成像透镜16的中线先设置在同一条直线上，所述双层聚光薄膜13用于扩散光线和双重增量光线。所述双层聚光薄膜13包括扩散膜和双重增量薄膜，所述扩散膜设置在双重增量薄膜的前端，所述扩散膜与双重增量薄膜平行设置，所述扩散膜用于对光线进行扩散和反射，反射光线反射回反光杯12内，所述双重增量薄膜用于双重增量光线。

光源11上的光线经过反光杯12进行反射后，形成了一些小角度光线，一些大角度的光线，然后传统的结构会使得大角度光线而无法使用，使得造成能量损失，当使用了本申请的双层聚光薄膜13后，从而使得无法经过的大角度光经过DBEF多重反射重新被利用，无法经过的大角度光经过DF扩散后，不会小角度光被再利用，效率提升约45％。通过设置微透镜阵列4，从而使得原无法通过光线，变为可利用，效率提升25％，更好的提高光通量。

所述光源11上设置有若干颗LED阵列19，LED阵列19与LED阵列19之间等间距设置。所述反光杯12为镀镍反光杯，设置为喇叭结构。所述微透镜阵列4为纳米级微透镜阵列，如图5所示，包括微透镜片、印刷电路和液晶像素透光片，所述液晶像素透光片设置在印刷电路内，所述微透镜片设置在印刷电路前端，所述微透镜片设置为波浪镜片结构，微透镜片前端设置有若干个凸起透光坡，一个凸起透光坡与一个液晶像素透光片相对应设置，凸起透光坡设置在液晶像素透光片前端。

经过图5和图4的对比可以知道，通过设置的微透镜片，从而使得光线均通过凸起透光坡传给液晶像素透光片，从而可以更好的通过光线，进一步提高光线的数量，减少传统结构不透光印刷电路23对光线的阻挡，可以把光线汇聚到传统结构液晶像素透光片22上，可以更好的通过，从而更好的增加光通量。

所述成像透镜16为后菲涅尔透镜。所述扩散膜的厚度为5mm，双重增量薄膜的厚度为8mm。

如图7与图6对比可知，经反光杯12后形成大角度光线和小角度光线，在图6的传统结构的上大角度光线无法被使用，从而造成光线的浪费，改为图7结构的后，扩散膜对大角度光线进行折射和反射，从而使得一部分大角度光线通过的折射利用大角度光线29，反射的光线再经过反光杯12反射然后形成重复反射被利用大角度光线28从扩散膜和双重增量薄膜垂直通过，从而更好的利用光线。根据选定LCD显示原件的式样，优化设计了纳米级的微透镜阵列，通过微光束的矫正使通过LCD的光通量增加。

一种LCD投影装置设计方法，所述设计方法包括如下步骤：

步骤1：设计若干个LED阵列作为投影光源。

步骤2：设置镀镍反光杯在光源发光处对LED阵列光源进行均光。

步骤3：在镀镍反光杯口处设置扩散膜和双重增量薄膜，扩散膜无法使用的光线进行折射后在利用，双重增量薄膜用于对光线反射再利用。

步骤4：在扩散膜和双重增量薄膜的后侧设置纳米级的微透镜阵列矫正使通过微透镜阵列的光通量增加。

步骤5：在步骤1—4中光电装置上下设置光机上盖和光机下盖密封防尘。

步骤6：在投影光源底部设置LED散热风扇进行散热。

利用小尺寸多颗阵列LED缩小均光部分体积，同时利用DF+DBEF微结构薄膜对光线的重新整合，实现更低成本更小体积的前提下实现相同的光效，同时增大反光杯的反射面积。根据选定LCD显示原件的式样，优化设计了纳米级的微透镜阵列，通过微光束的矫正使通过LCD的光通量增加。微透镜与LCD式样的配合及微透镜模具加工精度的管控，使得效果更好。

传统布局光学元件全部裸露在外，集成度低，本方法创新布局使光机模块化提高了长期信赖性及产品品质，散热效果好，防尘效果好，寿命长的优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种LCD投影装置，其特征在于：包括顶壳（1）、光机上盖（2）、LCD散热风扇（3）、主控板（4）、电源板（5）、光机模块（6）、光机下盖（7）、中框（8）、LED散热风扇（9）和底壳（10），所述底壳（10）设置在中框（8）底部，所述光机下盖（7）设置在中框（8）内，所述光机模块（6）设置在光机下盖（7）内，所述LED散热风扇（9）设置在光机模块（6）底部，用于光机模块（6）散热，所述电源板（5）设置在光机模块（6）的一侧，所述光机上盖（2）盖在光机模块（6）上，所述主控板（4）设置在光机上盖（2）上，所述LCD散热风扇（3）设置在主控板（4）的一侧，所述顶壳（1）扣合在中框（8）上，所述主控板（4）与LCD散热风扇（3）、光机模块（6）和LED散热风扇（9）连接，所述电源板（5）与主控板（4）、LCD散热风扇（3）、光机模块（6）和LED散热风扇（9）连接供电；

所述光机模块（6）包括光源（11）、反光杯（12）、双层聚光薄膜（13）、微透镜阵列（14）、成像屏幕（15）、成像透镜（16）、反射镜（17）和镜头（18），所述反光杯（12）设置在光源（11）上，所述双层聚光薄膜（13）设置在反光杯（12）的光出口处，所述微透镜阵列（14）和成像屏幕（15）依次设置在双层聚光薄膜（13）的后侧，并与双层聚光薄膜（13）平行设置，所述成像透镜（16）设置在成像屏幕（15）的后侧，且与成像屏幕（15）平行，所述反射镜（17）倾斜设置在成像透镜（16）的后侧，所述镜头（18）设置在反射镜（17）反射光线一侧，所述光源（11）、反光杯（12）、双层聚光薄膜（13）、微透镜阵列（14）、成像屏幕（15）和成像透镜（16）的中线先设置在同一条直线上；所述双层聚光薄膜（13）包括扩散膜和双重增量薄膜，所述扩散膜设置在双重增量薄膜的前端，所述扩散膜与双重增量薄膜平行设置；

所述光源（11）上设置有若干组LED阵列（19），LED阵列（19）与LED阵列（19）之间等间距设置；

所述反光杯（12）为镀镍反光杯，设置为喇叭结构；

所述微透镜阵列（14）为纳米级微透镜阵列，微透镜阵列（14）包括微透镜片、印刷电路和液晶像素透光片，所述液晶像素透光片设置在印刷电路内，所述微透镜片设置在印刷电路前端，所述微透镜片设置为波浪镜片结构，微透镜片前端设置有若干个凸起透光坡，一个凸起透光坡与一个液晶像素透光片相对应设置，凸起透光坡设置在液晶像素透光片前端；

所述扩散膜的厚度为5mm，双重增量薄膜的厚度为8mm；

所述扩散膜用于对光线进行扩散和反射，反射光线反射回反光杯（12）内，所述双重增量薄膜用于双重增量光线。

2.根据权利要求1所述的一种LCD投影装置的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括如下步骤：

步骤1：设计若干个LED阵列作为光机模块的光源；

步骤2：设置镀镍反光杯在光源发光处对LED阵列光源进行均光；

步骤3：在镀镍反光杯口处设置扩散膜和双重增量薄膜，扩散膜无法使用的光线进行折射后在利用，双重增量薄膜用于对光线反射再利用；

步骤4：在扩散膜和双重增量薄膜的后侧设置纳米级的微透镜阵列矫正使通过微透镜阵列的光通量增加；

步骤5：在由步骤1—4得到的 光机模块上下设置光机上盖和光机下盖密封防尘；

步骤6：在光源底部设置LED散热风扇进行散热。

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