CN103324017B - 基于led投影模组结构的多媒体信息显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于LED投影模组结构的多媒体信息显示系统，该显示系统包括投影屏幕和多个LED投影模组，多个LED投影模组分别设置在正对投影屏幕的支架上，多个LED投影模组分别将影像投影到投影屏幕组成一个完整画面；所述的LED投影模组包括箱体、LED光源、第一光学透镜组、数字微镜反射器件（DMD）、第二光学透镜组、投影透镜组、DMD驱动器、模组控制器、LED散热器、DMD散热器、屏幕图像接缝信息探测器、LED驱动器、位置和方向调节机构，本发明的系统显著降低大屏幕显示系统的制造成本和能耗，提高了系统可靠性；克服了常规的投影显示器屏幕面积小、亮度低、寿命短和投影纵深距离大等缺点。

Description

基于LED投影模组结构的多媒体信息显示系统

技术领域

本发明涉及多媒体信息显示系统，尤其涉及一种基于LED投影模组结构的多媒体信息显示系统。

背景技术

随着工农生产的发展、社会文化教育水平的提高和网络技术的进步，在工矿企业的生产调度指挥所、城市交通管理中心、体育场馆、电教室和楼堂馆所大厅内均需能支持多种网络接入的高品质大屏幕视频显示系统。近年来，半导体发光器件（LED）的亮度与光效提高很快，已成为国家重点发展的节能照明产品，LED具有光束窄、寿命长、颜色品种多、体积小等特点，大功率高亮度LED已可用于替代气体放电灯作为投影显示的光源。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种基于LED投影模组结构的多媒体信息显示系统。该系统显著降低大屏幕显示系统的制造成本和能耗，提高了系统可靠性；克服了常规的投影显示器屏幕面积小、亮度低、寿命短和投影纵深距离大等缺点，可实现特大面积的高亮度显示和拆卸式的可移动大屏幕装置，减小设备空间占积率的同时，显著提高了系统的使用寿命和综合显示品质。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

基于LED投影模组结构的多媒体信息显示系统，该显示系统包括投影屏幕和多个LED投影模组，多个LED投影模组分别设置在正对投影屏幕的支架上，多个LED投影模组分别将影像投影到投影屏幕组成一个完整画面；所述的LED投影模组包括箱体、LED光源、第一光学透镜组、数字微镜反射器件（DMD）、第二光学透镜组、投影透镜组、DMD驱动器、模组控制器、LED散热器、DMD散热器、屏幕图像接缝信息探测器、LED驱动器、位置和方向调节机构，所述的LED光源固定设置在箱体右侧下方，数字微镜反射器件、投影透镜组分别设置在沿LED光源发射的光线经过的箱体侧壁上，所述的第一光学透镜组设置在LED光源与数字微镜反射器件之间，所述的第二光学透镜组设置在数字微镜反射器件与投影透镜组之间；所述的LED光源与LED驱动器电联接，LED驱动器与模组控制器电联接，所述的LED光源所在的箱体外侧壁采用导热金属材质，并在该外侧壁上设置有LED散热器；所述的数字微镜反射器件与DMD驱动器电联接，DMD驱动器与模组控制器电联接，所述的DMD驱动器所在的箱体外侧壁采用导热金属材质，并在该外侧壁上设置有DMD散热器；所述的屏幕图像接缝信息探测器设置在箱体上并正对所述的投影屏幕，所述的屏幕图像接缝信息探测器用于检测多个LED投影模组投影到投影屏幕影像的图像信息，并输送信号给模组控制器；所述的位置和方向调节机构包括动作调整系统和电路控制系统，动作调整系统实现LED投影模组的位置和方向调整，电路控制系统与所述的模组控制器电联接，模组控制器比较影像拼接部两边的图像信息并输出控制信号给所述的电路控制系统，电路控制系统控制动作调整系统调节LED投影模组的位置和方向，使多个LED投影模组的影像投影到投影屏幕后在投影屏幕上组成一个无拼接缝的画面。

作为进一步改进，所述的LED散热器由多个螺旋形散热翅片构成，螺旋形散热翅片的外端固定设置在箱体外侧壁上；所述的DMD散热器由多个螺旋形散热翅片构成，螺旋形散热翅片的外端固定设置在箱体外侧壁上。本发明大功率LED光源的散热器利用螺旋形散热翅片替代常用的铝鳍片挤压散热器，既降低成本，又减轻重量。

作为进一步改进，所述的动作调整系统包括支撑板、调节块、升降螺杆、第一直线电机、第二直线电机和第三电机，所述的箱体的底板和支撑板上分别设有前后导向槽和左右导向槽，前后导向槽和左右导向槽呈正交设置，所述的调节块穿过前后导向槽和左右导向槽；所述的第一直线电机和第二直线电机分别设置在前后导向槽和左右导向槽的一侧，第一直线电机和第二直线电机的主轴分别与所述的调节块相连接；所述的第三电机固定设置在支架上，升降螺杆穿设在支撑板上，升降螺杆的下方连接所述的第三电机的主轴。上述的结构实现了模组的四维安装结构，使模组的投射位置和方向可以上下、左右、前后和角度任意调节。

本发明的显示系统画面屏幕大小可任意扩展，然而由于大面积单块屏幕，无论是玻璃材质还是高分子塑料材质，都很昂贵而且运输和安装都很困难。为了解决这一问题，本发明开发了一种拼装结构的投影屏幕，将屏幕分成几个单元块，周边用框架固定。但是这种拼接屏幕的拼缝不仅影响外形美观，而且还存在着一个更严重的缺陷，由于在拼缝处存在空气层，空气的光线折射率与屏幕材质的光线折射率不一样，投射光线通过拼接缝的二个界面时来回反射折射，导致拼缝处显示图像不连续，严重损害了视频显示图像的质量，为了克服这个缺陷，本发明采用折射率与屏幕材质相同或相近的胶粘剂，它不仅能胶粘固定单元块屏幕而且能充填单元块屏幕拼接处的空气层，由于折射率与屏幕材质相同或相近，不会改变或明显改变投射光的投射方向，并在界面处引起光线反射，实现无缝拼接，并在拼接处获得优良的显示质量。进一步，本发明通过物理噴砂与化学腐蚀相结合对玻璃表面乳白处理，获得反射透射比可控的圴匀的玻璃表面织构，显著改善显示性能与效果，适应不同环境的显示要求。此外，为了确保大型显示屏幕的安全，对玻璃材质的整个屏幕表面贴装保护膜，当屏幕碎裂中，不致伤害到屏幕周围的人与物。

LED与DMD均为半导体器件，大功率LED散热重要性是众所周知的，而DMD的热量不仅来自自身的驱动功耗，还来自吸收LED强光光源的光能，而且其表面温度均匀性要求特高，表面温差要小于10℃，芯片温度必须小于65℃。利用自有发明专利技术开发了卷绕式散热翅片，与常用的栅状散热翅片相比，翅片薄、散热面积大、制造成本低、散热效果好，不必采用风冷，可省去风扇，降低噪声。通常，LED和DMD基板与散热器底面用导热胶粘合，导热系数在4-5W/（m·k）以下，因此，接触热阻大，而且使用寿命短，为解决这一问题，本发明所述的LED光源和数字微镜反射器件与箱体内侧边之间设置有低熔点金属、低熔点金属合金或低熔点金属陶瓷复合材料的填充物，填充物的周边设有密封胶封闭；所述的低熔点为熔点小于80℃。作为优选，所述的低熔点金属为镓，低熔点金属合金为镓合金，低熔点金属陶瓷复合材料为镓与纳米氮化铝陶瓷的复合材料。本发明镓与纳米氮化铝陶瓷的复合材料中镓的重量百分比为50~90%。这种材料具有很高的导热率，LED和DMD基板周边用密封胶粘接，中间用复合材料充填，镓的熔点是29.76℃，且无毒无害，当LED和DMD开始工作，并且温度超过30℃时，即呈熔融状态，流动性极好，与LED、DMD基板与散热器底面能完全接触，没有空气层，将接触热阻降到接近于零。这里氮化铝（AlN）纳米陶瓷材料的导热系数大于200W/（m·k），掺加目的是为了降低填充层的成本。

模组化结构的显示系统，各模组投射到屏幕的亮度、色度必须一致，图像在拼接处显示信息正确，否则会引起图像不连续，屏幕内各区域的图像亮度颜色不均匀。已有专利的一种方法是：将光电二极管传感器放置在LED附近光学积分器的侧壁上，测量LED的光强，这种方法只能间接测定屏幕的亮度，不能测定屏幕的色度，更不能获得在屏幕拼接处的图像信息。其主要缺点是：1、测得的是LED光强分布的边缘区域，传感器接收到的光照度误差较大；2、LED光源的出射光尚需经过多组光学系统才能到达屏幕，不同模组的这些光学系统对光能的传递有差异，所以测得的光源光强并不能正确表征投射到屏幕上的实际亮度。然而，如果直接将光电传感器放置在屏幕上或光路上都必然会引起显示斑点或斑块。为此，本发明设置了屏幕图像接缝信息探测器，屏幕图像接缝信息探测器包括透镜组、半导体电荷耦合器件CCD、A/D模数转换器、数字控制器，所述的数字控制器连接所述的模组控制器。通过光学系统将投射到屏幕上的光线会聚到半导体电荷耦合器件CCD（或光电传感器）上，将屏幕光信号转换为电信号，再通过A/D模数转换器，将模拟电信号转换为数字信号，输入到模组控制器，模组控制器比较影像拼接部两边的图像信息并输出控制信号给所述的电路控制系统，电路控制系统控制动作调整系统调节LED投影模组的位置和方向，使多个LED投影模组的影像投影到投影屏幕后在投影屏幕上组成一个无拼接缝的画面。当然，对于屏幕图像接缝信息探测器的具体结构可以很多，并不限于本发明的具体结构。

进一步，LED光源的外侧设置所述的CPC（复合抛物面聚光器）。CPC是一种非成像集光器，适用于集成LED光源，具有很高的集光效率，制造较方便。

本发明由于采用了上述的技术方案，设计与制造了适用于LED投影大屏幕结构的LED投影模组。核心部件RGB三色光源全部釆用红、绿、蓝发光二极管，而目前的大屏幕投影仪均釆用LED+激光的混合光源，红色LED光源再配置蓝色激光光源，部分蓝色激光通过色轮分色激发荧光体获得绿光，形成三原色。在本发明模组中RGB光源全部釆用LED不仅简化了光源结构、显著减少制造成本，而且提高了设备可靠性与使用寿命。通过设置屏幕图像接缝信息探测器检测相邻两个LED投影模组投影到投影屏幕影像的图像信息，图像信息包括亮度、色度和对比度等信息，并输送信号给模组控制器。模组控制器比较影像拼接部两边的图像信息并输出控制信号给所述的电路控制系统，电路控制系统控制动作调整系统调节LED投影模组的位置和方向，使多个LED投影模组的影像投影到投影屏幕后在投影屏幕上组成一个无拼接缝的画面。

本发明的系统显著降低大屏幕显示系统的制造成本和能耗，提高了系统可靠性；克服了常规的投影显示器屏幕面积小、亮度低、寿命短和投影纵深距离大等缺点，可实现特大面积的高亮度显示和拆卸式的可移动大屏幕装置，减小设备空间场景的同时，显著提高了系统的使用寿命和综合显示品质。这类视频显示系统可根据需要扩展显示屏幕，既可适用于家庭客厅、教室与会议室使用，又可使用于上述各种需要大屏幕显示的场合。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图。

图2为本发明的LED投影模组的结构示意图。

图3为本发明的LED光源的安装结构示意图。

图4为本发明的数字微镜反射器件的安装结构示意图。

图5为本发明的位置和方向调节机构的结构示意图。

图6为支撑板的结构示意图。

图7为箱体底板的结构示意图。

图8、图9为投影屏幕的结构示意图。

图10为屏幕图像接缝信息探测器的安装结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

如图1所示的基于LED投影模组结构的多媒体信息显示系统，该显示系统包括投影屏幕1和多个LED投影模组2，多个LED投影模组2分别设置在正对投影屏幕1的支架4上，多个LED投影模组2分别将影像投影到投影屏幕1组成一个完整画面。如图2所示，所述的LED投影模组2包括箱体11、LED光源4、CPC集光器5、第一光学透镜组6、数字微镜反射器件（DMD）7、第二光学透镜组8、投影透镜组9、屏幕图像接缝信息探测器10、LED驱动器12、DMD驱动器13、模组控制器14、LED散热器15、DMD散热器16和位置和方向调节机构3。LED光源4釆用大功率红、绿、蓝发光二极管，所述的LED光源4固定设置在箱体11右侧下方，数字微镜反射器件7固定设置在在箱体11左侧上方，投影透镜组9设置在箱体11右侧上方，所述的第一光学透镜组6设置在LED光源4与数字微镜反射器件7之间，所述的第二光学透镜组8设置在数字微镜反射器件7与投影透镜组9之间。所述的LED光源4与LED驱动器12电联接，LED光源4的外侧设置所述的CPC集光器5，所述的箱体11右侧下方外侧壁采用导热金属材质，在该外侧壁上设置有LED散热器15。所述的数字微镜反射器件7与DMD驱动器13电联接，所述的箱体11左侧外侧壁采用导热金属材质，在该外侧壁上设置有DMD散热器16。LED驱动器12、DMD驱动器13、屏幕图像接缝信息探测器10分别连接到所述的模组控制器14上。如图3所示，LED散热器15由多个螺旋形散热翅片构成，螺旋形散热翅片的外端固定设置在箱体11的外侧壁上，在LED光源4与箱体11内侧边之间设置有低熔点金属陶瓷复合材料的填充物18，填充物18的周边设有密封胶17封闭，低熔点金属陶瓷复合材料为镓与纳米氮化铝陶瓷的复合材料。如图4所示，DMD散热器16由多个螺旋形散热翅片构成，螺旋形散热翅片的外端固定设置在箱体11的外侧壁上，数字微镜反射器件7与箱体11内侧边之间设置有低熔点金属陶瓷复合材料的填充物18，填充物18的周边设有密封胶17封闭，低熔点金属陶瓷复合材料为镓与纳米氮化铝陶瓷的复合材料。

如图2、图5所示，所述的位置和方向调节机构3包括动作调整系统和电路控制系统，动作调整系统实现LED投影模组2的位置和方向调整，电路控制系统与所述的模组控制器14电联接，动作调整系统包括支撑板30、调节块31、升降螺杆34、第一直线电机32、第二直线电机33和第三电机36。如图6、图7所示，所述的箱体11的底板和支撑板30上分别设有前后导向槽37和左右导向槽38，前后导向槽37和左右导向槽38呈正交设置，所述的调节块31穿过前后导向槽和左右导向槽；所述的第一直线电机32和第二直线电机33分别设置在前后导向槽37和左右导向槽38的一侧，第一直线电机32的主轴和第二直线电机33的主轴分别与所述的调节块31相连接；所述的第三电机36固定设置在支架4上，升降螺杆34穿设在支撑板30的螺孔39上，升降螺杆34在支撑板30的上方设有限位螺母35，升降螺杆34的下方连接所述的第三电机36的主轴。

如图10所示，所述的屏幕图像接缝信息探测器10设置在箱体11右侧壁上正对所述的投影屏幕1；所述的屏幕图像接缝信息探测器10包括透镜组23、半导体电荷耦合器件CCD24、A/D模数转换器25、数字控制器26，所述的数字控制器26连接所述的模组控制器14。通过光学系统将投射到屏幕上的光线会聚到半导体电荷耦合器件CCD24上，将屏幕光信号转换为电信号，再通过A/D模数转换器25，将模拟电信号转换为数字信号，输入到模组内的模组控制器14，模组控制器14比较影像拼接部两边的图像信息并输出控制信号给所述的电路控制系统，电路控制系统控制动作调整系统调节LED投影模组2的位置和方向，使多个LED投影模组2的影像投影到投影屏幕后在投影屏幕上组成一个无拼接缝的画面，确保视频图像的一致性与连续性。

如图8、图9所示，本发明的显示系统屏幕大小可任意扩展，采用一种拼装结构的投影屏幕1，将屏幕分成几个单元块21周边用框架20固定。同时，采用折射率与屏幕材质相同或相近的胶粘剂22，它不仅能胶粘固定单元块21屏幕而且能充填单元块21屏幕拼接处的空气层，由于折射率与屏幕材质相同或相近，不会改变或明显改变投射光的投射方向，并在界面处引起光线反射，实现无缝拼接，并在拼接处获得优良的显示质量。进一步本发明通过物理喷砂与化学腐蚀相结合对玻璃表面乳白处理，获得反射透射比可控的均匀的玻璃表面织构，显著改善显示性能与效果，适应不同环境的显示要求。此外，为了确保大型显示屏幕的安全，对玻璃材质的整个屏幕表面贴装保护膜，当屏幕碎裂中，不致伤害到屏幕周围的人与物。

Claims (9)

1.基于LED投影模组结构的多媒体信息显示系统，其特征在于：该显示系统包括投影屏幕和多个LED投影模组，多个LED投影模组分别设置在正对投影屏幕的支架上，多个LED投影模组分别将影像投影到投影屏幕组成一个完整画面；所述的LED投影模组包括箱体、LED光源、第一光学透镜组、数字微镜反射器件（DMD）、第二光学透镜组、投影透镜组、DMD驱动器、模组控制器、LED散热器、DMD散热器、屏幕图像接缝信息探测器、LED驱动器、位置和方向调节机构，所述的LED光源固定设置在箱体右侧下方，数字微镜反射器件、投影透镜组分别设置在沿LED光源发射的光线经过的箱体侧壁上，所述的第一光学透镜组设置在LED光源与数字微镜反射器件之间，所述的第二光学透镜组设置在数字微镜反射器件与投影透镜组之间；所述的LED光源与LED驱动器电联接，LED驱动器与模组控制器电联接，所述的LED光源所在的箱体外侧壁采用导热金属材质，并在该外侧壁上设置有LED散热器；所述的数字微镜反射器件与DMD驱动器电联接，DMD驱动器与模组控制器电联接，所述的DMD驱动器所在的箱体外侧壁采用导热金属材质，并在该外侧壁上设置有DMD散热器；所述的屏幕图像接缝信息探测器设置在箱体上并正对所述的投影屏幕，所述的屏幕图像接缝信息探测器用于检测多个LED投影模组投影到投影屏幕影像的图像信息，并输送信号给模组控制器；所述的位置和方向调节机构包括动作调整系统和电路控制系统，动作调整系统实现LED投影模组的位置和方向调整，电路控制系统与所述的模组控制器电联接；所述的动作调整系统包括支撑板、调节块、升降螺杆、第一直线电机、第二直线电机和第三电机，所述的箱体的底板和支撑板上分别设有前后导向槽和左右导向槽，前后导向槽和左右导向槽呈正交设置，所述的调节块穿过前后导向槽和左右导向槽；所述的第一直线电机和第二直线电机分别设置在前后导向槽和左右导向槽的一侧，第一直线电机和第二直线电机的主轴分别与所述的调节块相连接；所述的第三电机固定设置在支架上，升降螺杆穿设在支撑板上，升降螺杆的下方连接所述的第三电机的主轴；所述的屏幕图像接缝信息探测器包括透镜组、半导体电荷耦合器件CCD、A/D模数转换器、数字控制器，所述的数字控制器连接所述的模组控制器，通过光学系统将投射到屏幕上的光线会聚到半导体电荷耦合器件CCD上，将屏幕光信号转换为电信号，再通过A/D模数转换器，将模拟电信号转换为数字信号，输入到模组控制器，模组控制器比较影像拼接部两边的图像信息并输出控制信号给所述的电路控制系统，电路控制系统控制动作调整系统调节LED投影模组的位置和方向，使多个LED投影模组的影像投影到投影屏幕后在投影屏幕上组成一个无拼接缝的画面。

2.根据权利要求1所述的基于LED投影模组结构的多媒体信息显示系统，其特征在于：LED散热器由多个螺旋形散热翅片构成，螺旋形散热翅片的外端固定设置在箱体外侧壁上；所述的DMD散热器由多个螺旋形散热翅片构成，螺旋形散热翅片的外端固定设置在箱体外侧壁上。

3.根据权利要求1所述的基于LED投影模组结构的多媒体信息显示系统，其特征在于：投影屏幕由多块单元块构成，单元块周边设置有框架固定，在单元块与单元块之间设置有折射率与屏幕材质相同或相近透明粘结剂相粘结。

4.根据权利要求1或3所述的基于LED投影模组结构的多媒体信息显示系统，其特征在于：通过物理喷砂与化学腐蚀相结合对玻璃表面乳白处理，获得反射透射比可控的均匀的投影屏幕的玻璃表面织构。

5.根据权利要求4所述的基于LED投影模组结构的多媒体信息显示系统，其特征在于：在投影屏幕的整个屏幕表面贴装有保护膜。

6.根据权利要求1所述的基于LED投影模组结构的多媒体信息显示系统，其特征在于：LED光源与箱体内侧边之间设置有低熔点金属、低熔点金属合金或低熔点金属陶瓷复合材料的填充物，填充物的周边设有密封胶封闭；所述的低熔点为熔点小于80℃。

7.根据权利要求1所述的基于LED投影模组结构的多媒体信息显示系统，其特征在于：数字微镜反射器件与箱体内侧边之间设置有低熔点金属、低熔点金属合金或低熔点金属陶瓷复合材料的填充物，填充物的周边设有密封胶封闭；所述的低熔点为熔点小于80℃。

8.根据权利要求6或7所述的基于LED投影模组结构的多媒体信息显示系统，其特征在于：低熔点金属为镓，低熔点金属合金为镓合金，低熔点金属陶瓷复合材料为镓与纳米氮化铝陶瓷的复合材料。

9.根据权利要求1所述的基于LED投影模组结构的多媒体信息显示系统，其特征在于：LED光源的外侧设置CPC集光器。