CN113777861B - 一种单片lcd投影机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单片LCD投影机，包括光源；设置于光源出光侧的将光源出射的光转变为线偏振照明光的起偏器；设置于起偏器出光侧的将线偏振照明光调制成调制光的LCD面板；设置于LCD面板的出光侧且与LCD面板相分离且呈倾斜设置的检偏器，检偏器包括反射式偏光片和功能性结构，功能性结构用于使反射光路中的第一偏振态调制光的光通量与LCD面板出射的第一偏振态调制光的光通量的比值小于预设值；以及设置于检偏器的反射光路中的投射反射式偏光片反射的第二偏振态调制光的镜头。本发明的方案能够有效地解决LCD面板因检偏器吸热而温度升高的问题，而且能够有效地提高投影画面的对比度，解决鬼影的问题。

Description

一种单片LCD投影机
技术领域
本发明涉及投影机技术领域，尤其涉及一种单片LCD投影机。
背景技术
投影机是一种可将图像或视频投射到幕布上进行显示的设备，广泛应用于家庭、办公室、学校或电影院等场所。其中，单片LCD投影机因其结构简单、成本较低，深受消费者喜爱。
通常，单片LCD投影机所使用的LCD模组包括LCD显示屏和贴合在LCD显示屏两侧的TFT侧偏光板和CF侧偏光板。单片LCD投影机中的LCD模组接收的光照强度较高，而且由于LCD模组中的TFT侧偏光板、CF基板中的RGB滤光膜层、CF基板中的BM(BlackMatrix)膜层以及CF侧偏光板等器件对光的吸收，将光能转化为热能，使得LCD模组的工作温度很高，高温可能导致LCD模组中的液晶失效，失去调光能力。
此外，单片LCD投影机还存在投影画面对比度偏低的问题，甚至存在鬼影的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种单片LCD投影机。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种单片LCD投影机，包括：
光源；
起偏器，设置于所述光源的出光侧，用于将所述光源出射的光转变为线偏振照明光；
LCD面板，设置于所述起偏器的出光侧，用于根据图像信号对所述线偏振照明光调制而生成调制光，所述调制光包括第一偏振态调制光和第二偏振态调制光；
检偏器，设置于所述LCD面板的出光侧且与所述LCD面板相分离，所述检偏器与所述LCD面板出射的调制光的光轴呈倾斜设置；所述检偏器包括反射式偏光片和设置于所述反射式偏光片背向所述LCD面板一侧的功能性结构，所述反射式偏光片用于反射所述第二偏振态调制光并透射所述第一偏振态调制光，所述功能性结构用于使所述反射式偏光片的反射光路中的第一偏振态调制光的光通量与所述LCD面板出射的第一偏振态调制光的光通量的比值小于预设值；
镜头，设置于所述检偏器的反射光路中，用于投射所述反射式偏光片反射的第二偏振态调制光。
本发明的有益效果是：通过将检偏器与LCD面板分离设置，避免了检偏器产生的热量直接传导到LCD面板上，从而有效解决LCD面板因检偏器吸热升温的问题；而且检偏器包括反射式偏光片和功能性结构，反射式偏光片将用于形成投影画面的第二偏振态调制光反射至镜头，功能性结构使反射式偏光片的反射光路中的第一偏振态调制光的光通量与所述LCD面板出射的第一偏振态调制光的光通量的比值小于预设值，减小或消除了进入镜头的对投影画面无益的第一偏振态调制光，从而提高了投影画面对比度，解决了鬼影问题。
进一步，所述功能性结构包括：玻璃基板和防反射膜；所述玻璃基板贴合于所述反射式偏光片背向所述LCD面板的一侧，所述防反射膜或吸光膜设置于所述玻璃基板背向所述反射式偏光片的一侧。
进一步，所述功能性结构与空气之间的反射率小于预设反射率δ，所述预设反射率δ满足如下条件：δ<1/(5*CR)，其中CR是LCD投影系统能实现的ANSI对比度。
进一步，所述功能性结构包括：玻璃基板和吸光膜；所述玻璃基板贴合于所述反射式偏光片背向所述LCD面板的一侧，所述吸光膜设置于所述玻璃基板背向所述反射式偏光片的一侧。
进一步，所述吸光膜采用吸光漆、碳纳米管或者吸光微纳结构。
进一步，所述具有功能性结构的反射式偏光组件包括：四分之一波片和玻璃基板，所述四分之一波片贴合于所述反射式偏光片背向所述LCD面板的一侧，所述玻璃基板贴合于所述四分之一波片背向所述反射式偏光片的一侧。
进一步，所述玻璃基板背向所述四分之一波片的一侧设置防反射膜或吸光膜。
进一步，所述功能性结构包括:支撑框架，所述支撑框架固定于所述反射式偏光片背向所述LCD面板的一侧，且所述支撑框固定于所述反射式偏光片的边缘区域。
进一步，所述支撑框架采用矩形框架，所述矩形框架固定于所述反射式偏光片背向所述LCD面板的一侧的四个周边。
进一步，所述预设值的取值小于1:100。
本发明附加的方面及其优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种单片LCD投影机结构示意图；
图2为本发明实施例1的对比单片LCD投影机结构示意图；
图3为本发明实施例1中检偏器结构示意图；
图4为本发明实施例2中检偏器的结构示意图；
图5为本发明实施例3中检偏器的结构示意图；
图6a为本发明实施例4中检偏器的侧视图；
图6b为本发明实施例4中检偏器的主视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
图1为本发明实施例1提供的一种单片LCD投影机结构示意图。如图1所示，该单片LCD投影机包括：包括光源110、起偏器120、LCD面板130、检偏器140和镜头150。
光源110用于出射的照明光，起偏器120设置于所述光源110的出光侧，用于将所述光源出射的照明光转变为线偏振照明光；LCD面板130设置于所述起偏器120的出光侧，用于根据图像信号对所述线偏振照明光调制而生成调制光，所述调制光包括第一偏振态调制光和第二偏振态调制光；检偏器140设置于所述LCD面板130的出光侧且与所述LCD面板130相分离，所述检偏器140与所述LCD面板130出射的调制光的光轴呈倾斜设置；所述检偏器140包括反射式偏光片141和设置于所述反射式偏光片背向所述LCD面板一侧的功能性结构142，所述反射式偏光片141用于反射所述第二偏振态调制光并透射所述第一偏振态调制光，所述功能性结构142用于使所述反射式偏光片的反射光路中的第一偏振态调制光的光通量与所述LCD面板出射的第一偏振态调制光的光通量的比值小于预设值，其中，所述预设值的取值小于1:100；镜头150设置于所述检偏器的反射光路中，用于投射所述反射式偏光片反射的第二偏振态调制光。
具体地，光源110可以是LED光源，LED光源出射白色的照明光，为单片LCD投影机提供形成投影图像所需的光线，其中，该白色的照明光为自然光。光源110也可以是激光激发荧光的白色光源，或者其他可以产生白色光的光源。
起偏器120设置于光源110的出光侧，用于将光源110出射的照明光转变为线偏振照明光。该线偏振照明光可以为p光，也可以为s光，具体可以根据实际情况设置。起偏器120可以包括玻璃基板121和起偏偏振片122，起偏偏振片122贴合于玻璃基板121背向光源110的一侧。进一步地，起偏器120与LCD面板130相分离，避免两者进行热传递，起偏器120产生的热量不会直接传导到LCD面板130上，避免了起偏器120发热对LCD面板130的影响，降低了LCD面板130内液晶材料因为高温而失效的风险。
LCD面板130设置于起偏器120的出光侧，包括CF基板131和TFT基板132，以及夹设在TFT基板和CF基板的液晶材料133。LCD面板130用于根据图像信号对起偏器120出射的线偏振照明光调制而生成调制光，调制光包括第一偏振态调制光和第二偏振态调制光，其中，第二偏振态调制光具有图像信息，用于形成投影画面。LCD面板130放置时将CF基板131一侧朝向光源110，通过CF基板131上的BM膜可以避免光线直接照射到扫描线、数据线等线路，从而提高LCD面板130的寿命。
检偏器140设置于LCD面板130的出光侧且与LCD面板130相分离，检偏器140与LCD面板130出射的调制光的光轴呈倾斜设置。优选地，检偏器140与LCD面板130出射的调制光的光轴之间的倾斜角度为45°。本实施例中，通过将检偏器140与LCD面板130相分离，避免了检偏器140产生的热量直接传导到LCD面板130上，降低了LCD面板130内液晶材料因为高温而失效的风险。
检偏器140包括反射式偏光片141和设置于反射式偏光片141背向所述LCD面板130一侧的功能性结构142。反射式偏光片141用于反射所述第二偏振态调制光并透射所述第一偏振态调制光。反射式偏光片141将用于形成投影画面的第二偏振态调制光反射至反射光路，将非用于形成投影画面的第一偏振态调制光透射至透射光路。反射式偏光片141可以为多层膜双折射型偏振片(MultilayerBirefringence Polarizer)或者金属线栅型偏振片(Wire Grid Polarizer)等。
需要说明的是，如图2所示，若检偏器仅使用普通的玻璃基板1421作为反射式偏光片141的承载基板，如前所述，反射式偏光片141反射LCD面板130出射的第二偏振态调制光并透射第一偏振态调制光；在投影成像时，对于第一偏振态调制光，由于玻璃基板1421的折射率与空气的折射率相差较大，玻璃基板1421与空间接触的表面存在折射率失配导致的菲涅尔反射，透过反射式偏光片141之后的第一偏振态调制光会有部分在玻璃基板1421与空气的界面发生反射并进入到镜头，再通过镜头150投影到投影幕上，从而在投影幕上形成与第一偏振态调制光对应的亮线；第二偏振态调制光通过反射式偏光片141反射到镜头上，再通过镜头投射到投影幕上，从而形成投影画面，但第一偏振态调制光反射形成的亮线会干扰第二偏振态调制光投影形成的投影画面，导致投影画面对比度降低，甚至产生鬼影问题。
在本实施例中，在反射式偏光片141背向所述LCD面板一侧设置有功能性结构142，一方面功能性结构142用于承载反射式偏光片141，另一方面功能性结构142用于使反射式偏光片141的反射光路中的第一偏振态调制光的光通量与LCD面板131出射的第一偏振态调制光的光通量的比值小于预设值，从而能够减小或消除进入镜头150的对投影画面无益的第一偏振态调制光，避免了第一偏振态调制光对投影画面的影响，从而提高投影画面对比度，解决鬼影问题。优选地，该预设值的取值小于1:100。可以理解的是，该预设值的取值越小，表明进入到镜头的第一偏振态调制光越少，越有利于提高投影画面的对比度，如预设值的取值可以为1:1000、1:2000或者其他值，具体可以根据实际情况设置。
具体地，如图1和图3所示，检偏器140包括：反射式偏光片141、玻璃基板1421和防反射膜1422；所述玻璃基板1421贴合于所述反射式偏光片141背向所述LCD面板130的一侧，所述防反射膜1422设置于所述玻璃基板1421背向所述反射式偏光片141的一侧；玻璃基板1421和防反射膜1422构成功能性结构142。
在本实施例中，反射式偏光片141能够反射s光并透射p光，第一偏振态调制光为p光，第二偏振态调制光为s光。透过反射式偏光片141的第一偏振态调制光(p光)入射到玻璃基板1421与空气界面时，由于防反射膜1422的存在，第一偏振态调制光(p光)能够直接透过，极大地减少了因在界面处菲涅尔反射进入到镜头的第一偏振态调制光(p光)光通量，从而提高了投影画面的对比度，也解决了产生鬼像的问题。
可以理解的是，反射式偏光片141也可以为能够反射p光并透射p光，此时第一偏振态调制光为p光，第二偏振态调制光为p光，其原理与上述相同，不再赘述。
防反射膜1422可以采用涂布、溅射或化学气相沉淀(CVD)等工艺形成于玻璃基板1421背向反射式偏光片141一侧的表面上。防反射膜1422可以为多层膜结构，以增加玻璃基板1421的透射率，减小玻璃基板1421与空气界面处的反射率。优选地，通过设置在玻璃基板1421背向反射式偏光片141一侧的防反射膜1422，使得玻璃基板1421与空气之间的反射率小于预设反射率δ，该预设反射率δ满足如下条件：δ<1/(5*CR)，其中CR是单片LCD投影机能够实现的ANSI对比度。一般来讲，ANSI对比度CR的范围约为100：1至2000：1。
需要说明的是，入射到反射式偏光片141上的调制光具有一定的光锥角，上述讨论的标准针对不同角度的光线均成立。另外，上述讨论的标准对于不同波长的光线也都成立。实际上s光与p光在有一定入射角时反射率以及截止波长会有所不同，在设计防反射膜时也需要考虑。
镜头150设置于所述检偏器的反射光路中，用于投射所述反射式偏光片141反射的第二偏振态调制光，以在屏幕或者墙面上形成投影画面。常用的镜头为三片或四片玻璃镜片组成，也可以是更多镜片组成，镜片材料也可以使用光学塑料。
上述实施例中，通过将检偏器140与LCD面板130分离设置，避免了检偏器140产生的热量直接传导到LCD面板130上，从而有效解决LCD面板130因检偏器140吸热而温度升高的问题；而且检偏器140包括反射式偏光片141和功能性结构142，反射式偏光片141将用于形成投影画面的第二偏振态调制光反射至镜头150，功能性结构142使反射式偏光片141的反射光路中的第一偏振态调制光的光通量与所述LCD面板出射的第一偏振态调制光的光通量的比值小于预设值，减小或消除了进入镜头的对投影画面无益的第一偏振态调制光，从而提高了投影画面对比度，解决了鬼影问题。
实施例2
图4为本发明实施例2中检偏器240的结构示意图。与实施例1不同的是，该实施例中检偏器240包括：反射式偏光片241和玻璃基板2421和吸光膜2422；所述玻璃基板2421贴合于所述反射式偏光片241背向所述LCD面板130的一侧，所述吸光膜2422设置于所述玻璃基板2421背向所述反射式偏光片241的一侧；玻璃基板2421和吸光膜2422构成功能性结构242。
上述实施例中，通过在玻璃基板2421背向所述反射式偏光片241的一侧设置吸光膜2422，利用吸光膜2422将透过反射式偏光片241的第一偏振态调制光吸收，从而有效地减少或消除了进入镜头的对投影画面无用的第一偏振态调制光，从而提高了投影画面对比度，解决了鬼影问题。吸光膜2422可以采用吸光漆，或者设置碳纳米管，或者设计吸光微纳结构等，优选地，吸光膜的光吸收率大于98％，从而将透过反射式偏光片241的第一偏振态调制光的绝大部分吸收。
实施例3
图5为本发明实施例3中检偏器340的结构示意图。与实施例1不同的是，该实施例中检偏器340包括：依次层叠的反射式偏光片341、四分之一波片3422和玻璃基板3421，所述四分之一波片3423贴合于所述反射式偏光片341背向所述LCD面板130的一侧，所述玻璃基板3421贴合于所述四分之一波片3422背向所述反射式偏光片341的一侧；四分之一波片3422和玻璃基板3421构成功能性结构342。
LCD面板130出射的调制光包括第一偏振态调制光(p光)和第二偏振态调制光(s光)，其中，s光经反射式偏光片341反射后进入镜头150，p光透过反射式偏光片341、经过四分之一波片3422之后进入玻璃基板3421，大部分光线透过玻璃基板3421直接进入外界，少部分光线被玻璃基板3421与空气的界面反射后再次经过四分之一波片3422，此时该少部分光线的偏振态已经发生90度旋转，转变为p光，从而会被反射式偏光片341反射；再经过玻璃基板3421与空气的界面反射回到反射式偏光片341的p光的偏振态又回到最初的能够被反射式偏光片341透射的偏振状态，但考虑到界面反射率一般为4％的水平，两次反射之后的比例相比最初入射到反射式偏光片341的第一偏振态调制光(p光)小于千分之二。上述实施例中，通过在反射式偏光片341与玻璃基板3421之间设置四分之一波片3422，有效减小或消除了进入镜头的对投影画面无用的第一偏振态调制光，从而提高了投影画面对比度，解决了鬼影问题。
在上述实施例3的基础上，还可以在玻璃基板3421背向所述反射式偏光片341的一侧可以设置防反射膜或吸光膜。即检偏器包括：依次层叠的反射式偏光片341、四分之一波片3422、玻璃基板3421和防反射膜；该实施例中，通过四分之一波片3422和防反射膜结合，可以有效降低对于防反射膜反射率的要求，并且可以进一步减小或消除进入镜头的对投影画面无用的第一偏振态调制光，从而提高了投影画面对比度，解决了鬼影问题。
或者，检偏器包括：依次层叠的反射式偏光片341、四分之一波片3422、玻璃基板3421和吸光膜；该实施例中，通过四分之一波片3422与吸光膜结合，可以有效降低对于吸光膜光吸收率的要求，并且可以进一步减小或消除进入镜头的对投影画面无用的第一偏振态调制光，从而提高了投影画面对比度，解决了鬼影问题。
实施例4
图6a为本发明实施例4中检偏器440的侧视图，图6b为本发明实施例4中检偏器440的主视图。与实施例1不同的是，该实施例中检偏器440包括：反射式偏光片441和支撑框架442，所述支撑框架442固定于所述反射式偏光片441背向所述LCD面板130的一侧，且所述支撑框架442固定于所述反射式偏光片441的边缘区域，避开所述反射式偏光片441位于边缘区域内的有效区域(Active Area)，使反射式偏光片441的有效区域处于悬浮状态；支撑框架442即为该实施例中的功能性结构。反射式偏光片441的有效区域面积大于或等于从LCD面板出射的调制光光线投射到反射式偏光片441上的最大区域面积。该实施例中，支撑框架442可以采用矩形框架，由四条边框首尾依次连接形成，矩形框架固定于所述反射式偏光片441背向所述LCD面板130的一侧的四个周边。
上述实施例中，通过支撑框架442固定反射式偏光片441，使反射式偏光片441的有效区域处于悬浮，从而避免了在反射式偏光片441的有效区域背面使用玻璃基板。由于反射式偏光片441一般较薄，并且在没有额外的折射率失配的玻璃基板条件下，反射式偏光片441与空气的界面反射的效应会有较大降低；进而可以有效减少进入镜头的对投影画面无用的第一偏振态调制光，从而提高投影画面对比度，解决鬼影问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单片LCD投影机，其特征在于，包括：
光源；
起偏器，设置于所述光源的出光侧，用于将所述光源出射的光转变为线偏振照明光；
LCD面板，设置于所述起偏器的出光侧，用于根据图像信号对所述线偏振照明光调制而生成调制光，所述调制光包括第一偏振态调制光和第二偏振态调制光；
检偏器，设置于所述LCD面板的出光侧且与所述LCD面板相分离，所述检偏器与所述LCD面板出射的调制光的光轴呈倾斜设置；所述检偏器包括反射式偏光片和设置于所述反射式偏光片背向所述LCD面板一侧的功能性结构，所述反射式偏光片用于反射所述第二偏振态调制光并透射所述第一偏振态调制光，所述功能性结构用于使所述反射式偏光片的反射光路中的第一偏振态调制光的光通量与所述LCD面板出射的第一偏振态调制光的光通量的比值小于预设值；
镜头，设置于所述检偏器的反射光路中，用于投射所述反射式偏光片反射的第二偏振态调制光。
2.根据权利要求1所述的单片LCD投影机，其特征在于，所述功能性结构包括：玻璃基板和防反射膜；所述玻璃基板贴合于所述反射式偏光片背向所述LCD面板的一侧，所述防反射膜设置于所述玻璃基板背向所述反射式偏光片的一侧。
3.根据权利要求2所述的单片LCD投影机，其特征在于，所述功能性结构与空气之间的反射率小于预设反射率δ，所述预设反射率δ满足如下条件：δ<1/(5*CR)，其中CR是所述单片LCD投影机能够实现的ANSI对比度。
4.根据权利要求1所述的单片LCD投影机，其特征在于，所述功能性结构包括：玻璃基板和吸光膜；所述玻璃基板贴合于所述反射式偏光片背向所述LCD面板的一侧，所述吸光膜设置于所述玻璃基板背向所述反射式偏光片的一侧。
5.根据权利要求4所述的单片LCD投影机，其特征在于，所述吸光膜采用吸光漆、碳纳米管或者吸光微纳结构。
6.根据权利要求1所述的单片LCD投影机，其特征在于，所述功能性结构包括：四分之一波片和玻璃基板，所述四分之一波片贴合于所述反射式偏光片背向所述LCD面板的一侧，所述玻璃基板贴合于所述四分之一波片背向所述反射式偏光片的一侧。
7.根据权利要求6所述的单片LCD投影机，其特征在于，所述玻璃基板背向所述四分之一波片的一侧设置有防反射膜或吸光膜。
8.根据权利要求1所述的单片LCD投影机，其特征在于，所述功能性结构包括:支撑框架，所述支撑框架固定于所述反射式偏光片背向所述LCD面板的一侧，且所述支撑框固定于所述反射式偏光片的边缘区域。
9.根据权利要求8所述的单片LCD投影机，其特征在于，所述支撑框架采用矩形框架，所述矩形框架固定于所述反射式偏光片背向所述LCD面板的一侧的四个周边。
10.根据权利要求1至9任一项所述的单片LCD投影机，其特征在于，所述预设值的取值小于1:100。
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