CN116841108A - 一种lcd透光组件及由其组成的投影仪 - Google Patents

一种lcd透光组件及由其组成的投影仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LCD透光组件及由其组成的投影仪，属于投影仪领域，包括：第一光学组件、第二光学组件和散热支架，所述第一光学组件和所述第二光学组件为多层堆叠结构，所述散热支架为环形框架，所述环形框架的内侧与所述第一光学组件和所述第二光学组件形成空气层，所述环形框架的外侧设有散热鳍片；其中，所述红外截止滤光片、所述反射式增亮偏光、所述前端菲涅尔透镜之间设有贴合胶，所述LCD液晶屏与所述后端菲涅尔透镜之间设有贴合胶。通过带有贴合胶填充光学组件间空隙的第一光学组件、第二光学组件和散热支架的组合，能够极大提升光效，提升光能利用率，改善散热。

Description

一种LCD透光组件及由其组成的投影仪
技术领域
本申请属于投影仪技术领域，具体涉及一种由LCD透光组件组成的投影仪。
背景技术
目前市场份额占比较大的主要有两种投影仪，一种是数据光学处理技术(DigitalLight Processing，DLP)投影仪，DLP技术采用反射式的方式控制光路。另外一种是液晶显示器技术(liquid Crystal Display，LCD)投影仪，LCD采用投透射时的方式控制光路。相比DLP的反射式光的利用，LCD的透射式的光利用效率比较低，因此在市场上功耗比较大。但LCD结构简单，成本较低，市场占有率在逐渐扩大。
而现有的LCD投影仪无法解决较大光通量和较好散热之间的矛盾。在投影仪里，热量主要集中于两个方向，一个是LED从电转换成光，产生大量的热量，这部分的热量通过散热片，导热铜管及风扇组合，通过传导，强制对流等方式疏散出去。这部分散热，有成熟的技术解决。
另外一个是LED的强光照在光传输方向器件上导致的热效应，这部分引起热量，因为是伴随着光产生，光越强，光产生的热效应也越强，并且强光还是产生在光路传输方向上，难以解决。因此如果能够在提升LCD投影仪的光利用效率的同时，控制好散热，将极大的提升LCD投影仪的竞争力。
发明内容
本申请也是基于这个技术需求，提供了一种LCD透光组件及由其组成的投影仪，能够提高投影亮度的同时改善散热性能。
第一方面，提供一种透光组件，包括：第一光学组件、第二光学组件和散热支架，所述第一光学组件和所述第二光学组件为多层堆叠结构，
所述第一光学组件包括依次层叠设置的红外截止滤光片、反射式增亮偏光、前端菲涅尔透镜；
所述第二光学组件包括依次层叠设置的LCD液晶屏、后端菲涅尔透镜；
所述散热支架为环形框架，所述环形框架的内侧与所述第一光学组件和所述第二光学组件形成空气层，所述环形框架的外侧设有散热鳍片；
其中，所述红外截止滤光片、所述反射式增亮偏光、所述前端菲涅尔透镜之间设有贴合胶，所述LCD液晶屏与所述后端菲涅尔透镜之间设有贴合胶。
可选的，所述环形框架的内侧具有上下分布的第一内环和第二内环，所述第一内环与所述反射式增亮偏光卡接，所述第二内环与所述LCD液晶屏卡接。
可选的，所述第一内环与所述反射式增亮偏光卡接处涂胶，所述第二内环与所述LCD液晶屏卡接处涂胶。
可选的，所述散热支架还设置有贯穿的气密封孔，所述气密封孔连通空气层与外部空间。
可选的，所述第二光学组件的LCD液晶屏在靠近所述第一光学组件的方向上还设有AR玻璃，所述AR玻璃与液晶屏通过贴合胶固定连接，所述第二内环与所述AR玻璃卡接并涂胶。
可选的，所述第二光学组件的LCD液晶屏在靠近所述第一光学组件的方向上还设有AR镀层，所述第二内环与所述AR镀层卡接并涂胶。
可选的，所述胶为导热胶。
另一方面，还提供了一种投影组件，包括上述透光组件，还包括置于第一光学组件前端的V型光杯，所述V型光杯填充满贴合水胶。
可选的，还包括置于第二光学组件后端的腔体，所述V型光杯、所述第一光学组件、散热支架、所述第二光学组件和所述腔体顺次密封连接。
另一方面，还提供了一种投影仪，包括上述投影组件，还包括LED阵列、反射镜和投影镜头，LED阵列位于投影组件的首端与V型光杯相连，反射镜置于投影组件的末端与腔体相连，反射镜成光照射到其后方的投影镜头上。
本申请具有以下有益效果：
1、通过带有贴合胶填充光学组件间空隙的第一光学组件、第二光学组件和散热支架的组合，能够极大提升光效，提升光能利用率，改善散热。
2、在V型光杯中填充满贴合水胶，可以减少LED阵列到透光组件的界面损失，消除空腔中的空气尘埃，提升产品的洁净度，还有助于第一光学组件的散热。
附图说明
图1是本申请实施例提供的投影仪的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的第一光学组件的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的第二光学组件的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的散热支架与其他构件连接的示意图。
图5是本申请实施例提供的投影组件的结构示意图。
其中，10、LED阵列；20、V型光杯；30、第一光学组件；40、散热支架；50、第二光学组件；60、腔体；70、反光镜；80、投射镜头；90、幕墙；101、散热片；201、水胶；301、红外截止滤光片；3011、镀层；302、反射式增亮偏光片；303、贴合胶；304、前端菲涅尔透镜；401、第二内环；402、气密封孔；403、第一内环；501、光学玻璃；5011、可见光增透膜；502、LCD液晶屏；503、后端菲涅尔透镜。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”所区别的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合附图，通过一些实施例及对本申请实施例提供的透光组件进行详细地说明。
参见图1，一种透光组件，包括：第一光学组件30、第二光学组件50和散热支架40，所述第一光学组件30和所述第二光学组件50为多层堆叠结构；
所述第一光学组件30包括依次层叠设置的红外截止滤光片301、反射式增亮偏光、前端菲涅尔透镜304；
所述第二光学组件50包括依次层叠设置的LCD液晶屏502、后端菲涅尔透镜503；
所述散热支架40为环形框架，所述环形框架的内侧与所述第一光学组件30和所述第二光学组件50形成空气层，所述环形框架的外侧设有散热鳍片；
其中，所述红外截止滤光片301、所述反射式增亮偏光、所述前端菲涅尔透镜304之间设有贴合胶303，所述LCD液晶屏502与所述后端菲涅尔透镜之间设有贴合胶303。
参见图2，在本实施例中，第一光学组件30包括依次层叠设置的红外截止滤光片301，APF反射式增亮偏光以及前端菲涅尔透镜304。红外截止滤光片301用于过滤红外光，降低光的热效应。LCD液晶屏502分布有红绿蓝像素阵列，起到光阀的作用。红外截止滤光片301与APF反射式增亮偏光粘贴，再与前端菲涅尔透镜304粘贴。
可以理解的是，红外截止滤光片301是在光学玻璃501上镀层3011，可以透过可见光，截止红外光号场波段红光，以减少光的热效应，减少器件发热。
在一种实施例中，红外截止滤光片301与反射式增亮偏光通过贴合胶303贴合，贴合胶303填充红外截止滤光片301与反射式增亮偏光之间的空气层。
在一种实施例中，反射式增亮偏光与前端菲涅尔透镜304通过贴合胶303贴合，贴合胶303填充反射式增亮偏光与前端菲涅尔透镜304之间的空气层。
在一种实施例中，红外截止滤光片301、反射式增亮偏光与前端菲涅尔透镜304都通过贴合胶303贴合，贴合胶303填充红外截止滤光片301与反射式增亮偏光之间的空气层，贴合胶303也填充反射式增亮偏光与前端菲涅尔透镜304之间的空气层。
参见图3，在本实施例中，第二光学组件50包括依次层叠设置的LCD液晶屏502和后端菲涅尔透镜，两者之间通过贴合胶303贴合，贴合胶303填充LCD液晶屏502和后端菲涅尔透镜之间的空气层。
贴合胶303为一种无色透明的、折射率接近于玻璃的光学胶，填充光学玻璃501和透镜之间的空气层，从而减少这两个界面光的反射，提升光效。贴合胶303一般有固体的OCA(Optically Clear-Adhesive)以及或液体的LCA(Liquid Clear-Adhesive)。
第一光学组件30和所述第二光学组件50为板状结构。
可以理解的是，光从一种介质进入另外一种介质的时候，在界面会发生反射和透射，透过的光是投影仪需要的光，反射光被损失掉了。反射光损失的大小，取决于两种介质的折射系数。在反射能量损失最低的情况，也就是正入射的情况下，光强的反射损耗其中，nt是玻璃的折射系数，ni是空气的折射系数。此时每个界面损失几乎都超过4％，其中玻璃的折射率接近1.5，空气折射率1.0。
通过上述推算可知，第一光学组件30可以降低APF反射式增亮偏光出光面，菲涅尔透镜入光面各4％左右的反射光能损失，提升光能利用8％以上。
第二光学组件50可以降低LCD出光面、菲涅尔透镜入光面各4％的光能损失，提升光能8％左右。从而整体上提升光效接近16％。
需要说明的是，如前所述，如何在提升LCD投影仪的光利用效率的同时，控制好散热是本实施例需要解决的核心问题。为此，本实施例对两组光学组件的组成进行了创新：
在第一光学组件30中增加了红外截止滤光片301，过滤掉700nm以上的红光及红外光。从而过滤掉引起光热效应明显的红外光。
在第一光学组件30中增加APF反射式增亮偏光片302，取消了第二光学组件50中的LCD液晶屏502上的靠近光源侧的前置偏光片。
可以理解的是，LCD液晶屏502相对于其它光路传输器件，是对热承受最脆弱的物件。温度过高容易导致LCD液晶气化，显示发黑。而且前置偏光片呈黑色，比热容较大，容易吸热。相关数据指出，剥离偏光片的LCD液晶屏502表面温度比保留偏光片的LCD液晶屏502表面温度高4℃-8℃，因此减少第二光学组件50LCD液晶屏502的偏光片可以减少LCD液晶屏502的热量聚集。光路传输方向散热主要是为改善LCD液晶屏502散热。
为了更好的散热，采用了散热支架40连接第一光学组件30和第二光学组件50。散热支架40为环形框架结构，环形结构的包括圆心的部分是环形框架的内侧，环形结构不包括圆心的部分是环形框架的外侧。
在一种可能的实施方式中，散热支架40为铝制结构，铝制材料能够达到更好的散热效果。
环形框架的内侧为空心部分，该部分与呈平板设置的第一光学组件30和第二光学组件50围成了相对密闭的空间，该空间内存在气体，即空气层。
环形框架的外侧设有散热鳍片，散热鳍片具有很好的散热作用，其外部通过风扇强制对流散热，将其内部空气层以及光学组件产生的热量及时分散到投影组件的外部。
在一种可能的实施方式中，散热鳍片为带散热铜管的散热鳍片。
进一步的，参见图4，所述环形框架的内侧具有上下分布的第一内环403和第二内环401，所述第一内环403与所述反射式增亮偏光卡接，所述第二内环401与所述LCD液晶屏502卡接。
可以理解的是，所述上下分布是指，将环形框架的上平面或者下平面贴合水平面时，在垂直水平面的方向的高处和低处。
其中，第一内环403相对于环形框架的内侧壁凸出设置，从而与环形框架的内侧壁形成凹槽，该凹槽与反射式增亮偏光的端部相匹配，从而形成卡接。
第二内环401相对于环形框架的内侧壁同样是凸出设置，从而与环形框架的内侧壁形成凹槽，该凹槽与LCD液晶屏502的端部相匹配，从而形成卡接。
可以理解的是，卡接的连接处可以通过多种方式进一步固定，包括涂胶、螺钉、胶水、卯榫等方式，从而将散热支架40、第一光学组件30和第二光学组件50紧密的连接在一起，
需要说明的是，通过上述卡接的连接方式，可使透光组件使用时，第二内环401承担第二光学组件50的重量，作为托架将第二光学组件50托起。
可以理解的是，第一内环403与第一光学组件30的反射式增亮偏光卡接，第二内环401与第二光学组件50的LCD液晶屏502卡接。通过卡接的方式，能够更好的将散热支架40、第一光学组件30和第二光学组件50连接在一起，使三者之间的连接稳定性增增强。遇到碰撞、剧烈晃动等易破坏原有结构的情景时，能够使透光组件保证较强的机械强度。
进一步的，第一内环403与所述反射式增亮偏光卡接处涂胶，所述第二内环401与所述LCD液晶屏502卡接处涂胶。
通过在上述卡接的部分涂胶，将各个构件粘贴牢固，在进一步加强各个构件的连接强度的同时，也起到对碰撞以及剧烈晃动时的缓冲作用。
进一步的，所述胶为导热胶。
通过在上述卡接的部分涂导热胶，将各个构件粘贴牢固，在进一步加强各个构件的连接强度的同时，也起到对碰撞以及剧烈晃动时的缓冲作用。
同时，通过导热胶传导热量的作用，方便把第一光学组件30和第二光学组件50的热量及时传导到散热鳍片，从而传导到透光组件的外部。
进一步的，所述散热支架40还设置有贯穿的气密封孔402，气密封孔402内具有网，所述气密封孔402连通空气层与外部空间。
本实施例中，为达到内部防尘的目的，同时为防止内部腔体60温度过高造成内外压差，在散热支架40的内壁上设置有带过滤空气尘土的小透气孔。从而在达到内部防尘的目的的同时，防止内部腔体60温度过高造成内外压差。
气密封孔402内具有网，能够更好的阻挡灰尘。
基于以上实施例，通过导热支架和导热胶连接第一光学组件30和第二光学组件50，能够在保证散热的同时达到密封防尘的作用。
进一步的，所述第二光学组件50的LCD液晶屏502在靠近所述第一光学组件30的方向上还设有AR玻璃，所述AR玻璃与液晶屏通过贴合胶303固定连接，所述第二内环401与所述AR玻璃卡接并涂胶。
通过在LCD液晶屏502前端设置AR玻璃，可以增加透光并改善LCD液晶屏502的热量聚集。即可见光增透膜5011采用AR玻璃。
可以理解的是，光从一种介质进入另外一种介质的时候，在界面会发生反射和透射，透过的光是投影仪需要的光，反射光被损失掉了。反射光损失的大小，取决于两种介质的折射系数。在反射能量损失最低的情况，也就是正入射的情况下，光强的反射损耗其中，nt是玻璃的折射系数，ni是空气的折射系数。此时每个界面损失几乎都超过4％，其中玻璃的折射率接近1.5，空气折射率1.0。
通过上述推算可知，通过第二光学组件50的上述设置，入射光在AR玻璃与LCD液晶屏502之间通过的过程中，可以降低包括AR玻璃出光面、LCD入光面、LCD出光面、菲涅尔透镜入光面的4个界面的光能损失，每个界面的光能损失约为4％。从而提升光能16％左右。
另外，AR镀层3011也有助于提升玻璃入光面的光能效率2％-3％左右。
结合第一光学组件30可提升光能的8％左右，采用本申请的透光组件，可整体提升光效26％左右。
可以理解的是，通过上述设置，AR玻璃与周边的散热片101外壳通过导热胶粘接，方便把第二光学组件50的热量及时传导到外壳，从而将透光组件上的热量及时疏散。
在一种可能的实施方式中，将LCD液晶屏502的前端玻璃作为AR层，从而取消额外设置AR玻璃。本领域技术人员普遍知晓，LCD液晶屏502通常由两层玻璃组成，将其与入射光最先接触的前端玻璃改为AR层，可以简化结构。
进一步的，所述第二光学组件50的LCD液晶屏502在靠近所述第一光学组件30的方向上还设有AR镀层3011，所述第二内环401与所述AR镀层3011卡接并涂胶。
可以理解的是，可以将可见光增透膜5011采用AR镀层3011替换，AR镀层3011与AR玻璃的功能相似，达到相似的技术效果。
参见图5，本申请实施例还提供一种投影组件，包括前述的透光组件，同时还包括置于第一光学组件30前端的V型光杯20，所述V型光杯20填充满贴合水胶201。
V型光杯20是一个环形腔体60，内表面镀有高反射镀层3011，用于把杂散光反射再利用。在V型光杯20中填充满贴合水胶201，可以减少LED阵列10到透光组件的界面损失；还有助于第一光学组件30的散热。并且，填充贴合水胶201可以消除空腔中的空气尘埃，提升产品的洁净度。
并且，在采用蓝色芯片黄色荧光粉的白光LED灯射入上述投影组件时，会减少红绿光的激发，提升的蓝光的占比。
一般投影仪的色坐标在CIE x:0.313，CIE y：0.329附件，采用本实施例后，色坐标在CIE x:0.270,CIE y:0.250附近。可见，由本实施例形成的投影仪，能看到色坐标明显偏蓝，可适用于需要冷光投影的场合。
在一种可能的实施方式中，V型光杯20为铝制结构，铝制材料能够达到更好的散热效果。
进一步的，上述投影组件还包括置于第二光学组件50后端的腔体60，所述V型光杯20、所述第一光学组件30、散热支架40、所述第二光学组件50和所述腔体60顺次密封连接。
同时散热支架40与V型光杯20、以及腔体60有密封连接，达到内部防尘的效果。
参见图1，本申请实施例还提供一种投影仪，包括前述的投影组件，还包括LED阵列10、反射镜和投影镜头，LED阵列10位于投影组件的首端与V型光杯20相连，反射镜置于投影组件的末端与腔体60相连，反射镜成光照射到其后方的投影镜头上。
在一种可能的实施方式中，腔体60是一个薄壳铝制件，铝制材料达到更好的散热效果。
LED阵列10包括LED阵列10和散热片101，LED阵列10位于前端菲涅尔透镜304的焦点上。LED功率比较大，需要在散热片101上增加导热铜管(图中未示)，通过风扇强制对流，帮助散热片101把LED产生的热量及时疏散出去。
从LED阵列10直到投影镜头，形成一个封闭腔体60(部分故意设置调节内外空气压力过滤孔除外)。
在本实施例中，为了适应投影仪的形状，散热支架40采用环形长方形体框架。
本实施例的投影仪工作原理为：LED阵列1010发出的光通过组件器件，变成平行光出射。平行光再透过分布有红绿蓝像素阵列的LCD液晶屏502光阀，每个红绿蓝像素光的透过率有255级，不同像素亮度和颜色形成一幅彩色画面，彩色画面再通过后端菲涅尔透镜503汇集光线，使画面缩小，汇集的光线再被反射镜反射，然后被投影镜头放大投射到幕墙90上。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种透光组件，包括：第一光学组件、第二光学组件和散热支架，所述第一光学组件和所述第二光学组件为多层堆叠结构，其特征在于，
所述第一光学组件包括依次层叠设置的红外截止滤光片、反射式增亮偏光、前端菲涅尔透镜；
所述第二光学组件包括依次层叠设置的LCD液晶屏、后端菲涅尔透镜；
所述散热支架为环形框架，所述环形框架的内侧与所述第一光学组件和所述第二光学组件形成空气层，所述环形框架的外侧设有散热鳍片；
其中，所述红外截止滤光片、所述反射式增亮偏光、所述前端菲涅尔透镜之间设有贴合胶，所述LCD液晶屏与所述后端菲涅尔透镜之间设有贴合胶。
2.如权利要求1所述的透光组件，其特征在于，所述环形框架的内侧具有上下分布的第一内环和第二内环，所述第一内环与所述反射式增亮偏光卡接，所述第二内环与所述LCD液晶屏卡接。
3.如权利要求2所述的透光组件，其特征在于，所述第一内环与所述反射式增亮偏光卡接处涂胶，所述第二内环与所述LCD液晶屏卡接处涂胶。
4.如权利要求1-3任意一项所述的透光组件，其特征在于，所述散热支架还设置有贯穿的气密封孔，所述气密封孔连通空气层与外部空间。
5.如权利要求2-3任意一项所述的透光组件，其特征在于，所述第二光学组件的LCD液晶屏在靠近所述第一光学组件的方向上还设有AR玻璃，所述AR玻璃与液晶屏通过贴合胶固定连接，所述第二内环与所述AR玻璃卡接并涂胶。
6.如权利要求2-3任意一项所述的透光组件，其特征在于，所述第二光学组件的LCD液晶屏在靠近所述第一光学组件的方向上还设有AR镀层，所述第二内环与所述AR镀层卡接并涂胶。
7.如权利要求3所述的透光组件，其特征在于，所述胶为导热胶。
8.一种投影组件，包括权利要求1-7任意一项所述的透光组件，其特征在于，还包括置于第一光学组件前端的V型光杯，所述V型光杯填充满贴合水胶。
9.如权利要求8所述的投影组件，其特征在于，还包括置于第二光学组件后端的腔体，所述V型光杯、所述第一光学组件、散热支架、所述第二光学组件和所述腔体顺次密封连接。
10.一种投影仪，包括权利要求8-9任意一项所述的投影组件，其特征在于，还包括LED阵列、反射镜和投影镜头，LED阵列位于投影组件的首端与V型光杯相连，反射镜置于投影组件的末端与腔体相连，反射镜成光照射到其后方的投影镜头上。
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