CN218728559U - 一种lcd显示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种LCD显示系统，包括光源、棱镜构件、微透镜阵列和LCD板，所述微透镜阵列包括若干的透镜单元，所述透镜单元与LCD板上的像素单元相匹配，所述光源发出的光经棱镜构件色散成多个具有不同波长范围的光束，各光束都通过微透镜阵列引导至LCD板，各光束分别由透镜单元引导至像素单元中不同的子像素分区上。本实用新型所述的LCD显示系统利用棱镜构件色散分离出各颜色的光，不同颜色的光分别引导入不同的子像素分区中，解决滤色导致的光损失严重的问题，有效提高光效，提高光源利用率，有利于提高投影亮度或者降低光源功率。

Description

一种LCD显示系统

技术领域

本实用新型涉及投影技术领域，尤其涉及一种LCD显示系统。

背景技术

通常意义的单片式LCD投影机，是指使用一片全彩的、透射式的液晶屏为光阀，基于科勒或临界照明方式，通过投影镜头，将光阀的图像，放大投射于屏幕上的一种投影产品。相对其它原理技术的投影机，单LCD投影机价格低廉，制作简单，配套成熟，所以一直以不可或缺的形态存在于投影机低端市场，是投影机市场的重要组成部分。液晶屏的每个像素点的出光侧都分布有红、绿、蓝三个滤色单元，对通过的光进行滤色以得到三原色，调节通过各滤色单元的光强度来合成各像素所需的不同色彩，由于照明光源采用的是白光，液晶屏上的单个滤色块只能透过一种颜色的光，其它不能透过的光会被吸收或者反射掉，这就导致了白光透过滤色块的透过率不超过30％，光损严重，投影亮度低，若通过提高光源功率来增加亮度，发热量也会增大，增加了散热负担，容易出现设备过热损坏的状况。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种LCD显示系统，解决目前技术中单LCD投影机光利用率低，光损严重，投影亮度低的问题。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种LCD显示系统，包括光源、棱镜构件、微透镜阵列和LCD板，所述微透镜阵列包括若干的透镜单元，所述透镜单元与LCD板上的像素单元相匹配，所述光源发出的光经棱镜构件色散成多个具有不同波长范围的光束，各光束都通过微透镜阵列引导至LCD板，各光束分别由透镜单元引导至像素单元中不同的子像素分区上。本实用新型所述的LCD显示系统利用棱镜构件对光源发出的光进行色散分离，光源发出的光中不同波长范围的光在通过棱镜构件时由于折射率存在差异而导致折射角度不同，使得不同波长范围的光从棱镜构件出射时的方向不同，从而实现了对不同波长范围的光的分离，不同波长范围的光都照射到棱镜构件上，然后由透镜单元将不同波长范围的光分别汇聚引导到不同的子像素分区上，通过控制对应于每个子像素分区的液晶单元即可控制各子像素分区的出光强度，也就是控制各不同波长范围的光的出光强度，从而能合成出各种所需的不同色彩，也就是使得每个像素单元能按照需要精确显示颜色，由于引导至各子像素分区的是单一波长范围的光，换言之，入射各子像素分区是单一的色光，从各子像素分区出射的光直接为单色光，无需如现有技术中在液晶屏的出光侧设置滤色单元来获得色光，从而解决滤色导致的光损失严重的问题，能有效提高光效，减少光损失，提高光源利用率，避免过度增加光源功率，降低散热负荷，保障设备长效稳定工作。

进一步的，不同波长范围的光束以互不相同的方向入射微透镜阵列，微透镜阵列中的透镜单元主要起汇聚作用，入射方向不同的光在透镜单元的作用下能够汇聚到不同的位置，像素单元中的子像素分区分布在不同部位，不同波长范围的光束的入射方向不同，则能在透镜单元的作用下汇聚到对应的子像素分区，使得单个子像素分区中只通过单个波长范围的光。

进一步的，还包括滤光元件，所述滤光元件设置在LCD板的出光侧。利用滤光元件滤除非目标范围的光，提高色域和颜色纯度。

进一步的，所述滤光元件包括与像素单元一一匹配的滤光单元，每个滤光单元包括多个滤光分区，滤光分区与子像素分区一一对应以分别对从各子像素分区出射的光进行滤色，由于从每个子像素分区出射的都是单一波长范围的光(单一色光)，从而需要滤除的波长范围较少，能提高各单一色光的纯度即可，光损较小，而不是如现有技术中将白光滤成单色光，光损失超过60％，滤光分区与子像素分区一一对应，滤光处理更加精确，能有效提高从各子像素分区出射的光的纯度，提高投影画面质量。

进一步的，所述LCD板的出光侧还设置有投影透镜器件，通过投影透镜器件将从LCD板出射的光聚焦后投射在目标区域上。

进一步的，所述光源与棱镜构件之间还设置有聚焦器件，聚焦器件充分收集光源发出的光，减小光源发出光的发散角，使得光源发出光变为近平行光，提高光的利用效率。

进一步的，所述棱镜构件包括三棱镜、梯形棱镜其中的一种，结构简单，易于实施。

进一步的，所述棱镜构件与微透镜阵列之间设置有汇聚透镜器件，所述汇聚透镜器件包括多个汇聚分区，从所述棱镜构件出射的不同波长范围的光束分别入射汇聚透镜器件的不同汇聚分区，各光束分别被汇聚分区以不同方向入射汇聚到微透镜阵列上。经过棱镜构件色散分离出的不同波长范围的光会朝不同方向传播，并且是以发散的方式向不同方向传播，从而不同波长范围的光会照射在不同区域，利用汇聚透镜器件将发散的光进行汇聚，从而使得不同波长范围的光能照射到相同区域，即不同波长范围的光都照射到微透镜阵列上，并且各不同波长范围的光的入射角度不同，从而微透镜阵列上的透镜单元能将各不同波长范围的光分别汇聚引导至不同的子像素分区上。

进一步的，所述棱镜构件为微棱镜阵列，所述微棱镜阵列包括若干的微棱镜单元，所述微棱镜单元与微透镜阵列上的透镜单元匹配，光源发出的光被微棱镜阵列划分为若干束单元光，每束单元光分别由微棱镜单元进行色散分离处理，每束单元光都会得到多个具有不同波长范围的光束，然后所述多个具有不同波长范围的光束再通过对应的透镜单元汇聚引导到各子像素分区上。

进一步的，所述透镜单元包括多个子透镜，所述子透镜与子像素分区一一对应，从微棱镜单元出射的不同波长范围的光束分别通过一个子透镜引导至对应的子像素分区。不同波长范围的光在微棱镜单元的作用下色散分离开，并且呈发散状态下，不同波长范围的光会照射在不同位置，分布在不同位置的子透镜再将汇聚至对应的子像素分区上。

进一步的，还包括缩束镜片构件，所述缩束镜片构件设置在棱镜构件与微透镜阵列之间，以将从棱镜构件出射的不同波长范围的光束缩束后引导至微透镜阵列。利用缩束镜片构件对色散后的光斑大小进行调整，使得光斑大小与微透镜阵列的尺寸相匹配，提高光利用率，减少光损失

进一步的，所述缩束镜片构件由单个或多个柱面镜构成以进行单维度缩束。通过三棱镜进行色散处理时，光斑只在一个维度上进行发散增大，只需利用缩束镜片构件进行单维度缩束即可使得光斑与微透镜阵列相匹配。

与现有技术相比，本实用新型优点在于：

本实用新型所述的LCD显示系统利用棱镜构件色散分离出各颜色的光，不同颜色的光分别引导入不同的子像素分区中，解决滤色导致的光损失严重的问题，有效提高光效，提高光源利用率，有利于提高投影亮度或者降低光源功率。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的LCD显示系统的示意图；

图2为LCD板的结构示意图；

图3为棱镜构件与微透镜阵列相配合的结构示意图；

图4为透镜单元将不同色光汇聚引导到不同子像素分区的示意图；

图5为滤光元件的结构示意图；

图6为本实用新型实施例二的棱镜构件通过汇聚透镜器件与微透镜阵列配合的示意图；

图7为本实用新型实施例三的LCD显示系统的示意图；

图8为微棱镜单元色散出的各色光通过透镜单元引导到不同子像素分区的示意图；

图9为微棱镜单元色散出的各色光分别通过子透镜引导到不同子像素分区的示意图。

图10为本实用新型实施例四的LCD显示系统的示意图。

图中：

光源1、聚焦器件2、棱镜构件3、微棱镜单元31、微透镜阵列4、透镜单元41、子透镜411、LCD板5、像素单元51、子像素分区511、滤光元件6、滤光单元61、滤光分区611、投影透镜器件7、汇聚透镜器件8、汇聚分区81，缩束镜片构件9。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开的一种LCD显示系统，提高光利用率，减小光损，能够提高投影亮度或者降低光源功率。

实施例一

如图1至图5所示，一种LCD显示系统，主要包括光源1、棱镜构件3、微透镜阵列4和LCD板5，所述微透镜阵列4包括若干的透镜单元41，所述透镜单元41与LCD板5上的像素单元51相匹配，所述光源1发出的光经棱镜构件3色散成多个具有不同波长范围的光束，各光束通过微透镜阵列4引导至LCD板5，各光束分别由透镜单元41引导至像素单元51中不同的子像素分区511上。

如图1所示，所述棱镜构件3具体为三棱镜，当然也可以是其他棱镜结构，例如梯形棱镜结构，色散是复色光分解为单色光而形成光谱的现象，一束包含有多种波长范围的光的复色光在通过三棱镜时，三棱镜对各种不同波长范围的光色光具有不同折射率，从而各种色光在发生折射时其传播方向有不同程度的偏折，进而在离开三棱镜时各种色光就分散开而发生色散分离，并且色散分离开的色光的传播方向是呈发散的状态，从而色散分离开的各色光没有汇聚到同一位置，而实际需要是各种不同的色光都要照射到LCD板中的每个像素单元上，这样才能通过控制从每个像素单元出射的各种不同色光的光强来使各像素单元呈现所需的色彩，如图3所示，一束复色光(白光)通过棱镜构件3，假设该白光仅包含三种不同波长范围的光色光，具体可以是红光、绿光和蓝光，三种色光从三棱镜出射时色散分离开，各色分别朝不同的方向传播，白光具有一定的光斑尺寸，色光在发生色散分离朝不同方向发散时实际上还存在交叉混合区域(图3中棱镜构件3右侧的实线代表红光出射方向，长虚线代表绿光出射方向，短虚线代表蓝光出射方向，图3中阴影区域即为交叉混合区域)，三种色光都会从阴影区域通过，换言之，三种色光照射到了同一区域，即，阴影区域中的任意位置都会接收到三种色光，从而将微透镜阵列4设置在三种色光的交叉混合区域处，则不同的色光以互不相同的方向入射到微透镜阵列4，进而微透镜阵列4中的各透镜单元41都会接收到三种色光，并且射向透镜单元41的三种色光的入射方向不同，如图4所示，透镜单元41整体呈凸透镜结构，起到汇聚的作用，由于三种色光的入射方向不同，从而透镜单元41会将三种色光汇聚到不同的位置，在本实施例中则是将三种色光分别汇聚引导至像素单元51中不同的子像素分区511上，从而每个子像素分区511上通过的都是单一的色光，进而控制各子像素分区的液晶分子的偏转即可控制各色光的出光强度，最终实现通过控制各色光出光强度的组合来使每个像素单元51能够呈现丰富的色彩，本实施例中从每个子像素分区511出射的光都为单色光，取代传统技术中在液晶屏的出光侧设置滤色膜来对白光进行滤色处理以得到色光的方式，解决滤色导致的光损失严重的问题，极大的减小光损失，有效提高光效，提高光源利用率，有利于提高投影亮度或者降低光源功率。

所述的光源1可以是单个发出白光的光源，例如白光LED灯，也可是由多个发出单色光的子光源合成得到白光，例如分别发出不同色光LED或LD进行合光得到白光，所述光源1与棱镜构件3之间还设置有聚焦器件2，聚焦器件2充分收集光源发出的光，减小光源1发出光的发散角，使得光源1发出光变为近平行光，提高光的利用效率；还可在LCD板5的出光侧设置滤光元件6，避免棱镜色散分光、微透镜的折射带来的杂色，利用滤光元件滤除非目标范围的光，提高色域和颜色纯度，具体的，如图5所示，所述滤光元件6包括与像素单元51一一匹配的滤光单元61，每个滤光单元61包括多个滤光分区611，滤光分区611与子像素分区511一一对应以分别对从各子像素分区511出射的光进行滤色，由于从每个子像素分区511出射的都是单一的色光，滤光分区611只需要提高该种色光纯度即可，从而被滤光分区611过滤损失掉的光较少，光效高，能保障出射光亮度，有利于降低光源功率，降低散热难度；进一步的，所述LCD板5的出光侧还设置有投影透镜器件7，从LCD板出射的光通过投影透镜器件7聚焦后投射在目标区域或幕布上，从而整个LCD显示系统构成一个投影系统，光源1发出的照明光利用棱镜构件3色散分离后由微透镜阵列4引导至LCD板5，LCD板5对光进行调制以得到图像光，图像光通过投影透镜器件7投射而出形成投影画面。

实施例二

如图6所示，经过棱镜构件3色散分离出的不同色光以发散方式朝不同方向传播，从而不同的色光会照射在不同区域，在所述棱镜构件3与微透镜阵列4之间设置汇聚透镜器件8，所述汇聚透镜器件8包括多个汇聚分区81，从所述棱镜构件3出射的不同色光分别入射汇聚透镜器件8的不同汇聚分区81，各光束分别被汇聚分区81以不同方向入射汇聚到微透镜阵列4上，本实施例中利用汇聚透镜器件8将发散的光进行汇聚处理，使得发散开的各色光能够汇聚的同时照射到微透镜阵列4上，从而微透镜阵列4中的各透镜单元41都能接收到三种色光，并且射向透镜单元41的三种色光的入射方向不同，进而透镜单元41会将三种色光分别汇聚引导至像素单元51中不同的子像素分区511上，同样的，从像素单元51中的各子像素分区511出射的都是单一色光，控制各子像素分区的液晶分子的偏转即可控制各色光的出光强度，从而使得每个像素单元51都能呈现各种色彩。

实施例三

如图7所示，所述棱镜构件3为微棱镜阵列，所述微棱镜阵列包括若干的微棱镜单元31，所述微棱镜单元31与微透镜阵列4上的透镜单元41匹配，光源发出的光被微棱镜阵列划分为若干束单元光，每束单元光分别由微棱镜单元31进行色散分离处理，每束单元光中都包含有全部的三种色光，从而每束单元光在微棱镜单元31的作用下发生色散时会分离出现三种色光单元光，并且三种色光单元光以发散方式朝不同方向传播，三种色光单元光入射至同一个透镜单元41，如图8所示，该透镜单元41仅为单个透镜的结构，由于三种色光单元光的入射方向不同，从而会被透镜单元41汇聚至不同的位置，即，将不同的色光单元光分别汇聚引导至像素单元51中不同的子像素分区511上，还可以如图9所示，单个镜单元包括多个子透镜411，所述子透镜411与子像素分区511一一对应，从微棱镜单元31出射的不同波长范围的光束分别通过一个子透镜411引导至对应的子像素分区511，同样的，从像素单元51中的各子像素分区511出射的都是单一色光，控制各子像素分区的液晶分子的偏转即可控制各色光的出光强度，从而使得每个像素单元51都能呈现各种色彩。

实施例四

如图10所示，与实施例一的不同点在于，在棱镜构件3与微透镜阵列4之间设置有缩束镜片构件9，缩束镜片构件9将从棱镜构件3出射的不同波长范围的光束缩束后引导至微透镜阵列4，光源发出的光在经过棱镜构件3色散分离处理后会呈发散状态，难以与微透镜阵列充分配合，利用缩束镜片构件9来调整从棱镜构件3出射后的光斑大小，使得光斑直径与微透镜阵列直径匹配，优选的是光斑直径与微透镜阵列直径相同，减少光损，提高光利用率。

具体的，棱镜构件3为三棱镜时，不同的色光在一个维度上发生色散分离，所述缩束镜片构件9只需在一个维度上进行缩束即可使得光斑直径与微透镜阵列直径匹配，棱镜构件3具体可采用柱面镜，可以是单个柱面镜，也可以是多个柱面镜的组合，棱镜构件3整体的屈光度可以为正也可为负，本实施例中所述棱镜构件3由两个柱面镜组合而成，靠近棱镜构件3的为正柱面镜，另一个为负柱面镜，两个柱面镜均只调整光束在一个维度上的聚散度，维度可以是平行光轴的维度，也可以是垂直光轴的维度。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种LCD显示系统，其特征在于，包括光源(1)、棱镜构件(3)、微透镜阵列(4)和LCD板(5)，所述微透镜阵列(4)包括若干的透镜单元(41)，所述透镜单元(41)与LCD板(5)上的像素单元(51)相匹配，所述光源(1)发出的光经棱镜构件(3)色散成多个具有不同波长范围的光束，各光束都通过微透镜阵列(4)引导至LCD板(5)，各光束分别由透镜单元(41)引导至像素单元(51)中不同的子像素分区(511)上。

2.根据权利要求1所述的LCD显示系统，其特征在于，不同波长范围的光束以互不相同的方向入射微透镜阵列(4)。

3.根据权利要求1所述的LCD显示系统，其特征在于，还包括滤光元件(6)，所述滤光元件(6)设置在LCD板(5)的出光侧。

4.根据权利要求3所述的LCD显示系统，其特征在于，所述滤光元件(6)包括与像素单元(51)一一匹配的滤光单元(61)，每个滤光单元(61)包括多个滤光分区(611)，滤光分区(611)与子像素分区(511)一一对应以分别对从各子像素分区(511)出射的光进行滤色。

5.根据权利要求1所述的LCD显示系统，其特征在于，所述LCD板(5)的出光侧还设置有投影透镜器件(7)。

6.根据权利要求1所述的LCD显示系统，其特征在于，所述光源(1)与棱镜构件(3)之间还设置有聚焦器件(2)。

7.根据权利要求1所述的LCD显示系统，其特征在于，所述棱镜构件(3)包括三棱镜、梯形棱镜其中的一种。

8.根据权利要求7所述的LCD显示系统，其特征在于，所述棱镜构件(3)与微透镜阵列(4)之间设置有汇聚透镜器件(8)，所述汇聚透镜器件(8)包括多个汇聚分区(81)，从所述棱镜构件(3)出射的不同波长范围的光束分别入射汇聚透镜器件(8)的不同汇聚分区(81)，各光束分别被汇聚分区(81)以不同方向入射汇聚到微透镜阵列(4)上。

9.根据权利要求1所述的LCD显示系统，其特征在于，所述棱镜构件(3)为微棱镜阵列，所述微棱镜阵列包括若干的微棱镜单元(31)，所述微棱镜单元(31)与微透镜阵列(4)上的透镜单元(41)匹配。

10.根据权利要求9所述的LCD显示系统，其特征在于，所述透镜单元(41)包括多个子透镜(411)，所述子透镜(411)与子像素分区(511)一一对应，从微棱镜单元(31)出射的不同波长范围的光束分别通过一个子透镜(411)引导至对应的子像素分区(511)。

11.根据权利要求1所述的LCD显示系统，其特征在于，还包括缩束镜片构件(9)，所述缩束镜片构件(9)设置在棱镜构件(3)与微透镜阵列(4)之间，以将从棱镜构件(3)出射的不同波长范围的光束缩束后引导至微透镜阵列(4)。

12.根据权利要求11所述的LCD显示系统，其特征在于，所述缩束镜片构件(9)由单个或多个柱面镜构成以进行单维度缩束。

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