一种光阀散热装置和全密封LCD投影光机的制作方法

一种光阀散热装置和全密封lcd投影光机
技术领域
1.本发明涉及投影机领域，尤其涉及光阀散热装置和全密封lcd投影光机。


背景技术：

2.近十年来，国产lcd投影机光阀尺寸从7
‑
8寸缩小到了最新的1.87寸左右，显示窗口的面积缩小了十多倍，而光阀的透过率并未明显增加，且随着光源能量密度的增大，投影机输出亮度也并没有随光阀尺寸的缩小而降低，所以光阀的热量密度也越来越大。对lcd光阀的冷却，一直都是通过风冷即冷却的气体和光阀入射、出射表面进行换热实现对光阀的散热，考虑实际产品上的风阻，以及用户对投影机噪音越来越苛刻的要求，导致投影机光阀风冷的传热系数一般仅数十w/(m2·
℃)，这对投影机的输出亮度带来了根本性地制约，从而局限了国产投影机的市场应用。
3.另一方面，lcd光阀自身的玻璃基板材料，如广泛使用的无碱或碱玻璃等材料，其导热能力非常差，在正常工作温度范围内，通常其导热系数≤1.2w/(m
·
k)且各向同性，又不能通过金属等不透明的高导热物体(如铜、铝等)贴合于光阀显示窗口的表面进行传热(因为会挡光)，所以只能靠风冷进行散热。
4.本发明通过蓝宝石玻璃相对较高的导热能力和lcd光阀贴合的面，导热系数高达46w/(m
·
k)，已经接近或达到普通设计的投影机lcd光阀风冷的换热能力]，可将lcd光阀显示窗口特别是显示窗口中央部位的热量，快速传递至周边的结构支架上，从而提高了lcd光阀的散热能力，大大改善了lcd光阀的局部过热斑点，结合原有的风冷散热，对于应用更大功率的光源提升投影机亮度、改善投影机噪音、提升产品竞争力、降低lcd光阀温度、延长使用寿命等诸多方面，都有显著的积极作用。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种光阀散热装置，能显著改善lcd光阀的散热能力，可应用更大功率的光源，提升投影机亮度，改善投影机噪音，降低lcd光阀温度，延长使用寿命，提高产品竞争力。
6.本发明提供的一种光阀散热装置，包括光阀模组、结构支架和填充体；所述光阀模组包括透射式的lcd光阀、贴合在所述lcd光阀入射面上的第一蓝宝石玻璃和贴合在所述lcd光阀出射面上的第二蓝宝石玻璃；所述光阀模组安装于所述结构支架上；所述光阀模组和所述结构支架之间的配合间隙内设有所述填充体；lcd光阀工作时，一部分光线不能被透射而变成焦耳热，焦耳热传递给第一蓝宝石玻璃和第二蓝宝石玻璃，通过第一蓝宝石玻璃和第二蓝宝石玻璃较高的面内导热能力，快速传递给结构支架，并通过结构支架快速扩散入空气中，完成对lcd光阀高效散热。
7.进一步地，所述第一蓝宝石玻璃和第二蓝宝石玻璃的材料自身导热系数最大的方向的取向与穿过所述lcd光阀光线的光轴la正交。
8.进一步地，所述结构支架的材料为金属、导热塑料或者金属与导热塑料相结合中
的任一种。
9.进一步地，所述光阀散热装置还包括设于所述结构支架上的热扩散结构。
10.进一步地，所述填充体采用导热胶。
11.进一步地，所述导热胶采用可固化的且高导热系数的导热硅胶。
12.进一步地，所述填充体采用可固化的硅胶和导热材料混合而成；其中导热材料为陶瓷、石墨、碳或者金属中的任一种或者任意几种的组合，且导热材料呈颗粒状或者粉末状。
13.本发明光阀散热装置通过在lcd光阀的表面贴合高导热的蓝宝石玻璃，能对lcd光阀的局部过热斑点，进行快速均温，能显著降低lcd光阀局部的液晶和tft(薄膜晶体管)失效的几率，降低投影机故障率。
14.本发明光阀散热装置通过蓝宝石玻璃快速将lcd光阀的热量传导给周边的结构支架，能显著而有效地扩大lcd光阀和空气的换热面积，显著提升lcd光阀的散热效果，进而对于应用更大功率的光源提升投影机亮度、改善投影机噪音、提升产品竞争力、降低lcd光阀温度、延长使用寿命等诸多方面，都有显著的积极作用。
15.本发明还提供了一种全密封lcd投影机，包括所述的光阀散热装置。进一步地，所述全密封lcd投影机还包括投影机壳体、光机壳体、风机和光源散热器，所述光阀散热装置、光机壳体、风机和光源散热器位于所述投影机壳体内；所述光阀散热装置安装于所述光机壳体上，其中光阀模组和填充体位于所述光机壳体内，所述热扩散结构位于所述光机壳体外部；所述投影机壳体的进风口、热扩散结构、光源散热器、风机、投影机壳体的出风口依次相对设置，所述风机对所述光源散热器进行抽风。
16.优选地，所述光源散热器采用太阳花型材散热器，所述风机采的轴流式风扇。
17.本发明全密封lcd投影机中，投影机壳体的进风口、热扩散结构、光源散热器、风机、投影机壳体的出风口依次相对设置，风机对光源散热器进行抽风，因此冷空气从投影机壳体的进风口进入投影机内部，对结构支架上面的热扩散结构散热后，继续流过光源散热器对投影光源进行散热，然后经风机吸风，将热空气从投影机壳体的出风口排出投影机外部，其中风机实现对整机的散热。
18.本发明全密封lcd投影机中，由于lcd光阀的热量经第一蓝宝石玻璃和第二蓝宝石玻璃快速传导到了热扩散结构上，因此不需要用风机对lcd光阀的表面进行直接吹风散热，光机壳体也并不需要内外空气流通，这样光机壳体能非常容易实现密封的结构和效果，显著提高了产品对灰尘、烟雾等环境的耐久性。这相对于寻常依赖于风冷对lcd光阀的表面进行散热，光机内、外部用庞大的热交换器进行散热的全密封光机，结构简单了许多，光机内部lcd光阀不设单独的风机散热，对改善投影机噪音，效果非常明显。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明光阀散热装置的结构示意图；
21.图2为图1增加热扩散结构后的局部剖切图；
22.图3为图2的分解图；
23.图4为本发明全密封lcd投影机的剖切示意图；
24.图5为图4拆掉投影机壳体后的示意图。
25.上述附图标记说明：
26.1、光阀模组，2、结构支架，3、填充体，11、lcd光阀，12、第一蓝宝石玻璃，13、第二蓝宝石玻璃，21、热扩散结构，111、上玻璃基板，112、下玻璃基板，113、fpc排线，la、光轴，14、投影光源，15、聚光照明装置，16、投影镜头，17、光机壳体，18、投影机壳体，19、风机，20、光源散热器。
具体实施方式
27.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
28.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
29.需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
31.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.实施例一：
33.见图1
‑
图3所示，本实施方式提供的一种光阀散热装置，包括光阀模组1、结构支架2和填充体3；光阀模组1包括透射式的lcd光阀11、贴合在lcd光阀11入射面上的第一蓝宝石玻璃12和贴合在lcd光阀11出射面上的第二蓝宝石玻璃13；光阀模组1安装于结构支架2上；所述光阀模组1和结构支架2之间的配合间隙内设有填充体3。
34.lcd光阀11工作时，大部分的照明光线不能被透射而变成了焦耳热，导致lcd光阀11的温度极高。焦耳热被传递给第一蓝宝石玻璃12和第二蓝宝石玻璃13，通过第一蓝宝石玻璃12和第二蓝宝石玻璃13较高的面内导热能力，快速传递给结构支架2，并通过结构支架2的热扩散设施，快速扩散入空气中，完成对lcd光阀11的高效散热。
35.其中，lcd光阀11包括上玻璃基板111、下玻璃基板112和邦定在下玻璃基板112上的fpc(flexible printed circuit)排线113，第一蓝宝石玻璃12贴合在上玻璃基板111的入射面上，第二蓝宝石玻璃13贴合在下玻璃基板112的出射面上。
36.光阀模组1安装于结构支架2上，在结构支架2的表面制作有多处热扩散结构21，此热扩散结构21可采用肋片散热器、热管散热器、导热扩散片、半导体制冷等任一种或者多种扩热手段相结合；fpc排线113在结构支架2相对应的部位留出一定的安全间隙，以便于生产操作，防止被结构支架2损坏而电气短路。
37.光阀模组1和结构支架2的寸规精度、热膨胀系数等，都不可能做到安装后完全没有间隙，所以为了确保光阀模组1的受力安全以及传热的高效性，即热阻尽可能低，需要在光阀模组1和结构支架2之间预留必要的配合间隙吸收应力，并在配合间隙内设有填充体3；填充体3同时还承担对光阀模组1的固定作用。
38.本实施例中填充体3采用导热胶，导热胶通常选用掺杂石墨或金属粉等材料的、可固化的导热硅胶，以获得最好的填充导热效果和耐候品质。
39.本实施例中填充体3还可以采用可固化的硅胶和导热材料混合而成；其中导热材料为陶瓷、石墨、碳或者金属中的任一种或者任意几种的组合，且导热材料呈颗粒状或者粉末状。在固化工序前，将硅胶和导热材料按一定比例混合后，灌入待填充的配合间隙内，以获得最好的填充导热效果、应力缓冲和耐候品质。
40.实际中，lcd光阀11的尺寸越小，使用本实施方式的散热装置对改善lcd光阀11散热的效果就越显著，因为lcd光阀11的尺寸越小，就表示风冷散热时，换热面积也越小，对lcd光阀11的散热就越困难，而且输出同样的亮度，光阀尺寸越小，单位面积上被照射的能量密度就越大。试验发现，参见图2
‑
图3，以lcd光阀11尺寸为2.2英寸(显示窗口49.9*24.9)为例，结构支架2的材料为6063铝合金，制作的两处热扩散结构21(肋片组)的表面积共约为2900mm，第一蓝宝石玻璃12和第二蓝宝石玻璃13的尺寸均约2.4英寸(52.2*30.2)。用12w的(420
‑
680nm)光功率照射lcd光阀11(照明均匀度约75％)，在同等风量冷却、环境温度等条件下，使用本实施方式的光阀散热装置后，lcd光阀11的中央部位(lcd光阀11的上玻璃基板111和下玻璃基板112之间的液晶层的中央区域)的温度为66
‑
66.5℃；而不使用本实施方式的光阀散热装置(lcd光阀11直接安装于一个塑料结构支架上，没有第一蓝宝石玻璃12和第二蓝宝石玻璃13，设一只风机对lcd光阀吹风)温度为75
‑
75.5℃，结果相差约9℃，不难看出本实施方式的光阀散热装置具有非常显著的效果收益。
41.热扩散结构21不用单独设置风机进行冷却，通常置于投影机内部对投影光源冷却的风路上便可(可参见图4、图5)。同时，如果把用于lcd光阀11起偏和检偏的偏光片贴合在光阀模组1的两个外表面上，还可显著改善偏光片的温度，降低偏光片的散热负担和延长偏光片的寿命。
42.实施例二：
43.参见图1
‑
5所示，本实施方式提供的一种全密封lcd投影机，包括所述的光阀散热装置。进一步地，所述全密封lcd投影机还包括投影机壳体18、光机壳体17、风机19和光源散热器20，所述光阀散热装置、光机壳体17、风机19和光源散热器20位于所述投影机壳体18内；所述光阀散热装置安装于所述光机壳体17上，其中光阀模组1和填充体3位于所述光机壳体17内，所述热扩散结构21位于所述光机壳体17外部；所述投影机壳体18的进风口、热扩
散结构21、光源散热器20、风机19、投影机壳体18的出风口依次相对设置，所述风机19对所述光源散热器20进行抽风。当然全密封lcd投影机还包括安装于光机壳体17光源安装口处的投影光源14、安装于光机壳体17镜头安装口处的投影镜头16、聚光照明装置15等，此为投影机常规必须配置，此并非本实施例重点所在，故不做过多赘述。
44.本实施例中投影机壳体18的进风口、热扩散结构21、光源散热器20、风机19、投影机壳体18的出风口依次相对设置，风机19对光源散热器20进行抽风，因此冷空气从投影机壳体18的进风口进入投影机内部，对结构支架2上面的热扩散结构21散热后，继续流过光源散热器20对投影光源14进行散热，然后经风机19吸风，将热空气从投影机壳体18的出风口排出投影机外部，其中风机19实现对整机的散热。
45.由于lcd光阀11(本实施例光阀尺寸为2.8英寸)的热量，经第一蓝宝石玻璃12和第二蓝宝石玻璃13快速传导到了热扩散结构21上，所以本实施例并不需要用风机对lcd光阀11的表面进行直接吹风散热，光机壳体17也并不需要内外空气流通，这样光机壳体17能非常容易实现密封的结构和效果，显著提高了产品对灰尘、烟雾等环境的耐久性。这相对寻常依赖于风冷对lcd光阀的表面进行散热，光机内、外部用庞大的热交换器进行散热的全密封光机，结构简单了许多，光机内部lcd光阀11不设单独的风机散热，对改善投影机噪音，效果非常明显。
46.图4和5中，投影光源14选用led光源，功率40w，贴合于光源散热器20上；光源散热器20采用太阳花型材散热器，风机19采用轴流式风扇，其中轴流式风扇的规格为80mm*80mm*20mm。
47.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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。
48.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，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，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。