CFLCOS技术的LED投影机基本原理(定稿)

CFLCOS型LED投影机的设计实务
摘要：本文结合CFLCOS型LED投影机的光机、散热、电路等三大系统的研究和实践，介绍了四川维优科技有限责任公司开发的COOLUX系列微型LED投影实例。

CFLCOS型LED投影机具有体积超小，结构简洁，成本低等显著优势，自2008年底逐渐步入消费电子应用领域。

CFLCOS型LED投影机的设计主要包括光机系统、散热系统、电路系统
一、光机系统：
光机结构模拟图
光机典型光学示意图
备注：上图来自互联网
COOLUX中的优势：
1、大功率白光LED照明（4—6芯片，10—16W），配合高效率光学引擎系统，提供高达45ANSI 流明以上的亮度输出。

显示分辨率：800*600。

2、配合复眼透镜阵列、非球面收集器.复合抛物面聚光器等特殊光学元件，及PBS优化等措施，大幅度提升光效。

提供高达4%的引擎光利用率。

节能环保。

3、针对微型投影结构设计，结构紧凑，光机体积小于60cc（1/2香烟盒大小，最小可实现
体积20cc），便携适用，开创投影全新应用领域（从手机嵌入到掌中、掌上型超便携产品）CF-LCOS微型投影光机成像原理：
大致分为照明部分和成像部分
A 照明部分。

●由上图中“21”大功率白光LED发出混合白光（P+S），
●经过上图中“22”收集后，再经过“23”和“24”筛选和折射，P光穿透，S光折射。

●被折射的S光到上图中“25”上（CF-LCOS）成像
B 成像部分
●通过CF-LCOS产生的彩色图象经过镜头组“27”投射到屏幕。

为保证成像质量，CF-LCOS
的成像面和投影镜头“27”的焦平面重合是至关重要的。

●最终，前段的照明系统经由CF-LCOS成像后，穿过投影镜头“27”，到屏幕。

二、Coolux散热系统
虽然LED自身是真正的冷光源，所发出的光束不携带红外热量，整个光机内部原则上不需要特别的散热、IR隔热等措施，但目前LED自身的光电转换效率仅在20—30%，余下的电能将转换为热量，故LED本身需要良好的散热。

理论与实践均证明，良好的散热有助于提升LED投影更好的光输出，以降低LED节温，延长LED器件的工作寿命。

在COOLUX 的设计中，我们采用了热管技术并配合恰当的风路结构设计，来显著提升整机散热能力。

此外，LCOS器件也需要很好的散热，以避免液晶单元透过率和成像质量劣化，导致出现图像残影等情况。

热管的原理：
1、热源
2、蒸发
3、蒸汽
4、散逸
5、冷凝
6、液体靠重力或毛细网循环
备注：上图摘自互联网
热管性能
关键动作：相变
热管是具有很高热传导率的封闭体，借助于内部流体的蒸发和冷凝（相变）实现热传递。

内部含少量水的铜热管的传导率比同样的普通铜管的传导率高出20到50倍。

热管能传导很高的热流而温度差却很小。

■ 传导功率高达1000W
■ 热阻低于65 °C/kW
■ 拥有不同形状：圆柱形，扁平形和弯曲形
■ 被动器件
Coolux所用热管模拟图
热管优势：
1、有效散热表面积比原始设计大5倍
2、热传导速度比铝散热器快20倍
3、确保在整机封闭结构下，光源工作更
稳定，结温更低，LED能够长期、稳定工
作
三、电路系统：
LED+LCOS投影机电路系统主要由LCOS面板、LCOS变频驱动、信号处理、接口控制及辅助电路、LED光源及驱动五大部分组成。

同时视不同功能配置的机型，各部分的具体电路形式不同。

针对我公司coolby（掌中型）和coolux（掌上型）分别描述如下：
1、Coolby整机电路结构（电路框图见图1）：
图1
●LCOS面板：coolby使用的是HX7027（640X480）0.44寸LCOS面板；
●LCOS变频驱动：coolby采用HIMAX的专用倍频IC HX7805实现变频驱动；
●信号处理：该机前端信号处理采用通用视频decoder芯片TVP5150实现视频解码并
输出HX7805能接收的ITU-601格式数字视频信号；
●接口控制及辅助电路：控制电路采用microchip的PIC16F690通用MCU实现整机控
制，其余辅助电路包括音频放大器、底座可选配MP4/DVB-T等单元电路板，以实现不同的电子功能；
●LED光源及驱动：该机LED采用单颗3W高亮度白光LED，配合凌力尔特专用驱动IC实
现稳定、高亮的白光输出
2、coolby整机电路基本工作原理及流程：
●整机上电后处于待机状态，当系统控制MCU检测到有power按键动作时，启动开机流
程，初始化各单元电路，启动光源及风机，整机进入正常工作状态；
●外部视频信号（或者底座MP4/DVB-T等单元电路板送出的视频信号）直接送到视频
decoder芯片TVP5150，由TVP5150进行自适应视频解码，并按照ITU-601标准输出数字视频信号；
●HX7805接收到TVP5150输出的数字视频信号后，对该信号进行倍频处理，再输出符
合HX7027面板显示要求的100HZ（PAL制式）或120HZ(NTSC制式)数字视频信号；●HX7027接收到该信号后实现正常的画面显示；
●声音信号直接送进音频放大器放大驱动扬声器。

3、coolux整机电路结构（电路结构框图见图2）：
图2
●LCOS面板：coolux采用HX7015（800X600）0.59寸LCOS面板；
●LCOS变频驱动：coolux采用HIMAX专用单芯片SOC平台HX6271，该平台集成LCOS倍频
驱动、信号处理、接口电路、主控MCU等
●接口控制及辅助电路：该机支持触摸按键操作和控制，触摸按键板由一块独立的
microchip主控芯片实现触摸按键及面板背光灯控制。

该机可选配MP4/RMVB/DVB-T 等单元电路板以实现不同的电子功能；
●LED光源及驱动：该机使用多管芯封装超大功率白光LED，驱动电路采用外置mos管
的大电流恒流驱动方案，实现 2A X 3 路的驱动
4、coolux整机电路基本工作原理及流程：
●整机上电后面板power红色指示灯亮，整机进入待机状态，按power键后，HX6271
系统平台初始化；
●系统初始化完成后启动风机及LED光源驱动电路，并且LCOS面板正常工作，出现无
信号蓝屏，系统自动扫描CVBS和PC通道；
●当检测到同步信号后，系统将锁定在当前通道，自动显示视频画面；
●该机辅助电路可选配MP4/RMVB/DVB-T解码单元电路板，实现不同的电子功能，不同
的单元电路板通过输出CVBS信号到HX6271，实现画面显示； 音频信号直接送入音频放大器，经放大后驱动扬声器；。