液晶顯示投影機原理與維護

目前，多媒體大屏幕投影機主要有4類(lèi)：CRT(陰極射線(xiàn)管)投影機、LCD(液晶顯示)投影機、液晶光閥投影機和DLP(數字光處理)投影機。本文介紹LCD(液晶顯示)投影機。

1 液晶顯示投影機概述

液晶顯示投影機主要由液晶板(包括驅動(dòng)電路)、投影光路系統、投影光源、開(kāi)關(guān)電源及信號處理電路組成。

1．1 LCD與LCD板

LCD是Liquid Crystal Display(液晶顯示)的縮寫(xiě)。液晶既有液體的流動(dòng)性，又有晶體的光學(xué)各向異性，常稱(chēng)為液態(tài)晶體。液晶材料工作溫度為一55一十77℃。液晶分子間作用力小，在電場(chǎng)作用下，分子排列變化，導致液晶對光的透射率和反射率變化，稱(chēng)為液晶的電光效應。液晶顯示板就是基于這種效應而工作，其結構如圖1所示。兩玻璃基片之間充人扭曲向列相液晶材料，玻璃基片表面貼線(xiàn)偏振片。當某一象素的行電極加上掃描電壓，薄膜晶體管(TFT)導通，該液晶象素透光。玻璃基片之間的液晶單元類(lèi)似于一個(gè)個(gè)光開(kāi)關(guān)，控制著(zhù)透過(guò)液晶象素光線(xiàn)的通、斷。用輸入信號順序選通各個(gè)行電極并同步選通列電極，就可改變各個(gè)象素的明、暗，從而控制象素的灰度等階，顯示圖像。

1．2 液晶投影機光路的基本結構

3片液晶顯示投影機的光路原理如圖2所示，由高亮度、高色溫金屬鹵化物燈(UHE)發(fā)出的光經(jīng)拋物線(xiàn)型燈碗反射形成平行光線(xiàn)，射人第一透鏡陣列(單元聚光透鏡組)，經(jīng)第二透鏡陣列(偏振光轉換透鏡組)提高偏振光的利用率，再由反射鏡1反射到分色鏡1、分色鏡2，以及反射鏡2，3，4；分別射人R，G，B三個(gè)液晶板，然后由一體化棱鏡匯聚3色光；投影鏡頭將3色合成圖像投影在屏幕上。

光路中主要部件說(shuō)明：
分色鏡1 透射藍光，反射紅光和綠光。
分色鏡2 透射紅光，反射綠光。
聚光鏡3 光路中紅光反射次數多，光損失加大裝聚光鏡3，提高紅光的亮度。

聚光單元透鏡組 第一透鏡陣列由一個(gè)個(gè)光軸相互平行的單元透鏡組成，他們將光源出射光切割成許多子光束。并在第二透鏡陣列的單元透鏡上形成同樣數量的二次光源像。這些二次光源像的光線(xiàn)，以相互平行的方式入射到偏振光轉換棱鏡，如圖3所示。

偏振光轉換透鏡組 液晶板表面貼有線(xiàn)偏振片，只允許特定振動(dòng)方向的偏振光射人液晶層，第二透鏡振列所形成二次光源像的各個(gè)子光束卻是自然光。偏振光分離膜將自然光分離為2個(gè)正交的偏振光。其中垂直偏振光S的入射角滿(mǎn)足布儒斯特條件，經(jīng)兩次反射，仍為垂直偏振光S。水平偏振光P無(wú)阻擋地透過(guò)分離膜射人半波片，振動(dòng)方向旋轉90°，變換為垂直偏振光S。則出射光都是同一振動(dòng)方向的垂直偏振光S，再由重疊透鏡將2束S偏光重疊射出。偏光轉換系統就使入射自然光中2種偏光成分都用于照亮液晶板，提高了光源的利用率。

1．3 液晶顯示投影機的光源

目前，液晶顯示投影機普遍采用金屬鹵素燈、UHP(Ultra-High Performance，超高性能)燈和UHE燈。金屑鹵素燈成本低、價(jià)格便宜；缺陷是發(fā)熱量很大、半衰期很短。半衰期是指燈的亮度下降到設計亮度一半時(shí)所用的時(shí)間。金屬鹵素燈一般使用1kh，亮度就下降到設計亮度的一半左右。為克服金屬鹵素燈發(fā)熱量大、半衰期短的缺陷，冷光源應運而生，出現了UHP，UHE金屬鹵化物燈。UHP，UHE燈比起金屬鹵素燈發(fā)熱量小得多。其保證亮度的壽命是2kh。使用4kh以前，亮度幾乎不衰減。金屬鹵化物燈是在高壓水銀(汞)燈基礎上發(fā)展起來(lái)的。是一種陰、陽(yáng)兩極，極間距離很小(1～1．3mm)的短弧氣體放電燈。汞燈發(fā)光光譜中紅光成分偏少，不是標準白光。為保證投影光源彩色再現性良好，在其燈管中封入金屬鹵化物(金屬溴化物或金屬碘化物)，故稱(chēng)金屬鹵化物燈。金屬鹵化物極易蒸發(fā)分解，其飽和蒸汽壓也比較高，而且他的發(fā)光光譜中有足夠的紅光成分。金屬鹵化物燈點(diǎn)燃時(shí)，燈管內高溫、高壓環(huán)境下，金屬鹵化物的離子態(tài)在管壁與兩極間循環(huán)，使飽和蒸汽壓得以持續，防止陰極金屬的濺射和蒸發(fā)。如果濺射和蒸發(fā)物沉積在燈管壁(主要是球型泡)，會(huì )使燈管壁發(fā)黑，光源的發(fā)光效率降低。

2 液晶顯示投影機的使用

(1)使用環(huán)境 環(huán)境光線(xiàn)對液晶投影機影響較大，室外陽(yáng)光與室內照明會(huì )使投影效果變差。安裝窗簾，為減弱室外光線(xiàn)對投影圖像暗部細節的影響。在投影廳或多媒體教室，屏幕正上方盡可能使用小功率筒燈，墻壁和天花板不要使用反光材料。隨著(zhù)投影機亮度、分辨率和對比度指標的提高，明亮環(huán)境下使用的投影機日益增多，這種限制會(huì )相應減少。

(2)投影機的安裝 桌面放置和吊頂安裝。桌面放置要求投影距離應在2m以外，避免電源線(xiàn)、信號線(xiàn)拌倒觀(guān)眾或被觀(guān)眾踩著(zhù)。吊裝時(shí)，根據屏幕大小，確定投影機與屏幕之間的距離(各廠(chǎng)家的安裝距離有所不同，說(shuō)明書(shū)中有詳盡的計算方法和示意圖)。屏幕的上邊沿應與投影機的鏡頭中心在同一水平線(xiàn)上，投影機鏡頭的中垂線(xiàn)與屏幕的中垂線(xiàn)在同一垂直面內。吊架要堅固、輕便并具有俯仰、左右少許調節的裝置。吊架周?chē)粦凶钃跬L(fēng)的裝飾物件。

投影機的連接，按照投影機機身上信號連接端的顏色和標記，連接電源、計算機及其他AV設備。投影機與計算機等設備要使用同一路共地電源。信號線(xiàn)不要超過(guò)允許長(cháng)度，傳輸距離確實(shí)很長(cháng)時(shí)，應加裝可靠的放大器，保證投影機輸入端得到符合標準的信號幅度。 (3)開(kāi)機與調試 首先按下投影機電源開(kāi)關(guān)，然后按下投影機身操作板或遙控器上power按鈕，投影燈泡點(diǎn)亮，機身上standby／on(待機／開(kāi))指示燈閃爍，表示投影機處于預熱階段。當指示燈常亮時(shí)，各廠(chǎng)家的公司標志或晶牌標識圖形顯現，表明投影機可以使用了。這時(shí)再接通其他設備的電源，用機身操作板或遙控器上的信號切換鍵選擇一路信號(計算機或視頻)，觀(guān)看屏幕上的圖像，進(jìn)行聚焦和變焦調節；聚焦使圖像清晰，變焦使圖像充滿(mǎn)整個(gè)屏幕。投影圖像有梯形失真時(shí)，用遙控器上的梯形校正鍵，調整水平、垂直方向的梯形失真，保證投影畫(huà)面為標準矩形，最后用菜單鍵，逐項調節亮度、對比度、色彩平衡等多項指標。投影機設有智能鍵或單鍵設定時(shí)，按下這一個(gè)鍵，就可將圖像調整到最佳狀態(tài)(包括梯形校正)。

(4)關(guān)機 這是要特別注意的。關(guān)投影燈后，緩關(guān)投影機總電源!投影機燈泡點(diǎn)亮時(shí)要散發(fā)熱量，采用排風(fēng)扇強制冷卻。當燈泡熄滅后，風(fēng)扇還要持續運轉大約1～2rain，排出燈泡散發(fā)的余熱，故不能馬上切斷電源。

3 液晶投影機的維護

3．1 通風(fēng)與散熱

3．1．1 投影機中的熱量來(lái)源

(1)光源 投影光線(xiàn)透射諸多透鏡，光損失很大。為補償光損失，提高亮度，就要加大光源的功率。其結果是光熱同生；亮度增高了，熱量也增大了；光熄滅了，余熱還存在。 (2)關(guān)電源 開(kāi)關(guān)管和變壓器在較高頻率下工作，頻繁的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗，都會(huì )轉換成熱量發(fā)散出來(lái)。

(3)光路中的熱量 紅外線(xiàn)濾鏡不可能完全濾除紅外線(xiàn)，紅外線(xiàn)攜帶著(zhù)熱量?？梢?jiàn)光也帶有少量熱量，他通過(guò)諸多的透鏡，會(huì )使透鏡發(fā)熱，這部分熱量會(huì )積聚在相對狹小的燈箱和光路中。

3．1．2 高熱對投影機的損害

盡管光源燈泡是用耐熱的高純度石英玻璃制作，但非正常的高溫，也會(huì )使燈泡壁上燒灼白色斑點(diǎn)，產(chǎn)生失透現象，高熱的光線(xiàn)透不出來(lái)，失透現象加劇，使石英玻璃的強度下降，可能在這些薄弱的地方爆裂。諸多透鏡和鏡片上的反射膜、分色膜、增透膜在非正常高熱光線(xiàn)照射下，可能脫落，產(chǎn)生魔點(diǎn)，影響各自的性能。液晶板中的液晶對溫度最為敏感，其最高工作溫度是77℃，高于此溫度會(huì )使液晶的相態(tài)變化，失去液晶固有的特性，導致永久性損壞。液晶板上的偏振片是有機高分子膜，高溫會(huì )使他變形或失效。高溫會(huì )使開(kāi)關(guān)電源板上的電容干涸、電阻變質(zhì)、開(kāi)關(guān)管過(guò)熱損壞。

綜上所述，熱量是投影機各部件的大忌。為防止機內溫度急劇升高，保證正常運轉，投影機均裝有冷卻風(fēng)扇為燈泡散熱，在機身上開(kāi)有風(fēng)槽和風(fēng)道，為液晶板、開(kāi)關(guān)電源散熱。有了冷卻風(fēng)扇的散熱作用，投影機內部處于一種熱平衡的狀態(tài)，機內溫度始終保持在允許溫度之內。這種熱平衡與使用環(huán)境有很大關(guān)系，某種原因使空氣濾清網(wǎng)、風(fēng)道、風(fēng)槽堵塞，冷卻風(fēng)扇就不能吸人冷空氣為其冷卻。為保證投影機安全運轉，機內裝有溫度傳感器，當溫度達到臨界溫度時(shí)，自動(dòng)切斷燈泡的電源，以免投影機繼續在高溫下工作。如今市場(chǎng)上還有一種外置降溫設施，清潔空氣、降低空氣溫度以后，再送人投影機減緩投影機內部溫度升高。這種設施體積較大、結構復雜，其確切效果還有待實(shí)踐檢驗。要使投影機安全運行，除投影機本身減少發(fā)熱量外，重要的還是減少空氣中的塵埃、降低環(huán)境溫度。有條件的可配裝空調機，條件不具備的，也應開(kāi)窗透氣，降低室內溫度，適當減少投影機的連續運轉時(shí)間。

3．2 防塵與清潔
灰塵直接影響液晶投影機的正常使用。由于液晶板的尺寸僅有1．3(寬度)，隨著(zhù)集成技術(shù)的發(fā)展，液晶板的尺寸已縮小至0．9，0．7。在如此小的面積上要安排1024X768個(gè)象素，每個(gè)象素僅有0．02mm大小，灰塵顆粒足以將象素遮擋。如果在液晶板上有一些灰塵，會(huì )被投影鏡頭放大很多倍，表現在屏幕上是不規則排列的斑點(diǎn)(一般為紅色)。當鏡頭焦點(diǎn)調虛時(shí)，更為顯著(zhù)。清潔液晶板比較困難，由于液晶板表面的偏振片是有機高分子膜，不宜用有機溶劑清潔。用麂皮和絲織品清潔，容易造成劃傷。用棉簽清潔時(shí)，會(huì )使棉纖維滯留在液晶板上，形成比灰塵還要大的斑點(diǎn)，棉簽桿也容易劃傷液晶板。日本維修人員采用潔凈壓縮空氣強力吹拂灰塵，在清洗技術(shù)中稱(chēng)為氣刀除塵效果較好。浮塵均可清除，而且不拆卸，不破壞液晶板部件的相對位置。這種潔凈壓縮空氣噴簡(jiǎn)，國內尚無(wú)生產(chǎn)，確是一個(gè)商機。

液晶投影機的光學(xué)部分也忌諱灰塵。他的光學(xué)系統安裝在上下兩部分牙嵌式扣裝的殼體內，拆開(kāi)上蓋板，破壞了原始密封程度，灰塵更易侵入。光學(xué)部件的維護應由銷(xiāo)售商保修部進(jìn)行。維修人員對光學(xué)部件采用溶液浸泡清潔。投影機吸入的空氣中含有大量的CO2、少量的SO2以及水蒸汽，他們與灰塵形成很弱酸性的微粒，粘附在光學(xué)部件上。因此采用含有表面活性劑的水溶性清洗液浸泡，使污垢溶于清洗液，然后用蒸餾水沖洗。使用蒸餾水，是為避免普通清水干燥后滯留水漬，晾干后再裝配調整到原始位置。這就需要溶液、夾具、潔凈環(huán)境、技術(shù)人員，不是一般用戶(hù)所能做到的。用戶(hù)要做的清潔主要是空氣濾清器、吸排風(fēng)扇和投影鏡頭。 (1)空氣濾清器清潔 投影機工作時(shí)，吸風(fēng)扇要吸入空氣為其散熱?？諝饬髁看蠹s每分鐘幾十升，高速氣流通過(guò)濾清網(wǎng)，氣流中的灰塵顆粒相互摩擦，產(chǎn)生靜電，靜電的吸附作用使灰塵滯留在濾清網(wǎng)和風(fēng)扇葉片上；灰塵大量堆積以致堵住濾清網(wǎng)，風(fēng)扇再也不能吸人冷空氣。因此，要定期對濾清網(wǎng)除塵。地處黃土高原的地區尤為重要，清潔周期要相應縮短。建議50h清潔濾清網(wǎng)，80～100h對濾清網(wǎng)和風(fēng)扇葉輪同時(shí)清潔。打掃地面衛生時(shí)，宜用吸塵器、拖把，不宜用笤帚掃地，以防灰塵上揚。

(2)鏡頭的清潔 鏡頭上粘有灰塵用鏡頭紙或麂皮清潔時(shí)，灰塵微粒就成了摩擦劑，使鏡頭的敷膜劃傷；灰塵的硬度較高時(shí)，其劃痕肉眼即可發(fā)現。很微小的、硬度不高的微粒也會(huì )造成鏡頭表面的潛傷。建議先用氣囊刷吹拂灰塵，再用潔凈的鏡頭紙或麂皮擦拭。潔凈環(huán)境，少擦為妙。

4 液晶顯示投影機的發(fā)展

液晶顯示投影機發(fā)展的3個(gè)方面：一是趨向高指標、智能化；二是趨向輕薄化、簡(jiǎn)便化；三是趨向家庭消費。多媒體大屏幕投影機已經(jīng)改進(jìn)了顯示器件結構和投影光路，提高了燈泡的使用壽命。他可連接幾乎所有的家用AV設備。其投影圖像是大畫(huà)面、高亮度、高畫(huà)質(zhì)的電影院感覺(jué)，是笨重的43以上電視機所不能比擬的，他是真正意義?quot;直角平面。多媒體大屏幕投影機進(jìn)人家庭消費已可望也可及，各廠(chǎng)家的技術(shù)指標均有不同程度適應家庭消費要求的改進(jìn)和優(yōu)化。