液晶显示投影机原理与维护

1 液晶显示投影机概述

液晶显示投影机主要由液晶板(包括驱动电路)、投影光路系统、投影光源、开关电源及信号处理电路组成。

1．1 LCD与LCD板

LCD是Liquid Crystal Display(液晶显示)的缩写。液晶既有液体的流动性，又有晶体的光学各向异性，常称为"液态晶体"。液晶材料工作温度为一55一十77℃。液晶分子间作用力小，在电场作用下，分子排列变化，导致液晶对光的透射率和反射率变化，称为液晶的电光效应。液晶显示板就是基于这种效应而工作，其结构如图1所示。两玻璃基片之间充人扭曲向列相液晶材料，玻璃基片表面贴线偏振片。当某一象素的行电极加上扫描电压，薄膜晶体管(TFT)导通，该液晶象素透光。玻璃基片之间的液晶单元类似于一个个光开关，控制着透过液晶象素光线的通、断。用输入信号顺序选通各个行电极并同步选通列电极，就可改变各个象素的明、暗，从而控制象素的灰度等阶，显示图像。

1．2 液晶投影机光路的基本结构

3片液晶显示投影机的光路原理如图2所示，由高亮度、高色温金属卤化物灯(UHE)发出的光经抛物线型灯碗反射形成平行光线，射人透镜阵列(单元聚光透镜组)，经第二透镜阵列(偏振光转换透镜组)提高偏振光的利用率，再由反射镜1反射到分色镜1、分色镜2，以及反射镜2，3，4；分别射人R，G，B三个液晶板，然后由一体化棱镜汇聚3色光；投影镜头将3色合成图像投影在屏幕上。

光路中主要部件说明：
分色镜1 透射蓝光，反射红光和绿光。
分色镜2 透射红光，反射绿光。
聚光镜3 光路中红光反射次数多，光损失加大装聚光镜3，提高红光的亮度。

聚光单元透镜组 透镜阵列由一个个光轴相互平行的单元透镜组成，他们将光源出射光切割成许多子光束。并在第二透镜阵列的单元透镜上形成同样数量的二次光源像。这些二次光源像的光线，以相互平行的方式入射到偏振光转换棱镜，如图3所示。

偏振光转换透镜组 液晶板表面贴有线偏振片，只允许特定振动方向的偏振光射人液晶层，第二透镜振列所形成二次光源像的各个子光束却是自然光。偏振光分离膜将自然光分离为2个正交的偏振光。其中垂直偏振光S的入射角满足"布儒斯特"条件，经两次反射，仍为垂直偏振光S。水平偏振光P无阻挡地透过分离膜射人"半波片"，振动方向旋转90°，变换为垂直偏振光S。则出射光都是同一振动方向的垂直偏振光S，再由重叠透镜将2束S偏光重叠射出。偏光转换系统就使入射自然光中2种偏光成分都用于照亮液晶板，提高了光源的利用率。

1．3 液晶显示投影机的光源

目前，液晶显示投影机普遍采用金属卤素灯、UHP(Ultra-High Performance，超高性能)灯和UHE灯。金屑卤素灯成本低、价格便宜；缺陷是发热量很大、半衰期很短。半衰期是指灯的亮度下降到设计亮度一半时所用的时间。金属卤素灯一般使用1kh，亮度就下降到设计亮度的一半左右。为克服金属卤素灯发热量大、半衰期短的缺陷，冷光源应运而生，出现了UHP，UHE金属卤化物灯。UHP，UHE灯比起金属卤素灯发热量小得多。其保证亮度的寿命是2kh。使用4kh以前，亮度几乎不衰减。金属卤化物灯是在高压水银(汞)灯基础上发展起来的。是一种阴、阳两极，极间距离很小(1～1．3mm)的短弧气体放电灯。汞灯发光光谱中红光成分偏少，不是标准白光。为保证投影光源彩色再现性良好，在其灯管中封入金属卤化物(金属溴化物或金属碘化物)，故称金属卤化物灯。金属卤化物极易蒸发分解，其饱和蒸汽压也比较高，而且他的发光光谱中有足够的红光成分。金属卤化物灯点燃时，灯管内高温、高压环境下，金属卤化物的离子态在管壁与两极间循环，使饱和蒸汽压得以持续，防止阴极金属的溅射和蒸发。如果溅射和蒸发物沉积在灯管壁(主要是球型泡)，会使灯管壁发黑，光源的发光效率降低。

2 液晶显示投影机的使用

(1)使用环境 环境光线对液晶投影机影响较大，室外阳光与室内照明会使投影效果变差。安装窗帘，为减弱室外光线对投影图像暗部细节的影响。在投影厅或多媒体教室，屏幕正上方尽可能使用小功率筒灯，墙壁和天花板不要使用反光材料。随着投影机亮度、分辨率和对比度指标的提高，明亮环境下使用的投影机日益增多，这种限制会相应减少。

(2)投影机的安装 桌面放置和吊顶安装。桌面放置要求投影距离应在2m以外，避免电源线、信号线拌倒观众或被观众踩着。吊装时，根据屏幕大小，确定投影机与屏幕之间的距离(各厂家的安装距离有所不同，说明书中有详尽的计算方法和示意图)。屏幕的上边沿应与投影机的镜头中心在同一水平线上，投影机镜头的中垂线与屏幕的中垂线在同一垂直面内。吊架要坚固、轻便并具有俯仰、左右少许调节的装置。吊架周围不应有阻挡通风的装饰物件。

投影机的连接，按照投影机机身上信号连接端的颜色和标记，连接电源、计算机及其他AV设备。投影机与计算机等设备要使用同一路共地电源。信号线不要超过允许长度，传输距离确实很长时，应加装可靠的放大器，保证投影机输入端得到符合标准的信号幅度。 (3)开机与调试 首先按下投影机电源开关，然后按下投影机身操作板或遥控器上"power"按钮，投影灯泡点亮，机身上"standby／on"(待机／开)指示灯闪烁，表示投影机处于预热阶段。当指示灯常亮时，各厂家的公司标志或晶牌标识图形显现，表明投影机可以使用了。这时再接通其他设备的电源，用机身操作板或遥控器上的信号切换键选择一路信号(计算机或视频)，观看屏幕上的图像，进行聚焦和变焦调节；聚焦使图像清晰，变焦使图像充满整个屏幕。投影图像有"梯形失真"时，用遥控器上的"梯形校正"键，调整水平、垂直方向的梯形失真，保证投影画面为标准矩形，用"菜单"键，逐项调节亮度、对比度、色彩平衡等多项指标。投影机设有"智能键"或"单键设定"时，按下这一个键，就可将图像调整到状态(包括梯形校正)。

(4)关机 这是要特别注意的。关投影灯后，缓关投影机总电源!投影机灯泡点亮时要散发热量，采用排风扇强制冷却。当灯泡熄灭后，风扇还要持续运转大约1～2rain，排出灯泡散发的余热，故不能马上切断电源。

3 液晶投影机的维护

3．1 通风与散热

3．1．1 投影机中的热量来源

(1)光源 投影光线透射诸多透镜，光损失很大。为补偿光损失，提高亮度，就要加大光源的功率。其结果是光热同生；亮度增高了，热量也增大了；光熄灭了，余热还存在。 (2)关电源 开关管和变压器在较高频率下工作，频繁的开关动作，产生开关损耗，都会转换成热量发散出来。

(3)光路中的热量 红外线滤镜不可能完全滤除红外线，红外线携带着热量。可见光也带有少量热量，他通过诸多的透镜，会使透镜发热，这部分热量会积聚在相对狭小的灯箱和光路中。

3．1．2 高热对投影机的损害

尽管光源灯泡是用耐热的高纯度石英玻璃制作，但非正常的高温，也会使灯泡壁上烧灼白色斑点，产生失透现象，高热的光线透不出来，失透现象加剧，使石英玻璃的强度下降，可能在这些薄弱的地方爆裂。诸多透镜和镜片上的反射膜、分色膜、增透膜在非正常高热光线照射下，可能脱落，产生魔点，影响各自的性能。液晶板中的液晶对温度为敏感，其工作温度是77℃，高于此温度会使液晶的相态变化，失去液晶固有的特性，导致性损坏。液晶板上的偏振片是有机高分子膜，高温会使他变形或失效。高温会使开关电源板上的电容干涸、电阻变质、开关管过热损坏。

综上所述，热量是投影机各部件的大忌。为防止机内温度急剧升高，保证正常运转，投影机均装有冷却风扇为灯泡散热，在机身上开有风槽和风道，为液晶板、开关电源散热。有了冷却风扇的散热作用，投影机内部处于一种热平衡的状态，机内温度始终保持在允许温度之内。这种热平衡与使用环境有很大关系，某种原因使空气滤清网、风道、风槽堵塞，冷却风扇就不能吸人冷空气为其冷却。为保证投影机安全运转，机内装有温度传感器，当温度达到临界温度时，自动切断灯泡的电源，以免投影机继续在高温下工作。如今市场上还有一种外置降温设施，清洁空气、降低空气温度以后，再送人投影机减缓投影机内部温度升高。这种设施体积较大、结构复杂，其确切效果还有待实践检验。要使投影机安全运行，除投影机本身减少发热量外，重要的还是减少空气中的尘埃、降低环境温度。有条件的可配装空调机，条件不具备的，也应开窗透气，降低室内温度，适当减少投影机的连续运转时间。

3．2 防尘与清洁
灰尘直接影响液晶投影机的正常使用。由于液晶板的尺寸仅有1．3〞(宽度)，随着集成技术的发展，液晶板的尺寸已缩小至0．9〞，0．7〞。在如此小的面积上要安排1024X768个象素，每个象素仅有0．02mm大小，灰尘颗粒足以将象素遮挡。如果在液晶板上有一些灰尘，会被投影镜头放大很多倍，表现在屏幕上是不规则排列的斑点(一般为红色)。当镜头焦点调虚时，更为显著。清洁液晶板比较困难，由于液晶板表面的偏振片是有机高分子膜，不宜用有机溶剂清洁。用麂皮和丝织品清洁，容易造成划伤。用棉签清洁时，会使棉纤维滞留在液晶板上，形成比灰尘还要大的斑点，棉签杆也容易划伤液晶板。日本维修人员采用洁净压缩空气强力吹拂灰尘，在清洗技术中称为"气刀除尘"效果较好。浮尘均可清除，而且不拆卸，不破坏液晶板部件的相对位置。这种洁净压缩空气喷简，国内尚无生产，确是一个商机。

液晶投影机的光学部分也忌讳灰尘。他的光学系统安装在上下两部分牙嵌式扣装的壳体内，拆开上盖板，破坏了原始密封程度，灰尘更易侵入。光学部件的维护应由销售商保修部进行。维修人员对光学部件采用溶液浸泡清洁。投影机吸入的空气中含有大量的CO2、少量的SO2以及水蒸汽，他们与灰尘形成很弱酸性的微粒，粘附在光学部件上。因此采用含有表面活性剂的水溶性清洗液浸泡，使污垢溶于清洗液，然后用蒸馏水冲洗。使用蒸馏水，是为避免普通清水干燥后滞留"水渍"，晾干后再装配调整到原始位置。这就需要溶液、夹具、洁净环境、技术人员，不是一般用户所能做到的。用户要做的清洁主要是空气滤清器、吸排风扇和投影镜头。 (1)空气滤清器清洁 投影机工作时，吸风扇要吸入空气为其散热。空气流量大约每分钟几十升，高速气流通过滤清网，气流中的灰尘颗粒相互摩擦，产生静电，静电的吸附作用使灰尘滞留在滤清网和风扇叶片上；灰尘大量堆积以致堵住滤清网，风扇再也不能吸人冷空气。因此，要定期对滤清网除尘。地处黄土高原的地区尤为重要，清洁周期要相应缩短。建议50h清洁滤清网，80～100h对滤清网和风扇叶轮同时清洁。打扫地面卫生时，宜用吸尘器、拖把，不宜用笤帚扫地，以防灰尘上扬。

(2)镜头的清洁 镜头上粘有灰尘用镜头纸或麂皮清洁时，灰尘微粒就成了摩擦剂，使镜头的敷膜划伤；灰尘的硬度较高时，其划痕肉眼即可发现。很微小的、硬度不高的微粒也会造成镜头表面的潜伤。建议先用气囊刷吹拂灰尘，再用洁净的镜头纸或麂皮擦拭。洁净环境，少擦为妙。

4 液晶显示投影机的发展

液晶显示投影机发展的3个方面：一是趋向高指标、智能化；二是趋向轻薄化、简便化；三是趋向家庭消费。多媒体大屏幕投影机已经改进了显示器件结构和投影光路，提高了灯泡的使用寿命。他可连接几乎所有的家用AV设备。其投影图像是大画面、高亮度、高画质的电影院感觉，是笨重的43"以上电视机所不能比拟的，他是真正意义?quot;直角平面"。多媒体大屏幕投影机进人家庭消费已可望也可及，各厂家的技术指标均有不同程度适应家庭消费要求的改进和优化。