国产单片液晶投影技术发展(三)

   国产投影机从无到有，经历了爱好者DIY时代、手工作坊式时代，才走到了目前的专业化设计生产，已初具产业规模，其中的佼佼者充分地整合了现有的资源、协作、配套逐渐形成了一条产业链。现在的国产液晶投影机无论是体积、外观造型、亮度等硬指标，还是画面质量、可靠性等几项软指标，与过去不可同日而语，如瑞诚“魅影E”超灵巧家庭影院用液晶投影机，体积和造型媲美主流的三片液晶投影机，与早期的平看象风箱，竖看象电脑的不伦不类外观比，“瘦身”效果明显，算是登堂入室了，这主要得益于较早引入了创新的产品工艺美术设计理念及现代工业设计思路。早期的国产投影机在观看时环境需暗到男女难辩，现在有的国产品牌已达到了电教的能接受的基本亮度水准，可以边听讲边做笔记，亮度达500～1200ANSI流明，提高了十多倍。画质评判有了企业标准，主观感觉部分机型的画质已毫不逊色主流的三片机，有影有声就不错已真的成为了历史。可靠性也由台台回“娘家”的尴尬，到95%以上的开箱合格率，有了质的飞跃。

    总体来看，与国际主流投影机相比,目前的国产投影机价格优势明显，耗材低廉，但综合性能平平，基本上进入了对品质要求不高(比如:亮度、体积)的娱乐场所，市场容量有限，要进入发展空间巨大的家用市场还必需迈过诸如散热及噪音、防尘、漏光等门槛。部分国产投影机厂商对这类相对较“软”的指标重视不够，其实这些都是主流投影机的核心技术，它们之间互为矛盾互相牵扯，要求一个满意的平衡点，实属不易。但只有处理好这些问题，国产投影机才能上档次，具备好用、易用、耐用的特点，加上明显的价格优势，才会得到家用市场的青睐，登堂入室而进千家万户，甚至冲出国门，走向世界。

散热及噪音

    投影机的热量主要来自光源及其附属的功率电路，液晶屏被动吸收光能而积累热量，其它的电路发热较少。在投影机内，部件装配紧凑，容积率很高，通过常规的自然散热几乎不可能，最常见的方式是通过风冷强制散热。机内的部件对温度敏感的等级依次为液晶屏组件、电路组件、光源组件。液晶屏受液晶材料及偏光片材料的限制，分常温0～50℃、宽温-20～70℃、超宽温-40～90℃三种类型，在投影机中使用更关心的是温度上限，高上限的液晶屏散热设计灵活，可以很好地兼顾噪音及防尘。耐温等级可以从液晶屏使用手册中查到，也可以自行实验测试，常用的屏我们实测过一些，如夏普的LQ050A3AD01极限在85℃，夏普的LQ64P312、LQ64SP1/2均在55～60℃，而日立的TX18D11VM1高达90℃。光源组件由灯泡、反光碗、光汇聚系统组成，灯泡及其反光碗的耐温等级较高，灯泡的石英电弧管工作温度在900℃左右，新型的陶瓷电弧管能在1200℃工作。反光碗的玻璃基材耐温600℃，相对薄弱的是其上镀的多层高温介质膜，一般400℃能工作3000小时左右，并保持80%以上的反光率。聚光镜基材能耐高温，但如其较厚，工作时前后表面温差过大，可能因热应力而出现裂纹。

    从上文中，我们很自然地形成一个设计思路，优先考虑屏的散热，其次是光源组件，兼顾功率电路的散热。图1是某国产投影机的典型散热风路，在好几个品牌中或多或少都有它的影子，这种风路一改早期的双风机并流结构，采用一压一抽的推挽风路，风路基本封闭且指向明确，其工作原理简单，由图很易理解，在此不赘述。关键是在风路进口的导流变压腔上，有的厂家在仿制时没有领会原设计精髓，省去了导流变压腔或未严格按照设计尺寸，不能形成定向的高速喷射气流，散热效果大打折扣，同样条件下实测屏温要高10～12℃。 

　　这种散热风路虽然有较高的散热效率，但还是一种浅层次的被动的散热方式，我们认为更高层次的散热设计应对热量的产生累积机理上加以透彻的理解，主动出击，减少热量的产生，阻断热量的传播。比如：普通液晶屏的偏振片紧贴液晶玻璃基板，偏振片上积累的热量通过直接传导的方式传给液晶，容易导致液晶过热，我们可以将光线入射端液晶自带的偏振片剥离，另采用1毫米以下光学玻璃粘贴偏振片（与液晶屏保持3毫米左右间距），并对光学玻璃的非粘接面镀反热膜，同时偏振片和液晶玻璃基板之间形成一空间，可以有效地阻断热传导，并增加两个受风面。这种处理方式配用合理的风路设计，往往可以承受575W以上大功率灯泡的照明。此外，目前大多数国产投影机厂家对投影用光源的光谱能量分布很少考虑，更无相关测量仪器，向光源生产厂家提不出自己的要求，特别是热效应明显的红外段光谱的能量指标。隔热镜和介质膜虽然可以隔断和透射红外段光谱的能量，但在机内多次反射和吸收后，还是会变成需要带出的热能。所以对光源提出适合投影用光效要求是很有必要的。

　　光源发出的各向异性的自然光投向液晶屏，首先被偏振片挡去一半，另一半被通过，即50%的光被偏振片吸收少量反射，这还是理想情况，实际上通过的另一半光也会被反射折射吸收，最终通过的光低于44%，也即大部分的光被偏振片吸收而转化为热能积累。如果能将光源来的自然光转化为线型偏振光（PCS转换），理论上光的利用率增加100%（实际可做到25—75%），偏振片积累热量反而减少一半。目前用双折射的原理，经济地实现了偏光变换，即所谓的PCS，可将偏振片对光的利用率由44%以下提高到75%以上。

    投影机的噪音主要由散热风机快速运转及高速气流与风道摩擦产生，少部分机型内件布局不合理会共振而发音。在瑞诚专门的消音室中，我们测量国产投影机噪音一般在60～73dB之间，用作对比的PHILIPS  LC3631的噪音为50.2dB。国产投影机主要使用8025的双滚珠轴承风机NMB3110L，也有用蜗壳风机DB3730PB-1的。查风机的样本目录，这种风机随转速、风量、风压的不同，风机的本身噪音在30～41dB之间，轴承结构的变化影响不大，此值与国产投影机高达65～73dB的噪音比较，明显不是主要矛盾，因此要走出一味追求风机本身噪音低的选型误区，合理高效的风路结构再配以恰到好处的风机驱动电压才是降噪的根本所在，可喜的是有的国产投影机厂家已经认识了这一点，采用了流线型注塑短风道，风机智能化驱动技术，噪音的控制能力上了一个大台阶。

漏光与防尘

    主流投影机的光路为注塑全封闭结构，几乎不漏光，国产投影机的光路封闭性不好，风路光路有些地方本身是重合的，明亮的光线极易从进出风口，机箱散热孔射出来，在暗环境下很扯眼球。光沿直线传播，风是流体可转弯抹角，所以要解决好漏光的问题，重点在光路和风路的结构设计上，让光路和风路相对独立，采用风向转角90。的蜗壳风机，再辅以合适的吸光材料，均能取得良好的避光效果。

    粉尘是光学器件的克星，防尘也是投影机的核心技术之一。主流和国产的投影机都觉得头疼，投影机的免维护是可望而难以企及的目标。相对而言，主流投影机有较强的防尘功能，维护也比较方便，采用了诸如多层过滤技术、防静电技术，国产投影机在防尘技术上几乎是空白，只是有意无意地模仿，在进风口用了多孔海绵进行过滤，这种海绵的空隙率很大，拦住纸屑毛发等杂物还可以，对微米级的粉尘无能为力，在维护国产投影机往往会发现，该脏的地方不脏，还很干净，不该脏的地方很脏，轻掸一下，尘埃飞扬。

    投影机采用强制风冷散热，单位时间内进入机内的循环空气量是其自然搁置状态下的100～500倍，而循环空气中的粉尘浓度在短时间内是基本不变的，即机内的器件与粉尘接触的几率大了100～500倍，因此采用高效的散热结构，可大大地减少循环空气量，减少粉尘接触机内件的几率，御敌于国门之外，这是进口投影机的惯用作法，因循环空气量减少，进而采用超密多层海绵，也不会有较大的风阻出现。静电技术是一种主动的防尘方法，是大型化工静电除尘除焦油技术的微型化移植。在进风口的多层海绵中夹有正负相对的电极，电极之间产生电场，电场间极其微小的粉尘均可被俘获，言其为超级过滤器一点也不夸张，并且几乎不消耗能量，一只充过电的电容也可维持数小时。静电技术的另一应用是抗静电，在机内的光学器件上喷一层抗静电剂，其表面会形成一种类似荷叶表面的结构，粉尘接触到光学器件表面时，就象水滴到荷叶表面一样，不能立足，立即被气流带到机外。

　　散热与噪音、漏光、防尘互相矛盾，设计人员要综合考虑液晶屏的特性、光源特性、光路、风路、电路结构，涉及机械、电子、光学、材料、流体力学等众多学科，还要考虑成本以及可利用的外协资源，只有在这些因素间求好平衡点的投影机，才会受市场欢迎，并能经得住市场的长期考验。