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投影机原理介绍 神州数码投影机事业部2011 4 15 投影机市场的成长DLPTM技术原理LCD技术原理投影机常用参数 全球前投市场 市场增长潜力 Source iSupplithru 08 TIest 09 15 以后还有多年的大幅度增长 Source PMA February2005 全球前投市场 市场占有率 投影机市场的成长DLPTM技术原理LCD技术原理投影机常用参数 DLPTM 是 的缩写 它的意思为数字光处理 也就是说这种技术要先把影像讯号经过数字处理 然后再把光投影出来 它是基于德仪公司开发的数字微反射镜器件 来完成显示数字可视信息的最终环节 而 则是 i 的缩写 字面意思为数字微镜元件 这是指在 技术系统中的核心 光学引擎心脏采用的数字微镜晶片 它是在CMOS的标准半导体制程上 加上一个可以调变反射面的旋转机构形成的器件 DLP 如何工作 DLP 如何工作 DLP 如何工作 投影技术是应用了数字微镜晶片 来做主要关键元件以实现数字光学处理过程 其原理是将光源藉由一个积分器 Integrator 将光均匀化 通过一个有色彩的色环 ColorWheel 将光分成R G B 后又加上白 黄 三 五 色 再将色彩由透镜成像在 M 上 以同步讯号的方法 把数字旋转镜片的电讯号 将连续光转为灰阶 配合R G B三种颜色而将色彩表现出来 最后在经过镜头投影成像 参见下图 单片DMD芯片 DLP DMD工作特点 一个 可被简单描述成为一个半导体光开关 成千上万个微小的方形16x16um镜片 被建造在静态随机存取内存 SRAM 上方的铰链结构上而组成 每一个镜片可以通断一个象素的光 铰链结构允许镜片在两个状态之间倾斜 度为 开 度为 关 当镜片不工作时 它们处于 度 停泊 状态 一旦视频或图形信号在一种数字格式下 就被送入 信息的每一个象素按照1 1的比例被直接映射在它自己的镜片上 提供精确的数字控制 如果信号是640 x480象素 器件中央的640 x480镜片采取动作 这一区域处的其它镜片将简单的被置于 关 的位置 镜片可以在一秒内开关1000多次 这一相当快的速度允许数字灰度等级和颜色再现 DMD最多可内置2048 1152阵列 每个元件约可产生230万个镜面 这种DMD已有能力制成真正高清晰度电视 第一种大量生产的DMD将会是848 600元件 可用於投射NTSC PAL VGA和SVGA图像 亦可显示16 9的图像 三片DMD 两片DMD DLP技术优势 1 噪音优势技术发展至今天 我们已经拥有了数字扑捉 编辑 广播 接收数字信息的能力 不过必须先把它转换成模拟信号后才能显示 信号每次由数字转换为模拟 D A 或从模拟转换为数字 A D 信号噪音都会进入数据通道 转换越少噪声越降 并且当 A D D A 转换器减少时成本随之降低 由于 固有的数字性质能使噪声消失 因此 具有完成数字视频底层结构的最后环节的能力 并且为开发数字可视通信环境提供了一个平台 技术提供了一个可以达到的显示数字信号的投影方法 这样就完成了全数字底层结构 具有最少的信号噪音 图 视频底层结构 为一个完全数字视频底层结构提供了最后环节 2精确的灰度等级它的数字性质可以获得具有精确数字灰度等级的精细的图像质量以及颜色再现 比之要竞争的透射式液晶显示 的 技术更有效 因为它以反射式 为基础 不需要偏振光 并且因为每个视频或图像帧是由数字产生 每种颜色8位到10位的灰度等级 精确的数字图象可以一次又一次地重新再现 例如 一个每种颜色为8位的灰度等级使每个原色产生256不同的灰度 允许数字化生成256x3 或16 7百万个不同的颜色组合 图 可产生数字灰度等级和颜色等级 假设每种颜色用8位 可以数字化地产生16 7x10的6次方个颜色组合 以上是每一种原色不同灰度的几种组合和产生的数字象素颜色 3 反射优势因为 是一种反射器件 它有超过60 的光效率 使得 系统比 投影显示更有效率 这一效率是反射率 填充因子 衍射效率和实际镜片 开 时间产生的结果 而 依赖于偏振 所以其中一个偏振光没有用 这意味着50 的灯光甚至从来不进入 因为这些光被偏振片滤掉了 剩下的光被 单元中的晶体管 门 以及信号源的线所阻挡 除了这些光损失外 液晶材料本身吸收了一部分光 结果是只有一少部分入射光透过 面板照到屏幕上 最近 在光学孔径和光传输上有经验上的进展 但它的性能仍然有局限 因为它们依赖于偏振光 4无缝图像优势 上的小方镜面积为16um平方 每个间隔1um 给出大于90 的填充因子 换言之 90 的象素 镜片面积可以有效地反射光而形成投影图像 整个阵列保持了象素尺寸及间隔的均匀性 并且不依赖于分辨率 越高的 填充因子给予出越高的可见分辨率 这样 加上逐行扫描 创造出比普通投影机更加真实自然的活生生的投影图像 5 性能可靠耐用度高 系统成功地完成了一系列规定的 环境的及操作的测试 选择已证明可靠的标准元件来组成用于驱动 的数字电路 对于照明和投影透镜 无明显的可靠性降低的现象 绝大部分可靠性测试集中在 上 因为它依赖于移动铰链结构 为测试铰链失灵 大约100个不同的 被用于模拟一年的操作 一些 已经被测试了超过1G次循环 相当于20年的操作 在这些测试以后检查这些器件 发现在任何器件上均无铰链折断现象 铰链失灵不是 可靠性的一个因素 已通过所有标准半导体合格测试 它还通过了模拟 实际操作环境条件的障碍测试 包括热冲击 温度循环 耐潮湿 机械冲击 振动及加速实验 基于数千小时的寿命及环境测试 和 系统表现出内在的可靠性 DLP系统制作非常严格 需要通过一连串的测试 所有元件均经挑选证实可靠才用作构造数码电子零件驱动DMD 测验铰的可靠性约用100个不同的DMD模仿一年工作期 有些元件已测试超过千万周期 相当于工作了20年 然后检验 结果显示无任何DMD的铰损坏 DMD已通过所有标准半导体的品质测验及模仿真实环境工作测试 包括温度 湿度 振动及加速等测验 确保DMD和DLP可靠耐用 DLP投影机采用微镜滤光技术 使用表面由成千上万个微透镜组成的芯片高速切换光像素来产生投影图像 形成DLP图像的光束没有经过过滤 能量没有减少 投影图像信息没有损失 加上DMD部件具有反射性和密合性的优点 光能的利用率远远高于传统的光学系统 配合先进的光学架构与高品质的光学镜头设计 DLP投影机可以产生清晰度高 画面均匀 色彩还原性好的图像 亮度比LCD图像高 出现条纹和重影的情况也比LCD投影机少 DLP投影技术抛弃了传统意义上的会聚 可以随意变焦 调整十分方便 而且其光学路径相当简单 体积更小 所以该技术主要应用在超便携式系统中 现代最轻的DLP超便携投影机的重量可以小于1 5公斤 当然 缩小体积也带来了视频显示方面的缺陷 使DLP投影机的视频显示效果有些失真 DLP投影机的光学机械特性 也决定了它的移动防振性能要比LCD投影机差一些 与LCD投影机一样 DLP的像元也是固化的 所以它的分辨率调整功能较差 虽然DLP投影机所占的市场分额远远低于LCD投影机 但作为新型产品 DLP投影机在体积 重量和亮度等方面具有先天优势 更适合现代电子商务与家庭影院的需要 尤其是其超便携性能完全超过了LCD投影机 DLP投影机已成为继CRT投影机和LCD投影机之后的第三类产品 应用领域与市场前景不可估量 投影机市场的成长DLPTM技术原理LCD技术原理投影机常用参数 液晶投影机的成像器件是液晶板 是一种被动式的投影方式 利用外光源金属卤素灯或UHP 冷光源 把强光通过分光镜形成RGB三束光 分别透射过RGB三色液晶板 信号源经过模数 A D 转换 调制加到液晶板上 控制液晶单元的开启 闭合 从而控制光路的通过断 再经镜子合光 由光学镜头放大 显示在大屏幕上 LCD Lamp Zoomoptic LCD投影机光路结构 Lamp DichoricFilter Mirror GreenLCD RedLCD BlueLCD Zoomoptic Lamp DichoricFilter Mirror GreenLCD RedLCD BlueLCD Zoomoptic Lamp DichoricFilter Mirror GreenLCD RedLCD BlueLCD Zoomoptic LCD 灯 双色镜 反射镜 GreenLCD RedLCD BlueLCD 投影镜头 LCD 特点 发展时间较长 技术工艺成熟色彩还原更鲜艳 饱和度好亮度均匀性好 体积难以减小对比度很难提高光路结构导致的除尘 液晶板老化问题 优势劣势 与其它投影显示技术相比 3LCD投影技术比较成熟 3LCD显示设备具有更高的色彩饱和度 色彩还原更加的真实自然 3LCD显示设备在灰色度还原方面更加细腻 无高频振动杂讯 由于3LCD显示设备是将红绿蓝三原色先混合后再投影 有别于将红绿蓝三色投射到屏幕上再利用人眼的视差完成颜色合成的显示方式 因此3LCD显示设备没有色彩分离现象 彩虹现象 并对人眼的损伤更小 由于通过三片液晶板进行色彩还原 可以呈现锐利 平滑的画面 不会出现在显示快速移动画面时的色溢出现象 对比度与实际使用环境的亮度关系密切 在实际有自然光的应用环境中 三片液晶投影系统实际对比度很高 关于提高LCD开口率 LCD投影机用的成像器件是高温多晶硅 HTPS 是透射式器件 透射型开口率比较低 以前开口率只有50 左右 日本EPSON和SONY公司一直努力提高开口率 因为提高了开口率也就是提高亮度 现在爱普生公司生产的液晶板开口率已大大提高 达到了70 而且随着LCD技术的飞速发展 液晶板的开口率将会进一步提高 开口率是像素透明层区域的面积与整个像素面积的比率 开口率越高 光透率越高 爱普生通过先进的微加工工艺 优化线路区域 包括TFT区域 提高了像素的开口率 采用微透镜阵列技术来提高液晶板的透光率 降低显示图像的像素化 使图像更细腻 通过改进液晶板生产工艺 同时缩小液晶板尺寸 使生产成本开始降低 由于液晶板成本降低 因而投影机成本也不断下降 3LCD投影机有的机型售价已降到人民币一万元以内 LCD技术的优势介绍 VS 光路的不同 透射Vs 反射 单芯片的DLP 运用数字 反射光路 形成简单的光路 三片LCD面板使用模拟 透射光路 形成复杂的光学结构 DLP LCD 2000 1 经典值 800 1 经典值 简单 反射的光学技术 更高的对比度 更好的图像质量 DLP LCD LCD DLP 光路不同 对比度 LCD 3元素 1像素 DLP 1元素 1像素 校准失调 清晰 LCD DLP 光路不同 图像校准 简单 反射的光学技术 完美的聚焦 清晰的图像 LCD DLP LCD DLP 快1000倍 响应速度不同 LCD DLP 更快的响应速度 超佳的运动视频 90 填充率 无格栅效应 60 填充率 格栅效应 填充率的不同 DLP LCD 更高的填充率 更 逼真 的图像 LCD1 LCD2 TI测试结果 4100小时 DLP DLP 1 DLP 2 LCD3 LCD4 LCD5 LCD6 LCD7 DLP 3 DLP 4 DLP 5 DLP 6 DLP 7 图像可靠性不同 TI测试结果 4100小时 LCD 原始图像 来源 RITStudyII DLP LCD 投影机市场的成长DLPTM技术原理LCD技术原理投影机常用参数 投影机参数介绍 分辨率亮度对比度亮度均匀度 光源噪音其它 输出分辨率 是指投影机投出的图像的分辨率 或叫物理分辨率 实际分辨率 即LCD或DMD的分辨率 最大输入分辨率 是指投影机可接收比物理分辨率大的分辨率 通过压缩算法将信号投出 分辨率 Resolution 投影机亮度 10 5 16 2 9 42 13 2 H 45 W 60 10 4 15 7 8 76 23 1 11 1 1 3W 1 6W 1 6H 1 3H 屏幕面积 45 12x60 12 18 75平方英尺9点平均值 13 15footcandles亮度 13 15 18 75 247流明 ANSI ANSI流明采用在屏幕上取9点取其平均亮度方法用MINOLTA的CL 100测光仪流明取屏幕中心亮度 亮度均匀度是指亮度的均匀程度 也称周边辉度比 它是指最亮与最暗部分的差异值 以百分数计 一般要求投影机的亮度均匀度要高于85 亮度均匀度 Uniformity 对比度 是黑与白的比值 也就是从黑到白的渐变层次 对比度反映了一个画面明暗变化的范围大小 比值越大 从黑到白的渐变层次就越多 从而色彩的表现也就越丰富 全亮 全暗 FullOn Off ANSI对比度的测量 在规定色温下将画面分为16个区域 求得数值的平均值 对比度 Contrast 光源的种类 氙灯金属卤素灯超高压水银灯 UHE 超能灯 UHP 等光源的预期寿命 光源保持在屏幕的光输出大于50 初始值的时间主要光源厂商 Philips 荷兰 UHPOsram 德国