关注整体性能 微型投影光学引擎关键部件优缺点讨论

关注整体性能关注整体性能 微型投影光学引擎关键部件优缺点讨论微型投影光学引擎关键部件优缺点讨论 微型投影光学引擎是光学 结构和电子的综合技术 其中 显示芯片和光源是技术路线上需要重点考虑的 这两项无论 在成本中所占比例 还是对于最终光学引擎的性能的重要性 都是其他部件无法相比的 目前的微型投影的技术介绍中 常常片面的强调某些技术或者性能的优点 而不去谈整体性 能的平衡 这是对于最终用户的误导 本文将对显示芯片和 投影光源这两项技术在微型投影引擎中的性能做一个全面性 的概述 帮助最终用户对于微型投影引擎技术有一个全面的 了解 一一 显示芯片显示芯片 目前在微型投影中主流的应用是 LCOS 和 DMD 显示 芯片 美国德州仪器公司 TI 拥有很多 DMD 芯片的专利 技术 目前仅有 TI 能够提供商品化的产品 LCOS 芯片的来 源相对较多 如 Himax Displaytech Syndiant 等 LCOS 芯片还分为彩色滤光片型 color filter 和色彩时序型 color sequential 由于目前主流的技术应用都是基于色彩时序型 LCOS 和 LED 以下的显示芯片的性能讨论主要基于 LED 和色彩时序型的 LCOS 1 亮度效率亮度效率 微型投影引擎主要应用于便携移动设备中 引擎的亮 度必须基于给定的整体功率 即亮度效率 LCOS 技术需要使用偏振光源 而 LED 是一种非偏 振光源 因此需要将其转换为偏振光后才能使用 在采用偏 振回收的情况下 LCOS 光引擎中一般仍有 30 到 40 的光 无法被转换成需要的偏振光而被浪费掉 DLP 技术使用非偏 振光就可以 在整体的光能的利用率上要高于 LCOS 技术 同时必须注意到 LCOS 的显示芯片和驱动芯片的功 耗要远低于 DLP 技术所采用的 DMD 显示芯片及其驱动芯片 因此 在相同的整体功耗情况下 LCOS 光机将更多的功耗 消耗在 LED 上 而 DLP 光机将更多的功耗消耗在 DMD 芯 片和驱动芯片上 就目前看到的整体功耗在 2 2 5W 的 LCOS 和 DLP 光学引擎中 整体的亮度效率是基本相当的 2 分辨率分辨率 LCOS 技术毫无疑问在分辨率方面要优于 DMD 技术 由于采用标准的 CMOS 和液晶封装工艺 LCOS 芯片的像素 尺寸都小于 10 微米 每个像素尺寸小于 5 微米也是很容易 达到的 即可以在 0 45 英寸的芯片上实现 1920 1080 的高 清显示 而且 由于像素之间的间隔可以做到很小 像素尺 寸达到 5 微米时仍可以有很高的开口率 DMD 技术在相同芯片尺寸上提高分辨率面临诸多技 术难题 首先 更小的像素需要更小的运动部件 芯片的良 率将会进一步的下降 其次 更多的像素将使其显示芯片及 驱动芯片的功耗进一步增加 最后 在像素间隔难以减小的 情况下 其开口率的减小将减小光学效率 就目前来看 DMD 芯片一般采用 Wobulation 技术来提高分辨率且降低芯 片成本 即采用菱形排布方式用一半的实际像素抖动插值得 到更高的分辨率 3 色纯度色纯度 由于采用相同的色彩时序法 LCOS 和 DLP 光引擎 在色纯度上没有本质性的区别 当然 这两种光引擎也都可 以采用一些技术方法去降低色纯度而获得更高的亮度效率 4 对比度对比度 由于采用的光学元件较少 DLP 光引擎在对比度上 要优于 LCOS 光引擎 全黑全白对比度上 DLP 光引擎一般 可以做到 500 1 LCOS 光引擎可以做到 250 1 但在实际使用中 除非是在一个全黑的空间中 这个 差别是无关重要的 例如 对于一个 10lm 的投影引擎 当 投影到一个 20 寸的屏幕上时 白场的照度是 80Lux DLP 的暗场照度为 0 16Lux LCOS 的暗场照度为 0 32Lux 假 设在开一盏灯的情况下 灯对墙面的照度为 5Lux 这时 实 际看到的对比度分别是 16 5 1 和 16 1 显然差别是非常 小的 5 可靠性可靠性 DLP 技术已经在大的投影显示中已经有较长时间的 应用 无论 TI 公司公布的实验数据和实际应用都显示其芯片 能够满足移动设备所需要的几千小时的寿命 LCOS 虽然在大尺寸投影显示中没有 DLP 技术应用 那么多 仅仅在背投影显示中有过一些量产 但 Displaytech 公司的芯片在移动设备中已经有过大量的应用 注意到微型 投影引擎的亮度输出一般都是在 10lm 左右 对比背投显示 的 300lm 和前投影显示的 1000 3000lm 目前的亮度对于 LCOS 芯片的可靠性影响是几乎可以忽略不计的 二二 光源光源 LED 光源是目前微型光引擎中主要的光源 半导体 激光 LD 光源是另一种讨论的较多的光源 半导体激光光 源具有单波长 准直 偏振输出等优点 我们首先讨论一下半导体激光光源对于 LCOS 和 DLP 光引擎的影响 由于激光光源输出的光源是一种偏振光 因此 LCOS 光引擎不再需要偏振转换 整体的亮度效率将会 提高 激光光源的准直性也有助于简化 LCOS 光学系统 从 而提高 LCOS 光引擎的对比度 DLP 光引擎在这两方面都 不会因为采用激光光源而得到太多的提高 总体而言 激光 光源对于 LCOS 光引擎的意义要远大于 DLP 光引擎 激光光源虽然有很多优点 但仍有诸多不足而影响其 在微型投影光引擎中的应用 1 产业化产业化 对于红色激光光源 目前的 DVD 光驱中的光源已经 有了很好的产业基础 而蓝光光驱中的光源的波长 405nm 与投影显示所需要的波长 430 460nm 不同 绿 色激光光源没有类似的相关产业应用 还需要通过红外激光 光源倍频后获得 这两种激光器都需要专门为投影显示而研 发 对比 LED 光源 其在普通照明 汽车照明 LCD 显 示等方面都有大量的市场需求 大量资金推动 LED 的亮度效 率与成本比迅速提高 显然其对于微型投影引擎的量产是更 合适的 2 散斑 散斑 speckle 散斑现象是由激光光源的相干性造成的 散斑会在显 示画面上呈现明暗细小颗粒 严重影响画面效果 一般通过 一些去相关的方法来减弱散斑现象 一方面目前还未看到完 全消除散斑的激光为光源的引擎 另一方面去相关的方法一 般都伴随着光能损失 从而降低了激光光源准直性和偏振性 所带来的亮度效率的提高 3 安全性安全性 激光光源由于准直好 能量能够集中在较小的点上 即使较小的能量也可能造成人眼的损伤 目前微投影所需使 用的都是 ANSI Z136 标准中有可能对人眼造成伤害的等级 2 以上的激光器 是否能够安全的在微投影引擎中安全使用 需要经过仔细的失