光电显示-11 第14章 投影显示

光电显示技术Photoelectric Display Technology,1,第14章 投影显示,实现大屏幕显示的三种途径：,1）把CRT尺寸做大；2）用平板显示器件，如LCD、PDP；3）用投影显示器件，如CRT、LCD、DLP、LCOS投影显示,投影显示是实现大屏幕的最佳选择,用投影的方法可以很轻易地实现40英寸以上的显示，背投影电视可以做到80100英寸，正投影显示器可以做到200英寸以上；而且增大显示尺寸，其整机成本不像平板显示那样大幅度增大。,优点：,2,14.1 投影显示原理,一、什么是投影显示,显示器分为两大类：直视型显示器件和投影型显示器件,直视型显示器件的特点：显示图像呈现在显示器件上，人们是在显示器件上来观看图像，显示器件的几何尺寸大小与所显示的图像尺寸大小基本一致，若想显示大尺寸的图像就必须把显示器件本身的尺寸做大。,投影型显示器件的特点：显示图像呈现在显示器件上后又被光学系统（通常称为光引擎或光机）放大，最终在投影屏幕上显示出放大了的像，显示器件的几何尺寸大小与所显示的图像尺寸大小是不一致的。,3,二、投影显示的分类,投影显示按投影方式的不同可分为前投影显示和背投影显示，也称前投影机和背投影机。,前投影机是把图像投射在光学反射屏幕的观众一侧，或者说图像投影方向与观众的光看方向一致。,4,优点：体积和质量小，便于携带；,缺点：投射的图像质量受环境光影响较大，太亮的环境中投射的图像质量下降，用于便携时还需带着投影屏幕。,优点：投射的图像质量受环境光影响较小,缺点：体积大,背投影机是图像投射方向和观众的观看方向相对，或者说图像投射到光学玻璃投射屏幕上，图像光透过屏幕后到达观众眼中；投影机和屏幕可做成一个整体，使用起来方便。,两大分支：电视背投影机和数据背投影机,5,投影显示按投影显示器件可分为CRT投影显示和微显示器件投影显示,微显示器件投影显示包括：（1）LCD液晶微显示器件；（2）LCOS硅基液晶投影微显示器件；（3）DLP数字光处理微显示器件。,微显示器件的尺寸一般在0.52.0英寸之间,投影显示的关键技术有成像器件的构成及工作原理，光机（光引擎），投影光源及光源控制系统，成像器件（LCD面板、LCOS面板、DMD面板）的驱动电路，投影屏幕，显示系统的散热技术。,光机中的关键元器件有聚焦器件和匀光器件，透镜系统、分色系统、合色系统、偏振光分光器、反射镜、投影镜头等。,6,14.2 CRT投影机,CRT投影机也称投影管式或阴极射线管式投影机，是投影机市场上比较成熟、价格较低的一类产品。,优点：色彩还原性好，使用寿命长，性价比好,CRT投影机以背投影机居多,一、CRT背投影机的光学系统,CRT背投影机的光学系统由投影管、透镜组、投影管的冷却系统、光反射镜、投影屏幕组成。,1. 投影管,投影管是CRT背投影机的核心部件，是背投影机的光源，尺寸有5、6、7、9英寸等多种型号，使用最多的是7寸投影管。,7,投影管是红绿蓝3种基色的单色管，结构由玻璃壳、电子枪、荧光粉组成，不需要栅网，工作受地磁场的影响小CRT背投影机的核心部件，是背投影机的光源，尺寸有5、6、7、9英寸等多种型号，使用最多的是7寸投影管。,投影管技术要求：,（1）由于要求高画质高亮度的图像，对电子枪的要求如下：高分辨率，球差小，光点细，无寄生发射；大电流时聚焦特性好；采用氧化钪阴极，实现大电流密度，电子枪工作时不打火。,（2）亮度均匀性好,（3）对玻璃壳要求如下,8,1）屏中心厚度14.1mm，管径为29.1mm，投影管荧光屏内表面是凸性非球面，曲率半径350mm，屏幕折射率为：红光（612nm）1.559，绿光（546nm）1.562，蓝光（452nm）1.570。2)玻璃壳的荧光屏面要高透明度玻璃，对光的损失小，中心光透率为90%。抗电子轰击，在使用过程中不变色。抗X射线辐射。,9,（4）投影管用荧光粉的型号和特性,（5）投影管主要光学参数如下：,中心亮度：红2940cd/m2,蓝2940cd/m2，蓝850cd/m2;中心分辨率：红绿1260TV线，蓝为960TV线；冷却液折射率nd为1.440；峰值波长：红612nm，绿光546nm，蓝光452nm。,10,14.3 LCD液晶投影显示,一、关于液晶显示和液晶投影显示,平板显示采用低温多晶硅（LTPS）TFT-LCD技术,投影显示采用高温多晶硅（HTPS）TFT-LCD技术,面板尺寸一般在0.52.0英寸之间,二、液晶投影机的系统构成,11,1. LCD投影机的光学系统,（1） LCD投影机对光学系统的要求,（a）入射光应为偏振光,（b）照射到面板上的光必须均匀,（c）照射到面板上的光线中不能有红外和紫外光,（d）光学系统的效率应高,（2） 光学系统的构成,液晶成像器件（液晶面板）、照明系统、投影系统和屏幕,12,13,对光源的要求,（1）必须是一个高亮度的光源；（2）光源的发光强度必须稳定；（3）长寿命，而且在寿命期内色温稳定；（4）光源的光谱中红光、绿光、蓝光的比例适当，特别是红光的光谱不能太少；（5）光源的驱动电源工作稳定。,理想光源,短弧超高压汞灯（UHP）,背投影机一般使用100350W的UHP灯，前投影机一般使用150450W的UHP灯。寿命可达10000小时。,14,照明系统,聚光透镜,15,光积分器,16,二向色分色镜,偏振光变换器,17,起偏器和检偏器,合色棱镜,18,三片式LCD投影机光学系统,19,2.LCD投影机的电路系统,20,14.4 LCOS液晶投影显示,LCOS技术与LCD技术的比较,共同点：工作光源都必须是偏振光；都是利用加到像素电极上的图像信号电压的作用，改变灌注在像素中的液晶分子的排列（取向），从而液晶层对透过它的光通量进行调制从而形成图像光信号,不同点： LCD是光透过器件，LCOS是光反射器件；从偏光的角度来说，S偏振光进入LCD面板后，输出的光仍是S偏振光，而为了避免入射光和反射光的干涉，S偏振光进入LCOS器件的液晶层后，再反射后输出的偏振光不再是S偏光，而是被PBS变成了P偏振光。,优点：,1)LCOS面板的开口率大，光利用率高，投影机亮度高；2)LCD面板中只有TFT制造在像素中，其它面板驱动IC都在面板的外面，而LCOS面板中集成了面板的驱动IC以及外围电路，使LCOS面板外围引线大大减少，提高了可靠性；3）LCOS面板一般用2.5m的CMOS工艺，制造成本低；4)专利权少,21,一、LCOS面板结构及工作原理,在单晶硅片上用CMOS工艺把驱动阵列电路和液晶驱动电路集成在硅片上，液晶电极上镀上铝材料兼作反射镜，以电极为基板与对面的一块透明半导体电极(ITO)板之间灌注上液晶。,22,工作原理,镀铝电极是液晶控制电极，在它上面加有图像信号电压，液晶分子因图像信号电压作用，取向状态发生改变，发射出的光通量受到调制，像素阵列反射光的总和就形成了图像光信号，再通过投影透镜进行聚焦、放大后投射到投影屏幕形成光图像。,23,二、LCOS微显示投影机,由电路系统、光路系统、电源系统、机箱结构组成,背投影机：一般做成电视机有高中频电路，光学系统要求有短的光路程，以便机箱厚度小，投影镜头要短焦距、大广角，要求用硬屏幕。,前投影机：一般使用软屏幕,1.单片LCOS投影机,面板参数如下：对角线尺寸为1.15英寸，像素数为1920*1080；对比度800:1，场频为180Hz；色轮速度为540Hz；寿命为2万小时；响应时间（由黑到白）为8ms,24,25,26,27,28,14.5 DLP投影机,DLP（Digital Light Processing）是数字光处理器，美国得克萨斯州仪器公司（TI）于1987年研制成功的数字光处理器件，并很快做成投影机。,核心：数字微镜装置DMD(Digital Micromirror Device),结构：在硅片上置上按行和列紧密排列的微小镜片，下面用偏置电压“支柱”支撑，“支柱”的下面与寻址驱动电路连接。每个微小镜片的大小为1216m，镜片间距为1 m。,工作原理：寻址驱动电路输出的数字信号0和1通过偏置电压“支柱”控制微镜片的状态，使之产生10或 12 的倾斜。,29,DLP投影机以DMD数字微镜作为成像器件，单片DMD由很多微镜组成，每个微镜对应一个像素点，投影角的物理分辨率由微镜数目决定，分辨率可达1280*1024。,DMD像素光学工作原理,30,DMD用0、1控制，视频图像信号进行数字化处理后直接去控制DMD的工作，减少了视频电路由于A/D、D/A变换产生的附加噪声，提高图像的质量。,一、DLP投影机的特点,DMD用铝制成，表面平整光滑，对光的反射率高，同时可通过衬底有效散热，因此可长时间工作图像质量不下降，可以用大功率的投影灯泡，使投影图像很亮，图像的幅面很大。,工作电压低,器件在硅片上以CMOS工艺做成，可用