背投顯示技術光路原理
發布時間:2011-03-17
中心議題:
背bei投tou顯xian示shi技ji術shu正zheng處chu於yu蓬peng勃bo發fa展zhan時shi期qi,本ben文wen介jie紹shao了le背bei投tou顯xian示shi技ji術shu的de基ji本ben光guang路lu原yuan理li,以yi及ji當dang前qian技ji術shu背bei景jing下xia,幾ji種zhong主zhu要yao背bei投tou電dian視shi技ji術shu的de應ying用yong和he發fa展zhan前qian景jing。並bing且qie對dui筆bi者zhe所suo從cong事shi的deLCOS背投領域做一下重點介紹。
1、背投顯示技術
背投(RearProjector)的定義是相對於傳統的前投(FrontProjector)而er言yan的de。二er者zhe的de主zhu要yao區qu別bie在zai於yu圖tu像xiang光guang線xian的de來lai源yuan方fang式shi。前qian投tou係xi統tong中zhong,觀guan察cha者zhe和he投tou影ying機ji位wei於yu反fan射she屏ping幕mu的de同tong一yi側ce,投tou影ying機ji投tou射she出chu的de光guang線xian照zhao射she到dao屏ping幕mu後hou,再zai經jing過guo反fan射she到dao達da觀guan察cha者zhe;erbeitouxitongzhong,guanchazhehetouyingjiweiyuxianshipingmudeliangce,congtouyingjifachudeguangxianzhaoshedaobantoumingdexianshipingmushang,bufentouguohouxingchengtuxiang,suoyiguanchazhekandaodeshitoushechulaideguang,qiyuanlirutu1:

圖1:背投原理圖
通tong常chang人ren們men提ti到dao的de多duo媒mei體ti投tou影ying機ji主zhu要yao是shi指zhi前qian投tou影ying機ji,與yu它ta們men相xiang比bi背bei投tou影ying的de優you勢shi在zai於yu背bei投tou係xi統tong中zhong投tou影ying機ji和he屏ping幕mu是shi一yi個ge整zheng體ti,用yong戶hu使shi用yong時shi無wu需xu進jin行xing光guang學xue調tiao整zheng,像xiang使shi用yong普pu通tong電dian視shi機ji一yi樣yang簡jian單dan。此ci外wai背bei投tou係xi統tong中zhong光guang學xue投tou影ying機ji封feng閉bi在zai一yi個ge箱xiang體ti內nei,投tou射she到dao屏ping幕mu上shang的de光guang線xian不bu會hui受shou到dao外wai界jie光guang線xian影ying響xiang,因yin此ci在zai較jiao暗an或huo較jiao亮liang的de環huan境jing下xia都dou可ke以yi完wan好hao地di顯xian示shi圖tu像xiang。正zheng是shi基ji於yu這zhe些xie原yuan理li產chan生sheng了le背bei投tou電dian視shi,由you於yu采cai用yong的de不bu同tong的de投tou影ying機ji種zhong類lei,背bei投tou技ji術shu可ke以yi分fen為weiCRT(陰極射線管)、LCD(液晶)、LCOS(矽基液晶)、DLP(數字光處理)等幾種。到目前為止,CRT背投電視的技術最為成熟,生產規模較大,性價比高,依然是國內背投電視市場的主流產品。但CRT背bei投tou是shi靠kao熒ying光guang粉fen發fa光guang,很hen難nan提ti升sheng亮liang度du,容rong易yi使shi顯xian像xiang管guan老lao化hua,時shi間jian長chang了le,畫hua麵mian會hui變bian暗an,清qing晰xi度du降jiang低di。鑒jian於yu此ci,隨sui著zhe其qi他ta三san種zhong技ji術shu的de逐zhu漸jian成cheng熟shu,市shi場chang必bi將jiang重zhong新xin分fen割ge,誰shui將jiang占zhan據ju未wei來lai市shi場chang的de主zhu流liu呢ne?下xia麵mian我wo將jiang分fen別bie介jie紹shao一yi下xiaLCD、DLP、LCOS三種背投電視投影技術。
2、LCD背投技術
LCD(LiquidCrystalDisplay)背投的成像方式為穿透式,成像器件為液晶板,是一種被動式的投影方式。它利用外光源(金屬鹵素燈或UHP燈),因此隻要提高燈泡的功率就可以提升亮度。它利用比較成熟的液晶投影技術,色彩還原性好,亮度和對比度都優於CRT背投。隨著技術的不斷發展,目前困擾業界的燈泡壽命問題,也將得到較好的解決。目前LCD背投沒有成為市場主流的原因主要在於其高成本。此外LCD背投,限於其工作原理上的原因,它的開機預熱和關機後散熱都需要時間,不能做到CRT背投那樣隨開隨關。
LCD投影機按照液晶板的片數分為三片式和單片式。目前,三片式投影機是液晶板投影機的主要機種,其原理示意圖如下:

三片式LCD板投影機原理是光學係統把光源發射的強光通過分光鏡形成R、G、B三束光,分別透射過R、G、B三色液晶板;控製信號源經過A/D轉換調製後,加到液晶板上,通過控製液晶單元的開啟、閉合,從而控製R、G、B三色光路的通斷,然後三色光經過合色光路,在合色棱鏡中彙聚,最後經透鏡投射後,在屏幕上形成彩色圖像。
3、DLP背投技術
DLP(DigitalLightProcessing)指數字光處理技術,這種技術要先把影像訊號經過數字處理後再投影出來,其投影顯示質量很好。與LCD背投的透射式成像不同,DLP為反射方式。其係統核心是TI(德州儀器)公司開發的數字微鏡器件—DMD(DigitalMicromirrorDevice),DMD是顯示數字可視信息的最終環節,它是在CMOS的標準半導體製程上,加上一個可調變反射麵的旋轉機構形成的器件。通常DMD芯片有約130萬個鉸接安裝的微鏡,一個微鏡對應一個像素。DLP背投的原理是用一個積分器(Integrator)將光源均勻化,通過一個有色彩三原色的色環(ColorWheel),將光分成R、G、B三色,微鏡向光源傾斜時,光反射到鏡頭上,相當於光開關的“開”狀態。微鏡向光源反方向傾斜時,光反射不到鏡頭上,相當於光開關的“關”zhuangtai。qihuidudengjiyoumeimiaozhongguangkaiguan,kaiguancishubilaijueding。yincicaiyongtongbuxinhaodefangfa,chulishuzixuanzhuanjingpiandedianxinhao,jianglianxuguangzhuanweihuijie,peiheR、G、B三種顏色而將色彩表現出來,最後投影成像,便可以產生高品質、高灰度等級的圖像。
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目前DLP的投影機主要有單片DMD機、雙片DMD機和三片DMDji。genjugezibutongdetedian,youzhebutongdeyingyong。qizhongdanpianshizhuyaoyingyongzaibianxieshitouyingchanpin,shuangpianshiyingyongyudaxingpinjiexianshiqiangersanpianshizhuyaoyingyongyuchaogaoliangdutouyingji。yibanDLP背投電視有普通彩電4-5倍的清晰度,而且有著高亮度、高對比度的優勢,可達到1000:1的對比度。此外,由於數字技術的采用,使圖像灰度等級提高,圖像噪聲消失,畫麵質量更穩定。但是,德州儀器公司目前是全球DMD芯(xin)片(pian)的(de)惟(wei)一(yi)製(zhi)造(zao)商(shang),造(zao)成(cheng)投(tou)影(ying)機(ji)的(de)供(gong)給(gei)領(ling)域(yu)薄(bo)弱(ruo),核(he)心(xin)部(bu)件(jian)供(gong)應(ying)量(liang)不(bu)足(zu),成(cheng)品(pin)率(lv)較(jiao)低(di),價(jia)格(ge)昂(ang)貴(gui),因(yin)此(ci)在(zai)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)上(shang)限(xian)製(zhi)著(zhe)這(zhe)一(yi)產(chan)品(pin)的(de)發(fa)展(zhan),此外從長遠看DLP投影技術在超高分辨率(2000線以上)方麵受到製約。
4、LCOS背投技術
LCOS(LiquidCrystalOnSilicon)技術結合了半導體與LCD技術,其光學成像原理與DLP同為反射方式。與前述兩種背投技術相比,優勢在於高解析度、高亮度的特性,而且結構簡單,成本降低潛力大。雖然在目前的背投應用方麵,相對於流行的LCD技術及近期熱門DLP投影技術而言,LCOS仍不能與其抗衡,短期內在這三大技術中暫時屈居第三,但是LCOS仍是相當被看好的、最具潛力的投影技術,隨著其光學投影係統在重量、亮度上的不斷改善,必將在背投電視市場占據顯赫地位。此外,就我國高端背投彩電切入點來說,要建立自己的技術優勢,LCOS技術是目前的首選。由顯示麵板來看,在LCD技術領域日、韓占據著相當大的優勢,我國台灣地區也隻是占據了部分中、低端市場,DLP技術更是由TI獨家控製著其核心器件DMD。而LCOS技術尚未成熟,此時開發LCOS,將有機會擺脫在LCD、DLP投影技術上受製於人的情況,因此可以說LCOS是我國在高端彩電技術上取得領頭地位的機會。目前我國台灣地區廠商在LCOS技術開發方麵相當積極,聯電所主導的LCOS聯盟已經比較引人注目。HDTV的推廣應用,必將加快LCOS產業化進程。
LCOS顯示麵板其中一麵以CMOS芯片為基板,無法讓光線直接穿過,因此采用穿透式成像方式,因此其背投光學係統和LCD背投影機便產生了區別。通常LCOS光學係統中需要利用偏極化分光鏡(PolarizationBeamSplitter:PBS),將入射LCOS麵板的光線與反射的光線分開。PBS是由兩個45度等腰直角棱鏡底邊粘合的而成的棱鏡,當非線性偏極化光入射PBS時,PBS會反射入射光的S偏振光(垂直入射線平麵),並且讓P偏振光(平行入射線平麵)通過。關於LCOS光學係統技術仍在起步階段,所以IBM、ColorQuad、Philip、Hologram等多家廠商都開發了不同的LCOS光學引擎架構。但主要可分為單片式和三片式兩大類,如下:
1)、單片式
單片式LCOSColorWheel光學引擎示意圖如下,R、G、B色環快速旋轉將來自光源的白光分成循序的紅、綠、藍單色光。這三原色光與驅動程序產生的紅、綠、lanhuamiantongbu,bianxingchengfenseyingxiang。pinlvzugoukuaishi,youyurenyanshijiaozanliudetexing,guanchazhebiankeyikanjiancaisedetouyinghuamian。danpianshiguangxueyinqingzhanyongkongjianxiangduixiao,jinxuyipianmianban,xitongjiagoubijiaojiandan,yincizaichengbenshangjujingzhengyoushi。ranermuqianzaijishushangyemianlinyixiekunnan,yiColorWheel而言,白光經過偏極化後,亮度明顯降低,能量僅僅剩餘1/3。此外,由於LCOS麵板要在紅、藍、綠畫麵快速的切換下合成影像,對麵板反應速度的要求更高。目前類似的技術有:Displaytech的FieldSequentialColor結構、Philip的ScrollingColor-RotatingPrism結構、以及JVC的SpatialColor–Hologram結構。

2)、三片式
三片式LCOS光學引擎是目前市場采取的主要方式。這裏以筆者曾經調試的一套三片式LCOS光學引擎為例,介紹一下光路。以UHP燈泡為光源,光線首先經兩重複眼透境使光線均一化,然後經過一層PBS棱鏡和透鏡,接下來經紅、藍、綠三色光的分光光路,再分別將光束投射入到三片LCOS麵板,反射的三色影像經過合色係統形成彩色影像,投射到屏幕。此係統中,用到了4個方棱鏡、4個PBS棱鏡、以及兩個複眼透鏡、和幾個反射鏡。由此可見三片式LCOS光學引擎除了需要三片麵板外,還需要結合多項的分色、合色光學係統,因此體積較大、成本也較高。但是可以達到較高的光學效率,LCOS投影技術中,其麵板的下基板采用CMOS基板,其材質是單晶矽,擁有良好的電子移動率,而且單晶矽電路能做得很細,因此容易達到高解析度。此外,LCOS為反射式成像,不會像LCD光(guang)學(xue)引(yin)擎(qing)因(yin)光(guang)線(xian)穿(chuan)透(tou)麵(mian)板(ban)而(er)大(da)幅(fu)降(jiang)低(di)光(guang)利(li)用(yong)率(lv),因(yin)此(ci)有(you)很(hen)高(gao)的(de)光(guang)利(li)率(lv),可(ke)以(yi)較(jiao)少(shao)耗(hao)電(dian)產(chan)生(sheng)較(jiao)高(gao)的(de)亮(liang)度(du)。並(bing)且(qie)具(ju)備(bei)高(gao)畫(hua)質(zhi)的(de)特(te)性(xing),因(yin)此(ci)主(zhu)要(yao)是(shi)朝(chao)高(gao)階(jie)的(de)專(zhuan)業(ye)用(yong)途(tu)發(fa)展(zhan),目(mu)前(qian),三(san)片(pian)式(shi)光(guang)學(xue)引(yin)擎(qing)還(hai)有(you)ColorLink采用的ColoRQuard架構、Philips的Prism架構等。
在此再簡單介紹一下LCOS顯示驅動的特點。LCOS顯示技術中需要一塊內建DRAM的圖像控製芯片,主要包括脈衝時鍾發生器、行驅動電路(移位寄存器和buffer)、列驅動電路(移位寄存器,buffer,鎖存器)、D/A轉zhuan換huan器qi和he有you源yuan象xiang素su矩ju陣zhen幾ji部bu分fen。采cai用yong有you源yuan矩ju陣zhen結jie構gou豬zhu層ceng寫xie入ru數shu據ju,對dui於yu每mei個ge象xiang素su,其qi工gong作zuo狀zhuang態tai相xiang當dang於yu靜jing態tai驅qu動dong,這zhe樣yang對dui比bi度du較jiao高gao,幾ji乎hu沒mei有youCross-talk。而er其qi灰hui度du等deng級ji由you所suo加jia的de脈mai衝chong寬kuan度du決jue定ding。每mei一yi個ge象xiang素su對dui應ying一yi個ge開kai關guan,並bing且qie在zai驅qu動dong芯xin片pian中zhong一yi般ban占zhan用yong四si層ceng金jin屬shu,其qi中zhong下xia麵mian兩liang層ceng金jin屬shu用yong來lai走zou線xian,在zai上shang麵mian實shi現xian行xing和he列lie方fang向xiang的de驅qu動dong電dian路lu連lian接jie;上麵兩層金屬用來做光屏蔽和反射麵電極。視頻工作原理如下圖:每個象素是由一個MOS管和一個存儲電容組成。MOS管的寬長尺寸主要考慮饋通對電路邏輯性能的影響,存儲電容(圖中Cs)的容值由液晶的漏電常數和液晶自身電容值(圖中Clc)決定。

驅動電壓方麵,采用了“逐場倒相”方fang式shi,把ba交jiao互hu式shi電dian壓ya加jia到dao液ye晶jing單dan元yuan,防fang止zhi在zai單dan方fang向xiang電dian場chang作zuo用yong下xia,液ye晶jing分fen子zi極ji性xing化hua,電dian場chang取qu向xiang特te性xing實shi效xiao。具ju體ti操cao作zuo過guo程cheng是shi在zai第di一yi場chang信xin號hao後hou,翻fan轉zhuan數shu據ju線xian的de脈mai衝chong波bo形xing,把ba正zheng脈mai衝chong信xin號hao變bian為wei負fu脈mai衝chong信xin號hao,而er保bao持chi掃sao描miao脈mai衝chong信xin號hao不bu變bian。對dui液ye晶jing及ji其qi存cun儲chu電dian容rong進jin行xing充chong電dian時shi,為wei了le省sheng電dian我wo們men在zai電dian路lu設she計ji時shi選xuan用yong了le線xian性xing斜xie波bo的de充chong電dian方fang式shi電dian。
驅qu動dong電dian路lu係xi統tong結jie構gou方fang麵mian,有you模mo擬ni和he數shu字zi兩liang種zhong。模mo擬ni方fang式shi中zhong列lie方fang向xiang通tong過guo橫heng向xiang的de移yi位wei寄ji存cun器qi控kong製zhi與yu視shi頻pin相xiang連lian接jie,行xing方fang向xiang逐zhu行xing開kai啟qi,象xiang素su矩ju陣zhen通tong過guo垂chui直zhi的de移yi位wei寄ji存cun器qi控kong製zhi與yu列lie線xian相xiang連lian。數shu字zi方fang式shi結jie構gou中zhong每mei一yi個ge象xiang素su使shi用yong一yi個geDAC。為了解決DAC無法限製在較小的像素內問題,我們可以加入鎖存電路從而每行使用一個DAC。
總的來說,CRT、LCD、DLP、LCOS這幾種背投電視技術各有優勢。考慮到消費能力,CRT在未來幾年內仍將占據我國背投市場的主體;LCD就技術成熟度、應用範圍方麵看,是最有機會首先取代CRT成為主流的技術;DLP是技術新貴,目前由展會展出情況看,聲勢超過了LCOS(尤其在便攜式投影機方麵,DLP已經形成一定的產業規模,本文主要闡述在背投電視中的應用,因此不在此詳細闡述);而LCOS是最具成本優勢潛力和圖像質量優勢的技術,隨著人們對顯示畫麵尺寸要求提升,同時追求電視畫麵更舒適、更清晰,LCOS將具有最大的優勢。
- 背投顯示技術光路原理
- LCD背投技術
- DLP背投技術
- LCOS背投技術
背bei投tou顯xian示shi技ji術shu正zheng處chu於yu蓬peng勃bo發fa展zhan時shi期qi,本ben文wen介jie紹shao了le背bei投tou顯xian示shi技ji術shu的de基ji本ben光guang路lu原yuan理li,以yi及ji當dang前qian技ji術shu背bei景jing下xia,幾ji種zhong主zhu要yao背bei投tou電dian視shi技ji術shu的de應ying用yong和he發fa展zhan前qian景jing。並bing且qie對dui筆bi者zhe所suo從cong事shi的deLCOS背投領域做一下重點介紹。
1、背投顯示技術
背投(RearProjector)的定義是相對於傳統的前投(FrontProjector)而er言yan的de。二er者zhe的de主zhu要yao區qu別bie在zai於yu圖tu像xiang光guang線xian的de來lai源yuan方fang式shi。前qian投tou係xi統tong中zhong,觀guan察cha者zhe和he投tou影ying機ji位wei於yu反fan射she屏ping幕mu的de同tong一yi側ce,投tou影ying機ji投tou射she出chu的de光guang線xian照zhao射she到dao屏ping幕mu後hou,再zai經jing過guo反fan射she到dao達da觀guan察cha者zhe;erbeitouxitongzhong,guanchazhehetouyingjiweiyuxianshipingmudeliangce,congtouyingjifachudeguangxianzhaoshedaobantoumingdexianshipingmushang,bufentouguohouxingchengtuxiang,suoyiguanchazhekandaodeshitoushechulaideguang,qiyuanlirutu1:

圖1:背投原理圖
通tong常chang人ren們men提ti到dao的de多duo媒mei體ti投tou影ying機ji主zhu要yao是shi指zhi前qian投tou影ying機ji,與yu它ta們men相xiang比bi背bei投tou影ying的de優you勢shi在zai於yu背bei投tou係xi統tong中zhong投tou影ying機ji和he屏ping幕mu是shi一yi個ge整zheng體ti,用yong戶hu使shi用yong時shi無wu需xu進jin行xing光guang學xue調tiao整zheng,像xiang使shi用yong普pu通tong電dian視shi機ji一yi樣yang簡jian單dan。此ci外wai背bei投tou係xi統tong中zhong光guang學xue投tou影ying機ji封feng閉bi在zai一yi個ge箱xiang體ti內nei,投tou射she到dao屏ping幕mu上shang的de光guang線xian不bu會hui受shou到dao外wai界jie光guang線xian影ying響xiang,因yin此ci在zai較jiao暗an或huo較jiao亮liang的de環huan境jing下xia都dou可ke以yi完wan好hao地di顯xian示shi圖tu像xiang。正zheng是shi基ji於yu這zhe些xie原yuan理li產chan生sheng了le背bei投tou電dian視shi,由you於yu采cai用yong的de不bu同tong的de投tou影ying機ji種zhong類lei,背bei投tou技ji術shu可ke以yi分fen為weiCRT(陰極射線管)、LCD(液晶)、LCOS(矽基液晶)、DLP(數字光處理)等幾種。到目前為止,CRT背投電視的技術最為成熟,生產規模較大,性價比高,依然是國內背投電視市場的主流產品。但CRT背bei投tou是shi靠kao熒ying光guang粉fen發fa光guang,很hen難nan提ti升sheng亮liang度du,容rong易yi使shi顯xian像xiang管guan老lao化hua,時shi間jian長chang了le,畫hua麵mian會hui變bian暗an,清qing晰xi度du降jiang低di。鑒jian於yu此ci,隨sui著zhe其qi他ta三san種zhong技ji術shu的de逐zhu漸jian成cheng熟shu,市shi場chang必bi將jiang重zhong新xin分fen割ge,誰shui將jiang占zhan據ju未wei來lai市shi場chang的de主zhu流liu呢ne?下xia麵mian我wo將jiang分fen別bie介jie紹shao一yi下xiaLCD、DLP、LCOS三種背投電視投影技術。
2、LCD背投技術
LCD(LiquidCrystalDisplay)背投的成像方式為穿透式,成像器件為液晶板,是一種被動式的投影方式。它利用外光源(金屬鹵素燈或UHP燈),因此隻要提高燈泡的功率就可以提升亮度。它利用比較成熟的液晶投影技術,色彩還原性好,亮度和對比度都優於CRT背投。隨著技術的不斷發展,目前困擾業界的燈泡壽命問題,也將得到較好的解決。目前LCD背投沒有成為市場主流的原因主要在於其高成本。此外LCD背投,限於其工作原理上的原因,它的開機預熱和關機後散熱都需要時間,不能做到CRT背投那樣隨開隨關。
LCD投影機按照液晶板的片數分為三片式和單片式。目前,三片式投影機是液晶板投影機的主要機種,其原理示意圖如下:

三片式LCD板投影機原理是光學係統把光源發射的強光通過分光鏡形成R、G、B三束光,分別透射過R、G、B三色液晶板;控製信號源經過A/D轉換調製後,加到液晶板上,通過控製液晶單元的開啟、閉合,從而控製R、G、B三色光路的通斷,然後三色光經過合色光路,在合色棱鏡中彙聚,最後經透鏡投射後,在屏幕上形成彩色圖像。
3、DLP背投技術
DLP(DigitalLightProcessing)指數字光處理技術,這種技術要先把影像訊號經過數字處理後再投影出來,其投影顯示質量很好。與LCD背投的透射式成像不同,DLP為反射方式。其係統核心是TI(德州儀器)公司開發的數字微鏡器件—DMD(DigitalMicromirrorDevice),DMD是顯示數字可視信息的最終環節,它是在CMOS的標準半導體製程上,加上一個可調變反射麵的旋轉機構形成的器件。通常DMD芯片有約130萬個鉸接安裝的微鏡,一個微鏡對應一個像素。DLP背投的原理是用一個積分器(Integrator)將光源均勻化,通過一個有色彩三原色的色環(ColorWheel),將光分成R、G、B三色,微鏡向光源傾斜時,光反射到鏡頭上,相當於光開關的“開”狀態。微鏡向光源反方向傾斜時,光反射不到鏡頭上,相當於光開關的“關”zhuangtai。qihuidudengjiyoumeimiaozhongguangkaiguan,kaiguancishubilaijueding。yincicaiyongtongbuxinhaodefangfa,chulishuzixuanzhuanjingpiandedianxinhao,jianglianxuguangzhuanweihuijie,peiheR、G、B三種顏色而將色彩表現出來,最後投影成像,便可以產生高品質、高灰度等級的圖像。
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目前DLP的投影機主要有單片DMD機、雙片DMD機和三片DMDji。genjugezibutongdetedian,youzhebutongdeyingyong。qizhongdanpianshizhuyaoyingyongzaibianxieshitouyingchanpin,shuangpianshiyingyongyudaxingpinjiexianshiqiangersanpianshizhuyaoyingyongyuchaogaoliangdutouyingji。yibanDLP背投電視有普通彩電4-5倍的清晰度,而且有著高亮度、高對比度的優勢,可達到1000:1的對比度。此外,由於數字技術的采用,使圖像灰度等級提高,圖像噪聲消失,畫麵質量更穩定。但是,德州儀器公司目前是全球DMD芯(xin)片(pian)的(de)惟(wei)一(yi)製(zhi)造(zao)商(shang),造(zao)成(cheng)投(tou)影(ying)機(ji)的(de)供(gong)給(gei)領(ling)域(yu)薄(bo)弱(ruo),核(he)心(xin)部(bu)件(jian)供(gong)應(ying)量(liang)不(bu)足(zu),成(cheng)品(pin)率(lv)較(jiao)低(di),價(jia)格(ge)昂(ang)貴(gui),因(yin)此(ci)在(zai)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)上(shang)限(xian)製(zhi)著(zhe)這(zhe)一(yi)產(chan)品(pin)的(de)發(fa)展(zhan),此外從長遠看DLP投影技術在超高分辨率(2000線以上)方麵受到製約。
4、LCOS背投技術
LCOS(LiquidCrystalOnSilicon)技術結合了半導體與LCD技術,其光學成像原理與DLP同為反射方式。與前述兩種背投技術相比,優勢在於高解析度、高亮度的特性,而且結構簡單,成本降低潛力大。雖然在目前的背投應用方麵,相對於流行的LCD技術及近期熱門DLP投影技術而言,LCOS仍不能與其抗衡,短期內在這三大技術中暫時屈居第三,但是LCOS仍是相當被看好的、最具潛力的投影技術,隨著其光學投影係統在重量、亮度上的不斷改善,必將在背投電視市場占據顯赫地位。此外,就我國高端背投彩電切入點來說,要建立自己的技術優勢,LCOS技術是目前的首選。由顯示麵板來看,在LCD技術領域日、韓占據著相當大的優勢,我國台灣地區也隻是占據了部分中、低端市場,DLP技術更是由TI獨家控製著其核心器件DMD。而LCOS技術尚未成熟,此時開發LCOS,將有機會擺脫在LCD、DLP投影技術上受製於人的情況,因此可以說LCOS是我國在高端彩電技術上取得領頭地位的機會。目前我國台灣地區廠商在LCOS技術開發方麵相當積極,聯電所主導的LCOS聯盟已經比較引人注目。HDTV的推廣應用,必將加快LCOS產業化進程。
LCOS顯示麵板其中一麵以CMOS芯片為基板,無法讓光線直接穿過,因此采用穿透式成像方式,因此其背投光學係統和LCD背投影機便產生了區別。通常LCOS光學係統中需要利用偏極化分光鏡(PolarizationBeamSplitter:PBS),將入射LCOS麵板的光線與反射的光線分開。PBS是由兩個45度等腰直角棱鏡底邊粘合的而成的棱鏡,當非線性偏極化光入射PBS時,PBS會反射入射光的S偏振光(垂直入射線平麵),並且讓P偏振光(平行入射線平麵)通過。關於LCOS光學係統技術仍在起步階段,所以IBM、ColorQuad、Philip、Hologram等多家廠商都開發了不同的LCOS光學引擎架構。但主要可分為單片式和三片式兩大類,如下:
1)、單片式
單片式LCOSColorWheel光學引擎示意圖如下,R、G、B色環快速旋轉將來自光源的白光分成循序的紅、綠、藍單色光。這三原色光與驅動程序產生的紅、綠、lanhuamiantongbu,bianxingchengfenseyingxiang。pinlvzugoukuaishi,youyurenyanshijiaozanliudetexing,guanchazhebiankeyikanjiancaisedetouyinghuamian。danpianshiguangxueyinqingzhanyongkongjianxiangduixiao,jinxuyipianmianban,xitongjiagoubijiaojiandan,yincizaichengbenshangjujingzhengyoushi。ranermuqianzaijishushangyemianlinyixiekunnan,yiColorWheel而言,白光經過偏極化後,亮度明顯降低,能量僅僅剩餘1/3。此外,由於LCOS麵板要在紅、藍、綠畫麵快速的切換下合成影像,對麵板反應速度的要求更高。目前類似的技術有:Displaytech的FieldSequentialColor結構、Philip的ScrollingColor-RotatingPrism結構、以及JVC的SpatialColor–Hologram結構。

2)、三片式
三片式LCOS光學引擎是目前市場采取的主要方式。這裏以筆者曾經調試的一套三片式LCOS光學引擎為例,介紹一下光路。以UHP燈泡為光源,光線首先經兩重複眼透境使光線均一化,然後經過一層PBS棱鏡和透鏡,接下來經紅、藍、綠三色光的分光光路,再分別將光束投射入到三片LCOS麵板,反射的三色影像經過合色係統形成彩色影像,投射到屏幕。此係統中,用到了4個方棱鏡、4個PBS棱鏡、以及兩個複眼透鏡、和幾個反射鏡。由此可見三片式LCOS光學引擎除了需要三片麵板外,還需要結合多項的分色、合色光學係統,因此體積較大、成本也較高。但是可以達到較高的光學效率,LCOS投影技術中,其麵板的下基板采用CMOS基板,其材質是單晶矽,擁有良好的電子移動率,而且單晶矽電路能做得很細,因此容易達到高解析度。此外,LCOS為反射式成像,不會像LCD光(guang)學(xue)引(yin)擎(qing)因(yin)光(guang)線(xian)穿(chuan)透(tou)麵(mian)板(ban)而(er)大(da)幅(fu)降(jiang)低(di)光(guang)利(li)用(yong)率(lv),因(yin)此(ci)有(you)很(hen)高(gao)的(de)光(guang)利(li)率(lv),可(ke)以(yi)較(jiao)少(shao)耗(hao)電(dian)產(chan)生(sheng)較(jiao)高(gao)的(de)亮(liang)度(du)。並(bing)且(qie)具(ju)備(bei)高(gao)畫(hua)質(zhi)的(de)特(te)性(xing),因(yin)此(ci)主(zhu)要(yao)是(shi)朝(chao)高(gao)階(jie)的(de)專(zhuan)業(ye)用(yong)途(tu)發(fa)展(zhan),目(mu)前(qian),三(san)片(pian)式(shi)光(guang)學(xue)引(yin)擎(qing)還(hai)有(you)ColorLink采用的ColoRQuard架構、Philips的Prism架構等。
在此再簡單介紹一下LCOS顯示驅動的特點。LCOS顯示技術中需要一塊內建DRAM的圖像控製芯片,主要包括脈衝時鍾發生器、行驅動電路(移位寄存器和buffer)、列驅動電路(移位寄存器,buffer,鎖存器)、D/A轉zhuan換huan器qi和he有you源yuan象xiang素su矩ju陣zhen幾ji部bu分fen。采cai用yong有you源yuan矩ju陣zhen結jie構gou豬zhu層ceng寫xie入ru數shu據ju,對dui於yu每mei個ge象xiang素su,其qi工gong作zuo狀zhuang態tai相xiang當dang於yu靜jing態tai驅qu動dong,這zhe樣yang對dui比bi度du較jiao高gao,幾ji乎hu沒mei有youCross-talk。而er其qi灰hui度du等deng級ji由you所suo加jia的de脈mai衝chong寬kuan度du決jue定ding。每mei一yi個ge象xiang素su對dui應ying一yi個ge開kai關guan,並bing且qie在zai驅qu動dong芯xin片pian中zhong一yi般ban占zhan用yong四si層ceng金jin屬shu,其qi中zhong下xia麵mian兩liang層ceng金jin屬shu用yong來lai走zou線xian,在zai上shang麵mian實shi現xian行xing和he列lie方fang向xiang的de驅qu動dong電dian路lu連lian接jie;上麵兩層金屬用來做光屏蔽和反射麵電極。視頻工作原理如下圖:每個象素是由一個MOS管和一個存儲電容組成。MOS管的寬長尺寸主要考慮饋通對電路邏輯性能的影響,存儲電容(圖中Cs)的容值由液晶的漏電常數和液晶自身電容值(圖中Clc)決定。

驅動電壓方麵,采用了“逐場倒相”方fang式shi,把ba交jiao互hu式shi電dian壓ya加jia到dao液ye晶jing單dan元yuan,防fang止zhi在zai單dan方fang向xiang電dian場chang作zuo用yong下xia,液ye晶jing分fen子zi極ji性xing化hua,電dian場chang取qu向xiang特te性xing實shi效xiao。具ju體ti操cao作zuo過guo程cheng是shi在zai第di一yi場chang信xin號hao後hou,翻fan轉zhuan數shu據ju線xian的de脈mai衝chong波bo形xing,把ba正zheng脈mai衝chong信xin號hao變bian為wei負fu脈mai衝chong信xin號hao,而er保bao持chi掃sao描miao脈mai衝chong信xin號hao不bu變bian。對dui液ye晶jing及ji其qi存cun儲chu電dian容rong進jin行xing充chong電dian時shi,為wei了le省sheng電dian我wo們men在zai電dian路lu設she計ji時shi選xuan用yong了le線xian性xing斜xie波bo的de充chong電dian方fang式shi電dian。
驅qu動dong電dian路lu係xi統tong結jie構gou方fang麵mian,有you模mo擬ni和he數shu字zi兩liang種zhong。模mo擬ni方fang式shi中zhong列lie方fang向xiang通tong過guo橫heng向xiang的de移yi位wei寄ji存cun器qi控kong製zhi與yu視shi頻pin相xiang連lian接jie,行xing方fang向xiang逐zhu行xing開kai啟qi,象xiang素su矩ju陣zhen通tong過guo垂chui直zhi的de移yi位wei寄ji存cun器qi控kong製zhi與yu列lie線xian相xiang連lian。數shu字zi方fang式shi結jie構gou中zhong每mei一yi個ge象xiang素su使shi用yong一yi個geDAC。為了解決DAC無法限製在較小的像素內問題,我們可以加入鎖存電路從而每行使用一個DAC。
總的來說,CRT、LCD、DLP、LCOS這幾種背投電視技術各有優勢。考慮到消費能力,CRT在未來幾年內仍將占據我國背投市場的主體;LCD就技術成熟度、應用範圍方麵看,是最有機會首先取代CRT成為主流的技術;DLP是技術新貴,目前由展會展出情況看,聲勢超過了LCOS(尤其在便攜式投影機方麵,DLP已經形成一定的產業規模,本文主要闡述在背投電視中的應用,因此不在此詳細闡述);而LCOS是最具成本優勢潛力和圖像質量優勢的技術,隨著人們對顯示畫麵尺寸要求提升,同時追求電視畫麵更舒適、更清晰,LCOS將具有最大的優勢。
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