3LCD投影技術(shù)的工作原理與深層剖析

2005年初，全球最知名的五大消費(fèi)及商用電子產(chǎn)品生產(chǎn)商——富士通、日立、松下、三洋和索尼——宣布與愛(ài)普生聯(lián)手向消費(fèi)者和視頻顯示器專業(yè)用戶宣傳三片液晶投影(3LCD)技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，3LCD集團(tuán)(The 3LCD Group)也在2005年國(guó)際消費(fèi)電子展(CES)上揭開面紗。未來(lái)幾年內(nèi)，3LCD技術(shù)將不斷進(jìn)步，3LCD產(chǎn)品供給量也將持續(xù)增加，3LCD集團(tuán)將通過(guò)各種宣傳活動(dòng)、產(chǎn)品演示和行業(yè)信息更新等方式向消費(fèi)者和專業(yè)人員宣傳3LCD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。此外，3LCD集團(tuán)還將介紹3LCD技術(shù)區(qū)別于市場(chǎng)中其他顯示系統(tǒng)的獨(dú)有特性。全球領(lǐng)先的投影機(jī)生產(chǎn)商富士通、日立、松下、三洋和索尼與愛(ài)普生聯(lián)手向市場(chǎng)宣傳三片液晶投影(3LCD)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。較之單片液晶技術(shù)，三片液晶投影(3LCD)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)明亮、自然的畫面， 銳利的細(xì)節(jié)表現(xiàn)和無(wú)色彩分離現(xiàn)象的豐富色彩。

明亮的圖像

3LCD方式是將燈泡發(fā)出的光分解成R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))三種顏色(光的三原色)的光，并使其分別透過(guò)各自的液晶板(HTPS方式)賦予形狀和動(dòng)作。由于經(jīng)常投射這三種原色，因此可以有效地使用光，顯現(xiàn)出明亮清晰的圖像。 能夠?qū)崿F(xiàn)高光透率，明亮的和色彩還原逼真的投影機(jī)。

自然的圖像

3LCD方式是對(duì)光的三原色用R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))各自的液晶顯示板進(jìn)行控制后再加以合成顏色、可是每一點(diǎn)的顏色如實(shí)地再現(xiàn)其原色。 LCD還可以表現(xiàn)出微細(xì)的層次，并自然地再現(xiàn)圖像中的顏色變化部分特別是黑暗部分。

柔和的圖像

由于使用三個(gè)LCD顯示顏色，因此能再現(xiàn)不傷眼睛的圖像。 3LCD方式不會(huì)出現(xiàn)被稱為“色分解”的彩虹似的花紋，可令人安心地長(zhǎng)時(shí)間欣賞圖像。

投影機(jī)的方式

外觀大體相同的投影機(jī)因所使用的顯示元件的不同，內(nèi)部的光學(xué)系統(tǒng)各異，有著不同的種類。現(xiàn)在市場(chǎng)上推出的投影機(jī)大致可以分為以下3種方式。

 3LCD方式

從光源發(fā)出的入射光線被只投射特定波長(zhǎng)光線的特殊慮鏡分離為紅色、綠色和藍(lán)色。分離后的三原色分別由一個(gè)TFT(LCD)廣閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)一個(gè)棱鏡進(jìn)行重新合成后被投射到顯示屏上。這種3LCD系統(tǒng)使光調(diào)節(jié)范圍更廣，從而具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用。

DLPTM*1方式

顯示元件采用DMDTM*2(Digital Micromirror Device)。DMD是一種由數(shù)十萬(wàn)～百數(shù)十萬(wàn)個(gè)微米級(jí)的微小型反射鏡組成的半導(dǎo)體，每一個(gè)反射鏡對(duì)應(yīng)一個(gè)像素，通過(guò)反射來(lái)自光源的光線來(lái)投影圖像。有單片、3片式。DMDTM在結(jié)構(gòu)上是在半導(dǎo)體基板上鋪滿反射鏡、通過(guò)ON/OFF來(lái)使這些反射鏡傾斜。DLPTM是指使用了DMDTM的光學(xué)系統(tǒng)的總稱，使色輪旋轉(zhuǎn)顯示出與某個(gè)瞬間的色彩一致的畫像，能通過(guò)每秒進(jìn)行數(shù)千次的旋轉(zhuǎn)來(lái)顯示全彩色。

LCOS方式

顯示元件采用LCOS(Liquid Crystal On Silicon)。LCOS是一種反射型的液晶顯示面板，特點(diǎn)是開口率高。配線部分和開關(guān)元件設(shè)在反射層的下面，因此不需要黑色矩陣部分，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫連接的圖像顯示。有單片式、3片式。

3LCD投影機(jī)的結(jié)構(gòu)

超高壓水銀燈

光源燈有許多種類，從照明效率、壽命等方面考慮，目前投影機(jī)普遍采用超高壓水銀燈作為光源。 由于其工作壓力設(shè)定在200大氣壓以上，光源尺寸向直徑方向收縮，在實(shí)用的光源燈電壓下可以實(shí)現(xiàn)短弧光化，因此接近于點(diǎn)光源，便于光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 同時(shí)，在其分光中采用增大連續(xù)發(fā)光成分的方式，能夠改善演色效果。這些特性是所有投影機(jī)用光源所追求的特性。

積分透鏡

這種技術(shù)能夠通過(guò)使光線投射過(guò)第一組鏡頭陣列和第二組鏡頭陣列從而在整個(gè)投影屏上投射出均勻的亮度。

偏光轉(zhuǎn)換元件

從光源燈發(fā)出的光中有各個(gè)方向的波，HTPS技術(shù)只讓縱波通過(guò)，因而能夠?qū)⒐獾臋M波變?yōu)榭v波，使盡量多的光線通過(guò)HTPS。采用該技術(shù)后，亮度提高了約1.5倍。

分光鏡(色彩分離)

3LCD系統(tǒng)中使用了兩個(gè)分光鏡(如下圖所示)以便將燈泡發(fā)出的光分離為紅色、綠色和藍(lán)色。這兩個(gè)分光鏡的玻璃基片上涂有一層薄膜，這層薄膜只反射特定波長(zhǎng)的光線。

分色棱鏡(色彩合成)

分色棱鏡是一種將光線分離紅色、綠色和藍(lán)色的棱鏡，其使用來(lái)自液晶板LCD面板的對(duì)應(yīng)色彩形成圖像，然后再對(duì)它們進(jìn)行重新組合。色彩和圖像通過(guò)反射紅色和藍(lán)色，以及投射綠色光實(shí)現(xiàn)組合。棱鏡由四個(gè)三角柱構(gòu)成的長(zhǎng)方體組成。三角柱在加工和粘合時(shí)需要極高的精確度，以便避免因離散性分色表面偏位而產(chǎn)生的暗線和重影。

液晶面板

液晶面板的種類

液晶面板有很多種類，性能各異。應(yīng)根據(jù)用途選擇最佳的產(chǎn)品。

什么是HTPS?

HTPS(高溫多晶硅)裝置是一個(gè)主動(dòng)陣列投射式液晶板，這種液晶板在投影機(jī)中被用作廣閥。這種液晶板的性能優(yōu)于其他系統(tǒng)中采用的液晶板，它能使投影機(jī)的結(jié)構(gòu)更加小巧緊湊，分辨率更高，對(duì)比度更高，而且能夠加載內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器。

HTPS的特點(diǎn)

HTPS(高溫多晶硅)裝置的各個(gè)象素均包括一個(gè)由多晶硅構(gòu)成的薄膜晶體管(TFT)。這些像素晶體管通過(guò)改變掃描線的電壓發(fā)揮著傳導(dǎo)開關(guān)的作用。薄膜晶體管的制造方式與半導(dǎo)體相同，由于開口率高，它能夠輕松實(shí)現(xiàn)小型化，并通過(guò)高溫處理將驅(qū)動(dòng)器嵌入基層，從而獲得了極高的可靠性。

HTPS的構(gòu)造

TFT(薄膜晶體管)基層是通過(guò)采用先進(jìn)的圖層技術(shù)在硅板上形成的一個(gè)非常薄的材料層，這個(gè)材料層被設(shè)計(jì)成必要的式樣(如下圖所示)。這種技術(shù)被稱作照相平板印刷技術(shù)(Photo-lithography)，這種技術(shù)通過(guò)材料層的重疊形成薄膜晶體管元件和驅(qū)動(dòng)電路。

防塵玻璃

TFT(薄膜晶體管)面板上覆蓋著玻璃片，以防止TFT面板受損和吸附灰塵。在防塵玻璃片上無(wú)法看到灰塵，因?yàn)樵谕队皶r(shí)，灰塵處于聚焦范圍之外。

微透鏡陣列(MLA)

LCD(HTPS)中有光線通過(guò)部分(開口部)和光線不通過(guò)部分(如配線部分等)，該技術(shù)能夠?qū)⒐饩€集中到開口部，使盡量多的光線通過(guò)屏面。在光線射入側(cè)的基板上，滿滿地排列著大小與一個(gè)像素面積大致相同的透鏡。使用這種技術(shù)后，開口部特別小的屏面能夠提高多達(dá)1.5倍～1.6倍的亮度。

開口率

開口率是指除去每一個(gè)像素的配線部、晶體管部(通常采用黑色矩陣隱藏)后的光線通過(guò)部分的面積和每一個(gè)像素整體的面積之間的比例。 開口率越高，光線通過(guò)的效率越高。HTPS采用先進(jìn)的細(xì)微加工技術(shù)，通過(guò)配線、元件部的最優(yōu)化設(shè)計(jì)和縮小BM部的面積來(lái)提高開口率，使投影機(jī)的高亮度化變得更容易。 例如：以0.7英寸型的XGA(1024×768像素)產(chǎn)品為例進(jìn)行比較，采用更加先進(jìn)的細(xì)微加工技術(shù)后，實(shí)現(xiàn)了開口率比傳統(tǒng)細(xì)微加工技術(shù)的基板提高10%以上。

3LCD集團(tuán)由業(yè)界領(lǐng)先的顯示器生產(chǎn)商組成，致力于向消費(fèi)者和視頻成像專業(yè)人士宣傳3LCD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。集團(tuán)成員將在其產(chǎn)品和宣傳材料中使用由愛(ài)普生公司授權(quán)的3LCD標(biāo)識(shí)。目前采用3LCD的生產(chǎn)商已經(jīng)有AVIO、愛(ài)普生、富士通、日立、康佳、三洋、創(chuàng)維、索尼、優(yōu)派等等。