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3LCD及DLP分庭抗礼解读投影未来发展新日

发布时间:2020-01-15 18:14:11 阅读: 来源:头枕厂家

【中国数字视听网讯】3LCD以及DLP显示技术是传统投影仪市场的主流,但由于3LCD不易小型化,已经被LCOS技术取代,在微型投影市场与DLP技术分庭抗礼。目前,美国德州仪器(TI)是DLP的主要供货商,提供包含DLP显示以及主控芯片在内的产品。系统开发商几乎可以从TI那里一次性购足所需的关键器件,但缺点是供货商单一、产品价格较高。

LCOS阵营目前有四大供货商,包含台湾奇景/立景光电(HimaxDisplay)、收购了DisplayTech的美光科技(Micron)、收购Aurora的豪威科技(OmniVision)以及美商晶典科技(Syndiant)。在这其中,仅Himax同时生产以白光光源为主的ColorFilterLCOS与RGBSequentialLCOS显示芯片,剩余三家均以RGBSequential光源的LCOS显示芯片为主。由于在功耗、对比度以及光利用率方面的差异,以RGBLED光源为主的ColorSequential循序扫瞄方式将渐渐在未来取代白光光源,成为中高端产品的主要显示方式。不过目前其缺点是与白光相比价格仍然较高。

投影系统能够廉价的提供超大尺寸显示画面的关键就在于:原有显示画面的亮度足够高(这个前级画面是液晶、等离子、OLED、LED、CRT、DLP、LCOS,都可以);画面放大系统(投影的光学镜头)效果要足够好。以上两点是一个好的投影系统的最核心部分。但是,这两部分的技术成熟性却不一样:光学镜头是一个古老的行业,从天文系统的巨大镜头、到眼外科手术用的微型镜头,各类出色的低成本产品层出不穷;与此形成鲜明对比的是,高亮度的、亮度足以满足数百英寸显示画面的、体积尺寸“较小”的显示系统却是一个科学难题。对后者问题的解决构成了不同投影技术的关键差异——如早期的CRT投影,现在的DLP系统、3LCD系统或者3LCOS系统,以及本文要讲的单片式LCD系统。

被用于放大的投影前级画面要满足的条件主要是两个:一是亮度足够高,二是画面要尽可能小。后者主要是为了适应投影镜头的设计,同时也在很大程度上影响整个系统的成本。但是,前者,亮度才是投影系统效果的关键。对于现代投影系统,无论是DLP、3LCD、3LCOS还是单片式LCD,高亮度主要依靠光源系统实现。从光源角度看,投影需要的是高亮度的平行光源。但是,传统的灯泡光源,例如汞灯,都是点光源,只有光源中心位置,很小截面积下的光束才拥有足够高的均匀度。

同时,汞灯等传统灯泡光源,提升亮度的成本很高。这些成本包括,第一,汞灯的发光效率低,也就是说发热量高,更高亮度的汞灯意味着更高的温度控制难度;第二,随着汞灯等灯泡产品亮度的增加,其稳定工作寿命也会下降;第三,灯泡产品亮度增加,灯泡产品自身的体积也会变大。这些问题都使得采用灯泡光源产品的投影提升亮度的成本很高——高档工程投影机不仅采用多组灯泡实现高亮度,同时更要采用复杂的水冷降温系统,以及被压缩到只有数百小时的灯泡寿命。

提升投影系统亮度的另一个方法是加大前级画面的尺寸。比如工程投影机多使用一英寸以上的DMD或者lcos光阀,而普通商用机则使用0.5英寸上下的光阀产品。这个方法虽然能提升投影产品的亮度,但是更大尺寸的光阀产品成本更高、成品率也更低。这样的系统也意味着需要大口径的镜头——这也会增加系统成本;同时意味着要求光源在更大截面积内保持极佳的均匀性——这提升了光源成本。

最后这一点是传统单片式LCD投影机“显示效果”非常不好的根本原因。因为单片式LCD投影机的思路是,利用大面积单片的带有三原色滤光膜的低温多晶硅技术LCD光阀成本低、制备容易、成品率高的特点,实现更低成本的“先进投影系统”。然而,传统光源技术根本无法保障4-6英寸,甚至更大尺寸下高亮、高均匀、平行光源的设计。这就使得,早期的单片式LCD投影机的亮度比较低、画面均匀性比较差,产品只能成为DIY玩家、以及KTV等低端应用市场的“廉价”产品。

寻找更为出色的“高亮、高均匀、平行光源”,是提升单片LCD显示系统性能的关键。随着LED光源系统的进步,这一技术诉求成为了可能。LED光源产品具有产品光效率高、产品光密度高、稳定性好寿命长的特点,同时更具有产品体积非常非常小的“结构设计优势”。利用后者这个优势,可以使用数十颗、甚至上百颗LED光珠形成有序的排列阵列,并通过导光板技术,获得一个截面积相对有限、但是亮度较高、均匀性较佳的光源系统。这样的光源系统非常适合于单片式LCD显示系统。——实际上,这样的光源技术原理,也是液晶电视、液晶显示器、手机产品的基本显示原理。只不过,用于投影的时候,这个系统的亮度被大大强化了而已。

全封闭光机

因此,可以说现在的高亮度单片式LCD投影技术,就是“放大镜”外加强化亮度和散热设计的“手机显示器”。这种产品的性能效果,一方面决定于上文提到的LED光源系统的进步和设计;另一方面取决于光源前端的LCD光阀的设计。

近年来,小尺寸LCD显示屏的技术进步日新月异:主要变现为采用低温多晶硅技术TFT之后,驱动效率和开口率的提升;液晶面板制备工艺进步使得显示像素密度的大幅度提升。这两项技术共同决定了,在5英寸尺寸上实现720P像素显示的液晶屏的开口率已经今非昔比——这一变化,彻底改善了传统单片式投影系统画面网格化严重的“核心致命缺陷”。

应用LED光源和新型液晶显示技术的单片式LCD投影系统的性能已经大大提升:主要是亮度和画面的网格效果的改善上。但是,LED光源的技术进步和LCD技术的进步,却没有抹杀掉单片式LCD的“廉价”优势。这构成了目前单片式LCD投影技术的主要市场机遇:性能提升和价格低廉。

在此,特别值得一提的是,应用于单片式LCD系统的LED光源组,由于体积依然显著大于传统LCOs、或者DMD、3LCD投影系统的光阀产品,这使得传统数字投影产品的主流产品,暂时无缘分享LED阵列光源的高亮度、低成本市场优势。

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