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——宣布與愛普生聯(lián)手向消費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。同時，3LCD集團(The 3LCD Group)也在2005年國際消費電子展(CES)上揭開面紗。未來幾年內(nèi)，3LCD技術(shù)將不斷進步，3LCD產(chǎn)品供給量也將持續(xù)增加，3LCD集團將通過各種宣傳活動、產(chǎn)品演示和行業(yè)信息更新等方式向消費者和專業(yè)人員宣傳3LCD技術(shù)的優(yōu)勢。此外，3LCD集團還將介紹3LCD技術(shù)區(qū)別于市場中其他顯示系統(tǒng)的獨有特性。全球領(lǐng)先的投影機生產(chǎn)商富士通、日立、松下、三洋和索尼與愛普生聯(lián)手向市場宣傳三片液晶投影(3LCD)技術(shù)的優(yōu)勢。較之單片液晶技術(shù)，三片液晶投影(3LCD)技術(shù)可以實現(xiàn)明亮、自然的畫面， 銳利的細(xì)節(jié)表現(xiàn)和無色彩分離現(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，并使其分別透過各自的液晶板(HTPS方式)賦予形狀和動作。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。

自然的圖像

3LCD方式是對光的三原色用R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))各自的液晶顯示板進行控制后再加以合成顏色、可是每一點的顏色如實地再現(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LCD顯示顏色，因此能再現(xiàn)不傷眼睛的圖像。 3LCD方式不會出現(xiàn)被稱為“色分解”的彩虹似的花紋，可令人安心地長時間欣賞圖像。

投影機的方式

外觀大體相同的投影機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?，F(xiàn)在市場上推出的投影機大致可以分為以下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TFT(LCD)廣閥進行調(diào)節(jié)，經(jīng)一個棱鏡進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)十萬～百數(shù)十萬個微米級的微小型反射鏡組成的半導(dǎo)體，每一個反射鏡對應(yīng)一個像素，通過反射來自光源的光線來投影圖像。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ON/OFF來使這些反射鏡傾斜。DLPTM是指使用了DMDTM的光學(xué)系統(tǒng)的總稱，使色輪旋轉(zhuǎn)顯示出與某個瞬間的色彩一致的畫像，能通過每秒進行數(shù)千次的旋轉(zhuǎn)來顯示全彩色。

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)無縫連接的圖像顯示。有單片式、3片式。

3LCD投影機的結(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，在實用的光源燈電壓下可以實現(xiàn)短弧光化，因此接近于點光源，便于光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計。 同時，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用光源所追求的特性。

積分透鏡

這種技術(shù)能夠通過使光線投射過第一組鏡頭陣列和第二組鏡頭陣列從而在整個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)出的光中有各個方向的波，HTPS技術(shù)只讓縱波通過，因而能夠?qū)⒐獾臋M波變?yōu)榭v波，使盡量多的光線通過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，其使用來自液晶板LCD面板的對應(yīng)色彩形成圖像，然后再對它們進行重新組合。色彩和圖像通過反射紅色和藍(lán)色，以及投射綠色光實現(xiàn)組合。棱鏡由四個三角柱構(gòu)成的長方體組成。三角柱在加工和粘合時需要極高的精確度，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)裝置是一個主動陣列投射式液晶板，這種液晶板在投影機中被用作廣閥。這種液晶板的性能優(yōu)于其他系統(tǒng)中采用的液晶板，它能使投影機的結(jié)構(gòu)更加小巧緊湊，分辨率更高，對比度更高，而且能夠加載內(nèi)置驅(qū)動器。

HTPS的特點

HTPS(高溫多晶硅)裝置的各個象素均包括一個由多晶硅構(gòu)成的薄膜晶體管(TFT)。這些像素晶體管通過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，它能夠輕松實現(xiàn)小型化，并通過高溫處理將驅(qū)動器嵌入基層，從而獲得了極高的可靠性。

HTPS的構(gòu)造

TFT(薄膜晶體管)基層是通過采用先進的圖層技術(shù)在硅板上形成的一個非常薄的材料層，這個材料層被設(shè)計成必要的式樣(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)通過材料層的重疊形成薄膜晶體管元件和驅(qū)動電路。

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。在防塵玻璃片上無法看到灰塵，因為在投影時，灰塵處于聚焦范圍之外。

微透鏡陣列(MLA)

LCD(HTPS)中有光線通過部分(開口部)和光線不通過部分(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屏面。在光線射入側(cè)的基板上，滿滿地排列著大小與一個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)后的光線通過部分的面積和每一個像素整體的面積之間的比例。 開口率越高，光線通過的效率越高。HTPS采用先進的細(xì)微加工技術(shù)，通過配線、元件部的最優(yōu)化設(shè)計和縮小BM部的面積來提高開口率，使投影機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)品為例進行比較，采用更加先進的細(xì)微加工技術(shù)后，實現(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集團由業(yè)界領(lǐng)先的顯示器生產(chǎn)商組成，致力于向消費者和視頻成像專業(yè)人士宣傳3LCD技術(shù)的優(yōu)勢和特點。集團成員將在其產(chǎn)品和宣傳材料中使用由愛普生公司授權(quán)的3LCD標(biāo)識。目前采用3LCD的生產(chǎn)商已經(jīng)有AVIO、愛普生、富士通、日立、康佳、三洋、創(chuàng)維、索尼、優(yōu)派等等。