投影显示技术
将显示器件产生的图像经过光学系统投射到屏幕上观看的显示技术。
- 英文名称
- projected display technique
- 所属学科
- 传播学
1950年,荷兰飞利浦(Philips)公司成功研制出20英寸的背投式投影电视机。1972年,美国率先将CRT投影机商品化。20世纪80年代,日本爱普生(EPSON)和索尼(SONY)公司开始研究液晶投影显示,1989年,爱普生公司诞生了全球第一台液晶投影仪。同时,美国得州仪器(TI)公司也开始研制DLP(数字光处理)技术,并于1996年成功推出,因其高对比度及亮度完全数字化,得到市场高度认可。90年代,全固态激光器发展推动激光显示技术进入研发阶段,到21世纪初激光显示技术开始商品化。与此同时,美国基于硅基板的CMOS(互补型金属氧化物半导体电路)技术研制了反射式微型LCD(液晶显示)投影技术,称之为LCOS(硅基液晶)。投影显示技术最普及的是LCD、LCOS、DLP三类。
根据投影仪放置的位置,投影显示技术可分为正面投影式(正投影)和背面投影式(背投影)。正投影指观众与投影仪同处一侧,面向屏幕观看,这是使用最广泛的投影设备;背投影指投影仪放置在投影屏幕背面,观众在屏幕正面观看。
根据显示器件形成图像的方式,投影显示技术可分为发光型投影显示和调制型投影显示两大类。①发光型投影显示。指显示器件直接形成光学图像,再由光学系统放大并成像在屏幕上观看的显示技术,CRT(阴极射线显像管)投影显示即属于这类技术。②调制型投影显示。指投影光源发出的均匀光被显示器件(又称空间光调制器)根据显示信号的要求进行调制作为图像源,再经过投影光学镜头进行放大,并成像在屏幕上的显示技术。调制型投影显示技术的显示器件本身不发光,只是根据输入图像信号改变显示器件的某些电光特性,如反射率、透射率、折射率、双折射效应等,从而改变外加光源的光学特性,实现电光转换。LCD、LCOS、DLP这三类都属于这种投影显示技术。在激光投影仪中这两种投影显示技术都有采用。
CRT投影显示技术光电转换原理与CRT技术一样,通过红、绿、蓝3个阴极射线管成像,区别在于它需要有光学透镜放大,再投影在屏幕上。
调制型投影显示技术是主流,种类较多,主要区别在于使用的空间光调制器不同,导致光调制方式差异。
LCD投影机工作原理是:将光源发出的光分解成红、绿、蓝三色后,照射到一片液晶板的相应位置或各自对应的三片液晶板上,由显示信号控制入射光的透射率后合成为彩色光,并通过光学透镜成像并投射到屏幕上。LCD投影机又可分为单片机和三片机。
DLP的工作原理是:平行白光经过DMD(Digital Mirror Device)器件的反射分别投影到屏幕相应的像素上,通过DMD器件反射光线的占空比来控制投影光的亮度。分为单片、两片和三片式DLP投影机,其中单片和两片式DLP投影机需要滤色轮,将光分成R、G、B三色,分时投射到DMD器件上,再利用人眼的时间混色特性来显示彩色图像。三片式DLP投影机不需要滤色轮,直接将R、G、B三色分别投射到对应的DMD器件上,再利用实际混色来显示彩色图像。
LCOS的工作原理是:利用液晶的反射特性来实现投影。LCOS采用CMOS技术将有源显示驱动矩阵制作在硅衬底上,在硅片表面上制造液晶盒。LCOS也分为单片和三片式,主要采用三片式。三片式LCOS成像系统原理是:将光源发出的白光分成红、绿、蓝3基色,每种光线照射到LCOS芯片的对应位置上,有源矩阵通过控制LCOS面板上液晶分子的状态来改变该芯片每个像素点红、绿、蓝3色反射光线的强弱,反射的光线通过一定的光学折射汇聚后,经过投影镜头照射到屏幕上,形成彩色的图像。常用的LCOS投影显示技术有日本JVC(胜利)公司的D-ILA(Direct-Drive Image Light Amplifier)和SONY(索尼)公司的SXRD(Silicon X-tal Reflective Display)技术。
CRT投影显示技术优点是图像细腻、色彩丰富、逼真自然、亮度较高、分辨率调整范围大、使用方便、响应速度快、技术成熟、价格低;缺点是亮度均匀性较差、体积大且重、便携性差、调整复杂、长时间显示静止画面会灼伤显像管、功耗大。
LCD投影显示技术优点是体积小、重量轻、便携性好、操作简单、功耗较低、色彩丰富、制造工艺较简单;缺点是光利用率低、像素颗粒感较强,由于图像显示时最低亮度较高,导致对比度较差。但因其各种性能比较适中,加上价格优势,所以LCD投影机应用最为广泛。
DLP投影显示技术优点是光利用率高、响应速度快、亮度和色均匀性好、亮度高、对比度强、色彩锐利、体积小、重量较轻;缺点是分辨率调整功能较差、携带时需要注意防震,另外DLP投影仪色彩不够鲜艳生动。
LCOS投影显示技术优点是光利用率高、亮度高、分辨率高、对比度较好、色彩鲜艳、灰度层次较丰富、功耗低、响应速度较快,易生产成便携型投影仪;缺点是生产成本较高,主要用于高端产品。
条目图册
扩展阅读
- 应根裕,胡文波,邱勇,等.平板显示技术.北京:人民邮电出版社,2002.
- 田民波.电子显示.北京:清华大学出版社,2001.
- 姜秀华,柴剑平,林正豹,等.现代电视原理.北京:高等教育出版社,2008.