液晶投影�是一種用液晶顯示圖像源的圖像信號并且能夠精確投影到屏幕上的一種新型投影機,液晶投影機的結(jié)�(gòu)主要可分為照�� 分合光與成像等三個部�。它的基本原理就是利�LCD液晶模組來調(diào)變由光源射出投影至螢?zāi)坏纳�?,從而成為準確投影出影像的色彩�
1.照明部分
照明部分主要又可細分為燈�、燈罩和聚光系統(tǒng)。一個好的照明源需要在效率、色溫、壽�、穩(wěn)定性和安全性等處均滿足要求,目前市面上可用於投影機的燈泡有鹵素?zé)?、金屬鹵化物�、氙燈與超高壓汞燈等諸多選擇。其中鹵�?zé)羰窃谑襞輾ぶ屑尤腈u絲燈�,并充入氬氣與微量鹵素氣�,鹵�?zé)襞莸膲勖话慵s�500~1000小時,價格較為便�,僅用於低價投影機中。金屬鹵化物燈屬於高強度氣體放電燈,�(fā)光原理是利用極間距通過電流所形成的電子束與氣體分子碰撞而激�(fā)�(chǎn)生光�,金屬鹵化物燈由於效率(一般在60-80lm/watt)及色溫(一般大於是6000K)較高和弧距較短(Shortarcgap,一般短�6mm)因而頗適合拿來用於液晶投影顯示器的照明系統(tǒng);依照驅(qū)動的方式金屬鹵化物燈又可分成交流點燈與直流點燈兩�,通常交流點燈型金屬鹵化物燈的�(fā)光效率較�,而直流點燈型金屬鹵化物燈的壽命較�,然而由於直流點燈型的弧距較�,故逐漸取代交流點燈型金屬鹵化物燈的的驅(qū)勀�
氙燈的點燈原理是於石英燈泡殼�(nèi)填充氙氣,當(dāng)加大電流時,極間距內(nèi)將放�,可�(chǎn)生色溫約5800K,近乎自然光的連續(xù)光譜,是一種演色性相�(dāng)好的的光�;由於氙燈可輸入高功率而得到極高的輸出亮度,因此氙燈幾乎是高階與高亮度投影機光源的選擇。超高壓汞燈之結(jié)�(gòu)與鹵�?zé)纛愃?,兩者的燈殼材質(zhì)皆為石英玻璃,且�(nèi)部同樣需加入鹵素氣體,唯超高壓汞燈需另加入水銀。超高壓汞燈的工作原理是利用加入電壓使極間距因產(chǎn)生高電位差而散出高�,進而將水銀汽化,汞蒸汽在高電位差的�(huán)境下將受激�(fā)而放�。發(fā)光源輝度高與壽命長是超高壓汞燈的特色,目前常用來做為DLP投影機的光源�
燈罩主要可分為球面鏡、拋物面鏡和橢圓面鏡三種。球面鏡大多用在早期單片式液晶投影系�(tǒng),配合鹵�?zé)粢约案邤?shù)值孔鏡的非球面聚光鏡來完成單片式的照明系�(tǒng)。拋物面鏡大多用在三片式非晶矽液晶面板上,這是由於考量成本、集光效率以及入射於液晶板上光線須要很好的準直性的�(jié)�。橢圓面鏡雖然擁有較高的收光能力,但制作不易成本較高,一直到1.3”多晶矽液晶面板推出后才大量的使用。除了三種型式之外還有復(fù)合形燈罩,如兩段式或三段�,每個區(qū)域用不同曲率來增加集光效�。另外還有一特殊的燈�-正交式拋物面鏡(OrthogonalParabolicReflector),它能將長弧距的燈泡有效率的會聚成一��
由於部分投影機光源所�(fā)射出的光分布并十分不均勻,加上經(jīng)由反射面鏡所射出的光為軸對稱,因此須要一聚光系統(tǒng)或稱為Integrator將光分布變均勻且將圓形照明分布轉(zhuǎn)換成液晶面板的長方形�4:3�16:9)分�。Integrator目前常用的是透鏡陣列組(LensArrays),7組透鏡陣列將光源經(jīng)反射面鏡所射出的光區(qū)分成�(shù)個區(qū)塊(長方�4:3�16:9分布�,并將燈心成像在第二組透鏡陣列上,第二組透鏡陣列再將組透鏡陣列所處的位置全部疊加在液晶面板上而達成均勻化的結(jié)��
2.分光合光部分
三片式液晶投影顯示器是利用光加成性來�(chǎn)生彩�,故須要把燈源所�(fā)射出的白光光譜區(qū)分成三束原色�,即紅、藍、綠三色�,分別經(jīng)過液晶面板調(diào)變之后再合成一束光投影而出。分光部分大多用雙色鏡(DichroicMirrors�,而合光部分則可分成雙色鏡或雙色棱鏡(DichroicPrism)兩�。雙色鏡是在玻璃上蒸鍍多層薄�,使入射光的某一部份光譜穿透而其余部份的光譜則反�;而雙色棱鏡則是將該多層薄膜蒸鍍在兩塊棱鏡之間,因此雙色鏡制作容易且價格較雙色棱鏡便宜。但是由於在合光部分雙色鏡會引起三束不同路徑的原色光有不同的色散�,故在高解析度液晶板的投影下,投影鏡頭的�(shè)計會相困難而使成本升高。此�,由於雙色棱鏡會液晶板的物距較短,故投影鏡頭的后焦可以設(shè)計較短同時擁有較大的相對孔徑,能增加收集光線的能力,因而大多機種均采用雙色棱鏡的方�。另一方面由於光束有一定的�(fā)散角,入射於45度雙色鏡上會因為入射角度不同而引起光譜的位移,在要求銀幕色彩均勻下該光譜的位移需要予以修�,通常解決方式是在雙色鏡上蒸鍍上漸厚層,即不同的位置上薄膜的厚度有所變化,以使不同入射角度的光線有不同中心波長來作補��
3.成像部分
成像部分在於將液晶面板上的影像圖案成像在銀幕上,其中包含兩個部�,一是投影鏡頭,一是銀�。投影鏡頭需要有相當(dāng)?shù)慕馕龆纫越馕龀鲆壕О迳系拿恳划嬎?,理論上,液晶面板上的解析度越高,投影鏡頭的解析度就需更好。由於液晶板至投影鏡頭之間存在一些光�(xué)元件如雙色鏡或雙色棱鏡,故投影鏡頭需要有相當(dāng)長的后焦�,同時越大的相對孔徑,則其收光能力越�。銀幕則需忠實反應(yīng)出所投影上去的影像圖案,故要求銀幕能夠有保持色溫的能�、不吸收能量同時各個方向的散射能力是一樣的。有時為了增加光量度,會將銀幕所散射出的光分布在角度上進行�(diào)整,以使能量能集中分布在水平的某些方向上(因為大部分觀賞者都分布在某一垂直方向上且不可能以很大的水平視角看銀幕)�
液晶投影機的種類與比較現(xiàn)今市面上常見的投影機中所使用的顯示面板技�(shù)包括穿透式與反射式兩大類,由於面板顯像的原理不�,因而使得分合光系統(tǒng)與產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域略有差異�
1.穿透式投影機的原理
穿透式投影機主要是利用光源穿過高溫多晶矽的液晶面板以進行�(diào)�,由於電晶體與用以增強對比的黑色矩陣等元件,都會阻擋光線通過;此外,偏光片與液晶材料亦會吸收光線,雖然加裝微透鏡組可使開口率增加,但卻會因結(jié)�(gòu)�(fù)雜化而使制造困難度提高,成本也會因此而增��
2.反射式投影機的原�
單片穿透式液晶投影機的亮度基於上述原因通常無法超過500流明,然而此一亮度已漸無法滿足消費者需求,故目前市面上主流的穿透式投影機一般皆采三片式的結(jié)�(gòu)。在面板使用的數(shù)量增多與光學(xué)系統(tǒng)趨向�(fù)雜的情況�,成本因而就居高不下,也促使反射式投影機�(yīng)運而生。反射式投影機是利用一片類似鏡子的面板來做為光源的�(diào)變器,由於決定面板是否反射光線的控制電路隱藏於反射鏡面之�,故電晶體不會阻擋光�,因而能提高開口�、亮度與精確��
1.重量
為了刺激需求快速成長,如何降低投影機的重量使其達到易於攜帶的效果向來是各家廠商積極研發(fā)的主要課題之一。目前業(yè)界常將投影機以重量區(qū)分為四種類型,分別是大於20磅的固定�、介�10~20磅的可攜�、介�5~10磅的超可攜式與小�5磅的微小可攜�。去年投影機的市場中,超可攜式產(chǎn)品的出貨比重超過50[%],而可攜式與微小可攜式則各占約20[%]左右,但隨著TI於DLP技�(shù)上的突破并擴增產(chǎn)能及InFocus、PLUS、Philips與Compaq等多家廠商競相推出微小可攜式的產(chǎn)�,今年此類型�(chǎn)品的市占率預(yù)計將可增加至34.5[%];受此影�,原為市場主流的可攜式產(chǎn)品之市占率將於明年迅速下降至10[%]以下�
2.亮度
在不須關(guān)燈的情況下即可使用投影機,對於使用者而言是極具吸引力的特點,亦是廠商推出新產(chǎn)品時的重要訴�。雖然目前面板開口率已有顯著提升,且市面上已出現(xiàn)多種可提供高亮度的燈�,但由於�(fā)光效率仍有限,特別是對於小體積的超可攜式或微小可攜式�(chǎn)�,高亮度燈泡所帶來的散熱問題依舊是困擾各家廠商,故超過1500lm以上的產(chǎn)�,則還是以固定式與可攜式較為常見。正因如�,依�(jù)光電�(xié)進會的預(yù)估,1500lm以上�(chǎn)品的市占率僅將從去年�13[%]增加�20[%],�500lm~1500lm的產(chǎn)品今年合計則仍將�77[%]的占有率,依然會是市場的主流�
3.解析�
�1999年以前,解析度為SVGA等級(800x600)的產(chǎn)品市場占有率皆超�50[%]以上,但如此的解析度已漸無法滿足消費者對高畫�(zhì)影像的要�,透過廠商對面板制作技�(shù)的持�(xù)�010020030040050060019992000200120022003LCOSLCDDMD11�,越來越多解析度為XGA等級(1024x768)的產(chǎn)品出�(xiàn)在市面上,在可選擇產(chǎn)品增多與廠商積極推廣的情況下,自去年起XGA等級的產(chǎn)品已躍升為市場主流,市占率逼近60[%]。而今年此類產(chǎn)品的占有率更將提升至68[%]。此外,更高階的SXGA等級(1280x1024)�(chǎn)品去年的市占率為4.8[%],今年將增加�8.8[%],投影機朝向高解析度�(fā)展幾乎已成必然的趨勢�
4.連續(xù)�(jié)晶式液晶面板
連續(xù)�(jié)晶技�(shù)是由Sharp與SemiconductorEnergyLaboratory兩家公司所共同開發(fā)。連續(xù)�(jié)晶技�(shù)是利用固相長晶的方式,直接在玻璃基板上長出矽薄膜,并於長晶的過程�,設(shè)法將矽晶格的排列維持於原子晶格排列的等級,以制造出近似單晶矽的�(jié)�(gòu)。由於電子在固相長晶的晶格中移動速度可達300cm2/Vs,約為在多晶矽晶格中�6�,因此在表現(xiàn)動畫時可得到較佳的影像品�(zhì)。不�,雖此產(chǎn)品的性能十分�(yōu)越,但以Sharp�(yù)計於今年推出采用此種技�(shù)的投影電視之售價高達350萬日幣來�,欲大量普及�,仍須在簡化制程與電路整合上積極研發(fā),以降低成本�