DLP技術與其它技術的比較
來源:中國數字音視網 作者:Tyrael 編輯:數字音視工程 2010-07-30 00:00:00 加入收藏 咨詢
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隨著科技發展以及顯示的要求,大屏幕系統在各行各業的應用也越來越多,對于大屏幕系統來說,顯示技術主要有以下幾種:
·CRT顯示技術。 采用陰極射線管(CRT)技術的大屏幕投影顯示屏,這種技術也是最早采用的大屏幕投影機技術。CRT投影顯示技術的顯示核心和亮度發光均由CRT完成,由于CRT投影技術的亮度和分辨率的矛盾,限制了其繼續發展的機會。并且CRT投影技術要分別用三個投影槍(R、G、B)分別顯示然后匯聚,使得投影的安裝調試非常困難,現在CRT投影技術基本上被LCD、DLP以及新型的LCOS等技術所替代。
·LCD顯示技術。 此技術是自90年代起,由日商主導的投影技術,其技術的發展也越來越成熟,并日趨完善,從單晶硅靜態液晶發展到現在的多晶硅動態液晶,其技術有了長足的發展,目前主要用于桌面投影機、商務投影、以及小量的大屏幕投影拼接顯示墻應用等。
·DLP純數字化顯示技術。 DLP(數碼光處理)是在投影和顯示訊息方面的一種革命性技術,根據美國Texas Instruments(TI)公司開發的數碼微鏡無件(DMD)設計而成,創造出顯示數碼視像訊息的最后一環,它采用發射光成像原理,實現圖像處理全數字化,具有穩定可靠、維護方便、亮度高、顯示圖像平滑、細膩、精確的特點,DLP投影技術廣泛用于桌面投影機、商務投影機、電影院放映,尤其在大屏幕投影拼接顯示領域,它一直處理領導地位。
·LCOS顯示技術。 它是近幾年來在LCD技術基礎上發展的一種新的顯示技術,LCOS最大的優點是解析度可以很高,在攜帶型資訊設備的應用上,此優點比較突出。缺點是模組的制程較為繁瑣,各生產階段良率控制不易,成本難以有競爭力。目前只能停留在需要高解析度的特定用途中,如液晶投影器。
·GLV顯示技術。 GLV技術的原理和德儀(TI)開發的數字微鏡裝置(DMD)晶片有些類似,也是以微機電原理(Micro-Electromechanical System;MEM)為基礎,靠著光線反射來決定影像的顯現與否;而GLV的光線反射元件,則是由一條條帶狀的反射面所組成,依據基板上提供的電壓,進行極小幅度的上下移動,決定光線的反射與偏折,再加上其反射裝置的超高切換速度,以達成影像的再生。本技術尚處于研發階段,沒有形成產業。
一、CRT顯示技術
七十年代,由于錄像電影院應用的要求,投影顯示技術也隨之開始出現,并且得到了快速發展,在1974年,CRT(Cathode Ray Tube)投影機就開始在市場上出現,早期的CRT投影機主要應用于錄像片等視頻信號的放映。隨著投影機應用領域的不斷擴展,它曾經發展到郵電、交通、銀行、軍事、教育等各各行業,應用領域有監控系統、公共信息發布、3D模擬顯示、會議系統等。對于CRT顯示技術的投影機,它將輸入信號源分解成R(紅)、G(綠)B(藍)三個CRT管的熒光屏上,熒光粉在高壓作用下發光系統放大、會聚、在大屏幕上顯示出彩色圖像。光學系統與CRT管組成投影管,通常所說的三槍投影機就是由三個投影管組成的投影機,由于使用內光源,也叫主動式投影方式。CRT技術成熟,顯示的圖像色彩豐富,還原性好,具有豐富的幾何失真調整能力;但其重要技術指標圖像分辨率與亮度相互制約,直接影響CRT投影機的亮度值,到目前為止,其亮度值始終徘徊在300lm以下。另外CRT投影機操作復雜,特別是會聚調整繁瑣,機身體積大,并且價格昂貴,只適合安裝于環境光較弱、相對固定的場所,不宜搬動,目前已經基本退出市場。
二、LCD顯示技術
LCD投影技術是自90年代起,由日商主導的投影技術,其顯影原理類似幻燈機,系藉由高亮度鹵素燈泡,照射LCD面板,再將影像穿透面板后,經過投射鏡頭組的聚焦及放大影像后,投射于屏幕上顯示影像,投影機內部有3片LCD面板,各片分別負責RGB三色的顯像,將此3原色經重迭影像后投射出彩色的影像。LCD投影技術的投射過程主要是將燈泡的光源,通過濾鏡、分光鏡,再于折射鏡頭將影像投射至屏幕上。LCD投影機也是目前投影機市場上的主要產品。液晶是介于液體和固體之間的物質,本身不發光,工作性質受溫度影響很大,其工作溫度為-55度~+77度。投影機利用液晶的光電效應,即液晶分子的排列在電場作用下發生變化,影響其液晶單元的透光率或反射率,從而影響它的光學性質,產生具有不同灰度層次及顏色的圖像。 LCD投影機色彩還原較好、分辨率可達SXGA標準,體積小,重量輕,操作、攜帶極其方便,并且價格比較低廉。目前LCD顯示技術的核心技術主要集中于SONY和EPSON兩家。
LCD為目前比較成熟的投影技術,不過由于受到產品性能的特性,在面臨DLP、LCOS的競爭下,有以下幾點主要技術問題仍待克服:
·亮度不足:由于受開口率的限制,光利用率低,此外單片式又加上彩色濾光片吸收的光源,光利用率低于10%,因此在亮度上仍有很大的改善空間,目前廠商以加大芯片尺寸來克服。
·尺寸、重量:相對DLP而言,LCD投影機就顯得體積大、重量也較重,使得LCD在超可攜投影機市場受到DLP的侵蝕。DLP大多余2公斤以下,而LCD大多超過2公斤。
·黑白對比:LCD由于其液晶顯影會有漏光的現象,因此無法作出真實的黑色,黑白對比不佳將影響畫質的立體感,這必須藉由液晶排列來改善遮光效果,這點對家庭視訊應用上則顯得相當重要。
·散熱問題:由于高亮度鹵素燈泡的溫度高,散熱問題對燈泡的壽命影響相當大,而因應散熱而產生的風扇噪音,對往家庭電影院發展的走向也是亟待解決的事。
·液晶本身的物理特性,決定了它的響應速度慢,隨著時間的推移,性能有所下降。1995年以日本公司為首的LCD生產廠家研制出多晶硅(Poly-silicon)的技術,使得投影顯示系統有更多的選擇。多晶硅(Poly-silicon)技術采用柱狀點陣,及在LCD液晶板的前面加上了一組微凸透鏡,將平行入鏡光轉變為交叉光,這樣就解決了單晶硅LCD技術光路的透射效率低的問題,光線的透射率高達95%,因此在同等光源的情況下,提高了亮度。
三、DLP顯示技術
DLP(數碼光處理)技術是在投影和顯示訊息方面的一種革命性技術,根據美國Texas Instruments公司開發的數碼微鏡無件(DMD)設計而成,創造出顯示數碼視像訊息的最后一環。DLP技術在消費者、商業及投射顯示工業應用上提供更高的投影質素。與已有的投影技術比較,DLP具備三種主要優點。DLP固有的數碼性質能達成全無雪花的精確影像質素,灰度比例與彩色重播更佳,同時也可使DLP位於數碼影視投射結構的最后一環。DLP的效率較液晶顯示(LCD)技術更高,因為它采用DMD反射原理工作不需要極光。最后,微鏡的緊密間隙令投射的影像產生更細致的無縫畫面,分析力特別高。對電影投射、電腦幻燈片放映互動、多人及全球性合作等各方面,DLP在達成數碼視像溝通上是今日和明日的唯一最佳選擇。
DLP如何工作?
正如中央處理單元(CPU)是計算機的核心一樣,DMD是DLP的基礎。單片、雙片以及多片DLP系統被設計出來以滿足不同市場的需要。一個DLP為基礎的投影系統包括內存及信號處理功能來支持全數字方法。DLP投影機的其它元素包括一個光源、一個顏色濾波系統、一個冷卻系統、照明及投影光學元件。
一個DMD可被簡單描述成為一個半導體光開關。成千上萬個微小的方形16x16um鏡片,被建造在靜態隨機存取內存(SRAM)上方的鉸鏈結構上而組成DMD。每一個鏡片可以通斷一個象素的光。鉸鏈結構允許鏡片在兩個狀態之間傾斜,+12度為“開”。-12度為“關”,當鏡片不工作時,它們處于0度“停泊”狀態。
根據應用的需要,一個DLP系統可以接收數字或模擬信號。模擬信號可在DLP的或原設備生產廠家(OEMs)的前端處理中轉換為數字信號,任何隔行視頻信號通過內插處理被轉換成一個全圖形幀視頻信號。從此,信號通過DLP視頻處理變成先進的紅、綠、藍(RGB)數據,先進的RGB數據然后格式化為全部二進制數據的平面。
一旦視頻或圖形信號在一種數字格式下,就被送入DMD。信息的每一個象素按照1:1的比例被直接映射在它自己的鏡片上,提供精確的數字控制,如果信號是640x480象素,器件中央的640x480鏡片采取動作。這一區域處的其它鏡片將簡單的被置于“關”的位置。
DMD的構造
每個DMD包含數萬至百萬微型鋁合金鏡面,例如一個848×600DMD的中央反射部分有508,800塊可傾斜的鏡面,以玻璃窗封密保護。這些鏡面各安裝在一個隱蔽的軛上與扭力鉸連接,下面用柱支持,鉸可讓鏡面轉動±10°,支柱與下面的偏壓/調校器連接使偏壓和調校電壓可供給每面鏡。以上所有構造全部位於一個CMOS線路及一對電極上。
當一個電極上有了電壓聯合鏡面結構的偏壓/調校壓即產生靜電引力令鏡面傾斜直到接觸降落電極為止并保持相同電位。這時鏡面是以電磁式鎖定。在記憶細胞中置入一個數碼的1即令鏡面傾斜+12°,如置入0即導致鏡面傾斜-12°。
DMD最多可內置2048×1152陣列,每個元件約可產生230萬個鏡面,這種DMD已有能力制成真正高清晰度電視。第一種大量生產的DMD將會是848×600元件,可用於投射NTSC,PAL,VGA和SVGA圖像,亦可顯示16:9的訊源。
DLP的優點
對于目前大多數投影和顯示應用,LCD技術是DLP最主要的競爭對手,但DLP技術擁有多項優勢勝過LCD技術。
DLP是數字技術,每個微反射鏡只會處于「ON」或「OFF」狀態,LCD卻是一種模擬技術。數字投影技術的優點是它能忠實而不斷重復的產生影像,不會受到溫度、濕氣或震動等環境因素的影響。
DLP技術核心的微反射鏡能以每秒5,000次速度開關,遠超過LCD像素的開關速度,這能帶來多項優點,其中最重要的就是DLP技術只需使用一個投影面板,就能同時調變紅綠藍三種光束;相形之下,LCD技術由于速度較慢,因此必須采用三片式投影面板架構,第一片面板用來調變紅光,第二片調變綠光,第三片給藍光使用。
單片面板架構有多項優點:首先,單面板架構只需一套簡單輕巧的光學系統,使它能發展出體積重量都小于三片式面板系統的投影機和顯示器。
簡單輕巧的光學系統為DLP技術帶來另一項優勢:投影機或大屏幕電視內的光線管理要比三片面板架構更簡單,這能為它帶來更高的對比值。高對比值可以提供更豐富的畫面細節,使畫面更逼真,黑顏色會顯得更黑,并讓畫面看起來更清晰銳利,人體視覺器官依賴對比值來分辨物體的邊緣,因此高對比值影像看起來更銳利,采用DLP技術的投影機很容易就能達到2000:1以上的對比值。
此外,根據定義,單片面板系統絕不會失焦,但采用三片面板的LCD系統卻可能受到環境因素的影響而失焦,使得屏幕畫面看起來有些模糊。單片面板系統所提供的畫面卻能永遠保持清晰銳利。
觀眾對于影像畫質的好壞還會受到另外一項因素影響,就是它看起來「與電影相似」的程度,在觀看動態視訊時更是如此。在DLP技術中,微反射鏡的反射面積遠大于它們之間的距離,因此它能提供很高的「填滿率」(fill factor),投影畫面看起來也更加完美自然。另一方面,若和像素之間的距離相比,LCD技術的像素面積卻沒有那么大,使得畫面看起來有點顆粒的感覺,這種情形就像是透過「格狀玻璃」看圖片一樣 。
LCD畫面固有的顆粒現象微反射鏡擁有很高的開關速度,因此就本質而言,它更有能力將畫面的快速動作準確再生,這是它為DLP技術帶來的另一項優點;LCD技術由于開關速度較慢,快速移動的影像畫面看起來會有些模糊不清。
若和其它技術相比,例如電漿、映像管和LCOS等,DLP技術也有多項重要優勢。
DLP可靠性
DLP非常可靠,對于一種在本質上屬于機械性的技術來說,這確實令人驚訝。實驗室測試結果顯示,DMD的預期壽命時間超過100,000小時,客戶反應結果也多半證實了這項預測。此外,DLP技術全部采用無機材料,不會像有機技術一樣,因為長時間曝露在熱源或光源下而逐漸劣化。2002年五月,美國羅徹斯特大學的孟賽爾色彩科學實驗室 (Munsell Color Science Laboratory at the University of Rochester) 進行一項研究計劃,對五部可攜式商業資料液晶投影機和兩部DLP投影機的「畫面可靠性」進行比較,他們把「畫面可靠性」定義為:投影機畫面品質下降到無法接受地步的所需工作時間。接受測試的投影機必須日夜不停連續工作4,000小時;測試期間結束后研究人員發現,所有液晶投影機都出現清楚可見而令人不悅的畫面瑕疵,采用DLP技術的投影機卻沒有這些問題。研究人員認為LCD技術的影像品質會下降,主要是因為偏光板和面板內的有機材料長期曝露在光源和熱源之下。
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