大屏幕投影顯示系統(tǒng)是上個(gè)世紀(jì)80年代末開始興起的一個(gè)新興行業(yè)。主要用于電信電力網(wǎng)管監(jiān)控、高速公路道路監(jiān)控、公安、交警、消防重點(diǎn)部位監(jiān)控、政府、銀行的等領(lǐng)域信息顯示系統(tǒng)的應(yīng)用。十多年來,大屏幕顯示系統(tǒng)的產(chǎn)品不斷發(fā)展和進(jìn)步,已經(jīng)成為一個(gè)成熟的技術(shù)領(lǐng)域。 作為大屏幕顯示系統(tǒng)一個(gè)最重要的組成部分——投影機(jī),它的技術(shù)也經(jīng)歷幾代發(fā)展的歷史。 CRT(Cathode Ray Tube)技術(shù)作為投影領(lǐng)域的先驅(qū),在上世紀(jì)末的投影市場(chǎng)占據(jù)重要的地位,早期的大屏幕監(jiān)控系統(tǒng)幾乎都是采用了CRT投影技術(shù)。但是由于CRT投影機(jī)的顯示核心和發(fā)光亮度均由CRT來完成,亮度和分辨率的矛盾成為制約CRT投影機(jī)在市場(chǎng)進(jìn)一步應(yīng)用的主要因素,另外,CRT投影機(jī)三槍分別顯示,使得投影機(jī)的安裝調(diào)試非常困難等,F(xiàn)在CRT投影機(jī)在控制室市場(chǎng)的應(yīng)用,已基本為L(zhǎng)CD,DLP技術(shù)的投影機(jī)所替代。 LCD技術(shù)是在1968年發(fā)明的,以LCD作為成像面,由于光線是透過LCD板投射到屏幕上的,因此每個(gè)液晶點(diǎn)旁邊的調(diào)制電極會(huì)阻隔光線的傳遞,會(huì)使圖像畫面有很強(qiáng)的點(diǎn)陣感。盡管多晶硅(Poly-silicon)技術(shù)采用了柱狀點(diǎn)陣,使得光線的透射率有很大的提高,但一般也使之達(dá)到85%。但是,LCD技術(shù),采用三片顯示技術(shù),紅、綠、藍(lán)三色分別成像,顏色還原性好,性能穩(wěn)定,對(duì)比率高,圖像層次感好。 DLP(Digital Lighting Processor)數(shù)字光處理技術(shù)主要核心以DMD(Digital Micromirror Device)數(shù)字微鏡設(shè)備為成像主芯片。根據(jù)DLP投影機(jī)中使用DMD芯片的數(shù)量,分為單片(使用一片DMD芯片)、三片(使用三片DMD芯片)DLP投影機(jī)。三片DLP投影機(jī)采用三片DMD的成本較高,絕大部分用于控制室領(lǐng)域的投影機(jī)都是單片DLP投影機(jī)。 LCOS(Liquid Crystal on Silicon)投影機(jī)在90年代末就已經(jīng)出現(xiàn)。主要作為商用投影機(jī)使用。直到今年5月,日立公司在上海InfoComm上第一次推出了為控制室應(yīng)用的背投一體化箱體。由于LCOS技術(shù)的具備了LCD和DLP技術(shù)的很多優(yōu)點(diǎn),LCOS背投系統(tǒng)必然成為大屏幕背投系統(tǒng)領(lǐng)域的一個(gè)新生力量。 LCOS(Liquid Crystal on Silicon)它是一種采用有源點(diǎn)陣反射式液晶顯示技術(shù)。是LCD與CMOS集成電路有機(jī)結(jié)合的反射型新型顯示技術(shù)。
LCOS的結(jié)構(gòu)是在單晶硅上生長(zhǎng)電晶體,利用半導(dǎo)體集成制作驅(qū)動(dòng)面板(又稱為CMOS-LCD),然后在電晶體上透過研磨技術(shù)磨平,并在上面鍍鋁膜電極作為反射鏡,形成CMOS有源點(diǎn)陣基板,然后將CMOS基板與含有ITO透明電極之上玻璃基板貼合,再抽入液晶,進(jìn)行封裝。像素電極同時(shí)也作為反射鏡,像素的尺寸一般可以做的很小約為7~20μm,開口率高達(dá)96%,對(duì)于百萬像素的高分辨率的基板的大小還不到一英寸。
LCOS投影機(jī)圖像調(diào)制原理和LCD基本相同,也是以光調(diào)制來控制投影顯示圖像。入射光線在分光后,經(jīng)過入射偏光板(PBS),將入射光變成S偏光,經(jīng)LCOS板反射調(diào)制。如果液晶經(jīng)外部信號(hào)調(diào)制,處于顯示亮態(tài)時(shí),S光會(huì)變成P光,經(jīng)棱鏡透射后,有最多的光投射到會(huì)聚透鏡會(huì)聚成像。處于顯示暗電平時(shí),S光經(jīng)調(diào)制,依然還是S光輸出,經(jīng)棱鏡沒有光透射到會(huì)聚透鏡,圖像顯示為暗電平。因此,輸出到會(huì)聚透鏡的光的多少是由每個(gè)像素的外部信號(hào)調(diào)制決定的。
三、 LCOS特點(diǎn) LCOS是在傳統(tǒng)的LCD基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它繼承了LCD技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)也克服了LCD的不足之處,所以LCOS擁有諸多LCD所不具備的優(yōu)點(diǎn)。
1. 首先,LCD是在石英玻璃基板上生長(zhǎng)多晶硅,利用半導(dǎo)體技術(shù)在多晶硅(poly-silicon)上制作象素CMOS有源驅(qū)動(dòng)電路和存儲(chǔ)電容,這樣無疑會(huì)占用象素一定的面積,導(dǎo)致開口率的。像素的開口率達(dá)到96%。(LCD一般是85%)。因此圖像畫面沒有像素感,畫面邊緣更自然。
2. 由于多晶硅(P-LCD)中電子遷移速率低,渡越時(shí)間比較長(zhǎng),所以顯示畫面會(huì)有延遲,直接影響到畫面的刷新速率。而在LCOS技術(shù)中,采用反射式結(jié)構(gòu),渡越時(shí)間大大減少,顯示畫面延時(shí)和DLP技術(shù)相同,為12ms,而P-LCD的延時(shí),在20ms左右。
3. 其次,LCOS是反射式顯示技術(shù),可以避免LCD由于光源長(zhǎng)時(shí)間的照射溫升而導(dǎo)致LCD面板局部灼傷的問題。
比較項(xiàng)目 |
Hitachi LCD |
單片DLP |
Hitachi LCOS |
顯示芯片 |
3片1.3” P-LCD |
單片DMD |
3片0.7” LCOS |
三色成像方式 |
三色分別顯示,空間會(huì)聚后成像,色彩還原性好,圖像細(xì)膩,畫面質(zhì)量高。 |
時(shí)分成像,以高色輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生三色 |
三色分別顯示,空間會(huì)聚后成像,色彩還原性好,像素開口率更高,圖像更細(xì)膩,畫面質(zhì)量更高。 |
分辨率 |
XGA,SXGA |
XGA |
SXGA+ |
開口率 |
85% |
90% |
96% |
50”亮度 |
1000cd/m2 |
500cd/m2 |
1000cd/m2 |
對(duì)比度 |
1000:01:00 |
1000:01:00 |
1300:01:00 |
圖像響應(yīng)時(shí)間 |
20ms |
12ms |
12ms |
投影機(jī)色彩調(diào)整能力 |
日立獨(dú)有的15級(jí)電平調(diào)整及單屏分區(qū)(可達(dá)33×25)調(diào)整技術(shù)使其具有更高的調(diào)整能力,以確保多屏拼接的畫面一直性 |
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保持了日立獨(dú)有的15級(jí)電平調(diào)整及單屏分區(qū)(可達(dá)33×25)調(diào)整技術(shù)使其具有更高的調(diào)整能力,以確保多屏拼接的畫面一直性 |
4. LCOS的驅(qū)動(dòng)電路做在反射電極下面,芯片的像素分辨率可以做得很高,通常LCOS的基本分辨率為1400×1050,而LCD和DLP的常規(guī)分辨率為1024×768。
5. LCOS的芯片為0.7",而P-LCD的顯示芯片為1.3",LCD面板尺寸過大,制作工藝難以保證顏色大面積的均勻性。
6. 體積。篖COS可將驅(qū)動(dòng)IC等外圍線路完全整合至CMOS基板上,減少外圍IC以及引線的數(shù)目,降低了封裝成本,并使體積縮小,一般XGA(1024×768)TFT-LCD的外圍引線達(dá)到2500多條。
7. LCOS以單晶硅基板上的CMOS點(diǎn)陣取代多晶硅TFT點(diǎn)陣。相比之下,前者生產(chǎn)技術(shù)更為成熟。LCOS的整個(gè)工藝,可以分為前道的半導(dǎo)體CMOS制造和后道的夜景面板貼合封裝過程。前道(0.35mm半導(dǎo)體工藝)CMOS電路設(shè)計(jì)、仿真、制造及測(cè)試技術(shù)都已經(jīng)十分成熟,目前合格率可以達(dá)到90%以上;后道的液晶屏貼合封裝過程成品率為30%,但是隨著LCOS產(chǎn)品的發(fā)展和應(yīng)用的增加,LCOS的價(jià)格下降空間還是很大的。
從與LCOS相關(guān)聯(lián)的顯示技術(shù)進(jìn)行比較,它是與高溫多晶硅HTPS-LCD顯示技術(shù),DMD(Digital Mirror Device)數(shù)字光處理顯示技術(shù)相對(duì)應(yīng)的。簡(jiǎn)單來說,LCOS是直接與陰極射線顯像管(CRT)顯示技術(shù)、高溫多晶硅液晶(Ploy-Si LCD)穿透式顯示技術(shù)、DMD(Digital Micromirror Device)數(shù)字光學(xué)處理(DLP; Digital Light Projector)反射式顯示技術(shù)具有相等同的地位。這三項(xiàng)技術(shù)目前發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟,但LCOS將成為大屏幕高分辨率低成本投影顯示技術(shù)的新主流。
LCOS技術(shù)與DLP比較的優(yōu)點(diǎn)
1. 光源利用率:LCOS與DLP同屬于反射式顯示系統(tǒng),其共同的優(yōu)點(diǎn)是光源利用率高;但是單片的DLP顯示是利用的時(shí)分R,G,B三色顯示,同一時(shí)間只有一種顏色處在工作狀態(tài),使得光通量減少,光源利用率降低,色調(diào)飽和度下降。而三片LCOS投影機(jī)是三色同時(shí)顯示,光通量大大提高,光源利用率很高,亮度和色飽和度都很好。
2. 顯示速度和帶寬:由于LCOS制作成本低,所以很容易以低成本制成三片的LCOS顯示系統(tǒng)。LCOS和DLP采用半導(dǎo)體制程,其反應(yīng)速度很快,可以實(shí)現(xiàn)很高的灰度級(jí),使得色彩更加豐富逼真(單色D/A轉(zhuǎn)換10位1024級(jí)電平灰度控制可以產(chǎn)生10243種顏色),盡管單片DLP的顯示芯片DMD的響應(yīng)速度和LCOS差不多,但是三色時(shí)分顯示要求響應(yīng)速率以及顯示帶寬都要3倍于三片分別處理時(shí)的速度,這樣給處理器和芯片提出很高的要求,使得成本進(jìn)一步的增加。所以,目前8位的2563色的中價(jià)位單片DLP顯示技術(shù)占市場(chǎng)的主要地位,其色彩豐富程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)的不及10位三片LCOS和10位3×DLP色彩的豐富。
3. DMD制程極其復(fù)雜,目前只有TI獨(dú)家掌握,高分辨率的DMD制作成本很高,分辨率難以進(jìn)一步的提高。色輪的使用壽命、成本以及增加控制設(shè)備的成本和難度都將有所增加。而LCOS技術(shù)為多家公司共同競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展,技術(shù)不斷提高,成本也在相應(yīng)下降。
總結(jié):
LCOS優(yōu)點(diǎn):
1. 分辨率高
2. 阻擋光源的強(qiáng)熱不易灼傷
3. 光源利用率、亮度高
4. 響應(yīng)速度快
5. 對(duì)比度高
6. 成本低
7. 開口率高,圖像細(xì)膩
8. 使用壽命長(zhǎng)20khrs
9. 具有LCD的低功耗驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)
LCOS缺點(diǎn):
1. 有多家生產(chǎn)廠家,標(biāo)準(zhǔn)暫不統(tǒng)一
2. 技術(shù)門檻較高,有一定的技術(shù)難度
四、日立LCOS背投一體化箱體 早在90年代末,以JVC為代表的一些廠家就已經(jīng)有LCOS投影機(jī),但是,主要還是用于會(huì)議室系統(tǒng)。無法在監(jiān)控室系統(tǒng)大屏幕顯示中應(yīng)用,主要問題在于色彩的一致性、亮度的均勻性、24/7工作環(huán)境條件等。
今年5月,在上海INFOCOMM展會(huì)上,日立首次推出了在監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用的LCOS背投一體化箱體。其色彩的一致性和亮度的均勻性都超越了現(xiàn)在DLP和LCD同類投影機(jī)的水平。日立背投一體化箱體的特點(diǎn)有:
1)新的光學(xué)系統(tǒng),更高的開口率
日立公司作為L(zhǎng)COS產(chǎn)品完全自己研發(fā)生產(chǎn)廠家,從LCOS的生產(chǎn)到電路設(shè)計(jì),都有日立公司自己完成。像素的開口率達(dá)到96%。
2)高亮度和高對(duì)比度
和原來的日立LCD技術(shù)一樣,日立的LCOS新穎投影技術(shù),依然保持了高亮度和高的對(duì)比度,優(yōu)化設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng),保證輸出的白光最亮,而黑屏更暗,對(duì)比度高達(dá)1200:1的效果。
系統(tǒng)中采用HITACHI特有的專利技術(shù):
* 高開口率的反射式液晶(LCOS)技術(shù),使圖像的亮度最大,對(duì)比率更高。
* 采用了大口徑和高聚焦性能的非球面鏡頭,不但邊緣失真小和邊緣亮度失真小,而且聚焦穩(wěn)定,在任何情況下,聚焦不會(huì)變化,圖像四角圖像清晰、規(guī)整,并且全屏幕亮度均勻一致。
* 系統(tǒng)中,由于RGB的偏振性能一致,抑制了屏幕上二次光折射。所以即使從屏幕側(cè)面看,屏上圖像沒有明顯的偏色現(xiàn)象。
* 背投影機(jī)最佳光學(xué)系統(tǒng)成功開發(fā)應(yīng)歸功于高開口率的液晶板和優(yōu)于任何CRT的廣域RGB色彩還原。
3)更高的顯示分辨率:
由于LCOS技術(shù),更小的像素面積,就可以獲得高的像素開口率,高的亮度輸出,因此,光機(jī)的體積可以減小,顯示芯片的分辨率得到提高,HITACHI ES70-116CMW的原始分辨率就達(dá)到1400×1050,這是目前世界上任何一款控制室應(yīng)用的投影機(jī)所不能達(dá)到的。
4)無損圖像的全數(shù)字處理
輸入可以是數(shù)字信號(hào)也可以是模擬信號(hào),輸入的模擬信號(hào)由模/數(shù)變換器變換成數(shù)字信號(hào)。由此以后,從掃描變換到伽瑪補(bǔ)償和底色校正的所有處理都是全數(shù)字化的,視頻圖像清晰、明亮,噪聲受到抑制。
5)兼容高分辨率UXGA標(biāo)準(zhǔn)必備的掃描變換器
支持直到UXGA分辨率的PC信號(hào)。自動(dòng)掃描功能自動(dòng)地對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行精細(xì)的尺寸變換。而且,用于多屏幕拼接時(shí),圖像可縮小到一半尺寸,或者放大到高達(dá)8倍的尺寸,無需像常規(guī)的系統(tǒng)要求那樣,連接一個(gè)外接拼接控制器。
6)五通道底色校正,視頻圖像自然
屏上底色由五種數(shù)字校正算法校正,每種用于高、中、低、更低、最低5個(gè)不同的亮度電平。這樣能在所有的亮度電平范圍實(shí)施底色校正,從而產(chǎn)生一致的、自然的顯示圖像。
Hitachi投影機(jī)的一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)還是可以對(duì)單塊屏幕在五電平級(jí),紅、綠、藍(lán)三色,分三種區(qū)域(單屏幕分5×5,4×4,33×25區(qū)域)進(jìn)行兩度調(diào)整,完全使拼接屏幕的色彩做得更加一致。(這一點(diǎn)是hitachi投影機(jī)區(qū)別其它任何投影機(jī)的突出特點(diǎn))
7)10比特?cái)?shù)字伽瑪校正,色調(diào)表現(xiàn)精細(xì)
10比特?cái)?shù)字伽瑪校正電路實(shí)現(xiàn)常規(guī)技術(shù)不能再生的精細(xì)色調(diào)表現(xiàn)。它能在亮區(qū)和暗區(qū)再生細(xì)微的差別,使得圖像更具三維感覺,而且圖像的表現(xiàn)更加豐滿。對(duì)1024灰度信號(hào)中的16級(jí)電平,紅、綠、藍(lán)三色,分別進(jìn)行細(xì)致調(diào)整,使色彩在全灰度保持一致。(這是其它投影機(jī)所不具備的)
8)長(zhǎng)壽命100W燈和新穎的燈自動(dòng)更換器
長(zhǎng)壽命燈(6000小時(shí))能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作,無需換燈。還裝備一個(gè)新開發(fā)的燈自動(dòng)更換器,其中可放一個(gè)備分燈,它能檢測(cè)燈的壽命,并自動(dòng)換燈,而且,不必切斷電源就可換掉用完的燈。
五、 LCOS在大屏幕監(jiān)視系統(tǒng)中
1. LCOS顯示系統(tǒng)具有高解析度的特點(diǎn),使得它可以更好的顯示影響的細(xì)節(jié)。作為現(xiàn)代化的指揮監(jiān)控系統(tǒng)中的大屏幕顯示設(shè)備應(yīng)該滿足高分辨率,能夠更加清楚的顯示畫面的細(xì)節(jié),要求色彩還原性能好,豐富逼真。在不降低分辨率的情況下可以在同一LCOS上顯示多畫面。
2. 作為監(jiān)控系統(tǒng)顯示設(shè)備,應(yīng)該能夠經(jīng)受得住長(zhǎng)時(shí)間工作的考驗(yàn),LCOS背板可以直接接大面積散熱片,系統(tǒng)工作穩(wěn)定性得到保障,更加可靠。色彩飽和度以及亮度不受溫度的影響。
3. 低成本,高品質(zhì)是企事業(yè)單位競(jìng)爭(zhēng)所追求的首要。LCOS顯示設(shè)備以其優(yōu)良的顯示效果和低成本將會(huì)成為專業(yè)顯示領(lǐng)域的主力軍。
4. 反射式LCOS,由于其高反射率,配合偏振光復(fù)用技術(shù),可以使得光源利用率更高,LCOS的亮度可以做的很高,可以實(shí)現(xiàn)超大屏幕顯示時(shí)的亮度不會(huì)變暗。同時(shí)也可以減少了由于拼接所帶來的無法彌補(bǔ)的縫隙,影響觀看的畫面品質(zhì)。
5. 使用壽命長(zhǎng),整機(jī)具有很高的MTBF(大于10萬小時(shí))。
6. 具有很好的色彩還原性。
總之,LCOS將成為控制室應(yīng)用的領(lǐng)域的一個(gè)新生力量,在近1-2年內(nèi)廣泛使用在控制室監(jiān)控領(lǐng)域。
結(jié)論:
從與LCOS相關(guān)聯(lián)的顯示技術(shù)進(jìn)行比較,它是與高溫多晶硅HTPS-LCD顯示技術(shù),DMD(Digital Mirror Device)數(shù)字光處理顯示技術(shù)相對(duì)應(yīng)的。簡(jiǎn)單來說,LCOS是直接與陰極射線顯像管(CRT)顯示技術(shù)、高溫多晶硅液晶(Ploy-Si LCD)穿透式顯示技術(shù)、DMD(Digital Micromirror Device)數(shù)字光學(xué)處理(DLP; Digital Light Projector)反射式顯示技術(shù)具有相等同的地位。這三項(xiàng)技術(shù)目前發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟,但LCOS的不具有高分辨率、低功耗、低成本、體積小的特點(diǎn),必將是將成為大屏幕高分辨率低成本投影顯示技術(shù)的新主流。
項(xiàng) 目 |
技術(shù)參數(shù) |
技術(shù)參數(shù) |
型 號(hào) |
ES70-116CMW |
ES50-116CMW |
圖像尺寸 |
70" 1414×1061 |
50" 1016×762 |
顯示系統(tǒng) |
3×LCOS投影 |
3×LCOS投影 |
液晶板 |
3×0.7" 有源矩陣多晶硅薄膜晶體管 |
3×0.7" 有源矩陣多晶硅薄膜晶體管 |
液晶板分辨率 |
1400×1050(SXGA+) |
1400×1050(SXGA+) |
亮度(屏前) |
500cd/㎡ |
1000cd/㎡ |
對(duì)比率 |
1300:01:00 |
1300:01:00 |
亮度均勻性 |
>95% |
>95% |
RGB輸入端 |
模擬RGB:15芯 D-SUB型插座; RGBHV,BNC插座;數(shù)字RGB:DVI-D |
模擬RGB:15芯 D-SUB型插座; RGBHV,BNC插座;數(shù)字RGB:DVI-D |
輸入頻率 |
15-100KHZ行頻,40-120HZ場(chǎng)頻 |
15-100KHZ行頻,40-120HZ場(chǎng)頻 |
控制方式 |
RS-232C(9Pin D-sub)×1(combine RS-485),RS-485(9pin D-sub)×1 |
RS-232C(9Pin D-sub)×1(combine RS-485),RS-485(9pin D-sub)×1 |
視頻輸入端(選配) |
復(fù)合視頻(BNC插座);復(fù)合視頻(BNC插座)/S-VIDEO(插座可選),YPbPr分量視頻(BNC插座) |
復(fù)合視頻(BNC插座);復(fù)合視頻(BNC插座)/S-VIDEO(插座可選),YPbPr分量視頻(BNC插座) |
主要的內(nèi)部功能 |
掃描變換器(放大) 等自動(dòng)更換系統(tǒng) |
掃描變換器(放大) 等自動(dòng)更換系統(tǒng) |
燈 |
100W UHP(典型壽命6000小時(shí)); |
100W UHP(典型壽命6000小時(shí)); |
功 耗 |
180W |
180W |
重 量 |
100kg |
59kg |
尺寸 |
1414(寬)×1341(高)×750(深) |
1016(寬)×1002(高)×550(深) |