伴隨著科技與經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的同時(shí)，顯示設(shè)備已經(jīng)成為政府辦公、教育演示、商務(wù)活動(dòng)乃至家庭娛樂(lè)中不可缺少的重要組成部分，各種用戶群對(duì)顯示效果和顯示面積的需求在不斷提升，原來(lái)的小尺寸畫(huà)面和模擬顯示系統(tǒng)已經(jīng)很難滿足用戶要求，近年大屏幕數(shù)字顯示系統(tǒng)正在高速崛起，主要有等離子、投影機(jī)以及背投顯示系統(tǒng)等。在上述三種大屏幕設(shè)備里只有投影機(jī)具有便攜性又可以靈活安裝的顯示設(shè)備，其產(chǎn)品類(lèi)型之多可以滿足各種用戶的使用需求，隨著液晶和DLP顯示技術(shù)的成熟、發(fā)展，投影機(jī)產(chǎn)品在光電產(chǎn)業(yè)中將是未來(lái)發(fā)展最為快速、增長(zhǎng)率最高的一類(lèi)產(chǎn)品，下面就詳細(xì)介紹一下投影機(jī)的各種投影技術(shù)以及原理。
CRT投影機(jī)又名三槍投影機(jī)，它主要是由三個(gè)CRT管組成。CRT(Cathode Ray Tube)是陰極射線管，主要是由電子槍、偏轉(zhuǎn)線圈及管屏組成。為了使CRT管在屏幕上顯示圖像信息，CRT投影機(jī)把輸入的信號(hào)源分解到R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))三個(gè)CRT管的熒光屏上，熒光粉在高壓作用下發(fā)光，經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)放大和會(huì)聚，在大屏幕上顯示出彩色圖像。由于使用內(nèi)光源，也叫主動(dòng)式投影方式。
對(duì)于CRT投影機(jī)而言，有兩個(gè)重要的性能指標(biāo)：會(huì)聚性能和聚焦性能。會(huì)聚是指紅綠藍(lán)三種顏色在屏幕上的重合效果。
對(duì)CRT投影機(jī)來(lái)說(shuō)，會(huì)聚控制性顯得格外重要，因?yàn)樗蠷GB三種CRT管，平行安裝在支架上，要想做到圖像完全會(huì)聚，必須對(duì)圖像各種失真均能校正。機(jī)器位置的變化，會(huì)聚也要重新調(diào)整，因此對(duì)會(huì)聚的要求，一是全功能，二是方便快捷。會(huì)聚有靜態(tài)會(huì)聚和動(dòng)態(tài)會(huì)聚，其中動(dòng)態(tài)會(huì)聚有傾斜、弓形、幅度、線性、梯形、枕形等功能，每一種功能均可在水平和垂直兩個(gè)方向上進(jìn)行調(diào)整。除此之外，還可進(jìn)行非線性平衡，梯形平衡，枕形平衡。
聚焦性能也不容忽視，我們知道，圖形的最小單元的像素。像素越小，圖形分辨率越高。在CRT管中，最小像素是由聚焦性能決定的，所謂可尋址分辨率，即是指最小像素的數(shù)目。CRT管的聚焦機(jī)制有靜電聚焦、磁聚焦和電磁復(fù)合聚焦三種，其中以電磁復(fù)合聚焦較為先進(jìn)，其優(yōu)點(diǎn)是聚焦性能好(但在高亮度條件下會(huì)散焦)，且聚焦精度高，可以進(jìn)行區(qū)域聚焦、邊緣聚焦、四角聚焦，從而可以做到畫(huà)面上每一點(diǎn)都很清晰。
CRT投影機(jī)根據(jù)CRT管的管徑不同還可分為三個(gè)檔次，分別是7英寸管投影機(jī)、8英寸管投影機(jī)、9英寸管投影機(jī)。CRT技術(shù)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(diào)整能力；但其重要技術(shù)指標(biāo)圖像分辨率與亮度相互制約，直接影響CRT投影機(jī)的亮度值，到目前為止，其亮度值始終徘徊在300流明以下。另外CRT投影機(jī)操作復(fù)雜，特別是會(huì)聚調(diào)整繁瑣，機(jī)身體積大，只適合安裝在環(huán)境光較弱、而且相對(duì)固定的場(chǎng)所，移動(dòng)性也不好。
LCD投影機(jī)是被動(dòng)發(fā)光從而成像的，其核心部件為L(zhǎng)CD液晶板。主要分為液晶板投影機(jī)和液晶光閥投影機(jī)兩類(lèi)。液晶是介于液體和固體之間的物質(zhì)，本身不發(fā)光，工作性質(zhì)受溫度影響很大，其工作溫度為-55℃至+77℃。投影機(jī)利用液晶的光電效應(yīng)，即液晶分子的排列在電場(chǎng)作用下發(fā)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(xué)性質(zhì)，產(chǎn)生具有不同灰度層次及顏色的圖像。液晶板投影機(jī)成像器件為液晶板，利用外光源金屬鹵素?zé)艉蚒HP
(冷光源),是被動(dòng)式投影方式。按照液晶板的片數(shù)，LCD投影機(jī)還可分為三片機(jī)和單片機(jī)。LCD投影機(jī)的底層技術(shù)——液晶板一直只有Sony和Epson兩家公司具備研發(fā)和生產(chǎn)能力，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，液晶板技術(shù)日臻成熟。液晶板技術(shù)一直致力于提高性能和降低加工成本兩個(gè)方面。在提高性能方面它主要是通過(guò)提高開(kāi)口率來(lái)提高光效率，另外還采用微鏡陣列技術(shù)來(lái)提高液晶板的透光率，降低顯示圖像的像素化，使圖像更細(xì)膩。目前LCD投影機(jī)在亮度指標(biāo)和圖像精細(xì)程度方面都已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平。除了高端影院產(chǎn)品外，在普通應(yīng)用產(chǎn)品和低端高性能投影機(jī)產(chǎn)品中，LCD產(chǎn)品保持了對(duì)單片DLP產(chǎn)品的亮度領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。LCD投影機(jī)的生產(chǎn)廠家主要為日韓廠商。
三片式液晶投影機(jī)的成像原理，以某液晶投影機(jī)的光路為例：首先光線通過(guò)濾光片，濾掉紅外線和紫外線這樣的不可見(jiàn)光，紅外線和紫外線對(duì)LCD片有一定的損害作用。透過(guò)兩片多鏡頭鏡片將光線均勻化，并將UHP燈產(chǎn)生的圓錐形光校正為和投影圖像近似的矩形光線。在兩片鏡子之間的棱鏡用來(lái)將光線預(yù)先極性化，較之沒(méi)有該棱鏡的不對(duì)稱光箱，它可以減少光線的損失。光線下一步被分光鏡分為紅、綠、藍(lán)三原色并被分別反射到相應(yīng)的液晶片上。在到達(dá)液晶片之前光線還需要透過(guò)一個(gè)凸透鏡和偏振片，凸透鏡的作用是將光線集中，偏振片則進(jìn)一步將光線極性化，使得光線振動(dòng)方向一致，可以被液晶片控制。最后光線經(jīng)過(guò)液晶片，通過(guò)電路板驅(qū)動(dòng)，液晶片上的各像素點(diǎn)有序開(kāi)閉，產(chǎn)生了圖像，并通過(guò)每原色光的調(diào)校產(chǎn)生了豐富的色彩。最后三路光線最終匯聚在一起由鏡頭投射出去。
LCD單板投影機(jī)體積小，重量輕，操作、攜帶極其方便，價(jià)格比較低廉。但其光源壽命短，色彩不夠均勻，分辨率較低。目前單板投影機(jī)的機(jī)型已經(jīng)很少。
液晶光閥投影機(jī)采用CRT管和液晶光閥作為成像器件，是CRT投影機(jī)與液晶與光閥相結(jié)合的產(chǎn)物。為了解決圖像分辨率與亮度間的矛盾，它采用外光源，也叫被動(dòng)式投影方式。一般的光閥主要由三部分組成：光電轉(zhuǎn)換器、鏡子、光調(diào)制器，它是一種可控開(kāi)關(guān)。通過(guò)CRT輸出的光信號(hào)照射到光電轉(zhuǎn)換器上，交光信號(hào)轉(zhuǎn)換為持續(xù)變化的電信號(hào)；外光源產(chǎn)生一束強(qiáng)光，投射到光閥上，由內(nèi)部的鏡子反射，通過(guò)光調(diào)制器，改變其光學(xué)特性，緊隨光閥的偏振濾光片，將濾去其它方向的光，而只允許與其光學(xué)縫隙方向一致的光通過(guò)，這個(gè)光與CRT信號(hào)相復(fù)合，投射到屏幕上。它是目前為止亮度、分辨率最高的投影機(jī)維修，亮度可達(dá)6000ANSI流明，分辨率為2500×2000，適用于環(huán)境光較強(qiáng)，觀眾較多的場(chǎng)合，如超大規(guī)模的指揮中心、會(huì)議中心及大型娛樂(lè)場(chǎng)所，但其價(jià)格高、體積大、光閥不易維修。對(duì)追求高分辨率、高亮度、大畫(huà)面的用戶，液晶光閥投影機(jī)是他們的首選。
DLP投影機(jī)是美國(guó)德州儀器公司以數(shù)字微鏡裝置
DMD芯片作為成像器件，通過(guò)調(diào)節(jié)反射光實(shí)現(xiàn)投射圖像的一種投影技術(shù)。它與液晶投影機(jī)有很大的不同，它的成像是通過(guò)成千上萬(wàn)個(gè)微小的鏡片反射光線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。DLP芯片的核心技術(shù)一直控制在美國(guó)的德州儀器，DLP技術(shù)似乎在追逐著Intel
Inside的道路，因?yàn)樗笏胁捎肈LP技術(shù)的投影機(jī)產(chǎn)品都必須打上DLP的標(biāo)志。不管其是否會(huì)取得Intel在PC領(lǐng)域那樣的成就，至少顯示了其領(lǐng)導(dǎo)投影機(jī)底層技術(shù)的決心。
DLP投影機(jī)的核心部件為DMD芯片，其它的部件還有：燈泡、光學(xué)棱鏡和投射鏡頭。其工作原理是：當(dāng)光線經(jīng)過(guò)棱鏡分解為R、G、B三原色后，投射DMD芯片。DMD芯片上有很多微小的鏡片組成
(如果分辨率是800×600，則DMD芯片上有48萬(wàn)個(gè)小鏡片)，每個(gè)鏡子代表一個(gè)像素，每一個(gè)小反射鏡都具有獨(dú)立控制光線的開(kāi)關(guān)能力。小反射鏡反射光線的角度受視頻信號(hào)控制，視頻信號(hào)受數(shù)字光處理器DLP調(diào)制，把視頻信號(hào)調(diào)制成等幅的脈寬調(diào)制信號(hào)，用脈沖寬度大小來(lái)控制小反射鏡開(kāi)、關(guān)光路的時(shí)間，每個(gè)小鏡片均可在一定角度之間自由旋轉(zhuǎn)并且由電磁定位。信號(hào)輸入后，在經(jīng)過(guò)處理后作用于DMD芯片，從而控制鏡片的開(kāi)啟和偏轉(zhuǎn)。入射光線在經(jīng)過(guò)DMD鏡片的反射后由投影鏡頭投影成像。DLP投影機(jī)根據(jù)基DMD芯片的數(shù)量又分為單片、雙片和三片DMD投影機(jī)。
目前常用的幾種色輪處理技術(shù)及特點(diǎn)：由于單片DMD投影機(jī)色輪在同一時(shí)間內(nèi)一次只能處理一種顏色，因此會(huì)帶來(lái)部分的亮度的損失，同時(shí)，由于不同顏色光的光譜波長(zhǎng)的固有特性存在著差別，從而會(huì)產(chǎn)生色彩還原的不同，畫(huà)面色彩往往表現(xiàn)出紅色不夠鮮艷。因此，如何使投影機(jī)既具有足夠的顯示亮度，同時(shí)又能充分的保證色彩的真實(shí)還原，是每個(gè)DLP投影機(jī)廠家在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題，而其中一個(gè)最重要的因素，就是色輪技術(shù)的設(shè)計(jì)解決方案。
1.三段色輪RGB：由紅R、綠G、藍(lán)B三段色組成，不同廠家的產(chǎn)品，其紅、綠、藍(lán)的開(kāi)口角度的設(shè)計(jì)各不相同，一般來(lái)說(shuō)，紅色開(kāi)口角度較大，這樣可以彌補(bǔ)圖像紅色的不足。采用該色輪技術(shù)的前提條件是投影機(jī)光機(jī)部分具有比較足夠的光亮度，否則可能會(huì)帶來(lái)圖像的亮度問(wèn)題，同時(shí)，使用三段色輪技術(shù)的色彩還原性相對(duì)來(lái)說(shuō)比較好。
2.四段色輪RGBW：由紅R、綠G、藍(lán)B、白W四段色組成，加白段色的目的主要是為了進(jìn)一步提高投影機(jī)亮度，一般可比三段色輪提高20%左右。但同時(shí)，這種色輪技術(shù)也會(huì)帶來(lái)投影機(jī)的色彩還原不夠的問(wèn)題，使圖像色彩失真，降低了畫(huà)質(zhì)。另外，在設(shè)計(jì)中，可以將脈沖信號(hào)同步鎖定在W段中，脈沖寬度與W段寬度對(duì)應(yīng)，可以一定程度上減少畫(huà)面的閃爍現(xiàn)象。該技術(shù)主要應(yīng)用在會(huì)議室、教學(xué)用投影機(jī)。
3. 六段色輪RGBRGB：由于DLP技術(shù)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用在具有巨大市場(chǎng)潛力的家庭影院投影和背投電視，因此，人們對(duì)DLP的色彩體現(xiàn)和播放連續(xù)動(dòng)態(tài)視頻畫(huà)面效果提出了更高的要求。
六段色輪是由RGBRGB共6段顏色組成的色輪，隨著色輪轉(zhuǎn)速相應(yīng)提高（180HZ）和單位時(shí)間內(nèi)處理畫(huà)面更多，因此，這種設(shè)計(jì)有效地減少了運(yùn)動(dòng)圖象和邊緣的彩虹效應(yīng)，視頻動(dòng)態(tài)效果更好，圖像的色彩更豐富、更艷麗。但由于六色分段分隔較多，集光柱通過(guò)各色段之間時(shí)光損耗也較多，因此，投影機(jī)的光亮度往往比較低，因此，也有少數(shù)投影機(jī)廠家開(kāi)始設(shè)計(jì)采用7段色輪RGBRGBW技術(shù)，以提高投影機(jī)亮度和減少畫(huà)面的閃爍。該技術(shù)主要用于針對(duì)家用消費(fèi)和視頻要求較高的應(yīng)用。
4. 增益型色輪SCR：SCR（Sequential Color
Recapture）也稱連續(xù)色彩補(bǔ)償技術(shù)，其基本原理與以上色輪技術(shù)相似，不同之處在于色輪表面采用阿基米德原理螺旋狀光學(xué)鍍膜，集光柱（光通道）采用特殊的增益技術(shù)，可以補(bǔ)償部分反射光，使系統(tǒng)亮度有較大提高（約40%）。但該色輪的處理技術(shù)相對(duì)較復(fù)雜，目前只有少數(shù)投影機(jī)廠家在產(chǎn)品中采用，從技術(shù)發(fā)展方向來(lái)說(shuō)，該技術(shù)非常具有市場(chǎng)潛力。
兩大投影技術(shù)的對(duì)比
1.產(chǎn)品差異性：對(duì)3LCD投影技術(shù)來(lái)說(shuō)，由于芯片技術(shù)上的差異，對(duì)于高亮度如2500或3000流明以上之需求都可以輕松達(dá)成。以現(xiàn)今家用投影機(jī)對(duì)高畫(huà)質(zhì)與高品質(zhì)的需求來(lái)看，3LCD是優(yōu)于其它投影技術(shù)的。臺(tái)灣廠商較少發(fā)展自有品牌，而是以系統(tǒng)組裝為其強(qiáng)項(xiàng)，其優(yōu)點(diǎn)是組裝速度快、出貨快，且價(jià)格也可壓低。然而3LCD投影技術(shù)在光學(xué)引擎生產(chǎn)中的良品率、光學(xué)噪訊或制程上的模塊化問(wèn)題需要技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的累積才得以解決，因此也令許多廠商敬而遠(yuǎn)之。
另一方面，雖然DLP技術(shù)均由德州儀器公司所提供，然而德州儀器公司并沒(méi)有自己的品牌，只提供技術(shù)部份，不會(huì)發(fā)生與自身客戶競(jìng)爭(zhēng)的情況，加上DLP之技術(shù)特性適合臺(tái)灣廠商生產(chǎn)，因此DLP日漸受到臺(tái)灣系統(tǒng)廠商的青睞。DLP技術(shù)本身僅為一個(gè)光學(xué)組件，而就整個(gè)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，很多部份需要客戶自己去完成，也可藉此提高產(chǎn)品的差異性。對(duì)德州儀器公司來(lái)說(shuō)，DLP技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于客戶。由于不同的客戶發(fā)展不同的市場(chǎng)與產(chǎn)品，比如隨身便攜式投影機(jī)、視頻投影機(jī)或劇場(chǎng)用的投影機(jī)。因此DLP技術(shù)重點(diǎn)在于客戶可在自己的利基市場(chǎng)做創(chuàng)新。相對(duì)于3LCD悠久且成熟的發(fā)展歷史，DLP年紀(jì)尚輕，將來(lái)創(chuàng)新的機(jī)會(huì)空間很大。
2.壽命與亮度：若單純比較投影核心的壽命，DLP之DMD芯片由于是半導(dǎo)體制程，比起LCD顯示面板稍占優(yōu)勢(shì)，其畫(huà)質(zhì)與色彩穩(wěn)定，不會(huì)隨著時(shí)間與使用次數(shù)而降低影像色彩與品質(zhì)。但若以整機(jī)壽命進(jìn)行比較的話，由于DLP投影技術(shù)倚靠高速旋轉(zhuǎn)之色輪，只要一開(kāi)機(jī)便不停高速轉(zhuǎn)動(dòng)，因此色輪馬達(dá)之耗材壽命問(wèn)題也成為消費(fèi)者考量的重點(diǎn)之一。另外，光效率也會(huì)影響消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)意愿。過(guò)去LCD技術(shù)常見(jiàn)光耗損的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)Epson改良HTPS
LCD面板制程，提高LCD開(kāi)口率后已獲得解決。而DLP技術(shù)在投射單一色光時(shí)會(huì)阻隔其它兩種色光，也將影響其光效率。三片式DLP光效率最佳，但其價(jià)格昂貴，是屬于高端應(yīng)用的產(chǎn)品，例如電影院所使用的純數(shù)字放影機(jī)就是三片式DLP投影設(shè)備。
當(dāng)3LCD與DLP兩種投影機(jī)所投影出來(lái)的亮度相同時(shí)，DLP投影機(jī)所需之燈泡瓦數(shù)相對(duì)較高，由于高亮度金屬燈泡的溫度非常高，散熱效果的好壞將對(duì)燈泡壽命產(chǎn)生相當(dāng)大的影響，而散熱時(shí)所產(chǎn)生的風(fēng)扇噪音問(wèn)題，也是投影機(jī)往后亟待克服的重點(diǎn)。此外，LCD投影面板會(huì)隨著使用年限增長(zhǎng)稍微影響畫(huà)面品質(zhì)，而DLP由于是采用數(shù)字方式播放，因此其影像品質(zhì)較不易隨著時(shí)間而變化。
3.噪音與體積：對(duì)比3LCD與DLP投影機(jī)各自的市場(chǎng)，過(guò)去由于3LCD投影技術(shù)的先天限制，因此便攜式投影機(jī)種是由DLP投影技術(shù)以其小巧體型占有絕大優(yōu)勢(shì)，然而藉由3LCD投影技術(shù)的不斷改良，便攜式投影機(jī)種由DLP獨(dú)大的局面已不復(fù)見(jiàn)。輕巧體型小的投影機(jī)主要問(wèn)題在于噪音大。投影機(jī)主要的噪音來(lái)源為其散熱風(fēng)扇，而DLP投影機(jī)由于需要另一顆高速馬達(dá)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)色輪，因此開(kāi)機(jī)后同時(shí)有兩顆馬達(dá)在機(jī)體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，噪音問(wèn)題較僅有散熱風(fēng)扇馬達(dá)的3LCD投影機(jī)稍大。另外，體形大的投影機(jī)因?yàn)橐子谏�，故風(fēng)扇馬達(dá)轉(zhuǎn)速較低，透過(guò)其內(nèi)部效果良好的隔音機(jī)制，相較于體積小巧的便攜式投影機(jī)，更可達(dá)到安靜的效果，所以家庭劇院均為體型較大的產(chǎn)品。
用戶需求增加、制造成本下降、技術(shù)不斷創(chuàng)新與新產(chǎn)品相繼問(wèn)世，均使得投影產(chǎn)品的普及率不停攀升，應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)展。而更為寬廣的發(fā)展空間也讓投影產(chǎn)品的定位從過(guò)去昂貴的專業(yè)設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)今大眾化影音產(chǎn)品。未來(lái)隨著技術(shù)的進(jìn)步，投影市場(chǎng)肯定會(huì)有更多精彩的產(chǎn)品，值得消費(fèi)者引頸期待。
