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背投电视技术

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘  要:背投显示技术正处于蓬勃发展时期,本文介绍了背投显示技术的基本光路原理,以及当前技术背景下,几种主要背投电视技术的应用和发展前景。并且对笔者所从事的LCOS背投领域做一下重点介绍。

    关键词:背投技术、液晶显示、数字光处理、硅基液晶

    1、 背投显示技术

    背投(Rear Projector)的定义是相对于传统的前投(Front Projector)而言的。二者的主要区别在于图像光线的来源方式。前投系统中,观察者和投影机位于反射屏幕的同一侧,投影机投射出的光线照射到屏幕后,再经过反射到达观察者;而背投系统中,观察者和投影机位于显示屏幕的两侧,从投影机发出的光线照射到半透明的显示屏幕上,部分透过后形成图像,所以观察者看到的是透射出来的光,其原理如图1:

背投电视技术

    图1:背投原理图

    通常人们提到的多媒体投影机主要是指前投影机,与它们相比背投影的优势在于背投系统中投影机和屏幕是一个整体,用户使用时无需进行光学调整,像使用普通电视机一样简单。此外背投系统中光学投影机封闭在一个箱体内,投射到屏幕上的光线不会受到外界光线影响,因此在较暗或较亮的环境下都可以完好地显示图像。正是基于这些原理产生了背投电视,由于采用的不同的投影机种类,背投技术可以分为CRT(阴极射线管)、LCD(液晶)、LCOS(硅基液晶)、DLP(数字光处理)等几种。到目前为止,CRT背投电视的技术最为成熟,生产规模较大,性价比高,依然是国内背投电视市场的主流产品。但CRT背投是靠荧光粉发光,很难提升亮度,容易使显像管老化,时间长了,画面会变暗,清晰度降低。鉴于此,随着其他三种技术的逐渐成熟,市场必将重新分割,谁将占据未来市场的主流呢?下面我将分别介绍一下LCD、DLP 、LCOS三种背投电视投影技术。

    2、 LCD背投技术

     LCD(Liquid Crystal Display)背投的成像方式为穿透式,成像器件为液晶板,是一种被动式的投影方式。它利用外光源(金属卤素灯或UHP灯),因此只要提高灯泡的功率就可以提升亮度。它利用比较成熟的液晶投影技术,色彩还原性好,亮度和对比度都优于CRT背投。随着技术的不断发展,目前困扰业界的灯泡寿命问题,也将得到较好的解决。目前LCD背投没有成为市场主流的原因主要在于其高成本。此外LCD背投,限于其工作原理上的原因,它的开机预热和关机后散热都需要时间,不能做到CRT背投那样随开随关。

   LCD 投影机按照液晶板的片数分为三片式和单片式。目前,三片式投影机是液晶板投影机的主要机种,其原理示意图如下:

背投电视技术

    三片式LCD板投影机原理是光学系统把光源发射的强光通过分光镜形成R、G、B三束光,分别透射过R、G、B三色液晶板;控制信号源经过A/D转换调制后,加到液晶板上,通过控制液晶单元的开启、闭合,从而控制R、G、B三色光路的通断,然后三色光经过合色光路,在合色棱镜中汇聚,最后经透镜投射后,在屏幕上形成彩色图像。

    3、 DLP背投技术

    DLP(Digital Light Processing)指数字光处理技术,这种技术要先把影像讯号经过数字处理后再投影出来,其投影显示质量很好。与LCD背投的透射式成像不同,DLP为反射方式。其系统核心是TI(德州仪器)公司开发的数字微镜器件—DMD(Digital Micro mirror Device),DMD是显示数字可视信息的最终环节,它是在CMOS的标准半导体制程上,加上一个可调变反射面的旋转机构形成的器件。通常DMD 芯片有约130万个铰接安装的微镜,一个微镜对应一个像素。DLP背投的原理是用一个积分器(Integrator)将光源均匀化,通过一个有色彩三原色的色环(Color Wheel),将光分成R、G、B三色,微镜向光源倾斜时,光反射到镜头上,相当于光开关的“开”状态。微镜向光源反方向倾斜时,光反射不到镜头上,相当于光开关的“关”状态。其灰度等级由每秒钟光开关,开关次数比来决定。因此采用同步信号的方法,处理数字旋转镜片的电信号,将连续光转为灰阶,配合R、G、B三种颜色而将色彩表现出来,最后投影成像,便可以产生高品质、高灰度等级的图像。

    目前DLP的投影机主要有单片DMD机、双片DMD机和三片DMD机。根据各自不同的特点,有着不同的应用。其中单片式主要应用在便携式投影产品,双片式应用于大型拼接显示墙而三片式主要应用于超高亮度投影机。一般DLP背投电视有普通彩电4-5倍的清晰度,而且有着高亮

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