關注整體性能微型投影光學引擎關鍵部件優(yōu)缺點討論

1、關注整體性能微型投影光學引擎關鍵部件優(yōu)缺點討論微型投影光學引擎是光學，結構和電子的綜合技術，其中 顯示芯片和光源是技術路線上需要重點考慮的，這兩項無論在 成本中所占比例，還是對于最終光學引擎的性能的重要性，都 是其他部件無法相比的。目前的微型投影的技術介紹中，常常 片面的強調(diào)某些技術或者性能的優(yōu)點，而不去談整體性能的平 衡，這是對于最終用戶的誤導，本文將對顯示芯片和投影光源 這兩項技術在微型投影引擎中的性能做一個全面性的概述， 幫 助最終用戶對于微型投影引擎技術有一個全面的了解。一顯示芯片目前在微型投影中主流的應用是 LCOS和DMD顯示 芯片.美國德州儀器公司(TI)擁有很多DMD芯片的專利

2、技 術，目前僅有TI能夠提供商品化的產(chǎn)品。LCOS芯片的來源 相對較多,如 Himax, Displaytech , Syndiant 等,LCOS 芯 片還分為彩色濾光片型(color filter)和色彩時序型(color sequential)。由于目前主流的技術應用都是基于色彩時序型 LCOS和LED，以下的顯示芯片的性能討論主要基于 LED和 色彩時序型的LCOS。1亮度效率微型投影引擎主要應用于便攜移動設備中，引擎的亮 度必須基于給定的整體功率，即亮度效率。LCOS技術需要使用偏振光源，而LED是一種非偏振 光源，因此需要將其轉換為偏振光后才能使用。在采用偏振回 收的情況下,LCO

3、S光引擎中一般仍有30%到40%的光無法 被轉換成需要的偏振光而被浪費掉。DLP技術使用非偏振光 就可以，在整體的光能的利用率上要高于 LCOS技術。同時必須注意到，LCOS的顯示芯片和驅動芯片的功 耗要遠低于DLP技術所采用的DMD顯示芯片及其驅動芯片。 因此，在相同的整體功耗情況下，LCOS光機將更多的功耗消 耗在LED上，而DLP光機將更多的功耗消耗在 DMD芯片和 驅動芯片上。就目前看到的整體功耗在 2-2.5W的LCOS和DLP光 學引擎中，整體的亮度效率是基本相當?shù)摹?分辨率LCOS技術毫無疑問在分辨率方面要優(yōu)于 DMD技術。 由于采用標準的CMOS和液晶封裝工藝，LCOS芯片的像

4、素 尺寸都小于10微米，每個像素尺寸小于5微米也是很容易達 到的，即可以在0.45英寸的芯片上實現(xiàn)1920X1080的高清顯 示。而且，由于像素之間的間隔可以做到很小， 像素尺寸達到 5微米時仍可以有很高的開口率。DMD技術在相同芯片尺寸上提高分辨率面臨諸多技 術難題。首先，更小的像素需要更小的運動部件，芯片的良率 將會進一步的下降。其次，更多的像素將使其顯示芯片及驅動 芯片的功耗進一步增加。最后，在像素間隔難以減小的情況下， 其開口率的減小將減小光學效率。就目前來看，DMD芯片一般采用Wobulation技術來提高分辨率且降低芯片成本，即采 用菱形排布方式用一半的實際像素抖動插值得到更高的分

5、辨 率。3色純度由于采用相同的色彩時序法，LCOS和DLP光引擎在 色純度上沒有本質性的區(qū)別。當然，這兩種光引擎也都可以采 用一些技術方法去降低色純度而獲得更高的亮度效率。4對比度由于采用的光學元件較少，DLP光引擎在對比度上要 優(yōu)于LCOS光引擎。全黑全日對比度上，DLP光引擎一般可 以做到500: 1 , LCOS光引擎可以做到250 : 1 。但在實際使用中，除非是在一個全黑的空間中，這個 差別是無關重要的。例如，對于一個10lm的投影引擎，當投 影到一個20寸的麻幕上時，日場的照度是80Lux , DLP的暗 場照度為0.16Lux , LCOS的暗場照度為0.32Lux。假設在開 一

6、盞燈的情況下，燈對墻面的照度為 5Lux。這時，實際看到 的對比度分別是16.5 : 1和16: 1,顯然差別是非常小的。5可靠性DLP技術已經(jīng)在大的投影顯示中已經(jīng)有較長時間的應 用，無論TI公司公布的實驗數(shù)據(jù)和實際應用都顯示其芯片能 夠滿足移動設備所需要的幾千小時的壽命。LCOS雖然在大尺寸投影顯示中沒有DLP技術應用那 么多，僅僅在背投影顯示中有過一些量產(chǎn)，但 Displaytech公 司的芯片在移動設備中已經(jīng)有過大量的應用。 注意到微型投影引擎的亮度輸出一般都是在10lm左右，對比背投顯示的 300lm和前投影顯示的1000-3000lm，目前的亮度對于LCOS 芯片的可靠性影響是幾乎可

7、以忽略不計的。二光源LED光源是目前微型光引擎中主要的光源，半導體激 光（LD）光源是另一種討論的較多的光源，半導體激光光源 具有單波長，準直，偏振輸出等優(yōu)點。我們首先討論一下半導體激光光源對于 LCOS和DLP 光引擎的影響。由于激光光源輸出的光源是一種偏振光， 因此 LCOS光引擎不再需要偏振轉換，整體的亮度效率將會提高。 激光光源的準直性也有助于簡化 LCOS光學系統(tǒng)，從而提高 LCOS光引擎的對比度。DLP光引擎在這兩方面都不會因為 米用激光光源而得到太多的提高。總體而言，激光光源對于 LCOS光引擎的意義要遠大于 DLP光引擎。激光光源雖然有很多優(yōu)點，但仍有諸多不足而影響其 在微型投

8、影光引擎中的應用。對于紅色激光光源，目前的DVD光驅中的光源已經(jīng)有 了很好的產(chǎn)業(yè)基礎。而藍光光驅中的光源的波長(405nm) 與投影顯示所需要的波長(430-460nm)不同，綠色激光光源沒 有類似的相關產(chǎn)業(yè)應用，還需要通過紅外激光光源倍頻后獲 得，這兩種激光器都需要專門為投影顯示而研發(fā)。對比LED光源，其在普通照明，汽車照明，LCD顯 示等方面都有大量的市場需求，大量資金推動 LED的亮度效 率與成本比迅速提高，顯然其對于微型投影引擎的量產(chǎn)是更合 適的。2 散斑(speckle )散斑現(xiàn)象是由激光光源的相干性造成的，散斑會在顯 示畫面上呈現(xiàn)明暗細小顆粒，嚴重影響畫面效果。一般通過一 些去相關的方法來減弱散斑現(xiàn)象，一方面目前還未看到完全消 除散斑的激光為光源的引擎，另一方面去相關的方法一般都伴 隨著光能損失，從而降低了激光光源準直性和偏振性所帶來的 亮度效率的提高。激光光源由于準直好，能量能夠集中在較小的點上， 即使較小的能量也可能造成人眼的損傷。目前微投影所需使用 的都是ANSI Z136標準中有可能對人眼造成傷害的等級 2以 上的激光器，是否能夠安全的在微投影引擎中安全使用，需要 經(jīng)過仔細的失效模式分析以