關(guān)注整體性能 微型投影光學(xué)引擎關(guān)鍵部件優(yōu)缺點討論

1、關(guān)注整體性能 微型投影光學(xué)引擎關(guān)鍵部件優(yōu)缺點討論 微型投影光學(xué)引擎是光學(xué)，結(jié)構(gòu)和電子的綜合技術(shù)，其中顯示芯片和光源是技術(shù)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(xué)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(shù)介紹中，常常片面的強調(diào)某些技術(shù)或者性能的優(yōu)點，而不去談?wù)w性能的平衡，這是對于最終用戶的誤導(dǎo)，本文將對顯示芯片和投影光源這兩項技術(shù)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(shù)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(yīng)用是LCOS和DMD顯示芯片，美國德州儀器公司（TI）擁有很多DM

2、D芯片的專利技術(shù)，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(shù)應(yīng)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(yīng)用于便攜移動設(shè)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(shù)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(zhuǎn)換為偏振光后才能使用。在采

3、用偏振回收的情況下，LCOS光引擎中一般仍有30%到40%的光無法被轉(zhuǎn)換成需要的偏振光而被浪費掉。DLP技術(shù)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(shù)。  同時必須注意到，LCOS的顯示芯片和驅(qū)動芯片的功耗要遠低于DLP技術(shù)所采用的DMD顯示芯片及其驅(qū)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(qū)動芯片上。  就目前看到的整體功耗在2-2.5W的LCOS和DLP光學(xué)引擎中，整體的亮度效率是基本相當(dāng)?shù)摹? 2 分辨率  LCOS技術(shù)毫無疑問在分辨率方面要優(yōu)于DMD

4、技術(shù)。由于采用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS和液晶封裝工藝，LCOS芯片的像素尺寸都小于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)1920×1080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(shù)在相同芯片尺寸上提高分辨率面臨諸多技術(shù)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(qū)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(xué)效率。就目前來看，DMD芯片一般采用Wobulation技術(shù)來提高分辨率且降低

5、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(zhì)性的區(qū)別。當(dāng)然，這兩種光引擎也都可以采用一些技術(shù)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(xué)元件較少，DLP光引擎在對比度上要優(yōu)于LCOS光引擎。全黑全白對比度上，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(guān)重要的。例如，對于一個10lm的投影引擎，當(dāng)投影到一個20寸的屏幕上時，

6、白場的照度是80Lux，DLP的暗場照度為0.16Lux，LCOS的暗場照度為0.32Lux。假設(shè)在開一盞燈的情況下，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(shù)已經(jīng)在大的投影顯示中已經(jīng)有較長時間的應(yīng)用，無論TI公司公布的實驗數(shù)據(jù)和實際應(yīng)用都顯示其芯片能夠滿足移動設(shè)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(shù)應(yīng)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(shè)備中已經(jīng)有過大量的應(yīng)用。注意到微型投影引擎的亮度輸出一般都是

7、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(dǎo)體激光（LD）光源是另一種討論的較多的光源，半導(dǎo)體激光光源具有單波長，準(zhǔn)直，偏振輸出等優(yōu)點。  我們首先討論一下半導(dǎo)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(zhuǎn)換，整體的亮度效率將會提高。激光光源的準(zhǔn)直性也有助于簡化LCOS光學(xué)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采用

8、激光光源而得到太多的提高?？傮w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影光引擎中的應(yīng)用。  1 產(chǎn)業(yè)化  對于紅色激光光源，目前的DVD光驅(qū)中的光源已經(jīng)有了很好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。而藍光光驅(qū)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(guān)產(chǎn)業(yè)應(yīng)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

9、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(xì)小顆粒，嚴(yán)重影響畫面效果。一般通過一些去相關(guān)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(guān)的方法一般都伴隨著光能損失，從而降低了激光光源準(zhǔn)直性和偏振性所帶來的亮度效率的提高。  3 安全性  激光光源由于準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(xì)的失效模式