微型投影的技术剖析..doc

微型投影的技术剖析 作者＼ 王亮舒、李政育 LCD技术 LCD原理及光机架构 投影使用之LCD面板在原理上与LCD液晶屏幕类似，但LCD屏幕的各层光学膜在投影系统中则是以光学组件摆置在光机架构中。 如图一所示，光源在经过UV-IR滤镜以滤除对面板有害之红外光、紫外光，再经过积分透镜进行均匀化，再透过极化转换器（P-S converter），将光源中无法使用的极化成份进行转换，使光源利用效率增加。在光源处理完之后，再经过一系列的双色分光镜（Dichroic Mirror），将光源分成三个颜色打入三片对应的面板，由一双色棱镜（Dichroic Prism或称X-Cube）将影像重合，再由镜头成像。 《图一　三片式LCD投影机内部架构图 》 资料来源：从ITRI工研院电光所修改整理，2005年 LCD投影技术开口率下降导致光源效率变低 事实上，传统三片穿透式LCD投影技术因其光机结构所需空间较为庞大，基于微型化以及低成本的考虑，LCD技术在微型投影装置的应用中，主要是以单片穿透式LCD搭配白光LED作光源为主流。虽然在目前成熟的LCD面板技术下，LCD面板已可缩至非常小的尺寸，且能够拥有高分辨率的特性，但也因为如此，当面板尺寸愈缩愈小、分辨率愈做愈高的同时，LCD面板的像素间距、趋动液晶的薄膜晶体管及其导线的面积，并无法随之等比例缩小，导致LCD面板本身的开口率（Aperture Ratio）跟着下降，晶格效应愈来愈明显、光源的利用效率变低、亮度也会变暗。于是，为了提高投影亮度，作为光源的白光LED功率也必须随之提高。 《图二　开口率示意图 》  资料来源：从Reflective LCDs（John Wiley Sons, Ltd）修改整理 主要技术HTPS掌握在日系大厂 再加上目前制作穿透式LCD投影面板的高温多晶硅HTPS（High Temperature Poly-Silicon）主要技术都掌握在日系大厂SONY、EPSON手中，无形之中对于穿透式LCD投影技术在微形投影应用上的普及产生不少限制。在微型投影的应用上，除了2006年SONY曾开发出一部分辨率为800×600之原型机外，目前市面上并无商品出现。 《图三　2006 SONY LCD微形投影机原型 》 资料来源：DigiTimes新闻照片，2006年 DLP技术 DLP微镜面投影原理 DLP所使用的面板组件DMD是微机电技术所制成之投影面板组件，由与分辨率相同数量的微小镜片所组成（如图四所示），每一面镜子下方皆有旋转轴，可让镜子在两个角度间运动（如图为正负十度间），以控制入射光的反射方向。 《图四　DMD结构示意图 》 资料来源：TI网站 而这些反射镜只能有两个角度状态，因此在画面上，非亮即暗，如图所示，亮画素即是将反射光导向成像镜头，暗画素即将反射光导向吸收板，而中间的灰阶，则必须不断的转动镜片，以不同比例的亮暗画面交互切换形成，由人眼视觉暂留的现象形成灰色。藉由控制每一个画素，即可形成一完整灰阶画面。而完整的全彩画面，则由快速的切换红蓝绿光源，再以人眼视觉暂留原理达到。 DLP投影特色优势 与其它技术相较，DLP的整个讯号处理流程皆为数字处理，数字模拟转换是在影像进入人眼时达成。DMD的反射镜反应速度为微秒（μs）等级，比液晶反应速度快上许多，相较于液晶投影机，DLP更不会有残影问题。另外，不同于液晶系统仅能使用单一极化光，DLP没有极化光的限制，因此面板本身对光的利用率是很高的。 《图五　DMD成像示意图 》 资料来源：TI网站 DLP可分传统及微型光机架构 DLP传统光机可分为单片式及三片式光机，三片式由于成本因素，一般仅见于剧院及高阶应用，市售一般DLP投影机几乎都是单片结构。 单片DLP光机中，光源再经过积分柱（Integration Rod）进行匀光后，经过一旋转的色轮（Color Wheel），将光源处理成红蓝绿光源，同一时间仅有单一颜色输出，将此处理后光源投影在DLP面板上，DLP则针对当时色彩投影出对应色彩之画面，投影镜头则负责将面板上之影像成像于外部投影幕上。由于DLP的色彩是由红蓝绿画面快速切换组成，有些人在看DLP投影机画面，在快速动作的画面中会看到色彩分开的现象，称为彩虹效应（Rainbow Effect）。 《图六　单芯片DLP投影架构图（Color Wheel） 》 资料来源：TI 用LED取代色轮机制 而在使用DLP的微型投影装置之中，最大不同点即是使用LED光源取代传统高压汞灯，而LED本身即是有色光源，因此，分别点亮红蓝绿LED取代了原本的色轮机制，如此也可增加原本因使用色轮而减少之光利用率，另外，微型投影所使用之DMD面板大小也远小于传统投影系统，如此才能在光源端及