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家用投影技术详解之LCD家用投影技术

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三片式LCD



上图为,3LCD家用投影技术的原理图,其中原理,碍于专业知识和术语的晦涩性,因此不做深入介绍。
可以简单理解为光源发出强白光,经系列光学器件将其分解为红、绿、蓝三色,不过核心为三色光分别投射到三块LCD液晶面板上,最后再通过棱镜聚合成全彩色图像家用投影在屏幕;
当然,过程或是很复杂的,比如:

  • 开始分光前对白光进行的预处理:家用投影机需要的是面状平行三原色线偏振光(矩形),而普通灯泡的光线为白色球形圆偏振光(圆锥形)。需经过系列透镜、棱镜及滤光镜的调整,才可满足要求,也要过滤掉其中的红、紫外线等不可见光,否则会损害液晶面板;
  • 在光源的选择上也有说法;一般会有三种:金属卤素灯、UHP(Ultra-High Performance,超高性能)灯和UHE灯;卤素灯价格便宜,但发热严重、半衰期短(半衰期是指灯的亮度下降到设计亮度一半时所用的时间)因此一般会选择后两种:UHP和UHE灯,也被称为冷光源,相比卤素灯发热量要小很多。除此之外,其他新型光源比如激光,也是当下厂商争先研究的热门技术;
光源最终会被投射到三块液晶板,这也是LCD家用投影机的核心部分;

LCD全称:Liquid Crystal Display(液晶显示)百科的介绍如下:

面板主要材质—液晶科普
顾名思义,其主要材质为液晶,是一种介于固体与液体之间,具有规则分子排列的有机化合物,于1888年,被奥地利植物学家来尼茨尔发现;
(自然界中的物质有固态、液态、气态三种型态,其中,根据分子的指向是否具备方向性,可将液态分为液体和“液态晶体”简称液晶;液体分子的质量中心排列豪无规律性可言,所以为液体;但如果分子的形状为长或扁形,分子的指向就可能具备规律性,液晶分子遵循此原理;)
液晶材质的特点是既有液体的流动性,又有晶体特有的各向异性,具体表现为液晶分子的排列状态会受到外加电场的影响,改变液晶单元的透光率和反射率,这种现象被称之为——液晶的电-光效应

正是基于液晶的这种特点,所以液晶非常适合成为控制光线进出的开关,加以电、磁等外部压力控制,最终成像;
LCD液晶面板(HTPS)介绍:
了解完略为枯燥的液晶,就可以正式了解家用投影机的LCD芯片(液晶显示板)。是由两块玻璃基片构成,中间填充液晶,玻璃基片表面贴有薄膜晶体管(TFT)、贴线偏振片和扫描电路等器件;其中TFT起主要作用,用来控制液晶像素点(液晶单元),起控制液晶作用;三个不同颜色的液晶板,由TFT控制光线是否可以透过或允许透过液晶的多少,R、G、B三片液晶板上分别控制着红、绿、蓝色不同液晶像素的各自透光率,并最终汇聚在一起呈现出色彩的明暗变化。

其实上述TFT等电子元件及液晶成像的原理,通用于各类液晶产品,比如:手机屏幕、显示屏、智能电视机等,都属于:主动点矩阵(TFT)式LCD(Active Matrix LCD);不过,不同之处在于家用投影机的液晶面板,需要经受住灯泡超高热量的考验。
因此,家用投影机的液晶面板采用HTPS液晶芯片;HTPS全称:High Temperature Poly-Silicon,中文意思是“高温多晶硅”。可以确保在持续高温环境下工作的稳定性;可以看下百科的介绍:

HTPS除了具备耐高温的特性外,随着新版的发布,其开口率也在逐步提高:

HTPS

(开口率指除去每一台次像素的配线部、晶体管部后的光线通过部分的面积和每一台次像素整体的面积之间的比例。开口率越高,光线通过的效率越高。
当光线经由背光板发射出来时,并不是所有的光线都能穿过面板,比如给 LCD source 驱动芯片及gate驱动芯片用的信号走线,以及 TFT 本身,还有储存电压用的储存电容等。
这些地方除了不完全透光外, 也由于经过这些地方的光线不受电压控制,而无法显示正确的灰阶,所以都需利用black matrix 加以遮蔽, 以免干扰其它透光区域。而有效的透光区域与全部面积的比例就称之为开口率。)

优点:
得益于LCD家用投影机的成像原理:三色各自独立的LCD面板,省事调节各自的颜色通道的亮度和对比度,因此家用投影效果非常出色,可以还原非常逼真的色彩;
LCD家用投影机的光效率也要高于DLP家用投影机,相同的瓦数下的光源,LCD家用投影机可有更高的ANSI流明输出;

缺点:
同样受制于液晶分子的短板:液晶分子受磁场的影响偏转需要一定的时间,有一定的滞后性,因此画面会有拖尾的现象出现。
同时,家用投影原理为光线穿透液晶芯片式家用投影,很难做到100%阻断光线,也就导致了画面对比度不高,黑位(暗部细节)表现一般,并不能感受到真正的黑;
第三个缺点是有较为明显的像素感,尤其是对低分辨率画面,如SVGA(800×600)就可以清楚的看到像素格子。不过目前已经改良,画面像素观感方面已经基本缩小到和DLP画面无差距的状态,可以看下对比图:

像素感已经明显缩小了很多,随着后续技术的进步,三片LCD和DLP在画面像素观感上,已经近似一样了

是因为后期采用了微透镜技术:(MLA);
原理是在液晶板的每一台像素点上都设计1个微透镜,不仅提高了亮度,提高了液晶的开口率,还可以柔化像素格子,以此来减弱画面的颗粒感;

微透镜技术-宏观图

HTPS液晶芯片中有光线通过部分(开口部)和光线不通过部分(如配线部分等),通过在开口部分上方放置一台大小相同的凸透镜的方式,即可集中更多的光线透过开口,可对比以下两张图片;通过该技术大致可提高亮度1.5倍~1.6倍。

微透镜技术-放大图

采用该技术的牌子为爱普生和索尼,索尼旗下的3LCD家用投影更适合工作使用,价格最低在4000左右:

  • 亮度:3600流明
  • 变焦:1.3倍光学
  • 分辨率:1024×768
  • 对比度:12000:1
  • 梯形校正:垂直:±30°
  • 灯泡寿命:10000小时
爱普生则不同,爱普生5700T、5800T、EF-12、EF-10、7000等型号,都是为了家庭影院而量身打造,内置腾讯极光TV,日常使用较为智能:
爱普生EF-12
当前价格:5599->5399

实拍图

亮点:

  • 内置腾讯极光TV,支持无线投屏(可通过手机无线链接,完美投屏看剧、游戏、视频通话等场景),支持通过遥控器实现AI语音助手,比较智能;
  • 支持自动对焦和自动梯形校正;
  • 亮度1200流明,支持HDR10/HLG,画面对比度高达2500000:1,且支持自动GAMMA调节,明暗对比出色,总体画面表现出色;
  • 双5W雅马哈2.0声道音响,六种不同声场模式,也可作为蓝牙音响使用;
不足:

  • 定焦家用投影,考验家用投影场景,表现略一般;


爱普生7000

亮点:

  • 分辨率3840*2160的4K家用投影仪,具备镜头位移功能,支持1.6倍大变焦,可满足日常使用;
  • 亮度3000流明,对比度4万:1;采用日本尼康生产的超低色散镜片,画质体验出色;
  • 画面方面:支持HDR/HLG功能,保证画面明暗对比更亮眼;色深10Bit,画面过渡更自然;
  • 1.6倍变焦,支持镜头位移,无损调节画面;
不足:

  • 传统家用投影略显繁琐,需要外接电视盒子、天猫魔盒等设备配合使用。


爱普生5700T

亮点:

  • 亮度达2700流明,色深10bit,对比度比740提高至35000:1,画面效果更好;
  • 内置了腾讯极光TV,可AI语音遥控、儿童和长辈模式、无线投屏,比外接设备家用投影省事太多;
  • 刷新率可达240Hz,且支持Gamma调节,用来提高暗部场景,适合游戏党;
  • 两个10W音响,声音洪亮;
不足:

  • 灯泡寿命7500小时比740的12000小时少,表现略一般;
  • 1.2倍变焦(百寸2.72米),不如740的1.35倍变焦(百寸2.68米),表现略一般;
  • 视频内容会员居多,表现略一般;


单LCD(单片机)

除了市面上主流的三片式LCD家用投影技术外,还有一种几乎要被淘汰的单LCD家用投影技术,目前只应用于千元以下的低价位家用投影;单LCD家用投影采用的面板为小屏幕液晶显示器用的LCD面板,然后用大功率光源照射面板,光线透过面板并最终成像;

缺点:
受制于单LCD的影响,所以该技术需要利用偏光片实现液晶工作条件,也需要彩色滤光片,通过空间亚像素的方式实现彩色化,这种空间混色的方式,颗粒感明显,观感较差;
另外,在光源亮度的利用率上也不如3LCD、DLP或下面将要介绍的LCOS家用投影技术;

液晶光阀家用投影机

上面所介绍的不论是3LCD或是单LCD,都属于LCD家用投影机中的液晶板家用投影仪,其实LCD家用投影还包括液晶光阀家用投影机,这里按照结构原理的不同,重新来划分下家用投影机,主要有四大类:

  • CRT(阴极射线管)家用投影仪
  • LCD(液晶)家用投影仪(包括液晶光阀和液晶板)
  • DLP(数字光处理)家用投影仪
  • LCOS(硅液晶)家用投影仪
液晶光阀家用投影机将传统的阴极射线管和液晶光阀作为成像元件,主要是为了改善CRT家用投影机图像分辨率和亮度互相制约的问题而出现的。
为了改善CRT家用投影机亮度和分辨率不足的问题,采用外部高亮度光源照射液晶光阀的方式家用投影成像。

液晶光阀家用投影机因为采用了外部光源照射家用投影,所以家用投影方式为被动式;而CRT(三枪)家用投影机则是直接将输入信号源直接分解到R、G、B三种颜色的CRT管上,因此家用投影方式属于主动式家用投影;
优点
液晶光阀家用投影,是目前亮度、分辨率最高的家用投影机,亮度可达6000ANSI流明,分辨率可达2500×2000,
缺点
体积大、不省事携带,价格也很高,因此不适合家用,结合优点,一般会用在大型娱乐场所、会议室等。
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