3LCD投影技術的工作原理與深層剖析

2005年初，全球最知名的五大消費及商用電子產品生產商——富士通、日立、松下、三洋和索尼——宣布與愛普生聯手向消費者和視頻顯示器專業用戶宣傳三片液晶投影(3LCD)技術的顯著優勢。同時，3LCD集團(The 3LCD Group)也在2005年國際消費電子展(CES)上揭開面紗。未來幾年內，3LCD技術將不斷進步，3LCD產品供給量也將持續增加，3LCD集團將通過各種宣傳活動、產品演示和行業信息更新等方式向消費者和專業人員宣傳3LCD技術的優勢。此外，3LCD集團還將介紹3LCD技術區別于市場中其他顯示系統的獨有特性。全球領先的投影機生產商富士通、日立、松下、三洋和索尼與愛普生聯手向市場宣傳三片液晶投影(3LCD)技術的優勢。較之單片液晶技術，三片液晶投影(3LCD)技術可以實現明亮、自然的畫面， 銳利的細節表現和無色彩分離現象的豐富色彩。

明亮的圖像

3LCD方式是將燈泡發出的光分解成R(紅)、G(綠)、B(藍)三種顏色(光的三原色)的光，并使其分別透過各自的液晶板(HTPS方式)賦予形狀和動作。由于經常投射這三種原色，因此可以有效地使用光，顯現出明亮清晰的圖像。 能夠實現高光透率，明亮的和色彩還原逼真的投影機。

自然的圖像

3LCD方式是對光的三原色用R(紅)、G(綠)、B(藍)各自的液晶顯示板進行控制后再加以合成顏色、可是每一點的顏色如實地再現其原色。 LCD還可以表現出微細的層次，并自然地再現圖像中的顏色變化部分特別是黑暗部分。

柔和的圖像

由于使用三個LCD顯示顏色，因此能再現不傷眼睛的圖像。 3LCD方式不會出現被稱為“色分解”的彩虹似的花紋，可令人安心地長時間欣賞圖像。

投影機的方式

外觀大體相同的投影機因所使用的顯示元件的不同，內部的光學系統各異，有著不同的種類。現在市場上推出的投影機大致可以分為以下3種方式。

 3LCD方式

從光源發出的入射光線被只投射特定波長光線的特殊慮鏡分離為紅色、綠色和藍色。分離后的三原色分別由一個TFT(LCD)廣閥進行調節，經一個棱鏡進行重新合成后被投射到顯示屏上。這種3LCD系統使光調節范圍更廣，從而具有廣泛的實際應用。

DLPTM*1方式

顯示元件采用DMDTM*2(Digital Micromirror Device)。DMD是一種由數十萬～百數十萬個微米級的微小型反射鏡組成的半導體，每一個反射鏡對應一個像素，通過反射來自光源的光線來投影圖像。有單片、3片式。DMDTM在結構上是在半導體基板上鋪滿反射鏡、通過ON/OFF來使這些反射鏡傾斜。DLPTM是指使用了DMDTM的光學系統的總稱，使色輪旋轉顯示出與某個瞬間的色彩一致的畫像，能通過每秒進行數千次的旋轉來顯示全彩色。

LCOS方式

顯示元件采用LCOS(Liquid Crystal On Silicon)。LCOS是一種反射型的液晶顯示面板，特點是開口率高。配線部分和開關元件設在反射層的下面，因此不需要黑色矩陣部分，能夠實現無縫連接的圖像顯示。有單片式、3片式。

3LCD投影機的結構

超高壓水銀燈

光源燈有許多種類，從照明效率、壽命等方面考慮，目前投影機普遍采用超高壓水銀燈作為光源。 由于其工作壓力設定在200大氣壓以上，光源尺寸向直徑方向收縮，在實用的光源燈電壓下可以實現短弧光化，因此接近于點光源，便于光學系統的設計。 同時，在其分光中采用增大連續發光成分的方式，能夠改善演色效果。這些特性是所有投影機用光源所追求的特性。

積分透鏡

這種技術能夠通過使光線投射過第一組鏡頭陣列和第二組鏡頭陣列從而在整個投影屏上投射出均勻的亮度。

偏光轉換元件

從光源燈發出的光中有各個方向的波，HTPS技術只讓縱波通過，因而能夠將光的橫波變為縱波，使盡量多的光線通過HTPS。采用該技術后，亮度提高了約1.5倍。

分光鏡(色彩分離)

3LCD系統中使用了兩個分光鏡(如下圖所示)以便將燈泡發出的光分離為紅色、綠色和藍色。這兩個分光鏡的玻璃基片上涂有一層薄膜，這層薄膜只反射特定波長的光線。

分色棱鏡(色彩合成)

分色棱鏡是一種將光線分離紅色、綠色和藍色的棱鏡，其使用來自液晶板LCD面板的對應色彩形成圖像，然后再對它們進行重新組合。色彩和圖像通過反射紅色和藍色，以及投射綠色光實現組合。棱鏡由四個三角柱構成的長方體組成。三角柱在加工和粘合時需要極高的精確度，以便避免因離散性分色表面偏位而產生的暗線和重影。

液晶面板

液晶面板的種類

液晶面板有很多種類，性能各異。應根據用途選擇最佳的產品。

什么是HTPS?

HTPS(高溫多晶硅)裝置是一個主動陣列投射式液晶板，這種液晶板在投影機中被用作廣閥。這種液晶板的性能優于其他系統中采用的液晶板，它能使投影機的結構更加小巧緊湊，分辨率更高，對比度更高，而且能夠加載內置驅動器。

HTPS的特點

HTPS(高溫多晶硅)裝置的各個象素均包括一個由多晶硅構成的薄膜晶體管(TFT)。這些像素晶體管通過改變掃描線的電壓發揮著傳導開關的作用。薄膜晶體管的制造方式與半導體相同，由于開口率高，它能夠輕松實現小型化，并通過高溫處理將驅動器嵌入基層，從而獲得了極高的可靠性。

HTPS的構造

TFT(薄膜晶體管)基層是通過采用先進的圖層技術在硅板上形成的一個非常薄的材料層，這個材料層被設計成必要的式樣(如下圖所示)。這種技術被稱作照相平板印刷技術(Photo-lithography)，這種技術通過材料層的重疊形成薄膜晶體管元件和驅動電路。

防塵玻璃

TFT(薄膜晶體管)面板上覆蓋著玻璃片，以防止TFT面板受損和吸附灰塵。在防塵玻璃片上無法看到灰塵，因為在投影時，灰塵處于聚焦范圍之外。

微透鏡陣列(MLA)

LCD(HTPS)中有光線通過部分(開口部)和光線不通過部分(如配線部分等)，該技術能夠將光線集中到開口部，使盡量多的光線通過屏面。在光線射入側的基板上，滿滿地排列著大小與一個像素面積大致相同的透鏡。使用這種技術后，開口部特別小的屏面能夠提高多達1.5倍～1.6倍的亮度。

開口率

開口率是指除去每一個像素的配線部、晶體管部(通常采用黑色矩陣隱藏)后的光線通過部分的面積和每一個像素整體的面積之間的比例。 開口率越高，光線通過的效率越高。HTPS采用先進的細微加工技術，通過配線、元件部的最優化設計和縮小BM部的面積來提高開口率，使投影機的高亮度化變得更容易。 例如：以0.7英寸型的XGA(1024×768像素)產品為例進行比較，采用更加先進的細微加工技術后，實現了開口率比傳統細微加工技術的基板提高10%以上。

3LCD集團由業界領先的顯示器生產商組成，致力于向消費者和視頻成像專業人士宣傳3LCD技術的優勢和特點。集團成員將在其產品和宣傳材料中使用由愛普生公司授權的3LCD標識。目前采用3LCD的生產商已經有AVIO、愛普生、富士通、日立、康佳、三洋、創維、索尼、優派等等。