中心議題：

• 背投顯示技術光路原理

解決方案：

• LCD背投技術
• DLP背投技術
• LCOS背投技術

背bei投tou顯xian示shi技ji術shu正zheng處chu於yu蓬peng勃bo發fa展zhan時shi期qi，本ben文wen介jie紹shao了le背bei投tou顯xian示shi技ji術shu的de基ji本ben光guang路lu原yuan理li，以yi及ji當dang前qian技ji術shu背bei景jing下xia，幾ji種zhong主zhu要yao背bei投tou電dian視shi技ji術shu的de應ying用yong和he發fa展zhan前qian景jing。並bing且qie對dui筆bi者zhe所suo從cong事shi的deLCOS背投領域做一下重點介紹。

1、背投顯示技術

背投(RearProjector)的定義是相對於傳統的前投(FrontProjector)而er言yan的de。二er者zhe的de主zhu要yao區qu別bie在zai於yu圖tu像xiang光guang線xian的de來lai源yuan方fang式shi。前qian投tou係xi統tong中zhong

，觀guan察cha者zhe和he投tou影ying機ji位wei於yu反fan射she屏ping幕mu的de同tong一yi側ce
，投tou影ying機ji投tou射she出chu的de光guang線xian照zhao射she到dao屏ping幕mu後hou，再zai經jing過guo反fan射she到dao達da觀guan察cha者zhe；erbeitouxitongzhong，guanchazhehetouyingjiweiyuxianshipingmudeliangce，congtouyingjifachudeguangxianzhaoshedaobantoumingdexianshipingmushang
，bufentouguohouxingchengtuxiang，suoyiguanchazhekandaodeshitoushechulaideguang，qiyuanlirutu1：


圖1：背投原理圖

通tong常chang人ren們men提ti到dao的de多duo媒mei體ti投tou影ying機ji主zhu要yao是shi指zhi前qian投tou影ying機ji，與yu它ta們men相xiang比bi背bei投tou影ying的de優you勢shi在zai於yu背bei投tou係xi統tong中zhong投tou影ying機ji和he屏ping幕mu是shi一yi個ge整zheng體ti，用yong戶hu使shi用yong時shi無wu需xu進jin行xing光guang學xue調tiao整zheng
，像xiang使shi用yong普pu通tong電dian視shi機ji一yi樣yang簡jian單dan。此ci外wai背bei投tou係xi統tong中zhong光guang學xue投tou影ying機ji封feng閉bi在zai一yi個ge箱xiang體ti內nei
，投tou射she到dao屏ping幕mu上shang的de光guang線xian不bu會hui受shou到dao外wai界jie光guang線xian影ying響xiang，因yin此ci在zai較jiao暗an或huo較jiao亮liang的de環huan境jing下xia都dou可ke以yi完wan好hao地di顯xian示shi圖tu像xiang。正zheng是shi基ji於yu這zhe些xie原yuan理li產chan生sheng了le背bei投tou電dian視shi，由you於yu采cai用yong的de不bu同tong的de投tou影ying機ji種zhong類lei，背bei投tou技ji術shu可ke以yi分fen為weiCRT(陰極射線管)、LCD(液晶)、LCOS(矽基液晶)、DLP(數字光處理)等幾種。到目前為止，CRT背投電視的技術最為成熟，生產規模較大，性價比高，依然是國內背投電視市場的主流產品。但CRTbeitoushikaoyingguangfenfaguang
，hennantishengliangdu

，rongyishixianxiangguanlaohua

，shijianchangle，huamianhuibianan
，qingxidujiangdi。jianyuci
，suizheqitasanzhongjishudezhujianchengshu，shichangbijiangzhongxinfenge，shuijiangzhanjuweilaishichangdezhuliune
？xiamianwojiangfenbiejieshaoyixiaLCD、DLP、LCOS三種背投電視投影技術。

2、LCD背投技術

LCD(LiquidCrystalDisplay)背投的成像方式為穿透式
，成像器件為液晶板，是一種被動式的投影方式。它利用外光源（金屬鹵素燈或UHP燈），因此隻要提高燈泡的功率就可以提升亮度。它利用比較成熟的液晶投影技術
，色彩還原性好
，亮度和對比度都優於CRT背投。隨著技術的不斷發展，目前困擾業界的燈泡壽命問題，也將得到較好的解決。目前LCD背投沒有成為市場主流的原因主要在於其高成本。此外LCD背投

，限於其工作原理上的原因
，它的開機預熱和關機後散熱都需要時間
，不能做到CRT背投那樣隨開隨關。

LCD投影機按照液晶板的片數分為三片式和單片式。目前，三片式投影機是液晶板投影機的主要機種，其原理示意圖如下：


三片式LCD板投影機原理是光學係統把光源發射的強光通過分光鏡形成R
、G
、B三束光，分別透射過R、G、B三色液晶板；控製信號源經過A/D轉換調製後
，加到液晶板上，通過控製液晶單元的開啟、閉合，從而控製R
、G、B三色光路的通斷，然後三色光經過合色光路，在合色棱鏡中彙聚，最後經透鏡投射後，在屏幕上形成彩色圖像。

3、DLP背投技術

DLP（DigitalLightProcessing）指數字光處理技術，這種技術要先把影像訊號經過數字處理後再投影出來，其投影顯示質量很好。與LCD背投的透射式成像不同
，DLP為反射方式。其係統核心是TI（德州儀器）公司開發的數字微鏡器件—DMD（DigitalMicromirrorDevice）
，DMD是顯示數字可視信息的最終環節，它是在CMOS的標準半導體製程上，加上一個可調變反射麵的旋轉機構形成的器件。通常DMD芯片有約130萬個鉸接安裝的微鏡，一個微鏡對應一個像素。DLP背投的原理是用一個積分器（Integrator）將光源均勻化，通過一個有色彩三原色的色環（ColorWheel），將光分成R、G、B三色
，微鏡向光源傾斜時，光反射到鏡頭上，相當於光開關的“開”狀態。微鏡向光源反方向傾斜時，光反射不到鏡頭上，相當於光開關的“關”zhuangtai。qihuidudengjiyoumeimiaozhongguangkaiguan
，kaiguancishubilaijueding。yincicaiyongtongbuxinhaodefangfa，chulishuzixuanzhuanjingpiandedianxinhao，jianglianxuguangzhuanweihuijie，peiheR、G
、B三種顏色而將色彩表現出來，最後投影成像，便可以產生高品質、高灰度等級的圖像。
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目前DLP的投影機主要有單片DMD機、雙片DMD機和三片DMD機ji。根gen據ju各ge自zi不bu同tong的de特te點dian
，有you著zhe不bu同tong的de應ying用yong。其qi中zhong單dan片pian式shi主zhu要yao應ying用yong在zai便bian攜xie式shi投tou影ying產chan品pin，雙shuang片pian式shi應ying用yong於yu大da型xing拚pin接jie顯xian示shi牆qiang而er三san片pian式shi主zhu要yao應ying用yong於yu超chao高gao亮liang度du投tou影ying機ji。一yi般banDLP背投電視有普通彩電4-5倍的清晰度

，而且有著高亮度、高對比度的優勢
，可達到1000：1的對比度。此外
，由於數字技術的采用，使圖像灰度等級提高，圖像噪聲消失
，畫麵質量更穩定。但是
，德州儀器公司目前是全球DMDxinpiandeweiyizhizaoshang
，zaochengtouyingjidegonggeilingyuboruo，hexinbujiangongyingliangbuzu，chengpinlvjiaodi，jiageanggui，yincizaiyidingchengdushangxianzhizhezheyichanpindefazhan,此外從長遠看DLP投影技術在超高分辨率（2000線以上）方麵受到製約。

4、LCOS背投技術

LCOS（LiquidCrystalOnSilicon）技術結合了半導體與LCD技術
，其光學成像原理與DLP同為反射方式。與前述兩種背投技術相比，優勢在於高解析度、高亮度的特性，而且結構簡單，成本降低潛力大。雖然在目前的背投應用方麵
，相對於流行的LCD技術及近期熱門DLP投影技術而言，LCOS仍不能與其抗衡

，短期內在這三大技術中暫時屈居第三，但是LCOS仍是相當被看好的、最具潛力的投影技術，隨著其光學投影係統在重量、亮度上的不斷改善，必將在背投電視市場占據顯赫地位。此外
，就我國高端背投彩電切入點來說

，要建立自己的技術優勢，LCOS技術是目前的首選。由顯示麵板來看，在LCD技術領域日、韓占據著相當大的優勢，我國台灣地區也隻是占據了部分中、低端市場
，DLP技術更是由TI獨家控製著其核心器件DMD。而LCOS技術尚未成熟，此時開發LCOS，將有機會擺脫在LCD
、DLP投影技術上受製於人的情況，因此可以說LCOS是我國在高端彩電技術上取得領頭地位的機會。目前我國台灣地區廠商在LCOS技術開發方麵相當積極，聯電所主導的LCOS聯盟已經比較引人注目。ＨＤＴＶ的推廣應用
，必將加快LCOS產業化進程。

LCOS顯示麵板其中一麵以ＣＭＯＳ芯片為基板
，無法讓光線直接穿過,因此采用穿透式成像方式
，因此其背投光學係統和LCD背投影機便產生了區別。通常LCOS光學係統中需要利用偏極化分光鏡（PolarizationBeamSplitter:PBS）,將入射LCOS麵板的光線與反射的光線分開。PBS是由兩個４５度等腰直角棱鏡底邊粘合的而成的棱鏡
，當非線性偏極化光入射PBS時，PBS會反射入射光的Ｓ偏振光（垂直入射線平麵），並且讓Ｐ偏振光（平行入射線平麵）通過。關於LCOS光學係統技術仍在起步階段
，所以IBM、ColorQuad
、Philip
、Hologram等多家廠商都開發了不同的LCOS光學引擎架構。但主要可分為單片式和三片式兩大類，如下：

1）
、單片式

單片式LCOSColorWheel光學引擎示意圖如下
，R
、G、B色環快速旋轉將來自光源的白光分成循序的紅、綠

、藍單色光。這三原色光與驅動程序產生的紅、綠
、藍lan畫hua麵mian同tong步bu，便bian形xing成cheng分fen色se影ying像xiang。頻pin率lv足zu夠gou快kuai時shi，由you於yu人ren眼yan視shi覺jiao暫zan留liu的de特te性xing，觀guan察cha者zhe便bian可ke以yi看kan見jian彩cai色se的de投tou影ying畫hua麵mian。單dan片pian式shi光guang學xue引yin擎qing占zhan用yong空kong間jian相xiang對dui小xiao，僅jin需xu一yi片pian麵mian板ban，係xi統tong架jia構gou比bi較jiao簡jian單dan，因yin此ci在zai成cheng本ben上shang具ju競jing爭zheng優you勢shi。然ran而er目mu前qian在zai技ji術shu上shang也ye麵mian臨lin一yi些xie困kun難nan，以yiColorWheel而言

，白光經過偏極化後，亮度明顯降低，能量僅僅剩餘1/3。此外，由於LCOS麵板要在紅、藍、綠畫麵快速的切換下合成影像
，對麵板反應速度的要求更高。目前類似的技術有：Displaytech的FieldSequentialColor結構、Philip的ScrollingColor-RotatingPrism結構、以及JVC的SpatialColor–Hologram結構。


2）、三片式

三片式LCOS光學引擎是目前市場采取的主要方式。這裏以筆者曾經調試的一套三片式LCOS光學引擎為例，介紹一下光路。以UHP燈泡為光源，光線首先經兩重複眼透境使光線均一化
，然後經過一層PBS棱鏡和透鏡，接下來經紅、藍、綠三色光的分光光路，再分別將光束投射入到三片LCOS麵板，反射的三色影像經過合色係統形成彩色影像，投射到屏幕。此係統中，用到了4個方棱鏡
、4個PBS棱鏡、以及兩個複眼透鏡、和幾個反射鏡。由此可見三片式LCOS光學引擎除了需要三片麵板外，還需要結合多項的分色、合色光學係統，因此體積較大、成本也較高。但是可以達到較高的光學效率，LCOS投影技術中，其麵板的下基板采用CMOS基板

，其材質是單晶矽，擁有良好的電子移動率，而且單晶矽電路能做得很細，因此容易達到高解析度。此外
，LCOS為反射式成像，不會像LCD光(guang)學(xue)引(yin)擎(qing)因(yin)光(guang)線(xian)穿(chuan)透(tou)麵(mian)板(ban)而(er)大(da)幅(fu)降(jiang)低(di)光(guang)利(li)用(yong)率(lv)，因(yin)此(ci)有(you)很(hen)高(gao)的(de)光(guang)利(li)率(lv)，可(ke)以(yi)較(jiao)少(shao)耗(hao)電(dian)產(chan)生(sheng)較(jiao)高(gao)的(de)亮(liang)度(du)。並(bing)且(qie)具(ju)備(bei)高(gao)畫(hua)質(zhi)的(de)特(te)性(xing)，因(yin)此(ci)主(zhu)要(yao)是(shi)朝(chao)高(gao)階(jie)的(de)專(zhuan)業(ye)用(yong)途(tu)發(fa)展(zhan)
，目(mu)前(qian)，三(san)片(pian)式(shi)光(guang)學(xue)引(yin)擎(qing)還(hai)有(you)ColorLink采用的ColoRQuard架構、Philips的Prism架構等。

在此再簡單介紹一下LCOS顯示驅動的特點。LCOS顯示技術中需要一塊內建DRAM的圖像控製芯片，主要包括脈衝時鍾發生器、行驅動電路（移位寄存器和buffer）、列驅動電路（移位寄存器，buffer，鎖存器）、D/A轉(zhuan)換(huan)器(qi)和(he)有(you)源(yuan)象(xiang)素(su)矩(ju)陣(zhen)幾(ji)部(bu)分(fen)。采(cai)用(yong)有(you)源(yuan)矩(ju)陣(zhen)結(jie)構(gou)豬(zhu)層(ceng)寫(xie)入(ru)數(shu)據(ju)
，對(dui)於(yu)每(mei)個(ge)象(xiang)素(su)，其(qi)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)相(xiang)當(dang)於(yu)靜(jing)態(tai)驅(qu)動(dong)，這(zhe)樣(yang)對(dui)比(bi)度(du)較(jiao)高(gao)，幾(ji)乎(hu)沒(mei)有(you)Cross-talk。erqihuidudengjiyousuojiademaichongkuandujueding。meiyigexiangsuduiyingyigekaiguan，bingqiezaiqudongxinpianzhongyibanzhanyongsicengjinshu，qizhongxiamianliangcengjinshuyonglaizouxian，zaishangmianshixianxingheliefangxiangdequdongdianlulianjie
；上麵兩層金屬用來做光屏蔽和反射麵電極。視頻工作原理如下圖：每個象素是由一個MOS管和一個存儲電容組成。MOS管的寬長尺寸主要考慮饋通對電路邏輯性能的影響
，存儲電容（圖中Cs）的容值由液晶的漏電常數和液晶自身電容值（圖中Clc）決定。


驅動電壓方麵
，采用了“逐場倒相”方fang式shi，把ba交jiao互hu式shi電dian壓ya加jia到dao液ye晶jing單dan元yuan，防fang止zhi在zai單dan方fang向xiang電dian場chang作zuo用yong下xia，液ye晶jing分fen子zi極ji性xing化hua，電dian場chang取qu向xiang特te性xing實shi效xiao。具ju體ti操cao作zuo過guo程cheng是shi在zai第di一yi場chang信xin號hao後hou，翻fan轉zhuan數shu據ju線xian的de脈mai衝chong波bo形xing，把ba正zheng脈mai衝chong信xin號hao變bian為wei負fu脈mai衝chong信xin號hao，而er保bao持chi掃sao描miao脈mai衝chong信xin號hao不bu變bian。對dui液ye晶jing及ji其qi存cun儲chu電dian容rong進jin行xing充chong電dian時shi，為wei了le省sheng電dian我wo們men在zai電dian路lu設she計ji時shi選xuan用yong了le線xian性xing斜xie波bo的de充chong電dian方fang式shi電dian。

驅qu動dong電dian路lu係xi統tong結jie構gou方fang麵mian，有you模mo擬ni和he數shu字zi兩liang種zhong。模mo擬ni方fang式shi中zhong列lie方fang向xiang通tong過guo橫heng向xiang的de移yi位wei寄ji存cun器qi控kong製zhi與yu視shi頻pin相xiang連lian接jie
，行xing方fang向xiang逐zhu行xing開kai啟qi
，象xiang素su矩ju陣zhen通tong過guo垂chui直zhi的de移yi位wei寄ji存cun器qi控kong製zhi與yu列lie線xian相xiang連lian。數shu字zi方fang式shi結jie構gou中zhong每mei一yi個ge象xiang素su使shi用yong一yi個geDAC。為了解決DAC無法限製在較小的像素內問題，我們可以加入鎖存電路從而每行使用一個DAC。

總的來說，CRT
、LCD、DLP、LCOS這幾種背投電視技術各有優勢。考慮到消費能力

，CRT在未來幾年內仍將占據我國背投市場的主體；LCD就技術成熟度、應用範圍方麵看，是最有機會首先取代CRT成為主流的技術；DLP是技術新貴，目前由展會展出情況看，聲勢超過了LCOS（尤其在便攜式投影機方麵，DLP已經形成一定的產業規模
，本文主要闡述在背投電視中的應用
，因此不在此詳細闡述）；而LCOS是最具成本優勢潛力和圖像質量優勢的技術，隨著人們對顯示畫麵尺寸要求提升，同時追求電視畫麵更舒適
、更清晰
，LCOS將具有最大的優勢。