LCD投影技術發展

    在現如今追求高效率、快節奏的現代辦公中，投影機作為新型辦公設備用戶可以隨處見到它的身影。投影機不但可以應用于臨時會議、技術講座、網絡中心、指揮監控中，還可以與計算機、工作站等進行連接，或接駁錄像機、電視機、影碟機以及實物展臺等，可以說它是一種應用十分廣泛的大屏幕影像設備。投影機發展到今天，技術則是最關鍵因素，而在投影機市場中我們看到最多的就是LCD和DLP兩種技術，另外一種投影技術LCOS是在06年家用投影機產品而出現新技術。下面，就讓我們來回顧一下這十年的投影技術發展狀況。

    一直以來人們都習慣性的認為LCD技術誕生于日本，實際上這項技術最原始的推動者卻是美國企業。1968年美國RCA公司科學家G.H.Heilmeier根據動態散射效應，將液晶做成顯示屏（Liquid Crystal Display，LCD）形成LCD產業的雛形，但卻一直沒有將該技術商品化。直到1973年，日本夏普成功開發出以LCD技術為顯示面板的計算器和手表，并帶動許多廠商如日立、NEC、東芝等加入LCD產品開發生產行列。

    而到1989年，將LCD技術應用到投影設備的是愛普生，推出了全球第一臺LCD投影機。該技術是利用液晶在電極的作用下發生排列變化，使透過LCD芯片的光源通過鏡頭投射出圖像。盡管作為當時的最新技術，LCD投影機還是基于單片結構而存在性能和色彩方面的缺憾，開口率和分辨率都極低。但該技術直到1995年以單片形式LCD投影機才正式投入市場，緊接著1996年又推出了3LCD技術，在穩定性和色彩表現方面有了突破。到2000年，三片板投影機是液晶板投影機的主要機種。其LCD單板投影機機體積小，重量輕，操作、攜帶極其方便，價格比較低廉。但其光源壽命短，色彩不夠均勻，分辨率較低。目前單板投影機的機型已經很少。

    2001年， LCD顯示技術有所突破，微透鏡技術提升了LCD投影機的光效率，使之達到了更高的亮度和對比度。活性矩陣液晶板上的每一個像素點上都有一個控制光開關的小的晶體管，不通明的晶體管將阻擋一部分通過像素點的光線，從而降低了光通量和圖像的亮度。微透鏡技術就是在液晶板的每一個像素點的背面都設置了一個小的透鏡，透鏡的作用就是在光線到達像素點以前，將光線進行會聚，從而使通過像素點的光線避開像素點上的晶體光，避免了晶體管對光線的阻擋，從而提高了光通量和圖像的亮度。

    2002年， 愛普生和索尼分別于推出新型的0.79/0.99英寸LCD面板，愛普生公司還發布了經濟型、低價位的0.5英寸TFT多晶硅液晶面板并將之應用于投影機產品。液晶面板尺寸的縮小理論上為液晶投影機成本的下降提供了基礎，同時還促成產品重量和體積的減小，使LCD機型在便攜性方面縮小與DLP機型的差距。此外，兩家公司仍就如何提高光效率進行深入研究，并取得顯著成效：新型0.79/0.99英寸液晶面板雖然尺寸縮小，但光效率可與原有0.9/1.3英寸面板相媲美。同時，LCD技術還被積極地引入到背投產品中，以滿足家庭娛樂消費者對大屏幕顯示產品的需求。

    2003年，LCD技術產品主要以“日系”廠商為主，技術已經成熟，價格逐步下降，在諸多領域被廣泛認可，特別是教育行業，已經得到廣泛的應用。但LCD技術本身也有限制，例如，光源利用率低，亮度難以得到大幅度提升，尺寸和重量下不來 。

    2004年，愛普生發布代表三片高溫多晶硅液晶投影技術的最新標識，標志著愛普生公司作為全球核心顯示技術供應商的地位的確立。標識上部圖像設計由紅、綠、藍三片液晶面板搭接而成。借此推廣LCD技術，鞏固LCD技術在市場中的地位。

    2005年，愛普生公司推出了第五代液晶板，在英文當中是“D4”的意思。第五代液晶板上所用的新技術叫做平坦化，是最先進的3片液晶投影技術。 該技術使用了3片高溫多晶硅TFT液晶面板（HTPS），能夠實現更加“明亮的圖像、自然的圖像、柔和的圖像”，并實現了產品的高畫質、高可靠性和制造功效的完美結合。

    2006年，由愛普生EMP-TW600上市推出的第六代液晶板，使液晶技術的發展再次實現了突破，第六代液晶板與第五代產品相比，在液晶板的開口率上實現了進一步突破，隨之而來的則是亮度和對比度的進一步提高。采用第六代液晶板的TW600，亮度能夠達到1600ANSI流明，遠高于家用投影機市場上的同類產品，而結合自動Iris功能技術通過改變初始電壓下的液晶分子狀態可以獲得十分純的黑色，實現了高達5000:1的對比度，更是極大地削弱了DLP投影機以往在對比度方面的領先優勢。

    2007年，LCD技術取得突破，更高開口率的HTPS面板被主流投影產品采用：透光效率比上一代產品增加20%。在使用同功率燈源的情況下，圖像亮度大大增加。這樣即使整機使用的是較低瓦數的光源，圖像亮度也能得到保證。同樣，在使用面積較小的HTPS面板時，這項技術也可以保證獲得同樣分辨率，使未來投影機的圖像能夠更明亮、對環境更友好、性價比也更高。3LCD液晶面板進一步小型化取得了進展，最新的面板尺寸從0.55英寸縮減達到了0.47英寸，像素間隔也從之前的14µm 縮減到12µm ，光利用率卻特到了很大的提升，從48％提高到71％。

    2008年，液晶投影機陣營又創造出一項前所未聞的新技術“4LCD”投影機技術。該技術采用四片，而不是此前廣泛應用的三片技術，來大幅度提高光學引擎的光利用率，提升產品的亮度。4LCD技術和傳統的3LCD技術的不同之處在于，在三原色分光處理光學引擎中增加一枚新的液晶芯片用于處理“黃色”光束。通過對黃色光束的獨立處理，4LCD光學引擎能夠平均提高光利用率20%左右。

    2009年，愛普生推出全球首款實現4K分辨率的高溫多晶硅（HTPS）TFT液晶面板。該面板在對角線尺寸1.64英寸的面板上共包含了4096x2160個像素點，為高畫質Full HD分辨率(1920×1080)的四倍，非常適用于需要高分辨率的特殊應用。 此外，4K級芯片有效的解決了當前4K投影機體積龐大、價格昂貴等問題，將大大推進4K投影機的普及進程。而3LCD也將憑著這一優勢擴大在高端工程投影機等領域的市場份額。此款芯片的推出了同時也反映出以愛普生為首的3LCD陣營夯實高端市場優勢地位的決心和信念。

    2010年，3LCD發布了全球第一款反射型高溫多晶硅（ReflecTIveHTPS）液晶面板，將投放全球主要市場。此面板對角線尺寸為0.74英寸，支持全高清（1920X1080）并且提升了對比度。新型反射型面板能提供10萬:1或更高3原生對比度，能再現明亮、自然、灰階豐富的畫面。它使用反射型電極代替了透射型電極，也使用了在透射型面板中提高對比度的技術。   

DLP投影技術發展

    1987年，德州儀器公司LarryHornbeck博士研發出第一塊數字顯微鏡裝置(DigitalMicromirrorDevice，DMD)，到1996年，數據光學處理（DigitalLightProcessing，DLP）技術正式商品化走向投影顯示市場，第一款DLP投影機面世，僅比LCD投影機晚了7年。

    DLP技術的核心是由數以萬計被微型鏈鏈接固定的鏡片所組成的數字顯微鏡系統，這些鏡片沿光源前后傾斜，反射出或亮或暗的灰色陰影，經過色輪過濾后投射出彩色圖像。

    最初的DLP芯片雛形分辨率僅16×16，而早期的DLP投影機亮度亦僅300流明，這意味著只有在較為黑暗的環境里才能看到它。盡管如此，DLP技術的兩個差異化的市場戰略還是給其技術發展做出了很好的指導作用，并且迅速占領市場，給LCD投影技術帶來很大壓力。一是“便攜化”戰略，從一開始，DLP投影機已經嶄露出來的優勢就是“便攜”，盡管早期的DLP投影機標準重量達10.5公斤，但較之同期的LCD投影機已算輕便。

    從1997年由富可視推出僅重6磅的LP420，投影機重量大大減輕。到1999年，在洛杉磯和紐約首次公映的《星球大戰一》上首次公開驗證DLP影院投影技術，從此DLP影院技術開始在全球測試使用。而到了2000年，樂普士公司推出世界上第一款低于3磅的DLP投影機，標志著DLP技術開始引領便攜投影機市場。同年德州儀器DLP技術投影機出貨量達到了50萬臺，于此同時，神州數碼推出了首款中國品牌的DLP投影機。

    2001年， DLP投影技術得到較大改善， TI公司發布了4項基于DLP技術的新技術，其中包括：新型DMD芯片、DDP1000DND控制器、DAD1000信號發生器和DLP Composer軟件開發工具。新型DMD芯片：TI新發布的2個DMD芯片包括0.7英寸的XGA芯片和0.55英寸的SVGA芯片，新的芯片具有高的亮度輸出、高對比度和高的圖象質量等特點。

    2002年，DLP子系統中使用的色輪有了很大的改進，從原來的三段式色輪改進為六段色輪，提高了色彩的還原；同時TI開發的SCR(sequential Color Recapture)新型色輪技術也開始用于投影產品，這將進一步提升投影機的亮度和色彩表現；DMD芯片包含131萬個組合式反射微鏡，微鏡的傾斜角度已從原來的10度提高到12度，使采用DLP投影技術的產品可提供更高的亮度；DMD控制器LSI到DMD元件的數據傳送也開始采用DDR（Double data rate）新模式。其縮小DMD元件的芯片尺寸（以往DMD微鏡面積為16.7平方微米，每鏡間隔1微米，現在這兩個參數已減小至13.7平方微米、0.8微米），同時還加大作為DMD芯片基底的硅晶圓口徑并采用改良型封裝技術。

    2003年，德州儀器推出了DDR DMD芯片組，在技術有三點改進，一、微鏡的傾斜角度從10度增加到12度，這使得畫面亮度有～20%的提升。二、在微鏡下面，我們增加了一層黑色金屬（DM3）。這種工藝極大程度上減少了微鏡陣列下上層結構產生的反射。采用DDR技術的投影機的對比度已經超過了2000:1，而采用SDR技術的投影機只有800:1。三、相對于SDR芯片組，DDR芯片組具有更高的數據接收速率，使得圖像質量大大提高，尤其是在視頻圖像上效果更為明顯。年底DLP™技術將完成從150mm到200mm晶片生產工藝的轉換，可促使每個晶片產出近乎兩倍的裸片，同時降低制造工藝的成本。相對于150mm的工藝，200mm工藝生產的破損點更低，因此產量將會提升。

    2004年，德州儀器公司在InfoComm2004上宣布了一款新的SXGA+DLP芯片， 為用戶提供1400 x 1050 的分辨率，為單芯片產品中實現分辨率最高。DLP SXGA+ 技術提供高亮度和對比度，滿足商務、醫療、軍事應用、固定安裝以及大型會議等場所對高端產品的需求。

    2005年，德州儀器（TI）（NYSE: TXN）宣布將DLP™技術運用在 .55 XGA分辨率的芯片上，賦予此款XGA規格芯片（1024 x 768分辨率）極具競爭力的價格。在設計DLP™ .55 XGA芯片零組件配套時，為確保零組件配套與現存的光學引擎能高度兼容，德州儀器與客戶密切配合，以達到降低投資成本與縮短產品上市時間的目標。DLP™ .55 XGA芯片同時也可與DDP2000 Imaging ASIC兼容，使影像復制極致發揮，將過去僅能在商用投影機上呈現的絕佳影像完美重現于家用投影機上。

    2006年，DLP技術則在色彩還原方面進行了改善，提出了極致色彩技術(BrilliantColorTM)，可以在同一時間內達到最高六種顏色的處理能力，提高了DLP投影機的色彩飽和度與色彩還原準確度。三片式DLP投影機被應用于高端的工程和影院項目，彌補了過去LCD投影機無法解決的高分辨率和高穩定性的技術空白。

    2007年，德州儀器公司推出全新芯片組DarkChip™ 4，進一步鞏固DLP在圖像質量與對比度的領導地位。此全新芯片組基于不同的應用，可將原始對比度提升高達30%。在采用DLP DarkChip™ 4的三片式1080P家庭劇院投影機，不僅可創造數萬億種顏色，原始對比度更高達15,000:1。在芯片大幅提升原始對比度的同時，屏幕上投射的圖像也就更具立體感。這種突破性技術與DLP其它的創新優勢、明快的色彩、高分辨率、清晰度和全數字影像相結合，可以為DLP為主的投影機廠商提供獨特的市場競爭優勢。

    2008年，DLP推出全球首款針對WUXGA數據投影機設計的0.95寸WUXGA DLP芯片，在16:10的屏幕高寬比中實現目前投影機市場上分辨率最高的1920×1200分辨率，圖像質量的再次提升，將助力投影機制造商精確展現寬屏計算機的分辨率。

    2009年，德州儀器推出DLP Pico高清投影芯片組，這標志著便攜式高清娛樂進入了新紀元。全新的DLP Pico高清芯片組實現了最小芯片與最佳圖像質量的完美結合。移動辦公人員再也不用因為無法分享影像內容而苦惱，因為全新的芯片組使最亮的投影產品可以很容易地被放于筆記本包中，隨身攜帶。

    2010年，德州儀器推出DLP® LightCommander™。作為一套開發套件，DLP LightCommander能夠為用戶提供一個易用性高的多功能工具，用以將DLP技術融入到光處理應用中。全新DLP®開發套件的推出滿足了眾多渴望使用DLP技術進行試驗的開發人員的需求，而且DLP LightCommander 的特點還包括它是一個光學引擎、符合行業標準的接口及應用軟件。其模塊架構的多功能性有助于加快需要高速空間光調制器的光、電和系統軟件的開發。DLP還推出DLP影院4K芯片增強版，能夠制造出世界上最亮、最高效的數字投影機。

LCOS投影技術發展

    在當前的投影機市場上，LCD和DLP仍然占據了絕大多數的投影機市場份額，但LCOS的異軍突起也不容忽視。LCOS的英文全稱是LiquidCrystalonSilicon，即硅上液晶，通過名字便可以知道這是一項從LCD 發展起來的技術，可以看作是取LCD和DLP兩家之長的改良型技術，其基本原理和LCD相似，區別在于它利用的是與DLP相似的反射式架構。

    早在上世紀九十年代，應用LCOS技術首批成型產品是由Aurora Systems公司成功推出。在問世初期，LCOS技術被普遍看好，進入1995年，便有諸多廠商開始研發自己的LCOS技術，JVC公司就很快開發出名為D-ILA的LCOS專利技術。到了01年，LCOS廠商已擴至JVC、索尼、日立、三洋、3M、飛利浦、三星等9家企業，而我國臺灣也繼LCD之后掀起了LCOS技術的生產熱潮。

    可到了2004年，在進軍LCOS的征途中，就像LCOS芯片設計廠商MicroDisplay的首席執行官桑迪普所說的，許多廠商都倒下了。而就在一年前，英特爾還宣布要用LCOS產品給IT產業帶來一場革命，宣稱采用英特爾 LCOS技術的電視機將在04年年底上市銷售。這一預期卻使得英特爾顯得狼狽不堪，在多次推遲后，最終于10月份宣布放棄LCOS產品。

    與此同時，試圖將LCOS技術投入商業化生產的大公司諸如飛利浦、惠普、東芝和英特爾等都將這一計劃擱置了起來。主要是因為，它們都無法將LCOS產品達到原定的價格和性能指標，無法完成大批量生產。

    雖說其發展陷入了低谷，而且一度面臨崩盤，不過還是有一些廠商并未完全放手此領域。像索尼、JVC以及臺灣的IT企業就在步履維艱中堅持了下來，下大力研發背投產品，并將LCOS顯示技術成功應用在高端家庭影院級投影產品上。

    到了2006年，索尼和JVC的LCOS產品就在北美市場取得戰略性成功，進入07年，索尼、JVC和佳能等日系廠商開始將LCOS產品導入中國市場，以示創為首的幾大臺灣企業也開始重操舊業，這多少讓業界對LCOS重拾信心。

    在日本廠商對于這項技術始終堅持，索尼的SXRD技術、JVC的D-ILA技術都是各自獨家的LCoS技術，在多年的醞釀后，終于在2010年開始爆發。而這兩家廠商的LCoS技術主要應用于中高端的1080p投影機市場，國內的LCoS技術則主要應用于微型投影機市場。

    憑借著LCoS技術在對比度上的先天優勢，對于強調高對比度的家用投影機來說，無疑是非常適合的。以JVC HD350復刻版機型為例，其具有的25000:1的原生對比度，相比于其他品牌更高的動態對比度數值，能在原生對比度上獲得如此高的數值，實屬不易。同時，結合了3LCD與DLP優勢的LCoS技術，將高對比度、廣色域，以及高光利用率結合，也成為家用投影機中最具優勢的技術。

    此外，由于LCOS面板尺寸小、具有“顯示屏幕尺寸大、分辨率高、對比度高、耗電低、成本低、零輻射、綠色環保”等七大優勢，可用于取代LCD在便攜式投影產品上廣泛應用，如果能將這一優勢利用好了，再解決了批量生產的問題，并將成本低的優勢展現出來，LCOS的前景還是比較光明的。

    隨著各家廠商對于中高端1080p市場的不斷看好，這項技術也將會受到更多的重視。在未來兩三年，將會有更多新品采用LCoS技術的產品進入市場，而中高端1080p投影機市場的爆發，也將會成為這項技術普及的最佳時機。