LCD是Liquid Crystal Display的縮寫,中文意思為液晶顯示。在投影機陣營中,目前主流的液晶顯示投影機均采用3片式HTPS LCD液晶板,簡稱3LCD,而這正是我們今天所探討的主題。

3LCD投影技術
液晶面板種類繁多,HTPS只占其中的一部分

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  在種類繁多,性能各異液晶面板家族中,HTPS僅僅是一個很小的分支而已。HTPS是High-Temperature Poly Silicon的簡稱,中文意思為高穿透式高溫多晶硅,俗稱高溫玻璃。從上圖中我們也可以看出,投影機使用的液晶面板和電視、電話、GPS等產品使用的液晶屏有著本質上的區別,HTPS主要應用在投影機和EVP領域中。 轉自老蝸牛家庭影院博客

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3LCD標識 轉自www.laowoniu.com

  從1989年愛普生推出第一款液晶投影機VJP-2000以來,3LCD技術已經走過了20年的發展歷程。據有關數據顯示,3LCD核心元件HTPS面板的出貨量已經突破了6000萬片(每款3LCD投影機均采用3片HTPS面板)。而另外一份公布的數據顯示,3LCD投影機的銷量已經連續11個季度領先于DLP,并且優勢還在逐步擴大。在2008年度國內銷售的57萬臺投影機中,3LCD投影機占了30萬臺。雖然低端市場和尖端市場表現不處于強勢地位,但是3LCD投影機在主流的中端市場,特別是行業市場還占據著絕對的優勢,而行業市場則占據著投影機市場采購量的60%以上。

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愛普生擔任了3LCD技術推廣宣傳的重任 http://www.jokopic.com/play-hometheater/4430.html

  目前3LCD投影機的核心技術仍然掌握在愛普生和索尼這兩家公司的手中,但是由于索尼不出售3LCD的相關技術,所以市面上除了索尼之外其他的所有3LCD液晶投影機的芯片均由愛普生提供。目前采用3LCD技術的投影機品牌主要有愛普生、索尼、三洋、日立、三菱、松下、NEC、夏普等,從上述描述中我們不難看出采用3LCD技術的均為日系廠商。其實包括DLP投影機的忠實簇擁者明基等臺系和歐美廠商也曾推出過3LCD液晶投影機,只不過后來因為市場等原因而專注于DLP陣營,推出的3LCD液晶投影機則越來越少。歡迎光臨中國家庭影院網www.jokopic.com

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  從技術層面來講,3LCD投影機便是“色彩”的代名詞。相比單片式DLP投影機,3LCD投影機色彩飽和度更高,色彩還原也更精準。筆者先后測試過100多臺投影機,毫不夸張的是,主流的3LCD液晶投影機顯示的100吋畫面效果完全可以媲美我們使用的22吋液晶顯示器。

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  當然,也有一些消費者聽到3LCD投影機在技術上還有一些不足之處,例如液晶面板老化,需要防塵等等,有些消費者也因為這些聲音考慮是否還堅定的選擇3LCD投影機。

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  那么,3LCD投影機為什么會有這些優缺點呢?這些優缺點是真實存在的嗎?能否通過技術手段來進行改善現狀,給用戶更加滿意的體驗度呢?為了解答大家的疑惑,筆者前段時間將愛普生EMP-1710投影機進行了深度拆解,特別是對其核心的光學部件進行解析,希望可以找到問題的答案(拆解文章點此)。而筆者之所以選擇這款投影機一是因為愛普生是3LCD液晶面板的提供商,二是因為這是愛普生和市場上最主流的商務投影機,綜合來看還是很有代表性的?!≡诹私?LCD技術之前,我們先通過官方的一段的DEMO視頻了解其大致的光路結構系統(點此看視頻)。通過視頻我們可以看到,投影燈泡散發的光經過分色鏡被分成了紅、綠、藍三種色彩,再經過鏡子折反射之后,光線集中到核心元器件HTPS之中,再經過中間的棱鏡將三原色光進行混合后投射出不同顏色的圖像。

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手電筒投射出來的白光經過分色鏡被分散成了紅綠藍三原色

  在愛普生EMP-1710投影機的拆解中我們可以看到,手電筒投射出來的白光經過分色鏡被分散成了紅綠藍三原色。從技術層面上看,白光首先經過第一透鏡陣列(單元聚光透鏡組),然后再經過第二透鏡陣列(偏振光轉換透鏡組)提高偏振光的利用率。然后,光線便經由分色鏡形成了紅綠藍三原色三束光線。當然,三束不同色彩的光線還要經過一體化棱鏡匯聚彩色光線,再經過鏡頭調整才顯示我們最終看到的畫面。那么這個HTPS如何實現這種功能的呢?其核心又是什么呢?

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拆解下來的3LCD投影機核心部件

  在前文中我們提到了HTPS是High-Temperature Poly Silicon的簡稱,中文意思為高穿透式高溫多晶硅。HTPS是由像素點所組成的,比如一款分辨率為1024×768的3LCD投影機的HTPS便由1024×768個像素點所組成,而每個像素點則由信號線、控制線、TFT和開口區四部分組成(關于HTPS的視頻)。其中信號線負責視頻信號的傳輸,控制線負責圖像信號的驅動管理,TFT(Thin Film Transistor ,中文意思為薄膜場效應晶體管),開口區內充滿了以特定方式排列的液晶分子,這些液晶分子在不同的電壓下會改變排列方式,排列方式的又會改變透過像素光線的振動方向,并與偏振板相結合實現了從全黑到全白狀態下不同灰階的過渡。

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0.7吋液晶面板提升了開口率

  提到開口區,我們就不得不提到3LCD投影機中備受關注的“開口率”這個詞。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。在早期液晶投影機中,開發者都為低開口率所帶來的“窗格”現象所頭疼。舉一個較為形象的比喻,一款XGA分辨率的投影機的HTPS中存在1024×768共768432個像素點,這些像素點之間之間由引線等進行了分割。不過由于HTPS非常小,將像素點控制至0.28mm內已經非常困難,原來一個1024×768像素點陣的HTPS便有2592條外部引線,引線等占據了HTPS大概一半左右的面積,而正是這些引線造成了早期的3LCD投影機“窗格”現象的發生。

  不過現在,HTPS采用了更為先進的細微加工技術,通過配線、元件部的優化設計和縮小BM部的面積來提高開口率,據愛普生最新發布的一款第七代液晶面板公布的數據顯示,其開口率已經高達75%。光的通過率高了,3LCD不僅解決了“窗格”現象,還有效的提升了投影機的亮度。

  其實HTPS開口率的提升還能有效降低投影機的體積。由于光的通過率提升了,HTPS芯片便可以做的更小,而HTPS的縮小也減少了光路系統的體積,光路系統體積減少后,投影機整體體積、重量的降低也就更為簡單。目前3LCD商務投影機重量已經能控制在1.5千克左右,移動辦公演示也更為方便了。

3LCD投影機的色彩為什么如此出色?

  對于消費者來說,3LCD投影機最大的魅力便是——“色彩”。我們常用液晶顯示器、液晶電視、手機屏幕大家都已經能夠領略色彩的魅力了,隸屬于同一家族的HTPS在色彩上的表現自然也毫不遜色。

探索3LCD技術色彩的秘密
探索3LCD技術色彩的秘密

  3LCD投影機之所以擁有出眾的色彩,和技術上的設計是分不開的。其三片HTPS分別負責視頻信號的紅、綠、藍三個分量,3LCD技術的成像和色彩還原的特點是先將三原色同時進行充分的空間混合,再投射出不同色彩的圖像,又稱為同時空間混合還原。3LCD投影機的每個HTPS都含有數以萬計(甚至上百萬)的液態晶體,可被配置為開、關、或部分關閉的狀態來允許光線透過。在正常工作的時候,數以萬計(甚至上百萬)的液態晶體都像快門一樣工作。當紅綠藍三色透過不同的HTPS面板時,液態晶體基于該時刻該像素的每種顏色需各要多少,即時地開啟和閉合。這個行為對光線進行了調制,從而產生出了投射到屏幕上的圖像。從用戶實際感受來看,3LCD投影機的圖像看上去會更清澈,噪點更少,色彩還原也更為精準。

  作為顯示設備,大家最關心投影機的性能便是其畫面表現力這一方面。所以說很多人正式因為色彩表現力出色這一最大的特點而決定選擇3LCD投影機。歡迎光臨中國家庭影院網www.jokopic.com

  當然,除了色彩出色之外,采用新技術的3LCD液晶投影機還具有鏡頭位移功能,調校更方便。雖然部分功能由于剛推出不久,采用這些技術的產品價格偏高,但是筆者認為無機面板和鏡頭位移等有可能是下一代3LCD的標配。

3LCD投影機為什么需要防塵?

  在20年的歷史中,3LCD技術也在不斷的發展,技術也已經較為成熟了,解決了其前期液晶面板易老化等問題。雖然在某些方面沒有徹底改變(比如防塵),但是相關的技術也已經進行了數次換代升級,產品的性能有了大幅提升。那么,3LCD投影機為什么需要防塵呢?下面我們就來進行簡單的了解。

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3LCD投影機的防塵網

  而在開口率低的時期,如果想增加3LCD投影機的亮度,必須要提高燈泡的功率,而我們知道,光和熱量是相存相依的,燈泡的功率和亮度在提升的同時,也在一定程度上增加了熱量對HTPS的損傷。HTPS是采用高溫多晶硅組成的,這種高分子液晶材料長期在高溫下工作有老化的過程。而作為HTPS基板的玻璃,長時間在高溫下工作也容易發生光學性能的變異。為了降低HTPS的溫度,減緩老化速度,3LCD液晶投影機的光學引擎均采用開放式的結構布局,通過風扇來降低芯片的溫度。但是由于空氣中又存在著一些懸浮的顆粒物,在散熱的同時灰塵也會粘附到液晶面板上,這樣不僅影響光線的通過率,還會降低芯片散熱效率,從根本上影響畫面效果和HTPS的壽命。

  很多早期使用3LCD投影機的消費者都會發現,在使用一段時間之后,3LCD投影機畫面會偏黃,這主要是由于灰塵的影響和HTPS老化所引起的。但是由于設計原理的原因,3LCD投影機無法做到密封式光路設計,只有在防塵上做足功夫。特別是在空氣質量堪憂的中國,廠商紛紛通過采用雙重過濾網、褶皺型過濾網、多個過濾網等方式來降低灰塵的通過率。從實際使用體驗來看,重新設計的過濾網的確降低了維護周期,也使得3LCD投影機在防塵方面更為簡單,給消費者帶來的工作量更低。

對比度高達20萬:1的3LCD投影機

  相對于DLP投影機2000:1的對比度而言,主流的3LCD投影機對比度僅在500:1——700:1之間。對比度偏低主要是因為HTPS采用透射式光路,開口率最高也僅為75%,光線經過之時有一定的損耗,利用程度不高,因此產生黑色畫面不夠黑的現象,畫面的對比度自然便偏低了。不過為了解決此問題,3LCD又開發了“動態光圈”這一技術,最新發布的愛普生TW4500動態對比度已經高達20萬:1。除了TW4500以外,動態對比度10萬:1以上的投影機也基本上被3LCD陣營所涵蓋。

    在經過20年發展歷程的3LCD技術已經非常成熟了,也已經能夠滿足大部分消費者的需求。HTPS目前已經發展到了0.74英寸C2FINE無機配向型液晶面板,這種面板在開口率、光的通過率等均大幅提升,耐熱水平也有了明顯提升,液晶面板的使用壽命已經可以達到上萬小時,用戶每天使用5小時的話也可以使用五六年之久,而五六年后投影機行業必將面臨新的變革歡迎光臨中國家庭影院網www.jokopic.com

雖然僅僅存在了20年,但是3LCD技術已經經歷了七代發展,3LCD技術已經發展的非常成熟了。但是從另外一個角度來看,3LCD也在一定程度上面臨著技術的飽和。那么3LCD未來又將會朝哪些方向繼續發展呢?下面筆者就和大家來做簡單的展望分享。

  從未來的發展來看,3LCD還將在高亮度、小型化、提升面板壽命和圖像刷新頻率上繼續努力,這也是3LCD這20年一直努力的方向。雖然市場份額領先,但是在LED微型機和上萬流明工程投影機還需要大幅加強,因為僅有主流的中端市場是遠遠不夠的。如果想高中低全面發展,3LCD也必須解決、自身的不足,和DLP甚至LCoS在不同的市場中均兵刃相見,貼身肉搏。從目前來看,其推出D7無機面板便是不錯的嘗試性動作。另外,3LCD陣營今年還推出了只有0.55吋的L3P05X-91G00的新型面板,雖然這種芯片無法將投影機做到手機大小,但是更小的3LCD投影機也指日可待。


3LCD的新一代HTPS

  現階段的3LCD投影機很難解決高亮度、小型化、性價比等問題,所以其也調整了短期內的發展方向——“寬屏”。眾所周知,目前投影機的主流分辨率還是1024×768,而我們日常所使用的筆記本電腦屏幕、顯示器、電視機已經全部升級到了寬屏。很多我們在寬屏模式下制作的文檔、視頻等文件在XGA投影機上展示甚至會出現變形的現象,嚴重影響了正常的演示。正是基于這些方面的因素,3LCD正在大張旗鼓的推廣寬屏化,包括愛普生等廠商已經推出了數款物理分辨率為1200×800的投影機。

  從長期的發展來看,3LCD投影機還將會繼續在開口率、材料選用方面努力。只有提高了開口率,才能將光機做的更小,迎來更廣闊的市場空間。也只有改善HTPS是材料,才能解決液晶面板老化,需要防塵罩的尷尬。但是相信3LCD解決了這兩大問題之后,DLP和LCoS都將面臨更強大的對手。

  當然,從短期內發展來看,筆者認為目前的3LCD還將占據一定的優勢,畢竟成熟的技術和良好的色彩、卓越的品牌影響力這些因素在短時間內是難以改變的。關于3LCD技術的下一步動作,我們PConline投影機頻道也將持續關注。