投影機(jī)與等離子顯示器的技術(shù)分析

    無(wú)論在學(xué)校還是公司，現(xiàn)代化的圖像輸出設(shè)備隨處可見(jiàn)，其中就包括投影機(jī)和等離子顯示器這些離我們很遠(yuǎn)也很近的產(chǎn)品。投影機(jī)和等離子顯示器具有什么特點(diǎn)，是利用什么原理如何工作的，是本文我們要為大家解答的問(wèn)題。

一、投影機(jī)
    投影機(jī)可以分為CRT、LCD、DLP三大類(lèi)，其中占絕對(duì)主流地位的是LCD投影機(jī)，也就是大家常說(shuō)的液晶投影機(jī)；DLP與CRT投影機(jī)也占有一定份額，但目前CRT投影機(jī)已瀕臨淘汰，所見(jiàn)不多了。

CRT三槍投影機(jī)
    CRT是英文Cathode Ray Tube的縮寫(xiě)，譯作陰極射線管。作為成像器件，它是實(shí)現(xiàn)最早、應(yīng)用最為廣泛的一種顯示技術(shù)。這種投影機(jī)可把輸入信號(hào)源分解到R（紅）、G（綠）、B（藍(lán)）三個(gè)CRT管的熒光屏上，熒光粉在高壓作用下發(fā)光，經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)放大和會(huì)聚，在大屏幕上顯示出彩色圖像。光學(xué)系統(tǒng)與CRT管組成投影管，通常所說(shuō)的三槍投影機(jī)就是由3個(gè)投影管組成的投影機(jī)，由于使用內(nèi)光源，也叫主動(dòng)式投影方式。CRT技術(shù)成熟，顯示的圖像色彩豐富，還原性好，具有豐富的幾何失真調(diào)整能力；但其重要技術(shù)指標(biāo)圖像分辨率與亮度相互制約，直接影響CRT投影機(jī)的亮度值，到目前為止，其亮度值始終徘徊在300流明以下。另外CRT投影機(jī)操作復(fù)雜，特別是會(huì)聚調(diào)整繁瑣，機(jī)身體積大，只適合安裝在環(huán)境光較弱、而且相對(duì)固定的場(chǎng)所，移動(dòng)性也不好。
    對(duì)于CRT投影機(jī)而言，有兩個(gè)重要的性能指標(biāo)：會(huì)聚性能和聚焦性能。會(huì)聚是指紅綠藍(lán)三種顏色在屏幕上的重合效果，因?yàn)镃RT投影機(jī)有RGB三種CRT管發(fā)出的光，要想做到相同的像素完全會(huì)聚到一點(diǎn)，就必須校正圖像的各種失真。機(jī)器位置變化后，會(huì)聚也要重新調(diào)整，因此對(duì)會(huì)聚的要求，一是全功能，二是方便快捷。會(huì)聚有靜態(tài)會(huì)聚和動(dòng)態(tài)會(huì)聚，其中動(dòng)態(tài)會(huì)聚有傾斜，弓形，幅度，線性，梯形，枕形等功能，每一種功能均可在水平和垂直兩個(gè)方向上進(jìn)行調(diào)整。而聚焦性能決定了最小像素的大小，像素越小，可達(dá)到的分辨率也就越高。

LCD液晶投影機(jī)
     LCD（Liquid Crystal Display）液晶投影機(jī)，可以分成液晶板投影機(jī)和液晶光閥投影機(jī)，前者是目前投影機(jī)市場(chǎng)上的主要產(chǎn)品。液晶是介于液體和固體之間的物質(zhì)，本身不發(fā)光，工作性質(zhì)受溫度影響很大，其工作溫度為-55℃～+77℃。投影機(jī)利用液晶的光電效應(yīng)，即液晶分子的排列在電場(chǎng)作用下發(fā)生變化，影響其液晶單元的透光率或反射率，從而影響它的光學(xué)性質(zhì)，產(chǎn)生具有不同灰度層次及顏色的圖像。由于LCD投影機(jī)色彩還原較好、分辨率可達(dá)SXGA標(biāo)準(zhǔn)，體積小，重量輕，攜帶起來(lái)也非常方便，是投影機(jī)市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。按照液晶板的片數(shù)，LCD投影機(jī)分為三片機(jī)和單片機(jī)，而單板投影機(jī)的機(jī)型現(xiàn)在已經(jīng)很少，我們看到最多的還是三片機(jī)。通過(guò)示意圖（圖1）可以看到液晶投影機(jī)主要由三大部分組成：液晶體、光路系統(tǒng)、電路系統(tǒng)。電路系統(tǒng)根據(jù)圖像源（例如計(jì)算機(jī)）的圖像信號(hào)，經(jīng)過(guò)映射計(jì)算，產(chǎn)生控制液晶體的信號(hào)，精確地控制液晶體的動(dòng)作。在投影儀中有3塊液晶板，其中分布著液晶體。液晶體是介于液體和固體之間的物質(zhì)，本身不發(fā)光，它們象熒光屏上的像素一樣整齊的排列著。投影機(jī)利用液晶的光電效應(yīng)，即液晶分子的排列以及液晶分子本身的狀態(tài)在電場(chǎng)作用下發(fā)生變化，影響其液晶單元的透光率或反射率。投影機(jī)利用這個(gè)原理可以達(dá)到利用電信號(hào)準(zhǔn)確控制通過(guò)液晶單元的光線的目的。 液晶投影機(jī)中的光源是金屬鹵素?zé)艋騏HP（冷光源），發(fā)出明亮的白光， 經(jīng)過(guò)光路系統(tǒng)中的分光鏡，將白光分解為RGB（紅色、綠色、藍(lán)色）三種元素顏色的光線，RGB三種元素顏色的光線在精確的位置上穿過(guò)液晶體，這時(shí)候每一個(gè)液晶體的作用類(lèi)似于光閥門(mén)，控制每一個(gè)液晶體中光線的通過(guò)與否以及通過(guò)光線的多少。三種元素顏色的光線就這樣，經(jīng)過(guò)投影儀的鏡頭準(zhǔn)確投射到屏幕上，哪一點(diǎn)該是什么顏色、光的強(qiáng)度有多少，都分布的正正好好。就這樣，在屏幕上投影組成了與源圖像一致的色彩斑斕的圖像。普通的LCD投影機(jī)具有色彩好、價(jià)格優(yōu)勢(shì)和亮度均勻性好等多方面優(yōu)勢(shì)，因此目前正在以萬(wàn)元甚至低于萬(wàn)元的價(jià)格逐漸普及到家庭和小型商用場(chǎng)所之中。
    此外還有液晶光閥投影機(jī)代表了液晶投影機(jī)的高端產(chǎn)品，它采用CRT管和液晶光閥作為成像器件，是CRT投影機(jī)與液晶與光閥相結(jié)合的產(chǎn)物。具有非常高的亮度和分辨率，適用于環(huán)境光較強(qiáng)，投影屏幕很大的場(chǎng)合，如超大規(guī)模的指揮中心、會(huì)議中心或娛樂(lè)場(chǎng)所等。

數(shù)字投影機(jī)
    DLP是英文Digital Light Porsessor 的縮寫(xiě)，譯作數(shù)字光處理器。DLP以DMD（Digital Micormirror Device）數(shù)字微反射器作為光閥成像器件。一個(gè)DLP電腦板由模數(shù)解碼器、內(nèi)存芯片、一個(gè)影象處理器及幾個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)組成，所有文字圖象就是經(jīng)過(guò)這塊板產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理，數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)到DLP系統(tǒng)的心臟--DMD。而光束通過(guò)一高速旋轉(zhuǎn)的三色透鏡后，被投射在DMD上，然后通過(guò)光學(xué)透鏡投射在大屏幕上完成圖像投影。一片DMD是由許多個(gè)微小的正方形反射鏡片（簡(jiǎn)稱(chēng)微鏡）按行列緊密排列在一起貼在一塊硅晶片的電子節(jié)點(diǎn)上形成的，每一個(gè)微鏡都對(duì)應(yīng)著生成圖像的一個(gè)像素。因此，DMD裝置的微鏡數(shù)目決定了一臺(tái)DLP投影機(jī)的物理分辨率，例如一臺(tái)投影機(jī)的分辨率為600X800，所指的就是DMD裝置上的微鏡數(shù)目就有600x800=480000個(gè)。在DMD裝置中每個(gè)微鏡，都對(duì)應(yīng)著一個(gè)存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器可以控制微鏡在±10度角兩個(gè)位置上切換轉(zhuǎn)動(dòng)。而且DMD塊上每一個(gè)像素的面積為16μm×16，間隔為1μm。根據(jù)所用DMD的片數(shù)，DLP投影機(jī)可分為：?jiǎn)纹瑱C(jī)、兩片機(jī)、三片機(jī)。DMD數(shù)字信號(hào)的紅，綠，藍(lán)順序旋轉(zhuǎn)，小鏡子根據(jù)像素的位置及色彩的多少被打開(kāi)或關(guān)閉，此時(shí)DLP可以看作是只有一個(gè)光源和一組投影鏡頭組成的簡(jiǎn)單光路系統(tǒng)，鏡頭放大了DMD的反射影像并直接投射在屏幕上，這樣一幅生動(dòng)、明亮的演示效果就展現(xiàn)在我們面前了。
 
DLP投影機(jī)特點(diǎn)：
    1．結(jié)構(gòu)緊湊：與三板LCD投影機(jī)相比，單板式DLP光學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原件體積小，重量輕，最適合投影機(jī)瘦身。
    2．光效率高：由于原理限制，透射式LCD光利用率不高，再加上像素邊界和電路部分對(duì)光線的遮擋，總透光率還不到10%。而DLP采用反射技術(shù)，而且反射鏡之間的間隙比較小，光利用率可以達(dá)到20%-30%。所以為達(dá)到同樣的亮度，DLP投影機(jī)需要的光源功率更低，省電而且更可以簡(jiǎn)化散熱系統(tǒng)進(jìn)一步降低體積、重量和噪音。
    3．高對(duì)比度：DLP技術(shù)對(duì)比度可以達(dá)到800:1-1600:1（全黑全白方式測(cè)得），畫(huà)面反差好，立體感強(qiáng)。而LCD受液晶材料性能的限制，對(duì)比度要遜色一些，只有400:1-800:1。
    4．壽命長(zhǎng)，畫(huà)質(zhì)穩(wěn)定性好：反射技術(shù)使得DMD芯片吸收能量相對(duì)較少，而且由于采用半導(dǎo)體器件，耐高溫性能好，長(zhǎng)期使用后畫(huà)面也不會(huì)出現(xiàn)明顯的劣化。而LCD面板中的液晶分子長(zhǎng)期受熱被分解破壞，導(dǎo)致圖像質(zhì)量嚴(yán)重下降。另外，LCD面板必須由流動(dòng)空氣降溫，容易積累灰塵，不僅會(huì)影響圖像質(zhì)量，還會(huì)造成熱量集中，進(jìn)一步降低壽命。由于耐溫性好，DLP可以采用相對(duì)密閉的光機(jī)結(jié)構(gòu)，避免灰塵沉積引起圖像質(zhì)量下降。
    5．沒(méi)有匯聚問(wèn)題：LCD投影機(jī)大多為三板式結(jié)構(gòu)，如果三色光路沒(méi)有非常精確地疊加在一起，就會(huì)出現(xiàn)三色對(duì)齊不準(zhǔn)——匯聚失真，和CRT顯示器有些類(lèi)似。常見(jiàn)的DLP投影機(jī)采用單板結(jié)構(gòu)，利用旋轉(zhuǎn)色輪產(chǎn)生色彩，不存在疊加不準(zhǔn)的問(wèn)題，沒(méi)有匯聚失真。
    6．響應(yīng)速度快：DLP畫(huà)面切換的響應(yīng)時(shí)間只有幾毫秒，畫(huà)面中高速運(yùn)動(dòng)的物體也能保持清晰銳利。而LCD由于響應(yīng)時(shí)間在十幾至幾十毫秒，這種切換延遲會(huì)造成畫(huà)面模糊。
     雖然目前DLP投影機(jī)所占的市場(chǎng)分額還不及主力LCD投影機(jī)，但作為新型的投影機(jī)產(chǎn)品，在技術(shù)和應(yīng)用市場(chǎng)方面，與LCD投影技術(shù)相比，DLP投影的最大優(yōu)勢(shì)在于有高解析度與高亮度等優(yōu)點(diǎn)，圖像更加清晰銳利，黑色和白色更純正，灰度層次更加豐富，更具有體積小和重量輕的優(yōu)勢(shì)。其應(yīng)用正逐漸朝向大型投影機(jī)及電影放映機(jī)（Digital Cinema）等高端機(jī)種以及2kg以下超小型化機(jī)型方面，向著兩極化方向發(fā)展，特別是在大型會(huì)場(chǎng)投影放映中，目前仍是以DLP投影機(jī)一枝獨(dú)秀，因此DLP已成為未來(lái)投影機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要方向，應(yīng)用領(lǐng)域與市場(chǎng)前景都是相當(dāng)被看好的。

二、等離子顯示器

    等離子顯示器（Plasma Display Panel，簡(jiǎn)寫(xiě)PDP）是采用了近幾年來(lái)高速發(fā)展的等離子平面屏幕技術(shù)新一代顯示設(shè)備。等離子電視是用等離子顯示技術(shù)制造的電視產(chǎn)品，這種電視的主要特點(diǎn)是圖像真正清晰逼真，在室外及普通居室光線下均可視，可提供在任何環(huán)境下的大屏視角；并且屏幕非常輕薄，厚度僅有厘米級(jí)，便于安裝，可以說(shuō)是彩色電中真正的高端產(chǎn)品。隨著多媒體及高清晰度電視（HDTV）的出現(xiàn)，顯示技術(shù)得到了空前的發(fā)展。在眾多的顯示方法中，等離子體顯示器PDP以其卓越的性能受到了廣泛的關(guān)注。PDP具有視角寬、壽命長(zhǎng)、刷新速度快、光效及亮度高、易制作大屏幕、工作溫度范圍寬等很多優(yōu)良特性。彩色PDP采用的數(shù)字灰度技術(shù)可使圖像灰度超過(guò)256級(jí)，能滿足顯示16位或24位真彩色的要求。

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62英寸等離子顯示器

    等離子顯示器是一種利用氣體放電原理顯示的輸出設(shè)備，這種屏幕采用了等離子管作為發(fā)光元件。大量的等離子管排列在一起構(gòu)成屏幕，每個(gè)等離子對(duì)應(yīng)的每個(gè)小室內(nèi)部充有氖氙氣體。在等離子管電極間加上高壓后，封在兩層玻璃之間的等離子管小室中的氣體會(huì)產(chǎn)生紫外光，從而激勵(lì)平板顯示器上的紅綠藍(lán)三基色熒光粉發(fā)出可見(jiàn)光。每個(gè)離子管作為一個(gè)像素，由這些像素的明暗和顏色變化組合，產(chǎn)生各種灰度和色彩的圖像，與顯示像管發(fā)光相似。等離子體技術(shù)同其它顯示方式相比，在結(jié)構(gòu)和原理方面存在根本的區(qū)別。它的工作機(jī)理類(lèi)似普通日光燈，等離子顯示器的三層結(jié)構(gòu)如圖所示: 一般由三層玻璃板組成。在第一層的里面涂有導(dǎo)電材料的垂直，中間層是燈泡陣列，第三層表面涂有導(dǎo)電材料的水平條。要點(diǎn)亮某個(gè)地址的燈泡，開(kāi)始要在相應(yīng)行上加較高的電壓，等該燈泡點(diǎn)亮后，可用低電壓維持氖氣燈泡的亮度。關(guān)掉某個(gè)燈泡，只要將相應(yīng)的電壓降低。燈泡開(kāi)關(guān)的周期時(shí)間是15ms，通過(guò)改變控制電壓，可以使等離子板顯示不同灰度的圖形�？傊�，等離子屏幕的彩色圖像由各個(gè)獨(dú)立的熒光粉像素發(fā)光綜合而成，因此圖像鮮艷、明亮、干凈而清晰。

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NEC 61XM1大屏等離子顯示器

PDP等離子體的優(yōu)缺點(diǎn)
    等離子顯示技術(shù)比傳統(tǒng)的顯像管和LCD液晶顯示屏，具有更高的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
    1.與直視型顯像管彩電相比，PDP顯示器的體積更小、重量更輕，而且無(wú)X射線輻射。另外，由于PDP各個(gè)發(fā)光單元的結(jié)構(gòu)完全相同，因此不會(huì)出現(xiàn)顯像管常見(jiàn)的圖像幾何畸變。PDP屏幕亮度非常均勻——沒(méi)有亮區(qū)和暗區(qū)，不像顯像管的亮度——屏幕中心比四周亮度要高一些，而且，PDP不會(huì)受磁場(chǎng)的影響，具有更好的環(huán)境適應(yīng)能力。PDP屏幕也不存在聚焦的問(wèn)題，因此，完全消除了顯像管某些區(qū)域聚焦不良或年月已久開(kāi)始散焦的頑癥，不會(huì)產(chǎn)生顯象管的色彩漂移現(xiàn)象，而表面平直也使大屏幕邊角處的失真和色純度變化得到徹底改善。

WEGA液晶背投電視

    2.與LCD液晶顯示屏相比，PDP顯示有亮度高、色彩還原性好、灰度豐富、對(duì)迅速變化的畫(huà)面響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。由于屏幕亮度高達(dá)150Lux，因此可以在明亮的環(huán)境下，讓人心情愉快地欣賞大畫(huà)面的視訊節(jié)目。另外，PDP視野開(kāi)闊，能提供格外亮麗、均勻平滑的畫(huà)面和前所未有更大觀賞角度。PDP的視角高達(dá)160度，普通電視機(jī)在大于160度的地方觀看時(shí)畫(huà)面已嚴(yán)重失真，至于視角只有40度左右的液晶顯示屏則更加望塵莫及。此外，PDP平而薄的外型使其優(yōu)勢(shì)更加明顯，特別適合公共信息顯示、壁掛式大屏幕電視和自動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)。

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背投電視

    3.由于PDP顯示器很容易與大規(guī)模集成電路聯(lián)合“行動(dòng)”、匹配“作戰(zhàn)”，所以它能以輕裝上陣。體內(nèi)零部件任憑拆卸，工藝方便易行，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，很適合現(xiàn)代化大批量生產(chǎn)。同時(shí)也因此能夠大幅度減少機(jī)子的體積和重量，效果十分理想。

背投電視2

    當(dāng)然，由于PDP等離子顯示屏的結(jié)構(gòu)特殊也帶來(lái)一些缺憾：比如由于等離子顯示是平面設(shè)計(jì)，面且顯示屏上的玻璃極薄，所以它的表面不能承受太大或太小的大氣壓力，更不能承受意外的重壓；PDP顯示屏的每一顆像素都是獨(dú)立地自行發(fā)光，相比于顯象管電視機(jī)使用一支電子槍而言，耗電量自然大增。一般大屏幕等離子顯示器的耗電量都高于二三百瓦，是未來(lái)家電中不折不扣的耗電大戶。由于發(fā)熱量大，所以PDP顯示器背板上裝有多組風(fēng)扇用于散熱。另外，PDP相對(duì)于前投影、背投影和普通電視而言，價(jià)格也偏高一些。

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單片、三片LCD與DLP的影像比較

    就PDP發(fā)展而言，目前PDP顯示屏幕（以電視為主）正處在飛速發(fā)展的階段，很多商用場(chǎng)所和有消費(fèi)能力的家庭都是PDP的消費(fèi)主力，而隨著國(guó)內(nèi)廠商越來(lái)越多的加入到PDP的行列中去，相信不久PDP的價(jià)格將會(huì)更加又誘惑力，當(dāng)PDP的整體價(jià)格降到了2萬(wàn)元左右水平的時(shí)候?qū)⑹荘DP真正步入主流的時(shí)代了。不過(guò)功耗相對(duì)較大這是問(wèn)題還是PDP依然面臨的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，至于PDP何去何從還要看市場(chǎng)的選擇了。

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