Дата публикации:

DLP и LCD технология в проекторах

Принцип работы жидкокристаллических матриц, используемых в LCD-проекторах в качестве формирователей изображения, основывается на свойстве молекул жидкокристаллического вещества менять пространственную ориентацию под воздействием электрического поля и оказывать поляризующий эффект на световые лучи. В многослойной структуре матрицы, представляющей собой прямоугольный массив множества отдельно управляемых элементов (пикселей), слой жидких кристаллов помещается между стеклянными пластинами, на поверхности которых нанесены бороздки. Благодаря им, во всех элементах матрицы удается сориентировать молекулы идентичным образом, причем вследствие взаимно перпендикулярного расположения бороздок двух пластин ориентация молекул меняется по мере удаления от одной из них и приближения к другой на 90°. Пропущенный через такой слой жидкокристаллического вещества, поляризованный свет (см. рис.) также меняет плоскость поляризации на 90°. Поэтому структура, в которую добавлены входной и выходной поляризационные фильтры с взаимно перпендикулярными осями поляризации (a и b), оказывается прозрачной для внешнего светового потока, частично ослабевающего при прохождении входного поляризатора. Находясь под воздействием электрического поля, молекулы жидкокристаллического слоя меняют свою ориентацию, и угол поворота плоскости поляризации светового потока заметно уменьшается. В этом случае большая часть светового потока поглощается выходным поляризатором. Таким образом, управляя уровнем электрического поля, можно менять прозрачность элементов матрицы. Poly-Si технология LCD использует три панели, изготовленные по полисиликоновой технологии. При этом каждая из них модулирует только одну составляющую цвета, а изображения создается совмещением световых потоков, прошедших через все 3 матрицы. Принципиальная схема такого проектора – см. ниже. Переход на полисиликоновую технологию, широко применяемую в современных LCD-проекторах, позволил перенести элементы схемы управления в слой поликристаллического кремния и заметно уменьшить размеры проводников и управляющих транзисторов. Тем самым удалось повысить световую эффективность матриц и обеспечить условия для увеличения их разрешения Большая термостойкость полисиликоновых матриц и их небольшие размеры (0,7 – 1,9”) позволяют получить лучшую равномерность светового потока при заметном увеличении его значения. А независимая обработка цветовых составляющих позволяет добиться лучшей цветопередачи. И если сначала “эффект мозаики” существенно ограничивал возможность получения качественного изображения LCD проекторов, то с переходом на полисиликоновых матрицы с более плотной структурой пикселов и разрешением XGA и выше этот недостаток становится практически незаметным. Дополнительный выигрыш по световому потоку в некоторых LCD-матрицах обеспечивает микролинзовый растр - каждый элемент матрицы снабжается собственной микролинзой, направляющей световой поток через прозрачную область. Кроме того, это увеличивает контрастность получаемого изображения. Подобные матрицы сегодня применяются во многих современных LCD-проекторах. К преимуществам LCD можно отнести достаточно высокие значения яркости и контрастности, компактность и невысокую цену. Как относительные недостатки можно рассматривать несколько меньшую, чем при использовании других технологий, максимально достижимую контрастность (хотя SONY анонсировала проектор WPHT-12 с заявленной контрастностью 1:1100), и невысокие реальные кадровые развертки. Кроме того, у некоторых проекторов всё же заметен “эффект мозаики”. Обеспечивая высокое качество изображения за разумные деньги, проекторы, базирующиеся на LCD технологии, занимают ведущее положение в структуре продаж в начальном и среднем сегментах рынка. DLP-технология Лежащая в основе любого DLP-проектора технология цифровой обработки света (DLP- Digital Light Processing) базируется на разработках корпорации Texas Instrument, создавшей новый тип формирователя изображения - цифровое микрозеркальное устройство DMD (Digital Micromirror Device – см. ниже). DMD-кристалл, по сути, представляет собой полупроводниковую микросхему статической оперативной памяти (SRAM), каждая ячейка которой, а точнее ее содержимое, определяет положение одного из множества (от нескольких сотен тысяч до миллиона и более) размещенных на поверхности подложки микрозеркал с размерами 16х16 мкм. Как и управляющая ячейка памяти, микрозеркало имеет два состояния, отличающиеся направлением поворота зеркальной плоскости вокруг оси, проходящей по диагонали зеркала. (В каждом состоянии угол между плоскостью зеркала и поверхностью микросхемы составляет 10°). Таким образом, принципиальной особенностью любого DMD-кристалла является наличие в его структуре подвижных механических элементов. Главное преимущество DMD по сравнению с формирователями иного типа заключается в высокой световой эффективности, обусловленной двумя факторами: более эффективным использованием рабочей поверхности формирователя (коэффициент использования - до 90%) и меньшим поглощением световой энергии работающими “на отражение” микрозеркалами, которые к тому же не требуют применения поляризаторов. В силу этих причин, а также относительно простого решения проблемы отвода тепла DLP-технология позволяет создавать как мощные проекционные аппараты с большим световым потоком (в настоящее время достигнут уровень 16000 ANSI-Lm) так и сверхминиатюрные проекторы (ультрапортативные, микропортативные) для мобильных пользователей. Именно в этих классах продуктов DLP-технология сегодня доминирует. Современные DLP-проекторы строятся по схеме с одним, двумя и тремя DMD-кристаллами. Двухкристальные проекторы мало представлены на рынке, поэтому рассмотрим схемы одно и трёхкристального проекторов. Оптическая схема однокристального DLP-проектора В однокристальном DLP-проекторе световой поток лампы пропускается через вращающийся фильтр с тремя секторами, окрашенными в цвета составляющих пространства RGB (в современных моделях к трем цветным секторам добавлен четвертый прозрачный, что позволяет увеличить световой поток проектора при демонстрации изображений с преобладающим светлым фоном). В зависимости от угла поворота фильтра (а, следовательно, и цвета падающего светового потока) DMD-кристалл формирует на экране синюю, красную или зеленую картинки, которые последовательно сменяют одна другую за короткий интервал времени. Усредняя отражаемый экраном световой поток, человеческий глаз воспринимает изображение как полноцветное. В настоящее время используются светофильтры с тремя, четырьмя и шестью секторами. В четырехсегментном светофильтре добавлен прозрачный сектор, что позволяет увеличить яркость отображения “светлых” данных. Шестисегментные светофильтры используются в проекторах, ориентированных на видео. По схеме с одним DMD-кристаллом в настоящее время производятся миниатюрные DLP-проекторы и проекторы бизнес класса. Оптическая схема трехкристального DLP-проектора В трехкристальных DLP-проекторах световой поток лампы с помощью дихроичных призм расщепляется на три составляющих (RGB), каждая из которых направляется на свою DMD-матрицу, формирующую картинку одного цвета. Объектив аппарата проецирует на экран одновременно три цветных картинки, формируя таким образом полноцветное изображение. Благодаря высокой эффективности использования светового излучения лампы трехкристальные DLP-проекторы, как правило, характеризуются повышенным световым потоком. К преимуществам DLP проекторов следует отнести высокую контрастность (до 1:1800), отсутствие эффекта мозаики, точность цветопередачи. Кроме того, самые миниатюрные устройства и самые яркие проекторы базируются на технологии DLP. К недостаткам DLP технологии можно отнести “эффект радуги” – наличие радужного ореола вокруг элементов изображения, меньший выбор и несколько более высокую цену этих проекторов. Кроме того, некоторые люди отмечают меньшую (по сравнению с LCD) чёткость отображения тонких элементов и утомляемость при длительном просмотре. Пока DLP устройства менее распространены, чем LCD, но с каждым годом их доля увеличивается. Они применяются для проведения бизнес-презентаций, а также для демонстрации видео. Более 70% рынка профессионального проекционного оборудования принадлежит трёхкристальным DLP проекторам. Источник: www.portcom.ru

Распечатать Переслать