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1、LCD投影技术的发展历史液晶（LCD）投影技术是目前主流的数字投影机显示技术之一。投影成像技术以其不能替代的大画面优势，成为了电影放映、家庭影院应用、商务会议、教 育教学、大型指挥控制和监视显示系统的最佳技术选择，在国民生活的各个方面发挥着巨大的作用。作为最主流现代数字投影最主流技术之一的LCD投影产品更是 深受广大用户的欢迎。LCD投影技术的发展历史 说到LCD投影技术，就必定要说到爱普生，其是掌握全球微显示数字投影机液晶面板产能的主要厂商之一，而且也是唯一向其他终端产品企业提供液晶投影机芯片、光机和整体解决方案的厂商（液晶投影技术的另一核心厂商索尼目前不出售芯片面板和相应技术）。 作为液晶
2、投影机核心的液晶芯片是整个投影系统的心脏。爱普生在液晶投影机的发展历史中最重要的贡献之一就是研制成功了世界上第一块LCD投影板芯片，并于1989年制造出世界上第一台LCD投影机VJP-2000，由此开创了LCD投影机的新时代。 1989年爱普生推出的第一款LCD投影机不叫液晶投影机，而是叫做Video-Projection(视频投影机)，起这个名字的意图在于想告诉消费者 这款产品的具体用途。爱普生第一台液晶投影机的出台，不仅开创了液晶投影机的新时代，也奠定了爱普生在投影机行业的全球领先地位。此后，另一家显示巨头， 索尼也开发出了相似的产品。索尼和爱普生不仅仅是液晶投影机产业的推动者，同时也是现
3、代数字投影机技术的最早推动者。 液晶投影机诞生之时面对的主要竞争者是传统的CRT阴极射线管投影机。这种产品虽然拥有很好的色彩还原能力，但是在分辨率指标、亮度指标和可视角度指标上 均面临着很大的技术瓶颈。另一方面，阴极射线管投影机的安装、调试也极其麻烦，这给市场应用带来了诸多挑战。虽然在液晶投影技术诞生的初期，CRT投影机 所面临的问题也成为了LCD技术需要突破的方向，但是在以后的日子里，LCD投影机技术的突飞猛进，令CRT技术不得不告别历史舞台。 从1995年开始，投影机液晶板尺寸在不断减小，从最开始的1.3英寸慢慢降到了现在的0.5英寸。2002年10月，精工爱普生LCD-HTP已达成第 一
4、个千万出货里程碑。2003年和2004年，精工爱普生发布了D4和D5两代液晶面板技术。2005年4月，精工爱普生开始供货使用喷墨技术形成配向膜 的TN液晶面板。液晶投影机核心面板技术进入空前的“完美”阶段。 在整机上，自VJP-2000问世以来，多款经典机型成为了液晶投影机史册上的里程碑： 1996年EMP-300将投影机的重量降到了8公斤以下。2006年，EMP-1710/1715，其重量仅1.6公斤。十年的时间产品重量缩减了80%。 经由技术和产品的不断进步，液晶投影在全球数字投影机技术中的领头羊位置也保持到了今天。和后起之秀DLP和LCOS技术先比，LCD的市场份额高达 55%以上。中国
5、市场，自上世纪90年代中期引入数字投影产品以来，行业规模不断发展。08年全年销量达到57万台，其中超过30万台采用了LCD显示技术。液晶投影技术的分类 在液晶投影机的技术演进过程中，其技术种类也出现过分化。除了现在占据绝对主流的三片式高温多晶硅液晶板（HTPS）技术外，还出现过单片式的技术、液晶 光阀投影机等。本文介绍的重点产品是目前占据市场绝大部分份额的三片式HTPS技术产品。在介绍这种产品前，我们先向读者介绍一下单片式技术和液晶光阀投 影机技术。 自年以来，基于比较成熟、简洁的技术模式以及大量易购的通用部件，国内掀起一股液晶投影热潮，经过几年的磨炼，由热潮所催生的一批厂 商逐渐走向成熟。目
6、前，这类以早期DIY技术为主导的单片式液晶投影机成为了部分低端KTV行业的“标准配置”。其产品主要特点是价格低廉、灯泡寿命长 等。单片液晶投影机的工作原理如图： 单片式液晶投影机以普通的小屏幕液晶显示器用面板为显示核心芯片，配以必要的其他设备组成完整的工作光路，通过镜头系统提供大尺寸的现实画面，为用户展示 具有震撼力的影像效果。在光路上，这种产品受制于芯片面积过大的影响体积难以缩小，光路的总光效利用率也很低，内部的光学、机械部件的工艺结构精确在 。主要光学部件的选择时，比如投影灯泡、反光碗、反光镜、投影镜头、聚焦镜、菲涅尔镜等，拥有着成熟的产业链，能够提供良好的产品体验。 从本质上讲，目前国产
7、单片液晶投影机是在特定技术、市场背景下的过渡产品。目前，国产自主开发的这类液晶投影机的技术指标基本 在：（万像素）；2流明；对比度以下。这类产品不能满足市场主流应用的需求，其市场主要集中在中小城市 低端KTV等娱乐行业应用。 液晶光阀投影机是一种历史上出现的技术形态。它本质上是利用液晶的光学开关作用改进CRT投影机的成像效果的产物。 液晶光阀投影机采用CRT管和液晶光阀作为成像器件。是为了CRT投影机解决图像分辨率与亮度间的矛盾而生的产品。一般的光阀主要由三部分组成：光电转换 器、镜子、光调制器，它是一种可控开关。通过CRT输出的光信号照射到光电转换器上，将光信号转换为持续变化的电信号；外光源
8、产生一束强光，投射到液晶光 阀上，由内部的镜子反射，通过光调制器，偏振滤光片的处理令光阀投射光线与CRT信号相复合，投射到屏幕上形成画面。 液晶光阀投影机亮度可达6000ANSI流明，分辨率为25002000以上，适用于环境光较强，观众较多的场合。但其价格高，体积大严重阻碍了其市场 发展。随着三片式液晶投影机的诞生，高分辨率和高亮度问题逐渐得到完美解决，目前液晶光阀投影机产品已经很少见。3LCD投影技术的成像原理 3LCD投影技术和液晶投影机的主流技术。其市场份额占据液晶投影机市场的绝大部分，已经成为行业内的事实性标准。其核心面板的提供商主要是爱普生。此 外，索尼公司也拥有自产面板提供给自己的
9、液晶投影机使用。国内3片式液晶投影机主流企业包括东芝、三菱、松下、三洋、日立、爱普生和索尼等。 3片液晶显示投影机的光路原理，由高亮度、高色温金属卤化物灯(UHE)发出的光经抛物线型灯碗反射形成平行光线，射人第一透镜阵列(单元聚光透镜组)， 经第二透镜阵列(偏振光转换透镜组)提高偏振光的利用率，再经过分光光路，形成三原色三束光线；分别射人R，G，B三个液晶板，然后由一体化棱镜汇聚3色 光；投影镜头将3色合成图像投影在屏幕上。3LCD技术 在这一投影过程中，各种光学器件和液晶面板芯片、灯泡光源各自起着各自的作用。其中光源普遍采用金属卤素灯、UHP(Ultra-High Performance，超
10、高性能)灯和UHE灯。金屑卤素灯成本低、价格便宜；缺陷是发热量很大、半衰期很短。半衰期是指灯的亮度下降到设计亮度一半时 所用的时间。为克服金属卤素灯发热量大、半衰期短的缺陷，冷光源应运而生，出现了UHP，UHE金属卤化物灯。UHP，UHE灯比起金属卤素灯发热量小得多。此外包括激光光源、LED无机发光二极管等新型光源也成为了各家企业开发新技术的焦点对象。 除了光源外，一系列的光学器件的作用也不容小视。投影过程需要的是面状的均匀平行三原色线偏振光源。而普通灯泡发出的光线则是白色的球形圆偏振光。通过一系列透镜、楞镜和滤光镜的调整，灯泡的发出的光才能成为满足投影机投影需要的光源。 在液晶投影机的成像过
11、程中，处于核心地位的是液晶面板芯片。在实际工作中，液晶面板芯片起着光学开关的作用。芯片上每一个独立的有源矩阵控制下的像素点能 够独立变化，进而控制投射过液晶半的这一点的光线的多少。通过三块液晶板对三元的分别控制，并经过最后的画面合成，就可以成为色彩丰富、明暗变化的彩色投 影画面。在经过镜头的放大投射在屏幕上，消费者就可以欣赏到如同电影一般的出色大尺寸影像了。LCD投影技术的芯片 液晶芯片是液晶投影机最核心的部件，。它不仅是液晶投影机重要的成本构成要素，同时更是决定着整台产品的品质性能和寿命的重要组件。介绍液晶投影机就不得不详细所说液晶芯片的故事了。 LCD是Liquid Crystal Dis
12、play(液晶显示)的缩写。液晶既有液体的流动性，又有晶体的光学各向异性，常称为“液态晶体”。液晶材料工作温度为一55一十77。液晶分子 间作用力小，在电场作用下，分子排列变化，导致液晶对光的透射率和反射率变化，称为液晶的电光效应。在液晶显示技术中，正式利用这种特殊的物质性质，将液 晶材料做成可以控制光线进出的开关，进而达到成像效果的。 液晶显示板是在两玻璃基片之间充入液晶材料，并在玻璃基片表面贴线偏振片、扫描电路、薄膜晶体管(TFT)等构成的。当某一象素的行电极加上扫描电压，薄 膜晶体管(TFT)导通，该液晶象素透光。玻璃基片之间的液晶单元构成一个个光开关，控制着透过液晶的光线的多少，显示出
13、色彩明暗的变化。 在实际的产品开发中，投影机用到的液晶面板芯片要经受住背后的灯泡发出的巨大能量（主要是热量）的考验。这就决定了液晶投影机用的液晶和普通液晶显示器、 液晶电视机应用的液晶，拥有着必然的区别。目前，液晶投影机采用的主要是被称为“高温多晶硅液晶板（HTPS）”的技术。改型液晶芯片能够承受住长期高温 的煎熬。 HTPS是High Temperature Poly-Silicon的缩写，翻译成中文是“高温多晶矽”的意思，一般俗称高温玻璃。它是液晶显示家族中的一支，也属于主动点矩阵（TFT）式 LCD(Active Matrix LCD)。HTPS LCD在面板的制造过程中，拥有一道独特的
14、Laser Anneal(激光退火)制造过程，它的温度超过摄氏1000度。这一过程使得玻璃基板的非晶矽结构转变成多晶矽结构形成类似于水晶的结构。采用该工 艺的液晶面板制程要求采用高档石英基板。 HTPS液晶芯片最大的特性在于持续高温工作的稳定性，这位投影机产品提高整机寿命、提升产品亮度提供了基础技术平台。同时，这一技术的产品还具有色彩还 原准确、视觉感舒适的等特点。目前，该技术已经被索尼、爱普生两家液晶投影机液晶芯片企业广泛应用，成为了全球数字投影领域最重要的组成技术。LCD投影技术的发展瓶颈和进步 作为液晶投影技术的核心，LCD芯片的进步一直是液晶投影产业发展的风向标。作为行业内的领导厂商，
15、在索尼停止对第三方企业提供液晶芯片之后，爱普生独自担当起了推动HTPS TFT LCD技术进步的重任。 在早期的LCD液晶投影机中，寿命、亮度和体积问题成为了制约产品进步的主要问题。由于液晶投影机的核心材料是高分子的液晶材料，其在高温下的老化作用很 明显。同时作为液晶面板基板的玻璃，也可能由于长时间的高分烘烤而发生光学性能的变异。这两点导致，在早期的液晶投影机，特别是上世纪的时候芯片寿命不足 5000小时，这使得消费者的实际使用成本大幅增加。 在早期的液晶投影机产品中，液晶芯片如何实现更加精细的TFT薄膜晶体管及其控制电路成为了液晶投影芯片小型化、高开口率化的最大难题。采用三片式设计的 整个光机系统，如果不能实现芯片体积的缩小，整个产品的小型化无从谈起。而一旦芯片变小，片上控制电路组件如果不能大幅简化和缩小，则导致整个芯片可用于 光学开关的面积占芯片整体的比例（开口率）的下降，进而造成光利用率的下降和亮度的降低。 此外，液晶显示的另一个特性是画面的拖尾和黑色画面的黑位欠缺。液晶分子受电磁场影响的偏转需要一定的时间，同时也具有滞后性，这导致了液晶显示产品画面 的拖尾现象的出现。采用透射光路的液晶投影芯片，很难做大100%阻断光线的透过，因此产生了黑色画面不够黑的现象，整体画面的对比度和暗部细节展示受到 了很大的影响。 近年来随
