關(guān)注整體性能：微型投影光學(xué)引擎關(guān)鍵部件優(yōu)缺點(diǎn)討論

微型投影光學(xué)引擎是光學(xué)，結(jié)構(gòu)和電子的綜合技術(shù)，其中顯示芯片和光源是技術(shù)路線上需要重點(diǎn)考慮的，這兩項(xiàng)無(wú)論在成本中所占比例，還是對(duì)于最終光學(xué)引擎的性能的重要性，都是其他部件無(wú)法相比的。目前的微型投影的技術(shù)介紹中，常常片面的強(qiáng)調(diào)某些技術(shù)或者性能的優(yōu)點(diǎn)，而不去談?wù)w性能的平衡，這是對(duì)于最終用戶的誤導(dǎo)，本文將對(duì)顯示芯片和投影光源這兩項(xiàng)技術(shù)在微型投影引擎中的性能做一個(gè)全面性的概述，幫助最終用戶對(duì)于微型投影引擎技術(shù)有一個(gè)全面的了解。

　　一 顯示芯片

　　目前在微型投影中主流的應(yīng)用是LCOS和DMD顯示芯片，美國(guó)德州儀器公司（TI）擁有很多DMD芯片的專利技術(shù)，目前僅有TI能夠提供商品化的產(chǎn)品。LCOS芯片的來(lái)源相對(duì)較多，如Himax，Displaytech，Syndiant等，LCOS芯片還分為彩色濾光片型（color filter）和色彩時(shí)序型(color sequential)。由于目前主流的技術(shù)應(yīng)用都是基于色彩時(shí)序型LCOS和LED，以下的顯示芯片的性能討論主要基于LED和色彩時(shí)序型的LCOS。

　　1 亮度效率

　　微型投影引擎主要應(yīng)用于便攜移動(dòng)設(shè)備中，引擎的亮度必須基于給定的整體功率，即亮度效率。

　　LCOS技術(shù)需要使用偏振光源，而LED是一種非偏振光源，因此需要將其轉(zhuǎn)換為偏振光后才能使用。在采用偏振回收的情況下，LCOS光引擎中一般仍有30%到40%的光無(wú)法被轉(zhuǎn)換成需要的偏振光而被浪費(fèi)掉。DLP技術(shù)使用非偏振光就可以，在整體的光能的利用率上要高于LCOS技術(shù)。

　　同時(shí)必須注意到，LCOS的顯示芯片和驅(qū)動(dòng)芯片的功耗要遠(yuǎn)低于DLP技術(shù)所采用的DMD顯示芯片及其驅(qū)動(dòng)芯片。因此，在相同的整體功耗情況下，LCOS光機(jī)將更多的功耗消耗在LED上，而DLP光機(jī)將更多的功耗消耗在DMD芯片和驅(qū)動(dòng)芯片上。

　　就目前看到的整體功耗在2-2.5W的LCOS和DLP光學(xué)引擎中，整體的亮度效率是基本相當(dāng)?shù)摹?

　　2 分辨率

　　LCOS技術(shù)毫無(wú)疑問(wèn)在分辨率方面要優(yōu)于DMD技術(shù)。由于采用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS和液晶封裝工藝，LCOS芯片的像素尺寸都小于10微米，每個(gè)像素尺寸小于5微米也是很容易達(dá)到的，即可以在0.45英寸的芯片上實(shí)現(xiàn)1920×1080的高清顯示。而且，由于像素之間的間隔可以做到很小，像素尺寸達(dá)到5微米時(shí)仍可以有很高的開(kāi)口率。

　　DMD技術(shù)在相同芯片尺寸上提高分辨率面臨諸多技術(shù)難題。首先，更小的像素需要更小的運(yùn)動(dòng)部件，芯片的良率將會(huì)進(jìn)一步的下降。其次，更多的像素將使其顯示芯片及驅(qū)動(dòng)芯片的功耗進(jìn)一步增加。最后，在像素間隔難以減小的情況下，其開(kāi)口率的減小將減小光學(xué)效率。就目前來(lái)看，DMD芯片一般采用Wobulation技術(shù)來(lái)提高分辨率且降低芯片成本，即采用菱形排布方式用一半的實(shí)際像素抖動(dòng)插值得到更高的分辨率。

　　3 色純度

　　由于采用相同的色彩時(shí)序法，LCOS和DLP光引擎在色純度上沒(méi)有本質(zhì)性的區(qū)別。當(dāng)然，這兩種光引擎也都可以采用一些技術(shù)方法去降低色純度而獲得更高的亮度效率。

　　4 對(duì)比度

　　由于采用的光學(xué)元件較少，DLP光引擎在對(duì)比度上要優(yōu)于LCOS光引擎。全黑全白對(duì)比度上，DLP光引擎一般可以做到500：1 ，LCOS光引擎可以做到250：1 。

　　但在實(shí)際使用中，除非是在一個(gè)全黑的空間中，這個(gè)差別是無(wú)關(guān)重要的。例如，對(duì)于一個(gè)10lm的投影引擎，當(dāng)投影到一個(gè)20寸的屏幕上時(shí)，白場(chǎng)的照度是80Lux，DLP的暗場(chǎng)照度為0.16Lux，LCOS的暗場(chǎng)照度為0.32Lux。假設(shè)在開(kāi)一盞燈的情況下，燈對(duì)墻面的照度為5Lux。這時(shí)，實(shí)際看到的對(duì)比度分別是16.5：1 和16：1，顯然差別是非常小的。

　　5 可靠性

　　DLP技術(shù)已經(jīng)在大的投影顯示中已經(jīng)有較長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用，無(wú)論TI公司公布的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際應(yīng)用都顯示其芯片能夠滿足移動(dòng)設(shè)備所需要的幾千小時(shí)的壽命。

　　LCOS雖然在大尺寸投影顯示中沒(méi)有DLP技術(shù)應(yīng)用那么多，僅僅在背投影顯示中有過(guò)一些量產(chǎn)，但Displaytech公司的芯片在移動(dòng)設(shè)備中已經(jīng)有過(guò)大量的應(yīng)用。注意到微型投影引擎的亮度輸出一般都是在10lm左右，對(duì)比背投顯示的300lm和前投影顯示的1000-3000lm，目前的亮度對(duì)于LCOS芯片的可靠性影響是幾乎可以忽略不計(jì)的。

　　二 光源

　　LED光源是目前微型光引擎中主要的光源，半導(dǎo)體激光（LD）光源是另一種討論的較多的光源，半導(dǎo)體激光光源具有單波長(zhǎng)，準(zhǔn)直，偏振輸出等優(yōu)點(diǎn)。

　　我們首先討論一下半導(dǎo)體激光光源對(duì)于LCOS和DLP光引擎的影響。由于激光光源輸出的光源是一種偏振光，因此LCOS光引擎不再需要偏振轉(zhuǎn)換，整體的亮度效率將會(huì)提高。激光光源的準(zhǔn)直性也有助于簡(jiǎn)化LCOS光學(xué)系統(tǒng)，從而提高LCOS光引擎的對(duì)比度。 DLP光引擎在這兩方面都不會(huì)因?yàn)椴捎眉す夤庠炊玫教嗟奶岣摺？傮w而言，激光光源對(duì)于LCOS光引擎的意義要遠(yuǎn)大于DLP光引擎。

　　激光光源雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但仍有諸多不足而影響其在微型投影光引擎中的應(yīng)用。

　　1 產(chǎn)業(yè)化

　　對(duì)于紅色激光光源，目前的DVD光驅(qū)中的光源已經(jīng)有了很好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。而藍(lán)光光驅(qū)中的光源的波長(zhǎng)（405nm）與投影顯示所需要的波長(zhǎng)(430-460nm)不同，綠色激光光源沒(méi)有類似的相關(guān)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，還需要通過(guò)紅外激光光源倍頻后獲得，這兩種激光器都需要專門為投影顯示而研發(fā)。

　　對(duì)比LED光源，其在普通照明，汽車照明，LCD顯示等方面都有大量的市場(chǎng)需求，大量資金推動(dòng)LED的亮度效率與成本比迅速提高，顯然其對(duì)于微型投影引擎的量產(chǎn)是更合適的。

　　2 散斑（speckle）

　　散斑現(xiàn)象是由激光光源的相干性造成的，散斑會(huì)在顯示畫(huà)面上呈現(xiàn)明暗細(xì)小顆粒，嚴(yán)重影響畫(huà)面效果。一般通過(guò)一些去相關(guān)的方法來(lái)減弱散斑現(xiàn)象，一方面目前還未看到完全消除散斑的激光為光源的引擎，另一方面去相關(guān)的方法一般都伴隨著光能損失，從而降低了激光光源準(zhǔn)直性和偏振性所帶來(lái)的亮度效率的提高。

　　3 安全性

　　激光光源由于準(zhǔn)直好，能量能夠集中在較小的點(diǎn)上，即使較小的能量也可能造成人眼的損傷。目前微投影所需使用的都是ANSI Z136標(biāo)準(zhǔn)中有可能對(duì)人眼造成傷害的等級(jí)2以上的激光器，是否能夠安全的在微投影引擎中安全使用，需要經(jīng)過(guò)仔細(xì)的失效模式分析以及與政府部門溝通后才能得到結(jié)論，目前還沒(méi)有看到肯定的權(quán)威部門關(guān)于微投影應(yīng)用的結(jié)論

　　總之，激光光源是一種性能良好的光源，其對(duì)于LCOS技術(shù)具有更好的性能提高作用。但由于其在散斑及安全性上的問(wèn)題以及量產(chǎn)并推動(dòng)成本下降的速度較慢，目前尚未看到近期內(nèi)能夠大量進(jìn)入產(chǎn)品化的可能。