3LCD投影技术的工作原理与深层剖析

2005年初，全球最知名的五大消费及商用电子产品生产商--富士通、日立、松下、三洋和索尼---宣布与爱普生联手向消费者和视频显示器专业用户宣传三片液晶投影(3LCD)技术的显著优势。同时，3LCD集团(The 3LCD Group)也在2005年国际消费电子展(CES)上揭开面纱。未来几年内，3LCD技术将不断进步，3LCD产品供给量也将持续增加，3LCD集团将通过各种宣传活动、产品演示和行业信息更新等方式向消费者和专业人员宣传3LCD技术的优势。此外，3LCD集团还将介绍3LCD技术区别于市场中其他显示系统的独有特性。全球领先的投影机生产商富士通、日立、松下、三洋和索尼与爱普生联手向市场宣传三片液晶投影(3LCD)技术的优势。较之单片液晶技术，三片液晶投影(3LCD)技术可以实现明亮、自然的画面， 锐利的细节表现和无色彩分离现象的丰富色彩。

明亮的图像

3LCD方式是将灯泡发出的光分解成R(红)、G(绿)、B(蓝)三种颜色(光的三原色)的光，并使其分别透过各自的液晶板(HTPS方式)赋予形状和动作。由于经常投射这三种原色，因此可以有效地使用光，显现出明亮清晰的图像。 能够实现高光透率，明亮的和色彩还原逼真的投影机。

自然的图像

3LCD方式是对光的三原色用R(红)、G(绿)、B(蓝)各自的液晶显示板进行控制后再加以合成颜色、可是每一点的颜色如实地再现其原色。 LCD还可以表现出微细的层次，并自然地再现图像中的颜色变化部分特别是黑暗部分。

柔和的图像

由于使用三个LCD显示颜色，因此能再现不伤眼睛的图像。 3LCD方式不会出现被称为“色分解”的彩虹似的花纹，可令人安心地长时间欣赏图像。

投影机的方式

外观大体相同的投影机因所使用的显示元件的不同，内部的光学系统各异，有着不同的种类。现在市场上推出的投影机大致可以分为以下3种方式。

 3LCD方式

从光源发出的入射光线被只投射特定波长光线的特殊虑镜分离为红色、绿色和蓝色。分离后的三原色分别由一个TFT(LCD)广阀进行调节，经一个棱镜进行重新合成后被投射到显示屏上。这种3LCD系统使光调节范围更广，从而具有广泛的实际应用。

DLPTM*1方式

显示元件采用DMDTM*2(Digital Micromirror Device)。DMD是一种由数十万～百数十万个微米级的微小型反射镜组成的半导体，每一个反射镜对应一个像素，通过反射来自光源的光线来投影图像。有单片、3片式。DMDTM在结构上是在半导体基板上铺满反射镜、通过ON/OFF来使这些反射镜倾斜。DLPTM是指使用了DMDTM的光学系统的总称，使色轮旋转显示出与某个瞬间的色彩一致的画像，能通过每秒进行数千次的旋转来显示全彩色。

LCOS方式

显示元件采用LCOS(Liquid Crystal On Silicon)。LCOS是一种反射型的液晶显示面板，特点是开口率高。配线部分和开关元件设在反射层的下面，因此不需要黑色矩阵部分，能够实现无缝连接的图像显示。有单片式、3片式。

3LCD投影机的结构

超高压水银灯

光源灯有许多种类，从照明效率、寿命等方面考虑，目前投影机普遍采用超高压水银灯作为光源。 由于其工作压力设定在200大气压以上，光源尺寸向直径方向收缩，在实用的光源灯电压下可以实现短弧光化，因此接近于点光源，便于光学系统的设计。 同时，在其分光中采用增大连续发光成分的方式，能够改善演色效果。这些特性是所有投影机用光源所追求的特性。

积分透镜

这种技术能够通过使光线投射过第一组镜头阵列和第二组镜头阵列从而在整个投影屏上投射出均匀的亮度。

偏光转换元件

从光源灯发出的光中有各个方向的波，HTPS技术只让纵波通过，因而能够将光的横波变为纵波，使尽量多的光线通过HTPS。采用该技术后，亮度提高了约1.5倍。

分光镜(色彩分离)

3LCD系统中使用了两个分光镜(如下图所示)以便将灯泡发出的光分离为红色、绿色和蓝色。这两个分光镜的玻璃基片上涂有一层薄膜，这层薄膜只反射特定波长的光线。

分色棱镜(色彩合成)

分色棱镜是一种将光线分离红色、绿色和蓝色的棱镜，其使用来自液晶板LCD面板的对应色彩形成图像，然后再对它们进行重新组合。色彩和图像通过反射红色和蓝色，以及投射绿色光实现组合。棱镜由四个三角柱构成的长方体组成。三角柱在加工和粘合时需要极高的精确度，以便避免因离散性分色表面偏位而产生的暗线和重影。

液晶面板

液晶面板的种类

液晶面板有很多种类，性能各异。应根据用途选择最佳的产品。

什么是HTPS?

HTPS(高温多晶硅)装置是一个主动阵列投射式液晶板，这种液晶板在投影机中被用作广阀。这种液晶板的性能优于其他系统中采用的液晶板，它能使投影机的结构更加小巧紧凑，分辨率更高，对比度更高，而且能够加载内置驱动器。

HTPS的特点

HTPS(高温多晶硅)装置的各个象素均包括一个由多晶硅构成的薄膜晶体管(TFT)。这些像素晶体管通过改变扫描线的电压发挥着传导开关的作用。薄膜晶体管的制造方式与半导体相同，由于开口率高，它能够轻松实现小型化，并通过高温处理将驱动器嵌入基层，从而获得了极高的可靠性。

HTPS的构造

TFT(薄膜晶体管)基层是通过采用先进的图层技术在硅板上形成的一个非常薄的材料层，这个材料层被设计成必要的式样(如下图所示)。这种技术被称作照相平板印刷技术(Photo-lithography)，这种技术通过材料层的重叠形成薄膜晶体管元件和驱动电路。

防尘玻璃

TFT(薄膜晶体管)面板上覆盖着玻璃片，以防止TFT面板受损和吸附灰尘。在防尘玻璃片上无法看到灰尘，因为在投影时，灰尘处于聚焦范围之外。

微透镜阵列(MLA)

LCD(HTPS)中有光线通过部分(开口部)和光线不通过部分(如配线部分等)，该技术能够将光线集中到开口部，使尽量多的光线通过屏面。在光线射入侧的基板上，满满地排列着大小与一个像素面积大致相同的透镜。使用这种技术后，开口部特别小的屏面能够提高多达1.5倍～1.6倍的亮度。

开口率

开口率是指除去每一个像素的配线部、晶体管部(通常采用黑色矩阵隐藏)后的光线通过部分的面积和每一个像素整体的面积之间的比例。 开口率越高，光线通过的效率越高。HTPS采用先进的细微加工技术，通过配线、元件部的最优化设计和缩小BM部的面积来提高开口率，使投影机的高亮度化变得更容易。 例如：以0.7英寸型的XGA(1024×768像素)产品为例进行比较，采用更加先进的细微加工技术后，实现了开口率比传统细微加工技术的基板提高10%以上。

3LCD集团由业界领先的显示器生产商组成，致力于向消费者和视频成像专业人士宣传3LCD技术的优势和特点。集团成员将在其产品和宣传材料中使用由爱普生公司授权的3LCD标识。目前采用3LCD的生产商已经有AVIO、爱普生、富士通、日立、康佳、三洋、创维、索尼、优派等等。