投影機(jī)與等離子顯示器的技術(shù)分析

    無論在學(xué)校還是公司，現(xiàn)代化的圖像輸出設(shè)備隨處可見，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，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題。

一、投影機(jī)
    投影機(jī)可以分為CRT、LCD、DLP三大類，其中占絕對主流地位的是LCD投影機(jī)，也就是大家常說的液晶投影機(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，所見不多了。

CRT三槍投影機(jī)
    CRT是英文Cathode Ray Tube的縮寫，譯作陰極射線管。作為成像器件，它是實現(xiàn)最早、應(yīng)用最為廣泛的一種顯示技術(shù)。這種投影機(jī)可把輸入信號源分解到R（紅）、G（綠）、B（藍(lán)）三個CRT管的熒光屏上，熒光粉在高壓作用下發(fā)光，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)放大和會聚，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，通常所說的三槍投影機(jī)就是由3個投影管組成的投影機(jī)，由于使用內(nèi)光源，也叫主動式投影方式。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、而且相對固定的場所，移動性也不好。
    對于CRT投影機(jī)而言，有兩個重要的性能指標(biāo)：會聚性能和聚焦性能。會聚是指紅綠藍(lán)三種顏色在屏幕上的重合效果，因為CRT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聚到一點，就必須校正圖像的各種失真。機(jī)器位置變化后，會聚也要重新調(diào)整，因此對會聚的要求，一是全功能，二是方便快捷。會聚有靜態(tài)會聚和動態(tài)會聚，其中動態(tài)會聚有傾斜，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，攜帶起來也非常方便，是投影機(jī)市場上的主流產(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（例如計算機(jī)）的圖像信號，經(jīng)過映射計算，產(chǎn)生控制液晶體的信號，精確地控制液晶體的動作。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)利用這個原理可以達(dá)到利用電信號準(zhǔn)確控制通過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液晶體，這時候每一個液晶體的作用類似于光閥門，控制每一個液晶體中光線的通過與否以及通過光線的多少。三種元素顏色的光線就這樣，經(jīng)過投影儀的鏡頭準(zhǔn)確投射到屏幕上，哪一點該是什么顏色、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、價格優(yōu)勢和亮度均勻性好等多方面優(yōu)勢，因此目前正在以萬元甚至低于萬元的價格逐漸普及到家庭和小型商用場所之中。
    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)，投影屏幕很大的場合，如超大規(guī)模的指揮中心、會議中心或娛樂場所等。

數(shù)字投影機(jī)
    DLP是英文Digital Light Porsessor 的縮寫，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DLP電腦板由模數(shù)解碼器、內(nèi)存芯片、一個影象處理器及幾個數(shù)字信號處理器(DSP)組成，所有文字圖象就是經(jīng)過這塊板產(chǎn)生一個數(shù)字信號，經(jīng)過處理，數(shù)字信號轉(zhuǎn)到DLP系統(tǒng)的心臟--DMD。而光束通過一高速旋轉(zhuǎn)的三色透鏡后，被投射在DMD上，然后通過光學(xué)透鏡投射在大屏幕上完成圖像投影。一片DMD是由許多個微小的正方形反射鏡片（簡稱微鏡）按行列緊密排列在一起貼在一塊硅晶片的電子節(jié)點上形成的，每一個微鏡都對應(yīng)著生成圖像的一個像素。因此，DMD裝置的微鏡數(shù)目決定了一臺DLP投影機(jī)的物理分辨率，例如一臺投影機(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。在DMD裝置中每個微鏡，都對應(yīng)著一個存儲器，該存儲器可以控制微鏡在±10度角兩個位置上切換轉(zhuǎn)動。而且DMD塊上每一個像素的面積為16μm×16，間隔為1μm。根據(jù)所用DMD的片數(shù)，DLP投影機(jī)可分為：單片機(jī)、兩片機(jī)、三片機(jī)。DMD數(shù)字信號的紅，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或關(guān)閉，此時DLP可以看作是只有一個光源和一組投影鏡頭組成的簡單光路系統(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、明亮的演示效果就展現(xiàn)在我們面前了。
 
DLP投影機(jī)特點：
    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，省電而且更可以簡化散熱系統(tǒng)進(jìn)一步降低體積、重量和噪音。
    3．高對比度：DLP技術(shù)對比度可以達(dá)到800:1-1600:1（全黑全白方式測得），畫面反差好，立體感強(qiáng)。而LCD受液晶材料性能的限制，對比度要遜色一些，只有400:1-800:1。
    4．壽命長，畫質(zhì)穩(wěn)定性好：反射技術(shù)使得DMD芯片吸收能量相對較少，而且由于采用半導(dǎo)體器件，耐高溫性能好，長期使用后畫面也不會出現(xiàn)明顯的劣化。而LCD面板中的液晶分子長期受熱被分解破壞，導(dǎo)致圖像質(zhì)量嚴(yán)重下降。另外，LCD面板必須由流動空氣降溫，容易積累灰塵，不僅會影響圖像質(zhì)量，還會造成熱量集中，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．沒有匯聚問題：LCD投影機(jī)大多為三板式結(jié)構(gòu)，如果三色光路沒有非常精確地疊加在一起，就會出現(xiàn)三色對齊不準(zhǔn)——匯聚失真，和CRT顯示器有些類似。常見的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)的問題，沒有匯聚失真。
    6．響應(yīng)速度快：DLP畫面切換的響應(yīng)時間只有幾毫秒，畫面中高速運動的物體也能保持清晰銳利。而LCD由于響應(yīng)時間在十幾至幾十毫秒，這種切換延遲會造成畫面模糊。
     雖然目前DLP投影機(jī)所占的市場分額還不及主力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)用市場方面，與LCD投影技術(shù)相比，DLP投影的最大優(yōu)勢在于有高解析度與高亮度等優(yōu)點，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。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，特別是在大型會場投影放映中，目前仍是以DLP投影機(jī)一枝獨秀，因此DLP已成為未來投影機(jī)發(fā)展的一個重要方向，應(yīng)用領(lǐng)域與市場前景都是相當(dāng)被看好的。

二、等離子顯示器

    等離子顯示器（Plasma Display Panel，簡寫PDP）是采用了近幾年來高速發(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，便于安裝，可以說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、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256級，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，每個等離子對應(yīng)的每個小室內(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產(chǎn)生紫外光，從而激勵平板顯示器上的紅綠藍(lán)三基色熒光粉發(fā)出可見光。每個離子管作為一個像素，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。要點亮某個地址的燈泡，開始要在相應(yīng)行上加較高的電壓，等該燈泡點亮后，可用低電壓維持氖氣燈泡的亮度。關(guān)掉某個燈泡，只要將相應(yīng)的電壓降低。燈泡開關(guān)的周期時間是15ms，通過改變控制電壓，可以使等離子板顯示不同灰度的圖形。總之，等離子屏幕的彩色圖像由各個獨立的熒光粉像素發(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
    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。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
    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X射線輻射。另外，由于PDP各個發(fā)光單元的結(jié)構(gòu)完全相同，因此不會出現(xiàn)顯像管常見的圖像幾何畸變。PDP屏幕亮度非常均勻——沒有亮區(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不會受磁場的影響，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始散焦的頑癥，不會產(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、對迅速變化的畫面響應(yīng)速度快等優(yōu)點。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面的視訊節(jié)目。另外，PDP視野開闊，能提供格外亮麗、均勻平滑的畫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度的地方觀看時畫面已嚴(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”、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)更加簡單，很適合現(xiàn)代化大批量生產(chǎn)。同時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)特殊也帶來一些缺憾：比如由于等離子顯示是平面設(shè)計，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相對于前投影、背投影和普通電視而言，價格也偏高一些。

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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，很多商用場所和有消費能力的家庭都是PDP的消費主力，而隨著國內(nèi)廠商越來越多的加入到PDP的行列中去，相信不久PDP的價格將會更加又誘惑力，當(dāng)PDP的整體價格降到了2萬元左右水平的時候?qū)⑹荘DP真正步入主流的時代了。不過功耗相對較大這是問題還是PDP依然面臨的一個技術(shù)問題，至于PDP何去何從還要看市場的選擇了。

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