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DLP投影技术分析及展望
作者:中达电子视讯研发中心 鱼明杰
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数字电视/智能电视, 机顶盒, 广告播放机...
摘要:介绍了DLP(Digital Light Processing)技术在投影设备中的应用,对其技术的优缺点进行了深入分析,并且对该技术的发展进行了展望。
关键词:DLP DMD MEMS 投影

引言

DLP(数字光处理)这项起初由美国军方赞助开发用于制造武器的技术在上个世纪末被引入了民用投影设备的制造。这项技术的原理并不复杂,难度在于这项技术的核心部件DMD(Digital Micromirror Device 数字微镜)的制造工艺比较复杂,这种基于半导体工艺生产的MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems 微电子机械系统)器件目前只有TI 公司掌握,因此造价较高。但是,用DLP 技术制造投影设备的优势是它较高的光利用率、简洁的光路设计和较佳的成像质量。因此DLP 投影虽比CRT、LCD 投影技术晚进入市场,但却取得了惊人的增长,2004 年基于DLP 的投影机卖出超过200 万台,而且增长势头并未停止。可以预见,DLP 将在投影技术中占据重要地位,并将逐渐主导这个市场,图一是各种技术的背投电视的需求分析。

DLP 投影技术

一种投影技术的成功与否取决于显示面板、光学和驱动电路的设计制造。那么,DLP投影技术是否在这三个方面占据优势亦或是处于劣势呢?

首先,在显示面板方面,可以说DLP 在成本上没有优势,除了DMD 生长的难度限制了它的成品率和集成度,它的封装、保存、运输都需要特殊处理,因此成本之高可以想象。而其他显示技术复杂度相比就低多了,国内的长虹很早就掌握CRT 投影枪的制造,而LCD显示面板的制造对日本、韩国和台湾都不是秘密,虽然LCD 微显示面板比普通TFT 液晶面板生产技术难度大些,但国内厂商掌握此技术指日可待。

那么DMD 面板的性能如何呢?从分辨率来讲,DMD 目前很难做到高分辨率,主流产品的集成度在50 万像素左右,而LCD/LCOS 比较容易做到高分辨率。为了适应高清图像的显示要求,TI 采用了Smooth Picture 技术来提升分辨率。确切的讲,Smooth Picture 没有提升面板的物理分辨率,而是让一幅图像分两次显示,然后通过在光路上设置抖动镜面将两幅画面交错分时迭加到一起如图三所示,好比CRT 成像其实是一个点高速移动的结果。从实际效果来看,使用Smooth Picture 的画质是不错的,而且大大降低了生产成本,因此从HD3以后的面板全部使用了这项技术,而这些面板的物理分辨率都是标称的一半,但是你不能说这是作假,因为你不能说CRT 的分辨率是1。


图三 Smooth Picture 通过把图像分时交错迭加使分辨率加倍

从光的调制方法来看,DMD 是一种被动反射式光强调制,靠像素镜面对光反射的角度不同来产生亮暗的区别,再由控制亮暗的时间长短来产生不同的灰度级别。这种调制方法相对透射式面板可以产生较高的对比度和光的利用率,加之数字微镜的反应时间较快,每秒可以转动上千次,运动图像不会出现拖影,所以DMD 的成像质量是较高的。从性价比的角度,DLP 技术与LCD 相当而高于其他技术。

其次,在光学设计上,DLP 是最简洁的。绝大部分的DLP 投影机都采用单面板成像设计如图四所示,这种采用时间混色原理的设计应该说不是什么值得夸耀的技术,因为采用色轮(Color Wheel)顺序产生红绿蓝三基色经面板调制后再高速混叠成像极大浪费了光能,它的光效率理论值只有三分之一,这一点不如飞利浦LCOS 三棱镜光机设计,也不如普遍采用三面板LCD 投影机的分光合光设计。但是它的好处是设计简单,仅使用一块面板成本低,而且可以把体积设计得很小。从性能上分析,色轮方式的光学设计除了光利用率低外,还会产生闪烁、高速运动物体边缘色散等问题。不过TI 将采用多基色显示和提高视频刷新率等技术减少上述问题,加之单面板成像不存在汇聚问题,因此DLP 投影机的光机性价比具有很大优势。


图四 采用Color Wheel 的单DMD 面板DLP 投影机

最后,分析一下DLP 投影的驱动技术。由于面板和成像过程的复杂,DLP 驱动技术也相应变得复杂,除了DMD 驱动需要模拟和数字两种不同驱动芯片完成外,色轮的控制和同步、Smooth Picture 的控制、RAMBUS 或Reduced latency DRAM 高速帧缓存、面板与电路板连接等都需要较复杂的硬件设计,有些甚至要软件编程控制,这无疑给投影仪生产厂商增加了成本和难度。相比之下,其他类型投影仪的驱动较为简单,生产组装调试难度小。不过驱动部分占系统总成本的比例很低,因此DLP 的驱动很大程度上是对生产商的技术实力提出了更高要求。


图五 DLP 投影驱动板原理框图

结语

通过对DLP 投影技术的分析,我们得到的结论是DLP 在性能上是目前最好的投影技术,但是由于技术较为复杂,其成本始终是困扰其发展的主要问题。可以预见,DLP 投影将向两个方向发展,一是采用新技术继续降低成本,比如改变DMD 芯片目前的黄金外壳封装工艺、采用类似Smooth Picture 技术等,使之可以与其他投影技术甚至PDP 等大屏幕显示技术竞争;另一方面DLP 将更多地进入非价格敏感性的投影设备中,比如数字影院,气象、救灾指挥等需要超大屏幕显示的领域,在这些领域中更能发挥DLP 投影技术高品质显示的特点。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (7/27/2005)
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佳工网友 于9/8/2005 7:25:00 PM评论说:
大屏幕显示是一个巨大市场,不能被小日本独占。支持美国的DLP,希望国人也能掌握一种数字显示技术!
佳工网友 于7/28/2005 4:35:00 PM评论说:
为什么要搞的这么复杂,为什么不选用一套系统来运行!


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