投影机与等离子显示器的技术分析

    无论在学校还是公司，现代化的图像输出设备随处可见，其中就包括投影机和等离子显示器这些离我们很远也很近的产品。投影机和等离子显示器具有什么特点，是利用什么原理如何工作的，是本文我们要为大家解答的问题。

一、投影机
    投影机可以分为CRT、LCD、DLP三大类，其中占绝对主流地位的是LCD投影机，也就是大家常说的液晶投影机；DLP与CRT投影机也占有一定份额，但目前CRT投影机已濒临淘汰，所见不多了。

CRT三枪投影机
    CRT是英文Cathode Ray Tube的缩写，译作阴极射线管。作为成像器件，它是实现最早、应用最为广泛的一种显示技术。这种投影机可把输入信号源分解到R（红）、G（绿）、B（蓝）三个CRT管的荧光屏上，荧光粉在高压作用下发光，经过光学系统放大和会聚，在大屏幕上显示出彩色图像。光学系统与CRT管组成投影管，通常所说的三枪投影机就是由3个投影管组成的投影机，由于使用内光源，也叫主动式投影方式。CRT技术成熟，显示的图像色彩丰富，还原性好，具有丰富的几何失真调整能力；但其重要技术指标图像分辨率与亮度相互制约，直接影响CRT投影机的亮度值，到目前为止，其亮度值始终徘徊在300流明以下。另外CRT投影机操作复杂，特别是会聚调整繁琐，机身体积大，只适合安装在环境光较弱、而且相对固定的场所，移动性也不好。
    对于CRT投影机而言，有两个重要的性能指标：会聚性能和聚焦性能。会聚是指红绿蓝三种颜色在屏幕上的重合效果，因为CRT投影机有RGB三种CRT管发出的光，要想做到相同的像素完全会聚到一点，就必须校正图像的各种失真。机器位置变化后，会聚也要重新调整，因此对会聚的要求，一是全功能，二是方便快捷。会聚有静态会聚和动态会聚，其中动态会聚有倾斜，弓形，幅度，线性，梯形，枕形等功能，每一种功能均可在水平和垂直两个方向上进行调整。而聚焦性能决定了最小像素的大小，像素越小，可达到的分辨率也就越高。

LCD液晶投影机
     LCD（Liquid Crystal Display）液晶投影机，可以分成液晶板投影机和液晶光阀投影机，前者是目前投影机市场上的主要产品。液晶是介于液体和固体之间的物质，本身不发光，工作性质受温度影响很大，其工作温度为-55℃～+77℃。投影机利用液晶的光电效应，即液晶分子的排列在电场作用下发生变化，影响其液晶单元的透光率或反射率，从而影响它的光学性质，产生具有不同灰度层次及颜色的图像。由于LCD投影机色彩还原较好、分辨率可达SXGA标准，体积小，重量轻，携带起来也非常方便，是投影机市场上的主流产品。按照液晶板的片数，LCD投影机分为三片机和单片机，而单板投影机的机型现在已经很少，我们看到最多的还是三片机。通过示意图（图1）可以看到液晶投影机主要由三大部分组成：液晶体、光路系统、电路系统。电路系统根据图像源（例如计算机）的图像信号，经过映射计算，产生控制液晶体的信号，精确地控制液晶体的动作。在投影仪中有3块液晶板，其中分布着液晶体。液晶体是介于液体和固体之间的物质，本身不发光，它们象荧光屏上的像素一样整齐的排列着。投影机利用液晶的光电效应，即液晶分子的排列以及液晶分子本身的状态在电场作用下发生变化，影响其液晶单元的透光率或反射率。投影机利用这个原理可以达到利用电信号准确控制通过液晶单元的光线的目的。 液晶投影机中的光源是金属卤素灯或UHP（冷光源），发出明亮的白光， 经过光路系统中的分光镜，将白光分解为RGB（红色、绿色、蓝色）三种元素颜色的光线，RGB三种元素颜色的光线在精确的位置上穿过液晶体，这时候每一个液晶体的作用类似于光阀门，控制每一个液晶体中光线的通过与否以及通过光线的多少。三种元素颜色的光线就这样，经过投影仪的镜头准确投射到屏幕上，哪一点该是什么颜色、光的强度有多少，都分布的正正好好。就这样，在屏幕上投影组成了与源图像一致的色彩斑斓的图像。普通的LCD投影机具有色彩好、价格优势和亮度均匀性好等多方面优势，因此目前正在以万元甚至低于万元的价格逐渐普及到家庭和小型商用场所之中。
    此外还有液晶光阀投影机代表了液晶投影机的高端产品，它采用CRT管和液晶光阀作为成像器件，是CRT投影机与液晶与光阀相结合的产物。具有非常高的亮度和分辨率，适用于环境光较强，投影屏幕很大的场合，如超大规模的指挥中心、会议中心或娱乐场所等。

数字投影机
    DLP是英文Digital Light Porsessor 的缩写，译作数字光处理器。DLP以DMD（Digital Micormirror Device）数字微反射器作为光阀成像器件。一个DLP电脑板由模数解码器、内存芯片、一个影象处理器及几个数字信号处理器(DSP)组成，所有文字图象就是经过这块板产生一个数字信号，经过处理，数字信号转到DLP系统的心脏--DMD。而光束通过一高速旋转的三色透镜后，被投射在DMD上，然后通过光学透镜投射在大屏幕上完成图像投影。一片DMD是由许多个微小的正方形反射镜片（简称微镜）按行列紧密排列在一起贴在一块硅晶片的电子节点上形成的，每一个微镜都对应着生成图像的一个像素。因此，DMD装置的微镜数目决定了一台DLP投影机的物理分辨率，例如一台投影机的分辨率为600X800，所指的就是DMD装置上的微镜数目就有600x800=480000个。在DMD装置中每个微镜，都对应着一个存储器，该存储器可以控制微镜在±10度角两个位置上切换转动。而且DMD块上每一个像素的面积为16μm×16，间隔为1μm。根据所用DMD的片数，DLP投影机可分为：单片机、两片机、三片机。DMD数字信号的红，绿，蓝顺序旋转，小镜子根据像素的位置及色彩的多少被打开或关闭，此时DLP可以看作是只有一个光源和一组投影镜头组成的简单光路系统，镜头放大了DMD的反射影像并直接投射在屏幕上，这样一幅生动、明亮的演示效果就展现在我们面前了。
 
DLP投影机特点：
    1．结构紧凑：与三板LCD投影机相比，单板式DLP光学结构简单，原件体积小，重量轻，最适合投影机瘦身。
    2．光效率高：由于原理限制，透射式LCD光利用率不高，再加上像素边界和电路部分对光线的遮挡，总透光率还不到10%。而DLP采用反射技术，而且反射镜之间的间隙比较小，光利用率可以达到20%-30%。所以为达到同样的亮度，DLP投影机需要的光源功率更低，省电而且更可以简化散热系统进一步降低体积、重量和噪音。
    3．高对比度：DLP技术对比度可以达到800:1-1600:1（全黑全白方式测得），画面反差好，立体感强。而LCD受液晶材料性能的限制，对比度要逊色一些，只有400:1-800:1。
    4．寿命长，画质稳定性好：反射技术使得DMD芯片吸收能量相对较少，而且由于采用半导体器件，耐高温性能好，长期使用后画面也不会出现明显的劣化。而LCD面板中的液晶分子长期受热被分解破坏，导致图像质量严重下降。另外，LCD面板必须由流动空气降温，容易积累灰尘，不仅会影响图像质量，还会造成热量集中，进一步降低寿命。由于耐温性好，DLP可以采用相对密闭的光机结构，避免灰尘沉积引起图像质量下降。
    5．没有汇聚问题：LCD投影机大多为三板式结构，如果三色光路没有非常精确地叠加在一起，就会出现三色对齐不准——汇聚失真，和CRT显示器有些类似。常见的DLP投影机采用单板结构，利用旋转色轮产生色彩，不存在叠加不准的问题，没有汇聚失真。
    6．响应速度快：DLP画面切换的响应时间只有几毫秒，画面中高速运动的物体也能保持清晰锐利。而LCD由于响应时间在十几至几十毫秒，这种切换延迟会造成画面模糊。
     虽然目前DLP投影机所占的市场分额还不及主力LCD投影机，但作为新型的投影机产品，在技术和应用市场方面，与LCD投影技术相比，DLP投影的最大优势在于有高解析度与高亮度等优点，图像更加清晰锐利，黑色和白色更纯正，灰度层次更加丰富，更具有体积小和重量轻的优势。其应用正逐渐朝向大型投影机及电影放映机（Digital Cinema）等高端机种以及2kg以下超小型化机型方面，向着两极化方向发展，特别是在大型会场投影放映中，目前仍是以DLP投影机一枝独秀，因此DLP已成为未来投影机发展的一个重要方向，应用领域与市场前景都是相当被看好的。

二、等离子显示器

    等离子显示器（Plasma Display Panel，简写PDP）是采用了近几年来高速发展的等离子平面屏幕技术新一代显示设备。等离子电视是用等离子显示技术制造的电视产品，这种电视的主要特点是图像真正清晰逼真，在室外及普通居室光线下均可视，可提供在任何环境下的大屏视角；并且屏幕非常轻薄，厚度仅有厘米级，便于安装，可以说是彩色电中真正的高端产品。随着多媒体及高清晰度电视（HDTV）的出现，显示技术得到了空前的发展。在众多的显示方法中，等离子体显示器PDP以其卓越的性能受到了广泛的关注。PDP具有视角宽、寿命长、刷新速度快、光效及亮度高、易制作大屏幕、工作温度范围宽等很多优良特性。彩色PDP采用的数字灰度技术可使图像灰度超过256级，能满足显示16位或24位真彩色的要求。

620)this.width=620" border=1>

62英寸等离子显示器

    等离子显示器是一种利用气体放电原理显示的输出设备，这种屏幕采用了等离子管作为发光元件。大量的等离子管排列在一起构成屏幕，每个等离子对应的每个小室内部充有氖氙气体。在等离子管电极间加上高压后，封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气体会产生紫外光，从而激励平板显示器上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。每个离子管作为一个像素，由这些像素的明暗和颜色变化组合，产生各种灰度和色彩的图像，与显示像管发光相似。等离子体技术同其它显示方式相比，在结构和原理方面存在根本的区别。它的工作机理类似普通日光灯，等离子显示器的三层结构如图所示: 一般由三层玻璃板组成。在第一层的里面涂有导电材料的垂直，中间层是灯泡阵列，第三层表面涂有导电材料的水平条。要点亮某个地址的灯泡，开始要在相应行上加较高的电压，等该灯泡点亮后，可用低电压维持氖气灯泡的亮度。关掉某个灯泡，只要将相应的电压降低。灯泡开关的周期时间是15ms，通过改变控制电压，可以使等离子板显示不同灰度的图形。总之，等离子屏幕的彩色图像由各个独立的荧光粉像素发光综合而成，因此图像鲜艳、明亮、干净而清晰。

620)this.width=620" border=1>

NEC 61XM1大屏等离子显示器

PDP等离子体的优缺点
    等离子显示技术比传统的显像管和LCD液晶显示屏，具有更高的技术优势。主要表现在以下几个方面：
    1.与直视型显像管彩电相比，PDP显示器的体积更小、重量更轻，而且无X射线辐射。另外，由于PDP各个发光单元的结构完全相同，因此不会出现显像管常见的图像几何畸变。PDP屏幕亮度非常均匀——没有亮区和暗区，不像显像管的亮度——屏幕中心比四周亮度要高一些，而且，PDP不会受磁场的影响，具有更好的环境适应能力。PDP屏幕也不存在聚焦的问题，因此，完全消除了显像管某些区域聚焦不良或年月已久开始散焦的顽症，不会产生显象管的色彩漂移现象，而表面平直也使大屏幕边角处的失真和色纯度变化得到彻底改善。

WEGA液晶背投电视

    2.与LCD液晶显示屏相比，PDP显示有亮度高、色彩还原性好、灰度丰富、对迅速变化的画面响应速度快等优点。由于屏幕亮度高达150Lux，因此可以在明亮的环境下，让人心情愉快地欣赏大画面的视讯节目。另外，PDP视野开阔，能提供格外亮丽、均匀平滑的画面和前所未有更大观赏角度。PDP的视角高达160度，普通电视机在大于160度的地方观看时画面已严重失真，至于视角只有40度左右的液晶显示屏则更加望尘莫及。此外，PDP平而薄的外型使其优势更加明显，特别适合公共信息显示、壁挂式大屏幕电视和自动监视系统。

620)this.width=620" border=1>

背投电视

    3.由于PDP显示器很容易与大规模集成电路联合“行动”、匹配“作战”，所以它能以轻装上阵。体内零部件任凭拆卸，工艺方便易行，结构更加简单，很适合现代化大批量生产。同时也因此能够大幅度减少机子的体积和重量，效果十分理想。

背投电视2

    当然，由于PDP等离子显示屏的结构特殊也带来一些缺憾：比如由于等离子显示是平面设计，面且显示屏上的玻璃极薄，所以它的表面不能承受太大或太小的大气压力，更不能承受意外的重压；PDP显示屏的每一颗像素都是独立地自行发光，相比于显象管电视机使用一支电子枪而言，耗电量自然大增。一般大屏幕等离子显示器的耗电量都高于二三百瓦，是未来家电中不折不扣的耗电大户。由于发热量大，所以PDP显示器背板上装有多组风扇用于散热。另外，PDP相对于前投影、背投影和普通电视而言，价格也偏高一些。

620)this.width=620" border=1>

单片、三片LCD与DLP的影像比较

    就PDP发展而言，目前PDP显示屏幕（以电视为主）正处在飞速发展的阶段，很多商用场所和有消费能力的家庭都是PDP的消费主力，而随着国内厂商越来越多的加入到PDP的行列中去，相信不久PDP的价格将会更加又诱惑力，当PDP的整体价格降到了2万元左右水平的时候将是PDP真正步入主流的时代了。不过功耗相对较大这是问题还是PDP依然面临的一个技术问题，至于PDP何去何从还要看市场的选择了。

620)this.width=620" border=1>