明明白白告诉你，什么是LCD投影机技术

LCD投影技术的发展历史

    液晶（LCD）投影技术是目前主流的数字投影机显示技术之一。投影成像技术以其不能替代的大画面优势，成为了电影放映、家庭影院应用、商务会议、教育教学、大型指挥控制和监视显示系统的最佳技术选择，在国民生活的各个方面发挥着巨大的作用。作为最主流现代数字投影最主流技术之一的LCD投影产品更是深受广大用户的欢迎。

    说到LCD投影技术，就必定要说到爱普生，其是掌握全球微显示数字投影机液晶面板产能的主要厂商之一，而且也是唯一向其他终端产品企业提供液晶投影机芯片、光机和整体解决方案的厂商（液晶投影技术的另一核心厂商索尼目前不出售芯片面板和相应技术）。

    作为液晶投影机核心的液晶芯片是整个投影系统的心脏。爱普生在液晶投影机的发展历史中最重要的贡献之一就是研制成功了世界上第一块LCD投影板芯片，并于1989年制造出世界上第一台LCD投影机VJP-2000，由此开创了LCD投影机的新时代。

    1989年爱普生推出的第一款LCD投影机不叫液晶投影机，而是叫做Video-Projection(视频投影机)，起这个名字的意图在于想告诉消费者这款产品的具体用途。爱普生第一台液晶投影机的出台，不仅开创了液晶投影机的新时代，也奠定了爱普生在投影机行业的全球领先地位。此后，另一家显示巨头，索尼也开发出了相似的产品。索尼和爱普生不仅仅是液晶投影机产业的推动者，同时也是现代数字投影机技术的最早推动者。

    液晶投影机诞生之时面对的主要竞争者是传统的CRT阴极射线管投影机。这种产品虽然拥有很好的色彩还原能力，但是在分辨率指标、亮度指标和可视角度指标上均面临着很大的技术瓶颈。另一方面，阴极射线管投影机的安装、调试也极其麻烦，这给市场应用带来了诸多挑战。虽然在液晶投影技术诞生的初期，CRT投影机所面临的问题也成为了LCD技术需要突破的方向，但是在以后的日子里，LCD投影机技术的突飞猛进，令CRT技术不得不告别历史舞台。

    从1995年开始，投影机液晶板尺寸在不断减小，从最开始的1.3英寸慢慢降到了现在的0.5英寸。2002年10月，精工爱普生LCD-HTP已达成第一个千万出货里程碑。2003年和2004年，精工爱普生发布了D4和D5两代液晶面板技术。2005年4月，精工爱普生开始供货使用喷墨技术形成配向膜的TN液晶面板。液晶投影机核心面板技术进入空前的“完美”阶段。

    在整机上，自VJP-2000问世以来，多款经典机型成为了液晶投影机史册上的里程碑： 1996年EMP-300将投影机的重量降到了8公斤以下。2006年，EMP-1710/1715，其重量仅1.6公斤。十年的时间产品重量缩减了80%。

    经由技术和产品的不断进步，液晶投影在全球数字投影机技术中的领头羊位置也保持到了今天。和后起之秀DLP和LCOS技术先比，LCD的市场份额高达55%以上。中国市场，自上世纪90年代中期引入数字投影产品以来，行业规模不断发展。08年全年销量达到57万台，其中超过30万台采用了LCD显示技术。

液晶投影技术的分类

    在液晶投影机的技术演进过程中，其技术种类也出现过分化。除了现在占据绝对主流的三片式高温多晶硅液晶板（HTPS）技术外，还出现过单片式的技术、液晶光阀投影机等。本文介绍的重点产品是目前占据市场绝大部分份额的三片式HTPS技术产品。在介绍这种产品前，我们先向读者介绍一下单片式技术和液晶光阀投影机技术。

    自１９９９年以来，基于比较成熟、简洁的技术模式以及大量易购的通用部件，国内掀起一股液晶投影ＤＩＹ热潮，经过几年的磨炼，由ＤＩＹ热潮所催生的一批厂商逐渐走向成熟。目前，这类以早期DIY技术为主导的单片式液晶投影机成为了部分低端KTV行业的“标准配置”。其产品主要特点是价格低廉、灯泡寿命长等。

单片液晶投影机的工作原理如图：

    单片式液晶投影机以普通的小屏幕液晶显示器用面板为显示核心芯片，配以必要的其他设备组成完整的工作光路，通过镜头系统提供大尺寸的现实画面，为用户展示具有震撼力的影像效果。在光路上，这种产品受制于芯片面积过大的影响体积难以缩小，光路的总光效利用率也很低，内部的光学、机械部件的工艺结构精确在０．１ｍｍ。主要光学部件的选择时，比如投影灯泡、反光碗、反光镜、投影镜头、聚焦镜、菲涅尔镜等，拥有着成熟的产业链，能够提供良好的产品体验。

    从本质上讲，目前国产单片液晶投影机是在特定技术、市场背景下的过渡产品。目前，国产自主开发的这类液晶投影机的技术指标基本在：８００×６００×３（１５０万像素）；2０００ＡＮＳＩ流明；２００∶１对比度以下。这类产品不能满足市场主流应用的需求，其市场主要集中在中小城市低端KTV等娱乐行业应用。

    液晶光阀投影机是一种历史上出现的技术形态。它本质上是利用液晶的光学开关作用改进CRT投影机的成像效果的产物。

    液晶光阀投影机采用CRT管和液晶光阀作为成像器件。是为了CRT投影机解决图像分辨率与亮度间的矛盾而生的产品。一般的光阀主要由三部分组成：光电转换器、镜子、光调制器，它是一种可控开关。通过CRT输出的光信号照射到光电转换器上，将光信号转换为持续变化的电信号；外光源产生一束强光，投射到液晶光阀上，由内部的镜子反射，通过光调制器，偏振滤光片的处理令光阀投射光线与CRT信号相复合，投射到屏幕上形成画面。

    液晶光阀投影机亮度可达6000ANSI流明，分辨率为2500×2000以上，适用于环境光较强，观众较多的场合。但其价格高，体积大严重阻碍了其市场发展。随着三片式液晶投影机的诞生，高分辨率和高亮度问题逐渐得到完美解决，目前液晶光阀投影机产品已经很少见。

3LCD投影技术的成像原理

    3LCD投影技术和液晶投影机的主流技术。其市场份额占据液晶投影机市场的绝大部分，已经成为行业内的事实性标准。其核心面板的提供商主要是爱普生。此外，索尼公司也拥有自产面板提供给自己的液晶投影机使用。国内3片式液晶投影机主流企业包括东芝、三菱、松下、三洋、日立、爱普生和索尼等。

    3片液晶显示投影机的光路原理，由高亮度、高色温金属卤化物灯(UHE)发出的光经抛物线型灯碗反射形成平行光线，射人第一透镜阵列(单元聚光透镜组)，经第二透镜阵列(偏振光转换透镜组)提高偏振光的利用率，再经过分光光路，形成三原色三束光线；分别射人R，G，B三个液晶板，然后由一体化棱镜汇聚3色光；投影镜头将3色合成图像投影在屏幕上。

　　3LCD技术

    在这一投影过程中，各种光学器件和液晶面板芯片、灯泡光源各自起着各自的作用。其中光源普遍采用金属卤素灯、UHP(Ultra-High Performance，超高性能)灯和UHE灯。金屑卤素灯成本低、价格便宜；缺陷是发热量很大、半衰期很短。半衰期是指灯的亮度下降到设计亮度一半时所用的时间。为克服金属卤素灯发热量大、半衰期短的缺陷，冷光源应运而生，出现了UHP，UHE金属卤化物灯。UHP，UHE灯比起金属卤素灯发热量小得多。此外包括激光光源、LED无机发光二极管等新型光源也成为了各家企业开发新技术的焦点对象。

    除了光源外，一系列的光学器件的作用也不容小视。投影过程需要的是面状的均匀平行三原色线偏振光源。而普通灯泡发出的光线则是白色的球形圆偏振光。通过一系列透镜、楞镜和滤光镜的调整，灯泡的发出的光才能成为满足投影机投影需要的光源。

    在液晶投影机的成像过程中，处于核心地位的是液晶面板芯片。在实际工作中，液晶面板芯片起着光学开关的作用。芯片上每一个独立的有源矩阵控制下的像素点能够独立变化，进而控制投射过液晶半的这一点的光线的多少。通过三块液晶板对三元的分别控制，并经过最后的画面合成，就可以成为色彩丰富、明暗变化的彩色投影画面。在经过镜头的放大投射在屏幕上，消费者就可以欣赏到如同电影一般的出色大尺寸影像了。

LCD投影技术的芯片

    液晶芯片是液晶投影机最核心的部件，。它不仅是液晶投影机重要的成本构成要素，同时更是决定着整台产品的品质性能和寿命的重要组件。介绍液晶投影机就不得不详细所说液晶芯片的故事了。

    LCD是Liquid Crystal Display(液晶显示)的缩写。液晶既有液体的流动性，又有晶体的光学各向异性，常称为“液态晶体”。液晶材料工作温度为一55一十77℃。液晶分子间作用力小，在电场作用下，分子排列变化，导致液晶对光的透射率和反射率变化，称为液晶的电光效应。在液晶显示技术中，正式利用这种特殊的物质性质，将液晶材料做成可以控制光线进出的开关，进而达到成像效果的。

    液晶显示板是在两玻璃基片之间充入液晶材料，并在玻璃基片表面贴线偏振片、扫描电路、薄膜晶体管(TFT)等构成的。当某一象素的行电极加上扫描电压，薄膜晶体管(TFT)导通，该液晶象素透光。玻璃基片之间的液晶单元构成一个个光开关，控制着透过液晶的光线的多少，显示出色彩明暗的变化。

    在实际的产品开发中，投影机用到的液晶面板芯片要经受住背后的灯泡发出的巨大能量（主要是热量）的考验。这就决定了液晶投影机用的液晶和普通液晶显示器、液晶电视机应用的液晶，拥有着必然的区别。目前，液晶投影机采用的主要是被称为“高温多晶硅液晶板（HTPS）”的技术。改型液晶芯片能够承受住长期高温的煎熬。

    HTPS是High Temperature Poly-Silicon的缩写，翻译成中文是“高温多晶矽”的意思，一般俗称高温玻璃。它是液晶显示家族中的一支，也属于主动点矩阵（TFT）式LCD(Active Matrix LCD)。　　HTPS LCD在面板的制造过程中，拥有一道独特的Laser Anneal(激光退火)制造过程，它的温度超过摄氏1000度。这一过程使得玻璃基板的非晶矽结构转变成多晶矽结构——形成类似于水晶的结构。采用该工艺的液晶面板制程要求采用高档石英基板。

    HTPS液晶芯片最大的特性在于持续高温工作的稳定性，这位投影机产品提高整机寿命、提升产品亮度提供了基础技术平台。同时，这一技术的产品还具有色彩还原准确、视觉感舒适的等特点。目前，该技术已经被索尼、爱普生两家液晶投影机液晶芯片企业广泛应用，成为了全球数字投影领域最重要的组成技术。

LCD投影技术的发展瓶颈和进步

    作为液晶投影技术的核心，LCD芯片的进步一直是液晶投影产业发展的风向标。作为行业内的领导厂商，在索尼停止对第三方企业提供液晶芯片之后，爱普生独自担当起了推动HTPS TFT LCD技术进步的重任。

    在早期的LCD液晶投影机中，寿命、亮度和体积问题成为了制约产品进步的主要问题。由于液晶投影机的核心材料是高分子的液晶材料，其在高温下的老化作用很明显。同时作为液晶面板基板的玻璃，也可能由于长时间的高分烘烤而发生光学性能的变异。这两点导致，在早期的液晶投影机，特别是上世纪的时候芯片寿命不足5000小时，这使得消费者的实际使用成本大幅增加。

    在早期的液晶投影机产品中，液晶芯片如何实现更加精细的TFT薄膜晶体管及其控制电路成为了液晶投影芯片小型化、高开口率化的最大难题。采用三片式设计的整个光机系统，如果不能实现芯片体积的缩小，整个产品的小型化无从谈起。而一旦芯片变小，片上控制电路组件如果不能大幅简化和缩小，则导致整个芯片可用于光学开关的面积占芯片整体的比例（开口率）的下降，进而造成光利用率的下降和亮度的降低。

    此外，液晶显示的另一个特性是画面的拖尾和黑色画面的黑位欠缺。液晶分子受电磁场影响的偏转需要一定的时间，同时也具有滞后性，这导致了液晶显示产品画面的拖尾现象的出现。采用透射光路的液晶投影芯片，很难做大100%阻断光线的透过，因此产生了黑色画面不够黑的现象，整体画面的对比度和暗部细节展示受到了很大的影响。

    近年来随着液晶投影机技术的不断发展，以上问题已经得到了很好的克服。爱普生在日本北海道的千岁建设了自己最先进的HTPS生产厂，将传统的HTPS生产工艺从200mm晶片转移到300mm晶片，同时快速提升了技术，发展出了第五、六、七代液晶板。新产品的技术指标更高、尺寸也更小。

    在液晶投影机芯片技术的进步中，追求小尺寸、高开口率、高寿命、更高的灰阶控制精度位数以及更高的画面刷新频率是最主要的内容。目前最先进的芯片能够实现，一英寸以下的1080p像素、超过50%的开口率、12位以上的精细控制以及120HZ的超高速刷新速率。这些方面的巨大进步，令LCD液晶投影机已经进步一个崭新的发展阶段。

LCD投影机的和DLP投影机的优缺比较

    在数字投影机产业，液晶投影技术面临的直接竞争者是来自德州仪器的DLP（Digital Light Processing“数字光学处理器”）投影显示技术。DLP投影的工作原理与LCD有很大差异。不同于液晶板透光的形式，DLP在芯片的表面上放置了几十万片甚至几百万片微镜，每片微镜代表一个单独的像素点，通过反射式的光路成像。DLP投影技术又有单片和三篇之分。

    单片式DLP投影技术以场序的方式形成一个像素的成像，而三片式DLP投影机则以三原色同步分别处理的方式成现最终的多彩画面。液晶和DLP与众不同的显示方式，导致了两项投影技术的显示特性上的差异性。与三片式液晶投影机竞争的主角是单片式DLP投影机。这类产品主要面向商务、教育、会议市场，具有直接的市场竞争关系。

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    单片式的DLP投影机的优势主要在于更高的光学利用率和片上开口率，更出色的灰阶控制和黑色效果、更清晰锐利的成像能力、更低的整机成本，以及更高的核心芯片寿命。以上特点使得单片式DLP投影机在亮度、功耗、市场价格竞争上保持着对3片式液晶投影机的优势。这使得在低端低价位市场，单片式DLP产品吃尽了甜头。

    不过，3LCD投影机也有自己的优势，那就是出色的色彩展示表现。采用单片系统的DLP投影机往往在色彩饱和度上不敌液晶投影技术。虽然单片DLP投影机产品采用极致色彩技术，来提升自己产品的短板，但是实际使用中依然难以抵挡三片式LCD系统的天然优势。这使得在中高端市场，那些看重产品性能的消费者更原因选择3lcd投影机产品。

    此外，在早期困扰单片DLP投影技术的彩虹现象和困扰3lcd技术的纱窗现象已经得到了很好的克服，不再是消费者选购需要主要的重点问题。在产品的寿命上，现有的技术资料依然支持DLP芯片和寿命高于LCD芯片。这一显著的差异虽然不为大多数消费者重视，但是也成为部分消费者选择DLP投影机产品的原因。

    在三片式液晶投影机和三片式DLP投影机的竞争中，由于采用了三片式的光路构成，DLP产品的色彩表象超过了3LCD产品，同时在产品亮度、稳定性上，3DLP产品也占尽优势。这是最近，3lcd正营突然退出4LCD技术的一大原因。液晶显示技术阵营希望通过增加一篇面板芯片，获得综合亮度的提升。但是这一转变将对液晶投影机在色彩方面的传统优势构成破坏，同时也会令产品成本大幅提升。

    技术优势使得，在数字电影放映机市场这样的高端市场，3DLP投影机完胜3LCD产品；在超高亮度工程投影市场，3dlp投影产品依然独霸天下。但是在中的亮度工程市场，单片式DLP和3片式DLP的空隙区，3LCD产品依然获得了不错的市场份额。

LCD投影技术的继任者LCOS

    液晶投影技术的竞争者除了全产品线的DLP技术外，还包括主要产品集中在家庭影院投影市场的LCOS投影机技术。在投影机产业各种技术类型的竞争中，业内专家普遍认为LCOS技术可能是未来数字投影机技术的唯一“胜出者”。

    LCOS投影技术又称硅基液晶、硅晶光技术（Liquid Crystal on Silicon，LCoS），是一种结合半导体工艺和液晶显示器（LCD）的新兴技术。该技术最早出现在上世纪九十年代末期。其首批成型产品是由Aurora Systems公司于2000年开发出的。该产品具有高分辨率、低价格、反射式成像的特点。

    在家用投影机市场，LCD技术和LCOS技术均采用三片式的成像结构。但是LCD技术采用的是透射光路，而LCOS采用的则是反射光路。这使得LCOS面板具有更高的黑位表现和开口率，并在亮度、对比度和画面平滑性上具有超越LCD显示技术的领先优势。

    LCOS芯片具有更高的开口率和更细的像素间距。这使得LCOS的画面像素间的距离更小，画面看起来更加鲜明统一。没有3LCD投影产品明显的网格化的现象。这种技术特色在投影大尺寸画面的时候格外明显。

    LCOS芯片的高开口率本身就会提升投影机的光学效率。高开口率意味着芯片更多的面积参与光线的反射。同时，由于3LCD的芯片投射结构特殊的光学需求，进一步减弱了3LCD的光学效率。所以，同样的灯泡再用3LCOS和3LCD投影机数相比能够实现更高的亮度。这不仅仅能够提升画面品质，同时也能够节约更多的能源。

    3LCOS还具有更具优势的黑色表现。采用透射技术的3LCD投影显示技术，无论是否要求显示颜色，都不能控制液晶芯片达到零透光率。这使得3LCD投影机不能完美的呈现黑色的画面效果。但是采用反射式光路的3LCOS投影技术却能显著改善投影机在黑色端的画质表现。优秀的黑色和灰色效果也为3lcos投影机带来了更加丰富细腻的灰阶表现力。使得画面细节更真实、自然、富裕立体感。

    在3LCD投影技术和3LCOS投影技术的竞争中，3LCD的唯一优势来自于LCOS产业尚未成熟的事实。困扰LCOS产业成熟的问题来自于芯片成品率。在LCOS芯片的整个制程中关键的难点是铝反射电极层与液晶分子间的结合问题。液晶分子的着床需要优秀的光学反射平面。这对铝金属电极层的质量提出了苛刻的要求。铝金属电极层主要采用表面化学抛光和表面蒸镀反光层的工艺。在早期的产品中受制于工艺技艺的限制成品率只能达到30%左右，目前这一成品率水平正在被稳步提升。

    虽然在成品率上LCOS尚未取得革命性的突破，但是该技术已经获得了LCD阵营核心企业，面板技术拥有着索尼的认可。目前在索尼推出的高端家用1080p投影机中，均采用其自产的lcos面板。此外，包括JVC、佳能、三星等众多企业均看好LCOS投影技术的发展前途。我国台湾地区部分光电企业，例如奇景、示创也具有LCOS面板的设计能力。相信随着，未来LCOS显示技术的进步，其对液晶投影机市场必将构成巨大的冲击。

LCD液晶投影机的使用注意事项

    在介绍LCD液晶投影技术的过程中，我们不止一次的提到过这种产品的芯片面板寿命问题。影响液晶投影机芯片寿命的因素除了LCD芯片本身的技术特性外，还包括消费者的应用和保养情况。如果应用不当，轻则投影效果较差，重则会显著缩短芯片的应用寿命。

    液晶投影机采用的面板含有大分子的有机液晶材料，这些材料和构成面板的各种光学薄膜、玻璃基本均具有“怕热”的特性。为此，液晶投影机的光学引擎采用了开放式的结构，以便将风扇的风量很好的配送到面板上，迅速降低芯片面板的温度。但是这有导致了面板容易着尘的问题。面板上的尘土会阻碍光线的通过、热量的散出，对成像效果和芯片面板寿命均有很大的影响。因此，在液晶投影机的应用中必须注意散热和除尘两项保养工作。

    液晶投影机的内部热量主要来自灯泡。投影光线透射诸多透镜，光损失很大。为补偿光损失，提高亮度，就要加大光源的功率。其结果是光热同生；亮度增高了，热量也增大了。

LCOS投影机的和LCD投影机的优缺比较

    投影机内部热量的危害并不小。尽管光源灯泡是用耐热的高纯度石英玻璃制作，但非正常的高温，也会使灯泡壁上烧灼白色斑点，产生失透现象，高热的光线透不出来，失透现象加剧，使石英玻璃的强度下降，可能在这些薄弱的地方爆裂。同时，液晶板中的液晶对温度最为敏感，其最高工作温度是77℃，高于此温度会使液晶的相态变化，失去液晶固有的特性，导致永久性损坏。液晶板上的偏振片是有机高分子膜，高温会使他变形或失效。此外，高温也会使开关电源板上的电容干涸、电阻变质、开关管过热损坏。

    综上所述，热量是投影机各部件的大忌。为防止机内温度急剧升高，保证正常运转，投影机均装有冷却风扇为灯泡散热，在机身上开有风槽和风道，为液晶板、开关电源散热。液晶投影机应用必须保证风扇等散热设备工作正常。同时，也要注意散热口不被异物、外物遮挡。投影机光机过程也要特别注意的。关闭投影后，灯泡要散发热量，此时排风扇会强制冷却。千万不可强行关闭电源，要等排风扇彻底停止工作才能切断投影机电源。

    液晶投影机的除尘问题也很重要。清洁液晶板比较困难，由于液晶板表面的偏振片是有机高分子膜，不宜用有机溶剂清洁。用麂皮和丝织品清洁，容易造成划伤。用棉签清洁时，会使棉纤维滞留在液晶板上，形成比灰尘还要大的斑点或者划伤液晶板。通常除尘需要请专业维修人员，采用洁净压缩空气强力吹拂灰尘，在清洗技术中称为“气刀除尘”效果较好。

LCD投影技术的产业特点和前景

    LCD液晶投影机技术是目前最成熟的数字投影机技术之一。长达二十年的历史，使得这一技术的产品获得了广大消费者的认可。目前无论是国际市场还是国内市场，液晶投影机产品在数字投影机市场的占有率均超过55%。但是，作为一项成熟的技术，液晶投影并非毫无危机，面对着DLP近十年的快速崛起和LCOS的日益成熟，液晶投影的前路也充满了未知数。

    在国内液晶投影机市场，活跃着众多的企业。在零售东芝、索尼、三菱产业的领导者；行业市场爱普生、东芝、三菱、索尼、三洋、松下、日立等企业均建树颇丰，家庭影院市场则有松下、三菱、三洋、爱普生等品牌挑起大梁。广泛的品牌支持是3LCD投影机笑傲国内投影市场的重要原因。

    在国内市场，3LCD液晶投影机技术最吃香的领域是行业市场。该市场占据国内投影机市场超过60%的销量。从08年开始，索尼、东芝、三菱等企业也在零售市场大规模发力，使得液晶投影机在低端零售市场落后DLP产品的局面得到了一定的改观。

    从未来市场发展趋势来看，宽屏化、低价格化、高分辨率化是主要的趋势。而且将取代以往追求高亮的主流旋律，成为液晶投影机发展的主要方向。在这一进程中，液晶投影机将直接和单片式DLP技术发生较量。其市场发展充满变数。另外，短期内液晶投影机也不会放弃在高端家用市场和中高端工程市场上和LCOS技术、3DLP技术的较量。短期内，3LCD和LCOS的抗衡优势来自于成本控制能力；同时和3DLP比较3LCD也具有价格上的一定竞争优势。

    不过，从长远发展来看，液晶投影技术的主力市场依然是中端市场，尤其是终端行业市场。由于液晶投影技术是最早的成熟的数字投影技术，所以已经投影技术在这部分用户心目中已经留下了很好的口碑和品牌影响力。但是在低价格市场和高端市场，尤其是高端家用市场，液晶投影机的竞争优势并不明显，甚至表现出了疲态。未来的LCD家用投影机市场极可能被LCOS取代，而低价位市场也无望超越单片DLP的优势。

    综上所述，液晶投影机技术在未来的产业竞争中最大的优势是其技术的成熟性和以往广泛应用留下的卓越口碑；而其最大的弱势在于其技术的饱和，这使得面对新势力LCOS的挑战和与老搭档DLP的竞争中，3LCD液晶投影技术拿不出像样的武器。未来液晶投影技术的发展将呈现出稳重渐落的“夕阳趋势”。