盘点近十年来投影机主流技术发展史

LCD投影技术发展

    在现如今追求高效率、快节奏的现代办公中，投影机作为新型办公设备用户可以随处见到它的身影。投影机不但可以应用于临时会议、技术讲座、网络中心、指挥监控中，还可以与计算机、工作站等进行连接，或接驳录像机、电视机、影碟机以及实物展台等，可以说它是一种应用十分广泛的大屏幕影像设备。投影机发展到今天，技术则是最关键因素，而在投影机市场中我们看到最多的就是LCD和DLP两种技术，另外一种投影技术LCOS是在06年家用投影机产品而出现新技术。下面，就让我们来回顾一下这十年的投影技术发展状况。

    一直以来人们都习惯性的认为LCD技术诞生于日本，实际上这项技术最原始的推动者却是美国企业。1968年美国RCA公司科学家G.H.Heilmeier根据动态散射效应，将液晶做成显示屏（Liquid Crystal Display，LCD）形成LCD产业的雏形，但却一直没有将该技术商品化。直到1973年，日本夏普成功开发出以LCD技术为显示面板的计算器和手表，并带动许多厂商如日立、NEC、东芝等加入LCD产品开发生产行列。

    而到1989年，将LCD技术应用到投影设备的是爱普生，推出了全球第一台LCD投影机。该技术是利用液晶在电极的作用下发生排列变化，使透过LCD芯片的光源通过镜头投射出图像。尽管作为当时的最新技术，LCD投影机还是基于单片结构而存在性能和色彩方面的缺憾，开口率和分辨率都极低。但该技术直到1995年以单片形式LCD投影机才正式投入市场，紧接着1996年又推出了3LCD技术，在稳定性和色彩表现方面有了突破。到2000年，三片板投影机是液晶板投影机的主要机种。其LCD单板投影机机体积小，重量轻，操作、携带极其方便，价格比较低廉。但其光源寿命短，色彩不够均匀，分辨率较低。目前单板投影机的机型已经很少。

    2001年， LCD显示技术有所突破，微透镜技术提升了LCD投影机的光效率，使之达到了更高的亮度和对比度。活性矩阵液晶板上的每一个像素点上都有一个控制光开关的小的晶体管，不通明的晶体管将阻挡一部分通过像素点的光线，从而降低了光通量和图像的亮度。微透镜技术就是在液晶板的每一个像素点的背面都设置了一个小的透镜，透镜的作用就是在光线到达像素点以前，将光线进行会聚，从而使通过像素点的光线避开像素点上的晶体光，避免了晶体管对光线的阻挡，从而提高了光通量和图像的亮度。

    2002年， 爱普生和索尼分别于推出新型的0.79/0.99英寸LCD面板，爱普生公司还发布了经济型、低价位的0.5英寸TFT多晶硅液晶面板并将之应用于投影机产品。液晶面板尺寸的缩小理论上为液晶投影机成本的下降提供了基础，同时还促成产品重量和体积的减小，使LCD机型在便携性方面缩小与DLP机型的差距。此外，两家公司仍就如何提高光效率进行深入研究，并取得显著成效：新型0.79/0.99英寸液晶面板虽然尺寸缩小，但光效率可与原有0.9/1.3英寸面板相媲美。同时，LCD技术还被积极地引入到背投产品中，以满足家庭娱乐消费者对大屏幕显示产品的需求。

    2003年，LCD技术产品主要以“日系”厂商为主，技术已经成熟，价格逐步下降，在诸多领域被广泛认可，特别是教育行业，已经得到广泛的应用。但LCD技术本身也有限制，例如，光源利用率低，亮度难以得到大幅度提升，尺寸和重量下不来 。

    2004年，爱普生发布代表三片高温多晶硅液晶投影技术的最新标识，标志着爱普生公司作为全球核心显示技术供应商的地位的确立。标识上部图像设计由红、绿、蓝三片液晶面板搭接而成。借此推广LCD技术，巩固LCD技术在市场中的地位。

    2005年，爱普生公司推出了第五代液晶板，在英文当中是“D4”的意思。第五代液晶板上所用的新技术叫做平坦化，是最先进的3片液晶投影技术。 该技术使用了3片高温多晶硅TFT液晶面板（HTPS），能够实现更加“明亮的图像、自然的图像、柔和的图像”，并实现了产品的高画质、高可靠性和制造功效的完美结合。

    2006年，由爱普生EMP-TW600上市推出的第六代液晶板，使液晶技术的发展再次实现了突破，第六代液晶板与第五代产品相比，在液晶板的开口率上实现了进一步突破，随之而来的则是亮度和对比度的进一步提高。采用第六代液晶板的TW600，亮度能够达到1600ANSI流明，远高于家用投影机市场上的同类产品，而结合自动Iris功能技术通过改变初始电压下的液晶分子状态可以获得十分纯的黑色，实现了高达5000:1的对比度，更是极大地削弱了DLP投影机以往在对比度方面的领先优势。

    2007年，LCD技术取得突破，更高开口率的HTPS面板被主流投影产品采用：透光效率比上一代产品增加20%。在使用同功率灯源的情况下，图像亮度大大增加。这样即使整机使用的是较低瓦数的光源，图像亮度也能得到保证。同样，在使用面积较小的HTPS面板时，这项技术也可以保证获得同样分辨率，使未来投影机的图像能够更明亮、对环境更友好、性价比也更高。3LCD液晶面板进一步小型化取得了进展，最新的面板尺寸从0.55英寸缩减达到了0.47英寸，像素间隔也从之前的14µm 缩减到12µm ，光利用率却特到了很大的提升，从48％提高到71％。

    2008年，液晶投影机阵营又创造出一项前所未闻的新技术“4LCD”投影机技术。该技术采用四片，而不是此前广泛应用的三片技术，来大幅度提高光学引擎的光利用率，提升产品的亮度。4LCD技术和传统的3LCD技术的不同之处在于，在三原色分光处理光学引擎中增加一枚新的液晶芯片用于处理“黄色”光束。通过对黄色光束的独立处理，4LCD光学引擎能够平均提高光利用率20%左右。

    2009年，爱普生推出全球首款实现4K分辨率的高温多晶硅（HTPS）TFT液晶面板。该面板在对角线尺寸1.64英寸的面板上共包含了4096x2160个像素点，为高画质Full HD分辨率(1920×1080)的四倍，非常适用于需要高分辨率的特殊应用。 此外，4K级芯片有效的解决了当前4K投影机体积庞大、价格昂贵等问题，将大大推进4K投影机的普及进程。而3LCD也将凭着这一优势扩大在高端工程投影机等领域的市场份额。此款芯片的推出了同时也反映出以爱普生为首的3LCD阵营夯实高端市场优势地位的决心和信念。

    2010年，3LCD发布了全球第一款反射型高温多晶硅（ReflecTIveHTPS）液晶面板，将投放全球主要市场。此面板对角线尺寸为0.74英寸，支持全高清（1920X1080）并且提升了对比度。新型反射型面板能提供10万:1或更高3原生对比度，能再现明亮、自然、灰阶丰富的画面。它使用反射型电极代替了透射型电极，也使用了在透射型面板中提高对比度的技术。   

DLP投影技术发展

    1987年，德州仪器公司LarryHornbeck博士研发出第一块数字显微镜装置(DigitalMicromirrorDevice，DMD)，到1996年，数据光学处理（DigitalLightProcessing，DLP）技术正式商品化走向投影显示市场，第一款DLP投影机面世，仅比LCD投影机晚了7年。

    DLP技术的核心是由数以万计被微型链链接固定的镜片所组成的数字显微镜系统，这些镜片沿光源前后倾斜，反射出或亮或暗的灰色阴影，经过色轮过滤后投射出彩色图像。

    最初的DLP芯片雏形分辨率仅16×16，而早期的DLP投影机亮度亦仅300流明，这意味着只有在较为黑暗的环境里才能看到它。尽管如此，DLP技术的两个差异化的市场战略还是给其技术发展做出了很好的指导作用，并且迅速占领市场，给LCD投影技术带来很大压力。一是“便携化”战略，从一开始，DLP投影机已经崭露出来的优势就是“便携”，尽管早期的DLP投影机标准重量达10.5公斤，但较之同期的LCD投影机已算轻便。

    从1997年由富可视推出仅重6磅的LP420，投影机重量大大减轻。到1999年，在洛杉矶和纽约首次公映的《星球大战一》上首次公开验证DLP影院投影技术，从此DLP影院技术开始在全球测试使用。而到了2000年，乐普士公司推出世界上第一款低于3磅的DLP投影机，标志着DLP技术开始引领便携投影机市场。同年德州仪器DLP技术投影机出货量达到了50万台，于此同时，神州数码推出了首款中国品牌的DLP投影机。

    2001年， DLP投影技术得到较大改善， TI公司发布了4项基于DLP技术的新技术，其中包括：新型DMD芯片、DDP1000DND控制器、DAD1000信号发生器和DLP Composer软件开发工具。新型DMD芯片：TI新发布的2个DMD芯片包括0.7英寸的XGA芯片和0.55英寸的SVGA芯片，新的芯片具有高的亮度输出、高对比度和高的图象质量等特点。

    2002年，DLP子系统中使用的色轮有了很大的改进，从原来的三段式色轮改进为六段色轮，提高了色彩的还原；同时TI开发的SCR(sequential Color Recapture)新型色轮技术也开始用于投影产品，这将进一步提升投影机的亮度和色彩表现；DMD芯片包含131万个组合式反射微镜，微镜的倾斜角度已从原来的10度提高到12度，使采用DLP投影技术的产品可提供更高的亮度；DMD控制器LSI到DMD元件的数据传送也开始采用DDR（Double data rate）新模式。其缩小DMD元件的芯片尺寸（以往DMD微镜面积为16.7平方微米，每镜间隔1微米，现在这两个参数已减小至13.7平方微米、0.8微米），同时还加大作为DMD芯片基底的硅晶圆口径并采用改良型封装技术。

    2003年，德州仪器推出了DDR DMD芯片组，在技术有三点改进，一、微镜的倾斜角度从10度增加到12度，这使得画面亮度有～20%的提升。二、在微镜下面，我们增加了一层黑色金属（DM3）。这种工艺极大程度上减少了微镜阵列下上层结构产生的反射。采用DDR技术的投影机的对比度已经超过了2000:1，而采用SDR技术的投影机只有800:1。三、相对于SDR芯片组，DDR芯片组具有更高的数据接收速率，使得图像质量大大提高，尤其是在视频图像上效果更为明显。年底DLP™技术将完成从150mm到200mm晶片生产工艺的转换，可促使每个晶片产出近乎两倍的裸片，同时降低制造工艺的成本。相对于150mm的工艺，200mm工艺生产的破损点更低，因此产量将会提升。

    2004年，德州仪器公司在InfoComm2004上宣布了一款新的SXGA+DLP芯片， 为用户提供1400 x 1050 的分辨率，为单芯片产品中实现分辨率最高。DLP SXGA+ 技术提供高亮度和对比度，满足商务、医疗、军事应用、固定安装以及大型会议等场所对高端产品的需求。

    2005年，德州仪器（TI）（NYSE: TXN）宣布将DLP™技术运用在 .55 XGA分辨率的芯片上，赋予此款XGA规格芯片（1024 x 768分辨率）极具竞争力的价格。在设计DLP™ .55 XGA芯片零组件配套时，为确保零组件配套与现存的光学引擎能高度兼容，德州仪器与客户密切配合，以达到降低投资成本与缩短产品上市时间的目标。DLP™ .55 XGA芯片同时也可与DDP2000 Imaging ASIC兼容，使影像复制极致发挥，将过去仅能在商用投影机上呈现的绝佳影像完美重现于家用投影机上。

    2006年，DLP技术则在色彩还原方面进行了改善，提出了极致色彩技术(BrilliantColorTM)，可以在同一时间内达到最高六种颜色的处理能力，提高了DLP投影机的色彩饱和度与色彩还原准确度。三片式DLP投影机被应用于高端的工程和影院项目，弥补了过去LCD投影机无法解决的高分辨率和高稳定性的技术空白。

    2007年，德州仪器公司推出全新芯片组DarkChip™ 4，进一步巩固DLP在图像质量与对比度的领导地位。此全新芯片组基于不同的应用，可将原始对比度提升高达30%。在采用DLP DarkChip™ 4的三片式1080P家庭剧院投影机，不仅可创造数万亿种颜色，原始对比度更高达15,000:1。在芯片大幅提升原始对比度的同时，屏幕上投射的图像也就更具立体感。这种突破性技术与DLP其它的创新优势、明快的色彩、高分辨率、清晰度和全数字影像相结合，可以为DLP为主的投影机厂商提供独特的市场竞争优势。

    2008年，DLP推出全球首款针对WUXGA数据投影机设计的0.95寸WUXGA DLP芯片，在16:10的屏幕高宽比中实现目前投影机市场上分辨率最高的1920×1200分辨率，图像质量的再次提升，将助力投影机制造商精确展现宽屏计算机的分辨率。

    2009年，德州仪器推出DLP Pico高清投影芯片组，这标志着便携式高清娱乐进入了新纪元。全新的DLP Pico高清芯片组实现了最小芯片与最佳图像质量的完美结合。移动办公人员再也不用因为无法分享影像内容而苦恼，因为全新的芯片组使最亮的投影产品可以很容易地被放于笔记本包中，随身携带。

    2010年，德州仪器推出DLP® LightCommander™。作为一套开发套件，DLP LightCommander能够为用户提供一个易用性高的多功能工具，用以将DLP技术融入到光处理应用中。全新DLP®开发套件的推出满足了众多渴望使用DLP技术进行试验的开发人员的需求，而且DLP LightCommander 的特点还包括它是一个光学引擎、符合行业标准的接口及应用软件。其模块架构的多功能性有助于加快需要高速空间光调制器的光、电和系统软件的开发。DLP还推出DLP影院4K芯片增强版，能够制造出世界上最亮、最高效的数字投影机。

LCOS投影技术发展

    在当前的投影机市场上，LCD和DLP仍然占据了绝大多数的投影机市场份额，但LCOS的异军突起也不容忽视。LCOS的英文全称是LiquidCrystalonSilicon，即硅上液晶，通过名字便可以知道这是一项从LCD 发展起来的技术，可以看作是取LCD和DLP两家之长的改良型技术，其基本原理和LCD相似，区别在于它利用的是与DLP相似的反射式架构。

    早在上世纪九十年代，应用LCOS技术首批成型产品是由Aurora Systems公司成功推出。在问世初期，LCOS技术被普遍看好，进入1995年，便有诸多厂商开始研发自己的LCOS技术，JVC公司就很快开发出名为D-ILA的LCOS专利技术。到了01年，LCOS厂商已扩至JVC、索尼、日立、三洋、3M、飞利浦、三星等9家企业，而我国台湾也继LCD之后掀起了LCOS技术的生产热潮。

    可到了2004年，在进军LCOS的征途中，就像LCOS芯片设计厂商MicroDisplay的首席执行官桑迪普所说的，许多厂商都倒下了。而就在一年前，英特尔还宣布要用LCOS产品给IT产业带来一场革命，宣称采用英特尔 LCOS技术的电视机将在04年年底上市销售。这一预期却使得英特尔显得狼狈不堪，在多次推迟后，最终于10月份宣布放弃LCOS产品。

    与此同时，试图将LCOS技术投入商业化生产的大公司诸如飞利浦、惠普、东芝和英特尔等都将这一计划搁置了起来。主要是因为，它们都无法将LCOS产品达到原定的价格和性能指标，无法完成大批量生产。

    虽说其发展陷入了低谷，而且一度面临崩盘，不过还是有一些厂商并未完全放手此领域。像索尼、JVC以及台湾的IT企业就在步履维艰中坚持了下来，下大力研发背投产品，并将LCOS显示技术成功应用在高端家庭影院级投影产品上。

    到了2006年，索尼和JVC的LCOS产品就在北美市场取得战略性成功，进入07年，索尼、JVC和佳能等日系厂商开始将LCOS产品导入中国市场，以示创为首的几大台湾企业也开始重操旧业，这多少让业界对LCOS重拾信心。

    在日本厂商对于这项技术始终坚持，索尼的SXRD技术、JVC的D-ILA技术都是各自独家的LCoS技术，在多年的酝酿后，终于在2010年开始爆发。而这两家厂商的LCoS技术主要应用于中高端的1080p投影机市场，国内的LCoS技术则主要应用于微型投影机市场。

    凭借着LCoS技术在对比度上的先天优势，对于强调高对比度的家用投影机来说，无疑是非常适合的。以JVC HD350复刻版机型为例，其具有的25000:1的原生对比度，相比于其他品牌更高的动态对比度数值，能在原生对比度上获得如此高的数值，实属不易。同时，结合了3LCD与DLP优势的LCoS技术，将高对比度、广色域，以及高光利用率结合，也成为家用投影机中最具优势的技术。

    此外，由于LCOS面板尺寸小、具有“显示屏幕尺寸大、分辨率高、对比度高、耗电低、成本低、零辐射、绿色环保”等七大优势，可用于取代LCD在便携式投影产品上广泛应用，如果能将这一优势利用好了，再解决了批量生产的问题，并将成本低的优势展现出来，LCOS的前景还是比较光明的。

    随着各家厂商对于中高端1080p市场的不断看好，这项技术也将会受到更多的重视。在未来两三年，将会有更多新品采用LCoS技术的产品进入市场，而中高端1080p投影机市场的爆发，也将会成为这项技术普及的最佳时机。