国产单片液晶投影机技术发展之路

国产单片液晶投影机技术发展之路

　从2000年初以来的投影机DIY热潮，催生了国产液晶投影机制造产业（非OEM类），并涌现出了一批国产中小投影机制造企业，据统计目前全国有一定产量的整机厂家约15家，配套钣金加工、表面处理、光学冷加工、光学镀膜、光学设计、电路设计开发、光源及其驱动设计生产、液晶及其驱动解决方案的从业厂家约50家等，市场份额在近3年保持了100%以上的年增长额度，颇似90年代发烧音响的消费热潮和市场状况。本文主要分析近年来国产液晶投影机技术发展的主流方向。

　　单片液晶投影机技术发展之路

　　首先要说明一点的是，单片液晶投影机的光利用率是很低的，而三片式液晶投影机在滤色片（对于三片式投影机，RGB三色光、三色屏分别照射、投影、成像避免了滤色片上66%的巨大光损失）及偏振片（三片式投影机：采用PBS转换系统，避免了在液晶入射偏振片上约50%的巨大光损失）上的光损失很小，光效一般比同规格的单片投影高出3倍以上。这也是三片式液晶投影机的巨大优势，但三片式方案一般成本较高（液晶投影与DLP投影、LCOS投影均如此），所以在DLP、LCOS投影技术中很少有民用的三片式方案。应该说单片液晶投影机在光学技术上并不领先，但也不过时，目前单片投影技术还广泛地应用在液晶背投、DLP投影机、DLP背投、LCOS投影机上。

　　单片液晶投影机

　　目前国产投影机还主要是单片液晶方式，单片液晶投影机具有结构较为简单，成本较低，性能稳定(合理设计情况下去，可靠性超过三片LCD及DLP投影机)，对比度较高（可以通过合理的光学设计，超出同规格三片液晶投影机的水准,甚至超出液晶片本身的对比度水准），目前国外还有像美国科视（专业、高可靠工程投影机）、日本夏普（视频投影机）等保持生产，它的最大缺点是光利用率较低，所以一般单片液晶投影机不能输出高亮度，不太适合电教、商务演示等用途，但在歌舞娱乐、影视商用、家庭影院等需要完善的视频性能（解像度、色彩还原、合理的响应速度、对比度等），但对亮度要求并不太高的环境下，有着广泛的用途，加上目前在价格上明显优势，国产单片液晶投影机在歌舞娱乐、家庭影院等市场中渐呈燎原之势。

　　在液晶投影机的开发中，除了至关重要的光路外，液晶屏及其驱动的选用和开发也是关键技术之一。

　　国产单片投影机从早期10万像素机(如:2000年瑞诚套件4,解像度约为220*170*3)的出现，到近期推出的100~240万像素(如:640*480*3,800*480*3，800*600*3，1024*768*3)的投影机，其像素阵列或分辨率的展现，全由液晶屏本身的像素点决定。10万像素的投影机已为过眼云烟，33万像素投影机也将会很快被100万像素以上的机型替代。100万以上像素的液晶屏中，又有传统的4：3液晶屏和新型的16（15）：9液晶屏。这些液晶屏一般均为世界级的大公司所生产，如日立、松下、夏普、东芝、爱普生、LG、索尼以及***的元太、联友等公司。目前国产的单片投影机（100万像素以上），大多采用数字屏，其主流品种为：

　　1）、7寸日立TX18D11VM1CAA液晶屏，该款液晶屏的优势在于像素高（800X480），且屏幕为16(15)：9方式，可以做出目前流行的16：9终端显示设备。

　　2）、7寸松下EDTCB18QCF液晶屏，该屏性能、尺寸与日立TX18D11VM1CAA相同，且数字接口定义完全相同，大多驱动板可以直接互换使用。由于这两款都是7英寸800x480的16：9液晶屏，既可以满足看16：9的大片，也可以由驱动板改变算法显示主流的4：3电视节目。是非常理想的单片液晶投影机液晶屏。

　　3）、夏普LQ64SP1/2/3/4/5液晶屏，该类屏为6.4英寸800x600的4:3投影专用液晶屏,其光透过率高、开口率高，且像素较高，是做单片投影机的优选品类（曾广泛用于数家知名品牌的正投及背投产品）。

　　4）、夏普 LQ64P312/311液晶屏，该款屏为6.4英寸640x480的4:3投影专用液晶屏，其尺寸和LQ64SP1/2/3/4/5类相同，只是其分辨率要低些。该款屏也是做单片投影机的优选品种。目前市面上另有夏普LQ64D343、RLCDP0019CEZZ、RLCDP0032CEZZ与此类似，均可选用。

　　5）、夏普LQ08V3DG01液晶屏，该款为8英寸640x480的4:3液晶屏。该屏主要因为尺寸偏大，影响整机体积，只有很少厂家采用。

　　6）、其他如：元太3.5英寸640X480液晶屏，东芝5.6英寸 640X480液晶屏及其他厂家的640X480—1024*768）液晶屏也可考虑采用，如：5寸元太P50CB4、4.7寸hannstar HSD11150MX46-A，TMDISPLAY5.6寸LTD056ETOS,东芝4寸：LTM04C395、LTM04C380S、4寸LTM04C380K，4寸AND ADNPSI04C380K-HB，6.3寸NEC NL10276BC12-02 、NL10276BC12-01。 

　　对于单片液晶投影机，选用哪种液晶屏对投影出图像的分辨率和画质是至关重要，对于分辨率和画质的影响，大家都可以到书刊上找到解释，在此不再重复。但在投影机的开发中，却不能仅仅考虑分辨率和画质，而作为单片投影机来说，还需要选用液晶屏的透光率较高。这是由于目前国内厂家开发的投影机，都属透射式光路，而非反射式光路（三片LCD、DLP、LCOS投影机均采用反射式光路，区分主要是光在显物体上的路径），而一般液晶板的总光透过率在4%---6%之间，不要小看这百分之几的差异，在投出画面亮度上却可反映出较大的变化。比如用一款光透过率为4%的液晶屏制作的投影机，其亮度（光输出）为240流明，而换为光透过率为6%的同规格液晶屏，在同一台机器上所测量的亮度（光输出）将提升到360流明。从此例可以看出，一款液晶屏对投影机的光学设计是也非常重要的。在目前主流产品所选用的液晶屏中，其光的透过率排序依次为：LQ64P312/311 > LQ64SP1/2/3/4/5 > LQ08V3DG01 > TX18D11VM1CAA > EDTCB18QCF。

　　选用液晶屏的同时，还需要注意液晶屏本身的特殊功能，其主要为上/下翻转、左/右镜像功能。有了这些功能，可使得液晶驱动板的方案选择更加灵活。以上列举的液晶屏中，仅有夏普屏自带上/下翻转、左/右镜像功能，即只要给定相应的控制信号即可对其进行控制，而更多的数字液晶屏是不带上/下翻转、左/右镜像功能的，这样给开发者们带来了极大的考验。如果熟悉国产单片液晶投影机市场的不难发现，很多厂家的产品目前还不具备翻转功能，而是根据客户需要，生产不同的正放机型和吊装机型，甚至干脆只有正放机型。这些设计都会给使用者带来一些不便。而目前市面上类似性价比的产品仅仅RC-1208VDT具有上/下翻转、左/右镜像功能，我们期望其他的厂家尽快完善这一功能。

　　液晶屏的使用，均离不开其对应的驱动板。对于不同的液晶屏，其驱动方式也不完全一样。当然，在此所说的驱动板，实为信号处理板，而非液晶屏的阵列驱动。这是因为一般的液晶屏厂家都给液晶屏配备了阵列驱动，用户只需要对信号进行变换，并满足阵列驱动板的接口协议即可。通常，模拟屏的接口主要有：R、G、B输入端，行、场同步信号输入端，及图像上下翻转、左右镜像控制端，某些屏阵列驱动板上还有PLA/NTSC制式转换端等。而数字液晶屏的接口就多一些，虽然输入的同样是R、G、B信号，但对于不同的屏，其灰度级数是不一样的，有些是6阶的，有些是8阶的（色彩、层次效果明显较好）。也就是说将R、G、B三基色信号各分成6位或8位进行处理。一般来说，数字屏具有TTL或LVDS接口，但由于厂家不同，各屏的引脚定义也不完全一样。但大致包括：6位或8位R、G、B信号，时钟信号、行场同步信号，以及有些屏自带的图像上下翻转、左右镜像控制端等。常用液晶屏驱动芯片有：

　　1）、Pixelworks公司的:PW168、PW463、PW465等型号。

　　2）、Genesis公司的:Gm5020、Gmzan3、gm5221等型号。

　　3）、MXIC公司的:MX88L284、MX88L285等型号。

　　4)、Syntek公司的:STK6005等型号。

　　5）、Myson公司的:MTL005F等型号。

　　6）、在市场上还有很多公司如Realtek、Mstar、Mst、Samsung等也有专用液晶驱动芯片。

　　作为用于投影机的液晶驱动板，除了有驱动部分，还包括有视频数字解码和VGA信号处理等芯片。视频解码电路的设计，将是影响图像质量的关键，所以一般投影机厂家不会在图像质量处理上省钱。常用数字解码芯片有：

　　1）、Philips公司的:SAA7115、SAA7114、SAA7111等型号。

　　2）、 Samsung公司的:S5D0127等型号。

　　3）、Ti公司的:Tvp5150、Tvp5156等型号。

　　4）、Teckwell公司的:TW99、TW98等型号。

　　将上述驱动芯片与解码芯片任意组合，都将可构成一套完整的液晶屏驱动方案。

　　由目前国内单片液晶投影机的设计来看，不论从技术实力还是市场需求，都将会引导出更新的产品。而近年国产单片液晶投影机的液晶屏及驱动板的采用，其发展趋势为：

　　1）、液晶屏的小尺寸、高像素化。为了缩小整机体积，满足更高的视频显示要求，提高市场竞争力，故此单片液晶片的选择将会在3.5~7寸范围内选择，而分辨率将会在640X480~1024X768之间选择。（注：如果是16：9的屏，则会在800X480、1280*720间选择）

　　2）、驱动板的功能需要更加完善，包括图像上下翻转、左右镜像功能，电子梯形校正功能、色温调整功能，对于16：9的液晶屏还应包括有16：9/4：3 显示模式切换功能等其他辅助功能。

　　3）、驱动板的信号接口丰富化,为了满足视频信号发展需要，以后的投影机信号源输入接口应该包括：VGA，DVI，HDTV，Cvbs，S-VIDEO，YCbCr,TV等。

　　4）、视频信号的格式应满足PAL/NTSC 双制式，调试菜单应该多语言调试菜单，TV伴音制式也应该满足多国（或地区）的需要。    国产投影机从无到有，经历了爱好者DIY时代、手工作坊式时代，才走到了目前的专业化设计生产，已初具产业规模，其中的佼佼者充分地整合了现有的资源、协作、配套逐渐形成了一条产业链。现在的国产液晶投影机无论是体积、外观造型、亮度等硬指标，还是画面质量、可靠性等几项软指标，与过去不可同日而语，如瑞诚“魅影E”超灵巧家庭影院用液晶投影机，体积和造型媲美主流的三片液晶投影机，与早期的平看象风箱，竖看象电脑的不伦不类外观比，“瘦身”效果明显，算是登堂入室了，这主要得益于较早引入了创新的产品工艺美术设计理念及现代工业设计思路。早期的国产投影机在观看时环境需暗到男女难辩，现在有的国产品牌已达到了电教的能接受的基本亮度水准，可以边听讲边做笔记，亮度达500～1200ANSI流明，提高了十多倍。画质评判有了企业标准，主观感觉部分机型的画质已毫不逊色主流的三片机，有影有声就不错已真的成为了历史。可靠性也由台台回“娘家”的尴尬，到95%以上的开箱合格率，有了质的飞跃。

　　总体来看，与国际主流投影机相比,目前的国产投影机价格优势明显，耗材低廉，但综合性能平平，基本上进入了对品质要求不高(比如:亮度、体积)的娱乐场所，市场容量有限，要进入发展空间巨大的家用市场还必需迈过诸如散热及噪音、防尘、漏光等门槛。部分国产投影机厂商对这类相对较“软”的指标重视不够，其实这些都是主流投影机的核心技术，它们之间互为矛盾互相牵扯，要求一个满意的平衡点，实属不易。但只有处理好这些问题，国产投影机才能上档次，具备好用、易用、耐用的特点，加上明显的价格优势，才会得到家用市场的青睐，登堂入室而进千家万户，甚至冲出国门，走向世界。

　　散热及噪音

　　投影机的热量主要来自光源及其附属的功率电路，液晶屏被动吸收光能而积累热量，其它的电路发热较少。在投影机内，部件装配紧凑，容积率很高，通过常规的自然散热几乎不可能，最常见的方式是通过风冷强制散热。机内的部件对温度敏感的等级依次为液晶屏组件、电路组件、光源组件。液晶屏受液晶材料及偏光片材料的限制，分常温0～50℃、宽温-20～70℃、超宽温-40～90℃三种类型，在投影机中使用更关心的是温度上限，高上限的液晶屏散热设计灵活，可以很好地兼顾噪音及防尘。耐温等级可以从液晶屏使用手册中查到，也可以自行实验测试，常用的屏我们实测过一些，如夏普的LQ050A3AD01极限在85℃，夏普的LQ64P312、LQ64SP1/2均在55～60℃，而日立的TX18D11VM1高达90℃。光源组件由灯泡、反光碗、光汇聚系统组成，灯泡及其反光碗的耐温等级较高，灯泡的石英电弧管工作温度在900℃左右，新型的陶瓷电弧管能在1200℃工作。反光碗的玻璃基材耐温600℃，相对薄弱的是其上镀的多层高温介质膜，一般400℃能工作3000小时左右，并保持80%以上的反光率。聚光镜基材能耐高温，但如其较厚，工作时前后表面温差过大，可能因热应力而出现裂纹。