第電視原理與接收技術演示文稿現在是1頁\一共有103頁\編輯于星期一優選第電視原理與接收技術現在是2頁\一共有103頁\編輯于星期一知識要點

CRT投影失聚現象與克服方法；

數字會聚電路；

光源和照明光學系統；

分色/合色器件；

液晶投影的顯示驅動電路；

硅基液晶LCOS顯示；

DMD器件；

DLP投影光學系統。現在是3頁\一共有103頁\編輯于星期一教學建議

要求了解CRT投影失聚現象產生的原因與克服方法，掌握數字會聚電路。熟悉調制型投影顯示的光源、照明光學系統、分色/合色器件。分色/合色器件是本章的難點。了解液晶投影的分類、顯示驅動電路，掌握硅基液晶LCOS顯示。了解DMD器件，掌握DLP投影光學系統。

建議學時數為4學時現在是4頁\一共有103頁\編輯于星期一投影顯示(ProjectionDisplay)是指由圖像信息控制光源，利用光學系統和投影空間把圖像放大并顯示在投影屏幕上的方法或裝置。根據顯示器件形成圖像的方式，投影顯示可以分為發光型和調制型兩類。發光型投影顯示是指顯示器件上直接產生高亮度圖像，再由光學系統投影至屏幕上觀看，發光型投影顯示有CRT投影顯示和激光投影顯示，常用的是CRT投影顯示。調制型投影顯示的顯示器件本身并不發光，而是根據輸入圖像信息改變顯示媒質的某些電光特性(如反射率、投射率、折射率、雙折射、散射等)，經外加光源的照射，將顯示器件上的信息轉變為圖像，經光學系統讀出并投影在屏幕上。LCD(LiquidCrystalDisplay，液晶)投影、LCoS(LiquidCrystalonSilicon，硅基液晶)投影、DLP(DigitalLightProcessing，數字式光處理)投影都是調制型投影顯示。現在是5頁\一共有103頁\編輯于星期一8.1CRT投影顯示8.2調制型投影顯示8.3液晶投影8.4數字式光處理技術現在是6頁\一共有103頁\編輯于星期一

8.1CRT投影顯示

8.1.1CRT投影

8.1.2失聚現象與克服方法

8.1.3數字會聚電路現在是7頁\一共有103頁\編輯于星期一

8.1.1CRT投影

CRT投影顯示技術是歷史最悠久、最成熟的技術，目前還在不斷發展與完善。CRT投影是用投影透鏡將小型高亮度CRT上的圖像放大，在較大屏幕實現顯示的裝置。圖8-1是CRT投影的示意圖，圖中紅、綠、藍三個單色的CRT中心位置的光經過投影透鏡投射到屏幕中心。圖8-1CRT投影的示意圖紅CRT投影透鏡藍CRT綠CRT屏幕現在是8頁\一共有103頁\編輯于星期一

1.高亮度CRT投影管投影管采用大口徑、高清晰度、大電流專用電子槍，對提高屏幕亮度和延長投影管的壽命起著關鍵作用。內凸的負半徑熒光屏可以有效加大圖像的發光面積，能使屏幕四周的圖像亮度提高20％。與此同時，還能使畫面亮度的不均勻性得到明顯改善。投影管屏幕上的熒光粉為含有稀土元素的合成材料，發光亮度比普通熒光粉增大數十倍，而且能在高亮度、高溫度情況下長時間工作而不老化。為了使三只單色投影管分別產生的紅、綠、藍三幅單色圖像重合成一幅逼真的畫面，背投影彩色電視機均設有數字會聚調整電路，分別產生符合要求的水平(或稱東西)及垂直(或稱南北)行、場會聚信號并加到會聚調整線圈上，實現三幅單色圖像在投影屏幕上的完全重合。現在是9頁\一共有103頁\編輯于星期一

目前背投式彩色電視機中使用的投影管有15.2、17.8、20.3cm(即6、7.5、8英寸)等規格。一般說來，投影管熒光屏尺寸越大，畫面亮度越高、越清晰。由于投影管工作電流大、發光強度高，在正常工作條件下就會產生大量熱量，使熒光屏溫度升高。在沒有外加散熱措施的條件下，投射管屏幕熒光粉的表面溫度高達120℃～130℃。長期工作在如此高溫下的熒光粉壽命會縮短，安裝在投影管前面的由樹脂組成的透鏡會因過熱而性能變壞，甚至燒毀。因此必須對投影管采取有效的散熱措施，在熒光屏和透鏡之間設置一個金屬冷卻腔，冷卻腔內灌裝透光率高、導熱性能好的冷卻液（冷媒）。投影管工作時所產生的熱量通過冷媒的對流傳遞給冷卻腔，再由腔體表面的散熱片將熱量散出。為提高光的透射率，冷卻腔的外形設計成特定的形狀，內部的冷媒和前面的“C”碗共同組成一個光學上的凹透鏡，以有利于提高圖像的亮度和改善圖像的聚焦性能，如圖8-2所示。

現在是10頁\一共有103頁\編輯于星期一圖8-2CRT投影管冷卻腔示意圖負半徑熒光屏C碗冷卻腔冷卻液高壓咀現在是11頁\一共有103頁\編輯于星期一

2.背投影型CRT投影電視機背投影型CRT投影電視機將CRT、投影透鏡、鏡子和屏幕等所有組成的零部件一體化，包容在一個機箱內，外觀上與通常CRT方式的電視機相似。圖8-3是背投影型CRT投影電視機剖面圖，為了縮短裝置的進深，設有使光路折返的鏡子。縮短投影透鏡與屏幕間的光學距離(即投影距離)可以減小進深，這樣，背投型電視機可做到薄形化。

CRT投影的優點是圖像細膩、色彩豐富、逼真自然、分辨率調整范圍較大、幾何失真調整功能較強。CRT投影的缺點是亮度低、亮度均勻性差、體積大、重量重、調整復雜、長時間顯示靜止畫面會使管子產生灼傷。CRT投影在投影機中已經被淘汰，但目前國產的投影電視機仍以CRT投影為主。現在是12頁\一共有103頁\編輯于星期一圖8-3背投影型CRT投影電視機剖面圖CRT投影透鏡鏡子屏幕現在是13頁\一共有103頁\編輯于星期一

8.1.2失聚現象與克服方法

1.失聚產生的原因

CRT投影彩色電視機中，三只投影管與屏幕的相對位置和角度互不相同，三個單色圖像到屏幕的光程不同導致三者不能理想地重合在一起；投影管前面的透鏡組件對不同波長的紅、綠、藍色光折射率不相同，加上光傳輸中固有的發散特性，必然造成圖像的幾何失真和失聚；三只投影管的偏轉靈敏度及三組偏轉線圈的參數不可能一致，三幅單色圖像也就達不到理想的會聚。偏轉線圈分布參數的差別，會造成單色畫面的局部產生畸變，使會聚更加困難。現在是14頁\一共有103頁\編輯于星期一

2.會聚的基本方法⑴靜態會聚。精確選擇三只投影管的安裝位置和角度，將失聚現象減小到最低限度；設置會聚機械調整構件，對投影管的安裝角度(安裝軸線)、偏轉線圈的傾斜度進行微調，實現屏幕中心部位的會聚。⑵動態會聚。設置專門的會聚調整電路產生會聚調整電流通過投影管上的會聚線圈產生一個會聚調整磁場(相當于在偏轉線圈上粘貼小磁片)，分別對三只投影管中電子射束的運動軌跡進行極為精細的調整，實現整個屏幕上紅、綠、藍三個單色圖像的精確會聚。動態會聚電路包括會聚電流產生電路、會聚電流放大電路、會聚線圈與屏幕顯示電路，屏幕顯示電路用來產生會聚調整時所需要的方格信號和“十”字信號，既是調整用信號，也是會聚調整效果的檢驗信號。

現在是15頁\一共有103頁\編輯于星期一會聚信號產生電路首先產生四種基本校正用波形：以行、場掃描逆程脈沖作頻率基準，由RC電路產生的行、場鋸齒波；由行、場鋸齒波通過不同時間常數的RC積分電路形成的行、場拋物波；以行、場鋸齒波為基準產生的行、場正弦波和行、場四倍頻率正弦波。然后利用由可變電阻器組成的矩陣電路，將四種基本波形變為16種以上的可供選擇的混合波形的激勵信號，經功率放大后分為行、場掃描兩組共6路饋送給設置在三只投影管上的6只會聚線圈，這便是模擬會聚電路。模擬會聚調整電路中需要設置60只以上可調電阻，調整時要對這些可調電阻逐個進行反復多次地調試，因而相當麻煩。由于可調元件多，電路的工作穩定性差。現在是16頁\一共有103頁\編輯于星期一

8.1.3數字會聚電路

1.數字會聚原理數字會聚電路由微處理器代替了由可變電阻器組成的矩陣電路，首先利用A／D轉換器將上述四種基本波形的會聚校正信號變為數字信號：根據紅、綠、藍三種單色光柵在屏幕上的具體失聚情況，通過I2C總線鍵入需要的數值，由微處理器進行數學運算自動形成具有最佳補償效果的數字式會聚信號；然后通過D／A變換電路轉換為模擬會聚信號，經功率放大后饋送給會聚線圈實現會聚調整。現在是17頁\一共有103頁\編輯于星期一

數字會聚電路在電路之間采用I2C總線彼此連接，結構簡單，會聚調整點在100個以上，調整更精確，效果更好；生產中可通過計算機接口，自動進行數據寫入和調整，大大提高了生產效率，產品性能一致性好；減少了元器件的數量，省掉了調整用幾十個可變電阻器，電路穩定性較好。數字會聚電路制成一個模塊，背投彩電出廠前均已調整、設置好，使用中無需用戶調整，背投彩電開機后的極短時間內，微處理器從存儲器中取出已儲存的會聚最佳數據，迅速將其調整好。自動會聚調整在日立公司生產的一些背投彩電中稱為“魔術會聚”，索尼公司稱為“數碼快速聚焦”。現在是18頁\一共有103頁\編輯于星期一

2.數字會聚電路的組成數字會聚電路的組成如圖8-4所示。其中數字會聚信號處理電路由行、場掃描位置采樣電路，A／D變換器，行、場用修正波形發生器，組合運算電路等組成，能對行、場掃描信號位置采樣，能適應PAL、NTSC、HDTV等彩電制式和隔行掃描、逐行掃描、VGC等掃描格式，有6個6bit數字會聚校正信號輸出，有專門用于會聚調整用方格、點、光標圖案的輸出，在I2C總線控制下，具有會聚自行調整以及粗波和精波混合調整功能，還有1個模擬輸出引腳用于動態聚焦。常用電路有CM0006CF、CM0021AF等。現在是19頁\一共有103頁\編輯于星期一行逆程脈沖圖8-4數字會聚電路結構方框圖HD數字會聚處理電路PLL時鐘產生電路VDRHRVGVGHBHBV12路D/A變換RHRVGHGVBHBV6路有源低通濾波6路會聚功率放大RHRVGHGVBHBVR會聚線圈G會聚線圈B會聚線圈E2PROMI2C有源濾波及放大動態聚焦信號放大動態聚焦電路聚焦電極RGBGYSG視頻信號處理DF現在是20頁\一共有103頁\編輯于星期一

PLL時鐘產生電路是鎖相環式壓控振蕩器與數字會聚信號處理電路中的PLL電路一起組成穩定的13.5MHz時鐘信號發生器。電可擦除、可編程存儲器通過I2C接口進行數據交換，用于存儲標準的會聚校正系數。輸入的電視信號同步觸發脈沖HD、VD或VGA同步觸發脈沖VGA-H、VGA-V，在其內部作為會聚同步及實時采樣信號，所得采樣點數據經過A／D變換后，首先產生會聚信號用的粗調波和細調波；在相應軟件控制下，進行相當復雜的對比、運算、組合等“加工”后疊加成需要的行、場共6個數字會聚信號RV、RH、GV、GH、BV、BH經過D／A變換電路（為提高變換速度，兩個變換器并聯使用）變換成6個模擬會聚信號后，分別送到6個有源濾波器，濾除無用的高頻時鐘信號并經前置放大后，傳輸給會聚信號功率放大電路，放大后的模擬會聚信號送到R、G、B三只單色投影管的水平、垂直共6組會聚校正線圈。在I2C總線控制下，通過鍵入相應的數值，便可消除光柵的幾何失真及失聚現象，實現紅、綠、藍單色光柵的最佳會聚。現在是21頁\一共有103頁\編輯于星期一數字會聚處理電路還向視頻信號處理電路輸出會聚調整用的R、G、B單色方格信號、光標、調整菜單字符信號。這些信號在視頻信號處理電路中經切換、放大后激勵對應的投影管，在屏幕上顯示出需要的會聚調整信號。數字會聚電路的一般調整原則是：先“靜”后“動”，先“綠”后“紅藍”、先“大”后“小”。即先進行靜會聚調整，首先使紅、綠、藍三個單色光柵的中心與屏幕中心重合，并使屏幕中心區域實現會聚。然后，將動會聚調整信號饋送給投影管的會聚線圈，進行動會聚調整；無論是靜會聚調整，還是動會聚調整，一般是以綠投影管會聚方格畫面作基準，再依次進行紅、藍投影管會聚方格畫面的調整；先“大”后“小”是指，將屏幕依次均勻地劃分為100～288個調整區域，首先對屏幕上若干個均勻分布的大區域進行粗調，通過粗調完成70％～80％的會聚校正及光柵幾何失真校正，然后再對每個小區域進行調整，完成剩下的20％～30％的會聚調整。另外，會聚調整應在紅、綠、藍三個單色光柵基本無幾何失真的情況下進行。現在是22頁\一共有103頁\編輯于星期一會聚調整與視頻信號的制式有關。制式不同，會聚調整過程也不一樣，背投影彩色電視機只有完成不同制式信號的會聚調整后，才能正常顯示各種制式的信號源。

3.自動會聚修正電路背投影彩色電視機生產時會聚已調整到最佳工作狀態，用戶購買回家安裝后，由于地磁場發生了變化，或受其他設備漏磁的影響，還可能在搬運過程中會聚調整機件發生微小的移動等原因，會聚發生偏差，造成紅、綠、藍三色不完全重合，圖像出現可覺察的彩色鑲邊、色純不良等失聚現象。自動會聚修正電路就是為解決這一問題而設置的。現在是23頁\一共有103頁\編輯于星期一自動會聚修正電路在屏幕四個邊框中心交叉線上設置4個或8個光電傳感器，記錄下背投影彩色電視機工廠調試后處于最佳會聚狀態時的各項參數并存儲在存儲器中；用戶將背投影彩色電視機在家中安裝好以后，接通電視信號并收到正常的彩色畫面后，按一下面板上的自動會聚調整鈕，背投影彩色電視機在微處理器的控制下自動執行自動會聚修正功能：首先測量出當前的工作狀態，并與存儲的最佳會聚狀態時的有關參數相比較，進而計算出兩者的差值并求出相對應的補償量。然后驅動有關會聚電路，按補償量的要求，將紅、綠、藍三個單色圖像的會聚情況恢復到最佳狀態。自動會聚修正電路有的公司稱為一鍵式自動會聚調整電路，也有的稱為魔術會聚電路。現在是24頁\一共有103頁\編輯于星期一

4.動態聚焦電路

無論是彩色顯像管還是單色投影管，其屏幕上的各點到電子槍的距離是不一樣的。這種結構必然給掃描電子束在整個熒光屏上的聚焦帶來困難，通常的直流電壓聚焦法只能保證熒光屏中心區域的理想聚焦。離中心越遠，電子束的散焦越厲害，結果四周邊緣部分畫面的清晰度降低。單色投影管熒光屏的面積雖小，也存在上述失聚現象，經光學放大幾十倍以后，散焦現象也很明顯，所以背投影彩色電視機中普遍設有動態聚焦電路。

現在是25頁\一共有103頁\編輯于星期一

所謂動態聚焦電路，就是一個能使聚焦電壓值隨著掃描電子束運動而變化的電路，主要改善投影管屏幕邊緣部位的電子束聚焦情況，從而實現掃描電子束在整個屏幕上的良好聚焦，達到整個屏幕上畫面清晰度均勻一致。聚焦電壓應由兩部分組成：一是直流聚焦電壓，用它實現熒光屏中心區域的聚焦；二是動態聚焦電壓，是隨著電子束遠離中心而逐漸升高的變化電壓，即它的波形應是拋物線狀。將行、場掃描信號變為拋物波信號后，與直流聚焦電壓相疊加成為一個復合的聚焦電壓，只要其幅度變化合適，即可實現整個屏幕的良好聚焦。

現在是26頁\一共有103頁\編輯于星期一

動態聚焦信號來自兩方面：一是數字會聚信號處理電路內部產生的專用于垂直方向動態聚焦的信號DF。該信號經有源濾波及放大后，又被進一步放大后饋送給動態聚焦電路，通過I2C總線實現動態聚焦的調整；二是行輸出變壓器輸出的行掃描逆程脈沖，經積分變換成的行頻拋物波電壓，該動態聚焦信號直接送到動態聚焦電路，最后動態聚焦電路輸出的行、場拋物波電壓與直流聚焦電壓相疊加送到聚焦極上。

CRT背投電視的高亮度和精密聚焦，依靠CRT的近3萬伏高電壓，而高壓和X射線輻射的存在，是現代人們追求安全和環保的最大障礙。隨著數字化的進展，以電子束掃描為技術基礎的CRT投影電視，已經不能適應數字化高頻率、高精度的要求，調制型投影顯示成為開發研究的熱點。現在是27頁\一共有103頁\編輯于星期一

8.2調制型投影顯示

8.2.1調制型投影顯示系統的組成

8.2.2光源

8.2.3照明光學系統

8.2.4分色/合色器件現在是28頁\一共有103頁\編輯于星期一

8.2.1調制型投影顯示系統的組成

1.調制型投影顯示系統組成

調制型投影顯示系統通常由光源、照明光學系統、空間光調制器(SpatialLightModulator)、驅動電路系統和成像光學系統等部分組成，如圖8-5所示。

圖8-5調制型投影顯示系統組成方框圖照明光學系統光源空間光調制器投影成像光學系統驅動電路系統現在是29頁\一共有103頁\編輯于星期一

2.單片式系統和三片式系統

按照投影系統中所使用的微型空間光調制器件的數量，投影顯示系統可以分為單片式和多片式，其中以單片式系統和三片式系統比較常見，兩種投影顯示系統在工作原理上最主要的區別在于采用不同的分色和合色方法。單片式系統中，任何像素在任一時刻只能顯示一種顏色的圖像信息。因而為了實現彩色顯示，單片式投影系統通常讓顯示器件在不同時刻顯示不同的顏色信息，對相應顏色的照明光進行調制，并利用人眼的視覺遲滯效果，將連續快速交替的單色圖像融合為彩色圖像。這種方法可以稱為時間分色法。對于采用R、G、B作為三基色的系統，這種方法通常要求顯示器件的顯示頻率是圖像的3倍、6倍或者更高。由于調制器在不同時刻顯示不同顏色的圖像信號，因而在任一時刻只能利用一種顏色的照明光，導致系統能量利用率較低。

現在是30頁\一共有103頁\編輯于星期一三片式投影顯示系統中，每一顯示器件分別顯示R、G、B三基色中的一種顏色的圖像信息，通常采用空間分色、合色的方法，首先將白色照明光分為R、G、B三單色光路，分別照明相應的空間光調制器，在經由特定的光學元件或光路結構將顯示在顯示器件上的3單色圖像的像精確的重疊在一起，合成為彩色圖像，并由投影物鏡成像在屏幕上。三片式系統通常具有更高的亮度和分辨率，但系統結構復雜，成本較高，常應用于對亮度等性能具有較高要求的高端投影顯示設備。而單片式系統結構簡單、成本低，但系統的能量利用率(亮度)也低，常應用于背投影系統或便攜式正投影系統等低端產品。現在是31頁\一共有103頁\編輯于星期一

8.2.2光源常用的光源有超高壓水銀燈(UltraHighPressureMercuryLamp，UHP)、金屬鹵化物燈(Metal-halideLamp)、氙燈(XenonLamp)以及鹵素燈(Tungsten-HalogenLamp)四種，統稱為高亮度放電燈(HID：HighIntensityDischarge)，其中前三種是利用放電發光的燈，根據投影儀對光源的要求為短弧燈。鹵素燈是利用熱發光的光源，燈絲小型化的鹵素燈也可以用作光學儀器的光源。氙燈和超高壓水銀燈的紫外光偏高，而金屬鹵素燈在人眼最高視覺靈敏度波長555納米處的光功率偏低。超高壓水銀燈是現在小型及通用投影儀光源的主流。氙燈是大輸出的大型投影儀所必須的光源。金屬鹵化物燈比較廉價，具有中等輸出光源的特征；鹵素燈光源的特點是小輸出、廉價。后兩種燈在投影儀發展初期為主流光源，現在用于非常廉價的液晶投影儀光源。LED（LightEmittingDiode，發光二極管）是一種很有潛力的光源，目前主要用于微型投影。現在是32頁\一共有103頁\編輯于星期一

1.超高壓水銀燈超高壓水銀燈在穩定點亮的時候，水銀蒸氣壓是150～250大氣壓的超高壓，弧長為1～2mm的極短弧。普通高壓水銀燈放電時，紅光光譜發光不充分，隨著水銀蒸氣壓的增大，發光的光譜也增大，水銀蒸氣壓達到150大氣壓時，紅光達到可以應用的比例，可以用作投影儀光源。當水銀蒸氣壓為150個大氣壓的時候，全管壁的溫度大約在860℃，要達到200個大氣壓溫度在920℃以上。

100W的超高壓水銀燈可以有5000小時以上的壽命，而額定功率為150W以上的燈管壽命是2000個小時左右。孤軸垂直點燃的燈管管壁溫度比較均勻，管壁不易起白濁，有良好的壽命特性。輸入功率為200W的直流點燃燈管也能有5000個小時以上的壽命。隨著燈管技術的進步，預計壽命可以延長2～3倍。現在是33頁\一共有103頁\編輯于星期一

2.金屬鹵化物燈一般照明用的金屬鹵化物燈的水銀蒸氣壓是幾個大氣壓，水銀蒸氣有絕熱效果，可以提高燈的效率。投影儀使用的金屬鹵化物燈的水銀蒸氣壓是數十個大氣壓，金屬鹵化物的原子光譜或分子光譜與水銀原子光譜組合而得到發光。金屬鹵化物燈的效率與壽命是很強的逆相關關系，根據燈的設計，效率會發生變化。標準弧長為5mm的金屬鹵化物燈可得到80lm/W的效率，弧長為3mm時效率為70lm/W，弧長為2mm時效率則為65lm/W左右。與交流燈比較，直流燈的效率要低一些。若設計重點放在屏幕的光通量上，金屬鹵化物燈的壽命多為1500～2000個小時；如果犧牲屏幕的光通量，可以設計達到5000個小時的壽命。現在是34頁\一共有103頁\編輯于星期一

3.氙燈

氙燈是一種高彩色再現性的光源，能以約6000K色溫的連續光譜發光，短弧氙燈是一種高亮度光源。現在大量使用的攝影用氙閃光燈正是利用其高彩色再現性。氙燈燈內充有高壓惰性氣體，氣體壓強可達2×106Pa，與金屬鹵化物燈同屬于氣體放電發光。氙燈光譜能量的分布及色溫較為穩定，隨功率變化較小。氙燈的電弧形狀從陰極到陽極成反射狀園錐體，整個電弧的亮度分布很不均勻，在橫截面上的分布是中心對稱的，幾何中心處的亮度與電極之間的距離有關。氙燈效率較低，為30～40lm/W，且燈管電壓低，電流大，所以燈管及點燃電路的價格頗高，適用于固定安裝用的高品質、大輸出投影儀的光源。現在是35頁\一共有103頁\編輯于星期一

4.鹵素燈鹵素燈的結構與白熾鎢絲燈泡相同，只是在燈內充入高壓惰性氣體和少量鹵素，高壓氣體可以抑制鎢的蒸發，使鎢絲的工作溫度從2400K提升到3000K左右，在可見光波段的光強度會增強。當鎢絲受熱蒸發時，與惰性氣體會形成熱對流，蒸發出來的鎢原子與氣體發生碰撞而回到鎢絲表面，形成鹵素循環(HalogenCycle)，不會使蒸發的鎢沉積在燈壁上，因此可以提高燈泡壽命。鹵素燈不需要復雜的點燃電路，是小型輕量的光源。缺點是效率低、亮度低、壽命短等。現在是36頁\一共有103頁\編輯于星期一

5.LED

與上述光源相比，LED有許多優點。已經有紅色、綠色和藍色的LED，不需要從白光中提取基色光，因此在LED的投影系統中不需要分光鏡。另外與UHP燈相比，LED光源不會發出紫外和紅外波段的光，系統中不需要UV和IR濾光片。這些都會使系統的體積更小、成本更低、損耗更小。LED壽命很長，可以點燃10萬個小時，大大提高了投影儀的使用時間。LED的體積小，驅動電壓低，是廉價密集可攜帶的投影儀的理想光源。LED光源的發光光譜很窄，接近于單色光，因此能產生大的色域、增加配色數目、提高圖像質量。

LED的缺點是強度太低，效率大約為UHP燈的1/50。只能作為微型投影儀光源，還要設計合理的照明系統結構，使其達到所要求的照度和均勻。一般將許多LED排成一個陣列，作為面光源使用。增加LED的排列也就增加了發光有效面積，增加了光通量。現在是37頁\一共有103頁\編輯于星期一

LUMILED公司在LED投影儀方面做了大量的工作，研制出了單只120ANSIlm的高功率LED，提出一種高功率LED投影儀的結構，關鍵器件是一種花瓣型能量收集器，可以高效地收集LED的能量。高功率LED的研制成功使得LED作為亮度要求較低的背投照明光源完全是可能的，對于投影畫幅較小的前投系統，LED照明光源的投影儀可以大大減小系統尺寸和重量，真正成為超輕、超小型的移動辦公投影儀。LED光源是投影顯示發展的一個重要方向，主要要解決的問題就是能量收集率的問題。表8-1是光源性能比較表現在是38頁\一共有103頁\編輯于星期一光源效率（lm/W）色溫（K）壽命（h）弧長（mm）增亮時間主要用途UHP60(100～150W)7000～850050001～1.2(100～150W)短100W級低功耗投影儀金屬鹵化物燈60～840(80～400W)6500～80002000～50001.2～3.5(50～250W)長200W以上的高亮度投影儀氙燈25～40(150～7KW)58001000～20001(7KW)長大型高功率商務投影儀(尤其是DMD用)鹵素燈20～30(150～500W)3000～350025～2000近似點光源短小型投影儀LEDR：30～40G：20～30B：10～15W：15～25

10000近似點光源極短微型投影儀表8-1光源性能比較表現在是39頁\一共有103頁\編輯于星期一

8.2.3照明光學系統照明光學系統收集光源發出的光能，在空間光調制器上形成亮度均勻的照明光斑。同時調整照明光斑的形狀，以適合空間光調制器矩形形狀要求，減小由于照明光斑形狀不匹配而產生的能量損失。

1.反光碗

反光碗是反射式光學元件，通常與光源集成在一起，將由發光電弧釋放的光能反射向特定的方向。常見的反光碗包括拋物形和橢球形的反光碗，前者將照明光會聚為準直光束，后者則將照明光會聚在橢球的焦點上。

現在是40頁\一共有103頁\編輯于星期一橢球反光碗是一種很通用的收集光能的反光碗。由于它結構簡單，造價低廉，被廣泛應用于投影顯示中。弧光燈沿光軸放置在旋轉橢球面反光碗的內焦點P，而被照明物體(目標點)放在橢球面反光碗的第二個焦點Q附近，根據橢球面反光碗的特性，光能在反射鏡的第二焦點附近被采集。

雙拋物面反光碗中兩個拋物面反光半碗上下對稱放置，光軸在同一條直線x軸上。弧光燈放在第一個拋物面反光半碗的焦點P處，反射光準直射向第二個拋物面反光半碗。被準直的光線進入第二個拋物面反光半碗，然后在它的焦點Q會聚。由于雙拋物面反光碗只收集了弧光燈一部分的光線，我們可以在第一個拋物面反光半碗的對面放置一個半球形的反光碗，球心與弧光燈位置重合。因此到達半球形反光碗的光線被反射回來而最終被第一個拋物面反光半碗收集。雙拋物面反光碗光能利用率為73.34%。

現在是41頁\一共有103頁\編輯于星期一雙橢球面反光碗中兩個橢球面反光半碗旋轉對稱放置，光源在第一個橢球面的下焦點P處，而目標點在第二個橢球面的上焦點Q處。兩個橢球面的另一個的焦點在O點重合。根據橢球面的性質，光源發出的光經過第一個橢球面反光半碗的反射，在點O處匯聚，光線繼續傳播，被第二個橢球面反射又在焦點Q處匯聚。同樣我們在第一個橢球反光半碗對面放置一個半球形反光碗，球心與光源位置重合，到達半球形反光碗的光線被反射回來被第一個橢球面反光半碗收集。雙橢球面反光碗光能利用率為62.6%現在是42頁\一共有103頁\編輯于星期一

雙軸雙拋物面反光碗中兩個反光半碗的光軸之間距離為D，在第一拋物面反光半碗沿y軸方向對面放置第二個拋物面反光半碗，而第一拋物面反光半碗的沿z軸方向對面放置一個半球面反光碗。光源放在第一拋物面反光半碗的焦點P上，被照明物體放在第二拋物面反光半碗的焦點Q上。與雙拋物面反光碗系統相似，光線經半球面反光碗與第一拋物面反光碗反射后，被準直射向第二拋物面反光碗，最后被匯聚在照明物體上。照明光束的發散角可以由D值調節。雙軸雙拋物面反光碗光能利用率為66.6%。詳見參考文獻48。

現在是43頁\一共有103頁\編輯于星期一

2.復眼透鏡和方棒積分元件收集反光碗反射的光能，同時起到調整光斑形狀的作用。復眼透鏡和方棒是目前最為常用的兩種積分光學元件，其基本原理都是將單一的光源成像為二維的光源陣列，并將光源陣列的像疊加，以實現高均勻性的照明光斑。照明成像系統將照明光會聚在空間光調制器上，通常采用柯拉照明的形式，將光能分布均勻的前段照明系統的光闌成像在顯示器件上，從而滿足系統對均勻性的要求。

現在是44頁\一共有103頁\編輯于星期一

⑴復眼照明系統

復眼照明系統是投影顯示系統中常見的一種照明結構，能夠將光源發出的圓形光斑轉換為顯示器件需要的矩形光斑，同時還可以有效的提高系統的照明均勻性。圖8-6給出了復眼照明系統的結構示意圖。整個復眼照明系統由帶反光碗的光源、復眼透鏡和后繼照明透鏡組組成。復眼透鏡由一系列小透鏡拼合而成，也可以稱為透鏡陣列。圖8-6復眼照明系統的結構示意圖光源反光碗復眼透鏡1復眼透鏡2透鏡1透鏡2空間光調制器現在是45頁\一共有103頁\編輯于星期一復眼照明系統通常配合拋物型反光碗光源使用，系統中引入兩組復眼透鏡以獲得高能量利用率和高均勻度的照明光斑。HID燈位于拋物碗的焦點上，發出的光線經拋物反光碗反射后成為準直光束，投射在第一組復眼透鏡上，并由第一組復眼的小透鏡會聚成像在第二塊復眼透鏡上，從而將一個光源分成多個光源。第二組復眼透鏡位于第一組復眼透鏡的焦平面上，它的每個小透鏡將前排復眼對應的小透鏡重疊成像于無窮遠，然后由后繼照明透鏡組成像于空間光調制器的表面上。由于光源的整個光束被分為多個細光束照明，每個細光束的均勻性優于整個寬光束的均勻性，而且對稱位置上的細光束光斑相互疊加，進一步補償了細光束的不均勻性，因而復眼透鏡系統可以獲得良好的照明均勻度。現在是46頁\一共有103頁\編輯于星期一

⑵方棒照明系統

方棒將光源輸出的圓形光斑轉化為空間光調制器所需要的矩形照明光斑，同時滿足系統光能利用率及照明均勻性要求，常與橢球型反光碗光源配合使用。通常方棒位于橢球反光碗的第二焦點上，其截面長寬比與空間光調制器的長寬比相等。光線進入方棒后，經過多次反射從另一端面出射，在出射面上形成照明均勻的矩形光斑。圖8-7是方棒工作原理示意圖。圖8-7方棒工作原理示意圖光源橢球反光碗透鏡1透鏡2空間光調制器現在是47頁\一共有103頁\編輯于星期一方棒可以是實心的玻璃棱鏡，也可以是由鍍有高反射薄膜的平面反射鏡粘接而成的空心器件。實心方棒(lightrod)利用光波在玻璃內的全反射，其特點是反射效率高，加工方便，成本低。而空心方棒(lighttunnel)利用反射鏡實現光能在方棒內的傳輸，反射效率較低，但也避免了玻璃材料的吸收和實心方棒前后表面的反射造成的能量損失，同時由于沒有玻璃的折射，光線在方棒內具有更大的角度，可以在更短的長度內實現同樣次數的內部反射，達到相同的照明均勻性，避免了實心方棒中由于前后表面的瑕疵對均勻性的影響。復眼照明系統，特別是復眼透鏡的加工十分復雜，成本較高。而方棒照明系統的原理和結構都很簡單，成本相對較低。現在是48頁\一共有103頁\編輯于星期一

8.2.4分色/合色器件

1.PBSPBS(PolarizingBeamSplitter，偏振分光膜)廣泛應用在投影光學系統中。當光以布儒斯特(Brewster)角入射鍍有無機薄膜棱鏡斜面時，對s光（偏振方向垂直入射線）有著較高的反射率，而對p光（偏振方向平行入射線）反射率幾乎為零，入射p光大部分透射。只要適當增加薄膜層數，并使所有這些薄膜界面都滿足Brewster角，就可實現s光全反射，而p光全透射，這就是典型的PBS。在棱鏡斜面鍍上多層無機薄膜，可使PBS獲得了較好的光學性能，可見光區s光的透射率小于0.1，而p光的透射率大于97%。為了獲得高效率、均勻的光學照明，常使用復眼和偏振轉換系統，偏振轉換系統即PBS陣列，s偏振光經過偏振薄膜反射后出射。p偏振光經過偏振薄膜后透射，然后在p偏振光出射端前面加一個1/2波片，使之轉換為s偏振光后出射，實現偏振的轉化合成，大大提高光能的利用率。現在是49頁\一共有103頁\編輯于星期一

2.Philips棱鏡投影顯示系統中光學系統的核心之一就是分色合色系統。分色合色系統可以將白光分成紅、綠、藍三基色，分別由圖像源對這三種顏色的光進行調制后，再由合色系統合色投影到屏幕上產生彩色圖像。

Philips棱鏡是一種常見的分色合色系統，圖8-8是Philips棱鏡結構示意圖。棱鏡材料是K9玻璃，n=1.5163。第1面的入射角為16°，鍍了反藍透紅綠分色薄膜，其間是空氣隙，光線換算到空氣當中的出射角為24.8°，第2面入射角也是16°，鍍了反紅透綠分色薄膜，然后膠合。現在是50頁\一共有103頁\編輯于星期一圖8-8Philips棱鏡結構示意圖RGB123PBS照明光投影光現在是51頁\一共有103頁\編輯于星期一照明光束經PBS反射后，s偏振光進入Philips棱鏡，藍光由1面反射后，再由3面全反射到達B空間光調制器；紅光由2面反射后經1面全反射到達R空間光調制器；綠光透射。R、G、B三色光分別經三塊空間光調制器后，轉變為橢圓偏振光，再通過Philips棱鏡合色后，其中p偏振分量經PBS出射，由投影物鏡在屏幕上形成彩色圖像。Philips棱鏡在系統中既是分色元件又是合色元件，分色合色系統對s和p偏振光的要求實際上是一致的。分色合色薄膜同時承擔著分色和合色的任務。分色時，棱鏡工作在s偏振分量，而合色時，棱鏡工作在p偏振分量，因此Philips棱鏡總的透過率為s和p偏振分量透過率的乘積。由于薄膜的偏振效應，s和p分量的光譜曲線分離是不可避免的。其結果是不僅使s和p分量之間光譜分離波段的部分光能量無法利用，而且這部分光將在Philips棱鏡內部多次反射而形成雜散光。因此減少偏振分離的分色合色膜系既可提高光能利用率，又可減少雜散光的干擾而提高系統的對比度。現在是52頁\一共有103頁\編輯于星期一

3.色輪在單片式投影系統中，色輪(Color-Wheel)是產生紅、綠、藍三色光的部件，被用來產生彩色投影圖像，可分為三段、四段和六段三種結構。圖8-9是三段色輪結構示意圖，三段色輪以60Hz的頻率轉動，每秒可提供180色場。該色輪工作時，任意給定的時間內有2/3的光線被阻擋，只有一種顏色的光被通過。當白光射到紅色濾光片時，紅光透過，而藍光和綠光被吸收。同樣道理，藍色濾光片通過藍光而吸收紅、綠光；綠色濾光片通過綠色而吸收紅、藍光。因此這種色輪的光利用率只有1/3。現在是53頁\一共有103頁\編輯于星期一RB色輪白色光束光閥GR、G、B、R圖8-9三段色輪結構示意圖現在是54頁\一共有103頁\編輯于星期一

4.TIR棱鏡單片式DLP背投影光學引擎常采用TIR(TotalInternalReflection，全反射)棱鏡作為DMD（詳見）前區分照明光路和出射光路的器件。TIR棱鏡由2塊三角形棱鏡膠合而成，兩塊棱鏡間留有幾個微米的空氣隙，因而通過光線在該斜面上的透射和全反射實現光路的區分。為了提高能量利用率，兩塊棱鏡在該面上鍍有增透膜，以提高亮態光束的透過率。而由于薄膜的存在不能改變全反射條件，照明光在該面上依然發生全反射。棱鏡1主要起區分光路的作用。棱鏡2則用于補償由棱鏡1引起的光程差。照明光束進入棱鏡1后，在斜面2上發生全反射，繼而在面3上發生透射而照射在DMD表面上。被DMD反射的出射光再次進入棱鏡1，并在斜面2上發生透射，經過棱鏡2后進入投影物鏡。圖8-10給出了亮態和暗態時TIR棱鏡中照明光和出射光的傳播。現在是55頁\一共有103頁\編輯于星期一圖8-10TIR棱鏡中照明光和出射光的傳播亮態暗態棱鏡1棱鏡22323棱鏡2棱鏡1現在是56頁\一共有103頁\編輯于星期一

5.濾光片式合色系統

濾光片式合色系統如圖8-11所示，采用了兩片濾光片，一片反射綠光，而其它的光透過；另一片反射紅光，透射其它顏色的光。這種方法結構簡單，容易實現，但是體積較大，不夠緊湊，因此在小型投影系統中很少用這種方案。圖8-11濾光片式合色系統示意圖R反射鏡GBW綠反射紅反射現在是57頁\一共有103頁\編輯于星期一

6.X立方棱鏡

X立方棱鏡如圖8-12所示，由四塊直角棱鏡膠合而成，在膠合面上鍍有偏振分光膜，鍍膜面1反射紅光而讓其它光透過；鍍膜面2反射藍光而讓其它光透過。代表RGB三色圖像的光分別從棱鏡的三個面入射，經過鍍膜面的反射透射后合成彩色圖像，再通過投影鏡頭投射到投影屏上。該方案的結構明顯緊湊，所占的空間小，適合于小型投影系統。另外該方案的合色部分結構上可以做成一個整體，安裝方便。圖8-12X立方棱鏡合色系統示意圖RGBW藍反射紅反射現在是58頁\一共有103頁\編輯于星期一

8.3液晶投影

8.3.1液晶投影的分類

8.3.2液晶投影的顯示驅動電路

8.3.3硅基液晶顯示技術

8.3.4液晶投影的特點現在是59頁\一共有103頁\編輯于星期一

8.3.1液晶投影的分類八十年代末、九十年代初興起的液晶投影顯示發展非常迅速，不僅能實現高亮度和高分辨率的大屏幕顯示，在圖像對比度、穩定性等方面性能良好，而且體積小、重量輕、靈巧、方便，是一種較為理想的顯示技術。液晶投影的原理是把光源發出的光束照射在小型液晶元件(光閥)，再將因液晶光閥形成圖像放大投影到屏幕上。液晶投影儀由光源、照明光學系統、液晶光閥、投影光學系統和屏幕組成。現在是60頁\一共有103頁\編輯于星期一光源一般采用高亮度放電燈(HID：HighIntensityDischarge)，附加與之一體化的反射碗。照明光學系統由復眼、聚光鏡、分色器件等組成，將光源發射的光束導向液晶光閥。關鍵部件液晶光閥(LightValve)是使光線通過、切斷或調制的元件（光的閥門），也叫空間光調制器。投影光學系統將液晶光閥形成圖像信息光束放大投影到屏幕上。進入光閥的輸入信號(圖像信息)的地址(寫入)方法有：①用p-SiTFT或c-SiMOSFET等半導體集成電路的電地址方式；②是用小型顯示元件的光學像或激光束等寫入的光地址方式；③是用真空中的電子束掃描來寫入信息的電子束地址方式。這些方式要控制獨立光源發出的光束并放大顯示到屏幕上。與自發光型CRT投影儀比較，由于所使用的光源具有能增加顯示畫面尺寸及亮度的特性，所以很適合大屏幕顯示。現在是61頁\一共有103頁\編輯于星期一

1.正投和背投液晶投影儀按照所用屏幕的形態，分為正投和背投兩類。

①前投影(正投)是用反射型的前屏幕方式，屏幕有幕板、有孔玻璃珠、微粒等種類，投影儀與屏幕分離，結構簡單，容易作到大型化。使用高反射率材質的屏幕表面(有平面及曲面型)，能夠得到明亮圖像，不需要背面空間，聲源可以放在屏幕后面，價廉、小型、輕量、可攜帶，適用于高畫質的圖像投影。但是外部光對于圖像灰暗部分的畫質有很大損傷，所以觀看環境限定在暗室。

②背投影(背投)型是用透過型的后屏幕方式，屏幕有擴散型、雙凸透鏡、透鏡陣列、帶有菲涅耳鏡片等種類。有與投影儀分離型以及投影儀和屏幕容納在同一機箱內的一體型(背投影型投影儀)。背投影型屏幕的光透過率高，外光透過屏幕時在裝置內部被吸收，所以基本能作到因外光引起對比度降低的情況要比前投影型少，適合室內明亮環境中使用。

現在是62頁\一共有103頁\編輯于星期一

2.單片式與三片式液晶投影機依照使用LCD片數的不同可分為單片式與三片式兩種。單片式液晶投影機僅使用一片LCD，由于在同一片液晶面板上必須同時提供R、G、B三種顏色，因此光源利用效率較低。單片式液晶投影機具有輕便短小、結構簡單且價錢便宜等特性，一般使用在影視播放系統或是單價較低的產品。三片式液晶投影機將光源分離成R、G、B三色光分別加以調制，因為分色的窄帶濾色片光能效率較高，所以光源利用效率較高、顏色逼真。但是三片式投影機對定位要求很高，它可將不同的顏色合在一起，由于系統需要三片LCD與較復雜的光學系統，因此體積較大、重量較重且價錢較高。現在是63頁\一共有103頁\編輯于星期一

3.透射式和反射式液晶投影系統按照LCD使用方式不同來區分，可分為透射式和反射式兩種，他們的結構不同，應用光學系統及其功能也有所差異。透射式液晶投影系統如圖8-14所示，是利用光源穿過LCD做調制，因此會有高能量的光照射在LCD上，要有高透射率才能使投影亮度提高，但是受限于LCD本身結構設計問題，偏光片、液晶、玻璃等都會吸收透射光能量，作為象素點開關控制的三極管被安置在液晶板的相應位置上，三極管自身要阻擋部分入射的光線，因此開口率(Apertureratio，像素透射光或反射光面積與像素總面積之比)不高，約為50%左右。另外因為TFT-LCD所利用的是偏振光，其透過率不高，亮度和分辨率都受到一定的限制。現在是64頁\一共有103頁\編輯于星期一圖8-14透射式液晶投影示意圖藍反射反射鏡綠液晶紅液晶聚光鏡藍液晶綠反射綠反射紅反射反射鏡光源復眼聚光鏡聚光鏡投影鏡頭屏幕現在是65頁\一共有103頁\編輯于星期一反射式液晶投影系統如圖8-15所示，由光源發出的光，通過復眼積分器、分色系統和偏振轉換系統將白光分成紅、綠、藍三色光，三個偏光分離PBS分別配置在紅、綠、藍的光閥前。S偏振光被PBS反射，分別照在R、G、B三塊液晶板上，圖像信號由驅動電路寫入三塊液晶板中，由各液晶板將入射S偏振光調制成P偏振光，通過PBS后，由X立方棱鏡進行色合成，最后由投影物鏡投射到屏幕上形成顯示彩色圖像。由于使用反射式LCD，因此必須要在反射面下制造驅動晶體管，晶體管不會阻擋反射光，LCD能使用兩倍于透射式投影機的面積，所以能提高開口率、亮度與精度。但是多出三個PBS，LCD的安裝也需要更高的準確性。反射式液晶空間光調制器有LCLV和LCoS器件。現在是66頁\一共有103頁\編輯于星期一圖8-15用X棱鏡的反射式液晶投影示意圖藍綠反射紅液晶藍液晶PBS光源復眼投影鏡頭屏幕綠反射綠液晶反射鏡PBSPBSPBS現在是67頁\一共有103頁\編輯于星期一

8.3.2液晶投影的顯示驅動電路液晶投影的LCD板驅動電路可分為取樣保持式驅動電路和鎖存式驅動電路兩大類。

1.取樣保持式驅動電路取樣保持式驅動電路先把圖像處理級輸出的數字視頻信號轉換成模擬信號，經過一系列處理后，采用對模擬信號的取樣和保持的方法，并控制順序形成6或12路視頻信號，經緩沖級同時送到某個基色的液晶顯示板。現在是68頁\一共有103頁\編輯于星期一圖8-16是取樣保持式LCD驅動電路方框圖。經圖像處理級對數字視頻信號進行各種處理后，輸出各個基色分量的數字視頻信號。在取樣保持驅動電路中，先對其進行D/A轉換變成模擬的視頻信號，接著進入箝位級箝位，箝位電壓可調。放大級具備獨立的R、G、B伽馬校正。信號經驅動輸出后，進入翻轉放大級，根據輸入控制信號FRP決定視頻信號被翻轉或不翻轉放大。模擬視頻信號通過取樣保持群組，將時間順序信號轉換成6路或12路周期并行的視頻信號，取樣保持群組由順序控制器進行適當控制。最后，這些視頻信號通過固定增益的緩沖放大器輸出，直接驅動LCD板現在是69頁\一共有103頁\編輯于星期一圖8-16取樣保持式LCD驅動電路方框圖放大圖像處理DAC箝位驅動翻轉放大取樣保持緩沖取樣保持緩沖共6路液晶顯示板時序產生現在是70頁\一共有103頁\編輯于星期一圖8-17是一種實際的XGA液晶投影機的取樣保持式顯示驅動電路方框圖，由圖像處理級輸出的數字RGB圖像信號，經過D/A轉換器轉變為三路RGB模擬信號，送到液晶顯示信號預處理器CXA2111R，該芯片包含了伽馬校正和增益放大，并提供偏置，還可通過I2C總線和外部調節端子進行調整。它的輸出是液晶顯示驅動器CXA3512R的理想輸入，CXA3512R包含行翻轉放大器和模擬多路分離器以及它們所需的時序發生器和輸出緩沖器，通過總線還可調整取樣保持等功能，6片CXA3512R分別驅動紅綠藍3塊液晶板LCX029。現在是71頁\一共有103頁\編輯于星期一圖8-17一種實際的取樣保持式LCD驅動電路方框圖LCD信號預處理DAC取樣保持驅動器DACDAC時序產生取樣保持驅動器取樣保持驅動器取樣保持驅動器取樣保持驅動器取樣保持驅動器666666CXD3500R同步信號RGBCXA3197R×3CXA2111RCXA3512R×612路LCD顯示板（R）12路LCD顯示板（G）12路LCD顯示板（B）3×8bitLCX029×3現在是72頁\一共有103頁\編輯于星期一

2.鎖存式驅動電路鎖存式驅動電路直接對數字視頻信號進行順序控制并鎖存，形成6或12路路數字視頻信號，然后經過D/A轉換成多路模擬視頻信號，經放大后輸出給各個基色光液晶顯示板。圖8-18是鎖存式LCD驅動電路方框圖。由圖像處理級輸出的三基色10bit數字視頻信號先進行數字式伽馬校正，經放大后進入6路2級寄存器進行按順序鎖存。利用鎖存的數字數據有效地替代了取樣保持功能。然后，高速10bit寬帶信號由輸入命令控制，順序地加載到6路精確的高速雙極性D/A轉換器。在DAC級還進行滿幅電壓控制。轉換后的模擬視頻信號進入輸出放大級，該級為精確的電流反饋放大器，能提供優良控制的脈沖響應，并快速設定電壓給LCD顯示板的大電容負載。現在是73頁\一共有103頁\編輯于星期一圖8-18鎖存式LCD驅動電路方框圖校正圖像處理DAC放大2級鎖存共6路液晶顯示板時序產生DAC2級鎖存輸出放大輸出放大順序控制縮放控制現在是74頁\一共有103頁\編輯于星期一圖8-19是一種實際的XGA液晶投影機的式顯示驅動電路方框圖，LCD信號處理級具有伽馬校正、可選延遲線及時序發生等功能。由LCD信號處理級輸出的RGB數字信號直接進入十位驅動器AD8381。AD8381提供了快速10bit緩存的數字輸入，驅動6路高電壓輸出。10bit輸入命令順序地加載到6路分開的高速雙極性DACs。對于較高清晰度顯示，靈活的數字輸入格式使得AD8381可多個并行使用，如圖中每種基色用兩塊AD8381組成12路的XGA顯示格式

采用鎖存式LCD驅動電路具有較高輸出精度，從而提高了圖像質量；系統集成度較高，升級容易；具備較高的靈活性，適應性強；功率損耗較低，產生熱量少；所用IC數量少，整體成本較低。

從產生干擾誤差的角度來看，取樣保持式驅動電路有6個模擬誤差來源：3個CXA3197R及其3根輸出印制板線條；鎖存式驅動電路只有CXD2467A或CXD3511Q一個IC模擬誤差產生源。由于鎖存式LCD顯示驅動電路具有以上優點，該驅動電路逐步被LCD投影機生產廠商采用。

現在是75頁\一共有103頁\編輯于星期一圖8-19一種實際的鎖存式LCD驅動電路方框圖LCD信號預處理10位驅動器666666CXD2467A或CXD3511QRGBAD8381×612路LCD顯示板（R）12路LCD顯示板（G）12路LCD顯示板（B）3×8bitLCX029×310位驅動器10位驅動器10位驅動器10位驅動器10位驅動器3×10bit現在是76頁\一共有103頁\編輯于星期一

8.3.3硅基液晶顯示技術

1997年IBM開發了一種新型液晶投影顯示器，利用在CMOS硅基上生成的高反射電極和液晶組成的光閥單元來產生圖像，稱為硅基液晶(LCoS，LiquidCrystalonSilicon)技術，它將硅基CMOS集成電路技術與LCD技術有機結合。

1.LCoS的基本結構

LCoS的基本結構如圖8-20所示，帶有金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET，MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor)矩陣的硅晶片基板與一透明玻璃基板之間插入液晶的構造組成。在CMOS硅基上，利用半導體技術制作驅動面板，然后通過研磨技術磨平，鍍上鋁，作為反射鏡，形成CMOS基板，再將CMOS基板與含有ITO電極的上玻璃基板粘合，注入液晶進行封裝而成。現在是77頁\一共有103頁\編輯于星期一

MOSFET驅動電路在鋁反射鏡電極的背面，器件的全部面積可以對入射光進行調制。因此像素間距窄，增多像素數目不會降低開口率，同時可以得到高清晰與高亮度。目前LCoS像素間距已經微細化到7.6m，像素數達到SXGA，且已經產品化。

硅基液晶技術的成功是由于硅表面化學機械拋光處理工藝的突破，把微光學上起伏不平的反射表面處理得光滑如鏡。在對角線1.3英寸的器件上，安排了130多萬個像素。

圖8-20LCoS的基本結構示意圖鋁反射鏡硅基板液晶玻璃基板反射光反射光ITO現在是78頁\一共有103頁\編輯于星期一

2.單片式LCoS投影顯示系統單片式LCoS投影顯示系統通常采用時間分色法。圖8-21給出了應用色輪的單片式LCoS投影光學系統的基本結構。系統采用橢球型光源和方棒照明系統，色輪緊貼方棒的入射端放置在橢球燈的焦點上，系統結構簡單，所需的器件少，但能量利用率較低。圖8-21應用色輪的單片式LCOS投影原理示意圖光源橢球反光碗方棒反光鏡色輪LCoSPBS投影鏡頭屏幕現在是79頁\一共有103頁\編輯于星期一

3.三片式LCoS投影顯示系統三片式LCoS投影顯示系統如圖8-15所示，也可以采用如圖8-8所示的Philips棱鏡結構。

ColorLink棱鏡結構是一種新型的三片式LCoS投影顯示系統的分色合色結構，其原理如圖8-22所示。核心技術是由多層波片組成的偏振干涉濾光片。圖8-22ColorLink分色合色系統原理示意圖彩色PBS1G/MG/MB/YB/YPBS2PBS3PBS4BRG白光源2B光R光G光現在是80頁\一共有103頁\編輯于星期一照明系統出射的白色照明光首先經過起偏系統后轉變為S態偏振光，然后經過B/Y偏振干涉濾光片，短波長的藍光轉變為P光透射過PBS1，進入PBS2，再次發生透射后到達藍色光路的LCoS器件，而紅、綠光成分則保持S光狀態被PBS1反射后經過G/M偏振干涉濾光片，綠光成分偏振態旋轉90°，變為P光，透射出PBS3后到達綠色光路的LCoS，紅光成分仍然保持S偏振態，被PBS3反射后到達紅色光路的LCoS。R、G、B三路單色光經LCoS器件調制，偏振方向旋轉90°。對于藍色光路，LCoS的反射光為S光，因而在PBS2和PBS4上發生反射后到達第二塊B/Y偏振干涉濾光片。對于綠色光路，LCoS反射光為S光，反射出PBS3后經過第二塊G/M濾光片，變為P偏振態，透射過PBS4到達第二塊B/Y濾光片。對于紅色光路，經LCoS反射的光為P偏振態，透射過PBS3后經過第二塊G/M偏振干涉片，偏振態不變，繼而透射過PBS4到達B/Y偏振干涉濾光片。經過第二塊B/Y濾光片后，R、G、B三單色光都變為P偏振態，合成為色光進入投影物鏡。現在是81頁\一共有103頁\編輯于星期一

LCoS投影機具有非常大的亮度與分辨力的提升空間，產品分辨力達到SXGA(1280×1024)，亮度也在1000lm以上，不過圖像對比度較差。香港精電公司成功地開發了高對比度LCoS，分辨力達到1920×1280，灰度等級8bit，像素間距9m，對比度大于1500∶1，開口率90％。不少廠商看好LCoS的高分辨力與單價較低，正在開發高分辨力電視，取代CRT監視器或背投影電視。

深圳清華同方的VigloxCOSHDTV背投數字電視機已經上市。

現在是82頁\一共有103頁\編輯于星期一

LCoS利用硅基CMOS集成電路的成熟技術，與周邊驅動電路集成在一起，甚至可以集成信息處理系統。LCoS作為新型顯示器件具備大屏幕、高亮度、高分辨率、省電等諸多優勢，有無限的市場潛力，可能會成為HDTV的背投影技術發展的主要方向。

LCoS成像器件不受外國企業壟斷，沒有基礎專利問題，技術和產品是開放的，使我國有機會掌握核心技術。同時發展LCoS成像器件也有利于我國微電子工業和光學加工的發展。廣闊的投影顯示市場加上國際合作條件，LCoS微顯示投影設備產業一定能在我國得到迅速發展，形成具有一定規模的大屏幕顯示產業。現在是83頁\一共有103頁\編輯于星期一

8.3.4液晶投影的特點

1.液晶背投電視的優點⑴圖像分辨率高。單片液晶分辨率一般可達1280×720＝92.1萬像素，三片液晶投影電視的總彩色像素是單片的3倍，說明書上經常號稱277萬像素。⑵圖像幾何失真小。液晶背投一般采用三片0.9英寸液晶板，由于液晶板面積小，可以采用小孔徑的長焦距鏡頭，投影的圖像幾何失真極小，保證了投影圖像從中心到邊沿都具有良好線性，屏幕像素分布十分均勻。⑶具有特別高的屏幕“幅面/價格”比。由于采用投影方式，一般可將屏幕做到40英寸～60英寸，而價格僅僅相當于同屏幕尺寸的等離子或液晶平板電視的1/2～1/3。由于內部投影裝置的結構變化不大，不同屏幕尺寸的產品僅僅是機箱大小不同而已。⑷厚度小、重量輕。由于采用多次反射投影方式，背投電視厚度很小。現在是84頁\一共有103頁\編輯于星期一

2.液晶背投電視的缺點⑴對比度不夠高。

背投電視由于采用投影方式，屏幕上不同明暗的像素之間存在互相映照影響，使得圖像對比度降低，其對比度不如液晶、等離子等直接發光方式的電視，當然更不如顯像管。以往的顯像管為了提高對比度，采用了“黑底管技術”，即在每個熒光粉點周圍涂鍍石墨，以防正粉點間亮度互相影響。但是投影屏幕無法做到這一點，圖像對比度不夠高，這是目前背投電視的“通病”，無論是DLP背投，還是LCD背投，都具有此缺點。

現在是85頁\一共有103頁\編輯于星期一最新型的背投電視采用了“自動光闌技術”，在投影燈前面裝有照相機光圈類似的“自動光闌’，可以根據檢測整幅圖像的明暗程度，自動調整光闌直徑大小，控制投影燈光的光通量，使得畫面總亮度隨著圖像內容的明暗而改變。這種技術對暗場圖像的對比度有些改善，但是不能夠提高同一幅圖像中各點的對比度，因而不可能使背投電視的對比度得到真正的改善。而且投影方式存在所謂“太陽效應”，當改變觀察角度時，屏幕中心亮點也會移動，屏幕亮度總會有些變化。⑵需要更換投影燈。目前的投影燈壽命已可達8000小時了，以每天工作8小時計，可以工作近3年。每3年要花2千元錢來更換投影燈。隨著液晶技術的進步，目前的三片式液晶背投電視，圖像質量已經相當不錯，無論清晰度和對比度都完全能夠達到家庭觀賞的要求，觀察角度也能夠達到水平140°，垂直60°。對比度達到800:1，圖像質量與液晶和等離子平板電視相近。現在是86頁\一共有103頁\編輯于星期一

8.4數字式光處理技術

數字式光處理(DLP，DigitalLightProcessing)技術是美國得克薩斯州儀器(TI，TexasInstruments)公司開發的一種新式顯示技術。該技術使我們在擁有采集、接收、存儲數字信息的能力后，終于實現了數字信息的顯示。

8.4.1DMD器件8.4.2單片式DLP投影光學系統8.4.3三片式DLP投影光學系統

現在是87頁\一共有103頁\編輯于星期一

8.4.1DMD器件基本的DLP模塊稱為光學引擎，其核心是高強度的光源和數字微鏡器件(DigitalMicro-mirrorDevice，DMD)。DMD上的每一面微鏡對應于一個像素，每面微鏡可以在兩個穩定位置之間轉動。在“ON”位置，來自光源的光反射以后，正好可以通過投影光學透鏡，在屏幕上形成一個亮點；在“OFF”位置，反射光不能通過投影光學透鏡，屏幕上形成一個暗點。一個給定像素的亮度取決于在圖像的一個幀周期中，相應的微鏡多長時間停留在“ON”位置上。微鏡是方形的，微鏡與微鏡之間只有很小的黑色間隙，得到的投影圖像很光滑，沒有明顯的像素結構。現在是88頁\一共有103頁\編輯于星期一

1.高清DMD芯片

HD1DMD芯片是第一代HD芯片，其微鏡翻轉角度為10°，分辨率為1280×720，寬高比為16:9。HD2DMD芯片，其微鏡翻轉角度為12°，分辨率仍為1280×720，采用LVDS接口標準.同時符合IEEE1596.3，可以實現點對點數字成像，在提高對比度的同時保持高亮度，降低了視頻數字噪聲，使投影畫面顏色豐富，細節明顯。

HD2+DMD尺寸為0.85英寸，分辨率為1280×720，HD2+將微鏡表面處理得更平坦，提高了亮度，減少了光散射，圖像的黑色部分表現得更加完美，對比度有很大提高，理論上采用HD2+芯片的產品在全開/關狀態下的對比度能夠從2800:1提升到4000:1現在是89頁\一共有103頁\編輯于星期一

HD2+芯片微鏡翻轉角度為12°，支撐微鏡片的結合部分的支撐柱變得更細，構成畫面的每個點矩陣中央的黑點比HD2芯片小很多，投影畫面在一定程度上有效消除了“晶格”效應，一直困擾單片DLP產品的黑場下的圖像噪波抖動現象得到明顯的改善。HD2+DMD芯片技術和制作工藝已經比較成熟。

HD3DMD尺寸縮小為0.55英寸，有效降低了生產成本，微鏡翻轉角度為12°，它的分辨率為1280×720，HD3芯片使用新的黑色涂層，微鏡之間的距離更短，像素密度提升；芯片運算速度提高，圖像動態變化更為流暢。

xHD3是TI在2004年推出的，與HD2+的技術指標相同，分辨率提高到了1920×1080，可滿足1080P的高清需求，通過DynamicBlack(動態黑色補償)技術實現了5000:1的理論對比度。在HD3和xHD3中都實用了菱形DMD網格和SmoothPicture技術，從而使高清圖像顯示更平滑、精細。現在是90頁\一共有103頁\編輯于星期一

2.菱形DMD陣列在HD1、HD2和HD2+的DMD中，采用直角像素陣列和1:1的圖像像素。新的DMD菱形陣列支持1080p設備的1920×1080分辨率，具有960對列和540對行(一對行包括一行黑和一行白)。這樣在損失一些對角分辨率的情況下，菱形陣列1080PDMD芯片的尺寸與直角像素陣列720P芯片的尺寸相當，節約了成本。圖8-23是直角像素陣列和菱形陣列示意圖圖8-23直角像素陣列和菱形陣列示意圖直角像素陣列菱形陣列12341234123412345678567現在是91頁\一共有103頁\編輯于星期一

3.SmoothPicture技術原始圖像必須過濾掉一半像素才能在菱形陣列DMD上顯示，SmoothPicture技術將菱形陣列DMD和光學驅動器連接起來，在屏幕上顯示原始圖像所有像素信息的完整分辨率的圖像。

SmoothPi