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從2010年至今,微型投影技術隨著DLP與LCoS顯示技術在制作工藝的深度發展,尤其是DLP研發出720p級別的微型DMD芯片,與、混合激光光源的技術突破,使得微型投影顯示設備的輸出亮度從zui初的僅為5～10流明,提升到如今配備投影功能的數碼設備的20～30流明,而微型投影機更達到300～550流明,真正進入實用階段,能適應更多復雜的光線環境.微型投影設備根據不同的應用與體積,可以分為具備微型投影功能的數碼設備、手持式微型投影機、口袋式微型投影機以及便攜式微型投影機.
微型投影技術兩種主要的核心顯示芯片技術
微型顯示芯片技術是微型投影技術的關鍵,目前主要包括DLP與LCoS兩大類,前者屬于機械式微鏡技術,后者則為反射式液晶技術.憑借在物理分辨率上的優勢,DLP已經成為微型投影設備所采用的主要核心技術.
DLP技術是美國T.I德州儀器天龍vhome所研發,由它也是產品的供應商
常規影院投影機使用的DMD芯片與微型投影機中的芯片對比
DLP為數字光處理技術Digital Light Processing的英文縮寫,也稱為空間光線調節器,由美國T.I德州儀器天龍vhome所研發,至今所有民用級別的DLP顯示設備都是由它提供.DLP技術的核心為DMD數字微鏡芯片.DMD是在半導體芯片上布置一個由無數塊微鏡片所組成的矩陣,每一塊微鏡片控制畫面成像中的一個像素,也就是說微鏡片的數量等于畫面的物理分辨率.DMD芯片的工作原理是純機械的方式,芯片上的微鏡片會隨著輸入信號的變化而改變鏡片的傾斜角度,從而形成開與關兩種狀態,使得DMD芯片反射出的光線呈現出黑白過渡之間的各種灰度,從而形成畫面.
DLP Pico HD高清微型芯片,將微型投影機的顯示分辨率提升到720p高清級別
部分機型還具備了3D顯示的功能
DLP技術進入微型投影領域的時間并不長,從2009年德州儀器開始推出DLP Pico微型芯片,到2011年在CES大展上推出全新的DLP Pico HD高清微型芯片,分辨率從zui初的800×600提升至1280×800,可以輕松應對720p的高清顯示需要,讓微型投影設備進入到高清時代.在此以后的兩年多時間里,不少廠商開始推出基于這款微型芯片的高清微型投影機,配合新式的固態光源技術,亮度方面取得了重大突破,另外還加入無線流媒體傳輸與3D投影等功能,也推進了微型投影的多元化發展.
這是LCoS芯片的結構圖,相對于玻璃基板的LCD,LCoS的基板為硅材料
對于LCoS技術,在此也作簡單分析,畢竟市場上仍然有不少采用該款芯片的微型投影設備.LCoS為光硅晶技術Liquid Crystal On Silicon的全稱,實際上就是反射式液晶技術.相對于玻璃基板的透射式液晶技術LCD,LCoS的基板為半導體材料硅.而相比DLP技術,由于采用液晶封裝工藝,可通過玻璃印刷實現電路制造,成本的優勢是非常明顯的,良品率也更高.此外,發熱量小也是另外一個重要優勢,特別在手持式微型投影設備上更為突出.因此分辨率不高的微型投影設備幾乎都采用LCoS技術.LcoS的工作原理是通過微電路控制電壓使液晶發生扭轉,通過液晶對偏振光的控制,實現色階與灰階的變化而形成圖像.這是一種對反射光的控制方式,類似于DLP技術,開口率方面遠大于液晶,效能更高,智能家居.
市場上還有部分微型投影產品采用LCoS顯示核心
固態光源技術將微型投影設備帶到實用階段
現在的微型投影設備已經全面采用固態光源技術,包括LED與激光混合LED光源,*解決了早期微型投影機采用傳統高壓水銀燈光源導致發熱量與功耗大等問題.應用面zui廣的LED光源分為兩大類,分別是RGB 三色LED系統與白光LED光源.
在微型投影機的光源部分,RGB三色LED固態光源在當前的應用中非常流行
RGB 三色LED固態光源系統由藍光LED、紅光LED以及綠光LED組成白光系統,通過三種原色光合成白光,具有*的光純度以及廣闊的色域范圍特性,是一種光學特性非常出色的光源系統,常見于主流的微型投影機中.如今,RGB三色LED固態光源之中,紅光與綠光LED光源已經能夠達到1000流明左右的亮度,而真正的限制是藍光LED光源的亮度,往往只能達到500流明左右.
RGB LED的光譜特性與普通的高壓水銀燈非常不同,紅綠藍三色的波長為某一固定值
Luminus Devices所研發的LED固態光源元件應用面甚廣
目前絕大部分的微型投影機都采用Luminus Devices所研發的LED固態光源元件,其中應用的包括PT-39與PT54兩種三色LED光源系統.PT-39的發光面積為2.09mm×1.87mm,紅綠藍三色波長分別為623nm、525nm、460nm,驅動電流為9.8A,藍光的輸出亮度范圍是250-400流明.PT-54的發光面積為2.7mm×2.0mm,紅綠藍三色波長分別為623nm、525nm、460nm,驅動電流為13.,藍光的輸出亮度范圍是275-480流明.由此,可以發現為什么現在輸出亮度zui高的微型投影機仍然停留在500流明的水平.而三色LED光源技術的采用也讓單片式DLP投影解決方案能夠放棄使用色輪,解決了色彩在色輪轉動時出現的影像殘留問題,也就是的“彩虹現象”.
RGB獨立元件式的LED光源系統
白光LED光源是通過單一發光單元發出較短波長的光,再用磷光劑把部分或全部光轉化成一種或多種其他顏色的光也就是波長較長的光,當所有光混合起來后就形成了白光.相對而言,白光LED光源的色域要小于三色LED固態光源,但制造成本較低,體積較小,常用于嵌入式的微投系統與低端的微型投影設備.值得注意的是,部分光源廠商也開始將獨立的三色LED發光芯片組合成單個白光LED固態光源,內部往往還包括W（白光）芯片.目前這種光源的尺寸較大,不適用于微型投影之中,但已能在新一代家居節能系統擔負重要職責.
性能更出眾的集RGBW于一體的獨立LED固態光源元件
而LED混合激光光源則是針對LED固態光源輸出亮度較低的問題而推出的,將LED固態光源平均數百流明的可用亮度提高到上千流明的水平,不過由于置入了激光部分的光源,功耗方面有所提升,體積方面也較大,主要應用于體積稍大的微型投影設備中.Casio（卡西歐）是zui早涉及這種LED與激光混合光源的廠家,技術上是將紅光LED光源與藍色激光源結合起來,同時利用色輪的方式將藍光部分轉為綠光,zui終成為白光.而Mitsubishi（三菱）則是zui近開始這方面研究的廠家,與卡西歐不同的是,綠光部分是通過SHG第二次諧波生成技術,將紅外線的二分之一波長的光線提煉出來制成綠光.這兩種LED混合激光光源都采用了藍光激光光源來代替發光效能不佳的藍光LED,大幅度提高了整體輸出亮度.
卡西歐LED激光混合光學引擎的成像原理以及光源的光譜特性
三菱所帶來的LED激光混合光源,綠光部分是采用SHG第二次諧波生成技術產生的
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