《電子技術(shù)應(yīng)用》
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四種新型高清顯示技術(shù)優(yōu)劣對比
摘要: 以LCD、PDP、DLP、LCoS為代表的新興顯示技術(shù),代表了數(shù)寧電視時代電視機(jī)技術(shù)發(fā)展的方向,注定成為顯像管電視機(jī)的終結(jié)者。數(shù)字電視,特別是高清晰度電視機(jī),也注定成為世界電視發(fā)展的潮流。
關(guān)鍵詞: LCD PDP DLP LCOS 高清顯示
Abstract:
Key words :

  以LCD、PDPDLP、LCoS為代表的新興顯示技術(shù),代表了數(shù)寧電視時代電視機(jī)技術(shù)發(fā)展的方向,注定成為顯像管電視機(jī)的終結(jié)者。數(shù)字電視,特別是高清晰度電視機(jī),也注定成為世界電視發(fā)展的潮流。隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展,特別是迎合2008年北京奧運會的契機(jī),HDTV節(jié)目出現(xiàn)在我們身邊的時間并不遙遠(yuǎn)。下面將分別介紹LCD、PDP、DLP、LcoS 4種新興的顯示技術(shù)的優(yōu)缺點和前景。

  LCD——液晶電視

  液晶電視和傳統(tǒng)的顯像管電視機(jī)比,液晶電視機(jī)具有很多優(yōu)勢:1、顯示質(zhì)量高,無閃爍;2、無電磁輻射;3、畫面效果好,無變形,是真正的純平顯示;4、屏幕大小可伸縮性好。目前最大的LCD顯示屏可以大到65英寸,小的卻可以使用到數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)上。其體積和重量均比CRT要小許多。5、清晰度高,可真正實現(xiàn)HDTV的效果;6、數(shù)字式工作方式,更完美的表現(xiàn)數(shù)字圖像信號;7、功耗小,只有同面積CRT電視機(jī)的1/10~1/7。

  相對于同樣是平板電視成員的PDP電視,LCD電視也有一些PDP電視所沒有的優(yōu)點:

  使用壽命更長,PDP顯示器的標(biāo)稱壽命大多在2.5萬~3萬小時,而且是不可恢復(fù)的,這與LCD顯示器的5萬~7.5萬小時(可以通過更換背光管恢復(fù))相比要遜色很多;

  比PDP彩電功耗更低,更省電;

  液晶電視作為3C產(chǎn)業(yè)融合的重要產(chǎn)品,吸引了眾多IT廠商和家電廠商的共同參與,將有助于液晶電視成本的降低,將市場做大。

  PDP——等離子電視

  在平板電視家族中,除了LCD以外,就是PDP了。PDP,即等離子顯示器,是繼LCD之后的最新顯示技術(shù)之一。 PDP屬于“自發(fā)光”的平面顯示技術(shù).核心原理和日光燈發(fā)光原理類似,是在真空玻璃(即放電空間)中注入惰性氣體,然后再利用施加電壓的方式,使管內(nèi)的氣體產(chǎn)生放電,應(yīng)用離子效應(yīng)而釋放出紫外線,照射涂覆在玻璃管管壁上的熒光粉,熒光粉就會被激發(fā)出可見光,而不同的熒光粉會被激發(fā)不同顏色的可見光。

  PDP作為一種自發(fā)光顯示技術(shù),不需要背景光源,因此有LCD顯示器的視角和亮度均勻性問題,實現(xiàn)了較高的亮度和對比度,而三基色共用同—個等離子管的設(shè)汁也使其避免了匯聚問題,可以實現(xiàn)非常清晰的圖像。

  從目前的技術(shù)發(fā)展來看,PDP在屏幕尺寸上具有巨大的優(yōu)勢,2004年1月,三星宣布成功制造出了80英寸的PDP面板,這款80英寸(1766mm×1128mm)PDP的厚度僅為89mm,標(biāo)準(zhǔn)分辨率1920×1080,完全達(dá)到高清晰度電視的分辨率水平。它具有1000nits的亮度和2000:1的對比度,一改以往大尺寸PDP亮度和對比度不能同時處于最佳狀態(tài)的弊病。

  除了亮度、對比度和可視角度優(yōu)勢外,PDP技術(shù)也避免了LCD技術(shù)中的響應(yīng)時間問題,而這些特點正是動態(tài)視頻顯示中至關(guān)重要的因素。因此從目前的技術(shù)水平看,PDP顯示技術(shù)在動態(tài)視頻顯示領(lǐng)域的優(yōu)勢更加明顯,更加適合作為電視機(jī)或家庭影院顯示終端使用。PDP還具有超薄、重量輕、視角寬(大于1700)等優(yōu)點,而且PDP采用的也是完全的數(shù)字驅(qū)動方式,是真正的“數(shù)字”電視。

  和其它幾種新興的顯示媒體不同,PDP只能作為直視式的電視機(jī),不能像LCD、DLP、LCoS那樣作為投影電視的圖像源以提供更加巨大的畫面。由于PDP由上百萬的發(fā)光管組成,因此電能消耗非常大,42英寸的機(jī)型往往功耗高達(dá)300W以上,散熱問題是最大的問題之一,其使用壽命在幾種新興顯示技術(shù)中也是最短的,而且—旦損壞無法修復(fù)。由于等離子顯示屏上的玻璃極薄,所以它的表面易碎,也不能承受太大的大氣壓力變化,更不能承受意外的重壓。

  韓國的大尺寸PDP面板生產(chǎn)在世界PDP產(chǎn)業(yè)中占有優(yōu)勢,日本的PDP產(chǎn)業(yè)雖然在最大顯示面板開發(fā)上略微滯后,但是在37~50英寸的PDP產(chǎn)品規(guī)格上最完整,處于PDP制造相關(guān)產(chǎn)業(yè)上游。

  DLP——數(shù)字光學(xué)處理器

  DLP技術(shù)是由美國德州儀器公司(TI)獨家開發(fā)的一種全數(shù)字化的顯示解決方案,是目前數(shù)字電視領(lǐng)域最先進(jìn)和最成熟的顯示技術(shù)之一,DLP技術(shù)在整個投影顯示領(lǐng)域的市場份額已經(jīng)超過了30%。

  DLP技術(shù)的核心是數(shù)字微鏡器件(DMD),它是一個拇指指甲大小的半導(dǎo)體器件。DMD由120萬(適合標(biāo)清電視)或200萬個(適合高清電視)甚至更多(用于數(shù)字電影放映機(jī))的精微鏡面組成,起著光開關(guān)的作用。每一個鏡面都能前后翻動(開啟或關(guān)閉),每秒可達(dá) 5000次。輸入的影像或圖形信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼,即由0和1組成的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。這些代碼再被用來推動DMD鏡面。

  當(dāng)DMD座板和投影燈、色輪和投影鏡頭協(xié)同工作時,這些翻動的鏡面就能將一幅天衣無縫的數(shù)字圖像反射到電視機(jī)屏幕上。一片DMD是由許多個微小的正方形反射鏡片(簡稱微鏡)按行列緊密排列在一起,然后貼在一塊硅晶片的電子節(jié)點上,每一個微鏡對應(yīng)著生成圖像的一個像素,微鏡數(shù)量決定了一臺DLP投影機(jī)的物理分辨率。

 

   微鏡由對應(yīng)的存儲器控制在+100角和-100角2個位置上切換轉(zhuǎn)動。當(dāng)微鏡處于+100角的時候,為開的位置,光源投射過來的光由這個微鏡反射,通過投影鏡頭投射到投影幕上,生成了圖像中亮的像素;當(dāng)微鏡處于-100角時,為關(guān)的位置,此時光線無法反射到投影幕,就生成了圖像中暗的像素。目前,DLP投影機(jī)按其中的DMD裝置的數(shù)目分為單片DLP投影系統(tǒng)和三片DLP投影系統(tǒng)。

  在一片DLP投影系統(tǒng)中,通過—個以60轉(zhuǎn)/秒高速旋轉(zhuǎn)的濾色輪來產(chǎn)生投影圖像中的全彩色,濾色輪由紅綠藍(lán)(RGB)三色塊組成。由光源發(fā)射的白色光通過旋轉(zhuǎn)著的RGB濾色輪后,白色光中的紅綠藍(lán)三色光會順序交替照射到DMD表面上。

  當(dāng)紅綠藍(lán)三色中的某一種顏色的光照射到DMD表面時,DMD表面中的所有微鏡會根據(jù)自己所對應(yīng)的像素中此種顏色光的有無在開和關(guān)兩個位置上高速切換,而每一個微鏡切換到開位置的次數(shù)是由自己所對應(yīng)的像素中此種顏色的數(shù)量而決定的。此種顏色的光由微鏡反射后,通過投影鏡頭投射到投影幕上,同樣當(dāng)其他兩種顏色的光到達(dá)DMD表面時,所有微鏡會重復(fù)上述動作。由于所有動作都在極短的時間內(nèi)完成,就在人的視覺系統(tǒng)中形成了一幅全彩色圖像。

  在三片DLP投影系統(tǒng)中,使用3片DMD,每一片DMD分別反射紅綠藍(lán)(RGB)三原色中的一種,而不再使用濾色輪。

  DLP在技術(shù)上擁有很多優(yōu)點:

  DLP固有的數(shù)字化性質(zhì),是真正的數(shù)字化顯示設(shè)備;

  DLP的數(shù)字化性質(zhì)可以獲得具有精確灰度等級的圖像質(zhì)量以及顏色再現(xiàn)。和透射式的LCD相比,因為它以反射式DMD為基礎(chǔ),不需要偏振光,效率更高;

  作為反射器件,它有超過60%的光效率,使得DMD系統(tǒng)比LCD投影顯示更有效率。這一效率是反射率、填充因子、衍射效率和實際鏡片“開”時間產(chǎn)生的結(jié)果;

  由于每個微鏡每秒鐘可以翻轉(zhuǎn)5000次以上,因此沒有LCD存在的響應(yīng)滯后的問題,因此更適合電視和電影;

  無縫圖像優(yōu)勢,DMD上的微鏡面積為131μm2甚至更小,每個間隔只有1μm,不像LCD和PDP那樣存在較大的像素結(jié)構(gòu),再現(xiàn)的圖像更加完美;

  可靠性高,DLP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)堅固可靠,使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過顯像管、LCD、PDP等各種電視,DMD的使用壽命可以達(dá)到20年。

  在美國,DLP占整個背投市場的份額大約在15%~20%之間,還有報道稱已經(jīng)超過30%。1080p解像度5000:1對比度的xHD3的DLP背投樣機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)在CES 2004的展臺上,2004年年底批量生產(chǎn)。在美國,目前DLP市場基本是韓國廠商的天下。

  LCoS——硅基液晶

  LCoS,為Liquid Crystal on Silicon的縮寫,即硅基液晶,是一種全新的數(shù)碼成像技術(shù),基成像方式類似于三片式的LCD液晶技術(shù),不過采用LCoS技術(shù)的投影機(jī)其光線不是透過LCD面板,而是采用反射方式形成彩色圖像。

  它采用涂有液晶硅的CMOS集成電路芯片作為反射式LCD的基片,用先進(jìn)工藝磨平后鍍上鋁當(dāng)作反射鏡,形成CMOS基板,然后將CMOS基板與含有透明電極之上的玻璃基板相貼合,再注入液晶封裝而成。LCoS將控制電路放置于顯示裝置的后面,可以提高透光率,從而達(dá)到更大的光輸出和更高的分辨率。

  從技術(shù)角度講,在新興的顯示媒體中,PDP的前景最黯淡,存在的局限最多,而最有發(fā)展前途的當(dāng)屬DLP和LCoS。就目前的技術(shù)發(fā)展而言,LCoS尚不如DLP成熟。

  首先,LCoS顯示技術(shù)涉及到多個高技術(shù)前沿領(lǐng)域,主要有VLSI設(shè)計和工藝相關(guān)技術(shù)、液晶相關(guān)技術(shù)、光學(xué)引擎技術(shù)、新型光碟技術(shù)、圖像處理相關(guān)技術(shù)等,因此沒有哪一個公司可以掌握所有的關(guān)鍵技術(shù)。而DLP技術(shù)成熟,已經(jīng)占領(lǐng)大量普通民用視頻設(shè)備領(lǐng)域,分辨率在1024×768水平的DLP產(chǎn)品價格已經(jīng)很低廉,在2048×1024分辨率水平上的DLP也已經(jīng)能夠供應(yīng)市場,雖然由于價格因素目前主要應(yīng)用在數(shù)字電影院的放映上,但是隨著4000×2000水平的DLP應(yīng)用到數(shù)字電影放映中,2048×1024水平的高清晰電視投影機(jī)也會面世。其次,LCoS高分辨率帶來的大屏幕高清晰畫質(zhì)還不能表現(xiàn)出來,和DLP成熟的技術(shù)比確實相差太遠(yuǎn)。在LCoS投影系統(tǒng)中,光學(xué)引擎、機(jī)械結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)電路和LCoS芯片本身的任何缺陷都會影響圖像顯示效果。第三,LCoS微顯示器的開發(fā)和生產(chǎn)還沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)業(yè)鏈還沒有完全形成,新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化、聯(lián)合加工、技術(shù)方案的改變等,使得LCoS系統(tǒng)的低成本優(yōu)勢還沒有體現(xiàn)出來。雖然理論上在分辨率、亮度等功能相匹配的情況下,三片式LCoS投影系統(tǒng)的成本可以低于單片DLP投影系統(tǒng)的價格,但是距離實現(xiàn)這個目標(biāo)還有很遠(yuǎn)的路要走。

 

   在新興的顯示技術(shù)中,可以清晰地分成2個陣營,PDP和LCD是一種技術(shù)方向,側(cè)重于顯示器件本身的開發(fā)。DLP和LCoS代表著另一種方向,它們跳出了就顯示器件研制顯示媒體的框子,立足于微型芯片制造技術(shù),在技術(shù)和成本上顯然和前者不在一個層次上。因此在PDP和LCD為韓國、日本及我國的臺灣三分天下的時候,DLP為美國的TI公司所獨有就毫不奇怪了,畢竟在芯片制造商領(lǐng)域還是美國的天下。目前國際上有幾十家公司在積極開發(fā)LCoS微顯示器技術(shù),但是只有索尼、JVC、飛利浦和日立公司有相關(guān)少量的產(chǎn)品推出。

  同DLP一樣,LCoS在大屏幕高清晰度電視機(jī)市場有著無限的潛力,同時由于LCoS微顯示器體積小、功耗低,便于低溫加固,在各種軍用頭盔顯示器方面完全可以取代早期的微型CRT。在近眼顯示器領(lǐng)域,有著獨特的優(yōu)勢。近眼顯示器是一個特殊的應(yīng)用方向和市場,目標(biāo)產(chǎn)品包括頭盔顯示器HMD、手機(jī)顯示器、無線網(wǎng)絡(luò)終端、可穿戴計算機(jī)顯示器等。在軍事、醫(yī)療、娛樂等領(lǐng)域,LCoS微顯示器潛在的技術(shù)內(nèi)涵將會形成各類便攜式高清晰顯示技術(shù)的核心。

  其它新興顯示技術(shù)展望

  OLED,即有機(jī)電致發(fā)光二極管,也被很多廠商叫做OEL,索尼稱為有機(jī)EL。OLED被稱為下一代平板顯示技術(shù),目前2英寸左右的成品已經(jīng)開始在數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)等產(chǎn)品上得到應(yīng)用,但是要想在電視機(jī)方面推出成熟的消費品,還有一段路要走。

  OLED電視不需要液晶電視所必需的光源,同時具有等離子電視的高清晰度,而且屏幕更薄,甚至可以做成1mm厚卷起來。這種電視的原材料比較便宜,可以用塑料、聚酯薄膜或膠片作為基板,又不需要光源,今后價格肯定要低于等離子電視和液晶電視。

  目前,三洋已經(jīng)生產(chǎn)出了使用OLED屏幕的手機(jī);索尼也一直在開發(fā)OLED電視,宣稱2005年就將推出13英寸左右的樣品。2003年,我國臺灣地區(qū)的IETECH公司成功研制出了20英寸的OLED顯示屏,讓人們看到了OLED在大屏幕顯示領(lǐng)域的潛力。

  FED,即場發(fā)射顯示技術(shù),也是被許多廠商看好的一種未來大屏幕顯示技術(shù),是一種具有較長歷史卻進(jìn)展相對比較緩慢的顯示技術(shù)。早在1928年場發(fā)射電極理論就被提出,直到1968年才開始有場發(fā)射電極應(yīng)用于顯示器的研究,1991年第一款FED顯示器產(chǎn)品由法國的一家公司展出。

  該技術(shù)的顯示原理類似于CRT,都是由陰極發(fā)射電子,撞擊熒光屏發(fā)江。只是FED中的陰極射線管被場發(fā)射陣列平面陰極代替,因此顯示器由平面陰極和熒光顯示屏兩部分組成,實現(xiàn)了平面顯示。FED在實現(xiàn)了平板顯示器的輕薄結(jié)構(gòu)的同時卻繼承了CRT的高性能,可以實現(xiàn)高亮度、高響應(yīng)速度、真彩色、寬視野,同時避免了CRT的電磁輻射和X射線輻射。

  2002年三星公司已經(jīng)研制出了32英寸的FED面板,同年伊勢電子了展出了40英寸FED面板,2003年摩托羅拉成功開發(fā)出使用碳納米管的FED面板,除已經(jīng)發(fā)表的15英寸樣品以外,還將加緊試制30英寸產(chǎn)品,在生產(chǎn)超過30英寸的大尺寸面板模塊時,與液晶面板相比,成本大約可以降低30%左右,F(xiàn)ED也已經(jīng)開始了大屏幕應(yīng)用歷程。

  GLV顯示系統(tǒng),即“柵狀光閥”成像系統(tǒng),是一種全新的高精度光電調(diào)制器。由美國CLM公司開發(fā),由于財務(wù)困境于2000年轉(zhuǎn)讓給索尼。GLV柵狀光閥是依靠靜電驅(qū)動微型機(jī)械部件,對入射光的強(qiáng)度和反射方向進(jìn)行控制的器件,屬于“微機(jī)電子系統(tǒng)”。GLV是一個線陣式硅芯片器件,只能產(chǎn)生一條豎直的線陣式像素,要變成一個平面圖像還要依靠光學(xué)的掃描方法。電視圖像中垂直像素的多少,由GLV線陣器件的像素數(shù)目決定,索尼公司開發(fā)的GLV是1080個像素排成豎列的一維畫面器件。將此經(jīng)由1080組GLV光柵反射的激光帶,再用光學(xué)棱鏡水平旋轉(zhuǎn)投射到屏幕上,就可以形成一幅1920×1080的高清晰度電視圖像。

  水平像素的多少,由光柵所加電視信號的行像素決定。GLV每個晶片長度為20μm,寬度為5μm。GLV光柵調(diào)制器結(jié)構(gòu)比較簡單,采用不同的投射光路,既可以組成與等離子電視厚度相差不大的背投電視,也可以做成正投影裝置,但目前該技術(shù)尚處于實驗階段。

  新興電視中將消失的名詞

  在新興顯示媒體中,很多概念甚至將消失得無影無蹤,在顯像管電視機(jī)宣傳中為一些商家不斷炒作、一些發(fā)燒友津津樂道的名詞,將不復(fù)存在。

  逐行掃描:這個名詞是顯像管電視機(jī)專有的名詞,對于LCD、PDP、DLP或者LCoS這些新興的顯示媒體而言,圖像傳輸和顯示都是整幅的圖像,沒有所謂行結(jié)構(gòu)。

  磁化:也是顯像管電視機(jī)專有的概念,對于LCD、PDP、DLP或者LCoS來說,不必?fù)?dān)心磁化問題。

  地磁校正:對于大屏幕顯像管電視機(jī),由于地磁的影響,擺放的時候要求考慮方向性,否則圖像會發(fā)生一些問題,影響正常觀看,好一點的電視機(jī)都帶有地磁校正

 

  物理純平:對于顯像管電視機(jī),在所謂的純平狀態(tài)下,幾乎所有的電視機(jī)都存在枕型失真和匯聚不準(zhǔn)問題。而LCD、PDP、DLP和LCoS這些新興的電視機(jī),都是平面的,先天就不存在上述缺陷。

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