LCD

LCD（Liquid Crystal Display：液晶显示器），LCD 技术最早出现于1968年，按照液晶板的片数，LCD 投影机分为单片LCD 投影仪和三片 LCD (3LCD)投影仪。现在的LCD投影机大部分采用3LCD板，单片LCD投影仪已经退出市场。

单片LCD投影仪工作原理

参考链接：单LCD

单片LCD投影仪将LCD面板的背光部分拆去，然后使用大功率的背光源通过聚光镜照射到LCD面板上，由于LCD面板是透光的，画面就会被照射出去，通过前面的聚焦镜及镜头打到屏幕上而成像。

光路：(前后指光的方向，后面指光进入的面，前面指光出射的面)

  • 通过聚光碗(反光碗)让发光角度缩小
  • 通过菲涅尔透镜(进一步汇聚，变成接近平行的光线)
  • 通过一块玻璃(后面贴偏光膜，液晶屏的第一层偏光膜，可以隔热)
  • 通过液晶屏(前面有第二层偏光膜，直接贴在屏幕上)
  • 通过又一块菲涅尔透镜，可以用环调整角度(梯形校正)
  • 通过45°反光镜，反射膜在玻璃的前面
单LCD

优点：结构简单，成本低

缺点：分辨率低，亮度低(经过两层偏光膜，液晶屏不是无色透明的)

3LCD投影仪工作原理

参考链接：

光路图：

3LCD

从上面的工作原理图可以看出：

  • 3LCD投影仪是把光源通过分色镜分解成R(红)、G(绿)、B(蓝)三种颜色(光的三原色)
  • 分别反射后透过3LCD液晶屏
  • 利用合光棱镜合成光束
  • 最后再投射到屏幕上

分色镜镀膜(不同折射率的光学涂层)将不需要的波长被反射，需要的颜色透过

分色镜

合光棱镜结构：

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实物图：

3LCD实物图

光路：

光路

镜头有两个环，后面的是变焦环，控制镜头里面镜片的位置，改变焦距，前面是对焦环，改变间距，改变成像最清晰的平面到镜头的距离

3LCD的核心技术有两家，分别是EPSON和SONY。EPSON的芯片基本上只供自己用，其他品牌主要是跟SONY采购。

优点：

  1. 光效率高
  2. 全彩成像：红绿蓝三原色独立LCD板，可以分别调整每个彩色通道的亮度对比度，投影效果好
  3. 更清澈，噪点更少，色彩还原也更为精准

缺点：

  1. 不耐用易进灰
  2. 亮度衰减快
  3. 黑色层次表现差对比度不高(LCD投影机表现的黑色，看起来总是灰蒙蒙的，阴影部分就显得昏暗而毫无细节。这点非常不适合播放电影一类的视频)
  4. 画面可见像素结构
  5. 寿命短

DLP

DLP是“Digital Light Processing”的缩写，即为数字光处理，它是基于TI（美国德州仪器）公司开发的数字微镜元件——DMD（Digital Micromirror Device）来完成可视数字信息显示的技术。

DMD是在半导体芯片上布置一个由微镜片（精密、微型的反射镜）所组成的矩阵，每一个微镜片控制投影画面中的一个像素。微镜片的数量与投影画面的分辨率相符，800×600、1024×768、1280×720和1920 x 1080是一些常见的DMD的尺寸。

这些微镜片在数字驱动信号的控制下能够迅速改变角度，一旦接收到相应信号，微镜片就会倾斜10°，从而使入射光的反射方向改变。处于投影状态被示为“开”，并随数字信号而倾斜+10°；处于非投影状态被示为“关”，并倾斜-10°；“开”状态下被反射出去的入射光通过投影透镜将影像投影到屏幕上；而“关”状态下反射在微镜片上的入射光被光吸收器吸收。

微镜片在两种状态间切换的频率是可以变化的，这使得DMD反射出的光线呈现出黑（微镜片处于“关”状态）与白（微镜片处于“开”状态）之间的各种灰度。

单片DLP投影仪

单片DLP投影仪内部只安装一片DMD芯片，光通由四块反光镜组成一个长方形光线通道，把入射光变成长方形，正好对应DMD芯片上的长方形。颜色是通过在光源与DMD之间安装一个色轮来产生的。色轮通常被分为四个区域：红区、绿区、蓝区和一个用来增加亮度的透明区域(产生白色)(因为透明区域会减弱色彩的饱和度，有时候直接去除)。

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输入信号被转化为RGB数据，数据按顺序写入DMD的SRAM，白光光源通过聚焦透镜聚集焦在色轮上，通过色轮的光线然后成像在DMD的表面。当色轮旋转时，红、绿、蓝光顺序地射在DMD上，当红光射到DMD上时，镜片按照红色信息应该显示的位置和强度倾斜到“开”，绿色和蓝色光及视频信号亦是如此工作。人体视觉系统集中红、绿、蓝信息并看到一个全彩色图像。

三片DLP投影仪

将白光通过棱镜系统分成三原色。这种方法使用三个DMD，一个DMD对应于一种原色。应用三片DLP投影系统的主要原因是为了增加亮度。通过三片DMD，来自每一原色的光可直接连续地投射到它自己的DMD上，导致更多的光线到达屏幕，给出一个更亮的投影图像。这种高效的三片投影系统被用在超大屏幕和高亮度应用领域。

3DLP 3DLP光路图

优点：

  1. 图像平滑流畅
  2. 优秀的色深以及对比度
  3. 不会烧屏
  4. DLP投影机采用封闭式光路，降低了灰尘进入了概率

缺点：

  1. 价格相对较为昂贵
  2. 单片式DLP投影机可能会出现“彩虹效应”
  3. 体积大，安装占空间，运输不方便。
  4. 存在风扇噪音

激光投影仪(LDT)

激光投影显示技术(LDT)，也称激光投影技术或者激光显示技术，它是以红、绿、蓝(RGB)三基色激光为光源的显示技术，可以最真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩，提供更具震撼的表现力。

LCD和DLP都是从发出的光中通过透镜过滤出红、绿、蓝三种光进行成像，但这样光的利用率不到20%；激光投影仪直接用红、绿、蓝三基色激光为光源，不用白光为光源，这大大降低了能耗。

激光投影技术一般分为两种，一种是单色光，一种是彩色光

单色激光技术

单色激光

蓝色激光的形成是由蓝色Laser Diode所发出的蓝光经过荧光色轮的蓝色(Blue)部分，直接通过，然后经过滤光色轮中透明段，从而形成投影画面所需要的蓝光。

蓝光

蓝光经过荧光色轮(Phosphor wheel)的绿色(Green)反射形成绿光，然后再经过滤光色轮(filter wheel)过滤出所需要的绿色光波长，从而形成绿光通过

绿光

同理，蓝色Laser Diode所发出的蓝光经过荧光色轮的黄色（Yellow）反射形成黄光，然后再经过滤光色轮的红色段过滤掉黄光，从而形成只剩下红光通过

红光

三色光的拼合部分与3LCD相同不再赘述

普通双色（蓝光+红光）

双色激光投影光路示意

虽然激发荧光的光源仍然是蓝色激光，但是产生的黄色光会和另一组蓝色和红色激光混合。多种颜色激光的使用，可以大大提高色彩校正的效率。

放映机在校色的过程中，会损失相当一部分亮度，导致激光光源的能量，并不能全部应用于投射出的画面。由于采用了额外的红色激光作为补充，在校色的处理过程中，可以更有效率的混合颜色，有效减少校色后的亮度损失。同样的原始光通量，可以得到更高的画面亮度，整机的能效比显著提高。

优点：

  1. 性能稳定
  2. 亮度高，色彩好
  3. 衰减小

缺点：

  1. 缺乏灵活性，体积庞大，且需要搭配抗光硬屏，不好移动
  2. 分类少，发展不成熟
  3. 购买价格贵

三者的对比

综上其实很容易看出激光投影仪是建立在LCD和DLP的结构上进行的综合应用

3LCD DLP LDT
使用寿命 $\star$ $\star\star$ $\star\star\star$
亮度 $\star\star$ $\star$ $\star\star\star$
色彩 $\star\star$ $\star$ $\star\star\star$
灵活性 $\star\star$ $\star\star\star$ $\star$
价格昂贵程度 $\star\star\star$ $\star\star$ $\star$