數年來，LCD和DLP技術的競爭和越來越廣泛的用戶需求使得投影機的性能不斷提高，同時，光源技術和其他附屬技術的進展也為投影機技術的進步提供了強有力的保障。本期前沿技術欄目將帶領您走入投影機技術的世界，領略技術進步給投影機帶來的革命性變化。

    投影技術可能是最古老的現代顯示技術之一，它發源于19世紀早期，并隨著19世紀末20世紀初電影的發明和流行得以迅速推廣。現代電子投影機的工作原理是將光源的光線分成幾種基本顏色，再投射到圖像顯示元件上產生影像，經過合成和透鏡投射為放大的圖像。當投影機技術發展到今天，CRT投影已成為歷史，LCD（液晶顯示）和DLP（數字光學投影）技術則各擅勝場；同時，光源技術和其他相關技術的發展也使得投影技術的發展如虎添翼。下面我們將介紹投影機的一些最新技術。

LCD技術不斷完善

    目前投影機用的液晶顯示元件幾乎都是高溫多晶硅（HTPS）面板，它具有體積小、分辨率高和透光性好等特點。傳統的LCD投影技術的優勢是色彩比較鮮艷，但也存在光的利用效率較差，亮度和對比度不高，畫面有顆粒感和液晶分子長期在強光照射下易老化等問題。隨著技術的進步，這些問題逐步得到了解決。

光圈的應用

    使用隨畫面亮度調節進光量的光圈機構（Iris）可以使對比度獲得大幅度的提高。以三洋電機的LP-Z4投影機為例，它為了提高對比度，使用了雙光圈。一個是設置于光源與透鏡之間的遮蔽板，也稱“投影燈光圈（Lamp Iris）”，可在對場景全像素的亮度柱狀圖進行計算后，根據計算結果調節遮蔽板的張開程度，還可以切換顯示影像信號的Gamma特性；另一個是配備在透鏡區域的“透鏡光圈（Lens Iris）”，可以根據面向影像視聽的預設模式和用戶自行設定的模式，在100%～約60%的范圍內調節光量，透鏡光圈的大小不與場景亮度連動。借助雙光圈，LP-Z4能夠實現7000:1的對比度。索尼2005年11月20日開始發售的VPL-HS60的標稱對比度更高達10000:1，它通過安裝在液晶面板周圍的“High Contrast Plat（高對比度裝置）”，減小了液晶面板的光泄漏，抑制了黑色漂移，再與索尼的“Advanced Iris（先進光圈）”配合，就能夠實現超高的對比度。

液晶面板的改進

    通過光圈提高對比度會造成亮度上的一定損失，對液晶面板的結構進行改進可以同時提高亮度、對比度等主要畫質指標。以精工愛普生為例，2003年和2004年，精工愛普生發布了D4和D5兩代液晶面板技術，并廣泛應用在目前上市的很多產品中。D4面板通過微透鏡陣列技術、微組裝技術、平滑技術和光屏蔽技術等一系列新技術，實現了性能的飛躍。D5面板則更進一步，對比度提高到750:1的水平，開口率增加20%以上。到了2005年5月，精工愛普生又發布了C2 Fine（Crystal Clear Fine，全透明清晰）技術，使用該技術的液晶面板配向膜中使用了無機材料，讓無機材料的分子沿垂直方向層疊，層疊的無機材料在垂直方向上具有各向異性，受到各向異性的影響，在配向膜上的液晶分子可以呈垂直排列。這種制造方法能夠以不足1納米的精度控制配向膜的厚度，比使用有機配向薄膜更能實現液晶分子在面板內均勻排列，成膜和配向可以同時進行。此外，精工愛普生還將原有的TN液晶改為VA（垂直配向）模式，VA模式顯示黑色時不加電壓，黑色更加純正。這些方法結合使得投影機用液晶面板的暗處對比度高達10000:1，圖像顯示效果更出色，開口率也有望獲得進一步提高。無獨有偶，索尼在2005年2月也宣布了利用了LCOS面板配向膜技術開發的HTPS面板用無機配向膜技術，能夠抑制配向膜隨投影機光源的照射而出現的老化現象，將面板的耐光性能提高到原來的4倍。此外，這一技術還可省去會產生廢屑的研磨工序。同時，通過在驅動方式上采用每半幀施加一次電壓的半幀反轉驅動技術，抑制了液晶分子因線電壓差而產生的定向紊亂現象。采用半幀反轉驅動技術和高精細加工技術，將像素中心間隔由過去的12.5微米縮小到了11.5微米，可以使亮度提高10%，對比度提高5倍。使用這兩種新技術的液晶面板都將于2005年底到2006年年初投入生產。

    精工愛普生還在2005年4月開始供貨使用噴墨技術形成配向膜的TN液晶面板。噴墨技術成膜的優點是能夠保證膜厚度的均勻性，減少成膜缺陷和簡化生產設備。噴墨技術成膜使用低粘度墨水，并且通過墨滴數目控制成膜，可以將膜厚度誤差控制在±2%，這比傳統的Flexo印刷法的±4%~5%提高了很多。均勻的成膜使液晶面板的畫質得到提高，畫面更加平滑。

DLP技術發展迅速

    DLP投影技術使用DMD元件（Digital Micromirror Device，數字微鏡器件）成像，采用DMD元件的DLP投影機可以是三塊DMD芯片分別反射RGB三色的三片式，也可以是使用一塊DMD芯片反射所有色光的單片式。目前大量生產的是單片式DLP投影機，需要靠高速旋轉的色輪濾色，產生不同的單色光，再合成為彩色圖像。單片DLP投影機結構比較緊湊，便于小型化；光利用效率高，亮度和對比度容易提高；DMD元件的壽命極長，幾乎沒有老化問題的困擾。但由于采用色輪，容易產生色彩分離，這也被稱為彩虹效應，此外，色彩飽和度不好也是單片式DLP投影機的常見問題。

DLP技術的發展和改進

    DMD元件的改進主要圍繞提高微鏡的精細度、增大微鏡的偏轉角度、減少雜光影響和降低單片DMD元件的成本等方面進行。微鏡的面積不斷減小，間距也變得更窄，像素變得更精細；微鏡的偏轉角度也由±10o提升到了±12o，使得DLP投影的灰階表現更好；2004年推出的“Dark Metal 3”技術則使用吸光材料吸收通過微鏡間隙的雜光，使對比度進一步提高；組件的制程也不斷提升，成本則不斷下降。同時，色輪技術也在不斷進步，多段式色輪、SCR色輪等技術紛紛出臺，色彩段數更多，轉速也逐漸提升，使得彩虹效應大大減輕。

極致色彩技術和高清DMD元件的誕生

    進入2005年，DLP投影技術依然保持著快速發展的勢頭，主要的突破點是色彩的進步和產品分辨率的提升。2005年6月，TI發布了“極致色彩（Brilliant Color）”技術，在色輪上除了紅、綠、藍三種原色以外，又加入了黃色、紫紅色和青色，讓色彩更加逼真鮮明，并改進了處理方式，能夠提高中間色調的亮度50%以上。配用的成像處理芯片DDP3020則內置了2D圖像重點修正和畫中畫功能，并且可以編程，讓不同的制造商發揮自己的特色。雖然此前各廠商已經開發了不少添加色彩的色輪，但極致色彩技術允許廠商自行調整六種原色的比例，靈活度更大，更為不具備色輪設計實力的廠商提供了方便。

     在分辨率的提升方面，繼2004年推出220萬像素（2048×1024）的DLP Cinema芯片后，2005年9月TI更推出了滿足1080P要求的單片式和三片式DMD元件，預計2006年將有幾十種產品上市。1080P DMD元件除了分辨率提高以外，其他性能都和HD2+ DarkChip3基本相當。單片式1080P DMD元件的尺寸為0.95英寸，與去年發布的DLP Cinema芯片（分辨率2048×1024，1.2英寸）相比，微鏡單元的尺寸和微鏡間隙進一步縮小，目前還不清楚TI對微鏡單元的結構是否進行了改進，但這一尺寸已經達到了高端民用市場能夠接受的成本標準。在亮度和對比度方面，DLP投影技術擁有一定的優勢。三片式DLP投影機早已實現25000ANSI流明的亮度，明基等公司開發的產品中也已經出現了亮度達到9000ANSI流明的單片式DLP產品。此外，日本臺達在2005年10月展出了能夠實現12000:1對比度的DLP背投儀，預計達到這一指標的前投式投影機也將在不久之后面世。

LCOS投影技術搶占高端

     LCOS（硅上液晶）技術是一種利用反射型液晶元件成像的技術，仍然使用垂直配向模式的液晶作為光閥，液晶部分的下層有一層反射光線的薄膜，能夠反射70%以上的光線，開口率高達90%以上。LCOS投影技術既擁有LCD投影色彩鮮艷的優點，又擁有反射式投影光線利用率高，亮度和對比度較高的長處，被人們寄予厚望，但是由于生產成本始終很難降低，LCOS投影機在面向主流市場的推廣中一直遇到成本問題的困擾。目前已經投入商業化應用的主要是JVC的D-ILA技術和索尼的SXRD技術，主要用于高端產品。幾年來，通過采用無機配向膜，使液晶的配向更規整；取消間隙子，使光線利用率更高以及減小液晶層厚度，使得響應速度更快等技術革新手段，采用LCOS技術的投影機性能已經相當出色。

面向影院、專業和高端家庭應用

     2004年9月，JVC發布了面向高端影院應用的“4KX2K”標準的投影機，分辨率高達4096×2048。它采用了1.7英寸D-ILA面板，像素中心間距為9.5微米，間隔尺寸0.35微米，反射率達到78%。索尼于2005年9月正式上市的SRX-110和SRX-105也是符合“4KX2K”標準的產品，它們采用的SXRD面板為1.55英寸，像素中心間距為8.5微米，亮度分別為10000ANSI流明和5000ANSI流明，響應時間也低至5毫秒，目前采用HTPS面板的LCD投影機和DLP投影機還沒有同類指標的產品。此外，JVC還推出了達到QXGA分辨率（2048×1536）的產品D-ILA QX1，使用1.3英寸D-ILA面板，對比度達到7000:1。

     面向1080P規格的數字高清應用方面，LCOS投影機也已經有不少產品面世，性能持續提高，成本不斷下降。比較有代表性的產品是索尼于2005年12月發售的VPL-VW100，這款投影機采用了索尼開發的0.61英寸SXRD面板，通過改進前一代產品的反射膜，實現了5000:1的對比度、74％的反射率，過去的產品則分別是3000:1和65％。它的像素中心間距為7微米，比上代產品減小了22%，由于像素間距變小，因此還重新設計了液晶驅動元件，響應時間也下降到驚人的2.5毫秒。高對比度的面板與索尼的先進光圈配合，可以達到15000:1的標稱對比度。這款高性能的投影機發售價格大約為10000美元，有相當強的競爭力。

光源技術大放異彩

    光源技術的發展對投影機的發展至關重要。投影機使用的主要光源是金屬鹵素燈、超高壓汞燈等，近年來一些高端產品也開始采用氙燈，此外，LED（發光二極管）和激光等新型光源也開始嶄露頭角。

超高壓汞燈不斷改良

    超高壓汞燈的優點是亮度高，壽命較長，發熱量較小，是目前綜合性能最佳的投影機光源。但由于傳統的超高壓汞燈發射冷光，在短波長的區段發射強度較高，波長較長的紅色段強度較低，因此對色彩要求高的產品使用超高壓汞燈時需要使用濾鏡進行顏色補償；此外，如何進一步提高亮度，減少能耗也是超高壓汞燈需要解決的問題。飛利浦的高效率技術通過產生1毫米的短電弧和提高20%汞蒸氣壓力的方法，使亮度提高了15%~30%，同時光譜特性獲得了很大改善，尺寸也更緊湊。2005年，飛利浦又推出了UHP VIDI技術。采用VIDI技術的超高壓汞燈能夠根據投影的場景產生兩種脈沖光，即暗脈沖和亮脈沖。對于暗場景，暗脈沖能夠產生更好的圖像質量；亮脈沖則使普通場景的亮度更高，超高壓汞燈的壽命也得到了進一步提高。采用這一技術的產品將在2006年上市。

     反射結構的改進也能夠提高超高壓汞燈的光效率。飛利浦的背鏡技術通過在燈泡的內壁上鍍一層分光鍍膜，使得不能被投射罩反射的一部分發射光反射回來，并被投射罩作為可用光投射出去。這一技術可以使同等功率下的投影機亮度提高20%，并使投射罩的尺寸減小50%，配用的驅動電路輸出激勵電壓僅需2.5千伏，適合在2磅以下的輕型投影機上使用，富可視的LP120就采用了這種超高壓汞燈。精工愛普生的E-TROL技術則與飛利浦的背鏡技術類似，不同的是燈泡中的分光鍍膜被一個小型的反射罩所取代，照射不到投射罩上的光線被小型反射罩反射到投射罩上進行二次反射。與該公司老式投影燈相比，亮度效率最大提高了20%。精工愛普生采用這種光源的三款產品已經于2005年下旬上市，其中使用135瓦光源的EMP-S3投影亮度可達1600ANSI流明。

氙燈進入高端機型

      氙燈作為光源的優點是可以產生非常平滑的連續光譜，而超高壓汞燈的光譜中則有非常尖銳的峰刺；此外，氙燈光源的色溫值大約在6500K，超高壓汞燈的色溫值在8000K左右，前者的色溫值是適合人眼的最佳色溫值，因此使用氙燈能夠得到色彩更豐富、質量更高的影像。氙燈的另外一個優點是可以承受多次快速的開關切換，而這種熱沖擊對超高壓汞燈而言是致命的。氙燈的預熱時間也比超高壓汞燈短得多，在60秒以內就能夠達到穩定，而超高壓汞燈輸出亮度達到穩定值需要大約2分鐘左右。另外，氙燈比超高壓汞燈更加環保。氙燈的缺點是壽命不夠長，使用成本較高，因此只用在少量高端產品中。

LED和激光嶄露頭角

     隨著技術的進步，研究人員開始探討其他光源作為投影機光源的可行性。進入2005年以來，已經有不少廠商制造出了使用LED光源的投影機，它們的亮度和尺寸紀錄也不斷刷新。LED作為投影機光源可以采用兩種方案，其一是分別采用紅、綠、藍三種顏色的LED作為光源，另一種是直接采用白光LED作為光源。LED光源的優點是壽命很長，可以不用考慮更換的成本；耗電量極低，整機耗電量也只有十幾瓦；可以頻繁開關，這樣就使投影機省去了色輪或濾色鏡等部件，利于投影機小型化和低成本化。雖然目前LED光源亮度還不夠高，但在便攜式投影機中應用無疑具有非常誘人的前景。2005年6月，歐司朗介紹了熱變電阻僅4K/W的LED模塊“OSTAR”。前投型和背投型投影機使用的光源均已成為該LED模塊的應用目標。OSTAR模塊是在陶瓷底板上設置4個1毫米見方的大尺寸LED芯片后，再將這種陶瓷底板與個別元件封裝于印刷電路板制作的。4個LED芯片中有兩個是綠色LED芯片，紅色和藍色LED芯片各1個。如果將使用24～36個LED芯片的OSTAR模塊用于背投儀的光源，在50英寸的畫面尺寸條件下可以得到500cd/m2的畫面亮度，能夠配合DMD和LCOS等反射型面板使用。除了LED以外，激光也是一種新型的投影機光源。由于激光的單色性非常好，因此可以得到色彩范圍很寬的圖像，目前佳能和日本信號都已經展出了使用激光作為光源的試制產品。使用LED和激光作為光源，能夠制造具有很強便攜性的掌上投影機，這無疑是未來的技術熱點之一。

附屬技術更加多樣

     除了對圖像顯示元件和光源不斷改進以外，廠商也不斷推出新技術使得投影機更加人性化，滿足不同用戶群的要求，這些附屬技術主要包括自動化功能、集成化設計和更新的散熱功能等等。

     自動化功能一般通過投影機內部的控制芯片完成，包括自動調節投影角度、自動梯形校正、畫面大幅度移動、自動聚焦、自動搜索信號、自動像素調整等功能，這些功能使普通用戶使用投影機更加方便。自動調節投影角度功能可以記憶投影機升起的角度，在開機后自動將投影機調整到預定的位置；自動梯形校正功能可以保證投影機在不同的位置都能夠投射出 標準的矩形，這兩項功能特別受商務用戶的歡迎。畫面大幅度移動功能則成為家用投影機必備的功能，通過自動調節鏡頭，可以使畫面上下或左右移動一個畫面以上的距離，令投影機的安裝位置更靈活。

     集成化設計可以使投影機擁有更多功能：集成無線網卡可以擺脫信號線的束縛；集成讀卡器和USB接口可以使投影機直接投射便攜式存儲設備的內容；集成DVD/HD DVD驅動器、重低音和環繞音效和HDMI接口可以令投影機集多種家庭影院功能于一身。隨著主要元件的尺寸不斷減小，還將會出現集成更多功能的投影機。
散熱功能的改進可以令投影機使用狀態更加安靜，還能夠實現即關即走的功能。為了達到靜音效果，2004年以來很多產品都使用了大尺寸低噪音風扇，并且改進風道設計；某些產品如松下的幾款高端機型則使用了液冷系統，直接對DMD元件冷卻，除了達到靜音效果以外，還可以保證投影機連續長時間運轉。即關即走功能的實現則可以通過幾種方式：一是使用大容量的電容，在關機后一段時間持續放電供風扇運轉；一是使用充電電池在關機后對風扇供電；更直接的方法是使用高能效比的光源（如愛普生的E-TROL超高壓汞燈），再通過優化散熱設計，使得關機后光源能夠迅速冷卻，并且能阻隔關機后光源積累的熱量。



高清應用將成熱點

     符合1080P的數字高清顯示無疑是未來幾年競爭最激烈的領域之一，目前三種投影技術都已經開發出了符合1080P的產品。雖然高清投影的普及還為時尚早，但針對1080P以及數字家庭的應用無疑將為投影機的發展帶來契機。需要說明的是，能夠商業化的高清投影并非僅僅是分辨率達到1920×1080這樣簡單，在亮度、對比度、色彩以及成本等方面還要有更多進步，而這一切在2005年才達到初步成熟。

     早在2003年，精工愛普生就已經推出了基于D4面板技術的1080P HTPS面板L3D13U，尺寸為1.3英寸，對比度500:1，不過在成本上不能滿足大規模生產的需要；2004年發布的L3D09U將面板尺寸降到0.9英寸，成本大幅度降低，可以量產供貨，對比度達到600:1。到了2005年5月C2 Fine技術出現以后，采用D5技術制造的0.9英寸1080P面板對比度已經能夠達到10000:1，無論在性能上還是成本上都能夠被高端市場所接受，這種面板將在2006年年初量產。在2005年的一些展會中，3LCD組織成員也展出了面向家用市場的1080P投影機，如富士通的LPF-D711WB。

      LCOS技術的代表廠商索尼和JVC在2003年前后推出了世界上最早的1080P規格投影機，這就是索尼的Qualia 004-R1和JVC的DLA-HD2K，不過240萬日元的售價和缺乏高清信號源顯然影響了它們的銷路。直到2005年12月，索尼發售的使用0.61英寸SXRD元件的VPL-VW100和Victor/JVC發布的使用0.8英寸D-ILA元件的DLA-HD11系列才使成本大幅度降低，性能也進一步增強。隨著生產工藝的改進，LCOS元件的成本將進一步降低，加上在影像播放方面的優勢，LCOS技術可能在高清家庭影院市場中取得一定份額。

      2005年9月，TI也宣布推出滿足1080P要求的單片式和三片式DMD元件。2005年12月，Projection Design生產的基于單片式1080P DMD元件的Action! Model Three 1080在中國進行了演示，這款投影機采用雙燈光源，能夠達到2500ANSI流明亮度，7000:1的對比度，其他廠商的產品也將在2006年年初陸續上市。
為了滿足家庭影院的要求，色彩處理芯片也在不斷進步。目前主流的投影機能夠顯示8bit色彩，即224種顏色，但不少 720P規格的家庭影院投影機已經能夠顯示10bit色彩，如三洋的LP-Z4，科視的DW6K和三菱電機的LVP-HC3000等，12bit甚至14bit色彩處理芯片也已經開始在高端產品中應用。高色深的色彩處理芯片能夠處理更多的色彩，并改善亮度和對比度隨著投影機性能的不斷提高，不均勻性越來越明顯的問題。

掌上投影不是夢想

      隨著LED和激光光源在投影機上投入使用，投影機的體積發生了革命性的變化。2005年1月，TI公司展出了由三菱電機試制的一款使用LED光源的小型DLP投影機，重量只有400克，可以放在手掌上。這款產品使用了紅、綠、藍三色LED和800×600分辨率的DMD元件，但沒有使用色輪。由于LED光源可以快速頻繁開關，因此只需要通過快速切換三種LED的開關狀態就可以起到色輪的作用。這款產品預計售價為599美元。隨后，三菱電機也發布了采用0.55英寸DMD元件的LED投影機，耗電量為17瓦，自重450克。搭配一塊重320克的鋰離子電池，可以實現大約2小時30分的播放時間。除此之外，東芝等廠商也開發出了采用LED光源的DLP投影機。東芝的TDP-FF1A將在2006年1月上市，主機重量為565克，搭配200克的鋰離子電池和專用投影屏幕。三星的Pocket Imager連鋰電池的重量為907克，亮度為35ANSI流明。

     精工愛普生在2005年9月推出了采用LED光源的LCD投影機，它仍然采用3LCD的配置方式，重量大約為500克。2005年11月，三洋電機又推出了使用單板透過式LCD面板的LED光源投影機。它采用了1.5 英寸帶彩色濾色片的單片LCD面板，像素數大約為11萬，使用的光源為紅、綠、藍LED各2個，總功率為18瓦，產品亮度達到12ANSI流明。

     佳能等廠商則開發了使用模擬式MEMS微鏡和激光光源的掌上型投影機。與DMD元件不同，這種MEMS微鏡可以實現單鏡片對應多個像素，能夠有效降低元件的成本。為了達到30幀/秒的刷新速度，需要在以15Hz的頻率振動微鏡的同時，以8Hz的頻率使微鏡亮滅進行掃描，因此MEMS微鏡需要與數MHz～數十MHz頻率的高頻半導體激光器配合使用。佳能于2005年10月展示的投影機采用了紅、綠、藍三色激光器，利用MEMS鏡片反射進行投影，可以達到800×600的分辨率，色彩范圍更能夠達到NTSC比114%。日本信號在2005年11月展出的投影元件則能夠實現320×240的分辨率。

     這些采用新光源和成像方式的產品將為投影機的應用開拓更新、更廣大的隨身領域市場。存儲技術的進步將使得幾十GB的信息輕松存儲在一英寸大小的存儲媒介中，配合超便攜投影技術，就可以在旅途中、野營里隨時隨地實現欣賞大尺寸的節目。當投影元件的尺寸進一步縮小之后，投影機甚至可以配備在手機上，實現即拍即播和播放網絡節目的功能。