数字显示技术又一新星 微型投影技术
四大技术各有优劣
微型投影显示的核心是微显示光电集成芯片(简称微显示芯片)和包括光源在内的微型投影显示光机系统(简称微型光机),其中最为常见的也相对较为成熟的四种主流技术包括:MEMS光扫描微投影、LCD(液晶微投影技术)透射微投影、DLP(德州仪器公司开发的数字光处理技术)和LCOS(硅基液晶)反射微投影。按照其微显示芯片的投影光学成像原理可分为扫描式、反射式和透射式三类,而按照光源的色彩配置及成像机制可分为红绿蓝三色色彩分时和白光空间三色合成两种。
延承上世纪曾经流行的激光扫描背投电视技术,MEMS激光微型扫描投影以红绿蓝三色激光光源的色彩分时为色彩组合机制,通过动态调制MEMS微镜面反射色彩分时光源实现空间扫描,配合同步调制红绿蓝光源亮度来实现动态色彩灰度画面,其拥有投影光机系统简单和光损失率低等突出优点,而较为明显的问题来源于激光光源本身,包括光源成本、功耗和光斑等缺陷仍待进一步改进,以及较为明显的扫描影像缺陷。
与传统大屏幕LCD透射三片式投影显示不同,出于微型化和低成本的考虑,LCD透射微投影主要采用单片式白光光源通过三色色彩空间合成的成像机制,光机系统也相对简单、成本较低,光源以成本较低的LED白光单色光源为主,受到偏光的限制,芯片功耗不高但光效率较其他芯片偏低,另外受到微加工工艺的限制,进一步缩小尺寸同时提高分辨率困难较大。
LCOS反射微投影也同样采用单片式解决方案,大大降低了光机的系统设计难度和成本;而光源配置分红绿蓝三色色彩分时和白光空间三色合成两种,其中白光空间三色合成是配合与LCOS微显示芯片像素一一对应的RGB三色真彩点阵膜来实现,相对三色色彩分时而言其光效率较低,但光源系统设计和芯片驱动简单因而成本较低,对液晶响应速度的要求较低,同样受到偏光的限制虽然光效率低但成本也相对较低;相比之下,LCOS微显示芯片及其驱动的功耗最低,部分弥补了在系统整体功耗上的不足;随着液晶响应速度的改进,最终采用红绿蓝三色色彩分时可以大大提高光效率与系统能耗的比率。
DLP反射微投影同样采用红绿蓝三色色彩分时成像机制,在消除扫描影像缺陷的同时,延承了MEMS光扫描微投影的高光效率特征,而光机系统较MEMS光扫描微投影略为复杂。业界认为,配合红绿蓝三色LED光源是DLP微显示芯片的非常好的组合,高速的DLP像素灰度调制结合LED光源三色分时,可以实现较高的光效率和成像效果。基于高速微机械电调制,DLP微显示芯片及其驱动芯片的功耗相比之下偏高,抵消了部分光利用率的优势,另外,由于芯片制造工艺的复杂和知识产权的约束,系统成本还有待于提高。