看四大投影技術(shù)演變

"舊時(shí)王謝堂前燕，飛入尋常百姓家”。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，曾經(jīng)僅為軍隊(duì)、政府等少數(shù)單位機(jī)構(gòu)享用的投影機(jī)，當(dāng)前已經(jīng)像電腦、打印機(jī)一樣成為了一種通用辦公設(shè)備，并日漸進(jìn)入尋常百姓家。大型賽事、活動(dòng)、影院，更是高端投影展示的舞臺(tái)，08年北京奧運(yùn)會(huì)開幕式上借助大型投影創(chuàng)造的夢(mèng)幻效果、09年亞運(yùn)會(huì)開幕式巨型碗慕驚艷了整個(gè)世界。投影作為大屏幕顯示的主要方式之一，其顯示技術(shù)也經(jīng)歷了從早期的CRT一枝獨(dú)秀、逐漸LCD占據(jù)主流，到當(dāng)前的LCD和DLP兩分天下、LCOS蓄勢(shì)待發(fā)的態(tài)勢(shì)。

投影元老——CRT
    接觸投影較早的人，對(duì)于前方伸出三只“槍管”的CRT投影機(jī)一定還記憶猶新。由于它是3個(gè)CRT投影管組成的，伸出鏡頭也形似槍管又名三槍投影機(jī)。CRT(Cathode?Ray?Tube)是陰極射線管，主要是由電子槍、偏轉(zhuǎn)線圈及管屏組成。為了使CRT管在屏幕上顯示圖像信息，CRT投影機(jī)把輸入的信號(hào)源分解到R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))三個(gè)CRT管的熒光屏上，在高壓作用下發(fā)光信號(hào)放大、會(huì)聚在大屏幕上顯示出彩色圖像。

    CRT投影機(jī)是在上個(gè)世紀(jì)80年代，伴隨著CRT電視的迅速發(fā)展，開始逐漸進(jìn)入市場(chǎng)的。早期CRT投影機(jī)顯示接口比較簡(jiǎn)單，只能進(jìn)行視頻播放，無(wú)法解析數(shù)據(jù)信號(hào)。80年代中后期，隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，對(duì)于數(shù)據(jù)圖形處理顯示的要求增強(qiáng)，也就相應(yīng)地產(chǎn)生了能投影高分辨率圖形和動(dòng)畫的圖形投影機(jī)。根據(jù)CRT管的管徑，CRT投影分為三個(gè)檔次，7英寸、8英寸和9英寸管投影機(jī)。
CRT投影具有技術(shù)成熟、顯示圖像色彩豐富、還原性好、壽命長(zhǎng)、豐富的幾何失真調(diào)整能力等優(yōu)勢(shì)。20世紀(jì)80年代和90年初期，CRT在索尼、NEC、松下、三菱等日系廠商的推動(dòng)下一度輝煌。由于價(jià)格高昂，早期，我國(guó)僅在軍隊(duì)和政府有所應(yīng)用，后期隨著價(jià)格降低，少數(shù)影音發(fā)燒友把能夠擁有一臺(tái)CRT投影做為無(wú)上的榮譽(yù)。雖然CRT投影優(yōu)勢(shì)很多，但同時(shí)存在著亮度較低(300流明以下)、邊緣清晰度和會(huì)聚較差、體積龐大、操作復(fù)雜、對(duì)安裝環(huán)境要求較高、價(jià)格昂貴的不足。1989年，愛普生發(fā)布了世界上第一臺(tái)LCD投影機(jī)，從此以后，CRT有了真正的對(duì)手。LCD技術(shù)出現(xiàn)后，發(fā)展很快，優(yōu)越的性價(jià)比使其逐漸走俏，超越了CRT。后起DLP投影的加入更使CRT空間急劇縮小。從1993年開始，CRT投影銷售份額逐年下滑，1994年，CRT投影機(jī)的重要廠商索尼也開始投產(chǎn)LCD投影，隨后主流投影機(jī)廠商陸續(xù)減產(chǎn)停產(chǎn)CRT投影，曾經(jīng)風(fēng)靡一時(shí)的CRT三槍投影機(jī)漸漸退出了歷史舞臺(tái)。
  
一度風(fēng)流——LCD
    LCD能夠崛起，不能不提到愛普生，愛普生是真正把LCD投影技術(shù)推向市場(chǎng)的先行者。雖然夏普在上個(gè)世紀(jì)七十年代就制作出LCD液晶顯示器，但只應(yīng)用在計(jì)算器和手表等小型顯示器件上，愛普生是首個(gè)把LCD技術(shù)成功應(yīng)用在投影并推出產(chǎn)品的廠商。經(jīng)過(guò)多年潛心研究實(shí)驗(yàn)，在1989年，愛普生發(fā)布了全球第一臺(tái)LCD投影機(jī)——VJP-2000，開創(chuàng)了液晶投影時(shí)代，不過(guò)在初期由于技術(shù)不成熟，液晶投影在色彩、分辨率、開口率、穩(wěn)定性方面存在著很多不足，并沒(méi)有被迅速接受。真正功能得以完善并進(jìn)入量產(chǎn)是在上個(gè)世紀(jì)90年代中期。期間索尼在LCD核心技術(shù)方面也取得突破，與愛普生一起，成為全球僅有的兩家能夠提供LCD面板的廠商。在眾多日系廠商共同推動(dòng)下，價(jià)格低廉、性能更好、體積更小、發(fā)光亮度遠(yuǎn)高于熒光發(fā)光的CRT的LCD逐漸代替CRT成為市場(chǎng)新的霸主。
    LCD投影技術(shù)的原理是利用液晶分子的光電效應(yīng)，運(yùn)用電場(chǎng)作用讓液晶分子的排列發(fā)生變化，從而使透光率和反射率這兩種變化導(dǎo)致液晶的光學(xué)特性發(fā)生改變，最后產(chǎn)生出不同的灰度層次或顏色圖像。

    在LCD投影技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，三片式液晶投影占據(jù)了絕對(duì)主流，三片式液晶投影的三原色光是由三片分離的液晶板組成，對(duì)于每一種顏色的亮度和對(duì)比度進(jìn)行了單獨(dú)的控制，因此能夠獲得較高的分辨率、畫面層次感好、色彩飽和度和亮度也達(dá)到了令人滿意的效果，使得其在顏色豐富的圖片和動(dòng)態(tài)畫面的投影輸出方面有著良好的表現(xiàn)，此項(xiàng)技術(shù)一直沿用至今。除此之外，還曾經(jīng)短暫出現(xiàn)過(guò)單片式和液晶光閥兩種過(guò)渡技術(shù)。單片投影具有體積小、重量輕、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，但圖像質(zhì)量和亮度較差。液晶光閥投影機(jī)是利用液晶的光學(xué)開關(guān)作用改進(jìn)CRT投影機(jī)的成像效果，能夠達(dá)到高亮度和高分辨率，但價(jià)格高、體積大嚴(yán)重阻礙了其市場(chǎng)發(fā)展。隨著三片式液晶投影機(jī)高分辨率和高亮度問(wèn)題逐漸得到解決，價(jià)格的下降，這兩種技術(shù)逐漸被拋棄。
    從愛普生公布的歷年投影液晶面板的銷售數(shù)據(jù)，我們可以看到液晶投影發(fā)展的速度。1994年，愛普生開始全面批量生產(chǎn)LCD-HTP投影液晶面板，2002年10月，完成了第一個(gè)千萬(wàn)出貨量，2004年第三季度突破2000萬(wàn)片、2007年第一季突破4,000萬(wàn)片，2008年第三季度突破5,000萬(wàn)片。在技術(shù)上，從1994年開始，投影機(jī)液晶板尺寸不斷減小，從初始的1.3英寸慢慢降到了0.5英寸，開口率、刷新頻率不斷提高。同時(shí)伴隨著周邊光源、模組、整機(jī)機(jī)構(gòu)的不斷優(yōu)化，投影機(jī)整機(jī)性能逐漸完善，色彩、對(duì)比度、亮度、穩(wěn)定性獲得大幅提升，體積更為輕巧、操作愈加簡(jiǎn)便。在LCD的沖擊下，到1999年前后，市場(chǎng)上幾乎已經(jīng)很難覓到CRT投影的蹤跡。
    LCD技術(shù)使投影機(jī)變得更加實(shí)用、功能更為豐富。量產(chǎn)成本的降低，使主流機(jī)型價(jià)格也從CRT時(shí)代的幾十萬(wàn)元降到了10萬(wàn)以內(nèi)，這也使得更多的用戶有能力享用投影帶來(lái)的便利，曾經(jīng)僅在軍隊(duì)、政府有所應(yīng)用的投影機(jī)，開始擴(kuò)展到教育、能源、娛樂(lè)、金融、醫(yī)療、企事業(yè)單位等諸多行業(yè)。一時(shí)間，LCD風(fēng)光無(wú)限。
將近十年的時(shí)間，LCD沒(méi)有遇到真正的對(duì)手，雖然這期間也曾出現(xiàn)過(guò)其他的投影技術(shù)，這其中就包括虎視眈眈的DLP。直到2003年，索尼宣布停供面板事件及所帶來(lái)的一系列連鎖反應(yīng)，使得DLP終于抓住了分享LCD投影市場(chǎng)的良機(jī)。 
  
共享盛宴——DLP
    DLP是美國(guó)德州儀器公司開發(fā)的一項(xiàng)技術(shù)，作為一種全數(shù)字的反射式投影技術(shù)，DLP投影機(jī)以DMD(Digital Micromirror Device)數(shù)字微鏡作為成像元件，完成了顯示數(shù)字的最終環(huán)節(jié)。1987年美國(guó)德州儀器公司開發(fā)出了DMD數(shù)碼微鏡器件(Digital Mirror Device)，1996年4月，在LCD投影出現(xiàn)7年后，第一臺(tái)商用DLP投影機(jī)正式誕生。
    采用了高度集成DMD芯片的DLP投影具有功耗較低，不易因?yàn)楦邷亍⒊睗窈驼饎?dòng)等環(huán)境因素而影響影像品質(zhì)的特點(diǎn)。反射式數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，使得光能的利用率、圖像灰度等級(jí)、還原性、對(duì)比度都得到很大提高，簡(jiǎn)單的光學(xué)路徑，讓DLP在體積、重量和亮度方面具有先天優(yōu)勢(shì)。
    與LCD一樣，在發(fā)展初期，技術(shù)并不成熟，少數(shù)幾家采用德州儀器DMD生產(chǎn)的DLP投影顯示效果與LCD相比還有著不小的差距，市場(chǎng)反應(yīng)平平。同時(shí)DMD核心部件的獨(dú)家壟斷，LCD投影的強(qiáng)勢(shì)與熱銷，使得大多數(shù)廠家起初對(duì)DLP并無(wú)多大興趣，2001年，德州儀器聯(lián)合合作伙伴費(fèi)勁心思推廣，DLP占據(jù)份額仍不到10%。
    2003年，機(jī)遇降臨，作為L(zhǎng)CD投影面板僅有的兩家供貨商之一的索尼突然宣布，自2004年4月起，停止對(duì)其他廠商LCD面板的供應(yīng)，全部面板只供應(yīng)索尼投影機(jī)及快速成長(zhǎng)的索尼背投電視市場(chǎng)。這一舉措無(wú)疑削弱了LCD陣營(yíng)在成本競(jìng)爭(zhēng)的力量以及供應(yīng)面板的數(shù)量。由于少了索尼的供應(yīng)，中下游廠家的批量生產(chǎn)直接受到影響。而長(zhǎng)期以來(lái)愛普生、索尼對(duì)于非日系企業(yè)在面板供應(yīng)上的保守策略，使得對(duì)此早有不滿的非日系廠商紛紛投向DLP的懷抱。此時(shí)德州儀器樂(lè)得收歸帳下，并進(jìn)一步下調(diào)DMD價(jià)格，DLP陣營(yíng)迅速壯大。2005年，DLP在全球一舉攻下半壁江山。面對(duì)DLP的燎原之勢(shì)，日系廠商緊急應(yīng)對(duì)，2005年初，愛普生、富士通、日立、松下、三洋和索尼六家日系廠商成立“3LCD”同盟，宣稱要在技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)品宣傳上加強(qiáng)合作，以保持其市場(chǎng)主導(dǎo)地位。雖然說(shuō)亡羊補(bǔ)牢，但還是顯得有些晚了，兩分天下，共享盛宴格局從此形成。

    根據(jù)液晶芯片數(shù)量，LCD投影有著單片和3片之分，同樣DLP投影機(jī)根據(jù)DMD芯片數(shù)量可分為單片、雙片和三片式投影機(jī)。
    單片式DLP投影機(jī)，只含有一片DMD芯片，用一個(gè)色輪，采用場(chǎng)序(時(shí)序)的方式實(shí)現(xiàn)彩色圖像的顯示，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，是目前市場(chǎng)上銷售應(yīng)用最廣闊的產(chǎn)品，占據(jù)DLP投影機(jī)銷量的大部分份額。
    雙片式DLP投影，主要用于解決早期DMD面板價(jià)格過(guò)高、單片系統(tǒng)又亮度不足的問(wèn)題而出現(xiàn)。采用兩片DMD芯片配合分光系統(tǒng)和色輪系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更高的光利用率。不過(guò)這一系統(tǒng)頗為復(fù)雜，隨著DMD芯片價(jià)格下降，基本已不再使用。
    三片式投影機(jī)，是通過(guò)三片DMD可使來(lái)自每一原色的光可直接連續(xù)地投射到它自己的DMD上，這樣更多的光線到達(dá)屏幕，提供更亮的投影圖像。同時(shí)更高位數(shù)的顏色調(diào)教技術(shù)，可以展示出更加完美的色彩。三片DLP是目前已投入應(yīng)用的數(shù)字投影技術(shù)中最好的解決方案，不僅具有DLP投影機(jī)傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，還融合了LCD液晶投影機(jī)的顯示優(yōu)勢(shì)。不過(guò)，由于采用三片DMD微鏡芯片，復(fù)雜的光路設(shè)計(jì)，成本不低，價(jià)格不菲。因此主要應(yīng)用在在高端工程投影機(jī)和數(shù)字影院放映機(jī)中。
    由此可見，LCD與DLP的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)質(zhì)是3片LCD投影與單片DLP和3片DLP的競(jìng)爭(zhēng)。單片DLP具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，占據(jù)中低端，3片DLP影像效果優(yōu)秀占據(jù)高端。3片LCD在中間，向兩端延伸，這也是LCD與DLP競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的領(lǐng)域。

極具潛力——LCOS
    就在LCD和DLP兩大投影陣營(yíng)瓜分投影機(jī)市場(chǎng)份額的時(shí)候，一種新型投影技術(shù)產(chǎn)生了，就是LCOS。這是一種全新的數(shù)碼成像技術(shù)，采用半導(dǎo)體CMOS集成電路芯片作為反射式LCD的基片，CMOS芯片上涂有薄薄的一層液晶硅，控制電路置于顯示裝置的后面，可以提高光利用率，從而實(shí)現(xiàn)更大的光輸出和更高的分辨率。與LCD、DLP投影機(jī)技術(shù)相較，LCOS投影技術(shù)具高解析度、高亮度、高開口率、高分辨率及低成本的潛力。從技術(shù)理論角度上講，LCOS有著眾多優(yōu)勢(shì)，但在市場(chǎng)和技術(shù)的雙重壓力下，LCOS發(fā)展并不順利。
    早在二十世紀(jì)九十年代后期就有諸多廠商開始研發(fā)自己的LCOS技術(shù)，JVC公司很快開發(fā)出了名為D-ILA的LCOS專利技術(shù)，并在1999年Infocomm展覽會(huì)上推出全世界首款LCOS投影機(jī)。到了2001年，LCOS廠商已擴(kuò)至JVC、索尼、日立、三洋、3M、飛利浦、三星等9家企業(yè)，我國(guó)大陸和臺(tái)灣地區(qū)也掀起了LCOS技術(shù)研發(fā)熱潮。而表面的熱鬧并不意味著產(chǎn)品的成功。由于產(chǎn)業(yè)鏈不暢、零件供貨不穩(wěn)、良品率過(guò)低、成本過(guò)高、無(wú)法量產(chǎn)等原因。2004年，曾經(jīng)雄心勃勃的國(guó)際芯片巨頭英特爾宣布停止百萬(wàn)像素級(jí)LCOS芯片的研發(fā)和供貨。與此同時(shí)，試圖將LCOS技術(shù)投入商業(yè)化生產(chǎn)的飛利浦、惠普、東芝等也都將這一計(jì)劃擱置了起來(lái)。

    一時(shí)間業(yè)界惶惶，觀望猶豫氣氛濃烈。此時(shí)，索尼、JVC、佳能和日立堅(jiān)挺LCOS，才使得LCOS沒(méi)有崩盤。就在英特爾、飛利浦等宣布退出的2004當(dāng)年，索尼推出了分辨率為4096×2160的LCOS投影機(jī)，應(yīng)用于數(shù)字影院放映，之后索尼又發(fā)布了VLP-VW100、VLP-VW50，面向高端娛樂(lè)市場(chǎng)。佳能在2004年發(fā)布了第一款1400×1050高分辨率LCOS投影機(jī)SX50后，在2006年連續(xù)發(fā)布了SX60、SX6、X600三款SXGA+級(jí)的高分辨率投影機(jī)產(chǎn)品，完善了LCOS投影產(chǎn)品線。日立推出了采用自創(chuàng)的LCOS處理技術(shù)的CP-SX5600反射式液晶投影機(jī)，JVC更是推出了一款面向高端家庭影院投影市場(chǎng)的LCOS旗艦投影產(chǎn)品DLA-HD10K。2007年，索尼、JVC和佳能等日系廠商開始將LCOS產(chǎn)品導(dǎo)入中國(guó)市場(chǎng)，示創(chuàng)等臺(tái)灣企業(yè)也開始重操舊業(yè)，國(guó)內(nèi)LCOS產(chǎn)業(yè)鏈在國(guó)家發(fā)改委、工信部等有關(guān)部門的關(guān)注下，也呈現(xiàn)新興景象，業(yè)界對(duì)LCOS開始重拾信心。
    經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，LCOS技術(shù)已經(jīng)有了很大進(jìn)步，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出了主要應(yīng)用于大型數(shù)字高清影院的1.7英寸4K(3840×2048)超高分辨率顯示芯片，與三片DLP投影一起成為高端影院投影機(jī)產(chǎn)品采用的主要技術(shù)。在微型投影方面，隨著應(yīng)用的擴(kuò)大，LCOS的優(yōu)勢(shì)也開始顯示。不過(guò)到目前為止，LCOS前景仍非明朗，還存在一些問(wèn)題。一是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，各家推出的LCOS應(yīng)用產(chǎn)品各具特色，配套產(chǎn)品光學(xué)鏡頭、光機(jī)、燈、屏幕等比較復(fù)雜，專利技術(shù)也不一樣。二是LCOS制造工藝還存在瓶頸，良品率受制約，成本相對(duì)較高。從目前產(chǎn)品性能、價(jià)格與市場(chǎng)綜合分析，現(xiàn)階段LCOS技術(shù)還是難以與LCD或DLP技術(shù)相抗衡。不過(guò)隨著產(chǎn)業(yè)鏈的逐漸成熟，LCOS優(yōu)良的性能和低廉的成本真正顯示出來(lái)，三分天下甚至獨(dú)霸天下的日子就為時(shí)不遠(yuǎn)了。