关注整体性能：微型投影光学引擎关键部件优缺点讨论

微型投影光学引擎是光学，结构和电子的综合技术，其中显示芯片和光源是技术路线上需要重点考虑的，这两项无论在成本中所占比例，还是对于最终光学引擎的性能的重要性，都是其他部件无法相比的。目前的微型投影的技术介绍中，常常片面的强调某些技术或者性能的优点，而不去谈整体性能的平衡，这是对于最终用户的误导，本文将对显示芯片和投影光源这两项技术在微型投影引擎中的性能做一个全面性的概述，帮助最终用户对于微型投影引擎技术有一个全面的了解。

　　一 显示芯片

　　目前在微型投影中主流的应用是LCOS和DMD显示芯片，美国德州仪器公司（TI）拥有很多DMD芯片的专利技术，目前仅有TI能够提供商品化的产品。LCOS芯片的来源相对较多，如Himax，Displaytech，Syndiant等，LCOS芯片还分为彩色滤光片型（color filter）和色彩时序型(color sequential)。由于目前主流的技术应用都是基于色彩时序型LCOS和LED，以下的显示芯片的性能讨论主要基于LED和色彩时序型的LCOS。

　　1 亮度效率

　　微型投影引擎主要应用于便携移动设备中，引擎的亮度必须基于给定的整体功率，即亮度效率。

　　LCOS技术需要使用偏振光源，而LED是一种非偏振光源，因此需要将其转换为偏振光后才能使用。在采用偏振回收的情况下，LCOS光引擎中一般仍有30%到40%的光无法被转换成需要的偏振光而被浪费掉。DLP技术使用非偏振光就可以，在整体的光能的利用率上要高于LCOS技术。

　　同时必须注意到，LCOS的显示芯片和驱动芯片的功耗要远低于DLP技术所采用的DMD显示芯片及其驱动芯片。因此，在相同的整体功耗情况下，LCOS光机将更多的功耗消耗在LED上，而DLP光机将更多的功耗消耗在DMD芯片和驱动芯片上。

　　就目前看到的整体功耗在2-2.5W的LCOS和DLP光学引擎中，整体的亮度效率是基本相当的。

　　2 分辨率

　　LCOS技术毫无疑问在分辨率方面要优于DMD技术。由于采用标准的CMOS和液晶封装工艺，LCOS芯片的像素尺寸都小于10微米，每个像素尺寸小于5微米也是很容易达到的，即可以在0.45英寸的芯片上实现1920×1080的高清显示。而且，由于像素之间的间隔可以做到很小，像素尺寸达到5微米时仍可以有很高的开口率。

　　DMD技术在相同芯片尺寸上提高分辨率面临诸多技术难题。首先，更小的像素需要更小的运动部件，芯片的良率将会进一步的下降。其次，更多的像素将使其显示芯片及驱动芯片的功耗进一步增加。最后，在像素间隔难以减小的情况下，其开口率的减小将减小光学效率。就目前来看，DMD芯片一般采用Wobulation技术来提高分辨率且降低芯片成本，即采用菱形排布方式用一半的实际像素抖动插值得到更高的分辨率。

　　3 色纯度

　　由于采用相同的色彩时序法，LCOS和DLP光引擎在色纯度上没有本质性的区别。当然，这两种光引擎也都可以采用一些技术方法去降低色纯度而获得更高的亮度效率。

　　4 对比度

　　由于采用的光学元件较少，DLP光引擎在对比度上要优于LCOS光引擎。全黑全白对比度上，DLP光引擎一般可以做到500：1 ，LCOS光引擎可以做到250：1 。

　　但在实际使用中，除非是在一个全黑的空间中，这个差别是无关重要的。例如，对于一个10lm的投影引擎，当投影到一个20寸的屏幕上时，白场的照度是80Lux，DLP的暗场照度为0.16Lux，LCOS的暗场照度为0.32Lux。假设在开一盏灯的情况下，灯对墙面的照度为5Lux。这时，实际看到的对比度分别是16.5：1 和16：1，显然差别是非常小的。

　　5 可靠性

　　DLP技术已经在大的投影显示中已经有较长时间的应用，无论TI公司公布的实验数据和实际应用都显示其芯片能够满足移动设备所需要的几千小时的寿命。

　　LCOS虽然在大尺寸投影显示中没有DLP技术应用那么多，仅仅在背投影显示中有过一些量产，但Displaytech公司的芯片在移动设备中已经有过大量的应用。注意到微型投影引擎的亮度输出一般都是在10lm左右，对比背投显示的300lm和前投影显示的1000-3000lm，目前的亮度对于LCOS芯片的可靠性影响是几乎可以忽略不计的。

　　二 光源

　　LED光源是目前微型光引擎中主要的光源，半导体激光（LD）光源是另一种讨论的较多的光源，半导体激光光源具有单波长，准直，偏振输出等优点。

　　我们首先讨论一下半导体激光光源对于LCOS和DLP光引擎的影响。由于激光光源输出的光源是一种偏振光，因此LCOS光引擎不再需要偏振转换，整体的亮度效率将会提高。激光光源的准直性也有助于简化LCOS光学系统，从而提高LCOS光引擎的对比度。 DLP光引擎在这两方面都不会因为采用激光光源而得到太多的提高。总体而言，激光光源对于LCOS光引擎的意义要远大于DLP光引擎。

　　激光光源虽然有很多优点，但仍有诸多不足而影响其在微型投影光引擎中的应用。

　　1 产业化

　　对于红色激光光源，目前的DVD光驱中的光源已经有了很好的产业基础。而蓝光光驱中的光源的波长（405nm）与投影显示所需要的波长(430-460nm)不同，绿色激光光源没有类似的相关产业应用，还需要通过红外激光光源倍频后获得，这两种激光器都需要专门为投影显示而研发。

　　对比LED光源，其在普通照明，汽车照明，LCD显示等方面都有大量的市场需求，大量资金推动LED的亮度效率与成本比迅速提高，显然其对于微型投影引擎的量产是更合适的。

　　2 散斑（speckle）

　　散斑现象是由激光光源的相干性造成的，散斑会在显示画面上呈现明暗细小颗粒，严重影响画面效果。一般通过一些去相关的方法来减弱散斑现象，一方面目前还未看到完全消除散斑的激光为光源的引擎，另一方面去相关的方法一般都伴随着光能损失，从而降低了激光光源准直性和偏振性所带来的亮度效率的提高。

　　3 安全性

　　激光光源由于准直好，能量能够集中在较小的点上，即使较小的能量也可能造成人眼的损伤。目前微投影所需使用的都是ANSI Z136标准中有可能对人眼造成伤害的等级2以上的激光器，是否能够安全的在微投影引擎中安全使用，需要经过仔细的失效模式分析以及与政府部门沟通后才能得到结论，目前还没有看到肯定的权威部门关于微投影应用的结论

　　总之，激光光源是一种性能良好的光源，其对于LCOS技术具有更好的性能提高作用。但由于其在散斑及安全性上的问题以及量产并推动成本下降的速度较慢，目前尚未看到近期内能够大量进入产品化的可能。