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四种新型高清显示技术优劣对比
ldyinjy | 2007-12-31 11:07:23    阅读:2624   发布文章
以LCD、PDP、DLP、LCoS为代表的新兴显示技术,代表了数字电视时代电视机技术发展的方向,注定成为显像管电视机的终结者。数字电视,特别是高清晰度电视机,也注定成为世界电视发展的潮流。随着我国经济水平的发展,特别是迎合2008年北京奥运会的契机,HDTV节目出现在我们身边的时间并不遥远……
以LCD、PDP、DLP、LCoS为代表的新兴显示技术,代表了数宁电视时代电视机技术发展的方向,注定成为显像管电视机的终结者。数字电视,特别是高清晰度电视机,也注定成为世界电视发展的潮流。随着我国经济水平的发展,特别是迎合2008年北京奥运会的契机,HDTV节目出现在我们身边的时间并不遥远。下面将分别介绍LCD、PDP、DLP、LcoS 4种新兴的显示技术的优缺点和前景。
      
LCD——液晶电视
液晶电视和传统的显像管电视机比,液晶电视机具有很多优势:1、显示质量高,无闪烁;2、无电磁辐射;3、画面效果好,无变形,是真正的纯平显示;4、屏幕大小可伸缩性好。目前最大的LCD显示屏可以大到65英寸,小的却可以使用到数码相机和手机上。其体积和重量均比CRT要小许多。5、清晰度高,可真正实现HDTV的效果;6、数字式工作方式,更完美的表现数字图像信号;7、功耗小,只有同面积CRT电视机的1/10~1/7。
相对于同样是平板电视成员的PDP电视,LCD电视也有一些PDP电视所没有的优点:
l、使用寿命更长,PDP显示器的标称寿命大多在2.5万~3万小时,而且是不可恢复的,这与LCD显示器的5万~7.5万小时(可以通过更换背光管恢复)相比要逊色很多;
2、比PDP彩电功耗更低,更省电;
3、液晶电视作为3C产业融合的重要产品,吸引了众多IT厂商和家电厂商的共同参与,将有助于液晶电视成本的降低,将市场做大。
      
PDP——等离子电视
在平板电视家族中,除了LCD以外,就是PDP了。PDP,即等离子显示器,是继LCD之后的最新显示技术之一。
PDP属于“自发光”的平面显示技术.核心原理和日光灯发光原理类似,是在真空玻璃(即放电空间)中注入惰性气体,然后再利用施加电压的方式,使管内的气体产生放电,应用离子效应而释放出紫外线,照射涂覆在玻璃管管壁上的荧光粉,荧光粉就会被激发出可见光,而不同的荧光粉会被激发不同颜色的可见光。
PDP作为一种自发光显示技术,不需要背景光源,因此有LCD显示器的视角和亮度均匀性问题,实现了较高的亮度和对比度,而三基色共用同—个等离子管的设汁也使其避免了汇聚问题,可以实现非常清晰的图像。
从目前的技术发展来看,PDP在屏幕尺寸上具有巨大的优势,2004年1月,三星宣布成功制造出了80英寸的PDP面板,这款80英寸(1766mm×1128mm)PDP的厚度仅为89mm,标准分辨率1920×1080,完全达到高清晰度电视的分辨率水平。它具有1000nits的亮度和2000:1的对比度,一改以往大尺寸PDP亮度和对比度不能同时处于最佳状态的弊病。
除了亮度、对比度和可视角度优势外,PDP技术也避免了LCD技术中的响应时间问题,而这些特点正是动态视频显示中至关重要的因素。因此从目前的技术水平看,PDP显示技术在动态视频显示领域的优势更加明显,更加适合作为电视机或家庭影院显示终端使用。PDP还具有超薄、重量轻、视角宽(大于1700)等优点,而且PDP采用的也是完全的数字驱动方式,是真正的“数字”电视。
和其它几种新兴的显示媒体不同,PDP只能作为直视式的电视机,不能像LCD、DLP、LCoS那样作为投影电视的图像源以提供更加巨大的画面。由于PDP由上百万的发光管组成,因此电能消耗非常大,42英寸的机型往往功耗高达300W以上,散热问题是最大的问题之一,其使用寿命在几种新兴显示技术中也是最短的,而且—旦损坏无法修复。由于等离子显示屏上的玻璃极薄,所以它的表面易碎,也不能承受太大的大气压力变化,更不能承受意外的重压。
韩国的大尺寸PDP面板生产在世界PDP产业中占有优势,日本的PDP产业虽然在最大显示面板开发上略微滞后,但是在37~50英寸的PDP产品规格上最完整,处于PDP制造相关产业上游。
      
DLP——数字光学处理器
DLP技术是由美国德州仪器公司(TI)独家开发的一种全数字化的显示解决方案,是目前数字电视领域最先进和最成熟的显示技术之一,DLP技术在整个投影显示领域的市场份额已经超过了30%。
DLP技术的核心是数字微镜器件(DMD),它是一个拇指指甲大小的半导体器件。DMD由120万(适合标清电视)或200万个(适合高清电视)甚至更多(用于数字电影放映机)的精微镜面组成,起着光开关的作用。每一个镜面都能前后翻动(开启或关闭),每秒可达 5000次。输入的影像或图形信号被转换成数字代码,即由0和1组成的二进制数据。这些代码再被用来推动DMD镜面。
当DMD座板和投影灯、色轮和投影镜头协同工作时,这些翻动的镜面就能将一幅天衣无缝的数字图像反射到电视机屏幕上。一片DMD是由许多个微小的正方形反射镜片(简称微镜)按行列紧密排列在一起,然后贴在一块硅晶片的电子节点上,每一个微镜对应着生成图像的一个像素,微镜数量决定了一台DLP投影机的物理分辨率。
微镜由对应的存储器控制在+100角和-100角2个位置上切换转动。当微镜处于+100角的时候,为开的位置,光源投射过来的光由这个微镜反射,通过投影镜头投射到投影幕上,生成了图像中亮的像素;当微镜处于-100角时,为关的位置,此时光线无法反射到投影幕,就生成了图像中暗的像素。目前,DLP投影机按其中的DMD装置的数目分为单片DLP投影系统和三片DLP投影系统。
在一片DLP投影系统中,通过—个以60转/秒高速旋转的滤色轮来产生投影图像中的全彩色,滤色轮由红绿蓝(RGB)三色块组成。由光源发射的白色光通过旋转着的RGB滤色轮后,白色光中的红绿蓝三色光会顺序交替照射到DMD表面上。
当红绿蓝三色中的某一种颜色的光照射到DMD表面时,DMD表面中的所有微镜会根据自己所对应的像素中此种颜色光的有无在开和关两个位置上高速切换,而每一个微镜切换到开位置的次数是由自己所对应的像素中此种颜色的数量而决定的。此种颜色的光由微镜反射后,通过投影镜头投射到投影幕上,同样当其他两种颜色的光到达DMD表面时,所有微镜会重复上述动作。由于所有动作都在极短的时间内完成,就在人的视觉系统中形成了一幅全彩色图像。
在三片DLP投影系统中,使用3片DMD,每一片DMD分别反射红绿蓝(RGB)三原色中的一种,而不再使用滤色轮。
DLP在技术上拥有很多优点:
1、DLP固有的数字化性质,是真正的数字化显示设备;
2、DLP的数字化性质可以获得具有精确灰度等级的图像质量以及颜色再现。和透射式的LCD相比,因为它以反射式DMD为基础,不需要偏振光,效率更高;
3、作为反射器件,它有超过60%的光效率,使得DMD系统比LCD投影显示更有效率。这一效率是反射率、填充因子、衍射效率和实际镜片“开”时间产生的结果;
4、由于每个微镜每秒钟可以翻转5000次以上,因此没有LCD存在的响应滞后的问题,因此更适合电视和电影;
5、无缝图像优势,DMD上的微镜面积为131μm2甚至更小,每个间隔只有1μm,不像LCD和PDP那样存在较大的像素结构,再现的图像更加完美;
6、可靠性高,DLP系统结构坚固可靠,使用寿命远远超过显像管、LCD、PDP等各种电视,DMD的使用寿命可以达到20年。
在美国,DLP占整个背投市场的份额大约在15%~20%之间,还有报道称已经超过30%。1080p解像度5000:1对比度的xHD3的DLP背投样机已经出现在CES 2004的展台上,2004年年底批量生产。在美国,目前DLP市场基本是韩国厂商的天下。
LCoS——硅基液晶

LCoS,为Liquid Crystal on Silicon的缩写,即硅基液晶,是一种全新的数码成像技术,基成像方式类似于三片式的LCD液晶技术,不过采用LCoS技术的投影机其光线不是透过LCD面板,而是采用反射方式形成彩色图像。
它采用涂有液晶硅的CMOS集成电路芯片作为反射式LCD的基片,用先进工艺磨平后镀上铝当作反射镜,形成CMOS基板,然后将CMOS基板与含有透明电极之上的玻璃基板相贴合,再注入液晶封装而成。LCoS将控制电路放置于显示装置的后面,可以提高透光率,从而达到更大的光输出和更高的分辨率。
从技术角度讲,在新兴的显示媒体中,PDP的前景最黯淡,存在的局限最多,而最有发展前途的当属DLP和LCoS。就目前的技术发展而言,LCoS尚不如DLP成熟。
首先,LCoS显示技术涉及到多个高技术前沿领域,主要有VLSI设计和工艺相关技术、液晶相关技术、光学引擎技术、新型光碟技术、图像处理相关技术等,因此没有哪一个公司可以掌握所有的关键技术。而DLP技术成熟,已经占领大量普通民用视频设备领域,分辨率在1024×768水平的DLP产品价格已经很低廉,在2048×1024分辨率水平上的DLP也已经能够供应市场,虽然由于价格因素目前主要应用在数字电影院的放映上,但是随着4000×2000水平的DLP应用到数字电影放映中,2048×1024水平的高清晰电视投影机也会面世。其次,LCoS高分辨率带来的大屏幕高清晰画质还不能表现出来,和DLP成熟的技术比确实相差太远。在LCoS投影系统中,光学引擎、机械结构、系统电路和LCoS芯片本身的任何缺陷都会影响图像显示效果。第三,LCoS微显示器的开发和生产还没有一个统一的标准,产业链还没有完全形成,新技术的产业化、联合加工、技术方案的改变等,使得LCoS系统的低成本优势还没有体现出来。虽然理论上在分辨率、亮度等功能相匹配的情况下,三片式LCoS投影系统的成本可以低于单片DLP投影系统的价格,但是距离实现这个目标还有很远的路要走。
在新兴的显示技术中,可以清晰地分成2个阵营,PDP和LCD是一种技术方向,侧重于显示器件本身的开发。DLP和LCoS代表着另一种方向,它们跳出了就显示器件研制显示媒体的框子,立足于微型芯片制造技术,在技术和成本上显然和前者不在一个层次上。因此在PDP和LCD为韩国、日本及我国的台湾三分天下的时候,DLP为美国的TI公司所独有就毫不奇怪了,毕竟在芯片制造商领域还是美国的天下。目前国际上有几十家公司在积极开发LCoS微显示器技术,但是只有索尼、JVC、飞利浦和日立公司有相关少量的产品推出。
同DLP一样,LCoS在大屏幕高清晰度电视机市场有着无限的潜力,同时由于LCoS微显示器体积小、功耗低,便于低温加固,在各种军用头盔显示器方面完全可以取代早期的微型CRT。在近眼显示器领域,有着独特的优势。近眼显示器是一个特殊的应用方向和市场,目标产品包括头盔显示器HMD、手机显示器、无线网络终端、可穿戴计算机显示器等。在军事、医疗、娱乐等领域,LCoS微显示器潜在的技术内涵将会形成各类便携式高清晰显示技术的核心。
      
其它新兴显示技术展望
OLED,即有机电致发光二极管,也被很多厂商叫做OEL,索尼称为有机EL。OLED被称为下一代平板显示技术,目前2英寸左右的成品已经开始在数码相机和手机等产品上得到应用,但是要想在电视机方面推出成熟的消费品,还有一段路要走。
OLED电视不需要液晶电视所必需的光源,同时具有等离子电视的高清晰度,而且屏幕更薄,甚至可以做成1mm厚卷起来。这种电视的原材料比较便宜,可以用塑料、聚酯薄膜或胶片作为基板,又不需要光源,今后价格肯定要低于等离子电视和液晶电视。
目前,三洋已经生产出了使用OLED屏幕的手机;索尼也一直在开发OLED电视,宣称2005年就将推出13英寸左右的样品。2003年,我国台湾地区的IETECH公司成功研制出了20英寸的OLED显示屏,让人们看到了OLED在大屏幕显示领域的潜力。
FED,即场发射显示技术,也是被许多厂商看好的一种未来大屏幕显示技术,是一种具有较长历史却进展相对比较缓慢的显示技术。早在1928年场发射电极理论就被提出,直到1968年才开始有场发射电极应用于显示器的研究,1991年第一款FED显示器产品由法国的一家公司展出。
该技术的显示原理类似于CRT,都是由阴极发射电子,撞击荧光屏发江。只是FED中的阴极射线管被场发射阵列平面阴极代替,因此显示器由平面阴极和荧光显示屏两部分组成,实现了平面显示。FED在实现了平板显示器的轻薄结构的同时却继承了CRT的高性能,可以实现高亮度、高响应速度、真彩色、宽视野,同时避免了CRT的电磁辐射和X射线辐射。
2002年三星公司已经研制出了32英寸的FED面板,同年伊势电子了展出了40英寸FED面板,2003年摩托罗拉成功开发出使用碳纳米管的FED面板,除已经发表的15英寸样品以外,还将加紧试制30英寸产品,在生产超过30英寸的大尺寸面板模块时,与液晶面板相比,成本大约可以降低30%左右,FED也已经开始了大屏幕应用历程。
GLV显示系统,即“栅状光阀”成像系统,是一种全新的高精度光电调制器。由美国CLM公司开发,由于财务困境于2000年转让给索尼。GLV栅状光阀是依靠静电驱动微型机械部件,对入射光的强度和反射方向进行控制的器件,属于“微机电子系统”。GLV是一个线阵式硅芯片器件,只能产生一条竖直的线阵式像素,要变成一个平面图像还要依靠光学的扫描方法。电视图像中垂直像素的多少,由GLV线阵器件的像素数目决定,索尼公司开发的GLV是1080个像素排成竖列的一维画面器件。将此经由1080组GLV光栅反射的激光带,再用光学棱镜水平旋转投射到屏幕上,就可以形成一幅1920×1080的高清晰度电视图像。
水平像素的多少,由光栅所加电视信号的行像素决定。GLV每个晶片长度为20μm,宽度为5μm。GLV光栅调制器结构比较简单,采用不同的投射光路,既可以组成与等离子电视厚度相差不大的背投电视,也可以做成正投影装置,但目前该技术尚处于实验阶段。
      
新兴电视中将消失的名词
在新兴显示媒体中,很多概念甚至将消失得无影无踪,在显像管电视机宣传中为一些商家不断炒作、一些发烧友津津乐道的名词,将不复存在。
逐行扫描:这个名词是显像管电视机专有的名词,对于LCD、PDP、DLP或者LCoS这些新兴的显示媒体而言,图像传输和显示都是整幅的图像,没有所谓行结构。
磁化:也是显像管电视机专有的概念,对于LCD、PDP、DLP或者LCoS来说,不必担心磁化问题。
地磁校正:对于大屏幕显像管电视机,由于地磁的影响,摆放的时候要求考虑方向性,否则图像会发生一些问题,影响正常观看,好一点的电视机都带有地磁校正
物理纯平:对于显像管电视机,在所谓的纯平状态下,几乎所有的电视机都存在枕型失真和汇聚不准问题。而LCD、PDP、DLP和LCoS这些新兴的电视机,都是平面的,先天就不存在上述缺陷。
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