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LED投影机的特点及优势

LED投影机

LED(LightEmittingDiode)又称为发光二极管,这种技术很早以前就开始应用在显示和照明领域。它的主体是一块电致发光的半导体材料,在它两端加上正向电压,电流会从LED阳极流向阴极,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,电流越强,发光越强。LED发光原理不同于传统UHE、UHP灯泡,它在发光过程中不会产生大量热量,因此寿命都可以达到10000小时以上

随着投影设备的日益普及,在日常生活中,LED投影机新型投影机市场份额越来越大。下面就来为大家简单介绍一下投影机的一些概念性的知识。

LED微型投影机的历史发展:

纵观LED微投的技术与市场发展,大概经历了三个预热阶段。

第一阶段是从上世纪的90年代中期到2003年,由于蓝光LED的商品化生产,与早就有的红、绿LED管,可以合成白光,使得LED用做投影机光源成为可能。其间便有公司开始研发LED投影机,在2003年的SID展会上托在手掌上的LED投影机横空出世,引起多方面的高度关注。这代产品为第一代LED投影机,以三菱的PK-10为代表机型,采用了DLP成像系统,非常鲜明地突出了LED投影机的特异之处:体积超小,与小学生用的新华字典大小相当,重量不超过500克,超级智能静音设计,噪音在30dB以下,在某些环境甚至可以不运转散热风机,真正做到无噪音,在传统光源的HID光源投影机中这点是不可想象的,此外,基于LED的开关特性,LED微投还特有即开既亮,关机可立即断电的优势,无须象传统灯泡型投影机那样的等待,高效节电,功耗在30W以下,节能模式下可以用配送的电池工作1~3小时。LED固体光源,具有半导体的超长寿命,环保无汞污染问题。LED投影机的这些特点,几乎解决了传统HID投影机不可避免的技术痼疾。但第一代的LED投影机的亮度输出实在太低,仅10ANSI流明左右,尽管也具有SVGA的分辨率,实用价值不大,都处于概念产品时代。

第二阶段是从2003年到2005年,日本的索尼、东芝、爱普生,韩国的LG、三星等更多的企业加入LED投影机研发生产队伍。在2005年的CES展会上,新款的LED投影机如雨后春笋般冒了出来, 三菱推出了改进后的PK-20型,东芝出品了TDP-FF1A型,它们均使用DLP成像系统,保持了第一代LED投影机的所有特点 ,在亮度输出上接近30ANSI上下,在10---40英寸(取决于环境亮度)的画面下有足够的亮度输出,色解码系统优化画质全面提升,发挥了LED管可选配色的优势,在色彩还原方面(色域大于100%NTSC),超过了传统的HID光源的投影机(色域一般在40—60%NTSC)。LED投影机不再是仅在展会上亮亮相的概念机,东芝的TDP-FF1A实现了初步的市场销售。

第三阶段是从2005年到2008年, 除了更多的厂商加入LED投影机研发外,技术上进一步成熟。2005年是公认的LED微投发展的一个分水岭,经过几年的技术沉淀后,对LED投影机的长处和短处有了更加深刻的认识,由于受成本和光束扩展理论的限制。在此之后,LED投影机的种类开始细分,显示成像器件走向多元化,不再局限于德州DMD芯片一支独秀,用LCD(HTPS型)、Lcos(细分为带彩色膜的CF-Lcos 与铁电硅基Flcos)成像器件的产品也面世了, 其中的日本索尼、爱普生利用自己生产HTPS-LCD面板的技术和资源优势,用0。62英寸800×600的LCD面板开发了色彩还原极佳的3LCD的LED投影机,台湾地区的Himax(利景)用CF-LCOS生产了售价300美金以下的产品。另一个变化是针对市场的需求,产品的定位更加明朗化,对移动办公、商务、家庭应用的需求把体积和重量略增加,但大幅度提升了亮度,达到45~180ANSI流明的水准,其中以中国维优的COOLUX-1、韩国三星的SP-P310ME、P400B、P410B和LG的HS101、HS102G、DELL的109S、ACER的K10、BENQ的GP-1等机型为代表,比较适合移动商务。再有就是针对个人数码产品的应用开发,体积和重量大幅度缩小,甚至可以内置于手机和MP4等移动数码产品,一般亮度在3—15流明,此类产品以OPTOMA的PK101、3M、爱普泰克的V-10、VINEW的COOLBY为代表。

此间,在核心器件、部件方面获得了巨大的发展。1)显示器件:美国德州仪器(TI)、Displaytech和台湾Himax都非常看重这个巨大的移动数码产品市场,相继推出了系列专用于微型投影的DMD、CF-LCOS、F-LCOS显示芯片。2)LED投影光源:OSRAM、GREE、LUMLEDS等不断推出大功率、高色温、出光角度小的功率型LED芯片及芯片组合。3)LG、三星、OPTOMA、3M、台湾OCULON、FOXCONN(富士康)、香港IVIEW、深圳VINEW、深圳红蝶、广州晶华等业内知名企业亦不断提升相关光机的性能。

尤其在这第三个发展阶段,大中华地区(尤其是台湾地区、香港地区、广东地区)出现了大量整机厂商(据悉,台湾地区大约近10余家、广东地区大约有20余家、香港地区大约有数家)及时跟进,主要围绕台湾HIMAX的单片CF-LCOS及Displaytech的FLCOS方案来展开。目前已经在上市亮相的有FOXCONN(富士康)代工的数款知名品牌的产品,爱普泰克,OPTOMA奥图码,COOLUX酷乐视(维优),明西(东圳)、魔影(路神)、昌一等等众多品牌。在整机的功能上,明显地出现ALL-IN-ONE的全能配置趋势,从入门级的AV、VGA等输入端口,到中档的配置MP4及图片文档播放(一般通过微投的USB口或SD卡插槽读取文件)、CATV、DVB-T等功能,再到高端的嵌入WINDOWS CE、LINUS等操作系统、CMMB手机电视等几乎无所不包的功能,让LED微投的使用越来越方便。从2009年春季香港电子展及春季广交会、台湾COMPUTEX等主要展会的统计,参与厂家大约在40家,预计到2009年底将增加到100家。

伴随着关键器件价格的下降(显示芯片、LED、光机等)及产销的规模化,LED微投逐渐褪去了动辄上万元的奢侈品形象,呈现出明显的下降趋势,将进一步刺激消费者的购买欲望(BENQ做出了如下图所示的乐观预测),预计在2010年QVGA级、VGA级、SVGA级的产品分别将达到500元、900元、1800元的最低零售价格。从具体的市场反馈来看,在便携商务、小型会议、家庭影院、个人移动影院(instant theatre)、野外显示、KTV包房投影、儿童教育娱乐、数码伴侣等应用领域均取得了良好的市场反馈。台湾地区的爱普泰克、OPTOMA,韩国的三星、LG、国内的COOLUX(酷乐视)等均已经取得了数万台,乃至十万台以上的销售数量。

LED微型投影机的发展趋势:

LED因为其技术特点、功耗和发热比较低,现用于投影机还主要集中在微型投影机行列。2009年雷克赛恩在国内第一次推出具有实用价值的LED投影机,其SVGA分辨率,200ANSI流明亮度,与三星同期推出的P400B具有相同的参数,开启了国内的LED投影机时代。

其后2010年,LCOS显示技术的LED投影机开始在微型投影领域大放异彩,催生了如酷乐视,红蝶,华阳等企业。而国内的山寨LED投影机企业采用雷克赛恩的技术开始普及各种低端LED投影机。2011年,雷克赛恩推出了DLP微型投影机,与同期的酷乐视,一起引领着国内微型投影机市场的发展。国际市场上,丽讯,宏基,奥图码等等也都推出了相应的机型。在消费类电子领域,国产品牌和国际品牌第一次站在了同一个起跑线上。

2012年,产品的智能化成为带领行业发展的利器,雷克赛恩的智能投影机独领风骚,随后魔影的智能投影机也纷纷出炉。

LED微型投影机的分辨率

LED投影机分辨率的表示方法是用画面中水平像素数乘以垂直像素数。LED投影机的分辨率不是指LED投影机可以接收的信号的分辨率,而是指它们的核心光引擎(LED芯片、LCD面板、LCOS面板等)的物理分辨率。尽管投影机通常可以接收多种分辨率的信号,但是当信号分辨率高于投影机物理分辨率时,画面细节就会出现明显损失。常见分辨率和表示方法如下:

SVGA: 800x600经济型投影机常见分辨率

XGA:  1024x768主流商务和教育投影机采用的分辨率

SXGA+: 1400x1050面向图像等高端专业应用的高档投影机采用的分辨率

480p: 852x480低端家用投影机采用的分辨率

720p: 1280x720或1280x768中档家用投影机采用的分辨率

1080p: 1920x1080或1920x1200高档家用投影机采用的分辨率

 

短焦投影的LED投影机

短焦投影,顾名思义就是镜头较短焦段的LED投影机。短焦投影有什么好处?短焦LED投影机最大的好处就在于是实现同等大小的画面所需要的投射距离更短。这类LED投影机在投射画面是不再需要较大的空间场景,因此广泛受到中小企业、教育市场等用户的欢迎,对于家庭用户来说,短焦LED投影机同样重要,特别是一些客厅比较小的家庭用户。短焦LED投影机由于采用广角或者是鱼眼镜头,其镜头的制作工艺和成本往往高于普通的镜头,高成本的因素是不利于短焦投影机普及的主要原因。

LED投影机的亮度

LED投影机亮度指LED投影机的光输出,以光通量(光源在单位时间内向周围空间辐射出的使人眼产生感觉的能量)来表示,单位是流明。对于投影机来说,流明数越高表示亮度越强。但是由于LED投影机的灯泡较为昂贵,而且功率是有限的,同时一味的加大功率又会为LED投影仪的散热带来问题,所以对于LED投影机来说提高亮度需要付出很高的代价。

LED投影机的均匀度

这是与亮度相关的概念,投出画面的中间亮度与周围亮度的比值,一般将中间定义为100%。LED投影机投射到屏幕上的图像的亮度其实并不是完全均匀的,有的地方的亮度会高些,有的地方的亮度会低些。当然,投影机亮度分布越均匀越好。

LED投影机的对比度

LED投影机投射图像中黑与白的比值,也就是从黑到白的渐变层次。比值越大,从黑到白的渐变层次就越多,从而色彩表现越丰富。

LED投影机的投影画面尺寸

是指投出的画面对角线的尺寸。 要投放出需要的尺寸,需将LED投影机安装在在与投影屏幕相应的距离上。投影距离是指LED投影机镜头与屏幕之间的水平距离。

LED投影机背投

有一些用户会将LED投影机安装投影幕背面来进行投放,这样可以避免了正面投放的碰撞、遮挡等问题,不过投影幕需要选择背透幕,最好是为投影机单独配制一个暗室,这样可以获得更好的投影效果。

水平扫描频率(行频)

又叫行频,LED投影机的水平扫描频率都有一个范围。如果来自计算机等图像源的输入信号的水平扫描频率超出此范围,则LED投影机将无法投放,通常显示"NO SIGNAL"。如果你的计算机显示配置较高,建议你不要购买低端的水平扫描频率较差的投影仪,否则将无法投射出理想的图像效果,甚至无法使用。

垂直扫描频率(刷新率)

又叫帧频或显示图像的刷新率。如果来自计算机的输入信号的垂直扫描频率超出此范围则投影机将无法投放。在范围之内,将计算机的垂直扫描频率设定为高值时,投影效果好。

LED投影机的视频输入、输出接口

LED投影机的视频输入接口是指连接计算机显示信号的接口,让计算机视频信号通过输入接口传输到了LED投影机进而投放出计算机的影像。部分LED投影机还具有视频输出接口,通过此接口可连接显示器、液晶电视等其他显示设备的。如投影机没有此接口,要想连接显示器,可使用VGA分配器来实现。

LED投影机的HDMI高清接口

HDMI不仅可以满足1080P的分辨率,还能支持DVD Audio等数字音频格式,支持八声道96kHz或立体声192kHz数码音频传送。HDMI的设备具有"即插即用"的特点,信号源和显示设备之间会自动进行"协商",自动选择最合适的视频/音频格式。

LED投影机的优势

第一、使用寿命长,节能环保。LED光源衰减慢,1万小时只衰减5%,科学合理的使用情况下,寿命可达到5万个小时。整机功率不超过38瓦,相当节能。一年内可节省电费400-500元左右整机功率不超过38瓦,相当节能。一年内可节省电费400-500元左右。传统投影机一般都200W以上,甚至更高。LED称为冷光源,光线中不含红外线和紫外线,画面无闪烁,润眼护眼。而且一般投影灯为气体放电灯,均含有有害环境及人体的汞,而LED光源不包含汞等。且具备普通电器的即开即亮、即关即灭特性,免去用普通投影机的令人厌烦的开机和关机等待。

第二、由于LED投影机的长寿、发热量小、高可靠性,带来其整机的维护、售后成本远低于传统投影机。它无需传统投影机频繁的定期维护、高昂的维修配件费等。

第三、小巧、便携、功能丰富,与随身数码设备强大的互联互通性;可以接电脑、手机、PDA、等随身数码设备;也可以插SD卡、U盘、移动硬盘等移动存储设备;支持市面上绝大多数的多媒体文件(包括RMVB文件)的直接流畅播放,是超强的便携式多媒体播放器和投影设备。

第四、工作、生活两不误:上班时是我们的工作助手,随时随地的做商务简报,小型会议;下班往随身口袋一放带回家无论是接机顶盒看电视,还是接DVD看大片,或者接上PSP、Wii、X-BOX打游戏,这些都没问题。

 

LED投影机的使用寿命

可以参考传统的CRT电视机,在初期的数年内,产品是没有什么质量问题的,而且显像管三基色的偏移,聚焦精确度,图像亮度,对比度,消隐(回扫线)等并无明显下降或明显恶化,一些插件的氧化,一些焊接件的焊点开裂等情况也极少发生,这就是所谓的"新三年";之后数年内,视运气情况(严格说还是使用的巧合情况),可能会发生部分简单故障,这就是所谓的"旧三年",当然,这时候其实并不影响到收看的效果和正常的收看,其基本的指标仍然保持得很好,只是可能发生些故障而已;之后的"缝缝补补又三年",就难说了,可能没有什么故障,也可能故障五花八门,毕竟是一个电子产品而非永动机,它的寿命期已经到了。

对一台投影机而言,UHP光源,配DLP光阀,保质期长于3LCD,如果是金卤灯光源的话,则刚好相反,不过所谓的保质期,也不过几百小时甚至理想情况一两千小时而已,几百小时后,数千上万的钞票就打了水漂,是乎代价也太高了些,这也就注定投影机不能批量进入寻常家庭,原因是一定程度说:没有日用价值,只是玩具而已。所以传统投影机一直存在于专业市场(商务,教学),原因当然是没有别的设备,可以方便而高质量显示100inch甚至是600inch的画面。

为什么LED光源投影机要设计10年以上的使用寿命,原因是多方面的:首先如果仅仅是几千上万小时的寿命,那它仍然只能做KTV娱乐行业市场,这个市场是相对较稳定的市场,做过去做过来,还是那样子,虽然有的旧面孔离开了,有的新面孔又进来了,而且随着平板显示器的进一步降价,受到的打压也越大。这样就完全没有必要做LED光源投影机,把传统光源的做好,做到自然寿终正寝为止,做不下去了,也就到头了。

这里所谓的寿命,并非LED寿命,而是整机的一个使用有效的周期,比如使用三五年后,图像质量仍然和初态新机的指标一致或接近一致。

其次是LED光源投影机,是为更大更广阔的市场而诞生,这个市场,当然就是家用市场,很多东西是变化的,80年代流行喇叭裤,90年代流行VCD,几年前流行"超女",唯一不变的,就是"家"的概念,人们都有家,也都会有家,有了家,当然就需要家电,希望投影机,便是其中之一:有家就有投影机。

整机要做到如此长的寿命,也非LED光源莫属,这也是LED的先天优势。

 

LED投影机 PK LCD投影机 PK DLP投影机

LCD

三片式液晶投影机的成像原理,以某液晶投影机的光路为例:首先光线通过滤光片,滤掉红外线和紫外线这样的不可见光,红外线和紫外线对LCD片有一定的损害作用。透过两片多镜头镜片将光线均匀化,并将UHP灯产生的圆锥形光校正为和投影图像近似的矩形光线。在两片镜子之间的棱镜用来将光线预先极性化,较之没有该棱镜的不对称光箱,它可以减少光线的损失。光线下一步被分光镜分为红、绿、蓝三原色并被分别反射到相应的液晶片上。在到达液晶片之前光线还需要透过一个凸透镜和偏振片,凸透镜的作用是将光线集中,偏振片则进一步将光线极性化,使得光线振动方向一致,可以被液晶片控制。最后光线经过液晶片,通过电路板驱动,液晶片上的各像素点有序开闭,产生了图像,并通过每原色光的调校产生了丰富的色彩。最后三路光线最终汇聚在一起由镜头投射出去。

提及LCD技术,在国际上早就淘汰了,最后一个生产该技术投影机国际品牌是SHARP在2003年还生产的SHARP PN500型号的娱乐用投影机,参数是640*480,120ANSI流明。

同期在国内,有多维电子,瑞诚科技,亚视科技等企业生产类似的液晶单片投影机,该类投影机使用HID气体放电灯做光源,其寿命可以实际达到约6000小时;显示器件大多使用二手的拆机液晶屏,以夏普的320*240分辨率液晶屏居多。其后在2005年,800*480分辨率的液晶屏如东芝的TF070B070F,日立的LQ系列液晶屏等也大量使用。直到2007年,元太公司PVI生产了不带背光源的800*600分辨率的液晶屏,开始成为相对专业的液晶屏,供该行业使用。2011年,元太公司生产了PM058系列的5.8寸1280*768分辨率的液晶投影屏,雷克赛恩在当年第一个推出了使用该液晶屏的LED投影机ESP300HD,达到了国产液晶单片投影机的顶峰。其后,该技术构架的投影机逐步退出市场。相对国际品牌都采用的DLP, 3LCD技术而言,该类型的投影机存在色彩不好,只有256000色,对比度不高(只有500:1)左右,没有偏轴,梯形校正后图像模糊(只有雷克赛恩采用电子梯形校正没有该缺点),等问题,无论采用什么光源,这类产品已经在国内国际市场上退出消费者视线了。

DLP

以1024×768分辨率为例,在一块DMD上共有1024×768个小反射镜,每个镜子代表一个像素,每一个小反射镜都具有独立控制光线的开关能力。小反射镜反射光线的角度受视频信号控制,视频信号受数字光处理器DLP调制,把视频信号调制成等幅的脉宽调制信号,用脉冲宽度大小来控制小反射镜开、关光路的时间,在屏幕上产生不同亮度的灰度等级图像。DMD投影机根据反射镜片的多少可以分为单片式,双片式和三片式。以单片式为例,DLP能够产生色彩是由于放在光源路径上的色轮(由红、绿、蓝群组成),光源发出的光通过会聚透镜到彩色滤色片产生RGB三基色,包含成千上万微镜的DMD 芯片,将光源发出的光通过快速转动的红、绿、蓝过滤器投射到一个镶有微镜面阵列的微芯片DMD的表面,这些微镜面以每秒5000次的速度转动,反射入射光,经由整形透镜后通过镜头投射出画面。

DMD

DMD是德州仪器的数字光处理技术(DLP)的核心器件,这个只有火柴盒大小的芯片上竟密密麻麻地排列了80万至100万面小镜子,而且每个小镜子都可以独立向正负方向翻转10度,并可以每秒钟翻转65000次。光源通过这些小镜子反射到屏幕上直接形成图像。所以DLP投影技术抛弃了传统意义上的光学会聚,可以随意改变焦点,调整起来十分方便,而且其光学路径相当简单,体积更小。

以雷克赛恩的CINE系列为例,该投影机只有巴掌大小,却能播放各种数字媒体,兼容所有的视频格式,还具有电视功能,电子梯形校正功能,多媒体播放PMP功能。且优秀的光学设计能力保证了100%偏轴,因此具有足够的使用和实用价值。

其采用的LED技术,是时序RGB技术,保证了色彩的真实鲜艳不夸张,达到了100%NTSC色域。

LCOS

LCOS(Liquid Crystal on Silicon)属于新型的反射式micro LCD投影技术,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。

LCOS也可视为LCD的一种,传统的LCD是做在玻璃基板上,LCOS则是做在硅晶圆上。前者通常用穿透式投射的方式,光利用效率只有3%左右,解析度不易提高;LCOS则采用反射式投射,光利用效率可达40%以上,可随半导体制程快速的微细化,逐步提高解析度。反观高温多晶硅LCD则需要单独投资设备,而且属于特殊制程,成本不易降低。LCOS面板的结构有些类似TFT LCD,一样是在上下二层基板中间分布Spacer以加以隔绝后,再填充液晶于基板间形成光阀,藉由电路的开关以推动液晶分子的旋转,以决定画面的明与暗。LCOS面板的上基板是ITO导电玻璃,下基板是涂有液晶硅的CMOS基板,LCOS面板最大的特色在于下基板的材质是单晶硅,因此拥有良好的电子移动率,而且单晶硅可形成较细的线路,因此与现有的LCD及DLP投影面板相比较,LCOS是一种很容易达到高解析度的新型投影技术。

LED

众所周知,投影机灯泡是一样较为昂贵的消耗品,其具有一定的使用寿命,当使用时间长了灯泡就会老化,更换灯泡是投影机用户必须考虑到的问题,这也是投影相比机液晶电视的一大劣势。多年来,各大投影厂商不断致力于研发使用时间更长的灯泡,LED投影技术的出现,揭开了投影机发展的一个新局面。相比传统投影机,采用LED光源的LED投影机最大的优势就是不需要频繁更换灯泡,其灯泡寿命在10000-20000小时甚至更长,用户完全无需担心投影机灯泡损耗的问题。

但是,LED光源虽然号称冷光源,但是LED光源却特别怕热。芯片自身产生的热量,如果不能及时地被消除或散发走,温度会越升越高。超过100摄氏度的芯片温度能急剧地降低LED芯片的发光效率,造成光衰。超过150摄氏度的温度,能让LED芯片瞬间烧毁。因此,只有良好的散热,才能真正发挥LED光源长寿命的特质。否则,LED芯片会短期内急剧衰减,其寿命可能会连传统的金卤灯都不如。热管散热和大热沉技术,是必然的选择。参考雷克赛恩的专利技术,可以发现只有该技术,才能保证LED的长寿命。

由于LED是冷光源,工作中不会像金属卤素灯产生大量热量,并且减化了原有光源要求的复杂的光路结构,这样就可以降低对投影机散热系统的要求,体积就可以做到比原来小得多。从小的方面来说,LED投影机一般都保持在1公斤以下,有些甚至只有0.5公斤左右,这样的重量便于携带和移动使用。并且噪音也小的多了。

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