Видеопроекторы: основные технологии

На сегодняшний день существуют две основные, конкурирующие технологии видеопроекторов: LCD (жидкие кристаллы) и DLP (микрозеркала). Развиваются также вариации LCD-технологии, называемые D-ILA и LCоS, в которых жидкие кристаллы работают не на просвет, а на отражение света. Каждая из технологий имеет свои достоинства и недостатки, которые непременно стоит учитывать при предъявлении высоких требований к качеству изображения.

LCD технология использует жидкие кристаллы, прозрачность которых регулируется элементами управления, располагающимися между пикселями. Три ЖК-матрицы, состоящие из сотен тысяч и даже миллионов отдельных жидких кристаллов, отвечают за три основных цвета: синий, зеленый и красный. Через них проходят лучи света от источника, которые затем в специальной призме собираются в единое многоцветное изображение, проецируемое через объектив на экран.

Пояснение к схеме: Световой поток от лампы делится дихроичными зеркалами на потоки базовых цветов RGB, затем проходит через три ЖК-матрицы и далее три световых потока объединяются в один в дихроичной призме и направляются через объектив на экран.

При создании пикселя черного цвета кристалл меняет плоскость поляризации, препятствуя прохождению светового луча насквозь. Однако, на самом деле, даже в закрытом состоянии ЖК-ячейка пропускает немного света. Это приводит к невозможности создания идеально черного цвета, ухудшая общую контрастность изображения. Этот недостаток можно лишь частично скомпенсировать за счет использования специальных (серых) экранов.

ЖК-технология позволяет получить высокую яркость изображения при сравнительно малой контрастности. К сожалению, матрицы, пропускающие через себя большие световые потоки не очень устойчивы к тепловому воздействию, и при чересчур интенсивной эксплуатации быстро теряют естественность цветопередачи.

DLP технология имеет в своей основе матрицу из большого количества микрозеркал (DMD), которые дискретно меняют свой угол наклона (0 или 12 градусов) под действием управляющего напряжения. Для создания черных пикселей микрозеркала изменяют свое положение, направляя световой поток не в объектив, а в поглотитель света. Отражение света от одного микрозеркала – это один пиксель на экране. В 1-матричных DLP проекторах для получения многоцветного изображения применяется вращающееся цветовое колесо с тремя (или более) цветными секторами. Свет проходит через один из секторов, окрашивается, отражается от микрозеркал и проецируется на экран. Быстрое вращение колеса позволяет поочередно выдавать на экран по три картинки основных цветов, и, в силу инерции человеческого зрения, они сливаются в одно полноцветное изображение.

Стоит отметить, что в таких проекторах возможен эффект радуги, который, однако, улавливают далеко не все зрители. Он бывает особенно заметен на контрастных черно-белых переходах в статичных кадрах. А вот на динамичных сюжетах с невысоким контрастом заметить его достаточно трудно. Эффект радуги устраняется путем увеличения количества секторов в колесе, а также заменой лампы на три светодиода с высокими скоростями переключения. Видеопроекторы с DLP технологией имеют более высокую контрастность (что является их основным достоинством) по сравнению с LCD за счет полного отвода света в поглотитель.

Кардинально решить проблему «радуги» можно за счет использования трех микрозеркальных матриц для независимого формирования трех изображений базовых цветов - RGB. Этот вариант является наиболее комфортным для зрения, но из-за сложности производства такие видеопроекторы достаточно дорого стоят.

Технологию микрозеркал более 20 лет назад создала американская компания Texas Instruments и в настоящее время она является единственными производителеми DLP-матриц. Все остальные компании выпускают DLP проекторы только на их основе.

LCоS и D-ILA технологии базируются на жидких кристаллах, но работающих на отражение. В зависимости от компании-разработчика, такие матрицы называются по-разному: D-ILA от JVC или LCоS и SXRD от фирмы Sony.

В этой технологии жидкокристаллический слой находится над зеркальным плоским электродом на силиконовой подложке. В ней находится матрица управляющих элементов. Световой поток проходит через жидкий кристалл, отражается от электрода и опять достигает жидкого кристалла. Это увеличивает эффективность использования рабочего вещества, а значит и контрастность изображения. Такая конструкция позволяет расположить большее число пикселей, уменьшая расстояния между ними и повышая разрешающую способность матриц. Именно поэтому матрицы LCоS имеют самый высокий коэффициент заполнения. Стоит отметить, что, благодаря лучшему отводу тепла, чипы LCоS гораздо более устойчивы к высоким световым потокам, чем просветные ЖК-матрицы. Данное свойство позволяет эксплуатировать их в мощных экстра ярких проекторах, которые применяются в цифровых кинотеатрах и больших конференц-залах. Первые видеопроекторы с разрешением 4К также были созданы на базе LCоS технологии.