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一文告诉你激光电视是怎么显示图像的

2020年06月24日 10:52  来源:中国数字视听网  字体【   

【数字视听网讯】激光电视其实可以简单理解为一个投影仪,只是光源选择了激光光源而不是传统的高强度气体放电光源(超高压汞灯、短弧氙灯、金属卤素灯)或者LED光源。那么这三种光源有什么不同之处呢?

气体放电光源

由气体、金属蒸汽或几种气体与金属蒸汽混合放电而发光的灯。

当通电后,阴极发射的电子被外电场加速,电能转化为自由电子动能。快速运动的电子与气体原子碰撞,将其动能转化为气体原子内能,原子被激发。气体原子从激发态返回到基态的过程会将自身内能以光辐射的形式释放出来,不断重复以上过程,灯就可以持续发光了。

气体放电光源包括低压放电灯:荧光灯(低压汞灯)、低压钠灯、无极灯;高强度气体放电灯:荧光高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯、陶瓷金属卤化物灯。

激光电视

气体放电灯辐射光谱具有可选择性,通过选择适当的发光物质,可以使辐射光谱集中于所要求的波长上,也可以同时使用几种发光物质获得最佳的组合光谱。气体放电灯的寿命可以达到1万或2万小时以上,即便寿命终止也能提供60-80%的初始光输出。值得注意的是,气体放电灯不能单独接到电路中,必须配合触发器、镇流器等辅助电器一起接入电路才能启动和稳定。

由于气体放电灯的启动需要一个高压放电的过程,所以灯光会有一个逐渐变亮的过程,通过这个特性我们很容易判断一款产品使用的是不是气体放电灯。

辐射光谱可选择性的特性,使得早期的投影仪主要使用的就是这类光源。但通常在使用一段时间后,随着光源出射光的衰减,投影图像会变暗变黄(亮度衰减、色彩饱和度和对比度降低)。

LED光源

这类光源采用的是发光二极管,至于发光原理就不必赘述了。这种光源具有发光效率高、体积小、寿命长、耗电量少、安全可靠、有利于环保等特性。

LED光源是新型光源中最早被应用到投影仪的,相比于气体放电电光源,LED可以使投

影仪的成像结构更加简单,因此尺寸较小、便于携带使用简单的投影仪产品给我们的工作、学习、生活带来了很大的便利。

当然,LED光源也有其不足之处,比如亮度,2000流明基本上就到上限了。在环境光线比较强的环境中投射出来的画面会泛白,不够清晰鲜艳。

激光光源

激光光源是利用激发态粒子在受辐射作用下发光的光源。工作物质中的粒子在泵浦激励源的作用下被激励到高能级的激发态,使高能级激发态粒子多于低能级激发态粒子。粒子从高能级跃迁到低能级就会产生光子,光子在谐振腔反射镜的作用下返回工作物质诱发同样性质的跃迁,产生同频率、同方向、同相位的辐射。

通过谐振腔的反馈放大循环下去,往返震荡,辐射就会不断增强,最终形成强大的激光束输出。

激光光源是唯一一个同时拥有亮度高、色彩好、能耗低、寿命长以及体积小这五个特点的光源。

激光光源被广泛应用在农业生产、科学技术等各个领域。如激光加工、核聚变、同位素分离、医疗仪器、检测器、光纤通信光源、全系摄影光源、舞台美术光源、激光武器等。

成像原理

激光被应用到投影行业的时间并不长,目前主要有单色激光、双色激光以及三色激光三种方案。

单色激光

红、蓝、绿三种颜色不同的组合方式可以呈现不同的色彩,但是单色激光只能发出一种颜色的光(蓝色),如何发出三色光呢?这里需要色轮来进行颜色转换。

色轮上涂有红、蓝、绿三种颜色的荧光粉,激光光源通过色轮上的荧光粉就可以打出对应颜色的光,实现正常的RGB色彩。


这个方案的不足之处就在于这个色轮,荧光粉色轮高速旋转,再加上激光本身功率就大,高温+高转速的综合作用下,色轮表面荧光粉会不断脱落,最终的结果就是发出的色彩衰减和亮度衰减。用一段时间后就会感觉色彩没有之前鲜艳了,亮度也低了。

双色激光

相比于单色激光,双色激光中红、蓝两种颜色是由激光光源直接发出的,而绿色则是通过蓝色激光激发荧光粉发出的。

三色激光

这是最理想的激光光源,红、绿、蓝三色都由激光光源发出,但受限于绿色激光光源的良品率较低,产量少,所以成本高。红色次之,蓝色最便宜,所以大多厂家都会选择单色激光方案。


之所以说三色激光光源是激光电视最理想的光源,是因为三色激光的色域非常高,NTSC标准的话可以达到180%。如果现在液晶电视可以还原自然界30-40%色彩的话,三色激光电视可以还原70%的色彩,色彩更加鲜艳。

另外,使用三色激光器还能够简化激光电视的设计和内部结构,有利于降低功耗、减少噪音和缩小体积等。

DLP成像

说完了光源,那么红、绿、蓝三种颜色怎么形成画面呢?现在业界主要采用的是DLP技术(数字光处理),把影像信号经过数字处理,再把光投影出来。它是基于美国德州仪器公司开发的数字微镜器件——DMD来完成可视数字信息显示的技术。


DMD是由大量微镜片锁组成的矩阵,,每一个微镜片控制投影画面中的一个像素,微镜片的数量与投影画面的分辨率相符,例如:800×800、1920×1080。

这些微镜片在数字驱动信号的控制下可以快速改变角度,接收到相应信号的时候会倾斜10°,被示为开,摄入的光通过投影透镜将影像投影到屏幕上。如果微镜片处于非投影状态的时候倾斜-10°,被示为关,微镜片反射的光被光吸收器吸收。

简单来讲就是,图像信号通过图像控制器转换成RGB数据,精准控制每一个微镜片的“开”和“关”来获得需要的光,再通过投影透镜反射到幕布上形成一个数字的方形像素投影图像


单片DMD投影

单DMD投影中,需要使用色轮来产生全彩色投影图像。色轮由红、绿、蓝三色组成,以60Hz频率转动。输入信号会被转换成RGB数据,当色轮旋转到红色光时,DMD会按照红色信息应该显示的位置和强度倾斜到“开”,绿色和蓝色也是同样原理。人体视觉系统集中红、绿、蓝信息就可以看到一个全彩色图像。

三片DMD投影

每个DMD对应一种原色,每一个原色的光图像可以直接连续地投摄到屏幕上而不用像单片DMD那样不断转换原色。因此三片DMD投影可以获得更高亮度、更流畅的投影图像,更适合超大屏幕和高亮度应用领域。

专用幕布

投影是通过光的漫反射原理将视频画面投射到眼睛中,光线会更加柔和适合长时间观看。但漫反射也更容易受到环境光的干扰,所以投影一般需要在光线较暗的环境下才能获得最佳的视觉体验。


激光电视采用激光光源,亮度最高可以达到10000流明以上,换算成尼特也在350-400尼特之间,传统的投影仪一般在100-200尼特左右。即便拥有高亮度的激光电视也是会受到环境光影响的。所以,激光电视都会配备相应的抗光幕布。

菲涅尔硬屏

表面有独特环形纹,可以有效抵御上、左、右的环境光,只反射下方激光机射出的光线,因此最佳观看角度在正中间,其他角度效果会差一些。不足之处在于需要专业人士调整角度,安装完毕后不能随便移动激光电视主机及屏幕的位置。

黑栅硬屏

表面横向布满细微棱镜结构,可以反射上面射来的环境光(左右环境光反射效果一般),并将下面射来的光线直接折射给用户,因此正面观看效果最好。

PVC软幕

这是我们最常见的投影幕布,普通投影和激光电视都可以用,但不能有效反射环境光,所以需要在较暗环境下使用,显示效果也要比以上两种幕布差,但胜在便宜。

如果想获得最佳的观看效果的话菲涅尔和黑栅都是可以的,100寸一下建议菲涅尔,100寸以上黑栅。PVC软幕的话性价比高,对于预算有限的用户来说也是一个不错的选择。

总结

激光电视的原理和普通的投影仪一样,只是激光光源的高亮度、高饱和度的优势让它可以在强光下也能够显示清晰明亮色彩鲜艳的画面。电视节目这方面的话可以忽略不计的,任何一个智能电视系统够可以搬到这个上面。所以激光电视的核心就是这个激光成像系统。

目前市面上在售的多是单色激光+色轮的方案,起售价在12000左右。双色激光方案的价格就要到5-7W左右了。至于三色激光方案目前良品率低,在售的产品非常少,至于售价么,估计得10w起步了。

尽管激光电视的售价普遍在1W以上,但相比于百英寸液晶电视来说这个售价还是非常划算的。目前在售的百英寸液晶电视的售价普遍在10W以上,高端的更是需要50W+。激光电视不仅在售价上要低很多,而且在能耗、重量、体积方面都有不小的优势。所以很多的品牌都将研发重点放在了激光电视上。

购买建议,单色激光电视不建议购买,主要原因是色轮的使用寿命问题,可能一年左右的时间色彩就会下降。双色激光电视会更好一些,由于只有绿色是通过荧光粉激发,所以寿命上要比单色激光电视好很多,也会是未来激光电视的主流。至于三色激光电视,当然是最好的选择,但考虑到售价、技术问题,暂时不建议购买。

(编辑:bingjiling)

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