Технологии проекторов: LCD (3LCD), DLP, LCoS

В данной статье я попробую рассказать о технологиях проекторовв три шага. С моей точки зрения, понять достоинства и недостатки каждой технологии проще, если разделить для себя с самого начала три компонента, три пункта, из которых состоит «технология проектора»:

1. Технология формирования изображения  — каким образом свет лампы проектора превращается в цветную картинку?
    1.1. Используется ли в проекторе одна или три матрицы?
    1.2. Технология матрицы (DLP, LCD, LCoS)

2. Технология источника света — источник света должен быть ярким, долговечным, излучать подходящий спектр, легко заменяться, что еще?.. Быстро включаться и выходить на нужую яркость, быть экономичным, не греться… Стоить недорого… Но так не бывает, чтобы все сразу. Так что выбрать — лампы? Светодиоды (LED)? Лазер? Каждый вариант обладает своими плюсами и минусами и хорош для определенных задач.

Содержание статьи:
  1. Одноматричные и Трехматричные проекторы
  2. DLP проекторы
  3. 3LCD Проекторы
  4. 3LCD против DLP
  5. Технология LCoS
  6. LCoS против Всех
  7. Источники Света: Лампы
  8. Источники Света: LED и Лазер
  9. Гибридный Источники Света: LED/Лазер

Одноматричные и Трехматричные проекторы

Есть два основных подхода к созданию проектора: трехматричный и одноматричный:

Но для начала давайте уточним, в чем смысл матрицы. Собственно, функция матрицы состоит в том, что каждая ее точка либо пропускает, либо блокирует свет, поэтому матрица способна формировать только одноцветное изображение, например черно-белое или черно-зеленое, если светить на нее зеленым фонариком.

В этом состоит небольшое отличие матриц проекторов от матриц телевизоров и мониторов, у которых одна матрица дает цветное изображение. Посмотрите на фотки и спросите себя, что будет смотреться лучше на большом экране?

пиксели 3LCD проекторапиксели LCD монитора


На большом экране изображение справа будет выглядеть очень… сомнительно. Это — одна из причин, по которой в серьезных проекторах не используются цветные матрицы.

Увеличив фотографию справа, мы увидим, что каждая точка состоит из трех светящихся полосок, красной, синей и зеленой. Издалека эти полоски сливаются друг с другом, образуя тот или иной цвет по принципу RGB смешения:

Но по эстетическим соображениям трехцветные матрицы не применимы в проекторах, поскольку нам нужна картинка, как на изображении слева, с монолитными квадратными пикселями. Правда, есть еще одно соображение — это исключительно высокие температуры, воздействию которых подвергается матрица проектора при прохождении через нее светового потока лампы. Обычная LCD матрица этого не выдержит...

Итак, возвращаемся к основной теме. Мы поняли, что нужна матрица с монолитными квадратными точками, а такая матрица заведомо является одноцветной. Но мы можем создать три отдельных изображения и, наложив их друг на друга, получить желаемый результат:

Совместить три изображения мы можем внутри проектора, если у нас одновременно используется три матрицы. Либо мы можем схитрить и совместить три изображения уже на экране. Точнее, мы можем проецировать их по очереди на экран, а в голове у зрителя они объединятся в цветное:

Здесь лежит корень различий между технологиями проекторов. Давайте перечислим очевидные особенности одноматричного и трехматричного подходов:

1.Одноматричный проектор использует одну матрицу вместо трех. Значит, эта матрица может быть более сложной или дорогой, либо же проектор будет дешевле.

2. Также, компактный проектор проще делать на базе одноматричной технологии.

3.Трехматричный проектор использует три цвета из спектра белого, одноматричный в каждый момент времени — только один, а остальное отсекается. Это означает низкую эффективность использования светового потока лампы. Другими словами, это означает недостаточную яркость.

4. В зависимости от скорости смены кадров, в определенных условиях зритель может заметить цветные компоненты изображения у одноматричного проектора. Это называется «эффектом разделения цветов» или "эффектом радуги". Изображение трехматричного проектора в этом смысле будет безупречным. 

Ниже — «эффект радуги» в его худшем виде:

5. У трехматричного проектора матрицы надо точно подогнать друг к другу. Если этого не происходит, то уменьшается точность границ отдельных пикселей. У одноматричного проектора пиксель будет иметь идеально точную форму и зависеть только от оптики проектора.

Я не утверждаю, что все перечисленные выше пункты обязательно присущи каждому проектору, построенному на базе одноматричного или трехматричного подхода, однако они обозначают те проблемы и возможности, с которыми имеют дело создатели проекторов.

В более дорогих ценовых сегментах и особенно — у High End проекторов, многие недостатки преодолены и все зависит скорее не от технологии, а от «прямых рук».

Однако, в бюджетном сегменте, — в бизнес-проекторах, проекторах для образования и недорогих домашних проекторах, особенности технологий проявляются более остро. Основные две технологии, воюющие за бюджетный сегмент — это одноматричные DLP проекторы и трехматричные LCD (3LCD) проекторы. В более дорогих сегментах добавляются трехматричные LCoS (они же SXRD, они же D-ILA и пр.) и трехматричные DLP.

Поняв отличие между одноматричным и трехматричным проектором, перейдем к типам матриц. В конце концов, технологии именуются в честь матриц (DLP, 3LCD и пр.). 

DLP проекторы

Когда говорят о DLP проекторах, имеют в виду одноматричные DLP проекторы, если иное не оговорено. Это — большинство проекторов различных производителей, которые мы можем встретить в продаже. Сама матрица DLP проектора именуется DMD чипом (англ. «Цифровое Микрозеркальное Устройство»), производится американской компанией Texas Instruments. Как следует из названия, DMD матрица состоит из миллионов зеркал, способных поворачиваться, занимая одно из двух фиксированных положений.

Таким образом, каждое зеркало либо отражает свет лампы на экран, либо на светопоглотитель (радиатор) проектора, давая белую или черную точку на экране:

Многократно переключаясь с черного на белое, мы получаем оттенки серого на экране:

Full HD DMD чип содержит 1920 * 1080 = 2 073 600 микрозеркал.

Как ранее говорилось, одноматричный проектор в каждый момент времени выводит на экран только один цветной компонент изображения:

Для выделения отдельных цветов из белого света лампы используется вращающееся колесо с цветофильтрами («цветовое колесо»):

 

Цветовое колесо может иметь различную скорость вращения, чем она выше — тем менее заметен будет характерный для одноматричных проекторов «эффект радуги». Цветовое колесо может состоять из сегментов-фильтров различного цвета, помимо красного, зеленого и синего могут использоваться дополнительные цвета. К примеру, RGBRGB колесо будет состоять из красного, зеленого и синего компонентов. На фотографии ниже — колесо RGBCMY (Красный, Зеленый, Синий, Циан, Маджента, Желтый):

 

Вот так в реальности выглядит оптический блок DLP проектора:

На последней фотографии можно увидеть небольшой прозрачный сегмент цветового колеса. Прозрачный сегмент (если он есть) позволяет пропускать белый свет лампы, усиливая черно-белую яркость изображения.

Это позволяет решить проблему неэффективности одноматричного подхода, не устанавливая более мощную лампу. Это особенно полезно для ярких офисных проекторов, однако при этом яркость черно-белого компонента изображения оказывается существенно выше яркости цветного компонента изображения, — на максимальной яркости цвета могут оказаться более темными, блеклыми. Хотя этот метод является популярным и используется в большинстве DLP проекторов, он не является непременным свойством каждого DLP проектора или DLP технологии. 

Сравнительные преимущества и недостатки одноматричных DLP проекторов рассматриваются в сравнении с аналогичными 3LCD проекторами, поэтому я перечислю их в разделе 3LCD vs DLP.

Однако, сразу имеет смысл обозначить, что DMD чип, благодаря зеркальному, отражательному принципу работы, позволяет лучше отсекасть свет, что дает высокую контрастность, или «глубокий черный». У некоторых DLP проекторов работа DMD чипа с его постоянным переключением зеркал сопряжена с возникновением небольших шумов на экране или уменьшением числа градаций цветов (плавности цветовых переходов).

Трехматричныее DLP проекторы используются, как правило, в дорогих инсталляционных или домашних моделях и полностью лишены большинства недостатков, с которыми связывают DLP технологию («эффект радуги», низкая энергоэффективность/низкая яркость цветов), при этом обладая свойственной DMD чипу высокой контрастностью.

3LCD Проекторы

3LCD технология создана компанией Epson, хотя используется в проекторах некоторых других известных производителей, включая Sony. 

Название подсказывает нам, что в проекторах на базе технологии 3LCD используются три жидкокристаллические матрицы, которые одновременно работают с красным, зеленым и синим потоками света, выводя на экран «честное» цветное изображение.

Схема работы 3LCD проектора:

В 3LCD проекторах в качестве источника света используется лампа, свет которой изначально разделяется специальными фильтрами на три компонента. Но сердце проектора — это три матрицы, примыкающие к призме, в которой три потока света снова объединяются, другими словами, три цветных компонента изображения совмещаются в мтоговое цветное, которое и выводится на экран.

Белый цвет также формируется смешением красного, зеленого и синего, что исключает дисбаланс по яркости между черно-белым и цветным компонентами изображения, что позволяет производителям заявляеть о более высокой «цветовой яркости».

Устройство 3LCD проектораРазделение цветов в 3LCD проекторе

 

При прочих равных, работающая на просвет LCD матрица отсекает лишний свет несколько хуже, чем зеркальный DMD чип, что дает несколько меньшую контрастность по сравнению с DLP проекторами. Также стоит отметить, что, в отличие от DMD зеркального чипа, LCD матрицы могут быть в полузакрытом положении, пропуская больше или меньше света. Им не надо переключаться туда-сюда.  

В более дорогих проекторах для домашнего кинотеатра используется модификация 3LCD матриц под обозначением C2Fine, дающая контрастность, достаточную для High-End сегмента домашнего кинотеатра. 

3LCD против DLP

Здесь речь пойдет о сравнении технологий, одноматричной DLP и 3LCD, с точки зрения их применения в «ламповых» проекторах бюджетной и средней ценовых категорий. У более дорогих проекторов многие недостатки технологий могут оказаться в достаточной мере сведенными на нет, поэтому сравнивать лучше конкретные модели.

При этом, я предлагаю выделять две области применения проекторов: в затемненном помещении, либо при свете. Дело в том, что в затемненном помещении от проектора не требуется высокой яркости — может быть достаточно менее 1000 Люмен. Однако, в темноте очень важную роль играет контрастность изображения, «глубина черного». В освещенном помещении от проектора требуется высокая яркость, высокая контрастность не дает никаких преимуществ. Почему — написано в этой публикации.

Яркость vs Цветопередача. Как было показано ранее, одноматричные DLP проекторы в каждый момент времени используют только один цвет, «выкидывая» остальное.

Это в меньшей степени создает проблему для проекторов, предназначенных для затемненных помещений, где не требуется слишком высокой яркости. Однако, для офисных проекторов, образования и пр., это создает проблему. Так как проектор обязан обладать высокой яркостью, а использование более мощной лампы приведет к удорожанию проектора, увеличению его шумности и пр., то обычно недостаточная яркость компенсируется установкой прозрачного сегмента цветового колеса. В результате этого создается дисбаланс: яркое черно-белое изображение и при этом темные цвета. У 3LCD проекторов этой проблемы нет, в связи с чем производители заявляют о высокой «цветовой яркости» 3LCD проекторов. А яркость является одной из трех базовых характеристик цвета (наряду с оттенком и насыщенностью) и важна для правильной цветопередачи.

Контрастность. Микрозеркала DLP проектора позволяют эффективнее отсекать ненужный свет, создавая глубокий уровень черного. У DLP проекторов обычно бывает более глубокий чёрный, чем у 3LCD проекторов (кроме более дорогих моделей для домашнего кинотеатра). Это играет существенную роль в затемненном помещении и не играет никакой роли при свете.

«Эффект радуги». Данный эффект может возникать на одноматричных DLP проекторах (см. описание DLP технологии), на контрастных сценах. Его заметность напрямую зависит от скорости вращения цветового колеса. «Эффект радуги» обычно обнаруживается при быстром перемещении взгляда с одного объекта на экране на другой.


Имитация «эффекта радуги»

Второстепенные Особенности

«Москитная сетка» (screen door effect). У DLP матриц управляющие элементы располагаются под зеркалами, тогда как у 3LCD матриц они занимают некоторое пространство вокруг пикселя, формируя небольшой зазор между пикселями. Фанаты DLP технологии заявляют, что в результате 3LCD проекторы демонстрируют оконтовку отдельных точек, создающую эффект смотрения через москитную сетку. На мой взгляд, значение этого эффекта преувеличено. Прежде всего, как 3LCD, так и DLP проекторы могут обладать данным эффектом, зачастую прямое сравнение бок о бок не обнаруживает никакой разницы. У дорогих проекторов для домашнего кинотеатра могут использоваться специальные методы для ликвидации видимой границы между пикселями.

Прямое сравнение случайных офисных проекторов

Плавность цветовых переходов. Данная особенность имеет отношение к управлению DMD чипом DLP проектора. Некоторые недорогие DLP проекторы могут отображать резкие переходы цветов («эффект постеризации»), при отображении одноцветного поля может быть заметен цифровой шум. Тем не менее, это — особенность отдельных проекторов, а не технологии в целом.

Несведениие пикселей. У всех трехматричных проекторов, включая 3LCD, может проявляться не идеальное совмещение точек трех матриц. В этом случае точки на экране окажутся слегка размытыми, менее четкими. При прочих равных, использование единственной матрицы дает DLP проекторам более четкие пиксели. Однако, зачастую это преимущество остается не реализованным из-за использования недорогой оптики. 

 

Отсутствие противопылевых фильтров. У DLP проекторов запечатан оптический блок, что предотвращает попадание в него пыли. В результате, большинство производителей DLP проекторов не используют воздушные фильтры, заявляя это, как преимущество. Данный вопрос является неоднозначным. С одной стороны, производители DLP проекторов заявляют, что для очистки фильтра нужен кто-то, кто будет этим заниматься в вашей организации. С другой стороны, существуют DLP проекторы популярных марок с фильтрами, а в руководстве пользователя некоторых DLP проекторов рекомендуется периодически пылесосить вентиляционные отверстия и пр. В любом случае, герметичность оптического блока не означает, что от пыли защищены остальные узлы проектора, такие как лампа и платы.

Компактность. Использование всего одного чипа позволяет производить мини-проекторы и пико-проекторы на базе DLP технологии. Особенно — в сочетании со светодиодным источником света.

Технология LCoS

Еще одна технология, используемая преимущественно в более дорогих проекторах. 

LCoS («Жидкие Кристаллы на Кремнии») – своеобразный гибрид 3LCD и DLP технологий. Многие компании имеют собственные обозначения для своих вариантов этой технологии проекторов: у Sony — SXRD, у JVC — D-ILA, у Epson – «reflective 3LCD» (отражающий 3LCD).

«Отражающий 3LCD», пожалуй, отлично иллюстрирует принцип работы LCoS. Представьте себе 3LCD проектор, в котором слой жидких кристаллов расположен поверх отражающего слоя:
 

Условно говоря, LCoS матрица — это LCD матрица, приклеенная к зеркалу. Одно из преимущест такого подхода в том, что свет вынужден проходить через LCD матрицу два раза, что позволяет лучше отсекать лишний свет, увеличивая контрастность. Как и у DLP матрицы, управляющие элементы расположены под матрицей, но при этом у LCoS матрицы нет движущихся элементов, что позволяет практически полностью избавиться от зазора между пикселями — никакого «эффекта москитной сетки».

Если с точки зрения расположения матриц и пути света 3LCD проектор выглядел следующим образом:

то LCoS будет устроен чуть сложнее из-за отражающего характера матриц:

 

LCoS против Всех

Технология LCoS изначально задумана, как сочетание преимуществ 3LCD и DLP технологий, но без их недостатков.

Однако, так как LCoS проекторы обычно относятся к довольно дорогим, например — к High-End домашним проекторам, то на этом уровне цен и DLP и 3LCD проекторы будут совершенно другого уровня, в них будет реализован ряд решений, позволяющих в значительной мере избавиться от изначальных недостатков технологий. К примеру, 3LCD матрицы C2fine дают контрастность high-end уровня, а массив микролинз позволяет в значительной степени убрать промежутки между пикселями. А DLP проектор может просто оказаться трехматричным.

В итоге, сложно говорить о конкретных преимуществах той или иной технологии в дорогом сегменте, где важна каждая мелочь.

Источники Света: Лампы

UHP ртутные ламы являются традиционным источником света для проекторов. Они сочетают низкую стоимость и простоту замены с высокой яркостью, а их приблизительный ресурс работы составляет в среднем от 3000 до 5000 часов в режиме максимальной мощности. Как правило, мощность устанавливаемых в проектор ламп составляет 200 Вт и более. В приведенном выше описании технологий предполагалось, что в качестве источника света используются UHP лампы.

Лампа дает поток белого цвета, который необходимо разделить на красный, зеленый, синий и пр. потоки с помощью специальных цветофильтров, которые используются как в 3LCD проекторах, так и в цветовом колесе DLP проекторов. При этом, UHP лампы изначально дают не идеально белый цветовой оттенок. Как правило, он зеленоват. Чтобы компенсировать этот оттенок и сделать свет лампы идеально белым, используются как оптические фильтры, так и корректировка с помощью матриц проектора, путем ограничения яркости зеленого.

В этом и заключается причина, по которой у классических проекторов имеется «Яркий» («Динамический») и «Точный» («Кино») режимы изображения: в ярком оттенок изображения зеленоват, но в нем достигается максимальная яркость, а в точном зеленый оттенок убран ценой существенного снижения яркости. Все это, конечно, не имеет никакого отношения к особенностям LCD или DLP технологий.

Одним из недостатков UHP ламп является высокая температура работы, требующая интенсивного охлаждения. Лампе требуется некоторое время, чтобы выйти на оптимальную яркость. Еще один момент — яркость лампы может снижаться с течением времени.

Тем не менее, лампы представляют собой проверенный, прогнозируемый, качественный, яркий, недорогой источник света, который в ближайшее время нас не покинет.

Отдельно следует упомянуть ксеноновые лампы. Они мощнее, дороже и менее эффективны, зато обладают изначально более правильным балансом белого и исключительно ровным спектром излучения, позволяющим добиться более качественной цветопередачи. Такие лампы хорошо подходят для High-End проекторов.


Сравнение спектров излучений ртутной и ксеноновой ламп

Источники Света: LED и Лазер

Мы переходим к полупроводниковым источникам света (светодиоды и лазеры). Характерная их особенность в том, что что они могут обладать исключительно узким спектром излучения, что дает чистые, насыщенные цвета, которые не нужно выделять из белого спектра специальными фильтрами. Эта особенность будет особенно важна в эпоху новых стандартов видео, таких как Ultra HD, требующих отображения предельно чистых цветов.

Упрощенно говоря, разница между лазерными и светодиодными источниками света состоит в их мощности и стоимости. Лазерные проекторы мощнее, но стоимость изготовления самих лазеров довольно высока, особенно — зеленого. Светодиодный источник света не так дорог, хотя его яркость обычно ограничена 500-700 Лм, причем слабым звеном с точки зрения яркости является зеленый светодиод.

В итоге, лазерные проекторы используются, в основном, в более дорогих домашних проекторах, тогда как светодиодные проекторы — это, в основном, миниатюрные модели, причем поголовно на базе одноматричной DLP технологии.

При использовании цветных светодиодов в таких проекторах, отпадает нужда в движущихся элементах наподобие цветовго колеса (светодиоды обладают мгновенным откликом):

Правда, существуют проекторы, в которых используются белые светодиоды. Такие проекторы своим устройством мало чем отличаются от ламповых.

Важным преимуществом полупроводниковых источников света является средний ресурс в 20 000 часов. Помимо этого, энергопотребление и температура такого источника света гораздо ниже, чем у ламп.

При всем вышесказанном, наличие светодиодного источника света не гарантирует ни бесшумности, ни реальных экономий на электроэнергии по сравнению с классическими UHP лампами — все зависит от конкретного проектора. Также следует помнить, что 5000 часов «обычной лампы» — это просмотр двухчасового фильма каждый день на протяжении почти 7 лет! Тоже немало.

В отличие от ламп, которые легко достать из проектора и заменить, полупроводниковые источники света вряд ли удастся заменить, не обращаясь в сервис-центр.

Гибридный Источники Света: LED/Лазер

Как было ранее сказано, LED источник света ограничен яркостью зеленого светодиода, а лазерный источник света ограничен дороговизной зеленого лазера. Одним из решений (используемых в проекторах Casio) является замена зеленого светодиода LED проектора синим лазером, светящим на зеленый люминофор. При этом, для излучения синего света используется синий светодиод, либо тот же синий лазер.

Если синий лазер используется и для синего и для зеленого, то без вращающегося цветового колеса никак не обойтись:

В случае с синим светодиодом все значительно проще:

Ресурс гибридных источников света обычно оценивается производителем в 20000 часов, как у лазеров и светодиодов, однако существуют сомнения, продержится ли этот срок сам зеленый люминофор и теряет ли он со временем яркость? Все-таки, старые-добрые лампы давно понятны и изучены, а здесь мы имеем дело с довольно новой технологией.

Еще один момент связан с тем, что чистота зеленого цвета, его насыщенность, будет определяться у гибридного проектора не лазером, а люминофором. Таким образом, такой проектор может отображать чистые красный и синий и при этом довольно слабонасыщенный зеленый.

Поэтому основным преимуществом гибридных проекторов считается именно долгий срок службы, который дает долгосрочную экономию по сравнению с ламповыми проекторами.

 

 (для образования/бизнеса)

 (для дома/домашнего кинотеатра)

 

1 комментарий

Наш Компьютерный Сервисный Центр «IT Group» оказывает недорого качественные компьютерные услуги в Балашихе по разумным доступным расценкам. Приезд инженера и диагностика ПК бесплатно при условии дальнейшего техобслуживания и ремонта оборудования, восстановления компьютерной техники у Вас на дому или в нашем офисе. По существу все компьютерные услуги настройка устройств ремонт персонального компьютера в Балашихе могут происходить на дому у клиента. Диагностика и профилактика электроники, замена деталей, пайка плат вплоть до сборки ПК системного блока из новых комплектующих, усовершенствование старых устаревших компьютеров. Очистка системы от мусора, ненужных программ и временных файлов, мешающих функционировать персональному компьютеру быстро и стабильно. Устранение компьютерных вирусов, троянов, надоедливой рекламы. Восстановление Виндовс, переустановка Windows, установка требуемого программного обеспечения для продуктивной и комфортной работы. Это и многое другое, все что имеет связь с обслуживанием и починкой персональных компьютеров, настройкой ноутбуков произведут компьютерные профессионалы из сервисного центра «IT Group». [url=http://itgroup1.ru/uslugi/kompyuternaya-pomoshch-v-balashikhe/nastrojka-wi-fi-i-interneta]Настройка Wi-Fi и интернета в Балашихе[/url]
avatar
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.