Проекторы с модуляцией пропускаемого светового потока

Рис.1. Оптическая схема LCD-проектора

Оптическая схема LCD-проектора показана на рис. 1. Он содержит источник света 1 с охлаждаемым отражателем и дуговой лампой, металлогалогенной (МГЛ) или ксеноновой, оптические фильтры 2, не пропускающие ИК- и УФ-излучения, конвертер поляризации 3, дихроичные зеркала 4 и 5, разделяющие световой поток на составляющие первичных цветов В, G, R, и зеркала 6 с внешними покрытиями, отражающими почти 100 % попадающего на них света. Корректирующие светофильтры 7 (Trim Filters) обеспечивают точность разделения цветов. Пройдя фильтры 7, составляющие R, G и B попадают на соответствующие ЖК-панели 8, которые модулируют их по интенсивности в соответствии с отображаемыми видеосигналами и пропускают на смесительную призму 9. Здесь они собираются вместе и далее проецируются объективом 10.

Основным недостатком ЖК-проекторов с модуляцией пропускаемого светового потока считается невозможность получения глубины черного, т. е. высокой контрастности изображения. Действительно, при использовании модуляторов классической технологии TN (Twisted Nematic) данный недостаток есть вследствие того, что такие модуляторы нормально открыты (пропускают свет в обесточенном состоянии). Это обусловлено уникальным свойством прозрачных, нитевидных молекул TN ориентироваться в тонком слое вдоль профилирующих канавок контактирующих с ними поверхностей и относительно друг друга в закрученном состоянии, а также вдоль воздействующего на них электрического поля.

Рис. 2. Оптическая структура TN-пиксела

Как показано на рис. 2, молекулы TN находятся между скрещенными поляризаторами, а их исходная ориентация задана плоскостями поляризации скрещенных поляризаторов. При воздействии возрастающего электрического поля Е, направление напряженности которого перпендикулярно поверхности модулятора, молекулы TN начинают ориентироваться вдоль него, все менее закручиваясь. При напряженности Е выше определенной величины они перестают влиять на поляризацию света, и его прохождение через пикселы прекращается.

Проблемы здесь заключаются в нелинейности и неодинаковости характеристик управления прозрачностью пикселов, особенно по достижении их полного запирания. Из-за невозможности полностью перекрыть пропускание света всеми пикселами при подаче одинаковых, но небольших управляющих напряжений, черное поле, проецируемое ЖК-проекторами с такими модуляторами, в затемненном помещении часто воспринимается серым.

На первом этапе совершенствования ЖК-проекторов с указанным недостатком мирились и основное внимание уделяли увеличению светового потока за счет создания более эффективных источников света и светооптических систем проецирования в целом. Например, большие потери возникали из-за того, что обесточенные TN-модуляторы пропускают только 50% света (одну составляющую проходящего светового потока со случайной поляризацией), поглощая (превращая в тепло) ортогональную составляющую. Поэтому в ЖК-проекторы стали вводить конвертеры поляризации, преобразующие теряемую составляющую S светового потока в полезную Р.

Были разработаны также микролинзовые растры (MicroLens Array, MLA), устанавливаемые непосредственно перед TN-модуляторами. Каждая ячейка такого растра фокусирует свет, проходящий через соответствующий пиксел, таким образом, чтобы он не заслонялся непрозрачной поверхностью подложки, занимаемой управляющим полевым транзистором.

Особое внимание уделено защите ЖК-модуляторов от ИК- и УФ-излучения дуговых ламп, способного повредить пленки и другие используемые в них компоненты. В схеме на рис. 1 применены два таких фильтра (2). Один из них отражает ИК-излучение, а другой — блокирует прохождение ультрафиолета в канал синего. Защитные фильтры 2, например, типа Oerlikon UV-Guard характеризуются высокой стабильностью и не затрагивают цвета видимой части спектра.

Рис. 3. Структура ЖК-пикселов технологии IPS

В борьбе за повышение контрастности было создано несколько вариантов ЖК-модуляторов. Например, фирмы Hitachi и NEC разработали технологию In-Plane-Switch (IPS), сущность которой поясняется на рис. 3.

Ориентация молекул TN в таком ЖК-модуляторе всегда находится в плоскости, параллельной поляризаторам, и при отсутствии управляющего напряжения IPS-пиксел не пропускает свет, т. е. является нормально закрытым (черным). Для этого профилирующие канавки, контактирующие с молекулами TN, и сборка ЖК-модулятора IPS выполняются так, чтобы его поляризаторы оказались скрещенными с учетом дополнительного сдвига плоскости поляризации, создаваемого из-за естественного закручивания молекул TN. Под действием управляющего напряжения молекулы начинают ориентироваться вдоль электрического поля, поворачиваясь в той же плоскости, и при их повороте на 90о светопропускание достигает максимума (модулятор открыт, белый).

В настоящее время выпускается более десятка моделей ЖК-проекторов с разрешением 1920 × 1080 и модуляцией пропускаемого светового потока, в основном, до 6000 лм. К числу последних достижений здесь следует отнести проектор Sanyo PLV-HD2000 (7000 лм, 2048 × 1080), который может составить конкуренцию DLP-проекторам средней яркости с разрешением 2К.

Поиск по сайту: