買車,先選發動機,或者說是動力系統。買電腦和手機,先選CPU,也就是中央處理器。買電視,先選什么?答案是屏幕技術、尺寸和SoC。
每一種商品的選購,都有一個決定“乾坤”的關鍵部件!對于智能投影、家投大屏、激光電視、私家影院投影儀等產品,也不會例外。這些投影“入坑”,首先要明確的就是投影機關鍵部件——“光閥”。目前LCD和DLP是市場最主流的光閥技術路徑。不過,在此之外,LCoS技術在“內行視角”卻更有價值。 特別是當投影機消費日漸進入超高分辨率和超高刷新率標準的時刻,LCoS正在成為行業新寵。
數字投影的代際發展
80年代末90年代初,第一款1LCD投影機面試,這標志著數字投影機時代的開始?,LCD投影成為第一代的數字投影。小尺寸LCD顯示屏的技術進步日新月異,主要改變為采用低溫多晶硅技術TFT之后,驅動效率和開口率的提升,液晶面板制備工藝進步使得顯示像素密度的大幅度提升。不過,由于1LCD技術原理和特點,導致分辨率指標、亮度指標和對比度指標等均面臨著很大的技術瓶頸。
基本在同一時期的稍晚些時候DLP技術首次應用于投影機,第二代的數字投影就此誕生。1996年,DLP投影機產品開始銷售,隨后進入中國市場。DLP投影相比1LCD投影在分辨率、亮度和對比度等各項指標均有突破。然而,遺憾的是,近十余年來并沒有針對家庭市場更革命性的DLP解決方案推出。 目前家用智能投影市場中,1LCD投影和DLP投影依然是主流,銷量也是此消彼長。剛剛結束的2024年雙十一促銷期間,洛圖數據顯示,DLP技術在整體線上市場的銷量份額達到47.0%,較2024年前三季度高出了19.4個百分點。1LCD技術銷量占比為50.1%,較2024年前三季度下降20.8個百分點。 不管是基于LCD第一代和還是基于DLP的第二代數字投影,主要產品特點是200-1000的亮度,固態光源、體積縮小,功能增加和智能化、價格低廉;而未來的第三代投影,其主要特點是高亮度2000-4000、4K分辨率、高對比度、功能更為豐富,差異化創新更為完善,切實滿足高品質的100-200英寸巨幕需求及用戶多樣化影音娛樂的需求。
LCoS:
從生不逢時到“恰逢其時”
從技術優勢看,LCoS是基于CMOS硅基半導體驅動電路的反射式LCD液晶光閥顯示技術——其集成半導體技術和平板顯示技術優勢于一身,可謂之“我本是高山”。但是在投影機市場發展早期,LCoS技術卻“空有屠龍術,天下無龍可屠”! 這主要是因為一方面,DLP技術和LCD技術的發展長,技術成熟度更高。這結合早期投影機主要用于專業領域、商用市場,行業總需求有限的特點,讓“早起的鳥兒有食吃”的市場邏輯鮮明展現。
另一方面,2005年之前,擁有720p分辨率就是一臺高端投影機。直到2015年前后,國內投影市場銷量最大的機型依然是800*600分辨率的“娛樂投影儀”。市場消費對“低成本、低分辨率”產品的“熱愛”,讓LCD這種“成本優勢更高”、或者DLP這樣“發展更早”的投影技術,盡顯優勢。
但是,LCoS技術的優勢必然如“皓日當空”,受到業內企來的關注,并一直進LCoS技術優化的探索、進步和實踐。當時間來到“超高清”時代,LCoS多年積累的底蘊與嶄新的4K/8K顯示標準在高分辨率、高刷新率、高對比度上的需求,“一拍即合”。
“超高清時代將成就LCoS技術的崛起!”這一點已經成為共識。LCoS與超高清的配合,就像是屠龍刀遇到了真龍,可謂恰逢其時。
高分、高刷、高對比:
LCoS“高山仰止”
基于LCoS光閥的投影機具有高分辨率、高刷新率和高對比度等優勢,但由于技術的限制,當前市場上這類產品體積普遍較大,主要還是用于行業市場及少量高端家庭。
因此,當前LCoS相關企業普遍目標是實現“小體積、高分辨率、高刷新”的技術特色,并在投影儀、車載HUD、VR/AR、3D打印、實驗儀器、光通信調制等應用場景實現廣泛的應用。LCoS技術已經成為“微型光調制”市場快速崛起的新寵。
特別是當娛樂視聽市場,日益向4K和高刷升級的今天,包括4K大片、高刷游戲(如《黑神話:悟空》)等成為“真正代表未來的應用”,LCoS與智能投影、家用投影、家用大屏的匹配度,前所未有的提升了。——那么,LCoS如何成就的“高分、高刷、高對比度”神話呢?
高分辨率上,LCoS技術得益于兩大技術體系的優勢:
第一是,CMOS驅動電路結構。這種單晶硅IC系統,天然具有更好的載流、電壓特性,并在線寬、線密度和體積上優勢明顯。
第二是,LCoS光學控制采用金屬高效反光層和液晶光閥層結合的方式。液晶層依靠電壓驅動,表層布線簡潔,極容易在反射體制下獲得更高的開口率。且分子級運動的液晶材料光學開關,也不會因為尺寸縮小到微米,乃至亞微米,而發生性能顯著衰退。
對比而言,傳統3LCD光閥,沒有CMOS驅動結構、開口率受限,進而像素最小尺寸受限。DLP光閥,雖然也采用CMOS驅動結構,但是其表面以微機電反射鏡為像素——雖然是微機電結構,但是本質依然是機械運動部件,無法做到液晶分子級的小體積;同時,DLP的反射微鏡不僅要實現成像角度的反射(即白色畫面),也需要在另一個角度實現非成像反射(即黑色畫面),這等于一個反射鏡“類似于兩個LCD像素開關”,讓其體積不能太小,否則會造成兩個反射角度光線之間的較多衍射干擾(實際上,在更微小的像素上,DLP技術一直通過提供更大的機械運動角度,解決衍射問題;但是機械運動角度更大,也需要更大的空間結構)。
所以,LCoS的極高像素密度,是液晶分子、反射成像、CMOS驅動結構等共同帶來的,是一個綜合性優勢。
在高刷新率上,CMOS單晶硅的IC級控制電路的反應速度是極高的,是普通顯示需求幾十倍。同時,液晶顯示技術持續進步,在高刷上,不僅是LCoS得利甚多,包括游戲TV、游戲顯示器,都已經向240+HZ的刷新率前進。
這一點上,其實DLP技術具有天然的“極高刷新率”。這是微機電工藝的內在優勢——但是,實際市場需求的是高分和高刷的結合:即4K+120HZ是真正高端視聽、游戲享受的門檻。而DLP技術在4K上,原生分辨率能力不足,不得不采用“抖動技術實現虛擬像素倍增”。如0.47英寸光閥4K產品。而虛擬像素的倍增是要成倍數占用刷新率的——例如,本來240HZ的1080P光閥,倍增4K分辨率時,4K刷新率就“降維”到了60HZ。(而且抖動倍增的像素分辨率,較原生像素會有一定的清晰度損失。損失比,有業內人士認為,高達3成。)
即,抖動高分技術,實際是以分辨率清晰度不及原生高分,同時大幅犧牲刷新率為代價的。不過,這一技術的好處也很明顯:成本更低。由此也可看到,在超高清時代,4K等高分和120HZ等高刷是具有“極緊密聯系”的性能點。
在對比度上,LCoS的優勢主要來自于反射式成像擁有的70%以上,不亞于DLP的光效;以及非機械的LCD光學面極高的平整度。而DLP技術主要的問題在于,微機電結構的反射像素,雖然光效也達到70%以上,甚至更高,但是1)平整度上不及LCoS;2)微鏡邊沿的散射;3)像素微鏡關閉。本質是將光線反射到鏡頭之外,這可能產生一定的衍射干擾。——LCoS技術恰擁有DLP技術反射式的高光效,但是沒有以上三個問題,所以帶來了前所未有的高原生對比度體驗。
“高分、高刷、高對比”方面LCoS擁有高山仰止一般的優秀性能。這是其在大屏超高清時代,更配消費者需求的關鍵,也是其在未來超高清投影時代“后發先至”的技術底氣。
第三代投影開啟未來高質量
需求之門,LCoS當仁不讓
“上一代家用投影的核心消費概念是大屏——只要屏幕大就可以。甚至早期國內市場每年有30-40萬的800*600分辨率娛樂投影消費。但是未來,家用投影的核心一定是‘高質量升級’,即必然要實現大屏與4K高分、高刷、高對比度、高色域的結合。”
其中,高色域的核心是光源,是三色激光的進一步普及。而高分、高刷、高對比度首先取決于光閥的品質。因此,選擇更具有性能優勢的光閥技術路線,正在日漸成為從投影產商到消費者的共識。在超高清時代來臨的背景下,LCoS投影技術正在迎來“最好”的時代。這也是年初上海海思鴻鵠3LCoS投影解決方案上新的原因。
家用投影要抓住大屏視聽普及的機會,LCoS更要在超高清視聽時代“一鳴驚人”!誰能在這一輪消費升級中“執未來牛耳”,誰就將是未來家用大屏的新王者!
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原文標題:超高清時代:LCoS從生不逢時到恰逢其時
文章出處:【微信號:海思技術有限公司,微信公眾號:海思技術有限公司】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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