背投电视光学萤幕技术动向

文章摘要：RP-TV萤幕的要求特性大型RP-TV萤幕的要求特性分别如下： (1)可以忠实表现影像。电视主要功能是显示影像资讯，因此属于终端显示元件的萤幕，必需忠实表现预期的影像画质；(2)影像光线可以无衰减穿透萤幕，有效遮断外乱光。相较于在黑暗环境中使用的前投式投影机，RP-TV通常是在明亮室内空间内使用，萤幕表面的室内外乱光往往成为影像对比降低主要原因，因此要求RP-TV萤幕可以吸收室内的外乱光，只让影像光线无障碍穿透萤幕；(3)可以有效扩散影像光线。RP-TV萤幕主要功能是使投影机投射的影像光线均匀扩散，然而实际上RP-TV受限于灯泡消费电力等考量，通常影像本身的亮度都非常暗，因此要求萤幕可以大范围

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RP-TV萤幕的要求特性

大型RP-TV萤幕的要求特性分别如下：

(1)可以忠实表现影像。电视主要功能是显示影像资讯，因此属于终端显示元件的萤幕，必需忠实表现预期的影像画质；

(2)影像光线可以无衰减穿透萤幕，有效遮断外乱光。相较于在黑暗环境中使用的前投式投影机，RP-TV通常是在明亮室内空间内使用，萤幕表面的室内外乱光往往成为影像对比降低主要原因，因此要求RP-TV萤幕可以吸收室内的外乱光，只让影像光线无障碍穿透萤幕；

(3)可以有效扩散影像光线。RP-TV萤幕主要功能是使投影机投射的影像光线均匀扩散，然而实际上RP-TV受限于灯泡消费电力等考量，通常影像本身的亮度都非常暗，因此要求萤幕可以大范围扩散影像光线。

RP-TV萤幕的动作原理

(图一)是典型MD方式（Micro Display；它是指DLP、HTPS与LCOS等微型成像元件构成的投影光机引擎而言）RP-TV用萤幕的构造，如图一所示从背面投射的影像光线，通过Fresnel Lens之后收敛成平行光再入射至萤幕，由于RP-TV用萤幕设有珠粒状镜片阵列，所以又称为珠粒状萤幕（Lenticular Screen）。

珠粒状萤幕是由珠状镜片、遮光部与扩散部构成，珠状镜片部的各镜片可以使入射的影像光线集光，遮光部的栅栏状开口设在各珠粒状镜片的集光位置上。



(图一)　背投电视用光学萤幕的结构

如(图二)所示从Lenticular Lens入射影像光线在镜片焦点附近集光，由于遮光部的开口设于各镜片的集光位置，因此影像光线在遮光部不会被遮蔽可以顺利穿透萤幕，行进方向未定的外乱光线则被遮光部吸收，由此可知RP-TV用萤幕是利用镜片与遮光部的特性，达成影像光线穿透外乱光被吸收的目的。

如上所述RP-TV用萤幕通常是在明亮室内环境中使用，对RP-TV萤幕而言阻断室内外乱光提高影像对比（Contrast）非常重要。影像光线穿透时不会被遮光部遮蔽的前提下，通常开口部的面积越小，亦即遮光部的面积比率越大，遮蔽外乱光的能力越强，影像对比也越高。

Lenticular Lens除了可以收敛遮光部开口位置的光线之外，它还会将入射的影像光线扩散到水平方向，此外Lenticular Lens为了支援高解析度（HD）影像，因此要求非常微细的镜片间距（Lens Pitch），因为粗大的镜片间距可能会导致Fresnel Lens、Lenticular Lens与投影影像画素出现波纹。

至于扩散部可以使影像光线朝水平方向扩散，不过极端强调扩散性极易造成对比、辉度与影像解析度降低等后果，因此扩散性的最佳化往往成为萤幕设计上重点之一。



(图二)　光学萤幕的动作原理

如(图三)(a)、(b)所示RP-TV可以分成RGB三色CRT投影鎗投影的CRT背投电视，以及MD方式背投电视两种，CRT背投电视具历史有悠久、低制作成本、技术成熟等优点，体积笨重、观视范围狭窄则是它的主要缺点；相较之下DLP、HTPS、LCOS等微型成像元件构成的RP-TV，不论是外型体积、影像改善裕度、制作成本都具有极佳的竞争优势，一般认为未来可望取代CRT背投电视成为市场主流。



(图三)　(a)CRT背投电视的结构；(b)MD背投电视的结构

(图四)(a)是传统CRT背投电视萤幕的动作特性图，由图可知RGB各影像光线分别从相异方向投射到萤幕，当影像光线从萤幕出射时必需进行光线整合，因此观视方向的萤幕表面通常会设置Lenticular Lens；图四(b)是MD方式背投电视萤幕的动作特性图，由图可知它使用MD方式投影机投射影像，所以观视方向的萤幕表面不需设置Lenticular Lens。

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