激光电视也称激光投影电视激光投影,由主机和屏体(幕布)两大部分组成。因激光电视以激光为光源(普通投影以灯泡为光源),所以具有亮度高、色彩好、寿命长、屏幕大等优点。
一、工作原理
1.激光光源
该光源使用极高功率的激光光源(每平方米聚集超过100W的光能量)。高能量密度是实现激光电视光源高亮度的关键所在,否则就无法显示足够亮度的画面。
激光光源是利用激发态粒子在受辐射作用下发光的电光源。工作物质中的粒子在泵浦激励源的作用下,被激发到高能级的激发态,此时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,光子在谐振腔反馈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。
激光光源是唯一同时拥有亮度高、色彩好、能耗低、寿命长以及体积小这五个特点的光源,现有单色激光、双色激光及三色激光三种方案。市场上的中、低端激光电视一般采用单色激光,高端产品采用三色激光。
(1)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?这里需要光轮/色轮来进行颜色转换。蓝色激光光源发出蓝光,经荧光轮转换成蓝光(包含红光和绿光)+蓝光(直透段)后供给滤色轮,如图1所示。
滤色轮上涂有红、绿色荧光粉,激光光源通过色轮上的荧光粉就可发出红光、绿光,再加上直透段的蓝光就形成R、G、B三基色光。提示:荧光轮包含直透段、黄粉段(包含红色和绿色)。蓝光直接通过直透段照射黄粉段产生黄色光(即红色和绿色)。在色轮上,分段涂有不同颜色的荧光粉,分为蓝色直透段、红光段绿光段 ,后两者起分色作用 ,高速旋转就可分出红色、绿色,与直透段蓝色组成三基色。
(2 )双色激光
在双色激光中,红蓝两种光由激光光源直接发出,而绿光则是由蓝色激光激发荧光粉发出。
(3)三色激光
三色激光是指红绿、蓝三色都由激光光源发出,如图2所示,这是最理想的激光光源,由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。因此,大多数厂家以单色激光方案为主,三色激光主要用在高端产品上。
2.DLP成像原理
前面介绍了单色激光光源产生蓝光,通过荧光轮/色轮产生绿、蓝三基色,这三种颜色怎么形成画面呢?这就需要了解DLP(数字光处理)成像原理。
DLP是指先将影像信号进行数字处理,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-DMD芯片来完成可视数字信息显示的技术。
一块DMD芯片外观形似一片小镜子,如图3、图4所示。
事实上,这块小镜子由数十万片微镜组成,每片微镜对应一个像素,其尺寸为14um x 14um或16um x 16um。为便于调节微镜的方向与角度,在其下方均设有类似铰链作用的转动装置。微镜的转动受控于CMOS RAM的数字驱动信号。当数字信号被写入SRAM时,静电会激活地址电极、镜片和轭板(YOKE),促使铰链装置转动。一旦接收到相应信号,镜片倾斜100°,从而使入射光的反射方向改变,处于投影状态的微镜被示为“开”;如微镜处于非投影状态,则被示为“关”,此时镜片倾斜-100°。在“开”状态下,反射出去的入射光通过投影透镜将影像投影到屏幕.上;在“关”状态下,反射在微镜上的入射光被光吸收器吸收。
寻址电机通过对每一个镜片下的存储单元以二进制平面信号进行寻址,DMD阵列上的每片微镜以静电方式倾斜为“开”或“关”状态。每片微镜倾斜在哪个方向、多长时间由脉冲宽度调制(PWM)电路控制。DLP可视为一个简单的光学系统,通过聚光透镜以及颜色滤波系统后,来自投影灯的光线被直接照射在DMD上。当镜片“开”时,投影透镜将光反射到屏幕上形成一个数字的方形像素投影图像。当DMD驱动板、激光二极管(LD)、色轮和投影镜头协同工作时,这些翻动的镜面就能够将红、绿、蓝三色入射光进行组合,投射到屏幕上组成五颜六色的图像。
简而言之,DLP成像是通过DMD来实现,DMD的工作原理就是借助微镜装置反射需要的光,同时通过光吸收器吸收不需要的光,来实现影像的投影,而其光照方向则是借助静电作用,通过控制微镜片角度来实现的。根据DMD数字可分为单片DMD投影和三片DMD投影。
(1)单片DMD投影
在单片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,当色轮旋转到某一色光时,DMD会按照这一彩色信息应该显示的位置和强度倾斜到“开”。人眼视觉系统集中红、绿、蓝信息,就可“看到”一幅全彩色图像。
(2)三片DMD投影
在三片DMD投影中,每片DMD对应一种原色,每一种原色的光图像可以直接连续地投射到屏幕上,因三片DMD投影不用像单片DMD那样不断转换原色,所以三片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。
3.幕布
投影与液晶电视不同,液晶电视是背光发出的光通过液晶屏后直射到人的眼睛,如图5所示:激光是通过光的漫反射将视频画面投射到人眼睛中,其光线会更加柔和,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,亮度可超过10000流明。若以尼特为单位,激光电视的亮度通常为350~400尼特,而传统的投影仪亮度一般为100~200 尼特,即便拥有高亮度,激光电视仍会受到环境光影响,所以激光电视都会配备相应的抗光幕布,常见的幕布有以下几种:
(1)菲涅尔硬屏
菲涅尔硬屏是目前市场上的主流幕布,其表面有独特环形纹,可以有效减小来自上方、左方、右方的环境光影响,能高效反射下方激光机射出的光线。因此,该类幕布的最佳观看角度在正中间,其他角度效果会差一些,此类幕布的不足之处:需要专业人士调整角度,并且安装后不能随便移动激光电视主机及屏幕的位置。
(2 )黑栅硬屏
黑栅硬屏表面横向布满细微棱镜,可以反射从.上面射入的环境光( 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,因此该类幕布的正面观看效果最好。(3)PVC软幕PVC软幕是最常见的投影幕布,普通投影和激光电视都可以用,因其不能有效地减少环境光影响,所以需在较暗环境下使用,显示效果也要比以.上两种幕布差,但价格便宜。
二、整机结构
激光电视主要由电源、主板、DLP板DMD芯片及DMD组件板、光机等部件组成,其结构比液晶电视复杂得多,下面以长虹激光电视为例对主要器件进行简要说明。
激光电视结构复杂,主要由组件(主板、电源板、DLP板等电路板)、风扇、散热器、光栅、连接线、光源等部件构成,拆开后盖板,可见部分部件,如图6所示。
为方便广大维修人员了解激光电视的工作原理及其结构,下面通过长虹激光电视的组件框图(如图7所示)进行介绍。
1.整机控制
接通AC220V电源后电源A板工作,输出12V电压到主板->主板上的CPU工作,整机处于待机状态。
二次开机 ,主板输出PS-ON信号,电源A.B 板进入到正常工作状态,输出电压供给相关电路,其中,12V供给DLP板->DLP板上芯片DDP4422按程序运行->DLP板上的两块电源芯片PM1000输出工作电压,在检测到DMD色轮旋转、反馈正常,点灯LDEN,CW信号正常,以及风扇、环境温度、LD温度检测(激光灯与电源B板、灯丝、灯温)均正常后,整机进入工作状态。
2.信号处理
主板接收各接口( DMI、USB、网络等)信号,并对其进行A/D变换、切换、图像解码等处理得到再LVDS或VBO信号,送至DLP板形成控制信号,送给DMD板,控制DMD芯片上的微镜片倾斜,从而在幕布上形成对应的图像。
3.主要板件特点
(1)电源A、B板或二合一板长虹激光电视的电源板采用两块(电源A板和B板)或一块(二合一)形式,其外形如图8所示。无论采用哪种形式,电源的基本电路(如:进线抗干扰PFC、开关电源等)都是相同的。
提示:电源A板给主板、DLP、电源B板供电,电源B板给激光二极管供电( 受DLP驱动板控制)。若电源板异常时,主要故障现象为引起不开机(指示灯不亮)指示灯亮二次不开机、开机保护、黑屏等。
(2 )主板
主板也称机芯板,其电路及功能与液晶电视主板相似,如图9所示。具体而言,主板主要有以下三大功能:一是信号处理,将HDMI.USB、VGA、网络等信号通过主芯片处理成LVDS信号,供给DLP板;二是音频信号处理,对输入的音频信号进行切换、音效处理及功率放大,推动扬声器发声;三是输出控制信号,完成开/待机、状态切换、频道+/-等操作。若主板异常,主要引起不开机、黑屏、花屏、图像异常无声音或声音异常、按键/遥控异常、蓝牙WIFI异常等故障。
(3)DLP板
DLP板是激光投影显示核心组件,其外形如图10所示。DLP板控制色轮、荧光轮、风扇、投影显示(DMD)等部件协调正常工作,从而达到显示图像的目的。
DLP板将主板进入的LVDS信号转换成驱动DMD需要的信号,同时控制/检测风扇、色轮等工作状态,并提供反馈电压给电源B板,只有反馈电压正常,电源B板才给激光二极管供电。若DLP板异常,主要引起不开机、开机保护、黑屏或横带/条、竖带/条、花屏、图像异常等故障。
(4 )光机
光机为光学显示部件,含镜头、荧光轮/色轮、蓝色激光二极管(LD)等光学器件,如图11所示。照明模组:把激光器发出的蓝光转化成白光输出。激光二极管(LD):发光器件,一般为两组供电,每组电压为30V~50V。
整形光路:把照明模组的圆形光斑转化为矩形光斑,并把DMD均匀照亮。
荧光轮/色轮:将激光光源混色为三色光源,并进行转速检测(由光电二极管检测转数)。
超短焦镜头:在镜头距离屏幕50cm左右位置能清晰投出100英寸画面。若光机异常,将会引起保护、图像/彩色异常、无光、黑屏等故障。
(5)DMD组件板
DMD芯片安装在DMD组件板(也称DMD转接板DMD驱动板、DMD板)上,如图12所示。DMD组件板接收DLP板送来的控制信号,处理后送给DMD芯片,并控制DMD芯片上的微镜转动。
若DMD组件板异常,常见故障有半屏、竖/横线、黑屏、花屏、图像异常等;若DMD芯片异常,通常表现为屏上有亮点,也有可能出现竖条、黑屏、保护、聚焦不良等现象。
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