【紫光智慧教育】谈谈投影的发展史
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投影--中国人的第五大发明?!

   在投影机没有出现之前,我们都以幻灯机为主。其实现在的投影机也是特殊形式的幻灯机,有学者研究表明,投影机、动画、电影的发展是分不开的。最早利用的光影技术始于十七世纪一个名为阿塔纳斯珂雪耶稣会教士发明的“魔术幻灯”,后来已经变成玩具,而它的现代名字叫投影机。最初,这种技术主要用在娱乐上,利用光与影的原理将故事放在一个屏幕上讲,有点类似于唐朝的皮影戏。但是,后来随着光影技术的发展,投影机与电影、动画分离出来。


   其实,说起幻灯机我本人认为是中国人发明的,据《汉书?外戚传》记载:汉武帝最宠爱的妃子李夫人死后,汉武帝伤心欲绝、朝思暮想。道士李少翁,知道汉武帝日夜思念已故的李夫人,便说他能够把夫人请回来与皇上相会。汉武帝十分高兴,遂宣李少翁入宫施法术。
  李少翁要了李夫人生前的衣服,准备净室,中间挂着薄纱幕,幕里点着蜡烛,果然,通过灯光的照映,李夫人的影子投在薄纱幕上,只见她侧着身子慢慢地走过来,一下子就在纱幕消失了,实际上,李少翁表演的是一出皮影戏,汉武帝看到李夫人的影子,对李夫人更加思念。

  他还写了一首《伤悼李夫人赋》:“是邪,非邪?立而望之,偏何姗姗其来迟。”令宫中乐府的乐师谱曲演唱,李少翁因表演灯影戏,在纱幕上再现李夫人的形象,因此,被封为文成将军,这大概是关于投影最早的记载了。


   除了古书记载,我们还有更多的实物为证,比如,皮影戏、走马灯等,它们有的已经成为世界文化遗产,得到了全世界的认可,可以说是古典版的投影仪。皮影戏和走马灯也可以算是最早的动画片和电影了,因此,从某种意义上说我们中国与投影有着不可分割的因素。
 真正意义上的投影仪诞生
  1640年,在世界史上注定是不平凡的一年。首先是轰轰烈烈的英国资产阶级革命拉开了世界近代史的序幕,整个大不列颠乱成一锅粥,贵族起义,查理一世被送上断头台……历史学家们给了这些事件很多评论,诸如世界近代史的开端、人类文明的进步等等,我们姑且不谈这些,我更关注的是投影圈的故事。在投影史上,1640年也是非同寻常的一年。一个名叫奇瑟的耶稣教会教士发明了一种叫魔法灯的幻灯机,运用镜头及镜子反射光线的原理,将一连串的图片反射在墙面上,在当时那是了不起的发明,相当的受欢迎,很多人挤破了门槛也看看是怎么回事。“人怕出名猪怕壮”,这在外国也是同样的道理。奇瑟因此被拆台的指控施妖术,结果,他带着他的幻灯机到天堂跟上帝放迈克尔?杰克逊的演唱会去了。看来,每一次的新发明、新创作要让人们马上接受也是不太容易的,不,过看今日卡通、电影的蓬勃发展,古人的牺牲也是值得的。1654年,德国的犹太籍人基夏尔首次记述了幻灯机的发明,最初幻灯机的外壳是用铁皮敲成一个方箱,顶部有一类似于烟筒的排气筒,正前方装有一个圆筒,圆筒中用一块可滑动的凸透镜,形成一个简单的镜头,镜头和铁皮箱之间有一块可调节焦距的面板,箱内装有光源,最初的光源是烛光。使用时,把幻灯机置于一个黑房内,将幻灯片插入凸透镜后面的槽中,点燃蜡烛,光源通过反光镜反射汇聚,通过透明画片和镜头,形成一根光柱映在墙幕上。
   随着工业革命的蓬勃发展,幻灯机也进入了工业化时代。幻灯机的工业化生产开始于1845年,光源也从初时蜡烛,鸟枪换炮先后改为油灯、汽灯,最后改用为电光源。为了提高画面的质量和亮度,还在光源的后面安装了凹面反射镜,光源的增大,使得机箱的温度升高,为了散热,在幻灯机中加装了排气散热结构。输片也改为自动的了。最早的幻灯片是玻璃制成的,靠人工绘画。在19世纪中叶,美国发明了赛璐珞胶卷后,幻灯片即开始使用照相移片法生产。我们今天广泛使用的幻灯机,就是在19世纪幻灯机的基础上发展改进而成的。

  二战后,人类迎来了第三次科技革命,电脑的发明、集成电路的大量出现,也使投影机进入的数字化时代。1989年,爱普生和索尼拥有了液晶板的核心技术,同年,世界上第一台液晶投影机—爱普生的VPL-2000诞生,在投影界掀起了一次液晶狂潮。巴可、东芝、科视、明基都纷纷推出自己的投影新产品,一时间,投影界风起云涌。

 投影机技术演变


 一、投影机始祖——CRT投影技术

  CRT投影机的历史可以追溯到上世纪50年代,当时主要应用在商务飞机上,进行录像带的播放。到了80年代,个人电脑的迅速发展,使得文本和数据展示的市场需求越来越大,促使了CRT投影技术的长足发展。投影技术的应用领域开始渗透到会议室、教师和剧院等。80年代中后期,随着计算机工作站和图形处理软件的广泛应用,也就相应地产生了能投影高分辨率图形和动画的图形投影机。1989年第一台LCD投影机面世,结束了投影机市场上只有CRT一种技术的局面。1994年,家用投影市场萌芽,CRT投影机相对于当时的LCD投影机技术更成熟,因此开始进入高端家庭影院。但在1996年3LCD技术推出、第一款DLP投影机横空出世,CRT投影技术便开始走下坡路,并迅速淡出人们的视线。

二、独步市场十年的LCD技术

   一直以来人们都习惯性地认为LCD技术诞生于日本,实际上这项技术最原始的推动者却是美国企业。1888年澳大利亚植物学家F.Reinitzer首先发现液态晶体(简称液晶)的存在,并开启了之后相关的基础研究与发展之门。1968年美国RCA公司科学家G.H.Heilmeier根据动态散射效应,将液晶做成显示屏(LiquidCrystalDisplay,LCD),形成LCD产业的雏形,但却一直没有将该技术商品化。直到1973年,日本夏普成功开发出以LCD技术为显示面板的计算器和手表,并带动许多厂商如日立、NEC、东芝等加入LCD产品开发生产的行列。将LCD技术应用到投影设备的是爱普生,该技术是利用液晶在电极的作用下发生排列变化,使透过LCD芯片的光源通过镜头投射出图像。诞生于1989年的爱普生VJP-2000,便是全球第一台LCD投影机。尽管作为当时的最新技术,LCD投影机还是基于单片结构而存在性能和色彩方面的缺憾,开口率和分辨率都极低。直到1995年单片LCD投影机才正式投入市场,紧接着1996年又推出了3LCD技术,在稳定性和色彩表现方面有了突破。索尼也加入到研发LCD芯片的行列,但在2004年宣布停止向外提供其生产的LCD芯片,仅供内部使用。至此,LCD投影技术被爱普生和索尼两家所垄断。

  从最初的D1代芯片到D6代HTPS-LCD芯片,爱普生LCD投影技术经历了十多年的发展,并独步市场达10年之久,直到2003年DLP投影机后来居上,两分天下的局面方才形成。面对DLP的燎原之势,爱普生、富士通、日立、松下、三洋和索尼在2005年初成立“3LCD”同盟,在技术发展和产品宣传上加强合作,以保持其市场主导地位。


 三、DLP——后来居上的耀眼新秀
  1987年,德州仪器公司LarryHornbeck博士研发出第一块数字显微镜装置(DigitalMicromirrorDevice,DMD),到1996年,数据光学处理(DigitalLightProcessing,DLP)技术正式商品化走向投影显示市场,第一款DLP投影机面世,仅比LCD投影机晚了7年。

  DLP技术的核心是由数以万计被微型链链接固定的镜片所组成的数字显微镜系统,这些镜片沿光源前后倾斜,反射出或亮或暗的灰色阴影,经过色轮过滤后投射出彩色图像。


   最初的DLP芯片雏形分辨率仅16×16,而早期的DLP投影机亮度亦仅300流明,这意味着只有在较为黑暗的环境里才能看到它。尽管如此,DLP技术的两个差异化的市场战略还是给其技术发展做出了很好的指导作用,并且迅速占领市场,给LCD投影技术带来很大压力。一是“便携化”战略,从一开始,DLP投影机已经崭露出来的优势就是“便携”,尽管早期的DLP投影机标准重量达10.5公斤,但较之同期的LCD投影机已算轻便。DLP投影机在入市初期正是凭借着这一优势,从1997年仅重6磅的InFocus的LP420到2005年三星的口袋投影机,DLP投影机不断推出新品刷新“便携化”的概念,席卷对移动性有着热切需求的商务市场,从而在市场上站稳了脚跟,并在2006年首次在全球市场上拿下超过五成的市场份额,与LCD技术平分秋色。二是高端战略,三片式DLP投影机被应用于高端的工程和影院项目,弥补了过去LCD投影机无法解决的高分辨率和高稳定性的技术空白。(我们的紫光科教王互动投影一体机正是采用此DLP技术)

四、LCOS在坚持与放弃间挣扎

   分别被德州仪器、爱普生和索尼垄断的DLP和LCD投影技术瓜分着日益壮大的市场蛋糕。眼馋的其他厂商开始努力研究出新的技术,试图打破垄断。LCOS技术在1995年开始进行研究,很快JVC就开发出名为D-ILA的LCOS专利技术,并在1999年INFOCOMM展览会上推出全世界首款LCOS投影机。

  LCOS的英文全称是LiquidCrystalonSilicon,不难看出这是一项从LCD发展起来的技术,其结构是在基板上涂上一层硅晶。实际上LCOS技术可以看作是取LCD和DLP两家之长的改良型技术,它的基本原理于LCD技术相似,区别在于它利用的是与DLP相似的反射式架构。

  2001年生产LCOS产品的厂家扩大至9家,包括JVC、日立、三洋、3M、飞利浦、三星、台湾的前锦科技和世界颠峰。台湾继LCD之后又掀起了LCOS技术的生产热潮,成立了LCOSMicrodisplay企业联盟。可以说,LCOS技术在发展初期被普遍看好,吸引了众多的厂商进入并不断追加投入。

  但是,转折点出现在短短的4年之后,多个大型厂商相继宣布中止LCOS计划,许多台湾LCOS厂商也放弃LCOS技术,纷纷转向生产LCD和DLP产品。原因主要在于LCOS面板的良率过低,不能降低成本,遏制量产。LCOS技术似乎还在导入初期就面临发展的停滞。在这里,有四个重要厂商的动作值得关注。

  一个是美国的Three-FiveSystems公司,该公司在2000年开始生产LCOS面板,后来还加入了台湾的LCOS企业联盟。2003年初Three-FiveSystems将LCOS业务剥离,成立了独立的Briilian公司,与中芯国际达成合作协议。2005年3月,由于生产延误和供应问题,Brillian的LCOS显示市场初步冲击受挫,同年7月面临财务困境,采取了收购LCD电视供应商Syntax的办法,希望通过LCD市场获得更强的财务根基,保持公司发展LCOS技术的生存资金需求。合并后的SyntaxBrillian与南阳中光学集团合资建立×××,启动中国LCOS光学引擎生产线。

  二是索尼公司,在既有LCD技术专利的情况下,也跟进LCOS技术的研发,推出SXRD专利技术。在2004年生产出分辨率为4096×2160的LCOS投影机,应用于数字影院放映。2005年推出VLP-VW100,一年后又推出升级版VLP-VW50,均面向高端娱乐市场。

  三是飞利浦公司,早在2001年就推出单片LCOS显示技术,锁定HDTV市场。2003年追加2000万欧元投入,用于LCOS芯片量产,但是在2004年继惠普、东芝、三星之后宣布中止LCOS计划。

  四是IT巨头英特尔公司,在2004年1月高调宣布进入LCOS领域,冲击家用市场。众多OEM厂商和高清电视零部件生产厂商与其合作,开发应用该芯片的产品,包括富可视、TCL、创维、以及台湾的致伸科技等。但是这个计划一拖再拖,在同年10月份宣布放弃计划。

  后两个企业在中止LCOS计划时公开给出的原因与其他在LCOS征途上倒下的众多厂商几乎是一致的,就是LCOS的技术难题未得到突破,无法使LCOS产品达到预期的性能指标和经济回报。然而,前两个企业却不屈不挠地一直坚持LCOS技术的研发与应用,并在近期重新点燃人们对该技术的关注,风并非自空穴。目前LCOS技术的主要生产者包括Syntax-Brillian、Aurora、MircoPix、Mircodisplay、Kopin、Displaytech、SpatiaLight、Varitronix、SONY、HITACHI、JVC、Elcos、Gemidis、奇景、香港科技大学、精电、南开大学。LCOS投影技术较之目前两种主流技术,具有高分辨率、高光效率、高对比度和高色彩饱和度等优点,而且目前尚未出现垄断状况,颇有市场发展潜力;但是作为一种尚不完熟的新技术,它还存在生产成本高、性能不稳定等不足。


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