ویدئو پروژکتور LCD چگونه کار می کند؟

یک پروژکتور ال سی دی با یک موتور نوری کار می کند که دارای سه صفحه LCD کوچک (نمایشگر کریستال مایع) است که هر کدام یکی برای قرمز، سبز و آبی همراه با منبع نور (لامپ، LED، فسفر لیزری، لیزر گسسته RGB)، فیلترهای مختلف است.  آینه ها و منشوری برای ایجاد تصویر.

قطعات یک پروژکتور LCD

عملکرد داخلی یک پروژکتور LCD از تعدادی اجزا تشکیل شده است. یک منبع نور، آینه‌های معمولی، آینه‌های دو رنگ، ۳ پنل LCD (RGB)، یک مکعب/منشور ترکیب‌کننده دو رنگ و یک لنز. اگر یک پروژکتور LCD مبتنی بر LED یا لیزر دارید، یک چرخ فسفر نیز خواهید داشت.

منبع نور

به طور معمول منبع نور یک پروژکتور LCD می تواند مبتنی بر لامپ یا مبتنی بر لیزر باشد.

با یک پروژکتور مبتنی بر لامپ، نوری که از لامپ می آید، نور سفید است. نور سفید از تمام رنگ های مختلف تشکیل شده است. برای استفاده از نور سفید برای ایجاد تصویر رنگارنگی که روی صفحه می بینید، نور باید به رنگ های قرمز، سبز و آبی تقسیم شود.

پروژکتورهای LCD لیزری

در یک پروژکتور لیزری، منبع نور معمولاً یک لیزر تک آبی است. دلیل استفاده از لیزر آبی این است که در طیف رنگی به رنگ سفید نزدیک‌ترین است، ارزان‌ترین است و بر اساس فناوری فعلی می‌تواند درخشان‌ترین را دریافت کند.

این پروژکتورهای لیزری دارای چرخ فسفر هستند. چرخ فسفر از یک ماده شیمیایی ساخته شده است که هنگامی که فوتون های آبی از منبع نور آبی به سطح برخورد می کند، نور زرد یا سفیدی را ساطع می کند که سپس می تواند برای ایجاد رنگ های دیگری که در تصویر نهایی می بینید استفاده شود.

آینه

دو نوع آینه در پروژکتور LCD استفاده می شود.

اولین آنها آینه های اصلی شما هستند. این آینه ها نور را تغییر می دهند تا جایی که برای ایجاد تصویر لازم است بتابد. معمولاً 3 آینه معمولی در پروژکتور خود پیدا خواهید کرد.

نوع دوم آینه ها آینه های دو رنگ هستند. اینها آینه هایی هستند که فقط طول موج های رنگی خاصی از نور را منعکس می کنند در حالی که به بقیه اجازه عبور می دهند. این آینه ها نور سفید را به هر یک از رنگ های اصلی آن یعنی قرمز، سبز و آبی تقسیم می کنند. معمولاً 2 آینه دو رنگ را در یک پروژکتور LCD پیدا خواهید کرد.

پنل های LCD/تراشه های ال سی دی

پنل LCD یک پنل شیشه ای است که کریستال های مایع در آن نصب شده است. این کریستال های مایع توسط یک بار الکتریکی که از طریق شبکه سیمی واقع در سراسر پانل، در اطراف هر پیکسل به هر یک از پیکسل های پانل ارسال می شود، تحریک می شوند.

هر پنل LCD دارای سلول های جداگانه (پیکسل) است که هر کدام توسط ترانزیستور جداگانه خود کنترل می شوند. ترانزیستور هر پیکسل می تواند جریان الکتریکی را به کریستال مایع داخل سلول اعمال کند.

تعداد این پیکسل هایی که پنل LCD دارد، وضوح نمایشگر را تعیین می کند. پیکربندی افقی و عمودی و تعداد پیکسل ها در هر جهت، بر اساس نسبت تصویر مورد نیاز برای نمایش روی صفحه، متغیر است. نسبت‌های رایج مورد استفاده در سینمای خانگی شامل 640×480 (SD)، 1280×720 (HD)، 1920×1080 (HD)، 3840×2160 (UHD) و 4096×2160 (DCI 4K) است. چندین نسبت ابعاد دیگر نیز در حوزه تجاری و تجاری استفاده می شود.
در یک پروژکتور LCD شما سه پنل LCD برای هر رنگ اصلی، قرمز، آبی و سبز خواهید داشت. به همین دلیل است که به آن چیپست 3LCD می گویند.

مکعب ترکیبی دو رنگ / منشور دو کرومی

یک منشور دو رنگ، نور را به قرمز، سبز و آبی تقسیم می‌کند تا سه تصویر را تشکیل دهد که از این رنگ‌های متناظر از پنل‌های LCD استفاده می‌کنند. سه رنگ اصلی با انعکاس نور قرمز و آبی و عبور از نور سبز دوباره ترکیب می شوند.

منشور با ترکیب چهار قطب مثلثی برای ایجاد یک منشور مستطیلی ساخته شده است.

لنز

معمولاً دو نوع لنز در پروژکتور LCD وجود دارد. یک لنز پلاریزه و یک لنز پروجکشن.

عدسی پلاریزه پرتو از منبع نور را متمرکز می کند و نور را قطبی می کند و پرتو را روشن تر می کند.

لنز پروژکتور بخشی از پروژکتور است که تصویری را که از منشور ترکیبی خارج می‌شود بزرگ‌نمایی می‌کند و آن را روی صفحه نمایش پخش می‌کند. این لنزها معمولاً بر اساس عملکرد دارای چندین عنصر لنز در گروه های خاصی هستند.

چگونه یک پروژکتور LCD تصویر روی صفحه را ایجاد می کند؟

اولین قدم در هر پروژکتور LCD منبع نور است. همانطور که اشاره کردیم این می تواند یک لامپ، LED یا منبع نور لیزر باشد. نور معمولاً از طریق یک عدسی اولیه عبور می کند که پرتو را به جایی که باید برود متمرکز می کند و نور را در عرض قطبی می کند که باعث افزایش روشنایی 1.5 برابر می شود.

در مورد پروژکتور لیزری نیز باید نور را از حالت آبی اولیه به نور سفید یا زرد تغییر داد تا بتوان آن را به پرتوهای جداگانه قرمز، سبز و آبی تقسیم کرد. این کار با استفاده از چرخ فسفر انجام می شود.

نور آبی از قسمت های شفاف چرخ می گذرد و ادامه می دهد. هنگامی که لیزر آبی به بخش زرد چرخ فسفر برخورد می کند، فسفر را تحریک می کند، بنابراین پرتو زرد می شود، که بعداً می تواند به قرمز و سبز تقسیم شود.

هنگامی که نور سفید یا زرد دارید، فرآیند بین همه منابع نور اساساً یکسان است، اگرچه ترتیب تقسیم نور ممکن است از یک تنظیم به دیگری متفاوت باشد.

مرحله دوم این است که نور به اولین آینه دو رنگی برخورد می کند که به قسمت های آبی و سبز نور سفید (که فیروزه ای می شود) اجازه می دهد از آن عبور کند و در عین حال قسمت قرمز نور را منعکس کند.

سپس نور فیروزه ای مستقیماً از طریق آینه دو رنگ بعدی به صورت آبی ادامه می یابد، در حالی که نور سبز جدا شده و به سمت پنل LCD سبز منعکس می شود. در همین حین پرتو قرمز نور از آینه به سمت پنل LCD قرمز بازتاب می کند.

سپس پرتو آبی نور از دو آینه منعکس می شود تا به درستی به پنل LCD آبی رنگ در موقعیت صحیح برخورد کند.

پرتوها به سطح تراشه LCD برخورد می کنند و تصویری قرمز، سبز و آبی روی هر پنل مربوطه ایجاد می کنند.

از آنجایی که پرتوهای رنگی با سرعت نور حرکت می کنند، همه آنها در اصل به طور همزمان به پنل LCD رنگی مربوطه برخورد می کنند.

تراشه های LCD چگونه کار می کنند؟

قبل از اینکه در پروژکتور LCD قابل استفاده باشد، نور لامپ باید ابتدا متمرکز و قطبی شود. پلاریزاسیون فرآیند فیلتری است که فقط امواج نوری را می پذیرد که در همان طول موج حرکت می کنند. با قطبش نور به صورت طولی، کارایی نور عبوری از کریستال های مایع را افزایش می دهید که باعث افزایش روشنایی می شود.

سپس این نور پلاریزه به پنل LCD می تابد و از زیر لایه شیشه ای و کریستال های مایع داخل پنل عبور می کند. کریستال های مایع هنگامی که با پلاریزرها ترکیب می شوند، توانایی مسدود کردن و خم کردن نور را دارند، زیرا نور از طریق کریستال ها و فیلترها عبور می کند. این کار را با استفاده از پالس‌های الکتریکی برای شارژ کردن کریستال‌ها انجام می‌دهد که باعث چرخش آن‌ها در داخل مایع می‌شود.

مقدار شارژ داده شده، بسته به میزان نور مورد نیاز برای تعدیل تصویر به روشی که قرار است نمایش داده شود، تعیین می کند که آیا نور را به طور جزئی یا کامل مسدود می کنند.

با تغییر بار الکتریکی ارائه شده به کریستال های مایع، می توان هر پیکسل روی پنل LCD را تا زمانی که کاملا سیاه و شفاف شود، مدوله کرد، یا تا زمانی که کاملاً شفاف  شود، روشن شود، به این معنی که اجازه می دهد تمام نور منبع نور از آن عبور کند. سفید کامل همچنین می‌توان آن را با درجات مختلف شفاف‌سازی کرد تا سایه‌های خاکستری و رنگ‌های متفاوتی به آن بدهد.

از آنجایی که بار الکتریکی زیاد و کم مدوله می شود، سطح تعیین می کند که هر مایع چقدر تاریک یا روشن است. تا این حد، سطح روشنایی هر پیکسل برای هر رنگ اصلی دقیقاً کنترل می شود تا رنگ خاص پیکسل نهایی و سطح روشنایی مورد نیاز روی صفحه نمایش برای تشکیل بخش پیکسل از کل تصویر ایجاد شود.

پس از این، نور پلاریزه شده پانل کریستال مایع را ترک می‌کند و از طریق پلاریزه‌کننده دیگری می‌گذرد که برای جلوگیری از فرار همه نور در یک راستا قرار دارد، امواج نور در صفحه‌ای حرکت می‌کنند که فیلتر برای مسدود کردن آن طراحی شده است.

هر پانل، هنگامی که با پانل های دیگر ترکیب می شود، می تواند رنگ هر پیکسل را در هر نقطه ای از زمان کنترل کند. به عنوان مثال، اگر یک پیکسل باید سفید باشد، هر سه پنل LCD نور مربوطه خود را در هر یک از پیکسل های مربوطه خود عبور می دهند، سپس سه رنگ اصلی قرمز، سبز و آبی توسط منشور آن پیکسل برای ایجاد مجدد ترکیب می شوند.

اگر بخواهید هر رنگ دیگری را در چارچوب قابلیت های پروژکتور ایجاد کنید، همین مفهوم صادق است. در این حالت هر یک از سه پانل رنگ های مربوطه خود را در ترکیب مناسب مورد نیاز برای نمایش دقیق ترکیب می کنند، مانند ترکیب قرمز و آبی برای ایجاد سرخابی یا ترکیب قرمز و سبز برای ایجاد زرد و غیره.

هنگامی که پانل های LCD در پروژکتور به صورت پشت سر هم کار می کنند، می تواند تصویر ویدئویی را روی صفحه نمایش دهد به روشی مشابه که یک چاپگر جوهر افشان از نقاط جوهر جداگانه خود استفاده می کند، که با هم ترکیب می شوند و یک تصویر تمام رنگی روی یک قطعه می سازند.

ترکیب 3 تصویر با هم

پس از عبور از تراشه های LCD، سه رنگ نور به مکعب ترکیب کننده دو رنگ برخورد می کند، جایی که تصویر در یک تصویر چند رنگ ترکیب می شود و سپس از طریق لنز پرتو می شود و همانطور که ما آن را می بینیم بر روی صفحه نمایش داده می شود.

مزایای پروژکتور LCD چیست؟

روشنایی رنگ بهتر که معمولاً معادل روشنایی سفید آن است
فناوری کامل شده است، بنابراین هزینه ها کمتر است
بدون آثار جداسازی رنگ/اثر رنگین کمان
زمان پاسخگویی تاخیر خوب برای بازی
از یک پنل LCD برای هر رنگ اصلی قرمز، سبز و آبی استفاده می کند
به طور کلی توانایی ایجاد سطوح سیاه بهتر و کنتراست بومی

معایب پروژکتور LCD چیست؟

شکاف های بین پیکسلی بیشتر به دلیل شبکه سیمی هر پیکسل
جلوه درب صفحه، به ویژه با پانل های با وضوح پایین تر در اندازه های بزرگتر
پلاریزه کننده ها و پنل های LCD می توانند در طول زمان به دلیل نور UV و گرما تخریب شوند
پروژکتورهای LCD معمولاً یک مسیر نوری مهر و موم شده ندارند، در نتیجه ممکن است “حباب های گرد و غبار” روی پانل ها قرار بگیرند، در تصویر روی صفحه نمایش به صورت سایه ظاهر شوند و تصویر را تخریب کنند.
به دلیل طراحی غیر مهر و موم شده، فیلتر مورد نیاز است و باید به صورت دوره ای تمیز شود تا حداکثر کارایی و عمر مفید حفظ شود.
تولید طیف رنگی گسترده بدون استفاده از فیلترهای رنگی سخت تر است، مگر اینکه از لیزرهای واقعی RGB گران قیمت استفاده شود.

هزینه پروژکتور LCD چقدر است؟

پروژکتورهای LCD معمولا بین 1000 تا 6000 دلار قیمت دارند. این محدوده قیمتی است که معمولاً در یک پروژکتور LCD برای سینمای خانگی پیدا می کنید. به عنوان مثال یک مدل جدید Epson LS12000 است که به عنوان یک LCD سطح بالا برای سینمای خانگی با قیمت حدود 5000 دلار در نظر گرفته می شود.
برای کاربردهای تجاری بالاتر، پروژکتورهای LCD مانند Epson Pro G7905U و Epson Pro L1755UNL را خواهید یافت که معمولاً بین 6000 تا 18000 دلار قیمت دارند.

محدوده قیمت گسترده برای یک پروژکتور LCD تحت تأثیر عوامل متعددی از جمله روشنایی، منبع نور، وضوح، طیف رنگ، ویژگی های اضافی و چند ویژگی دیگر است.

تنها رقابت واقعی فناوری در همان بازه قیمتی، چیپست DLP است، بنابراین اغلب آنها را با هم مقایسه می‌کنند و با هم مقایسه می‌شوند که کدام یک برای موقعیت شما بهترین است.

چه تولیدکنندگان پروژکتور از چیپست های LCD استفاده می کنند؟

بزرگترین توسعه دهندگان و تولیدکنندگان فناوری LCD عبارتند از پاناسونیک، سونی و اپسون، که اکنون اپسون بزرگترین آنهاست، اکنون که سونی از SXRD برای سینمای خانگی خود، پروژکتورهای ویدئو محور استفاده می کند و تنها بر روی LCD در مدل های خط کسب و کار خود تمرکز می کند که برای کلاس های درس و اتاق های هیئت مدیره طراحی شده اند.

تجربه اپسون در ساخت پروژکتورهای با کیفیت معمولاً آنها را در صدر فهرست بهترین تولید کننده پروژکتور قرار می دهد.

آیا پروژکتورهای LCD بهتر از پروژکتورهای DLP هستند؟

واقعاً نمی توان گفت که یک فناوری به معنای کلی بهتر از دیگری است. هر کدام نقاط قوت و ضعف خود را به میز می آورند. این به خریدار و کاربر پروژکتور بستگی دارد که تعیین کند کدام یک برای برنامه ای که در آن استفاده می شود بهترین کارایی را دارد.

در مورد آنچه که ما بیشترین فروش را داریم، برای سناریوی سینمای خانگی و رسانه های خانگی، اگر به روشنایی بالا و حفظ لومن های رنگی به طور همزمان نیاز دارید، معمولاً یک LCD برای شما بهتر است. اگر به دلیل مقداری نور محیط در محیط خود به لومن و اشباع رنگ بالا نیاز ندارید، اما به روشنایی بالا، انسی کنتراست بالا و وضوح و جزئیات زیاد نیاز دارید، احتمالاً چیزی مانند پروژکتور DLP بهترین انتخاب شما خواهد بود.

همچنین، از آنجایی که DLP ها دارای یک مسیر نور مهر و موم هستند، اگر برنامه شما در یک محیط بالقوه گرد و غبار قرار دارد، DLP بهترین گزینه برای جلوگیری از هرگونه لکه گرد و غبار و تمیز کردن فیلتر اغلب در LCD است.

برخی می گویند که LCD تصویری شبیه به فیلم و از نوع سلولوئیدی روی صفحه نمایش می دهد و تجربه سینما را با وفاداری بیشتری تکرار می کند. DLP ها بیشتر به نظر “دیجیتال” هستند و برخی معتقدند خیلی واضح هستند و تجربه ای شبیه به تلویزیون را ارائه می دهند.

البته همانطور که این فناوری‌ها به بلوغ می‌رسند، خط بین تفاوت‌ها نازک‌تر می‌شود، زیرا هر کدام به کمال تصویر نزدیک‌تر می‌شوند.

اگر حساس به اثر رنگین کمان هستید، احتمالاً می خواهید یک پروژکتور LCD را به جای DLP انتخاب کنید.

آیا پروژکتورهای LCD 4K در واقع 4K هستند؟ آیا آنها Native 4K هستند؟

اکثر مردم مایل به خرید یک پروژکتور 4K هستند. آنها می خواهند بدانند که در واقع یک تصویر با وضوح 4K واقعی دریافت می کنند.

تا زمان نگارش این مقاله، برای ورود به پروژکتور LCD با وضوح واقعی 4K، هزینه هنوز بسیار بالا است و در دسترس بودن کمتر است. پنل‌های LCD بومی با وضوح 4K وجود دارد، اما این پنل‌ها برای مدل‌های بسیار گران‌قیمت بالاتر که برای سالن‌های بزرگ، سالن‌های نمایش و دیگر سناریوهای تجاری رزرو شده‌اند، رزرو شده‌اند.

برای خریداران عادی ، تولیدکنندگانی مانند Epson همچنان به استفاده از فناوری eShift ادامه می‌دهند. این جایی است که یک محرک نوری در مسیر نور قرار می گیرد، بعد از منشور ترکیبی نور و قبل از لنز، که به ترتیب با ارائه تصویر تقسیم شده 4K به پنل های LCD می لرزد و باعث می شود تصویر نیم پیکسل به بالا جابجا شود و نیم پیکسل به سمت راست در طراحی شیفت دو طرفه اصلی خود که وقتی با یک پنل ال سی دی با وضوح 1920 در 1080 بومی ترکیب می شود، اساسا یک وضوح موثر “3K” روی صفحه ایجاد می کند.

جدیدترین نمایشگرهای LCD سینمای خانگی با قابلیت 4K، اپسون LS12000، از همان پنل‌های LCD با وضوح 1920 در 1080 با نسخه جدید این فناوری eShift استفاده می‌کند که به جای اینکه فقط دو بار به سمت بالا و به راست جابجا شود، در چهار جهت به بالا تغییر می‌کند. چپ، بالا راست، پایین سمت راست و پایین سمت چپ. این اکنون به شما امکان می‌دهد رزولوشن واقعی UHD 3840 x 2160 را روی صفحه‌نمایش به دست آورید، با هر پیکسل قابل آدرس‌دهی، عملاً همان چیزی است که می‌توانید با طراحی 4K بومی با هزینه بسیار ارزان‌تر و بسته‌بندی کوچک‌تر دریافت کنید.

منبع:  projectorscreen