如同平板电视一样，8K投影仪也很难制造！

　　最近，我们研究了制造8K OLED电视的一些挑战，以及为什么只有很少的型号，而且这些型号都属于市场的高端领域。JVC和Delta/Digital Projection的8K投影仪已经存在，但在降低成本以使其更广泛地使用方面也存在挑战。

　　投影仪的平均分辨率已经落后于大多数直视显示器。根据预测市场分析师，PMA, 30%的市场仍然是4:3的长宽比，仅SVGA (800 x 600)和XGA (1024 x 768)分辨率!这些决议多年前就在平板市场上被取代了。

　　这有几个原因，我们想深入探讨一下。

　　光源，成像仪和光学

　　投影仪由成像仪、光源和光学器件组成。就光源而言，无论是灯泡、led还是激光，在分辨率上都没有真正的技术差异。话虽如此，LED和激光等光源的成本高于灯具，因此配备这些光源的设备可能处于市场的高端，具有更高的分辨率。

　　在光学方面也可能存在差异。众所周知，制造好的光学器件是一项真正的挑战——但如果你需要以低成本制造出好的光学器件，那就更是如此。我们会回到那个话题。

　　成像仪是主要的挑战

　　市场上有三种体积成像仪。有两种反射技术，来自TI的DMD/DLP和来自不同供应商的LCOS，包括JVC的D-ILA和索尼的SXRD。第三项技术是HTPS LCD，爱普生是这项技术的主要供应商。

　　虽然DMD/DLP和LCOS都在调制设备反射的光来创建图像，但它们的技术非常不同。DMD/DLP技术使用物理上旋转的微镜将光反射到吸收器或通过镜头反射出去，以产生更暗或更亮的像素。LCOS技术使用LCD来控制来自设备表面的光反射。在成像表面后面，这两种技术都是基于半导体制造技术。

　　芯片制造技术的使用意味着设备的成本与成像仪设备的面积/尺寸精确相关。如果你因为分辨率的提高而增加面积，价格也会增加。从全高清切换到8K，如果你保持像素大小不变，面积将增加16倍。这将使芯片的价格至少高出16倍。它还会使光学系统更加昂贵，因为“etendue”或需要通过光学系统处理的图像所覆盖的区域增加。

　　缩小像素

　　一种替代方法是缩小像素的大小。这是极具挑战性的。在DLP的情况下，TI将像素尺寸大幅缩小到5.4μm左右，相当于4500 PPI左右。(相比之下，最高分辨率的智能手机索尼Xperia 1 IV上的4K OLED为642ppi)。同样像素大小的8K芯片意味着大约2″对角线的芯片。这将是非常昂贵的，不仅因为面积，而且因为很难制造出没有缺陷的这种尺寸的芯片，因此制造成品率将会降低。目前最大的DLP芯片是1.38″，用于影院和高端应用。

　　芯片制造过程受限于可用于制作单个图像的掩模(或划线)的大小。每个芯片都必须使用单一的十字线曝光(所以没有平铺和拼接)，因为不同瓷砖之间的连接将是可见的。

　　另一个因素是，开发新芯片的研发费用和半导体工艺的非经常性工程(NRE)费用昂贵。将这些成本分摊到大量芯片上可以使每一种芯片都经济实惠，但如果市场相对较小，每一种芯片的成本就会高得令人望而却步。

　　类似的挑战和成本计算也适用于LCOS芯片——尽管它们的成本低于DMD芯片。

　　递送的液晶显示器

　　爱普生使用的是透射式液晶显示器，而不是通过芯片表面反射，光源发出的光通过液晶显示器，就像带有高功率背光的直视液晶显示器一样。然而，液晶显示器非常小。正如我们在关于8K oled的文章中提到的，液晶显示器的一个挑战是“光圈比”。这个数字是透明像素面积的比例。理想情况下，你会得到尽可能接近100%的结果。然而，像素的部分区域被掩码占用，掩码使像素保持分离，并隐藏导体所在的区域，而另一部分则被控制像素的晶体管阻塞。

多晶硅LCD光圈的改进

　　使晶体管尽可能小是制造这种液晶显示器的关键部分，所以使用的材料是多晶硅。这种类型的硅比非晶硅或氧化物效率更高，这些非晶硅或氧化物用于制造笔记本电脑、显示器和电视中大多数直视液晶显示器中的晶体管。爱普生开发了一种称为高温多晶硅(HTPS)的工艺来为他们的成像仪制作背板。HTPS甚至比用于制造智能手机的高清液晶显示器的低温多晶硅(LTPS)更好。然而，制造HTPS设备需要较高的制造温度，因此液晶显示器是在石英衬底上制造的，而不是在直视液晶显示器中使用的低成本玻璃。这使得它们比基于玻璃的设备要昂贵得多。

　　爱普生开发了一系列技术来帮助提高有效光圈比，包括微透镜，以使光源的光线通过像素的中心部分聚焦，从而不会被阻挡。为了进一步提高效率，该公司从原来的单透镜发展出了双透镜。据报道，爱普生已经展示了一款超高清HTPS原型芯片，但据笔者所知，它从未上市。

微透镜改善了多晶硅液晶显示器的传输。来源:爱普生

　　移动像素

　　三种不同技术的所有设备制造商开发的解决方案是利用人类视觉系统具有持久性这一事实。也就是说，如果眼睛暴露在光线下，即使光线消失，它也会继续记录图像。通过在运动图像帧期间移动成像仪，可以提高分辨率。已经尝试了许多方法来实现这一点，但主要的方法是对角线或正交移动成像器或图像。这种轻微的振动通常被称为“抖动”或像素移位。

　　通常，这种运动是通过一个与图像同步的非常小的运动电机来实现的，以使正确的像素进入正确的位置。尽管如此，也有人建议可以使用液晶层来根据其偏振来移动图像。

　　当业界转向4K/超高清时，TI使用了具有2716 x 1528微镜的DMD，并将其对角线移动以创建4K版本。Digital Projection是第一家制造8K投影仪(专业使用的Insight)的公司，并使用了三个TI的4K 1.38″数字影院级“暗芯片”设备，具有垂直和水平摆动，相同的概念用于JVC DLA-NZ8投影仪，该投影仪在2022年12月赢得了价值电子投影仪的射击(见文章这里)。2023年1月在CES上发布的三星8K UST投影仪，与海信8K激光电视一样，使用1.3″DLP芯片组，具有图像移位功能。

　　光学

　　最后，投影仪中的光学器件必须非常好，才能在最终的图片中保持清晰的图像。即使4K电视问世，许多镜头也不得不完全重新设计。以前使用的镜片在透光性、成本和体积方面进行了优化，但对于这个分辨率来说不够好。作者看到了几年前4K投影仪刚上市时，一家主要的投影仪分销商对4K投影仪上的镜头进行测试的结果，结果从最好的到最差的变化非常非常大。提高到8K，挑战又增加了一步，遗憾的是，光学领域没有摩尔定律——尽管近年来最好的镜头已经锐利了很多。当你转向激光电视典型的超短距光学配置时，挑战变得更加有趣，在全屏上保持清晰度成为一个问题。

　　最后，所有的投影仪都需要一个表面来投射图像。有时一面白墙就足够了，但要获得超短投影仪的最佳效果，还需要一个环境光抑制屏幕——而且它们并不便宜。

　　正如我们在上面提到的，现有的8K投影仪可以提供惊人的图像质量，但降低这些产品的成本将是未来的挑战。