3LCD, DLP czy LCOS? Wyjaśniamy czym się różnią technologie projekcji

Sama idea projekcji jest prosta – światło z lampy z pomocą obiektywu jest rzutowane na ekran lub ścianę, a po drodze „zbiera” obraz z nośnika – na przykład przezroczystego filmu, jak robiły to pierwsze projektory analogowe. Wyzwaniem jest takie rozwinięcie pomysłu, by zminimalizować straty światła i wyświetlać materiały cyfrowe w jakości zgodnej z normami kinowymi, a przede wszystkim maksymalnie wiernie oddawać kolory. Na rynku możemy spotkać kilka mechanizmów projekcji i źródeł światła. – obecnie jednym z bardziej popularnych, posiadającym potencjał ulepszania i rozwoju jest system 3LCD.

Technika projekcji 3LCD jest obecnie standardem, a jej nazwa jest stosowana zamiennie z LCD. Taki układ optyczny składa się z 3 ciekłokrystalicznych matryc, które odpowiadają za 3 kolory podstawowe w modelu RGB: czerwony, zielony oraz niebieski.

By wyświetlić obraz na początku światło z lampy jest rozszczepiane lustrami dichronicznymi na 3 zakresy długości fal. Wiązki te następnie kierowane są tak, by przechodziły przez matrycę odpowiadającej kolorowej składowej. Dzięki temu uzyskujemy 3 monochromatyczne obrazy. Wyświetlenie ich w odpowiedniej synchronizacji na tym samym ekranie pozwala uzyskać na nim kolorowy obraz, wiernie odwzorowujący źródłowy materiał. Należy także zaznaczyć, że składowe łączone są jeszcze przed obiektywem za pomocą pryzmatów.

W projekcji tego typu kluczowa jest wysoka jakość matryc, pozbawionych martwych pikseli i przepuszczających jak najwięcej światła, by zminimalizować straty. Ponadto matryce muszą pracować w bardzo trudnych warunkach. Skupione promienie światła i temperatura pracy stawiają poprzeczkę bardzo wysoko, ale aktualnie produkowanym matrycom można spokojnie zaufać. Są trwałe i niezawodne, po części dzięki temu, że nie zawierają ruchomych elementów. Mają też znacznie wyższy współczynnik kontrastu niż poprzednicy.

Nietrudno też zauważyć, że rośnie ich rozdzielczość, a maleją łączenia miedzy pojedynczymi pikselami. Dzięki malejącym przerwom możemy oglądać obraz niemal zupełnie jednolity, co do niedawna stanowiło przewagę opisanych poniżej rzutników DLP nad tymi z matrycami LCD. Wprowadzenie do optyki projektorów dynamicznej przysłony pozwala uzyskać wyższy kontrast obrazu i dogonić wiodące na tym polu urządzenia DLP. Nowoczesne układy 3LCD zapewniają także jednakowe poziomy natężenia światła białego i barwnego, dlatego wyświetlane kolory są żywe i nasycone.

Liderem produkcji matryc LCD do rzutników jest obecnie koncern Seiko-Epson, dostarczający komponenty do 90% projektorów tego typu obecnych na rynku. W 2005 roku Epson założył konsorcjum 3LCD Group, w ramach którego licencjonuje swój system projekcji producentom rzutników. Drugim producentem matryc LCD do projektorów jest Sony.

System projekcji DLP (Digital Light Processing) jest nie mniej imponującym osiągnięciem. Tu światło odbijane jest od układu luster, na którym odzwierciedlony zostanie obraz. W skrócie, jeśli aluminiowe mikrozwierciadło odbija światło w kierunku obiektywu, uzyskamy jasny piksel, a jeśli „w bok” (lustra są odchylane o 12°) – piksel czarny. Barwy pośrednie można uzyskać korzystając z niedoskonałości ludzkiego wzroku i odpowiednio szybko zmieniając pozycję zwierciadła, by odbijało światło tylko przez część czasu wyświetlania tego piksela. Nie jest to metoda tak precyzyjna, jak w matrycach LCD.

Każde ze zwierciadeł o boku mierzącym zaledwie kilkanaście mikronów odpowiada jednemu pikselowi obrazu. By zobaczyć ich konstrukcję, trzeba sięgnąć po mikroskop elektronowy. Przerwy między mikrozwierciadłami mierzą mniej niż mikron, dzięki czemu na obrazie z projektora nie zauważymy „ramki”. Straty energii są niewielkie, gdyż przynajmniej 90% powierzchni każdego z mikrozwierciadeł skutecznie odbija światło. Wadą tego systemu projekcji jest „tęcza”, czyli kolorowe powidoki, które może zauważyć obserwator, jeśli wie czego szukać na obrazie. Zjawisko to występuje, kiedy zmiany barw mają częstotliwość niższą niż 540 Hz (można to zauważyć bardzo szybko ruszając oczami podczas oglądania). Większość osób jednak w ogóle ich nie zauważa.

W podstawowym wariancie pracy projektora uzyskamy obraz czarno-biały. Do składania kolorów potrzebny jest kolorowy filtr, zsynchronizowany z wyświetlaniem obrazu. Dzięki możliwości wyświetlania na zmianę obrazu czerwonego, zielonego i niebieskiego (bardziej zaawansowane modele stosują nawet 7-kolorowe filtry) na ten sam ekran możemy rzutować obraz kolorowy.

Nietrudno się domyślić, że analogicznie do projekcji 3LCD, w układach 3DLP mamy do dyspozycji 3 matryce mikrozwierciadeł. Koncepcja jest niemal identyczna, jak w przypadku 3LCD. Światło jest rozbijane na 3 składowe, a każda z barw odbijana od swojego układu luster. Na każdej z matryc odwzorowany zostanie jeden z kanałów obrazu źródłowego. Dzięki temu, że brak tu koła z filtrami, możemy uzyskać jaśniejszy obraz i nie znajdziemy błędów koloru. To jednak bardzo drogie rozwiązanie.

O projekcji LCOS (przez Sony nazywanej SXRD – Silicon X-tal Reflective Display) mówi się, że łączy zalety systemów 3LCD i DLP. Systemy LCOS zwykle korzystają z trzech kolorów spolaryzowanego światła i 3 matryc przy generowaniu kolorowego obrazu. Każdy kolor jest odbijany od zwierciadła, przed którym znajduje się panel LCD, przysłaniający odpowiednio każdy z pikseli obrazu składowego.

W porównaniu do opisanych wyżej technik projekcji, LCOS ma jeszcze mniej widoczną siatkę między pikselami. Ponadto ten sposób wyświetlania obrazu uchodzi za najlepiej odwzorowujący barwy jednocześnie gwarantując naturalny obraz o wysokiej jakości. Za ten komfort przyjdzie nam dodatkowo zapłacić – produkcja projektorów LCOS jest najdroższa z opisanych w tym artykule.

Warto tu dodać, że powstały prototypy jednomatrycowych projektorów LCOS z filtrami barwnymi, ale niewiele weszło do masowej produkcji. Można je obecnie spotkać w treningowych goglach VR, niektórych projektorach przenośnych i cyfrowych dalmierzach.

Lampa metalohalogenkowa przez lata była standardowym źródłem światła w projektorach. Na jej korzyść przemawia możliwość dobrania odpowiedniej temperatury światła dzięki właściwej mieszance gazów w lampie, wysoka skuteczność, długa żywotność i szerokie spektrum światła, dzięki czemu nie ma problemów z podziałem na kolorowe składowe. Z drugiej strony, sporo tego światła trzeba spisać na straty, a z wiekiem lampa będzie tracić jasność. Zwykle zajmuje to kilka lat, ale w końcu do tego dojdzie. Problemem jest też zawartość rtęci w starszych typach lamp.

Na ratunek przyszły lampy LED, które spotkamy w wielu dostępnych obecnie na rynku projektorach. Mają one zauważalnie niższy pobór mocy i generują mniejsze straty energii, gdyż zamiast korzystać z fragmentów spektrum światła widzialnego, można precyzyjnie dobrać 3 LED-owe lampy w tych kolorach. Niestety będą one mniej jasne niż metalohalogenkowe (jeśli porównamy dwa projektory w tej samej cenie) i nie są dostatecznie precyzyjne, by zadowolić wymagających kinomanów. Warto jednak dodać, że projektor z LED-ami może być mniejszy niż urządzenie z inną lampą.

Problem rozwiązuje laser – źródło światła, które znajdziemy w projektorach z wyższej półki. Emitowane przez nie światło jest jednolite i ma postać promienia, którego „grubość” jest niezmienna na całej długości. Podobnie jak LED-y, laserowe lampy mają 3 źródła światła w odpowiednich kolorach dla projekcji RGB (LCD i LCOD), choć powstał też system laserowo-fosforowy, w którym źródłem światła jest niebieski laser, a kolor czerwony i zielony uzyskuje się dzięki filtrom. Dzięki laserowym projektorom można uzyskać dużo jaśniejsze kolory o wyższym nasyceniu, niż w przypadku LED-owych. Z tego właśnie powodu projektory obsługujące HDR w większości korzystają z laserów i jeśli tylko możecie sobie na to pozwolić, warto zainwestować w projektor laserowy. Interesującą propozycją jest tu nowy Epson EH-LS100 – pierwszy projektor laserowy ultrakrótkiego rzutu dostępny już od 13 500 zł.