國 立 中 央 大 學
光 電 科 學 研 究 所 碩 士 論 文
指導教授：王 迺 愨 教授 研 究 生：何 璨 佑
中華民國九十年七月
液 晶 投 影 顯 示 器
國立中央大學圖書館 碩博士論文授權書
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研究生簽名: 何 璨 佑
論文名稱: 液 晶 投 影 顯 示 器 指導教授姓名： 王 迺 愨 教授
系所 ： 光 電 科 學 所 o博士 þ碩士 班 學號： 88226006
日期：民國 90 年 7 月 6 日
備註；
1. 本授權書親筆填寫後（電子檔論文可用電腦打字），請影印裝訂於紙本論 文書名頁之次頁，未附本授權書，圖書館將不予驗收。
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Liquid Crystal Display Optical Projector
Abstract
In this study, optical projector and liquid crystal display are combined to make a liquid crystal display optical projector. It gets data or image form of outside objects by computer or CCD Camera.
Then it sends to the liquid crystal panel and projects the image form by using the optical elements of the projector. Furthermore, it can move the liquid crystal panel, computer and CCD Camera away. And instead, a transparency can be inserted in directly to be used an optical projector.
The light source is very important. And the driver circuit is not a traditional linear power supply. It changes to a smaller size and highly efficient of the switched-mode power supply. The heat produced by the light source will damage the liquid crystal panel, so the radiator of the system is the key point. At last, we will measure the image, the light output, contrast ratio and uniformity form of the projector.
摘要
本文乃是結合光學投影機與液晶顯示器所做成的液晶投影 顯示器。利用電腦或電荷耦合影像攝影機將資料或外界影像送 入液晶面板，再利用投影顯示的光學組件將面板㆖的影像投射 出來。再者，也可將液晶面板、電腦和電荷耦合影像攝影機移 除，直接用投影片代替，作為㆒光學投影機。
光源為本實驗的㆒大重點，其驅動電路由傳統的大型線性 變壓器改為體積小、效率高的交換式電源供應器。因光源所產 生的熱對液晶面板會有不良的影響，所以系統的散熱問題也是 不可疏忽的重要關鍵。實驗最後對投射之影像作光輸出、對比 度和均勻度的量測。
誌 謝
感謝恩師 王迺愨教授這兩年來的教導與愛護，除了在 專業知識的受教外，更讓我在待㆟處事的態度㆖有很大的 進步，而其嚴謹的治學態度更讓學生敬佩不已，且讓學生 在未來學習生涯㆗受用無窮。同時感謝口試委員 張明文教 授及 張榮森教授對本文的批評與指正，使本文更加完整。
謝謝季樺學長、明俊學長、德昭學長、明頤學長、欣 原、智豪和瑞庭在課業及生活㆖的提攜，也謝謝阿貴、木 頭、小杉、阿威、俊樺、阿涂、珍珍、佩純及小游，由於 大家的同心協力，在課業㆖我們並肩解決不少的問題。最 後，我要感謝大家㆒同陪我走過各種挫折與困境，在此獻
㆖我最深的感激及祝福，也謝謝所有關心我的㆟。
目錄
目錄 ... i
圖目錄 ...iii
壹、 引言 ... 1
貳、 原理 ... 9
2-1 光源及光能量傳輸... 9
2-2 光學投影... 15
參、 實驗 ... 17
3-1 光源功率... 18
3-2 光學路徑分析... 19
3-3 電路之設計及製作－電源供應器 ... 20
3-4 液晶面板工作特性... 23
3-5 光輸出特性量測法... 24
3-6 實驗結果... 26
3-6.1 光輸出... 26
3-6.2 對比度... 28
3-3.3 均勻度... 30
肆、結論 ... 32 參考資料 ... 33
圖目錄
圖 1-1 幻燈機基本架構圖 ... 1
圖 1-2 電影放映機系統架構圖 ... 2
圖 1-3 光學投影機之外型圖 ... 3
圖 1-4 投影電視之基本架構圖 ... 4
圖 1-5 背投影式液晶投影機 ... 6
圖 1-6 ㆔片式液晶投影機 ... 7
圖 1-7 單片式液晶投影機 ... 7
圖 2-1 整體架構圖 ... 9
圖 2-2 各種光源的光譜 ... 10
圖 2-3 黑體輻射圖 ... 11
圖 2-4 光路示意圖 ... 12
圖 2-5 不同玻璃對各種波長的穿透率... 13
圖 2-6 光源組件圖 ... 13
圖 2-7 液晶面板㆖的光亮度 ... 14
圖 2-8 光亮度關係圖 ... 14
圖 2-9 投影鏡頭之相關位置示意圖... 15
圖 2-10 投影照明光路示意圖 ... 16
圖 3-1 液晶面板外型圖 ... 17
圖 3-2 光學路徑架構圖 ... 19
圖 3-3 交換式電源供應器架構圖 ... 21
圖 3-4 交換式電源供應器之光源驅動電路... 22
圖 3-5 液晶面板對比度與工作溫度關係圖... 23
圖 3-6 光輸出量測時的量測點位置... 24
圖 3-7 量測對比度的輸入影像 ... 25
圖 3-8 液晶投影顯示器外型圖 ... 26
圖 3-9 光輸出量測值 ... 27
圖 3-10 對比度量測值 ... 29
圖 3-11 均勻度圓柱圖 ... 31
壹、 引言
在會議或是視聽教學場合裡，演說者為了把自己的意 念表達給全體聽眾，常會將演說內容製作在投影片或幻燈 片㆖，再利用投影器將資料投影到屏幕㆖，使聽眾能清楚
㆞瞭解演說者要表達的訊息。西元 1839 年法國㆟奧古斯特 發明了幻燈機[1]，其架構如圖 1-1 所示。他將文字或圖片製
作成幻燈片，利用幻燈機的光學系統把幻燈片㆖的影像投 射到屏幕，成為歷史㆖第㆒台靜止影像的投影器。由於體 積小、攜帶方便，目前仍舊在使用。但製作幻燈片的成本 頗高，製作手續麻煩，而且置換幻燈片的程序繁瑣，所以 在西元 1895 年，法㆟盧米埃爾發明了拉片機構，此為㆒可
圖 1-1 幻燈 機基本架構圖
連續播放資料的裝置，就此，電影放映機(Motion picture projector)誕生了，其系統架構圖如圖 1-2 所示。早期是用手
搖或發條方式來控制拉片機，所以最高的拉片速率只能達 到每張圖約 1/24 秒。可是，㆟眼的視覺暫留時間為 1/16 秒，
因此，觀眾會感覺到螢幕有閃爍的現象。其解決方法是在 電影膠片前加㆖㆒雙葉片遮光器，每移動㆒個畫面，遮光 器便旋轉㆒次，而葉片便遮光兩次，如此，可將閃爍頻率 從每秒 24 次提升至每秒 48 次[2]，觀眾可欣賞到更為清晰、
穩定的影像。由於電影放映機所使用的光源為弧光燈，機 圖 1-2 電影放映機系統架構圖
器溫度容易㆖升，如果拉片機的拉片速度不夠快，放映的 膠卷很容易就被燒毀，而且放映機體積龐大，㆒般只在電 影院裡放映。隨後光學投影機(Optics Projector)被開發出來，
其外型如圖 1-3 所示。利用影印機將資料複印至投影片㆖，
將此投影片放置於菲涅爾透鏡(Fresnel Lens)㆖，經由光學系 統㆗的投影透鏡，把投影片㆖的資料投射到屏幕㆖。其製 作手續及成本都比幻燈片來的簡單且便宜。西元 1897 年，
德國㆟布朗(Karl Ferdinand Braun)發明了具有發射螢光的陰 極射線管(Cathode-Ray Tube；CRT)，而於西元 1926 年拜爾 德(John Baird)在英國展示實用型的陰極射線管電視[3]，並利 用電視攝影機或電荷耦合影像感測器(Charge Couple Device Image Sensor)直接將影像資料送進電視，即可使觀眾觀賞到
圖 1-3 光學投影機之外型圖
及時影像。然而，陰極射線管電視是由高速的電子打在螢 幕的螢光物質㆖，此動能轉變為激發螢光物質發光的能量，
其㆗會有對㆟體有害的輻射產生；而且玻璃螢幕所能承受 的真空壓力大小，侷限了螢幕的尺寸。即至，西元 1965 年 投影電視(CRT Projector)被開發出來。它利用投影原理將陰 極射線管的影像投射出去，其整體架圖如圖 1-4 所示[4]。為
了使影像達到足夠的亮度，投影電視之陰極射線管亮度通 常比直視型電視來的高，而顯示的亮度又和加速電子的電 壓有關，高壓㆘的輻射量越強，其危險性也相對㆞提高，
在加㆖其整體設備過於龐大，故不被普遍使用。就在西元 1968 年，美國 RCA 公司開發出液晶顯示器[5](Liquid Crystal Display；簡稱 LCD)，隨後應用在電子計算機、黑白監視器 以及數位鐘錶㆖。西元 1980 年，日本開發出 8 吋以㆖大型
圖 1-4 投影電視之基本架構圖
主動矩陣式(Ative Matrix )彩色液晶顯示器[6]，輕、薄、低驅 動電壓是其優點，至今已被應用在彩色液晶螢幕、筆記型 電腦㆖，此為顯示器史㆖的㆒大革命。早期的液晶顯示器 在亮度、對比度及視角方面的技術無法突破，因此，遲遲 無法和傳統陰極射線管電視抗衡。西元 1992 年以後，日本 多家廠商的技術大幅提升，新力公司(SONY)率先做出單片 33 吋的壁掛式液晶電視[7]，其亮度與視角皆能媲美陰極射線 管電視，將成為㆓十㆒世紀顯示器的主流產品。在這多變 的新世紀㆗，想要掌握時脈的潮流，就必須廣伸觸角。因 此，各類型的講演課程充斥在各行業㆗，為了幫助演說者 能豐富、生動的表達意念，應運而生的是㆒結合液晶顯示、
光學投影系統以及個㆟電腦的液晶式投影機。在這多變的 社會㆗，它更能迅速、便捷㆞將講演者所要傳達的訊息呈 現給聽眾。液晶投影機是利用液晶面板當做光切換元件，
再利用光學投影系統，將送至液晶面板㆖的畫像，擴大投 影在屏幕㆖。而液晶投影機在投影方式㆖可分為前投影式 (Over Head Type)和背投影式(Back Head Type)兩種。
1. 背投影式：以螢幕為參考面，觀眾在螢幕前方觀賞，
而投影器由螢幕的後方投射影像，此方式稱為背投影
式，如圖 1-5 所示[8]。背投影式彩色投影機是將螢幕
和投影器做成㆒體化的產品，市場㆖將其應用在大尺 寸背投式彩色電視㆖。
2. 前投影式：投影器在螢幕前方投射影像，觀眾亦在螢 幕前方觀賞，而投影器與螢幕是分離的，此方式稱為 前投影式。其彩色投影機的體積小、易攜帶，可將影 像投射到任何㆞方。依照液晶面板的數量來分類，前 投影式液晶投影機又可分為單片式和㆔片式；其㆗，
㆔片式投影的方式，是將白光分光成紅、藍及綠等㆔ 原色光，並將此㆔原色光經由㆔片液晶板個別調變 後，再將其合成彩色影像，最後利用投影鏡頭將影像
圖 1-5 背投影式液晶投影機
投影到銀幕㆖產生畫面，如圖 1-6 所示。而單片式液
晶投影機是使用單片單色液晶面板或是具有紅、藍、
綠㆔色彩色濾光器的液晶面板，由燈源所射出的白色 光投射到液晶面板㆖，液晶面板㆖的畫像再經由投影 鏡頭投影到螢幕㆖，如圖 1-7 所示[9]。如此可分別得 到單色或是彩色的投影畫像。
圖 1-6 ㆔片式液晶投影機
圖 1-7 單片式液晶投影機
本文以光學投影機為主軸，結合單片式液晶面板及個
㆟電腦或電荷耦合影像感測器，將資料經由個㆟電腦或電 荷耦合影像感測器傳送到液晶顯示面板㆖，再使用高效率 的鹵素燈炮當做光源，經由光學成像系統，將液晶面板㆖
的影像投影到屏幕㆖。再者，本機也可移除液晶面板，直 接當成光學投影機。如此㆒來，此設計可成為液晶投影、
實物投影、光學投影㆔機㆒體的多功能投影機。以㆘，將 針對此單片式液晶投影顯示器的光學架設、光能量傳遞、
燈泡電源供應電路以及光輸出的量測等，做進㆒步的探討。
貳、原理
利用電腦或電荷耦合影像感測器將所要顯示的資料送 進穿透式液晶面板，再由投影顯示的光學組件，對液晶面 板㆖的影像做空間調變，最後經由投影鏡頭將影像投影到 屏幕㆖。再者，也可將液晶面板、電腦和電荷耦合影像感 測器移除，直接用投影片代替，作為㆒光學投影機，其整 體架構如圖 2-1 所示。
2-1 光源及光能量傳輸
㆒ 般 常 用 鹵 素 燈 (Tungsten-Halogen Lamp) 、 氙 氣 燈 (Xenon lamp)、金屬鹵素燈(Metal-halide lamp)或超高壓水銀
圖 2-1 整體架構圖
燈(Ultra High Pressure Mercury Lamp；UHP)等㆕種光源當作 投影光源[10]，其光譜如圖 2-2 所示。由圖㆖可看出氙氣燈 和超高壓水銀燈的紫外光偏高；而金屬鹵素燈在㆟眼最高
的視覺靈敏度－波長 555 奈米處[11]的光功率偏低，所以此 處以鹵素燈當投影光源最恰當。而鹵素燈的結構和㆒般熾 熱型鎢絲燈泡相同，只是在鹵素燈在管內充入高壓氣體及 少量的鹵素和氙等惰性氣體，高壓氣體可抑制鎢的蒸發，
使鎢絲的工作溫度從 2400K 提升到 3000K 左右[12]，而在可 見光波段的光強度則會增強，其關係如圖 2-3 所示[13]。當
圖 2-2 各種光源的光譜
鎢絲受熱蒸發時，所充的惰性氣體會形成熱對流，蒸發出 來的鎢原子會和氣體發生碰撞而回到鎢絲表面，形成鹵素 循環[14](Halogen Cycle)，如此便不會使蒸發的鎢絲殘留在管 壁㆖，因此可提高燈泡壽命。為了提高整體的光亮度，在 光源組件後方會加㆖㆒個反射鏡，讓向後投射的光可以反 射回來再加以利用，而光源對反射鏡所張之立體角ΩM為
dΩM＝ 2 R
dA＝sinθ dθ dφ (2-1)
ΩM＝
∫
02πdφ∫
0θsinθ dθ ＝2π (1－cosθ ) (2-2)當θ ＝0 時，ΩM＝0。此時表示反射鏡為㆒平面鏡，其對於 提高整體光亮度的效果不大。如果將反射鏡改用球面鏡，
而且在此球面鏡的圓心放㆖燈泡，則由反射鏡反射的光盡 圖 2-3 黑體輻射圖
數都會回到光源的燈絲㆖，此㆒光功率可表示為ΦM
ΦM ＝ 2 ΦS
hemisphere M
Ω Ω
＝ 2 ΦS
π θ π
2
) cos 1
( 2 −
＝ 2 ΦS
) cos 1
( − θ (2-3)
因此由光源投射出來的光功率ΦL為反射鏡反射回來的光，
再加㆖光源本身發出的光，即
ΦL＝ 2 ΦS
) cos 1
( − θ ＋ 2 ΦS
hemisphere C
Ω Ω
＝ΦS (1−cosθ) (2-4) 其㆗ΩC、θ 分別是光源對菲涅爾聚光透鏡所張的立體角和 半角。而使用菲涅爾聚光透鏡的目的是使光路保持收斂狀 態，進入投影鏡頭的入瞳[15](Entrance pupil)，再經由投 影鏡頭將液晶面板㆖的影像投影至屏幕㆖，如圖 2-4 所示。
圖 2-4 光路示意圖
又從圖 2-2 的光譜㆗，可看到輸出光源含有紫外光及紅外 光的成份，為了避免紫外光破壞各個光學組件，也為了減 少光源產生的熱影響成像品質，需在光源組件前加㆖ BK7 玻璃，而圖 2-5 為各種材質的玻璃對波長的穿透率[16]，圖
㆗可看出 BK7 材質的玻璃可截掉大部份的紫外光和隔絕熱 源，而圖 2-6 為光源組件的架構圖。
在θ =θ1時的區塊照度 E1
1 1 1
) 2 (
1
) cos 1
) ( /
( 1
A m A
Lm
E Φtotal θ = ΦS − θ
= (2-5)
圖 2-5 不同玻璃對各種波長的穿透率
圖 2-6 光源組件圖
則在液晶面板㆖的光亮度，如圖 2-7 所示，可表示為
區塊 A1透光時的光亮度 Lwhite
white white
m E sr Lm
L τ
= Ω1
2) . /
( (2-6)
區塊 A1不透光時的光亮度 Lblack
black black
m E sr Lm
L τ
= Ω1
2) . /
( (2-7)
若不考慮投影透鏡的離焦以及其光穿透率為 100%時，液晶 面板㆖的光亮度 LLCD 與屏幕㆖的光亮度 LIMAGE 相等[17]，如 圖 2-8 所示。此時投影屏幕㆖透光區的亮度 LIMAGE(W)為
P white W
IMAGE L
L ( ) = τ (2-8)
投影屏幕㆖不透光區的亮度 LIMAGE(B)
圖 2-8 光亮度關係圖 圖 2-7 液晶面板㆖的光亮度
P black B
IMAGE L
L ( ) = τ (2-9)
屏幕㆖的對比度C 為R
1 : ) (
) (
) (
B IMAGE
W IMAGE
R L
C = L (2-10)
依照屏幕㆖所要求的對比度及光照度，可得所需的光源功 率。
2-2 光學投影
首先討論投影鏡頭的情況，其相關位置示意圖如圖 2-9 所示，我們可經由幾何光學成像公式導出各個相關的數值。
1.投影物鏡放大率 m
m＝ a
− A＝ b
−B (2-11)
圖 2-9 投影鏡頭之相關位置示意圖
2.投影物鏡焦距 F
F＝ m Z
− 1
1 (2-12)
3.液晶面板到投影透鏡的距離
Z2＝ m Z1
− (2-13)
接著是討論聚光透鏡如何將光源成像在投影鏡頭的入瞳
㆖，其光路示意圖如圖 2-10 所示。
1. 照明系統的放大率 M
M d
− D
= (2-14)
2.聚光透鏡的焦距 f
f M Z
= − 1
2 (2-15)
3.燈泡與聚光透鏡距離 Z3
Z3＝ M Z2
(2-16) 圖 2-10 投影照明光路示意圖
參、實驗
本文所需環境之條件如㆘：
1. 投影距離：2 公尺〜2.5 公尺
2. 投影尺寸：2 公尺(投影距離為 2 公尺時) 3. 投影至屏幕照度 EIMAGE：100 Lux
4. 液晶面板：Chisholm 480LW(21 公分×16 公分)，如圖 3-1 所示。
由㆖述的需求及原理所述之方法，可設計製作出符合 本實驗的光路及電路，接㆘來分別針對光學路徑分析以及 電源驅動電路設計來討論。
圖 3-1 液晶面板外型圖
3-1 光源功率
由實驗量得液晶面板透光時的穿透率τwhite = 7.2%，而 不透光時的穿透率為τblack =3.5%，則其對比度約為2.1：1，
而增加屏幕㆖光照度，可使㆟眼感覺對比增加，㆒般屏幕 照度要求為100Lux[18](投影距離為2公尺時)，則屏幕㆖的光 通量ΦIMAGE為
IMAGE ) 61% 190Lm
2 0 . (2
100× 2 × =
=
Φ π
聚光透鏡㆖的光通量Φtotal可推算得
Lm Lm
total 2750
% 98
% 2 . 7
% 98
190 =
×
≈ × Φ
光源的光通量ΦS為
S 9400Lm
) 45 cos(
1
2750 ≈
≥ −
Φ $
由㆖述所得之光源光功率，可決定出所需的燈源。在 此我們選用歐司朗(OSRAM)公司出產，型號為 HLX 64655 的 250W 鎢鹵素燈，其光功率為 10000Lm。針對此㆒燈源，
我們需要製作㆒台電源供應器來提供給燈源使用。
3-2 光學路徑分析
整體的光學路徑架構如圖 3-2 所示，根據㆖述已知條
件，由 2-11 式可求投影物鏡放大率 m
m＝ 10.4 2.54 200
− × ＝－7.57 而投影透鏡焦距 F，可由 2-12 式得
F＝1 ( 7.57) 220
−
− ≈24 (公分) 所以液晶面板到投影鏡頭距離 Z2為
Z2＝ 57 . 7
200 ＝26.4 (公分)
而聚光透鏡的放大率 M 為
圖 3-2 光學路徑架構圖
M＝－ 4 3 .
5 ≈－1.3
由 2-15 式可知聚光透鏡的焦距 f f＝1 ( 1.3)
4 . 26
−
− ≈12(公分) 燈泡與聚光透鏡距離 Z3
Z3＝ 3 . 1
4 .
26 =20.3(公分)
3-3 電路之設計及製作－電源供應器
在此，我們需要設計㆒台能供應 250W 的交換式電源供 應器。其輸入電壓為 110V 的交流市電，而輸出為交流 24V 提供給燈源使用。針對此㆒大功率輸出的電源供應器，我 們選用半橋式(Half Bridge)的方式來驅動，而交換式電源供 應器的架構如圖 3-3 所示[19]。
由交換式電源供應器的設計原理可知，首先我們需先 將 110V 的交流市電加以整流及濾波後送到㆘㆒級的高頻直 流轉換器，此㆒直流轉換器主要是由㆒飽和鐵心(Saturation
Core)和兩顆功率電晶體(Power Transistor)所組成；其作用是 利用飽和鐵心所產生的脈波信號來控制兩顆功率電晶體的 開關，如此可將整流濾波後的直流高壓，切割成所預設的 高頻方波電壓信號，之後再將此高頻方波信號送到變壓器 的主線圈(Primary coil)，將電壓降低至燈源所需的準位。最 後經由㆓次線圈(Secondary coil)輸出至燈源。所以，整個光 源驅動電路即可完成。其㆗為了減低功率電晶體當作開關 時的儲存時間(Storage time)，我們在其基極(Base)端加入電 晶體反飽和電路－Baker clamp circuit，以改進電晶體的轉換 速度。再者，為了避免啟動時突波電流(Surge current)打壞
圖 3-3 交換式電源供應器架構圖
電路，我們在橋式整流前加㆒限流電阻，啟動後正常工作 時，繼電器(Relay)動作，此時交流市電不再流過限流電阻，
而由繼電器取代，避免能量消耗在限流電阻㆖。其實際電 路設計圖，如圖 3-4 所示。
圖 3-4 交換式電源供應器之光源驅動電路
3-4 液晶面板工作特性
液晶顯示器的工作原理是利用液晶本身的光電特性以 及旋光性，當入射光通過時，光的極化方向被液晶分子的 排列所影響，再加㆖偏振片的配置，在面板㆖出現亮與不 亮的現象。而液晶顯示器對光的穿透率不僅和材料本身的 特性有關，與驅動電壓、光波長及工作溫度也有密切的關 係。其㆗，影響本實驗最甚的是工作溫度的變化，其與輸 出對比度的關係圖，如圖 3-5 所示[20]。由圖可知，當工作 溫度升高，則液晶面板所輸出的對比度會逐漸㆘降。又因 為熱量大部份都是由光源產生，所以在光源旁可安裝散熱 器幫助散熱，本文即選用鼠籠式風扇當作其散熱裝置。
圖 3-5 液晶面板對比度與工作溫度關係圖
3-5 光輸出特性量測法
目前液晶投影顯示器的光輸出特性量測標準，已有美 國國家標準協會(American National Standards Institute；ANSI) 訂定的 ANSI IT7.215-1992 此篇規範作參考。以㆘分別對液 晶投影顯示器的光輸出(Light output)、及對比度(contrast ratio) 和均勻度(uniformity)作介紹[21]。
依據美國國家標準協會對於光輸出的測量方法，是將 輸出的投影影像等分為 3 乘 3 的九個方格，如圖 3-6 所示。
量測每個方格㆗心的光照度(illuminance)值，單位為勒克斯
(lux＝lumen/square meter)，然後將九個量測值平均，再乘㆖
圖 3-6 光輸出量測時的量測點位置
投影面積(單位為平方公尺)，所得到的即為該投影設備的 光輸出流明(ANSI lumen)值。
對於對比度的量測，是藉由輸入㆒個 4 乘 4 大小相同 之黑白棋盤式的影像訊號，如圖 3-7 所示，量測各塊㆗心 部位的光照度來完成的。黑白棋盤㆗白塊部份為全白的顯 示(即為 100%輸出)，黑塊的部份則為全黑(0%)的輸出，而 棋盤㆗八個白塊㆗心之光照度平均值，與八個黑塊㆗心之 光照度平均值的比值，表示為(Ratio)：1。
在美國國家標準協會㆗對投影均勻度的定義，是從光 輸出量測所得到的九點量測值㆗，取出最大與最小的照度 值，將這兩個數值與九點平均值的偏差以百分比表示，即 為該投影設備的均勻度。
圖 3-7 量測對比度的輸入影像
3-6 實驗結果
圖 3-8 是液晶投影顯示器的外型圖。利用㆖述光輸出 特性的量測法，可得到此㆒液晶投影顯示器的光輸出、對 比度、及均勻度等各項數值。
3-6.1 光輸出
在背景光源為 3.5Lux 時，分別在投影距離為 2 公尺、
2.3 公尺和 2.5 公尺的位置㆖，量測此㆒液晶投影顯示器的 光輸出值，其量得的數值如圖 3-9 所示。
圖 3-8 液晶投影顯示器外型圖
1.56m
1.20m
(A)投影距離2公 尺時 的光輸出 18.5 37.6 20.1
22.1 66.4 26.2
17.8 21.3 13.5
1.80m
1.32m
(B)投影距離2 .3公尺時的光輸出 14.8 30.1 16.8
18.1 49.6 19.9
13.5 17.2 12.6
2.04m
1.56m
(C)投影距離2 .5公尺時的光輸出 10.7 23.3 11.8
12.7 39.5 16.0
9.2 12.7 8.0
圖 3-9 光輸出量測值(單位:Lux)
由圖㆖量測值可求光輸出值分別為 (A) 投影距離為 2 公尺時
9 5 .
243 ×1.56× 1.20＝50.7 (ANSI lumen)
(B) 投影距離為 2.3 公尺時
9 5 .
168 ×1.80×1.32＝50.8 (ANSI lumen)
(C) 投影距離為 2.5 公尺時
9 9 .
143 ×2.04×1.56＝50.9 (ANSI lumen)
此㆒液晶投影顯示器的平均光輸出為
3
9 . 50 8 . 50 7 .
50 + +
＝50.8 (ANSI lumen)
與理論值 190 lumen 比較後可知，由光輸出實際量得的值 偏低，其原因是光源組件收集光源的效果不佳所造成的。
3-6.2 對比度
而在相同環境㆘，亦分別在投影距離為 2 公尺、2.3 公 尺和 2.5 公尺的位置㆖，量測此液晶投影顯示器的對比度，
(A )投 影距 離2公 尺時的對 比度 1.56m
1.20m
9.0 9.0 22.0 6.0 6.8 27.1 14.7 14.2 10.4 9.8 32.1 6.2
4.7 11.4 5.5 7.6
1.80m
1.32m
( B )投影距離2 .3公尺 時的 對比 度 6.8 7.0 15.7 5.0 5.4 19.5 10.3 11.9 8.3 7.6 24.0 5.1 3.7 9.2 4.5 6.2
2.04m
1.56m
( C )投影距離2 .5公尺 時的 對比 度 4.5 4.9 9.7 3.9 4.0 12.3 6.5 9.8 6.2 5.1 16.5 4.3 3.5 7.2 3.6 5.0
圖 3-10 對比度量測值(單位:Lux)
其量得數值如圖 3-10 所示。由圖㆖量測值可求對比度值分 別為
(A) 投影距離為 2 公尺時
(7.8375 725 .
16 )：1＝2：1
(B) 投影距離為 2.3 公尺時
(6.075 7 .
12 )：1＝2：1
(C) 投影距離為 2.5 公尺時
(4.475 9 .
8 )：1＝2：1
此㆒液晶投影顯示器的對比度為 2：1，其與理論值 2.1：1 相互比較後，可知結果非常相符。
3-6.3 均勻度
其均勻度量測值如圖 3-11 所示。若將屏幕㆖發出的光 視為朗伯光源，則其屏幕㆖光源分布為㆒cos4θ 分布，但由 圖㆗的不均勻程度來看，有部份原因是由於光源擺設位置 不恰當所造成的。
18.5
37.6
20.1 22.1
66.4
26.2
17.8 21.3 13.5
(a)投影距離為 2 公尺時光均勻度分布
14.8
30.1
16.8 18.1
49.6
19.9
13.5 17.2 12.6
(b)投影距離為 2.3 公尺時光均勻度分布
圖 3-11 均勻度圓柱圖(單位:Lux)
10.7
23.3
11.8 12.7
39.5
16
9.2 12.7 8
(c)投影距離為 2.5 公尺時光均勻度分布
肆、結論
製作 液 晶 投 影 顯 示 器的原 意在 於 取 代 傳統光 學投 影 機，節省置換投影片和製作投影片所需的時間。今後可將 電腦㆖的影像資料，或是電荷耦合影像攝影機所獵取的影 像傳送到液晶面板㆖，再將其投射出去，如此較能迅速且 即時㆞掌握資訊時代的脈動。因本文考慮製作成本的問題，
液晶面板的特性較差，所以顯示品質不盡理想。㆒、若能 使用高反射率反射鏡及高穿透率液晶面板，便能改善輸出 影像的像面照度。㆓、使用透鏡陣列(Lens Array)可提高屏 幕㆖輸出影像的均勻度，而且光源擺設的位置也會影響其 均勻度。㆔、選用較高功率的鹵素燈泡可提高光源亮度，
進而增加像面照度，但整體散熱的問題變更為重要。
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