Tìm hiểu về các công nghệ tạo hình ảnh dùng trong máy chiếu: DLP vs 3LCD vs LCoS

Máy chiếu ngày nay được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, từ trình chiếu, chia sẻ nội dung cho đến việc thay thế cho màn hình TV ở các rạp hát tại gia. Máy chiếu có khả năng cung cấp một diện tích xem rất lớn nhưng giá lại hợp lí. Tuy nhiên, mọi chuyện không hề đơn giản như bạn nghĩ. Hiện nay trên thị trường có ba công nghệ để tạo hình ảnh từ máy chiếu, đó là DLP, 3LCD và LCoS. Vậy chúng là gì và có ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng hình ảnh từ projector chiếu ra? Trong bài viết này, mình sẽ chia sẻ với các bạn những thông tin cơ bản liên quan đến máy chiếu cũng như ba loại công nghệ hình ảnh nói trên. Hi vọng nó sẽ giúp bạn hiểu hơn về loại thiết bị này.

Sơ lược về máy chiếu

Máy chiếu, hay còn gọi là projector, là một thiết bị dùng để chiếu hình ảnh từ một nguồn nào đó ra ngoài. Ở bài viết này chúng ta chỉ tập trung nói về video project, tức loại máy chiếu mà các bạn thường thấy trong trường lớp, trong các phòng hội họp ngày nay, ngoài ra còn có máy chiếu ảnh thời cũ xưa (still image projector), máy chiếu overhead nhưng chúng phục vụ cho mục đích khác. Quay trở lại với video projector, thiết bị này sẽ nhận tín hiệu hình ảnh từ một thiết bị nguồn, ví dụ như máy tính, smartphone, tablet, đầu chơi phim HD,... rồi chiếu ra hình ảnh tương ứng thông qua một hệ thống quang học. Tất cả các máy chiếu đều sử dụng ánh sáng với cường độ cao và những mẫu projector hiện đại có thể sửa được các lỗi mờ ảnh, hiện tượng cong ở viền,...

Trên những máy chiếu thông dụng hiện nay, bạn sẽ dễ dàng thấy được một số thành phần cơ bản như sau:



Mặt trước của máy chiếu thường sẽ có ống kính (lens), là nơi mà ánh sáng và hình ảnh từ máy sẽ đi ra. Cần chỉnh focus thường nằm ở gần khu vực ống kính, nó sẽ giúp chúng ta chỉnh lại hình ảnh để đạt được độ nét tối ưu. Bạn cũng sẽ bắt gặp nhiều khe tản nhiệt và có thể là một số cổng kết nối ở ngay mặt trước projector (cái này thì tùy nhà sản xuất).



Ở mặt sau thường sẽ là nơi tập trung rất nhiều cổng kết nối, một số cổng phổ biến bao gồm HDMI, Composite, Component, VGA, DVI, DisplayPort... Một số máy chiếu có tất cả những cổng này, số khác lại chỉ có vài cái. Lúc lựa máy chiếu, bạn nhớ cân nhắc đến yếu tố tương thích giữa thiết bị nguồn của mình với cổng kết nối của máy chiếu nhé. Ngoài ra chúng ta còn có jack để cắm nguồn, có thể có thêm khe thẻ nhớ, cổng USB, cổng AV,...

Để chiếu được hình ảnh ra ngoài, máy chiếu cần đến một linh kiện gọi là lamp. Thực ra nó là một bóng đèn có công suất lớn và độ sáng mạnh (đo bằng đơn vị lumen) để giúp hình ảnh hiện rõ ràng trên màn chiếu. Tuy nhiên, bóng đèn này không "bất tử" mà nó có tuổi thọ nhất định. Khi sắm máy chiếu, bạn sẽ được nhà sản xuất cho biết thời gian sử dụng của đèn, thường vào khoảng vài nghìn giờ. Khi bóng đèn tối đến mức hình ảnh chiếu ra không còn thấy được nữa hoặc khi bóng đã hư hoàn toàn, bạn sẽ phải thay bóng mới, và chi phí cho bóng cũng tương đối đắt. Ngoài đèn halogen kim loại (metal halid), giờ đây người ta còn xài đèn LED, đèn laser để tăng độ sáng, chất lượng ảnh cho máy chiếu.

Để vận hành máy chiếu, ngoài việc sử dụng máy tính, người ta thường dùng thêm remote kết hợp. Bởi máy chiếu được thiết kế để bắt lên cao nên việc dùng remote chắc chắn sẽ hay hơn là bắt ghế đứng lên mỗi lần chúng ta cần chỉnh thông số. Cách sử dụng thì khác biệt tùy theo loại và hãng máy chiếu, bài viết này mình chủ yếu nói về công nghệ và phần cứng nên sẽ không đề cập đến mảng này.

Các công nghệ dùng để tạo hình ảnh trong máy chiếu

Trong máy chiếu, hình ảnh từ nguồn (PC, tablet, smartphone...) muốn xuất ra ngoài cho chúng ta xem thì chúng phải trả qua một giai đoạn biến đổi quang học và có kết hợp cả điện tử nữa. Hiện nay trên thị trường có ba công nghệ phổ biến để làm việc này. Bạn sẽ dễ dàng tìm thấy logo của mỗi loại công nghệ được in trên máy chiếu hoặc vỏ hộp thiết bị.

1. Công nghệ DLP

Hệ thống DLP (Digital Light Processing) có tâm điểm là một con chip bán dẫn quang học mang tên DLP, được phát minh bởi tiến sĩ Larry Hornbeck của hãng Texas Instruments vào năm 1987. Ngoài các linh kiện điện tử khác, nó có một vùng hình chữ nhật chứa 2 triệu tấm gương siêu nhỏ (digital microscopic mirrors - DMD), mỗi tấm gương này nhỏ hơn 1/5 độ dày một sợi tóc người.

Khi chip DLP được định hướng bởi nguồn tín hiệu hình ảnh, một nguồn sáng và một ống kính (của máy chiếu), những tấm gương này sẽ phản xạ hình ảnh lên màn hình hoặc bất kì bề mặt nào. Các tấm gương trên chip DLP có hai trạng thái là ON (lật để hướng về nguồn sáng) và OFF (lật hướng ra khỏi nguồn sáng). Điều này tạo nên các pixel màu sáng và tối trên bề mặt chiếu video. Tín hiệu hình ảnh sẽ ra lệnh cho những các tấm gương lật sang trạng thái ON hoặc OFF hàng nghìn lần trong mỗi giây. Khi chế độ ON xuất hiện nhiều hơn OFF, nó phản xạ các pixel màu xám nhạt, còn khi OFF nhiều hơn ON, các pixel có màu xám đậm. Nhờ vậy, các máy chiếu dùng DLP có thể hiển thị tối đa 1024 sắc độ xám. Ánh sáng từ các gương siêu nhỏ sau đó sẽ đi qua một bộ màu hình chiếc đĩa để tạo ra hình ảnh có màu sắc.

Bộ lọc màu hình chiếc đĩa trong hệ thống DLP sẽ quay liên tục như thế này

Có hai loại hệ thống DLP: dùng 1 chip DLP và dùng 3 chip DLP. Loại 1 chip DLP phổ biến hơn trong các máy chiếu, HDTV, còn hệ thống 3 chip đắt tiền hơn, dùng trong các rạp chiếu phim, máy chiếu công suất lớn. DLP Pico có kích thước chip nhỏ gọn hơn, mức độ tiêu thụ điện thấp hơn chip DLP phổ thông nên được áp dụng vào smartphone (như Galaxy Beam chẳng hạn), các máy chiếu cầm tay, máy chiếu pico... Một số hãng có sản xuất máy chiếu DLP là Optoma, BenQ, Mitsubishi, Asus. Giá của các máy chiếu DLP dao động trong khoảng vài trăm USD đến 10.000 USD và hơn thế nữa.

Hình ảnh một con chip DLP và các tấm gương siêu nhỏ khi so sánh với tóc người

2. Công nghệ 3LCD

Công nghệ 3LCD được phát triển bởi Epson vào những năm 1980. Sau đó đến năm 1988, hãng bắt đầu cấp quyền sử dụng 3LCD cho các hãng bên ngoài và một năm sau đó, chiếc máy chiếc 3LCD đầu tiên ra đời: Epson VPJ-700. Hiện chúng ta có Epson, Panasonic, Sony, Sharp là bốn trong số các hãng có làm máy chiếu 3LCD. Giá bán của máy chiếu 3LCD cũng từ vài trăm đến hàng nghìn USD tùy loại.

Ở ngay bên trên là sơ đồ mô tả công nghệ 3LCD, bạn có thể thấy có ba tấm nền LCD được sử dụng ở phần trung tâm của hệ thống, bởi thế nó mới có cái tên là 3LCD. So với việc dùng chip DLP đơn để tạo hình ảnh, 3LCD cho ảnh sáng hơn, màu sắc tốt hơn, tiêu thị ít năng lượng hơn. Còn nếu so với công nghệ cao cấp dùng ba chip DLP thì 3LCD rẻ hơn. Quy trình tạo ra hình ảnh của công nghệ này có thể chia làm ba giai đoạn:

1. Tạo màu từ chùm sáng trắng: Ánh sáng từ nguồn sẽ đi ra một gương lưỡng sắc (dichroic filter), tại đây ánh sáng sẽ bị tách thành hai chùm: một chùm đỏ và một chùm pha giữa xanh dương với xanh lá. Khi đi đến gương lưỡng sắc thứ hai, ánh sáng tiếp tục bị tách thành xanh dương và xanh lá. Vậy là chúng ta đã có ba chùm cơ bản: đỏ, xanh dương, xanh lá.

2. Tạo hình ảnh bằng các LCD: Ba chùm sáng nói trên sẽ tiếp tục đi đến một khu vực trung tâm có lăng kính và ba tấm LCD bao xung quanh. Mỗi pixel trên LCD sẽ được bao phủ bởi các tinh thể lỏng và khi chúng ta thay đổi điện áp, những pixel sẽ dần đen lại cho đến khi nó đen hoàn toàn hoặc sáng dần cho đến khi trong suốt (để toàn bộ ánh sáng từ đen đi qua tạo ra màu trắng). Còn để tạo ra nhiều sắc độ xám khác nhau, người ta sẽ tinh chỉnh điện áp để có được mức độ trong suốt tương ứng trên các tinh thể. Quá trình này giống như trên các đồng hồ điện tử, lúc pin còn đầy thì các kí tự rõ ràng và đen đậm, nhưng khi pin yếu thì chúng nhạt dần. Như vậy, độ sáng của từng pixel sẽ được điều khiển một cách chính xác để tạo ra hình ảnh theo yêu cầu.

3. Kết hợp hình ảnh và chiếu ra ngoài: sau khi màu được lọc bởi các LCD, chùm sáng sẽ được kết hợp lại bằng lăng kính lưỡng sắc ở giữa để tạo hình ảnh cuối cùng, sau đó đưa ra hệ thống thấu kính rồi chiếu ra ngoài cho chúng ta xem.

3. Công nghệ LCoS

Liquid crystal on silicon (LCoS hoặc LCOS) cũng là một công nghệ khác để tái tạo hình ảnh trong các hệ thống máy chiếu. LCoS cũng sử dụng cách thức phản xạ ánh sáng giống như DLP, tuy nhiên nó sử dụng các tinh thể lỏng thay cho nhiều tấm gương siêu nhỏ. Những tinh thể này được đặt trực tiếp lên bề mặt của một chip silicon vốn được tráng một lớp nhôm cộng thêm một số lớp hóa chất khác có tính phản xạ cao. Nếu so sánh với máy chiếu 3LCD, LCoS cũng sử dụng tinh thể lỏng nhưng là để phản xạ ánh sáng chứ không phải cho phép ánh sáng đi xuyên qua. Nói cách khác, bạn có thể nghĩ LCoS là đứa con lai giữa 3LCD và DLP.

Hình trên là sơ đồ đường đi của ánh sáng trong hệ thống LCoS. Ánh sáng từ đèn sẽ đi đến các gương lưỡng sắc, tại đây nó sẽ được tách màu ra và đi tiếp đến các tấm LCoS. Ở những tấm tinh thể lỏng này, màu sắc sẽ được tạo ra tùy theo độ sáng, sắc độ của hình ảnh. Sau đó, các chùm màu lại tiếp tục được đi qua một lăng kính ở giữa để tổng hợp thành hình ảnh trước khi chiếu ra cho chúng ta xem.

LCoS có lợi thế là cho ra hình ảnh với độ phân giải cao hơn nhiều so với 3LCD hay DLP, tuy nhiên các sản phẩm sử dụng công nghệ này thường có kích thước lớn và giá cao. Chính vì thế mà LCoS không được sử dụng nhiều cho các máy chiếu giá rẻ. Hiện nay máy chiếu 3LCD và DLP bán được nhiều hơn và cũng xuất hiện rộng rãi hơn nên người ta tưởng LCoS là dỏm nhưng thực chất thì không phải như vậy. Sony không dùng chữ LCoS cho các sản phẩm của mình mà hãng xài chữ SXRD (Silicon X-tal Reflective Display). JVC cũng vậy, hãng gọi các máy chiếu DLP của mình là D-ILA. Giá cho các máy chiếu LCoS dao động trong khoảng vài nghìn USD đến chục nghìn đô.

Ưu điểm, nhược điểm của từng công nghệ

Độ tương phản: LCoS > 3LCD > DLP

Độ tương phản là một trong những khía cạnh quan trọng khi xem xét về chất lượng hình ảnh. Nó là nhân tố quyết định xem hình ảnh thực đến mức nào. Trong thời gian gần đây, các máy chiếu 3LCD đã được cải thiện đáng kể về độ tương phản, trong khi máy chiếu DLP thì không thay đổi nhiều và đứng sau LCD cũng như LCoS. Hiện tại có một số máy chiếu hỗ trợ Auto Iris (Khẩu tự động), nó sẽ đóng nhỏ lại khi cần hiện thị các cảnh tối và mở rộng ra khi hiển thị các cảnh sáng. Tính năng này có cải thiện độ tương phản, tuy nhiên độ tương phản gốc rất cao của LCoS khiến nó vẫn trông tốt hơn tất cả. Cũng có một số tranh luận trên mạng rằng độ tương phản của một số máy DLP tốt hơn LCD, tuy nhiên nó còn phụ thuộc rất nhiều vào model máy.

Mức độ đen: LCoS > 3LCD > DLP

Mức độ đen ở đây có mối liên hệ với độ tương phản. Ở những máy chiếu có độ tương phản cao, bạn sẽ thấy rằng phần hình ảnh màu đen sẽ thật sự đen và đậm, do đó bạn có thể thấy được các vật thể khác trong khung hình (ví dụ như cảnh người đứng trong bóng tối mà bạn hay thế trên các phim ma hay phim hành động). Còn ở những máy chiếu độ tương phản thấp, phần màu đen sẽ không đen hoàn toàn mà nó hơi xám nên chúng ta khó phân biệt được các chủ thể khác. Cũng như độ tương phản, những máy chiếu hỗ trợ Auto Iris sẽ cải thiện được mức độ đen.

Độ sáng: 3LCD, DLP > LCos

Thực chất việc so sánh độ sáng giữa các công nghệ này là rất khó bởi nó phụ thuộc vào nhà sản xuất, loại bóng đèn, công suất đèn, và các thông số này khác nhau tùy theo máy chiếu. Theo trang CNET, trong các máy chiếu mà họ đã thử qua thì các máy dùng 3LCD và DLP cho độ sáng cao hơn, trong khi các máy LCoS thì không sáng bằng. Tuy nhiên, những projector LCoS gần đây đã có cải thiện đáng kể về độ sáng rồi.

Màu sắc: Cả ba như nhau

Độ chính xác khi tái tạo màu khác biệt giữa các model máy chiếu khác nhau, cả 3LCD, DLP và LCoS đều có những máy chiếu cho ra hình ảnh rất tốt, lại có những máy cho ra màu sắc rất tệ. Điều đó hoàn toàn tùy thuộc vào nhà sản xuất và các mà họ làm ra các linh kiện bên trong máy cũng như phân khúc sản phẩm. Tuy nhiên, theo một số trang web đánh giá thì DLP 3 chip có độ chính xác rất cao, sau đó đến DLP 1 chip.

Hiện tượng mờ do chuyển động (motion blur): DLP > 3LCD, LCoS

Hiện tượng này sinh ra khi có một cảnh chuyển động nhanh nào đó và đây là một vấn đề đối với các máy chiếu 3LCD, LCoS. Một số người dùng sẽ không để ý đến chuyện này, nhưng một số khác thì có. Nếu đặt canh nhau, theo trang tin CNET thì các máy chiếu DLP sẽ cho ra hình ảnh rõ ràng và sắc nét hơn nhiều so với máy chiếu 3LCD và LCoS khi hiển thị cùng một đoạn phim có đối tượng chuyển động nhanh. Mặc dù vậy, hiện nay nhiều máy chiếu đã có tần số làm tương cao hơn để giảm thiểu tình trạng này.

Hiện tượng cầu vồng: 3LCD, LCoS > DLP

Hiện tượng này sinh ra đối với một chủ thể có độ sáng cao (nhất là ở trên một phông nền đen), khi đó bạn sẽ thấy các vệt nhiều màu sắc xuất hiện ở chủ thể. Những máy chiếu sử dụng 3 chip như 3LCD, LCoS và các máy DLP cao cấp không bị tình trạng này. Trong khi đó, các máy chiếu DLP 1 chip lại tạo ra hình ảnh bằng các chuỗi màu liên tục nên ở mỗi một thời điểm nhất định, chỉ có 1 màu sắc duy nhất được chiếu lên màn hình. Các màu được chiếu ra liên tục với tốc độ cao để não tổng hợp chúng lại thành màu sắc mà mắt của chúng ta nhìn thấy, tuy nhiên có một số người rất nhạy cả với vấn đề này bởi não của họ ghi nhận những màu sắc riêng biệt chứ chưa tổng hợp lại.

Theo nhiều năm đánh giá, trang tin CNET xếp người dùng vào ba loại như sau:

1. Những người có thể thấy hiện tượng cầu vồng và cảm thấy khó chịu
2. Những người có thể thấy cầu vồng nhưng không cảm thấy khó chịu
3. Những người không thể thấy hiện tượng cầu vồng

Hầu hết người dùng thông thường đều rơi vào hai thể loại cuối cùng, tuy nhiên nếu bạn là người nhạy cảm, các máy chiếu DLP sử dụng 1 chip không phải là sản phẩm dành cho bạn. Nhưng mà nói đúng ra thì hiện tại tình trạng này cũng đã được giảm thiểu rất nhiều bởi filter màu dạng đĩa trong máy chiếu DLP đang ngày càng có tốc độ cao hơn. Ngoài ra việc chuyển sang dùng LED và laser làm đèn chiếu cũng góp phần giảm hiện tượng cầu vồng.

Khả năng hội tụ: máy DLP 1 chip > máy DLP, LCD và LCoS 3 chip

Những con chip dùng để tạo ra hình ảnh bên trong một máy chiếu có kích thước rất nhỏ, thậm chí các thành phần nhỏ trên chip có thể nhìn thấy được trên màn chiếu. Các máy DLP 1 chip có độ hội tụ cao bởi chúng chẳng có gì để mà tổng hợp lại, nhưng những máy 3 chip thì không được như vậy. Điều này gây ra hiện tượng viền màu đối với các chủ thể có màu trắng, còn trong trường hợp tệ hơn thì làm cho viền bị mờ đi. Hấu hết các máy chiếu sử dụng 3 chip sẽ đi kèm theo một công cụ tinh chỉnh để tăng khả năng hội tụ, tuy nhiên không phải lúc nào công cụ này cũng giải quyết triệt để vấn đề lỗi hội tụ hình ảnh. Đáng lưu ý rằng độ hội tụ này còn có thể bị thay đổi giữa các máy chiếu trong cùng một model nữa.

Nói tóm lại, mỗi công nghệ tạo hình ảnh dùng trong máy chiếu đều có ưu và nhược điểm riêng. Tùy vào túi tiền, nhu cầu và sở thích mà bạn có thể lựa chọn công nghệ phù hợp cho mình. Hi vọng bài viết này sẽ cung cấp cho bạn những thông tin bổ ích phòng khi cần lựa chọn máy chiếu. Mời mọi người cùng nhau đóng góp thêm ý kiến về ưu nhược cũng như giá cả của từng loại công nghệ để anh chị em cùng tham khảo.

Tham khảo: CNET, HowStuffWorks, Wikipedia (1), (2), (3), Texas Instrument, TheProjectorPros