大屏幕顯示技術的發展趨詳細分析介紹

引言

　　隨著網絡技術、計算機信息技術、自控技術在煤炭生產企業的迅速普及，礦井的自動化裝備水平迅速提高，局部和全礦井自動化系統在越來越多的礦井得到應用。作為全礦安全和生產指揮中心的調度室，是全礦信息的匯集、處理、控制中心，各個子系統如安全生產監控、工業電視、地面生產集中控制、人員安全監測、水泵控制、膠帶控制、主扇控制、軌道運輸信集閉等系統的畫面需要在調度指揮中心實時、多畫面顯示。大屏幕數字拼接墻系統可以將各類計算機信號、視頻信號在大屏幕數字拼接墻上顯示，形成一套功能完善、技術先進的信息顯示管理控制系統，為用戶提供一個交互式的人機界面，完全可以滿足煤礦調度指揮中心的實時、多畫面顯示需要。本文對主流的三代大屏幕數字拼接墻顯示技術和應用情況作一個簡要的介紹。

1、 CRT 拼接墻系統

　　CRT ( Cathode Ray Tube ）表示陰極射線管，是應用最早的一種顯示技術。

　　CRT 投影機顯示的圖象色彩較好，還原性不錯，具有較強的幾何失真調整能力，缺點是亮度較低，操作復雜，體積龐大，對安裝環境要求較高，并且難以做到40 仰以上的顯示面積。cRT 技術屬于早期的模擬技術，幾年前就已經退出了主流的拼接墻市場，目前也只能偶爾在一些低端的市場上看到。

2、PDP 拼接墻系統

　　PDP ( Plasma Display Panel ）等離子顯示屏是一種利用氣體放電的顯示裝置。

　　PDP 顯示技術的優點：對比度和亮度都較高，箱體較其它顯示技術要薄，安裝調試較簡單。其缺點也較明顯：分辨率低，且不能疊加；拼縫大，即使采用了最新邊緣結構技術的拼縫也有3 mm ，而且只能是在做2 * 2 拼接時中間部分的拼縫實現這樣的拼接，外邊框5 cm 寬的拼縫仍舊無法消除；壽命和平均無故障時間都很短，如果以24 x 7 x 365工作方式運行則會更加縮短其十分有限的使用壽命；耗電量大，發熱量也很大，因此背板上裝有多組風扇用于散熱，這樣導致風扇的噪音也較大。

　　綜上所述，PDP 顯示技術作為家用大屏幕電視和小面積的平板演示設備有較大的發展潛力，但其產品屬性決定了它不適合運用在需要以24 沐7 丫365 這種工作方式運行的監控調度室。

3 LCD

　　LCD ( Liquid Crystal Di 、play ）液晶投影機一般指的是以液晶板作為成像器件，利用液晶的觀點效應，即液晶分子的排列在電場作用下發生變化，影響液晶單元的透光率或反射率，從而影響光學性質，產生具有不同灰度層次及顏色的圖象。目前市場上常見的液晶板投影機主要是三片式PLCD 的投影機。

3 . 1 顯示技術的核心原理

　　PLCD 技術利用模擬控制方式，其板通過模擬電壓的變化控制光閥門的開啟與關閉時間的長短形成不同的灰度。模擬信號抗干擾性差，失真嚴重，因此在模擬電壓的準確性控制上始終有不穩定和欠準確因素存在。

3 . 2 光效率

　　LCD 是一種穿透式光處理技術，有一個先天不足的問題：亮度損失，光效率一般只有30 ％左右。

3 . 3 清晰度

　　由于LCD 技術元件之間的縫隙非常大，導致圖象會產生非常明顯的像素化效果，因此造成了“紗門效應”( ScreenDoor ）。

3 . 4 響應時間

　　PLCD 技術中的液晶分子反應時間一般只有15 ms ，數字微鏡的反應時間比液晶分子快1000 倍。因為液晶分子的反應時間較長，所以在快速動態顯示的圖象中，液晶投影機產生的圖象有拖尾、重影現象。

3 . 5 色彩均勻性

　　 三片PLCD 投影機利用三片PLCD 板，每個PLCD 板對應紅、綠、藍三色中的一種。燈泡產生的白光被分解為紅、綠、藍三色，每種顏色的光路并不相同，這種導致了每種光的亮度分配不同，而產生色彩的不均勻性。色彩均勻性的高低是衡量拼接墻技術高低的一項重要指標，使用LCD 技術構建的拼接墻系統中不可避免地會出現“大花臉”現象，這嚴重影響了拼接墻的視覺效果。

3 . 6 色彩匯聚

　　 PLCD 投影機三色光的光學路徑不同，光先經過多個分光鏡和反射鏡，再垂直射人PLCD 板。三塊1 一CD 顯示矩陣是固定或者是通過精密的螺絲去調整，但是這種排列和調整存在一定的誤差。經過多次反射的光線想完全垂直射人PI 一CD 板實際是不可能的，這樣就會使本應是一個成像點的紅、綠、藍三色不能完全在同一點上顯示。而且會聚差的效果通過光學鏡頭后被成倍地放大。

3 . 7 光學結構

　　目前LCD 投影機大都采用了三片液晶板成像結構，三板結構顯然需要更多的光學器件、鏡頭、濾鏡和微鏡以引導光源到液晶板上．并且必須用三組面板和數據格式化電子。因此其光學系統相對復雜，這給系統減小體積和重量造成了一定障礙。

3 . 8 長期可靠性

　　 隨著時間的推移，LCD 投影機在光學性能和圖象可靠性方面均有著顯著變化：
　　( 1 ) LCD 光調制器的劣化而導致圖象質量的缺陷，而且運行初期就出現了這種現象；
　　( 2 ) LCD 在屏幕上看到的性能變化不是漸進的。在正常的觀察條件下．它的出現是突然的而且不可接受的。即使圖象有微弱的變黃，對于肉眼而言也是非常明顯的，因此微黃的變化也是不可接受的。
　?。? ) LCD 的性能劣化，唯一解決辦法就是維修或更換光調制器，這將要求用戶把投影機送回制造商，而相關費用將是昂貴的。

3 . 9 價格

　　 對于PLCD 系統來說，除更換燈泡外，還必須定期更換三片PLCD 矩陣（壽命約3 000h 左右）和對應的濾光片等一系列附件，否則整墻色彩與亮度均勻性無法調整。這些昂貴PI 〔 D 板成本費用以及復雜的售后服務還要加上燈泡更換費用等一系列開支是用戶難以承受的。

　　 LCD 較早用于投影機，是一種相當成熟的透射式技術．因此價格下調空間亦已很小。

4、DLP 大屏幕數字拼接墻系統

　　 DLP ( Digital Light Processing ）數字光處理技術是采用全數字技術處理圖象，依靠同分辨率一樣數量的DMD 戈Digital Micromirror Device ）數字微鏡反射光產生完整的圖象。因為處理過程是全數字的，所以DLP 投影機能產生高亮度、高對比度、豐富色彩的完美圖象。DLP 的出現使投影技術由模擬時代跨越到了數字時代，是技術上的重大突破。通過近幾年的廣泛應用，在拼接墻領域( 84 ”以下顯示單元）基本取代了原來CRT 和PLCD 的市場，成為絕大多數廠家和用戶都采用的技術和產品。

4 . 1 數字優勢

　 　DLP 技術是全數字方式，可以直接捕獲數字信息，外來信號源無需經過數模（D / A ）轉換，直接調制成像，從而使信號的衰減減至最小，使噪音消失。DMD 微鏡每秒鐘可翻轉50 000 次以上，通過控制翻轉次數和每次翻轉停留的時間來產生不同灰度等級的圖象，呈現出更清晰、銳利、層次豐富的畫面顯示效果。

4 . 2 光效率

　　 DLP 充分利用了鏡面反射成像原理，光源有兩種工作方式，或者通過一個透鏡打到屏幕上，或者直接進人一個吸光器，光利用率達到85 ％以上。Tl 公司已推出第四代的12 。偏轉角。．7 " DDR DMD 逐行掃描芯片，反射微鏡結構從10 。改為120 ，能擷取更多來自燈泡的光源，有效提升亮度20 ％以上；微鏡內部采用了Light eating 技術，減少暗部畫面的散射光線，再搭配CRlo 。。高反射鏡面制程，對比度可以提升5 。％以上。

4 . 3 清晰度

　　 數字微鏡設備（Digital Micromirror DeviceTM ）是DLPTM 技術的核心。在。．7 廳的半導體上集成了786 432 ( 1 024 火768 , XGA ）個數字微鏡，DMD 芯片每一個像素面積小至14 火14 仁mZ ，其中用于顯示的有效顯示面積為13 . 68 只13 . 68 拼mZ , 兩像素間隔為。．32 尸m 。DLPTM 技術展現的圖象非常的平滑，而且更加類似于電影的效果。這是由于像素之間的縫隙非常地小，因此感覺到的分辨率會高于實際的分辨率。

4 . 4 響應時間

　　DIJPTM 的DMD 數字微鏡反應時間一般在15 一10 。卜S 之間，而PLCD 技術中的液晶分子反應時間一般在15 ms ，因此數字微鏡的反應時間比液晶分子快1 000 倍。

4 . 5 色彩均勻性

　　在單片DLP 投影機中，三種光有相同的光路，所以能有更好的色彩均勻性。色彩均勻性的高低是衡量拼接技術高低的一項重要指標，使用DLP 技術構建的拼接墻系統中避免了“大花臉”現象的產生，持續保持色彩的一致性。

4 . 6 色彩匯聚

　　 單片Dl 一P 投影機的三色光有相同的光學路徑，不存在匯聚問題，所以單片Dl 尹投影沒有匯聚問題，因此在色彩匯聚上總是優于PI , CD 投影機。

4 . 7 光學結構

　　目前DLP 拼培墻所使用的投影機大都采用了單片成像結構，比三板結構的PLCD 投影機需要更少的光學器件，因此其光學系統相對較簡單，在系統的微型化方面有極大的優勢。

4 . 8 長期可靠性

　　DMD 芯片已經被測試了超過IG 次循環，相當于20 年連續使用壽命。而且目前DMD 已經通過所有標準半導體合格測試和模擬DMD 實際操作環境條件的障礙測試，包括熱沖擊、溫度循環、耐潮濕、機械沖擊、振動及加速實驗。隨著時間的推移，DMD 投影機在光學性能和圖象可靠性方面均無顯著差異。

　　( 1 ) DMD 光調制器在整個測試期間，它的圖象質量明顯保持不變。

　　 ( 2 ) DMD 的性能要么隨著時間的推移保持穩定，要么隨著燈泡的更換而出現波動，這一點主要表現在均勻度方面。目前主流的DLP 拼接墻廠商都擁有更換燈泡后自動調節亮度和色彩均勻性的技術，使得拼接墻在更換燈泡以后能繼續保持出廠時的優良狀態。

　　( 3 ）對于DLP 數字光學處理技術，只要求用戶定期更換燈泡，這樣就可以恢復圖象質量，燈泡的更換工作在lmin 內就可以完成，而且對于整個系統的成本來說，燈泡成本只占很小的部分。

4 . 9 價格

　　對于DLP 數字光學處理技術 ，系統的易耗品部分僅有燈泡。早期影響DLP 投影技術普及最主要的原因是DMD 芯片的價格。隨著市場容量的高速成長，DMD 芯片生產工藝的成熟，成品率的提高，DLP 投影機價格也以每年20 ％以上的速度下降。DLP 性能不斷提高，價格卻很平穩，可見其性價比的優越所帶來的穩固市場地位。

5 結語

　　綜合上述對幾種主流顯示技術的分析不難看出，cRI 顯示技術由于亮度低、體積龐大、安裝調試復雜早已退也了市場競爭；PDP 技術由于本身技術的特點而無法克服的寬拼縫和短壽命問題也不能在大屏幕拼接顯示應用市場上廣泛應用；LCD 作為成熟的第二代顯示技術，也因為其光效率低，長期使用衰減嚴重的原因而導致市場份額的迅速下降；目前DLP 技術已占據了市場的主導地位，在國際大屏蔽拼接顯示領域．主流廠商已經全部采用了該技術。目前的DLP 技術非常符合煤炭行業用戶的使用需求，適合煤礦監控調度中心24 x 7 x 365 不間斷工作的要求。首先，DLP 技術是純數字技術，符合數字技術在當今時代發展的潮流；其次．使用DLP 技術的拼接墻具有亮度和色彩的高度一致性．保證煤炭行業用戶在顯示一些采煤信息的圖表時不會出現偏差而導致操作人員的判斷錯誤；最后，采用DLP 技術的拼接墻具有高性價比、低維護成本的特點，保障用戶投資的長遠利益。相信今后以DLP 拼接墻為主流的大屏幕顯示系統勢必成為國內煤炭行業的首選產品。