大屏幕显示技术的发展与应用概述

大屏幕显示技术的发展与应用概述
引言
随着网络技术、计算机信息技术、自控技术在煤炭生产企业的迅速普及，矿井的自动化装备水平迅速提高，局部和全矿井自动化系统在越来越多的矿井得到应用。作为全矿安全和生产指挥中心的调度室，是全矿信息的汇集、处理、控制中心，各个子系统如安全生产监控、工业电视、地面生产集中控制、人员安全监测、水泵控制、胶带控制、主扇控制、轨道运输信集闭等系统的画面需要在调度指挥中心实时、多画面显示。大屏幕数字拼接墙显示系统可以将各类计算机信号、视频信号在大屏幕数字拼接墙上显示，形成一套功能完善、技术***的信息显示管理控制系统，为用户提供一个交互式的人机界面，完全可以满足煤矿调度指挥中心的实时、多画面显示需要。本文对主流的三代大屏幕数字拼接墙显示技术和应用情况作一个简要的介绍。

CRT 大屏幕拼接墙系统

CRT （Cathode Ray Tube）表示阴极射线管，是应用***早的一种显示技术。CRT 投影机显示的图象色彩较好，还原性不错，具有较强的几何失真调整能力，缺点是亮度较低，操作复杂，体积庞大，对安装环境要求较高，并且难以做到 40m2 以上的显示面积。CRT 技术属于早期的模拟技术，几年前就已经退出了主流的大屏幕拼接墙市场，目前也只能偶尔在一些低端的市场上看到。

PDP 大屏幕拼接墙系统

PDP （Pla***a Display Panel）等离子显示屏是一种利用气体放电的显示装置。PDP 显示技术的优点：对比度和亮度都较高，大屏幕箱体较其它显示技术要薄，安装调试较简单。其缺点也较明显：分辨率低，且不能叠加；拼缝大，即使采用了***新边缘结构技术的拼缝也有 3mm ，而且只能是在做 2 x 2 拼接时中间部分的拼缝实现这样的大屏拼接，外边框 5cm 宽的拼缝仍旧无法消除；寿命和平均无故障时间都很短，如果以 24 x 7 x 365 工作方式运行则会更加缩短其十分有限的使用寿命；耗电量大，发热量也很大，因此背板上装有多组风扇用于散热，这样导致风扇的噪音也较大。综上所述，PDP 显示技术作为家用大屏幕电视和小面积的平板演示设备有较大的发展潜力，但其产品属性决定了它不适合运用在需要以 24 x 7 x 365 这种工作方式运行的监控调度室。

LCD

LCD （Liquid Crystal Display）液晶投影机一般指的是以液晶板作为成像器件，利用液晶的观点效应，即液晶分子的排列在电场作用下发生变化，影响液晶单元的透光率或反射率，从而影响光学性质，产生具有不同灰度层次及颜色的图象。目前市场上常见的液晶板投影机主要是三片式 PLCD 的投影机。

显示技术的核心原理
LCD 技术利用模拟控制方式，其板通过模拟电压的变化控制光阀门的开启与关闭时间的长短形成不同的灰度。模拟信号抗干扰性差，失真严重，因此在模拟电压的准确性控制上始终有不稳定和欠准确因素存在。
光效率
LCD 是一种穿透式光处理技术，有一个先天不足的问题：亮度损失，光效率一般只有 30% 左右。
清晰度
由于 LCD 技术元件之间的缝隙非常大，导致图象会产生非常明显的像素化效果，因此造成了“纱门效应”（ScreenDoor）。
响应时间
LCD 技术中的液晶分子反应时间一般只有 15ms ，数字微镜的反应时间比液晶分子快 1000 倍。因为液晶分子的反应时间较长，所以在快速动态显示的图象中，液晶投影机产生的图象有拖尾、重影现象。
色彩均匀性
三片 PLCD 投影机利用三片 PLCD 板，每个 PLCD 板对应红、绿、蓝三色中的一种。灯泡产生的白光被分解为红、绿、蓝三色，每种颜色的光路并不相同，这种导致了每种光的亮度分配不同，而产生色彩的不均匀性。色彩均匀性的高低是衡量大屏幕拼接墙技术高低的一项重要指标，使用 LCD 技术构建的大屏幕拼接墙显示系统中不可避免地会出现“大花脸”现象，这严重影响了拼接墙的视觉效果。
色彩汇聚
LCD 投影机三色光的光学路径不同，光先经过多个分光镜和反射镜，再垂直射入 LCD 板。三块 lCD 显示矩阵是固定或者是通过精密的螺丝去调整，但是这种排列和调整存在一定的误差。经过多次反射的光线想完全垂直射人 LCD 板实际是不可能的，这样就会使本应是一个成像点的红、绿、蓝三色不能完全在同一点上显示。而且会聚差的效果通过光学镜头后被成倍地放大。
光学结构目前 LCD 投影机大都采用了三片液晶板成像结构，三板结构显然需要更多的光学器件、镜头、滤镜和微镜以引导光源到液晶板上．并且必须用三组面板和数据格式化电子。因此其光学系统相对复杂，这给系统减小体积和重量造成了一定障碍。
长期可靠性随着时间的推移，LCD 投影机在光学性能和图象可靠性方面均有着显著变化：

LCD 光调制器的劣化而导致图象质量的缺陷，而且运行初期就出现了这种现象；
LCD 在屏幕上看到的性能变化不是渐进的。在正常的观察条件下．它的出现是突然的而且不可接受的。即使图象有微弱的变黄，对于肉眼而言也是非常明显的，因此微黄的变化也是不可接受的。
LCD 的性能劣化，***解决办法就是维修或更换光调制器，这将要求用户把投影机送回制造商，而相关费用将是昂贵的。
价格对于 LCD 系统来说，除更换灯泡外，还必须定期更换三片 PLCD 矩阵（寿命约 3,000h 左右）和对应的滤光片等一系列附件，否则整墙色彩与亮度均匀性无法调整。这些昂贵 LCD 板成本费用以及复杂的***服务还要加上灯泡更换费用等一系列开支是用户难以承受的。LCD 较早用于投影机，是一种相当成熟的透射式技术．因此价格下调空间亦已很小。

DLP 大屏幕数字拼接墙系统

DLP （Digital Light Processing）数字光处理技术是采用全数字技术处理图象，依靠同分辨率一样数量的 DMD （Digital Micromirror Device）数字微镜反射光产生完整的图象。因为处理过程是全数字的，所以 DLP 投影机能产生高亮度、高对比度、丰富色彩的***图象。DLP 的出现使投影技术由模拟时代跨越到了数字时代，是技术上的重大突破。通过近几年的广泛应用，在大屏幕拼接墙领域（84" 以下显示单元）基本取代了原来 CRT 和 PLCD 的市场，成为绝大多数厂家和用户都采用的技术和产品。

数字优势 DLP
技术是全数字方式，可以直接捕获数字信息，外来信号源无需经过数模（D/A）转换，直接调制成像，从而使信号的衰减减至***小，使噪音消失。DMD 微镜每秒钟可翻转 50,000 次以上（0/1 之间），通过控制翻转次数和每次翻转停留的时间来产生不同灰度等级的图象，呈现出更清晰、锐利、层次丰富的画面显示效果。
光效率 DLP
充分利用了镜面反射成像原理，光源有两种工作方式，或者通过一个透镜打到屏幕上，或者直接进人一个吸光器，光利用率达到 85% 以上。TI 公司已推出第四代的 12°偏转角。7" DDR DMD 逐行扫描芯片，反射微镜结构从10°改为 120 ，能撷取更多来自灯泡的光源，有效提升亮度 20% 以上；微镜内部采用了 Light Eating 技术，减少暗部画面的散射光线，再搭配CRlo。高反射镜面制程，对比度可以提升 5% 以上。
清晰度
数字微镜设备（Digital Micromirror DeviceTM ）是 DLPTM 技术的核心。在 0.7 寸的半导体上集成了 786,432 （1024 x 768, XGA ）个数字微镜，DMD 芯片每一个像素面积小至 14 微米 ，其中用于显示的有效显示面积为 13.68 微米，两像素间隔为 0.32 微米。DLPTM 技术展现的图象非常的平滑，而且更加类似于电影的效果。这是由于像素之间的缝隙非常地小，因此感觉到的分辨率会高于实际的分辨率。
响应时间
DLPTM 的 DMD 数字微镜反应时间一般在 15-10 毫妙之间，而 PLCD 技术中的液晶分子反应时间一般在 15ms ，因此数字微镜的反应时间比液晶分子快 1,000 倍。
色彩均匀性
在单片 DLP 投影机中，三种光有相同的光路，所以能有更好的色彩均匀性。色彩均匀性的高低是衡量拼接技术高低的一项重要指标，使用 DLP 技术构建的大屏幕拼接墙系统中避免了“大花脸”现象的产生，持续保持色彩的一致性。
色彩汇聚
单片 DLP 投影机的三色光有相同的光学路径，不存在汇聚问题，所以单片 DlP 投影没有汇聚问题，因此在色彩汇聚上总是优于 PLCD 投影机。
光学结构
目前 DLP 大屏幕拼接墙所使用的投影机大都采用了单片成像结构，比三板结构的 PLCD 投影机需要更少的光学器件，因此其光学系统相对较简单，在系统的微型化方面有极大的优势。
长期可靠性
DMD 芯片已经被测试了超过 IG 次循环，相当于 20 年连续使用寿命。而且目前 DMD 已经通过所有标准半导体合格测试和模拟 DMD 实际操作环境条件的障碍测试，包括热冲击、温度循环、耐潮湿、机械冲击、振动及加速实验。随着时间的推移，DMD 投影机在光学性能和图象可靠性方面均无显著差异。
（1） DMD 光调制器在整个测试期间，它的图象质量明显保持不变。
（2） DMD 的性能要么随着时间的推移保持稳定，要么随着灯泡的更换而出现波动，这一点主要表现在均匀度方面。目前主流的 DLP 大屏幕拼接墙厂商都拥有更换灯泡后自动调节亮度和色彩均匀性的技术，使得大屏幕显示系统在更换灯泡以后能继续保持出厂时的优良状态。
（3） 对于 DLP 数字光学处理技术，只要求用户定期更换灯泡，这样就可以***图象质量，灯泡的更换工作在 lmin 内就可以完成，而且对于整个系统的成本来说，灯泡成本只占很小的部分。
价格
对于 DLP 数字光学处理技术，系统的易耗品部分仅有灯泡。早期影响 DLP 投影技术普及***主要的原因是 DMD 芯片的价格。随着市场容量的高速成长，DMD 芯片生产工艺的成熟，成品率的提高，DLP 投影机价格也以每年 20% 以上的速度下降。DLP 性能不断提高，价格却很平稳，可见其性价比的优越所带来的稳固市场地位。
结束语
综合上述对几种主流显示技术的分析不难看出，CRT 显示技术由于亮度低、体积庞大、安装调试复杂早已退也了市场竞争；PDP 技术由于本身技术的特点而无法克服的宽拼缝和短寿命问题也不能在大屏幕拼接显示系统应用市场上广泛应用；LCD 作为成熟的第二代显示技术，也因为其光效率低，长期使用衰减严重的原因而导致市场份额的迅速下降；目前 DLP 技术已占据了市场的主导地位，在国际大屏拼接领域主流厂商已经全部采用了该技术。

目前的 DLP 技术非常符合煤炭行业用户的使用需求，适合煤矿监控调度中心 24 x 7 x 365 不间断工作的要求。首先，DLP 技术是纯数字技术，符合数字技术在当今时***展的潮流；其次．使用 DLP 技术的拼接墙具有亮度和色彩的高度一致性．保证煤炭行业用户在显示一些采煤信息的图表时不会出现偏差而导致操作人员的判断错误；***后，采用 DLP 技术的大屏幕拼接墙显示系统具有高性价比、低维护成本的特点，保障用户***的长远利益。相信今后以 DLP 大屏幕拼接墙为主流的大屏幕显示系统势必成为国内煤炭行业的***产品。