液晶拼接屏、等离子、背投三大显示系统原理分析

摘要:随着近年来数字化、高清化、大尺寸化成为大屏幕显示系统的发展方向后、直接促使了显示系统从传统的CRT向液晶拼接(DID)、背投(DLP)与等离子(PDP)发展。其中又以液晶拼接的前景最为广阔、液晶拼接大屏幕比背投和等离子更有技术优势、更能满足各种应用场所的需要。下面小编将列出这三种显示方式的技术原理、并分析它们各自的优缺点以及DID拼接幕墙所具有的优势。
液晶拼接屏、等离子、背投三大显示系统原理分析
第一、背投的原理
背投的实现原理很简单:在设备内部设置一部投影机、发出的图像经透镜放大后投射到屏幕背面便是背投。正是基于这种原理诞生的背投、由于采用不同的投影机种类、主要可分为CRT(阴极射线管)、LCD(液晶)、DLP(数字光处理)等几种。CRT背投属于背投阵营中的低端产品、而其它几种背投则对应地为高端产品、其中以DLP背投最为出色,其图像清晰度、亮度、色彩、可视角度以及体积来看均比传统CRT背投有了很大提高。
优点:廉价的低端显示方案。
缺点:体积与重量过大、长时间不间断工作会加快背光灯老化。
第二、等离子原理
PDP是一种利用气体放电的显示技术、其工作原理与日光灯很相似采用了等离子管作为发光元件、屏幕上每一个等离子管对应一个像素、而屏幕以玻璃作为基板,基板间隔一定距离以便形成一个个放电空间。放电空间内充入氖、氙等混合惰性气体作为工作媒质,在两块玻璃基板的内侧面上涂有金属氧化物导电薄膜作激励电极。当向电极上加入电压,放电空间内的混合气体便发生等离子体放电现象,也称电浆效应。等离子体放电产生紫外线,紫外线激发涂有红绿蓝荧光粉的荧光屏、荧光屏发射出可见光从而达到显现图像的效果。
优点:颜色鲜艳、高亮度、高对比度
缺点:耗电与发热量很大、严重灼伤现象、画质随时间递减。
第三、液晶原理
液晶是利用液状晶体在电压的作用下发生偏转的原理:由于组成屏幕的液状晶体在同一点上可以显示红、绿、蓝三基色、或者说液晶的一个点是由三个点叠加起来的,它们按照一定的顺序排列、通过电压来刺激这些液状晶体,就可以呈现出不同的颜色,不同比例的搭配可以呈现出千变万化的色彩。液晶本身是不发光的、它靠背系统发光、因此液晶屏的取决于背光系统,就目前而言采用的是LED背光系统、在由液晶采用点成像的原因,因此屏幕里面构成的点越多、成像效果越精细、纵横的点数就构成了液晶电视的分辨率、分辨率越高、效果越好。
优点:高分辨率、厚度薄、重量轻、低能耗、长寿命、无辐射、超广可视角度。
缺点:任然存在拼缝。
A、显像原理比较
a)等离子原理
PDP(Plasma Display Panel),即等离子显示屏。PDP是一种利用气体放电的显示技术,其工作原理与日光灯很相似。它采用了等离子管作为发光元件,屏幕上每一个等离子管对应一个像素,屏幕以玻璃作为基板,基板间隔一定距离,四周经气密性封接形成一个个放电空间,放电空间内充入氖、氙等混合惰性气体作为工作媒质在两块玻璃基板的内侧面上涂有金属氧化物导电薄膜作激励电极。当向电极上加入电压,放电空间内的混合气体便发生等离子体放电现象,也称电浆效应。气体等离子体放电产生紫外线,紫外线激发涂有红绿蓝荧光粉的荧光屏,荧光屏发射出可见光,显现出图像。当每一颜色单元实现256级灰度后再进行混色,便实现彩色显示。
其技术原理为,由于PDP中发光的等离子管在平面中均匀分布,这样显示图像的中心和边缘完全一致,不会出现扭曲现象,实现了真正意义上的纯平面并且没有任何图像失真。由于其显示过程中没有电子束运动,不需要借助于电磁场,因此外界的电磁场也不会对其产生干扰,具有较好的环境适应性。PDP是一种自发光显示技术,不需要背景光源,因此没有视角和亮度均匀性问题。而三色荧光粉共用同一个等离子管的设计也使其避免了聚焦和汇聚问题,可以实现非常清晰的图像。等离子高电压高耗电,能耗大,寿命有先天不足,使用5000~10000小时后屏幕亮度就会衰减一半,并难以在海拔2500米以上正常工作。
b)DLP原理
DLP是“Digital Lighting Progress”的缩写。它的意思为数字光处理,也就是说这种技术要先把影像讯号经过数字处理,然后再把光投影出来。它是基于德仪公司开发的数字微反射镜器件—DMD来完成显示数字可视信息的最终环节,而DMD则是Digital Micromirror Device的缩写,字面意思为数字微镜元件,这是指在DLP技术系统中的核心——光学引擎心脏采用的数字微镜晶片,它是在CMOS的标准半导体制程上,加上一个可以调变反射面的旋转机构形成的器件。
说得更具体些,就是DLP投影技术是应用了数字微镜晶片(DMD)来做主要关键元件以实现数字光学处理过程。其原理是将光源藉由一个积分器(Integrator),将光均匀化,通过一个有色彩三原色的色环(Color Wheel),将光分成R、G、B三色,再将色彩由透镜成像在DMD上。以同步讯号的方法,把数字旋转镜片的电讯号,将连续光转为灰阶,配合R、G、B三种颜色而将色彩表现出来,最后在经过镜头投影成像。
从DLP的技术原理上来说,具有以下优势:
DLP固有的数字性质能使噪声消失,因为DLP具有完成数字视频底层结构的最后环节的能力,并且为开发数字可视通信环境提供了一个平台,DLP技术提供了一个可以达到的显示数字信号的投影方法,这样就完成了全数字底层结构,具有最少的信号噪音。精确的灰度等级:它的数字性质可以获得具有精确数字灰度等级的精细的图像质量以及颜色再现。
因为DMD是一种反射器件,它有超过60%的光效率,使得DLP系统显示更有效率。这一效率是反射率、填充因子、衍射效率和实际镜片“开”时间产生的结果。
无缝图像优势
90%的象素/镜片面积可以有效地反射光而形成投影图像。整个阵列保持了象素尺寸及间隔的均匀性,并且不依赖于分辨率。越高的DMD填充因子给予出越高的可见分辨率,这样,加上逐行扫描,创造出比普通投影机更加真实自然的活生生的投影图像。
DMD已通过所有标准半导体合格测试。它还通过了模拟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(可以考虑使用家用或者工业除湿机来控制湿度)、机械冲击,振动及加速实验。基于数千小时的寿命及环境测试,DMD和DLP系统表现出内在的可靠性。
c)LCD液晶
LCD液晶显示器是Liquid Crystal Display的简称,LCD的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体,两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线,透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向,将光线折射出来产生画面。LCD由两块玻璃板构成,厚约1mm,其间由包含有液晶材料的5μm均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光,所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管,而在液晶显示屏背面有一块背光板(或称匀光板)和反光膜,背光板是由荧光物质组成的可以发射光线,其作用主要是提供均匀的背景光源。
背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万液晶液滴的液晶层。液晶层中的液滴都被包含在细小的单元格结构中,一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极,电极分为行和列,在行与列的交叉点上,通过改变电压而改变液晶的旋光状态,液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当LCD中的电极产生电场时,液晶分子就会产生扭曲,从而将穿越其中的光线进行有规则的折射,然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。
LCD拼接(液晶拼接)是继DLP拼接、PDP拼接之后,近几年兴起的一项新的拼接技术,LCD液晶拼接墙具有低功耗、重量轻、寿命长(一般可正常工作6万小时)、无辐射、画面亮度均匀等优点,但其最大的缺点就是不能做到无缝拼接,对显示画面要求非常精细的行业用户来说,稍微有点一遗憾。由于液晶屏在出厂时就会有一条边框,液晶拼接起来就会出现边框(缝),如单个21寸的液晶屏的边框一般有6-10mm,两个液晶屏接起来的缝就有12-20mm。为了减少液晶拼接的缝隙,目前业内有几种做法,一种是窄缝拼接,另一种是微缝拼接,微缝拼接即厂商将买回来的液晶屏的外壳拆掉,将玻璃与玻璃之间进行拼接,但这种做法的风险性较大,如果液晶屏拆的不好,会损害到整个液晶屏的品质,目前国内有极少数厂商使用这种方法。此外,2005年后,三星推出了拼接专用液晶屏——DID液晶屏,DID液晶屏是专为拼接而设计的,在出厂时就把其边框做的很小。
PDP等离子、DLP、LCD液晶三大技术特点:
DLP拼接优点:
a.大尺寸、拼缝小
b.数字化显示亮度衰减慢
c.像素点缝隙小,图像细腻
d.适合长时间显示计算机和静态图像
DLP拼接缺点:
a.亮度比等离子低
b.拼接数目多了,会出现亮度不均匀
c.占用空间比较大
d.功耗大,后期维护成本高
PDP
PDP拼接优点:
a.单屏均匀度高
b.安装初期亮度高
c.对比度高、图像细腻
PDP拼接缺点:
a.像素点缝隙大
b.显示计算机图像或静态图像容易灼烧
c.亮度衰减快且无法提高
d.可靠性较低,耗电极高
LCD
LCD液晶拼接优点:
a.低功耗、重量轻
b.易安装、可进行任意拼接
c.寿命长(一般可正常工作5万小时以上)
d.无辐射、画面亮度均匀、画质好
e.后期维护成本较低
LCD液晶拼接缺点:
不能做到无缝拼接(目前,最窄的已经做到双边1.7mm,几乎可以忽略不计)
目前,LCD液晶拼接墙最常见的液晶尺寸有46、49寸和55寸、它可以根据客户需要任意拼接,采用LED背光源发光,寿命长达60000小时。其次,液晶的点距小,物理分辩率可以轻易达到高清标准;另外,液晶屏功耗小,发热量低,40寸以上的液晶屏,其功率也不过150W左右,大约只有等离子的1/4,且运行稳定,维护成本低。随着液晶技术的不断发展,LCD液晶拼接已经被各个行业广泛应用。
B、液晶拼接大屏幕应用比较
对于拼接应用来说两种方式也存在各自的优缺点拼缝:
LCD:最小1.7mm,拼接缝隙已经做到极致,整体效果好
PDP:最小3mm,而且拼缝数量很多整体效果差
DLP:小于0.5mm,拼缝数量少,整体显示效果好
LCD:交互式的控制系统、可以开启多个窗口,每个窗口可以显示不同的画面
PDP:由于单屏显示面积小,同样面积显示屏的数量多,所以控制器成本较高,速度慢,而且不能灵活开窗口显示图像
DLP:控制其速度快,功能高,不受物理屏的显示,可以任意开窗口显示图像
空间及安装
LCD:超薄机身,安装方便快捷,占用空间少,较PDP更轻薄
PDP:超薄机身,安装方便快捷,占用空间较少
DLP:需要较大的安装空间和维护空间
整屏均匀性
LCD:每个拼接单元之间的颜色均匀性和亮度均匀性都可以做到很好
PDP:每个屏之间的颜色均匀性和亮度均匀性不容易调节,整屏一致性差
DLP:采用的数字技术,亮度和色彩容易调节,数量少的屏带来整屏均匀性高
适合显示环境
LCD:适合在会议室、监控室、大型商场、购物中心安装、可显示静态或动态视频信号、7*24小时长机、长年运行;
PDP:适合在会议室、显示面积小于6平米、而且主要显示动态视频信号、每年运行时间在1000小时以内的场合;
DLP:适合控制或较大的展示空间和显示面积、适合显示各种信号、每年运行时间较长的场合;
安装环境要求
LCD:功耗低、安装环境要求不高;
PDP:功耗极高、散热量大、对用电、空调安装环境要求较;高
DLP:功耗低、安装环境要求不高;
LCD:维护成本低、支持7×24小时不间断开机、5万小时以上使用寿命;
PDP:维护成本较高、如果亮度衰减至很低时、需要更换显示板来提高亮度、其成本相当于重新购买;
DLP:维护成本高、亮度不够时、需要经常更换灯泡来来提高亮度、成本不断增加;
三种产品各有优点、但是针对目前客户的使用环境,LCD液晶拼接屏成本低、图像清晰好、178°可视角度、使用寿命长、操作简单、安装方式多样化、而且易维护、这无疑是最适合的大屏幕显示系统解决方案。

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