大屏幕显示技术研究.docx

1、大屏幕显示技术研究 武汉工业学院 毕业论文论文题目： 大屏幕显示技术研究 姓 名： 雷达 学 号： 071203216 院 系： 数理科学系 专 业： 电子信息科学与技术指导教师： 李丹 2011年 6 月 8 日 目录摘要 IAbstract II第一章 绪论 11.1 研究意义 11.2 国内外发展现状 21.2.1 PDP大屏幕显示 21.2.2 PALC大屏幕显示 31.2.3 ITT_LCD大屏幕显示 31.2.4 大屏幕投影显示 31.2.5背投影和直投影显示 41.3 主要研究内容 41.3.1 几何校正技术 51.3.2 颜色校正技术 51.3.3 亮度混合技术 6第二章 LC

2、D技术研究 72.1 LCD(life cycle design) 72.1.1 对比度 82.1.2 亮度 82.1.3 信号响应时间 82.1.4 可视角度 92.2 LCD的特点 102.3 LCD显示器的工作原理 112.4 LCD显示屏的尺寸 122.5 液晶显示器花屏的解决办法 122.6 LCD的优点 13第三章 PDP技术研究 143.1 PDP的定义 143.2 PDP的简评 153.3 PDP的工作原理 16 3.4 PDP的优点 173.5 PDP的缺点 18第四章 DLP技术研究 194.1 数字光处理 194.2 成像原理 194.3 起源 194.4 DLP的工作过

3、程 204.5 DMD成像的优势 204.6 DLP的潜在问题 22第五章 总结与展望 23谢辞 25参考文献 26摘要大屏幕显示技术是上世纪80年代后期发展起来的一门新兴技术，随着信息技术的发展，现在已经深入到了社会生活的各个领域中并发挥着重要的作用。在大屏幕显示技术中，投影显示技术占据着极其重要的作用，在投影显示技术里，又有正投、背投、等离子拼接和DLP拼接等不同的显示方式，为了使大家更好地选择合适的产品和方案，本文对大屏幕显示的各种技术做了一个简单的对比和分析，希望大家从中有所收获。从二十世纪七十年代开始，美国、日本和欧洲发达国家开始竞相研究开发大屏幕显示技术和显示器材，力争摆脱传统显像

4、管的束缚，在显示器件上已取得了突破性进展。现在出现的40英寸以上的显示屏，有PDP(等离子体显示屏)、LCD（液晶显示器）和DLP（数字光处理）。下面对这几种显示方式作全面分析和比较。【关键词】：大屏幕显示；液晶显示器；等离子显示屏；数字光处理 Abstract Large screen display technology is the late 80s of last century developed a new technology, with the development of information technology, is now deep into all areas o

5、f social life. And play an important role. In the large screen display technologies, projection display technology occupy a very important role in the projection display technology where there is projection, rear projection, plasma and DLP stitching stitching show different ways to make you better c

6、hoose the right products and solutions, this paper shows a variety of large-screen technology to do a simple comparison and analysis, I hope you gain something from. From the twentieth century, the seventies, the United States, Japan and European countries began to compete to research and developmen

7、t of large-screen display technology and display equipment, and strive to shake off the shackles of the traditional CRT, the display has been made a breakthrough. Now theres more than 40 inches display, with PDP (plasma display), LCD (liquid crystal display) and DLP (digital light processing). The f

8、ollowing are several of these display a comprehensive analysis and comparison.introduction.【keywords】：Large screen display; LCD; PDP; DLP 第一章 绪论大屏幕显示技术是上世纪80年代后期发展起来的一门新兴技术，随着信息技术的发展，现在已经深入到了社会生活的各个领域中并发挥着重要的作用。【1】在大屏幕显示技术中，投影显示技术占据着极其重要的作用，在投影显示技术里，又有正投、背投、等离子拼接和DLP拼接等不同的显示方式，为了使大家更好地选择合适的产品和方案，本文对

9、大屏幕显示的各种技术做了一个简单的对比和分析，希望大家从中有所收获。 彩电业的国际竞争，关键在于专用芯片的开发和新型显示器材的研究。近年来，市场对显示器件的要求主要反应在大屏幕、高清晰度、低功耗、低成本等方面。由于受传统显像管(CRT)的体积、功耗、制造技术和成本等方面的限制，用传统的显像管来实现大屏幕或超大幕已显得越来越困难。从二十世纪七十年代开始，美国、日本和欧洲发达国家开始竞相研究开发大屏幕显示技术和显示器材，力争摆脱传统显像管的束缚，在显示器件上已取得了突破性进展。现在出现的40英寸以上的显示屏，有PDP(等离子体显示屏)、PALC（等离子体选址液晶显示）和TFT-LCD(薄膜晶体管一

10、液晶显示器)。下面对这几种显示方式作全面分析和比较。1.1 研究意义高分辨率、高亮度的大屏幕显示系统越来越广泛地应用干科学计算与可视化，工业设计，虚拟制造，军事仿真，天文气象和娱乐等领域。在较为复杂的监控中，如大型邮电通信系统、道路交通管理、能源分配输送、过程控制、110报警等领域，需全景浏览，统一指挥，就必须选择大屏幕显示系统。目前世界上流行的大屏幕显示系统是用多个投影仪阵列拼接大屏幕显示系统。图像拼接技术就是将一组重盏图像拼接成一幅大型的无缝高分辨率图像的技术。它最早来源于人类的摄影知识，当相机视野小于人类的视野时，人们自然考虑到将多个照片拼接成一幅大的照片以增强干H饥的视野j随着数字摄像

11、技术的发展，人们开始用于航空和卫星照片图像的拼接。近来图像拼接技术研究扩展的全景图像表示。它要求这些重叠图像通过平面投影变换相互关联起来，该变换将不同图像上的点建立对应关系，通过几何变换和图像扭曲操作可以精确建立一幅大的图像二但由于投影拼接系统和所使用的算法复杂，调整起来有一定的难度。在整个电力行业中，热工自动化技术发展最快。DCS在电厂中很好地实现了其控制功能，发挥了安全、经济、可靠的优点，应用已相当成熟，新、扩建的人型火电厂均采用了DCS。近几年的125 MW、200 MW老机组控制系统改造也无一例外全部采用DCS。由于DCS的高可靠性，近些年新建的人型火电机组M/A站已全部取消，开关量的

12、后备手操也仅仅保留原电力部电规总院规定的几个保证机组在危急情况下能安全停机的常规硬接线后备手操按钮。 近几年，随着国民经济的发展，国内许多大中城市均开始或规划建设地铁、轻轨等城市轨道交通系统，以缓解日益严重的交通压力。在城市轨道变通工程中，一般需设独立的或几条线路合用的控制中心，内有通信电视监视，信号( ATS)、电力监控(SCADA)，防灾报警(FAS)，设备监控(BAS)等系统设备。为方便、全面、实时地显示各系统设备终端上的控制信息，特别是考虑到灾害情况下的远程实时指挥，一般还考虑设置大屏幕显示系统。 大屏幕显示系统不仅在城市轨道交通中发挥着重要作用，而且代表了城市轨道交通的科技含量，可以

13、称为城市轨道交通的“门户”工程。1.2 国内外发展现状 目前，大屏幕显示的主要方式分为直视式以及投影式，其中直视式分为等离子体显示（PDP），等离子选址液晶显示（PLAC）和TFT_LCD，投影式分为CRT投影机以及LCD投影机，数字微镜（DMD）投影机。 可以看出，直视式的大屏幕显示主要有液晶显示(LCD)、等离子体显示(PDP)、等离子体选址液晶显示( PALC)。大屏幕投影显示主要有CRT投影机、液晶投影机、数字微镜(DMD)投影机等。 从目前情况看：直视式的PDP、PALC和TFT-LCD，投影式的多种液晶投影显示和数字微镜(DMD)投影机，是大屏幕显示发展的主流。1.2.1 PDP大

14、屏幕显示PDP是继CRT和LCD之后较有前途的直视式图像显示器件之一。【1】PDP有许多独特的优点，例如：平板大面积，薄而轻；高亮度（达350 Cdm2），高对比度（达150:1），大视角(1600)；响应速度快，灰度可超过256级；荧光粉发光，色域与CRT相近；工作电压较低，环境性能优异；子场驱动，有利于克服闪烁；数字驱动，特别适合于大屏幕彩色壁挂高清晰度电视(HDTV)，PDP已处于大屏幕显示技术的前列。尤其是近5年来，关键技术基本突破，产品性能已达到实用水平。2000年是PDP的发展期，2000一2005年PDP将走向家庭普及期。日本电气公司、富士通、松下电子工业等公司，都已开发出各式大

15、屏幕PDP显示屏，主要为42英寸及50英寸，42英寸彩色PDP的像素数一般可达1280768，功耗450W，亮度达250 cd/m2，对比度达300:1；50英寸彩色PDP显示屏的像素数为1365768，功耗为700W，亮度达200 ccllm2，对比度达400:1。1.2.2 PALC大屏幕显示PALC是在PDP显示器基础上与TFT-LCD工艺技术嫁接的成果，其性能比PDP提高很多，制造工艺相对简单。它和TFT-LCD相比，主要缺点是功耗增加，优点是制造工艺简便。PALC将向大屏幕方向发展。目前飞利浦消费电子、夏普公司和索尼公司已联合研制出能用于FnYrv的42英寸PALC显示屏样机。PAL

16、C电视样机有25英寸和42英寸等几种。1.2.3 TFT_LCD大屏幕显示TFT-LCD器件发展很快，显示质量（像素数、对比度、亮度等）迅速提高，功耗大幅度下降。TFT-LCD显示屏幕尺寸的增大有一定的限度，主要受制于加工玻璃基板尺寸的生产设备。在九十年代前，LCD均是小屏幕的。从1988年起，日本21家LCD生产设备制造厂联合起来，开发大型LCD生产设备。大型LCD生产设备的发展分四个时期：第一期大型LCD生产设备，从1988年到1994年，基板尺寸为200x270-320400 mm2；第二期大型设备从1993年到1997年，基板尺寸为365465-400500 mm2；第三期大型设备从1

17、994年到1997年，基板尺寸为550-650 mm2；第四期基板尺寸（对度线）为800-1000 mm2。 日本夏普公司已用第三期大型设备生产出28英寸高档HDTV TFT-LCD电视机，显示质量相当好。虽然LCD更适宜于生产30英寸以下屏幕，但主要厂商已在近期启用第四期大型生产设备试产40英寸LCD显示屏，并达到符合HDTV规范要求的高清晰度。1.2.4 大屏幕投影显示在二十世纪40年代出现的油膜光阀投影，开创了大屏幕投影显示的新纪元。由于它的尺寸、重量、功率、建立时间、稳定性及维护等方面的缺陷，人们又开发了性能优越的基于LCD(液晶显示器件)的投影技术。LCD的投影技术有两种类型，一是C

18、RT选址的LCD光阀技术，二是有源矩阵( AM) LCD板技术。前者受到建立时间和稳定性的限制，后者由于热能损耗所引起的散热问题难以解决，因此，人们开始寻求性能更优越的大屏幕投影显示技术，基于数字光处理DLP( Digital Light Processing)的高亮度、高清晰度投影按术就这样应运而生了。1987年美国德州仪器公司发明了数字微镜器件DMD( Di百tal Micromirror Device)，它是采用微电子机械原理、使用半导体工艺制成的数字光开关阵列。该器件可以用二进制脉宽调制技术精密地控制光源，使用一套光学装置组成了DLP系统，从而产生了高亮度、高清晰度的投影图像。这里特别

19、要指出的是基于DLP的投影系统是全数字化的，即输人为电数字图像，输出为光数字图像，输出的光图像能精确复现输入的电图像，图像画面极其稳定，不随时间而变。这正符合当前全数字化显示的方向。数字信号源如：数字视盘(DVD)、数字视频广播(DVB)、数字电影、数字高清晰度电视( HDTV)及互联网等产生的均是数字图像序列，即可直接输送至DLP系统中显示，它可防止由于附加的D/A变换等而引起的图像质量退化。数字图像可直接进入人眼，从而保证最高的图像质量。单体的投影屏幕一般可达50-100英寸。【2】1.2.5背投影和直投影显示 现行的投影电视(Projection Televisions)可以分为两类：一

20、类为前投影式电视(Front-Ptojection TV)，一类为背投影式电视(Rear-Projection TV)。悬挂式的前投影式电视适于做成100-200英寸的大屏幕，在会议室或一些洲际航行的大型飞机上常能见到恳挂式的前投影式彩色电视机。咖啡管型前投影电视适于60英寸以上的屏幕。由于前投影电视的使用范围受到限制，背投影电视便取而代之。近年来在市场上不断涌现出来各种投影电视机，投影电视的市场份额正呈现上升趋势，特别是其中的背投影式彩电，更是以其成本低、清晰度高、显示屏幕大、色彩鲜艳柔和的特点，赢得了市场的青睐。背投影电视是现代电视技术、光学技术和新材料技术结合的产物，它采用高能量、高发光

21、效率的微电子束投射管作为光源，使受到色度和亮度信号调制的三基色光束，经一系列的聚集、放大等光学处理后，再经一次（或两次）反射直接混合投射在由数十万只至数百万只光学透镜制成的荧光屏上成像，从而完全摆脱了笨重而昂贵的显像管，既能很容易地将屏幕做大，也可以增加像素，同时又没有传统显像管中阴罩对色纯度的影响，成本低廉且清晰度高。目前，背投影电视已成为各生产厂家的主流产品。1.3 主要研究内容在大屏幕投影系统领域，国外一直比较活跃，国内方兴未艾。大屏幕投影拼接系统，有国外著名的普林斯顿大学的大屏幕显示墙，斯坦福大学的交互式投影仪工作平台，以及惠普实验室的灵活摄像投影系统等。与之相关的关键技术主要分为投影

22、几何校正，颜色校正，拼接图像亮度混合，分布式执行，以及全景沉浸式投影等。本文主要对大屏幕投影系统的几何校正，颜色校正，拼接图像亮度混合等三个主要技术进行了初步的研究和探讨。1.3.1 几何校正技术 由于投影仪阵列排列的随意性，多投影大屏幕显示系统所面临的首要问题是如何校正投影仪，使拼接后的整个屏幕看上去像一块完整的屏幕，且最后的显示屏幕是一个平行于世界水平线和竖直线的满足给定长宽比的矩形区域。所以拼接中具有挑战性的工作是对投影仪进行排列以产生无缝拼接，传统的手动排列既费时又费力，而固定的多投影仪阵列笨拙又占有巨大的建筑物房问，人们越来越希望实现投影仪随意排列进行灵活的拼接。另一方面，投影仪若倾

23、斜于投影屏幕，投影图象会产生严重的梯形扭曲，这就需要解决多投影仪拼接中的投影仪几何校正问题。目前，人们提出了各种不同的几何饺正方法，比如：使用一个摄像头，记录投影仪之间的相对位置，对相邻投影仪进行点匹配或线匹配达到多投影仪的自动几何排列，这种方法采用机群控制，比较适合投影仪数较多，且在投影墙上进行无缝拼接的场合；还有人提出采用可几何识别和自我配置的投影仪集群，使用摄像头和倾斜传感器的辅助；另外还有人假设投影仪为针-L模型，并获取投影系统的相关儿何参数，通过对观察暂所需的理想图像进行变换获得投影仪所需的预变形图像，利用纹理投影技术并采用OpenGL编程实现，此外在大屏幕投影系统中，还广泛的使用弧

24、幕和球幕作为幕布，这可以采用基于极坐标系的从二维平面到三维空间的基于纹理贴图的校正方法来进行非线性修正，包括光栅对齐和【2】变形校正。光栅对齐是指调整各通道的投影光栅，使得每相邻两通道之间的画面拼接一致；变形校正包括梯形校正和非线性失真校正。几何校正完成后还要对通道间进行无缝拼接和边缘融合的工作，才能实现一幅完整的宽视角的场景画面。1.3.2 颜色校正技术颜色是我们对物体反射光线的感觉。颜色可用亮度、色调、饱和度来描述，人眼看到的任一颜色都是这三个特性的综合效果。通常把色调和饱和度称为色度。亮度表示某彩色光的明亮程度，而色度则表示颜色的类别与深浅程度。自然界常见的各种颜色光，都可由红(R)、绿

25、(G)、蓝(B)三种颜色光按不同比例相配而成，同样绝大多数颜色也可以分解为红、绿、蓝三种色光，这就是色度学中最基本原理三基色原理。颜色通常是使用一定范围内的几个颜色属性来描述它。我们可以把这些属性看作是坐标空间里的坐标，每一个单独的颜色空间对应空间里的一个点。这样一个用于描述颜色的空间叫做颜色空间。颜色空间是对颜色进行量化的坐标空间。 由于投影仪之间颜包的差异，尤其是不同规格和不同类型的投影仪，使得我们最后显示图像拼接处“有缝”，而且最后拼接图像整体颜色不一致，影响我们的视觉效果，这就使我们预先对投影仪的颜色校正变得很重要。有人提出使用分光辐射度计来处理颜色的差异，先测量不同投影仪的光度属性，

26、然后对不同的投影仪每个颜色通道使用颜色映射函数，但这种方法成本较高且不容易实现。目前比较好的方法是把投影仪看成是设备独立性的颜色空间，调整输入像素的颜色值颜色匹配到标准值，建立颜色模型，实现采用非线性最优化方法对投影仪进行颜色校正的方法，其它方法还有函数逼近优化模型法和参数估计统计法等。1.3.3 亮度混合技术在拼接中，两个或多个投影仪投影的重叠区域，比单个投影仪投影的区域亮度高的多，从而十分耀眼和引人注目。因此，需要对重叠部分进行亮度混合，从而达到投影的无缝拼接。亮度混合中常用的是羽化技术，对每个投影仪创建一个羽化度，它由每个像素的亮度权重组成，显示区域重叠部分的像素点的亮度是所有投影仪亮度

27、的加权。多通道投影系统边缘融合问题的角乍决办法，其核心问题就是如何使投影重叠区内两投影机的输出亮度与单台投影机输出亮度等，基于这样的考虑，在几何校订：和颜色校疋的基础上，适当改变贴图曲面的边缘亮度，并与视景贴图融合，可以获得“无缝”拼接的效果。常用的亮度混合方法有线性混合和非线性混合两种。【2】 第二章 LCD技术研究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。比CRT要好的多，但是价钱较其贵。2.1 LCD

28、(life cycle design) 生命周期设计（Life Cycle Design）又称生态设计（Eco-Design）。它是从产品性能、环境保护、经济可行性的角度，考虑产品开发全生命周期（包括产品设计、原材料的提取、产品的制造、包装、销售和使用、用后的回收与处置全过程）的污染预防要求，多级使用资源与能源，以降低产品生产和消费过程对环境的影响，使其与地球的承载能力相一致。 图1. LCD显示器 LCD液晶投影机是液晶显示技术和投影技术相结合的产物，它利用了液晶的电光效应，通过电路控制液晶单元的透射率及反射率，从而产生不同灰度层次及多达1670万种色彩的靓丽图像。LCD投影机的主要成像器件

29、是液晶板。LCD投影机的体积取决于液晶板的大小，液晶板越小，投影机的体积也就越小。 根据电光效应，液晶材料可分为活性液晶和非活性液晶两类，其中活性液晶具有较高的透光性和可控制性。液晶板使用的是活性液晶，人们可通过相关控制系统来控制液晶板的亮度和颜色。与液晶显示器相同，LCD投影机采用的是扭曲向列型液晶。LCD投影机的光源是专用大功率灯泡，发光能量远远高于利用荧光发光的CRT投影机，所以LCD投影机的亮度和色彩饱和度都高于CRT投影机。LCD投影机的像元是液晶板上的液晶单元，液晶板一旦选定，分辨率就基本确定了，所以LCD投影机调节分辨率的功能要比CRT投影机差。 LCD投影机按内部液晶板的片数可

30、分为单片式和三片式两种，现代液晶投影机大都采用3片式LCD板。三片式LCD投影机是用红、绿、蓝三块液晶板分别作为红、绿、蓝三色光的控制层。光源发射出来的白色光经过镜头组后会聚到分色镜组，红色光首先被分离出来，投射到红色液晶板上，液晶板“记录”下的以透明度表示的图像信息被投射生成了图像中的红色光信息。绿色光被投射到绿色液晶板上，形成图像中的绿色光信息，同样蓝色光经蓝色液晶板后生成图像中的蓝色光信息，三种颜色的光在棱镜中会聚，由投影镜头投射到投影幕上形成一幅全彩色图像。三片式LCD投影机比单片式LCD投影机具有更高的图像质量和更高的亮度。LCD投影机体积较小、重量较轻，制造工艺较简单，亮度和对比度

31、较高，分辨率适中，现在LCD投影机占有的市场份额约占总体市场份额的70%以上，是目前市场上占有率最高、应用最广泛的投影机。【3】 2.1.1 对比度 LCD制造时选用的控制IC、滤光片和定向膜等配件，与面板的对比度有关，对一般用户而言，对比度能够达到350:1就足够了，但在专业领域这样的对比度平还不能满足用户的需求。相对CRT显示器轻易达到500：1甚至更高的对比度而言，只有高档液晶显示器才能达到这样如此程度。市场上三星、华硕、LG等一线品牌如今的LCD显示器均可以达到1000：1对比度这一级别，但是由于对比度很难通过仪器准确测量，所以挑的时候还是要自己亲自去看才行。 2.1.2 亮度 LCD

32、是一种介于固态与液态之间的物质，本身是不能发光的，需借助要额外的光源才行。因此，灯管数目关系着液晶显示器亮度。最早的液晶显示器只有上下两个灯管，发展到现在，普及型的最低也是四灯，高端的是六灯。四灯管设计分为三种摆放形式：一种是四个边各有一个灯管，但缺点是中间会出现黑影，解决的方法就是由上到下四个灯管平排列的方式，最后一种是“U”型的摆放形式，其实是两灯变相产生的两根灯管。六灯管设计实际使用的是三根灯管，厂商将三根灯管都弯成“U”型，然后平行放置，以达到六根灯管的效果。 2.1.3 信号响应时间 响应时间指的是液晶显示器对于输入信号的反应速度，也就是液晶由暗转亮或由亮转暗的反应时间,通常是以毫秒（ms）为单位。要说清这一点我们还要从人眼对动态图像的感知谈起。人眼存在“视觉残留”的现象，高速运动的画面在人脑中会形成短暂的印象。动画片、电影等一直到现在最新的游戏正是应用了视觉残留的原理，让一系列渐变的图像在人眼前快速连续显示，便形成动态的影像。人能