通常把显示面积在1m\(^{2}\)以上的视频显示称为视频大屏幕显示。随着应用领域的开拓和显示技术的进展,实现视频大屏幕显示的手段愈来愈多。但是,就其显示方式而言,目前,总的可分为视频投影显示和视频平板大画面显示两大类。
视频投影显示
视频投影显示是视频大屏幕显示中发展最早的。因其通过光学投影系统实现显示,故称“投影显示”,按照成象原理,视频投影显示分为投影管式、光阀式和激光扫描式等三种类型。
1.投影管式显示:其工艺成熟,结构简单,易于普及,是目前视频大屏幕显示中的主要形式之一,并且正在向着高清晰度方向发展。最近几年日本先后开发出从54英寸到400英寸十几种规格的1125扫描行的高清晰度投影装置,且已商品化。
2.光阀式投影显示:其工作原理是由被视频信号调制的电子束或激光束去控制某些可控媒质的光学参数(如折射率或透射率等),再利用功率较强的独立光源把这种由光学参数的变化所构成的潜象通过光学投影系统投射到屏幕上,得到放大的图象。近几年来,这方面发展较快的是液晶光阀式投影显示。国内已试制出显示面积2×3m\(^{2}\)的电子束写入式液晶光阀投影显示器,分辨率达300TVL。
3.激光扫描式投影显示:利用强度被视频信号调制的激光,在屏幕上直接扫描形成图象。其中,激光由离子激光器产生,激光束的强度由电—声—光(或电—光)调制器进行调制,激光束的偏转采用旋转振动多面镜或声光衍射、电光折射等方式。不久前,日本NHK已开发出1125扫描行的高清晰度激光扫描投影电视装置。
视频平板大画面显示
平板显示器的显示屏是由象素元件构成的矩阵平板。视频信号数字化处理后,暂时存储在帧存储器内,通过逻辑电路分配到各象素元件的驱动电路,通过对象素元件进行驱动实现显示。
目前,矩阵显示屏有两种,一种是利用电子束管(CRT)、荧光管(VFD)、光电二极管(LED)等做为象素元件构成的。另一种是利用在异面交叉的两组条状电极的夹层间充以某些物质(液晶、惰性气体、荧光粉等),当交叉点上通过驱动电路加以一定的工作电压时,其光学性质发生改变,或发生放电、发光现象,从而构成显示。如液晶显示屏(LC)、等离子体显示屏(PDP)、电致发光屏(ELP)等。按照象素排列的方式及显示屏的结构,大画面平板显示器分为三类:
1.单象素排列式平板显示器:由单个象素管(CRT、VFD、LED)或复合象素管作为单元,将其排列成矩阵,并配以显示逻辑控制电路、驱动电路等,由微处理机统一控制、处理,实现大画面显示。目前,使用最多的象素管是电子束象素管(CRT),其管面亮度已达到3000ft-L,故白天在室外显示仍然感到很亮。在实际显示时,其亮度的层次一般通过帧周期内的接通时间进行控制。1988年在北京召开的全国农民运动会上曾展示出一面78m\(^{2}\)的显示屏,共使用3万多只电子束象素管。
2.象素模块排列式:先由单个象素点组成象素模块,再由象素模块作为单元排列成大尺寸的显示屏,其中,每个象素模块都具有独立功能,由独立的驱动单元、控制单元、存储单元构成一个子系统,然后,再由各个模块子系统组成一个大屏幕显示系统,总系统中有完整的控制、驱动系统。三菱电机公司和松下电器公司曾在日本筑波国际科技博览会上分别展出了宽5米、高4米和宽12米、高3米的大型视频液晶显示屏,每个显示屏都由几百块面积为460×60mm\(^{2}\)的液晶象素模块组成,每个模块含64×8个象素,象素间距7.2毫米,各个象素通过三点型滤色器构成彩色象素,背后采用照明荧光灯进行透射,亮度可达到80ft-L。
除采用液晶象素模块外,目前,实现象素模块显示较成熟的还有光电二极管(LED),由于LED元件小,可以缩小模块的间隙。但因受到蓝色发光管的亮度和发光效率低的限制,室外全色大画面显示尚处于开发之中。
3.单板矩阵式:整个显示屏的象素是由单个板构成的。目前,能够用于大画面显示的单板矩阵显示屏只有等离子体显示板(PDP)。它在两组互相垂直的平行电极组之间加入一定的高电压,使某些交叉(异面交叉)点中间的气体放电所产生的辐射进行显示。在实际应用中多采用氖气显示板,发出澄红色光。为了获得各种各样的颜色,可以使其辐射出波长为100~200mm的紫外线,再由它激发荧光体来产生各种颜色的光。
PDP有交流(AC)驱动式和直流(DC)驱动式两种, 主要区别在于电介质层。目前, 已出现的视频大画面PDP显示屏主要是AC式,如美国光电公司制造的1024×1024单元的显示屏(对角线1米),AC式的缺点是实现彩色化较困难。而DC式则已成功解决了彩色化的问题。如日本已研制出亮度为40ft-L的PDP彩色显示屏。并在开发1125扫描行的高清晰度大型彩色壁挂电视。
视频大屏幕显示的前景
根据使用环境的不同,视频大屏幕显示可分为三类:一是以显示视频图象为主的显示,二是以字符、图形为主但包括视频图象的显示,三是体育场、广场等大型露天公共场所,面向大众进行包括字符、图形和视频图象在内的信息服务型大屏幕显示。
对于第一类应用,量大面广,在目前及今后相当长的时间里,视频投影显示器将占绝对优势。特别是近年来,投影技术与数字技术、高清晰度技术的结合而形成的高清晰度大屏幕显示器,将以其临场感极强的生动画面,进一步扩大其应用范围,与光纤技术结合而实现的“高保真电影放映系统”、“高保真电影院”就是其例。另外,通过高清晰度大屏幕显示技术与计算机技术、通信技术相结合而实现的高质量的排版、印刷,正在给印刷技术带来变革。
对于第二类应用,系统的操纵者或管理者要求能准确地传送密度很高的信息,虽然以字符和图形显示为主,但是,要求全色、高分辨率。如在航空模拟训练中要求显示全色的景象。目前,该领域中,主要采用高分辨率投影显示系统,另一方面,从应用现场的空间条件出发,大型平板显示器是很有前途的。
第三类,在露天公共场所的应用,因在白天室外的情况下,要达到正常的观看效果,图象的亮度必须在300ft-L以上,而这是投影显示器难以达到的,目前投影显示器的亮度即使在小屏幕的情况下一般也不超过200ft-L。采用象素管或复合象素元件组成的单象素排列式平板显示器较为理想。如日本索尼公司曾在筑波国际科技博览会上展示的世界上最大的电视显示屏:屏高25米,宽40米(对角线2000英寸),采用了约15万组由45万只红、绿、蓝色象素管排列而成。其亮度达1700ft-L,可供几万人同时观看视频图象,白天,在500米之外,仍能看到屏上清晰的彩色图象。
但是,在机场候机厅等相对比较狭窄的公共场所,因单象素排列显示屏的象素间的距离过大,观看时很不舒服,又因环境照度很难控制,投影显示器就不太适应了。这时,采用复合象素模块排列而成的大画面全彩色视频显示器,则较理想。因其象素距离小,在大厅内距离远近都可观看。
综上所述,视频大屏幕显示技术将继续向着高分辨率、高亮度的方向发展。从显示手段上来看,投影显示与平板显示近期内互相替代是次要的,主要的是各自如何在适应新的应用领域中取得平行的进展。(张钟嵊)