668_Mamchev_G.V._Tekhnicheskie_sredstva_TV_vehhanija_

Потребляемая OLED-дисплеями мощность меньше, чем у аналогичных по размерам ЖК-дисплеев с задней подсветкой, а изображение сохраняет высокий контраст как в темноте, так и на свету.

Ксожалению, у OLED-дисплеев есть и определенные недостатки. В частности, органические молекулярные и полимерные светоизлучающие материалы быстро разрушаются под воздействием содержащегося в воздухе кислорода и водяных паров, поэтому для обеспечения приемлемой (с точки зрения коммерческого использования) долговечности необходима полная герметизация дисплейной панели. Не менее актуальная проблема – это деградация (старение) светоизлучающих материалов. Органические светоизлучающие материалы постепенно деградируют в процессе работы – это проявляется в уменьшении их эффективности (падении яркости при заданном напряжении питания) и изменении спектральных характеристик. Применяемые в OLED-дисплеях материалы способны излучать свет с очень высокой яркостью, однако, проблема в том, что скорость их старения прямо пропорциональна яркости излучения.

По мнению специалистов после доработки срок службы OLED-дисплеев в ближайшее время может быть увеличен до 40 тысяч часов, что вполне достаточно для коммерческого использования подобных устройств.

В качестве примера рассмотрим технические характеристики OLEDтелевизора EL9500, с 2010 года выпускаемого компанией LG Electronics. Диа-

гональ экрана – 15 . Согласно данным производителя, уровень динамического контраста этой модели превышает 10 000 000:1, а эффективный угол обзора составляет 180 . Толщина корпуса EL9500 – всего 3,2 мм. Для подключения источников сигнала предусмотрен порт HDMI. Кроме того, имеется хостконтроллер USB и функция воспроизведения медиафайлов в формате DivX HD, MP3 и JPEG с внешних носителей. Телевизор имеет высококачественные встроенные аудиодинамики. Его можно без труда подвесить на стену или же установить на столе, используя штатную подставку-трансформер.

Фирма Sony в настоящее время выпускает OLED-телевизоры моделей PVM-2541, PVM-1741 с размерами экрана 25 и 17 , обеспечивающие разрешение 1920 1080 пикселей в кадре, дополнительно оснащенные 10-разрядным процессором обработки сигнала. К серийному выпуску AMOLED-телевизоров формата Full HD с размером экрана 55 приступили корейские компании Samsung и LG.

8.3. Конструкция светодиодных экранов

Самым проблемным звеном ВИС являются экраны, устанавливаемые на открытом воздухе. Здесь и сложности с достижением необходимой яркости, и вопросы ее адаптации к изменяющимся внешним условиям, и защита экранов от вредного воздействия окружающей среды (пыль, влага). Практика показала, что для наружных ВИС DOOH (Digital Out Of Home) основными экранами являются светодиодные, которые характеризуются многофункциональностью, высокой надежностью и эффективностью.

Конструктивно экран состоит из светодиодных модулей, каждый из которых представляет собой совокупность определенного количества пикселей, например 16х16. Светодиодные экраны можно сделать сколь угодно большими по площади за счет увеличения числа модулей по горизонтали и вертикали, причем вовсе необязательно, чтобы готовый экран имел прямоугольную форму. Экраны продолжают работать даже тогда, когда какой-либо из модулей нуждается в замене.

При использовании красных светодиодов с низким значением силы света формирование отдельных пикселей осуществляется по схеме 2R1G1B (два красных субпикселя, по одному синему и зеленому субпикселю), причем яркость отдельных светодиодов отличается не более чем на 10 %, а погрешность длины волны светодиодов одного цвета не превышает ± 2,5 нм. С появлением красных светодиодов с высокими значениями силы света стало возможным построение пикселя по схеме 1R1G1B (трехдиодный пиксель). С разработкой малогабаритных светодиодов с возможностью поверхностного монтажа на печатной плате три светодиода R, G, B-типа располагаются в одном корпусе. Это позволило собирать светодиодные экраны высокого разрешения (стандарт HD) при относительно небольших габаритных размерах при условии, что невооруженным глазом ячеистая структура светодиодного экрана практически незаметна. Воспроизводимые изображения хорошо видны даже при ярком внешнем освещении, поскольку светодиодные экраны обеспечивают яркость свечения до 5000 кд/м2. Благодаря этому достигается высокое качество воспроизводимого изображения, а его параметры практически одинаковы по всей площади экрана.

Для формирования разных уровней яркости излучения светодиодов применяют ШИМ (PWM – Pulse-Width Modulation – широтно-импульсная модуляция). В этом случае ток непостоянно подается на светодиоды, а только в течение некоторого времени, зависящего от требуемого уровня яркости.

Схема управления светодиодным экраном представлена на рис. 8. 18. Пе-

Светодиодный экран

Интернет Управляющий компьютер

Светодиодные ТВ тюнер Контроллеры модули

модулей

DVD-плеер

Видеокамера

Рис. 8.18. Функциональная схема системы воспроизведения изображений светодиодным экраном

редача информации и непосредственное управление светодиодными модулями осуществляются контроллерами, которые подключены к управляющему компьютеру. В компьютере устанавливается дополнительная плата видеопроцессора, на вход которой могут подаваться видеосигналы от различных источников. Кроме того, заранее подготовленный видеосюжет можно записать на жесткий диск управляющего компьютера и он будет воспроизводить его по заранее составленному расписанию.

В качестве примера практического использования светодиодов для отображения видеоинформации можно привести огромный светодиодных экран, установленный у чемпионату мира по футболу 2014 года на фасаде стадиона Arena Corinthians в Бразилии. Достаточно сказать, что длина этого экрана составляет 170 м, а высота – 20 м. Для формирования изображения применили 34 тысячи светодиодных модулей компании Osram. Экран использовался для демонстрации футбольных матчей, их результатов, разнообразной дополнительной информации и соответствующего видео.

8.4. Конструкция большеэкранных видеосистем составного типа

Для получения большеэкранных видеосистем иногда используется принцип составного экрана (видеостены), в соответствии с которым экран требуемого размера «набирают» из отдельных видеомодулей. Таким образом, видеостена представляет собой большой экран, состоящий из нескольких дисплеев, количество и характеристики которых определяются местом установки, расстоянием, с которого будет восприниматься информация, а также качеством воспроизводимых изображений. подобные видеосистемы выпускаются как зарубежными фирмами (например, Philips, Pioneer и др.), так и отечественными предприятиями [48].

Кроме режима отображения больших по размерам телевизионных изображений, в видеостенах предусматривается полиэкранный режим, когда на отдельные модули подаются различные (свои) видеосигналы, и режим «размножения» изображения, при котором на все модули подается один и тот же видеосигнал.

Обобщенная структурная схема видеостены с системой управления и внешними устройствами приведена на рис. 8.19. Результирующее изображение видеостены синтезируется из нескольких изображений (в данном случае 9), формируемых отдельными видеомодулями.

Особенностью видеостены является возможность индивидуального управления видеомониторами с помощью ПК, связанного с видеостеной через стандартный интерфейс. При этом в видеомониторах используется цифровая развертка с частотой смены кадров 100 Гц (75 Гц), что позволяет получить стабильное изображение без мерцаний, которые часто бывают заметны при стандартной частоте полей 50 или 60 Гц. Технология цифровой смены кадров с частотой 100 Гц предполагает наличие памяти на один кадр. Получение «оста-

Рис. 8.19. Структурная схема большеэкранной видеосистемы типа видеостена: 1 – экран; 2 – цифровое устройство управления изображением;

3 – персональный компьютер; 4 – звуковая система; 5 – пульт управления; 6, 7, 8, 9 – источники видеосигналов (телекамера, карты твердотельной памяти,

лазерный видеопроигрыватель, знакогенератор)

новленных» изображений расширяет творческие возможности при воспроизведении синтезированного изображения, состоящего из нескольких различных кадров.

В качестве дискретных модулей видеостены можно использовать газоразрядные модули, однако в большинстве практических случаев применяются ЖКЭ относительно небольших размеров (размер диагонали 20ʺ…60ʺ), имеющие очень узкую рамку (в пределах 4…6 мм), почти невидимую с большого расстояния. Но даже вблизи она не мешает восприятию изображений на таком составном экране.

Достоинства именно такого технического решения очевидны, так как стоимость изготовления ЖКЭ пропорциональна квадрату площади. С позиций схемотехники, при имеющемся уровне развития обработки изображений, нет особых проблем синтезировать и распараллелить загрузку большого по размерам телевизионного изображения по различным фрагментам – отдельным ЖКЭ. Труднее всего обеспечить бесшовную стыковку ЖКЭ малых размеров. Специа-

листам компаний Rainbow (США) и Philips Flat Display System (Нидерланды)

удалось создать технологию бесшовной стыковки для мультиэкранных систем, состоящих из множества плоскопараллельных ЖКЭ [49]. В процессе работы удалось добиться высокой равномерности по яркости, контрасту и цветности соседних стыкуемых ЖКЭ. Технология стыковки позволяет сохранить и равномерность шага пикселей, так чтобы место шва было абсолютно незаметно.

По сравнению с другими большеэкранными системами видеостены имеют следующие преимущества:

достаточно большая яркость изображения (порядка 100 кд/м и выше);

возможность получения высокой разрешающей способности (общее количество строк разложения в составном экране равно числу строк в модуле, умноженному на число модулей по вертикали);

возможность создания полиэкранных эффектов чисто электронными средствами путем простого переключения видеосигналов;

равномерно распределенное по объему и сравнительно небольшое (порядка 60...100 Вт/модуль) тепловыделение, не требующее специальных систем охлаждения и вентиляции;

большой срок службы (несколько лет);

стабильность параметров;

простота смены неисправных модулей (время восстановления около

30 мин).

Примером практической реализации видеосистемы составного типа является интерактивная полиэкранная ВИС со звуковым сопровождением к каждому экрану и возможностью выбора языка трансляции, разработанная российской компанией InnoLabs. Полиэкран ВИС состоит из четырех бесшовных ЖКпанелей с диагональю 42ʺ. К системе отображения подключаются медиа- и webсерверы и звуковые прожекторы. Для живой трансляции видео к медиасерверу можно подключить телекамеру. Преимущество звуковых прожекторов перед обычными громкоговорителями с ограниченной зоной действия заключается в том, что они могут подавать звук в ограниченную область пространства у экрана, а за ее пределами звук практически не слышен.

8.5. Принципы формирования полиэкранных изображений

Благодаря прогрессу в сфере производства ультратонких ЖК-дисплеев и компьютерной техники (разработка полиэкранных процессоров) средства видеомониторинга больше не ограничены громоздкими мониторными стеллажами и видеостенами, жгутами кабелей и воспроизведением изображений по принципу «один сигнал – один экран».

Поэтому в сфере видеомониторинга доминируют системы полиэкранного отображения, позволяющие выводить на один экран несколько окон, в каждом из которых воспроизводится изображение своего сигнала. Окна эти можно располагать так, как удобно пользователю, менять их размеры, разворачивать любое из них на весь экран, снабжать дополнительной информацией (подоконными подписями, служебными титрами и т.д.).

Например, система Screenbox создана для формирования и вывода полиэкранных изображений высокого разрешения, включающих различные видео- и медиаданные. Система способна принимать до 16 входных видеосигналов раз-

личных источников, которые могут отображаться на одном или нескольких больших по размерам мониторах. Причем каждое видеоокно сопровождается соответствующим звуковым индикатором.

Разработанный компанией Logocam аппаратный полиэкранный процессор (Multiviewer) LogoVision позволяет одновременно воспроизводить изображения высокого разрешения от нескольких (до 32) источников видеосигналов на одной или нескольких плазменных или ЖК-панелях разрешением 4K или 8K с целью отображения результатов контроля большого количества параметров.

9. ПРОЕКЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ БОЛЬШОГО РАЗМЕРА

9.1. Мультимедийные проекторы D-ILA-типа

Основу проекторов D-ILA составляет так называемая отражательная (Reflective) жидкокристаллическая панель (R-ЖК-панель) (рис. 9.1). Ее главное отличие от обычной жидкокристаллической матрицы состоит в том, что электроды, управляющие поляризацией ячеек, имеют квадратную форму и выполняют роль зеркал [30].

Причем элементы электронной схемы управления не препятствуют прохождению световых лучей через рабочий слой (как это происходит в обычной жидкокристаллической (LCD) матрице). За счет этого коэффициент отражения R-ЖК-панели для белого света доходит до 95%. По сравнению с обычной TFTпанелью, R-ЖК-панель обеспечивает более высокие яркость, четкость и контрастность изображения. В матрицах, изготовленных по технологии LCoS, жидкие кристаллы расположены параллельно вертикальной оси, что позволяет в перспективе повысить контрастность изображений до 2000:1. В некоторых моделях видеопроекторов, выпускаемых в основном фирмой Sony, LCoSматрица называется прибором формирования изображения SXRD (Silicon X-tal Reflective Display).

Рис. 9.1. Структура R-ЖК-панели:

а) вид в разрезе; б) фронтальный вид панели

Рис. 9.2. Оптическая схема модулятора проектора D-ILA-типа

Схема модулирующего устройства проектора D-ILA оказывается гораздо проще, чем в проекторах ILA-типа, за счет отсутствия в ней дополнительного источника изображения на базе ЭЛТ (рис. 9.2). Принципиальная особенность конструкции модулирующего устройства заключается в том, что функцию анализатора отраженного от LCoS-матрицы света и световых лучей, поступающих от проекционной лампы, выполняет блок поляризатора-анализатора, содержащий диагональное зеркало-поляризатор. Это зеркало при падении на него света под углом 45 пропускает его составляющую с поляризацией вдоль поверхности зеркала и отражает перпендикулярную составляющую. В компьютерных видеопроекторах фирмы Sony подобные блоки поляризатора-анализатора имеют обозначение PBS (Polarized Beam Splitter – расщепитель поляризованных лучей).

Конструкция проекционного устройства D-ILA-типа напоминает устройство полисиликонового проектора с той разницей, что вместо просветных TFTматриц в нем используется R-ЖК-панель и блок поляризатора-анализатора

(рис. 9.3).

Рис. 9.3. Оптическая схема видеопроектора D-ILA-типа

Проектор, построенный по D-ILA-технологии, содержит проекционную лампу, три жидкокристаллические панели на основе LCoS матриц, модулирующие красный (R), зеленый (G) и синий (В) световые потоки, и оптическую систему. Световой поток лампы через светоделительную систему поступает на LCoS-матрицы и после отражения направляется с помощью смесительной призмы в проекционный объектив, где световые потоки смешиваются и, попадая на экран, образуют единое полноцветное изображение. Такой проектор весьма компактен и относительно легок.

Рассмотрим работу D-ILA-проектора более детально. Световой поток источника света (проекционной лампы) 1, пройдя защитный инфракрасный фильтр 2 и конвертер поляризации, размещенный в конденсоре 3, сначала разделяется светоделительным дихроичным узлом 4 на желтую (R + G) и синюю (В) составляющие. Они, отражаясь от соответствующих зеркал 5 и пройдя корректирующие светофильтры 7, попадают на поляризационные расщепители PBS 8, причем желтая составляющая предварительно разделяется дихроичным зеркалом 6 на красную и зеленую путем отражения световых лучей зеленого цвета. Далее световые лучи R, G и В цветов поступают на соответствующие модуляторы (LCoS-матрицы) 9 и, отражаясь от них, снова попадают в PBS 8, а затем в смесительную призму 10. Здесь они суммируются и, отражаясь от зеркала 5, попадают в объектив 11 и проецируются на экран.

Конвертер поляризации расщепляет световой поток от проекционной лампы на две составляющие, плоскости поляризации которых сдвинуты на 90 , а затем поворачивает одну из них на 90 . В результате весь световой поток приобретает единую (линейную) поляризацию, совпадающую с плоскостью поляризации, перпендикулярной поверхности зеркала PBS.

Модуляторы света, то есть LCoS-матрицы, отражают падающий на них свет обратно на PBS с внесением дополнительных сдвигов поляризации в соответствии с управляющими видеосигналами. Если этих сигналов нет, то полупрозрачное зеркало PBS ничего не пропустит в смесительную призму 10. Таким образом, в объектив попадает только полезная часть светового потока, несущая информацию в соответствии с управляющими сигналами. Источником отображаемых изображений является кадровая память, информация в которой предварительно обновляется интерфейсным видеопроцессором с частотой полей.

Главные достоинства D-ILA-технологии – высокое реализуемое разрешение за счет интеграции пикселей наивысшей плотности, меньшие искажения, аналоговые свойства LCoS-матриц при модуляции светового потока и высокий уровень контрастности, а так же отсутствие снижения светосилы при высоком разрешении.

LCoS-технология за счет использования управляющей полупроводниковой КМОП-структуры позволяет наращивать число пикселей и, следовательно, разрешающую способность матрицы без значительного увеличения ее размеров. Например, LCoS-матрица может содержать до 8,85 миллионов пикселей, при этом размер одного пикселя не превышает 8,5 мкм.

Технология изготовления LCoS-матриц легко вписывается в типовой процесс производства КМОП-структур, а значит, сами матрицы а перспективе могут быть относительно недорогими.

Причиной меньшего числа искажений является отражательный, а не светопропускающий принцип работы LCoS-матрицы.

Высокий уровень контрастности воспроизводимых изображений D-ILA- проектором обусловлен, в основном, двумя факторами:

способом вертикальной ориентации молекул жидких кристаллов (Vertical Aligned Liquid Crystal);

чрезвычайно тонким слоем жидких кристаллов (до 2 мкм).

Способ Vertical Aligned Liquid Crystal имеет большое практическое значение. Дело в том, что для проекционной системы любого типа очень важным параметром является отображение абсолютно черного цвета. А именно этот фактор определяет контрастность воспроизводимых изображений. Иными словами контрастность изображения, обеспечиваемая видеопроектором, зависит от того, насколько эффективно световой поток внешнего источника может быть перекрыт, чтобы он совсем не проходил через устройство формирования изображения.

Все жидкокристаллические чипы управляют количеством света, который должен быть направлен на проекционный экран, путем приложения электрического поля к элементам ЖК решетки. В обычных ЖК-чипах черный цвет формируется, когда электрическое поле приложено перпендикулярно ЖК-решетке. Однако молекулы вблизи поверхности стеклянной подложки могут управляться неточно. Это не является проблемой для очень яркого изображения. Однако при воспроизведении темных изображений свет может «протекать» сквозь ЖКчип, поскольку молекулы у поверхности стеклянной подложки располагаются не столь точно, как все остальные. В результате черный цвет получается не глубоким, а черно-коричневым.

Чип LCoS-типа (SXRD) лишен этого недостатка благодаря тому, что система Vertical Aligned Liquid Crystal отображает черный цвет, когда электрического поля нет совсем. А поскольку все молекулы ЖК расположены правильно, оптимизируется и их расположение при наличии электрического поля. Вот почему достигается гораздо более глубокий черный цвет, а значит, и высокое значение контрастности.

Ввиду аналоговых свойств LCoS-матрицы при модуляции светового потока лучше воспроизводятся оттенки серого цвета по сравнению с DLPматрицами (меньшие искажения обусловлены отсутствием принудительной пульсации светового потока, применяемой в DLP-проекторах для создания на экране оттенков серого цвета). В целом, технология D-ILA обеспечивает более «мягкое», то есть естественное, изображение по сравнению с другими технологиями формирования проекционного изображения.

Сверхтонкий слой ЖК вносит свой вклад и в малую инерционность LCoSматрицы, а, следовательно, и видеопроектора в целом, которая не превышает 5 мс. LCoS-чип быстро реагирует на мгновенные изменения содержания изобра-