文｜上海金橋信息股份有限公司 許堅翔

目前國內(nèi)網(wǎng)管中心、數(shù)據(jù)中心、ECC等項目建設(shè)的風(fēng)生水起，而這些項目中大屏幕拼接墻系統(tǒng)由于擔(dān)負了各種數(shù)據(jù)監(jiān)控的呈現(xiàn)和演示，又是這些項目中非常重要的一個系統(tǒng)。在大屏幕拼接墻系統(tǒng)中，主要有DLP拼接投影箱體（DLP）、液晶（DID）和等離子（PDP）三種方式。其比較如表1所示。

表1

由表1分析可知，在網(wǎng)管中心、數(shù)據(jù)中心、ECC等需要監(jiān)控、調(diào)度、指揮類的場合，用戶需要明確地看清畫面信息。比如監(jiān)控畫面的細節(jié)，匯報文稿的數(shù)字等，都需要清晰無誤地傳遞給用戶，并且需要7x24小時運行，因此，此類項目目前使用DLP拼接投影箱體居多。但由于此類箱體使用超高壓水銀燈（UHP）作為光源，因此需要經(jīng)常更換燈泡，需專人維護，后期維護成本高的特點也是一直困擾在使用方心中的永遠的痛。

而目前隨著大功率LED光源技術(shù)的日臻成熟，在DLP拼接投影箱體中采用LED光源的技術(shù)已經(jīng)可以應(yīng)用于實際的項目中，并克服了UHP燈泡光源顯示系統(tǒng)的諸多問題，成為目前市場上最炙手可熱的話題。那么是否如此？本文將對LED光源在DLP拼接投影箱體中的應(yīng)用做一個簡單的分析與研究。

1 LED光源在DLP投影箱體中應(yīng)用的優(yōu)勢

LED（Light Emitting Diode）俗稱發(fā)光二極管，簡稱LED，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的核心是半導(dǎo)體芯片，芯片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極使整個芯片被環(huán)氧樹脂封裝起來。最初，LED用作儀器儀表的指示光源，后來不同亮度等級的LED在交通信號燈和大尺寸全彩色顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。作為一種理想的固態(tài)結(jié)構(gòu)光源，LED作為光源為DLP拼接投影箱體結(jié)構(gòu)帶來了革新性的變化。

（1）無燈泡和色輪，全固態(tài)投影機設(shè)備

圖1 普通UHP光源光路結(jié)構(gòu)

圖2 LED光源光路結(jié)構(gòu)

圖1、圖2所示為普通以UHP燈為結(jié)構(gòu)的投影單元與LED光源的結(jié)構(gòu)對比。其最大區(qū)別是，LED光源DLP顯示屏消除了UHP燈泡與單片DLP顯示系統(tǒng)中必需的色輪，而這兩者正是投影顯示單元中可靠性和使用壽命最低的部件。

上述系統(tǒng)的設(shè)計改進，導(dǎo)致了LED光源DLP顯示屏具有如下優(yōu)點：

◆ 壽命長：投影顯示墻中的LED光源壽命普遍超過50000小時，與DLP顯示屏整體系統(tǒng)的壽命接近，從而使得DLP顯示屏使用期間基本上不需要更換光源；

◆ 體積小：LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。小巧的體積使得DLP拼接墻體的厚度更加可控，未來可以向超薄方向發(fā)展；

◆ 綠色環(huán)保：LED的環(huán)保不僅體現(xiàn)在其高能源利用率上，更體現(xiàn)在它的原材料和工藝上。LED光源芯片不含UHP燈泡中的水銀等有毒材料，同時LED也可以回收再利用；

◆ 堅固耐用：LED是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內(nèi)也沒有松動的部分，這些特點使得LED不易損壞，這符合工程應(yīng)用對產(chǎn)品穩(wěn)固性的高性能要求；

◆ 可控性強：LED是典型的數(shù)字化光源，可以進行任意亮度水平的調(diào)整。同時，這種調(diào)整不會改變光源的任何色溫表現(xiàn)，提供高色彩穩(wěn)定性的可控的光輸出性能。

（2）LED光源壽命長

壽命長是LED光源的普遍特點。以光源亮度降低為最高原始亮度50%的時間作為壽命的定義，UHP光源燈泡最高壽命10000小時。而LED光源的壽命在光源芯片冷卻環(huán)節(jié)處理妥當(dāng)?shù)那闆r下，至少可以達到55000小時，按照24×7使用模式，相當(dāng)于6.3年，基本和設(shè)備使用期限和更新?lián)Q代期限相當(dāng)。圖3表示了UHP光源與LED光源的壽命曲線。紫色曲線為UHP燈泡壽命曲線，在工作10000小時后亮度下降50%。紅綠藍色曲線分別代表LED光源系統(tǒng)中三基色光源芯片的壽命曲線，斜率很低，壽命遠超UHP燈泡的10000小時。

圖3

（3）LED光源對比度更高，色域范圍更大

采用LED光源的投影機相比采用UHP光源的投影機顏色還原能力更強?，F(xiàn)階段UHP光源投影機顏色還原能力為100%的EBU標(biāo)準(zhǔn)色域，而采用LED光源投影機飽和度更高，可以達到至少160%的EBU色域。

（4）高速切換開關(guān)的LED光源芯片，圖像顯示更穩(wěn)定

因為DLP拼接投影箱體都為單片DMD芯片系統(tǒng)，DMD芯片需要按照時序順序處理紅綠藍三基色顯示內(nèi)容。與之相對應(yīng)的光源系統(tǒng)就需要同步提供紅綠藍三基色的光源。UHP光源燈泡通過加裝機械旋轉(zhuǎn)的色輪來順序提供紅綠藍三基色光源，而色輪轉(zhuǎn)速必須和DMD芯片切換時序同步?？紤]到色輪旋轉(zhuǎn)速度不能過高，DMD芯片切換速度不能太快，從而造成因為光路較長而產(chǎn)生的色散現(xiàn)象。

而LED光源通過電路順序開關(guān)紅綠藍三基色芯片，切換速度可以很高，允許DMD芯片切換時序頻率也可以很高，從而圖像顯示更穩(wěn)定，不會產(chǎn)生色散現(xiàn)象。如圖4、圖5所示。

（5）可以直接控制三基色LED光源芯片，亮度、色溫可以靈活調(diào)整

UHP光源燈泡無法調(diào)整輸出功率、色溫等指標(biāo)，屬于恒定光源。而LED光源采用半導(dǎo)體器件，可以通過調(diào)整LED芯片的驅(qū)動方式實現(xiàn)輸出功率的調(diào)整、三基色配比以及色溫等參數(shù)，調(diào)整方式更為靈活。尤其是色溫調(diào)整功能，可以根據(jù)顯示應(yīng)用對色溫的不同要求進行方便的調(diào)整。現(xiàn)階段LED光源至少可以在3200K、6500K、9300K色溫之間進行切換，甚至手動設(shè)定需要的色溫。

圖4 LED光源DLP光路系統(tǒng)

圖5 UHP光源DLP光路系統(tǒng)

2 LED光源在應(yīng)用中的技術(shù)難點和不足

作為一個新產(chǎn)品，以LED為光源的DLP拼接投影箱體雖然先天有如此眾多的優(yōu)勢。但在目前真正應(yīng)用中，還是有一些技術(shù)難點和不足需要解決，下面試著從四個方面進行分析。

（1）亮度問題

對比超高壓水銀燈（UHP），現(xiàn)在的LED光源系統(tǒng)的亮度偏低。目前市場上LED光源的DLP拼接投影箱體亮度目前只能做到400～600ANSI流明之間（而采用UHP燈泡的DLP拼接投影箱體，一般都可以做到800～1000 ANSI流明之間），最適應(yīng)的箱體尺寸是50、60英寸。更大尺寸的產(chǎn)品目前還應(yīng)用的不太多，亮度有些暗——而使用大尺寸箱體，則在相同顯示面積的前提下，具有使用單元數(shù)量少、拼縫數(shù)量少（這對顯示效果的影響是非常重要的）、平均維護費用低等優(yōu)點。這是目前采用LED光源的一個不足之處。

（2）溫度控制問題

LED光源由于其材質(zhì)是半導(dǎo)體，因此天生對于溫度非常敏感。LED有兩個特性與溫度有密切關(guān)系：一個是亮度，另一個是壽命。我們以Philips公司的LUXEONK2 LED光源舉例說明。

圖6 LED光源壽命圖示

從圖6曲線可以看到，當(dāng)驅(qū)動電流為1.5A時，LED對溫度的要求必需控制在120℃以下。否則，當(dāng)溫度提高10℃達到130℃時，LED的壽命會從60000小時，直線下降到30000小時，壽命下降一半。當(dāng)溫度達到150℃時，壽命只有正常壽命的六分之一（10000小時）。而溫度一旦超過150℃，則LED將直接損毀。

通過以上數(shù)據(jù)，我們可以得出如下結(jié)論：第一，隨著溫度提升，LED光源的亮度輸出將降低；第二，隨著溫度的提升，LED光源的壽命將極大地降低。而LED光源是典型的點光源，LED發(fā)光芯片尺寸很小，通常只有3mm×5mm，但功率很高，熱功率一般都在80W左右。因此，要保證LED光源在持續(xù)工作過程中，亮度保持穩(wěn)定，壽命不會急劇減少，溫度控制至關(guān)重要。如果對LED光源溫度控制不好，會使LED光源亮度和壽命銳減。而如何使DLP拼接投影箱體工作溫度始終保持在LED正常工作的溫度下，是設(shè)計DLP拼接投影箱體的最大的技術(shù)難點之一，也是選擇產(chǎn)品必不可少的一個技術(shù)要求。

（3）光源亮度色彩的自動調(diào)整

如前一點所述，LED光源固然具有長壽命、亮度衰減慢的特點，但前提條件是必須有效控制LED光源芯片的工作溫度。與使用壽命的條件類似，LED光源芯片在亮度輸出和色彩輸出方面也同樣具有某些固有的問題，需要通過某種外界手段進行有效監(jiān)測和控制，否則LED芯片產(chǎn)生的光源無法保證質(zhì)量。這在DLP拼接投影箱體應(yīng)用中（會同時使用十幾個或幾十個箱體共同工作），則會造成畫面的色彩、亮度一致性變差。

LED芯片溫度、驅(qū)動電流的變化、LED芯片的老化等都會對LED光源的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。這就要求LED光源DLP拼接投影箱體必須采取有效措施來對LED光源的特征進行實時監(jiān)測和調(diào)整控制，通過反饋控制將LED光源的差異降低到最低限度，從而保證DLP顯示墻能夠始終保持亮度和色彩的高度一致性。

而LED光源與UHP燈泡光源最大的特性區(qū)別在于，UHP燈泡隨著時間的推移，只有亮度輸出會有明顯變化，而光譜特征變化不大，但是LED光源的亮度輸出和光譜特征都會隨時間變化。使光譜變化的原因就是LED光源輸出的波長產(chǎn)生變化。

因此有效監(jiān)控LED光源的光譜特征，就必須監(jiān)測LED光源亮度和三基色波長特征，這與傳統(tǒng)使用UHP光源的DLP拼接投影箱體只需監(jiān)測亮度有很大的區(qū)別，如何實現(xiàn)對LED光源亮度和三基色波長同時進行監(jiān)測，也是使用LED光源DLP拼接投影箱體需要克服的技術(shù)難點。

（4）價格問題

由于LED光源箱體是新產(chǎn)品，各個廠家的生產(chǎn)量相對較小，價格相對于UHP光源DLP拼接投影箱體的價格要高不少，性價比不占決定性優(yōu)勢。這也是目前LED光源DLP拼接投影箱體應(yīng)用的最大不足之處。

綜上所述，LED光源在DLP拼接投影箱體的應(yīng)用中是革命性的，是未來發(fā)展的趨勢，并最終將取代UHP光源DLP拼接投影箱體。但在DLP拼接投影箱體中使用LED光源，目前還存在著不少不足和技術(shù)難點，因此在類似項目的建設(shè)中，建設(shè)者要通盤考慮，而不要盲目跟風(fēng)。