介绍
自从问世以来，投影技术一直是用于显示大型高分辨率图像的主要技术。多年来，投影机的发展与计算机图像和视频信源的进步并驾齐驱，并紧随更高分辨率和更大尺寸银幕的趋势。
然而，在某些应用中往往需要在更大的投影范围上达到更高的像素密度，这是任何单独的定焦投影机所无法提供的。本文介绍的是控制室应用，在控制室中，可以对电力和其它公用事业、工厂流程、通讯网络、交通路线和其它许多重要设施进行监控。实现这些应用的最佳方式是将多台背投设备组合成一个视频墙。这样的拼接阵列可以产生一个组合图像，像素数比单台投影机的像素数高得多。
视频墙挑战
视频墙对投影机提出了一系列重大挑战。 这些挑战主要涉及可靠性、购置总成本、设置的方便性和性能的长期维护。所有这些都受到投影机光源属性的重要影响。
数字投影机通常使用高强度气体放电(HID)灯，照射一个或多个微型显示器。在这样的灯中，通过玻璃密封套中的一个电弧点燃含氙气或汞蒸气的高压气体，汞蒸气是最常见的。HID灯的属性与主要由固态元件(包括微型显示器)构成的现代数字投影机形成鲜明对比。投影机的光源依然顽固地保持着非固态，直到现在也是如此。
现在已经出现了固态发光二极管(LED)取代HID灯的应用(见图1)。正如Christie EnteroTM LED背投系统所表现的那样，这一技术带来了设备运行和性能上的许多显而易见的优势，可以解决投影阵列(尤其是视频墙)中存在的一些难题。
设备运行的优点
从设备运行上来说，LED的主要优势是高可靠性和长寿命。例如，根据LED制造商Luminus Devices公司基于数百万小时的仪器实际使用测试得出的可靠数据，我们可以预测，在投影应用中的标准设备运行条件下，其中值寿命将超过50,000小时，有可能高达80,000小时。这个数字远高于HID灯的预期寿命，后者从某些高功率氙气灯500小时的短寿命到某些低功率、超高压汞蒸气灯所能达到的(最多)约10,000小时的长寿命不等。LED的高可靠性意味着用户无需经常更换灯泡，避免原材料和劳动力损耗，从而降低产品的拥有成本，包括妥善处理废旧灯泡的成本。由于汞蒸气灯中含有的汞在许多国家都受到环保限制，因而更换灯泡对环境带来的影响也不容忽视。
更长的光源寿命还意味着由灯泡故障和更换造成的视频墙投影机的停机时间大幅缩短。LED与生俱来的可靠性还可能意味着在长期使用视频墙的过程中不需要更换任何投影机的光源。
由于LED不产生紫外线(UV)，因此不仅比HID灯之类的光源更可靠，而且还能潜在提升投影机光学系统的平衡可靠性。相比之下，HID灯所产生的大量紫外光必须在进入投影机的光学器件之前消除，因为紫外光会加速光学涂层及其它材料的老化，特别是基于有机化合物的材料。当然，通过精心设计能够减轻这一问题所带来的影响，但是诸如液晶显示(LCD)和硅基液晶(LCoS)这类采用偏光材料的投影技术一直以来就对紫外线极其敏感。
在单片DLP?投影机的例子中，使用LED作为代替HID灯的光源，可以提高投影的可靠性。以一个传统HID灯作为光源，单片DLP?系统依赖于使用机械色轮在每一视频帧期间内进行三原色间的循环。色轮过滤掉了来自灯所提供的连续光谱中的原色。
遗憾的是，作为活动的机械装置，色轮是投影机整体可靠性的一大弱点。LED的使用完全淘汰了色轮(见图2)。通过快速切换受控制的红、绿、蓝LED，根据需要开关，可以实现三原色的电子循环，不降低可靠性。
性能优点
LED发光还具有很多性能优势。举例来说，LED不但具有更长的使用寿命，精密的投影机设计使得它们的亮度几乎不会随着使用时间的增加而减弱。根据典型设备的长期老化数据，我们可预测，即使在最大建议接点温度下，经过20,000小时的运行，预期红光和蓝光亮度仅会发生20%的衰减，而绿光的衰减将小于5%。相比之下，HID灯的亮度则会在使用后数百小时内从其峰值输出迅速减弱，并在使用寿命结束时衰减50%(根据典型定义)。(见图3)[Page]
光输出的下降速度越慢，规定时间内与峰值亮度密切相关的平均亮度值就越高。对于视频墙来说更重要的是，由于单个拼接图像在其未修正状态中的亮度差别不大，使得在视频墙上进行整体图像的亮度均匀性维护变得更加容易了。要在一视频墙上保持亮度的均匀性，就需要对各个单独投射图像的相对强度进行很好的控制。在这方面LED也显示出优势。人们可大范围地电子控制LED的亮度，在设备特性仅发生微变或不变的情况下，其控制潜力可达100%(从全白到全黑)。 而另一方面，HID灯的亮度控制范围则通常会受到很大的局限：对于某些汞蒸气灯来说，其控制范围仅有20%，而对于氙气灯，其数值也不过才50%。
对LED光输出精确控制的能力不仅能实现视频墙中的投影机的峰值亮度的平衡，也可实现黑电平及色彩的精确平衡。因为基于LED的投影机使用独立的红、绿、蓝LED，其亮度均被独立控制，任何颜色失衡都可轻易得到实时修正，从而显示稳定的色彩。视频墙投影机之间可以进行通讯，便于在投影机之间实现精确的色彩匹配。另外，这个过程还可以完全自动完成。例如，Christie ArrayLOC?可以在多达128台投影机的投影阵列上，提供亮度、黑电平和色彩方面的实时和连续自动平衡。
人们通常认为色彩是继对比度、分辨率和亮度之后在图像质量方面最重要的决定因素。而这也是LED的最大优点之一。投影机中所使用的每个红色、绿色和蓝色LED均会发射出波长范围极窄的光，典型的蓝光主波长为460nm，绿光为525nm，而红光为625nm。因此，LED投影机本身色域相对较大。如图4所示，CIE色度图(1931)上三角形面积所定义的典型LED投影机的色域几乎比通常用于控制室显示的欧洲广播联盟(EBU)的色域大了将近70%。
只要对数据源进行正确编码，LED照明所具有的更大色域将使其以超出常规灯泡技术的光谱性能精确再现真实物体色彩。 显然，通过降低原色的饱和度，诸如EBU的标准色域可被精确渲染。
由于LED的各原色都可被完全独立控制，上述目标可在极少甚至完全不牺牲其它性能参数的情况下实现。
对于视频墙，更为重要的一点是，拥有大色域值的投影机也将使整个视频墙达到更广的色域，这是因为任何公共色域不可避免地会受其中每一台投影机所能达到的色域范围的限制。例如，对于那些仅能在标称数值上达到EBU色域的投影显示，由于误差的影响，视频墙的合成色域可能会比EBU色域要小。
另外非常重要的一点是，LED真的消除了以前与单片DLP?投影机联系在一起的色彩序列瑕疵。采用HID灯的投影机的色轮的速度仅限于每秒几百转，这意味着每秒RGB色彩循环的次数也是有限的。因此，色轮也会造成色彩分离假象（所谓的“彩虹”效应），眼睛或头部快速移动时可以看到。例如，黑底白色的图像会分裂为多条色带。
在LED投影机中，LED的切换可以实现色轮的功能，切换的速度非常快，色彩变化的速度远远超出了每个观察者的闪烁融合阈限。尽管并非每个人都看到相同的程度的色彩分离现象，但对于那些具有敏锐的色彩感的人来说，这仍然是一个不错的进展。
迎接挑战
尽管与HID灯相比，使用LED作为光源对于视频墙有许多优势，但要有效地发挥这些优势，还需要克服很多挑战。
首先，从LED中发出的光，就其光通量(原流明)和光谱特征而言，都依赖于设备的驱动电流和接点温度。特别地，这两个因素都可以改变LED放出光的峰值波长，而这将改变图像的色域。显然， 电流和接点温度都必须被精确地控制。 经过数年的研究，科视公司已经发展了对应这类控制的诸多专利技术，并申报多项专利。
第二，接点温度也会对LED的可靠性以及光输出随时间衰减的速度产生影响。因此，良好的热量控制和系统冷却技术对于将系统温度降至最小值、增强可靠性以及保持投影机使用寿命期间的最优性能都是极为重要的。最后则是亮度的问题。毫无疑问，目前LED还不能实现许多汞蒸气灯的高水平光输出，更不用说与高功率氙气灯相比了。然而，在许多应用中，LED可达到的屏幕亮度非常合适，并且LED在图像表现及设备运行上的优势更显得尤为重要。控制室视频墙就是此类应用中的一种。[Page]
然而，在过去几年中，随着光通量的迅速增长，LED照明技术所带来的巨大优势将激励此项技术迅猛发展。随着这股趋势继续延续，在今后几年，亮度将进一步提高。
优势
LED发光技术的优势已经在众多投影产品（如家用背投电视和所谓的“袖珍式”正投投影机）中得到验证。随着Luminus Devices公司对PhlatLight?等大尺寸LED亮度的快速改进，肯定会出现更多产品和范围更广的应用。
不过，要克服控制室应用中的挑战，就需要设计专门的解决方案，如Christie EnteroTM背投显示系统LED系列产品。它们所体现的创新技术充分发挥了LED的固有优势，可以提供一个高度可靠和几乎不需要维护的视频墙解决方案。
参考文献：
[1] PhlatLight? Reliability White Paper，Luminus Devices，2008
[2] F. Shuda，“Cermax Lamp Engineering Guide” PerkinElmer Inc，1998
[3] P. Pekarski et al：“UHP Lamps for Projection Systems”；International Conference on Phenomena in Ionized Gases，2003
[4] Y. Gigase，“Catastrophic Degradation of Organic Optical Thin Film Components”；Reliability Physics Symposium Proceedings，2006
[5] J. Tidd，“Long Term Data Projector Display Technology and Performance Study Interim White Paper”；Intertek ETL Semko，2005
[6] Application Note：“Brightness and Color Characteristics of PhlatLight? Products”；Luminus Devices