Светодиодное освещение
dtcinema

Назад
Вперёд
Группа в контакте
F.A.Q.
О журнале
Главная
Контакты
Карта сайта
Главная Техника кино Технологии Проекция Светодиодное освещение

12.12.10

Светодиодное освещение

Проекционные системы обратной проекции

С момента своего появления проекционная технология заняла лидирующую позицию как технология для показа изображений большого формата и высокого разрешения. Все последующие годы развитие проекционных технологий шло в ногу с ростом качества компьютерной графики и источников видеосигнала, следуя тенденции к увеличению разрешения изображений и размера экранов

Адил Зеруали
Региональный директор Christie в странах Восточной Европы и России

Однако определенные виды применений всегда нуждались в более высокой пиксельной плотности изображений большей площади, чем та, которую мог бы обеспечить одиночный стационарный проектор. Одно из подобных применений, рассматриваемое в данном документе, - диспетчерские таких объектов, как электросети, сети связи, транспортные сети и другие виды коммунальных сетей, производственные предприятия и жизненно важные объекты, нуждающиеся в контроле и управлении. Как правило, для таких применений лучше всего подходят видеостены, смонтированные из большого числа модулей с использованием технологии обратной проекции. Подобные “плиточные" массивы формируют составное изображение, имеющее намного более высокую пиксельную плотность, чем та, которую мог бы дать одиночный проектор.

Проблемы видеостен

С видеостенами связан ряд проблем, с которыми можно столкнуться при использовании проекторов. В первую очередь это надежность решения, общая стоимость владения, простота монтажа системы и затраты времени на ее техническое обслуживание. Как оказалось, ответы на эти вопросы сильно зависят от того, какой источник света используется в проекторе.

В качестве источника света цифровых проекторов традиционно применяются разрядные лампы высокой интенсивности (HID-лампы), освещающие один или несколько микродисплеев. В таких лампах используется электрическая дуга, горящая в стеклянной колбе, в которую под давлением закачаны газ ксенон или пары ртути. Чаще всего применяются лампы на парах ртути. Отличительной особенностью HID-ламп является просто невероятная контрастность изображения, создаваемого современными цифровыми проекторами, построенными на полупроводниковых компонентах, в том числе с использованием микродисплеев. Однако их источники света по-прежнему остаются не полупроводниковыми даже сегодня.

Светоизлучающие диоды (светодиоды, LED) являются полупроводниковыми приборами, способными заменить HID-лампы. Так, будучи использованной в светодиодной дисплейной системе обратной проекции Christie Entero™, технология светодиодных источников света обеспечила наглядные эксплуатационные и рабочие преимущества, позволившие разрешить массу проблем, свойственных как массивам проекторов в целом, так и видеостенам в частности.

Эксплуатационные преимущества

Важнейшими эксплуатационными преимуществами светодиодов являются их высокая надежность и длительный срок службы. Например, занимающаяся производством светодиодов компания Luminus Devices приводит следующие данные об их надежности, основанные на суммарном времени испытания образцов, равном нескольким миллионам часов: ожидаемый средний срок службы свыше 50 000 часов при возможном сроке службы 80 000 часов в типичных условиях работы проекционного оборудования [1]. Это намного больше ожидаемого срока службы HID-ламп, который может быть от 500 часов для некоторых ксеноновых ламп большой мощности до 10 000 часов для некоторых маломощных ртутных ламп сверхвысокого давления [2; 3].

Прямым следствием высокой надежности светодиодов является снижение стоимости владения за счет отсутствия расходов на материалы и оплату работ по регулярной замене ламп, а также на утилизацию использованных ламп. Ртутные же лампы содержат в себе ртуть, а попадание этого вещества в окружающую среду законодательно запрещено во многих странах.

Более продолжительный срок службы источников света также означает, что проекторы видеостен не будут простаивать из-за выхода ламп из строя и при замене. Надежность светодиодов такова, что замена может вовсе не потребоваться.

Светодиоды также могут дать дополнительную экономию за счет увеличения срока службы оптической системы проектора, поскольку в излучении светодиодов отсутствует ультрафиолетовая (УФ/UV) составляющая. Хотя HID-лампы и обеспечивают высокую контрастность, но в их свете присутствует большое количество ультрафиолетового излучения, вызывающего старение просветляющего покрытия оптических элементов, а также других материалов на основе органических соединений [4]. Поэтому УФ-излуче-ние должно удаляться из света лампы до того, как оно попадет в оптическую систему проектора. Разумеется, правильный подход к конструированию помогает снижать интенсивность ультрафиолетового излучения, однако проекционные технологии, использующие поляризацию света, такие как LCD (технология на жидких кристаллах) и LCD на кремнии (LCoS), всегда были крайне чувствительны к ультрафиолетовому излучению [5].

Кроме того, в случае с использованием одночипового DLP-проектора применение светодиодного источника света вместо HID-лампы увеличивает надежность проектора еще по одной причине. Вместе с традиционными HID-лампами одночиповая DLP-система должна использовать механическое цветовое колесо, осуществляющее переключение основных цветов в течение каждого видеокадра. Это колесо отфильтровывает основные цвета из сплошного спектра светового потока лампы.

К сожалению, присутствие такого движущегося механического устройства, как цветовое колесо, снижает общую надежность проектора. Использование же светодиодов полностью избавляет от необходимости использования цветового колеса (рис. 1). Основные цвета поочередно переключаются при помощи схем раздельного электронного управления красным, зеленым и синим светодиодами, что не приводит к снижению их собственной надежности.

Особенности эксплуатационных преимуществ

Технология светодиодных источников света обеспечивает целый ряд эксплуатационных преимуществ. Во-первых, это большой срок службы светодиодов, а во-вторых, возможность использования менее дорогостоящих конструкций проекторов, когда ценой относительно малой потери контрастности изображения срок службы оборудования значительно увеличивается. Согласно данным о долговременном старении типичных светодиодов, снижение максимальной рекомендованной температуры излучающего перехода всего лишь на 20% для красного и синего и менее чем на 5% для зеленого цвета приводит к увеличению ресурса работы на 20 000 часов. Для сравнения, HID-лампы, как правило, за несколько сот часов работы быстро теряют свою яркость относительно пикового значения, падающую на 50% в конце их и без того небольшого срока службы (типичные значения) [2] (рис. 2).

Возможность точного управления яркостью светодиодов не только позволяет настраивать равномерность яркости проекторов видеостены, но и уровни черного и цветопередачу. Так как светодиодные проекторы используют по отдельности красный, зеленый и синий светодиоды, имеющие независимое управление, то любой дисбаланс цветопередачи может легко корректироваться в режиме реального времени. В результате возникает высокая стабильность характеристик цветопередачи. Объединение проекторов в видеостену позволяет точно совмещать настройки цветопередачи всех проекторов.

Качество цвета - это одно из важнейших преимуществ светодиодов. Используемые в проекторах светодиоды красного, зеленого и синего цветов имеют достаточно узкий спектр излучения с максимумами вблизи 460 нм для синего, 252 нм для зеленого и 625 нм для красного цвета. В результате этого светодиодные проекторы имеют сравнительно большой собственный цветовой охват. Как показано на рис. 3, площадь треугольника диаграммы цветности CIE (1931), описывающей цветовой охват типичного светодиодного проектора, приблизительно на 70% больше цветового охвата цветового пространства Европейского союза телерадиовещания (EBU), обычно используемого в дисплеях, устанавливаемых в диспетчерских.

Благодаря возможности индивидуального управления каждым из основных (первичных) цветов светодиодного источника света, это можно делать с минимальным влиянием на остальные рабочие характеристики.

Наиболее важным параметром для видеостены является большой цветовой охват проектора, обеспечивающий возможность воспроизведения более широких цветовых пространств. Любые цветовые пространства должны приводиться к единому цветовому охвату, который сможет быть воспроизведен каждым из проекторов. Например, если дисплеи обеспечивают нормальный охват только для цветового пространства EBU, то результирующий цветовой охват видеостены должен быть меньше цветового пространства EBU из-за неизбежных допусков и погрешностей.

И еще одним преимуществом светодиодов является артефакт переключения цветов. Скорость вращения цветового диска у использующего HID-лампу проектора не более нескольких сотен оборотов в секунду, а это ограничивает число переключений RGB-цветов для каждого кадра. По этой причине цветовое колесо порождает артефакты цветоделения (так называемый эффект радуги), заметные при быстром перемещении взгляда или резком повороте головы. Например, черно-белое изображение может при этом распадаться на множество цветных “контуров". В светодиодном проекторе вместо цветового колеса используется переключение светодиодов. Это позволяет поднять частоту переключения цветов настолько высоко, что она превысит порог зрительного восприятия цветового мерцания. И хотя не все люди одинаково чувствительны к переключению цветов, просмотр становится более комфортным для всех без исключения.

Навстречу трудностям

Хотя использование светодиодов в качестве источника света для видеостен и имеет массу преимуществ в сравнении с HID-лампами, однако, чтобы использовать эти преимущества светодиодной технологии полностью, необходимо разрешить ряд серьезных проблем. Во-первых, излучение светодиодов в терминах светового потока (RAW люмены) и спектральных характеристик зависит от силы тока, протекающего через светодиод, и от температуры его излучающего перехода. Оба эти фактора могут приводить к смещению длины волны пика излучения светодиода, что приведет к изменению цветового охвата и качества цветопередачи изображения [6]. Поэтому необходимо обеспечить точное управление током и температурой перехода. Во-вторых, температура излучающего перехода также влияет на надежность светодиодов и на то, как скоро они начнут выходить из строя. Поэтому должны использоваться системы контроля температуры и охлаждения, которые позволяют снизить температуру, увеличить надежность проектора и обеспечить его оптимальную работу в течение всего срока эксплуатации. И наконец, яркость. Следует признать, что современные светодиоды не могут конкурировать по уровню световой отдачи не только с мощными ксеноновы-ми лампами, но и со многими ртутными лампами. Тем не менее есть множество применений, для которых вполне достаточно яркости экрана, достигаемой при использовании светодиодов, и для которых гораздо более существенными являются преимущества, приобретаемые за счет использования светодиодов. Одним из таких применений являются видеостены для диспетчерских.

Тем не менее в ходе интенсивных исследований светодиодных источников освещения и технологических разработок в течение нескольких последних лет удалось значительно увеличить световую отдачу светодиодов. Данная тенденция сохраняется, что позволяет надеяться на дальнейшее увеличение яркости светодиодов в ближайшие годы.

References:

1.  PhlatLight® Reliability White Paper, Luminus Devices, 2008.

2.  Shuda F. Cermax Lamp Engineering Guide. PerkinElmer Inc, 1998.

3.  Pekarski P. et al. UHP Lamps for Projection Systems. International Conference on Phenomena in Ionized Gases, 2003.

4.  Gigase Y. Catastrophic Degradation of Organic Optical Thin Film Components. Reliability Physics Symposium Proceedings, 2006.

5 Tidd J. 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.

Статья подготовлена по материалам компании

Christie (controlro-oms.christiedigital.com)

 

Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #4, 2010

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить