淺談小間距LED大屏幕技術

趙攀峰

(北京捷通機房設備工程有限公司，北京 100015)

0 引言

演示中心、指揮中心、調度中心等大型會議和展示場所是整合多種數據資源，集合多種業務的場所，而大屏幕顯示系統作為以上場所的接入平臺、指揮平臺以及其他業務的前端展示平臺，顯示效果的好壞直接影響到相應平臺功能的展現。常用的大屏幕顯示技術包括LCD液晶、DLP背投、小間距LED等。近年來，由于小間距LED顯示技術具有的拼縫小、亮度高、色彩飽和度及還原性好、易安裝等特點，越來越受到大屏市場的歡迎，市場份額也隨之迅速擴大。鑒于此，本文在顯示效果、安裝及成本幾方面，將小間距LED與LCD液晶和DLP背投等大屏幕技術進行比較，詳細介紹了小間距LED技術的先進性。

1 三種大屏顯示技術原理

1.1 LCD液晶屏技術

LCD 液晶屏的全稱是 Liquid Crystal Display，由兩片平行的玻璃組成，玻璃中間充滿液晶。當通電產生電場后，LCD屏內平行玻璃之間會產生許多水平和垂直電場線，通電可以改變液晶分子的運動軌跡，從而將光線折射形成畫面。其中，玻璃板及液晶材料的厚度均非常小。由于液晶材料不發光，為了解決光源及背景光源的問題，首先在顯示屏兩邊都裝有細小的燈管作為發光源，同時，在LCD液晶屏的背面裝設一塊由熒光物質組成的背光板，在背光板上敷設一層薄薄的反光膜，當光源的光照射至背光板上時，其均勻的反光可作為背景光源。

1.2 DLP屏技術

DLP的全稱是Digital Light Procession，即常說的數字光處理技術，先是將影像信號經過數字方式進行處理，然后再將光進行投影。DLP是基于美國德州儀器公司開發的元件DMD(數字微鏡晶片)來完成可視數字信息顯示的技術。其原理大體分為以下幾個步驟。

1)光均勻化，即借由某部件將光均勻化。

2)分色，即通過一個有色彩三原色的色環將光分成R、G、B 三色。

3)灰階化，即將色彩由透鏡在DMD上成像，并以同步訊號的方法將連續光轉為灰階。

4)成像，即在R、G、B三種顏色的配合下，將色彩表現出來，并經過鏡頭投影成像。

1.3 小間距LED屏技術

LED 的全稱是 Light Emitting Diode，即發光二極管，該元件是一種可以直接將電能轉化為可見光的半導體。而小間距LED 是指LED點間距在P2.5(像素間距2.5mm)以下的室內LED顯示屏。小間距LED顯示屏采用的點控技術為像素級的，對亮度、色彩的飽和度及還原性等顯示效果的控制單位均為像素級，分辨率極高。LED屏根據基色可分為三種：單基色顯示屏、雙基色顯示屏、全彩色顯示屏。主流指揮中心及監控室等場所基本采用全彩色顯示屏，本文中的小間距LED是指全彩色LED屏。

2 小間距LED技術優勢分析

下面從顯示效果、安裝拼接、成本等方面對小間距LED技術的優越性進行分析。

2.1 顯示效果

顯示效果的主要技術指標包含亮度、響應時間、色彩飽和度、色彩還原性、物理拼縫及色彩一致性等。

1)物理拼縫

物理拼縫決定畫面的分割程度，直接影響畫面的美觀，是大屏幕顯示系統最為顯著的一項指標。小間距LED顯示系統屏幕的顯示像素由點狀LED燈縱橫排列而成，能夠確保顯示單元沒有可視的物理拼接縫隙，也沒有其他拼接屏幕的光學接縫。然而，在解決物理拼縫的問題上， DLP拼接技術相對較好，最小可以做到1mm，但在整屏或者近距離顯示時，DLP技術的拼縫依舊比較明顯。而LCD液晶屏的物理拼縫是制約LCD液晶屏幕應用的最大因素，常規為5.5mm、3.5mm，部分廠家已經推出1.8mm物理拼縫產品，但拼縫依然明顯。圖1所示為三種技術拼縫效用對比。

圖1 不同屏幕系統拼縫效果比較

2)亮度

亮度決定可視效果。目前，DLP顯示單元幕前亮度值為200～300cd/m2，液晶LCD顯示單元的幕前亮度值為700～800cd/m2，而小間距LED顯示系統幕前亮度值可高達1 000～1 200cd/m2，甚至更高。

然而，亮度太高不適合用戶長時間在室內觀看，但小間距LED近年推出的智能化亮度調節及自動適配環境技術(圖2)可解決該問題。因此，從亮度方面來看，DLP亮度最差，LCD液晶亮度居中，而小間距LED屏幕具有明顯優勢。尤為適用空間面積較大、亮度要求較高的大型場所。

圖2 小間距LED屏幕亮度自動調節及適用環境圖

3)響應時間

LED小間距采用納秒級顯示技術，換幀速度快，可將LED顯示屏的換幀時間縮至極短，有效消除液晶LCD和DLP投影等在處理快速動態畫面時出現的拖尾和重影疊加現象(圖3)。

圖3 不同屏幕系統重影及拖尾消除效果比較

4)色彩飽和度和色彩還原性

色彩飽和度和色彩還原性是差別顯示效果中的重要指標，其好壞程度直接影響著人們的視覺。其中圖像的艷麗程度由色彩飽和度決定，而圖像與真實物體的一致性則由色彩的還原性決定。小間距LED顯示系統采用RGB三基色成像技術，達到廣播級標準，色溫可調范圍達2 500～10 000K，因此在顯示各種畫面時能夠展現出非常好的色彩效果，并做到與真實物體畫面在色彩逼真度上無限接近。而DLP顯示技術原理上是投影技術，其色域范圍較小，色彩還原性和色彩飽和度與小間距LED相比較而言，存在一定的不足。

5)色彩一致性

色彩一致性主要反映各顯示單元之間的色差。DLP、LCD長時間使用后，發光源會產生衰減，使顯示單元間亮度、色度不均勻，產生色差現象，并且該現象會隨著時間的推移不斷擴大；小間距LED顯示系統則基本不存在該問題(圖4)。

圖4 不同屏幕系統色彩一致性

2.2 安裝與拼接

DLP拼接顯示系統因后面帶有投影儀，并考慮其散熱性，需要較大的安裝空間，對機房環境要求較高。設計時，需考慮場地較大承重及較大的維修空間(圖5)。而小間距LED及LCD液晶等顯示系統則安裝簡便，維護容易，不會存在承重及維修空間不足等問題。另外，小間距LED拼接成的圓弧具有良好的過渡性，弧度自然，因此，特別適用于大型指揮中心、監控中心、演播大廳等場所。

圖5 小間距LED拼接特性

2.3 成本及故障影響

雖然在建造階段，小間距LED顯示系統的成本高于DLP和LCD液晶，但后期屏幕基本不需要更換發光器件，主要是因為小間距LED屏長時間使用后，其屏幕的亮度基本沒有變化，同時，由于小間距LED顯示系統設備主要由LED單元組成，很少出現故障，維護成本較低，而液晶和DLP系統除了發光器件外，還有投影等部分零件，后期維護成本較高(圖6)?？傮w而言，在同樣亮度情況下，LED小間距整個生命周期內的成本相對較低。另外，一旦出現故障，小間距LED的影響面積也大大小于其他投影技術。

圖6 不同屏幕發生故障時影響畫面的完整性

3 小間距LED屏幕技術的發展前景

隨著大屏幕顯示技術的不斷發展，小間距LED大屏幕顯示系統在指揮中心、調度中心、演藝中心等大型大屏幕顯示場所的應用中越來越廣泛。從現階段來看，小間距LED顯示屏主要包括P2.5、P2.0、P1.9、P1.8、P1.5等產品，P1.2產品已經陸陸續續開始有實際應用，有的廠家已經研發成功最小間距為0.7mm產品，大屏幕顯示系統也隨之進入了一個“無縫”的時代。

4 結束語

從以前的DLP主導地位，以及LCD液晶拼接屏的窄拼縫化不難看出，大屏顯示以“無縫”作為一項重要的發展方向。而小間距LED大屏技術的先天無縫優勢則適應了這一發展趨勢。再加上本身亮度高，可以自動調節色彩飽和度的還原性和一致性，以及低功耗、低保護成本、易于安裝等優點，小間距將會越來越廣泛地應用于指揮中心、展示中心、視頻會議等高端場所。

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