基于微陣列背投技術(shù)的大屏幕顯示系統(tǒng)研究

王鵬 牛金星 張濤

摘 要：本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一種基于微陣列背投技術(shù)的大屏幕顯示系統(tǒng)。系統(tǒng)采用了LED光源陣列通過光學(xué)透鏡投射至顯示幕，形成圖像，減少了光線損耗，有效削弱了有害藍(lán)光對(duì)觀看者視覺的影響，獲得了較好的圖像質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：大屏幕顯示;微陣列背投;防藍(lán)光;LED屏

中圖分類號(hào)：TP391.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2019）11-0023-02

Abstract： This paper designed and developed a large screen display system based on microarray backshot technology. The system used LED light source array projected to the display screen through optical lens to form an image， which reduced the light loss， effectively weakened the harmful blue light's influence on the viewer's vision， and achieved better image quality.

Keywords： large screen display; microarray backshot; anti-blue light; LED screen

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)大尺寸、高清畫質(zhì)、高分辨率的圖像與視頻顯示效果的需求越來越強(qiáng)烈，逐漸成為研究熱點(diǎn)之一[1，2]。現(xiàn)有的大屏幕顯示技術(shù)中，LED屏幕因高亮度、高對(duì)比度受到大家的歡迎。由于LED屏幕顆粒感強(qiáng)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生摩爾紋，本文提出了基于微陣列LED背投技術(shù)的大屏幕顯示系統(tǒng)，采用超微型自發(fā)光光源作為單個(gè)成像像素，并將每個(gè)成像像素通過微陣列光學(xué)透鏡投至顯示面上，通過集成大量的成像像素形成整個(gè)圖像，減少了光線損耗，使投射距離更短、亮度更高，可以獲得較好的圖像質(zhì)量。

1 微陣列背投技術(shù)

微陣列背投（Microarray Rear Projection）全稱是微透鏡陣列背投影顯示技術(shù)，設(shè)計(jì)靈感來源于昆蟲復(fù)眼，例如，蒼蠅復(fù)眼由3 000多個(gè)小眼單元組成，這些小眼具有各自的光學(xué)系統(tǒng)，既能協(xié)調(diào)一致，又能獨(dú)立工作。因此，蠅眼不僅具有高速度和高精度的分辨率，還能從不同方位感受視像。

2 基于微陣列背投技術(shù)的大屏幕顯示系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組成

微陣列背投屏幕顯示系統(tǒng)由顯控系統(tǒng)、微陣列光源單元、微陣列光學(xué)投射幕單元、電源單元、三維信號(hào)單元以及其他附屬設(shè)備組成，如圖1所示。系統(tǒng)具有健康護(hù)眼、安全環(huán)保、亮度高、壽命長及安裝靈活等優(yōu)點(diǎn)，可為客戶提供完美的影像效果。

2.2 系統(tǒng)方案

微陣列背投顯示系統(tǒng)的工作原理是微陣列光源單元選用陣列形式的LED光源，顯控系統(tǒng)發(fā)射顯示數(shù)據(jù)給顯示陣列;顯示陣列前部微距布設(shè)一個(gè)相適配的投影顯示幕，在投影顯示幕與顯示陣列相對(duì)應(yīng)的一側(cè)設(shè)置有與每一個(gè)小光源相對(duì)應(yīng)的投影顯示格;顯示陣列接收?qǐng)D像信號(hào)并對(duì)應(yīng)點(diǎn)亮每一個(gè)光源發(fā)出光線，對(duì)應(yīng)投射到投影顯示格內(nèi)并經(jīng)過光學(xué)處理后透射出去，從而在投影顯示幕上得到所需的圖像顯示效果。

投影顯示幕與顯示陣列的距離設(shè)置很近，被稱為微距，顯示陣列布設(shè)的光源通常比較密集，間距微小，再加之投影顯示幕與顯示陣列之間的距離屬于毫米級(jí)的微距，因此顯示系統(tǒng)被稱為微陣列顯示系統(tǒng)。通過向顯示幕進(jìn)行微距投影，可以大大降低光線傳輸帶來的光功率損耗。投影顯示幕的外表面設(shè)置為磨砂面，磨砂面的磨砂顆粒度與光源尺寸相適配。通過設(shè)置磨砂面，可以有效弱化光線的刺眼效應(yīng)，使發(fā)出的光線更加柔和。

投影顯示格是相互隔離的一個(gè)內(nèi)陷腔體。由此，對(duì)應(yīng)的像素光源正好投射到該投影顯示格內(nèi)而不會(huì)將光線投射到其他投影顯示格，從而保證每一個(gè)光源投射到投影顯示格后的聚光性更好，消除了光源發(fā)出光線直接顯示帶來的刺眼效應(yīng)。投影顯示格包括透射層、偏振層和濾光層。透射層為透光玻璃或塑料，吸收紫外線等有害光線并設(shè)置透射面，光源以點(diǎn)光源的形式發(fā)出光線投射到透射層后以面光源的形式從投影顯示幕投射出光線;在透射層外側(cè)是偏振層，偏振層改變從透射層透射出來的光線偏振方向;偏振層外側(cè)是濾光層，當(dāng)從偏振層透射出來的光線通過濾光層時(shí)，減弱其中的有害光成分[3，4]。

顯控終端對(duì)來自顯示陣列的光源發(fā)光亮度進(jìn)行人工調(diào)整。通過這種方式可以調(diào)整光源的發(fā)光亮度，從而使顯示系統(tǒng)的發(fā)光亮度既能滿足人眼看的最佳視覺效果，同時(shí)也能在降低能耗、提高環(huán)境適應(yīng)性等方面具有優(yōu)勢。

2.3 控制系統(tǒng)

微陣列背投顯示系統(tǒng)支持HDMI和DVI視頻信號(hào)輸入及HDMI信號(hào)LOOP輸出;輸入分辨率最大為1 920×1 200，支持分辨率任意設(shè)置;有4 000～16 000M網(wǎng)口輸出，支持上下左右及混合型任意拼接;支持外接DVI視頻接口信息檢測，發(fā)送卡溫度監(jiān)測;支持亮度和色溫調(diào)節(jié);具有較好的亮度均勻性，確保顯示畫面穩(wěn)定、無閃爍;圖像失真小，色彩還原真實(shí)，在室內(nèi)環(huán)境下能顯示清晰明亮的圖像效果。

系統(tǒng)可以編輯播放視頻圖像及二、三維動(dòng)畫，具有豐富的播放方式，有多種文字和字型，可以輸入及播出多種信息;進(jìn)行日期時(shí)間顯示或字符串、表達(dá)式顯示;通過網(wǎng)絡(luò)連接，顯示網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息;具有上下拉幕、左右拉幕、閃屏、連播、左展和右展等100多種播出方式可供選擇。

3 系統(tǒng)功能和優(yōu)點(diǎn)

與市面上流行的液晶屏和LED顯示屏相比[5]，微陣列背投技術(shù)無論在色彩、對(duì)比度、抗干擾能力等方面都具有明顯優(yōu)勢，在最大程度上保護(hù)觀看者的視力，更加健康。

3.1 健康護(hù)眼

“有害藍(lán)光”是指波長處于400～450nm的光線（即短波藍(lán)光）。短波藍(lán)光具有極高能量，能夠穿透晶狀體直達(dá)視網(wǎng)膜，使眼睛內(nèi)的黃斑區(qū)毒素量增高，并導(dǎo)致光敏感細(xì)胞缺少養(yǎng)分，從而引起視力損傷，這些損傷是不可逆的，會(huì)嚴(yán)重威脅觀看者的眼底健康。藍(lán)光大量存在于電腦顯示器、熒光燈、手機(jī)、數(shù)碼產(chǎn)品、顯示屏和LED等光線中，在日常生活中隨處可見。為了有效消除視頻顯示設(shè)備中的有害藍(lán)光，通過在光學(xué)投射幕面板材料中添加獨(dú)特的抗藍(lán)光添加劑，改變藍(lán)光強(qiáng)度峰值分布，有效減少有害藍(lán)光對(duì)觀看者視覺的影響，極大減輕對(duì)視網(wǎng)膜的傷害，最大程度地保護(hù)觀看者的視力。

3.2 防眩光技術(shù)

“眩光”指照明或顯示設(shè)備中由于不適宜亮度分布，如亮度極高或背景與視野中心的亮度差較大時(shí)，就會(huì)存在極端亮度對(duì)比，以致引起視覺不舒適和降低物體可見度的現(xiàn)象。“眩光”現(xiàn)象不僅影響觀看，而且影響視力健康。系統(tǒng)通過合理設(shè)計(jì)微陣列背投光源器件的發(fā)光強(qiáng)度和投射光路，擴(kuò)大了像素陣列光源投射面積，減少了顯示暗區(qū)，從而形成了整體發(fā)光面顯示，極大減少了光源本身產(chǎn)生的眩光情況。同時(shí)，通過在光學(xué)投射幕面板上增加漫反射層，降低了反射系數(shù)，有效減少了外部強(qiáng)光源對(duì)微陣列投影的眩光影響，減輕眩光對(duì)觀看者的視力損害，有效保護(hù)觀看者的視力。

3.3 防摩爾紋

摩爾紋是一種在圖像顯示設(shè)備、感光元件上出現(xiàn)的高頻干擾的條紋，是一種會(huì)使圖片出現(xiàn)彩色的高頻率不規(guī)則條紋。摩爾紋影響圖像的色彩及清晰度，使圖像非常不美觀。系統(tǒng)將顯示器件拼接的界限全部放在光源光線的黑色區(qū)域，在播放視頻時(shí)，拼接處會(huì)被光源釋放的光折射效果遮蓋，避免黑色區(qū)域重疊，有效消除摩爾紋。

4 結(jié)語

微陣列背投顯示系統(tǒng)采用光源陣列顯示，并在顯示格和顯示幕之間加裝光學(xué)處理設(shè)計(jì)，減輕了光線對(duì)人的影響。系統(tǒng)具有健康護(hù)眼、安全環(huán)保、亮度高、壽命長及安裝靈活等優(yōu)點(diǎn)，可為客戶提供完美的影像效果，廣泛用于院校、軍隊(duì)、政府、醫(yī)療及交通等行業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張胤龍.大屏幕顯示系統(tǒng)的應(yīng)用[J].中國新通信，2017（23）：85.

[2]浦廷民.大屏幕顯示系統(tǒng)的應(yīng)用與分析[J].智能建筑電氣技術(shù)，2011（3）：100-103.

[3]王建明.天津廣播總控室大屏幕監(jiān)控顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].通訊世界，2017（8）：46-47.

[4]吳有明.大屏幕液晶拼接顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行[J].機(jī)電技術(shù)，2016（2）：46-49.