大屏幕拼接墙显示技术系统介绍

大屏幕拼接墙显示技术概述

　　在日常工作中，随着对信息量的需求越来越大，现在很多政府部门和公共机构都在使用拼接墙来显示信息。此外，拼接墙在展览馆、机场、航天、电力、电信等部门也都有很重要的用途。在国外，这种拼接墙还用于银行的监控系统、污水处理的监管部门和公共交通的调度部门等。

　　中国电子视像行业协会大屏幕投影显示分会秘书长赵汉鼎先生说过，“拼接墙不是可有可无的，而是可以大大地提高工作效率。比如在公共交通调度部门，使用拼接墙可以同时显示很多画面，从而对各个路段的交通状况都一目了然，便于指挥调度。”可见，拼接墙在指挥调度等大型部门与场所正发挥着重要的作用，但对很多人来说，拼接墙仍是一种既熟悉又陌生的产品，对其种类和发展状况并不了解。为此，我们这在里做一个系统的介绍。

　　拼接墙是一种集成系统，目前共有四种类型，比较常用的是投影和LED两种。其中，投影目前常用到的有3LCD、DPL和LCOS。使用投影技术的拼接墙价格相对较低，并且画面的质量和稳定性都比较高，因此性价比最高，是目前拼接墙领域的主流产品。LED拼接墙虽然价格比较高，但因为其耐受日晒和风雨的特点，被广泛的用于室外进行数字显示。
 
　　除投影和LED外，还有LCD液晶和PDP等离子，他们都有各自的优点。企业与政府部门在采购拼接墙时，应当结合其性能和用途进行综合考虑。

背投影拼接显示墙

　　大屏幕投影拼接是一个笼统的概念，目前大屏幕投影拼接主要有两种，一种是传统的投影显示单元按照一定的排列方式组合而成的显示墙体，我们称之为硬拼接接，另一种是采用边缘融合技术的无缝拼接。

　　其中，投影显示墙硬拼接是由多个箱体拼接而成，按其核心部分－显示光机采用的技术不同，它有LCD、其　　DLP、LCOS拼接墙等多种类型。目前，这种拼接技术的拼接缝隙最小的可以小到毫米以下，因为缝隙非常小，所以大家也都叫“无缝”拼接，但实际是有缝隙的。

　　投影显示墙硬拼接所采用的箱体通常由以下几个组件构成：投影机（LCD、DLP、CRT等种类）、背投影屏幕、反射镜、支架和箱体。由于其原理都是利用背投反射成像，因此我们又把称作背投影显示单元，其中投影机是背投影显示单元核心部件，其性能参数主要有亮度、对比度、发分辨率等等，其指标性能对整个大屏拼接系统显示的好坏起了决定性的作用。

    基于背投的组成原理及投影机的重要性，我们根据采用投影体种类的不同，可分为CRT(阴极射线管)、LCD(数字光处理)等几种。CRT背投属于背投阵营中的低端产品，目前在实际应用中已经很少见到，面作为新兴势力的LCOS在近年来的应用正在逐年增加。

　　在以上的几种产品中，DLP背投具有亮度、色彩、可视角度较好的特点，而LCD背投清晰度较高；拼接缝较小。LCOS则在分辨率上与高度上点绝对的优势，下面我们就这几种采用不同技术的投影机拼接显示单元进行更深入的介绍。

LCD背投影显示单元

    LCD投影技术是自90年代起，由日商主导的投影技术，其显影原理类似幻灯机，系藉由高亮度卤素灯泡，照射LCD面板，再将影像穿透面板后，经过投射镜头组的聚焦及放大影像后，投射于屏幕上显示影像。

    LCD背投影显示单元中的投影机按照液晶板的片数分为三片式和单片式。目前，三片式投影机是液晶板投影机的主要机种，其原理示意图如下：

    三片式LCD板投影机原理是光学系统把光源发射的强光通过分光镜形成R、G、B三束光，分别透射过R、G、B三色液晶板；控制信号源经过A/D转换调制后，加到液晶板上，通过控制液晶单元的开启、闭合，从而控制R、G、B三色光路的通断，然后三色光经过合色光路，在合色棱镜中汇聚，最后经透镜投射后，在屏幕上形成彩色图像。

LCD背投影显示墙的优缺点

    采用LCD投影技术的投影机分辨率、清晰程度较高，但在亮度的均匀性和寿命上相对弱一些，造价比DLP要低。但由于其不能7x24小时不间断连续工作、维护费用高、光效利用率低等问题，它的开机预热和关机后散热都需要时间，不能做到CRT背投那样随开随关。因而在专业背投领域很少应用。目前 ，LCD(Liquid Cristal Display)技术的核心主要集中于SONY和EPSON两家，产品在商用投影机(前投)领域应用广泛。

DLP背投影显示单元

   DLP是纯数字化显示技术。 DLP（数码光处理）是在投影和显示讯息方面的一种革命性技术，根据美国Texas Instruments（TI）公司开发的数码微镜无件（DMD）设计而成，创造出显示数码视像讯息的最后一环，它采用发射光成像原理，实现图像处理全数字化，具有稳定可靠、维护方便、亮度高、显示图像平滑、细腻、精确的特点，DLP投影技术广泛用于桌面投影机、商务投影机、电影院放映，尤其在大屏幕投影拼接显示领域，它一直处理领导地位，在背投拼接墙领域DLP技术占据了近95%的市场份额。

DLP技术原理：

   DLP(Digital Light Processing)指数字光处理技术，这种技术要先把影像讯号经过数字处理后再投影出来，其投影显示质量很好。与LCD背投的透射式成像不同，DLP为反射方式，其系统核心是TI(德州仪器)公司开发的数字微镜器件—DMD(Digital Micro mirror Device)。

    DMD是显示数字可视信息的最终环节，它是在CMOS的标准半导体制程上，加上一个可调变反射面的旋转机构形成的器件。通常DMD 芯片有约130万个铰接安装的微镜，一个微镜对应一个像素。DLP背投的原理是用一个积分器(Integrator)将光源均匀化，通过一个有色彩三原色的色环(Color Wheel)，将光分成R、G、B三色，微镜向光源倾斜时，光反射到镜头上，.相当于光开关的“开”状态。微镜向光源反方向倾斜时，光反射不到镜头上，相当于光开关的“关”状态。其灰度等级由每秒钟光开关，开关次数比来决定。因此采用同步信号的方法，处理数字旋转镜片的电信号，将连续光转为灰阶，配合R、G、B三种颜色而将色彩表现出来，最后投影成像，便可以产生高品质、高灰度等级的图像。

    目前DLP的投影机主要有单片DMD机、双片DMD机和三片DMD机。根据各自不同的特点，有着不同的应用。其中单片式主要应用在便携式投影产品，三片式主要应用于超高亮度投影机，双片式则主要应用于大型拼接显示墙。

    DLP数字光处理技术背投影显示单元，虽然亮度、色彩较好，但造价也最高，灯泡的寿命不能让人满意，灯泡一般工作大约6000小时时就需要更换，目前业界许多知名的公司相继推出了投影机双灯系统，该系统的出现，在一定程度上解决了由于投影机灯泡问题而引起的显示单元无法正常显示的问题。DLP数字光处理技术背投影显示单元 主要用于指挥自动化、工业控制、生产调度等行业。

LCOS背投影显示单元

　　LCOS 为 Liquid Crystal on Silicon 的缩写，即硅基液晶，是一种全新的数码成像技术。其成像方式类似于三片式的 LCD 液晶技术，不过采用 LCOS 技术的投影机其光线不是透过 LCD 面板，而是采用反射方式形成彩色图像。

　　LCOS 采用涂有液晶硅的 CMOS 集成电路芯片作为反射式 LCD 的基片，用先进工艺磨平后镀上铝当作反射镜，形成 CMOS 基板，然后将 CMOS 基板与含有透明电极之上的玻璃基板相贴合，再注入液晶封装而成。LCOS 将控制电路放置于显示装置的后面，可以提高透光率，从而达到更大的光输出和更高的分辨率。

    在背投拼接墙领域，尚处在起步阶段，其技术还有待进一步完善，量产技术尚未成熟，在面板供货上也缺乏稳定，成品率比较低且其质量和稳定性都不能得到保证。虽然有日立、索尼等公司之前都推出了几款大有前途的LCOS产品，但真正用于拼接的并不太多。 

    目前国内能提供LCOS液晶背投拼接墙的有展视科技、以及江西的鸿源数显等。早在2004年，展视就推出了LCOS大屏幕拼接墙，它利用新的光学及结构设计能支持7×24连续工作，解决了LCD透光率、分辨率、视角、寿命等问题，但由于是量少，LCOS技术的优势仍有待进一步的推广。

液晶屏拼接显示墙

　　　液晶拼接幕墙是一种全新的大屏幕拼接方式，其最大的特点就是可以无限地拼接。

液晶原理简析

    液晶是利用液状晶体在电压的作用下发生偏转的原理。由于组成屏幕的液状晶体在同一点上可以显示红、绿、蓝三基色，或者说液晶的一个点是由三个点叠加起来的，它们按照一定的顺序排列，通过电压来刺激这些液状晶体，就可以呈现出不同的颜色，不同比例的搭配可以呈现出千变万化的色彩。液晶本身是不发光的，它靠背光管来发光，因此液晶屏的取决于背光管。由于液晶采用点成像的原因，因此屏幕里面构成的点越多，成像效果越精细，纵横的点数就构成了液晶电视的分辨率，分辨率越高，效果越好。

   目前用于液晶拼接幕墙的屏幕较为先进的主要是DID TFT LCD液晶屏。 DID（Digital Infomation Display） TFT(Thin-Film Transistor) LCD(Liquid Crystal Display)是专用产品液晶屏。它是根据应用于安防、广播电视、医疗、工业及公共媒体发布等领域转业监视器的技术要求而设计和生产的，是继NB、PC以TV之后的第四代LCD产品。其以卓越的显示性能，已经成为人们认同的当前最高端、最理想的液晶监视器显示屏。DID TFT LCD液晶屏具有高亮度、 高对比度、更好的彩色饱和度、更宽的视角、可靠性更好、纯平面显示、亮度均匀、影像稳定不闪烁、120HZ倍频刷新频率、更长使用寿命等特征。具体具有如下突出特征：

   · 高亮度
    与TV和PC液晶屏相比，DID液晶屏拥有更高的亮度。TV或PC液晶屏的亮度一般只有250~300cd/m2(≤ 20.1”)和400~500 cd/m2(≥ 26”)，而DID液晶屏的亮度可以达到300~500 cd/m2(≤20.1”)和700~800 cd/m2(≥26”)。

   · 高对比度
    DID 液晶屏具有1000：1（ <=20.1”）1500：1（ ≥ 26”）对比度，比传统PC或TV液晶屏要高出一倍以上，是一般背投的三倍。

   · 更好的彩色饱和度
    目前普通LCD和CRT的彩色饱和度只有72％，而DID LCD可以达到92%的高彩色饱和度，这得益于DID新开发的色彩校准技术，通过这个技术，除了对静止画面进行色彩校准外，还能对动态画面进行色彩的校准，这样才能确保画面输出的精确和稳定。

   · 更宽的视角
    PVA（Patterned Vertical Alignment）技术即“图像垂直调整技术”，利用这种技术，可视角度可达双170°以上(横向和纵向)。

   · 可靠性更好
    普通液晶屏为电视，PC显示器设计，不支持日夜连续使用；DID液晶屏为监视器、广告牌设计，支持在公众场合日夜连续使用。

   · 纯平面显示
    LCD是平板显示设备的代表，是真正的纯平显示器，完全无曲率大画面，无变形失真。

   · 亮度均匀，影像稳定不闪烁
    由于LCD每一个点在接收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，而不像CRT那样需要不断刷新亮点。因此，LCD亮度均匀、画质高而且绝对不会闪烁。

   · 120HZ倍频刷新频率
    专利的120Hz倍频液晶显示技术，能有效解决图像快速运动过程中的拖尾和模糊，增强图像的清晰度和对比度，使画面更清澈，人眼长时间观看也不易疲劳。

   · 更长使用寿命
    普通的NB、PC及TV使用的LCD液晶屏其背光源的使用寿命为1万至3万小时，而DID LCD液晶屏背光源的使用寿命均可达5万小时以上，这就确保了拼接幕墙使用的每片液晶屏在长时间使用后的亮度、对比度和色度的一致性并且确保幕墙的使用寿命不低于5万小时。

   · 超薄窄边设计
    DID液晶屏在拥有超大显示面积的同时，还有厚度薄，重量轻等优势，可以方便地拼接、安装。一般40英寸的DID LCD，其重量只有12.5KG，厚度不到10公分，拼接专用的液晶屏，其优秀的窄边设计，使其边缘只有1公分，相对于40寸的大屏幕来说，这么小的边缘完全不影响幕墙的整体显示效果。

等离子屏拼接显示墙

等离子体：

    在了解等离子显示原理之前，我们先得了解一下---Plasma/等离子体，当惰性气体达到一定温度，气体内部电子充分电离，当正离子(+)、自由电子(-)数量基本相当，加上少量不带电的中性粒子，该气体即称为等离子体。等离子体具有良好的导电性。

等离子原理简析

    等离子显示器是一种利用气体放电发光的显示装置，其工作原理与日光灯很相似。它采用了等离子管作为发光元件，屏幕上每一个等离子管对应一个像素，屏幕以玻璃作为基板，基板间隔一定距离，形成一个个放电空间。放电空间内充入氖、氙等混合惰性气体作为工作媒质，在两块玻璃基板的内侧面上涂有金属氧化物导电薄膜作激励电极。当向电极上加入电压，放电空间内的混合气体便发生等离子体放电现象，也称电浆效应。等离子体放电产生紫外线，紫外线激发涂有红绿蓝荧光粉的荧光屏，荧光屏发射出可见光，显现出图像。优点：颜色鲜艳、高亮度、高对比度；缺点：耗电与发热量很大，严重灼伤现象，画质随时间递减。

等离子显示发展史

    等离子体显示的概念最早由美国伊利诺伊州立大学的科学家于1964年7月提出，最早的实验性样品只是一些简单的发光点阵。六十年代后期该项技术得到了进一步发展，但受到材料和工艺的限制，当时的屏幕尺寸很小，且显示质量较差。

    不过，随着电子计算机及信息产业的发展，为等离子显示的进步提供了契机。独特的发光原理和构造所带来的诸多优点，使等离子显示器逐渐被人们认同为最理想的大屏幕显示技术。由于新工艺和材料的应用，等离子显示技术已经日臻完善。目前全球共有七家厂商具备等离子屏(模块)生产技术和能力，等离子显示器正得到越来越广泛的应用。

    现在的等离子显示器机身可以做得比较薄，具有超大的显示面积，在多种环境下均有卓越显示性能，是目前最先进的大屏幕显示设备之一。等离子显示器的核心部件是等离子屏，其中每个像素单元由红、绿、蓝三个像素点组成，发光的外屏内表面荧光体类似于CRT显像管内的荧光体，这种荧光体主动发光的显示方式能够提供生动丰富的色彩、极短的响应时间和非常广阔的可视角度。每一个像素单元都由单独的电极控制，视频信号经转化后，各电极做出响应，通过三种原色不同亮度的组合，每一个像素点能够产生1670万种以上的颜色。

等离子电视显示特征

    高分辨率与传统CRT电视机相比，PDP电视拥有更高的分辨率。PDP可以显示XGA、SVGA、VGA等分辨率的电脑信号，同时可以显示DTV或高清晰的HDTV信号。

    画面无闪烁传统CRT显像管利用电子束对荧光层进行扫描，激发荧光体发光，由于扫描频率限制，会产生闪烁及可见的扫描线。PDP每一个像素点由独立电极控制，并配备双倍扫描电路，因此即使是普通的电视信号或VCR录像带，也能呈现精细完美的画面。

    精确的色彩还原能力高端等离子显示器通常能显示高达1,677万种以上的色彩，提供了完美的色阶，辅以丰富灰阶，能够呈现色彩更饱满、更艳丽的画面。

    宽屏显示模式等离子显示器屏幕比例多为16:9，而非传统的4:3，这是为用户欣赏大多数DVD影碟以及显示未来的HDTV(画面比例16:9)信号而准备的。当然，您也可以通过选择4:3格式观赏普通电视节目信号。
完美的纯平面显示PDP 等离子显示器是真正的纯平面显示器。完全无曲率的大画面，即使边角部分也绝无变形和失真。

    亮度均匀大多数其他主流显示技术都存在屏幕亮度不均匀的现象(如投影、液晶、CRT 等)，而由于PDP独特的显示原理，等离子显示器的亮度非常均匀，不会出现边角部分发暗的情况。

    超薄的机身设计PDP 在拥有超大显示面积的同时，机身超薄，方便安置在任何场所和位置。一般等离子显示器机身厚度仅为8)11cm，42”等离子的整机重量也仅为30Kg左右。超轻超薄的优点使等离子显示器成为室内大屏幕显示的最佳设备。

    超宽观看角度由于PDP自身带有发光源,无需外部光源来发光，这种主动发光的特性使PDP的可视角度极为宽广，在水平和垂直双方向上都高于160度。

LED

的原理介绍

　　LED是light-emitting diode的缩写，在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。

　　显示屏屏体矩阵部分由许多的发光二极管组成的。首先将发光管集成像素，像素再集成模块，模块再组装成大屏。发光管采用无色透明的大椭圆形硅胶封装，管内安装曲面反光碗，使亮度和对比度大大提高，色彩更加艳丽！

　　LED的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和工艺有关，目前有红、绿、蓝三种基本颜色。只有红色组成的显示屏叫单红色显示屏 ；把红色和绿色的LED放在一起作为一个象素制作的显示屏叫双色屏或彩色屏；把红、绿、蓝三种LED管放在一起作为一个象素的显示屏叫三色屏或全彩屏。

　　制作室内LED屏的二极管尺寸有φ3.7和φ5矩阵块两种，3.7和5都是二极管的直径，（单位：毫米）另外常常采用把几种不同基色的LED管芯封装成一体。室外LED屏的象素尺寸多为12-32毫米，每个象素由若干个各种单色LED组成，常见的成品称象素筒，双色象素筒有2红3绿、2红4绿、4红8绿、6红15绿等组成，三色象素筒用2红1绿1蓝、4红2绿1蓝等组成。

    无论用LED制作双色或三色屏，欲显示图象，需要构成象素的每个LED的发光亮度都必须能调节，其调节的精细程度就是显示屏的灰度等级。灰度等级越高，显示的图像就越细腻，色彩也越丰富，相应的显示控制系统也越复杂。一般256级灰度的图像，颜色过渡已十分柔和，所以，多色及全彩LED屏当前都要求做成256级灰度，如多色屏则可显示65536种颜色，全色屏则可显示16.8兆种颜色。单色屏不存在灰度问题。

LED拼接屏目前主要有以下几个种类：

　　室内双色LED显示屏 ：双色显示屏广泛用于金融、邮电、电信、电力、医院、部队、公安、商场、财政、税务等部门和场所。

　　室外双色LED显示屏 ：室外双色显示屏广泛应用于广场、商业中心、公路等人口密集的户外场所。具有亮度高、可全天侯显示、显示内容和方式修改灵活方便、显示功能强大、功耗小寿命长等特点。

　　室内全彩LED显示屏 ：全彩色也称为三基色：即由红、绿、蓝三原色组成最小的显示单位。与计算机显示器的工作原理一致。能真实的还原色彩红、绿、蓝、各256级灰度构成16.7M（百万）种颜色，能实时显示色彩丰富的动态图象。

　　室外全彩LED显示屏 ：全彩色也称为三基色：即由红、绿、蓝三原色组成最小的显示单位。与计算机显示器的工作原理一致。能真实的还原色彩红、绿、蓝、各256级灰度构成16.7M（百万）种颜色，能实时显示色彩丰富的动态图象。

　　多年来，LED显示屏依靠其独特的低价、低耗、高亮度、长寿命等优越性一直在平板显示领域扮演着重要的角色，并且在今后相当长的一段时期内还有相当大的发展空间。LED显示屏具有高亮度、可拼接使用、方便灵活、高效低耗等优点，使得它在大面积显示，特别是在体育、广告、金融、展览、交通等领域的应用相当广泛。LED显示屏从单色至全彩的广跨度品种提供，为其适应广泛的应用提供了基础，并且由于其高亮度、高可靠性、超强抗环境光的能力，使得LED显示屏在诸多户外以及特殊应用场合有着不可替代的地位。