談LED全彩色顯示屏的應(yīng)用和技術(shù)指標(biāo)

今年以來，LED全彩色大屏的市場需求呈現(xiàn)迅速上升的勢頭，春節(jié)剛過，大項目就開始招標(biāo)。四五月份，雖然遭受非典的影響，但只是使實施計劃推遲，而不是項目被撤銷。非典過后，形成許多項目加緊實施的局面。各主要LED大屏廠家的簽約金額與去年同期相比增長20％，有的甚至較去年幾乎翻了一番。還有許多新進(jìn)入全彩大屏領(lǐng)域的公司，成績也很優(yōu)異。與往年比較，今年市場萌動得早，大項目多，已經(jīng)實施的千萬元以上的項目就有十幾個。進(jìn)入三季度，許多重大項目進(jìn)入招投標(biāo)階段。另一個特點就是由企業(yè)投資的項目明顯增加，這些項目包括在商業(yè)廣告方面的應(yīng)用?？梢哉f，LED大屏作為商業(yè)廣告媒體，在沉寂了近十年以后，再一次受到廣告界的青睞。同時，全彩屏出口的形勢也令人鼓舞。九月初，在深圳舉辦了一年一度的光博會，這次展會，是一年來LED產(chǎn)業(yè)的大展示。LED大屏，LED照明，LED交通信號燈，LED生產(chǎn)設(shè)備、測試設(shè)備等琳瑯滿目，說明我國LED產(chǎn)業(yè)的新高潮已經(jīng)到來。筆者認(rèn)為，本次展會是一個標(biāo)志，標(biāo)志我國LED產(chǎn)業(yè)走到了一個國產(chǎn)化的轉(zhuǎn)折點。國際知名的LED發(fā)光管廠家，屏幕廠家，也開始大規(guī)模地轉(zhuǎn)到中國內(nèi)地，中國內(nèi)地將成為LED及其產(chǎn)品的制造中心。廣闊的市場、良好的投資環(huán)境、低廉的勞動力成本，使得中國逐漸成為世界電子工業(yè)的制造中心。正如電腦，手機，電視機等電子產(chǎn)品一樣，中國也是LED大屏業(yè)的制造中心。

作為長期從事LED大屏研發(fā)的科技工作者，筆者一直關(guān)注我國LED大屏事業(yè)的發(fā)展，關(guān)注國際大屏顯示業(yè)的新成果。三年前，筆者在《LED大屏發(fā)展芻議》一文中，談到我國LED大屏的幾個應(yīng)用領(lǐng)域和特點，并提出全彩大屏在我國主要是形象工程。應(yīng)當(dāng)說這個總格局沒有變化，但是商業(yè)廣告的需求增加也是非常重要的發(fā)展趨勢?？梢哉f，我國LED全彩色大屏行業(yè)正在迎來一個新的高潮。認(rèn)真地研究市場發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的新情況，采取正確的對策，抓住機遇，迅速提高并持續(xù)發(fā)展，應(yīng)是同行值得研究的問題。在這里冒昧地提出有關(guān)技術(shù)指標(biāo)等問題，希望同行和專家指正。

1形象工程：瞄準(zhǔn)國際一流水平

形象工程就是指建造大屏的主要目的是為城市或某一個重大活動增添風(fēng)采，它并不直接創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)收益，但是能提升城市知名度，塑造城市形象，改善投資環(huán)境，營造商業(yè)氛圍，有利于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有良好的社會效益，從而間接地創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。形象工程主要是政府投資，著重于社會效益，而不是或主要不是通過商業(yè)運營取得經(jīng)濟(jì)效益。近年在全國許多地方建造的城市中心區(qū)大型廣場或市民休閑廣場的LED大屏，就是典型的形象工程。大量的體育場館LED顯示屏，是現(xiàn)代化體育場館必備的配套設(shè)施，也屬這一類。

既是形象工程，就必然追求盡可能完美的性能和效果，特別是優(yōu)質(zhì)的視頻圖像。通俗地說就是要做成巨型彩色電視機，這也是國內(nèi)許多廠商長期以來一直在努力的，而且也取得了相當(dāng)大的進(jìn)展，但是距離我們的理想的目標(biāo)還很遠(yuǎn)，與國外的全彩大屏相比，差距還很大。

今年年初，南京市湖南路商業(yè)一條街，投巨資建造了一座面積達(dá)114平方米的全彩大屏，該屏由英國UNITEK公司建造，至今已運行半年多，從效果來看，堪稱目前國內(nèi)最好的大屏。筆者參與了該屏技術(shù)指標(biāo)的制定和最終的驗收測試工作，感到有許多方面是值得國內(nèi)同行學(xué)習(xí)和仿效的。

作為全彩大屏，其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)有：足夠高的亮度、觀看距離及視角；良好的色還原度；足夠高的灰度能力；足夠高的掃描刷新速率。足夠高的視頻信號處理能力，特別是，一致性要好，結(jié)構(gòu)工藝等也要下大功夫。湖南路大屏在招標(biāo)時所定的技術(shù)指標(biāo)是：

白平衡亮度大于5000cd／m2；
白平衡色溫6500K；
視頻處理位數(shù)大于10bit；
灰度級每種基色大于10bit， 能顯示10．7億色；
刷新頻率大于400Hz；
顯示屏無可覺察的色差，全屏各基色色差小于4nm；
顯示屏無可覺察的亮度差，相鄰象素亮度差小于5％，顯示紅、綠、藍(lán)單色灰度畫面時，沒有可覺察的馬賽克現(xiàn)象；
MTBF大于5000小時，MTTR小于30分鐘；

客觀地說，這些指標(biāo)，不僅在當(dāng)時，就是在今天，國內(nèi)廠商的產(chǎn)品還沒有完全達(dá)到。在許多情況下，由于發(fā)光管水平的提高，正常設(shè)計的大屏亮度已不成問題，能夠達(dá)到要求。但是亮度只是一個重要指標(biāo)，而不是全部?，F(xiàn)在大家普遍感覺到國內(nèi)廠家的大屏亮度有余，柔和不足，總體效果不如國外知名廠家，原因就在于有更多技術(shù)問題還沒有解決好。筆者認(rèn)為，從技術(shù)角度，有必要在以下幾方面下功夫。

(1)配色和混色

大屏是由大量的發(fā)光二極管組成的，必須對所用發(fā)光二極管的光電參數(shù)進(jìn)行設(shè)計、計算和測試，才能達(dá)到良好的白平衡。簡單的估算和憑肉眼感覺判斷是不可能有好效果的。這里涉及到發(fā)光二極管的選用和驅(qū)動設(shè)計，不僅影響屏幕的光電性能，而且影響可靠性。特別是在室內(nèi)全彩屏的設(shè)計中，熱設(shè)計應(yīng)引起足夠的重視，否則效果和可靠性都會成問題。

(2)色差校正

由于色坐標(biāo)的差異，電視視頻信號的色域與LED的色域存在差別，造成播出的電視節(jié)目顏色顯得不真實。所以，色坐標(biāo)的校正十分重要。校正的轉(zhuǎn)換計算比較復(fù)雜，難于用軟件完成，從各廠家的產(chǎn)品來看，盡管大家都聲稱有這種色校正功能，恐怕都沒有做到色校正。

(3)一致性

全彩大屏的最大難點就是一致性，或者說最容易被觀眾覺察的毛病就是一致性不好，屏幕顯得一塊深一塊淺，俗稱馬賽克現(xiàn)象，是最令人反感的。造成一致性不好的原因是多方面的，包括選用的發(fā)光二極管、驅(qū)動電路、結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工等。但是，除非所用發(fā)光二極管的離散性太大外，否則一致性的問題主要是設(shè)計和施工問題。湖南路大屏，觀眾的第一反映就是觀察不到馬賽克現(xiàn)象(嚴(yán)格地說，是很輕而不是沒有，普通觀眾與專業(yè)人士的觀察有一些差別)。

這塊大屏在結(jié)構(gòu)工藝上非常有特點，沒有采用國內(nèi)普遍使用的模組灌膠等辦法，值得研究。通常，發(fā)光二極管廠家把發(fā)光二極管按亮度和色品分成若干檔，同一檔的差異是可以通過精心地設(shè)計和調(diào)試解決的。結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工不良，是造成馬賽克現(xiàn)象的另一大原因，而且往往到大屏安裝完畢，投入運行時才會發(fā)現(xiàn)，已無法補救了，所以應(yīng)當(dāng)特別下功夫。如果說，國內(nèi)廠家顯示屏在電氣指標(biāo)上存在一定差距的話，那么在結(jié)構(gòu)和工藝上的差距就大得多，這些往往嚴(yán)重地影響顯示效果。 [!--empirenews.page--]

(4)灰度等級

湖南路大屏和國外眾多大屏的經(jīng)驗證明，灰度級必須足夠高。目前高檔產(chǎn)品普遍為同屏顯示1024級，10．7億色。國內(nèi)大多是256級，差距甚遠(yuǎn)。許多廠家提1024／2048／4096甚至16384級編碼，256級非線性顯示16．7兆色。有一種意見認(rèn)為，256級非線性灰度對于大屏應(yīng)當(dāng)足夠，因為HDTV標(biāo)準(zhǔn)也是規(guī)定256級灰度。據(jù)筆者測試，并非如此，實際效果相差很大。事實上要實現(xiàn)1024級以上的灰度，技術(shù)難度會增加許多。簡單地計算一下就會明白。當(dāng)刷新頻率為400Hz時，非線性灰度為1024級，亮度調(diào)整等級為32級，這時如果丫修正系數(shù)為2．8，PCM的最小調(diào)寬脈沖的寬度應(yīng)為10ns左右，已經(jīng)達(dá)到驅(qū)動電路的帶寬極限。實際上是無法實現(xiàn)的，要考慮調(diào)幅與調(diào)寬復(fù)合使用的辦法。同樣還有傳輸帶寬的問題，當(dāng)屏幕行列數(shù)多，刷新頻率要求高(例如400Hz以上)時，數(shù)據(jù)的傳輸難度也會增加，有時必須采用光纖傳輸，才能保證圖像的質(zhì)量。所以，灰度從非線性256級到非線性1024級，在技術(shù)上需要一個跨越。

(5)數(shù)字處理能力

要得到優(yōu)質(zhì)圖像，必須有高質(zhì)量的視頻信號源。對于一般的大屏用戶，所能得到的最好信號就是廣播電視信號，DVD、VCD等只是家用級的。因此，對輸入信號進(jìn)行數(shù)字處理、提升圖象質(zhì)量就是必不可少的了。事實上大家都有這樣的體會：播放經(jīng)過挑選的節(jié)目時，顯示效果是非常滿意的，但如果是實況轉(zhuǎn)播電視節(jié)目或放映VCD／DVD，難免有各種畫面和鏡頭，例如夜景等暗畫面或大面積的高亮度明亮畫面，那時效果就要大打折扣了。怎樣才能在各種畫面和鏡頭下都有滿意的效果呢?這就要靠數(shù)字信號處理，例如數(shù)字梳形濾波，濾波降噪，邊緣銳化，遠(yuǎn)動預(yù)測和補償，色度修正，非線性修正等等。特別值得一提的是比例縮放(SCALE)處理，是LED大屏的特殊問題，要由大屏業(yè)界下功夫研究。由于大屏象素總是少于視頻信息源，在播放時必然遇到比例縮放問題，采樣和重現(xiàn)中的損失以及造成的混迭和缺陷會造成圖象質(zhì)量下降。如何減少和降低損失，需要數(shù)字信號處理技術(shù)。數(shù)字圖象處理技術(shù)已經(jīng)取得很大的進(jìn)展，有許多成果，例如大尺寸電視或投影中的技術(shù)成果，可以直接運用到大屏顯示中來。數(shù)字處理系統(tǒng)的處理能力集中體現(xiàn)在處理位數(shù)和處理速度上，運用DSP或高檔FPGA是必然趨勢。

(6)可靠性和壽命

可靠性是顯示屏的生命，無論是用于形象工程，還是用于商業(yè)運行，穩(wěn)定可靠都是至關(guān)重要的。可靠性指標(biāo)由平均無故障時間(MTBF)和平均修復(fù)時間(MTTR)來表述。MTBF10000小時是一個非常高的指標(biāo)，實際上也不一定需要。不少廠家下了大功夫提高系統(tǒng)的可靠性，但是究竟達(dá)到了什么水平，并不能提供有說服力的數(shù)據(jù)。

目前，國內(nèi)還沒有對大屏進(jìn)行過可靠性測試?？煽啃缘幕A(chǔ)是嚴(yán)密的可靠性設(shè)計和嚴(yán)格的質(zhì)量管理控制。顯示屏是一個大型電子設(shè)備，在保證有良好的日常維護(hù)和定期保養(yǎng)的條件下，可以把MTBF指標(biāo)要求降低，從而節(jié)省成本。道理很簡單，如果不要求大屏長期連續(xù)運行，而是間歇工作，而在間歇期，通過維護(hù)保養(yǎng)，把故障苗頭消滅，使系統(tǒng)始終處于良好的狀態(tài)下，那么，就可以保證正常工作期間不發(fā)生故障。這樣，1000小時的MTBF也能使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運轉(zhuǎn)。湖南路大屏，從開通以來，已經(jīng)正常運行了八個月，主要指標(biāo)沒有明顯的下降。這不僅是因為系統(tǒng)可靠性較高，還因為維護(hù)保養(yǎng)做得好。更為突出的是，大屏的結(jié)構(gòu)設(shè)計和備件配備得好，MTTR可以達(dá)到15分鐘，這一點特別值得我們效法。