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显示技术“拼”出来的精彩视界

大屏厂商不能只关注在专业显示系统部分的发展,还要保障自己的系统能在更为复杂的信息环境中的稳定可靠地运行,保证足够强的系统...
资讯频道文章B

  摘要:大屏厂商不能只关注在专业显示系统部分的发展,还要保障自己的系统能在更为复杂的信息环境中的稳定可靠地运行,保证足够强的系统兼容性及扩展能力,这不仅涉及到拼接处理、传输技术,也涉及到很多软件应用技术。其次,单个大屏产品已较难有所作为,需要配合相关行业解决方案,才能受到客户更多的青睐。

  责任编辑/徐永红

  近年来,随着“社会信息化”、“智慧城市”的发展,安防、商业展示等市场需求的快速释放,大屏幕拼接市场以每年20%以上的速度增长,应用领域几乎涵盖了指挥控制室、视频监控、会议及商业显示、博览展览及演艺显示等各个方面。同时,决策者们对关键决策所需要的信息量也对可视化显示提出了更高的要求,作为各种信号(计算机、视频、网络等)的集中显示终端,都对大屏幕拼接显示的高分辨率、高亮度、色彩均匀,并且能与各种信号良好兼容提出了更高的要求,所以高清、智能、应用的可视化会成为未来显示领域发展的方向。

  按照显示技术的不同,业内拼接显示产品主要分为LCD、DLP、LED及PDP等几大系列,那么它们各自的原理及特色是什么?其应用现状又是如何的呢?详见下文所述。

  液晶显示(LCD)

  LCD 是 Liquid Crystal Display (液晶显示)的简称(图1),LCD 的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒,下基板玻璃上设置TFT(薄膜晶体管),上基板玻璃上设置彩色滤光片,通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向,从而达到控制每个像素点偏振光出射与否以实现显示的目的。

  LCD显示技术自推出以来,便以其高亮度、超清晰、寿命长等优质显示能力逐渐受到市场的青睐,同时,更低的成本及能耗,使其在短时间内得以迅速广泛的应用。LCD厂家希望引入的显示相关技术种类非常多,但是目的却非常明确:用成本更低、更成熟的方法来提高液晶面板的分辨率、色彩效果,并减小它的体积和功耗,而这些技术分别从驱动IC电路、液晶面板本身、背光模组、透光膜等部件着手进行改善和优化。市面上的LCD显示产品按照面板技术可分为三类:IPS屏、VA屏和CPA屏,这三种屏幕的代表厂商分别是LG(原LPL)、三星 SDI/台湾友达,以及日本的夏普。

  IPS面板(IN-PLANE -SWITCHING,板内切换)技术通过液晶分子平面切换的方式来改善视角,利用空间厚度、摩擦强度并有效利用横向电场驱动的改变让液晶分子做最大的平面旋转角度来增加视角;制造上不须额外加补偿膜,且在视角的提升上可达到178度。

  IPS型液晶面板具有可视角度大、颜色细腻等优点,看上去比较通透,不过响应时间较慢和对比度低是这类型面板一个比较明显的缺点。后来,日立又推出了S-IPS(Super-IPS)技术,很好的改善了响应时间过长的问题,但是开口率低的问题依然存在。虽然IPS、S-IPS都是日立公司的杰作,却是之后LG Display公司生产的S-IPS面板应用更广泛。目前液晶采用的S-IPS面板,普遍都出自LG-Display公司。

  VA(VERTICAL ALIGNMENT,垂直排列)液晶面板在目前的显示产品中应用最为广泛,16.7M色彩和大可视角度是它最为明显的技术特点,目前VA型面板主要分为两种,一种为MVA型,另外一种为PVA型。

  MVA(MULTI-DOMAIN VERTICAL alignMENT,多区域垂直排列)技术,原理是增加突出物来形成多个可视区域。液晶分子在静态的时候并不是完全垂直排列,在施加电压后液晶分子成水平排列,这样光便可以通过各层。MVA技术将可视角度提高到160度以上,并且提供比IPS更短的响应时间。这项技术是富士通公司开发的,目前我国台湾的奇美、友达光电等面板厂都有获得授权使用。

  PVA则是三星在MVA面板基础上推出的一种面板类型,是一种图像垂直调整技术,该技术直接改变液晶单元结构,让显示效能大幅提升,可获得优于MVA面板的亮度输出和对比度。此外在这两种类型基础上又推出了改进型S-PVA类型面板,主要是在色彩、响应时间和可视角度等方面有所提升,目前市场上46寸工业级面板全是S-PVA技术。

  CPA(Continuous Pinwheel Alignment,连续焰火状排列)模式广视角技术,CPA模式广视角技术严格来说也属于VA阵营的一员,各液晶分子朝着中心电极呈放射的焰火状排列。由于像素电极上的电场是连续变化的,所以这种广视角模式被称为“连续焰火状排列”模式。而CPA则由“液晶之父”夏普主推,夏普的CPA面板色彩还原真实、可视角度优秀、图像细腻,但是价格比较贵,并且夏普很少向其他厂商出售CPA面板。

  目前,LCD显示市场又陆续推出了46寸、47寸和55寸等3.5mm拼缝的产品,为实现真正“无缝”拼接再向前迈进了一大步。为了顺应高清化、数字化的用户需求,LCD拼接市场不断推陈出新。各LCD生产厂家不仅全面推出了支持DP、SDI、HDMI 1.4a等高清接口,还新增了视频解码、视频图像增强和视频透雾等多种优势功能,提高了产品的集成度和图像的显示质量。大尺寸LCD商业显示器,从55寸到150寸的全系列显示屏都可选配红外触摸功能,并支持4K超高清画面的点对点显示。

  数字光处理技术(DLP)

  DLP(Digital Light Processing)指数字光处理技术(图2),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)。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。

  DLP拼接显示产品目前仍以LED光源为主,虽然拼缝非常小、稳定性高,但是亮度一直是它的致命缺陷。受制于LED光源亮度的因素,要做大尺寸的单元,显示屏的画面就会变暗,提高LED背投的亮度不是一件很容易的事情,在技术难度与成本上都让众厂商望而却步。

  然而,不同以往的是,激光光源技术和产品在这两年有了新的突破。激光光源一直被业界认为是最理想的光源技术。激光属于集束性光源,其最大的特点是其发光效率非常高,做到高亮度是件轻而易举的事情。同时,激光光源的色彩还原度非常优秀,还是环保节能的绿色光源。现在市场上的LED光源亮度最高为1100流明,而用在DLP投影机芯上的激光光源亮度可高达2000-4000流明甚至更高,因此,激光光源为做大尺寸的投影单元提供了可能。

  大尺寸、高分辨率的DLP背投影拼接墙可满足用户越来越高的视觉需求,在技术实现层面也趋于成熟。因此,在各种显示产品技术的激烈竞争中,适时地调整产品发展方向,发挥出DLP背投技术的核心优势,才能在未来市场中争取更大的发展空间。

  LED显示屏技术

  DLP拼接显示产品在高端市场的地位并不牢固,近来遭遇到小间距LED显示产品(图3)的冲击。这里的LED不同于传统意义上采用LED作为背光源的液晶屏,而是指完全采用LED(发光二极管)作为显像器件的屏幕显示产品。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,就是由很多个发光二极管组成,靠灯的亮灭来显示字符,用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。

  室内小间距LED全彩屏在解决了“高亮低灰”等技术问题后,有效提升了画质细腻程度,非常适用于公安、交通、军队等行业的指挥调度场合。由于其完全无拼缝,不存在各单元亮度衰减不一致、颜色漂移不一致的问题,动态刷新频率更高,具有更好的色彩还原度、对比度和更长的使用寿命,随着LED显示技术的快速进步,LED间距将越来越小,并很可能会在明年推出点间距在1毫米以内产品,这将对拼接显示产品市场带来巨大冲击。

  等离子显示屏(PDP)

  PDP(Plasma Display Panel),即等离子显示屏(图4)。PDP是一种利用气体放电的显示技术,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,四周经气密性封接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。气体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。当每一颜色单元实现 256 级灰度后再进行混色,便实现彩色显示。

  等离子大屏市场目前可以简单的分为大单屏产品和拼接产品,如85英寸以及103英寸的产品,是松下公司主推的产品,其还为这些产品加入了无线以及3D等功能,进一步提升产品附加值。60英寸及其以下等离子拼接产品,则是国内厂商主推的产品,主要是和残酷的LCD拼接市场分离开来,打出差异化的牌,其有一定的效果,适合一些小众市场,但整体上仍要面临液晶拼接强大的价格压力。

  近几年PDP等离子产品相对于其它技术的产品要逊色不少,始终无法形成大气候。虽然在安防、电力、广电、视频会议等几个行业都有所应用,但是由于产品本身存在分辨率低、损耗大、有辐射等缺点,经过长时间的不温不火以后,已逐渐被高清化的拼接显示市场淘汰。

  未来,精彩依旧

  在过去的十年间,大屏行业发展主要集中在基础设施的建设上,如军队、政府、交通、电力等具有集中指挥、调度需求的行业中运用。而随着“社会信息化”、“智慧城市”等的发展,安防、商业展示等市场的需求正快速释放,据相关调查资料显示,未来20年全球智慧城市产业规模将达到上百万亿元,是重要的产业方向,将需要大量大屏拼接。

  大屏拼接行业市场的发展不仅仅是“量”增而已。在市场规模不断扩大的基础上,产业应用方式、市场需求方向都会发生显著的变化。面对越来越复杂的信息化应用的崛起,大屏厂商不能再只关注自己在专业显示系统部分的发展,还要保障自己的系统能够在更为复杂的信息环境中的稳定可靠地运行,保证足够强的系统兼容、扩展能力。不仅涉及到拼接处理、传输技术,也涉及到很多软件应用技术。其次,单个大屏产品已经较难有大的竞争力,需要配合相关行业解决方案,才能受到客户更多的青睐。

  结语

  在技术进步日新月异的今天,大屏拼接显示技术与市场已经开始进入一个产品与解决方案多样化、跨界应用与竞争加剧的时代。行业格局正在发生着深刻的改变,这无疑对我们提出了更大的挑战,谁动了我的奶酪?焦虑、担忧、苦闷都毫无用处,寻找新的奶酪才会是出路所在。

(作者现任杭州海康威视数字技术股份有限公司)

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