MINILED背光LCD和MICROLED直显混合拼接的超大尺寸显示系统的设计

1 现状

现如今，MINILED/MICROLED 技术不断发展，同时超大尺寸（150 寸以上）显示越来越受到关注。目前在超大尺寸显示领域，一种技术是LCD 拼接，一种是MINI/MICROLED 直显。LCD 拼接存在拼接缝问题，这是由于LCD 本身玻璃存在黑边以及拼接时结构因素导致，因而无法做到较好的显示效果。而MINI/MICROLED 直显则存在良率低，成本高，功耗高等多方缺点，难以实现大显示面积的量产以及商业化。目前，针对超大尺寸显示技术中存在的拼接缝的问题，尚未提出有效的解决方案。

2 整体方案

本设计采用MINILED背光的LCD 和MICROLED直显混合拼接的方式来实现超大尺寸、无缝拼接、低成本的显示。有别于传统的LCD拼接出现的拼接缝问题， 本设计将在拼接缝区域采取MICROLED填充显示，通过SOC/FPGA算法切割图像，并重新按像素点分配图像来补充LCD拼接缝的显示内容，从而实现大尺寸无缝拼接显示。整体显示方案框架如图1 所示，可随意拼接以及扩展。

图1 整体显示方案框架图

3 模组拼接与填充

LCD显示区域采用传统成熟方案，搭配MINILED背光实现多分区显示，提高显示区域亮度。如图2 所示LCD面板在有MINILED背光区域是可视图像区，而在背光灯两边的结构件及电路区域则没有图像显示，在视觉上等同于一条黑边的效果。在超大尺寸的拼接显示系统中，每两两LCD 拼接后就会因为该黑边及拼接结构件导致的拼接缝问题，给观看者造成图像断裂或者缺失的不良视角效果。

图2 LCD显示结构示意图

本设计在上下或者左右两块LCD 拼屏之间的拼接区域A/B，采用MICROLED 直显显示模组进行填充，如图3 所示。同时可将MICROLED 模组填充区域分为纵向A 系列以及横向B 系列，如图1。并可根据实际拼接LCD 数量的不同，分别依次将纵向拼接区域由左向右定义为A1、A2、A3……，将横向拼接区域由上向下定义为B1、B2、B3……等。显示模组贴装于对应拼接区域的LCD 面板及拼接结构件表面。由于MICROLED显示模组厚度仅2mm 左右，相对与LCD 面板的视觉不平整度并不明显，再加上本应用为超大尺寸显示方案，观看距离通常在8 m 以上，两种拼接显示材料的不平整度相对观看距离小于0.25% 的误差，基本可以忽略不计，不会影响观看效果。

图3 MICROLED显示模组填充示意图

4 图像切割与重组

原始图像数据由FPGA 处理后，切割成所需要的显示区块内容，分别通过HDMI/DP或者其他数据传输形式，传输给对应显示模组，从而实现图像高质量显示。FPGA需要具备强大的运算能力以及多输出接口，图像切割与重组系统框图如图4。

图4 图像切割与重组系统框图

FPGA 处理算法与显示图像分辨率、LCD 面板的拼接数量、LCD 面板可视图像区域与拼接区宽度相关。本文以4k（3 840×2 160）的显示图像分辨率为例进行说明，定义LCD 面板拼接数量横向有n 块，纵向有m 块（n 和m 均为非零自然数），LCD 面板可视图像区长度为l，宽度为h，拼接区长度为a，宽度为b，以拼接后整体显示模组的左上角为原点计算，图像切割后任意LCD面板及MICROLED模组（LCD 面板拼接区处填充）的起始和截止像素对应切割前原图像的像素点符合以下算法。某LCD 面板或MICROLED 模组（LCD 面板拼接区处填充）位于整体拼接模组的横向第i 个，及纵向第j 个（i 和j 均为非零自然数），那么在FPGA 算法中，该LCD 面板模块横向的起始像素PLs 对应切割前原图像水平像素为：

   (1)

该LCD 面板模块横向的截止像素PLe 对应切割前原图像水平像素为：

   (2)

该MICROLED 模组横向的起始像素PMs 对应切割前原图像水平像素为：

   (3)

该MICROLED模组横向的截止像素PMe 对应切割前原图像水平像素为：

   (4)

该LCD面板模块纵向的起始像素QLs对应切割前原图像垂直像素为：

   (5)

该LCD面板模块纵向的截止像素QLe对应切割前原图像垂直像素为：

   (6)

该MICROLED模组纵向的起始像素QMs对应切割前原图像垂直像素为：

   (7)

该MICROLED模组纵向的截止像素QMe对应切割前原图像垂直像素为：

   (8)

以上算法PLs、PLe、QLs、QLe 对应传输给LCD显示模组，PMs、PMe 对应传输给MICROLED 纵向显示模组A 系列，QMs、QMe 对应传输给MICROLED横向显示模组B 系列，完成FPGA 图像切割之后的重新拼接显示。

5 结束语

本设计的关键在于将LCD 与MICROLED 显示技术相结合，配合相关图像切割算法完成拼接显示，用于克服单独MICROLED 显示的高成本高功耗，以及单独LCD 拼接显示出现的拼接缝等影响视觉效果的问题。不仅可以实现超大尺寸大屏低成本拼接显示，也可以推动MICROLED 进一步商业化诉求。

（本文来源于《电子产品世界》杂志2023年7月期）