基于微阵列背投技术的大屏幕显示系统研究

王鹏 牛金星 张涛

摘 要：本文设计开发了一种基于微阵列背投技术的大屏幕显示系统。系统采用了LED光源阵列通过光学透镜投射至显示幕，形成图像，减少了光线损耗，有效削弱了有害蓝光对观看者视觉的影响，获得了较好的图像质量。

关键词：大屏幕显示;微阵列背投;防蓝光;LED屏

中图分类号：TP391.41文献标识码：A文章编号：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

随着信息技术的发展，人们对大尺寸、高清画质、高分辨率的图像与视频显示效果的需求越来越强烈，逐渐成为研究热点之一[1，2]。现有的大屏幕显示技术中，LED屏幕因高亮度、高对比度受到大家的欢迎。由于LED屏幕颗粒感强，有时会产生摩尔纹，本文提出了基于微阵列LED背投技术的大屏幕显示系统，采用超微型自发光光源作为单个成像像素，并将每个成像像素通过微阵列光学透镜投至显示面上，通过集成大量的成像像素形成整个图像，减少了光线损耗，使投射距离更短、亮度更高，可以获得较好的图像质量。

1 微阵列背投技术

微阵列背投（Microarray Rear Projection）全称是微透镜阵列背投影显示技术，设计灵感来源于昆虫复眼，例如，苍蝇复眼由3 000多个小眼单元组成，这些小眼具有各自的光学系统，既能协调一致，又能独立工作。因此，蝇眼不仅具有高速度和高精度的分辨率，还能从不同方位感受視像。

2 基于微阵列背投技术的大屏幕显示系统

2.1 系统组成

微阵列背投屏幕显示系统由显控系统、微阵列光源单元、微阵列光学投射幕单元、电源单元、三维信号单元以及其他附属设备组成，如图1所示。系统具有健康护眼、安全环保、亮度高、寿命长及安装灵活等优点，可为客户提供完美的影像效果。

2.2 系统方案

微阵列背投显示系统的工作原理是微阵列光源单元选用阵列形式的LED光源，显控系统发射显示数据给显示阵列;显示阵列前部微距布设一个相适配的投影显示幕，在投影显示幕与显示阵列相对应的一侧设置有与每一个小光源相对应的投影显示格;显示阵列接收图像信号并对应点亮每一个光源发出光线，对应投射到投影显示格内并经过光学处理后透射出去，从而在投影显示幕上得到所需的图像显示效果。

投影显示幕与显示阵列的距离设置很近，被称为微距，显示阵列布设的光源通常比较密集，间距微小，再加之投影显示幕与显示阵列之间的距离属于毫米级的微距，因此显示系统被称为微阵列显示系统。通过向显示幕进行微距投影，可以大大降低光线传输带来的光功率损耗。投影显示幕的外表面设置为磨砂面，磨砂面的磨砂颗粒度与光源尺寸相适配。通过设置磨砂面，可以有效弱化光线的刺眼效应，使发出的光线更加柔和。

投影显示格是相互隔离的一个内陷腔体。由此，对应的像素光源正好投射到该投影显示格内而不会将光线投射到其他投影显示格，从而保证每一个光源投射到投影显示格后的聚光性更好，消除了光源发出光线直接显示带来的刺眼效应。投影显示格包括透射层、偏振层和滤光层。透射层为透光玻璃或塑料，吸收紫外线等有害光线并设置透射面，光源以点光源的形式发出光线投射到透射层后以面光源的形式从投影显示幕投射出光线;在透射层外侧是偏振层，偏振层改变从透射层透射出来的光线偏振方向;偏振层外侧是滤光层，当从偏振层透射出来的光线通过滤光层时，减弱其中的有害光成分[3，4]。

显控终端对来自显示阵列的光源发光亮度进行人工调整。通过这种方式可以调整光源的发光亮度，从而使显示系统的发光亮度既能满足人眼看的最佳视觉效果，同时也能在降低能耗、提高环境适应性等方面具有优势。

2.3 控制系统

微阵列背投显示系统支持HDMI和DVI视频信号输入及HDMI信号LOOP输出;输入分辨率最大为1 920×1 200，支持分辨率任意设置;有4 000～16 000M网口输出，支持上下左右及混合型任意拼接;支持外接DVI视频接口信息检测，发送卡温度监测;支持亮度和色温调节;具有较好的亮度均匀性，确保显示画面稳定、无闪烁;图像失真小，色彩还原真实，在室内环境下能显示清晰明亮的图像效果。

系统可以编辑播放视频图像及二、三维动画，具有丰富的播放方式，有多种文字和字型，可以输入及播出多种信息;进行日期时间显示或字符串、表达式显示;通过网络连接，显示网络数据信息;具有上下拉幕、左右拉幕、闪屏、连播、左展和右展等100多种播出方式可供选择。

3 系统功能和优点

与市面上流行的液晶屏和LED显示屏相比[5]，微阵列背投技术无论在色彩、对比度、抗干扰能力等方面都具有明显优势，在最大程度上保护观看者的视力，更加健康。

3.1 健康护眼

“有害蓝光”是指波长处于400～450nm的光线（即短波蓝光）。短波蓝光具有极高能量，能够穿透晶状体直达视网膜，使眼睛内的黄斑区毒素量增高，并导致光敏感细胞缺少养分，从而引起视力损伤，这些损伤是不可逆的，会严重威胁观看者的眼底健康。蓝光大量存在于电脑显示器、荧光灯、手机、数码产品、显示屏和LED等光线中，在日常生活中随处可见。为了有效消除视频显示设备中的有害蓝光，通过在光学投射幕面板材料中添加独特的抗蓝光添加剂，改变蓝光强度峰值分布，有效减少有害蓝光对观看者视觉的影响，极大减轻对视网膜的伤害，最大程度地保护观看者的视力。

3.2 防眩光技术

“眩光”指照明或显示设备中由于不适宜亮度分布，如亮度极高或背景与视野中心的亮度差较大时，就会存在极端亮度对比，以致引起视觉不舒适和降低物体可见度的现象。“眩光”现象不仅影响观看，而且影响视力健康。系统通过合理设计微阵列背投光源器件的发光强度和投射光路，扩大了像素阵列光源投射面积，减少了显示暗区，从而形成了整体发光面显示，极大减少了光源本身产生的眩光情况。同時，通过在光学投射幕面板上增加漫反射层，降低了反射系数，有效减少了外部强光源对微阵列投影的眩光影响，减轻眩光对观看者的视力损害，有效保护观看者的视力。

3.3 防摩尔纹

摩尔纹是一种在图像显示设备、感光元件上出现的高频干扰的条纹，是一种会使图片出现彩色的高频率不规则条纹。摩尔纹影响图像的色彩及清晰度，使图像非常不美观。系统将显示器件拼接的界限全部放在光源光线的黑色区域，在播放视频时，拼接处会被光源释放的光折射效果遮盖，避免黑色区域重叠，有效消除摩尔纹。

4 结语

微阵列背投显示系统采用光源阵列显示，并在显示格和显示幕之间加装光学处理设计，减轻了光线对人的影响。系统具有健康护眼、安全环保、亮度高、寿命长及安装灵活等优点，可为客户提供完美的影像效果，广泛用于院校、军队、政府、医疗及交通等行业。

参考文献：

[1]张胤龙.大屏幕显示系统的应用[J].中国新通信，2017（23）：85.

[2]浦廷民.大屏幕显示系统的应用与分析[J].智能建筑电气技术，2011（3）：100-103.

[3]王建明.天津广播总控室大屏幕监控显示系统的设计[J].通讯世界，2017（8）：46-47.

[4]吴有明.大屏幕液晶拼接显示系统设计与运行[J].机电技术，2016（2）：46-49.