创意LED显示屏厂家而言，LED球形屏、立方体、圆锥体、圆柱屏等创意LED显示屏产品的出现使社会不断求新求异、彰显个性的文化需求。而对于创新LED行业者—抓住了创意产品的市场需求，开始已经走在了行业的前沿。
LED背景新闻演播室，说明LED屏在电视演播室越来越被受青睐，然而在LED屏使用过程中电视画面效果却差异很大，有的自始至终画面色彩鲜艳、清晰稳定;有的是远景时画面小看不清。这就要求我们在LED屏的选型和使用过程中要注意几点问题。
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大厅LED屏使用过程中需注意的几点
1.拍摄距离要合适
正如前面谈论点间距和填充系数所提到的，不同点间距、不同填充系数的LED屏，合适的拍摄距离是不一样的。以点间距为4.25毫米、填充系数为60%的LED显示屏为例，被拍人物与屏之间的距离在4—10米比较合适，这样拍摄人物时就能得到比较出色的背景画面。如果人物离屏太近，在拍摄近景时，背景就会出现颗粒感，也容易产生网纹干扰。
2.点间距要尽可能小
点间距是LED屏相邻像素中心点之间的距离。点间距越小，单位面积的像素就越多，分辨率就越高，拍摄距离就可以越近，当然其价格也就越贵。目前国内电视台演播室里使用的LED屏的点间距多为2—8毫米，要认真研究信号源的分辨率和点间距之间的关系，争取做到分辨率*，达到点对点显示，从而实现的效果。
3.色温要调节好
演播室使用LED屏作为背景时，其色温应与演播室内灯光色温*，才能在拍摄中得到准确的色彩再现。演播室的灯光根据节目需求，有时使用3200K低色温灯具，有时使用5600K高色温灯具，LED显示屏则需调节至相应的色温，从而获得满意的拍摄效果。
4.保证要有良好的使用环境
LED屏的寿命和稳定性都与工作温度有密切的关系。如果实际工作温度超过了产品规定的使用范围，不仅其寿命会缩短，产品本身也会受到严重的损坏。另外，灰尘的威胁也不容忽视。灰尘太多，会使LED屏热稳定性下降甚至产生漏电，严重时会导致烧毁；灰尘还会吸收水分，从而腐蚀电子线路，造成一些不易排查的短路问题，所以要注意保持演播室的清洁。
LED屏没有拼缝，能使画面更加*;功耗更低、热量更小，节能环保;其具有良好的*性，能保证画面的无差别展示;箱体尺度小，便于背景屏构成流畅造型;色域覆盖率高于其他显示产品;拥有更佳弱反光特性的优势，且运行可靠性高，后期运营维护成本低。
当然拥有这么多优点的LED屏也必须得用得好才能让它的优势表现得淋漓至尽。因此在电视节目中使用LED屏，我们要选择合适的LED屏，深入了解它们的特点，针对不同的演播室条件、节目形式和要求来选择技术产品作为背景，让这些新技术zui大限度地发挥其优势。
小间距LED显示屏给芯片端带来的挑战
LED显示屏相比其他显示技术，具有自发光、色彩还原度优异、刷新率高、省电、易于维护等优势。高亮度、通过拼接可实现超大尺寸这两个特性，是LED显示屏在过去二十年高速增长的决定性因素。在超大屏幕室外显示领域，迄今还没有其他技术能够与LED显示技术相抗衡。
但是在过去，LED显示屏也有其不足，比如封装灯珠之间间距大，造成分辨率较低，不适合室内和近距离观看。为了提高分辨率，必需缩小灯珠之间间距，但是灯珠的尺寸缩小，虽然能够提升整屏分辨率，成本也会快速上升，过高的成本影响了小间距LED显示屏的大规模商业应用。
近几年来，借助于芯片制造和封装厂商、IC电路厂商和屏幕制造厂商等的多方努力，单封装器件成本越来越低，LED封装器件越来越小，显示屏像素间距越来越小、分辨率越来越高，使得小间距LED显示屏在户内大屏显示方面的优势越来越明显。
目前，小间距LED主要应用于广告传媒、体育场馆、舞台背景、市政工程等领域，并且在交通、广播、*等领域不断开拓市场。预计到2018年，市场规模接近百亿。可以预测，在未来几年内，小间距LED显示屏将不断扩展*，并挤占DLP背投的市场空间。据光大证券研究所预测，到2020年，小间距LED显示屏对DLP背投的替代率将达到70%~80%。
笔者从业于蓝绿LED芯片制造行业，从事产品开发工作多年。下面从产品设计、工艺技术的角度来论述小间距LED显示屏的发展对蓝绿LED芯片提出的需求，以及芯片端可能采取的应对方案。
小间距LED显示屏对LED芯片提出的需求
作为LED显示屏核心的LED芯片，在小间距LED发展过程中起到了至关重要的作用。小间距LED显示屏目前的成就和未来的发展，都依赖于芯片端的不懈努力。
一方面，户内显示屏点间距从早期的P4，逐步减小到P1.5，P1.0，还有开发中的P0.8。与之对应的，灯珠尺寸从3535、2121缩小到1010，有的厂商开发出0808、0606尺寸，甚至有厂商正在研发0404尺寸。
*，封装灯珠的尺寸缩小，必然要求芯片尺寸的缩小。目前，市场常见小间距显示屏用蓝绿芯片的表面积为30mil2 左右，部分芯片厂已经在量产25mil2 ，甚至20mil2 的芯片。
另一方面，芯片表面积的变小，单芯亮度的下降，一系列影响显示品质的问题也变得突出起来。
首先是对于灰度的要求。与户外屏不同，户内屏需求的难点不在于亮度而在于灰度。目前户内大间距屏的亮度需求是1500 cd/m2 -2000 cd/m2左右，小间距LED显示屏的亮度一般在600 cd/m2 -800 cd/m2 左右，而适宜于*注目的显示屏亮度在100 cd/m2 -300cd/m2 左右。
目前小间距LED屏幕的难题之一是“低亮低灰”。即在低亮度下的灰度不够。要实现“低亮高灰”，目前封装端采用的方案是黑支架。由于黑支架对芯片的反光偏弱，所以要求芯片有足够的亮度。
其次是显示均匀性问题。与常规屏相比，间距变小会出现余辉、*扫偏暗、低亮偏红以及低灰不均匀等问题。目前，针对余辉、*扫偏暗和低灰偏红等问题，封装端和IC控制端都做出了努力，有效的减缓了这些问题，低灰度下的亮度均匀问题也通过逐点校正技术有所缓解。但是，作为问题的根源之一，芯片端更需要付出努力。具体来说，就是小电流下的亮度均匀性要好，寄生电容的*性要好。
第三是可靠性问题。现行行业标准是LED死灯率允许值为万分之一，显然不适用于小间距LED显示屏。由于小间距屏的像素密度大，观看距离近，如果一万个就有1个死灯，其效果令人无法接受。未来死灯率需要控制在十万分之一甚至是百万分之一才能满足*使用的需求。
总的来说，小间距LED的发展，对芯片段提出的需求是：尺寸缩小，相对亮度提升，小电流下亮度*性好，寄生电容*性好，可靠性高。
芯片端的解决方案
1. 尺寸缩小芯片尺寸缩小
表面上看，就是版图设计的问题，似乎只要根据需要设计更小的版图就能解决。但是，芯片尺寸的缩小是否能无限的进行下去呢？答案是否定的。有如下几个原因制约着芯片尺寸缩小的程度：
（1）封装加工的限制。封装加工过程中，两个因素限制了芯片尺寸的缩小。一是吸嘴的限制。固晶需要吸取芯片，芯片短边尺寸必须大于吸嘴内径。目前有性价比的吸嘴内径为80um左右。二是焊线的限制。首先是焊线盘即芯片电极必须足够大，否则焊线可靠性不能保证，业内报道zui小电极直径45um；其次是电极之间的间距必须足够大，否则两次焊线间必然会相互干扰。
（2）芯片加工的限制。芯片加工过程中，也有两方面的限制。其一是版图布局的限制。除了上述封装端的限制，电*小，电极间距有要求外，电极与MESA距离、划道宽度、不同层的边界线间距等都有其限制，芯片的电流特性、SD工艺能力、光刻的加工能力决定了具体限制的范围。通常，P电极到芯片边缘的zui小距离会限定在14μm以上。
其二是划裂加工能力的限制。SD划片+机械裂片工艺都有极限，芯片尺寸过小可能无法裂片。当晶圆片直径从2英寸增加到4英寸、或未来增加到6英寸时，划片裂片的难度是随之增加的，也就是说，可加工的芯片尺寸将随之增大。以4寸片为例，如果芯片短边长度小于90μm，长宽比大于1.5:1的，良率的损失将显著增加。
基于上述原因，笔者大胆预测，芯片尺寸缩小到17mil2后，芯片设计和工艺加工能力接近极限，基本再无缩小空间，除非芯片技术方案有大的突破。
2. 亮度提升
亮度提升是芯片端永恒的主题。芯片厂通过外延程式优化提升内量子效应，通过芯片结构调整提升外量子效应。
不过，一方面芯片尺寸缩小必然导致发光区面积缩小，芯片亮度下降。另一方面，小间距显示屏的点间距缩小，对单芯片亮度需求有下降。两者之间是存在互补的关系，但要留有底线。目前芯片端为了降低成本，主要是在结构上做减法，这通常要付出亮度降低的代价，因此，如何权衡取舍是业者要注意的问题。
3. 小电流下的*性
所谓的小电流，是相对常规户内、户外芯片试用的电流来说的。如下图所示的芯片I-V曲线，常规户内、户外芯片工作于线性工作区，电流较大。而小间距LED芯片需要工作于靠近0点的非线性工作区，电流偏小。
在非线性工作区，LED芯片受半导体开关阈值影响，芯片间的差异更明显。对大批量芯片进行亮度和波长的离散性的分析，容易看到非线性工作区的离散性远大于线性工作区。这是目前芯片端的固有挑战。
应对这个问题的办法首先是外延方向的优化，以降低线性工作区下限为主；其次是芯片分光上的优化，将不同特性芯片区分开来。
4. 寄生电容*性
目前芯片端没有条件直接测量芯片的电容特性。电容特性与常规测量项目之间的关系尚不明朗，有待业者去总结。芯片端优化的方向一是外延上调整，一是电性分档上的细化，但成本很高，不*。
5. 可靠性
芯片端可靠性可以用芯片封装和老化过程中的各项参数来描述。但总的说来，芯片上屏以后的可靠性的影响因素，重点在ESD和IR两项。
ESD是指抗静电能力。据IC行业报道，50%以上芯片的失效与ESD有关。要提高芯片可靠性，必须提升ESD能力。但是，在相同外延片，相同芯片结构的条件下，芯片尺寸变小必然带来ESD能力的削弱。这是与电流密度和芯片电容特性直接相关的，无法抗拒。
IR是指反向漏电，通常是在固定反向电压下测量芯片的反向电流值。IR反映的是芯片内部缺陷的数量。IR值越大，则说明芯片内部缺陷越多。
要提升ESD能力和IR表现，必须在外延结构和芯片结构方面做出更多优化。在芯片分档时，通过严格的分档标准，可以有效的把ESD能力和IR表现较弱的芯片剔除掉，从而提升芯片上屏后的可靠性。
LED显示屏灰度等级和灰度原理
灰度就是灰阶是指一个色彩由浅到深能有多少种明暗程度。对于使用数据化的显示屏技术而言，灰度是显示色彩数的决定因素。一般而言灰度越高，显示的色彩越丰富，画面也越细腻，更易表现丰富的细节。
灰度成像原理
灰度等级主要取决于系统的数模转换位数。当然系统的视频处理芯片、存储器以及传输系统都要提供相应位数的支持才行。 目前led显示屏主要采用：
一、8位处理系统，也即256（2的8次方）级灰度。简单理解就是从黑到白共有256种亮度变化。
二、10位处理系统，也即1024（2的10次方）级灰度。简单理解就是从黑到白共有1024种亮度变化。
三、12位处理系统，也即4096（2的12次方）级灰度。简单理解就是从黑到白共有4096种亮度变化。
四、14位处理系统，也即16384（2的14次方）级灰度。简单理解就是从黑到白共有16384种亮度变化。
led显示屏亮度等级如何鉴别
亮度鉴别等级是指人眼能够分辨的图像从zui黑到zui白之间的亮度等级。前面提到显示屏的灰度等级有的很高，可以达到256级甚至1024级。但是由于人眼对亮度 的敏感性有限，并不能*识别这些灰度等级。也就是说可能很多相邻等级的灰度人眼看上去是一样的。而且眼睛分辨能力每人各不相同。对于显示屏，人眼识别的 等级自然是越多越好，因为显示的图像毕竟是给人看的。人眼能分辨的亮度等级越多，意味着显示屏的色空间越大，显示丰富色彩的潜力也就越大。亮度鉴别等级可 以用的软件来测试，一般显示屏能够达20级以上就算是比较好的等级了。
现在国内一些控制系统供应商所谓的4096级灰度或16384级灰度或更高都是指经过非线性变换后灰度空间大小。4096级是采用了8位源到12位空间的非 线性变换技术，16384级则是采用8位到16位的非线性变换技术。由8位源做非线性变换，转换后空间肯定比8位源大。一般至少是10位。如同灰度一样， 这个参数也不是越大越好，一般12位就可以做足够的变换了。
环境亮度对于屏体有哪些亮度要求？
一般亮度要求如下：
（1）室内：>800CD/M2
（2）半室内：>2000CD/M2
（3）户外（坐南朝北）：>4000CD/M2
（4）户外（坐北朝南）：>8000CD/M2
红绿蓝在白色构成方面有什么样的亮度要求？
红、绿、蓝在白色的成色方面贡献是不一样的。其根本原因是由于人类眼睛的视网膜对于不同波长的光感觉不同而造成的。经过大量的实验检验得到以下大约比例，供参考设计：
简单红绿蓝亮度比为：3：6：1
精确红绿蓝亮度比为：3.0：5.9：1.1
led显示屏的灰度和亮度之间互相关联又有着各自的区别，灰度和亮度都不是数值越大越好。
小间距LED显示屏凭借着真正的无缝拼接、高性价比、出众的显示效果等优点，已经被越来越多地应用在控制室、指挥大厅、会议中心等关键场合。
1、图像拼接处理器的要求
随着LED显示屏像素间距不断变小，观看距离不断拉近，为了达到出色的显示效果，不但要求LED显示屏本身在图像处理和拼装工艺上精益求精，对LED显示屏前端的图像拼接处理器(以下简称拼接器)也提出了更高的要求：
(1)证输出同步性，避免拼接画面不同步现象;
(2)优化图像处理算法，使经过缩放处理的图像保持高清晰度;
(3)自定义输出分辨率，应对LED显示屏物理分辨率不规则的特点。
2、应用于小间距LED显示屏的拼接处理技术
2.1 拼接器与小间距LED显示屏的配合使用
拼接器的一个关键应用是可以输出多路DVI信号，对矩阵排列的多个显示屏进行拼接显示，使之成为逻辑上的一个完整的显示区域。
对于LED显示屏而言，我们可以将一台LED控制器所驱动的显示区域定义为一个独立的LED显示屏，当前的LED控制器采用DVI/HDMI作为信号输入接口，支持zui大的输入分辨率为1920×1200@60Hz，zui大带宽为165MHz，所驱动的LED显示屏zui大物理分辨率为1920×1200。
室内LED多媒体电子大屏幕全彩显示屏贴墙安装价格随着LED小间距产品的显示面积越来越大，几十平方米的项目屡见不鲜，LED显示屏的物理分辨率往往会超过1920×1200，即每一块超大规模的LED显示屏，都是由若干个LED控制器所驱动的若干个独立的显示区域组成的，对于拼接器的应用而言，只需要对应LED控制器的数量提供若干个DVI输出接口，并对整个LED屏幕进行拼接显示即可。
拼接器在小间距LED显示屏的应用中，有几个关键技术值得关注：
(1)信号的输出同步性
拼接器的多路DVI信号输出，必然存在信号的同步性问题。不同步的信号输出到LED显示屏上，在拼接处就会出现画面撕裂现象，在播放高速运动的图像时尤为明显。如何保证信号的输出同步性，成为衡量一个拼接系统成败的关键。
(2)图形处理算法
我们知道，点对点的图像显示效果是的，经过缩小处理后的图像，如果仅采用普通的图形处理技术或通用的FPGA图形处理算法，图像的边缘会出现锯齿，甚至会出现像素缺失，图像的亮度也会下降。而的图像处理芯片或利用复杂图形处理算法的FPGA系统会zui大限度的保证缩小后图像的显示效果。因此，好的图形处理算法是一款应用于小间距LED显示屏的拼接器的关键技术。
(3)非标准分辨率的输出
小间距LED显示屏是由一块一块相同规格的显示单元矩阵拼接而成，每个显示单元尺寸和物理分辨率是固定的，但是拼接起来的整个大屏幕，往往不是一个标准的物理分辨率。比如，显示单元的分辨率为128×96，只能拼成1920×1152，却拼不出1920×1080。在超大规模的拼接系统里，每台LED控制器所驱动的LED显示区域可能不是标准的分辨率，这个时候，拼接器具有非标准分辨率的输出就显得关键，它可以帮助我们快速找到合适的拼接方式，从而合理的分配资源，有效节约LED控制器和传输设备的使用数量。
2.2 应用于小间距LED显示屏的拼接器
目前拼接器可分为四类，即嵌入式纯硬件架构、PCI-E总线架构、分布式网络架构、混合架构。
(1)嵌入式纯硬件架构
整机结构通常会采用“背板+信号采集板+主控板+信号输出板”的设计，信号采集板进行诸如视频采集、缩放、叠加、格式转换等信号处理工作，通过背板总线将经过处理的信号传送给主控板的FPGA信号处理系统，通过嵌入式ARM系统实现对主控FPGA配置、与上位PC机通信、系统间的数据交换等功能，通过信号输出板将信号输出给显示终端。
纯硬件架构拼接器的结构相对简单、不容易出现系统故障;采集板和输出板可热插拔，易于更换;可实现多路、多格式信号的采集和处理;背板交换式技术和输出板卡统一时钟技术确保了多路信号输出的同步性;每一路DVI输出信号的分辨率均可自定义，符合LED显示屏的拼接特点。
诸多特点使纯硬件架构迅速成为当今拼接器领域的主流之一。但是，由于采用了FPGA作为核心的图像处理单元，算法的优劣决定了一款拼接器处理效果的好坏，尤其是图像缩放的算法，如何进行优化以达到更清晰的显示效果，已经成为判定纯硬件拼接器产品价值的重要指标。
(2)PCI-E总线架构
通常总线架构的拼接器采用PCIExpress技术，可用数据带宽高达上百Gbps。主机配备高性能的CPU及大容量内存，可根据应用领域的不同预装不同的操作系统(如64位的Windows7)，并可直接运行各种应用程序。拼接器配备多张高性能的图形输出卡，每张输出卡拥有超高的内部带宽及显存，并且所有的输出图像都被同步以消除显示单元间的图像撕裂。同时还配有多张输入卡，支持多种信号格式，并能够对输入信号进行图像处理。
PCI-E总线架构拼接器就是一台高性能的计算机，所有组件都选用各大硬件厂商和成熟的技术，比如CPU可选用In，显卡可选用英伟达。所有计算机领域的*也能够被快速的融合进来。这使得PCI-E总线架构拼接器在运算速度、图像处理、操作方式等方面具有*的优势。
PCI-E总线架构拼接器门槛很低，对于简单的应用，一台工控机，加上一个专业的多通道输出显卡即可实现。
另一方面，如何解决系统稳定性问题，如何设计一款直观且功能强大的控制软件，如何解决高总线带宽下数据传输的各种问题等，都需要强大的研发团队和雄厚的资金基础，同时需要经验的积累。就是说，的PCI-E总线架构拼接器不但需要满足信号采集、处理、拼接等zui基本的应用，在系统稳定性、软件易用性等方面的设计等方面都需要更多的投入，才能使拼接器满足各种严苛的应用环境。
但是要注意，总线架构拼接器大多采用Windows操作系统，一旦受到病毒攻击可能致使系统瘫痪，停止显示。而且，由于采用了定制的图形显卡，各输出通道的分辨率一般需要符合VESA(视频电子标准协会)标准，不能定义非标准的分辨率输出，也不能定义每个通道不同的分辨率。
(3)分布式网络架构
分布式网络架构拼接器通常采用节点式硬件结构，每个输入、输出节点独立分开，通过双绞线接入中心交换机，对数据进行交互传输。
其核心是一套*的视频编解码技术，通过各种信号输入节点，将采集到的DVI、VGA、YPbPr、CVBS、3G-SDI等信号进行处理和编码，通过的网络通讯协议，将编码后的视频流经中心交换机传输到输出节点解码，并转换为DVI数字信号输出到显示终端。
输出节点的同步性成为了该系统应用的关键。一种办法是通过网络直接发送同步码，实现多台输出节点的同步输出。但是由于网络误码率的存在，这种方式运行一段时间后，还是会出现输出不同步现象。另一种办法是通过SYNC接口将多台输出节点进行物理连接，选择一台输出节点作为主机，向其他输出节点主动发送同步码，从而使所有输出节点同时接收到同步信号，实现真正的帧同步输出，确保显示图像完整，屏幕拼接处无撕裂。
目前分布式网络架构拼接系统的应用越来越多，由于其分布式的特点，便于整个建筑里的综合布线和不同区域的多个显示终端集中管理。配合*的可视化软件的帮助，可向用户提供人性化、可视化、综合化的服务。
但是，受限于带宽和编解码技术，分布式网络架构目前还不支持双链路DVI数字信号和HDMI信号的接入。同时，由于编码、处理、解码、信号同步输出等环节均需要帧缓存，因此在数据的实时性方面与其它几种拼接技术相比存在差距。另外，在需要显示的点对点数超过1920×1200分辨率的图像时(需要两台以上的信号输入节点)，无法保证多路同步源输入信号的再同步输出。
(4)混合架构
混合架构，一般指以上三种拼接技术之中的两种或两种以上相结合的拼接器或拼接系统。
比如PCI+硬件背板总线架构拼接器，它的系统控制和图像处理分别独立实现。PCI总线负责系统控制，并在后台运行操作系统;硬件背板总线负责视频图像处理，系统允许对大量的高分辨率输入信号进行同步处理，同时仍能在全帧速下保持实时的操作性能和图像质量，同时确保输出信号的同步性。针对重要应急场所，可以确保*黑屏，即便PCI总线负责的操作系统发生故障或病毒感染，通过的背板图形处理总线，也能够确保任何时刻显示外来视频图像。
通过混合架构，可以综合应用，取长补短，*地增加了系统的稳定性。这也是今后拼接技术的发展方向，具有更为广阔的应用空间。
3、小间距LED显示屏的应用
目前，小间距LED显示屏的应用很广泛，它包括但不限于：*演习指挥系统、公共安全显示指挥系统、电力调度系统、交通路网及航空监控显示系统、能源行业生产调度系统、政府及企事业单位会议显示系统、广播电视传媒显示系统、公共场所信息发布系统。
作为新一代背景墙显示终端，小间距LED显示屏正在为各行各业的关键系统提供优质的服务。
