MINILED背光LCD和...接的超大尺寸显示系统的设计_易科臣.pdf

56ELECTRONIC ENGINEERING&PRODUCT WORLD 2023.7$消费类电子电子产品世界Design设计应用&ApplicationMINILED背光LCD和MICROLED直显 混合拼接的超大尺寸显示系统的设计Design of oversized display system with a hybrid combination of MINILED backlight LCD and MICROLED direct display易科臣，汪金辉，刘颖灿（深圳康佳电子科技有限公司，深圳518057）摘 要：针对目前在超大尺寸显示领域遇到的LCD拼接缝问题以及MINI/MICROLED直显的良率低，成本高等方面困难，本文介绍一种基于MINILED背光的LCD模组与MICROLED直显模组相融合，并采取图像切割算法配合完成的混合拼接显示系统，可在超大尺寸显示方面达到良好的显示效果。关键词：MICROLED；LCD；混合拼接；超大尺寸；切割图像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。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LCD面板LCD面板LCD面板LCD面板LCD面板LCD面板纵向的MICROLED模组A横向的MICROLED模组BLCD显示模组图1 整体显示方案框架图 2023.7电子产品世界设计应用消费类电子Design&Application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。MINILED 背光灯结构件及电路区可视图像区黑边图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。LCD 显示区LCD 显示区填充 MICROLED 显示拼接区域 A/B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。HDMI/DP 等数据传输视频输入源FPGA 图像切割处理MICROLED 纵向显示模组A系列MICROLED 横向显示模组B系列LCD 显示模组图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 8402 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：PLs=+38401l na n(+lai+2121)()（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：PLe=3840l na nl ia i+2121()（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：PMs=+38401l na nl ia i+2121()（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：PMe=3840l na n+(lai+212()（4）58ELECTRONIC ENGINEERING&PRODUCT WORLD 2023.7$消费类电子电子产品世界Design设计应用&Application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：QLs=+21601h mb m(+hbj+2121)()（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：QLe=2160h mb mh jb j+2121()（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：QMs=+21601h mb mh jb j+2121()（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：QMe=2160h mb m+(hbj+212()（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。(上接第48页)图8 平衡状态实物图5 结束语本文基于 STM32 单片机及动量守恒定律实现了单轮自平衡机器人的设计,电路设计较为精简,学生在设计过程中可以综合利用机械设计、电路设计、单片机程序设计的知识和技能,并且对于 PID 算法会有更深入的理解,因此将此作品作为电子信息类专业学生的项目式实践教学案例是较好的选择。参考文献：1 姬洪伟,包敏,吴鹏,等.一种角动量守恒演示仪的设计J.大学物理实验,2020,33(3):72-74.2 李小芳,王志梅.角动量守恒定律的应用J.长春工业大学学报,2019,40(4):378-382.3 刘玉丽,王钰茹,张芸,等.角动量守恒定律在军事中的应用J.江西科学,2021,39(4):616-618+669.4 喻莉,刘洋,周本元,等.关于“角动量及其守恒定律”的教学改革实践J.物理通报,2021(12):17-19.5 吕强,王平,张皓洁.独轮车自平衡控制系统实验平台设计J.实验室研究与探索,2017,36(7):35-38+79.6 王婷婷,王宏志,刘清雪,等.遗传算法优化的无刷直流电机模糊PID控制器设计J.吉林大学学报(理学版),2020,58(6):1421-1428.7 王祎晨.增量式PID和位置式PID算法的整定比较与研究J.工业控制计算机,2018,31(5):123-124.