小間距LED顯示屏拼接器的關鍵知識點分享 小間距LED顯示屏為什麼需要拼接器？拼接器的一個關鍵應用是可以輸出多路DVI信號，對矩陣排列的多個顯示屏進行拼接顯示，使之成為邏輯上的一個完整的顯示區域。對于LED顯示屏而言，我們可以將一台LED控制器所驅動的顯示區域定義為一個獨立的LED顯示屏，當前的LED控制器採用DVI/HDMI作為信號輸入接口，支持最大的輸入分辨率為1920×1200@60Hz，最大帶寬為165MHz，所驅動的LED顯示屏最大物理分辨率為1920×1200。隨著LED小間距產品的顯示面積越來越大，幾十平方米的項目屢見不鮮，LED顯示屏的物理分辨率往往會超過1920×1200，即每一塊超大規模的LED顯示屏，都是由若幹個LED控制器所驅動的若幹個獨立的顯示區域組成的，對于拼接器的應用而言，只需要對應LED控制器的數量提供若幹個DVI輸出接口，並對整個LED屏幕進行拼接顯示即可。小間距LED圖像拼接處理器的要求（1）證輸出同步性，避免拼接畫面不同步現象；（2）優化圖像處理算法，使經過縮放處理的圖像保持高清晰度；（3）自定義輸出分辨率，應對LED顯示屏物理分辨率不規則的特點。小間距LED顯示屏拼接器的關鍵技術（1）信號的輸出同步性拼接器的多路DVI信號輸出，必然存在信號的同步性問題。不同步的信號輸出到LED顯示屏上，在拼接處就會出現畫面撕裂現象，在播放高速運動的圖像時尤為明顯。如何保證信號的輸出同步性，成為衡量一個拼接系統成敗的關鍵。（2）圖形處理算法我們知道，點對點的圖像顯示效果是最好的，經過縮小處理後的圖像，如果僅採用普通的圖形處理技術或通用的FPGA圖形處理算法，圖像的邊緣會出現鋸齒，甚至會出現像素缺失，圖像的亮度也會下降。而高端的圖像處理芯片或利用復雜圖形處理算法的FPGA系統會最大限度的保證縮小後圖像的顯示效果。因此，好的圖形處理算法是一款應用于小間距LED顯示屏的拼接器的關鍵技術。（3）非標準分辨率的輸出小間距LED顯示屏是由一塊一塊相同規格的顯示單元矩陣拼接而成，每個顯示單元尺寸和物理分辨率是固定的，但是拼接起來的整個大屏幕，往往不是一個標準的物理分辨率。比如，顯示單元的分辨率為128×96，只能拼成1920×1152，卻拼不出1920×1080。在超大規模的拼接系統裡，每台LED控制器所驅動的LED顯示區域可能不是標準的分辨率，

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這個時候，拼接器具有非標準分辨率的輸出就顯得關鍵，它可以幫助我們快速找到合適的拼接方式，從而合理的分配資源，有效節約LED控制器和傳輸設備的使用數量。應用于小間距LED顯示屏的拼接器種類目前拼接器可分為四類，

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即嵌入式純硬件架構、PCI-E總線架構、分布式網絡架構、混合架構。（1）嵌入式純硬件架構整機結構通常會採用“背板+信號採集板+主控板+信號輸出板”的設計，信號採集板進行諸如視頻採集、縮放、疊加、格式轉換等信號處理工作，通過背板總線將經過處理的信號傳送給主控板的FPGA信號處理系統，通過嵌入式ARM系統實現對主控FPGA配置、與上位PC機通信、系統間的數據交換等功能，通過信號輸出板將信號輸出給顯示終端。純硬件架構拼接器的結構相對簡單、不容易出現系統故障；採集板和輸出板可熱插拔，易于更換；可實現多路、多格式信號的採集和處理；背板交換式技術和輸出板卡統一時鐘技術確保了多路信號輸出的同步性；每一路DVI輸出信號的分辨率均可自定義，符合LED顯示屏的拼接特點。諸多特點使純硬件架構迅速成為當今拼接器領域的主流產品之一。但是，由于採用了FPGA作為核心的圖像處理單元，算法的優劣決定了一款拼接器處理效果的好壞，尤其是圖像縮放的算法，如何進行優化以達到更清晰的顯示效果，已經成為判定純硬件拼接器產品價值的重要指標。（2）PCI-E總線架構通常總線架構的拼接器採用PCI Express技術，可用數據帶寬高達上百Gbps。主機配備高性能的CPU及大容量內存，可根據應用領域的不同預裝不同的操作系統（如64位的Windows7），並可直接運行各種應用程序。拼接器配備多張高性能的圖形輸出卡，每張輸出卡擁有超高的內部帶寬及顯存，

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並且所有的輸出圖像都被同步以消除顯示單元間的圖像撕裂。同時還配有多張輸入卡，支持多種信號格式，並能夠對輸入信號進行圖像處理。PCI-E總線架構拼接器就是一台高性能的計算機，所有組件都選用各大硬件廠商最先進和成熟的技術，比如CPU可選用Intel，顯卡可選用英偉達。所有計算機領域的高新技術也能夠被快速的融合進來。這使得PCI-E總線架構拼接器在運算速度、圖像處理、操作方式等方面具有無法比擬的優勢。PCI-E總線架構拼接器門檻很低，對于簡單的應用，一台工控機，加上一個專業的多通道輸出顯卡即可實現。另一方面，如何解決系統穩定性問題，如何設計一款直觀且功能強大的控制軟件，如何解決高總線帶寬下數據傳輸的各種問題等，都需要強大的研發團隊和雄厚的資金基礎，同時需要經驗的積累。就是說，高端的PCI-E總線架構拼接器不但需要滿足信號採集、處理、拼接等最基本的應用，在系統穩定性、軟件易用性等方面的設計等方面都需要更多的投入，才能使拼接器滿足各種嚴苛的應用環境。但是要注意，總線架構拼接器大多採用Windows操作系統，一旦受到病毒攻擊可能致使系統癱瘓，停止顯示。而且，由于採用了定制的圖形顯卡，各輸出通道的分辨率一般需要符合VESA（視頻電子標準協會）標準，不能定義非標準的分辨率輸出，也不能定義每個通道不同的分辨率。（3）分布式網絡架構分布式網絡架構拼接器通常採用節點式硬件結構，每個輸入、輸出節點獨立分開，通過雙絞線接入中心交換機，對數據進行交互傳輸。其核心是一套先進的視頻編解碼技術，通過各種信號輸入節點，將採集到的DVI、VGA、YPbPr、CVBS、3G-SDI等信號進行處理和編碼，通過專用的網絡通訊協議，將編碼後的視頻流經中心交換機傳輸到輸出節點解碼，並轉換為DVI數字信號輸出到顯示終端。輸出節點的同步性成為了該系統應用的關鍵。一種辦法是通過網絡直接發送同步碼，實現多台輸出節點的同步輸出。但是由于網絡誤碼率的存在，這種方式運行一段時間後，還是會出現輸出不同步現象。另一種辦法是通過SYNC接口將多台輸出節點進行物理連接，

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選擇一台輸出節點作為主機，向其他輸出節點主動發送同步碼，

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從而使所有輸出節點同時接收到同步信號，實現真正的幀同步輸出，確保顯示圖像完整，屏幕拼接處無撕裂。目前分布式網絡架構拼接系統的應用越來越多，由于其分布式的特點，便于整個建築裡的綜合布線和不同區域的多個顯示終端集中管理。配合先進的可視化軟件的幫助，

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可向用戶提供人性化、可視化、綜合化的服務。但是，受限于帶寬和編解碼技術，分布式網絡架構目前還不支持雙鏈路DVI數字信號和HDMI信號的接入。同時，由于編碼、處理、解碼、信號同步輸出等環節均需要幀緩存，因此在數據的實時性方面與其它幾種拼接技術相比存在差距。另外，

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在需要顯示的點對點數超過1920×1200分辨率的圖像時（需要兩台以上的信號輸入節點），無法保證多路同步源輸入信號的再同步輸出。（4）混合架構混合架構，一般指以上三種拼接技術之中的兩種或兩種以上相結合的拼接器或拼接系統。比如PCI+硬件背板總線架構拼接器，它的系統控制和圖像處理分別獨立實現。PCI總線負責系統控制，並在後台運行操作系統；硬件背板總線負責視頻圖像處理，系統允許對大量的高分辨率輸入信號進行同步處理，同時仍能在全幀速下保持實時的操作性能和最佳的圖像質量，

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同時確保輸出信號的同步性。針對重要應急場所，可以確保永不黑屏，即便PCI總線負責的操作系統發生故障或病毒感染，通過專用的背板圖形處理總線，也能夠確保任何時刻顯示外來視頻圖像。通過混合架構，

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可以綜合應用，取長補短，極大地增加了系統的穩定性。這也是今後拼接技術的發展方向，具有更為廣闊的應用空間。micro LED是LED顯示應用的再進化，利用磊晶技術做出尺寸和pitch皆在micron等級的超小型LED，經過基板移轉和色彩轉換，做到pixel level control的自發光顯示，換句話說，就是“超級小間距”、“無封裝”、“消費電子應用”版的LED顯示屏。micro LED和近期火紅的OLED一樣屬于自發光顯示器，兩者正是“無機”與“有機”光源在面板cell端的直接對決。而Micro LED display，則是底層用正常的CMOS集成電路制造工藝制成LED顯示驅動電路，然後再用MOCVD機在集成電路上制作LED陣列，從而實現了微型顯示屏，也就是所說的LED顯示屏的縮小版。現狀說起micro LED的發展現狀，正如Nouvoyance現任CEO也是三星OLED面板中P排列像素創始人Candice Brown-Elliott所說，在蘋果收購LuxVue之前只有很少人知道和從事該領域，而現在已經有很多人開始討論這項技術。而兩位Micro-LED技術的專家在去年也曾表示，該技術水平還很難應用生產各種實用的屏幕面板，近期不大可能在iPhone、iPad或者iMac產品中看到這項屏幕技術。但對于較小的顯示屏，Micro-LED仍是一個可行的選擇，像Apple Watch等小型屏的應用。其實自LuxVue被蘋果收入之後，有看到VerLASE公司宣布獲取突破性的色彩轉換技術專利，這種技術能夠讓全彩MicroLED陣列適用于近眼顯示器，之後一直沒有相關報道。最近，LEDinside從最近台灣固態照明研討會得到消息，Leti、德州大學(Texas Tech University)和PlayNitride皆在研討會上展現自己的micro LED研發成果。Leti推出了iLED matrix，其藍光EQE 9.5%，亮度可達107 Cd/m2；綠光EQE 5.9%，亮度可達108 Cd/m2，採用量子點實現全彩顯示，Pitch只有10 um，未來目標做到1 um。Leti近程計劃從smart lighting切入，

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中程2-3年進入HUD和HMD市場，搶搭VR/AR熱，遠程目標是10年內切入大尺寸display應用。而台灣Play Nitride公布的同樣以氮化鎵為基礎的PixeLEDTM display技術，公司目前透過移轉技術轉移至面板，轉移良率可達99%！由此可見，Micro LED技術已經有很多企業在跟進，發展速度也在加快。但就蘋果本身來看，該技術屬蘋果實驗室階段技術，且蘋果本身也押寶了許多新興產業，故未來是否導入量產仍有待觀察。凸顯的優勢Micro LED優點表現的很明顯，它繼承了無機LED的高效率、高亮度、高可靠度及反應時間快等特點，並且具自發光無需背光源的特性，更具節能、機構簡易、體積小、薄型等優勢。除此之外，Micro LED還有一大特性就是解析度超高。因為超微小，表現的解析度特別高;據說，如若蘋果iPhone 6S採用micro LED，解析度可輕鬆達1500ppi以上，比原來的Retina顯示的400PPi要高出3.75倍而相比OLED，其色彩更容易準確的調試，有更長的發光壽命和更高的亮度以及具有較佳的材料穩定性、壽命長、無影像烙印等優點。故為OLED之後另一具輕薄及省電優勢的顯示技術，其與OLED共通性在于亦需以TFT背板驅動，所以TFT技術等級為IGZO、LTPS、Oxide。存在的劣勢1、成本及大面積應用的劣勢。依賴于單晶硅襯底做驅動電路，並且從此前蘋果公布的專利上來看，有著從藍寶石襯底轉移LED到硅襯底上的步驟，也就意味著制作一塊屏幕至少需要兩套襯底和互相獨立的工藝。這會導致成本的上升，

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尤其是較大面積應用時，會面臨良率和成本會有巨大的挑戰。（對于單晶硅襯底，一兩寸已經是很大的面積了，參照全幅和更大的中畫幅CMOS感應器產品的價格）當然從技術角度來說LuxVue將驅動電路襯底轉換為石英或者玻璃來降低大面積應用成本是可行的，但這也需要時間。相比于AMOLED成熟的LTPS+OLED方案，成本沒有優勢。2、發光效率優勢被PHOLED威脅甚至反超。磷光OLED（Phosphorescent OLED，PHOLED）效率的提升有目共睹，UDC公司的紅綠PHOLED材料也都已經在三星Galaxy S4及後繼機型的面板上開始商用，面板功耗已經和高PPI的TFT-LCD打平或略有優勢。一旦藍光PHOLED材料的壽命問題解決並商用，無機LED在效率上也將佔不到便宜。3、亮度和壽命被QLED威脅。QLED研究現在很熱，從QD Vision公司提供的數據來看無論效率和壽命都非常有前景，而從事這塊研究的大公司也很多。當然QLED也是OLED的強力競爭對手。4、難以做成卷曲和柔性顯示。對于LuxVue來說做成卷曲和柔性都顯得比較困難。如果要制造iWatch之類的產品，屏幕沒有一定的曲率是比較不符合審美的。發展的瓶頸其實Micro LED的核心技術是納米級LED的轉運，而不是制作LED這個技術本身。由于晶格匹配的原因，LED微器件必須先在藍寶石類的基板上通過分子束外延的生長出來。而做成顯示器，必須要把LED發光微器件轉移到玻璃基板上。由于制作LED微器件的藍寶石基板尺寸基本上就是硅晶元的尺寸，而制作顯示器則是尺寸大得多的玻璃基板，因此必然需要進行多次轉運。對于微器件的多次轉運技術難度都是特別高，而用在追求高精度顯示器的產品上難度就更大。通過此前蘋果收購Luxvue後公布的獲取專利名單也以看出，大多都是採用電學方式完成轉運過程，所以說這才是Luxvue的關鍵核心技術其實，Micro LED還面臨第三個問題，即全彩化、良率、發光波長一致性問題。單色Micro LED陣列通過倒裝結構封裝和驅動IC貼合就可以實現，但RGB陣列需要分次轉貼紅、藍、綠三色的晶粒，需要嵌入幾十萬顆LED晶粒，對于LED晶粒光效、波長的一致性、良率要求更高，同時分bin的成本支出也是阻礙量產的技術瓶頸。蘋果布局 micro LED 的機會與挑戰市場預期有機發光二極體（OLED）面板將取代液晶，成為智能手機面板主流產品，而在蘋果（Apple）帶動下，OLED 市場競逐更趨白熱化。與此同時，業界也正密切關注蘋果所布局的新一代顯示技術“Micro LED”，有望超越 OLED 顛覆現有顯示技術局面，並將拓展更高層次的技術應用。收購 LuxVue Technology，展開專利技術布局微發光二極體（Micro LED）顯示技術已發展多年，直到蘋果收購了美國 Micro LED 顯示技術公司 LuxVue Technology 後，引發市場熱切關注。LuxVue 成立于 2009 年，主要研發用于消費性電子的低功耗 Micro LED 顯示技術，並經三輪融資募得 4，300 萬美元資金。美國硅谷知名創投公司 KPCB 為其投資者之一，該公司合伙人 John Doerr 曾表示，LuxVue 的顯示技術別具突破性；而台灣面板廠友達、IC 設計廠聯發科及奇景光電，都曾持有 LuxVue 股份，之後因 LuxVue 被蘋果收購而早一步處分持股。蘋果看上 LuxVue 所擁有的 Micro LED 技術，2014 年 5 月證實收購 LuxVue，取得多項 Micro LED 專利技術，此後也持續布局有關技術專利。藉由整合 LuxVue 技術，蘋果可望為旗下穿戴式設備、手機等產品提高屏幕亮度，並降低電池能耗、延長續航力，為硬件設備拓展創新可能。不過，蘋果對于並購 LuxVue 一事表現得相當低調，除了拒絕透露有關細節外，也以一貫的官方說法回應，表示蘋果不時收購小型新創公司，通常不會針對收購目的或計劃予以說明。2015 年底有媒體消息指出，

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