平铺式显示器入门初探

低可见性边框

背投影系统可以利用包装的方式组成一个平铺式显示器（通常会称之为投影立方体），它的屏幕与屏幕间距可以做到相当窄，大约是1-2mm左右。当观赏者从某段距离以外看到该显示器的时候，虽然还是可以看到这些屏幕间距，但是比起前文中我们所讨论的平铺式电浆显示面板或液晶显示面板来说，这样的间距已经相对是可性见相当低的边框设计了。

投影立方体的尺寸是受到限制的，因为这套系统本身需要有一个外部光源的投射，而光源大小的尺寸也会影响到投影光束、光阀以及投影距离的长短，以上这些特性都会造成投影立方体的尺寸变化。上述几点之中，光源本身的尺寸还有光阀这两者是影响投影效能的主要限制因素，因为进光量是否足够，而光源是否可以经由适当的光阀进行正确的角度修正控制将其传送至投影光路上都是相当重要的问题，目前市面上最常使用的光阀包括了LCD、LCOS或是DLP等等技术。当然光阀与透镜本身都可以制造得更大一些，但是光阀的成本也会随着尺寸面积放大而线性增加，同样地光学镜片尺寸的增加也会增加成本的支出，如此一来想要架构大尺寸的投影立方体就要投入更高的成本。上述的种种因素加总在一起之后，就会对显示屏幕本身的光学输出造成限制，因此屏幕上所显示出的辉度或是亮度都会大打折扣。

另外有人利用特殊的屏幕设计，就可以在某些角度时以有限的距离创造出比较多的光量，这样的作法是可以在这种有角度的距离内获得较高的屏幕亮度，不过在这个角度之外的距离看到此显示器就会发现亮度减少的状况。这就是所谓的提高屏幕增益。因为屏幕主要是靠着将投射到它们身上的光线进行散射而得到影像，所以也会散射环境光源的部分，上述这种环境光源散射的影响会使得影像对比度在明亮环境之下出现明显地下降情况。

为了要解决上述的问题，有人发展出所谓的全黑屏幕技术，这种技术主要是将投射光源聚焦通过一个众多黑色小洞所组成的黑洞矩阵，如此一来环境光源的影响就会被降低了，但是这种作法需要花费比较高的光学输出成本，从花费上来看是比较不经济一些。平铺式投影显示器的主要缺点在于如果想要在比较明亮的环境光源情况下具有足够的亮度，就必须要使用高增益屏幕。这种屏幕的最大强度会出现在镜头到屏幕上显示影像处之间的，如上文所述，这种高增益屏幕具有观赏角度位置影响亮度大小的问题，所以一旦使用高增益屏幕，将可能造成同一片平铺式显示器上出现亮度大小不一的问题，如此一来显示器均匀度就会随着观赏角度的改变而出现变化，整体性能将会大打折扣。这个问题可以透过使用统一增益（或是Lambertian）屏幕的方式来解决，这种屏幕可以在各种观赏角度上都均匀地散射光线，不过也因为这种屏幕的亮度较低，所以只能够适用于一些环境光源较低的场景，举例来说，像是一些控制室内就相当适合使用这一类的屏幕。这种低亮度屏幕可以藉由使用一些辅助器具增强效能，像是将原本集中光线到一个较宽的水平圆椎改成集中光线到一个较狭窄的垂直圆椎，可以提升亮度到接近300 cd/m2，不过这个规格的屏幕还是无法在明亮环境中使用。

投影立方体显示器的画素尺寸可以轻易地藉由改变投影镜片的焦距距离来做变化，不过通常会将画素的尺寸设定在0.7到1.7mm的规格。另外值得注意的是这种显示器并不会遭遇到因为视角不同造成色彩偏差的问题。

无边框平铺式显示器

当我们考虑设计一款无边框式的平铺式显示器时，首先要考虑的就是在平铺边界上的画素必须要保持一致性，不能出现跳动变化的状况，这种不一致的画素将会造成观赏品质的下降。无边框设计并非意味着平铺式显示器的边缘都是看不见的，因为人类视觉系统的特性可以进行自行调整，最多可以辨别到比眼球所看到正常解析度还要小上1/10的线性特征物，所以要制作出完全看不到边框的显示器是相当难以达成的。然而无边框设计提供了平铺式显示器一种新的制作概念，这种方式可以使得平铺式显示器的边框简化到最轻薄的状态。

发光二极体的技术目前来说已经可以应用来作为大尺寸的平铺式显示器了，对这种最大尺寸的平铺式显示器来说，一般都是用在体育场或是实况转播之类的场合，主要是提供远距离观赏的用途，在这种产品上的发光二极体间距大约是10-35mm左右。上述的这些发光二极体的尺寸都相当的小，而且周围又用黑色矩阵团团包围住，所以在环境光源影响的降低上是有相当不错的成效。更甚者，发光二极体的光源表现相当的明亮，大概可以到达6500 cd/m2的水准，因此它们可以在明亮的环境光源情况下有相当不错的表现，甚至在太阳光底下都还是可以正常的显示与运作。因为发光二极体平铺式显示器的影像主要都是由相当小的，相当明亮的发光二极体光点矩阵所形成的，而每一个光点都是相当独立的个体，所以如果观看者的距离从远处渐渐拉近的时候，就可能会发生显示器的影像品质下降的情况。发光二极体业者正苦思对策来解决这样的问题，目前的作法是将红/绿/蓝的发光二极体封装在一起，然后再用扩散板将其覆盖起来，如此一来就可以减少上述的近距离观赏造成影像品质下降的问题。透过这样的作法，即使是3mm的画素间距，都可以达成最高的解析度，这些封装好的发光二极体只占了显示区域的40%而已。这种高解析度的发光二极体显示屏幕可以产生较佳的影像品质，不过在亮度上也做了一些牺牲，最大的亮度将会减少为1500 cd/m2，同时也会受到发光二极体模组散热效率的限制以及增加了环境光源反射的影响层度。不过因为发光二极体模组的充填面积只有四成左右，所以当观赏距离真的拉到很近的时候，还是可以看到画素的设计。

发光二极体的技术并不会遭遇到随着视角变化造成色彩偏差的问题，而且它们的视角特性也可以藉由改变发光二极体本身的光学设计或是扩散设计来做调整。

为了产生同时具有色彩与亮度均匀特性的平铺式显示器，必须要采取一些特殊的方法术，举例来说，发光二极体必须要全部同时驱动或是部分驱动的方式，或是也可以利用两者交替采用的方式来达成。上述这个问题在背光模组产业中是相当常见的，因为在此产业中发光二极体的背光技术发展是相当积极的，主要的动力就是因为国际间已经订定了法规，对于背光模组中光源产品的水银含量必须逐年降低，而先前的冷阴极管都需要使用到水银的添加物，发光二极体则不需要添加任何的水银，所以背光模组产业对于发光二极体技术的发展投入了相当多的心力。以目前技术来看，大尺寸的发光二极体显示系统可以成功驱动15位元的色彩，事实上在这种大尺寸的显示屏幕上只需要8-10位元的色彩显示就可以了，多出来的几个位元色彩主要是用来提供影像电子校正所需之用。有了这种高精密的校正技术之后，发光二极体显示器的色彩均匀性就可以维持一个相当不错的水准。然而经过几个月的使用之后，屏幕将会出现一些色彩不均匀的问题，这是因为每一个发光二极体的老化时间不一所造成的，因此进行发光二极体的校正是有必要的。

尽管可能会发生上述这些缺点，但是发光二极体还是囊括了市场上大多数的占有率。目前以阳光下可被阅读的大型显示器来说，发光二极体还是最重要的主流技术。

最新的无边框平铺式显示器来自于ITransTM公司的独门技术。它使用了聚碳酸酯树脂经过模具铸造而成的导光板以扩张阵列的方式妥善摆放于主动矩阵式液晶显示器的前面，如此一来就可以将显示影像的尺寸扩张到比原有的液晶显示器面板更大的等级。这种技术所输出的影像屏幕并不会看到任何的边界或是框架，因此透过堆叠成阵列的方式就可以制造出画素间距在边界之间维持一定的影像，甚至连平铺式显示器之间的内部画素间距或者是平铺显示器内的画素间距都可以保持完全一致。上述的这个导光板也都是经过良好的设计，因此最大辉度的值总是会出现在正向于平铺式显示器表面上，而整个平铺式显示器的辉度纵断图在不管哪一点上都会是一样的数值。这种规格是一定要达成的目标，如此一来才可以确保不管在哪一个视角上所看到的影像都是具有一样的水准。以目前技术而言，使用15寸XGA液晶显示器的话，在每个平铺式画素上输入25个液晶显示器画素，输出间距是1.7 mm，最终可以产生出17寸的平铺式显示器，其解析度为204 × 152的全彩画素。这个系统的输出充填系数大约是95%，而且因为不会产生空间性的色彩细分现象，所以即使是用很近的距离来观赏这个显示器还是可以相当容易地被辨识。不过也因为高充填系数与一些光学差异的问题，平铺边界内或是边界跟边界之间画素的可见性还是会被察觉到，所以对于这种显示器来说，与发光二极体显示器相比想要让边框完全变成看不到将会具有相当程度的挑战，然而在大多数的情况下，这种显示器的边界不是很难被发现就是不会影响到所显示的影像。

ITransTM公司主要使用的面板都是标准型的扭转向列型主动矩阵式液晶显示器，这种显示器在未施加电压驱动的时候会呈现全白的状况。因为光线经由液晶显示器转送出去后的角度与单纯经过导光板的状况会有些差异，所以将会造成光线亮度不守恒，产生光效能的耗损，大概会由原本面板的最大对比320：1下降到平铺式显示器输出端的120：1左右。另一方面来说，这种显示器也有存在其它的好处，那就是假使上述的角度超过400的话，对比的值将会超过原来的液晶显示器（也就是320：1），但是一旦角度在700左右的话，对比会落在大约25：1的数值。而且以视角改变造成色彩偏差的问题来说，这种显示器完全不会产生这样的现象，灰阶反转的现象也不会在这边发生。

ITransTM公司所开发出来的显示器标准亮度都在超过2000cd/m2的水准，另外值得注意的是与一般的液晶显示器一样，该公司的产品并不会遭遇到影响烙印的问题。

事实上，对于对比度只有120：1这个特性进行质疑是相当合理的，因为只有像是用在控制室内的显示器是需要用到低亮度的规格，其它在本文中所讨论的各种显示器都是需要在明亮环境光源下使用的。以ITransTM公司所开发的显示器来说，因为经过特殊的光学特性设计，可以使得环境光源被输出面传回至液晶显示器上面，所以只有少部分的环境光源会被散射至观赏者的眼睛，这些散射回去环境光源的量甚至比起只有液晶显示器本身的数值还要来得低一些（一般液晶显示器本身最上层的偏光片就有防止反射的镀膜层存在）。因此这些ITransTM公司所开发出来的显示器与电浆显示面板，液晶显示面板，投影屏幕或是专门开发在室内使用的发光二极体等等显示器技术相比较之后，更能够在明亮的环境光源情境下提供相当良好的对比度。由于具有这么优异的光学特性表现，这些显示器在即使环境光源高达100000 lux的情况下都还是可以正常的运作。