《伟大征程》LED屏近万平方米,2亿多灯珠无一异常,怎么做到的?

浏览:1546   发布时间: 08月27日

2021年6月28日,庆祝中国共产党成立100周年文艺演出《伟大征程》在鸟巢盛大上演。舞台上,一组超大LED显示屏先声夺人。约两个小时的演出中,总面积近万平方米的LED显示屏上播放了33条视频、100余个场景,高清逼真的画面和演员们全情投入的表演融为一体,将观众带入一段段震撼人心、激情澎湃的历史场景。

从主创到演员到观众,全程数次热泪盈眶。同样激动不已的,还有一家来自北京中关村的高科技企业——利亚德集团的全体员工。演出现场那令人叹为观止的LED显示屏,正是由这家企业设计、生产和安装的。

从1995年创立至今,从元器件依赖进口到全部自主研发,利亚德已经成功打入国际市场,并连续五年成为全球LED显示产品市场占有率最高的企业。


《伟大征程》的舞台上,超大LED屏与表演融为一体。本报记者 方非摄

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利亚德集团董事长李军(前排右二)在InfoComm展会现场体验公司影院产品。本报记者阎彤摄


利亚德技术人员在调试小间距产品。本报记者阎彤摄

引领三次行业技术革命

“我是华中科技大学毕业的,工科背景。后来在中国人民大学攻读硕士、博士,毕业后到中央财经大学当老师。在一次展会上看到台湾生产的‘走马灯’,就是一根灯管上滚动播出字幕那种,受到吸引我开始接触显示行业,进入国内显示行业规模领先的北京交通大学校办企业蓝通公司。”利亚德集团创始人、董事长李军这样介绍自己的经历。

1994年,李军离开蓝通公司,一年后创办了利亚德。这三个字的含义是:利益亚于品德。

利亚德创办之初,就立足于通过创新寻找突破。当时市场上的LED显示屏只有红色一种颜色,比如火车站显示列车时刻表的大屏幕上只有红色一种字色,准点的列车和晚点的列车一起显示,让乘客很难区分。李军大胆创新,从日本进口绿色灯珠,将显示列车时刻表的大屏改造为红、绿两种颜色显示:准点的列车信息是绿色的,晚点的是红色的,车次信息一目了然。

这项技术创新正好赶上了全国火车站都在进行旅客引导系统电子化、信息化的大规模改造。到1998年,全国一半以上的火车站使用的都是利亚德的大屏。

1997年,具备商用价值的高亮度蓝光LED芯片诞生了,利亚德再一次走在行业技术革新的前列:将红、绿、蓝三基色组合,实现全彩显示。

“绿灯还是从日本进口,一个灯珠的价格是一美元,非常贵。但纯绿的灯亮度低,我们就做了改进,做成黄绿,纯绿和黄绿混合使用。在一个灯筒里放两个红灯,四个黄绿灯,加上蓝灯,实现了全彩控制。”李军介绍。

1998年,利亚德的第一块全彩户外大屏被悬挂到昆明人民广场电信局大楼楼顶,显示效果跟真实的电视一样。由此,利亚德推动LED显示屏进入全彩时代。

1999年10月1日,新中国成立50周年庆典,科技部的彩车上打出“科技是第一生产力”的口号,并用视频形式展现领导人形象。他们使用的正是利亚德设计生产的异形全彩屏,在国庆游行队伍中大放异彩。

到2000年,利亚德将大屏挂到了全国超过半数8万人以上规模的体育馆里;仅用三年时间,利亚德占领了国内70%的全彩市场。

由利亚德开创的小间距LED屏时代,则充分显示了在同一领域深耕多年积累的行业敏感和技术优势。

“一块LED显示屏是由无数个通电就能发光的灯珠组成的。LED行业说的间距是指两个灯珠中心点之间的距离,间距越大,显示效果越粗糙;间距越小,显示效果就越好,但每平方米需要的灯珠就越多,成本也越高。当时业内普遍认为,小间距成本太高,清晰度又竞争不过液晶显示屏,没有市场前景。”李军说。

但利亚德人不这么看。利亚德把灯珠间距小于2.5毫米定义为“小间距”。2010年,利亚德首款小间距产品面世。2011年,宝马德国总部研发中心成为利亚德小间距产品的首个用户。

“宝马总部要开研发会,一大堆人围在一个小电视前面看不清楚。我们的LED显示屏可以做得更大,而小间距产品达到了3D、4K的显示效果,让客户大为赞叹。”让李军倍感自豪的是,如今已经过去10年了,这块大屏仍在使用。

由利亚德开创的小间距LED屏时代,使得LED的应用场景开始由户外向室内拓展。德国议会、联合国总部、美国NBC电视台、纳斯达克证券交易市场都成为利亚德的用户。

近年来,受益于智慧城市建设、夜经济与文娱产业的发展,小间距LED迎来了发展高峰。据统计,2019年,全球LED显示屏市场规模为452亿元,全球显示屏市场营收排名前6的品牌中有5个是中国品牌,而小间距LED销售占比已经接近40%,高度集中于利亚德等中国龙头厂商手中。

2亿多个灯珠无一异常

2020年底,利亚德接到了《伟大征程》视效显示保障任务,开始筹备方案。“要求只有一个:保证万无一失,各个方面零事故。”李军介绍。

难度空前。利亚德现有的产品没有拿来就能直接用的,要重新设计、生产,而时间已不足半年。

按照设计,《伟大征程》演出的舞台上,LED显示屏群由主屏、两道副屏和地屏等组成。从后往前,舞台主LED显示屏架体总长174米、宽15米、高39米,总面积5133平方米。两道副屏总面积2300平方米,其中一道副屏架体长32米、宽8.4米、高9至18米,二道副屏架体长65米、宽16米、高10.5至23.5米。舞台前端两侧转台上,还铺有700多平方米的地屏。同时,在昌平南口的排练场还搭建了一个备用屏,面积达5000多平方米。

光是面积之大,在全球文艺演出中就已经史无前例了。屏幕还是异形的,其中主屏幕是弧形屏,两道副屏则是仿飘扬的党旗造型,边缘呈不规则形状。

“曲线没有任何规律,因此基础单元的箱体都要重新设计、开模具、加工,电路也要重新调试。”利亚德集团副总裁、技术总负责人卢长军介绍。为了确保万无一失,每个基础单元都要有备件,有多少异形单元就要准备多少个备件,设计和生产的工作量空前。重新设计的产品还要满足搭建快、重量轻、拆除快、稳定性高的要求。

不仅如此,搭建在鸟巢里的舞台是露天的,演出时正值盛夏,要禁得住高温、暴晒、暴雨、高湿的考验。因为对耐候性的特殊要求,灯珠要重新选型、定制,显示模组也要重新设计。

“这么大面积的屏拼在一起,演员要在舞台上表演,过热肯定不行。同时,露天还要防雨,但散热和防水是矛盾的。为此,我们不断改进技术,一方面使用功耗小的芯片,重新设计散热方式;另一方面,在屏的表面增加纳米涂层,保证既透气又防水。”卢长军说。

表演中,大屏幕水平分辨率像素达到近100K,演出素材均使用高码率、高帧率4K超高清素材,其中控制服务器需要同时完成十几个4K超高清素材的流畅播放,这就要求LED显示屏的分辨率足够高,灯珠损坏率为0。

“舞台大屏的点间距是5.2毫米,点密度并不高。但一平方米有40000个灯珠,光是5133平方米的主屏就有2亿多个灯珠,在演出的过程中还不能出现单个的失控点,否则一旦过亮或过暗,在高清摄像头下就会非常显眼,技术难度可想而知。”卢长军解释。

那么,如何做到2亿多个灯珠工作两小时不会有一个发生异常?

“只能从产品端就想办法将隐患排除,把产品质量安全做到极致。”卢长军说。LED显示屏的基础单元由布满灯珠的显示模组和其背后的箱体镶嵌在一起构成。此次演出使用的显示屏箱体采用全新优化后的压铸铝箱体,箱体内部设计有双路供电系统、双套控制系统。屏体实现了双路供电输入输出、双路信号输入输出,确保任何一路供电出故障、任何一路播放信号出故障,都有备用的供电系统和信号保证屏幕正常运行。这也意味着,造价大幅上涨。

如此巨大体量的显示屏,安装难度也是空前的。

整个架体工程共使用10万多立方米脚手架搭设、2000吨配重吊装、1500吨钢结构安装,从顶棚到架体上遍布灯光、投影。项目高峰时期,同一场地内要有13台吊车同时作业。

“从一开始我们就打破专业壁垒,对结构实施单位实行完全开放和深入合作的态度。他们设计的每一版方案都会发给我们核对,并在他们的基础上设计安装显示屏单元的次结构。这种结构设计成专项专用,确保了200多吨的屏体能够紧贴在钢结构的表面,对结构的安全起到更好的平衡作用。”现场施工总负责人姜婷婷介绍。

最终,在LED显示屏的助力下,《伟大征程》呈现出史诗般的舞台效果,颠覆了人们对舞台艺术表现形式的认知,为全世界呈现了一台具有标杆意义的精品佳作。

“不能坐在办公室里搞科研”

2008年北京奥运会、2014年APEC峰会、中国人民解放军建军90周年文艺晚会、纪念红军长征胜利80周年文艺晚会、改革开放40周年大型展览、武汉军运会以及多次国庆庆典上,都有利亚德的身影。

亮眼的成绩背后,是对创新的不断求索。

“成立26年来,利亚德从未停止过创新。”李军说。在利亚德,仅显示板块一年的研发投入就达4亿元,研发投入占比达到6%至7%,而行业平均水平仅为3%。截至目前,利亚德拥有专利2000多个,其中发明专利和国际专利占了多半。

创新离不开人才。LED图像显示是一个综合性学科,涉及电子、结构设计、机械设计、软件等,没有一个大学有这个专业。利亚德每一名骨干技术人员都是自己一手培养起来的。利亚德对技术研发人员有一项规定:不能坐在办公室里搞科研,必须到一线去。屏在哪儿人到哪儿。新入职的技术研发人员都要到调试、安装、运营维护现场去,最少半年。

如今,显示屏市场上小间距产品风头正劲,未来取代小间距的会是什么?2016年,利亚德开始研发MicroLED,将灯珠的间距进一步缩小,目前最小已经达到了0.4毫米。

“当灯珠间距达到1.2毫米时,一平方米的LED屏需要64万个灯珠;间距达到0.9毫米时,一平方米需要113万个灯珠;间距达到0.6毫米时,一平方米则需要256万个灯珠。”利亚德电视技术有限公司副总经理杨震介绍。MicroLED的灯珠很密、器件很小,对排布、控制技术、散热等都提出了更高挑战,但具有大视角、高对比、高色域、高灰度的性能,被誉为“LED显示终极技术”。

十年前,看不上LED显示屏市场体量的三星、索尼、LG等国际大牌,这一次都将成为角逐MicroLED市场的强有力对手。而利亚德在该领域已经占领了技术制高点,并第一个实现全球量产,与国际巨头处于同一起跑线上。

近期,利亚德作为发榜单位参与北京市科学技术委员会、中关村科技园区管理委员会组织实施的高精尖产业强链工程项目,重点开发MicroLED显示控制集成电路,着力解决MicroLED新型显示芯片技术,以打破芯片技术处于国外垄断的局面,推动其国产化进程。

正是因为创新不断,利亚德先后被授予国家技术创新示范企业、中国电子信息百强企业(北京十强)、中国软件与信息服务百强企业、国家文化和科技融合示范基地、博士后科研工作站、工信部制造业单项冠军产品等多项荣誉。


行业展会上,利亚德工作人员在直播展示产品。本报记者阎彤摄

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LED显示屏开启“大舞美”时代

显示技术代替印刷技术成为知识、信息传播的主要渠道已有100多年的历史。

20世纪50年代,人们开始使用CRT(Cathode Rey Tube,阴极射线管)技术探索显示领域,电视由此诞生,而彩色显像管的出现宣告电视进入彩色时代。那个年代的电视机外形上最显著的特点是有一个“大屁股”。

1989年,第一台LCD(Liquid Crystal Display,液晶显示)投影机面世,液晶技术具有轻薄、大尺寸和节能的特点,打破了CRT一种技术独霸市场的局面,平板电视开始成为市场主流。LCD至今仍是一种成熟技术,但液晶显示本质上是被动发光,需要外部背光源,通过滤光片显示颜色,最大只能做到116英寸。

20世纪80年代,LED(Light Emitting Diode,发光二极管)显示屏出现。发光二极管由含镓、砷、磷、氮等的化合物制成,如砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光,氮化镓二极管发蓝光。相比于LCD显示屏需要借助光源才能发光,LED显示屏每一个基本单元只要通电就可以发光,是主动发光,因此可以自由拼接,做得比LCD显示屏更大,亮度更高。

LED显示屏成为舞美的一部分,是近年来的流行新趋势。

自20世纪60年代开始,舞美界就开始采用背景翻板等手段,把由数千人组成的点像素,汇聚成视觉上的分辨率,可以瞬间变换画面,集中体现大型文体庆典活动的主题。

1997年,爱尔兰踢踏舞剧团将视频演绎作为《大河之舞》的背景受到高度评价,多媒体交互视频背景开始登上舞台。

早期,LED显示屏仅用来展示视频资料或同步视频图像,并没有承担舞台布景功能。近年来,随着LED显示屏高清显示技术的迭代,以前传统布景无法实现的景象通过LED显示屏能轻松呈现,LED显示屏开始承担布景功能。而在当今的国际艺术创作潮流中,舞台艺术与技术的结合已经成为表演艺术中不可或缺的元素,艺术科技已成为演出的重要载体。晚会、发布会、演唱会、舞台剧、开闭幕式等大型活动,多媒体舞美的分量也越来越重。

中国率先运用LED屏技术并产生较大影响的首推春晚。而2008年北京奥运会开幕式上的表演,将这项技术的效果发挥到极致:当卷轴画卷在场地中央徐徐展开,一幅幅配合演出内容的视觉画面一一呈现,演员在画卷上表演,给观众留下了无比震撼的视觉记忆。

2008年北京奥运会巨型LED地屏画卷、梦幻五环、地球影像等视效显示的生产企业正是利亚德。

(原标题:屏屏出彩)

来源:北京日报 记者:于丽爽

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