分析：適用于DCI電影院LED顯示屏的LED規(guī)格要求

文章來源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2019-02-07

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摘 要

DCI電影院LED顯示屏是現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)最熱門的話題之一。對(duì)比與傳統(tǒng)的投影顯示，LED顯示具有眾多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，如更大的動(dòng)態(tài)亮度范圍、更好的亮度顏色均勻性、無圖形畸變、尺寸任意拼接等。而LED顯示屏進(jìn)入電影院應(yīng)用首先需要滿足DCI（Digital Cinema Initiatives）標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證，本文針對(duì)其中的顯示圖案要求，分析適合該應(yīng)用的LED的技術(shù)規(guī)格要求。

一、背景和DCI標(biāo)準(zhǔn)

隨著第一塊通過DCI認(rèn)證的LED顯示屏上市，LED顯示技術(shù)打開了電影院顯示屏的海量市場。據(jù)LEDinside估計(jì)，中國電影院市場現(xiàn)存月40000塊顯示屏，商業(yè)照明，并以每年10%以上的速度增長。按照4K分辨率的像素點(diǎn)計(jì)算，整個(gè)市場潛在LED用量將是350kkk。然而LED顯示屏進(jìn)入電影院市場需要滿足DCI（Digital Cinema Initiatives）標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格技術(shù)測(cè)試CTP（Compliance Test Plan）要求。

DCI組織由全球最大的六家電影公司聯(lián)合創(chuàng)建，旨在建立統(tǒng)一的數(shù)字電影播放標(biāo)準(zhǔn)， 保護(hù)數(shù)字電影版權(quán)和確保影院視聽體驗(yàn)。DCI標(biāo)準(zhǔn)涵蓋數(shù)據(jù)形式、編解碼接口、傳輸方式、安全保障、包含服務(wù)器、投影、音頻及控制的影院硬件系統(tǒng)。本文旨在針對(duì)顯示屏本身，從標(biāo)準(zhǔn)要求出發(fā)，理解適用于DCI電影院顯示屏的LED規(guī)格定義。

DCI對(duì)于顯示圖像的要求可以參考一下表1。屏幕分辨率要求2K （2048 x 1080）或者4K（4096 x 2160），亮度要求48 ± 10.2 cd/m2，對(duì)比度要求至少1200:1（測(cè)試條件為影院環(huán)境光，屏面反光小于0.03cd/m2），白平衡點(diǎn)已經(jīng)色域要求如圖1所示，同時(shí)允許一定的誤差。標(biāo)準(zhǔn)R, G, B三基色對(duì)應(yīng)的飽和度主波長分別是100% 621nm、89.5% 544nm、92.9% 465nm。

表1：DCI_DCSS_v12對(duì)顯示圖像的要求

▲ 圖1：DCI白平衡點(diǎn)和色域要求

二、LED的封裝選擇

由于電影屏在實(shí)際使用時(shí)，影廳的大小種類繁多， led服裝照明，DCI標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于屏幕的尺寸是不作強(qiáng)制規(guī)定的，那么對(duì)應(yīng)于4K （4096 x 2160）分辨率固定的屏幕，不同的屏幕尺寸就有不同的LED點(diǎn)間距，如2.5mm點(diǎn)間距對(duì)應(yīng)于10.3m寬的小廳屏幕，3.3mm點(diǎn)間距對(duì)應(yīng)于13.5m寬的中大廳屏幕。

對(duì)于這個(gè)點(diǎn)間距范圍的顯示屏，LED尺寸的可選范圍可以從1010，1616到2020，車間照明，多種封裝形式可選。而由于影院的觀影設(shè)置，可以保證即使第一排觀眾也不能分辨出像素點(diǎn)，基于這樣的前提，應(yīng)該選用封裝尺寸盡量小的LED（如1010），提高黑色面板或面罩表面積在整屏面積的占比，提高對(duì)比度。

三、LED的亮度要求

按照48cd/m2的亮度要求，2.5mm的像素點(diǎn)間距，以及30掃的驅(qū)動(dòng)形式估算，每顆LED的發(fā)光亮度是9mcd，質(zhì)量，按照DCI白平衡點(diǎn)的要求計(jì)算，三基色比例為R : G : B = 20.9 : 72.2 : 6.9，對(duì)于單顆LED的R, G, B亮度要求為1.9mcd, 6.5mcd, 0.6mcd。這樣的亮度規(guī)格是遠(yuǎn)小于當(dāng)今主流1010尺寸LED的發(fā)光亮度的。

LED顯示控制系統(tǒng)誠然可以通過灰度等級(jí)控制把出售設(shè)計(jì)亮度較高的LED顯示屏降到48cd/m2，但會(huì)帶來諸多低灰顯示的問題，如紅色色飄、像素不均勻等。

受限于驅(qū)動(dòng)芯片的最小電流規(guī)格，LED的驅(qū)動(dòng)也電流不可能無限降低，這就需要LED通過自身的設(shè)計(jì)來降低發(fā)光亮度，如可能的進(jìn)一步降低芯片尺寸，或在封裝體中進(jìn)入更多的吸光顆粒。但是，這都是以犧牲光電效率為代價(jià)的。如果驅(qū)動(dòng)芯片的最小驅(qū)動(dòng)電流能進(jìn)一步降低、或者支持掃描數(shù)能進(jìn)一步提高，則可以在不犧牲光電效率的前提下降低LED顯示屏的亮度。而LED本身，只有精確選擇適合于DCI白平衡點(diǎn)顏色比例的R, G, B芯片比例，以后可以滿足驅(qū)動(dòng)芯片電流要求的亮度，才是最完美符合應(yīng)用要求的LED。

四、LED的顏色要求

根據(jù)DCI定義的DCI-P3色域，顯示屏的R,G,B三基色有嚴(yán)格的色坐標(biāo)要求。對(duì)于LED顯示屏而言，需要LED要有嚴(yán)格的色坐標(biāo)規(guī)格。但是目前市面上，絕大多數(shù)的LED供應(yīng)商采用主波長規(guī)格定義顏色，而主波長是從一個(gè)維度（色調(diào)）上定義的顏色，LED燈管，缺失了顏色的另一個(gè)維度（飽和度）信息。相同主波長的顏色在色空間對(duì)應(yīng)于一條通過等能量點(diǎn) (0.333, 0.333) 的一條直線，而不是一個(gè)精確的色點(diǎn)。所以，為了精確滿足DCI-P3色域要求，首先需要選用色坐標(biāo)定義顏色的LED，而不是不精確的主波長定義。

由于顯示混光的原理，顯示屏初始設(shè)計(jì)色域可以等于或者大于DCI-P3色域，也就是R,G,B三基色的初始設(shè)計(jì)色坐標(biāo)不需要直接是DCI-P3規(guī)定的色坐標(biāo)，可以是如圖顯示的每個(gè)基點(diǎn)雙邊外延線和色空間邊界所形成的區(qū)域（如圖2所示）。其中綠色和藍(lán)色分別是一塊類似三角形的小區(qū)域，由于LED的顏色離散性，這么小的顏色范圍幾乎沒法在LED大規(guī)模量產(chǎn)中達(dá)到；而對(duì)于紅色，由于DCI-P3規(guī)定的基點(diǎn)已經(jīng)位于色空間邊界上（飽和度100%），所以理論上LED就沒有滿足的可能性。

▲ 圖2：滿足DCI色域要求的LED色坐標(biāo)范圍

而考慮到實(shí)際量產(chǎn)和測(cè)試的誤差， 在應(yīng)用及認(rèn)證過程中，企業(yè)資訊，DCI標(biāo)準(zhǔn)定義了屏幕三基色色坐標(biāo)允許的誤差范圍（參見表1），在CIE 1931色空間中如圖3所示的矩形色坐標(biāo)范圍。

▲ 圖3：DCI標(biāo)準(zhǔn)允許的DCI-P3三基色誤差范圍（具體參數(shù)見表1）

結(jié)合上述的色域混光外延原理，實(shí)際的LED色坐標(biāo)要求可以擴(kuò)展到圖4、5、6所示區(qū)域。紅光為由圖5中五個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)和色空間邊界構(gòu)成的區(qū)域， led質(zhì)量，綠光為由圖6中四個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)和色空間邊界構(gòu)成的區(qū)域，LED燈管，藍(lán)光為由圖7中五個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)和色空間邊界構(gòu)成的區(qū)域。

那么，是否使用按照這三個(gè)區(qū)域定義顏色的LED就能得到滿足DCI-P3色域要求的LED顯示屏呢？實(shí)際應(yīng)用中還需要注意以下兩個(gè)問題：

第一，大功率led照明，LED在不同驅(qū)動(dòng)電流和工作溫度下會(huì)有色坐標(biāo)漂移。如果LED供應(yīng)商的色點(diǎn)測(cè)試電流和LED在顯示屏設(shè)計(jì)工作電流的差異過大，則很可能導(dǎo)致屏上色點(diǎn)漂移出允許的區(qū)域。同樣，實(shí)際應(yīng)用時(shí)LED節(jié)溫稍高于25°C也可能導(dǎo)致色點(diǎn)漂移。針對(duì)該問題，LED天花燈，最好的方式是LED供應(yīng)商提前了解得知確定的設(shè)計(jì)電流，然后在盡可能相同的電流條件下測(cè)試LED色點(diǎn)，同時(shí)也適當(dāng)提前考慮溫度的影響。