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適用於DCI電影院LED顯示屏的LED規格要求

2019-2-23 10:06:35點擊

  DCI電影院LED顯示屏是現在行業內*熱門的話題之一⊙對比與傳統的投影顯示♤LED顯示具有眾多技術優勢♤如更大的動態亮度範圍、更好的亮度顏色均勻性、無圖形畸變、尺寸任意拚接等⊙而LED顯示屏進入電影院應用首先需要滿足DCI(Digital Cinema Initiatives)標準的認證♤本文針對其中的顯示圖案要求♤分析適合該應用的LED的技術規格要求⊙

  1.背景和DCI標準

  隨著*塊通過DCI認證的LED顯示屏上市♤LED顯示技術打開了電影院顯示屏的海量市場⊙據LEDinside估計♤中國電影院市場現存月40000塊顯示屏♤並以每年10%以上的速度增長⊙按照4K分辨率的像素點計算♤整個市場潛在LED用量將是350kkk⊙然而LED顯示屏進入電影院市場需要滿足DCI(Digital Cinema Initiatives)標準的嚴格技術測試CTP(Compliance Test Plan)要求⊙

  DCI組織由全球*大的六家電影公司聯合創建♤旨在建立統一的數字電影播放標準♤ 保護數字電影版權和確保影院視聽體驗⊙DCI標準涵蓋數據形式、編解碼接口、傳輸方式、安全保障、包含服務器、投影、音頻及控製的影院硬件係統⊙本文旨在針對顯示屏本身♤從標準要求出發♤理解適用於DCI電影院顯示屏的LED規格定義⊙

  DCI對於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♤對比度要求至少1200:1(測試條件為影院環境光♤屏麵反光小於0.03cd/m2)♤白平衡點已經色域要求如圖1所示♤同時允許一定的誤差⊙標準R, G, B三基色對應的飽和度主波長分別是* 621nm、89.5% 544nm、92.9% 465nm⊙

  適用於DCI電影院LED顯示屏的LED規格要求


  表1DCI_DCSS_v12對顯示圖像的要求

  適用於DCI電影院LED顯示屏的LED規格要求


  圖1DCI白平衡點和色域要求

  2.LED的封裝選擇

  由於電影屏在實際使用時♤影廳的大小種類繁多♤DCI標準對於屏幕的尺寸是不作強製規定的♤那麽對應於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點間距♤如2.5mm點間距對應於10.3m寬的小廳屏幕♤3.3mm點間距對應於13.5m寬的中大廳屏幕⊙

  對於這個點間距範圍的顯示屏♤LED尺寸的可選範圍可以從1010♤1616到2020♤多種封裝形式可選⊙而由於影院的觀影設置♤可以保證即使*排觀眾也不能分辨出像素點♤基於這樣的前提♤應該選用封裝尺寸盡量小的LED(如1010)♤提高黑色麵板或麵罩表麵積在整屏麵積的占比♤提高對比度⊙

  3.LED的亮度要求

  按照48cd/m2的亮度要求♤2.5mm的像素點間距♤以及30掃的驅動形式估算♤每顆LED的發光亮度是9mcd♤按照DCI白平衡點的要求計算♤三基色比例為R : G : B = 20.9 : 72.2 : 6.9♤對於單顆LED的R, G, B亮度要求為1.9mcd, 6.5mcd, 0.6mcd⊙這樣的亮度規格是遠小於當今主流1010尺寸LED的發光亮度的⊙

  LED顯示控製係統誠然可以通過灰度等級控製把出售設計亮度較高的LED顯示屏降到48cd/m2♤但會帶來諸多低灰顯示的問題♤如紅色色飄、像素不均勻等⊙

  受限於驅動芯片的*小電流規格♤LED的驅動也電流不可能無限降低♤這就需要LED通過自身的設計來降低發光亮度♤如可能的進一步降低芯片尺寸♤或在封裝體中進入更多的吸光顆粒⊙但是♤這都是以犧牲光電效率為代價的⊙如果驅動芯片的*小驅動電流能進一步降低、或者支持掃描數能進一步提高♤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♤隻有*選擇適合於DCI白平衡點顏色比例的R, G, B芯片比例♤以後可以滿足驅動芯片電流要求的亮度♤才是**符合應用要求的LED⊙

  4.LED的顏色要求

  根據DCI定義的DCI-P3色域♤顯示屏的R,G,B三基色有嚴格的色坐標要求⊙對於LED顯示屏而言♤需要LED要有嚴格的色坐標規格⊙但是目前市麵上♤絕大多數的LED供應商采用主波長規格定義顏色♤而主波長是從一個維度(色調)上定義的顏色♤缺失了顏色的另一個維度(飽和度)信息⊙相同主波長的顏色在色空間對應於一條通過等能量點 (0.333, 0.333) 的一條直線♤而不是一個*的色點⊙所以♤為了*滿足DCI-P3色域要求♤首先需要選用色坐標定義顏色的LED♤而不是不*的主波長定義⊙

  由於顯示混光的原理♤顯示屏初始設計色域可以等於或者大於DCI-P3色域♤也就是R,G,B三基色的初始設計色坐標不需要直接是DCI-P3規定的色坐標♤可以是如圖顯示的每個基點雙邊外延線和色空間邊界所形成的區域(如圖2所示)⊙其中綠色和藍色分別是一塊類似三角形的小區域♤由於LED的顏色離散性♤這麽小的顏色範圍幾乎沒法在LED大規模量產中達到;而對於紅色♤由於DCI-P3規定的基點已經位於色空間邊界上(飽和度*)♤所以理論上LED就沒有滿足的可能性⊙

  適用於DCI電影院LED顯示屏的LED規格要求


  圖2滿足DCI色域要求的LED色坐標範圍

  而考慮到實際量產和測試的誤差♤ 在應用及認證過程中♤DCI標準定義了屏幕三基色色坐標允許的誤差範圍(參見表1)♤在CIE 1931色空間中如圖3所示的矩形色坐標範圍⊙

  適用於DCI電影院LED顯示屏的LED規格要求


  圖3DCI標準允許的DCI-P3三基色誤差範圍(具體參數見表1)

  結合上述的色域混光外延原理♤實際的LED色坐標要求可以擴展到圖4、5、6所示區域⊙紅光為由圖5中五個坐標點和色空間邊界構成的區域♤綠光為由圖6中四個坐標點和色空間邊界構成的區域♤藍光為由圖7中五個坐標點和色空間邊界構成的區域⊙

  那麽♤是否使用按照這三個區域定義顏色的LED就能得到滿足DCI-P3色域要求的LED顯示屏呢?實際應用中還需要注意以下兩個問題

  *♤LED在不同驅動電流和工作溫度下會有色坐標漂移⊙如果LED供應商的色點測試電流和LED在顯示屏設計工作電流的差異過大♤則很可能導致屏上色點漂移出允許的區域⊙同樣♤實際應用時LED節溫稍高於25°C也可能導致色點漂移⊙針對該問題♤*好的方式是LED供應商提前了解得知確定的設計電流♤然後在盡可能相同的電流條件下測試LED色點♤同時也適當提前考慮溫度的影響⊙

  第二♤圖示區域範圍已經把DCI規定允許的顏色誤差都考慮進去了⊙而實際LED顯示屏上的顏色誤差除了LED本身外♤還有芯片輸出驅動電流的誤差♤屏體不同區域的溫度誤差♤校正係統的誤差♤以及色點測試儀器的誤差等⊙所以LED供應商定義的色點範圍應當盡量小於圖示邊界區域♤為顯示屏體設計和後續測試的誤差留有餘量⊙

  適用於DCI電影院LED顯示屏的LED規格要求


  圖4滿足DCI色域(含誤差)要求的LED紅光色坐標範圍

  適用於DCI電影院LED顯示屏的LED規格要求


  圖5滿足DCI色域(含誤差)要求的LED綠光色坐標範圍

  適用於DCI電影院LED顯示屏的LED規格要求


  圖6滿足DCI色域(含誤差)要求的LED藍光色坐標範圍

  5.可能的技術要求趨勢

  誠然♤上述DCI標準對於顯示圖像的要求其實都是基於投影係統的技術能力製定的♤對於自發光的LED顯示係統♤如果還是一直沿用舊的投影標準♤無疑會大大犧牲LED顯示的技術優勢⊙對於LED帶來的電影院應用顯示技術突破♤我們有理由相信♤在不久的將來DCI標準就會做出更新⊙從LED顯示屏角度出發♤我們建議關注以下三方麵可能的趨勢⊙

  *♤分辨率從4K提升到8K⊙8K的視頻播放在電視廣播領域已經出現♤而電影院投影係統受限於DMD模塊♤很難提升分辨率⊙LED顯示屏可以毫無難度地在相同尺寸下縮小一倍點間距(例如2.5mm到1.25mm)♤分辨率從4K提升到8K⊙

  第二♤加入HDR⊙HDR要求更黑的暗態和更高的峰值亮度(例如HDR10標準♤要求至少0.005cd/m2到1000cd/m2的動態範圍)♤兩者都是投影係統非常難達到了⊙LED顯示屏由於天然的亮度、對比度技術優勢♤可以把HDR帶入電影院係統⊙

  第三♤色域範圍提升⊙現有的DCI-P3色域係統並不已經是LED所能達到的*優色域♤比如現有的綠色、藍色LED理論上可以提供更高的飽和度♤進一步擴大顯示色域⊙預計未來的顏色要求會是介於P3和BT2020之間的一個新的色域⊙