LED顯示屏應用領域不斷創新 看其在電影院線的應用研究
來源:數字音視工程網 編輯:鐘詩倩 2018-03-26 09:11:00 加入收藏 咨詢

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LED顯示屏的像素間距不斷突破更小尺寸,為其進入專業領域帶來了契機。
正當小間距顯示屏在安防領域廝殺之時,行業內的一部分目光投向了電影院線市場。根據《人民日報》報道,截至2017年3月,我國銀幕總數達到44489塊,超過整個北美地區,從市場容量上成為世界第一大電影市場。我國在世界范圍內率先全面實現數字化放映,其中3D銀幕38377塊,占銀幕總數的86.26%,巨型銀幕(IMAX和中國巨幕)總數已達616塊,其規模世界第一。
近兩年,小間距LED顯示屏在安防領域和高端會議市場大獲成功。在室內,尤其是在電影院線,小間距LED顯示屏擁有絕對優勢。
①點對點顯示優勢
4K投影機僅能夠在銀幕中心區域實現高清畫質,是由于投影機到銀幕中心部位和四個頂角的距離是不一樣的,邊緣通常存在散焦問題。除此之外,因為三基色的排布,失會聚問題也存在于銀幕邊緣,造成彩色鑲邊的問題。因此,選好座位是確保觀賞電影最佳效果的前提。
LED顯示屏采用點對點的控制方式,畫面在中心和邊緣區域均可正常顯示,不會出現任何顯示信息的缺失與畫面的變形問題。這是投影機一直無法解決的問題,卻是LED顯示屏的優勢之所在。
②亮度和對比度優勢
國家新聞出版廣電總局在2013年底發布的GD/J 047-2013《數字影院立體放映技術要求和測量方法》指導性技術文件中規定了立體放映銀幕中心亮度標準僅為:16-3+6cd/m2(≈4.5FL)【1】。眾所周知,我們常用的液晶電視亮度在131-175FL(450-600cd/m2),即使是家庭投影的亮度也有超過12FL(41cd/m2)。顯然16-3+6cd/m2的亮度標準過低。
盡管SMPTE(美國動畫與電視工程協會)提出了對全暗環境適中的亮度標準的建議值為12~16fL(Foot Lambert)【2】。2D電影的亮度值可基本滿足要求,但是3D立體電影的亮度值顯然不足,這是3D電影被詬病的重要原因,它造成的影響是長時間觀看引發頭暈目眩,眼睛脹痛。
而LED顯示屏完全沒有亮度不足的困擾,LED顯示屏廠通過選用合適的燈珠,驅動IC和控制器,設計合理的電路,可確保LED顯示屏實現不同的亮度。在近些年小間距的發展中,亮度低于500cd/m2,刷新率超過3840Hz,灰度等級16bit等技術的出現,為小間距在室內領域大放異彩打下了技術基礎。
③主動發光優勢
電影播放是被動發光的過程,它通過將光照射在銀幕上,反射至人眼中顯示畫面,在此過程中,兩臺投影機的位置關系等因素會引發光與光之間互相干擾,造成部分畫面模糊,尤其是在暗環境下看不清楚。
為此,銀幕通常為非光滑表面,設計者利用漫反射原理來減少鏡面反射,但反射現象依然存在。而LED顯示屏為主動發光,表面面罩采用漫反射設計,從根本上杜絕了光與光的相互干擾,這是投影機無法做到的!
LED顯示屏有投影機無法媲美之處,但是想要真正進入電影院線還有如下問題有待解決:
1滿足電影標準
在眾多顏色空間標準中(圖1),我們發現Rec.709/sRGB和DCI-P3的色域空間最大,能夠表現更多的顏色。
根據國外的參考文獻,DCI-P3比sRGB的色域空間大25%,考慮DCI的獨特背景(好萊塢數字電影倡導組織(DCI)是由迪士尼、福克斯、米高梅、派拉蒙、索尼圖像、環球和華納兄弟7家制片公司共同出資建立的專門從事數字電影技術規范研究與評價的機構。)鑒于好萊塢在全球電影市場的壟斷地位,因此,全球的院線經營商和數字電影設備制造商都在密切關注DCI技術規范制定的進展情況。
LED顯示屏通過DCI-P3的認證,需要LED廠、封裝廠、芯片廠以及驅動芯片廠商的共同努力,目前主要從發光器件及發光器件的應用技術入手。行業內大量出貨的發光管主波長為:紅色620-630nm;綠色520-530nm;藍色465-475nm。而根據國外文獻DCI-P3規定的色坐標(圖2)轉換波長值如下:紅色615nm、綠色544nm,藍色465nm。
查閱LED芯片資料以及實測數據,我們發現驅動電流<5mA時,綠色和藍色主波長受電流的影響較大。小間距顯示屏的使用電流恰恰低于5mA,綠色和藍色通常2mA左右,而電影院線因亮度要求低,實際使用的電流會低于3mA,甚至低于1mA,因此,一方面需要在芯片廠調整芯片的波長范圍,封裝廠降低分光分色電流接近電影院線顯示屏實際使用的電流。從上游芯片處了解到,如果需要非主BIN的芯片,主要有產出和成本兩大問題,基于外延調整波段投料,會帶來更多偏波的產出片源損失,對于產出的分布,有待芯片廠家的進一步論證。同樣,封裝廠采用新電流標準分光分色后,也存在和芯片廠類似的問題,而這些產出和成本問題的解決,都依賴于市場需求的推動。
另一方面LED顯示屏廠需要和芯片廠合作,設計合理的電路,選用或開發電流輸出精度更高的驅動芯片。
從技術角度來看,使用偏波波長生產滿足DCI-P3標準的顯示屏是可行的。通過整個供應鏈上各方的努力,LED顯示屏可以更完美的畫質進入電影院市場。
目前,行業內一部分企業已經展開這方面的研究,某公司于今年在拉斯維加斯推出了全球第一臺通過DCI-P3測試的LED顯示屏,再一次證實了LED顯示屏進入電影院線市場的可行性。
2、滿足立體聲效
顯示對于聲音的要求是能夠與視頻同步,影院音頻的播放與處理被看做是與銀幕顯示同等重要。
據報道,此次在拉斯維加斯推出的全球第一臺DCI-P3 LED顯示屏,揚聲器環繞屏幕四周,為了確保音效,顯示屏廠使用了專有的音頻處理技術和JBL的Sculpted Surround系統。
據了解,影院立體聲實現主要由主聲道揚聲器,次低音揚聲器和環繞聲揚聲器組成。除了環繞聲揚聲器分布于放映廳的側面墻壁和后壁以外,主聲道揚聲器和次低音揚聲器均安裝于銀幕的背后。其中,主聲道揚聲器分左、中、右路組成,由于影片畫面中對話人物一般位于畫面中間,為了避免最佳聽音位置后移、減少,或是聲像與圖像分離,影院立體聲必須增加中路信息,揚聲器置于銀幕后,聲音給觀眾的感受就像是自然發出的;
鑒于目前影院成熟的立體聲學系統,采用屏幕邊緣布置揚聲器的顯示屏暫時無法實現大尺寸顯示。此次在拉斯維加斯發布的LED顯示屏長約為10.3米,高度5.4米,可滿足基本影院的放映需求,但是當屏幕為目前市場主流的IMAX(標準的IMAX銀幕為22米寬、16米高),甚至更大時,此類LED顯示屏如何能夠實現影音的完美結合,有待論證。
筆者認為LED顯示屏在顯示效果上更勝一籌,但是在立體聲效的實現上,是否可以同銀幕一樣實現一定透聲率,將是LED顯示屏是否能夠拿下電影院線市場的關鍵一步。
3亮區和暗區的比例問題
填充系數又稱為亮區比例,即每個像素的發光面積與該像素所占物理表面積之比。LED顯示屏的像素之間存在不發光區域,當近距離觀看時,會出現明顯的顆粒感,因此,我們提出了最小觀看距離。TCO’99標準規定,填充系數不應低于50%,以目前LED顯示屏的填充系數做下表:
由此可見,在燈珠的選擇上,我們盡可能選擇接近點間距尺寸的燈珠,可以提高填充系數,減少屏幕的顆粒感。
4、可靠性問題
投影機的可靠性僅決定于投影機本身,而LED顯示屏是由多個部件組成,其組成部件的可靠性直接影響了顯示屏整體的可靠性。
LED顯示屏的失效率=nλp=∑ni*λi*Wi
Λp——模組的失效率
Λi——部件i的失效率
Ni——該部件的數量
Wi——該部件的重要性系數
對于觀眾來說,觀看LED顯示屏最無法容忍的是:黑屏或是出現無信號區域,大多數情況因為開關電源的故障。舉例,目前行業內可靠性較好的某電源MTBF為15萬小時。假設電影播放12小時/天,由λ=12*365/MTBF=0.0292,即按照每天放映12小時計算,此款電源的年故障率為0.0292。假設352 m2的巨幕電影,制作P2.5顯示屏需要約422臺電源,則整屏電源的年故障率12.3224,若使用雙電源熱備份技術,則配對的兩臺電源同時失效的幾率是微乎其微的。因此電源失效問題基本可以得到解決。
相比投影機,LED顯示屏的故障率因系統的龐大而高于投影機,因此,若想要將LED顯示屏真正推向電影院市場,可靠性的提升是業界的一大重要的系統工程。
5、成本問題
高額的成本是目前LED顯示屏進入電影院市場的一大阻礙,成本組成分為材料成本和運營成本。舉例說明如下:
假設影廳:350 m2,170座(小型放映廳),銀幕17*9(m)
根據瑞典的TCO’99標準,視距S≥1718*點間距,因此,通過計算,滿足17m寬顯示屏的點間距至少為4.94mm,取4mm計算。
除此之外,相同面積的LED顯示屏與投影機的用電量相差4倍以上。但是隨著LED器件的成本不斷下降,加之節能技術的不斷發展,成本問題將逐步弱化。
6、安全的考慮
LED顯示屏的安全可以從兩方面考慮,一是人身安全;二是人身健康。
a.人身安全
電影院這一類人員密集的公共場所屬于消防重點區域,《電影院建筑設計規范及條文說明JGJ58-2008》等標準中嚴格規定了電影院裝修選材的耐火等級。
LED顯示屏自身發熱存在一定的燃燒風險,LED顯示屏主要由模組組成,模組外殼通常為金屬材質,可能燃燒的部分為:LED、PCB、開關電源、線材、塑料件等。因此,選取阻燃或者不燃材料是LED顯示屏進入電影院線的基本要求。此外,LED顯示屏自身具備溫度、煙霧監控與報警系統,該系統在顯示屏入駐電影院線后接入電影院整體的監控與報警系統是可行且必然的。
b.人身健康
GB/T3557-94《電影院視聽環境技術要求》中指出:影院的最小視距至少大于等于銀幕寬度的一半,通常影院的銀幕寬度不小于8m。假設按照8m的寬度計算,最小視距為4m,距離觀眾較近,因此,我們必須考慮熱輻射、電磁輻射對于人體的影響。
為了保護觀看者的健康安全,在不同的場合下,進入電影院線的LED顯示屏需要通過不同的認證標準,如CCC、ETL、CE、FCC、RoSH等。
LED顯示屏擁有點對點顯示、亮度和對比度高、主動發光等投影機不可匹敵的優勢,從技術角度分析,LED顯示屏進入電影院線市場是可行的,但是還需要在滿足電影標準、透聲顯示、提高亮區比例、可靠性、安全等方面進行提升,就目前情況來看,LED顯示屏成本還需要進一步下降,才能夠有機會與激光投影一決高低,而可靠性將會是LED顯示屏站穩腳跟且持續發展的重要指標。
我們相信LED顯示屏沖擊電影院市場將會成為LED顯示技術再一次井噴的時期,在價格下降到可與投影相競爭之前,LED顯示屏廠都應該加強自身產品的技術開發與品質提升,這不僅關系到自身產品的市場占有率,更關系到整個行業被電影市場的接受度。
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