Светодиодные экраны

Светодиодные дисплеи

Средства визуализации информации, построенные на основе светодиодной технологии, сегодня широко востребованы и стремительно развиваются. Диапазон применения светодиодных дисплеев практически не имеет границ и используется для интеграционных решений в различных отраслях и сферах. Светодиодные экраны, которые называют также Direct View LED-дисплеи (LED - сокращение от Light-emitting diode) за короткое время прошли грандиозный эволюционный путь от DIP технологии до SMD, COB и других технологий, которые являются вариациями основных перечисленных.

Технологические особенности светодиодных дисплеев дают этому типу оборудования ряд ключевых преимуществ, которые делают ее доминирующей сегодня на рынке:

• Запас по яркости позволяет использовать LED-дисплеи в условиях сильной внешней засветки, в том числе под прямыми солнечными лучами;
• Светодиодные дисплеи имеют модульную конструкцию, что позволяет собирать бесшовные экраны огромной площади или экраны в виде креативных поверхностей и форм;
• Качество визуализации на современных LED-дисплеях очень высокое. Экраны имеют большую удельную плотность пикселей, соответственно высокое разрешение, большую контрастность, способны воспроизводит HDR контент.
• Энергопотребление современных LED-дисплеев значительно снижено и находится на уровне или даже ниже по сравнению с другими технологиями визуализации;
• Полностью фронтальное обслуживание LED- дисплеев существенно сокращает занимаемое ими пространство;
• LED-дисплеи имеют большой срок службы без потери качества визуализации и хорошую ремонтопригодность.

Принцип работы светодиодных дисплеев

Принцип работы светодиода основан на соприкосновении двух полупроводниковых материалов с проводимостью разного типа: n-тип (отрицательный, электронный) и p-тип (положительный, дырочный). При протекании электрического тока электроны «вылетают» с одной пластины и «выбивают» электроны с другой пластины, образуя «дырки». В процессе аннигиляции (или рекомбинации) пар электронов выделяется свет.

В зависимости от химического состава использованных полупроводников формируется спектральный диапазон излучения кристалла светодиода.

На сегодняшний день для полноцветных светодиодных дисплеев в индустрии используются светодиоды трех цветов – красного (Red), зелёного (Green) и синего (Blue) цветов. Точное смешение различных пропорции этих основных цветов позволяют синтезировать миллионы производных цветов. RGB – модель, которая также называется аддитивной, обусловлена особенностями физиологии восприятия цвета сетчаткой человеческого глаза.

Устройство светодиодных дисплеев

Для применения в реальных изделиях светодиодные кристаллы помещаются в специальный защитный корпус. Этот процесс называется инкапсуляция. Рассмотрим основные способы инкапсуляции, применяемые при производстве полноцветных светодиодных дисплеев. 

В случае DIP инкапсуляции каждый пиксель формируется тремя отдельными светодиодами основных цветов. Шаг пикселя или (расстояние между центрами соседних пикселей) в таких экранах получается достаточное большими (10 мм. и более), и в настоящее время данная технология находит применение только для крупноформатных уличных светодиодных экранах с большими дистанциями просмотра. К плюсам технологии можно отнести высокую яркость и простоту ремонта.

SMD светодиоды обеспечивают существенно более высокую плотность пикселей по сравнению с DIP. Как следствие, такая используется для построения светодиодных дисплеев высокого разрешения. Развитием данного технологического направления является метод инкапсуляции называемый IMD (Integrated Mounted Device). В этом случае в единый корпус помещается не один пиксель (три кристалла основных цветов), а несколько пикселей. Таким образом удается уменьшить шаг пикселя до 0.6-0.9 мм. Технология производства SMD светодиодов применяется как для использования внутри помещения, так и в уличном исполнении. Следует отметить, что без дополнительных способов внешней защиты SMD дисплеи являются изделиями слабо устойчивыми к внешним механическим воздействиям, особенно для малых шагов пикселя.

Технология COB позволяет двигаться в направлении дальнейшей минимизации межпиксельного пространства и повышения разрешающей способности LED-дисплеев. Это обеспечивается тем, что светоизлучающие кристаллы устанавливаются непосредственно на печатную плату без корпусировки, тем самым лучше утилизируя рабочее пространство дисплея. Кроме того, COB технология с отличной толерантностью к внешним воздействиям, так как вся поверхность платы с установленными на ней кристаллами покрывается общим защитным слоем полимерного компаунда или пленки.

К новым технологиям, выходящим на рынок, но еще не получившим широкого распространения можно отнести MIP (Micro/Mini in Package). Это новый метод инкапсуляции, который сочетает в себе COB процесс на уровне одного или группы пикселей и поверхностный монтаж (характерный для SMD) на уровне печатной платы. Иными словами, один или несколько пикселей представляют собой миниатюрную подложку с установленными на ней светодиодными кристаллами и покрытую защитным слоем, которые уже в свою очередь припаиваются к общей плате.

Монтажная плата, на которой размещены отдельные светодиоды, формирующие пиксельное поле, а также управляющие микросхемы – драйверы, которые в каждый момент времени задают интенсивность свечения каждого RGB пикселя называется светодиодным модулем.

Следующим этапом производства светодиодного дисплея является сборка светодиодных модулей, а также всех необходимых дополнительных электронных компонентов в единый корпус, для обозначения которого используется термин – светодиодный кабинет.

Помимо модулей, в состав кабинета входят:

• приемная карта – устройство которые принимают информационный сигнал от контроллера управления светодиодного экрана;
• блок питания, подключаемый к сети электроснабжения переменного тока и преобразующий его в постоянный с параметрами необходимыми для функционирования всей электроники кабинета;
• хаб-плата обеспечивающая взаимодействие всех компонентов между собой.

В большинстве случаев, кабинет — это минимальная монтажная единица, из которых строится светодиодный экран. То есть это готовое изделие, к которому нужно подключить питание и подать информационный сигнал, и оно будет способно работать как полнофункциональный экран. Состыковывая кабинеты между собой можно создавать сколь угодно разнообразные по размеру и форме LED-дисплеи.

Типы светодиодных дисплеев

Классифицировать полноцветные светодиодные экраны можно по многим критериям. Приведем основные из них.

По климатическому исполнению:

Светодиодные дисплеи для помещений – в основном предполагают просмотр с близкого расстояния не требуют защиты от атмосферных воздействий.

Уличные светодиодные экраны – выдерживают сложные погодные условия, отличаются высоким уровнем яркости, обеспечивающим видимость при прямом солнечном свете.

По способу использования:

Экраны для фиксированных инсталляций – предназначены для продолжительной эксплуатации в режиме постоянного использования. Прочные корпуса, обеспечивающие стабильность работы и защиту от внешних воздействий.

Арендные светодиодные дисплеи – разработаны для удобства транспортировки и быстрого монтажа. Как правило, оснащены механизмами быстрой фиксации и имеют легкую и компактную конструкцию.

По конструктивному исполнению:

Традиционные – наиболее востребованные плоские дисплеи. Дисплеи данного класса просты в установке и встречаются во всех сферах применения светодиодной технологии для визуализации информации.

Гибкие – предназначены для создания экранов креативных инсталляций. С помощью гибких светодиодных модулей можно построить экраны любой криволинейной формы и конфигурации.

Прозрачные – светопроницаемые экраны особой конструкции. Применяются как в уличном исполнении (медиафасады), так и внутри помещения (креативные рекламные поверхности).

Светодиодные полы – отдельный класс специальных прочных светодиодных дисплеев, оборудованных дополнительным прозрачным защитным слоем, позволяющим использовать его для безопасного передвижения людей поверх такого экрана, а также для размещения тяжелых выставочных объектов.

Особые формы – к этому классу можно отнести все экраны нестандартных сложных конфигураций. Как правило такие экраны изготавливаются на заказ: сферы, кубы, круглые, треугольные и прочие формы.

Светодиодные дисплеи «все в одном» (All in One)

Светодиодные дисплеи «все в одном» — один из актуальных трендов светодиодного рынка. Как следует из названия это устройство, в котором интегрированы все необходимые компоненты, включая светодиодный экран, блок питания, акустические системы и контроллер. Такой подход позволяет получить ряд существенных преимуществ, а именно: компактный дизайн, быструю установку и настройку, простое использование и обслуживание.  

Наличие встроенных входных и выходных интерфейсных видеопортов, позволяет легко интегрировать LED дисплей «все в одном» общую систему визуализации информации помещения и использовать его или как средство отображения видеоинформации, или как источник видеосигнала, выступающий как интерактивный инструмент докладчика.

Как выше сказано, за счет своей модульной структуры, светодиодные решения не имеют технологических ограничений для создания цельных крупноформатных и сверширокоформатных дисплеев. На рынке представлены экраны с размером диагонали от 108 дюймов (соотношение сторон 16:9) до 327 дюймов (соотношений сторон 32:9).

Светодиодные дисплеи «все в одном» комплектуются настенным креплением или напольной стойкой на колесах. Во втором случае они становятся удобным мобильным решением, позволяющим перемещать его внутри одной локации или между ними в зависимости от актуальных потребностей.

Основные параметры светодиодных дисплеев

Рассмотрим основные параметры светодиодных экранов, влияющих на качество изображения и визуальный комфорт использования, а также подходы к определению их оптимальных значений.

Шаг пикселя

Шаг пикселя (Pixel pitch) является фактически ключевым параметром при выборе светодиодного экрана. Шаг пикселя - это расстояние между центральными точками двух соседних пикселей, обычно выраженное в миллиметрах (мм), например, P1.25, P2.5 и т. д Он напрямую определяет информационную емкость экрана. Меньший шаг пикселя означает большее количество пикселей на единицу площади, и как следствие более высокое разрешение изображения и более четкую картинку. Выбирать шаг пикселя следует ориентируясь на дистанцию просмотра, то есть на положение ближайшего зрителя относительно экрана и разрешающую способность человеческого зрения. По упрощенной формуле чтобы получить необходимый шаг пикселя в миллиметрах нужно дистанцию просмотра в метрах разделить в 1,5-2 раза.

Шаг пикселя также тесно связан с такими факторами, как стоимость, энергопотребление и тепловыделение экрана. Меньший шаг пикселя как правило означает более высокую стоимость и большие энергопотребление и тепловыделение.

Разрешение

Разрешение (Resolution) – указывает на общее количество пикселей, которые может отобразить светодиодный дисплей. При одинаковой площади, чем меньше шаг пикселя, тем выше разрешение. Разрешение обычно выражается в виде «количество пикселей по горизонтали × количество пикселей по вертикали», например, 1920×1080 (FullHD), 3840×2160 (4K) и т. д.

Яркость

Яркость (Brightness) – это количество или сила света, излучаемого светодиодным дисплеем на единицу площади, выраженная в канделах на метр квадратный метр (кд/м²). Выбирать дисплей по яркости следует на основе условий освещенности в месте его расположения. Недостаточная яркость может привезти к снижению визуального комфорта, или даже полной невозможности использования дисплея. Излишне высокая яркость, не отвечающая световой обстановке может негативно сказаться на зрении зрителей.  В качестве рефренных значений можно привести следующие значения требуемой яркости дисплея: в типичном помещении офисного типа -  600~1000 кд/м²; в ярко освещенном помещении >1500 кд/м²; на улице (теневая сторона) - >4000 кд/м²; на улице (солнечная сторона) >8000 кд/м². Для уличных светодиодных дисплеев важной функцией является возможность автоматического регулирования яркости в зависимости от внешней освещенности. То есть, яркость экрана должна снижаться в темное время суток и вновь увеличиваться в светлое.

Частота кадров

Частота кадров (Frame rate) – количество сменяемых кадров за единицу времени, которое способен поддерживать светодиодный дисплей. Данный параметр измеряется в Герцах (Гц). Один Гц означает обновление один раз в секунду. Распространенные частоты кадров включают 30 Гц, 50 Гц, 60 Гц и т. д. Чем выше частота кадров, тем сильнее ощущается зрителями непрерывность изображения и тем комфортнее впечатления от просмотра.

Частота обновления

Частота обновления (Refresh rate) – как и предыдущий параметр измеряется в Герцах, но имеет другой смысл. Он показывает количество включений и выключений светодиодов за одну секунду. Или иными словами, количество раз, которое светодиодный дисплей перерисовывает изображение в секунду. Распространенные частоты обновления - 1920 Гц, 3840 Гц, 7680 Гц.  Повышение частоты обновления, как правило, улучшает качество изображения, устраняет мерцание и пульсацию яркости.

Режим сканирования

Режим сканирования (Scan rate) – определяется как соотношение между количеством включаемых в каждом такте обновления светодиодов к общему количеству светодиодов дисплея. Управление свечением светодиодов происходит в режиме мультиплексирования. Определенные технологические ограничения, в первую очередь связанные с топологией печатных плат, не позволяют одновременно управлять всеми светодиодами в каждый момент времени (то есть, в каждом такте синхронизации). Этот фактор тем значительнее тем меньше шаг пикселя дисплея. Распространённые величины данного параметра составляют 1/8, 1/16 (для более крупных шагов пикселя) и 1/32, 1/48, 1/60 (для меньших). Чем больше данная величина, тем лучше качество изображения светодиодного экрана.

Глубина цвета

Глубина цвета или шкала градаций серого (Grayscale) – показывает, сколько уровней интенсивности свечения светодиода от самых темных до самых ярких может обеспечить данный дисплей. В технических характеристиках параметр приводится в Битах (bit), например, 13bit, 14bit, 16bit. Чем выше данный показатель, тем более плавную цветовую шкалу способен отобразить светодиодный дисплей, передать больше цветовых деталей изображения, обеспечить более естественные полутона.

Коэффициент контрастности

Контрастность (Contrast ratio) – это соотношение яркости между самыми яркими и самыми темными участками светодиодного дисплея. Обычные значения данного показателя составляют от 4000:1 (для SMD дисплеев) до 15000:1 и выше (для COB). Высококонтрастный светодиодный дисплей способствует восприятию цветов как более ярких и живых, а также более четким контуры изображения. При производстве светодиодных дисплеев контрастность обычно можно улучшить за счет оптимизации светоотдачи светодиодов и улучшения технологии обработки поверхности экрана.

Угол обзора

Угол обзора (Viewing angle) – это максимальный диапазон углов, при котором зрители могут четко видеть содержимое экрана. Как правило, угол обзора светодиодных дисплеев составляет от 140 до 170 градусов.

Polymedia – поставщик светодиодных дисплеев

Компания Polymedia предлагает заказчикам лучшие образцы полноцветных LED-дисплеев под собственной торговой маркой PolyLED.

Используя огромный накопленный опыт выполнения проектов по созданию систем отображения информации с применением LED-дисплеев, компания Polymedia может предложить заказчикам лучшее решение в любой сфере применения данной технологии.

Компания Polymedia выполняет полный спектр работ по установке светодиодных дисплеев POLYLED:

• Разработка и выпуск проектной документации;
• Проектирование и изготовление несущей конструкции для размещения экрана;
• Поставка оборудования;
• Монтажные и инсталляционные работы;
• Работы по пуско-наладке комплекса;
• Работы по обучению специалистов заказчика.

Компания Polymedia предоставляет стандартную гарантию на светодиодные экраны POLYLED в течение 24 месяцев с момента инсталляции. В качестве специальных условий мы предлагаем возможность расширения гарантии на больший срок.