教室照明灯？剖析：适用于DCI影戏院LED显示屏的LED规格要求

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剖析：适用于DCI影戏院led显示屏的LED规格要求

2022-01-26    

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　　摘 要

　　DCI影戏院LED显示屏是现在行业内最热门的话题之一。对比与传统的投影显示，LED显示具有众多手艺优势，如更大的动态亮度局限、更好的亮度颜色平均性、无图形畸变、尺寸随便拼接等。而LED显示屏进入影戏院应用首先需要知足DCI(Digital Cinema Initiatives)尺度的认证，本文针对其中的显示图案要求，剖析适合该应用的LED的手艺规格要求。

　　一、靠山和DCI尺度

　　随着第一块通过DCI认证的LED显示屏上市，LED显示手艺打开了影戏院显示屏的海量市场。据LEDinside估量，中国影戏院市场现存月40000块显示屏，并以每年10%以上的速率增进。根据4K分辨率的像素点盘算，整个市场潜在LED用量将是350kkk。然而LED显示屏进入影戏院市场需要知足DCI(Digital Cinema Initiatives)尺度的严酷手艺测试CTP(Compliance Test Plan)要求。

　　DCI组织由全球最大的六家影戏公司团结确立，旨在确立统一的数字影戏播放尺度， 珍爱数字影戏版权和确保影院视听体验。DCI尺度涵盖数据形式、编解码接口、传输方式、平安保障、包罗服务器、投影、音频及控制的影院硬件系统。本文旨在针对显示屏自己，从尺度要求出发，明白适用于DCI影戏院显示屏的LED规格界说。

　　DCI对于显示图像的要求可以参考一下表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，对比度要求至少1200:1(测试条件为影院环境光，屏面反光小于0.03cd/m2)，白平衡点已经色域要求如图1所示，同时允许一定的误差。尺度R, G, B三基色对应的饱和度主波长划分是100% 621nm、89.5% 544nm、92.9% 465nm。

表1：DCI_DCSS_v12对显示图像的要求

▲ 图1：DCI白平衡点和色域要求

　　二、LED的封装选择

　　由于影戏屏在现实使用时，影厅的巨细种类繁多，DCI尺度对于屏幕的尺寸是不作强制划定的，那么对应于4K (4096 x 2160)分辨率牢靠的屏幕，差其余屏幕尺寸就有差其余LED点间距，如2.5mm点间距对应于10.3m宽的小厅屏幕，3.3mm点间距对应于13.5m宽的中大厅屏幕。

　　对于这个点间距局限的显示屏，LED尺寸的可选局限可以从1010，1616到2022，多种封装形式可选。而由于影院的观影设置，可以保证纵然第一排观众也不能分辨出像素点，基于这样的条件，应该选用封装尺寸只管小的LED(如1010)，提高玄色面板或面罩外面积在整屏面积的占比，提高对比度。

　　三、LED的亮度要求

　　根据48cd/m2的亮度要求，2.5mm的像素点间距，以及30扫的驱动形式估算，每颗LED的发灼烁度是9mcd，根据DCI白平衡点的要求盘算，三基色比例为R : G : B = 20.9 : 72.2 : 6.9，对于单颗LED的R, G, B亮度要求为1.9mcd, 6.5mcd, 0.6mcd。这样的亮度规格是远小于当今主流1010尺寸LED的发灼烁度的。

　　LED显示控制系统诚然可以通过灰度品级控制把出售设计亮度较高的LED显示屏降到48cd/m2，但会带来诸多低灰显示的问题，如红色色飘、像素不平均等。

　　受限于驱动芯片的最小电流规格，LED的驱动也电流不能能无限降低，这就需要LED通过自身的设计来降低发灼烁度，如可能的进一步降低芯片尺寸，或在封装体中进入更多的吸光颗粒。然则，这都是以牺牲光电效率为价值的。若是驱动芯片的最小驱动电流能进一步降低、或者支持扫描数能进一步提高，则可以在不牺牲光电效率的条件下降低LED显示屏的亮度。而LED自己，只有准确选择适合于DCI白平衡点颜色比例的R, G, B芯片比例，以后可以知足驱动芯片电流要求的亮度，才是最完善相符应用要求的LED。

　　四、LED的颜色要求

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　　凭证DCI界说的DCI-P3色域，显示屏的R,G,B三基色有严酷的色坐标要求。对于LED显示屏而言，需要LED要有严酷的色坐标规格。然则现在市面上，绝大多数的LED供应商接纳主波长规格界说颜色，而主波长是从一个维度(色调)上界说的颜色，缺失了颜色的另一个维度(饱和度)信息。相同主波长的颜色在色空间对应于一条通过等能量点 (0.333, 0.333) 的一条直线，而不是一个准确的色点。以是，为了准确知足DCI-P3色域要求，首先需要选用色坐标界说颜色的LED，而不是不准确的主波长界说。

　　由于显示混光的原理，显示屏初始设计色域可以即是或者大于DCI-P3色域，也就是R,G,B三基色的初始设计色坐标不需要直接是DCI-P3划定的色坐标，可以是如图显示的每个基点双边外延线和色空间界限所形成的区域(如图2所示)。其中绿色和蓝色划分是一块类似三角形的小区域，由于LED的颜色离散性，这么小的颜色局限险些没法在LED大规模量产中到达;而对于红色，由于DCI-P3划定的基点已经位于色空间界限上(饱和度100%)，以是理论上LED就没有知足的可能性。

▲ 图2：知足DCI色域要求的LED色坐标局限

　　而思量到现实量产和测试的误差， 在应用及认证历程中，DCI尺度界说了屏幕三基色色坐标允许的误差局限(参见表1)，在CIE 1931色空间中如图3所示的矩形色坐标局限。

▲ 图3：DCI尺度允许的DCI-P3三基色误差局限(详细参数见表1)

　　连系上述的色域混光外延原理，现实的LED色坐标要求可以扩展到图4、5、6所示区域。红光为由图5中五个坐标点和色空间界限组成的区域，绿光为由图6中四个坐标点和色空间界限组成的区域，蓝光为由图7中五个坐标点和色空间界限组成的区域。

　　那么，是否使用根据这三个区域界说颜色的LED就能获得知足DCI-P3色域要求的LED显示屏呢?现实应用中还需要注重以下两个问题：

　　第一，LED在差异驱动电流和事情温度下会有色坐标漂移。若是LED供应商的色点测试电流和LED在显示屏设计事情电流的差异过大，则很可能导致屏上色点漂移出允许的区域。同样，现实应用时LED节温稍高于25°C也可能导致色点漂移。针对该问题，最好的方式是LED供应商提前领会得知确定的设计电流，然后在尽可能相同的电流条件下测试LED色点，同时也适当提前思量温度的影响。

　　第二，图示区域局限已经把DCI划定允许的颜色误差都思量进去了。而现实LED显示屏上的颜色误差除了LED自己外，另有芯片输出驱动电流的误差，屏体差异区域的温度误差，校正系统的误差，以及色点测试仪器的误差等。以是LED供应商界说的色点局限应当只管小于图示界限区域，为显示屏体设计和后续测试的误差留有余量。

▲ 图4：知足DCI色域(含误差)要求的LED红光色坐标局限

▲ 图5：知足DCI色域(含误差)要求的LED绿光色坐标局限

▲ 图6：知足DCI色域(含误差)要求的LED蓝光色坐标局限

　　五、可能的手艺要求趋势

　　诚然，上述DCI尺度对于显示图像的要求实在都是基于投影系统的手艺能力制订的，对于自觉光的LED显示系统，若是照样一直沿用旧的投影尺度，无疑会大大牺牲LED显示的手艺优势。对于LED带来的影戏院应用显示手艺突破，我们有理由信托，在不久的未来DCI尺度就会做出更新。从LED显示屏角度出发，我们建议关注以下三方面可能的趋势。

　　第一，分辨率从4K提升到8K。8K的视频播放在电视广播领域已经泛起，而影戏院投影系统受限于DMD模块，很难提升分辨率。LED显示屏可以毫无难度地在相同尺寸下缩小一倍点间距(例如2.5mm到1.25mm)，分辨率从4K提升到8K。

　　第二，加入HDR。HDR要求更黑的暗态和更高的峰值亮度(例如HDR10尺度，要求至少0.005cd/m2到1000cd/m2的动态局限)，两者都是投影系统异常难到达了。LED显示屏由于自然的亮度、对比度手艺优势，可以把HDR带入影戏院系统。

　　第三，色域局限提升。现有的DCI-P3色域系统并不已经是LED所能到达的最优色域，好比现有的绿色、蓝色LED理论上可以提供更高的饱和度，进一步扩大显示色域。预计未来的颜色要求会是介于P3和BT2022之间的一个新的色域。

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