В последнее время мы все чаще видим на улицх, в магазинах, в аэропортах, на выставках большие и яркие экраны, которые ярко светят и в ночное, и в дневное время суток. Это светодиодные экраны. Сами по себе такие экраны известны достаточно давно, но не находили достаточно широкого применения из-за своих недостатков – низкой яркости, высокого энергопотребления и цены. В настоящее время, в связи с очевидным прогрессом, достигнутым в производстве светодиодов, эти недостатки в значительной степени устранены и мы можем наблюдать бурный рост применения светодиодных экранов по всему миру в различных областях, но особенно в рекламе.
Светодиодный экран (также называемый LED экран, видеоэкран, светодиодная панель и пр.) — это высокотехнологичное изделие, содержащее большое количество элементов, большая часть из которых – это светоизлучающие диоды или СИД, LED в англоязычной технической литературе.
Светодиод является полупроводниковым прибором, который излучает видимый (или невидимый, как в пульте от телевизора) свет, когда электрический ток проходит через него. Светодиоды не содержат нити накаливания, как обычные лампочки, поэтому светодиоды служат в течение долгого времени . Время «жизни» светодиода в экране определяется не его физическим выходом из строя, а снижением яркости свечения до определённого уровня (например, до 50%). В зависимости от того, какой тип полупроводникового кристалла используется зависит цвет светодиода: красный, белый, зеленый и пр. Если немного изменить химический состав кристалла, то изменится цвет свечения.
Светодиодов в одном экране огромное количество, поэтому, во многом, именно от их стоимости складывается стоимость и самого светодиодного экрана. На сегодняшний день, самыми качественными признаны модели японского производителя Nichia, немного ниже по рейтингу стоят светодиоды американского производства Cree. Дальше Samsung и Epistar (Тайвань) — их стоимость примерно одинакова, еще ниже китайские Absen, Silan multicolor и некоторые другие. Чаще всего при производстве светодиодных экранов сегодня используют китайские светодиоды Silan. Они относительно демократичны по цене и обладают большим сроком эксплуатации.
Яркость свечения светодиода регулируется изменением времени протекания тока через него – так называемая широтно-импульсной модуляция. На самом деле интенсивность оптического излучения зависит только от величины тока, но здесь используется особенность человеческого глаза, его «интегрирующая способность», когда кажущаяся яркость излучения зависит от длительности импульса тока, протекающего через диод. И в зависимости от того, какая яркость необходима, определяется время подачи тока, т.е. если нужна половина яркости, то ток подается половину времени от максимума. На жизненный цикл светодиодов не влияет количество включений/выключений, которых происходит очень много.
Частота обновления или Refresh — это количество обновлений кадров за определенное время (измеряется в Гц). Например, если частота рефреша компьютерного монитора 100 Гц, то это говорит о том, что обновление картинки происходит 100 раз за 1 секунду. Этот показатель очень важен, поскольку от него во многом зависит качество изображения. Если частота рефреша будет не достаточной, то будет видно мерцание. Если мерцание происходит быстро, то происходит суммирование вспышек и свет воспринимается горящим постоянно. На сегодняшний день частота рефреша в светодиодных экранах составляет не менее 600 Гц, этого вполне достаточно.
В основе построения светодиодных экранов лежит принцип модульности. Несколько светодиодов (3-4) разных цветов образуют элементарные ячейки — пиксели, массив пикселей образует модуль, модули помещаются в кабинеты, из которых и сделан светодиодный экран. Модульный принцип позволяет наращивать размер экранов до любого разумного значения, определяемого соотношением цена – качество.
Пиксель — светящаяся точка на экране, это самая маленькая единица изображения. Для создания всего многообразия цветов передаваемых пикселем, используют, чаще всего, всего три разных по цвету светодиода: красный, зеленый и синий (обозначаемые R, G и B, соответственно). Для создания больших пикселей, диаметр которых может достигать 80 мм (применяемые в светодиодных экранах для медиафасадов), количество светодиодов увеличивают, например: 2R1G1B — т.е. 2 красных, 1 зеленый и 1 синий. То, сколько и какого цвета светодиодов использовать определяют с учетом наилучшего приближения к балансу белого цвета. Качественный белый цвет будет только тогда, когда красный, зеленый и синий цвета будут в соотношении 1 : 4,6 : 0,16. В случае отклонения от этого соотношения, белый цвет будет иметь отклонения, например: голубовато-белый или желтовато-зеленый
Существует несколько способов объединения светодиодов в пиксели, называемые пиксельной конфигурацией. На сегодняшний день, используется два основных: DIP и SMD.
Конфигурация DIP — это размещение каждого диода на монтажной плате в своем собственном корпусе.
Модули конфигурации DIP чаще всего используются в уличных светодиодных экранах, они обладают повышенной яркостью, усиленной маской защиты от механических повреждений, устойчивы к отрицательным температурам, влаго- и пылезащищены. Кроме того, имеют хорошую стабильность цвета и работают по технологии виртуальных пикселей, которая позволяет образовывать, так называемый, «виртуальный пиксель» — физически его нет, но для человеческого глаза создается иллюзия его присутствия. Благодаря этому, появляется возможность улучшить резкость в несколько раз, и сделать изображение более детальным и реалистичным. К недостаткам DIP модулей можно отнести малый угол обзора.
Конфигурация SMD. Это последняя разработка значительно повлиявшая на устройство светодиодного экрана. Её отличительная особенность заключается в том, что три разных по цвету светодиода объединяются в один корпус. Технология SMD обеспечивает более качественную и четкую цветопередачу. Они применяются обычно для светодиодных экранов с небольшим шагом пикселя внутри помещений — концертных и спортивных залах, телестудиях, вокзалах и аэропортах. Пиксели конфигурации SMD, как правило, имеют меньшую яркость, она составляет примерно 1200-3000 кд/м2, в отличии от яркости пикселей конфигурации DIP (6000-10000 кд/м2), но этого для использования внутри помещений достаточно. Они обладают более низким электропотреблением, они тоньше, и соответственно легче, обладают хорошей стабильностью цвета, большим углом обзора.
Разрешение светодиодного экрана — количество пикселей на 1 м2 LED экрана. Оптимальным разрешением для экрана шириной 4м. и высотой 3м. считается разрешение не менее 256х192, т.е. 256 пикселей по горизонтали и 192 по вертикали. Это значение достигается при шаге пикселя 15,6 мм.
Шаг пикселя – расстояние от центральной точки одного пикселя до центральной точки соседнего пикселя. Соответственно, чем больше шаг, тем ниже разрешение экрана. Шаг пикселя получил обозначение латинской буквой «Р», например, P6 – означает LED экран с шагом пикселя 6 мм.
Выбор шага пикселя является очень важным моментом при покупке: уменьшение шага всего на пару миллиметров, значительно увеличивает плотность светодиодов, а следовательно и разрешающую способность экрана. Оценить необходимый шаг пикселя можно следующим образом: он прямо пропорционален рекомендуемому расстоянию просмотра, т.е. на экран с шагом пикселя 10 мм. рекомендуется смотреть на расстоянии 10 метров, для экрана с шагом пикселя 16 мм – 16 метров, для 25 мм – 25 метров. Если расстояние будет меньше, то зритель сможет различать отдельные пиксели, если больше то наоборот, не будет видно мелких деталей. Соответственно, для определения шага пикселя необходимо знать на каком расстоянии от светодиодного экрана будет находится преобладающая часть зрителей.
Угол обзора — это угол, в пределах которого зритель наблюдает яркость изображения от 50% до 100%. Максимальное значение яркости будет в том случае, если на плоскость экрана смотреть перпендикулярно. Для экранов конфигурации DIP угол обзора составляет 120 градусов по горизонтали и 60 градусов по вертикали, для SMD конфигурации 120 градусов по горизонтали и 120 градусов по вертикали.
Модули и кабинеты
Светодиоды, смонтированные на монтажной плате по технологии DIP или SMD образуют светодиодный модуль.
Светодиодный модуль — это плата, с лицевой стороны которой размещены светодиоды, а с обратной — электронные элементы. Разные производители выпускают модули разных размеров: 130х65мм, 160х160 мм, 256х256 мм и др. В состав модуля входит: светодиодная маска, светодиоды и монтажная плата.
Кабинет — представляет собой герметичный корпус, с лицевой стороны которого находится несколько светодиодных модулей, а внутри составляющие элементы: блоки питания, охлаждение, принимающая карта. Такая конфигурация кабинета может позволить ему быть самостоятельной единицей светодиодного экрана и работать независимо от всего экрана.
Габариты кабинета определяются размерами входящих в него модулей и их количеством. Например, 36 модулей размером 160х160 мм составляют самый распространенный по размерам кабинет 960х960 мм.
Для состыковки кабинетов между собой, они оснащаются специальными замками. Конструкция современных замков позволяет стыковать между собой кабинеты практически идеально без потери даже небольшого шага пикселя. Использование таких замков позволяет сделать экран мобильным и достаточно быстрым по сборке.
Важным моментом при эксплуатации является способ обслуживание кабинета, он может быть с передним или задним доступом. Светодиодные модули с доступом с лицевой стороны сложнее и дороже, однако позволяет установить экран на конструкции небольшой толщины ближе к стене. Экраны с доступом с оборотной стороны обычно устанавливаются на конструкциях, имеющих свободный доступ к задней части экрана.
Системы управления светодиодным LED экраном
Первоначальное изображение, предназначенное для демонстрации на LED экране, подготавливается в виде видеоролика в формате (*.avi, *.mpg). Затем он переводится видеоконтроллером или компьютером, который управляет экраном, в цифровой поток, идущий на микросхемы драйверов постоянного тока, которые уже подают напряжение в определенной последовательности на светодиоды экрана.
Качество изображения в немалой степени зависит от возможностей системы управления светодиодным экраном, которая может быть синхронной или асинхронной.
При синхронной системе управления LED экран показывает то же самое изображение что и компьютер, можно сказать, отображает видео информацию “в прямом эфире”. Например, можно вести трансляцию с видеокамеры, установленной на каком-нибудь мероприятии. Данная система управления состоит из карты передающей сигнал и нескольких карт принимающих сигнал. В компьютер управляющий экраном устанавливается передающая карта, а в кабинеты экрана — принимающие карты, все они соединяются между собой UTP-кабелем. Синхронная система управления позволяет вводить информацию с внешних устройств: видеокамеры, ТВ-тюнера и т.д. и хранить видеофайлы в памяти управляющего компьютера.
При асинхронной системе контент на экран заносится посредством выгрузки в память контроллера. Обычно для этого используют флэш-карту или сетевой кабель. Асинхронная система состоит из контроллеров, количество которых определяется размерами экрана. Такая система управления позволяет экрану работать автономно без использования управляющего компьютера по заданной программе.
Как уже отмечалось ранее, область применения экранов достаточна обширна в том числе и по месту размещения. Они могут быть размещены как внутри помещения, где условия эксплуатации достаточно щадящие, так и на открытом воздухе, где они подвергаются большим перепадам температуры и прямому воздействию осадков. Так каковы же отличия между уличным экраном и экраном для помещений?
1 — более низкое разрешение уличного экрана: на открытом воздухе экран обычно просматривают с большего расстояния, поэтому они не нуждаются в очень высоком разрешении. Стоимость большего по размерам экрана, таким образом, компенсируется более низким разрешением, необходимым, для обеспечения хорошего качества изображения.
2 — высокая яркость: для наружного использования требуется высокая яркость светодиодов для того, чтобы он был виден при попадании прямых солнечных лучей.
3 — защита от непогоды (IP класс защиты 65) и системы охлаждения: уличные экраны обладают высоким классом защиты от влаги и пыли, что гарантирует отличную стойкость к условиям, характерным для наружной эксплуатации. Кроме того, специальная система принудительной вентиляции гарантирует, что температура внутри экрана поддерживается постоянной, и никогда не превышает критических уровней.
Защита IP – это классификация степеней защиты электрооборудования от попадания в него каких-либо предметов и воды в соответствии с международным стандартом IEC 60529 разработанным Европейским комитетом по электротехнической стандартизации (CENELEC).
Рейтинг IP обычно имеет два цифры:
1. Защита от твердых предметов или материалов;
2. Защита от жидкостей (воды).
Например, рейтинг IP 54: 5 — описывает уровень защиты от твердых предметов, в данном случае от пыли ограниченного количества. Полная защита от контакта с предметами, а 4 описывает уровень защиты от жидкостей от распыляемой воды падающей в любом направлении.
