LED顯示屏應用領(lǐng)域不斷創(chuàng )新 看其在電影院線(xiàn)的應用研究

　　LED顯示屏的像素間距不斷突破更小尺寸，為其進(jìn)入專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域帶來(lái)了契機。

　　正當小間距顯示屏在安防領(lǐng)域廝殺之時(shí)，行業(yè)內的一部分目光投向了電影院線(xiàn)市場(chǎng)。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(guò)整個(gè)北美地區，從市場(chǎng)容量上成為世界第一大電影市場(chǎng)。我國在世界范圍內率先全面實(shí)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(lǐng)域和高端會(huì )議市場(chǎng)大獲成功。在室內，尤其是在電影院線(xiàn)，小間距LED顯示屏擁有絕對優(yōu)勢。

　　①點(diǎn)對點(diǎn)顯示優(yōu)勢

　　4K投影機僅能夠在銀幕中心區域實(shí)現高清畫(huà)質(zhì)，是由于投影機到銀幕中心部位和四個(gè)頂角的距離是不一樣的，邊緣通常存在散焦問(wèn)題。除此之外，因為三基色的排布，失會(huì )聚問(wèn)題也存在于銀幕邊緣，造成彩色鑲邊的問(wèn)題。因此，選好座位是確保觀(guān)賞電影最佳效果的前提。

　　LED顯示屏采用點(diǎn)對點(diǎn)的控制方式，畫(huà)面在中心和邊緣區域均可正常顯示，不會(huì )出現任何顯示信息的缺失與畫(huà)面的變形問(wèn)題。這是投影機一直無(wú)法解決的問(wèn)題，卻是LED顯示屏的優(yōu)勢之所在。

　　②亮度和對比度優(yōu)勢

　　國家新聞出版廣電總局在2013年底發(fā)布的GD/J 047-2013《數字影院立體放映技術(shù)要求和測量方法》指導性技術(shù)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(guò)12FL(41cd/m2)。顯然16-3+6cd/m2的亮度標準過(guò)低。

　　盡管SMPTE(美國動(dòng)畫(huà)與電視工程協(xié)會(huì ))提出了對全暗環(huán)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(mǎn)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(cháng)時(shí)間觀(guān)看引發(fā)頭暈目眩，眼睛脹痛。

　　而LED顯示屏完全沒(méi)有亮度不足的困擾，LED顯示屏廠(chǎng)通過(guò)選用合適的燈珠，驅動(dòng)IC和控制器，設計合理的電路，可確保LED顯示屏實(shí)現不同的亮度。在近些年小間距的發(fā)展中，亮度低于500cd/m2，刷新率超過(guò)3840Hz，灰度等級16bit等技術(shù)的出現，為小間距在室內領(lǐng)域大放異彩打下了技術(shù)基礎。

　　③主動(dòng)發(fā)光優(yōu)勢

　　電影播放是被動(dòng)發(fā)光的過(guò)程，它通過(guò)將光照射在銀幕上，反射至人眼中顯示畫(huà)面，在此過(guò)程中，兩臺投影機的位置關(guān)系等因素會(huì )引發(fā)光與光之間互相干擾，造成部分畫(huà)面模糊，尤其是在暗環(huán)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(lái)減少鏡面反射，但反射現象依然存在。而LED顯示屏為主動(dòng)發(fā)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(wú)法做到的!

　　LED顯示屏有投影機無(wú)法媲美之處，但是想要真正進(jìn)入電影院線(xiàn)還有如下問(wèn)題有待解決：

　　1滿(mǎn)足電影標準

　　在眾多顏色空間標準中(圖1)，我們發(fā)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、?？怂?、米高梅、派拉蒙、索尼圖像、環(huán)球和華納兄弟7家制片公司共同出資建立的專(zhuān)門(mén)從事數字電影技術(shù)規范研究與評價(jià)的機構。)鑒于好萊塢在全球電影市場(chǎng)的壟斷地位，因此，全球的院線(xiàn)經(jīng)營(yíng)商和數字電影設備制造商都在密切關(guān)注DCI技術(shù)規范制定的進(jìn)展情況。

　　LED顯示屏通過(guò)DCI-P3的認證，需要LED廠(chǎng)、封裝廠(chǎng)、芯片廠(chǎng)以及驅動(dòng)芯片廠(chǎng)商的共同努力，目前主要從發(fā)光器件及發(fā)光器件的應用技術(shù)入手。行業(yè)內大量出貨的發(fā)光管主波長(cháng)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(cháng)值如下：紅色615nm、綠色544nm，藍色465nm。

　　查閱LED芯片資料以及實(shí)測數據，我們發(fā)現驅動(dòng)電流<5mA時(shí)，綠色和藍色主波長(cháng)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(xiàn)因亮度要求低，實(shí)際使用的電流會(huì )低于3mA，甚至低于1mA，因此，一方面需要在芯片廠(chǎng)調整芯片的波長(cháng)范圍，封裝廠(chǎng)降低分光分色電流接近電影院線(xiàn)顯示屏實(shí)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(chǎn)出和成本兩大問(wèn)題，基于外延調整波段投料，會(huì )帶來(lái)更多偏波的產(chǎn)出片源損失，對于產(chǎn)出的分布，有待芯片廠(chǎng)家的進(jìn)一步論證。同樣，封裝廠(chǎng)采用新電流標準分光分色后，也存在和芯片廠(chǎng)類(lèi)似的問(wèn)題，而這些產(chǎn)出和成本問(wèn)題的解決，都依賴(lài)于市場(chǎng)需求的推動(dòng)。

　　另一方面LED顯示屏廠(chǎng)需要和芯片廠(chǎng)合作，設計合理的電路，選用或開(kāi)發(fā)電流輸出精度更高的驅動(dòng)芯片。

　　從技術(shù)角度來(lái)看，使用偏波波長(cháng)生產(chǎn)滿(mǎn)足DCI-P3標準的顯示屏是可行的。通過(guò)整個(gè)供應鏈上各方的努力，LED顯示屏可以更完美的畫(huà)質(zhì)進(jìn)入電影院市場(chǎng)。

　　目前，行業(yè)內一部分企業(yè)已經(jīng)展開(kāi)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(guò)DCI-P3測試的LED顯示屏，再一次證實(shí)了LED顯示屏進(jìn)入電影院線(xiàn)市場(chǎng)的可行性。

　　2、滿(mǎn)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(huán)繞屏幕四周，為了確保音效，顯示屏廠(chǎng)使用了專(zhuān)有的音頻處理技術(shù)和JBL的Sculpted Surround系統。

　　據了解，影院立體聲實(shí)現主要由主聲道揚聲器，次低音揚聲器和環(huán)繞聲揚聲器組成。除了環(huán)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(huà)面中對話(huà)人物一般位于畫(huà)面中間，為了避免最佳聽(tīng)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(guān)眾的感受就像是自然發(fā)出的;

　　鑒于目前影院成熟的立體聲學(xué)系統，采用屏幕邊緣布置揚聲器的顯示屏暫時(shí)無(wú)法實(shí)現大尺寸顯示。此次在拉斯維加斯發(fā)布的LED顯示屏長(cháng)約為10.3米，高度5.4米，可滿(mǎn)足基本影院的放映需求，但是當屏幕為目前市場(chǎng)主流的IMAX(標準的IMAX銀幕為22米寬、16米高)，甚至更大時(shí)，此類(lèi)LED顯示屏如何能夠實(shí)現影音的完美結合，有待論證。

　　筆者認為L(cháng)ED顯示屏在顯示效果上更勝一籌，但是在立體聲效的實(shí)現上，是否可以同銀幕一樣實(shí)現一定透聲率，將是LED顯示屏是否能夠拿下電影院線(xiàn)市場(chǎng)的關(guān)鍵一步。

　　3亮區和暗區的比例問(wèn)題

　　填充系數又稱(chēng)為亮區比例，即每個(gè)像素的發(fā)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(fā)光區域，當近距離觀(guān)看時(shí)，會(huì )出現明顯的顆粒感，因此，我們提出了最小觀(guān)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(jiàn)，在燈珠的選擇上，我們盡可能選擇接近點(diǎn)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(wèn)題

　　投影機的可靠性?xún)H決定于投影機本身，而LED顯示屏是由多個(gè)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(guān)眾來(lái)說(shuō)，觀(guān)看LED顯示屏最無(wú)法容忍的是：黑屏或是出現無(wú)信號區域，大多數情況因為開(kāi)關(guān)電源的故障。舉例，目前行業(yè)內可靠性較好的某電源MTBF為15萬(wàn)小時(shí)。假設電影播放12小時(shí)/天，由λ=12*365/MTBF=0.0292，即按照每天放映12小時(shí)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(shù)，則配對的兩臺電源同時(shí)失效的幾率是微乎其微的。因此電源失效問(wèn)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(chǎng)，可靠性的提升是業(yè)界的一大重要的系統工程。

　　5、成本問(wèn)題

　　高額的成本是目前LED顯示屏進(jìn)入電影院市場(chǎng)的一大阻礙，成本組成分為材料成本和運營(yíng)成本。舉例說(shuō)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(diǎn)間距，因此，通過(guò)計算，滿(mǎn)足17m寬顯示屏的點(diǎn)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(zhù)LED器件的成本不斷下降，加之節能技術(shù)的不斷發(fā)展，成本問(wèn)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(lèi)人員密集的公共場(chǎng)所屬于消防重點(diǎn)區域，《電影院建筑設計規范及條文說(shuō)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(fā)熱存在一定的燃燒風(fēng)險，LED顯示屏主要由模組組成，模組外殼通常為金屬材質(zhì)，可能燃燒的部分為：LED、PCB、開(kāi)關(guān)電源、線(xiàn)材、塑料件等。因此，選取阻燃或者不燃材料是LED顯示屏進(jìn)入電影院線(xiàn)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(xiàn)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(tīng)環(huán)境技術(shù)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(guān)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(guān)看者的健康安全，在不同的場(chǎng)合下，進(jìn)入電影院線(xiàn)的LED顯示屏需要通過(guò)不同的認證標準，如CCC、ETL、CE、FCC、RoSH等。

　　LED顯示屏擁有點(diǎn)對點(diǎn)顯示、亮度和對比度高、主動(dòng)發(fā)光等投影機不可匹敵的優(yōu)勢，從技術(shù)角度分析，LED顯示屏進(jìn)入電影院線(xiàn)市場(chǎng)是可行的，但是還需要在滿(mǎn)足電影標準、透聲顯示、提高亮區比例、可靠性、安全等方面進(jìn)行提升，就目前情況來(lái)看，LED顯示屏成本還需要進(jìn)一步下降，才能夠有機會(huì )與激光投影一決高低，而可靠性將會(huì )是LED顯示屏站穩腳跟且持續發(fā)展的重要指標。

　　我們相信LED顯示屏沖擊電影院市場(chǎng)將會(huì )成為L(cháng)ED顯示技術(shù)再一次井噴的時(shí)期，在價(jià)格下降到可與投影相競爭之前，LED顯示屏廠(chǎng)都應該加強自身產(chǎn)品的技術(shù)開(kāi)發(fā)與品質(zhì)提升，這不僅關(guān)系到自身產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率，更關(guān)系到整個(gè)行業(yè)被電影市場(chǎng)的接受度。