分析：适用于DCI电影院LED显示屏的LED规格要求

文章来源:恒光电器

发布时间:2019-02-07

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摘 要

DCI电影院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显示具有众多技术优势，如更大的动态亮度范围、更好的亮度颜色均匀性、无图形畸变、尺寸任意拼接等。而LED显示屏进入电影院应用首先需要满足DCI（Digital Cinema Initiatives）标准的认证，本文针对其中的显示图案要求，分析适合该应用的LED的技术规格要求。

一、背景和DCI标准

随着第一块通过DCI认证的LED显示屏上市，LED显示技术打开了电影院显示屏的海量市场。据LEDinside估计，中国电影院市场现存月40000块显示屏，商业照明，并以每年10%以上的速度增长。按照4K分辨率的像素点计算，整个市场潜在LED用量将是350kkk。然而LED显示屏进入电影院市场需要满足DCI（Digital Cinema Initiatives）标准的严格技术测试CTP（Compliance Test Plan）要求。

DCI组织由全球最大的六家电影公司联合创建，旨在建立统一的数字电影播放标准， 保护数字电影版权和确保影院视听体验。DCI标准涵盖数据形式、编解码接口、传输方式、安全保障、包含服务器、投影、音频及控制的影院硬件系统。本文旨在针对显示屏本身，从标准要求出发，理解适用于DCI电影院显示屏的LED规格定义。

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。标准R, G, B三基色对应的饱和度主波长分别是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

由于电影屏在实际使用时，影厅的大小种类繁多， led服装照明，DCI标准对于屏幕的尺寸是不作强制规定的，那么对应于4K （4096 x 2160）分辨率固定的屏幕，不同的屏幕尺寸就有不同的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。

对于这个点间距范围的显示屏，LED尺寸的可选范围可以从1010，1616到2020，车间照明，多种封装形式可选。而由于影院的观影设置，可以保证即使第一排观众也不能分辨出像素点，基于这样的前提，应该选用封装尺寸尽量小的LED（如1010），提高黑色面板或面罩表面积在整屏面积的占比，提高对比度。

三、LED的亮度要求

按照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的发光亮度是9mcd，质量，按照DCI白平衡点的要求计算，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的发光亮度的。

LED显示控制系统诚然可以通过灰度等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、像素不均匀等。

受限于驱动芯片的最小电流规格，LED的驱动也电流不可能无限降低，这就需要LED通过自身的设计来降低发光亮度，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。但是，这都是以牺牲光电效率为代价的。如果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前提下降低LED显示屏的亮度。而LED本身，只有精确选择适合于DCI白平衡点颜色比例的R, G, B芯片比例，以后可以满足驱动芯片电流要求的亮度，才是最完美符合应用要求的LED。

四、LED的颜色要求

根据DCI定义的DCI-P3色域，显示屏的R,G,B三基色有严格的色坐标要求。对于LED显示屏而言，需要LED要有严格的色坐标规格。但是目前市面上，绝大多数的LED供应商采用主波长规格定义颜色，而主波长是从一个维度（色调）上定义的颜色，LED灯管，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，而不是一个精确的色点。所以，为了精确满足DCI-P3色域要求，首先需要选用色坐标定义颜色的LED，而不是不精确的主波长定义。

由于显示混光的原理，显示屏初始设计色域可以等于或者大于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规定的色坐标，可以是如图显示的每个基点双边外延线和色空间边界所形成的区域（如图2所示）。其中绿色和蓝色分别是一块类似三角形的小区域，由于LED的颜色离散性，这么小的颜色范围几乎没法在LED大规模量产中达到；而对于红色，由于DCI-P3规定的基点已经位于色空间边界上（饱和度100%），所以理论上LED就没有满足的可能性。

▲ 图2：满足DCI色域要求的LED色坐标范围

而考虑到实际量产和测试的误差， 在应用及认证过程中，企业资讯，DCI标准定义了屏幕三基色色坐标允许的误差范围（参见表1），在CIE 1931色空间中如图3所示的矩形色坐标范围。

▲ 图3：DCI标准允许的DCI-P3三基色误差范围（具体参数见表1）

结合上述的色域混光外延原理，实际的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边界构成的区域， led质量，绿光为由图6中四个坐标点和色空间边界构成的区域，LED灯管，蓝光为由图7中五个坐标点和色空间边界构成的区域。

那么，是否使用按照这三个区域定义颜色的LED就能得到满足DCI-P3色域要求的LED显示屏呢？实际应用中还需要注意以下两个问题：

第一，大功率led照明，LED在不同驱动电流和工作温度下会有色坐标漂移。如果LED供应商的色点测试电流和LED在显示屏设计工作电流的差异过大，则很可能导致屏上色点漂移出允许的区域。同样，实际应用时LED节温稍高于25°C也可能导致色点漂移。针对该问题，LED天花灯，最好的方式是LED供应商提前了解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，同时也适当提前考虑温度的影响。