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LED电子大屏幕在DCI电影院的标准

发布时间:2019-01-25 11:36:45 最后更新:2019-01-25 11:44:28 浏览次数:75

随着LED显示屏厂家研发出的小间距LED显示屏成为市场火爆产品之后,又开始进驻电影院显示行业。而DCI电影院就是其中之一,相对于传统投影显示而言,LED显示屏具备亮度高,无图形畸变,尺寸任意无缝拼接,画质高清细腻等特点,受到电影院的青睐。那么,LED电子大屏幕在DCI电影院的标准是什么呢?

所谓的DCI电影字就是指数字影院规范(DigitalCinema Initiatives, DCI),DCI由六家电影公司联合创建,指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的标准包括数据形式、编解码接口、传输方式、安全保障、服务器、投影、音频和控制等影院硬件系统。

DCI的显示图像如表1所示,其屏幕分辨率要求2K(2048*1080)或4K(4096*2160),亮度要求48±10.2cd/㎡,对比度要达到1200:1,白平衡点及色域要求如图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波长分别为100% 621nm、89.5% 544nm、92.9% 465nm。

表1:DCI_DCSS_v12对显示图像的要求

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

图1:DCI白平衡点和色域要求

从上表和上图中可以看出,DCI标准对于屏幕的尺寸没有强制限制,而4K分辨率则对应不同型号的LED电子大屏幕点间距有不同的尺寸。也就是说LED电子大屏幕本身具备2K、4K分辨率,以及大屏幕无缝拼接,亮度可调,对比度高和色彩饱和度等方面,都可以满足DCI电影院的要求。而且不同型号的LED显示屏其尺寸也有所不同,例如点间距2.5mm的显示屏对应的是10.3m宽的小厅屏幕,点间距3.3mm则对应13.5m宽的中大厅屏幕。

LED电子大屏幕的灯珠封装方式可以选SMD1010、SMD1515、SMD1616、SMD2020、SMD2121、Mini LED和COB等。但由于传统LED电子大屏幕是由像素点构成一幅完整的画面,因此在近距离观看时会出现颗粒感。所以,在电影院中安装LED电子大屏幕时,可以根据前排的观看距离,选择间距较小的显示屏。而黑色灯珠可以提高黑色面板,或黑色面罩可以提高整屏的对比度。

亮度要求

如果是按48cd/㎡的亮度要求,以点间距2.5mm,30扫驱动为例,那么每颗LED的发光亮度是9mcd,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,而相对应的每颗LED灯珠的R,G,B亮度为1.9mcd,6.5mcd,0.6mcd。这种亮度的灯珠可以选择SMD1010,虽说LED显示屏厂家可以通过灰度等级控制和亮度控制等方式,把LED电子大屏幕的亮度降低到48cd/㎡,但会出现低灰,红色色飘和像素不均匀等现象。

由于驱动芯片有低电流限制,LED驱动电流不可以无限降低,因此,需要LED通过自身的设计来降低发光亮度。例如通过降低芯片尺寸,或在封装体中进入更多的吸光颗粒等,但这些方式都是以牺牲光电效率为代价。如果驱动芯片的电流可以得到进一步降低,或者扫描数能够进一步提高,则可以在不牺牲光电效率的前提下降低LED电子大屏幕的亮度。而适用于DCI的LED显示屏白平衡点颜色比例的R,G,B芯片比例。

LED颜色要求

DCI对于R,G,G三基色的要求比较高,而LED电子大屏幕则是色坐标。但绝大多数的LED供应商以主波长定义颜色,而主波长只是从一个维度(色调)上进行定义的颜色,缺失另一个维度(饱和度)信息。相同主波长的颜色在色空间对应一条通过等能量点(0.333,0.333)的一条直线,而不是一个精确的色点。为了满足DCI三基色的色域要求,LED电子大屏幕应该选择以色坐标定义为主,而不是主波长。

由于LED电子大屏幕显示混光原理,显示屏的色域设计可以等于或者大于DCI三基色的色域。如图2所示,每个基点双边外延线和色空间边界所形成的区域。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,太小的颜色范围不能在LED大规模生产中达到这种标准。而对于红色而言,由于DCI-P3规定的基点已经位于色空间边界上(饱和度100%),所以就理论而言,LED不能满足DCI-P3的要求。

图2:满足DCI色域要求的LED色坐标范围

图2:满足DCI色域要求的LED色坐标范围

但由于实际量产和测试的误差,在应用及认证过程中,DCI标准定义屏幕三基色的色坐标允许的误差范围参见表1所示。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)

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,实际上LED色坐标要求可以扩展到图4、5、6所示的区域。红光为由图5中五个坐标点和色空间边界构成的区域,绿光为由图6中四个坐标点和色空间边界构成的区域,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电子大屏幕呢?实际应用中还需要注意以下两个问题:

一,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供应商应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。

二,图示区域范围已经把DCI规定允许的颜色误差都考虑进去了。而实际LED显示屏上的颜色误差除了LED本身外,还有芯片输出驱动电流的误差,屏体不同区域的温度误差,校正系统的误差,以及色点测试仪器的误差等。所以LED供应商定义的色点范围应当尽量小于图示边界区域,为显示屏体设计和后续测试的误差留有余量。

图4:满足DCI色域(含误差)要求的LED红光色坐标范围

图4:满足DCI色域(含误差)要求的LED红光色坐标范围

图5:满足DCI色域(含误差)要求的LED绿光色坐标范围

图5:满足DCI色域(含误差)要求的LED绿光色坐标范围

图6:满足DCI色域(含误差)要求的LED蓝光色坐标范围

图6:满足DCI色域(含误差)要求的LED蓝光色坐标范围

5.可能的技术要求趋势

诚然,上述DCI标准对于显示图像的要求其实都是基于投影系统的技术能力制定的,对于自发光的LED显示系统,如果还是一直沿用旧的投影标准,无疑会大大牺牲LED显示的技术优势。对于LED带来的电影院应用显示技术突破,我们有理由相信,在不久的将来DCI标准就会做出更新。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。

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出现,而电影院投影系统受限于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。

二,加入HDR。HDR要求更黑的暗态和更高的峰值亮度(例如HDR10标准,要求至少0.005cd/m2到1000cd/m2的动态范围),两者都是投影系统非常难达到了。LED显示屏由于天然的亮度、对比度技术优势,可以把HDR带入电影院系统。

三,色域范围提升。现有的DCI-P3色域系统并不已经是LED所能达到的*优色域,比如现有的绿色、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BT2020之间的一个新的色域。

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