Pantallas LED modernas: Características, tecnologías, razones para elegir - Parte 1
La primera parte del artículo se ocupa de esas características de las pantallas LED modernas que afectan a la calidad de la imagen: control de brillo con el PWM, creación de la imagen con la división de tiempo y frecuencia de actualización. Dedicaremos la segunda parte del artículo a la gama de brillo dinámica, contraste de la reproducción del color y de la pantalla, los conductores y los métodos modernos de controlar las pantallas, compatibilidad electromagnética y interferencia electromagnética.
Tendemos hoy a tomar a pantallas LED para concedido. De hecho, hicieron características comunes en nuestras ciudades y prestamos sobre todo la atención a sus parámetros exteriores de la calidad. Pero puesto que nuestra revista se especializa en esta tecnología, creemos que el tiempo ha venido explicar los principios técnicos importantes de pantallas LED modernas, esos principios que se aseguran en última instancia de qué millones de gente consideran en las pantallas diarias.
La pantalla LED moderna es un sistema complejo con el número enorme de componentes. La calidad de la imagen y los parámetros operacionales dependen de la calidad de cada uno de esos componentes así como en la funcionalidad del sistema de control de la pantalla.
Bloque diagrama típico de una pantalla LED
Las características siguientes de la pantalla LED son esenciales desde el punto de vista de la calidad de la imagen:
- Resolución de la pantalla LED (resolución espacial supuesta), en pantallas LED es estrechamente vinculada distanciarse entre los pixeles o el tamaño del pitch;
- Brillo máximo (medido en el Nits);
- La gama de brillo dinámica entendida como el número de niveles del brillo que la pantalla es capaz apoyar (a veces él también se llama radiométrica o resolución en energía);
- Medidas cuantas veces una fuente video puede alimentar un cuadro entero de nuevos datos a una pantalla, la frecuencia de la tarifa del cuadro de los cuadros que cambian por el segundo (fps) (designados a veces la resolución temporal);
- La frecuencia de actualización (medida en el Hz) es el número de épocas en un segundo que un hardware de la pantalla drena los datos, o actualizares el cuadro (también designado la resolución temporal);
- Resolución espectral: Las imágenes del color distinguen la luz de diversos espectros. Las imágenes multiespectrales resuelven incluso diferencias más finas del espectro o de la longitud de onda que necesario reproducir color. El término determina cuántos componentes espectrales crean una imagen;
- Uniformidad del color a través de la pantalla;
- Balance de blancos y posibilidad del ajuste preciso él;
- La percepción lineal del brillo - la calidad subjetiva de la calidad de la imagen que determina cómo el ojo humano distingue entre el brillo adyacente nivela ambos en las piezas oscuras y brillantes de la pantalla;
- Contraste de la imagen;
- Calidad de la imagen determinada por el ángulo de visión.
Aparte de la calidad de la imagen es importante considerar algunos parámetros operacionales dominantes de la pantalla LED:
- Sistema de la realimentación o de supervisión de condición de la pantalla;
- Software maduro y sistema de control comprensivo que permiten al escalamiento del sistema y de la construcción las redes de la pantalla LED y del LCD con teledirigido vía el Internet con subsistema informativo incorporado de la seguridad;
- Nivel de radiación electromágnetica bajo la forma de interferencia electromagnética (EMI) de la pantalla.
Consideremos algunos de los parámetros antedichos minuciosamente.
Creación de imagen en la pantalla LED y control de brillo
Modulación por ancho de pulsos (PWM) y frecuencia de actualización
La imagen inicial que se exhibirá se crea como archivo de la PC, generalmente un clip de *.avi o de *.mpg. El archivo es descifrado por el del PC del control (o controlador video) y transformado en el video stream especializado alimentado a los microchipes de conductores actuales constantes. Los conductores del IC transmiten a la corriente constante el LEDs que los hace brillar intensamente en cierto espectro.
PWM - (modulación de la anchura de impulso) es una técnica de uso general para controlar varios niveles del brillo. Dependiendo del nivel del brillo requerido, la corriente es remitida al LEDs intermitentemente dando vuelta al interruptor entre la fuente y la carga por intervalos a un ritmo acelerado. Por ejemplo, para alcanzar el brillo del 50% la corriente se debe remitir solamente la mitad de la duración del ciclo, para alcanzar el brillo del 25% que la corriente será encendida para solamente el cuarto de la duración del ciclo. Es decir un LED funcionará en “encendido - apagado” del modo donde la duración del “encendido” período corresponderá al nivel del brillo requerido.
La técnica del PWM se asegura de que un LED (y la pantalla video entera) produzca una imagen cíclica. La duración del ciclo mínimo (cuando un LED se cambia por intervalos consecutivamente) se llama un actualizar período o una frecuencia de actualización.
Considerar un ejemplo: Digamos que la frecuencia de actualización de una pantalla LED es igual a 100 Hz. Para asegurar el brillo máximo 100% que necesitamos remitir la corriente durante el período entero de actualizar que sea en este caso igual a 1/100 s = el 10 ms. Para reducir brillo por mitad, la corriente se debe remitir para el 5 ms y después apagar para el 5 ms. Entonces las repeticiones del ciclo de manera semejante. Para alcanzar el brillo del solamente 1% nivelar la corriente será remitido al LEDs durante 0.1 ms y cambiado de período durará a 9.9 ms.
El método básico del PWM puede ser modificado y ser aumentado. Diversos fabricantes utilizan diversa terminología: Scrambled PWM (Macroblock), Sequential Split Modulation (Silicon Touch), y Adaptive Pulse Density Modulation (MY’s-Semi). Todas estas funciones tienden “extender” el interruptor del LED el período durante el período entero del actualizar. Así, la operación de la pantalla en el brillo del 50% con frecuencia de actualización de 100 Hz parecerá un “1 ms repetido LED encendido - a 1 ms LED apagado” del ciclo. Significa que para un brillo del 50% el período del actualizar creciente cinco veces y es igual al 2 ms. Por lo tanto, frecuencia de actualización creciente a 500 Hz. Este cálculo es solamente verdad para el brillo del 50%. Para cada patrón del brillo existe un brillo mínimo de un impulso (una cierta duración mínima) cuando se enciende el LED, el resto del tiempo que se apaga.
Así, los ciclos “tradicionales” terminantes del PWM son torcidos por métodos modificados modernos. Dependiendo del nivel del brillo requerido podemos identificar períodos más cortos con una frecuencia de actualización más alta. En la pantalla LED del detalle una frecuencia de actualización puede variar en medio, dejó nos decir, 100 Hz y 1 kHz. Significa que durante el mínimo o el brillo del máximo la frecuencia de actualización es alrededor 100 Hz. Pero en otros niveles del brillo encontramos períodos con una frecuencia de actualización más alta.
Así, porque los métodos modificados del PWM el concepto de frecuencia de actualización llega a ser algo engañoso. Sin embargo, si definimos frecuencia de actualización como período mínimo necesario renovar la imagen para todos los niveles del brillo, evitaremos todos los malentendidos puesto que en esta definición la frecuencia de actualización no depende del proceso del PWM.
Imágenes explorar-basadas entrelazadas y división de tiempo en las pantallas LED
Una cierta proyección de imagen de la pantalla LED se estructura a fin de prevenir la fuente actual a todo el LEDs inmediatamente. Todo el LEDs en una pantalla video se separa en los grupos (generalmente, dos, cuatro, u ocho) se encienden que alternadamente. Eso significa que ese los métodos de crear imagen descritos arriba están aplicados alternadamente a diversos grupos de LEDs en una pantalla. Si la pantalla tiene dos tales grupos, la formación de la imagen es equivalente a la exploración entrelazada en la TV análoga.
Este método se utiliza sobre todo para hacer más barato, puesto que este método de formación de la imagen necesita a cantidad más pequeña de conductores del IC (por dos, cuatro u ocho veces, correspondientemente). Puesto que los conductores del IC contribuyen aproximadamente 15-20% al coste de la pantalla, la economía puede ser significativa. Por otra parte, el método de la división de tiempo es prácticamente inevitable en las pantallas LED de la de alta resolución porque las pequeñas pantallas del pitch presentan problemas serios en la colocación del gran número de conductores en PCBs y el arreglo de traspaso térmico apropiado de conductores del IC.
Naturalmente, esta economía lleva para bajar el brillo de la pantalla y una frecuencia de actualización más baja (al número de LED agrupa proporcional empleado).
Digamos que tenemos una pantalla con dos grupos del LED usar método de la división de tiempo. La corriente se suministra a un grupo para asegurar el brillo necesario. Apagan al otro grupo. Después de un período del actualizar el suplente de los grupos: ahora accionan al segundo grupo mientras que va el primer obscuridad. Por lo tanto el período necesario renovar toda la información sobre la pantalla llega a ser dos veces más largo.
El concepto de frecuencia de actualización en este caso llega a ser aún más sutil. En realidad, el período de actualizar o de un rato mínimo necesario renovar a pantalla de la imagen en general dobla. Sin embargo, porque sigue habiendo cada grupo la longitud del período de la formación de la imagen sin cambiar, y nosotros puede sostener que la frecuencia de actualización sigue siendo igual que antes.
Pantalla LED, frecuencia de actualización y ojo humano
Sobre todo, la frecuencia de actualización afecta a la opinión de la imagen. Percibimos una imagen en una pantalla como liso y no notamos generalmente un efecto del parpadeo porque la frecuencia del parpadeo es algo alta. Nuestra percepción visual es un psicológica como física en la naturaleza. Los flashes individuales de la luz se resumen en “alisan” imagen por nuestro cerebro. Según la Ley del Bloch, esta recapitulación dura a aproximadamente 10 ms y depende del brillo de flashes ligeros. Si es ligero los parpadeos con la suficiente frecuencia (alc supuesto del umbral - Críticos Frecuencia de Parpadeo), ojo humano no notan la pulsación según la Ley de la Talbot-Plateau. El alc del umbral depende de muchos factores tales como el espectro de la fuente de luz, colocación de la fuente de luz en lo referente al ojo, nivel del brillo. Sin embargo, en condiciones normales esta frecuencia nunca excede 100 Hz.
Así, un ojo humano no distinguirá ninguna diferencias en las imágenes de la pantalla LED formadas con un PWM o métodos modificados del PWM con las frecuencias de actualización que varían a partir 100 Hz a 1 kHz.
Pantalla LED, frecuencia de actualización y una cámara de vídeo
Sin embargo, un ojo humano no es el único instrumento que puede percibir imágenes. Utilizamos a veces las cámaras de vídeo a las pantallas LED del grabar, y el equipo video se basa en los principios drástico diferentes de el que está empleado por el cerebro humano. Esto es especialmente importante para todas las instalaciones de pantalla LED en los estadios deportivos, ferias comerciales o salas de conciertos donde los acontecimientos están grabados con cámaras. El tiempo de exposición o la velocidad de obturador en cámaras de vídeo modernas puede variar a partir de segundos a un milisegundo.
Digamos que miramos a pantalla LED donde la imagen se forma usar método tradicional del PWM con frecuencia de actualización de 100 Hz. La pantalla exhibe una imagen estática. Si intentamos al grabar esta imagen con una cámara de vídeo usar una segundo velocidad de obturador de 1/8 (es decir tiempo de exposición de 125 milisegundos) el foto sensor luz del grabar de la pantalla que la imagen produjo antes de los períodos 12.5 del actualizar. No sincronizan a la pantalla LED y nuestra cámara de vídeo y cada cuadro grabar por la cámara corresponderá a diverso tiempo relacionado con el principio y el extremo del ciclo del actualizar. Pero con esta alta velocidad de obturador no habrá conflicto y la cámara grabar una imagen lisa de la pantalla LED.
Si reducimos velocidad de obturador a 1/250 de los segundos en que el tiempo de exposición iguala a 4 ms, un cuadro de la cámara será 2.5 veces más corto que período del actualizar en la pantalla LED. Esta vez la discrepancia entre el principio del cuadro de la cámara y el principio del ciclo del PWM será significativa. Algunos cuadros todavía corresponderán al principio del ciclo del PWM, a otros al centro, y a otros al extremo del ciclo. Cada cuadro diverso flujo ligero del grabar y el error acumula gradualmente. Cuando vemos el vídeo grabar el brillo de cuadros será perceptiblemente diferente. Típicamente, todo se opone grabar con tiempo de exposición corta aparece menos brillante. La cámara efecto del “parpadeo” del grabar sobre la pantalla LED. Si más futuro reducido del tiempo de exposición el incluso nosotros ve definitivamente que algunos cuadros negros (cuando el principio del cuadro de la cámara corresponde al período corto del PWM en que se apaga el LEDs) y el vídeo grabar parpadeo aún más.
Así, si utilizamos una cámara de vídeo al grabar una pantalla LED con la función tradicional del PWM, la frecuencia de actualización debe ser compatible con o exceder la exposición de la cámara.
En las pantallas LED con la función modificada del PWM la misma lógica se aplica. Puesto que en modo del alto brillo girar la época del LEDs “extender” sobre el ciclo del PWM, la imagen grabar será más estable comparada a la función tradicional del PWM. Pero en el brillo bajo la situación seguirá siendo igual: la imagen grabar perderá brillo o parpadeo.
Como usted ve sin la sincronización apropiada cualquier grabación video de una pantalla LED dará lugar a distorsiones en imagen grabar. Podemos comparar esto a la grabación la TV análoga con una cámara análoga: las diferencias en modos de exploración de ambos dispositivos llevarán a un efecto de las líneas negras diagonales que separan los cuadros de la TV.
Otra edición importante es la sincronización de los controladores de la pantalla LED. Hacen las pantallas LED grandes de bloques (los modulos LED y/o los gabinetes) esa proyección de imagen de la exhibición generada por diversos controladores. Si estos controladores no sincronizan el principio del ciclo del PWM (es decir el principio del ciclo en diversas piezas de la pantalla) podemos encontrar el problema siguiente: el ciclo del actualizar en algunas piezas de la pantalla LED corresponderá a los cuadros de la cámara y en otras piezas de la pantalla no. Si la exposición es compatible con el ciclo del actualizar, la pieza de la pantalla parecerá más brillante, otra más oscura. La imagen entera consistirá en rectángulos oscuros y brillantes y será incómoda mirar.
El coste de alto actualizar de la pantalla LED
Con independencia del método de la generación del PWM todos tienen características comunes. La generación del PWM funciona encendido cierta frecuencia de reloj Fpwm. Asumamos que tenemos que generar cierto número (N) de niveles del brillo. En esa frecuencia de actualización del caso Fr no puede exceder Fpwm/N.
Aquí están algunos ejemplos para ilustrar la declaración antedicha:
| Frecuencia de reloj del PWM |
Niveles del brillo | Frecuencia de actualización |
|---|---|---|
| Fpwm=10 MHz | N=256 (8 bit por el canal) | Fr=39 kHz |
| Fpwm=10 MHz | N=1024 (10 bit por el canal) | Fr=9.8 kHz |
| Fpwm=10 MHz | N=2048 (11 bit por el canal) | Fr=4.9 kHz |
| Fpwm=10 MHz | N=65536 (16 bit por el canal) | Fr=152 Hz |
| Fpwm=20 MHz | N=65536 (16 bit por el canal) | Fr=305 Hz |
Estos números demuestran que cada LED de la pantalla sigue un cierto proceso de generación independiente del PWM, es decir el método de la generación del PWM está programado directo en conductores del IC.
Con los conductores simples y baratos del IC, el PWM se genera en un controlador para la pantalla LED. Debemos entonces considerar cuántos conductores se ligan consecutivamente y son mantenidos por un proceso de generación del PWM. Si un esquema de la generación del PWM requiere conductores del canal de salida de M 16, la frecuencia de actualización puede no exceder Fpwm/(N*M*16, si no lleva para bajar perceptiblemente frecuencia de actualización o la necesidad de aumentar frecuencia de reloj.
En caso de la división de tiempo (entrelazar la exploración) la frecuencia de actualización baja en proporción con coeficiente de la división.
Así, aumentar frecuencia de actualización en las pantallas LED las opciones siguientes están disponibles:
- Uso de conductores “inteligentes” (costosos);
- Aumento de la frecuencia de reloj en el proceso de generación del PWM;
- Reducción del número de niveles del brillo (profundidad de color).
Cada método tiene ventajas y defectos. Los conductores intelectuales son mucho más costosos que conductores simples del IC; la subida de la frecuencia de reloj lleva al consumo de una energía más alta (por lo tanto requiere las medidas adicionales para que el traspaso térmico evite sobrecalentamiento); el número bajo de brillo nivela afecta negativamente a la calidad de la imagen.
Conclusión: Actualizar en las pantallas LED
Los fabricantes de la pantalla LED utilizan con frecuencia de actualización como herramienta de comercialización al jactarse calidad excelente de la pantalla. La presuposición es que más alta es la frecuencia de actualización mejor es la calidad de la imagen. Sin embargo, los números sirven a menudo confundir solamente a clientes potenciales. Por ejemplo, la frecuencia de actualización de varios kHz significa que o el método modificado de la generación del PWM está utilizado (cuando la frecuencia de actualización es de hecho diferente para diversos niveles del brillo) o que la intensidad del color es inaceptable baja.
Debemos recordar que los altos valores de la frecuencia de actualización y altos valores de profundidad de color pueden ocurrir solamente en los niveles del alto brillo que en sí mismo son una idea falsa, puesto que una pantalla LED no debe funcionar siempre en la capacidad 100%.
Para el caso de la exploración entrelazada el valor de la frecuencia de actualización corresponderá solamente a un ciclo del PWM para un grupo del LED, mientras que la frecuencia de actualización real para la pantalla (que afecta a nuestra percepción) será varias veces más bajo.
Es más informativo y honesto mencionar intensidad del color y la frecuencia de reloj para el PWM y la gama aproximada de frecuencia de actualización para la pantalla (por ejemplo, 200 -1000 Hz) en caso de la función modificada de la pantalla del PWM. Si basan a una pantalla LED en el principio de la división de tiempo (por ejemplo, división de tiempo = el 1:1 - ausencia de división de tiempo, división de tiempo = 1:2 - el PWM funciona solamente encendido la mitad de la pantalla etc.).
El parámetro antedicho no es esencial para nuestra percepción. El ojo humano no coloca ninguna diferencia en calidad de la imagen en las frecuencias sobre 100 Hz. Por lo tanto, uno debe decidir si la alta frecuencia de actualización es realmente necesaria y a si es el pagar de mérito extraordinariamente ella.
La frecuencia de actualización y la uniformidad de la imagen grabar de la pantalla son solamente importantes en caso de que una pantalla LED haga con frecuencia un objeto para la grabación video (los estadios y salas de conciertos). Por lo tanto, es mejor a primero conduce una cierta grabación de la prueba antes de firmar el contrato de compra.
