#1/2012

Écrans LED modernes: Caractéristiques, technologies, raisons de choisir - Partie 2

Rédacteur en chef - Vladimir Krylov, PhD
Rédacteur en chef adjoint - Michael Nikulichev, PhD

La première partie de l'article a été consacrée à certaines caractéristiques essentielles des écrans LED modernes qui affectent la qualité d'image, y compris la commande de luminosité avec le MLI, la méthode de créer l'image avec le multiplexage et la fréquence de rafraîchissement de temps. La deuxième partie se concentre sur la gamme dynamique de couleur, le rendu de couleur, le contraste, les IC driver et le système de commande, la compatibilité électromagnétique et l'interférence industrielle des écrans LED.

Gamme dynamique de luminosité, rendu de couleur et contraste d'un écran LED

Luminosité et rendu de couleur sur un écran LED

Fragment d'un module LED pour l'écran d'extérieur avec la structure du pixel 2R1G1B

Un paramètre essentiel des écrans LED est une capacité de montrer un certain nombre de couleurs. Toutes les couleurs évidentes résultent du mélange de couleur de base de couleurs qui composent un pixel, typiquement, le rouge (R), le vert (G) et le bleu (B). Apparemment, le plus colore un écran peut rendu, plus la qualité d'image est haute, à condition que les couleurs soient normales et des transitions de couleur sont lisse.

Au commencement, l'image est formée sur un ordinateur et la qualité d'image est évaluée sur un moniteur de PC. L'image sur un écran LED doit être aussi étroitement à l'image initiale comme possible. Une norme de fait courante est des 24-bits couleurs-codes (TrueColor) où la valeur de luminosité de chaque canal est présentée comme numéro à 8 bits. Ainsi, idéalement, un écran LED de qualité si le rendu au moins 2²⁴ couleurs (ou plus de 16 millions).

Nous avons déjà analysé comment l'image est produite sur un écran LED avec l'aide de la technique de MLI. Les niveaux plus logiques sont soutenus par MLI sur un écran indiqué, plus est la qualité d'image haute.

La méthode de MLI établit une dépendance linéaire entre le courant (la valeur moyenne) et logique niveau de la luminosité. Ainsi, le MLI avec des niveaux de N s'assure que la vraie luminosité de la LED pour tous ces niveaux changera linéairement. En d'autres termes, la luminosité d'une LED avec le MLI au niveau 1 sera exactement deux fois d'abaisser cela au niveau 2 et 256 fois plus bas qu'au niveau 256.

Les niveaux logiques de N dans le MLI correspond aux niveaux de luminosité de N de la LED sur l'écran et la luminosité réelle dépend directement du niveau saisie. L'œil de quelque manière qu'humain perçoit la luminosité d'une mode non linéaire. La loi psychophysique empirique de Weber-Fechner postule la fonction logarithmique comme méthode pour la perception humaine de l'intensité de la lumière.

À l'intensité réduite l'œil humain notera même les changements insignifiants de la luminosité; à une intensité plus normale les changements insignifiants semblables de la luminosité passeront inaperçus. Un changement beaucoup plus grand sera nécessaire pour s'inscrire à l'œil. Imaginons tous les niveaux possibles N de luminosité (avec N n'étant aucun plus moins de 100) comme trait horizontal avec 100 segments. L'œil percevra facilement des segments adjacents de luminosité au début de la ligne, puis au centre la différence entre les segments adjacents ne sera pas évidente, et à l'extrémité de la ligne - non apparente du tout. En réalité ceci signifie que hors de tout le nombre de niveaux de N nous pouvons choisir un numéro beaucoup plus petit des niveaux M qui seront perçus linéairement.

Il est intéressant d'apprendre que la génération d'image sur des moniteurs d'affichage à cristaux liquides tient compte de ce caprice de perception humaine. Dans les Tube-moniteurs c'est une conséquence directe de la méthode de formation d'image; dans les affichage à cristaux liquides-moniteurs une correction gamma de matériel est utilisée. Tout ceci a comme conséquence une fonction relativement linéaire qui décrit la perception subjective et le niveau logique codé de la luminosité. Ainsi, le fichier initial d'image a 256 niveaux de luminosité (pour le TrueColor) dans chaque canal qui sont perçus d'une mode linéaire.

Si le MLI avec 256 niveaux logiques est employé pour montrer une première image de TrueColor, nous noterons des déformations évidentes. Sur les sections foncées de l'image nous verrons les frontières pointues entre les segments de luminosité, sur les sections lumineuses que tous les niveaux de luminosité fusionneront. Les déformations affecteront les couleurs, particulièrement où un gradient doux de couleur est essentiel, par exemple sur une image d'un visage humain. Ceci se produit parce que l'image initiale emploie 256 niveaux non linéaires qui sont convertis sur un écran dans les niveaux linéaires - peu convenables pour la perception d'œil humain.

Pour que l'image de TrueColor soit rendue sur un écran LED avec des déformations minimum, les niveaux logiques de luminosité doivent être corrigés. Ceci peut être réalisé en augmentant le nombre de niveaux logiques sur une image PWM-produite. Puis, hors du nombre beaucoup plus grand de niveaux il sera plus facile de choisir 256 niveaux qui peuvent être codés pour une perception linéaire. Ce choix de 256 s'égalise d'un numéro beaucoup plus grand s'appelle «une correction gamma» ou «un choix de palette». Plus de niveaux de luminosité peuvent être produits par l'intermédiaire du MLI, plus il sera de faire facile une correction de sorte que les couleurs et la luminosité sont perçus dans un format linéaire «approprié».

Actuellement les meilleurs écrans LED offrent le MLI avec 2¹⁶ niveaux logiques de luminosité. C'est plus qu'assez pour choisir les 256 niveaux nécessaires pour montrer l'image précise de TrueColor. Il convient noter qu'un écran LED peut montrer les couleurs 256*256*256, et pas 2¹⁶*2¹⁶*2¹⁶; il signifie que la couleur est encore codée par des 24 numéros, pas un 48 bit. La palette de couleur artificiellement augmentée est seulement nécessaire pour choisir le nombre nécessaire de minimum de couleurs pour assurer normale de couleur et de luminosité perception.

Chaque canal peut être codé dans 8, 10, 12, 14 bit ou la luminosité de 16 bits maximum. Sur des indicatifs de canal inférieurs la correction sera naturellement moins efficace. D'une part, un écran LED avec un plus petit numéro des niveaux logiques de luminosité sera meilleur marché alors que l'interprétation précise de TrueColor sur l'écran n'est pas toujours nécessaire. Par exemple, le affichage de LED avec les lettres courantes ou les signes numériques informationnels n'a pas besoin du nombre important de couleurs.

Un plus grand choix de couleur est préférable pour plusieurs autres raisons:

D'abord, il laisse ajuster la luminosité d'écran LED selon l'heure du jour, la saison de l'année, particularités d'emplacement d'écran. L'œil humain s'adapte avec souplesse aux états d'éclairage général; donc, la luminosité d'écran un jour ensoleillé et pendant la nuit devrait être rigoureusement différente. D'ailleurs, si un écran LED est installé sur le fond du ciel, c'est des paramètres d'ajustement doit différer d'un écran semblable se tenant devant un bâtiment ou accrochant sur le mur.
Deuxièmement, il tient compte de l'ajustement flexible de la balance des blancs. Des palettes peuvent être choisies indépendamment sur chaque canal de couleur; ainsi, nous pouvons ajouter le bleu ou réduire le rouge dans une image de cible. C'est essentiel pour les deux arrangements initiaux d'écran et ajustements postérieurs qui sont dus nécessaire au vieillissement de LED (luminosité de LED perdante avec l'âge) ou de l'opacité perdante d'lentille de LED.
Troisièmement, il permet une certaine correction de couleur dans de différents modules d'écran LED. Ceci peut être nécessaire quand quelques modules échouent et sont remplacés par des pièces de rechange: dans ce cas-ci les paramètres de LED dans de nouveaux et adjacents modules seront différents et auront besoin accorder.

Cette fonction est essentielle pour le système de contrôle, aussi. Elle n'est pas assez pour faire le MLI de 16 bits; les fabricants doivent avoir l'option des ajustements flexibles de luminosité en matériel et logiciel du système de commande. Autrement, cette application importante n'aura aucune utilisation pratique.

Contraste sur un écran LED

Le contraste est un paramètre essentiel de rendu de couleur sur un écran LED. Le contraste est la différence dans les propriétés visuelles qui rend un objet (ou sa représentation dans une image) distinguable à partir d'autres objets et du fond. En cas d'écran LED si la couleur noire n'est pas vraiment «noire», puis d'œil humain ne distinguera pas les détails sur des secteurs foncés d'image - ils fusionneront des secteurs moins foncés. La couleur noire sur un écran LED n'a rien à faire avec l'exécution d'une LED - le fond noir est créé par fabriquer employée par matières un écran LED.

Les problèmes peuvent résulter de la réflexion de la lumière du soleil de la surface d'écran LED: dans ce cas-ci quand toutes les LED sont éteintes la surface d'écran peut sembler blanchâtre en couleurs. Cet effet est provoqué par l' lentille époxyde blanc de LED, la surface noire brillante du plastique protecteur entre la LED, la position incorrecte des auvents protecteurs ou même la remplissage de la couleur légère LED. Généralement plus est la surface foncée mate meilleure d'un écran LED que plus est la qualité de contraste et d'image haute.

Numéro de couleurs et coût d'un écran LED

Le numéro de couleurs sur un écran LED peut seulement être augmenté par:

utilisant des IC drivers «intellectuels»;
fréquence croissante de MLI;
réduction de la fréquence de rafraîchissement.

Luminosité, rendu de couleur et contraste d'un écran LED: Conclusions

Plus de niveaux de luminosité sont produits par MLI, plus il est à réglage fin l'écran LED au rendu de couleur précis facile.
L'ajustement de couleur doit être disponible sur tous les composants de système de contrôle: du logiciel aux drivers de LED. Numéro théoriquement calculé des courses de couleurs dans des milliards et des trillions. Cependant, le système n'est pas toujours capable de montrer toutes ces tonalités.
La qualité d'image est affectée par des composants utilisés pour la surface d'écran LED de fabrication: ce devrait être aussi foncé et matte comme possible.

IC drivers sur des écrans LED

Un driver de LED est une puce fournissant le courant constant à la LED. Des IC driver sont basés sur les circuit de commande intégré. Sous la formule la plus simple ce peut être une commande «marche-arrêt». Dans des drivers «intellectuels» plus complexes les commandes incluent la possibilité pour commander la luminosité de LED par l'intermédiaire du MLI.

Avec les drivers simples, la fonction de MLI doit être remise aux contrôleurs qui enverront une commande aux drivers au sujet de la commutation LED «marche» et «arrêt». Les avantages sont évidents: les drivers simples ne coûtent pas cher. Les inconvénients sont beaucoup: les contrôleurs deviennent plus complexes, il devient difficile de produire du numéro nécessaire des niveaux de luminosité et de la fréquence de rafraîchissement. Pour réaliser de hauts contrôleurs de qualité d'image doit fonctionner en mode à haute fréquence et transférer des données aux drivers. Mais ces fréquences ont des limitations technologiques.

Les drivers «intellectuels» assurent certaines des fonctions ci-dessus et simplifient le fonctionnement des contrôleurs. Mais le coût d'écran LED monte. Pour justifier cette augmentation de coût, le système de commande doit être suffisamment sophistiqué pour soutenir toutes les nouvelles fonctions des IC driver et pour transmettre par relais ainsi l'image de qualité sur l'écran.

Pour résumer, les IC drivers ont les dispositifs essentiels suivants:

numéro des canaux;
courant de sortie (gamme, stabilité);
fréquence du signal d'horloge;
capacité courante de MLI;
commander le rendement courant pour chaque canal de MLI;
oscillateur interne;
numéro des canaux (largeur d'interface);
capacité additionnelle de rétroaction (surchauffe, LED ouverte/courte);
correction numérique de point;
correction numérique de luminosité;
Paquet d'IC driver: SOP, SSOP, QFN.

Les drivers de LED se développent suivant plusieurs tendances:

Amélioration des drivers «simples». Des fonctions additionnelles sont présentées: par exemple les diagnostics et la luminosité commandent ou ont augmenté la fréquence du transfert de données.
Amélioration des drivers «intellectuels». Les nouvelles fonctions apparaissent et les paramètres quantitatifs s'améliorent (fréquence, numéro des niveaux de MLI). Les drivers avancés de LED soutiennent le MLI de 16 bits aux fréquences s'approchant de 20 МHz et éventail des fonctions de service et de rétroaction.
Les drivers spécialisés nombreux avec certaines fonctions fixes apparaissent: par exemple, DM163 avec 24 canaux, MLI à 8 bits et correction de luminosité de 6 bits. Ceci concerne également des drivers par le support incorporé d'horloge, par exemple MBI5050.

C'est une tradition déjà pour faire des drivers avec 8 ou 16 canaux. Cependant ce n'est pas toujours approprié aux écrans LED parce que le pixel moderne se compose habituellement de 3 LED qui complique la topologie du circuit imprimé. Technologiquement, il serait plus commode de placer un driver au centre d'un cluster de 4 pixels.

Malheureusement, la plupart des compagnies impliquées dans la conception et fabriquer des IC driver tendent à faire des produits de «tout-en-un». Les drivers modernes sophistiqués, elles ont le plus grand possible choix des fonctions. Les abonnées rarement emploient toutes ces fonctions mais doivent payer elles. Par exemple, un excellent DM634 revendique de MLI de 16 bits et la correction générale de luminosité de 7 bits. La dernière fonction est superflue au mieux, parce qu'avec le MLI de 16 bits et le système de commande moderne d'écran LED il est possible d'assurer la correction générale de luminosité par l'intermédiaire d'autres méthodes.

Le problème de l'interface externe se tient séparément. Les différents drivers permettent le transfert de données et la commande de MLI dans différentes manières - pas toujours commodes du point de vue du système de commande. Sans l'approche unifiée à la conception des drivers et du système de commande, le problème approfondit graduellement: chaque type de drivers exige la case différente d'interface. Ainsi, pratiquement, chaque écran LED a un système de commande unique.

Les abonnées achetant des écrans LED savent peu si n'importe quoi au sujet des drivers de LED. Ils se renseignent sur les paramètres acceptables d'écran en termes de niveaux de rafraîchissement et de luminosité - mais ces paramètres trompent fréquemment. Le driver consomme beaucoup d'énergie et la chauffe beaucoup. Avec la conception pauvre de module, les IC drivers surchaufferont et mèneront aux échecs de LED et de module.

Pour un réalisateur de système de commande d'écran LED choisir un driver est un choix difficile entre les paramètres d'écran et le prix nécessaires.

Systèmes de commande modernes pour des écrans LED

En règle générale un système de commande inclut une source d'information visuelle sur l'à niveau élevé (PC, player spécialisé), un logiciel, un ensemble de contrôleurs qui assurent l'alimentation et la conversion de données, et les drivers de LED liés aux contrôleurs dans un réseau simple et au signal numérique de transfert dans le courant ont expédié à la LED.

Le système de commande est un lien entre les nombreux sous-systèmes d'un écran LED et l'image réelle que nous voyons sur un écran. D'ailleurs, un système de commande doit offrir une option de lier plusieurs écrans LED dans un réseau semblable à un réseau de bureau des PCs.

Voici quelques fonctions essentielles pour un système de contrôle moderne

Le système de commande doit creuser des rigoles le signal vidéo utilisant la plupart des fonctions des drivers de LED;
Le système de contrôle doit avoir une structure modulaire pour utiliser différentes fonctions de matériel;
Le système de commande doit être coordonné avec le logiciel de établissement du programme pour offrir les meilleures options des clips d'état sur un écran LED;
Le système de commande doit avoir l'ajustement flexible de couleurs et de la luminosité;
Le système de commande doit permettre l'ajustement flexible de la géométrie d'écran LED puisque des modules semblables peuvent être arrangés dans des écrans LED de différentes formes et tailles.

Fonction de réseau d'un système de commande d'écran LED

Une option importante est d'ajouter différents écrans à un plus grand réseau d'écran LED. Pour faire ceci, le système de commande doit soutenir l'interface de réseau pour les clips de établissement du programme de publicité et les arrangements contents et différents des écrans.

Dans le meilleur des cas, le système de contrôle doit être modulaire. Dans ce cas-ci il est possible de subdiviser des fonctions de réseau et la commande de la génération d'image. La nouvelle option semble établir les réseaux hétérogènes se composant des écrans LED d'architecture différente, et même comprenant des affichages LCD. Le contrôle général du réseau sera exercé d'un centre de commande unifié.

Actuellement, les réseaux d'écran LED sont commandés par l'intermédiaire de l'Internet. Les fonctions de réseau des systèmes de commande doivent inclure cette option.

Surveillance d'un écran LED

Le système de commande doit inclure des fonctions de la surveillance et de la rétroaction qui inclut:

La notation de programmateur cette enregistre quels clips vidéo ont été montrés sur un écran LED;
Notation de matériel qui enregistre tous les défauts et échecs de l'équipement. Plus le système de commande est plus sophistiqué, plus est cette rétroaction technique plus détaillée;
Notation d'accès qui enregistre chaque entrée dans le système et chaque changement des arrangements d'écran.

Sécurité de l'information du système de commande d'écran LED

Un écran LED est commandé par un PC. N'importe quel numéro des personnes peut avoir accès à un PC de contrôle. Par conséquent, le système de contrôle doit avoir des fonctions incorporées de sécurité de l'information.

Ce sous-système de sécurité de l'information ont les sauvegardes suivantes:

Principalement, manières d'empêcher un affichage non autorisé d'information sur un écran LED;
Des notations automatiquement produites doivent être protégées contre le gâchage;
Le sous-système de sécurité doit avoir des options d'écran LED courant en tant qu'élément du réseau plus grand et comme écran individuel, aussi;
Intégration avec le système de contrôle de sorte qu'il n'ait pas pu être enlevé ou supprimé de l'écran.

Compatibilité électromagnétique (EMC) et interférences électromagnétiques (EMI) des écrans LED

Le grand écran LED a beaucoup de composants électroniques et est commandé par l'intermédiaire du système numérique. Ceci rend un écran LED semblable à n'importe quel dispositif électronique quand une partie du courant électrique consommé est émise en tant que rayonnement électromagnétique capable pour induire des interférences électromagnétiques (EMI).

Ce rayonnement résulte de la commutation à haute fréquence d'un numéro très grand des composants. Les données et les signaux déménageant entre les circuit imprimé produisent du rayonnement. Un écran LED se compose de beaucoup de composants semblables - modules LED. La géométrie des douzaines de circuit imprimé de périodes multipliées par disposition crée une antenne colossale.

Les interférences électromagnétiques (EMI) peuvent interrompre, obstruer, ou autrement dégrader la qualité de la radio et les services de TV ou les téléphones par radio.

La minimisation des interférences radio est la tâche importante pour des réalisateurs des écrans LED qui comprennent dans les détails toutes les complexités de conception électronique. Cette tâche peut seulement être réalisée par des mesures complexes pour développer les dispositions électroniques, concevant les modules LED sûrs, les contrôleurs et le câblage.