Устройство светодиодного экрана

Светодиодный экран или панель — аппарат для воспроизведения полноцветных изображений и прочего визуального медиаконтента (видео) с помощью комбинаций электронных источников света, управляемых контроллером. Конструкции светодиодных экранов позволяют использовать их в помещениях и на открытых пространствах, в качестве носителей рекламной и прочей информации, размещать на зданиях и других объектах, создавать так называемые медиафасады.

Принцип работы светодиодного экрана

Изображение на светодиодном экране формируется и меняется с определенной частотой за счет включения точечных источников света, имеющего определенную окраску, длину волны. Белый цвет состоит из сочетания красного, зеленого и синего, поэтому, включая светодиоды в определенном порядке, можно получить полноцветную картинку, которая меняется с заданной скоростью при воспроизведении видео. Это наглядно демонстрирует экран современного телевизора или монитора ПК.

Базовые понятия для описания устройства светодиодного экрана

Для понимания устройства светодиодного экрана и принципов его работы нужно раскрыть ряд базовых понятий:

• светодиод — электронный компонент, точечный источник зеленого, синего или красного цвета, возникающего при протекании тока через элемент;
• пиксель — одна единица изображения, состоящая из нескольких светодиодов и меняющая цвет (длину волны) при их переключении за счет комбинации окрашенных световых потоков;
• разрешение экрана (матрицы) — количество пикселей на выбранную единицу площади, для панелей и медиафасадов наиболее удобно считать по метрам квадратным, например, 256 (вертикаль) х 192 (горизонталь);
• частота обновления — количество быстрых циклов полной смены свечения матрицы в секунду измеряется в герцах (Гц), происходит независимо от того, меняется ли сама картинка.

Важная особенность состоит в том, что картинка не может меняться быстрее частоты обновления, при этом сама частота существенно влияет на восприятие света зрителем. Минимальным значением рефреша для мультимедийных экранов и медиафасадов считается 600 Гц — 600 раз в секунду. Повышать эту характеристику имеет смысл только при определенных условиях, опираясь на расчеты и возможности техники.

Как получается изображение на светодиодной панели

В отличие от ЖК-дисплеев, устройство светодиодного экрана не требует боковой или задней подсветки — свет излучают сами диоды. Изображение возникает за счет переработки полученной из основного источника сигнала контроллером. В этом компоненте зашита разбивка всей матрицы экрана на пиксели и модули, видеосигнал преобразуется в систему направляемых на светодиоды сигналов. Для того, чтобы получить белый цвет, в одном пикселе должно загореться сразу несколько диодов, например, 2 красных, зеленый и синий. В зависимости от конструкции панели количество элементов в пикселе меняется. Таким образом можно формировать изображения с оттенками цветом и задавать смещения спектра в сторону "теплого" и "холодного" с преобладанием соответственно красного и синего цветов. Все это хорошо демонстрирует настройка телевизора и монитора.

Качество и детализация изображения зависят от плотности пикселей на экране. Разрешение экрана невозможно бесконечно увеличивать, так как светодиоды и пиксели имеют определенные размеры — шагом называют расстояние между центрами двух расположенных рядом пикселей, например, значение Р8 означает шаг 8 мм. Шаг пикселя считается важной расчетной величиной, так как с его помощью можно задать оптимальное расстояние от экрана до зрителя. При шаге в 8 мм наилучшее качество восприятия достигается с расстояния 8 м, та же зависимость действует для расстояний 10 м, 15 м и далее. Благодаря этой особенности можно определить оптимальное разрешение светодиодного экрана в зависимости от условий экспозиции.

Порядок включения светодиодов в каждом пикселе, яркость свечения и прочие параметры изображения выдаются контроллером светодиодного экрана. Качество изображения складывается из разрешения экрана, точности воспроизведения цвета в одном пикселе, частоты обновления экрана и качества контента в источнике.

Виды пиксельной конфигурации экрана

В устройстве современного светодиодного экрана распространены два основных решения. Их принято называть конфигурациями.

Конфигурация DIP

Каждый светодиод представляет собой отдельный, размещенный в корпусе источник света, установленный на плату. Это решение интересно тем, что контроллер способен менять конфигурацию пикселей, используя светодиоды в разных сочетаниях, что называют "виртуальный пиксель". Экран этого типа имеет высокую яркость 6000-10000 кд/м2, что позволяет использовать его на улице, на фасаде, в условиях сильной дневной освещенности и светового загрязнения окрестностей. Отдельный корпус защищает светодиод от внешних воздействий. За счет виртуального пикселя можно добиться высокого качества и реалистичности изображения. Несколько ограничен угол обзора экрана, но это не критично для больших выносных конструкций.

Конфигурация SMD

В этой конфигурации каждый пиксель представляет готовую фиксированную RGB сборку из нескольких (не менее трех) светодиодов, заключенную в корпус и связанную с контроллером через шины платы. Экран такого типа подходит для установки в помещениях, где не требуется значительная яркость 1200-3000 кд/м2, важна качественная цветопередача и небольшой вес конструкции. Экраны SMD дают угол обзора по вертикали и горизонтали 120 градусов, это больше, чем у сборок DIP (120х60).

Установленные на плату светодиоды и пиксели формируют матрицу из светодиодных модулей, управляемую контроллером. Это тема отдельного описания, которую мы уже раскрывали в статье про управление светодиодным экраном.