В сети интернет достаточно много информации про устройство светодиодного экрана, однако, на наш взгляд, она подается не всегда целостно и это создает неудобства для читателя. Чтобы исправить эту ситуацию, мы подготовили несколько статей и разбили их следующим образом: в данном материале Вы познакомитесь с основными используемыми понятиями, в статье «Светодиодные модули и кабинеты» с составляющими светодиодного экрана, а в статье «Управление светодиодным экраном» соответственно, с видами управления.

Итак, светодиодный экран (также называемый LED экран, видеоэкран, светодиодная панель и пр.) - это высокотехнологичное изделие, содержащее большое количество компонентов со сложным принципом работы, в основе которого лежат светодиоды. Светодиоды образуют пиксели, пиксели встроены в модули, модули помещаются в кабинеты, из которых и сделан светодиодный экран.

Светодиод (светоизлучающий диод, LED) является полупроводниковым прибором, который загорается, когда электричество проходит через него. Светодиоды не содержат нити, как обычные лампочки, и они не имеют тонких деталей, которые ломаются или сгорают, служат в течение долгого времени. В зависимости от того, какой тип полупроводникового кристалла используется зависит цвет светодиода: красный, белый, зеленый и пр. Если немного поменять химический состав кристалла, то изменится получаемый цвет. Часто оболочку (корпус) светодиода окрашивают, это делается для того, чтобы без включения светодиода можно было определить какого он цвета.

Устройство светодиодного экрана

Светодиод является самым маленьким элементом по размерам, но не по важности. Во многом, именно от его стоимости складывается стоимость и самого светодиодного экрана. Модели светодиодов, зарекомендовавшие себя как более качественные, могут стоить дороже аналогичных по техническим характеристикам аналогов в несколько раз. На сегодняшний день, самыми качественными признаны модели японского производителя Nichia, немного ниже по рейтингу стоят светодиоды американского производства Cree. Дальше Samsung и Epistar (Тайвань) - их стоимость примерно одинакова, еще ниже китайские Absen, Silan multicolor и некоторые другие. Чаще всего при производстве светодиодных экранов сегодня используют китайские светодиоды Silan. Они относительно демократичны по цене и обладают большим сроком эксплуатации.

Стандартные светодиоды рассчитаны на 100 000 часов (11+ лет) непрерывного использования и на их жизненный цикл не влияет количество включений/выключений, которых происходит очень много. Яркость светодиода получившая название - техника широтно-импульсной модуляции, регулируется следующим образом - напряжение на светодиод подается не постоянно, а попеременно. И в зависимости от того, какая яркость необходима определяется время подачи тока, т.е. если нужна половина яркости, то напряжение подается половину времени от частоты рефреша.

Частота рефреша (частота обновления, Refresh)- это количество обновлений кадров за определенное время (измеряется в Гц). Например, если частота рефреша компьютерного монитора 100 Гц, то это говорит о том, что обновление картинки происходит 100 раз за 1 секунду. Этот показатель очень важен, поскольку от него во многом зависит качество изображения. Если частота рефреша будет не достаточной, то будет видно "биение" изображения - мерцание, это объясняется тем, как человек визуально воспринимает источник света. Если мерцание происходит быстро, то происходит суммирование вспышек и свет воспринимается горящим постоянно. На сегодняшний день частота рефреша в светодиодных экранах составляет не менее 600 Гц, чаще всего этого достаточно.

Светодиоды являются настоящими незамеченными героями в мире электроники. Они делают десятки различных работ и встречаются во всех видах устройств. Среди прочего они формируют числа на электронных часах и говорят, когда наши приборы включены. В принципе, светодиоды - просто крошечные лампочки, которые легко вписываются в электрические цепи. Один или несколько объединенных светодиодов образуют пиксель.

Пиксель - светящаяся точка, это самая маленькая единица изображения. Для создания всего многообразия цветов передаваемых пикселем, используют, чаще всего, всего три разных по цвету светодиода: красный, зеленый и синий (обозначаемые R, G и B, соответственно). Для создания больших пикселей, диаметр которых может достигать 80 мм (применяемые в светодиодных экранах для медиафасадов), количество светодиодов увеличивают, например: 2R1G1B - т.е. 2 красных, 1 зеленый и 1 синий. То, сколько и какого цвета светодиодов использовать определяют с учетом наилучшего приближения к балансу белого цвета. Качественный белый цвет будет только тогда, когда красный, зеленый и синий цвета будут в соотношении 1 : 4,6 : 0,16. В случае отклонения от этого соотношения, белый цвет будет иметь отклонения, например: голубовато-белый или желтовато-зеленый.

Разрешение светодиодного экрана - количество пикселей на 1 м2 LED экрана. Оптимальным разрешением для экрана шириной 4м. и высотой 3м. считается разрешение не менее 256х192, т.е. 256 пикселей по горизонтали и 192 по вертикали. Это значение достигается при шаге пикселя 15,6 мм.

Шаг пикселя – расстояние от центральной точки одного пикселя до центральной точки соседнего пикселя. Соответственно, чем больше шаг, тем ниже разрешение экрана. Шаг пикселя получил обозначение латинской буквой "Р", например, P6 – означает LED экран с шагом пикселя 6 мм.

Устройство светодиодного экрана

Рассматривая устройство светодиодного экрана: выбор шага пикселя является очень важным моментом при покупке: уменьшение шага всего на пару миллиметров, значительно увеличивает плотность светодиодов, а следовательно и разрешающую способность экрана. Оценить необходимый шаг пикселя можно следующим образом: он прямо пропорционален рекомендуемому расстоянию просмотра, т.е. на экран с шагом пикселя 10 мм. рекомендуется смотреть на расстоянии 10 метров, для экрана с шагом пикселя 16 мм – 16 метров, для 25 мм – 25 метров. Если расстояние будет меньше, то зритель сможет различать отдельные пиксели, если больше то наоборот, не будет видно мелких деталей. Соответственно, для определения шага пикселя необходимо знать на каком расстоянии от светодиодного экрана будет находится преобладающая часть зрителей.

Устройство светодиодного экрана

Существует несколько способов объединения светодиодов в пиксели, называемые пиксельной конфигурацией. На сегодняшний день, используется два основных: DIP и SMD.
Устройство светодиодного экрана

Конфигурация DIP - это принцип имплантирования каждого диода в монтажную плату в своем собственном корпусе. Благодаря тому, что один пиксель формируется из ряда светодиодов, увеличивается надежность и общий уровень яркости экрана.
Устройство светодиодного экрана

Модули конфигурации DIP чаще всего используются в уличных светодиодных экранах, они обладают повышенной яркостью, усиленной маской защиты от механических повреждений, устойчивы к отрицательным температурам, влаго- и пылезащищены. Кроме того, имеют хорошую стабильность цвета и работают по технологии виртуальных пикселей, которая позволяет образовывать, так называемый, «виртуальный пиксель» - физически его нет, но для человеческого глаза создается иллюзия его присутствия. Благодаря этому, появляется возможность улучшить резкость в несколько раз, и сделать изображение более детальным и реалистичным. К недостаткам DIP модулей можно отнести малый угол обзора.
Устройство светодиодного экрана

Угол обзора - это угол, в пределах которого зритель наблюдает яркость изображения от 50% до 100%. Максимальное значение яркости будет в том случае, если на плоскость экрана смотреть перпендикулярно. Для экранов конфигурации DIP угол обзора составляет 120 градусов по горизонтали и 60 градусов по вертикали, для SMD конфигурации 120 градусов по горизонтали и 120 градусов по вертикали.
Устройство светодиодного экрана

Конфигурация SMD. Это последняя разработка значительно повлиявшая на устройство светодиодного экрана. Её отличительная особенность заключается в том, что три разных по цвету светодиода объединяются в один корпус, иногда их обозначают RGB (3 в 1). Технология SMD обеспечивает более качественную и четкую цветопередачу. Они применяются обычно для светодиодных экранов с небольшим шагом пикселя внутри помещений - концертных и спортивных залах, телестудиях, вокзалах и аэропортах. Пиксели конфигурации SMD, как правило, имеют меньшую яркость, она составляет примерно 1200-3000 кд/м2, в отличии от яркости пикселей конфигурации DIP (6000-10000 кд/м2), но этого для использования внутри помещений достаточно, иначе зрителей будет слепить. Они обладают более низким электропотреблением, они тоньше, и соответственно легче, обладают хорошей стабильностью цвета, большим углом обзора, насыщенной палитрой цветов. В последнее время данная технология получила распространение и на светодиодные экраны уличного применения.
Устройство светодиодного экрана

Светодиоды имплантированные в монтажную плату по технологии DIP и SMD образуют светодиодный модуль, но об этом в следующей статье рассматривающей устройство светодиодного экрана: «Светодиодные модули и кабинеты».