Wstęp
W nowoczesnej technologii cyfrowej ekrany LED stały się wszechobecne, od smartfonów po billboardy zewnętrzne, od telewizorów domowych po wyświetlacze komercyjne. Technologia LED podbiła różne dziedziny zastosowania o doskonałej wydajności jasności i wskaźnika efektywności energetycznej. Jasność ekranów LED nie tylko wpływa bezpośrednio na doświadczenie oglądania, ale także wpływa na zużycie energii, komfort oczu i widoczność w różnych środowiskach. W tym artykule kompleksowo zbada wszystkie aspekty jasności ekranu LED, w tym jednostki pomiarowe, czynniki wpływające, techniki dostosowywania i zalecenia dotyczące aplikacji w różnych scenariuszach, aby pomóc klientom w głębokim zrozumieniu tego kluczowego parametru technicznego.
Podstawowe pojęcia jasności ekranu LED
Jaka jest jasność ekranu LED
Jasność ekranu LED odnosi się do świetlnego strumienia emitowanego przez urządzenie wyświetlające na jednostkę, co jest po prostu „jasność” ekranu postrzeganego przez ludzkie oko. Z technicznego punktu widzenia jasność to intensywność światła na jednostkę powierzchni świetlistej powierzchni w określonym kierunku, który określa widoczność ekranu pod zakłóceniami światła otoczenia i żywą wyświetlaczem obrazu.
W przeciwieństwie do tradycyjnych ekranów LCD, które używają podświetleń, każdy piksel ekranu LED jest niezależnym źródłem światła (lub opiera się na lokalnym ściemnianiu), które umożliwia LED osiągnięcie wyższych poziomów jasności i dokładniejszą kontrolę jasności. Ta charakterystyka samozadowolenia jest kluczem do wyższości technologii LED nad innymi technologiami wyświetlania w zakresie jasności.
Jednostka pomiaru jasności
Jasność ekranu LED jest zwykle mierzona w NITS lub CD\/M² (Uwaga: 1NITS =1 CD\/m²). Ta jednostka reprezentuje natężenie światła promieniowane na metr kwadratowy powierzchni ekranu. Aby bardziej intuicyjnie zrozumieć tę jednostkę:
Jasność zwykłych wyświetlaczy LED wewnętrznych jest zwykle pomiędzy nitami 200-600
Jasność ekranów wewnętrznych LED o dużej jasności może dotrzeć do 1000-4000
Jasność ekranów reklamowych na zewnątrz może być tak wysoka jak 5000-10000
Dla porównania, jasność powierzchni tradycyjnych lamp żarowych wynosi około 10 milionów nitów, podczas gdy jasność czystego nieba wynosi około 8000 NITS, co wyjaśnia, dlaczego wyświetlacze na zewnątrz wymagają wyjątkowo wysokiej jasności, aby pozostać widoczna w świetle dziennym.
Różnica między jasnością a powiązanymi koncepcjami optycznymi
Jasność jest często mylona z innymi koncepcjami optycznymi podczas omawiania technologii wyświetlania. Ważne jest, aby wyraźnie rozróżnić:
Jasność\/luminancja: Jak wspomniano powyżej, odnosi się do intensywności światła emitowanej na jednostkę powierzchni wyświetlacza, mierzone w gnitach
Strumień świetlisty: całkowita widzialna moc światła emitowana przez źródło światła, mierzone w LM
Iluminacja: strumień Luminous napromieniowany na jednostce powierzchni, mierzony w Lux
Kontrast: stosunek najjaśniejszego obszaru do najciemniejszego obszaru ekranu
Zrozumienie różnicy między tymi koncepcjami pomaga dokładniej ocenić wydajność urządzeń wyświetlanych. Na przykład dwa ekrany mogą mieć tę samą szczytową jasność, ale różne współczynniki kontrastu, a faktyczne wrażenia z oglądania będzie znacznie różne.
Czynniki wpływające na jasność ekranów LED
Technologia chipów LED
Jakość i technologia samego układu LED bezpośrednio wpływają na potencjał jasności ekranu. Obecne typy LED głównego nurtu obejmują:
Zwykła dioda LED: używana we wczesnych ekranach LED, o ograniczonej jasności
LED wysokiej jasności (HB LED): Jasność może osiągnąć 2-3 czasy zwykłej diody LED
Mikroled: Emerging Technology, każdy piksel to mikrolowy, który może osiągnąć wyjątkowo wysoką jasność
OLED: Chociaż należy również do technologii diod emitujących światło, zasada jest inna, a jasność jest zwykle niższa niż w przypadku tradycyjnej diody LED.
Postęp na nauce materialnej układów (takich jak LED na bazie azotku galu) znacznie poprawił wydajność jasności. Na przykład nowoczesne układy LED mogą zapewnić ponad 50% wyższą jasność niż produkty dziesięć lat temu przy tym samym zużyciu energii.
Prąd i napięcie jazdy
Jasność diody LED jest w przybliżeniu liniowa z jego prądem napędowym (właściwie superliniowa relacja). Zwiększenie prądu może zwiększyć jasność, ale przyniesie to trzy problemy:
Redukcja wydajności: Gdy prąd przekroczy optymalny punkt operacyjny, efektywność konwersji elektrooptycznej zmniejszy się
Wzrost ogrzewania: Nadmiar energii jest rozpraszany w postaci ciepła, co może wpływać na żywotność
Przesunięcie kolorów: Wysoki prąd może spowodować zmianę temperatury kolorów LED
Dlatego wysokiej jakości ekrany LED dokładnie będą kontrolować prąd napędowy, aby osiągnąć równowagę między jasnością, wydajnością i długością życia. Puls
Technologia modulacji szerokości (PWM) jest często stosowana do dostosowania jasności bez zmiany prądu.
Gęstość pikseli i stosunek przysłony
Gęstość pikseli (PPI) i stosunek przysłony (odsetek rzeczywistego obszaru świetlnego w każdym pikselu) na ekranie również wpływają na jasność:
Wysokie ekrany PPI mają małe piksele, więc jasność pojedynczej diody LED jest ograniczona
Niskie ekrany PPI mogą mieć większe diody LED i wyższą jasność
Projekty o wysokich stosunkach otworów pozwalają na przejście większej ilości światła, zwiększając skuteczną jasność
Nowoczesne projekty ekranu poprawiają wydajność jasności poprzez optymalizację układów pikseli (takich jak RGBW, Pentile itp.), Zwiększając postrzeganą jasność bez zwiększania zużycia energii.
Projekt rozproszenia ciepła
Stabilność jasności diody LED jest ściśle związana z temperaturą. Dobry projekt rozpraszania ciepła może:
Utrzymuj wysoką jasność i ciągłą moc wyjściową
Zapobiegaj rozkładowi jasności (rozkład światła)
Przedłużyć żywotność ekranu
Wysokiej klasy ekrany LED wykorzystują rury cieplne, ciepła grafenowe, a nawet aktywne systemy chłodzenia wentylatora, aby poradzić sobie z ciepłem spowodowanym wysoką jasnością. Na przykład, gdy niektóre monitory klasy profesjonalnej działają z maksymalną jasnością, temperatura tylna może osiągnąć ponad 75 stopni. Bez dobrego rozpraszania ciepła nie można utrzymać stabilnej wydajności.
Pomiar i standardy jasności ekranu LED
Metoda pomiaru jasności
Profesjonalny pomiar jasności ekranu LED wymaga zastosowania fotometru lub spektroradiometru, zgodnie z następującymi standardowymi krokami:
Wyświetl pełny biały ekran na ekranie (zwykle 100% APL)
Umieść przyrząd pomiarowy w określonej odległości (zwykle 3 razy większa niż wysokość ekranu)
Zmierz jasność środka i wiele punktów krawędzi ekranu
Obliczyć średnią wartość jako nominalną jasność
Należy zauważyć, że wielu producentów oznacza „szczytową jasność” (najwyższą wartość, którą można osiągnąć na małym obszarze), a nie na pełnym ekranie ciągłej jasności, co może spowodować, że rzeczywiste doświadczenie jest niezgodne z oczekiwaniami.
Standardy jasności branży
Ekrany LED w różnych dziedzinach aplikacji mają odpowiednie standardy jasności:
Elektronika konsumpcyjna:
Smartfony: 500-1200 (do 1600+ w trybie HDR)
Tabletki: 400-600 nity
Laptops: 250-500 nity
TVS: 200-1000 nity (do 4000 dla modeli HDR)
Wyświetlacze komercyjne:
Wewnętrzne oznakowanie cyfrowe: 1000-2500
Pół-outdoor wyświetla: 2500-5000 NITS
Outdoorowe ekrany pełne kolory: 5000-10000+
Profesjonalne aplikacje:
Medical Diagnostic wyświetla: 1000-2000
Monitory na poziomie transmisji: 1000-4000 NITS
Referencja HDR na poziomie filmu wyświetla: 1000-4000 NITS
Ocena jednolitości jasności
Wysokiej jakości ekran LED musi mieć nie tylko wysoką jasność, ale także jednolitość dobrej jasności. Przemysł zwykle wykorzystuje dwa wskaźniki do oceny:
Jednolitość jasności: maksymalne odchylenie jasności w różnych obszarach ekranu
Produkty klasy konsumenckiej: zwykle wymagają<10-15%
Produkty profesjonalne:<5%
Jednomości chromu: spójność kolorów na różnych poziomach jasności
Wysokiej klasy wyświetlacze wykorzystują technologię kompensacji jasności, aby osiągnąć doskonałą jednolitość poprzez kalibrowanie wyjścia każdej diody LED, co jest szczególnie ważne w polach medycznych i projektowych.
Regulacja i kontrola jasności ekranu LED
Automatyczna technologia regulacji jasności
Nowoczesne urządzenia LED mają na ogół funkcję automatycznej regulacji jasności, która jest głównie wdrażana na następujące sposoby:
Czujnik światła otoczenia: mierzy otaczającą intensywność światła i automatycznie dostosowuje jasność ekranu
Treść adaptacyjna jasność: dynamicznie optymalizuje jasność zgodnie z charakterystyką wyświetlonej zawartości
Czas\/lokalizacja adaptacyjna: dostosowuje jasność zgodnie z warunkami słonecznymi obliczonymi na podstawie czasu i położenia geograficznego
Technologie te nie tylko poprawiają komfort oglądania, ale także znacznie oszczędzają moc. Na przykład smartfony automatycznie zmniejszają jasność do poniżej 50 nitów w ciemnych środowiskach, które mogą chronić oczy i wydłużyć żywotność baterii.
Związek między jasnością a zużyciem energii
Zużycie energii na ekranach LED jest zasadniczo liniowo związane z jasnością, ale istnieją różnice między różnymi technologiami:
Tradycyjne podświetlenie LED LCD: Na każde 100 nitów wzrost jasności zużycie energii wzrasta o około 1-2 w
OLED Ekran: Zużycie energii wzrasta znacznie znacznie przy dużej jasności
Mikroled: Oczekuje się, że utrzyma wysoką wydajność energetyczną przy dużej jasności
W rzeczywistości dostosowanie jasności telewizji z maksimum do umiarkowanego (takie jak 300 nitów) może zaoszczędzić 30-50% energii elektrycznej, dlatego certyfikaty takie jak Star Energy Star podkreślają wydajność jasności.
Regionalna technologia ściemniania
Wysokiej klasy ekrany LED wykorzystują regionalną technologię ściemniaczy w celu poprawy kontrastu i efektywności energetycznej:
Pełna tablica lokalne przyciemnienie: podświetlenie jest podzielone na dziesiątki na setki niezależnych obszarów
Mikro lokalne przyciemnienie: bardziej wyrafinowana kontrola partycji, do tysięcy obszarów
Ściągnięcie na poziomie pikseli: cecha OLED i mikroledów, każdy piksel można włączyć i wyłączać niezależnie
Technologie te pozwalają ekranowi wysłać pełną moc w części, która musi być jasna, i zmniejszyć lub wyłączyć jasność w ciemnym obszarze, osiągając w ten sposób wyższy zakres dynamiczny i niższe całkowite zużycie energii. Na przykład podczas wyświetlania obrazu Gwiezdnego Sky zostaną wyróżnione tylko piksele, w których znajdują się gwiazdy, a reszta obszaru będzie całkowicie ciemna.
Wymagania dotyczące jasności w różnych scenariuszach aplikacji
Domowa rozrywka audiowizualna
W przypadku telewizorów LED i monitorów używanych w domu wybór jasności powinien rozważyć:
Zwykłe salon: 200-400 nity (z zasłonami do kontrolowania światła)
Jasny salon: 400-600 nity (na światło dzienne)
HDR Content Uznanie: co najmniej 600 nitów, idealnie 1000+ nity
Darkroom Theatre: 100-300 nity (zbyt wysoka jasność może łatwo spowodować zmęczenie)
Warto zauważyć, że postrzeganie jasności przez ludzkie oko pod różnym światłem otoczenia jest nieliniowe. W ciemnym pokoju 100 nity białych może wyglądać wystarczająco jasno, podczas gdy w bezpośrednim świetle słonecznym 1000 nitów może wydawać się przyciemnione.
Urządzenia mobilne
Smartfony i tablety napotykają bardziej złożone środowiska światła, więc potrzebują:
Użycie wewnętrzne: 200-400
Podstawowa widoczność na zewnątrz: 500-800 NITS
Wyczyść w bezpośrednim świetle słonecznym: 1000-1600+
Zawartość HDR: Instananit Peak może osiągnąć 1600-2000 nity
Nowoczesne flagowe telefony wykorzystują technologię jasności wzbudzenia, która może znacznie zwiększyć jasność przez krótki czas, gdy wykryto silne światło (zwykle przez kilka minut, aby zapobiec przegrzaniu). Jest to również różnica między „szczytową jasnością” naznaczoną przez producenta a rzeczywistą ciągłą jasnością.
Wyświetlacze komercyjne i zewnętrzne
Wyświetlacze komercyjne mają specjalne wymagania dotyczące jasności:
Wewnętrzne oznakowanie cyfrowe: 1000-2500 nity (przeciw oświetleniu centrum handlowego)
Wyświetlacz okna: 2500-4000 nity (aby poradzić sobie z odbiciem szkła)
Póła-outdoor (objęty): 4000-6000
Full Outdoor (Direct Sunlight): 6000-10000+
Wyświetlacze na zewnątrz muszą również rozważyć spójność jasności pod różnymi kątami i zapobiec wzrostowi temperatury spowodowanej bezpośrednim światłem słonecznym. Niektóre wysokiej klasy ekrany zewnętrzne wykorzystują automatyczną regulację jasności i zmniejszają jasność w nocy, aby uniknąć zanieczyszczenia światłem.
Profesjonalne aplikacje
Profesjonalne pola mają bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące jasności:
Postprodukcja obrazu: 1000 nitów (poziom odniesienia HDR)
Diagnoza medyczna: 1000-2000 nity (aby zapewnić widoczne szczegóły)
Aviation Electronics: 1000+ nity (aby poradzić sobie z silnym światłem w kokpicie)
Projekt przemysłowy: 500-1000 NITS (w celu dokładnej oceny tekstury materiału)
Zastosowania te zwykle wymagają również ścisłej stabilności jasności i jednolitości. Profesjonalne wyświetlacze będą miały wbudowane funkcje kontroli temperatury i kalibrację w czasie rzeczywistym, aby utrzymać precyzyjne wyjście jasności.
Przyszłe trendy rozwoju jasności ekranu LED
Trasa techniczna do poprawy jasności
Jasność ekranu LED nadal się przebija, a główne kierunki techniczne obejmują:
Innowacje materialne: takie jak poprawa wydajności azotku galu indu LED (Ingan)
Optymalizacja strukturalna: nowe struktury, takie jak Flip Chip i cienki warstwowy chip Rukuj utratę światła
Kwantowa Ulepszenie kropki: Warstwa kropki kwantowej wydajnie przekształca niebieskie światło w światło RGB o wyższej jasności
Struktura układania w stosy: taka jak podwójna struktura stosu Samsunga, aby zwiększyć limit jasności
Prototypy Micro LED w laboratorium osiągnęły jasność ponad 1 miliona nitów (dla specjalnych aplikacji), a produkty konsumenckie mają zobaczyć 4000-10000 NITs w kolejnych standardach 3-5 lat.
Wysoka jasność i technologia HDR
Popularność zawartości wysokiego zakresu dynamicznego (HDR) spowodowała popyt na wyższą jasność:
HDR10 Standard: Wymaga co najmniej 1000 nitów szczytowych jasności
Dolby Vision: obsługuje opanowanie do 4000 nitów
HDR 10+: Metadane dynamiczne optymalizuje wydajność jasności w różnych scenach
Przyszły rozwój technologii HDR może wymagać:
Wyższa szczytowa jasność (4000-10000 nity)
Bardziej wyrafinowana kontrola jasności (takie jak 12- bit lub 16- dokładność jasności)
Mądrzejsze mapowanie jasności sceny
Równowaga między jasnością a efektywnością energetyczną
Wraz ze wzrostem świadomości środowiskowej poprawa jasności musi uwzględniać efektywność energetyczną:
Ulepszenie wydajności: od obecnego 50 lm\/w do ponad 100 lm\/w
Inteligentna regulacja: dokładniejsza kontrola jasności oparta na treści i środowisku
Nowe materiały: Oczekuje się, że takie jak diody Perovskite osiągną wyższą wydajność
Optymalizacja systemu: kompleksowy projekt efektywności energetycznej od układów do obwodów sterowników
System etykietowania energii UE zaczął obejmować oceny efektywności energetycznej dla urządzeń wyświetlanych, co skłoni producentów do dążenia do wysokiej jasności, nie ignorując problemów zużycia energii.
Zdrowie ludzkiego oka i wygodna jasność
Wraz ze wzrostem uwagi na zdrowie ekranu technologia jasności również zwróci większą uwagę na:
Kontrola niebieskiego światła: zmniejszenie szkodliwego niebieskiego światła przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej jasności
Dynamiczna adaptacja: automatyczna regulacja jasności, która jest bardziej zgodna z ludzkim rytmem okołodobowym
Ulga zmęczeniowa: Optymalizacja krzywej zmiany jasności w celu zmniejszenia zmęczenia oczu
Badania czytelności: określanie optymalnego zakresu jasności dla osób w różnym wieku
W przyszłości „Certyfikacja zdrowej jasności” może wydawać się oceniać przyjazność na oczy w różnych scenariuszach użytkowania.
Powszechne problemy i nieporozumienia dotyczące jasności ekranu LED
Czy jasność jest wyższa?
Jest to powszechne nieporozumienie konsumentów. W rzeczywistości optymalna jasność zależy od:
Oglądanie środowiska: ciemne środowisko wymaga niższej jasności
Typ treści: Różne wymagania dotyczące czytania tekstu i przeglądania wideo
Czas oglądania: długoterminowe oglądanie jest odpowiednie dla niższej jasności
Wrażliwość osobista: Różni ludzie mają różne tolerancje na jasność
Ślepe dążenie do maksymalnej jasności może prowadzić do:
Niepotrzebne odpady energetyczne
Przyspieszone starzenie ekranu
Zmęczenie oka, a nawet uszkodzenie
Zmniejszona dokładność koloru (wiele ekranów ma poważniejsze odchylenie kolorów przy maksymalnej jasności)
„Sztuczki” w etykietowaniu jasności producenta
Konsumenci powinni zwrócić uwagę na kilka typowych sytuacji w etykietowaniu jasności producenta:
Szczytowa jasność: reprezentuje tylko wartość, którą można osiągnąć krótko w bardzo małym obszarze ekranu
Idealne warunki laboratoryjne: trudne do utrzymania w rzeczywistości
Specjalny tryb testowy: takie jak dane mierzone przez wyłączenie wszystkich obwodów przetwarzania obrazu
Różnice między HDR i SDR: jasność trybu HDR może być znacznie wyższa niż w trybie normalnym
Zaleca się odwołanie się do danych „pełnego ekranu ciągłości” i „prawdziwej jasności sceny” w profesjonalnych ocenach, a nie tylko patrzenie na wartość nominalną producenta
Konsekwencje niewłaściwej ustawienia jasności
Niewłaściwe ustawienie jasności może powodować różne problemy:
Zbyt wysoka jasność:
Zmęczenie i suchość oka
Zakłócać wydzielanie melatoniny w nocy
Skróć żywotność baterii urządzenia
Przyspieszaj starzenie się ekranu OLED (ryzyko wypalenia ekranu)
Zbyt niska jasność:
Szczegóły są utracone, szczególnie w ciemnych obszarach
Nie można wyraźnie zobaczyć treści w silnym świetle
Może prowadzić do niewłaściwej pozycji oglądania (zbliżaj się do ekranu)
Związek między jasnością a życiem ekranowym
Ustawienie jasności ekranu LED wpływa bezpośrednio na jego żywotność:
Wysoka jasność przyspiesza starzenie się: szczególnie w przypadku ekranów OLED, wysoka jasność przyspieszy degradację materiałów organicznych
Nierównomierność jasność prowadzi do potem: długoterminowy stały wyświetlacz wysokiej jasności w środowisku statycznym jest podatny na wypalenie ekranu
Efekt temperatury: Wysoka jasność przynosi wysoką temperaturę, dalsze skracanie życia
Zaleca się ustawienie maksymalnej jasności na 50-70% do codziennego użytku i używać najwyższej jasności tylko przez krótki czas podczas oglądania zawartości HDR lub w silnym środowisku lekkim.
Zalecenia dotyczące optymalizacji jasności ekranów LED
Ustawienia jasności urządzeń wyświetlających dom
Do różnych scenariuszy zaleca się następujące ustawienia jasności:
LCD\/LED TV:
Przeglądanie ciemnego pokoju: 30-50% jasność (około 150-250 nits)
Zwykłe salon: 50-70% jasność (około 250-350 nits)
Jasny salon: 70-90% jasność (około 350-500 nity)
Treść HDR: automatycznie włączona (krótkoterminowa szczytowa jasność)
Monitor komputerowy:
Biuro tekstowe: 120-150 NITS
Przetwarzanie obrazu: skalibrowane zgodnie z światłem otoczenia (zwykle 150-250 nity)
Game Entertainment: 200-300
Smartfon:
Halowy automatyczny: 150-300
Outdoor: Pozwól automatycznej wysokiej jasności
Tryb nocny:<100 nits (preferably with blue light filtering turned on)
Kalibracja jasności dla profesjonalnych aplikacji
W przypadku pracy wrażliwej na kolory zaleca się:
Użyj profesjonalnych instrumentów kalibracji (takich jak X-Rite I1Display)
Kalibracja jasności zgodnie ze standardami branżowymi:
Projekt wydruku: 120cd\/m²
Edycja wideo: 100-120 nits (rec.709)
Produkcja HDR: Zgodnie z głównym standardem (zwykle 1000 nitów)
Regularna realibracja (miesięczna lub kwartalna)
Upewnij się, że światło otoczenia spełnia standard roboczy (taki jak 500LUX)
Dopasowanie jasności do środowiska oglądania
Aby zoptymalizować wrażenia z oglądania, należy wziąć pod uwagę wpływ światła otoczenia:
Zmierz jasność otoczenia: użyj prostej aplikacji światła lub telefonu komórkowego
Zasada jasności ekranu: około 1\/3 do 1\/10 oświetlenia światła otoczenia
Na przykład 300LUX Agtherght Light odpowiada 100-30 jasności ekranu NIT
Unikaj bezpośrednich odbicia: dostosuj kąt ekranu, aby uniknąć okien\/świateł
Jednolite światło otoczenia: Unikaj silnego kontrastu między światłem i ciemnością, który powoduje zmęczenie oczu
Równowaga między oszczędnością energii a zdrowiem oczu
Strategia jasności, która uwzględnia zarówno komfort, jak i oszczędność energii:
Wykorzystaj automatyczną regulację jasności jak najwięcej
Włącz filtrowanie niebieskiego światła i zmniejsz jasność w nocy
Używaj średniej jasności + dużych czcionek zamiast małych czcionek podczas pracy
Wyłącz odpowiednie tryby o dużej jasności, gdy nie ogląda treści HDR
Zrób regularne przerwy (postępuj zgodnie z regułą 20-20-20)
