Introduzione
Nella moderna tecnologia di display digitale, gli schermi a LED sono diventati onnipresenti, dagli smartphone ai cartelloni pubblicitari all'aperto, dai televisori a casa ai display commerciali. La tecnologia a LED ha conquistato vari campi di applicazione con le sue eccellenti prestazioni di luminosità e il suo rapporto di efficienza energetica. La luminosità degli schermi a LED non solo influisce direttamente sull'esperienza di visualizzazione, ma influenza anche il consumo di energia, il comfort degli occhi e la visibilità in diversi ambienti. Questo articolo esplorerà in modo completo tutti gli aspetti della luminosità dello schermo a LED, comprese le unità di misurazione, i fattori di influenza, le tecniche di regolazione e le raccomandazioni dell'applicazione in diversi scenari, per aiutare i clienti a comprendere profondamente questo parametro tecnico chiave.
Concetti di base della luminosità dello schermo a LED
Cos'è la luminosità dello schermo a LED
La luminosità dello schermo a LED si riferisce al flusso luminoso emesso dal dispositivo di visualizzazione per unità di area, che è semplicemente la "luminosità" dello schermo percepito dall'occhio umano. Da un punto di vista tecnico, la luminosità è l'intensità della luce per unità di area della superficie luminosa in una direzione specifica, che determina la visibilità dello schermo sotto l'interferenza della luce ambientale e la vividazza del display dell'immagine.
A differenza delle tradizionali schermi LCD che utilizzano le retroilluminazione, ogni pixel dello schermo a LED è una fonte di luce indipendente (o si basa su difiggimento locale), che consente ai LED di raggiungere livelli di luminosità più elevati e un controllo della luminosità più preciso. Questa caratteristica auto-luminosa è la chiave per la superiorità della tecnologia LED rispetto ad altre tecnologie di visualizzazione nelle prestazioni di luminosità.
Unità di misurazione per luminosità
La luminosità dello schermo a LED viene generalmente misurata in NITS o CD\/M² (NOTA: 1NITS =1 CD\/M²). Questa unità rappresenta l'intensità della luce irradiata per metro quadrato della superficie dello schermo. Per capire questa unità in modo più intuitivo:
La luminosità dei normali visualizzazioni di LED interno è generalmente tra 200-600
La luminosità degli schermi indoor LED ad alta luminosità può raggiungere 1000-4000
La luminosità degli schermi pubblicitari esterni può essere alta quanto 5000-10000
In confronto, la luminosità superficiale delle tradizionali lampade a incandescenza è di circa 10 milioni di nit, mentre la luminosità di un cielo limpido è di circa 8000 nette, il che spiega perché i display esterni richiedono una luminosità estremamente elevata per rimanere visibili alla luce del giorno.
La differenza tra luminosità e concetti ottici correlati
La luminosità è spesso confusa con altri concetti ottici quando si discute della tecnologia di visualizzazione. È importante distinguere chiaramente:
Luminosità\/luminanza: come menzionato sopra, si riferisce all'intensità della luce emessa per unità di area della superficie del display, misurata in NITS
Flusso luminoso: la potenza di luce visibile totale emessa dalla sorgente luminosa, misurata in LM
Illuminanza: il flusso luminoso irradiato su un'area unitaria della superficie, misurato in Lux
Contrasto: il rapporto tra l'area più luminosa e l'area più buia dello schermo
Comprendere la differenza tra questi concetti aiuta a valutare in modo più accurato le prestazioni dei dispositivi di visualizzazione. Ad esempio, due schermi possono avere la stessa luminosità di picco ma rapporti di contrasto diversi e l'esperienza di visione effettiva sarà significativamente diversa.
Fattori che influenzano la luminosità degli schermi a LED
Tecnologia dei chip a LED
La qualità e la tecnologia del chip LED stesso influenzano direttamente il potenziale di luminosità dello schermo. Gli attuali tipi LED tradizionali includono:
LED ordinario: utilizzato nei primi schermi a LED, con luminosità limitata
LED ad alta luminosità (LED HB): la luminosità può raggiungere 2-3 volte quella di Ordinary LED
Microld: una tecnologia emergente, ogni pixel è un microling, che può ottenere una luminosità estremamente elevata
OLED: sebbene appartenga anche alla tecnologia dei diodi a emissione di luce, il principio è diverso e la luminosità è generalmente inferiore a quella del LED tradizionale.
Anche il progresso scientifico materiale dei chip (come LED a base di nitruro di gallio) ha notevolmente migliorato l'efficienza della luminosità. Ad esempio, i moderni chip a LED possono fornire una luminosità più alta del 50% rispetto ai prodotti dieci anni fa allo stesso consumo di energia.
Guidare la corrente e la tensione
La luminosità del LED è approssimativamente lineare con la sua corrente di guida (in realtà una relazione superlineare). L'aumento della corrente può aumentare la luminosità, ma questo porterà tre problemi:
Riduzione dell'efficienza: quando la corrente supera il punto operativo ottimale, l'efficienza di conversione elettro-ottica diminuirà
Aumento del riscaldamento: l'energia in eccesso viene dissipata sotto forma di calore, che può influire sulla durata della vita
Spostamento del colore: la corrente alta può causare la temperatura del colore del LED
Pertanto, gli schermi a LED di alta qualità controlleranno accuratamente la corrente di guida per trovare un equilibrio tra luminosità, efficienza e durata della vita. Impulso
La tecnologia di modulazione della larghezza (PWM) viene spesso utilizzata per regolare la luminosità senza cambiare la corrente.
Densità pixel e rapporto apertura
La densità dei pixel (PPI) e il rapporto di apertura (la proporzione dell'area luminosa effettiva in ciascun pixel) dello schermo influisce anche sulla luminosità:
Gli schermi PPI elevati hanno piccoli pixel, quindi la luminosità di un singolo LED è limitata
Gli schermi PPI bassi possono avere LED più grandi e una maggiore luminosità
I progetti con rapporti di apertura elevati consentono di passare più luce, aumentando l'efficace luminosità
I moderni progetti di schermo migliorano l'efficienza della luminosità ottimizzando le disposizioni dei pixel (come RGBW, Pentile, ecc.), Aumentare la luminosità percepita senza aumentare il consumo di energia.
Design di dissipazione del calore
La stabilità della luminosità del LED è strettamente correlata alla temperatura. Un buon design di dissipazione del calore può:
Mantieni l'alta luminosità e la produzione continua
Prevenire il decadimento della luminosità (decadimento della luce)
Estendere la vita dello schermo
Gli schermi a LED di fascia alta utilizzano tubi di calore, dissipatori di calore di grafene e persino sistemi di raffreddamento alla ventola attivi per gestire il calore causato dall'elevata luminosità. Ad esempio, quando alcuni monitor di livello professionale lavorano alla massima luminosità, la temperatura di fondo può raggiungere oltre 75 gradi. Senza una buona dissipazione del calore, le prestazioni stabili non possono essere mantenute.
Misurazione e standard di luminosità dello schermo a LED
Metodo di misurazione della luminosità
La misurazione professionale della luminosità dello schermo a LED richiede l'uso di un fotometro o uno spettroradiometro, seguendo i seguenti passaggi standard:
Visualizza uno schermo bianco completo sullo schermo (di solito APL al 100%)
Posizionare lo strumento di misurazione a una distanza specificata (di solito 3 volte l'altezza dello schermo)
Misura la luminosità del centro e i più punti di bordo dello schermo
Calcola il valore medio come luminosità nominale
Va notato che molti produttori segnano la "luminosità di picco" (il valore più alto che può essere raggiunto in una piccola area) piuttosto che la luminosità continua a schermo intero, che può causare l'esperienza reale incoerente con le aspettative.
Standard di luminosità del settore
Gli schermi a LED in diversi campi di applicazione hanno standard di luminosità corrispondenti:
Elettronica di consumo:
Smartphones: 500-1200 (fino a 1600+ in modalità HDR)
Tablet: 400-600 nits
Laptop: 250-500 nits
TVS: 200-1000 nits (fino a 4000 per i modelli HDR)
Display commerciali:
Signage digitale indoor: 1000-2500 nits
Semi-outdoor display: 2500-5000 nits
Schermate a colori all'aperto: 5000-10000+ nits
Applicazioni professionali:
Visuali diagnostici medici: 1000-2000 nits
Monitor a livello di trasmissione: 1000-4000 nits
Riferimenti HDR a livello di film: 1000-4000 nits
Valutazione dell'uniformità della luminosità
Uno schermo a LED di alta qualità non deve solo avere un'elevata luminosità, ma anche una buona uniformità della luminosità. L'industria di solito utilizza due indicatori per la valutazione:
Uniformità della luminosità: la massima deviazione percentuale della luminosità in diverse aree dello schermo
Prodotti di livello consumer: di solito richiedono<10-15%
Prodotti di livello professionale:<5%
Uniformità Chroma: coerenza del colore a diversi livelli di luminosità
I display di fascia alta utilizzano la tecnologia di compensazione della luminosità per ottenere una perfetta uniformità calibrando la produzione di ciascun LED, che è particolarmente importante nei campi medici e di progettazione.
Regolazione e controllo della luminosità dello schermo a LED
Tecnologia di regolazione della luminosità automatica
I moderni dispositivi a LED hanno generalmente una funzione di regolazione della luminosità automatica, che è principalmente implementata nei seguenti modi:
Sensore di luce ambientale: misura l'intensità della luce circostante e regola automaticamente la luminosità dello schermo
Contenuto luminosità adattativa: ottimizza dinamicamente la luminosità in base alle caratteristiche del contenuto visualizzato
Adattivo tempo\/posizione: regola la luminosità in base alle condizioni del sole calcolate in base al tempo e alla posizione geografica
Queste tecnologie non solo migliorano il comfort di visualizzazione, ma salvano anche significativamente la potenza. Ad esempio, gli smartphone riducono automaticamente la luminosità a meno di 50 nit in ambienti scuri, che possono proteggere gli occhi ed estendere la durata della batteria.
Relazione tra luminosità e consumo di energia
Il consumo energetico degli schermi a LED è sostanzialmente linearmente correlato alla luminosità, ma ci sono differenze tra diverse tecnologie:
LCD LED LED tradizionale LCD: Per ogni 100 nit aumenta di luminosità, il consumo di energia aumenta di circa 1-2 W
Schermo OLED: il consumo di energia aumenta in modo più significativo ad alta luminosità
Microld: si prevede che manterrà un'elevata efficienza energetica ad alta luminosità
Nell'uso effettivo, la regolazione della luminosità TV da massimo a moderato (come 300 nit) può salvare 30-50% dell'elettricità, motivo per cui certificazioni come Energy Star enfatizzano l'efficienza della luminosità.
Tecnologia di oscuramento regionale
Gli schermi a LED di fascia alta utilizzano la tecnologia di oscuramento regionale per migliorare il contrasto e l'efficienza energetica:
Array completo Dimming locale: la retroilluminazione è divisa in dozzine in centinaia di aree controllate indipendentemente
Dimming micro locale: controllo delle partizioni più raffinato, fino a migliaia di aree
Dimming a livello di pixel: una caratteristica di OLED e microled, ogni pixel può essere acceso e spento in modo indipendente
Queste tecnologie consentono allo schermo di produrre piena potenza nella parte che deve essere luminosa e ridurre o spegnere la luminosità nell'area scura, raggiungendo così un intervallo dinamico più elevato e un consumo energetico complessivo inferiore. Ad esempio, quando si visualizza un'immagine di cielo stellato, verranno evidenziati solo i pixel in cui si trovano le stelle e il resto dell'area sarà completamente scuro.
Requisiti di luminosità in diversi scenari di applicazione
Intrattenimento audiovisivo domestico
Per TV e monitor a LED utilizzati a casa, la selezione della luminosità dovrebbe considerare:
Ordinary Living Room: 200-400 nits (con tende per controllare la luce)
Bright Living Room: 400-600 nits (per la luce del giorno)
Apprezzamento del contenuto HDR: almeno 600 nit, idealmente 1000+
Darkroom Theatre: 100-300 nits (una luminosità troppo alta può facilmente causare affaticamento)
Vale la pena notare che la percezione dell'occhio umano della luminosità sotto la luce ambientale diversa è non lineare. In una stanza buia, 100 nits di bianco possono sembrare abbastanza luminose, mentre alla luce del sole diretta, 1000 nits possono apparire in filo.
Dispositivi mobili
Gli smartphone e i tablet affrontano ambienti di luce più complessi, quindi hanno bisogno di:
Uso indoor: 200-400 nits
Visibilità di base all'aperto: 500-800 nits
Clear in Direct Sunlight: 1000-1600+ nits
Contenuto HDR: il picco istantaneo può raggiungere 1600-2000 nits
I moderni telefoni di punta usano la tecnologia di luminosità dell'eccitazione, che può aumentare notevolmente la luminosità per un breve periodo di tempo in cui viene rilevata una forte luce (di solito per alcuni minuti per prevenire il surriscaldamento). Questa è anche la differenza tra la "luminosità di picco" contrassegnata dal produttore e la luminosità continua effettiva.
Display commerciali ed esterni
I display commerciali hanno requisiti speciali per la luminosità:
Signage digitale indoor: 1000-2500 NITS (contro l'illuminazione del centro commerciale)
Display della finestra: 2500-4000 nits (per gestire il riflesso del vetro)
Semi-outdoor (coperto): 4000-6000 nits
Full Outdoor (Direct Sunight): 6000-10000+ nits
I display esterni devono anche considerare la coerenza della luminosità a diversi angoli e prevenire l'aumento della temperatura causato dalla luce solare diretta. Alcuni schermi esterni di fascia alta utilizzano la regolazione automatica della luminosità e riducono la luminosità di notte per evitare l'inquinamento luminoso.
Applicazioni professionali
I campi professionali hanno requisiti più rigorosi sulla luminosità:
Immagine post-produzione: 1000 NITS (livello di riferimento HDR)
Diagnosi medica: 1000-2000 nits (per garantire che i dettagli siano visibili)
Aviation Electronics: 1000+ nits (per far fronte alla luce forte nell'abitacolo)
Design industriale: 500-1000 nits (per valutare accuratamente la trama dei materiali)
Queste applicazioni di solito richiedono anche una rigorosa stabilità e uniformità della luminosità. I display professionali avranno il controllo della temperatura integrato e le funzioni di calibrazione in tempo reale per mantenere un'output di luminosità precisa.
Future Trends di sviluppo della luminosità dello schermo a LED
Percorso tecnico per il miglioramento della luminosità
La luminosità dello schermo a LED continua ancora a sfondare e le principali direzioni tecniche includono:
Innovazione materiale: come il miglioramento dell'efficienza del nitruro di gallio dell'indio (INGAN)
Ottimizzazione strutturale: nuove strutture come il chip di lancio e il chip di lancio del film sottile riducono la perdita di luce
Miglioramento del punto quantico: lo strato a punto quantico converte in modo efficiente la luce blu in luminosità più alta la luce RGB
Struttura di impilamento: come la doppia struttura di impilamento di Samsung Oled per aumentare il limite di luminosità
I prototipi di micro LED in laboratorio hanno raggiunto una luminosità di oltre 1 milione di nit (per applicazioni speciali) e si prevede che i prodotti di consumo vedranno 4000-10000 i nit diventare standard di fascia alta nei prossimi 3-5 anni.
Alta luminosità e tecnologia HDR
La popolarità del contenuto ad alto raggio dinamico (HDR) ha guidato la domanda di una maggiore luminosità:
Standard HDR10: richiede almeno 1000 nits di picco luminosità
Dolby Vision: supporta padroneggiare fino a 4000 nit
HDR 10+: i metadati dinamici ottimizzano le prestazioni di luminosità in diverse scene
Il futuro sviluppo della tecnologia HDR potrebbe richiedere:
Luminosità di picco superiore (4000-10000 nits)
Controllo della luminosità più raffinata (come 12- bit o 16- Bit Luminosità precisione)
Mappatura della luminosità più intelligente della scena
Equilibrio tra luminosità ed efficienza energetica
Con l'aumentare della consapevolezza ambientale, il miglioramento della luminosità deve tenere conto dell'efficienza energetica:
Miglioramento dell'efficienza: dall'attuale 50LM\/W a più di 100lm\/w
Regolazione intelligente: controllo della luminosità più preciso in base al contenuto e all'ambiente
Nuovi materiali: come i LED di perovskite dovrebbero raggiungere una maggiore efficienza
Ottimizzazione del sistema: progettazione completa dell'efficienza energetica dai chip ai circuiti del conducente
Il sistema di etichettatura energetica dell'UE ha iniziato a includere valutazioni di efficienza energetica per i dispositivi di visualizzazione, che spingono i produttori a perseguire un'elevata luminosità senza ignorare i problemi di consumo di energia.
Salute degli occhi umani e comoda luminosità
Con l'aumentare dell'attenzione per la salute dello schermo, la tecnologia di luminosità prestarà anche maggiore attenzione a:
Controllo della luce blu: ridurre la luce blu dannosa mantenendo un'elevata luminosità
Adattamento dinamico: regolazione automatica della luminosità che è più in linea con il ritmo circadiano umano
Sollievo a fatica: ottimizzazione della curva del cambiamento di luminosità per ridurre la fatica degli occhi
Ricerca di leggibilità: determinare la gamma di luminosità ottimale per le persone di età diverse
In futuro, la "certificazione di luminosità sana" potrebbe sembrare valutare la facilità d'origine dei display in diversi scenari di utilizzo.
Problemi comuni e idee sbagliate sulla luminosità dello schermo a LED
La luminosità è più alta, meglio è?
Questo è un malinteso consumatore comune. In effetti, la luminosità ottimale dipende da:
Ambiente di visualizzazione: l'ambiente scuro richiede una luminosità inferiore
Tipo di contenuto: requisiti diversi per la lettura del testo e la visualizzazione video
Tempo di visualizzazione: la visualizzazione a lungo termine è adatta per una luminosità inferiore
Sensibilità personale: persone diverse hanno tolleranze diverse alla luminosità
La ricerca cieca della massima luminosità può portare a:
Spreco di energia inutili
Invecchiamento dello schermo accelerato
Affaticamento degli occhi o persino danni
Accuratezza del colore ridotta (molti schermi hanno una deviazione del colore più seria alla massima luminosità)
"Trucchi" nell'etichettatura della luminosità del produttore
I consumatori dovrebbero prestare attenzione a diverse situazioni comuni nell'etichettatura della luminosità del produttore:
Luminosità di picco: rappresenta solo il valore che può essere raggiunto brevemente in un'area molto piccola dello schermo
Condizioni ideali di laboratorio: difficile da mantenere continuamente nella realtà
Modalità di test speciale: come i dati misurati disattivando tutti i circuiti di elaborazione delle immagini
Differenze tra HDR e SDR: la luminosità della modalità HDR può essere significativamente superiore alla modalità normale
Si consiglia di fare riferimento ai dati di "luminosità continua a schermo intero" e "luminosità della scena reale" nelle valutazioni professionali, piuttosto che solo guardare il valore nominale del produttore
Conseguenze dell'impostazione di luminosità impropria
L'impostazione di luminosità errata può causare una varietà di problemi:
Luminosità troppo alta:
Affaticamento degli occhi e secchezza
Interferire con la secrezione di melatonina di notte
Accorcia la durata della batteria del dispositivo
Accelerare l'invecchiamento dello schermo OLED (rischio di bruciatura dello schermo)
Luminosità troppo bassa:
I dettagli sono persi, specialmente nelle aree scure
Incapace di vedere il contenuto chiaramente sotto una luce forte
Può portare a una postura di visualizzazione impropria (avvicinarsi allo schermo)
Relazione tra luminosità e durata dello schermo
L'impostazione della luminosità dello schermo a LED influisce direttamente sulla sua durata di servizio:
L'elevata luminosità accelera l'invecchiamento: specialmente per gli schermi OLED, l'elevata luminosità accelererà il degrado dei materiali organici
La luminosità irregolare porta a Afterimages: il display ad alta luminosità fissa a lungo termine in ambiente statico è soggetto a bruciatura dello schermo
Effetto della temperatura: l'elevata luminosità porta ad alta temperatura, accorciando ulteriormente la vita
Si consiglia di impostare la massima luminosità a 50-70% per l'uso quotidiano e utilizzare la luminosità più alta per un breve periodo quando si guarda il contenuto di HDR o in un ambiente luminoso forte.
Raccomandazioni per ottimizzare la luminosità degli schermi a LED
Impostazioni di luminosità per i dispositivi di visualizzazione domestica
Le seguenti impostazioni di luminosità sono consigliate per diversi scenari:
TV LCD\/LED:
Visualizzazione della stanza scura: 30-50% luminosità (circa 150-250 nits)
Ordinary Living Room: 50-70% luminosità (circa 250-350 nits)
Bright Living Room: 70-90% luminosità (circa 350-500 nits)
Contenuto HDR: abilitato automaticamente (luminosità di picco a breve termine)
Monitor del computer:
Text Office: 120-150 nits
Elaborazione delle immagini: calibrata secondo la luce ambientale (di solito 150-250 nits)
Game Entertainment: 200-300 nits
Smartphone:
Automatico interno: 150-300 nits
Outdoor: consentire un'elevata luminosità automatica
Modalità notturna:<100 nits (preferably with blue light filtering turned on)
Calibrazione della luminosità per applicazioni professionali
Per un lavoro sensibile al colore, si consiglia di:
Usa strumenti di calibrazione professionale (come X-Rite i1Display)
Calibrazione della luminosità secondo gli standard del settore:
Design di stampa: 120cd\/m²
Editing video: 100-120 nits (Rec.709)
Produzione HDR: secondo lo standard principale (di solito 1000 NIT)
Ricalibrazione regolare (mensile o trimestrale)
Assicurarsi che la luce ambientale soddisfi lo standard di lavoro (come 500lux)
Abbinamento della luminosità con l'ambiente di visualizzazione
Per ottimizzare l'esperienza di visualizzazione, è necessario considerare l'impatto della luce ambientale:
Misura la luminosità ambientale: utilizzare un semplice metro per luminose o un'app per telefoni cellulari
Principio di luminosità dello schermo: circa 1\/3 a 1\/10 dell'illuminazione della luce ambientale
Ad esempio, la luce ambientale 300lux corrisponde a 100-30 NIT Schermate Luminosità
Evita i riflessi diretti: regola l'angolo dello schermo per evitare le finestre\/le luci
Luce ambientale uniforme: evita un forte contrasto tra luce e buio che provoca affaticamento agli occhi
Equilibrio tra risparmio energetico e salute degli occhi
Strategia di luminosità che tiene conto sia del comfort che del risparmio energetico:
Usa la regolazione automatica della luminosità il più possibile
Abilita il filtro della luce blu e riduci la luminosità di notte
Usa luminosità media + caratteri grandi anziché piccoli caratteri ad alta luminosità quando si lavora
Disattivare le modalità pertinenti ad alta luminosità quando non si guarda il contenuto HDR
Prendi le pause regolari (segui la regola 20-20-20)
