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LED小间屏撬动数字院线放映市场?真相如何,怎么选择电影LED屏幕

小间距LED大屏幕 · 2019-04-15
2018年三星电子携手万达电影、哈曼(中国)等合作企业在上海和北京分别开了两家LED屏放映厅,正式宣告LED显示屏正式成功进入影院系统,*块LED电影屏的出现打破了投影的垄断,可谓是开启了电影显示技术的新时代。此后,“LED显示屏进军影院是否将结束投影时代”的相关话题热度不减,极大引发了业内人士的关注与讨论。同时电影市场设备市场每年50-100亿增量规模,对于LED显示屏生产厂家来说,已经是一个“诱惑力”市场。

2018年三星电子携手万达电影、哈曼(中国)等合作企业在上海和北京分别开了两家LED屏放映厅,正式宣告LED显示屏正式成功进入影院系统,*块LED电影屏的出现打破了投影的垄断,可谓是开启了电影显示技术的新时代。此后,“LED显示屏进军影院是否将结束投影时代”的相关话题热度不减,极大引发了业内人士的关注与讨论。同时电影市场设备市场每年50-100亿增量规模,对于LED显示屏生产厂家来说,已经是一个“诱惑力”市场。

01、开启观影新时代,进军百亿影院市场

国家电影局2018年12月31日发布的数据显示,2018年全国电影总票房为609.76亿元,同比增长9.06%,与之相应的,作为影院系统重要的核心部件,银幕的增长更是十分惊人,数据显示,2018年全国新增银幕9303块,银幕总数已达到60079块。这个数字依然在不断攀升,银幕数的增加让中国成为全球大电影市场有了硬件条件。

影视产业的发展为影视投资带来更多的机会,也促进了放映技术的进步,与设备的更新换代。在技术上,过去传统的投影技术一直垄断着影院市场,自打大型厂商分别推出适应各类影院的激光放映机后,高端电影放映技术已转向激光类型趋势迈进。但本质上依然是投影技术的革新,尚没有一种新兴的显示技术能够从这个巨量的市场里分得一杯羹,而LED屏放映厅的出现,无疑打破了这种现状,给了国内众多LED显示屏企业进军影院市场的勇气。中国LED显示屏行业经过*近几年的高速发展,产品相对成熟,在各个应用的场景的发展已经进入平稳期,竞争也开始白热化,集中度越来越高,面对这样的一个全新应用场景 ,让不少企业看到了另外一个庞大的高端显示市场。

02、LED显示技术日新月异未来可期

从技术角度来看,一般传统影院采用的播放设备多数为投影技术,由于投影系统采用反射成像原理,投射出的光线到达银幕中心和四周的距离是不一样的,而且投影管中三基色光源位置是差异的,这种特点导致投影画面易存在小量的像素散焦及彩色镶边。另外电影银幕采用白色屏幕,造成画面对比度降低。

而对比之下,LED电影屏的优势就十分明显了。LED电影屏拥有更大屏幕宽度、超清4K分辨率(4,096 x 2,160)和高于传统投影设备10倍的峰值亮度(146fL),相较于传统的投影技术,LED电影屏融入了高动态范围成像(HDR)技术,能达到更加逼真的画质效果。同时,其还能够在峰值亮度下呈现完美的色彩准确度(DCI-P3色域),将鲜亮的色彩呈献给观众。

我国LED显示屏企业凭着“小间距”,在商显领域开疆扩土,目前成绩斐然。对于LED产品行销全球,提供了全球90%左右的LED显示屏的中国显示屏企业来说,从今年开年的两个展会我们可以看到不少企业已经开始在展示他们P0.9的产品了,小间距LED显示屏目前已经实现了4K、8K,进军影院市场,至少在清晰度方面已然不成问题。并且随着国家工业和信息化部、国家广播电视总局、中央广播电视总台日前联合印发的《超高清视频产业发展行动计划(2019-2022年)》,《行动计划》明确将按照“4K先行、兼顾8K”的总体技术路线,大力推进超高清视频产业发展和相关领域的应用,超高清显示也将会是未来主流的发展方向。技术的成熟和国家政策的推出,让LED显示屏企业进军数字院线市场充满了期待,也给LED显示行业提供了一个进军高端显示市场的良好机遇。

03、结束投影时代LED显示屏还为时过早

一个庞大的新兴市场无疑就是一块香饽饽,而影院市场的蓬勃发展,更是让LED显示屏行业看到更大的商机。但是,我们也不能忽视这样一个事实,中国LED显示屏却没见有哪一家能够通过DCI(Digital Cinema Initiatives)认证。归根结底,目前小间距LED显示屏还有一些应用上的难题亟需解决。

首先,无论是采用LED显示屏或是投影显示,对于影院运营商来说,利润大化才是他们*终的追求。从成本角度来看,LED显示屏属于自发光设备,在有限的空间中需要安装数量足够多的LED灯珠,这对安装工艺的要求非常高,需要花费比较大的成本,再者,虽然LED灯珠的寿命可达10多万个小时,但是由于它的密度极高,在有限的空间内散热困难,很容易出现局部故障。面对着这样一个庞然大物,光是维护和检修就不是一个简单的事情,需要耗费大量的人力和物力;并且由于LED显示屏长时间观看易产生眩晕,体验效果没有达到*佳的状态,导致小间距LED显示屏进入影院市场变得有些力不从心。 也正因为这些问题,导致业内大多数LED显示屏企业对影院市场只能“望洋兴叹”。

相对于目前三星选择用LED显示屏撬动数字影院市场,其他主流数字放映机供应商则更多选择用激光放映机布局,激光放映技术所特有的高亮度、广色域、低衰减、长寿命等特点让其在广大影院中得到大规模普及,所以作为LED屏企,要想大规模进军数字影院市场,除了要解决产品目前所要解决的技术问题,还需要在竞争中,了解主要竞争设备的优势和产品特性才能做到精准切入。一个新的应用场景的出现,只有我们做深入了解才能创制出属于自己的机会。

综上所述,LED显示屏只有克服了这些难题,未来才有可能真正地大举进军影院市场,进而通往更加巨大的民用市场。三星的LED电影屏当前只是开创性地进入市场,在全球电影市场打破了传统投影技术在影院市场的地位,为LED显示屏进入影院系统进入影院市场起到了“带头大哥” 的作用。当前小间距显示屏进入影院固然困难重重,但中国LED显示屏企业并非完全没有进入影院的可能。就显示画面而言,LED显示屏相较于投影屏幕有着巨大的技术优势,只要努力解决好散热、维护、体验效果并且逐渐降低成本等问题,LED显示屏全面进军影院市场必将指日可待。

一、背景和DCI标准

随着第一块通过DCI认证的LED显示屏上市,LED显示技术打开了电影院显示屏的海量市场。据LEDinside估计,中国电影院市场现存月40000块显示屏,并以每年10%以上的速度增长。按照4K分辨率的像素点计算,整个市场潜在LED用量将是350kkk。然而LED显示屏进入电影院市场需要满足DCI(Digital Cinema Initiatives)标准的严格技术测试CTP(Compliance Test Plan)要求。

DCI组织由全球最大的六家电影公司联合创建,旨在建立统一的数字电影播放标准, 保护数字电影版权和确保影院视听体验。DCI标准涵盖数据形式、编解码接口、传输方式、安全保障、包含服务器、投影、音频及控制的影院硬件系统。本文旨在针对显示屏本身,从标准要求出发,理解适用于DCI电影院显示屏的LED规格定义。

DCI对于显示图像的要求可以参考一下表1。屏幕分辨率要求2K(2048x1080)或者4K(4096x2160),亮度要求48±10.2cd/m2,对比度要求至少1200:1(测试条件为影院环境光,屏面反光小于0.03cd/m2),白平衡点已经色域要求如图1所示,同时允许一定的误差。标准R, G, B三基色对应的饱和度主波长分别是100% 621nm、89.5% 544nm、92.9% 465nm。

表1:DCI_DCSS_v12对显示图像的要求

▲ 图1:DCI白平衡点和色域要求

二、LED的封装选择

由于电影屏在实际使用时,影厅的大小种类繁多,DCI标准对于屏幕的尺寸是不作强制规定的,那么对应于4K (4096 x 2160)分辨率固定的屏幕,不同的屏幕尺寸就有不同的LED点间距,如2.5mm点间距对应于10.3m宽的小厅屏幕,3.3mm点间距对应于13.5m宽的中大厅屏幕。

对于这个点间距范围的显示屏,LED尺寸的可选范围可以从1010,1616到2020,多种封装形式可选。而由于影院的观影设置,可以保证即使第一排观众也不能分辨出像素点,基于这样的前提,应该选用封装尺寸尽量小的LED(如1010),提高黑色面板或面罩表面积在整屏面积的占比,提高对比度。

三、LED的亮度要求

按照48cd/m2的亮度要求,2.5mm的像素点间距,以及30扫的驱动形式估算,每颗LED的发光亮度是9mcd,按照DCI白平衡点的要求计算,三基色比例为R : G : B = 20.9 : 72.2 : 6.9,对于单颗LED的R, G, B亮度要求为1.9mcd, 6.5mcd, 0.6mcd。这样的亮度规格是远小于当今主流1010尺寸LED的发光亮度的。

LED显示控制系统诚然可以通过灰度等级控制把出售设计亮度较高的LED显示屏降到48cd/m2,但会带来诸多低灰显示的问题,如红色色飘、像素不均匀等。

受限于驱动芯片的最小电流规格,LED的驱动也电流不可能无限降低,这就需要LED通过自身的设计来降低发光亮度,如可能的进一步降低芯片尺寸,或在封装体中进入更多的吸光颗粒。但是,这都是以牺牲光电效率为代价的。如果驱动芯片的最小驱动电流能进一步降低、或者支持扫描数能进一步提高,则可以在不牺牲光电效率的前提下降低LED显示屏的亮度。而LED本身,只有精确选择适合于DCI白平衡点颜色比例的R, G, B芯片比例,以后可以满足驱动芯片电流要求的亮度,才是最完美符合应用要求的LED。

四、LED的颜色要求

根据DCI定义的DCI-P3色域,显示屏的R,G,B三基色有严格的色坐标要求。对于LED显示屏而言,需要LED要有严格的色坐标规格。但是目前市面上,绝大多数的LED供应商采用主波长规格定义颜色,而主波长是从一个维度(色调)上定义的颜色,缺失了颜色的另一个维度(饱和度)信息。相同主波长的颜色在色空间对应于一条通过等能量点 (0.333, 0.333) 的一条直线,而不是一个精确的色点。所以,为了精确满足DCI-P3色域要求,首先需要选用色坐标定义颜色的LED,而不是不精确的主波长定义。

由于显示混光的原理,显示屏初始设计色域可以等于或者大于DCI-P3色域,也就是R,G,B三基色的初始设计色坐标不需要直接是DCI-P3规定的色坐标,可以是如图显示的每个基点双边外延线和色空间边界所形成的区域(如图2所示)。其中绿色和蓝色分别是一块类似三角形的小区域,由于LED的颜色离散性,这么小的颜色范围几乎没法在LED大规模量产中达到;而对于红色,由于DCI-P3规定的基点已经位于色空间边界上(饱和度100%),所以理论上LED就没有满足的可能性。

▲ 图2:满足DCI色域要求的LED色坐标范围

而考虑到实际量产和测试的误差, 在应用及认证过程中,DCI标准定义了屏幕三基色色坐标允许的误差范围(参见表1),在CIE 1931色空间中如图3所示的矩形色坐标范围。

▲ 图3:DCI标准允许的DCI-P3三基色误差范围(具体参数见表1)

结合上述的色域混光外延原理,实际的LED色坐标要求可以扩展到图4、5、6所示区域。红光为由图5中五个坐标点和色空间边界构成的区域,绿光为由图6中四个坐标点和色空间边界构成的区域,蓝光为由图7中五个坐标点和色空间边界构成的区域。

那么,是否使用按照这三个区域定义颜色的LED就能得到满足DCI-P3色域要求的LED显示屏呢?实际应用中还需要注意以下两个问题:

第一,LED在不同驱动电流和工作温度下会有色坐标漂移。如果LED供应商的色点测试电流和LED在显示屏设计工作电流的差异过大,则很可能导致屏上色点漂移出允许的区域。同样,实际应用时LED节温稍高于25°C也可能导致色点漂移。针对该问题,最好的方式是LED供应商提前了解得知确定的设计电流,然后在尽可能相同的电流条件下测试LED色点,同时也适当提前考虑温度的影响。

第二,图示区域范围已经把DCI规定允许的颜色误差都考虑进去了。而实际LED显示屏上的颜色误差除了LED本身外,还有芯片输出驱动电流的误差,屏体不同区域的温度误差,校正系统的误差,以及色点测试仪器的误差等。所以LED供应商定义的色点范围应当尽量小于图示边界区域,为显示屏体设计和后续测试的误差留有余量。

▲ 图4:满足DCI色域(含误差)要求的LED红光色坐标范围

▲ 图5:满足DCI色域(含误差)要求的LED绿光色坐标范围

▲ 图6:满足DCI色域(含误差)要求的LED蓝光色坐标范围

五、可能的技术要求趋势

诚然,上述DCI标准对于显示图像的要求其实都是基于投影系统的技术能力制定的,对于自发光的LED显示系统,如果还是一直沿用旧的投影标准,无疑会大大牺牲LED显示的技术优势。对于LED带来的电影院应用显示技术突破,我们有理由相信,在不久的将来DCI标准就会做出更新。从LED显示屏角度出发,我们建议关注以下三方面可能的趋势。

第一,分辨率从4K提升到8K。8K的视频播放在电视广播领域已经出现,而电影院投影系统受限于DMD模块,很难提升分辨率。LED显示屏可以毫无难度地在相同尺寸下缩小一倍点间距(例如2.5mm到1.25mm),分辨率从4K提升到8K。

第二,加入HDR。HDR要求更黑的暗态和更高的峰值亮度(例如HDR10标准,要求至少0.005cd/m2到1000cd/m2的动态范围),两者都是投影系统非常难达到了。LED显示屏由于天然的亮度、对比度技术优势,可以把HDR带入电影院系统。

第三,色域范围提升。现有的DCI-P3色域系统并不已经是LED所能达到的最优色域,比如现有的绿色、蓝色LED理论上可以提供更高的饱和度,进一步扩大显示色域。预计未来的颜色要求会是介于P3和BT2020之间的一个新的色域。

有行业人士认为,按照目前国内电影荧幕市场规模走势,预计电影放映设备市场每年50-100亿元的增量规模,这对于专用显示设备领域,这已经是一个很有“诱惑力”的市场。为此,全球显示领域的强势品牌三星也准备用“LED屏”来横插一脚,欲把高亮小间距LED屏推广到数字影院市场,要和索尼、巴可、NEC、科视等高端投影“玩家”争食数字院线放映机市场的“蛋糕”。

从今年年初到现在差不多一年左右的时间,三星电子携手万达电影、哈曼(中国)等相关合作伙伴已经在上海和北京分别开了两家LED屏放映影厅。虽然一年左右的时间,在国内院线市场只“拿下”北京、上海零散的几个影厅,但在三星看来,有信心用小间距LED屏冲击数字放映机的市场地位。甚至有传言,三星要凭借小间距LED屏在2020年占据全球数字影院主流市场10%左右的份额。

之所以如此“自信”,因为三星方面认为,三星4K LED 荧幕相较于传统的放映机+幕布,LED屏幕的优势在于亮度提高了10倍,画面素质也更好。由于LED屏采用了HDR(高动态范围)技术,这一技术使得画面能够在屏幕上呈现更加均匀的观感,并且在峰值亮度下呈现更好的色彩准确度,这就意味着在这块屏幕上黑色与白色都更加接近人眼的自然观感。为此三星不断为其LED电影屏“摇旗呐喊”,欲进一步“上位”数字院线市场。

在投影机一直玩不转的三星另辟蹊径“借道”高亮小间距LED屏“争食”高端数字放映机领域的“蛋糕”,会让行业有“狼来了”的感觉吗?

一位专业人士告诉《视听圈》,然三星小间距LED显示屏已可以实现4K、8K 进军影院市场,在清晰度方面已不成问题,在加上亮度高,从表象来看,三星此次冲高进入数字影院市场有一种来势汹汹的味道。但是实际上小间距LED屏要在数字影院市场真正应用并扩大,还有一些痛点和不足。比如小间距LED显示屏在高可靠性(死灯问题)、长时间体验效果(长时间观看易产生眩晕)以及成本(间距越小,单位成本上升越快)等方面还存在短板,导致小间距LED显示屏进入影院市场会面临很大的“变数”。

另外与激光投影机一台主机的产品构成比较,LED电影屏幕维护“更复杂”——因为,很多拼接单元、拼接处理器、众多连接线路,以至于点缺陷问题等等;再例如,所谓LED屏更高的亮度表现,破坏了电影观看的“暗文化”,也干扰电影观看时的“精神集中度”。

还有在综合成本上看,在电影放映机投影厂商手里有一张“王牌”就是“系统成本”:一个在画质细腻性、连续性表现出色的led大屏幕体系,往往比投影机产品价格更高——对于标杆的模范放映厅这不是问题,但是对于普及市场而言,谁占据成本优势谁才真正能占领市场。

因此,LED屏要撼动数字放映机,尤其是激光放映机的市场地位,还需要一段时日。

此外,面对LED屏的挑衅,NEC、索尼、巴可、科视等主流数字放映机供应商也都在积极选择用激光谋局数字院线市场。凭借着激光放映技术可以实现高亮度、广色域、低衰减、长寿命、低能耗、解决色斑影响、节省运营费用等一系列优势,激光电影放映机在广大影院中已经得到大规模的普及。

据数据表明,国内激光数字电影放映机市场销量超过6000台,市场同比增幅高达113.5%。销量数据表明,激光电影放映产品已经实现“市场替代性普及”,未来行业竞争将进一步向激光放映机时代过渡。激光放映系统的普及,离不开在实践应用中,市场感触到的“激光特殊价值”成为了市场最终跃变。

在数字激光放映机实现普及的同时,激光显示技术也在大踏步的前进,在双色激光、三色激光,高亮化方向上,与4K放映需求的普及形成了共鸣,推动激光数字电影放映市场进入“2.0新阶段”。

从激光放映机目前的走势来看,已经全面在主导数字影院市场。因此,三星在今年用小间距LED屏试图冲击激光放映机的地位,从当下态势来看前景有点不太明朗。

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