Сравнение жидкокристаллических дисплеев и светодиодных панелей

Сравнение жидкокристаллических дисплеев и светодиодных панелей

Технологии отображения информации с помощью светодиодов (Light-Emitting Diode) или жидкокристаллических дисплеев (Liquid-Crystal Display) основаны на совершенно разных принципах. В одинаковых условиях, в частности уличных, обе используемые технологии имеют свои преимущества и недостатки.

Цвет светодиодных панелей – способы решения

Панели, состоящие из нескольких тысяч светодиодов, в настоящее время являются наиболее широко используемыми в технологии отображения информации в общественном транспорте при наружном применении. В светодиодных панелях каждый диод являет собой одну отображаемую точку в пределах области для отображения информации и, таким образом, соответствует одному «большому» пикселю в жидкокристаллических дисплеях. Возможность цветного изображения с помощью светодиодных панелей зависит от типа используемых светодиодов (т.н. мульти-светодиодный чип) и используемых в нем цветов. В отличие от полноцветных жидкокристаллических дисплеев, способы отображения с помощью светодиодов можно классифицировать следующим образом:

  1. Одноцветный – обычно красный, желтый, зеленый, белый или другой цвет. Подходит для отображения текста и простой графики с одинаковой силой света по всей панели. Этого достаточно для панелей на остановках и указателей. При использовании в уличных условиях эти панели дешевле, чем жидкокристаллические дисплеи.
  2. Два основных цвета – обычно представляют собой комбинацию цветов: красный – зеленый, красный – желтый, или же другие комбинации. В общем случае можно отобразить три цвета, а третий цвет возникнет тогда, когда будут светить одновременно оба светодиода в одном корпусе (например, красный – зеленый – оранжевый). Стоимость такой панели, как минимум, на 50 % выше, чем у предыдущего варианта. Цветовое разрешение позволяет пассажирам легко различить, например, поезд, городской и пригородный транспорт.
  3. Три основных цвета – в данном случае идет речь о стандартном полноцветном тройном светодиоде, т.е. мульти-светодиоде, содержащем отдельные светодиоды (красный – зеленый – синий). В случае более дешевого варианта, включаются только отдельные цвета, что не позволяет создать полноцветную картинку. Такой вариант обычно не используется.
  4. Три основных цвета с полным графическим управлением светом – этот вариант полностью соответствует поведению точек на жидкокристаллических дисплеях, однако точка имеет намного большую силу света. Этот тип панелей хорошо подходит для наружного использования и в таких случаях заменяет жидкокристаллические экраны; с другой стороны, в нем достаточно сложно управлять и регулировать светимость каждого „чипа“ светодиода в пределах мульти-светодиода. Такие панели в несколько раз дороже, чем аналогичные жидкокристаллические панели.

В случае использования одноцветных светодиодных панелей можно отображать информацию, составленную из отдельных символов из используемого набора символов (некоторые символы можно подстроить под отдельные пиктограммы для достижения частичного графического эффекта). В отличие от них, жидкокристаллические дисплеи обычно способны отображать от 256 тыс. цветов и больше.

Для акцентирования текста или пиктограмм на светодиодных дисплеях лучше пользоваться мигающими полями. Инверсное отображение текста, благодаря «большим» отображаемым точкам, может вызвать ухудшение его читаемости.

Сравнение читаемости панелей при полном солнечном освещении

Панели, состоящие из матрицы светодиодов, характеризируются весьма неплохими углами наблюдения, прежде всего при использовании так называемых плоских светодиодов, где угол наблюдения практически достигает 170°, и которые довольно хорошо читаются в любых условиях освещения. Светодиодные панели подходят для использования как в интерьерах, так и снаружи помещений, где существует возможность попадания прямого солнечного света на отображающую поверхность панели.

Жидкокристаллические экраны, по сравнению со светодиодными панелями, имеют большой недостаток при отображении информации под воздействием прямых солнечных лучей, когда подсветка дисплея не способна «подсветить» поверхность жидкокристаллического экрана настолько, чтобы читаемость была сравнима с читаемостью светодиодных панелей, даже в случае экранов с увеличенной мощностью подсветки, со специальным оптическим «бандажом» и солнечными фильтрами. Информация, отображаемая на жидкокристаллическом дисплее в случае прямых солнечных лучей, является трудно читаемой на большом расстоянии как при негативном, так и позитивном отображении текста. Фотографии на рис. 2a и 2b были сделаны в полдень под воздействием прямых солнечных лучей (световой поток 100 000 Кд/м2), который в 100 раз превышает светимость жидкокристаллического экрана с высокой яркостью. Причина хорошей читаемости светодиодных экранов под воздействием прямых солнечных лучей довольно проста – по сравнению с жидкокристаллическими экранами, изготовленными по последним новейшим технологиям и с высокой интенсивностью подсветки, светодиодные панели светят в 20 раз ярче.

Читаемость светодиодных панелей под воздействием прямых солнечных лучей – при использовании контрастной пленки они всегда хорошо читаемы

Читаемость жидкокристаллических панелей 42“ под воздействием под прямым солнечным излучением в полдень – сфотографировано с расстояния 5 м (на большем расстоянии практически нечитаемо). Яркость жидкокристаллических панелей при тестировании составляла 1150 Кд/м.

Сравнение срока службы жидкокристаллических и светодиодных панелей

На срок службы жидкокристаллических экранов и светодиодных панелей оказывает существенное влияние, прежде всего, величина яркости. Все жидкокристаллические и светодиодные устройства для отображения информации, поставляемые фирмой Ing. Ivo Herman, CSc., оснащены датчиками экспозиции, регулирующими яркость устройств, для увеличения срока службы и ограничения некомфортного освещения людей ночью или же при слабом освещении в окрестности.

Поскольку светодиоды по умолчанию имеют намного большую яркость, в большинстве случаев их мощность значительно меньше при соблюдении удобной читаемости в условиях освещения окружающей среды. Это позволяет гарантировать минимальный  срок службы светодиодных панелей 150 000 часов (благодаря регулировке напряжения на светодиодах).

В случае светодиодных панелей с увеличенной яркостью, максимальная яркость все же в 20 раз ниже, чем в светодиодных панелях, что подразумевает необходимость чаще поддерживать максимальную яркость для удобного отображения информации на экране. Из-за частого использования максимального значения яркости, значительно снижается срок службы экрана. Это также ведет к необходимости более частой замены жидкокристаллического экрана (в случае, если в текущий момент на рынке присутствует модель, которая хотя бы частично совместима с данным устройством) –  приблизительно раз в 5 лет, а электроника дисплея, к счастью, выдерживает дольше.

Пример свечения жидкокристаллического экрана 42“ при разном освещении

Как уже было приведено на рис. 2 – при полной светимости жидкокристаллического экрана, солнечное же освещение имеет приблизительно в 100 раз большую интенсивность, что вызывает затруднения с читаемостью жидкокристаллических панелей. Для полноты картины мы привели на рис. 3 пример ситуации, когда при том же самом солнечном освещении жидкокристаллические панели находятся в тени. Согласно таблице 3, солнечное освещение в тени приблизительно в 10 раз ниже, что уже позволяет обеспечить хорошую читаемость отображаемой информации в полдень.

Читаемость жидкокристаллических панелей 42“ в тени здания (фасад здания полностью освещен солнцем – без облачности), фотография сделана с расстояния 5 м. Яркость жидкокристаллических панелей при тестировании составляла 1150 Кд/м2 –освещение окружающей среды приблизительно равно 10-12 тыс. Кд/м2.

Рис.7: Фотография жидкокристаллической панели в тени, когда солнце спрятано за облаками. В этом случае читаемость изображений и текста абсолютно без проблем. Приблизительный уровень освещенности в окрестности равен 7-8 тыс. Кд/м2.

Рис.7: Фотография жидкокристаллической панели в тени, когда солнце спрятано за облаками. В этом случае читаемость изображений и текста абсолютно без проблем. Приблизительный уровень освещенности в окрестности равен 7-8 тыс. Кд/м2.

Сравнение параметров подобных светодиодных и жидкокристаллических панелей (прибл. 42“)

Из предыдущего описания ясно, что светодиодная панель, по сравнению с жидкокристаллическим экраном, обладает значительно меньшим количеством отображаемых точек на поверхности (меньшим разрешением) при аналогичных размерах активной поверхности, что все же не является препятствием, например, для хорошей читаемости отображаемого текста с расстоянием от панели большим, чем 25 м. В отличие от жидкокристаллических экранов, светодиодная панель имеет значительно большую максимальную яркость, которая обеспечивает очень качественное отображение информации даже под воздействием прямых солнечных лучей. Значения в таблице взяты для светодиодной панели и жидкокристаллического экрана, изготовленных по доступным технологиям, и используемых в текущее время.

Значение яркости 1000 – 1500 Кд/м² для жидкокристаллических панелей в нынешнее время является одним из наиболее высоких для современных жидкокристаллических экранов. Для лучшей ориентации стоит указать, что значения яркости для стандартных жидкокристаллических дисплеев в мониторах ноутбуков или настольных жидкокристаллических мониторов находятся в диапазоне 200 – 350 Кд/м².

Жидкокристаллические экраны, при значениях яркости в диапазоне 200 – 500 кд/м²  являются абсолютно неприемлемыми для использования в уличных условиях. Под воздействием прямых солнечных лучей такие дисплеи обычно полностью черные – абсолютно нечитаемые и к тому же могут быть повреждены под прямыми солнечными лучами. При использовании экрана с яркостью, превышающей значение >900 Кд/м², такой экран, по крайней мере, читается частично с близкого расстояния.

Упрощая, можно так констатировать преимущества и недостатки светодиодных панелей в сравнении с жидкокристаллическими экранами:

  • Высокая яркость и, отсюда, лучшая читаемость под прямыми солнечными лучами
  • Значительно более низкое среднее потребление электроэнергии
  • Значительно больший диапазон рабочих температур
  • Значительно дольше срок службы панели
  • Снижение расходов на обслуживание панели

Таблица. 1: Параметры сопоставимых единиц отображения

Светодиодная панель на 5 строк 42″ ЖК
Размер графической поверхности 1000 × 300 [мм] 930 × 523 [мм]
Графическая поверхность (полная) 0,3м² 0,48м²
Количество столбцов × количество строк 160 × 50 1920 × 1080
Количество светящихся точек 8000 2,0736 млн
Яркость точки / пикселя 1,000 Кд 0,00027 Кд
Общая яркость панели / дисплея 26 680 Кд/м² 1150 Кд/м²
Энергопотребление на точку / пиксель 20 мA 0,081 мA
Общее энергопотребление – макс. полное ¹) 160 Вт 180 Вт
Общее энергопотребление – макс. текст ²) 40 Вт 180 Вт
Общее энергопотребление – ночь, полное 40 Вт 90 Вт
Общее энергопотребление – ночь, текст 10 Вт 90 Вт
Годовое потребление  [кВт/год] ³) 157 кВт/год 1184 кВт/год
Диапазон температур от -40°C до +100°C от -0°C до 50°C
Срок службы [ч.] 4) 150000 / 17 лет 50000 / 5,7 лет
  1. максимальная светимость при полном свечении всех светодиодов
  2. светящийся текст занимает приблизительно 25% от активной поверхности панели (потребляют энергию только светящиеся точки)
  3. в энергопотребление не включена энергия, потребляемая блоком управления панели. Опять же, блок управления светодиодной панели потребляет меньше электроэнергии –   2-5Вт, для жидкокристаллических панелей энергопотребление составляет приблизительно 5-10 ВТ и более. Энергопотребление постоянное.
  4. для регулировки напряжения, используемой в светодиодных панелях от фирмы Herman, и при использовании диодов OSRAM.

На наш взгляд, нет необходимости перечислять преимущества жидкокристаллического экрана по сравнению со светодиодными панелями, поскольку эти преимущества общеизвестны – полноцветное изображение на графической поверхности, простое изменение изображения и удобный точечный растр.

Конструкционные параметры жидкокристаллического экрана

Жидкокристаллические экраны по самой конструкции значительно различаются. Их конструкция намного сложнее, чем у светодиодных панелей. Благодаря сложной конструкции панели, возникает проблема в производстве широкоформатных панелей с расширенными диапазонами яркости и рабочих температур.

В случае более низких рабочих температур для экранов может быть использован дополнительный подогрев или, наоборот, в жаркие летние дни может быть использовано охлаждение экрана (принудительная вентиляция). Такое решение является более дорогим и увеличивает энергетические расходы на эксплуатацию.

Второй большой проблемой является конструкция подсветки экрана для достижения как можно большей яркости. Хотя технологии жидкокристаллических экранов непрерывно развиваются, на сегодняшний день не существует экранов с яркостью большей 1500 Кд/м².

Диапазон рабочих температур в зависимости от размера жидкокристаллического экрана

  1. Нормальный диапазон температур (от 0°C до +50°C): все размеры жидкокристаллических экранов
  2. Расширенный температурный диапазон (от -20°C до +70°C): размер до 30“
  3. Широкий диапазон температур (от -30°C до +85°C): размер до 24“

Проблемы, связанные с поставками панелей, оснащенных жидкокристаллическими экранами

  • Широкоформатные жидкокристаллические экраны с диагональю свыше 30“ не изготавливаются с расширенным диапазоном температур (необходимо обеспечить охлаждение и подогрев экрана, что означает увеличение расходов)
  • Наибольшая яркость для ЖК-экранов для уличного пользования равна приблизительно 1200 Кд/м², для меньших –до 1 500 Кд/м²
  • Жидкокристаллический экран с увеличенной яркостью для уличного пользования (свыше 500 Кд/м²) намного шире, чем стандартные дисплеи (механическая конструкция), поскольку содержат специальные фильтры от солнечных лучей.
  • Жидкокристаллический экран с увеличенной яркостью (свыше 500 Кд/м²) в несколько раз дороже, чем стандартный экран с яркостью до 350 Кд/м².
Рис.8: Пример составных элементов жидкокристаллического дисплея.

Рис.8: Пример составных элементов жидкокристаллического дисплея.

Таблица. 2: Свойства отдельных элементов в жидкокристаллическом экране.

Детали  ЖК-экрана Материал Температурные параметры Результат воздействия высоких температур
Поляризационная пленка PVA, TAC, PET 80°C, 500 часов
Стекло с цветным фильтром Стекло без ограничений NA
Жидкие кристаллы Расширенный температурный диапазон от -35°C до 95°C Затемнение – возобновляемо
Стандартный температурный диапазон от -20°C до 75°C Затемнение – возобновляемо
Поляризационная пленка Стекло 80°C, 500 часов NA
Оптическая пленка PVA, TAC, PET < 85° Неустойчивое изображение — необратимо
Световодная пластина PVA, PET < 95° Деформация – необратима
Пластиковая рама PMMA (пластик) < 95° Деформация – необратима
Источник света LED от -35°C до 85°C Снижение срока службы при воздействии высоких температур
Регулировщик светодиодов IO Зависит  от конструкции

Сравнение технологий

В таблице 3 указаны значения яркости при разных условиях окружающей среды, с которыми можно сравнивать значения яркости в обеих технологиях отображения информации. Согласно вышеуказанным фотографиям жидкокристаллических экранов и их параметрам  при сравнении с таблицей яркости совершенно очевидно, что жидкокристаллический экран подходит скорее для мест на улице с затенением от прямых солнечных лучей, потому что даже при использовании качественных оптических фильтров для экрана нельзя достигнуть такой  читаемости под прямыми солнечными лучами, как у светодиодных панелей.

Жидкокристаллический экран подходит для интерьеров и уличных условий  с затенением от воздействия прямого солнечного света.

Светодиодная панель подходит там, где большую часть времени на нее светит солнце и в то же время текст должен читаться с большого расстояния (10 метров и больше).

Для полной ориентации в следующей таблице приведены значения интенсивности света:

Таблица 3: Величины освещения в разной окружающей среде.

Источник света Яркость (L [Кд/м²])
Освещение ночью при полной луне 0,2
Освещение для удобного чтения 50
Офисное освещение 300
Хорошо освещаемое помещение 700
Солнечный свет, за час до заката 1 000
Дневной свет, облачно 3 000
Солнечный день, в тени дерева 10 000
Яркий солнечный свет, в полдень 100 000