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小间距LED显示屏发展趋势与技术的演变
LED是一种二极管,有P-N结的结构,在两极之间加上特定电压后,可以使得电子从高能级向低能级跃迁,根据能量守恒定律,将释放出光能,而不同的材料具有不同的禁带宽度(Bandgap),决定了当垫子发生能级跃迁时所释放出光的波长,形成不同颜色的可见光。
LED的历史已达百年,而技术取得突破,实现大规模商用则是在近些年。自英国人HenryJosephRound在1907年首次在破化娃中观察到电致发光现象后,LED技术已经经历了长期发展和改进,目前已广泛应用于液晶显示背光光源、室内外照明和信息图像显示等领域。
LED的下游应用广泛,其中照明、背光和显示占比最高,这一点可以从LED封装器件的细分领域比重看出。根据LEDinside的预测,2014年高亮度LED封装器件的全球产值将达到144亿美元。在各下游应用中,LED显示屏用封装器件的占比12%,对应产值约17.3亿美元,对应约107亿元人民币。预计随着更小间距LED显示屏的出现,LED显示屏应用开始从室外走入室内,应用领域显著拓宽,未来数年内的高增速有望使得LED显示在LED全部下游应用中的占比提高。
LED显示技术的演变
LED显示屏相比其他显示技术,具有自发光、色彩还原度优异、刷新率高、省电、易于维护等优势,但是高亮度、可实现超大尺寸这两个特性,是决定LED显示屏在过去高速增长的根本因素,在超大屏幕室外显示领域,目前没有技术能够与LED显示相抗衡。但是在过去,LED显示屏也有其不足,比如封装器件(灯珠)之间间距大,造成分辨率较低,只适合室外远距离观看;若想提高分辨率,需要缩小灯珠之间间距,随着灯珠的尺寸缩小,虽然能够提升整屏分辨率,但是成本也会快速上升,过高的成本使得小间距的LED显示屏不具备大规模商用基础。然而,这一问题到了现在已经明显改善,与LED照明类似,半导体属性的LED显示随着技术进步,成本快速下降,目前更小间距的显示屏售价已经降低到具有大规模普及的基础。
根据显示颜色,可以将LED显示屏分为单基色LED显示屏、双基色LED显示屏和全彩LED显示屏。
在LED显示屏领域,最早出现的是单色(红色或绿色)和双色(红色加绿色)显示屏,由封装好的灯珠组成矩阵式屏幕,主要用来显示文本信息以及简单的图形,至今仍广泛应用于火车、汽车站等交通枢纽的信息显示、银行、保险公司等业务大厅。
随着LED技术的进步,能够更好显示复杂图像的全彩显示屏开始出现,在一个封装器件中包含了红光、绿光和蓝光三种芯片,构成三原色,通过调节三颗芯片的电流以实现每个芯片发出不同强度的光,这样就能够实现成千上万种色彩的显示。
由于LED显示的特性,目前主要应用于大尺寸、远距离显示,多数用于户外而较少用于户内。从下游应用来看,广告用途占比达到三分之一,主要安装于人流量较高的地方,如大型商业美高梅网上娱乐,LED显示屏的高亮度和优异的色彩还原能力,使得其用于室外广告宣传能够获得彳艮好的视觉效果。
第二大应用领域是体育场馆,如足球联赛球场和NBA赛场的显示屏等,除了用于广告之外,还可以用于实现比分显示和镜头回放等。LED显示屏用于舞台表演,其高亮度、高色域和对比度能够很好地烘托现场气氛。此外,随着成本的逐年下降,常规信息显示也已经开始大规模采用LED显示屏。小间距LED显示
随着LED全彩显示屏封装器件体积缩小,加上整屏成本快速下降,更小点间距的产品不断进入市场,LED显示屏的应用开始从室外走入室内。
室外显示和室内显示因其应用环境不同,对显示屏的要求有较大差别,其中分辨率,也即像素点间距就是一个重要因素。对于LED显示屏来讲,每一个自发光的封装器件——灯珠,就是一个像素点,因此两个灯珠之间的距离决定了LED显示屏在单位面积下的分辨率。一般业内会以灯珠间的距离来标明产品的型号,如P10产品表明屏体两个灯珠间的距离是10mm(毫米)。
由于室外空间较大,受众的观看距离一般较远,而人的肉眼有一定分辨极限,因此在远距离观看时,即使LED显示屏的点间距较远,也能够满足要求。而由于室内空间有限,观看距离一般要小于室外,因此需要点间距更小的显示屏才能够满足用户对分辨率的要求,否则将影响观看效果。
由于人眼分辨能力有一定极限,因此理论上来讲,某一观看距离下,人眼能够分辨的最小像素间距,可以通过人眼成像原理计算出来。
在正常亮度和对比度的情况下,人眼对像素的分辨能力的极限约为1’(1度角的1/60,称为1分),假设屏幕高度为H,观看距离为D,屏幕高度方向分辨率为n,则每个像素点间距为H/n,该点在人眼中形成的视角为arctg(H/n/D),如果视角小于1’,即超过人眼的分辨极限。
我们认为,对于小间距LED显示屏来说,灯珠在成本中占比已经较高,因此灯珠价格的快速下降,有助于推动产品普及。
实际上,苹果iPhone上所采用的“视网膜”屏幕也正是基于这个原理,其液晶显示屏的像素点间距超过了在常规观看手机的距离下,人眼视网膜分辨像素距离的极限。
在不同的室内应用领域,有不同的观看距离需求,因此对LED显示屏点间距的需求一般也不同,但超过某一距离人眼的分辨极限后,更小间距的产品将没有实际意义。
由于LED显示屏的优势领域是110寸以上的大屏幕显示,而即使在110寸上实现4K高清的显示效果,0.634mm点间距产品就能满足要求,因此我们认为,
0.634mm是下游需求决定的小间距LED显示屏的极限间距,更小的间距将没有实际意义。
由于室内的最远观看距离一般为10米,点间距在4mm(P4)的产品即可满足观看要求,因此在以下研究中,我们将点间距在4mm以内的LED显示产品定义为小间距LED显示屏,其主流型号包括P4、P3.5、P3、P2.5、P1.9、P1.6、P1.4等等。
全球LED显示市场格局伴随着LED技术的进步和成熟,全球LED显示屏市场规模快速扩大,虽然2009年受到全球金融危机影响出现接近零增长但增速很快在2011年又回到了20%以上的水平。2013年,全球LED显示屏市场规模约405亿元人民币。
其中,中国LED显示屏市场在全球占比最高,2013年中国LED显示屏市场规模达到190亿元人民币,占比近50%,且在过去数年之间,中国LED显示市场增速始终高于全球增速。

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