Ing. Ivo Herman, CSc. Brněnská 993 tel. +420 545 214 226 664 42 Modřice fax. +420 545 214 268 www.herman.cz herman@herman.cz Srovnání LCD displejů a LED panelů Technologie pro zobrazení informací pomocí matice LED (Light-Emitting Diode) diod nebo LCD displejů (Liquid-Crystal Display) pracují na zcela odlišném principu. Obě technologie se vyznačují jak klady, tak i zápory při použití ve stejných podmínkách, zejména ve vnějších prostorech. Zkusme proto provést v následujícím článku jejich srovnání. Obsah článku: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Barevnost LED kontra LCD... 2 Čitelnost při plném svitu slunce... 3 Životnost panelů... 4 Ukázka svitu LCD displeje 42 při různých osvětleních... 4 Srovnání parametrů obdobných LED a LCD panelů (cca 42 )... 5 Konstrukční parametry LCD displeje... 6 Zhodnocení... 7
1. Barevnost LED kontra LCD Zobrazovací panely složené z několika tisíc LED jsou aktuálně nejpoužívanější technologií k zobrazení informací ve veřejné dopravě osob pro vnější použití. U panelů typu LED každá dioda představuje jeden zobrazitelný bod v rámci informační plochy a odpovídá tak jednomu velkému pixelu u LCD displejů. Schopnost barevného zobrazení LED panelů závisí na použitém typu LED diod (tzv. multi-led čip) a v něm použitých barvách. Oproti plnobarevným LCD displejům lze zpravidla způsob zobrazení pomocí LED dělit následovně: 1. Jednobarevný obvykle barvy červená, žlutá, zelená, bílá a příp. i další. Vhodné pro zobrazení textu a jednoduché grafiky se shodnou svítivostí celého panelu, což je dostačující pro zastávkové panely a označníky. Tyto panely jsou levnější než obdobné LCD panely pro vnější použití. 2. Dvě základní barvy obvykle kombinace barev červená zelená nebo červená - žlutá, příp. další kombinace. Celkově lze zobrazit tři barvy, kdy třetí barva vznikne, svítí-li současně obě LED diody v jednou pouzdře (např. červená zelená nově vzniklá oranžová). Cena tohoto panelu je cca o 50% vyšší než u předchozího řešení. Barevné rozlišení umožňuje pro cestující snadno rozlišit např. vlak, městskou a příměstskou dopravu. 3. Tří základní barvy - zde se již jedná o standardní plně barevnou trojnásobnou LED diodu, tj. multi-led obsahující jednotlivé LED jako červená zelená modrá. V případě levnějšího řešení jsou jednotlivé barvy pouze spínány a neumožňují plně barevný obraz. Toto se obvykle nepoužívá. 4. Tři základní barvy s plným grafickým řízením svitu toto provedení odpovídá plně chování bodů na LCD displejích, ale bod má mnohem větší svítivost. Tento typ LED panelů je vhodný pro venkovní použití a nahrazuje zde LCD obrazovky má však složitější řízení s regulací svitu každého čipu LED diody i v rámci multi-led. Tyto panely jsou několikanásobně dražší, než obdobné LCD panely a dosahují mnohem vyšší svítivosti. V případě použití jednobarevných LED panelů lze zobrazit pouze informace složené z jednotlivých znaků použité znakové sady (možno některé znaky upravit na jednoduché piktogramy pro dosažení částečného grafického efektu). Naproti tomu LCD displeje běžně zvládají zobrazení minimálně 256 tis. barev a více. Proto je vhodnější se LED displejů zaměřit na blikání polí, pokud je chceme zdůraznit daný text či piktogram zdůraznit. Inverzní zobrazení textů díky velkým zobrazovaným bodům může způsobit horší čitelnost. - 2 -
2. Čitelnost při plném svitu slunce Panely tvořeny maticí LED se vyznačují velmi dobrými pozorovacími úhly zejména při použití tzv. plochých LED diod, kde úhel pozorování je prakticky cca 170 O a více a mají velmi dobrou čitelností za jakýchkoli světelných podmínek. LED panely jsou tak vhodné k použití jak v interiérech, tak i ve venkovních prostorech, kde je možnost přímého slunečního svitu na zobrazovací plochu panelu. LCD displeje mají oproti LED panelům velkou nevýhodu při zobrazování na přímém slunci, kdy podsvícení displeje nedokáže podsvítit plochu LCD displeje tak silně, aby čitelnost byla srovnatelná s LED panely a to ani u displejů se zvýšeným výkonem podsvitu a speciální optickou bandáží a slunečními filtry. Informace zobrazené na LCD displeji na přímém slunci jsou obtížně čitelné z větší vzdálenosti jak při negativním, tak i pozitivním zobrazení textu. Fotografie na obrázcích č. 2a a č. 2b byly pořízeny v pravé poledne na plném slunci (světelný tok 100 000 Cd/m 2 ), který 100 x převyšuje svit vysokosvítivého LCD displeje. Důvod čitelnosti LED displejů na přímém slunci je velmi jednoduchý - i při současných technologiích výroby LCD displejů se zvýšeným výkonem podsvitu mají LED panely přibližně 20 větší jas. a. LED panel IDS JMK na plném slunci. b. LED panel DPmČB na plném slunci. Obr. č. 1: Čitelnost LED panelů na přímém slunci při kontrastní fólii je vždy dobře čitelná. a. LCD panel - pozitivní zobrazení textu. b. LCD panel negativní zobrazení textu. Obr. č. 2: Čitelnost vysokosvítivých LCD panelů 42 na přímém slunci foceno ze vzdálenosti 5 m (z větší vzdálenosti nečitelné). Jas LCD panelu při zkoušce byl 1150 Cd/m 2. - 3 -
3. Životnost panelů Životnost LCD displejů i LED panelů je zásadně ovlivněna především intenzitou jasu. Všechny LCD a LED zobrazovače dodávané firmou Ing. Ivo Herman, CSc. jsou vybaveny osvitovým čidlem regulující jas zobrazovačů pro prodloužení jejich životnosti a zamezení nepříjemného oslnění osob v noci nebo při sníženém okolním svitu. Jelikož LED diody mají standardně mnohem větší jas, tak je ve většině případů značně snížen jejich výkon při zachování pohodlné čitelnosti dle okolního jasu. To umožňuje garantovat životnost u LED panelů min. 150 000 hodin (dáno napěťovou regulací na LED diodách). U LCD displejů se zvýšenou hodnotou jasu je pořád maximální jas přibližně 20 nižší než u LED panelů, což znamená častější potřebu maximálního jasu pro pohodlné zobrazení informací na displeji. Kvůli častému využívání maximální hodnoty jasu u displeje se razantně snižuje jeho životnost. To také vede k nutnosti častěji měnit LCD displej (v případě že je na trhu model který je s vyměňovaným kusem kompatibilní) přibližně po 5 letech, elektronika displeje vydrží déle. 4. Ukázka svitu LCD displeje 42 při různých osvětleních Jak již bylo uvedeno na obr. č. 2 při plném svitu LCD displeje má sluneční svit cca 100x vyšší intenzitu, což způsobuje obtížnou čitelnost LCD panelu. Pro úplnost uvádíme na obr. č. 3 situaci, kdy při stejném slunečním svitu jsou LCD panely umístěny do stínu. Dle tabulky č. 3 však ve stínu je sluneční svit cca 10x menší a to již zajistí čitelnost zobrazované informace i v pravé poledne. a. LCD panel - pozitivní zobrazení textu. b. LCD panel negativní zobrazení textu. Obr. č. 3: Čitelnost vysokosvítivých LCD panelů 42 ve stínu foceno ze vzdálenosti 5 m. Jas LCD panelu při zkoušce byl 1150 Cd/m 2 okolní svit 10-12 tis. Cd/m 2. Obr. č. 4: Foto LCD panelu ve stínu a v situaci, kdy se slunce schovalo pod mraky. Zde jej již plná bezproblémová čitelnost zobrazení i textu. Odhadovaný sluneční svit byl 7-8 tis. Cd/m 2. - 4 -
5. Srovnání parametrů obdobných LED a LCD panelů (cca 42 ) Z předchozího popisu je zřejmé, že LED panel má oproti LCD displeji značně nižší počet zobrazitelných bodů na plochu (rozlišení) při podobných rozměrech aktivní plochy. To ale nebrání např. v zobrazení textu s dobrou čitelností i víc jak 25 m od panelu. Oproti LCD displeji má LED panel výrazně vyšší maximální jas, který zaručuje velmi kvalitní zobrazení informace i na přímém slunci. Hodnoty v tabulce pro LED panel a LCD displej vychází z aktuálně používaných a dostupných technologií. Hodnota jasu 1000 1500 Cd/m² je v dnešní době pro LCD panel jednou z nejvyšších možných hodnot, se kterou lze LCD displej pořídit. Pro představu, hodnoty standardních LCD displejů u notebooků nebo stolních LCD monitorů se pohybují v rozmezí 200 350 Cd/m². LCD displeje při hodnotách jasu v rozmezí 200 500 Cd/m² jsou pro použití ve venkovních prostorech naprosto nevyhovující. Na přímém slunci jsou takovéto displeje obvykle úplně černé naprosto nečitelné a navíc se přímým sluncem mohou poškodit. Při použití displeje se zvýšeným jasem nad hodnoty >900 Cd/m² zůstává takový displej alespoň částečně čitelný z bližší vzdálenosti. Zjednodušeně lze konstatovat výhody LED oproti LCD: a. Vyšší svítivost a tím i lepší čitelnost na přímém slunci b. Výrazně nižší průměrná spotřeba elektrické energie c. Výrazně vyšší rozsah pracovních teplot d. Výrazně vyšší životnost panelu e. Snížená údržba panelu Tabulka 1: Parametry velikostně srovnatelných zobrazovacích jednotek LED panel 5 řádků 42" LCD Rozměr grafické plochy 1000 300 mm 930 523 mm Celková grafická plocha 0,3 m² 0,48 m² Počet řádků x sloupců 50 x 160 1080 x 1920 Počet svítivých bodů 8000 2,0736 mil. Jas bodu / pixelu (při plném slunci) 1,000 mcd 0,00027 Cd Celkový jas panelu / displeje 26 680 Cd/m² 1150 Cd/m² spotřeba na bod / pixel 20 ma 0,081 ma celková spotřeba max. plný 1 ) 160 W 180 W celková spotřeba - max. text 2 ) 40 W 180 W celková spotřeba noc plný 40 W 90 W celková spotřeba - noc text 10 W 90 W Roční spotřeba *kwh/rok+ 3 ) 157 kwh 1184 kwh Teplotní rozsah - 40 o C do + 100 o C - 0 o C do + 50 o C Životnost *hod.+ 4 ) 150000 / 17 let 50000 / 5,7 let 1 ) maximální svit při plném svitu všech diod 2 ) svit textu je cca 25% z aktivní plochy panelu (energii spotřebovávají jen svítící body) 3 ) ve spotřebě není započítána spotřeba řídicí jednotky panelu. I zde platí, že řídicí jednotka LED panelu má nižší spotřebu 2-5W, pro LCD panel má spotřebu cca 5-10W a vyšší. Spotřeba je stálá. 4 ) platí pro napěťovou regulaci použitou u LED panelů výrobce Herman a použití diod OSRAM. - 5 -
Výhody LCD displeje oproti LED panelům není dle našeho názoru třeba zdůrazňovat, protože jsou obecně známé - plně barevné zobrazení s grafickou plochou, jednoduchou změnou zobrazení a jemným rastrem bodů. 6. Konstrukční parametry LCD displeje LCD displeje se významně liší také v samotné konstrukci. Konstrukce je značně komplikovanější než u LED panelu. Právě díky složité konstrukci panelu je problém ve výrobě velkoplošných panelů s rozšířenými rozsahy jasu a provozních teplot. V případě nižších provozních teplot u displeje je možno použít doplňkové vytápění displeje nebo naopak při letních dnech musí obsahovat chlazení displeje (nucená ventilace). Toto řešení je finančně nákladnější na pořízení a zvyšuje celkové energetické náklady na provoz. Druhým největším problémem je provedení podsvitu displeje pro dosažení co nejvyššího jasu. I když se technologie LCD displejů pořád vyvíjí, nelze v současné době pořídit LCD displeje s hodnotami jasu více než 1500 Cd/m². Rozsah pracovních teplot dle velikosti LCD displeje 1. Normální teplotní rozsah (od 0 C do +50 C): všechny velikosti LCD 2. Rozšířený teplotní rozsah (od -20 C do +70 C): velikost do 30 3. Široký teplotní rozsah (od -30 C do +85 C): velikost do 24 Problémy spojené s dodávkou panelů vybavených LCD displeji Velkoplošné LCD displeje nad 30 se nevyrábí s rozšířeným teplotním rozsahem (je potřeba zajistit chlazení i topení pro displej => zvýšení nákladů) Nejvyšší jas u LCD displejů pro venkovní použití je okolo 1200 Cd/m² LCD se zvýšeným jasem (nad 500 Cd/m²) jsou mnohem širší než standardní displeje LCD displej se zvýšeným jasem (nad 500 Cd/m²) je několikanásobně dražší než standardní displej s jasem do 350 Cd/m². Obr. č. 5: Ukázka složení LCD panelu. - 6 -
Tabulka 2: Vlastnosti jednotlivých prvků v LCD displeji. Díly LCD Materiál Teplotní údaje Následky vysokých teplot Polarizační film PVA, TAC, PET 80 C, 500 hodin NA Sklo s barevným filtrem Sklo bez omezení Rozšířený teplotní rozsah od -35 C do 95 C Zatemnění - obnovitelné Tekuté krystaly Standardní teplotní rozsah od -20 C do 75 C Zatemnění - obnovitelné Barevná TFT matice Sklo bez omezení Polarizační film PVA, TAC, PET 80 C, 500 hodin NA Optický film PVA, PET < 85 C Zvlnění obrazu - nevratné Světlovodná deska PMMA (plast) < 95 C Deformace - nevratná Plastový rám Plast < 95 C Deformace - nevratná Zdroj světla LED od -35 C do 85 C Snížení životnosti při velkých teplotách Ovladač LED IO Závisí na konstrukci 7. Zhodnocení V tabulce č. 3. jsou uvedeny hodnoty jasu dle různých prostředí a dle různé intenzity slunečního svitu, na základě kterých bylo srovnání obou zobrazovacích technologií provedeno. Podle výše uvedených fotografií LCD displeje a jeho parametrů při srovnání s tabulkou jasu je celkem patrné, že LCD displej se hodí vnitřních a příp. do venkovních prostor s krytím proti přímému slunečnímu svitu. LED panel se hodí tam, kde na něj bude značnou část dne svítit slunce a má být čitelný z větší vzdálenosti (10 a více metrů). Pro úplnou představu uvádíme v následující tabulce hodnoty svitu: Tabulka 3: Hodnoty osvětlení v různých prostředích. Světelný zdroj Jas (L [cd/m²]) Osvětlení v noci při úplňku 0,2 Osvětlení k pohodlnému čtení 50 Kancelářské osvětlení 300 Výborné osvětlení v místnosti 700 Sluneční světlo, hodinu před západem 1 000 Denní světlo, zataženo 3 000 Slunný den ve stínu stromu 10 000 Ostrý sluneční svit v poledne 100 000-7 -