大型電子顯示屏的設計應用

李維時 / 于天傲

(中國建筑設計研究院有限公司,北京 100044)

0 概述

目前在建筑電氣設計工作中，常遇到甲方和建設單位提出對各類電子顯示屏的設計需求，而這部分內容通常由設備廠家專項設計。設計人員對顯示屏類產品的了解程度會直接影響到與客戶和建筑專業(yè)設計人員的溝通、設備機房的預留條件及用電量的估算等。

因此本文通過對目前市場各類電子顯示屏進行調研和分析，總結歸納了產品的種類、實施基礎條件、用電指標等，以提供可以讓廣大設計人員直接使用的技術資料，提高工作效率，保證設計質量。

在電子顯示屏的設計應用過程中,主要按以下設計步驟實施：第一：步選擇顯示屏種類；第二步：選擇顯示屏的尺寸、規(guī)格；第三步：提出安裝方式及檢修空間的要求；第四步：考慮顯示屏及配套設施總用電負荷。

1 常見的幾種大型電子顯示屏

常見的視頻顯示系統(tǒng)包含LED視頻顯示系統(tǒng)、投影型視頻顯示系統(tǒng)(如DLP)、電視型視頻顯示系統(tǒng)(如CRT、LCD、PDP)。

1.1 LED電子顯示屏

1.1.1 分類

LED電子顯示屏按顏色基色可以分為:1)單基色顯示屏:單一顏色(紅色或綠色)；2)雙基色顯示屏:紅和綠雙基色，256級灰度、可以顯示65 536種顏色；3)全彩色顯示屏:紅、綠、藍三基色，256級灰度的全彩色顯示屏可以顯示1 600多萬種顏色。

LED電子顯示屏按使用場合可以分為：室內LED顯示屏和室外LED顯示屏兩種。

室內LED顯示屏主要特點：像素密度高(目前成熟產品最小間距做到0.937 5 mm，單位面積像素為114萬像素/m2)、不防水、亮度為300～1 000cd/m2。

室外LED顯示屏主要特點：戶外環(huán)境對亮度要求高，通常亮度≥5 500cd/m2；像素密度最小4mm(62 500點/m2)；防護性能正面≥IP65。

室內屏主要有P0.9mm、P1.2mm、P1.3mm、P1.4mm、P1.8mm、P2.5mm、P3.75mm、P4mm、P6mm、 P7.62mm、P8mm、P10mm。

室外屏主要有P10mm、P12mm、P14mm、P16mm、P20mm、P25mm、P31.25mm、P36mm。

1.1.2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由顯示屏幕、屏體控制單元、電源模塊、系統(tǒng)軟件、金屬屏體框架等組成。

1.1.3 設計

1)顯示屏發(fā)光面應避開強光直射。

2)LED視頻顯示屏像素中心距應根據合理或最佳視距計算。視距和像素中心距應按式(1)計算。

H=k·P

(1)

式中，H為視距，m；k為視距系數(最大宜取5 520，最小宜取1 380)；P為像素中心距，m。(注：理想視距=1/2最大視距，理想視距系數k一般取2 760；最小視距=1/2理想視距，最小視距系數k一般取1 380；合理視距范圍：最小視距(1/2理想視距)≤合理視距≤理想視距(1/2最大視距)，在選取像素中心距時，一般采用理想視距值。)

3)顯示屏的水平左右視角不宜<±50°，垂直上視角宜>10°，垂直下視角宜>20°。

1.1.4 特殊效果的LED顯示屏

特殊效果的LED顯示屏主要有格柵屏、鏡面屏、高清固定安裝屏等，詳見圖1～6。

圖1 格柵屏結構模塊

圖2 格柵屏維修

圖3 戶外光柵LED顯示屏

圖4 鏡面屏

圖5 高清固定安裝屏

圖6 雙面集成LED屏

1.2 投影型電子顯示屏(DLP)與液晶顯示屏(LCD)

1.2.1 工作原理的區(qū)別

DLP(Digital Light Processing，數字光線處理)芯片是一個由數以萬計(甚至上百萬)的微鏡片所組成的反射表面。其中每個微鏡片代表一個單獨的像素，利用反射光形成圖像，從而減少亮度損失、提高清晰度。從工作原理上說，DLP是一種應用了全數字化圖像再生的背投。

液晶顯示屏(LCD)中最主要的物質就是液晶，通電時，分子排列有序，光線容易通過；不通電時分子排列混亂，光線難以通過。

因為液晶材料本身并不發(fā)光，所以在顯示屏兩邊都設有燈管，而在液晶顯示屏背面有一塊背光板(或稱勻光板)和反光膜，背光板由熒光物質組成，其作用主要是提供均勻的背景光源，其發(fā)出的光線在穿過第一層偏振過濾層之后進入包含成千上萬液晶液滴的液晶層。背板光源越亮，整個液晶顯示器的亮度也越高。

1.2.2 DLP屏幕的優(yōu)缺點

DLP屏幕優(yōu)勢表現為：1)更大、更清晰的畫面視聽享受，背投單元的尺寸目前有50″、60″、67″、80″等規(guī)格，分辨率可以為1 024×768～1 400×1 050，最高1 920×1 200；2)DLP拼接系統(tǒng)一般物理縫隙(拼接屏幕之間縫隙大小)在0.5mm以內，光學圖像縫隙在1mm以內；3)成熟的高亮度和長壽命使用技術；4)背投式顯示系統(tǒng)采用的是封閉的投射光路，所以完全避免了外界光線干擾，屏幕亮度大幅提高，使用壽命長，維修方便。

DLP屏幕有色彩飽和度差、占用空間比較大的缺點。

1.2.3 LCD液晶顯示屏幕的優(yōu)缺點

LCD液晶屏幕優(yōu)勢表現為：1)屏前散熱，熱量不大；2)圖像清晰度高，通?？蛇_到 1 920×1 080像素；3)由于液晶各個發(fā)光單元的結構完全相同，因此不會出現顯像管常見的圖像幾何變形情況；4)機身輕薄，厚度在4cm以內，僅有等離子屏的1/2～1/3，是DLP屏厚度的1/10左右；5)色彩鮮艷，顏色飽和度高；6)液晶屏采用逐行掃描與點陣成像，圖像無閃爍，不會對人眼造成傷害。

柑橘缺鉬癥狀：新梢成熟葉片出現近圓形或橢圓形黃色至鮮黃色斑塊，俗稱“黃斑病”，葉背斑駁部位呈棕褐色，并可能流膠形成褐色樹脂，葉表面的病斑光滑，葉背面病斑處稍腫起，且滿布膠質，嚴重時會引起落葉。有時葉尖和葉緣枯焦，嫩葉內卷略呈杯狀，葉片上有明顯的圓形黃點。缺鉬現象較少見，只在酸性特別強的土壤上才會出現。

LCD液晶屏幕劣勢表現在：1)LCD的拼縫較大(目前拼縫最小能做1.8mm)；2)可靠性較差，維修需要整屏更換。

LCD與DLP拼接墻比較詳見表1和圖7。

圖7 LCD與DLP拼接墻比較

2 顯示屏尺寸的前期估算

根據攝影機系統(tǒng)的膠片規(guī)格來定，顯示屏規(guī)格多為16∶9或4∶3。其中4∶3是歷史最久的比例，在電視發(fā)明之初就已經存在，現今仍在使用，并且用于許多電腦顯示器上；而16∶9是高清晰度電視的國際標準，用于澳洲、日本、加拿大和美國，還有歐洲的衛(wèi)星電視和一些非高清的寬屏幕電視(EDTV)PAL-plus。

目前許多數碼攝影機都有拍攝 16∶9 畫面的能力。寬屏幕的 DVD 是將 16∶9 的畫面伸展為 4∶3 作數據存儲，并依照電視的處理能力作應變，假如電視支持寬屏幕，那么將圖像還原就可以播放，如果不支持，就由 DVD 播放器裁剪畫面再送至電視上。更寬一些的比例如 1.85∶1 或 2.40∶1則是在圖像的上、下方再加上黑條。

LCD顯示器的大小通常以對角線的長度來衡量，常見的有15″、17″、19″、20″、24″等(1″=2.54cm)。DLP顯示器多為50″、60″、67″、70″、80″等。顯示屏的尺寸除了滿足畫面比例外，還與點間距和顯示屏的分辨率要求有關。

各規(guī)格顯示屏的尺寸換算詳見表2。

設計舉例：在某室內指揮中心，甲方要求設置一個大型顯示墻能按4∶3和16∶9比例任意開窗。指揮中心可視層高度3m，可展示墻寬為10m。顯示屏如果采用LCD或DLP拼接，首先要對顯示屏的數量進行初期估算。

采用拼接單元組合墻體(圖8)：由12套50″DLP一體化背投單元組成，組合方式為3×4 (行×列)；50″屏幕尺寸：1 016mm寬×762mm高；整屏顯示面積=(1 016mm×4) ×(762mm×3)=4 064mm×2 286mm。

3 顯示屏的安裝及檢修

3.1 控制室及設備間的設置

主要依據GB 50464-2008《視頻顯示系統(tǒng)工程技術規(guī)范》控制室及設備間的設計。

表1 LCD與DLP拼接墻應用比較

表2 16∶9顯示屏規(guī)格與尺寸對應表

圖8 大屏幕組合墻結構圖

1)控制室的設置

(1)控制室設計應根據具體需求為視頻顯示系統(tǒng)提供預留終端信息點及設備接口。(2)規(guī)范要求控制室面積一般≥9m2，梁下凈高宜≥2.5m；大型LED顯示屏控制室的面積可按9～15m2設置；以可以擺放下機柜或操作臺，且保證操作人員有較寬敞的操作空間為準。(3)LED顯示屏控制室根據設備的數量及規(guī)格，一般可配置一臺(或幾臺)機柜、一臺操作臺。(4)如按有人值班考慮，控制室溫度應為20～26℃，濕度應為45%～60%，換氣量每人≥30m3/h。(5)體育場館等需要監(jiān)視顯示大屏的控制室，應設置可以看到顯示屏的觀察窗。

2)控制室的設備及布置

(1)控制臺正面與墻或其他障礙物間距應≥1.2m；側面他墻或其他設備的凈距應≥0.8m。(2)機架或機柜前面、背面的凈距應≥0.8m，側面距離墻的凈距應≥0.6m。

LED控制室控制設備參考尺寸詳見表3。

3)設備間設置

(1)投影系統(tǒng)設備間應確保通風、干燥，工作環(huán)境溫度應為10～35℃，視頻顯示屏前后溫差<5℃；相對濕度宜<80%，且不應有冷凝。(2)設備間地面應平整，荷載不應小于1.5kN/m2，地面不應安裝通風管、插座等設備，應設置防靜電架空地板。(3)設備間照度應滿足檢修工作要求，最低照度值應為100lx。(4)設備間應配置簡裝修用的局部照明或檢修的電源插座。(5)設備間宜預留接地端子箱；設備總電源應考慮信息系統(tǒng)的防雷電保護裝置。

注：①1U=44.5mm，標準寬度：孔距為470mm；②通常單獨的LED顯示屏(分辨率≤1 920×1 200)，需要的基本控制設備為控制計算機和控制器，其他設備根據用戶實際使用情況所需進行配備。

3.2 顯示屏的安裝及檢修

1)顯示屏的厚度因固定安裝的形式不同而不同。

2)控制室荷載可參考廣播室荷載，參見JGJ 16-2008《民用建筑由氣設計規(guī)范》表23.3.2。

3)LED顯示屏屏體較大，安裝屏體時需要提供結構設備荷載。LED箱體荷載因模組材質不同而不同，可分為專用鋁板和鋼板。一般情況下：(1)鋁板結構荷載條件：顯示屏自重0.5kN/m2；活載：施工或檢修集中荷載1.0kN/m2；(2)鋼板結構荷載條件：顯示屏自重1kN/m2；活載：施工或檢修集中荷載1.0kN/m2。

4)LED顯示屏的檢修方式有屏前維護和屏后維護2種。室外屏由于環(huán)境條件，一般采用屏后維護，即在顯示屏后設置凈距不小于800mm以上的維修空間；室內屏一般可采用屏前維護和屏后維護2種方式。當土建條件不能滿足檢修空間且顯示屏的面積不是很大時(一般不超過15 m2)，可選擇屏前維護方式，屏后預留凈距不小于200mm的散熱空間。

設計舉例：LED戶外立柱顯示屏安裝示意(詳見圖9～10)。

4 顯示屏的用電負荷

1)LCD液晶屏功率約為200～700W/m2(100W～500W/屏)。

圖10 LED戶外立柱顯示屏示意圖2

2)DLP顯示屏功率約為150～300W/ m2(130～300W/屏)。

3)LED顯示屏用電按峰值功耗預留，一般按平均功耗的3～3.5倍估算。顯示屏的平均功耗與像素密度成反比，一般為150～500W/ m2(如16m×9m規(guī)格PH6室內顯示屏，平均功耗約23kW，峰值功耗約70 kW)。

給暖通專業(yè)提熱負荷時，控制室應按控制柜內設備用電功率提供(如功放、控制器、處理器、電腦等)。顯示屏的放熱量較大，建議按平均功耗提供。

5 結束語

隨著社會信息化、智能化的飛速發(fā)展，電子顯示屏的應用越來越廣泛。依據文中相關數據，可以使設計人員在設計方案前期能夠迅速給出甲方或建筑設計師一個量化的結論。此外，在配合建筑設計過程中，在設備廠家沒有介入的前期，電氣人員也應該對電子顯示屏的用電和荷載有一個基本的數據概念，做到適度預留，盡量避免后期的較大改動。

[1] GB 50464-2008 視頻顯示系統(tǒng)工程技術規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009.