大型电子显示屏的设计应用

李维时 / 于天傲

(中国建筑设计研究院有限公司,北京 100044)

0 概述

目前在建筑电气设计工作中，常遇到甲方和建设单位提出对各类电子显示屏的设计需求，而这部分内容通常由设备厂家专项设计。设计人员对显示屏类产品的了解程度会直接影响到与客户和建筑专业设计人员的沟通、设备机房的预留条件及用电量的估算等。

因此本文通过对目前市场各类电子显示屏进行调研和分析，总结归纳了产品的种类、实施基础条件、用电指标等，以提供可以让广大设计人员直接使用的技术资料，提高工作效率，保证设计质量。

在电子显示屏的设计应用过程中,主要按以下设计步骤实施：第一：步选择显示屏种类；第二步：选择显示屏的尺寸、规格；第三步：提出安装方式及检修空间的要求；第四步：考虑显示屏及配套设施总用电负荷。

1 常见的几种大型电子显示屏

常见的视频显示系统包含LED视频显示系统、投影型视频显示系统(如DLP)、电视型视频显示系统(如CRT、LCD、PDP)。

1.1 LED电子显示屏

1.1.1 分类

LED电子显示屏按颜色基色可以分为:1)单基色显示屏:单一颜色(红色或绿色)；2)双基色显示屏:红和绿双基色，256级灰度、可以显示65 536种颜色；3)全彩色显示屏:红、绿、蓝三基色，256级灰度的全彩色显示屏可以显示1 600多万种颜色。

LED电子显示屏按使用场合可以分为：室内LED显示屏和室外LED显示屏两种。

室内LED显示屏主要特点：像素密度高(目前成熟产品最小间距做到0.937 5 mm，单位面积像素为114万像素/m2)、不防水、亮度为300～1 000cd/m2。

室外LED显示屏主要特点：户外环境对亮度要求高，通常亮度≥5 500cd/m2；像素密度最小4mm(62 500点/m2)；防护性能正面≥IP65。

室内屏主要有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 系统组成

系统由显示屏幕、屏体控制单元、电源模块、系统软件、金属屏体框架等组成。

1.1.3 设计

1)显示屏发光面应避开强光直射。

2)LED视频显示屏像素中心距应根据合理或最佳视距计算。视距和像素中心距应按式(1)计算。

H=k·P

(1)

式中，H为视距，m；k为视距系数(最大宜取5 520，最小宜取1 380)；P为像素中心距，m。(注：理想视距=1/2最大视距，理想视距系数k一般取2 760；最小视距=1/2理想视距，最小视距系数k一般取1 380；合理视距范围：最小视距(1/2理想视距)≤合理视距≤理想视距(1/2最大视距)，在选取像素中心距时，一般采用理想视距值。)

3)显示屏的水平左右视角不宜<±50°，垂直上视角宜>10°，垂直下视角宜>20°。

1.1.4 特殊效果的LED显示屏

特殊效果的LED显示屏主要有格栅屏、镜面屏、高清固定安装屏等，详见图1～6。

图1 格栅屏结构模块

图2 格栅屏维修

图3 户外光栅LED显示屏

图4 镜面屏

图5 高清固定安装屏

图6 双面集成LED屏

1.2 投影型电子显示屏(DLP)与液晶显示屏(LCD)

1.2.1 工作原理的区别

DLP(Digital Light Processing，数字光线处理)芯片是一个由数以万计(甚至上百万)的微镜片所组成的反射表面。其中每个微镜片代表一个单独的像素，利用反射光形成图像，从而减少亮度损失、提高清晰度。从工作原理上说，DLP是一种应用了全数字化图像再生的背投。

液晶显示屏(LCD)中最主要的物质就是液晶，通电时，分子排列有序，光线容易通过；不通电时分子排列混乱，光线难以通过。

因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板(或称匀光板)和反光膜，背光板由荧光物质组成，其作用主要是提供均匀的背景光源，其发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万液晶液滴的液晶层。背板光源越亮，整个液晶显示器的亮度也越高。

1.2.2 DLP屏幕的优缺点

DLP屏幕优势表现为：1)更大、更清晰的画面视听享受，背投单元的尺寸目前有50″、60″、67″、80″等规格，分辨率可以为1 024×768～1 400×1 050，最高1 920×1 200；2)DLP拼接系统一般物理缝隙(拼接屏幕之间缝隙大小)在0.5mm以内，光学图像缝隙在1mm以内；3)成熟的高亮度和长寿命使用技术；4)背投式显示系统采用的是封闭的投射光路，所以完全避免了外界光线干扰，屏幕亮度大幅提高，使用寿命长，维修方便。

DLP屏幕有色彩饱和度差、占用空间比较大的缺点。

1.2.3 LCD液晶显示屏幕的优缺点

LCD液晶屏幕优势表现为：1)屏前散热，热量不大；2)图像清晰度高，通常可达到 1 920×1 080像素；3)由于液晶各个发光单元的结构完全相同，因此不会出现显像管常见的图像几何变形情况；4)机身轻薄，厚度在4cm以内，仅有等离子屏的1/2～1/3，是DLP屏厚度的1/10左右；5)色彩鲜艳，颜色饱和度高；6)液晶屏采用逐行扫描与点阵成像，图像无闪烁，不会对人眼造成伤害。

柑橘缺钼症状：新梢成熟叶片出现近圆形或椭圆形黄色至鲜黄色斑块，俗称“黄斑病”，叶背斑驳部位呈棕褐色，并可能流胶形成褐色树脂，叶表面的病斑光滑，叶背面病斑处稍肿起，且满布胶质，严重时会引起落叶。有时叶尖和叶缘枯焦，嫩叶内卷略呈杯状，叶片上有明显的圆形黄点。缺钼现象较少见，只在酸性特别强的土壤上才会出现。

LCD液晶屏幕劣势表现在：1)LCD的拼缝较大(目前拼缝最小能做1.8mm)；2)可靠性较差，维修需要整屏更换。

LCD与DLP拼接墙比较详见表1和图7。

图7 LCD与DLP拼接墙比较

2 显示屏尺寸的前期估算

根据摄影机系统的胶片规格来定，显示屏规格多为16∶9或4∶3。其中4∶3是历史最久的比例，在电视发明之初就已经存在，现今仍在使用，并且用于许多电脑显示器上；而16∶9是高清晰度电视的国际标准，用于澳洲、日本、加拿大和美国，还有欧洲的卫星电视和一些非高清的宽屏幕电视(EDTV)PAL-plus。

目前许多数码摄影机都有拍摄 16∶9 画面的能力。宽屏幕的 DVD 是将 16∶9 的画面伸展为 4∶3 作数据存储，并依照电视的处理能力作应变，假如电视支持宽屏幕，那么将图像还原就可以播放，如果不支持，就由 DVD 播放器裁剪画面再送至电视上。更宽一些的比例如 1.85∶1 或 2.40∶1则是在图像的上、下方再加上黑条。

LCD显示器的大小通常以对角线的长度来衡量，常见的有15″、17″、19″、20″、24″等(1″=2.54cm)。DLP显示器多为50″、60″、67″、70″、80″等。显示屏的尺寸除了满足画面比例外，还与点间距和显示屏的分辨率要求有关。

各规格显示屏的尺寸换算详见表2。

设计举例：在某室内指挥中心，甲方要求设置一个大型显示墙能按4∶3和16∶9比例任意开窗。指挥中心可视层高度3m，可展示墙宽为10m。显示屏如果采用LCD或DLP拼接，首先要对显示屏的数量进行初期估算。

采用拼接单元组合墙体(图8)：由12套50″DLP一体化背投单元组成，组合方式为3×4 (行×列)；50″屏幕尺寸：1 016mm宽×762mm高；整屏显示面积=(1 016mm×4) ×(762mm×3)=4 064mm×2 286mm。

3 显示屏的安装及检修

3.1 控制室及设备间的设置

主要依据GB 50464-2008《视频显示系统工程技术规范》控制室及设备间的设计。

表1 LCD与DLP拼接墙应用比较

表2 16∶9显示屏规格与尺寸对应表

图8 大屏幕组合墙结构图

1)控制室的设置

(1)控制室设计应根据具体需求为视频显示系统提供预留终端信息点及设备接口。(2)规范要求控制室面积一般≥9m2，梁下净高宜≥2.5m；大型LED显示屏控制室的面积可按9～15m2设置；以可以摆放下机柜或操作台，且保证操作人员有较宽敞的操作空间为准。(3)LED显示屏控制室根据设备的数量及规格，一般可配置一台(或几台)机柜、一台操作台。(4)如按有人值班考虑，控制室温度应为20～26℃，湿度应为45%～60%，换气量每人≥30m3/h。(5)体育场馆等需要监视显示大屏的控制室，应设置可以看到显示屏的观察窗。

2)控制室的设备及布置

(1)控制台正面与墙或其他障碍物间距应≥1.2m；侧面他墙或其他设备的净距应≥0.8m。(2)机架或机柜前面、背面的净距应≥0.8m，侧面距离墙的净距应≥0.6m。

LED控制室控制设备参考尺寸详见表3。

3)设备间设置

(1)投影系统设备间应确保通风、干燥，工作环境温度应为10～35℃，视频显示屏前后温差<5℃；相对湿度宜<80%，且不应有冷凝。(2)设备间地面应平整，荷载不应小于1.5kN/m2，地面不应安装通风管、插座等设备，应设置防静电架空地板。(3)设备间照度应满足检修工作要求，最低照度值应为100lx。(4)设备间应配置简装修用的局部照明或检修的电源插座。(5)设备间宜预留接地端子箱；设备总电源应考虑信息系统的防雷电保护装置。

注：①1U=44.5mm，标准宽度：孔距为470mm；②通常单独的LED显示屏(分辨率≤1 920×1 200)，需要的基本控制设备为控制计算机和控制器，其他设备根据用户实际使用情况所需进行配备。

3.2 显示屏的安装及检修

1)显示屏的厚度因固定安装的形式不同而不同。

2)控制室荷载可参考广播室荷载，参见JGJ 16-2008《民用建筑由气设计规范》表23.3.2。

3)LED显示屏屏体较大，安装屏体时需要提供结构设备荷载。LED箱体荷载因模组材质不同而不同，可分为专用铝板和钢板。一般情况下：(1)铝板结构荷载条件：显示屏自重0.5kN/m2；活载：施工或检修集中荷载1.0kN/m2；(2)钢板结构荷载条件：显示屏自重1kN/m2；活载：施工或检修集中荷载1.0kN/m2。

4)LED显示屏的检修方式有屏前维护和屏后维护2种。室外屏由于环境条件，一般采用屏后维护，即在显示屏后设置净距不小于800mm以上的维修空间；室内屏一般可采用屏前维护和屏后维护2种方式。当土建条件不能满足检修空间且显示屏的面积不是很大时(一般不超过15 m2)，可选择屏前维护方式，屏后预留净距不小于200mm的散热空间。

设计举例：LED户外立柱显示屏安装示意(详见图9～10)。

4 显示屏的用电负荷

1)LCD液晶屏功率约为200～700W/m2(100W～500W/屏)。

图10 LED户外立柱显示屏示意图2

2)DLP显示屏功率约为150～300W/ m2(130～300W/屏)。

3)LED显示屏用电按峰值功耗预留，一般按平均功耗的3～3.5倍估算。显示屏的平均功耗与像素密度成反比，一般为150～500W/ m2(如16m×9m规格PH6室内显示屏，平均功耗约23kW，峰值功耗约70 kW)。

给暖通专业提热负荷时，控制室应按控制柜内设备用电功率提供(如功放、控制器、处理器、电脑等)。显示屏的放热量较大，建议按平均功耗提供。

5 结束语

随着社会信息化、智能化的飞速发展，电子显示屏的应用越来越广泛。依据文中相关数据，可以使设计人员在设计方案前期能够迅速给出甲方或建筑设计师一个量化的结论。此外，在配合建筑设计过程中，在设备厂家没有介入的前期，电气人员也应该对电子显示屏的用电和荷载有一个基本的数据概念，做到适度预留，尽量避免后期的较大改动。

[1] GB 50464-2008 视频显示系统工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2009.