关于LED显示屏的相关调研.docx
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关于LED显示屏的相关调研
LED显示屏调研报告
华东师范大学
目录:
第一章
写在前面
1.1绪论………………………………………………………………………………………………………………………1
1.2调研背景……………………………………………………………………………………………………………….1
第二章
LED显示屏的总体浅述
第三章
常见LED显示屏及其技术的简单介绍
第四章
综述
第五章
第一章写在前面
1.1绪论:
人类进入信息社会后对信息的需求量越来越大，从而激发了信息显示技术的迅速发
展。
图像显示技术正在向数字化、灵活化、多媒体化的方向发展，图像显示的一个主要
应用分支—一平板显示的作用就显得越来越重要。
平板显示技术采用数字方式控制，显
示平面化，代表着当代图像显示的发展趋势。
随着平板显示技术的发展，阵列显示得到
了越来越广的应用。
大部分平板显示器，如液晶显示器（（LCD）、等离子显示器（（PDP）,LED
显示屏等，都是将显示像素排列成有规律的阵列形式进行显示的。
其中近年来LED显
示屏，以其节能环保,能耗低,使用方便,适用性强,和其较高的亮度、较广的色域和较强的渲染力等这些特点，取得了较大的发展,并在室内外大中小型显示领域占有重要地位。
1.2调研背景
LED显示屏是一种应用广泛的平板显示器，它是利用发光二极管（Light-EmittingDiode,LED）点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。
LED显示屏的基本组成单元LED是基于半导体P-N结通以正向电流后会高效率发出可见光这一原理的注入式电致发光器件。
历史上，针对LED发光的研究是从1923年洛塞夫（（Losve）的一个偶然发现开始的。
1968年，以GaAsP为材料的发光二极管在美国以商品化形式出现，从而使LED走向实用化。
随着控制技术的发展，LED逐渐向矩阵显示方向发展。
特别是大型的平板显示屏，现在己经成为LED的重要应用方向。
同时基于LED技术的OLED技术在近年也有了一定的发展,并且技术日趋成熟,已经有一部分基于OLED显示屏的设备已经涉足商用.
LED显示屏具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点，应用领域己经遍及交通、证券、电信、广告、宣传等各个方面.而研究LED显示屏将有利于我们更好的理解LED显示屏,并对LED显示屏有更深的认识.
第二章LED显示屏总体浅述
2.1LED显示屏发展阶段:
1990年之前：
LED显示屏的成长形成时期。
一方面，受材料、器件的限制，LED显示屏的应用领域未能广泛展开；另一方面，显示屏控制技术基本上采用通信控制方式，影响显示效果。
国外应用较广，国内很少应用，其产品以红绿双基色为主，控制方式是通信控制方式，灰度等级为单点4级调灰,成本高。
1990年至1995年：
LED迅速发展时期。
LED显示屏在LED材料和控制技术方面出现新的成果，如蓝光LED晶片研制成功，全彩色LED显示屏进入市场。
显示屏控制技术领域出现视频控制技术，显示屏灰度等级出现16级灰度和64级灰度，动态效果大大增加。
1995年以来：
LED显示屏的发展进入总体稳步提高、产业格局调整完善的时期。
LED显示屏产业内部竞争加剧，出现许多中小企业，产品价格大幅回落，应用领域较为广阔，同时产品在质量和标准化等一系列方面出现新的问题。
2.2目前国内LED显示屏产业发展现状及发展前景:
2.2.1目前国内LED显示屏发展现状有如下特点:
a.产业总体发展达到规模化水平
b.行业技术进步明显，科技创新对行业发展起到了积极的引领和推动作用
c.产业发展呈规范化、集约化特点
d.LED上游产业发展对显示应用产业的发展促进作用明显
e.重大活动对产业发展提的带动效果明显
f.产业格局在调整中不断完善和合理化
g.同质化的背后是企业产品技术
h.LED显示屏行业洗牌加速，企业经营思维求突破,国内LED显示屏制造企业倒闭潮不断，并购潮亦来临
图1近期部分LED显示屏行业并购案例
例如:
2013年7-9月，LED显示屏行业就发生了3起并购案例，分别为江门科恒收购联腾科技51%的股权，福日电子收购迈锐光电93%的股权，香港上市公司无缝绿色购买深圳三升高科51%的股权。
恶劣的市场竞争导致显示屏市场一片红海，企业盈利能力不断下降；部分企业为保证盈利不得不采用劣质材料，从而导致产品质量出现问题，货款无法收入，应收账款不断增加；市场需求增速不及产能增速，导致企业库存不断增加。
盈利能力下降，应收账款、库存上涨导致现金流无法保证，是企业被并购的主要原因。
2.3LED显示屏基本指标和参数：
1、像素
在LED显示屏中每一个被控制的LED发光单元（或点）称为像素（或像元）,像素是平面上可以被控制的最小单元,在三基色LED显示屏上,像素由三部分组成:
红、绿、蓝，每一部分都由一个或几个LED组成，理论上，分别调节红绿蓝的亮度，可以出现任意颜色。
1）像素直径
像素直径是指每一个像素的直径，单位是mm。
对于室内显示屏，通常按照模块的像素直径划分，主要有：
ϕ3.0mm;60000像素/m²；ϕ3.75mm;44000像素/m²；ϕ5.0mm;17000像素/m²等；
在室外环境，为提高亮度，增加视距，一个像素含有两个以上集束LED；由于两只以上集束LED一般不为圆形，故室外LED显示屏像素直径一般用两像素平均间距表示：
10mm、11.5mm、16mm、22mm、25mm.
2）LED像素模块
LED排列成矩阵或笔段，预制成标准大小的模块，称为LED像素模块。
室内LED显示屏常用8×8像素模块、8字7段数码管模块。
室外LED显示屏像素模块有4×4、8×8、8×16像素等规格。
3）像素失控率
像素失控率是指显示屏的像素工作不正常（失控）所占的比例。
像素失控有两种模式：
一是盲点，也就是瞎点，在需要亮的时候它不亮，称之为瞎点；二是常亮点，在需要不亮的时候它反而一直亮着，称之为常亮点。
像素中具有多颗灯时，只要其中一颗灯失控，即认为此像素失控。
为简单起见，按LED显示屏的各基色（既红、绿、蓝）分别进行失控像素的统计和计算，取其中的最大值作为LED显示屏的像素失控率。
2、灰度：
指像素发光的明暗变化程度，对于数字化的显示技术而言，灰度是显示色彩数的决定因素。
一般而言灰度越高，显示的色彩越丰富，画面也越细腻，更易表现丰富的细节。
一个基色的灰度一般有8~256级。
3、平整度。
LED显示屏的表面平整度要在±1mm以内，以保证显示图像不发生扭曲，否则会导致显示屏的可是视角出现死角。
平整度的好坏主要由生产工艺决定。
4、亮度及可视视角，室内全彩LED屏要在800cd/m²以上，室外全彩LED显示屏要在1500cd/m²以上，才能保证LED显示屏正常工作。
亮度大小主要由LED芯片的质量决定。
可是视角的大小直接决定的LED显示屏观看人数的多少。
可视视角的大小主要由LED芯片的封装方式来决定。
5、白平衡效果。
色彩学上当红绿蓝三原色的比例为1:
4.6:
0.16时才能显示出纯正的白色。
如果实际比例有一点偏差则会出现白平衡的偏差。
白平衡的好坏主要由LED显示屏的控制系统来决定。
6、色彩的还原性：
指LED显示屏对色彩的还原性，即LED显示屏显示的色彩要与播放源的色彩保持高度一致。
才能保证图像的真实感。
2.4LED显示屏分类：
2.4.1LED显示屏按环境分类：
1、室内显示屏：
主要用于室内，由于室内观看距离较近，所以要求单位面积内的像素密集，即发光点较小。
2、半室外显示屏：
一般应用于门头，用于信息的传播，适用于商业店面的广告媒体
3、室外显示屏：
主要用于室外，室外的观看距离较远，而且室外亮度高所以要求显示屏发光点大、像素间距大。
2.4.2LED显示屏按显示颜色分类：
1单基色显示屏：
显示屏只有一种颜色的LED，每个像素点只有一种颜色。
2双基色显示屏：
多为红绿双基色，每个像素点有红绿两种基色，可以叠加出黄色；
3三基色显示屏：
每个像素点有红绿蓝三种基色，在有灰度控制的情况下，通过红绿蓝不同灰度的变化，可以很好地还原自然界的色彩。
2.4.3LED显示屏按点距命名：
1室内可分为（室内单双基色均用φ表示，φ表示发光点直径）：
φ3mm、φ3.7mm、φ4.8mm、φ5mm、φ8.5mm等显示屏；
2室外可分为（半室外单双色、室内外、半室外全彩色均以PH命名，PH表示两发光点之间的距离，单位为mm）：
PH10、PH12、PH16、PH20、PH25、PH30等。
2.4.4LED显示屏按控制方式：
1、同步方式，指LED显示屏的工作方式基本等同于计算机的监视器，它以至少30场/s的更新频率点实时地对应映射计算机监视器上的图像，通常具有多灰度的颜色显示能力，可达到多媒体的宣传广告效果。
2、异步方式，是指LED屏具有存储及自动播放的能力。
在PC上编辑好的文字和无灰度图片通过串口和其他网络接口接入LED屏，然后由LED屏脱机自动播放，一般没有多灰度显示能力，主要用于显示文字信息，可以多屏联网。
2.4.5LED显示屏按单元板LED结构：
1、点阵模块：
早期产品，多用于室内单双色显示屏。
由室内伪彩点阵屏发展而来。
2、直插灯：
为解决点阵屏色彩问题，借鉴户外显示屏技术的一种方案，同时将户外的像素复用技术移植到了室内显示屏。
3、贴片，即采用贴片LED为显示元件的方案。
有三合一、三并一两种封装方式，前者成本高、混色效果好。
4、亚表贴，实际上是单灯方案的一种改进，现在还在完善当中。
2.4.6LED显示屏按灰度等级又可分为：
16、32、64、128、256级灰度LED显示屏等。
现在大多用256级灰度屏，即全彩显示屏可以显示256×256×256种颜色。
2.4.7LED显示屏按安装方式可分为：
立柱式LED显示屏、壁挂式LED显示屏、吊挂式LED显示屏、嵌入式LED显示屏。
2.5LED显示屏的应用领域：
近年来随着微电子技术、自动化技术、计算机技术的迅速发展，半导体制作工艺日趋成熟，使得LED显示点尺寸越来越小，解析度越来越高。
可将显示光的三原色（红绿蓝）集成化为一体，达到全彩色的效果，使得LED作为显示器件的应用范围日益扩大。
LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强、静如油画、动如电影，应用十分广泛：
（1）证券交易、金融信息显示。
这一领域的LED显示屏占到了前几年国内LED显示屏需求量的50%以上，目前仍有较大的需求。
（2）机场航班动态信息显示。
民航机场建设对信息显示的要求非常明确，LED显示屏是航班信息显示系统FIDS（FlightinformationDisplaysystem）的首选产品。
（3）港口、车站旅客引导信息显示。
以LED显示民间为主体的信息系统和广播系统、列车到发揭示系统、列车到发揭示系统、票务信息系统等共同构成客运枢纽的自动化系统，成为国内火车站和港口技术发展和改造的重要内容。
（4）体育场馆信息显示。
LED显示屏作为比赛信息显示和比赛实况播放的的主要手段已取代了传统的灯光及CRT显示屏，在现代化体育场馆成为必备的比赛设施。
（5）道路交通信息显示。
智能效通系统（ITS）的兴起，在城市效通、高速公路等领域，LED显示屏作为可变情报板、限速标志等，得到普遍采用。
（6）调度指挥中心信息显示。
电力调度、车辆动态跟踪、车辆调高度管理等，也在逐步采用高密度的LED显示屏。
（7）邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。
（8）LED显示屏在舞台中的功能与意义。
它的表现力丰富：
可以模拟实景，在线自然；也可以出现效果图像。
它有传统布景所无法比拟的灵活性和虚拟性，又有灯光系统所具有的部分光源特点。
而LED是通过与表演主题相关的画面，对观众进行一种感受的唤醒和启发，让观众在表象之外感觉到了更多的东西，直接影响了观众的心理变化，左右了观众的情绪。
观众从影像中所获得的信息要远大于传统舞美布景和灯光等机械的物理载体所表现出来的信息。
2.6目前国内LED显示屏产业发展现状及发展前景:
目前国内LED显示屏发展现状有如下特点:
i.产业总体发展达到规模化水平
j.行业技术进步明显，科技创新对行业发展起到了积极的引领和推动作用
k.产业发展呈规范化、集约化特点
l.LED上游产业发展对显示应用产业的发展促进作用明显
m.重大活动对产业发展提的带动效果明显
n.产业格局在调整中不断完善和合理化
o.同质化的背后是企业产品技术
LED显示屏行业洗牌加速，企业经营思维求突破
倒闭潮不断，并购潮亦来临
图1部分LED显示屏行业并购案例
2013年7-9月，LED显示屏行业就发生了3起并购案例，分别为江门科恒收购联腾科技51%的股权，福日电子收购迈锐光电93%的股权，香港上市公司无缝绿色购买深圳三升高科51%的股权。
恶劣的市场竞争导致显示屏市场一片红海，企业盈利能力不断下降；部分企业为保证盈利不得不采用劣质材料，从而导致产品质量出现问题，货款无法收入，应收账款不断增加；市场需求增速不及产能增速，导致企业库存不断增加。
盈利能力下降，应收账款、库存上涨导致现金流无法保证，是企业被并购的主要原因。
第三章常见Led显示屏类型及其相关技术
3.1.点阵LED显示屏
LED点阵屏是最常见的Led显示屏,也是使用最广,最简单的Led显示屏技术.
它是通过LED点阵组成的，以红色或绿色灯珠亮灭来显示文字、图片、动画、视频等，是各部分组件都模块化的显示器件，通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。
LED点阵显示屏制作简单，安装方便，被广泛应用于各种公共场合，如汽车报站器、广告屏以及公告牌等。
LED点阵显示屏的工作原理:
以简单的8X8点阵为例（下图）:
它共由64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一行置1电平，某一列置0电平，则相应的二极管就亮；如要将第一个点点亮，则9脚接高电平13脚接低电平，则第一个点就亮了；如果要将第一行点亮，则第9脚要接高电平，而（13、3、4、10、6、11、15、16）这些引脚接低电平，那么第一行就会点亮；如要将第一列点亮，则第13脚接低电平，而（9、14、8、12、1、7、2、5）接高电平，那么第一列就会点亮
对于动态的Led显示屏,其能正常显示动态图片或文字和人眼的视觉惰性有分不开的关系.
视觉惰性可以说是LED显示屏得以广泛应用的生理基础。
首先，在LED显示屏中可以利用视觉惰性，改善驱动电路的设计，形成了目前广为采用的扫描驱动方式。
扫描驱动方式的优点在于LED显示屏不必对每个发光灯提供单独的驱动电路，而是若干个发光灯为一组共用一个驱动电路，通过扫描的方法，使各组发光灯依次点燃，只要扫描频率高于临界闪烁频率，人眼看起来各组灯都在发光,从而使人眼看到的实际为频闪的Led灯变为动态的图.
LED点阵屏的驱动
由LED点阵显示器的内部结构可知，器件宜采用动态扫描驱动方式工作，由于LED管芯大多为高亮度型，因此某行或某列的单体LED驱动电流可选用窄脉冲，但其平均电流应限制在20mA内．多数点阵显示器的单体LED的正向压降约在2V左右．但大亮点∮10的点阵显示器单体LED的正向压降约为6V。
大屏幕显示系统一般是将由多个LED点阵组成的小模块以搭积木的方式组合而成的，每一个小模块都有自己的独立的控制系统，组合在一起后只要引入一个总控制器控制各模块的命令和数据即可，这种方法既简单而且具有易展、易维修的特点。
LED点阵显示系统中各模块的显示方式有静态和动态显示两种。
静态显示原理简单、控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲驱动，从上到下逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的脉冲信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。
LED点阵屏的特点
亮度高：
相对0603或0805等形式的分立表贴，LED可以有更多的光通量被反射出。
可实现超高密度：
室内可高达62500点/平米（2008年数据）
混色好：
利用发光器件本身的微化处理和光的波粒二象性，使得红光粒子，纯绿光粒子，蓝光粒子三种粒子都将得到充分地相互混合搅匀。
环境性能好：
耐湿、耐冷热、耐腐蚀
抗静电性能优势超强：
制作环境有着严格的标准还有产品结构的绝缘设计。
可视角度大：
140度（水平方向）
通透性高：
新一代点阵技术凭借晶片自身的高度纯度性能，以及几近100%光通率的环氧树脂材料，达到了接近完美的通透率。
3.2LED背光显示屏
目前很多厂商在推广自己产品的时候所说的LED电视（显示器）,其实是LED背光显示器。
事实上LED显示器和目前的LED背光示器有着本质的区别:
LED显示器是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕;LED背光显示器是液晶显示器的背光源由传统的CCFL冷光灯管（类似日光灯）过度到LED（发光二极管）。
3.2.1液晶显示器的两种背光类型及背光原理：
CCFL背光、LED背光。
CCFL背光：
ColdCathodeFluorescentLamp
CCFL背光类似荧光灯的工作原理，在高压高频电场作用下，由阴极释放电子，由于电场的作用，电子在电场中做加速运动，并与惰性气体相撞，同时2次电子和水银蒸汽冲撞释放出紫外线，紫外线再与荧光剂相互作用，最后放出可见光。
这种背光的优点在于，能产生较好的白光源，低成本，高效率，寿命长，稳定性好，操作方便等等，缺点是功耗较大，需要逆变电路驱动，而且工作温度较窄。
LED背光：
（1）由蓝色LED作为背光源和黄色荧光粉发射拟白光。
它的像素结构是由一个蓝色LED和黄色荧光物质构成，发射白光。
这种结构较为简单，发光效率也较高，但是发光的红光成分少，还原性比较差大约在65%左右。
（2）由紫外、近紫外LED作为背光源和RGB荧光粉组合发射白光。
它的像素结构是由近紫外的LED和RGB荧光粉构成。
这种结构色彩还原性好，结构简单，但是紫外线会使封装树脂和荧光粉加速老化。
（3）由RGB三色LED一体化封装的白色LED作为背光源。
这种结构是由三个LED组成一个像素单元，这种结构不需要外部混光，B/L结构紧凑，但是受电流与散热影响大，与好性能芯片封装存在一定的问题。
（4）由单个RGB三色LED经混光产生白光作为白光源。
这种结构将三个LED放在一个槽内，使得三者经过混光产生白光。
这种结构有单独的散热设计，有较高的输出光效，但是需要专门的混光设计。
3,2,3LED背光源的工作原理
LED背光源的背光原理是将一个一个的LED点光源在面板上组成一个面光源，最终达到背光的功能。
3,2,4LED背光显示屏的结构
LED背光显示屏是由一层一层的光学元件及电学元件等组成，其中主要的是LED背光源，它是由原来的CCFL冷光灯管过渡到LED，但它们在结构上有着本质的区别，CCFL背光结构中背光源一般在显示屏的两侧，一般是线光源，通过一些光学元件而达到背光的效果；而LED背光显示屏结构中，背光源是以单独的一层结构，在这一层上由一颗颗LED构成，其需要的光学元件少，由一颗颗LED点光源组成面光源，达到背光的功能。
其中构成背光中的LED，由铁支架，外面电镀，作为导通接口；环氧树脂，保护芯片和金线，发光均匀；金线作为支架和芯片的连接，导热性好；芯片作为发光中心；荧光粉，用于产生特定颜色的光。
比如，白光用黄色荧光粉，三色光用RGB荧光粉等等组成。
背光LED的特性:
（1）体积较小。
这是LED光源的一大优势，一个米粒大小的LED就可以发出很亮的光，因此这种优势用在液晶显示器上，就非常的得心应手，其不仅可以像过去CCFL放在液晶侧面，利用导光板提供光源，还可以直接平铺在液晶之下，也是经常提到的直下式LED，这是其他光源都做不到的，液晶显示器之所以如今越来越薄，就是LED背光的功劳。
（2）驱动电压低。
LED发光的另一个优势就是低压发光，普通的LED诸如红色LED指示灯，只需要1.5V左右的电压就可以发光，这样的电压即使干电池都可以提供，其由于LED不是利用加热发光，所以其可以将电能有效的转化为光能，效率和荧光灯相当，这两个优势使得LED背光足够的节能，加上其没有汞元素，对环境非常的友好。
（3）响应速度快。
LED由于利用分子激励发光，其电流的响应速度非常好，可以在1/100000秒内就发出光线，这种发光速度正是液晶显示器需要的，尤其是利用直下式LED背光的产品，可以通过控制LED的开关，更好的控制画面的显示效果。
五、LED背光源的光电参数
（1）亮度。
根据背光源发光区面积的大小，用亮度测试仪按表中规定的选点数（可根据具体情况适当增加或减少）逐点测量亮度，然后算平均值，该平均值就是亮度。
Lvmin=10³ηΣIV（cd/m²）
A
式中：
η=η1.η2.η3.η4.η5.η6
η1颜色系数YG=0.2G（R）=0.3。
η2膜片系数一扩=1.二扩=1.2~1.3。
η3导光板形状系数，标准平板式η3=1。
边缘有框，钩，凸耳的导光板η3=0.5~0.8。
η4出光面数系数：
单面出光η4=1，双面出光η=0.7。
η5单个LED电流系数短波光（入＜540）15mAη5=120mAη5=1.3。
长波光（入＞570）10mAη5=115mAη5=1.5。
η6产品类型系数:
一般底侧光η6=1，彩屏手机主屏η6=1.5~1.6,副屏η6=1.2。
IV单颗LED的发光强度（mcd）IF=20mA时。
A发光区面积（mm²）
（2）均匀性。
根据背光源发光区面积的大小，用亮度测试仪按表中规定的选点数（可根据具体情况适当增加或减少）逐点测量亮度。
均匀性＝亮度最小值÷最大值×100％
（3）波长。
可见光的波长范围是380nm到780nm。
小于380nm为紫外光，大于780nm为红外光。
一般颜色用波长表示，白色用色坐标表示。
（4）电压电流
1、单颗LED的使用电压
蓝色、绿色和白色LED电压一般为2.8V~3.6V，我们用的大部分是3.0V~3.4V的。
黄绿色、橙色、琥珀色、红色LED电压一般为1.7V~2.5V，我们用的大部分是1.8V~2.2V的。
2、单颗LED的使用电流
除了白色LED外，常规背光用的LED的最大使用电流都是20mA，但是为了保证背光性能、寿命和可靠性，我们通常这样设计：
蓝色、绿色和白色LED使用电流典型值为15mA，最大为20mA。
黄绿色、橙色、琥珀色、红色LED使用电流典型值为10mA，最大为15mA。
六、LED背光与CCFL背光的比较
（1）发光效率：
CCFL背光源一般在70lm/W，而LED背光源的发光效率要比CCFL低一点，一般在30—50lm/W左右。
（2）环保性：
CCFL含有Hg等污染物，对环境不友好，而LED背光源是由III-V族化合物半导体构成，没有污染对环境友好。
对于LED背光显示器来说，这是一个很好的优势
（3）抗电磁干扰：
CCFL背光对电磁干扰不是很好，抗干扰性能一般，而LED背光几乎不受电磁干扰的影响。
对于LED背光显示器来说，这是一个很好的优势。
（4）驱动电压：
CCFL背光需要的驱动电压很高，一般在600—1000V的交流电，而LED背光只需要2—24V的直流电压就可以驱动。
这使得LED背光显示器足够的节能。
（5）响应时间：
CCFL背光在启动时，有一
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