LED显示屏基础分析.docx

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LED显示屏基础分析

LED显示屏基础

一、什么是LED？

1、L-E-D是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写。

2、发光原理：

当PN结内的电子与空穴复合时，电子由高能级跃迁到低能级，电子将多余的能量以发射光子（电磁波）的形式释放出来，产生电致发光现象。

发光颜色与构成其基底的材质元素有关。

3、LED的优点:

具有体积小,效率高,反应快,色彩稳定,寿命长,能耗小,易控制。

4、LED品质：

LED质量的好坏取决于芯片的材料和封装技术。

5、常见的LED晶片：

日本日亚（B），美国CREE（G）、惠普（R），国产（大连路美）AXT，台湾芯片（华尚、国联/光磊（R）、广稼、晶元）等。

6、LED的分类：

按发光颜色可分成红色、橙色、白色、紫色、绿色（黄绿、标准绿和纯绿）、蓝色等；按出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管等；按结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等；按发光强度分有普通亮度（发光强度小于10mcd）、超高亮度（发光强度大于100mcd）和高亮度（发光强度在10-100mcd）……

7、LED显示屏常用芯片的发光颜色及对应波长范围：

红（RED）：

R（610nm-640nm）、绿（GREEN）：

G（正波长520-525）、蓝（BLUE）：

B（正波长465-470）。

8、L-E-D单灯工作电压：

红灯（R）：

1.8-2.2V；绿灯（G）：

3.2-3.5V；蓝灯（B）：

3.0-3.3V

二、LED显示屏概述：

1、LED显示屏是利用发光二极管（LED）作为发光体制作的平板矩阵显示器。

LED具有光电转换效率高、驱动电压低，易于与计算机接口、使用寿命长的特性，屏幕的大小可按需要无缝拼接。

视屏—LED屏幕与其控制计算机的显示器具有点-点对应的映射关系，视屏具有灰度控制，并且与计算机显示器同步显示，因此可以播放动画、VCD，配接专用的多媒体卡，可以播放视频信号，具有丰富的表现力。

视屏不能脱离计算机工作，一般情况下，一台计算机控制一块视屏。

在一些具特殊要求的场合客户要求显示屏能够显示电视节目、DVD视频、DV机视频信息等。

某些LED控制系统厂家已开发出了可脱离PC机显示电视节目、DVD视频、DV机视频信息；如KINGLED公司开发的

主控制器：

MW1313DC–XGA，接收盒：

MW1314C-V；扫描板：

MW1322-V

LED屏体：

将LED模块或集束管按照实际需要大小拼装排列成矩阵，配以专用显示电路，直流稳压电源，软件，框架及外装饰等，即构成一LED显示屏。

1、屏体分辨率：

LED显示屏横向像素点数乘以纵向像素点数，即为屏体分辨率。

屏幕的分辨率是指屏幕具有的像素点的数量，目前主要比例是4:

3和16:

9，电脑的主要工作模式有640X480、800X600、1024X768三种。

屏幕的分辨率越高，可以显示的内容越多，画面越细腻，但是，分辨率越高，造价也就越昂贵。

2、灰度：

是指像素发光明暗变化的程度。

每种基色具有的亮度等级称为灰度级，灰度级越高，色彩再现越逼真。

灰度的实现是通过控制LED管的电流的占空比来实现的。

3、亮度（Luminance）：

在给定方向上，每单位面积上的发光强度。

亮度的单位是cd/m2。

亮度与单位面积的LED数量、LED本身的亮度成正比。

LED的亮度与其驱动电流成正比，但寿命与其电流的平方成反比，所以不能为了追求亮度过分提高驱动电流。

4、对比度的定义：

对比度＝发光时的亮度　（发光亮度）/不发光时的亮度（反射亮度），为了能够显示出亮度均一的文字和图像，不受周围光线的影响，屏幕应具有足够的对比度。

5、屏幕的均匀性：

由于屏幕画面是由很多个像素组成的，所以控制像素的亮度差就是一个很重要的课题，像素的亮度差用屏幕的均匀性来衡量，均匀性定义如下：

均匀性＝白平衡时最暗像素点的亮度/白平衡时最亮像素点的亮度。

在调节LED显示屏白平衡时，红、绿、蓝三色亮度配比方面：

简单红绿蓝亮度比为：

3：

6：

1；精确红绿蓝亮度比为：

3.0：

5.9：

1.1。

6、LED显示屏系统组成：

①显示屏体②控制系统（包括主控和扫描，或称为发送和接收卡；亦有称接收卡为数据采集卡等）③计算机及计算机外设备（如PCTV多媒体电视卡，智能定时开关机设备）④系统软件（二次开发等软件）

7、一般情况下显示屏亮度：

（1）室内：

>800CD/m2

（2）半户外：

>2000CD/m2（3）户外（坐南朝北）：

>4000CD/m2，（坐北朝南）：

>8000CD/m2。

显示屏（户外全彩LED屏一般都是静态驱动的，全彩屏亮度每平米达到5500CD以上，户外单双色的是1/4扫描，每平米亮度在3500CD以上；室内全彩屏一般1/8扫描，亮度在1000CD以上，室内单双色是1/16扫描，每平米的亮度在150CD以上）扫描都可做成静态扫描的，亮度可以增加。

成本也相应的提高。

8、在明确亮度及点密度的要求条件下，如何计算机单管的亮度？

如：

（以两红、一绿、一蓝为例）

 例如：

P20每平米2500点密度，2R1G1B，每平米亮度要求为5000CD/M2，则：

 红色LED灯亮度为：

5000÷2500×0.3÷2=0.3CD

 绿色LED灯亮度为：

5000÷2500×0.6=1.2CD

  蓝色LED灯亮度为：

5000÷2500×0.1=0.2CD

  每像素点的亮度为：

0.3×2+1.2+0.2=2.0CD

注：

亮度的单位1cd烛光=1000mcd毫烛光

所以要了解客户安装显示屏的场地（也就从中掌握了要求的是室内屏或是室外屏），另外不同规格的显示屏具有不同距离的最佳视距，最佳视距S=PXX*1000m。

如P20的最佳视距S=0.02*1000=20M。

9、LED显示屏的分类

按照安装环境分：

室内LED显示屏、半户外LED显示屏、户外LED显示屏；

按照颜色分：

单色LED显示屏、双色LED显示屏、全彩LED显示屏、伪彩LED显示屏；

根据功能区可分为条屏、图文屏、视屏、数码屏、点阵数码混合屏。

注：

汉字都是16*16（最小单位）点阵；即四个模块可以显示一个汉字。

室内LED点阵显示屏的构成：

模块（8*8或4*4）→单元板→→LED显示屏边框→户内表贴三合一显示屏构成LED3合1灯→模组→→箱体→LED显示屏→套件→户内表贴三并一显示屏构成

SMDLED单灯→模组→→箱体→LED显示屏→套件→户外LED显示屏构成

10、LED显示屏的特点：

亮度高，目前户外单灯的亮度已超过6,000mcd；功耗低，具有较高的光电转换效率；寿命长，LED寿命长达200,000小时以上；响应速度快，ns级，无余灰；低电压低电流驱动，易于与计算机接口；屏幕尺寸可大可小，最大可以作到300m2；视角大，室内屏视角大于±60度，室外屏视角大于±80度；视距可通过选择不同直径与不同点距的产品来调整，小到几十厘米，大到几百米均可满足要求；组态灵活，简单到数码显示，复杂到全彩色视屏都有不同种类的产品可以满足要求，室内室外都有相应的产品；易与计算机接口，支持软件丰富。

11、LED显示产品可广泛应用于：

交通、广告、新闻、体育、金融、舞台、证券。

在商业领域，各商场都可采用LED显示屏作为商业广告和顾客引导的媒体。

LED显示屏安装方式：

贴墙、屋顶、吊挂、镶墙、落地式

像素密度=（1000/点间距）的平方，点间距单位mm

1R指1个单红色灯

2R1G指2个红色灯和1个绿色灯

2R1G1B指2个红色灯、1个绿色灯和1个蓝色灯（就是说一个像素点有4个灯）

注：

2R1G1B可为实像素也可以是虚拟像素

虚拟像素分析实质上是分时复用的概念实像素点若为m＊n,则虚拟像素点有（2m-1）＊（2n-1）,若m,n足够大，约等于4m＊n，即为实像素的4倍对于图像分辨率增强，表现更细腻（相对节约成本）显示小字号文字有问题分时扫描，牺牲亮度和刷新率

三、LED显示屏专业术语

1、什么是像素，像素直径，点间距

像素点：

LED显示屏的最小发光单位，同普通电脑显示器中所说的像素含义相同；LED显示屏中的每一个可被单独控制的发光单元称为像素。

像素直径：

像素直径∮是指每一LED发光像素点的直径，单位为毫米。

像素间距：

LED显示屏的两像素间的中心距离称为像素间距，又叫点间距。

点间距越密，在单位面积内像素密度就越高，分辨率亦高，成本也高。

像素直径越小，点间距就越小。

2、什么是LED显示模块

LED显示模块：

由若干个显示像素组成的，结构上独立、能组成LED显示屏的最小单元，典型的有8*8点阵模块等。

3、单元板：

是显示屏的主体组成单元，由发光材料及驱动电路构成。

室内屏通常由单元板构成。

模组：

户外显示屏的最小显示单元。

由若干个发光二极管按照一定的排列顺序，通过焊接、灌胶等工艺封装在固定的模壳里，便成为一个模组。

单元箱体：

是显示屏的主体组成单元，由单元板按一定次序组成。

户外屏通常由单元箱体构成。

3、什么是DIP？

DIP是DOUBLEIN-LINEPACKAGE的缩写，双列直插式组装，主要用于室内全彩屏

4、什么是SMT？

什么是SMD？

SMT就是表面组装技术（SURFACEMOUNTEDtechnology的缩写），是目前电子组装行业里最流行的一种技术与工艺；SMD是表面组装器件（surfacemounteddevice的缩写），用于户内全彩色显示屏，可实现单点维护，有效克服马赛克现象。

5、什么是插灯模组，优点与缺点各是什么？

是指DIP封装的灯将灯脚穿过PCB板，通过焊接将锡灌满在灯孔内，由这种工艺作成的模组就是插灯摸组，优点是：

亮度高，散热好，缺点是像素密度小。

6、什么是表贴模组？

优点与缺点是什么？

表贴也叫SMT，将SMT封装的灯通过焊接工艺焊接在PCB板的表面，灯脚不用穿过PCB板，由这种工艺作成的模组叫表贴模组，优点是：

显示效果好，像素密度大，适合室内观看：

缺点是亮度不够高，灯管自身散热不够好。

7、什么是亚表贴模组？

优点和缺点是什么？

亚表贴是介于DIP与SMT之间的一种产品，其LED灯的封装表面和SMT一样，但是它的正负级引脚和DIP的一样，生产时也是穿过PCB来焊接的，其优点是：

亮度高，显示效果好，缺点是：

工艺复杂，维修困难

8、什么是三合一？

其优点与缺点是什么？

是指将RGB三种不同颜色的LED晶片封装的SMT灯按照一定的间距垂直并列在一起；三合一的优点：

效果好；缺点：

工艺复杂，维修困难；成本高。

9、什么是三并一？

是将RGB三种独立封装的SMT灯按照一定的间距垂直并列在一起；

10、室内模块全彩屏与贴片全彩屏有什么区别？

（1）发光部分：

模块全彩屏的显示模块一般为黄绿的，纯绿的模块价格较贵；贴片全彩屏一般使用纯绿管芯

（2）显示效果：

模块全彩屏像素点视觉感觉较粗，亮度较低，容易有马赛克现象；贴片全彩屏一致性较好，亮度较高。

（3）维护：

模块全彩不易维护，整块模块更换成本较高；贴片全彩易维护，可进行单灯维修更换

11、户外屏能不能用表贴LED，为什么？

不能。

户外屏安装结构要求严格，贴片LED无法适应户外的恶劣环境；户外屏亮度要求较高，目前贴片LED无法达到户外屏的亮度要求。

12、户外屏的生产周期为什么比较长？

（1）原料采购：

LED灯管采购周期较长，尤其进口管芯，订货周期需4—6周

（2）生产工艺复杂：

需经过PCB设计、罩壳制作、灌胶、调白平衡等

（3）结构要求严格：

一般为箱体设计，需考虑防风、防雨、防雷等

13、什么是同步系统，什么是异步系统？

同步和异步是相对于电脑所言的，所谓的同步系统，是指显示屏所显示的内容和电脑显示器同步显示的LED显示屏控制系统；异步系统是指，将计算机编辑好的显示数据事先存储在显示屏控制系统内，计算机关机后不会影响LED显示屏的正常显示，这样的控制系统就是异步控制系统

14、什么是实像素？

什么是虚拟像素？

虚拟像素分那几种？

什么是像素共享？

实像素是指显示屏上的物理像素点数和实际显示的像素点是1：

1的关系，显示屏实际有多少点，只能显示多少点的图像信息。

虚拟像素就是指显示屏的物理像素点数和实际显示的像素点数的1：

N（N=2、4）的关系，它能显示的图像像素比显示屏的实际像素多2倍或者4倍；虚拟像素按照虚拟的方式可分为：

软件虚拟与硬件虚拟：

按照倍数关系分为2倍虚拟和4倍虚拟，按照一个模组上的排灯方式分为：

1R1G1B虚拟和2R1G1B虚拟。

实像素屏与虚拟屏是相对应的，简单来说，实像素屏就是指构成显示屏的红绿蓝三种发光管中的每一种发光管最终只参与一个像素的成像使用，以获得足够的亮度。

虚拟屏则是利用软件算法控制每种颜色的发光管最终参与到多个相邻像素的成像当中，从而使得用较少的灯管实现较大的分辨率，能够使显示分辨率约提高四倍。

众所周知，显示屏当中成本支出最大的在于灯管，如何在在不损失亮度的情况下为用户节省灯管成本，是显示技术追求的目标之一。

而虚拟技术正是一个发展方向。

而虚拟技术也决非是灯管的简单参与成像，对于亮度、灰度的影响也是十分大的。

这就要求控制系统与驱动芯片的配合，利用软件算法与驱动芯片的响应时间相结合，达到基本无损亮度的前提下，节约灯管成本的目的。

15、什么是远程控制？

在什么情况下使用？

所谓的远程并不一定是远距离。

远程控制包括主控制端与被控制端在一个局域网内，而空间距离并不远；及主控制端和被控制端在比较远的空间距离内两种，客户要求或者根据客户控制位置超出光纤直接控制的距离，那么就用远程控制。

显示屏到电脑距离传输：

光纤还是网线，一般建议用光纤，因为传输信号好，不容易失真。

多模可以在500m以上，单模在10公里，五类双绞线100以下。

当显示屏和控制电脑的布线距离小于100米时，用网线传输；当两者间的距离小于500米大于100米时，用多模光纤，当距离大于500米以上时，用单模光纤。

控制系统技术要求：

有没有远程控制和局域网控制要求，通常我们与电脑联在一起控制来播放电视，DVD等信号，电脑基本要求AGP插槽和PCI插槽。

16、静态屏

静态屏是与扫描屏相对应的，是指LED显示屏在显示文字、图像、视频时，LED显示屏的上的灯点在显示时是同时点亮发光的；而不是象扫描屏一样利用人眼的视觉暂留特性，在很短的时间周期内将LED显示屏的各行分别点亮。

众所周知，LED显示屏是利用占空比来驱动的（占空比：

在一定的显示区域内，同时点亮的行数与整个区域行数的比例。

室内屏一般为1/16扫描或1/8扫描，户外屏一般为静态。

），所以，显示的亮度与点亮的时间周期有很大的关系，在同样的发光管亮度相同的情况下，静态屏要比扫描屏的亮度高，所以静态屏常用在户外需要高亮度显示的情况下，而扫描屏常用在室内对亮度要求不高的情况下，以节省驱动成本。

现在在户外也有使用扫描的方式来制做LED显示屏，以节省成本。

当然，在户外使用扫描屏对于控制与驱动部分的要求相当高，对于驱动芯片的性能要求也是非同一般的。

17、什么是视角？

什么是可视角？

什么是最佳视角？

视角是观察方向的亮度下降到LED显示屏法线的亮度的1/2时。

同一个平面两个观察方向与法线方向所成的夹角。

分为水平与垂直视角；可视角是刚好能看到显示屏上图像内容的方向，与显示屏法线所成的角。

最佳视角是能刚好地看到显示屏上的内容，且不扁色，图像内容最清晰的方向与法线所成的夹角

18、什么是最佳视距？

是能刚好完整地看到显示屏上的内容，且不扁色，图像内容最清晰的位置相对于屏体的垂直距离。

对于具有一定形状、亮度、距离的两个光点，无法分辩该两点的位置点到该两点的最小垂直距离，称为最小视距，而该点与两个光点联线的夹角称为最小视角。

因此影响最小视距和最小视角的因素有：

光点的形状、亮度、距离。

对于具有一定亮度、距离的矩形显示画面，无法分辩该矩形显示画面内容的位置点到该矩形画面的最小垂直距离，称为最大视距。

因此影响最大视距的因素有：

矩形显示画面亮度、距离。

大于最小视距，小于最大视距的范围，称为有效视距。

如何选择适合的显示屏？

（1）显示内容的需要

（2）可视距离、视角的确认

（3）屏体分辩率的要求

（4）安装环境的要求

（5）成本的控制

在设计屏体大小时,有三个重要的因素:

（1）显示内容的需要

（2）场地空间条件

（3）显示屏单元模板尺寸（室内屏）或象素大小（户外屏）

四、LED显示屏的宽与高的一般计算

户外LED显示屏的计算方法：

（PH16户外全彩，箱体的尺寸为：

1024mm*768mm）64*48

如果指定欲作LED显示屏的宽度与高度，可以用上述同样的方式计算：

如果客户要求做30平米这样的户外全彩屏。

对宽与高暂时没有要求，可以如下计算：

通常按4:

3和16:

9的比例计算：

若以4：

3的比例来设计其宽与高：

宽的计算方式：

30/12的结果开根号，然后乘以4，再除以1024mm取整。

然后用整数乘以箱体的宽就是屏体要求的宽度。

即：

=1.581*4=6.324/1.024=6.17取整6，即：

显示屏的长度为：

6*1.024=6.144m。

同样的道理：

LED显示屏高度的计算方法为：

=1.581*3=4.743/0.768=6.17，取整数6。

即：

显示屏的高度为：

6*0.768=4.608m   

显示屏的面积应为：

6.144*4.608=28.32m。

五、常用LED控制系统各项技术指标

1、灵星雨控制系统

（1）控制系统参数

第七代系统（702型卡集成声音传输）

单卡最大支持：

TS701型卡1280×1024，702型卡2048×640，双卡级联最大支持2048×1152。

单网线支持：

701型卡1024×640、1280×512，702型卡1600×400、2048×320。

接收卡单卡（具体视单元板硬件电路而定）：

全彩4096级（4K）灰度180Hz刷新率，最大可带512×128，是第六代产品256×128的两倍，全彩静态16384级（16k）灰度300hz，可带160×64。

（仅供参考）

双色DS701型卡1280×1024（发送卡）

第八代系统（完全兼容第七代）

单卡最大支持：

TS801型卡1280×1024；802型卡2048×640，双卡级联最大支持2048×1152。

单网线支持：

801型卡1024×640、1280×512；802型卡1600×400、2048×320。

（支持带PWM的驱动芯片）

（2）刷新率任意设置、锁相、同步功能

刷新率可从10Hz-3000Hz任意设定，刷新率锁相功能使显示屏的刷新锁定在电脑显示器刷新率的整数倍上，杜绝图像撕裂，保证图像完美再现。

锁相同步范围为47Hz-76Hz。

（3）传输距离

超五类网线：

传输最大距离达170M（实测），可靠传输距离达140M；

加中继：

每增加一台可加100M的传输距离；

光纤：

分多模传输（500M）和单模传输（10KM-20KM）；

在上屏时钟为15.62M时：

一组数据所带的行数每块接收所带点

阵（长X高）灰度等级刷新率效果

2行高64X4865536，最佳灰度840最好

256X4865536，灰度佳360好

512X4816384，灰度佳180一般

1024X4816384，灰度较佳180稍差

1280X4816384，灰度较佳120最差

4行高32X9665536，最佳灰度840最好

64X9616384，灰度佳780好

256X9616384，灰度较佳360一般

512X968192，中等灰度180稍差

1024X964096，中等灰度180差

1280X964096，中等灰度120最差

8行32X19265536，最佳灰度420最好

64X19232768，灰度佳420好

128X19216384，灰度较佳360一般

256X1928192，中等灰度300稍差

512X1928192，灰度较好180差

1024X1924096，灰度一般120最差

1280X1924096，中等灰度60极差

16行16X38416384，灰度佳840最好

32X38416384，灰度佳420好

64X38416384，灰度较佳360一般

256X3848192，中等灰度120稍差

512X3844096，灰度一般120最差

例如：

P16全彩为两组数据输入，单个模组为16*8个点，一组数据带4行高，在上屏时钟为15.62M时，要求达到4096级灰度，刷新频率240Hz以上时，单张接收卡可带256（宽）X96（高）

2、德普达控制系统DBT-Q2007

发送卡：

室内、室外全彩屏，最大可控象素为1920X1280

接收卡：

实像素提供24组RGB信号，根据每组RGB带的模组带的点数确定1个接收卡带的高度如8扫，1组RGB带8个点高，那1个接收卡，可以带到192点高

长度，一般根据客户的需要，如刷新率，上屏时钟，灰度等级等来配置接收卡的数量；

虚拟的，只能提供16组RGB，其他算法是一样的

德普达DBA-9.0异步嵌入式全彩控制系统

在极限控制面积下帧频大于120Hz，全彩最大点数320×192

型号DBA-9.0

灰度级红绿蓝各16384级

控制范围全彩320×192

移位频率1Mhz-30Mhz

刷新频率60Hz-1000Hz

串入并出移位寄存器芯片74HC595MBI5026

TB62726等

扫描方式1/161/81/41/2静态

输出口数量2个50芯线

通讯线标准网线

供电电源+5V/1.5A

3、中庆控制系统V5，V6（视客户要求）

使用专用的灰度控制芯片ZQL9705X系列及专用16bit恒流芯片ZQL9722,ZQL9729等。

4、逐点校正控制系统（即可对显示屏进行单点亮度校正，使显示屏在整体上达到亮度一致）

控制系统MW1321（不能脱离PC机）实像素：

512*1024点

主控制器MW1313DC–XGA

 实像素：

1024*768     

（主控制器需和接收盒配套使用）

 MW1313DC-V-XGA 

虚拟像素：

1024*768

接收盒   

MW1314C-V 

虚拟、实像素通用

扫描板 MW1322-V   

静态，虚拟像素支持相机校正

  MW1322-1/8              

实像素，1/8扫描支持相机校正

5、异步控制系统

（1）励研I、II、IV型卡（不支持分区域显示）通讯方式RS232/RS485（基本）GPRS与TCP/IP（需外加相应转换器）；Supercomm支持网络通讯及分区域显示（图文及灰度）

励研I型卡：

控制范围：

1024列×128行（单色）或1024列×64行（双色）

  扫描场频：

110HZ

  总存储量：

4M位

  带温度输入、湿度输入

  支持1/16扫描工作模式

励研II型卡：

       控制范围：

1024列×256行（单色）或1024列×128行（双色）

  扫描场频：

110Hz

  总存储量：

8M位

  带温度输入、湿度输入

  8级亮度手动调节、自动调节（需外接传感器）

  支持1/16扫描、1/8扫描、1/4扫描、1/2扫描和静态工作模式

  提供遥控选择播放画面的专用版

     励研Ⅳ型卡：

  （外形同Ⅱ型卡）

控制范围：

2048列×128行（单色）或2048列×64行（双色）

  其它指标同Ⅱ型卡。

       励研灰度卡Supercomm