LED大屏幕显示培训教材.docx
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LED大屏幕显示培训教材
LED大屏幕显示培训教材
深圳市奥拓电子有限公司
SHENZHENAOTOELECTRONICSCO.,LTD.
概述·········································································4
第一章LED器件··························································5
§1.1LED器件应用基础……………………………………………………………………5
光度学与色度学………………………………………………………………5
视觉特点………………………………………………………………………6
图象质量的评判………………………………………………………………9
§1.2LED工作原理…………………………………………………………………………9
1.2.1半导体发光差不多原理………………………………………………………9
1.2.2LED特点参数…………………………………………………………………11
1.2.3LED器件的驱动………………………………………………………………12
1.2.4LED器件及显示屏使用注意事项…………………………………………13
§1.3LED器件简介………………………………………………………………………15
LED图文显示屏··················································15
§2.1图文显示屏的特点………………………………………………………………15
§2.2图文显示屏的显示模式和方法…………………………………………………17
§2.3图文屏的操纵方式…………………………………………………………………17
§2.4LED驱动器74HC595介绍…………………………………………………………17
§2.5LED双色图文显示屏驱动电路…………………………………………………20
视屏LED显示屏················································21
§3.1视屏信号源…………………………………………………………………………21
3.1.1运算机显示适配卡…………………………………………………………21
3.1.2灵星雨701多媒体视频系统………………………………………………22
§3.2视屏LED显示屏的差不多结构……………………………………………………22
§3.3全彩屏介绍…………………………………………………………………………24
3.3.1适用范畴………………………………………………………………………23
3.3.2全彩屏种类……………………………………………………………………23
3.3.3功能特性………………………………………………………………………23
3.3.4全彩屏型号规格……………………………………………………………24
§3.4灵星雨701操纵系统解决方案…………………………………………………24
3.4.1操纵系统功能特点…………………………………………………………24
3.4.2LED演播室性能参数…………………………………………………………26
奥拓公司显示屏命名规范··············································27
概述
LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或单灯像素单元组成的平面式显示屏幕。
由于它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境习惯能力强等优点。
LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到单、双色视屏，再到今天的全彩色视屏显示屏的进展经历。
不管在器件性能（超高亮度LED显示器及蓝色发光灯等）和系统集成（数字化的全动态显示系统）等都已走向成熟。
其应用领域遍及交通、政府机关信息公布、电信、银行信息公布、广告、宣传、体育、都市亮化等各个方面。
公司自93年成立以来，一直致力于LED显示屏的研发、生产及销售。
目前公司现有LED显示屏有：
单（双）色图文屏、单（双）色视频、全彩屏视屏等。
公司在继承原有的图文屏、视屏的基础上，主推全彩显示屏。
第一章LED器件
§1.1LED器件应用基础
为使LED显示屏达到理想的显示成效，除了要对LED器件本身的工作原理及特性有专门好的了解外，第一要对光学特性（亮度、色彩、视角等）和人眼视觉特性有所了解。
由于图象显示的最终成效是与光源特性（如果是发射的话，还需考虑反射体的光学特性）和视觉特性双方有关的，它既有光学原理描写的客观存在，也有人眼视觉主观感受的因数，两者兼顾才能收到良好的成效。
这也就涉及到光学和视觉两个方面的咨询题。
光度学与色度学
光度是对有关的辐射能量与人眼亮度感受两者关系的描述；色度是对有关彩色形成与彩色视觉关系的描述。
光度学
人眼对亮度的敏锐程度与颜色有关，在整个可见光范畴内并不是平均的。
能够用相对敏锐曲线进行描述。
图1.1.1给出了人眼对不同波长光线的相对敏锐程度。
从图中能够看出，人眼关于波长λ＝555nm的黄绿光线最为敏锐，我们定义这是的相对视敏度Vs（555）＝1。
色度学
人眼对不同光线的敏锐程度不同，在这视敏曲线已得到讲明。
在不同环境下，人眼的视敏曲线也有所不同。
如图1.1.3所示，人眼在白天（明）和黑夜（暗），其视敏曲线就有所不同。
暗视敏曲线中最敏锐部位光线的波长比明视敏曲线最敏锐部位波长小50nm，两者最明感的光线颜色有所不同。
人眼对颜色的感受来源于视网膜上三种不同类型的视锥细胞。
不同视锥细胞对不同颜色的敏锐，他们的视敏曲线图表示在图1.1.4上，分别为Rs（λ）、Gs（λ）、Bs（λ），即三种视锥细胞分别对红、绿、蓝三色最敏锐。
三种细胞共同作用下，就能够得到人对颜色的总体感受，如图中虚线所示。
按照对人眼的研究，明白用R、G、B三基色的不同比例，能够合成不同的颜色。
三种颜色不同比例的混合就能发出从白到黑各种不同颜色的光。
白光，能够由RGB三基色配合生成，在公司标准规定的各色配比比例为：
R：
G：
B＝0.44：
1：
0.28
在此基础上调整RGB各基色的比例，就能够产生所需要的各种颜色的光。
LED全彩屏确实是按照这一原理，采纳三基色的LED发光器件进行组合，构成显示屏上的一个“点”或者叫做“像素”，然后对每种颜色的LED发光器件的发光强度进行操纵，从而配出各种颜色的光线，当各色LED器件的发光强度在承诺的最大工作电流内的最大时，且满足上述的颜色配比，就能发出最大光强的白光。
视觉特点
视觉在专门大程度上取决于人的主管感受，每个人的生理、心理状况不同，感受也就不同，视觉特点是指人类视觉的统计特点而言。
一、亮度的对比灵敏度
亮度的范畴内人眼能够对仅有的2％变化的亮度进行区分。
对比灵敏度描述的是人眼对亮度差的区分能力与背景亮度关系紧密。
正因如此，在LED显示屏的应用过程中，就应该考虑到LED显示屏的亮度与周围环境光线强度之间的合理配合。
在白天应该把视频的亮度调高，在夜间应该调低，如此不仅能够更适合人眼的对比度，还能够合理利用能源。
目前在公司生产的LED全彩屏都有环境亮度自动调剂功能。
空间辨论力
人眼在空间的辨论力，是视觉的另一特点。
空间辨论率定义为：
ρ＝1/θ
其中θ为能够区分开来的空间两相邻物体的最小视角【以“’”（分）为单位】人眼能区分相邻物体的最小视角约为1’，因此ρ＝1。
人眼的空间辨论率与背景亮度、颜色、物体运动速度等因数有关。
当物体的亮度与背景亮度接近时，空间辨论率低；当物体运动速度加大时，空间辨论率降低；相邻物体颜色不同，空间辨论率也不同，关于相邻物体分别为黑/白色时，空间辨论率最高，如果取黑白相邻物体时的空间辨论率为1的话，黑红相邻物体的空间辨论率为0.4，而绿蓝相邻物体的空间辨论率仅为0.19。
马赫效应
当亮度发生越变时，例如一侧亮另一侧暗，黑白分明的情形，人眼在越变的交界处会感受亮的一侧更亮，暗的一侧更暗，这确实是所谓的马赫效应。
五、视觉惰性
人眼的亮度感受可不能应光源的消逝而赶忙消逝，要有一个延迟时刻，这确实是视觉的惰性。
视觉惰性能够懂得为光线对人眼视觉的作用、传输、处理等过程都需要时刻，因而使视觉具有一定的低通特性。
实验证明，当外界光源突然消逝时，人眼的亮度感受是按指数规律逐步减小的。
如此当一个光源反复通断，在通断频率较低时，人眼能够发觉亮度的变化；而通断频率增高时，视觉就逐步不能发觉亮度的变化了。
不至于引起闪耀感受的最低反复通断频率，称为临界闪耀频率。
通过实验证明临界闪耀频率大约为24HZ。
因此采纳每秒24幅画面的电影，在人眼看起来确实是连续活动的图像了。
同样原理，日光灯每秒通断50次，而人眼看起来确是一直点亮的。
由于视觉具有惰性，人们在观看高于临界频率的反复通断光线时，所得到的主管亮度感受实际上是可观亮度的平均值。
图1.1.7示出了人眼对反复通断光线的视觉感受。
在LED显示屏中，利用视觉惰性，改善驱动电路的设计，形成的目前广泛应用的扫描驱动方式。
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，通过扫描方法，使各组发光灯依次点亮，只要扫描频率高于临界闪耀频率，人眼看起来各组灯都在发光。
其次，图像显示区别于图形显示，他不仅要显示物体的轮廓（线框）还要显示出画面各个部分的深浅，即需要有灰度级显示功能。
灰度显示要求LED显示屏能够操纵各个发光灯的发光强度。
LED发光灯发光强度的操纵方法有两种，一种是操纵发光灯的工作电流；另一种是操纵发光灯在重复通断时，通/断的时钟比例，即所谓的占空比操纵。
在彩色图象的显示中，按照色度学的原理，我们明白通过RGB三基色的不同比例，能够配制出各种颜色。
因此由红、绿、蓝三种LED组成的一个点光源，分别操纵每色发光灯的发光强度，就能够发出可需要的各种颜色的光线。
这时同样需要用占空比操纵方法，分别对各色发光灯进行操纵。
图像质量的评判
LED显示屏的好坏，显示成效是一个专门重的指标。
对图像的灰度级、辨论率、亮度、色温、白平稳参数、颜色平均性、色彩逼真（还原）程度等各项指标进行综合对比评判。
§1.2LED工作原理
1.2.1半导体发光差不多原理
发光二极管是一种将电流顺向通到半导体p-n结处而发光的器件，通常采纳双异质结和量子阱结构。
1962年GE（GeneralElectric）公司用GaAsP首次将红色LED商品化。
最初的红色LED的光通量为0.1lm/W，约是一般灯光的1/150，其发光效率大约每10年提升一个数量级。
最近，蓝色、绿色LED已有用化，其发光强度超过AlGaAs类红色LED。
这种LED采纳氮化物半导体（InGaN混晶）作活性（发光）层的量子阱结构，其发光强度超过10cd，量子效率超过20%。
此外，还开发了外部量子效率超过50%的AIInGaP红色LED（630nm）和琥珀--LED（595nm）。
InGaN绿色、蓝色LED的量子效率也接近上述值。
坎德拉（cd）是发光强度的单位，用以表示可见光LED发光强度的指标。
发光强度I可用光通量Φ和立体角Ω表示。
I=dΦ/dΩ[cd]Φ=Km∫V（λ）Pλdλ[lm]其中，Km为在波长555nm范畴内的最大可见度（683nm），绿色对人眼是最亮的。
V（λ）是在波长为λ时的相对可见度[V（555nm）=1],Pλ为光谱辐射通量。
白色LED是一种由InGaN蓝色LED和荧光体组成的新型LED。
在蓝色LED芯片上涂敷荧光体，最后用环氧树脂将芯片周围密封。
两种方式（单芯片型和多芯片型）可得到色调成效好（Ra85）的白光。
一是同时点亮红色、绿色、蓝色（R.G.B）或蓝绿色和黄橙色2、3种LED；二是用辐射蓝色或紫外LED作鼓舞光源鼓舞荧光体的方式。
第一种方式不仅在LED的驱动电压或发光输出上有缺陷，而且在温度特性或器件寿命上也存在咨询题，因此距有用化还有一段距离。
第二种方式则用一个器件即可，驱动电路，易于设计。
有两种鼓舞方式：
即
（1）用蓝色LED鼓舞发黄光的荧光体。
（2）用紫外LED鼓舞R.G.B荧光体。
鼓舞荧光体的白色LED照明光源因荧光体组拿来不同可发射白光以外的各种颜色的光，因而可广泛应用于照明。
如前所述，每一个LED的光通量（lm）专门弱，要作为照明光源必须配置多个LED。
而开发LED照明用光源，则必须对包括多个LED集成器件光分布在内的装置系统进行优化设计，经外，研究人员还必须参加半导体发光器件和照明光源的开发及技术交流。
估量今后将有各种型号的白色LED咨询世。
然而，现在单芯片型InGaN蓝色LED和YAG荧光体组成的白色LED仅外于产品化时期。
美国LEDtronics公司、Gentex公司正致力于用蓝绿色LED和琥珀色LED开发多芯片型LED光源的研究，但难以实现一样的混色，故专门难达到有用化。
用R.G.B三基色LED开发了白色LED，现实验室水平的发光效率已超过40lm/W，近几年内可望超过100lm/W。
作为荧光体鼓舞光源的多量子阱（MQW）LED的外部量子效率已提升了20%其温顺色调优异。
受YAG荧光体寿命阻碍的白色LED的寿命已超过数万小时。
用具有上述优异特性的炮弹型LED在玻璃状环氧基板上以大约7mm间隔串联41个LED，并将17列并联，一共用697个。
白色LED装置使用商用电源AC100V，60Hz及全波整流后的稳压电源（电容输入型整流电流）。
为减少LED器件的耗电量，整流后电源的波形变动量大峰值电压为143V，最小电压为126V。
在此状态下，各LED上施加电压最大约为3.49V，最小约为3.07V时，电流值最大约为17mA，最小为3mA，耗电约为20W。
图1为用41个LED组成的照明器具。
图2表示了AC100V，120Hz驱动时的发光光谱，该光谱与直流顺向发光光谱特性相一致。
用灯座插入方式，距发光面30cm处的光照度约为1200lx，耗电约为1W。
不管哪种光源都无需装配冷却装置。
1.2.2LED特点参数
一、光强度（即亮度）
二、色度
人眼对色彩的感知是一种错综复杂的过程，为了将色彩的描述加以量化，国际照明协会（CIE）按照标准观测者的视觉实验，将人眼对不同波长的辐射能所引起的视觉感加以纪录，运算出红、绿、蓝三原色的配色函数，通过数学转换后即得所谓的CIE1931ColorMatchingFunction（x（（）,y（（）,z（（）），而按照此一配色函数，后续进展出数种色彩度量定义，使人们得以对色彩加以描述运用。
按照CIE1931配色函数，将人眼对可见光的刺激值以XYZ表示，经下列公式换算得到x,y值，即CIE1931（x,y）色度坐标，透过此统一标准，对色彩的描述便得以量化并加以操纵。
主波长（λD）其亦为表达颜色的方法之一，在得到待测件的色度坐标（x,y）后，将其标示于CIE色度坐标图（如下图）上，连结E光源色度点（色度坐标（x,y）=（0.333,0.333））与该点并延伸该连结线，此延长线与光谱轨迹（马蹄形）相交的波长值即称之为该待测件的主波长。
惟应注意的是，此种标示方法下相同主波长将代表多个不同色度点，是以用于待测件色度点邻近光谱轨迹时较具意义，而白光LED则无法以此种方式描述其颜色特性。
三、纯度（用波长表示）
其为以主波长描述颜色时之辅助表示，以百分比计，定义为待测件色度坐标与E光源之色度坐标直线距离与E光源至该待测件主波长之光谱轨迹色度坐标距离的百分比，纯度愈高，代表待测件的色度坐标愈接近其该主波长的光谱色，是以纯度愈高的待测件，愈适合以主波长描述其颜色特性，LED即是一例。
四、色温
一光源之辐射能量分布与某一绝对温度下之标准黑体辐射能量分布相同时，其光源色度与此黑体辐射之色度相同，现在光源色度以所对应之绝对温度表之，此温度称之为色温，而在各温度下之黑体辐射所出现之色度可在色度图上标出曲线，称之为蒲朗克轨迹。
标准黑体的温度愈高，其辐射出的光线对人眼产生蓝色刺激愈多，红色刺激成分亦相对减少。
然而在实际量测上，无任何光源具有跟黑体相同的辐射能量分布，换言之，待测光源之色度通常并未落在蒲朗克轨迹上。
因此运算待测光源之色度坐标所最接近蒲朗克轨迹上某个坐标点，此点之黑体温度即定义为该光源之有关色温，通常以CIE1960UCS色度图求之，并配合色差△uv加以描述。
须注意的是，此种表示方式对光源色度邻近蒲朗克轨迹时方具意义，是以关于LED量测而言，仅适用于白光LED之颜色描述。
1.2.3LED器件的驱动
目前公司采纳的LED器件的驱动方式有两种，分别是：
扫描驱动和恒流驱动。
扫描驱动
采纳译码器对扫描电路的实现。
为了讲明扫描驱动的具体形式，常用1/n作为参数进行描述。
例如常讲采纳1/2、1/4、1/8、1/16扫描方式等。
如图1.2.8给出1/16扫描驱动电路原理图。
在公司，扫描驱动要紧室内显示屏，所以也有用于户外屏（有V6、V7全彩屏）。
图1.2.81/16扫描驱动电路
恒流驱动
目前公司采纳的东芝的TB62726AFG恒流芯片实现对LED恒流的驱动显示操纵。
在满足TB62726芯片的工作参数下，芯片不受环境参数的改变而改变输出电流。
在公司要紧应用于户外显示屏。
1.2.4LED器件及显示屏使用注意事项
一、安全使用LED器件
1、静电防护
LED器件对静电防护等级要求较高，也因此在LED器件、LED显示板、屏体在储运、加工、周转、搬运等过程中要专门考虑对静电的防护措施。
2、在LED的运用过程中，器件的各种参数都不得超过其最大承诺值。
3、LED器件得反向击穿电压专门低，因此要求在使用时不能将正负极性接反。
4、LED器件的耗散功率有限，且随环境温度的上升而下降。
因此在器件的安装布局时，应该远离其它发热元件，以便保证LED能够发挥其最大功率。
5、焊接时应该注意引脚的导热，一样使用25W～40W的烙铁，焊接时刻不能超过3～5s（40W的不能超过3s）。
6、LED器件的表面封装材料（环氧树脂）遇到丙酮等有机溶剂时可能会被溶解，阻碍其透光性能和视角。
如需清洗器件表面时，应按照器件生产厂家的讲明，用指定的清洗剂清洗。
7、各种LED器件在电压源驱动时，均需串入限流电阻。
二、正确选择和应用LED器件
为使LED显示屏达到理想的显示成效，需要正确选择和应用LED器件，应注意以下咨询题：
亮度的正确选用，按照屏体订单亮度要求，正确运算所需LED的亮度档位。
选择正确的波长，选择正波长，以免颜色不纯，且各颜色在一个订单中只承诺一个波长档。
LED亮度档要求不能超过3档，且在实际使用中进行混插。
在LED显示屏的安装需要注意的咨询题，要紧有屏体大小与观看距离的关系和安装倾角等。
屏体大小与观看距离应该有适当的比例，一样情形下观看距离能够取屏体对角线长度的2～20倍，在6～10倍的距离上观看成效最好。
最大可观看的距离可达屏体对角线长度的100倍以上。
屏体安装时，应该注意器件发光的指向性，当屏体安装高度专门高时，应该使屏体保持一定的倾角，以便使发光的要紧方向指向最佳观看位置。
此外，屏体的安装还注意显示屏的电磁辐射对外界的阻碍，以及外界电磁辐射对显示屏的阻碍。
户外显示屏为幸免阳光照耀造成反差降低的后果，能够考虑加装整体的或分散到每个光源的遮光板或罩，如模组上的面罩。
§1.3LED器件简介
LED发光灯
目前公司使用的主流LED发光灯的品牌有：
COTCOinc（惠州华刚）、广州佳光、SBO、日本日亚等。
目前公司使用的主流LED发光灯的规格有：
Ф3.0、Ф4.0、Ф5.0，所以市场上还有其他主流规格的如Ф8、Ф10等。
LED点阵模块
目前公司使用的主流LED点阵模块的品牌有：
国冶星、奥伦德等。
目前公司使用的主流LED点阵模块的规格有：
Ф1.9、Ф3.0、Ф4.0、Ф4.8、Ф5.0，所以市场上还有其他主流规格的如Ф8、Ф10等。
第二章LED点阵显示屏
∮2.1图文显示屏的特点
一样把显示图形或文字的LED显示屏称为图文屏。
图文显示屏的要紧特点是只操纵LED点阵中各发光器的通断（发光或熄灭），而不是操纵LED的发光强弱。
LED器件的颜色能够是单色的、双色的，个别情形下甚至是多色的。
LED图文显示屏的外观能够做成条形，简称条屏，也能够按一定的高宽比例做成矩形平面的图文显示屏。
其在显示与操纵原理上是一样的，只是外观的区别。
不论是显示图形依旧文字，差不多上操纵与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的LED器件发光。
通常事先把需要显示的图形文字转换成点阵图形，再按照显示操纵的要求以一定的格式形成显示数据，关于只操纵通断的图文屏来讲，每个LED发光器件占据数据中的1位（1bit），在需要该LED器件发光时数据中相应的位填“1”，否则填“0”。
所以，按照操纵电路的安排，相反的定义同样是可行的。
如此按照所需显示的图形文字，按显示屏的各行各列逐点填写数据，就能够构成一个显示数据文件。
显示图形的数据文件，其格式相对自由，只要能够满足显示操纵的要求即可。
文字的点阵格式比较规范，能够采纳现行运算机通用的字库字模。
用点阵方式构成的图形或文字，是专门灵活的，能够按照需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，就能够得到中意的显示成效。
因而采纳点阵式图文显示屏经常需要变化的信息，是专门有效的。
条屏常用于简短明确的信息，而平面显示屏多用来显示比较复杂的信息。
点阵显示方式习惯信息变化的优点，是以点阵显示器的价格和其复杂的操纵电路为代价的。
图文显示屏的颜色，有单色、双色和多色几种。
最常用的是单色图文屏。
单色图文屏多使用红色和绿色LED点阵单元。
显示的时候，各颜色的点阵是分开操纵的。
事先设计好各种颜色的显示数据，显示分别送到各自的显示点阵，即可实现预期成效。
每一种颜色的操纵方法和单色的完全相同。
∮2.2图文显示屏的显示模式和方法
为吸引观众增强显示成效，能够有多种显示模式。
最简单的显示模式是静态显示，它是指人主观观看所显示图文的成效是静止不动的。
与静态显示模式相对应，就有各种动态显示模式，它们所显示的图文差不多上能够动的。
按照图文运动的特点又能够分为闪耀、平移、旋转、缩放、翻页、舒展等多种显示特技。
产生不同显示模式的方法，要紧是随时刻变化持续操纵刷新显示数据。
刷新的时刻操纵，要考虑运动图形文字的显示成效。
刷新太慢，动感不明显；刷新太快了，中间过程看不清。
一样刷新周期可操纵在几毫秒到几十毫秒范畴之内。
∮2.3图文显示屏的操纵方式
一、主控系统的简介
目前公司图文屏的操纵方式采纳微机操纵实现。
上位机可采纳一般PC机，使用的上位机软件有：
V3.12的LedDraw和AOTOTWTP2000V2.10软件。
下位机采纳单片机担任操纵，其下位机主板要紧有两种：
PKTWP1T3A2和PKTWTPT2A0型号的。
PKTWP1T3A2使用V3.12的LedDraw软件，PKTWTPT2A0使用AOTOTWTP2000V2.10软件。
∮2.4LED驱动器74HC595芯片介绍
74HC595S是8位串行输入，并行或串行输出的移位寄存器，输出具有锁存（3态）功能。
其输入能够和标准CMOS输出完全兼容，移位寄存器和锁存器具有独立的输入时钟，移位寄存器有一个清零复位端，在输出部分有操纵开关。
特点：
驱动电流大
速度快
工作电压范畴：
2.0～6.0V
低输入电流：
1.0μA
高抗噪声度
极限参数：
电源电压Vcc最大值7.0V
每个输出端输出电流IOUT=45mA
储备温度To-65～150℃
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