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第三节LED显示屏基本知识几十年前大型的电子显示屏是用灯泡或照明灯构成，发展到后来的显像管（CRT），主要用在运动场所转播比赛，如今最先进的电子显示屏是LED显示屏。其它一些显示技术，如LCD，机电结构类的显示屏和灯泡显示在某些特定的场合还有一定的用途，但LED显示屏被证明是最可靠，高效，节能，明亮，在技术上也最方便实现.LED发光技术的原理是某些半导体材料在通以电流的情况下会发出特定波长的光，这种电到光的转换效率非常高，对所用材料进行不同的化学处理，就可以得到各种亮度和视角的LED。LED显示屏是将LED模块或像素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，即构成一台LED显示屏。一、LED显示屏概述什么是LED？在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。LED的特点LED是发光二极管的简称（LightEmettingDiodeo）。由于它具有亮度高、响应速度快、低电压、功耗小、耐震动、耐冲击、寿命长等优点，使其成为室内外信息显示终端的主要发光器件。LED与LED显示屏LED的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和工艺有关，目前广泛使用的有红、绿、蓝三种。由于LED工作电压低（仅1.5-3V），能主动发光且有一定亮度，亮度又能用电压（或电流）调节，本身又耐冲击、抗振动、寿命长（10万小时），所以在大型的显示设备中，目前尚无其他的显示方式与LED显示方式匹敌。把红色和绿色的LED放在一起作为一个象素制作的显示屏叫双色屏或彩色屏；把红、绿、蓝三种LED管放在一起作为一个象素的显示屏叫三色屏或全彩屏。制作室内LED屏的象素尺寸一般是2-10毫米，常常采用把几种能产生不同基色的LED管芯封装成一体，室外LED屏的象素尺寸多为12-26毫米，每个象素由若干个各种单色LED组成，常见的成品称象素筒，双色象素筒一般由3红2绿组成，三色象素筒用2红1绿1兰组成。无论用LED制作单色、双色或三色屏，欲显示图象需要构成象素的每个LED的发光亮度都必须能调节，其调节的精细程度就是显示屏的灰度等级。灰度等级越高，显示的图像就越细腻，色彩也越丰富，相应的显示控制系统也越复杂。一般256级灰度的图像，颜色过渡已十分柔和，而16级灰度的彩色图像，颜色过渡界线十分明显。所以，彩色LED屏当前都要求做成256级灰度的。应用于显示屏的LED发光材料有以下几种形式：①LED发光灯(或称单灯)一般由单个LED晶片，反光碗，金属阳极，金属阴极构成，外包具有透光聚光能力的环氧树脂外壳。可用一个或多个（不同颜色的）单灯构成一个基本像素，由于亮度高，多用于户外显示屏。②LED点阵模块由若干晶片构成发光矩阵,用环氧树脂封装于塑料壳内。适合行列扫描驱动，容易构成高密度的显示屏，多用于户内显示屏。③贴片式LED发光灯(或称SMDLED)就是LED发光灯的贴焊形式的封装，可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。二、LED显示屏分类LED显示屏分类多种多样，大体按照如下几种方式分类：（1）按使用环境分为户内,户外及半户外户内屏面积一般从不到1平米到十几平米,点密度较高，在非阳光直射或灯光照明环境使用，观看距离在几米以外，屏体不具备密封防水能力。户外屏面积一般从几平米到几十甚至上百平米，点密度较稀(多为1000-4000点每平米),发光亮度在3000-6000cd/平米(朝向不同，亮度要求不同)，可在阳光直射条件下使用，观看距离在几十米以外，屏体具有良好的防风抗雨及防雷能力。半户外屏介于户外及户内两者之间,具有较高的发光亮度,可在非阳光直射户外下使用，屏体有一定的密封，一般在屋檐下或橱窗内。（2）按颜色分为单色，双基色，三基色(全彩)单色是指显示屏只有一种颜色的发光材料，多为单红色，在某些特殊场合也可用黄绿色(例如殡仪馆)。双基色屏一般由红色和黄绿色发光材料构成。三基色屏分为全彩色(fullcolor),由红色，黄绿色(波长570nm)，蓝色构成及真彩色(naturecolor),由红色，纯绿色(波长525nm),蓝色构成。（3）按控制或使用方式分同步和异步同步方式是指LED显示屏的工作方式基本等同于电脑的监视器，它以至少30场/秒的更新速率点点对应地实监视器上的图时映射电脑像,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。异步方式是指LED屏具有存储及自动播放的能力，在PC机上编辑好的文字及无灰度图片通过串口或其他网络接口传入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。（4）按像素密度或像素直径划分由于户内屏采用的LED点阵模块规格比较统一所以通常按照模块的像素直径划分主要有：∮3.0mm60000像素/平米∮3.75mm44000像素/平米∮5.0mm17000像素/平米户外屏的像素直径及像素间距目前没有十分统一的标准，按每平米像素数量大约有1024点，1600点,2000点,2500点,4096点等多种规格。（5）按显示性能可分为视频显示屏：一般为全彩色显示屏文本显示屏：一般为单基色显示屏图文显示屏：一般为双基色显示屏行情显示屏：一般为数码管或单基色显示屏；三、LED显示屏特点全面了解LED显示屏特点，是为了选择高性价比LED显示屏,与其它大屏幕终端显示器相比,LED显示屏主要有以下特点。亮度高：色彩丰富鲜艳，户外显示屏的亮度大于8000mcd/m2，是目前唯一能够在户外全天候使用的大型；寿命长：LED寿命长达100,000小时（十年）以上；视角大：室内视角可大于160度，户外视角可大于120度；结构模块化，屏幕面积可大可小，小至不到一平米，大则可达几百、上千平米；易与计算机接口，支持软件丰富，操作方便灵活，画面清晰稳定。显示屏联网：利用一台微机可以同时控制多个显示屏显示不同的内容，显示屏也可脱机工作。既可以显示文字又可以显示图形图像，字体字型变化丰富。注：常见大型显示终端对比屏幕类型优点缺点电视墙全彩色、面积大画面有分隔感、亮度低不能在户外用、色差大、造价高PDP全彩色、画面细腻面积不大、亮度低、寿命短投影机全彩色、画面细腻亮度低不能在户外用、画面受光不均。四、基本概念LED:LightEmittingDiode（发光二极管）的缩写。单点直径（Singledotdiameter）指一个像素点的直径，单位通常为mm。象素（PIXEL）：指每单个或多个发光管组成的发光点。是画面上可以被独立控制的最小单元PIXEL是pictureelement的缩写，在三基色显示屏上，象素由三部分组成：红，绿，篮，每一部分由一个或几个LED组成，理论上，分别调节红，绿，蓝的亮度，可以表现出任意颜色。间距（PITCH）相邻象素的中心距离。间距越小，可视距离越短。分辨率（Resolution）通常用于数字显示设备，表示总的象素数量，一般写成宽X高的形式，如800X600。可视角度（ViewingAngle）当观察者面对LED时可以看到LED的最大亮度，当观察者向左或右移动时，看到的亮度会减少，当亮度减到最大亮度的一半时，此时所处的角度加上向反方向移动得到的角度之和，称水平可视角度，垂直可视角度用同样方式测量。LED的视角厂家会给出参数。亮度（Brightness）亮度在任何显示设备中都是最重要的参数。亮度的主单位叫烛光（candela），用CD表示，单个LED的亮度通常用millicandelas，MCD，即千分之一CD，把一个平方米的LED亮度加在一起，就得到单位面积亮度，用尼特（NITS）表示，1NITS＝1CD/m2。红绿蓝三色的亮度必须平衡才能准确的还原真实色彩，换句话说，LED的白色必须是白色，而不是粉红色。如果红绿蓝都处于最高亮度，混合出的色彩通常不是白色，为了得到白色（通常称为6500K色温），红绿蓝中须有一个或两个的亮度调低，为了获取正确的白色，必须反复测量调整亮度，这个过程称白平衡。可视距离（ViewingDistance）对于各种显示器件来说，最佳的观察距离应该是人眼无法分辨出象素的最小距离，，这个距离大约是点间距的3400倍。电视和电脑的观测距离通常要小于这个要求，但可接受的距离不能小于点间距的1700倍。灰度等级（GreyLevels）也称色彩深度，指不同亮度的数量，红绿蓝有各自的灰度，在全彩色系统中一般是256级灰度，可以产生256X256X256＝16,777,216种颜色，在PC中称为24位色，在LED显示系统中称为8位系统。LED显示屏能表现的色彩数量取决于RGB三色的灰度等级，在标准的全彩显示屏中为256级灰度，对于体育场馆的LED全彩系统，256灰度是不够的，无法准确的恢复还原色彩。刷新率（RefreshRate）显示屏画面更新的速率，通常用赫兹表示（Hz）。与帧频是不同的。帧频（FrameRate）显示屏每秒显示的图像帧的数量，通常取决于输入的信号(25fpsforPAL,30fpsforNTSC)场频（Field）PAL和NTSC的一半帧，因为PAL和NTSC是隔行扫描，每次刷新只显示半帧图像。高级概念纯绿（Puregreen）和真绿（truegreen）过去30年，各种颜色LED被相继开发出来，首先是红色，黄色，黄绿色，蓝色LED和纯绿LED在90年代相继被日亚工程师发明。至此,制造LED全彩色显示屏成为可能。播放视频的LED显示屏必须用纯绿，如果用黄绿来做，颜色肯定不真实，如果一个象素里绿管的数量很多，比红管和蓝管的数量多，那肯定是黄绿管，因为黄绿的亮度不够，必须用多个，但黄绿LED价格低廉。该种显示屏俗称伪彩屏。GAMMA矫正（gammacorrection）这是一种通过变换函数来减少灰度数量，从而产生一个更接近真实环境的色彩和对比度，全彩屏实际表现的颜色受到很多限制，当夜晚时，必须降低屏体亮度，此时能够显示的色彩就会减少，因此，数字RGB显示的色彩肯定少于16M色，为了解决这个问题，需要更高层次的灰度，1Bill色的系统（红绿蓝各1024级色）可以表现更真实的色彩，因为从256级灰度扩大到1024级，极大的丰富了可表现的色彩数目。虚拟象素技术（VirtualResolution）也称共享象素或动态象素，将4倍于物理象素的象素快速的按奇偶列和奇偶行分4次送到物理象素上显示，其效果相当于将间距缩小一半，其成本与传统做法基本相比，基本没增加，但可以做到原来4倍的分辨率。一致性（Uniformity）整个画面的质量很大程度上取决于LED的一致性。一致性的问题是LED固有的问题，当LED生产时。他们的亮度，视角，还有其它的特性实际上都不统一，这些参数分布在某一范围，制造商工艺控制的越好，这个范围越小，选用优质厂商提供的LED可以减少调试的工作量，人眼对颜色和亮度的敏感度相当高，对于LED之间的差别很容易察觉，特别在高亮的显示系统中，这种差别更大，设计者必须采用各种技术来消除这种差别，增加一致性。色差（ColourShift）LED显示屏由红绿蓝三色组合来产生各种颜色，但这三种颜色由不同材料做成，视角是有差异的，不同LED的光谱分布都是变化的，这些能被观测的差异称为色差。当偏过一定角度观察LED时，其颜色发生改变,人眼判断真实画面的色彩的能力（比如电影画面）比观测计算机产生的画面要好。单元板规格（Cellboardsize）指单元板的尺寸，通常用单元板长乘以宽的表达式表示，以毫米为单位。（488×244）单元板的解析度（Cellboardpixels）：指一块单元板有多少个像素，通常用单元板像素的行数乘以列数的表达式表示。（如：64×32）像素密度（Latticedensity）也称点阵密度，通常指每平方米显示屏上的像素个数。每平方米最大的功耗（Consumptionpersqm）每平方米每小时的最大耗电量，通常是指显示屏全白色工作