LED显示屏技术培训全套资料.docx
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LED显示屏技术培训全套资料
LED显示屏总汇
背景：
LED显示屏（LEDpanel）：
是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色的发光二极管组成，靠灯的亮灭来显示字符。
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的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和工艺有关
LED的色彩与工艺制造LED的材料不同，可以产生具有不同能量的光子，借此可以控制LED所发出光的波长，也就是光谱或颜色。
1．历史上第一个LED所使用的材料是砷（As）化镓（Ga）,其正向PN结压降（VF，可以理解为点亮或工作电压）为1.424V，发出的光线为红外光谱。
2．另一种常用的LED材料为磷（P）化镓（Ga），其正向PN结压降为2.261V，发出的光线为绿光。
3．基于这两种材料，早期LED工业运用GaAs1-xPx材枓结构，理论上可以生产从红外光一直到绿光范围内任何波长的LED，下标X代表磷元素取代砷元素的百分比。
一般通过PN结压降可以确定LED的波长颜色。
其中典型的有GaAs0.6P0.4的红光LED，GaAs0.35P0.65的橙光LED，GaAs0.14P0.86的黄光LED等。
由于制造采用了镓、砷、磷三种元素，所以俗称这些LED为三元素发光管。
而GaN（氮化镓）的蓝光LED、GaP的绿光LED和GaAs红外光LED，被称为二元素发光管。
而目前最新的工艺是用混合铝（Al）、钙（Ca）、铟（In）和氮（N）四种元素的AlGaInN的四元素材料制造的四元素LED，可以涵盖所有可见光以及部份紫外光的光谱范围。
4．发光强度的衡量单位有照度单位（勒克司Lux）、光通量单位（流明Lumen）、发光强度单位（烛光 Candlepower） 5．1CD（烛光）指完全辐射的物体，在白金凝固点温度下，每六十分之一平方厘米面积的发光强度。
（以前指直径为2.2厘米，质量为75.5克的鲸油烛，每小时燃烧7.78克，火焰高度为4.5厘米，沿水平方向的发光强度）
6．1L（流明）指1CD烛光照射在距离为1厘米，面积为1平方厘米的平面上的光通量。
7．1Lux（勒克司）指1L的光通量均匀地分布在1平方米面积上的照度。
8．一般主动发光体采用发光强度单位烛光 CD，如白炽灯、LED等；反射或穿透型的物体采用光通量单位流明L，如LCD投影机等；而照度单位勒克司Lux，一般用于摄影等领域。
三种衡量单位在数值上是等效的，但需要从不同的角度去理解。
比如：
如果说一部LCD投影机的亮度（光通量）为1600流明，其投影到全反射屏幕的尺寸为60英寸（1平方米），则其照度为1600勒克司，假设其出光口距光源1厘米，出光口面积为1平方厘米，则出光口的发光强度为1600CD。
而真正的LCD投影机由于光传播的损耗、反射或透光膜的损耗和光线分布不均匀，亮度将大打折扣，一般有50%的效率就很好了。
9．实际使用中，光强计算常常采用比较容易测绘的数据单位或变向使用。
对于LED显示屏这种主动发光体一般采用CD/平方米作为发光强度单位，并配合观察角度为辅助参数，其等效于屏体表面的照度单位勒克司；将此数值与屏体有效显示面积相乘，得到整个屏体的在最佳视角上的发光强度，假设屏体中每个像素的发光强度在相应空间内恒定，则此数值可被认为也是整个屏体的光通量。
一般室外LED显示屏须达到4000CD/平方米以上的亮度才可在日光下有比较理想的显示效果。
普通室内LED，最大亮度在700～2000CD/平方米左右。
单个LED的发光强度以CD为单位，同时配有视角参数，发光强度与LED的色彩没有关系。
单管的发光强度从几个mCD到五千mCD不等。
LED生产厂商所给出的发光强度指LED在20mA电流下点亮，最佳视角上及中心位置上发光强度最大的点。
封装LED时顶部透镜的形状和LED芯片距顶部透镜的位置决定了LED视角和光强分布。
一般来说相同的LED视角越大，最大发光强度越小，但在整个立体半球面上累计的光通量不变。
10．当多个LED较紧密规则排放，其发光球面相互叠加，导致整个发光平面发光强度分布比较均匀。
在计算显示屏发光强度时，需根据LED视角和LED的排放密度，将厂商提供的最大点发光强度值乘以30%～90%不等，作为单管平均发光强度。
一般LED的发光寿命很长，生产厂家一般都标明为100,000小时以上，实际还应注意LED的亮度衰减周期，如大部分用于汽车尾灯的UR红管点亮十几至几十小时后，亮度就只有原来的一半了。
亮度衰减周期与LED生产的材料工艺有很大关系，一般在经济条件许可的情况下应选用亮度衰减较缓慢的四元素LED。
11．白色是红绿蓝三色按亮度比例混合而成，当光线中绿色的亮度为69%，红色的亮度为21%，蓝色的亮度为10%时，混色后人眼感觉到的是纯白色。
但LED红绿蓝三色的色品坐标因工艺过程等原因无法达到全色谱的效果，而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，称为配色。
12．当为全彩色LED显示屏进行配色前，为了达到最佳亮度和最低的成本，应尽量选择三原色发光强度成大致为3:
6:
1比例的LED器件组成像素。
13．白平衡要求三种原色在相同的调灰值下合成的仍旧为纯正的白色。
14．原色、基色：
原色指能合成各种颜色的基本颜色。
色光中的原色为红、绿、蓝，下图为光谱表，表中的三个顶点为理想的原色波长。
如果原色有偏差，则可合成颜色的区域会减小，光谱表中的三角形会缩小，从视觉角度来看，色彩不仅会有偏差，丰富程度减少。
灯球刚开始全是蓝光的，而是后面再加上荧光粉，根据用户的不同需要，调节出不同的光色，目前广泛使用的有红、绿、蓝三种。
由于LED工作电压低（仅1.5~3.6V），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分为单色和全彩，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。
如果只有一种色就叫做单色，制作室内LED屏的象素尺寸一般是2-20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8-32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2红1绿组成，三色象素筒用1红1绿1蓝组成。
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级到4096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。
led显示屏简介：
LED显示屏（LEDdisplay,LEDScreen）：
又叫电子显示屏或者飘字屏幕。
是由LED点阵和ledpc面板组成，通过红色，蓝色，白色，绿色LED灯的亮灭来显示文字、图片、动画、视频，内容。
可以根据不同场合的需要做出不同的调节，比如一般的广告牌那些流动的字画，就是通过flash制作一个动画,储蓄在显示屏的一张内存卡里,再通过技术手法显示出来的,可以根据不同的需要随时更换，各部分组件都是模块化结构的显示器件。
传统LED显示屏通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。
LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。
这些优点概括起来是：
亮度高、工作电压低、功耗小、大型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。
LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。
LED显示屏性能超群：
1）发光亮度强在可视距离内阳光直射屏幕表面时，显示内容清晰可见.超级灰度控制具有1024-4096级灰度控制，显示颜色16.7M以上，色彩清晰逼真，立体感强。
2）静态扫描技术采用静态锁存扫描方式，大功率驱动，充分保证发光亮度。
3）自动亮度调节具有自动亮度调节功能，可在不同亮度环境下获得最佳播放效果.LED显示屏在保有亮度的同时,也存在着弊端，就是在下雨天，LED显示屏经过雨水淋湿，人的眼睛长时间近距离对着显示屏就会很容易诱发眼疾，出现流眼泪的情况，这种光源污染，LED显示屏作为环保技术应是需要更充份考虑到光线对人的精神方面的影响，不要过份追求亮度。
4）全面采用进口大规模集成电路,可靠性大大提高，便于调试维护。
5）先进的数字化视频处理，技术分布式扫描，BSV液晶拼接技术高清显示，模块化设计/恒流静态驱动，亮度自动调节，超高亮纯色象素，影像画面清晰、无抖动和重影，杜绝失真。
视频、动画、图表、文字、图片等各种信息显示、联网显示、远程控制。
LED显示屏
led显示屏-彩亮灯珠
led显示屏彩亮室内模块
发展阶段：
LED大屏幕的发展呈现如下几个发展阶段：
1、第一代：
单色LED显示屏 以单红色为基色，显示文字及简单图案为主，主要用于通知、通告及客流引导系统。
2、第二代：
双基色多灰度显示屏 以红色及黄绿色为基色，因没有蓝色，只能称其为伪彩色，可以显示多灰度图像及视频，目前在国内广泛应用于电信，银行，税务，医院，政府机构等场合，主要显示标语，公益广告及形象宣传信息。
3、第三代：
全彩色（fullcolor）多灰度显示屏 以红色，蓝色及黄绿色为基色，可以显示较为真实的图像，目前正在逐渐替代上一代产品。
4、第四代：
真彩色（truecolor）多灰度显示屏 以红色，蓝色及纯绿色为基色，可以真实再现自然界的一切色彩（在色坐标上甚至超过了自然色彩范围）。
可以显示各种视频图像及彩色广告，其艳丽的色彩，鲜亮的高亮度，细腻的对比度，在宣传广告领域应用具有极好的视觉震撼力。
真彩色5mm户内大屏幕属于上述第四代产品。
它具有高亮度，不受环境亮度影响，厚度薄，占用场地小，色彩鲜艳丰富，视角宽，可以在宽敞的厅堂环境应用，没有拼接图像损失。
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2500-10000点每平米）,发光亮度在5500-8500cd/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；
（6）按显示器件可分为
LED数码显示屏：
显示器件为7段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏。
LED点阵图文显示屏：
显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。
LED视频显示屏：
显示器件是由许多发光二极管组成，可以显示视频、动画等各种视频文件。
（7）按显示屏安装方式可分为
常规型LED显示屏:
采用钢结构将显示屏固定安装于一个位置。
主要常见的有户外大型单立柱LED广告屏，以及车站里安装在墙壁上用来播放车次信息的单、双色LED显示屏等。
租赁型LED显示屏:
在设计时，研发部就考虑到该屏经常会用于安装与拆卸，所以左右箱体采用带定位功能的快速锁连接,定位精准,整个箱体安装10秒之内完成。
租赁屏主要用于舞台演出、婚庆场所以及大型春晚。
技术优势评述:
现有常见的室内全彩方案的比较：
1．点阵模块方案：
最早的设计方案，由室内伪彩点阵屏发展而来
优势：
原材料成本最有优势，且生产加工工艺简单，质量稳定。
缺点：
色彩一致性差，马赛克现象较严重，显示效果较差。
2．单灯方案：
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（又叫像素共享技术，虚拟像素技术）移植到了室内显示屏。
优势：
色彩一致性比点阵模块方式的好。
缺点：
混色效果不佳，视角不大，水平方向左右观看有色差。
加工较复杂，抗静电要求高。
实际像素分辨率做到10000点以上较难。
3．贴片方案：
采用贴片发光管为显示元件的方案。
优势：
色彩一致性，视角等重要显示指标是现有方案里最好的一种，特别是三合一表贴的混色效果非常好。
缺点：
加工工艺麻烦，成本太高。
4。
亚表贴方案：
实际上是单灯方案的一种改进，现在还在完善之中。
优势：
在显示色彩一致性，视角等首要指标和标贴方案差别不大了，但成本较低，显示效果很好，分辨率理论上可以做到17200以上。
缺点：
加工还是较复杂，抗静电要求高。
关键技术指标:
失控率
失控率是在100×100像素区域内，失控的像素数与区域像素总数（即10000）之比。
此指标对《LED显示屏通用规范》SJ/T11141-2003中“失控的像素是呈离散分布”要求进行了量化，方便直观。
目前国内的LED显示屏在出厂前均会进行老化（烤机），对失控像素的LED灯都会维修更换，“整屏像素失控率”控制在1/104之内、“区域像素失控率”控制在3/104之内是没问题的，甚至有的个别厂家的企业标准要求出厂前不允许出现失控像素，但这势必会增加生产厂家的制造维修成本和延长出货时间。
在不同的应用场合下，像素失控率的实际要求可以有较大的差别，一般来说，LED显示屏用于视频播放，指标要求控制在1/104之内是可以接受，也是可以达到的；若用于简单的字符信息发布，指标要求控制在12/104之内是合理的
灰度等级grayscale（电性能指标）
灰度也就是所谓的色阶或灰阶（像素发光亮度变化的阶级），是指亮度的明暗程度。
同一级亮度中从最暗到最亮之间能区别的亮度级数。
对灯珠而言，一种基色的灰度一般有0级至65536级。
根据控制系统的能力与驱动芯片的承载率反应出来。
例如，将一个颜色的灯点到全亮，到关闭，全暗，为0级，点到半亮，为1级，如此类推，就是将一个颜色的一个发光点分为65536个亮度级别，称之为灰度。
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。
灰度等级主要取决于系统的A/D转换位数。
当然系统的视频处理芯片、存储器以及传输系统都要提供相应位数的支持才行。
一般为无灰度、8级、16级、32级、64级、128级、256级等，目前国内LED显示屏主要采用8位处理系统，也即256（28）级灰度。
简单理解就是从黑到白共有256种亮度变化。
采用RGB三原色即可构成256×256×256=种颜色。
即通常所说的16兆色。
国际品牌显示屏主要采用10位处理系统，即1024级灰度，RGB三原色可构成10.7亿色。
灰度虽然是决定色彩数的决定因素，但并不是说无限制越大越好。
因为首先人眼的分辨率是有限的，再者系统处理位数的提高会牵涉到系统视频处理、存储、传输、扫描等各个环节的变化，成本剧增，性价比反而下降。
一般来说民用或商用级产品可以采用8位系统，广播级产品可以采用10位系统。
亮度鉴别等级（光学指标）
亮度鉴别等级是指人眼能够分辨的图像从最黑到最白之间的亮度等级。
前面提到显示屏的灰度等级有的很高，可以达到256级甚至1024级。
但是由于人眼对亮度的敏感性有限，并不能完全识别这些灰度等级。
也就是说可能很多相邻等级的灰度人眼看上去是一样的。
而且眼睛分辨能力每人各不相同。
对于显示屏，人眼识别的等级自然是越多越好，因为显示的图像毕竟是给人看的。
人眼能分辨的亮度等级越多，意味着显示屏的色空间越大，显示丰富色彩的潜力也就越大。
亮度鉴别等级可以用专用的软件来测试，一般显示屏能够达20级以上就算是比较好的等级了。
LED显示屏在法线方向的平均亮度。
单位：
cd/m2。
在同等点密度下，LED显示屏的亮度取决于所采用的LED晶片的材质、封装形式和尺寸大小，晶片越大，亮度越高；反之，亮度越低。
亮度与晶片大小成正比的图示
视角viewingangle（光学指标）
在水平和垂直两个方向的亮度分别为LED显示屏法线方向亮度的一半时,该观察方向与LED显示屏法线的夹角分别称为水平视角和垂直视角，一般以±表示左右和上下各多少度。
如果一块显示屏的水平视角为120度、垂直视角为45度，在此观看范围内能使所有观众享受到最佳的观看效果。
超出此范围，观众将可收看到低于正常亮度50%的视觉效果。
LED显示屏的视角越大，其受众群体越多，覆盖面积越广，反之越小。
LED晶片的封装方式决定LED显示屏的视角的大小，其中，表贴LED灯的视角较好，椭圆形LED单灯的水平视角较好。
视角与亮度成反比。
视角范围
灯材
水平
垂直
表贴LED灯
160
160
椭圆形LED灯
120
45
圆形LED灯
60
60
换帧频率refreshframefrequency（电性能指标）
LED显示屏LED显示屏画面信息更新的频率。
一般为25Hz、30Hz、50Hz、60Hz等，换帧频率越高，变化的图像连续性越好。
刷新频率refreshfrequency（电性能指标）
LED显示屏显示数据每秒钟被重复显示的次数。
常为60Hz、120Hz、240Hz等，刷新频率越高，图像显示越稳定。
灰度非线性变换
灰度非线性变换是指将灰度数据按照经验数据或某种算术非线性关系进行变换再提供给显示屏显示。
由于LED是线性器件，与传统显示器的非线性显示特性不同。
为了能够让LED显示效果能够符合传统数据源同时又不损失灰度等级，一般在LED显示系统后级会做灰度数据的非线性变换，变换后的数据位数会增加（保证不丢失灰度数据）。
现在国内一些控制系统供应商所谓的4096级灰度或16384级灰度或更高都是指经过非线性变换后灰度空间大小。
4096级是采用了8位源到12位空间的非线性变换技术，16384级则是采用8位到16位的非线性变换技术。
由8位源做非线性变换，转换后空间肯定比8位源大。
一般至少是10位。
如同灰度一样，这个参数也不是越大越好，一般12位就可以做足够的变换了。
常用术语解释：
1．LED亮度
发光二极管的亮度一般用发光强度（LuminousIntensity）表示，单位是坎德拉cd；1000ucd（微坎德拉）=1mcd（毫坎德拉），1000mcd=1cd。
室内用单只LED的光强一般为500ucd-50mcd，而户外用单只LED的光强一般应为100mcd-1000mcd，甚至1000mcd以上。
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。
室内显示屏常用的有8*8像素模块、8字7段数码模块。
户外显示屏像素模块有4*4、8*8、8*16、16*16、16*32像素等规格。
户外显示屏用的像素模块因为其每一像素由两只以上LED管束组成，故又称其为集管束模块。
3．像素与像素直径
LED显示屏中每一个可被单独控制的LED发光单元（点）称为像素（或象元）。
像素直径∮是指每一像素的直径，单位是毫米。
对于室内显示屏，一般一个为单个LED，外形为圆形。
室内显示屏像素直径校常见的有∮3.0、∮3.75、∮5.0、∮8.0等，其中以∮3.75和∮5.0最多。
在户外环境，为提高亮度，增加视距，一个象素含有两只以上集束LED；由于两只以上集束LED一般不为圆形，故户外显示屏像素直径一般用两两像素平均间距表示P10、P12、P12.5、P16、P20、P25、P40。
4．信息容量
LED显示屏的两两像素的中心距或点间距（DotPitch）；单位面积内像素的数量称为像素密度；单位面积内一次性显示所含显示内容的数量称为信息容量。
这三者本质是描述同一概念：
点间距是从两两像素间的距离来反映像素密度，点间距和像素密度是显示屏的物理属性；信息容量则是单位面积像素密度的一次性所显示的信息承载能力的数量单位。
点间距越小，像素密度越高，单位面积一次性可显示信息容量越多，适合观看的距离越近。
点间距越大，像素密度越低，单位面积一次性可显示信息容量越少，适合观看的距离越远。
5．分辨率
LED显示屏像素的行列数称为LED显示屏的分辨率。
分辨率是显示屏的像素总量，它决定了一台显示屏的一次性显示的信息容量。
6．LED显示屏结构
将LED象素模块按照实际需要大小拼装排列成矩阵，配以专用显示驱动电路，直流稳压电源，控制软件，框架以及外装饰等，即构成一台LED显示屏。
7.密度densit
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