[科普中國]-led顯示屏

LED顯示屏（LED display）是一種平板顯示器，由一個個小的LED模塊面板組成，用來顯示文字、圖像、視頻等各種信息的設(shè)備。1

LED電子顯示屏集微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息處理于一體，具有色彩鮮艷、動態(tài)范圍廣、亮度高、壽命長、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。LED顯示屏廣泛應(yīng)用于商業(yè)傳媒、文化演出市場、體育場館、信息傳播、新聞發(fā)布、證券交易等，可以滿足不同環(huán)境的需要。23

背景LED顯示屏是經(jīng)LED點(diǎn)陣組成的電子顯示屏，通過亮滅紅綠燈珠更換屏幕顯示內(nèi)容形式如文字、動畫、圖片、視頻的及時轉(zhuǎn)化，通過模塊化結(jié)構(gòu)進(jìn)行組件顯示控制。主要分為顯示模塊、控制系統(tǒng)及電源系統(tǒng)。顯示模塊是LED燈點(diǎn)陣構(gòu)成屏幕發(fā)光；控制系統(tǒng)則是調(diào)控區(qū)域內(nèi)的亮滅情況實(shí)現(xiàn)對屏幕顯示的內(nèi)容進(jìn)行轉(zhuǎn)換；電源系統(tǒng)則是對輸入電壓電流進(jìn)行轉(zhuǎn)化使其滿足顯示屏幕的需要。3

LED屏幕可實(shí)現(xiàn)對多種信息呈現(xiàn)模式的不同形式間的轉(zhuǎn)化，并在室內(nèi)、室外均可使用，有其他顯示屏不可比擬的優(yōu)勢。其憑借光亮強(qiáng)度高、工作耗功較小、電壓需求低、設(shè)備小巧便捷、使用年限長、耐沖擊穩(wěn)定、抗外界干擾強(qiáng)的特點(diǎn)，快速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。4

LED的發(fā)光顏色和發(fā)光效率與制作LED的材料和工藝有關(guān) ，燈球剛開始全是藍(lán)光的，后面再加上熒光粉，根據(jù)用戶的不同需要，調(diào)節(jié)出不同的光色，廣泛使用的有紅、綠、藍(lán)、黃四種。由于LED工作電壓低（僅 1.2~4.0V），能主動發(fā)光且有一定亮度 ，亮度又能用電壓（或電流）調(diào)節(jié)，本身又耐沖擊、抗振動、壽命長（10 萬小時），所以在大型的顯示設(shè)備中，尚無其他的顯示方式與LED顯示方式匹敵。1

LED，發(fā)光二極管（light emitting diode縮寫）。它是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，由鎵（Ga）與砷（As）、磷（P）、氮（N）、銦（In）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，銦鎵氮二極管發(fā)藍(lán)光。1

把紅色和綠色的LED晶片或燈管放在一起作為一個像素制作的顯示屏稱為三色或雙基色屏，把紅、綠、藍(lán)三種LED晶片或燈管放在一起作為一個像素的顯示屏叫三基色屏或全彩屏。如果只有一種色就叫做單色或單基色屏，制作室內(nèi) LED 屏的像素尺寸一般是1.5-12 毫米，常常采用把幾種能產(chǎn)生不同基色的LED管芯封裝成一體，室外LED 屏的像素尺寸多為6-41.5毫米，每個像素由若干個各種單色LED組成，常見的成品稱象素筒，雙色象素筒一般由2紅1綠組成，三色象素筒用1紅1綠1藍(lán)組成。1

無論用LED制作單色、雙色或三色屏，欲顯示圖象需要構(gòu)成像素的每個LED的發(fā)光亮度都必須能調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)的精細(xì)程度就是顯示屏的灰度等級?；叶鹊燃壴礁撸@示的圖像就越細(xì)膩，色彩也越豐富，相應(yīng)的顯示控制系統(tǒng)也越復(fù)雜。一般 256 級灰度的圖像，顏色過渡已十分柔和，而16級灰度的彩色圖像，顏色過渡界線十分明顯。所以，彩色LED屏當(dāng)前都要求做成256級到4096級灰度的。1

基本原理LED顯示屏是一種新型的信息顯示媒體，它是利用發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕。圖2所示為8×8點(diǎn)陣LED顯示屏的結(jié)構(gòu)圖，從圖上看，8×8點(diǎn)陣共需要64個發(fā)光二極管，且每個發(fā)光二極管放置在行線和列線的交叉點(diǎn)上，當(dāng)對應(yīng)的某一行置高電平，某一列置低電平時，則相應(yīng)的二極管點(diǎn)亮。5

例如要顯示文字時，就可以按照組成文字的筆畫將相應(yīng)的二極管點(diǎn)亮，從而達(dá)到顯示文字的目的，如圖3所示。而完整的點(diǎn)陣可由16×16、32×32等組成顯示模塊。5

單基色LED顯示屏的每個像素由1個單色LED發(fā)光二極管組成，即每個像素包含1個LED發(fā)光二極管；雙基色LED顯示屏的每個像素由2個2種單色的LED發(fā)光二極管組成，即每個雙基色像素包含2個LED發(fā)光二極管；而對于三基色全彩LED顯示屏來說，組成像素點(diǎn)的二極管包括了3個或3個以上，如由分別發(fā)紅光、綠光和藍(lán)光的3個二極管組成，這樣就可以根據(jù)三基色的配色原理，達(dá)到彩色顯示的目的；而有些顯示屏為了改善顯示效果，可能由4個二極管組成：2個紅光LED、1個綠光LED和1個藍(lán)光LED。5

分類LED 顯示屏分類多種多樣，大體按照如下幾種方式分類：

（1）按顯示器件分

LED數(shù)碼顯示屏：顯示器件為7段碼數(shù)碼管，適用于制作時鐘屏、利率屏等顯示數(shù)字的電子顯示屏。LED點(diǎn)陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點(diǎn)陣顯示模塊，適用于播放文字、圖像信息。2

（2）按使用環(huán)境分

室內(nèi)屏面積一般在十幾平米以下，點(diǎn)密度較高，在非陽光直射或燈光照明環(huán)境使用，觀看距離在幾米以外，屏體不具備密封防水能力。發(fā)光點(diǎn)直徑較小，一般直徑為3～8mm。室外屏面積一般從幾平米到幾十甚至上百平米，點(diǎn)密度較稀(多為1000～4000點(diǎn)/m2),發(fā)光亮度在3000～5000cd/m2(朝向不同，亮度要求不同)，可在陽光直射條件下使用，觀看距離在幾十米以外，屏體具有良好的防風(fēng)抗雨及防雷能力。室外屏發(fā)光的基本單元為像素，組成像素發(fā)光點(diǎn)中心直徑較大，如P10mm、P12mm、P16mm、P20mm、P24mm、P26mm等。半室外屏介于室外及室內(nèi)兩者之間,具有較高的發(fā)光亮度,可在非陽光直射室外下使用，屏體有一定的密封，一般在屋檐下或櫥窗內(nèi)。2

（3）按控制或使用方式分

同步方式是指LED顯示屏的工作方式基本等同于電腦的監(jiān)視器，它以至少30場/s的更新速率點(diǎn)點(diǎn)對應(yīng)地實(shí)時映射電腦監(jiān)視器上的圖像,通常具有多灰度的顏色顯示能力，可達(dá)到多媒體的宣傳廣告效果。異步(或通訊)方式是指LED屏具有存儲及自動播放的能力，在PC機(jī)上編輯好的文字及無灰度圖片通過串口或其他網(wǎng)絡(luò)接口傳入LED屏,然后由LED屏脫機(jī)自動播放，一般沒有多灰度顯示能力，主要用于顯示文字信息，可以多屏聯(lián)網(wǎng)。2

性能特點(diǎn)（1）高強(qiáng)度發(fā)光，陽光折射下，可將屏幕表面內(nèi)容高清呈現(xiàn)在可視范圍內(nèi)。4

（2）灰度控制級別高?？衫?024～4096級灰度控制清晰逼真的顯示出16.7M以上的顏色，保證畫面超強(qiáng)立體感。4

（3）驅(qū)動功率大，掃描方式以靜態(tài)鎖存為主，保障高強(qiáng)度亮光。4

（4）為保證播放效果的最佳性，在不同的背景環(huán)境下可通自動調(diào)節(jié)功能合理控制光亮。4

（5）電路集成主要借助大規(guī)模進(jìn)口裝置，提升運(yùn)行的可靠性，有利于進(jìn)行維修調(diào)試工作。4

（6）利用現(xiàn)代化數(shù)字處理技術(shù)處理視頻，對掃描主要選擇技術(shù)分布的方式，設(shè)計呈現(xiàn)模塊化、采用靜態(tài)恒流驅(qū)動，自動化調(diào)節(jié)光亮，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)畫面的高保真性、無重影幌動，提升影像畫面的清晰程度。4

（7）信息顯示種類豐富如圖標(biāo)、視頻、文字、動畫、圖片等，并且現(xiàn)實(shí)形式多樣，如聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程現(xiàn)實(shí)等，常見色彩與工藝的結(jié)合。4

技術(shù)優(yōu)勢（1）配有全彩顯示屏，引進(jìn)更為優(yōu)質(zhì)的LED進(jìn)口管芯，使得屏幕成像高清、色彩均勻、耗功較小，屏體輕便、屏層較薄、廣域視角，因此其出現(xiàn)故障幾率小、便于維修養(yǎng)護(hù)。4

（2）主要采用集多種功能于一身的多媒體顯示卡PCTV卡，性能更加卓越、采集方式更加先進(jìn)、可精準(zhǔn)捕獲視頻，并有與顯示卡相匹配的Studio編輯軟件。4

（3）DVI接口技術(shù)較為先進(jìn)。不需借助A/D和D/A進(jìn)行轉(zhuǎn)換，保證了畫面圖像的完整性，減少細(xì)節(jié)的可能，在顯示屏幕上完全再現(xiàn)計算機(jī)圖像。DVI可支持所有顯示模式，保證數(shù)據(jù)顯示的平穩(wěn)可靠性同時兼具多種集成功能。4

（4）利用室內(nèi)全彩系統(tǒng)緩解系統(tǒng)顯示傳輸大量復(fù)雜數(shù)據(jù)存在的隱患，充分進(jìn)行全真彩色還原。利用芯片完成數(shù)據(jù)分配顯示任務(wù)，對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖輸出轉(zhuǎn)換，由8位（8bit）顯示數(shù)據(jù)向12位的PWM轉(zhuǎn)換，提升為4096（12bit）級灰度控制，實(shí)現(xiàn)屏幕顯示非線性256級視覺灰度，充分營造全真色彩視覺享受。4

（5）驅(qū)動模式采用恒流系統(tǒng)。通過其高性價比，完善LED管存在的壓降離散性不足，克服馬賽克問題，保證畫面質(zhì)感。4

（6）結(jié)合光纖傳輸?shù)哪Ｊ剑档蛡鬏斨行盘柕膿p失。4

性能指標(biāo)顏色、亮度和視角隨著二極管制與半導(dǎo)體的結(jié)合其生產(chǎn)材質(zhì)與制作工藝逐步升級，突破了原有光亮、顏色的限制，大量應(yīng)用藍(lán)色二極管、純綠色發(fā)光二極管，提升了顯示光亮度。進(jìn)而提升了LED顯示屏幕在室外環(huán)境中的優(yōu)勢，可適應(yīng)不同顯示要求，提升LED在不同環(huán)境中的有效價值。對于LED顯示屏性能的評價必須是綜合考量的結(jié)果，因其相關(guān)性能指標(biāo)都是密切相關(guān)的，亮度、視角、分辨率等指標(biāo)相互影響。當(dāng)前在高密度、全彩色室內(nèi)顯示屏中利用表貼LED器件提升顯示屏獲的視角、亮度性能。4

灰度等級LED顯示屏的灰色等級主要是用來對其色彩現(xiàn)實(shí)程度進(jìn)行評價，通過對最暗單基色亮度到最亮之間進(jìn)行亮度等級判斷，以灰度等級為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行顯示屏顯示色彩的評估。當(dāng)灰度等級較高時，其顯示測菜豐富艷麗；當(dāng)其灰度等級較低時，顏色變化單一。因此，對灰度等級的提升，有利于增加圖像的色彩顯示層次，有助于色彩深度的提升。4

對比度顯示屏幕的對比度影響著視覺成像效果，高對比度，提升畫面清晰度、顏色鮮亮，并有效地提升圖像畫質(zhì)的細(xì)節(jié)質(zhì)感、清晰程度、灰度等級。此外，對比度還對動態(tài)視頻的分辨轉(zhuǎn)換帶來一定影響，高對比度可使肉眼更易于分辨動態(tài)圖中的明暗轉(zhuǎn)換過程。4

刷新頻率LED顯示屏其每秒內(nèi)容可重復(fù)顯示的次數(shù)被稱之為刷新頻率，當(dāng)刷新頻率較低時，會出顯圖像閃爍，尤其是在視頻拍攝的過程中閃爍過于明顯，因此必須要最大限度的提升刷新頻率，保證顯示畫面的穩(wěn)定性。4

關(guān)鍵技術(shù)圖像采集LED對圖像的顯示利用電子發(fā)光系統(tǒng)顯示出將數(shù)字信號進(jìn)行圖像式轉(zhuǎn)換的結(jié)果。專用視頻卡JMC-LED應(yīng)運(yùn)而生，在PCI總線利用64位圖形加速器的基礎(chǔ)上形成與VGA、視頻功能的統(tǒng)一兼容，使得視頻數(shù)據(jù)疊加VGA數(shù)據(jù)，完善兼容時的不足。利用全屏方式采集分辨率，使得視頻圖像可實(shí)現(xiàn)全角度分辨加強(qiáng)分辨效果，杜絕邊緣模糊問題，可隨時縮放和任意移動圖像，對不同播放要求都可及時應(yīng)對。有效分離紅綠藍(lán)三色的，提升電子顯示屏播放的真彩成像效果。4

真實(shí)圖像色彩再現(xiàn)一般情況下，紅綠藍(lán)三種顏色組合應(yīng)滿足光感強(qiáng)度比趨于3：6：1；紅色成像敏感性更強(qiáng)，因此必須均勻散布空間顯示中的紅色；因三種顏色光強(qiáng)不同，人們視覺感受中呈現(xiàn)的分辨非線性曲線也不同，所以要利不同光強(qiáng)白光，糾正電視機(jī)內(nèi)部射光；色彩分辨能力因個人差異、環(huán)境差異存在不同，需按一定客觀指標(biāo)進(jìn)行色彩再現(xiàn)，如：4

（1）將660nm紅光，525nm綠光，470nm藍(lán)光定位基本波長。4

（2）根據(jù)光強(qiáng)的實(shí)際狀況，利用4管或4管以上白光單元進(jìn)行匹配。4

（3）灰度等級為256級。4

（4）LED像素必須要以非線性校對處理。可由硬件系統(tǒng)、播放系統(tǒng)軟件相配合進(jìn)行對三基色配管的控制。4

亮度控制D/T轉(zhuǎn)換利用控制器控制像素的發(fā)光，促使其形成驅(qū)動的獨(dú)立性。當(dāng)需要呈現(xiàn)彩色視頻時，必須要有效控制每一像素點(diǎn)的亮度及色彩，并使得掃描操作在規(guī)定時間內(nèi)同步完成。但大型LED電子顯示屏的像素點(diǎn)成千上萬，這增加了控制的復(fù)雜性，增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾y度。而利用D/A控制每一像素點(diǎn)在實(shí)際工作中是不現(xiàn)實(shí)的，此時需要全新的控制方案來滿足像素系統(tǒng)的復(fù)雜要求?；谝曈X原理分析，像素點(diǎn)的亮/滅比例是人們分析平均亮度的主要依據(jù)，有效調(diào)節(jié)此比例可實(shí)現(xiàn)有效的控制像素亮度。而LED電子顯示屏中應(yīng)用此原理時，可將數(shù)字信號向時間信號轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)D/A之間有效的轉(zhuǎn)換。4

數(shù)據(jù)重構(gòu)和存儲目前，組合像素法、位平像素法是常見的存儲器組合方式。其中位平面法優(yōu)勢更明顯，有效提升LED屏的最佳顯示效果。經(jīng)過位平面數(shù)據(jù)對電路重構(gòu)，轉(zhuǎn)換RGB的數(shù)據(jù)，有機(jī)結(jié)合同權(quán)位中不同像素，并利用相鄰儲存結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。4

邏輯電路設(shè)計中的ISP系統(tǒng)可編程技術(shù)（ISP）的出現(xiàn)，用戶能可反復(fù)修該設(shè)計中的不足并自己設(shè)計目標(biāo)、系統(tǒng)或電路板，實(shí)現(xiàn)了軟件集成化的設(shè)計師應(yīng)用功能，此時數(shù)字系統(tǒng)與系統(tǒng)可編程技術(shù)結(jié)合帶來全新應(yīng)用效果。新技術(shù)的導(dǎo)入使用，有效縮短了設(shè)計用時，可拓展元件的有限用途，簡化現(xiàn)場維護(hù)、便于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)設(shè)備功能?？稍谙到y(tǒng)軟件輸入邏輯時，忽視所選器件所帶來的影響，可隨意選取輸入元件，或是選擇虛擬元件，進(jìn)行在完成輸入后進(jìn)行適配。4

注意事項(xiàng)1、開關(guān)順序：

開屏?xí)r：先開機(jī)，后開屏。1

關(guān)屏?xí)r：先關(guān)屏，后關(guān)機(jī)。

(先關(guān)計算機(jī)不關(guān)顯示屏，會造成屏體出現(xiàn)高亮點(diǎn)，led燒毀燈管，后果嚴(yán)重。)

2、開關(guān)屏?xí)r間隔時間要大于5分鐘。

3、計算機(jī)進(jìn)入工程控制軟件后，方可開屏通電。

4、避免在全白屏幕狀態(tài)下開屏，因?yàn)榇藭r系統(tǒng)的沖擊電流最大。

5、避免在失控狀態(tài)下開屏，因?yàn)榇藭r系統(tǒng)的沖擊電流最大。1

6、電子顯示屏體一部分出現(xiàn)一行非常亮?xí)r，應(yīng)注意及時關(guān)屏，在此狀態(tài)下不宜長時間開屏。

7、經(jīng)常出現(xiàn)顯示屏的電源開關(guān)跳閘，應(yīng)及時檢查屏體或更換電源開關(guān)。

8、定期檢查掛接處的牢固情況。如有松動現(xiàn)象，注意及時調(diào)整，重新加固或更新吊件。1

9、環(huán)境溫度過高或散熱條件不好時，LED照明應(yīng)注意不要長時間開屏。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

孫銳 - 教授 - 合肥工業(yè)大學(xué)