led显示屏相关入门知识(精).doc
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1、Led入门知识第一、 led显示屏的概念LED显示屏(LED panel):LED就是light emitting diode ,发光二极管的英文缩写,简称LED。它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小灯组成,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显示屏分为图文显示屏和视频显示屏,均由LED矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形;视频显示屏采用微型计算机进行控制,图文、图像并茂,以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息,还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD
2、节目以及现场实况。LED显示屏显示画面色彩鲜艳,立体感强,静如油画,动如电影,广泛应用于金融、税务、工商、邮电、体育、广告、厂矿企业、交通运输、教育系统、车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像;不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境,具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。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、小型化、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、
3、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。1970年代最早的GaP、GaAsP同质结红、黄、绿色低发光效率的LED已开始应用于指示灯、数字和文字显示。从此LED开始进入多种应用领域,包括宇航、飞机、汽车、工业应用、通信、消费类产品等,遍及国民经济各部门和千家万户。到1996年LED在全世界的销售额已达到几十亿美元。尽管多年以来LED一直受到颜色和发光效率的限制,但由于GaP和GaAsP LED具有长寿命、高可靠性,工作电流小、可与TTL、CMOS数字电路兼容等许多优点因而却一直受到使用者的青眯。 最近十年,高亮度化、全色化一直是LED材料和器件工艺技术研究的前沿课题。超高亮度(
4、UHB是指发光强度达到或超过100mcd的LED,又称坎德拉(cd级LED。高亮度A1GaInP和InGaN LED的研制进展十分迅速,现已达到常规材料GaA1As、GaAsP、GaP不可能达到的性能水平。1991年日本东芝公司和美国HP公司研制成InGaA1P 620nm橙色超高亮度LED,1992年InGaA1p590nm黄色超高亮度LED实用化。同年,东芝公司研制InGaA1P 573nm黄绿色超高亮度LED,法向光强达2cd。1994年日本日亚公司研制成InGaN 450nm蓝(绿色超高亮度LED。至此,彩色显示所需的三基色红、绿、蓝以及橙、黄多种颜色的LED都达到了坎德拉级的发光强度
5、,实现了超高亮度化、全色化,使发光管的户外全色显示成为现实。 我国发展LED起步于七十年代,产业出现于八十年代。全国约有100多家企业,95%的厂家都从事后道封装生产,所需管芯几乎全部从国外进口。通过几个“五年计划”的技术改造、技术攻关、引进国外先进设备和部分关键技术, 使我国LED的生产技术已向前跨进了一步。第二:LED显示屏的分类1、 按颜色基色可以分为单基色显示屏:单一颜色(红色或绿色)双基色显示屏:红和绿双基色,256级灰度、可以显示65536种颜色全彩色显示屏:红、绿、蓝三基色,256级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色。2、 按显示器件分类LED数码显示屏:显示器件为7段
6、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。3、 按使用场合分类室内显示屏:发光点较小,一般3mm-8mm,显示面积一般几至十几平方米。室外显示屏:面积一般几十平方米至几百平方米,亮度高,可在阳光下工作,具有防风、防雨、防水功能。4、 按发光点直径分类室内屏:3mm、3.75mm、5mm、室外屏:10mm、12mm、16mm、19mm、20mm、21mm、22mm、26mm室外屏发光的基本单元为发光
7、筒,发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发光。5.显示方式有静态、横向滚动、垂直滚动和翻页显示等。单块模块控制驱动12块(最多可控制24块)8X8点阵,共16X48点阵(或32X48点阵),是单块MAX7219(或PS7219、HD7279、ZLG7289及8279等类似LED显示驱动模块)的12倍(或24倍)!可采用“级联”的方式组成任意点阵大显示屏。显示效果好,功耗小,且比采用MAX7219电路的成本更低。第三、led显示屏的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
8、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
9、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。第四:LED显示屏关键技术指标像素失控率像素失控率是指显示屏的最小成像单元(像素)工作不正常(失控)所占的比例而像素失控有两种模式:一是盲点,也就是瞎点,在需要亮的时候它不亮,称之为瞎点;二是常亮点,在需要不亮的时候它反而一直在亮着,称之为常亮点。一般地,像素的组成有2R1G1B(2颗红灯、1颗绿灯和1颗蓝灯,下述同理)、1R1G1B、2R1G、3R6G等等,而失控一般不会是同一个像素里的红、绿、蓝灯同时全部失控,但只要其中一颗灯失控,我们
10、即认为此像素失控。为简单起见,我们按LED显示屏的各基色(即红、绿、蓝)分别进行失控像素的统计和计算,取其中的最大值作为显示屏的像素失控率。失控的像素数占全屏像素总数之比,我们称之为“整屏像素失控率”。 另外,为避免失控像素集中于某一个区域,我们提出“区域像素失控率”,也就是在100100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
11、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。灰度等级也就是所谓的色阶或灰阶,是指亮度的明暗程度。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、
12、存储器以及传输系统都要提供相应位数的支持才行。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256256256=16777216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
13、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。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
14、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。第五:LED显示屏常用术语解释1、 LED亮度发
15、光二极管的亮度一般用发光强度(Luminous Intensity表示,单位是坎德拉cd;1000ucd(微坎德拉)=1 mcd(毫坎德拉), 1000mcd=1 cd。室内用单只LED的光强一般为500ucd-50 mcd,而户外用单只LED的光强一般应为100 mcd-1000 mcd,甚至1000 mcd以上。发光强度: 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) 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
16、7.78克,火焰高度为4.5厘米,沿水平方向的发光强度) 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。 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。 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
17、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。 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
18、LED,最大亮度在7002000CD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。 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
19、提供的最大点发光强度值乘以3090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。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象素模块、8字7段数码模块。户外显示屏象素模块有4*4、8*8、8*16象素等规格。户外显示屏用的象素模块因为其每一象素由两只以上LED管束组成,固又称其为集
20、管束模块。3、 象素(Pixel与象素直径LED显示屏中每一个可被单独控制的LED发光单元(点称为象素(或象元。象素直径是指每一象素的直径,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。室内显示屏象素直径校常见的有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,固户外显示屏象素直径一般用两两象素平均间距表示:10、11.5、16、22、25。4、 点间距、象素密度与信息容量LED 显示屏的两两象素的中心距或点间距(Dot Pitch;单位面积内象素的数量称为象素密
21、度;单位面积内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:点间距是从两两象素间的距离来反映象素密度,点间距和象素密度是显示屏的物理属性;信息容量则是象素密度的信息承载能力的数量单位。点间距越小,象素密度越高,信息容量越多,适合观看的距离越近。点间距越大,象素密度越低,信息容量越少,适合观看的距离越远。5、 分辨率LED显示屏象素的行列数称为LED显示屏的分辨率。分辨率是显示屏的象素总量,它决定了一台显示屏的信息容量。6、 LED显示屏(LED Panel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,软件,框架以及外装饰等,即构成一台LED显示
22、屏。7、 灰度灰度是指象素发光明暗变化的程度,一种基色的灰度一般有8级至1024级。例如,若每种基色的灰度为256级,对于双基色彩色屏,其显示颜色为256256=64K色,亦称该屏为256色显示屏。8、 双基色现今大多数彩色LED显示屏是双基色彩色屏,即每一个象素有两个LED管芯:一为红光管芯,一为绿光管芯。红光管芯亮时该象素为红色,绿光管芯亮时该象素为绿色,红绿两管芯同时亮时则该象素为黄色。其中红,绿称为基色。9、 全彩色红绿双基色再加上蓝基色,三种基色就构成全彩色。10、 三合一及三并一 3合1是指将R、G、B三种不同颜色的LED晶片封装在同一个胶体内;优点是:显示效果好,缺点是:分光分色
23、难,成本高;3并1(又称3分离)是指将R、G、B三种独立封装的SMT灯按照一定的间距垂直并列在一起。优点:性价比好A三并一整屏视角比三合一要大,且三并一表面可以做光漫反射处理,得出的效果较三合一来说没有颗粒状,匀色性好。 B从颜色上来讲,三并一全彩分光分色较三合一容易,且颜色饱和度高。 C三并一是用整个面来发光,而三合一只局限于点发光,所以三并一整体上的颜色要比三合一均匀。 D一般三并一有面罩保护,使整个屏体达到防尘、防晒、防直接与发光晶片的碰撞,并能达到保护发光晶片的效果,而三合一是发光晶片直接裸露在外,没有任何面罩保护的。 E三并一较三合一维修成本低,实行单灯维修,维修方式简单 F三并一是
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