一、LED顯示屏組成材料

  1、LED與LED顯示屏

  LED的發光顏色和發光效率與制作LED的材料和工藝有關，目前廣泛使用的有紅、綠、藍(R、G、B)三種。由于LED工作電壓低（僅1.5-3V），能主動發光且有一定亮度，亮度又能用電壓（或電流）調節，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備中，目前尚無其他的顯示方式與LED顯示方式匹敵。把紅色和綠色的LED放在一起作為一個象素制作的顯示屏叫雙色屏或彩色屏；把紅、綠、藍三種LED管放在一起作為一個象素的顯示屏叫三色屏或全彩屏。制作室內LED顯示屏的象素尺寸一般是2-10毫米，常常采用把幾種能產生不同基色的LED管芯封裝成一體，室外LED顯示屏的象素尺寸多為12-26毫米，每個象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3紅2綠組成，三色象素筒用2紅1綠1蘭組成。無論用LED制作單色、雙色或三色屏，欲顯示圖象需要構成象素的每個LED的發光亮度都必須能調節，其調節的精細程度就是顯示屏的灰度等級。灰度等級越高，顯示的圖像就越細膩，色彩也越豐富，相應的顯示控制系統也越復雜。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顯示屏當前都要求做成256級灰度的。

  2、應用于顯示屏的LED發光材料有以下幾種形式：

  ①LED發光燈(或稱單燈)一般由單個LED晶片，反光碗，金屬陽極，金屬陰極構成，外包具有透光聚光能力的環氧樹脂外殼。可用一個或多個（不同顏色的）單燈構成一個基本像素，由于亮度高，多用于戶外顯示屏。

  ②LED點陣模塊由若干晶片構成發光矩陣,用環氧樹脂封裝于塑料殼內。適合行列掃描驅動，容易構成高密度的顯示屏，多用于戶內顯示屏。

  ③貼片式LED發光燈(或稱SMDLED)就是LED發光燈的貼焊形式的封裝，可用于戶內全彩色顯示屏，可實現單點維護，有效克服馬賽克現象。

  二、LED顯示屏分類

  1LED顯示屏分類多種多樣，大體按照如下幾種方式分類：

  （1）按使用環境分為戶內,戶外及半戶外

  戶內屏面積一般從不到1平米到十幾平米,點密度較高，在非陽光直射或燈光照明環境使用，觀看距離在幾米以外，屏體不具備密封防水能力。戶外屏面積一般從幾平米到幾十甚至上百平米，點密度較稀(多為1000-4000點每平米),發光亮度在3000-6000cd/平米(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抗雨及防雷能力。半戶外屏介于戶外及戶內兩者之間,具有較高的發光亮度,可在非陽光直射戶外下使用，屏體有一定的密封，一般在屋檐下或櫥窗內。

  （2）按顏色分為單色，雙基色，三基色(全彩)

  單色是指顯示屏只有一種顏色的發光材料，多為單紅色，在某些特殊場合也可用黃綠色(例如殯儀館)。雙基色屏一般由紅色和黃綠色發光材料構成。三基色屏分為全彩色(fullcolor),由紅色，黃綠色(波長570nm)，藍色構成及真彩色(naturecolor),由紅色，純綠色(波長525nm),藍色構成。

  （3）按控制或使用方式分同步和異步

  同步方式是指LED顯示屏的工作方式基本等同于電腦的監視器，它以至少30場/秒的更新速率點點對應地實監視器上的圖時映射電腦像,通常具有多灰度的顏色顯示能力，可達到多媒體的宣傳廣告效果。異步方式是指LED顯示屏具有存儲及自動播放的能力，在PC機上編輯好的文字及無灰度圖片通過串口或其他網絡接口傳入LED顯示屏,然后由LED顯示屏脫機自動播放，一般沒有多灰度顯示能力，主要用于顯示文字信息，可以多屏聯網。

  （4）按像素密度或像素直徑劃分

  由于戶內屏采用的LED點陣模塊規格比較統一所以通常按照模塊的像素直徑劃分主要有：∮3.0mm60000像素/平米∮3.75mm44000像素/平米∮5.0mm17000像素/平米戶外屏的像素直徑及像素間距目前沒有十分統一的標準，按每平米像素數量大約有1024點，1600點,2000點,2500點,4096點等多種規格。

  （5）按顯示性能可分為

  視頻顯示屏：一般為全彩色顯示屏

  文本顯示屏：一般為單基色顯示屏

  圖文顯示屏：一般為雙基色顯示屏

  行情顯示屏：一般為數碼管或單基色顯示屏；

  三、LED顯示屏特點

  全面了解LED顯示屏特點，是為了選擇高性價比LED顯示屏,與其它大屏幕終端顯示器相比,LED顯示屏主要有以下特點。

  亮度高：色彩豐富鮮艷，戶外顯示屏的亮度大于8000mcd/m2，是目前能夠在戶外全天候使用的大型；

  壽命長：LED壽命長達100,000小時（十年）以上；

  視角大：室內視角可大于160度，戶外視角可大于120度；

  結構模塊化：屏幕面積可大可小，小至不到一平米，大則可達幾百、上千平米；易與計算機接口，支持軟件豐富，操作方便靈活，畫面清晰穩定。

  顯示屏聯網：利用一臺微機可以同時控制多個顯示屏顯示不同的內容，顯示屏也可脫機工作。既可以顯示文字又可以顯示圖形圖像，字體字型變化豐富。

  注：常見大型顯示終端對比屏幕類型優點缺點電視墻全彩色、面積大畫面有分隔感、亮度低不能在戶外用、色差大、造價高PDP全彩色、畫面細膩面積不大、亮度低、壽命短投影機全彩色、畫面細膩亮度低不能在戶外用、畫面受光不均。

  四、基本概念

  LED:LightEmittingDiode（發光二極管）的縮寫。

  單點直徑（Singledotdiameter）指一個像素點的直徑，單位通常為mm。象素（PIXEL）：指每單個或多個發光管組成的發光點。是畫面上可以被獨立控制的小單元PIXEL是pictureelement的縮寫，在三基色顯示屏上，象素由三部分組成：紅，綠，籃，每一部分由一個或幾個LED組成，理論上，分別調節紅，綠，藍的亮度，可以表現出任意顏色。

  間距（PITCH）相鄰象素的中心距離。間距越小，可視距離越短。

  分辨率（Resolution）

  通常用于數字顯示設備，表示總的象素數量，一般寫成寬X高的形式，如800X600。可視角度（ViewingAngle）

  當觀察者面對LED時可以看到LED的亮度，當觀察者向左或右移動時，看到的亮度會減少，當亮度減到亮度的一半時，此時所處的角度加上向反方向移動得到的角度之和，稱水平可視角度，垂直可視角度用同樣方式測量。LED的視角廠家會給出參數。

  亮度（Brightness）

  亮度在任何顯示設備中都是重要的參數。亮度的主單位叫燭光（candela），用CD表示，單個LED的亮度通常用millicandelas，MCD，即千分之一CD，把一個平方米的LED亮度加在一起，就得到單位面積亮度，用尼特（NITS）表示，1NITS＝1CD/m2。

  紅綠藍三色的亮度必須平衡才能準確的還原真實色彩，換句話說，LED的白色必須是白色，而不是粉紅色。如果紅綠藍都處于亮度，混合出的色彩通常不是白色，為了得到白色（通常稱為6500K色溫），紅綠藍中須有一個或兩個的亮度調低，為了獲取正確的白色，必須反復測量調整亮度，這個過程稱白平衡。

  可視距離（ViewingDistance）

  對于各種顯示器件來說，的觀察距離應該是人眼無法分辨出象素的小距離，，這個距離大約是點間距的3400倍。電視和電腦的觀測距離通常要小于這個要求，但可接受的距離不能小于點間距的1700倍。

  灰度等級（GreyLevels）

  也稱色彩深度，指不同亮度的數量，紅綠藍有各自的灰度，在全彩色系統中一般是256級灰度，可以產生256X256X256＝16,777,216種顏色，在PC中稱為24位色，在LED顯示系統中稱為8位系統。LED顯示屏能表現的色彩數量取決于RGB三色的灰度等級，在標準的全彩顯示屏中為256級灰度，對于體育場館的LED全彩系統，256灰度是不夠的，無法準確的恢復還原色彩。

  刷新率（RefreshRate）顯示屏畫面更新的速率，通常用赫茲表示（Hz）。與幀頻是不同的。幀頻（FrameRate）顯示屏每秒顯示的圖像幀的數量，通常取決于輸入的信號(25fpsforPAL,30fpsforNTSC)場頻（Field）PAL和NTSC的一半幀，因為PAL和NTSC是隔行掃描，每次刷新只顯示半幀圖像。

  概念

  純綠（Puregreen）和真綠（truegreen）過去30年，各種顏色LED被相繼開發出來，首先是紅色，黃色，黃綠色，藍色LED和純綠LED在90年代相繼被日亞工程師發明。至此,制造LED全彩色顯示屏成為可能。播放視頻的LED顯示屏必須用純綠，如果用黃綠來做，顏色肯定不真實，如果一個象素里綠管的數量很多，比紅管和藍管的數量多，那肯定是黃綠管，因為黃綠的亮度不夠，必須用多個，但黃綠LED價格低廉。該種顯示屏俗稱偽彩屏。

  GAMMA矯正（gammacorrection）

  這是一種通過變換函數來減少灰度數量，從而產生一個更接近真實環境的色彩和對比度，全彩屏實際表現的顏色受到很多限制，當夜晚時，必須降低屏體亮度，此時能夠顯示的色彩就會減少，因此，數字RGB顯示的色彩肯定少于16M色，為了解決這個問題，需要更高層次的灰度，1Bill色的系統（紅綠藍各1024級色）可以表現更真實的色彩，因為從256級灰度擴大到1024級，極大的豐富了可表現的色彩數目。虛擬象素技術（VirtualResolution）也稱共享象素或動態象素，將4倍于物理象素的象素快速的按奇偶列和奇偶行分4次送到物理象素上顯示，其效果相當于將間距縮小一半，其成本與傳統做法基本相比，基本沒增加，但可以做到原來4倍的分辨率。一致性（Uniformity）整個畫面的質量很大程度上取決于LED的一致性。一致性的問題是LED固有的問題，當LED生產時。他們的亮度，視角，還有其它的特性實際上都不統一，這些參數分布在某一范圍，制造商工藝控制的越好，這個范圍越小，選用廠商提供的LED可以減少調試的工作量，人眼對顏色和亮度的敏感度相當高，對于LED之間的差別很容易察覺，特別在高亮的顯示系統中，這種差別更大，設計者必須采用各種技術來消除這種差別，增加一致性。色差（ColourShift）LED顯示屏由紅綠藍三色組合來產生各種顏色，但這三種顏色由不同材料做成，視角是有差異的，不同LED的光譜分布都是變化的，這些能被觀測的差異稱為色差。當偏過一定角度觀察LED時，其顏色發生改變,人眼判斷真實畫面的色彩的能力（比如電影畫面）比觀測計算機產生的畫面要好。單元板規格（Cellboardsize）指單元板的尺寸，通常用單元板長乘以寬的表達式表示，以毫米為單位。（48×244）單元板的解析度（Cellboardpixels）：指一塊單元板有多少個像素，通常用單元板像素的行數乘以列數的表達式表示。（如：64×32）像素密度（Latticedensity）也稱點陣密度，通常指每平方米顯示屏上的像素個數。每平方米的功耗（Consumptionpersqm）每平方米每小時的耗電量，通常是指顯示屏全白色工作情況下的耗電量。因為在電源設計上我們采用了增容設計，所以在顯示屏滿負荷情況下，也不會達到電源的功率，對顯示屏起到了很好的保護作用。

  重量（Kg）通常指每平方米屏體的重量（含電源、邊框等），但不包括框架的重量。通訊距離（Communicationdistance）操作平臺（電腦）與屏幕之間的距離。通常8芯網線傳輸不大于130米，光纖傳輸在500米—1300米。支持模式（Supportmode）VGA的英文全稱是VideoGraphicArray，即顯示繪圖陣列，通常說的顯卡接口。VGA支持在640X480的較高分辨率下同時顯示16種色彩或256種灰度，同時在320X240分辨率下可以同時顯示256種顏色.肉眼對顏色的敏感遠大于分辨率，所以即使分辨率較低圖像依然生動鮮明。VGA由于良好的性能迅速開始流行，廠商們紛紛在VGA基礎上加以擴充，如將顯存提高至1M并使其支持更高分辨率如800X600或1024X768，這些擴充的模式就稱之為VESA（VideoElectronicsStandardsAssociation，視頻電子標準協會）的SuperVGA模式，簡稱SVGA，現在的顯卡和顯示器都支持SVGA模式。不管是VGA還是SVGA，使用的連線都是15針的梯形插頭，傳輸模擬信號。

  五、LED顯示屏規格。

  室內led全彩屏有P4/P5/P6/P7.62/P8/P10,

  室外led全彩屏有P10,P12/P16/P20/P25

  P系列產品有很多，產品工藝大致相同。主要區別就是像素密度不同，每平米的點的數量不同。點越多，像素密度越大，顯示畫面細節就越豐富。

  六、顯示屏大小的計算方式。

  1．室內顯示屏的計算方式。

  （1）給出屏的具體數據（長、寬，面積）。

  a.例子：所做屏的規格是Φ5(指像素的直徑)屏，屏長5.8米，寬2.6米。

  b.首先，清楚Φ5屏的技術參數單元板規格為488×244mm，單元板解析度64×32

  c.計算所用單元板的塊數。屏長或寬用的板數＝預做屏長或寬÷單元板的長或寬

  屏長用的板數：5.8米×1000÷488=11.89≈12

  屏寬用的板數：2.6米×1000÷244=10.65≈11

  d.計算實際的屏的大小。

  實際屏長或寬用＝單元板的長或寬×屏長或寬用的塊數

  實際屏長：488×12=5856mm即5.856米

  實際屏寬：244×11=2684mm即2.684米

  e.屏的面積：5.856×2.684=15.72(平方米)

  注：通常清況屏體外邊框尺寸在屏體尺寸基礎上每邊各加5-10cm。

  f.屏的分辨率=屏用的板數×單元板的解板度

  屏的分辨率=（12×64）×（11×32）

  （2）只給出屏的面積，沒有長寬。

  a.例子：做一個面積為9㎡的屏，屏的規格是Φ5(指像素的直徑)。

  b.如果只給出了面積，長寬我們要自己算。可以按長、寬4：3或16：9的比例去算。這樣畫面效果好。(這里以4：3為例)

  c.理論屏屏長為：長=（面積÷12）的平方根×4

  寬=（面積÷12）的平方根×3

  即：長=3.46m

  寬=2.60m

  d.長寬已經求出來了，下邊的計算見（1）中的例子。

  2．室外顯示屏的計算方式。

  （1）給出屏的具體數據（長、寬，面積）。

  a.例子：要做P20的戶外全彩屏長約10米，寬約6米

  b.首先清楚，單元箱體的規格(箱體長寬)為1280×960mm，解析度為64×48

  c.計算箱體的個數。

  屏長或寬用的箱數＝預做屏長或寬÷單元箱的長或寬

  屏長用的箱體數：10米×1000÷1280=7.8123≈8

  屏寬用的箱體數：6米×1000÷960=6.25≈6

  d.計算實際的屏的大小。

  實際屏長或寬用＝箱體的(規格)長或寬×屏長或寬用的箱體個數

  實際屏長：1280×8=10240mm即10.24米

  實際屏寬：960×6=5760mm即5.76米

  e.屏的面積：10.24×5.76=158.9824≈158.98(平方米)

  f.屏的分辨率=箱體的解析度長寬×箱體的長寬個箱=（64×10）×（48×6）

  （2）只給出屏的面積，沒有長寬。

  a.例子：如果做一個P20的戶外全彩屏面積大約為50平方米。

  b.如果只給出了面積，長寬我們要自己算。可以按長、寬4：3或16：9的比例去算。這樣畫面效果好。(這里以4：3為例)

  c.理論屏屏長為：長=（面積÷12）的平方根×4

  寬=（面積÷12）的平方根×3

  即：長=8.16m

  寬=6.12m

  d.大概長寬以求出，接下來的計算參考例(1)。

  七、顯示屏的亮度計算方法

  以全彩屏為例，通常紅、綠、藍白平衡配比為3：4：1

  紅色LED燈亮度：亮度（CD）/M2÷點數/M2×0.3(白平衡配比占30%)÷2

  綠色LED燈亮度：亮度（CD）/M2÷點數/M2×0.6(白平衡配比占60%)

  藍色LED燈亮度：亮度（CD）/M2÷點數/M2×0.1(白平衡配比占10%)

  (1)已知整屏亮度求單管亮度。

  例如：每平米2500點密度，2R1G1B，每平米亮度要求為5000cd/m2，則：

  紅色LED燈亮度為：5000÷2500×0.3÷2=0.3cd=300mcd

  綠色LED燈亮度為：5000÷2500×0.6=1.2cd=1200mcd

  藍色LED燈亮度為：5000÷2500×0.1=0.2cd=200mcd

  每像素點的亮度為：0.3×2+1.2+0.2=2.0cd=2000mcd

  (2)已知單管亮度求整屏亮度。

  例如：以P31.25，日亞管為例。

  HSM顯示屏主要管芯規格

  紅

  綠

  HSM-PH-A+(日亞)

  180-440mcd

  1020-2400mcd

  因為白平衡配亮度配比紅：綠：藍=3：6：1；又白平衡的配比以綠管亮度去配其它管。所以如下：

  由紅：綠=3：6可知，綠管亮度是紅管的2倍，即紅管亮度為：2400(藍)÷2=1200mcd又因為紅、綠、藍四個管中，紅管有2個，所以，單個紅管的亮度為：1200÷2=600mcd。由綠：藍=6：1可知，綠管亮度是藍管的6倍，即藍管亮度為：2400(藍)÷6=400mcd因，1個發光像素=2紅管+1綠管+1藍管；。即一個像素的亮度=600(紅)×2+2400(綠)+400(藍)=3400mcd=3.4cd每平方米亮度=1個發光像素的亮度×每平方米的像素密度(個數)=3.4cd×1024(像素個數)=3482cd。以光損20%計算，實際發光亮度應為：2785.28cd。

  補充知識：

  控制LED亮度的方法：

  有兩種控制LED亮度的方法。一種是改變流過LED的電流，一般LED管允許連續工作電流在20毫安左右，除了紅色LED有飽和現象外，其他LED亮度基本上與流過的電流成比例；另一種方法是利用人眼的視覺惰性，用脈寬調制方法來實現灰度控制，也就是周期性改變光脈沖寬度（即占空比），只要這個重復點亮的周期足夠短（即刷新頻率足夠高），人眼是感覺不到發光象素在抖動。由于脈寬調制更適合于數字控制，所以在普遍采用微機來提供LED顯示內容的今天，幾乎所有的LED顯示屏都是采用脈寬調制來控制灰度等級的。LED的控制系統通是掃描板上集中控制各象素點灰度，掃描板將來自控制箱的各行象素的亮度值進行分解（即脈寬調制），然后將各行LED的開通信號以脈沖形式（點亮為1，不亮為0）按行用串行方式傳輸到相應的LED上，控制其是否點亮。這種方式使用器件較少，但串行傳輸的數據量較大，因為在一個重復點亮的周期內，每個象素在16級灰度下需要16個脈沖，在256級灰度下需要256個脈沖，由于器件工作頻率限制，一般只能使LED顯示屏做到16級灰度。另一種方法是掃描板串行傳輸的內容不是每個LED的開關信號而是一個8位二進制的亮度值。每個LED都有一個自己的脈寬調制器來控制點亮時間。這樣，在一個重復點亮的周期內，每個象素點在16級灰度下只需要4個脈沖，256級灰度下只需8個脈沖，大大降低了串行傳輸頻率。用這種分散控制LED灰度的方法可以很方便地實現256級灰度控制。常由主控箱、掃描板和顯控裝置三大部分組成。主控箱從計算機的顯示卡中獲取一屏象素的各色亮度數據，然后重新分配給若干塊掃描板，每塊掃描板負責控制LED顯示屏上的若干行（列），而每一行（列）上LED的顯控信號則用串行的方式傳送。目前有兩種串行傳送顯示控制信號的方式：一種

  八、LED顯示屏常用安裝方式

  （1）安裝方式（顯示屏安裝結構簡圖）

  a落地式

  b鑲嵌式

  c懸掛式

  d支撐式

  e支柱式

  f壁掛式

  以上為目前顯示屏安裝中常用的七種安裝方式，對于室內顯示屏一般采用a、b、c、d四種安裝方式，戶外顯示屏以上方式均可采用。

  （2）外框結構及外裝飾

  外框結構在設計上是由顯示屏的安裝要求和顯示面積大小以及周圍環境顏色而定，在保證有足夠的安裝強度的前提下，盡量減少顯示屏的安裝重量。

  對于室內顯示屏外框通常有三種做法：黑色鋁合金、鋁合金外包不銹鋼（亞光、亮光）和扳金一體化。

  ◇黑色鋁合金外框結構簡單，外框顏色接近顯示屏底色。

  ◇鋁合金外包不銹鋼框架，采用拉絲不銹鋼，美觀、大方。

  ◇扳金一體化結構，其顏色為索尼灰，容易被視覺接收。另外在整體結構方面比較緊湊，沒有縫隙。其缺點是對顯示屏的面積大小有要求。

  對于戶外顯示屏為保證有足夠的安裝強度，其外框均為鋼結構，外裝飾通常根據現場情況以及客戶要求選用，通常采用外包鋁塑板。其優點如下：

  ◇鋁塑板顏色多樣、品種豐富，可以根據不同要求選購；

  ◇鋁塑板表面質量高，粗糙度小；

  ◇鋁塑板可以實現膠縫拼接，表面可以等距離布置線條，合乎美觀要求；

  八、LED顯示屏的控制系統

  LED控制系統分類與LED顯示屏分類相對應，主要是以顯示性能和顯示色彩來分。根據屏的大小及客戶要求可采用異步控制或者同步控制。

  (a)異步RS232通訊方式控制(計算機串口)說明：異步控制是接收并存儲由PC機上編輯好的文字和沒有灰度的圖形（PC機通過串口發送數據給異步控制卡）再通過異步控制卡控制顯示屏的顯示，而且屏關電后，所要顯示的內容存儲在控制卡上存儲器里面，屏開電后，異步控制卡上的CPU從卡上的內存讀取內容再控制LED顯示屏的顯示。

  異步控制優點

  實現的是脫機和存貯信息的功能，PC機只起到修改LED顯示屏內容的功能，顯示的功能由異步控制實現，這樣的好處是一臺PC機可以控制多個顯示屏，所以可以實現多屏聯網使用。

  異步控制的缺點

  異步控制卡無法實現播放動畫，圖象的功能，而且控制卡存儲的內容受控制卡內存的限制，只能存儲幾十幅內容，另外異步控制卡控制的屏面積有限Φ5---控制在7平米以內，Φ3.75----控制在2.8平米以內，超過控制范圍的只能上同步控制。注：單個顯示屏通訊距離超過100米或2個以上顯示屏聯網使用需要加轉換器（232轉422轉換器200元）

  (b)同步256級灰度控制說明：同步控制是將PC機顯示卡的信號實時傳送到LED顯示屏上,LED顯示屏和電腦顯示器是同步顯示的（所見即所得），同步控制包括一塊DVI顯示卡，一塊數據采集發送卡，一塊數據接收卡（注：超過512點要用2塊接收卡）

  同步控制優點

  能夠實現播放動畫，圖象的功能，灰度等級輸出可達到256級（對于單色屏就是256種顏色，對于雙色屏就是可顯示紅256色×綠256=65536種顏色）（DVI顯示卡+256級灰度控制卡，控制點數1280×512點，控制范圍Φ5--長9.76米,高3.9米，Φ3.75--長6.1米,高2.448米）

  注：如何知道在可控范圍之內LED顯示屏可以做多大面積？

  可控制長度＝控制卡點數（長）×點間距

  可控制寬度＝控制卡點數（寬）×點間距

  可控制范圍＝可控制長度×可控制寬度