一文了解LED显示屏

一、LED显示屏组成材料

1、 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(R、G、B)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显示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显示屏的象素尺寸多为 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显示屏当前都要求做成 256 级灰度的。

2、 应用于显示屏的 LED 发光材料有以下几种形式：

① LED 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。

② LED 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 SMD LED) 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

1 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 (full color), 由红色，黄绿色 ( 波长 570nm) ， 蓝色构成及真彩色 (nature color), 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显示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显示屏 , 然后由 LED显示屏脱机自动播放，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： ∮ 3.0mm 60000 像素 / 平米 ∮ 3.75mm 44000 像素 / 平米 ∮ 5.0mm 17000 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。

四、基本概念

LED:Light Emitting Diode（发光二极管）的缩写。

单点直径（Single dot diameter）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picture element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（Viewing Angle）

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，1 NITS＝1 CD/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（Viewing Distance）

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（Grey Levels）

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（Refresh Rate）

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（Frame Rate）

显示屏每秒显示的图像帧的数量，通常取决于输入的信号(25 fps for PAL, 30 fps for NTSC)

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（Pure green）和真绿（true green）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（gamma correction）

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（Virtual Resolution）

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（Colour Shift）

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（Cell board size）

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。（48×244）

单元板的解析度（Cell board pixels）：

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（Lattice density）

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（Consumption per sqm）

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情况下的耗电量。因为在电源设计上我们采用了增容设计，所以在显示屏满负荷情况下，也不会达到电源的最大功率，对显示屏起到了很好的保护作用。

重量（Kg）

通常指每平方米屏体的重量（含电源、边框等），但不包括框架的重量。

通讯距离（Communication distance）

操作平台（电脑）与屏幕之间的距离。通常8芯网线传输不大于130米，光纤传输在500米—1300米。

支持模式（Support mode）

VGA的英文全称是Video Graphic Array，即显示绘图阵列，通常说的显卡接口。VGA支持在640X480的较高分辨率下同时显示16种色彩或256种灰度，同时在320X240分辨率下可以同时显示256种颜色. 肉眼对颜色的敏感远大于分辨率，所以即使分辨率较低图像依然生动鲜明。VGA由于良好的性能迅速开始流行，厂商们纷纷在VGA基础上加以扩充，如将显存提高至1M并使其支持更高分辨率如800X600或1024X768，这些扩充的模式就称之为VESA（Video Electronics Standards Association，视频电子标准协会）的Super VGA模式，简称SVGA，现在的显卡和显示器都支持SVGA模式。不管是VGA还是SVGA，使用的连线都是15针的梯形插头，传输模拟信号。

五、显示屏大小的计算方式

1．室内显示屏的计算方式。

（1）给出屏的具体数据（长、宽，面积）。

a.例子：所做屏的规格是Φ5(指像素的直径)屏，屏长5.8米，宽2.6米。

b.首先，清楚Φ5屏的技术参数单元板规格为488×244mm，单元板解析度64×32

c.计算所用单元板的块数。 屏长或宽用的板数＝预做屏长或宽÷单元板的长或宽

屏长用的板数：5.8米×1000÷488=11.89≈12

屏宽用的板数：2.6米×1000÷244=10.65≈11

d.计算实际的屏的大小。

实际屏长或宽用＝单元板的长或宽×屏长或宽用的块数

实际屏长：488×12=5856mm 即5.856米

实际屏宽：244×11=2684mm 即2.684米

e.屏的面积：5.856×2.684=15.72(平方米)

注：通常清况屏体外边框尺寸在屏体尺寸基础上每边各加5-10cm。

f.屏的分辨率=屏用的板数×单元板的解板度

屏的分辨率=（12×64）×（11×32）

（2）只给出屏的面积，没有长宽。

a. 例子：做一个面积为9㎡的屏，屏的规格是Φ5(指像素的直径)。

b. 如果只给出了面积，长宽我们要自己算。可以按长、宽4：3或16：9的比例去算。这样画面效果好。(这里以4：3为例)

c. 理论屏屏长为：长=（面积÷12）的平方根×4

宽=（面积÷12）的平方根×3

即：长=3.46m

宽=2.60m

d. 长宽已经求出来了，下边的计算见（1）中的例子。

2．室外显示屏的计算方式。

（1）给出屏的具体数据（长、宽，面积）。

a.例子：要做P20的户外全彩屏长约10米，宽约6米

b.首先清楚，单元箱体的规格 (箱体长宽) 为1280×960mm，解析度为64×48

c.计算箱体的个数。

屏长或宽用的箱数＝预做屏长或宽÷单元箱的长或宽

屏长用的箱体数：10米×1000÷1280=7.8123≈8

屏宽用的箱体数：6米×1000÷960=6.25≈6

d. 计算实际的屏的大小。

实际屏长或宽用＝箱体的(规格)长或宽×屏长或宽用的箱体个数

实际屏长：1280×8=10240mm 即10.24米

实际屏宽：960×6=5760mm 即5.76米

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

f. 屏的分辨率=箱体的解析度长宽×箱体的长宽个箱=（64×10）×（48×6）

（2）只给出屏的面积，没有长宽。

a.例子：如果做一个P20的户外全彩屏面积大约为50平方米。

b. 如果只给出了面积，长宽我们要自己算。可以按长、宽4：3或16：9的比例去算。这样画面效果好。(这里以4：3为例)

c. 理论屏屏长为：长=（面积÷12）的平方根×4

宽=（面积÷12）的平方根×3

即：长=8.16m

宽=6.12m

d.大概长宽以求出，接下来的计算参考例(1)。

六、显示屏的亮度计算方法

以全彩屏为例，通常红、绿、蓝白平衡配比为3：4：1

红色LED 灯亮度：亮度（CD）/M2÷点数/M2×0.3(白平衡配比占30%)÷2

绿色LED 灯亮度：亮度（CD）/M2÷点数/M2×0.6(白平衡配比占60%)

蓝色LED 灯亮度：亮度（CD）/M2÷点数/M2×0.1(白平衡配比占10%)

(1) 已知整屏亮度求单管亮度。

例如：每平米2500 点密度，2R1G1B，每平米亮度要求为5000 cd/m2，则：

红色LED 灯亮度为：5000÷2500×0.3÷2=0.3cd=300mcd

绿色LED 灯亮度为：5000÷2500×0.6=1.2cd=1200mcd

蓝色LED 灯亮度为：5000÷2500×0.1=0.2cd=200mcd

每像素点的亮度为：0.3×2+1.2+0.2=2.0 cd=2000mcd

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