[科普中国]-led显示屏

LED显示屏（LED display）是一种平板显示器，由一个个小的LED模块面板组成，用来显示文字、图像、视频等各种信息的设备。1

LED电子显示屏集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体，具有色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点。LED显示屏广泛应用于商业传媒、文化演出市场、体育场馆、信息传播、新闻发布、证券交易等，可以满足不同环境的需要。23

背景LED显示屏是经LED点阵组成的电子显示屏，通过亮灭红绿灯珠更换屏幕显示内容形式如文字、动画、图片、视频的及时转化，通过模块化结构进行组件显示控制。主要分为显示模块、控制系统及电源系统。显示模块是LED灯点阵构成屏幕发光；控制系统则是调控区域内的亮灭情况实现对屏幕显示的内容进行转换；电源系统则是对输入电压电流进行转化使其满足显示屏幕的需要。3

LED屏幕可实现对多种信息呈现模式的不同形式间的转化，并在室内、室外均可使用，有其他显示屏不可比拟的优势。其凭借光亮强度高、工作耗功较小、电压需求低、设备小巧便捷、使用年限长、耐冲击稳定、抗外界干扰强的特点，快速发展并广泛应用于各个领域。4

LED的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和工艺有关 ，灯球刚开始全是蓝光的，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，广泛使用的有红、绿、蓝、黄四种。由于LED工作电压低（仅 1.2~4.0V），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，尚无其他的显示方式与LED显示方式匹敌。1

LED，发光二极管（light emitting diode缩写）。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，由镓（Ga）与砷（As）、磷（P）、氮（N）、铟（In）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，铟镓氮二极管发蓝光。1

把红色和绿色的LED晶片或灯管放在一起作为一个像素制作的显示屏称为三色或双基色屏，把红、绿、蓝三种LED晶片或灯管放在一起作为一个像素的显示屏叫三基色屏或全彩屏。如果只有一种色就叫做单色或单基色屏，制作室内 LED 屏的像素尺寸一般是1.5-12 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 屏的像素尺寸多为6-41.5毫米，每个像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。1

无论用LED制作单色、双色或三色屏，欲显示图象需要构成像素的每个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。1

基本原理LED显示屏是一种新型的信息显示媒体，它是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。图2所示为8×8点阵LED显示屏的结构图，从图上看，8×8点阵共需要64个发光二极管，且每个发光二极管放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一行置高电平，某一列置低电平时，则相应的二极管点亮。5

例如要显示文字时，就可以按照组成文字的笔画将相应的二极管点亮，从而达到显示文字的目的，如图3所示。而完整的点阵可由16×16、32×32等组成显示模块。5

单基色LED显示屏的每个像素由1个单色LED发光二极管组成，即每个像素包含1个LED发光二极管；双基色LED显示屏的每个像素由2个2种单色的LED发光二极管组成，即每个双基色像素包含2个LED发光二极管；而对于三基色全彩LED显示屏来说，组成像素点的二极管包括了3个或3个以上，如由分别发红光、绿光和蓝光的3个二极管组成，这样就可以根据三基色的配色原理，达到彩色显示的目的；而有些显示屏为了改善显示效果，可能由4个二极管组成：2个红光LED、1个绿光LED和1个蓝光LED。5

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）按显示器件分

LED数码显示屏：显示器件为7段码数码管，适用于制作时钟屏、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，适用于播放文字、图像信息。2

（2）按使用环境分

室内屏面积一般在十几平米以下，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。发光点直径较小，一般直径为3～8mm。室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/m2),发光亮度在3000～5000cd/m2(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。室外屏发光的基本单元为像素，组成像素发光点中心直径较大，如P10mm、P12mm、P16mm、P20mm、P24mm、P26mm等。半室外屏介于室外及室内两者之间,具有较高的发光亮度,可在非阳光直射室外下使用，屏体有一定的密封，一般在屋檐下或橱窗内。2

（3）按控制或使用方式分

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/s的更新速率点点对应地实时映射电脑监视器上的图像,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(或通讯)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。2

性能特点（1）高强度发光，阳光折射下，可将屏幕表面内容高清呈现在可视范围内。4

（2）灰度控制级别高。可利用1024～4096级灰度控制清晰逼真的显示出16.7M以上的颜色，保证画面超强立体感。4

（3）驱动功率大，扫描方式以静态锁存为主，保障高强度亮光。4

（4）为保证播放效果的最佳性，在不同的背景环境下可通自动调节功能合理控制光亮。4

（5）电路集成主要借助大规模进口装置，提升运行的可靠性，有利于进行维修调试工作。4

（6）利用现代化数字处理技术处理视频，对扫描主要选择技术分布的方式，设计呈现模块化、采用静态恒流驱动，自动化调节光亮，进而实现画面的高保真性、无重影幌动，提升影像画面的清晰程度。4

（7）信息显示种类丰富如图标、视频、文字、动画、图片等，并且现实形式多样，如联网、远程现实等，常见色彩与工艺的结合。4

技术优势（1）配有全彩显示屏，引进更为优质的LED进口管芯，使得屏幕成像高清、色彩均匀、耗功较小，屏体轻便、屏层较薄、广域视角，因此其出现故障几率小、便于维修养护。4

（2）主要采用集多种功能于一身的多媒体显示卡PCTV卡，性能更加卓越、采集方式更加先进、可精准捕获视频，并有与显示卡相匹配的Studio编辑软件。4

（3）DVI接口技术较为先进。不需借助A/D和D/A进行转换，保证了画面图像的完整性，减少细节的可能，在显示屏幕上完全再现计算机图像。DVI可支持所有显示模式，保证数据显示的平稳可靠性同时兼具多种集成功能。4

（4）利用室内全彩系统缓解系统显示传输大量复杂数据存在的隐患，充分进行全真彩色还原。利用芯片完成数据分配显示任务，对接收数据进行脉冲输出转换，由8位（8bit）显示数据向12位的PWM转换，提升为4096（12bit）级灰度控制，实现屏幕显示非线性256级视觉灰度，充分营造全真色彩视觉享受。4

（5）驱动模式采用恒流系统。通过其高性价比，完善LED管存在的压降离散性不足，克服马赛克问题，保证画面质感。4

（6）结合光纤传输的模式，降低传输中信号的损失。4

性能指标颜色、亮度和视角随着二极管制与半导体的结合其生产材质与制作工艺逐步升级，突破了原有光亮、颜色的限制，大量应用蓝色二极管、纯绿色发光二极管，提升了显示光亮度。进而提升了LED显示屏幕在室外环境中的优势，可适应不同显示要求，提升LED在不同环境中的有效价值。对于LED显示屏性能的评价必须是综合考量的结果，因其相关性能指标都是密切相关的，亮度、视角、分辨率等指标相互影响。当前在高密度、全彩色室内显示屏中利用表贴LED器件提升显示屏获的视角、亮度性能。4

灰度等级LED显示屏的灰色等级主要是用来对其色彩现实程度进行评价，通过对最暗单基色亮度到最亮之间进行亮度等级判断，以灰度等级为标准进行显示屏显示色彩的评估。当灰度等级较高时，其显示测菜丰富艳丽；当其灰度等级较低时，颜色变化单一。因此，对灰度等级的提升，有利于增加图像的色彩显示层次，有助于色彩深度的提升。4

对比度显示屏幕的对比度影响着视觉成像效果，高对比度，提升画面清晰度、颜色鲜亮，并有效地提升图像画质的细节质感、清晰程度、灰度等级。此外，对比度还对动态视频的分辨转换带来一定影响，高对比度可使肉眼更易于分辨动态图中的明暗转换过程。4

刷新频率LED显示屏其每秒内容可重复显示的次数被称之为刷新频率，当刷新频率较低时，会出显图像闪烁，尤其是在视频拍摄的过程中闪烁过于明显，因此必须要最大限度的提升刷新频率，保证显示画面的稳定性。4

关键技术图像采集LED对图像的显示利用电子发光系统显示出将数字信号进行图像式转换的结果。专用视频卡JMC-LED应运而生，在PCI总线利用64位图形加速器的基础上形成与VGA、视频功能的统一兼容，使得视频数据叠加VGA数据，完善兼容时的不足。利用全屏方式采集分辨率，使得视频图像可实现全角度分辨加强分辨效果，杜绝边缘模糊问题，可随时缩放和任意移动图像，对不同播放要求都可及时应对。有效分离红绿蓝三色的，提升电子显示屏播放的真彩成像效果。4

真实图像色彩再现一般情况下，红绿蓝三种颜色组合应满足光感强度比趋于3：6：1；红色成像敏感性更强，因此必须均匀散布空间显示中的红色；因三种颜色光强不同，人们视觉感受中呈现的分辨非线性曲线也不同，所以要利不同光强白光，纠正电视机内部射光；色彩分辨能力因个人差异、环境差异存在不同，需按一定客观指标进行色彩再现，如：4

（1）将660nm红光，525nm绿光，470nm蓝光定位基本波长。4

（2）根据光强的实际状况，利用4管或4管以上白光单元进行匹配。4

（3）灰度等级为256级。4

（4）LED像素必须要以非线性校对处理。可由硬件系统、播放系统软件相配合进行对三基色配管的控制。4

亮度控制D/T转换利用控制器控制像素的发光，促使其形成驱动的独立性。当需要呈现彩色视频时，必须要有效控制每一像素点的亮度及色彩，并使得扫描操作在规定时间内同步完成。但大型LED电子显示屏的像素点成千上万，这增加了控制的复杂性，增加了数据传输的难度。而利用D/A控制每一像素点在实际工作中是不现实的，此时需要全新的控制方案来满足像素系统的复杂要求。基于视觉原理分析，像素点的亮/灭比例是人们分析平均亮度的主要依据，有效调节此比例可实现有效的控制像素亮度。而LED电子显示屏中应用此原理时，可将数字信号向时间信号转换，实现D/A之间有效的转换。4

数据重构和存储目前，组合像素法、位平像素法是常见的存储器组合方式。其中位平面法优势更明显，有效提升LED屏的最佳显示效果。经过位平面数据对电路重构，转换RGB的数据，有机结合同权位中不同像素，并利用相邻储存结构进行数据存储。4

逻辑电路设计中的ISP系统可编程技术（ISP）的出现，用户能可反复修该设计中的不足并自己设计目标、系统或电路板，实现了软件集成化的设计师应用功能，此时数字系统与系统可编程技术结合带来全新应用效果。新技术的导入使用，有效缩短了设计用时，可拓展元件的有限用途，简化现场维护、便于实现目标设备功能。可在系统软件输入逻辑时，忽视所选器件所带来的影响，可随意选取输入元件，或是选择虚拟元件，进行在完成输入后进行适配。4

注意事项1、开关顺序：

开屏时：先开机，后开屏。1

关屏时：先关屏，后关机。

(先关计算机不关显示屏，会造成屏体出现高亮点，led烧毁灯管，后果严重。)

2、开关屏时间隔时间要大于5分钟。

3、计算机进入工程控制软件后，方可开屏通电。

4、避免在全白屏幕状态下开屏，因为此时系统的冲击电流最大。

5、避免在失控状态下开屏，因为此时系统的冲击电流最大。1

6、电子显示屏体一部分出现一行非常亮时，应注意及时关屏，在此状态下不宜长时间开屏。

7、经常出现显示屏的电源开关跳闸，应及时检查屏体或更换电源开关。

8、定期检查挂接处的牢固情况。如有松动现象，注意及时调整，重新加固或更新吊件。1

9、环境温度过高或散热条件不好时，LED照明应注意不要长时间开屏。1

本词条内容贡献者为:

孙锐 - 教授 - 合肥工业大学