第1章 LED显示屏概述
LED显示屏市场前景
LED显示屏采用了低电压扫描驱动，具有耗电省、使用寿命长、成本低、亮度高、视角大、可视距离远、防水、规格品种多等优点，可以满足各种不同应用场景的需求，发展前景非常广阔，被公认为最具增长潜力也是发展最快的的LED应用市场。2008年LED显示屏市场规模约100亿元。随着北京奥运会、上海世博会、广州亚运会等重大赛会的举办和筹备，体育场馆、机场、车站、银行、医院、公共广场、商业场所、居民社区的大面积应用，LED显示屏的市场应用空间不断扩大。此外，已架设的大型LED显示屏幕每10年将历经一次换机潮，随着人们生活水平的提高，户外led显示屏将逐渐应用于各个行业。
1.1 LED基础知识
1.1.1 什么是LED
LED是取自LightEmittingDiode三个字的缩写，中文译为“发光二极管”，顾名思义发光二极管是一种可以将电能转化为光能的电子器件具有二极管的特性。目前不同的发光二极管可以发出从红外到蓝间不同波长的光线，目前发出紫色乃至紫外光的发光二极管也已经诞生。除此之外还有在蓝光LED上涂上荧光粉，将蓝光转化成白光的白光LED。
1.1.2 LED的色彩与工艺
制造LED的材料不同，可以产生具有不同能量的光子，借此可以控制LED所发出光的波长，也就是光谱或颜色。历史上第一个LED所使用的材料是砷(As)化镓(Ga),其正向PN
为1.424V，发出的光线为红外光谱。另一种常用结压降(VF，可以理解为点亮或工作电压)
的LED材料为磷(P)化镓(Ga)，其正向PN结压降为2.261V，发出的光线为绿光。
基于这两种材料，早期LED工业运用GaAs1-xPx材枓结构，理论上可以生产从红外光一直到绿光范围内任何波长的LED，下标X代表磷元素取代砷元素的百分比。一般通过PN结压降可以确定LED的波长颜色。其中典型的有GaAs0.6P0.4的红光LED，GaAs0.35P0.65的橙光LED，GaAs0.14P0.86的黃光LED等。由于制造采用了鎵、砷、磷三种元素，所以俗称这些LED为三元素发光管。而GaN(氮化镓)的蓝光LED、GaP的绿光LED和GaAs红外光LED，被称为二元素发光管。而目前最新的工艺是用混合铝(Al)、钙(Ca)、铟(In)和氮(N)四种元素的AlGaInN的四元素材料制造的四元素LED，可以涵盖所有可见光以及部份紫外光的光谱范围。
1.1.3 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。
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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LED，最大亮度在700,2000CD,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。
1.2 LED显示屏简介
1.2.1 什么是LED显示屏
LED显示屏(LED display):又叫电子显示屏或者飘字屏幕。是由LED点阵组成，通
过红色，蓝色，绿色LED灯的亮灭来显示文字、图片、动画、视频，内容可以随时更换，各部分组件都是模块化结构的显示器件。通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。显示模块由LED灯组成的点阵构成，负责发光显示;控制系统通过控制相应区域的亮灭，可以让屏幕显示文字、图片、视频等内容，单色、双色屏主要用来播放文字的，全彩屏主要是播放动画的;电源系统负责将输入电压电流转为显示屏需要的电压电流。
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
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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、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。
1.2.2 LED显示屏性能特点
1(发光亮度强，在可视距离内阳光直射屏幕表面时,显示内容清晰可见。
LED显示屏
超级灰度控制 具有1024-4096级灰度控制,显示颜色16.7M以上,色彩清晰逼真,立体感强。
户外LED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显示终端;户内LED显示屏的亮度大于2000md/m2。
2(静态扫描技术，采用静态锁存扫描方式,大功率驱动,充分保证发光亮度。
3(自动亮度调节 具有自动亮度调节功能,可在不同亮度环境下获得最佳播放效果。
4(全面采用进口大规模集成电路,可靠性大大提高,便于调试维护。
5(全天候工作，完全适应户外各种恶劣性环境,防腐,防水,防潮,防雷，抗震整体性能强、性价比高、显示性能好,像素筒可采用P10mm、P16mm等多种规格。
6(先进的数字化视频处理，技术分布式扫描，模块化设计/恒流静态驱动，亮度自动调节，超高亮纯色象素，影像画面清晰、无抖动和重影，杜绝失真。视频、动画、图表、文字、图片等各种信息显示、联网显示、远程控制。
7(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。
8(视角大，室内视角可大于160度，户外视角可大于120度。视角的大小取决
发光二极管的形状。 于LED
9(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;
10(易与计算机接口，支持软件丰富。
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1.2.3 LED的光和色
1(白色是红绿蓝三色按亮度比例混合而成，当光线中绿色的亮度为69%，红色的亮度为21%，蓝色的亮度为10%时，混色后人眼感觉到的是纯白色。但LED红绿蓝三色的色品坐标因工艺过程等原因无法达到全色谱的效果，而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，称为配色。
2(当为全彩色LED显示屏进行配色前，为了达到最佳亮度和最低的成本，应尽量选择三原色发光强度成大致为3:6:1比例的LED器件组成像素。
3( 白平衡要求三种原色在相同的调灰值下合成的仍旧为纯正的白色。
4(原色、基色:
5(原色指能合成各种颜色的基本颜色。色光中的原色为红、绿、蓝。如果原色有偏差，则可合成颜色的区域会减小，光谱中的三角形会缩小，从视觉角度来看，色彩不仅会有偏差，丰富程度减少。
6( LED发出的红、绿、蓝光线根据其不同波长特性和大致分为紫红、纯红、橙红、橙、橙黄、黄、黄绿、纯绿、翠绿、蓝绿、纯蓝、蓝紫等，橙红、黄绿、蓝紫色较纯红、纯绿、纯蓝价格上便宜很多。三个原色中绿色最为重要，因为绿色占据了白色中69%的亮度，且处于色彩横向排列表的中心。因此在权衡颜色的纯度和价格两者之间的关系时，绿色是着重考虑的对象。
1.2.4 LED显示屏常用术语解释
1(LED亮度
发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。
2( LED象素模块
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每一象素由两只以上LED管束组成，故又称为集管束模块。
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，故户外显示屏象素直径一般用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
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称为象素密度;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12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256×256=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。由于构成全彩色的蓝色管和纯绿色管芯的技术现在已经成熟，故市面基本都用全彩色。
1.2.5 LED显示屏关键技术指标
1(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100×100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
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