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沈陽(總公司)華翰電子有限公司
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詳細信息
關于LED電子屏的相關知識
2009-10-11
關于LED電子屏的相關知識
    ligth emitting diode 發光二極管的英文縮寫,簡稱LED。LED顯示屏(LED panel)通過一定的控制方式,用于顯示文字、文本、圖形、圖像、動畫、行情等各種信息以及電視、錄像信號并由LED器件陣列組成的顯示屏幕。作為新一代的顯示媒體,已廣泛應用在銀行、證券、電信、稅務、供電、海關、法院、消防、車站、機場、碼頭、人才市場等有營業大廳的公共場合。
    非行情類LED顯示屏中,室內LED顯示屏按采用的LED單點直徑可分為Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm、Φ8mm、和Φ10mm等顯示屏;室外LED顯示屏按采用的象素直徑可分為Φ19mm、Φ22mm和Φmm26等LED顯示屏。行情類LED顯示屏中按采用的數碼管尺寸可分2.0cm(0.8inch)、2.5cm(1.0inch)、)3.0cm(1.2inch)、4.6cmm(1.8inch)、5.8cm(2.3inch)、7.6cm(3inch)等LED顯示屏。
    LED顯示屏按顯示性能分為文本LED顯示屏、圖文LED顯示屏,計算機視頻LED顯示屏,電視視頻LED顯示屏和行情LED顯示屏等。行情LED顯示屏一般包括證券、利率、期貨等用途的LED顯示屏。
LED顯示屏按顯示顏色分為單基色LED顯示屏(含偽彩色LED顯示屏),雙基色LED顯示屏和全彩色(三基色)LED顯示屏。按灰度級又可分為16、32、64、128、256級灰度LED顯示屏等。
采集卡
    由于LED顯示屏是一種特殊的顯示媒體,它不能直接接受計算機數據,需要進行一系列變換。采集卡的功能是把高速的計算機(或多媒體顯示卡上)的顯示數據進行采集,經過轉換,并降頻傳輸到主控器,在不需要播放錄像帶,VCD等視頻圖像時,采集卡可直接與計算機顯示卡相連。
掃描板:
主要功能是:
(1) 在數據傳輸流中,把屬于自己的這部分截流下來。
                 (2) 把數據轉變成灰度等級信號,輸出到顯示板上進行掃描顯示。
                 (3) 非線性糾正函數。
主控器:
    主控器的功能是把采集卡來的數據進行暫存和格式變換,并把數據分區發送到顯示屏上。主控器上共有4個數據發送口,每個口可控制128行數據,根據實際顯示屏行數來確定需要多少發送卡。
數據傳輸卡
數據傳輸分為發送卡和接收卡兩部分。
         發送卡是將主控器經過處理的數據以平衡方式傳輸給接收卡。
接收卡則以平衡方式接收發送卡傳來的數據,并轉換成標準TTL電平信號輸出。
一、什么是LED?
    在某些半導體材料的PN結中,注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來,從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓,少數載流子難以注入,故不發光。這種利用注入式電致發光原理制作的二極管叫發光二極管,通稱LED。
    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;叶鹊燃壴礁,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屏當前都要求做成256級灰度的。
二、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屏都是采用脈寬調制來控制灰度等級的。
LED的控制系統通常由主控箱、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。
LED發光材料的特點
1968年HP公司就生產出紅色的LED發光燈(波長660nm), 而后陸續出現了可用于顯示屏的黃綠(波長570nm),藍(波長470nm)及純綠(波長525nm),但目前由于高亮度的藍色及純綠色半導體晶片制造技術主要掌握在日本,美國等少數公司手中,造成價格比較昂貴。
應用于顯示屏的LED發光材料有以下幾種形式:
1、LED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。  
2、LED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SMD LED)
  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。
LED顯示屏的分類
LED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
    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(full color),由紅色,黃綠色(波長570nm),藍色構成及真彩色(nature color), 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 應地實時映射電腦監視器上的圖像,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屏,然后由LED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:∮3.0mm 60000像素/平米、∮3.75mm 44100像素/平米、∮5.0mm 17200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。
LED顯示屏的選擇
一、屏體尺寸的設計
在設計屏體大小時,有三個重要的因素:
         (1) 顯示內容的需要
         (2) 場地空間條件
         (3) 顯示屏單元模板尺寸(室內屏)或象素大。☉敉馄粒
             在設計室內顯示屏的幾何尺寸時,應以顯示屏單元模板的尺寸為基礎。一塊單元模板分辨率一般為32行× 80列,即共有2560個象素,其幾何尺寸如下:
          φ3.75mm單元模板尺寸為:152 mm(高)×381 mm(寬)
          φ5 mm單元模板尺寸為: 245 mm(高)×610 mm(寬)
    室內顯示屏體外邊框的尺寸可按要求確定,一般應與屏體大小成比例。外邊框的尺寸通常為5cm-10cm(每邊)。
    對于戶外屏而言,首先要確定象素尺寸。象素尺寸的選定除了應考慮前面提到的顯示內容的需要和場地空間因素外,還應考慮安裝位置和視距。若安裝位置與主體視距越遠,則象素尺寸應越大,因為象素尺寸越大,象素內的發光管就越多,亮度就越高,而有效視距也就越遠。但是,象素尺寸越大,單位面積的象素分辨率就越低,顯示的內容也就越少。
二、耗電與電源要求
    顯示屏的耗電量分為平均耗電量和最大耗電量。平均耗電量又稱工作電量,是平時實   際耗電量。最大耗電量是啟動時或全亮等極端情況時的耗電量,最大耗電量是交流電供電(線徑,開關等)必須考慮的要素。
  φ5 mm顯示屏耗電量:
    單色平均耗電量:200W/平方米;最大耗電量:450W/平方米   雙基色平均耗電量 700W/平方米;最大耗電量1000W/平方米
    φ3.75mm顯示屏耗電量=φ5 mm顯示屏耗電量×2.5倍
    顯示屏屬大型精密電子設備,為了安全使用及可靠工作,其AC220V電源輸入端或與其相連微機的AC220V電源輸入端必須接大地   注:微機的AC220V電源輸入接地端已與微機機殼相連。
三、戶外屏須特別考慮的問題
戶外屏的主要問題如下:
。1) 顯示屏安裝在戶外,經常日曬雨淋,風吹塵蓋,工作環境惡劣。電子設備被    淋濕或嚴重受潮會引起短路甚至起火,引發故障甚至火災,造成損失。
。2) 顯示屏可能會受到雷電引起的強電強磁襲擊。
。3) 環境溫度變化極大。顯示屏工作時本身就要產生一定的熱量,如果環境溫度過高而散熱又不良, 集成電路可能工作不正常,甚至被燒毀,從而使顯示系統無法正常工作。
。4)受眾面寬,視距要求遠、視野要求廣;環境光變化大,特別是可能受到陽光直射。 針對以上特殊要求,戶外顯示屏必須做到:
  ① 屏體及屏體與建筑的結合部必須嚴格防水防漏;屏體要有良好的排水措施,一旦發生積水能順利排放。
  ② 在顯示屏及建筑物上安裝避雷裝置。顯示屏主體和外殼保持良好接地,接地電阻小于3 歐姆,使雷電引起的大電流及時泄放。
  ③ 安裝通風設備降溫,使屏體內部溫度在-10℃~40℃之間。屏體背后上方安裝軸流風機,排出熱量。
  ④ 選用工作溫度在-40℃~80℃之間的工業級集成電路芯片,防止冬季溫度過低使顯示屏不
能啟動。
  ⑤ 為了保證在環境光強烈的情況下遠距離可視,必須選用超高亮度發光二極管。
  ⑥ 顯示介質選用新型廣視角管,視角寬闊,色彩純正,一致協調,壽命超過10萬小時。顯示 介質的外封裝為目前最流行的帶遮沿方形筒體,硅膠密封,無金屬化裝配;其外型精致美觀,堅固耐用,具有防陽光直射、防塵、防水、防高溫、防電路短路"五防"特點。
LED顯示屏系統的基本構成
簡單地講LED顯示屏就是由若干個可組合拼接的顯示單元(單元顯示板或單元顯示箱體)構成屏體,再加上一套適當的控制器(主控板或控制系統)。所以多種規格的顯示板(或單元箱體)配合不同控制技術的控制器就可以組成許多種LED顯示屏,以滿足不同環境,不同顯示要求的需要。
    仔細分解一個LED顯示屏,它由以下一些要素構成(以較為復雜的同步視頻屏為例):
   ① 金屬結構框架
    戶內屏一般由鋁合金(角鋁或鋁方管)構成內框架,搭載顯示板等各種電路板以及開關電源,外邊框采用茶色鋁合金方管,或鋁合金包不銹鋼,或鈑金一體化制成。 戶外屏框架根據屏體大小及承重能力一般為角鋼或工字鋼構成,外框可采用鋁塑板進行裝飾。
② 顯示單元
      是顯示屏的主體部分,由發光材料及驅動電路構成。戶內屏就是各種規格的單元顯示板,戶外屏就是單元箱體。
   ③ 掃描控制板
      該電路板的功能是數據緩沖,產生各種掃描信號以及占空比灰度控制信號。
   ④ 開關電源
      將220V交流電變為各種直流電提供給各種電路。
   ⑤ 雙絞線傳輸電纜
      主控儀產生的顯示數據及各種控制信號由雙絞線電纜傳輸至屏體。
   ⑥ 主控制儀
      將輸入的RGB數字視頻信號緩沖,灰度變換,重新組織,并產生各種控制信號。
   ⑦ 專用顯示卡及多媒體卡
     除具有電腦顯示卡的基本功能外還同時輸出數字RGB信號及行,場,消隱等信號給主控儀。多媒體除以上功能外還可將輸入的模擬Video信號變為數字RGB信號(即視頻采集)。
   ⑧ 電腦及其外設
   ⑨ 其他信息源
      電視機,DVD/VCD機,攝錄像機及切換矩陣等。
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