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LED系统产品知识介绍 南京千祥电子有限公司 2014 夏孝飞编著 1 2 3 4 主要介绍内容 LED显示屏基本介绍 显示屏关键指标 LED显示屏选择指南 各类产品实际应用 1 2 3 LED显示屏基本介绍 什么是LED LED名词解释 LED显示屏分类 各类产品实际应用 什么是LED 各类产品实际应用 LED Lightemittingdiode 又称发光二极管 利用固体半导体芯片作为发光材料 在P N结上加上正向电压 注入的少数载流子与多数载流子复合 会把多余的能量以光的形式释放出来 从而把电能直接转换为光能 LED的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和工艺有关 目前有红 绿 蓝三种基本颜色 什么是LED 各类产品实际应用 历史应用半导体发光原理制成LED问世于20世纪60年代初 1964年首先出现红色发光二极管 之后出现黄色LED 直到1994年蓝色 绿色LED才研制成功 1996年成功开发出白色LED 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 LED封装形式 根据不同的应用场合 不同的外形尺寸 散热方案和发光效果 LED封装形式多种多样 目前 LED按封装形式分类主要有Lamp LED TOP LED Side LED SMD LED High Power LED FlipChip LED等 Lamp LED 垂直LED 最早出现的一种封装结构 采用灌封的形式 由于制造工艺相对简单 成本低 有着较高的市场占有率 根据外型 一般有圆形 椭圆形 矩形 例如 圆形按直径分为 2mm 3mm 4 4mm 5mm 7mm等数种 LED封装形式 SMD LED 表面贴装LED 贴片LED是贴于线路板表面的 适合SMT加工 可回流焊 很好地解决了亮度 视角 平整度 可靠性 一致性等问题 采用了更轻的PCB板和反射层材料 改进后去掉了直插LED较重的碳钢材料引脚 使显示反射层需要填充的环氧树脂更少 目的是缩小尺寸 降低重量 可轻易地将产品重量减轻一半 最终使应用更趋完美 尤其适合户内 半户外全彩显示屏应用 LED封装形式 Side LED 侧发光LED 如果想使用LED当LCD的背光光源 那么LED的侧面发光需与表面发光相同 才能使LCD背光发光均匀 虽然使用导线架的设计 也可以达到侧面发光的目的 但是散热效果不好 而Lumileds公司发明反射镜的设计 将表面发光的LED 利用反射镜原理来发成侧光 成功的将高功率LED应用在大尺寸LCD背光模组上 TOP LED 顶部发光LED 顶部发光LED是比较常见的贴片式发光二极管 主要应用于多功能超薄手机和PDA中的背光和状态指示灯 High Power LED 高功率LED 为了获得高功率 高亮度的LED光源 厂商们在LED芯片及封装设计方面向大功率方向发展 功率型LED的热特性直接影响到LED的工作温度 发光效率 发光波长 使用寿命等 因此 对功率型LED芯片的封装设计 制造技术显得更加重要 2 3 LED显示屏基本介绍 LED名词解释 各类产品实际应用 1 什么是LED LED显示屏名词解释 像素pixelLED显示屏中可被单独控制的最小成像单元 俗称 点 或 像素点 室内显示屏像素直径较常见的有 1 9 3 0 3 7 5 0等 户外显示屏为提高亮度 增加视距 一个像素含有两个以上LED灯 且不为圆形 所以一般用像素间距来表示 LED显示屏名词解释 显示模块displaymodule由若干个显示像素组成的 结构上独立的组成LED显示屏的最小单元 LED显示屏名词解释 显示模组displaymodulegroup由电路及安装结构确定的并具有显示功能的组成LED显示屏的独立单元 室内屏俗称 单元板 室外屏俗称 箱体 LED显示屏名词解释 LED显示屏体LEDpanel通过一定的控制方式 由LED器件阵列组成的显示屏幕 LED显示屏是由显示模块组成显示模组 并由显示模组任意拼接 配以专用显示驱动电路 开关电源 结构框架 外装饰等 组合成为一台LED显示屏 LED显示系统基本构成 LED同步显示系统作为光 电 声结合的多媒体高科技产品 主要包括显示屏体 LED控制系统及通讯系统 计算机及计算机外设 视频外设 播控软件 并辅以动力配电柜 功放设备 音箱等 可实现图文信息与音频信号的同步 LED显示系统基本构成 LED显示系统基本构成 环境监控器LED环境监控器通过采集LED显示屏屏体周围环境的温度 湿渡 亮度 根据环境温度和湿度的变化做出实时响应 确保LED显示屏工作在一个合适的环境下 根据外界环境亮度的变化实时控制LED显示屏的亮度 LED环境监控系统具有定时控制功能 可实现自动化的LED电源管理 LED环境监控系统作为全彩显示屏的附属产品 可完善LED显示屏的功能 提高LED显示屏的可靠性 延长LED显示屏的使用寿命 提高市场竞争力 LED显示系统基本构成 控制系统 同步 通过带有DVI接口的显示卡 将模拟信号转换为数字信号 针对LED显示的特点对信号进行变换和再处理 通过扫描电路实现图像的真实还原 一般包括1块发送卡 计算机内 和1块接收卡 显示屏内 主要品牌南京德普达南京聚成西安诺瓦深圳零星雨 LED显示系统基本构成 控制系统 异步 通过电脑网络接口或232接口 将电脑内异步控制软件的显示内容传输到显示屏内部的接收卡存储器内 存储器通过内部程序按指定要求进行滚动循环播放 一般异步卡选用网口卡 可进行分配IP地址 方便客户操作及使用 简单来说 异步控制系统就是一个独立的电脑 通过内部网络就能管理 主要品牌上海仰邦 上海灵信 漳州圆心 上海莱卡 上海立研 北京视展等 LED显示系统基本构成 显示屏体 2 3 LED显示屏基本介绍 LED名词解释 LED显示屏分类 各类产品实际应用 1 什么是LED 各类产品实际应用 LED显示屏分类 LED显示屏的种类较多 大致有以下四种分类法 按使用环境分类按工作方式分类按组成颜色分类按单位密度 点大小分类不同类型显示屏用途不同 各有优缺点 可根据需要侧重选择 LED显示屏分类 按使用环境室内显示屏户外显示屏半户外显示屏区别点 亮度不同 室内屏的发光亮度要比户外屏低出几倍到几十倍 户外屏必须采用超高亮度LED 防护等级不同 户外屏须防 雨 水 防阳光直射 防尘 防高温 防风 防雷击等 屏体要做三防处理 防潮湿 防盐雾 防霉菌 而室内屏则无须考虑这些问题 LED显示屏分类 按工作方式同步视频显示屏相当于计算机的显示器 与计算机显示器同步显示 播放内容丰富 可显示视频等多媒体信息 一般具有 级以上的灰度级别 显示屏内置同步控制系统 异步图文显示屏平时无需联接计算机 显示屏有内置微处理器 能掉电保存多幅画面和一 二级字库 可脱离计算机独立运行 一般为单色或双基色无灰度显示 显示屏内置异步控制系统 嵌入式控制新技术的应用 催生了嵌入式异步控制系统 支持单 双色甚至全彩色的显示 相当于显示屏内嵌一台微型的计算机 LED显示屏分类 按组成颜色单基色显示屏 R G Y 双基色显示屏 R YG R PG B Y 伪彩色显示屏 R YG B 全彩色显示屏 R PG B LED显示屏分类 按单位密度 点大小根据像素点大小 1 9 3 0 3 7 4 8 5 0等 一般为双基色室内屏叫法 根据像素点间距 1 9mm 2 5mm 3mm 4mm 5 5mm 6mm 7 62mm 8mm 10mm 12mm 16mm 20mm 25mm 31 5mm 35mm等 LED显示屏规格 室内模块显示屏 LED显示屏规格 门楣显示屏 LED显示系统基本构成 户外显示屏 1 2 3 4 主要介绍内容 显示屏关键指标 LED显示屏基本介绍 显示屏关键指标 LED显示屏选择指南 各类产品实际应用 LED相关术语 发光强度 cd 光源在单位立体角内发出的光通量 也就是光源所发出的光通量在空间选定方向上分布的密度 光强的单位是坎德拉 cd 也称烛光 例如 1单位立体角度内发出1流明的光称为1坎德拉 1cd LED相关术语 波长发光二极管所发出光的波长 一般红色波长在620 630nm 纯绿520 530nm 蓝色465 470nm 黄色580 890nm 黄绿550 570nm 请参考色度图 不同波长发出光之颜色不同 两种颜色之混光亦不同 传统绿色LED是以黄绿为主 波长从550 570nm 价格低 亮度也低 衰减快 1994年日本日亚制造出了纯绿 波长520 530nm 其价格高 亮度高 衰减慢 在户外显示屏上得到广泛使用 此两种产品有着极大的差异 选型时必须区分清楚 目前我公司主推华刚封装的LED灯管 采用Cree正波长LED晶片 年初华刚封装业务已经被Cree收购 所采用LED的亮度和波长成正态分布 在调整白平衡时就比较容易 LED相关术语 色温 k 色温指的是光波在不同的能量下 人类眼睛所感受的颜色变化 以绝对温度 k 273 15 K来表示 即将一标准黑体加热 温度升到一定程度时 颜色逐渐由深红 浅红 橙红 黄 黄白 白 蓝白 蓝变化 当某光源与黑体的颜色相同时 我们将黑体当时的绝对温度称为该光源的色温 不同光源环境的相关色温度 如 北方晴空8000 8500k阴天6500 7500k夏日正午阳光5500k光源色温不同 光色也不同 色温在3300K以下 光色偏红给以温暖的感觉 有稳重的气氛 温暖的感觉 色温在3000 6000K为中间 人在此色调下无特别明显的视觉心理效果 有爽快的感觉 故称为 中性 色温 色温超过6000K 光色偏蓝 给人以清冷的感觉 颜色实际上是一种心理物理上的作用 所有颜色印象的产生 是由于时断时续的光谱在眼睛上的反应 所以色温只是用来表示颜色的视觉印象 LED相关术语 像素中心距pixelpitch 点间距 相邻像素中心之间的距离 LED相关术语 密度density 点数 单位面积上像素点的数量 单位 点 m2 点数同点间距存在一定计算关系 计算公式是 密度 1 像素中心距2LED显示屏的密度越高 图像越清晰 最佳观看距离范围越小 分辨率LED显示屏像素的行列数称为LED显示屏的分辨率 分辨率是显示屏的像素总量 它决定了一台显示屏的信息总量 LED相关术语 平整度levelupdegree发光二极管 像素 显示模块 显示模组在组成LED显示屏平面时的凹凸偏差 LED显示屏的平整度不好易导致观看时屏体颜色不均匀 LED显示屏电性能指标 灰度等级grayscaleLED显示屏同一级亮度中从最暗到最亮之间能区别的亮度级数 一般为无灰度 8级 16级 32级 64级 128级 256级等 LED显示屏的灰度等级越高 颜色越丰富 色彩越艳丽 反之 显示颜色单一 变化简单 换帧频率refreshframefrequencyLED显示屏画面信息更新的频率 一般为25Hz 30Hz 50Hz 60Hz等 换帧频率越高 变化的图像连续性越好 LED显示屏电性能指标 显示屏亮度luminanceofLEDpanelLED显示屏在法线方向的平均亮度 单位 cd m2 在同等点密度下 LED显示屏的亮度取决于所采用的LED晶片的材质 封装形式和尺寸大小 晶片越大 亮度越高 反之 亮度越低 刷新频率refreshfrequencyLED显示屏显示数据每秒钟被重复显示的次数 常为60Hz 120Hz 240Hz等 刷新频率越高 图像显示越稳定 LED显示屏光学指标 视角viewingangle在水平和垂直两个方向的亮度分别为LED显示屏法线方向亮度的一半时 该观察方向与LED显示屏法线的夹角分别称为水平视角和垂直视角 一般以 表示左右和上下各多少度 如果一块显示屏的水平视角为120度 垂直视角为45度 在此观看范围内能使所有观众享受到最佳的观看效果 超出此范围 观众将可收看到低于正常亮度50 的视觉效果 LED显示屏的视角越大 其受众群体越多 覆盖面积越广 反之越小 LED晶片的封装方式决定LED显示屏的视角的大小 其中 表贴LED灯的视角较好 椭圆形LED单灯的水平视角较好 视角与亮度成反比 LED显示屏光学指标 显示屏寿命lifeofLEDpanel发光二极管的寿命指LED亮度达到初始值一半的时间 又成为半衰期 不同的芯片使用在不同的环境中会有不同的使用寿命 一般我们说其寿命为10万小时 LED显示屏的寿命取决于其所采用的LED灯的寿命和显示屏所用的电子元器件的寿命 一般平均无故障时间MBTF不低于1万小时 LED显示屏光学指标 失控率显示屏的最小成像单元 像素 工作不正常 失控 所占的比例 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 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 1 2 3 4 主要介绍内容 选择指南 LED显示屏基本介绍 显示屏关键指标 LED显示屏选择指南 各类产品实际应用 LED显示屏选择指南 考虑用户场地所能允许的屏体面积的因素 1 有效视距与实际场地尺寸 2 像素大小 点间距与分辩率 3 显示单元为基数的面积估计 4 屏体机械安装及维护操作空间 5 屏体倾角对距离的影响LED显示屏的分辨率一般都可达到1024列 768行 特殊显示屏可超出此限 在设计室内显示屏的几何尺寸时 应以显示屏单元模组的尺寸为基础 对于户外屏而言 首先要确定像素间距 像素间距的选定除了应考虑前面提到的显示内容的需要和场地空间因素外 还应考虑安装位置和视距 若安装位置与主体视距越远 则像素间距应越大 LED显示屏选择指南 显示屏的安装要求1 供电要求 220V市电供电 单相三线 火线 零线 接地线 380V市电供电 三相五线 3火线 1零线 接地线 火线与零线导线截面积相同 10千瓦以上显示屏应加降压启动设备 2 通讯要求 要以所安装显示屏所用通讯线长度标准来安装通讯线 通讯线禁止与电源线在同一线管内走线 3 安装要求 显示屏安装左右水平 不准许后倾 吊装要加装上下调节杆 壁挂安装前要装前倾脱落钩 落地安装要加定位支撑螺栓 LED显示屏选择指南 环境亮度对于屏体的亮度要求 1 室内 200cd m2 2 半户外 1200cd m2 3 户外 坐南朝北 4000cd m2 4 户外 坐北朝南 5500cd m2 LED显示屏选择指南 户外屏的生产周期为什么比较长 1 原料采购 LED灯管采购周期较长 尤其进口管芯 订货周期需4 6周 2 生产工艺复杂 需经过PCB设计 罩壳制作 灌胶 调白平衡等 3 结构要求严格 一般为箱体设计 需做三防处理 防潮湿 防盐雾 防霉菌 需考虑防风 防雨 防雷等 LED显示屏选择指南 驱动方式所谓扫描驱动 即利用人眼的特性 LED以高频率的电流脉冲进行驱动时 人眼感受的是有效亮度的平均值 例如 LED以50 的占空比受到20mA电流脉冲的驱动 其发光效果相当于以10mA的恒直流 100 占空比 驱动 目前LED显示屏除户外显示屏为提高亮度和可靠性而采用静态恒流驱动方式点亮LED外 更多的是采用1 16 1 8 1 4扫描驱动方式 当前国内市场上的显示屏一般采用的驱动方式为 室内双色屏 1 16扫描方式室内全彩屏 1 8扫描方式 静态恒流方式半户外屏 1 8扫描方式户外屏 静态恒流驱动方式显示屏的驱动方式将影响到显示屏的驱动IC数量 供电功率 显示亮度 使用寿命 整屏价格等多种因素 需要根据客户的需求来选用不同的驱动方式 LED显示屏选择指南 灰度控制技术灰度也就是所谓的色阶或灰阶 是指亮度的明暗程度 对于数字化的显示技术而言 灰度是显示色彩数的决定因素 一般而言灰度越高 显示的色彩越丰富 画面也越细腻 更易表现丰富的细节 灰度等级主要取决于系统的A D转换位数 当然系统的视频处理芯片 存储器以及传输系统都要提供相应位数的支持才行 目前国内LED显示屏主要采用8位处理系统 也即256级灰度 简单理解就是从黑到白共有256种亮度变化 采用RGB三原色即可构成256 256 256 16777216种颜色 即通常所说的16兆色 我公司控制系统采用10位处理系统 即1024级灰度 RGB三原色可构成10 7亿色 灰度虽然是决定色彩数的决定因素 但并不是说无限制越大越好 因为首先人眼的分辨率是有限的 再者系统处理位数的提高会牵涉到系统视频处理 存储 传输 扫描等各个环节的变化 成本剧增 性价比反而下降 LED显示屏选择指南 非线性矫正技术非线形矫正也称为反Gamma曲线矫正 这是根据人眼对亮度级差敏感程度不同而对LED显示屏的亮度进行修正的技术 该技术的应用需要大量的实验数据作基础 灰度非线性变换是指将灰度数据按照经验数据或某种算术非线性关系进行变换再提供给显示屏显示 由于LED是线性器件 与传统显示器的非线性显示特性不同 为了能够让LED显示效果能够符合传统数据源同时又不损失灰度等级 一般在LED显示系统后级会做灰度数据的非线性变换 变换后的数据位数会增加 保证不丢失灰度数据 LED显示屏选择指南 驱动方式所谓扫描驱动 即利用人眼的特性 LED以高频率的电流脉冲进行驱动时 人眼感受的是有效亮度的平均值 例如 LED以50 的占空比受到20mA电流脉冲的驱动 其发光效果相当于以10mA的恒直流 100 占空比 驱动 目前LED显示屏除户外显示屏为提高亮度和可靠性而采用静态恒流驱动方式点亮LED外 更多的是采用1 16 1 8 1 4扫描驱动方式 当前国内市场上的显示屏一般采用的驱动方式为 室内双色屏 1 16扫描方式室内全彩屏