LED显示器及其应用

1、学号20095042080本科学年论文系（院） 物理电子工程学院 专 业 电子信息工程专业 年 级 2009级 姓 名 庞雅静 论文题目 LED显示器及其应用 指导教师 马占卿 职称 副教授 成 绩 2011 年06月 10日目 录摘要 1ABSTRACT 1KEY WORDS 1绪论 1显示屏简介 11.1 LED显示屏发展史 21.2 LED显示屏的系统组成架构 31.3 LED显示屏的分类 3显示屏特性 42.1 LED显示屏工作原理 42.2 主要功能模块分析 5显示屏技术分析 63.1 LED显示屏关键技术指标 63.2 LED显示屏用LED驱动芯片 73.3 LED显示屏中的尖端技

2、术-自动亮度控制 8显示屏的发展方向 94.1 LED显示屏应用 94.2 LED显示屏市场前景 9显示屏光污染的解决方案 9结论 10参考文献 11LED显示屏及其应用姓名：庞雅静 学号：20095042080单位：物理电子工程学院 专业：电子信息工程指导老师：马占卿 职称：副教授摘 要：进入21世纪以来，LED显示屏作为一项高科技产品引起了人们的高度重视，更随着2008 年北京奥运会和2010 年上海世博会的举行，已成为我国电子产业中的主流产品。本文简单地介绍了LED显示屏的组成、性能及应用，还特意分析了光污染的解决方案。关键词：LED显示屏；LED驱动芯片；市场前景；光污染LED dis

3、play and its applicationAbstract: In the 21st century, LED display as a high-tech products has aroused great attention, but also with the 2008 Beijing Olympic Games and 2010 Shanghai World Expo will be held, has become mainstream products in the electronics industry, This article briefly describes t

4、he composition of the LED display, performance and application, but also specifically analyzed the light pollution solution. 朗读显示对应的拉丁字符的拼音Key Words: LED display；LED driver IC；market prospects；light pollution绪论LED显示屏是上世纪80年代后期在全球迅速发展起来的新型显示产品，以可靠性高、亮度高、使用寿命长、环境适应能力强、性价比高、功耗小、耐冲击、性能稳定等特点，迅速成长为平板显示的主流

5、产品。中国LED显示屏产业起步于上世纪90年代初，发展迅速；进入21世纪以来，LED显示屏产业面临良好的市场发展机遇；一方面，需求不断扩大，电子政务、政务公开、公众信息展示等需求旺盛；另一方面，技术的进步为LED显示屏产品市场扩展和开创新的应用领域提供了创新技术支持。显示屏简介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，通过红色或绿色灯珠的亮灭来显示文字、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1。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

6、境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。1.1 LED显示屏发展史LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成在面积显示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、价格性能比高、使用成本低等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。 LED显示屏发展经历了三个阶段：（1）1990年以前LED显示屏的成长形成时期。一方面，受LED材料器件的限制，LED显示屏的应用领域没有广泛展开，另一方面，显示屏控制技术基本上是通讯控制方式，客观上影响了显示效果。这一时期的LED显示屏在国外应

7、用较广，国内很少，产品以红、绿双基色为主，控制方式为通讯控制，灰度等级为单点4级调灰，产品的成本比较高。  （2）1990-1995年，这一阶段是LED显示屏迅速发展的时期。进入九十年代，全球信息产业高速增长，信息技术各个领域不断突破，LED显示屏在LED材料和控制技术方面也不断出现新的成果。蓝色LED晶片研制成功，全彩色LED显示屏进入市场；电子计算机及微电子领域的技术发展，在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术，显示屏灰度等级实现16级灰度和64级灰度调灰，显示屏的动态显示效果大大提高。这一阶段，LED显示屏在我国发展速度非常迅速，从初期的几空企业、年产值几千万元发展到几十家企业

8、、年产值几亿元，产品应用领域涉及金融证券、体育、机场、铁路、车站、公路交通、商业广告、邮电电信等诸多领域，特别是1993年证券股票业的发展更引发了LED显示屏市场的大幅增长。LED显示屏在平板显示领域的主流产品局面基本形成，LED显示屏产业成为新兴的高科技产业。（3）1995年以来，LED显示屏的发展进入一个总体稳步提高产业格局调整完善的时期。1995年以来，LED显示屏产业内部竞争加剧，形成了许多中小企业，产品价格大幅回落，应用领域更为广阔，产品在质量、标准化等方面出现了一系列新的问题，有关部门对LED显示屏的发展予以重视并进行了适当的规范和引导，目前这面的工作正在逐步深化。 1.2 LED

9、显示屏的系统组成架构1显示单元：这是LED显示屏幕的主体部分，由发光材料及驱动电路构成。室内屏幕就是各种规格的单元显示板，室外屏幕就是单元箱体。2主控制器：作用是将输入的RGB数字视频信号缓冲，灰度变换，重新组织，并产生各种控制信号。3开关电源：用途是将220V交流电变为各种直流电提供给各种电路。4传输电缆：主控仪产生的显示资料及各种控制信号由双绞线电缆传输至屏幕本体。5. 扫描控制器：该电路板的功能是资料缓冲，产生各种扫描信号以及占空比灰度控制信号。6. 专用显示卡及多媒体卡(视频卡：LED全彩屏专用显示卡除了具有电脑显示卡的基本功能外，还同时输出数字RGB信号及行、场、消隐等信号给主控仪。

10、多媒体卡除了以上功能外还可将输入的模拟Video信号变为数字RGB信号(即视频采集2。7. 其他信号源及其外接装置：包括电脑、电视机、蓝光、DVD、VCD、摄录像机等。1.3 LED显示屏的分类1. 按颜色基色可以分为单基色显示屏:单一颜色（红色或绿色）。双基色显示屏：红和绿双基色，256级灰度、可以显示65536种颜色。全彩色显示屏：红、绿、蓝三基色，256级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种色。2. 按显示器件分类LED数码显示屏：显示器件为7段码数码管，适于制作时钟屏、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，适于

11、播放文字、图像信息。LED视频显示屏：显示器件是由许多发光二极管组成，可以显示视频、动画等各种视频文件3。3. 按使用场合分类室内显示屏：发光点较小，一般3mm-8mm，显示面积一般几至十几平方米。室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水等功能。室内屏（按直径分）：3mm、3.75mm、5mm、室外屏（按间距分）：PH10、PH12、PH14、PH16、PH20、PH25、PH31.25、PH37.5。5.按系列分类可以分为：LED幕墙屏，LED软屏幕，LED地板屏，LED条纹屏，LED箱体屏（既是电子屏、传统屏）、LED超薄屏、LED弧形屏（既

12、是异形屏幕）。2.1 LED显示屏工作原理LED显示屏通常由主控制器、扫描板、显示控制单元和LED显示屏体组成，主控制器从计算机显示卡获取一屏各像素的各色亮度数据，然后分配给若干块扫描板，每块扫描板负责控制LED显示屏上的若干行（列），而每一行（列）上的LED显示信号则用串行方式通过本行的各个显示控制单元级联传输，每个显示控制单元直接面向LED显示屏体。主控制器所作的工作，是把计算机显示是配卡的信号转换成LED显示屏所需要的数据和控制信号格式。显示控制单运的作用，和图像显示屏的情况类似，一般由带有灰度级控制功能 的移位寄存器锁存器构成。只是视频LED显示屏的规模往往更大，所以应该使用集成规模更

13、大的集成电路。 扫描扳所起的作用正所谓承上启下，一方面它接受主控制器的视频信号，另一方面把属于本级数据传送给自己的各个显示控制单元，同时还要把不属于本级的数据向下一个级联的扫描扳传输4。视频信号和LED显示数据，在空间、时间、顺序等各方面的差别，都需要有扫描板来协调。2.2 主要功能模块分析1、视频播出通过多媒体视频控制技术和VGA同步技术，可以方便地将多种形式的视频信息源引入计算机网络系统，如广播电视和卫星电视信号、摄像视频信号、录像机VCD视频信号、计算机动画信息等，因而可以实现下列功能：支持VGA显示，显示各种计算机信息、图形、图像。支持各种输入方式；支持PAL、NTSC等各种制式。实时

14、显示彩色视频图像，实现现场转播。转播广播电视、卫星电视及有线电视信号。电视、摄像、影碟等视频信号的即时播放（VCR、VCD、DVD、LD）。具有同时播放左右不同比例的画面及文字的功能。2、计算机播出图文特技显示功能：具有对图文进行编辑、缩放、流动、动画功能。显示各种计算机信息、图形、图像及2、3维计算机动画并叠加文字。播出系统配有多媒体软件，可以灵活输入及播出多种信息。有多种文体和字型可供选择。有多种播出方式，如：单/多行平移、单/多行上/下移、左/右拉、上/下拉、旋转、无级缩放等5。3、网络功能配有标准网络接口，可与其它标准网络连网。采集播出各数据库实时数据，实现远程网络控制。通过网络系统可

15、以进入Internet网，具有声音接口，可接入音频设备，达到声像同步。4、屏幕控制机屏幕控制机控制其对应的显示屏显示效果。它可以自动运行一个不断循环的程序，根据给定的节目单去服务取得相关的显示数据，也可以人工干预，产生屏幕上的显示效果。屏幕上像素和屏幕控制机显示器相应区域上的像素一一对应，直接映射。通过屏幕控制机可以手动调节显示屏的亮度，选择适合当前环境的灰度非线性校正数据，屏幕控制机也可以通过网络系统根据环境亮度自动调节显示屏亮度和选择不同的灰度非线性校正数据。通过屏幕控制机可以调节图像显示的对比度、色度等。屏幕控制机将要显示的信息传送到视频处理和控制单元进行视频处理。5、视频处理和控制单元

16、视频处理和控制单元完成显示数据的图像处理，这些处理包括：第二级灰度非线性校正，可自动或手动调节；自动或手动无级亮度调节及图像降噪处理，保证图像更加干净和平滑；图像增强技术，图像边缘增强技术；运动补偿技术，色度调节功能6。6、视觉处理在系统中，可以分别调整单个模组每基色的亮度，调整色平衡，基本消除马赛克现象，所有模组和显示模块亮度一致性好，单色显示无视觉差。视频处理和控制单元将处理好的显示信息传送到通信模块以便长距离传送到显示屏上。7、通信模块通信模块保证屏幕控制机的显示内容准确无误地长距离传输到显示屏上。通信模块对传输的信息进行编码解码处理，进行长距离传输和接收数据处理。通信模块将显示信息传送

17、到数据分配和扫描单元上。3. LED显示屏技术分析3.1 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。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

18、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。2. 灰度LED显示屏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。LED显示屏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。灰度虽然是决定色彩数的决定因素，

19、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。一般来说民用或商用级产品可以采用8位系统，广播级产品可以采用10位系统。3. 亮度鉴别等级亮度鉴别等级是指人眼能够分辨的图像从最黑到最白之间的亮度等级。前面提到显示屏的灰度等级有的很高，可以达到256级甚至1024级。但是由于人眼对亮度的敏感性有限，并不能完全识别这些灰度等级。人眼能分辨的亮度等级越多，意味着显示屏的色空间越大，显示丰富色彩的潜力也就越大。亮度鉴别等级可以用专用的软件来测试，一般显示屏能够达20级以上就算是比较好的等级了

20、。4. 灰度非线性变换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）7。3.2 LED显示屏用LED驱动芯片2008年初推出LED显示屏用LED驱动芯片系列产品SMT5026。SMT5026内建CMOS移位寄存器与锁存功能，可以将串行的输入数据转换成并行输出数据格式，功能框图见图2。SMT5026的主要特性：16路恒流源输出通道、电流输出大小

21、不因输出端负载电压变化而变化；恒流输出电流范围值：5mA90mA；极为精确的恒流输出电流值匹配度：通道间最大误差<±1.5%，芯片间最大误差<±3.0%；通过调节外部电阻，可设定恒流输出电流值(Iout=590mA；高达25MHz数据传输时钟频率、具施密特触发器输入装置，强化抗噪声功能；快速的输出电流响应，最小值响应时间200ns；工作电压：；符合RoHS标准，100%无铅封装；封装形式：SSOP24-300-1.0，SSOP24-150-0.635，与市场上主流产品相兼容。图2.功能框图3.3 LED显示屏中的尖端技术-自动亮度控制LED显示屏中的尖端技术-自

22、动亮度控制，LED电子显示屏是由许多相互独立的像素点（发光元）排列而成，由于像素点的分离性，决定了其发光的控制和驱动只能以数字方式进行。这些像素点的发光状态由控制器同步地控制，独立驱动。视频真彩色显示意味着要对每一个像素点的亮度分别进行控制，并且要在规定的扫描时间内同步地完成。大屏幕是以数以万计的像素点组成的，这使得系统的复杂性较两值显示大屏幕而言大为增加，并对总体的数据传输速度提出了更高的要求。给每一像素点设置一个常规D/A显然是不现实的，必须寻找一种能最大限度降低系统复杂性且性能尽可能高的解决方案。由视觉原理知道，人对像素点的平均亮度感觉可取决于它的亮/灭占空比。也就是说，只要对像素点亮/

23、灭占空比进行调节，就能实现对亮度的控制。对LED电子显示屏而言，这意味着只要将代表像素点亮度的数字转换为像素点发光的时间（D/T转换），即实现了亮度的D/A转换8。显示屏的发展方向4.1 LED显示屏应用1、LED显示屏：室内外广告牌、体育计分牌、信息显示屏等； 2、信号指示灯：全国各大、中城市的市内交通信号灯、高速公路、铁路和机场信号灯，电子设备功能指示； 3、光色照明：室外景观照明和室内装饰照明； 4、专用普通照明：便携式照明(手电筒、头灯、低照度照明(廊灯、门牌灯、庭用灯、阅读照明(飞机、火车、汽车的阅读灯、显微镜灯、照相机闪光灯、台灯、路灯； 5、安全照明：矿灯、防爆灯、应急灯、安全指

24、标灯； 6、背光源：液晶显示器、液晶电视背光源。 7、汽车用灯：包括车内照明和车外照明，车内包括仪表板、电装产品指示灯、开关背光源、阅读灯以及外部刹车灯、尾灯、侧灯及头灯等。 8、其它应用：消费用，如儿童闪光鞋、圣诞树LED灯等。 4.2 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

25、、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9。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。LED显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分，也是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。 5. LED显示屏光污染的解决方案目前国际上一般把LED显示屏光污染分成3类，即白亮污染、人工白昼和彩光污染。而目前我国只对白亮污染中的玻璃幕墙有相关规定，对人工白昼和彩光污染目前还没有相关规定。但是考虑到彩光污染的确造成了人们感觉不适，所以在设计LED显示屏幕时需考虑到显

26、示屏幕光污染防治的问题。(1采用可系统自动调节的亮度调节系统我们知道白天和夜晚，不同的时间和地点环境的亮度变化极大，如果LED显示屏的播放亮度大于环境亮度60%我们就明显感觉眼睛的不适应，也就是说造成了对人的光污染。通过户外亮度采集系统，随时的对环境亮度采集。显示平控制系统通过接收系统数据通过软件自动换算适合环境的播出亮度。(2多级灰度矫正技术普通的显示屏系统采用的8bit的色彩显示层次，这样在一些低灰度和色彩过度处颜色生硬，也会造成彩色光的不适应。新型LED大屏幕控制系统采用14bit的色彩显示层次，大大的改善了色彩在过度上的硬度。使人们在观看时可以感觉色彩柔和，避免人们对光的不舒适感。(3安装位置的合理选择和显示屏面积的合理规划距离和观看角度上有具体设计要求。在显示屏设计时应该尽可能的满足设计要求，合理规划。(4播放内容的选择和设计LED大屏幕幕是公众媒介，有