城市亮化工程
LED顯示屏
作者:admin  來源:黑龍江帕瓦節能環保科技有限公司  發布時間:[2015-02-05 13:30:53]  點擊:
1背景
LED的發光顏色和發光效率與制作LED的材料和工藝有關 ,燈球剛開始全是藍光的,后面再加上熒光粉,根據用戶的不同需要,調節出不同的光色,廣泛使用的有紅、綠、藍、黃四種。由于LED工作電壓低(僅 1.2~4.0V),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,尚無其他的顯示方式與LED顯示方式匹敵。
紅色綠色的LED晶片或燈管放在一起作為一個像素制作的顯示屏稱為三色或雙基色屏,把紅、綠、藍三種LED晶片或燈管放在一起作為一個像素的顯示屏叫三基色屏或全彩屏。如果只有一種色就叫做單色單色或單基色屏,制作室內 LED 屏的像素尺寸一般是1.5-12 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 屏的像素尺寸多為6-41.5毫米,每個像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2紅1綠組成,三色象素筒用1紅1綠1藍組成。
無論用LED制作單色、雙色或三色屏,欲顯示圖象需要構成像素的每個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。灰度等級越高,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級到4096級灰度的。
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外殼。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。 
 

2參數

LED之所以受到廣泛重視而得到迅速發展,是與它本身所具有的優點分不開的。這些優點概括起來是:亮度高、工作電壓低、功耗小、大型化、壽命長、耐沖擊和性能穩定。LED的發展前景極為廣闊,正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發光密度、更高的發光均勻性,可靠性、全色化方向發展。LED顯示屏廣泛應用在體育場館、商業應用、銀行、證劵、郵政、碼頭、商場、車站、郵政、電訊、機關、監控、學校、餐廳、酒店、娛樂、等不同戶外場所的廣告宣傳,2013年俄羅斯大運會UNILUMIN采用Umesh25樓宇屏實時轉播畫面流暢細膩。
靜態掃描技術采用靜態鎖存掃描方式,大功率驅動,充分保證發光亮度. 自動亮度調節具有自動亮度調節功能,可在不同亮度環境下獲得最佳播放 效果..LED顯示屏在保有亮度的同時,也存在著弊端,就是在下雨天,LED顯示屏經過雨水淋濕,人的眼睛長時間近距離對著顯示屏就會很容易誘發眼疾,出現流眼淚的情況,這種光源污染,LED顯示屏作為環保技術應是需要更充份考慮到光線對人的精神方面的影響,不要過份追求亮度。
全面采用進口大規模集成電路,可靠性大大提高,便于調試維護。
LED顯示屏性能超群:
1)發光亮度強,在可視距離內陽光直射屏幕表面時,顯示內容清晰可見.
LED顯示屏LED顯示屏
超級灰度控制 具有1024-4096級灰度控制,顯示顏色16.7M以上,色彩清晰逼真,立體感強.
2)靜態掃描技術,采用靜態鎖存掃描方式,大功率驅動,充分保證發光亮度.
3)自動亮度調節 具有自動亮度調節功能,可在不同亮度環境下獲得最佳播放效果.
4)全面采用進口大規模集成電路,可靠性大大提高,便于調試維護.
5)先進的數字化視頻處理,技術分布式掃描,BSV液晶拼接技術高清顯示,模塊化設計/恒流靜態驅動,亮度自動調節,超高亮純色象素,影像畫面清晰、無抖動和重影,杜絕失真。視頻、動畫圖表文字、圖片等各種信息顯示、聯網顯示、遠程控制.
LED的色彩與工藝制造LED的材料不同,可以產生具有不同能量的光子,借此可以控制LED所發出光的波長,也就是光譜或顏色。
1.歷史上第一個LED所使用的材料是(As)化鎵(Ga),其正向PN結壓降(VF,可以理解為點亮或工作電壓)為1.424V,發出的光線為紅外光譜。
2.另一種常用的LED材料為磷(P)化鎵(Ga),其正向PN結壓降為2.261V,發出的光線為綠光。
3. 基于這兩種材料,早期 LED工業運用GaAs1-xPx材枓結構,理論上可以生產從紅外光一直到綠光范圍內任何波長的LED,下標X代表磷元素取代砷元素的百分比。一般通過PN結壓降可以確定LED的波長顏色。其中典型的有GaAs0.6P0.4 的紅光 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、磷三種元素,所以俗稱這些LED為三元素發光管。而GaN(氮化鎵)的藍光LED 、GaP 的綠光 LED和GaAs紅外光LED,被稱為二元素發光管。而目前最新的工藝是用混合鋁(Al)、鈣(Ca) 、銦(In)和氮(N)四種元素的AlGaInN 的四元素材料制造的四元素LED,可以涵蓋所有可見光以及部份紫外光的光譜范圍。
led顯示屏-彩亮燈珠led顯示屏-彩亮燈珠
4. 發光強度的衡量單位有照度單位(勒克司Lux)、光通量單位(流明Lumen)、發光強度單位(燭光 Candle power)
5. 1CD(燭光)指完全輻射的物體,在白金凝固點溫度下,每六十分之一平方厘米面積的發光強度。(以前指直徑為2.2厘米,質量為75.5克的鯨油燭,每小時燃燒7.78克,火焰高度為4.5厘米,沿水平方向的發光強度)
6. 1L(流明)指1 CD燭光照射在距離為1厘米,面積為1平方厘米的平面上的光通量。
7. 1Lux(勒克司)指1L的光通量均勻地分布在1平方米面積上的照度。
8. 一般主動發光體采用發光強度單位燭光 CD,如白熾燈、LED等;反射或穿透型的物體采用光通量單位流明L,如LCD投影機等;而照度單位勒克司Lux,一般用于攝影等領域。三種衡量單位在數值上是等效的,但需要從不同的角度去理解。比如:如果說一部LCD投影機的亮度(光通量)為1600流明,其投影到全反射屏幕的尺寸為60英寸(1平方米),則其照度為1600勒克司,假設其出光口距光源1厘米,出光口面積為1平方厘米,則出光口的發光強度為1600CD。而真正的LCD投影機由于光傳播的損耗、反射或透光膜的損耗和光線分布不均勻,亮度將大打折扣,一般有50%的效率就很好了。
9. 實際使用中,光強計算常常采用比較容易測繪的數據單位或變向使用。對于LED顯示屏這種主動發光體一般采用CD/平方米作為發光強度單位,并配合觀察角度為輔助參數,其等效于屏體表面的照度單位勒克司;將此數值與屏體有效顯示面積相乘,得到整個屏體的在最佳視角上的發光強度,假設屏體中每個像素的發光強度在相應空間內恒定,則此數值可被認為也是整個屏體的光通量。一般室外LED顯示屏須達到4000CD/平方米以上的亮度才可在日光下有比較理想的顯示效果。普通室內LED,最大亮度在700~2000 CD/平方米左右。  單個LED的發光強度以CD為單位,同時配有視角參數,發光強度與LED的色彩沒有關系。單管的發光強度從幾個mCD到五千mCD不等。LED生產廠商所給出的發光強度指LED在20mA電流下點亮,最佳視角上及中心位置上發光強度最大的點。封裝LED時頂部透鏡的形狀和LED芯片距頂部透鏡的位置決定了LED視角和光強分布。一般來說相同的LED視角越大,最大發光強度越小,但在整個立體半球面上累計的光通量不變。
10. 當多個LED較緊密規則排放,其發光球面相互疊加,導致整個發光平面發光強度分布比較均勻。在計算顯示屏發光強度時,需根據LED視角和LED的排放密度,將廠商提供的最大點發光強度值乘以30%~90%不等,作為單管平均發光強度。
11. 一般LED的發光壽命很長,生產廠家一般都標明為100,000小時以上,實際還應注意LED的亮度衰減周期,如大部分用于汽車尾燈的UR紅管點亮十幾至幾十小時后,亮度就只有原來的一半了。亮度衰減周期與LED生產的材料工藝有很大關系,一般在經濟條件許可的情況下應選用亮度衰減較緩慢的四元素LED。
12. 白色是紅綠藍三色按亮度比例混合而成,當光線中綠色的亮度為69%,紅色的亮度為21%,藍色的亮度為10%時,混色后人眼感覺到的是純白色。但LED紅綠藍三色的色品坐標因工藝過程等原因無法達到全色譜的效果,而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光,稱為配色。
13. 當為全彩色LED顯示屏進行配色前,為了達到最佳亮度和最低的成本,應盡量選擇三原色發光強度成大致為3:6:1比例的LED器件組成像素。
14.白平衡要求三種原色在相同的調灰值下合成的仍舊為純正的白色。
15.原色、基色:
16. 原色指能合成各種顏色的基本顏色。色光中的原色為紅、綠、藍,下圖為光譜表,表中的三個頂點為理想的原色波長。如果原色有偏差,則可合成顏色的區域會減小,光譜表中的三角形會縮小,從視覺角度來看,色彩不僅會有偏差,豐富程度減少。
 

3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 , 室內LED顯示屏在室內環境下使用,此類顯示屏亮度適中、視角大、混色距離近、重量輕、密度高,適合較近距離觀看。
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 2500-10000點每平米 ), 發光亮度在 5500-8500cd/ 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( 全彩 )
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LED顯示屏由紅色和綠色LED燈組成,256級灰度的雙基色顯示屏可顯示65,536種顏色(雙色屏可顯示紅、綠、黃3種顏色)。
全彩色LED顯示屏由紅色、綠色和藍色LED燈組成,可顯示白平衡和16,777,216種顏色。
(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監視器上的圖時映射電腦像 , 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 62500 像素 / 平米 ∮ 3.75mm 44321 像素 / 平米 ∮ 5.0mm 17222 像素 / 平米
室內表貼像素點數:
P2.5 160000點/平米
P3 111111點/平米
P4 62500點/平米
P5 40000點/平米
P6 27777點/平米
P7.62 17222點/平米
P8 15625點/平米
P10 10000點/平米
戶外屏的像素直徑及像素點數
P10 10000點/平米
P12.5 6400點/平米
P16 3906點/平米
P20 2500點/平米
P25 1600 點/平米
P31.25 1024 點/平米
(5)按顯示性能可分為
視頻顯示屏:一般為全彩色顯示屏
文本顯示屏:一般為單基色顯示屏
圖文顯示屏:一般為雙基色顯示屏
行情顯示屏:一般為數碼管或單基色顯示屏;
(6)按顯示器件可分為
LED數碼顯示屏:顯示器件為7段碼數碼管,適于制作時鐘屏、利率屏等,顯示數字的電子顯示屏
LED點陣圖文顯示屏:顯示器件是由許多均勻排列的發光二極管組成的點陣顯示模塊,適于播放文字、圖像信息。
LED視頻顯示屏:顯示器件是由許多發光二極管組成,可以顯示視頻、動畫等各種視頻文件。
常規型LED顯示屏:采用鋼結構將顯示屏固定安裝于一個位置。主要常見的有戶外大型單立柱LED廣告屏,以及車站里安裝在墻壁上用來播放車次信息的單、雙色LED顯示屏等。
租賃型LED顯示屏:在設計時,研發部就考慮到該屏經常會用于安裝與拆卸,所以左右箱體采用帶定位功能的快速鎖連接,定位精準,整個箱體安裝10秒之內完成。租賃屏主要用于舞臺演出、婚慶場所以及大型春晚。
(7)按照發展方向可分為
已經廣泛使用的“廣告傳媒類顯示屏”:門頭的條幅單雙色顯示屏、廣場樓體表面的全彩顯示屏,以廣告宣傳為主;
正在悄然升起的“工業指示類顯示屏”:給PLC\DCS等集散控制系統,配套輔助性質的顯示屏,例如顯示轉速、流量、溫度、壓力等等;
 

4性能

超高亮度

紅A1GaAsLED與GaAsP-GaP LED相比,具有更高的發光效率,透明襯低(TS)A1GaAs LED(640nm)的流明效率已接近10lm/w,比紅色GaAsP-GaP LED大10倍。超高亮度InGaAlP LED提供的顏色與GaAsP-GaP LED相同包括:綠黃色(560nm)、淺綠黃色(570nm)、黃色(585nm)、淺黃(590nm)、橙色(605nm)、淺紅(625nm深紅(640nm)。透明襯底A1GaInP LED發光效率與其它LED結構及白熾光源的比較,InGaAlP LED吸收襯底(AS)的流明效率為101m/w,透明襯底(TS)為201m/w,在590-626nm的波長范圍內比GaAsP-GaP LED的流明效率要高10-20倍;在560-570的波長范圍內則比GaAsP-GaP LED高出2-4倍。超高亮度InGaN LED提供了蘭色光和綠色光,其波長范圍蘭色為450-480nm,蘭綠色為500nm,綠色為520nm;其流明效率為3-151m/w。超高亮度LED的流明效率已超過了帶濾光片的白熾燈,可以取代功率1w以內的白熾燈,而且用LED陣列可以取代功率150w以內的白熾燈。對于許多應用,白熾燈都是采用濾光片來得到紅色、橙色、綠色和蘭色,而用超高亮度LED則可得到相同的顏色。AlGaInP材料和InGaN材料制造的超高亮度LED將多個(紅、蘭、綠)超高亮度LED芯片組合在一起,不用濾光片也能得到各種顏色。包括紅、橙、黃、綠、藍,其發光效率均已超過白熾燈,正向熒光燈接近。發光亮度已高于1000mcd,可滿足室外全天候、全色顯示的需要,用LED彩色大屏幕可以表現天空和海洋,實現三維動畫。新一代紅、綠、藍超高亮度LED達到了前所未有的性能,可以實現拼接顯示,采用BSV液晶拼接技術實現大畫面高亮度顯示。

大屏幕顯示

大屏幕顯示是超高亮度LED應用的另一巨大市場,包括:圖形、數字的單色、雙色和全色顯示。在表2中列出了LED顯示的各種用途。傳統的大屏幕有源顯示一般采用白熾燈、光纖陰極射線管等;無源顯示一般采用翻牌的方法。表3列出了幾種顯示的性能比較。LED顯示曾一直受到LED本身性能和顏色的限制。如今,超高亮度AlGaInP、TS-AlGaAs、InGaN LED已能夠提供明亮的紅、黃、綠、藍各種顏色,可完全滿足實現全色大屏幕顯示的要求。LED顯示屏可按像素尺寸裝配成各種結構,小像素直徑一般小于5mm,單色顯示的每個像素用一個T-1(3/4)的LED燈,雙色顯示的每個像素為雙色的T-1(3/4)的LED燈,全色顯示則需要3個T-1紅、綠、藍色燈,或者裝配一個多芯片的T-1(3/4)的LED燈作為一個像素。大像素則是通過把許多T-1(3/4)紅、綠、藍色LED燈組合在一起構成的。用InGaN(480nm)藍、InGaN(515nm)綠和ALGaAs(637nm)紅LED燈作為LED顯示的三基色,可以提供逼真的全色性能,而且具有較大的顏色范圍包括:藍綠、綠紅等,與國際電視系統委員會(NTSC)規定的電視顏色范圍基本相符。

產品特點

適用性強,色彩豐富:由三基色(紅、綠、藍)顯示單元箱體組成,紅、綠、藍256級灰度構成16777216種顏色,使電子屏實現顯示色彩豐富、高飽和度、高解析度、顯示頻率高的動態圖像;適用范圍:政府廣場、休閑廣場、繁華商貿中心、廣告信息發布牌、商業街、火車站、體育場館(UNILUMIN大運會)等。

5特點

與其它大屏幕終端顯示器相比,LED顯示屏主要有以下特點:
1、亮度高:戶外LED顯示屏的亮度大于8000mcd/m2,是唯一能夠在戶外全天候使用的大型顯示終端;戶內LED顯示屏的亮度大于2000md/m2。
2、壽命長:LED壽命長達100,000小時(十年)以上,該參數一般都指設計壽命,亮度暗了也算;
3、視角大:室內視角可大于160度,戶外視角可大于120度。視角的大小取決于LED發光二極管的形狀。 4、屏幕面積可大可小,小至不到一平米,大則可達幾百、上千平米;
5、易與計算機接口,支持軟件豐富。
屏幕類型
優點
缺點
電視墻
全彩色、面積大
畫面有分隔感 亮度低不能在戶外用、色差大、造價高
PDP
全彩色、畫面細膩
面積不大、亮度低、壽命短
投影機
全彩色、畫面細膩
亮度低不能在戶外用、畫面受光不均
藍光智能型LED顯示屏的功能和特點
藍光智能型顯示屏使用和Avago HCMS-29XX智能型顯示屏黃光、橘光、紅光和綠光產品相同的ASIC,且封裝尺寸以及引腳安排也和HCMS-29XX系列相同,它采用串行接口的5x7點矩陣。這些高性能點矩陣顯示屏通過內藏于電路板上的CMOS芯片驅動,每個顯示屏都可以直接和微處理器或微控制器連接,免除了額外接口器件的需求。采用串行接口可以通過最少的連接線數帶來更多的顯示字數,采用普遍易讀的5x7像素顯示格式還可以顯示大小寫羅馬字母、片假名以及其他由使用者自行定義的符號或字元。這些藍光顯示屏在設計上可以進行縱向或橫向堆棧,非常適合多字元數顯示應用。
藍光智能型顯示屏具備和其他Avago智能型顯示屏產品相當接近的特點,主要分別在于藍光LED有高質量的色彩表現,而其他則為參數上的部分細微差異。
與其他智能型顯示屏相同,藍光智能型顯示屏也使用兩個獨立的電力系統,其中一個做為顯示屏邏輯電路供電,另一個則可以提供顯示器用LED電源。采用兩個電源系統可以保持邏輯電路電源的純凈,并且可以分別獨立控制LED和邏輯電路的電壓,LED電壓可以在0V~5.5V之間變動而不會影響點矩陣寄存器或控制寄存器。
對于藍光LED,電壓可以在4.5V~5.5V之間變動而不會對光輸出量造成任何明顯的影響,或者帶來令人不悅的像素差異。基本上,LED的電壓不能低于4.0V,原因是藍光LED擁有比傳統采用GaP技術色彩更高的順向導通電壓;邏輯電壓則可以在3V~5.5V之間變動而不會影響顯示信息或顯示強度,在低于4.5V下工作將會影響時序和邏輯電平,如果低于3V時則可能會造成點矩陣寄存器和控制寄存器內容的變化。
藍光智能型顯示屏可提供兩種改變亮度的方法,分別為控制像素的尖峰電流和使用脈寬調制,這項功能可以通過如圖1中控制字組0的D0到D5位元來進行設定。除此之外,并不建議通過對LED的電源電壓進行脈寬調制來控制顯示屏的亮度。

6技術優勢

現有常見的室內全彩方案的比較:

點陣模塊方案

最早的設計方案,由室內偽彩點陣屏發展而來
優勢:原材料成本最有優勢,且生產加工工藝簡單,質量穩定。
缺點:色彩一致性差,馬賽克現象較嚴重,顯示效果較差。

單燈方案

為解決點陣屏色彩問題,借鑒戶外顯示屏技術的一種方案,同時將戶外的像素復用技術(又叫像素共享技術,虛擬像素技術)移植到了室內顯示屏。
優勢:色彩一致性比點陣模塊方式的好。
缺點:混色效果不佳,視角不大,水平方向左右觀看有色差。加工較復雜,抗靜電要求高。實際像素分辨率做到10000點以上較難。

貼片方案

采用貼片發光管為顯示元件的方案。
優勢:色彩一致性,視角等重要顯示指標是現有方案里最好的一種,特別是三合一表貼的混色效果非常好。
缺點:加工工藝麻煩,成本太高。

亞表貼方案

實際上是單燈方案的一種改進,還在完善之中。
優勢:在顯示色彩一致性,視角等首要指標和標貼方案差別不大了,但成本較低,顯示效果很好,分辨率理論上可以做到17200以上。
缺點:加工還是較復雜,抗靜電要求

7作用

1.起到商品宣傳,吸引顧客的作用。
2.起到店面裝飾,提高企業檔次的作用。
3.起到照明,標新立異的作用。
4.起到普及知識的作用。(可用于播放企業產品的小信息,相關行業的知識)
5.起到公告板的作用。(促銷,招聘信息發布)
6.起到烘托氣氛的作用。通過顯示屏幕可播放上級領導及各種貴賓蒞臨參觀、指導的歡迎詞,各種重大節日的慶祝詞等。
7.起到警示作用,經常用于道路交通LED導航指示等。
不可否認,商家樹立廣告牌的最終目的就是宣傳商品信息,吸引目標顧客,盡最大可能地賺取最大的利潤。而LED廣告牌正是為了實現這個目的成為企業宣傳的頭項選擇。
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