LED大屏显示系统的基础知识

LED大屏幕显示系统的基础知识

1LED大屏幕显示系统介绍

LED大屏幕显示系统是集光电子技术、微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的高技术产品，由微机和LED显示屏构成电子信息显示系统，在计算机控制下，显示文字通告等信息。用于在大厅宣传用户有关业务、发布通知翎告和有限公共信息(如新闻、天气预报等)、在迎接上级检查、外事活动中显示视频等。 大屏幕显示系统目前广泛应用于视频会议系统、模拟军事演习、交通指挥系统、水利水电监控等行业，而且正在快速发展。 (1)LED显示屏幕和分类

LED(Light Emitting Diode)发光二极管。LED显示屏目前应用越来越广泛，常用LED显示屏幕

1)如果按显示颜色分为单红色、单绿色、红绿双基色、红绿蓝三色、全彩、自然色【单基色LED显示屏(含伪彩色LED显示屏)，双基色IED显示屏和全彩色(三基色)LED显示屏】。

2)如果按灰度级又可分为16.32.64.128.256级灰度LED显示屏幕。 如果按使用功能分为图文显示屏、多媒体视频显示屏、行情显示屏、条形显示屏、利率显示屏、文本LED显示屏、图文LED显示屏、计算机视频LED显示 屏、电视视频LED显示屏和行情L日)显示屏等。 4)如果按使用环境分为室内LED显示屏幕、室外LED显示屏幕和半户外LED显示屏幕。

如果按功能分为反射式、透射式两类，反射式用于正投，透射式用于背投。正投幕又分为平面幕、弧型幕。平面幕增益较小，视角较大，环境光必须较弱弧型幕增益较大，视角较小，环境光可以较强，但屏幕反射的人射光在各方向不等。 5)如果按质地可分为玻璃幕、金属幕、压纹塑料幕等。

6)如果按发光点直径或点间距分为：0￠3.7.￠4.8.￠5.0.￠8.0.￠8.￠10.￠16.￠20 ￠3.0.￠3.75.￠4.8.￠5.0.￠8.0.￠15.￠19.￠26等

7)如果按像素密度分2500点、3906点、510点、6944点、10000点等LED显示屏。

(2)LED显示屏幕硬件部分

LED显示屏硬件部分包括根据LED显示屏种类、面积、使用现场等条件确定的通用计算机部分、通信线、专用数据转换部分及显示部分对计算机主机、各种选配插卡、外部设备及通信接口的要求对通信线的要求并注明最大通信距离数据转换部分与计算机主机的通信方式供电要求及结构安装要求。 (3)LED显示屏幕软件部分

对不同性能的LED显示屏应配置能满足其显示功能要求的显示软件，该软件具有以下功能符合系列化、标准化要求，能向下兼容采用在规范中规定的操作系统和语言配有完善的自检程序和根据需要配备各种级别的诊断程序。 (4)LED显示屏幕安全要求

LED显示屏属GB 4943规定的I类安全设备 1)LED显示屏保护接地端子。 2)安全标记。

①LED显示屏保护接地端子应有标记。

②LED显示屏在熔断器和开关电源处应有警告标志。

3)LED显示屏的对地漏电流应不超过3.5mA(交流有效值)。

4)LED显示屏通50Hz、1500V(交流有效值)的试验电压lmin不应发生绝缘击穿。 5)温升LED显示屏使用时在达到热平衡后金属部分的温升不超过硬45K,绝缘材料的温升不超过70K. (5)LED显示屏性能

文本LED显示屏和图文LED显示屏应具有移入移出方式及显示方式。计算机视频LED显示屏应具有

1)动画功能。要求I.ED显示屏动画显示与计算机显示器相对应区域显示一致 2)文字显示功能。要求文字显示稳定、清晰 3)灰度功能。要求具有在详细规范中规定的等级灰度。电视视频LED显示屏除具有动画、文字显示、灰度功能外，应可放映电视、录像画面。行情LED显示屏具有与其相应的行情显示能力。

(6)室内LED显示屏的失控点不大于万分之三，室外LED显示屏的失控点应不大于千分之三且为离散。

(7)LED显示屏的供电电源为220W士10%，50Hz士5%或是80V士10%，50Hz士5%应在详细规范中规定各类LED显示屏单位显示面积的最大功耗或LED显示屏总功耗。

(8)环境适应性

1)室内屏的环境温度为工作环境低温：0℃；高温：+40℃。储存环境低温：一40℃；高温：+60℃。

2)室外屏的环境温度为工作环境低温可选20℃，一10℃；高温+50℃。储存环境低温：-40℃；高温：+60℃。

3)在最高工作温度时，LED显示屏应能在相对湿度为90%的条件下正常工作。 4)I.ED显示屏承受汽车、火车、飞机等运输、装卸、搬动中受到的振动。车载屏应能在所安装的车辆运行中正常工作。

(9)LED显示屏显示单元的平均无故障工作时间MTBF不低于10000h. (10)对特殊用途的LED显示屏配备其相应的专用软件。 (11)大屏幕尺寸。大屏幕以其对角线的大小来定义的。投影机用屏幕宽高比为4：3，投影仪用屏幕多为1：1.投影机用屏幕尺寸对比表如表1所示。通用的大屏幕尺寸一般单位为英寸(以对角线长度计量)。

投影机用屏幕尺寸对比表

(12)屏幕。

1)硬屏。硬屏的一种是金属屏，在配合低亮度投影机使用的时候，可以提高视觉效果。硬屏具有高增益的优点，一台7001x的投影机配合硬屏使用可以 获得10001×投影机在普通白色软屏上的使用效果(亮度指标上)。

2)白塑幕。白塑幕增益小，视角大，对于人数较多的场合，可采用白塑幕。 (13)拼接技术。目前大屏幕拼接主要有两种，一种是大屏幕显示墙硬拼接技术，另一种是采用边缘融合技术的大屏幕无缝拼接技术。大屏幕显示墙硬拼接技术主要采用多个背投拼接墙方式，如CR丁大屏幕背投显示墙、LCD大屏幕背

投显示墙、DLP大屏幕背投拼接墙以及PDP等离子大屏幕显示墙等，这种大屏拼接技术目前拼接缝隙最小可以做到0.5mm，因为缝隙非常小了，所以大家也都叫“无缝”拼接，但实际是有缝隙的，真正没有缝隙的是采用图像无缝融合显示的无缝拼接技术。

硬边拼接有明显物理拼缝，无法实现全景的一体化显示重叠拼接是指将两台投影机投出的图像在拼合处以叠加的方式重叠，但这种拼接显然存在着拼合处由于亮度叠加而出现过亮区域的弊病，影响到无缝效果的实现。

软边融合拼接通过边缘融合技术的处理，既实习了两边的完全融合，又消除了重叠拼接引起的过亮区域，并且软边融合拼接可以适应平面、柱面、球面等各种曲面形状的拼接，具有更加广泛的适用性。软边融合拼接技术是目前主流技术，也是未来的发展方向。

软边融合拼接系统是一套复杂的多屏拼接系统程，通常组建一套完整的软边融合拼接系统需要以设备。

1)屏幕。屏幕整张无缝，才可以确保画面的完美显示。

2)投影机。投影机的画面质量直接影响到大屏幕的显示效果，同样非常重要。 3)软边融合拼接处理器。软边融合拼接处理器主要决定大屏幕画面显示的内容和速度，处理器的好坏，对于信号源的处理速度、画面的清晰度、软边融合的质量，都有着不可低估的作用。

4)信号处理设备。信号处理设备包括信号源头型的转换，信号的切换，信号的放大与传输等，对于大屏幕画面的显示非常重要。

5)集中控制设备。大屏幕拼接墙显示系统中设备种类繁多，投影机的数量、矩阵的数量、信号源的数量都比较多，中央集中控制设备可以更好的帮助你快速处理信号选择与切换，方便快捷的控制设备操作过程，快速提高工作效率和准确度。 6)周边设备。周边设备包括信号源桌面接入系统，线缆、接插件、机柜、电源部分等。

2大屏幕投影系统分类和显示技术

以投影为核心的大屏幕投影系统显示技术主要有CRT大屏幕投影系统、DLP大屏幕投影统、LCD大屏幕投影系统、PDP等离子大屏幕投影系统等。 2.1 CRT大屏幕投影系统

CRT(Cathode Ray Tube)表示阴极射线管，是应用最早的一种显示技术。CRT为RGB三枪投射方式，与电视机成像原理类似。CRT大屏幕投影系统拼接技术成熟，CRT投影机显示的图像色彩、还原性、几何失真调整能力较好，缺点是亮度较低，在一个单体中，中间亮，四角暗。操作复杂，体积庞大，对安装环境要求较高，并且难以做到40mz以上的显示面积。CR丁技术属于早期的模拟技术，已经退出了主流的大屏幕拼接墙市场，目前也只能偶尔在一些低端的市场上看到。且图像有明显的黑白竖条，一般不为电视台所用。 2.2 DLP大屏幕投影系统

DLP(Digital Light Processing)为数字电子背投处理方式。这种技术要先将影像的音视频信号经过数字处理，然后通过大屏幕再把光投影显示出来。技术先进、且最适合电视台使用，DLP背投大屏幕拼接墙显示系统多为硬质屏幕，也是

目前大屏幕投影拼接墙主推的产品。值得注意的是高亮度(10001x以上)投影机在普通白墙上的投影效果也很好，因此只要平时注意保持墙面干净，完全可以不买屏幕，一样可以获得令人满意的投影效果。

(1)DLP模式。DLP有三种不同的模式，即单片DLP模式、两片DLP模式、三片DLP模式。三片DLP模式提供了最高的亮度。单片DLP模式，白色的光源通过聚光镜对焦到分色轮上，分色轮由RGB三色滤光片组成，通过分色轮后的光线照射到DMD(数字微镜设备Digital Micromirror Device)上，随着分色轮的转动，RGB三色光会顺序照射DMD,分色轮和RGB三色信号同步，即当红光照射到DMD时、DLP投影显示系统处理红光信号同样蓝光或绿光照射到DMD时，系统处理蓝光或绿光信号。这样，人的肉眼会将RGB三色信号组合并感觉为彩色图像。采用RGB三色分色轮、白色光源的光会有2/3被滤光片吸收(因每次只能通过一个原色光)，故在此模式中、黑白投影亮度是彩色投影的3倍。对DLP大屏幕显示屏来讲，光源是用的卤素灯，色温度6500K,与日光基本相同。

(2)DLP大屏幕投影增益。增益是屏幕人射光的能力。在人射光角度一定、人射光通量不变的情况下，屏幕某一方向上亮度与理想状态下的亮度之比，叫做该方向上的亮度系数，把其中最大值称为屏幕的增益。通常把无光泽白墙的增益定为1，如果屏幕增益小于1，将削弱入射光如果屏幕增益大于1，将反射或折射更多的人射光。

(3)DLP大屏幕投影视角。屏幕在所有方向上的反射是不同的，在水平方向离屏幕中心越远，亮度越低当亮度降到50%时的观看角度，定义为视角，在视角之内观看图像，亮度令人满意在视角之外观看图像，亮度显得不够。 (4)DLP大屏幕投影系统组成。DLP大屏幕投影系统组成其心脏部分的数字微型反射镜元件DMD(Digital Micormirror Device)，通过控制硅片上的微型金属反射镜(16pm、×16rm)的反射方向调制信号，驱动DMD光路系统，再通过投影透镜获取大屏幕图像。

DLP大屏幕投影系统组成的逻辑框架如图1所示。

图1 DLP大屏投影系统组成的逻辑框架

(5)DLP投影显示技术。 1)全数宇技术。全数宇技术使图像灰度等级达256～4096级，色彩达2563～10243种，图像噪声消失，画面质量稳定，精确的数字图像可不断再现。

2)反射。反射使成像器件的总光效率达60%以上，远远高于透射式LCD液晶投影

方式，对比度和亮度的均匀性都非常出色，克服CRT、LCD投影机显示画面中间亮、四周暗的缺点。

3)无缝。可显示无缝图像。

4)灯泡寿命长。DLP投影机灯泡寿命长，不存在LCD投影机由于工作环境温度高而出现液晶板老化等问题，特别适用于大屏幕拼墙结构。

5)清晰度。DLP大屏幕投影显示技术生成原始资料镜像的准确性方面优于其他大屏幕显示系统。

6)亮度。DI.P大屏幕显示系统比所有其他显示系统具有更强的亮度。DLP大屏幕投影显示系统的显微镜却可以将照明灯光源的更大光量传输到大屏幕上。二者之间存在着明显的差距。采用DLP显示技术，家用视频、娱乐产品等可产生足以令人陶醉的视觉享受。商务交流可演示清晰的图像，且无论是否有灯光照明。大型场所放映时，15000lx的高亮度足以满足大量观众的观看要求。

7)色彩DLP大屏幕投影显示技术的色彩范围的丰富性可还原350万亿种色素。 2.3 LCD大屏幕投影系统

LCD(Liquid Crystal Display)是以液晶板作为成像器件。LCD(液晶)背投技术是利用非常成熟的液晶光电效应来实现高效投影工作的，这种技术是通过液晶分子的排列在电场作用下发生变化，影响其液晶单元的透光率或反射率，从而影响它的光学性质，产生具有不同灰度层次及颜色的图像因此由这种技术设计出来的背投影机其色彩还原性好，亮度和对比度都优于CRT背投由于LCD显示屏背投由于靠灯泡发光，所以很容易提升亮度。目前市场上常见的液晶板投影机主要是三片式PLCD的投影机。LCD显示屏背投影机具有投影分辨率高、价格便宜、画面均匀、图像色彩丰富，画面层次感好等特点不过该背投影机也有自身的缺点，它需要良好的散热条件，开机的预热和关机后的散热都需要花时间等待，而不能像CRT背投那样随开随关。

(1)LCD大屏幕投影系统显示技术原理。

LCD技术利用模拟控制方式，其板通过模拟电压的变化控制光阀门的开启与关闭时间的长短形成不同的灰度。模拟信号抗干扰性差，失真严重，因此在模拟电压的准确性控制上始终有不稳定和欠准确因素存在。 (2)LCD大屏幕投影显示技术。

1)光效率。LCD是一种穿透式光处理技术，有一个先天不足的问题亮度损失，光效率一般只有30%左右。 2)清晰度。由于LCD技术元件之间的缝隙非常大，导致图像会产生非常明显的像索化效果，因此造成了。纱门效应。(ScreenDoor)。

3)响应时间。LCD技术中的液晶分子反应时间一般只有15ms，数字微镜的反应时间比液晶分子快1000倍。因为液晶分子的反应时间较长，所以在快速动态显示的图像中，液晶投影机产生的图像有拖尾、重影现象。

4)色彩均匀性。灯泡产生的白光被分解为红、绿、蓝三色，每种颜色的光路并不相同，这种导致了每种光的亮度分配不同，而产生色彩的不均匀性。色 彩均匀性的高低是衡量大屏幕拼接墙技术高低的一项重要指标，使用LCD技术构建的大屏幕拼接墙显示系统中不可避免地会出现。大花脸。现象，这严重影 响了拼接墙的视觉效果。

5)需定期更换灯泡和PLCD矩阵。对于LCD系统来说，除更换灯泡外，还必须定期更换三片PLCD矩阵(寿命约3000h左右)和对应的滤光片等一系列附件，否则整墙色彩与亮度均匀性无法调整。

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