LED学习资料

LED、照明工程 学习材料 一LED显示屏 1、LED简介

LED是发光二极管LightEmittingDiode的英文缩写，LED应用可分为两大类：一是LED单管应用，包括背光源LED、红外线LED等；另外就是LED显示屏。

LED数码显示中每一个像素单元就是一个发光二极管，如果是单色，一般是红色发光二极管。如果是彩色，一般是三个三原色小二极管组成的一个大二极管。这些二极管组成的矩阵由数码控制实时显示文字或者图像，造价相对低廉，组成的显像面积大。一般车站、广场等公共场合的字幕牌，露天大电视墙都是LED数码的。

2、LED优点：色彩好、寿命长、环保就背光源应用而言，色彩好、寿命长、环保是LED优点所在。众所周知，液晶显示器本身不会发光，它依靠背光源将光线穿过显示面板，展现图形图像。因此，背光源的技术直接影响到液晶电视的画质。

另外，LED寿命非常长，使用寿命可达10万小时，如果按

每天开机5小时计算，一台采用LED背光光源的液晶电视可以使用将近55年。此外，它还不含汞，环保性能更好。LED急需面对的问题：成本、技术、透光效率

LED(LightEmittingDiode)发光二极管，在20世纪60年代诞生后就被认定是荧光灯管、灯泡等照明设备的终结者。LED灯又称发光二极管，比起其它光源，单个LED灯的功耗是最小的。从蓝到红，LED灯有很多种颜色，有一种特殊的颜色是白色。我们自定义为“冷白色”和“暖白色”两种。

3、LED设计及安装

一、户外看板系统方案设计原则 1,结构设计原则 2.亮度与配色依据 3.可靠性设计原则

4.安全性设计原则

5.易管理及可操作性设计原则 二、屏体安装方式

墙掛式：即显示幕背靠墙面，并固定在墙面上。此方式为常见方式，而且较易实现。

坐立式：即显示幕坐立在平臺上。此方式最易实现，在条件许可的场合应优先采用这种安装方式。

镶嵌式：即显示幕镶嵌在一个墙框内。此方式不多见，如果墙面凹陷深度不够，须考虑其维护性。

侧掛式：即显示幕两侧受力，侧掛在两建筑物或立柱之间。此方式常用于空旷场地的屏体悬掛，两立柱依据屏体的悬掛要求搭建。 三、结构设计 1、材料选择

采用角钢作为屏体框架的主要材料，进行防腐、耐火处理。 2、箱体结构

采用大箱体结构，箱体材料进行打磨、镀锌、喷塑处理、具有防水/耐腐蚀功能。箱体具有厚度薄、重量轻、强度高， 采用定位柱技术保证安装精度等特点。 3、框架结构

由于采用标准的箱体结构，使得屏体框架结构简单，定位精

度及屏体的安装工艺容易控制，保证了整屏的平整度。 4、联接结构

采用焊接和连接件并用的联接方式，简单易行，可以确保联接强度，同时提高屏体的安装效率。 四、系统防护功能设计 1、安全配电系统

a.上电系统 b.防静电设计 c.防雷设计 2、屏体结构安全设计

a.防风设计 b.防震设计 c.防水设计 d.防潮/防结露设计 e.防尘设计 f.防氧化/防腐蚀设计 3、温度控制系统设计

A.屏体的散热系统及防高温设计

a.优良的驱动器选择 b.完善的工艺设计 c.完备的系统防护设备 d.先进的系统防护技术：即“动态散热”技术，密封式对流散热，空调冷却式内部对流散热 B.屏体的防低温设计

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4、LED显示屏基础知识

LED屏幕(户外看板，显示屏)按应用场所不同，大致可以分外户外看板和室外屏幕两类。由于LED户外看板的应用环境不同于室内屏幕，并且环境条件比较恶劣，自然对LED的发光材料和箱体有着较高的要求。一般来说户外看板的LED须采用超高亮发光材料，亮高度（UHB）是指发光强度达到或超过100mcd的LED， 又称坎德拉（cd）级LED。高亮度A1GaInP和InGaN LED的研制进展十分迅速，现已达到常规材料GaA1As、GaAsP、GaP不可能达到的性能水准。

目前，彩色显示所需的三基色红、绿、蓝以及橙、黄多种顏色的LED都达到了坎德拉级的发光强度，实现了超高亮度化、全色化，使发光管的户外全色显示成为现实。发光亮度已高于1000mcd，可满足室外全天候、全色显示的需要，用LED彩色大屏幕可以表现天空和海洋，实现3D动画。新一代红绿、蓝超高亮度LED 达到了前所未有的性能。 户外看板像素目前均由红/绿/蓝三种原色(基色)的许多单管LED构成，常用成品有像素筒和像素模组两种结构。 像素尺寸多为12-26毫米，像素组成：单色以2R/3R/4R、偽彩以1R2YG/1R3YG/1R4YG、真彩以2R1G1B等组成形式居多。

5、LED常用词汇理解

LED屏幕分为图文屏幕和视讯影片用屏幕，均由LED矩阵块组成。图文屏幕可与电脑同步显示汉字、英文文字和图形；视讯屏幕采用微型电脑IC进行控制，图文、影片并茂，以即时、同步、清晰的资讯传播方式播放各种资讯，还可显示2D、3D动画、录影、电视、DVD/VCD节目以及现场实况。它的优点：亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与积体电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、旅馆、银行、证券市场、建筑市场、工业企业管理和其他公共场所。其他一些显示技术，如LCD，机电结构类的屏幕和灯泡显示在某些特定的场合还有一定的用途，但LED屏幕被证明是最可靠，高效，节能，明亮，在技术上也最方便实现。 LED就是light emitting diode ，发光二极体的英文缩写，简称LED。LED发光技术的原理是某些半导体材料在通以电流的情况下会发出特定波长的光，这种电到光的转换效率非常高，对所用材料进行不同的化学处理，就可以得到各种亮度和视角的LED。它是一种通过控制半导体发光二极体的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录影信号等各种资讯的屏幕。

以下是LED屏幕常用的标准用词及概念的解释，希望能对大家有所帮助： 像素（PIXEL）

是画面上可以被独立控制的最小单元，PIXEL是picture element的缩写，在三基色屏幕上，像素由三部分组成：红，绿，篮，每一部分由一个或几个LED组成，理论上，分别调节红，绿，蓝的亮度，可以表现出任意顏色。 间距（PITCH）

相邻像素的中心距离。间距越小，可视距离越短。 解析度（Resolution）

通常用于数位显示设备，表示总的像素数量，一般写成宽X高的形式，如800X600。 可视角度（Viewing Angle）

当观察者面对LED时可以看到LED的最大亮度，当观察者向左或右移动时，看到的亮度会减小，当亮度减到最大亮度的一半时，此时所处的角度加上向反方向移动得到的角度之和，称水准可视角度，垂直可视角度用同样方式测量。LED的视角厂家会给出参数。

亮度（Brightness）

亮度在任何显示设备中都是最重要的参数。亮度的主单位叫烛光（candela），用CD表示，单个LED的亮度通常用 millicandelas，MCD，即千分之一CD，把一个平方米的LED亮度加在一起，就得到单位面积亮度，用尼特（NITS）表示，1 NITS＝1 CD/m2

可视距离（Viewing Distance）

对于各种显示器件来说，最佳的观察距离应该是人眼无法分辨出像素的最小距离，，这个距离大约是点间距的3400倍。电视和电脑的观测距离通常要小于这个要求，但可接受的距离不能小于点间距的1700倍。 画面更新率/刷新率（Refresh Rate）

屏幕画面更新的速率，通常用赫兹表示（Hz），与帧频是不同的。

帧频（Frame Rate）

屏幕每秒显示的图像帧的数量，通常取决于输入的信号(25 fps for PAL, 30 fps for NTSC) 场频（Field）

PAL和NTSC的一半帧，因为PAL和NTSC是隔行扫描，每次刷新只显示半帧图像。

纯绿（Pure green）和真绿（true green） 过去30年，各种顏色LED被相继开发出来，首先是红色，黄色，黄绿色，蓝色LED和纯绿LED在90年代相继被日亚工程师发明.至此,制造LED全彩色屏幕成为可能.播放视频的LED屏幕必须用纯绿，如果用黄绿来做，顏色肯定不真实，如果一个像素里绿管的数量很多，比红管和蓝管的数量多，那肯定是黄绿管，因为黄绿的亮度不够，必须用多个，但黄绿LED价格低廉。该种屏幕俗称偽彩屏。 色温

红绿蓝三色的亮度必须平衡才能准确的还原真实色彩，换句话说，LED的白色必须是白色，而不是粉红色。如果红绿蓝都处于最高亮度，混合出的色彩通常不是白色，为了得到白色（通常称为6500K色温），红绿蓝中须有一个或两个的亮度调低，为了获取正确的白色，必须反復测量调整亮度，这个过程称白平衡。 灰度（Grey Levels）

LED屏幕能表现的色彩数量取决于RGB三色的灰度等级，在标准的全彩屏幕中为256级灰度，对于体育场馆的LED全彩系统，256灰度是不够的，无法准确的恢復还原色彩。也称色彩深度，指不同亮度的数量，红绿蓝有各自的灰度，在全彩色系统中一般是256级灰度，可以产生256X256X256＝16,777,216种顏色，在PC中称为24位元色，在LED显示系统中称为8位元系统。 GAMMA矫正（gamma correction）

这是一种通过变换函数来减少灰度数量，从而产生一个更接近真实环境的色彩和对比度，全彩屏实际表现的顏色受到很多限制，当夜晚时，必须降低屏体亮度，此时能够显示的色彩就会减少，因此，数位RGB显示的色彩肯定少于16M色，为了解决这个问题，需要更高层次的灰度，1Bill色的系统（红绿蓝各1024级色）可以表现更真实的色彩，因为从256级灰度扩大到1024级，极大的丰富了可表现的色彩数目。

虚拟像素技术（Virtual Resolution）

也称共用像素或动态像素，将4倍于物理像素的像素快速的按奇偶列和奇偶行分4次送到物理像素上显示，其效果

相当于将间距缩小一半，其成本与传统做法基本相比，基本没增加，但可以做到原来4倍的解析度。 一致性（Uniformity）

整个画面的品质很大程度上取决于LED的一致性。一致性的问题是LED固有的问题，当LED生产时。他们的亮度，视角，还有其他的特性实际上都不统一，这些参数分佈在某一范围，制造商工艺控制的越好，这个范围越小，选用优质厂商提供的LED可以减少调试的工作量，人眼对顏色和亮度的敏感度相当高，对于LED之间的差别很容易察觉，特别在高亮的显示系统中，这种差别更大，设计者必须采用各种技术来消除这种差别，增加一致性。 色差 （Colour Shift）

LED屏幕由红绿蓝三色组合来产生各种顏色，但这三种顏色由不同材料做成，视角是有差异的，不同LED的光谱分佈都是变化的，这些能被观测的差异称为色差。当偏过一定角度观察LED时，其顏色发生改变,人眼判断真实画面的色彩的能力（比如电影画面）比观测电脑产生的画面要好。

6、LED显示屏分类

①按使用环境分为户内,户外及半户外：

户内屏面积一般从不到1平米到十几平米,点密度较高，在

非阳光直射或灯光照明环境使用，观看距离在几米以外，屏体不具备密封防水能力。

户外屏面积一般从几平米到几十甚至上百平米，点密度较稀(多为1000-4000点每平米),发光亮度在3000-6000cd/平米(朝向不同，亮度要求不同)，可在阳光直射条件下使用，观看距离在几十米以外，屏体具有良好的防风抗雨及防雷能力。

半户外屏介于户外及户内两者之间,具有较高的发光亮度,可在非阳光直射户外下使用，屏体有一定的密封，一般在屋檐下或橱窗内。

②按颜色分为单色，双基色，三基色。单色是指显示屏只有一种颜色的发光材料，多为单红色，在某些特殊场合也可用黄绿色。双基色屏一般由红色和黄绿色发光材料构成。 三基色屏分为全彩色(full color),由红色，黄绿色(波长570nm)，蓝色构成及真彩色(nature color),由红色，纯绿色(波长525nm),蓝色构成。 ③按控制或使用方式分同步和异步

同步方式是指LED显示屏的工作方式基本等同于电脑的监视器，它以至少30场/秒的更新速率点点对应地实时映射电脑监视器上的图像,通常具有多灰度的颜色显示能力，可达到多媒体的宣传广告效果。

异步方式是指LED屏具有存储及自动播放的能力，在PC机

上编辑好的文字及无灰度图片通过串口或其他网络接口传入LED屏,然后由LED屏脱机自动播放，一般没有多灰度显示能力，主要用于显示文字信息，可以多屏联网。 ④按像素密度或像素直径划分

由于户内屏采用的LED点阵模块规格比较统一所以通常按照模块的像素直径划分主要有： ∮3.0mm 60000像素/平米 ∮3.75mm 44100像素/平米 ∮5.0mm 17200像素/平米 ∮5.0mm 17200像素/平米

户外屏的像素直径及像素间距目前没有十分统一的标准， ∮5.0mm 17200像素/平米 ∮5.0mm 17200像素/平米 ∮5.0mm 17200像素/平米 ∮5.0mm 17200像素/平米 ⑤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，适于播放文字、图像信息。

7、LED显示屏组成

简单地讲LED显示屏就是由若干个可组合拼接的显示单

元 (单元显示板或单元显示箱体)构成屏体，再加上一套适当的控制器(主控板或控制系统)。所以多种规格的显示板(或单元箱体)配合不同控制技术的控制器就可以组成许多种LED显示屏，以满足不同环境，不同显示要求的需要。 仔细分解一个LED显示屏，它由以下一些要素构成(以较为复杂的同步视频屏为例): ① 金属结构框架

户内屏一般由铝合金(角铝或铝方管)构成内框架，搭载显示板等各种电路板以及开关电源，外边框采用茶色铝合金方管，或铝合金包不锈钢，或钣金一体化制成。

户外屏框架根据屏体大小及承重能力一般为角钢或工字钢构成，外框可采用铝塑板进行装饰。 ② 显示单元

是显示屏的主体部分，由发光材料及驱动电路构成。户内屏就是各种规格的单元显示板，户外屏就是单元箱体。 ③ 扫描控制板

该电路板的功能是数据缓冲，产生各种扫描信号以及占空比灰度控制信号。 ④ 开关电源

将220V交流电变为各种直流电提供给各种电路。 ⑤ 双绞线传输电缆

主控仪产生的显示数据及各种控制信号由双绞线电缆

传输至屏体。 ⑥ 主控制仪

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。 ⑦ 专用显示卡及多媒体卡

除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。多媒体除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)。

⑧ 电脑及其外设 ⑨ 其他信息源

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