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隨著光電信息技術(shù)、微電子技術(shù)、自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體制作工藝日趨成熟，發(fā)光二極管LED作為顯示器件的應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大。

發(fā)光二極管點(diǎn)陣陣列顯示技術(shù)（簡稱LED顯示屏技術(shù)）由單色到現(xiàn)在的全彩色顯示屏，已有了長足的發(fā)展，目前，更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性、可靠性、全色化，仍然是其發(fā)展的主要方向。LED顯示屏的關(guān)鍵控制技術(shù)隨著新型超大規(guī)模集成電路（VLSI）的發(fā)展也有了新的提高，可編程電子邏輯設(shè)備（EPLD）、數(shù)字信號處理器（DSP）和現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）等得到了應(yīng)用。通過VLSI在產(chǎn)品性能提高的同時成本也在呈下降趨勢，新一代LED控制專用集成電路也已開始得到推廣和應(yīng)用。經(jīng)過多年發(fā)展，LED顯示屏研制、生產(chǎn)技術(shù)已趨于成熟、穩(wěn)定，新產(chǎn)品質(zhì)量也有很大提高。

LED顯示器應(yīng)用非常廣泛，在軍事、車站、碼頭、賓館、體育、新聞、金融、證券、廣告及交通運(yùn)輸?shù)仍S多行業(yè)都能見到各種類型的LED顯示裝置。它不僅有條屏、圖文單色屏、雙基色屏，還有全彩色點(diǎn)陣顯示屏及LED數(shù)碼顯示屏；不僅能顯示文字，還能顯示圖形、圖像，并能產(chǎn)生各種動畫效果。一般，單色、雙色屏主要用來播放文字，彩屏主要是播放動畫與視頻。顯然，它是廣告宣傳、新聞傳播的有力工具，其應(yīng)用也越來越普遍。

一、LED顯示屏的結(jié)構(gòu)與原理

發(fā)光二極管顯示屏是由LED點(diǎn)陣和LED PC面板組成的，它是通過紅色、綠色、藍(lán)色LED燈的亮滅來顯示文字、圖片、動畫、視頻的，其內(nèi)容可以隨時更換，各部分組件都采用塊化的結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)LED顯示屏通常由顯示模塊、控制系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。顯示模塊由LED燈組成的點(diǎn)陣構(gòu)成，負(fù)責(zé)發(fā)光顯示；控制系統(tǒng)通過控制相應(yīng)區(qū)域的亮滅，可以讓屏幕顯示文字、圖片、視頻等內(nèi)容，單色、雙色屏主要用來播放文字的，全彩屏主要是播放動畫與視頻的；電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)將輸入電壓電流轉(zhuǎn)為顯示屏需要的電壓電流。

LED顯示屏是由計(jì)算機(jī)（或帶多媒體卡等）、采集卡、主控制器、數(shù)據(jù)傳輸（發(fā)送卡、接收卡）、掃描板、顯示屏單元等6大部分組成，如圖1所示。

圖1 LED顯示屏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

LED顯示屏的驅(qū)動電路及顯示系統(tǒng)示意框圖如圖2所示，它是由計(jì)數(shù)器、譯碼器、圖形譯碼器和顯示屏等組成的。

圖2 顯示屏驅(qū)動及顯示系統(tǒng)

計(jì)數(shù)器是由多個雙穩(wěn)觸發(fā)器構(gòu)成的。譯碼器是由“與門”組成的，它可將二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，如果按編碼將計(jì)數(shù)器的輸出端同各“與門”輸入端相連就可以產(chǎn)生代表十進(jìn)制的電信號。電信號加到顯示屏的各像素點(diǎn)上并顯示出相應(yīng)的圖形，這是由圖形譯碼驅(qū)動器完成的。圖形譯碼器由一些LED組成，各''與門”輸出的電信號通過LED連接列在各像素點(diǎn)上。由于LED是單向?qū)щ?，因而可以保證各像素點(diǎn)不會互相串?dāng)_或短接。

LED點(diǎn)陣顯示屏的原理是，將要顯示的圖文信息首先進(jìn)行數(shù)字化處理，使圖文信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字化視頻信號，經(jīng)過數(shù)字通信系統(tǒng)將數(shù)字視頻信號傳輸?shù)絃ED顯示屏顯示緩存中，.由顯示單元控制電路讀取相應(yīng)的顯示信息進(jìn)行顯示。由于LED顯示屏在進(jìn)行圖文顯示時，其顯示方式豐富多變，因此其相應(yīng)的視頻控制模板也十分復(fù)雜，一般分為單色顯示和彩色顯示兩大類。

由于LED點(diǎn)陣顯示屏具有美觀的畫面、靈活的內(nèi)容更換、較低的功耗、較長的壽命等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛運(yùn)用在商場、街道、廣場、車站和機(jī)場等人群密集或流動量大的場合，可及時地傳播信息和播放電視，尤其適合用來播放廣告、產(chǎn)品介紹等。

二、LED顯示屏的類型

（1）從顯示方式來分，可分為靜態(tài)和動態(tài)掃描顯示兩種。

①靜態(tài)顯示。LED的亮度高，軟件編程也比較容易，但是靜態(tài)顯示每一個像素需要一套驅(qū)動電路，如果顯示屏為nxm所個像素屏，則需nxm套驅(qū)動電路，而它又占用比較多的I/O口資源，因而常用于顯示位數(shù)不多的情況。

②動態(tài)掃描顯示動態(tài)掃描顯示則采用多路復(fù)用技術(shù)，如果是P路復(fù)用的話，則每P個像素需一套驅(qū)動電路，nxm個像素僅需套驅(qū)動電路。對動態(tài)掃描顯示而言，P越大驅(qū)動電路就越少，成本也就越低，其引線也大大減少，這就更有利于高密度顯示屏的制造。并且，它利用了人眼的“視覺暫留”效應(yīng)（雖看上去在很短的時間周期內(nèi)LED顯示屏上的燈全部點(diǎn)亮，但實(shí)際上并沒有全亮），占用資源少，其動態(tài)控制又節(jié)省了驅(qū)動芯片的成本，節(jié)省了電（亮度小功率就小了），因而在實(shí)際的LED大屏幕顯示中采用。但編程比較復(fù)雜，在同樣規(guī)格同樣燈管芯片的情況下，動態(tài)掃描的亮度不如靜態(tài)的好。

（2）按顏色分為三種。

•全彩顯示屏：紅、綠、藍(lán)三基色，256級灰度的全彩色顯示屏，可以顯示1600多萬種色。

•單色（單基色）顯示屏：單一顏色（紅色，綠色，黃色，白色，藍(lán)色等）。

•雙色（雙基色）顯示屏：紅和綠雙基色（紅綠色、藍(lán)綠色），256級灰度或者512級灰度，可以顯示65536種顏色。

（3）按使用環(huán)境分為三種。

•室內(nèi)顯示屏：發(fā)光點(diǎn)較小，一般Φ3~Φ8mm，顯示面積一般幾至十幾平方米。

•半戶外顯示屏：像素點(diǎn)大小之于室內(nèi)和戶外顯示屏之間，常用于銀行、商場或醫(yī)院等門楣上。

•室外顯示屏：面積一般幾十平方米至幾百平方米，亮度高，可在陽光下工作，’具有防風(fēng)、防雨、防水功能。

（4）按安裝方式可分為立柱式LED顯示屏（單立柱和雙立柱）、壁掛式LED顯示屏、吊裝式顯示屏、嵌入式顯示屏等。

（5）按用途可分為信息發(fā)布屏、交通誘導(dǎo)屏、廣告發(fā)布屏、車載屏、球場屏、舞臺租賃屏和樓梯屏等。

三、LED大屏幕顯示器真彩實(shí)現(xiàn)

LED顯示屏的顯示單元中，三基色LED管芯為核心器件，要想質(zhì)量好，必須選用高質(zhì)量的LED管芯，對此應(yīng)嚴(yán)格挑選波長及發(fā)光強(qiáng)度一致性好的管子。

與彩色電視機(jī)一樣，全彩LED顯示屏是通過紅、綠、藍(lán)三種顏色的不同光強(qiáng)實(shí)現(xiàn)圖像色彩的還原再現(xiàn)的。顯然，紅、綠、藍(lán)三種顏色的純正度，直接影響圖像色彩再現(xiàn)的視覺效果。而白光的三色配比不是簡單的三種顏色的疊加，一般要求：

•在保證紅、綠、藍(lán)光頻純正的前提下，要求紅、綠、藍(lán)光強(qiáng)之比必須接近3：6：1；

•因人們視覺對紅色的敏感性，要求紅色發(fā)光源在空間上必須要分散分布；

•因人們視覺對紅、綠、藍(lán)三顏色光強(qiáng)的不同的非線性曲線響應(yīng)，要求不同光強(qiáng)的白光對紅、綠、藍(lán)要進(jìn)行類似電視機(jī)里的γ校正；

•由于人的視覺對色差的分辨能力有限，因此必須找出圖像色彩再現(xiàn)真實(shí)性的客觀指標(biāo)。因此，為了再現(xiàn)真實(shí)的圖像色彩，在LED顯示屏的配光上還應(yīng)滿足下面一些要求。

•紅、綠、藍(lán)三色的波長應(yīng)分別約為660nm、525nm、470nm；

•一般采用4管單元配白光為佳，當(dāng)然多管單元也可，但主要取決于光強(qiáng)；

•選用256級為紅、綠、藍(lán)三色的灰度級；

•采用針對LED像素管的非線性校正。

紅、綠、藍(lán)三色配光及非線性校正，可以用顯示控制系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)，也可由播放系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)。

國內(nèi)外的LED顯示屏朝著真彩（224種顏色）、高分辨率（＞4096像素點(diǎn)/m2）方向發(fā)展，現(xiàn)在7100像素點(diǎn)/m2分辨率的顯示單元已經(jīng)出現(xiàn)。目前，LED顯示屏的顯示單元正向著超亮度、高分辨率、高灰度級方向發(fā)展；其顯示媒體向著多媒體（靜止/動態(tài)圖文、視頻圖像、音/視頻同步）方向發(fā)展；系統(tǒng)的運(yùn)行、操作與維護(hù)向著集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。

TI公司已推出兩款適用于大型彩色顯示屏的16通道恒流下沉式LED驅(qū)動器TLC5940和TLC5923，其數(shù)據(jù)傳輸速率均為30MHz，提供了更高的系統(tǒng)可靠性及更佳的動態(tài)亮度控制，使大型運(yùn)動場的記分板、廣告顯示及視頻顯示屏等設(shè)備具有更高的分辨率。

四、LED顯示屏的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）LED顯示屏的優(yōu)點(diǎn)。

•壽命長，比LCD顯示屏壽命長10倍以上；

•節(jié)能環(huán)保，是典型的綠色顯示光源；

•顯示性能優(yōu)越，是目前唯一能夠在戶外全天候使用的大型顯示終端；

•由于單顆LED的功率很低，發(fā)熱量小；

•因?yàn)檩p薄、色彩純正等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍廣。

（2）LED顯示屏的缺點(diǎn)。

•由于它的亮度太高，給人們的城市生活帶來了許多困擾：

•LED顯示屏對于觀看距離有一定的要求，如果近距離觀看會產(chǎn)生刺眼的感覺，而且近距離的觀看效果也難讓人滿意等，這也讓許多戶外用戶困擾不已；

•LED顯示墻的造價(jià)比較昂貴，尤其是全色顯示屏價(jià)格很高，尺寸越大，成本越高；

•在畫面的精細(xì)度上相比投影機(jī)也會差一些。

由上看出，LED顯示屏在節(jié)能環(huán)保和顯示效能上都優(yōu)于一些傳統(tǒng)的顯示設(shè)備，但是LED顯示屏也存在光污染、造價(jià)偏貴、不適于近距離觀看等，所以用戶選擇LED顯示屏要考慮最終的使用環(huán)境才能揚(yáng)長避短，發(fā)揮LED顯示屏的優(yōu)勢。