1、LED 显示屏的分类及选用与维护,配光解决方案LED 显示屏具有亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定等优点，其应用涉及社会经济生活的许多领域，如证券交易、金融信息；港口、车站旅客引导信息；体育场馆、道路交通信息；调度指挥中心信息；室内外广告等的显示。LED 显示屏是 20 世纪 80 年代才逐渐兴起的电子产品，故部分家电维修人员对 LED 显示屏的选用与维护的知识还比较陌生，本文就此作一叙述。期望能激发起大家对 LED 显示屏及 LED 其他产品的兴趣。一、LED 显示屏的分类1按工作方式分主要有两大类：全功能型显示屏和智能型显示屏。两者均采
2、用国际标准 88LED 矩阵模块拼装而成(屏体表面完全相同，基本显示功能相同)。二者主要差别在于：智能型显示屏平时无需连接上位机，显示屏有内置 CPU，能掉电保存多幅画面，可脱离上位机独立运行。有些屏内还有时钟芯片，可自动显示日历及时钟。当需要修改显示内容时，通过 RS232 接口连接微机即可修改。而全功能型显示屏则必须连接一台微机才能工作。智能型显示屏的显示方式通常较少，只有弹出式、拉幕式、上滚式、下滚式等几种显示方式。而全功能型显示屏则显示方式多样(如果用专业软件制作播放节目，则显示方式有无限种)。智能型显示屏操作简单：全功能型显示屏则需有专人操作维护(如果要制作动画节目，还需专门知识)。
3、2按颜色种类分有单色和彩色显示屏。单色显示屏采用标准88 单色发光二极管矩阵模块标准组件。一般为红色，可显示各种文字、数据、两维图形。室内单色显示屏经济实用，只是色彩有些单调。彩色显示屏采用标准 88 双基发光二极管矩阵模块，每一像素点内有红、绿两只发光二极管。当两管同时点亮时，则显示黄色。故双基色管显示屏可发出红、绿、黄三种颜色，可彩色显示各种文字、数据、动画等。此外，还可与各种数据设备连接，显示实时动态数据和广告，具有较佳的信息显示效用，这是目前使用最广泛的LED 显示屏。彩色灰度显示屏采用标准 88 双基 LED 矩阵模块，每一像素点有红、黄、绿三种颜色，每种基色有 1616 级灰度=
4、256 或256256 级灰度=64k 种颜色，甚至更多种颜色。彩色灰度屏层次丰富，表现力极佳。可以显示照片、图像、三维图形、动画以及视频图像等内容，表现细腻丰富，视觉效果逼真感人。3按点阵密度分主要有普通密度和高密度显示屏。显示屏的密度与像素直径有关，像素直径越小，显示屏的密度越高。在具体选型时，观看距离越近，显示屏的密度应越高；观看距离越远，对显示屏的密度可适当降低。室内型标准为 88LED 矩阵模块中， 5mm 和 3.7mm 最为常见。二、LED 显示屏的性能要求1发光管最主要是对发光管内的发光管芯的选用。目前中高档发光管管芯的生产厂家主要有日本的日亚公司、丰田公司、美国的科瑞公司、惠
5、普公司、德围的西门子公司、台湾的国联公司、鼎元公司和光磊公司等，其中，日本、美国及欧洲的公司主要以生产纯蓝纯绿发光管芯为主，而台湾公司则以生产红绿管管芯为主。从目前的实际应用及红绿色彩搭配看，一红四绿的显示屏，红管采用的是四元素的红，绿管采用的是三元素的绿。在管芯的使用上，一般采用台湾国联公司的 712SOL 红管管芯，采用台湾鼎元公司的 113YGU 绿管管芯，这种管芯的搭配是目前双基色室内显示屏配置较高的一种。另外，还有 2 红加 1 纯绿的配置方式(室外双色)。2集成元器件光电驱动电路接收来自计算机传至分配卡中的数字信号，驱动发光体的亮与暗，从而形成我们需要的文字或者图形，其质量是否可靠
6、稳定，直接决定了发光体能否正常工作。从目前室外屏的运行来看，故障率出现最高的地方就在光电驱动部分，因为所选用的集成 IC 器件的质量直接决定了光电驱动部分的质量。目前，室外显示屏采用的通用芯片是 4953 和 HC595 配对。档次高一点的，采用专用驱动芯片和美国德州生产的 6B 系列的 595 芯片。3电源 LED 显示屏的电源要求保证在 5 年故障低于 1，电源质量的好坏取决于对元器件的筛选和电源生产厂家对质量的控制情况。目前市场上电源的品牌比较多，国产的有常州创联、思达、上海衡孚及台湾的明伟。从实际使用上看，国产电源常州思达的电源稳定性好，使用寿命长。4编辑系统和播放系统软件系统软件的总
7、体要求是能提供简单和交互的节目制作播放环境，可采用层次化、模块化的设计方法，具有良好的可靠性和可扩充性。三、图文显示屏的基本结构和控制方式1基本结构 LED 图文显示屏由屏体、计算机、控制器、点阵显示单元和电源等部分组成。图 1 为 LED 显示屏电路框图。(1)屏体屏体的主要部分是显示点阵，行列驱动电路，或者包括其他电路(并没有严格规定，可根据需要和印刷电路板的布置而定)。显示点阵多采用 88 单色或双色显示单元拼接而成。例如，32128 的条屏，需要所有 64 块 88 的显示单元，按 416 块方式组成。(2)智能显示单元该单元是独立完成显示任务的小系统或是整个LED 图文显示屏系统的某
8、一局部，它可显示汉字、线条以及简单图形。主控器件一般是采用单片机，并扩展有 RS-485 通信接口、汉字库及显示缓冲器等。每个智能显示单元都有自己的编号或地址。根据 LED 图文显示屏系统尺寸大小的需要，可选用相应数量的智能显示单元。(3)主控器它的主控器件采用单片机，并扩展有汉字库、带掉电保护的数据存储器、实时日历钟以及两个 HS-485 通信接口等，它们均嵌入到 LED 图文显示屏系统中。两个通信接口中，一个与计算机进行通信，通信距离可达数百米；另一个完成与各个智能显示单元的通信。主控器的主要功能有：接收计算机送来的命令和显示数据；将命令或数据传送给相应的智能显示单元，并负责各智能显示单元
9、显示的同步。在实际应用中，由主控器和各智能显示单元组成的 LED 图文显示屏系统是可独立工作的显示系统。(4)计算机计算机及相应的应用软件完成的主要功能是：当需要更换显示内容时，把更新后的显示数据送到主控器中；当需要改变显示模式时，给主控器传送相应的命令；当需要联机动态显示时，给主控器传送实时显示数据。由于图文显示屏的显示数据只有通断信息，而不包括灰度信息，其数据量不大，加之显示内容的更新速度比较慢，所以，上、下位机之间的数据传送可以采用串行异步通信方式。串行通信接口电平可根据需要选择 RS232、RS422 或 RS485 标准。2控制方式 LED 图文屏的应用很广，对不同的应用环境及应用要
10、求，可采用不同的控制方式。(1)群显式它适合于图文屏数量很多，且每个屏显示的内容是相同的场合，如商场、会场等。群显式可以用一台上位机连接多台下位机(图文屏)，如图 2 所示。它由上位机统一进行控制，通信采用广播方式：由上位机发出信号，各个下位机同时接收。当各个图文屏需要显示不同内容时，可通过对下位机编号进行区别。上位机发送信息时，在发送显示数据之前先发送需要接收信息的下位机编号，各个下位机在接收到编号后，判断自己是否应该接收下面的显示数据。这样，只有应该接收显示数据的下位机才继续接收，而其他下位机对后续数据不予理睬，可实现各个图文屏显示不同的内容。(2)红外遥控式在有一些场合，图文屏的显示内容
11、相对简单，内容的变化也不频繁，可以考虑不要上位机。由下位机自己存储若干必需的显示数据，用红外遥控的方法，由值班人员现场选择内容。我们可以利用电视机的红外遥控器改造成为图文屏的遥控器。(3)无线遥控式有的应用场合，图文屏的布置非常分散，屏与屏之间的距离可能很长。在这种情况下。上位机与下位机之间的通信介质再采用有线方式。就可能很不经济或不现实了。这时，可采取无线方式进行上、下位机之间的通信。四、显示屏的选用选择 LED 显示屏要结合自身的需求、场地的限制以及投资等诸多因素来决定。例如：要看显示屏是用在室内还是室外；主要用途是主要显示文字、或主要显示简单的图片及文字、或主要播放各种视频信号、动画、图
12、像及文字等情况；另外，显示屏的观看距离和准备采取哪种控制方式(同步控制或异步控制或无线控制等)也是非常重要的因素。一般来说，如果图像要求高和可视距离近，则选择点密度规格高的双基色或全彩色的显示屏；如果文字播放量大，则选择点密度低的规格。此外，还应该根据资金情况选择全色、双基色或单色显示屏，根据装修情况选择不同的外框用材，根据使用特点选择不同的控制方式。具体来说，选用 LED 显示屏应注意下面几点：1尽量选用新型广视角管 它视角宽阔，色彩纯正，一致协调，寿命超过 10 万小时。2显示屏的外封装选择目前最流行的外封装是带遮沿方形筒体，硅胶密封，无金属化装配。其外形精致美观，坚固耐用，具有防阳光直射
13、、防尘、防水、防高温、防电路短路五防特点。3根据不同 LED 显示屏的特点，结合用户的实际需求，选择合适的显示屏。(1)对于车站、码头、大市场的出入口、电梯口的人流引导，使用 d5.0mm 单色显示屏。具有字体清晰，价格低廉、机群控制的优点。(2)对于银行、商场等场合用于展示企业形象、广告等应用，要求价格低廉，使用 3.75mm 双基色显示屏。如果要求显示效果好，可使用 5mm 全彩色显示屏。(3)对于大厅等面积大的场合，使用 5mm 双基色显示屏。如果要求显示效果，使用 10mm 全彩色显示屏。(4)对于银行、邮政、电力等营业大厅，用于对服务窗口的功能定义，使用 3mm 或 5mm 显示屏显
14、示，以便于随时更换窗口的服务功能。4室外显示屏因为使用环境恶劣，对质量有更高的要求，要考虑的因素很多。(1)从使用角度看，全彩色屏是今后的主流。因其亮度高、色彩全、可全天侯工作，但价格偏高。(2)从应用的角度看，满足用户需求的产品就有存在的理由。双基色显示屏在显示文字、色彩要求不高，没有蓝色的场合，以其价格低廉、成熟稳定占领着很大市场。(3)室外屏的朝向、距离对价格起着决定性的作用。距离越远，像素越大、亮度越高。朝向东北的要比朝向西南的显示屏便宜得多。(4)屏体及屏体与建筑的结合部必须严格防水防漏。屏体要有良好的排水措施，一旦发生积水能顺利排放。(5)在显示屏及建筑物上安装避雷装置。显示屏主体
15、和外壳保持良好接地，接地电阻小于 3，使雷电引起的大电流及时泄放。(6)安装通风设备降温，使屏体内部温度在-1040之间。也可在屏体背后上方安装轴流风机，排出热量。(7)选用工作温度在-4080之间的工业级集成电路芯片，防止冬季温度过低显示屏不能启动。四、常见故障及处理办法1显示屏没有显示(1)检查屏体的供电情况，用试电笔或万用表检测开关连接处的用电器端是否有电。开关是否出现问题，或者检查线路是否断线。(2)与计算机同步的显示屏，首先检查计算机是否进入休眠状态；如果进入休眠，先进入控制面板，点击电源管理，将系统等待和关闭监视器的选项选择从不选项，这样，计算机不会休眠，显示屏可正常工作；如果没进
16、入休眠，可以打开机箱，查看控制卡和通讯电缆是否插接牢靠，检查通讯电缆是否有断线。2显示文件不全或位置不对(3)检查软件中的显示位置和屏体大小的参数，是否与安装工程师给的一致。如不知道参数，可先在屏体上数一下长和宽的像素点数，当屏体大小确定后，再看屏体上的显示区域相差多少，然后回到计算机处进行调节，直到位置吻合为止。(4)如果出现显示不全面，应检查所做的文件大小是否与屏体的屏体大小一致。(5)打开机箱，检查控制卡上是否有短路。 3通讯显示屏通讯不上(6)检查软件中的参数是否与安装工程师给的一致。(7)检查串口是否接牢，通讯线是否有断线的地方。2显示屏抖动，有横条检查连接计算机的共地线是否松动，或
17、通讯电缆是否松动。如果操作人员不能判断问题的原因，或对计算机不是很了解，不要轻易拆开机箱，可与厂家联系后再予以处理。中国大陆的 LED 显示屏产业最早起步于 1987 年前后，经过十来年的共同发展，现已初具规模。目前，LED 显示屏的生产厂家越来越多，其中不乏一些优秀的企业，他们共同繁荣了这个新兴的高科技产业。二十一世纪是个平板显示的时代，LED 显示屏作为平板显示的主流产品之一，也必将会有更大的前景。LED 显示屏是一种由计算机技术、信息处理技术、电子技术、光学及色度学等高新技术相结合的电子显示器，一般地说，LED 显示屏又分为单色屏，双色屏及全彩屏。所谓单色屏，顾名思义，显示器是由单一的某
18、种颜色的 LED 组成。把红色和绿色 LED 作为一个像素的显示屏叫双色屏或彩色屏。把红、绿、兰三种 LED 放在一起作为一个像素的显示屏叫三色屏或全彩屏。伴随绿色晶片亮度不断地提升，全彩屏正以一种前所未有的速度在普及和推广。特别是北京申奥的成功，它提出“绿色奥运“的号召，使得 LED 全彩屏的市场前景更为诱人。LED 全彩屏又分为室内屏（Indoor）和户外屏（Outdoor） ，我们先介绍几个全彩屏的常用术语。点(Pixel)：像素点的简称，一般由R/G/B 三种颜色的 LED 组成。按组成的方式不同，又分为1R/1G/1B、2R/1G/1B、2R/2G/1B 等不同的组合方式，它是全彩屏
19、的基本成像单位。点间距（Pitch）：显示屏各像素的中心点之间的距离，一般用 mm表示,它决定了一个全彩屏的像素数量。灰度等级(Gray Scale)：显示屏亮度调节的精细度就叫做显示屏的灰度等级,一般地说,灰度等级越高,显示颜色就越丰富。LED 改变颜色的驱动方式一般有两种，一种是改变 LED 的电流。一般来说，LED 的工作电流最好设定在20mA 以下，以保证 LED 的抗衰减性。另外一种是利用人眼的视觉惰性，用脉冲调制来实现灰度控制。人对像素平均亮度的感觉可取决于它的衰/灭（占空比） ，即周期性地改变占空比，只要这个周期足够短，人眼就感觉不出它的衰/灭。一般地说，室内屏的点间距（Pitc
20、h）为 2-12mm，其中 2-8mm 的室内屏一般使用 TOP 型的贴片方式或现在发展起来的亚表贴方式。户外屏的点间距（Pitch）为 14-26mm，以现在绿色 LED 亮度水平，Pitch 为 20mm 的显示屏是其中最主流的产品。国内的显示屏制造商，经过这十几年的发展，进步非常快，但和欧美日等发达国家相比，还是有一定的差距，特别是其中最主要的显示器件 LED 的封装工艺及设计水平，还是有很多不足之处。深圳雷曼光电科技有限公司作为中国光学光电子行业协会 LED 显示屏分会的成员之一，长期专注于显示屏用 LED 的配光研究，公司汇集了一批长期致力于 LED 研究的精英，投入大量设备及人力对
21、国外领先同行的产品进行深入研究，并结合自身的特点，总结出一套 LED 配光、配色的解决方法，现与大家分享，以共同提高各 LED 封装厂的工艺和配光水平，为中国LED 全彩显示屏的技术提升尽一份自己的责任。LED 配光方法是一整套技术，它包括投产晶片的 K-factor 管理、封装工艺的控制、白平衡的调配及 LED Lens 的光学设计等等。现分别陈述如下：一、晶片的 K-factor 管理雷曼光电对每一批量产产品的晶片都进行了严格地控制。我们为每一产品都建立了自己的档案，从这份档案中我们可以清楚知道某一生产令的投产晶片资料，而且会把所有的分级数据存档分析，这样我们就有了公司所有产品的 K-fa
22、ctor 明细，从而也从源头开始就把产品列入控制，我们就能根据客户的具体需求，精确地计算出我们所需要晶片的规格。特别是生产全彩显示屏用的产品，我们对晶片的控制特别严格，不仅仅是达到客户的亮度要求就够了，我们要站在客户的角度上，实实在在地为他们解决白平衡调节中所遇到的困难，除了要达到客户的波长要求和亮度要求外，以下两点细节要特别引起注意，一是成品的亮度要成正态分布，不能出现亮度不连续的现象，对波长的要求也一样，而且要特别注意晶片投料时一定要把所投晶片的波长平均值明细以及每板晶片的数量列出，要在电脑上进行分析，也可以作一个直方图，以明确晶片的波长分布是否成正态分布。如果以上细节不注意，显示屏制造商
23、在调白平衡时，由于 LED 的亮度和波长不成正态分布，调整起来就特别不容易。二、封装工艺的控制全彩显示屏用 LED 的封装工艺有自己的特点。我们首先要做的是控制原物料，因为户外全彩屏的使用环境恶劣，不是长期在高温下工作就是长期在低温下工作，而且长期受雨水的腐蚀，如 LED 的信赖度不是很好，很容易出现瞎点的现象，所以我们很注意对原物料品质的控制。公司有一整套物料检查的先进设备，可以帮助我们严格地控制原物料。我们全彩屏 LED 产品上，都是使用具有高导热、导电性能的优质铜支架，这样可以大大地降低 LED的热阻。另外，我们对支架的镀层也作了特别规定，以保证我们的品质需求。为了提高成品的亮度，我们还
24、对支架碗杯作了亚光处理。在环氧树脂的选择上，我们针对显示屏的工作特点，特别选用了能够抗 UV 的高 Tg 胶水。在烘烤工艺上，我们使用的是缓冷缓热的烘烤工艺，这种烘烤工艺经我们大量的实验，可以提高胶水的 Tg 点，而且最为关键的是它可以有效地降低胶水的内应力，这就大大地提高了产品的信赖性。三、白平衡设计我们根据客户的需求，总结出一套自己的计算方式。客户只要将你所需要的亮度和显示屏的点间距告诉我们，我们就可以全方位地为客户服务，为客户的显示屏作一个完美的配光方案。为方便下面的介绍，我先介绍几个术语及定义。白平衡：将三种颜色调配到一种设想的白色的过程。调配可分两个内容：颜色和亮度。1：设定固定条件
25、：温度、电压、选用电源线。2： 设定颜色目标及范围（公差） ，一般是指目标颜色的 X，Y 值。 3：进行白色亮度调节。混合色的总亮度等于组成混合色的各种颜色的亮度总合称为亮度相加定律。颜色外观相同的光，不管它们的光谱成份是否一样，在颜色混合中具有相同的效果，就是说，凡是在视觉上相同的颜色都是等效的，由此定律可导出颜色的代替律。颜色匹配方程若以（C）代表被匹配颜色的单位， （R） （G） （B）代表产生混合色的红、绿、蓝三原色的单位，R、G、B、C 分别代表红、绿、蓝和被匹配颜色的数量，当达到匹配时：C（C）R（R）G（G）B（B）表示视觉上相等，R、G、B 为代表量，可以为负值。请参看下图：我
26、们先介绍一个重心定律给大家，图中 B 为颜色 1，G为颜色 2，R 为颜色 3，C 为 G+R 的混合色，W 为 B+C 的混合色，这其实就是一个白平衡的示意图，我们可以把 C 作为绿色和红色的混合色，从图中可以看出，它大约位于黄色的区域，C 再和蓝色混合，它可以通过我们的白色区间，是可以混出白光的。 其中B=X1+Y1+Z1C=X2+Y2+Z2X1、Y1、Z1；X2、Y2、Z2 为蓝光和混合色 C 的三刺激值。重心定律就是： CM/BM=B/C=（X1+Y1+Z1）/（X2+Y2+Z2）也就是 CM 的距离与 C 成反比，即混合色中 C 所占的比重越大，CM的距离越短，这就和白灯制作时大家的
27、经验一样，荧光粉的量越多，光色越偏黄（即 CM 越短） 。下面给大家介绍我们的计算方法：1. 首先要将面光源转为点光源，得出 W 点的亮度值，我们知道面光源的单位是 Nit，即 cd/m2，而我们 LED 的亮度是 mcd，我们注意将单位转 mcd。用显示屏的总亮度除以每平方米的点数即可。2. 寻找 R、G 两种颜色配色后的座标（已知 R、G、B、W 四点座标计算 BW 直线的延长线的交点可得出 C 点座标） 。3. 根据重心定律可计算出 C 点的 IV 值（已知 W 点的 IV 值） 。4. 根据补色原理，可以得出 B、G、R 的 IV 值。5. 根据所需的 IV 值计算所需用的电流值（前提
28、是已知 20mA 的 IV值，且近似认为 IV 与电流成正比） 。说明：1.该方法可计算 R/G/B 各需要的 LED 数。2.可近似的计算在使用过程中 R/G/B 所需要的电流值，这里的电流只能是近似值，有以下原因： IV 与电流不一定完全成正比关系。 所知道的 LED 的 IV、WD 为一平均值。故在调白平衡时，还要根据实际情况，略作调整，不能完全照此数值来进行调节。也许你认为上述方法过于专业和繁琐，那我们还有一种比较简便的方法供你参考，为解说方便，我们以举例的方式来介绍。我们知道，混合一种白光的 R/G/B 大致比例为 3：6：1，我们根据这个知识就很方便地计算出每种颜色 LED 所需的
29、亮度值。比如有一客户需要一块Pitch 为 16mm，亮度为 5000Nit 的户外全彩屏，那么我们应该怎样来计算我们的 LED 每种颜色到底需要多高亮度。1.先计算每一平方米的 Pixel 数量=1 m2/（16mm X16mm X10-6）=3906 pcs/m22.每一 Pixel 的亮度=5000Nit/3906 pcs/m2=1.28cd/m23.如果像素组成方式为 1：1：1 时，则可按以下方法计算Red=1.28 X 30% X 1000=384mcdGreen=1.28 X 60% X 1000=768mcdBlue=1.28 X 10% X 1000=128mcd这样我们很快
30、就知道了答案，很方便是吗？但以上计算方法只能很粗略地计算，而且有一点要特别注意，由于 LED 装上屏后，要封上一层黑胶，这会降低 LED 的亮度，再加上各种不同的 LED 在老化后都有不同程度的衰减，根据我们多年的经验，为使显示屏达到在阳光下图像清晰所必需的 5000Nit，最好将设计值提高 30%，即为6500Nit 比较安全。四、Lens 的光学设计 LED 是一个十分精密的光学系统，碗杯、晶片和 Lens 的搭配要十分得当才是一个好的光学设计。一般地说，我们原来大部份封装厂都没有很重视这一点，这也是我们的显示屏技术赶不上欧美等发达国家的一个很重要的原因。我们经过大量的分析，发现红色晶片和
31、双垫极的绿、蓝色晶片，在晶片的材质、各结构层的厚薄、折射率以及它们裸晶光斑都有很大的差异，且它们的物理尺寸也相差太大，要想使 R/G/B 三种颜色的LED 亮度变化在左右各 90 度的范围内保持高度一致，须使用不同的光学 Lens。雷曼光电公司投入力量研制出了两幅光学 Lens（模条） ，一幅为红色晶片专用，另一幅为绿、蓝色专用。这样我们就成功地解决了这个多年的难题。下面我们将雷曼光电 LED 的 R/G/B 三色配光图与市面常见 LED 的 R/G/B 三色配光图作一比较，以便大家更明确。上两幅图是使用雷曼光电自行研制光学透镜的 LED 产品的配光效果，分别为水平和垂直方向的亮度、角度变化曲线。下两幅图是目前市面常见 LED 产品的配光效果。从图中可以看出，市面 LED 产品在 50 度角度左右可能会偏红，要调整到比较理想的效果比较困难。雷曼光电自行研制的产品考虑到了客户的这种需求，在左右 90 度范围内的红绿蓝三种颜色的配光曲线平滑，一致性好，达到理想水平，这就为显示屏的白平衡调节提供了强有力的支持。以上是雷曼光电在LED 封装及配光、配色方面的一些经验，借此机会与大家分享。愿我们与各 LED 显示屏企业共同齐心协力，为提高我国 LED 显示屏的整体技术水平而共同努力。
