LED显示屏

概述

LED显示屏(LEDdisplay):是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它具有发光率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。LED显示屏一般用来显示文字、图像、视频、录像信号等各种信息。

工作原理

LED,发光二极管(lightemittingdiode缩写),它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,由镓(Ga)与砷(As)、磷(P)、氮(N)、铟(In)的化合物制成的二极管,当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯,或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光,铟镓氮二极管发蓝光。

LED显示屏通常由主控制器、扫描板、显示控制单元和LED显示屏体组成,主控制器从计算机显示卡获取一屏各像素的各色亮度数据,然后分配给若干块扫描板,每块扫描板负责控制LED显示屏上的若干行(列),而每一行(列)上的LED显示信号则用串行方式通过本行的各个显示控制单元级联传输,每个显示控制单元直接面向LED显示屏体。主控制器所作的工作,是把计算机显示是配卡的信号转换成LED显示屏所需要的数据和控制信号格式。显示控制单运的作用,和图像显示屏的情况类似,一般由带有灰度级控制功能的移位寄存器锁存器构成。只是视频LED显示屏的规模往往更大,所以应该使用集成规模更大的集成电路。扫描扳所起的作用正所谓承上启下,一方面它接受主控制器的视频信号,另一方面把属于本级数据传送给自己的各个显示控制单元,同时还要把不属于本级的数据向下一个级联的扫描扳传输。视频信号和LED显示数据,在空间、时间、顺序等各方面的差别,都需要有扫描板来协调。

LED显示屏优势:

1、面积延展性,LCD面积大了难以实现无缝拼接,LED显示屏可任意延展,并实现无缝拼接。

2、LCD等离子屏光通量衰减很快,一般运行一年半左右时间,就需要更换,但LED显示屏同等运行条件下至少五年没问题。

3、LED刷屏机可运用互动技术,增强刷屏机作为媒介与受众之间的互动,如定制触摸屏、实现云技术播控管理等。

4、在显示效果方面,LED显示屏的高亮度、较广的观看角度和良好的色彩还原能力也优于LCD屏。LED刷屏机一般用于机场、商场、酒店、高铁、地铁、影院、展会、写字楼等,目标客户消费能力强,具有巨大的价值。


应用

因为LED显示屏具有尺寸大、视角广、亮度高和色彩艳丽等特点,它在单色标识和全彩显示方面的使用十分广泛。随着LED技术的发展,LED显示屏以杰出的优势变成一种平板显示器的主流商品,在金融、交通、体育、等领域得到广泛使用。跟着社会信息化进程的加速,LED显示屏在信息化显示范畴的使用将会愈加宽广。LED在社会经济生活中的详细使用范畴首要包含:

①证券交易、金融信息显现。在该范畴中使用的LED显现屏需求量最大,简直占到50%的LED显现屏市场份额,现在仍有较大的需求。

②车站、港口旅客引导信息显现。由以LED显现屏为主体的信息与播送体系、列车到发提示体系、票务信息体系等一起组成的客运纽带的自动化体系,变成中国火车站和港口技术开展和改造的主要内容。

③机场航班动态信息显现。中国民航机场建造对显现屏的请求十分清晰,LED显现屏是航班显现体系(FlightInformationDisplaySystem,FIDS)的首选商品。

④体育场馆信息显现。LED显现屏作为竞赛信息显现釉竞赛实况播映的首要手段,已替代了传统的灯火及CRT显现屏,变成现代体育场馆必各的设备之一。

⑤道路交通信息显现。在城市交通、高速公路等范畴,智能交通体系(ITS)的开展促进了LED显现屏作为可变情报板、限速标志等的广泛使用。

⑥调度指挥中心信息显现。电力调度、车辆劝态盯梢、车辆调度办理等范畴正在逐渐选用高密度的LED显现屏。

⑦媒体。除单一大型户内、户外LED显现屏作为媒体外,集群LED显现屏体系、列车LED显现屏发布体系等也得到选用和。

⑧邮政、电信、商场、购物中心等效劳范畴的趾务宣扬及信息显现。在这些场合大多选用LED显现屏。

⑨演出大型LED显现屏越来越普遍地用于公共和政治意图的视频直播,在实况播映和信息发布方面发挥了主要作用。

⑩博览会。LED显现屏作为展览组织者供给的主要效劳内容之一。国外还有一些较大的专业性LED显现屏租借公司,也有一些较大的制造商供给租借效劳。


分类

LED显示屏分类多种多样,大体按照如下几种方式分类:

(1)按使用环境分类

LED显示屏按使用环境分为户内、户外及半户外屏。

户内LED显示屏面积一般从不到1平米到十几平米,室内LED显示屏在室内环境下使用,此类显示屏亮度适中、视角大、混色距离近、重量轻、密度高,适合较近距离观看。

户外LED显示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2500-10000点每平米),发光亮度在5500-8500cd/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LED显示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)按颜色分类

按颜色可分为:单色,双基色,三基色(全彩)。

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(例如殡仪馆)。

双基色LED显示屏由红色和绿色LED灯组成,256级灰度的双基色显示屏可显示65,536种颜色(双色屏可显示红、绿、黄3种颜色)。

全彩色LED显示屏由红色、绿色和蓝色LED灯组成,可显示白平衡和16,777,216种颜色。

(3)按控制或使用方式分类

按控制或使用方式分为: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监视器上的图时映射电脑像,通常具有多灰度的颜色显示能力,可达到多媒体的宣传效果。

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分类

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 62500像素/平米∮3.75mm 44321像素/平米∮5.0mm 17222像素/平米

室内表贴像素点数:

P1.58  400689点/平米

P1.9    277000点/平米

P2.0    250000点/平米

P2.5    160000点/平米

P3    111111点/平米

P4    62500点/平米

P5    40000点/平米

P6    27777点/平米

P7.62  17222点/平米

P8     15625点/平米

P10    10000点/平米

户外屏的像素直径及像素点数

P10    10000点/平米

P12.5   6400点/平米

P16     3906点/平米

P20     2500点/平米

P25     1600点/平米

P31.25   1024点/平米

(5)按显示性能分类

按显示性能可分为:

视频显示屏:一般为全彩色显示屏

文本显示屏:一般为单基色显示屏

图文显示屏:一般为双基色显示屏

行情显示屏:一般为数码管或单基色显示屏;

(6)按显示器件分类

按显示器件可分为

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。

LED视频显示屏:显示器件是由许多发光二极管组成,可以显示视频、动画等各种视频文件。

常规型LED显示屏:采用钢结构将显示屏固定安装于一个位置。主要常见的有户外大型单立柱LED屏,以及车站里安装在墙壁上用来播放车次信息的单、双色LED显示屏等。

租赁型LED显示屏:在设计时,研发部就考虑到该屏经常会用于安装与拆卸,所以左右箱体采用带定位功能的快速锁连接,定位精准,整个箱体安装10秒之内完成。租赁屏主要用于舞台演出、婚庆场所以及大型春晚。

(7)按照发展方向分类

按照发展方向可分为

已经广泛使用的“传媒类显示屏”:门头的条幅单双色显示屏、广场楼体表面的全彩显示屏,以宣传为主;

正在悄然升起的“工业指示类显示屏”:给PLC\DCS等集散控制系统,配套辅助性质的显示屏,例如显示转速、流量、温度、压力等等;


选型指南

1、1、环境亮度对于屏体的亮度要求
  一般亮度要求如下:

  (1)室内:>800CD/M2

(2)半室内:>2000CD/M2

(3)户外(坐南朝北):>5500CD/M2
  (4)户外(坐北朝南):>8000CD/M2
  红绿蓝在白色构成方面有何亮度要求:红、绿、蓝在白色的成色方面贡献是不一样的。其根本原因是由于人类眼睛的视网膜对于不同波长的光感觉不同而造成的。经过大量的实验检验得到以下大约比例,供参考设计:
  简单红绿蓝亮度比为:3:6:1,精确红绿蓝亮度比为:3.0:5.9:1.1,在明确亮度及点密度的要求条件下,如何计算单管的亮度:
  计算方法如下:(以两红、一绿、一蓝为例)
  红色LED灯亮度:亮度(CD)/M2÷点数/M2×0.3÷2
  绿色LED灯亮度:亮度(CD)/M2÷点数/M2×0.6
  蓝色LED灯亮度:亮度(CD)/M2÷点数/M2×0.1
  例如:每平米2500点密度,2R1G1B,每平米亮度要求为5000CD/M2,则:
  红色LED灯亮度为:5000÷2500×0.3÷2=0.3
  绿色LED灯亮度为:5000÷2500×0.6=1.2
  蓝色LED灯亮度为:5000÷2500×0.1=0.2
  每像素点的亮度为:0.3×2+1.2+0.2=2.0CD


2、 2、考虑用户场地所能允许的屏体面积的因素

(1)有效视距与实际场地尺寸的关系;
  (2)像素尺寸与分辩率;
  (3)单元为基数的面积估计;
  (4)屏体机械安装及维护操作空间;
  (5)屏体倾角对距离的影响。

3、 3、用户需要的播放效果


(1)文字显示:视其文字尺寸及分辩需求而定;
  (2)普通视频显示:320×240点阵;
  (3)数字标准DVD显示:≥640×480点阵;
  (4)完整计算机视频:≥800×600点阵;

4、4、显示屏的尺寸设计所要考虑的因素


 (1)显示内容的需要;
  (2)场地空间条件;
  (3)显示屏单元模板尺寸(室内屏)或像素大小(户外屏);

(4)显示屏一般的长宽比例;

(5)图文屏:根据显示的内容确定;

(6)视频屏:一般为4:3或接近4:3;理想的比例为16:9。


5、5、显示屏耗电指标与电源的要求


显示屏的耗电量分为平均耗电量和最大耗电量。平均耗电量又称工作电量,是平时实际耗电量。最大耗电量是启动时或全亮等极端情况时的耗电量,最大耗电量是交流电供电(线径,开关等)必须考虑的要素。平均耗电量一般为最大耗电量的1/3。

6、6、LED的关键指标


(1)最大输出电流:目前主流的恒流源LED驱动芯片最大输出电流多为每通道90mA左右。每通道同时输出恒定电流的最大值对显示屏更有意义,因为在白平衡状态下,要求每通道都同时输出恒流电流。
  (2)恒流输出通道数:恒流源输出通道有8位和16位两种规格,16位占主流,其主要优势在于减少了芯片尺寸,便于LED驱动板(PCB)布线,特别是对于点间距较小的LED驱动板更有利。
  (3)精确的电流输出:一种是同一个芯片通道间电流误差值;另一种是不同芯片间输出电流误差值。精确的电流输出是个很关键的参数,对LED显示屏的显示均匀性影响很大。误差越大,显示均匀性越差,很难使屏体达到白平衡。主流恒流源芯片的位间(bittobit)电流误差一般在±3%以内,片间(chiptochip)电流误差在±6%以内。
  (4)数据移位时钟:其决定了显示数据的传输速度,是影响LED显示屏的更新速率的关键指标。作为大尺寸显示器件,显示刷新率应该在85Hz以上,才能保证稳定的画面(无扫描闪烁感)。较高的数据移位时钟是显示屏获取高刷新率画面的基础。主流恒流源驱动芯片移位时钟频率一般都在15MHz~25MHz以上。

7、7、耗电与电源要求

灯条最大耗电量是启动时或全亮等极端情况时的耗电量,最大耗电量是交流电供电(线径,开关等)必须考虑的要素。平均耗电量一般为最大耗电量的1/3。LED灯条转换电源很重要,主要分恒流电源、恒压电源;AC220V输入,DC12V输出、DC24V输出、DC36V输出、DC48C输出。LED电源,也可以分防雨电源、非防水电源、防水电源;

显示屏属大型精密电子设备,为了安全使用及可靠工作,其AC220V电源输入端或与其相连计算机的AC220V电源输入端必须接地。显示屏转换电源非常重要(LED开关电源),AC220V输入,DC5V输出。也有DC3.3V输出、DC7.5V输出、DC13.8V输出;车载显示屏,电源DC12V输入、DC24输入……


维护保养

1.清洗

LED显示屏在安装前和安装后都需要进行清洗,这是非常重要的一个环节,可以防止LED显示屏在动作过程中出现不清晰现象、马赛克现象和黑屏时有偏色现象等。显示屏在运作一定时间后会有灰尘等影响显示的杂物堆积,定期清洗和维护LED显示屏,能延长LED显示屏的使用寿命,提高LED显示屏的使用质量。所以LED显示屏的清洗工作无论是在装屏前还是在装屏后,都显得尤为重要。

①LED模组半成品时的清洗

在LED模组还只是半成品没有装套件的时候,需要用专用的洗板水进行清洗,将LED模组沾上些洗板水后再用毛刷刷洗,加速松香的溶解和助焊剂的脱落,去除灰尘和杂质。

②LED电子显示屏安装后的清洗

LED电子显示屏安装显示一段时间后会有灰尘和杂质堆积,为了不影响显示屏的显示效果,需要用清水或者清水加洗洁精之类的清洁剂对LED显示屏的表面进行清洗,注意只能对的表面进行清洗,而且清洗时要特别小心,不能将清洗的水弄到LED模组的背面。

2、防静电

LED非常重视防静电措施。

①静电的来源

对电路产生影响的的静电来源主要有人体,塑料制品和有关设备仪器,其中来自使用环境的静电源有以下几项:

物体、材料

地板、工作桌椅

工作服、包装容器

油漆或打蜡的表面,有机和玻璃纤维材料。

水泥地板,油漆或打蜡的地板,塑料地砖或地板革。

化纤工作服,非导电工作鞋,清洁棉质工作服。

塑料,包装盒,箱,包,盘,泡沫塑料衬垫。

静电放电失效

突发性失效和潜在性失效。

在使用环境中的静电失效90以上为潜在性失效,表现为电路的抗电过应力能力消弱,使用寿命缩短。

②防静电措施

对使用静电敏感电路人员进行静电知识和有关技术的培训。

建立防静电工作区,在该区内使用防静电地板,防静电工作台,防静电接地引线以及防静电器具,并将该去相对湿度控制在40以上。

静电对电子设备所造成的危害可能放生在从制造商到野外设备的任何地方。危害是由于没有充足,有效的训练和设备操纵失灵而引起的。LED是对静电敏感的设备。INGAN晶片通常被认为是“第一位”易受干扰的。而ALINGAPLEDSSHI“第二位”或更好的。

ESD被损坏的设备能显示出暗淡,模糊,熄灭,短的或低VF或VR。ESD被损坏的设备不应不电子过载相混淆,如:因错误的电流设计或驱动,晶片挂接,电线屏蔽接地或封装,或普通的环境诱导压力等。

ESD的安全和控制程序:大多数电子和电光学公司的ESD非常相似,并已经成功实现了所以设备的ESD控制,操纵和主程序。这些程序因为ESD远古已经用于检测质量效果的仪器。ISO-9000认证也把他列如正常控制程序。


注意事项

1、开关顺序:

开屏时:先开机,后开屏。关屏时:先关屏,后关机

(先关计算机不关显示屏,会造成屏体出现高亮点,led烧毁灯管,后果严重。)

2、开关屏时间隔时间要大于5分钟。

3、计算机进入工程控制软件后,方可开屏通电。

4、避免在全白屏幕状态下开屏,因为此时系统的冲击电流最大。5、避免在失控状态下开屏,因为此时系统的冲击电流最大。

A计算机没有进入控制软件等程序;

B计算机未通电;

C控制部分电源未打开。

6、环境温度过高或散热条件不好时,LED照明应注意不要长时间开屏。

7、电子显示屏体一部分出现一行非常亮时,应注意及时关屏,在此状态下不宜长时间开屏。

8、经常出现显示屏的电源开关跳闸,应及时检查屏体或更换电源开关。

9、定期检查挂接处的牢固情况。如有松动现象,注意及时调整,重新加固或更新吊件。

10、根据大屏幕显示屏屏体、控制部分所处环境情况,避免虫咬,必要时应放置防鼠药。


故障排除

LED发热

LED发热的原因:

LED发热的原因是因为所加入的电能并没有全部转化为光能,而是一部分转化成为热能。LED的光效只有100lm/W,其电光转换效率大约只有20~30%左右。也就是说大约70%的电能都变成了热能。

具体来说,LED结温的产生是由于两个因素所引起的:

①内部量子效率不高,也就是在电子和空穴复合时,并不能100%都产生光子,通常称为由“电流泄漏”而使PN区载流子的复合率降低。泄漏电流乘以电压就是这部分的功率,也就是转化为热能,但这部分不占主要成分,因为内部光子效率已经接近90%。

②内部产生的光子无法全部射出到芯片外部而最后转化为热量,这部分是主要的,因为这种称为外部量子效率只有30%左右,大部分都转化为热量了。

就如前文所说虽然白炽灯的光效很低,只有15lm/W左右,但是它几乎将所有的电能都转化为光能而辐射出去,因为大部分的辐射能是红外线,所以光效很低,但是却免除了散热的问题。

LED的散热解决方式:

解决Led的散热,主要从两个方面入手,封装前与封装后,可以理解为Led芯片散热与Led灯具散热。Led芯片散热主要与衬底和电路的选择与工艺有关,因为任何LED都会制成灯具,所以LED芯片所产生的热量最后总是通过灯具的外壳散到空气中去。如果散热不好,因为LED芯片的热容量很小,一点点热量的积累就会使得芯片的结温迅速提高,如果长时期工作在高温的状态,它的寿命就会很快缩短。然而这些热量要能够真正引导出芯片到达外部空气,要经过很多途径。具体来说,LED芯片所产生的热,从它的金属散热块出来,先经过焊料到铝基板的PCB,再通过导热胶才到铝散热器。所以LED灯具的散热实际上包括导热和散热两个部分。

然而LED灯壳散热依据功率大小及使用场所,也会有不同的选择。主要有以下几种散热方法:

铝散热鳍片:这是最常见的散热方式,用铝散热鳍片做为外壳的一部分来增加散热面积。

导热塑料壳:在塑料外壳注塑时填充导热材料,增加塑料外壳导热、散热能力。

空气流体力学:利用灯壳外形,制造出对流空气,这是最低成本的加强散热方式。

风扇:灯壳内部用长寿高效风扇加强散热,造价低,效果好。不过要换风扇就是麻烦些,也不适用于户外,这种设计较为少见。

导热管:利用导热管技术,将热量由LED芯片导到外壳散热鳍片。在大型灯具,如路灯等是常见的设计。

表面辐射散热处理:灯壳表面做辐射散热处理,简单的就是涂抹志盛威华辐射散热涂料,可以将热量用辐射方式带离灯壳表面。

以下介绍一种新型的散热涂料:ZS-411辐射散热降温涂料,涂料涂层具有高热传导率和较大的散热表面积,同时在相当宽的波长范围内(1-20μm)具有高辐射率,可以显著提高包括传导、对流、辐射散热的综合性能。

这种涂料采用高性能散热溶液,该散热溶液具有较高的可见光和近红外光反射率、较高的热红外发射率和稳定性等特殊性能,同时还具有良好的物理性能、化学性能和良好的施工性多种复合性,该散热溶液工作原理是靠无机胶体微粒(小于100纳米)发生凝聚而产生结合力。涂料溶液里添加纳米碳管等具有较高的热传导率和发射性的材料,能使涂层表面呈现宏观光洁微观粗糙的形貌的纳米材料组元,可以大大增加散热装置与外界的接触面积,显著提升散热效果。同时加入大量被电子跃迁过的多种尖晶石作为复合红外辐射体,既增加了杂质能级,提高了红外辐射系数,又保持了相应的热稳定性、耐热性。


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