浅析LED显示屏关键技术与发展前景

中国投影网投影资讯　2010-8-4 8:34:14　编辑：影子　[ 大中小 ]

　　随着公共场合信息的增多，建立性能优良、价格低廉的大面积信息宣传媒体一直是技术人员所关注的重点问题之一。根据应用场合的不同，要求的显示性能以及对显示系统成本的要求的不同，人们可以选择不同的显示媒体。考虑到用于户内外的大屏幕显示媒体对显示设备的颜色、亮度、视频效果、可靠性、寿命等性能要求比较苛刻。

　　一般来讲，用户既要求显示系统能够显示出接近于自然色彩的真彩画面，并且还要求具有较高的显示亮度，无论是在白天还是在晚上，晴天还是阴天，都能够让观众清楚的看到其内容、能够根据外部自然光强度的变化自动地对其显示正在播放的视频节目、具有较高的可靠性和性能价格比、易于维护。综合上述诸多的因素，通过对磁翻版、真空像素管、电视墙、LED显示屏的比较，发现LED作为显示像素可以很好的满足上述要求，是一种很好的户内外显示屏媒体。

　　因此，利用LED器件制造大型平板显示屏系统成为LED器件应用的重要领域，进而推动了大型显示屏系统发展并形成一种产业。用LED器件组成显示屏的最大特点在于其制造不受面积限制，可以达到几十甚至几百平方米以上，应用于室内外的各种公共场合显示文字、图形、图像、动画、视频图像等各种信息，成百上千人同时驻足观看，具有较强的广告渲染力和震撼力，对都市的社会活动有较强的气氛渲染作用，美化和丰富了人们的生活环境。

　　目前，LED显示屏的生产制造数量比较多，其技术也相对成熟。各个企业制造的显示屏的结构、原理基本相似，如何提高显示屏的技术性能、降低成本是各个企业竞争的关键所在。现在，市场上销售的LED显示屏的价格基本相同，但是，不同的企业生产的显示屏的质量不同，其原因是多方面的，包括有LED显示模块的质量、亮度、亮度均匀性、封装等技术的差异，数据的通讯传送方式、抗干扰能力的差异以及控制电路的差异，而对LED显示屏进行校正的技术可有效地帮助企业解决这些难题。目前采用LED显示屏校正技术的企业仍然比较少，但随着行业对高品质显示屏的需求越来越大，LED显示屏的关键技术将会得到大力的推广，并最终成为确保品质的关键。

　　像素失控率

　　像素失控率是指显示屏的最小成像单元（像素）工作不正常（失控）所占的比例。而像素失控有两种模式：一是盲点，也就是瞎点，在需要亮的时候它不亮，称之为瞎点；二是常亮点，在需要不亮的时候它反而一直在亮着，称之为常亮点。一般地，像素的组成有2R1G1B（2颗红灯、1颗绿灯和1颗蓝灯，下述同理）、1R1G1B、2R1G、3R6G等等，而失控一般不会是同一个像素里的红、绿、蓝灯同时全部失控，但只要其中一颗灯失控，我们即认为此像素失控。为简单起见，我们按LED显示屏的各基色（即红、绿、蓝）分别进行失控像素的统计和计算，取其中的最大值作为显示屏的像素失控率。

　　失控的像素数占全屏像素总数之比，我们称之为“整屏像素失控率”。另外，为避免失控像素集中于某一个区域，我们提出“区域像素失控率”，也就是在100×100像素区域内，失控的像素数与区域像素总数（即10000）之比。此指标对《LED显示屏通用规范》SJ/T11141-2003中“失控的像素是呈离散分布”要求进行了量化，方便直观。

　　目前国内的LED显示屏在出厂前均会进行老化（烤机），对失控像素的LED灯都会维修更换，“整屏像素失控率”控制在1/104之内、“区域像素失控率”控制在3/104之内是没问题的，甚至有的个别厂家的企业标准要求出厂前不允许出现失控像素，但这势必会增加生产厂家的制造维修成本和延长出货时间。在不同的应用场合下，像素失控率的实际要求可以有较大的差别，一般来说，LED显示屏用于视频播放，指标要求控制在1/104之内是可以接受，也是可以达到的；若用于简单的字符信息发布，指标要求控制在12/104之内是合理的。

　　灰度等级

　　灰度也就是所谓的色阶或灰阶，是指亮度的明暗程度。对于数字化的显示技术而言，灰度是显示色彩数的决定因素。一般而言灰度越高，显示的色彩越丰富，画面也越细腻，更易表现丰富的细节。

　　灰度等级主要取决于系统的A/D转换位数。当然系统的视频处理芯片、存储器以及传输系统都要提供相应位数的支持才行。目前国内LED显示屏主要采用8位处理系统，也即256（28）级灰度。简单理解就是从黑到白共有256种亮度变化。采用RGB三原色即可构成256×256×256=16777216种颜色。即通常所说的16兆色。国际品牌显示屏主要采用10位处理系统，即1024级灰度，RGB三原色可构成10.7亿色。

　　灰度虽然是决定色彩数的决定因素，但并不是说无限制越大越好。因为首先人眼的分辨率是有限的，再者系统处理位数的提高会牵涉到系统视频处理、存储、传输、扫描等各个环节的变化，成本剧增，性价比反而下降。一般来说民用或商用级产品可以采用8位系统，广播级产品可以采用10位系统。

　　亮度鉴别等级

　　亮度鉴别等级是指人眼能够分辨的图像从最黑到最白之间的亮度等级。前面提到显示屏的灰度等级有的很高，可以达到256级甚至1024级。但是由于人眼对亮度的敏感性有限，并不能完全识别这些灰度等级。也就是说可能很多相邻等级的灰度人眼看上去是一样的。而且眼睛分辨能力每人各不相同。对于显示屏，人眼识别的等级自然是越多越好，因为显示的图像毕竟是给人看的。人眼能分辨的亮度等级越多，意味着显示屏的色空间越大，显示丰富色彩的潜力也就越大。亮度鉴别等级可以用专用的软件来测试，一般显示屏能够达20级以上就算是比较好的等级了。

　　灰度非线性变换

　　灰度非线性变换是指将灰度数据按照经验数据或某种算术非线性关系进行变换再提供给显示屏显示。由于LED是线性器件，与传统显示器的非线性显示特性不同。为了能够让LED显示效果能够符合传统数据源同时又不损失灰度等级，一般在LED显示系统后级会做灰度数据的非线性变换，变换后的数据位数会增加（保证不丢失灰度数据）。现在国内一些控制系统供应商所谓的4096级灰度或16384级灰度或更高都是指经过非线性变换后灰度空间大小。4096级是采用了8位源到12位空间的非线性变换技术，16384级则是采用8位到16位的非线性变换技术。由8位源做非线性变换，转换后空间肯定比8位源大。一般至少是10位。如同灰度一样，这个参数也不是越大越好，一般12位就可以做足够的变换了。

　　经过近十年的发展，我国LED显示屏产业发展目前已初具规模，基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。2008年LED显示屏市场规模约100亿元。2009年中国LED显示屏表现可圈可点，当然相比08年金融危机，09年我国LED显示屏还是增长明显快于08年。通过2010年中国整个经济的复苏，那么在2011年LED显示屏市场增长将开始恢复增长。从2008年到2013年，预计复合平均年增长率为19.3%，在2013年LED显示屏市场将会达到124亿美元。随着北京奥运会、上海世博会、广州亚运会等重大赛会的举办和筹备，体育场馆、机场、车站、银行、医院、公共广场商业场所、居民社区的大面积应用，LED显示屏的市场应用空间将不断扩大。

　　另外，LED显示屏不受空间限制，可以根据用户要求设计屏的大小，表现文字、图案、图像。目前LED正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高发光密度、更高发光均匀性、全色化方向发展。现今无论全球的LED大屏幕产业还是中国LED大屏幕产业都处于一个高速增长的阶段。特别是近年来在“低碳”节能降耗的潮流驱动下，LED技术进一步得到广泛应用，市场容量每年将保持15%以上的速度增长。

　　值得关注的是：以前国内显示屏生产企业采用国外器件的比较多，现在国产器件的使用量在逐步加大，只要国产器件的性能能够达到要求，还是会首先选择国产器件。此外，近年我国LED显示屏产业的发展呈现从业人员年轻化、行业增长速度快、技术创新能力强等特点。正是由于从业人员技术创新能力的不断提升，使得国内LED显示屏技术也在不断的进步，相信，中国LED显示屏不论是在技术创新上，还是在市场占有率上都会突飞猛进。

LED显示屏常用术语解释：

　　1、LED亮度
　　户外LED显示屏-上海幸马-陈晓翔：13651996328发光二极管的亮度一般用发光强度(Luminous Intensity)表示,单位是坎德拉cd；1000ucd（微坎德拉）=1 mcd（毫坎德拉）, 1000mcd=1 cd。室内用单只LED的光强一般为500ucd-50 mcd，而户外用单只LED的光强一般应为100 mcd-1000 mcd，甚至1000 mcd以上。
　　2、 LED象素模块
　　LED排列成矩阵或笔段，预制成标准大小的模块。室内显示屏常用的有8*8象素模块、8字7段数码模块。户外显示屏象素模块有4*4、8*8、8*16象素等规格。户外显示屏用的象素模块因为其每一象素由两只以上LED管束组成，固又称其为集管束模块。
　　3、象素(Pixel)与象素直径
　　LED显示屏中每一个可被单独控制的LED发光单元(点)称为象素(或象元)。象素直径∮是指每一象素的直径，单位是毫米。
　　对于室内显示屏，一般一个为单个LED，外形为圆形。室内显示屏象素直径校常见的有∮3.0、∮3.75、∮5.0、∮8.0等，其中以∮3.75和∮5.0最多。
在户外环境，为提高亮度，增加视距，一个象素含有两只以上集束LED；由于两只以上集束LED一般不为圆形，固户外显示屏象素直径一般用两两象素平均间距表示：□10、□11.5、□16、□22、□25。
　　4、点间距、象素密度与信息容量
　　LED 显示屏的两两象素的中心距或点间距(Dot Pitch)；单位面积内象素的数量称为象素密度；单位面积内所含显示内容的数量称为信息容量。这三者本质是描述同一概念：点间距是从两两象素间的距离来反映象素密度，点间距和象素密度是显示屏的物理属性；信息容量则是象素密度的信息承载能力的数量单位。
点间距越小，象素密度越高，信息容量越多，适合观看的距离越近。
点间距越大，象素密度越低，信息容量越少，适合观看的距离越远。
　　5、分辨率
　　LED显示屏象素的行列数称为LED显示屏的分辨率。分辨率是显示屏的象素总量，它决定了一台显示屏的信息容量。
　　6、LED显示屏(LED Panel)
　　将LED象素模块按照实际需要大小拼装排列成矩阵，配以专用显示驱动电路，直流稳压电源，软件，框架以及外装饰等，即构成一台LED显示屏。
　　7、灰度
　　灰度是指象素发光明暗变化的程度，一种基色的灰度一般有8级至1024级。例如，若每种基色的灰度为256级，对于双基色彩色屏，其显示颜色为256×256=64K色，亦称该屏为256色显示屏。
　　8、双基色
　　现今大多数彩色LED显示屏是双基色彩色屏，即每一个象素有两个LED管芯：一为红光管芯，一为绿光管芯。红光管芯亮时该象素为红色，绿光管芯亮时该象素为绿色，红绿两管芯同时亮时则该象素为黄色。其中红，绿称为基色。
　　9、全彩色
　　红绿双基色再加上蓝基色，三种基色就构成全彩色。由于构成全彩色的蓝色管和纯绿色管芯的技术现在已经成熟，故市面基本都用全彩色。

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