单元板基础知识汇总Word文档格式.docx
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IC型号问题
:
各种IC的品牌品质差异很大,同一品牌不同批次都有差异,因此,在单元板上选择哪家IC,哪批次IC都影响到一致性。
外接电源问题:
客户端外接电源的容量(带载数量),输出电压调整的一致性,电源输出精度(品牌)等因素都很重要。
这对恒流单元板影响不大,对恒压单元板的影响就非常之大。
2。
死点,暗点。
这个不良是致命的,不可接受的。
电流是否可调/可控是关键。
恒流单元板由于都有可调限流电阻,因此其电流是可以控制的,除非电阻选取不当,一般不会出现此不良。
电阻选择不当的情况也很多,都产生此类不良。
恒压单元板则不同,由于没有可调电阻(以往的单元板设计有电阻,为降成本,现在都取消了),使得输入电压几乎都加在LED上了,一个5伏的电压,加在VF=1.8-2.2v的芯片上,尽管是扫描方式,其危害也是极大的.这种情形对PG/B(VF=3V以上)芯片尚可接受,对R/YG(VF=1.8-2.2v)芯片则损害极大.
这个问题的解决,一是改变设计,增加限流电阻(成本上升2元/单元板);
二是选用具有限流功能的595IC,此产品刚面世,单元板设计厂家也在尝试;
三是严格控制客户端外接电源电压,在目前单元板设计不变情况下,建议电压控制在4.5-4.6伏.
模块质量问题:
发生大面积暗亮和死灯,如果是模块原因,一般是芯片品质异常(如去年的上海蓝光芯片)或封装工艺异常(PCB及银胶,静电控制等).
同时强调一点,上述的模块不良,如果使用条件控制的好,可能就不会发生.比如,同样是上海蓝光芯片在三思就没有此类不良,其它家就多有投诉.
也就是说,同一批有不良隐患的模块,是否能表现出不良,也取决于客户使用条件.
相反地,好的/没有品质隐患的模块,如果使用条件苛刻,则此类不良照样出现.
对于恒流单元板,不同IC的输出电流(如MBI5020/5024/5026)大小差异很大,如限制不当,则电流过高,会出现此类不良.
恒压单元板一般不会因IC型号不同产生死点和暗点.
对于恒压单元板(其实电压并非恒定,是与外接电压相同,并随外接电压波动而波动的),正如前面所述,外接电压的不受控制,危害极大,恒压单元板出现的死灯和暗点大多由此引发。
由于没有可调电阻(以往的单元板设计有电阻,为降成本,现在都取消了),使得输入电压几乎都加在LED上了,一个5伏的电压,加在VF=1.8-2.2v的芯片上,尽管是扫描方式,其危害也是极大的.这种情形对PG/B(VF=3V以上)芯片尚可接受,对R/YG(VF=1.8-2.2v)芯片则损害极大.
二是选用具有限流功能的595IC,此产品刚面世,单元板设计厂家也再尝试;
(二).我们的对策
1.解决花屏的对策
对于1388的花屏,如上所述,由于单元板设计造成的屏花,目前是没有解决的办法,除非提高成本,改双层板。
其它机种解决屏花的方案如下:
A。
单元板设计上,布线要合理,用足16个4953IC。
恒流单元板的限流电阻合理选择,让单色较花的颜色尽可能亮度低些,混色效果就好。
对于因线路板设计不合理导致的屏花,一般单色效果都好,只是混色差,如果将亮度降下来,就会有改善。
B。
模块档次集中。
C。
IC尽可能选用高品质,同批次的。
(IC4953/595/5024)
D。
外接电源要有足够功率,输出电压要相同,精度高。
2.解决死点,暗点的对策
.恒压单元板
一是改变设计,增加限流电阻(成本上升2元/单元板);
三是严格控制客户端外接电源电压,在目前单元板设计不变情况下,建议电压控制在4.5-4.6伏.四是尽量不要长时间全亮老化.
.恒流单元板
恒流单元板由于都有可调限流电阻,恰当的电阻选择是关键,使得LED驱动电流限制在合理范围内。
三.单元板的驱动方式及原理
1.恒压驱动
所谓恒压驱动,仅仅是针对恒流驱动而言,实际上电压并非恒定,准确地说是电压驱动,加在LED上的电压是随外接电压变化而变化的.
一般驱动电压是5V,而外接电源在+/_10%内的波动也是常见的.或是电源本身精度原因,或是负荷不均衡原因,也有人为设置原因.
所以,恒压驱动适于低端应用
,成本较低,稳定性较差.
给出几组数据,看一下1/16扫恒压单元板的外接电压变化对LED电流(亮度)的影响.
电压
4.35
4.5
5
5.5
电压变化率%
13.00%
-10.00%
0.00%
10.00%
电流R(ma)
31.7
32.1
37.3
42.5
电流R变化率
-15.0%
-13.90%
13.94%
电流G(ma)
23.8
24.2
29.3
34.7
电流G变化率%
-18.77%
-17.40%
18.43%
从目前常规点阵的芯片尺寸小到7MIL情况看,能承受的电流应严格控制在:
R:
1/16扫,小于30ma最安全,最大不能超过33ma.
YG:
1/16扫,小于22ma最安全,最大不能超过25ma.
恒压驱动的常用IC:
IC4953,用于行驱动,即驱动显示屏或模块的行点亮.
恒压与恒流驱动时,都要用到IC4953.正常情况下,每片4953控制两行,因此一个单元板需要16个4953,而个别单元板厂家
为节约成本,用每片4953控制4行(两行两行并联,并联超负荷工作),每个单元板仅需8个4953,并联这样可能导致屏花..
IC595,用于列驱动,即驱动显示屏或模块的列点亮.只用于恒压驱动,未来可能有限流功能的产品问世.
目前市场上品质较稳定IC595是飞利浦74HC595和台湾聚积的MBI595.
国产品牌也很多,价格低些,性能差些.
2.恒流驱动
所谓恒流驱动,是指通过恒流IC保证给LED一个恒定电流,使LED的亮度稳定.
恒流驱动适于高端应用,成本较高.特点是稳定性高,使用寿命长.
不管是恒流还是恒压驱动,一般红色电流都较高,这是不正常的,会损害红色芯片的寿命的.因此,在应用时,要尽可能控制其电流在合理范围内.
红色电流大的原因是:
.红色VF较低,电流就大(恒压时).
.红色芯片亮度较低/或芯片尺寸小,不得已通过调节电压或电流,使其亮度人为提高,以达到混色效果(恒流时).
恒流驱动的常用IC:
IC4953同上面的恒压驱动中的作用,在恒流驱动中也起相同作用.
IC5026,用于恒流驱动的列点亮.目前市场上广泛应用的恒流芯片有:
聚积MBI5026/5024/5020(输出电流依次降低,分别适用于户外及户内),东芝TB62726,台湾点晶DM13A/13C等.
3.扫描原理
扫描过程是LED高速亮灭过程,由于人的视觉暂留效果,看不到灭和闪的状况.
扫描频率一般为100HZ(100次/秒),是由IC时钟控制的.
不管是恒流,还是恒压驱动,一般分为静态,1/2扫描,1/4扫描,1/8扫描,1/16扫描.
A.静态:
亮度高,适用于户外,其控制原理是电源的电压或电流单独给一个LED供电.(图示)
B.1/2扫描:
亮度低于静态(低一倍),适于户外或半户外.其控制方式相当于本来给单个LED供电的电压或电流,同时给了两个LED.
而且是不断地在两个LED间扫描.频率是100HZ.频率高于60HZ的,视觉就感觉不到闪或灭.(图示,占空比的定义)
C.1/4扫描:
在其它条件相同情况下,1/4扫的显示屏亮度只有1/2扫的一半.其控制方式就是在4个LED间高速扫描.(图示)
D.1/8扫描:
原理同上.(图示)
E.1/16扫描:
原理同上.(图示),也就是说,在一个扫描周期中,同一LED有1/16时间亮,其它15/16时间是灭的.
扫描方式每变化一倍,其电流或电压(亮度)也变化一倍.除非改变相应限流电阻或外接电压.
以恒流1/8扫和1/16扫为例,在其它条件不变情况下,1/8扫的电流(亮度)比1/16扫的电流和亮度高一倍.
但实际应用中,往往将限流电阻做出调整,使上述亮度小于一倍.(1/8扫电阻加大,亮度降些,1/16扫电阻减小,亮度提高些,1/16扫峰值电流高,
平均电流小,亮度低).
4.合理的电流选择及限流电阻确定
因为单元板的驱动,基本都是高频率扫描方式,因此,用万用表的响应速度是滞后的,是测不出准确电流的.所测电流只能作为参考值或相对值.
万用表所测得的电流是平均电流,不是有效值(交流电才称为有效值),也不是最大值.但从理论上讲,这个值是IC静态输出的电流值,也就是扫描输出的最大值.
这个数值是由限流电阻决定的,限流电阻一旦确定,该值就固定了,不管是1/8扫,还是1/16扫,这个数值是不变的.
用万用表测量某列电流时,1/8扫和1/16扫的输出电流也是相同的,但并不是说单个LED和显示屏的亮度,1/8扫和1/16扫是一样的,而应相差一倍.
准确的电流值应该由示波器测得.
合理的电流选择及限流电阻确定,应依据如下经验:
A.恒压驱动
限制外接电压4.5-4.6V,或
1/8扫应适当降低上述电流值,或选用大尺寸芯片.
B.恒流驱动
对外接电压无严格限制.
对限流电阻要在兼顾混色效果的同时,重点考虑电流值的最大范围.
以高亮1R1PG产品为例:
A.1/8扫时
红色限流电阻R=560欧-680欧为宜,对应的电流值=32-27ma
绿色限流电阻R=910欧-1000欧为宜,对应的电流值=20-18ma
当然,根据芯片尺寸的大小,上述数值可以微调.
B.1/16扫时
红色限流电阻R=470欧-560欧为宜,对应的电流值=39-33ma
绿色限流电阻R=680欧-750欧为宜,对应的电流值=26-25ma
总之,1/16扫较1/8扫的电流可以提高些,电阻可以减低些,因为扫描方式的差异,占空比差一倍,单个LED的平均电流小一倍.
可以通过这样的调整,其负荷是可以承受的.
1、LED与LED显示屏
LED的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和工艺有关,目前广泛使用的有红、绿、蓝(R、G、B)三种。
由于LED工作电压低(仅1.5-3V),能主动发光且有一定亮度,亮度又能用电压(或电流)调节,本身又耐冲击、抗振动、寿命长(10万小时),所以在大型的显示设备中,目前尚无其他的显示方式与LED显示方式匹敌。
把红色和绿色的LED放在一起作为一个象素制作的显示屏叫双色屏或彩色屏;
把红、绿、蓝三种LED管放在一起作为一个象素的显示屏叫三色屏或全彩屏。
制作室内LED显示屏的象素尺寸一般是2-10毫米,常常采用把几种能产生不同基色的LED管芯封装成一体,室外LED显示屏的象素尺寸多为12-26毫米,每个象素由若干个各种单色LED组成,常见的成品称象素筒,双色象素筒一般由3红2绿组成,三色象素筒用2红1绿1兰组成。
无论用LED制作单色、双色或三色屏,欲显示图象需要构成象素的每个LED的发光亮度都必须能调节,其调节的精细程度就是显示屏的灰度等级。
灰度等级越高,显示的图像就越细腻,色彩也越丰富,相应的显示控制系统也越复杂。
一般256级灰度的图像,颜色过渡已十分柔和,而16级灰度的彩色图像,颜色过渡界线十分明显。
所以,彩色LED显示屏当前都要求做成256级灰度的。
2、应用于显示屏的LED发光材料有以下几种形式:
①LED发光灯(或称单灯)一般由单个LED晶片,反光碗,金属阳极,金属阴极构成,外包具有透光聚光能力的环氧树脂外壳。
可用一个或多个(不同颜色的)单灯构成一个基本像素,由于亮度高,多用于户外显示屏。
②LED点阵模块由若干晶片构成发光矩阵,用环氧树脂封装于塑料壳内。
适合行列扫描驱动,容易构成高密度的显示屏,多用于户内显示屏。
③贴片式LED发光灯(或称SMDLED)就是LED发光灯的贴焊形式的封装,可用于户内全彩色显示屏,可实现单点维护,有效克服马赛克现象。
二、LED显示屏分类
1LED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(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(fullcolor),由红色,黄绿色(波长570nm),蓝色构成及真彩色(naturecolor),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广告效果。
异步方式是指LED显示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显示屏,然后由LED显示屏脱机自动播放,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:
∮3.0mm60000像素/平米∮3.75mm44000像素/平米∮5.0mm17000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,按每平米像素数量大约有1024点,1600点,2000点,2500点,4096点等多种规格。
(5)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;
三、LED显示屏特点
全面了解LED显示屏特点,是为了选择高性价比LED显示屏,与其它大屏幕终端显示器相比,LED显示屏主要有以下特点。
亮度高:
色彩丰富鲜艳,户外显示屏的亮度大于8000mcd/m2,是目前唯一能够在户外全天候使用的大型;
寿命长:
LED寿命长达100,000小时(十年)以上;
视角大:
室内视角可大于160度,户外视角可大于120度;
结构模块化:
屏幕面积可大可小,小至不到一平米,大则可达几百、上千平米;
易与计算机接口,支持软件丰富,操作方便灵活,画面清晰稳定。
显示屏联网:
利用一台微机可以同时控制多个显示屏显示不同的内容,显示屏也可脱机工作。
既可以显示文字又可以显示图形图像,字体字型变化丰富。
注:
常见大型显示终端对比
屏幕类型
优点
缺点
电视墙
全彩色、面积大
画面有分隔感、亮度低不能在户外用、色差大、造价高
PDP
全彩色、画面细腻
面积不大、亮度低、寿命短
投影机
亮度低不能在户外用、画面受光不均。
四、基本概念
LED:
LightEmittingDiode(发光二极管)的缩写。
单点直径(Singledotdiameter)指一个像素点的直径,单位通常为mm。
象素(PIXEL):
指每单个或多个发光管组成的发光点。
是画面上可以被独立控制的最小单元PIXEL是pictureelement的缩写,在三基色显示屏上,象素由三部分组成:
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,可以表现出任意颜色。
间距(PITCH)相邻象素的中心距离。
间距越小,可视距离越短。
分辨率(Resolution)
通常用于数字显示设备,表示总的象素数量,一般写成宽X高的形式,如800X600。
可视角度(ViewingAngle)
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,看到的亮度会减少,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,称水平可视角度,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,1NITS=1CD/m2。
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,必须反复测量调整亮度,这个过程称白平衡。
可视距离(ViewingDistance)
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象素的最小距离,,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。
灰度等级(GreyLevels)
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种颜色,在PC中称为24位色,在LED显示系统中称为8位系统。
LED显示屏能表现的色彩数量取决于RGB三色的灰度等级,在标准的全彩显示屏中为256级灰度,对于体育场馆的LED全彩系统,256灰度是不够的,无法准确的恢复还原色彩。
刷新率(RefreshRate)
显示屏画面更新的速率,通常用赫兹表示(Hz)。
与帧频是不同的。
帧频(FrameRate)
显示屏每秒显示的图像帧的数量,通常取决于输入的信号(25fpsforPAL,30fpsforNTSC)
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。
高级概念
纯绿(Puregreen)和真绿(truegreen)过去30年,各种颜色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全彩色显示屏成为可能。
播放视频的LED显示屏必须用纯绿,如果用黄绿来做,颜色肯定不真实,如果一个象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。
该种显示屏俗称伪彩屏。
GAMMA矫正(gammacorrection)
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,全彩屏实际表现的颜色受到很多限制,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,数字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。
虚拟象素技术(VirtualResolution)
也称共享象素或动态象素,将4倍于物理象素的象素快速的按奇偶列和奇偶行分4次送到物理象素上显示,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倍的分辨率。
一致性(Uniformity)
整个画面的质量很大程度上取决于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,还有其它的特性实际上都不统一,这些参数分布在某一范围,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,人眼对颜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,
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