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单元箱体:
是显示屏的主体组成单元,由单元板按一定次序组成。
户外屏通常由单元箱体构成。
LED显示屏用途广泛、种类繁多:
主要分类有三种:
按室内室外分类、按颜色分类、按象素密度分类。
其它还有按LED封装方式、工作方式等不同来分类。
(一)室内屏与户外屏
普通室内照度一般为:
100-1000流明(不靠门窗);
而在门厅口、屋檐、透明屋顶、高大敞亮厅堂、靠近门窗等半户外环境,照度较高,通常在1,500-10,000流明,而户外环境则在10,000流明以上。
安装在室内普通照度环境的LED显示屏称为室内型显示屏。
安装在户外的LED显示屏称为户外型显示屏。
(二)单色屏和彩色屏
单色显示屏:
每一象素点只有一种发光颜色称为单色显示屏,主要用于显示各种文字、数据、图形。
双基色显示屏:
每一象素点可以发红色光和绿色光两种颜色称为双基色显示屏。
当红、绿色同时发光时该象素发出黄色光。
双基屏可用于显示各种彩色文字、数据、图形、动画等。
全彩色显示屏:
每一象素点有红、绿、蓝三种基色LED,每种基色至少有256级灰度,多达16M种(256×
256×
256),可以表现自然界所有颜色。
全彩色显示屏主要用于显示照片、图象、三维图形、动画以及视频图象等内容,与巨型彩电效果相当。
(三)低密度和高密度屏
单位面积内象素的数量相对较少称为低密度显示屏,反之称为高密度显示屏。
密度一般用象素直径∮或象素间距P(Pitch)来表示。
低密度显示屏的象素直径大,俩两象素的点间距大,单位面积内的象素分辨率低(清晰度低),所以,单位面积内的信息容量较少。
低密度显示屏适合较远距离观看。
高密度显示屏的象素直径小,俩两象素的点间距小,单位面积内的象素分辨率高(清晰度高),所以,单位面积内的信息容量较大。
高密度显示屏适合较近距离观看。
四、像素
象素(PIXEL):
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。
像素:
LED显示屏中的每一个可被单独控制的发光单元称为像素。
像素直径:
像素直径∮是指每一LED发光像素点的直径,单位为毫米。
像素间距:
LED显示屏的俩俩像素间的中心距离称为像素间距,又叫点间距。
点间距越密,在单位面积内像素密度就越高,分辨率亦高,成本也高。
像素直径越小,点间距就越小。
五、基色
单基色:
每一个像素有一个LED管芯,可以为红光管芯,可以为绿光管芯,也可以为蓝光管芯。
由于蓝光管芯较贵,故单基色使用蓝光管芯较少。
双基色:
每一个像素有两个LED管芯:
一为红光管芯,一为绿光管芯。
红光管芯亮时该像素为红色,绿光管芯亮时该像素为绿色,红绿两管芯同时亮时则该像素为黄色。
其中红,绿为基色
全彩色:
红绿双基色再加上蓝基色,三种基色就构成全彩色。
由于蓝色管芯价格逐步下降,以及全彩色较强的表现力,全彩色屏市场需求正处于上升期。
六、灰度
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。
灰度(GreyLevels):
是指像素发光明暗变化的程度。
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。
七、亮度
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。
另外,在给定方向上,每单位面积上的发光强度。
亮度的公制单位是cd/m2。
八、控制技术
占空比:
在一定的显示区域内,同时点亮的行数与整个区域行数的比例。
室内屏一般为1/16扫描或1/8扫描,户外屏一般为静态。
九、可视距离与角度
间距(PITCH):
相邻象素的中心距离。
间距越小,可视距离越短
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
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,看到的亮度会减小,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.
最小视距:
对于具有一定形状、亮度、距离的两个光点,无法分辩该两点的位置点到该两点的最小垂直距离,称为最小视距,而该点与两个光点联线的夹角称为最小视角。
因此影响最小视距和最小视角的因素有:
光点的形状、亮度、距离。
最大视距:
对于具有一定亮度、距离的矩形显示画面,无法分辩该矩形显示画面内容的位置点到该矩形画面的最小垂直距离,称为最大视距。
因此影响最大视距的因素有:
矩形显示画面亮度、距离。
有效视距:
大于最小视距,小于最大视距的范围,称为有效视距。
十、选择显示屏的要素
从使用角度看,选择显示屏首先要考虑以下要素:
亮度、显示内容、信息容量和观看距离。
(一)亮度
安装在室内普通照度环境的LED显示屏选用室内型显示屏。
安装在户外应选用户外型显示屏。
安装在开敞大厅、屋檐、户外雨棚或阳光屋顶下等光照较强环境应选用半户外显示屏。
(二)显示内容
若主要用于显示图片、视频图象,那么就应选择全彩色显示屏。
视频图象至少需要250线的的分辨率,所以显示屏的分辨率(总象素密度)一般应当至少在384(列)×
256(行)。
若以P16mm户外显示屏为例,显示屏应在23㎡以上;
若主要用于显示文字、数据、表格、三维图形、动画那么就应选择双基彩色灰度显示屏;
若主要用于显示文字、数据、表格、二维图形那么就可选择双基彩色图文显示屏;
若主要用于显示文字、数据、表格那么就可选择单色图文显示屏。
若需要显示的内容有表格,那么首先要考虑显示屏水平(横)方向有足够多的象素(列)满足显示需求,因为表格的水平(栏目)方向不宜用换页、滚动等方式来显示,而表格的垂直(内容)方向一般可以用换页、滚动等方式任意动态延长,故显示屏的垂直(高)方向大小可不作特别考虑。
另外,显示屏水平(横)方向长也符合文字阅读习惯。
所以,大多数显示屏为长方形。
选择显示屏还必须考虑较佳的观看距离。
若需较近距离观看,应选择密度较高的显示屏;
若需较远距离观看,则可选择密度较低的显示屏。
表一给出了常用显示屏的象素直径、点间距、象素密度、信息容量、较佳观看距离等相关参考数据。
其中:
“较佳观看距离”是一种主观指标,表中数据是观看文字数据的较佳距离。
人眼对图象要敏感的多,较佳观看距离要更远一些,以肉眼分辨不清象素颗粒,观看舒适自然为准。
(三)信息容量与观看距离
选择显示屏还必须考虑信息容量及较佳的观看距离。
显示屏显示信息内容是无限多的,但同时出现在一幅画面上的内容是有限的。
当初定了显示屏的面积后,应当计算显示屏的面积能否满足显示内容的需要。
例如,同样1平方米的显示屏:
∮3.75室内显示屏的象素点间距为4.75㎜,象素密度为44300点/㎡,信息容量为每平方米最多显示173个字(按16×
16点阵国标汉字计算,每字尺寸为7.5CM×
7.5CM)。
P16户外显示屏的象素点间距为16㎜,象素密度为3906点/㎡,信息容量为每平方米最多显示15字(按16×
16点阵国标汉字计算,每字尺寸为25.6CM×
25.6CM。
表一:
LED显示屏象素密度、信息容量与观看距离参考数据表
规格(毫米)
点间距(毫米)
密度(点/㎡)
信息容量(字数/㎡)
字尺寸(厘米/字)
显示屏类型
较佳观看距离(米起)
∮3.0
4.0
62,500
244
6.4×
6.4
室内单/双色/全色
1
∮3.7
4.75
44,100
172
7.6×
7.6
室内单/双/全色半户外单色
3
∮5.0
7.62
17,200
68
12×
12
室内单/双/全色半户外单色/双色
5
∮8.0
10
10,000
39
16×
16
室内单/双/全色半户外单/双/全色
8
P10
全户外单/双/全色
P12
6,944
29
18×
18
P16
14
5,102
20
15
P20
3,906
25×
25
P22
2,500
32×
32
40
P25
1,600
6
62×
62
50
(四)全彩色屏的选型
1、户外全彩色屏的选型
随着半导体材料价格的下降,全彩色LED显示屏越来越广泛在各行业使用。
在户外环境,LED显示屏以其高亮度、低功耗、无拼缝的优势成为无可替代的大型电子平板显示媒体。
户外全彩LED显示屏表面LED象素封装均为单灯型式,每一个象素点由纯蓝、纯红、纯绿三种LED管构成。
.
配色比例:
为使全彩色LED显示屏能真实还原实际色彩,对LED管的配色有严格的要求,其中红绿蓝的亮度比例为3:
6:
1。
为了达到更完美的效果,在软件上还可根据显示屏现场亮度调节其中任何一种颜色。
户外全彩屏的技术非常成熟,主要有以下几个选择要点:
(1)密度
若主要有P20、P16、P14等几种,按前述原则根据实际视距需要选择。
(2)驱动方式
户外全彩屏LED的驱动方式都是恒流驱动,但分为静态和动态两种方式。
动态方式降低了电路密度,可降低成本,有利于散热和节能;
缺点是减弱了亮度。
(3)实象素与虚拟象素
图象画面象素点与显示屏物理象素点是两个不同的概念。
全彩色显示画面中每一个象素点均与屏上的由2红1绿1蓝或1红1绿1蓝支LED管构成的物理象素点一一对应,则称该户外全彩屏的象素构成实象素。
若全彩屏画面的象素点要与其相邻象素点共用同一物理象素点的LED管,则称该户外全彩屏的象素构成虚拟象素。
有虚拟象素功能的显示屏上的每支LED管都要等距离排放,按2红1绿1蓝的比列配置。
虚拟象素利用视觉滞留原理,在播放动态画面时,将全彩屏的物理象素点行列分辨率(分时)倍增。
对于x行×
y列物理象素点(2红1绿1蓝/点)可增加到(2x-1)行×
(2y-1)列虚拟象素点。
对于静态画面,由于无法利用视觉滞留,虚拟象素技术则无效。
在选择全彩屏时应特别注意象素点构成,象素点应以物理象素点为准。
(4)管芯
户外LED管要求亮度高、视角宽阔、色彩纯、光衰度低且光衰度一致。
日本日亚、美国A.X.T、日本丰田、美国惠普、以及许多台湾公司都提供户外LED管。
其中,日本日亚进入中国较早,知名度较高,加上关税因素,其价格最贵。
美国CREE及美国惠普等公司的户外管品质处于同一水平,只是因为是后来者在市场知名度上稍低。
随着户外全彩屏的普及,以品质和价格优势著称的美国CREE管已有相当高的市场占有率。
特别是在户外环境最恶劣的高速公路领域,美国CREE管、美国惠普、日本日亚管这三种管指定为国内高速公路专用管。
美国Cree和美国A.X.T是高科技半导体公司,主要利用其在硅碳棒(SiC)以及氮化镓(GaN)原料技术方面的专业优势,生产新型的活性半导体。
产品包括蓝光及绿光发光二级管(LED)、无线电频(RF)、微波设备以及电源开关设备,同时还在研发紫外线激光器近似体。
最近美国Cree还向日本日亚提供了其白光LED方面的专利技术。
美国Cree正逐步成为中高端全彩屏的主流芯片。
由于近年世界制造业纷纷向国内转移,国内也出现一些LED管芯生产厂家,其中最为出色的是大连路美。
大连路美是路明集团投资1.5亿美元,购买美国A.X.T技术兴办的大型LED芯片生产企业,产品质量稳定,性价比较高,正逐步成为中低端全彩屏的主流芯片。
许多其它中小公司都提供户外LED管,其价格便宜、亮度很高、色彩波长也很正。
但是,除了红管非常成熟外,中小公司的蓝管和绿管最致命的缺陷是抗静电性能较差、光衰度高且光衰度不一致。
刚开始还不错,当使用一段时间后就有两个后果:
一是死点(瞎点)多,二是亮度快速减弱且亮度减弱得不一样,造成整屏花斑严重。
全彩屏一般建议的蓝管和绿管采用美国CREE管芯或美国A.X.T,红管采用台湾晶元(或国联)管芯。
(5)箱体
户外全彩屏体由若干个独立的箱体组成。
箱体又分全密封箱体和简易箱体;
全密封箱体内置直流稳压开关电源和轴流风机,带防水后门,全密封箱体本身已具备防水能力。
简易箱体不带后门,后面为开放式,本身不防水。
箱体钢板的厚度应在1.2mm以上,这样才形变小、强度高。
显示屏屏体应按IP66标准设计,防风沙,耐高温,防静电,防水,防雷,防腐蚀防高温,防紫外线辐射,防潮。
2、室内全彩色屏的选型
在室内环境,大于50的大型全彩色电子显示屏主要有以下几种选择:
a.普通背投
b.DLP(数字液晶背投)
c.等离子拼接
d.LED显示屏
背投类显示屏的优点是象素细清晰度高,缺点是亮度较低、视角小、镜头灯寿命短(仅几千小时)。
等离子拼接的优点也是象素细清晰度高,缺点是有拼缝,目前最小拼缝可达到3mm。
背投类和等离子显示屏适合较近距离观看。
LED显示屏的优点是亮度高、无拼缝,缺点是象素颗粒较粗,清晰度较低。
目前商品化的室内全彩LED显示屏的密度最高做到P4,即62,500象素/㎡。
室内全彩LED显示屏适合宽敞室内观看距离较远的场合。
由于室内全彩色LED芯片发热量较大、控制电路密度较高,故现在商品化的全彩屏的点密度还不能做得很高,主要有P4、P5、P6、P7.62、P10等几种。
(2)驱动方式
室内全彩屏LED显示屏的驱动方式都是恒流驱动,动态扫描方式。
主要有1/4,1/8等扫描方式。
在相同管芯情况下,1/4扫描用的电路要多些,亮度也要高些。
(3)封装形式
室内全彩色LED显示屏的LED表面形式有几种,外观也不相同。
a.单灯----LED芯片安装在支架上,用透明塑料包裹封装;
b.亚表贴----封装同单灯,外观近似表贴;
c.三拼一表贴----每一LED芯片按SMD工艺封装为一体;
d.三合一表贴----红、绿、蓝LED芯片合在一起按SMD工艺封装为一体;
表贴封装的优点是视角大、发光一致性好、易于自动焊接加工,是全彩LED屏的主流产品,但现在价格相对较高;
单灯视角相对稍小、亮度稍高、价格较低。
亚表贴其实也是单灯的一种。
单灯和亚表贴都较为便易,是一种过渡性产品。
(4)实象素与虚拟象素
与户外全彩屏一样,室内全彩屏也分为实象素和虚拟象素。
(5)管芯
与户外全彩屏一样,全彩屏一般建议的蓝管和绿管采用美国CREE管芯或美国A.X.T,红管采用台湾国联或晶元管芯。
十一、屏体尺寸设计
在设计屏体大小时,有三个重要的因素:
a.显示内容的需要
b.场地空间条件
c.显示屏单元模板尺寸(室内屏)或象素密度(户外屏)
普通LED显示屏的分辨率一般最大为1200行×
1600列。
超大型显示屏可超出此限;
常用的一种办法是用两套显示控制系统来拼接;
另一种办法就是用超高速芯片设计电路。
室内显示屏是由若干显示单元模板构成;
单元模板是显示屏的基本构件,室内屏显示单元模板的象素一般为64×
32点或水平方向分解成两半64×
16点,显示单元模板尺寸因象素直径而异;
表一给出了普通室内屏单元模板的设计参考数据:
表一常用室内屏显示单元模板设计参考数据
No象素直径(毫米)单元模板尺寸(毫米)每平方米模板数(张)
1∮3.0128×
25630.5
2∮3.75152.5×
30521.5
3∮5244×
4888.5
4∮8320×
6404.9
在设计室内显示屏的准确几何尺寸时,应以显示单元模板的尺寸为基础。
例如:
根据场地和资金因素初步选定∮3.75显示屏,尺寸约为1.5.米(高)×
2.5米(长)。
由表LED显示屏象素密度、信息容量与观看距离参考数据表知∮3.75显示单元模板尺寸为152㎜(高)×
304㎜(长),最接近尺寸要求设计结果为:
(1)总的单元模板数为:
9.5(行)×
8(列)=80张,
(2)显示屏精确净尺寸为:
1.44米(高)×
2.43米(长)=3.69平方米
(3)总的象素分辨率为:
304(行)×
512(列)
(4)显示屏外边框尺寸为:
1.52米(高)×
2.51米(长)(每边加4CM)
室内显示屏体外边框的尺寸可按要求确定,一般应与屏体大小成比例。
外边框的尺寸通常为3CM-10CM(每边)。
高密度的半户外显示屏一般采用室内显示屏的显示单元模板,故设计屏体准确几何尺寸时与室内显示屏体方法相同。
户外屏的显示单元模板的形态为箱体,故称为显示单元箱体。
显示单元箱体是显示屏的基本构件。
户外屏显示单元箱体的象素一般有64×
48点、64×
32点及32×
32点等几种,显示单元箱体尺寸因象素直径而异;
下表给出了普通户外屏单元箱体的设计参考数据:
表二常用户外屏单元箱体设计参考数据
No象素直径(毫米)单元箱体象素(行×
列)单元箱体尺寸(毫米)每平方米箱体数(个)
1P1264×
32768×
3843.4
2P1464×
32896×
4482.5
3P1664×
321024×
5121.9
4P2032×
32640×
6402.44
5P2532×
32800×
8001.56
显示屏尺寸规格最后设计结果参数应有以下4点:
(1)净尺寸:
㎜(高)×
㎜(宽)
(2)分辨率:
行
×
列
(3)净面积:
平方米
(4)外尺寸:
米(高)×
米(宽)
十二、功耗与配电
(1)功耗计算
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。
∮5mm双基色显示屏耗电量:
平均耗电量:
150W/平方米;
最大耗电量:
250W/平方米
∮3.7mm显示屏耗电量=∮5mm显示屏耗电量×
2倍
全彩色显示屏的耗电量比近似密度双基色显示屏要高出1.5倍左右。
(2)配电要求
■功耗5KW以下的显示屏可用220V普通照明配电(三线);
■超出5KW应采用三相五线制供电;
■配电箱中配备检修时的断路装置和手动开关装置;
■配电箱配备过流、短路、断路、过压、欠压、温度高等保护措施,也配备相应的故障指示装置;
■配电设计采用三相配平衡方案,保证零线漏电流为零;
■使用一个独立于保护地的信号地,供系统使用;
保护地线对大地的电阻应小于4欧姆。
十三、户外屏须特别考虑的问题
户外屏的主要问题如下:
a.显示屏安装在户外,经常日晒雨淋,风吹尘盖,工作环境恶劣。
电子设备被淋湿或严重受潮会引起短路甚至起火,引发故障甚至火灾,造成损失。
b.显示屏可能会受到雷电引起的强电强磁袭击。
c.环境温度变化极大。
显示屏工作时本身就要产生一定的热量,如果环境温度过高而散热又不良,集成电路可能工作不正常,甚至被烧毁,从而使显示系统无法正常工作。
d.受众面宽,视距要求远、视野要求广;
环境光变化大,特别是可能受到阳光直射。
针对以上特殊要求,户外显示屏必须做到:
a.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。
b.在显示屏及建筑物上安装避雷装置。
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