LED大屏幕显示培训教材

1LED显示屏培训教材作者：王文平日期：2007.04.02深圳市奥拓电子有限公司SHENZHENAOTOELECTRONICSCO.,LTD.2目录概述·········································································4第一章LED器件··························································5§1.1LED器件应用基础……………………………………………………………………51.1.1光度学与色度学………………………………………………………………51.1.2视觉特征………………………………………………………………………61.1.3图象质量的评价………………………………………………………………9§1.2LED工作原理…………………………………………………………………………91.2.1半导体发光基本原理………………………………………………………91.2.2LED特征参数…………………………………………………………………111.2.3LED器件的驱动………………………………………………………………121.2.4LED器件及显示屏使用注意事项…………………………………………13§1.3LED器件简介………………………………………………………………………15第二章LED图文显示屏··················································15§2.1图文显示屏的特点………………………………………………………………15§2.2图文显示屏的显示模式和方法…………………………………………………17§2.3图文屏的控制方式…………………………………………………………………17§2.4LED驱动器74HC595介绍…………………………………………………………17§2.5LED双色图文显示屏驱动电路…………………………………………………20第三章视屏LED显示屏················································21§3.1视屏信号源…………………………………………………………………………213.1.1计算机显示适配卡…………………………………………………………213.1.2灵星雨701多媒体视频系统………………………………………………223§3.2视屏LED显示屏的基本结构……………………………………………………22§3.3全彩屏介绍…………………………………………………………………………243.3.1适用范围………………………………………………………………………233.3.2全彩屏种类……………………………………………………………………233.3.3功能特性………………………………………………………………………233.3.4全彩屏型号规格……………………………………………………………24§3.4灵星雨701控制系统解决方案…………………………………………………243.4.1控制系统功能特点…………………………………………………………243.4.2LED演播室性能参数…………………………………………………………26第四章奥拓公司显示屏命名规范··············································274概述LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或单灯像素单元组成的平面式显示屏幕。由于它具有发光效率高、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显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到单、双色视屏，再到今天的全彩色视屏显示屏的发展经历。无论在器件性能（超高亮度LED显示器及蓝色发光灯等）和系统集成（数字化的全动态显示系统）等都已走向成熟。其应用领域遍及交通、政府机关信息发布、电信、银行信息发布、广告、宣传、体育、城市亮化等各个方面。公司自93年成立以来，一直致力于LED显示屏的研发、生产及销售。目前公司现有LED显示屏有：单（双）色图文屏、单（双）色视频、全彩屏视屏等。公司在继承原有的图文屏、视屏的基础上，主推全彩显示屏。5第一章LED器件§1.1LED器件应用基础为使LED显示屏达到理想的显示效果，除了要对LED器件本身的工作原理及特性有很好的了解外，首先要对光学特性（亮度、色彩、视角等）和人眼视觉特性有所了解。由于图象显示的最终效果是与光源特性（如果是发射的话，还需考虑反射体的光学特性）和视觉特性双方有关的，它既有光学原理描写的客观存在，也有人眼视觉主观感受的因数，两者兼顾才能收到良好的效果。这也就涉及到光学和视觉两个方面的问题。1.1.1光度学与色度学光度是对有关的辐射能量与人眼亮度感受两者关系的描述；色度是对有关彩色形成与彩色视觉关系的描述。一、光度学人眼对亮度的敏感程度与颜色有关，在整个可见光范围内并不是均匀的。可以用相对敏感曲线进行描述。图1.1.1给出了人眼对不同波长光线的相对敏感程度。从图中可以看出，人眼对于波长λ＝555nm的黄绿光线最为敏感，我们定义这是的相对视敏度Vs(555)＝1。6二、色度学人眼对不同光线的敏感程度不同，在这视敏曲线已得到说明。在不同环境下，人眼的视敏曲线也有所不同。如图1.1.3所示，人眼在白天（明）和黑夜（暗），其视敏曲线就有所不同。暗视敏曲线中最敏感部位光线的波长比明视敏曲线最敏感部位波长小50nm，两者最明感的光线颜色有所不同。人眼对颜色的感觉来源于视网膜上三种不同类型的视锥细胞。不同视锥细胞对不同颜色的敏感，他们的视敏曲线图表示在图1.1.4上，分别为Rs(λ)、Gs(λ)、Bs(λ)，即三种视锥细胞分别对红、绿、蓝三色最敏感。三种细胞共同作用下，就可以得到人对颜色的总体感觉，如图中虚线所示。根据对人眼的研究，知道用R、G、B三基色的不同比例，可以合成不同的颜色。三种颜色不同比例的混合就能发出从白到黑各种不同颜色的光。白光，可以由RGB三基色配合生成，在公司标准规定的各色配比比例为：R：G：B＝0.44：1：0.28在此基础上调整RGB各基色的比例，就可以产生所需要的各种颜色的光。LED全彩屏就是根据这一原理，采用三基色的LED发光器件进行组合，构成显示屏上的一个“点”或者叫做“像素”，然后对每种颜色的LED发光器件的发光强度进行控制，从而配出各种颜色的光线，当各色LED器件的发光强度在允许的最大工作电流内的最大时，且满足上述的颜色配比，就能发出最大光强的白光。1.1.2视觉特征7视觉在很大程度上取决于人的主管感受，每个人的生理、心理状况不同，感受也就不同，视觉特征是指人类视觉的统计特征而言。一、亮度的对比灵敏度亮度的范围内人眼可以对仅有的2％变化的亮度进行区分。对比灵敏度描述的是人眼对亮度差的区分能力与背景亮度关系密切。正因如此，在LED显示屏的应用过程中，就应该考虑到LED显示屏的亮度与周围环境光线强度之间的合理配合。在白天应该把视频的亮度调高，在夜间应该调低，这样不仅可以更适合人眼的对比度，还可以合理利用能源。目前在公司生产的LED全彩屏都有环境亮度自动调节功能。三、空间分辨力人眼在空间的分辨力，是视觉的另一特征。空间分辨率定义为：ρ＝1/θ其中θ为能够区分开来的空间两相邻物体的最小视角【以“’”（分）为单位】人眼能区分相邻物体的最小视角约为1’，因此ρ＝1。人眼的空间分辨率与背景亮度、颜色、物体运动速度等因数有关。当物体的亮度与背景亮度接近时，空间分辨率低；当物体运动速度加大时，空间分辨率降低；相邻物体颜色不同，空间分辨率也不同，对于相邻物体分别为黑/白色时，空间分辨率最高，如果取黑白相邻物体时的空间分辨率为1的话，黑红相邻物体的空间分辨率为0.4，而绿蓝相邻物体的空间分辨率仅为0.19。四、马赫效应当亮度发生越变时，例如一侧亮另一侧暗，黑白分明的情况，人眼在越变的交界处会感觉亮的一侧更亮，暗的一侧更暗，这就是所谓的马赫效应。五、视觉惰性8人眼的亮度感觉不会应光源的消失而立即消失，要有一个延迟时间，这就是视觉的惰性。视觉惰性可以理解为光线对人眼视觉的作用、传输、处理等过程都需要时间，因而使视觉具有一定的低通特性。实验证明，当外界光源突然消失时，人眼的亮度感觉是按指数规律逐渐减小的。这样当一个光源反复通断，在通断频率较低时，人眼可以发现亮度的变化；而通断频率增高时，视觉就逐渐不能发现亮度的变化了。不至于引起闪烁感觉的最低反复通断频率，称为临界闪烁频率。通过实验证明临界闪烁频率大约为24HZ。因此采用每秒24幅画面的电影，在人眼看起来就是连续活动的图像了。同样原理，日光灯每秒通断50次，而人眼看起来确是一直点亮的。由于视觉具有惰性，人们在观察高于临界频率的反复通断光线时，所得到的主管亮度感受实际上是可观亮度的平均值。图1.1.7示出了人眼对反复通断光线的视觉感受。在LED显示屏中，利用视觉惰性，改善驱动电路的设计，形成的目前广泛应用的扫描驱动方式。扫描驱动方式的优点在于LED显示屏不必对每个发光灯提供单独的驱动电路，而是若干个发光灯为一组共用一个驱动电路，通过扫描方法，使各组发光灯依次点亮，只要扫描频率高于临界闪烁频率，人眼看起来各组灯都在发光。其次，图像显示区别于图形显示，他不仅要显示物体的轮廓（线框）还要显示出画面各个部分的深浅，即需要有灰度级显示功能。灰度显示要求LED显示屏能够控制各个发光灯的发光强度。LED发光灯发光强度的控制方法有两种，一种是控制发光灯的工作电流；另一种是控制发光灯在重复通断时，通/断9的时钟比例，即所谓的占空比控制。在彩色图象的显示中，根据色度学的原理，我们知道通过RGB三基色的不同比例，可以配制出各种颜色。因此由红、绿、蓝三种LED组成的一个点光源，分别控制每色发光灯的发光强度，就可以发出可需要的各种颜色的光线。这时同样需要用占空比控制方法，分别对各色发光灯进行控制。1.1.3图像质量的评价LED显示屏的好坏，显示效果是一个很重的指标。对图像的灰度级、分辨率、亮度、色温、白平衡参数、颜色均匀性、色彩逼真（还原）程度等各项指标进行综合对比评价。§1.2LED工作原理1.2.1半导体发光基本原理发光二极管是一种将电流顺向通到半导体p-n结处而发光的器件，通常采用双异质结和量子阱结构。1962年GE（GeneralElectric）公司用GaAsP首次将红色LED商品化。最初的红色LED的光通量为0.1lm/W，约是普通灯光的1/150，其发光效率大约每10年提高一个数量级。最近，蓝色、绿色LED已实用化，其发光强度超过AlGaAs类红色LED。这种LED采用氮化物半导体（InGaN混晶）作活性（发光）层的量子阱结构，其发光强度超过10cd，量子效率超过20%。此外，还开发了外部量子效率超过50%的AIInGaP红色LED（630nm）和琥珀--LED（595nm）。InGaN绿色、蓝色LED的量子效率也接近上述值。坎德拉（cd）是发光强度的单位，用以表示可见光LED发光强度的指标。发光强度I可用光通量Φ和立体角Ω表示。I=dΦ/dΩ[cd]Φ=Km∫V（λ）Pλdλ[lm]其中，Km为在波长555nm范围内的最大可见度（683nm），绿色对人10眼是最亮的。V（λ）是在波长为λ时的相对可见度[V(555nm)=1],Pλ为光谱辐射通量。白色LED是一种由InGaN蓝色LED和荧光体组成的新型LED。在蓝色LED芯片上涂敷荧光体，最后用环氧树脂将芯片周围密封。两种方式（单芯片型和多芯片型）可得到色调效果好（Ra85）的白光。一是同时点亮红色、绿色、蓝色（R.G.B）或蓝绿色和黄橙色2、3种LED；二是用辐射蓝色或紫外LED作激励光源激励荧光体的方式。第一种方式不仅在LED的驱动电压或发光输出上有缺陷，而且在温度特性或器件寿命上也存在问题，因此距实用化还有一段距离。第二种方式则用一个器件即可，驱动电路，易于设计。有两种激励方式：即（1）用蓝色LED激励发黄光的荧光体。（2）用紫