浅谈LED显示屏技术的应用

摘 要:文章简述了LED的含义,及在显示领域的应用概况,并详细分析了LED显示屏系统的组成和影响LED显示屏显示效果的技术要素,以供参考。

关键词:LED 显示屏 技术

随着我国国民经济的发展,LED以其亮度高、工作电压低、功耗小、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定等一系列优点,被广泛应用于铁路、银行、工厂及户外广告媒体,成为人们日常生活、工业生产中用来传播信息、共享信息的重要工具。

1 LED的概述

LED(Light Emitting Diode),发光二极管,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色,是由形成P-N结材料的禁带宽度决定的。

LED与传统背光技术相比,除了在色域范围的优势外,还有很多独特技术优势,如:发光效率高;耗电量少,辉度高;平面发光,方向性强;响应时间短。LED辐射光为非相干光,光谱较窄,发射角大,发光响应快(可达lns);单色性好,色彩鲜艳丰富。通采用环氧树脂封装,可承受高强度机械冲击和振动,不易破碎;安全性好,属于绿色照明光源。LED发热量低,无热辐射,冷光源,可以安全触摸;环保。有多种颜色,光源体积小,可随意组合,易开发成轻便薄短的小型照明产品,也便于安装和维护。

2 LED在显示领域的应用

目前LED技术在液晶领域的应用,主要是利用LED发光元件替代以前的CCFL荧光灯光源,作为液晶显示设备的背光源。更细一点来说,又可以按照LED发出的光源色彩,分成白光LED背光源和RGB—LED背光源两种。

在液晶显示设备的成像原理中,背光源发出的白光,经过液态晶体层后,再通过R/G/B彩色滤光膜,变成独立的原色。通过采用高发光质量的白色LED背光源,液晶电视的色域范围可以轻松达到NTSC等比100%左右,对色彩效果提升作用明显。采用白光LED的另一个好处是可以有效降低液晶面板的厚度,非常适合移动设备对轻薄的追求。

RGB—LED背光源,就是通过可以发出高纯度红色、绿色、蓝色光的LED元件,实现传统CCFL光源不能达到的宽广色域范围。目前主流的RGB—LED背光源已经可以达到105%的NTSC色域范围,而且只要采用性能更加强大的LED器件,目前已经可以实现120%以上的NTSC色域范围。这点对于以还原图像为主的电视机而言,将是一个非常有效的提升画质的手段。

3 LED显示屏系统的组成

3.1显示屏屏体

显示屏屏体显示屏屏体由许多显示单元箱体组成。屏体可根据不同的尺寸由单元箱体横向或纵向连接组合而成。显示单元箱体安装有LED发光单元板、驱动部分、开关电源、箱体状态监测器及散热风扇等。单元板可以互换,这使得屏体的安装维护更为简洁方便。显示屏的控制线路接收来自控制计算机的信号,通过驱动电路,使LED点阵面发光。

3.2播映控制系统

播映控制系统主要用于显示数据的制作、处理与分配,并控制显示屏的显示。通常用于播放视频图像的LED电子显示系统为同步显示系统,显示器上的内容可完全同步地在大屏上显示。控制计算机可向全彩屏控制器输出控制信号,显示屏显示计算机信号时,显示屏上的像素与计算机上显示器上的像素一一对应,直接映射。系统切换和操作设备全都集中于一个控制中心,用户只需通过控制中心的计算机对显示屏系统进行远程遥控,即可实现远程播放、远程开关屏等操作。

3.3视音频系统

视音频切换矩阵支持视音频信号的输入,以满足播放录像、影碟、电视、实况转播等多种信号的需要,可随时控制视音频设备播放、节目的选择和信号的输出。

视音频切换矩阵输出与视频同步的音频信号,通过两芯屏蔽专用音频电缆,将音频信号送到功放,可与场外背景音响系统相连接。支持声卡及CD—ROM等媒体设备,可播放WAV/MID等声音文件,还可直接控制CD唱盘。

视频处理器直接影响视频图像的视觉效果。专用的视频处理器具有数字输入、输出接口,双梳状滤波器,窗口平滑无极缩放,超高分辨率(1920×1O80P),多制式(PAL、NTSC、SECAM),多输入方式(DVI、VIDEO、S-VIDEO)。支持图像平滑缩放、快速运动补偿、视频降噪处理、梳状滤波解码、A/D精度高转换等功能。

3.4配电系统

显示系统的供电部分由配电箱组成。配电箱完成显示系统的全部电力供应,供电方式通常为三相五线制380V供电方式。系统应具有良好的接地,接地电阻小于4欧姆,接入箱体的交流电通过电源变压后,将直流电压供电给LED像素灯内和控制系统。

供电系统通常采用工业PLC控制技术和数据通讯技术,可使电力的开关与控制实现集中指挥,分散局部控制。采用这种控制方式操作员可通过播映控制系统向显屏幕下达开关指令信号,控制屏幕电源开关。如果供电系统发生故障,各种状态信号可以返回播映控制系统,操作员通过计算机软件可以监控电路工作情况,方便了用户对LED显示屏的使用。供电系统定时自动开关屏的功能,可实现无人值守。

4 影响LED显示屏显示效果的技术要素

4.1显示颜色、亮度和视角

随着基础半导体工业的迅猛发展,带动了发光二极管制造材料和制作工艺的改进,使发光二极管在颜色与亮度方面都有了质的飞跃。高亮度的蓝色及纯绿色发光二极管已产业化并得到了应用。目前,LED显示屏已能满足室内外不同环境下的单色、双基色和全彩色显示要求,而四元素的红色LED器件及高亮度的蓝色和纯绿色LED器件在室外显示屏中得到了普遍应用。

LED显示屏的亮度和视角等性能指标是高度相关的,同时又与显示屏的分辨率有很大关系,很难单纯地以其中的某一项指标进行评价。采用表贴的LED器件可以使显示屏获得更好的视角和亮度,目前已在高密度、全彩色室内显示屏中得到应用。

4.2灰度等级

灰度等级是指LED显示屏单基色亮度中从最暗到最亮之间能区分的亮度等级,LED显示屏的灰度等级越高,颜色越丰富,色彩越艳丽;反之,显示颜色单一,变化简单。灰度等级提高,能大大提升色彩深度,使得图像色彩的显示层次呈几何数量增加。

4.3对比度

对比度是影响视觉效果的关键因素之一,一般来说对比度越高,图像越清晰醒目,色彩越鲜明艳丽。高对比度对于图像的清晰度、细节表现、灰度层次表现都有很大帮助。在一些黑白反差较大的文本、视频显示中。高对比度LED显示屏在黑白反差、清晰度、完整性等方面都具有优势。对比度对于动态视频显示效果影响要大一些,由于动态图像中明暗转换比较快,对比度越高,人的眼睛越容易分辨出这样的转换过程。

4.4刷新频率

刷新频率是LED显示屏显示内容每秒被重复显示的次数。全彩显示屏刷新频率低,图像会出现闪烁现象,特别是在视频影响设备拍摄时,闪烁现象明显。因此,我们要尽可能地提高LED显示屏的刷新频率。

5 结束语

随着现代科技的发展及LED技术的广泛应用,LED现已成为具有发展前景和影响力的项高新技术产品。笔者对LED显示屏的工作原理、技术要素及应用等几方面作了简要介绍,希望对LED电子显示屏的用户起到帮助和借鉴的作用。

参考文献:

1.吴琦.LED技术及应用分析[J].大众科技,2009(11).

2.张倩.概述LED显示屏[J].考试周刊,2010(3).

3.张.LED电子显示屏系统的构成及其性能参数的研究[J].广东科技,2010(10).