吳欣強(qiáng)

摘 要：小間距LED顯示屏已經(jīng)成為目前最主流的大屏幕顯示產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用在會(huì)議場(chǎng)館、指揮中心、演藝舞臺(tái)和廣告娛樂等場(chǎng)所。文章介紹了小間距LED顯示屏的組成結(jié)構(gòu)和安裝固定方式，并對(duì)小間距LED顯示屏產(chǎn)品規(guī)格和主要性能參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的解釋說明。根據(jù)主要參數(shù)對(duì)小間距LED顯示屏選型提出了自己的建議和意見。

關(guān)鍵詞：小間距LED顯示屏；大屏幕顯示技術(shù)；產(chǎn)品選型

當(dāng)前小間距LED顯示屏的應(yīng)用都處于快速增長(zhǎng)期，在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。但是如何選擇合適項(xiàng)目需求的產(chǎn)品成為每個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和技術(shù)人員所面臨的問題。本文通過對(duì)小間距LED顯示屏主要技術(shù)參數(shù)的介紹和分析，提出了產(chǎn)品的選型建議。

LED屏是一種用發(fā)光二極管按順序排列而制成的新型成像電子設(shè)備。由于其亮度高、可視角度廣、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，正被廣泛應(yīng)用于各類屏幕等產(chǎn)品中。小間距LED顯示屏是指LED點(diǎn)間距在P2.5以下的室內(nèi)LED顯示屏，主要包括P2.5，P2.0，P1.8，P1.5，P1.2，P0.9和P0.6等LED顯示屏產(chǎn)品。隨著LED顯示屏制造技術(shù)的提高，傳統(tǒng)LED顯示屏的分辨率得到了大幅提升。小間距l(xiāng)ed顯示屏廣泛應(yīng)用在會(huì)議場(chǎng)館、指揮中心、演藝舞臺(tái)和廣告娛樂等領(lǐng)域。

小間距LED顯示屏采用分模組組裝具有真正無(wú)縫，高清，可無(wú)限擴(kuò)大，可任意拼接成曲面、異性屏等特點(diǎn)。小間距LED顯示屏還具有亮度色彩均有一致、畫面對(duì)比度和亮度高、幀率高，無(wú)拖尾、重影、超寬視角，畫面不偏色和失真和使用成本和維護(hù)成本低等優(yōu)勢(shì)，缺點(diǎn)只有一個(gè)，就是目前產(chǎn)品價(jià)格較高[1]。

目前我們的小間距LED顯示屏生產(chǎn)技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先地位，全球大部分產(chǎn)能均在我國(guó)，也是我國(guó)第一個(gè)有能力與國(guó)際大品牌直面競(jìng)爭(zhēng)的大屏幕顯示產(chǎn)品。下面就小間距LED顯示屏選型進(jìn)行分析。

1 小間距LED顯示屏組成結(jié)構(gòu)

小間距LED顯示屏由LED顯示模組、控制系統(tǒng)、電源、箱體和輔助線纜等部分組成各部分主要選型要點(diǎn)分別如下。

1.1 LED顯示模組

LED顯示模組是小間距LED顯示屏成品的主要部件之一。主要由LED燈、PCB線路板、驅(qū)動(dòng)IC、電阻、電容和塑料套件組成。

小間距LED顯示的模組的LED燈即LED發(fā)光二級(jí)管，有紅、綠、藍(lán)3個(gè)顏色的發(fā)光二級(jí)管組成一個(gè)像素。LED燈的間距就是每個(gè)相鄰LED像素發(fā)光像素之間的距離。常見的小間距LED屏幕有P1.2、P1.5、P1.8、P2.5，P后面的數(shù)字就是兩個(gè)像素之間的距離，受各個(gè)廠家的模組尺寸設(shè)計(jì)不同每個(gè)產(chǎn)品的間距也略有差別如P1.2規(guī)格的大屏就有1.25 mm和1.27 mm等規(guī)格，但是我們統(tǒng)稱P1.2。點(diǎn)間距也決定了LED大屏的像素密度，像素密度即每平方米內(nèi)的像素?cái)?shù)量。點(diǎn)間距的大小直接影響到觀看距離，常見幾種間距LED顯示屏的觀看距離如表1所示。

每個(gè)模組的尺寸和電間距就決定了每個(gè)模組的分辨率，如尺寸為200 mm×168.75 mm的1.25間距的模組，模組分辨率為128×108。目前小間距LED顯示模組的LED燈封裝形式主要有表面貼裝器件（Surface Mounted Devices，SMD）和COB兩種（直插燈體積太大不用在小間距LED顯示屏上）。表貼SMD封裝形是目前最常用的小間距LED燈封裝形式，SMD即貼片原件，每個(gè)SMD燈由紅、綠、藍(lán)3個(gè)顏色的發(fā)光二級(jí)管封裝在1個(gè)SMD原件中，一般稱作三合一。SMD通過貼片機(jī)將一個(gè)個(gè)LED燈貼到PCB線路板上。該方式LED模組整體性好，維修方便，缺點(diǎn)就是成本較高，還有就是毫米級(jí)的燈焊盤太小，不牢靠外力觸摸后容易掉燈。隨著焊接精度的發(fā)展，廠家采取了在模組上貼了一個(gè)井子形的黑色面罩和刷膠固定燈的方法來加固燈和提高大屏的對(duì)比度。

COB封裝是將LED芯片直接用導(dǎo)電膠和絕緣膠固定在PCB板燈珠燈位的焊盤上，然后進(jìn)行LED芯片導(dǎo)通性能的焊接，測(cè)試完好后，用環(huán)氧樹脂膠包封。優(yōu)點(diǎn)在于整體封裝成本較低，LED燈不易受物理?yè)p壞，缺點(diǎn)在于環(huán)氧樹脂膠包封的每塊模組一致性不好，拼裝成一塊屏幕后有明顯色差，每個(gè)模組之間的拼縫也較大，雖然有些廠家通過在模組表面貼膜來解決這個(gè)問題，但是貼的模在一段時(shí)間后會(huì)翹起影響大屏的美觀，而且外加一層膜也會(huì)影響模組散熱。另外還有一個(gè)致命的缺點(diǎn)就是小間距LED顯示屏是上百萬(wàn)個(gè)LED燈組成的發(fā)光源，使用中難免出現(xiàn)壞燈，由于LED燈是整體封裝在一塊板子上無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)維修，需要返廠，維修后的模組也有明顯的痕跡，導(dǎo)致后期運(yùn)維成本很高。

受技術(shù)限制，SMD裝形和COB封裝最小做到間距只能做到0.6 mm，所以廠家又研發(fā)了Mini LED和Micro LED等新技術(shù)，但是作者認(rèn)為受人眼分辨率的限制，大屏幕顯示能夠做到0.6 mm間距已經(jīng)足夠了，Mini LED和Micro LED等新技術(shù)主要的對(duì)象應(yīng)該在100寸以下中小顯示屏幕領(lǐng)域。

LED燈早期靠進(jìn)口，隨著國(guó)內(nèi)國(guó)星和晶臺(tái)等一線封裝廠的迅猛發(fā)展，國(guó)產(chǎn)燈質(zhì)量已經(jīng)大大提高，完全可以和進(jìn)口燈媲美。但是國(guó)產(chǎn)燈廠家眾多，良莠不齊，部分廠家為了減低成本采用低價(jià)管芯封裝，導(dǎo)致LED顯示屏長(zhǎng)期運(yùn)行后死燈的問題較多。另外，各個(gè)封裝廠的管芯引線分純金線、銅線和合金線等3種。其中純金線的燈穩(wěn)定性最好，主要用于P1.6間距以下LED顯示屏，銅線燈次之，主要用在考慮成本的P1.8以上間距的LED顯示屏，材質(zhì)最亂的是合金線，雖然名字好聽，但是沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有些廠家在鐵線上鍍了一層單晶銀就充當(dāng)合金線使用，導(dǎo)致技術(shù)與性能差距巨大，不建議使用[2]。

模組LED燈的數(shù)量和排列方式?jīng)Q定了模組的尺寸，如間距為1.25 mm，橫向200像素，豎向135像素的模組，長(zhǎng)度為1.25 mm×200=250 mm；高度為1.25 mm×135=168.75 mm，同理知道了LED大屏的整屏物理分辨率（物理分辨率即LED大屏實(shí)際存在的像素行數(shù)乘以列數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)方式）也就能測(cè)算出大屏的長(zhǎng)度和高度。

LED模組中另外一個(gè)重要的原器件就是驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)芯片決定了模組的刷新率和灰度等級(jí)等參數(shù)。刷新頻率指的是屏幕更新的速率，通常用赫茲（Hz）為單位表示，視覺刷新頻率越高，畫面顯示越穩(wěn)定，視覺閃爍感就越小。LED顯示屏的低的刷新頻率，除了會(huì)導(dǎo)致攝像、攝影時(shí)出現(xiàn)水平橫條紋之外，同時(shí)也會(huì)發(fā)生類似數(shù)萬(wàn)顆燈泡同時(shí)閃爍的影像，人眼在觀看時(shí)因此可能產(chǎn)生不適感，甚至對(duì)眼睛造成傷害。目前高性能的LED顯示屏能夠達(dá)到3 840 Hz以上的刷新率，保證人眼觀看舒適和拍照、攝像沒有水平橫條紋。

LED燈的亮度不是簡(jiǎn)單地通過調(diào)整電壓電流的調(diào)整而變化，這時(shí)只有通過高頻率的刷新控制亮暗比實(shí)現(xiàn)調(diào)光，所以只有較高的刷新率才能保證大屏的亮度在人眼舒適的范圍，也才能保證LED大屏的灰度等級(jí)滿足顯示的要求。灰度也就是所謂的灰階，是指亮度的明暗程度。對(duì)于數(shù)字化的顯示技術(shù)而言，灰度是顯示色彩數(shù)的決定因素。一般而言灰度越高，顯示的色彩越豐富，畫面也越細(xì)膩，更易表現(xiàn)豐富的細(xì)節(jié)。目前LED顯示屏主要有8 Bit，也即256（2的8次方）級(jí)灰度，10 Bit，也即1 024（2的10次方）級(jí)灰度，12 Bit，也即4 096（2的12次方）級(jí)灰度，14 Bit，也即16 384（2的14次方）級(jí)灰度。簡(jiǎn)單理解就是從黑到白共有256、1 024和4 096種亮度變化。灰度是左右色彩的決定因素，系統(tǒng)處理位數(shù)的提高會(huì)牽涉到系統(tǒng)視頻處理、存儲(chǔ)、傳輸、掃描等各個(gè)環(huán)節(jié)的變化。一般來說，私人使用的顯示器可以采用8位或10位系統(tǒng)，商用或廣播級(jí)產(chǎn)品可以采用12位系統(tǒng)甚至更高級(jí)別的系統(tǒng)。

衡量灰度等級(jí)還與LED顯示屏的亮度有關(guān)，小間距LED顯示屏主要用在室內(nèi)，實(shí)際使用的亮度比室外屏低很多，一般在要求亮度低于800 cd/m2，在低亮度情況下實(shí)現(xiàn)高灰度等級(jí)就是所謂的“低亮高灰”。LED顯示屏通過高刷新率，調(diào)整亮暗比保證亮度范圍在100～300 cd/m2時(shí)，顯示畫面的灰度不損失，或者灰度損失的程度在人眼難以覺察的范圍內(nèi)。

LED模組除了以上比較重要的參數(shù)外，還有色溫、視角等參數(shù)。LED顯示屏，可以通過調(diào)節(jié)3種顏色燈的亮度比例，來達(dá)到改變色溫的目的。視角是觀察方向的亮度下降到顯示屏法線的亮度的1/2時(shí)，同一個(gè)平面兩個(gè)觀察方向與法線方向所成的夾角，分為水平與垂直視角；可視角是剛好能看到顯示屏上圖像內(nèi)容的方向，與顯示屏法線所成的角。最佳視角是能剛好看到顯示屏上的內(nèi)容，且不扁色，圖像內(nèi)容最清晰的方向與法線所成的夾角。LED顯示頻的視角優(yōu)于液晶拼接和DLP等其他技術(shù)的大屏，均能較好地滿足實(shí)際工作要求[3]。

1.2 控制系統(tǒng)

LED顯示屏的控制系統(tǒng)分為同步控制系統(tǒng)和異步控制系統(tǒng)兩類。同步控制系統(tǒng)，控制LED顯示屏的工作方式基本等同于電腦的監(jiān)視器，它以至少60幀/秒更新速率點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)地實(shí)時(shí)映射電腦監(jiān)視器上的圖像，通常具有多灰度的顏色顯示能力，同步控制系統(tǒng)一般由發(fā)送卡（盒）、接收卡等部分組成。異步控制器又稱LED顯示屏脫機(jī)控制系統(tǒng)或脫機(jī)卡。主要用來顯示各種文字、符號(hào)和圖形或動(dòng)畫為主。畫面顯示信息由計(jì)算機(jī)編輯，經(jīng)串口、網(wǎng)絡(luò)或移動(dòng)存儲(chǔ)器預(yù)先置入LED顯示屏的幀存儲(chǔ)器，然后逐屏顯示播放，循環(huán)往復(fù)，不能與實(shí)時(shí)播放的圖像和視頻同步。

小間距LED顯示屏主要用戶會(huì)議和指揮顯示大都采用同步控制系統(tǒng)。發(fā)送部分為發(fā)送卡和發(fā)送盒。每個(gè)發(fā)送卡（盒）均有一定的像素帶載量，如果整屏像素大于發(fā)送卡（盒）的像素帶載量，就需要多個(gè)發(fā)送卡（盒）堆疊使用。如果是多個(gè)發(fā)送卡（盒）堆疊使用，就需要通過視頻處理器或視頻拼接器將一整屏的圖像視頻信號(hào)分拆成每個(gè)發(fā)送卡（盒）帶載的顯示區(qū)域的信號(hào)并送到發(fā)送卡（盒）中。單塊發(fā)送卡可以安裝在臺(tái)式電腦中，一個(gè)以上發(fā)送卡就需要安裝在視頻處理器內(nèi)才能工作，發(fā)送盒為獨(dú)立的設(shè)備可單獨(dú)工作，每個(gè)發(fā)送卡（盒）有1個(gè)DVI或HDMI視頻信號(hào)接收視頻源信號(hào)。視頻處理器和拼接器主要是對(duì)視頻進(jìn)行優(yōu)化處理，使其輸出到發(fā)送卡（盒）的圖像分辨率與合LED顯示屏顯示的物理分辨率相同。視頻拼接器的輸入、輸出端口較多可以實(shí)現(xiàn)矩陣和視頻拼接、縮放等多種功能，一臺(tái)設(shè)備可支持多個(gè)各類型屏幕，實(shí)現(xiàn)不同組屏間信號(hào)共享。

發(fā)送卡（盒）通過DVI或HDMI端口上聯(lián)視頻信號(hào)源，并將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成多個(gè)千兆網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸?shù)浇邮湛ㄖ?。發(fā)送卡（盒）和接收卡在100 m之內(nèi)可以通過網(wǎng)線傳輸信號(hào)，如果超過100 m則可通過光纖傳輸信號(hào)。發(fā)送卡（盒）配合接卡還可實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)亮色度校正。逐點(diǎn)亮色度校正是一項(xiàng)用于提升LED顯示屏亮色均勻度和色彩保真度的技術(shù)，即通過對(duì)LED顯示屏上的每個(gè)像素（或每一個(gè)基色子像素）區(qū)域的亮度（和色度）數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，給出每個(gè)基色子像素的校正系數(shù)或每個(gè)像素的校正系數(shù)矩陣，將其反饋給顯示屏的控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)應(yīng)用校正系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)像素（或每一個(gè)基色子像素）的差異性驅(qū)動(dòng)，讓LED顯示屏的畫面純凈細(xì)膩，色彩得到真實(shí)還原。

1.3 電源

小間距LED顯示屏的電源包括配電箱和電源轉(zhuǎn)換器兩部分。LED顯示屏配電柜的作用是配電控制將電能分配到各個(gè)負(fù)荷部位，及在電路短路、過載和漏電時(shí)進(jìn)行斷電保護(hù)。主要給LED屏體供電，其支持AC380 V電源輸入，空氣開關(guān)保護(hù)，支持220 V的電源輸出，機(jī)箱采用特殊設(shè)計(jì)，防止了漏電的可能，使用更加安全，具有電源指示燈指示。配電箱具有手自動(dòng)切換、分時(shí)上電、延時(shí)啟動(dòng)、延時(shí)關(guān)閉、短路保護(hù)、過載保護(hù)、避雷保護(hù)、多點(diǎn)消防煙霧報(bào)警、狀態(tài)顯示、三相電流電壓指示等功能，可以配合中控系統(tǒng)統(tǒng)一管理。分步延時(shí)分上電的上電方式，避免了大負(fù)載對(duì)電網(wǎng)瞬間的沖擊，有效地保護(hù)了顯示屏體的電子元件，延長(zhǎng)了顯示屏的使用壽命。

LED顯示屏模組工作電壓一般為直流5 V，需要配置電源轉(zhuǎn)換器，為了使大屏安靜運(yùn)行，建議電源的散熱方式為自然扇熱，為了保證安全采用的電源需要具備CCC認(rèn)證。優(yōu)質(zhì)的電源具備功率因數(shù)校正（Power Factor Correction，PFC）功能，開關(guān)電源電網(wǎng)側(cè)（交流輸入端）功率因數(shù)僅為0.6～0.65，可通過PFC變換器，將功率因數(shù)可提高到0.95～0.99，輸入電流THD<10%。既治理了對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，又提高了電源的整體效率。有些廠家標(biāo)稱具備雙電源供電，但是筆者認(rèn)為在顯示屏箱體空間有限，如果硬塞進(jìn)2個(gè)電源必須選擇體積較小的產(chǎn)品，在相同功率情況下，體積小的電源穩(wěn)定性反而不如標(biāo)準(zhǔn)尺寸的電源，反而不利于提高穩(wěn)定性。

有部分大屏廠家箱體采用低壓直流供電，在大屏外安裝一個(gè)集中式的電源轉(zhuǎn)換箱，優(yōu)點(diǎn)在于減少了箱體的厚度，降低了箱體的熱量，缺點(diǎn)是低壓直流電源無(wú)法長(zhǎng)距離傳輸，必須在大屏附件安裝集中式的電源轉(zhuǎn)換箱，反而使大屏更累贅。

1.4 箱體

小間距LED顯示屏最主流的安裝方式有箱體和框架等兩類安裝方式。箱體有鋼箱體、壓鑄鋁箱體和炭纖維箱體等多種，目前最常用的是壓鑄鋁箱體。壓鑄鋁箱體具有重量輕，結(jié)構(gòu)合理，精度高和散熱好等特點(diǎn)。箱體經(jīng)過CNC二次精密加工，確保其尺寸公差達(dá)到0.05 mm，保證拼接快速精準(zhǔn)組裝的顯示屏幕平整度高、無(wú)縫隙感，主要用于P1.6以下間距的LED顯示屏。在選擇箱體時(shí)要注意幾點(diǎn)：（1）優(yōu)質(zhì)箱體整體都是金屬機(jī)構(gòu)，有些價(jià)格低的箱體為了降低成本將后蓋改為塑料結(jié)構(gòu)，這樣不利于顯示屏散熱，也降低了電磁防護(hù)性能。（2）箱體要全密封，壓鑄鋁箱體是通過整個(gè)金屬箱體進(jìn)行扇熱，不需要散熱孔，全密封箱體有利于保證箱體的安全性，防潮，防灰。（3）有的LED顯示屏后部沒有維護(hù)空間，需要選擇前維護(hù)箱體，使得LED顯示屏的維護(hù)工作可在顯示屏前面完成。

框架貼模組安裝是直接將模組貼在顯示屏鋼結(jié)構(gòu)框架上，優(yōu)勢(shì)在于價(jià)格便宜，整體屏幕厚度較低（一般厚度在10 cm），但是由于鋼結(jié)構(gòu)精度不夠高，拼接后的LED大屏表面不夠平整，縫隙較大，目前主要用于P1.8以上間距的LED顯示屏。

1.5 輔助線纜

LED顯示屏輔助電纜包括各類電源，數(shù)據(jù)線纜和各類接插件。電源包括各個(gè)箱體之間串接的220 V交流供電，箱體內(nèi)各個(gè)模組、接收卡的直流供電。數(shù)據(jù)線包括發(fā)送盒（卡）至箱體接收卡的超五類網(wǎng)線，接收卡至模組的數(shù)據(jù)線。接插件有的采用普通的插座，也有為保證穩(wěn)定性采用的航空插件。維護(hù)箱體為了避免箱體之間插線的麻煩采用了定制的插件，直接將兩箱體互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了箱體間無(wú)線連接。

2 小間距LED顯示屏的安裝固定方式

小間距LED顯示屏的安裝固定方式有鋼架固定安裝、墻面貼壁安裝、吊裝和移動(dòng)安裝等3個(gè)方式。

鋼架固定安裝，是在地面和頂面直接安裝鋼結(jié)構(gòu)支架，然后將LED顯示屏箱體或模組安裝在鋼結(jié)構(gòu)支架上，這種安裝方式穩(wěn)定可靠，特別適合大面積屏幕的安裝。

墻面貼壁安裝是在墻壁安裝結(jié)構(gòu)件，然后將LED顯示屏箱體或模組貼在結(jié)構(gòu)件上，貼壁前安裝，相比鋼架固定安裝節(jié)省80%的安裝空間，但是對(duì)墻面的強(qiáng)度有一定要求。

吊裝，是從房屋頂面上吊一根橫梁，然后將LED顯示屏箱體或模組垂吊在橫梁上。這種安裝方式對(duì)地面和墻面沒有破壞也沒有承重要求，比較適合改造類項(xiàng)目。

移動(dòng)安裝是將LED顯示屏安裝在一個(gè)可移動(dòng)的鋼結(jié)構(gòu)平車上，可根據(jù)要求移動(dòng)到適合的位置上。

以上各種方式均可將LED顯示屏安裝成平面或弧面，弧面又分內(nèi)弧和外弧。內(nèi)弧的LED顯示屏相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只要在制作LED顯示屏鋼結(jié)構(gòu)時(shí)做成弧形的就可以。內(nèi)弧顯示屏適合橫向顯示面積較大的顯示屏。外弧的LED顯示屏較為復(fù)雜，要根據(jù)屏體的尺寸重新設(shè)計(jì)模組的尺寸和排列，配合結(jié)構(gòu)和控制卡的排布才能實(shí)現(xiàn)，比如球形屏就是外弧室內(nèi)LED顯示屏的代表產(chǎn)品。為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，現(xiàn)在有些廠家已經(jīng)推出了弧度箱體，滿足各類項(xiàng)目的需要。

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