吳欣強

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)用在會議場館、指揮中心、演藝舞臺和廣告娛樂等場所。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，并對小間距LED顯示屏產(chǎn)品規(guī)格和主要性能參數(shù)進行了詳細的解釋說明。根據(jù)主要參數(shù)對小間距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)用都處于快速增長期，在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。但是如何選擇合適項目需求的產(chǎn)品成為每個項目設(shè)計和技術(shù)人員所面臨的問題。本文通過對小間距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、壽命長等特點，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)用在會議場館、指揮中心、演藝舞臺和廣告娛樂等領(lǐng)域。

小間距LED顯示屏采用分模組組裝具有真正無縫，高清，可無限擴大，可任意拼接成曲面、異性屏等特點。小間距LED顯示屏還具有亮度色彩均有一致、畫面對比度和亮度高、幀率高，無拖尾、重影、超寬視角，畫面不偏色和失真和使用成本和維護成本低等優(yōu)勢，缺點只有一個，就是目前產(chǎn)品價格較高[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，也是我國第一個有能力與國際大品牌直面競爭的大屏幕顯示產(chǎn)品。下面就小間距LED顯示屏選型進行分析。

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)光二級管，有紅、綠、藍3個顏色的發(fā)光二級管組成一個像素。LED燈的間距就是每個相鄰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)字就是兩個像素之間的距離，受各個廠家的模組尺寸設(shè)計不同每個產(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)的像素數(shù)量。點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。

每個模組的尺寸和電間距就決定了每個模組的分辨率，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SMD燈由紅、綠、藍3個顏色的發(fā)光二級管封裝在1個SMD原件中，一般稱作三合一。SMD通過貼片機將一個個LED燈貼到PCB線路板上。該方式LED模組整體性好，維修方便，缺點就是成本較高，還有就是毫米級的燈焊盤太小，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，然后進行LED芯片導(dǎo)通性能的焊接，測試完好后，用環(huán)氧樹脂膠包封。優(yōu)點在于整體封裝成本較低，LED燈不易受物理損壞，缺點在于環(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問題，但是貼的模在一段時間后會翹起影響大屏的美觀，而且外加一層膜也會影響模組散熱。另外還有一個致命的缺點就是小間距LED顯示屏是上百萬個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法現(xiàn)場維修，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)主要的對象應(yīng)該在100寸以下中小顯示屏幕領(lǐng)域。

LED燈早期靠進口，隨著國內(nèi)國星和晶臺等一線封裝廠的迅猛發(fā)展，國產(chǎn)燈質(zhì)量已經(jīng)大大提高，完全可以和進口燈媲美。但是國產(chǎn)燈廠家眾多，良莠不齊，部分廠家為了減低成本采用低價管芯封裝，導(dǎo)致LED顯示屏長期運行后死燈的問題較多。另外，各個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，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大屏實際存在的像素行數(shù)乘以列數(shù)的數(shù)學(xué)表達方式）也就能測算出大屏的長度和高度。

LED模組中另外一個重要的原器件就是驅(qū)動芯片，驅(qū)動芯片決定了模組的刷新率和灰度等級等參數(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，除了會導(dǎo)致攝像、攝影時出現(xiàn)水平橫條紋之外，同時也會發(fā)生類似數(shù)萬顆燈泡同時閃爍的影像，人眼在觀看時因此可能產(chǎn)生不適感，甚至對眼睛造成傷害。目前高性能的LED顯示屏能夠達到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燈的亮度不是簡單地通過調(diào)整電壓電流的調(diào)整而變化，這時只有通過高頻率的刷新控制亮暗比實現(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，畫面也越細膩，更易表現(xiàn)豐富的細節(jié)。目前LED顯示屏主要有8 Bit，也即256（2的8次方）級灰度，10 Bit，也即1 024（2的10次方）級灰度，12 Bit，也即4 096（2的12次方）級灰度，14 Bit，也即16 384（2的14次方）級灰度。簡單理解就是從黑到白共有256、1 024和4 096種亮度變化?；叶仁亲笥疑实臎Q定因素，系統(tǒng)處理位數(shù)的提高會牽涉到系統(tǒng)視頻處理、存儲、傳輸、掃描等各個環(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)，商用或廣播級產(chǎn)品可以采用12位系統(tǒng)甚至更高級別的系統(tǒng)。

衡量灰度等級還與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，在低亮度情況下實現(xiàn)高灰度等級就是所謂的“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，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，同一個平面兩個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/秒更新速率點點對應(yīng)地實時映射電腦監(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顯示屏脫機控制系統(tǒng)或脫機卡。主要用來顯示各種文字、符號和圖形或動畫為主。畫面顯示信息由計算機編輯，經(jīng)串口、網(wǎng)絡(luò)或移動存儲器預(yù)先置入LED顯示屏的幀存儲器，然后逐屏顯示播放，循環(huán)往復(fù)，不能與實時播放的圖像和視頻同步。

小間距LED顯示屏主要用戶會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，就需要多個發(fā)送卡（盒）堆疊使用。如果是多個發(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分拆成每個發(fā)送卡（盒）帶載的顯示區(qū)域的信號并送到發(fā)送卡（盒）中。單塊發(fā)送卡可以安裝在臺式電腦中，一個以上發(fā)送卡就需要安裝在視頻處理器內(nèi)才能工作，發(fā)送盒為獨立的設(shè)備可單獨工作，每個發(fā)送卡（盒）有1個DVI或HDMI視頻信號接收視頻源信號。視頻處理器和拼接器主要是對視頻進行優(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現(xiàn)矩陣和視頻拼接、縮放等多種功能，一臺設(shè)備可支持多個各類型屏幕，實現(xiàn)不同組屏間信號共享。

發(fā)送卡（盒）通過DVI或HDMI端口上聯(lián)視頻信號源，并將視頻信號轉(zhuǎn)換成多個千兆網(wǎng)絡(luò)信號傳輸?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，如果超過100 m則可通過光纖傳輸信號。發(fā)送卡（盒）配合接卡還可實現(xiàn)逐點亮色度校正。逐點亮色度校正是一項用于提升LED顯示屏亮色均勻度和色彩保真度的技術(shù)，即通過對LED顯示屏上的每個像素（或每一個基色子像素）區(qū)域的亮度（和色度）數(shù)據(jù)進行采集，給出每個基色子像素的校正系數(shù)或每個像素的校正系數(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)，實現(xiàn)對每個像素（或每一個基色子像素）的差異性驅(qū)動，讓LED顯示屏的畫面純凈細膩，色彩得到真實還原。

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負荷部位，及在電路短路、過載和漏電時進行斷電保護。主要給LED屏體供電，其支持AC380 V電源輸入，空氣開關(guān)保護，支持220 V的電源輸出，機箱采用特殊設(shè)計，防止了漏電的可能，使用更加安全，具有電源指示燈指示。配電箱具有手自動切換、分時上電、延時啟動、延時關(guān)閉、短路保護、過載保護、避雷保護、多點消防煙霧報警、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。分步延時分上電的上電方式，避免了大負載對電網(wǎng)瞬間的沖擊，有效地保護了顯示屏體的電子元件，延長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，但是筆者認為在顯示屏箱體空間有限，如果硬塞進2個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，在大屏外安裝一個集中式的電源轉(zhuǎn)換箱，優(yōu)點在于減少了箱體的厚度，降低了箱體的熱量，缺點是低壓直流電源無法長距離傳輸，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。箱體經(jīng)過CNC二次精密加工，確保其尺寸公差達到0.05 mm，保證拼接快速精準組裝的顯示屏幕平整度高、無縫隙感，主要用于P1.6以下間距的LED顯示屏。在選擇箱體時要注意幾點：（1）優(yōu)質(zhì)箱體整體都是金屬機構(gòu)，有些價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，也降低了電磁防護性能。（2）箱體要全密封，壓鑄鋁箱體是通過整個金屬箱體進行扇熱，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空間，需要選擇前維護箱體，使得LED顯示屏的維護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)勢在于價格便宜，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。電源包括各個箱體之間串接的220 V交流供電，箱體內(nèi)各個模組、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)，實現(xiàn)了箱體間無線連接。

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、吊裝和移動安裝等3個方式。

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，但是對墻面的強度有一定要求。

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。這種安裝方式對地面和墻面沒有破壞也沒有承重要求，比較適合改造類項目。

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

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顯示屏相對比較簡單，只要在制作LED顯示屏鋼結(jié)構(gòu)時做成弧形的就可以。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)計模組的尺寸和排列，配合結(jié)構(gòu)和控制卡的排布才能實現(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)市場需求，現(xiàn)在有些廠家已經(jīng)推出了弧度箱體，滿足各類項目的需要。

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