系統(tǒng)分析LED顯示屏應用設計方案

本文結(jié)合LED屏品牌廠家10多年的工程經(jīng)驗，全面地分析了多功能禮堂舞臺演出和高清視頻會議顯示需求，從點距選定、像素封裝、視距確定、電路設計、安裝基礎及系統(tǒng)調(diào)試等方面入手，分享關于聯(lián)誠發(fā)室內(nèi)LED顯示屏設計經(jīng)驗。

LED之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點分不開的。這些優(yōu)點概括起來是：亮度高、工作電壓低、功耗小、大型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定。LED的發(fā)展前景極為廣闊，正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化方向發(fā)展。LED顯示屏廣泛應用在體育場館、商業(yè)應用、銀行、證?、邮?、碼頭、商場、車站、郵政、電訊、機關、監(jiān)控、學校、餐廳、酒店、娛樂、等不同戶外場所的廣告宣傳。

LED顯示屏發(fā)展已經(jīng)有20多年歷史，與其他LCD拼接、工程投影機等設備一樣，LED顯示屏從誕生開始，就伴隨著技術進步和升級換代，從起步時顯示文字內(nèi)容為主，到之后的圖文并茂及動態(tài)視頻。目前廣泛應用在戶外廣告、舞臺表演、展覽展示、球場賽事、會議中心和指揮中心等領域。

本文結(jié)合LED屏品牌廠家10多年的工程經(jīng)驗，全面地分析了室內(nèi)LED顯示屏的設計、安裝、測試及維護等注意事項。這里以多功能禮堂舞臺演出實例作詳細說明：

一、項目基本情況

1.1 項目建設需求

多功能禮堂舞臺演出顯示系統(tǒng)分為主屏、輔屏和會標屏3個部分。主屏建設需求是建設大幅面、高清晰度的大屏幕，顯示多個計算機數(shù)字信號、本會場攝像、遠程監(jiān)視或異地會商的視頻信號等，實現(xiàn)攝像、講解資料、視頻會議等畫面的顯示，同時還要兼顧舞臺演出背景;輔屏建設需求是顯示一個標清信號，實現(xiàn)會議輔助內(nèi)容的顯示，也可用作演出時的報幕、字幕等;會標屏則需要顯示多種顏色的文字。

禮堂舞臺部分寬20m、深17m、高18m， 臺口處寬15m、高7.8m ;舞臺上方安裝燈光、幕布等舞臺機械裝置;臺口兩側(cè)耳墻距地面3m，寬8m，高6m。設計主屏顯示面積至少72O(12m×6m)，屏前是主席臺會議和演出的場所，屏后則是演員通過和維護空間，第一排觀眾距屏至少17m ;輔屏在耳墻上，顯示面積至少12O(4m×3m)。

二、影響室內(nèi)LED顯示屏質(zhì)量的關鍵技術

室內(nèi)LED顯示屏在設計屏體時，要考慮顯示內(nèi)容、場地空間條件、顯示屏尺寸或像素大三個重要因素，同時要確保生產(chǎn)工藝、技術指標等適合室內(nèi)實際應用需求，再結(jié)合項目造價，進行合理設計。

2.1 LED顯示屏點間距

視覺顆粒感主要來自人眼有一定的分辨力，在一定距離觀看兩點，當兩點緊密到一定程度時，人眼將無法分辨。近兩年隨著LED顯示屏制造技術的提高，小間距LED顯示屏體分辨率不斷提升，室內(nèi)顯示設計已從初始選擇最小的點距規(guī)格方案提升到選擇合適的點距規(guī)格方案。

表1 將比較典型的聯(lián)誠發(fā)室內(nèi)LED顯示屏規(guī)格對比，P1.6、P2、P2.5、P3、P4、P5為室內(nèi)常用規(guī)格，“P3”表示像素點距為3mm，最小視距為人眼分辨不出像素點顆粒的距離，但這個距離長時間觀看會損傷視力，最佳視距為觀看屏幕舒適的距離，也是最清晰的距離。

通過表1 對比可以看出，P1.6、P2、P2.5 三種規(guī)格，最小視距和最佳視距非常接近大平板電視的觀看要求，整屏分辨率高達4800×2400，在同樣的屏體上可以顯示更清晰的畫面，但在12m寬的屏幕上顯示一個高清信號需要放大3～4倍，顯示兩個高清畫面需要放大2 倍;同時高分辨率顯示需要高性能的圖像處理設備，系統(tǒng)的整體造價會很高。P4、P5 兩種規(guī)格在12m 寬的屏幕上無法同時顯示兩個高清畫面，不能滿足高清會議電視畫面顯示要求。P3 即可滿足同時顯示兩個高清畫面的要求。根據(jù)顯示屏幕大小，最終選定性價比較高的P3 作為項目主屏和輔屏的顯示點距，選定P4 作為會標屏的顯示點距。

2.2 封裝技術

決定LED品質(zhì)的一個因素是主要材料，如芯片、支架、膠水(環(huán)氧樹脂)、金線等，另一個因素是封裝工藝。像素封裝技術關系到整個顯示屏的色彩飽和度、視角等顯示效果和生產(chǎn)成本、質(zhì)量穩(wěn)定性等，是選擇LED顯示屏非常關鍵的指標之一。

室內(nèi)LED主流封裝技術主要有表貼SMD、直插DIP模式。表貼是指將封裝好的發(fā)光管粘貼在電路板上，然后進行集成電路焊接工藝加工成屏體。它散熱性好、色彩均勻，整個顯示屏可以正面維護，大大減小了維護成本和難度;同時，在封裝過程中進行填充金屬化合物，混色效果好，發(fā)光柔和，更適合室內(nèi)應用。直插模塊是將發(fā)光管封裝成長方型，然后把紅綠蘭3 個管拼在一起做成一個像素點模塊，直接安插在PCB 板上焊接，工藝相對簡單、成本較低，壞點率高，主要應用于戶外顯示屏。

室內(nèi)屏的像素結(jié)構(gòu)有表貼三合一和表貼三拼一(分離表貼)兩種方式。

三合一表貼是指紅綠藍3 個發(fā)光點封裝合成在同一個發(fā)光管里面，近看是一點， 放大看就是3 個發(fā)光點分離的一條線，對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的材料和工藝要求高，主要用于小間距、高密度高端LED顯示屏的生產(chǎn)。

三并一表貼(分離表貼)是指紅綠藍3 個發(fā)光點是分開封裝的，封裝后排列成1 個像素點，再封裝1 個面罩保護，能防塵、防劃，并能保護發(fā)光晶片。三并一是分離表貼，三點分開供電，功耗小，且可實現(xiàn)單燈維修，成本較低。

一般來說，為了提升室內(nèi)屏的顯示效果，選用表貼三合一、黑燈技術、金線封裝等。

2.3 LED控制電路的設計

LED控制部分是決定顯示效果的核心部分，控制電路內(nèi)置高性能單片微型控制芯片?？刂破魍ㄟ^內(nèi)部控制程序向LED驅(qū)動芯片發(fā)送控制信號和數(shù)據(jù)，LED驅(qū)動芯片接收到信號后，產(chǎn)生相應的動作，從而對每一路紅、綠、藍LED發(fā)光芯片實現(xiàn)單獨控制。

2.3.1 驅(qū)動系統(tǒng)

LED驅(qū)動部分的功能是接收顏色數(shù)據(jù)并驅(qū)動LED顯示屏按該數(shù)據(jù)所表示的亮度值顯示，通常有恒流、穩(wěn)壓、恒壓-恒流3 種方式。

恒流驅(qū)動電路輸出的電流是恒定的，輸出的直流電壓隨負載阻值變化而變化，整個電路不怕負載短路，但嚴禁負載完全開路。穩(wěn)壓電路輸出固定電壓，輸出電流隨負載的增減而變化，整個電路不怕負載開路，但嚴禁負載完全短路。先恒壓再恒流方式是最理想的驅(qū)動電路，既要檢測LED電流，又要控制LED電壓，有利于提高LED壽命，減小功耗，一般用于高檔LED產(chǎn)品中。

2.3.2 控制系統(tǒng)

LED的顯示效果取決于通過它的電流與電壓的大小、時間等，所以控制系統(tǒng)主要是控制LED的電源輸出。目前，PWM(脈沖調(diào)制)控制方式設計的LED電源，轉(zhuǎn)換效率高達80%～90%，且輸出電壓或電流十分穩(wěn)定，屬于高可靠性電源。

PWM可以控制LED開和關的時間比例，通過將時間比例劃分為若干等級，使LED顯示出相應數(shù)量的灰度等級(灰階)。三基色的灰度等級的乘積，是顯示屏理論上可以再現(xiàn)的顏色數(shù)量，一般為256 級，顏色數(shù)達到16.7M，就可顯示24位真彩色的信息。

一般PWM 的頻率大于100Hz，否則在觀看時會有顯示的閃爍和掃描線?，F(xiàn)在灰度等級為10 位的大屏，刷新頻率大多為800 ～ 1000 Hz， LED行業(yè)最高刷新率為6800Hz。在攝像機正常取景及轉(zhuǎn)動下，LED屏體畫面顯示穩(wěn)定無閃爍，而且在最高刷新率下灰階過度順滑，沒有串色。

2.3.3 驅(qū)動系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的組合

LED作為電路的負載，與驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的電路連接關系到整個顯示屏的穩(wěn)定性，一般有串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)3種方式。串聯(lián)方式是可靠性不高的連接方式，常用于低端產(chǎn)品中，在穩(wěn)壓驅(qū)動電路中，當某一顆LED發(fā)生短路時，分配在其他LED的電壓將升高，容易造成更多損壞。

并聯(lián)方式適用于電源電壓較低的產(chǎn)品，恒流驅(qū)動電路中，當某一顆LED斷開時，分配在其他LED的電流將增大，容易損壞電路上所有的LED。

目前為了提高產(chǎn)品的可靠性，一般采用混聯(lián)方式，串、并聯(lián)的LED數(shù)量平均分配，分組并聯(lián)，再將每組串聯(lián)在一起，這樣分配在一串LED上的電壓相同，通過每一顆LED的電流也基本相同，LED亮度一致，同時最好在恒流輸出中增加LED溫度負反饋，防止LED溫度過高。