系統(tǒng)分析LED顯示屏應(yīng)用設(shè)計(jì)方案

本文結(jié)合LED屏品牌廠(chǎng)家10多年的工程經(jīng)驗(yàn)，全面地分析了多功能禮堂舞臺(tái)演出和高清視頻會(huì)議顯示需求，從點(diǎn)距選定、像素封裝、視距確定、電路設(shè)計(jì)、安裝基礎(chǔ)及系統(tǒng)調(diào)試等方面入手，分享關(guān)于聯(lián)誠(chéng)發(fā)室內(nèi)LED顯示屏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

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(diǎn)分不開(kāi)的。這些優(yōu)點(diǎn)概括起來(lái)是：亮度高、工作電壓低、功耗小、大型化、壽命長(zhǎng)、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(yīng)用在體育場(chǎng)館、商業(yè)應(yīng)用、銀行、證?、邮?、碼頭、商場(chǎng)、車(chē)站、郵政、電訊、機(jī)關(guān)、監(jiān)控、學(xué)校、餐廳、酒店、娛樂(lè)、等不同戶(hù)外場(chǎng)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(jī)等設(shè)備一樣，LED顯示屏從誕生開(kāi)始，就伴隨著技術(shù)進(jìn)步和升級(jí)換代，從起步時(shí)顯示文字內(nèi)容為主，到之后的圖文并茂及動(dòng)態(tài)視頻。目前廣泛應(yīng)用在戶(hù)外廣告、舞臺(tái)表演、展覽展示、球場(chǎng)賽事、會(huì)議中心和指揮中心等領(lǐng)域。

本文結(jié)合LED屏品牌廠(chǎng)家10多年的工程經(jīng)驗(yàn)，全面地分析了室內(nèi)LED顯示屏的設(shè)計(jì)、安裝、測(cè)試及維護(hù)等注意事項(xiàng)。這里以多功能禮堂舞臺(tái)演出實(shí)例作詳細(xì)說(shuō)明：

一、項(xiàng)目基本情況

1.1 項(xiàng)目建設(shè)需求

多功能禮堂舞臺(tái)演出顯示系統(tǒng)分為主屏、輔屏和會(huì)標(biāo)屏3個(gè)部分。主屏建設(shè)需求是建設(shè)大幅面、高清晰度的大屏幕，顯示多個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)字信號(hào)、本會(huì)場(chǎng)攝像、遠(yuǎn)程監(jiān)視或異地會(huì)商的視頻信號(hào)等，實(shí)現(xiàn)攝像、講解資料、視頻會(huì)議等畫(huà)面的顯示，同時(shí)還要兼顧舞臺(tái)演出背景;輔屏建設(shè)需求是顯示一個(gè)標(biāo)清信號(hào)，實(shí)現(xiàn)會(huì)議輔助內(nèi)容的顯示，也可用作演出時(shí)的報(bào)幕、字幕等;會(huì)標(biāo)屏則需要顯示多種顏色的文字。

禮堂舞臺(tái)部分寬20m、深17m、高18m， 臺(tái)口處寬15m、高7.8m ;舞臺(tái)上方安裝燈光、幕布等舞臺(tái)機(jī)械裝置;臺(tái)口兩側(cè)耳墻距地面3m，寬8m，高6m。設(shè)計(jì)主屏顯示面積至少72O(12m×6m)，屏前是主席臺(tái)會(huì)議和演出的場(chǎng)所，屏后則是演員通過(guò)和維護(hù)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(guān)鍵技術(shù)

室內(nèi)LED顯示屏在設(shè)計(jì)屏體時(shí)，要考慮顯示內(nèi)容、場(chǎng)地空間條件、顯示屏尺寸或像素大三個(gè)重要因素，同時(shí)要確保生產(chǎn)工藝、技術(shù)指標(biāo)等適合室內(nèi)實(shí)際應(yīng)用需求，再結(jié)合項(xiàng)目造價(jià)，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

2.1 LED顯示屏點(diǎn)間距

視覺(jué)顆粒感主要來(lái)自人眼有一定的分辨力，在一定距離觀看兩點(diǎn)，當(dāng)兩點(diǎn)緊密到一定程度時(shí)，人眼將無(wú)法分辨。近兩年隨著LED顯示屏制造技術(shù)的提高，小間距LED顯示屏體分辨率不斷提升，室內(nèi)顯示設(shè)計(jì)已從初始選擇最小的點(diǎn)距規(guī)格方案提升到選擇合適的點(diǎn)距規(guī)格方案。

表1 將比較典型的聯(lián)誠(chéng)發(fā)室內(nèi)LED顯示屏規(guī)格對(duì)比，P1.6、P2、P2.5、P3、P4、P5為室內(nèi)常用規(guī)格，“P3”表示像素點(diǎn)距為3mm，最小視距為人眼分辨不出像素點(diǎn)顆粒的距離，但這個(gè)距離長(zhǎng)時(shí)間觀看會(huì)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(guò)表1 對(duì)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(dá)4800×2400，在同樣的屏體上可以顯示更清晰的畫(huà)面，但在12m寬的屏幕上顯示一個(gè)高清信號(hào)需要放大3～4倍，顯示兩個(gè)高清畫(huà)面需要放大2 倍;同時(shí)高分辨率顯示需要高性能的圖像處理設(shè)備，系統(tǒng)的整體造價(jià)會(huì)很高。P4、P5 兩種規(guī)格在12m 寬的屏幕上無(wú)法同時(shí)顯示兩個(gè)高清畫(huà)面，不能滿(mǎn)足高清會(huì)議電視畫(huà)面顯示要求。P3 即可滿(mǎn)足同時(shí)顯示兩個(gè)高清畫(huà)面的要求。根據(jù)顯示屏幕大小，最終選定性?xún)r(jià)比較高的P3 作為項(xiàng)目主屏和輔屏的顯示點(diǎn)距，選定P4 作為會(huì)標(biāo)屏的顯示點(diǎn)距。

2.2 封裝技術(shù)

決定LED品質(zhì)的一個(gè)因素是主要材料，如芯片、支架、膠水(環(huán)氧樹(shù)脂)、金線(xiàn)等，另一個(gè)因素是封裝工藝。像素封裝技術(shù)關(guān)系到整個(gè)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(guān)鍵的指標(biāo)之一。

室內(nèi)LED主流封裝技術(shù)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(jìn)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(gè)顯示屏可以正面維護(hù)，大大減小了維護(hù)成本和難度;同時(shí)，在封裝過(guò)程中進(jìn)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(yīng)用。直插模塊是將發(fā)光管封裝成長(zhǎng)方型，然后把紅綠蘭3 個(gè)管拼在一起做成一個(gè)像素點(diǎn)模塊，直接安插在PCB 板上焊接，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、成本較低，壞點(diǎn)率高，主要應(yīng)用于戶(hù)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(lán)3 個(gè)發(fā)光點(diǎn)封裝合成在同一個(gè)發(fā)光管里面，近看是一點(diǎn)， 放大看就是3 個(gè)發(fā)光點(diǎn)分離的一條線(xiàn)，對(duì)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(lán)3 個(gè)發(fā)光點(diǎn)是分開(kāi)封裝的，封裝后排列成1 個(gè)像素點(diǎn)，再封裝1 個(gè)面罩保護(hù)，能防塵、防劃，并能保護(hù)發(fā)光晶片。三并一是分離表貼，三點(diǎn)分開(kāi)供電，功耗小，且可實(shí)現(xiàn)單燈維修，成本較低。

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

2.3 LED控制電路的設(shè)計(jì)

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^(guò)內(nèi)部控制程序向LED驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)送控制信號(hào)和數(shù)據(jù)，LED驅(qū)動(dòng)芯片接收到信號(hào)后，產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，從而對(duì)每一路紅、綠、藍(lán)LED發(fā)光芯片實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制。

2.3.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

LED驅(qū)動(dòng)部分的功能是接收顏色數(shù)據(jù)并驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路輸出的電流是恒定的，輸出的直流電壓隨負(fù)載阻值變化而變化，整個(gè)電路不怕負(fù)載短路，但嚴(yán)禁負(fù)載完全開(kāi)路。穩(wěn)壓電路輸出固定電壓，輸出電流隨負(fù)載的增減而變化，整個(gè)電路不怕負(fù)載開(kāi)路，但嚴(yán)禁負(fù)載完全短路。先恒壓再恒流方式是最理想的驅(qū)動(dòng)電路，既要檢測(cè)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(guò)它的電流與電壓的大小、時(shí)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(shè)計(jì)的LED電源，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)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(kāi)和關(guān)的時(shí)間比例，通過(guò)將時(shí)間比例劃分為若干等級(jí)，使LED顯示出相應(yīng)數(shù)量的灰度等級(jí)(灰階)。三基色的灰度等級(jí)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(jí)，顏色數(shù)達(dá)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(shí)會(huì)有顯示的閃爍和掃描線(xiàn)?，F(xiàn)在灰度等級(jí)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(jī)正常取景及轉(zhuǎn)動(dòng)下，LED屏體畫(huà)面顯示穩(wěn)定無(wú)閃爍，而且在最高刷新率下灰階過(guò)度順滑，沒(méi)有串色。

2.3.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的組合

LED作為電路的負(fù)載，與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的電路連接關(guān)系到整個(gè)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(dòng)電路中，當(dāng)某一顆LED發(fā)生短路時(shí)，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(dòng)電路中，當(dāng)某一顆LED斷開(kāi)時(shí)，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(guò)每一顆LED的電流也基本相同，LED亮度一致，同時(shí)最好在恒流輸出中增加LED溫度負(fù)反饋，防止LED溫度過(guò)高。