更新时间：2024-09-21 12:13
LED显示屏（Light Emitting Diode panel）是一种用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。LED显示屏具有显示面积大、亮度高、色彩鲜艳、拼装容易等优点。主要应用于安防监控中心、调度指挥中心、广电演播、高端会议视频中心、高清电子广告牌等领域。
第一个商用发光二极管产生于1960年。在1962年，贝尔实验室、惠普、IBM等公司就着手开发更加实用的商用型LED，并于1968年利用GaAsP研制出了商用655nm红色IFD。1971年惠普公司推出了利用GaASPLED作为显示器的5300A500MHz便携式频率计。由于20世纪70年代惠普公司、德州仪器生产的便携式计算器普遍采用数字显示器，LED显示器便进入了它的兴盛时期。2002年，表面贴装封装的LED（SMD LED）逐渐被市场所接受，并获得一定的市场份额，从引脚式封装转向SMD符合整个电子行业发展大趋势，很多生产厂商推出此类产品。此后，小间距LED与Mini LED的概念分别在2010年和2016年应运而生。随着Mini LED背光在2021年商用化的启动，来自上中下游的设备、芯片、封装、背光模组、面板、终端品牌厂商纷纷布局。
LED显示屏根据安装环境不同可以分为室内LED显示屏、户外LED显示屏以及半户外LED显示屏；按照颜色可分为单色屏、双基色屏以及三基色屏；按功能可分为条屏、图文屏以及视屏；按形状可以分成矩形屏与异形屏。LED显示屏已成为平板显示市场的主流产品，广泛应用于社会经济多个领域。广泛运用在证券交易和金融信息显示、机场航班动态信息、港口车站旅客引导等领域。此外，它在邮政、电信、商场购物中心等服务领域作为业务宣传和信息显示的媒介。
1907年英国马可尼（Marconi）实验室的科学家亨利（Henry Round）第一次推论半导体P-N结在一定的条件下可以发出光。这个发现奠定了发明LED的物理基础，并且人们第一次在碳化硅里观察到电致发光现象。由于那时候碳化硅所发出的黄光太暗，不符合实际应用，因此没有太引起人们的重视；更难的在于碳化硅与电致发光不能很好地适应，最终研究被摒弃了。
1936年乔治（GeorgeDestiau）发表了一个关于硫化锌粉末发射光的报告，开始了电致发光的研究，由此出现了“电致发光”这个术语。一直到20世纪50年代中期，电致发光的工作才有了重大进展。1955年，美国无线电公司33岁的物理学家鲁宾·布朗石泰（RubinBraunstein）首次发现了砷化镓（GaAs）及其他半导体合金的红外发光效应，并在物理上实现了二极管的发光，可惜发出的光不是可见光而是红外线。在早期的实验中，LED需要被放置在液化氮里，在极低的温度下工作。
1962年，贝尔实验室、惠普、IBM等公司就着手开发更加实用的商用型LED。同年，通用电气（GE）研究人员尼克·何伦亚克（NickHolonyakJr.）发明了在砷化镓基体上使用磷化物的第一个红光LED。该红光LED的材料是镓砷磷（GaAsP），发红光（λp=650nm），在驱动电流为20mA时，光通量只有千分之几个lm，相应的发光效率约0.1lm/W，何伦亚克也因这项发明被称为“发光二极管之父”。当时的LED还只能手工制造，而且每只的售价需要10美元。从此，可见光发光二极管步入商业化发展进程。
1968年，LED的研发取得了突破性进展，利用氮掺杂工艺使GaAsP器件的效率达到了1lm/W，并且能够发出红光、橙光和黄光。1971年，业界又推出了具有相同效率的GaP绿色芯片LED。1971年惠普推出了利用GaASPLED作为显示器的5300A500MHz便携式频率计。由于20世纪70年代惠普公司、德州仪器生产的便携式计算器普遍采用数字显示器，LED显示器便进入了兴盛时期。
20世纪70年代中期，引入元素钢和氮使LED产生绿光（λp=555nm）、黄光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1lm/W苏联科学家利用金刚砂发明出能发出黄光的LED，尽管它不如欧洲的高效，但在20世纪70年代末，它能发出纯黄色的光。20世纪80年代早期的重大技术突破是开发出了AIGaASLED，它能以10lm/W的发光效率发出红光。这一技术进步使LED能够应用于室外信息发布及汽车高位刹车灯（CHMSL）设备。20世纪80年代中早期，对砷化镓、磷化铝的使用使得第一代高亮度LED诞生。
到20世纪90年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了橙红、黄光和绿光LED。1993年，日本NICHIA的中村修二利用半导体材料氨化镓（GaN）和钢氨化镓（InGaN）发明了蓝光LED。1993年，LED显示屏进入全彩时代，开启了全新的发展方向。1995年中村修二采用钢氮化镓又发明了绿光LED，1998年利用红、绿、蓝三种LED制成白光LED，绿光与白光LED研制的成功标志着LED正式进入照明领域，这是LED照明发展最关键的里程碑。中村修二也因此被称为“蓝光、绿光、白光LED之父”。1996年，日亚化学公司在日本最早申报的白光LED的发明专利就是在蓝光LED芯片上涂覆YAG黄色荧光粉，通过芯片发出的蓝光与荧光粉被激活后发出的黄光互补而形成白光。蓝色光和白色光LED的出现拓宽了LED的应用领域，使全彩色LED显示、LED照明等应用成为可能。
进入21世纪，美国流明（lumileds）公司开始研制大功率LED，将LED芯片封装在铜质热沉上，用金线连接两端引出脚达到封转散热及电气连接的目的。最开始的大功率LED光效只有20lm/W左右，业界采用最多的也是仿流明结构。同年，堪萨斯州立大学Jiang课题组率先提出了miero-LED的概念，并创立了Ⅲ-N Technology公司，为miero-LED 显示的发展奠定了理论和实验基础。2001年，由镓铝钢磷（GaAlInP）做成的LED在红、橙区（λp=615nm）的光效达到100lm/W，由氮化钢镓（GanN）制成的LED在绿色区域（λp=530nm）的光效可以达到50lm/W。这样整个可见光领域的单色LED已经完整，能够满足各种单色发光的应用场所。
2002年，表面贴装封装的LED（SMD LED）逐渐被市场所接受，并获得一定的市场份额，从引脚式封装转向SMD符合整个电子行业发展大趋势，很多生产厂商推出此类产品。2003年，美国CREE公司已封装出1200lm的白光LED集成灯，光效为32lm/W。
2010年，利亚德成功研发出全球首台2.5mm小间距高清LED电视，开启LED小间距替代DLP/LCD大屏拼墙的技术革命。2012年，日本索尼公司发布的55寸“Crystal LED Display”，对比度可达百万比一色饱和度可达140%NTSC，无反应时间和使用寿命问题。2014年，美国苹果公司就收购了LED开发公司LuxVue Technology，在中国台湾龙潭设立了μLED研究所，并投入巨资开发LED技术，希望将LED显示技术应用到IPhone或Apple Watch等产品中。
2016年Sony在原产品的基础上推出了“模块化拼接”的概念，经多片模组拼接成大尺寸显示屏。同年，TCL科技通过其子公司TCL华星成功实现了整机产品与显示器的垂直整合，启动了Mini LED技术的研发。次年，创维集团开始进行Mini LED技术的研发。2018年国际消费类电子产品展览会，三星电子成功推出大尺寸LED（LED尺寸在100~200mm）的显示墙样机和产品，中国的TCL电子和海信集团有限公司也推出相应的显示墙样机，同期中国国外一些科研机构和科研团队已开发出不同尺寸和阵列的LED显示器件。2019年美国SID展，TCL集团展出了有源矩阵驱动的65寸LED背光电视，采用主动式驱动全彩RGB LED，分区数高达5184区，峰值亮度高达2000ed/m2，色域达到90%BT.2020，结合超精细动态调光，对比度高达到1000000：1。除了TCL科技，中国国内面板厂家TCL华星、京东方、天马电子等也纷纷在各大展会推出搭配μLED背光的样机。
2020年，京东方将MLED（Mini/Micro LED）列为独立事业，并推出一系列Mini LED背光和直显产品，提升MLED领域的技术和市场能力成为其未来3-5年重点关注的方向；同年9月，小米推出了其首款Mini LED产品——小米电视大师至尊纪念版。2021年被业界视为Mini LED技术的商用元年，苹果公司推出Mini LED相关产品，三星电子、TCL科技、创维集团、海信集团有限公司、康佳集团等电视品牌对于Mini LED的卡位日趋激烈。同5月，三星电子宣布推出一款名为“iPanel”的LED显示屏产品；同年6月，LG电子宣布推出“LG MAGNIT”LED显示屏产品；7月，欧司朗公司宣布推出“OSLON Square”LED显示屏产品、华为发布了旗下首款Mini LED背光电视——售价24999元的华为智慧屏V 75 Super；8月，索尼推出“Crystal LED C-series”；同年9月，中国LED显示屏企业LianTronics宣布推出一款名为“Fine Pitch LED Display”的LED显示屏产品，该产品采用了全新的微LED技术，具有更高的亮度、更高的对比度和更高的分辨率，可广泛应用于室内外广告、舞台演出、体育场馆、交通指示、信息发布等领域。随着Mini LED背光在2021年商用化的启动，来自上中下游的设备、芯片、封装、背光模组、面板、终端品牌厂商纷纷布局。
LED显示屏具有其他显示屏所无法比拟的技术优越性，是集光电子技术、微电子技术，计算机技术、视频技术为一体的高科技产品。它的发光部分由LED灯珠拼装组成，其特点是耗电量少、亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。显示屏面积可以根据需要由单元模块任意拼装，以其变化丰富的色彩，图案实时动态的显示模式，完美的多媒体效果，强大的视觉冲击力将信息、文字、图片、动画、视频等多种方式显示出来，成为信息传播的划时代产品。
LED显示屏使用寿命极长，发光二极管的使用寿命高达10万小时以上，显著提升了产品的耐用性。其次，LED显示屏响应速度快，这是半导体器件的共性，确保了信息的即时传递。再者，其可视距离远，单点直径可达52mm，可视距离甚至可达500m以上，满足了各种环境下的观看需求。
LED显示屏的可视角度大，室内显示屏的可视角度可达160°，户外显示屏也可达120°，保证了观众在不同角度都能清晰观看。同时，LED显示屏规格品种繁多，既有室内使用的也有户外使用的，从单色、双色到全彩色都有，满足了不同场景的需求。
数字化程度高是LED显示屏的另一大特点，它能够实现高分辨率图形方式，使得画面更加清晰细腻。此外，LED显示屏亮度高，适用于户外环境，如交通灯、防雾灯等，并且亮度可根据环境自动调节，确保观看效果。
功耗低也是LED显示屏的一大优势，每平方米最大功耗不超过800W，节能环保。同时，其维修方便，模块化设计使得安装、维护更加便捷，甚至可以带电维修。
LED显示屏的格式灵活，用户可以任意编排显示模式，内容丰富多样，可以显示文字、表格、图像、动画和视频信息。通过计算机控制，操作方便灵活，画面清晰稳定。既可以显示文字又可以显示图形图像，字体、字形变化丰富，为用户提供了更多的选择。
视频功能先进，LED显示屏除了可以显示图文信息外，还可以外接DVD等设备，播放电视画面，为用户提供了更加丰富的视觉体验。此外，显示屏联网功能使得一台微机可以同时控制多个显示屏显示不同的内容，且显示屏可脱机工作，大大提升了使用的灵活性和便利性。
LED显示屏制程成本较高，且只能以点光源的形式得以应用。在画质展现上存在一些固有的局限性，由于其构造上的特点，LED屏幕无论经过何种技术优化，都无法彻底消除画面残影现象，这是因为液晶分子从接受指令到改变状态需要一定的响应时间。LED屏幕的观看视角在早期存在明显问题，虽然通过改进液晶排列方向等手段已有所缓解。LED屏幕由于不是自发光，其发出的光线中包含蓝光成分，长时间观看可能对眼睛造成蓝光危害。
LED显示屏根据安装环境不同可以分为室内LED显示屏、户外LED显示屏以及半户外LED显示屏。室内IED显示屏的面积一般从不到1m'到十几平方米，像素密度较高，在非阳光直射或灯光照明环境使用，观看距离在几米以外，体不具备密封防水能力；户外LED显示屏的面积一般从几平方米到几十甚至上百平方米，点密度较稀（多为1000~4000点/m），发光亮度为3000~6000cd/m（向不同，亮度要求不同），可在阳光直射条件下使用，观看距离在几十米以外，体具有良好的防风抗雨及防雷能力；半户外LED显示屏介于户外及室内两者之间，具有较高的发光亮度，可在非阳光直射户外使用，且屏体需要采取一定的密封措施。
LED显示屏按照颜色可分为单色屏、双基色屏以及三基色屏。单色屏是指显示屏只有一种颜色的发光材料，多为单红色；双基色屏通常由红色和黄绿色发光材料构成；三基色屏又可分为全彩色（fullcolor）和真彩色（naturecolor）两种，全彩色由红色、黄绿色（波长570nm）、蓝色构成，真彩色则由红色、纯绿色（波长525nm）、蓝色构成。
LED显示屏按功能可分为条屏、图文屏以及视屏。条屏顾名思义是显示一条或若干条信息的屏幕，只显示文字，且文字字体大，富有动感，广泛用于排队系统、报站系统，亦可用于宣传优惠、促销信息的场合。显示屏可用遥控器输人，也可以与计算机联机使用，通过计算机发送信息。图文屏可以显示文字和图形，它通过与计算机通信输人信息，一般无灰度控制。与条屏相比，图文屏的LED点阵规模更大，显示的字体字形丰富，并可显示图形。视屏主要用于显示图像信息，其屏幕像素点与控制计算机监视器的像点为一-对应的映射关系，可以显示静态的灰度图片，也可以显示静态的彩色图片，在配置大容量的存储卡后，视屏可以播放视频信号。视屏开放性好，对操作系统和播放软件没有限制，能实时反映计算机监视器的显示内容。
LED显示屏按形状可以分成矩形屏与异形屏。事实上，不同的应用场合存在任意形状或形态的LED屏。尽管LED显示屏特别是视屏通常呈矩形，但在一些特定应用中所使用的LED屏形状会根据实际需要设计成各种异形屏。不仅如此，像素点的概念同样需要加以扩展，不能只局限于视屏的规则排列且具有相同的大小和形状。
随着LED材料技术和工艺的不断进步，LED显示屏以其显著优势已成为平板显示市场的主流产品，广泛应用于社会经济多个领域。在证券交易和金融信息显示、机场航班动态信息、港口车站旅客引导、体育场馆比赛实况播放、道路交通信息提示、调度指挥中心信息显示等方面，LED显示屏均展现出强大的应用能力。此外，它在邮政、电信、商场购物中心等服务领域作为业务宣传和信息显示的媒介，以及作为广告媒体新产品，如集群LED显示屏广告系统，都受到广泛采用。特别是在大型演出、集会和展览会中，LED显示屏以其卓越的视频直播和广告发布功能，为观众带来震撼的视觉效果，成为不可或缺的重要设备。
LED显示屏的原理基于LED（发光二极管）的发光特性，通过点阵排列的LED像素点构成屏幕的基本单元。这些LED像素点能够独立控制亮灭和颜色变化，从而形成丰富多彩的图像和文字。LED显示屏的工作原理涉及到一个处理控制中心，通常是计算机，它负责生成和发送显示内容到控制卡。控制卡接收来自计算机的数据信号，并将其转化为LED显示屏可以识别的信号，驱动LED像素点按照预定的模式和顺序进行亮灭和颜色变化，从而在屏幕上呈现出所需的图像或文字。
此外，为了确保显示效果稳定，避免闪烁，LED显示屏的刷新周期必须在20ms以内完成，这就要求使用速度较快的单片机或DSP来控制显示屏的刷新和显示效果。通过复杂的算法程序，还可以实现如左右移动、飞入飞出、颜色渐变等特殊显示效果，进一步丰富LED显示屏的视觉效果。
LED显示屏是由若干个可组合拼接的显示单元（单元显示板或单元显示箱体）构成屏体，再加上一套适当的控制器（主控板或控制系统）。所以多种规格的显示板（或单元箱体）配合不同控制技术的控制器就可以组成许多种LED显示屏，以满足不同环境，不同显示要求的需要。
像素（Pixel）又称像素点简称点。像素是显示屏的最小发光单元，根据显示屏种类的不同，每个像素包含一颗或若干颗LED灯珠。对全彩屏或真彩屏而言，一个像素由R、G、B三种颜色的LED芯片或灯珠组成：按组成方式的不同，又可分为1R/1G/1B、2R/1G1B、2R/2G/1B等不同的组合方式。像素是全彩屏的基本成像单位。
点间距（Pitch）是显示屏各像素的中心点之间的距离，一般用mm表示，它决定显示屏的像素密度，即它能刻画图像细节的大小，决定图像的清晰度。如5.2.1节所述，点间距是用来描述LED显示屏规格的重要参数之一。
显示屏亮度调节的精细度就称为显示屏的灰度等级（GrayScale），R、G、B三个颜色分量综合灰度等级决定其颜色的丰富程度。一般来说，灰度等级越高，颜色就越丰富。R、G、B三个分量都达到256个灰度等级的显示屏称为真彩色显示屏。
显示屏亮度主要取决于LED的发光强度和像素密度。目前，国际一流品牌小功率LED在水平视角为110°、垂直视角为50°的情况下，绿管的发光强度已达4000mcd，红管的达1500mcd，蓝管的达1000mcd。当像素间距为20mm时，显示屏亮度可达10000 cd/m2甚至更高。
LED显示屏各像素之间或各模块之间各项性能参数一致性的程度称为LED显示屏的均匀性；LED显示屏显示的图像让人感受到的清晰程度称为LED显示屏的清晰度。显示屏清晰度是人眼对显示屏分辨率、均性（信噪比）、亮度、对比度等多项因素综合的主观感受。单纯缩小物理像素间距来提高分辨率，而忽视均匀性，对提高清晰度效果不好。一个存有严重“灰尘效应"和“马赛克现象"的显示屏，即使它的物理像素间距再小，分辨率再高，也不可能有良好的图像清晰度的效果。因此，从某种意义上讲，目前制约LED显示屏清晰度的主因是“均匀性”，而不是“物理像素间距”。
白平衡效果是显示屏最重要的指标之一。色彩学上，当红、绿、蓝三原色的比例为1：4.6：0.16时，才会显示出纯正的白色。如果实际比例有点偏差，则会出现白平衡的偏差一般要注意白色是否有偏蓝色和偏黄绿色的现象。白平衡的好坏主要由显示屏的控制系统来决定，管芯对色彩的还原性也有影响。
色彩的还原性是指显示屏对色彩的还原性，既要保证显示屏显示的色彩与播放源的色彩一致，又要保证图像的真实感。
对比度是指在一定的环境照度下，LED显示屏最大亮度与背景亮度的比值，即对比度=发光时的亮度（发光亮度）/不发光时的亮度（反射亮度）为了显示出亮度均一的文字和图像不受周围光线的影响，屏幕应具有足够的对比度对于LED显示屏，对比度要达到4096：1及以上效果才会好。
换帧频率是指单位时间内显示屏画面信息更新的次数，一般为25Hz、30Hz、50Hz、60Hz等。换帧频率越高，变化的图像连续性越好。
刷新频率是指LED显示屏显示数据每秒钟被重复显示的次数，一般为60Hz、120Hz、240Hz等。刷新频率越高，图像显示越稳定。
显示屏中像素的发光偏离设计值，并失去控制的程度称为像素失控度造成显示屏像素失控的原因很多，其中最主要的原因就是“LED失效”，LED失效的原因有两个方面：一是LED自身品质不佳；二是使用方法不当。在高温、低温、温度快速变化或其他恶劣条件下，LED也会失效，这是由于1ED芯片，ep、支架内引线、固晶胶、PPA杯体等材料热膨胀系数的差异，引发其内部应力的不同而产生的。对于GaN基LED而言，静电放电则是LED失效的最大诱因。
L.ED的寿命通常以发光强度衰减到初始值50%的时间为寿命期。虽然LED寿命决定显示屏的寿命，但并不是说LED寿命等于显示屏寿命。当显示屏工作时，并不是每只LED每时每刻都在满负荷工作，显示屏在正常播放视频节目的情况下，显示屏的寿命应该是LED寿命的6~10倍，LED工作在小电流的状况下的寿命可以更长。
提高LED发光效率，降低显示屏能耗是LED显示屏技术的一个重要发展方向，它具有如下积极意义：一是节能、减排，保护环境；二是降低电力增容，减少动力设备及散热设备的投入；三是节省电费，降低运营成本；四是降低显示屏温升；五是延缓LED衰减速度；六是提高系统可靠性；七是延长显示屏使用寿命：八是减小显示屏光电参数的温漂，稳定图像效果。LED的发光效率（外量子效率）是由LED内量子效率和逃逸率决定的。如今，LED的内量子效率已达90%，但是，由于逃逸率较低，因此外量子效率成为提高LED光效的瓶颈。为了突破这个制约行业发展的瓶颈，人们提出了许多解决方案，同时验证了一些理论，其中大多数已进人试验阶段，部分已获得了成功，并且为最终的产业化奠定了坚实的基础。
在一定的显示区域内，同时点亮的行数与整个区域行数的比例，称为扫描方式；室内单双色一般是1/16扫描，室内全彩一般是1/8扫描，室外单双色一般是1/4扫描，室外全彩-般是静态扫描。LED显示屏的驱动方式有静态扫描和动态扫描两种。静态扫描分为静态实像素和静态虚拟像素，动态扫描分为动态实像素和动态虚拟像素。
实像素与虚拟像素是相对应的，简单来说，实像素就是指构成显示屏的红、绿、蓝三种发光管中的每一种发光管最终只参与一个像素的成像，以获得足够的亮度。虚拟像素是利用软件算法控制每种颜色的发光管并最终参与到多个相邻像素的成像当中，从而使得用较少的灯管实现较高的分辨率，从而提高显示分辨率。
LED的驱动方式一般有两种，一种是改变LED的电流。一般来说，LED的工作电流最好设定在20mA以下，以保证LED的抗衰减性。另一种是利用人眼的视觉性，用脉冲调制来实现灰度控制。人对像素平均亮度的感觉可取决于它的衰/灭（占空比），即周期性地改变占空比，只要这个周期足够短，人眼就感觉不出它的衰/灭。
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