浅谈LED屏幕的显示功能

    由于LED的发光顏色和发光效率与制作LED的材料和工艺有关，目前广泛使用的有红、绿、蓝三种。由于LED工作电压低（仅1.5-3V），能主动发光且有一定亮度，亮度又能用电压（或电流）调节，本身又耐冲击、抗振动、寿命长（10万小时），所以在大型的显示设备中，目前尚无其他的显示方式与LED显示方式匹敌。

    把红色和绿色的LED放在一起作为一个像素制作的显示幕叫双色屏幕或彩色屏幕；把红、绿、蓝三种LED管放在一起作为一个像素的显示幕叫三色屏幕或全彩屏幕。制作室内LED屏幕的像素尺寸一般是2-10毫米，常常采用把几种能产生不同基色的LED管芯封装成一体，室外LED屏幕的像素尺寸多为12-26毫米，每个像素由若干个各种单色LED组成，常见的成品称像素筒，双色像素筒一般由3红2绿组成，三色像素筒用2红1绿1蓝组成。

    无论用LED制作单色、双色或三色屏幕，欲显示图像需要构成像素的每个LED的发光亮度都必须能调节，其调节的精细程度就是显示幕的灰阶等阶。灰阶等阶越高，显示的图像就越细腻，色彩也越丰富，相应的显示控制系统也越复杂。一般256阶灰阶的图像，顏色过渡已十分柔和，而16阶灰阶的彩色图像，顏色过渡界线十分明显。所以，彩色LED屏幕当前都要求做成256阶灰阶以上的。

    有两种控制LED亮度的方法。一种是改变流过LED的电流，一般LED管允许连续工作电流在20毫安培左右，除了红色LED有饱和现象外，其他LED亮度基本上与流过的电流成比例；另一种方法是利用人眼的视觉惰性，用脉宽调制方法来实现灰阶控制，也就是週期性改变光脉冲宽度（即占空比），只要这个重复点亮的週期足够短（即刷新频率足够高），人眼是感觉不到发光像素在抖动。由于脉宽调制更适合于数位控制，所以在普遍采用电脑来提供LED显示内容的今天，几乎所有的LED屏幕都是采用脉宽调制来控制灰阶等阶的。

    LED的控制系统通常由主控箱、扫描板和显控装置三大部分组成。主控箱从电脑的显示卡中获取一屏幕像素的各色亮度资料，然后重新分配给若干块扫描板，每块扫描板负责控制LED屏幕上的若干行（列），而每一行（列）上LED的显控讯号则用串列的方式传送。目前有两种串列传送显示控制讯号的方式：一种是扫描板上集中控制各像素点灰阶，扫描板将来自控制箱的各行像素的亮度值进行分解（即脉宽调制），然后将各行LED的开通讯号以脉冲形式（点亮为1，不亮为0）按行用串列方式传输到相应的LED上，控制其是否点亮。这种方式使用器件较少，但串列传输的资料量较大，因为在一个重复点亮的週期内，每个像素在16阶灰阶下需要16个脉冲，在256阶灰阶下需要256个脉冲，由于器件工作频率限制，一般只能使LED屏幕做到16阶灰阶。

    另一种方法是扫描板串列传输的内容不是每个LED的开关讯号而是一个8位元二进位的亮度值。每个LED都有一个自己的脉宽调制器来控制点亮时间。这样，在一个重复点亮的週期内，每个像素点在16阶灰阶下只需要4个脉冲，256阶灰阶下只需8个脉冲，大大降低了串列传输频率。用这种分散控制LED灰阶的方法可以很方便地实现256阶灰阶控制。