LED顯示屏的特征參數(shù)及術(shù)語(yǔ)詳解

　　被譽(yù)為“照亮未來(lái)的技術(shù)”的LED（Light-Emitting-Diode-發(fā)光二極管），現(xiàn)在已經(jīng)漸漸走近了我們的日常生活，并將推動(dòng)顯示器領(lǐng)域發(fā)生一次革命性巨變。

　　目前，世界上對(duì)省能源、輕量化、小型化、高可信度的產(chǎn)品需求極為迫切，而LED完全符合這些條件。LED屬于全固體冷光源，更小、更輕、更堅(jiān)固，工作電壓僅有兩伏特，使用壽命長(zhǎng)達(dá)十多年。按照通常的光效定義，LED的發(fā)光效率并不高，但由于LED的光譜幾乎全部集中于可見(jiàn)光頻段，效率可達(dá)80-90%。

　　LED顯示器件問(wèn)世至今已有20余年，由于原材料的采用和工藝上的限制，前10年間很難普及。進(jìn)入九十年代后，隨著工藝的不斷改進(jìn)以及原材料的發(fā)展，LED顯示器件在壽命和亮度指標(biāo)上都有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，成本也大大降低。

LED的特征參數(shù)
　　一、前言
　　發(fā)光二極管(Light Emitting Diode; LED)是半導(dǎo)體材料制成的組件，為一種微細(xì)的固態(tài)光源，可將電能轉(zhuǎn)換為光，其發(fā)光原理是在一順偏之二極管p-n接合面處，自由電子與電洞發(fā)生復(fù)合作用(Recombination)，因自由電子由高能階掉到能量較低的價(jià)帶時(shí)，釋放出能量而產(chǎn)生光與熱，其不但體積小，且具有壽命長(zhǎng)、驅(qū)動(dòng)電壓低、反應(yīng)速率快、耐震性佳、耗電少、發(fā)熱少、色彩純度高等特性，不僅能夠配合各種應(yīng)用設(shè)備的輕、薄及小型化之需求，隨著藍(lán)光LED的開(kāi)發(fā)，亦使得LED Display得以全彩化，再加上白光LED的相繼推出，更被譽(yù)為是下一代照明工業(yè)的主流。

　　二、LED的特征參數(shù)
　　光強(qiáng)度(Luminous Intensity; IV)
　　光強(qiáng)度定義為單位立體角所發(fā)射出的光通量，單位為燭光(Candela, cd)。一般而言，光源會(huì)向不同方向以不同強(qiáng)度放射出其光通量，在特定方向單位立體角所放出之可見(jiàn)光輻射強(qiáng)度即稱之為光強(qiáng)度。

　　色度(Chromaticity)
　　人眼對(duì)色彩的感知是一種錯(cuò)綜復(fù)雜的過(guò)程，為了將色彩的描述加以量化，國(guó)際照明協(xié)會(huì)（CIE）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)者的視覺(jué)實(shí)驗(yàn)，將人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的輻射能所引起的視覺(jué)感加以紀(jì)錄，計(jì)算出紅、綠、藍(lán)三原色的配色函數(shù)，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換后即得所謂的CIE 1931 Color Matching Function(x((), y((), z(())，而根據(jù)此一配色函數(shù)，后續(xù)發(fā)展出數(shù)種色彩度量定義，使人們得以對(duì)色彩加以描述運(yùn)用。
　　根據(jù)CIE 1931配色函數(shù)，將人眼對(duì)可見(jiàn)光的刺激值以XYZ表示，經(jīng)下列公式換算得到x, y值，即CIE 1931(x, y)色度坐標(biāo)，透過(guò)此統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)色彩的描述便得以量化并加以控制。

　　x, y ：CIE 1931 色度坐標(biāo)值 (Chromaticity Coordinates)
　　然而，由于以(x, y)色度坐標(biāo)所建構(gòu)之色域?yàn)榉蔷鶆蛐�，使色差難以量化表示，所以CIE于1976年將CIE 1931色度坐標(biāo)加以轉(zhuǎn)換，使其所形成之色域?yàn)榻咏�均勻之色度空間，讓色彩差異得以量化表示，即CIE 1976 UCS(Uniform Chromaticity Scale)色度坐標(biāo)，以(u', v')表示，計(jì)算公式如下所示：

　　主波長(zhǎng)(λD)
　　其亦為表達(dá)顏色的方法之一，在得到待測(cè)件的色度坐標(biāo)(x, y)后，將其標(biāo)示于CIE色度坐標(biāo)圖(如下圖)上，連結(jié)E光源色度點(diǎn)(色度坐標(biāo)(x,y)=(0.333, 0.333))與該點(diǎn)并延伸該連結(jié)線，此延長(zhǎng)線與光譜軌跡(馬蹄形)相交的波長(zhǎng)值即稱之為該待測(cè)件的主波長(zhǎng)。惟應(yīng)注意的是，此種標(biāo)示方法下相同主波長(zhǎng)將代表多個(gè)不同色度點(diǎn)，是以用于待測(cè)件色度點(diǎn)鄰近光譜軌跡時(shí)較具意義，而白光LED則無(wú)法以此種方式描述其顏色特性。

　　純度(Purity)
　　其為以主波長(zhǎng)描述顏色時(shí)之輔助表示，以百分比計(jì)，定義為待測(cè)件色度坐標(biāo)與E光源之色度坐標(biāo)直線距離與E光源至該待測(cè)件主波長(zhǎng)之光譜軌跡(Spectral Locus)色度坐標(biāo)距離的百分比，純度愈高，代表待測(cè)件的色度坐標(biāo)愈接近其該主波長(zhǎng)的光譜色，是以純度愈高的待測(cè)件，愈適合以主波長(zhǎng)描述其顏色特性，LED即是一例。

　　色溫(Color Temperature)
　　一光源之輻射能量分布與某一絕對(duì)溫度下之標(biāo)準(zhǔn)黑體 (Black Body Radiator) 輻射能量分布相同時(shí)，其光源色度與此黑體輻射之色度相同，此時(shí)光源色度以所對(duì)應(yīng)之絕對(duì)溫度表之，此溫度稱之為色溫( Color Temperature)，而在各溫度下之黑體輻射所呈現(xiàn)之色度可在色度圖上標(biāo)出曲線，稱之為蒲朗克軌跡(Planckian Locus)。標(biāo)準(zhǔn)黑體的溫度愈高，其輻射出的光線對(duì)人眼產(chǎn)生藍(lán)色刺激愈多，紅色刺激成分亦相對(duì)減少。然而在實(shí)際量測(cè)上，無(wú)任何光源具有跟黑體相同的輻射能量分布，換言之，待測(cè)光源之色度通常并未落在蒲朗克軌跡上。因此計(jì)算待測(cè)光源之色度坐標(biāo)所最接近蒲朗克軌跡上某個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，此點(diǎn)之黑體溫度即定義為該光源之相關(guān)色溫(Correlated Color Temperature; CCT)，通常以CIE 1960 UCS ( u, v)色度圖求之，并配合色差△uv加以描述。須注意的是，此種表示方式對(duì)光源色度鄰近蒲朗克軌跡時(shí)方具意義，是以對(duì)于LED量測(cè)而言，僅適用于白光LED之顏色描述。

　　LED顯示屏術(shù)語(yǔ)詳解
　　色彩
　　將紅色和綠色LED放在一起作為一個(gè)像素制作的顯示屏叫雙色屏或彩色屏；將紅、綠、藍(lán)三種LED管放在一起作為一個(gè)像素的顯示屏叫三色屏或全彩屏。

　　像素
　　制作室內(nèi)LED屏的像素尺寸一般是2-10毫米，常常采用把幾種能產(chǎn)生不同基色的LED管芯封裝成一體。室外LED屏的像素尺寸多為12-26毫米，每個(gè)像素由若干個(gè)各種單色LED組成，常見(jiàn)的成品稱像素筒。雙色像素筒一般由3紅2綠組成，三色像素筒用2紅1綠1藍(lán)組成。無(wú)論用LED制作單色、雙色或三色屏，想顯示圖像需要構(gòu)成像素的每個(gè)LED的發(fā)光亮度都必須能調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)的精細(xì)程度就是顯示屏的灰度等級(jí)�；叶鹊燃�(jí)越高，顯示的圖像就越細(xì)膩，色彩也越豐富，相應(yīng)的顯示控制系統(tǒng)也越復(fù)雜。一般256級(jí)灰度的圖像，顏色過(guò)渡已很柔和，而16級(jí)灰度的彩色圖像，顏色過(guò)渡界線十分明顯。所以，彩色LED屏當(dāng)前都要求做成256級(jí)灰度的。

　　顯示速度
　　是指LED顯示屏更新和轉(zhuǎn)換畫(huà)面的速度，通常用幀/秒來(lái)表示。

　　接口
　　VGA輸入接口：VGA 接口采用非對(duì)稱分布的15pin 連接方式，其工作原理：是將顯存內(nèi)以數(shù)字格式存儲(chǔ)的圖像( 幀) 信號(hào)在RAMDAC 里經(jīng)過(guò)模擬調(diào)制成模擬高頻信號(hào)，然后再輸出到等離子成像，這樣VGA信號(hào)在輸入端(LED顯示屏內(nèi)) ，就不必像其它視頻信號(hào)那樣還要經(jīng)過(guò)矩陣解碼電路的換算。從前面的視頻成像原理可知VGA的視頻傳輸過(guò)程是最短的，所以VGA 接口擁有許多的優(yōu)點(diǎn)，如無(wú)串?dāng)_無(wú)電路合成分離損耗等。
　　DVI輸入接口：DVI接口主要用于與具有數(shù)字顯示輸出功能的計(jì)算機(jī)顯卡相連接，顯示計(jì)算機(jī)的RGB信號(hào)。DVI（Digital Visual Interface）數(shù)字顯示接口，是由1998年9月，在Intel開(kāi)發(fā)者論壇上成立的數(shù)字顯示工作小組（Digital Display Working Group簡(jiǎn)稱DDWG），所制定的數(shù)字顯示接口標(biāo)準(zhǔn)。
　　DVI數(shù)字端子比標(biāo)準(zhǔn)VGA端子信號(hào)要好，數(shù)字接口保證了全部?jī)?nèi)容采用數(shù)字格式傳輸，保證了主機(jī)到監(jiān)視器的傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)的完整性（無(wú)干擾信號(hào)引入），可以得到更清晰的圖像。
　　標(biāo)準(zhǔn)視頻輸入（RCA）接口：也稱AV 接口，通常都是成對(duì)的白色的音頻接口和黃色的視頻接口，它通常采用RCA(俗稱蓮花頭)進(jìn)行連接，使用時(shí)只需要將帶蓮花頭的標(biāo)準(zhǔn)AV 線纜與相應(yīng)接口連接起來(lái)即可。AV接口實(shí)現(xiàn)了音頻和視頻的分離傳輸，這就避免了因?yàn)橐?視頻混合干擾而導(dǎo)致的圖像質(zhì)量下降，但由于AV 接口傳輸?shù)娜匀皇且环N亮度/色度(Y/C)混合的視頻信號(hào)，仍然需要顯示設(shè)備對(duì)其進(jìn)行亮/ 色分離和色度解碼才能成像，這種先混合再分離的過(guò)程必然會(huì)造成色彩信號(hào)的損失，色度信號(hào)和亮度信號(hào)也會(huì)有很大的機(jī)會(huì)相互干擾從而影響最終輸出的圖像質(zhì)量。AV還具有一定生命力，但由于它本身Y/C混合這一不可克服的缺點(diǎn)因此無(wú)法在一些追求視覺(jué)極限的場(chǎng)合中使用。
　　S視頻輸入：S-Video具體英文全稱叫Separate Video，為了達(dá)到更好的視頻效果，人們開(kāi)始探求一種更快捷優(yōu)秀清晰度更高的視頻傳輸方式，這就是當(dāng)前如日中天的S-Video(也稱二分量視頻接口)，Separate Video 的意義就是將Video 信號(hào)分開(kāi)傳送，也就是在AV接口的基礎(chǔ)上將色度信號(hào)C 和亮度信號(hào)Y進(jìn)行分離，再分別以不同的通道進(jìn)行傳輸，它出現(xiàn)并發(fā)展于上世紀(jì)90年代后期通常采用標(biāo)準(zhǔn)的4芯(不含音效) 或者擴(kuò)展的7芯( 含音效)。帶S-Video接口的顯卡和視頻設(shè)備( 譬如模擬視頻采集/ 編輯卡電視機(jī)和準(zhǔn)專業(yè)級(jí)監(jiān)視器電視卡/電視盒及視頻LED顯示屏設(shè)備等) 當(dāng)前已經(jīng)比較普遍，同AV 接口相比由于它不再進(jìn)行Y/C混合傳輸因此也就無(wú)需再進(jìn)行亮色分離和解碼工作，而且使用各自獨(dú)立的傳輸通道在很大程度上避免了視頻設(shè)備內(nèi)信號(hào)串?dāng)_而產(chǎn)生的圖像失真，極大地提高了圖像的清晰度，但S-Video 仍要將兩路色差信號(hào)(Cr Cb)混合為一路色度信號(hào)C，進(jìn)行傳輸然后再在顯示設(shè)備內(nèi)解碼為Cb 和Cr 進(jìn)行處理，這樣多少仍會(huì)帶來(lái)一定信號(hào)損失而產(chǎn)生失真(這種失真很小但在嚴(yán)格的廣播級(jí)視頻設(shè)備下進(jìn)行測(cè)試時(shí)仍能發(fā)現(xiàn)) ，而且由于Cr Cb 的混合導(dǎo)致色度信號(hào)的帶寬也有一定的限制，所以S -Video 雖然已經(jīng)比較優(yōu)秀但離完美還相去甚遠(yuǎn)，S-Video雖不是最好的，但考慮到目前的市場(chǎng)狀況和綜合成本等其它因素，它還是應(yīng)用最普遍的視頻接口。
　　視頻色差輸入接口：目前可以在一些專業(yè)級(jí)視頻工作站/編輯卡專業(yè)級(jí)視頻設(shè)備或高檔影碟機(jī)等家電上看到有YUV YCbCr Y/B-Y/B-Y等標(biāo)記的接口標(biāo)識(shí)，雖然其標(biāo)記方法和接頭外形各異但都是指的同一種接口色差端口( 也稱分量視頻接口) 。它通常采用YPbPr 和YCbCr兩種標(biāo)識(shí)，前者表示逐行掃描色差輸出，后者表示隔行掃描色差輸出。由上述關(guān)系可知，我們只需知道Y Cr Cb的值就能夠得到G 的值( 即第四個(gè)等式不是必要的)，所以在視頻輸出和顏色處理過(guò)程中就統(tǒng)一忽略綠色差Cg 而只保留Y Cr Cb ，這便是色差輸出的基本定義。作為S-Video的進(jìn)階產(chǎn)品色差輸出將S-Video傳輸?shù)纳�度信�?hào)C分解為色差Cr和Cb，這樣就避免了兩路色差混合解碼并再次分離的過(guò)程，也保持了色度通道的最大帶寬，只需要經(jīng)過(guò)反矩陣解碼電路就可以還原為RGB三原色信號(hào)而成像，這就最大限度地縮短了視頻源到顯示器成像之間的視頻信號(hào)通道，避免了因繁瑣的傳輸過(guò)程所帶來(lái)的圖像失真，所以色差輸出的接口方式是目前各種視頻輸出接口中最好的一種。
　　BNC 端口：通常用于工作站和同軸電纜連接的連接器，標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)視頻設(shè)備輸入、輸出端口。BNC電纜有5個(gè)連接頭用于接收紅、綠、藍(lán)、水平同步和垂直同步信號(hào)。BNC接頭有別于普通15針D－SUB標(biāo)準(zhǔn)接頭的特殊顯示器接口。由R、G、B三原色信號(hào)及行同步、場(chǎng)同步五個(gè)獨(dú)立信號(hào)接頭組成。主要用于連接工作站等對(duì)掃描頻率要求很高的系統(tǒng)。BNC接頭可以隔絕視頻輸入信號(hào)，使信號(hào)相互間干擾減少，且信號(hào)頻寬較普通D－SUB大，可達(dá)到最佳信號(hào)響應(yīng)效果。
　　RS232C串口:RS-232C標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)，RS（ecommeded standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)號(hào)，C代表RS232的最新一次修改（1969），在這之前，有RS232B、RS232A。。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過(guò)程。常用物理標(biāo)準(zhǔn)還有有EIA�RS-232-C、EIA�RS-422-A、EIA�RS-423A、EIA�RS-485.這里只介紹EIA�RS-232-C（簡(jiǎn)稱232，RS232）。計(jì)算機(jī)輸入輸出接口，是最為常見(jiàn)的串行接口，RS-232C規(guī)標(biāo)準(zhǔn)接口有25條線，4條數(shù)據(jù)線、11條控制線、3條定時(shí)線、7條備用和未定義線，常用的只有9根，常用于與25-pin D-sub端口一同使用，其最大傳輸速率為20kbps，線纜最長(zhǎng)為15米。RS232C端口被用于將計(jì)算機(jī)信號(hào)輸入控制LED顯示屏。

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