小间距LED显示屏主要参数解读与选型指南

吴欣强

摘 要：小间距LED显示屏已经成为目前最主流的大屏幕显示产品，广泛应用在会议场馆、指挥中心、演艺舞台和广告娱乐等场所。文章介绍了小间距LED显示屏的组成结构和安装固定方式，并对小间距LED显示屏产品规格和主要性能参数进行了详细的解释说明。根据主要参数对小间距LED显示屏选型提出了自己的建议和意见。

关键词：小间距LED显示屏；大屏幕显示技术；产品选型

当前小间距LED显示屏的应用都处于快速增长期，在各行各业得到了广泛应用。但是如何选择合适项目需求的产品成为每个项目设计和技术人员所面临的问题。本文通过对小间距LED显示屏主要技术参数的介绍和分析，提出了产品的选型建议。

LED屏是一种用发光二极管按顺序排列而制成的新型成像电子设备。由于其亮度高、可视角度广、寿命长等特点，正被广泛应用于各类屏幕等产品中。小间距LED显示屏是指LED點间距在P2.5以下的室内LED显示屏，主要包括P2.5，P2.0，P1.8，P1.5，P1.2，P0.9和P0.6等LED显示屏产品。随着LED显示屏制造技术的提高，传统LED显示屏的分辨率得到了大幅提升。小间距led显示屏广泛应用在会议场馆、指挥中心、演艺舞台和广告娱乐等领域。

小间距LED显示屏采用分模组组装具有真正无缝，高清，可无限扩大，可任意拼接成曲面、异性屏等特点。小间距LED显示屏还具有亮度色彩均有一致、画面对比度和亮度高、帧率高，无拖尾、重影、超宽视角，画面不偏色和失真和使用成本和维护成本低等优势，缺点只有一个，就是目前产品价格较高[1]。

目前我们的小间距LED显示屏生产技术在世界上处于领先地位，全球大部分产能均在我国，也是我国第一个有能力与国际大品牌直面竞争的大屏幕显示产品。下面就小间距LED显示屏选型进行分析。

1 小间距LED显示屏组成结构

小间距LED显示屏由LED显示模组、控制系统、电源、箱体和辅助线缆等部分组成各部分主要选型要点分别如下。

1.1 LED显示模组

LED显示模组是小间距LED显示屏成品的主要部件之一。主要由LED灯、PCB线路板、驱动IC、电阻、电容和塑料套件组成。

小间距LED显示的模组的LED灯即LED发光二级管，有红、绿、蓝3个颜色的发光二级管组成一个像素。LED灯的间距就是每个相邻LED像素发光像素之间的距离。常见的小间距LED屏幕有P1.2、P1.5、P1.8、P2.5，P后面的数字就是两个像素之间的距离，受各个厂家的模组尺寸设计不同每个产品的间距也略有差别如P1.2规格的大屏就有1.25 mm和1.27 mm等规格，但是我们统称P1.2。点间距也决定了LED大屏的像素密度，像素密度即每平方米内的像素数量。点间距的大小直接影响到观看距离，常见几种间距LED显示屏的观看距离如表1所示。

每个模组的尺寸和电间距就决定了每个模组的分辨率，如尺寸为200 mm×168.75 mm的1.25间距的模组，模组分辨率为128×108。目前小间距LED显示模组的LED灯封装形式主要有表面贴装器件（Surface Mounted Devices，SMD）和COB两种（直插灯体积太大不用在小间距LED显示屏上）。表贴SMD封装形是目前最常用的小间距LED灯封装形式，SMD即贴片原件，每个SMD灯由红、绿、蓝3个颜色的发光二级管封装在1个SMD原件中，一般称作三合一。SMD通过贴片机将一个个LED灯贴到PCB线路板上。该方式LED模组整体性好，维修方便，缺点就是成本较高，还有就是毫米级的灯焊盘太小，不牢靠外力触摸后容易掉灯。随着焊接精度的发展，厂家采取了在模组上贴了一个井子形的黑色面罩和刷胶固定灯的方法来加固灯和提高大屏的对比度。

COB封装是将LED芯片直接用导电胶和绝缘胶固定在PCB板灯珠灯位的焊盘上，然后进行LED芯片导通性能的焊接，测试完好后，用环氧树脂胶包封。优点在于整体封装成本较低，LED灯不易受物理损坏，缺点在于环氧树脂胶包封的每块模组一致性不好，拼装成一块屏幕后有明显色差，每个模组之间的拼缝也较大，虽然有些厂家通过在模组表面贴膜来解决这个问题，但是贴的模在一段时间后会翘起影响大屏的美观，而且外加一层膜也会影响模组散热。另外还有一个致命的缺点就是小间距LED显示屏是上百万个LED灯组成的发光源，使用中难免出现坏灯，由于LED灯是整体封装在一块板子上无法现场维修，需要返厂，维修后的模组也有明显的痕迹，导致后期运维成本很高。

受技术限制，SMD装形和COB封装最小做到间距只能做到0.6 mm，所以厂家又研发了Mini LED和Micro LED等新技术，但是作者认为受人眼分辨率的限制，大屏幕显示能够做到0.6 mm间距已经足够了，Mini LED和Micro LED等新技术主要的对象应该在100寸以下中小显示屏幕领域。

LED灯早期靠进口，随着国内国星和晶台等一线封装厂的迅猛发展，国产灯质量已经大大提高，完全可以和进口灯媲美。但是国产灯厂家众多，良莠不齐，部分厂家为了减低成本采用低价管芯封装，导致LED显示屏长期运行后死灯的问题较多。另外，各个封装厂的管芯引线分纯金线、铜线和合金线等3种。其中纯金线的灯稳定性最好，主要用于P1.6间距以下LED显示屏，铜线灯次之，主要用在考虑成本的P1.8以上间距的LED显示屏，材质最乱的是合金线，虽然名字好听，但是没有统一的标准，有些厂家在铁线上镀了一层单晶银就充当合金线使用，导致技术与性能差距巨大，不建议使用[2]。

模组LED灯的数量和排列方式决定了模组的尺寸，如间距为1.25 mm，横向200像素，竖向135像素的模组，长度为1.25 mm×200=250 mm；高度为1.25 mm×135=168.75 mm，同理知道了LED大屏的整屏物理分辨率（物理分辨率即LED大屏实际存在的像素行数乘以列数的数学表达方式）也就能测算出大屏的长度和高度。

LED模组中另外一个重要的原器件就是驱动芯片，驱动芯片决定了模组的刷新率和灰度等级等参数。刷新频率指的是屏幕更新的速率，通常用赫兹（Hz）为单位表示，视觉刷新频率越高，画面显示越稳定，视觉闪烁感就越小。LED显示屏的低的刷新频率，除了会导致摄像、摄影时出现水平横条纹之外，同时也会发生类似数万颗灯泡同时闪烁的影像，人眼在观看时因此可能产生不适感，甚至对眼睛造成伤害。目前高性能的LED显示屏能够达到3 840 Hz以上的刷新率，保证人眼观看舒适和拍照、摄像没有水平横条纹。

LED灯的亮度不是简单地通过调整电压电流的调整而变化，这时只有通过高频率的刷新控制亮暗比实现调光，所以只有较高的刷新率才能保证大屏的亮度在人眼舒适的范围，也才能保证LED大屏的灰度等级满足显示的要求。灰度也就是所谓的灰阶，是指亮度的明暗程度。对于数字化的显示技术而言，灰度是显示色彩数的决定因素。一般而言灰度越高，显示的色彩越丰富，画面也越细腻，更易表現丰富的细节。目前LED显示屏主要有8 Bit，也即256（2的8次方）级灰度，10 Bit，也即1 024（2的10次方）级灰度，12 Bit，也即4 096（2的12次方）级灰度，14 Bit，也即16 384（2的14次方）级灰度。简单理解就是从黑到白共有256、1 024和4 096种亮度变化。灰度是左右色彩的决定因素，系统处理位数的提高会牵涉到系统视频处理、存储、传输、扫描等各个环节的变化。一般来说，私人使用的显示器可以采用8位或10位系统，商用或广播级产品可以采用12位系统甚至更高级别的系统。

衡量灰度等级还与LED显示屏的亮度有关，小间距LED显示屏主要用在室内，实际使用的亮度比室外屏低很多，一般在要求亮度低于800 cd/m2，在低亮度情况下实现高灰度等级就是所谓的“低亮高灰”。LED显示屏通过高刷新率，调整亮暗比保证亮度范围在100～300 cd/m2时，显示画面的灰度不损失，或者灰度损失的程度在人眼难以觉察的范围内。

LED模组除了以上比较重要的参数外，还有色温、视角等参数。LED显示屏，可以通过调节3种颜色灯的亮度比例，来达到改变色温的目的。视角是观察方向的亮度下降到显示屏法线的亮度的1/2时，同一个平面两个观察方向与法线方向所成的夹角，分为水平与垂直视角；可视角是刚好能看到显示屏上图像内容的方向，与显示屏法线所成的角。最佳视角是能刚好看到显示屏上的内容，且不扁色，图像内容最清晰的方向与法线所成的夹角。LED显示频的视角优于液晶拼接和DLP等其他技术的大屏，均能较好地满足实际工作要求[3]。

1.2 控制系统

LED显示屏的控制系统分为同步控制系统和异步控制系统两类。同步控制系统，控制LED显示屏的工作方式基本等同于电脑的监视器，它以至少60帧/秒更新速率点点对应地实时映射电脑监视器上的图像，通常具有多灰度的颜色显示能力，同步控制系统一般由发送卡（盒）、接收卡等部分组成。异步控制器又称LED显示屏脱机控制系统或脱机卡。主要用来显示各种文字、符号和图形或动画为主。画面显示信息由计算机编辑，经串口、网络或移动存储器预先置入LED显示屏的帧存储器，然后逐屏显示播放，循环往复，不能与实时播放的图像和视频同步。

小间距LED显示屏主要用户会议和指挥显示大都采用同步控制系统。发送部分为发送卡和发送盒。每个发送卡（盒）均有一定的像素带载量，如果整屏像素大于发送卡（盒）的像素带载量，就需要多个发送卡（盒）堆叠使用。如果是多个发送卡（盒）堆叠使用，就需要通过视频处理器或视频拼接器将一整屏的图像视频信号分拆成每个发送卡（盒）带载的显示区域的信号并送到发送卡（盒）中。单块发送卡可以安装在台式电脑中，一个以上发送卡就需要安装在视频处理器内才能工作，发送盒为独立的设备可单独工作，每个发送卡（盒）有1个DVI或HDMI视频信号接收视频源信号。视频处理器和拼接器主要是对视频进行优化处理，使其输出到发送卡（盒）的图像分辨率与合LED显示屏显示的物理分辨率相同。视频拼接器的输入、输出端口较多可以实现矩阵和视频拼接、缩放等多种功能，一台设备可支持多个各类型屏幕，实现不同组屏间信号共享。

发送卡（盒）通过DVI或HDMI端口上联视频信号源，并将视频信号转换成多个千兆网络信号传输到接收卡中。发送卡（盒）和接收卡在100 m之内可以通过网线传输信号，如果超过100 m则可通过光纤传输信号。发送卡（盒）配合接卡还可实现逐点亮色度校正。逐点亮色度校正是一项用于提升LED显示屏亮色均匀度和色彩保真度的技术，即通过对LED显示屏上的每个像素（或每一个基色子像素）区域的亮度（和色度）数据进行采集，给出每个基色子像素的校正系数或每个像素的校正系数矩阵，将其反馈给显示屏的控制系统，由控制系统应用校正系数，实现对每个像素（或每一个基色子像素）的差异性驱动，让LED显示屏的画面纯净细腻，色彩得到真实还原。

1.3 电源

小间距LED显示屏的电源包括配电箱和电源转换器两部分。LED显示屏配电柜的作用是配电控制将电能分配到各个负荷部位，及在电路短路、过载和漏电时进行断电保护。主要给LED屏体供电，其支持AC380 V电源输入，空气开关保护，支持220 V的电源输出，机箱采用特殊设计，防止了漏电的可能，使用更加安全，具有电源指示灯指示。配电箱具有手自动切换、分时上电、延时启动、延时关闭、短路保护、过载保护、避雷保护、多点消防烟雾报警、状态显示、三相电流电压指示等功能，可以配合中控系统统一管理。分步延时分上电的上电方式，避免了大负载对电网瞬间的冲击，有效地保护了显示屏体的电子元件，延长了显示屏的使用寿命。

LED显示屏模组工作电压一般为直流5 V，需要配置电源转换器，为了使大屏安静运行，建议电源的散热方式为自然扇热，为了保证安全采用的电源需要具备CCC认证。优质的电源具备功率因数校正（Power Factor Correction，PFC）功能，开关电源电网侧（交流输入端）功率因数仅为0.6～0.65，可通过PFC变换器，将功率因数可提高到0.95～0.99，输入电流THD<10%。既治理了对电网的谐波污染，又提高了电源的整体效率。有些厂家标称具备双电源供电，但是笔者认为在显示屏箱体空间有限，如果硬塞进2个电源必须选择体积较小的产品，在相同功率情况下，体积小的电源稳定性反而不如标准尺寸的电源，反而不利于提高稳定性。

有部分大屏厂家箱体采用低压直流供电，在大屏外安装一个集中式的电源转换箱，优点在于减少了箱体的厚度，降低了箱体的热量，缺点是低压直流电源无法长距离传输，必须在大屏附件安装集中式的电源转换箱，反而使大屏更累赘。

1.4 箱体

小间距LED显示屏最主流的安装方式有箱体和框架等两类安装方式。箱体有钢箱体、压铸铝箱体和炭纤维箱体等多种，目前最常用的是压铸铝箱体。压铸铝箱体具有重量轻，结构合理，精度高和散热好等特点。箱体经过CNC二次精密加工，确保其尺寸公差达到0.05 mm，保证拼接快速精准组装的显示屏幕平整度高、无缝隙感，主要用于P1.6以下间距的LED显示屏。在选择箱体时要注意几点：（1）优质箱体整体都是金属机构，有些价格低的箱体为了降低成本将后盖改为塑料结构，这样不利于显示屏散热，也降低了电磁防护性能。（2）箱体要全密封，压铸铝箱体是通过整个金属箱体进行扇热，不需要散热孔，全密封箱体有利于保证箱体的安全性，防潮，防灰。（3）有的LED显示屏后部没有维护空间，需要选择前维护箱体，使得LED显示屏的维护工作可在显示屏前面完成。

框架贴模组安装是直接将模组贴在显示屏钢结构框架上，优势在于价格便宜，整体屏幕厚度较低（一般厚度在10 cm），但是由于钢结构精度不够高，拼接后的LED大屏表面不够平整，缝隙较大，目前主要用于P1.8以上间距的LED显示屏。

1.5 辅助线缆

LED显示屏辅助电缆包括各类电源，数据线缆和各类接插件。电源包括各个箱体之间串接的220 V交流供电，箱体内各个模组、接收卡的直流供电。数据线包括发送盒（卡）至箱体接收卡的超五类网线，接收卡至模组的数据线。接插件有的采用普通的插座，也有为保证稳定性采用的航空插件。维护箱体为了避免箱体之间插线的麻烦采用了定制的插件，直接将两箱体互联，实现了箱体间无线连接。

2 小间距LED显示屏的安装固定方式

小间距LED显示屏的安装固定方式有钢架固定安装、墙面贴壁安装、吊装和移动安装等3个方式。

钢架固定安装，是在地面和顶面直接安装钢结构支架，然后将LED显示屏箱体或模组安装在钢结构支架上，这种安装方式稳定可靠，特别适合大面积屏幕的安装。

墙面贴壁安装是在墙壁安装结构件，然后将LED显示屏箱体或模组贴在结构件上，贴壁前安装，相比钢架固定安装节省80%的安装空间，但是对墙面的强度有一定要求。

吊装，是从房屋顶面上吊一根横梁，然后将LED显示屏箱体或模组垂吊在横梁上。这种安装方式对地面和墙面没有破坏也没有承重要求，比较适合改造类项目。

移动安装是将LED显示屏安装在一个可移动的钢结构平车上，可根据要求移动到适合的位置上。

以上各种方式均可将LED显示屏安装成平面或弧面，弧面又分内弧和外弧。内弧的LED显示屏相对比较简单，只要在制作LED显示屏钢结构时做成弧形的就可以。内弧显示屏适合横向显示面积较大的显示屏。外弧的LED显示屏较为复杂，要根据屏体的尺寸重新设计模组的尺寸和排列，配合结构和控制卡的排布才能实现，比如球形屏就是外弧室内LED显示屏的代表产品。为了适应市场需求，现在有些厂家已经推出了弧度箱体，满足各类项目的需要。

[参考文献]

[1]曹振华.LED显示屏组装与调试全攻略[M].北京：电子工业出版社，2013.

[2]周志敏，纪爱华.漫步LED世界（显示屏安装调试与维修实例篇）[M].北京：国防工业出版社，2013.

[3]中国光学光电子行业协会发光二极管显示应用分会.中国LED显示应用技术与产品汇编（2017—2018）[M].北京：电子工業出版社，2018.