LED的基本原理

发光二极管简称为LED。由含镓（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。
当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。

发光二极管的构造图

砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。因化学性质又分有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。
【三基色】三基色是指通过其他颜色的混合无法得到的“基本色”。由于人的肉眼有感知红、绿、蓝三种不同颜色的锥体细胞，因此色彩空间通常可以由这三种基本色来表达。三基色原理是色度学的最基本原理。三种基色是相互独立的，任何一种基色都不能有其它两种颜色合成。红绿蓝这三种颜色合成的颜色范围最为广泛。

三基色及其基本组合

把红色和绿色的LED晶片或灯管放在一起作为一个像素制作的显示屏称为双基色屏，把红、绿、蓝三种LED晶片或灯管放在一起作为一个像素的显示屏叫三基色屏或全彩屏。如果只有一种色就叫做单色或单基色屏，制作室内 LED 屏的像素尺寸一般是1.5-12 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 屏的像素尺寸多为6-41.5毫米，每个像素由若干个各种单色LED组成，常见的成品称象素筒，双色象素筒一般由2红1绿组成，三色象素筒用1红1绿1蓝组成。

无论用LED制作单色、双色或三色屏，欲显示图象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屏的灰度等级。灰度等级越高，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 级灰度的图像，颜色过渡已十分柔和，而16级灰度的彩色图像，颜色过渡界线十分明显。所以，彩色LED屏当前都要求做成256级到4096级灰度的。

相关指标

【灰度等级】灰度等级主要取决于系统的A/D转换位数。当然系统的视频处理芯片、存储器以及传输系统都要提供相应位数的支持才行。目前国内LED显示屏主要采用8位处理系统，也即256（28）级灰度。简单理解就是从黑到白共有256种亮度变化。采用RGB三原色即可构成256×256×256=16777216种颜色。即通常所说的16兆色。国际品牌显示屏主要采用10位处理系统，即1024级灰度，RGB三原色可构成10.7亿色。

【发光强度】发光强度的衡量单位有照度单位（勒克司Lux）、光通量单位（流明Lumen）、发光强度单位（烛光 Candle power）。
1CD（烛光）——完全辐射的物体，在白金凝固点温度下，每六十分之一平方厘米面积的发光强度。（以前指直径为2.2厘米，质量为75.5克的鲸油烛，每小时燃烧7.78克，火焰高度为4.5厘米，沿水平方向的发光强度）。
1Lm（流明）——1 CD烛光照射在距离为1厘米，面积为1平方厘米的平面上的光通量。
1Lux（勒克司）——1Lm的光通量均匀地分布在1平方米面积上的照度。
对于LED显示屏这种主动发光体一般采用CD/平方米作为发光强度单位，并配合观察角度为辅助参数，其等效于屏体表面的照度单位勒克司；将此数值与屏体有效显示面积相乘，得到整个屏体的在最佳视角上的发光强度，假设屏体中每个像素的发光强度在相应空间内恒定，则此数值可被认为也是整个屏体的光通量。
一般室外LED显示屏须达到4000CD/平方米以上的亮度才可在日光下有比较理想的显示效果。普通室内LED，最大亮度在700～2000 CD/平方米左右。

【控制或使用方式】可分为同步和异步两种
同步方式—— LED 显示屏的工作方式基本等同于电脑的监视器， 它以至少 30 场 / 秒的更新速率点点对应地实监视器上的图时映射电脑像 , 通常具有多灰度的颜色显示能力，可达到多媒体的宣传广告效果。
异步方式——LED屏具有存储及自动播放的能力，在 PC 机上编辑好的文字及无灰度图片通过串口或其他网络接口传入 LED 屏 , 然后由 LED 屏脱机自动播放，一般没有多灰度显示能力，主要用于显示文字信息，可以多屏联网。

【像素密度或像素直径划分】
由于户内屏采用的LED点阵模块规格比较统一所以通常按照模块的像素直径划分主要有： ∮ 3.0mm 62500 像素 / 平米 ∮ 3.75mm 44321 像素 / 平米 ∮ 5.0mm 17222 像素 / 平米
室内表贴像素点数：
P1.58 400689点/平米
P1.9 277000点/平米
P2.0 250000点/平米
P2.5 160000点/平米
P3 111111点/平米
P4 62500点/平米
P5 40000点/平米
P6 27777点/平米
P7.62 17222点/平米
P8 15625点/平米
P10 10000点/平米
户外屏的像素直径及像素点数
P10 10000点/平米
P12.5 6400点/平米
P16 3906点/平米
P20 2500点/平米
P25 1600 点/平米
P31.25 1024 点/平米

【最佳可视距离】
决定LED观看效果的主要指标，除了LED间距外，和观看距离也有很大的关系。

人眼的理论分辨能力是 20 角秒（1/3600度，单位“””），可是由于感光细胞的分布以及本身的缺陷，实际上对可见光的分辨能力是 1 角分（1/60度，单位“’”），宽度小于 1 角分的物体就和背景融在一起了。 举例来说，人眼在1米处能够看到的“点距极限”，为在 １ 米处，你的眼睛能够看到的最小点径或最小的直线径（小于以上的大小，那么它们将溶入背景）， 或者也可以理解为能够把两个小点（线径）能够分开的最小间距，小于以上的间距，那么它们将 溶为一点或者一条直线。 1 角分＝1/60 度＝(2π/360)/60＝0.000291 弧度 所以，1 米处能够看到的最小点距（约等于弧长）： 弧长＝弧度半径＝0.0002911000mm＝0.291mm 下面来实际计算，我们以一台 16:9 的高清（分辨率 1920×1080）平板电视屏幕来说明： 1 米距离对应 25.237 英寸 2 米距离对应 50 英寸 3 米距离对应 75 英寸 4 米距离对应 100 英寸 5 米距离对应 125 英寸

平板电视屏幕

公式反推就是在 LED 显示屏视距方面，计算最佳视距的公式。 最佳视距定义为：在屏幕正面法线方向，无法分辨相邻最近的两颗像素发光点的最小距离。意味着在大于最佳视距以外的可见区域，都能观看到高度清晰的图像，此时你不会感觉到 屏幕的颗粒感，因为已经达到你的眼睛的分辨率极限了。

不同距离观看的LED点阵

人眼的分辨率 1 角分，是在十分理想的情况下（足够明亮的晴天，同时无反光）对于白纸上的黑条测试，并且是眼睛特别好的人得到的。实际上，一般人的眼睛没那么好，如果 在昏暗的灯光下做这个实验结果会偏离，人眼对这种图案的灵敏度高，会 3 到 5 倍于黑背景上 的白点。 另外，人们对于昏暗中的点光源（点光源的亮度如果一样的话，比方说天文上的双星观测）， 分辨率最好的人能到 2 角分，一般人这种情况下的分辨率是 3-5 角分。如果是有近视的观众，对 远处的事物分辨率会更低。

最佳视距计算示意图

所以我们计算理想情况（按大于 1 角分计算），人站在 S1 与 S2 之间的区域内，能够收看到全部图像而不丢失信息，在黄金分割点 Sr 处则为最佳视距，视距与视觉达到完美平衡。 1 角分＝1/60 度＝(2π/360)/60＝0.000291 弧度； 通常取值 0.000294 弧度，1/0.000294=3400，得出公式：最小视距 S1=3400H； 其中：最大视距 S2=3400P； P(mm)——LED 像素间距；最佳视距 Sr = 1+0.618(S2 -S1)； H(mm)——三色 LED 颗粒间距； 由此可推算出：

某品牌LED最佳视距表

观看视角图

观看视角图

如果我们以上图的观看角度和观看距离，从产品的对比表来，选用P1.5小间距LED显示屏是最具性价比的，因在这一视距内观看是最清晰的，同时也是比较经济的方案。