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在当今现代信息化社会的高速发展过程中，大屏幕显示已经从公共信息展示等商业应用向消费类多媒体应用渗透。随着宽带网络的发展，数字化的多媒体内容将在信息世界中占据主流，新型的大屏幕显示设备将代替传统电视机成为人们享受信息和多媒体内容的中心。
  概念
  LED显示屏控制系统（LEDDisplayControlSystem），又称LED显示屏控制器、LED显示屏控制卡。它是组成LED显示屏的核心部件、主要负责接收来自计算机串行口或DVI接口的画面及视频显示信息，置入帧存储器，按分区驱动方式生成LED显示屏所能识别的串行显示数据和扫描控制时序。
  LED显示屏系统组成
  LED图文显示屏系统由软件控制系统、无线传输系统、设备主控制器、LED显示点阵、电源等部分组成。
　LED显示屏总体框架
  系统工作过程
  软件控制系统主要完成的任务为图文编辑、字模提取与保存、图像预览与文件传输;无线传输系统主要完成文件信息由PC机传输至LED 显示器，硬件控制系统中LED点阵主要任务是通过电流控制完成信息显示，通过单片机的扫描驱动方式的控制对LED点阵行列驱动，实现设备的驱动并zui终实现接收的图文显示功能。
  1、信号源可以为摄像机，笔记本电脑，台式计算机，DVD等视频输出设备；
  2、信号通过视频处理器，转换成DVI信号，通过DVI线连接到发送卡；
  3、控制室距离显示屏的距离大于100M的情况下，使用光纤转换卡，使用光缆通讯；
  4、每个显示屏箱体都有1张接收，接收卡之间使用网线进行连接通讯；
  5、由于显示屏是T型外观，系统传输采用由下向上的通讯方式；
  6、显示屏可以播放多种内容，可以进行输入源的切换；
  7、使用摄像机可以将实时视频信号播放到显示屏上面，也可以链接数字机顶盒，播放电视内容；
  8、可以使用播放软件，在计算机上播放预先处理好的的视频图片信息。
  LED显示屏VS传统显示设备
  与传统的显示设备相比，这种未来的巨大需求让大屏幕显示技术成为众人目光的焦点：
 （1）LED显示屏色彩丰富，显示方式变化多样（图形、文字、三维、二维动画、电视画面等）、亮度高、寿命长，是信息传播设施划时代的产品；
 （2）LED显示屏是集光电子技术、微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的高技术产品，可用来显示文字、计算机屏幕同步的图形。它以其超大画面、*视觉、灵活多变的显示方式等独居一格的优势，是目前上使用广泛的显示系统；
 （3）LED显示屏应用广泛，金融证券、银行利率、商业广告、文化娱乐等方面，有巨大的社会效益和丰厚的经济效益。
  LED产品的可靠性日益受到了制造厂商及使用者的关注。而作为产品基本构成单元的LED灯珠， 其质量的好坏直接影响着LED成品的可靠性， 在实际应用中就常常发生因LED 灯珠的失效导致成品出现功能异常甚至*失效的情况。近年来， 因灯珠变色导致成品出现色温漂移、流明降低和出光效果变差等一系列可靠性问题的案例日益增多， 使众多的LED产品生产厂家及用户遭受了严重的经济损失。
 本文通过几个LED灯珠失效案例， 分析了导致LED灯珠发生变色失效的根本原因。
  封装胶原因
  （1）封装胶中残留外来异物
  失效灯珠的外观呈现局部变色发黑。揭开封装胶， 发现有一个黑色异物夹杂在封装胶内， 用扫描电镜及能谱仪（SEM&EDS） 对异物进行成分分析[5-6]， 确认其主成分为铝（Al）、碳（C）、氧（O） 元素， 还含有少量的杂质元素， 测试结果如下图所示。结合用户反馈的失效背景可知， 该异物是在封装过程中引入的。
 （2）封装胶受化学物质侵蚀发生胶体变色
  失效品为玻璃光管灯， 内部的LED灯带使用单组份室温固化硅橡胶粘结固定在玻璃管上， 固胶部位灯带上的LED灯珠出现发黄变暗现象。失效灯珠封装胶的材质为硅橡胶， 使用SEM&EDS 测试封装胶的元素成分， 发现其比正常灯珠封装胶成分多检出了硫（S） 元素， 测试结果如下图所示。
  通常硫磺、有机二硫化物和多硫化物等含硫物质可以作为硫化剂， 使橡胶发生硫化交联反应， 从而使橡胶的结构改变， 呈现出颜色发黄变暗、热分解温度升高的现象。
  通过TGA 测试灯珠封装胶体的热分解温度可知， 失效灯珠封装胶在失重2 %、5%、10 %、15 %和20 %时的温度均比同批次良品封装胶相同失重量的温度高出25 ℃以上， 封装胶热分解曲线如下图所示， 证实了封装胶因发生硫化交联导致其热分解温度升高的现象。使用ICPOES进一步对起固定作用的单组份固化硅橡胶进行化学成分分析， 检出其中含有约400 ppm 的硫（S） 元素。
  由此可知， LED灯珠发黄变暗的原因为玻璃灯管内粘结固定用的单组份室温固化硅橡胶在固化过程中挥发出的含硫（S） 的气体侵入到了LED 封装胶中， 使封装胶发生了进一步的硫化交联反应，而再次硫化交联导致封装胶体变黄变暗。后续用户改用未使用单组份固化硅橡胶的塑料灯管则未出现灯珠变色的现象。因 此， LED 生产方在产品设计选材和制造时应考虑产品各部件所用不同材料相互间的匹配性， 避免因材料的不兼容而导致后续出现可靠性问题。
  荧光粉沉降
  监控室led高清无缝拼接电子显示屏尺寸大小灯珠装配成LED灯具后在仓库储存时， 发生了色温漂移失效， 失效LED灯珠的封装胶由橙色变为浅黄色， 对其进行I-V 特性测试， 发现灯珠可以正常点亮， 且I-V 曲线正常， 只是出光亮度发生改变。取一些失效灯珠， 以机械开封方式取出封装胶， 发现支架表面均残留有透明颗粒物， 使用SEM&EDS 测试颗粒物成分， 结果显示其含有高含量的锶（Sr） 元素， 如下图所示。
  而封装胶与支架接触面也检出了高含量的锶（ Sr） 元素和钡（Ba） 元素， 如下图所示。
  与之相比， 良品灯珠开封后， 支架表面较干净， 表面主成分为银（Ag）和少量的碳（C） 元素， 未检出锶（Sr） 元素， 且在其封装胶与支架的接触面上也未检出锶（Sr） 和钡（Ba） 元素。通过测试失效品和良品灯珠封装胶的截面成分得知， 二者所用的荧光粉的成分相同， 均为钇铝石榴石（ 主要成分为氧（O） 、铝（Al） 和钇（Y） ） 与硅酸锶钡（ 主要成分为碳（C）、氧（O）、硅（Si）、锶（Sr）、钡（Ba） 和钙（Ca）） 混合荧光粉。
  因此，LED灯珠的失效原因为所使用的硅酸盐荧光粉沉降到了封装胶底部及支架表层， 致使因光折射规律不*而发生色散现象， 导致色温漂移， 同时发生灯珠变色现象。
  支架原因
  （1）异物污染支架
  失效灯珠一侧变色， 揭开封装胶后可以看到变色部位的支架的表面覆盖了一层异物， 对异物进行元素成分测试， 显示其主成分为锡（ Sn） 、铅（Pb） 元素， 测得的结果如下图所示。
   揭开灯珠变色部位外围的白色塑胶， 在与白色塑胶接触的支架表面也检出了锡（Sn）、铅（Pb） 成分。由于异物覆盖部位的支架与灯珠一侧的引脚相连， 而引脚采用锡铅焊接。显而易见， 如果灯珠在进行表面贴装时， 引脚沾附了多余的锡膏， 则在焊接时， 熔化的焊料会沿着引脚爬升至与之相连的支架表面， 形成覆盖层。因此， 此案例中LED 灯珠失效的原因是LED灯珠在进行组装焊接时， 引脚焊接部位的焊料进入了支架表面， 形成了覆盖物， 从而导致了灯珠变色。
  （2）支架腐蚀
   失效LED灯珠的中间部位变色发黑， 开封后将其放在光学显微镜下观察， 发现整个支架的表面明显地变黑， 使用SEM&EDS 测试发黑支架的成分， 结果显示， 除了正常的材质成分外， 发黑支架中还具有较高含量的腐蚀性硫（S） 元素， 而支架表面镀银层局部也呈现出疏松的腐蚀形貌， 如下图所示。
  通常LED灯珠在生产过程中， 由于材料自身不纯或工艺过程污染等原因引入硫（S） 、氯（Cl） 等腐蚀性元素时， 在一定条件下（如高温、水汽残留等）， 其金属支架极易发生腐蚀， 导致灯珠出现变色、漏电等失效现象。
 （3）支架镀层质量差
  LED灯珠点亮老化后出现变色发黑现象， 且失效率高达30 % 。去掉灯珠表面的封装胶后， 发现支架表层银镀层失去原有的光亮， 呈现灰色。使用SEM 观察支架表层微观形貌， 发现与未装配的半成品支架相比， LED失效灯珠的支架表面银层疏松且有较多的孔洞。将半成品支架和失效LED制作成切片， 观察其截面镀层质量， 发现支架镀层结构为铜镀镍再镀银，与半成品相比，失效品支架的镍镀层变薄，表层银层变得疏松，且镍银镀层界限变得模糊。
  使用AES 测试失效LED支架浅表层成分， 发现其中会有镍（Ni） 元素， 测试结果如下图所示， 很显然， 镍镀层扩散至了银层表面。由此得出， LED 灯珠变色的原因为所用的支架镀层不良， 老化后银层疏松产生孔洞， 镍层经过银层孔洞扩散到银层表面， 导致银层发黑， 灯珠变色。
  在众多的LED 变色失效案例中， 因支架变色或腐蚀导致的失效所占的比例是zui高的。因此，LED 或支架生产方应采取一些措施来预防产品失效。
  例如：选择质量良好的、耐蚀的支架基材；采取适宜的电镀工艺条件，保证形成晶粒细腻、结构致密的镀层，镀层厚度均匀并达到防护要求；对于表层镀层为银的支 架，选取有效的银保护工艺，提高银支架的防变色能力；在LED生产装配的过程中，则应防止外来的污染或腐蚀性物质的引入，确保LED封装严密，以降低因环境中的水汽和氧气等的侵入而引发各种腐蚀的可能性。
 随着LED显示屏应用范围的不断扩大，LED显示屏出现的故障问题也越来越多，那么到底如何测试出LED显示屏故障维修及解决方法呢?下面就为大家简单介绍。
  A．整板不亮
  1、检查供电电源与信号线是否连接2、检查测试卡是否以识别接口，测试卡红灯闪动则没有识别，检查灯板是否与测试卡同电源地，或灯板接口有信号与地短路导致无法识别接口（智能测试卡）3、检测74HC245有无虚焊短路，245上对应的使能（EN）信号输入输出脚是否虚焊或短路到其它线路
 注：主要检查电源与使能（EN）信号
  B．在点斜扫描时，规律性的隔行不亮显示画面重叠
  1、检查A、B、C、D信号输入口到245之间是否有断线或虚焊、短路2、检测245对应的A、B、C、D输出端与138之间是否断路或虚焊、短路3、检测A、B、C、D各信号之间是否短路或某信号与地短路。注：主要检测ABCD行信号。
  C．全亮时有一行或几行不亮
  1、检测138到4953之间的线路是否断路或虚焊、短路。
  D．在行扫描时，两行或几行（一般是2的倍数,有规律性的）同时点亮
  1、检测A、B、C、D各信号之间是否短路2、检测4953输出端是否与其它输出端短路
  E．全亮时有单点或多点（无规律的）不亮
  1、找到该模块对应的控制脚测量是否与本行短路2、更换模块或单灯
  F．全亮时有一列或几列不亮
  1、在模块上找到控制该列的引脚，测是否与驱动IC（74HC595/TB62726、、、）输出端连接
  G．有单点或单列高亮，或整行高亮，并且不受控
  1、检查该列是否与电源地短路。
  2、检测该行是否与电源正极短路。
  3、更换其驱动IC
  H．显示混乱，但输出到下一块板的信号正常
  1、检测245对应的STB锁存输出端与驱动IC的锁存端是否连接或信号被短路到其它线路。
  I．显示混乱，输出不正常1 检测时钟CLK锁存STB信号是否短路。
  1、检测245的时钟CLK是否有输入输出。
  2、检测时钟信号是否短路到其它线路。注：主要检测时钟与锁存信号
  J．显示缺色
  1、检测245的该颜色的数据端是否有输入输出。
  2、检测该颜色的数据信号是否短路到其它线路。
   3、检测该颜色的驱动IC之间的级连数据口是否有断路或短路、虚焊。注：可使用电压检测法较容易找到问题，检测数据口的电压与正常的是否不同，确定故障区域
  K．输出有问题
  1、检测输出接口到信号输出IC的线路是否连接或短路。
  2、检测输出口的时钟锁存信号是否正常。
  3、检测zui后一个驱动IC之间的级连输出数据口是否与输出接口的数据口连接或是否短路。
  4、输出的信号是否有相互短路的或有短路到地的。
  5、检查输出的排线是否良好。
小间距LED显示屏凭借着真正的无缝拼接、高性价比、出众的显示效果等优点，已经被越来越多地应用在控制室、指挥大厅、会议中心等关键场合。
 1、图像拼接处理器的要求
  随着LED显示屏像素间距不断变小，观看距离不断拉近，为了达到出色的显示效果，不但要求LED显示屏本身在图像处理和拼装工艺上精益求精，对LED显示屏前端的图像拼接处理器（以下简称拼接器）也提出了更高的要求：
 （1）证输出同步性，避免拼接画面不同步现象；
 （2）优化图像处理算法，使经过缩放处理的图像保持高清晰度；
 （3）自定义输出分辨率，应对LED显示屏物理分辨率不规则的特点。
  2、应用于小间距LED显示屏的拼接处理技术
  2.1 拼接器与小间距LED显示屏的配合使用
  拼接器的一个关键应用是可以输出多路DVI信号，对矩阵排列的多个显示屏进行拼接显示，使之成为逻辑上的一个完整的显示区域。
  对于LED显示屏而言，我们可以将一台LED控制器所驱动的显示区域定义为一个独立的LED显示屏，当前的LED控制器采用DVI/HDMI作为信号输入接口，支持zui大的输入分辨率为1920×1200@60Hz，zui大带宽为165MHz，所驱动的LED显示屏zui大物理分辨率为1920×1200。
  随着LED小间距产品的显示面积越来越大，几十平方米的项目屡见不鲜，LED显示屏的物理分辨率往往会超过1920×1200，即每一块超大规模的LED显示屏，都是由若干个LED控制器所驱动的若干个独立的显示区域组成的，对于拼接器的应用而言，只需要对应LED控制器的数量提供若干个DVI输出接口，并对整个LED屏幕进行拼接显示即可。
  拼接器在小间距LED显示屏的应用中，有几个关键技术值得关注：
 （1）信号的输出同步性
   拼接器的多路DVI信号输出，必然存在信号的同步性问题。不同步的信号输出到LED显示屏上，在拼接处就会出现画面撕裂现象，在播放高速运动的图像时尤为明显。如何保证信号的输出同步性，成为衡量一个拼接系统成败的关键。
 （2）图形处理算法
  我们知道，点对点的图像显示效果是的，经过缩小处理后的图像，如果仅采用普通的图形处理技术或通用的FPGA图形处理算法，图像的边缘会出现锯齿，甚至会出现像素缺失，图像的亮度也会下降。而的图像处理芯片或利用复杂图形处理算法的FPGA系统会zui大限度的保证缩小后图像的显示效果。因此，好的图形处理算法是一款应用于小间距LED显示屏的拼接器的关键技术。
 （3）非标准分辨率的输出
  小间距LED显示屏是由一块一块相同规格的显示单元矩阵拼接而成，每个显示单元尺寸和物理分辨率是固定的，但是拼接起来的整个大屏幕，往往不是一个标准的物理分辨率。比如，显示单元的分辨率为128×96，只能拼成1920×1152，却拼不出1920×1080。在超大规模的拼接系统里，每台LED控制器所驱动的LED显示区域可能不是标准的分辨率，这个时候，拼接器具有非标准分辨率的输出就显得关键，它可以帮助我们快速找到合适的拼接方式，从而合理的分配资源，有效节约LED控制器和传输设备的使用数量。
  2.2 应用于小间距LED显示屏的拼接器
  目前拼接器可分为四类，即嵌入式纯硬件架构、PCI-E总线架构、分布式网络架构、混合架构。
 （1）嵌入式纯硬件架构
  整机结构通常会采用“背板+信号采集板+主控板+信号输出板”的设计，信号采集板进行诸如视频采集、缩放、叠加、格式转换等信号处理工作，通过背板总线将经过处理的信号传送给主控板的FPGA信号处理系统，通过嵌入式ARM系统实现对主控FPGA配置、与上位PC机通信、系统间的数据交换等功能，通过信号输出板将信号输出给显示终端。
  纯硬件架构拼接器的结构相对简单、不容易出现系统故障；采集板和输出板可热插拔，易于更换；可实现多路、多格式信号的采集和处理；背板交换式技术和输出板卡统一时钟技术确保了多路信号输出的同步性；每一路DVI输出信号的分辨率均可自定义，符合LED显示屏的拼接特点。
  诸多特点使纯硬件架构迅速成为当今拼接器领域的主流产品之一。但是，由于采用了FPGA作为核心的图像处理单元，算法的优劣决定了一款拼接器处理效果的好坏，尤其是图像缩放的算法，如何进行优化以达到更清晰的显示效果，已经成为判定纯硬件拼接器产品价值的重要指标。
 （2）PCI-E总线架构
  通常总线架构的拼接器采用PCI Express技术，可用数据带宽高达上百Gbps。主机配备高性能的CPU及大容量内存，可根据应用领域的不同预装不同的操作系统（如64位的Windows7），并可直接运行各种应用程序。拼接器配备多张高性能的图形输出卡，每张输出卡拥有超高的内部带宽及显存，并且所有的输出图像都被同步以消除显示单元间的图像撕裂。同时还配有多张输入卡，支持多种信号格式，并能够对输入信号进行图像处理。
  PCI-E总线架构拼接器就是一台高性能的计算机，所有组件都选用各大硬件厂商和成熟的技术，比如CPU可选用In，显卡可选用英伟达。所有计算机领域的*也能够被快速的融合进来。这使得PCI-E总线架构拼接器在运算速度、图像处理、操作方式等方面具有*的优势。
  PCI-E总线架构拼接器门槛很低，对于简单的应用，一台工控机，加上一个专业的多通道输出显卡即可实现。
  另一方面，如何解决系统稳定性问题，如何设计一款直观且功能强大的控制软件，如何解决高总线带宽下数据传输的各种问题等，都需要强大的研发团队和雄厚的资金基础，同时需要经验的积累。就是说，的PCI-E总线架构拼接器不但需要满足信号采集、处理、拼接等zui基本的应用，在系统稳定性、软件易用性等方面的设计等方面都需要更多的投入，才能使拼接器满足各种严苛的应用环境。
  但是要注意，总线架构拼接器大多采用Windows操作系统，一旦受到病毒攻击可能致使系统瘫痪，停止显示。而且，由于采用了定制的图形显卡，各输出通道的分辨率一般需要符合VESA（视频电子标准协会）标准，不能定义非标准的分辨率输出，也不能定义每个通道不同的分辨率。
（3）分布式网络架构
  分布式网络架构拼接器通常采用节点式硬件结构，每个输入、输出节点独立分开，通过双绞线接入中心交换机，对数据进行交互传输。
  其核心是一套*的视频编解码技术，通过各种信号输入节点，将采集到的DVI、VGA、YPbPr、CVBS、3G-SDI等信号进行处理和编码，通过的网络通讯协议，将编码后的视频流经中心交换机传输到输出节点解码，并转换为DVI数字信号输出到显示终端。
  输出节点的同步性成为了该系统应用的关键。一种办法是通过网络直接发送同步码，实现多台输出节点的同步输出。但是由于网络误码率的存在，这种方式运行一段时间后，还是会出现输出不同步现象。另一种办法是通过SYNC接口将多台输出节点进行物理连接，选择一台输出节点作为主机，向其他输出节点主动发送同步码，从而使所有输出节点同时接收到同步信号，实现真正的帧同步输出，确保显示图像完整，屏幕拼接处无撕裂。
  目前分布式网络架构拼接系统的应用越来越多，由于其分布式的特点，便于整个建筑里的综合布线和不同区域的多个显示终端集中管理。配合*的可视化软件的帮助，可向用户提供人性化、可视化、综合化的服务。
  但是，受限于带宽和编解码技术，分布式网络架构目前还不支持双链路DVI数字信号和HDMI信号的接入。同时，由于编码、处理、解码、信号同步输出等环节均需要帧缓存，因此在数据的实时性方面与其它几种拼接技术相比存在差距。另外，在需要显示的点对点数超过1920×1200分辨率的图像时（需要两台以上的信号输入节点），无法保证多路同步源输入信号的再同步输出。
   （4）混合架构
    混合架构，一般指以上三种拼接技术之中的两种或两种以上相结合的拼接器或拼接系统。
    比如PCI+硬件背板总线架构拼接器，它的系统控制和图像处理分别独立实现。PCI总线负责系统控制，并在后台运行操作系统；硬件背板总线负责视频图像处理，系统允许对大量的高分辨率输入信号进行同步处理，同时仍能在全帧速下保持实时的操作性能和图像质量，同时确保输出信号的同步性。针对重要应急场所，可以确保*黑屏，即便PCI总线负责的操作系统发生故障或病毒感染，通过的背板图形处理总线，也能够确保任何时刻显示外来视频图像。
    通过混合架构，可以综合应用，取长补短，*地增加了系统的稳定性。这也是今后拼接技术的发展方向，具有更为广阔的应用空间。
   3、小间距LED显示屏的应用
   目前，小间距LED显示屏的应用很广泛，它包括但不限于：
 ·*演习指挥系统
 ·公共安全显示指挥系统
 ·电力调度系统
 ·交通路网及航空监控显示系统
 ·能源行业生产调度系统
 ·政府及企事业单位会议显示系统
 ·广播电视传媒显示系统
 ·公共场所信息发布系统
 作为新一代背景墙显示终端，小间距LED显示屏正在为各行各业的关键系统提供优质的服务。