因为LED显示屏的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和工艺相关，目前广泛采用的有红、绿、蓝三种颜色的LED。这些LED的独特之处在于它们工作时需要的电压极低（仅1.5-3V），能够主动发光，并且具有一定的亮度。这亮度可以通过电压或电流来调节，而且它们的寿命非常长，可达到10万小时以上。因此，在大型显示设备领域，目前尚无其他显示技术能与LED相媲美。
LED显示屏可以分为双色屏幕和三色屏幕，具体取决于使用的LED颜色组合。双色屏幕通常由红色和绿色LED组成，而三色屏幕则包括红、绿、蓝三种LED。制作室内LED显示屏的像素尺寸一般在2-10毫米之间，通常使用能够产生不同基色的LED芯片封装成一个像素。而室外LED显示屏的像素尺寸通常较大，介于12-26毫米之间，每个像素由多个不同颜色的单色LED组成，常见的成品叫做像素筒。双色像素筒通常由3个红色和2个绿色LED组成，而三色像素筒则由2个红色、1个绿色和1个蓝色LED组成。LED显示屏分为单色、双色和全彩类型。
无论是单色、双色还是三色屏幕，为了显示图像，每个LED的发光亮度都必须能够调节，调节的精度决定了屏幕的灰阶等级。灰阶等级越高，显示的图像就越细腻，色彩也越丰富，但相应的显示控制系统也越复杂。一般来说，拥有256级灰阶的图像能够呈现非常平滑的颜色过渡，而只有16级灰阶的彩色图像则会显示明显的颜色边界。因此，全彩LED显示屏通常要求至少具备256级灰阶。
为了控制LED的亮度，有两种主要方法。一种是通过改变流经LED的电流来控制亮度，通常情况下，LED的亮度与电流成正比关系，除了红色LED具有饱和特性外。另一种方法是利用人眼的视觉特性，采用脉宽调制技术来实现灰阶控制，即周期性改变LED点亮的时间比例，只要这个刷新频率足够高，人眼无法察觉到LED像素的闪烁。由于脉宽调制更适用于数字控制，因此在今天广泛采用电脑来提供LED显示内容的情况下，几乎所有LED显示屏都采用脉宽调制来控制灰阶等级。
LED显示屏的控制系统通常由主控箱、扫描板和显控装置三个主要部分构成。在这个系统中，主控箱从计算机的显示卡中提取每个屏幕像素的亮度数据，然后将这些数据重新分配给多个扫描板。每块扫描板负责控制LED显示屏上的一定数量的行或列。每一行或列上的LED像素的显示控制信号被以串行的方式传送。
目前存在两种主要的串行传输显示控制信号的方法：
首先，一种方法是在扫描板上集中控制各个像素点的灰阶。扫描板会将来自主控箱的每行像素的亮度值进行分解（即脉宽调制），然后以脉冲的形式（点亮为1，不点亮为0）将每一行LED的开启信号串行传输到相应的LED上，以控制它们是否点亮。虽然这种方式所需器件较少，但串行传输的数据量相对较大。因为在一个重复点亮的周期内，每个像素点在16阶灰阶下需要16个脉冲，在256阶灰阶下需要256个脉冲。由于器件的工作频率有限，一般只能实现16阶灰阶控制。
另一种方法是扫描板串行传输的内容不是每个LED的开关信号，而是一个8位二进制表示的亮度值。每个LED都有自己的脉宽调制器来控制其点亮时间。这种方式下，在一个重复点亮周期内，每个像素点在16阶灰阶下只需要4个脉冲，在256阶灰阶下只需要8个脉冲。这大大降低了串行传输的频率。通过这种分散控制LED灰阶的方法，能够方便地实现256阶灰阶控制。
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