發(fā)光二極管LED顯示技術(shù)

第4章發(fā)光二極管(LED)顯示技術(shù)4.1發(fā)光二極管根本知識(shí)4.2發(fā)光二極管顯示器件1.引言LED就是lightemittingdiode，發(fā)光二極管的英文縮寫，簡(jiǎn)稱LED。LED是一種固態(tài)發(fā)光，是利用半導(dǎo)體或類似結(jié)構(gòu)把電能轉(zhuǎn)換成光能的元件，屬于低場(chǎng)下的注入式電致發(fā)光。LED顯示屏〔LEDpanel〕是一種通過控制大量半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，靠燈的亮滅來(lái)顯示。用來(lái)顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。2.LED顯示屏不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無(wú)法比較的優(yōu)點(diǎn)。LED之所以受到廣泛重視而得到迅速開展，是與它本身所具有的優(yōu)點(diǎn)分不開的。這些優(yōu)點(diǎn)概括起來(lái)是：亮度高工作電壓低功耗小小型化壽命長(zhǎng)耐沖擊性能穩(wěn)定。LED的開展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化方向開展。3.4.5.6.白色LED照明燈地磚燈禮品燈手電筒7.360°LED環(huán)形顯示器8.LED開展簡(jiǎn)史1907年HenryJosephRound第一次在一塊碳化硅里觀察到電致發(fā)光現(xiàn)象。由于發(fā)出的黃光太暗，不適合實(shí)際應(yīng)用，研究被摒棄了1936年,GeorgeDestiau出版了一個(gè)關(guān)于硫化鋅粉末發(fā)射光的報(bào)告。隨著電流的應(yīng)用和廣泛的認(rèn)識(shí)，最終出現(xiàn)了“電致發(fā)光〞這個(gè)術(shù)語(yǔ)。二十世紀(jì)50年代，英國(guó)科學(xué)家在電致發(fā)光的實(shí)驗(yàn)中使用半導(dǎo)體砷化鎵創(chuàng)造了第一個(gè)具有現(xiàn)代意義的LED,并于60年代面世。第一個(gè)商用LED僅僅只能發(fā)出不可視的紅外光，但迅速應(yīng)用于感應(yīng)與光電領(lǐng)域。60年代末，在砷化鎵基體上使用磷化物創(chuàng)造了第一個(gè)可見的紅光LED。磷化鎵的改變使得LED更高效、發(fā)出的紅光更亮，甚至產(chǎn)生出橙色的光。9.到70年代中期，磷化鎵被使用作為發(fā)光光源，隨后就發(fā)出灰白綠光。LED采用雙層磷化鎵芯片(一個(gè)紅色另一個(gè)是綠色)能夠發(fā)出黃色光。就在此時(shí)，俄國(guó)科學(xué)家利用金剛砂制造出發(fā)出黃光的LED。盡管它不如歐洲的LED高效。但在70年代末，它能發(fā)出純綠色的光。80年代早期到中期對(duì)砷化鎵磷化鋁的使用使得第一代高亮度的LED的誕生，先是紅色，接著就是黃色，最后為綠色。到20世紀(jì)90年代早期，采用銦鋁磷化鎵生產(chǎn)出了桔紅、橙、黃和綠光的LED。90年代中期，出現(xiàn)了超亮度的氮化鎵LED，隨即又制造出能產(chǎn)生高強(qiáng)度的綠光和藍(lán)光銦氮鎵Led。10.1972年，斯坦福大學(xué)的赫伯·馬洛斯卡〔HerbMaruska〕與威利·懷恩斯〔WallyRhines〕，以及該校的材料科學(xué)與工程學(xué)博士研究生們研發(fā)出了第一種能發(fā)出藍(lán)紫光的LED，這種LED的材料為摻鎂〔Mg〕的氮化鎵，發(fā)出的光太弱，缺乏以投入實(shí)際使用。1980年代初，已是年過五旬的赤崎勇帶著學(xué)生天野浩重啟了有關(guān)氮化鎵的研究。1986年，他們成功制出了以前被認(rèn)為不可能制造出的氮化鎵晶體。1989年，他們發(fā)現(xiàn)這將電流通入晶體的話，后者的發(fā)光可以得到增強(qiáng)。隨后，日亞化學(xué)工業(yè)的員工中村修二注意到了赤崎勇師徒的研究成果。他順著師徒的研究方向，最終在1993年制出了高亮度的藍(lán)光LED。2021年，藍(lán)光LED的創(chuàng)造人中村修二與天野浩與赤崎勇獲得了該年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。11.2021諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)官方獲獎(jiǎng)理由fortheinventionofefficientbluelight-emittingdiodeswhichhasenabledbrightandenergy-savingwhitelightsources12.超亮度藍(lán)光芯片是白光LED的核心，在這個(gè)發(fā)光芯片上抹上熒光磷，然后熒光磷通過吸收來(lái)自芯片上的藍(lán)色光源再轉(zhuǎn)化為白光。就是利用這種技術(shù)制造出任何可見顏色的光。今天在LED市場(chǎng)上就能看到生產(chǎn)出來(lái)的新奇顏色，如粉紅色。然而，LED的開展不單純是它的顏色還有它的亮度，像計(jì)算機(jī)一樣，遵守摩爾定律的開展。每隔18個(gè)月它的亮度就會(huì)增加一倍。早期的LED只能應(yīng)用于指示燈、早期的計(jì)算器顯示屏和數(shù)碼手表。今天，白光LED發(fā)光效率最高已超過100lm/W,市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的白光LED光效一般約在70lm/W左右，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)節(jié)能燈，如今超亮LED已廣泛用于照明中，LED時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨。13.4.1發(fā)光二極管根本知識(shí)半導(dǎo)體光源的物理根底發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的特點(diǎn)及應(yīng)用14.4.1.1半導(dǎo)體光源的物理根底發(fā)光二極管〔LED〕：固態(tài)半導(dǎo)體器件核心：半導(dǎo)體的晶片P型半導(dǎo)體：空穴占主導(dǎo)地位N型半導(dǎo)體：電子占主導(dǎo)地位LED發(fā)光機(jī)理：電子與空穴發(fā)生復(fù)合時(shí)放出的能量++++++++++++++++++++NP內(nèi)建電場(chǎng)空間電荷區(qū)空穴電子擴(kuò)散漂移15.能帶理論簡(jiǎn)要介紹能帶內(nèi)的電子可以連續(xù)存在，能帶之間無(wú)電子存在。較高能量的區(qū)域?yàn)樘顫M電子的能帶稱為導(dǎo)帶，較低能量的區(qū)域填滿電子的能帶稱為價(jià)帶。導(dǎo)帶和價(jià)帶之間就是禁帶。帶隙/能隙，導(dǎo)帶最低點(diǎn)和價(jià)帶最高點(diǎn)的能量之差。16.LED晶片材料:發(fā)光半導(dǎo)體，具有單向?qū)щ娦詫?duì)LED材料的要求：1〕電子與空穴的數(shù)量盡量多2〕要求電子與空穴復(fù)合時(shí)放出的能量應(yīng)與所需要的發(fā)光波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)晶片的組成：磷化鎵(GaP)、鎵鋁砷(GaAlAs)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵〔GaN〕、等材料組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有單向?qū)щ娦?。發(fā)光效率：=ice17.提高出光效率LED材料折射率很高n=3.6反射率=(n1-n2)2/(n1+n2)2提高外部出光效率的方法：降低反射率，提高透過率〔1〕用折射率高的透明材料〔環(huán)氧樹脂〕覆蓋在芯片外表?！?〕把芯片晶體外表加工成半球形18.4.1.2發(fā)光二極管(LED)的結(jié)構(gòu)19.一、支架：作用：用來(lái)導(dǎo)電和支撐組成：支架由支架素材經(jīng)過電鍍而形成，由里到外是素材、銅、鎳、銅、銀這五層所組成。種類：帶杯支架做聚光型，平頭支架做大角度散光型的Lamp。二、銀膠作用：固定晶片和導(dǎo)電的作用。主要成份：銀粉占75-80%、EPOXY〔環(huán)氧樹脂〕占10-15%、添加劑占5-10%。使用：冷藏，使用前需解凍并充分?jǐn)嚢杈鶆?，因銀膠放置長(zhǎng)時(shí)間后，銀粉會(huì)沉淀，如不攪拌均勻?qū)?huì)影響銀膠的使用性能。三、晶片〔Chip〕：〔P/N結(jié)構(gòu)〕晶片，晶片的焊墊一般為金墊或鋁墊。焊墊形狀有圓形、方形、十字形等20.四、金線：作用：連接晶片PAD〔焊墊〕與支架，并使其能夠?qū)兌葹?9.99%Au；金線的直徑16m—50m等。五、環(huán)氧樹脂：作用：保護(hù)Lamp的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可稍微改變Lamp的發(fā)光顏色，亮度及角度；使Lamp成形。包括：A膠〔主劑〕、B膠〔硬化劑〕、DP〔擴(kuò)散劑〕、CP〔著色劑〕四部份組成。其主要成分為環(huán)氧樹脂〔EpoxyResin〕、酸酐類〔酸無(wú)水物Anhydride〕、高光擴(kuò)散性填料〔Lightdiffusion〕及熱安定性染料〔dye〕21.白色發(fā)光二極管的發(fā)光原理與其它發(fā)光二極管的發(fā)光原理稍有一點(diǎn)不同。目前有兩種發(fā)光模式能使發(fā)光二極管發(fā)出白色光。藍(lán)色光＋黃色光

發(fā)光模式的白色發(fā)光二極管，其根底局部是一顆藍(lán)色發(fā)光二極管，在藍(lán)色發(fā)光二極管芯片的外面覆蓋一層熒光體層，當(dāng)藍(lán)色發(fā)光二極管芯片發(fā)射出來(lái)的藍(lán)色光，有一局部在透過熒光體時(shí)被熒光體吸收，變成了黃光，黃光又與透過熒光體的藍(lán)光混合后就發(fā)出白色光。例如有的白色發(fā)光二極管發(fā)出的光是純白的，而有的發(fā)出的光是白偏藍(lán)的。22.另一種是采用三波長(zhǎng)藍(lán)色光＋綠色光＋紅色光

發(fā)光模式的全彩色發(fā)光二極管。將紅、綠、藍(lán)三顆發(fā)光二極管封裝在同一個(gè)管殼中，三種原色的光混合也可以產(chǎn)生出白光，本錢要相對(duì)較高，主要是用來(lái)制造全彩色顯示屏。

白色發(fā)光二極管的正向電壓降約為3.5V左右，需要正向工作電流≥15mA左右時(shí)，才能使其正常發(fā)光。23.4.1.3發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)LED是由電流驅(qū)動(dòng)的器件，其亮度與正向電流呈比例關(guān)系。有兩種方法可以控制正向電流。1、電阻限流方式。利用電源電壓和限流電阻，來(lái)確定產(chǎn)生預(yù)期正向電流所需要向LED提供的電壓。但這種方法有一些缺點(diǎn)，如LED正向電壓的任何變化都會(huì)導(dǎo)致LED電流的變化。2、利用固定電流來(lái)驅(qū)動(dòng)LED。固定電流可消除正向電壓變化所導(dǎo)致的電流變化，因此，可產(chǎn)生固定的LED亮度。3、對(duì)于要求較高的LED驅(qū)動(dòng)來(lái)說，除了采用恒流驅(qū)動(dòng)外，還可以采用脈沖電路驅(qū)動(dòng)，其控制局部采用脈寬調(diào)制方式，與恒流控制方式相比，控制局部的控制效率高、節(jié)能。同時(shí)便于LED的亮度調(diào)節(jié)，這是采用脈沖電源驅(qū)動(dòng)方式最大的優(yōu)勢(shì)。24.LED驅(qū)動(dòng)要注意的問題LED是單向?qū)щ姷碾娏餍推骷?，要用直流電流或者單向脈沖電流驅(qū)動(dòng)。LED內(nèi)部是PN結(jié)，通常白光LED的壓降為3-4V。LED的PN結(jié)具有負(fù)溫度特性，要使用限流補(bǔ)償措施要使LED亮度恒定，光色不變。必須使用電流源或者PWM單向脈沖供電，不要使用電壓源。白光LED電視中LED大多串接使用。LED串聯(lián)比并聯(lián)可以更平均的分配電流。二極管應(yīng)防止直接并聯(lián)使用。25.直流驅(qū)動(dòng)是最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)方式。當(dāng)前很多廠家生產(chǎn)的LED燈類產(chǎn)品都采用這種驅(qū)動(dòng)方式，即采用阻、容降壓，然后加上一個(gè)穩(wěn)壓二極管，向LED供電，如圖4.3〔a〕所示。由于LED器件的正向特性比較陡，以及器件的分散性，使得在電壓和限流電阻相同的情況下，各器件的正向電流并不相同，從而引起發(fā)光強(qiáng)度的差異。以白光LED為例，白光LED需要大約3.6V的供電電壓才能實(shí)現(xiàn)適宜的亮度控制。26.大多數(shù)便攜式電子產(chǎn)品都采用鋰離子電池作電源，它們?cè)诔錆M電之后約為4.2V，平安放完電后約為2.8V，顯然白光LED不能由電池直接驅(qū)動(dòng)。如果能夠?qū)ED的正向電流直接進(jìn)行恒流驅(qū)動(dòng)的話，只要恒流值相同，各LED的發(fā)光強(qiáng)度就比較相近。考慮到晶體管的輸出特性具有恒流的性質(zhì)，所以可以用晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)LED，如圖4.3〔b〕所示。TRLEDVcc恒流驅(qū)動(dòng)：采用晶體管27.恒流驅(qū)動(dòng)方式串聯(lián)驅(qū)動(dòng)方式因?yàn)樗写拥腖ED具有完全相同的電流。LED電流由RSENSE與加載在CTRL輸入上的電壓共同決定。

28.并聯(lián)驅(qū)動(dòng)方式并聯(lián)驅(qū)動(dòng)白光LEDIC內(nèi)部包括電荷泵和電流控制，電荷泵為白光LED提供足夠的驅(qū)動(dòng)電壓，而電流控制通過給每個(gè)LED加載同樣的電流來(lái)確保均勻的白光。

29.LED脈沖驅(qū)動(dòng)原理此外，利用人眼的視覺暫留特性，采用反復(fù)通斷電的方式使LED器件點(diǎn)燃的方法就是脈沖驅(qū)動(dòng)法，如圖4.3〔c〕所示。脈寬調(diào)制〔Pulse-WidthModulation，PWM〕技術(shù)是一種傳統(tǒng)的調(diào)光方式，它利用簡(jiǎn)單的數(shù)字脈沖，反復(fù)開關(guān)LED驅(qū)動(dòng)器，系統(tǒng)只要通過調(diào)節(jié)脈沖的占空比就可獲得適宜的平均電流，從而調(diào)節(jié)LED的亮度。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：能夠提供高質(zhì)量的白光、應(yīng)用簡(jiǎn)單、效率高。但有一個(gè)致命的缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生電磁干擾，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生人耳能聽見的噪聲。LavgImaxTonT30.PWM調(diào)光優(yōu)點(diǎn)：LED的發(fā)光亮度可以用改變其電流的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是這種模擬亮度控制方法會(huì)產(chǎn)生色偏現(xiàn)象。也就是它所發(fā)出光線的波長(zhǎng)將會(huì)隨著其正向電流而改變，這是令人不可接受的。采用PWM的方式來(lái)對(duì)LED進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)。不同的占空比就可以得到不同的亮度，這相當(dāng)于用改變LED導(dǎo)通的時(shí)間來(lái)改變亮度，而每次導(dǎo)通所到達(dá)的正向電流是不變的，所以其色譜也就不會(huì)改變。為了得到不同的亮度，就要求能夠精確控制PWM的寬度。一個(gè)12位精度的PWM可以實(shí)現(xiàn)4096級(jí)灰度。由于流經(jīng)每個(gè)LED的正向電流持續(xù)保持一致，因而色彩坐標(biāo)不會(huì)偏移。31.4.1.4發(fā)光二極管的特點(diǎn)及應(yīng)用1.LED的主要特點(diǎn)：LED為非相干光，光譜較寬，發(fā)散角大LED的發(fā)光顏色非常豐富紅色：GaP:ZnO或GaAsP材料橙色、黃色：GaAsP材料藍(lán)色：GaN材料通過紅、綠、藍(lán)三原色的組合，可以實(shí)現(xiàn)全色化LED的輝度高，即使在日光下，也能辨識(shí)LED的單元體積小壽命長(zhǎng)，根本上不需要維修機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊32.電壓低：LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個(gè)比使用高壓電源更平安的電源，特別適用于公共場(chǎng)所效能高，能耗低：消耗能量較同光效的白熾燈減少80%適用性強(qiáng)，每個(gè)單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境穩(wěn)定性：10萬(wàn)小時(shí)，光衰為初始的50%響應(yīng)時(shí)間：其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)，不到1ms環(huán)保：不含汞等污染物價(jià)格33.2.LED的主要應(yīng)用:指示燈：LED正在成為指示燈的主要光源數(shù)字顯示用顯示器：點(diǎn)矩陣型和字段型兩種方式平面顯示器：可進(jìn)行電視畫面顯示光源：通信光源：電視機(jī)、空調(diào)等的遙控器的光源，干預(yù)儀的光源，光纖通信系統(tǒng)的光源。照明光源34.4.2發(fā)光二極管顯示器件LED顯示屏可根據(jù)顏色、用途、點(diǎn)陣大小等分類1〕根據(jù)基色分類單基色顯示屏:單一顏色〔紅色或綠色〕。雙基色顯示屏：紅和綠雙基色，256級(jí)灰度、可以顯示65536種顏色。全彩色顯示屏：紅、綠、藍(lán)三基色，256級(jí)灰度的全彩色顯示屏可以顯示一千六百多萬(wàn)種顏色。35.單基色單基色：每個(gè)像素點(diǎn)只有一種顏色，多數(shù)用紅色，因?yàn)榧t色的發(fā)光效率較高，可以獲得較高的亮度，也可以用綠色，還可以是混色，即一局部用紅色，一局部用綠色，一局部用黃色等。36.雙基色每個(gè)像素點(diǎn)有紅綠兩種基色，可以疊加出黃色，在有灰度控制的情況下，通過紅綠不同灰度的變化，可以組合出多種灰度顏色。37.三基色〔全彩〕也稱全彩色，每個(gè)像素點(diǎn)有紅綠藍(lán)三種基色，在有灰度控制的情況下，通過紅綠藍(lán)不同灰度的變化，可以很好地復(fù)原自然界的色彩，組合出上萬(wàn)種顏色。38.2〕、根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)所分類根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)所的不同，可將LED顯示屏分為室內(nèi)、室外及半室外三種。39.室內(nèi)屏在制作工藝上首先是把發(fā)光晶粒做成點(diǎn)陣模塊，再由點(diǎn)陣模塊拼接為一定尺寸的顯示單元板，根據(jù)用戶要求，以單元板為根本單元拼接成用戶所需要的尺寸。戶內(nèi)屏面積一般從不到1平米到十幾平米,點(diǎn)密度較高，

在非陽(yáng)光直射或燈光照明環(huán)境使用，觀看距離在幾米以外，屏體不具備密封防水能力。40.室外屏在制作工藝上首先是把發(fā)光晶粒封裝成單個(gè)的發(fā)光二極管，稱之為單燈，一般都采用具有聚光作用的反光杯來(lái)提高亮度；再由多只LED單燈封裝成像素模組，而由像素模組組成點(diǎn)陣式的顯示單元箱體，根據(jù)用戶需要及顯示應(yīng)用場(chǎng)所，以一個(gè)顯示單元箱體為根本單元組成所需要的尺寸。箱體在設(shè)計(jì)上需要密封，以到達(dá)防水防霧的目的，使之適應(yīng)室外環(huán)境，一般正面采用灌膠的方式來(lái)密封。41.半室外屏

半室外屏介于戶外及戶內(nèi)兩者之間,具有較高的發(fā)光亮度,

可在非陽(yáng)光直射戶外下使用，屏體有一定的密封，一般在屋檐下或櫥窗內(nèi)。42.3〕根據(jù)功能分類根據(jù)屏幕所具有的功能，可將LED顯示屏分為條屏，圖文屏，視屏以及數(shù)碼混合屏四種。LED數(shù)碼顯示屏：顯示器件為7段碼數(shù)碼管，適于制作時(shí)鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。LED點(diǎn)陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點(diǎn)陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。LED視頻顯示屏：顯示器件是由許多發(fā)光二極管組成，可以顯示視頻、動(dòng)畫等各種視頻文件。。

43.條屏系列條屏系列：這類顯示屏主要用于顯示文字，可用遙控器輸入，也可以與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)使用，通過計(jì)算機(jī)發(fā)送信息。可以脫機(jī)工作。因?yàn)檫@類屏幕多做成條形，故稱為條屏。。

44.圖文屏系列這類顯示屏主要用于顯示文字和圖形，一般無(wú)灰度控制。它通過與計(jì)算機(jī)通訊輸入信息。與條屏相比，圖文屏的優(yōu)點(diǎn)是顯示的字體字型豐富，并可顯示圖形，與視屏相比，圖文屏最大的優(yōu)點(diǎn)是一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以控制多塊屏，且可以脫機(jī)顯示。。

45.視屏系列這類顯示屏屏幕像素與控制計(jì)算機(jī)監(jiān)視器像素點(diǎn)呈一對(duì)一的映射關(guān)系，有256級(jí)灰度控制，所以其表現(xiàn)力極為豐富，配置多媒體卡，視屏還可以播放視頻信號(hào)。視屏開放性好，對(duì)操作系統(tǒng)沒有限制，軟件也沒有限制，能實(shí)時(shí)反映計(jì)算機(jī)監(jiān)視器的顯示。。

46.4〕根據(jù)屏顯示面形狀分類除了常見的平面屏以外，還有曲面屏，如弧形屏、球面屏等。

。

47.5)、按發(fā)光點(diǎn)直徑分類室內(nèi)屏：Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm、室外屏：Φ10mm、Φ12mm、Φ16mm、Φ19mm、Φ20mm、Φ21mm、Φ22mm、Φ26mm室外屏發(fā)光的根本單元為發(fā)光筒，發(fā)光筒的原理是將一組紅、綠、藍(lán)發(fā)光二極管封在一個(gè)塑料筒內(nèi)共同發(fā)光。6).顯示方式有靜態(tài)、橫向滾動(dòng)、垂直滾動(dòng)和翻頁(yè)顯示等。48.顯示原理

信號(hào)控制單元控制掃描單元驅(qū)動(dòng)單元LED陣列信號(hào)控制單元：可以由單片機(jī)系統(tǒng)、獨(dú)立的微機(jī)系統(tǒng)、傳呼接收與控制系統(tǒng)等組成。任務(wù)：生成或接收LED顯示所需要的數(shù)字信號(hào)，并控制整個(gè)LED顯示系統(tǒng)的各個(gè)不同部件按一定的分工和時(shí)序協(xié)調(diào)工作掃描控制單元：由譯碼器組成，用于循環(huán)選通LED陣列驅(qū)動(dòng)單元：三極管陣列，給LED提供大電流4.2.1LED顯示器件的顯示原理49.行掃描電路主要由譯碼器組成，用于循環(huán)選通LED陣列行。列驅(qū)動(dòng)電路多分為三級(jí)管陣列，給LED提供大電流。鎖存器保存要顯示的數(shù)據(jù)位。顯示數(shù)據(jù)就緒后，信號(hào)控制單元首先將第一行數(shù)據(jù)傳到掃描控制單元的鎖存器并鎖存，然后由行掃描電路選通LED陣列的第一行，持續(xù)一定時(shí)間后，再用同樣方法顯示后續(xù)行，直至完成一幀顯示。如此循環(huán)，根據(jù)視覺暫留，屏幕刷新速率>25F/s以上就沒有閃爍感大屏幕可采用分區(qū)并行顯示灰度的實(shí)現(xiàn)：通過調(diào)制LED的發(fā)光時(shí)間與掃描周期的比值〔占空比〕色彩的實(shí)現(xiàn)：不同基色LED灰度組合便可調(diào)配出多種色彩50.一、LED數(shù)碼顯示器1、LED顯示器的結(jié)構(gòu)根本的LED數(shù)碼管由7個(gè)條狀發(fā)光二極管芯片按照一定的方法排列而成，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字0-9的顯示，其具體結(jié)構(gòu)有反射罩式、條形7段式及單片集成多位數(shù)字式等等。51.14段LED顯示器段排列方式如圖。經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕M合，可顯示數(shù)字和26個(gè)英文字母的大寫與小寫。字形碼要占雙字節(jié)。14段LED顯示器也分為共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)。52.14段LED顯示器七段LED顯示器53.靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每一個(gè)LED燈分別對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的I/O驅(qū)動(dòng)口，其點(diǎn)亮和關(guān)閉由該驅(qū)動(dòng)口對(duì)其控制，互不干擾。54.動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)法將不同的LED模塊的所有LED驅(qū)動(dòng)端一對(duì)一的連接到一起，其公共極分別由不同的I/O口來(lái)驅(qū)動(dòng)稱為掃描線或者地址線，用這些地址線來(lái)選定某一個(gè)LED。55.簡(jiǎn)單的程序流程選中第一個(gè)數(shù)碼管(P0.0為1，其他為0)送“1〞的字型碼延時(shí)選中第二個(gè)數(shù)碼管送“2”的字型碼延時(shí)選中第三個(gè)數(shù)碼管送“3”的字型碼延時(shí)選中第四個(gè)數(shù)碼管送“4”的字型碼延時(shí)延時(shí)時(shí)間假設(shè)為1S、10mS看到的現(xiàn)象分別是什么？56.二、圖文顯示屏1、特點(diǎn)圖文顯示屏的主要特征：只控制LED點(diǎn)陣的各個(gè)發(fā)光器件的通斷，而不控制LED的發(fā)光強(qiáng)弱。LED可以是單色的也可以是雙色的。甚至是多色。圖文顯示屏的外觀可根據(jù)需要訂制。57.控制各個(gè)點(diǎn)所在位置相對(duì)應(yīng)的LED器件發(fā)光進(jìn)行顯示。把需要顯示的圖形文字轉(zhuǎn)換成點(diǎn)陣圖形，再按照顯示控制的要求以一定的格式形成顯示數(shù)據(jù)。對(duì)于只控制通斷的圖文顯示屏來(lái)說，每個(gè)LED發(fā)光器件占據(jù)數(shù)據(jù)中的1位〔1bit〕，在需要該LED器件發(fā)光時(shí)數(shù)據(jù)中相應(yīng)的位填1，否那么填0。顯示圖形的數(shù)據(jù)文件，其格式相對(duì)自由，只要能夠滿足顯示控制的要求即可。文字的點(diǎn)陣格式比較標(biāo)準(zhǔn)，可以采用現(xiàn)行計(jì)算機(jī)通用的字庫(kù)字模，例如漢字就有宋體、仿宋體、楷體、黑體等多種可供選擇的方案。組成一個(gè)字的點(diǎn)陣，其大小也可以有16*16、24*24、32*32、48*48等不同規(guī)格。58.2、顯示屏的結(jié)構(gòu)組成局部：屏體，計(jì)算機(jī)，控制器，智能點(diǎn)陣顯示單元，電源。〔1〕屏體主要局部是顯示點(diǎn)陣和行列驅(qū)動(dòng)電路。如以下圖所示，單色和雙色的屏。59.〔2〕智能點(diǎn)陣顯示單元該單元是獨(dú)立完成顯示任務(wù)的小系統(tǒng)，或者是整個(gè)圖文顯示屏的某一個(gè)局部，可以顯示漢字，線條，簡(jiǎn)單圖形，主控用單片機(jī)?！?〕主控器主控器采用單片機(jī)，有擴(kuò)展的漢字庫(kù)，帶掉電保護(hù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器?！?〕計(jì)算機(jī)將更換的顯示內(nèi)容送到主控器中60.點(diǎn)陣屏顯示模塊61.62.三、LED圖像顯示屏圖像顯示屏是具有灰度級(jí)顯示功能的系統(tǒng)，它所顯示的圖像畫面更逼真，單色圖像顯示屏就如黑白電視一樣，灰度控制是產(chǎn)生單色的有深淺過渡的畫面。多色圖像顯示屏和彩色電視機(jī)一樣，由于每一種基色的灰度級(jí)均可單獨(dú)控制，因此可以得到從白到黑的各種不同顏色的組合。63.視頻屏又叫同步屏，它接收實(shí)時(shí)傳輸?shù)囊曨l信號(hào)，如電視、DVD、錄像等，且需對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。視頻屏的顯示信號(hào)與計(jì)算機(jī)或其它視頻同步一致。一般情況下一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制一塊顯示屏，LED顯示屏上的圖像與控制機(jī)上顯示的圖像點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)。視頻屏顯示畫面色彩鮮艷，立體感強(qiáng)，靜如繪畫作品，動(dòng)如電影，廣泛應(yīng)用于體育場(chǎng)館、會(huì)展中心、商場(chǎng)、賓館、醫(yī)院、銀行、建筑市場(chǎng)、拍賣行、展覽展示現(xiàn)場(chǎng)及其它公共場(chǎng)所。64.4.2.2LED顯示器件的掃描驅(qū)動(dòng)電路LED顯示器件掃描驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏所要顯示的信息內(nèi)容的接收、轉(zhuǎn)換及處理功能。一般顯示屏的控制系統(tǒng)包括了輸入接口電路、信號(hào)的控制、轉(zhuǎn)換和數(shù)字化處理電路、輸出接口電路等，涉及的具體技術(shù)很多。其關(guān)鍵技術(shù)包括：1.串行傳輸〔被廣泛采用〕與并行傳輸2.動(dòng)態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存3.校正技術(shù)4.輸入接口技術(shù)5.自動(dòng)檢測(cè)，遠(yuǎn)程控制技術(shù)等65.1.串行傳輸與并行傳輸。LED顯示屏上數(shù)據(jù)的傳輸方式主要有串行和并行兩種，目前廣為采用的主要為串行控制技術(shù)。這種控制方式的顯示屏的每一個(gè)單元內(nèi)部的不同驅(qū)動(dòng)電路、各級(jí)聯(lián)單元之間每個(gè)時(shí)鐘僅傳送一個(gè)位(具體實(shí)現(xiàn)時(shí)每種顏色各一位)的數(shù)據(jù)。采用這種方式，可采用的驅(qū)動(dòng)IC種類較多，不同顯示單元之間的聯(lián)線較少，可減少顯示單元上的數(shù)據(jù)傳輸驅(qū)動(dòng)元件，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和具體工程實(shí)現(xiàn)的容易程度。66.2.動(dòng)態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存。從系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)顯示信息的刷新原理有動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)和靜態(tài)鎖存技術(shù)，一般室內(nèi)顯示屏多采用動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)，假設(shè)干行發(fā)光二極管共用一行驅(qū)動(dòng)存放器，根據(jù)共用一行驅(qū)動(dòng)存放器的發(fā)光二極管像素?cái)?shù)目，具體有1/4、1/16掃描等。室外顯示屏根本上采用的是靜態(tài)鎖存技術(shù)，即每一個(gè)發(fā)光二極管都對(duì)應(yīng)有一個(gè)驅(qū)動(dòng)存放器。相對(duì)于掃描而言，靜態(tài)鎖存控制的驅(qū)動(dòng)存放器無(wú)需時(shí)分工作，從而保證了每一個(gè)發(fā)光二極管的亮度占空比為100%。67.3.校正技術(shù)(GAMMACORRECTION)。顯示器件理想調(diào)制：線性調(diào)制，亮度和控制物理量成正比。LED：接近線性響應(yīng)。由于LED顯示屏本身不具有CRT的特性，因此，在全彩色顯示屏的控制技術(shù)上，通常對(duì)輸入的視頻信號(hào)進(jìn)行校正處理。所謂校正就是對(duì)色度曲線的選擇，色度曲線的不同對(duì)圖像顏色、亮度、比照及色度有極大影響。在不同情況下適度調(diào)整色度曲線可以到達(dá)最正確質(zhì)量畫面。68.4.輸入接口技術(shù)。目前在信號(hào)輸入接口上可以滿足全數(shù)字化信號(hào)輸入、模擬信號(hào)輸入、全數(shù)字化信號(hào)和模擬信號(hào)二者兼容的輸入以及高清晰度電視信號(hào)輸入等多種方式。全數(shù)字化信號(hào)輸入方式接受外部全數(shù)字化輸入信號(hào)，在使用多媒體卡的顯示屏系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的輸入接口即為全數(shù)字化信號(hào)輸入方式。多媒體卡將視頻模擬信號(hào)及計(jì)算機(jī)自身的信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合控制系統(tǒng)輸入要求的數(shù)字信號(hào)，這種形式顯示計(jì)算機(jī)信息時(shí)效果很好。69.模擬信號(hào)輸入方式只能接受外部模擬輸入信號(hào)。這種輸入方式的顯示屏增加了模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將視頻信號(hào)或來(lái)自計(jì)算機(jī)顯卡的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為全數(shù)字信號(hào)后進(jìn)行處理。全數(shù)字化信號(hào)和模擬信號(hào)二者兼容的輸入方式是優(yōu)勢(shì)二種輸入方式的有機(jī)結(jié)合，能接受模擬輸入信號(hào)以及全數(shù)字化輸入信號(hào)，在顯示視頻圖像和計(jì)算機(jī)信息時(shí)均能到達(dá)理想的顯示效果。70.5.自動(dòng)檢測(cè)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)自動(dòng)檢測(cè)LED顯示屏構(gòu)成復(fù)雜，特別是室外顯示屏，供電、環(huán)境亮度、環(huán)境溫度條件等對(duì)顯示屏的正常運(yùn)行都直接影響，在LED顯示屏的控制系統(tǒng)中可根據(jù)需要對(duì)溫度、亮度、電源等進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)控制。也可根據(jù)需要遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏的亮度調(diào)節(jié)、色度調(diào)節(jié)、圖像水平和垂直位置的調(diào)節(jié)、工作方式的轉(zhuǎn)換等。71.控制機(jī)制單片機(jī)控制單片機(jī)控制是LED顯示屏控制中的簡(jiǎn)單的一種方式。待顯示信息固化在ROM里或來(lái)自傳感器等，由單片機(jī)讀取并控制LED顯示。多用于簡(jiǎn)單固定文字或監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示的條形屏等。這種控制方式簡(jiǎn)單，靈活，本錢低。但是，內(nèi)容和顯示方式的編輯、更改較麻煩，使用不方便。72.微機(jī)控制微機(jī)控制LED顯示屏一般都需要專用的接口電路如LED專用顯示卡、LED專用多媒體卡等。此類控制中較多的是VGA〔VideoGraphicsArray〕同步技術(shù)。LED顯示屏的VGA同步控制技術(shù)是指LED顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)跟蹤微機(jī)CRT窗口上的顯示信息，是LED顯示屏成為微機(jī)的大型顯示終端。一般是對(duì)顯示卡的RGB信號(hào)輸出進(jìn)行采樣，或直接從VGA卡上的特征插座上取得RGB的數(shù)字信號(hào)，處理后用于驅(qū)動(dòng)LED顯示屏電路。這種控制方式充分發(fā)揮了豐富強(qiáng)大的微機(jī)軟件功能，而且具有較強(qiáng)的編輯功能，內(nèi)容和顯示方式的更改、增刪簡(jiǎn)單方法，便于顯示數(shù)據(jù)的保存、管理和打印輸出；但是本錢較高，每個(gè)顯示屏都要附帶微機(jī)系統(tǒng)，對(duì)于一些室外、遠(yuǎn)距離、分散的應(yīng)用場(chǎng)合，工程施工和日常維護(hù)都有諸多不便。73.主從控制采用微機(jī)〔上位機(jī)〕和單片機(jī)〔下位機(jī)〕分布管理和控制LED的顯示。上位機(jī)負(fù)責(zé)顯示數(shù)據(jù)處理與顯示任務(wù)分配，有時(shí)還要與其他系統(tǒng)進(jìn)行通信；下位機(jī)作為控制器件，接收并執(zhí)行來(lái)自上位機(jī)的任務(wù)，指揮控制LED顯示屏上各部件協(xié)調(diào)工作。上位機(jī)與下位機(jī)一般通過RS232或RS422通信，一臺(tái)上位機(jī)可以管理、控制多個(gè)下位機(jī)同時(shí)顯示。74.紅外遙控在LED顯示屏控制板〔一般為單片機(jī)系統(tǒng)〕前端參加紅外遙控接收器編解碼電路，解碼電路先將紅外接收探頭解調(diào)后別離出的16位PCM(脈沖編碼調(diào)制)串行碼值進(jìn)行校驗(yàn)，提取有效的8位數(shù)據(jù)碼值，提供給控制板驅(qū)動(dòng)LED顯示屏。采用紅外遙控可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)屏幕及文字編輯，無(wú)需專用計(jì)算機(jī)或其它外設(shè)配置，遙控距離可達(dá)十幾米。這種控制方式常與其它方式結(jié)合使用。75.通信傳輸和網(wǎng)絡(luò)控制根據(jù)對(duì)信息傳輸顯示的實(shí)時(shí)性，LED顯示屏的傳輸控制有通信傳輸和視頻傳輸。通信傳輸采用標(biāo)準(zhǔn)的RS-232或RS-485計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)串行通訊方式，通過串口按一定的通訊協(xié)議接收來(lái)自計(jì)算機(jī)串口或其它設(shè)備串口的信號(hào)，經(jīng)過處理后按一定的規(guī)律傳送到顯示屏上顯示。這種控制方式的顯示屏的功能比較單一，適用于簡(jiǎn)單文字、圖形顯示，主要是單色及雙基色顯示屏控制使用，一般情況下直接傳輸距離可達(dá)千米。視頻傳輸方式那么是把LED顯示屏與多媒體技術(shù)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了在LED顯示屏上實(shí)時(shí)顯示計(jì)算機(jī)監(jiān)視器上的內(nèi)容，也可播放錄像及電視節(jié)目，一般用于播放實(shí)時(shí)信息的顯示屏都采用視頻控制方式，具體傳輸是采用成對(duì)的專用長(zhǎng)線傳輸接口電路。76.GPRS/GSM無(wú)線控制利用遍布全國(guó)的GPRS/GSM基站，通過GPRS/接收模塊遠(yuǎn)程接收信號(hào)并通過單片機(jī)處理對(duì)各類遠(yuǎn)端顯示屏實(shí)施控制。此類技術(shù)在城市群顯、銀行IC卡收費(fèi)、系統(tǒng)掛失、卡號(hào)播送、機(jī)動(dòng)車輛防盜定位報(bào)警等方便已有應(yīng)用。77.4.2.3LED顯示器件的技術(shù)指標(biāo)1.室內(nèi)屏系列室內(nèi)屏面積一般在十幾平方米以下，點(diǎn)密度較高，在非陽(yáng)光直射或燈光照明環(huán)境下使用，觀看距離在幾米以外，屏體不具備密封防水能力。根據(jù)顏色可分為全彩屏雙基色屏單色屏78.室內(nèi)全彩色視頻屏主要技術(shù)參數(shù)：基色RGB〔全彩色〕像素直徑〔mm〕5.008.00像素間距〔mm〕7.6210.00像素組成1R1G1B2R1G1B虛擬像素單元面板點(diǎn)數(shù)〔點(diǎn)〕32×3232×16單元面板尺寸〔mm〕245×245320×160單元面板質(zhì)量〔g〕1100850物理像素密度〔點(diǎn)/m2〕1720010000虛擬像素密度〔點(diǎn)/m2〕1638440000峰值功耗〔W/m2〕850750平均功耗〔W/m2〕350320重量〔kg/m2〕<36<36水平可視角度150°；垂直可視角度150°最高亮度〔cd/m2〕170080079.室內(nèi)雙基色視頻屏主要技術(shù)參數(shù)：基色RG〔紅、綠雙基色〕像素直徑〔mm〕3.755.00像素間距〔mm〕4.757.62像素組成1R1G1R1G單元面板點(diǎn)數(shù)64×32〔或80×32〕80×32單元面板尺寸〔mm〕306×153〔或382×153〕612×245單元面板質(zhì)量〔g〕800500像素密度〔點(diǎn)/m2〕4300017200峰值功耗〔W/m2〕700350平均功耗〔W/m2〕300200可視角度150°通信距離〔m〕100〔無(wú)中繼〕80.室內(nèi)單色屏主要技術(shù)參數(shù)：基色單色像素直徑〔mm〕3.03.755.00像素間距〔mm〕4.04.757.62像素組成1R1R1R單元面板點(diǎn)數(shù)64×3264×3280×32單元面板尺寸〔mm〕306×153612×245單元面板質(zhì)量〔g〕7009001500像素密度〔點(diǎn)/m2〕625004300017200峰值功耗〔W/m2〕500350200平均功耗〔W/m2〕350200100可視角度150°通信距離〔m〕100〔無(wú)中繼〕81.2.半室外屏系列半室外屏一般使用發(fā)光單燈組成發(fā)光點(diǎn)，適用于亮度較高又可以防水的環(huán)境，如房檐下、櫥窗內(nèi)、光線強(qiáng)烈的大廳等。點(diǎn)間距一般在7.62～10mm；發(fā)光顏色一般為單紅色或紅/綠雙基色；控制方式根據(jù)使用要求，有異步、同步圖文、視頻等。82.半室外屏主要技術(shù)參數(shù)：基色單色/雙基色像素直徑〔mm〕5.005.00像素間距〔mm〕7.6210.00像素組成1R1R單元面板點(diǎn)數(shù)80×3232×16單元面板尺寸〔mm〕612×245320×160單元面板質(zhì)量〔g〕17001000像素密度〔點(diǎn)/m2〕1720010000峰值功耗〔W/m2〕400300平均功耗〔W/m2〕250200水平可視角度60°～70°；垂直可視角度45°～60°最高亮度〔cd/m2〕30001800

83.3.室外屏系列室外屏面積一般在10m2以上，亮度較高，可以在陽(yáng)光直射環(huán)境使用，觀看距離一般在十幾米以外，屏體具備密封防水能力。根據(jù)控制方式和顯示顏色，又可分為以下幾種。84.室外全彩色視頻屏主要技術(shù)參數(shù)：基色RGB〔全彩色〕像素直徑〔mm〕15.0018.00像素間距〔mm〕2025像素組成