發(fā)光二極管LED顯示技術(shù)ppt課件

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第4章 發(fā)光二極管(LED)顯示技術(shù) 4.1 發(fā)光二極管基本知識 4.2 發(fā)光二極管顯示器件,1,引言,LED就是light emitting diode ，發(fā)光二極管的英文縮寫，簡稱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，屬于低場下的注入式電致發(fā)光。 LED顯示屏（LED panel）是一種通過控制大量半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，靠燈的亮滅來顯示。用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號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、液晶顯示屏無法比擬的優(yōu)點。 LED之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點分不開的。這些優(yōu)點概括起來是： 亮度高 工作電壓低 功耗小 小型化 壽命長 耐沖擊 性能穩(wěn)定。 LED的發(fā)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、全色化方向發(fā)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發(fā)展簡史,1907年Henry Joseph Round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，不適合實際應(yīng)用，研究被摒棄了 1936年,George Destiau出版了一個關(guān)于硫化鋅粉末發(fā)射光的報告。隨著電流的應(yīng)用和廣泛的認識，最終出現(xiàn)了“電致發(fā)光”這個術(shù)語。 二十世紀50年代，英國科學(xué)家在電致發(fā)光的實驗中使用半導(dǎo)體砷化鎵發(fā)明了第一個具有現(xiàn)代意義的LED,并于60年代面世。第一個商用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發(fā)明了第一個可見的紅光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(一個紅色另一個是綠色)能夠發(fā)出黃色光。就在此時，俄國科學(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)生高強度的綠光和藍光銦氮鎵Led。,10,,1972年，斯坦福大學(xué)的赫伯·馬洛斯卡（Herb Maruska）與威利·懷恩斯（Wally Rhines），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，不足以投入實際使用。 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。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光LED。 2014年，藍光LED的發(fā)明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。,11,2014 諾貝爾物理學(xué)獎,官方獲獎理由 for the invention of efficient blue light-emitting diodes which has enabled bright and energy-saving white light sources,,12,超亮度藍光芯片是白光LED的核心，在這個發(fā)光芯片上抹上熒光磷，然后熒光磷通過吸收來自芯片上的藍色光源再轉(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市場上就能看到生產(chǎn)出來的新奇顏色，如粉紅色。 然而，LED的發(fā)展不單純是它的顏色還有它的亮度，像計算機一樣，遵守摩爾定律的發(fā)展。每隔18個月它的亮度就會增加一倍。早期的LED只能應(yīng)用于指示燈、早期的計算器顯示屏和數(shù)碼手表。今天，白光LED發(fā)光效率最高已超過100lm/W, 市場應(yīng)用領(lǐng)域的白光LED光效一般約在70lm/W左右，已經(jīng)遠遠超過傳統(tǒng)節(jié)能燈，如今超亮LED已廣泛用于照明中，LED時代已經(jīng)來臨。,13,4.1 發(fā)光二極管基本知識,半導(dǎo)體光源的物理基礎(chǔ) 發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu) 發(fā)光二極管的驅(qū)動 發(fā)光二極管的特點及應(yīng)用,14,4.1.1半導(dǎo)體光源的物理基礎(chǔ),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)光機理：電子與空穴發(fā)生復(fù)合時放出的能量,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,N,P,,內(nèi)建電場,,,,,空間電荷區(qū),,空穴,,電子,,,擴散,,,,,,,漂移,15,能帶理論簡要介紹,能帶內(nèi)的電子可以連續(xù)存在，能帶之間無電子存在。 較高能量的區(qū)域為填滿電子的能帶稱為導(dǎo)帶，較低能量的區(qū)域填滿電子的能帶稱為價帶。導(dǎo)帶和價帶之間就是禁帶。 帶隙/能隙，導(dǎo)帶最低點和價帶最高點的能量之差。,16,,LED晶片材料:發(fā)光半導(dǎo)體，具有單向?qū)щ娦?對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)合時放出的能量應(yīng)與所需要的發(fā)光波長相對應(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娦浴?發(fā)光效率： ?= ?i?c?e,17,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）覆蓋在芯片表面。 （2）把芯片晶體表面加工成半球形,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攪拌均勻，因銀膠放置長時間后，銀粉會沉淀，如不攪拌均勻?qū)绊戙y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)?純度為99.99%Au；金線的直徑16?m—50?m等。 五、環(huán)氧樹脂： 作用：保護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（擴散劑）、CP（著色劑）四部份組成。其主要成分為環(huán)氧樹脂（Epoxy Resin）、酸酐類（酸無水物 Anhydride）、高光擴散性填料（Light diffusion）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。 藍色光＋黃色光 發(fā)光模式的白色發(fā)光二極管，其基礎(chǔ)部分是一顆藍色發(fā)光二極管，在藍色發(fā)光二極管芯片的外面覆蓋一層熒光體層，當(dāng)藍色發(fā)光二極管芯片發(fā)射出來的藍色光，有一部分在透過熒光體時被熒光體吸收，變成了黃光，黃光又與透過熒光體的藍光混合后就發(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)出的光是白偏藍的。,22,另一種是采用三波長藍色光＋綠色光＋紅色光 發(fā)光模式的全彩色發(fā)光二極管。將紅、綠、藍三顆發(fā)光二極管封裝在同一個管殼中，三種原色的光混合也可以產(chǎn)生出白光， 成本要相對較高，主要是用來制造全彩色顯示屏。 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，才能使其正常發(fā)光。,23,4.1.3發(fā)光二極管的驅(qū)動,LED 是由電流驅(qū)動的器件，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，如 LED正向電壓的任何變化都會導(dǎo)致 LED 電流的變化。 2、利用固定電流來驅(qū)動 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、對于要求較高的LED驅(qū)動來說，除了采用恒流驅(qū)動外，還可以采用脈沖電路驅(qū)動，其控制部分采用脈寬調(diào)制方式，與恒流控制方式相比，控制部分的控制效率高、節(jié)能。同時便于LED的亮度調(diào)節(jié)，這是采用脈沖電源驅(qū)動方式最大的優(yōu)勢。,24,LED驅(qū)動要注意的問題,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。 LED內(nèi)部是PN結(jié)，通常白光LED的壓降為3-4V。 LED的PN結(jié)具有負溫度特性，要使用限流補償措施 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)避免直接并聯(lián)使用 。,25,,直流驅(qū)動是最簡單的驅(qū)動方式。當(dāng)前很多廠家生產(chǎn)的LED燈類產(chǎn)品都采用這種驅(qū)動方式，即采用阻、容降壓，然后加上一個穩(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)光強度的差異。以白光LED為例，白光LED需要大約3.6 V的供電電壓才能實現(xiàn)合適的亮度控制。,26,大多數(shù)便攜式電子產(chǎn)品都采用鋰離子電池作電源，它們在充滿電之后約為4.2 V，安全放完電后約為2.8 V，顯然白光LED不能由電池直接驅(qū)動。如果能夠?qū)ED的正向電流直接進行恒流驅(qū)動的話，只要恒流值相同，各LED的發(fā)光強度就比較相近?？紤]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驅(qū)動LED，如圖4.3（b）所示。,恒流驅(qū)動：采用晶體管,27,恒流驅(qū)動方式 串聯(lián)驅(qū)動方式 因為所有串接的LED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)動方式 并聯(lián)驅(qū)動白光LED IC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)動電壓，而電流控制通過給每個LED加載同樣的電流來確保均勻的白光。,29,LED脈沖驅(qū)動原理,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器件點燃的方法就是脈沖驅(qū)動法，如圖4.3（c）所示。 脈寬調(diào)制 （Pulse-Width Modulation，PWM）技術(shù)是一種傳統(tǒng)的調(diào)光方式，它利用簡單的數(shù)字脈沖，反復(fù)開關(guān)LED驅(qū)動器，系統(tǒng)只要通過調(diào)節(jié)脈沖的占空比就可獲得合適的平均電流，從而調(diào)節(jié)LED的亮度。該技術(shù)的優(yōu)點在于：能夠提供高質(zhì)量的白光、應(yīng)用簡單、效率高。但有一個致命的缺點是容易產(chǎn)生電磁干擾，有時甚至?xí)a(chǎn)生人耳能聽見的噪聲。,,,,,,Lavg,,Imax,Ton,T,,,,,30,,PWM調(diào)光優(yōu)點： LED的發(fā)光亮度可以用改變其電流的方法來實現(xiàn)。但是這種模擬亮度控制方法會產(chǎn)生色偏現(xiàn)象。也就是它所發(fā)出光線的波長將會隨著其正向電流而改變，這是令人不可接受的。 采用PWM的方式來對LED進行亮度調(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)通的時間來改變亮度，而每次導(dǎo)通所達到的正向電流是不變的，所以其色譜也就不會改變。為了得到不同的亮度，就要求能夠精確控制PWM的寬度。一個12位精度的PWM可以實現(xiàn)4096級灰度。由于流經(jīng)每個LED的正向電流持續(xù)保持一致，因而色彩坐標不會偏移。,31,4.1.4 發(fā)光二極管的特點及應(yīng)用,1. LED的主要特點： 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 藍色： GaN 材料 通過紅、綠、藍三原色的組合，可以實現(xiàn)全色化 LED的輝度高，即使在日光下，也能辨識 LED的單元體積小 壽命長，基本上不需要維修 機械強度高，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，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場所 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，每個單元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：10萬小時，光衰為初始的50% 響應(yīng)時間：其白熾燈的響應(yīng)時間為毫秒級，LED燈的響應(yīng)時間為納秒級，不到1ms 環(huán)保：不含汞等污染物 價格,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：點矩陣型和字段型兩種方式 平面顯示器：可進行電視畫面顯示 光源： 通信光源：電視機、空調(diào)等的遙控器的光源，干涉儀的光源，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級灰度、可以顯示65536種顏色。 全彩色顯示屏：紅、綠、藍三基色，256級灰度的全彩色顯示屏可以顯示一千六百多萬種顏色。,35,單基色,單基色：每個像素點只有一種顏色，多數(shù)用紅色，因為紅色的發(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，即一部分用紅色，一部分用綠色，一部分用黃色等。,36,雙基色,每個像素點有紅綠兩種基色，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，每個像素點有紅綠藍三種基色，在有灰度控制的情況下，通過紅綠藍不同灰度的變化，可以很好地還原自然界的色彩，組合出上萬種顏色。,38,2）、根據(jù)應(yīng)用場所分類,根據(jù)應(yīng)用場所的不同，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)光晶粒做成點陣模塊，再由點陣模塊拼接為一定尺寸的顯示單元板，根據(jù)用戶要求，以單元板為基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 , 點密度較高， 在非陽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陣式的顯示單元箱體，根據(jù)用戶需要及顯示應(yīng)用場所，以一個顯示單元箱體為基本單元組成所需要的尺寸。箱體在設(shè)計上需要密封，以達到防水防霧的目的，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，適于制作時鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。 LED點陣圖文顯示屏：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，也可以與計算機聯(lián)機使用，通過計算機發(fā)送信息?？梢悦摍C工作。因為這類屏幕多做成條形，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，一般無灰度控制。它通過與計算機通訊輸入信息。與條屏相比，圖文屏的優(yōu)點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)點是一臺計算機可以控制多塊屏，且可以脫機顯示。,。,45,視屏系列,這類顯示屏屏幕像素與控制計算機監(jiān)視器像素點呈一對一的映射關(guān)系，有256級灰度控制，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。視屏開放性好，對操作系統(tǒng)沒有限制，軟件也沒有限制，能實時反映計算機監(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)光的基本單元為發(fā)光筒，發(fā)光筒的原理是將一組紅、綠、藍發(fā)光二極管封在一個塑料筒內(nèi)共同發(fā)光。 6).顯示方式有靜態(tài)、橫向滾動、垂直滾動和翻頁顯示等。,48,顯示原理,信號控制單元,控制掃描單元,驅(qū)動單元,LED陣列,,,,信號控制單元：可以由單片機系統(tǒng)、獨立的微機系統(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，并 控制整個LED顯示系統(tǒng)的各個不同部件按一 定的分工和時序協(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)動單元： 三極管陣列，給LED提供大電流,4.2.1 LED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)動電路多分為三級管陣列，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 灰度的實現(xiàn)：通過調(diào)制LED的發(fā)光時間與掃描周期的比值（占空比） 色彩的實現(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) 基本的LED數(shù)碼管由7個條狀發(fā)光二極管芯片按照一定的方法排列而成，可以實現(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 是指每一個LED燈分別對應(yīng)一個獨立的I/O驅(qū)動口，其點亮和關(guān)閉由該驅(qū)動口對其控制，互不干擾。,54,動態(tài)顯示驅(qū)動法 將不同的LED模塊的所有LED驅(qū)動端一對一的連接到一起，其公共極分別由不同的I/O口來驅(qū)動稱為掃描線或者地址線，用這些地址線來選定某一個LED 。,55,,簡 單 的 程 序 流 程,選中第一個數(shù)碼管 (P0.0為1，其他為0),送“1”的字型碼,延時,,,,,延時時間若為1S、10mS看到的現(xiàn)象分別是什么？,56,二、圖文顯示屏,1、特點 圖文顯示屏的主要特征：只控制LED點陣的各個發(fā)光器件的通斷，而不控制LED的發(fā)光強弱。 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,,控制各個點所在位置相對應(yīng)的LED器件發(fā)光進行顯示。把需要顯示的圖形文字轉(zhuǎn)換成點陣圖形，再按照顯示控制的要求以一定的格式形成顯示數(shù)據(jù)。 對于只控制通斷的圖文顯示屏來說，每個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)光時數(shù)據(jù)中相應(yīng)的位填1，否則填0。 顯示圖形的數(shù)據(jù)文件，其格式相對自由，只要能夠滿足顯示控制的要求即可。文字的點陣格式比較規(guī)范，可以采用現(xiàn)行計算機通用的字庫字模，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。組成一個字的點陣，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),組成部分：屏體，計算機，控制器，智能點陣顯示單元，電源。 （1）屏體主要部分是顯示點陣和行列驅(qū)動電路。如下圖所示，單色和雙色的屏。,59,,（2）智能點陣顯示單元 該單元是獨立完成顯示任務(wù)的小系統(tǒng)，或者是整個圖文顯示屏的某一個局部，可以顯示漢字，線條，簡單圖形，主控用單片機。 （3）主控器 主控器采用單片機，有擴展的漢字庫，帶掉電保護的數(shù)據(jù)存儲器。 （4）計算機 將更換的顯示內(nèi)容送到主控器中,60,,點陣屏顯示模塊,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一樣，由于每一種基色的灰度級均可單獨控制，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，它接收實時傳輸?shù)囊曨l信號，如電視、DVD、錄像等，且需對模擬信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。視頻屏的顯示信號與計算機或其它視頻同步一致。 一般情況下一臺計算機控制一塊顯示屏，LED顯示屏上的圖像與控制機上顯示的圖像點點對應(yīng)。 視頻屏顯示畫面色彩鮮艷，立體感強，靜如繪畫作品，動如電影，廣泛應(yīng)用于體育場館、會展中心、商場、賓館、醫(yī)院、銀行、建筑市場、拍賣行、展覽展示現(xiàn)場及其它公共場所。,64,4.2.2 LED顯示器件的掃描驅(qū)動電路,LED 顯示器件掃描驅(qū)動電路實現(xiàn)對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.自動檢測，遠程控制技術(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單元內(nèi)部的不同驅(qū)動電路、各級聯(lián)單元之間每個時鐘僅傳送一個位(具體實現(xiàn)時每種顏色各一位) 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)動元件，從而提高整個系統(tǒng)的可靠性和具體工程實現(xiàn)的容易程度。,66,2. 動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存。 從系統(tǒng)控制實現(xiàn)顯示信息的刷新原理有動態(tài)掃描技術(shù)和靜態(tài)鎖存技術(shù)，一般室內(nèi)顯示屏多采用動態(tài)掃描技術(shù)，若干行發(fā)光二極管共用一行驅(qū)動寄存器，根據(jù)共用一行驅(qū)動寄存器的發(fā)光二極管像素數(shù)目，具體有1/4、1/16 掃描等。室外顯示屏基本上采用的是靜態(tài)鎖存技術(shù)，即每一個發(fā)光二極管都對應(yīng)有一個驅(qū)動寄存器。相對于掃描而言，靜態(tài)鎖存控制的驅(qū)動寄存器無需時分工作，從而保證了每一個發(fā)光二極管的亮度占空比為100%。,67,3. ?校正技術(shù)(GAMMA CORRECTION)。 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，通常對輸入的視頻信號進行?校正處理。 所謂?校正就是對色度曲線的選擇，色度曲線的不同對圖像顏色、亮度、對比及色度有極大影響。在不同情況下適度調(diào)整色度曲線可以達到最佳質(zhì)量畫面。,68,4. 輸入接口技術(shù)。 目前在信號輸入接口上可以滿足全數(shù)字化信號輸入、模擬信號輸入、全數(shù)字化信號和模擬信號二者兼容的輸入以及高清晰度電視信號輸入等多種方式。 全數(shù)字化信號輸入方式接受外部全數(shù)字化輸入信號，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)字化信號輸入方式。多媒體卡將視頻模擬信號及計算機自身的信號轉(zhuǎn)換成符合控制系統(tǒng)輸入要求的數(shù)字信號，這種形式顯示計算機信息時效果很好。,69,模擬信號輸入方式只能接受外部模擬輸入信號。這種輸入方式的顯示屏增加了模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將視頻信號或來自計算機顯卡的模擬信號轉(zhuǎn)換為全數(shù)字信號后進行處理。 全數(shù)字化信號和模擬信號二者兼容的輸入方式是優(yōu)勢二種輸入方式的有機結(jié)合，能接受模擬輸入信號以及全數(shù)字化輸入信號，在顯示視頻圖像和計算機信息時均能達到理想的顯示效果。,70,5.自動檢測、遠程控制技術(shù) 自動檢測 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)境溫度條件等對顯示屏的正常運行都直接影響，在LED 顯示屏的控制系統(tǒng)中可根據(jù)需要對溫度、亮度、電源等進行自動檢測控制。也可根據(jù)需要遠程實現(xiàn)對顯示屏的亮度調(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,控制機制 單片機控制 單片機控制是LED顯示屏控制中的簡單的一種方式。待顯示信息固化在ROM里或來自傳感器等，由單片機讀取并控制LED顯示。多用于簡單固定文字或監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示的條形屏等。這種控制方式簡單，靈活，成本低。但是，內(nèi)容和顯示方式的編輯、更改較麻煩，使用不方便。,72,,微機控制 微機控制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 （Video Graphics Array）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CRT窗口上的顯示信息，是LED顯示屏成為微機的大型顯示終端。一般是對顯示卡的RGB信號輸出進行采樣，或直接從VGA卡上的特征插座上取得RGB的數(shù)字信號，處理后用于驅(qū)動LED顯示屏電路。 這種控制方式充分發(fā)揮了豐富強大的微機軟件功能，而且具有較強的編輯功能，內(nèi)容和顯示方式的更改、增刪簡單方法，便于顯示數(shù)據(jù)的保存、管理和打印輸出；但是成本較高，每個顯示屏都要附帶微機系統(tǒng)，對于一些室外、遠距離、分散的應(yīng)用場合，工程施工和日常維護都有諸多不便。,73,主從控制 采用微機（上位機）和單片機（下位機）分布管理和控制LED的顯示。 上位機負責(zé)顯示數(shù)據(jù)處理與顯示任務(wù)分配，有時還要與其他系統(tǒng)進行通信； 下位機作為控制器件，接收并執(zhí)行來自上位機的任務(wù)，指揮控制LED顯示屏上各部件協(xié)調(diào)工作。 上位機與下位機一般通過RS232或RS422通信，一臺上位機可以管理、控制多個下位機同時顯示。,74,紅外遙控 在LED顯示屏控制板（一般為單片機系統(tǒng)）前端加入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)后分離出的16位PCM(脈沖編碼調(diào)制 )串行碼值進行校驗，提取有效的8位數(shù)據(jù)碼值，提供給控制板驅(qū)動LED顯示屏。采用紅外遙控可以實現(xiàn)開關(guān)屏幕及文字編輯，無需專用計算機或其它外設(shè)配置，遙控距離可達十幾米。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)對信息傳輸顯示的實時性，LED 顯示屏的傳輸控制有通信傳輸和視頻傳輸。通信傳輸采用標準的RS-232或RS-485計算機數(shù)據(jù)串行通訊方式，通過串口按一定的通訊協(xié)議接收來自計算機串口或其它設(shè)備串口的信號，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千米。視頻傳輸方式則是把LED 顯示屏與多媒體技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)了在LED 顯示屏上實時顯示計算機監(jiān)視器上的內(nèi)容，也可播放錄像及電視節(jié)目，一般用于播放實時信息的顯示屏都采用視頻控制方式，具體傳輸是采用成對的專用長線傳輸接口電路。,76,GPRS/GSM無線控制 利用遍布全國的GPRS/GSM基站，通過GPRS/接收模塊遠程接收信號并通過單片機處理對各類遠端顯示屏實施控制。此類技術(shù)在城市群顯、銀行IC卡收費、系統(tǒng)掛失、卡號廣播、機動車輛防盜定位報警等方便已有應(yīng)用。,77,4.2.3 LED顯示器件的技術(shù)指標,1. 室內(nèi)屏系列 室內(nèi)屏面積一般在十幾平方米以下，點密度較高，在非陽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） 5.00 8.00 像素間距（mm） 7.62 10.00 像素組成 1R1G1B 2R1G1B虛擬像素 單元面板點數(shù)（點） 32×32 32×16 單元面板尺寸（mm） 245×245 320×160 單元面板質(zhì)量（g） 1100 850 物理像素密度（點/ m2 ）17200 10000 虛擬像素密度（點/ m2 ）16384 40000 峰值功耗（W/ m2 ） 850 750 平均功耗（W/ m2 ） 350 320 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 ） 1700 800,79,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） 3.75 5.00 像素間距（mm） 4.75 7.62 像素組成 1R1G 1R1G 單元面板點數(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） 800 500 像素密度（點/ m2 ） 43000 17200 峰值功耗（W/ m2 ） 700 350 平均功耗（W/ m2 ） 300 200 可視角度 150° 通信距離（m） 100（無中繼）,80,室內(nèi)單色屏主要技術(shù)參數(shù)：,基色 單色 像素直徑（mm） 3.0 3.75 5.00 像素間距（mm） 4.0 4.75 7.62 像素組成 1R 1R 1R 單元面板點數(shù) 64×32 64×32 80×32 單元面板尺寸（mm） 306×153 612×245 單元面板質(zhì)量（g） 700 900 1500 像素密度（點/ m2 ） 62500 43000 17200 峰值功耗（W/ m2 ） 500 350 200 平均功耗（W/ m2 ） 350 200 100 可視角度 150° 通信距離（m） 100 （無中繼）,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，適用于亮度較高又可以防水的環(huán)境，如房檐下、櫥窗內(nèi)、光線強烈的大廳等。點間距一般在7.62～10 mm；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） 5.00 5.00 像素間距（mm） 7.62 10.00 像素組成 1R 1R 單元面板點數(shù) 80×32 32×16 單元面板尺寸（mm） 612×245 320×160 單元面板質(zhì)量（g） 1700 1000 像素密度（點/m2） 17200 10000 峰值功耗（W/ m2 ） 400 300 平均功耗（W/ m2 ） 250 200 水平可視角度 60°～70°； 垂直可視角度 45°～60° 最高亮度（cd/ m2 ） 3000 1800,83,,3. 室外屏系列 室外屏面積一般在10 m2以上，亮度較高，可以在陽光直射環(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） 15.00 18.00 像素間距（mm） 20 25 像素組成 2R1G1B 2R1G1B 單元面板點數(shù) 32×16 32×16 單元面板尺寸（mm） 640×320 800×400 單元面板質(zhì)量（g） 1500 1000 像素密度（點/m2） 2500 1600 峰值功耗（W/m2） 1000 800 平均功耗（W/m2） 380 350 重量（kg/m2） 42 40 水平可視角度 70°； 垂直可視角度 45° 最高亮度（cd/m2） 7000 800,85,室外雙基色視頻屏主要技術(shù)參數(shù)：,基色 RG（雙基色） 像素間距（mm） 11.5 16.0 22.0 像素組成 2R1G 2R1G 2R4G 單元面板點數(shù) 32×16 32×16 32×16 單元面板尺寸（mm） 368×184 512×256 704×352 單元面板質(zhì)量（g） 1000 1500 2300 像素密度（點/m2） 7600 4096 2048 峰值功耗（W/m2） 800 600 500 平均功耗（W/m2） 300 250 150 可視角度 70° 通訊距離（m） 100（無中繼）,86,怎樣評估LED屏的好壞,1. 平整度 顯示屏的表面平整度要在±1mm以內(nèi)，以保證顯示圖像不發(fā)生扭曲，局部凸起或凹進會導(dǎo)致顯示屏的可視角度出現(xiàn)死角。平整度的好壞主要由生產(chǎn)工藝決定。 2. 亮度及可視角度 室內(nèi)全彩屏的亮度要在800cd/m2;以上，室外全彩屏的亮度要在1500 cd/m2;以上，才能保證顯示屏的正常工作，否則會因為亮度太低而看不清所顯示的圖像。 3. 白平衡效果 白平衡效果是顯示屏最重要的指標之一。色彩學(xué)上當(dāng)紅綠藍三原色的比例為1:4.6:0.16時才會顯示出純正的白色，如果實際比例有一點偏差則會出現(xiàn)白平衡的偏差，一般要注意白色是否有偏藍色，偏黃綠色現(xiàn)象。白平衡的好壞主要由顯示屏的控制系統(tǒng)來決定，管芯對色彩的還原性也有影響。,87,4. 色彩的還原性 色彩的還原性是指顯示屏對色彩的還原性，既顯示屏顯示的色彩要與播放源的色彩保持高度一致，這樣才能保證圖像的真實感。 5. 有無馬賽克、死點現(xiàn)象 馬賽克是指顯示屏上出現(xiàn)的常亮或常黑的小四方塊，即模組壞死現(xiàn)象，其主要原因為顯示屏所采用的接插件質(zhì)量不過關(guān)。 死點是指顯示屏上出現(xiàn)的常亮或常黑的單個點，死點的多少主要由管芯的好壞來決定。 6. 有無色塊 色塊是指相鄰模組之間存在較明顯的色差，顏色的過渡以模塊為單位，引起色塊現(xiàn)象主要是由控制系統(tǒng)較差，灰度等級不高，掃描頻率較低造成的。,88,習(xí)題四 1. 簡述發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu) 2. 發(fā)光二極管的驅(qū)動有幾種方式？ 3. LED燈脈寬調(diào)制方式的原理？有什么好處？ 4. 簡述LED的特點和用途。 5. 典型LED顯示系統(tǒng)有哪幾個單元組成？說明各單元作用。 6. LED顯示器件有哪些控制模式？ 7. 簡述LED顯示的優(yōu)點,89,