專題二：發(fā)光二極管(LED)顯示技術(shù)

1、專題二：發(fā)光二極管（專題二：發(fā)光二極管（LEDLED）顯示技術(shù)）顯示技術(shù)LEDLED發(fā)光原理發(fā)光原理LEDLED的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)LEDLED的特點(diǎn)的特點(diǎn)LEDLED的發(fā)光效率的發(fā)光效率LEDLED的發(fā)展應(yīng)用的發(fā)展應(yīng)用 2.1 LED 2.1 LED的發(fā)光原理的發(fā)光原理復(fù)復(fù)習(xí)習(xí)一一下下PNPN結(jié)結(jié)的的內(nèi)內(nèi)容容空穴與自由空穴與自由電子復(fù)合電子復(fù)合物質(zhì)因濃度物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的差而產(chǎn)生的運(yùn)動。運(yùn)動?？昭ㄅc自由空穴與自由電子復(fù)合電子復(fù)合擴(kuò)散運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)動內(nèi)電場內(nèi)電場PNPN結(jié)結(jié)的的形形成成 2.1 LED 2.1 LED的發(fā)光原理的發(fā)光原理 當(dāng)給當(dāng)給PNPN結(jié)加以結(jié)加以正向電壓正向電壓時，由于外加電場方向與

2、勢壘區(qū)的時，由于外加電場方向與勢壘區(qū)的自建電場方向相反，因此勢壘高度降低，自建電場方向相反，因此勢壘高度降低，勢壘區(qū)寬度變窄勢壘區(qū)寬度變窄，破，破壞了壞了PNPN結(jié)動態(tài)平衡，產(chǎn)生結(jié)動態(tài)平衡，產(chǎn)生少數(shù)載流子的電注入少數(shù)載流子的電注入?？昭◤摹？昭◤腜 P區(qū)注區(qū)注入入N N區(qū)，同樣電子從區(qū)，同樣電子從N N區(qū)注入到區(qū)注入到P P區(qū)，注入的少數(shù)載流子將同該區(qū)，注入的少數(shù)載流子將同該區(qū)的多數(shù)載流子區(qū)的多數(shù)載流子復(fù)合復(fù)合，不斷的將多余的能量以，不斷的將多余的能量以光的形式輻射光的形式輻射出出去或非輻射形式（轉(zhuǎn)變成熱能或激發(fā)別的載流子）。去或非輻射形式（轉(zhuǎn)變成熱能或激發(fā)別的載流子）。PNPN結(jié)結(jié)加加正正向

3、向電電壓壓 熱平衡狀態(tài)下的熱平衡狀態(tài)下的N N區(qū)有很多遷移率很區(qū)有很多遷移率很高的電子，高的電子，P P區(qū)有較區(qū)有較多的遷移率較低的空多的遷移率較低的空穴。在常態(tài)下及穴。在常態(tài)下及PNPN結(jié)結(jié)阻擋層的限制，二者阻擋層的限制，二者不能發(fā)生自然復(fù)合。不能發(fā)生自然復(fù)合。 2.1 LED 2.1 LED的發(fā)光原理的發(fā)光原理PNPN結(jié)結(jié)加反加反向電向電壓壓 PN PN結(jié)加反向電壓時，內(nèi)建電場被增強(qiáng)，勢壘高度升高，結(jié)加反向電壓時，內(nèi)建電場被增強(qiáng)，勢壘高度升高，空間電荷區(qū)寬度變寬。阻值空間電荷區(qū)寬度變寬。阻值空穴從空穴從P P區(qū)注入?yún)^(qū)注入N N區(qū)，同樣阻止電區(qū)，同樣阻止電子從子從N N區(qū)注入到區(qū)注入到P P

4、區(qū)，區(qū)，少數(shù)載流子難以注入，少數(shù)載流子難以注入，幾乎沒有電流通幾乎沒有電流通過。過。 在某些半導(dǎo)體材料的在某些半導(dǎo)體材料的PNPN結(jié)兩端加上結(jié)兩端加上正向電壓正向電壓，注入的少數(shù)，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子載流子與多數(shù)載流子復(fù)合復(fù)合時會把多余的能量以時會把多余的能量以光光的形式釋放出的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PNPN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫二極管叫LEDLED（Light Emitting DiodeLight

5、Emitting Diode發(fā)光二極管發(fā)光二極管）。）。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從從LEDLED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。電子和空穴之間的能量電子和空穴之間的能量（帶隙）越大，產(chǎn)生的光子的能量就越高。光子的能量決定了（帶隙）越大，產(chǎn)生的光子的能量就越高。光子的能量決定了光的顏色光的顏色，可見光的頻譜范圍內(nèi)，藍(lán)色光、紫色光攜帶的能量可見光的頻譜范圍內(nèi)，藍(lán)色光、紫色光攜帶的能量最多，桔色光

6、、紅色光攜帶的能量最少。由于不同的材料具有最多，桔色光、紅色光攜帶的能量最少。由于不同的材料具有不同的不同的帶隙帶隙，從而能夠發(fā)出，從而能夠發(fā)出不同顏色的光不同顏色的光。 2.1 LED 2.1 LED的發(fā)光原理的發(fā)光原理 LED LED的核心是一個半導(dǎo)體的的核心是一個半導(dǎo)體的PNPN結(jié)晶片，結(jié)晶片， LEDLED是一種是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。PNPN結(jié)結(jié)晶片的一端附在一個支架上，一端是負(fù)極，另一端是晶片的一端附在一個支架上，一端是負(fù)極，另一端是正極，整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。正極，整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。 LEDLED主

7、要由支架、銀膠、晶片、金線、環(huán)氧樹脂五主要由支架、銀膠、晶片、金線、環(huán)氧樹脂五種物料所組成。種物料所組成。 1 1、支架、支架作用：用來導(dǎo)電和支撐。作用：用來導(dǎo)電和支撐。 組成：由支架素材經(jīng)過電鍍而形成，由里到外是素材、組成：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。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。種類：帶杯支架做聚光型，平頭支架做大角度散光型。2 2、銀膠、銀膠 固定晶片和導(dǎo)電的作用。固定晶片和導(dǎo)電的作用。3 3、晶片（、晶片（ChipChip） LEDLED的核心，是發(fā)光的半導(dǎo)體材料。的核心，是發(fā)光的半導(dǎo)體材料。4 4

8、、金線、金線 連接晶片連接晶片PADPAD（焊墊）與支架，并使其能夠（焊墊）與支架，并使其能夠?qū)?。?dǎo)通。5 5、環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂 保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 2.2 LED 2.2 LED的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)（1 1）主動發(fā)光，亮度高主動發(fā)光，亮度高，一般產(chǎn)品發(fā)光強(qiáng)度大于，一般產(chǎn)品發(fā)光強(qiáng)度大于1cd1cd，高的，高的可達(dá)可達(dá)10cd10cd；（2 2）單只）單只LEDLED功耗低功耗低。LEDLED直流驅(qū)動，超低功耗（單管直流驅(qū)動，超低功耗（單管0.03-0.03-0.060.06瓦）。一般來說瓦）。一般來說LEDLED的工作電壓是的工作電壓是2-3.6V2-3.6V，工作電流是，工作電流是0.

9、02-0.03A0.02-0.03A；這就是說，它消耗的電能不超過；這就是說，它消耗的電能不超過0.1W0.1W，相同照，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能近明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能近80%80%。但由多只。但由多只LEDLED構(gòu)成矩陣顯示屏構(gòu)成矩陣顯示屏，總體總體功耗功耗就就不低不低了。了。（3 3）為非相干光，光譜較寬，發(fā)散角大；）為非相干光，光譜較寬，發(fā)散角大；（4 4）發(fā)光顏色非常豐富；通過紅、綠、藍(lán)三原色的組合，可）發(fā)光顏色非常豐富；通過紅、綠、藍(lán)三原色的組合，可以實(shí)現(xiàn)全色化。以實(shí)現(xiàn)全色化。（5 5）堅固而耐用堅固而耐用。LEDLED的晶片被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面。的晶片被完全的封裝在環(huán)氧樹脂

10、里面。小巧的環(huán)氧樹脂顆粒極難摔破，整個燈體也沒有松動的部分；小巧的環(huán)氧樹脂顆粒極難摔破，整個燈體也沒有松動的部分；里面的晶片極難摔斷，也少有熱效應(yīng)而可能揮發(fā)、熔斷。這里面的晶片極難摔斷，也少有熱效應(yīng)而可能揮發(fā)、熔斷。這些特點(diǎn)使得些特點(diǎn)使得LEDLED很難損壞。很難損壞。 2.3 LED 2.3 LED的特點(diǎn)的特點(diǎn)（6 6）性能穩(wěn)定性能穩(wěn)定，工作溫度范圍寬，工作溫度范圍寬，壽命長壽命長（100000100000小時）；小時）；（7 7）響應(yīng)速度快響應(yīng)速度快，納秒級。，納秒級。（8 8）發(fā)光效率受溫度的影響發(fā)光效率受溫度的影響。溫度上升時復(fù)合率下降，大體。溫度上升時復(fù)合率下降，大體上溫度每上升上溫

11、度每上升1 1攝氏度，發(fā)光效率相應(yīng)減少攝氏度，發(fā)光效率相應(yīng)減少1%1%。（9 9）體積小體積小。LEDLED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常小，非常輕。尺寸??；里面，所以它非常小，非常輕。尺寸?。唬?010）安全環(huán)保安全環(huán)保。LEDLED使用低壓的直流電源（可將交流電整流使用低壓的直流電源（可將交流電整流為直流電），供電電壓在為直流電），供電電壓在6 624V24V之間，因產(chǎn)品不同而有所差異。之間，因產(chǎn)品不同而有所差異。LEDLED是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會造成污染，光是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會造成污染，光譜中

12、沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，冷光源冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源 2.3 LED 2.3 LED的特點(diǎn)的特點(diǎn)optgint LED LED的發(fā)光效率取決于三個過程的發(fā)光效率取決于三個過程：（：（1 1）超額少子的激發(fā)；（）超額少子的激發(fā)；（2 2）載流子的輻射復(fù)合；（載流子的輻射復(fù)合；（3 3）產(chǎn)生的光從晶體中逸出的比例。因此總的）產(chǎn)生的光從晶體中逸出的比例。因此總的轉(zhuǎn)換效率：轉(zhuǎn)換效率： 因?yàn)楣β市始s為因?yàn)楣β市始s為1 1，所以，所以ledled的發(fā)光效率一般

13、稱為的發(fā)光效率一般稱為外部量子效外部量子效率率。內(nèi)部量子效率內(nèi)部量子效率其實(shí)就是組件本身的其實(shí)就是組件本身的電光轉(zhuǎn)換效率電光轉(zhuǎn)換效率，主要與，主要與PNPN結(jié)結(jié)芯片本身的特性，如芯片本身的特性，如PNPN結(jié)芯片材料的能帶、缺陷、雜質(zhì)、組件的壘結(jié)芯片材料的能帶、缺陷、雜質(zhì)、組件的壘晶組成及結(jié)構(gòu)等相關(guān)。晶組成及結(jié)構(gòu)等相關(guān)。光學(xué)效率光學(xué)效率（取出效率）指組件（取出效率）指組件內(nèi)部產(chǎn)生的光內(nèi)部產(chǎn)生的光子子，在，在經(jīng)過組件經(jīng)過組件本身的吸收、折射、反射后實(shí)際上在組件外部可測本身的吸收、折射、反射后實(shí)際上在組件外部可測量到的量到的光子數(shù)目光子數(shù)目。因此，相關(guān)于取出效率的因素包括了組件材料本。因此，相關(guān)于取

14、出效率的因素包括了組件材料本身的吸收、組件的幾何結(jié)構(gòu)、組件及封裝材料的折射率差、組件結(jié)身的吸收、組件的幾何結(jié)構(gòu)、組件及封裝材料的折射率差、組件結(jié)構(gòu)的散射特性等。構(gòu)的散射特性等。 2.4 LED 2.4 LED的發(fā)光效率的發(fā)光效率產(chǎn)生超額少子產(chǎn)生超額少子的功率效率的功率效率內(nèi)部量子效率內(nèi)部量子效率光學(xué)效率光學(xué)效率外部量子效率外部量子效率 LED LED的電光轉(zhuǎn)換率只有的電光轉(zhuǎn)換率只有20%20%30%30%，這效率不高，這效率不高，如何提高如何提高LEDLED發(fā)光效率發(fā)光效率? ?（1 1）摻雜濃度的選擇摻雜濃度的選擇（提高內(nèi)部量子效率出發(fā)）（提高內(nèi)部量子效率出發(fā)）LEDLED的材料和工藝應(yīng)的材

15、料和工藝應(yīng)保證晶格完整和避免有害雜質(zhì)混入保證晶格完整和避免有害雜質(zhì)混入。因。因?yàn)樽⑷胼d流子中有一部分是通過晶格缺陷和有害雜質(zhì)形成的為注入載流子中有一部分是通過晶格缺陷和有害雜質(zhì)形成的俘獲中心的非輻射復(fù)合的，不發(fā)光。俘獲中心的非輻射復(fù)合的，不發(fā)光。擴(kuò)散流由電子擴(kuò)散流和空穴擴(kuò)散流組成，但往往只有一種對擴(kuò)散流由電子擴(kuò)散流和空穴擴(kuò)散流組成，但往往只有一種對光的貢獻(xiàn)大。如發(fā)紅光的光的貢獻(xiàn)大。如發(fā)紅光的LEDLED主要靠電子擴(kuò)散流再主要靠電子擴(kuò)散流再P P區(qū)復(fù)合，區(qū)復(fù)合，應(yīng)增加電子擴(kuò)散流在總擴(kuò)散流中的份額。應(yīng)增加電子擴(kuò)散流在總擴(kuò)散流中的份額。（2 2）選擇適合的結(jié)深選擇適合的結(jié)深（提高內(nèi)部量子效率出發(fā)）（

16、提高內(nèi)部量子效率出發(fā)） 正向偏置時，電子從正向偏置時，電子從N N區(qū)注入到區(qū)注入到P P區(qū)后，不斷復(fù)合和發(fā)光，區(qū)后，不斷復(fù)合和發(fā)光，并假設(shè)由并假設(shè)由P P區(qū)射出。為了保證充分復(fù)合，區(qū)射出。為了保證充分復(fù)合，PNPN結(jié)應(yīng)深一些，但結(jié)應(yīng)深一些，但PNPN結(jié)深了會使光在出射過程中被吸收增加，因此結(jié)深了會使光在出射過程中被吸收增加，因此PNPN結(jié)深需又一結(jié)深需又一個最佳值。個最佳值。 2.4 LED 2.4 LED的發(fā)光效率的發(fā)光效率 2.4 LED 2.4 LED的發(fā)光效率的發(fā)光效率 如何提高如何提高LEDLED發(fā)光效率發(fā)光效率? ? （3 3）用球形發(fā)射表面用球形發(fā)射表面。外部量子效率可以達(dá)到。外

17、部量子效率可以達(dá)到35%35%，但球形發(fā)，但球形發(fā)射面是材料內(nèi)部光程增大，即吸收增大。射面是材料內(nèi)部光程增大，即吸收增大。 早期早期LEDLED發(fā)展集中在提升其內(nèi)部量子效率，方法主要是利發(fā)展集中在提升其內(nèi)部量子效率，方法主要是利用提高壘晶的質(zhì)量及改變壘晶的結(jié)構(gòu)，使電能不易轉(zhuǎn)換成熱能，用提高壘晶的質(zhì)量及改變壘晶的結(jié)構(gòu)，使電能不易轉(zhuǎn)換成熱能，進(jìn)而間接提高進(jìn)而間接提高ledled的發(fā)光效率，可獲得約的發(fā)光效率，可獲得約70%70%左右的理論內(nèi)部量左右的理論內(nèi)部量子效率。但是這樣的內(nèi)部量子效率幾乎已經(jīng)接近理論的極限，子效率。但是這樣的內(nèi)部量子效率幾乎已經(jīng)接近理論的極限，在這樣的狀況下，光靠提升組件的內(nèi)

18、部量子效率是不可能提升在這樣的狀況下，光靠提升組件的內(nèi)部量子效率是不可能提升組件的總光量的，因此只能提升組件的取出效率。組件的總光量的，因此只能提升組件的取出效率。（4 4）封裝材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。封裝材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。用用折射率大的介質(zhì)折射率大的介質(zhì)做成做成圓形窗口圓形窗口；常見的；常見的LEDLED就是這種外形。就是這種外形。在在背面背面設(shè)置合適設(shè)置合適反射面反射面，以充分利用側(cè)面發(fā)射的光；，以充分利用側(cè)面發(fā)射的光；即使是矩形封裝，也可用即使是矩形封裝，也可用折射率大折射率大，吸收小吸收小的透明材料做的透明材料做LEDLED的封裝以增加出射光。的封裝以增加出射光。 2.4.1 LED

19、 2.4.1 LED的發(fā)展的發(fā)展 19621962年，第一顆實(shí)用型的可見光年，第一顆實(shí)用型的可見光LEDLED出現(xiàn)，現(xiàn)在出現(xiàn)，現(xiàn)在LEDLED的發(fā)展已的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了一個很高的程度，經(jīng)達(dá)到了一個很高的程度， LEDLED已被運(yùn)用到各種產(chǎn)品上，而人們已被運(yùn)用到各種產(chǎn)品上，而人們預(yù)想隨著它亮度和技術(shù)的不斷提高，預(yù)想隨著它亮度和技術(shù)的不斷提高，LEDLED將完全取代傳統(tǒng)的照明將完全取代傳統(tǒng)的照明產(chǎn)品。因?yàn)楫a(chǎn)品。因?yàn)長EDLED的使用可以節(jié)省大量的能源。的使用可以節(jié)省大量的能源。LEDLED的發(fā)展可以分為三個階段：的發(fā)展可以分為三個階段：（1 1）紅光）紅光LEDLED的出現(xiàn)；的出現(xiàn)；（2 2）綠光）

20、綠光LEDLED的出現(xiàn)；的出現(xiàn)；（3 3）藍(lán)光和白光）藍(lán)光和白光LEDLED的出現(xiàn)。的出現(xiàn)。 LEDLED的終極目標(biāo)就是亮度高的白光的終極目標(biāo)就是亮度高的白光LED LED ，完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)，完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光源。這是一個漫長而艱辛的道路，一直到日本科學(xué)家中村秀的光源。這是一個漫長而艱辛的道路，一直到日本科學(xué)家中村秀二在二在19941994年用稼合物制造出藍(lán)光年用稼合物制造出藍(lán)光LED LED ，這個突破對，這個突破對LEDLED發(fā)的發(fā)展發(fā)的發(fā)展起到?jīng)Q定作用，基于這種藍(lán)光起到?jīng)Q定作用，基于這種藍(lán)光LEDLED的作用，白光的作用，白光LEDLED很快就在很快就在19961996年被發(fā)明出來。

21、從此年被發(fā)明出來。從此LEDLED產(chǎn)品被廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。產(chǎn)品被廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。 2.4 LED 2.4 LED的發(fā)展應(yīng)用的發(fā)展應(yīng)用 早期的早期的LEDLED主要用于各種電子儀器儀表中作指示和數(shù)字信主要用于各種電子儀器儀表中作指示和數(shù)字信息顯示。隨著高亮度和藍(lán)色息顯示。隨著高亮度和藍(lán)色LEDLED的實(shí)用化，使可見光的實(shí)用化，使可見光LEDLED的應(yīng)用的應(yīng)用領(lǐng)域由室內(nèi)擴(kuò)展到室外，有單色顯示發(fā)展為多色顯示，信息顯領(lǐng)域由室內(nèi)擴(kuò)展到室外，有單色顯示發(fā)展為多色顯示，信息顯示密度不斷提高，信息顯示的距離逐步由近及遠(yuǎn)。示密度不斷提高，信息顯示的距離逐步由近及遠(yuǎn)。一、全色動態(tài)信息平板顯示一、全色動態(tài)

22、信息平板顯示1 1、亮度、亮度 室外室外LEDLED顯示亮度已達(dá)到或超過顯示亮度已達(dá)到或超過5000cd/m5000cd/m2 2。2 2、可靠性、可靠性 3 3、紅色問題、紅色問題 4 4、視角、視角 可達(dá)可達(dá)140140度度今后的改進(jìn)方向：今后的改進(jìn)方向：（1 1）提高）提高LEDLED亮度的一致性，或開發(fā)出對每個像素都能進(jìn)行亮亮度的一致性，或開發(fā)出對每個像素都能進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)的系統(tǒng)；度調(diào)節(jié)的系統(tǒng)；（2 2）改善像素單元結(jié)構(gòu)，控制點(diǎn)陣元間節(jié)距的均勻性；）改善像素單元結(jié)構(gòu)，控制點(diǎn)陣元間節(jié)距的均勻性；（3 3）降低成本。）降低成本。全色屏廣泛用于體育館、車站、機(jī)場、商場等公共場所。全色屏廣泛用于

23、體育館、車站、機(jī)場、商場等公共場所。 2.4.2 LED 2.4.2 LED的應(yīng)用的應(yīng)用二、背光源二、背光源 液晶顯示器背光源和電話按鍵發(fā)光。液晶顯示器背光源和電話按鍵發(fā)光。三、固體照明光源三、固體照明光源四、信號指示燈四、信號指示燈1 1、交通信號燈、交通信號燈2 2、汽車指示燈、汽車指示燈五、彩色五、彩色LEDLED大屏在國內(nèi)的發(fā)展簡況大屏在國內(nèi)的發(fā)展簡況 LEDLED全彩色大屏還有許多技術(shù)和工程問題需要解決。全彩色大屏還有許多技術(shù)和工程問題需要解決。 LEDLED的基礎(chǔ)和核心技術(shù)，特別是高端的純藍(lán)、純綠的基礎(chǔ)和核心技術(shù)，特別是高端的純藍(lán)、純綠LEDLED管以管以及驅(qū)動芯片等眼器件基本上被

24、美國和日本掌握，國內(nèi)廠家集中及驅(qū)動芯片等眼器件基本上被美國和日本掌握，國內(nèi)廠家集中在勞動密集型的封裝、組裝和安裝等低端技術(shù)領(lǐng)域。但我國在在勞動密集型的封裝、組裝和安裝等低端技術(shù)領(lǐng)域。但我國在顯示屏的驅(qū)動、控制系統(tǒng)以及軟件功能等應(yīng)用技術(shù)的研究開發(fā)顯示屏的驅(qū)動、控制系統(tǒng)以及軟件功能等應(yīng)用技術(shù)的研究開發(fā)上已有一定的水平。上已有一定的水平。 2.4.2 LED 2.4.2 LED的應(yīng)用的應(yīng)用一、信息刷新原理一、信息刷新原理從實(shí)現(xiàn)刷新的原理上，可分為掃描型和鎖存型兩種。從實(shí)現(xiàn)刷新的原理上，可分為掃描型和鎖存型兩種。1 1、動態(tài)掃描型、動態(tài)掃描型指顯示屏上指顯示屏上1616行、行、8 8行或行或4 4行行

25、LEDLED公用一個驅(qū)動寄存器，常稱為公用一個驅(qū)動寄存器，常稱為1616循環(huán)、循環(huán)、8 8循環(huán)或循環(huán)或4 4循環(huán)。整個屏的刷新是靠驅(qū)動寄存器的時分循環(huán)。整個屏的刷新是靠驅(qū)動寄存器的時分工作實(shí)現(xiàn)的。工作實(shí)現(xiàn)的。特點(diǎn)：驅(qū)動電路設(shè)計簡單，成本低，亮度低，多用于室內(nèi)顯示特點(diǎn)：驅(qū)動電路設(shè)計簡單，成本低，亮度低，多用于室內(nèi)顯示屏。屏。2 2、靜態(tài)鎖存型、靜態(tài)鎖存型指顯示屏上每個指顯示屏上每個LEDLED都對應(yīng)于一個驅(qū)動寄存器，即驅(qū)動器無需都對應(yīng)于一個驅(qū)動寄存器，即驅(qū)動器無需時分工作，每個時分工作，每個LEDLED的占空比均為的占空比均為100%100%。特點(diǎn)：電路復(fù)雜，成本高，亮度高，一般用于室外顯示屏。

26、特點(diǎn)：電路復(fù)雜，成本高，亮度高，一般用于室外顯示屏。2.4.3 LED2.4.3 LED顯示的相關(guān)電路顯示的相關(guān)電路二、灰度掃描的實(shí)現(xiàn)二、灰度掃描的實(shí)現(xiàn) 在高速動態(tài)顯示時，在高速動態(tài)顯示時，LEDLED的發(fā)光亮度與掃描周期內(nèi)的發(fā)光的發(fā)光亮度與掃描周期內(nèi)的發(fā)光時間成正比，因此灰度等級的實(shí)現(xiàn)由控制時間成正比，因此灰度等級的實(shí)現(xiàn)由控制LEDLED的發(fā)光時間和掃的發(fā)光時間和掃描周期的比值，即采用調(diào)制占空比的辦法來實(shí)現(xiàn)。描周期的比值，即采用調(diào)制占空比的辦法來實(shí)現(xiàn)。例：每幀周期為例：每幀周期為T T，設(shè)采用，設(shè)采用8 8行掃描方式，每行總選通時間為行掃描方式，每行總選通時間為T/8T/8，將每個周期內(nèi)，將

27、每個周期內(nèi)LEDLED的總發(fā)光時間一次調(diào)節(jié)為的總發(fā)光時間一次調(diào)節(jié)為0 0、1 1 T/ T/（8 81616）、）、 2 2 T/ T/（8 81616）、）、 15 15 T/ T/（8 81616），這），這樣將樣將LEDLED的發(fā)光時間為的發(fā)光時間為1616個等級，即實(shí)現(xiàn)了個等級，即實(shí)現(xiàn)了1616級灰度。級灰度。 灰度掃描的關(guān)鍵在于產(chǎn)生灰度掃描的關(guān)鍵在于產(chǎn)生“1”“1”和和“0”“0”組成的串行數(shù)據(jù)流。組成的串行數(shù)據(jù)流。1616級灰度調(diào)制系數(shù)與編碼值舉例如下：級灰度調(diào)制系數(shù)與編碼值舉例如下：灰度等級灰度等級 占空比占空比 編碼值編碼值 編碼序列編碼序列 1 1/128 0001 1000

28、 0000 0000 0000 1 1/128 0001 1000 0000 0000 0000 6 6/128 0110 1111 1100 0000 0000 6 6/128 0110 1111 1100 0000 0000 15 15呢？呢？2.4.3 LED2.4.3 LED顯示的相關(guān)電路顯示的相關(guān)電路二、灰度掃描的實(shí)現(xiàn)二、灰度掃描的實(shí)現(xiàn)編碼序列中，有編碼序列中，有i i個個“1”“1”和和16-i16-i個個“0”“0”，LEDLED實(shí)際發(fā)光時間實(shí)際發(fā)光時間為：為：t(i)= it(i)= i T/ T/（8 81616） 即第即第i i級灰度對應(yīng)的級灰度對應(yīng)的LEDLED導(dǎo)通脈沖的

29、占空比為：導(dǎo)通脈沖的占空比為： t(i)/T= i/ t(i)/T= i/（8 81616）三、掃描控制電路三、掃描控制電路 高速數(shù)據(jù)緩存處理電高速數(shù)據(jù)緩存處理電路，防止數(shù)據(jù)丟失。因路，防止數(shù)據(jù)丟失。因此采用雙總線結(jié)構(gòu)的存此采用雙總線結(jié)構(gòu)的存儲電路用于儲電路用于LEDLED大屏顯示大屏顯示的掃描控制，兩組幀存的掃描控制，兩組幀存儲器分別交替工作于圖儲器分別交替工作于圖像高速掃描和圖像數(shù)據(jù)像高速掃描和圖像數(shù)據(jù)接受緩存兩種方式。接受緩存兩種方式。2.4.3 LED2.4.3 LED顯示的相關(guān)電路顯示的相關(guān)電路三、掃描控制電路三、掃描控制電路 從視頻顯示控制模塊傳來的數(shù)據(jù)為并行數(shù)據(jù)，而從視頻顯示控制

30、模塊傳來的數(shù)據(jù)為并行數(shù)據(jù)，而LEDLED顯示顯示所需的是含有灰度信息的串行數(shù)據(jù)流，這就要求有灰度譯碼，所需的是含有灰度信息的串行數(shù)據(jù)流，這就要求有灰度譯碼，將將4 4位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為1616個有灰度信息的串行數(shù)據(jù)序列。個有灰度信息的串行數(shù)據(jù)序列。2.4.3 LED2.4.3 LED顯示的相關(guān)電路顯示的相關(guān)電路四、顯示屏均勻性的改進(jìn)四、顯示屏均勻性的改進(jìn)1 1、產(chǎn)生原因、產(chǎn)生原因 理想情況下，如果顯示屏上每個像素在任一角度上發(fā)出的理想情況下，如果顯示屏上每個像素在任一角度上發(fā)出的光的亮度、色度總是一致的，那么就可以認(rèn)為顯示屏是均勻的。光的亮度、色度總是一致的，那么就可以認(rèn)為顯示屏

31、是均勻的。而在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，顯示屏的均勻性會受到諸多因素的影而在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，顯示屏的均勻性會受到諸多因素的影響：響：（1 1）燈管廠商提供的）燈管廠商提供的LEDLED自身存在亮度、色度上的差異性；自身存在亮度、色度上的差異性；（2 2）LEDLED發(fā)光強(qiáng)度的空間分布特性存在差異性，這會導(dǎo)致不同發(fā)光強(qiáng)度的空間分布特性存在差異性，這會導(dǎo)致不同 LED LED 在任一視角上的發(fā)光強(qiáng)度相對于光軸方向上的衰減值存在在任一視角上的發(fā)光強(qiáng)度相對于光軸方向上的衰減值存在不一致性；不一致性；（3 3）LEDLED焊接時光軸方向偏離顯示屏法線方向，尤其是直插焊接時光軸方向偏離顯示屏法線方向，尤其是直插

32、 LEDLED光軸方向的控制；光軸方向的控制；（4 4）模塊拼裝的平整度；）模塊拼裝的平整度；2.4.3 LED2.4.3 LED顯示的相關(guān)電路顯示的相關(guān)電路（5 5）箱體拼裝的平整度；）箱體拼裝的平整度；（6 6）面罩、散熱等其它因素的影響。）面罩、散熱等其它因素的影響。2 2、解決方法、解決方法光強(qiáng)均衡處理光強(qiáng)均衡處理3 3、三種平滑技術(shù)（方法的實(shí)現(xiàn)）、三種平滑技術(shù)（方法的實(shí)現(xiàn)）（1 1）最小歸元法）最小歸元法 把顯示屏所有的把顯示屏所有的LEDLED亮度等于最小亮度。特亮度等于最小亮度。特點(diǎn)：亮度均勻性好，但亮度損失大。點(diǎn)：亮度均勻性好，但亮度損失大。（2 2）鄰域平滑法）鄰域平滑法 任

33、意點(diǎn)的灰度值是該點(diǎn)鄰域中若干像素的任意點(diǎn)的灰度值是該點(diǎn)鄰域中若干像素的加權(quán)平均。利用人眼對相鄰像素不均勻很敏感，而對大面積緩加權(quán)平均。利用人眼對相鄰像素不均勻很敏感，而對大面積緩變的亮度不均勻不敏感的特點(diǎn)。變的亮度不均勻不敏感的特點(diǎn)。特點(diǎn)：比最小歸元法的亮度損失小很多。特點(diǎn)：比最小歸元法的亮度損失小很多。（3 3）均值法）均值法 求出光強(qiáng)平均值；求出光強(qiáng)平均值；令所有大于平均值令所有大于平均值L LA A的像素亮度都等于的像素亮度都等于L LA A；用鄰域平均法進(jìn)行平滑處理。用鄰域平均法進(jìn)行平滑處理。2.4.3 LED2.4.3 LED顯示的相關(guān)電路顯示的相關(guān)電路2.4.3 LED2.4.3

34、LED顯示的相關(guān)電路顯示的相關(guān)電路原圖像原圖像最小歸最小歸元法元法鄰域平鄰域平滑法滑法均值法均值法亮度平均值亮度平均值1161168080106106103103亮度平均值下降亮度平均值下降0 031%31%8.6%8.6%11.2%11.2%相鄰像素相鄰像素亮度差亮度差絕對值絕對值80800 034341919相對值相對值100%100%0 037.8%37.8%23.8%23.8%三種數(shù)據(jù)處理方法的性能比較：三種數(shù)據(jù)處理方法的性能比較： 自動檢測、遠(yuǎn)程控制技術(shù)自動檢測、遠(yuǎn)程控制技術(shù) LEDLED顯示屏構(gòu)成復(fù)雜，特別是室外顯示屏，供電、環(huán)境亮顯示屏構(gòu)成復(fù)雜，特別是室外顯示屏，供電、環(huán)境亮度、

35、環(huán)境溫度條件等對顯示屏的正常運(yùn)行都直接影響，在度、環(huán)境溫度條件等對顯示屏的正常運(yùn)行都直接影響，在LED 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(jìn)行自顯示屏的控制系統(tǒng)中可根據(jù)需要對溫度、亮度、電源等進(jìn)行自動檢測控制。也可根據(jù)需要遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對顯示屏的亮度調(diào)節(jié)、色動檢測控制。也可根據(jù)需要遠(yuǎn)程實(shí)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)換等等。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)換等等。 常見有以下幾種控制模式常見有以下幾種控制模式1 1、單片機(jī)控制、單片機(jī)控制 單片機(jī)控制是單片機(jī)控制是LEDLED顯示屏控制中顯示屏控制中最簡單最簡單的一種方式。當(dāng)

36、顯的一種方式。當(dāng)顯示信息固化在示信息固化在ROMROM里或來自傳感器等，由單片機(jī)讀取并控制里或來自傳感器等，由單片機(jī)讀取并控制LEDLED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、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。更改較麻煩，使用不方便。2.5 LED2.5 LED顯示的控制技術(shù)顯示的控制技術(shù)2 2、微機(jī)控制、微機(jī)控制 微機(jī)控制微機(jī)控制LEDLED顯示屏一般都需要專用的接口電路，如顯示屏一般都需要專用的接口電路，如LEDLED專

37、專用顯示卡、用顯示卡、LEDLED專用多媒體卡等。此類控制中較多的是專用多媒體卡等。此類控制中較多的是VGAVGA同步同步技術(shù)技術(shù)。LEDLED顯示屏的顯示屏的VGAVGA同步控制技術(shù)是同步控制技術(shù)是指指LEDLED顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)跟蹤微機(jī)跟蹤微機(jī)CRTCRT窗口上的顯示信息窗口上的顯示信息，是，是LEDLED顯示屏成為微機(jī)的大型顯示屏成為微機(jī)的大型顯示終端。一般是對顯示卡的顯示終端。一般是對顯示卡的RGBRGB信號輸出進(jìn)行采樣，或直接信號輸出進(jìn)行采樣，或直接從從VGAVGA卡上的特征插座上取得卡上的特征插座上取得RGBRGB的數(shù)字信號，處理后用于驅(qū)動的數(shù)字信號，處理后用于驅(qū)動LE

38、DLED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、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、增刪簡單方法，便于顯示數(shù)據(jù)的保存、管理和打印輸出；但是增刪簡單方法，便于顯示數(shù)據(jù)的保存、管理和打印輸出；但是成本較高成本較高，每個顯示屏都要，每個顯示屏都要附帶微機(jī)系統(tǒng)附帶微機(jī)系統(tǒng)，對于一些室外、遠(yuǎn)，對于一些室外、遠(yuǎn)距離、分散的應(yīng)用場合，工程施工和日常維護(hù)都有諸多不便。距離、分散的應(yīng)用場合，工程施工和日常維護(hù)都有諸多不便。2.5 LED2.5 LED顯示的控制技術(shù)顯示的控制技術(shù)3 3、主從控制、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LEDLED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)行來自上位機(jī)的任務(wù)，指揮控制來自上位機(jī)的任務(wù)，指揮控制LEDLED顯示屏上各部件協(xié)調(diào)工作。顯示屏上各部件協(xié)調(diào)工作。上位機(jī)與下位機(jī)一般通過上位機(jī)與下位機(jī)一般通過RS232RS232或或RS422RS422通信，一臺上位機(jī)可以通信，一臺上位機(jī)可以管