毕业设计（论文）-电饭煲LED屏设计.docx

多功能电饭煲pled屏设计1绪论目前小家电在国内市场已经达到一个相对普及的程度。而老式电饭锅也逐渐被新型电饭煲所取代。根据gfk对21城市的数据研究显示：电饭煲的市场份额由2004年6月的72.34上升到2006年5月的83.34；上升了11.6。而电饭锅则从2004年6月的27.62下降到16.16；下降了11.461。作为后来者居上的电饭煲正在以这种大的市场占有率走入更多百姓的家中。虽然电饭煲的科技含量不及其它大家电高，但就目前它的情况来看，会有越来越多运用先进科技的电饭煲产品进入市场。 而对于电饭煲显示屏的选择也是至关重要的。2000年以后，继crt显示技术和lcd显示技术之后，全球掀起了oled/pled研究和开发热潮，有超过140多家企业涉足oled/pled相关研发，并且囊括了几乎所有的电子和显示产业的巨头企业，如sony、philip、pioneer、samsung等，产品已应用于车用音响显示屏、手机、mp3显示屏等方面，并将向大尺寸显示（tv）方向发展，具备广阔的市场前景。oled/pled因其优越的显示性能，而被业内喻为第三代显示技术。能电饭煲的显示屏用pled显示器件应该更为合理。1.1 电饭煲的结构及工作原理1.1.1 电饭煲的结构电饭煲主要由发热盘、限温器、保温开关、杠杆开关、限流电阻、指示灯、插座等组成。 （1）发热盘：这是电饭煲的主要发热元件。这是一个内嵌电发热管的铝合金圆盘，内锅就放在它上面，取下内锅就可以看见。 （2）限温器：又叫磁钢。它的内部装有一个永久磁环和一个弹簧，可以按动，位置在发热盘的中央。煮饭时，按下煮饭开关时，靠磁钢的吸力带动杠杆开关使电源触点保持接通，当煮米饭时，锅底的温度不断升高，永久磁环的吸力随温度的升高而减弱，当内锅里的水被蒸发掉，锅底的温度达到1032c时，磁环的吸力小于其上的弹簧的弹力，限温器被弹簧顶下，带动杠杆开关，切断电源。 （3）保温开关：又称恒温器。它是由一个弹簧片、一对常闭触点、一对常开触点、一个双金属片组成。煮饭时，锅内温度升高，由于构成双金属片的两片金属片的热伸缩率不同，结果使双金属片向上弯曲。当温度达到80c以上时，在向上弯曲的双金属片推动下，弹簧片带动常开与常闭触点进行转换，从而切断发热管的电源，停止加热。当锅内温度下降到80c以下时，双金属片逐渐冷却复原，常开与常闭触点再次转换，接通发热管电源，进行加热。如此反复，即达到保温效果。 （4）杠杆开关：该开关完全是机械结构，有一个常开触点。煮饭时，按下此开关，给发热管接通电源，同时给加热指示灯供电使之点亮。饭好时，限温器弹下，带动杠杆开关，使触点断开。此后发热管仅受保温开关控制。 （5）限流电阻：外观金黄色或白色为多，大小象3w电阻，按在发热管与电源之间，起着保护发热管的作用。常用的限流电阻为185c 5a或10a（根据电饭煲功率而定）。限流电阻是保护发热管的关键元件，有能用导线代替。 要设计电饭煲pled显示屏,应该熟悉电饭煲工作原理和pled的原理，基本结构驱动方式。1.1.2 电饭煲的工作原理 电饭煲是利用电能转变为热能的炊具。常见的电饭锅分为保温自动式、定时保温式以及新型的微电脑控制式三类。煮饭-插上电源线，按下煮饭按钮，磁钢限温器吸合，带动磁钢杠杆，使微动开关从断开状态转到闭合状态，从而接通电热盘的电源，电热盘上电发热，由于热盘与内锅，充分接触热量很快传导到内锅，内锅也把相应的热量传导到米和水，使米和水受热升温至沸腾；由于水的沸腾温度是100，维持沸腾，这时磁钢限温器温度达到平衡，维持沸腾一段时间后，内锅里的水已基本被米吸干，而且锅底部的米粒有可能连同糊精粘到锅底形成一个热隔离层，因此，内锅底部会以较快的速度，由100上升到1032，相应磁钢限温器温度从110上升到145左右，热敏磁块感应到相应温度，失去磁性不吸合，从而推动磁钢连杆机构带动杠杆支架，把微动开头从闭合转为断开状态，断开电热盘的电源，从而实现电饭煲（锅）的自动限温；进入保温状态，焖饭10分钟后，方可食用1。1.2 pled的显示基础 1990年剑桥大学开发出基于高分子有机电致发光材料的pled新技术；1997年首先由日本东北先锋（tohoku pioneer）将产品推向市场。pled的理论和技术研究主要在美国和英国，工艺与设备研究则侧重在日本进行。在应用上，从小尺寸的移动显示，到20英寸的大尺寸显示，都曾经有对应的产品开发出来并在各种展览会上进行展示。但似乎没有哪种pled产品可以占据一个哪怕稍微主流一点的终端产品3。06年oled市场的萧条，对pled的开发影响很大，一些正在开发的产业化pled项目也被中断。pled快速发展的动力源于其潜在应用.聚合物具有质轻、柔韧、能形成大面积薄膜的特点；pled驱动电压低、发光效率高、可发射不同颜色荧光；响应速度快（微秒级）；发光强度正比于电流.据估计,仅小尺寸仪器显示和全色平板显示的衬底光源的商业价值每年至少20亿美元.但pled面临四大技术难题:稳定性问题,稳定性技术是整个显示屏器件的综合体现它与许多因素有关；大面积化带来的问题，器件的大面积化将带来工艺、设备技术和驱动技术等方面的问题；全彩色带来的问题，pled彩色化主要是采用喷墨打印技术其技术挑战的关键在于能否精确定位、能否控制喷出液滴的一致性、高分子溶液滴干燥后能否形成厚度均匀、形状规则的薄膜；有源驱动的基板问题。对于商业应用, pled至少应满足下列要求：亮度与电压的关系有明显阈值,这也是象素发光的要求；高的发光效率以避免热效应；长的工作寿命2。在剑桥显示公司（cdt），以ppv作发光层的pled正向商业化发展,他们已成功地制备出尺寸为6cm2cm、1660象素的点阵式平板显示器件,具有1000h的工作寿命和二年的储存寿命.cdt正与英国xyratex公司合作开始商业用途的产品生产.为加快产品开发,cdt先后与荷兰philips公司、德国hochest公司及美国的uniax公司签署了有偿转让专利开发权.一条投资200万美元的无尘生产线已在uniax建成。作为移动电话和个人电子辅助器光源的pled产品可望一两年内实现.进一步的完善和发展,pled技术有望代替电视机和计算机显示屏的传统阴极射线管技术和液晶显示技术4。聚合物半导体通常具有长得共轭主链，其电子高度离域有利于电子传输。这类电的本征电导率并不大。但经过氧化或参杂，电导率可变化20多个数量级。表现出导体或半导体的性质。许多共轭聚合物的主链可视为扩展的生色团。表现出类是染料的的光物理性质。如光致发光，光电导，非线性光学。研究聚合物的光电行为，及在半导体器件方面的应用，是近年来的课题。共轭聚合物用于电致发光有以下特点：可通过旋涂，浇铸等方法制成大面积薄膜；共轭聚合物大多有优良的稳定性；共轭聚合物的电子结构，发光颜色能够通过化学结构的修饰进行改变和调节；虽然聚合物自身的电导率很低，但是发光层可以制成非常薄的薄膜。因此即电压很低，加在聚合物膜上的电场强度也足可以产生器件发光所需电流密度，从而消除参杂带来的结构不稳定性3。1.2.1 聚合物发光二极管的结构聚合物电致发光二极管（polymer light-emitting diode, pled）是高分子发光材料在电场的驱动下，通过载流子的注入与复合而发光的一种显示器件，它是有机电致发光（oled）之一。电致发光是指电场作用于半导体诱导的发光行为.对无机材料交流和直流电场都是常用的激发模式,对有机材料主要为直流模式.器件结构如图1-1所示的发光聚合物夹在两金属电极之间的“三明治”结构.为使光线射出,其中至少一个电极是透明或半透明的,最常用的透明电极是铟/锡氧化物（ito）.简单的pled制备过程是先将ito蒸镀到玻璃上,在ito玻璃上旋涂一层20200nm厚的聚合物薄层,然后在聚合物表面蒸镀一层金属电极.为提高器件的稳定性和效率,在pled中引入电子和/或空穴传输层,发展成多层结构器件4。 图1-1 pled的结构简图5 处以玻璃为基板的平面显示之外，特殊性质要求设计一些特殊的器件结构以满足特殊的应用目的。可以通过旋涂，喷涂，浸涂和电聚合等成膜技术在不同行状的衬底上形成聚合物膜。聚合物的柔韧性为制备柔韧pled成为可能。例如用透明碳酸酯作为衬底，可溶性聚苯胺作为空穴注入电极，一种发红光的荧光ppv的衍生物作为发光层，钙做注入电子的顶电极，制备了完全柔性的pled。当器件被弯曲很大的角度时，器件的发光不受影响。同样可以构造一种圆柱形pled。即一根铝棒可以作为电子注入电极，发光聚合物作为空穴注入的聚苯胺以次涂覆到铝棒上。当铝板接负极和聚苯胺正极时，可以看到发光现象。通过电压调制发光颜色对于非像素现实的多彩模式有重要意义。利用多层复合膜发光技术制备的可以随电压发生变化的pled，其原理基于载流子发光复合区的改变6。通常 pled的制备流程如图1-2；图1-2 pled的制备流程1.2.2 pled的基本原理虽然的pled的制备方法不同但原理基本相同。当一个分子被光辐射，分子最高占有轨道（homo,又称基态s）中的电子被光子激发到最低空轨道（lumo）,产生一个激发态s1，激发态是最高能量状态。它的能量可以通过以下几种形式耗散掉：无辐射跃迁即分子内转换或隙间串越；辐射跃迁，即磷光，荧光辐射；光化学反应，即重排，分解，二聚合光加成等7。电子被光从激发态进入导带，经历一个快的迟豫过程形成单线激发态。这个过程包括聚合物连的空间重组和电子在共轭聚合物连上的迁移，同时导致大的位移8。形成带电载流子分离态和形成三线是影响共轭聚合物发光效率的主要因素。虽然pl和el的发射机理相同。但el激子形成过程要比pl复杂得多。电子从一个电极注入到聚合物的luom（电子注入过程）。另一个电子从聚合物的homo取走一个电子（空穴注入过程）。在电场的驱动下带相反的电荷的载流子相向运动，电子和空穴在聚合物的连段中复合形成单线态激子，然后发生辐射衰变发射出可见光8。由于震动的边带和微观不均匀性（缺陷、杂质等），pled的发光普通常较宽，但利用微腔结构的聚光效应可以使pl和el的谱窄化并使主发射增强。使用高纯度，高萤光的ppv或聚对苯（ppp）产生光致发光已有报道9。pled的量子效率不仅受聚合物本身的影响，而且受器件结构的影响。这是由于期间的结构影响载流子的注入、迁移和在电极界面激子猝灭过程。对于器件设计应考虑以下因素：载流子的注入与迁移；激子的形成；激子的辐射复合。ppv的氧化势能较低容易注入空穴但较难注入电子，因此要得到高效率的el器件，需要增加电子的注入，最直接的方法是选用低函数的金属作为电子注入电极，以钙作为电极器件的el效率较高。但钙电极很不稳定。另一种方法是用高电子亲和势的发光聚合物，引入电子输运层可平衡电子注入，电子输运层材料一般是宽带隙的三嗪类化合物及聚合物易于n型参杂，起到传输电子或阻挡空穴的功能，从而提高器件的效率，此外消除缺陷和杂质，避免结晶对提高材料的荧光量子效率也是非常重要的9。一些稳定高效率的荧光染料虽然在溶液中表现出非常强的荧光，但在固态下却很弱。染料与聚合物共混形成的固溶体比纯的染料膜pl和el效率更高。由于高的三线态生成效率，电致发光量子效率最高为25%，虽然这个观点已被普遍接受，但如果能控制动力学使相反载流子复合形成三线态的生成截面很小。el的效率可达100%。用透明电极和金属电极非别作为器件的阳极和阴极。在一定电压的驱动下电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子传输层和空穴传输层，并且非别经过各自的传输层迁移到发光层10。且在高分子聚合物发光层中相遇，形成激子并使发光分子激发，后者经过辐射迟豫而发出可见光。辐射发光可从透明电极侧观察到。根据这种原理制成的发光器件称作pled显示器。1.2.3 pled显示技术的应用领域pled的快速发展的动力源于它潜在的应用。聚合物具有质轻,柔韧，能形成大面积薄膜的特点。pled显示器件有很多优良特性，例如：自发光，高亮度 ，对比度高，宽视角，色彩好，响应速度快，低功耗，更轻薄，宽温限，驱动电压低，发光效率高，可发出不同颜色的荧光。墨打印技术的开创已成功开发全彩pled显示技术11。pled 比oled显示范围更广，它覆盖了小中大屏显示以及平面光源领域。（1） 商业领域：可应用于pos机和atm机，复印机，自动售货机和游戏机。（2） 通讯领域:可用于3g手机和各类可视电话系统，移动网络终端。（3） 计算机领域：主要用于家用和商业用计算机，pda和笔记本显示屏。（4） 消费类电子产品：主要用于数码相机，数码类播放器显示屏。1.3课题研究的目的意义及主要研究内容1.3.1课题研究的目的意义 课题的目的在于使电饭煲各种功能一目了然，并且让人们使用操作全在自动多功能电饭煲时更加方便安全。1.3.2课题研究的主要内容课题的主要是关于多功能电饭煲显示屏的设计。屏所显示的内容是显示时间（显示设定所需的时间）；显示电饭煲的各种功能包括：精煮、快煮、稀饭、粥、汤、锅巴饭、热饭。在设计过程中包括：显示屏的外观设计，单粒图逻辑走线图设计，菲林版图设计以及版图的仿真测试。2方案选择为了能够更好控制多功能电饭煲的工作，以及在使用时更加安全方便。此次毕业设计设计的是电饭煲工作功能和时间的显示区，采用的是pled的显示屏，黑白显示。显示屏设计的内容包括两部分：汉字（功能）和数字（时间）。因此对于这两部分内容的合理布局至关重要，以下是两种方案的外观显示图，如图2-1所示。 （a） （b）图2-1 外观图方案方案一即图2-1（a）的外观图汉字全都排列在数字下方，这样感官上似乎整体干比较好而且也利于美观同时也方便操作，可是它的缺陷也正在于此。由于汉字排列得太过于集中 ，在画图设计过程中不利于走线排布，很容易发生交叉，会使显视图案在一定程度上的偏差甚至错误。 方案二即图2-1（b）的外观图汉字分布在数字两旁，比较有对称美，也比较符合中国人们的传统审美观。而且汉字分布在两旁很利于走线，相对避免了走线相交叉的问题。但正是由于汉字在两边而不是在数字的下方，那样使图整体看起来较呈长方形，美感在一定程度有受影响。 通过方案一和方案二的优缺点比较。相对而言还是方案二的实用性比较好，再制造产品布线时比较有利，为了改进方案二的缺陷，在设计外观时，相对改变字符和数字的比例大小，使它们更有利于美感。3详细设计此次设计是运用atocad软件的二维平面来绘制相关的图形，来完成设计过程中所需的版图，最终完成显示屏所需的显示内容图样。3.1显示屏整体外观图整体外观图包括显示图案和显示屏外观尺寸的设计。显示图案应根据显示屏显示信息的实际确定，可以是8子、点阵和图形图案的一种或一种以上。显示屏外观的设计应包括pled的外形、玻璃、可视区、电极、封口、偏光片等的大小和位置等。图3-1为pled外观尺寸标注图，在图3-1中：1.多功能电饭煲pled屏尺寸是：大片长87mm宽38mm；2.pled小片长87mm，宽34mm；3.pled大片在下，小片在上；4.pled可视区长80mm宽26mm；5.可视区距小玻璃左边缘3.5 mm，可视区距小玻璃下边缘3.5 mm；6.引线电极共有33个；7.引线电极长3.8mm宽2mm；8.引线电极间隙0.5 mm；9.引线电极第一根距玻璃边缘距离3mm； 10.pled玻璃厚度尺寸0.7 mm；11.pled共有段需要显示43段需要显示。 图3-2为整体外观实例图。图3-1 pled屏外观尺寸标注图 图3-2 整体外观图3.2单粒图（电极走线）设计3.2.1逻辑走线此设计pled显示器的图案采用的的驱动是交叉显示方式，即上下电极（com层seg层）走线交叉的那些段才能显示。其中“8”显示需要7段表示，段依次称为：“a, b,c,d,e,f,g,” 图3-3 “8”字各笔段显示标称com层和seg层电极走线图3-4 com层电极走线对com层电极而言，它共有第5、9、19、24、26、28六个电极引脚，分别定义为：com1到com6。其中com1控制的是汉字“粥、汤、锅、巴、饭、热、饭”； com2控制的是各个8字的f、a和b段；com3控制的是时间显示时分相隔的两点; com4控制的是各个8字的d段；com5控制的是各个8字的e、g、c段； com6控制的是汉字“精、煮、块、煮、稀、饭”这六个字。如图4-3;除了第5、9、19、24、26、28六个电极引脚，其余的27个电极引脚均为seg层的电极引脚，分别定义其为s1到s27。如图4-4所示； 图3-5 seg层电极走线其中引脚1（seg1）控制的是汉字“汤”； 引脚2（seg2）控制的是汉字“饭”；引脚3（seg3）控制的是汉字“巴”；引脚4（seg4）控制的是汉字“粥”；引脚6（seg5）控制的是汉字“热”；引脚7（seg6）控制的是汉字“锅”；引脚8（seg7）控制的是汉字“饭”；引脚10（seg8）控制的是第一个8字的f、e段，在真值表中表示为：1f、1e；引脚11（seg9）控制的是1d、1a、1g; 引脚12（seg10）控制的是1b、1c; 引脚13（seg11）控制的是2f、2e ; 引脚14（seg12）控制的是2d、2a、g; 引脚15（seg13）控制的是2b、2c; 引脚16（seg14）控制的是时间显示时分相隔的上点; 引脚17（seg15）控制的是时间显示时分相隔的下点; 引脚18（seg16）控制的是3f、3e; 引脚20（seg17）控制的是3d、3a、3g; 引脚21（seg18）控制的是3b、3c; 引脚22（seg19）控制的是4f、4e; 引脚23（seg20）控制的是4d、4a、4g; 引脚25（seg21）控制的是4b、4c; 引脚27（seg22）控制的是汉字“快”；引脚29（seg23）控制的是汉字“稀”；引脚30（seg24）控制的是汉字“饭”；引脚31（seg25）控制的是汉字“煮”；引脚32（seg26）控制的是汉字“煮”；引脚33（seg27）控制的是汉字“精”。com层seg层一共需要33个对外引脚，而这33个引脚通过组合驱动共46段显示图案，如图3-5所示； 图3-6 com层和seg层电极逻辑走线3.2.2真值表真值表亦称逻辑表，表示各显示图案（笔段）与两层（com层和seg层）ito膜引出电极的逻辑关系。表3-1真值表所示；表3-1真值表pncom1com2com3com4com5com61汤/2饭/3巴/4粥/5com1/6热/7锅/8饭/9/com2/10/1f/1e/11/1a/1d1g/12/1b/1c/13/2f/2e/14/2a/2d2g/15/2b/2c/16/“”/17/“”/18/3f/3e/19/com3/20/3a3d3g/21/3b/3c/22/4f/4e/23/4a/4d4g/24/c0m4/25/4b/4c26/com5/27/ 快28/com629/稀30/饭31/煮32/煮33/精注：“”表示的是时间时分之间的间隔3.2.3电极图案com电极和seg电极相互配合，控制，使com电极和seg电极的叠加区成为要显示的图案。电极出线时由com电极和seg电极走线相互控制，实现各自出线位置与显示图案吻合。com电极图案由图3-4所示；seg电极图案由图3-5所示；com和seg电极图案叠加图3-6所示图3-7 com电极图案图3-8 seg电极图案 图3-9 com和seg电极图案3.3菲林版设计3.3.1概述在pled显示器生产中，需要在导电玻璃的ito膜制成所需要的电极图形，这个过程目前使用光刻技术完成的。光刻中要用到具体特定的掩膜版。光刻掩膜版分为铬版和胶片两种，常用软性胶片掩膜版，通常称菲林，习惯上又叫掩膜通过制版在胶片上制成电极图形对应的黑白图案，黑色区域能遮光，而透明区域能让光透过。 光刻工序实在玻璃上刻出电极图案，其中曝光中用的掩膜版（又称菲林版）需要设计，因为pled盒由上下两层基板组成，所以由上基板光刻掩膜版和下基板光刻掩膜版。3.3.2 集成度计算此设计采用的玻璃基板采用的是300mm360mm0.7mm. pled的大玻璃长l=87mm，大玻璃宽38mm，小玻璃宽w1=34mm，台阶宽wp=4mm标盒周围7.5mm用于产生对位。此时可以用以下公式进行计算产生最多产品的方法。n1=(360-15)/l(300-15)/(2w1+wp) n1=3.93.9=9n2=(360-15)/(2w1+wp)(300-15)/l n2=4.83.2=12为了能够制造出更多的pled产品，不至于在裁切过程中造成浪费，因此选择n2更合理，集成度12。即：一块300mm360mm0.7mm可以集成12对（3行4列）单粒pled显示器。3.3.3菲林板设计图3-10 面电极和背电极版图图3-11 外观图、电极走线和显示效果 图3-12 m sku版单元图 图3-13 maskd版单元图图3-14 maskd版 图3-14 masku版3.4.本章小结本章详细描述了多功能电饭煲pled显示屏在设计的全过程。在设计过程中要重点考虑的是逻辑走线以及相对应的真值表。再走线过程中尤其要避免走线交叉，尽量使交叉部分在可视区以外，如果实在无法避免则相交面积尽量小于0.10.1m。为了最佳布局合理起见，及程度的计算以及选择也很重要。4总结2010年3月，我开始了我的毕业论文工作，时至今日，论文基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。历经了紧张而又充实那段日子，我的的毕业设计终于落下了帷幕。在这次毕业设计的过程中，我的确收获良多。搜集资料的过程中，我在学校图书馆，网上，还有找实物等各种方式查找相关资料，使我的资料完整、精确、数量多，这有利于论文的撰写。然后我将收集到的资料仔细整理分类。4月，资料已经查找完毕了，并确立了设计方案。然后开始进行相关图形的绘制工作，为了绘好图我又从新温习了cad软件。在设计初期，由于没有设计经验，觉得无从下手，空有很多设计思想，却不知道应该选哪个，经过导师的指导，我的设计渐渐有了头绪，通过查阅资料，逐渐确立系统方案。方案中pled显示屏布局是个比较头疼的问题，在反复推敲，对比的过程中，最终定下文字在图案两边的方案。5月，我开始着手论文的写作。在写作过程中遇到困难我就及时和导师联系，并和同学互相交流，请教专业课老师。在大家的帮助下，困难一个一个解决掉，论文也慢慢成型。当我终于完成了所有打字、绘图、排版、校对的任务后整个人都很累，但同时看着电脑荧屏上的毕业设计稿件我的心里是甜的，我觉得这一切都值了。这次毕业论文的制作过程是我的一次再学习，再提高的过程。在论文中我充分地运用了大学期间所学到的知识。我从资料的收集中，掌握了很多pled显示屏的知识，让我对我所学过的知识有所巩固和提高，并且让我对当今电饭煲、pled的最新发展技术有所了解。在整个过程中，我学到了新知识，增长了见识。在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。 脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不