LED与LCD基本知识.doc

LED与 LCD基本知识第一篇 LED基本知识在计算机或电视机中主要采用屏幕显示，但在各种数字仪表及各种家用电器中，一般采用显示器件进行显示。这里讲的显示器件是指数字显示器件，可以显示一般的数字、符号和简单的图形。LED数码管是目前最常用的一种数显器件。我们知道，发光二极管（英文缩写为LED）是由半导体材料制成的、能将电信号转换成光信号的结型电致发光器件。如果把发光二极管制成条状，再按照一定方式连接，组成数字“8”，就构成LED数码管，简称LED。使用时按规定使某些笔段上的发光二极管发光，即可组成0 9的一系列数字。一、构造与显示原理LED数码管分共阳极与共阴极两种，a g代表7个笔段的驱动端，亦称笔段电极。对于共阴极LED数码管，如下图所示，将七只发光二极管的阴极（负极）短接后作为公共阴极。其工作特点是，当笔段电极接高电平，公共阴极接低电平时，相应笔段可以发光。共阳极LED数码管则与之相反，它是将发光二极管的阳极（正极）短接后作为公共阳极。当驱动信号为低电平，公共阳极接高电平时，才能发光。LED的输出光谱决定其发光颜色以及光辐射强度，也反映出半导体材料的特性。常见管芯材料有磷化镓（GaP）、砷化镓（GaAs）、磷砷化镓（GaAsP）、氮化镓（GaN）等。其中氮化镓可发蓝光。发光颜色不仅与管芯材料有关，还与所掺杂质有关，因此用同一种管芯材料可以制成发出红、橙、黄、绿等不同颜色的数码管。各种颜色LED数码管的光谱曲线都比较相似，仅发光峰值p值不同（磷砷化镓黄色数码管的p=585nm, 1nm=10-9m）。LED数码管的产品中, 以发红光、绿光的居多，这两种颜色也比较醒目。LED数码管等效于多只具有发光性能的PN结。当PN结导通时，依靠少数载流子的注入及随后的复合而辐射法光。其伏安特性与普通二极管相似。在正向导通之前，正向电流近似于零，笔段不发光。当电压超过开启电压时，电流就急剧上升，笔段发光。因此，LED数码管属于电流控制型器件，其发光亮度L（单位是cd/m2）与正向电流IF有关， 用公式表示：L=KIF即亮度与正向电流成正比。LED的正向电压UF则与正向电流以及管芯材料有关。使用LED数码管时，工作电流一般选10mA左右/段，既保证亮度适中，又不会损坏器件。二、分类目前国内外生产的LED数码管不仅种类繁多，型号各异，大致有以下几种分类方式：1、按外形尺寸分类目前我国尚未制定LED数码管的统一标准，型号一般由生产厂家自定，小型LED数码管一般采用双列直插式，大型LED数码管采用印刷板插入式。2、根据显示位数划分根据器件所显示位数的多少，可划分成一位、双位、多位LED显示器，一位LED显示器就是通常说的LED数码管，两位以上的一般称作显示器。双位LED数码管是将两只数码管封装成一体，其特点是结构紧凑、成本较低（与两只一位数码管相比）。国外典型产品有LC5012-11S（红双、共阴）。为简化外部引线数量和降低显示器功耗，多位LED显示器一般采用动态扫描显示方式。其特点是将各位同一笔段的电极短接后作为一个引出端，并且各位数码管按一定顺序轮流发光显示，只要位扫描频率足够高，就观察不到闪烁现象。3、根据显示亮度划分有普通亮度和高亮度之分。普通LED数码管的发光强度IV0.3mcd,而高亮度LED数码管的IV5mcd，提高将近一个数量级，并且后者在大约1mA的工作电流下即可发光。高亮度LED数码管典型产品有2ED102等。4、按字形结构划分有数码管、符号管两种。常见“+”符号管可显示正（+）、负（-）极性，“1”符号管能显示+1或-1。其中以“米”字管的功能最全，除显示运算符号+、-、之外，还可显示AZ共26个英文字母，常用作单位符号显示。此外，还可按共阳或共阴、发光颜色来分类。三、性能特点LED数码管的主要特点如下：1) 、能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、TTL电路兼容。2) 、发光响应时间极短（0.1s），高频特性好，单色性好，亮度高。3) 、体积小，zhon重量轻，抗冲击性好。4) 、寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时，成本低。因此它被广泛用作数字仪器仪表、数控装置、计算机的数显器件。四、性能简易检测LED数码管外观要求颜色均匀，无局部变色及无气泡等，在业余条件下可用干电池为例进一步检查。现以共阴数码管为例介绍检查方法。将3伏干电池负极引出线固定接触在LED数码管的公共负极端上，电池正极引出线依次移动接触笔画的正极端。这一根引出线接触到某一笔画的正极端时，那一笔画就相应显示出来。用这种简单的方法就可检查出数码管是否有断笔（某笔画不能显示），连笔（某些笔画连在一起），并且可相对比较出不同笔画发光的强弱性能。若检查共阳极数码管，只需将电池正负极引出线对调一下，方法同上。LED数码管每笔画工作电流ILED约在510 mA之间，若电流过大会损坏数码管，因此必须加限流电阻，其阻值可按下式计算：R限 =（Uo-ULED）/ILED其中Uo为加在LED两端电压，ULED为LED数码管每笔画压降（约2V）。利用数字万用表的hFE插口能够方便的检查LED数码管的发光情况。选择NPN档时，C孔带正电，E孔带负电。例如检查LTS547R型共阴极LED数码管时，从E孔插入一根单股细导线，导线引出端接阴极，再从C孔引出一根导线依次接触各笔段电极，可分别显示所对应的笔段。五、使用注意事项1) 、检查时若发光暗淡，说明器件已老化，发光效率太低。如果显示的笔段残缺不全，说明数码管已局部损坏。2) 、对于型号不明、又无管脚排列图的LED数码管，用数字万用表的hFE档可完成下述测试工作：判定数码管的结构形式（共阴或共阳）；识别管脚，检查全亮笔段。预先可假定某个电极为公共极，然后根据笔段发光或不发光加以验证。当笔段电极接反或公共极判断错误时，该笔段就不能发光。第二篇 LCD基本知识一、LCD的定义与特点 1、LCD的定义 液晶是一种几乎完全透明的物质。它的分子排列决定了光线穿透液晶的路径。到20世纪60年代，人们发现给液晶充电会改变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或折射，由此引发了人们发明液晶显示设备的念头。液晶显示器，简称LCD（Liquid Crystal Display）。世界上第一台液晶显示设备出现在20世纪70年代初，被称之为TN-LCD（扭曲向列）液晶显示器。尽管是单色显示，它仍被推广到了电子表、计算器等领域。80年代，STN-LCD（超扭曲向列）液晶显示器出现，同时TFT-LCD（薄膜晶体管）液晶显示器技术被研发出来，但液晶技术仍未成熟，难以普及。80年代末90年代初，日本掌握了STN-LCD及TFT-LCD生产技术，LCD工业开始高速发展。 LCD是在一定电压下（仅为数伏 ），使液晶的特定分子改变另一种分子的排列方式，由于分子的再排列使液晶盒的双折射性、旋光性、二色性、光散射性等光学性质发生变化，进而又由这些光学性质的变化转换成视觉的变化，也就是说LCD是一种液晶利用光调制的受光型显示器件。2、LCD的特点LCD的特点是体积小、形状薄、重量轻、耗能少（110微瓦/平方厘米）、低发热、工作电压低（1.56伏）、无污染，无辐射、无静电感应，尤其是视域宽、显示信息量大、无闪烁，并能直接与CMOS集成电路相匹配，同时还是真正的“平板”式显示设备。这些特点正在使显示领域从传统CRT走向LCD二、LCD的基本结构及工作原理 液晶是一种介于液体和固体之间的热力学的中间稳定物质形态。其特点是在一定的温度范围内既有液体的流动性和连续性，又有晶体的各向异性，其分子呈长棒形，长宽之比较大，分子不能弯曲，是一个刚性体，中心一般有一个桥链，分子两头有极性。LCD器件的结构如图12. 14所示。由于液晶的四壁效应，在定向膜的作用下，液晶分子在正、背玻璃电极上呈水平排列，但排列方向为正交，而玻璃间的分子呈连续扭转过度，这样的构造能使液晶对光产生旋光作用，使光偏转方向旋转900。图12.15显示了液晶显示器的工作原理。当外部光线通过上偏振片后形成偏振光，偏振方向成垂直排列，当此偏振光通过液晶材料之后，被旋转900，偏振方向成水平方向，此方向与下偏振片的偏振方向一致，因此此光线能完全穿过下偏振片而达到反射极，经反射后沿原路返回，从而呈现出透明状态。当液晶盒的上、下电极加上一定的电压后，电极部分的液晶分子转成垂直排列，从而失去旋光性。因此从上偏振片入射的偏振光不能被旋转，当此偏转光到达下偏振片时，因其偏振方向与下偏转片的偏振方向垂直，因而被下偏振片吸收，无法到达反射板形成反射，所以呈现出黑色。根据需要，将电极做成各种文字、数字或点阵，就可以获得所需的各种显示。 三、LCD的驱动方式 液晶显示器的驱动方式由电极引线的选择方向确定，因此，在选择好液晶显示器之后，用户无法改变驱动方式。液晶显示器的驱动方式一般有静态驱动和动态驱动两种。由于直流电压驱动LCD会使液晶体产生电解和电极老化，从而大大降低LCD的使用寿命，所以现在的驱动方式多用交流电压驱动。 1、静态驱动方式 静态驱动回路及波形图如图12.16所示。真值表如表12. 3所示。图中LCD表示某个液晶显示字段，当此字段上两个电极的电压极性相同时，两电极之间的电位差为零，该字段不显示，当此字段上两个电极的电压极性相反时，两电极之间的电位差不为零，为二倍幅值的方波电压，该字段呈现出黑色显示。所谓静态驱动是指让需要显示的段同时驱动的方法。液晶显示的驱动与LED的驱动有很大不同，对于LED而言，当在LED两端加上恒定的导通或截止电压便可控制其亮或暗。而LCD，由于其两极不能加恒定的直流电压，因而给驱动带来复杂性。一般应在LCD的公共极（一般为背极）加上恒定的交变方波信号（一般为30150HZ），通过控制前极的电压变化而在LCD两极间产生所需的零电压或二倍幅值的交变电压，以达到LCD亮、灭的控制。目前已有许多LCD驱动集成芯片，在这些芯片中将多个LCD驱动电路集成到一起。图12. 17是七段LCD静态驱动示意图。2、动态驱动方式 动态驱动实质上是矩阵扫描驱动，可用于多位的8段数码显示和点阵显示。点阵式LCD的控制一般采用行扫描方式，并且要采用时分割驱动方法，原理比较复杂。3. LCD显示控制接口芯片介绍 随着液晶显示技术的迅速发展，各种专用的控制和驱动LCD的大规模集成电路LSI，使得LCD的控制和驱动极为方便，而且可由CPU直接控制，满足了用户对液晶显示的多种要求。目前这类LSI已发展到既可显示数字和字符，又可显示图形。常用的接口芯片是T6963C点阵式图形液晶显示LSI。该芯片自带字符ROM，可产生标准的128个ASCII字符供用户调用，还可外接扩展RAM存储若干屏的显示数据。还可在图形模式下显示汉字和图形。T6963C常用于控制与驱动点阵图形式LCD，通过对其片脚的不同预置可进行文本、图形混合显示。四、LCD的分类及其应用LCD分为扭曲向列型（TN-LCD）、超扭曲向列型（STN-LCD）和薄膜晶体管（ TFT-LCD）等几种。LCD(Liquid Crystal Display液晶显示器)主要有三类应用，即笔记本电脑显示屏、显示屏主机一体化台式电脑显示器和单独应用的专用显示器。 1、TN-LCD 该材料液晶具有可视角较低，温度范围较窄，适应用于字符、数字型、段码式要求的行业应用。也就是所谓字符型液晶的主要材料。它们的命名方式主要是以字符及行数来形容。2、STN-LCD TFT（Thin Film Transistor）是指薄膜晶体管，意即每个液晶像素点都是由集成在象素点后面的薄膜晶体管来驱动，从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。TFTLCD是目前最好的LCD彩色显示设备之一，其效果接近CRT显示器，是现在笔记本电脑和台式机上的主流显示设备。该材料具有的可视角相对TN要大，而且温度范围也好一些，目前是市面上比较通用的一种，根据功能及更深一步的开发还有DSTN、FSTN等多种规格，可实现单色或伪彩色的不同需要，目前主要命名方式是图形、点阵式液晶，如点阵128*64640*200单色或彩色液晶。以上两种可广泛应用于医疗、仪器设备、航空、科研、工业等。3、TFT-LCD 该材料液晶是目前最好优秀的液晶之一，该液晶继承了STN LCD的命名方式，具有有分辨率点阵高、超簿、超轻、真彩色、响应时间快等特点，而被广泛应用于各大领域，甚至是民用市场的液晶电脑显示器，液晶电视机，监视器等。总之随着TFT LCD的技术进一步成熟，它的应用将无孔不入。五、选购液晶显示器应注意的要素。1、尺寸 过去对电子表、计算器、手机的使用使我们对液晶显示并不陌生，但大尺寸的显示屏则是现代液晶技术的具体体现。在TFT技术的支持下，液晶板从以往的8英寸发展到今天广泛应用的14英寸到18英寸，LG甚至推出了22英寸的显示器。没有了传统的电子射线对显示镜面的轰击，液晶板的尺寸可以做的“实实在在”，在可视面积上要比同样尺寸的CRT可视面积大。当然这也与不同层次的应用技术有关，如LG的未来窗LCD 680LE的规格尺寸是16，显示面积为15.7英寸，已相当于CRT中17英寸显示器的显示面积。 2、视角 以往的液晶显示器(如笔记本电脑)，用户必须正襟危坐在显示器前面，因为那时的视面观赏角度不大，稍微偏离屏幕正面，画面就会失色。而现在的大尺寸LCD显示器，140至160度的水平可视角度以成为基本指标。较小尺寸的15英寸或15英寸以下的LCD显示器，120度的可视角度也足以显示完整的画面。液晶显示器的左、右观赏角度一般会大于上、下观赏角度，也就是说，垂直的观赏角度小于水平观赏角度，当然，越来越多的LCD显示器强调其水平与垂直观赏角度相同。LG的未来窗LCD 885LE更是在水平和垂直视角上均达到了前所未有的180度，也就是说没有视觉死角。 3、响应速度 响应时间是指液晶由明转暗或者由暗转明所需的时间。一般来说响应时间越短越好。响应时间越短，用户在看移动的画面时就不会感到类似残影或者拖沓的痕迹。按照人眼的反应时间，响应时间如果超过40毫秒，就会出现运动图像的迟