led显示屏原理及维护_secret.doc

第一章LED照明基础知识理论 半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。一、 半导体发光二极管工作原理、特性及应用（一）LED发光原理 发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。 假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在*近PN结面数m以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的半导体材料有关，即 1240/Eg（mm） 式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光780nm红光），半导体材料的Eg应在3.261.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。 （二）LED的特性 1极限参数的意义 （1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。 （2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 （3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。 （4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。 2电参数的意义 （1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2所示。 由图可见，该发光管所发之光中某一波长0的光强最大，该波长为峰值波长。 （2）发光强度IV：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd）。由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。 （3）光谱半宽度:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间隔. （4）半值角1/2和视角：1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。 半值角的2倍为视角（或称半功率角）。 图3给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）AO的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。 （5）正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在0.6IFm以下。 （6）正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压VF在1.43V。在外界温度升高时，VF将下降。 （7）V-I特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图4表示。 在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。由V-I曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。正向的发光管反向漏电流IR （三）LED的分类 1 按发光管发光颜色分 按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。 根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。 2 按发光管出光面特征分 按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。国外通常把3mm的发光二极管记作T-1；把5mm的记作T-1（3/4）；把4.4mm的记作T-1（1/4）。 由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类： （1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。 （2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为2045。 （3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为4590或更大，散射剂的量较大。 3按发光二极管的结构分 按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。 4按发光强度和工作电流分 按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10100mcd间的叫高亮度发光二极管。 一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。 除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。 （四）LED的应用 由于发光二极管的颜色、尺寸、形状、发光强度及透明情况等不同，所以使用发光二极管时应根据实际需要进行恰当选择。 由于发光二极管具有最大正向电流IFm、最大反向电压VRm的限制，使用时，应保证不超过此值。为安全起见，实际电流IF应在0.6IFm以下；应让可能出现的反向电压VR LED被广泛用于种电子仪器和电子设备中，可作为电源指示灯、电平指示或微光源之用。红外发光管常被用于电视机、录像机等的遥控器中。 （1）利用高亮度或超高亮度发光二极管制作微型手电的电路如图5所示。图中电阻R限流电阻，其值应保证电源电压最高时应使LED的电流小于最大允许电流IFm。（2）图6(a)、(b)、(c)分别为直流电源、整流电源及交流电源指示电路。 图(a)中的电阻（E-VF）/IF； 图(b)中的R（1.4Vi-VF）/IF; 图(c)中的RVi/IF 式中，Vi交流电压有效值。 （3）单LED电平指示电路。在放大器、振荡器或脉冲数字电路的输出端，可用LED表示输出信号是否正常，如图7所示。R为限流电阻。只有当输出电压大于LED的阈值电压时，LED才可能发光。 （4）单LED可充作低压稳压管用。由于LED正向导通后，电流随电压变化非常快，具有普通稳压管稳压特性。发光二极管的稳定电压在1.43V间，应根据需要进行选择VF，如图8所示。 （5）电平表。目前，在音响设备中大量使用LED电平表。它是利用多只发光管指示输出信号电平的，即发光的LED数目不同，则表示输出电平的变化。图9是由5只发光二极管构成的电平表。当输入信号电平很低时，全不发光。输入信号电平增大时，首先LED1亮，再增大LED2亮。 五）发光二极管的检测 1普通发光二极管的检测 （1）用万用表检测。利用具有10k挡的指针式万用表可以大致判断发光二极管的好坏。正常时，二极管正向电阻阻值为几十至200k,反向电阻的值为。如果正向电阻值为0或为，反向电阻值很小或为0，则易损坏。这种检测方法，不能实地看到发光管的发光情况，因为10k挡不能向LED提供较大正向电流。 如果有两块指针万用表（最好同型号）可以较好地检查发光二极管的发光情况。用一根导线将其中一块万用表的“+”接线柱与另一块表的“-”接线柱连接。余下的“-”笔接被测发光管的正极（P区），余下的“+”笔接被测发光管的负极（N区）。两块万用表均置10挡。正常情况下，接通后就能正常发光。若亮度很低，甚至不发光，可将两块万用表均拨至1若，若仍很暗，甚至不发光，则说明该发光二极管性能不良或损坏。应注意，不能一开始测量就将两块万用表置于1，以免电流过大，损坏发光二极管。 （2）外接电源测量。用3V稳压源或两节串联的干电池及万用表（指针式或数字式皆可）可以较准确测量发光二极管的光、电特性。为此可按图10所示连接电路即可。如果测得VF在1.43V之间，且发光亮度正常，可以说明发光正常。如果测得VF=0或VF3V，且不发光，说明发光管已坏。 2红外发光二极管的检测 由于红外发光二极管，它发射13m的红外光，人眼看不到。通常单只红外发光二极管发射功率只有数mW，不同型号的红外LED发光强度角分布也不相同。红外LED的正向压降一般为1.32.5V。正是由于其发射的红外光人眼看不见，所以利用上述可见光LED的检测法只能判定其PN结正、反向电学特性是否正常，而无法判定其发光情况正常否。为此，最好准备一只光敏器件（如2CR、2DR型硅光电池）作接收器。用万用表测光电池两端电压的变化情况。来判断红外LED加上适当正向电流后是否发射红外光。其测量电路如图11所示。 二、LED显示器结构及分类 通过发光二极管芯片的适当连接（包括串联和并联）和适当的光学结构。可构成发光显示器的发光段或发光点。由这些发光段或发光点可以组成数码管、符号管、米字管、矩阵管、电平显示器管等等。通常把数码管、符号管、米字管共称笔画显示器，而把笔画显示器和矩阵管统称为字符显示器。 （一）LED显示器结构 基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片排列而成的。可实现09的显示。其具体结构有“反射罩式”、“条形七段式”及“单片集成式多位数字式”等。( 1）反射罩式数码管一般用白色塑料做成带反射腔的七段式外壳，将单个LED贴在与反射罩的七个反射腔互相对位的印刷电路板上，每个反射腔底部的中心位置就是LED芯片。在装反射罩前，用压焊方法在芯片和印刷电路上相应金属条之间连好30m的硅铝丝或金属引线，在反射罩内滴入环氧树脂，再把带有芯片的印刷电路板与反射罩对位粘合，然后固化。 反射罩式数码管的封装方式有空封和实封两种。实封方式采用散射剂和染料的环氧树脂，较多地用于一位或双位器件。空封方式是在上方盖上滤波片和匀光膜，为提高器件的可*性，必须在芯片和底板上涂以透明绝缘胶，这还可以提高光效率。这种方式一般用于四位以上的数字显示（或符号显示）。 （2）条形七段式数码管属于混合封装形式。它是把做好管芯的磷化镓或磷化镓圆片，划成内含一只或数只LED发光条，然后把同样的七条粘在日字形“可伐”框上，用压焊工艺连好内引线，再用环氧树脂包封起来。 （3）单片集成式多位数字显示器是在发光材料基片上（大圆片），利用集成电路工艺制作出大量七段数字显示图形，通过划片把合格芯片选出，对位贴在印刷电路板上，用压焊工艺引出引线，再在上面盖上“鱼眼透镜”外壳。它们适用于小型数字仪表中。 （4）符号管、米字管的制作方式与数码管类似。 （5）矩阵管（发光二极管点阵）也可采用类似于单片集成式多位数字显示器工艺方法制作。 （二）LED显示器分类 ( 1）按字高分：笔画显示器字高最小有1mm（单片集成式多位数码管字高一般在23mm）。其他类型笔画显示器最高可达12.7mm（0.5英寸）甚至达数百mm。 （2）按颜色分有红、橙、黄、绿等数种。 （3）按结构分，有反射罩式、单条七段式及单片集成式。 （4）从各发光段电极连接方式分有共阳极和共阴极两种。 所谓共阳方式是指笔画显示器各段发光管的阳极（即P区）是公共的，而阴极互相隔离。 所谓共阴方式是笔画显示器各段发光管的阴极（即N区）是公共的，而阳极是互相隔离的。 （三）LED显示器的参数 由于LED显示器是以LED为基础的，所以它的光、电特性及极限参数意义大部分与发光二极管的相同。但由于LED显示器内含多个发光二极管，所以需有如下特殊参数： 1发光强度比 由于数码管各段在同样的驱动电压时，各段正向电流不相同，所以各段发光强度不同。所有段的发光强度值中最大值与最小值之比为发光强度比。比值可以在1.52.3间，最大不能超过2.5。 2脉冲正向电流 若笔画显示器每段典型正向直流工作电流为IF，则在脉冲下，正向电流可以远大于IF。脉冲占空比越小，脉冲正向电流可以越大。 （四）LED显示器的应用指南 1七段数码显示器 （1）如果数码宇航局为共阳极形式，那么它的驱动级应为集电极开路（OC）结构。 如果数码管为共阴极形式，它的驱动级应为射极输出或源极输出电路，如图14(b)所示。 例如国产TTL集成电路CT1049、CT4049为集电极开路形式七段字形译码驱动电路；而CMOS集成电路CC4511为源极输出七段锁存、译码驱动电路。 （2）控制数码管驱动级的控制电路（也称驱动电路）有静态式和动态式两类。 静态驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管各用一个笔画译码器（如BCD码二-十进制译码器）译码驱动。图15是一位数码管的静态驱动之例。图集成电路TC5002BP内含有射极输出驱动级，所以采用共阴极数码管。A、B、C、D端为BCD码（二-十进制的8421码）输入端，BL为数码管熄灭及显示状态控制端，R为外接电阻。 图16为N位数字静态驱动显示电路。 动态驱动：动态驱动是将所有数码管使用一个专门的译码驱动器，使各位数码管逐个轮流受控显示，这就是动态驱动。由于扫描速度极快。显示效果与静态驱动相同。图17是一种四位数字动态驱动（脉搏冲驱动）方法的线路。图中只用了一个译码驱动电路TC5002BP。TC4508BP内含两个锁存器，每个锁存器可锁存四位二进BCD码，对应于四位十进制数的四组BCD码分别输入到四个锁存器，四个锁存器，四组BCD码由四个锁存器分时轮流输出进入译码器，译码后进入数码管驱动级集成电路TD62505P（输入端I1I7与输出端Q1Q7一一对应）。 Q1Q7分别加到四个数码管的ag七个阳极上。数字驱动电路TD62003P是由达林顿构成的阵列电路，Q1Q4中哪一端接地，由输入端I1I4的四师长“使能”信号DS1DS4控制。由于四个锁存器的轮换输出也是受“使能”信号DS1DS4控制。所以四个数码管轮流通电显示。由于轮流显示频率较高，故显示的数字不呈闪烁现象。 2米字管、符号管显示器 米字管和符号管的结构原理相机，所以其驱动方式也基本相同，只是译码电路的译码过程与七段译码器不同。 米字管可以显示包括英文字母在内的多种符号。符号管主要是用来显示+、-或号等。 3LED点阵式显示器 LED点阵式显示器与由单个发光二极管连成的显示器相比，具有焊点少、连线少，所有亮点在同平面、亮度均匀、外形美观等优点。 点阵管根据其内部LED尺寸的大小、数量的多少及发光强度、颜色等可分为多种规格。 LED点阵管可以代替数码管、符号管和米字管。不仅可以显示数字，也可显示所有西文字母和符号。如果将多块组合，可以构成大屏幕显示屏，用于汉字、图形、图表等等的显示。被广泛用于机场、车站、码头、银行及许多公共场所的指示、说明、广告等场合.led显示屏的基本概念 1 LED 发光材料 LED 发光管（或称单灯）： 发光二极管的简称（Light Emetting Diode）。在某些半导体材料的PN 结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN 结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。由于LED 工作电压低（仅1.5V -3V），能主动发光且有一定亮度，亮度又能用电压（或电流）调节，本身又耐冲击、抗振动、寿命长（10 万小时），所以在大型的显示设备中，目前尚无其他的显示方式与LED 显示方式匹敌 LED 模块：由若干晶片构成发光矩阵,用环氧树脂封装于塑料壳内，常用的为8X8 点阵模块。 LED 集束管：为提高亮度, 增加视距，将两只以上至数十只LED 集成封装成一只集束管，作为一个像素。这种LED 集束管主要用于制作间距较大的户外屏，又称为像素筒。目前国内应用较少。 贴片式LED 发光灯（或称SMD LED）：就是LED 发光灯的贴焊形式的封装，可用于户内全彩色显示屏，可实现单点维护，有效克服马赛克现象。2 LED 显示屏 LED 屏体：将LED 模块或集束管按照实际需要大小拼装排列成矩阵，配以专用显示电路，直流稳压电源，软件，框架及外装饰等，即构成一台LED 显示屏。 屏体分辨率：LED 显示屏横向像素点数乘以纵向像素点数，即为屏体分辨率。 单元板：是显示屏的主体组成单元，由发光材料及驱动电路构成。室内屏通常由单元板构成。 模组：户外显示屏的最小显示单元。由若干个发光二极管按照一定的排列顺序，通过焊接、灌胶等工艺封装在固定的模壳里，便成为一个模组。 单元箱体：是显示屏的主体组成单元，由单元板按一定次序组成。户外屏通常由单元箱体构成。3 像素象素（PIXEL）：是画面上可以被独立控制的最小单元，PIXEL是picture element的缩写，在三基色显示屏上，象素由三部分组成：红，绿，篮，每一部分由一个或几个LED组成，理论上，分别调节红，绿，蓝的亮度，可以表现出任意颜色。 像素：LED 显示屏中的每一个可被单独控制的发光单元称为像素。 像素直径：像素直径是指每一LED 发光像素点的直径，单位为毫米。 像素间距：LED 显示屏的俩俩像素间的中心距离称为像素间距，又叫点间距。点间距越密，在单位面积内像素密度就越高，分辨率亦高，成本也高。像素直径越小，点间距就越小。4 基色 单基色：每一个像素有一个LED 管芯，可以为红光管芯，可以为绿光管芯，也可以为蓝光管芯。由于蓝光管芯较贵，故单基色使用蓝光管芯较少。 双基色：每一个像素有两个LED 管芯：一为红光管芯，一为绿光管芯。红光管芯亮时该像素为红色，绿光管芯亮时该像素为绿色，红绿两管芯同时亮时则该像素为黄色。其中红，绿为基色 全彩色：红绿双基色再加上蓝基色，三种基色就构成全彩色。由于蓝色管芯价格逐步下降，以及全彩色较强的表现力，全彩色屏市场需求正处于上升期。5 灰度灰度等级（Grey Levels）也称色彩深度，指不同亮度的数量，红绿蓝有各自的灰度，在全彩色系统中一般是256级灰度，可以产生256X256X25616,777,216种颜色，在PC中称为24位色，在LED显示系统中称为8位系统.灰度（Grey Levels） LED显示屏能表现的色彩数量取决于RGB三色的灰度等级，在标准的全彩显示屏中为256级灰度，对于体育场馆的LED全彩系统，256灰度是不够的，无法准确的恢复还原色彩。 灰度：是指像素发光明暗变化的程度。6 亮度亮度（Brightness）亮度在任何显示设备中都是最重要的参数。亮度的主单位叫烛光（candela），用CD表示，单个LED的亮度通常用millicandelas，MCD，即千分之一CD，把一个平方米的LED亮度加在一起，就得到单位面积亮度，用尼特（NITS）表示，1 NITS1 CD/m2亮度（Brightness）：红绿蓝三色的亮度必须平衡才能准确的还原真实色彩，换句话说，LED的白色必须是白色，而不是粉红色。如果红绿蓝都处于最高亮度，混合出的色彩通常不是白色，为了得到白色（通常称为6500K色温），红绿蓝中须有一个或两个的亮度调低，为了获取正确的白色，必须反复测量调整亮度，这个过程称白平衡。 亮度(Luminance)：在给定方向上， 每单位面积上的发光强度。亮度的公制单位是cd/m2。7 控制技术 扫描频率： 占空比：在一定的显示区域内，同时点亮的行数与整个区域行数的比例。室内屏一般为1/16扫描或1/8 扫描，户外屏一般为静态。 行驱动电路： 列驱动电路：8 可视距离间距（PITCH）相邻象素的中心距离。间距越小，可视距离越短可视距离（Viewing Distance）对于各种显示器件来说，最佳的观察距离应该是人眼无法分辨出象素的最小距离，这个距离大约是点间距的3400倍。电视和电脑的观测距离通常要小于这个要求，但可接受的距离不能小于点间距的1700倍.可视角度（Viewing Angle）当观察者面对LED时可以看到LED的最大亮度，当观察者向左或右移动时，看到的亮度会减小，当亮度减到最大亮度的一半时，此时所处的角度加上向反方向移动得到的角度之和，称水平可视角度，垂直可视角度用同样方式测量。LED的视角厂家会给出参数. 最小视距：对于具有一定形状、亮度、距离的两个光点，无法分辩该两点的位置点到该两点的最小垂直距离，称为最小视距，而该点与两个光点联线的夹角称为最小视角。因此影响最小视距和最小视角的因素有：光点的形状、亮度、距离。 最大视距：对于具有一定亮度、距离的矩形显示画面，无法分辩该矩形显示画面内容的位置点到该矩形画面的最小垂直距离，称为最大视距。因此影响最大视距的因素有：矩形显示画面亮度、距离。 有效视距：大于最小视距，小于最大视距的范围，称为有效视距。全彩视频LED显示屏市场在快速成长，处于求大于供的状态，但相关的技术和标准还很落后，本文试图定义一些标准用词，以防误解。9分辨率分辨率（Resolution）通常用于数字显示设备，表示总的象素数量，一般写成宽X高的形式，如800X600、10刷新率刷新率（Refresh Rate）显示屏画面更新的速率，通常用赫兹表示（Hz）。与帧频是不同的帧频（Frame Rate）显示屏每秒显示的图像帧的数量，通常取决于输入的信号(25 fps for PAL, 30 fps for NTSC)场频（Field）PAL和NTSC的一半帧，因为PAL和NTSC是隔行扫描，每次刷新只显示半帧图像。纯绿（Pure green）和真绿（true green）过去30年，各种颜色LED被相继开发出来，首先是红色，黄色，黄绿色，蓝色LED和纯绿LED在90年代相继被日亚工程师发明.至此,制造LED全彩色显示屏成为可能.播放视频的LED显示屏必须用纯绿，如果用黄绿来做，颜色肯定不真实，如果一个象素里绿管的数量很多，比红管和蓝管的数量多，那肯定是黄绿管，因为黄绿的亮度不够，必须用多个，但黄绿LED价格低廉。该种显示屏俗称伪彩屏。GAMMA矫正（gamma correction）这是一种通过变换函数来减少灰度数量，从而产生一个更接近真实环境的色彩和对比度全彩屏实际表现的颜色受到很多限制，当夜晚时，必须降低屏体亮度，此时能够显示的色彩就会减少，因此，数字RGB显示的色彩肯定少于16M色，为了解决这个问题，需要更高层次的灰度，1Bill色的系统（红绿蓝各1024级色）可以表现更真实的色彩，因为从256级灰度扩大到1024级，极大的丰富了可表现的色彩数目。虚拟象素技术（Virtual Resolution）也称共享象素或动态象素将4倍于物理象素的象素快速的按奇偶列和奇偶行分4次送到物理象素上显示，其效果相当于将间距缩小一半，其成本与传统做法基本相比，基本没增加，但可以做到原来4倍的分辨率。一致性（Uniformity） 整个画面的质量很大程度上取决于LED的一致性。一致性的问题是LED固有的问题，当LED生产时。他们的亮度，视角，还有其它的特性实际上都不统一，这些参数分布在某一范围，制造商工艺控制的越好，这个范围越小，选用优质厂商提供的LED可以减少调试的工作量，人眼对颜色和亮度的敏感度相当高，对于LED之间的差别很容易察觉，特别在高亮的显示系统中，这种差别更大，设计者必须采用各种技术来消除这种差别，增加一致性。色差（Colour Shift）LED显示屏由红绿蓝三色组合来产生各种颜色，但这三种颜色由不同材料做成，视角是有差异的，不同LED的光谱分布都是变化的，这些能被观测的差异称为色差。当偏过一定角度观察LED时，其颜色发生改变,人眼判断真实画面的色彩的能力（比如电影画面）比观测计算机产生的画面要好。背景资料几十年前大型的电子显示屏是用灯泡或照明灯构成，发展到后来的显像管（CRT），主要用在运动场所转播比赛，如今最先进的电子显示屏是LED显示屏。其它一些显示技术，如LCD，机电结构类的显示屏和灯泡显示在某些特定的场合还有一定的用途，但LED显示屏被证明是最可靠，高效，节能，明亮，在技术上也最方便实现.LED发光技术的原理是某些半导体材料在通以电流的情况下会发出特定波长的光，这种电到光的转换效率非常高，对所用材料进行不同的化学处理，就可以得到各种亮度和视角的LEDLED全彩显示屏配光解决方案中国大陆的LED显示屏产业最早起步于1987年前后，经过十来年的共同发展，现已初具规模。目前，LED显示屏的生产厂家越来越多，其中不乏一些优秀的企业，他们共同繁荣了这个新兴的高科技产业。二十一世纪是个平板显示的时代，LED显示屏作为平板显示的主流产品之一，也必将会有更大的前景。LED显示屏是一种由计算机技术、信息处理技术、电子技术、光学及色度学等高新技术相结合的电子显示器，一般地说，LED显示屏又分为单色屏，双色屏及全彩屏。所谓单色屏，顾名思义，显示器是由单一的某种颜色的LED组成。把红色和绿色LED作为一个像素的显示屏叫双色屏或彩色屏。把红、绿、兰三种LED放在一起作为一个像素的显示屏叫三色屏或全彩屏。伴随绿色晶片亮度不断地提升，全彩屏正以一种前所未有的速度在普及和推广。特别是北京申奥的成功，它提出“绿色奥运”的号召，使得LED全彩屏的市场前景更为诱人。LED全彩屏又分为室内屏（Indoor）和户外屏（Outdoor），我们先介绍几个全彩屏的常用术语。点(Pixel)：像素点的简称，一般由R/G/B三种颜色的LED组成。按组成的方式不同，又分为1R/1G/1B、2R/1G/1B、2R/2G/1B等不同的组合方式，它是全彩屏的基本成像单位。点间距（Pitch）：显示屏各像素的中心点之间的距离，一般用mm表示,它决定了一个全彩屏的像素数量。灰度等级(Gray Scale)：显示屏亮度调节的精细度就叫做显示屏的灰度等级,一般地说,灰度等级越高,显示颜色就越丰富。LED改变颜色的驱动方式一般有两种，一种是改变LED的电流。一般来说，LED 的工作电流最好设定在20mA以下，以保证LED的抗衰减性。另外一种是利用人眼的视觉惰性，用脉冲调制来实现灰度控制。人对像素平均亮度的感觉可取决于它的衰/灭（占空比），即周期性地改变占空比，只要这个周期足够短，人眼就感觉不出它的衰/灭。一般地说，室内屏的点间距（Pitch）为2-12mm，其中2-8mm的室内屏一般使用TOP型的贴片方式或现在发展起来的亚表贴方式。户外屏的点间距（Pitch）为14-26mm，以现在绿色LED亮度水平，Pitch为20mm的显示屏是其中最主流的产品。国内的显示屏制造商，经过这十几年的发展，进步非常快，但和欧美日等发达国家相比，还是有一定的差距，特别是其中最主要的显示器件LED的封装工艺及设计水平，还是有很多不足之处。深圳雷曼光电科技有限公司作为中国光学光电子行业协会LED显示屏分会的成员之一，长期专注于显示屏用LED的配光研究，公司汇集了一批长期致力于LED研究的精英，投入大量设备及人力对国外领先同行的产品进行深入研究，并结合自身的特点，总结出一套LED配光、配色的解决方法，现与大家分享，以共同提高各LED封装厂的工艺和配光水平，为中国LED全彩显示屏的技术提升尽一份自己的责任。LED配光方法是一整套技术，它包括投产晶片的K-factor管理、封装工艺的控制、白平衡的调配及LED Lens的光学设计等等。现分别陈述如下：一、 晶片的K-factor管理雷曼光电对每一批量产产品的晶片都进行了严格地控制。我们为每一产品都建立了自己的档案，从这份档案中我们可以清楚知道某一生产令的投产晶片资料，而且会把所有的分级数据存档分析，这样我们就有了公司所有产品的K-factor明细，从而也从源头开始就把产品列入控制，我们就能根据客户的具体需求，精确地计算出我们所需要晶片的规格。特别是生产全彩显示屏用的产品，我们对晶片的控制特别严格，不仅仅是达到客户的亮度要求就够了，我们要站在客户的角度上，实实在在地为他们解决白平衡调节中所遇到的困难，除了要达到客户的波长要求和亮度要求外，以下两点细节要特别引起注意，一是成品的亮度要成正态分布，不能出现亮度不连续的现象，对波长的要求也一样，而且要特别注意晶片投料时一定要把所投晶片的波长平均值明细以及每板晶片的数量列出，要在电脑上进行分析，也可以作一个直方图，以明确晶片的波长分布是否成正态分布。如果以上细节不注意，显示屏制造商在调白平衡时，由于LED的亮度和波长不成正态分布，调整起来就特别不容易。二、 封装工艺的控制：全彩显示屏用LED的封装工艺有自己的特点。我们首先要做的是控制原物料，因为户外全彩屏的使用环境恶劣，不是长期在高温下工作就是长期在低温下工作，而且长期受雨水的腐蚀，如LED的信赖度不是很好，很容易出现瞎点的现象，所以我们很注意对原物料品质的控制。公司有一整套物料检查的先进设备，可以帮助我们严格地控制原物料。我们全彩屏LED产品上，都是使用具有高导热、导电性能的优质铜支架，这样可以大大地降低LED的热阻。另外，我们对支架的镀层也作了特别规定，以保证我们的品质需求。为了提高成品的亮度，我们还对支架碗杯作了亚光处理。在环氧树脂的选择上，我们针对显示屏的工作特点，特别选用了能够抗UV的高Tg胶水。在烘烤工艺上，我们使用的是缓冷缓热的烘烤工艺，这种烘烤工艺经我们大量的实验，可以提高胶水的Tg点，而且最为关键的是它可以有效地降低胶水的内应力，这就大大地提高了产品的信赖性。三、 白平衡设计我们根据客户的需求，总结出一套自己的计算方式。客户只要将你所需要的亮度和显示屏的点间距告诉我们，我们就可以全方位地为客户服务，为客户的显示屏作一个完美的配光方案。为方便下面的介绍，我先介绍几个术语及定义。白平衡：将三种颜色调配到一种设想的白色的过程。调配可分两个内容：颜色和亮度。1：设定固定条件：温度、电压、选用电源线。2： 设定颜色目标及范围（公差），一般是指目标颜色的X，Y值。3：进行白色亮度调节。混合色的总亮度等于组成混合色的各种颜色的亮度总合称为亮度相加定律。颜色外观相同的光，不管它们的光谱成份是否一样，在颜色混合中具有相同的效果，就是说，凡是在视觉上相同的颜色都是等效的，由此定律可导出颜色的代替律。颜色匹配方程：若以（C）代表被匹配颜色的单位，（R）（G）（B）代表产生混合色的红、绿、蓝三原色的单位，R、G、B、C分别代表红、绿、蓝和被匹配颜色的数量，当达到匹配时：C（C）R（R）G（G）B（B）表示视觉上相等，R、G、B为代表量，可以为负值。 我们先介绍一个重心定律给大家，图中B为颜色1，G为颜色2，R为颜色3，C为G+R的混合色，W为B+C的混合色，这其实就是一个白平衡的示意图，我们可以把C作为绿色和红色的混合色，从图中可以看出，它大约位于黄色的区域，C再和蓝色混合，它可以通过我们的白色区间，是可以混出白光的。其中B=X1+Y1+Z1 C=X2+Y2+Z2X1、Y1、Z1；X2、Y2、Z2为蓝光和混合色C的三刺激值。重心定律就是：CM/BM=B/C=（X1+Y1+Z1）/（X2+Y2+Z2）也就是CM的距离与C成反比，即混合色中C所占的比重越大，CM的距离越短，这就和白灯制作时大家的经验一样，荧光粉的量越多，光色越偏黄（即CM越短）。下面给大家介绍我们的计算方法： 1. 首先要将面光源转为点光源，得出W点的亮度值，我们知道面光源的单位是Nit，即cd/m2，而我们LED的亮度是mcd，我们注意将单位转mcd。用显示屏的总亮度除以每平方米的点数即可。 2. 寻找R、G两种颜色配色后的座标（已知R、G、B、W四点座标计算BW直线的延长线的交点可得出C点座标）。 3. 根据重心定律可计算出C点的IV值（已知W点的IV值）。 4. 根据补色原理，可以得出B、G、R的IV值。 5. 根据所需的IV值计算所需用的电流值（前提是已知20mA的IV值，且近似认为IV与电流成正比）。说明：1. 该方法可计算R/G/B各需要的LED数。2. 可近似的计算在使用过程中R/G/B所需要的电流值，这里的电流只能是近似值，有以下原因：IV与电流不一定完全成正比关系。所知道的LED的IV、WD为一平均值。故在调白平衡时，还要根据实际情况，略作调整，不能完全照此数值来进行调节。也许你认为上述方法过于专业和繁琐，那我们还有一种比较简便的方法供你参考，为解说方便，我们以举例的方式来介绍。我们知道，混合一种白光的R/G/B大致比例为3：6：1，我们根据这个知识就很方便地计算出每种颜色LED所需的亮度值。比如有一客户需要一块Pitch为16mm，亮度为5000Nit的户外全彩屏，那么我们应该怎样来计算我们的LED每种颜色到底需要多高亮度。1. 先计算每一平方米的Pixel数量=1 m2/（16mm X16mm X10-6）=3906 pcs/m22. 每一Pixel的亮度=5000Nit/3906 pcs/m2=1.28cd/m23. 如果像素组成方式为1：1：1时，则可按以下方法计算Red=1.28 X 30% X 1000=384mcdGreen=1.28 X 60% X 1000=768mcdBlue=1.28 X 10% X 1000=128mcd，这样我们很快就知道了答案，很方便是吗？但以上计算方法只能很粗略地计算，而且有一点要特别注意，由于LED装上屏后，要封上一层黑胶，这会降低LED的亮度，再加上各种不同的LED在老化后都有不同程度的衰减，根据我们多年的经验，为使显示屏达到在阳光下图像清晰所必需的5000Nit，最好将设计值提高30%，即为6500Nit比较安全。四、 Lens的光学设计LED是一个十分精密的光学系统，碗杯、晶片和Lens的搭配要十分得当才是一个好的光学设计。一般地说，我们原来大部份封装厂都没有很重视这一点，这也是我们的显示屏技术赶不上欧美等发达国家的一个很重要的原因。我们经过大量的分析，发现红色晶片和双垫极的绿、蓝色晶片，在晶片的材质、各结构层的厚薄、折射率以及它们裸晶光斑都有很大的差异，且它们的物理尺寸也相差太大，要想使R/G/B三种颜色的LED亮度变化在左右各90度的范围内保持高度一致，须使用不同的光学Lens。雷曼光电公司投入力量研制出了两幅光学Lens（模条），一幅为红色晶片专用，另一幅为绿、蓝色专用。这样我们就成功地解决了这个多年的难题。下面我们将雷曼光电LED的R/G/B三色配光图与市面常见LED的R/G/B三色配光图作一比较，以便大家更明确。 上两幅图是使用雷曼光电自行研制光学透镜的LED产品的配光效果，分别为水平和垂直方向的亮度、角度变化曲线。下两幅图是目前市面常见LED产品的配光效果。从图中可以看出，市面LED产品在50度角度左右可能会偏红，要调整到比较理想的效果比较困难。雷曼光电自行研制的产品考虑到了客户的这种需求，在左右90度范围内的红绿蓝三种颜色的配光曲线平滑，一致性好，达到理想水平，这就为显示屏的白平衡调节提供了强有力的支持。以上是雷曼光电在LED封装及配光、配色方面的一些经验，借此机会与大家分享。愿我们与各LED显示屏企业共同齐心协力，为提高我国LED显示屏的整体技术水平而共同努力。控制LED亮度的方法有两种控制LED亮度的方法。一种是改变流过LED的电流，一般LED管允许连续工作电流在20毫安左右，除了红色LED有饱和现象外，其他LED亮度基本上与流过的电流成比例；另一种方法是利用人眼的视觉惰性，用脉宽调制方法来实现灰度控制，也就是周期性改变光脉冲宽度（即占空比），只要这个重复点亮的周期足够短（即刷新频率足够高），人眼是感觉不到发光象素在抖动。由于脉宽调制更适合于数字控制，所以在普遍采用微机来提供LED显示内容的今天，几乎所有的LED屏都是采用脉宽调制来控制灰度等级的。LED的控制系统通常由主控箱、扫描板和显控装置三大部分组成。主控箱从计算机的显示卡中获取一屏象素的各色亮度数据，然后重新分配给若干块扫描板，每块扫描板负责控制LED屏上的若干行（列），而每一行（列）上LED的显控信号则用串行的方式传送。目前有两种串行传送显示控制信号的方式：一种是扫描板上集中控制各象素点灰度，扫描板将来自控制箱的各行象素的亮度值进行分解（即脉宽调制），然后将各行LED的开通信号以脉冲形式（点亮为1，不亮为0）按行用串行方式传输到相应的LED上，控制其是否点亮。这种方式使用器件较少，但串行传输的数据量较大，因为在一个重复点亮的周期内，每个象素在16级灰度下需要16个脉冲，在256级灰度下需要256个脉冲，由于器件工作频率限制，一般只能使LED屏做到16级灰度。另一种方法是扫描板串行传输的内容不是每个LED的开关信号而是一个8位二进制的亮度值。每个LED都有一个自己的脉宽调制器来控制点亮时间。这样，在一个重复点亮的周期内，每个象素点在16级灰度下只需要4个脉冲，256级灰度下只需8个脉冲，大大降低了串行传输频率。用这种分散控制LED灰度的方法可以很方便地实现256级灰度控制。全彩LED装饰照明系统及应用 全彩LED装饰照明系统是我们为推动我国装饰照明产业的进步与发展而提出的一个全新的概念。本文主要讨论可应用于室内外装饰照明及大型广告系统的全彩LED装饰照明光源及控制系统的构架、实现的方法及各组件的标准化问题，旨在探讨建立标准化的全彩LED装饰照明光源及控制系统的可能性。一、引言近几年来，随着新材料、新工艺的不断发现和应用，发光二极管的发光强度有了很大的提高，发光效率也超过了白炽灯，随着LED亮度的不断提高，特别是超高亮度的LED的出现，使得其应用领域得到进一步的拓宽，从传统的用作仪表信号指示，发展到广泛应用于交通信号灯、汽车灯、室内外装饰照明、手机背光源、显示屏等领域，并正向通用照明领域深入。作为半导体照明领域的一部分，城市景观照明及室内外装饰照明的霓虹灯具必将逐步被具有节能、环保、寿命长、可靠性高及可实现全彩变化的LED灯具所取代。目前，在装饰照明领域中用LED制作的各类灯具由正被逐步推广，预计在不久的将来会单独形成一种产业。二、全彩LED装饰照明系统构架一个大型的广场、舞台、标志性建筑物或大型室内全彩LED装饰照明系统一般是由一台微型计算机集中控制，通过微型计算机将控制信号传递给多个全彩LED装饰照明标准子系统（一个标准子系统由单片机控制/驱动模块及多只全彩LED灯具组成），通过子系统单片机的控制/驱动模块驱动各组LED灯具。通过在微型计算机上用软件进行不同的设定，就可以使整个装饰照明系统达到所预期的灯光效果或显示不同的文字或图案。1、标准子系统的结构一个标准的全彩LED装饰照明子系统的构架如图1中虚线框所示。它是由标准的控制/驱动模块与其所驱动的多只可实现全彩变化的LED灯具组成，其既可单独作为一个小型的装饰照明系统，用于小型的装饰照明场所，也可用多个标准子系统组合并通过中央控制器的控制，组成适用于不同场所、显示预期图形或文字并可实现全彩变化的大型装饰照明光源系统。由此可见，它主要由以下几部分组成：（1）CPU控制模块主要由CPU微处理器、与上位机的标准通信接口、与显示驱动模块的标准通信接口及环境光强检测模块组成一个标准的控制模块硬件结构，通过编制不同的软件，即可用于不同的场所。CPU微处理器：可采用51系列单片机作微控制器，微控制器既可通过标准通信接口与上位机相连，接收并处理上位机所发送的控制信号与数据，也可利用本微控制器内所贮存的控制程序与数据，通过数据输出线向LED灯具驱动模块发送控制信号及数据。环境光强检测模块：该模块主要将检测到的环境光强的数据传输给微控制器，微控制根据环境光强的不同，自动调节灯具的发光强度。与上位机（微型计算机）及与显示驱动模块的接口：可采用标准的RS232、RS422AK或RS485通信接口。（2）显示驱动模块显示驱动模块组是由多只结构相同的标准LED全彩灯具驱动模块组成，每一个标准驱动模块驱动一只全彩LED灯具。根据子系统不同的使用场合所需LED灯具的数量来确定所需的驱动模块的数量。每一个标准驱动模块通过标准接口接收微控制器所发送的控制信号及R/G/B色彩变化信号，经处理后通过标准接口（可做成标准的四芯接口，包括三根G/G/B驱动线及一根公共电源线）驱动全彩LED灯具显示设定的状态和颜色。（3）AC/DC电源转换模块主要为整个控制子系统提供工作电源及为驱动多只全彩LED灯具提供工作电源。该模块可以像开关电源一样做成不同功率大小的标准模块。该模块需有较高的电源转换效率，以确保达到较好的节能效果。（4）由R/G/B三基色LED组成的可实现全彩变化的LED灯具。每一只全彩LED灯具通过标准接口及连接线与驱动模块相连。LED灯具由若干组发光单元构成，每个发光单元包含有一只红色LED、一绿色LED、一只蓝色LED，通过对发光单元合理进行排布，就可实现全彩变化。根据不同的使用场合，可选择不同数量及不同结构的L