第7讲点阵显示功能部件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,计算机图形显示技术,2,点阵显示功能部件,LED,显示器件,LED,发光器件,LED,电路原理,LED,点阵显示器件结构,LED,图形显示原理,静态点阵图形显示原理,动态点阵图形显示原理,灰度图形显示原理,LED,控制与驱动电路,3,LED,显示器件,LED,的特性：,LED,（,light emitting diode,），即发光二极管,1,极限参数的意义,（,1,）允许功耗,:,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：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。,4,LED,显示器件,LED,的特性：,1,极限参数的意义,（,3,）最大反向电压：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,:,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。,5,LED,显示器件,LED,的特性：,2,电参数的意义,（,1,）光谱分布和峰值波长：某一发光二极管所发之光并非单一波长，该发光管所发之光中某一波长的光强最大，该波长为峰值波长。,（,2,）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。,6,LED,显示器件,LED,的特性：,2,电参数的意义,（,3,）光谱半宽度,:,它表示发光管的光谱纯度 ，是指,1/2,峰值光强所对应两波长之间隔。,（,4,）半值角和视角：,半值角：对于,LED,光源来说，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。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。 半值角的,2,倍为视角（或称半功率角）。,7,LED,显示器件,LED,的特性：,2,电参数的意义,（,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。,（,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,1.4,3V,。在外界温度升高时，,VF,将下降。,8,LED,显示器件,LED,的特性：,2,电参数的意义,（,7,）,V-I,特性：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。,正向的发光管反向漏电流,IR10A,以下。,9,LED,显示器件,LED,（发光二极管）分类,按,结构,可分为：,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,。,按,制作材料,可分为：,GaAs,、,GaAsP,、,AlGaInP,、,GaP,等,按,形状,分：,字段式、点式、光柱式、点阵式,10,点式,LED,字段式,LED,点阵式,LED,光柱式,LED,LED,的类型,11,LED,显示器件,LED,（发光二极管）分类,按,发光强度和工作电流,可分为：,普通亮度,LED,（发光强度,100mcd,）,12,LED,显示器件,LED,分类,按发光二极管的,颜色,可分为：,单色,：红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿,）、蓝色、黄色。其中红、橙、黄、绿为传统色，蓝为新开发的品种。,彩色,：由于三基色红、绿、蓝的存在，根据不同的比例它们可以混合成自然界中所有色彩。有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片，从而呈现彩色。,13,LED,显示器件,LED,分类,按发光管发光,颜色,可分为：,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。,散射型发光二极管适合于做指示灯用。,14,LED,显示器件,LED,分类,按,发光管出光面特征,可分为：,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,）。,15,LED,显示器件,LED,分类,按,发光强度角分布图,可分为：,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,5,20,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。,标准型。通常作指示灯用，其半值角为,20,45,。,散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为,45,90,或更大，散射剂的量较大。,16,LED,显示器件,LED,发光原理,发光二极管是由,-,族化合物制成的，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,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。这些电子与价带上的空穴复合，复合时得到的能量以光能的形式释放。,17,LED,显示器件,LED,发光原理,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。,18,LED,显示器件,LED,发光原理,由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近,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禁带宽度,g,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,3.26,1.63eV,之间。比红光波长长的光为红外光。,19,LED,显示器件,LED,发 光 原 理,LED,构 造 图,20,LED,显示器件,LED,电路原理,LED,电极连接方式分有共阳极和共阴极两种,共阳方式是指发光管的阳极（即,P,区）是公共的，而阴极互相隔离,共阴方式是发光管的阴极（即,N,区）是公共的，而阳极是互相隔离的,21,LED,显示器件,LED,电路原理,共,阳,极,共,阴,极,22,LED,显示器件,LED,的应用,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。,（,2,）直流电源、整流电源及交流电源指示电路。,（,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 。,23,LED,显示器件,LED,的应用,（,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。,（,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。,24,LED,显示器件,LED,显示器件分类,（,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,2,3mm,）。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。,25,LED,显示器件,LED,显示器件结构,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。,26,LED,显示器件,LED,显示器件结构,由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。,27,LED,显示器件,LED,点阵显示器件结构,以点阵格式进行显示，显示的字符较逼真。,常用,5,7,点阵,28,LED,显示器件,LED,点阵显示器件结构,LED,点阵显示器有多种现实模式，其中包括：静态显示和动态显示。,静态显示,指人主观观察所显示图文的效果是静止不动的。,动态显示,指人主观观察所显示图文的效果是运动的。按照图文运动的特点又可以分为闪烁、平移、旋转和缩放等。,29,LED,显示器件,LED,点阵显示器件结构,静态显示,LED,点阵显示器也分共阴极和共阳极,共阴极结构是将发光二极管负极接行驱动线,共阳极结构是将发光二极管阳极接行驱动线,30,LED,显示器件,LED,点阵显示器件结构,行共阳,行共阴,31,LED,显示器件,LED,图形显示原理,动态点阵图形显示原理,发光二极管排列成矩阵，由亮与暗来产生字符或图形。每一行的阳极连在一起，每一列的阴极连在一起,行加电,列加数据,行轮流导通,32,LED,显示器件,LED,图形显示原理,灰度图形显示原理,我们常说的图形是指单色或彩色的几何图形组成的画面，它没有灰度级的过渡，显示不出深浅。,在彩色方面也只有给定的几种颜色，没有彩色的过渡，也不能显示出自然界的各种色彩。,灰度级图形显示的画面更生动更逼真。,33,LED,显示器件,LED,图形显示原理,灰度图形显示原理,灰度图形显示也分为静态显示和动态显示。,静态显示在显示数据的准备时间方面要求不严，只要能够反映出画面的灰度级即可。,动态显示除了要求正确显示相应的灰度级外，其图像的更新速度必须满足运动的连续和无闪烁要求。,34,LED,控制与驱动电路,静态显示,特点,:,每位显示器都有自己的锁存器， 译码器（若采用软件译码可省略）和驱动器,优点,:,在每一位显示输出后能够保持显示不变,缺点,:,当显示位数较多时，占用的,I/O,口较多,35,LED,控制与驱动电路,动态显示,特点,:,微机应定时对各个显示器进行扫描， 显示器件分时轮流工作， 每次只是一个器件显示。,优点,:,使用硬件少，占用,I/O,口少。,缺点,:,占用机时长，只要不执行显示程序，就立刻停止显示。,36,LED,控制与驱动电路,LED,驱动电路,静态,只控制数据,与通信,37,LED,控制与驱动电路,LED,驱动电路,动态,采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。,由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序依次对各行进行扫描。,38,LED,控制与驱动电路,LED,驱动电路,动态,根据各列锁存的数据，确定相应的列驱动器，是否将该列与电源的另一端接通。,接通的列就在该行该列点燃相应的,LED,；未接通的列所对应的,LED,熄灭。,当一行的扫描持续时间结束后，下一行又以同样的方法进行显示。全部各行都扫描一遍之后，又从第一行开始下一个周期的扫描。,39,LED,控制与驱动电路,LED,驱动电路,动态,行驱动器一行的行线连到电源的一端，列驱动器一列的列线连到电源的另一端。,当行驱动选中,i,第行，列驱动选中第,j,列，对应的,LED,器件根据列驱动器的数据要求进行显示。,控制电路负责有序地选通各行，在选通每一行之前还要把该行各列的数据准备好。一旦该行选通，这一行线上的,LED,发光器件就可以根据列数据进行显示。,40,LED,控制系统,LED,显示屏,LED,电子显示屏是随着计算机及相关的微电子,光电子技术的迅猛发展而形成的一种新型信息显示媒体。,LED,显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的可变面积的平面式显示屏幕，在短短的十多年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。,41,LED,控制系统,LED,显示屏,自,20,世纪,80,年代后期开始，,LED,在国际上得到了广泛的应用。,LED,显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图象显示屏。,全彩色,LED,显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱、霓红灯等产品。,42,LED,控制系统,LED,显示屏,LED,显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由,LED,矩阵块组成。,图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；,视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、,VCD,节目以及现场实况。,43,LED,控制系统,LED,显示屏,LED,显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。,它的优点：亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定。,44,LED,控制系统,单片机控制,LED,图形显示屏控制系统,画面存储器采用多画面结构,CPU,完成通讯和控制功能,行、列选信号的产生受时钟同步控制,图形数据分配电路按照画面存储器与屏体的映射关系产生相应信号，同步的产生相应数据,45,