LED以及LCD显示

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1、LED LCD 半导体发光二极管 LED 固态发光器件 包括注入式半导体场致发光二 极管和半导体激光二极管 通常指前者 用砷化镓 GaAs 单晶 磷砷化镓 GaAs1 xPx 混晶 砷铝化镓 Ga1 xALxAs 混晶等 半导体材料 的特殊半导体二极管 它与普通二 极管具有相似的P N结特性 即正向导通 反 向截止 但是 LED在正向导通时能发光 如 磷砷化镓LED正向电压约 1 6V时 发红色 光 6500 砷化镓LED正向电压约 1 3 时 发红外光 9400 用红外光激发某 些稀土族荧光粉 可发出多种颜色的可见光 LED的主要特点 1 工作电压低 1 2V 能与TTL电路相容 2 单色性

2、较好 可发红 黄 绿等单色光 但发射短波 长的光 如蓝光 较困难 且发光效率更低 3 工作环境温度范围较宽 55 100 4 响应速度快 10 7 10 9s 5 性能稳定 寿命长 超过几十万小时 6 体积小 重量轻 抗振抗冲击 LED适于制成各种小型信号灯 微型光源 光耦合器件 数码管 字符管等小型显示器件或转换器 用LED制 成的全电子式仪表中的电子显示器 以及点阵平面显示 屏得到了广泛的应用 LED的主要特性 伏 安特性 它与普通二极管的特性 很相似 但正向开启点 的电压比硅或锗二极管 要高 当LED导通后正 向压降变化很小就对应 有很大的正向电流变化 因此在电路设计上应 设置限流电阻或

3、其它限 流措施 LED承受反向电压的能 力较低 一般最高反压 为3 4V 少数规格能达 到6 10V 亮度与电流的关系 典型的磷砷化镓LED的亮 度控制特性如图16 6所示 在一定范围内 LED的 正向电流对亮度的控制近 似线性关系 在同样的平 均电流条件下 脉冲供电 方式可获得更高的亮度 因此 在相同的功耗条件 下 对LED采取大幅值 小占空比的电流脉冲驱动 方式更为合适 温度特性 LED的最大正向电流与环境温度t的关系类似于半导体二 极管 手册上给出的正向电流一般都是指t 25 时的数 值 超过25 后 允许的最大电流随t的增加而下降 使用温度高限值有 65 80 和 100 等 低 限温

4、度 65 在相同的正向电流条件下 LED的发光亮度随着t的增 加而下降 两者的关系如图 示 当t从25 升高到80 时 亮度大约下降一半 高温下使用时 采用脉冲 驱动方式 LED的封装 单个LED管芯用合适的管壳封装 可构 成单体灯 常用作信号灯或微型光源 把多个LED组合起来 可构成一位或多 位数码管 字符管等 LED点阵块 5X7 8X8 16X16 LED Light Emitting Diode 数码管 共阳极数码管 共阴极数码管 每个显示字形对应一个二进制数码 称为 段码 字形码或显示码 公共端称为位码 LED八段数码管显示 LED显示原理 LED的显示方法 每个数码管分8个段 显示

5、的数据由一个字节表示 每个 BIT代表其中的一段 1为亮 0为灭 假设由高到低八位由A H表示 位置图如下 H代表小数点 A B C D E F G H 例如 2 代码是DA 8的代码是FE LED八段数码管电路图 显示码转换方法及工作方式 数码与显示码之间要有转换方法 硬件法 使用译码集成电路 软件法 使用查表法得到显示码 静态方式 恒定点亮 动态方式 每个一段时间点亮一次即轮流 点亮 不断扫描 注意 导通电流和点亮时间比例 LED的驱动电路 一般晶体管开关和TTL电路均可直接驱动LED 信号灯 但在电路设计上应串联适当大小的电 阻 避免通过LED的电流过大 有译码驱动器等TTL集成电路 采

6、用它 数码管组成数字显示电路十分方便 液晶显示器 LCD 液晶显示器 LCD Liquid Crystal Display 具有轻 薄短小 低耗电量 无辐射 平面直角显示以及 影像稳定不闪烁等多方面的优势 在便携式 小 型化和低功耗中得到广泛应用 液晶显示器 LCD 的显像原理 是将液晶置于两 片导电玻璃之间 靠两个电极间电场的驱动引起液 晶分子扭曲向列的电场效应 以控制光源透射或 遮蔽功能 在电源关开之间产生明暗而将影像显 示出来 若加上彩色滤光片 则可显示彩色影像 液晶 液晶是于1888年由奥地利植物学者Reinitzer发现 是一种介于固体与液体之间 具有规则性分子排列的 有机化合物 按

7、照分子结构排列的不同分为三种 类似粘土状的近晶型 Smectic 液晶 类似细火柴棒的向列型 Nematic 液晶 类似胆固醇状的胆甾型 Cholestic 液晶 这三种液晶的物理特性都不尽相同 一般最常用的液晶型式 为向列型液晶 分子形状为细长棒形 长宽约 1nm 10nm 在不同电流电场作用下 液晶分子会做规则旋转90度 排列 产生透光度的差别 如此在电源ON OFF下产生明暗的区别 依此原理控制每个像素 便可构成所需图像 液晶 液晶显示原理 在两片玻璃基板上装有配向膜 所以液晶会沿着 沟槽配向 由于玻璃基板配向膜沟槽偏离90度 所以液晶分子成为扭转型 当玻璃基板没有加入 电场时 光线透过

8、偏光板跟着液晶做90度扭转 通过下方偏光板 液晶面板显示白色 如下图左 当玻璃基板加入电场时 液晶分子产生配列 变化 光线通过液晶分子空隙维持原方向 被下 方偏光板遮蔽 光线被吸收无法透出 液晶面板 显示黑色 如图右 液晶显示器便是根据此电 压有无 使面板达到显示效果 液晶显示原理 LCD面板结构和产品种类 LCD的面板厚度不到1cm 十分轻薄短小 它由二十多项材料及元件所构成 不同类 型LCD所需材料不尽相同 基本上LCD结 构如同三明治般 一个液晶盒包括玻璃基 板 彩色滤光片 偏光板 配向膜等材料 当灌入液晶材料 液晶空间不到5 10 6m 后 一个液晶盒就形成了 根据液晶驱动方式分类 可

9、将目前LCD产品分为四大类 扭曲向列 TN Twisted Nematic 型 超扭曲向列 STN Super Twisted Nematic 型 双层超扭曲向列 DSTN Double layer STN 型 薄膜晶体管 TFT Thin Film Transistor LCD液晶显示器主要技术指标 液晶显示器有其显著优点 平面型显示 体积小 重量轻 驱动电压 低 可用大规模集成电路直接驱动 可以在明亮环境下显示 不含有 害射线等 但LCD的响应时间慢 视角范围小 色彩亮度低 其主要 参数如下 A 电光响应特性 B 对比度 C 视角 D 响应时间 人眼的反应时间大约为几十毫秒 故显示图 象的

10、变化对外加信号 电压变化的响应不应低于这个速度 E 功耗 F 温度特性 当温度过高 液晶态会消失 不能显示 而 温度过低时 响应速度会明显变慢 直至结晶 致使液晶 显示器件损坏 使用温度上可分为普通型 常温即 0 50 左右 或宽温型 10 60 左右 显示方式 段形显示 点阵显示 字符显示 图像显示等 显示与连接方式 液晶显示屏是与驱动电路的连接方式如下 A 斑马条连接 用一种导电胶条 胶条的一侧与液晶显示 屏的电极边 液晶屏的显示内容由外界驱动的接口边 的 连接 另一侧与驱动电路的主板连接 多组装成模块 因 斑马条要通过组装后 方可稳定压挤在液晶屏的电极边 后使用 常用于仪器仪表上 显示内

11、容较多 体积较大 B 插脚连接 给液晶屏的每个电极压接一根金属插脚 然 后在需要时可直接将金属插脚插在设定的连接主板上 连 接方便稳固 被较广泛使用 显示内容受到插脚数量的限 制 插脚成本较高 C 热压斑马纸连接 用一块与液晶显示器的电极宽度 个 数相同的导电纸 通过热压将斑马纸的一边压接在液晶屏 的电极边上 另一边压接在驱动主板上 连接较方便 多 用于小型仪器 仪表 如游戏机 电话机 BP机 计算 器 电子辞典等 液晶显示模块与客户主板的连接方式 除上述连接方式外 还可以COG TAB方式连接 A COG chip on glass 即将芯片压在液晶屏 上 整个模块体积小 多用于手机 PDA

12、电子词 典等较高档次的产品上 B TAB tape auto bonding 即将芯片邦定在 柔性线路板上 然后将柔性线路板以某种方式压 接在液晶屏上 实现连接 与COG相比 COG可 实现更高的精度 但TAB更加轻巧些 四位液晶显示迭加驱动接线图 6500型 四位静态液晶显示电路 6500型 静态液晶显示器 背极 4047 震荡电路 提供方波 4056 七段译码 驱动 BCD码 4514 4 16译码器 4054 四位液晶显示驱动 小数点驱动 液晶显示面板 SED1278 EA D16015AR点阵式显示模块的内部结构图 E R W DB0 DB7 指令寄存器状态寄存器显示寄存器字符产生寄存器 控制逻辑数据寄存器行驱动器列驱动器 振 荡 器 SED1278专用集成块的内部结构 E RS R W D0 D7 1640 点阵式液晶显示面板 SED1278列驱动器1列驱动器2 列驱动器3列驱动器4 40 4020 20 4040 16 16 4 44 4 EA D20040AR的内部结构 电平变换