目 录 – 1. 绪论 – 2. 阴极射线管(CRT)显示技术 – 3. 液晶显示器件 – 4. 发光二极管(LED)显示技术 – 5. 等离子显示器件 – 6. 激光显示技术 – 7. 新型光电显示技术 – 8. 大屏幕显示技术 光 电 显 示 技 术 第4章 发光二极管(LED)显示技术 • 4.1 发光二极管基本知识 • 4.2 发光二极管显示器件 • 4.3 有机发光二极管（OLED）显示技术 • 习题四 现 代 显 示 技 术 • 4.1 发光二极管基本知识 4.1.1 半导体光源的物理基础 LED（Light Emitting Diode）发光二极管， 是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光 LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个 支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个 晶片被环氧树脂封装起来半导体晶片由两部分组成， 一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一 端是N型半导体，电子占主导地位但这两种半导体连 接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结当电流通 过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区， 在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出 能量，这就是LED发光的原理。
而光的波长也就是光的 颜色，是由形成P-N结的材料决定的 第4章 发光二极管(LED)显示技术 图4.1 半导体光源的物理基础 光 电 显 示 技 术 图4.2 半导体LED的构造图 • 晶片的发光颜色取决于波长，常见可见光的分类大 致为：暗红色（700nm）、深红色（640-660nm ）、桔红色（615-635nm）、琥珀色（600-610nm ）、黄色（580---595nm）、黄绿色（565-575nm ）、纯绿色（500-540nm）、蓝色（435-490nm）、 紫色(380-430nm)白光和粉红光是一种光的混合效 果最常见的是由蓝光+黄色荧光粉和蓝光+红色荧 光粉混合而成 • 晶片的作用：晶片是Lamp的主要组成物料，是发 光的半导体材料 • 晶片的组成：晶片是采用磷化镓（GaP）、镓铝砷 （GaAlAs）或砷化镓（GaAs）、氮化镓GaN）等材 料组成，其内部结构具有单向导电性 第4章 发光二极管(LED)显示技术 • 品质优良的LED要求向外辐射的光能量大，向外 发出的光尽可能多，即外部效率要高事实上， LED向外发光仅是内部发光的一部分，总的发光效 率应为，式中向为p、n结区少子注入效率，为在势 垒区少子与多子复合效率，为外部出光（光取出效 率）效率。
• 由于LED材料折射率很高当芯片发出光 在晶体材料与空气界面时（无环氧封装）若垂直入 射，被空气反射，反射率为 ，反射出的占32%，鉴于晶体本身对光有相当一部 分的吸收，于是大大降低了外部出光效率 第4章 发光二极管(LED)显示技术 • 为了进一步提高外部出光效率可采取以下 措施： ① 用折射率较高的透明材料（环氧 树脂n=1.55并不理想）覆盖在芯片表面； ② 把芯片晶体表面加工成半球形 第4章 发光二极管(LED)显示技术 4.1.2 发光二极管的结构 发光二极管是指当在其整流方向施加电 压（称为顺方向）时，有电流注入，电子与空穴符 合，其一部分能量变换为光并发射的二极管这种 LED由半导体制成，属于固体元件，工作状态稳 定、可靠性高，其连续通电时间（寿命）可达105h 以上 LED的发光来源于电子与空穴发生复合时 放出的能量作为LED用材料，一是要求电子与空 穴的输运效率要高；二是要求电子与空穴复合时放 出的能量应与所需要的发光波长相对应，一般多采 用化合物半导体单晶材料。
第4章 发光二极管(LED)显示技术 4.1.3 发光二极管的驱动 驱动电路是LED(发光二极管)产品的重要 组成部分，其技术成熟度正随着LED市场的扩张而 逐步增强无论在照明、背光源还是显示板领域， 驱动电路技术架构的选择都应与具体的应用相匹 配 作为LCD（液晶显示器）的背光源，LED 在便携产品中的地位不可动摇，即便是在大尺寸 LCD的背光源当中，LED也开始挑战CCFL(冷阴极荧光 灯)的主流地位；而在照明领域，LED作为半导体照 明最关键的部件，更是因为它节能、环保、长寿 命、免维护等优点而受到市场的追捧 第4章 发光二极管(LED)显示技术 直流驱动是最简单的驱动方式当前很多厂家 生产的LED灯类产品都采用这种驱动方式，即采用 阻、容降压，然后加上一个稳压二极管，向LED供 电，如图4.3（a）所示 由于LED器件的正向特性比较陡，以及器 件的分散性，使得在电压和限流电阻相同的情况下 ，各器件的正向电流并不相同，从而引起发光强度 的差异以白光LED为例，白光LED需要大约3.6 V的 供电电压才能实现合适的亮度控制。
第4章 发光二极管(LED)显示技术 大多数便携式电子产品都采用锂离子电池 作电源，它们在充满电之后约为4.2 V，安全 放完电后约为2.8 V，显然白光LED不能由电池 直接驱动如果能够对LED的正向电流直接进 行恒流驱动的话，只要恒流值相同，各LED的 发光强度就比较相近考虑到晶体管的输出 特性具有恒流的性质，所以可以用晶体管来 驱动LED，如图4.3（b）所示 第4章 发光二极管(LED)显示技术 此外，利用人眼的视觉暂留特性，采用反复通 断电的方式使LED器件点燃的方法就是脉冲驱动法 ，如图4.3（c）所示 脉宽调制 （Pulse-Width Modulation， PWM）技术是一种传统的调光方式，它利用简单的 数字脉冲，反复开关LED驱动器，系统只需要提供 宽窄不同的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出 电流，从而调节LED的亮度该技术的优点在于： 能够提供高质量的白光、应用简单、效率高但有 一个致命的缺点是容易产生电磁干扰，有时甚至会 产生人耳能听见的噪声 第4章 发光二极管(LED)显示技术 光 电 显 示 技 术 图4.3 LED的3种不同驱动方式 4.1.4 发光二极管的特点及应用 1. LED的主要特点： (1)LED为非相干光，光谱较宽，发散角大； (2) LED的发光颜色非常丰富； 红色： GaP:ZnO或GaAaP 材料 橙色、黄色 ： GaAaP 材料 蓝色： GaN 材料 通过红、绿、蓝三原色的组合，可以实现全色 化。
(3) LED的辉度高，即使在日光下，也能视认； (4) LED的单元体积小； (5) 寿命长，基本上不需要维修 第4章 发光二极管(LED)显示技术 LED的其他特点： • 机械强度大，耐振动和耐冲击能力 ； • 使用低压电源，供电电压在6-24V之间 ，特别适用于公 共场所 ； • 功耗低，易于实现低压驱动 ； • 体积小，重量轻，适用性强 ； • 寿命长达10万小时，响应时间为纳秒级 ； • 无有害金属汞 ，对环境无污染 ； • 改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方 法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色 发光； • LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就 可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由 300~500只二极管构成 第4章 发光二极管(LED)显示技术 2. LED的主要应用: LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来 的新型信息显示媒体，早期开发的为普通型LED， 是中、低亮度的红、橙、黄、绿LED已获广泛使 用近期开发的为新型LED，是指蓝光LED和高亮 度、超高亮度LED。
它利用发光二极管构成的点阵 模块或像素单元组成在面积显示屏幕，使用寿命 长、环境适应能力强、价格性能比高、使用成本低 等特点，在短短的十来年中，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 第4章 发光二极管(LED)显示技术 指示灯：LED正在成为指示灯的主要光源 数字显示用显示器：点矩阵型和字段型两 种方式 平面显示器：可进行电视画面显示 光源：电视机、空调等的遥控器的光源干 涉仪的光源 低速率、短距离光纤通信系 统的光源 第4章 发光二极管(LED)显示技术 • 4.2 发光二极管显示器件 4.2.1 LED显示器件的显示原理 LED显示屏是通过一定的控制方式，用于 显示文字、文本、图像、图形和行情等各种信息以 及电视、录像信号并由LED器件阵列组成的显示屏 幕 LED显示屏按使用环境分为室内屏和室外 屏，室内屏基本发光点按采用的LED单点直径有Ф3 、Ф3.75、Ф5、Ф8和Ф10等几种规格，室外屏按采 用的像素直径有Ф19、Ф22、Ф26等规格 第4章 发光二极管(LED)显示技术 LED显示屏按显色分为单基色屏（含伪色彩屏， 几在不通的区域安装不同颜色）屏；按灰度级又可 分为16、32、64、128、256级灰度屏等。
LED显示 屏按显示性能分为文本屏、图文屏、计算机视频 屏、电视视频LED显示屏和行情LED显示屏等，行情 LED显示屏一般包括证券、利率、期货等用途的LED 显示屏 第4章 发光二极管(LED)显示技术 图4.3 LED显示系统原理图 典型的LED显示系统一般由信号控制系统、扫描和 驱动电路以及LED阵列组成,如图4.3所示 信号控制系 统可以是嵌入式LED 显示屏的单片机系统、独立的微机 系统、传呼接收与控制系统等其任务是生成或接收 LED显示所需要的数字信号，并控制整个LED显示系统 的各个不同部件按一定的分工和时序协调工作 第4章 发光二极管(LED)显示技术 行扫描电路主要由译码器组成，用于循环选 通LED阵列行列驱动电路多分为三级管阵列， 给LED提供大电流移位寄存器/锁存器由传入并 出寄存器和锁存器（或带所存功能的移位寄存器 ）构成待显示数据就绪后，控制系统首先将第 一行数据打入移位寄存器并锁存，然后由行扫描 电路选通LED阵列的第一行，持续一定时间后， 在用同样方法显示后续行，直至完成一帧显示， 如此循环往复。
光 电 显 示 技 术 第4章 发光二极管(LED)显示技术 根据人眼视觉暂留时间，屏幕刷新速率每秒25 帧以上就没有闪烁感当LED显示屏面积很大时 以提高视觉效果，可以分区并行显示在高速动 态显示时，LED的发光亮度与扫描周期内的发光 时间成正比，所以，通过调制LED的发光时间与 扫描周期的比值（几占空比）可实现灰度显示， 不同基色LED灰度组合后便调配出多种色彩 光 电 显 示 技 术 第4章 发光二极管(LED)显示技术 4.2.2 LED显示器件的扫描驱动电路 LED 显示器件扫描驱动电路实现对显示 屏所要显示的信息内容的接收、转换及处理功能 一般地说，显示屏的控制系统包括了输入接口电 路、信号的控制、转换和数字化处理电路、输出接 口电路等，涉及的具体技术很多 光 电 显 示 技 术 第4章 发光二极管(LED)显示技术 • 1. 串行传输与并行传输 LED 显示屏上数据的传输方式主要有 串行和并行两种，目前广为采用的主要为串行控 制技术这种控制方式的显示屏的每一个单元内 部的不同驱动电路、各级联单元之间。