光电显示技术_发光二极管(LED)显示技术

1、目目 录录 1. 绪论绪论 2. 阴极射线管阴极射线管(CRT)显示技术显示技术 3. 液晶显示器件液晶显示器件 4. 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 5. 等离子显示器件等离子显示器件 6. 激光显示技术激光显示技术 7. 新型光电显示技术新型光电显示技术 8. 大屏幕显示技术大屏幕显示技术 光 电 显 示 技 术 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 4.1 发光二极管基本知识发光二极管基本知识 4.2 发光二极管显示器件发光二极管显示器件 4.3 有机发光二极管（有机发光二极管（OLED）显示技术）显示技术 习题四习题四 现 代 显 示 技 术 4.

2、1 发光二极管基本知识发光二极管基本知识 4.1.1 半导体光源的物理基础半导体光源的物理基础 LED（Light Emitting Diode）发光二极管，是一种固）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。态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心的心 脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，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，一部环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部 分是分是P型半导体，在它里面

3、空穴占主导地位，另一端是型半导体，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来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导结。当电流通过导 线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在区，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，这就是量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜发光的原理。而光的波长也就是光的颜 色，是由形成色，是由形成P-N结的材料决定的。结的材料决

4、定的。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 图图4.1 半导体光源的物理基础半导体光源的物理基础 光 电 显 示 技 术 图图4.2 半导体半导体LED的构造图的构造图 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（致为：暗红色（700nm）、深红色（）、深红色（640-660nm）、）、 桔红色（桔红色（615-635nm）、琥珀色（）、琥珀色（600-610nm）、黄）、黄 色（色（580-595nm）、黄绿色（）、黄绿色（565-575nm）、纯绿）、纯绿 色（色（500-540nm）、蓝色（）、蓝色（43

5、5-490nm）、紫色）、紫色 (380-430nm)。白光和粉红光是一种光的混合效果。白光和粉红光是一种光的混合效果。 最常见的是由蓝光最常见的是由蓝光+黄色荧光粉和蓝光黄色荧光粉和蓝光+红色荧光粉红色荧光粉 混合而成。混合而成。 晶片的作用：晶片是晶片的作用：晶片是Lamp的主要组成物料，是发的主要组成物料，是发 光的半导体材料。光的半导体材料。 晶片的组成：晶片是采用磷化镓（晶片的组成：晶片是采用磷化镓（GaP）、镓铝砷）、镓铝砷 （GaAlAs）或砷化镓（）或砷化镓（GaAs）、氮化镓）、氮化镓GaN）等材）等材 料组成，其内部结构具有单向导电性。料组成，其内部结构具有单向导电性。 第

6、第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 品质优良的品质优良的LED要求向外辐射的光能量大，向外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，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，式中向为率应为，式中向为p、n结区少子注入效率，为在势结区少子注入效率，为在势 垒区少子与多子复合效率，为外部出光（光取出效垒区少子与多子复合效率，为外部出光（光取出效 率）效率。率）效率。 由于由于LED材料折射率很高。当芯片发出光在晶体材料折射率很高。当芯片发出光在晶体

7、材料与空气界面时（无环氧封装）若垂直入射，被材料与空气界面时（无环氧封装）若垂直入射，被 空气反射，反射率为空气反射，反射率为 ，反射出，反射出 的占的占32%，鉴于晶体本身对光有相当一部分的吸收，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。于是大大降低了外部出光效率。 32.011 2 1 2 1 nn 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 为了进一步提高外部出光效率可采取以下为了进一步提高外部出光效率可采取以下 措施：措施： 用折射率较高的透明材料（环氧树脂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；并不理想）覆盖在芯

8、片表面； 把芯片晶体表面加工成半球形。把芯片晶体表面加工成半球形。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 4.1.2 发光二极管的结构发光二极管的结构 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，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、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）可达可靠性高，其连续通电时间（寿命）可达105h以上

9、。以上。 LED的发光来源于电子与空穴发生复合时放出的的发光来源于电子与空穴发生复合时放出的 能量。作为能量。作为LED用材料，一是要求电子与空穴的输用材料，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。化合物半导体单晶材料。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 4.1.3 发光二极管的驱动发光二极管的驱动 驱动电路是驱动电路是LED(发光二极管发光二极管)产品的重要组成部产品的重要组成部 分，其技术

10、成熟度正随着分，其技术成熟度正随着LED市场的扩张而逐步增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。路技术架构的选择都应与具体的应用相匹配。 作为作为LCD（液晶显示器）的背光源，（液晶显示器）的背光源，LED在便携在便携 产品中的地位不可动摇，即便是在大尺寸产品中的地位不可动摇，即便是在大尺寸LCD的背的背 光源当中，光源当中，LED也开始挑战也开始挑战CCFL(冷阴极荧光灯冷阴极荧光灯)的主的主 流地位；而在照明领域，流地位；而在照明领域，LED作为半导体照明最关作为半导体照明最关

11、键的部件，更是因为它节能、环保、长寿命、免维键的部件，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。护等优点而受到市场的追捧。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 直流驱动是最简单的驱动方式。当前很多厂家直流驱动是最简单的驱动方式。当前很多厂家 生产的生产的LED灯类产品都采用这种驱动方式，即采用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，向阻、容降压，然后加上一个稳压二极管，向LED供供 电，如图电，如图4.3（a）所示。）所示。 由于由于LED器件的正向特性比较陡，以及器件的分器件的正向特性比较陡，以及器件的分 散性，使得

12、在电压和限流电阻相同的情况下，各器散性，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。件的正向电流并不相同，从而引起发光强度的差异。 以白光以白光LED为例，白光为例，白光LED需要大约需要大约3.6 V的供电电压的供电电压 才能实现合适的亮度控制。才能实现合适的亮度控制。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 大多数便携式电子产品都采用锂离子电池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作电源，它们在充满电之后约为4.2 V，安全，安全 放完电后约为放完电后约为2.8 V，显然白光，显然白光LED不能由电池

13、不能由电池 直接驱动。如果能够对直接驱动。如果能够对LED的正向电流直接进的正向电流直接进 行恒流驱动的话，只要恒流值相同，各行恒流驱动的话，只要恒流值相同，各LED的的 发光强度就比较相近。考虑到晶体管的输出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特性具有恒流的性质，所以可以用晶体管来 驱动驱动LED，如图，如图4.3（b）所示。）所示。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 此外，利用人眼的视觉暂留特性，采用反复通此外，利用人眼的视觉暂留特性，采用反复通 断电的方式使断电的方式使LED器件点燃的方法就是脉冲驱动法，器件点燃的方法就

14、是脉冲驱动法， 如图如图4.3（c）所示。）所示。 脉宽调制脉宽调制 （Pulse-Width Modulation，PWM）技）技 术是一种传统的调光方式，它利用简单的数字脉冲，术是一种传统的调光方式，它利用简单的数字脉冲， 反复开关反复开关LED驱动器，系统只需要提供宽窄不同的驱动器，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，从而数字式脉冲，即可简单地实现改变输出电流，从而 调节调节LED的亮度。该技术的优点在于：能够提供高的亮度。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

15、磁干扰，有时甚至会产生人耳能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。听见的噪声。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 光 电 显 示 技 术 图图4.3 LED的的3种不同驱动方式种不同驱动方式 4.1.4 发光二极管的特点及应用发光二极管的特点及应用 1. LED的主要特点：的主要特点： (1)LED为非相干光，光谱较宽，发散角大；为非相干光，光谱较宽，发散角大； (2) LED的发光颜色非常丰富；的发光颜色非常丰富； 红色：红色： GaP:ZnO或或GaAaP 材料材料 橙色、黄色橙色、黄色 ： GaAaP 材料材料 蓝色：蓝色： GaN 材料材料

16、 通过红、绿、蓝三原色的组合，可以实现全色化。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；的辉度高，即使在日光下，也能视认； (4) LED的单元体积小；的单元体积小； (5) 寿命长，基本上不需要维修。寿命长，基本上不需要维修。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 LED的其他特点：的其他特点： 机械强度大，耐振动和耐冲击能力机械强度大，耐振动和耐冲击能力 ； 使用低压电源，供电电压在使用低压电源，供电电压在6-24V之间之间 ，特别适用于公，特别适用于公 共场所共场所 ； 功耗低，易于实现低压驱动功耗低，易于实现低压

17、驱动 ； 体积小，重量轻，适用性强体积小，重量轻，适用性强 ； 寿命长达寿命长达10万小时，响应时间为纳秒级万小时，响应时间为纳秒级 ； 无有害金属汞无有害金属汞 ，对环境无污染，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法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色 发光；发光； LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就的价格就 可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需

18、由 300500只二极管构成。只二极管构成。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 2. LED的主要应用的主要应用: 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、绿是中、低亮度的红、橙、黄、绿LED已获广泛使用。已获广泛使用。 近期开发的为新型近期开发的为新型LED，是指蓝光，是指蓝光LED和高亮度、超和高亮度、超 高亮度高亮度LED。它利用发光二极管构成的点阵模块或。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

19、显示屏幕，使用寿命长、环境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，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。品，在信息显示领域得到了广泛的应用。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 指示灯：指示灯：LED正在成为指示灯的主要光源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数字显示用显示器：点矩阵型和字段型两 种方式种方式 平面显示器：可进行电视画面显示平面显示器：可进行电视画

20、面显示 光源：电视机、空调等的遥控器的光源干光源：电视机、空调等的遥控器的光源干 涉仪的光源涉仪的光源 低速率、短距离光纤通信系统低速率、短距离光纤通信系统 的光源。的光源。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 4.2 发光二极管显示器件发光二极管显示器件 4.2.1 LED显示器件的显示原理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、字、文本、图像、图形和行情等各种信息以及电视、 录像信号并由录像信号并由LED器件阵列组成的显示屏幕。器件阵列组成的显示屏幕。 LE

21、D显示屏按使用环境分为室内屏和室外屏，室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内屏基本发光点按采用的LED单点直径有单点直径有3、3.75、 5、8和和10等几种规格，室外屏按采用的像素直等几种规格，室外屏按采用的像素直 径有径有19、22、26等规格。等规格。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 LED显示屏按显色分为单基色屏（含伪色彩屏，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；按灰度级又可几在不通的区域安装不同颜色）屏；按灰度级又可 分为分为16、32、64、128、256级灰度屏等。级灰度屏等。LED显示显示

22、 屏按显示性能分为文本屏、图文屏、计算机视频屏、屏按显示性能分为文本屏、图文屏、计算机视频屏、 电视视频电视视频LED显示屏和行情显示屏和行情LED显示屏等，行情显示屏等，行情LED 显示屏一般包括证券、利率、期货等用途的显示屏一般包括证券、利率、期货等用途的LED显显 示屏。示屏。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 图图4.3 LED显示系统原理图显示系统原理图 典型的典型的LED显示系统一般由信号控制系统、扫描和显示系统一般由信号控制系统、扫描和 驱动电路以及驱动电路以及LED阵列组成阵列组成,如图如图4.3所示所示 。信号控制系。信号控制系 统可以是嵌入式统可以

23、是嵌入式LED 显示屏的单片机系统、独立的微机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，并控制整个显示所需要的数字信号，并控制整个LED显示系统显示系统 的各个不同部件按一定的分工和时序协调工作。的各个不同部件按一定的分工和时序协调工作。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 行扫描电路主要由译码器组成，用于循环选行扫描电路主要由译码器组成，用于循环选 通通LED阵列行。列驱动电路多分为三级管阵列，阵列行。列驱动电路多分为三级管阵列， 给给LED提供大电流。移位

24、寄存器提供大电流。移位寄存器/锁存器由传入并锁存器由传入并 出寄存器和锁存器（或带所存功能的移位寄存器）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，然后由行扫描电行数据打入移位寄存器并锁存，然后由行扫描电 路选通路选通LED阵列的第一行，持续一定时间后，在阵列的第一行，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，如用同样方法显示后续行，直至完成一帧显示，如 此循环往复。此循环往复。 光 电 显 示 技 术 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术

25、 根据人眼视觉暂留时间，屏幕刷新速率每秒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。当帧以上就没有闪烁感。当LED显示屏面积很大时显示屏面积很大时 以提高视觉效果，可以分区并行显示。在高速动以提高视觉效果，可以分区并行显示。在高速动 态显示时，态显示时，LED的发光亮度与扫描周期内的发光的发光亮度与扫描周期内的发光 时间成正比，所以，通过调制时间成正比，所以，通过调制LED的发光时间与的发光时间与 扫描周期的比值（几占空比）可实现灰度显示，扫描周期的比值（几占空比）可实现灰度显示， 不同基色不同基色LED灰度组合后便调配出多种色彩。灰度组合后便调配出多种色彩。 光 电 显

26、示 技 术 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 4.2.2 LED显示器件的扫描驱动电路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，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。涉及的具体技术很多。 光 电 显 示 技 术 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)

27、显示技术显示技术 1. 串行传输与并行传输。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。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、各级联单元之间每个时钟仅传送一个驱动电路、各级联单元之间每个时钟仅传送一个 位位(具体实现时每种颜色各一位具体实现时每种颜色各一位) 的数据。采用这的数据。采用这 种方式，可采用的驱动种方式，可采用的驱动IC 种类较多，不同显示单种类较多，不同显示单 元之间的联线较少，

28、可减少显示单元上的数据传元之间的联线较少，可减少显示单元上的数据传 输驱动元件，从而提高整个系统的可靠性和具体输驱动元件，从而提高整个系统的可靠性和具体 工程实现的容易程度。工程实现的容易程度。 光 电 显 示 技 术 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 2. 动态扫描与静态锁存。动态扫描与静态锁存。 从系统控制实现显示信息的刷新原理有动态从系统控制实现显示信息的刷新原理有动态 扫描技术和静态锁存技术，一般室内显示屏多采扫描技术和静态锁存技术，一般室内显示屏多采 用动态扫描技术，若干行发光二极管共用一行驱用动态扫描技术，若干行发光二极管共用一行驱 动寄存器，根据共用一行

29、驱动寄存器的发光二极动寄存器，根据共用一行驱动寄存器的发光二极 管像素数目，具体有管像素数目，具体有1/4、1/16 扫描等。室外显扫描等。室外显 示屏基本上采用的是静态锁存技术，即每一个发示屏基本上采用的是静态锁存技术，即每一个发 光二极管都对应有一个驱动寄存器。相对于扫描光二极管都对应有一个驱动寄存器。相对于扫描 而言，静态锁存控制的驱动寄存器无需时分工作，而言，静态锁存控制的驱动寄存器无需时分工作， 从而保证了每一个发光二极管的亮度占空比为从而保证了每一个发光二极管的亮度占空比为 100%。 光 电 显 示 技 术 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 3. 校正技

30、术校正技术(GAMMA CORRECTION)。 由于由于LED 显示屏本身不具有显示屏本身不具有CRT 的的T 特性，因此，特性，因此， 在全彩色显示屏的控制技术上，通常对输入的视频在全彩色显示屏的控制技术上，通常对输入的视频 信号进行信号进行 校正处理。所谓校正处理。所谓 校正就是对色度曲线校正就是对色度曲线 的选择，色度曲线的不同对图像颜色、亮度、对比的选择，色度曲线的不同对图像颜色、亮度、对比 及色度有极大影响。在不同情况下适度调整色度曲及色度有极大影响。在不同情况下适度调整色度曲 线可以达到最佳质量画面。线可以达到最佳质量画面。校正一般有模拟校正校正一般有模拟校正 和数字校正两种处理

31、方法。目前有些厂家在全彩屏和数字校正两种处理方法。目前有些厂家在全彩屏 的每一控制板内都嵌入了的每一控制板内都嵌入了 校正功能，可以灵活选校正功能，可以灵活选 择所要的色度，其曲线数值在控制板上存储，且对择所要的色度，其曲线数值在控制板上存储，且对 红、绿、蓝每色的曲线数值分别单独存储。红、绿、蓝每色的曲线数值分别单独存储。 光 电 显 示 技 术 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 4. 输入接口技术。输入接口技术。 目前在信号输入接口上可以满足全数字化信号目前在信号输入接口上可以满足全数字化信号 输入、模拟信号输入、全数字化信号和模拟信号二输入、模拟信号输入、全数字

32、化信号和模拟信号二 者兼容的输入以及高清晰度电视信号输入等多种方者兼容的输入以及高清晰度电视信号输入等多种方 式。式。 全数字化信号输入方式接受外部全数字化输入全数字化信号输入方式接受外部全数字化输入 信号，在使用多媒体卡的显示屏系统中，控制系统信号，在使用多媒体卡的显示屏系统中，控制系统 的输入接口即为全数字化信号输入方式。多媒体卡的输入接口即为全数字化信号输入方式。多媒体卡 将视频模拟信号及计算机自身的信号转换成符合控将视频模拟信号及计算机自身的信号转换成符合控 制系统输入要求的数字信号，这种形式显示计算机制系统输入要求的数字信号，这种形式显示计算机 信息时效果很好。信息时效果很好。 光

33、电 显 示 技 术 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 在显示视频图像时，如果由于计算机本身及在显示视频图像时，如果由于计算机本身及 软件的性能不好，容易出现图像模糊以及马赛软件的性能不好，容易出现图像模糊以及马赛 克等现象。模拟信号输入方式只能接受外部模克等现象。模拟信号输入方式只能接受外部模 拟输入信号。这种输入方式的显示屏增加了模拟输入信号。这种输入方式的显示屏增加了模 数转换电路，将视频信号或来自计算机显卡的数转换电路，将视频信号或来自计算机显卡的 模拟信号转换为全数字信号后进行处理。在显模拟信号转换为全数字信号后进行处理。在显 示视频图像时效果很好，但显示计算

34、机信息有示视频图像时效果很好，但显示计算机信息有 时会出现局部拖尾。全数字化信号和模拟信号时会出现局部拖尾。全数字化信号和模拟信号 二者兼容的输入方式是优势二种输入方式的有二者兼容的输入方式是优势二种输入方式的有 机结合，能接受模拟输入信号以及全数字化输机结合，能接受模拟输入信号以及全数字化输 入信号，在显示视频图像和计算机信息时均能入信号，在显示视频图像和计算机信息时均能 达到理想的显示效果。在此基础上，增加部分达到理想的显示效果。在此基础上，增加部分 转换电路，将高清晰度电视信号还原成红、绿、转换电路，将高清晰度电视信号还原成红、绿、 蓝三基色数字信号以及外同步信号，可显示高蓝三基色数字信

35、号以及外同步信号，可显示高 清晰度电视清晰度电视(HDTV) 的图像。的图像。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 5.自动检测、远程控制技术自动检测、远程控制技术LED 显示屏构成复杂，显示屏构成复杂， 特别是室外显示屏，供电、环境亮度、环境温度条特别是室外显示屏，供电、环境亮度、环境温度条 件等对显示屏的正常运行都直接影响，在件等对显示屏的正常运行都直接影响，在LED 显示显示 屏的控制系统中可根据需要对温度、亮度、电源等屏的控制系统中可根据需要对温度、亮度、电源等 进行自动检测控制。也可根据需要远程实现对显示进行自动检测控制。也可根据需要远程实现对显示 屏的亮度调

36、节、色度调节、图像水平和垂直位置的屏的亮度调节、色度调节、图像水平和垂直位置的 调节、工作方式的转换等等。继灰阶响应时间，动调节、工作方式的转换等等。继灰阶响应时间，动 态对比度之后，态对比度之后，2008年液晶显示器的焦点技术将转年液晶显示器的焦点技术将转 移到色域上，这一点已经是所有业内人士的共识。移到色域上，这一点已经是所有业内人士的共识。 但是目前市场上可以购买到的广色域产品还非常少，但是目前市场上可以购买到的广色域产品还非常少， 价格也相对较高一些，普通的消费者对于色域还不价格也相对较高一些，普通的消费者对于色域还不 甚了解。甚了解。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技

37、术显示技术 下面介绍各种控制机制下面介绍各种控制机制 单片机控制单片机控制 单片机控制是单片机控制是LED显示屏控制中的简单的一显示屏控制中的简单的一 种方式。待显示信息固化在种方式。待显示信息固化在ROM里或来自传感里或来自传感 器等，由单片机读取并控制器等，由单片机读取并控制LED显示。多用于简显示。多用于简 单固定文字或监控数据显示的条形屏等。这种单固定文字或监控数据显示的条形屏等。这种 控制方式简单，灵活，成本低。但是，内容和控制方式简单，灵活，成本低。但是，内容和 显示方式的编辑、更改较麻烦，使用不方便。显示方式的编辑、更改较麻烦，使用不方便。 光 电 显 示 技 术 第第4章章 发

38、光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 微机控制微机控制 微机控制微机控制LED显示屏一般都需要专用的接口电显示屏一般都需要专用的接口电 路如路如LED专用显示卡、专用显示卡、LED专用多媒体卡等。此类专用多媒体卡等。此类 控制中较多的是控制中较多的是VGA同步技术。同步技术。LED显示屏的显示屏的VGA 同步控制技术是指同步控制技术是指LED显示屏能够实现跟踪微机显示屏能够实现跟踪微机 CRT窗口上的显示信息，是窗口上的显示信息，是LED显示屏成为微机的显示屏成为微机的 大型显示终端。一般是对显示卡的大型显示终端。一般是对显示卡的RGB信号输出进信号输出进 行采样，或直接从行采样，或直

39、接从VGA卡上的特征插座上取得卡上的特征插座上取得RGB 的数字信号，处理后用于驱动的数字信号，处理后用于驱动LED显示屏电路。这显示屏电路。这 种控制方式充分发挥了丰富强大的微机软件功能，种控制方式充分发挥了丰富强大的微机软件功能， 而且具有较强的编辑功能，内容和显示方式的更而且具有较强的编辑功能，内容和显示方式的更 改、增删简单方法，便于显示数据的保存、管理改、增删简单方法，便于显示数据的保存、管理 和打印输出；但是成本较高，每个显示屏都要附和打印输出；但是成本较高，每个显示屏都要附 带微机系统，对于一些室外、远距离、分散的应带微机系统，对于一些室外、远距离、分散的应 用场合，工程施工和日

40、常维护都有诸多不便。用场合，工程施工和日常维护都有诸多不便。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 主从控制主从控制 采用微机（上位机）和单片机（下位机）采用微机（上位机）和单片机（下位机） 分布管理和控制分布管理和控制LED的显示。上位机负责显示的显示。上位机负责显示 数据处理与显示任务分配，有时还要与其他数据处理与显示任务分配，有时还要与其他 系统进行通信；下位机作为控制器件，接收系统进行通信；下位机作为控制器件，接收 并执行来自上位机的任务，指挥控制并执行来自上位机的任务，指挥控制LED显示显示 屏上各部件协调工作。上位机与下位机一般屏上各部件协调工作。上位机与下位

41、机一般 通过通过RS232或或RS422通信，一台上位机可以管通信，一台上位机可以管 理、控制多个下位机同时显示。理、控制多个下位机同时显示。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 红外遥控红外遥控 在在LED显示屏控制板（一般为单片机系统）显示屏控制板（一般为单片机系统） 前端加入红外遥控接收器编解码电路，解码前端加入红外遥控接收器编解码电路，解码 电路先将红外接收探头解调后分离出的电路先将红外接收探头解调后分离出的16位位 PCM串行码值进行校验，提取有效的串行码值进行校验，提取有效的8位数据位数据 码值，提供给控制板驱动码值，提供给控制板驱动LED显示屏。采用红显示

42、屏。采用红 外遥控可以实现开关屏幕及文字编辑，无需外遥控可以实现开关屏幕及文字编辑，无需 专用计算机或其它外设配置，遥控距离可达专用计算机或其它外设配置，遥控距离可达 十几米。这种控制方式常与其它方式结合使十几米。这种控制方式常与其它方式结合使 用。用。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 通信传输和网络控制通信传输和网络控制 根据对信息传输显示的实时性，根据对信息传输显示的实时性，LED 显示屏的传输显示屏的传输 控制有通信传输和视频传输。通信传输采用标准的控制有通信传输和视频传输。通信传输采用标准的RS- 232或或RS-485计算机数据串行通讯方式，通过串口按一计

43、算机数据串行通讯方式，通过串口按一 定的通讯协议接收来自计算机串口或其它设备串口的定的通讯协议接收来自计算机串口或其它设备串口的 信号，经过处理后按一定的规律传送到显示屏上显示。信号，经过处理后按一定的规律传送到显示屏上显示。 这种控制方式的显示屏的功能比较单一，适用于简单这种控制方式的显示屏的功能比较单一，适用于简单 文字、图形显示，主要是单色及双基色显示屏控制使文字、图形显示，主要是单色及双基色显示屏控制使 用，一般情况下直接传输距离可达千米。视频传输方用，一般情况下直接传输距离可达千米。视频传输方 式则是把式则是把LED 显示屏与多媒体技术结合起来，实现了显示屏与多媒体技术结合起来，实现

44、了 在在LED 显示屏上实时显示计算机监视器上的内容，也显示屏上实时显示计算机监视器上的内容，也 可播放录像及电视节目，一般用于播放实时信息的显可播放录像及电视节目，一般用于播放实时信息的显 示屏都采用视频控制方式，具体传输是采用成对的专示屏都采用视频控制方式，具体传输是采用成对的专 用长线传输接口电路。用长线传输接口电路。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 GPRS/GSM无线控制无线控制 利用遍布全国的利用遍布全国的GPRS/GSM基站，通过基站，通过 GPRS/接收模块远程接收信号并通过单片机接收模块远程接收信号并通过单片机 处理对各类远端显示屏实施控制。此类技

45、处理对各类远端显示屏实施控制。此类技 术在城市群显、银行术在城市群显、银行IC卡收费、系统挂失、卡收费、系统挂失、 卡号广播、机动车辆防盗定位报警等方便卡号广播、机动车辆防盗定位报警等方便 已有应用。已有应用。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 4.2.3 LED显示器件的技术指标显示器件的技术指标 1. 室内屏系列室内屏系列 室内屏面积一般在十几平方米以下，点密度较室内屏面积一般在十几平方米以下，点密度较 高，在非阳光直射或灯光照明环境下使用，观看高，在非阳光直射或灯光照明环境下使用，观看 距离在几米以外，屏体不具备密封防水能力。距离在几米以外，屏体不具备密封防水能

46、力。 光 电 显 示 技 术 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 室内全彩色室内全彩色视频屏主要技术参数：视频屏主要技术参数： 基色基色 RGB（全彩色）（全彩色） 像素直径（像素直径（mm） 5.00 8.00 像素间距（像素间距（mm） 7.62 10.00 像素组成像素组成 1R1G1B 2R1G1B虚拟像素虚拟像素 单元面板点数（点）单元面板点数（点） 3232 3216 单元面板尺寸（单元面板尺寸（mm） 245245 320160 单元面板质量（单元面板质量（g） 1100 850 物理像素密度（点物理像素密度（点/ m2 ）17200 10000 虚拟像素

47、密度（点虚拟像素密度（点/ m2 ）16384 40000 峰值功耗（峰值功耗（W/ m2 ） 850 750 平均功耗（平均功耗（W/ m2 ） 350 320 重量（重量（kg/ m2 ） 36 36 水平可视角度水平可视角度 150；垂直可视角度；垂直可视角度 150 最高亮度（最高亮度（cd/ m2 ） 1700 800 光 电 显 示 技 术 室内双基色室内双基色视频屏主要技术参数：视频屏主要技术参数： 基色基色 RG（红、绿双基色）（红、绿双基色） 像素直径（像素直径（mm） 3.75 5.00 像素间距（像素间距（mm） 4.75 7.62 像素组成像素组成 1R1G 1R1G

48、单元面板点数单元面板点数 6432（或（或8032） 8032 单元面板尺寸（单元面板尺寸（mm） 306153（或（或382153） 612245 单元面板质量（单元面板质量（g） 800 500 像素密度（点像素密度（点/ m2 ） 43000 17200 峰值功耗（峰值功耗（W/ m2 ） 700 350 平均功耗（平均功耗（W/ m2 ） 300 200 可视角度可视角度 150 通信距离（通信距离（m） 100（无中继）（无中继） 光 电 显 示 技 术 室内单色屏室内单色屏主要技术参数：主要技术参数： 基色基色 单色单色 像素直径（像素直径（mm） 3.0 3.75 5.00 像素

49、间距（像素间距（mm） 4.0 4.75 7.62 像素组成像素组成 1R 1R 1R 单元面板点数单元面板点数 6432 6432 8032 单元面板尺寸（单元面板尺寸（mm） 306153 612245 单元面板质量（单元面板质量（g） 700 900 1500 像素密度（点像素密度（点/ m2 ） 62500 43000 17200 峰值功耗（峰值功耗（W/ m2 ） 500 350 200 平均功耗（平均功耗（W/ m2 ） 350 200 100 可视角度可视角度 150 通信距离（通信距离（m） 100 （无中继）（无中继） 光 电 显 示 技 术 2. 半室外屏系列半室外屏系列

50、半室外屏一般使用发光单灯组成发光点，半室外屏一般使用发光单灯组成发光点， 适用于亮度较高又可以防水的环境，如房檐适用于亮度较高又可以防水的环境，如房檐 下、橱窗内、光线强烈的大厅等。点间距一下、橱窗内、光线强烈的大厅等。点间距一 般在般在7.6210 mm；发光颜色一般为单红色；发光颜色一般为单红色 或红或红/绿双基色；控制方式根据使用要求，有绿双基色；控制方式根据使用要求，有 异步、同步图文、视频等。异步、同步图文、视频等。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 半室外屏半室外屏主要技术参数主要技术参数： 基色基色 单色单色/双基色双基色 像素直径（像素直径（mm） 5

51、.00 5.00 像素间距（像素间距（mm） 7.62 10.00 像素组成像素组成 1R 1R 单元面板点数单元面板点数 8032 3216 单元面板尺寸（单元面板尺寸（mm） 612245 320160 单元面板质量（单元面板质量（g） 1700 1000 像素密度（点像素密度（点/m2） 17200 10000 峰值功耗（峰值功耗（W/ m2 ） 400 300 平均功耗（平均功耗（W/ m2 ） 250 200 水平可视角度水平可视角度 6070；垂直可视角度；垂直可视角度 4560 最高亮度（最高亮度（cd/ m2 ） 3000 1800 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显

52、示技术显示技术 3. 室外屏系列室外屏系列 室外屏面积一般在室外屏面积一般在10 m2以上，亮度较高，以上，亮度较高， 可以在阳光直射环境使用，观看距离一般可以在阳光直射环境使用，观看距离一般 在十几米以外，屏体具备密封防水能力。在十几米以外，屏体具备密封防水能力。 根据控制方式和显示颜色，又可分为以下根据控制方式和显示颜色，又可分为以下 几种。几种。 光 电 显 示 技 术 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 室外全彩色视频屏室外全彩色视频屏主要技术参数主要技术参数： 基色基色 RGB（全彩色）（全彩色） 像素直径（像素直径（mm） 15.00 18.00 像素间距（

53、像素间距（mm） 20 25 像素组成像素组成 2R1G1B 2R1G1B 单元面板点数单元面板点数 3216 3216 单元面板尺寸（单元面板尺寸（mm） 640320 800400 单元面板质量（单元面板质量（g） 1500 1000 像素密度（点像素密度（点/m2） 2500 1600 峰值功耗（峰值功耗（W/m2） 1000 800 平均功耗（平均功耗（W/m2） 380 350 重量（重量（kg/m2） 42 40 水平可视角度水平可视角度 70；垂直可视角度；垂直可视角度 45 最高亮度（最高亮度（cd/m2） 7000 800 光 电 显 示 技 术 室外双基色视频屏室外双基色视

54、频屏主要技术参数：主要技术参数： 基色基色 RG（双基色）（双基色） 像素间距（像素间距（mm） 11.5 16.0 22.0 像素组成像素组成 2R1G 2R1G 2R4G 单元面板点数单元面板点数 3216 3216 3216 单元面板尺寸（单元面板尺寸（mm） 368184 512256 704352 单元面板质量（单元面板质量（g） 1000 1500 2300 像素密度（点像素密度（点/m2） 7600 4096 2048 峰值功耗（峰值功耗（W/m2） 800 600 500 平均功耗（平均功耗（W/m2） 300 250 150 可视角度可视角度 70 通讯距离（通讯距离（m）

55、100（无中继）（无中继） 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 4.3 有机发光二极管显示技术有机发光二极管显示技术 4.3.1 有机发光二极管显示简介有机发光二极管显示简介 有机发光二极管或有机发光显示器有机发光二极管或有机发光显示器 （Organic Light Emitting Diode，OLED）本质上）本质上 属于电致发光（属于电致发光（EL）显示器件。电致发光是在）显示器件。电致发光是在 半导体、荧光粉为主体的材料上施加电而发光半导体、荧光粉为主体的材料上施加电而发光 的一种现象。电致发光可分为本征型电致发光的一种现象。电致发光可分为本征型电致发光 和电荷

56、注入型电致发光两大类。本征型电致发和电荷注入型电致发光两大类。本征型电致发 光是把光是把ZnS等类型的荧光粉混入纤维素之类的电等类型的荧光粉混入纤维素之类的电 介质中，直接或间接地夹在两电极之间，施加介质中，直接或间接地夹在两电极之间，施加 电压后使之发光；注入型电致发光的典型器件电压后使之发光；注入型电致发光的典型器件 是发光二极管，在外加电场作用下使是发光二极管，在外加电场作用下使P-N结产结产 生电荷注入而发光。生电荷注入而发光。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 有机发光二极管是基于有机材料的一种有机发光二极管是基于有机材料的一种 电流型半导体发光器件，是自电

57、流型半导体发光器件，是自20世纪中期世纪中期 发展起来的一种新型显示器技术，其原理发展起来的一种新型显示器技术，其原理 是通过正负载流子注入有机半导体薄膜后是通过正负载流子注入有机半导体薄膜后 复合产生发光。与液晶显示器件相比，复合产生发光。与液晶显示器件相比， OLED具有全固态、主动发光、高亮度、高具有全固态、主动发光、高亮度、高 对比度、超薄、低成本、低功耗、快速响对比度、超薄、低成本、低功耗、快速响 应、宽视角、工作温度范围宽、易于柔性应、宽视角、工作温度范围宽、易于柔性 显示等诸多优点。显示等诸多优点。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 OLED器件的结构如

58、图器件的结构如图4.5所示，在纳米铟锡金属所示，在纳米铟锡金属 氧化物（氧化物（Indium Tin Oxides，ITO）玻璃上制作一层）玻璃上制作一层 几十纳米厚的有机发光材料作发光层，发光层上方几十纳米厚的有机发光材料作发光层，发光层上方 有一层金属电极。有一层金属电极。OLED属于载流子双注入型发光器属于载流子双注入型发光器 件，其发光机理为：在外界电压的驱动下，由电极件，其发光机理为：在外界电压的驱动下，由电极 注入的电子与空穴在有机材料中复合而释放出能量，注入的电子与空穴在有机材料中复合而释放出能量， 并将能量传递给有机发光物质的分子，后者受到激并将能量传递给有机发光物质的分子，后

59、者受到激 发，从基态跃迁到激发态，当受激分子从激发态回发，从基态跃迁到激发态，当受激分子从激发态回 到基态时辐射跃迁而产生发光现象。为增强电子和到基态时辐射跃迁而产生发光现象。为增强电子和 空穴的注入和传输能力，通常又在空穴的注入和传输能力，通常又在ITO和发光层间增和发光层间增 加一层有机空穴传输材料或在发光层与金属电极之加一层有机空穴传输材料或在发光层与金属电极之 间增加一层电子传输层，以提高发光效率。间增加一层电子传输层，以提高发光效率。 第第4章章 发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术 光 电 显 示 技 术 图图4.5 OLED器件的结构器件的结构 为了形象说明为了形象说明

60、OLED构构 造，可以做个简单的比喻：造，可以做个简单的比喻： 每个每个OLED单元就好比一块单元就好比一块 汉堡包，发光材料就是夹汉堡包，发光材料就是夹 在中间的蔬菜。在中间的蔬菜。 发光过程通常由以下发光过程通常由以下5个阶段完成：个阶段完成： （1）在外加电场的作用下载流子的注入：电子和）在外加电场的作用下载流子的注入：电子和 空穴分别从阴极和阳极向夹在电极之间的有机功能空穴分别从阴极和阳极向夹在电极之间的有机功能 薄膜注入。薄膜注入。 （2）载流子的迁移：注入的电子和空穴分别从电）载流子的迁移：注入的电子和空穴分别从电 子输送层和空穴输送层向发光层迁移。子输送层和空穴输送层向发光层迁移