LED与LCD基本知识(精)

1、LED与 LCD基本知识 第 1页共 8页 第一篇 LED 基本知识 在计算机或电视机中主要采用屏幕显示， 但在各种数字仪表及各种家用电器中， 一般采 用显示器件进行显示。这里讲的显示器件是指数字显示器件， 可以显示一般的数字、符号和 简单的图形。 LED 数码管是目前最常用的一种数显器件。我们知道，发光二极管 （英文缩写为 LED） 是由半导体材料制成的、能将电信号转换成光信号的结型电致发光器件。 如果把发光二极管 制成条状，再按照一定方式连接，组成数字“ 8”，就构成 LED 数码管，简称 LED。使用时 按规定使某些笔段上的发光二极管发光，即可组成 0 9 的一系列数字。 一、构造与显示

2、原理 LED 数码管分共阳极与共阴极两种， a g 代表 7 个笔段的驱动端，亦称笔段电极。对 于共阴极 LED 数码管，如下图所示，将七只发光二极管的阴极（负极）短接后作为公共阴 极。其工作特点是，当笔段电极接高电平，公共阴极接低电平时，相应笔段可以发光。共阳 极 LED 数码管则与之相反，它是将发光二极管的阳极（正极）短接后作为公共阳极。当驱 动信号为低电平，公共阳极接高电平时，才能发光。 I 一|i_ r 匚-n n 匚 二I丨匚|二| I I厂I厂11厂 I r厂 I_I I_I ri ri L 口 匚厂 S iZ 8发光二极管 LED 的输出光谱决定其发光颜色以及光辐射强度，也反映出

3、半导体材料的特性。常见 管芯材料有磷化镓（GaP）、砷化镓（GaAs ）、磷砷化镓（GaAsP ）、氮化镓（GaN ）等。其 中氮化镓可发蓝光。 发光颜色不仅与管芯材料有关， 还与所掺杂质有关， 因此用同一种管芯 材料可以制成发出红、橙、黄、绿等不同颜色的数码管。各种颜色 LED 数码管的光谱曲线 都比较相似，仅发光峰值 入p值不同（磷砷化镓黄色数码管的 入p=585nm, 1nm=10-9n） LED 数码管的产品中，以发红光、绿光的居多，这两种颜色也比较醒目。E12. 7七段数字显淙 LED与 LCD基本知识 第 2页共 8页 LED 数码管等效于多只具有发光性能的 PN 结。当 PN 结

4、导通时，依靠少数载流子的注 入及随后的复合而辐射法光。 其伏安特性与普通二极管相似。 在正向导通之前，正向电流近 似于零，笔段不发光。当电压超过开启电压时，电流就急剧上升，笔段发光。因此， LED 数 码管属于电流控制型器件， 其发光亮度 L （单位是 cd/m2）与正向电流 IF有关，用公式表示： L=KIF 10mA 左右/段，既保证亮度适中，又不会损坏器件。 、分类 LED 数码管不仅种类繁多，型号各异，大致有以下几种分类方式: 1、 按外形尺寸分类 目前我国尚未制定 LED 数码管的统一标准，型号一般由生产厂家自定， 小型 LED 数码管 一般采用双列直插式，大型 LED 数码管采用印

5、刷板插入式。 2、 根据显示位数划分 根据器件所显示位数的多少，可划分成一位、 双位、多位 LED 显示器，一位 LED 显示器 就是通常说的 LED 数码管，两位以上的一般称作显示器。 双位 LED 数码管是将两只数码管封装成一体， 其特点是结构紧凑、成本较低（与两只一 位数码管相比）。国外典型产品有 LC5012-11S （红双、共阴） 为简化外部引线数量和降低显示器功耗，多位 LED 显示器一般采用动态扫描显示方式。 其特点是将各位同一笔段的电极短接后作为一个引出端， 并且各位数码管按一定顺序轮流发 光显示，只要位扫描频率足够高，就观察不到闪烁现象。 3、根据显示亮度划分 有普通亮度和高

6、亮度之分。 普通 LED 数码管的发光强度 I V仝 0.3mcd,而高亮度 LED 数 码管的 lv 5mcd,提高将近一个数量级，并且后者在大约 1mA 的工作电流下即可发光。高亮 度 LED 数码管典型产品有 2ED102 等。 4、按字形结构划分 有数码管、符号管两种。常见“ +”符号管可显示正（+）、负（-）极性，“土 1”符号管 能显示+1 或-1。其中以“米”字管的功能最全，除显示运算符号 +、-、x、+之外，还可 即亮度与正向电流成正比。 LED 的正向电压 UF则与正向电流以及管芯材料有关。 使用 LED 数 码管时，工作电流一般选 目前国内外生产的 LED与 LCD基本知识

7、 第 3页共 8页 显示 AZ 共 26 个英文字母，常用作单位符号显示。 此外，还可按共阳或共阴、发光颜色来分类。 三、 性能特点 LED 数码管的主要特点如下： 1） 、能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与 CMOS、TTL 电路兼容。 2） 、发光响应时间极短（0.1 卩 s）,高频特性好，单色性好，亮度高。 3） 、体积小，zhon重量轻，抗冲击性好。 4） 、寿命长，使用寿命在 10 万小时以上，甚至可达 100 万小时，成本低。 因此它被广泛用作数字仪器仪表、数控装置、计算机的数显器件。 四、 性能简易检测 LED 数码管外观要求颜色均匀，无局部变色及无气泡等，在业余条件下可用干

8、电池为 例进一步检查。现以共阴数码管为例介绍检查方法。 将 3 伏干电池负极引出线固定接触在 LED 数码管的公共负极端上，电池正极引出线依 次移动接触笔画的正极端。 这一根引出线接触到某一笔画的正极端时， 那一笔画就相应显示 出来。用这种简单的方法就可检查出数码管是否有断笔（某笔画不能显示） ，连笔（某些笔 画连在一起），并且可相对比较出不同笔画发光的强弱性能。若检查共阳极数码管，只需将 电池正负极引出线对调一下，方法同上。 LED 数码管每笔画工作电流 ILED约在 510 mA 之间，若电流过大会损坏数码管， 因此 必须加限流电阻，其阻值可按下式计算： R 限=（UO-LLED ） /

9、I LED 其中 Uo 为加在 LED 两端电压，ULED为 LED 数码管每笔画压降（约 2V）。 利用数字万用表的 hFE插口能够方便的检查 LED 数码管的发光情况。选择 NPN 档时， C 孔带正电，E 孔带负电。例如检查 LTS547R 型共阴极 LED 数码管时，从 E 孔插入一根单 股细导线，导线引出端接阴极，再从 C 孔引出一根导线依次接触各笔段电极，可分别显示 所对应的笔段。 LED与 LCD基本知识 第 4页共 8页 五、 使用注意事项 1） 、检查时若发光暗淡，说明器件已老化，发光效率太低。如果显示的笔段残缺不全， 说明数码管已局部损坏。 2） 、对于型号不明、又无管脚排

10、列图的 LED 数码管，用数字万用表的 hFE档可完成下LED与 LCD基本知识 述测试工作：判定数码管的结构形式（共阴或共阳） ；识别管脚，检查全亮笔段。预 先可假定某个电极为公共极，然后根据笔段发光或不发光加以验证。 当笔段电极接反或公共 极判断错误时，该笔段就不能发光。 第二篇 LCD 基本知识 一、LCD 的定义与特点 1、 LCD 的定义 液晶是一种几乎完全透明的物质。它的分子排列决定了光线穿透液晶的路径。到 20 世 纪 60 年代，人们发现给液晶充电会改变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或折射，由此 引发了人们发明液晶显示设备的念头。 液晶显示器，简称 LCD （ Liquid

11、Crystal Display ）。世界上第一台液晶显示设备出现在 20 世纪 70 年代初，被称之为 TN-LCD （扭曲向列）液晶显示器。尽管是单色显示，它仍被 推广到了电子表、计算器等领域。 80 年代，STN-LCD （超扭曲向列）液晶显示器出现，同 时 TFT-LCD （薄膜晶体管）液晶显示器技术被研发出来，但液晶技术仍未成熟，难以普及。 80 年代末 90 年代初，日本掌握了 STN-LCD 及 TFT-LCD 生产技术，LCD 工业开始高速发 展。 LCD 是在一定电压下（仅为数伏 ），使液晶的特定分子改变另一种分子的排列方式， 由于分子的再排列使液晶盒的双折射性、旋光性、二色性

12、、光散射性等光学性质发生变化， 进而又由这些光学性质的变化转换成视觉的变化，也就是说 LCD 是一种液晶利用光调制的 受光型显示器件。 2、 LCD 的特点 LCD 的特点是体积小、形状薄、重量轻、耗能少（ 110 微瓦/平方厘米）、低发热、工 作电压低（1.56 伏）、无污染，无辐射、无静电感应，尤其是视域宽、显示信息量大、无 闪烁，并能直接与 CMOS 集成电路相匹配，同时还是真正的 平板”式显示设备。这些特点 正在使显示领域从传统 CRT 走向 LCD 、LCD 的基本结构及工作原理 液晶是一种介于液体和固体之间的热力学的中间稳定物质形态。 其特点是在一定的温度 范围内既有液体的流动性和

13、连续性， 又有晶体的各向异性，其分子呈长棒形，长宽之比较大, 分子不能弯曲，是一个刚性体，中心一般有一个桥链，分子两头有极性。 LCD 器件的结构如图 12. 14 所示。由于液晶的四壁效应，在定向膜的作用下，液晶分 子在正、背玻璃电极上呈水平排列，但排列方向为正交，而玻璃间的分子呈连续扭转过度， 这样的构造能使液晶对光产生旋光作用，使光偏转方向旋转 900。 14液晶显示器基本构造圍电扱 电扱 下电极基板c背） -下偏振片 -反射极 下偏振片 反射极 LED与 LCD基本知识 第 6页共 8页 图 12.15 显示了液晶显示器的工作原理。当外部光线通过上偏振片后形成偏振光，偏振 方向成垂直排

14、列，当此偏振光通过液晶材料之后，被旋转 900,偏振方向成水平方向，此方 向与下偏振片的偏振方向一致， 因此此光线能完全穿过下偏振片而达到反射极， 经反射后沿 原路返回，从而呈现出透明状态。当液晶盒的上、 下电极加上一定的电压后，电极部分的液 晶分子转成垂直排列， 从而失去旋光性。因此从上偏振片入射的偏振光不能被旋转， 当此偏 转光到达下偏振片时， 因其偏振方向与下偏转片的偏振方向垂直， 因而被下偏振片吸收， 无 法到达反射板形成反射，所以呈现出黑色。根据需要，将电极做成各种文字、数字或点阵， 就可以获得所需的各种显示。 图12 15液晶显示器的工作原理EP 三、LCD 的驱动方式 液晶显示器

15、的驱动方式由电极引线的选择方向确定，因此，在选择好液晶显示器之后， 用户无法改变驱动方式。 液晶显示器的驱动方式一般有静态驱动和动态驱动两种。 由于直流 电压驱动 LCD 会使液晶体产生电解和电极老化， 从而大大降低 LCD 的使用寿命，所以现在 的驱动方式多用交流电压驱动。 1、静态驱动方式 静态驱动回路及波形图如图 12.16 所示。真值表如表 12. 3 所示。图中 LCD 表示某个液 晶显示字段，当此字段上两个电极的电压极性相同时， 两电极之间的电位差为零， 该字段不 显示，当此字段上两个电极的电压极性相反时， 两电极之间的电位差不为零， 为二倍幅值的 方波电压，该字段呈现出黑色显示。

16、所谓静态驱动是指让需要显示的段同时驱动的方法。液晶盒 下偏振片 反射板 LED与 LCD基本知识 第 7页共 8页 液晶显示的驱动与 LED 的驱动有很大不同，对于 LED 而言，当在 LED 两端加上恒定 的导通或截止电压便可控制其亮或暗。而 LCD，由于其两极不能加恒定的直流电压，因而 给驱动带来复杂性。一般应在 LCD 的公共极（一般为背极）加上恒定的交变方波信号（一 般为 30150Hz）,通过控制前极的电压变化而在 LCD 两极间产生所需的零电压或二倍幅值 的交变电压，以达到 LCD 亮、灭的控制。目前已有许多 LCD 驱动集成芯片，在这些芯片中 将多个 LCD驱动电路集成到一起。图

17、 12. 17 是七段 LCD 静态驱动示意图。 2、动态驱动方式 动态驱动实质上是矩阵扫描驱动，可用于多位的 8 段数码显示和点阵显示。点阵式 LCD 的控制一般采用行扫描方式，并且要采用时分割驱动方法，原理比较复杂。A B C 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 12. 16 波形團 畚吃一 3真值表 12. 1T 七段LCD显示电跖 LED与 LCD基本知识 第 8页共 8页 3. LCD 显示控制接口芯片介绍 随着液晶显示技术的迅速发展，各种专用的控制和驱动 LCD 的大规模集成电路 LSI , 使得 LCD 的控制和驱动极为方便， 而且可由 CPU 直接控制，满足了用户对

18、液晶显示的多种 要求。目前这类 LSI已发展到既可显示数字和字符，又可显示图形。常用的接口芯片是 T6963C 点阵式图形液晶显示 LSI。该芯片自带字符 ROM，可产生标准的 128 个 ASCII字符 供用户调用，还可外接扩展 RAM 存储若干屏的显示数据。还可在图形模式下显示汉字和图 形。T6963C 常用于控制与驱动点阵图形式 LCD，通过对其片脚的不同预置可进行文本、图 形混合显示。 四、LCD 的分类及其应用 LCD 分为扭曲向列型（TN-LCD ）、超扭曲向列型（STN-LCD ）和薄膜晶体管（TFT-LCD） 等几种。LCD（Liquid Crystal Display 液晶显

19、示器）主要有三类应用，即笔记本电脑显示屏、 显示屏主机一体化台式电脑显示器和单独应用的专用显示器。 1、 TN-LCD 该材料液晶具有可视角较低，温度范围较窄， 适应用于字符、数字型、段码式要求的行 业应用。也就是所谓字符型液晶的主要材料。它们的命名方式主要是以字符及行数来形容。 2、 STN-LCD TFT （Thin Film Transistor ）是指薄膜晶体管，意即每个液晶像素点都是由集成在象 素点后面的薄膜晶体管来驱动，从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。 TFT LCD 是目前最好的 LCD 彩色显示设备之一， 其效果接近 CRT 显示器，是现在笔记本 电脑和台式机

20、上的主流显示设备。 该材料具有的可视角相对 TN 要大，而且温度范围也好一些， 目前是市面上比较通用的 一种，根据功能及更深一步的开发还有 DSTN、FSTN 等多种规格，可实现单色或伪彩色的 不同需要，目前主要命名方式是图形、点阵式液晶，如点阵 128*64640*200 单色或彩色液 晶。以上两种可广泛应用于医疗、仪器设备、航空、科研、工业等。 3、TFT-LCD 分辨率点阵高、超簿、超轻、真彩色、响应时间快等特点，而被广泛应用于各大领域，甚至 是民用市场的液晶电脑显示器，液晶电视机，监视器等。总之随着 TFT LCD 的技术进一步 成熟，它的应用将无孔不入。 五、选购液晶显示器应注意的要

21、素。 1、尺寸 过去对电子表、计算器、手机的使用使我们对液晶显示并不陌生，但大尺寸 的显示屏则是现代液晶技术的具体体现。 在 TFT 技术的支持下，液晶板从以往的 8 英寸发展 该材料液晶是目前最好优秀的液晶之一，该液晶继承了 STN LCD 的命名方式，具有有 LED与 LCD基本知识 第 9页共 8页 到今天广泛应用的 14 英寸到 18 英寸，LG 甚至推出了 22 英寸的显示器。没有了传统的电子 射线对显示镜面的轰击，液晶板的尺寸可以做的“实实在在”， 在可视面积上要比同样尺寸 的 CRT 可视面积大。当然这也与不同层次的应用技术有关，如 LG的未来窗LCD 680LE的规 格尺寸是

22、16,显示面积为 15.7 英寸，已相当于 CRT 中 17 英寸显示器的显示面积。 2、 视角 以往的液晶显示器（如笔记本电脑），用户必须正襟危坐在显示器前面， 因为那时的视面 观赏角度不大，稍微偏离屏幕正面，画面就会失色。而现在的大尺寸 LCD 显示器，140 至 160 度的水平可视角度以成为基本指标。较小尺寸的 15 英寸或 15 英寸以下的 LCD 显示器，120 度的可视角度也足以显示完整的画面。 液晶显示器的左、 右观赏角度一般会大于上、 下观赏 角度，也就是说，垂直的观赏角度小于水平观赏角度，当然， 越来越多的 LCD 显示器强调其 水平与垂直观赏角度相同。 LG 的未来窗 LCD 885LE 更是在水平和垂直视角上均达到了前所 未有的 180 度，也就是说没有视觉死角。 3、 响应速度 响应时间是指液晶由明转暗或者由暗转明所需的时间。 一般来说响应时间越短越好。响 应时间越短，用户在看移动的画面时就不会感到类