发光二极管(LED)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

习题四引言1、什么是led显示屏？

LED就是lightemittingdiode，发光二极管的英文缩写，简称LED。LED是一种固态发光，是利用半导体或类似结构把电能转换成光能的元件，属于低场下的注入式电致发光。LED显示屏（LEDpanel）是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，大概的样子就是由很多个通常是红色的小灯组成，靠灯的亮灭来显示字符。用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。

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。LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于金融、税务、工商、邮电、体育、广告、厂矿企业、交通运输、教育系统、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。

LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。

LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。白色LED照明灯地砖灯礼品灯手电筒360°LED环形显示器360°LED环形显示器发光二极管(LED)2、简史1907年HenryJosephRound第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。由于其发出的黄光太暗，不适合实际应用;更难处在于碳化硅与电致发光不能很好的适应，研究被摒弃了。二十年代晚期BernhardGudden和RobertWichard

在德国使用从锌硫化物与铜中提炼的的黄磷发光。再一次因发光暗淡而停止。1936年,GeorgeDestiau出版了一个关于硫化锌粉末发射光的报告。随着电流的应用和广泛的认识，最终出现了“电致发光”这个术语。二十世纪50年代，英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED,并于60年代面世。据说在早期的试验中，LED需要放置在液化氮里，更需要进一步的操作与突破以便能高效率的在室温下工作。第一个商用LED仅仅只能发出不可视的红外光，但迅速应用于感应与光电领域。

60年代末，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED。磷化镓的改变使得LED更高效、发出的红光更亮，甚至产生出橙色的光。到70年代中期，磷化镓被使用作为发光光源，随后就发出灰白绿光。LED采用双层磷化镓蕊片(一个红色另一个是绿色)能够发出黄色光。就在此时，俄国科学家利用金刚砂制造出发出黄光的LED。尽管它不如欧洲的LED高效。但在70年代末，它能发出纯绿色的光。80年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的LED的诞生，先是红色，接着就是黄色，最后为绿色。到20世纪90年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的LED。第一个有历史意义的蓝光LED也出现在90年代早期，再一次利用金钢砂-早期的半导体光源的障碍物。依当今的技术标准去衡量，它与俄国以前的黄光LED一样光源暗淡。

90年代中期，出现了超亮度的氮化镓LED，随即又制造出能产生高强度的绿光和蓝光铟氮镓Led。超亮度蓝光蕊片是白光LED的核心，在这个发光蕊片上抹上荧光磷，然后荧光磷通过吸收来自蕊片上的蓝色光源再转化为白光。就是利用这种技术制造出任何可见颜色的光。今天在LED市场上就能看到生产出来的新奇颜色，如浅绿色和粉红色。有科学思想的读者到现在可能会意识到LED的发展经历了一个漫长而曲折的历史过程。事实上，最近开发的LED不仅能发射出纯紫外光而且能发射出真实的“黑色”紫外光。那么LED发展史到低能走多远，不得而知。也许某天就能开发出能发X射线的LED。然而，LED的发展不单纯是它的颜色还有它的亮度，像计算机一样，遵守摩尔定律的发展。每隔18个月它的亮度就会增加一倍。早期的LED只能应用于指示灯、早期的计算器显示屏和数码手表。而现在开始出现在超亮度的领域。将会在接下的一段时间继续下去。例如，到2005年美国所有的交通信号指示灯将被LED所取代;美国汽车产业也会于十年内停止使用白炽灯而采用LED灯，包括汽车前灯。大多数的大型户外显示屏也采用成千上万个LED以便产生高质量视频效果。不久，LED将会照亮我们的家、办公室甚至街道。高效节能的LED意味着太阳能充电电池能够通过太阳光为其冲电。从而能够把光源带到第三世界及其他没有电能的地方。曾经暗淡的发光二极管现在真正预示着LED新时代的来临。①1962年,GE、Monsanto、IBM的联合实验室开发出了发红光的磷砷化镓(GaAsP)半导体化合物，从此可见光发光二极管步入商业化发展进程。②1965年，全球第一款商用化发光二极管诞生，它是用锗材料做成的可发出红外光的LED，当时的单价约为45美元。其后不久，Monsanto和惠普公司推出了用GaAsP材料制作的商用化红色LED。这种LED的效率为每瓦大约0.1流明，比一般的60至100瓦白炽灯的每瓦15流明要低上100多倍。③1968年，LED的研发取得了突破性进展，利用氮掺杂工艺使GaAsP器件的效率达到了1流明/瓦，并且能够发出红光、橙光和黄色光。④1971，业界又推出了具有相同效率的GaP绿色芯片LED。⑤到20世纪70年代，由于LED器件在家庭与办公设备中的大量应用，LED的价格直线下跌。事实上，LED在那个时代主打市场是数字与文字显示技术应用领域。⑥80年代早期的重大技术突破是开发出了AlGaAsLED，它能以每瓦10流明的发光效率发出红光。这一技术进步使LED能够应用于室外信息发布以及汽车高位刹车灯(CHMSL)设备。⑦1990年，业界又开发出了能够提供相当于最好的红色器件性能的AlInGaP技术，这比当时标准的GaAsP器件性能要高出10倍。⑧在1991年至2001年期间，材料技术、芯片尺寸和外形方面的进一步发展使商用化LED的光通量提高了将近30倍。1994年，日本科学家中村修二在GaN基片上研制出了第一只蓝色发光二极管，由此引发了对GaN基LED研究和开发的热潮。⑨20世纪90年代后期，研制出通过蓝光激发YAG荧光粉产生白光的LED，但色泽不均匀，使用寿命短，价格高。随着技术的不断进步，近年来白光LED的发展相当迅速，白光LED的发光效率已经达到38lm/W，实验室研究成果可以达到70lm/W，大大超过白炽灯，向荧光灯逼近。⑩今天，白光LED发光效率最高已超过100lm/W,市场应用领域的白光LED光效一般约在70lm/W左右，盛丽光电的超高亮LED灯具光效约为100lm/W，已经远远超过传统节能灯3：LED显示屏的分类：

1）、根据基色分类单基色显示屏:单一颜色（红色或绿色）。双基色显示屏：红和绿双基色，256级灰度、可以显示65536种颜色。全彩色显示屏：红、绿、蓝三基色，256级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色。灰度等级主要取决于系统的A/D转换位数。目前国内LED显示屏主要采用8位处理系统，也即256（28）级灰度。简单理解就是从黑到白共有256种亮度变化。采用RGB三原色即可构成256×256×256=16777216种颜色。即通常所说的16兆色。国际品牌显示屏主要采用10位处理系统，即1024级灰度，RGB三原色可构成10.7亿色单基色单基色：每个像素点只有一种颜色，多数用红色，因为红色的发光效率较高，可以获得较高的亮度，也可以用绿色，还可以是混色，即一部分用红色，一部分用绿色，一部分用黄色等。双基色每个像素点有红绿两种基色，可以叠加出黄色，在有灰度控制的情况下，通过红绿不同灰度的变化，可以组合出多种灰度颜色。三基色（全彩）也称全彩色，每个像素点有红绿蓝三种基色，在有灰度控制的情况下，通过红绿蓝不同灰度的变化，可以很好地还原自然界的色彩，组合出上万种颜色。2）、根据应用场所分类

根据应用场所的不同，可将LED显示屏分为户内、户外及半户外三种。室内显示屏：发光点较小，一般Φ3mm--Φ8mm，显示面积一般几至十几平方米。室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。户内屏在制作工艺上首先是把发光晶粒做成点阵模块，再由点阵模块拼接为一定尺寸的显示单元板，根据用户要求，以单元板为基本单元拼接成用户所需要的尺寸。户内屏面积一般从不到1平米到十几平米,点密度较高，

在非阳光直射或灯光照明环境使用，观看距离在几米以外，屏体不具备密封防水能力。户外屏在制作工艺上首先是把发光晶粒封装成单个的发光二极管，称之为单灯，一般都采用具有聚光作用的反光杯来提高亮度；再由多只LED单灯封装成像素模组，而由像素模组组成点阵式的显示单元箱体，根据用户需要及显示应用场所，以一个显示单元箱体为基本单元组成所需要的尺寸。箱体在设计上需要密封，以达到防水防雾的目的，使之适应室外环境，一般正面采用灌胶的方式来密封。半户外屏

半户外屏介于户外及户内两者之间,具有较高的发光亮度,

可在非阳光直射户外下使用，屏体有一定的密封，一般在屋檐下或橱窗内。3）根据功能分类根据屏幕所具有的功能，可将LED显示屏分为条屏，图文屏，视屏以及数码混合屏四种。

LED数码显示屏：显示器件为7段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏。

LED点阵图文显示屏：显示器件是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。

LED视频显示屏：显示器件是由许多发光二极管组成，可以显示视频、动画等各种视频文件。。

条屏系列条屏系列：这类显示屏主要用于显示文字，可用遥控器输入，也可以与计算机联机使用，通过计算机发送信息。可以脱机工作。因为这类屏幕多做成条形，故称为条屏。。

图文屏系列这类显示屏主要用于显示文字和图形，一般无灰度控制。它通过与计算机通讯输入信息。与条屏相比，图文屏的优点是显示的字体字型丰富，并可显示图形，与视屏相比，图文屏最大的优点是一台计算机可以控制多块屏，且可以脱机显示。。

视屏系列这类显示屏屏幕像素与控制计算机监视器像素点呈一对一的映射关系，有256级灰度控制，所以其表现力极为丰富，配置多媒体卡，视屏还可以播放视频信号。视屏开放性好，对操作系统没有限制，软件也没有限制，能实时反映计算机监视器的显示。。

数码混合屏系列数码屏广泛用于证券交易所股票行情显示、银行汇率、利率显示、酒店海鲜价目表、客房价目表等。多数情况下，在数码屏上加装条屏来显示欢迎词、通知、广告等。支持遥控器输入。

4）根据屏显示面形状分类除了常见的平面屏以外，还有曲面屏，如弧形屏、球面屏等。

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5)、按发光点直径分类室内屏：Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm、室外屏：Φ10mm、Φ12mm、Φ16mm、Φ19mm、Φ20mm、Φ21mm、Φ22mm、Φ26mm室外屏发光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发光。6).显示方式有静态、横向滚动、垂直滚动和翻页显示等。4.1发光二极管基本知识半导体光源的物理基础发光二极管的结构发光二极管的驱动发光二极管的特点及应用发光二极管分类1．按发光管发光颜色分可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。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。

2．按发光二极管的结构分按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。3．按发光管出光面特征分按发光管出光面特征分圆灯、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φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。

4．按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度<10mcd）；超高亮度的LED（发光强度>100mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。

除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。

超亮发光二极管有三种颜色，然而三种发光二极管的压降都不相同。

红色的压降为2.0--2.2V

黄色的压降为1.8—2.0V

绿色的压降为3.0—3.2V。正常发光时的额定电流均为20mA。4.1.1半导体光源的物理基础发光二极管（LED）：固态半导体器件核心：半导体的晶片

P型半导体：空穴占主导地位N型半导体：电子占主导地位++++++++++++++++++++NP内建电场空间电荷区空穴电子扩散漂移LED发光机理：电子与空穴发生复合时放出的能量半导体中晶体中电子可能存在的三种能态

1）价带：参与原子间键合的电子可能存在的能带

2）导带：脱离原子束缚在晶体内自由运动的电子可能存在的能带

3）禁带：位于价带和导带之间，不存在电子的能带半导体晶体发光是穿越这种材料固有禁带的电子与价带的空穴复合时所产生的现象。发光二极管(LED)晶片的发光颜色暗红色（700nm）深红色(640-660nm)橘红色（615-635nm）琥珀色（600-610nm）黄色(590-595nm)黄绿色（565-575nm)纯绿色（500-540nm）蓝色（435-490nm）紫色(380-430nm)

红色LED的中心材料是以Zn-O对作为发光中心的GaP，Zn-O对在其中起等电子捕集器的作用。GaP为间接跃迁型，在其中导入杂质Zn-O对作为发光中心，已实现较高效率的红色LED，发光波长为700nm，晶体不发生自吸收现象，可以在低电流密度下获得高辉度。

发光二极管(LED)在橙色、黄色LED中，使用的是以N为等电子捕集器的GaAsP；在绿色LED中，使用的是掺杂有高浓度N的间接迁移型GaP。而且，在纯绿色LED中，正在使用不掺入杂质的GaP。发光二极管(LED)

蓝色LED需要采用禁带宽度大的材料已经在研究开发的有SiC，GaN，ZnSe，ZnS等。SiC是容易形成P-N结的材料，属于间接跃迁型，依靠掺入杂质Al和N能级间的跃迁产生发光。GaN，ZnSe，ZnS为直接跃迁型，可获得高辉度发光。这些材料的研究开发近年来获得重大突破，高辉度蓝色LED正在达到实用化。发光二极管(LED)LED晶片材料:发光半导体，具有单向导电性对LED材料的要求：

1）电子与空穴的数量尽量多

2）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晶片的组成：磷化镓(GaP)镓铝砷(GaAlAs)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。半导体光源的物理基础LED材料折射率很高ni

3.6在空气中的反射率=(n1-1)2/(n1+1)2提高外部出光效率的方法：降低反射率，提高透过率（1）用折射率高的透明材料（环氧树脂）覆盖在芯片表面。（2）把芯片晶体表面加工成半球形

4.1.2发光二极管(LED)的结构发光二极管(LED)结构发光二极管(LED)结构一、支架：

1）、支架的作用：用来导电和支撑

2）、支架的组成：支架由支架素材经过电镀而形成，由里到外是素材、铜、镍、铜、银这五层所组成。

3）、支架的种类：带杯支架做聚光型，平头支架做大角度散光型的Lamp。

二、银胶银胶的作用：固定晶片和导电的作用。银胶的主要成份：银粉占75-80%、EPOXY（环氧树脂）占10-15%、添加剂占5-10%。银胶的使用：冷藏，使用前需解冻并充分搅拌均匀，因银胶放置长时间后，银粉会沉淀，如不搅拌均匀将会影响银胶的使用性能。三、晶片（Chip）：

焊单线正极性（P/N结构）晶片，双线晶片。晶片的焊垫一般为金垫或铝垫。其焊垫形状有圆形、方形、十字形等四、金线：金线的作用：连接晶片PAD（焊垫）与支架，并使其能够导通。金线的纯度为99.99%Au；金线的尺寸有：0.9mil、1.0mil、1.1mil(密耳（千分之一寸）)等。五、环氧树脂：环氧树脂的作用：保护Lamp的内部结构，可稍微改变Lamp的发光颜色，亮度及角度；使Lamp成形。封装树脂包括：A胶（主剂）、B胶（硬化剂）、DP（扩散剂）、CP（着色剂）四部份组成。其主要成分为环氧树脂（EpoxyResin）、酸酐类（酸无水物Anhydride）、高光扩散性填料（Lightdiffusion）及热安定性染料（dye）

白色发光二极管的发光原理与其它发光二极管的发光原理稍有一点不同。目前有两种发光模式能使发光二极管发出白色光。一种是采用二波长蓝色光＋黄色光

发光模式的白色发光二极管，其基础部分是一颗蓝色发光二极管，在蓝色发光二极管芯片的外面覆盖一层荧光体层，当蓝色发光二极管芯片发射出来的蓝色光，有一部分在透过荧光体时被荧光体吸收，变成了黄光，黄光又与透过荧光体的蓝光混合后就发出白色光。例如有的白色发光二极管发出的光是纯白的，而有的发出的光是白偏蓝的。另一种是采用三波长蓝色光＋绿色光＋红色光

发光模式的全彩色发光二极管。将红、绿、蓝三颗发光二极管封装在同一个管壳中，三种原色的光混合也可以产生出白光，但是由于制作全彩色发光二极管的成本要相对较高，所以一般不会用全彩色发光二极管来制作照明灯，全彩色发光二极管主要是用来制造全彩色显示屏，用全彩色发光二极管制作照明灯会大大增加产品的成本。

白色发光二极管的正向电压降与其他发光二极管的正向电压降不同。

白色发光二极管的正向电压降约为3.5V左右，需要正向工作电流≥15mA左右时，才能使其正常发光。白光LED的原理和应用驱动电路是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。4.1.3发光二极管的驱动

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3.6V的供电电压才能实现合适的亮度控制。

直流驱动：电阻，电容，发光二极管电池：Vmax=4.2V,

Vmin=2.8V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4.2V，安全放完电后约为2.8V，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。TRLEDVcc恒流驱动：采用晶体管

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-WidthModulation，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。LavgImaxTonT脉冲驱动：视觉暂留白光质量高，应用简单，效率高a)脉冲驱动种类：图集成电路脉冲源对LED的驱动-1b）脉冲驱动图CMOS-IC对LED的脉冲驱动-2C）脉冲驱动种类：图IC+T对LED的驱动-3LED驱动器为满足不同的输入电压，不同的输出电流及不同的LED数量等要求，各半导体器件公司纷纷开发出各种新型白光LED驱动器。驱动器除可驱动白光LED外，也可驱动蓝光LED或其他颜色的LED。另外，驱动器具有稳定输出或者可编程恒流输出的特点，故可用驱动器作为稳压电源或者可编程恒流源。1、常用的LED电源驱动方案无论采用哪种电源驱动方案一般都不能直接给LED供电，对于不同的使用情况，在LED电源变换器的技术实现上有不同的方案。（1）低压驱动由于电池供电时，电压一般为0.8-1.65V，一般LED导通压降在2V左右。低压驱动LED需要把电压升到足以使LED导通的电压值。对于LED这样的低功耗照明器件，这是一种常见的使用情况，这种方法主要用于便携式电子产品，驱动小功率及中功率的白光LED，比如：LED手电筒，LED应急灯、节能灯等。（2）过渡电压驱动是指给LED供电的电源电压值在LED管压降附近变动，这个电压有时可能略高于LED的管压降，有时可能略低于LED的管压降，如一节锂电池或两节串联的铅蓄电池，满电电压在4V以上，电快用完的时候在3V以下，过渡电压驱动LED的电源变换电路纪要解决升压问题又要解决降压问题。例如LED矿灯（采用高亮度LED光源替代传统灯珠作为发光体，配合锂离子电池生产的矿灯

)。（3）高压驱动高压驱动是指给LED供电的电压始终高于LED的管压降，始终大于5V，由稳压电源或者蓄电池供电，用于驱动LED灯，典型应用有太阳能草坪灯，机动车的灯光系统等。高压驱动LED需要解决压降问题，由于高压驱动一般是由普通蓄电池供电，会用到比较大的功率，应该有尽量低的成本，变换器的最佳电路结构是串联开关降压电路。（4）市电驱动半导体照明普及应用必须要解决好的问题。市电是交流电，而且输出电压值很高，达到220V。用市电驱动首先要解决降压和整流问题。另外，还应解决安全隔离。2、LED显示驱动方式

LED显示驱动方式可分为静态显示驱动和动态显示驱动。（1）静态显示驱动法是指每一个LED灯分别对应一个独立的I/O驱动口，其点亮和关闭由该驱动口对其控制，互不干扰。常采用的驱动电路7406、7407专用驱动电路如ULN2003/2008,74HC373、244、245、74LS244/245等有些单片机可直接驱动使用串行芯片的静态显示RXDTXDP1.0QAQHQH/RCLKSRCLKSERQAQHQH/RCLKSRCLKSERVCCVCC74HC594移位寄存器74HC594带输出锁存的8位串入并出移位寄存器

静态驱动显示法一般应用在单个LED驱动或者LED数量比较少，并且所选的MCU的I/O驱动口比较充裕的条件下，由于每一个LED均由独立的I/O口来控制，因此这种显示驱动软件的设计比较简单。优点：电路设计简单，编程简单，而且LED的亮度控制容易，只需在驱动两端增加相应的电流调节电阻即可方便的实现亮度的调节。缺点：由于每个LED需要一个I/O口，因此对I/O口需求量大，不能实现大数量的LED显示要求。（２）动态显示驱动法将不同的LED模块的所有LED驱动端一对一的连接到一起，其公共极分别由不同的I/O口来驱动称为扫描线或者地址线，用这些地址线来选定某一个LED

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单片机P2.0P2.7abcdefgdpP0.0P0.1P0.2P0.3想一想：和静态连接的区别在哪里？

单片机

P2.0P2.7abcdefgdpP0.0P0.1P0.2P0.3电路的接法决定了必须采用逐位扫描显示方式。即从段选口送出某位LED的字型码，然后选通该位LED，并保持一段延时时间。然后选通下一位，直到所有位扫描完。怎样实现显示呢？简单的程序流程选中第一个LED(P0.0为1，其他为0)送“1”的字型码延时选中第二个LED送“2”的字型码延时选中第三个LED送“3”的字型码延时选中第四个LED送“4”的字型码延时延时时间若为1S、10mS看到的现象分别是什么？静态、动态显示方式总结静态显示所有LED的位选均共同连接到+VCC或GND，每个LED的8根段选线分别连接一个8位并行I/O口。原理简单；显示无闪烁；占用I/O资源较多。动态显示所有LED的段选线共同连接在一起共用一个8位I/O口而每个LED的位选分别由一根相应的I/O口线控制。因此必须采用动态扫描显示方式。LED与驱动器的匹配

LED作为驱动电路的负载经常需要几十个或者几百个组合在一起构成发光组件，，选用什么样的驱动器，以及LED作为负载选用什么样的连接方式，直接关系到可靠性和寿命。将多个LED连接到一起的时候，正向电压和电流均需要匹配，这样整个组件才能产生一致的亮度。1、LED全部串联的方式

优点是通过每个LED的工作电流相等，一般应串入限流电阻Ｒ，要求驱动器输出较高的电压。当LED的一致性差别较大时，虽然分配到不同LED两端的电压不同，但通过每只LED的电流相同，故各LED的亮度一致。

当一只LED品质不良断路后，串联在一起的LED将全部不亮，解决的办法是在每一只LED两端并联一个齐纳二极管。当某一只LED品质不良短路的时候，如果采用稳压驱动方式，由于驱动器的输出电压不变，那么分配在剩余的LED两端的电压将升高，驱动输出的电流将增大，容易损坏余下的LED

。如果采用恒流方式驱动，这时候由于驱动器输出的电流保持不变，不影响余下的LED正常工作。2、LED全部并联方式

在并联设计中多只LED由具备独立电流的驱动电路来驱动，并联设计基于低驱动电压，因此无需带电感的升压电路。

此外并联设计具有低电磁干扰，低噪声和高效率等特点，且容错性强。

LED采用全部并联方式时，要求LED驱动器输出较大的电流，负载电压较低，由于分配在所有LED两端的电压相同，当LED的一致性差别较大时，而通过每只LED的电流不一致，LED的电流亮度也不同。

LED采用全部并联方式适合于电源电压较低的产品供电场合（比如太阳能或电池供电）。当一只LED因品质不良短路，所有的LED将不亮，但如果并联LED的数量较多，通过短路的LED的电流较大，足以将短路的LED烧成断路。当一只LED因品质不良而断路时，采用稳压LED驱动方式，驱动器的输出电流将减小，但不影响余下的所有的LED工作。如果采用恒流驱动方法，驱动器输出电流没有变化，但是分配在其余LED上的电流将增大，容易损坏所有的LED。解决办法：尽量多的并联LED，使分配在其余LED上的电流不大，不影响其余LED的工作。3、混联方式

混联连接方式有两种，一种是先将LED串联，然后再并联。

电路性能分析：

当一串联支路上有一只LED短路时，该串联电路上的电流增大，容易损坏该支路中的LED。

LED断路时，采用稳压式驱动方式，电流减小，不影响余下的LED工作。另一种连接方式为先并联再串联试分析该电路的性能（1）一只LED短路（2）一只LED断路应用于显示屏的LED发光材料有以下几种形式：①LED发光灯（或称单灯）一般由单个LED晶片，反光碗，金属阳极，金属阴极构成，外包具有透光聚光能力的环氧树脂外壳。可用一个或多个（不同颜色的）单灯构成一个基本像素，由于亮度高，多用于户外显示屏。②LED点阵模块由若干晶片构成发光矩阵，用环氧树脂封装于塑料壳内。适合行列扫描驱动，容易构成高密度的显示屏，多用于户内显示屏。③贴片式LED发光灯（或称SMDLED）就是LED发光灯的贴焊形式的封装，可用于户内全彩色显示屏，可实现单点维护，有效克服马赛克现象。

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。电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境稳定性：10万小时，光衰为初始的50%响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级.发光二极管(LED)特点对环境污染：无有害金属汞颜色：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。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色价格：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上300～500只二极管构成。发光二极管(LED)特点

2.LED的主要应用:

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。超高亮度LED的应用

1．信息指示灯

汽车信号指示:汽车指示灯在车的外部主要是方向灯、尾灯和刹车灯；在车的内部主要是各种仪表的照明和显示。超高亮度LED用于汽车指示灯与传统的白炽灯相比具有许多优点，在汽车工业中有着广泛的市场。LED能够经受较强的机械冲击和震动。平均工作寿命MTBF比白炽灯泡高出几个量级，远远高出汽车本身的工作寿命，因此LED刹车灯可封装成一个整体，而不必考虑维修。

交通信号指示:用超高亮度LED取代白炽灯，用于交通信号灯、警示灯、标志灯现已遍及世界各地，市场广阔，需求量增长很快。交通信号灯每个国家的主管部门都要制定相应的规范，规定信号的颜色、最低的照明强度，光束空间分布的图样以及对安装环境的要求等。

2．大屏幕显示

大屏幕显示是超高亮度LED应用的另一巨大市场，包括:图形、文字、数字的单色、双色和全色显示。在表2中列出了LED显示的各种用途。传统的大屏幕有源显示一般采用白炽灯、光纤、阴极射线管等；无源显示一般采用翻牌的方法。表3列出了几种显示的性能比较。3．液晶显示(LCD)的背照明

在液晶显示中至少有10%采用有源光作为背照明，光源可使LCD显示屏的黑暗的环境下易读，全色LCD显示也需要光源。4．固体照灯

全色超高亮度LED的实用化和商品化，使照明技术面临一场新的革命，由多个超高亮度红、蓝、绿三色LED制成的固体照明灯不仅可以发出波长连续可调的各种色光，而且还可以发出亮度可达几十到一百烛光的白色成为照明光源。

LED显示屏的应用涉及社会经济的许多领域，

主要包括：交易、金融信息显示1机场航班动态信息显示2港口、车站旅客引导信息显示3体育场馆信息显示4调度指挥中心信息显示5LED显示屏的应用涉及社会经济的许多领域，主要包括：道路交通信息显示6服务领域的业务宣传及信息显示7演出和集会8广告媒体新产品9展览和租赁104.2.1LED数码显示器1、LED显示器的结构

基本的LED数码管由7个条状发光二极管芯片按照一定的方法排列而成，可以实现数字0-9的显示，其具体结构有反射罩式、条形7段式及单片集成多位数字式等等。4.2发光二极管显示器件（1）反射罩式数码管一般用白色塑料做成带反射腔的七段式外壳，将单个LED贴在与反射罩的七个反射腔互相对位的印刷电路板上，每个反射腔底部的中心位置就是LED芯片。在装反射罩前，用压焊方法在芯片和印刷电路上相应金属条之间连好φ30μm的硅铝丝或金属引线，在反射罩内滴入环氧树脂，再把带有芯片的印刷电路板与反射罩对位粘合，然后固化。

反射罩式数码管的封装方式有空封和实封两种。实封方式采用散射剂和染料的环氧树脂，较多地用于一位或双位器件。空封方式是在上方盖上滤波片和匀光膜，为提高器件的可靠性，必须在芯片和底板上涂以透明绝缘胶，这还可以提高光效率。这种方式一般用于四位以上的数字显示（或符号显示）。（2）条形七段式数码管属于混合封装形式。它是把做好管芯的磷化镓或磷化镓圆片，划成内含一只或数只LED发光条，然后把同样的七条粘在日字形“可伐”框上，用压焊工艺连好内引线，再用环氧树脂包封起来。（3）单片集成式多位数字显示器是在发光材料基片上（大圆片），利用集成电路工艺制作出大量七段数字显示图形，通过划片把合格芯片选出，对位贴在印刷电路板上，用压焊工艺引出引线，再在上面盖上“鱼眼透镜”外壳。它们适用于小型数字仪表中。2、LED数码显示器的分类（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。（4）符号管、米字管的制作方式与数码管类似。（5）矩阵管（发光二极管点阵）也可采用类似于单片集成式多位数字显示器工艺方法制作。

共阳极（anode）：发光二极管的所有阳极连在一起，为公共端，接VCC，用阴极来驱动。

共阴极（cathode）：发光二极管的所有阴极连在一起为公共端，接地，用阳极来驱动。14段LED显示器段排列方式如图。经过适当的组合，可显示数字和26个英文字母的大写与小写。字形码要占双字节。14段LED显示器也分为共阴极和共阳极两种结构。14段LED显示器七段LED显示器4.2.2图文显示屏1、特点图文显示屏的主要特征是只控制LED点阵的各个发光器件的通断，而不控制LED的发光强弱。LED可以是单色的也可以是双色的。甚至是多色。图文显示屏的外观可以做成长条形，也可以做成矩形的平面图文显示屏。不论显示图形还是文字，都是控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的LED器件发光。通常事先把需要显示的图形文字转换成点阵图形，再按照显示控制的要求以一定的格式形成显示数据。对于只控制通断的图文显示屏来说，每个LED发光器件占据数据中的1位（1bit），在需要该LED器件发光时数据中相应的位填1，否则填0。显示图形的数据文件，其格式相对自由，只要能够满足显示控制的要求即可。文字的点阵格式比较规范，可以采用现行计算机通用的字库字模，例如汉字就有宋体、仿宋体、楷体、黑体等多种可供选择的方案。组成一个字的点阵，其大小也可以有16*16、24*24、32*32、48*48等不同规格。

条屏常用于简短明确的信息，例如显示车站、机场的车次、航班信息，或者商厦的欢迎词，或写字楼办公区的简短通知等等。平面显示屏多用来显示比较复杂的信息，如车站显示多列列车的到开时刻、机场显示各航班运行情况以及证券交易所显示股票行情等等。

图文显示屏的颜色，有单色、双色和多色几种。最常用的是单色图文屏。单色屏多使用红色或橘红色或橙色LED点阵单元。双色图文屏和多色图文屏，在LED点阵的每一个“点”上布置有两个或多个不同颜色的LED发光器件。换句话说，对应于每种颜色都有自己的显示矩阵。显示的时候，各颜色的显示点阵是分开控制的。2、显示屏的结构组成部分：屏体，计算机，控制器，智能点阵显示单元，电源。（1）屏体主要部分是显示点阵和行列驱动电路。如下图所示，单色和双色的屏。（2）智能点阵显示单元该单元是独立完成显示任务的小系统，或者是整个图文显示屏的某一个局部，可以显示汉字，线条，简单图形，主控用单片机。（3）主控器主控器采用单片机，有扩展的汉字库，带掉电保护的数据存储器，实时日历时钟，两个RS-485通信接口，均嵌入到LED中。（4）计算机将更换的现实内容送到主控器中，4.2.3LED图像显示屏图像显示屏是具有灰度级显示功能的系统，它所显示的图像画面更逼真，单色图像显示屏就如黑白电视一样，灰度控制是产生单色的有深浅过渡的画面。多色图像显示屏和彩色电视机一样，由于每一种基色的灰度级均可单独控制，因此可以得到从白到黑的各种不同颜色的组合。视频屏又叫同步屏，它接收的是实时传输的视频信号，如电视、DVD、录像等，且需对模拟信号进行模数转换。视频屏的显示信号与计算机或其它视频同步一致。实时、同步、清晰地播放各种信息，可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况等。一般情况下一台计算机控制一块显示屏，LED显示屏上的图像与控制机上显示的图像点点对应。视频屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如绘画作品，动如电影，广泛应用于体育场馆、会展中心、商场、宾馆、医院、银行、建筑市场、拍卖行、展览展示现场及其它公共场所。4.2.4LED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。

图4.3LED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。信号控制单元控制扫描单元驱动单元LED阵列LED显示器件的显示原理

信号控制单元控制扫描单元驱动单元LED阵列信号控制单元：可以由单片机系统、独立的微机系统、传呼接收与控制系统等组成。任务：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扫描控制单元：由译码器组成，用于循环选通LED阵列驱动单元：三极管阵列，给LED提供大电流

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。LED显示器件的显示原理显示数据就绪后，信号控制单元首先将第一行数据传到扫描控制单元的位移寄存器并锁存，然后由行扫描电路选通LED阵列的第一行，持续一定时间后，再用同样方法显示后续行，直至完成一帧显示。如此循环，根据视觉暂留，屏幕刷新速率>25F/s以上就没有闪烁感

大屏幕可采用分区并行显示

灰度的实现：通过调制LED的发光时间与扫描周期的比值（占空比）

色彩的实现：不同基色LED灰度组合便可调配出多种色彩

4.2.5LED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。其关键技术包括1.串行传输（被广泛采用）与并行传输2.动态扫描与静态锁存3.校正技术4.输入接口技术5.自动检测，远程控制技术等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、各级联单元之间每个时钟仅传送一个位(具体实现时每种颜色各一位)的数据。采用这种方式，可采用的驱动IC种类较多，不同显示单元之间的联线较少，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工程实现的容易程度。2.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1/4、1/16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，从而保证了每一个发光二极管的亮度占空比为100%。3.Υ校正技术(GAMMACORRECTION)。由于LED显示屏本身不具有CRT的T特性，因此，在全彩色显示屏的控制技术上，通常对输入的视频信号进行Υ校正处理。所谓Υ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。Υ校正一般有模拟校正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Υ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，且对红、绿、蓝每色的曲线数值分别单独存储。4.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输入、模拟信号输入、全数字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式。

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。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，可显示高清晰度电视(HDTV)的图像。5.自动检测、远程控制技术

LED显示屏构成复杂，特别是室外显示屏，供电、环境亮度、环境温度条件等对显示屏的正常运行都直接影响，在LED显示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，动态对比度之后，2008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。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甚了解。下面介绍各种控制机制●单片机控制单片机控制是LED显示屏控制中的简单的一种方式。待显示信息固化在ROM里或来自传感器等，由单片机读取并控制LED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。

●微机控制

微机控制LED显示屏一般都需要专用的接口电路如LED专用显示卡、LED专用多媒体卡等。此类控制中较多的是VGA（VideoGraphicsArray）同步技术。LED显示屏的VGA同步控制技术是指LED显示屏能够实现跟踪微机CRT窗口上的显示信息，是LED显示屏成为微机的大型显示终端。一般是对显示卡的RGB信号输出进行采样，或直接从VGA卡上的特征插座上取得RGB的数字信号，处理后用于驱动LED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，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、分散的应用场合，工程施工和日常维护都有诸多不便。●主从控制采用微机（上位机）和单片机（下位机）分布管理和控制LED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LED显示屏上各部件协调工作。上位机与下位机一般通过RS232或RS422通信，一台上位机可以管理、控制多个下位机同时显示。红外遥控在LED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，解码电路先将红外接收探头解调后分离出的16位PCM(脉冲编码调制)串行码值进行校验，提取有效的8位数据码值，提供给控制板驱动LED显示屏。采用红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，遥控距离可达十几米。这种控制方式常与其它方式结合使用。通信传输和网络控制

根据对信息传输显示的实时性，LED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RS-232或RS-485计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。视频传输方式则是把LED显示屏与多媒体技术结合起来，实现了在LED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。

●GPRS/GSM无线控制

利用遍布全国的GPRS/GSM基站，通过GPRS/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。此类技术在城市群显、银行IC卡收费、系统挂失、卡号广播、机动车辆防盗定位报警等方便已有应用。LED显示原理举例1、数码管显示器2、LED点阵模块显示屏1、数码显示器（1）驱动电路如果数码管为共阳极形式，那么它的驱动级应为集电极开路（OC）结构。如果数码管为共阴极形式，那么它的驱动级应为射极输出或源极输出结构（2）驱动方式

控制数码管驱动级的控制电路（也称驱动电路）有静态式和动态式两类。

静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管各用一个笔画译码器（如BCD码二-十进制译码器）译码驱动。集成电路TC5002内含有射极输出驱动极，所以采用共阴极数码管。A、B、C、D端为BCD码（二---十进制的8421码）输入端，BL为数码管熄灭及显示状态控制端，R为外接电阻。CMOS集成电路CC4511为源极输出七段锁存、译码驱动电路。

动态驱动是指所有的数码管使用一个专门的译码驱动器，使各位数码管逐个轮流受控显示，这就是动态驱动。由于动态扫描速度很快显示效果和静态驱动相同。6位LED动态显示方法

单片机系统中常使用LED作为显示器，在需要多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，常将所有门的选线并联在一起，由一个8位I/O口控制，实现各部的分时选通。2、LED点阵模块显示屏

LED点阵模块显示屏是指由发光二极管排成一个m×n的点阵，每个发光二极管构成点阵中的一个点。这种显示器显示的字形逼真，能显示字符比较多，但控制比较复杂。适用于显示汉字图形和表格，广泛应用于公共场所的信息发布。LED点阵的显示原理

4×4共阴极LED阵列

LED点阵的行线上加载扫描选通信号，列线上为数据输入，当行线上有一负脉冲选通信号时，列端四位数据中为“1”的发光二极管导通点亮。显示采用逐行扫描方式，数据端不断输入数据，行扫描按顺序逐行选通，扫描一个周期(4次)产生一帧画面。LED点阵电路组成：这里选择具有内部程序存储器的AT89S51单片机作为控制电路，其P0接8×8矩阵式LED的阳极，由于P0口没有上拉能力，所以采用接8个限流电阻后上接电源提供上拉电流，P2接矩阵式LED的阴极。点阵屏原理上拉就是将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平，电阻同时起限流作用。下拉同理也是将不确定的信号通过一个电阻钳位在低电平。上拉是对器件输入电流，下拉是输出电流；强弱只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分。为增强输出引脚的驱动能力，有的单片机管脚上也常使用上拉电阻。1．点阵原理

点阵内部结构及外形如上，8X8点阵共由64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一行置1电平，某一列置0电平，则相应的二极管就亮。如要将第一个点点亮，则9脚接高电平13脚接低电平，则第一个点就亮了；如果要将第一行点亮，则第9脚要接高电平，而（13、3、4、10、6、11、15、16）这些引脚接低电平，那么第一行就会点亮；如要将第一列点亮，则第13脚接低电平，而（9、14、8、12、1、7、2、5）接高电平，那么第一列就会点亮。一般我们使用点阵显示汉字是用的16*16的点阵宋体字库，所谓16*16，是每一个汉字在纵、横各16点的区域内显示的。也就是说得用四个8*8点阵组合成一个16*16的点阵。(国家标准汉字库中的每一个字均由256点阵来表示，即16*16点阵)

如下图所示，要显示“你”则相应的点就要点亮，由于我们的点阵在列线上是低电平有效，而在行线上是高电平有效，所以要显示“你”字的话，它的位代码信息要取反（因列输出数据，行选通），即所有列（13~16脚）送(1111011101111111，0xF7，0x7F)，而第一行（9脚）送1信号，然后第一行送0；再送第二行要显示的数据（13~16脚）送(1111011101111111，0xF7，0x7F)，而第二行（14脚）送1信号。依此类推，只要每行数据显示时间间隔够短，利用人眼的视觉暂停作用，这样送16次数据扫描完16行后就会看到一个“你”字；列输出数据，行选通扫描第二种送数据的方法是字模信号送到行线上再扫描列线也是同样的道理（行输出数据，列选通扫描）。同样以“你”字来说明，16行（9、14、8、12、1、7、2、5）上送（0000000000000000，0x00，0x00）而第一列（13脚）送、“0”。同理扫描第二列。当行线上送了16次数据而列线扫描了16次后一个“你”字也就显示出来了。（LED点阵一般不使用按列扫描的显示方式，因为此种方式会使LED的亮度不够）○●表示LED灭表示LED亮点阵法显示汉字可用二进制数表示LED的亮与灭，每行16只LED共需16位二进制数，分为两个字节。10H00H10HF8H10H88HFEH88H10H88H00010000000000000001000011111000000100001000100011111110100010000001000010001000………………………...00010010000010100001010000000110000100000000000012H0AH14H06H10H00H图一汉字字模的产生图一中第一行可以用10H和00H表示第一行LED的状态，这样全部16行共需32个字节。这32个十六进制数称为该汉字的字模，“机”的字模可以存放在程序存储器中

JI：DB010H,000H,010H,0F8H,010H,088H,0FEH,088HDB010H,088H,010H,088H,038H,088H,034H,088HDB054H,088H,050H,088H,091H,008H,011H,00AHDB012H,00AH,012H,00AH,014H,006H,010H,000H假设显示数字“0”，如下图所示：因此，形成的列代码为00H，00H，3EH，41H，41H，3EH，00H，00H；只要把这些代码分别送到相应的列线上面，即可实现“0”的数字显示。数字“1”代码建立如下图所示：其显示代码为00H，00H，00H，00H，21H，7FH，01H，00H数字“2”代码建立如下图所示：其显示代码为00H，00H，27H，45H，45H，45H，39H，00H数字“3”代码建立如下图所示：其显示代码为00H，00H，22H，49H，49H，49H，36H，00H数字“4”代码建立如下图所示：其显示代码为00H，00H，0CH，14H，24H，7FH，04H，00H数字“5”代码建立如下图所示：其显示代码为00H，00H，72H，51H，51H，51H，4EH，00H数字“6”代码建立如下图所示：其显示代码为00H，00H，3EH，49H，49H，49H，26H，00H数字“7”代码建立如下图所示：其显示代码为00H，00H，40H，40H，40H，4FH，70H，00H数字“8”代码建立如下所示：其显示代码为00H，00H，36H，49H，49H，49H，36H，00H数字“9”代码建立如下所示：其显示代码为00H，00H，32H，49H，49H，49H，3EH，00H

要想在8×8的LED点阵上显示一个数字，因为点阵的公共端是连接在一起的，就像我们在前面讲过的数码管的动态显示类似，是不能同时将这些LED进行点亮的。只能采用按行或者是按列进行控制。那么，怎么样去控制LED显示一个字符的呢？送显示代码过程简单如下：送第一列线代码到P0端口，同时置第一行线为“0”，其它行线为“1”，延时2ms左右，送第二列线代码到P0端口，同时置第二行线为“0”，其它行线为“1”，延时2ms左右，如此下去，直到送完最后一列代码，又从头开始送。

4.2.6LED显示器件的技术指标一、虚拟像素显示的定义：

显示单元中每一点的红、绿、蓝显示组成部分均匀分布，以配合像素的混色效果；虚显示点的表征颜色由相邻的红、绿、蓝像素混色构成。

虚拟像素的点是分散的，实像素的点是凝聚的。虚拟像素的发光点在灯管间，实像素的发光点在灯管上。

二、如何计算实像素点对应的LED管的数量？

当R、G、B以2、1、1分布时，一个像素点有两个红管、一个绿管和一个蓝管组成。

当R、G、B以1、2、1分布时，一个像素点有一个红管、二个绿管和一个蓝管组成。

所以，实像素LED管的数量计算就是像素点数乘以（2+1+1）或乘以（1+2+1）。

三、虚拟象素的实现方法：

按2红1绿1蓝配出的灯板，如果是实像素、3×5点阵；虚拟效果将成为5×9点阵。换算关系为：单行或单列时：M=2N-1，M：虚拟点；N：实点。整体大屏的显示效果是实像素的显示效果的四倍：n是行