ＬＥＤ顯示屏應(yīng)用概述

摘要：LED即半導(dǎo)體發(fā)光二極管，是利用化合物材料制成pn結(jié)的光電器件 。LED產(chǎn)業(yè)一般分為三部分：外延片生長、管芯制作和封裝成器件。LED應(yīng)用也因其很多優(yōu)點(diǎn)，越來越多應(yīng)用在人們?nèi)粘Ｉ钪?。本文重點(diǎn)對LED在顯示屏應(yīng)用進(jìn)行探討，分析單色屏和全彩屏對LED管芯的標(biāo)準(zhǔn)要求，對進(jìn)一步在屏顯市場發(fā)展提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：LED；顯示屏；驅(qū)動芯片

近年來，LED因具有亮度高，工作電壓低，功耗小，小型化易集成化電路匹配，驅(qū)動簡單，壽命長，耐沖擊，性能穩(wěn)定等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于屏顯世界。顯示屏市場得到迅猛發(fā)展，銀行、商店、稅務(wù)、機(jī)場、車站等多種需要進(jìn)行公告、宣傳的場合均見到LED顯示屏身影。LED顯示屏受到越來越多的關(guān)注，本文對LED顯示屏的應(yīng)用原理、對管芯的標(biāo)準(zhǔn)要求及存在的問題作簡單介紹。

1 LED應(yīng)用顯示屏原理

1.1 LED顯示技術(shù)簡介

LED即發(fā)光二極管，是半導(dǎo)體PN結(jié)電致發(fā)光原理制成的二極管。不同材料的半導(dǎo)體LED因其禁帶寬度的不同，而發(fā)出不同顏色的光[1]。

其中Eg為材料禁帶寬度，h為普朗克常數(shù)，c光速，?姿為光波長。

LED因具有亮度高，工作電壓低，功耗小，小型化易集成化電路匹配，驅(qū)動簡單，壽命長，耐沖擊，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛用于顯示屏方面。LED顯示屏主要用于[2]：?葚室外大型建筑物上、中心廣場、商場外墻、商業(yè)街、步行街，大型娛樂場所外，作為信息發(fā)布、廣告發(fā)布、城市形象提升等之用；?葚室內(nèi)大樓前廳、各種政務(wù)辦公大廳、各種營業(yè)大廳、各種證券大廳、電視臺演播大廳、會議禮堂、學(xué)術(shù)報告廳的信息發(fā)布；?葚高速公路上，城市道路邊作為交通信息發(fā)布；?葚移動式LED顯示屏可用于各種集會，各種文娛演出背景，城市移動廣告的信息發(fā)布。?葚體育場、體育館、游泳館、訓(xùn)練館內(nèi)作為計時記分及信息發(fā)布之用；?葚火車站、汽車站、港口、機(jī)場作為信息發(fā)布或廣告之用；

1.2 LED顯示屏原理

LED顯示屏的像素點(diǎn)采用LED發(fā)光二極管，將許多發(fā)光二極管以點(diǎn)陣方式排列起來，構(gòu)成LED陣列，進(jìn)而構(gòu)成LED屏幕。該陣列以計算機(jī)為處理控制中心，電子屏幕與電腦顯示器窗口某一區(qū)域逐點(diǎn)對應(yīng)，顯示內(nèi)容實時同步[3]。有時控制處理系統(tǒng)還可以調(diào)節(jié)控制顯示的畫面內(nèi)容動畫效果以及顯示屏的色彩亮度等。

LED顯示屏的性能指標(biāo)：

?葚像素密度：顯示屏圖像效果清晰程度的特征指標(biāo)；?葚亮度 ：顯示屏正常工作時，顯示屏單位面積上的發(fā)光強(qiáng)度；?葚基色主波長誤差 ：顏色的主波長相當(dāng)于人眼觀測到的顏色的色調(diào)，是一個心理量，是顏色相互區(qū)分的一種屬性 。反映顯示屏顏色均勻性的一個指標(biāo) ?葚占空比 ：設(shè)計技術(shù)的要求；?葚刷新頻率 ：光源的閃爍頻率；?葚其它：“工作壽命”、“平均無故障時間”等等

1.3分類

LED顯示屏類別很復(fù)雜，分類方法很多。 按使用地點(diǎn)分：LED室內(nèi)屏、 LED室外屏、LED半室內(nèi)屏；按基色數(shù)量分：單色屏、雙基色屏、全彩屏；按像素密度分：Φ5、Φ 3、P12、P25等 ；按制作工藝分：點(diǎn)陣塊屏、數(shù)碼顯示屏、表面貼裝屏等；按顯示內(nèi)容分：圖文顯示屏、視頻顯示屏；按工作方式分:同步顯示屏、異步顯示屏。

其中，常見的為按基色數(shù)量分的單色屏、雙基色屏和全彩屏。單色屏，顧名思義即把單一顏色的LED放在一起作為一個像素制作的顯示屏（single-color LED panel）；雙基色屏又稱偽彩色屏，是把紅色和綠色的LED放在一起作為一個像素制作的顯示屏（pseudo-color LED panel）；全彩屏就是把紅、綠、藍(lán)三種LED管放在一起作為一個像素的顯示屏叫三基色屏或全彩屏（all-color LED panel）。

1.4驅(qū)動

通過不同的LED驅(qū)動方式，可得到不同效果的圖像。驅(qū)動芯片的優(yōu)劣，對LED顯示屏的顯示質(zhì)量起著重要的作用。LED驅(qū)動芯片可分為通用芯片和專用芯片[4]。通用芯片一般用于LED顯示屏的低端產(chǎn)品，如戶內(nèi)的單、雙色屏等。由于LED是電流特性器件，即在飽和導(dǎo)通的前提下，其亮度隨著電流大小的變化而變化，不是隨著其兩端電壓的變化而變化。因此，專用芯片的一個最大特點(diǎn)是提供恒流源。恒流源可保證LED的穩(wěn)定驅(qū)動，消除LED的閃爍現(xiàn)象。專用芯片具有輸出電流大、恒流等基本特點(diǎn)，比較適用于要求大電流、畫質(zhì)高的場合，如戶外全彩屏、室內(nèi)全彩屏等。專用芯片的關(guān)鍵性能參數(shù)有最大輸出電流、恒流源輸出路數(shù)、電流輸出誤差(bittobit，chiptochip)和數(shù)據(jù)移位時鐘等。

2 顯示屏對LED管芯的標(biāo)準(zhǔn)

LED顯示屏顯示圖象，需要調(diào)節(jié)構(gòu)成像素的每個LED的發(fā)光亮度。其調(diào)節(jié)的精細(xì)程度就是顯示屏的灰度等級[5]。灰度等級越高，顯示的圖像就越細(xì)膩，色彩也越豐富，相應(yīng)的顯示控制系統(tǒng)也越復(fù)雜。

影響顯示屏性能的因素：LED亮度、LED波長和LED電壓，三方面影響屏顯的色彩、亮度及均勻性。在實際LED 顯示屏生產(chǎn)時，應(yīng)選擇發(fā)光效率高而又能獲得顯色豐富鮮艷的三基色LED 燈管，以使在色品圖[6]中的色三角形面積盡可能大，接近舌形譜色曲線，來滿足豐富的彩色和發(fā)出足夠的亮度。如圖1所示：

圖1中，舌形曲線頂尖為515nm 波長光，高檔LED 顯示屏選用波長接近于515nm 的純綠色光LED 管，如選用520nm、525nm 或530nm波長光的綠管 ；同理選用620nm、628nm 或635nm 波長光的紅管； 465nm、470nm 或480nm 波長光的藍(lán)管。

顯示屏是由大量的發(fā)光二極管組成的，必須對所用發(fā)光二極管的光電參數(shù)進(jìn)行設(shè)計、計算和測試，才能達(dá)到良好的白平衡。簡單的估算和憑肉眼感覺判斷是不可能有好效果的。這里涉及到發(fā)光二極管的選用和驅(qū)動設(shè)計，不僅影響屏幕的光電性能，而且影響可靠性。特別是在室內(nèi)全彩屏的設(shè)計中，熱設(shè)計應(yīng)引起足夠的重視，否則色彩效果和可靠性都會成問題。

3 LED顯示屏存在的問題

3.1 功耗及發(fā)熱問題

由于輸出電流較大，LED顯示屏芯片的功耗和發(fā)熱問題一直是阻擾驅(qū)動芯片發(fā)展的第一因素。在將來可能出現(xiàn)的手持式LED顯示屏的驅(qū)動方式上，這個問題將會變得尤為突出。隨著LED器件制造工藝水平的進(jìn)步和驅(qū)動電流的減小，問題會逐步得到解決。

3.2 應(yīng)用成本問題

一塊主流16位穩(wěn)態(tài)電流LED顯示屏驅(qū)動芯片只能驅(qū)動16路的LED器件。一塊分辨力為1024×768的LED顯示屏就必須使用多塊驅(qū)動芯片才能獲得預(yù)期效果，這樣就使得材料成本比較高。如果采用驅(qū)動芯片自身采用掃描方式，那么一塊主流的驅(qū)動芯片就能一次驅(qū)動多路LED器件，將會使應(yīng)用成本降低許多。

3.3 一致性問題

全彩大屏的最大難點(diǎn)就是一致性，或者說最容易被觀眾覺察的毛病就是一致性不好，屏幕顯得一塊深一塊淺，俗稱馬賽克現(xiàn)象。通常，發(fā)光二極管廠家把LED按亮度和色品分成若干檔，同一檔的差異是可以通過精心地設(shè)計和調(diào)試解決的。

小結(jié)

LED作為顯示屏的像素點(diǎn)以陣列的形式排列構(gòu)成了色彩斑駁的屏顯世界，LED顯示屏不同類型的分類及顯示屏的驅(qū)動方式使得顯示屏呈現(xiàn)給世人美輪美奐的視覺大餐。對組成顯示屏最小基元的管芯要求，最好的管芯不一定做出最好的顯示屏，顯示屏管芯有一定的配比，好的配比能呈現(xiàn)讓人滿意的屏幕效果。當(dāng)然，文章也對LED顯示屏存在一定問題做了點(diǎn)及。

參考文獻(xiàn)

[1]季振國.半導(dǎo)體物理[M].杭州：浙江大學(xué)出版社 2005，9.

[2]陳元燈.LED制造技術(shù)與應(yīng)用[M].杭州：電子工業(yè)出版社.2007，7.

[3]邱寄帆.LED電子顯示屏原理及實現(xiàn)[J].成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2001，01.

[4]周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華.LED驅(qū)動電路設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[5]楊庚.LED顯示屏灰度等級的提高及非線性糾正[J].液晶與顯示，2001，02.

[6]郁道銀，談恒英.工程光學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999，6.