发光二极管（LED）的显示技术

赵燕慧

安庆师范大学物电学院

发光二极管（LED）的显示技术

赵燕慧

安庆师范大学物电学院

发光二极管（LED）的显示技术是一门将电子设备输出的电信号转化成总体的光信号，从而可以让人们直观地通过各种形式观察目标的一门高级技术。本文详细阐述了发光二极管通过自发辐射产生非相干光、进而实现目标显示的机理，显现了信息化交流并不局限在人与人之间，也能在人与机器之间。随着光电技术的快速发展，LED显示技术将在各个行业获得更广泛的运用。

LED显示技术；发光二极管发光及显示机理；LED显示技术发展前景

1　引言

光电显示技术是一门光电信息转化技术。其目的在于让人们通过视觉感知电子设备传输光信号的信息转化。有数据显示，感受器当中视觉感受器所占比例最大，可以达到总体的五分之三，听觉感受器只有视觉感受器的三分之一，触觉感受器为其四分之一，味觉感受器和嗅觉感受器只占很小的比例［1］。由此可以看出图像显示在信息显示中的重要作用，人们通过显示器件与机器之间进行信息交流，在顺应时代发展潮流的同时也在不断更新电子显示器件。本文将主要通过发光二极管（LED的显示机理展开详细阐述。

2　LED的发光机理

2.1LED发光的物理基础

LED作为一种固态半导体器件可以直接实现电信号到光信号的信息转换功能。LED的一个主要部分--半导体晶片分为两极，正极和负极，负极端和一个支架相互连接，正极端与电源相连接，然后用环氧树脂将整个晶片进行封装。半导体晶片由P型和N型组成，P型半导体中多数载流子是空穴，N型半导体中多数载流子是自由电子，当P型半导体和N型半导体连接在一起时，在它们之间就会产生一个P-N结。当晶片中有电流通过时，晶片就会受到电流的影响，此时N区的电子就会向P区扩散，并与P区里的多数载流子空穴作用在一起，接着就会产生能量［1］。下图1清晰地反映出LED的发光原理。

图1　LED发光原理图

波长决定了晶片的发光颜色，其中P-N结的材料决定了光的波长，常见的可见光一般可以根据波长的不同进行分类。在最早研制出来的普通的LED中所占比重最大的是红色、橙色、绿色、黄色发光二极管，在使用亮度方面它们处于低级或者中级，在最新几年中，LED在开发和使用方面得到了不断的发展更新，在性能选择方面，蓝光发光二极管和一些亮度处于高级和超高级的LED备受青睐。

2.2结构及发光机理

图2　发光二极管的结构

发光二极管的结构如图2所示，它可以分为面发光型和边发光型两种。

电子与空穴发生作用时会放出能量从而使LED发光。发光二极管产生的是自发辐射光，能量会以光子的形式释放出去，它的频率、相位和偏振等状态都是不一样的，是非相干光。其中自发辐射是指处于能级较高的电子自动地迁移到较低的能级［2］，这一过程可以用下图3形象地展示出来。

图3　自发辐射

2.3发光二极管的驱动

驱动电路是LED产品的重要组成部分。其中有三种不同的驱动方式：直流驱动主要采用阻、容降压，然后加上一个稳压二极管，向LED供电，它是三种方式中最为简单的；在电流值相同的情况下，驱动电路偏向于正向电流；脉冲驱动法是利用人的眼睛能够暂时保留图像信息这一特点，采用反复通电和断电的方式使LED器件点燃。

3　基于LED的显示技术

3.1显示机理

LED显示屏是通过多个LED器件按照一定的排列顺序相互组合而成的，它可以通过一些方式进行控制，从而将一些文字、图像、数据、发展趋势等信息显示出来，此外，它还可以显示电视和一些录像信息。一般通用的LED显示系统组成部分如下图4所示。

图4　LED显示系统组成

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。它可以产生某些特定的数字信号，然后控制整个显示系统，使每个不同的器件各司其职又相互协作，进而完成显示工作。译码器是扫描控制单元的主要组成部分，它能够让LED阵列不停地反复进行选择。驱动单元一般可以分为三极管阵列，它可以给LED提供所需要的大电流。等到数据显示完成后，信号控制单元首先将第一行数据传到扫描控制单元的移位寄存器并封存，然后第一行的LED阵列就被扫描电路选通了，一段时间过后，就可以用同样的方法将接下来的行显示出来，一直持续到最后一帧的显示工作的完成［3］。

3.2显示器件扫描驱动电路

LED显示器件扫描驱动电路可以实现对显示屏所要显示的信息内容的接收、信息转变及相应的加工功能。通常显示屏的控制技术的结构成分包括输入输出、信号控制、信号转换和数字处理部分等，下面简要介绍几种具体涉及的技术。

3.2.1串行传输与并行传输

串行和并行是LED显示屏上数据的两种不同的传输方式，相对而言串行控制技术运用的比较多。在串行控制方式下，存在于显示屏每一个内部单元会通过不同的驱动电路或者相互有连接的单元之间在一个信号指示下只传输一位数据，与此同时，一种颜色也各有一位传输数据。

3.2.2动态扫描与静态锁存

信息的刷新原理分为静态扫描和动态锁存，二者各有其优势。为了充分利用其优势将动态扫描技术应用于室内显示，可以用一行驱动寄存器来容纳很多发光二极管；另一方面，静态锁存这一技术被应用于室外的显示屏，与室内显示屏不同的是，采取的方法是每一个驱动寄存器里面都有一个发光二极管。

3.2.3自动检测、远程控制技术

LED显示屏的结构较为复杂，室外显示屏在正常运行时会受到许多因素的直接影响，比如电力大小，环境温度变化、光照强度等。为此，需要考虑安装自动检测装置，对上述影响因素一一进行检测，或者转换一下工作方式，采用远程实现的方式，在显示屏图像位置、图像色彩等方面进行调节。控制模式有单片机控制、微机控制、主从控制、红外遥控、通信传输和网络控制、GPRS/GSM无线控制等。

4　前景展望

针对信息显示需求的不断提高，本文根据光信号与电信号能够相互转换的原理，详细阐述了发光二极管的显示机理，综述了基于LED的显示技术，分析了LED显示技术的实际应用，并呈现了这些技术所取得的阶段性成果。通过这些阐述和分析，不难发现，LED显示技术正由不够成熟向模块化方向发展，但就目前而言，LED显示技术由于光损耗的问题使得显示屏的光通量在一定程度上不足，发光效率不够高，由于外界因素的影响在使用寿命方面也会受到影响。基于上述所呈现的阶段性成果，可以推断，专业化、信息化、多样化将是未来LED显示技术的必由之路。由此，随着新技术的不断涌现，LED显示技术将会更加完善，应用领域将更加广泛。

［1］《光电显示技术》清华大学出版社

［2］《光纤通信系统第3版》机械工业出版社

［3］张华.LED显示系统的设计研究.四川大学研究生学位论文，2004