LED基本理論知識(下)

通過(guò)發(fā)光二極管芯片的適當連接（包括串聯(lián)和并聯(lián)）和適當的光學(xué)結構?？蓸嫵砂l(fā)光顯示器的發(fā)光段或發(fā)光點(diǎn)。由這些發(fā)光段或發(fā)光點(diǎn)可以組成數碼管、符號管、米字管、矩陣管、電平顯示器管等等。通常把數碼管、符號管、米字管共稱(chēng)筆畫(huà)顯示器，而把筆畫(huà)顯示器和矩陣管統稱(chēng)為字符顯示器。

（一）LED顯示器結構

基本的半導體數碼管是由七個(gè)條狀發(fā)光二極管芯片按圖12排列而成的?？蓪?shí)現0～9的顯示。其具體結構有“反射罩式”、“條形七段式”及“單片集成式多位數字式”等。

（1）反射罩式數碼管一般用白色塑料做成帶反射腔的七段式外殼，將單個(gè)LED貼在與反射罩的七個(gè)反射腔互相對位的印刷電路板上，每個(gè)反射腔底部的中心位置就是LED芯片。在裝反射罩前，用壓焊方法在芯片和印刷電路上相應金屬條之間連好φ30μm的硅鋁絲或金屬引線(xiàn)，在反射罩內滴入環(huán)氧樹(shù)脂，再把帶有芯片的印刷電路板與反射罩對位粘合，然后固化。

反射罩式數碼管的封裝方式有空封和實(shí)封兩種。實(shí)封方式采用散射劑和染料的環(huán)氧樹(shù)脂，較多地用于一位或雙位器件?？辗夥绞绞窃谏戏缴w上濾波片和勻光膜，為提高器件的可靠性，必須在芯片和底板上涂以透明絕緣膠，這還可以提高光效率。這種方式一般用于四位以上的數字顯示（或符號顯示）。

（2）條形七段式數碼管屬于混合封裝形式。它是把做好管芯的磷化鎵或磷化鎵圓片，劃成內含一只或數只LED發(fā)光條，然后把同樣的七條粘在日字形“可伐”框上，用壓焊工藝連好內引線(xiàn)，再用環(huán)氧樹(shù)脂包封起來(lái)。

（3）單片集成式多位數字顯示器是在發(fā)光材料基片上（大圓片），利用集成電路工藝制作出大量七段數字顯示圖形，通過(guò)劃片把合格芯片選出，對位貼在印刷電路板上，用壓焊工藝引出引線(xiàn)，再在上面蓋上“魚(yú)眼透鏡”外殼。它們適用于小型數字儀表中。

（4）符號管、米字管的制作方式與數碼管類(lèi)似。

（5）矩陣管（發(fā)光二極管點(diǎn)陣）也可采用類(lèi)似于單片集成式多位數字顯示器工藝方法制作。

（二）LED顯示器分類(lèi)

（1）按字高分：筆畫(huà)顯示器字高最小有1mm（單片集成式多位數碼管字高一般在2～3mm）。其他類(lèi)型筆畫(huà)顯示器最高可達12.7mm（0.5英寸）甚至達數百mm。

（2）按顏色分有紅、橙、黃、綠等數種。

（3）按結構分，有反射罩式、單條七段式及單片集成式。

（4）從各發(fā)光段電極連接方式分有共陽(yáng)極和共陰極兩種。

所謂共陽(yáng)方式是指筆畫(huà)顯示器各段發(fā)光管的陽(yáng)極（即P區）是公共的，而陰極互相隔離。

所謂共陰方式是筆畫(huà)顯示器各段發(fā)光管的陰極（即N區）是公共的，而陽(yáng)極是互相隔離的。如圖13所示。

（三）LED顯示器的參數

由于LED顯示器是以L(fǎng)ED為基礎的，所以它的光、電特性及極限參數意義大部分與發(fā)光二極管的相同。但由于LED顯示器內含多個(gè)發(fā)光二極管，所以需有如下特殊參數：

1．發(fā)光強度比

由于數碼管各段在同樣的驅動(dòng)電壓時(shí)，各段正向電流不相同，所以各段發(fā)光強度不同。所有段的發(fā)光強度值中最大值與最小值之比為發(fā)光強度比。比值可以在1.5～2.3間，最大不能超過(guò)2.5。

2．脈沖正向電流

若筆畫(huà)顯示器每段典型正向直流工作電流為IF，則在脈沖下，正向電流可以遠大于IF。脈沖占空比越小，脈沖正向電流可以越大。

（四）LED顯示器的應用指南

1．七段數碼顯示器

（1）如果數碼宇航局為共陽(yáng)極形式，那么它的驅動(dòng)級應為集電極開(kāi)路（OC）結構，如圖14（a）所示。

如果數碼管為共陰極形式，它的驅動(dòng)級應為射極輸出或源極輸出電路，如圖14(b)所示。

例如國產(chǎn)TTL集成電路CT1049、CT4049為集電極開(kāi)路形式七段字形譯碼驅動(dòng)電路；而CMOS集成電路CC4511為源極輸出七段鎖存、譯碼驅動(dòng)電路。

（2）控制數碼管驅動(dòng)級的控制電路（也稱(chēng)驅動(dòng)電路）有靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類(lèi)。

① 靜態(tài)驅動(dòng)：靜態(tài)驅動(dòng)也稱(chēng)直流驅動(dòng)。靜態(tài)驅動(dòng)是指每個(gè)數碼管各用一個(gè)筆畫(huà)譯碼器（如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器）譯碼驅動(dòng)。圖15是一位數碼管的靜態(tài)驅動(dòng)之例。圖集成電路TC5002BP內含有射極輸出驅動(dòng)級，所以采用共陰極數碼管。A、B、C、D端為BCD碼（二-十進(jìn)制的8421碼）輸入端，BL為數碼管熄滅及顯示狀態(tài)控制端，R為外接電阻。

圖16為N位數字靜態(tài)驅動(dòng)顯示電路。

② 動(dòng)態(tài)驅動(dòng)：動(dòng)態(tài)驅動(dòng)是將所有數碼管使用一個(gè)專(zhuān)門(mén)的譯碼驅動(dòng)器，使各位數碼管逐個(gè)輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅動(dòng)。由于掃描速度極快。顯示效果與靜態(tài)驅動(dòng)相同。圖17是一種四位數字動(dòng)態(tài)驅動(dòng)（脈搏沖驅動(dòng)）方法的線(xiàn)路。圖中只用了一個(gè)譯碼驅動(dòng)電路TC5002BP。

; TC4508BP內含兩個(gè)鎖存器，每個(gè)鎖存器可鎖存四位二進(jìn)BCD碼，對應于四位十進(jìn)制數的四組BCD碼分別輸入到四個(gè)鎖存器，四個(gè)鎖存器，四組BCD碼由四個(gè)鎖存器分時(shí)輪流輸出進(jìn)入譯碼器，譯碼后進(jìn)入數碼管驅動(dòng)級集成電路TD62505P（輸入端I1～I7與輸出端Q1～Q7一一對應）。Q1～Q7分別加到四個(gè)數碼管的a～g七個(gè)陽(yáng)極上。數字驅動(dòng)電路TD62003P是由達林頓構成的陣列電路，Q1～Q4中哪一端接地，由輸入端I1～I4的四師長(cháng)“使能”信號DS1～DS4控制。由于四個(gè)鎖存器的輪換輸出也是受“使能”信號DS1～DS4控制。所以四個(gè)數碼管輪流通電顯示。由于輪流顯示頻率較高，故顯示的數字不呈閃爍現象。

2．米字管、符號管顯示器

米字管和符號管的結構原理相機，所以其驅動(dòng)方式也基本相同，只是譯碼電路的譯碼過(guò)程與七段譯碼器不同。

米字管可以顯示包括英文字母在內的多種符號。符號管主要是用來(lái)顯示+、-或±號等。

3．LED點(diǎn)陣式顯示器

LED點(diǎn)陣式顯示器與由單個(gè)發(fā)光二極管連成的顯示器相比，具有焊點(diǎn)少、連線(xiàn)少，所有亮點(diǎn)在同平面、亮度均勻、外形美觀(guān)等優(yōu)點(diǎn)。

點(diǎn)陣管根據其內部LED尺寸的大小、數量的多少及發(fā)光強度、顏色等可分為多種規格。圖18所示是具有代表性的P2057A和P2157A兩種φ5高亮度橙紅色5×7點(diǎn)陣組件。采用雙列直插14腳封裝，兩種顯示器的差別是LED極性不同，如圖18所示。

該顯示器用掃描驅動(dòng)方式，選擇較大峰值電流和窄脈沖作驅動(dòng)源，每個(gè)LED的平均電流不應超過(guò)20mA。

LED點(diǎn)陣管可以代替數碼管、符號管和米字管。不僅可以顯示數字，也可顯示所有西文字母和符號。如果將多塊組合，可以構成大屏幕顯示屏，用于漢字、圖形、圖表等等的顯示。被廣泛用于機場(chǎng)、車(chē)站、碼頭、銀行及許多公共場(chǎng)所的指示、說(shuō)明、廣告等場(chǎng)合。

圖19是一個(gè)LED點(diǎn)陣顯示器驅動(dòng)電路之例。