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LED基礎知識2–LED顯示器結構及分類

瀏覽次數:819 分類:技術文獻

通過發光二極管芯片的適當連接(包括串聯和并聯)和適當的光學結構??蓸嫵砂l光顯示器的發光段或發光點。由這些發光段或發光點可以組成數碼管、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、米字管共稱筆畫顯示器,而把筆畫顯示器和矩陣管統稱為字符顯示器。

(一)LED顯示器結構

基本的半導體數碼管是由七個條狀發光二極管芯片按圖12排列而成的??蓪崿F0~9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LED貼在與反射罩的七個反射腔互相對位的印刷電路板上,每個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,在反射罩內滴入環氧樹脂,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封兩種。實封方式采用散射劑和染料的環氧樹脂,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,再用環氧樹脂包封起來。

(3)單片集成式多位數字顯示器是在發光材料基片上(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,再在上面蓋上“魚眼透鏡”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似。

(5)矩陣管(發光二極管點陣)也可采用類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

(1)按字高分:筆畫顯示器字高最小有1mm(單片集成式多位數碼管字高一般在2~3mm)。其他類型筆畫顯示器最高可達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)從各發光段電極連接方式分有共陽極和共陰極兩種。

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

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

?。ㄈ㎜ED顯示器的參數

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

1.發光強度比

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

2.脈沖正向電流

若筆畫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極形式,那么它的驅動級應為集電極開路(OC)結構,如圖14(a)所示。

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

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

(2)控制數碼管驅動級的控制電路(也稱驅動電路)有靜態式和動態式兩類。

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

圖16為N位數字靜態驅動顯示電路。

② 動態驅動:動態驅動是將所有數碼管使用一個專門的譯碼驅動器,使各位數碼管逐個輪流受控顯示,這就是動態驅動。由于掃描速度極快。顯示效果與靜態驅動相同。圖17是一種四位數字動態驅動(脈搏沖驅動)方法的線路。圖中只用了一個譯碼驅動電路TC5002BP。

TC4508BP內含兩個鎖存器,每個鎖存器可鎖存四位二進BCD碼,對應于四位十進制數的四組BCD碼分別輸入到四個鎖存器,四個鎖存器,四組BCD碼由四個鎖存器分時輪流輸出進入譯碼器,譯碼后進入數碼管驅動級集成電路TD62505P(輸入端I1~I7與輸出端Q1~Q7一一對應)。Q1~Q7分別加到四個數碼管的a~g七個陽極上。數字驅動電路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“使能”信號DS1~DS4控制。由于四個鎖存器的輪換輸出也是受“使能”信號DS1~DS4控制。所以四個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,所以其驅動方式也基本相同,只是譯碼電路的譯碼過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。符號管主要是用來顯示+、-或±號等。

3.LED點陣式顯示器

LED點陣式顯示器與由單個發光二極管連成的顯示器相比,具有焊點少、連線少,所有亮點在同平面、亮度均勻、外形美觀等優點。

點陣管根據其內部LED尺寸的大小、數量的多少及發光強度、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方式,選擇較大峰值電流和窄脈沖作驅動源,每個LED的平均電流不應超過20mA。

LED點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、車站、碼頭、銀行及許多公共場所的指示、說明、廣告等場合。

圖19是一個LED點陣顯示器驅動電路之例。

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