LED基本理論知識(下)

通過發(fā)光二極管芯片的適當(dāng)連接（包括串聯(lián)和并聯(lián)）和適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)結(jié)構(gòu)?？蓸?gòu)成發(fā)光顯示器的發(fā)光段或發(fā)光點。由這些發(fā)光段或發(fā)光點可以組成數(shù)碼管、符號管、米字管、矩陣管、電平顯示器管等等。通常把數(shù)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(tǒng)稱為字符顯示器。

（一）LED顯示器結(jié)構(gòu)

基本的半導(dǎo)體數(shù)碼管是由七個條狀發(fā)光二極管芯片按圖12排列而成的?？蓪崿F(xiàn)0～9的顯示。其具體結(jié)構(gòu)有“反射罩式”、“條形七段式”及“單片集成式多位數(shù)字式”等。

（1）反射罩式數(shù)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(yīng)金屬條之間連好φ30μm的硅鋁絲或金屬引線，在反射罩內(nèi)滴入環(huán)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(shù)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(huán)氧樹脂，較多地用于一位或雙位器件。空封方式是在上方蓋上濾波片和勻光膜，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(shù)字顯示（或符號顯示）。

（2）條形七段式數(shù)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(nèi)含一只或數(shù)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(nèi)引線，再用環(huán)氧樹脂包封起來。

（3）單片集成式多位數(shù)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(shù)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(shù)字儀表中。

（4）符號管、米字管的制作方式與數(shù)碼管類似。

（5）矩陣管（發(fā)光二極管點陣）也可采用類似于單片集成式多位數(shù)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(shù)碼管字高一般在2～3mm）。其他類型筆畫顯示器最高可達(dá)12.7mm（0.5英寸）甚至達(dá)數(shù)百mm。

（2）按顏色分有紅、橙、黃、綠等數(shù)種。

（3）按結(jié)構(gòu)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極和共陰極兩種。

所謂共陽方式是指筆畫顯示器各段發(fā)光管的陽極（即P區(qū)）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(fā)光管的陰極（即N區(qū)）是公共的，而陽極是互相隔離的。如圖13所示。

（三）LED顯示器的參數(shù)

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

1．發(fā)光強度比

由于數(shù)碼管各段在同樣的驅(qū)動電壓時，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(yuǎn)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(yīng)用指南

1．七段數(shù)碼顯示器

（1）如果數(shù)碼宇航局為共陽極形式，那么它的驅(qū)動級應(yīng)為集電極開路（OC）結(jié)構(gòu)，如圖14（a）所示。

如果數(shù)碼管為共陰極形式，它的驅(qū)動級應(yīng)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為集電極開路形式七段字形譯碼驅(qū)動電路；而CMOS集成電路CC4511為源極輸出七段鎖存、譯碼驅(qū)動電路。

（2）控制數(shù)碼管驅(qū)動級的控制電路（也稱驅(qū)動電路）有靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。

① 靜態(tài)驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管各用一個筆畫譯碼器（如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器）譯碼驅(qū)動。圖15是一位數(shù)碼管的靜態(tài)驅(qū)動之例。圖集成電路TC5002BP內(nèi)含有射極輸出驅(qū)動級，所以采用共陰極數(shù)碼管。A、B、C、D端為BCD碼（二-十進(jìn)制的8421碼）輸入端，BL為數(shù)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(shù)字靜態(tài)驅(qū)動顯示電路。

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

; TC4508BP內(nèi)含兩個鎖存器，每個鎖存器可鎖存四位二進(jìn)BCD碼，對應(yīng)于四位十進(jìn)制數(shù)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(jìn)入譯碼器，譯碼后進(jìn)入數(shù)碼管驅(qū)動級集成電路TD62505P（輸入端I1～I(xiàn)7與輸出端Q1～Q7一一對應(yīng)）。Q1～Q7分別加到四個數(shù)碼管的a～g七個陽極上。數(shù)字驅(qū)動電路TD62003P是由達(dá)林頓構(gòu)成的陣列電路，Q1～Q4中哪一端接地，由輸入端I1～I(xiàn)4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(shù)碼管輪流通電顯示。由于輪流顯示頻率較高，故顯示的數(shù)字不呈閃爍現(xiàn)象。

2．米字管、符號管顯示器

米字管和符號管的結(jié)構(gòu)原理相機，所以其驅(qū)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(nèi)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(fā)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(yōu)點。

點陣管根據(jù)其內(nèi)部LED尺寸的大小、數(shù)量的多少及發(fā)光強度、顏色等可分為多種規(guī)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(qū)動方式，選擇較大峰值電流和窄脈沖作驅(qū)動源，每個LED的平均電流不應(yīng)超過20mA。

LED點陣管可以代替數(shù)碼管、符號管和米字管。不僅可以顯示數(shù)字，也可顯示所有西文字母和符號。如果將多塊組合，可以構(gòu)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(qū)動電路之例。