LED發(fā)光和亮度控制原理

一、什么是LED?

在半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。

二、LED是如何發(fā)光?

LED的發(fā)光顏色和發(fā)光效率與制作LED的材料和工藝有關(guān)，目前廣泛使用的有紅、綠、藍(lán)三種。由于LED工作電壓低(僅1.5-3V)，能主動(dòng)發(fā)光且有一定亮度，亮度又能用電壓(或電流)調(diào)節(jié)，本身又耐沖擊、抗振動(dòng)、壽命長(zhǎng)(10萬(wàn)小時(shí))，所以在大型的顯示設(shè)備中，目前尚無(wú)其他的顯示方式與LED顯示方式匹敵?！　“鸭t色和綠色的LED放在一起作為一個(gè)象素制作的顯示屏叫雙色屏或彩色屏;把紅、綠、藍(lán)三種LED管放在一起作為一個(gè)象素的顯示屏叫三色屏或全彩屏。制作室內(nèi)LED屏的象素尺寸一般是2-10毫米，常常采用把幾種能產(chǎn)生不同基色的LED管芯封裝成一體，室外LED屏的象素尺寸多為12-26毫米，每個(gè)象素由若干個(gè)各種單色LED組成，常見的成品稱象素筒，雙色象素筒一般由3紅2綠組成，三色象素筒用2紅1綠1蘭組成。　　　　無(wú)論用LED制作單色、雙色或三色屏，欲顯示圖象需要構(gòu)成象素的每個(gè)LED的發(fā)光亮度都必須能調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)的精細(xì)程度就是顯示屏的灰度等級(jí)。灰度等級(jí)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。一般256級(jí)灰度的圖像，顏色過渡已十分柔和，而16級(jí)灰度的彩色圖像，顏色過渡界線十分明顯。所以，彩色LED屏當(dāng)前都要求做成256級(jí)灰度的。

二、控制LED亮度的方法：

有兩種控制LED亮度的方法。

1,利用人眼的視覺惰性，用脈寬調(diào)制方法來實(shí)現(xiàn)灰度控制，也就是周期性改變光脈沖寬度(即占空比)，只要這個(gè)重復(fù)點(diǎn)亮的周期足夠短(即刷新頻率足夠高)，人眼是感覺不到發(fā)光象素在抖動(dòng)。由于脈寬調(diào)制更適合于數(shù)字控制，所以在普遍采用微機(jī)來提供LED顯示內(nèi)容的今天，幾乎所有的LED屏都是采用脈寬調(diào)制來控制灰度等級(jí)的。

2，改變流過LED的電流，一般LED管允許連續(xù)工作電流在20毫安左右，除了紅色LED有飽和現(xiàn)象外，其他LED亮度基本上與流過的電流成比例;

LED的控制系統(tǒng)通常由主控箱、掃描板和顯控裝置三大部分組成。主控箱從計(jì)算機(jī)的顯示卡中獲取一屏象素的各色亮度數(shù)據(jù)，然后重新分配給若干塊掃描板，每塊掃描板負(fù)責(zé)控制LED屏上的若干行(列)，而每一行(列)上LED的顯控信號(hào)則用串行的方式傳送。目前有兩種串行傳送顯示控制信號(hào)的方式：一種是掃描板上集中控制各象素點(diǎn)灰度，掃描板將來自控制箱的各行象素的亮度值進(jìn)行分解(即脈寬調(diào)制)，然后將各行LED的開通信號(hào)以脈沖形式(點(diǎn)亮為1，不亮為0)按行用串行方式傳輸?shù)较鄳?yīng)的LED上，控制其是否點(diǎn)亮。這種方式使用器件較少，但串行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大，因?yàn)樵谝粋€(gè)重復(fù)點(diǎn)亮的周期內(nèi)，每個(gè)象素在16級(jí)灰度下需要16個(gè)脈沖，在256級(jí)灰度下需要256個(gè)脈沖，由于器件工作頻率限制，一般只能使LED屏做到16級(jí)灰度。　　　　另一種方法是掃描板串行傳輸?shù)膬?nèi)容不是每個(gè)LED的開關(guān)信號(hào)而是一個(gè)8位二進(jìn)制的亮度值。每個(gè)LED都有一個(gè)自己的脈寬調(diào)制器來控制點(diǎn)亮?xí)r間。這樣，在一個(gè)重復(fù)點(diǎn)亮的周期內(nèi)，每個(gè)象素點(diǎn)在16級(jí)灰度下只需要4個(gè)脈沖，256級(jí)灰度下只需8個(gè)脈沖，大大降低了串行傳輸頻率。用這種分散控制LED灰度的方法可以很方便地實(shí)現(xiàn)256級(jí)灰度控制。

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