LED發光和亮度控制原理

一、什么是LED?

在半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。這種利用注入式電致發光原理制作的二極管叫發光二極管，通稱LED。

二、LED是如何發光?

LED的發光顏色和發光效率與制作LED的材料和工藝有關，目前廣泛使用的有紅、綠、藍三種。由于LED工作電壓低(僅1.5-3V)，能主動發光且有一定亮度，亮度又能用電壓(或電流)調節，本身又耐沖擊、抗振動、壽命長(10萬小時)，所以在大型的顯示設備中，目前尚無其他的顯示方式與LED顯示方式匹敵。　　把紅色和綠色的LED放在一起作為一個象素制作的顯示屏叫雙色屏或彩色屏;把紅、綠、藍三種LED管放在一起作為一個象素的顯示屏叫三色屏或全彩屏。制作室內LED屏的象素尺寸一般是2-10毫米，常常采用把幾種能產生不同基色的LED管芯封裝成一體，室外LED屏的象素尺寸多為12-26毫米，每個象素由若干個各種單色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。　　　　無論用LED制作單色、雙色或三色屏，欲顯示圖象需要構成象素的每個LED的發光亮度都必須能調節，其調節的精細程度就是顯示屏的灰度等級。灰度等級越高，顯示的圖像就越細膩，色彩也越豐富，相應的顯示控制系統也越復雜。一般256級灰度的圖像，顏色過渡已十分柔和，而16級灰度的彩色圖像，顏色過渡界線十分明顯。所以，彩色LED屏當前都要求做成256級灰度的。

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，用脈寬調制方法來實現灰度控制，也就是周期性改變光脈沖寬度(即占空比)，只要這個重復點亮的周期足夠短(即刷新頻率足夠高)，人眼是感覺不到發光象素在抖動。由于脈寬調制更適合于數字控制，所以在普遍采用微機來提供LED顯示內容的今天，幾乎所有的LED屏都是采用脈寬調制來控制灰度等級的。

2，改變流過LED的電流，一般LED管允許連續工作電流在20毫安左右，除了紅色LED有飽和現象外，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。主控箱從計算機的顯示卡中獲取一屏象素的各色亮度數據，然后重新分配給若干塊掃描板，每塊掃描板負責控制LED屏上的若干行(列)，而每一行(列)上LED的顯控信號則用串行的方式傳送。目前有兩種串行傳送顯示控制信號的方式：一種是掃描板上集中控制各象素點灰度，掃描板將來自控制箱的各行象素的亮度值進行分解(即脈寬調制)，然后將各行LED的開通信號以脈沖形式(點亮為1，不亮為0)按行用串行方式傳輸到相應的LED上，控制其是否點亮。這種方式使用器件較少，但串行傳輸的數據量較大，因為在一個重復點亮的周期內，每個象素在16級灰度下需要16個脈沖，在256級灰度下需要256個脈沖，由于器件工作頻率限制，一般只能使LED屏做到16級灰度。　　　　另一種方法是掃描板串行傳輸的內容不是每個LED的開關信號而是一個8位二進制的亮度值。每個LED都有一個自己的脈寬調制器來控制點亮時間。這樣，在一個重復點亮的周期內，每個象素點在16級灰度下只需要4個脈沖，256級灰度下只需8個脈沖，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現256級灰度控制。

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