单片机LED三维动态信息显示系统 第3页
有光发射出来，从而为发光二极管的发明奠定了基础，并且随着电子技术及半导体工艺
不断发展最终研制出了LED
[1]
。
LED是英文Light Emitting Diodes的简称，即发光二极管。它是一种半导体固体发
器件，是利用固体半导体芯片作为发光材料的。当发光二极管的两端加上正向电压（半
体中的PN结P区接电源正极、N区接电源负极）时，就会发出红、黄、绿、青、紫等
色的光[2]。LED在刚研制出来时一直不被重视，直到上个世纪八十年代，随着微电子、
动化和计算机技术的迅速发展，特别是半导体的制作和加工工艺的逐步成熟与完善，使
LED的显示尺寸越来越小，解析度也越来越高。并且可将显示光的三基色（红、绿、
集成到一体达到全彩的效果，从而推动发光二极管作为显示器件的应用范围日益扩大，
终促使发光二极管在固体显示器中日趋占据主导地位。LED之所以受到广泛重视并得
迅速发展，是因为它本身有很多优点，如：亮度高、工作电压低、功耗小、易于集成、
动简单、寿命长、耐冲击且性能稳定，所以其发展前景极为广阔[3]。
早期的LED产品大多用于仪器仪表和各种电子设备的指示灯显示、交通信号灯、
种光源及汽车指示灯、半导体收音机等。而九十年代以来，随着新材料科学的发展，L
开始被应用于显示技术，出现了LED显示屏，即通过一定的控制方式，用于显示文本
图像、动画、行情等各种信息及电视、录像信号并由LED器件阵列组成的显示屏幕。
过这十几年来的发展，LED显示屏被广泛应用在体育场馆、交通运输、金融行业、商
邮电系统等，并且显示屏也从最初的室内显示屏走到了室外，其显示内容也从没有层次
文字动画发展到了能显示有层次的电视图像[4]。
1.1 LED显示屏简介
LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，是集微电
技术、光电技术、计算机技术、信息处理技术于一体的大型显示系统。它以其色彩鲜
动态范围广，亮度高，寿命长，工作性能稳定而日渐成为显示媒体中的佼佼者，广泛应
于广告、证券、信息传播、新闻发布等各个场合，是目前国际上极为先进的显示媒体。
主要原理是将要显示的图文信息首先进行数字化处理，使图文信息转换成相应的数字化
频信号，经过数字通信系统将数字视屏信号传输到LED显示屏的显示缓存中，由显示
元控制电路读取相应的显示信息进行显示[5]。
由于LED显示屏在进行图文显示时，其显示方式丰富多变，因此其相应的视频控
模块也十分复杂。一般可分为单色显示屏、双基色显示屏和三基色（全彩色）显示屏三西安理工大学硕士学位论文
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类。所谓的LED单色显示屏是指每个发光点由一种颜色发光管组成，可以是红、绿、黄
之一。单色屏比较适合显示文字信息，一般没有灰度，造价较低。双基色屏中每个发光点
由红、绿两种颜色发光管组成，通过红、绿不同强度组合产生上万种颜色。可用来显示图
文信息及影视等多媒体信息，造价比单色显示屏高，是当前显示屏的主流。而三基色屏中
每个发光点由红、绿、蓝三种颜色发光管组成，可产生真彩色效果，可逼真地显示图文及
影视等多媒体信息，造价极高。目前全国也仅有极少数的三基色显示屏，但随着蓝色发光
管技术的成熟，将来发展前景十分广阔[6]。
在现代信息化社会的高速发展过程中，最具意义的莫过于大屏幕显示己经从公共信息
展示等商业应用开始向消费类多媒体应用渗透。随着宽带网络的发展，数字化的多媒体内
容将在信息世界中占据主流，新型的大屏幕显示设备将代替传统电视机成为人们享受信息
和多媒体内容的中心。与传统的显示设备相比，正是这种未来的巨大需求让大屏幕显示技
术成为众人目光的焦点：
（1）LED显示屏色彩丰富，显示方式变化多样（图形、文字、三维动画、电视画面
等）、亮度高、寿命长，是信息传播设施划时代的产品。
（2）LED显示屏是集光电技术、微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的
高技术产品，可用来显示文字及计算机屏幕同步的图形。它具有超大画面、超强视觉、灵
活多变的显示方式等独居一格的优势，是目前国际上使用广泛的显示系统。
（3）LED显示屏应用广泛，金融证券、银行利率、商业广告、文化娱乐等方面，有
巨大的社会效益和丰厚的经济效益[7]。
在其历史的演变过程中，出现了多种信息传播媒体，但就其性能看阴极管（CRT）或
石英管（DV）大型电视，成本非常昂贵，在不需要超大画面且在室内使用时效果尚可；
彩色液晶显示同样成本昂贵、电路复杂、面积有限，受视频角的影响非常大，可视角度很
小；影像投影设备亮度小、清晰度差（画面受光不均匀）；电视墙表面有分割线，视觉上
有异物感，室外应用时亮度效果差。而LED显示屏以其受空间限制较小，并可以根据用
户要求设计屏的大小，具有全彩色效果，视角大，可以用于显示文字、图像、动画、视频
录像信号等各种信息的特点得到了突飞猛进的发展[8]。
1.2国内外LED行业现状和发展趋势
发光二极管（LED）是六十年代末发展起来的一种半导体显示器件。七十年代，随着
半导体材料合成技术、单晶制造技术和PN结形成技术的研究进展，发光二极管的发光颜
色、亮度等性能得以提高并迅速进入批量化和实用化。进入八十年代后，LED在发光波
长范围和性能方面大大提高，并开始形成平板显示产品即LED显示屏。
LED显示屏发展经历了三个阶段：
（1）1990年以前是LED显示屏的成长形成时期。一方面，受LED材料器件的限制1绪论
LED显示屏的应用领域没有广泛展开；另一方面，显示屏控制技术基本上是通讯控制
式，客观上影响了显示效果。这一时期的LED显示屏在国外应用较广，国内较少，产
以红、绿双基色为主，控制方式为通讯控制，灰度等级为单点4级调灰，产品的成本比
高[9]。
（2）1990至1995年，这一阶段是LED显示屏迅速发展的时期。进入九十年代，
球信息产业高速增长，信息技术的各个领域不断突破，LED显示屏在LED材料和控制
术方面也不断出现新的成果。蓝色LED晶片研制成功，全彩色LED显示屏进入市场，
子计算机及微电子技术的发展，在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术，显示屏灰
等级实现16级灰度和64级灰度调灰，显示屏的动态显示效果大大提高。这一阶段，L
显示屏在我国发展速度非常迅速，从初期的几家企业、年产值几干万元发展到几十家企
年产值几亿元，产品应用涉及金融证券、体育、机场、铁路、车站、公路交通、商业广
邮电电信等诸多领域，特别是1993年证券股票业的发展更引发了LED显示屏市场的大
增长。LED显示屏在平板显示领域的主流产品局面基本形成，LED显示屏产业成为新
的高科技产业。
（3）1995年以来，LED显示屏的发展进入一个总体稳步提高产业格局调整完善的
期。特别是近几年来，LED显示屏产业内部竞争加剧，形成了许多中小企业，产品价
大幅回落，应用领域更为广阔。产品在质量、标准化等方面出现了一系列新的问题，有
部门对LED显示屏的发展予以重视并进行了适当的规范和引导，目前这方面的工作正
逐步深化[10]。
1.2.1国内LED显示屏发展现状
由于半导体发光器件的出现和技术性能方面的不断提高，使得LED显示屏已经占
了主导地位，因为LED的光电特性、亮度、色度、功耗及全天候特性都优于其他的光
子器件，所以说LED显示技术及产品在未来的相当长时间内将具有很大的市场发展空
我国的LED显示屏产业经过这十几年来的发展，基本形成了一批具有一定规模的骨干
业。LED显示屏产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进的水
90年代初期即具备了成熟的16级灰度256色视频控制技术及无线遥控等国际先进技术
平。近年来在全彩色LED显示屏、256级灰度视频控制技术、集群无线控制、多级群
技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现。LED显示屏专用的大规
控制集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。LED显示屏产业正成为我国电子
息产业的重要组成部分，也是平板显示领域唯一立足于国内形成的民族高科技产业[11西安理工大学硕士学位论文
1.2.2国外LED显示技术的现状
1993年美国HP公司研制出亮度为8mcd的蓝色管芯，但因其成品率低，价格高得惊
人。真正的三基色LED显示屏时代可以说是从1997年才开始。1997年下半年，日本的
NICHIA，TOYOTA和美国的HP公司相继推出了亮度分别为880mcd的蓝色和绿色管芯
且市场价格大幅下调，使得三基色室外LED显示屏能够成为现实。90年代以来，GREE
HP、NICHIA等厂商相继在寿命、亮度以及发光颜色等关键技术上获得突破，应用范围
也逐渐扩大，而迎合未来的无线通讯潮流的红外光产品也有不小成长空间，加上1999年
以来全球经济已逐渐走出亚洲金融风暴的阴影，近年来的LED产品进入了另一个成长期
世界上的LED生产厂家主要有日本、美国、德国、我国台湾等国家和地区的著名公
司，国内主要有电子部、中科院等研究生产单位。目前我国每年需要普通的红、绿、黄色
发光二极管约20亿只，绝大部分需要进口。我国的LED生产技术近年来有了很大发展，
生产企业近百家，芯片生产开始出现了转机，单晶材料、引线框架及生产LED所需的设
备仪器也可自行生产。但前道生产薄弱，95%的生产厂商从事后道的封装生产，芯片主要
靠进口。制作高亮度、红外、激光等LED器件用的单、双异质结及MOCVD等外延技术
还正在研究。我国的LED生产技术与国际先进水平相比，尚有很大差距
[12]
。
1.2.3 LED显示屏的发展趋势
现代信息社会，作为人机信息视觉传播媒体的显示产品和技术得到迅速发展，进入二
十一世纪的显示技术将是平板显示的时代，LED显示屏作为平板显示的主导产品之一无
疑会有更大的发展，并有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。
a.国外发展趋势
白色LED是LED产业中最被看好的新兴产品，在全球能源短缺的忧虑再度升高的背
景下，白色LED在照明市场的前景倍受全球瞩目，欧美及日本等先进国家也投注许多精
力，并成立专门的机构推动白色LED研发工作。所谓白光是多种颜色混合而成的光，以
人类肉眼所能见的白光形式至少需要两种光混合。目前白色LED的关键技术是蓝光技术
专利权还掌握在欧美及日本的少数厂商手中。HP、SIEMENS、EMCORE是几家生产高亮
度LED的代表性厂商，对白色LED的开发也很积极。台湾的亿光与长庚大学进行了共同
研究，并已陆续出货下游相关产品。美国GREE公司目前正在制造使用SiC为基板的氮
化镓系列LED产品。日本的ROHM公司针对使用碳化硅（SiC）基板的氮化镓（GaN）
系列发光二极管以及半导体激光元件的开发，决定和美国GREE展开技术合作。
可见国外LED显示屏技术主要集中在新材料的开发上，以新发光材料来提高显示屏
的视觉效果、能耗等各种性能[13]。
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