LED顯示屏作為一項(xiàng)高科技產(chǎn)品引起了人們高度重視,采用計(jì)算機(jī)控制,將光、電融為一體的大屏幕智能顯示屏已經(jīng)應(yīng)用到很多領(lǐng)域。LED顯示屏的像素點(diǎn)采用LED發(fā)光二極管,將許多發(fā)光二極管以點(diǎn)陣方式排列起來,構(gòu)成LED陣列,進(jìn)而構(gòu)成LED屏幕。通過不同的LED驅(qū)動方式,可得到不同效果的圖像。因此驅(qū)動芯片的優(yōu)劣,對LED顯示屏的顯示質(zhì)量起著重要的作用。
LED驅(qū)動芯片可分為通用芯片和專用芯片。通用芯片一般用于LED顯示屏的低端產(chǎn)品,如戶內(nèi)的單、雙色屏等。最常用的通用芯片是74HC595,具有8位鎖存、串一并移位寄存器和三態(tài)輸出功能。每路最大可輸出35mA 電流(不是恒流)一般IC廠家都可生產(chǎn)此類芯片。
由于LED電流特性器件,即在飽和導(dǎo)通的前提下,其亮度隨著電流大小的變化而變化,不是隨著其兩端電壓的變化而變化。因此,專用芯片的一個最大特點(diǎn)是提供恒流源。恒流源可保證LED穩(wěn)定驅(qū)動,消除LED閃爍現(xiàn)象。下面將重點(diǎn)介紹LED顯示屏的專用驅(qū)動芯片。
專用芯片的主要參數(shù)和發(fā)展現(xiàn)狀
專用芯片具有輸出電流大、恒流等基本特點(diǎn),比較適用于要求大電流、畫質(zhì)高的場合,如戶外全彩屏、室內(nèi)全彩屏等。專用芯片的關(guān)鍵性能參數(shù)有最大輸出電流、恒流源輸出路數(shù)、電流輸出誤差(bittobit,chiptochip和數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘等。
1 最大輸出電流
目前主流的恒流源芯片最大輸出電流多定義為單路最大輸出電流,一般90mA 左右。電流恒定是專用芯片的基本特性,也是得到高畫質(zhì)的基礎(chǔ)。而每個通道同時(shí)輸出恒定電流的最大值(即最大恒定輸出電流)對顯示屏更有意義,因?yàn)樵诎灼胶鉅顟B(tài)下,要求每一路都同時(shí)輸出恒流電流。一般最大恒流輸出電流小于允許的最大輸出電流。
2 恒流輸出通道
恒流源輸出路數(shù)有8位(8路恒源)和16位(16路恒源)兩種規(guī)格,現(xiàn)在16位源占主流,其主要優(yōu)勢在于減少了芯片尺寸,便于LED驅(qū)動板 PCB布線,特別是對于點(diǎn)間距較小的LED驅(qū)動板更有利。
3 電流輸出誤差
電流輸出誤差分為兩種,一種是位間電流誤差,即同一個芯片每路輸出之間的誤差;另一種是片間電流誤差,即不同芯片之間輸出電流的誤差。電流輸出誤差是個很關(guān)鍵的參數(shù),對顯示屏的均勻性影響很大。誤差越大,顯示屏的均勻性越差,很難使屏體達(dá)到白平衡。目前主流恒流源芯片的位間電流誤差(bittobit一般在±6%以內(nèi),chiptochip片間電流誤差在±15%以內(nèi)。
4 數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘
數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘決定了顯示數(shù)據(jù)的傳輸速度,影響顯示屏的更新速率的關(guān)鍵指標(biāo)。作為大尺寸顯示器件,顯示刷新率應(yīng)該在85Hz以上,才能保證穩(wěn)定的畫面(無掃描閃爍感)較高的數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘是顯示屏獲取高刷新率畫面的基礎(chǔ)。目前主流恒流源驅(qū)動芯片移位時(shí)鐘頻率一般都在15MHz以上。
LED上游外延片、芯片生產(chǎn)上,美國、日本、歐盟仍擁有很大的技術(shù)優(yōu)勢,而中國臺灣地區(qū)則已成為全球重要的LED生產(chǎn)基地。雖然中國在LED外延片、芯片的生產(chǎn)技術(shù)上距離國際先進(jìn)水平還有較大差距,國內(nèi)芯片、外延片的生產(chǎn)還集中在中低端產(chǎn)品,但是國內(nèi)龐大的應(yīng)用需求,給LED下游廠商帶來巨大的發(fā)展機(jī)會。雖然各種芯片的解決方案都是用于驅(qū)動LED顯示屏,但由于各種芯片所具備的功能不同,故驅(qū)動方案的特性也各有不同。下面介紹目前在國占主流地位的16位恒流LED顯示屏驅(qū)動芯片,并從應(yīng)用的角度對它進(jìn)行分析比較。
幾種驅(qū)動解決方案介紹和比較
TLC5941驅(qū)動芯片
TLC5941芯片是TI德州儀器)公司最新推出的,具有點(diǎn)校正、高灰度等級(PWM控制)等特點(diǎn)。TLC5941所有內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器,灰度寄存器,點(diǎn)校正寄存器和錯誤狀態(tài)信息都通過串行接口存取,最大串行時(shí)鐘頻率30MHz,片間電流誤差一般在±6%以內(nèi),位間電流誤差一般在±4%以內(nèi),每通道最大輸出電流80mA
TLC5941每個通道可用PWM方式根據(jù)內(nèi)部灰度寄存器的值進(jìn)行4096級灰度控制,該寄存器是12位的,每個通道LED驅(qū)動電路由6位點(diǎn)校正寄存器的值進(jìn)行64級控制,且驅(qū)動電流的最大值可通過片外電阻設(shè)定。64級電流控制提供了LED點(diǎn)灰度校正的能力,4096級灰度調(diào)整則保證了即使在較低的灰度等級下,點(diǎn)陣中的每個點(diǎn)也有多達(dá)256級的灰度表示,從而紅綠藍(lán)全彩屏可有16M色的色彩表達(dá)能力,這兩點(diǎn)對于高質(zhì)量的彩色大屏幕顯示是格外重要的相對于傳統(tǒng)的彩色大屏幕顯示系統(tǒng),集中產(chǎn)生PWM進(jìn)行灰度控制,可編程邏輯芯片(或高速CPU只需要處理緩存管理、灰度和點(diǎn)校正數(shù)據(jù)的輸出,設(shè)計(jì)復(fù)雜度降低,且由于PWM灰度控制與數(shù)據(jù)串行移出無關(guān),可很方便地獲得較高幀頻,取得很好的動態(tài)顯示效果。
為了保障彩色大屏幕的可靠運(yùn)行,TLC5941提供了每一路LED開路(LOD和過溫檢測(TSD能力,內(nèi)置集電極開路輸出電路,用于出錯時(shí)報(bào)警。16個通道中無論哪個通道有錯誤發(fā)生,內(nèi)置集電極開路輸出電路的輸出管腳就會被拉到低電平,通過查詢芯片的內(nèi)部狀態(tài)信息,就可知道哪一路出現(xiàn)故障,系統(tǒng)中所有TLC5941內(nèi)置集電極開路輸出電路的輸出管腳可接到一起,通過上拉電阻接到高電平,通過監(jiān)控這個信號,系統(tǒng)可在運(yùn)行過程中進(jìn)行自我診斷。TLC5941適用于工作環(huán)境比較惡劣同時(shí)對顯示效果要求很高以及對安全性能要求很高的場合,比如高速公路的LED信息指示牌,大型的露天LED電視等。
MBI5028驅(qū)動芯片
MBI5028臺灣MBI聚積科技)公司推出的一款有可編程電流增益功能的LED屏驅(qū)動芯片。內(nèi)置串并移位寄存器和輸出鎖存器,且采用 PrecisionDr技術(shù)以得到更優(yōu)良的電氣特性。MBl5028最大串行時(shí)鐘頻率為25MHz,片間電流誤差一般在±6%以內(nèi),位間電流誤差一般在±3%以內(nèi),最大輸出電流為90mA
MBI5028內(nèi)建電流增益控制邏輯單元,可編程電流增益功能采用Share-IO技術(shù),無須增加額外的管腳,只需在對應(yīng)的管腳輸入一特定的序列信號,就可進(jìn)入MBI5028特殊功能模式--電流調(diào)整模式。該模式下,可通過系統(tǒng)微控制器,向電流增益控制邏輯單元寫入不同電流增益的數(shù)據(jù),鎖存這些數(shù)據(jù),并通過內(nèi)建數(shù)字與模擬共享的轉(zhuǎn)換器,有效控制電流的輸出。由于工作環(huán)境的變化和LED屏老化,LED屏亮度將會降低,如以一個固定順向電流,LED屏的亮度偏差就會較小。通過可編程的電流增益功能和PrecisionDr技術(shù),可調(diào)整電流偏差,補(bǔ)償LED屏的亮度,同時(shí)獲得比較高質(zhì)量的圖像。利用PrecisionDr技術(shù)并內(nèi)建數(shù)字與模擬共享的轉(zhuǎn)換器,相同精確度下,通過改變數(shù)字碼的方式,從而獲得相對的輸出電流,進(jìn)而提高LED屏的成像質(zhì)量。
目前的技術(shù)可以為LED顯示屏提供256個電流等級,使其達(dá)到1200%總動態(tài)范圍,提供256個輸出電流等級。電氣特性和芯片封裝方面,MBI5026兼容性比較好,使用者不用更改以前為同類型芯片設(shè)計(jì)的PCB板,就可獲得具有Share-IO技術(shù)的電流增益技術(shù),能大大地降低升級成本。MBI5026適用于工作環(huán)境條件并不苛刻,但要求高質(zhì)量成像的LED屏驅(qū)動方案上,比如室內(nèi)的大型LED顯示屏等中低端屏幕。同時(shí)MBI5028還適用于老驅(qū)動芯片的升級。
ST2221C驅(qū)動芯片
ST2221C中國臺灣SITI點(diǎn)晶科技)公司推出的一款LED屏驅(qū)動芯片。內(nèi)置串并移位寄存器單元、輸出鎖存器單元和電流輸出控制單元,電氣特性較為優(yōu)良。ST2221C最大串行時(shí)鐘頻率為25MHz,片間電流誤差一般在±10%以內(nèi),位間電流誤差一般在±6%以內(nèi),最大輸出電流為120mA ST2221C包含16通道恒流驅(qū)動單元,能同時(shí)驅(qū)動16路LED適用于一些低端屏的驅(qū)動,比如室內(nèi)信息屏等低端LED顯示屏。
存在問題
功耗及發(fā)熱問題
由于輸出電流較大,LED顯示屏芯片的功耗和發(fā)熱問題一直是阻擾驅(qū)動芯片發(fā)展的第一因素。將來可能出現(xiàn)的手持式LED顯示屏的驅(qū)動方式上,這個問題將會變得尤為突出。隨著LED器件制造工藝水平的進(jìn)步和驅(qū)動電流的減小,問題會逐步得到解決。
應(yīng)用成本問題
一塊主流16位穩(wěn)態(tài)電流LED顯示屏驅(qū)動芯片只能驅(qū)動16路的LED器件。一塊分辨力為1024×768LED顯示屏就必須使用多塊驅(qū)動芯片才能獲得預(yù)期效果,這樣就使得材料成本比較高。如果采用驅(qū)動芯片自身采用掃描方式,那么一塊主流的驅(qū)動芯片就能一次驅(qū)動多路LED器件,將會使應(yīng)用成本降低許多。
小結(jié)
從這幾家LED驅(qū)動芯片制造商的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看,目前主流芯片主要分為3個檔次。第一檔次是具有灰度機(jī)制的芯片,這類芯片內(nèi)部具有PWM功能,可以根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)產(chǎn)生灰度,更易形成深層次灰度,顯示高品質(zhì)畫面。第二檔次是具有輸出開路檢測(LOD溫度過熱保護(hù)(TSD亮度調(diào)節(jié)功能的芯片,這些芯片由于有了附加功能而更適用于特定場合,如用于可變情報(bào)板,則要求芯片具有偵測LED錯誤的功能。第三檔為不帶任何附加功能的恒流源芯片,此類芯片只為LED提供恒流源,保證屏體顯示畫面質(zhì)量良好。