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技术 | LED全彩显示屏驱动IC的功能及作用

LED全彩显示屏的工作当中,驱动IC的作用是接收符合协议规定的显示数据(来自接收卡或者视频处理器等信息源),在内部生产PWM与电流时间变化,输出与亮度灰度刷新等相关的PWM电流来点亮LED。驱动IC和逻辑IC以及MOS开关组成的周边IC,共同作用于LED显示屏的显示功能并决定其呈现的显示效果。

LED驱动芯片可分为通用芯片和专用芯片两种。

所谓的通用芯片,其芯片本身并非专门为LED而设计,而是一些具有LED显示屏部分逻辑功能的逻辑芯片(如串2并移位寄存器)。

而专用芯片是指按照LED发光特性而设计专门用于LED显示屏的驱动芯片。LED是电流特性器件,即在饱和导通的前提下,其亮度随着电流的变化而变化,而不是靠调节其两端的电压而变化。因此专用芯片一个最大的特点就是提供恒流源。恒流源可以保证LED的稳定驱动,消除LED的闪烁现象,是LED显示屏显示高品质画面的前提。有些专用芯片还针对不同行业的要求增加了一些特殊的功能,如具备LED错误侦测、电流增益控制和电流校正等。

驱动IC的演进

上个世纪90年代,LED显示屏应用以单双色为主,采用的是恒压驱动IC。1997年,我国出现了首款LED显示屏专用驱动控制芯片9701,从16级灰度跨越至8192级灰度,实现了视频的所见即所得。随后,针对LED发光特性,恒流驱动成为全彩LED显示屏驱动的首选,同时集成度更高的16通道驱动替代了8通道驱动。20世纪90年代末,日本Toshiba、美国Allegro和Ti等公司相继推出16通道的LED恒流驱动芯片,21世纪初,中国台系企业的驱动芯片也相继量产和使用。如今,为了解决小间距LED显示屏PCB布线的问题,一些驱动IC厂家又推出了高集成的48通道的LED恒流驱动芯片。

驱动IC的性能指标

在LED显示屏的性能指标中,刷新率和灰度等级以及图像表现力是最为重要的指标之一。这要求LED显示屏驱动IC通道间电流的高一致性、高速的通信接口速率以及恒流响应速度。过去,刷新率、灰阶以及利用率三方面是一种此消彼长的关系,要保证其中之一或其中之二的指标能够较为优异,就要适当牺牲剩下的一直两个指标。为此,很多LED显示屏在实际应用中很难两全其美,要么是刷新不够,高速摄像器材拍摄下容易出现黑线条,要么是灰度不够,色彩明暗亮度不一致。随着驱动IC厂商技术的进步,目前已经在三高问题上有所突破,已经能够解决好这些问题。

在LED全彩显示屏的应用中,为了保证用户长时间用眼的舒适度,低亮高灰成为考验驱动IC性能的一个尤为主要的标准。

驱动IC的趋势

1、节能:

作为绿色能源,节能是LED显示屏永恒的追求,也是考量驱动IC性能的一个重要标准。驱动IC的节能主要包括两个方面,一是有效降低恒流拐点电压,进而将传统的5V电源降低至3.8V以下操作;二是通过优化IC算法和设计降低驱动IC操作电压与操作电流。目前已经有厂家推出了具有0.2V低转折电压,提升达15%以上的LED利用率的恒流驱动IC,使用较常规产品低16%的供电电压减少发热量,让LED显示屏能效大为提升。

2、集成化:

随着LED显示屏像素间距的迅速下降,单位面积上要贴装的封装器件以几何倍数增长,大大增加模组驱动面的元器件密度。以P1.9小间距LED为例,15扫的160*90模组需要180个恒流驱动IC,45个行管,2个138。如此多的器件,让PCB可用的布线空间变得极为拥挤,加大了电路设计的难度。同时,如此拥挤元器件的排列,极易造成焊接不良等问题,同时也降低了模组的可靠性。驱动IC更少的用量,PCB更大的布线面积,来自应用端的需求倒逼驱动IC必须走上了高集成的技术路线。

目前,行业主流的驱动IC供应商都先后推出了高集成度的48通道LED恒流驱动IC,将大规模的外围电路集成到驱动IC的晶圆中,可减少应用端PCB电路板设计的复杂程度,也避免了各厂家工程师设计能力或者设计差异所产生的问题。

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