《LED显示屏驱动设计原理及发展趋势》由会员分享，可在线阅读，更多相关《LED显示屏驱动设计原理及发展趋势（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、LED显示屏驱动设计原理及发展趋势一、概述大屏幕一直是LED领域发展重要的组成部分，是大型娱乐、体育赛事、广场主题显示重要组成部分，全彩屏从蓝光LED诞生以来，一直保持高速发展态势。在装饰显示市场LED将起到积极的作用，市场扩张明显。我国是全球LED显示屏生产大国，从LED芯片、驱动IC、控制器、屏幕制造等环节完全占据主导地位。16位移位恒流IC的由来：双色屏主要是以显示文字为主，单片机扫描比较方便，由于LED数量的增加，为了节省O/I资源，采用74HC595移位扫描。为了更适合LED的应用在此基础上整合了恒流电流设定功能，增加了电流驱动能力，更符合需求及成本需要又封装出16位器件，被目前全彩
2、屏广泛采用。电流驱动能力不断降低，早前TLC5940高达120mA单路驱动电流能力，后来TB62726、ST2221、MBI5026电流驱动能力都降低到80-90mA.目前基本上是采用45mA电流驱动能力，比如MBI5024和CYT62726.电流驱动能力降低，主要原因是LED器件发光强度越来越高，为了提升图像质量，静态屏幕设计越来越多采用，对驱动电流能力需求降低。从IC成本角度可以缩减芯片尺寸，从而降低成本，为此设计出25mA静态屏幕驱动芯片CYT62727.目前全球有80%的LED屏幕采购生产来至中国大陆，普遍采用16通道恒流器件设计，短期内还会继续延续，至少未来5年内不会消失，主要是配套
3、控制技术成熟，产品已经系列化，除非系统控制技术和芯片驱动设计有巨大的飞跃，成本进一步的降低，否则现状不会改变。近年来，不少公司不断推出新架构，都未来得到市场认可。最大的问题是通过控制技术，假如改变LED的颜色一致性，新的技术没有大的突破之前，对应用者吸引不大，购买意愿不强。近几年，大陆芯片设计公司一定会替代性的占领LED显示屏市场，像士兰明芯稳居主流显示屏LED芯片供应商，原因有出色的品质保证外，良好的直销模式是赢得市场法宝。未来驱动IC也需要直销模式。显示屏企业大多是大陆本土企业，和台系IC在分销账期、交货速度和信任度上还需要进一步的改善。在驱动应用技术上，色彩的矫正技术亟待解决的瓶颈，显示
4、屏衰减一致性问题突出，波长矫正和亮度矫正是下一个重点突破目标，首先是解决亮度一致性问题，再而是波长的一致性矫正。这是世界性难题，也是当前亟待解决的技术难题。控制技术发展已经走到世界的前列，但是在新方式控制理念上停滞不前，原因是控制器厂家和IC设计厂家配合不畅，各自相对独立，驱动技术和控制技术不能很好的衔接，采用16通道兼容性设计发展成熟度高，新的控制技术推出很少，更谈不上技术的革新。16通道恒流器件在LED屏幕上采用长达十几年之久，到目前也只不过是减低电流，应对竞争激烈的价格而已，并没有技术上的突破。先后多家公司推出了系列IC,并没有得到很好的应用，是控制技术的缺失造成的。在电脑技术飞速发展的
5、今天，可以替代简化控制器的规模，但是技术的移植也需要IC设计厂家的支持，市场缺失控制技术和芯片驱动整合性的方案提供商。2009年LED显示行业国内市场规模超过300多亿，年产值过亿的企业有30多家，过千万100多家，大小有上千家企业从事显示制造行业。LED显示屏继续保持15%增长速度，技术日渐成熟。我国大型赛事工程不断，带动LED增长强劲。比如：奥运、世博、亚运会、上海迪斯尼、地铁、高铁等工程赛事。二、屏幕原理设计文字显示屏，只要内容显示清楚，有足够的的亮度，基本上都会满足客户需要了。但是对于图像显示屏的显示质量进行评价，问题就复杂得多。一般是主观方式来评价显示屏图像显示质量。所谓主观方式评价
6、，就是人为的方式评判，通过观察图像显示质量做出评判。这样。评价结果不仅与图像本身显示质量有关，而且与观察者的主观因素也有关系，很难说是公正和确切性的标准。尽管如此目前还是没有很好的办法，在没有客观的测量方式出现之前，主观方式仍然是最有效、实用的方法。 最大显示色彩数显示器的每个像素的颜色都是由RGB三种基色组成。低端的液晶显示板，各个基色只能表现6位色，即26=64种颜色。通过简单的计算，我们可以知道每个独立像素可以表现的最大颜色数是646464=2.62K种颜色；高端液晶显示板利用FRC技术则使得每个基色则可以表现 8位色，即28=256种颜色，则像素能表现的最大颜色数为256256256=
7、16KK种颜色。这种显示板显示的画面色彩更丰富，层次感也好。目前市面上的液晶显示器此两种显示板都有采用，大家可以留心一下。表面的照度单位勒克司；将此数值与屏体有效显示面积相乘，得到整个屏体的在最佳视角上的发光强度，假设屏体中每个像素的发光强度在相应空间内恒定，则此数值可被认为也是整个屏体的光通量。一般室外LED显示屏须达到4000cd/平方米以上的亮度才可在日光下有比较理想的显示效果。普通室内LED,最大亮度在7002000cd/平方米左右。单个LED的发光强度以cd为单位，同时配有视角参数，发光强度与LED的色彩没有关系。单管的发光强度从几个mcd到五千mcd不等。LED生产厂商所给出的发光
8、强度指LED在20mA电流下点亮，最佳视角上及中心位置上发光强度最大的点。封装LED时顶部透镜的形状和LED芯片距顶部透镜的位置决定了LED视角和光强分布。一般来说相同的LED视角越大，最大发光强度越小，但在整个立体半球面上累计的光通量不变。当多个LED较紧密规则排放，其发光球面相互叠加，导致整个发光平面发光强度分布比较均匀。在计算显示屏发光强度时，需根据LED视角和LED的排放密度，将厂商提供的最大点发光强度值乘以30%90%不等，作为单管平均发光强度。一般LED的发光寿命很长，生产厂家一般都标明为100,000小时以上，这是在设定的最佳的条件下，实际还应注意LED的亮度衰减周期，亮度衰减周
9、期与LED生产的材料工艺及生产厂商有很大关系，一般在经济条件许可的情况下应选用亮度衰减较缓慢的品牌。实际使用中，光强计算常常采用比较容易测绘的数据单位或变向使用。对于LED显示屏这种主动发光体一般采用cd/平方米作为发光强度单位，并配合观察角度为辅助参数，其等效于屏体。屏幕多采用直插型椭圆形LED,国内的封装技术大多可以满足屏幕设计需要。LED芯片多采用有Cree或用士兰明芯、厦门三安等国内LED发光芯片封装。 驱动芯片时序CYT62726内部是16位移位寄存器，多颗CYT62726串行数据移位，每个时钟周期CLK移送1位数据SDI,串行数据输入驱动器开/关控制。施密特缓冲输入。当其中数据“1
10、”被写入到SDI的开关控制移位寄存器/时CLK的上升沿。灰度控制模块仿真波形图CLK 串行数据移位时钟。施密特缓冲输入，所有的数据/关控制的转变移位是由1位的最高位同步的CLK的上升沿，单路数据移位到SD在同一时间。 CLK的上升沿输入获准后，持续100ns的上升沿。LE 边沿触发锁存器。施密特缓冲输入。当前对应移位寄存器中数据，在此上升沿数据被锁存。移位锁存仿真波形图OE 所有输出空白。施密特缓冲输入。当OE是低电平时，所有恒流输出被执行。当OE= 1,所有恒流输出控制的开关在数据控制数据/锁存状态。OE决定执行数据长度时间。这种时序传输方式是，沿用74HC595通用逻辑数据传输方式，在LE
11、D屏幕上已经使用了十多年历史，显得古老而落伍。LED屏幕亟待新的数据传输格式，简化的、高效的传输方式，从而减低设计复杂度，降低设计成本和提高屏幕可靠性。数据和时钟需要协调一致，可是在线路设计中，数据采用串行传输，而时钟则是并行传输，势必数据延时会造成输出错位。这是4线传输格式最大的缺点，数据和时钟不能很好的同步，级联性较差，控制器成本高。落伍的数据传输格式，控制器产生灰度等级，屏幕刷新率低，传输数据量大，是LED屏幕目前发展瓶颈。 驱动芯片方框图CYT62726内部线路相对比较简单，电阻通过电流镜比例调节输出电流值，芯片是统一设定16通道电流值的，所以在屏幕设计时通常是单颗IC驱动单一颜色，3
12、片IC组成16个像素。这样可以通过LED分选获得亮度一致性，3颗IC设定不同的驱动电流值，组成合适的16像素白平衡。芯片恒流误差显得很重要，电流误差参数也同时影响LED白平衡水平。移位寄存器负责数据的队列，按照时钟时间，移动数据队列。正确的数据被锁存讯号存储，这里可能就是二进制的1或0,执行的灰度长度由使能讯号决定，灰度等级的表现是使能的倍数，使能数据宽度决定最小灰度等级。三、LED屏线路设计 驱动周边器件选择在屏幕设计大约在3-6片CYT62726分布的PCB范围内，设置1000uF左右容量电容器，在选择滤波电容时，应用采用低ESR电容器，以最大限度的减小输出波纹，这是与其它电介质相比，这些
13、材料能在较宽的电压和温度范围内维持其容量不变。在电源和地之间连接着去耦电容，它有三个方面的作用：一是作为本集成电路的蓄能电容；二是滤除该器件产生的高频噪声，切断其通过供电回路进行传播的通路；三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。对于设计LED点彩产品，灯点内部增设滤波电容非常重要，主要在于越是色彩的变化丰富供电波动更会增加，滤波电容在这里显得比设计在任何产品中都要重要。对于大多数高的电流设计，推荐采用一个470至1000uF容值。这里设计不能没有这颗电容。见下图，通常我们设计线路时，会在IC输入设计去耦电容：一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容
14、值是0.1uF.这个电容的分布电感的典型值是5uH,0.1uF的去耦电容有5uH的分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz左右，对于10MHz以下的噪声有较好的去耦效果。去耦电容的选用并不严格，可按C=1/F,即10MHz取0.1uF.对于大多数高的电路设计，在输入采用一个0.01至0.1uF电容就足够了。这里设计不能没有这颗电容。在VCC电源供电中建议串接一只10电阻，LED屏幕工作时内容波动比较大，会超过10V以上。建议VCC还是需要电阻减少冲击，主要是减小电压波动带来的波峰，特别是LED显示，Vp-p会高出数倍。IC电源输入端也是最易受到冲击地方，电阻的存在同时也会提高电容滤波效果，这里
15、也可以考虑增加一颗4.7uF的电容提高电压的稳定性。16位恒流器件VCC耐压并不高，和输出恒流端口耐压是不一样的，在这里增加一颗电阻非常重要，后面还会介绍结合PCB设计，分开供电的方式避免波峰值冲击。在设计产品时需要确定输出电流值，CYT62726第23管脚是为方便设置电流而设计，外设电阻选择按前章节公式计算，也可以按下表选取，参考设计910大概在20mA电流值。PCB板级设计电阻要紧贴近IC管脚23与1之间，减小这两个管脚PCB板级电阻会提高参考恒流精度。CYT62726是兼容性16位恒流器件，在串行16位数据设计中，采用多片级联方式，CLK、LE、OE是并行传送结构，在数据传递中需要增加7
16、4HC245来提高驱动能力，一般建议3-6片CYT62726设置1片74HC245.SD数据是串行传递方式，按照设计设计可以采用经过74HC245,也可以不经过74HC245,因为数据串行传送有足够的驱动能力。 静态LED显示屏设计参考静态驱动方式是有利于LED寿命的设计，随着驱动IC成本不断降低，越来越多的采用静态设计方式，静态是针对扫描屏设计方式而言的，CYT62726输出端口只单独连接1颗或1串LED,数据传送针对单个像素点驱动，IC使用数量最多的一种设计。静态设计比较能发挥LED性能，驱动电流值是LED正常工作值，有利于LED最佳使用寿命。在静态屏幕设计中，多片CYT62726级联方式，CLK、LE、OE是并行传送结构，在数据传递中需要增加74HC245来提高驱动能力，一般建议3-6片CYT62726设置1片74HC245.SD数据是串行传递方式，按照设计设计可以采用
