LED顯示屏及其LED驅(qū)動(dòng)芯片技術(shù)分析

上海思晶微電子有限公司供稿

LED顯示屏是上世紀(jì)80年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型顯示產(chǎn)品，以可靠性高、亮度高、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、性價(jià)比高、功耗小、耐沖擊、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，迅速成長(zhǎng)為平板顯示的主流產(chǎn)品。中國(guó)LED顯示屏產(chǎn)業(yè)起步于上世紀(jì)90年代初，發(fā)展迅速；進(jìn)入21世紀(jì)以來，LED顯示屏產(chǎn)業(yè)面臨良好的市場(chǎng)發(fā)展機(jī)遇；一方面，需求不斷擴(kuò)大，電子政務(wù)、政務(wù)公開、公眾信息展示等需求旺盛；另一方面，技術(shù)的進(jìn)步為L(zhǎng)ED顯示屏產(chǎn)品市場(chǎng)擴(kuò)展和開創(chuàng)新的應(yīng)用領(lǐng)域提供了創(chuàng)新技術(shù)支持，再一方面，奧運(yùn)會(huì)和世博會(huì)的契機(jī)，加快了該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。根據(jù)市場(chǎng)分析報(bào)告2007-2010年，中國(guó)LED顯示屏市場(chǎng)年均復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到15.1%。

LED顯示屏的最大特點(diǎn)其制造不受面積限制，可達(dá)幾十甚至幾百平方米以上，應(yīng)用于室內(nèi)/室外的各種公共場(chǎng)合顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、視頻圖像等各種信息，具有較強(qiáng)的廣告渲染力和震撼力。其高亮度、全彩化、便捷快速的錯(cuò)誤偵查及LED亮度的自由調(diào)節(jié)是市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　LED顯示屏的分類

LED屏幕按使用環(huán)境分為室內(nèi)LED屏幕和室外LED屏幕；LED屏幕按顯示顏色分為單基色LED屏幕，雙基色LED屏幕和全彩色LED屏幕；LED屏幕按灰度級(jí)又可分為16、32、64、128、256級(jí)灰度LED屏幕等；LED屏幕按顯示性能分為文本LED屏幕、圖文LED屏幕、同步視頻LED屏幕，電視視頻LED屏幕等。

LED顯示屏的系統(tǒng)組成架構(gòu)

LED顯示屏的系統(tǒng)組成架構(gòu)參見圖1。

顯示單元：這是LED顯示屏幕的主體部分，由發(fā)光材料及驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。室內(nèi)屏幕就是各種規(guī)格的單元顯示板，室外屏幕就是單元箱體。

主控制器：作用是將輸入的RGB數(shù)字視頻信號(hào)緩沖，灰度變換，重新組織，并產(chǎn)生各種控制信號(hào)。

開關(guān)電源：用途是將220V交流電變?yōu)楦鞣N直流電提供給各種電路。

傳輸電纜：主控儀產(chǎn)生的顯示資料及各種控制信號(hào)由雙絞線電纜傳輸至屏幕本體。

掃描控制器：該電路板的功能是資料緩沖，產(chǎn)生各種掃描信號(hào)以及占空比灰度控制信號(hào)。

專用顯示卡及多媒體卡(視頻卡)：LED全彩屏專用顯示卡除了具有電腦顯示卡的基本功能外，還同時(shí)輸出數(shù)字RGB信號(hào)及行、場(chǎng)、消隱等信號(hào)給主控儀。多媒體卡除了以上功能外還可將輸入的模擬Video信號(hào)變?yōu)閿?shù)字RGB信號(hào)(即視頻采集)。

其他信號(hào)源及其外接裝置：包括電腦、電視機(jī)、藍(lán)光、DVD、VCD、攝錄像機(jī)等。

LED顯示屏用LED驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品介紹

LED顯示屏作為一項(xiàng)高科技產(chǎn)品引起了人們的高度重視，采用計(jì)算機(jī)控制，將光、電融為一體的智能全彩顯示屏已經(jīng)在廣泛領(lǐng)域得到應(yīng)用。其像素點(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(dòng)方式，可得到不同效果的圖像。因此LED驅(qū)動(dòng)芯片的優(yōu)劣，對(duì)LED顯示屏的顯示質(zhì)量起著重要的作用。LED驅(qū)動(dòng)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的非恒流的電流。

由于LED是電流特性器件，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，不隨著其兩端電壓的變化而變化。專用芯片的最大特點(diǎn)是提供恒流源輸出，保證LED的穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)，消除LED的閃爍現(xiàn)象。具有輸出電流大、恒流等特點(diǎn)，適用于要求大電流、高畫質(zhì)的場(chǎng)合，如戶外全彩屏、室內(nèi)全彩屏等。

LED的關(guān)鍵指標(biāo)包括：
　
最大輸出電流：目前主流的恒流源LED驅(qū)動(dòng)芯片最大輸出電流多為每通道90mA左右。每通道同時(shí)輸出恒定電流的最大值對(duì)顯示屏更有意義，因?yàn)樵诎灼胶鉅顟B(tài)下，要求每通道都同時(shí)輸出恒流電流。

恒流輸出通道數(shù)：恒流源輸出通道有8位和16位兩種規(guī)格，現(xiàn)在16位占主流，其主要優(yōu)勢(shì)在于減少了芯片尺寸，便于LED驅(qū)動(dòng)板(PCB)布線，特別是對(duì)于點(diǎn)間距較小的LED驅(qū)動(dòng)板更有利。

精確的電流輸出：一種是同一個(gè)芯片通道間電流誤差值；另一種是不同芯片間輸出電流誤差值。精確的電流輸出是個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù)，對(duì)LED顯示屏的顯示均勻性影響很大。誤差越大，顯示均勻性越差，很難使屏體達(dá)到白平衡。目前主流恒流源芯片的位間(bit to bit)電流誤差一般在±3%以內(nèi)，片間(chip to chip )電流誤差在±6%以內(nèi)。

數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘：其決定了顯示數(shù)據(jù)的傳輸速度，是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(dòng)芯片移位時(shí)鐘頻率一般都在15MHz～25MHz以上。

LED顯示屏用LED驅(qū)動(dòng)芯片

上海思晶微電子有限公司于2008年初向市場(chǎng)推出LED顯示屏用LED驅(qū)動(dòng)芯片系列產(chǎn)品SMT5026。SMT5026內(nèi)建CMOS移位寄存器與鎖存功能，可以將串行的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行輸出數(shù)據(jù)格式，功能框圖見圖2。

SMT5026的主要特性：

16路恒流源輸出通道、電流輸出大小不因輸出端負(fù)載電壓變化而變化；

恒流輸出電流范圍值：5mA～90mA；

極為精確的恒流輸出電流值匹配度：通道間最大誤差<±1.5%，芯片間最大誤差<±3.0%；

通過調(diào)節(jié)外部電阻，可設(shè)定恒流輸出電流值(Iout=5～90mA)；

高達(dá)25MHz數(shù)據(jù)傳輸時(shí)鐘頻率、具施密特觸發(fā)器輸入裝置，強(qiáng)化抗噪聲功能；

快速的輸出電流響應(yīng)，最小值響應(yīng)時(shí)間≤200ns；

工作電壓：3.0V～5.5V；

符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，100%無鉛封裝；

封裝形式：SSOP24-300-1.0，SSOP24-150-0.635，與市場(chǎng)上主流產(chǎn)品相兼容。