
大屏幕一直是LED領域火熱發展的重要組成部分,是大型娛樂、體育賽事、廣場裝點主題顯示重要組成部分,從藍光LED誕生以來,一直保持高速發展態勢。在裝飾顯示市場LED將起到積極的作用,市場擴張明顯。我國是全球LED顯示屏生產大國,從LED芯片、驅動IC、控制器、屏幕制造等完全占據主導地位。
LED屏幕現狀
16位移位恒流IC的由來:雙色屏主要是以顯示文字為主,單片機掃描比較方便,由于LED數量的增加,為了節省O/I資源,采用74HC595移位掃描。為了更適合LED的應用在此基礎上整合了恒流電流設定功能,增加了電流驅動能力,更符合需求及成本需要又封裝出16位器件,被目前全彩屏廣泛采用。
電流驅動能力不斷降低,早前TLC5940高達120mA單路驅動電流能力,后來TB62726、ST2221、MBI5026電流驅動能力都降低到80-90mA。目前基本上是采用45mA電流驅動能力,比如MBI5024和CYT62726。電流驅動能力降低,主要原因是LED器件發光強度越來越高,為了提升圖像質量,靜態屏幕設計越來越多采用,對驅動電流能力需求降低。從IC成本角度可以縮減芯片尺寸,從而降低成本,為此設計出25mA靜態屏幕驅動芯片CYT62725。
目前全球有80%的LED大屏幕生產在中國大陸,普遍采用16通道恒流器件設計,短期內還會繼續延續,至少未來5年內不會消失,最主要的原因是配套控制技術成熟,產品已經系列化,除非系統控制技術和芯片設計有巨大的飛躍,成本進一步的降低,否則現狀不會改變。近年來,不少的公司不斷的推出新架構,都未來得到市場認可。LED屏幕最大的問題是通過控制技術改變LED的顏色一致性,新的技術沒有大的突破之前,對應用者吸引不大,購買意愿不強。
近幾年,大陸芯片設計公司一定會替代性的占領LED顯示屏市場,像士蘭明芯穩居主流顯示屏LED芯片供應商,分析原因有出色的品質保證外,良好的直銷模式是贏得市場法寶。未來驅動IC也需要直銷模式出現,當然質量也很重要。顯示屏企業大多是大陸本土企業,和臺系IC在分銷賬期和交貨期上面信任度還需要進一步的改善。
在驅動應用技術上,色彩的矯正技術亟待解決的瓶頸,顯示屏衰減一致性問題突出,波長矯正和亮度矯正是下一個重點突破目標,首先是解決亮度一致性問題,再而是波長的一致性矯正。這是世界性難題,也是當前亟待解決的技術難題。
控制技術的發展國內已經走在前列,存在的問題是在新的控制理念上停滯不前,原因是控制器廠家和IC設計廠家配合不暢,各自為政,驅動技術和控制技術不能很好的銜接,采用16通道兼容性設計發展成熟度高,新的控制技術推出很少,更談不上技術的革新。舉例:MBI5026設計LED屏幕長達十幾年之久,到目前的MBI5024也只不過是減低電流,應對競爭激烈的價格而已,并沒有技術上的突破。臺灣聚積公司先后也推出了多款升級IC,并沒有得到很好的應用,是控制技術的缺失造成的。在電腦技術飛速發展的今天,可以替代簡化控制器的規模,但是技術的移植也需要IC設計廠家的支持,市場缺失控制技術和芯片驅動整合性的方案提供商。
2009年LED顯示行業國內市場規模超過300多億,年產值過億的企業有30多家,過千萬100多家,大小有上千家企業從事顯示制造行業。LED顯示屏繼續保持15%增長速度,技術日漸成熟。我國大型賽事工程不斷,帶動LED增長強勁。比如:奧運、世博、亞運會、上海迪斯尼、地鐵、高鐵等工程賽事。
基本設計原理
文字顯示屏,只要內容顯示清楚,有足夠的的亮度,基本上都會滿足客戶需要了。但是對于圖像顯示屏的顯示質量進行評價,問題就復雜得多。一般是主觀方式來評價顯示屏圖像顯示質量。所謂主觀方式評價,就是人為的方式評判,通過觀察圖像顯示質量做出評判。這樣。評價結果不僅與圖像本身顯示質量有關,而且與觀察者的主觀因素也有關系,很難說是公正和確切性的標準。盡管如此目前還是沒有很好的辦法,在沒有客觀的測量方式出現之前,主觀方式仍然是最有效、實用的方法。
最大顯示色彩數
顯示器的每個像素的顏色都是由RGB(紅、綠、藍)三種基色組成。低端的液晶顯示板,各個基色只能表現6位色,即26=64種顏色。通過簡單的計算,我們可以知道每個獨立像素可以表現的最大顏色數是64×64×64=262144種顏色;高端液晶顯示板利用FRC技術則使得每個基色則可以表現 8位色,即28=256種顏色,則像素能表現的最大顏色數為256×256×256=16777216種顏色。這種顯示板顯示的畫面色彩更豐富,層次感也好。目前市面上的液晶顯示器此兩種顯示板都有采用,大家可以留心一下。
實際使用中,光強計算常常采用比較容易測繪的數據單位或變向使用。對于LED顯示屏這種主動發光體一般采用CD/平方米作為發光強度單位,并配合觀察角度為輔助參數,其等效于屏體表面的照度單位勒克司;將此數值與屏體有效顯示面積相乘,得到整個屏體的在最佳視角上的發光強度,假設屏體中每個像素的發光強度在相應空間內恒定,則此數值可被認為也是整個屏體的光通量。一般室外LED顯示屏須達到4000CD/平方米以上的亮度才可在日光下有比較理想的顯示效果。普通室內LED,最大亮度在700~2000 CD/平方米左右。
單個LED的發光強度以CD為單位,同時配有視角參數,發光強度與LED的色彩沒有關系。單管的發光強度從幾個mCD到五千mCD不等。LED生產廠商所給出的發光強度指LED在20mA電流下點亮,最佳視角上及中心位置上發光強度最大的點。封裝LED時頂部透鏡的形狀和LED芯片距頂部透鏡的位置決定了LED視角和光強分布。一般來說相同的LED視角越大,最大發光強度越小,但在整個立體半球面上累計的光通量不變。
當多個LED較緊密規則排放,其發光球面相互疊加,導致整個發光平面發光強度分布比較均勻。在計算顯示屏發光強度時,需根據LED視角和LED的排放密度,將廠商提供的最大點發光強度值乘以30%~90%不等,作為單管平均發光強度。
一般LED的發光壽命很長,生產廠家一般都標明為100,000小時以上,這是在設定的最佳的條件下,實際還應注意LED的亮度衰減周期,亮度衰減周期與LED生產的材料工藝及生產廠商有很大關系,一般在經濟條件許可的情況下應選用亮度衰減較緩慢的品牌。
屏幕多采用直插型橢圓形LED,國內的封裝技術大多可以滿足屏幕設計需要。口碑比較好的LED有Cree或用士蘭明芯、廈門三安等國內LED發光芯片封裝。
時序
CYT62726內部是16位移位寄存器,多顆CYT62726串行數據移位,每個時鐘周期CLK移送1位數據SDI,串行數據輸入驅動器開/關控制。施密特緩沖輸入。當其中數據“1”被寫入到SDI的開關控制移位寄存器/時CLK的上升沿。
CLK 串行數據移位時鐘。施密特緩沖輸入。所有的數據/關控制的轉變移位是由1位的最高位同步的CLK的上升沿,單路數據移位到SD在同一時間。 CLK的上升沿輸入獲準后,持續100ns的上升沿。
LE 邊沿觸發鎖存器。施密特緩沖輸入。當前對應移位寄存器中數據,在此上升沿數據被鎖存。
OE 所有輸出空白。施密特緩沖輸入。當OE是低電平時,所有恒流輸出(OUT0?15)被執行。當OE= 1,所有恒流輸出控制的開關在數據控制數據/鎖存狀態。OE決定執行數據長度時間。
驅動芯片內部方框圖
周邊器件選擇
CYT62726是兼容性16位恒流器件,在串行16位數據設計中,采用多片級聯方式,CLK、LE、OE是并行傳送結構,在數據傳遞中需要增加74HC245來提高驅動能力,一般建議3-6片CYT62726設置1片74HC245。SD數據是串行傳遞方式,按照設計設計可以采用經過74HC245,也可以不經過74HC245,因為數據串行傳送有足夠的驅動能力。
在屏幕設計大約在3-6片CYT62726分布的PCB范圍內,設置1000uF左右容量電容器,在選擇濾波電容時,應用采用低ESR(等效串聯電阻)電容器,以最大限度的減小輸出波紋,這是與其它電介質相比,這些材料能在較寬的電壓和溫度范圍內維持其容量不變。
在電源和地之間連接著去耦電容,它有三個方面的作用:一是作為本集成電路的蓄能電容;二是濾除該器件產生的高頻噪聲,切斷其通過供電回路進行傳播的通路;三是防止電源攜帶的噪聲對電路構成干擾。
對于設計LED點彩產品,燈點內部增設濾波電容非常重要,主要在于越是色彩的變化豐富供電波動更會增加,濾波電容在這里顯得比設計在任何產品中都要重要。對于大多數高的電流設計,推薦采用一個470至1000uF容值。這里設計不能沒有這顆電容。
見下圖,通常我們設計線路時,會在IC輸入設計去耦電容:一方面是本集成電路的蓄能電容,另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數字電路中典型的去耦電容值是0.1uF。這個電容的分布電感的典型值是5uH,0.1uF的去耦電容有5uH的分布電感,它的并行共振頻率大約在7MHz左右,對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果。去耦電容的選用并不嚴格,可按C=1/F,即10MHz取0.1uF。對于大多數高的電路設計,在輸入采用一個0.01至0.1uF電容就足夠了。這里設計不能沒有這顆電容。
在VCC電源供電中建議串接一只10Ω電阻,LED屏幕工作時內容波動比較大,會超過10V以上。建議VCC還是需要電阻減少沖擊,主要是減小電壓波動帶來的波峰,特別是LED顯示,Vp-p會高出數倍。IC電源輸入端也是最易受到沖擊地方,電阻的存在同時也會提高電容濾波效果,這里也可以考慮增加一顆4.7uF的電容提高電壓的穩定性。
在設計產品時需要確定輸出電流值,CYT62726第23管腳是為方便設置電流而設計,外設電阻選擇按前章節公式計算,參考設計910Ω大概在20mA電流值。PCB板級設計電阻要緊貼近IC管腳23與1之間,減小這兩個管腳PCB板級電阻會提高參考恒流精度。
靜態LED顯示屏基本設計線路參考
靜態驅動方式是有利于LED壽命的設計,隨著驅動IC成本不斷降低,越來越多的采用靜態設計方式,靜態是針對掃描屏設計方式而言的,CYT62726輸出端口只單獨連接1顆或1串LED,數據傳送針對單個像素點驅動,IC使用數量最多的一種設計。靜態設計比較能發揮LED性能,驅動電流值是LED正常工作值,有利于LED最佳使用壽命。
在靜態屏幕設計中,多片CYT62726級聯方式,CLK、LE、OE是并行傳送結構,在數據傳遞中需要增加74HC245來提高驅動能力,一般建議3-6片CYT62726設置1片74HC245。SD數據是串行傳遞方式,按照設計設計可以采用經過74HC245,也可以不經過74HC245,因為數據串行傳送有足夠的驅動能力。
1/4掃描應用參考設計
1/4掃描設計方式也是LED屏幕采用較多的設計方式之一。主要是不需要太高LED亮度的產品設計,比如室內屏;不需要太高灰階等級的屏幕,比如多用于數字圖形顯示的地方。1/4掃描設計數據、時鐘、鎖存、使能傳送方式是和靜態設計一樣的,為了提高刷新率,傳送數據量會增加數倍。
1/4掃描需要增加B0-B3掃描選通線,在每幀單位時間內,B0-B3會按次序選通一次,在單位時間1S鐘內B0-B3分別占用(1/4)S時間。
每當B0-B3被選通,其中被選通點亮的LED數據被移位到該像素,并鎖存和使能(執行顯示)。
CYT62726的16個端口驅動其中B0-B3選通線中共4顆LED,相對應4個單一顏色像素點,IC驅動電流是4顆LED電流的總和。
CYT62726的16個端口電流是統一設定的,為了保持白平衡R’G’B分別采用3顆CYT62726設計。選通訊號是由控制器送出的,驅動PMOS打開和關閉B0-B3選通線,PMOS驅動能力與選通線B0-B3連接LED數量有關系,是整個選通線上LED電流總和,通常選擇4953,但是要注意實際驅動能力。
在1/4掃描設計中,CYT62726是多片級聯方式,CLK、LE、OE是并行傳送結構,在數據傳遞中需要增加74HC245來提高驅動能力,一般建議3-6片CYT62726設置1片74HC245。SD數據是串行傳遞方式,按照設計設計可以采用經過74HC245,也可以不經過74HC245,因為數據串行傳送有足夠的驅動能力。
在1/4掃描設計中,一般驅動電流較大,單顆紅色LED時,需要串接電阻分壓,分擔芯片熱量。最好的辦法是兩顆紅色LED串接,提高亮度降低驅動電流,但是需要和設計面板顯示結構相結合。
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