LED显示屏驱动设计原理及发展趋势[1]

　　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，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。

　　㈠ 最大显示色彩数

　　显示器的每个像素的颜色都是由RGB（红、绿、蓝）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64×64×64=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256×256×256=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700~2000cd/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。