LED显示屏行驱动的六大挑战

引言

LED 显示屏的显示质量一向与恒流驱动芯片息息相关，如鬼影、坏点十字架、低灰偏色、第一扫偏暗、高对比耦合等问题，而行驱动作为单纯的扫描要求一直以来不太受重视。随着小间距的发展LED 显示屏同样对行驱动提出了更高的要求，从单纯的 P-MOSFET 实现行切换，到集成度更高功能更强的多功能行驱动，而行驱动的设计及选型同样面临上鬼影消除、灯珠反向电压、短路毛毛虫、开路十字架、灯珠V_F 值偏大、高对比耦合六大挑战。

上鬼影

在扫描屏进行切换时，由于 PMOS 管开关的打开和关闭以及行线寄生电容 Cr 上的电荷泄放需要一段时间，因此在下一行扫 V_LED 与 OUT 开启瞬间，上一行扫V_LED 的未释放的电荷有了导通路径。Row(n)打开时，行寄生电容 Cr 充电到 VCC 电位。切换到Row(n+1)时，Cr 与 OUT 之间形成电位差，电荷通过灯珠进行泄放，产生LED 隐亮。

Figure 1 上鬼影现象                                                                                                                Figure 2 上鬼影示意图

所以在换行时刻需要对 Cr 上的电荷进行提前泄放，通常集成消隐功能的行管，通过加入下拉电路在进行切换时，将寄生电容 Cr 的电荷快速泄放。下拉电位即消隐电压 V_H 设置的越低，寄生电容上的电荷泄放的也就越快，消除上鬼影的效果也就越好，通常 V_H<VCC－1V即可消除上鬼影。

灯珠反向电压（reverse voltage）

灯珠的反向冲击电压很大程度上影响着灯珠的使用寿命，因反压造成的坏点一直是 LED显示屏特别是小间距的痛点。

在输出通道关闭时，因寄生电感的续流作用，会对通道处的寄生电容持续充电，形成很高的电压毛刺。此时与行管输出形成加载在灯珠上的反向电压，所以行管的消隐电压同时影响着灯珠的反向电压。恒流输出通道处电压固定的情况下，行管的消隐电压越高其灯珠的反向电压就越小。通常灯珠标称反向电压为 5V，实际经过厂商的测试反压在 1.4V 以下可以大幅度减少因反压导致的坏点，所以针对灯珠反压问题消隐电压不能过低，一般不低于 VCC－2V。

短路毛毛虫

当LED 短路时，会出现一列长亮现象，一般称为短路毛毛虫。当中间 LED 灯珠短路时，同列的LED 灯珠在扫描到该行时会形成如下图所示通路，在V_LED 到A 点之间如果压差大于 LED 灯珠点亮值，则会形成一列常亮毛毛虫。

Figure 7 短路毛毛虫                                                                                                           Figure 8 短路毛毛虫成因示意图

短路毛毛虫与开路十字架最大区别在于短路毛毛虫只要屏幕处于扫描状态，不管 LED灯珠是否显示图像，都会显现，而开路毛毛虫只有在开路灯珠被点亮的时候才会出现开路十字架问题。通常通过提高行管消隐电压，使之压差小于 LED 正向电压V_F 即V_LED－V_H<V_F。通常红色LED 灯珠正向电压（forward voltage）V_F 为 1.6~2.4V，绿色和蓝色 LED 灯珠正向电压 V_F 为 2.4~3.4V。经测试红色灯珠 1.4V 即能使之点亮故以红色灯珠为例，因此当 V_H>VCC－1.4V就能彻底解决短路毛毛虫问题。当 VCC-2V<V_H<VCC-1.4V 时，仅有短路点下方一颗红色 LED被微弱点亮。

开路十字架

在扫描屏中当出现灯珠开路，该点被点亮时，通道 OUT1 电压被拉低到 0.5V 以下。若扫描行电位消隐电压V_H 为 3.5V，则会对该列灯珠形成导通通路，形成开路毛毛虫。

          Figure 3 开路十字架成因示意图                                                                                                Figure 4 开路十字架成因示意图

        当出现灯珠开路，通道 OUT1 电压被拉低到 0.5V 以下甚至 0V，并通过寄生电容 C1，C2影响到列寄生电容 Cr，当 Cr 电位被拉低时，与开路灯珠同一行的 LED 出现隐亮。

将消隐行管的消隐电压调低可有效解决开路十字架问题即消隐电压 V_H<1.4V。业内某些行管同样利用可调消隐电压的方式，将消隐电压调低至 1.4V 以下来解决开路十字架，这样会带来LED 反压增大加速LED 灯珠损坏及短路毛毛虫。

灯珠 V_F 值偏大

由于灯珠 V_F 值偏大而导致的列常亮同样也是困扰客户应用的问题。通常绿灯标称正向电压 V_F 为 2.4~3.4V，而通常情况下绿灯阳极阴极压差 1.8V 就能使之点亮，而行管的消隐电压V_H 过高便会导致列常亮。

Figure 5 灯珠V_F 值偏大引起列常亮                                          Figure 6 列常亮成因示意图

以灯珠正向电压V_F1=3.4V 为列，当扫描至次灯珠时V_OUT 和V_LED1 同时打开，

通道端电压：V_OUT=V_LED1－V_F1

该列的其他行灯珠两端电压：V△=V_H－V_OUT=V_H－V_LED1＋V_F1

若V△>1.8V 便可能会导致列常亮即V_H－V_LED1＋V_F1>1.8V 其中V_LED=VCC(行管压降忽略)，故 V_H>VCC－1.6V 便不利于解决灯珠V_F 值偏大引起的列常亮问题。

高对比耦合

高对比耦合指在低亮的背景下，叠加高亮画面，低亮画面与高亮画面同行的区域出现偏色、偏暗现象，如图7所示虚线处为叠加高亮画面。高对比耦合现象为列通道通过行管相互干扰造成，通过调低行管消隐电压可一定程度改善减轻高对比耦合。通过将行管消隐电压设计钳位电压的方式即放电结束后保持在某一电平，可一定程度减轻改善高对比耦合。但此设计方法会带来短路列偏暗、低灰偏红、灯珠 V_F 值偏大等问题。从行驱动角度来改善高对比耦合可通过调低消隐电压，但会带来灯珠反压偏大，短路毛毛虫问题。

Figure 7 高对比耦合

行管消隐电压选择

综上可知行管消隐电压的选择面临上诉六大问题的挑战，且互相利弊，消隐电压不能过高或过低。通常开路十字架由恒流驱动侦测消除，因为过低的消隐电压会降低灯珠长期使用的可靠性。ICN205X 系列驱动 IC 都具有消除开路十字架功能。下表总结了各种情况下消隐电压合适的范围。

因此综合处理各种应用问题消隐电压在 3V~3.4V（VCC=5V）是一个比较合理的选择。集创为用户提供了多款集成消隐行管，可以满足用户各类扫描模组设计需求，合理解决多种应用问题.