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Mini/Micro LED驱动技术浅析

来源:数字音视工程网        编辑:站台丶    2023-11-20 09:56:25     加入收藏

随着LED显示产品像素密度越来越高,LED显示应用场景得到大幅拓展,人们对画质的要求越来越高,近年Mini/MicroLED已成为显示行业的高频词汇,可以说Mini/Micro...

  随着LED显示产品像素密度越来越高,LED显示应用场景得到大幅拓展,人们对画质的要求越来越高,近年Mini/Micro LED已成为显示行业的高频词汇,可以说Mini/Micro LED是高清新型显示的未来,为此各大显示厂商纷纷加大Mini/Micro LED技术研究投入,布局Mini/Micro LED显示产品。

  LED显示行业在中国发展30余年,户内小间距产品也已发展10余年,那Mini/Micro LED 与以前的小间距LED显示到底有何差异? 从应用层面来讲,Mini/Micro LED 显示产品所用到的发光体比常规小间距LED显示产品的发光体更小,意味着Mini/Micro LED显示产品单位面积的解析度越来越高,这已经对整个产业链(如驱动方案、基板、转移设备等)产生了深远影响,同时也促进了整个行业向更高阶的显示技术及产品方向发展,势必会大幅拓展LED显示应用场景,主要有三大应用领域:第一个应用领域在大尺寸显示应用,Micro LED发展潜力巨大,逐步向户外超高清显示应用发展,如户外高清大屏、高端展览展示、高端会议以及大尺寸Micro LED TV,将会大幅提升传统大尺寸LED显示的质量; 第二个应用领域在中尺寸消费类应用,Micro LED将会逐步替代LCD, 是OLED的下一代先进显示技术,将会应用在可穿戴、PC显示器、高端TV等;第三个应用领域是在小尺寸微显示应用,如AR、VR及MR。随着Micro LED技术的不断成熟,LED显示市场进入大显示时代,容量将随着Micro LED发展逐步进入到万亿级市场。

  虽然市场前景一片光明,但在技术及产品上的挑战也不容小觑。首先,Micro LED芯片非常小,要实现Micro LED的巨量转移,真正实现大规模量产并商用,需要产业上下游一起努力;其次,Micro LED在尺寸显示应用方面当前主要采用PCB基板,在大尺寸显示方面,PCB基板工艺技术成熟,可以大规模量产及商用,但在中小尺寸显示应用方面,由于像素密度大幅提升,PCB的线宽及翘曲等精度不能满足需求,当前玻璃基板发展如火如荼,行业内也有样品展示,但仍未达到能够成熟大规模量产并商用这一步,主要还是受技术、成本的限制。除了上述两个方面,Micro LED要在中小尺寸显示上大规模应用,Micro LED的驱动技术也至关重要,常规的LED小间距驱动方案当前尚无法满足Micro LED在更高解析度的中小尺寸应用。当前主要有三种驱动方案应用在Mini/Micro LED 显示产品上,让我们一探究竟。

  PM驱动

  PM驱动把LED显示阵列中每一列LED的阳极(P-electrode)连接到列扫描线(Data Current Source)上,同时把每一行LED的阴极(N-electrode)连接到行扫描线(Scan Line)上。当某一特定的第Y列扫描线和第X行扫描线被选通的时候,其交叉点(X,Y)的LED就会被点亮。整个LED屏幕就是以这种方式进行高速逐点扫描点亮,避开了人眼的视觉暂留,最终即可实现显示画面,如图1所示。

  这种PM逐点扫描方式,较容易实现,PCB设计布线比较繁琐,并且LED是循环高速扫描点亮,点亮时间非常短,所以亮度效率低,其次由于大量的扫描电路的设计,采用了大量的阻容器件,导致LED像素间串扰明显,对扫描信号的频率要求很高,这其实对驱动技术也提出了挑战,已经不能满足Micro LED在中小尺寸高解析度屏幕的应用。

  像素密度在Mini/Micro LED显示产品上较传统小间距产品得到了大幅提升,LED发光器件数量大量增加,如何才能将更多的LED发光器件控制好?当前多数采用的是大扫描,多通道的高度集成驱动IC方案来解决,如扫描方式从16扫、32扫、64扫甚至96扫, 如果仅仅是增大扫描数,可能还不够,这样面积有限的基板上很难布下太多的驱动IC, 这时候超16通道的驱动IC就陆续上市,以支持行业做更高清的LED显示产品。

  目前PM高扫描,多通道的小间距LED驱动方案仍然不能完美的解决暗亮、低灰不均匀、高对比下的耦合等问题。这些问题的产生,主要是受寄生电容的影响,在PCB 设计的阶段,可以做Layout线路调整降低寄生电容大小,同时像素间距越来越小,PCB 线路越来越密集,寄生电容影响越明显,目前看驱动方案很重要,同时PCB 设计也不容忽视,见图2。

  AM 驱动

  AM驱动方式基本是随着Micro LED的出现开始深入研究,因为Micro LED能实现更高PPI的显示产品,PM驱动难以满足需求,当前在COG上尝试应用。AM驱动相比PM驱动形象来讲,AM驱动就像是动车组,每节车厢都自带动力,能够将Micro LED的亮度利用率做到更高,PM驱动就像是绿皮火车,仅仅车头有动力,最终采用的是车头传递动力到后续车厢的,就好比是PM的逐点扫描点亮一样,LED是高速循环点亮的,所以PM驱动的屏亮度有效率较低,由于高速扫描,显示图像也不稳定,这对中小尺寸Micro LED用于消费级市场是不匹配的,综合来看,AM主要有以下优势:能较好实现更高PPI的Micro LED显示产品,实现更高亮度、更低功耗、亮度更均匀、更高对比度以及更稳定的图像显示,可以预见AM驱动未来将成为Micro LED在中小尺寸大规模量产并商业化的较好的驱动方案。

  3.“半有源”驱动

  半有源驱动采用单晶体管作为Micro-LED像素的驱动电路,可以避免像素间的串扰现象。这种驱动方案其实是PM与AM中的中间方案,能将PM与AM优势都发挥出来,当前在LED显示上应用较少,但随着行业内上下游的不断对Micro LED的商业化应用的研究,“半有源”驱动将来或许也有用武之地。

  以上便是对当前Mini/Micro LED显示应用的思考,以及Micro LED常用的三种驱动方案及优劣势,行业内会基于大、中、小尺寸的应用,基于技术、量产以及价格的成熟度来选择应用,但基于Mini/Micro LED显示技术及产品高速发展的现状,更高清、更高画质、更低能耗,是超高清发展的趋势,我们认为将来AM驱动可能成为Mini/Micro LED显示在中小尺寸显示用的主要驱动技术方向。

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