LED顯示屏通用芯片、雙緩存、PWM三款驅(qū)動(dòng)芯片的工作原理解析

恒流驅(qū)動(dòng)芯片是LED顯示屏里重要的一部分，它的選型直接影響顯示效果。目前常用的驅(qū)動(dòng)芯片按其架構(gòu)不同可分為通用芯片、雙緩存、PWM三大類(lèi)。這三類(lèi)IC的具體工作原理是什么 ？區(qū)別又是什么呢？這篇文章一一聊聊。

先說(shuō)幾個(gè)概念：

①刷新：指的是一秒鐘圖像出現(xiàn)的次數(shù)，具體到單燈就是一秒鐘內(nèi)亮滅了多少次。刷新高拍照效果好，但一次刷新也是一次燈珠的開(kāi)關(guān)，燈珠的開(kāi)關(guān)次數(shù)是會(huì)影響其壽命的。所以刷新夠用就好，并不是越高越好。

②幀頻：指的是一秒鐘內(nèi)出現(xiàn)了多少副圖像，由于人眼的視覺(jué)暫留特性，只要一秒鐘內(nèi)畫(huà)面變化大于24HZ，就不會(huì)感到停頓，我們目前使用的是60HZ幀頻。

③灰階：指的是屏體從黑到最亮能夠分成的亮度等級(jí)。比如一個(gè)顯示屏的亮度是16384cd/㎡，灰階是14Bit（214即16384級(jí)）。它是將16384的亮度分成16384級(jí)，每一級(jí)的亮度是1cd/㎡?；译A越高，每一級(jí)對(duì)應(yīng)的亮度越低，顯示效果細(xì)膩。

現(xiàn)分別以MBI5024、ICND2038S、MBI5153為代表，介紹一下通用、雙緩存、PWM三大類(lèi)驅(qū)動(dòng)芯片的具體工作原理和區(qū)別。

一：通用芯片（MBI5024）

如圖所示，16位數(shù)據(jù)信號(hào)SDI在時(shí)鐘的作用下從低到高，被一一送到16位位移緩存器中（串入）；16位數(shù)據(jù)存滿后會(huì)自動(dòng)同時(shí)進(jìn)入16位輸出栓鎖器中；通過(guò)鎖存信號(hào)LE控制，同時(shí)輸出到16位驅(qū)動(dòng)器中；最后通過(guò)OE控制其輸出（并出）。

常規(guī)芯片的灰度是通過(guò)把一幀的顯示脈沖信號(hào)均分，從而控制燈珠點(diǎn)亮?xí)r間獲得。如下圖是一個(gè)均分成16Bit的顯示信號(hào)脈沖波形圖，灰度等級(jí)越高脈沖越寬，對(duì)應(yīng)燈珠點(diǎn)亮的時(shí)間越久。

結(jié)合原理框圖，我們可以建立一個(gè)刷新和時(shí)鐘的關(guān)系式。CLK=芯片通道數(shù)*掃描數(shù)*刷新頻率*一組數(shù)據(jù)芯片個(gè)數(shù)*換幀頻率（芯片通道數(shù)*掃描數(shù)*一組數(shù)據(jù)芯片個(gè)數(shù)，就是一組數(shù)據(jù)帶點(diǎn)數(shù)）。

二：雙緩存（ICND2038S）

二：PWM（MBI5153）

如上圖可以看出，其工作方式和通用IC及雙緩存IC有很大不一樣了。數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)時(shí)鐘DCLK的作用傳入到16位寄存器，存滿后自動(dòng)進(jìn)入SRAM，SRAM會(huì)將一幀時(shí)間內(nèi)的所有數(shù)據(jù)先存儲(chǔ)起來(lái)。然后通過(guò)灰度時(shí)鐘GCLK配合comparators(算法電路)控制其輸出脈寬得到具體的灰度值，直接將灰度值以16位的數(shù)據(jù)形式給到Output Buffers（輸出緩沖器）輸出。（通用IC的灰度可以理解為燈珠N次亮滅得到的，這里是直接輸出灰度值）。? ?

知道了PWM芯片的工作原理后，我們可以建立以下關(guān)系式：

①：DCLK=灰階數(shù)據(jù)數(shù)*通道數(shù)*掃描數(shù)*幀頻*一組數(shù)據(jù)芯片個(gè)數(shù)；跟通用IC不一樣的是這里多了一個(gè)灰階數(shù)據(jù)數(shù)，從框圖中可以看出輸出灰階為16的數(shù)據(jù)，所以式中灰階數(shù)據(jù)數(shù)為16。

②：GCLK=灰階*掃描數(shù)*幀頻；一個(gè)GCLK脈寬就是一級(jí)灰階，N個(gè)GCLK脈寬疊加就是N級(jí)灰階。

PWM芯片不能直接將DCLK或GCLK視為通用芯片的CLK來(lái)建立與刷新關(guān)系式。PWM芯片的刷新是由灰階決定的，它是先有灰階再有刷新。

③：刷新=（灰階÷打散方式）*幀頻；這里的打散方式是聚積PWM芯片一種提高刷新的手段，不同PWM芯片有不同的打散方式，同一種PWM芯片在不同倍率下也有不同的打散方式。下圖是MBI5153的打散方式：

以一個(gè)灰度14Bit,32掃的顯示屏不開(kāi)倍頻為例：帶入以上關(guān)系式可得需要的GCLK約為31MHZ,能夠得到的刷新為1920HZ（本文以上所有關(guān)系式均未考慮消影所需的時(shí)鐘）。

LED芯片是LED產(chǎn)品的心臟，主要功能就是把電能轉(zhuǎn)化成光能，在使用過(guò)程中，led顯示屏芯片也會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，現(xiàn)在就讓我們一起看看LED芯片常規(guī)會(huì)出現(xiàn)那六大問(wèn)題吧！

01

正向電壓降低、暗光

（1）一種是電極與發(fā)光材料為歐姆接觸，但接觸電阻大，主要由材料襯底低濃度或電極缺損所致。

（2）一種是電極與材料為非歐姆接觸，主要發(fā)生在芯片電極制備過(guò)程中蒸發(fā)第一層電極時(shí)的擠壓印或夾印，分布位置。

另外封裝過(guò)程中也可能造成正向壓降低，主要原因有銀膠固化不充分，支架或芯片電極沾污等造成接觸電阻大或接觸電阻不穩(wěn)定。

正向壓降低的芯片在固定電壓測(cè)試時(shí)，通過(guò)芯片的電流小，從而表現(xiàn)暗點(diǎn)，還有一種暗光現(xiàn)象是芯片本身發(fā)光效率低，正向壓降正常。

02

?難壓焊

（1）打不粘：主要因?yàn)殡姌O表面氧化或有膠

（2）有與發(fā)光材料接觸不牢和加厚焊線層不牢，其中以加厚層脫落為主。

（3）打穿電極：通常與芯片材料有關(guān)，材料脆且強(qiáng)度不高的材料易打穿電極，一般GAALAS材料（如高紅，紅外芯片）較GAP材料易打穿電極。

（4）壓焊調(diào)試應(yīng)從焊接溫度，超聲波功率，超聲時(shí)間，壓力，金球大小，支架定位等進(jìn)行調(diào)整。

03

發(fā)光顏色差異

（1）同一張芯片發(fā)光顏色有明顯差異主要是因?yàn)橥庋悠牧蠁?wèn)題，ALGAINP四元素材料采用量子結(jié)構(gòu)很薄，生長(zhǎng)是很難保證各區(qū)域組分一致。（組分決定禁帶寬度，禁帶寬度決定波長(zhǎng)）。

（2）GAP黃綠芯片，發(fā)光波長(zhǎng)不會(huì)有很大偏差，但是由于人眼對(duì)這個(gè)波段顏色敏感，很容易查出偏黃，偏綠。由于波長(zhǎng)是外延片材料決定的，區(qū)域越小，出現(xiàn)顏色偏差概念越小，故在M／T作業(yè)中有鄰近選取法。

（3）GAP紅色芯片有的發(fā)光顏色是偏橙黃色，這是由于其發(fā)光機(jī)理為間接躍進(jìn)。受雜質(zhì)濃度影響，電流密度加大時(shí)，易產(chǎn)生雜質(zhì)能級(jí)偏移和發(fā)光飽和，發(fā)光是開(kāi)始變?yōu)槌赛S色。

04

閘流體效應(yīng)

（1）是發(fā)光二極管在正常電壓下無(wú)法導(dǎo)通，當(dāng)電壓加高到一定程度，電流產(chǎn)生突變。

（2）產(chǎn)生閘流體現(xiàn)象原因是發(fā)光材料外延片生長(zhǎng)時(shí)出現(xiàn)了反向夾層，有此現(xiàn)象的LED在IF＝20MA時(shí)測(cè)試的正向壓降有隱藏性，在使用過(guò)程是出于兩極電壓不夠大，表現(xiàn)為不亮，可用測(cè)試信息儀器從晶體管圖示儀測(cè)試曲線，也可以通過(guò)小電流IF＝10UA下的正向壓降來(lái)發(fā)現(xiàn)，小電流下的正向壓降明顯偏大，則可能是該問(wèn)題所致。

05

反向漏電流IR

在限定條件下反向漏電流為二極管的基本特性，按LED以前的常規(guī)規(guī)定，指反向電壓在5V時(shí)的反向漏電流。隨著發(fā)光二極管性能的提高，反向漏電流會(huì)越來(lái)越小。IR越小越好，產(chǎn)生原因?yàn)?a target="_blank">電子的不規(guī)則移動(dòng)。

（1）芯片本身品質(zhì)問(wèn)題原因，可能晶片本身切割異常所導(dǎo)致。

（2）銀膠點(diǎn)的太多，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致短路。外延造成的反向漏電主要由PN結(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷所致，芯片制作過(guò)程中側(cè)面腐蝕不夠或有銀膠絲沾附在測(cè)面，嚴(yán)禁用有機(jī)溶液調(diào)配銀膠。以防止銀膠通過(guò)毛細(xì)現(xiàn)象爬到結(jié)區(qū)。

（3）靜電擊傷。外延材料，芯片制作，器件封裝，測(cè)試一般5V下反向漏電流為10UA，也可以固定反向電流下測(cè)試反向電壓。不同類(lèi)型的LED反向特性相差大：普綠，普黃芯片反向擊穿可達(dá)到一百多伏，而普紅芯片則在十幾二十伏之間。

（4）焊線壓力控制不當(dāng)，造成晶片內(nèi)崩導(dǎo)致IR升高。

解決方案

（1）銀膠膠量需控制在晶片高度的1／3～1／2；

（2）人體及機(jī)臺(tái)靜電量需控制在50V以下；

（3）焊線第一點(diǎn)的壓力應(yīng)控制在30～45g之間為佳。

06

死燈現(xiàn)象

（1）LED的漏電流過(guò)大造成PN結(jié)失效，使LED燈點(diǎn)不亮，這種情況一般不會(huì)影響其他的LED燈的工作。

（2）LED燈的內(nèi)部連接引線斷開(kāi)，造成LED無(wú)電流通過(guò)而產(chǎn)生死燈，這種情況會(huì)影響其他的LED燈的正常工作，原因是由于LED燈工作電壓低（紅黃橙LED工作電壓1．8v－2．2v，藍(lán)綠白LED工作電壓2．8－3．2v），一般都要用串、并聯(lián)來(lái)聯(lián)接，來(lái)適應(yīng)不同的工作電壓，串聯(lián)的LED燈越多影響越大，只要其中有一個(gè)LED燈內(nèi)部連線開(kāi)路，將造成該串聯(lián)電路的整串LED燈不亮，可見(jiàn)這種情況比第一種情況要嚴(yán)重的多。

編輯：黃飛

?