视屏主要用于显示计算机图像或电视图像这类视频信息,其屏幕像素与控制计算机监视器的像素点呈一对一的映射关系,通常需要配置多媒体卡以获取或转换视频图像数据,每种原色有256级灰度,可以合成16M 的全彩。图5.16给出了LED 视频显示屏的结构简图。

图5.16　LED 视频显示屏的结构简图与像素

不同类型的视频信源提供的视频输入信号经过处理后被送入LED 显示屏。整个显示屏通常由若干个正方形或矩形的点阵组成,每个点阵又由若干个像素组成。每个像素由R、G、B LED 灯组成,通过混合这些LED 的灯光颜色,就可产生所需的像素信息。LED 驱动器相当于被处理后的视频数据与RGB LED 发出的彩色灯光之间的接口(图像就是由这些彩色光线构成的)。

从大型LED 视频显示屏的应用考虑,画质影响着用户对于显示屏的观看体验,其中包含几方面的内容：

·原始图像的信号质量以及数据处理能力是取得良好画质的前提条件。

·显示屏尺寸大小、分辨率高低、像素间距和LED 选择是决定人眼感受到的画质的关键参数。

·需要选择一个适合的LED 驱动器,能够把处理后的图像数据转换成所需的彩色和动画效果。

本节将简单说明一下LED 视频显示屏对LED 驱动器的要求。具体的驱动电路的设计,不同厂家各不相同,而且通常会关联到特定的应用,详尽的电路方案超出了本书的范围。

LED视频显示屏驱动电路的作用是接收来自视频接收卡或者视频处理器等信息源的符合协议规定的显示数据,产生由像素亮度决定的脉宽调制信号(PWM)点亮LED。电路由LED 驱动模块、逻辑控制模块以及MOS开关模块组成,实现LED 显示屏的显示功能并决定其呈现的显示效果。(www.daowen.com)

根据集成化的要求,电路的驱动模块通常采用专用芯片。专用芯片是指按照LED 发光特性而设计的专门用于LED 显示屏的驱动芯片。LED 是电流特性器件,即在饱和导通的前提下,其亮度随着电流的变化而变化,而不是靠调节其两端的电压而变化。因此,专用芯片一个最大的特点就是提供恒流源,这一点与之前模块驱动中使用的通用芯片一致,只是视频的像素结构复杂一些。在视屏中,为了实现良好的色彩复现,像素一般采用四个LED 结构(图5.16),像素中四个LED 的每一个都必须单独且精确地控制亮度以产生该像素对应的色彩。采用恒流源,可以保证LED 的稳定驱动,消除LED 的闪烁现象,它是LED 显示屏显示高品质画面的前提。有些专用芯片还针对不同行业的要求增加了一些特殊的功能,如具备LED 错误侦测、电流增益控制和电流校正等。由于要实现每个像素中的每个LED 的精准PWM 恒流调节,视频LED 显示屏的驱动电路会比较复杂,各个厂家几乎无一例外地采用了专用芯片来实现,很少使用通用器件来构成如此大规模的应用需求。

20世纪90年代,LED 显示屏应用以单双色为主,采用的是恒压驱动IC。1997年,出现了首款国产LED 显示屏专用驱动控制芯片ZQL9701,可以实现8192级灰度,做到了视频图像的所见即所得。随后,针对LED 发光特性,恒流驱动成为全彩LED 显示屏驱动的首选,集成度更高的16通道驱动替代了8通道驱动。20世纪90年代末,日本Toshiba、美国Allegro和TI等公司相继推出16通道的LED 恒流驱动芯片。如今,为了解决小间距LED 显示屏PCB 布线的问题,一些驱动IC 厂家又推出了高集成的48通道的LED 恒流驱动芯片。

在LED 显示屏的性能指标中,刷新率、灰度等级以及图像表现力是其中最为重要的一些指标。相应地要求LED 驱动电路必须做到驱动IC 通道间电流的高度一致性、通信接口的高速率以及恒流源响应的快速性。很多LED 显示屏在实际应用中要么是刷新速率不够,高速摄像器材拍摄的内容显示容易出现黑线条；要么是灰度不够,色彩、明暗亮度不一致,难以做到两全其美。随着驱动IC 厂商技术的进步,对于上述要求,目前在技术上已经有所突破,能够同时解决好这些问题。

在小间距LED 显示屏的应用中,为了保证用户长时间用眼的舒适度,当显示屏的亮度降低时画面的灰度几乎没有损失或损失很小,这种情况被称作“低亮高灰”,这成为考验驱动IC性能的一个尤为主要的标准。

节能也是考量驱动IC性能的一个重要标准。驱动IC 的节能主要包括两个方面：一是有效降低恒流拐点电压,进而将传统的5V 电压降低至3.8V 以下操作；二是通过优化IC算法和设计,降低驱动IC操作电压与操作电流。

随着LED 显示屏像素间距的迅速下降,单位面积上要贴装的封装器件以几何倍数增长,大大增加了模组驱动面的元器件密度。以间距为1.9mm 的P1.9 小间距LED 为例,15扫的160×90模组需要180个恒流驱动IC、45个行管、2个138译码器。如此多的器件,让PCB可用的布线空间变得极为拥挤,加大了电路设计的难度。同时,如此拥挤的元器件的排列,极易造成焊接不良等问题,同时也降低了模组的可靠性。于是,应用端对于驱动IC更少的用量以及留出PCB更大的布线面积的需求正在倒逼驱动IC必须走上高度集成的技术路线。

在彩色和动画方面,为取得优异的画质,需要整合多种不同的功能：高帧率、高刷新率、颜色还原精度等。不过,显示屏的质量不仅指图像本身,而且指解决方案的整体质量。例如,抗干扰性和可靠性。因此,所有的彩色LED 显示屏需要选择技术精密的LED 驱动器。

·良好的显色性取决于每个RGB(以及每个颜色)的有效亮度,有效亮度越高,显示的颜色越丰富。合理而精细地控制亮度,需要利用PWM 调光技术。

·要达到高的刷新率,就需要高速率地处理大量数据。LED 驱动器可利用高速串行接口和灵活的数据格式管理功能满足这些要求。

·一支或多支LED 灯管失效会影响像素颜色的精度,危及影像的整体视觉效果,影响画面的质量。让显示屏保持理想视觉效果,需要一个可靠的LED 失效条件检测方法。