Hvad forårsager LED-skærmghosting, døde pixelkryds og farveskift i lav grå?

Billedkvaliteten på et LED-display er direkte knyttet til ydeevnen. Blandt nøglekomponenterne er konstantstrømsdriverchippen afgørende for kolonnestyring. Dens nøjagtighed i outputtet og responshastighed er afgørende for den endelige billedkvalitet. Almindelige displayfejl som ghosting, korsformede døde pixels og lavgrå farveskift er ofte knyttet til uoverensstemmelser i disse styringsparametre.

I modsætning hertil havde rækkestyringsmodulet oprindeligt en enklere rolle i tidlige LED-displays. Det håndterede grundlæggende rækkeskift og blev betragtet som lavteknologisk. Men med fremkomsten af ​​fine-pitch-displays har kravene ændret sig. Højere pixeltæthed kræver hurtigere scanning og mere strømpræcision. Derfor har rækkestyringsmodulets funktion udviklet sig. Det er ikke længere bare en simpel kontakt. Nu integrerer det funktioner som blanking, overstrømsbeskyttelse og ESD-beskyttelse.

Denne udvikling gør rækkedrevdesign meget mere komplekst. Ingeniører står nu over for seks centrale udfordringer:

• Øvre spøgelsesfugle
• LED-omvendt spænding
• Kortslutnings-"larve"-effekt
• Åben kredsløbs "kryds"-effekt
• Høj LED-fremadspænding (Vf)
• Højkontrastkobling

Lad os gennemgå hvert problem.

Øvre spøgelsesfugle

I scanning LED-displays påvirker tidssynkroniseringen af ​​rækkeskift og enhedens egenskaber direkte displayeffekten. Øvre ghosting kommer primært fra to faktorer: PMOS-transistorernes skifteforsinkelse og den langsomme afladning af restladninger i række-linje-parasitkondensatoren Cr.

Scanningsskærme fungerer ved at tænde rækker en efter en. Når Row(n) tændes, oplader rækkekredsløbet den parasitiske kondensator Cr gennem PMOS-transistoren. Til sidst stabiliserer spændingen over Cr sig ved VCC.

Når systemet sender en rækkeskiftkommando, bør PMOS-transistoren for række(n) ideelt set slukke øjeblikkeligt. De resterende ladninger på Cr skal også aflades hurtigt.

Men i praksis har PMOS-transistorer iboende koblingsforsinkelser. Samtidig bevarer den parasitiske kondensator Cr ladningerne. Dette forårsager en betydelig forsinkelse i ladningsafladningen.

Når VLED- og OUT-kanalen i den næste række tændes samtidigt, danner de ufuldstændigt afladede restladninger fra den foregående række en ledningssløjfe gennem LED'erne. Dette får LED'erne i række(n) til at lyse svagt. Dette fænomen kaldes i branchen for øvre ghosting.

Dette problem er særligt tydeligt i skærme med lille pitch og høje scanningsfrekvenser. Det reducerer billedkontrasten betydeligt.

Den centrale tekniske løsning på øvre ghosting er at aflade restladningerne i Cr tidligt og hurtigt under rækkeskift. Dette bryder betingelsen for dannelse af en ledningsløkke mellem restladninger og den næste rækkes drivsignal.

Fra et ingeniørmæssigt perspektiv bruger den almindelige industriløsning dedikerede rækkedrevrør med integrerede afblændingsfunktioner. Disse enheder har indbyggede uafhængige pull-down-afladningskredsløb.

Kredsløbene aktiveres præcist under rækkeskift. De accelererer Cr-ladningsafladning gennem en lavimpedansbane.

I denne løsning bestemmer værdien af ​​blankingspændingen VH direkte ladningsafladningseffektiviteten og den øvre ghosting-elimineringseffekt. Jo lavere VH-indstillingen er, desto større er spændingsforskellen mellem pull-down-kredsløbet og Cr.

Dette skaber en stærkere drivkraft for ladningsafladning og hurtigere afladningshastighed. Effekten af ​​eliminering af ghosting i den øvre del af kredsløbet bliver bedre.

Data fra teknisk praksis bekræfter, at når VH < VCC－1V, kan øvre ghosting elimineres fuldstændigt inden for det konventionelle scanningsfrekvensområde (120Hz~360Hz). Det påvirker heller ikke andre skærmes ydeevne væsentligt.

Bemærk at VH ikke kan justeres for lavt. En for lav VH vil forårsage andre derivative problemer, som vil blive beskrevet i de efterfølgende kapitler.

LED-omvendt spænding

LED'er er de centrale lysudstrålende komponenter i LED-skærme. Deres pålidelighed bestemmer direkte skærmens levetid. Modsatrettet stødspænding er en af ​​de vigtigste stressfaktorer, der påvirker LED'ers langsigtede pålidelighed.

PN-overgangen i LED'er har en svag tolerance over for omvendt spænding. Når omvendt spænding overstiger sin tærskel, forringes PN-overgangens egenskaber. I alvorlige tilfælde bryder PN-overgangen direkte sammen. Dette fremstår i sidste ende som døde pixels på displayet.

Dette problem er mere fremtrædende i LED-displays med lille pitch. På den ene side har LED'er med lille pitch mindre pakningsstørrelser og mere kompakte interne strukturer. Deres tolerance for omvendt spænding er relativt lavere.

På den anden side har displays med lille pitch højere drivtæthed og hurtigere skiftfrekvenser for drivsignaler. Dette gør det mere sandsynligt, at der opstår spændingsudsving i omvendte spændinger. Styring af LED-omvendt spænding er således blevet et langvarigt kerneproblem i branchen.

Fra et teknisk principperspektiv er LED-reverse spændingsgenerering tæt forbundet med parasitiske parametre i drivkredsløbet. Når LED-displayets konstante strømudgangskanal slukker, producerer den parasitiske induktans i drivsløjfen en friløbseffekt på grund af pludselige strømændringer.

Denne friløbende strøm fortsætter med at oplade den parasitiske kondensator ved kanalen. Den danner et højspændingsfejlsignal over kondensatoren.

Dette højspændingsfejlsignal overlejres med udgangsspændingen fra rækkedrevrøret. Det danner i sidste ende den omvendte spænding, der påføres over LED'erne.

Således er række-drivrørets blankingspænding VH en nøglevariabel, der påvirker LED'ens reversspænding. Under forudsætningen af ​​et fast spændingsniveau, efter at den konstante strømudgangskanal slukker, er superpositionsværdien med højspændingsfejlsignalet mindre jo højere VH-værdien er.

Den endelige omvendte spænding, der påføres LED'erne, bliver lavere. Omvendt gælder det, at jo lavere VH-værdien er, desto højere er den overlejrede omvendte spænding. Risikoen for LED-skader øges også.

Ifølge generelle branchestandarder er den nominelle omvendte spændingstolerance for konventionelle LED'er 5 V. LED-producenter udleder denne parameter baseret på standard testforhold.

Men mange testdata fra LED-displayproducenter viser, at langvarig drift i et omvendt spændingsmiljø tæt på eller over 1.4 V accelererer PN-overgangens nedbrydning. Sandsynligheden for døde pixels stiger kraftigt.

Når den omvendte spænding kontrolleres strengt under 1.4 V, kan LED'ens levetid nærme sig den teoretiske designværdi. Sandsynligheden for døde pixels kan falde til under 0.1 %.

Baseret på denne testkonklusion kan rækkedrevrørets blindspænding VH ikke være for lav til at styre LED-reversespændingen. En rimelig VH-værdi skal give reversespændingsbeskyttelse for LED'er.

Verifikation af teknisk praksis viser, at VH generelt skal opfylde VH≥VCC-2V. Dette sikrer, at den overlejrede omvendte spænding ikke overstiger sikkerhedstærsklen på 1.4V. Det garanterer effektivt LED'ens langsigtede pålidelighed.

Kortslutningslarve

LED-kortslutninger er almindelige fejl i praktiske LED-displayapplikationer. Når en LED kortslutter, lyser den tilsvarende kolonne ofte konstant. Branchen kalder levende dette fænomen for en "kortslutningslarve".

Dens dannelsesprincip kan opdeles som følger: Når en LED midt i en række kortslutter, leder dens anode og katode direkte. Dette ødelægger den oprindelige normale drivsløjfe.

Når scanningssignalet skifter til den defekte række, danner VLED en unormal ledningsbane gennem den kortsluttede LED. Hvis spændingsforskellen mellem VLED og punkt A i den defekte kolonne overstiger den fremadrettede belysningstærskel for andre normale LED'er i den samme kolonne, vil hele LED-søjlen forblive tændt kontinuerligt. Dette danner en lang, lys linje som en "larve".

Denne fejl påvirker alvorligt billedets integritet. Især i scenarier med sort baggrund eller lav lysstyrke er den unormalt lyse linje mere tydelig. Det skader i høj grad visningseffekten.

For at hjælpe ingeniører med hurtigt at diagnosticere fejl, er vi nødt til at afklare de centrale forskelle mellem kortslutningslarvebånd og en anden almindelig fejl.

Med hensyn til manifestation er kortslutningslarver vedvarende fejl. Så længe displayet er i scanningstilstand, vises den unormalt lyse linje kontinuerligt. Det har intet at gøre med billedsignaler.

Åbne kredsløbskryds er betingede fejl. De vises kun, når pixelen med den åbne LED modtager et lyssignal. Potentiel interferens i drivsløjfen forårsager det krydsformede svage lys. Hvis pixelen ikke lyser, vises fejlen ikke.

Med hensyn til den grundlæggende årsag kommer kortslutningslarver fra LED-kortslutningsfejl. Krydsninger med åbent kredsløb kommer fra LED-fejl med åbent kredsløb. Deres fejlkarakteristika er helt forskellige.

Den centrale tekniske logik til at løse kortslutningslarver er at afbryde den unormale ledningssløjfe i den defekte søjle. Nøglen er at gøre spændingsforskellen mellem VLED og blankspændingen VH mindre end LED'ens fremadrettede lysspænding VF. Det vil sige, at VLED－VH < VF nøje overholdes.

Dette skyldes, at når spændingsforskellen er mindre end LED'ens fremadrettede lysgrænse, kan VLED'en ikke levere tilstrækkelig ledningsspænding til andre normale LED'er i samme søjle, selv hvis en LED kortslutter. Dette undgår dannelsen af ​​en lysende linje i hele søjlen.

Bemærk at den fremadrettede spænding VF varierer betydeligt mellem forskellige farvede LED'er. VF-området for røde LED'er er 1.6 2.4 V. For grønne og blå LED'er er det 2.4 3.4 V.

Industritests viser, at røde LED'er har en lavere faktisk lystærskel. De kan lyse svagt ved 1.4 V.

Hvis vi tager den udbredte røde LED som eksempel på parametertilpasning: Når VH > VCC－1.4V, kan spændingsforskellen mellem VLED og VH styres til under 1.4V. Dette afbryder fuldstændigt den unormale ledningssløjfe og løser problemet med kortslutningslarvebånd.

Når VH er i området VCC-2V VCC-1.4V, er spændingsforskellen mellem 1.4V og 2V. På dette tidspunkt vil kun én rød LED under kortslutningspunktet lyse svagt (da spændingen er tæt på lysgrænsen). Den samlede fejlpåvirkning er relativt kontrollerbar.

Åbent kredsløbskors

Ved scanning af LED-displayfejl er krydsninger med åbne kredsløb typiske fejl på kolonneniveau sammen med kortslutningslarver. Deres dannelse er tæt forbundet med LED-fejl med åbne kredsløb og den parasitiske kapacitanskoblingseffekt i drivsløjfen.

Den specifikke dannelsesproces er som følger: Under normal drift af scanningsskærmen, når en LED åbner kredsløb, og systemet sender et lyssignal til pixelen med den åbne LED, forsøger den tilsvarende konstantstrømsdrevkanal OUT1 at udsende drivstrøm.

Men på grund af LED-afbrydelsen kan strømmen ikke danne en løkke. Dette trækker spændingen på OUT1-kanalen hurtigt ned til under 0.5V (tæt på 0V i ekstreme tilfælde).

Dette lavspændingssignal producerer en koblingseffekt gennem parasitkondensatorerne C1 (mellem kanalen og kolonnelinjen) og C2 (mellem kolonnelinjen og rækkelinjen) i drivsløjfen. Det påvirker derefter rækkelinjens parasitkondensator Cr på kolonnesiden. Dette trækker unormalt potentialet over Cr ned.

Faldet i Cr-potentialet ødelægger den normale afskæringstilstand for andre LED'er i samme kolonne. Det får andre LED'er i samme række som den åbne LED til at lyse unormalt svagt. Dette danner i sidste ende en unormal krydsformet lys linje, kendt som et åbent kredsløbskryds.

For eksempel, når scanningsrækkens blankingspænding VH er indstillet til 3.5 V, danner denne spænding en betydelig potentialforskel i forhold til det nedadgående Cr-potentiale. Det forstærker yderligere ledningsbanen. Dette gør fænomenet med åbent kredsløbskryds mere tydeligt.

Fra et teknisk løsningsperspektiv eliminerer en reduktion af blankingspændingen VH på blanking-rækkerøret effektivt krydsninger i åben kredsløb. Specifikt skal VH opfylde VH < 1.4V.

Når VH er under 1.4V, kan Cr-potentialet ikke danne en tilstrækkelig spændingsforskel med VH til at lede andre LED'er, selvom det trækkes ned af lavspændingssignalet fra den åbne LED. Dette afbryder dannelsesløjfen af ​​den unormalt lyse linje.

I øjeblikket anvender nogle avancerede rækkedrevrør i branchen justerbare blankingspændingsdesigns. De giver ingeniører mulighed for at justere VH-værdien fleksibelt i henhold til de faktiske fejlforhold. Reduktion af VH til under 1.4 V kan hurtigt eliminere krydsninger i åbne kredsløb.

Men denne løsning har åbenlyse problemer med hensyn til ydeevne. På den ene side øger en reduktion af VH den omvendte spænding over LED'erne. Dette fremskynder ældningen af ​​PN-overgangen inde i LED'erne og forkorter deres levetid.

På den anden side, når VH er under 1.4 V, bryder det undertrykkelsesbetingelsen for kortslutning af larvebånd. Dette kan forårsage, at kortslutningsfejlen i larvebåndet opstår igen.

Derfor bruges denne løsning normalt som en hjælpeforanstaltning i praktiske ingeniørmæssige anvendelser. Den skal kombineres med andre tekniske foranstaltninger for at opnå omfattende anvendelse.

Stor LED VF-værdi

I masseproduktion og praktisk anvendelse af LED-displays er spredning af LED-fremspændingens VF-værdier uundgåelig. Når nogle LED'er har VF-værdier, der overstiger det nominelle område (dvs. store VF-værdier), kan det forårsage unormal kontinuerlig belysning af søjler.

Dette problem skader direkte integriteten af ​​​​skærmbilledet. Det er et almindeligt applikationsproblem, der generer ingeniører.

Hvis vi tager den udbredte grønne LED som eksempel, er dens nominelle fremadrettede spændings-VF-område 2.4~3.4V. Men mange testdata viser, at den faktiske lysgrænse for nogle grønne LED'er er lavere end den nominelle nedre grænse.

Når spændingsforskellen mellem anoden og katoden på LED'en når 1.8 V, kan den lede og lyse svagt.

I dette tilfælde, hvis rækkedrevrørets blankingspænding VH er indstillet for højt, vil der dannes en spændingsforskel på over 1.8 V over de ikke-scannede LED'er i den defekte kolonne. Dette får kolonnen til at forblive tændt kontinuerligt. Det unormale fænomen er mere tydeligt i scenarier med lav gråtone.

For at analysere forholdet mellem store LED VF-værdier og VH-indstillinger mere tydeligt, udfører vi kvantitativ afledning ved hjælp af en LED med en nominel fremadspænding VF1=3.4V som eksempel.

Når scanningssignalet skifter til den række, hvor LED'en er placeret, tændes udgangsspændingen VOUT fra konstantstrømsdrevet og LED-strømforsyningsspændingen VLED1 samtidigt.

I henhold til LED'ernes ledningsevne skal spændingen ved kanalenden opfylde VOUT=VLED1－VF1 for at sikre, at LED'en får en stabil drivstrøm.

For andre ikke-scannede LED'er i samme kolonne bestemmes spændingsforskellen V△ over dem af forskellen mellem blankingspændingen VH og VOUT. Det vil sige, V△=VH－VOUT.

Ved at erstatte VOUT=VLED1－VF1 får man V△=VH－VLED1＋VF1.

Kombineret med den forrige testkonklusion, når V△>1.8V, vil LED'en, selvom den ikke scannes og styres, lyse svagt, fordi spændingsforskellen overstiger lysgrænsen. Dette får i sidste ende søjlen til at forblive tændt kontinuerligt.

I praktiske ingeniørmæssige anvendelser er spændingsfaldet i rækkedrevrøret relativt lille (normalt under 0.2 V). Derfor kan vi tilnærme VLED≈VCC.

Således kan vi yderligere udlede: Når VH > VCC －1.6 V, vil V△ overstige den farlige tærskel på 1.8 V. Dette er ikke befordrende for at løse problemet med kontinuerlig belysning af søjler forårsaget af store LED VF-værdier. Denne afledningskonklusion giver et centralt kvantitativt grundlag for optimering af VH-indstillinger.

Højkontrastkobling

Højkontrastkobling er en typisk flaskehals i ydeevnen for LED-skærme med lille pitch i scenarier med høj billedkvalitet. Den specifikke ydeevne er som følger: Når skærmen viser et baggrundsbillede med lav lysstyrke, f.eks. sort eller mørkegrå) med et overlejret område med høj lysstyrke, f.eks. hvid tekst eller lyse mønstre, fremstår den del af baggrundsområdet med lav lysstyrke, der er i samme række som billedet med høj lysstyrke, tydeligt med farveskift eller dæmpning. Rødforskydning og dæmpning er de mest almindelige.

Fra et teknisk rodårsagsperspektiv stammer dette fænomen fra gensidig interferens mellem kolonnens drivkanal og rækkens drivrør. Når der vises billeder med høj lysstyrke, udsender kolonnens drivkanal en stor drivstrøm.

Denne strøm producerer dynamiske spændingsudsving i drivsløjfen. Gennem koblingsveje som parasitisk kapacitans og gensidig induktans mellem række- og kolonnelinjer interfererer den med drivsignalerne fra tilstødende rækker.

I baggrunde med lav lysstyrke er drivstrømmen lille. Signalets anti-interferensevne er svag. Denne koblingsinterferens forstærkes yderligere. Det forårsager i sidste ende, at visningsparametrene i det tilsvarende område afviger fra det normale område, hvilket resulterer i farveskift eller dæmpning.

Fra et teknisk optimeringsperspektiv kan vi adressere højkontrastkobling fra flere dimensioner. Optimering på rækkedrevniveau er en vigtig retning.

Design af et klemmekredsløb til at indstille en fast klemmespænding holder rækkedrivrøret på dette faste niveau efter afladning. Dette kan reducere afblændingsspændingen VH og forbedre højkontrastkoblingen i et vist omfang.

Dette skyldes, at reduktion af VH mindsker potentialforskellen mellem række- og kolonnelinjer. Det svækker intensiteten af ​​koblingsinterferens og mindsker farveskift eller dæmpning.

Men denne optimeringsløsning har åbenlyse afledte problemer. For det første forårsager den dæmpning af kortsluttede kolonner, hvilket påvirker displayintegriteten i fejltilstande.

For det andet forårsager det rødforskydning i visningen af ​​lavgrå farver, hvilket reducerer billedkvaliteten i de lavgrå farver. For det tredje forringer det yderligere tilpasningsevnen af ​​LED'ens VF-værdier, hvilket øger risikoen for fejl i kontinuerlig belysning i kolonner.

Hvis vi kun optimerer selve rækkedrevmodulet (uden at involvere klemmekredsløbsdesignet) og reducerer blankingspændingen VH, kan det også afhjælpe højkontrastkobling. Men denne metode gentager ovenstående afledte problemer.

Det øger også LED-reverse-spændingen, fremskynder LED-ældning og kan forårsage, at kortslutningsproblemet med larvebåndene opstår igen.

Derfor kræver optimering af højkontrastkobling på rækkedrevniveau flerdimensionelle ydeevneafvejninger. Det er normalt nødvendigt at kombinere foranstaltninger som justering af kolonnedrevchipparametre og design af anti-interferens PCB-ledningsføring for at danne en omfattende løsning.

Optimal valg af rækkedrevrørets afblændingsspænding

En omfattende teknisk analyse af de seks ovenstående centrale udfordringer viser, at valg af rækkedrevsrørets blindspænding VH er en optimeringsproces med flere formål. VH-værdien må ikke være for høj eller for lav. Vi er nødt til at finde den bedste balance mellem forskellige præstationsindikatorer.

Specifikt kan reduktion af VH effektivt løse problemer som øvre ghosting og kobling med høj kontrast. Men det forværrer LED-omvendt spændingsstyring, udløser kortslutningsfejl i larvebåndene og øger risikoen for kontinuerlig lys i søjlen forårsaget af store LED VF-værdier.

Øget VH kan optimere LED-reverse spændingsbeskyttelse og undertrykke kortslutningslarver. Men det forstærker problemer som øvre ghosting, krydsninger i åbne kredsløb og kobling med høj kontrast.

Det skal understreges, at blandt de seks kerneudfordringer er reduktion af VH ikke den foretrukne måde at løse krydsninger i åbne kredsløb på. Den almindelige industriløsning bruger funktionen til at detektere åbne kredsløb i konstantstrømsdrevchips til at opnå præcis fejlisolering.

Denne funktion kan registrere LED'ernes afbrydelsestilstand i realtid. Når der findes en afbrydelsesfejl, afbryder den straks drevsignalet for den tilsvarende kanal for at undgå potentiel koblingsforstyrrelse.

At udelukkende stole på at reducere VH for at løse krydsninger i åbne kredsløb reducerer LED'ernes langsigtede pålidelighed betydeligt. Det opfylder ikke designkravene til lang levetid for displays.

For at hjælpe ingeniører med hurtigt at bestemme VH-værdien i praktisk design og udvælgelse opsummerer følgende tabel tilpasningsområdet, kernebegrænsninger og forholdsregler for blankingspænding i forskellige applikationsscenarier.

Baseret på ovenstående flerdimensionelle ydelsesafvejningsanalyse og den gængse VCC=5V strømforsyningsordning i branchen, er det et rimeligt valg at indstille blankingspændingen VH mellem 3V~3.4V, der afbalancerer forskellige ydelseskrav.

Kvantitativ verifikation viser, at dette område opfylder begrænsningen VH≥VCC-2V (3V≥5V-2V). Det sikrer, at LED-reverse-spændingen styres inden for sikkerhedstærsklen på 1.4V.

Samtidig er den tæt på den kritiske værdi VH>VCC－1.4V (3V>5V-1.4V=3.6V er ikke sandt; 3.4V er tæt på 3.6V). Den kan effektivt undertrykke kortslutningsfejl i larvebåndet. Kun i ekstreme tilfælde kan en enkelt LED lyse svagt med en kontrollerbar effekt.

Derudover kan dette interval i et vist omfang afhjælpe ghosting i det øvre område og kobling med høj kontrast. Det er også relativt brugervenligt til at tilpasse sig store LED VF-værdier.

Praktisk anvendelsesverifikation viser, at denne VH-serie kan tilpasses designkravene for de fleste P1.0~P2.5-scanningsmoduler. Den kan effektivt afhjælpe ovenstående forskellige applikationsproblemer.

Samtidig med at det sikrer LED-skærmenes visningskvalitet, afbalancerer det også LED'ernes langsigtede pålidelighed. Det har høj teknisk praktisk værdi.