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三種Micro-LED驅(qū)動方式對比,哪種更具優(yōu)勢?

發(fā)布時間:2016-10-12 責(zé)任編輯:susan

【導(dǎo)讀】Micro-LED是電流驅(qū)動型發(fā)光器件,其驅(qū)動方式一般只有兩種模式:無源選址驅(qū)動與有源選址驅(qū)動,此文還延伸有源驅(qū)動的另一種“半有源”驅(qū)動。這幾種模式具有不同的驅(qū)動原理與應(yīng)用特色,下面將通過電路圖來具體介紹其原理。

什么是PM驅(qū)動模式?
  
無源選址驅(qū)動模式把陣列中每一列的LED像素的陽極(P-electrode)連接到列掃描線(Data Current Source),同時把每一行的LED像素的陰極(N-electrode)連接到行掃描線(Scan Line)。當(dāng)某一特定的第Y列掃描線和第X行掃描線被選通的時候,其交叉點(diǎn)(X,Y)的LED像素即會被點(diǎn)亮。整個屏幕以這種方式進(jìn)行高速逐點(diǎn)掃描即可實現(xiàn)顯示畫面,如圖1所示。
 
  
這種掃描方式結(jié)構(gòu)簡單,較為容易實現(xiàn)。
  
但不足之處是連線復(fù)雜(需要X+Y根連線),寄生電阻電容大導(dǎo)致效率低,像素發(fā)光時間短(1場/XY)從而導(dǎo)致有效亮度低,像素之間容易串?dāng)_,并且對掃描信號的頻率需求較高。
  
另外一種優(yōu)化的無源選址驅(qū)動方式是在列掃描部分加入鎖存器,其作用是把某一時刻第X行所有像素的列掃描信號(Y1, Y2… … Yn)提前存儲在鎖存器中。當(dāng)?shù)赬行被選通后,上述的Y1-Yn信號同時加載到像素上[3]。這種驅(qū)動方式可以降低列驅(qū)動信號頻率,增加顯示畫面的亮度和質(zhì)量。但仍然無法克服無源選址驅(qū)動方式的天生缺陷:連線龐雜,易串?dāng)_,像素選通信號無法保存等。而有源選址驅(qū)動方式為上述困難提供了良好的解決方案。
  
什么是AM驅(qū)動模式?
  
在有源選址驅(qū)動電路中,每個Micro-LED像素有其對應(yīng)的獨(dú)立驅(qū)動電路,驅(qū)動電流由驅(qū)動晶體管提供?;镜挠性淳仃囼?qū)動電路為雙晶體管單電容(2T1C:2 Transistor 1 Capacitor)電路,如圖2所示。
 
 
每個像素電路中使用至少兩個晶體管來控制輸出電流,T1為選通晶體管,用來控制像素電路的開或關(guān)。T2是驅(qū)動個晶體管,與電壓源聯(lián)通并在一場(Frame)的時間內(nèi)為Micro-LED提供穩(wěn)定的電流。該電路中還有一個存儲電容C1來儲存數(shù)據(jù)信號(Vdata)。當(dāng)該像素單元的掃描信號脈沖結(jié)束后,存儲電容仍能保持驅(qū)動晶體管T2柵極的電壓,從而為Micro-LED像素源源不斷的驅(qū)動電流,直到這個Frame結(jié)束。
  
2T1C驅(qū)動電路只是有源選址Micro-LED的一種基本像素電路結(jié)構(gòu),它結(jié)構(gòu)較為簡單并易于實現(xiàn)。但由于其本質(zhì)是電壓控制電流源(VCCS),而Micro-LED像素是電流型器件,所以在顯示灰度的控制方面會帶來一定的難度。
  
什么是“半有源”選址驅(qū)動方式
  
另外需要提及的是一種 “半有源”選址驅(qū)動方式[6]。這種驅(qū)動方式采用單晶體管作為Micro-LED像素的驅(qū)動電路(如圖3所示),從而可以較好地避免像素之間的串?dāng)_現(xiàn)象。
 
 
三大驅(qū)動方式對比
  
與無源選址相比,有源選址方式有著明顯的優(yōu)勢,更加適用于Micro-LED這種電流驅(qū)動型發(fā)光器件?,F(xiàn)詳細(xì)分析如下:
  
①有源選址的驅(qū)動能力更強(qiáng),可實現(xiàn)更大面積的驅(qū)動。而無源選址的驅(qū)動能力受外部集成電路驅(qū)動性能的影響,驅(qū)動面積于分辨率受限制。
  
② 有源選址有更好的亮度均勻性和對比度。在無源選址方式中,由于外部驅(qū)動集成電路驅(qū)動能力的有限,每個像素的亮度受這一列亮起像素的個數(shù)影響。一般來說,同一列的Micro-LED像素共享外部驅(qū)動集成電路的一個或多個輸出引腳的驅(qū)動電流。所以,當(dāng)兩列中亮起的像素個數(shù)不一樣的時,施加到每個LED像素上的驅(qū)動電流將會不一樣,不同列的亮度就會差別很大。這個問題將會更加嚴(yán)重地體現(xiàn)在大面積顯示應(yīng)用中,如LED電視與LED大屏幕等。同時隨著行數(shù)和列數(shù)的增加,這個問題也會變得更嚴(yán)峻。
  
③ 有源選址可實現(xiàn)低功耗高效率。大面積顯示應(yīng)用需要比較大的像素密度,因此就必須盡可能減小電極尺寸,而驅(qū)動顯示屏所需的電壓也會極大的上升,大量的功率將損耗在行和列的掃描線上,從而導(dǎo)致效率低下。
  
④ 高獨(dú)立可控性。無源選址中,較高的驅(qū)動電壓也會帶來第二個麻煩,即串?dāng)_,也就是說,在無源選址LED陣列中,驅(qū)動電流理論上只從選定的LED像素通過,但周圍的其他像素將會被電流脈沖影響,最終也會降低顯示質(zhì)量。有源選址方式則通過由選通晶體管和驅(qū)動晶體管構(gòu)成的像素電路很好的避免了這種現(xiàn)象。
  
⑤更高的分辨率。有源選址驅(qū)動的更適用于高PPI高分辨率的Micro-LED顯示。
  
而第三種“半有源”驅(qū)動雖然可以較好地避免像素之間的串?dāng)_現(xiàn)象,但是由于其像素電路中沒有存儲電容,并且每一列的驅(qū)動電流信號需要單獨(dú)調(diào)制,并不能完全達(dá)到上面列出的有源選址驅(qū)動方式的全部優(yōu)勢。
  
以藍(lán)寶石襯底上外延生長的藍(lán)光Micro-LED為例,像素和驅(qū)動晶體管T2的連接方式有圖4所示的4種。但由于LED外延生長結(jié)構(gòu)是p型氮化鎵(GaN)在最表面而n型氮化鎵在底層,如圖5所示。從制備工藝角度出發(fā)驅(qū)動晶體管的輸出端與Micro-LED像素的p電極連接較為合理,即圖4中的(a)和(c)。
  
圖4(a)中Micro-LED像素連接在N型驅(qū)動晶體管的源極(Source)。由外延生長(Epitaxial Growth)、制備工藝、及器件老化所產(chǎn)生的不均勻性所導(dǎo)致的Micro-LED電學(xué)特性的不均勻性將會直接影響驅(qū)動晶體管的VGS,從而造成顯示圖像的不均勻。而圖4(c)中的Micro-LED像素連接在P型驅(qū)動晶體管的漏極(Drain),可以避免上述影響,其電流-電壓關(guān)系圖6所示。因此,有P管像素電路驅(qū)動Micro-LED較為適宜。
 
 
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