LED显示屏驱动芯片的应用

1 引言

LED显示屏作为一项高科技产品引起了人们的高度重视，采用计算机控制，将光、电融为一体的大屏幕智能显示屏已经应用到很多领域。LED显示屏的像素点采用LED发光二极管，将许多发光二极管以点阵方式排列起来，构成LED阵列，进而构成LED屏幕。通过不同的LED驱动方式，可得到不同效果的图像。因此驱动芯片的优劣，对LED显示屏的显示质量起着重要的作用。

LED驱动芯片可分为通用芯片和专用芯片。通用芯片一般用于LED显示屏的低端产品，如户内的单、双色屏等。最常用的通用芯片是74HC595，具有8位锁存、串一并移位寄存器和三态输出功能。每路最大可输出35 mA的电流(不是恒流)。一般IC厂家都可生产此类芯片。

由于LED是电流特性器件，即在饱和导通的前提下，其亮度随着电流大小的变化而变化，不是随着其两端电压的变化而变化。因此，专用芯片的一个最大特点是提供恒流源。恒流源可保证LED的稳定驱动，消除LED的闪烁现象。下面将重点介绍LED显示屏的专用驱动芯片。

2 专用芯片的主要参数和发展现状

专用芯片具有输出电流大、恒流等基本特点，比较适用于要求大电流、画质高的场合，如户外全彩屏、室内全彩屏等。专用芯片的关键性能参数有最大输出电流、恒流源输出路数、电流输出误差(bit to bit，chip to chip)和数据移位时钟等。

1) 最大输出电流

目前主流的恒流源芯片最大输出电流多定义为单路最大输出电流，一般90 mA左右。电流恒定是专用芯片的基本特性，也是得到高画质的基础。而每个通道同时输出恒定电流的最大值(即最大恒定输出电流)对显示屏更有意义，因为在白平衡状态下，要求每一路都同时输出恒流电流。一般最大恒流输出电流小于允许的最大输出电流。

2) 恒流输出通道

恒流源输出路数有8位(8路恒源)和16位(16路恒源)两种规格，现在16位源占主流，其主要优势在于减少了芯片尺寸，便于LED驱动板(PCB)布线，特别是对于点间距较小的LED驱动板更有利。

3) 电流输出误差

电流输出误差分为两种，一种是位间电流误差，即同一个芯片每路输出之间的误差；另一种是片间电流误差，即不同芯片之间输出电流的误差。电流输出误差是个很关键的参数，对显示屏的均匀性影响很大。误差越大，显示屏的均匀性越差，很难使屏体达到白平衡。目前主流恒流源芯片的位间电流误差(bit to bit)一般在+60%以内，(chip to chip)片间电流误差在±15％以内。

4) 数据移位时钟

数据移位时钟决定了显示数据的传输速度，是影响显示屏的更新速率的关键指标。作为大尺寸显示器件，显示刷新率应该在85 Hz以上，才能保证稳定的画面(无扫描闪烁感)。较高的数据移位时钟是显示屏获取高刷新率画面的基础。目前主流恒流源驱动芯片移位时钟频
率一般都在15 MHz以上。

在LED上游外延片、芯片生产上，美国、日本、欧盟仍拥有很大的技术优势，而中国台湾地区则已成为全球重要的LED生产基地。虽然中国在LED外延片、芯片的生产技术上距离国际先进水平还有较大差距，国内芯片、外延片的生产还集中在中低端产品，但是国内庞大的应用需求，给LED下游厂商带来巨大的发展机会。虽然各种芯片的解决方案都是用于驱动LED显示屏，但由于各种芯片所具备的功能不同，故驱动方案的特性也各有不同。下面介绍目前在我国占主流地位的16位恒流LED显示屏驱动芯片，并从应用的角度对它们进行分析比较。

3 几种驱动解决方案介绍和比较

3.1 TLC5941驱动芯片

TLC5941芯片是TI(德州仪器)公司最新推出的，具有点校正、高灰度等级(PWM控制)等特点。TLC5941所有内部数据寄存器，灰度寄存器，点校正寄存器和错误状态信息都通过串行接口存取，最大串行时钟频率30 MHz，片间电流误差一般在±6％以内，位间电流误差一般在±4％以内，每通道最大输出电流80 mA。

TLC5941的每个通道可用PWM方式根据内部灰度寄存器的值进行4 096级灰度控制，该寄存器是12位的，每个通道LED的驱动电路由6位点校正寄存器的值进行64级控制，且驱动电流的最大值可通过片外电阻设定。64级电流控制提供了LED点灰度校正的能力，4 096级灰度调整则保证了即使在较低的灰度等级下，点阵中的每个点也有多达256级的灰度表示，从而红绿蓝全彩屏可有16M色的色彩表达能力，这两点对于高质量的彩色大屏幕显示是格外重要的。相对于传统的彩色大屏幕显示系统，集中产生PWM进行灰度控制，可编程逻辑芯片(或高速CPU)只需要处理缓存管理、灰度和点校正数据的输出，设计复杂度降低，且由于PWM的灰度控制与数据串行移出无关，可很方便地获得较高帧频，取得很好的动态显示效果。

为了保障彩色