三種Micro-LED驅動方式對比,哪種更具優勢?
發布時間:2016-10-12 責任編輯:susan
【導讀】Micro-LED是電流驅動型發光器件,其驅動方式一般隻有兩種模式:無源選址驅動與有源選址驅動,此文還延伸有源驅動的另一種“半有源”驅動。這幾種模式具有不同的驅動原理與應用特色,下麵將通過電路圖來具體介紹其原理。
什麼是PM驅動模式?
無源選址驅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(X,Y)的LED像素即會被點亮。整個屏幕以這種方式進行高速逐點掃描即可實現顯示畫麵,如圖1所示。

這種掃描方式結構簡單,較為容易實現。
但不足之處是連線複雜(需要X+Y根連線),寄生電阻電容大導致效率低,像素發光時間短(1場/XY)從而導致有效亮度低,像素之間容易串擾,並且對掃描信號的頻率需求較高。
另外一種優化的無源選址驅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。當第X行被選通後,上述的Y1-Yn信號同時加載到像素上[3]。這種驅動方式可以降低列驅動信號頻率,增加顯示畫麵的亮度和質量。但仍然無法克服無源選址驅動方式的天生缺陷:連線龐雜,易串擾,像素選通信號無法保存等。而有源選址驅動方式為上述困難提供了良好的解決方案。
什麼是AM驅動模式?
在有源選址驅動電路中,每個Micro-LED像素有其對應的獨立驅動電路,驅動電流由驅動晶體管提供。基本的有源矩陣驅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製輸出電流,T1為選通晶體管,用來控製像素電路的開或關。T2是驅動個晶體管,與電壓源聯通並在一場(Frame)的時間內為Micro-LED提供穩定的電流。該電路中還有一個存儲電容C1來儲存數據信號(Vdata)。當該像素單元的掃描信號脈衝結束後,存儲電容仍能保持驅動晶體管T2柵極的電壓,從而為Micro-LED像素源源不斷的驅動電流,直到這個Frame結束。
2T1C驅動電路隻是有源選址Micro-LED的一種基本像素電路結構,它結構較為簡單並易於實現。但由於其本質是電壓控製電流源(VCCS),而Micro-LED像素是電流型器件,所以在顯示灰度的控製方麵會帶來一定的難度。
什麼是“半有源”選址驅動方式
另外需要提及的是一種 “半有源”選址驅動方式[6]。這種驅動方式采用單晶體管作為Micro-LED像素的驅動電路(如圖3所示),從而可以較好地避免像素之間的串擾現象。

三大驅動方式對比
與無源選址相比,有源選址方式有著明顯的優勢,更加適用於Micro-LED這種電流驅動型發光器件。現詳細分析如下:
①有(you)源(yuan)選(xuan)址(zhi)的(de)驅(qu)動(dong)能(neng)力(li)更(geng)強(qiang),可(ke)實(shi)現(xian)更(geng)大(da)麵(mian)積(ji)的(de)驅(qu)動(dong)。而(er)無(wu)源(yuan)選(xuan)址(zhi)的(de)驅(qu)動(dong)能(neng)力(li)受(shou)外(wai)部(bu)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)驅(qu)動(dong)性(xing)能(neng)的(de)影(ying)響(xiang),驅(qu)動(dong)麵(mian)積(ji)於(yu)分(fen)辨(bian)率(lv)受(shou)限(xian)製(zhi)。
② 有you源yuan選xuan址zhi有you更geng好hao的de亮liang度du均jun勻yun性xing和he對dui比bi度du。在zai無wu源yuan選xuan址zhi方fang式shi中zhong,由you於yu外wai部bu驅qu動dong集ji成cheng電dian路lu驅qu動dong能neng力li的de有you限xian,每mei個ge像xiang素su的de亮liang度du受shou這zhe一yi列lie亮liang起qi像xiang素su的de個ge數shu影ying響xiang。一yi般ban來lai說shuo,同tong一yi列lie的deMicro-LED像素共享外部驅動集成電路的一個或多個輸出引腳的驅動電流。所以,當兩列中亮起的像素個數不一樣的時,施加到每個LED像素上的驅動電流將會不一樣,不同列的亮度就會差別很大。這個問題將會更加嚴重地體現在大麵積顯示應用中,如LED電視與LED大屏幕等。同時隨著行數和列數的增加,這個問題也會變得更嚴峻。
③ 有you源yuan選xuan址zhi可ke實shi現xian低di功gong耗hao高gao效xiao率lv。大da麵mian積ji顯xian示shi應ying用yong需xu要yao比bi較jiao大da的de像xiang素su密mi度du,因yin此ci就jiu必bi須xu盡jin可ke能neng減jian小xiao電dian極ji尺chi寸cun,而er驅qu動dong顯xian示shi屏ping所suo需xu的de電dian壓ya也ye會hui極ji大da的de上shang升sheng,大da量liang的de功gong率lv將jiang損sun耗hao在zai行xing和he列lie的de掃sao描miao線xian上shang,從cong而er導dao致zhi效xiao率lv低di下xia。
④ 高獨立可控性。無源選址中,較高的驅動電壓也會帶來第二個麻煩,即串擾,也就是說,在無源選址LED陣列中,驅動電流理論上隻從選定的LED像(xiang)素(su)通(tong)過(guo),但(dan)周(zhou)圍(wei)的(de)其(qi)他(ta)像(xiang)素(su)將(jiang)會(hui)被(bei)電(dian)流(liu)脈(mai)衝(chong)影(ying)響(xiang),最(zui)終(zhong)也(ye)會(hui)降(jiang)低(di)顯(xian)示(shi)質(zhi)量(liang)。有(you)源(yuan)選(xuan)址(zhi)方(fang)式(shi)則(ze)通(tong)過(guo)由(you)選(xuan)通(tong)晶(jing)體(ti)管(guan)和(he)驅(qu)動(dong)晶(jing)體(ti)管(guan)構(gou)成(cheng)的(de)像(xiang)素(su)電(dian)路(lu)很(hen)好(hao)的(de)避(bi)免(mian)了(le)這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)。
⑤更高的分辨率。有源選址驅動的更適用於高PPI高分辨率的Micro-LED顯示。
而第三種“半有源”qudongsuirankeyijiaohaodibimianxiangsuzhijiandechuanraoxianxiang,danshiyouyuqixiangsudianluzhongmeiyoucunchudianrong,bingqiemeiyiliedequdongdianliuxinhaoxuyaodandutiaozhi,bingbunengwanquandadaoshangmianliechudeyouyuanxuanzhiqudongfangshidequanbuyoushi。
以藍寶石襯底上外延生長的藍光Micro-LED為例,像素和驅動晶體管T2的連接方式有圖4所示的4種。但由於LED外延生長結構是p型氮化镓(GaN)在最表麵而n型氮化镓在底層,如圖5所示。從製備工藝角度出發驅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型驅動晶體管的源極(Source)。由外延生長(Epitaxial Growth)、製備工藝、及器件老化所產生的不均勻性所導致的Micro-LED電學特性的不均勻性將會直接影響驅動晶體管的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型驅動晶體管的漏極(Drain),可以避免上述影響,其電流-電壓關係圖6所示。因此,有P管像素電路驅動Micro-LED較為適宜。

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