Mini LED背光关键技术研究与实现.pdf

DCWTechnology Analysis技术分析91数字通信世界2023.101 LED背光的概述作为液晶产品中重要配件之一的背光源，LED近年发展很快，不断有新技术、新产品推出。LED（Lighting Emitting Diode）一般指发光二极管，是一种固态的半导体发光器件。工作原理是以固态的半导体芯片作为发光材料，在正向电压下，半导体内的载流子发生复合，将过剩的能量释放出，引起光子发射产生可见光。在小间距LED基础上衍生出来的一种新型LED显示技术Mini LED，也被称为“百微米级发光二极管”，其中小间距LED是指相邻灯珠点间距在2.5 mm以下的LED背光源，Mini LED是介于传统LED和MicroLED之间的背光技术，是传统LED背光的改进版本，当前行业普遍认为在75300 m范围芯片尺的LED可以称为Mini LED。2 Mini LED方案设计及实现本文介绍一种超高清、高对比度、高亮度的Mini LED背光技术，通过搭配SOC的动态区域调光功能，可实时根据各区域画面内容，动态调整对应区域背光亮度，同时对液晶画面图像进行补偿。本文中采用SOC+MCU（单片机）设计方案，搭配32颗32通道高精度LED驱动芯片，实现1024背光区域动态控制，Mini LED颗数为10 000+，亮度峰值可达1 500 nits，可实现媲美OLED的显示效果1。将LED驱动芯片与LED灯集成在同一片灯板上，大大简化了连接复杂度，降低了产品成本2。2.1 SOC动态区域背光控制TV SOC集成了动态区域背光控制算法，通过将图像画面划分为二维矩阵显示区域，并分别统计各个区域的亮度信息，产生相应的区域背光数据。将区域背光数据送至对应的背光区域，并驱动背光LED亮度，可控制各个显示区域背光亮暗，达到降低背光功耗，提高画面对比度和显示效果的目的。基于单片机的local dimming方案由三个部分组成，分别是SOC、单片机和LED驱动芯片，SOC采集图像信号并通过SPIMini LED背光关键技术研究与实现陈培文（冠捷显示科技（厦门）有限公司，福建 厦门 361100）摘要：近几来，背光显示技术已逐渐发展成为行业主流，Mini LED背光技术作为背光技术新贵凭借其优秀的市场表现，更是获得了行业的广泛关注。相较于传统的LED背光显示屏，Mini LED显示屏拥有高亮度、高对比度、低成本等优势，画质足以媲美OLED显示屏，因此，深受广大品牌用户的青睐。而LED灯板和驱动方案是Mini LED背光的核心技术，文章将详细介绍了一种高性能、低成本LED灯板和驱动方案的设计和实现。关键词：Mini；LED灯板；驱动方案doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.10.030中图分类号：TN 312.8 文献标志码：A 文章编码：1672-7274（2023）10-0091-03Research and Implementation of Key Technologies for Mini LED BacklightCHEN Peiwen(TPV Display Technology(Xiamen)Co.,Ltd.,Xiamen 361100,China)Abstract:In recent years,backlight display technology has gradually developed into the mainstream of the industry,and Mini LED backlight,as a newcomer to backlight technology,has gained widespread attention in the industry due to its excellent market performance.Compared to traditional LED backlight displays,Mini LED has advantages such as high brightness,high contrast,and low cost.Its image quality is comparable to OLED displays,making it highly favored by many brands.LED light panels and driver solutions are the core technologies of Mini LED backlighting.This article will provide a detailed introduction to the design and implementation of a high-performance,low-cost LED light panel and driver solution.Key words:Mini;LED light panel;drive scheme作者简介：陈培文（1975-），男，汉族，福建泉州人，中级工程师，本科，研究方向为制造业、电子业。DIGITCW技术 分析Technology Analysis92DIGITCW2023.10接口发送资料给单片机，单片机进行资料处理后再通过SPI控制多个LED驱动。2.2 Mini LED背光灯板与传统LED灯相比，Mini LED灯尺寸小，灯板上可集成更多的LED灯，从而实现更多的区域划分。本文中方案背光灯板采用Mini LED灯作为发光源，整机分区数达1 024区，每个分区集成10颗Mini LED灯，整个灯板Mini LED颗数达10 000+，实现了高对比度、高亮度以及更加细腻的显示效果3。Mini LED需要LED驱动芯片进行驱动，本文中方案采用了32颗32通道的LED驱动芯片，每颗驱动芯片可驱动32个Mini LED背光区域4。为简化系统设计、减少连线、降低成本，将驱动芯片与Mini LED灯集成在同一块子灯板上，并通道SPI接口进行背光亮度调节。整个背光由若干子灯板拼接而成5。2.3 单片机背光控制板SOC只能按顺序送出背光区域数据，这与Mini LED灯板的区域映射顺序不同，且由于灯板分区数多，数据量大，SOC无法通过SPI直接控制驱动芯片。单片机背光控制板用于接收SOC SPI背光数据，进行背光区域重新映射，并驱动对应背光区域的驱动芯片来控制Mini LED亮度。此外，单片机设置有多路SPI输出，多路SPI输出可同时工作，送出背光数据驱动不同的子灯板，以提高数据传输速度，增加传输吞吐量，使背光系统更加稳定可靠。2.4 静态扫描与动态扫描驱动控制的比较（1）静态扫描驱动：共用VLED+，将每串LED-连接到驱动芯片的一组输出（图1）。优点是控制架构简单，零件少，1 000区背光灰阶表现最佳。缺点是应用于高区数的驱动芯片成本过高。图2 动态扫描驱动图1 静态扫描驱动（2）动态扫描驱动：通过开关切换VLED+扫描线，搭配多串LED-，实现矩阵架构（图2）。优点是在进行高区数应用时，驱动芯片成本相较PM驱动大幅下降。缺点是扫描线越多，每串LED分配到的点亮时间等比减少，需求Peak电流等比增加；因芯片驱动电流增加数倍，会出现芯片过热问题；不同灯串阴极、阳极相连，在快速切换时会造成互相干扰，影响灰阶表现。2.5 传输协议为了让SOC能将背光数据稳定可靠传输给单片机，本文中方案制定了SOC与单片机之间的SPI接口传输协议，SOC发送给单片机的数据包包括包头（Header）、命令码（Cmd）、校验值（Checksum）、数据（Data#N），背光数据包涵盖的内容如表1所示。表1 背光数据包涵盖的内容HeaderCmdChksumData#0Data#1Data#2Data#N0XAA50X0001X*CurrentData#0Data#1Data#N *电流：所有LED驱动器的通道将使用此电流设置背光数据包的每个区域对应Mini LED灯板的一个区域，背光数据为16比特。背光数据传送方式是从左到右，从上到下，按顺序发送。3 技术难题及解决方案3.1 背光分区数多，驱动复杂，连线众多。解决方案：传统LED背光，驱动板和LED灯板相互独立，有多少区域，就需要多少连线。对于Mini LED背光灯板来说，分区数达1 024区，若仍采用传统的驱动架构，则其连线就需要1 024根连线。采用驱动芯片与Mini LED灯板集成的架构，则只需SPI接口就可驱动全部背光区域，大大减少了连线，降低产品复杂度，节省了产品成本。3.2 SPI信号受干扰，背光闪烁、熄灭解决方案：由于驱动芯片集成于灯板上，导致单片机与驱动芯片之间的连线过长，SPI信号易受干扰，信号质量变差。在灯板上增加接收缓存（Buffer）发送SPI信号以解决此问题（图3）。3.3 波长一致性的问题一般使用化学气相沉积的方法来生产Mini LED芯片，但是，由于这个方法存在膜厚均一性的DCWTechnology Analysis技术分析93数字通信世界2023.10缺陷，反映到到芯片性能上就会导致发光波长一致性出现问题。改善措施：为了解决这个问题，LED产业通常会运用多次分选技术，一个规格（Bin）的精度一般是2.5 nm，Mini LED背光技术所用的芯片需要考虑亮度和色度一致性的问题，而且数量庞大，为了满足这些条件，规格的精度需要控制在11.5 nm，不仅需要优化晶圆生长过程、提高芯片的波长一致性，同时对分选精度也提出了更高的要求。在小电流驱动下，芯片自身外量子效率会随着芯片尺寸的减小而下降。在低电流工作时，Mini LED背光芯片的光电转换图3 灯板缓存原理图效率会随之大幅降低，相比之下，蓝光芯片的光电转换效率下降幅度较少，能够满足产品的实际应用需求。这也是当下Mini LED背光产品通常都使用蓝光LED芯片配合光转换材料实现白光发射的原因。光转换材料的选择以量子点材料为最佳，量子点材料可显著提升Mini LED背光产品的色域6。4 结束语本文介绍了SOC+MCU Mini LED背光方案，并组配为75 样机，经过测试部测试及确认，亮度为 1 600 nits，1024分区色度和亮度一致形成一个整体，色彩艳丽媲美OLED。采用驱动芯片与Mini LED灯板集成架构，可有效降低了成本，成本比同规格FPGA方案低20%以上，达到项目方案目标。参考文献1 刘广海一种新型可调光调色LED灯具驱动电源设计方案J光源与照明，2018(1):30-33.2 张策，杨绪剑，王君君基于FrameBuffer的LCD驱动设计J计算机工程设计，2009(23):5372-5375.3 纪声楠液晶电视动态调光算法及技术应用探讨J电子测试，2018(4):12-15.4 陈志忠，秦志新，胡晓东，等大功率白光LED的制备和表征J液晶与显示，2004(2):83-86.5 Tony LaiLED背光方案备受关注J电子产品世界，2008(1):60.6 杨炜LED背光源电视市场发展趋势分析J电器，2009(2):5-8.和，平台将不断发展壮大，实现综合收益逐步增加3。3.1.6 学生画师激励机制学生画手在与优质画手竞争中存在明显劣势。在平台运营早期，为了获取最大化的使用群体。对于学校在读学生用户，提供学生专享服务。首先，学生画手不参与本平台专职画手排名，专为学生画手开设排名板块；其次，对学生画手进行单独分类，开设青春校园交流圈；最后，在手续费方面，当一周内所接画稿到达18张及以上，平台赠送4张不同额度的手续费抵扣券。当一个月内所接画稿30张及以上，平台赠送5张免手续费抵扣券及3张手续费抵扣券。以此鼓励更多的学生画手使用云上约绘平台。4 结束语本文阐述了当前约画行业状况及存在的问题，针对存在的主要问题和画师和消费者的需求，进行异于市场机制的创新，致力于完善约画行业的问题。不断简化画手与消费者之间的交易，以更加规范正统的方式打造全新的约画服务平台，建立一个安全、便捷、实惠的约画平台。在现有的发展水平下，团队将进一步完善小程序，在不断优化现有业务的基础上，挖掘行业的潜力，开展多种形式的约画方式，打造具有中国本土特色的约画平台，争取走出国门，发展海外业务，为中国文化的传播出一份力。参考文献1 张彦伟，周琦深，包德清宏观经济发展对于珠宝拍卖市场的影响研究 以苏富比拍卖行为例J中国宝玉石，2020(4):33-40,48.2 中国艺术品拍卖市场调查报告（2022特刊）DB/OL(2022-10-23)2023-04-29.https:/ 蒋先平，卫贵武，肖艳企业战略决策管理M北京：北京师范大学出版社，2017.（上接第90页）