La qualità di visualizzazione dei display LED è sempre stata strettamente correlata al chip del driver a corrente costante, risolvendo problemi quali immagini fantasma, mirini a pixel morti, spostamento del colore in scala di grigi basso, prima scansione scura e accoppiamento ad alto contrasto. L'azionamento orizzontale, come semplice requisito di scansione, ha tradizionalmente ricevuto meno attenzione. Con lo sviluppo di display LED con passo più piccolo, vengono poste esigenze più elevate sulle unità orizzontali, evolvendo da semplici P-MOSFET per la commutazione orizzontale a driver orizzontali multi-funzionali più integrati e potenti. La progettazione e la selezione dei driver orizzontali devono inoltre affrontare sei sfide principali: eliminazione dell'effetto ghosting, tensione inversa dei chip LED, problemi di cortocircuito-circuito, mirino a circuito aperto-, valori VF eccessivamente elevati dei chip LED e accoppiamento ad alto contrasto.
Ombra fantasma
Quando si passa da una schermata di scansione all'altra, a causa del tempo richiesto per l'accensione e lo spegnimento degli interruttori del transistor PMOS e per la dissipazione della carica sulla capacità parassita Cr delle linee di riga, la carica non scaricata del VLED dalla scansione della riga precedente ha un percorso conduttivo nell'istante in cui vengono accesi il VLED e l'OUT della scansione della riga successiva. Quando Row(n) è accesa, la capacità parassita Cr della riga viene caricata al potenziale VCC. Quando si passa a Row(n+1), si forma una differenza di potenziale tra Cr e OUT e la carica viene scaricata attraverso il LED, producendo una luce fioca del LED.
Pertanto, la carica sul condensatore Cr deve essere scaricata in anticipo al momento dell'interruzione della linea. Di solito, il transistor di uscita orizzontale con funzione di cancellazione integrata utilizza un circuito pull-down per scaricare rapidamente la carica sulla capacità parassita Cr durante la commutazione. Quanto più basso è il potenziale di pull-down, cioè la tensione di cancellazione VH, tanto più velocemente viene scaricata la carica sulla capacità parassita e migliore è l'effetto di eliminazione dell'effetto fantasma superiore. Di solito, VH < VCC - 1V è sufficiente per eliminare l'effetto ghosting superiore.
Tensione inversa del LED
La sovratensione inversa dei chip LED influisce in modo significativo sulla loro durata e i difetti dei pixel causati dalla tensione inversa sono sempre stati una delle principali preoccupazioni per i display LED, in particolare quelli con display-a passo ridotto.
Quando il canale di uscita è spento, la corrente a ruota libera dell'induttanza parassita carica continuamente la capacità parassita sul canale, creando un picco di alta tensione. Questo picco, combinato con il transistor di uscita orizzontale (HIP), forma una tensione inversa sul chip LED. Pertanto, la tensione di cancellazione dell'HIP influisce anche sulla tensione inversa del chip LED. Con una tensione fissa sul canale di uscita a corrente costante, una tensione di soppressione HIP più elevata comporta una tensione inversa inferiore per il chip LED. Sebbene i chip LED abbiano in genere una tensione inversa nominale di 5 V, i test del produttore hanno dimostrato che una tensione inversa inferiore a 1,4 V può ridurre significativamente i difetti dei pixel causati dalla tensione inversa. Pertanto, la tensione di cancellazione non dovrebbe essere troppo bassa per risolvere i problemi di tensione inversa del chip LED, generalmente non inferiore a VCC-2V.
Bruco in corto-circuito
Quando un LED viene cortocircuitato-, apparirà una fila di LED costantemente accesi, comunemente nota come bruco di cortocircuito-. Quando il LED centrale è in cortocircuito-, i LED nella stessa riga formeranno un percorso come mostrato nel diagramma seguente durante la scansione di quella riga. Se la differenza di tensione tra il VLED e il punto A è maggiore del valore di illuminazione del LED, si formerà una fila di bruchi costantemente accesi.
La differenza più grande tra un caterpillar in corto-circuito e un circuito incrociato-aperto è che un caterpillar in corto-circuito apparirà finché lo schermo è in modalità di scansione, indipendentemente dal fatto che i LED stiano visualizzando un'immagine, mentre un caterpillar a circuito-aperto mostra il problema del circuito incrociato-aperto solo quando il cordone LED-a circuito aperto è acceso. Questo di solito viene risolto aumentando la tensione di cancellazione del transistor di uscita orizzontale in modo che la differenza di tensione sia inferiore alla tensione diretta VF del LED, ovvero VLED - VH < VF. In genere, la tensione diretta VF per le sfere LED rosse è 1,6~2,4 V, mentre per le sfere LED verdi e blu è 2,4~3,4 V. I test hanno dimostrato che un LED rosso può essere illuminato con 1,4 V; pertanto, prendendo come esempio un LED rosso, quando VH > VCC - 1.4V, il problema del caterpillar di corto-circuito è completamente risolto. Quando VCC - 2V < VH < VCC - 1.4V, solo un LED rosso sotto il punto di cortocircuito-è debolmente illuminato.
Croce di apertura
Quando un LED di circuito aperto-appare sullo schermo di scansione e quel punto è illuminato, la tensione del canale OUT1 viene ridotta al di sotto di 0,5 V. Se la tensione di cancellazione VH del potenziale della riga di scansione è 3,5 V, si formerà un percorso conduttivo per quella fila di LED, creando un effetto "bruco" a circuito aperto-.
Quando un LED è a circuito aperto-, la tensione del canale OUT1 viene ridotta al di sotto di 0,5 V o addirittura 0 V. Ciò influenza la capacità parassita Cr della colonna attraverso le capacità parassite C1 e C2. Quando il potenziale di Cr viene abbassato, i LED nella stessa fila del LED a circuito aperto-si attenuano.
Abbassando la tensione di soppressione del transistor di uscita orizzontale (transistor di uscita) è possibile risolvere efficacemente il problema del circuito incrociato-aperto, ovvero la tensione di soppressione VH < 1,4 V. Alcuni transistor di uscita nel settore utilizzano anche tensioni di cancellazione regolabili per abbassare la tensione di cancellazione al di sotto di 1,4 V per risolvere il problema del circuito incrociato-aperto, ma ciò aumenterà la tensione inversa del LED, accelererà il danno del LED e causerà cortocircuiti.
Il valore VF del LED è troppo alto.
Il problema delle colonne che rimangono costantemente accese a causa di valori VF eccessivamente elevati nei LED è un altro problema che affligge gli utenti. Tipicamente, la tensione diretta nominale VF di un LED verde è 2,4~3,4V. Normalmente è sufficiente una differenza di tensione di 1,8 V tra anodo e catodo del LED verde per accenderlo. Tuttavia, una tensione di cancellazione VH troppo elevata del transistore di uscita orizzontale farà sì che la colonna rimanga costantemente accesa.
Prendendo come colonna un LED con tensione diretta VF1=3.4V, quando la scansione raggiunge il LED successivo, VOUT e VLED1 si accendono simultaneamente. La tensione del terminale del canale è: VOUT=VLED1 - VF1. Le tensioni sugli altri LED in quella colonna sono: VΔ=VH - VOUT=VH - VLED1 + VF1. Se VΔ > 1,8 V, la colonna potrebbe rimanere costantemente accesa, ovvero VH - VLED1 + VF1 > 1,8 V, dove VLED=VCC (ignorando la caduta di tensione del transistor di uscita orizzontale). Pertanto, VH > VCC - 1.6V non è favorevole a risolvere il problema delle colonne che rimangono costantemente accese a causa di valori VF eccessivamente elevati nei LED.
Accoppiamento ad alto contrasto
L'accoppiamento ad alto contrasto si riferisce al fenomeno in cui un'immagine luminosa viene sovrapposta a uno sfondo a bassa-luminosità, causando uno spostamento del colore e un oscuramento nell'area in cui le immagini a bassa-luminosità e a-luminosità brillante sono parallele, come mostrato dalla linea tratteggiata nell'immagine sopra, che rappresenta l'immagine luminosa sovrapposta. Questo accoppiamento ad alto contrasto è causato dall'interferenza tra i canali della colonna attraverso i transistor di uscita orizzontali. Può essere mitigato in una certa misura progettando una tensione di bloccaggio, mantenendola a un certo livello dopo la scarica, riducendo così la tensione di soppressione del transistor di uscita orizzontale. Tuttavia, questo metodo di progettazione introduce problemi come l'oscuramento delle colonne da corto-circuito, aree di basso-grigio che appaiono rossastre e valori VF eccessivamente alti per i LED. È possibile migliorare l'accoppiamento ad alto contrasto dal punto di vista del comando orizzontale riducendo la tensione di soppressione, ma ciò si traduce in una tensione inversa eccessivamente elevata per i LED e nel problema del cortocircuito "bruco".
Selezione della tensione di soppressione dell'uscita orizzontale
In sintesi, la selezione della tensione di cancellazione per il transistor di uscita orizzontale (HIP) deve affrontare sfide legate ai sei problemi sopra menzionati, ciascuno con le proprie difficoltà specifiche. La tensione di cancellazione non può essere né troppo alta né troppo bassa. In genere, il mirino del-circuito aperto viene cancellato dal rilevamento dell'azionamento a corrente costante, poiché una tensione di cancellazione eccessivamente bassa riduce l'affidabilità a lungo termine-del LED. La tabella seguente riassume l'intervallo adatto di tensione di soppressione in varie condizioni.
Pertanto, considerando i vari problemi applicativi, una tensione di cancellazione di 3 V~3,4 V (VCC=5V) è una scelta ragionevole. Ciò può soddisfare i requisiti di progettazione di vari moduli di scansione e quindi risolvere ragionevolmente molteplici problemi applicativi.
