Micro-LED是电流驱动型发光器材,其驱动方法一般只要两种形式:无源选址驱动(PM:Passive Matrix,又称无源寻址、被迫寻址、无源驱动等等)与有源选址驱动(AM:Active Matrix,又称有源寻址、自动寻址、有源驱动等),此文还延伸有源驱动的另一种“半有源”驱动。这几种形式具有不同的驱动原理与运用特征,下面将经过电路图来详细介绍其原理。
什么是PM驱动形式?
无源选址驱动形式把阵列中每一列的LED像素的阳极(P-electrode)衔接到列扫描线(Data Current Source),一起把每一行的LED像素的阴极(N-electrode)衔接到行扫描线(Scan Line)。当某一特定的第Y列扫描线和第X行扫描线被选通的时分,其交叉点(X,Y)的LED像素即会被点亮。整个屏幕以这种方法进行高速逐点扫描即可完成显现画面,如图1所示。
这种扫描方法结构简略,较为简略完成。
但不足之处是连线杂乱(需求X+Y根连线),寄生电阻电容大导致功率低,像素发光时间短(1场/XY)然后导致有用亮度低,像素之间简略串扰,而且对扫描信号的频率需求较高。
别的一种优化的无源选址驱动方法是在列扫描部分参加锁存器,其作用是把某一时间第X行一切像素的列扫描信号(Y1, Y2… … Yn)提早存储在锁存器中。当第X行被选通后,上述的Y1-Yn信号一起加载到像素上[3]。这种驱动方法能够下降列驱动信号频率,添加显现画面的亮度和质量。但仍然无法战胜无源选址驱动方法的天然生成缺点:连线杂乱,易串扰,像素选通信号无法保存等。而有源选址驱动方法为上述困难供给了杰出的解决方案。
什么是AM驱动形式?
在有源选址驱动电路中,每个Micro-LED像素有其对应的独立驱动电路,驱动电流由驱动晶体管供给。根本的有源矩阵驱动电路为双晶体管单电容(2T1C:2 Transistor 1 Capacitor)电路,如图2所示。
每个像素电路中运用至少两个晶体管来操控输出电流,T1为选通晶体管,用来操控像素电路的开或关。T2是驱动个晶体管,与电压源联通并在一场(Frame)的时间内为Micro-LED供给安稳的电流。该电路中还有一个存储电容C1来贮存数据信号(Vdata)。当该像素单元的扫描信号脉冲完毕后,存储电容仍能坚持驱动晶体管T2栅极的电压,然后为Micro-LED像素连绵不断的驱动电流,直到这个Frame完毕。
2T1C驱动电路仅仅有源选址Micro-LED的一种根本像素电路结构,它结构较为简略并易于完成。但因为其本质是电压操控电流源(VCCS),而Micro-LED像素是电流型器材,所以在显现灰度的操控方面会带来必定的难度,这一点咱们在后面的《Micro-LED的五颜六色化与灰阶》部分中会评论。刘召军博士课题组曾提出一种4T2C的电流份额型Micro-LED像素电路,选用电流操控电流源(CCCS)的方法,在完成灰阶方面具有优势。
什么是“半有源”选址驱动方法
别的需求提及的是一种 “半有源”选址驱动方法[6]。这种驱动方法选用单晶体管作为Micro-LED像素的驱动电路(如图3所示),然后能够较好地防止像素之间的串扰现象。
三大驱动方法比照
与无源选址比较,有源选址方法有着显着的优势,愈加适用于Micro-LED这种电流驱动型发光器材。现详细分析如下:
①有源选址的驱动才能更强,可完成更大面积的驱动。而无源选址的驱动才能受外部集成电路驱动功能的影响,驱动面积于分辨率受限制。
② 有源选址有更好的亮度均匀性和比照度。在无源选址方法中,因为外部驱动集成电路驱动才能的有限,每个像素的亮度受这一列亮起像素的个数影响。一般来说,同一列的Micro-LED像素同享外部驱动集成电路的一个或多个输出引脚的驱动电流。所以,当两列中亮起的像素个数不一样的时,施加到每个LED像素上的驱动电流将会不一样,不同列的亮度就会不同很大。这个问题将会愈加严重地体现在大面积显现运用中,如LED电视与LED大屏幕等。一起跟着行数和列数的添加,这个问题也会变得更严峻。
③ 有源选址可完成低功耗高功率。大面积显现运用需求比较大的像素密度,因而就必须尽可能减小电极尺度,而驱动显现屏所需的电压也会极大的上升,很多的功率将损耗内行和列的扫描线上,然后导致功率低下。
④ 高独立可控性。无源选址中,较高的驱动电压也会带来第二个费事,即串扰,也就是说,在无源选址LED阵列中,驱动电流理论上只从选定的LED像素经过,但周围的其他像素将会被电流脉冲影响,终究也会下降显现质量。有源选址方法则经过由选通晶体管和驱动晶体管构成的像素电路很好的防止了这种现象。
⑤更高的分辨率。有源选址驱动的更适用于高PPI高分辨率的Micro-LED显现。
而第三种“半有源”驱动尽管能够较好地防止像素之间的串扰现象,可是因为其像素电路中没有存储电容,而且每一列的驱动电流信号需求独自调制,并不能彻底到达上面列出的有源选址驱动方法的悉数优势。
以蓝宝石衬底上外延成长的蓝光Micro-LED为例,像素和驱动晶体管T2的衔接方法有图4所示的4种。但因为LED外延成长结构是p型氮化镓(GaN)在最外表而n型氮化镓在底层,如图5所示。从制备工艺视点动身驱动晶体管的输出端与Micro-LED像素的p电极衔接较为合理,即图4中的(a)和(c)。
图4(a)中Micro-LED像素衔接在N型驱动晶体管的源极(Source)。由外延成长(Epitaxial Growth)、制备工艺、及器材老化所发生的不均匀性所导致的Micro-LED电学特性的不均匀性将会直接影响驱动晶体管的VGS,然后形成显现图画的不均匀。而图4(c)中的Micro-LED像素衔接在P型驱动晶体管的漏极(Drain),能够防止上述影响,其电流-电压联系图6所示。因而,有P管像素电路驱动Micro-LED较为适合。