一文了解Mini LED背光技术及驱动方案

玩转LED 2023-07-12
1562 字丨阅读本文需 4 分钟

Mini LED背光技术看作LCD的高端进阶版,具备显示精细分区动态调光、HDR高对比、高亮度显示效果等优势。与传统OLED产品相比,画面效果平分秋色,而Mini LED背光使用寿命更长、应用领域更广等特点,有望争夺OLED市场,因此备受行业关注。

MiniLED背光是指采用MiniLED芯片(倒装芯片)或LED封装器件(采用正装或倒装芯片)制作的具备局域调光(Local Dimming)的高阶直下式背光显示技术及产品,主要由MiniLED背光灯板、光学材料、驱动方案组成。

在OLED屏幕尚未完全普及的今天,我们日常接触到的显示设备依旧以LCD屏幕为主,而Mini LED作为背光应用,具有高亮、高对比、低功耗等诸多优点,在LCD显示领域越来越受到关注和青睐。

相比传统LCD屏幕背光,MiniLED技术可以把LED背光灯珠做的非常小,这样就可以在同一块屏幕上集成更多的背光灯珠,划分出更多的背光分区,实现更精细的区域发光调节,有效提高屏幕亮度和对比度,同时控制好暗部区域的显示,颜色更为饱和。

Mini LED背光技术

相比于传统LED背光源,Mini LED拥有更多优势,适合高端液晶显示器解决方案:

①可以直接采用RGB三色的LED模组,实现RGB三原色无缺失的显示效果,且可覆盖100% BT2020的宽色域,色彩的鲜艳度媲美OLED。

②Mini LED可以实现高亮度(>1000nit)下散热均匀,这是传统分立LED器件方案无法做到的。

③Mini LED背光可以做到直下式超薄的LCD显示,即OD≈0mm,这在轻薄的便携式消费电子中应用广阔,例如AR/VR眼镜、手机、笔记本电脑等。

④Mini LED结合精细的Local Dimming,可以实现超高对比度(1000000:1),让黑的更深邃,亮的更明亮。

Mini LED背光封装采用倒装Mini LED芯片直接实现均匀混光,无需透镜进行二次光学设计,由于本身芯片结构小,利于将调光分区数(Local Dimming Zones)做的更加细致,从而达到更高的动态范围(HDR),实现更高对比度的效果;另一方面,还能缩短光学混光距离(OD),以降低整机厚度从而达到超薄化的目的。

Mini LED背光可结合Local Dimming技术根据电视信号中画面各处的亮暗场,实时控制对应背光区域的开关及亮度调节,使画面中黑色更黑,白色更白,色彩更自然艳丽,视觉的逼真感带来身临其境的最佳体验。

主流Mini LED背光驱动方式:

当前Mini LED背光有两种主流驱动模式:被动矩阵式驱动(PM:Passive Matrix)和主动矩阵式驱动(AM:Active Matrix)。

PM驱动方式:主要基于PCB板,采用Driver IC实现对背光的单区调控每个像素都是操作在短脉冲模式下,为瞬间高亮度发光。

AM驱动方式:主要基于玻璃基板,采用TFT驱动控制实现对背光的单区调控。每个像素皆可以连续且独立的驱动发光,可以使用低温多晶硅或者氧化物TFT驱动,优点是驱动电压低,发光元件寿命长。

WH旺泓率先研发的AM驱动方式,以背光领域为例,可以做到让“一个驱动IC对应一个背光分区,每个分区直驱常亮 ”,避免了传统PM驱动带来的频闪伤害。

核心技术1-Distributed Architecture

2021年,台湾旺泓专为Mini LED 研发的AM驱动方案正式实现量产;该项技术正是使用了Distributed Architecture技术。该技术主要分为两个部分,下图左侧的BCON以及右侧红线圈住的每一个单串。右侧的每一个单串就像一个车道,若是分区少,可使用一个车道,若是分区较多,可逐步往上加。在这个“车道”中,每个驱动IC可以驱动4个区;而左侧的BCON即是控制车道的总控台。

对比而言,传统的PM驱动架构中驱动板和灯板是分开的,那么随着分区数增多,需要驱动的晶片就越多,那么灯板也会越来越大,成本大幅增加。Distributed Architecture佔据了更小的空间,并且适合更多分区的终端产品,对电流的调控精度非常高,可适应当前高刷新率的显示行业要求,达成无频闪的显示效果。

核心技术2-SPB(Serial-Parallel-Broadcast) 协议

现阶段,驱动IC普遍是使用1-wire协议或是SPI协议。1-wire协议采用单根信号线,具有节省I/O口线资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点。但在Mini LED背光领域,随着分区的提升,1-wire将不再具备简单、成本低廉的优势.SPI协议是一种高速的,全双工,同步的通信总线,但是没有指定的流控制,没有应答机制确认是否接收到数据,所以相比较而言,在数据可靠性上有着一定的缺陷。

SPB协议针对Mini LED所设,具有高可靠性、可扩展性,并且在保证线路简单的同时,能实现灵活高效。该协议支持PM及AM驱动方式,可减少PWM数据中断,更具可靠性,能满足当前对刷新率、灰阶度的要求。并且还具有可扩展性,也可在避免过高提升成本的前提下,满足Mini LED背光产品更高分区的需求。

SPB协议可根据相关技术精准发现打件的不良,提前发现,可大大提高生产效率;并且该协议是类似于广播的形式(传统的形式则像是排队),可以大大减小从资料发送到灯板刷新亮度的时间差。同时,该协议有回馈机制,可以侦测和回馈每一个区每一个晶片的状态,可进一步提高灯板的显示效果和前端电源的效率。

文章来源: 光电与显示,工采网电子元件

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