ما الذي يسبب الظلال والبكسلات الميتة والتقاطعات وتغير اللون ذو التدرج الرمادي المنخفض في شاشات LED؟

كانت جودة عرض شاشات LED دائمًا مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بشريحة التشغيل الحالية الثابتة، حيث تعالج مشكلات مثل الظلال وشعيرات البكسل الميتة وتغير اللون ذو التدرج الرمادي المنخفض والمسح الضوئي الأول الداكن والاقتران عالي التباين. لقد حظي محرك الأقراص الأفقي، باعتباره أحد متطلبات المسح البسيطة، باهتمام أقل تقليديًا. مع تطوير شاشات LED ذات درجة عرض أصغر، يتم وضع متطلبات أعلى على محركات الأقراص الأفقية، والتي تتطور من وحدات P-MOSFET البسيطة للتبديل الأفقي إلى محركات أفقية أكثر تكاملاً وقوة ومتعددة-الوظائف. يواجه تصميم واختيار المحركات الأفقية أيضًا ستة تحديات رئيسية: التخلص من الظلال، والجهد العكسي لرقائق LED، ومشكلات الدائرة-القصيرة، وشعيرات الدائرة المفتوحة-، وقيم VF العالية جدًا لرقائق LED، والاقتران عالي التباين.

شبح الظل

عند التبديل بين شاشات المسح، نظرًا للوقت اللازم لتشغيل وإيقاف تشغيل مفاتيح ترانزستور PMOS، ولتبديد الشحنة على السعة الطفيلية Cr لخطوط الصف، فإن الشحنة غير المفرغة لـ VLED من فحص الصف السابق لها مسار موصل في اللحظة التي يتم فيها تشغيل VLED وOUT لمسح الصف التالي. عند تشغيل الصف (n)، يتم شحن السعة الطفيلية Cr للصف إلى جهد VCC. عند التبديل إلى Row(n+1)، يتشكل فرق محتمل بين Cr وOUT، ويتم تفريغ الشحنة من خلال LED، مما ينتج عنه ضوء LED خافت.

لذلك، يجب تفريغ الشحنة الموجودة على مكثف Cr مسبقًا في وقت انقطاع الخط. عادة، يستخدم ترانزستور الخرج الأفقي المزود بوظيفة التقطيع المتكاملة دائرة سحب -لأسفل لتفريغ شحنة السعة الطفيلية Cr بسرعة أثناء التبديل. كلما انخفض احتمال السحب- للأسفل، أي جهد التفريغ VH، كلما تم تفريغ الشحنة على السعة الطفيلية بشكل أسرع، وكان تأثير التخلص من الظلال العلوية أفضل. عادةً ما يكون VH < VCC - 1V كافيًا للتخلص من الظلال العلوية.

LED الجهد العكسي

يؤثر الجهد الكهربي العكسي لشرائح LED بشكل كبير على عمرها الافتراضي، وكانت عيوب البكسل الناتجة عن الجهد العكسي دائمًا مصدر قلق كبير لشاشات LED، خاصة تلك التي تتميز بشاشات ذات درجة عرض صغيرة-.

عندما تكون قناة الخرج مغلقة، يقوم التيار الحر للمحاثة الطفيلية بشحن السعة الطفيلية بشكل مستمر في القناة، مما يؤدي إلى ارتفاع الجهد الكهربائي. يشكل هذا الارتفاع، جنبًا إلى جنب مع ترانزستور الخرج الأفقي (HIP)، جهدًا عكسيًا عبر شريحة LED. لذلك، يؤثر جهد الطمس الخاص بـ HIP أيضًا على الجهد العكسي لشريحة LED. مع الجهد الثابت في قناة الإخراج الحالية الثابتة، يؤدي ارتفاع جهد الطمس HIP إلى انخفاض الجهد العكسي لشريحة LED. في حين أن شرائح LED تحتوي عادةً على جهد عكسي اسمي يبلغ 5 فولت، فقد أظهر اختبار الشركة المصنعة أن الجهد العكسي أقل من 1.4 فولت يمكن أن يقلل بشكل كبير من عيوب البكسل الناتجة عن الجهد العكسي. لذلك، لا ينبغي أن يكون جهد التقطيع منخفضًا جدًا لمعالجة مشكلات الجهد العكسي لرقاقة LED، ولا يقل بشكل عام عن VCC-2V.

يرقة-دائرة كهربائية قصيرة

عندما تكون دائرة LED -قصيرة، سيظهر صف من مصابيح LED مضاءة باستمرار، والمعروف باسم كاتربيلر الدائرة القصيرة-. عندما يكون مؤشر LED الأوسط قصيرًا-، ستشكل مصابيح LED الموجودة في نفس الصف مسارًا كما هو موضح في الرسم البياني أدناه عند مسح هذا الصف. إذا كان فرق الجهد بين VLED والنقطة A أكبر من قيمة إضاءة LED، فسيتم تشكيل صف من اليرقات المضاءة باستمرار.

أكبر فرق بين يرقة الدائرة القصيرة- والدائرة المتقاطعة-المفتوحة هو أن يرقة الدائرة القصيرة-سوف تظهر طالما أن الشاشة في وضع المسح، بغض النظر عما إذا كانت مصابيح LED تعرض صورة أم لا، بينما تظهر يرقة الدائرة-المفتوحة مشكلة تقاطع الدائرة-المفتوحة فقط عندما تضاء دائرة-LED المفتوحة. عادة ما يتم حل هذه المشكلة عن طريق زيادة جهد طمس ترانزستور الخرج الأفقي بحيث يكون فرق الجهد أقل من جهد LED الأمامي VF، على سبيل المثال، VLED - VH < VF. عادة، الجهد الأمامي VF لخرزات LED الحمراء هو 1.6~2.4V، ولخرزات LED الخضراء والزرقاء هو 2.4~3.4V. أظهر الاختبار أنه يمكن إضاءة حبة LED حمراء بجهد 1.4 فولت؛ لذلك، بأخذ حبة LED حمراء كمثال، عند VH > VCC - 1.4V، يتم حل مشكلة كاتربيلر الدائرة القصيرة- بالكامل. عندما يكون VCC - 2V < VH < VCC - 1.4V، يضيء مؤشر LED أحمر واحد فقط أسفل نقطة الدائرة القصيرة- بشكل ضعيف.

فتح الصليب

عندما يظهر مؤشر LED للدائرة المفتوحة- على شاشة المسح وتضيء تلك النقطة، يتم خفض جهد القناة OUT1 إلى أقل من 0.5 فولت. إذا كان جهد التفريغ VH لجهد صف المسح هو 3.5 فولت، فسيتم تشكيل مسار موصل لهذا الصف من مصابيح LED، مما يؤدي إلى إنشاء تأثير "كاتربيلر" للدائرة المفتوحة.

عندما يكون مؤشر LED مفتوحًا-في دائرة، يتم خفض جهد القناة OUT1 إلى أقل من 0.5 فولت أو حتى 0 فولت. وهذا يؤثر على عمود السعة الطفيلية Cr من خلال السعات الطفيلية C1 وC2. عندما يتم سحب إمكانات Cr إلى مستوى منخفض، فإن مصابيح LED الموجودة في نفس الصف مثل مؤشر LED ذو الدائرة المفتوحة - سوف تكون خافتة.

يمكن أن يؤدي خفض جهد الطمس لترانزستور الخرج الأفقي (ترانزستور الخرج) إلى حل مشكلة تقاطع الدائرة المفتوحة -بشكل فعال، أي جهد الطمس VH < 1.4V. تستخدم بعض ترانزستورات الإخراج في الصناعة أيضًا جهد طمس قابل للتعديل لخفض جهد الطمس إلى أقل من 1.4 فولت لحل مشكلة تقاطع الدائرة المفتوحة-، ولكن هذا سيؤدي إلى زيادة الجهد العكسي لـ LED، وتسريع تلف LED، والتسبب في حدوث دوائر قصيرة.

قيمة VF لمصباح LED مرتفعة جدًا.

تعد مشكلة بقاء الأعمدة مضاءة باستمرار بسبب قيم VF المرتفعة بشكل مفرط في مصابيح LED مشكلة أخرى يعاني منها المستخدمون. عادةً، يكون الجهد الأمامي الاسمي VF لمصباح LED الأخضر هو 2.4~3.4V. عادة، يكون فرق الجهد 1.8 فولت بين الأنود والكاثود الخاص بمصباح LED الأخضر كافيًا لإضاءته. ومع ذلك، فإن جهد التفريغ العالي جدًا VH لترانزستور الخرج الأفقي سوف يتسبب في بقاء العمود مضاءًا باستمرار.

بأخذ مصباح LED بجهد أمامي VF1=3.4V كعمود، عندما يصل المسح إلى مؤشر LED التالي، يتم تشغيل VOUT وVLED1 في وقت واحد. الجهد الطرفي للقناة هو: VOUT=VLED1 - VF1. الفولتية عبر مصابيح LED الأخرى في هذا العمود هي: VΔ=VH - VOUT=VH - VLED1 + VF1. إذا كانت VΔ > 1.8V، فقد يتسبب ذلك في بقاء العمود مضاءً باستمرار، على سبيل المثال، VH - VLED1 + VF1 > 1.8V، حيث VLED=VCC (تجاهل انخفاض جهد ترانزستور الخرج الأفقي). ولذلك، فإن VH > VCC - 1.6V لا يساعد على حل مشكلة بقاء الأعمدة مضاءة باستمرار بسبب قيم VF المرتفعة بشكل مفرط في مصابيح LED.

اقتران عالي التباين

يشير الاقتران عالي التباين إلى الظاهرة التي يتم فيها تركيب صورة ساطعة على خلفية-منخفضة السطوع، مما يتسبب في تغير اللون وتغميقه في المنطقة التي يكون فيها الصور ذات السطوع المنخفض- والسطوع-متوازيين، كما هو موضح بالخط المنقط في الصورة أعلاه، والذي يمثل الصورة الساطعة المتراكبة. يحدث هذا الاقتران عالي التباين بسبب التداخل بين قنوات العمود من خلال ترانزستورات الخرج الأفقية. يمكن تخفيفه إلى حد ما من خلال تصميم جهد تثبيت، والحفاظ عليه عند مستوى معين بعد التفريغ، وبالتالي خفض جهد طمس ترانزستور الخرج الأفقي. ومع ذلك، فإن طريقة التصميم هذه تسبب مشكلات مثل -تعتيم عمود الدائرة القصيرة، وظهور المناطق الرمادية المنخفضة-المحمرة، وقيم VF العالية بشكل مفرط لمصابيح LED. يمكن تحقيق تحسين الاقتران عالي التباين من منظور المحرك الأفقي عن طريق خفض جهد التقطيع، ولكن يؤدي ذلك إلى ارتفاع الجهد العكسي بشكل مفرط لمصابيح LED ومشكلة الدائرة القصيرة -"كاتربيلر".

اختيار الجهد الأفقي لتقطيع الإخراج

باختصار، يواجه اختيار جهد الطمس لترانزستور الخرج الأفقي (HIP) تحديات تتعلق بالمسائل الست المذكورة أعلاه، ولكل منها صعوبات خاصة بها. لا يمكن أن يكون جهد التقطيع مرتفعًا جدًا أو منخفضًا جدًا. عادةً، يتم مسح علامة التصالب- للدائرة المفتوحة عن طريق الكشف المستمر عن محرك التيار، حيث أن جهد التفريغ المنخفض للغاية يقلل من موثوقية مؤشر LED على المدى الطويل-. يلخص الجدول أدناه النطاق المناسب لجهد التقطيع في ظل ظروف مختلفة.

ولذلك، وبالنظر إلى مشكلات التطبيق المختلفة، فإن جهد الطمس الذي يتراوح بين 3V~3.4V (VCC=5V) يعد خيارًا معقولاً. وهذا يمكن أن يلبي متطلبات التصميم لوحدات المسح المختلفة وبالتالي حل مشكلات التطبيقات المتعددة بشكل معقول.