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平面显示单元的特性和它们的供电方案

发布时间:2022-05-20
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平面显示单元的特性和它们的供电方案

发布时间:2022-05-20
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一个液晶显示单元就是一滴液态晶体构成的光阀门,这种液态晶体既有液态物质的流动性,又可在一定的条件下拥有稳定的结构,它自身不会发光,但在拥有稳定的结构以后就成为可以容许光线流通的阀门,光线通过时看起来就是亮的,没有光通过时就是暗的,大量这样的点组合起来就可以构成各种图案。能够让液晶处于稳定结构的是电场,它使液晶分子顺着一定的方向排列起来,光线就可以从分子间的空隙里通过了。电场消失以后,液晶分子又进入无序排列的状态,光线也就无法通过了。控制液晶结构的电场由液晶两端的电容储能形成,不需要的时候就要把电容里的储能泄掉,可是与之相邻的正在显示的单元里的电场会对其有影响,所以就需要有另一个电场来对此进行对冲,因此给液晶驱动电路的供电就要有两个电压,而且它们的极性还应该是相反的。我第一次把 Boost 用来满足显示屏的这种需要时要提供的电压就有一个是 17V,另一个是 -11V(记忆中的数据,是否准确已经不能保证,但在这里并不重要),而输入则是来自两节锂离子电池的串联,当时用的是我已经提到过的  RT9262,通过将其必须的电感换成多绕组的变压器再给每个绕组配上整流电路,一个双输出的正负压生成电路就形成了,这个电路后来被众多的客户直接复制,因此主动找到我进行过技术支持的厂商还不少,自我感觉还是为当时的便携式 DVD 应用做出了一点贡献的。

液晶显示屏上出来的光来自它背后的光源,早期的时候这种光都由 CCFL 冷阴极射线荧光管发出,现在则完全被 LED 取代,众多的 WLED 被放置在背光板的四周或是平铺在后背,背光板也同时有匀光的功能,因为需要背面的每个位置都有同样的亮度,为确保这一点也需要每一颗 WLED 都以同样的发光量发光,这就要求流过每颗 WLED 的电流是一致的,所以最好的做法就是把这些 WLED 串联起来进行驱动,而每颗 WLED 的工作电压都有 2.xV 以上,多颗串联以后需要的驱动电压就很高了,所以又给 Boost 转换器带来了使用机会。

液晶显示采用光阀的形式来控制光的输出,即使显示内容为全黑的时候它后面的背光源也是在工作的,所以即使你看到的发光点很少,它的光源的能耗也不会降低。使用平面背光源的时候可以加入局部亮度的控制技术,相应的能耗可以随显示内容而发生变化,亮暗的对比度也可以得到提高,但是由此带来的节约和提升也是有限的,除非这种控制能够达到最小的像素级别,真的到了那个时候,用液晶做光阀的意义也就不存在了,因为我们可以直接控制每一颗 LED 的亮暗来显示图像,这便是采用 OLED 或 MicroLED 的显示技术了。

现在 MicroLED 技术还没有到达大规模应用的阶段,OLED 的应用则已经很普遍,我用的手机和手环都是采用这种技术的产品。OLED 的 O 代表的是有机物,就是用有机物构成了能够发光的二极管,让它正向导通的时候它就发光,让它反向截止的时候它就变暗,所以对它的驱动既可以是单一的电源,也可以是给它两个不同极性的电源(为了快速变换的目的),微调其电压就能对亮度进行调节,固定电压但是调节供电的时间也能对视觉亮度进行调节,这个时候利用的就是我们人眼的视觉暂留特性了,我说到这个就会想起阴极射线荧光管的余辉现象,因为这两个东西实在是太像了,总能让我把它们联系在一起。

同样是为显示屏提供两个极性的电压,液晶屏和 OLED 显示屏对电源的要求其实是不一样的,原因很简单,液晶屏的驱动对象是光阀,它对电压变化的灵敏度不是太高;OLED 屏的控制对象是(发光)二极管,电压的变化对流过它的电流的影响比较大,相应的亮度也就不同,对图像品质的影响会比较大,所以给 OLED 的供电要求会比较高,电压要准,纹波要小,从而使得面对两种应用的供电电路不仅是参数不同,在结构上也是有差别的。

上面的内容是我第一次用这样的方式去理解显示单元,其中的表达不见得就是对的,因为我也不是相关领域的专业人士,出错是很难避免的,写作的过程就经过了多次修改,最后成了现在表达出来的样子,自认为已经清楚地说明了显示屏的厂商们为什么要提出两种电压源的需求,这样做的目的一是为了让读者了解我们在做的事,二是让我自己能够更深刻地理解这个世界,利己又助人,这样的事我不做岂不是太亏了?所以即使有可能错也是要做的,如果不小心遇到一个真正的行家帮我指出问题,那就太幸运了。

下面就让我们来看看立锜为液晶显示器和 OLED 显示器都准备了一些什么样的产品,看看它们的应用电路都是怎样的,方便大家在有需要时有个选择的方向,避免在这方面浪费太多的时间。由于显示屏规格众多,各自的需求也有差别,我们的介绍就点到为止,大概了解有些什么类型就行了,真的有了需求时可以和我们进行交流来获得更多的资讯。

这是一个利用 Boost 转换器 RT9266 和电荷泵的结合构成的多输出电路,可以理解为是前面提及的 RT9262 和变压器配合构成的多输出电路的简化,这样的电路在我提到过的数码相机里曾经大量使用,只是后来的集成化产品又都进行了改造,大多变成了一个 Boost 转换器和一个负压发生器的结合体,这种变化在后面述及的应用里也有呈现,只是这篇文章不会涉及到。这个电路还可以有很多变数,通过引入不同的电压源、使用稳压二极管等可以形成各种输出电压的组合。

上面这个电路的反馈是从正电压输出取得的,当各输出的负载有不平衡的问题时,没有反馈之输出的稳定性就会变差,所以在一些设计中就会使用独立的电荷泵电路,也就是说它们也是含有反馈环节的,这类产品被大量使用在大型显示屏的供电电路上,立锜大量提供此类产品,但因为与一般用户几乎没有关系,所以也就没有广泛提供此类产品的信息,下面的示意图可供读者参考,你在有需求时可以和我们联络以取得自己需要的各种支持。

液晶显示屏背光源 WLED 的驱动电路在大屏和小屏里是有区别的,一般小屏大概是这样的:

利用 Boost 转换器将电压提升,流过 LED 串的电流在经过 RSET 时形成的电压与其内部参考电压相等,则所有 LED 里流过的电流就与预设值相等了。随着大屏所用 LED 数量的增多,这样的结构就不能满足需求,于是有了新的电路架构:

若干串 LED 用同一个电压供电,流过每一串的电流不可能都相等,此时就要给每一串都增加一个恒流电路来提高电流的一致性。

我们常用的智能手机需要使用 LED 给液晶屏做背光源,还要驱动照相用的大电流 LED,于是又有了同时集成两种驱动电路的器件:

这颗器件除了驱动背光用的两个 LED 串,还可以驱动两只闪光灯用的大电流 LED,两颗大电流 LED 也可以合成为一颗,因为输出部分是恒流电路,合并使用不会有任何问题。

这颗 IC 集成的东西就更多了,显示屏需要的正负压电路也在其中。

OLED 显示屏的供电电路通常是 Boost 转换器、电荷泵电路和线性稳压器的组合,Boost 生成正电压,电荷泵生成负电压,线性稳压器的加入是为了确保输出的高精度和低噪声,其位置在上述转换器的输出端构成二级稳压,下图为示例电路之一,其外观看起来非常整洁。

如果输出电压与输入电压区间存在交集,Boost 转换器就不能满足要求,需要改用 Buck-Boost 电路,于是有下述产品出现:

实际上有很多与显示屏有关的产品都是定制性质的,因为各家厂商的产品在规格上都有自己的特色,通过定制能更好地与相关产品实现匹配,由此带来更好的性能,立锜已与许多厂商建立了这种配合关系,你在选择产品时也可关注相关信息,这样也方便我们为你提供更有针对性的服务,减轻你在选型上的难度。

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