双行双稳态LED显示单元的设计与研究

　　现有LED显示屏出于简化驱动电路的考虑，几乎都采用了扫描驱动方式，在一个扫描周期当中，各LED所发出的变化的光亮度根据“塔尔博特-普拉窦定律”平均到整个扫描周期当中，导致显示屏的主观视觉亮度下降，使得LED显示屏在户外使用时出现发光亮度不足的问题。到目前为止，解决LED显示屏亮度不足的方法基本局限于以下3种：

　　1)单纯地提高驱动脉冲电压，增加LED器件的瞬时发光亮度，但这将缩短发光器件的使用寿命，并且能量效率较低;

　　2)不断研制和应用高亮度甚至超高亮度LED器件;

　　3)通过缩短扫描周期或采用静态锁存方式驱动来提升显示屏亮度。尤其是在室外屏的制造中，高端产品均采用静态锁存驱动，在要求不高的场合则采用缩短扫描周期的方式。对于一个大规模的显示屏来说，无论缩短扫描周期还是采用静态锁存驱动，其后果都是驱动电路规模的显著增加。

　　本文从“塔尔博特-普拉窦定律”入手，将光学双稳态特性引入LED显示单元电路，研制了一种双稳态LED单元组成的双稳态LED屏。经实际测试证明该显示屏在扫描驱动方式下具有等同于静态锁存驱动的LED屏的亮度表现，并且其结构简单，外围电路与传统器件完全兼容，易于使用和推广。

　　1 双行双稳态LED显示单元的设计

　　1.1 双行双稳态LED电路结构及工作原理

　　双行双稳态LED单元电路如图1所示，它把触发这个功能由端口V1和V2来完成，而关断、保持这两个功能由端口Vcc来完成。下面具体说明双行驱动LED单元电路的工作原理。

　　其中BG1和BG2构成一个等效晶闸管，它由关断到导通，有两个必要条件：Vcc端有正向电压，节点a的电压幅值足够大。因此，可在端点a提供一个触发电压，使等效晶闸管触发，触发脉冲过了之后，靠Vcc提供的电压进行保持。

　　具体实现过程如下：

　　1)开启扫描行的被选通单元：在端口V1和V2同时加上Von，则节点a的电压值

　　若适当选择R1(R2)、R3，且R3>>N使节点a的电压Va≈Von>Va’，可使其触发;

　　2)保持非选单元的关断状态：使端口V1和V2中至少有一个电压为零，则即使另一个为Von(设端口V2接地)，用作触发等效晶闸管的节点a的电压值

　　若适当选择R1(R2)、R3，且R3>>N，且使节点a的电压，可使其不触发;

　　3)保持非扫描行的已选通单元的开启状态：触发过后，LED单元靠端口Vcc所供的保持电压Vhold来保持点亮;

　　4)关断已选通单元：当从端口Vcc撤去保持驱动电压Vhold的时候，LED则会关断。