一種led顯示灰度補償驅動裝置、系統及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及集成電路芯片設計技術，尤其涉及一種LED顯示灰度補償驅動裝置、系統及其方法。
【背景技術】
[0002]LED顯示控制中，即使將LED控制在一定的驅動電流和灰度顯示下，由于存在LED燈珠驅動電壓、電流的差異，會大大影響顯示效果，而且現在LED顯示一般采取掃描形式，會出現首行顯示不均勻，高低灰度顯示耦合等不良影響。尤其針對現在LED顯示領域中高密度小間距顯示屏的應用，所采用的LED燈珠使用小電流，在低灰度顯示時，會出現嚴重的灰度顯示不正常，同時一致性也極差，大大限制了 LED技術在顯示領域尤其是高密小間距LED顯示屏領域的使用。
[0003]傳統的LED顯示驅動裝置(芯片/電路)中一般包含一個開關MOS管和一個恒流電流源，顯示驅動裝置連接LED燈珠。開關MOS管的控制端為灰度數據轉換過來的控制信號，包含了灰度顯示信號。恒流電流源為LED提供所需要的電流。可以將現實中的LED燈珠看作是理想的LED燈珠與一個寄生電容相并聯，LED燈珠也存在一個導通閾值電壓，只有在電壓大于該LED燈珠的導通閾值時才會被點亮。
[0004]如圖1所示，以紅色燈珠為例，在換行時間里，行掃描電壓為高阻態，LED顯示驅動裝置輸出電壓為高阻態或消隱態，此時，LED燈珠上的電壓差沒有驅動，保持高阻態，燈珠不會發亮。而在顯示區域里，行掃描電壓輸出正常高電壓，LED顯示驅動裝置輸出電壓為低電壓Vds (恒流飽和電壓)，由于寄生電容的存在，LED燈珠上驅動電壓差是一個緩慢往上升的過程，只有當電壓差大于1.2V(以紅色LED燈為例，其他LED燈類似，紅色LED燈的導通閾值電壓以1.2V為例，但不限于此)時，才會讓LED燈珠點亮。
[0005]LED燈珠實際顯示灰度波形如圖1最后一條線所示，理想輸出波形的顯示寬度應該是At = t4-t2，實際輸出為Λ t = t4-t3，可以看出來，顯示灰度寬度已經被大大減弱，表現為LED亮度大大降低。
[0006]從圖1中可以看出，傳統的LED顯示驅動裝置主要存在以下問題:
[0007]—、由于存在寄生電容，使得LED燈珠在剛開始驅動導通的時候，首先必須把寄生電容兩端的電壓充到導通閾值電壓以上，LED燈珠才能開始點亮。當LED顯示驅動裝置使用消隱功能時，會將寄生電容的兩端充電至反向電壓，這樣，當開始驅動LED燈珠時，必須先中和掉這部分反向電荷，才開始慢慢正向充電，從而使得這種灰度損失更大。
[0008]二、當LED顯示驅動裝置在小電流應用時，即恒流源的電流很小時，對寄生電容的充電電流也很小，會大大增加充電時間，使得灰度損失更大，所以，在小電流應用時，灰度損失比例大大增強。
[0009]三、當在LED顯示驅動裝置用于高階灰度應用時(例如16位灰度數據的應用場景)，在低灰度顯示時，即t4和t2的間隔很小的時候，充電寄生電容損失的顯示時間比例就會大大增加，損失比例為(t4-t3)/(t4-t2)，當分母變小，分子不變，所以灰度損失變大。
[0010]由于上述問題的存在，使得LED顯示驅動裝置在低灰度、小電流應用，且帶消隱電路功能時，會出現很大的灰度損失，從而造成顯示時一致性不好、低灰度效果欠佳等問題，尤其表現為低灰麻點、首行偏暗、高低灰度耦合等效應。
【發明內容】
[0011]本發明所要解決的技術問題在于提供一種LED顯示灰度補償驅動裝置，旨在解決灰度顯示損失時間較長的問題。
[0012]本發明是這樣實現的，一種LED顯示灰度補償驅動裝置，包括驅動電源、LED燈和LED顯示驅動芯片，所述LED燈的一端與所述LED顯示驅動芯片相連接，其另一端與驅動電源相連接，該LED顯示灰度補償驅動裝置還包括預充電模塊，所述預充電模塊與所述LED顯示驅動芯片相連接，用于對所述LED燈進行預充電，使LED燈在正常顯示之前兩端電壓差接近其導通閾值電壓。
[0013]進一步地，所述預充電模塊包括參考電壓產生電路和P型的第一開關MOS管；所述參考電壓產生電路的輸入端與交流電源相連接，其輸出端與所述第一開關MOS管的源極相連接；所述第一開關MOS管的柵極為預充電控制端，所述第一開關MOS管的漏極與所述LED顯示驅動芯片相連接。
[0014]進一步地，所述LED顯示驅動芯片包括N型的第二開關MOS管和恒流電流源；所述第二開關MOS管的柵極為灰度控制端，所述第二開關MOS管的源極與所述恒流電流源的一端相連接，所述第二開關MOS管的漏極為輸出端且與所述LED燈的一端相連接；所述恒流電流源的另一端接地。
[0015]本發明還提供一種LED顯示灰度補償驅動系統，包括控制器和如上所述的任一LED顯示灰度補償驅動裝置，所述控制器的第一輸出端與所述預充電模塊相連接，用于改變預充電時間，所述控制器的第二輸出端與所述LED顯示驅動芯片相連接，用于控制灰度的輸出。
[0016]本發明還提供一種LED顯示灰度補償驅動方法，包括如上所述的任一 LED顯示灰度補償驅動裝置，該方法包括以下步驟:
[0017]步驟1、在正常顯示灰度前，預充電模塊輸出預充電電壓對LED燈進行預充電，將LED燈的負端電位拉至預充電電壓值；
[0018]步驟2、驅動電源給所述LED燈的正端一個驅動電源電壓值，所述驅動電源電壓值與所述預充電電壓值的差為臨界導通電壓值，所述臨界導通電壓值不高于LED燈的導通閾值電壓；
[0019]步驟3、LED顯示驅動芯片給所述LED燈負端輸出負端電壓值，所述驅動電源電壓值與所述負端電壓值的差為導通閾值電壓，LED燈導通并點亮，所述導通閾值電壓接近且大于所述臨界導通電壓值。
[0020]本發明與現有技術相比，有益效果在于:所述的LED顯示灰度補償驅動裝置通過預充電模塊對LED燈進行預充電，使得LED燈(包括內部的寄生電容)兩端電壓差在顯示前接近導通閾值電壓，從而在輸出正常灰度顯示波形時，能快速達到導通閾值電壓，使LED燈能在最快的時間內顯示正常狀態，從而縮短灰度從開始到正常顯示的時間，提高了 LED燈在小電流、低灰度顯示下的性能。
【附圖說明】
[0021]圖1是現有技術中紅色LED燈點亮過程的效果分析示意圖；
[0022]圖2是本發明LED顯示灰度補償驅動裝置的功能模塊圖；
[0023]圖3是圖2中紅色LED燈點亮過程的效果分析示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0025]本發明所述的LED顯示灰度補償驅動裝置通過LED顯示驅動芯片在輸出正常灰度顯示波形前，對LED燈進行預充電，使得LED燈珠包括寄生電容在內的兩端電壓差在顯示前接近導通閾值電壓，從而在輸出正常灰度顯示波形時，LED燈兩端電壓可以快速達到導通閾值電壓，LED燈能夠迅速達到導通點亮的狀態，灰度損失比例會大大降低，獲得極好的顯示效果，尤其是LED顯示裝置工作在小電流，或者輸出低灰度數據的場合下。
[0026]如圖2所示，為本發明一較佳的實施例，一種LED顯示灰度補償驅動裝置，包括驅動電源103、LED燈10ULED顯示驅動芯片102和預充電模塊104。LED燈101的一端與LED顯示驅動芯片102相連接，其另一端與驅動電源103相連接，預充電模塊104與LED顯示驅動芯片102相連接，用于對LED燈101進行預充電，在LED燈正常顯示之前，使LED燈101兩端電壓差接近其導通閾值電壓。導通閾值電壓也就是點亮LED燈所需的兩端電壓差。對導通前LED燈101兩端電壓的接近程度可以根據實際應用的情況進行調節。
[0027]預充電模塊104包括參考電壓產生電路106和P型的第一開關MOS管107。參考電壓產生電路106的輸入端與直流電源110相連接，其輸出端與第一開關MOS管107的源極相連接。第一開關MOS管107的柵極為預充電控制端，第一開關MOS管