高清led顯示屏低灰全周期自動補償電路及系統的制作方法

高清led顯示屏低灰全周期自動補償電路及系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高清LED顯示屏低灰全周期自動補償電路及系統，補償電路包括：一個電流源，用于產生LED燈的電流信號；一個檢測模塊，用于檢測LED燈接通低電流時對應的正向電壓，并進一步設置為保持該正向檢測電壓；一個測量模塊，用于測量LED燈陽極電壓上升到LED燈接通顯示電流時對應的正向檢測電壓的時間；系統包括：一個初始化單元；一個操作單元；其中的初始化單元包含：一個檢測模塊和一個測量模塊，操作單元包含：一個信號發生器、一個補償模塊和一個電流驅動器。通過本實用新型的驅動方法可以確保在最低灰度時可得到等量全局充電。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及電路補償的【技術領域】，特別涉及一種高清LED顯示屏低灰全周期 自動補償電路及系統，以確保在最小灰階的同等電荷的輸入，達到顯示屏的低灰一致性。 高清LED顯示屏低灰全周期自動補償電路及系統

【背景技術】
[0002] 近來，發光二極管（LEDs)被廣泛適用于電子設備和應用上。比如，LEDs被用于一 般照明的光源。此外，LEDs還被用于制造顯示屏，電視機等。除了這些應用，還需要驅動電 路給LEDs提供電源及控制LEDs發出預期亮度的照明光。
[0003] LED顯示板一般涉及由LEDs -或多行和列的陣列組成的器件。作為一種選擇，一 個LED顯示板可以包含多個子模塊，每個子模塊有一或多個這樣的LED陣列。LED板可以用 單色的LEDs陣列，也可以是多色的。當同色的LED燈用在中心顯示應用上時，每個LED正 常地與顯示單元或像素對應。當LED板用不用色的LED燈時，顯示單元或像素一般包括3 個燈，可能是紅光LED，綠光LED和藍光LED。如此三個一簇的LED燈被稱作RGB單元。貼 片RGB單元一般有4個端腳。第一，二，三端可分別對應紅，綠和藍LED燈，第四端對應LED 燈的共陽極或共陰極。
[0004] 一個LED驅動電路傳送電源到LED燈陣列并且控制傳輸到LED燈陣列的電流。驅 動電路可能是單個通道的驅動或者多通道的驅動。每個通道驅動電路可以傳輸電源到多個 LED燈并控制傳送到LED燈的電流。一組LED燈電力的連接到相同的通道，這組LED燈通常 稱作"掃描線"。
[0005] -般地，LED驅動電路通過變化傳輸和流過LED燈的電流來控制LED的亮度。根 據傳送電流，LED亮度也會按照LED的特性規格來響應。更大的電流傳送到LED通常表現 出更高強度的亮度。為有效控制電流的傳送，LED驅動電路可以用一個與調制相結合的恒 定電流源，比如脈寬調制（PWM)。
[0006] 圖1A闡明了一個理想的脈寬調制信號110,每個脈寬調制周期的寬度為W，幅度為 A。變化PWM的脈沖110的寬度W，LED驅動電路可有效地傳送合適的驅動電流給LED燈，以 顯現出灰階的不同明暗度的光。當傳送PWM信號時，驅動電路可見每個LED的不同的負載 特性。這種負載特性的多樣性可能構成大量累積的效應，例如每個LED的正向電壓Vf的變 化，每個掃描線固有內阻的變化，和每個LED響應到正向電流If的變化。這些效應引起巨 大的LED燈之間的亮度差別，特別是在低灰度設定時。圖1B是一個典型的由于變化性，在 驅動電路中的PWM信號120。
[0007] 進一步地，在低灰度設置時，PWM信號的寬度W可能十分窄，那種脈沖的PWM信號 可能會因為無補償驅動電流和負載特性而丟失。因此，系統設計者要采用預對應的方法來 克服PCB上PWM信號的失真。
[0008] 圖1C表示一個理想的PWM信號130,它在每個PWM周期的開始有一個預調整部分 135。一般地，預調整部分135有個脈沖時長或寬度D，其一般小于常規PWM周期的脈寬W， 并有一個大于常規PWM周期的振幅A的振幅A'。在LED顯示板驅動電路中，PWM電流信號 可以被預調整糾正，以克服或補償上升時間的信號失真。圖ID表示一個典型的在驅動電路 中的PWM信號140,帶有預調整。
[0009] 在低灰度設置時，預調整部分135的脈沖時長D可近似或大于PWM周期的脈寬W。 由此，即使有預調整，PWM驅動信號可能仍然失真，導致短脈沖和/或伴隨有PWM瞬變。因 此，PWM驅動信號可能要求更進一步的處理，特別是在低灰度設置時。 實用新型內容
[0010] 本實用新型的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種高清LED顯示 屏低灰全周期自動補償電路。
[0011] 本實用新型的另一目的在于，提供一種高清LED顯示屏低灰全周期自動補償系 統。
[0012] 為了達到上述第一目的，本實用新型采用以下技術方案：
[0013] 高清LED顯示屏低灰全周期自動補償電路，包括：
[0014] 一個電流源，用于產生LED燈的電流信號；
[0015] 一個檢測模塊，用于檢測LED燈接通低電流時對應的正向電壓，并進一步設置為 保持該正向檢測電壓；
[0016] 一個測量模塊，用于測量LED燈陽極電壓上升到LED燈接通顯示電流時對應的正 向檢測電壓的時間。
[0017] 優選的，本實用新型的自動補償電路還包括一個比較器；一個三端開關，連接至比 較器的輸出，該三端開關可在第一種情況和第二種情況之間切換；其中第一種情況是在比 較器和檢測模塊之間電傳導，第二種情況是在比較器和測量模塊之間電傳導。
[0018] 優選的，所述測量模塊包括一個計數器，當陽極電壓未高于正向檢測電壓時，對時 鐘周期計數，時鐘周期數對應于測量時間；一個存儲單元，用于保留測量時間。
[0019] 優選的，所述檢測模塊包括一個電壓多路轉接器，用于傳輸電壓增量信號給比較 器。
[0020] 為了達到上述第二目的，本實用新型采用以下技術方案：
[0021] 高清LED顯示屏低灰全周期自動補償系統，該系統包括：
[0022] -個初始化單元；一個操作單元；
[0023] 其中的初始化單元包含：
[0024] 一個檢測模塊，用于檢測LED燈接通低電流時對應的正向電壓，并進一步設置為 保持該正向檢測電壓；
[0025] 一個測量模塊，用于測量LED燈陽極電壓上升到LED燈接通顯示電流時對應的正 向檢測電壓的時間；
[0026] 其中的操作單元包含：
[0027] -個信號發生器，用于產生驅動信號；
[0028] -個補償模塊，用于根據測量時間來修正驅動信號；
[0029] -個電流驅動器，用于接收修正驅動信號，并對應修正驅動信號，傳輸一個驅動電 流給LED燈，以便以期望的亮度點亮。
[0030] 優選的，補償模塊被配置根據測量時間來延遲PWM電壓信號。
[0031] 優選的，驅動信號是一個脈沖寬度調制電壓信號。
[0032] 本實用新型與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：
[0033] 1、本實用新型是是工業界首次對顯示屏的低灰一致性問題的硬件自動處理。
[0034] 2、本法的自動補償電路可以自動檢測LED二級管的開啟電壓。
[0035] 3、本實用新型的自動補償電路自動檢測LED二級管從通電到發光的上升時間
[0036] 4、本實用新型可以根據檢測到的不同的開啟電壓和上升時間，進行PWM的顯示時 間補償。
[0037] 5、本實用新型在整個顯示屏在沒有灰度矯正的情況下，都有優越的低灰一致性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038] 圖1A表示了一個理想的脈沖寬度調制信號。
[0039] 圖1B表示了一個在驅動電路中的典型的不帶預調整的脈沖寬度調制信號。
[0040] 圖1C表示了一個理想的在每個周期的開始有預調整部分的脈沖寬度調制信號。
[0041] 圖1D表示了一個在驅動電路中的典型的帶預調整的脈沖寬度調制信號。
[0042] 圖2是與本實用新型的一個實例相一致的一個電路原理圖。
[0043] 圖3是與本實用新型的一個實例相一致的時序示意圖。
[0044] 圖4是與本實用新型的另一個實例相一致的一個電路原理圖。

【具體實施方式】
[0045] 下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施 方式不限于此。
[0046] 實施例
[0047] 現在將要詳細描述本實用新型的多個實例的參考資料，附圖將闡述本實用新型的 例子。值得注意的是，圖片中使用的任何可行的相似或相同的許多參考資料只意味著相似 或相同的功能，圖片描述的本實用新型的實例僅僅為了說明的目的，熟悉本領域的技術人 員容易從下面的描述中意識到這里描述的方法和結構的不同實例，但這些實例未脫離這里 描述的實用新型的原理。
[0048] 本實用新型是關于控制LED顯示屏像素并確保全周期補償顯示（FCCL)的一個器 件、一個集成電路和一種方法。此外，這里實用新型了一種器件、一種集成電路和一種方法 是為系統補償相關的變化，該相關變化導致LED陣列中LED燈之間的亮度差異，補償過后以 確保在最小灰度設置值下傳輸入一致電荷。具有相關效應的系統可能具有累積性并導致在 不同LED通道和/或不同芯片間最小脈沖（例如，PWM信號在低灰度設置時）有很大的變 化。因此，最好先知道在掃描線上每個LED的直接電阻和響應特征，以至于為具有該效應的 相關系統做補償。這保證了想要的電荷傳輸到相應的LED，而不管LED的正向導通電壓Vf 的規格，或相對位置和/或在一個LED陣列的一串中LED相應的阻抗的影響。
[0049] 一般地，驅動LED顯示屏的方法可能包含一個初始步驟和一個操作步驟。這初始 步驟可能包括給LED顯示屏上電和測試LED顯示屏的LED ;然而這操作步驟可能包括從一 個LED陣列的多個掃描線中選擇一個掃描線，接著給每個所選擇的掃描線上的LED上電，重 復選擇步驟和上電步驟直到所有掃描線上的LED被點亮現實一個圖畫，這操作步驟可能一 直重復為顯示靜態圖片。
[0050] 在一個實例中，本實用新型的LED驅動方法可能包含一個對系統的變化進行補償 的方法，這種方法結合了 LED驅動方法的初始步驟和或操作步驟。目前實用新型的補償方 法包含了一個準備步驟和一個修改步驟。這補償方法的準備步驟包含了一個檢測步驟和一 個測試步驟。準備步驟應在LED顯示屏上電后馬上執行。不同的是，補償方法的準備步驟 依據設計參考也可能在LED驅動方法的操作步驟中執行。進一步講，補償方法的修改步驟 結合了 LED驅動方法的操作步驟。在一個實例中，修改步驟可能包括了當給LED上電時，擴 展無補償PWM電流信號的寬度。
[0051] 圖2原理性闡述了一個FCCL電路200,它與目前實用新型的一個實例一致，用于實 現補償系統有關的變化的方法。正如圖2所示，FCCL電路200包含一個通道輸出210, 一個 比較器220, 一個三端開關230, 一個檢測模塊240和一個測試電路250。
[0052] 通道輸出210可能接受來自一個控制端口 202的一個控制信號，響應該控制信號， 為一個LED陣列260傳送一個顯示電流。LED陣列260包含眾多以行和列排列的LED264。 在一個實例中，眾多的LED264可能從通道電性耦合到共同陽極262。必須理解的是，在另外 一個實例中，LED264可能耦合到共同陰極。共同陽極262可能電性耦合到比較器220的正 極輸入端（+)。比較器220能比較正極輸入端和反向輸入端的電壓，并把輸出結果送至三端 開關230的一個第一端口。
[0053] 在另一個實施例中，LED陣列260包含眾多通道且每個通道有獨立的驅動電路驅 動。但是為了說明的目的，圖2表示出LED264的唯一一個通道。在一個實例中，每個LED264 的陰極電性連接到雙端開關266的一端，雙端開關266的另一端連接到地268。開關266用 于選擇相應要點亮的LED264。
[0054] 在一個實例中，檢測模塊240由選擇器242和反相器244(或非門244)組成。選 擇器242的輸入端接受來自一個準確電壓分配器246的信號并傳輸輸出到比較器220的反 向輸入端（_)。反相器244的輸入端接受三端開關230的一個第二端口并把輸出送到選擇 器242來保持電壓。
[0055] 測量模塊250包括反向器252,與門254,計數器256和存儲單元258。反相器252 的輸入接收檢測端口 204的輸出信號并輸送反向輸出到與門254的一個第一輸入端。與門 254的一個第二輸入端接收端口 202的輸出信號。與門254基于與邏輯處理在第一和第二 端口的輸入信號并輸送結果到計數器256的一個使能端。在這個實例中，計數器256是一 個6位計數器。
[0056] -旦計數器256被使能，它將根據相應的時鐘信號CLK計數時鐘周期的個數直到 計數器256被停止。產生的時鐘周期數被輸送到存儲器258中以便將來使用。在這個實例 中，存儲器258是一個靜態隨機存儲器（SRAM)。存儲器258的使能端電性連接到三端開關 230的一個第三端口。
[0057] 三端開關230在一個第一狀態和一個第二狀態間切換。在這實例中，開關230的 第一狀態是電氣連通開關230的第一端口和第二端口，電氣阻斷開關230的第一端口和第 三端口。也就是說，在第一狀態下，導通的通路是從比較器220到檢測模塊240。相同地，在 這實例中，開關230的第二狀態是電氣連通開關230的第一端口和第三端口，電氣阻斷開關 230的第一端口和第二端口。也就是說，在第二狀態下，導通的通路是從比較器220到測量 模塊250。開關230被來自端口 204的檢測信號控制。
[0058] 圖3描述了與本實用新型的一個實例相關的補償方法的時序圖。正如上述討論， 補償方法包含了一個準備步驟和一個修改步驟。準備步驟進一步包含了檢測步驟如圖3的 A部分所示和測量步驟如圖3的B部分所示。在一個實例中，準備步驟可用圖2描述的電路 來實現。
[0059] 根據本實用新型的一個實例的驅動LED顯示屏的方法將在下面詳細討論，參考如 圖2和3。在A部分中，檢測一個特定LED的正向導通電壓Vf被描述。在B部分中，達到正 向導通電壓Vf的時間周期的精確測量沒描述。
[0060] A部分-正向導通電壓Vf的檢測。
[0061] 在檢測步驟中，三端開關230切換到第一狀態。LED陣列260的一個LED首先被選 中。通道輸出210接著輸送一個小電流給選中的LED。在圖3中的時序圖310描述了所選 LED的陽極電壓。正如圖3中A部分所示，陽極電壓（或比較器220的正向輸入端⑴的電 壓）慢慢增加并穩定在正向導通電壓Vf。在實例中，低電流大約是2. 0mA或更少，而且正向 導通電壓Vf大約是2. 2v。
[0062] 在本實例中，電壓選擇器242用來精確測量所選LED的正向導通電壓Vf。電壓選 擇器242可通過高精度值小步進編程來精確測量不同LED上的電壓變化。也就是說，電壓 選擇器242用來以小步進增加比較器220的反向輸入端（-)的電壓。在本例子中，電壓選 擇器242包含一個電壓分配器，它以0. lv的步進增加電壓。
[0063] 當比較器220的反向輸入端（_)電壓等于或略高于正向輸入端（+)的正向電壓Vf 時，檢測模塊240保持住該電壓。圖3中的時序圖320說明了該自檢測模塊240的保持電 壓。一旦得到保持電壓，三端開關230即被轉向第二種情況。
[0064] B部分-Tr時間的測量。
[0065] 在B部分中，相對于A部分中獲得的保持電壓，正向電壓Vf被再次測量。這次，測 量關注于陽極電壓達到正向電壓Vf時的時間量（即Tr時間）。最初，顯示電流用于所選 LED燈。在一個具體實例中，顯示電流一接通，計數器256就馬上被使能且開始計時鐘周期 數。圖3舉例說明了可被用于Tr時間測量的高分辨率時鐘信號340。
[0066] 對應于顯示電流，陽極電壓310 (或者比較器220的正向輸入端⑴電壓）從0增 加到正向電壓Vf且保持在正向電壓Vf。因為在比較器220的反向輸入端（-)電壓保持在 保持電壓，一旦陽極電壓310達到或超過該保持電壓，比較器輸出330 (即開關230的第一 端）從低變高。結果，當比較器220輸出轉變時，存儲單元258被使能存儲時鐘周期數。時 鐘周期數對應于達到正向電壓Vf時的Tr時間。在補償相位改變PWM驅動信號的時候，Tr 時間被作為一個補償參數。需要注意的是，檢測步驟（A部分）和測量步驟（B部分）可被 重復直到LED陣列全部LED燈的補償參數260被獲得。
[0067] 圖4舉例說明了一個依據本實用新型實例的原理電路。在具體實例中，使用舉例 在圖4中的電路，修改步驟可被執行。如圖4所示，LED驅動電路400包含一個初始化單元 410, 一個PWM發生單元420, 一個加法單元430, 一個開/關控制單元440, 一個電流驅動器 460和一個恒流控制器450。
[0068] 初始化單元410檢測LED燈的正向電壓Vf，并測量驅動信號到達正向電壓Vf時 的Tr時間。由初始化單元410測量的Tr時間被作為補償參數修改一個正常的PWM驅動信 號。在實例中，如圖2所示，初始化單元410包含FCCL電路200。在實例中，Tr時間可以通 過之前描述的執行A部分和B部分的步驟來測量。
[0069] PWM發生單元420產生一個預設的PWM信號，可用來驅動一個LED陣列470。加法 單元430可以使用初始單元410確定的補償參數來修改預設的PWM信號。在一個實例中， 加法單元430用補償參數來延遲預設的PWM信號。該延遲的PWM信號之后被送入開/關控 制單元440。
[0070] 開/關控制單元440基于延遲的PWM信號產生一個控制信號，并發送該信號給電 流驅動器460。恒流源控制器450控制電流驅動器460產生恒定電流。恒定電流之后被來 自開/關控制單元440的控制信號調整，從而產生一個PWM電流信號給LED陣列470。
[0071] 補償的PWM驅動信號可以在LED顯示面板正常操作期間執行。值得注意的是，每 個LED6位的上升時間Tr值可以動態的加到PWM的字上，作為顏色和亮度校準補償的一部 分。當應用PWM脈沖到LED時，所測得的Tr時間可以作為補償值，通過加上該值到PWM驅 動信號的末尾作延時。由于正向電壓Vf的上升時間Tr可以有效地捕獲積累在LED顯示面 板上的影響，驅動電路和本專利的方法可以確保在最低灰度時可確保在最小灰階的同等電 荷的輸入，達到顯示屏的低灰一致性。
[0072] 上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述 實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 高清LED顯示屏低灰全周期自動補償電路，其特征在于，包括： 一個電流源，用于產生LED燈的電流信號； 一個檢測模塊，用于檢測LED燈接通低電流時對應的正向電壓，并進一步設置為保持 該正向檢測電壓； 一個測量模塊，用于測量LED燈陽極電壓上升到LED燈接通顯示電流時對應的正向檢 測電壓的時間。
2. 根據權利要求1所述的高清LED顯示屏低灰全周期自動補償電路，其特征在于，還包 括一個比較器；一個三端開關，連接至比較器的輸出，該三端開關可在第一種情況和第二種 情況之間切換；其中第一種情況是在比較器和檢測模塊之間電傳導，第二種情況是在比較 器和測量模塊之間電傳導。
3. 根據權利要求2所述的高清LED顯示屏低灰全周期自動補償電路，其特征在于，所述 測量模塊包括一個計數器，當陽極電壓未高于正向檢測電壓時，對時鐘周期計數，時鐘周期 數對應于測量時間；一個存儲單元，用于保留測量時間。
4. 根據權利要求1所述的高清LED顯示屏低灰全周期自動補償電路，其特征在于，所述 檢測模塊包括一個電壓多路轉接器，用于傳輸電壓增量信號給比較器。
5. 高清LED顯示屏低灰全周期自動補償系統，其特征在于，該系統包括： 一個初始化單元；一個操作單元； 其中的初始化單元包含： 一個檢測模塊，用于檢測LED燈接通低電流時對應的正向電壓，并進一步設置為保持 該正向檢測電壓； 一個測量模塊，用于測量LED燈陽極電壓上升到LED燈接通顯示電流時對應的正向檢 測電壓的時間； 其中的操作單元包含： 一個信號發生器，用于產生驅動信號； 一個補償模塊，用于根據測量時間來修正驅動信號； 一個電流驅動器，用于接收修正驅動信號，并對應修正驅動信號，傳輸一個驅動電流給 LED燈，以便以期望的亮度點亮。
6. 根據權利要求5所述的高清LED顯示屏低灰全周期自動補償系統，其特征在于，驅動 信號是一個脈沖寬度調制電壓信號。
7. 根據權利要求5所述的高清LED顯示屏低灰全周期自動補償系統，其特征在于，補償 模塊被配置根據測量時間來延遲PWM電壓信號。
【文檔編號】H05B37/02GK203882581SQ201420276118
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月27日 優先權日:2014年5月27日
【發明者】李紅化, 湯尚寬, 楊文解, 沈磊, 張漪 , 陳育濤, 內迪·納德沙汗 申請人:廣州硅芯電子科技有限公司