一种LED显示装置
技术领域
本发明涉及LED显示,尤其涉及的是一种扫描型LED显示屏消除前行隐亮的装置。
背景技术
发光二极管的英文是Light Emitting Diode(LED),它的基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED阳极流向阴极时,半导体材料就会发光,光的强弱与电流大小有关。多年来,LED一直在平板显示领域扮演着重要的角色,并且依靠其独特的高亮度、高强度、长寿命、可拼接使用、方便灵活等优点,使得它在大面积室内外显示,特别在体育,广告,金融、展览、交通等领域的应用相当广泛。
LED显示器根据显示控制方式可分为静态与扫描两种。静态显示就是对LED电子显示屏中的每一LED都通过硬件单独控制,整个LED显示屏所有的LED同时受控。此方式最大优点是程序设计简单,且画面无闪烁。但这种设计存在致命的缺点:电路复杂,硬件利用率低,成本巨大。
而随着LED制造工艺的进步,LED的亮度有了明显的提高,目前LED显示屏越来越多的采用动态扫描实现显示过程,此方式是将显示屏上所有的LED分成N组,每组称为一行。若要显示一帧画面,先通过行驱动器送出第一行的数据,然后通过列驱动器选通并点亮第一行中的LED,此后送出第二行的数据,同样选通、点亮第二行LED;依次将所有行扫描完,即给出了一帧的画面,注意此处的点亮是指一行LED同时被行驱动器和列驱动器控制。因此,这种显示方法的扫描频率越高,画面就越稳定,要使人眼看上去的画面达到稳定,扫描频率至少要120赫兹,欧洲的标准为300赫兹,经摄像机拍摄后的画面若要达到稳定的效果,则需更高的扫描频率。
图1所示一种典型的扫描型LED显示装置,其包括接收行选择信号(HSEL)的行译码器11。该行译码器11接收控制系统(未图示)输出的行选择信号HSEL,并将该行选择信号进行译码后,输出若干行译码输出(H1A~HnA)。若干行驱动器12对应接收该若干行译码输出,然后从其输出端121,输出行信号(H1~Hn),也即驱动电压,加载在正极连接在对应驱动输出端121的LED(参阅图1中标号13)。该列驱动器14与LED的负极连接,主要用来接收从该控制系统输出的时钟信号Clk、加载信号Load、使能信号En和数据信号Data,来控制各列的LED是否发光以及发光时间。通过该行信号和该时钟信号Clk、加载信号Load、使能信号En和数据信号Data控制该列驱动器14和各行驱动器12,从而可控制每个LED是否发光,来显示需要的图面、文字等信息。
但是,该扫描型LED显示装置经常存在隐亮问题。具体来讲,如图1所示,各行驱动器12一般都使用芯片FDS4953双路P沟道场效应管或其他芯片,容易产生节电容问题。以下以芯片FDS4953双路P沟道场效应管为例进行说明。在如图1所示的扫描电路中,由于使用该芯片FDS4953双路P沟道场效应管,当m行的行驱动器12被关断后,由于节电容的问题,该m行的行驱动器12的驱动输出端121上会储存有电荷,从而在m行的LED的正极产生一个虚高电压,该虚高电压一直保持到该列驱动器14的对应列打开,其存在时间为Tx。
当m+1行被点亮时,此时列驱动器14的对应列为打开状态。由于m行的LED的正极有虚高电压,因此m行LED正极上的电荷将通过列驱动器14的对应列而释放,因此本来m行应不亮的LED,在m+1行被点亮的同时,也出现隐亮,该隐亮时间Ty为从该虚高电压到LED的临界点亮电压Vled所需要的时间。
此外,影响隐亮程度的因素有两个方面:一方面:LED的最小点亮电流。最小点亮电流越小,隐亮越厉害。早期的LED因为亮度低,最小点亮电流较大,所以隐亮问题不明显。然而,近来随着LED亮度的提高,导致隐亮问题约来越明显。另一方面:行扫描频率。行扫描频率决定了单位时间内各行点亮的次数,行扫描频率越高,由于上述原因LED每秒隐亮的次数就越多,行隐亮问题就会越严重。
另外,影响隐亮程度还与m+1中发光LED的个数有关。因为发光LED的数目越多,电流的通路就越多,每个通路流过的电流较小,而且放电的速度比较快,因此导致每个导通LED隐亮不明显;当m+1中仅仅一个LED发光时,因此发光时间比较长,从而导致该LED发光较亮,出现较强的隐亮。
当LED显示屏出现行隐亮问题时,就会使显示画面中应该亮的LED周围有不该亮的LED发亮,从而影响画面显示效果。随着LED亮度的加强和LED屏行扫描频率的提高,对画面的显示效果影响越严重。
有鉴于此,提供一种克服以上缺陷的扫描型LED显示装置成为目前急需解决的技术课题。
因此,现有技术存在缺陷,需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种能够消除前行LED隐亮现象的LED显示装置。
本发明的技术方案如下:
一种扫描型LED显示装置,其包括若干行驱动器、列驱动器和若干行LED,其中每个行驱动器的输出端连接对应行LED的正极,该列驱动器的输出端与各行LED的负极对应连接,还包括行译码器,该行译码器对行选择信号进行译码,并形成若干行译码输出,该若干行译码输出端分别对应与各行驱动器的输入端连接;还包括分别与各行驱动器的输出端连接的放电装置,所述放电装置包括放电控制电路和第三放电电路,该放电控制电路接收所述行选择信号中频率最高的行选择信号的上升和下降的变化,输出第一信号,将第一信号反相后作为放电控制信号输出,用于控制该第三放电电路放电,确保某一行LED被点亮时或之前,泄放连接前一行LED正极的行驱动器的输出端上的电荷,以消除该前一行LED在该某一行LED点亮时产生隐亮;所述行译码器接收所述放电控制信号,作为所述行译码器的使能信号,以控制所述行译码器在所述第三放电电路放电期间处于非工作状态,并控制所述行译码器在所述第三放电电路放电结束后处于工作状态。
所述的LED显示装置,所述放电控制电路包括一单稳态触发器及一或门电路,所述单稳态触发器检测所述行选择信号中频率最高的行选择信号的上升和下降变化,并输出上升脉冲和下降脉冲到所述或门电路;所述或门电路将所述上升脉冲和下降脉冲进行或运算后作为该放电控制信号传递给所述第三放电电路。
例如,所述的LED显示装置,所述单稳态触发器为74HC123、74HCT123、74ACT123、74LS123其中之一。
例如,所述的LED显示装置,所述或门电路为74HC32、74HCT32、74ACT32、74LS32其中之一。
所述的LED显示装置,所述放电控制电路为LED控制芯片。
所述的LED显示装置,所述控制芯片包括稳态触发模块以及或门电路,所述稳态触发模块检测所述行选择信号中频率最高的行选择信号的上升和下降变化,并输出上升脉冲和下降脉冲到所述或门模块;所述或门模块将所述上升脉冲和下降脉冲进行或运算后作为该放电控制信号传递给所述第三放电电路。
所述的LED显示装置,所述第三放电电路包括放电选择装置,所述放电选择装置具有若干放电控制输出端,各放电控制输出端分别与各行驱动器的输出端一一对应连接,所述放电选择装置对所述行选择信号进行译码,以选择要加载的一行LED的前一行LED对应的行驱动器的输出端来进行放电;同时该放电选择装置接收所述放电控制信号,控制该被选择的行驱动器的输出端上的电荷进行放电。
所述的LED显示装置,所述放电选择装置为74HC4051、74LS4051、74HCT4051、74ACT4051、CD54/74HC4051、CD54/74HCT4051、CD54/74HC4052、CD54/74HCT4052、CD54/74HC4053、CD74HCT4053、CD4051B、CD4052B、CD4053B、MC54/74HC4051、MC54/74HC4052、MC54/74HC405、MC74VHC4051、MC74VHC4052、MC74VHC4053其中之一。
所述的LED显示装置,所述第三放电电路还包括放电元件,所述放电控制输出端通过所述放电装置分别与对应的行驱动器的输出端连接。
所述的LED显示装置,所述放电元件为LED。
所述的LED显示装置,所述放电选择装置为74HC139、74LS139、74HCT139、74ACT139、74HC138、74LS138、74HCT138、74ACT138其中之一。
所述的LED显示装置,所述放电选择装置为第一芯片与74LS06的组合,其中所述第一芯片选自74HC138、74LS138、74HCT138、74ACT138其中之一;所述第一芯片的输出端与所述74LS06的输入端连接,所述第一芯片的输入端接收所述行选择信号和所述放电控制信号,所述74LS06的输出端与对应的行驱动器的输出端连接。
采用上述方案,本发明通过使用放电控制信号CLOUTX控制放电装置进行动态放电,取得良好的放电效果,同时降低了成本,与静态放电装置相比较,降低了LED显示装置的功耗。
附图说明
图1为现有技术扫描型LED装置的示意图;
图2是本发明的实施例1的结构示意图;
图3是本发明的实施例1中放电控制电路的电路原理图;
图4是本发明的实施例1中第三放电电路的电路原理图;
图5是本发明的实施例2中第三放电电路的电路原理图;
图6是本发明的实施例3中第三放电电路的电路原理图;
图7是本发明的实施例4中第三放电电路的电路原理图;
图8是本发明的实施例5中第三放电电路的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例,对本发明进行详细说明。
实施例1
如图2所示,本发明第一实施例扫描型LED显示装置主要包括行译码器11、行驱动器12、若干行LED(图2中标号13)、列驱动器14、级联电路(未图示)以及放电装置16等,以下详细说明。
该若干行LED可以以矩阵的方式排列,在显示屏面积比较大的情况下,该LED可布置在若干单元板上,如布置在若干电路板上,然后拼成一个大的显示屏;在显示屏较小的情况下,也可直接布置在一块基板,如电路板,也可根据需要排列成各种尺寸的显示屏。为了便于说明,图2所示为部分LED的排布,实际情况并不局限于此。
在本实施例中,为了便于说明,采用八行LED;该译码器11为现有74HC138芯片,但并不局限于此,根据LED的行数,也可采用其他型号的译码器。该74HC138芯片通过第1脚、第2脚和第3脚来接收行选择信号HA、HB、HC,然后对其进行译码,从第15脚、第14脚......第7脚产生行译码输出H1A、H2A......H8A。
在本实施例中该行驱动器12为现有的FDS4953芯片,但并不局限于此,也可通过三极管或MOS管组成该行驱动器。
每个FDS4953芯片可控制两个行译码输出到对应的两个行驱动器12的输出端。该FDS4953芯片相当于开关,控制工作电压VCC(如5伏特或3伏特等)加载在对应行FDS4953的输出端121、122......128,从而给连接在该输出端121、122......128上的对应行LED的正极提供加载的驱动电压,也即从各输出端121、122......128输出行信号H1、H2......H8,具体输出情况请参阅下表以及图12。
HC |
HB |
HA |
H1~H8的状态 |
0 |
0 |
0 |
H1为高(1),其余为低(0) |
0 |
0 |
1 |
H2为高(1),其余为低(0) |
0 |
1 |
0 |
H3为高(1),其余为低(0) |
0 |
1 |
1 |
H4为高(1),其余为低(0) |
1 |
0 |
0 |
H5为高(1),其余为低(0) |
1 |
0 |
1 |
H6为高(1),其余为低(0) |
HC |
HB |
HA |
H1~H8的状态 |
1 |
1 |
0 |
H7为高(1),其余为低(0) |
1 |
1 |
1 |
H8为高(1),其余为低(0) |
如图2所示,连接在该行驱动器12的输出端121、122......12n上的LED的负极对应连接在列驱动器14上,该列驱动器14与该各行驱动器12共同来控制LED发光,来显示图象、文字等信息。具体来讲,该列驱动器14主要用来接收该控制系统输出的时钟信号Clk、加载信号Load、使能信号En和数据信号Data,来驱动已经被对应行驱动器12加载的一行LED,并控制其发光,以显示预期的画面。在本实施例中,该列驱动器14为MBI5026芯片,也可为北京中庆微数字设备开发有限公司的ZQ9722、ZQ9729芯片,在LED列数目较多的情况下,可级连该芯片,从而可控制较多列的LED,来控制LED的发光,并控制其发光时间的长短,从而实现更高灰度等级,此为现有技术,在此不必赘述。当然,该列驱动器14也并不局限于此。
此外,级联电路在图2中未示出,该级联电路一般为74HC245芯片,也并不局限于此,如74HCT245、74ACT245、74LS245。该级联电路主要用于分配各种数据、信号来控制该列驱动器14与该各行驱动器12,此为现有技术,在此不必赘述。
使用时,该行译码器11依次让行驱动器12的输出端121、122......12n加载。当每一行LED的正极被加载后,对应的列驱动器将控制该行LED中那些LED发光,那些不发光,通过该逐行扫描的方式来显示预定的图像、文字等信息。因此,该若干行LED在扫描过程中依次被点亮。需要注意的是,所述点亮是指某一行LED对应的行驱动器12的输出端被加载电压,同时该行LED被列驱动器14的输出信号控制。
在本实施例中,该放电装置16接收该行选择信号HSEL的变化,并根据该行选择信号的变化,确保某一行LED被点亮时或之前,泄放连接前一行LED正极的行驱动器12的输出端上的电荷,以消除该前一行LED在该某一行LED点亮时产生隐亮,以下详细说明。
作为优选方式,放电装置16是接收所述行选择信号中频率最高的行选择信号HA的上升和下降的变化。在本实施例中,该放电装置16包括放电控制电路15和第三放电电路163。其中该放电控制电路15接收该行选择信号中频率最高的行选择信号HA的上升和下降的变化,输出信号CLOUTX1,经过反相后作为放电控制信号CLOUTX来控制该第三放电电路163放电,以下详细说明。
在本实施例中,如图3所示,该放电控制电路15包括稳态触发器151、或门电路152和计时电路。其中该稳态触发器151在本实施例中为现有的单稳态触发器74HC123芯片,当然并不局限于此,如双稳态触发器等或74HCT123、74ACT123、74LS2123。该稳态触发器151主要用于检测该行选择信号HSEL的变化。在本实施例中,该稳态触发器151的第2脚、第9脚连接到HA,也即频率最高的行选择信号HA。
当HA由低变高时,从稳态触发器151的第5脚产生一个高电平脉冲CLUP;当HA由高变低时,从稳态触发器151的第13脚产生一个高电平脉冲CLDOWN。从该稳态触发器151的第5脚和第13脚出来的高电平脉冲CLUP、CLDOWN,输送到该或门电路152,进行或运算,以下详细说明。
该或门电路152在本实施例中为现有的74HC32芯片,其第13脚和第12脚分别用来接收该稳态触发器151的第5脚和第13脚出来的高电平脉冲CLUP、CLDOWN,然后进行或运算,将运算后叠加得到的高电平脉冲信号CLOUTX1,经过反相后作为放电控制信号CLOUTX,通过第11脚传递到第三放电电路,控制其放电,下面将详细说明。当然,该或门电路152并不局限该74HC32芯片,也可为其他实现或运算的电路来实现。
为了控制该第三放电电路163放电的时间,该放电控制电路15配设有计时电路。在本实施例中,该计时电路包括第三电阻1614和电容C1、C2,该第三电阻1614的一端与工作电压连接,另一端分别与所述稳态触发器15的第15脚、第7脚,同时该另一端还与和电容C1、C2连接,该电容C1、C2的另一端接地。在实施例中,可以通过调节第三电阻1614的阻值和电容C1、C2的容值来控制放电时间。具体来讲,放电时间Tcloutx=0.64×Cx×Rx,其中Tcloutx为放电时间;Cx为电容C1、C2的容值;Rx为第三电阻1614的阻值。
通过调整Cx和Rx,使得Tcloutx大于行驱动器12的输出端电压下降到Vled的时间Th,从而确保在Tcloutx时间内,将k行LED正极上的电压降到Vled或以下,避免当k+1行点亮时,也即列驱动器14的对应列打开时,k行LED发出隐亮,以下详细说明。其中该Th的值可通过以下公式计算:
Th≈(2×(Vh-Vled)×Cp×R)/(Vh+Vled)
在该公式中:Vh为行驱动器12的输出端加载时的电压;如前所述,Vled是指该各色LED的最小临界启动电压中最小的一个;Cp为行驱动器12的节电容;R为第三电阻1614的电阻值。
所有行对应的第三放电电路163的构造相同,以下仅对其中一个进行详细说明。该第三放电电路163是连接在对应的行驱动器12的输出端,用于释放电荷。如图4所示,是采用74HC138芯片作为放电选择装置,采用发光二极管作为放电元件的第三放电电路,当然并不局限于此,也可采用74LS138、74HCT138、74ACT138等芯片,本实施例中,以八扫单元板为例,其中,八扫单元板指行译码器74HC138控制八行LED为一组进行扫描;74HC138芯片的1、2、3脚分别连接HA、HB、HC,4脚接地,5脚接收放电选择信号CLOUTX作为该芯片的使能,图中所示为低有效,同时该放电控制信号CLOUTX也作为行译码器74HC138的使能信号,以确保行译码器在所述第三放电电路工作期间不工作,只有当所述第三放电电路结束放电动作,所述行译码器才工作,6脚连接工作电压VCC,输出端Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7分别通过发光二极管与对应的行驱动输出端连接,其中用作放电选择的芯片74HC138的行译码输出端与用作行译码器的74HC138芯片的行译码输出端错开一位,也即Y0连接行128、Y1连接行121、Y2连接行122、Y3连接行123、Y4连接行124、Y5连接行125、Y6连接行126、Y7连接行127,这样当行译码器74HC138芯片的行译码输出端选中k行LED对应的行驱动器12的输出端时,放电选择装置74HC138的行译码输出端则选中前k-1行LED对应的行驱动器12的输出端,以便于实现对前行LED对应的行驱动器12的输出端上的电荷进行放电。
以第8行LED为例说明通过放电装置16来消除前一行LED隐亮的原理:当行译码器74HC138芯片通过对行选择信号HA、HB、HC译码产生的行译码输出,加载第8行LED对应的行驱动器12的输出端,并关掉第7行LED对应的行驱动器12的输出端上的加载,在第7行LED对应的行驱动器12的输出端由于节电容原因而会产生有虚高电压。同时放电控制电路74HC138也对行选择信号HA、HB、HC译码产生的行译码输出,来选择7行LED对应的行驱动器12的输出端;来控制第7行LED对应的行驱动器12的输出端的电荷通过该芯片74HC138的对应行译码输出端,从第4脚引入接地。因此,当8行点亮时,7行LED的正极上没有电荷,或小于让7行LED点亮的临界电荷量,从而避免7行LED隐亮。
实施例2
在实施例1的基础上,还可以采用74LS139作为放电选择装置,如图5所示,本实施例以四扫单元板为例进行说明,放电选择装置74LS139芯片的2脚、3脚接收行选择信号HA、HB,14脚13脚也接收上述行选择信号HA、HB,1脚、15脚同时接收放电选择信号CLOUTX作为使能,16脚接工作电压VCC,8脚接地,1Y0、1Y1、1Y2、1Y3脚各通过放电装置LED(图中标号18)连接124行、121行、122行、123行,同样,2Y0、2Y1、2Y2、2Y3也通过各自对应的放电装置LED连接另外一组LED中的124行、121行、122行、123行,其放电消隐机理与实施例1相同,在此不再赘述。
上述74LS139也可以替换为74HCT139、74ACT139、74HC139等。
实施例3
在实施例1的基础上,还可以采用CD4051B作为放电选择装置,如图6所示,本实施例以八扫单元板为例进行说明,放电选择装置CD4051B芯片的11脚、10脚、9脚接收行选择信号HA、HB、HC,6脚接收放电选择信号CLOUTX作为使能,16脚接工作电压VCC,7脚和8脚接地,3脚通过限流电阻接地,1脚直接连接124行、2脚直接连接126行、4脚直接连接127行、5脚直接连接125行,15脚直接连接122行、14脚直接连接121行、13脚直接连接128行、12脚直接连接123行,其放电消隐机理与实施例1相同,在此不再赘述。
上述CD4051B也可以替换为74HC4051、74LS4051、74HCT4051、74ACT4051、CD54/74HC4051、CD54/74HCT4051、CD54/74HC4052、CD54/74HCT4052、CD54/74HC4053、CD74HCT4053、CD4052B、CD4053B、MC54/74HC4051、MC54/74HC4052、MC54/74HC405、MC74VHC4051、MC74VHC4052、MC74VHC4053等。
实施例4
在实施例1中,采用74HC123和74HC23组合产生放电控制信号CLOUTX,版图设计较复杂,在应用中,为便于版图设计,并且降低成本,如图6所示,可以将上述功能集成在一款控制芯片15内实现,例如,可以在控制芯片15中设置稳态出发模块和或门模块,完成实施例1中产生放电控制信号CLOUTX的功能,从而简化了电路,降低了成本。
实施例5
在实施例1的基础上,还可以采用74HC138和74LS06的组合作为放电选择装置,还以八扫单元板为例,如图8所示,本实施例中采用一片74HC138和两片74LS06,74HC138的输入端1脚、2脚、3脚接收行选择信号HA、HB、HC,5脚接收放电选择信号CLOUTX作为74HC138的使能信号,4脚接地,6脚接工作电压VCC,输出端接第一片74LS06的输入端和第二片74LS06的输入端,两片74LS06的输出端通过发光二极管与对应的行驱动输出端连接,实现放电目的。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。