CN105185299B - 一种led显示灰度补偿驱动装置、系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成电路芯片技术，提供了一种LED显示灰度补偿驱动装置、系统及其方法，该装置包括驱动电源、LED灯、LED显示驱动芯片和预充电模块，所述LED灯的一端与LED显示驱动芯片相连接，其另一端与驱动电源相连接，所述预充电模块与所述LED显示驱动芯片相连接，用于对所述LED灯进行预充电，使LED灯两端电压接近导通阈值电压。所述的LED显示灰度补偿驱动装置通过预充电模块对LED灯进行预充电，使得LED灯连同其内部的寄生电容在内的电压在显示前接近导通阈值电压，从而在输出正常灰度显示波形时，能快速达到导通阈值电压，使LED灯能迅速达到导通状态，从而缩短灰度从开始驱动到正常显示的时间，提高了LED灯在小电流、低灰度显示下的性能。

Description

一种LED显示灰度补偿驱动装置、系统及其方法

技术领域

本发明涉及集成电路芯片设计技术，尤其涉及一种LED显示灰度补偿驱动装置、系统及其方法。

背景技术

LED显示控制中，即使将LED控制在一定的驱动电流和灰度显示下，由于存在LED灯珠驱动电压、电流的差异，会大大影响显示效果，而且现在LED显示一般采取扫描形式，会出现首行显示不均匀，高低灰度显示耦合等不良影响。尤其针对现在LED显示领域中高密度小间距显示屏的应用，所采用的LED灯珠使用小电流，在低灰度显示时，会出现严重的灰度显示不正常，同时一致性也极差，大大限制了LED技术在显示领域尤其是高密小间距LED显示屏领域的使用。

传统的LED显示驱动装置(芯片/电路)中一般包含一个开关MOS管和一个恒流电流源，显示驱动装置连接LED灯珠。开关MOS管的控制端为灰度数据转换过来的控制信号，包含了灰度显示信号。恒流电流源为LED提供所需要的电流。可以将现实中的LED灯珠看作是理想的LED灯珠与一个寄生电容相并联，LED灯珠也存在一个导通阈值电压，只有在电压大于该LED灯珠的导通阈值时才会被点亮。

如图1所示，以红色灯珠为例，在换行时间里，行扫描电压为高阻态，LED显示驱动装置输出电压为高阻态或消隐态，此时，LED灯珠上的电压差没有驱动，保持高阻态，灯珠不会发亮。而在显示区域里，行扫描电压输出正常高电压，LED显示驱动装置输出电压为低电压Vds(恒流饱和电压)，由于寄生电容的存在，LED灯珠上驱动电压差是一个缓慢往上升的过程，只有当电压差大于1.2V(以红色LED灯为例，其他LED灯类似，红色LED灯的导通阈值电压以1.2V为例，但不限于此)时，才会让LED灯珠点亮。

LED灯珠实际显示灰度波形如图1最后一条线所示，理想输出波形的显示宽度应该是△t＝t4-t2，实际输出为△t＝t4-t3，可以看出来，显示灰度宽度已经被大大减弱，表现为LED亮度大大降低。

从图1中可以看出，传统的LED显示驱动装置主要存在以下问题：

一、由于存在寄生电容，使得LED灯珠在刚开始驱动导通的时候，首先必须把寄生电容两端的电压充到导通阈值电压以上，LED灯珠才能开始点亮。当LED显示驱动装置使用消隐功能时，会将寄生电容的两端充电至反向电压，这样，当开始驱动LED灯珠时，必须先中和掉这部分反向电荷，才开始慢慢正向充电，从而使得这种灰度损失更大。

二、当LED显示驱动装置在小电流应用时，即恒流源的电流很小时，对寄生电容的充电电流也很小，会大大增加充电时间，使得灰度损失更大，所以，在小电流应用时，灰度损失比例大大增强。

三、当在LED显示驱动装置用于高阶灰度应用时(例如16位灰度数据的应用场景)，在低灰度显示时，即t4和t2的间隔很小的时候，充电寄生电容损失的显示时间比例就会大大增加，损失比例为(t4-t3)/(t4-t2)，当分母变小，分子不变，所以灰度损失变大。

由于上述问题的存在，使得LED显示驱动装置在低灰度、小电流应用，且带消隐电路功能时，会出现很大的灰度损失，从而造成显示时一致性不好、低灰度效果欠佳等问题，尤其表现为低灰麻点、首行偏暗、高低灰度耦合等效应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种LED显示灰度补偿驱动装置，旨在解决灰度显示损失时间较长的问题。

本发明是这样实现的，一种LED显示灰度补偿驱动装置，包括驱动电源、LED灯和LED显示驱动芯片，所述LED灯的一端与所述LED显示驱动芯片相连接，其另一端与驱动电源相连接，该LED显示灰度补偿驱动装置还包括预充电模块，所述预充电模块与所述LED显示驱动芯片相连接，用于对所述LED灯进行预充电，使LED灯在正常显示之前两端电压差接近其导通阈值电压。

进一步地，所述预充电模块包括参考电压产生电路和P型的第一开关MOS管；所述参考电压产生电路的输入端与交流电源相连接，其输出端与所述第一开关MOS管的源极相连接；所述第一开关MOS管的栅极为预充电控制端，所述第一开关MOS管的漏极与所述LED显示驱动芯片相连接。

进一步地，所述LED显示驱动芯片包括N型的第二开关MOS管和恒流电流源；所述第二开关MOS管的栅极为灰度控制端，所述第二开关MOS管的源极与所述恒流电流源的一端相连接，所述第二开关MOS管的漏极为输出端且与所述LED灯的一端相连接；所述恒流电流源的另一端接地。

本发明还提供一种LED显示灰度补偿驱动系统，包括控制器和如上所述的任一LED显示灰度补偿驱动装置，所述控制器的第一输出端与所述预充电模块相连接，用于改变预充电时间，所述控制器的第二输出端与所述LED显示驱动芯片相连接，用于控制灰度的输出。

本发明还提供一种LED显示灰度补偿驱动方法，包括如上所述的任一LED显示灰度补偿驱动装置，该方法包括以下步骤：

步骤1、在正常显示灰度前，预充电模块输出预充电电压对LED灯进行预充电，将LED灯的负端电位拉至预充电电压值；

步骤2、驱动电源给所述LED灯的正端一个驱动电源电压值，所述驱动电源电压值与所述预充电电压值的差为临界导通电压值，所述临界导通电压值不高于LED灯的导通阈值电压；

步骤3、LED显示驱动芯片给所述LED灯负端输出负端电压值，所述驱动电源电压值与所述负端电压值的差为导通阈值电压，LED灯导通并点亮，所述导通阈值电压接近且大于所述临界导通电压值。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：所述的LED显示灰度补偿驱动装置通过预充电模块对LED灯进行预充电，使得LED灯(包括内部的寄生电容)两端电压差在显示前接近导通阈值电压，从而在输出正常灰度显示波形时，能快速达到导通阈值电压，使LED灯能在最快的时间内显示正常状态，从而缩短灰度从开始到正常显示的时间，提高了LED灯在小电流、低灰度显示下的性能。

附图说明

图1是现有技术中红色LED灯点亮过程的效果分析示意图；

图2是本发明LED显示灰度补偿驱动装置的功能模块图；

图3是图2中红色LED灯点亮过程的效果分析示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所述的LED显示灰度补偿驱动装置通过LED显示驱动芯片在输出正常灰度显示波形前，对LED灯进行预充电，使得LED灯珠包括寄生电容在内的两端电压差在显示前接近导通阈值电压，从而在输出正常灰度显示波形时，LED灯两端电压可以快速达到导通阈值电压，LED灯能够迅速达到导通点亮的状态，灰度损失比例会大大降低，获得极好的显示效果，尤其是LED显示装置工作在小电流，或者输出低灰度数据的场合下。

如图2所示，为本发明一较佳的实施例，一种LED显示灰度补偿驱动装置，包括驱动电源103、LED灯101、LED显示驱动芯片102和预充电模块104。LED灯101的一端与LED显示驱动芯片102相连接，其另一端与驱动电源103相连接，预充电模块104与LED显示驱动芯片102相连接，用于对LED灯101进行预充电，在LED灯正常显示之前，使LED灯101两端电压差接近其导通阈值电压。导通阈值电压也就是点亮LED灯所需的两端电压差。对导通前LED灯101两端电压的接近程度可以根据实际应用的情况进行调节。

预充电模块104包括参考电压产生电路106和P型的第一开关MOS管107。参考电压产生电路106的输入端与直流电源110相连接，其输出端与第一开关MOS管107的源极相连接。第一开关MOS管107的栅极为预充电控制端，第一开关MOS管107的漏极与LED显示驱动芯片102相连接。

LED显示驱动芯片102包括N型的第二开关MOS管108和恒流电流源109。第二开关MOS管108的栅极为灰度控制端，第二开关MOS管108的源极与恒流电流源109的一端相连接，第二开关MOS管108的漏极为输出端且与LED灯101的一端相连接。恒流电流源109的另一端接地。

该LED显示灰度补偿驱动装置的实现过程为：在显示区域刚开始，灰度输出控制端使能刚开始，预充电控制端开启，将参考电压产生电路106产生的预充电电压Vpre，通过第一开关MOS管107，将LED灯101负端电位拉至Vpre。当灰度输出控制端打开后，由于LED灯101(包括寄生电容)两端电压Vn-Vpre(n代表扫描行，比如第一行为V1，第三十二行为V32)已经接近导通状态，因此，LED灯101就可以迅速打开，使得灰度显示时间损失很小。尤其是在小电流或者低灰度数据窄脉冲应用中，由于预充电模块104的存在，使得LED灯101有一个快速打开的功效，显示效果得到大大的提高。

本发明还提供了一种LED显示灰度补偿驱动系统，包括控制器105和如上所述的任意一种LED显示灰度补偿驱动装置。控制器105的第一输出端与预充电模块104相连接，用于改变预充电时间，控制器105的第二输出端与LED显示驱动芯片102相连接，控制器105用于控制灰度的输出和预充电电压的导通。控制器105在预充电状态中，可以改变预充电的电压幅值，从而对应不同LED灯的临界显示电压，增加显示的灵活性。控制器105预充电状态中，还可以通过预充电控制端改变预充电的时间，从而缩短对显示区域时间的影响，增加显示的灵活性。

一种LED显示灰度补偿驱动方法，该驱动方法在本发明所述的任意一种LED显示灰度补偿驱动装置内实施，该方法包括以下步骤：

步骤1、在正常显示灰度前，预充电模块104输出预充电电压对LED灯101进行预充电，将LED灯101的负端电位拉至预充电电压值。

步骤2、驱动电源给所述LED灯的正端一个驱动电源电压值，所述驱动电源电压值与所述预充电电压值的差为临界导通电压值，所述临界导通电压值不高于LED灯的导通阈值电压；

步骤3、LED显示驱动芯片给所述LED灯负端输出负端电压值，所述驱动电源电压值与所述负端电压值的差为导通阈值电压，LED灯导通并点亮，所述导通阈值电压接近且大于所述临界导通电压值。

如图3所示，LED显示灰度补偿驱动装置的第一个状态，换行时间段，行扫描电压V1～V32(LED灯101正端电压)在这段时间内，处于高阻状态，而LED显示驱动芯片102输出(LED灯101的负端电压)也是处于高阻状态或者消隐(高电平)状态，LED灯101处于不亮的状态。

LED显示灰度补偿驱动装置的第二个状态，预充电时间段，在显示区域内，有一个预充电区域，从tstart到t2这段时间，行扫描电压V1～V32(LED灯101正端电压)已经输出正常电压，此时如图3所示，如果LED显示驱动芯片102输出(LED灯101负端电压)一个预充电电压Vpre，这样，LED灯101(包括寄生电容)的电压将被充电到Vn-Vpre(n代表扫描行，比如第一行为V1，第三十二行为V32)，不高于LED灯101的导通阈值电压，LED灯101还不会导通。此种情况下，LED灯101处于一种导通的临界状态，既有正向电压V1-Vpre，很容易达到阈值电压，但又不足以使LED灯101发光。

LED显示灰度补偿驱动装置的第三个阶段，显示区域，如图3所示，在t2时刻，第一MOS管关断，预充电电压与LED灯101负端电压隔断，从t2到t3这段时间，LED显示驱动芯片102输出(LED灯101负端电压)从Vpre变为Vds(LED显示驱动芯片102输出恒流饱和电压，维持LED灯101恒定电流所需电压)，由于Vpre和Vds比较接近，所以LED显示驱动芯片102输出很快从Vpre达到Vds，即t3和t2时间间隔很短，t3至t2这段时间就是上面提到的灰度损失。

从第三阶段可以看出，由于在第二阶段插入了一个预充电过程，使得LED显示驱动芯片102输出预先充电至Vpre，这样，在正常显示阶段，LED显示驱动芯片102输出很快就达到Vbe，开始正常显示状态，避免过多的灰度损失，灰度损失比例也会大大缩减。从而解决了小电流、低灰度等应用下出现的显示不均匀、高低灰度耦合、第一行偏暗等现象。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种LED显示灰度补偿驱动装置，包括驱动电源、LED灯和LED显示驱动芯片，所述LED灯的一端与所述LED显示驱动芯片相连接，其另一端与驱动电源相连接，其特征在于，该LED显示灰度补偿驱动装置还包括预充电模块，所述预充电模块与所述LED显示驱动芯片相连接，用于对所述LED灯进行预充电，使LED灯在正常显示之前两端电压差接近其导通阈值电压；

所述预充电模块包括参考电压产生电路和P型的第一开关MOS管；所述参考电压产生电路的输入端与直流电源相连接，其输出端与所述第一开关MOS管的源极相连接；所述第一开关MOS管的栅极为预充电控制端，所述第一开关MOS管的漏极与所述LED显示驱动芯片相连接；

所述参考电压产生电路用于当灰度输出控制端使能且预充电控制端开启时，产生预充电电压Vpre，并通过所述第一开关MOS管，将所述LED灯的负端电位拉至所述Vpre；当灰度输出控制端打开后，所述驱动电源用于给所述LED灯的正端电位一个驱动电源电压值，所述驱动电源电压值与所述预充电电压值的差为临界导通电压值，所述临界导通电压值不高于LED灯的导通阈值电压；所述LED显示驱动芯片用于给所述LED灯负端输出负端电压值，所述驱动电源电压值与所述负端电压值的差为导通阈值电压，LED灯导通并点亮，所述导通阈值电压接近且大于所述临界导通电压值。

2.根据权利要求1所述的LED显示灰度补偿驱动装置，其特征在于，所述LED显示驱动芯片包括N型的第二开关MOS管和恒流电流源；所述第二开关MOS管的栅极为灰度控制端，所述第二开关MOS管的源极与所述恒流电流源的一端相连接，所述第二开关MOS管的漏极为输出端且与所述LED灯的一端相连接；所述恒流电流源的另一端接地。

3.一种LED显示灰度补偿驱动系统，其特征在于，包括控制器和权利要求1至2任一所述的LED显示灰度补偿驱动装置，所述控制器的第一输出端与所述预充电模块相连接，用于改变预充电时间，所述控制器的第二输出端与所述LED显示驱动芯片相连接，用于控制灰度的输出。

4.一种LED显示灰度补偿驱动方法，其特征在于，该方法在权利要求1至2任一所述的LED显示灰度补偿驱动装置里实施，该方法包括以下步骤：

步骤1、在正常显示灰度前，预充电模块输出预充电电压对LED灯进行预充电，将LED灯的负端电位拉至预充电电压值；

步骤2、驱动电源给所述LED灯的正端一个驱动电源电压值，所述驱动电源电压值与所述预充电电压值的差为临界导通电压值，所述临界导通电压值不高于LED灯的导通阈值电压；

步骤3、LED显示驱动芯片给所述LED灯负端输出负端电压值，所述驱动电源电压值与所述负端电压值的差为导通阈值电压，LED灯导通并点亮，所述导通阈值电压接近且大于所述临界导通电压值。