CN105938703A

CN105938703A - 可消除led鬼影的驱动芯片、驱动电路以及驱动方法

Info

Publication number: CN105938703A
Application number: CN201610413366.0A
Authority: CN
Inventors: 姚瑞琨
Original assignee: Shenzhen Genesis Systech Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Genesis Systech Co Ltd
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2036-06-14
Also published as: US10692422B2; US20190147795A1; WO2017215310A1; CN105938703B

Abstract

本发明公开了可消除LED鬼影的驱动芯片、驱动电路以及驱动方法，其中，所述驱动芯片包括处理单元、消隐单元和恒流驱动单元。本发明通过消隐单元，在消隐时间段内对LED阵列的各行扫描线的寄生电容进行放电，消除上鬼影，无需下拉电阻等附加电路，不会出现毛毛虫效应和LED灯珠反向偏压问题。通过消隐单元对LED阵列的各列扫描线的寄生电容进行充电，消除下鬼影。通过恒流驱动单元对LED灯珠进行恒流控制，本发明将消隐与恒流控制分成两个时间来单独进行，使得LED灯珠在显示时，其行和列寄生电容均已消除，使得驱动芯片具有既能消除上鬼影又能消除下鬼影的能力。

Description

可消除 LED 鬼影的驱动芯片、驱动电路以及驱动方法

技术领域

本发明涉及LED控制芯片领域，尤其涉及一种可消除LED鬼影的驱动芯片、驱动电路以及驱动方法。

背景技术

LED显示屏方案在呈现单点亮度图案时，会在该点周围呈现微亮，俗称鬼影。鬼影造成的原因，是由于PCB板上的行扫描线与列扫描线存在Cp与Cn寄生电容，当系统切换状态时，Cp与Cn的不正确电位会导致漏电流的产生，进而亮点周围LED产生不正常漏光。

请参阅图1，鬼影分为上鬼影及下鬼影，其产生的机理如下：

状态1：当第一行扫描线COM1结束显示，第一行扫描线的寄生电容Cp1由P1管充电保持高电平。当下一行COM2（第二行扫描线）开启时，若SEG2点亮Q22，则第一行扫描线的寄生电容Cp1电荷会经由Q12流经SEG2泄放掉，由此产生Q12漏光，称为上鬼影。

状态2：点亮Q22，COM2结束显示时，第二列扫描线的寄生电容Cn2由N2管放电保持低电平，COM3开启瞬间，电流从P3经Q32充高Cn2，由此产生Q32漏光，称为下鬼影。其中，Q11至Q33均为发光二极管。

综上所述，ghost（鬼影）都是由系统寄生电容不正当电位造成，因此，合适的偏置电位有助于ghost现象的消除。

业界对下鬼影的改善，普遍是通过列恒流驱动芯片在COM线切换前将SEG端电平拉高，因此列扫描线的寄生电容Cn保持高电平，COM线切换时不会有电流对Cn充电，从而消除下鬼影。

针对上鬼影问题，在设计LED显示屏电路的时候会对行扫描线进行放电处理，即增加消隐电路，目前消隐电路有如下方案，

1. 下拉对地电阻；

2. 齐纳二极管+下拉电阻。

目前市面上出现的所有消上鬼影解决方案都是通过对行扫描线进行泻放电完成的，需要增加额外的电路，并且随之带来了毛毛虫效应和LED灯反向偏压问题。

具体的，方案1具有低成本，便利的特点，但是对行扫描线会有持续性下拉电流，对LED灯产生较大反向偏置电压并存在毛毛虫现象。方案2将行扫描线钳制在3.3V，没有毛毛虫效应，但仍会对LED灯产生较大的反向偏置电压，方案元器件较多。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可消除LED鬼影的驱动芯片、驱动电路以及驱动方法，通过驱动芯片即可消除上鬼影和下鬼影，无需下拉电阻等附加电路。

本发明的技术方案如下：

一种可消除LED鬼影的驱动芯片，所述驱动芯片包括：

设置有显示周期的处理单元，所述显示周期包括消隐时间段和PWM输出时间段；所述处理单元，用于在消隐时间段内，输出消隐控制信号给消隐单元，以及在PWM输出时间段内，根据显示数据发送PWM信号给恒流驱动单元；

消隐单元，用于根据所述消隐控制信号，在消隐时间段内对LED阵列的各行扫描线的寄生电容进行放电，对LED阵列的各列扫描线的寄生电容进行充电；

恒流驱动单元，用于根据所述PWM信号，在PWM输出时间段内控制LED灯珠的亮暗。

所述可消除LED鬼影的驱动芯片中，所述消隐时间段包括第一时间段和第二时间段，所述消隐单元的输出端与LED阵列的各个列扫描线连接；所述消隐单元具体用于，在第一时间段内输出第一电平给各个列扫描线；在第二时间段内输出第二电平给各个列扫描线。

所述可消除LED鬼影的驱动芯片中，所述第一电平高于第二电平。

所述可消除LED鬼影的驱动芯片中，所述第二电平高于电源电压与LED灯珠的导通电压的差值。

所述可消除LED鬼影的驱动芯片中，所述消隐时间段为LED阵列中每两行的PWM输出时间空隙。

所述可消除LED鬼影的驱动芯片中，所述LED灯珠的寄生电容比行扫描线的寄生电容大。

一种可消除LED鬼影的驱动电路，包括如上所述的驱动芯片，还包括：

电源，用于为所述驱动电路供电；

由多个LED灯珠组成的LED阵列；

主控模块，用于输出显示数据给所述驱动芯片，并通过行开关模块逐行驱动LED阵列的行扫描线；

开关模块，用于根据主控模块的控制信号，控制LED阵列的行扫描线与电源之间的通断。

所述可消除LED鬼影的驱动电路中，所述电源通过开关模块连接LED阵列的行扫描线，所述主控模块的行控制端连接开关模块的控制信号输入端，所述主控模块的数据输出端连接驱动芯片的输入端，所述驱动芯片的输出端连接LED阵列的列扫描线。

所述可消除LED鬼影的驱动电路中，所述主控模块包括：

主控单元，用于输出控制信号给译码驱动电路，并输出显示数据给所述驱动芯片；

译码驱动电路，用于对所述控制信号进行译码，根据译码后的信号控制开关模块驱动LED阵列的行扫描线。

一种可消除LED鬼影的驱动方法，其特征在于，所述驱动方法包括如下步骤：

A、将LED阵列的显示周期分为消隐时间段和PWM输出时间段；

B、在消隐时间段内对LED阵列的各行扫描线的寄生电容进行放电，对LED阵列的各列扫描线的寄生电容进行充电；

C、在PWM输出时间段内控制LED灯珠的亮暗。

所述可消除LED鬼影的驱动方法中，所述消隐时间段包括第一时间段和第二时间段，所述步骤B具体包括：在第一时间段内输出第一电平给LED阵列的各个列扫描线；在第二时间段内输出第二电平给LED阵列的各个列扫描线；所述第一电平高于第二电平。

有益效果：本发明中提供一种可消除LED鬼影的驱动芯片、驱动电路以及驱动方法，其中，所述驱动芯片包括处理单元、消隐单元和恒流驱动单元。本发明通过消隐单元，在消隐时间段内对LED阵列的各行扫描线的寄生电容进行放电，消除上鬼影，无需下拉电阻等附加电路，不会出现毛毛虫效应和LED灯珠反向偏压问题。通过消隐单元对LED阵列的各列扫描线的寄生电容进行充电，消除下鬼影。通过恒流驱动单元对LED灯珠进行恒流控制，本发明将消隐与恒流控制分成两个时间来单独进行，使得LED灯珠在显示时，其行和列寄生电容的不正常电荷均已消除，使得驱动芯片具有既能消除上鬼影又能消除下鬼影的能力。

附图说明

图1为现有的LED显示屏驱动电路。

图2为本发明提供的可消除LED鬼影的驱动电路的结构框图。

图3为本发明提供的可消除LED鬼影的驱动电路的电路原理图。

图4为本发明提供的可消除LED鬼影的驱动电路相对应的工作时序图。

图5为本发明提供的可消除LED鬼影的驱动方法的方法流程图。

具体实施方式

本发明提供一种可消除LED鬼影的驱动芯片、驱动电路以及驱动方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。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。

请参见图2，图2为本发明提供的可消除LED鬼影的驱动电路较佳实施例的结构框图。所述驱动电路，包括驱动芯片U1、电源20、主控模块30、开关模块40和LED阵列50。

所述电源20，用于为所述驱动电路供电，其输出的电源电压为VLED。

所述LED阵列50就是LED显示屏，其由多个LED灯珠组成，本实施例中，所述LED阵列50为m行n列的阵列，其中，m和n均为大于等于1的正整数。

所述主控模块30，用于输出显示数据给所述驱动芯片U1，并通过行开关模块40逐行驱动LED阵列50的行扫描线。

所述开关模块40，用于根据主控模块30的控制信号，控制LED阵列50的行扫描线与电源20之间的通断。

所述驱动芯片U1，用于在LED阵列50每两行的扫描时间空隙对LED阵列50的各行扫描线的寄生电容进行放电，以消除上鬼影；在对行扫描线的寄生电容进行放电的同时，对LED阵列50的各列扫描线的寄生电容进行充电，以消除下鬼影。本实施例中，所述驱动芯片U1为列驱动芯片。

所述电源20通过开关模块40连接LED阵列50的各个行扫描线，所述主控模块30的行控制端连接开关模块40的控制信号输入端，所述主控模块30的数据输出端连接驱动芯片U1的输入端，所述驱动芯片U1的输出端连接LED阵列50的各个列扫描线。

本发明通过列驱动线电压控制来泻放行扫描线电容电荷方式，在不增加行线电路开销的情况下，将上鬼影完全消除。而现有技术中，需要在行扫描线上增设齐纳二极管和下拉电阻。由此可知，本发明的结构更加简单、成本更低，不会产生毛毛虫效应和LED灯反向偏压问题；本发明提供的驱动电路兼容性好。而且，本发明通过列驱动芯片来消除上鬼影，同时兼具消除下鬼影的功能，亦能在低灰显示时达到较高的恒流精准度。

进一步的，所述开关模块40包括4953芯片，其具有m个PMOS管来驱动m条行扫描线，即，每条行扫描线都有一个PMOS管来驱动。m个PMOS管的栅极构成开关模块40的控制信号输入端，m个PMOS管的源极连接电源20的输出端，m个PMOS管的漏极连接对应的行扫描线。换而言之，主控模块30输出控制信号控制对应的PMOS管的导通状态，从而对LED阵列50进行行扫描。

所述主控模块30包括主控单元310和译码驱动电路320。所述主控单元310用于输出控制信号给译码驱动电路，并输出显示数据和驱动芯片U1的使能信号给所述驱动芯片U1。所述主控单元310的数据输出端连接所述驱动芯片U1的输入端，所述主控单元310的控制信号输出端连接所述译码驱动电路320的输入端。所述译码驱动电路320用于对所述控制信号进行译码，根据译码后的信号控制开关模块驱动LED阵列50的行扫描线，换而言之，将译码后的信号输出给对应的PMOS管，控制器导通状态，实现LED阵列50的行扫描。所述译码驱动电路320的输出端为主控模块30的行控制端、连接开关模块的控制信号输入端。进一步的，所述驱动芯片U1包括设置有显示周期的处理单元110、消隐单元120和恒流驱动单元130。换而言之，由处理单元110来控制LED矩阵的显示周期，所述显示周期包括消隐时间段和PWM输出时间段。其中，所述消隐时间段为LED阵列中每两行的PWM输出时间空隙（扫描时间空隙）。本实施例中，在一个显示周期内，所述消隐时间段在PWM输出时间段之前。

所述处理单元110，用于在消隐时间段内，输出消隐控制信号给消隐单元120，以及在PWM输出时间段内，根据显示数据发送PWM信号给恒流驱动单元130。优选的，所示处理单元110为处理器，如MCU等。

所述消隐单元120，用于根据所述消隐控制信号，在消隐时间段内对LED阵列50的各个行扫描线的寄生电容（Cp1、Cp2、……、Cpm）进行放电，对LED阵列50的各个列扫描线的寄生电容（Cn1、Cn2、……、Cnn）进行充电。

所述恒流驱动单元130，用于根据所述PWM信号，在PWM输出时间段内控制LED灯珠的亮暗，实现LED灯珠的恒流控制。

所述处理单元110的消隐控制端连接所述消隐单元120的输入端，所述消隐单元120的输出端连接各个列扫描线。所述处理单元110的显示数据输出端连接所述恒流驱动单元130的输入端，所述恒流驱动单元130的输出端连接各个列扫描线。

本发明将消隐与恒流控制分成两个时间来单独进行，使得LED灯珠在显示时，其行和列寄生电容均已消除，使得驱动芯片具有既能消除上鬼影又能消除下鬼影的能力。

进一步的，所述消隐时间段包括第一时间段T1和第二时间段T2，所述消隐单元120的输出端与LED阵列50的各个列扫描线连接（电连接）；所述消隐单元120具体用于，在第一时间段内输出第一电平（电压）给各个列扫描线，给列扫描线上的LED灯珠的寄生电容放电；在第二时间段内输出第二电平（电压）给各个列扫描线，利用电荷分享消除上鬼影。由于第一电平和第二电平均高于LED灯的开启所需电压，故同时达到消除下鬼影的效果。本实施例中，在一个消隐时间段内，所述第一时间段T1在第二时间段T2之前。所述第一电平高于（大于）第二电平，有利于电荷分享。

请参阅图3，所述恒流驱动单元130包括n个NMOS管及n个恒流驱动电路（图中未示出），一个NMOS管对应串联连接一个恒流驱动电路；每个NMOS管及恒流驱动电路对应连接一条列扫描线，即，NMOS管的漏极连接对应的列扫描线，NMOS管的源极连接恒流驱动电路，NMOS管的栅极为恒流驱动单元130的输入端、连接处理单元的显示数据输出端。只需控制n个NMOS管栅极的输入电压可实现对对应列的LED灯珠的恒流控制，即，所述NMOS管为恒流驱动开关，处理单元110输出PWM信号给对应的NMOS管即可实现对该列的恒流控制。

所述消隐单元120包括电压产生器Vdri和n个开关，所述电压产生器Vdri用于产生第一电平和第二电平。n个开关的一端连接电压产生器Vdri的输出端，n个开关的另一端对应连接各自的列扫描线，n个开关的控制端连接处理单元110的消隐控制端。n个开关根据所述消隐控制信号的控制实现开启或关闭。

优选的，所述第一电平为行扫描线上的电源电压VLED，所述第二电平大于（高于）电源电压VLED与LED灯珠的导通电压Vrgb的差值，即第二电平＞VLED-Vrgb，确保不会产生LED漏光。由于第一电平和第二电平均大于VLED-Vrgb，所以在任一电平内切换COM线均不会产生下鬼影。在消除上下鬼影时，在上一行扫描线（以COM1为例）结束扫描前，先输出第一电平（电源电压VLED）给列扫描线，让LED灯珠的寄生电容CL放电，上一行扫描线结束扫描后，再输出第二电压给列扫描线，拉低了行扫描线的寄生电容Cp的电荷，消除了上鬼影。由于第一电平与第二电平都能完成对列扫描线的寄生电容Cn充电步骤，消除了下鬼影。由此可知，本发明采用电容电荷分享技术，利用LED本身寄生电容，通过列驱动芯片有效的降低了行扫描线的寄生电容电荷，在实现消鬼影的同时，LED显示系统不需要增加任何的行消隐电路。由于LED显示器中的LED灯珠包括红光LED灯珠、绿光LED灯珠和蓝光LED灯珠，因此，所述LED灯珠的导通电压Vrgb包括三种：红光LED灯珠的导通电压、绿光LED灯珠的导通电压和蓝光LED灯珠的导通电压。

由此可知，本发明通过在常规的PWM输出时间段中加入消隐时间段，集成消鬼影功能，极大的减少了鬼影的影响。

在本发明实施例中，通过驱动芯片U1内部的处理单元控制消隐单元（消隐电路）和恒流驱动单元（恒流输出电路），在LED显示屏扫描过程中，消隐单元于每两行的扫描时间空隙对LED显示屏各行线的寄生电容进行放电，对各列线的寄生电容进行充电，从而达到有效的消除鬼影现象的目的。

在本发明中，外部主控单元310发送控制信号使译码驱动电路320开启LED显示屏（LED矩阵）第一行，此时PMOS管P1导通，行扫描线COM1电压被拉升至VLED电压值。同时外部主控单元310发送显示数据和使能信号到驱动芯片的处理单元，进而开启恒流驱动单元输出电流至SEG1-SEGn端口，使LED显示屏第一行的LED灯珠按照预设的发光效果显示。

在PWM输出信号结束时，内部处理单元关闭恒流驱动单元，SEG1-SEGn处于关闭状态。当消隐控制信号开始时（即，消隐时间段开始时），处理单元将驱动消隐单元输出电源电平VLED（第一电平），将第一行LED灯珠的寄生电容电荷放光，同时对LED显示屏各列线寄生电容充电，消除下鬼影。当第一行的LED灯珠的寄生电容电荷放光后，主控单元发送控制指令使译码驱动电路关闭LED显示屏第一行，此时PMOS管P1关闭，处理单元驱动消隐单元Vdri输出第二电平，将SEG1-SEGn端口电平拉至第二电平，将第一行扫描线COM1的寄生电容电荷分享到第一行LED的驱动电容上，从而降低第一行扫描线COM1的电压，完成LED显示屏第一行线的寄生电容放电，消除上鬼影；开启第二行，此时PMOS管P2打开，第二行扫描线COM2电压将被拉升至VLED，由于SEG端的电压为第二电压，VLED-第二电压小于LED灯珠的导通电压，故不会产生下鬼影。

在完成了第一行LED的显示与消隐后，外部主控单元已经发送控制指令使译码驱动电路开启LED显示屏的第二行，处理单元开始发送第二行的显示数据与消隐控制信号，配合外部主控单元按照上述工作过程对LED显示屏各行线寄生电容放电，各列线寄生电容充电以达到消隐目的。

请一并参阅图4，图4示出了可消除LED鬼影的驱动电路相对应的工作时序图，其中，GC1为LED显示屏第一行开启的驱动信号，GC2为LED显示屏第二行开启的驱动信号，GC1和GC2均为译码驱动电路根据主控单元的指令所输出的以开启LED显示屏某一行LED的电平信号。ghost信号为处理单元驱动消隐单元消隐的消隐控制信号，PWM信号为恒流驱动单元的使能信号，SEGN为驱动芯片输出端的电压信号。

一个完整的显示周期包括消隐时间段与PWM输出时间段，消隐时间段包含T1与T2两个过程。在T1时段，PWM信号关闭，恒流输出停止，此时ghost信号控制消隐单元输出VLED电平，外部主控单元发送控制指令使译码电路关闭LED显示屏第一行COM线，并打开第二行COM线，此时第一行LED灯的寄生电容电荷被放光。在T2时段，ghost信号控制消隐单元输出Vrgb电平，将第一行COM线的寄生电容电荷泻放到第一行LED灯珠的寄生电容上，第一行COM线电平下降，消鬼影过程结束。在PWM周期期间（即，PWM输出时间段内），驱动芯片的处理单元将根据从外部主控单元收到的显示数据发送PWM信号，打开恒流输出电路点亮LED灯，在完成显示时序后，PWM信号关闭，恒流输出单元停止输出电流，SEG1-SEGn端悬空。PWM周期结束后，电路进入下一个显示周期，开始下一行的显示。其中，第一时间段T1与第二时间段T2的比值根据实际电路负载情况设定。

本发明所述驱动芯片的输出端还增加了电平钳制功能，使列输出驱动管不单具备恒流驱动能力，还能根据时序要求将通道输出端钳制在稳定电平上。本发明提供的驱动电路，可以完全消除上鬼影与下鬼影，对低灰恒流效果亦有改善。

综上所述，本发明提出了通过列驱动线电压控制来泻放行扫描线电容电荷方式，在不增加行线电路开销的情况下，将上鬼影完全消除。所述驱动芯片可兼容现有的驱动电路，整体价格最便宜。由于本方案是通过列驱动芯片来消除行鬼影，同时兼具消除列鬼影的功能，亦能在低灰显示时达到较高的恒流精准度。

基于上述实施例提供的可消除LED鬼影的驱动芯片和可消除LED鬼影的驱动电路，本发明还提供一种可消除LED鬼影的驱动方法，请参阅图5，所述驱动方法包括如下步骤：

S10、将LED阵列的显示周期分为消隐时间段和PWM输出时间段。具体的，预先在上述驱动芯片的处理单元中设置显示周期，所述显示周期包括消隐时间段和PWM输出时间段。所述处理单元在消隐时间段内，输出消隐控制信号给消隐单元，以及在PWM输出时间段内，根据显示数据发送PWM信号给恒流驱动单元。

S20、在消隐时间段内对LED阵列的各行扫描线的寄生电容进行放电，对LED阵列的各列扫描线的寄生电容进行充电。即，消隐单元根据所述消隐控制信号，在消隐时间段内对LED阵列的各行扫描线的寄生电容进行放电，对LED阵列的各列扫描线的寄生电容进行充电。

所述消隐时间段包括第一时间段和第二时间段，所述步骤S20具体包括：消隐单元在第一时间段内输出第一电平给LED阵列的各个列扫描线；在第二时间段内输出第二电平给LED阵列的各个列扫描线；所述第一电平高于第二电平。所述第二电平高于（即，大于）电源电压与LED灯珠的导通电压的差值。

S30、在PWM输出时间段内控制LED灯珠的亮暗。即，恒流驱动单元在PWM输出时间段内控制LED灯珠的亮暗。

由于所述可消除LED鬼影的驱动方法的消鬼影原理以及特点在上述实施例中已详细阐述，在此不再赘述。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，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，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。

Claims

1.一种可消除LED鬼影的驱动芯片，其特征在于，所述驱动芯片包括：

2.根据权利要求1所述可消除LED鬼影的驱动芯片，其特征在于，所述消隐时间段包括第一时间段和第二时间段，所述消隐单元的输出端与LED阵列的各个列扫描线连接；所述消隐单元具体用于，在第一时间段内输出第一电平给各个列扫描线；在第二时间段内输出第二电平给各个列扫描线。

3.根据权利要求2所述可消除LED鬼影的驱动芯片，其特征在于，所述第一电平高于第二电平。

4.根据权利要求3所述可消除LED鬼影的驱动芯片，其特征在于，所述第二电平高于电源电压与LED灯珠的导通电压的差值。

5.根据权利要求1所述可消除LED鬼影的驱动芯片，其特征在于，所述消隐时间段为LED阵列中每两行的PWM输出时间空隙。

6.一种可消除LED鬼影的驱动电路，其特征在于，包括如权利要求1所述的驱动芯片，还包括：

电源，用于为所述驱动电路供电；

由多个LED灯珠组成的LED阵列；

7.根据权利要求6所述可消除LED鬼影的驱动电路，其特征在于，所述电源通过开关模块连接LED阵列的行扫描线，所述主控模块的行控制端连接开关模块的控制信号输入端，所述主控模块的数据输出端连接驱动芯片的输入端，所述驱动芯片的输出端连接LED阵列的列扫描线。

8.根据权利要求7所述可消除LED鬼影的驱动电路，其特征在于，所述主控模块包括：

9.一种可消除LED鬼影的驱动方法，其特征在于，所述驱动方法包括如下步骤：

A、将LED阵列的显示周期分为消隐时间段和PWM输出时间段；

C、在PWM输出时间段内控制LED灯珠的亮暗。

10.根据权利要求1所述可消除LED鬼影的驱动方法，其特征在于，所述消隐时间段包括第一时间段和第二时间段，所述步骤B具体包括：在第一时间段内输出第一电平给LED阵列的各个列扫描线；在第二时间段内输出第二电平给LED阵列的各个列扫描线；所述第一电平高于第二电平。