CN106251806B - Led显示装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种LED显示装置及驱动方法。所述LED显示装置包括与行线和列线相连接的像素单元，在每个行周期中，所述方法包括：逐个分组地显示灰阶数据；以及在连续的多个分组之间，采用复位电压对行线和列线之间的寄生电容进行预充电，从而进行分组间复位。该驱动方法采用行周期中的分组间复位减轻高灰阶图像会对低灰阶图像的显示造成的干扰，从而可以改善图像的动态显示质量。

Description

LED显示装置及其驱动方法
技术领域
本发明属于显示技术领域，更具体地涉及LED显示装置及其驱动方法。
背景技术
发光二极管(light-emitting diode,LED)是利用PN结中的少数载流子和多数载流子复合发光的原理工作的二极管。在PN结之间施加正向电压，使得二极管导通，就可以将电能转换成光能。LED显示装置是利用LED作为像素单元的显示装置，其中，LED的亮度与待显示的灰阶相对应。
LED显示装置与液晶显示装置不同。在液晶显示装置中，液晶分子的转动改变了像素单元的透光率，使得背光源产生的光穿过液晶分子层之后的强度发生变化。LED显示装置则是通过控制光源自身的亮度改变显示灰阶。与液晶显示装置相比，LED显示装置的功耗低，刷新速度快，视角广，可以用于强光照环境和低温环境。因此，LED显示装置特别适合于用作室外显示屏，用于显示文字、图像和视频。
在传统的LED显示屏中，采用PWM信号驱动的恒流源驱动LED。由于LED的物理特性，LED在点亮时的亮度与驱动电流的数值相关。进一步地，通过控制PWM信号的占空比，可以调节LED的有效点亮时间，从而改变LED的亮度。
然而，由于行线和列线的寄生电容，在连续显示高灰阶图像和低灰阶图像时，高灰阶图像会对低灰阶图像的显示造成干扰，从而在显示低灰阶图像时形成残影，导致图像质量劣化。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种LED显示装置及其驱动方法，其中采用复位模块进行行内复位以改善图像的动态显示质量。
根据本发明的一方面，提供一种用于LED显示装置的驱动方法，所述LED显示装置包括与行线和列线相连接的像素单元，在每个行周期中，所述方法包括：逐个分组地显示灰阶数据；以及在连续的多个分组之间，采用复位电压对行线和列线之间的寄生电容进行预充电，从而进行分组间复位。
优选地，还包括：根据灰阶数据的权重分组，所述权重对应于LED点亮的持续时间，在每个行周期中，所述多个分组的权重从低至高排列。
优选地，所述多个分组包括第一组分组和第二组分组，所述第一组分组中任一个分组的权重小于所述第二组分组中的任一个分组的权重。
优选地，所述第二组分组中的每个分组进一步分成多个子周期，以及进行子周期间复位。
优选地，在所述第一组分组中显示第一灰阶数据，在所述第一组分组和所述第二组分组中显示第二灰阶数据，所述第一灰阶数据小于所述第二灰阶数据。
优选地，所述第一灰阶数据大于等于第一阈值，所述第二灰阶数据小于第一阈值。
优选地，还包括：将第二灰阶数据分成第一子数据和第二子数据，其中，所述第一子数据和所述第二子数据分别在所述第一组分组和所述第二组分组中进行显示。
优选地，所述第一子数据大于等于第二阈值，所述第二子数据小于第二阈值。
优选地，所述第一组分组的总权重对应于LED点亮的持续时间大于等于系统时钟的5倍。
优选地，所述分组间复位与灰阶数据的数值无关。
根据本发明的另一方面，提供一种LED显示装置，包括：多条行线和列线；行驱动器，与所述多条行线相连接，用于提供选择信号；列驱动器，与所述多条列线相连接，用于提供与灰阶数据相对应的驱动信号；多个像素单元，所述多个像素单元中的每个像素单元包括连接至所述多条行线之一和所述多条列线之一的LED；以及消隐模块，与所述多条列线相连接，其中，所述消隐模块在每个行周期中，在连续的多个分组之间，采用复位电压对行线和列线之间的寄生电容进行预充电，从而进行分组间复位。
根据本发明实施例的用于LED显示装置的驱动方法，在连续的多个分组之间，采用复位电压对行线和列线之间的寄生电容进行预充电，从而进行分组间复位。该驱动方法采用行周期中的分组间复位减轻高灰阶图像会对低灰阶图像的显示造成的干扰，从而可以改善图像的动态显示质量。
在优选的实施例中，将高权重的分组进一步分成多个子周期，并且进行分组间复位，从而进一步减轻高灰阶图像会对低灰阶图像的显示造成的干扰。
在优选的实施例中，对于高灰阶数据和低灰阶数据，分别采用不同的分割方式，将低灰阶数据在权重较低的第一组分组中进行显示，将高灰阶数据分成第一子数据和第二子数据，在权重较低的第一组分组中显示第一子数据，在权重较高的第二组分组中显示第二子数据。该优选的驱动方法利用行内复位和灰阶数据的分组显示可以减轻甚至消除高灰阶图像会对低灰阶图像的显示造成的干扰。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出根据本发明实施例的LED显示装置的结构示意图。
图2示出图1的LED显示装置中的列驱动器的示意性电路图。
图3示出图1的LED显示装置中的消隐模块的示意性电路图。
图4示出行内复位的示意性波形图。
图5示出行内分割和复位的示意性波形图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
在本申请中，术语“帧”表示视频图像中可以进行单独显示的一幅画面，术语“分割”表示将一幅画面的显示周期分成数个子周期进行显示，利用数个子周期的时间累积效应表现各个像素的灰阶。
图1示出根据本发明实施例的LED显示装置的结构示意图。LED显示装置100包括行驱动器110、列驱动器120、消隐模块130和LED阵列160。
LED阵列160包括多个按行和列排列的LED。作为示例，在图1中示出4行*6列的LED阵列160。LED包括阳极和阴极，在阴极和阴极之间施加正向电压时，LED点亮。同一行的多个LED的阳极共同连接至同一条行线，例如，第一行的LED D11-D16的阳极共同连接至行线G1。同一列的多个LED的阴极共同连接至同一条列线，例如，第一列的LEDD11-D41的阴极共同连接至列线S1。
行驱动器110连接至多条行线G1-G4，用于提供选择信号。行驱动器110内部包括多个选择开关管，分别与多条行线之一相连接。在所述多个选择开关管导通时，所述行线经由相应的选择开关管连接至高电位端。
列驱动器120连接至多条列线S1-S6，用于提供与灰阶数据相对应驱动信号。列驱动器120内部包括多个恒流源，分别与多条列线之一相连接。在行驱动器110选择同一行的多个LED时，如上所述，所述多个LED的阳极连接至高电位，阴极分别连接至多个恒流源，从而在所述多个LED的阳极和阴极之间施加正向电压，使得所述多个LED点亮。
消隐模块130连接至多条列线S1-S6。消隐模块130内部包括多个复位开关管，分别与多条列线之一相连接。在复位阶段，分别将所述多条列线连接至复位电压。所述复位电压具有预定数值，使得所述行线和列线之间的电容预充电。
在上述的LED显示装置100中，LED阵列160中的多个LED分别分别作为像素单元。可以理解，LED显示装置100中的每个像素都可以包括一个或多个像素单元。例如，在显示彩色图像时，可以采用三个LED分别用于显示红绿蓝的颜色分量，每个LED根据自身的发光特性产生相应颜色的光，或者采用附加的滤光片产生相应颜色的光。
在LED显示装置100显示动态图像期间，行驱动器110例如逐行扫描，依次将行线连接至高电平。相应地，列驱动器120中的多个恒流源分别向该行的多个LED施加恒定电流。列驱动器120根据图像相应行的灰阶数据控制PWM信号的占空比，从而改变相应行的多个LED的有效点亮时间，从而调节所述多个LED的亮度，从而可以显示图像的一个像素行。
在一个帧周期中，将图像的灰阶数据逐行提供给列驱动器120，依次控制LED阵列160的相应行的多个LED的亮度，从而实现图像的显示。根据本发明的实施例，在连续的帧周期之间引入复位阶段，其中将每一行依次连接至复位电压。进一步地，在一个帧周期中，连续的行驱动之间引入复位电压，其中相应行连接至复位电压。更进一步地，在一个行驱动期间，采用行内分割的方式进行驱动，并且在连续的分组之间复位电压，其中相应行连接至复位电压。
根据本发明实施例的LED显示装置100在连续的帧之间以及帧内行间以及行内分组之间，将相应行的多个LED连接至复位电压，使得行线和列线之间的电容预充电。所述复位电压具有预定数值，从而消除在显示动态图像时连续的高灰阶信号与低灰阶信号之间的干扰问题。
图2示出图1的LED显示装置中的列驱动器的示意性电路图。该列驱动器120是根据串行数据产生恒流输出的恒流驱动模块。例如，可以采用从Etek微电子公司购买的型号为ET6204的LED恒流驱动芯片。
列驱动器120包括移位寄存器121、恒流输出锁存器122、恒流输出控制器123、输出电流调节器124、多个恒流源I1-I16、缓冲器U1-U4、以及反相器U5。
移位寄存器121分别经由缓冲器U1和U2接收时钟信号CLK和串行输入数据SDI。例如，在时钟信号CLK的上升沿，移位寄存器121进行移位。移位寄存器121经由缓冲器U3提供串行输出数据SDO。
恒流输出锁存器122与移位寄存器121相连接，并且经由缓冲器U4接收锁存使能信号LE。在锁存使能信号LE有效时，恒流输出锁存器122从移位寄存器121接收串行数据。在锁存使能信号LE无效时，恒流输出锁存器122锁存已经接收的串行数据。
恒流输出控制器123与恒流输出锁存器122相连接，并且经由反相器U5接收选通使能信号OE。在选通使能信号OE无效时，多个输出端OUT1-OUT16提供恒流输出。在选通使能信号OE有效时，多个输出端OUT1-OUT16关闭，从而不提供恒流输出。
多个恒流源I1-I16与恒流输出控制器123相连接。恒流输出控制器123根据串行数据产生相对应的占空比的PWM信号，分别控制多个恒流源I1-I16的导通状态，从而改变LED的有效点亮时间。
输出电流调节器124接收电流设置信号ISET，用于设置所述多个恒流源I1-I16的电流数值。该电流设置信号ISET可以由外部的电阻产生。
在该实施例中，移位寄存器121提供串行输出数据SDO，因此可以将多个列驱动器120彼此串联。尽管每个LED恒流驱动模块的输出端数量有限，但可以通过串联多个列驱动器120提供更多的输出端，以驱动相应数量的列线。
图3示出图1的LED显示装置中的消隐模块的示意性电路图。消隐模块130包括多个复位开关管Q1-Q16、时序发生器131和复位电压发生器132。
多个复位开关管Q1-Q16分别包括第一端、第二端和控制端，，在导通状态下电流从第一端流至第二端。开关管可以是选自金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或双极晶体管中的一种。如果开关管为MOSFET，则开关管的第一端、第二端和控制端分别为源极、漏极和栅极。
在该实施例中，复位开关管Q1-Q6的控制端共同连接至时序发生器131，第一端共同连接至复位电压发生器132，第二端分别连接至相应的列线。时序发生器131用于产生与连续的帧驱动信号、行驱动信号和分组驱动信号同步的复位控制信号CTRL。在连续的帧之间以及帧内行间以及行内分组之间，连续的帧之间以及帧内行间以及行内分组之间从断开状态切换成导通状态，从而将多条列线S1-S16连接至复位电压发生器132，以接收复位电压VRST，用于对列线和行线之间的寄生电容进行预充电，从而进行复位。
在替代的实施例中，复位电压发生器132可以接收灰阶数据，并且根据灰阶数据分别设置多条列线各自的复位电压VRST。为此，复位电压发生器132具有用于接收灰阶数据的输入端以及提供多个复位电压VRST的多个输出端，每个输出端连接至相应的一条列线，从而可以进一步补偿连续的灰阶图像之间的干扰。
图4示出行内复位的示意性波形图。LED显示装置100在多个显示驱动阶段引入复位
LED显示装置100在连续的帧周期中显示动态图像。在连续的帧周期之间，复位模块120将多条列线S1-S16连接至复位电压发生器130，采用复位电压VRST对行线和列线之间的寄生电容进行预充电，从而进行帧间复位。
在一个帧周期中，LED显示装置100在连续的行周期中例如逐行扫描，依次显示图像的相应行的灰阶数据。在连续的行周期之间，复位模块120将多条列线S1-S16连接至复位电压发生器130，采用复位电压VRST对行线和列线之间的寄生电容进行预充电，从而进行行间复位。
在一个行周期中，LED显示装置100根据灰阶数据的权重分成多个分组，所述权重对应于LED点亮的持续时间。在一个行周期中，LED显示装置100逐个分组地显示灰阶数据的位数据。优选地，所述多个分组的权重从低至高排列。
在连续的分组之间，复位模块120将多条列线S1-S16连接至复位电压发生器130，采用复位电压VRST对行线和列线之间的寄生电容进行预充电，从而进行分组间复位。该分组间复位与灰阶数据的数值无关。
图5示出行内分割和复位的示意性波形图。在图5中，DATA、PWMx、UP、DNx分别表示灰阶数据、第x通道的脉宽调制信号、上拉消隐信号和第x通道的下拉信号随时间的变化。
应当注意，在图4所示的实例中，在一个行周期中，LED显示装置100根据灰阶数据DATA的权重进行分组，并且逐个分组地显示灰阶数据DATA的位数据。进一步地，在图5所示的实例中，在一个行周期中，LED显示装置100将灰阶数据DATA的权重分割成多个分组。
在一个实例中，将一个行周期分割成8个分组。所述8个分组的权重从低至高排列。最小权重对应于LED点亮的最小持续时间。
优选地，所述8个分组包括第一组分组和第二组分组。所述第一组分组中任一个分组的权重小于所述第二组分组中的任一个分组的权重。所述第二组分组中的每个分组进一步分成多个子周期。所述第一组分组的总权重对应于LED点亮的持续时间大于等于系统时钟的5倍。
优选地，根据灰阶数据的值进行不同的分割。将灰阶数据分成两类，所述第一灰阶数据大于等于第一阈值，所述第二灰阶数据小于第一阈值。在所述第一组分组中显示第一灰阶数据，在所述第一组分组和所述第二组分组中显示第二灰阶数据。在显示第二灰阶数据时，将第二灰阶数据分成第一子数据和第二子数据，所述第一子数据大于等于第二阈值，所述第二子数据小于第二阈值，所述第一子数据和所述第二子数据分别在所述第一组分组和所述第二组分组中进行显示。因而，高低灰阶数据在显示的时候互不干扰，所以可以减轻LED显示装置的高低灰干扰现象。
如上所示，消隐模块130中的时序发生器131产生与连续的帧驱动信号、行驱动信号和分组驱动信号同步的上拉复位信号UP。下拉信号DNx例如是行驱动器110中的恒流输出控制器的选通使能信号OE的反相信号。上拉消隐信号UP例如是行驱动器110中的恒流输出锁存器的锁存使能信号LE的同相信号。在该实施例中，上拉复位信号UP和下拉信号DNx均为高电平有效，低电平无效。恒流输出锁存器122
在图5所示的实例中，对行周期进行分组，在分组周期中，进行分割以获得多个子周期。连续的分组周期的时间段分别对应于灰阶数据的相应数据位的权重。例如，分组周期的时间段从时刻t0至t5的时间段对应于灰阶数据最低有效位的权重1的一个子周期。
在时刻t0，从灰阶数据的最低有效位，开始行周期中的第一分组的第一子周期。下拉信号DNx翻转为有效状态，行驱动器110中的恒流输出控制器123在下拉信号DNx的控制下，控制恒流源提供多个恒流输出。
在时刻t1，上拉消隐信号UP翻转为有效状态。行驱动器110中的恒流输出控制器123从恒流输出锁存器122获得串行数据。在该实例的子周期中，恒流输出控制器123获得最低有效位的数值，根据该数值提供或者关闭恒流输出。
在时刻t2，上拉消隐信号UP翻转为无效状态。行驱动器110中的恒流输出控制器123停止从恒流输出锁存器122获得串行数据。上拉消隐信号UP的有效状态的持续时间对应于最低有效位的权重，维持恒流输出状态达到与权重相对应的时间段。因此，在该实例的子周期中，恒流输出控制器123根据最低有效位的权重，维持恒流输出状态达到与权重相对应的时间段。
在时刻t3，下拉信号DNx重新翻转为有效状态，结束行周期中的第一分组的第一子周期，并且开始第一分组的第二子周期。直至时刻t5，完成第一分组的驱动周期。
在上述的时间段t2-t3之间，上拉消隐信号UP和下拉信号DNx均为无效状态，复位模块120中的时序发生器131产生的复位控制信号CTRL翻转为有效状态，从而在子周期间将复位电压VRST施加在列线上进行复位。
根据本发明实施例的方法，在一个行周期中，LED显示装置100根据灰阶数据的权重分组，以及将灰阶数据的权重分割成多个子周期，并且逐个子周期地显示灰阶数据的位数据。在连续的子周期之间，采用复位电压对行线和列线之间的寄生电容进行预充电，从而进行复位。
在替代的实施例中，可以进行子周期间复位、分组间复位、行间复位、帧间复位之中的任一种。与帧间复位不同，子周期间复位、分组间复位、行间复位可以根据灰阶数据分别设置多条列线各自的复位电压，从而可以更好地补偿连续的灰阶图像之间的干扰。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (11)

1.一种用于LED显示装置的驱动方法，所述LED显示装置包括与行线和列线相连接的像素单元，在每个行周期中，所述方法包括：
根据灰阶数据的权重分组，所述权重对应于LED点亮的持续时间；
逐个分组地显示灰阶数据；
根据灰阶数据设置复位电压；以及
在连续的多个分组之间，采用复位电压对行线和列线之间的寄生电容进行预充电，从而进行分组间复位。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在每个行周期中，所述多个分组的权重从低至高排列。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述多个分组包括第一组分组和第二组分组，所述第一组分组中任一个分组的权重小于所述第二组分组中的任一个分组的权重。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二组分组中的每个分组进一步分成多个子周期，以及进行子周期间复位。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述第一组分组中显示第一灰阶数据，在所述第一组分组和所述第二组分组中显示第二灰阶数据，所述第一灰阶数据小于所述第二灰阶数据。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一灰阶数据大于等于第一阈值，所述第二灰阶数据小于第一阈值。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：将第二灰阶数据分成第一子数据和第二子数据，其中，所述第一子数据和所述第二子数据分别在所述第一组分组和所述第二组分组中进行显示。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一子数据大于等于第二阈值，所述第二子数据小于第二阈值。
9.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一组分组的总权重对应于LED点亮的持续时间大于等于系统时钟的5倍。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分组间复位与灰阶数据的数值无关。
11.一种LED显示装置，包括：
多条行线和列线；
行驱动器，与所述多条行线相连接，用于提供选择信号；
列驱动器，与所述多条列线相连接，用于提供与灰阶数据相对应的驱动信号；
多个像素单元，所述多个像素单元中的每个像素单元包括连接至所述多条行线之一和所述多条列线之一的LED；以及
消隐模块，与所述多条列线相连接，
其中，所述列驱动器根据灰阶数据的权重分组，并且逐个分组地显示灰阶数据，所述权重对应于LED点亮的持续时间，所述权重对应于LED点亮的持续时间所述消隐模块在每个行周期中，根据灰阶数据设置复位电压，在连续的多个分组之间，采用复位电压对行线和列线之间的寄生电容进行预充电，从而进行分组间复位。
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