CN1090412A - 发光二极管辉度控制方法及电路和采用该电路的图象显示屏 - Google Patents

Abstract

一种用于发光二极管辉度的控制方法，使发光二 极管处于饱和电压下工作，通过一个开关装置使该发 光二极管处于饱和导通和截止的交替工作状态，在不 大于人眼滞留时间的周期内改变通断的占空比从而 实现人感受到的亮度的改变，以及采用此方法构成的 单色、复杂象素单元及采用这种单元而构成的大屏幕 显示屏。

Description

本发明涉及一个用于发光二极管辉度的控制方法及电路，并涉及采用这种电路的图象显示屏幕。

作为超大屏幕的显示方法在目前主要有以下几种，即，以排成矩阵形式的众多的彩色显象管构成的屏墙，投影电视的组合方式，超大规模液晶显示板及发光二极管矩阵。就本发明人所知，现存有，以发光二极管构成的大屏幕示屏多用于点阵式文字图形的显示。在进行图象显示时，在辉度控制以及彩色合成上的效果都不够理想而不能给人以满意的使用效果。出现这种问题的主要原因是目前用以驱动发光二极辉度变化的机理和发光二极管参数的离散性。

详细地说，目前用于改变发光二极管的辉度的方法是改变经过发光二极管的电流，设想发光二极管工作于线性区内，其发光强度与流经电流成正比，从而实现了辉度的控制。然而困难的是，这种假设的完好的线性只能是一种近似的情况，更关键的问题是发光二极管参数的离散性，使每个发光二极管之间参数都难以统一，从而在其亮度的控制很难实现。由于这种问题的存在，设想一个含有大量（例如30万）象素的超大显示屏而言，画面亮度的控制是极困难的。

本发明旨在提出一种用于发光二极管辉度的控制方法，克服在上述的已有技术中存在的发光二极辉度控制上由于二极管参数的非线性及离散而带来的不足，并由此种控制方法形成一超大屏幕的图象显示屏。

本发明提出的这种控制发光二极管辉度的方法的实质在于，当发光二极管处于饱和工作状态时，以一定的频率（例如50HZ的，不产生闪烁感的频率）驱动该二极管，并改变每个驱动周期内发光二极管的导通、截止时间的比例，由于人眼的滞留效应，从而使人感到的是发光二极管在辉度上的变化，在一定周期内的导通一截止时间的比例越大，二极管越亮，反之则越暗。很显然，以这样方法实现的最高辉度等级即为在整个周期内全部时间均使发光二极管处于饱和导通的情况，相反，若在整个周期内的全部时间上二极管均处于截止状态，则二极管为不发光的全暗最低辉度状态。可以设想，由于可以在不同周期连续地调节二极管的导通一截止时间所占的比例，从而可以实现发光二极管辉度的任意调节。以这种方法来对发光二极管的辉度进行调节，避免了由于二极管参数不一性而引起的发光辉度控制的困难，因为这种方法是使发光二极管工作于饱和与截止两种状态的转换之中，从而不受二极管的非线性及参数的不统一性的影响。

如上所述，实现本发明提出的控制发光二极管的发光辉度的方法包括以下的实际步骤，首先使发光二极工作于使其处于饱和导通的供电电压源之下;利用一个开关装置，该开关装置可以使发光二极管处于饱和导通和截止的交替工作状态;按照一定的、不低于人眼视觉滞留效应的频率的基准，通过改变在一定周期内的该发光二极管的饱和导通和截止的时间的比率（即占空比）来改变发光二极管的辉度。

下面参照附图来对采用本发明的方法而实现的发光二极管辉度控制电路以及采用该电路原理而实现的大显示屏幕作详细的说明。

其中，

图1是一个利用上述的方法而实现的数字方式的发光二极管辉度控制的基本电路;

图2是一个利用上述的方法而实现的模拟方式的发光二极管辉度控制的基本电路;

图3是一个根据本发明的方法、利用图1或图2中的基本单元的原理而形成的一个彩色象素单元;以及，

图4是采用了本发明的方法的基本单元而实现的大规模显示屏。

图1是一个利用数字方式实现的、根据本发明方法的发光二极管辉度控制电路。如图所示，一个单色发光二极管LED连接在驱动器电路DR和为其提供饱和导通所需电压之间，驱动器受比较电路CP输出信号的控制，从而使发光二极管LED处于饱和导通和截止两种工作状态。一个寄存器R用于存储相对于不同发光数字级别的数据D;一个计数器C，它具有与寄存器相同的位数并受由脉冲信号发生器产生的控制脉冲的控制;一个比较器CP，用于对计数器C的输出值P和寄存器R的输出值Q进行比较，从而确定发光二极管LED的通断状态的转换。

在工作时，将表示辉度等级的二进制数D送到寄存器R中。计数器C以一定的频率的时标脉冲驱动计数，其值代表时间座标，它由零值计数到最大值，再回到零值，重复这一过程，即作周期性的变化。寄存器R的输出信号加到比较器CP的Q输入端，计数器C的输出端信号加到比较器CP的P输出端，只要Q＞P，比较器CP的输出通过驱动器DR使发光二极管导通，反之，发光二极管截止。可以想到，通过改变D的数值，即可实现在一周期内发光二极管的饱和导通和截止所占时间的比例，从而使人感受到辉度的变化。

图2是以模拟电路的方式采用上述的本发明的方法的发光二极管辉度控制电路。在该电路中，输入的是模拟信号Ui，该信号由选通信号S作用以电压Uc的形式“记录”在电容C上，这种对电容的充电是通过起到开关作用的晶体管TR3、TR1实现的。电容C通过电阻R1放电，驱动晶体管TR4和TR2，从而使发光二极管LED导通。Ui越高，则Uc越高，则导通时间越长，从而使人眼所感觉到的辉度越高;反之，Ui越低，则Uc也越低，则导通时间就越短，从而使人眼所感觉到的亮度越低。通过选择适当的选通信号S的频率和时间常数R₁C的数值，即可实现良好的对发光二极管的辉度的控制。

应当说明，采用图1和图2所示的发光二极管辉度控制电路，其周期不应大于人眼的滞留时间，也就是说，一般在20ms左右，否则会引起闪烁感觉。

参看图3，不难理解，当将三个基色的发光二极管组合在一起并以本发明的控制方法来对该单元进行控制时，即可形成一个彩色发光单元。在图3中，模块1表示由图1构成的发光二极管发光控制单元，以三个这样的控制单元分别驱动红、绿、兰发光二极管即可得到一个全彩色的受控发光单元，举例而言，倘若在如图1中的存储数据D具有六个二进制位，则该全彩色受控发光单元可以产生262144种不同的颜色。将这样的彩色发光单元看成在一巨型显示屏中的一个象素时，通过改变输入到三个基本模块中的数据D红、D绿、D兰，即可改变该象素的颜色。

图4中示出了采用图3中的象素单元构成的图象显示屏。按照实际的需要，采用M×N个象素单元构成所期尺寸的发光二极管的显示屏。其中，M是指显示屏幕在水平方向上的象素单元的数目，N是指该屏幕在垂直方向上的象素单元的数目。利用一个能够使该屏幕中的全部M×N个象素单元的发光二极管都能处于饱合导通的电源为该屏幕供电。屏幕中的每个象素单元的发光状态受到译码器（X）（水平方向）和行译码器（Y）的选择，将确定每个象素单元的颜色发光辉度级别的信号/数据由传输线输入到每个象素单元中的控制电路中的相应存储装置或充电装置。根据译码结果和传输线上的控制信号/数据，该显示屏幕的每一象素单元都具有各自的、在一定周期内的饱和导通和截止的时间比率（即占空比），从而具有受该信号/数据的控制的辉度。

可以设想，如图将一幅电视画面的全部象素取样形成对应于本发明中显示屏的中的象素单元的信号或亮度控制的数据，即可实现电视信号的、以发光二极管构成的大屏幕显示。

在应用要求不高场合时，也可以采用三种基色中的任意两种来实现本发明的大屏幕显示屏中的象素单元，甚至仅使用一种颜色来实施这样的象素单元。

在以上的叙述中，为了连贯性而设其发光二极管的控制电路是在每一个象素单元之中的，而在实际使用中，这些控制电路完全可以独立于发光二极管而集中在一单独的电路系统中，例如采用一个或若干个专用的集成电路芯片而实现对屏幕中全部发光象素单元的控制。事实上，这种共用的控制电路从技术实施的角度而论，则属于必然的结果。

以上是通过举例的方式对于本发明的方法和采用本方法的实施例做了说明，然而应该懂得，在不偏离本发明的精神实质的情况之下，本专业的普通技术人员仍可实现多种方案，而这些方案在不异于本申请权利要求书所规定的技术范围内都应属于本发明的范畴。

Claims (7)

1、一种用于发光二极管辉度的控制方法，其特征在于包括以下的步骤：

使发光二极管处于饱和电压下工作；

利用一个开关装置使该发光二极管处于饱和导通和截止的交替工作状态；

按照一定的频率通、断所述的开关装置，并且通过改变在一定周期内该发光二极管的饱和导通和截止的时间比率(即占空比)，从而改变发光二极管的辉度。

2、一种采用权利要求1所述方法的发光二极管辉度控制电路，其特征在于它包括：

一个单色或复色发光二极管;

一个用于将一饱和电压提供给该二极管的供电电路;

一个与发光二极管和所说的供电电路相连接的开关电路，用于控制在一定周期内加到所说的发光二极管上的饱和电压导通与截止的时间比率（即占空比），从而改变发光二极管的辉度。

3、一种采用权利要求1所述方法的发光二极管辉度控制电路，其特征在于它包括：

一个单色或复色发光二极管;

一个用于将一饱和电压提供给二极管的供电电路;

一个寄存器R，用于寄存不同发光数字级别的数据D;

一个计数器C，它具有寄存器相同的位数，并受与其连接的脉冲信号CLK的控制;

脉冲信号发生器，产生用于控制的时钟脉冲CLK;

一个比较器CP，用于对计数器C的输出值P和寄存器R的输出值Q进行比较;和，

一个连接在比较器CP和发光二极管之间的驱动器DR;

在一定的时间周期内，根据比较器CP对于计数器的输出值P和寄存器的输出值Q进行比较的结果而决定经驱动器DR使发光二极管在该周期内的导通和截止的时间比率（即占空比）。

4、根据权利要求2或3的辉度控制电路，其特征在于，其中所说的周期不大于人眼视觉的暂留时间，即20ms左右。

5、根据权利要求2或3的辉度控制电路，其特征在于，其中所说的复色是指通常作用基色的三种色彩：红、绿、兰，或者其中的任意两种颜色。

6、一种采用了如权利要求2或3的辉度控制单元的图象显示屏幕，其特征在于它包括，

M×N个象素单元，其中M是指所说的显示屏幕的象素单元列的数，而N是指所说的显示屏的象素单元行的数;

一个使M×N个象素单元中的全部发光二极管都能处于饱合导通状态的电压源;

一个确定各象素单元的列位置的列译码器X和一个确定各象素单元的行位置的行译码器Y，和，

确定各个象素单元发光辉度级别的信号/数据传输线;

根据译码结果和传输线的控制信号/数据，该显示屏幕的每一象素单元都具有各自的、在一定周期内的饱和导通和截止的时间比率（即占空比），从而具有受该信号/数据控制的辉度。

7、根据权利要求6的图象显示屏幕，其中所说的M×N个象素单元的控制电路可以独立于所说的M×N个发光二极管单独存在，并且可以由一个或若干个共用的电路实现。

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