CN111696478A

CN111696478A - 一种集成驱动芯片的rgb led灯珠、显示屏及驱动方法

Info

Publication number: CN111696478A
Application number: CN202010730877.1A
Authority: CN
Inventors: 宋霄; 张若平; 蒋召宇; 何书专; 施云飞
Original assignee: Nanjing Huanxuan Semiconductor Co ltd
Current assignee: Nanjing Huanxuan Semiconductor Co ltd
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2020-07-27
Publication date: 2020-09-22
Also published as: CN212724665U

Abstract

本发明公开了一种集成驱动芯片的RGB LED灯珠、显示屏及驱动方法，属于LED显示技术领域。针对现有技术中存在的LED显示电路集成度低体积大，RGB LED电流值只能整个显示模块或者整个LED显示屏同时调整的问题，本发明将RGB LED和驱动芯片连接，集成封装于同一封装体，驱动芯片分析外部输入数据，通过寻址模块匹配灯珠地址，匹配正确后将电流增益设定值通过寄存器与控制模块发送至电流增益模块，进而调节RGB LED的驱动电流，本发明改进了RGB LED与驱动芯片的架构，提高芯片集成度，减小芯片体积，使得LED透明屏及柔性屏更纤薄，通过独立寻址分别调整每颗RGB LED灯珠的电流增益，集成后的RGB LED灯珠串联级联使用，简化了数据通讯模式。

Description

一种集成驱动芯片的RGB LED灯珠、显示屏及驱动方法

技术领域

本发明涉及LED显示技术领域，更具体地说，涉及一种集成驱动芯片的RGB LED灯珠、显示屏及驱动方法。

背景技术

发光二极管又称LED，在现代社会具有广泛的用途，LED电子显示屏具有色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，广泛应用于商业传媒、文化演出市场、体育场馆、信息传播、新闻发布、证券交易等，可以满足不同环境的需要。

随着科技的不断进步，LED显示已经广泛地应用于显示器和照明。当前主流的LED显示驱动架构把LED驱动芯片与RGB LED作为独立的电子元器件通过PCB走线互连实现RGBLED高刷新高灰度的显示效果。

随着LED显示技术的发展，越来越多的人尝试在传统LED封装结构中集成其他电子元件，使普通的LED灯珠可以不借助外部电路就能实现多样功能，提高单位产品的集成程度，同时也简化生产流程和生产成本。目前传统LED显示驱动的构架难以满足LED透明屏，及LED柔性屏等新型应用的需求，传统方案存在集成度低，体积大，LED灯珠无法独立寻址，RBGLED电流值只能整个显示模块或者整个LED显示屏同时调整的缺点。

经检索，中国专利申请LED显示系统，公告号CN 102855841 B，公告日2015年10月21日，公开了一种LED显示系统包括LED阵列以及LED驱动电路。LED驱动电路包括多个部件，包括锁相环、脉宽调制引擎、配置寄存器、一系列增益可调快速充电电流源以及串行输入/输出接口，在该驱动电路中的部件可以集成在同一芯片中，LED阵列可以布置成共负极配置，该发明LED阵列通过驱动芯片驱动显示，同一个驱动电路驱动所有LED显示阵列，该发明系统集成度低，LED显示系统体积大，电路复杂，数据通讯模式不够简化。

中国专利申请一种双面发光灯芯一体LED，公告号CN 109860163 A，公告日2019年6月7日，公开了一种双面发光灯芯一体LED，具体为一种将2颗全彩LED灯和2颗驱动IC芯片封装为一体的双面发光灯芯一体LED，但该发明RBG LED电流值只能整个显示模块或者整个LED显示屏同时调整，无法精确设置每颗LED灯珠的电流增益，改善同灰度设定下不同LED灯珠显示灰度效果不一致的现象。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的LED显示电路集成度低芯片体积大，LED灯珠无法独立寻址，无法精确设置每颗LED灯珠的电流增益等问题，本发明提供了一种集成驱动芯片的RGBLED灯珠、显示屏及驱动方法，将驱动芯片和RGB LED灯珠集成封装，提高集成度，改善由LED灯珠的误差造成的同灰度设定下不同LED灯珠显示灰度效果不一致的现象，并简化数据通讯模式。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种集成驱动芯片的RGB LED灯珠，包括RGB LED灯珠和驱动芯片，RGB LED灯珠包括R LED灯珠、G LED灯珠和B LED灯珠；R LED灯珠、G LED灯珠和B LED灯珠均与驱动芯片连接，且与驱动芯片集成封装于同一封装体。本发明RGB LED灯珠电流增益独立可调，可通过独立寻址分别设定单颗RGB LED灯珠的电流值；集成后的LED灯珠可以串联级联使用。

更进一步的，RGB LED灯珠与驱动芯片的连接方式为共阴极或共阳极。驱动芯片与RGB LED灯珠不限连接方式，可以是共阴极连接，也可以是共阳极方式连接。

更进一步的，所述驱动芯片包括信号分析和编解码模块、寻址模块、寄存器与控制模块和电流增益模块，信号分析和编解码模块与寻址模块和寄存器与控制模块均连接，寄存器与控制模块还分别连接寻址模块和电流增益模块。在封装体内部，驱动芯片的驱动输出端口，连接到RGB LED，提供RGB LED的工作电流。

更进一步的，所述封装体的连接端口分别连接输入数据信号、输入时钟信号，输出数据信号和输出时钟信号。在封装体外部设置端口连接输入和输出信号，所述输入和输出信号均包括数据信号和时钟信号。所述集成封装规格包括但不限于1515、2727或2020；所述集成封装形式为COB、SOT或PLCC。1515、2727和2020指的是灯珠的尺寸。COB是将裸芯片用导电或非导电胶粘附在互连基板上，然后进行引线键合实现其电连接。SOT指的是Smalloutline Transistor，小外形晶体管，是SOP封装的一种。PLCC为特殊引脚芯片封装，它是贴片封装的一种，这种封装的引脚在芯片底部向内弯曲，因此在芯片的俯视图中是看不见芯片引脚的。

一种RGB LED显示屏，包括N行M列所述的一种集成驱动芯片的RGB LED灯珠，M、N为自然数；RGB LED灯珠之间通过级联方式连接，即RGB LED灯珠的输出端连接该行下一列的RGB LED灯珠的输入端。在RGB LED显示屏中，RGB LED灯珠通过级联的方式连接，每一级RGBLED灯珠的输出信号输入下一级RGB LED灯珠。所述RGB LED显示屏还包括控制器，控制器分别连接每行首列的RGB LED灯珠，用以发送输入数据信号和输入时钟信号。控制器包括RGBLED显示屏所有的显示数据和控制数据，控制器将RGB LED显示屏所有的显示数据和控制数据统一发送至每行的RGB LED灯珠，每颗集成后的RGB LED灯珠根据地址数据匹配所需的显示数据和控制数据。

所述驱动芯片为HX50XX系列驱动芯片。HX50XX系列芯片能够独立寻址并精确设置每颗LED灯珠的电流增益，改善同灰度设定下不同LED灯珠显示灰度效果不一致的现象。

一种RGB LED灯珠的驱动方法，输入信号发送至集成后RGB LED灯珠的信号分析和编解码模块，信号分析和编解码模块对输入信号分析及编解码，处理后数据分别发送至寻址模块、寄存器与控制模块以及输出到下一级RGB LED灯珠；寻址模块将输入信号进一步处理后发送至寄存器与控制模块；寄存器与控制模块接收分析和编解码模块以及寻址模块发送的信号，发送相应的控制信号至电流增益模块；电流增益模块根据接收到的控制信号驱动RGB LED灯珠。本发明通过集成驱动芯片，能够独立寻址并精确设置每颗LED灯珠的电流增益。

更进一步的，所述输入信号包括地址数据、电流增益设定值和显示数据。

更进一步的，信号分析和编解码模块将输入信号中的地址数据和电流增益设定值发送至寻址模块，将显示数据发送至寄存器与控制模块，将除地址数据以外数据重新编码发送至下一级RGB LED灯珠。寻址模块将接收到的地址数据与芯片的实际地址进行匹配，地址匹配正确后将电流增益设定值发送至寄存器与控制模块。若地址数据不正确，则不发送对应的电流增益设定值，接收到的信息通过输出端传输至下一级的RGB LED灯珠。

更进一步的，RGB LED驱动电流的调节方式为PWM数字调节或模拟调节，驱动芯片使用SPI、I2C或单线归零码通讯协议。PWM数字调节通过改变PWM占空比来改变导通时间，从而改变电流。模拟调节是通过改变输入电压从而改变驱动电流大小。在封装体外部，具体连接方式和通信协议有关。例如，若驱动芯片中模块间通讯使用SPI通讯协议，则连接方式为第一颗灯珠的SDI端口连接外部信号输入，SDO端口连接下一颗灯珠的SDI端口，CLK端口连接外部时钟信号，CLKO端口连接下一颗灯珠的CLK端口，依次串联级联下去，VDD端口连接电压源，GND端口接地。

一种RGB LED显示屏的驱动方法，控制器使用所述的一种RGB LED灯珠的驱动方法；控制器发送数据包括M帧，每一帧数据对应每一列封装后的RGB LED灯珠，每一帧数据包括工作码、寄存器码、复位码和驱动芯片1至驱动芯片n的数据；工作码用以检验数据格式，复位码用以每帧数据的生效。所述寄存器码包括R LED灯珠、G LED灯珠和B LED灯珠的恒流值，所述恒流值用X位数据表示2^x级恒流值；R LED灯珠、G LED灯珠和B LED灯珠的恒流值可分别配置；所述芯片数据还包括Y位用于设置2^Y级灰度等级的数据，X、Y为自然数。根据显示的效果需求，设定寄存器的大小，寄存器存储的数据位数越多，显示效果越好。

本发明提出了一种电流增益可调集成驱动芯片的RGB LED灯珠结构，通过把驱动芯片和RGB LED芯片集成封装，提高了集成度，使得LED透明屏，及LED柔性屏可以更纤薄，集成驱动芯片后的RGB LED灯珠可以串联级联使用，简化了数据通讯模式，并且每颗RGB LED灯珠通过寻址均可独立设定其电流增益。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本发明改进了RGB LED与驱动芯片的架构，将驱动芯片和RGB LED芯片集成封装，使芯片无需单独的封装，提高LED灯珠的集成度，减小LED显示屏体积，在应用于LED透明屏或LED柔性屏时更纤薄。

本发明集成驱动芯片的LED显示屏，每颗灯珠电流增益独立可调，通过独立寻址分别准确调整每颗RGB LED灯珠的电流增益。相较于只能整个显示模块或者整个LED显示屏同时调整电流值的情况，改善同灰度设定下不同LED灯珠显示灰度效果不一致的现象，集成后的RGB LED灯珠串联级联使用，简化了数据通讯模式。

附图说明

图1为本发明的封装外形示意图；

图2为本发明的模块示意图；

图3为本发明一实施例集成HX50XX系列驱动芯片的RGB LED灯珠结构的应用示意图；

图4为本发明一实施例的归零码通讯协议的数据格式的示意图；

图5为本发明一实施例的控制器发送的数据的示意图；

图6为本发明RGB LED灯珠共阴极连接的模块示意图；

图7为本发明RGB LED灯珠共阳极连接的模块示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例

一种电流增益可调集成驱动芯片的RGB LED灯珠，其集成封装示意如图1所示，驱动芯片和RGB LED集成于同一封装体，所述集成封装规格包括但不限于1515、2727或2020。1515、2727和2020指的是灯珠的尺寸。RGB LED灯珠包括R LED、G LED和B LED灯珠，R LED灯珠、G LED灯珠和B LED灯珠均与驱动芯片连接，提供RGB LED所需的驱动电流，驱动芯片还对输入信号进行地址及数据编解码再输出至下一级。

封装体外部有六个连接端口，端口1连接电源VDD，端口2和端口3连接输入数据信号和时钟信号，端口4接地GND，端口5和端口6连接输出信号和输出的时钟信号。封装体外部的具体连接方式和封装体使用的通信协议相关。若封装体中驱动芯片模块间通讯使用SPI通讯协议，则连接方式为第一颗灯珠的SDI输入端口连接外部输入数据信号，SDO输出端口连接下一颗灯珠的SDI输入端口，第一颗灯珠的CLK端口连接外部时钟信号，CLKO端口连接下一颗灯珠的CLK端口，依次串联级联下去，VDD端口连接电压源，GND端口接地。

本实施例的模块示意图如图2所示，所述驱动芯片包括信号分析和编解码模块、寻址模块、寄存器与控制模块和电流增益模块，信号分析和编解码模块与寻址模块和寄存器与控制模块均连接，寄存器与控制模块还连接寻址模块和电流增益模块。输入数据信号发送至信号分析和编解码模块，由信号分析和编解码模块分析以及编解码后输出。

输入数据信号包括地址、电流增益设定值及显示数据，每一个不同的地址均对应了一组RGB LED。信号分析和编解码模块对输入数据进行分析，将输入信号中的地址数据发送至寻址模块，寻址模块在地址匹配完成后，读取输入信号中的电流增益设定值及显示数据发送至寄存器与控制模块，多余的数据通过输出端口传输至下一级，寄存器与控制模块把RGB LED电流设定值发送至电流增益模块，电流增益模块根据电流设定值调节与驱动芯片输出端口相连的各个RGB LED的驱动电流。

如图3所示的集成HX50XX系列驱动芯片的RGB LED灯珠结构的应用示意图，在RGBLED灯珠结构中集成驱动，所述驱动芯片为HX50XX系列芯片。集成驱动芯片后的RGB LED灯珠采用串联级联的方式连接，级联数目不受限制。级联后的集成驱动芯片的RGB LED灯珠通过独立定址技术对单颗RGB LED灯珠进行电流增益调节。

在图2所示集成驱动芯片的LED灯珠功能模块示意图基础上，图6和图7为本发明与RGB LED灯珠连接的模块示意图，驱动芯片与RGB LED显示阵列连接时可以采用共阴极或共阳极的连接方式。图6为RGB LED灯珠共阴极连接示意图，电流增益模块的数据发送到RGBLED灯珠的阴极；图7为RGB LED灯珠共阳极连接示意图，电流增益模块的数据发送到RGBLED灯珠的阳极。

本实施例集成芯片后的RGB LED阵列在显示时，控制器将输入数据信号发送至信号分析和编解码模块，信号分析和编解码模块接收固定通信格式的输入数据，对输入数据分析和编解码，输入数据内容包含地址、电流增益设定值及显示数据，并按照通信协议对输入数据信号解码，其中的地址和电流增益设定值发送到寻址模块，显示数据及其他发送到寄存器与控制模块，除地址以外的数据重新编码，输出到下一级LED灯珠。

寻址模块还连接寄存器与控制模块，寻址模块将输入数据信号中的地址与驱动芯片的实际地址进行匹配，地址匹配正确后，将电流增益设定发送至寄存器与控制模块。寄存器与控制模块处理信号分析和编解码模块以及寻址模块发出的数据，并发送相应的控制信号和显示数据给电流增益模块。

寄存器与控制模块把RGB LED电流设定值发送至电流增益模块，电流增益模块接收寄存器与控制模块发出的控制信号和显示数据，调节各个与驱动芯片相连的RGB LED灯珠的驱动电流，电流增益模块与RGB LED灯珠连接，电流增益模块根据电流设定值调节与驱动芯片输出端口相连的各个RGB LED的驱动电流，RGB LED接收电流增益模块发出的控制信号和显示数据，驱动相应的RGB LED灯珠，同一颗驱动芯片连接的RGB LED灯珠为同一地址，三个灯珠所需的对应电流值分别设定。RGB LED驱动电流的调节方式为PWM数字调节或模拟调节。PWM数字调节通过改变PWM占空比来改变导通时间，从而改变电流。模拟调节是通过改变输入电压从而改变驱动电流大小。

图3所示为一个N行M列的RGB LED显示阵列，M、N为自然数，显示阵列中每一个RGBLED灯珠均与驱动芯片集成封装，控制器与RGB LED显示阵列中每个封装后RGB LED灯珠均连接，控制器发送数据输入至每个封装后的RGB LED灯珠，输入数据经第一列封装后的RGBLED灯珠处理后通过输出端发送至下一级，即该行第二列封装后的RGB LED灯珠。以此类推，控制器发送数据在每一行封装后的RGB LED中通过级联的方式传输。

本实施例中集成的驱动芯片HX50XX系列芯片使用归零码通讯协议，分为“0”码、“1”码和复位码。归零码是信号电平在一个码元之内都要恢复到零的编码方法，是一种二进制信息的编码，用极性不同的脉冲分别表示二进制的“1”和“0”，在脉冲结束之后要维持一端时间的零电平。所述归零码的数据格式如图4所示，图中的“0”码和“1”码的区别在于高电平和低电平的占空比不同，有效的部分为高电平的持续时间。图4中T0H代表“0”码所需的高电平时间，T1H代表“1”码所需的高电平时间，“0”码和“1”码的高电平时间为固定值，低电平时间影响控制器的发送频率。一般来说，“1”码所需的高电平时间T1H大于“0”码所需的高电平时间T0H；复位码通过持续较长一段时间的低电平表示。实际应用中驱动芯片中模块间通讯不局限为某种固定的通信协议，使用较多的有SPI、I2C或单线归零码通讯协议。

图5为控制器输入至RGB LED显示阵列时发送的数据格式，数据从左向右发送，芯片上电稳定数据先发送，控制器发送数据包括M帧，每一帧数据对应每一列封装后的RGBLED灯珠，每一帧数据包括工作码、寄存器码、复位码和驱动芯片1至驱动芯片n的数据。一颗驱动芯片控制一个RGB LED灯珠，每颗驱动芯片的数据都可以不同，控制器先发送第一颗芯片的数据包，之后是第二颗，直至第n颗。控制器每帧发送一次数据给n颗控制芯片，n颗驱动芯片控制n颗级联的灯珠的显示。

工作码是为了检验数据格式是否符合要求，是否可以被驱动芯片识别，本实施例中工作码为88bit固定值，即0×FFFFFFFFFFF_00000000000。寄存器码为20bit，其中R3、R2、R1和R0四位数据表示红色R LED灯珠16级恒流值，G3、G2、G1和G0四位数据表示绿色G LED灯珠16级恒流值，B3、B2、B1和B0四位数据表示蓝色B LED灯珠16级恒流值，RGB LED灯珠的恒流值可分别配置。

本实施例中每一片芯片数据为48bit，R[3:0]用于设置微调红灯R LED的恒流值，对寄存器码中设置的红色R LED灯珠恒流值进行16级微调，G[3:0]和B[3:0]同理。R[11:0]用于设置红灯灰度等级，当R[11:0]数据为全0时红灯R LED关断，R[11:0]数据为全1时红灯亮度最大，所述灰度等级共4096(2¹²)级可调，本实施例芯片数据的设置可以改善同一灰度设定下不同LED灯珠显示灰度效果不一致的现象，绿灯G LED和蓝灯B LED同理。复位码为一段时间的低电平，每一帧数据发送结束必须发送复位码数据才会生效。

本实施例在RGB LED灯珠上集成驱动芯片，使芯片无需单独的封装，提高LED灯珠的集成度，减小LED显示屏的体积。在对封装后的LED显示阵列驱动时，通过独立寻址方式实现对每颗LED灯珠的电流增益单独调节，可以改善在灰度相同时不同LED灯珠显示灰度效果不一致的现象，本实施例集成后的LED灯珠串联级联使用，简化LED显示阵列的数据通讯模式。

本实施例仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims

1.一种集成驱动芯片的RGB LED灯珠，其特征在于，包括RGB LED灯珠和驱动芯片，RGBLED灯珠包括R LED灯珠、G LED灯珠和B LED灯珠；R LED灯珠、G LED灯珠和B LED灯珠均与驱动芯片连接，且与驱动芯片集成封装于同一封装体。

2.根据权利要求1所述的一种集成驱动芯片的RGB LED灯珠，其特征在于，RGB LED灯珠与驱动芯片的连接方式为共阴极或共阳极。

3.根据权利要求2所述的一种集成驱动芯片的RGB LED灯珠，其特征在于，所述驱动芯片包括信号分析和编解码模块、寻址模块、寄存器与控制模块和电流增益模块，信号分析和编解码模块与寻址模块和寄存器与控制模块均连接，寄存器与控制模块还分别连接寻址模块和电流增益模块。

4.根据权利要求1所述的一种集成驱动芯片的RGB LED灯珠，其特征在于，所述封装体的连接端口分别连接输入数据信号、输入时钟信号，输出数据信号和输出时钟信号。

5.一种RGB LED显示屏，其特征在于，包括N行M列如权利要求1-4任意一项所述的一种集成驱动芯片的RGB LED灯珠，M、N为自然数；RGB LED灯珠之间通过级联方式连接，即RGBLED灯珠的输出端连接该行下一列的RGB LED灯珠的输入端；所述RGB LED显示屏还包括控制器，控制器分别连接每行首列的RGB LED灯珠，用以发送输入数据信号和输入时钟信号。

6.一种RGB LED灯珠的驱动方法，其特征在于，输入信号发送至集成后RGB LED灯珠的信号分析和编解码模块，信号分析和编解码模块对输入信号分析及编解码，处理后数据分别发送至寻址模块、寄存器与控制模块以及输出到下一级RGB LED灯珠；寻址模块将输入信号进一步处理后发送至寄存器与控制模块；寄存器与控制模块接收分析和编解码模块以及寻址模块发送的信号，发送相应的控制信号至电流增益模块；电流增益模块根据接收到的控制信号驱动RGB LED灯珠。

7.根据权利要求6所述的一种RGB LED灯珠的驱动方法，其特征在于，所述输入信号包括地址数据、电流增益设定值和显示数据。

8.根据权利要求7所述的一种RGB LED灯珠的驱动方法，其特征在于，信号分析和编解码模块将输入信号中的地址数据和电流增益设定值发送至寻址模块，将显示数据发送至寄存器与控制模块，将除地址数据以外数据重新编码发送至下一级RGB LED灯珠；寻址模块将接收到的地址数据与芯片的实际地址进行匹配，地址匹配正确后将电流增益设定值发送至寄存器与控制模块。

9.根据权利要求6所述的一种RGB LED灯珠的驱动方法，其特征在于，RGB LED驱动电流的调节方式为PWM数字调节或模拟调节；驱动芯片使用SPI、I2C或单线归零码通讯协议。

10.一种RGB LED显示屏的驱动方法，其特征在于，控制器使用如权利要求6-9任意一项所述的一种RGB LED灯珠的驱动方法；控制器发送数据包括M帧，每一帧数据对应每一列封装后的RGB LED灯珠，每一帧数据包括工作码、寄存器码、复位码和驱动芯片1至驱动芯片n的数据；工作码用以检验数据格式，复位码用以每帧数据的生效；所述寄存器码包括R LED灯珠、G LED灯珠和B LED灯珠的恒流值，所述恒流值用X位数据表示2^x级恒流值；R LED灯珠、G LED灯珠和B LED灯珠的恒流值可分别配置；所述芯片数据还包括Y位用于设置2^Y级灰度等级的数据，X、Y为自然数。