CN201820427U

CN201820427U - 基于普通恒流源驱动芯片的led灰度显示控制装置

Info

Publication number: CN201820427U
Application number: CN2010205179725U
Authority: CN
Inventors: 谌高扬
Original assignee: Nanjing Doublestar Electronic And Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Doublestar Electronic And Technology Co Ltd
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2020-09-03

Abstract

基于普通恒流源驱动芯片的LED灰度显示控制装置，由FPGA芯片控制普通恒流源驱动芯片，普通恒流源驱动芯片连接LED阵列；FPGA芯片将分散在2个不同刷新周期的仅占1/2 OE子场时间的灰阶整合到一个刷新周期以及将分散在4个不同刷新周期的仅占1/4 OE子场时间的灰阶整合到一个刷新周期，即将同一帧周期内的N个不同刷新周期的仅占1/N OE子场时间的灰阶整合到一个刷新周期以构成一个完整的OE子场。可同时达到高刷新率，高灰阶高画质、高LED利用率、平滑灰度过渡，从而节省LED显示设备的原料成本。

Description

基于普通恒流源驱动芯片的LED灰度显示控制装置

一、技术领域

本实用新型所属技术领域为LED显示领域。尤其是普通恒流源驱动芯片驱动的带灰度的LED图像显示控制技术，包括LED大屏幕显示屏、LED灯条、LED灯饰等。

二、背景技术

目前业内主流的基于普通恒流源驱动芯片的控制方法是将源图像帧周期(常用的基于PC计算机的图像帧率是60Hz，其帧周期是16.66ms)等分为若干刷新周期，这些刷新周期总数与源图像帧率的乘积就是LED显示设备的刷新率。在每一个刷新周期内根据各自权重依次显示每一灰阶，权重高的灰阶显示时间长从而产生不同灰度。受限于源图像帧周期之固定，这种控制方法无法解决当前LED显示屏要求的越来越高的刷新率、越来越高的灰阶、越来越高的LED利用率、更平滑的灰度表现这些性能要求之间的矛盾。因为更高的刷新率意味着将固定的源图像帧周期等分为更多的刷新周期，每一刷新周期所占时间更少，无法显示更高灰阶；同时，要显示更高灰阶势必产生更多小OE脉宽，这些小OE脉宽有些无法被普通恒流源驱动芯片表现从而影响LED显示设备灰度过渡平滑性，影响画质；即使能被普通恒流源驱动芯片表现的中等级别的灰阶，其OE权重仍不足以占用一整个OE子场时间，致使LED利用率降低，亮度损失较大。

随着LED显示屏产业的发展，其对刷新率、灰阶数的要求越来越高以满足优美画质、直播无视觉闪烁、高LED利用率等需求。目前市面上出现的内建PWM恒流源驱动芯片虽能较好的满足这些要求，但由于内建PWM驱动芯片成本较普通恒流源驱动芯片成本高出若干倍从而使LED显示设备原料成本增加不少。而当前业内主流的基于普通恒流源驱动芯片的显示控制装置无法解决高刷新率、低亮度损失、高灰阶之间的矛盾。

设一基于普通恒流源驱动芯片并使用传统灰度控制方法的LED显示屏，其灰阶数为8位(8bits)，即R、G、B各有256个灰度(可表现的色彩为256x 256x 256＝16,777,216色)，若灰阶子场时间为T，而其最高灰阶时间为8T，那么8bits灰阶时间分别为8T、4T、2T、T、T、T、T、T(一个刷新周期内总灰阶时间为19T)，而其有效OE时间分别为8T、4T、2T、T、T/2、T/4、T/8、T/16(一个刷新周期内OE总有效时间为(16-1/16)T)。若帧周期为F(若图像帧率为60Hz，则F＝16.666ms)，那么刷新周期数为F/(19T)，刷新率约为1s/(19T)，最小OE脉宽为T/16，LED利用率约为(16-1/16)T/(19T)＝83.88％，亮度损失约为(1-83.88％)＝16.12％。

同理，当要求灰阶数为16位(16bits)时，即R、G、B各有65536个灰度(可表现的色彩为65536x65536x65536＝281,474,976,710,656色)，16bits灰阶时间分别为8T、4T、2T、T、T、T、T、T、T、T、T、T、T、T、T、T(一个刷新周期内总灰阶时间为28T)，而其有效OE时间分别为8T、4T、2T、T、T/2、T/4、T/8、T/16、T/32、T/64、T/128、T/256、T/512、T/1024、T/2048、T/4096(一个刷新周期内OE总有效时间为(16-1/4096)T)，那么刷新周期数R＝F/(27T)，刷新率约为1s/(27T)，最小OE脉宽为T/4096，LED利用率约为(16-1/4096)T/(27T)＝59.26％，亮度损失约为(1-59.26％)＝40.74％。

由此可见，传统方法控制基于普通恒流源驱动芯片的LED显示屏，灰阶数越高，其刷新率越低，LED利用率越低，亮度损失越高，最小OE脉宽越小以致无法被LED驱动芯片表现，从而造成灰度过渡不平滑，画质欠佳等不利影响。

而在同等条件下，本技术可使上述各性能参数大致满足以下算式：

8bits灰阶时：

刷新周期数R满足：15R+even(R/2)+even(R/4)+even(R/8)+even(R/16)＝F/T；

(其中，even()函数为向上取整函数，即小数位进1处理)。

最小OE脉宽为：(R％16)T，(其中，％为取余符合)；

LED利用率为：((16-1/16)RT/F)*100％；

亮度损失为：100％-((16-1/16)RT/F)*100％；

16bits灰阶时：

刷新周期数R满足：15R+even(R/2)+even(R/4)+even(R/8)+even(R/16)+even(R/32)+even(R/64)+even(R/128)+even(R/256)+even(R/512)+even(R/1024)+even(R/2048)+even(R/4096)＝F/T；

(其中，even()函数为向上取整函数，即小数位进1处理)。

最小OE脉宽为：(R％4096)T，(其中，％为取余符合)；

LED利用率为：((16-1/4096)RT/F)*100％；

亮度损失为：100％-((16-1/4096)RT/F)*100％；

子场时间T由LED显示屏寻址数和数据钟频率/周期决定，如寻址数为512，数据时钟频率为12.5MHz(周期为80ns)，那么子场时间T＝128x 80ns＝10.24us，对于1/4扫描屏可得出下列对照表：

	刷新率	LED利用率	亮度损失	最小OE脉宽
					传统8bits灰阶	1260Hz	＜83.88％	＞16.12％	640ns
传统16bits灰阶	840Hz	＜59.26％	＞40.74％	2.5ns
					V-PWM 8bits灰阶	1500Hz	约97.54％	约2.46％	576ns
V-PWM 16bits灰阶	1440Hz	约94.47％	约5.63％	60ns

由此可见，V-PWM技术对LED显示屏这些关键性能的全方位提升，能实现高刷新率、高LED利用率、低亮度损失、以及完全可以被普通恒流源取得芯片表现的最小OE脉宽从而提升画质(当前普通恒流源驱动芯片已经能表现35ns级别的最小OE脉宽，如MBI5036等)。

三、实用新型内容

本实用新型目的是：提出一种控制普通LED恒流源驱动芯片的装置，使其驱动LED显示设备，尤其是LED大屏幕显示屏之刷新率、高灰阶、灰阶过渡等关键性能同时满足需求。

本实用新型的技术方案是：基于普通恒流源驱动芯片的LED灰度显示控制装置，由FPGA芯片控制普通恒流源驱动芯片，普通恒流源驱动芯片连接LED阵列；FPGA芯片将分散在2个不同刷新周期的仅占1/2OE子场时间的灰阶整合到一个刷新周期以及将分散在4个不同刷新周期的仅占1/4OE子场时间的灰阶整合到一个刷新周期，即将同一帧周期内的N个不同刷新周期的仅占1/N OE子场时间的灰阶整合到一个刷新周期以构成一个完整的OE子场，充分利用子场时间。

这样，无法被普通恒流源驱动芯片表现的低灰阶之极小脉宽OE几乎不复存在，灰度过渡更平滑，画质更佳。而所有OE子场几乎全部最大化利用，LED利用率也就大幅提高，亮度损失大幅降低，同时整合后剩余出来的时间可以继续分配更多的刷新周期，从而刷新率也就大幅提高。

本实用新型的有益结果：本实用新型解决了基于普通恒流源驱动芯片的传统主流控制方法无法解决的LED显示设备要求的诸多关键性能之间的矛盾。是基于普通恒流源驱动芯片LED显示设备各项性能要求均得到满足，避免使用叫昂贵的内建PWM的恒流源驱动芯片，从而节省LED显示设备的原料成本。

而本实用新型从控制系统方面采用特定算法控制普通恒流源驱动芯片也能满足上述所有要求，同时达到高刷新率，高灰阶高画质、高LED利用率、灰度过渡平滑，从而节省LED显示设备的原料成本。在某些性能上，由本技术控制的普通恒流源驱动芯片甚至超过内建PWM恒流源驱动芯片。

四、附图说明

图1是普通LED恒流源驱动芯片框架图

图2是内建PWM的LED恒流源驱动芯片框架图

图3当前主流的(传统的)基于普通恒流源LED驱动芯片的控制时序图

图4本实用新型(V-PWM)基于普通恒流源LED驱动芯片的控制时序图

图5是本实用新型控制框图

五、具体实施方式

现有技术中将源图像帧周期(常用的基于PC计算机的图像帧率是60Hz，其帧周期是16.66ms)等分为若干刷新周期，这些刷新周期总数与源图像帧率的乘积就是LED显示设备的刷新率。在每一个刷新周期内根据各自权重依次显示每一灰阶，权重高的灰阶显示时间较长从而产生不同灰度。而本实用新型基于FPGA设计，其图像传送、图像帧缓存、灰度发生、不同刷新周期间OE整合等均由FPGA逻辑实现。

从整个源图像帧周期考量，由于同一帧周期内不同刷新周期显示的图像数据是相同的，可以将不同刷新周期内那些未占用一整个OE子场时间的低灰阶OE整合，如将分散在2个不同刷新周期的仅占1/2OE子场时间的灰阶整合到一个刷新周期、将分散在4个不同刷新周期的仅占1/4OE子场时间的灰阶整合(即全并)到一个刷新周期......依次类推(即：将同一帧周期内的N个不同刷新周期的仅占1/N OE子场时间的灰阶整合到一个刷新周期(可以在第一个刷新周期)以构成一个完整的OE子场充分利用子场时间)。这样，无法被普通恒流源驱动芯片表现的低灰阶之极小脉宽OE几乎不复存在，灰度过渡更平滑，画质更佳。而所有OE子场几乎全部最大化利用，LED利用率也就大幅提高，亮度损失大幅降低，同时整合后剩余出来的时间可以继续分配更多的刷新周期，从而刷新率也就大幅提高。本实用新型基于南京德普达电子技术有限公司DBT-Q2009平台的产品实现，当然其它软件平台也可以实现本实用新型方法。

图3-1(当前主流的基于普通恒流源LED驱动芯片的控制时序局部放大图)

图3-1中的DCLK/OE/LE与图1中的同名信号对应；DR/DG/DB是红绿蓝数据，与图1中的SDI对应；A/B信号是行选择信号，B信号一高一低即完成一个刷新周期；OE一低一高即显示一比特灰阶；图中可看出每个刷新周期完成的灰阶数是相同的，大量低灰阶不完整OE子场时间被空置，导致刷新率无法提高，LED利用率无法提高，亮度损失无法降低，同时，无法被普通恒流源LED驱动芯片响应的小OE脉宽较多，导致灰度过渡不平滑，画质不佳。

图4的本实用新型基于普通恒流源LED驱动芯片的控制时序图中，DCLK/OE/LE与图1中的同名信号对应；DR/DG/DB是红绿蓝数据，与图1中的SDI对应；A/B信号是行选择信号，B信号一高一低即完成一个刷新周期；OE一低一高即显示一比特灰阶；图中可看出每个刷新周期完成的灰阶数可能是不一样的，因为本刷新周期中的灰阶可能被其他刷新周期相同灰阶合并。但是每个子场时间均被充分利用，刷新周期数增多，刷新率得到提高，LED利用率提高，亮度损失降低，同时，无法被普通恒流源LED驱动芯片响应的小OE脉宽几乎不复存在，从而是灰度过渡平滑，增强画质。本实用新型实施例将同一帧周期内的N个不同刷新周期的仅占1/N OE子场时间的灰阶整合到第一个刷新周期以构成一个完整的OE子场，充分利用子场时间。

本实用新型基于FPGA设计，其图像传送、图像帧缓存、灰度发生等均由FPGA逻辑实现。本实用新型基于南京德普达电子技术有限公司DBT-Q2009平台的产品实现。FPGA芯片对灰度数据进行分离，将同一帧周期内的分散在2个不同刷新周期的仅占1/2子场时间的同级灰阶整合到一个刷新周期，将分散在4个不同刷新周期的仅占1/4子场时间的同级灰阶整合到一个刷新周期......(即：将同一帧周期内的分散在N个不同刷新周期的仅占1/N子场时间的同级灰阶整合到一个刷新周期)，尤其是合并在第一刷新周期。

Claims

1.基于普通恒流源驱动芯片的LED灰度显示控制装置，其特征是由FPGA芯片控制普通恒流源驱动芯片，普通恒流源驱动芯片连接LED阵列。