CN202383979U - Led显示系统 - Google Patents

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斯斐霞
陈帮勇
赵启永
陈日仪
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Abstract

本实用新型涉及一种LED显示系统，包括：LED控制器和N个依次串接的LED单元板，LED单元板的LED驱动电路通过驱动输出端提供输出电流给LED灯，所述LED驱动电路的电流设置模块根据LED驱动电路接收到的所述控制信号，调节LED驱动电路的输出电流，实现LED灯的一位或多位灰度，本实用新型还提出了LED显示方法。该LED显示系统在导通时间控制法的基础上结合电流控制法，通过控制信号对各LED驱动电路的的输出电流进行并行控制，实现LED驱动电路的输出电流的快速设置，实现一位或多位LED灰度，提高LED显示系统的刷新率和灰度等级。

Description

LED显示系统
技术领域
本实用新型涉及LED显示技术，特别是涉及一种提高LED显示系统的刷新率和灰度等级的LED显示系统和显示方法。 
背景技术
目前LED灯的亮度控制通常有两种方法：电流控制法或导通时间控制法。所述的电流控制法，是通过调节LED驱动电路的输出电流实现对LED灯的亮度控制，将LED驱动电路的输出电流按一定的步长进行调节，LED灯的发光亮度就可以分为若干个灰度级。所述的导通时间控制法，是指采用恒流驱动LED，通过控制单位时间内LED灯的导通时间实现若干个灰度级。 
而对于LED灯的灰度控制而言，目前广泛存在的LED显示系统都采用导通时间控制法，而没有采用电流控制法。 
如图1所示的LED显示系统，包括： 
一个LED控制器1和N个依次串接的LED单元板2； 
所述LED单元板2包括A个LED驱动电路5-1…5-A，每个LED驱动电路包括B个驱动输出端； 
所述LED驱动电路5-1…5-A通过驱动输出端提供输出电流给LED灯； 
所述LED控制器1发出数据信号和控制信号给各LED驱动电路5-1…5-A。 
具体地，所述LED控制器1发出的控制信号，并行提供给LED单元板的所有LED驱动电路5； 
LED单元板2的第一个LED驱动电路5-1接收数据信号，第一个LED驱动电路5-1内部移位寄存器将数据信号输出给下一个LED驱动电路5-2，依次传递，最后一个LED驱动电路5-B将数据信号输出到下一级LED单元板的第一个LED驱动电路，其中第一级LED单元板从LED控制器获得数据信号，第二级LED单元以及此后各级LED单元板从上一级LED单元板的最后一个LED驱动电路的驱动输出端获得数据信号。 
当LED驱动电路5的驱动输出端6(OutData)输出低电平时，为LED有效显示时间，LED灯被点亮。 
以下列LED显示系统为例进行说明：一个LED控制器的一组输出依次串接8块LED单元板，每块LED单元板上的LED驱动板包括2个LED驱动电路，每个LED驱动电路包括16个LED驱动输出端OutData，则LED驱动输出端OutData总数为256，每个LED驱动输出端连接一个LED灯，即有256个LED灯；假设LED灰度等级为4096级，即灰度为12位；以数组D[0:11]表示任一LED驱动输出端驱动的LED灯的12位灰度值，如D[0]即表示LED驱动输出端所要驱动的LED灯的12位灰度的最低位灰度值。 
LED控制器发出的控制信号如图3所示。T表示时钟信号CLK的周期，T_FRAM表示256个LED驱动输出端OutData的12位灰度值进行一次显示所需的总时间；每个LED灯需要在一个T_FRAM内根据所显示图像的像素的灰度得到对应的LED有效显示时间。灰度值最低位对应有效显示时间为一个时钟周期T，12位灰度值的每一位对应的有效显示时间从高位至低位分别为：8×256T、4×256T、2×256T、256T、128T、64T、32T、16T、8T、4T、2T、T。由于LED驱动电路输出端OutData总数为256，每一位灰度值需要的移位时间为256T，因此灰度低8位D[0:7]的使能信号有效时间需要补上无效时间来满足一次移位所需有效移位时间256T。具体灰度位对应的有效显示时间和总时间，如表1所示： 
表1 
Figure DEST_PATH_GSB00000833763000021
12位灰度值全部显示完所需要的总时间T_FRAM为： 
8×256T+4×256T+2×256T+256T+256T+256T+256T+256T+256T+256T+256T+256T，共计23×256T； 
该LED显示系统的刷新率为：1/(23×256T)。 
若希望提高图像质量，则需要LED显示系统具有较高的刷新率和灰度等级。从上述计算中可看出：当LED显示系统的灰度等级要求更高时，灰度值完整显示所需要的总时间将大大提高，会大幅降低LED显示屏的刷新率，影响LED显示屏的显示效果。 
提高LED显示系统的刷新率和灰度等级可以减小时钟信号的周期T，但时钟信号频率的提高将对系统硬件提出更高的要求，必然会增加硬件成本。 
若LED显示系统采用导通时间控制加电流控制进行LED亮度控制，则可同时提高灰度等级和刷新率，使LED显示屏系统具备更佳的性能指标和显示效果。 
具体地，低位采用电流控制法，高位依旧采用导通时间控制法。假设，该系统具备2位电流设定功能，则12位灰度的每一位对应的有效显示时间和总时间，可如下表2所示。 
表2 
Figure DEST_PATH_GSB00000833763000031
其中，有效显示时间是EN信号的有效时间。 
其中，D[2:11]在导通时间内的导通电流值为i，D[1]的导通电流值为i/2，D[0]的导通电流值为i/4。 
12位灰度值全部显示完整所需要的总时间T_FRAM为： 
2×256T+256T+256T+256T+256T+256T+256T+256T+256T+256T+256T+256T，共计13×256T； 
LED显示屏的刷新率可提高至：1/(13×256T)。 
上述方案在同一灰度等级下可提高刷新率，使LED系统具有更好的显示性能。但目前广泛存在的LED显示屏系统极少系统具备电流控制功能。即便是具有电流控制功能的系统，一般是通过数据信号依次串行通信提供给LED驱动电路，需要耗费较长通 信时间，且只用作显示屏整体亮度的调节，而没有用于实现灰度。 
具体地，目前具有电流控制功能的LED系统，其电流设置功能是通过设置LED驱动电路5内部的一个状态寄存器实现的，该寄存器的设置过程与灰度数据的传输过程一致，电流设置需要耗费较长的时间。假如上述12位灰度值的LED显示系统具备该种电流设置功能，其LED驱动电路5内部有一个的状态寄存器，通过改变这个寄存器的值可以实现电流设置，则按照表2采用导通时间控制加电流控制方案进行灰度控制的过程应为：D[11]、D[10]、D[9]、D[8]、D[7]、D[6]、D[5]、D[4]、D[3]、D[2]、状态寄存器设置时间、D[1]、状态寄存器设置时间、D[0]。其中，状态寄存器设置一次所花费的时间与1位灰度数据传递的时间相同即256T，T_FRAM总时间为15×256T。 
发明内容
本实用新型的目的在于为了克服现有技术的不足，提出一种LED显示系统和显示方法，该LED显示系统和显示方法在导通时间控制法的基础上结合电流控制法，通过控制信号对各LED驱动电路的的输出电流进行并行控制，实现LED驱动电路的输出电流的快速设置，实现一位或多位LED灰度，提高LED显示系统的刷新率和灰度等级。 
LED显示系统，包括： 
一个LED控制器和N个依次串接的LED单元板； 
所述LED单元板包括A个LED驱动电路，每个LED驱动电路包括B个驱动输出端； 
所述LED驱动电路通过驱动输出端提供输出电流给LED灯； 
所述LED控制器发出数据信号和控制信号给各LED驱动电路； 
所述LED驱动电路包括一电流设置模块，所述电流设置模块根据LED驱动电路接收到的所述控制信号，调节LED驱动电路的输出电流，实现LED灯的一位或多位灰度。 
进一步，所述控制信号通过并行的方式提供各LED驱动电路，实现LED驱动电路的输出电流的快速设置。 
进一步，所述输出电流为I/2m，其中I为LED驱动电路驱动输出端的基准电流，m为整数。 
进一步，LED灯的灰度为H位，以数组D[0:(H-1)]表示任一LED灯的H位灰度值， 其中灰度值低n(n≤m)位灰度值表示为D[0:(n-1)]，高比特位灰度值表示为D[n:(H-1)]，通过所述电流设置模块将灰度值D[0:(n-1)]输出电流依次调节为I/2n、I/2n-1…I/2，使得D[0:(n-1)]的有效显示时间均为T；而高比特位灰度值D[n:(H-1)]的输出电流大小均保持为I，使得D[n:(H-1)]的有效显示时间依次为T、2T、4T…2H-1-nT。 
进一步，所述LED驱动电路的电流设置模块接收到的所述控制信号为时钟信号和锁存信号。 
LED显示方法，包括： 
步骤一、LED控制器发出数据信号和控制信号给LED单元板的各LED驱动电路； 
步骤二、LED单元板中的LED驱动电路接收所述数据信号和控制信号，LED驱动电路根据所述控制信号，调节LED驱动电路的输出电流，实现LED灯的一位或多位灰度。 
进一步，所述控制信号通过并行的方式提供各LED驱动电路，实现LED驱动电路的输出电流的快速设置。 
进一步，所述输出电流为I/2m，其中I为LED驱动电路驱动输出端的基准电流，m为整数。 
进一步，LED灯的灰度为H位，以数组D[0:(H-1)]表示任一LED灯的H位灰度值，其中灰度值低n(n≤m)位灰度值表示为D[0:(n-1)]，高比特位灰度值表示为D[n:(H-1)]，将灰度值D[0:(n-1)]输出电流依次调节为I/2n、I/2n-1…I/2，使得D[0:(n-1)]的有效显示时间均为T；而高比特位灰度值D[n:(H-1)]的输出电流大小均保持为I，使得D[n:(H-1)]的有效显示时间依次为T、2T、4T…2H-1-nT。 
本实用新型有益效果是：本实用新型提出的LED驱动系统的LED驱动电路在导通时间控制法的基础上结合电流控制法，通过控制信号对各LED驱动电路的的输出电流进行并行控制，实现LED驱动电路的输出电流的快速设置，实现一位或多位LED灰度。当LED显示屏系统的灰度等级要求较高时，可以大幅降低灰度值完整显示所需要的总时间，同时提高LED显示系统的刷新率，提高LED显示屏系统的性能指标和显示效果。 
附图说明
图1为LED显示系统结构示意图； 
图2为具有电流设置功能的LED驱动电路示意图； 
图3为导通时间控制方案中LED控制器发出的信号时序图； 
图4为具有快速电流设置的LED显示系统中LED控制器发出的信号时序图。 
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型内容进一步说明。 
LED显示系统，如图1所示，包括： 
一个LED控制器1和N个依次串接的LED单元板2； 
所述LED单元板2包括A个LED驱动电路5-1…5-A，每个LED驱动电路包括B个驱动输出端Outdata； 
所述LED驱动电路5-1…5-A通过驱动输出端Outdata提供输出电流给LED灯； 
所述LED控制器1发出数据信号Data和控制信号给各LED驱动电路5-1…5-A，所述控制信号，包括时钟信号CLK、锁存信号LAT、使能信号EN； 
所述LED控制器1发出的控制信号，并行提供给LED单元板的所有LED驱动电路5； 
LED单元板2的第一个LED驱动路5-1接收数据信号，第一个LED驱动电路5-1内部移位寄存器将数据信号输出给下一个LED驱动电路5-2，依次传递，最后一个LED驱动电路5-B将数据信号输出到下一级LED单元板的第一个LED驱动电路，其中第一级LED单元板从LED控制器获得数据信号，第二级LED单元以及此后各级LED单元板从上一级LED单元板的最后一个LED驱动电路的驱动输出端获得数据信号。 
所述LED驱动电路5包括一如图2所示的电流设置模块，所述电流设置模块根据LED驱动电路接收到的所述控制信号，调节LED驱动电路的输出电流，实现LED灯的一位或多位灰度。 
如图2所示，所述LED驱动电路的电流设置模块接收到所述控制信号为时钟信号CLK和锁存信号LAT。 
所述输出电流为I/2m，其中I为LED驱动电路驱动输出端的基准电流，m为整数。 
LED灯的灰度为H位，以数组D[0:(H-1)]表示任一LED灯的H位灰度值，其中灰度值低n(n≤m)位灰度值表示为D[0:(n-1)]，高比特位灰度值表示为D[n:(H-1)]，通过 所述电流设置模块将灰度值D[0:(n-1)]输出电流依次调节为I/2n、I/2n-1…I/2，使得D[0:(n-1)]的有效显示时间均为T；而高比特位灰度值D[n:(H-1)]的输出电流大小均保持为I，使得D[n:(H-1)]的有效显示时间依次为T、2T、4T…2H-1-nT。 
以下列LED显示系统为例进行说明：一个LED控制器1的一组输出依次串接N为8块LED单元板2，每块LED单元板2上包括2个LED驱动电路，每个LED驱动电路包括16个驱动输出端OutData，则LED驱动输出端OutData总数N×A×B为256，每个LED驱动输出端连接一个LED，即有256个LED。 
每个驱动电路具有m为2位的快速电流设置功能；以LED灯灰度等级为4096级，即灰度为12位为例；以数组D[0:(H-1)]表示任一LED驱动输出端驱动的LED的12位灰度值，如D[0]即表示LED驱动输出端OUT所要驱动的LED的12位灰度的最低位灰度值。 
按照本实用新型提出的导通时间控制加电流控制实现灰度控制的方案，12位灰度的每一位对应的有效显示时间、每位灰度耗时和LED驱动电路的输出电流，可如下表3所示。 
表3 
Figure DEST_PATH_GSB00000833763000071
LED控制器发出的控制信号如图4所示。Data为数据信号，时钟信号CLK、锁存信号LAT、使能信号EN均为控制信号，Outdata为LED驱动电路输出端；T表示时钟信号CLK的周期，假设最小的EN有效时间为T，T_FRAM表示256个LED驱动输出端OutData的12位灰度值进行一次显示所需的总时间；在采用电流控制的D[1]、D[0]位数据传输前，以锁存信号LAT有效电平包含2个CLK时钟信号表示电流设置为I/2，以锁存信号LAT有效电平包含3个CLK时钟信号表示电流设置为I/4，以锁存信号LAT 有效电平包含1个CLK时钟信号表示电流设置为I； 
上述电流设置所需要的总时间很短，仅为5T，12位灰度值全部显示完整所需要的总时间T_FRAM为： 
2×256T+256T+256T+256T+256T+256T+256T+256T+256T+256T+256T+256T+5T，共计13×256T+5T；大幅提高了LED显示系统的刷新率。 
应该理解到的是，上述实施例只是对本实用新型的说明，而不是对本实用新型的限制，任何不超出本实用新型实质精神范围内的发明创造，例如，改变灰度值位数和输出电流控制的位数及输出电流的变化等均落入本实用新型保护范围之内。 

Claims (5)

1.LED显示系统，包括：
一个LED控制器和N个依次串接的LED单元板；
所述LED单元板包括A个LED驱动电路每个LED驱动电路包括B个驱动输出端；
所述LED驱动电路通过驱动输出端提供输出电流给LED灯；
所述LED控制器发出数据信号和控制信号给各LED驱动电路；
其特征在于所述LED驱动电路包括一电流设置模块，所述电流设置模块根据LED驱动电路接收到的所述控制信号，调节LED驱动电路的输出电流，实现LED灯的一位或多位灰度。
2.如权利要求1所述LED显示系统，其特征在于
所述控制信号通过并行的方式提供各LED驱动电路，实现LED驱动电路的输出电流的快速设置。
3.如权利要求2所述LED显示系统，其特征在于所述输出电流为I/2m，其中I为LED驱动电路驱动输出端的基准电流，m为整数。
4.如权利要求3所述LED显示系统，其特征在于LED灯的灰度为H位，以数组D[0:(H-1)]表示任一LED灯的H位灰度值，其中灰度值低n(n≤m)位灰度值表示为D[0:(n-1)]，高比特位灰度值表示为D[n:(H-1)]，通过所述电流设置模块将灰度值D[0:(n-1)]输出电流依次调节为I/2n、I/2n-1…I/2，使得D[0:(n-1)]的有效显示时间均为T；而高比特位灰度值D[n:(H-1)]的输出电流大小均保持为I，使得D[n:(H-1)]的有效显示时间依次为T、2T、4T…2H-1-nT。
5.根据权利要求2所述的LED显示系统，其特征在于：所述LED驱动电路的电流设置模块接收到的所述控制信号为时钟信号和锁存信号。
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