CN204857145U - 一种led显示灰度补偿驱动装置及其系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及集成电路芯片技术，提供了一种LED显示灰度补偿驱动装置及其系统，该装置包括驱动电源、LED灯、LED显示驱动芯片和预充电模块，所述LED灯的一端与LED显示驱动芯片相连接，其另一端与驱动电源相连接，所述预充电模块与所述LED显示驱动芯片相连接，用于对所述LED灯进行预充电，使LED灯两端电压接近导通阈值电压。所述的LED显示灰度补偿驱动装置通过预充电模块对LED灯进行预充电，使得LED灯连同其内部的寄生电容在内的电压在显示前接近导通阈值电压，从而在输出正常灰度显示波形时，能快速达到导通阈值电压，使LED灯能迅速达到导通状态，从而缩短灰度从开始驱动到正常显示的时间，提高了LED灯在小电流、低灰度显示下的性能。

Description

一种LED显示灰度补偿驱动装置及其系统

技术领域

本实用新型涉及集成电路芯片设计技术，尤其涉及一种LED显示灰度补偿驱动装置及其系统。

背景技术

LED显示控制中，即使将LED控制在一定的驱动电流和灰度显示下，由于存在LED灯珠驱动电压、电流的差异，会大大影响显示效果，而且现在LED显示一般采取扫描形式，会出现首行显示不均匀，高低灰度显示耦合等不良影响。尤其针对现在LED显示领域中高密度小间距显示屏的应用，所采用的LED灯珠使用小电流，在低灰度显示时，会出现严重的灰度显示不正常，同时一致性也极差，大大限制了LED技术在显示领域尤其是高密小间距LED显示屏领域的使用。

传统的LED显示驱动装置(芯片/电路)中一般包含一个开关MOS管和一个恒流电流源，显示驱动装置连接LED灯珠。开关MOS管的控制端为灰度数据转换过来的控制信号，包含了灰度显示信号。恒流电流源为LED提供所需要的电流。可以将现实中的LED灯珠看作是理想的LED灯珠与一个寄生电容相并联，LED灯珠也存在一个导通阈值电压，只有在电压大于该LED灯珠的导通阈值时才会被点亮。

如图1所示，以红色灯珠为例，在换行时间里，行扫描电压为高阻态，LED显示驱动装置输出电压为高阻态或消隐态，此时，LED灯珠上的电压差没有驱动，保持高阻态，灯珠不会发亮。而在显示区域里，行扫描电压输出正常高电压，LED显示驱动装置输出电压为低电压Vds(恒流饱和电压)，由于寄生电容的存在，LED灯珠上驱动电压差是一个缓慢往上升的过程，只有当电压差大于1.2V(以红色LED灯为例，其他LED灯类似，红色LED灯的导通阈值电压以1.2V为例，但不限于此)时，才会让LED灯珠点亮。

LED灯珠实际显示灰度波形如图1最后一条线所示，理想输出波形的显示宽度应该是△t＝t4-t2，实际输出为△t＝t4-t3，可以看出来，显示灰度宽度已经被大大减弱，表现为LED亮度大大降低。

从图1中可以看出，传统的LED显示驱动装置主要存在以下问题：

一、由于存在寄生电容，使得LED灯珠在刚开始驱动导通的时候，首先必须把寄生电容两端的电压充到导通阈值电压以上，LED灯珠才能开始点亮。当LED显示驱动装置使用消隐功能时，会将寄生电容的两端充电至反向电压，这样，当开始驱动LED灯珠时，必须先中和掉这部分反向电荷，才开始慢慢正向充电，从而使得这种灰度损失更大。

二、当LED显示驱动装置在小电流应用时，即恒流源的电流很小时，对寄生电容的充电电流也很小，会大大增加充电时间，使得灰度损失更大，所以，在小电流应用时，灰度损失比例大大增强。

三、当在LED显示驱动装置用于高阶灰度应用时(例如16位灰度数据的应用场景)，在低灰度显示时，即t4和t2的间隔很小的时候，充电寄生电容损失的显示时间比例就会大大增加，损失比例为(t4-t3)/(t4-t2)，当分母变小，分子不变，所以灰度损失变大。

由于上述问题的存在，使得LED显示驱动装置在低灰度、小电流应用，且带消隐电路功能时，会出现很大的灰度损失，从而造成显示时一致性不好、低灰度效果欠佳等问题，尤其表现为低灰麻点、首行偏暗、高低灰度耦合等效应。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种LED显示灰度补偿驱动装置，旨在解决灰度显示损失时间较长的问题。

本实用新型是这样实现的，一种LED显示灰度补偿驱动装置，包括驱动电源、LED灯和LED显示驱动芯片，所述LED灯的一端与所述LED显示驱动芯片相连接，其另一端与驱动电源相连接，该LED显示灰度补偿驱动装置还包括预充电模块，所述预充电模块与所述LED显示驱动芯片相连接，用于对所述LED灯进行预充电，使LED灯在正常显示之前两端电压差接近其导通阈值电压。

进一步地，所述预充电模块包括参考电压产生电路和P型的第一开关MOS管；所述参考电压产生电路的输入端与交流电源相连接，其输出端与所述第一开关MOS管的源极相连接；所述第一开关MOS管的栅极为预充电控制端，所述第一开关MOS管的漏极与所述LED显示驱动芯片相连接。

进一步地，所述LED显示驱动芯片包括N型的第二开关MOS管和恒流电流源；所述第二开关MOS管的栅极为灰度控制端，所述第二开关MOS管的源极与所述恒流电流源的一端相连接，所述第二开关MOS管的漏极为输出端且与所述LED灯的一端相连接；所述恒流电流源的另一端接地。

本实用新型还提供一种LED显示灰度补偿驱动系统，包括控制器和如上所述的任一LED显示灰度补偿驱动装置，所述控制器的第一输出端与所述预充电模块相连接，用于改变预充电时间，所述控制器的第二输出端与所述LED显示驱动芯片相连接，用于控制灰度的输出。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：所述的LED显示灰度补偿驱动装置通过预充电模块对LED灯进行预充电，使得LED灯(包括内部的寄生电容)两端电压差在显示前接近导通阈值电压，从而在输出正常灰度显示波形时，能快速达到导通阈值电压，使LED灯能在最快的时间内显示正常状态，从而缩短灰度从开始到正常显示的时间，提高了LED灯在小电流、低灰度显示下的性能。

附图说明

图1是现有技术中红色LED灯点亮过程的效果分析示意图；

图2是本实用新型LED显示灰度补偿驱动装置的功能模块图；

图3是图2中红色LED灯点亮过程的效果分析示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型所述的LED显示灰度补偿驱动装置通过LED显示驱动芯片在输出正常灰度显示波形前，对LED灯进行预充电，使得LED灯珠包括寄生电容在内的两端电压差在显示前接近导通阈值电压，从而在输出正常灰度显示波形时，LED灯两端电压可以快速达到导通阈值电压，LED灯能够迅速达到导通点亮的状态，灰度损失比例会大大降低，获得极好的显示效果，尤其是LED显示装置工作在小电流，或者输出低灰度数据的场合下。

如图2所示，为本实用新型一较佳的实施例，一种LED显示灰度补偿驱动装置，包括驱动电源103、LED灯101、LED显示驱动芯片102和预充电模块104。LED灯101的一端与LED显示驱动芯片102相连接，其另一端与驱动电源103相连接，预充电模块104与LED显示驱动芯片102相连接，用于对LED灯101进行预充电，在LED灯正常显示之前，使LED灯101两端电压差接近其导通阈值电压。导通阈值电压也就是点亮LED灯所需的两端电压差。对导通前LED灯101两端电压的接近程度可以根据实际应用的情况进行调节。

预充电模块104包括参考电压产生电路106和P型的第一开关MOS管107。参考电压产生电路106的输入端与直流电源110相连接，其输出端与第一开关MOS管107的源极相连接。第一开关MOS管107的栅极为预充电控制端，第一开关MOS管107的漏极与LED显示驱动芯片102相连接。

LED显示驱动芯片102包括N型的第二开关MOS管108和恒流电流源109。第二开关MOS管108的栅极为灰度控制端，第二开关MOS管108的源极与恒流电流源109的一端相连接，第二开关MOS管108的漏极为输出端且与LED灯101的一端相连接。恒流电流源109的另一端接地。

该LED显示灰度补偿驱动装置的实现过程为：在显示区域刚开始，灰度输出控制端使能刚开始，预充电控制端开启，将参考电压产生电路106产生的预充电电压Vpre，通过第一开关MOS管107，将LED灯101负端电位拉至Vpre。当灰度输出控制端打开后，由于LED灯101(包括寄生电容)两端电压Vn-Vpre(n代表扫描行，比如第一行为V1，第三十二行为V32)已经接近导通状态，因此，LED灯101就可以迅速打开，使得灰度显示时间损失很小。尤其是在小电流或者低灰度数据窄脉冲应用中，由于预充电模块104的存在，使得LED灯101有一个快速打开的功效，显示效果得到大大的提高。

本实用新型还提供了一种LED显示灰度补偿驱动系统，包括控制器105和如上所述的任意一种LED显示灰度补偿驱动装置。控制器105的第一输出端与预充电模块104相连接，用于改变预充电时间，控制器105的第二输出端与LED显示驱动芯片102相连接，控制器105用于控制灰度的输出和预充电电压的导通。控制器105在预充电状态中，可以改变预充电的电压幅值，从而对应不同LED灯的临界显示电压，增加显示的灵活性。控制器105预充电状态中，还可以通过预充电控制端改变预充电的时间，从而缩短对显示区域时间的影响，增加显示的灵活性。

一种LED显示灰度补偿驱动方法，该驱动方法在本实用新型所述的任意一种LED显示灰度补偿驱动装置内实施，该方法包括以下步骤：

步骤1、在正常显示灰度前，预充电模块104输出预充电电压对LED灯101进行预充电，将LED灯101的负端电位拉至预充电电压值。

步骤2、驱动电源给所述LED灯的正端一个驱动电源电压值，所述驱动电源电压值与所述预充电电压值的差为临界导通电压值，所述临界导通电压值不高于LED灯的导通阈值电压；

步骤3、LED显示驱动芯片给所述LED灯负端输出负端电压值，所述驱动电源电压值与所述负端电压值的差为导通阈值电压，LED灯导通并点亮，所述导通阈值电压接近且大于所述临界导通电压值。

如图3所示，LED显示灰度补偿驱动装置的第一个状态，换行时间段，行扫描电压V1～V32(LED灯101正端电压)在这段时间内，处于高阻状态，而LED显示驱动芯片102输出(LED灯101的负端电压)也是处于高阻状态或者消隐(高电平)状态，LED灯101处于不亮的状态。

LED显示灰度补偿驱动装置的第二个状态，预充电时间段，在显示区域内，有一个预充电区域，从tstart到t2这段时间，行扫描电压V1～V32(LED灯101正端电压)已经输出正常电压，此时如图3所示，如果LED显示驱动芯片102输出(LED灯101负端电压)一个预充电电压Vpre，这样，LED灯101(包括寄生电容)的电压将被充电到Vn-Vpre(n代表扫描行，比如第一行为V1，第三十二行为V32)，不高于LED灯101的导通阈值电压，LED灯101还不会导通。此种情况下，LED灯101处于一种导通的临界状态，既有正向电压V1-Vpre，很容易达到阈值电压，但又不足以使LED灯101发光。

LED显示灰度补偿驱动装置的第三个阶段，显示区域，如图3所示，在t2时刻，第一MOS管关断，预充电电压与LED灯101负端电压隔断，从t2到t3这段时间，LED显示驱动芯片102输出(LED灯101负端电压)从Vpre变为Vds(LED显示驱动芯片102输出恒流饱和电压，维持LED灯101恒定电流所需电压)，由于Vpre和Vds比较接近，所以LED显示驱动芯片102输出很快从Vpre达到Vds，即t3和t2时间间隔很短，t3至t2这段时间就是上面提到的灰度损失。

从第三阶段可以看出，由于在第二阶段插入了一个预充电过程，使得LED显示驱动芯片102输出预先充电至Vpre，这样，在正常显示阶段，LED显示驱动芯片102输出很快就达到Vbe，开始正常显示状态，避免过多的灰度损失，灰度损失比例也会大大缩减。从而解决了小电流、低灰度等应用下出现的显示不均匀、高低灰度耦合、第一行偏暗等现象。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种LED显示灰度补偿驱动装置，包括驱动电源、LED灯和LED显示驱动芯片，所述LED灯的一端与所述LED显示驱动芯片相连接，其另一端与驱动电源相连接，其特征在于，该LED显示灰度补偿驱动装置还包括预充电模块，所述预充电模块与所述LED显示驱动芯片相连接，用于对所述LED灯进行预充电，使LED灯在正常显示之前两端电压差接近其导通阈值电压。

2.根据权利要求1所述的LED显示灰度补偿驱动装置，其特征在于，所述预充电模块包括参考电压产生电路和P型的第一开关MOS管；所述参考电压产生电路的输入端与直流电源相连接，其输出端与所述第一开关MOS管的源极相连接；所述第一开关MOS管的栅极为预充电控制端，所述第一开关MOS管的漏极与所述LED显示驱动芯片相连接。

3.根据权利要求1或2所述的LED显示灰度补偿驱动装置，其特征在于，所述LED显示驱动芯片包括N型的第二开关MOS管和恒流电流源；所述第二开关MOS管的栅极为灰度控制端，所述第二开关MOS管的源极与所述恒流电流源的一端相连接，所述第二开关MOS管的漏极为输出端且与所述LED灯的一端相连接；所述恒流电流源的另一端接地。

4.一种LED显示灰度补偿驱动系统，其特征在于，包括控制器和权利要求1至3任一所述的LED显示灰度补偿驱动装置，所述控制器的第一输出端与所述预充电模块相连接，用于改变预充电时间，所述控制器的第二输出端与所述LED显示驱动芯片相连接，用于控制灰度的输出。