LED显示装置
技术领域
本实用新型涉及LED显示技术,更具体地,涉及LED显示装置。
背景技术
在LED显示装置使用的像素元件是LED。LED显示装置具有以下方面的优越性:高亮度、宽可视角度、丰富的色彩以及可定制的屏幕形状。因此,LED显示装置被广泛应用于工业、交通、商业广告、信息发布、体育比赛等各个领域。
在LED显示装置中,可以采用电流控制法和导通时间控制法来实现多级灰度。在电流控制法中,通过调节LED中流过的电流大小来控制其亮度。导通时间控制法是在恒流驱动的情形下,通过改变占空比来控制LED的亮度。已经广泛地采用逐位分时显示的导通时间控制法,根据校正后的灰度数据来表现多级灰度。
为了实现彩色显示,LED显示装置中的每个像素单元包括红、绿、蓝三基色的像素元件,即三个相应颜色的LED。在工作期间,例如LED显示装置按行扫描,分别将恒流源与选择的LED串联连接,从而点亮相应行的LED。然而,红、绿、蓝三基色的LED具有不同的导通电压降,例如,红色LED的导通电压降比绿色LED和蓝色LED的导通电压降低1.0~1.2V。为了兼顾三基色的LED,LED显示装置的驱动电路采用较高的供电电压驱动三基色的LED。在采用相同的供电电压驱动红、绿、蓝三基色的LED的情形下,与红色LED串联连接的恒流源承受过大的电压降,不仅导致恒流源的功耗增加和寿命降低,容易导致驱动电路损坏和显示画面异常。在进一步改进的LED显示装置中,在恒流源上串联一个偏置器件,例如电阻,从而进行分压,使得恒流源上的电压降达到预定值。然而,采用电阻作为偏置器件产生附加的损耗。
因此,期望进一步改进LED显示装置以适应同时驱动不同颜色的LED的需求。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种LED显示装置,其中,采用DC/DC变换器提供LED的偏置电压以延长显示LED显示装置的使用寿命,以及利用DC/DC变换器的低功耗特性减小偏置器件的损耗。
根据本实用新型的一方面,提供一种LED显示装置,包括LED阵列,包括排列成行和列的多个像素单元,每个像素单元包括不同颜色的第一LED、第二LED和第三LED;多个开关管,分别与相应行像素单元的第一LED、第二LED和第三LED三者的阳极相连接;以及多个恒流源,分别与相应列像素单元的第一LED、第二LED和第三LED三者之一的阴极相连接,所述恒流源经由与其连接的开关管和LED获取供电电压,并且产生大致恒定的驱动电流,所述LED显示装置还包括:DC/DC变换器,用于提供至少一种颜色的LED的偏置电压,从而维持所述多个恒流源的电压降。
优选地,所述第一LED、所述第二LED和所述第三LED至少之一通过所述恒流源连接所述DC/DC变换器,采用所述DC/DC变换器作为偏置器件,将所述恒流源的电压降维持为标称电压。
优选地,所述第一LED、第二LED和第三LED分别为红色、绿色、和蓝色LED。
优选地,与所述第一LED连接的恒流源经由公共的所述DC/DC变换器接地。
优选地,所述供电电压等于供电阈值电压,所述阈值电压为所述第一LED、第二LED和第三LED均正常点亮的最小供电电压。
优选地,所述DC/DC变换器包括第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器,与所述第一LED连接的恒流源经由公共的所述第一DC/DC变换器接地,与所述第二LED和第三LED连接的恒流源经由公共的所述第二DC/DC变换器接地。
优选地,所述供电电压大于供电阈值电压,所述阈值电压为所述第一LED、第二LED和第三LED均正常点亮的最小供电电压。
优选地,所述多个开关管在每个帧周期中分时导通。
优选地,所述多个像素单元中每列像素单元的第一LED、第二LED和第三LED采用公共的所述恒流源提供所述驱动电流。
优选地,所述多个开关管为选自双极晶体管和场效应晶体管的一种。
优选地,所述多个开关管为P型金属氧化物半导体场效应晶体管,栅极接收多个扫描信号之一,源极接收所述第一供电电压,其漏极连接至相应行像素单元的第一LED、第二LED和第三LED三者共同的阳极。
一种LED驱动方法,用于驱动LED阵列以显示图像,所述LED阵列包括排列成行和列的多个像素单元,每个像素单元包括不同颜色的第一LED、第二LED和第三LED,所述方法包括:采用公共的供电电压和多个恒流源,分别为所述第一LED、第二LED和第三LED分别提供大致恒定的驱动电流;以及采用DC/DC变换器作为偏置器件,提供至少一种颜色的LED的偏置电压,从而维持所述多个恒流源的电压降。
优选地,所述第一LED、第二LED和第三LED分别为红色、绿色、和蓝色LED。
优选地,与所述第一LED连接的恒流源经由公共的所述DC/DC变换器接地。
优选地,所述供电电压等于供电阈值电压,所述阈值电压为所述第一LED、第二LED和第三LED均正常点亮的最小供电电压。
优选地,所述DC/DC变换器包括第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器,与所述第一LED连接的恒流源经由公共的所述第一DC/DC变换器接地,与所述第二LED和第三LED连接的恒流源经由公共的所述第二DC/DC变换器接地。
优选地,所述供电电压大于供电阈值电压,所述阈值电压为所述第一LED、第二LED和第三LED均正常点亮的最小供电电压。
优选地,经由多个开关管提供所述供电电压,所述多个开关管在每个帧周期中分时导通。
优选地,所述多个像素单元中每列像素单元的第一LED、第二LED和第三LED采用公共的所述恒流源提供所述驱动电流。
优选地,所述多个像素单元中每行像素单元的第一LED、第二LED和第三LED三者的阳极相连接接收所述供电电压。
根据本实用新型实施例的LED显示装置,包括DC/DC变换器,用于提供至少一种颜色的LED的偏置电压,从而维持所述多个恒流源的电压降。该解决方案可以将恒流源的电压降减小至标称电压,从而延长显示装置的使用寿命和提高显示装置的稳定性。与采用电阻作为偏置器件相比,采用DC/DC变换器作为偏置器件可以利用低功耗特性减小自身的损耗。
进一步地,该LED显示装置中LED阵列的第一LED、第二LED和第三LED的供电电压以及DC/DC变换器的供电电压相同,从而在对共阳极LED显示装置的升级改造的同时不增加系统成本。
优选地,该DC/DC变换器提供分别提供多种颜色的LED的偏置电压,从而维持所述恒流源的电压降。该解决方案可以将与多种颜色的LED相连接的恒流源的电压降均减小至标称电压,从而延长显示装置的使用寿命和提高显示装置的稳定性。该解决方案可以应用于宽范围的供电电压。
附图说明
通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述,本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚,在附图中:
图1示出根据现有技术的一种LED显示装置的示意性电路图。
图2示出根据现有技术的另一种LED显示装置的示意性电路图。
图3示出根据本实用新型第一实施例的LED显示装置的示意性电路图。
图4示出根据本实用新型第二实施例的LED显示装置的示意性电路图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中,相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见,附图中的各个部分没有按比例绘制。
图1示出根据现有技术的一种LED显示装置的示意性电路图。该LED显示装置采用共阳极的解决方案。
如图所示,该LED显示装置100包括LED阵列101、多个开关管102、多个恒流源107。LED阵列101包括按行和列排列的多个像素单元,例如形成n×m个像素单元的阵列。在彩色的LED显示装置中,每个像素单元包括三个LED,分别为红、绿、蓝色LED。例如,LED阵列101中的第一个像素单元包括红色LED R11、绿色LED G11和蓝色LED B11。LED阵列101中的每一行LED的阳极彼此连接,然后经由开关管102连接至供电电压VCC。LED阵列101中的每一列LED的阴极彼此连接,然后经由恒流源107连接至地。
开关管102具有控制端、第一电流端和第二电流端,在开关管导通时,电流从第一电流端流向第二电流端。开关管102例如是双极晶体管或场效应晶体管。双极晶体管的控制端为基极,第一电流端和第二电流端分别为发射极和集电极之一。场效应晶体管的控制端为栅极,第一电流端和第二电流端分别为源极和漏极之一。在共阳极的LED显示装置100中,开关管102例如为P型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET),源极为第一端,连接至供电电压,漏极为第二端,连接至LED阵列101中相应行的LED的阳极。
在工作期间,在每个帧周期中按行扫描。开关管102的控制端接收扫描信号SCAN1至SCANn之一,从而控制相应行的LED与供电电压VCC之间的通断。在选择行的LED连接至供电电压时,恒流源107产生的驱动电流的电流值和占空比可以根据显示数据而改变,从而共同决定LED的亮度。在任何时刻只有一个扫描信号是有效的,这就决定了在任何时刻只有该扫描信号控制的开关管102是导通的,只有与这个导通的开关管102相连的LED接收供电电压VCC并且是有效的,其余各行LED都是无效的。
在现有共阳极的LED显示装置中,开关管102的导通电阻很小,因此其导通电压降也较小,例如小于0.2V。红、绿、蓝三基色LED的导通电压降差异较大,通常红色LED的导通电压降比绿色LED、蓝色LED的导通电压降低1.0~1.2V。为使红、绿、蓝三基色均能正常点亮,兼顾绿色LED和蓝色LED的亮度,同时考虑到开关管和恒流源的电压降,为系统留有一定的余量,现有共阳极LED显示装置通常提供较高的电源电压,如供电电压VCC≧4.2v。此时,恒流源107将承担1~2V的电压。而恒流源107在提供稳定的恒流输出的前提下其最低电压通常较低,例如0.5V左右的电压降。这将导致恒流源部分被迫承担过多的电压降,尤其是红色LED的恒流源。这既造成了功耗,还易引起芯片发热,影响系统热均匀性,同时大大降低恒流源的使用寿命,容易导致驱动电路的恒流源损坏,使LED显示装置显示异常。
图2示出根据现有技术的另一种LED显示装置的示意性电路图。该LED显示装置采用共阳极的解决方案。
如图所示,该LED显示装置200包括LED阵列101、多个开关管104、多个恒流源107。LED阵列101包括按行和列排列的多个像素单元,例如形成n×m个像素单元的阵列。在彩色的LED显示装置中,每个像素单元包括三个LED,分别为红、绿、蓝色LED。例如,LED阵列101中的第一个像素单元包括红色LED R11、绿色LED G11和蓝色LED B11。LED阵列101中每一行的红色LED的阳极彼此连接,然后经由开关管104接收第一供电电压VCC1,LED阵列101中每一行的绿色LED和蓝色LED的阳极彼此连接,然后经由开关管104接收第二供电电压VCC2,第二供电电压VCC2大于第一供电电压VCC1。LED阵列101中的每一列LED的阴极彼此连接,然后经由恒流源107连接至地。
在共阳极的LED显示装置200中,开关管104例如为P型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET),源极为第一端,漏极为第二端,源极连接第一供电电压VCC1时漏极连接至LED阵列101中相应行的红色LED的阳极,源极连接第二供电电压VCC2时漏极连接至LED阵列101中相应行的绿色LED和蓝色LED的阳极。
在工作期间,第一供电电压VCC1和第二供电电压VCC2同时供电,在每个帧周期中按行扫描。开关管104的控制端接收扫描信号SCAN1至SCANn之一,从而控制相应行的LED与供电电压之间的通断。在选择行的LED连接至供电电压时,恒流源107产生的驱动电流的电流值和占空比可以根据显示数据而改变,从而共同决定LED的亮度。
在现有共阳极的LED显示装置中,开关管102的导通电阻很小,因此其导通电压降也较小,例如小于0.2V。红、绿、蓝三基色LED的导通电压降差异较大,通常红色LED的导通电压降比绿色LED、蓝色LED的导通电压降低1.0~1.2V。为使红、绿、蓝三基色均能正常点亮,兼顾绿色LED和蓝色LED的亮度,同时考虑到开关管和恒流源的电压降,为系统留有一定的余量,现有共阳极LED显示装置例如提供的第一供电电压VCC1为3V,第二供电电压VCC2为4.2V,此时,解决了红色LED工作电压过高的问题,也不造成能量浪费,但是该方案需要成倍地增加LED显示装置中电源的数量,大大增加了系统成本,并且开关管的数量也增加了一倍,PCB布局布线的复杂度也大大增加,在显示屏点间距越来越小的情况下,经常会无法使用该方案。
图3示出根据本实用新型第一实施例的LED显示装置的示意性电路图。该LED显示装置采用共阳极的解决方案。
如图所示,该LED显示装置300包括LED阵列101、多个开关管102、多个恒流源107和恒流源106。LED阵列101包括多个像素单元,例如形成n×m个像素单元的阵列。在彩色的LED显示装置中,每个像素单元包括三个LED,分别为红、绿、蓝色LED。例如,LED阵列101中的第一个像素单元包括红色LED R11、绿色LED G11和蓝色LED B11。
进一步地,LED显示装置300在LED显示装置100的基础上还包括与驱动红色LED的恒流源106连接的DC/DC变换器108。DC/DC变换器108接收供电电压VCC。
在本申请中,红色LED、绿色LED和蓝色LED均正常点亮的最小供电电压为供电阈值电压,本实施例中供电阈值电压例如为4.2V。在供电电压VCC为4.2V的情形下,LED阵列101的红色LED、绿色LED和蓝色LED均正常点亮,其中与红色LED连接的恒流源106承担较大的电压降,DC/DC变换器108提供偏置电压,使得与红色LED连接的恒流源106的电压降减小至标称电压,以保证恒流源承担的电压降在正常范围内。DC/DC变换器108提供的偏置电压例如为1.2V。恒流源106通过DC/DC变换器108接地,DC/DC变换器108自身的耗能非常少,本方案既能解决红灯工作电压过高的问题,也不造成能量浪费、不大幅增加系统成本。
进一步地,该方案的LED显示装置中与绿色LED和蓝色LED连接的恒流源107在工作状态的一端接地,可以直接使用现有共阳极LED显示装置中的恒流源,从而可以直接用于共阳极LED显示装置的升级改造。
图4示出根据本实用新型第二实施例的LED显示装置的示意性电路图。第二实施例是第一实施例的进一步改进方案。
如图所示,该LED显示装置400包括LED阵列101、多个开关管102、多个恒流源106和恒流源107。LED阵列101包括多个像素单元,例如形成n×m个像素单元的阵列。在彩色的LED显示装置中,每个像素单元包括三个LED,分别为红、绿、蓝色LED。例如,LED阵列101中的第一个像素单元包括红色LED R11、绿色LED G11和蓝色LED B11。
与第一实施例不同,根据第二实施例的LED显示装置400不仅包括与驱动红色LED的恒流源106连接的DC/DC变换器108,而且还包括与驱动绿色LED和蓝色LED的恒流源107连接的DC/DC变换器109。DC/DC变换器108以及DC/DC变换器109分别接收供电电压VCC。
在该实施例中,供电电压VCC大于供电阈值电压。LED阵列101的红色LED、绿色LED和蓝色LED均正常点亮,此时恒流源106和恒流源107均需要承担较大的电压降。DC/DC变换器108提供第一偏置电压,使得与红色LED连接的恒流源106的电压降减小至标称电压。DC/DC变换器108提供第二偏置电压,使得与绿色LED和蓝色LED连接的恒流源107的电压降减小至标称电压。恒流源106和107分别通过DC/DC变换器108和109的输出端接地。DC/DC变换器108和109自身的耗能非常少。本方案既能解决红灯工作电压过高的问题,也不造成能量浪费,同时降低了LED显示装置的整体系统成本。
进一步地,该方案的LED显示装置可以直接用于共阳极LED显示装置的升级改造。
上述实施例仅为举例,本实用新型的根本做法在于提出了一种共阳极节能型LED显示装置,既可解决已有方案中红色LED灯电压过高的问题,减少能量浪费,增加显示系统可靠性,又几乎不增加系统成本,加快推进LED显示屏产品的技术升级。
本实用新型的实施例如上文所述,这些实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然,根据以上描述,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。