CN106373516A - Led显示装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种LED显示装置及驱动方法。所述LED显示装置包括用作像素单元的多个LED，所述方法包括：根据显示图像生成灰阶数据；根据实际帧率和实际刷新率生成实际伽玛表；根据实际伽玛表，对灰阶数据进行伽玛校正以获得显示数据；根据显示数据产生PWM信号；以及采用PWM信号控制恒流源提供驱动电流，使得LED点亮以产生与灰阶相对应的亮度。该驱动方法根据实际帧率和实际刷新率生成实际伽玛曲线，从而可以改善伽玛校正的效果。

Description

LED显示装置及其驱动方法

技术领域

本发明属于显示技术领域，更具体地涉及LED显示装置及其驱动方法。

背景技术

发光二极管(light-emitting diode,LED)是利用PN结中的少数载流子和多数载流子复合点亮的原理工作的二极管。在PN结之间施加正向电压，使得二极管导通，就可以将电能转换成光能。LED显示装置是利用LED作为像素单元的显示装置，其中，LED的亮度与待显示的灰阶相对应。

LED显示装置与液晶显示装置不同。在液晶显示装置中，液晶分子的偏转改变了像素单元的透光率，使得背光源产生的光穿过液晶分子层之后的强度发生变化。LED显示装置则是通过控制光源自身的亮度改变显示灰阶。与液晶显示装置相比，LED显示装置的功耗低，刷新速度快，视角广，可以用于强光照环境和低温环境。因此，LED显示装置特别适合于用作室外显示屏，用于显示文字、图像和视频。

在传统的LED显示屏中，采用PWM信号驱动的恒流源驱动LED。由于LED的物理特性，LED在点亮时的亮度与驱动电流的数值相关。进一步地，通过控制PWM信号的占空比，可以调节LED的有效点亮时间，从而改变LED的亮度。

在图像显示领域中，用于驱动像素单元的驱动信号与人眼观察到的亮度值呈非线性关系。为了使得像素单元点亮达到期望的亮度值，需要根据实际伽玛表对驱动信号进行校正。

然而，LED显示屏利用PWM信号的占空比调节像素单元的亮度。伽玛校正结果是PWM信号的占空比的变化。在LED显示屏的帧率或者刷新率变化时，伽玛曲线都需要手动调整，工作量非常大，且难以调整到理想状态。为此，传统的LED显示屏采用固定帧率和刷新率的一条伽玛曲线，近似用于任意帧率和刷新率下的伽玛校正。

因此，期望改进LED显示屏的伽玛校正方式，以进一步改善显示效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于LED显示装置的自适应伽玛校正方法，其中，根据实际帧率和实际刷新率生成实际伽玛曲线，从而可以改善伽玛校正的效果。

根据本发明的一方面，提供一种用于LED显示装置的驱动方法，所述LED显示装置包括用作像素单元的多个LED，所述方法包括：根据显示图像生成灰阶数据；根据实际帧率和实际刷新率生成实际伽玛表；根据实际伽玛表，对灰阶数据进行伽玛校正以获得显示数据；根据显示数据产生PWM信号；以及采用PWM信号控制恒流源提供驱动电流，使得LED点亮以产生与灰阶相对应的亮度。

优选地，生成实际伽玛表的步骤包括：获得预定帧率和预定刷新频率下的参考伽玛表；根据实际帧率和实际刷新率计算出每个帧周期表示的第一灰阶范围；以及对参考伽玛表进行插值和/或抽取采样，以获得实际伽玛表。

优选地，获得参考伽玛表的步骤包括：根据PWM信号的占空比与LED的光强的关系获得第一伽玛表，所述第一伽玛表表示第一灰阶范围的校正值；从第一伽玛表抽取获得第二伽玛表，所述第二伽玛表表示第二灰阶范围的校正值；以及对所述第二伽玛表使用归一化算法进行分段拟合，从而获得第三灰阶范围的参考伽玛表。

优选地，根据PWM信号的占空比与LED的光强的关系获得第一伽玛表的步骤包括：根据显示算法，手动计算PWM信号的占空比与LED的光强之间的关系，从而获得所述第一伽玛表；或者通过多次测量，在每次测量中添加不同占空比的PWM信号以及测量LED实际光强，从而获得所述第一伽玛表。

优选地，所述第一灰阶范围、所述第二灰阶范围和所述第三灰阶范围包括整个灰阶范围。

优选地，所述第一灰阶范围和所述第二灰阶范围仅包括低灰阶范围，所述第三灰阶范围包括整个灰阶范围，并且，所述参考伽玛表的低灰阶范围的校正值根据所述第二伽玛表获得，所述参考伽玛表的高灰阶范围的校正值根据伽玛公式计算获得。

根据本发明的另一方面，提供一种LED显示装置，包括：多条行线和列线；行驱动器，与所述多条行线相连接，用于提供选择信号；列驱动器，与所述多条列线相连接，用于提供与显示数据相对应的PWM信号；伽玛校正模块，与所述列驱动器相连接，用于根据实际伽玛表对灰阶数据进行伽玛校正以获得显示数据；以及多个像素单元，所述多个像素单元中的每个像素单元包括连接至所述多条行线之一和所述多条列线之一的LED，所述LED根据所述PWM信号的占空比改变有效点亮时间。

优选地，所述伽玛校正模块包括：存储模块，用于存储参考伽玛表；伽玛表生成模块，与所述存储模块相连接以获得所述参考伽玛表，根据实际灰阶范围，对参考伽玛表进行插值和抽取生成实际伽玛表；以及灰阶数据校正模块，与所述伽玛表生成模块相连接以获得实际伽玛表，以及根据实际伽玛表，对所述灰阶数据进行伽玛校正以获得所述显示数据。

优选地，所述伽玛表生成模块根据实际帧率和实际刷新率计算出每个帧周期表示的第一灰阶范围。

优选地，所述伽玛校正模块作为所述LED显示装置的驱动端的一部分，与所述列驱动器串联连接在串行数据的传输路径上。

优选地，所述伽玛校正模块作为所述LED显示装置的控制端的一部分，在控制端进行灰阶校正，并且直接提供经过灰阶校正后的显示数据。

优选地，所述参考伽玛表的低灰阶范围的校正值根据第一伽玛表获得，所述参考伽玛表的高灰阶范围的校正值根据伽玛公式计算获得，所述第一伽玛表根据PWM信号的占空比与LED的光强的关系获得。

根据本发明实施例的驱动方法根据实际帧率和实际刷新率生成实际伽玛曲线，从而可以改善伽玛校正的效果。该技术也突破了PWM恒流源驱动的LED显示装置只能使用某些固定帧率和刷新率的限制。该驱动方法针对任意的帧率和刷新率可以任意配置伽玛表，从而可以改善伽玛校正的效果，以达到最佳的显示效果。

在优选的实施例中，采用参考伽玛表获得整个灰阶范围的校正值，然后，根据实际帧率和实际刷新率获得有效灰阶范围，将参考伽玛表转换为实际伽玛表。

在进一步优选的实施例中，参考伽玛表的低灰阶范围采用手动调整的方法获得，高灰阶范围则根据伽玛公式计算获得，从而可以兼顾灰阶校正的准确度以及减少计算和测量工作量，提高了灰阶校正的效率。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据本发明实施例的LED显示装置的结构示意图。

图2示出图1的LED显示装置中的列驱动器的示意性框图。

图3示出图1的LED显示装置中的伽玛校正模块的示意性框图。

图4示出根据本发明实施例的LED显示装置的驱动方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用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。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

在本申请中，术语“帧”表示视频图像中可以进行单独显示的一幅画面。

图1示出根据本发明实施例的LED显示装置的结构示意图。LED显示装置100包括行驱动器110、列驱动器120、伽玛校正模块130和LED阵列160。

LED阵列160包括多个按行和列排列的LED。作为示例，在图1中示出4行*6列的LED阵列160。LED包括阳极和阴极，在阴极和阴极之间施加正向电压时，LED点亮。同一行的多个LED的阳极共同连接至同一条行线，例如，第一行的LED D11-D16的阳极共同连接至行线G1。同一列的多个LED的阴极共同连接至同一条列线，例如，第一列的LEDD11-D41的阴极共同连接至列线S1。

行驱动器110连接至多条行线G1-G4，用于提供选择信号。行驱动器110内部包括多个选择开关管，分别与多条行线之一相连接。在所述多个选择开关管导通时，所述行线经由相应的选择开关管连接至高电位端。

列驱动器120连接至多条列线S1-S6，用于提供与显示数据相对应PWM信号。列驱动器120内部包括多个恒流源，分别与多条列线之一相连接。在行驱动器110选择同一行的多个LED时，如上所述，所述多个LED的阳极连接至高电位，阴极分别连接至多个恒流源，从而在所述多个LED的阳极和阴极之间施加正向电压，使得所述多个LED点亮。

伽玛校正模块130连接至列驱动器120。伽玛校正模块130从控制端接收灰阶数据，根据实际帧率和实际刷新率生成实际伽玛表，以及根据实际伽玛表对灰阶数据进行伽玛校正以获得显示数据。伽玛校正模块130向列驱动器120提供显示数据。

在上述的LED显示装置100中，LED阵列160中的多个LED分别分别作为像素单元。可以理解，LED显示装置100中的每个像素都可以包括一个或多个像素单元。例如，在显示彩色图像时，可以采用三个LED分别用于显示红绿蓝的颜色分量，每个LED根据自身的点亮特性产生相应颜色的光，或者采用附加的滤光片产生相应颜色的光。

在LED显示装置100显示动态图像期间，行驱动器110例如逐行扫描，依次将行线连接至高电平。相应地，列驱动器120中的多个恒流源分别向该行的多个LED施加恒定电流。列驱动器120根据图像相应行的显示数据控制PWM信号的占空比，从而改变相应行的多个LED的有效点亮时间，以显示图像的一个像素行。在一个帧周期中，将图像的显示数据逐行提供给列驱动器120，依次控制LED阵列160的相应行的多个LED的亮度，从而实现图像的显示。

图2示出图1的LED显示装置中的列驱动器的示意性电路图。该列驱动器120是根据串行数据产生恒流输出的恒流驱动模块。例如，可以从北京集创北方科技股份有限公司购买的型号为ICN2053的LED恒流源驱动芯片，或者从Etek微电子公司购买的型号为ET6204的LED恒流驱动芯片。

列驱动器120包括移位寄存器121、恒流输出锁存器122、恒流输出控制器123、输出电流调节器124、多个恒流源I1-I16、缓冲器U1-U4、以及反相器U5。

移位寄存器121分别经由缓冲器U1和U2接收时钟信号CLK和串行输入数据SDI。例如，在时钟信号CLK的上升沿，移位寄存器121进行移位。移位寄存器121经由缓冲器U3提供串行输出数据SDO。

恒流输出锁存器122与移位寄存器121相连接，并且经由缓冲器U4接收锁存使能信号LE。在锁存使能信号LE有效时，恒流输出锁存器122从移位寄存器121接收串行数据。在锁存使能信号LE无效时，恒流输出锁存器122锁存已经接收的串行数据。

恒流输出控制器123与恒流输出锁存器122相连接，并且经由反相器U5接收选通使能信号OE。在选通使能信号OE无效时，多个输出端OUT1-OUT16提供恒流输出。在选通使能信号OE有效时，多个输出端OUT1-OUT16关闭，从而不提供恒流输出。

多个恒流源I1-I16与恒流输出控制器123相连接。恒流输出控制器123根据串行数据产生相对应的占空比的PWM信号，分别控制多个恒流源I1-I16的导通状态，从而改变LED的有效点亮时间。

输出电流调节器124接收电流设置信号ISET，用于设置所述多个恒流源I1-I16的电流数值。该电流设置信号ISET可以由外部的电阻产生。

在该实施例中，移位寄存器121提供串行输出数据SDO，因此可以将多个列驱动器120彼此串联。尽管每个LED恒流驱动模块的输出端数量有限，但可以通过串联多个列驱动器120提供更多的输出端，以驱动相应数量的列线。

图3示出图1的LED显示装置中的伽玛校正模块的示意性框图。伽玛校正模块130包括存储模块131、伽玛表生成模块132和灰阶数据校正模块133。

存储模块131用于存储参考伽玛表，该参考伽玛表是预定帧率和预定刷新频率下的归一化校正值。

伽玛表生成模块132从LED显示装置的控制端获得实际帧率和实际刷新率，从而计算出实际灰阶范围。伽玛表生成模块132与存储模块131相连接以获得参考伽玛表，根据实际灰阶范围，对参考伽玛表进行插值和抽取生成实际伽玛表。

灰阶数据校正模块133从LED显示装置的控制端获得串行输入数据SDI。灰阶数据校正模块133与伽玛表生成模块132相连接以获得实际伽玛表，以及根据实际伽玛表，对串行输入数据SDI中的灰阶数据进行伽玛校正以获得显示数据，并且以串行输出数据SDO的形式传输至列驱动器120。

在该实施例中，伽玛校正模块130为LED显示装置的驱动端的一部分，并且与列驱动器120串联连接在串行数据的传输路径上，从而在驱动端将灰阶数据转换成经过灰阶校正后的显示数据，用于LED的灰阶驱动。在替代的实施例中，伽玛校正模块130可以是LED显示装置的控制端的一部分，从而在控制端直接提供经过灰阶校正后的显示数据，用于LED的灰阶驱动。

图4示出根据本发明实施例的LED显示装置的驱动方法的流程图。在该实施例中，LED显示装置的伽玛曲线输入和输出的灰度位宽分别为8位和16位，对应的输入和输出灰阶为256级和65536级。进一步地，假设参考伽玛表对应于LED显示装置的帧率为60Hz，显示帧周期为16.67毫秒，显示刷新率为1920Hz，其中，每个帧周期分散成32个子周期进行显示。实际伽玛表对应于LED显示装置的帧率为60Hz，显示帧周期为16.67毫秒，显示刷新率为1980Hz，其中，每个帧周期分散成33个子周期进行显示。

在步骤S01中，LED显示装置的控制端根据显示图像生成灰阶数据。

在步骤S02中，LED显示装置的伽玛校正模块根据实际帧率和实际刷新率生成实际伽玛表。例如，可以在LED显示装置的动态配置阶段生成实际伽玛表。

在该步骤中，伽玛校正模块采用参考伽玛表，根据实际帧率和刷新率进行计算以生成实际伽玛表。

参考伽玛表是在预定帧率和预定刷新率条件下的伽玛表。

为了获得参考伽玛表，手动调整出一个最佳显示效果的伽玛表BA，对应的输入和输出灰阶为256级和65536级。在一个实施例中，根据显示算法，手动计算PWM信号的占空比与LED的光强之间的关系，作为伽玛表BA。在另一个实施例中，通过施加PWM信号以及测量LED实际光强的方法，获得PWM信号的占空比与LED的光强之间的关系，形成伽玛表BA。

然后，根据显示算法，从伽玛表BA抽取出有效显示灰阶的伽玛表BB。在该实施例中，LED显示装置的预定帧率为60Hz，预定刷新率为1920Hz。在每个帧周期中，分散成32个子周期进行显示，因此，在1帧内的显示循环次数为32次，有效显示灰阶为256*32＝8192级。伽玛表BB的输入和输出灰阶为256级和8192级。然后，对伽玛表BB使用归一化算法进行分段拟合，得到参考伽玛表BC。

实际伽玛表是在实际帧率和实际刷新率条件下用于伽玛校正计算的伽玛表。

为了获得实际伽玛表，根据显示算法，从参考伽玛表BC抽取出有效显示灰阶的实际伽玛表BD。在该实施例中，LED显示装置的实际帧率为60Hz，实际刷新率为1980Hz。在每个帧周期中，分散成33个子周期进行显示，因此，在1帧内的显示循环次数为33次，有效显示灰阶为256*33＝8448级。实际伽玛表BD的输入和输出灰阶为256级和8448级。

在伽玛表的灰阶范围转换中，可以采用插值方法以提高灰阶级，以及采用抽取采样方法降低灰阶级。

在上述的实施例中，手动调整的伽玛表BA包含整个灰阶范围的校正值。相应地，参考伽玛表BC在整个灰阶范围的校正值均由伽玛表BA计算得到，例如参考伽马表包括8192级灰阶的校正数据，即从LED在帧周期中既往熄灭至始终点亮的校正数据。该全部灰阶范围手动调整的方法可以提高低灰阶范围的调整准确度

在替代的实施例中，利用手动调整获得的伽玛表BA仅包含低灰阶范围的校正值，从而可以减少手动调整的计算或测量工作量。进一步地，针对预定帧率为和预定刷新率的伽玛表BB也仅包含低灰阶范围的校正值。然后，在计算参考伽玛表BC时，根据伽玛表获得低灰阶范围的校正值，然后直接采用伽玛公式计算高灰阶范围的校正值。伽玛曲线的低灰阶范围的修正精度较差而高灰阶范围的修正精度较高，该低灰阶范围的部分手动调整的方法可以提高低灰阶范围的调整准确度，同时还可以减少计算或测量工作量。

在步骤S03中，LED显示装置的伽玛校正模块根据实际伽玛表，对灰阶数据进行伽玛校正以获得显示数据。例如，LED显示装置的驱动端在显示驱动期间进行伽玛校正。

在步骤S04中，LED显示装置的列驱动器根据显示数据产生PWM信号。

在步骤S05中，LED显示装置的列驱动器采用PWM信号控制恒流源提供驱动电流，使得LED点亮以产生与灰阶相对应的亮度。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明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，也不限制该发明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发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (12)

1.一种用于LED显示装置的驱动方法，所述LED显示装置包括用作像素单元的多个LED，所述方法包括：

根据显示图像生成灰阶数据；

根据实际帧率和实际刷新率生成实际伽玛表；

根据实际伽玛表，对灰阶数据进行伽玛校正以获得显示数据；

根据显示数据产生PWM信号；以及

采用PWM信号控制恒流源提供驱动电流，使得LED点亮以产生与灰阶相对应的亮度。

2.根据权利要求1所述的驱动方法，其中，生成实际伽玛表的步骤包括：

获得预定帧率和预定刷新频率下的参考伽玛表；

根据实际帧率和实际刷新率计算出每个帧周期表示的第一灰阶范围；以及

对参考伽玛表进行插值和/或抽取采样，以获得实际伽玛表。

3.根据权利要求2所述的驱动方法，其中，获得参考伽玛表的步骤包括：

根据PWM信号的占空比与LED的光强的关系获得第一伽玛表，所述第一伽玛表表示第一灰阶范围的校正值；

从第一伽玛表抽取获得第二伽玛表，所述第二伽玛表表示第二灰阶范围的校正值；以及

对所述第二伽玛表使用归一化算法进行分段拟合，从而获得第三灰阶范围的参考伽玛表。

4.根据权利要求3所述的驱动方法，其中，根据PWM信号的占空比与LED的光强的关系获得第一伽玛表的步骤包括：

根据显示算法，手动计算PWM信号的占空比与LED的光强之间的关系，从而获得所述第一伽玛表；或者

通过多次测量，在每次测量中添加不同占空比的PWM信号以及测量LED实际光强，从而获得所述第一伽玛表。

5.根据权利要求3所述的驱动方法，其中，所述第一灰阶范围、所述第二灰阶范围和所述第三灰阶范围包括整个灰阶范围。

6.根据权利要求3所述的驱动方法，其中，所述第一灰阶范围和所述第二灰阶范围仅包括低灰阶范围，所述第三灰阶范围包括整个灰阶范围，并且，所述参考伽玛表的低灰阶范围的校正值根据所述第二伽玛表获得，所述参考伽玛表的高灰阶范围的校正值根据伽玛公式计算获得。

7.一种LED显示装置，包括：

多条行线和列线；

行驱动器，与所述多条行线相连接，用于提供选择信号；

列驱动器，与所述多条列线相连接，用于提供与显示数据相对应的PWM信号；

伽玛校正模块，与所述列驱动器相连接，用于根据实际伽玛表对灰阶数据进行伽玛校正以获得显示数据；以及

多个像素单元，所述多个像素单元中的每个像素单元包括连接至所述多条行线之一和所述多条列线之一的LED，所述LED根据所述PWM信号的占空比改变有效点亮时间。

8.根据权利要求7所述的LED显示装置，其中，所述伽玛校正模块包括：

存储模块，用于存储参考伽玛表；

伽玛表生成模块，与所述存储模块相连接以获得所述参考伽玛表，根据实际灰阶范围，对参考伽玛表进行插值和抽取生成实际伽玛表；以及

灰阶数据校正模块，与所述伽玛表生成模块相连接以获得实际伽玛表，以及根据实际伽玛表，对所述灰阶数据进行伽玛校正以获得所述显示数据。

9.根据权利要求7所述的LED显示装置，其中，所述伽玛表生成模块根据实际帧率和实际刷新率计算出每个帧周期表示的第一灰阶范围。

10.根据权利要求7所述的LED显示装置，其中，所述伽玛校正模块作为所述LED显示装置的驱动端的一部分，与所述列驱动器串联连接在串行数据的传输路径上。

11.根据权利要求7所述的LED显示装置，其中，所述伽玛校正模块作为所述LED显示装置的控制端的一部分，在控制端进行灰阶校正，并且直接提供经过灰阶校正后的显示数据。

12.根据权利要求7所述的LED显示装置，其中，所述参考伽玛表的低灰阶范围的校正值根据第一伽玛表获得，所述参考伽玛表的高灰阶范围的校正值根据伽玛公式计算获得，所述第一伽玛表根据PWM信号的占空比与LED的光强的关系获得。