CN108109579A - Led显示装置及其驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种LED显示装置及其驱动方法。该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之一的阳极相连接；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至少之一的阴极相连接，其特征在于，所述多个开关管分别向所述第一LED、所述第二LED和所述第三LED提供第一供电电压、第二供电电压和第三供电电压。该LED显示装置可以减小恒流源承受的压降，从而提高LED显示装置的可靠性，并且恒流驱动电路与现有的共阳极方案兼容，便于产品升级。
Description
技术领域
本发明涉及LED显示技术，更具体地，涉及LED显示装置及其驱动方法。
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具有不同的导通压降，例如，红色LED的导通压降约为2V，绿色LED和蓝色LED的导通压降约为3V。为了兼顾三基色的LED，LED显示装置的驱动电路采用例如5V的供电电压驱动三基色的LED。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。
因此，期望进一步改进LED显示装置的驱动方式以适应同时驱动不同颜色的LED的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种LED显示装置及其驱动方法，其特征在于采用分组选通不同颜色的LED的方式以提高LED显示装置的可靠性。
根据本发明的第一方面，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之一的阳极相连接；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至少之一的阴极相连接，其特征在于，所述多个开关管分别向所述第一LED、所述第二LED和所述第三LED提供第一供电电压、第二供电电压和第三供电电压。
优选地，所述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三者的阴极相连接。
优选地，所述多个开关管在每个帧周期中分时导通，在每行像素单元中分组选通第一LED、第二LED和第三LED之一。
优选地，在每个帧周期中进行行扫描，在每个行周期中，分组选通相应行像素单元的第一LED、第二LED和第三LED之一。
优选地，在所述第一LED、第二LED和第三LED中的任一个选通期间，所述多个恒流源的电流值和/或占空比根据显示数据而调整。
优选地，所述第一LED、第二LED和第三LED分别为红色LED、绿色LED和蓝色LED，所述第一供电电压小于所述第二供电电压和第三供电电压。
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采用公共的恒流源提供所述驱动电流。
优选地，还包括多个恒流调节模块，所述多个恒流调节模块分别与所述多个恒流源串联连接，用于根据白平衡补偿所述第一LED、第二LED和第三LED的亮度。
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、第二供电电压和第三供电电压之一，其漏极连接至相应行像素单元的第一LED、第二LED和第三LED之一的阳极。
根据本发明的第二方面，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LED阵列，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：在每个帧周期中进行行扫描；在每个行周期中，分组选通相应行像素单元的第一LED、第二LED和第三LED之一；以及在所述第一LED、第二LED和第三LED的选通期间，根据显示数据调节流过所述第一LED、第二LED和第三LED的驱动电流的电流值和占空比之一，其特征在于，在所述第一LED、所述第二LED和所述第三LED的阳极上分别提供第一供电电压、第二供电电压和第三供电电压，从而产生所述驱动电流。
优选地，采用连接至所述第一LED、第二LED和第三LED的阴极的恒流源提供所述驱动电流。
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采用公共的恒流源提供所述驱动电流。
优选地，还包括，对所述第一LED、第二LED和第三LED的驱动电流进行补偿以改善白平衡。
根据本发明实施例的LED显示装置，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之一的阳极相连接。在工作期间，分组选通不同颜色的LED，以提供不同的供电电压。该解决方案可以减小恒流源的压降，从而减小恒流源的功耗和提高显示装置的稳定性。
进一步地，该LED显示装置中的恒流源在工作状态的一端接地，可以使用现有共阳极LED显示装置中的恒流源，从而可以便于共阳极LED显示装置的升级改造。
进一步地，该的LED显示装置中不同颜色的LED分别选通，因此每列像素单元的多个LED可以共用一个恒流源，从而可以减少恒流源的数量，降低***成本。
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，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示出根据本发明第一实施例的LED显示装置的示意性电路图。
图4示出根据本发明第二实施例的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发明的各种实施例。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103。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103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103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，因此其导通压降也较小，例如小于0.2V。红、绿、蓝三基色LED的导通压降差异较大，红色LED的导通压降通常在2v左右，而绿色LED和蓝色LED的导通压降在3v以上。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压降，为***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为5V。此时，恒流源103将承担2～3V的电压。而恒流源103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左右的压降。这将导致恒流源部分被迫承担过多的压降，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***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显示装置采用共阴极的解决方案。
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105。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的阴极彼此连接，然后经由开关管104连接至地。LED阵列101中的每一列LED的阳极彼此连接，然后经由恒流源105连接供电电压VCC1至VCC3之一。
在共阴极的LED显示装置200中，开关管104例如为N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)，源极为第一端，连接至LED阵列101中相应行的LED的阴极，漏极为第二端，连接至地。
在工作期间，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VCC之间的通断。在选择行的LED连接至供电电压时，恒流源105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。
在共阴极的LED显示装置中，多个恒流源105可以分组供电，从而对红、绿、蓝三基色的LED提供不同的供电电压。例如，红色LED的供电电压VCC1可为3V，绿色LED和蓝色LED的供电电压VCC2、VCC3可为4V。尽管红、绿、蓝三基色的LED具有不同的导通压降，然而，供电电压VCC1至VCC3与导通压降同步变化，从而可以减小恒流源105的压降。例如，红色LED的导通压降约为2V，绿色LED和蓝色LED的导通压降约为3V，由于不同颜色的LED独立供电，恒流源105的压降均为1V。该共阴极的解决方案可以减小恒流源的压降，从而减小恒流源的功耗和提高显示装置的稳定性。
然而，该共阴极的LED显示装置中的恒流源在工作状态的输出端偏置于预定电位(即LED和开关管的压降之和)，因此需要重新设计恒流源的内部电路，而不能直接使用共阳极LED显示装置中的恒流源。不仅导致设计成本的提高，而且不能直接用于共阳极LED显示装置的升级改造。
图3示出根据本发明第一实施例的LED显示装置的示意性电路图。该LED显示装置采用共阴极的解决方案。
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103。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。
与现有技术的LED显示装置不同，根据本发明实施例的LED显示装置中，LED阵列101中每个像素单元中不同颜色的LED采用公共的恒流源供电。在LED阵列101的每一行像素单元中，不同像素单元的红色LED的阳极彼此连接，然后经由公共的开关管102连接至供电电压VCC1，不同像素单元的绿色LED的阳极彼此连接，然后经由公共的开关管102连接至供电电压VCC2，不同像素单元的蓝色LED的阳极彼此连接，然后经由公共的开关管102连接至供电电压VCC3。在LED阵列101的每一列像素单元中，不同颜色的LED的阴极彼此连接，然后经由公共的恒流源103连接至地。
在LED显示装置300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中相应行相应颜色的LED的阳极。
在工作期间，在每个帧周期中按行扫描，在每个行周期中按不同颜色LED分组扫描，从而实现图像显示。开关管102的控制端接收扫描信号SCAN1、SCAN4…SCAN(3n-2)之一，从而控制相应行相应颜色的LED与供电电压VCC1至VCC3之间的通断。在选择行选择颜色的LED连接至供电电压时，恒流源103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接收供电电压并且是有效的，其余LED都是无效的。
例如，如图3所示的LED显示装置，在第1时刻，扫描信号SCAN1有效，第一行的红色LEDR11～R1m与供电电压VCC1导通，与此同时，控制每个恒流源103的开启时间；第1时刻结束后，在第2时刻，扫描信号SCAN2有效，第一行的绿色LED G11～G1m与供电电压VCC2导通，与此同时，控制每个恒流源103的开启时间；第2时刻结束后，在第3时刻，扫描信号SCAN3有效，第一行的蓝色LED B11～B1m与供电电压VCC3导通，与此同时，控制每个恒流源103的开启时间；至此，完成LED阵列101中第一行LED的点亮。依次类推，逐步点亮LED这列的第二行至第n行，完成对整个LED阵列101的n行m列LED的点亮，完成图像显示。
在根据本发明实施例的LED显示装置中，在选通不同颜色的LED时，分别采用不同的供电电压VCC1至VCC3对恒流源103供电。例如，红色LED的供电电压VCC1可为3V，绿色LED和蓝色LED的供电电压VCC2、VCC3可为4V。尽管红、绿、蓝三基色的LED具有不同的导通压降，然而，供电电压VCC1至VCC3与导通压降同步变化，从而可以减小恒流源103的压降。例如，红色LED的导通压降约为2V，绿色LED和蓝色LED的导通压降约为3V，由于不同颜色的LED独立供电，恒流源103的压降均为1V。该解决方案可以减小恒流源的压降，从而减小恒流源的功耗和提高显示装置的稳定性。
进一步地，该方案的LED显示装置中的恒流源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。
进一步地，该方案的LED显示装置中不同颜色的LED分别选通，因此每列像素单元可以共用一个恒流源，从而可以减少恒流源的数量，降低***成本。
图4示出根据本发明第二实施例的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103。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。
进一步的，为了得到更好的画质效果，改善LED显示装置的白平衡，该LED显示装置400还包括恒流调节模块106，如图4所示。所述恒流调节模块6与恒流源103串联连接，可在点亮不同颜色的LED时设置不同的电流，例如，通过在点亮红色LED、绿色LED和蓝色LED时分别设置不同大小的恒流，对不同种颜色的亮度进行补偿，以得到更好的白平衡效果。例如，在相应颜色的恒流开启之前设定恒流大小。
上述实施例仅为举例，本发明的根本做法在于提出了一种新的共阴极LED显示装置及其驱动方法，既可解决已有的共阳极方案中恒流源压降过高的问题，减少功耗，提高LED显示装置的可靠性，又可利用已有的恒流驱动电路，加快推进LED显示装置产品的技术升级。
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。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
Claims (14)
1.一种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之一的阳极相连接；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至少之一的阴极相连接，
其特征在于，所述多个开关管分别向所述第一LED、所述第二LED和所述第三LED提供第一供电电压、第二供电电压和第三供电电压。
2.根据权利要求1所述的LED显示装置，其特征在于，所述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三者的阴极相连接。
3.根据权利要求1所述的LED显示装置，其特征在于，所述多个开关管在每个帧周期中分时导通，在每行像素单元中分组选通第一LED、第二LED和第三LED之一。
4.根据权利要求3所述的LED显示装置，其特征在于，在每个帧周期中进行行扫描，在每个行周期中，分组选通相应行像素单元的第一LED、第二LED和第三LED之一。
5.根据权利要求3所述的LED显示装置，其特征在于，在所述第一LED、第二LED和第三LED中的任一个选通期间，所述多个恒流源的电流值和/或占空比根据显示数据而调整。
6.根据权利要求1所述的LED显示装置，其特征在于，所述第一LED、第二LED和第三LED分别为红色LED、绿色LED和蓝色LED，所述第一供电电压小于所述第二供电电压和第三供电电压。
7.根据权利要求1所述的LED显示装置，其特征在于，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采用公共的恒流源提供所述驱动电流。
8.根据权利要求1所述的LED显示装置，还包括多个恒流调节模块，所述多个恒流调节模块分别与所述多个恒流源串联连接，用于根据白平衡补偿所述第一LED、第二LED和第三LED的亮度。
9.根据权利要求1所述的LED显示装置，其特征在于，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。
10.根据权利要求9所述的LED显示装置，其特征在于，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、第二供电电压和第三供电电压之一，其漏极连接至相应行像素单元的第一LED、第二LED和第三LED之一的阳极。
11.一种用于LED显示装置的驱动方法，所述LED显示装置包括LED阵列，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：
在每个帧周期中进行行扫描；
在每个行周期中，分组选通相应行像素单元的第一LED、第二LED和第三LED之一；以及
在所述第一LED、第二LED和第三LED的选通期间，根据显示数据调节流过所述第一LED、第二LED和第三LED的驱动电流的电流值和/或占空比，
其特征在于，在所述第一LED、所述第二LED和所述第三LED的阳极上分别提供第一供电电压、第二供电电压和第三供电电压，从而产生所述驱动电流。
12.根据权利要求11所述的驱动方法，其特征在于，采用连接至所述第一LED、第二LED和第三LED的阴极的恒流源提供所述驱动电流。
13.根据权利要求11所述的驱动方法，其特征在于，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采用公共的恒流源提供所述驱动电流。
14.根据权利要求11所述的驱动方法，还包括，对所述第一LED、第二LED和第三LED的驱动电流进行补偿以改善白平衡。
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