CN111868813B - Led像素封装 - Google Patents

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Abstract

根据本实施例的多像素封装包括：多像素组，其各个包含多个具有共同连接的阴极的R(红色)，G(绿色)和B(蓝色)LED的单位像素；数据信号，其用于控制由属于像素组的单位像素输出的光的亮度；以及控制部，其用于接收嵌入有包含激活信号和多个脉冲的脉冲序列的控制信号并控制所述多像素组。其中，控制部包括：信号分离部(110)，其用于分离并分别输出激活信号和脉冲序列；充电信号，其通过激活信号激活，并且每个像素组被控制为充电能量以从脉冲序列发射光；发射控制部，其用于输出发射信号以控制每个像素组从脉冲序列发射光；以及像素组控制部，其被提供充电信号以对作为数据信号提供的能量进行充电，并且用控制发射信号以使像素组发光。

Description

LED像素封装
技术领域
本技术涉及一种LED像素封装。
背景技术
近来，在商用室外和室内广告牌的实施中，将显示屏面积大型化并增加显示器的分辨率是其发展趋势。另外，为了实现高亮度、高对比度和良好的色彩再现性而采用LED作为发光器件。
使用LED的显示器也采用有源矩(Active Matrix)阵的必要性正在显现。在这情况下，不是利用直接控制构成于像素的LED的方式，而是利用有源元件来控制横轴和纵轴，从而与无源矩阵方法相比，控制引脚具有可以大大缩减的优点。据此，非常地简化用于驱动的驱动电路之后，这对于缩减像素尺寸和像素间隔非常有利，同时也可以降低电力消耗。
对于LED显示器，各个LED之间的间隙越窄，像素数越密集，越增加单个LED的亮度可提高整个显示器的清晰度，从而画质得到改善。优选地，在将LED显示器实现为有源矩阵的情况下，可以在物理尺寸和成本方面更有效地实现LED显示器。
为此，必须在LED像素封装中构成用于电源、数据输入、接地等的引脚，此外，还必须在LED像素封装中构成用于分别启用和发射红色LED、绿色LED和蓝色LED的开关控制引脚。
发明内容
技术问题
如上所述，在实现LED像素封装时，由于其大小只能构成很大，因此在物理大小和成本方面对实现有源矩阵存在效用不济的问题。本实施例所要解决的技术问题在于，提供能够解决这些问题的一种新型LED像素封装。
技术方案
根据本实施例的多像素封装包括：多像素组，其各个包含多个具有共同连接的阴极(cathode)的R(红色)，G(绿色)和B(蓝色)LED的单位像素；数据信号，其用于控制由属于像素组的单位像素输出的光的亮度；以及控制部，其用于接收嵌入(embed)有包含激活信号和多个脉冲的脉冲序列的控制信号(S_SIG)并控制所述多像素组。其中，控制部包括：信号分离部，其用于分离并分别输出激活信号(ON)和脉冲序列(S_OUT)；充电信号(EN_1,EN_2,EN_3)，其通过激活信号激活，并且每个像素组被控制为充电能量以从脉冲序列发射光；发射控制部，其用于输出发射信号(emission signal)以控制每个像素组从脉冲序列发射光(emission signal)；以及像素组控制部，其被提供充电信号以对作为数据信号提供的能量进行充电，并且用控制发射信号以使像素组发光。
根据本发明的一形态，包括在第一像素组和第二像素组中的R LED的阳极彼此电连接以提供R控制信号，并且G LED的阳极彼此电连接以提供G控制信号，而且B LED的阳极彼此电连接以提供B控制信号。
根据本发明的一形态，控制信号被嵌入脉冲序列，该脉冲序列包括：激活信号，其在第一电平和大于所述第一电平的第二电平之间摆动(swing)；以及多个脉冲序列，其在第二电平和大于所述第二电平的第三电平之间摆动，信号分离部包括：激活信号分离电路，其包括具有第一和第二电平之间的阈值电压的晶体管并分离激活信号之后输出以使所述激活信号在第一和第三电平之间摆动；脉冲序列分离电路，其包括具有第二电平和第三电平之间的阈值电压的晶体管并分离脉冲序列之后输出以使所述脉冲序列在第一和第三电平之间摆动。
根据本发明的一形态，发光控制部包括：计数器(counter)，其由激活信号(ON)激活之后计数并输出在脉冲信号中包含的脉冲；以及编码器(encoder)，用于形成并输出相应于计数器输的多像素组的充电信号和发射信号。
根据本技术的一形态，像素控制部包括存储作为数据信号提供的能量的电容器，并且若提供发射信号，则由电容器充电的电压提供于电阻器，使得像素发光，从而形成用于控制像素的亮度并将其提供给像素的亮度控制信号。
根据本技术的一形态，像素控制部包括：电容器，其存储作为数据信号提供的能量；充电晶体管，其由充电信号控制并将数据信号电连接于电容器；运算放大器，其向一个输入提供充电到电容器的电压，另一个输入连接到电阻器并通过电阻器将充电到电容器的电压提供给充电晶体管；发射晶体管，其由发射信号控制，从而将运算放大器的输出与接地隔离；连接的晶体管，其由运算放大器的输出控制并向像素提供亮度控制信号。
根据本技术的一形态，向多像素封装以均匀的时间提供不在一帧中重叠的R控制信号、G控制信号和B控制信号。
根据本技术的多像素封装阵列以阵列配置多像素封装，并且将相同的R控制信号、G控制信号和B控制信号提供于连接到的所述多像素封装阵列的同一行(row)的多像素封装，将相同的数据信号提供于连接到所述多像素封装阵列的同一列(row)的多像素封装。
根据本技术的一形态，多像素封装阵列，在编程要在第n行(row)显示的图像之后，执行第n行发射，但同时开始第n行发射和第n+1行的编程。
根据本技术的一形态，向多像素封装以均匀的时间提供不在一帧中重叠的R控制信号、G控制信号和B控制信号。
根据本技术的一形态，R控制信号、G控制信号和B控制信号以具有下述特征的频率交替地被提供，该频率是以肉眼观察多像素封装阵列，从而能够识别R，G和B LED显示全彩色图像程度的频率。
发明效果
根据本技术，可以在单个封装中形成多个单位像素和控制电路，从而缩减其大小。由此，提供能够克服物理大小和成本上的问题并实现精细像素间距的有源矩阵的优点。
附图说明
图1是显示根据本实施例的LED像素封装的概况的图；
图2是显示控制部的概况的图；
图3A是信号分离部的示意性电路图，图3B是显示由控制信号和信号分离部输出的激活信号和脉冲序列的概况的图；
图4A是显示发光控制部的概要的框图，图4B是输入到发光控制部和输出到发光控制部的信号的示意性时序图。
图5是显示一个像素组控制部的概况的电路图。
图6是根据图2所示的根据本实施例的像素组控制部操作的时序图；
图7是显示根据本实施例的多像素封装配置成阵列并实现为有源矩阵的状态的图；
图8是在以有源矩阵实现的多像素封装中提供的信号的时序图；
图9是根据本实施例的通过在阵列中配置多像素封装来实现彩色时的示例性时序图。
具体实施方式
本发明涉及一种多像素封装，其包括：多像素组，其各个包含多个具有共同连接的阴极(cathode)的R(红色)，G(绿色)和B(蓝色)LED的单位像素；数据信号，其用于控制由属于像素组的单位像素输出的光的亮度；以及控制部，其用于接收嵌入(embed)有包含激活信号和多个脉冲的脉冲序列的控制信号(S_SIG)并控制所述多像素组。其中，控制部包括：信号分离部(110)，其用于分离并分别输出激活信号(ON)和脉冲序列；充电信号，其通过激活信号激活，并且每个像素组被控制为充电能量以从脉冲序列发射光；发射控制部，其用于输出发射信号(emission signal)以控制每个像素组从脉冲序列发射光(emission signal)；以及像素组控制部，其被提供充电信号以对作为数据信号提供的能量进行充电，并且用控制发射信号以使像素组发光。
有关该发明的说明只不过是为了进行结构性或功能性说明的实施例而已，因此本发明的权利要求范围不能解释为受本文说明的实施例子的限制。即，由于可以对实施例进行各种修改并可以具有各种形式，因此应当被理解为本发明的范围包括可实现技术宗旨的等同方案。
图1是显示根据本实施例的LED像素封装的概况的图。参照图1，根据本实施例的多像素封装1包括：多像素组，其各个包含多个具有共同连接的阴极(cathode)的R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)LED的单位像素(P1a,P1b,P1c,P2a,P2b,P2c)；数据信号，其用于控制由属于像素组(200a,200b)的单位像素(P1a,P1b,P1c,P2a,P2b,P2c)输出的光的亮度；以及控制部100，其用于接收嵌入(embed)有包含激活信号和多个脉冲的脉冲序列的控制信号(S_SIG)并控制所述多像素组。其中，控制部包括：信号分离部(110)，其用于分离并分别输出激活信号(ON)和脉冲序列(S_OUT)；充电信号(EN_1,EN_2,EN_3)，其通过激活信号激活，并且每个像素组被控制为充电能量以从脉冲序列发射光；发射控制部(120)，其用于输出发射信号(emission signal)以控制每个像素组从脉冲序列发射光(emission signal)；以及像素组控制部(130)，其被提供充电信号(EN_1,EN_2,EN_3)以对作为数据信号(DATA1,DATA2)提供的能量进行充电，并且用控制发射信号(EMI)以使像素组发光。
每个单位像素(P1a,P1b,P1c,P2a,P2b,P2c)包括发出R，G和B色的LED，并且单位像素中包括的LED的阴极(cathode)电连接于控制部100。如后所述，向单位像素提供亮度控制信号(icon)，并且由单位像素(P1a,P1b,P1c,P2a,P2b,P2c)输出的光的亮度由亮度控制信号控制。
在单位像素(P1a,P1b,P1c,P2a,P2b,P2c)中包括的LED中，发出R色的LED(R1a,R1b,R1c,R2a,R2b,R2c)的阳极全部电连接以提供R控制信号(VLED_R)，并且发出G色的LED(R1a,R1b,R1c,R2a,R2b,R2c)的阳极全部电连接以提供G控制信号(VLED_G)，而且发射B色的LED(B1a,B1b,B1c,B2a,B2b,B2c)的阳极全部电连接以提供B控制信号(VLED_B)。
图2是显示控制部(100)的概况的图。参照图2，控制部100包括信号分离部110、发光控制部120以及多像素组控制部(130a1,130a2,130a3,130b1,130b2,130b3)。图3A是信号分离部110的示意性电路图，图3B是显示由控制信号和信号分离部输出的激活信号(ON)和脉冲序列(S_OUT)的概况的图。
参照图3(A)和图3(B)，控制信号(S_SIG)可以在第一电平、第二电平和第三电平之间摆动(swing)。作为一例，第一电平可以是接地电压电平，第三电平可以是驱动电压(VCC)电平，第二电平可以大于信号分离器110中包括的NMOS晶体管的阈值电压，但小于第三电平，并且可以是小于NMOS晶体管的阈值电压的两倍的电平。
控制信号(S_SIG)被嵌入脉冲序列，该脉冲序列包括：激活信号，其在接地电压和第二电平之间摆动；以及脉冲，其在第二电平和作为驱动电压(VCC)的第三电平之间摆动。
信号分离器110包括：激活信号分离电路112，其用于将激活信号(ON)从控制信号(S_SIG)分离；以及脉冲序列分离电路114，其用于将脉冲序列(S_OUT)从控制信号(S_SIG)分离。
在激活信号电路112中，包括电阻器Ra和具有第一电平和第二电平之间的阈值电压的晶体管N1的反相器I1、施密特触发器ST和反相器I2被级联。晶体管N1的阈值电压大于第一电平但小于第二电平。据此，当第一电平控制信号S_SIG被输入到反相器I1时，晶体管N1被截止以输出第三电平的逻辑高信号。然而，若第二或第三电平控制信号(S_SIG)输入于晶体管N1时，则其被导通。因此，反相器I1输出第一电平的逻辑低信号。
施密特触发器(schmitt trigger)，因为根据输入幅度和方向的输出响应具有磁滞曲线的特性，其是一种对瞬时噪声不响应的电路，并且当输入上升时，输出响应具有相对较高的阈值电压，当输入下降时，输出响应具有相对较低的阈值电压。
施密特触发器(ST)的输出提供给反相器I2，反相器I2是使提供的输入反相的信号并在第一电平和第三电平之间摆动，反相器I2的输出是激活信号(ON)，其控制随后的发光控制部120的激活。
第一级反相器I3与接地电压将二极管连接的NMOS晶体管N3置于它们之间而相连接。包括在反相器I3的NMOS晶体管N4以通过将二极管连接的NMOS晶体管N3的阈值电压与晶体管N4的阈值电压相加获得的电压而被导通。
如上所述，N3的阈值电压和N的4阈值电压相加而获得的电压大于第二电平。据此，若具有第一和第二电平的控制信号(S_SIG)提供于反相器I3，则NMOS晶体管N4不被导通，从而反相器I3输出第三电平的逻辑高信号。然而，若具有第三电平的控制信号(S_SIG)提供于反相器I3，则NMOS晶体管N4被导通，从而反相器I3输出第一电平的逻辑低电平信号。据此，可以分离嵌入在控制信号(S_SIG)中的脉冲序列。反相器I4将反相器I3的输出信号反相之后向在第一电平和第三电平之间摆动的脉冲序列(S_OUT)输出。
图4A是显示发光控制部的概况的框图，图4B是输入到发光控制部和从发光控制部输出的信号的示意性时序图。参照图4A和图4B，发光控制部120包括：计数器(counter)122，其由激活信号(ON)激活之后计数并输出脉冲信号(S_OUT)中包含的脉冲；以及编码器(encoder)124，用于形成并输出相应于计数器输出的多像素组200a,200b的充电信号(EN_1,EN_2,EN_3)和发射信号(emission signal,～EMI)。
作为一实施例，当激活信号(ON)处于逻辑高状态时，则计数器122对包括在激活(active high)之后提供的脉冲序列(S_OUT)中的脉冲数进行计数并并以二进制形式输出，并且激活信号(ON)处于逻辑低状态时，则输出被复位。如图示的实施例所示，计数器可以是三位计数器，并且由逻辑高状态的(ON)信号激活的计数器122，每当从000计数一个脉冲时，分别增加1而计数001，010，011，100和101之后，可以通过激活信号复位。
作为一例，脉冲序列(S_OUT)可以包括在像素组中包括的像素数目以上的脉冲，并且在脉冲序列中包括的脉冲数目可以随在像素组中包括的像素数目而变化。
编码器124可以接收计数器122的输出，而且顺序地形成并提供单位像素的电荷信号(EN_1,EN_2,EN_3)及发射信号(～EMI)。作为一例，由于计数器的输出为三位，因此编码器可以输出八个不同的信号。据此，可以通过输出一个发射信号(～EMI)和七个充电信号来控制七个像素组。
在所图示的实施例中，发射信号(～EMI)是反相于编码器的输出信号。电路设计为在编码器124中包括反相器，或者可以通过连接编码器124的输出和反相器来输出发射信号(～EMI)。
图5是显示一个像素组控制部130的概况的电路图。参照图5，充电晶体管(SWD)由充电信号(EN)导通，并且电容器(C)以电压的形式存储向数据信号(D)提供的能量。
运算放大器的同相输入连接到电容器，并且将充电于电容器(C)的电压(Vc)向同相输入(non-inverting input)提供，并且反相输入(inverting input)与电阻器连接。充电于电容器(C)电压被复制到反相输入并提供给电阻器R的一个电极。
随着发射信号(～EMI)保持在逻辑高状态而发射晶体管(SWE)被导通。据此，运算放大器的输出等于接地电位，并且连接晶体管(TR)被截止。此外，由于由电容器(C)充电的电压提供于电阻器R的一电极，因此通过导通的连接晶体管(TR)将用于控制像素的亮度的亮度控制信号(icon)提供给像素。
亮度控制信号(icon)的大小与充电于电容器C的电压相应，并且可以由下面的公式1表示。
【公式1】
Figure BDA0002367271070000071
LED的亮度根据提供给LED的电流大小来确定，根据公式1，亮度控制信号(icon)的大小与充电于电容器的电压(Vd)成比例。据此，可以通过控制提供给电容器的数据信号D1的电压的大小来控制像素的亮度。
图6是根据图2所示的根据本实施例的像素组控制部(130)操作的时序图。将参照图2和图6描述根据本实施例的多像素封装的实施例。与包括在控制信号(S_SIG)中的脉冲序列同步地为属于像素组的每个像素提供数据信号D1和D2。
在发光控制部120输出充电信号(EN_1,EN_2,EN_3)以导通充电晶体管，并且用与数据信号相应的电压对电容器(C)充电。如图所示，可以对属于每个像素组的每个像素充电不同的电压。
若完成对属于每个像素组的每个像素的充电，则输出发射信号(～EMI)，并且每个像素分别输出亮度控制信号(icon)，而且像素以相应于的亮度控制信号(icon)的亮度而发光。
图7是显示根据本实施例的多像素封装配置成阵列并实现为有源矩阵的状态的图，图8是在以有源矩阵实现的多像素封装中提供的信号的时序图。参照图7和图8，根据本实施例的多像素封装阵列被提供相同的R控制信号(VLED_R)、相同的G控制信号(VLED_R)和相同的B控制信号(VLED_B)。
另外，根据本实施例的多像素封装阵列中，将相同的控制信号(S_SIG)和数据1信号(DATA1)及相同的数据2信号(DATA 2)提供于配置在同一列中的多像素封装。
根据本实施例的以阵列配置的多像素封装，为每一行提供控制信号S_SIG[n]，并且为连接到每一行的每一列提供D11，D21，...，D1n和D2n的数据信号并将能量充电在电容器中。随后，通过从编码器提供的发射信号执行第一行的发射的同时，执行第二行的编程。即，对编程的第n行的发光同时，执行第n+1行的编程。
据此，通过有源矩阵实现的根据本实施例的多像素封装阵列可以被控制为提供控制信号(S_SIG)、数据1信号(DATA1)和数据2信号(DATA2)并分别进行充电，从而同时发光。
图9是根据本实施例的通过在阵列中配置多像素封装来实现彩色时的示例性时序图。参照图1至图8，根据本示例性实施例的每个多像素封装中包括的LED电连接于要显示的每种颜色的阳极，以提供每种颜色的控制信号。
据此，在提供亮度控制信号(icon)的状态下，若提供R控制信号(VLED_R)，则包括在多像素封装中的所有R LED发光，若提供G控制信号(VLED_G)，则多像素封装中包括的所有G LED发光，若当提供B控制信号(VLED_B)，则多像素封装中包括的所有B LED发光。
据此，若将R控制信号(VLED_R)、G控制信号(VLED_G)和B控制信号(VLED_B)交替而达到不能以肉眼识别R LED，G LED和B LED交替发光速度的程度，则人将其视别为全彩色图像。尽管图9的示例显示通过将一帧分为三等分来驱动，但可以与此不同地将一帧分为六或九等分。
已经参考附图中所示的实施例进行了描述，以帮助理解本发明，这是用于实现的实施例并仅是示例而已，本领域技术人员将理解，由此可以进行各种修改和等同的其他实施例。据此，本发明的真正技术保护范围应由所附权利要求书限定。

Claims (11)

1.一种多像素封装，其特征在于，包括：
多像素组，其各个包含多个具有共同连接的阴极的R(红色)，G(绿色)和B(蓝色)LED的单位像素；
数据信号，其用于控制由属于像素组的单位像素输出的光的亮度；以及
控制部，其用于接收嵌入有包含激活信号和多个脉冲的脉冲序列的控制信号并控制所述多像素组；
其中，控制部包括：
信号分离部，其用于分离并分别输出激活信号(ON)和脉冲序列；
充电信号，其通过激活信号激活，并且每个像素组被控制为充电能量以从脉冲序列发射光；
发光控制部，其用于输出发射信号以控制每个像素组从脉冲序列发射光；以及
像素组控制部，其被提供充电信号以对作为数据信号提供的能量进行充电，并且用所述发射信号以使像素组发光。
2.根据权利要求1所述的多像素封装，其特征在于，
在所述多像素组中的R LED的阳极彼此电连接以提供R控制信号，并且G LED的阳极彼此电连接以提供G控制信号，而且B LED的阳极彼此电连接以提供B控制信号。
3.根据权利要求1所述的多像素封装，其特征在于，
所述控制信号嵌入有脉冲序列，
该脉冲序列包括：
激活信号，其在第一电平和大于所述第一电平的第二电平之间摆动；以及
多个脉冲，其在第二电平和大于所述第二电平的第三电平之间摆动，
所述信号分离部包括：
激活信号分离电路，其包括在所述第一和所述第二电平之间并具有阈值电压的晶体管，并且分离激活信号之后输出以在所述第一和所述第三电平之间摆动；以及
脉冲序列分离电路，其包括晶体管，该晶体管包括在所述第二电平和所述第三电平之间的阈值电压，并且分离脉冲序列之后输出以在所述第一和所述第三电平之间摆动。
4.根据权利要求1所述的多像素封装，其特征在于，
所述发光控制部包括：
计数器，其由所述激活信号激活，并且计数并输出所述脉冲序列中包含的脉冲；以及
编码器，用于形成和输出相应于所述计数器输出的多像素组的所述充电信号和所述发射信号。
5.根据权利要求1所述的多像素封装，其特征在于，
所述像素组控制部包括存储作为所述数据信号提供的能量的电容器，
并且若提供所述发射信号，则由电容器充电的电压提供于电阻器，使得像素发光，从而形成用于控制像素的亮度并将其提供给像素的亮度控制信号。
6.根据权利要求5所述的多像素封装，其特征在于，
所述像素组控制部包括：
电容器，其存储作为所述数据信号提供的能量；
充电晶体管，其由所述充电信号控制并将所述数据信号电连接于所述电容器；
运算放大器，其向一个输入提供所述充电到电容器的电压，另一个输入连接到电阻器并通过所述电阻器将所述充电到电容器提供给所述充电晶体管；
发射晶体管，其由所述发射信号控制，从而将所述运算放大器的输出与接地隔离；以及
连接的晶体管，其由所述运算放大器的输出控制并向所述像素提供亮度控制信号。
7.根据权利要求2所述的多像素封装，其特征在于，
以均匀的时间提供不在一帧中重叠的R控制信号、G控制信号和B控制信。
8.一种多像素封装阵列，其特征在于，以阵列配置权利要求1所述的多像素封装，
并且将相同的R控制信号、G控制信号和B控制信号提供于连接到的所述多像素封装阵列的同一行(row)的多像素封装，
将相同的数据信号提供于连接到所述多像素封装阵列的同一列(row)的多像素封装。
9.根据权利要求8所述的多像素封装阵列，其特征在于，
在编程要在第n行显示的图像之后，执行第n行发射，但同时开始第n行发射和第n+1行的编程。
10.根据权利要求8所述的多像素封装阵列，其特征在于，
以均匀的时间提供不在一帧中重叠的所述R控制信号、G控制信号和B控制信号。
11.根据权利要求10所述的多像素封装阵列，其特征在于，
所述R控制信号、G控制信号和B控制信号以具有下述特征的频率交替地被提供，该频率是以肉眼观察多像素封装阵列，从而能够识别R，G和B LED显示全彩色图像程度的频率。
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