CN116312403B

CN116312403B - 一种mini LED驱动方法

Info

Publication number: CN116312403B
Application number: CN202310551899.5A
Authority: CN
Inventors: 李科举; 麻胜恒; 朱警怡
Original assignee: Zhongke Shenzhen Wireless Semiconductor Co ltd
Current assignee: Zhongke Shenzhen Wireless Semiconductor Co ltd
Priority date: 2023-05-17
Filing date: 2023-05-17
Publication date: 2023-08-25
Anticipated expiration: 2043-05-17
Also published as: CN116312403A

Abstract

本发明公开了一种mini LED驱动方法，该方法通过将设定值和灰度数据输入比较器进行比较，根据灰度数据与预定值的判定结果调整输入PWM产生器的灰度数据大小和输入恒流开关的恒定电流，从而通过PWM产生器产生的PWM控制信号控制恒流开关实现LED恒定电流峰值的PWM灰度控制。通过上述设计，采用本方法可以有效提高在低灰显示时mini LED的PWM脉冲频率和脉冲宽度，大幅改善mini LED在低灰显示时容易出现的闪烁和摄像失真问题，同时还可以改善mini LED低灰显示的均匀性，提升mini LED的显示效果和画质。

Description

一种mini LED驱动方法

技术领域

本发明属于LED驱动技术领域，具体地说，是涉及一种mini LED驱动方法。

背景技术

LED（发光二极管）具有寿命长、发光效率高、亮度高、快速开关、高动态对比显示、色域广等优点被广泛应用在显示领域。Mini LED（次毫米发光二极管）显示由于像素点间距做到1毫米左右，且具有可拼接的特点，被广泛应用在广告显示屏、会议室屏等中等距离观看场合。最近mini LED还被用来做液晶显示的矩阵式背光驱动，间接用于近距离观看场合，使得对mini LED的驱动显示效果要求更高。mini LED背光的加入使液晶显示屏具有高动态对比度色域更广的优点，而且mini LED矩阵式背光的技术使液晶显示的待机功耗大幅降低，使得低成本的LCD（液晶显示屏）具有与高成本OLED（有机发光二极管）显示屏竞争的实力。因此液晶电视机逐渐开始普及矩阵式mini LED背光。

目前mini LED背光具有AM（主动矩阵式）驱动和PM（被动矩阵式）驱动两种方式，但主流的mini LED的亮度调节主要为PWM（脉冲宽度调制）调光方式。PWM调光具有极高的调光精度和可与数字控制技术良好结合的优点，而且使用高频的开关切换，使人眼看不出灯的闪烁。目前主流LED调光为固定峰值电流的PWM调光方式，即LED打开时的驱动电流保持不变，通过改变PWM的脉冲宽度来改变LED的平均电流。

为改善LED闪烁问题，通常将一帧画面的PWM拆成几个周期较小的PWM，如图1所示，将一帧画面的PWM拆成8个小周期，在LED高灰显示时每个PWM脉冲宽度都较宽，这样不影响最终LED的亮度，而且这样提高了LED点亮的频率，即提高了LED的刷新率，使得LED亮得更均匀。由于PWM脉冲存在上升沿和下降沿，所以PWM存在一个最小脉冲宽度限制。在LED亮度很低时，PWM的总脉冲宽度很小，由于最小脉冲宽度的限制不足以拆成8份时，如图2所示，当LED灰度较低时，PWM的总脉冲宽度只能拆成4份时，就只有4个PWM周期，这样LED的刷新率就下降一半。同理PWM的总脉冲宽度只能拆成2份时，就只有2个PWM周期，这样LED的刷新率就只有四分之一，大幅影响LED刷新率和显示效果。

在现有的固定峰值电流的PWM控制中，低灰时必然会减少一帧画面中PWM的周期数，这就导致了低灰时PWM频率严重下降，从而出现闪烁问题。同时低灰时LED打开时间很短，关闭时间很长，也会出现拍照失真问题。虽然人眼可能发现不了闪烁，但是这种低灰时LED显示失真和闪烁问题很容易被摄像设备拍到，影响屏幕显示效果。专利202110318505.2提出了一种解决方案，将亮度值分为Y=0和Y≠0两种处理方式。当Y≠0时将脉冲宽度分为第1时段和第2时段，然后在第2时段减小电流幅度。由于电流幅度变化是模拟方式处理，不是理想的方波形式变化，而是存在电流变化滞后问题。同时该电流的上升下降沿也会影响到输出的真实电流。而LED是电流发光器件，微小的电流差异能在亮度上体现出来，特别是低灰时，微小电流差异更容易被人眼捕捉到，从而引起图像失真，影响画质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种mini LED驱动方法，主要解决决mini LED背光出现低频频闪，导致液晶图像显示效果变差问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种mini LED驱动方法，包括以下步骤：

S1，将设定值和m位的以二进制表示的灰度数据输入比较器，其中，m为大于1的整数；

S2，将灰度数据与设定值进行比较；其中，设定值的位数小于等于m；

S3，当灰度数据大于等于设定值时，灰度数据不变；否则进入步骤S4，

S4，将灰度数据左移1位，低位补0后再与设定值进行比较；

S5，当左移后的灰度数据大于等于设定值时，输入的m位的灰度数据乘以2后作为输出的灰度数据；否则，返回步骤S4，直到左移后的灰度数据大于等于设定值或者灰度数据的左移位数大于n，其中，n为输入的电流值的位数；

S6，输出的灰度数据送到PWM产生器，结合振荡器产生的振荡信号产生PWM控制信号，送入恒流开关；

S7，右移控制器将输入的n位电流值右移相同的位数，并在高位补0，低位移入低n位电流值，得到的右移产生的2n位电流值分别送到2n位开关，通过2n位开关选择对应的电流大小输出恒流开关；

S8，PWM产生器产生的PWM控制信号控制恒流开关开启使被选择的2n位开关输出的电流实现LED恒定电流峰值的PWM灰度控制。

进一步地，在所述步骤S7中，所述右移控制器包括高n位右移控制器和低n位右移控制器，且高n位右移控制器的初始值由n位电流值设定；其中，高n位右移控制器右移1位，高n位右移控制器的最低位数据移入低n位右移控制器的最高位，避免丢掉低位数据。

进一步地，在所述步骤S7中，2n位开关由并联的开关S1、S2...Sn和S1b、S2b...Snb组成；高n位右移控制器和低n位右移控制器组成2n位电流值分布控制S1、S2...Sn和S1b、S2b...Snb的开与关，其中高n位右移控制器的最高位接到开关Sn，逐位按顺序接，高n位右移控制器的最低位接到开关S1，控制其打开和闭合，而低n位右移控制器的最高位接到S1b，逐位按顺序接，低n位右移控制器的最低位接到开关Snb，控制其打开和闭合。

进一步地，在所述步骤S7中，开关S1控制1个单位电流即1I的接入与断开，开关S2控制2个单位电流即2I的接入与断开，开关Sn控制2^n-1个单位电流即2^n-1*I的接入与断开，同样地，开关S1b控制2^-1个单位电流即I/2的接入与断开，开关S2b控制2^-2个单位电流即I/4的接入与断开，Snb开关控制2^-n个单位电流即I/2ⁿ的接入与断开。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明可以有效提高在低灰显示时mini LED的PWM脉冲频率和脉冲宽度，大幅改善mini LED在低灰显示时容易出现的闪烁和摄像失真问题，同时还可以改善mini LED低灰显示的均匀性，提升mini LED的显示效果和画质。

附图说明

图1为现有的mini LED PWM驱动方式_高灰的脉冲宽度示意图。

图2为现有的mini LED PWM驱动方式_低灰的脉冲宽度示意图。

图3 为本发明方法的流程示意图。

图4为本发明-实施例的应用电路框图。

图5为本发明-实施例一种实施方式的脉冲宽度示意图。

图6为本发明-实施例另一种实施方式的脉冲宽度示意图。

图7为本发明-实施例又一种实施方式的脉冲宽度示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

如图3所示，本发明公开的一种mini LED驱动方法，首先将设定值和m位的以二进制表示的灰度数据输入比较器，其中，m为大于1的整数。灰度数据是与LED明亮程度相关的二进制数值，灰度数据越小，所驱动的LED越暗，反之灰度数据越大，所驱动的LED越亮。

灰度数据与设定值进行比较，当灰度数据大于等于设定值时，灰度数据不变，输出的灰度数据等于输入的m位灰度数据。同时灰度数据左移位数为0，2n位电流值维持不变。当判断到灰度数据小于设定值时，灰度数据左移1位，低位补0。然后左移1位后的灰度数据再与设定值比较，如果大于等于设定值，则输出的灰度数据2等于输入的m位灰度数据乘以2。同时灰度数据左移位数为1，对应着2n位电流值右移1位，控制输出电流减小一半。如果灰度数据左移1位后仍然小于设定值时，则灰度数据继续左移1位，低位补0。然后左移2位后的灰度数据再与设定值比较，如果大于等于设定值，则输出的灰度数据2等于输入的m位灰度数据乘以4，同时灰度数据左移位数为2，2n位电流值右移2位，控制输出电流减小为原来的1/4。以此类推。由于二进制数据处理时，左移1位等于该二进制数据乘以2，而右移1位等于该二进制数除以2。如果灰度数据大小为D，默认设定的电流幅度为k*I，一帧画面周期为T，则LED的灰度显示为D*k*I/T。当灰度数据进行了左移1位处理后，灰度数据变为原来的2倍，电流幅度也减小了1/2，LED的灰度显示为2*D*k*I/2/T=D*k*I/T，总亮度维持不变。

同理当灰度数据进行了左移2位处理后，灰度数据变为原来的4倍，电流幅度也减小了1/4，LED的灰度显示为4*D*k*I/4/T=D*k*I/T，总亮度仍然维持不变。PWM产生器是根据灰度数据大小来产生的PWM脉冲宽度和个数的，灰度数据增大了PWM的脉冲个数和脉冲宽度就相应的增加。可以发现本发明提出的方法保证了LED的总亮度不变，而PWM脉冲频率得到大幅提高。PWM的脉冲个数和脉冲宽度的增加，加快了LED刷新率，从而大幅改善LED的闪烁和摄像失真问题。

如图4所示，为本发明方法实际应用的一个电路原理框图，m位灰度数据与设定值输入比较器，比较器输出大于等于设定值的经过左移操作后灰度数据到灰度数据模块，并且记录左移位数输出到高n位右移控制器和低n位右移控制器，控制着高n位右移控制器右移1位，高n位右移控制器的最低位数据移入低n位右移控制器的最高位，避免丢掉低位数据，保证电流的正确性。其中，高n位右移控制器的初始值由n位电流值设定。高n位右移控制器和低n位右移控制器组成2n位电流值分布控制S1、S2...Sn和S1b、S2b...Snb的开与关，其中高n位右移控制器的最高位接到开关Sn，逐位按顺序接，高n位右移控制器的最低位接到开关S1，控制其打开和闭合。而低n位右移控制器的最高位接到S1b，逐位按顺序接，低n位右移控制器的最低位接到开关Snb，控制其打开和闭合。开关S1控制1个单位电流即1I的接入与断开，开关S2控制2个单位电流即2I的接入与断开，开关Sn控制2^n-1个单位电流即2^n-1*I的接入与断开，同样地，开关S1b控制2^-1个单位电流即I/2的接入与断开，开关S2b控制2^-2个单位电流即I/4的接入与断开，开关Snb控制2^-n个单位电流即I/2ⁿ的接入与断开。右移控制器的值控制着开关的开与关，从而控制恒流源的接入与断开，控制总输出电流的大小。灰度数据模块存储着经过左移处理的灰度数据，送到PWM产生器，配合振荡器输出的时钟周期信号，将灰度数据转化为均匀分布的多周期PWM脉冲输出。PWM脉冲控制着恒流开关的恒定电流输出与关闭，从而将2n位右移控制器控制的设定电流值通过恒流开关输出到LED灯，实现LED恒定电流峰值的PWM灰度控制。

由于灰度数据左移处理是准确的倍数关系，但是电流的右移处理却难以保证准确是原来的1/2。原因为由于工艺制造原因，恒流源的1I和2I难以保证绝对的2倍关系，电流I和I/2也不能保证绝对的1/2关系，会存在偏差。所以高精度的电流源影响着本发明方法实现的效果，本发明得益于我司已有的保证高精度电流输出的技术（申请号为：202211321997.1、专利名称为：一种mini LED驱动电路），使得本发明可以实现优异的提高LED刷新率的效果。

图5所示，为本实施例采用该发明方法实现mini LED驱动的一个示例。灰度数据D=4（二进制00100），设定值等于8（二进制01000）。现有的技术PWM驱动方式如虚线所示，一帧画面时间里有4个PWM脉冲，每个脉冲打开时间为1T，PWM打开时输出电流峰值为k*I。本发明的PWM驱动方式如实线所示。灰度数据4小于设定值8，所以对灰度数据进行左移1位处理。灰度数据4（00100）左移1位后变为8（01000），再与设定值8比较后发现等于设定值。此时输出左移后的灰度数据8（01000）到PWM产生器，产生均匀分布的8个PWM脉冲。同时左移位数1输出控制2n位电流值右移。假设峰值输出电流为k*I=7I，右移控制器的位数为2*4=8位。7的二进制数为0111，所以高4位右移控制器的值为0110，低4位右移控制器的值为0000。对应于开关S1、S2、S3闭合，其余开关断开，接入1I、2I和4I电流。高4位右移控制器的值0111右移一位变为0011，最低位的1移入低4位右移控制器的最高位，所以低4位右移控制器的值位1000。经过右移1位后的值分别控制开关S1、S2和S1b闭合，对应着接入1I、2I和I/2电流值，总接入电流为3.5I，为原电流7I的一半。所以采用本发明技术的PWM驱动方式为输出8个单位时间为T的PWM脉冲，每个脉冲打开的电流值为3.5I。可以知道8T*3.5I=4T*7I，流过LED的总电流不变，LED的亮度也不变，但是LED的刷新率提高了一倍。

同样地，如图6所示，灰度数据继续变小一半D=2（二进制00100），设定值仍等于8（二进制01000）。虚线所示为现有的技术PWM驱动方式，一帧画面时间里只打开2个PWM脉冲，每个脉冲打开时间为1T，输出电流峰值为k*I=7I。实线所示为本发明的PWM驱动方式。灰度数据2小于设定值8，所以对灰度数据进行左移1位处理。灰度数据2（00010）左移1位后变为4（00100），再与设定值8比较后发现仍小于设定值8。灰度数据仍需左移1位后变为8（01000），再与设定值8比较后发现等于设定值8。此时输出左移后的灰度数据8（01000）到PWM产生器，产生均匀分布的8个PWM脉冲。同时左移位数为2控制8位电流值右移。7I电流对应高4位右移控制器的值为0111，低4位右移控制器的值为0000。高4位右移控制器的值右移一位变为0011，最低位的1移入低4位右移控制器的最高位，所以低4位右移控制器的值位1000。高4位右移控制器仍需右移1次，值0011右移后变为0001，最低位的1移入低4位右移控制器的最高位，所以低4位右移控制器的值位1100。经过右移2位后的值分别控制开关S1、S1b和S2b闭合，对应着接入1I、I/2和I/4电流值，总接入电流为1.75I，为原电流7I的1/4。可以知道8T*1.75I=2T*7I，流过LED的总电流不变，LED的亮度也不变，但是LED的刷新率提高了4倍。采用本发明技术后LED显示更均匀，大幅改善LED低灰显示效果。

本发明的驱动方法不仅可以可以提高LED的刷新率，还可以提高低灰显示PWM的脉冲宽度。如图7所示，灰度数据D=11时，现有的技术PWM显示如虚线所示。采用本发明技术后，将设定值定为16，则灰度数据11（二进制01011）小于设定值16（二进制10000），需要将灰度数据左移一位，变为22（10110），这时比设定值16大，所以输出22（10110）到灰度数据模块，再送到PWM产生器，产生脉冲宽度均匀分布的8个PWM脉冲周期，如图7的实线所示。PWM脉冲的频率没有变化，可是PWM脉冲宽度变宽了1倍左右。同样的，灰度数据左移1位，则电流值的2n右移控制器右移1位，对应的峰值电流减小一半，由k*I减小为k*I/2。可以知道由于LED的PWM电流输出是存在上升沿和下降沿损失的，所以PWM的脉冲宽度越窄，LED的电流越不准确，所以现有技术还存在LED低灰显示不均匀问题，本发明可以改善该问题。

通过上述设计，采用本方法可以有效提高在低灰显示时mini LED的PWM脉冲频率和脉冲宽度，大幅改善mini LED在低灰显示时容易出现的闪烁和摄像失真问题，同时还可以改善mini LED低灰显示的均匀性，提升mini LED的显示效果和画质。因此，与现有技术相比，本发明具有突出的实质性特点和显著的进步。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种mini LED驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：

S4，将灰度数据左移1位，低位补0后再与设定值进行比较；

2.根据权利要求1所述的一种mini LED驱动方法，其特征在于，在所述步骤S7中，所述右移控制器包括高n位右移控制器和低n位右移控制器，且高n位右移控制器的初始值由n位电流值设定；其中，高n位右移控制器右移1位，高n位右移控制器的最低位数据移入低n位右移控制器的最高位，避免丢掉低位数据。

3.根据权利要求2所述的一种mini LED驱动方法，其特征在于，在所述步骤S7中，2n位开关由并联的开关S1、S2...Sn和S1b、S2b...Snb 组成；高n位右移控制器和低n位右移控制器组成2n位电流值分布控制S1、S2...Sn和S1b、S2b...Snb的开与关，其中高n位右移控制器的最高位接到开关Sn，逐位按顺序接，高n位右移控制器的最低位接到开关S1，控制其打开和闭合，而低n位右移控制器的最高位接到S1b，逐位按顺序接，低n位右移控制器的最低位接到开关Snb，控制其打开和闭合。

4.根据权利要求3所述的一种mini LED驱动方法，其特征在于，在所述步骤S7中，开关S1控制1个单位电流即1I的接入与断开，开关S2控制2个单位电流即2I的接入与断开，开关Sn控制2^n-1个单位电流即2^n-1*I的接入与断开，同样地，开关S1b控制2^-1个单位电流即I/2的接入与断开，开关S2b控制2^-2个单位电流即I/4的接入与断开，Snb开关控制2^-n个单位电流即I/2ⁿ的接入与断开。