LED显示装置及其驱动方法与流程

本发明涉及显示技术领域，更具体地，涉及led显示装置及其驱动方法。

背景技术：

led显示屏的像素元件是发光二极管(led)。led显示屏具有以下方面的优越性：高灰阶、宽可视角度、丰富的色彩以及可定制的屏幕形状。因此，led显示器被广泛应用于工业、交通、商业广告、信息发布、体育比赛等各个领域。

在led显示屏中，可以采用电流控制法和导通时间控制法来实现多级灰阶。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。在导通时间控制法中，采用恒流驱动，通过改变占空比来控制led的亮度。

采用导通时间控制法，利用led灯在每个帧周期中的累积点亮时间表达灰阶，从而进行图像的显示。在每个帧周期中，对于每一个led灯，提供与图像的相应像素对应的多位灰阶数据。灰阶数据的每个数据位的权重对应led灯的有效显示时间。从灰阶数据中逐位提取数据位，根据每个数据位点亮或熄灭对应的有效显示时间。在整个帧周期中，led灯累积的有效点亮时间与相应像素的灰阶数据相一致。

led显示装置包括多个串接的驱动电路，通过控制驱动电路输出端的高低电平，点亮或熄灭与驱动电路输出端相连的led灯。

在工作期间，led显示装置从控制端接收数据信号din。数据信号din在串接的驱动电路内逐级传递，每个驱动电路可以锁存与其相关的灰阶数据。led显示装置还从控制端接收与数据信号匹配的使能信号en。各个led驱动电路根据接收到的数据信号din和使能信号en，控制驱动端out输出高低电平。

在传统led显示装置的驱动方法中，使能信号的有效点亮时间是通过让使能信号维持一种电平状态来表示的，例如，低电平来表示有效，高电平表示无效。因此，在表示灰阶数据不同位的有效显示时间时，在不同位之间，使能信号需要补上一段无效显示时间。不同位的有效显示时间，由无效显示时间彼此隔开。在无效显示时间内，led显示装置完成位切换，其中，使能信号始终为无效的高电平状态。这段无效显示时间将带来时间浪费，造成led显示屏的亮度利用率和刷新率指标下降。

期待进一步改进led显示装置的驱动方法，以提高led显示装置的亮度利用率和刷新率。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种新的显示系统和显示装置的驱动方法可避免上述浪费的产生，以避免因使能信号需要被无效而带来的显示时间浪费，进一步提高显示屏的亮度利用率和刷新率。

根据本发明的一方面，提供一种led显示装置的驱动方法，所述led显示装置包括至少一个led驱动电路，以及与所述至少一个led驱动电路相连接的多个led灯，所述至少一个led驱动电路依次串接，数据信号逐个led驱动电路传送，所述驱动方法包括：接收所述数据信号和使能信号；检测所述使能信号的上升沿或下降沿；以所述上升沿或下降沿作为触发条件，在每个显示周期中标识多个有效显示时间；以及在所述多个有效显示时间中的选定有效显示时间中点亮led，使得在所述显示周期中的累积点亮时间与所述数据信号表示的灰阶数据值相对应。

优选地，所述使能信号在每个显示周期中包括多段脉冲信号，相邻段脉冲信号的上升沿之间的时间段对应于所述多个有效显示时间。

优选地，所述使能信号在每个显示周期中包括多段脉冲信号，相邻段脉冲信号的下降沿之间的时间段对应于所述多个有效显示时间。

优选地，根据所述数据信号中的灰阶数据逐位驱动所述多个led灯，所述方法还包括：设置所述多个有效显示时间的时长，使得所述多个有效显示时间的时长分别与所述灰阶数据中的相应比特位的权重相对应。

优选地，在所述多个有效显示时间中，根据所述灰阶数据中的相应比特位的数值点亮或熄灭所述多个led灯。

优选地，根据数据信号中的灰阶数据的数值驱动所述多个led灯，所述方法包括：设置所述多个有效显示时间的时长彼此相等。

优选地，在所述多个有效显示时间中，根据所述灰阶数据的数值选择相应数量的有效显示时间点亮所述多个led灯。

优选地，选择相应数量的有效显示时间包括：存储与所述灰阶数据的数值一致的计数阈值；以及以所述使能信号的上升沿或下降沿作为触发条件，从零开始进行递增计数，其中，在计数值小于等于所述计数阈值的情形下，在相应的有效显示时间点亮所述多个led灯，在计数值大于所述计数阈值的情形下，在相应的有效显示时间熄灭所述多个led灯。

优选地，选择相应数量的有效显示时间包括：存储与所述灰阶数据的数值一致的计数阈值；以及以所述使能信号的上升沿或下降沿作为触发条件，从所述计数阈值开始进行递减计数，其中，在计数值大于等于零的情形下，在相应的有效显示时间点亮所述多个led灯，在计数值小于零的情形下，在相应的有效显示时间熄灭所述多个led灯。

优选地，所述灰阶数据为3位数字值，用于表示7个灰阶值，每个显示周期包括7个有效显示时间。

优选地，在不同显示周期之间设置无效显示时间，其中所述多个led灯保持熄灭状态。

优选地，所述显示周期为led显示装置的帧周期，所述累积点亮时间为所述帧周期中在多个pwm信号控制下的累积点亮时间。

根据本发明的另一方面，提供一种led显示装置，包括：至少一个led驱动电路；以及与所述至少一个led驱动电路相连接的多个led灯，其中，所述至少一个led驱动电路依次串接，数据信号逐个led驱动电路传送，所述至少一个led驱动电路接收所述数据信号和使能信号，所述至少一个led驱动电路分别包括边沿检测模块，用于检测所述使能信号的上升沿或下降沿，所述至少一个led驱动电路以所述上升沿或下降沿作为触发条件，在每个显示周期中标识多个有效显示时间，以及在所述多个有效显示时间中的选定有效显示时间中点亮led，使得在所述显示周期中的累积点亮时间与所述数据信号表示的灰阶数据值相对应。

优选地，所述至少一个led驱动电路分别包括边沿检测模块，用于检测所述使能信号的上升沿或下降沿。

优选地，所述至少一个led驱动电路根据所述数据信号中的灰阶数据逐位驱动所述多个led灯，所述多个有效显示时间的时长分别与所述灰阶数据中的相应比特位的权重相对应。

优选地，所述至少一个led驱动电路在所述多个有效显示时间中，根据所述灰阶数据中的相应比特位的数值点亮或熄灭所述多个led灯。

优选地，所述至少一个led驱动电路包括计数模块，所述计数模块在所述多个有效显示时间中，根据所述灰阶数据的数值选择相应数量的有效显示时间点亮所述多个led灯。

优选地，所述计数模块存储与所述灰阶数据的数值一致的计数阈值；以及以所述使能信号的上升沿或下降沿作为触发条件，从零开始进行递增计数，所述led驱动电路在计数值小于等于所述计数阈值的情形下，在相应的有效显示时间点亮所述多个led灯，在计数值大于所述计数阈值的情形下，在相应的有效显示时间熄灭所述多个led灯。

优选地，所述计数模块存储与所述灰阶数据的数值一致的计数阈值；以及以所述使能信号的上升沿或下降沿作为触发条件，从所述计数阈值开始进行递减计数，所述led驱动电路在计数值大于等于零的情形下，在相应的有效显示时间点亮所述多个led灯，在计数值小于零的情形下，在相应的有效显示时间熄灭所述多个led灯。

优选地，所述至少一个led驱动电路在不同显示周期之间设置无效显示时间，其中所述多个led灯保持熄灭状态。

本发明提供的实施例，led驱动电路通过使能信号的上升沿或下降沿作为触发条件，从而在每个显示周期中标识多个有效显示时间，因而不需要采用无效显示时间隔开有效显示时间。因此，该led驱动电路减少了每个led灯的无效显示时间，提高了led显示装置的亮度利用率和刷新率指标。

附图说明

通过参照以下附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为led显示装置的示意性框图。

图2为根据现有技术的led显示装置中驱动电路的示意性框图。

图3为根据现有技术的led显示装置的时序图。

图4为根据本发明第一实施例的led显示装置中驱动电路的示意性框图。

图5为根据本发明第一实施例的led显示装置的时序图。

图6为根据本发明第二实施例的led显示装置中驱动电路的示意性框图。

图7为根据本发明第二实施例的led显示装置的时序图。

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，可能未示出某些公知的部分。

图1为led显示装置的示意性框图。该led显示装置包括控制端100和多个led模组210。所述多个模组210例如依次串接。每个led模组210包括依次串接的多个驱动电路211，以及排列成阵列的多个led灯212。

在每个led模组210中，所述多个驱动电路211分别用于驱动与其连接的多个led灯212，从而用于显示图像的一部分区域。所述多个模组210分别用于显示不同区域的图像，从而可以共同拼接成完整的图像。

控制端100向所述多个模组提供数据信号din、时钟信号clk和多个控制信号。所述多个控制信号例如包括锁存信号latch、使能信号en。

上述时钟信号clk、锁存信号latch、使能信号en从控制端100传送给每个模组210中的每个驱动电路211的相应的时钟信号端clk、锁存信号端lat和使能信号端en。

数据信号din逐个模组传送。数据信号din用于表示像素的灰阶数据。在每个模组210内部，数据信号din逐个驱动电路211传送。从控制端100开始，数据信号din首先提供给第一个led模组210的第一个驱动电路211的数据输入端din，并在该led模组210中的多个驱动电路内依次传递，经由最后一个驱动电路的数据输出端dout输出。然后，该数据信号din提供给第二个led模组。数据信号din经串接的各led模组依次传递，上一级led模组输出到本级led模组的第一个驱动电路，本级led模组的最后一个驱动电路输出到下一级led模组的第一个驱动电路。最后一级led模组的最后一个led驱动电路则不输出数据信号。

在每个led模组中，多个led灯212的阳极端分别连接电源vdd，阴极端连接相应的驱动电路210的驱动输出端out。当驱动输出端out提供下拉恒流时，即点亮led灯212。

图2为根据现有技术的led显示装置中驱动电路的示意性框图。该驱动电路211包括移位寄存器组2111、输出寄存器组2112和恒流驱动模块2113。

移位寄存器组2111通过时钟信号端clk从控制端100接收时钟信号，通过数据信号输入端din接收控制端100或上一级驱动电路210的数据输出端dout提供的数据信号。输出寄存器组2112接收数据。在时钟信号clk的控制下，数据信号din在移位寄存器组2111内的多个寄存器中进行移位，经由数据信号输出端dout输出给下一级驱动电路或下一级led模组。输出寄存器组2112和恒流驱动模块2113分别接收锁存信号latch和使能信号en。输出寄存器组2112锁存接收的数据，恒流驱动模块2113根据接收的数据在各个驱动输出端out提供下拉恒流，从而控制led灯212的点亮/熄灭及其持续时间。

尽管在图中示出驱动电路211包括一个移位寄存器组2111和一个输出寄存器组2112的实例，然而，驱动电路211不限于此。替代地，驱动电路211可以包括多个移位寄存器组2111和/或多个输出寄存器组2112。

图3为根据现有技术的led显示装置的时序图。如图所示，假设数据信号din包括n位(比特位)的灰阶数据，采用d[0]-d[n-1]表示，每一位灰度值的有效显示时间通过使能信号en确定。当使能信号en为有效状态时，若对应的灰度值为1，则驱动端口out输出低电平，从而点亮相连的led灯，led灯点亮的持续时间由使能信号en处于有效状态的时长决定。在本例中，使能信号en为有效状态，指使能信号处于低电平状态，当然，也可以将使能信号en处于高电平状态作为使能信号的有效状态。

参考图3，由于使能信号en处于低电平的时间分别为t,2t……2^n-1t，则灰度值d[0]-d[n-1]的有效显示时间分别为t，2t……2^n-1t，对应的数据信号din的显示时间为t+2t+……+2^n-1t，其中，t为基准时间，例如为时钟信号的一个周期。因而，led控制端能够通过控制使能信号en的有效状态的时长来控制led灯的有效点亮时间。

结合图2和图3可知，在现有的led系统的显示装置的驱动方法中，利用使能信号的电平变化来在每个显示周期中标识多个有效显示时间。由于使能信号通过维持低电平状态(或高电平状态)来表示对应的灰度值的有效显示时间，因此，在不同比特位之间的使能信号需要补上一段无效显示时间。在不同位切换时使能信号为无效显示时间，其中，使能信号始终为无效状态。基于此，完成上述的数据信号din的显示所耗用的时间为有效显示时间(t+2t+……+2^n-1t)加上无效显示时间。由此导致每个led灯的耗时增加，从而造成时间上的浪费，降低led显示装置的亮度利用率和刷新率指标。

图4为根据本发明第一实施例的led显示装置中驱动电路的示意性框图。该驱动电路311包括移位寄存器组2111、输出寄存器组2112、恒流驱动模块2113和边沿检测模块2114。

移位寄存器组2111通过时钟信号端clk从控制端100接收时钟信号，通过数据信号输入端din接收控制端100或上一级驱动电路210的数据输出端dout提供的数据信号。输出寄存器组2112接收数据。在时钟信号clk的控制下，数据信号din在移位寄存器组2111内的多个寄存器中进行移位，经由数据信号输出端dout输出给下一级驱动电路或下一级led模组。输出寄存器组2112和恒流驱动模块2113分别接收锁存信号latch和控制信号ctrl。输出寄存器组2112锁存接收的数据，恒流驱动模块2113根据接收的数据在各个驱动输出端out提供下拉恒流，从而控制led灯212的点亮/熄灭及其持续时间。

在该实施例中，边沿检测模块2114接收使能信号en，用于检测所述使能信号en的上升沿或下降沿，从而产生控制信号ctrl。

驱动电路通过使能信号的上升沿或下降沿作为触发条件，从而在每个显示周期中标识多个有效显示时间，因而不需要采用无效显示时间隔开有效显示时间。由此，与现有技术相比，每个led灯的耗时减少，从而提高了led显示装置的亮度利用率和刷新率指标。

图5为根据本发明第一实施例的led显示装置的信号时序图。

参考图5，数据信号din为n位(比特位)的灰阶数据，采用d[0]-d[n-1]表示。led控制端连续发出n段的使能信号en。每段信号包括一个脉冲，即在从低电平转换成高电平之后，维持短时间的高电平状态，然后从高电平重新转换成低电平。该脉冲的时间周期，即从一个脉冲的上升沿至下一个脉冲的上升沿，或者从一个脉冲的下降沿至下一个脉冲的下降沿，对应于与灰阶数据相对应在的有效显示时间。

如图5所示，d[0]-d[n-1]对应的使能信号en在相邻的两个上升沿之间的时间分别为t，2t……2^n-1t，则灰度值d[0]-d[n-1]的有效显示时间分别为t，2t……2^n-1t，完成上述的数据信号din的显示所耗用的时间为t+2t+……+2^n-1t，t为基准时间，例如为一个时钟周期。

例如，led显示装置的驱动电路包括边沿检测模块，用于检测使能信号en的上升沿。例如，当检测到使能信号en为上升沿时，若对应的灰度值为1，则驱动端口out输出低电平，从而点亮相连的led灯，直到下一个上升沿到来。当检测到使能信号en为上升沿时，若对应的灰度值为0，则驱动端口out输出高电平，从而熄灭相连的led灯，直到下一个上升沿到来。以此类推。

基于第一实施例的变型，led显示装置的驱动电路包括边沿检测模块，用于检测使能信号en的下降沿。例如，当检测到使能信号en为下降沿时，若对应的灰度值为1，则驱动端口out输出低电平，从而点亮相连的led灯，直到下一个下降沿到来。当检测到使能信号en为下降沿时，若对应的灰度值为0，则驱动端口out输出高电平，从而熄灭相连的led灯，直到下一个下降沿到来。以此类推。

与现有技术的led显示装置不同，在根据本发明实施例的led显示装置中，驱动电路通过使能信号的上升沿或下降沿作为触发条件，从而在每个显示周期中标识多个有效显示时间，因而不需要采用无效显示时间隔开有效显示时间。由此，与现有技术相比，每个led灯的耗时减少，从而提高了led显示装置的亮度利用率和刷新率指标。

图6为根据本发明第二实施例的led显示装置中驱动电路的示意性框图。该驱动电路411包括移位寄存器组2111、输出寄存器组2112、恒流驱动模块2113、边沿检测模块2114和计数模块2115。

移位寄存器组2111通过时钟信号端clk从控制端100接收时钟信号，通过数据信号输入端din接收控制端100或上一级驱动电路210的数据输出端dout提供的数据信号。输出寄存器组2112接收数据。在时钟信号clk的控制下，数据信号din在移位寄存器组2111内的多个寄存器中进行移位，经由数据信号输出端dout输出给下一级驱动电路或下一级led模组。输出寄存器组2112和恒流驱动模块2113分别接收锁存信号latch和控制信号ctrl。输出寄存器组2112锁存接收的数据，恒流驱动模块2113根据接收的数据在各个驱动输出端out提供下拉恒流，从而控制led灯212的点亮/熄灭及其持续时间。

在该实施例中，边沿检测模块2114接收使能信号en，用于检测所述使能信号en的上升沿或下降沿，计数模块2115与边沿检测模块2114相连接，以所述使能信号en的上升沿或下降沿作为触发条件进行计数，从而产生控制信号ctrl。在每个显示周期中，计数模块2115可以存储与灰阶数据的数值一致的计数阈值。在一个实施例中，计数模块2115从零开始进行递增计数，直至达到该计数阈值。在另一个实施例中，计数模块2115从该计数阈值开始进行递减计数，直至达到零。计数模块2115根据所述灰阶数据的数值选择相应数量的有效显示时间点亮所述多个led灯。

驱动电路通过使能信号的上升沿或下降沿作为触发条件，从而在每个显示周期中标识多个有效显示时间，因而不需要采用无效显示时间隔开有效显示时间。由此，与现有技术相比，每个led灯的耗时减少，从而提高了led显示装置的亮度利用率和刷新率指标。

图7为根据本发明第二实施例的led显示装置的信号时序图。

参考图7，数据信号din为n位(比特位)的灰阶数据，采用d[0]-d[n-1]表示。led控制端连续发出(2ⁿ-1)段的使能信号en。每段信号包括一个脉冲，即在从低电平转换成高电平之后，维持短时间的高电平状态，然后从高电平重新转换成低电平。各个脉冲的时间周期相等，即从一个脉冲的上升沿至下一个脉冲的上升沿，或者从一个脉冲的下降沿至下一个脉冲的下降沿，彼此相等。

例如，led显示装置的驱动电路包括边沿检测模块，用于检测使能信号en的上升沿。led显示装置的驱动电路还包括计数装置，用于根据灰阶数据的数值进行递增计数。在每个显示周期中，计数模块可以存储与灰阶数据的数值一致的计数阈值。例如，当检测到使能信号en为上升沿时，则计数值从零开始递增。在计数值小于等于计数阈值的情形下，驱动端口out输出低电平，从而点亮相连的led灯。直至计数值大于灰阶数据的数值一致的计数阈值，驱动端口out输出高电平，从而熄灭相连的led灯。因此，在每个显示周期中，led灯有效点亮的脉冲数与灰阶数据的数值一致。

基于第二实施例的变型，led显示装置的驱动电路还包括计数装置，用于根据灰阶数据的数值进行递减计数。在每个显示周期中，计数模块可以存储与灰阶数据的数值一致的计数阈值。例如，当检测到使能信号en为上升沿时，则计数值从计数阈值开始递减。在计数值大于等于零的情形下，驱动端口out输出低电平，从而点亮相连的led灯。直至计数值小于零，驱动端口out输出高电平，从而熄灭相连的led灯。因此，在每个显示周期中，led灯有效点亮的脉冲数与灰阶数据的数值一致。

在该方法中，led显示装置的驱动电路根据n位(比特位)的灰阶数据的数值，选择相应数量的脉冲时间周期维持为有效点亮状态。以3位(比特位)的灰阶数据为例，led控制端连续发出7段的使能信号en。每段信号包括一个脉冲，各个脉冲的时间周期相等。如果灰阶数据的数值等于7，则在7个脉冲的时间周期中，均维持为有效点亮状态。如果灰阶数据的数值等于1，则在1个脉冲的时间周期中，维持为有效点亮状态。

例如，led显示装置的驱动电路接收两个灰阶数据d1和d2，每个灰阶数据为3位(比特位)的灰阶数据。优选地，在每个显示周期中，与一个灰阶数据相对应的多个有效显示时间之间可以不需要无效显示时间隔开，但相邻灰阶数据之间的相邻有效显示时间之间可以设置无效显示时间隔开。对应于灰阶数据d1和d2，使能信号en被均分为7个方波(每个方波的占空比相同)。d1和d2的无效显示时间可以等于一个有效显示时间。当d1＝7时，在检测到第1个方波l1的上升沿时，驱动端口out端开始输出低电平，直到第7个方波l7结束处恢复高电平，输出的低电平时长＝l1+l2+…+l7；当d1＝＝6时，驱动端口out端在第1个方波l1的起始处开始输出低电平，直到第6个方波l6的结束处恢复高电平，输出的低电平时长＝l1+l2+…+l6；依次类推……当d1＝＝1时，驱动端口out端在第1个方波l1的起始处开始输出低电平，直到第1个方波l1的结束处恢复高电平，输出的低电平时长＝l1；当d1＝＝0时，驱动端口out端不输出低电平。数据信号d2的处理过程也相同。计数开始的时间不限于第一时间段。

与现有技术的led显示装置不同，在根据本发明实施例的led显示装置中，驱动电路通过使能信号的上升沿或下降沿作为触发条件，从而在每个显示周期中标识多个有效显示时间，因而不需要采用无效显示时间隔开有效显示时间。

与根据第一实施例的led显示装置不同，在根据本发明实施例的led显示状态中，使能信号en的各个脉冲的时间周期彼此相等，通过在与灰阶数据相应数量的脉冲时间周期中维持有效点亮状态，实现与灰阶数据相对应的有效点亮时间。

由此，与现有技术相比，每个led灯的耗时减少，从而提高了led显示装置的亮度利用率和刷新率指标。

基于上述实施例，上述led控制端或驱动电路可以包括一个脉冲信号发生器，根据灰阶数据生成使能信号，并进一步根据使能信号在驱动端口输出低电平，点亮led灯。

本发明实施例通过提出一种新的信号处理方式，通过使能信号的上升沿或下降沿作为触发条件，从而在每个显示周期中标识多个有效显示时间，因而不需要采用无效显示时间隔开有效显示时间，因而可以减少使能信号中的无效显示时间，使得显示屏可拥有更高的亮度利用率和刷新率指标。

本发明实施例虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明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。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。