高清led显示屏低灰全周期自动补偿电路及系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种高清LED显示屏低灰全周期自动补偿电路及系统，补偿电路包括：一个电流源，用于产生LED灯的电流信号；一个检测模块，用于检测LED灯接通低电流时对应的正向电压，并进一步设置为保持该正向检测电压；一个测量模块，用于测量LED灯阳极电压上升到LED灯接通显示电流时对应的正向检测电压的时间；系统包括：一个初始化单元；一个操作单元；其中的初始化单元包含：一个检测模块和一个测量模块，操作单元包含：一个信号发生器、一个补偿模块和一个电流驱动器。通过本实用新型的驱动方法可以确保在最低灰度时可得到等量全局充电。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及电路补偿的【技术领域】，特别涉及一种高清LED显示屏低灰全周期 自动补偿电路及系统，以确保在最小灰阶的同等电荷的输入，达到显示屏的低灰一致性。 高清LED显示屏低灰全周期自动补偿电路及系统
【背景技术】
[0002] 近来，发光二极管（LEDs)被广泛适用于电子设备和应用上。比如，LEDs被用于一 般照明的光源。此外，LEDs还被用于制造显示屏，电视机等。除了这些应用，还需要驱动电 路给LEDs提供电源及控制LEDs发出预期亮度的照明光。
[0003] LED显示板一般涉及由LEDs -或多行和列的阵列组成的器件。作为一种选择，一 个LED显示板可以包含多个子模块，每个子模块有一或多个这样的LED阵列。LED板可以用 单色的LEDs阵列，也可以是多色的。当同色的LED灯用在中心显示应用上时，每个LED正 常地与显示单元或像素对应。当LED板用不用色的LED灯时，显示单元或像素一般包括3 个灯，可能是红光LED，绿光LED和蓝光LED。如此三个一簇的LED灯被称作RGB单元。贴 片RGB单元一般有4个端脚。第一，二，三端可分别对应红，绿和蓝LED灯，第四端对应LED 灯的共阳极或共阴极。
[0004] 一个LED驱动电路传送电源到LED灯阵列并且控制传输到LED灯阵列的电流。驱 动电路可能是单个通道的驱动或者多通道的驱动。每个通道驱动电路可以传输电源到多个 LED灯并控制传送到LED灯的电流。一组LED灯电力的连接到相同的通道，这组LED灯通常 称作"扫描线"。
[0005] -般地，LED驱动电路通过变化传输和流过LED灯的电流来控制LED的亮度。根 据传送电流，LED亮度也会按照LED的特性规格来响应。更大的电流传送到LED通常表现 出更高强度的亮度。为有效控制电流的传送，LED驱动电路可以用一个与调制相结合的恒 定电流源，比如脉宽调制（PWM)。
[0006] 图1A阐明了一个理想的脉宽调制信号110,每个脉宽调制周期的宽度为W，幅度为 A。变化PWM的脉冲110的宽度W，LED驱动电路可有效地传送合适的驱动电流给LED灯，以 显现出灰阶的不同明暗度的光。当传送PWM信号时，驱动电路可见每个LED的不同的负载 特性。这种负载特性的多样性可能构成大量累积的效应，例如每个LED的正向电压Vf的变 化，每个扫描线固有内阻的变化，和每个LED响应到正向电流If的变化。这些效应引起巨 大的LED灯之间的亮度差别，特别是在低灰度设定时。图1B是一个典型的由于变化性，在 驱动电路中的PWM信号120。
[0007] 进一步地，在低灰度设置时，PWM信号的宽度W可能十分窄，那种脉冲的PWM信号 可能会因为无补偿驱动电流和负载特性而丢失。因此，系统设计者要采用预对应的方法来 克服PCB上PWM信号的失真。
[0008] 图1C表示一个理想的PWM信号130,它在每个PWM周期的开始有一个预调整部分 135。一般地，预调整部分135有个脉冲时长或宽度D，其一般小于常规PWM周期的脉宽W， 并有一个大于常规PWM周期的振幅A的振幅A'。在LED显示板驱动电路中，PWM电流信号 可以被预调整纠正，以克服或补偿上升时间的信号失真。图ID表示一个典型的在驱动电路 中的PWM信号140,带有预调整。
[0009] 在低灰度设置时，预调整部分135的脉冲时长D可近似或大于PWM周期的脉宽W。 由此，即使有预调整，PWM驱动信号可能仍然失真，导致短脉冲和/或伴随有PWM瞬变。因 此，PWM驱动信号可能要求更进一步的处理，特别是在低灰度设置时。 实用新型内容
[0010] 本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高清LED显示 屏低灰全周期自动补偿电路。
[0011] 本实用新型的另一目的在于，提供一种高清LED显示屏低灰全周期自动补偿系 统。
[0012] 为了达到上述第一目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0013] 高清LED显示屏低灰全周期自动补偿电路，包括：
[0014] 一个电流源，用于产生LED灯的电流信号；
[0015] 一个检测模块，用于检测LED灯接通低电流时对应的正向电压，并进一步设置为 保持该正向检测电压；
[0016] 一个测量模块，用于测量LED灯阳极电压上升到LED灯接通显示电流时对应的正 向检测电压的时间。
[0017] 优选的，本实用新型的自动补偿电路还包括一个比较器；一个三端开关，连接至比 较器的输出，该三端开关可在第一种情况和第二种情况之间切换；其中第一种情况是在比 较器和检测模块之间电传导，第二种情况是在比较器和测量模块之间电传导。
[0018] 优选的，所述测量模块包括一个计数器，当阳极电压未高于正向检测电压时，对时 钟周期计数，时钟周期数对应于测量时间；一个存储单元，用于保留测量时间。
[0019] 优选的，所述检测模块包括一个电压多路转接器，用于传输电压增量信号给比较 器。
[0020] 为了达到上述第二目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0021] 高清LED显示屏低灰全周期自动补偿系统，该系统包括：
[0022] -个初始化单元；一个操作单元；
[0023] 其中的初始化单元包含：
[0024] 一个检测模块，用于检测LED灯接通低电流时对应的正向电压，并进一步设置为 保持该正向检测电压；
[0025] 一个测量模块，用于测量LED灯阳极电压上升到LED灯接通显示电流时对应的正 向检测电压的时间；
[0026] 其中的操作单元包含：
[0027] -个信号发生器，用于产生驱动信号；
[0028] -个补偿模块，用于根据测量时间来修正驱动信号；
[0029] -个电流驱动器，用于接收修正驱动信号，并对应修正驱动信号，传输一个驱动电 流给LED灯，以便以期望的亮度点亮。
[0030] 优选的，补偿模块被配置根据测量时间来延迟PWM电压信号。
[0031] 优选的，驱动信号是一个脉冲宽度调制电压信号。
[0032] 本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0033] 1、本实用新型是是工业界首次对显示屏的低灰一致性问题的硬件自动处理。
[0034] 2、本法的自动补偿电路可以自动检测LED二级管的开启电压。
[0035] 3、本实用新型的自动补偿电路自动检测LED二级管从通电到发光的上升时间
[0036] 4、本实用新型可以根据检测到的不同的开启电压和上升时间，进行PWM的显示时 间补偿。
[0037] 5、本实用新型在整个显示屏在没有灰度矫正的情况下，都有优越的低灰一致性。
【专利附图】
【附图说明】
[0038] 图1A表示了一个理想的脉冲宽度调制信号。
[0039] 图1B表示了一个在驱动电路中的典型的不带预调整的脉冲宽度调制信号。
[0040] 图1C表示了一个理想的在每个周期的开始有预调整部分的脉冲宽度调制信号。
[0041] 图1D表示了一个在驱动电路中的典型的带预调整的脉冲宽度调制信号。
[0042] 图2是与本实用新型的一个实例相一致的一个电路原理图。
[0043] 图3是与本实用新型的一个实例相一致的时序示意图。
[0044] 图4是与本实用新型的另一个实例相一致的一个电路原理图。
【具体实施方式】
[0045] 下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施 方式不限于此。
[0046] 实施例
[0047] 现在将要详细描述本实用新型的多个实例的参考资料，附图将阐述本实用新型的 例子。值得注意的是，图片中使用的任何可行的相似或相同的许多参考资料只意味着相似 或相同的功能，图片描述的本实用新型的实例仅仅为了说明的目的，熟悉本领域的技术人 员容易从下面的描述中意识到这里描述的方法和结构的不同实例，但这些实例未脱离这里 描述的实用新型的原理。
[0048] 本实用新型是关于控制LED显示屏像素并确保全周期补偿显示（FCCL)的一个器 件、一个集成电路和一种方法。此外，这里实用新型了一种器件、一种集成电路和一种方法 是为系统补偿相关的变化，该相关变化导致LED阵列中LED灯之间的亮度差异，补偿过后以 确保在最小灰度设置值下传输入一致电荷。具有相关效应的系统可能具有累积性并导致在 不同LED通道和/或不同芯片间最小脉冲（例如，PWM信号在低灰度设置时）有很大的变 化。因此，最好先知道在扫描线上每个LED的直接电阻和响应特征，以至于为具有该效应的 相关系统做补偿。这保证了想要的电荷传输到相应的LED，而不管LED的正向导通电压Vf 的规格，或相对位置和/或在一个LED阵列的一串中LED相应的阻抗的影响。
[0049] 一般地，驱动LED显示屏的方法可能包含一个初始步骤和一个操作步骤。这初始 步骤可能包括给LED显示屏上电和测试LED显示屏的LED ;然而这操作步骤可能包括从一 个LED阵列的多个扫描线中选择一个扫描线，接着给每个所选择的扫描线上的LED上电，重 复选择步骤和上电步骤直到所有扫描线上的LED被点亮现实一个图画，这操作步骤可能一 直重复为显示静态图片。
[0050] 在一个实例中，本实用新型的LED驱动方法可能包含一个对系统的变化进行补偿 的方法，这种方法结合了 LED驱动方法的初始步骤和或操作步骤。目前实用新型的补偿方 法包含了一个准备步骤和一个修改步骤。这补偿方法的准备步骤包含了一个检测步骤和一 个测试步骤。准备步骤应在LED显示屏上电后马上执行。不同的是，补偿方法的准备步骤 依据设计参考也可能在LED驱动方法的操作步骤中执行。进一步讲，补偿方法的修改步骤 结合了 LED驱动方法的操作步骤。在一个实例中，修改步骤可能包括了当给LED上电时，扩 展无补偿PWM电流信号的宽度。
[0051] 图2原理性阐述了一个FCCL电路200,它与目前实用新型的一个实例一致，用于实 现补偿系统有关的变化的方法。正如图2所示，FCCL电路200包含一个通道输出210, 一个 比较器220, 一个三端开关230, 一个检测模块240和一个测试电路250。
[0052] 通道输出210可能接受来自一个控制端口 202的一个控制信号，响应该控制信号， 为一个LED阵列260传送一个显示电流。LED阵列260包含众多以行和列排列的LED264。 在一个实例中，众多的LED264可能从通道电性耦合到共同阳极262。必须理解的是，在另外 一个实例中，LED264可能耦合到共同阴极。共同阳极262可能电性耦合到比较器220的正 极输入端（+)。比较器220能比较正极输入端和反向输入端的电压，并把输出结果送至三端 开关230的一个第一端口。
[0053] 在另一个实施例中，LED阵列260包含众多通道且每个通道有独立的驱动电路驱 动。但是为了说明的目的，图2表示出LED264的唯一一个通道。在一个实例中，每个LED264 的阴极电性连接到双端开关266的一端，双端开关266的另一端连接到地268。开关266用 于选择相应要点亮的LED264。
[0054] 在一个实例中，检测模块240由选择器242和反相器244(或非门244)组成。选 择器242的输入端接受来自一个准确电压分配器246的信号并传输输出到比较器220的反 向输入端（_)。反相器244的输入端接受三端开关230的一个第二端口并把输出送到选择 器242来保持电压。
[0055] 测量模块250包括反向器252,与门254,计数器256和存储单元258。反相器252 的输入接收检测端口 204的输出信号并输送反向输出到与门254的一个第一输入端。与门 254的一个第二输入端接收端口 202的输出信号。与门254基于与逻辑处理在第一和第二 端口的输入信号并输送结果到计数器256的一个使能端。在这个实例中，计数器256是一 个6位计数器。
[0056] -旦计数器256被使能，它将根据相应的时钟信号CLK计数时钟周期的个数直到 计数器256被停止。产生的时钟周期数被输送到存储器258中以便将来使用。在这个实例 中，存储器258是一个静态随机存储器（SRAM)。存储器258的使能端电性连接到三端开关 230的一个第三端口。
[0057] 三端开关230在一个第一状态和一个第二状态间切换。在这实例中，开关230的 第一状态是电气连通开关230的第一端口和第二端口，电气阻断开关230的第一端口和第 三端口。也就是说，在第一状态下，导通的通路是从比较器220到检测模块240。相同地，在 这实例中，开关230的第二状态是电气连通开关230的第一端口和第三端口，电气阻断开关 230的第一端口和第二端口。也就是说，在第二状态下，导通的通路是从比较器220到测量 模块250。开关230被来自端口 204的检测信号控制。
[0058] 图3描述了与本实用新型的一个实例相关的补偿方法的时序图。正如上述讨论， 补偿方法包含了一个准备步骤和一个修改步骤。准备步骤进一步包含了检测步骤如图3的 A部分所示和测量步骤如图3的B部分所示。在一个实例中，准备步骤可用图2描述的电路 来实现。
[0059] 根据本实用新型的一个实例的驱动LED显示屏的方法将在下面详细讨论，参考如 图2和3。在A部分中，检测一个特定LED的正向导通电压Vf被描述。在B部分中，达到正 向导通电压Vf的时间周期的精确测量没描述。
[0060] A部分-正向导通电压Vf的检测。
[0061] 在检测步骤中，三端开关230切换到第一状态。LED阵列260的一个LED首先被选 中。通道输出210接着输送一个小电流给选中的LED。在图3中的时序图310描述了所选 LED的阳极电压。正如图3中A部分所示，阳极电压（或比较器220的正向输入端⑴的电 压）慢慢增加并稳定在正向导通电压Vf。在实例中，低电流大约是2. 0mA或更少，而且正向 导通电压Vf大约是2. 2v。
[0062] 在本实例中，电压选择器242用来精确测量所选LED的正向导通电压Vf。电压选 择器242可通过高精度值小步进编程来精确测量不同LED上的电压变化。也就是说，电压 选择器242用来以小步进增加比较器220的反向输入端（-)的电压。在本例子中，电压选 择器242包含一个电压分配器，它以0. lv的步进增加电压。
[0063] 当比较器220的反向输入端（_)电压等于或略高于正向输入端（+)的正向电压Vf 时，检测模块240保持住该电压。图3中的时序图320说明了该自检测模块240的保持电 压。一旦得到保持电压，三端开关230即被转向第二种情况。
[0064] B部分-Tr时间的测量。
[0065] 在B部分中，相对于A部分中获得的保持电压，正向电压Vf被再次测量。这次，测 量关注于阳极电压达到正向电压Vf时的时间量（即Tr时间）。最初，显示电流用于所选 LED灯。在一个具体实例中，显示电流一接通，计数器256就马上被使能且开始计时钟周期 数。图3举例说明了可被用于Tr时间测量的高分辨率时钟信号340。
[0066] 对应于显示电流，阳极电压310 (或者比较器220的正向输入端⑴电压）从0增 加到正向电压Vf且保持在正向电压Vf。因为在比较器220的反向输入端（-)电压保持在 保持电压，一旦阳极电压310达到或超过该保持电压，比较器输出330 (即开关230的第一 端）从低变高。结果，当比较器220输出转变时，存储单元258被使能存储时钟周期数。时 钟周期数对应于达到正向电压Vf时的Tr时间。在补偿相位改变PWM驱动信号的时候，Tr 时间被作为一个补偿参数。需要注意的是，检测步骤（A部分）和测量步骤（B部分）可被 重复直到LED阵列全部LED灯的补偿参数260被获得。
[0067] 图4举例说明了一个依据本实用新型实例的原理电路。在具体实例中，使用举例 在图4中的电路，修改步骤可被执行。如图4所示，LED驱动电路400包含一个初始化单元 410, 一个PWM发生单元420, 一个加法单元430, 一个开/关控制单元440, 一个电流驱动器 460和一个恒流控制器450。
[0068] 初始化单元410检测LED灯的正向电压Vf，并测量驱动信号到达正向电压Vf时 的Tr时间。由初始化单元410测量的Tr时间被作为补偿参数修改一个正常的PWM驱动信 号。在实例中，如图2所示，初始化单元410包含FCCL电路200。在实例中，Tr时间可以通 过之前描述的执行A部分和B部分的步骤来测量。
[0069] PWM发生单元420产生一个预设的PWM信号，可用来驱动一个LED阵列470。加法 单元430可以使用初始单元410确定的补偿参数来修改预设的PWM信号。在一个实例中， 加法单元430用补偿参数来延迟预设的PWM信号。该延迟的PWM信号之后被送入开/关控 制单元440。
[0070] 开/关控制单元440基于延迟的PWM信号产生一个控制信号，并发送该信号给电 流驱动器460。恒流源控制器450控制电流驱动器460产生恒定电流。恒定电流之后被来 自开/关控制单元440的控制信号调整，从而产生一个PWM电流信号给LED阵列470。
[0071] 补偿的PWM驱动信号可以在LED显示面板正常操作期间执行。值得注意的是，每 个LED6位的上升时间Tr值可以动态的加到PWM的字上，作为颜色和亮度校准补偿的一部 分。当应用PWM脉冲到LED时，所测得的Tr时间可以作为补偿值，通过加上该值到PWM驱 动信号的末尾作延时。由于正向电压Vf的上升时间Tr可以有效地捕获积累在LED显示面 板上的影响，驱动电路和本专利的方法可以确保在最低灰度时可确保在最小灰阶的同等电 荷的输入，达到显示屏的低灰一致性。
[0072] 上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述 实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1. 高清LED显示屏低灰全周期自动补偿电路，其特征在于，包括： 一个电流源，用于产生LED灯的电流信号； 一个检测模块，用于检测LED灯接通低电流时对应的正向电压，并进一步设置为保持 该正向检测电压； 一个测量模块，用于测量LED灯阳极电压上升到LED灯接通显示电流时对应的正向检 测电压的时间。
2. 根据权利要求1所述的高清LED显示屏低灰全周期自动补偿电路，其特征在于，还包 括一个比较器；一个三端开关，连接至比较器的输出，该三端开关可在第一种情况和第二种 情况之间切换；其中第一种情况是在比较器和检测模块之间电传导，第二种情况是在比较 器和测量模块之间电传导。
3. 根据权利要求2所述的高清LED显示屏低灰全周期自动补偿电路，其特征在于，所述 测量模块包括一个计数器，当阳极电压未高于正向检测电压时，对时钟周期计数，时钟周期 数对应于测量时间；一个存储单元，用于保留测量时间。
4. 根据权利要求1所述的高清LED显示屏低灰全周期自动补偿电路，其特征在于，所述 检测模块包括一个电压多路转接器，用于传输电压增量信号给比较器。
5. 高清LED显示屏低灰全周期自动补偿系统，其特征在于，该系统包括： 一个初始化单元；一个操作单元； 其中的初始化单元包含： 一个检测模块，用于检测LED灯接通低电流时对应的正向电压，并进一步设置为保持 该正向检测电压； 一个测量模块，用于测量LED灯阳极电压上升到LED灯接通显示电流时对应的正向检 测电压的时间； 其中的操作单元包含： 一个信号发生器，用于产生驱动信号； 一个补偿模块，用于根据测量时间来修正驱动信号； 一个电流驱动器，用于接收修正驱动信号，并对应修正驱动信号，传输一个驱动电流给 LED灯，以便以期望的亮度点亮。
6. 根据权利要求5所述的高清LED显示屏低灰全周期自动补偿系统，其特征在于，驱动 信号是一个脉冲宽度调制电压信号。
7. 根据权利要求5所述的高清LED显示屏低灰全周期自动补偿系统，其特征在于，补偿 模块被配置根据测量时间来延迟PWM电压信号。
【文档编号】H05B37/02GK203882581SQ201420276118
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年5月27日 优先权日:2014年5月27日
【发明者】李红化, 汤尚宽, 杨文解, 沈磊, 张漪 , 陈育涛, 内迪·纳德沙汗 申请人:广州硅芯电子科技有限公司