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：
LED显示装置在显示领域已经获得了广泛的应用。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，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显示装置中使用的像素元件是LED灯，其中，多个LED灯组成像素阵列。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。采用电流控制法和导通时间控制法来控制选择的LED的亮度，从而实现多级灰度。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。
然而，在实际使用环境中，LED显示装置常常需要长时间工作，有时还会处于高温、高湿的恶劣环境中，容易造成LED灯损坏，形成LED灯开路或者短路。在LED灯发生开短路故障时，不仅损坏的LED灯本身无法正常点亮，而且可能形成不期望的电流路径，导致未选择的LED灯异常点亮，从而形成异常像素亮点。这种异常点亮现象导致图像异常。随着LED显示装置面积越来越大，LED灯的数量越来越多，出现开短路的概率大大增加，一旦出现开短路问题，将大大影响图像质量。
因此，期望进一步改进LED显示装置从而在LED灯出现开短路时仍然可以改善图像质量。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种LED显示装置及其驱动方法，其中，采用限压模块在LED灯出现开短路故障时改善图像质量和降低功耗。
根据本发明的一方面，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LED灯；行驱动模块，包括多个输出端，分别与所述多个LED灯中的相应行LED灯相连接，从而提供供电电压；多个恒流源，在所述多个LED灯中的相应行LED灯获得供电电压时，根据显示数据控制流经所述多个LED灯中的相应列LED灯的驱动电流，从而实现与显示数据相对应的亮度；以及多个限压模块，分别连接在所述多个LED灯中的相应列LED灯和相应恒流源之间，其中，所述多个限压模块在所述多个LED灯出现开短路故障时断开经由短路LED灯和开路LED灯的电流路径，以避免所述多个LED灯的异常点亮。
优选地，所述多个恒流源根据所述显示数据控制所述驱动电流的电流值和占空比至少之一。
优选地，所述行驱动模块的多个输出端分别与所述多个LED灯的相应行LED灯的阳极相连接，所述多个恒流源，分别经由所述多个限压模块的相应限压模块连接至所述多个LED灯的相应列LED灯的阴极。
优选地，所述多个限压模块将所述多个恒流源的端口电压与参考电压相比较，根据比较结果判断所述多个LED灯是否出现开短路故障。
优选地，所述多个恒流源在未工作状态、正常工作状态、异常工作状态下的端口电压分别为第一电压、第二电压和第三电压，所述参考电压小于所述第一电压和所述第二电压，并且大于所述第三电压。
优选地，所述多个恒流源的正常工作状态中驱动电流经由第一电流路径流动，其中，在所述多个LED灯中的相应行LED灯获得供电电压时，所述第一电流路径经由所述相应行LED灯分别到达所述多个恒流源中的相应恒流源。
优选地，所述多个恒流源的异常工作状态中驱动电流经由第二电流路径流动，其中，在所述多个LED灯中的相应行LED灯获得供电电压时，所述第二电流路径经由短路LED灯所在行的至少一个LED灯、开路LED灯所在行的至少一个LED灯，分别到达所述多个恒流源中的相应恒流源。
优选地，在所述多个LED灯中的相应行LED灯获得供电电压时，所述第二电流路径在瞬时导通之后断开。
优选地，所述第一电压大致等于所述供电电压，所述第二电压大致等于所述供电电压减去单个LED灯的导通压降，所述第三电压大致等于所述供电电压减去两个LED灯串联的导通压降。
优选地，所述多个限压模块分别包括：比较器，所述比较器的同相输入端和反相输入端分别接收所述端口电压的电压采样信号和所述参考电压，输出端提供开关控制信号；以及开关管，所述开关管的控制端连接至所述比较器的输出端以接收开关控制信号，所述开关管的第一电流端和第二电流端分别连接至相应列LED灯的阴极和相应恒流源的高压端口。
优选地，所述比较器的同相输入端连接至所述开关管的第一电流端，以获得所述电压采样信号。
优选地，还包括多个电容，所述多个电容分别连接在相应限压模块中的比较器的同相输入端和地之间，用于在帧周期中存储所述电压采样信号。
优选地，所述多个电容为寄生电容或附加电容器件。
根据本发明的另一方面，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LED灯，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，分别向所述多个LED灯中的相应行LED灯提供供电电压；根据显示数据控制流经所述多个LED灯中的相应列LED灯的驱动电流，从而实现与显示数据相对应的亮度；以及在所述多个LED灯出现开短路故障时断开经由短路LED灯和开路LED灯的电流路径，以避免所述多个LED灯的异常点亮。
优选地，在控制驱动电流的步骤中，根据所述显示数据控制所述驱动电流的电流值和占空比至少之一。
优选地，还包括：采用多个恒流源分别控制所述多个LED灯中的相应列LED灯的驱动电流；以及将所述多个恒流源的端口电压的电压采样信号与参考电压相比较，根据比较结果判断所述多个LED灯是否出现开短路故障。
优选地，所述多个恒流源在未工作状态、正常工作状态、异常工作状态下的端口电压分别为第一电压、第二电压和第三电压，所述参考电压小于所述第一电压和所述第二电压，并且大于所述第三电压。
优选地，所述多个恒流源的正常工作状态中驱动电流经由第一电流路径流动，其中，在所述多个LED灯中的相应行LED灯获得供电电压时，所述第一电流路径经由所述相应行LED灯分别到达所述多个恒流源中的相应恒流源。
优选地，所述多个恒流源的异常工作状态中驱动电流经由第二电流路径流动，其中，在所述多个LED灯中的相应行LED灯获得供电电压时，所述第二电流路径经由短路LED灯所在行的至少一个LED灯、开路LED灯所在行的至少一个LED灯，分别到达所述多个恒流源中的相应恒流源。
优选地，在行周期中，在所述多个LED灯中的相应行LED灯获得供电电压时，所述第二电流路径在瞬时导通之后断开。
优选地，所述第一电压大致等于所述供电电压，所述第二电压大致等于所述供电电压减去单个LED灯的导通压降，所述第三电压大致等于所述供电电压减去两个LED灯串联的导通压降。
优选地，采用电容，在帧周期中存储所述电压采样信号。
根据本发明实施例的LED显示装置及其驱动方法，在多个恒流源和相应列LED灯之间设置限压模块，该限压模块在LED灯出现开短路故障时断开经由短路LED灯和开路LED灯的电流路径，以避免LED灯的异常点亮，从而改善图像质量和降低功耗。
在优选的实施例中，限压模块根据恒流源的端口电压检测开短路故障。在端口电压低于设定的参考电压时，限压模块断开恒流源与相应列LED灯之间的连接，从而断开经由短路LED灯和开路LED灯的电流路径。该限压模块无需复杂的检测电路和逻辑电路，因而可以进一步降低电路成本。
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LED显示装置的示意性电路图。
图2示出图1的LED显示装置中LED灯发生开短路故障时的电流路径。
图3示出根据本发明实施例的LED显示装置的示意性电路图。
图4示出图3的LED显示装置中LED灯发生开短路故障时的电流路径。
图5示出图3的LED显示装置中行驱动模块的示意性电路图。
图6示出图3的LED显示装置中限压模块的示意性电路图。
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。
在本申请中，术语“开短路”表示在LED显示装置的LED阵列中，同时存在着至少一个LED灯发生开路损坏且至少另一个LED灯发生短路损坏的情形。
图1示出根据现有技术的LED显示装置的示意性电路图。在该实施例中，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110、行驱动模块120、多个恒流源130。LED阵列110包括按行和列排列的多个像素单元，例如形成像素阵列。在单色的LED显示装置中，每个像素单元包括一个单色LED灯。在彩色的LED显示装置中，每个像素单元包括三个LED灯，分别为红、绿、蓝色LED灯。LED阵列110中的各行LED灯的阳极彼此连接。行驱动模块120的多个输出端分别连接至所述LED阵列中的相应行LED灯的阳极，从而提供供电电压VCC。LED阵列110中的各列LED的阴极彼此连接，然后经由相应的恒流源130连接至地。
在工作期间，在每个帧周期中按行扫描。行驱动模块120根据扫描信号，在行周期中选择性地将供电电压VCC提供给相应行的LED灯的阳极。在选择行的LED灯连接至供电电压VCC时，恒流源130产生驱动电流，并且该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灯的亮度。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相应行的LED灯接收供电电压VCC而点亮，其余各行LED灯则是熄灭的。
在帧周期中，像素阵列中的多个LED灯按行扫描，恒流源按照显示数据向选择的LED灯提供恒定电流。因此，像素阵列中的多个LED灯的亮度值与帧画面中的多个像素单元的灰阶值相对应，从而实现帧画面的显示。
图2示出图1的LED显示装置中LED灯发生开短路故障时的电流路径。在图中示出第x行y列的LED灯短路时的等效电路图。
在图2所示的LED显示装置100中，像素阵列中的多个LED灯按行扫描。在行驱动模块120向第(x+m)行的多个LED灯供电时，第(x+m)行(y+n)列的LED灯接收供电电压VCC。
在第(x+m)行(y+n)列的LED灯没有开路的情形下，形成第1电流路径。即，该LED灯导通，形成经由第(x+m)行(y+n)列的LED灯的电流路径。第(x+m)行的LED灯均正常点亮，并且，其余行的LED灯均正常熄灭。
在第(x+m)行(y+n)列的LED灯出现开路的情形下，形成第2电流路径。即，该LED灯断开，形成经由第x行y列的LED灯和第x行(y+n)列的LED灯的电流路径。第(x+m)行中除第y列和第(y+n)列以外的LED灯均正常点亮，然而，第(x+m)行y列的LED灯和第x行(y+n)列的LED灯异常点亮。
具体地，在第(x+m)行(y+n)列的LED灯出现开路的情形下，上述的第1电流路径不通。若此时该选中行上与第x行y列的LED灯同一列的灯不需要点亮，即图2所示的第(x+m)行y列的LED灯不需要点亮，由于第(x+m)行的LED灯的供电电压VCC为5V、第x行y列的LED灯短路，那么将存在通过第(x+m)行y列的LED灯、第x行y列的LED灯、第x行(y+n)列的LED灯到恒流源到地的路径，即图2所示的第2电流路径，该电流路径将会使第(x+m)行y列的LED灯和第x行(y+n)列的LED灯异常点亮。
图3示出根据本发明实施例的LED显示装置的示意性电路图。
如图所示，该LED显示装置200包括LED阵列110、行驱动模块120、多个恒流源130、多个限压模块140。LED阵列110包括按行和列排列的多个像素单元，例如形成像素阵列。在单色的LED显示装置中，每个像素单元包括一个单色LED灯。在彩色的LED显示装置中，每个像素单元包括三个LED灯，分别为红、绿、蓝色LED灯。LED阵列110中的各行LED灯的阳极彼此连接。行驱动模块120的多个输出端分别连接至所述LED阵列中的相应行LED灯的阳极，从而提供供电电压VCC。LED阵列110中的各列LED的阴极彼此连接，然后经由相应的限压模块140和恒流源130连接至地。
在该实施例中，供电电压VCC例如为5V的电压，每个LED灯的导通压降Von约为2～3V。
多个恒流源130经由相应的限压模块140连接到相应列的多个LED灯的阴极，从而在LED灯选通时提供恒定电流。例如，恒流源130提供的恒定电流的大小和开启时间占空比共同决定LED灯的亮度。
在工作期间，在每个帧周期中按行扫描。行驱动模块120根据扫描信号SCAN1至SCANn之一，在行周期中选择性地将供电电压VCC提供给相应行的LED灯的阳极。在选择行的LED灯连接至供电电压VCC时，恒流源130产生驱动电流，并且该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灯的亮度。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相应行的LED灯接收供电电压VCC而点亮，其余各行LED灯则是熄灭的。
在帧周期中，像素阵列中的多个LED灯按行扫描，恒流源按照显示数据向选择的LED灯提供恒定电流。因此，像素阵列中的多个LED灯的亮度值与帧画面中的多个像素单元的灰阶值相对应，从而实现帧画面的显示。
与图1所示的现有技术的LED显示装置100不同，根据该实施例的LED显示装置200包括限压模块140。限压模块140检测恒流源130的端口电压。在端口电压低于设定的参考电压Vos时，限压模块140控制恒流源130关断，从而断开相应列的LED灯的电流路径。该LED显示装置200即使在LED显示装置中的LED灯出现开短路故障时，也可以避免多个LED灯的异常点亮，从而改善图像质量。
图4示出图3的LED显示装置中LED灯发生开短路故障时的电流路径。
如上所述，在该实施例的LED显示装置200中，限压模块140检测恒流源130的端口电压。恒流源130的端口电压在未工作时为第一电压V1，在正常工作时为第二电压V2，第一电压V1高于第二电压V2。例如，第一电压V1＝供电电压VCC，第二电压V2＝供电电压VCC-LED灯的导通压降Von。
在LED阵列中的LED灯出现开短路时，形成经由短路LED灯所在行和开路LED灯所在列的电流路径，在开路LED灯所在列的恒流源130上，恒流源130的端口电压为第三电压V3，该第三电压V3为异常电压，第三电压V3＝供电电压VCC-LED灯的导通压降Von*2。
在该实施例中，设置参考电压Vos的范围为低于正常工作时的端口电压V1和V2、高于开短路时的端口电压V3。例如，假设供电电压VCC＝5V，LED灯的导通压降Von＝2V，在LED灯正常点亮时，恒流源130的端口电压为第二电压V2＝3V，在LED灯出现开短路时，恒流源130的端口电压为第三电压V3＝1V。此时，参考电压Vos可设定为略低于3V。
例如，在图3所示的LED显示装置中，假设短路LED灯所在行为第x行，开路LED灯所在列为第(y+n)列，例如，第x行y列的LED灯短路，与该LED灯间隔n行m列的灯，即第(x+m)行(y+n)列的LED灯开路。在第(x+m)行线选通时，该行的LED灯接收电源电压VCC。
如果第(x+m)行(y+n)列的LED灯没有发生开路，则该LED灯导通。此时，限压模块140检测到相应列的恒流源130的端口电压为第二电压V2＝供电电压VCC-LED灯的导通压降Von＝3V。该第二电压V2高于参考电压Vos，恒流源130正常工作，输出下拉恒流，从而形成经由该LED灯的第1电流路径。
如果第(x+m)行(y+n)列的LED灯发生开路，则该LED灯断开。此时，限压模块140检测到相应列的恒流源130的端口电压为第三电压V3＝供电电压VCC-LED灯的导通压降Von*2＝1V。该第三电压V3低于参考电压Vos，恒流源130关断，从而断开经由短路LED灯所在行和开路LED灯所在列的电流路径的第2电流路径。
下面结合LED显示装置200的帧周期，描述所述限压模块140的工作过程。在图3所示的LED显示装置200中，假设短路LED灯所在行为第x行，开路LED灯所在列为第(y+n)列，例如，第x行y列的LED灯短路，与该LED灯间隔n行m列的灯，即第(x+m)行(y+n)列的LED灯开路，等效电路如图4所示。
在该实施例中，电容C表示LED显示装置中广泛存在的寄生电容。在替代的实施例中，电容C为附加电容器件，连接在限压模块的输入端和地之间。如下文所述，电容C用于在帧周期中存储恒流源130的端口电压。
在每个帧周期中，行驱动模块120将会控制电源端依次向LED阵列120中的各行LED灯提供供电电压VCC，即各行LED灯将会依次点亮。
在开路LED灯所在行点亮之前，当开路LED灯所在列的有LED灯点亮时，该列的恒流源130的端口电压为第二电压V2＝3V。当该列LED灯的点亮时间结束、对应的恒流源被关断时，由于寄生电容的存在，该列的恒流源130的端口电压将继续维持在3V。之后，若该列的LED灯不需要点亮，该列的恒流源130的端口电压将一直保持为3V。
当开路第(x+m)行(y+n)列的LED灯所在行点亮、即第(x+m)行线选通且接收电源电压VCC时，若第(x+m)行(y+n)列的LED灯需要点亮，此时存在经由第(x+m)行y列的LED灯、第x行y列的LED灯、第x行(y+n)列的LED灯到恒流源到地的瞬时路径，将会导致第(y+n)列的恒流源端口电压瞬时下降至1V。此时，限压模块140启动工作，由于恒流源130的端口电压低于设定的参考电压Vos，将会立刻关断该列的恒流源130，从而断开第2电流路径。在断开后，该列的恒流源130的端口电压将保持在1V，直到下一次该列有LED灯正常点亮时，该电压恢复到3V。
在一个帧周期内，开路第(x+m)行(y+n)列的LED灯所在行点亮前，当与该开路LED灯同一列的灯中没有LED灯点亮、而只有该开路LED灯曾经点亮过时，根据之前的分析，此时该列的恒流源130的端口电压为1V；
当开路第(x+m)行(y+n)列的LED灯所在行点亮、即第(x+m)行线选通且接收电源电压VCC时，此时限压模块140检测到恒流源端口电压＝1V，低于设定的参考电压，将不会打开恒流源，因此无法形成第2电流路径，直到下一次该列有LED灯正常点亮时，该电压恢复到3V。
因此，该LED显示装置200即使在LED显示装置中的LED灯出现开短路故障时，也可以避免多个LED灯的异常点亮，从而改善图像质量。
图5示出图3的LED显示装置中行驱动模块的示意性电路图。
在LED显示装置200中，行驱动模块120包括多个开关管121，例如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VCC，漏极为第二端，连接至LED阵列110中相应行的LED的阳极。
在工作期间，驱动模块120根据扫描信号SCAN1至SCANn之一，选择性地选通多个开关管121，将供电电压VCC经由选择的开关管121提供给相应行的LED灯的阳极。
图6示出图3的LED显示装置中限压模块的示意性电路图。
在LED显示装置200中，限压模块140可以有多种实现方式。如图6所示，限压模块140包含比较器141和开关管142。开关管142例如是N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)。
限压模块140中的开关管142与恒流源130串联连接。在开关管142为NMOSFET的情形下，开关管142的源极连接至恒流源130的高压端口，漏极连接至LED阵列110中相应列的LED灯的阴极。
比较器141的同相输入端接收用于表征恒流源130的端口电压的电压采样信号Vs，反相输入端接收参考电压Vos，输出端连接至开关管142的控制端以提供开关控制信号Vg。在该实施例中，比较器141的同相输入端与开关管142的漏极相连接，从而将开关管142的漏端电压Vd作为恒流源130的端口电压。
比较器141将恒流源130的端口电压与参考电压Vos相比较，从而产生开关控制信号Vg。当Vd＞Vos时，所述比较器141的输出结果为1，开关管142导通。当Vd＜Vos时，所述比较器141的输出结果为0，开关管142截止。
应当指出，上述限压模块140的实现仅为示例，开关管142可以是新增加的，也可以是复用恒流源端口的已有设计，其目的是可控关断。在该实施例中，限压模块140采用比较器和开关管的电路设计，这仅为限压模块的一种实现手段。在替代的实施例中，限压模块140可以为任意的电路设计，只要其在某设定电压范围内关断恒流源130即可。
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LED显示装置和驱动方法，解决了现有技术存在的LED灯开短路带来的图像出错的问题，增加了显示系统可靠性，提升显示性能。
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。