專利名稱：大屏幕發(fā)光二極管亮度控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及發(fā)光二極管即LED大屏幕顯示技術(shù)，特別涉及高效率利用電能、克服單只LED管亮度分散性的顯示控制技術(shù)，降低了大屏幕顯示對(duì)LED管的篩選要求。
背景技術(shù)：
以LED為像素的大屏幕顯示屏，每一顆LED的亮度都需要受到系統(tǒng)電路的控制而顯示出所需的圖像。目前控制LED亮度的方法主要有電流控制法，通過(guò)改變流過(guò)LED中的電流來(lái)改變亮度。這種方法中每一個(gè)像素都需要一個(gè)可控電流源，其缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，成本高。
PWM即脈寬調(diào)制法，它是通過(guò)占空比改變LED發(fā)光的時(shí)間，并利用人眼的視覺(jué)暫留，來(lái)改變亮度的。這也是目前最常用的方法。一般LED在直流驅(qū)動(dòng)的情況下最大電流為20mA，而在占空比為1/10時(shí)的最大峰值電流為100mA，其平均值只有直流供電時(shí)的一半，因此亮度也只有直流供電時(shí)的一半。而亮度恰恰是LED顯示屏，尤其是戶外屏的重要性能指標(biāo)，因此PWM驅(qū)動(dòng)方式存在亮度不足這樣的缺點(diǎn)，LED的發(fā)光利用率不高，亮度受到一定限制。
還有，以上兩種方法還具有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，就是電源利用效率低。由于LED的正向壓降Vf具有一定的離散性，為了使各個(gè)像素的亮度一致，電路上必須加限流電阻或留有一定的壓降作為電流調(diào)整。限流電阻和電流調(diào)整用控制IC均要消耗一定的功率，消耗的功率不僅浪費(fèi)了能源，還會(huì)使電路的溫度上升，影響可靠性。
此外，現(xiàn)有技術(shù)中亮度的調(diào)整需要逐點(diǎn)調(diào)整零件參數(shù)，非常不便。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出了LED儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)為核心的大屏幕發(fā)光二極管亮度控制裝置，通過(guò)儲(chǔ)能元件控制加在LED上的功率來(lái)增強(qiáng)LED的亮度，并采用存儲(chǔ)計(jì)算式像素點(diǎn)亮度修正方法，從而解決了傳統(tǒng)方法中的電路復(fù)雜、亮度受限和能效低、可靠性差，以及亮度調(diào)整不便的問(wèn)題，可以使用價(jià)格低一些的LED來(lái)達(dá)到傳統(tǒng)方法中必須使用的昂貴的LED才能達(dá)到的效果，從而提高了控制性能，降低了成本。
本發(fā)明的目的可以這樣來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)、制造一種大屏幕發(fā)光二極管亮度控制裝置，包括模塊數(shù)據(jù)接口電路和與之相連的PWM信號(hào)發(fā)生器，以及驅(qū)動(dòng)電路和發(fā)光二極管矩陣；其特征在于，所述矩陣中的發(fā)光二極管D的兩端并接有電容C；其一端還接有續(xù)流二極管Dx，并在其另一端與所述續(xù)流二極管Dx之間接有儲(chǔ)能電感L。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明


圖1是附加L、C儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)元件的LED單元基本結(jié)構(gòu)圖；圖2是所述儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)式LED單元另一種結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明大屏幕發(fā)光二極管亮度控制裝置的模塊總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是所述亮度控制裝置的模塊電路連結(jié)圖；圖5是所述儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)式LED單元串接雙極型三極管的連接結(jié)構(gòu)圖；圖6是所述儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)式LED單元串接場(chǎng)效應(yīng)三極管的連接結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳述本發(fā)明的實(shí)施例。
一種大屏幕發(fā)光二極管亮度控制裝置，包括模塊數(shù)據(jù)接口電路2和與之相連的PWM信號(hào)發(fā)生器1，以及依次相連的驅(qū)動(dòng)電路5和發(fā)光二極管矩陣6；其特征在于所述矩陣中的發(fā)光二極管D的兩端并接有適當(dāng)容值的電容C；其一端還接有續(xù)流二極管Dx，并在其另一端與所述續(xù)流二極管Dx之間接有適當(dāng)電感量的儲(chǔ)能電感L。所述亮度控制裝置的總體結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)LED單元基本結(jié)構(gòu)圖如
圖1、圖2和圖3所示。
圖3還示出所述模塊數(shù)據(jù)接口電路2和PWM發(fā)生器1之間，還設(shè)置有模塊數(shù)據(jù)運(yùn)算單元3；所述模塊數(shù)據(jù)運(yùn)算單元3還與存有本模塊像素點(diǎn)亮度差異值或修正值及的存儲(chǔ)器4相連。圖4所示為圖3所述亮度控制裝置模塊的電路連結(jié)圖所述發(fā)光二極管D的正端或負(fù)端可連接受控三極管；該三極管的控制極接PWM信號(hào)。通常，每個(gè)模塊的發(fā)光二極管可分成多組，每組由一只三極管驅(qū)動(dòng)。
在一種實(shí)施例中，所述受控三極管采用雙極型半導(dǎo)體管TR1；所述發(fā)光二極管D串接在其集電極回路或發(fā)射極回路中。如圖5的5-1至5-4所示。
在另一種實(shí)施例中，所述受控三極管采用場(chǎng)效應(yīng)三極管TR2，所述發(fā)光二極管D串接在其源極或漏極回路中。如圖6的6-1至6-4所示。
本儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)式方案的基本電路見(jiàn)
圖1、圖2。當(dāng)開關(guān)閉合即有輸入脈沖時(shí)電源通過(guò)電感L向發(fā)光二極管D供電，同時(shí)向C充電并向L中儲(chǔ)能；當(dāng)開關(guān)斷開即輸入為零時(shí)L中的能量通過(guò)Dx繼續(xù)向D供電，同時(shí)向C充電；當(dāng)L中儲(chǔ)存的電能耗盡時(shí)，C中充滿的電能可繼續(xù)向D供電，直到下一個(gè)周期開始。發(fā)光二極管D上得到的功率，取決于每個(gè)周期中開關(guān)閉合時(shí)間的長(zhǎng)短，即開關(guān)閉合的占空比。只要C的容量足夠大發(fā)光二極管D兩端基本上近似于直流供電，避免了普通PWM驅(qū)動(dòng)法由于瞬間發(fā)光而帶來(lái)的亮度受限的問(wèn)題。由于LED得到的功率主要取決于供電電壓和L的電感量，以及開關(guān)的占空比，與LED的正向壓降關(guān)系較小，因此省略了限流電阻，提高了效率。
附圖4是一個(gè)8×8模塊的控制電路的一種具體實(shí)施例。
圖4中J1A是圖像信號(hào)輸入接口，圖像信號(hào)采用8位并行傳輸，包括時(shí)鐘信號(hào)CLK、數(shù)據(jù)使能信號(hào)DE、行同步信號(hào)H-SYNC和場(chǎng)同步信號(hào)V-SYNC。J2A是級(jí)聯(lián)信號(hào)輸出接口，將圖像信號(hào)傳給下一個(gè)模塊。U1和U3型號(hào)為74LS244，是線驅(qū)動(dòng)器用以增強(qiáng)信號(hào)的傳輸能力。U2型號(hào)為XC95144，是Xilinx公司的CPLD，用來(lái)作數(shù)據(jù)鎖存和PWM信號(hào)產(chǎn)生。U4型號(hào)為TS87C52X2是Atmel公司的8051系列單片機(jī)，用作將圖像信號(hào)與誤差信號(hào)作補(bǔ)償運(yùn)算。誤差信號(hào)存在U5中。U5是通用串行EEPROM 93C56，共有256個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間，用以存放192個(gè)發(fā)光二極管組的誤差信號(hào)。
此外，電路上還留有一個(gè)調(diào)整接口CON4。它是用來(lái)在工廠進(jìn)行LED補(bǔ)償調(diào)整時(shí)將誤差數(shù)據(jù)存入U(xiǎn)5中而設(shè)的。當(dāng)模塊每次加電后MCU U4在初始化后讀出U5中的數(shù)據(jù)，存入片上RAM中，實(shí)時(shí)地與U2收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果傳回U2。
所述的儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)式基本電路可由圖5、圖6中的幾種具體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，圖5-1、5-2的儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)式發(fā)光二極管單元接在三極管集電極回路中，圖5-3、5-4的儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)式發(fā)光二極管單元接在三極管發(fā)射極回路中；而圖5-1、5-3的儲(chǔ)能電感L接在發(fā)光二極管D的陽(yáng)極，圖5-2、5-4的儲(chǔ)能電感L接在發(fā)光二極管D的陰極。圖6中受控三極管采用場(chǎng)效應(yīng)三極管，接法與圖5中類似。
在LED大屏幕實(shí)現(xiàn)方案中，如果每個(gè)像素的儲(chǔ)能電感、電容的參數(shù)離散，或LED本身的發(fā)光效率存在差異，會(huì)使屏幕上不同像素之間出現(xiàn)亮度不一致，在視覺(jué)效果上會(huì)表現(xiàn)為色斑、白場(chǎng)一致性不良等缺陷。針對(duì)這一問(wèn)題，可采用存儲(chǔ)計(jì)算式像素點(diǎn)亮度修正方法加以解決。
一般的LED超大屏幕顯示屏的結(jié)構(gòu)是首先由幾十個(gè)到幾千個(gè)LED加驅(qū)動(dòng)電路組成模塊，再由模塊拼裝成整塊顯示屏。模塊一般是在工廠內(nèi)完成組裝、老化、測(cè)試，而拼裝是在現(xiàn)場(chǎng)完成。
存儲(chǔ)計(jì)算式像素點(diǎn)亮度修正方法是在每個(gè)模塊上加入一個(gè)存儲(chǔ)器4，可采用PROM、EPROM、EEPROM、FLASH MEMORY等，用以記錄每個(gè)像素的亮度差異的數(shù)據(jù)或其修正值，將記錄的數(shù)據(jù)與要顯示的亮度數(shù)據(jù)在模塊數(shù)據(jù)運(yùn)算單元3進(jìn)行運(yùn)算，補(bǔ)償像素的亮度差異，然后驅(qū)動(dòng)LED，得到更加符合要求的顯示效果。
在模塊生產(chǎn)的過(guò)程中，通過(guò)測(cè)試采集亮度差異數(shù)據(jù)或修正值，存入存儲(chǔ)器中。即產(chǎn)成品的模塊即是補(bǔ)償過(guò)的模塊，直接拼裝即可達(dá)到良好的效果。特別是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，某些像素出現(xiàn)老化，亮度變化，同樣可借助存儲(chǔ)計(jì)算式像素點(diǎn)亮度修正方法，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，使各像素的亮度達(dá)到一致，且提高功效。
試驗(yàn)證明，采用儲(chǔ)能式驅(qū)動(dòng)方法對(duì)響應(yīng)時(shí)間基本不會(huì)有影響，也不會(huì)產(chǎn)生滯后和拖尾現(xiàn)象。
從理論上說(shuō)采用儲(chǔ)能式驅(qū)動(dòng)方法，由于L、C元件的作用，相比傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式，響應(yīng)時(shí)間是會(huì)慢一些，但在LED超大屏幕顯示屏的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，這種響應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)于顯示效果不會(huì)造成影響。
我們知道，人眼的視覺(jué)暫留時(shí)間一般是15毫秒左右。如果一臺(tái)顯示設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間超過(guò)15mS人眼就會(huì)有感覺(jué)，如果響應(yīng)時(shí)間超過(guò)25mS，在顯示動(dòng)態(tài)圖象時(shí)就會(huì)明顯感覺(jué)到拖尾現(xiàn)象。在LCD顯示設(shè)備中由于液晶屏本身的限制，響應(yīng)時(shí)間大多在25mS以上，有的甚至在40mS以上，因此人們?cè)谟靡壕э@示器觀看動(dòng)態(tài)圖象時(shí)，會(huì)看到明顯的拖尾。而上一代的顯示設(shè)備CRT顯示器，由于響應(yīng)時(shí)間在10mS以下，就不存在拖尾現(xiàn)象。
顯示設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間是由發(fā)光體的響應(yīng)時(shí)間和驅(qū)動(dòng)電路的響應(yīng)時(shí)間決定的，LED本身的響應(yīng)時(shí)間在μS級(jí)，不存在問(wèn)題；由于LED超大屏幕顯示屏的掃描驅(qū)動(dòng)是在每一個(gè)模塊中完成的，而每個(gè)模塊驅(qū)動(dòng)的像素?cái)?shù)量有限，因此對(duì)各像素掃描的刷新頻率非常高。以8×8點(diǎn)陣的模塊為例我們采用8列并行行掃描的方法驅(qū)動(dòng)，假設(shè)PWM的點(diǎn)時(shí)鐘是100MHz，采用R、G、B每色10Bit的色彩深度，則每行的一個(gè)PWM周期是1024/100×106＝10.24μS每個(gè)模塊的掃描周期是8×10.24μS約82μS，也就是說(shuō)，以傳統(tǒng)的PWM驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)的LED顯示屏響應(yīng)時(shí)間可以作到82μS。采用儲(chǔ)能式驅(qū)動(dòng)方法后，為了使LED上得到的電流更加平穩(wěn)，我們將儲(chǔ)能元件的時(shí)間常數(shù)設(shè)定到掃描周期的10倍，那么我們?nèi)钥梢缘玫?20μS的響應(yīng)時(shí)間。如果我們采用8×16或16×16點(diǎn)陣的模塊，響應(yīng)時(shí)間仍可以作到1.64mS。
因此采用儲(chǔ)能式驅(qū)動(dòng)方法而造成響應(yīng)時(shí)間的微小延長(zhǎng)，不會(huì)對(duì)顯示效果造成影響。
如前所述，采用本發(fā)明后，第一可使采用PWM驅(qū)動(dòng)方法的現(xiàn)有LED顯示屏的亮度提高，改善觀看效果。第二可使用低一級(jí)的LED達(dá)到高級(jí)LED的效果，節(jié)省成本。第三可提高顯示屏的電源使用效率，節(jié)省能源。第四減少發(fā)熱量，提高可靠性和使用壽命。第五亮度調(diào)整特別是使用一段時(shí)間后的亮度調(diào)整極為方便，可避免逐點(diǎn)調(diào)整元件，從而提高功效。
權(quán)利要求1.一種大屏幕發(fā)光二極管亮度控制裝置，包括模塊數(shù)據(jù)接口電路(2)和與之相連的PWM信號(hào)發(fā)生器(1)，以及依次相連的驅(qū)動(dòng)電路(5)和發(fā)光二極管矩陣(6)；其特征在于所述矩陣中的發(fā)光二極管D的兩端并接有電容C；其一端還接有續(xù)流二極管Dx，并在其另一端與所述續(xù)流二極管Dx之間接有儲(chǔ)能電感L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述模塊數(shù)據(jù)接口電路(2)和PWM信號(hào)發(fā)生器(1)之間，還設(shè)置有數(shù)據(jù)運(yùn)算單元(3)；所述數(shù)據(jù)運(yùn)算單元(3)還與存有本模塊像素點(diǎn)亮度差異值或修正值及相應(yīng)地址的存儲(chǔ)器(4)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述發(fā)光二極管的正端或負(fù)端連接受控三極管；該三極管的控制極接PWM信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述受控三極管是雙極型半導(dǎo)體管TR1；所述發(fā)光二極管D串接在其集電極回路或發(fā)射極回路中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述受控三極管是場(chǎng)效應(yīng)三極管TR2，所述發(fā)光二極管D串接在其源極或漏極回路中。
專利摘要一種大屏幕發(fā)光二極管亮度控制裝置，按PWM控制方式分時(shí)供電，以及按照輸入信號(hào)掃描；該大屏幕分模塊工作，圖像信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)接口向每個(gè)模塊傳送，模塊上的PWM發(fā)生器將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成PWM信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路以掃描的方式向發(fā)光二極管供電；包括模塊數(shù)據(jù)接口電路(2)和PWM信號(hào)發(fā)生器(1)，以及驅(qū)動(dòng)電路(5)和發(fā)光二極管矩陣(6)；尤其是所述矩陣中的發(fā)光二極管D的兩端并接有電容C；其一端接續(xù)流二極管Dx，并在其另一端與所述續(xù)流二極管Dx之間接儲(chǔ)能電感L。本方法及裝置通過(guò)儲(chǔ)能元件和存儲(chǔ)計(jì)算式像素點(diǎn)亮度修正方法控制、增強(qiáng)LED亮度，降低了對(duì)LED管的篩選要求及成本。
文檔編號(hào)G09G3/32GK2567720SQ0225735
公開日2003年8月20日 申請(qǐng)日期2002年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月18日
發(fā)明者王曉峰 申請(qǐng)人:王曉峰