專利名稱：Led顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般涉及LED顯示系統(tǒng)，其包括LED陣列及LED驅(qū)動(dòng)器，更具體地，本公開涉及一種驅(qū)動(dòng)LED陣列的集成電路。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，含有LED(即，發(fā)光二極管)的裝置與應(yīng)用變得普及。這種裝置與應(yīng)用涉及從用于普通照明、標(biāo)記與信號(hào)的光源，到顯示面板、電視，等等。不論是何種應(yīng)用，LED驅(qū) 動(dòng)電路被用于向LED供電。LED面板通常是指包括連接在一起的LED陣列或者多個(gè)子模塊的設(shè)備，每個(gè)子模塊具有一個(gè)這種LED陣列。LED面板通常采用單色或不同顏色的LED陣列。當(dāng)單獨(dú)的LED被用于某種顯示應(yīng)用時(shí)，每個(gè)LED通常對(duì)應(yīng)于一個(gè)顯示像素。RGB LED單元是指一組三個(gè)的LED，即紅色LED、綠色LED以及藍(lán)色LED。當(dāng)RGB LED單元被用于某種顯示應(yīng)用時(shí)，每個(gè)RGB LED尺寸單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)顯示像素。表面安裝的RGB LED單元通常具有四個(gè)引腳，紅色LED、綠色LED及藍(lán)色LED中的每個(gè)各對(duì)應(yīng)一個(gè)引腳，而另一個(gè)引腳對(duì)應(yīng)于共正極或共負(fù)極。傳統(tǒng)地，LED陣列通常被以共正極掃描的配置排列，其中LED的正極經(jīng)由開關(guān)元件可操作地連接到電源，而LED的負(fù)極被一起連接到電流驅(qū)動(dòng)器的輸出。在這種配置中，NMOS驅(qū)動(dòng)器通常被用作電流宿(current sink)。優(yōu)選NMOS而非PMOS是因?yàn)閷?duì)于給定設(shè)計(jì)尺寸，NMOS具有較大的電流容量及較低的Rds(m)。在共正極配置中，所有RGB LED被連接到同一個(gè)電源，并且具有相同的電源電壓。正如本領(lǐng)域所熟知的，紅色LED的正向電壓顯著低于綠色LED與藍(lán)色LED的正向電壓。對(duì)紅色LED、綠色LED以及藍(lán)色LED使用相同的電源電壓要求調(diào)整該電源電壓以匹配單獨(dú)的LED的正向壓降，例如，通過(guò)在電源與LED之間安裝偏置電阻。因此，大量的能量被以電阻產(chǎn)生的熱散發(fā)。例如，如果電源電壓是5伏，由于紅色LED的正向壓降約為2. O伏，接近60%的能量作為熱量在除LED以外的元件上損失掉了。這種熱量產(chǎn)生不僅僅浪費(fèi)能量，還使得驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜化，例如，增加了消除熱量的需求。通常希望能夠有高分辨率的顯示。像素間距的尺寸越小，顯示的分辨率可能越高。LED顯示系統(tǒng)具有多個(gè)部件，例如，恒定電流驅(qū)動(dòng)器，解碼器，功率MOSFET用以控制掃描線切換，以及用于一些LED (諸如紅色LED)的偏置電阻器以減少LED驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行電壓。這些部件通常被作為分離元件安裝在PCB (印刷電路板)上，不僅由于增加PCB中的層數(shù)而增加了制造成本，也使得難以抑制PCB上的噪聲，且難以減小像素間距的尺寸。在LED顯示系統(tǒng)中具有多個(gè)分離元件還增加了控制其他性能參數(shù)的難度，諸如LED的同步(timing)，寄生電容的消除(這可能導(dǎo)致重影)，等等。

發(fā)明內(nèi)容
本公開提供了在LED顯示系統(tǒng)中減少功耗以及分離元件數(shù)量的裝置及方法。在本公開中，LED驅(qū)動(dòng)IC是指控制并驅(qū)動(dòng)LED陣列的集成電路。LED驅(qū)動(dòng)IC中的部件被集成到一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片中。LED驅(qū)動(dòng)電路可以是指電路中的所有部件被集成在單個(gè)芯片的LED驅(qū)動(dòng)IC,或者元件位于多個(gè)芯片的驅(qū)動(dòng)電路,或者是元件位于一個(gè)或多個(gè)芯片以及一個(gè)或多個(gè)PCB板的驅(qū)動(dòng)電路。根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，用于LED的驅(qū)動(dòng)電路包括鎖相環(huán)；脈寬調(diào)制引擎；配置寄存器；增益可調(diào)快速充電電流源；以及串行輸入/輸出接口。鎖相環(huán)可操作地連接到所述串行輸入/輸出接口。鎖相環(huán)提供全局時(shí)鐘信號(hào)。脈寬調(diào)制(PWM)引擎可操作地連接到所述串行輸入/輸出接口。PWM引擎接收來(lái)自所述串行輸入/輸出接口的灰度值。其還接收來(lái)自所述鎖相環(huán)的全局時(shí)鐘信號(hào)，并生成用于所述增益可調(diào)快速充電電流源的PWM信號(hào)。配置寄存器可操作地連接到串行輸入/輸出接口以及增益可調(diào)快速充電電流源。配置寄存器存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置。增益可調(diào)快速充電電流源可操作地連接到所述配置寄存器，所述串行輸入/輸出接口，以及所述多個(gè)PWM引擎，其提供電流輸出以驅(qū)動(dòng)LED陣列。串行輸入/輸出接口可操作地連接到所述鎖相環(huán)，所述配置寄存器，所述PWM引擎，以及所述增益可調(diào)快速充電電流源，串行輸入/輸出接口向所述配置寄存器提供驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置。其還向所述脈寬調(diào)制引擎提供灰度值，并且此外，其向所述增益可調(diào)快速充電電流源提供全局增 益調(diào)節(jié)設(shè)置。根據(jù)本公開的另一實(shí)施例，LED顯示系統(tǒng)包括多個(gè)LED，其排列成具有行與列的LED陣列，每個(gè)LED具有正極與負(fù)極。該系統(tǒng)還包括多個(gè)共負(fù)極節(jié)點(diǎn)，每個(gè)與同一行中的LED的負(fù)極相連接。該系統(tǒng)還包括多個(gè)共正極節(jié)點(diǎn)，每個(gè)與同一列中的相同顏色的LED的正極相連接，以及集成驅(qū)動(dòng)電路。該集成驅(qū)動(dòng)電路還包括鎖相環(huán)，多個(gè)脈寬調(diào)制引擎，配置寄存器，多個(gè)增益可調(diào)快速充電電流源，以及串行輸入/輸出接口。鎖相環(huán)可操作地連接到所述串行輸入/輸出接口，其提供全局時(shí)鐘信號(hào)。多個(gè)脈寬調(diào)制引擎可操作地連接到所述串行輸入/輸出接口，接收來(lái)自所述串行輸入/輸出接口的灰度值，它們還接收來(lái)自所述鎖相環(huán)的全局時(shí)鐘信號(hào)。PWM引擎生成用于所述多個(gè)增益可調(diào)快速充電電流源的PWM信號(hào)。配置寄存器可操作地連接到串行輸入/輸出接口以及增益可調(diào)快速充電電流源。其存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置。所述多個(gè)增益可調(diào)快速充電電流源可操作地連接到所述配置寄存器，所述串行輸入/輸出接口，以及所述多個(gè)PWM引擎。這些電流源提供多個(gè)電流輸出，其中每個(gè)電流輸出操作地連接到LED陣列的共正極節(jié)點(diǎn)。串行輸入/輸出接口可操作地連接到所述鎖相環(huán)，所述配置寄存器，所述PWM引擎，以及所述增益可調(diào)快速充電電流源。串行輸入/輸出接口向所述配置寄存器提供驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置。其還向所述脈寬調(diào)制引擎提供灰度值，并且，其向所述增益可調(diào)快速充電電流源提供全局增益調(diào)節(jié)設(shè)置。根據(jù)本公開的另一方面，一種使用集成驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED的方法包括，將LED陣列連接到集成驅(qū)動(dòng)電路；其中所述LED陣列包括紅色、綠色以及藍(lán)色LED的列，其正極分別連接到紅色、綠色以及藍(lán)色共正極節(jié)點(diǎn)，并且所述集成驅(qū)動(dòng)電路包括多個(gè)電源。該方法還包括將電源操作地連接到共正極節(jié)點(diǎn)以及將連接到紅色共正極節(jié)點(diǎn)的電源的電壓設(shè)置在I. 6伏到2. 6伏。該方法還包括將連接到綠色共正極節(jié)點(diǎn)或藍(lán)色共正極節(jié)點(diǎn)的電源的電壓設(shè)置在2. 6伏到3. 8伏。 在本公開的另一方面，一種使用集成驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED的方法，包括將LED陣列連接到集成驅(qū)動(dòng)電路；其中所述LED陣列包括紅色、綠色以及藍(lán)色LED的列，其正極分別連接到紅色、綠色以及藍(lán)色共正極節(jié)點(diǎn)，并且所述集成驅(qū)動(dòng)電路包括多個(gè)電源。該方法還包括將電源操作地連接到共正極節(jié)點(diǎn)以及將連接到紅色共正極節(jié)點(diǎn)的電源的電壓設(shè)置在I. 6伏到2. 6伏的步驟。該方法還包括將連接到綠色共正極節(jié)點(diǎn)或藍(lán)色共正極節(jié)點(diǎn)的電源的電壓設(shè)置在2. 6伏到3. 8伏。集成驅(qū)動(dòng)電路還包括鎖相環(huán)，多個(gè)脈寬調(diào)制引擎，配置寄存器，多個(gè)增益可調(diào)快速充電電流源，以及串行輸入/輸出接口。該方法還包括下述步驟以所述鎖相環(huán)提供全局時(shí)鐘信號(hào)，在SRAM中存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置，將驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置載入到所述配置寄存器，將灰度值和所述全局時(shí)鐘信號(hào)載入到所述脈寬調(diào)制引擎，生成用于所述多個(gè)增益可調(diào)快速充電電流源的PWM信號(hào)，將點(diǎn)修正設(shè)置載入增益可調(diào)快速充電電流源電路內(nèi)的存儲(chǔ)器以及基于脈寬調(diào)制引擎輸出信號(hào)向所述LED提供穩(wěn)定的電流。


通過(guò)考慮結(jié)合附圖的下述具體描述，本公開的教導(dǎo)可以被容易地理解。圖IA是示出根據(jù)本公開的LED陣列的一個(gè)實(shí)施例的示意圖； 圖IB是示出根據(jù)本公開的LED陣列的另一實(shí)施例的示意圖；圖IC是用于圖IA與圖IB所示實(shí)施例的時(shí)序圖；圖2是示出LED驅(qū)動(dòng)器的集成電路，即LED驅(qū)動(dòng)IC,的實(shí)施例的示意圖；圖3是增益可調(diào)電流源電路的實(shí)施例的示意圖；圖4是脈寬調(diào)制(PWM)引擎的實(shí)施例的示意圖；圖5是示出PWM引擎的運(yùn)行的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式與本公開的實(shí)施例相關(guān)的附圖及下述描述僅作為示例性說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)注意到，根據(jù)下述討論，容易理解，在此公開的結(jié)構(gòu)及方法的替代實(shí)施例可以是在不偏離所要求的發(fā)明的原則的前提下而采用的可用的替代。以下詳細(xì)地提及本公開的一些實(shí)施例，其例子被在附圖中示出。應(yīng)當(dāng)注意，在任何可行的情況下，相同或相似的參考標(biāo)記可以被用于圖片中，并且可以表示相同或相似的功能。圖片僅為示例性目的示出了本公開的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)下述描述容易理解，可以在不偏離在此所述的公開的原則的前提下，采用在此所示的結(jié)構(gòu)及方法的替代的實(shí)施例。圖IA是示出根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的LED陣列的示意圖，即，共負(fù)極配置。在LED面板系統(tǒng)中的LED陣列包括RGB LED單元107的8X 16矩陣，電源101，102及103，以及多個(gè)恒定電流驅(qū)動(dòng)器104，105及106。字母“m”表示矩陣中的行號(hào)，其范圍從O到7。字母“η”代表矩陣中的列號(hào)，其范圍從O到15。在參考標(biāo)記之后設(shè)置在括號(hào)中的字母表示該元件在LED陣列中的位置。例如，107(2,4)是位于第2行與第4列交點(diǎn)的RGB LED單元。RGB LED單元107包括紅色LED 109，綠色LED 110，以及藍(lán)色LED 111，其被封裝為一個(gè)集成部分。RGB LED單元107具有四個(gè)輸出引腳，其中的一個(gè)是共負(fù)極引腳(即，在紅色LED，綠色LED以及藍(lán)色LED中共用的負(fù)極)，另外三個(gè)是紅色LED，綠色LED以及藍(lán)色LED的正極。共負(fù)極引腳被連接到共負(fù)極節(jié)點(diǎn)120。在圖IA示出的實(shí)施例中，共負(fù)極節(jié)點(diǎn)120連接同一行中的RGB LED單元的負(fù)極。標(biāo)記120 (m)表示第m行的共負(fù)極節(jié)點(diǎn)。矩陣的同一列中的紅色LED的正極被連接到共正極節(jié)點(diǎn)121 (“紅色LED共正極節(jié)點(diǎn)”)，該共正極節(jié)點(diǎn)121被連接到恒定電流驅(qū)動(dòng)器104，其中η是列號(hào)，其范圍從O到15。驅(qū)動(dòng)器104轉(zhuǎn)而由電源IOl(Pied)供電，其具有電壓Vdd Ked。陣列的同一列中的綠色LED的正極被連接到共正極節(jié)點(diǎn)122 ( “綠色共正極節(jié)點(diǎn)”)，該共正極節(jié)點(diǎn)被連接到恒定電流驅(qū)動(dòng)器105。驅(qū)動(dòng)器105被連接到電源102 (Pgieen)，其具有電壓Vdd toen。類似地，陣列的同一列中的藍(lán)色LED的正極被連接到共正極節(jié)點(diǎn)123 (Pb1u6)，該共正極節(jié)點(diǎn)被連接到恒定電流驅(qū)動(dòng)器106。驅(qū)動(dòng)器106被連接到電源103，其具有電壓Vdd Blue。因此，驅(qū)動(dòng)器104 (η)，105 (η)以及106 (η)分別是第η列中紅色LED，綠色LED以及藍(lán)色LED的共用電流驅(qū)動(dòng)器。在本申請(qǐng)中，一個(gè)“通道”或一個(gè)“LED通道”對(duì)應(yīng)于一個(gè)共正極節(jié)點(diǎn)。LED陣列中的行和列可以排列成直線或者非直線。同一行的LED被連接到共同的節(jié)點(diǎn)，其可以是共負(fù)極節(jié)點(diǎn)或者共正極節(jié)點(diǎn)。相應(yīng)地，同一列的LED連接到另一個(gè)共同的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)同一行的LED被連接到共正極節(jié)點(diǎn)，同 一列的LED則被連接到共負(fù)極節(jié)點(diǎn)，反之亦然。在圖IA所示的配置中，電源101，102以及103的電壓可以分別根據(jù)紅色LED，綠色LED以及藍(lán)色LED的不同的正向電壓VF_Ked，VF_Green與VF_Blue獨(dú)立地設(shè)定。特定路徑的Vdd可以以下述通用公式表示Vdd — N 女 VF+VDSP+VDSN其中，N代表連接到同一共正極節(jié)點(diǎn)的LED的數(shù)量，Vdsp代表與共正極節(jié)點(diǎn)在同一通道中的PMOS的漏極與源極之間的電壓，而Vdsn代表與共負(fù)極節(jié)點(diǎn)的在同一通道中的NMOS的漏極與源極之間的電壓。在本例中，Vf表示連接到共正極節(jié)點(diǎn)的所有LED的正向電壓的數(shù)學(xué)平均值。當(dāng)不同的紅色LED通道，綠色LED通道，或藍(lán)色LED通道(即，一個(gè)通道包括紅色共正極節(jié)點(diǎn)，或綠色共正極節(jié)點(diǎn)，或藍(lán)色共正極節(jié)點(diǎn))的Vdsp及Vdsn具有相同值或相似值，并且每個(gè)LED通道具有N個(gè)LED，以及在同一通道中的LED具有相同的正向電壓時(shí)，下述等式是正確的VDDBlue-VDDEed — N (VFBlue_VF_Eed)VdD—Green-VDD—Red — N (VF—Green_VF-Red)對(duì)于在小像素間距應(yīng)用中使用的LED，例如，高分辨率顯示，VF_Ked范圍例如從I. 6V到 2. 6V，或從 I. 8V 到 2. 4V，而 VF_Green 與 VF_Blue 范圍例如，從 2. 6V 到 3. 6V，或從 2. 6V 到 3. 8V。正向電壓之間的差異允許基于特定LED路徑中的LED的正向電壓來(lái)選擇VDD。相反，在由一個(gè)電源供給整個(gè)LED陣列的配置中，LED的所有正極都被電連接到同一個(gè)電源(即，共正極配置)，Vdd對(duì)于所有LED路徑都是相同的。在紅色LED路徑上消耗的電壓被浪費(fèi)了，通常浪費(fèi)為在偏置電阻上生成的熱量。通過(guò)為紅色LED，綠色LED以及藍(lán)色LED使用不同的電源，圖IA中所示的共負(fù)極布局允許選擇精確匹配特定顏色LED的正向電壓的電源電壓。因此，紅色LED可以使用比綠色LED或藍(lán)色LED低的電源電壓，這減少了紅色LED路徑的功耗。圖IB示出了根據(jù)本公開的另一實(shí)施例。圖IA與圖IB中相同的標(biāo)記是指相同的部件或裝置。在圖IB的實(shí)施例中，電源130 (PeB)為綠色LED的共正極節(jié)點(diǎn)以及藍(lán)色LED的共正極節(jié)點(diǎn)提供電壓VDD_eB。在這種配置中，僅需要兩個(gè)電源來(lái)向RGB LED單元供電，一個(gè)用于向紅色LED供電，而另一個(gè)用于向綠色LED及藍(lán)色LED供電。在圖IA與IB的實(shí)施例中，每個(gè)共負(fù)極節(jié)點(diǎn)120被連接到開關(guān)(未示出)。這些開關(guān)通常被按照特定順序接通或關(guān)斷。圖IC是在掃描運(yùn)行模式中SWO，SWl，SW2，. . . SW7的時(shí)序圖，其示出了這種順序。根據(jù)圖1C，開關(guān)SWO被接通一段時(shí)間Λ_οη，然后在Λ_οη時(shí)段的末端，SWO被關(guān)斷而SWl被接通相同的時(shí)間段A_on，SWl在該時(shí)段期間保持接通，然后在第二個(gè)Λ_οη時(shí)段的末端，Sffl被關(guān)斷而SW2被接通相同的時(shí)間段Λ_οη，SW2在該時(shí)段期間保持接通，然后在第三個(gè)時(shí)段的末端，SW2被關(guān)斷，等等，直到第7個(gè)時(shí)段的末端，SW6被關(guān)斷而SW7被接通相同的Λ_οη時(shí)段。因此，在任意給定時(shí)間SWO到SW7中僅有一個(gè)被接通，并且SWO到SW7中的每個(gè)具有相同的占空比。在其他開關(guān)序列中，在先開關(guān)(例如，SW0)被關(guān)斷和在后開關(guān)(例如，SWl)被接通之間存在時(shí)間間隔。該時(shí)間間隔從幾納秒到幾千納秒之間變化，例如，幾百納秒。因此，在通過(guò)LED連接到相同驅(qū)動(dòng)器的開關(guān)中，在任意給定時(shí)間不超過(guò)一個(gè)開關(guān)被接通。在任意給定時(shí)間恒定電流驅(qū)動(dòng)器僅供給RGB LED單元的一行。因此，恒定電流驅(qū)動(dòng)器的容量與消耗可以顯著地減少。如果掃描頻率足夠高，人眼不能分辨接通/關(guān)斷狀態(tài)， 而視覺質(zhì)量不受影響。開關(guān)接通或關(guān)斷的節(jié)點(diǎn)通常被稱為掃描線(scan line)，而開關(guān)通常被稱為掃描開關(guān)(scan switch)。在圖IA與圖IB的實(shí)施例中，共負(fù)極開關(guān)對(duì)應(yīng)于掃描線。上述實(shí)施例的許多改變是可用的。例如，LED面板的像素可以包括一個(gè)RGB LED單元，或者幾個(gè)具有相同或不同顏色的LED。在不同像素中的LED也可以具有相同或不同的顏色。LED陣列可以被安排為多種幾何形狀，可以是諸如矩形或圓形的二維形狀，或者諸如圓柱形或球形的三維形狀。在LED顯示面板中，當(dāng)LED被用作像素時(shí)，同一行中相鄰的兩個(gè)像素之間的距離可以相同或不同。在此公開的LED陣列易于按比例增加。LED陣列可以具有多個(gè)行及列，例如，256行乘256列。這樣的LED陣列可以被獨(dú)自用作LED顯示面板或者用作更大的LED顯示面板的子模塊。例如，LED顯示面板可以由120X 135個(gè)16X8LED陣列的子模塊構(gòu)成，從而得到1920X1080的分辨率。在此所公開的LED面板還可以被用于IXD顯示的背光照明裝置，或者其他環(huán)境中以顯示圖像或提供背光。圖2是本公開的LED驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2中的每個(gè)功能塊表示一個(gè)或多個(gè)電路，并實(shí)現(xiàn)下面部分中所公開的一個(gè)或多個(gè)功能。這些電路可以是PCB上的分離部件，或者被集成在芯片上。驅(qū)動(dòng)IC中的獨(dú)立電路可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)已知的方法并使用已知的部件構(gòu)建，或者依照本公開中提供的方法及裝置構(gòu)建。為了示例的目的，圖2的LED驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)16 X 8RGB LED單元陣列，S卩，16個(gè)LED通道以及8個(gè)掃描線。這樣的驅(qū)動(dòng)電路可以驅(qū)動(dòng)不同尺寸的LED陣列。根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)IC包括框200所圍的功能塊。正如圖2中所示，這種功能塊包括片上鎖相環(huán)(PLL) 201，串行輸入/輸出接口 204，配置寄存器塊202，增益可調(diào)快速充電電流源電路203，誤差檢測(cè)電路208，3個(gè)脈寬調(diào)制(PWM)引擎(紅色PWM引擎205,綠色PWM引擎206以及藍(lán)色PWM引擎207),宿電流返回電路(return sink currentcircuit) 210以及重影消除電路211。片上PLL塊201生成準(zhǔn)確且高頻的全局時(shí)鐘信號(hào)GCLK?？梢酝ㄟ^(guò)包括內(nèi)部GCLK (全局時(shí)鐘緩沖)或通過(guò)接收由用戶發(fā)送的外部GCLK信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。全局時(shí)鐘信號(hào)用作驅(qū)動(dòng)IC內(nèi)PWM引擎205，206以及207的時(shí)鐘輸入。DCLK(點(diǎn)時(shí)鐘)作為PLL的輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘。集成PLL到驅(qū)動(dòng)IC減少了高速線路的PCB布局要求，否則當(dāng)PLL在PCB上，需要物理地與LED驅(qū)動(dòng)IC分尚。串行I/O接口塊204被用于載入驅(qū)動(dòng)IC設(shè)置到配置寄存器塊202，載入灰度值到PWM引擎(205，206及207)以及載入點(diǎn)修正設(shè)置到增益可調(diào)快速充電電流源電路203內(nèi)的存儲(chǔ)器。該接口還用于從配置寄存器202讀出配置設(shè)置，以及從誤差檢測(cè)電路208讀出誤差狀態(tài)。SD0R，SD0G以及SDOB是與相鄰驅(qū)動(dòng)IC的SDIR，SDIG以及SDIB (移位寄存器的串行數(shù)據(jù)輸入)相連的串行數(shù)據(jù)輸出。配置寄存器塊202為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)IC存儲(chǔ)各種設(shè)置。對(duì)于每個(gè)顏色通道，例如紅色，藍(lán)色和綠色，這些設(shè)置被定義為16位寄存器。
應(yīng)用增益可調(diào)快速充電電流源電路203以基于來(lái)自PWM引擎205，206以及207的PWM信號(hào)提供穩(wěn)定的電流源輸出。電流源電路203被設(shè)計(jì)成提高電流響應(yīng)時(shí)間。來(lái)自電流源電路203的輸出電流被基于驅(qū)動(dòng)設(shè)置來(lái)調(diào)整。有兩級(jí)增益調(diào)整一個(gè)是根據(jù)顏色的全局調(diào)整，另一個(gè)是基于輸出LED的點(diǎn)修正調(diào)整?？焖俪潆婋娐?03被在圖3中進(jìn)一步示出，并被在下文中討論。誤差檢測(cè)電路208監(jiān)控來(lái)自電流源塊203的48通道輸出，以檢測(cè)短路電流并將狀態(tài)匯報(bào)給串行I/O接口塊204。在運(yùn)行期間，如果LED內(nèi)出現(xiàn)短路，LED兩端的電壓降會(huì)變得極小。誤差檢測(cè)電路將檢測(cè)電壓降低于短路閾值，并標(biāo)記一個(gè)短路LED。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)LED內(nèi)的短路被檢測(cè)到時(shí)，配置寄存器可以被設(shè)置為關(guān)斷一個(gè)通道輸出。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，誤差檢測(cè)電路將僅僅通過(guò)狀態(tài)線209匯報(bào)誤差。PWM引擎205，206，207負(fù)責(zé)為16個(gè)通道的每一個(gè)生成PWM脈沖。對(duì)于每個(gè)通道，其載入8個(gè)16位灰度值，8個(gè)掃描線的每一個(gè)各有I個(gè)。PWM引擎輸出脈沖寬度與該通道的灰度設(shè)置匹配的PWM脈沖。對(duì)于單個(gè)通道，PWM引擎電路輸出依次通過(guò)所有8個(gè)掃描線，并提供范圍從O到65535(即，216)的灰度輸出級(jí)。PWM引擎的運(yùn)行將在圖4中進(jìn)一步說(shuō)明。驅(qū)動(dòng)IC還包括宿電流返回電路210。宿電流返回電路210包括3-8譯碼器。該3-8譯碼器接收掃描線地址信號(hào)A0，Al以及A2并將它們譯為單掃描線開關(guān)輸入信號(hào)以控制掃描開關(guān)并且確定CXO到CX7電位。例如，當(dāng)圖2的驅(qū)動(dòng)IC與圖IA或圖IB的LED陣列連接時(shí)，CXO到CX7匹配掃描線并通過(guò)掃描開關(guān)SWO到SW7控制，其集成于驅(qū)動(dòng)1C。當(dāng)SWl接通從而CXl接地時(shí)，來(lái)自掃描線I的16個(gè)LED通道的所有電流被通過(guò)CXl返回。當(dāng)CXl被關(guān)斷時(shí)，掃描線I的掃描線選擇被有效地關(guān)斷，使得掃描線I上的所有LED被關(guān)斷。根據(jù)圖2的驅(qū)動(dòng)IC的實(shí)施例可以包括在宿電流返回電路210中的重影消除邏輯211。當(dāng)開關(guān)被關(guān)斷時(shí)，由于開關(guān)上的殘留電容，會(huì)發(fā)生重影效應(yīng)。在CX選擇掃描開關(guān)關(guān)斷后，當(dāng)下一個(gè)掃描線和接下來(lái)的PWM信號(hào)打開時(shí)，開關(guān)上的有效電容可以使得LED短時(shí)間地打開。使用重影消除邏輯以拉高掃描開關(guān)上的電壓，并消除重影效應(yīng)。圖3是增益可調(diào)電流源電路的示意圖。其包括3個(gè)全局增益可調(diào)電路(紅色301，綠色302以及藍(lán)色303)，16 X 3點(diǎn)修正調(diào)節(jié)電路307 (16通道紅色，16通道綠色以及16通道藍(lán)色)，以及16 X 3通道快速充電電路304 (紅色)，305 (綠色)以及306 (藍(lán)色)。RextR，Rext—G，以及Rrart B是連接全局增益可調(diào)電路與地的外部電阻，用于設(shè)置輸出通道的輸出電流。P_R，P_G以及P_B分別是用于紅色LED，綠色LED以及藍(lán)色LED的電源。它們中的每個(gè)被連接到用于相同顏色的LED的16個(gè)快速充電電路。由PWM引擎所控制，快速充電電路中的每個(gè)可以生成恒定電流并可以連接到輸出引腳。因此，紅色有16個(gè)引腳IR0... IR15，綠色有16個(gè)引腳IG0. · · IG15，藍(lán)色有16個(gè)引腳ΙΒ0. · · IB15。注意到，如果包括圖3電路的驅(qū)動(dòng)IC被用于驅(qū)動(dòng)圖IA的LED面板，P_R，P_G，以及P_B將分別對(duì)應(yīng)于圖IA的101，102以及103，而快速充電電路304，305以及306分別對(duì)應(yīng)于恒定電流驅(qū)動(dòng)器104，105以及106。用于相同顏色LED的全局增益可調(diào)設(shè)置是從配置寄存器載入的8位值。該8位值調(diào)整相同顏色LED的16個(gè)通道的電流輸出級(jí)別。例如，如果紅色的全局增益可調(diào)設(shè)置被設(shè)定為50%，來(lái)自紅色的所有16個(gè)通道IRO到IR15的輸出電流將被減少50%，該調(diào)整應(yīng)用到所有掃描線選擇的輸出。
點(diǎn)修正307將其增益調(diào)節(jié)應(yīng)用到對(duì)應(yīng)通道的特定掃描線。在輸出時(shí)，對(duì)于特定掃描線，8位點(diǎn)修正值被載入以調(diào)節(jié)通道電流。當(dāng)移到下一個(gè)掃描線選擇時(shí)，另一個(gè)點(diǎn)修正值被載入以相應(yīng)改變通道輸出電流。當(dāng)控制器配置LED驅(qū)動(dòng)器時(shí)，點(diǎn)修正值被載入?？焖俪潆婋娐?04，305以及306被設(shè)計(jì)成提高驅(qū)動(dòng)電流的響應(yīng)時(shí)間。例如，在時(shí)分多路傳輸LED顯示通道布局中，驅(qū)動(dòng)器的每個(gè)輸出通道被連接到多個(gè)LED。每個(gè)LED可能為驅(qū)動(dòng)器貢獻(xiàn)不可忽略的電容負(fù)載，而這種電容阻礙了 LED驅(qū)動(dòng)電流的快速上升。由于這種電容，LED的響應(yīng)時(shí)間被減緩，其進(jìn)一步限制了灰度分辨率以及總體顯示分辨率。當(dāng)通道PWM變成高態(tài)時(shí)，快速充電電路產(chǎn)生了 LED電流較陡的上升斜率。這允許LED驅(qū)動(dòng)器以遠(yuǎn)高于通常的共負(fù)極LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的頻率來(lái)驅(qū)動(dòng)LED。圖4是PWM引擎的實(shí)施例的框圖,其包括失真控制(skew control)401,11位計(jì)數(shù)器402，16組SRAM 405，灰度載入電路404，加法器以及比較器403。每個(gè)LED的灰度值被通過(guò)串行I/O接口塊220載入。每個(gè)灰度是16位值，對(duì)應(yīng)于由PWM電路所支持的65536級(jí)灰度。為了支持16X8紅色LED，需要16X8X 16的SRAM。在圖4中，為紅色LED使用16 X 16 X 16的SRAM。這確保當(dāng)當(dāng)前組灰度被譯到PWM電路中時(shí)，下一組灰度值可以被同時(shí)載入。當(dāng)當(dāng)前組灰度完全實(shí)現(xiàn)時(shí)，接下來(lái)的灰度很快就可用。PWM引擎被用于驅(qū)動(dòng)圖5中所示出的32個(gè)刷新片段(即，片段O到片段32)中的LED。在每個(gè)刷新片段期間，8個(gè)掃描線scanO到scan7中的每一個(gè)被驅(qū)動(dòng)一次，而每個(gè)掃描線上的LED被刷新一次。對(duì)于單獨(dú)掃描線的每個(gè)通道，16位灰度值被分割成兩部分。使用為紅色LED設(shè)計(jì)的PWM引擎(即，紅色LED PWM引擎)作為示例，較高的11位值對(duì)應(yīng)于紅色LED應(yīng)當(dāng)在單個(gè)刷新片段內(nèi)被打開的GCLK的數(shù)量。較低的5位值通過(guò)32個(gè)刷新片段實(shí)現(xiàn)?；叶容d入電路基于16位灰度值中較低的5位值調(diào)節(jié)每個(gè)刷新片段的11位值?；叶容d入電路的最終輸出是11位值，其然后被發(fā)送到比較器。比較器接收來(lái)自11位計(jì)數(shù)器的另一個(gè)輸入。帶有GCLK的11位計(jì)數(shù)器在灰度值被載入時(shí)開始計(jì)數(shù)。來(lái)自GSL的11位值是目標(biāo)時(shí)鐘計(jì)數(shù)界限。只要來(lái)自11位計(jì)數(shù)器的輸出小于目標(biāo)時(shí)鐘計(jì)數(shù)界限，PWM.R0就變成“打開”。一旦計(jì)數(shù)器輸出值等于目標(biāo)時(shí)鐘計(jì)數(shù)界限，PWM_R0就被關(guān)斷。根據(jù)其目標(biāo)計(jì)數(shù)界限，為紅色LED的所有16個(gè)通道完成該操作。11位計(jì)數(shù)器將繼續(xù)增加直至溢出到O。在該點(diǎn)或者一定的空載時(shí)間之后，其繼續(xù)生成用于后續(xù)掃描線的PWM信號(hào)。為后續(xù)7個(gè)掃描線重復(fù)計(jì)數(shù)另外的11位值的過(guò)程。當(dāng)所有8個(gè)掃描線,ScanO到scan7,經(jīng)歷這樣的生成PWM信號(hào)的過(guò)程，一組16X8的紅色LED的單個(gè)掃描片段完成。應(yīng)注意到，綠色LED以及藍(lán)色LED的PWM引擎的所有運(yùn)行以與紅色LED PWM引擎相同的方式運(yùn)行。PWM電路還提供了通道間的失真控制。通過(guò)設(shè)定不同驅(qū)動(dòng)通道上的失真，其逐個(gè)通道地偏移了驅(qū)動(dòng)電流的上升沿，這有效地降低了 EMI效應(yīng)。 得益于前述說(shuō)明以及相關(guān)附圖的教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到本公開的許多修改例及其他實(shí)施例。例如，驅(qū)動(dòng)IC可以被用于以共正極或共負(fù)極的配置來(lái)驅(qū)動(dòng)LED陣列。LED陣列中的元件可以是單色LED或RGB單元或者任意其他可用形式的LED。驅(qū)動(dòng)IC可以按比例增大或按比例縮小以驅(qū)動(dòng)不同尺寸的LED陣列?？梢允褂枚鄠€(gè)驅(qū)動(dòng)IC驅(qū)動(dòng)LED顯示系統(tǒng)中的多個(gè)LED陣列。驅(qū)動(dòng)器中的部件既可以集成在單個(gè)芯片上，也可以集成在多個(gè)芯片上或者集成在PCB板上。這些變化落入本公開的范圍。應(yīng)當(dāng)理解，本公開并不限于所公開的特定實(shí)施例，并且修改例和實(shí)施例將包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于LED的驅(qū)動(dòng)電路，包括 鎖相環(huán)； 脈寬調(diào)制引擎； 配置寄存器； 増益可調(diào)快速充電電流源；以及 串行輸入/輸出接ロ， 其中所述鎖相環(huán)，可操作地連接到所述串行輸入/輸出接ロ，提供全局時(shí)鐘信號(hào)， 其中所述脈寬調(diào)制引擎，可操作地連接到所述串行輸入/輸出接ロ，接收來(lái)自所述串行輸入/輸出接ロ的灰度值以及來(lái)自所述鎖相環(huán)的全局時(shí)鐘信號(hào)，并且生成用于所述増益可調(diào)快速充電電流源的PWM信號(hào)， 其中所述配置寄存器，可操作地連接到所述串行輸入/輸出接ロ以及所述增益可調(diào)快速充電電流源，存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置； 其中所述增益可調(diào)快速充電電流源，可操作地連接到所述配置寄存器，所述串行輸入/輸出接ロ，以及所述脈寬調(diào)制引擎，提供電流輸出以驅(qū)動(dòng)LED陣列，以及 其中所述串行輸入/輸出接ロ，可操作地連接到所述鎖相環(huán)，所述配置寄存器，所述脈寬調(diào)制引擎，以及所述增益可調(diào)快速充電電流源，向所述配置寄存器提供驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置，向所述脈寬調(diào)制引擎提供灰度值，并且向所述增益可調(diào)快速充電電流源提供全局増益調(diào)節(jié)設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，還包括宿電流返回電路，用以接收來(lái)自所述LED陣列的電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，還包括誤差檢測(cè)電路，其中所述誤差檢測(cè)電路監(jiān)控LED上的電壓降。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述增益可調(diào)快速充電電流源包括向快速充電電路提供能量的電源，其中所述快速充電電路可操作地連接到所述LED陣列。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述脈寬調(diào)制引擎包括用于偏移所述電流輸出的上升沿的失真控制，計(jì)數(shù)器，存儲(chǔ)灰度數(shù)據(jù)與點(diǎn)修正數(shù)據(jù)的SRAM，灰度載入電路，以及用于生成所述PWM信號(hào)的比較器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述宿電流返回電路包括重影消除電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述鎖相環(huán)包括內(nèi)部全局時(shí)鐘或接收外部全局時(shí)鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電路是片上集成電路。
9.一種LED顯不系統(tǒng)，包括 多個(gè)LED，其排列成具有行與列的LED陣列，每個(gè)LED具有正極與負(fù)極； 多個(gè)共負(fù)極節(jié)點(diǎn)，每個(gè)與同一行中的LED的負(fù)極相連接； 多個(gè)共正極節(jié)點(diǎn)，每個(gè)與同一列中的相同顏色的LED的正極相連接； 集成驅(qū)動(dòng)電路，其中所述集成驅(qū)動(dòng)電路包括鎖相環(huán)，多個(gè)脈寬調(diào)制引擎，配置寄存器，多個(gè)增益可調(diào)快速充電電流源，以及串行輸入/輸出接ロ ； 其中所述鎖相環(huán)，可操作地連接到所述串行輸入/輸出接ロ，提供全局時(shí)鐘信號(hào)，其中所述多個(gè)脈寬調(diào)制引擎，可操作地連接到所述串行輸入/輸出接ロ，接收來(lái)自所述串行輸入/輸出接ロ的灰度值以及來(lái)自所述鎖相環(huán)的全局時(shí)鐘信號(hào)，并且生成用于所述多個(gè)增益可調(diào)快速充電電流源的脈寬調(diào)制信號(hào)， 其中所述配置寄存器，可操作地連接到所述串行輸入/輸出接ロ以及所述多個(gè)増益可調(diào)快速充電電流源，存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置； 其中所述多個(gè)増益可調(diào)快速充電電流源，可操作地連接到所述配置寄存器，所述串行輸入/輸出接ロ，以及所述多個(gè)脈寬調(diào)制引擎，提供多個(gè)電流輸出，每個(gè)電流輸出可操作地連接到所述LED陣列的共正極節(jié)點(diǎn)， 其中所述串行輸入/輸出接ロ，可操作地連接到所述鎖相環(huán)，所述配置寄存器，所述脈寬調(diào)制引擎，以及所述增益可調(diào)快速充電電流源，向所述配置寄存器提供驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置，向所述脈寬調(diào)制引擎提供灰度值，并且向所述增益可調(diào)快速充電電流源提供全局増益調(diào)節(jié)設(shè)置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述LED陣列的元件是單個(gè)LED或ー組具有相同或不同顏色的LED。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述LED陣列的元件是具有紅色LED、綠色LED以及藍(lán)色LED的RGB LED單元， 其中同一列中的紅色LED的正極連接到紅色LED共正極結(jié)點(diǎn)，同一列中的綠色LED的正極連接到綠色LED共正極結(jié)點(diǎn)，同一列中的藍(lán)色LED的正極連接到藍(lán)色LED共正極結(jié)點(diǎn)，以及同一行中的所有LED的負(fù)極連接到共負(fù)極結(jié)點(diǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述集成驅(qū)動(dòng)電路還包括宿電流返回電路，所述共正極節(jié)點(diǎn)可操作地連接到所述宿電流返回電路。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED顯示系統(tǒng)，其特征在于，紅色LED的正向電壓范圍從I.6伏到2. 6伏，藍(lán)色LED與綠色LED的正向電壓范圍從2. 6伏到3. 8伏。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED顯示系統(tǒng)，其特征在干，同一行中的兩個(gè)相鄰的LED之間的距離相同或者不同，同一列中的兩個(gè)相鄰的LED之間的距離相同或不同。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述LED陣列的幾何形狀是矩形、圓形、柱形或球形。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)増益可調(diào)快速充電電流源的每個(gè)包括多個(gè)電源，每個(gè)電源向多個(gè)快速充電電路提供能量，每個(gè)快速充電電路可操作地連接到所述LED陣列中的共正極節(jié)點(diǎn)； 全局増益可調(diào)電路，用于調(diào)節(jié)到所述LED陣列的總體輸出電流；以及 點(diǎn)修正調(diào)節(jié)電路，用于調(diào)節(jié)到所述LED陣列中的単獨(dú)的LED的輸出電流。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述脈寬調(diào)制引擎包括用于轉(zhuǎn)移所述電流輸出的上升沿的失真控制，計(jì)數(shù)器，存儲(chǔ)灰度數(shù)據(jù)與點(diǎn)修正數(shù)據(jù)的SRAM，灰度載入電路，以及用于生成所述PWM信號(hào)的比較器。
18.ー種使用集成驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED的方法，包括下述步驟 將LED陣列連接到集成驅(qū)動(dòng)電路； 其中所述LED陣列包括紅色、緑色以及藍(lán)色LED的列，其正極分別連接到紅色、綠色以及藍(lán)色共正極節(jié)點(diǎn)，并且所述集成驅(qū)動(dòng)電路包括多個(gè)電源；將電源可操作地連接到共正極節(jié)點(diǎn)； 將連接到紅色共正極節(jié)點(diǎn)的電源的電壓設(shè)置在I. 6伏到2. 6伏；以及 將連接到緑色共正極節(jié)點(diǎn)或藍(lán)色共正極節(jié)點(diǎn)的電源的電壓設(shè)置在2. 6伏到3. 8伏。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述集成驅(qū)動(dòng)電路包括鎖相環(huán)，多個(gè)脈寬調(diào)制引擎，配置寄存器，多個(gè)增益可調(diào)快速充電電流源，以及串行輸入/輸出接ロ，給所述鎖相環(huán)提供全局時(shí)鐘信號(hào)； 在SRAM中存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置； 將驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置載入到所述配置寄存器； 將灰度值和所述全局時(shí)鐘信號(hào)載入到所述脈寬調(diào)制引擎； 生成用于所述多個(gè)增益可調(diào)快速充電電流源的PWM信號(hào)； 將點(diǎn)修正設(shè)置載入増益可調(diào)快速充電電流源電路內(nèi)的存儲(chǔ)器；以及 基于來(lái)自所述脈寬調(diào)制引擎的輸出信號(hào)向所述LED提供穩(wěn)定的電流。
全文摘要
一種LED顯示系統(tǒng)包括LED陣列以及LED驅(qū)動(dòng)電路。LED驅(qū)動(dòng)電路包括多個(gè)部件，包括鎖相環(huán)、脈寬調(diào)制引擎、配置寄存器、一系列增益可調(diào)快速充電電流源以及串行輸入/輸出接口。在該驅(qū)動(dòng)電路中的部件可以集成在同一芯片中。LED陣列可以布置成共負(fù)極配置。
文檔編號(hào)G09G3/32GK102855841SQ201110317608
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者李紅化, 盧純, 湯尚寬, 內(nèi)迪·納德沙汗 申請(qǐng)人:廣州硅芯電子科技有限公司