TWI701648B

TWI701648B - Led顯示驅動電路、led驅動電流調製方法、及led顯示器

Info

Publication number: TWI701648B
Application number: TW108127931A
Authority: TW
Inventors: 申石林; 勇王
Original assignee: 大陸商北京集創北方科技股份有限公司
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2019-08-06
Publication date: 2020-08-11
Also published as: TW202107433A

Abstract

一種LED顯示驅動電路，包括：一位元寄存器、一顯示灰度緩存器、一顯示灰度比較單元、一驅動PWM信號產生模組、以及一電流源單元。本發明之LED顯示驅動電路能夠根據資料時鐘信號與序列資料輸入信號預判斷高低灰階值，並根據灰階值的比較結果產生對應的各組驅動電流信號至LED顯示面板，從而最大程度地緩解高灰階顯示區域對於低灰階顯示區域所引發的干擾，同時減弱LED顯示面板的跨板色差現象。

Description

LED顯示驅動電路、LED驅動電流調製方法、及LED顯示器

本發明係關於LED顯示驅動芯片，尤指一種LED顯示驅動電路和LED驅動電流調製方法，以及具有該LED顯示驅動電路或應用該LED驅動電流調製方法之LED顯示器。

發光二極體(Light-emitting diode , LED)具有體積小、重量輕、使用壽命長、結構堅固、發光效率高等多項優點，因此成為目前可攜式電子產品之顯示螢幕的背光光源的主要選擇。目前，各種功能的可攜式電子產品，例如：智慧型手機、筆記型電腦、平板電腦、數位相機、導航裝置、車用影音設備等，多搭載具有白光LED 背光模組的液晶顯示螢幕，使得 LED 驅動晶片的功能及其性價比也日益受到重視。

請參照圖1，其顯示一習知LED顯示器的架構圖。如圖1所示，該習知的LED顯示器包括：一LED顯示面板1’、一行驅動器2’、一列驅動模組3’以及一顯示控制器4’ ；其中，該顯示控制器4’通常為一現場可程式設計閘陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)芯片，且耦接一視訊電連接器、該列驅動模組3’及該行驅動器2’。所述視訊電連接器可為HDMI、DVI、或VGA等連接器。值得注意的是，圖1還顯示該LED顯示面板1’包含Y×X個LED元件11’；其中，第Y行的LED元件11’ 的陽極共同連接至行線G _Y，而第X列的LED元件11’ 的陰極則共同連接至列線S _X。

圖2顯示圖1的列驅動模組3’的電路方塊圖。熟悉LED顯示驅動芯片之設計的電子工程師應該都知道，一般而言，該列驅動模組3’基礎上包括：一(16)位元寄存器31’、一輸出栓鎖器32’、一輸出電流驅動器33’、一電流源單元34’以及一輸出電流調節器35’；其中，該位元寄存器31’耦接前一組列驅動模組3’的該位元寄存器31’所傳送的一資料時鐘信號DCLK且同時耦接該顯示控制器4’所傳送的一序列資料輸入信號SDI。另一方面，該輸出栓鎖器32’耦接由該顯示控制器4’所傳送的一致能信號LE且同時耦接該位元寄存器31’。值得注意的是，該輸出電流驅動器33’同時耦接該顯示控制器4’所傳送的一輝度(灰度)時鐘信號GCLK和該輸出栓鎖器32’。再者，該輸出電流調節器35’係基於該顯示控制器4’所傳送的一電流調整信號Iset調整該電流提供單元34’提供至各所述列線(S ₁, S ₂,…S ₁₆)之驅動電流。

易於理解的，各列LED元件11’的亮度係由傳送至各列之驅動電流所控制。圖3顯示圖1的習知LED顯示器的一組工作波形圖，其中，G[Y]為第Y行的行驅動信號，PWM[X]為輸出電流驅動器33’所輸出的第X列的PWM信號，且S[X]為第X列的驅動電流信號。值得特別說明的是，如圖3所示，第Y行的行驅動信號上升到一偏置電壓需要一段上升時間，而這個上升時間會受到該電流源單元34’所含有的電流源數量之影響。實際應用情況顯示，當電流源單元34’所含有的列電流的數量越多，G[Y]的上升速度會越慢，亦即，偏置電壓的所需上升時間會越長。圖3中的td1指的是列等待輸出時間，且當G[Y]的一偏置電壓上升時間大於td1時，會造成G[Y]與S[X]之間的差值不穩定，從而導致對應的驅動電流信號S[X]不穩定。

另外，現有的LED顯示器通常包含數塊LED顯示面板1’與數組列驅動模組3’。必須理解的是，在沒有適當解決前述之G[Y]與S[X]的差值不穩定導致驅動電流信號S[X]不穩定的問題的情況下，當LED顯示器操作在高刷新率時，驅動電流信號S[X]的不穩定會導致LED顯示面板1’出現嚴重的高對比干擾和跨板色差現象，其中，所述跨板色差指的是兩塊彼此相鄰之模組化的LED顯示面板1’之間出現明顯色差。

因此，本領域亟需一種新穎的LED顯示驅動電路和LED驅動電流調製方法。

本發明之主要目的在於提供一種LED顯示驅動電路之LED驅動電流調製方法，其能夠根據資料時鐘信號與序列資料輸入信號預判斷高、低灰階值，並根據灰階值的比較結果產生對應的各組驅動電流信號至LED顯示面板，從而最大程度地緩解高灰階顯示區域對於低灰階顯示區域所引發的干擾，同時減弱LED顯示面板的跨板色差現象。

為達成上述目的，一種LED顯示驅動電路乃被提出，其耦接一LED顯示面板的X條列線和一顯示控制芯片，X為大於1的整數，且其包括：

一位元寄存器，耦接傳送自該顯示控制芯片的一資料時鐘信號與一序列資料輸入信號；

一顯示灰度緩存器，耦接該位元寄存器和傳送自該顯示控制芯片的一鎖存使能信號，其中，該顯示灰度緩存器係基於該鎖存使能信號之控制而對所述序列資料輸入信號進行緩存；

一顯示灰度比較單元，耦接該顯示灰度緩存器和傳送自該顯示控制芯片的一灰度時鐘信號，其中，基於該灰度時鐘信號的控制，該顯示灰度比較單元將緩存於該顯示灰度緩存器中的該序列資料輸入信號與一灰度閾值進行比較，而後產生X個基礎PWM信號；

一驅動PWM信號產生模組，耦接該顯示灰度比較單元，且包括一上拉控制信號產生單元、一下拉控制信號產生單元與一驅動PWM信號產生單元，其中，依據X個所述基礎PWM信號，該上拉控制信號產生單元與該下拉控制信號產生單元各自產生X個上拉控制信號與X個下拉控制信號，且該驅動PWM信號產生單元係基於X個所述基礎PWM信號、X個所述上拉控制信號和X個所述下拉控制信號而對應產生X個驅動PWM信號；以及

一電流源單元，耦接於X條所述列線與該驅動PWM信號產生模組之間，用以基於X個所述驅動PWM信號的控制而輸出X個驅動電流信號至X條所述列線。

在一實施例中，該顯示灰度比較單元包括X個比較器，且第1個所述比較器係用以將該序列資料輸入信號的一最低有效位元(Least Significant Bit, LSB)與該灰度閾值進行比較，且依序地，第X個所述比較器則係用以將該序列資料輸入信號的一最高有效位元(Most Significant Bit, MSB)與該灰度閾值進行比較。

在一實施例中，各個所述驅動PWM信號包括複數個子PWM顯示區域，且各所述子PWM顯示區域皆具有一子顯示週期2 ^N(i)，i=1, 2, 3,…,n，N(i)為正整數。

在一實施例中，各所述子顯示週期2 ^N(i)包含四個子時間區間，包括：上拉時間區間、下拉時間區間、資料顯示時間區間和上拉等待時間區間。

在可能的實施例中，第1個所述子顯示週期2 ^N(i)的該上拉時間區間係進一步定義為一換行等待時間。

在可能的實施例中，該驅動PWM信號產生模組進一步包括：一配置寄存器，其耦接於該驅動PWM信號產生單元、該上拉控制信號產生單元和該下拉控制信號產生單元之間，用以配置各所述驅動PWM信號的各所述子顯示週期。

此外，本發明同時提出一種LED驅動電流調製方法，其包括以下步驟：

接收一顯示控制芯片所傳送的一資料時鐘信號與一序列資料輸入信號；

依據該顯示控制芯片所傳送的一鎖存使能信號將該序列資料輸入信號緩存在一顯示灰度緩存器之中；

依據該顯示控制芯片所傳送的一灰度時鐘信號，將緩存於該顯示灰度緩存器中的該序列資料輸入信號與一灰度閾值進行比較，而後產生X個基礎PWM信號；

基於X個所述基礎PWM信號產生X個上拉控制信號與X個下拉控制信號，且進一步地依據基於X個所述基礎PWM信號、X個所述上拉控制信號和X個所述下拉控制信號對應產生X個驅動PWM信號；以及

利用X個所述驅動PWM信號控制一電流源單元以輸出X個驅動電流信號。

在一實施例中，各個所述驅動PWM信號包括複數個子PWM顯示區域，且各所述PWM顯示區域皆具有一子顯示週期2 ^N(i)；i=1, 2, 3,…,n，N(i)為正整數。

在一實施例中，各所述一子顯示週期2 ^N(i)包含四個子時間區間，包括：上拉時間區間、下拉時間區間、資料顯示時間區間和上拉等待時間區間。

另外，本發明又提出一種LED顯示器，其包括：

一LED顯示面板；

一行驅動器，耦接該LED顯示面板的Y條行線；

一顯示控制器，耦接該行驅動器；以及

一列驅動模組，耦接該LED顯示面板的X條列線，且包括如前所述之LED顯示驅動電路。

為使貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵、目的、與其優點，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如後。

圖4顯示包含本發明之LED顯示驅動電路之一LED顯示器的一實施例架構圖。如圖4所示，所述LED顯示器包括：一LED顯示面板1、一行驅動器2、一LED顯示驅動電路3以及一顯示控制器4；其中，該顯示控制器4通常為一現場可程式設計閘陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)芯片，且耦接LED顯示驅動電路3和該行驅動器2。另外，該LED顯示面板1包含Y×X個LED元件11，其中，X和Y均為大於1的整數，第Y行的LED元件11 的陽極共同連接至行線G _Y，而第X列的LED元件11的陰極則共同連接至列線S _X。

如圖4所示，本發明之LED顯示驅動電路3耦接該LED顯示面板1的X條列線S _X與該顯示控制器4。特別地，基於特別設計的控制方法，本發明之LED顯示驅動電路3能夠依據該顯示控制器4所傳送的一資料時鐘信號DCLK(請參照圖5)與一序列資料輸入信號SDI(請參照圖5)預判斷高、低灰階值，並根據灰階值的比較結果產生對應的各個驅動電流信號至LED顯示面板1，從而最大程度地緩解高灰階顯示區域對於低灰階顯示區域所引發的干擾，同時減弱LED顯示面板1的跨板色差現象。

圖5顯示圖4之LED顯示驅動電路3之一實施例的電路圖。如圖5所示，本發明之LED顯示驅動電路3主要包括：一位元寄存器31、一顯示灰度緩存器3S、一顯示灰度比較單元30、一驅動PWM信號產生模組33以及一電流源單元34。為了讓LED顯示驅動電路3自適性地生成X個驅動電流信號至該LED顯示面板1的X條所述列線S _X，本發明同時特別設計一種述LED驅動電流調製方法。圖6即顯示本發明之LED驅動電流調製方法之一實施例的流程圖。

如圖6所示，本發明之LED驅動電流調製方法包括以下步驟：步驟a：接收一顯示控制器4所傳送的一資料時鐘信號DCLK與一序列資料輸入信號SDI；步驟b：依據該顯示控制器4所傳送的一鎖存使能信號LE將該序列資料輸入信號SDI緩存在一顯示灰度緩存器3S之中；步驟c：依據該顯示控制器4所傳送的一灰度時鐘信號GCLK，將緩存於該顯示灰度緩存器3S之中的該序列資料輸入信號SDI與一灰度閾值VGREF進行比較，而後產生X個基礎PWM信號；步驟d：基於X個所述基礎PWM信號產生X個上拉控制信號與X個下拉控制信號，且進一步地依據基於X個所述基礎PWM信號、X個所述上拉控制信號和X個所述下拉控制信號而對應產生X個驅動PWM信號；以及步驟d：利用X個所述驅動PWM信號控制一電流源單元34以輸出X個驅動電流信號。

下文將配合圖4、圖5、與圖6詳細說明如何讓本發明之LED顯示驅動電路3自適性地生成X個驅動電流信號至該LED顯示面板1的X條所述列線S _X。依據本發明之設計，該位元寄存器31耦接該顯示控制器4，以接收一資料時鐘信號DCLK與一序列資料輸入信號SDI。該顯示灰度緩存器3S耦接該位元寄存器31與該顯示控制器4，並基於傳送自該顯示控制器4的一鎖存使能信號LE的控制對暫存於該位元寄存器31中的所述序列資料輸入信號SDI進行緩存。進一步地，該顯示灰度比較單元30耦接該顯示灰度緩存器3S與該顯示控制器4，並基於傳送自該顯示控制器4的一灰度時鐘信號GCLK的控制，將緩存於該顯示灰度緩存器3S中的該序列資料輸入信號SDI與一灰度閾值V _GREF進行比較，而後產生X個基礎PWM信號。

繼續地參閱圖4、圖5、與圖6，並請同時參閱圖7，其顯示圖5之LED顯示驅動電路3之驅動PWM信號產生模組33之一實施例的電路方塊圖。依據本發明之設計，該驅動PWM信號產生模組33耦接該顯示灰度比較單元30，且包括一上拉控制信號產生單元331、一下拉控制信號產生單元332與一驅動PWM信號產生單元333。特別地，依據X個所述基礎PWM信號，該上拉控制信號產生單元331與該下拉控制信號產生單元332各自產生X個上拉控制信號與X個下拉控制信號，且該驅動PWM信號產生單元333進一步地基於X個所述基礎PWM信號、X個所述上拉控制信號和X個所述下拉控制信號對應地產生X個驅動PWM信號。另外，該電流源單元34耦接於X條所述列線S _X與該驅動PWM信號產生模組33之間，用以基於X個所述驅動PWM信號的控制輸出X個驅動電流信號至X條所述列線S _X。

另外，圖5顯示本發明之LED顯示驅動電路3進一步包括：一輸出電流調節單元35、一第一緩衝器U1、一第二緩衝器U2、一第三緩衝器U3、一第四緩衝器U4以及一第五緩衝器U5，其中，該輸出電流調節單元35耦接該電流源單元34和傳送自該顯示控制器4的一電流調節信號Iset；該第一緩衝器U1耦接於該灰度時鐘信號GCLK與該顯示灰度比較單元30之間；該第二緩衝器U2耦接於該使能控制信號LE與該栓鎖器32之間；該第三緩衝器U3耦接於該資料時鐘信號DCLK與該位元寄存器31之間；該第四緩衝器U4耦接於該序列資料輸入信號SDI與該位元寄存器31之間；且該第五緩衝器U5耦接於該位元寄存器31與所述LED顯示驅動電路之一序列資料輸出端SDO之間。熟悉 LED驅動顯示芯片之設計與製作的電子工程師應當知道，圖5所示LED顯示面板1目前已採模組化設計，同一個LED顯示器內可以包含2個以上的LED顯示面板1。在這種情況下，本發明之LED顯示驅動電路3也可以被串接2個以上。串接時，第1個LED顯示驅動電路3以其序列資料輸出端SDO耦接至第2個LED顯示驅動電路3的序列資料輸入端SDI，同時第2個LED顯示驅動電路3亦需耦接所述資料時鐘信號DCLK。

請同時參閱圖8，其顯示圖7之驅動PWM信號產生模組33之一組工作波形圖，其中， UP為由該上拉控制信號產生單元331所產生的上拉控制信號；DN[X]為由該下拉控制信號產生單元332所產生的下拉控制信號；PWM[X]為由該驅動PWM信號產生單元333所產生的驅動PWM信號；且G[Y]為由行驅動器2傳送至第Y行之行線G _Y的行驅動信號(請參照圖4)。由圖8可發現，各個所述驅動PWM信號包括複數個子PWM顯示區域，且各所述PWM顯示區域皆具有一子顯示週期2 ^N(i)；i=1, 2, 3,…,n，N(i)為正整數。舉例而言，在一實施例中，驅動PWM信號包括4個子PWM顯示區域A(Tc-Td)、B(Tg-Th)、C(Ti-Tj)、和D(Tk-Tl)；其中，顯示區域A、顯示區域B、和顯示區域C的子顯示週期分別為2 ^N(1)、2 ^N(2)、和2 ^N(3)。特別地，圖7顯示該驅動PWM信號產生模組33還包括一配置寄存器334，其耦接該驅動PWM信號產生單元333，用以配置各所述驅動PWM信號的各所述子顯示週期2 ^N(i)。亦即，N(1)、N(2)、和N(3)的值可通過配置寄存器334予以設定。

由圖8還可進一步得知，各所述子顯示週期2 ^N(i)包含四個子時間區間，包括：上拉時間區間(ta-tb, te-tf,…)、下拉時間區間(tb-tc, tf-tg,…)、資料顯示時間區間(tc-td, tg-th,…)、和上拉等待時間區間(td-te, th-th’,….)。同樣地，每個時間區間都可以通過配置寄存器334予以設定。值得特別說明的是，第1個所述子顯示週期2 ^N(i)的該上拉時間區間(亦即，ta-tb)係進一步定義為一換行等待時間，亦可視為列等待輸出時間。此處所稱換行等待時間係指行驅動訊號自第Y-1行跳至第Y行。同時，對於各所述子顯示週期2 ^N(i)而言，其資料顯示時間區間包含實際資料的時間寬度和PWM展寬的寬度。

通過配置寄存器334予以設定，各所述顯示區域(子顯示週期)可以獨立控制。舉例而言，在消除4個顯示區域(A,B,C,D)之中的任兩個上拉控制信號與下拉控制信號之後，則驅動PWM信號PWM[X]之中只會剩下兩個顯示區域(子顯示週期)，且剩下的兩個顯示區域(子顯示週期)不會受到已消除的顯示區域之顯示資料的影響。易於推知的，在消除3個顯示區域(A,B,C,D)之中的三個上拉控制信號與下拉控制信號之後，則驅動PWM信號PWM[X]之中只會剩下一個顯示區域，亦即，所有的顯示區域被合併為一個完整的顯示區域；此時，一個完整的資料顯示時間區間同樣包含實際資料的時間寬度和PWM展寬的寬度。

補充說明的是，如圖5與圖7所示，該顯示灰度比較單元30包括X個比較器301。特別說明的是，序列資料輸入信號SDI之所有位元係緩存於該顯示灰度緩存器3S之中，因此，各所述比較器301可以對應地自該顯示灰度緩存器3S之中取出對應的位元以進行灰階值比較。舉例而言，第1個所述比較器301係用以將該序列資料輸入信號SDI的一最低有效位元(Least Significant Bit, LSB)與該灰度閾值V _GREF進行比較，依序地，第X個所述比較器301則係用以將該序列資料輸入信號SDI的一最高有效位元(Most Significant Bit, MSB)與該灰度閾值V _GREF進行比較。因此，X個所述比較器301之灰階值比較結果可以暫存於配置寄存器334之中。如此，驅動PWM信號產生單元333乃可將低於閾值的顯示資料通過配置寄存器334配置其開始顯示位置，同時也可以將高於閾值的顯示資料通過配置寄存器334配置其開始顯示位置。

如此，上述係已完整且清楚地說明本發明之LED顯示驅動電路和LED驅動電流調製方法，以及具有該LED顯示驅動電路或應用該LED驅動電流調製方法之LED顯示器；並且，經由上述可得知本發明具有下列之優點：

本發明改良一LED顯示驅動電路及其LED驅動電流調製方法，特別是根據一資料時鐘信號與一序列資料輸入信號判斷高低灰階值，並根據灰階值的比較結果而產生一基礎PWM信號、一上拉控制信號和一下拉控制信號，進而基於該基礎PWM信號、該上拉控制信號和該下拉控制信號對應產生一驅動PWM信號，使得該驅動PWM信號包含複數個子顯示週期2 ^N(i)(子PWM顯示區域)，從而最大程度地緩解高灰階顯示區域對於低灰階顯示區域所引發的干擾，同時減弱LED顯示面板的跨板色差現象。

必須加以強調的是，前述本案所揭示者乃為較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。

綜上所陳，本案無論目的、手段與功效，皆顯示其迥異於習知技術，且其首先發明合於實用，確實符合發明之專利要件，懇請貴審查委員明察，並早日賜予專利俾嘉惠社會，是為至禱。

<本發明>

1:LED顯示面板

2:行驅動器

3:LED顯示驅動電路

4:顯示控制器

11:LED元件

31:位元寄存器

3S:顯示灰度緩存器

30:顯示灰度比較單元

33:驅動PWM信號產生模組

34:電流源單元

35:輸出電流調節單元

301:比較器

U1:第一緩衝器

U2:第二緩衝器

U3:第三緩衝器

U4:第四緩衝器

U5:第五緩衝器

331:上拉控制信號產生單元

332:下拉控制信號產生單元

333:驅動PWM信號產生單元

334:配置寄存器

步驟a:接收一顯示控制器所傳送的一資料時鐘信號與一序列資料輸入信號

步驟b:依據該顯示控制器所傳送的一鎖存使能信號將該序列資料輸入信號緩存在一顯示灰度緩存器之中

步驟c:依據該顯示控制器所傳送的一灰度時鐘信號，將緩存於該顯示灰度緩存器之中的該序列資料輸入信號與一灰度閾值進行比較，而後產生X個基礎PWM信號

步驟d:基於X個所述基礎PWM信號產生X個上拉控制信號與X個下拉控制信號，且進一步地依據X個所述基礎PWM信號、X個所述上拉控制信號和X個所述下拉控制信號而對應產生X個驅動PWM信號

步驟e:利用X個所述驅動PWM信號控制一電流源單元以輸出X個驅動電流信號

<習知>

1’:LED顯示面板

2’:行驅動器

3’:列驅動模組

4’:顯示控制器

11’:顯示面板

31’:位元寄存器

32’:輸出栓鎖器

33’:輸出電流驅動器

34’:電流源單元

35’:輸出電流調節器

圖1顯示一習知LED顯示器的架構圖；圖2顯示圖1的列驅動模組的電路方塊圖；圖3顯示圖1的習知LED顯示器的一組工作波形圖；圖4顯示包含本發明之LED顯示驅動電路之一LED顯示器的一實施例架構圖；圖5顯示圖4之LED顯示驅動電路之一實施例的電路圖；圖6顯示本發明之LED驅動電流調製方法之一實施例的流程圖；圖7 顯示圖5之LED顯示驅動電路之驅動PWM信號產生模組之一實施例的電路方塊圖；以及圖8為複數組信號的波形圖。