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CN219626299U - Led显示面板 - Google Patents

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CN219626299U
CN219626299U CN202320080204.5U CN202320080204U CN219626299U CN 219626299 U CN219626299 U CN 219626299U CN 202320080204 U CN202320080204 U CN 202320080204U CN 219626299 U CN219626299 U CN 219626299U
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李红化
张漪�
汤尚宽
邱显益
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SCT TECHNOLOGY Ltd
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Abstract

一种LED显示面板包含一个由多个LED像素、多个扫描开关和多个LED列组成的LED阵列。每个LED列中的每个LED像素的阳极连接到公共阳极节点，并且公共阳极节点连接到电流源的输出端，而每个LED列中的每个LED像素的阴极经由多个扫描开关其中之一可切换地连接到电流吸收器。公共阳极节点连接到比较器电路的第一输入端，并且可切换地连接到阳极电压源。比较器电路的第二输入端连接到参考电压源，并且比较器电路的输出端通过信号方式控制开关元件，该开关元件以开关控制方式将公共阳极节点连接到电流吸收器。

Description

LED显示面板
技术领域
本实用新型一般涉及LED显示系统，包括LED阵列和电压控制电路。更具体地说，本实用新型涉及减少LED电压摆动和提高能源效率的方法和设备。
背景技术
涉及LED(即发光二极管)的装置和应用越来越受欢迎，从普通照明、标识牌和信号灯的光源到显示面板、电视等。多种控制电路用于控制和向发光二极管供电。
一个LED面板包含一个LED阵列或多个连接在一起的LED阵列及其控制电路。LED面板通常采用单色或不同颜色的LED阵列。当在某些显示应用中使用单个LED时，每个LED通常对应于一个显示像素。RGB LED单元(或RGB LED像素)指的是一组三个LED，即红色LED、绿色LED和蓝色LED。当RGB LED单元用于某些显示应用时，每个RGB LED单元对应于一个显示像素。表面安装的RGB LED单元通常具有四个引脚，一个引脚用于红色、绿色和蓝色LED中的每一个，另一个引脚用于红色、绿色和蓝色LED共享的公共阳极或公共阴极。
传统LED阵列通常以公共阳极扫描配置进行排列，其中LED的阳极通过开关元件可操作地连接到电源，而LED的阴极连接到电流吸收器。在这种配置中，NMOS驱动器通常用作电流吸收器。NMOS优于PMOS，因为对于给定的设计几何形状，NMOS具有更大的电流容量和更低的导通电阻(RDS(on))。
还使用了公共阴极配置，其中排成一行的LED连接到扫描线上。在操作过程中，扫描线的电压从一个升高的电压拉下来，每次打开一行LED阵列。然后可以对扫描线进行充电以关闭这条特定的扫描线。对扫描线进行这样的充电和放电操作导致电压摆动并产生噪音。
阳极侧恒流源给LED阳极充电到一定的电压电平，使LED导通，然后关断电流源，将阳极电压下拉到地电平。这种阳极侧功率摆动也会造成电能浪费并产生噪声。
希望减少LED驱动器和/或板中的电压摆动和噪声，因为这样可以减少驱动器/板的功耗，从而满足绿色标准并增加驱动器和/或板的可靠性。此外，降低LED驱动器/板的电压摆动和噪声对于尺寸更小、分辨率较高的LED显示器甚至更重要，这需要其驱动器驱动更多的LED像素，使得在LED面板的阳极和阴极中有更多的电容负载和空载。因此，任何显著的电压摆动都会导致LED面板更加不稳定和功耗增加。因此，期望减少电压摆动和由摆动引起的噪声，进而减少LED面板中瞬态操作的功耗值。
实用新型内容
本实用新型提供了减少LED电压摆动的装置和方法，可降低LED显示面板中的电路噪声和功耗。
根据本实用新型的一个实施例，发光二极管(LED)显示面板包含一个LED阵列，该阵列具有多个LED像素、多个扫描开关和多个LED列。每个LED像素连接到多个LED列其中的一个。此外，每个LED列中的每个LED像素的阳极连接到公共阳极节点，并且公共阳极节点连接到电流源的输出端，而每个LED列中的每个LED像素的阴极经由多个扫描开关之一可切换地连接到电流吸收器。此外，公共阳极节点连接到比较器电路的第一输入端，并且可切换地连接到阳极电压源。比较器电路的第二输入端连接到参考电压源，而比较器电路的输出端以信号方式控制开关元件，该开关元件将公共阳极节点连接到电流吸收器或将公共阳极节点从电流吸收器断开。
根据一些实施例，每个LED列中每个LED像素的阴极可切换地连接到公共阴极节点，公共阴极节点可切换地连接到阴极电压源。
根据进一步的实施例，LED阵列中的所有LED均可为单色LED或RGB LED单元。在每个RGB LED单元中，红色LED的阳极连接到第一电流源，绿色LED的阳极连接到第二电流源，蓝色LED的阳极连接到第三电流源。或者，红色LED的阳极连接到一个电流源，而绿色LED的阳极和蓝色LED的阳极连接到不同的电流源。
根据另一个实施例，公共阳极节点通过电流吸收源可切换地接地。
本实用新型还提供了一种操作LED显示面板的方法，该方法包括以下步骤：通过经由公共阳极节点将多个LED的阳极连接至阳极电压源，将多个LED的阳极充电至阳极电压值；通过闭合第一扫描开关将多个LED中的第一个LED的阴极连接到电流吸收器；通过使第一个驱动电流流过第一个LED来接通第一个LED；将参考电压源的参考电压值设置为低于阳极电压值；以及将公共阳极节点的电压值下拉到参考电压值，其中当公共阳极节点中的电压值高于参考电压值时，比较器电路使公共阳极节点连接到电流吸收器。
根据一些实施例，该方法还包括通过将公共阳极节点连接至阳极电压源来提升公共阳极节点的电压值；以及通过闭合第二扫描开关将多个LED中的第二个LED的阴极连接到电流吸收器；以及通过使第二个驱动电流流过第二个LED来接通第二个LED。
在降低LED阵列中多个LED像素的电压摆动的另一种方法中，可通过以下步骤实现：将每个LED像素的阳极连接至公共阳极节点；将公共阳极节点连接到电流源的输出和比较器电路的第一输入端；将参考电压源连接到比较器电路的第二输入端；通过顺序方式将被点亮的多个LED像素中的一个的阴极连接到电流吸收器并且将剩余的多个LED像素的阴极从电流吸收器断开，以此顺序地点亮多个LED像素；同时在所述多个LED像素中的一个LED像素被关闭之后并且在所述多个LED像素中的另一个LED像素被打开之前，使所述比较器电路能够将所述参考电压源的参考电压值与所述公共阳极节点的电压值进行比较，使得所述公共阳极节点的电压值可以大致保持在所述参考电压值范围之内。
该方法可进一步包括禁用比较器电路的步骤；以及将公共阳极节点连接到阳极电压源，使得公共阳极节点的电压值大约保持在阳极电压源的阳极电压值水平。
根据一些方法，当公共阳极节点的电压值高于参考电压值时，比较器电路使公共阳极节点连接到电流吸收器上。其他方法包括将多个LED像素的剩余部分的阴极连接到阴极电压源的具体实现步骤。
在一些实施例中，参考电压值是可调的，并设置为比阳极电压源的阳极电压值低0.1-0.8V，例如比阳极电压源的阳极电压值低0.2-0.4V。阴极电压值也是可调的，并且被设置在0.2-0.8V范围内，例如0.3-0.5V。
附图说明
通过结合附图考虑以下详细说明，可轻松理解本实用新型之教义。
图1A为一个示意图，其根据本实用新型的内容对LED阵列的一个实施例进行了图解说明。
图1B为一个示意图，其根据本实用新型的内容对LED阵列的另一个实施例进行了图解说明。
图1C为图1A和1B所示实施例的时序图。
图2为LED阵列示例性驱动电路的示意图。
图3为LED控制电路的示意图。
图4为脉宽调制(PWM)引擎一个实施例的示意图。
图5为说明PWM脉冲序列的示例性时序图。
图6为一个示意图，其对本实用新型的LED阵列的一个示例性电压摆动减小电路中使用的各种控制信号的时序进行了图解说明。
图7为一个示意图，其对本实用新型的LED阵列的电压摆动减小电路的一个实施例进行了图解说明。
图8为一个示意图，其对本实用新型中用于LED阵列电压摆动减小电路的另一实施例进行了图解说明。
图9为一个示意图，其对本实用新型中LED矩阵的电压摆动减小电路的进一步实施例进行了图解说明。
图10A为一个示意图，示出了RGB LED阵列及其示例性电压摆动减小电路。
图10B显示了图10A中一部分的细节。
图10C显示了图10B中另一部分的细节。
图11为单色公共阴极LED面板的电压控制电路示意图。
具体实施方式
本实用新型可通过多种方式实现，包括作为一个方法；一个装置；一个系统；物质的组成；一种包含在计算机可读存储介质上的计算机程序产品；和/或一个处理器，例如对一个处理器进行配置，对耦合到处理器上的存储器所存储和/或提供的指令进行执行。在本实用新型的说明书中，这些实现方式或者本实用新型可以采取的任何其他形式可以统称为技术。通常，在本实用新型的范围内，所披露过程的步骤顺序可以改变。除非另有说明，否则被描述为用于执行任务而进行配置的处理器或存储器等组件可以作为用于在给定时间执行任务而进行临时配置的通用组件来实现，或者作为用于执行该任务而制造的特定组件来实现。如这里所使用的术语“处理器”指的是一个或多个设备、电路和/或处理核心经过配置之后用来处理数据，诸如计算机程序指令。
附图和以下描述仅用于说明本实用新型的实施例。应该注意的是，从下面的讨论中，在此披露的结构和方法的替代实施例将很容易被认为是可以采用的可行替代方案，而并不背离所要求保护实用新型的原理。
现在将详细参考本实用新型的几个实施例，其示例如附图所示。注意，只要可行，在附图中可以使用相似或类似的附图进行标记，并且可以标记相似或类似的功能。附图仅出于说明的目的描述了本实用新型的实施例。本领域技术人员将从以下描述中较容易地认识到，在不脱离本实用新型原理的情况下，可以采用本文所示出的结构和方法的替代实施例。为了提供对本实用新型的全面理解，以下描述中阐述了许多具体细节。这些细节是出于示例的目的而提供的，并且本实用新型可以根据权利要求来实施，而无需这些具体细节中的部分或全部。为清晰起见，未详细描述与本实用新型有关的技术领域中已知的技术材料，以免本实用新型造成不必要的模糊。
图1A为本实用新型一个实施例的LED阵列的示意图，即，公共阴极配置。LED面板系统中的LED阵列包括RGB LED单元107的807D矩阵、电源101、102和103以及多个恒流源104、105以及106。字母“字母代表矩阵中的行号，范围从0到7。字母“母”表示矩阵中的列号，范围从0到15。参考数字后括号中的字母表示LED阵列中组件的位置。例如，107(2，4)是位于第2行和第4列交叉处的RBG LED单元。
RGB LED单元107包括封装在一个集成部件中的红色LED 109、绿色LED 110和蓝色LED 111。RGB LED单元107具有四个输出引脚，其中一个是公共阴极引脚(即，红色、绿色和蓝色LED共享的阴极)，其他三个是红色、绿色和蓝色LED的阳极。公共阴极引脚连接到公共阴极节点120。在图1A所示的实施例中，公共阴极节点120连接同一行中的RGB LED单元的阴极。数字120(m)表示第m行的公共阴极节点。公共阴极节点120(0)经由扫描开关SW0可切换地实现接地。
矩阵同一列中红色LED的阳极连接至公共阳极节点121(接红色LED公共阳极节点”共，公共阳极节点121连接至恒流源104，其中n为列数，范围为0-15。恒流源104又由电源101(PRed)进行供电，电压值VDD_Red。矩阵的同一列中的绿色LED的阳极连接到公共阳极节点122(接绿色LED公共阳极节点”共，公共阳极节点122连接到恒流源105。恒流源105连接到电源102(PGreen)，电压值VDD_Green。同样，矩阵的同一列中的蓝色LED的阳极连接到公共阳极节点123(PBlue)，公共阳极节点123连接到恒流源106。恒流源106还连接到电源103，电压值VDD_Blue。因此，恒流源104(n)、105(n)和106(n)分别是第n列中红色、绿色和蓝色LED的公共电流源。在本实用新型中，“通道”或“““或通道”对应于一个公共阳极节点。
LED阵列中的列和行可排列成直线或非直线。同一行中的LED连接到公共节点，该公共节点可以是公共阳极节点或公共阴极节点。相应地，同一列中的LED连接到另一个公共节点。当同一行中的LED连接到公共阳极节点时，同一列中的LED连接到公共阴极节点，反之亦然。
在图1A所示的配置中，电源101、102和103的电压可分别根据红色、绿色和蓝色发光二极管的不同正向电压VF-Red，VF-Green和VF-Blue单独设置。特定路径的VDD可以用下面的一般公式来进行表示:
VDD＝N*VF+VDSP+VDSN
其中N代表连接到同一公共阳极节点的LED的数量，VDSP代表与公共阳极节点在同一沟道中的PMOS的漏极和源极之间的电压，VDSN代表与公共阴极节点在同一沟道中的NMOS的漏极和源极之间的电压。在这种情况下，VF表示连接到公共阳极节点的所有LED的正向电压的数学平均值。
当各种红色、绿色或蓝色LED通道(即，包括红色共阳极节点、绿色共阳极节点或蓝色共阳极节点的通道)的VDSP和VDSN具有相同或相似的值，且每个LED通道具有N个LED，且同一通道中的LED具有相同的正向电压时，以下等式成立:
VDD_Blue-VDD_Red＝N(VF_Blue-VF-Red)
VDD_Green-VDD_Red＝N(VF_Green-VF-Red)
对于小像素间距应用中使用的LED，例如，高分辨率显示器，VF-Red范围，例如，从1.6伏至3.0伏，或从1.8伏至2.4伏，而VF_Green和VF_Blue范围，例如，从2.6伏至3.6伏，或从2.6伏至3.8伏。正向电压之间的差异使人们可以根据特定LED路径中LED正向电压来选择VDD。相反，在一个电源为整个LED阵列供电的配置中，LED的所有阳极都电连接到同一电源(即，公共阳极配置)，VDD对于所有LED路径都是相同的。红色LED路径上的过高电压被浪费了，通常视为偏置电阻上产生的热量。
通过对红色、绿色和蓝色发光二极管使用不同的电源，如图1A所示的公共阴极拓扑使得我们可以选择与特定颜色发光二极管的正向电压紧密匹配的电源电压。因此，红色LED可以使用比绿色或蓝色LED更低的电源电压，从而降低红色LED路径中的功耗。
图1B示出了本实用新型内容的另一个实施例。图1A和图1B中相同的数字指代相同的组件或设备。在图1B的实施例中，电源130(PGB)为绿色LED公共阳极节点和蓝色LED公共阳极节点进行供电，电压值为VDD-GB。在这种配置中，只需要两个电源为RGB LED单元进行供电，一个为红色LED供电，另一个为绿色和蓝色LED进行供电。
在图1A和图1B的实施例中，每个公共阴极节点120连接至开关。这些开关通常按照一定的顺序打开或关闭。图1C是SW0、SW1、SW2、……至开7在扫描操作模式下的时序图，它说明了这样的一个序列。根据图1C，开关SW0接通一段时间Δ_on，然后在Δ_on时间段结束时，SW0关断而SW1接通，然后在相同的时间段Δ_on内，SW1在该时间段内保持通电，然后在Δ_on时间段第二次结束时，SW1关断而SW2接通相同的时间段Δ_on，SW2在该时间段内保持接通，然后在Δ_on第三次结束时，直到在Δ_on时间段的第七次结束时，在相同的时间段Δ_on内，SW6关断，SW7导通。因此，在任何给定时间内，SW0至SW7中只有一个接通，并且SW0至SW7中的每一个都具有相同的占空比持续时间Δ_on。
在其他开关序列中，前一个开关(例如，SW0)断开时和后一个开关(例如，SW1)接通时之间存在一个时间间隔。这个时间间隔可以同时出现，如图1C所示。然而，间隔的持续时间从几纳秒到几千纳秒变化，例如几百纳秒。因此，在通过LED连接到同一电流源的开关中，在任何给定时间都不会有超过一个开关处于接通状态。在任何给定时间内，恒流源仅向一行RGB LED单元进行供电。因此，可以显著降低恒流源的容量和成本。如果扫描频率足够高，人眼不足以辨别开/关状态，视觉质量不会受到影响。
开关打开或关闭的节点通常称为扫描线，开关通常称为扫描开关。在图1A和图1B的实施例中，公共阴极节点对应于扫描线。
上述实施例有多种变型。例如，LED面板的像素可以包括一个RGB LED单元，或者相同或不同颜色的几个LED。不同像素中的LED也可以具有相同或不同的颜色。
发光二极管矩阵可排列成各种几何形状，二维如矩形或圆形，或三维如圆柱形或球形。在LED显示面板中，当LED用作像素时，两个相邻像素之间的距离可以相同或不同。
本实用新型中的LED阵列很容易地进行放大。LED阵列可以包含许多行和列，例如256行×256列。这种LED阵列可以单独用作LED显示面板，或者用作更大的LED显示面板中的子模块。例如，LED显示面板可以由16×8LED阵列的120×135子模块组成，从而产生1920×1080的分辨率。
图2是本实用新型的LED驱动器电路的示意图。图2中的每个功能块代表一个或多个电路，并可以完成以下各节所述的一个或多个功能。这些电路既可以是PCB上的分立元件，也可以集成在芯片上。本领域技术人员可以根据使用已知部件的已知方法，或者根据本实用新型中提供的方法和设备，来构建驱动器IC中的各个电路。为了便于说明，图2的LED驱动电路驱动一个16×8的RGB LED单元矩阵，即16个LED通道和8条扫描线。这样的驱动电路可以驱动不同尺寸的LED阵列。
根据本实用新型的一个实施例，驱动器IC包括方框200中圈出的功能块。如图2所示，这种功能块包括片上锁相环(PLL)块201、串行I/O接口块204、配置寄存器块202、增益可调快速充电电流源电路203、错误检测电路208、三个脉宽调制(PWM)引擎(红色PWM引擎205、绿色PWM引擎206和蓝色PWM引擎207)、吸收电流返回电路210和重影消除电路211。
片上锁相环块201产生一个精确的高频全局时钟信号GCLK。它可以通过拥有一个内部GCLK(全局时钟缓冲区)或通过接收用户发送的外部GCLK信号来实现这一点。全局时钟信号负责对驱动器IC内部的PWM引擎205、206和207进行时钟输入，DCLK(点时钟)作为锁相环(PLL)的输入参考时钟。将锁相环集成到驱动器IC中可以减少高速线路的PCB布局要求。否则，当锁相环位于PCB上时，就需要将其从LED驱动器IC中分离出来。
串行I/O接口块204用于将驱动器IC设置加载到配置寄存器块202中，将灰度值加载到PWM引擎(205、206和207)中，并将点校正设置加载到增益可调快速充电电流源电路203内的存储器中。该接口也可以用于从配置寄存器块202中读取配置设置以及从错误检测电路208中读取错误状态。SDOR、SDOG和SDOB是串行数据输出，与相邻驱动器IC的SDIR、SDIG和SDIB(移位寄存器的串行数据输入接口)相连。
配置寄存器块202存储LED驱动器IC的各种设置。这些设置被定义为每个颜色通道一个16位寄存器，例如红色、蓝色和绿色。
实施增益可调快速充电电流源电路203，用以提供符合来自PWM引擎205、206和207的PWM信号的稳定电流源输出。增益可调快速充电电流源电路203的设计改善了电流响应时间。增益可调快速充电电流源电路203的输出电流根据驱动器设置来进行调节。增益调整有两个级别：一个是每种颜色的全局调整，另一个是每个输出LED的点校正调整。增益可调快速充电电流源电路203进一步在图3中示出并在下面讨论。图3对增益可调快速充电电流源电路203做了进一步说明，具体讨论如下。
错误检测电路208对增益可调快速充电电流源电路203的48通道输出实时监控，以检测短路并将状态报告至串行I/O接口块204中。在操作过程中，如果LED内部出现短路，LED两端的电压降将变为最小。所述错误检测电路将会检测到电压降低于短路阈值并对短路LED进行标记。在一个实施例中，当检测到LED内发生短路时，可以将配置寄存器设置为关闭通道输出。根据另一实施例，错误检测电路通过状态线209对错误进行简单报告。
PWM引擎205、206、207负责为16个通道中的每一个通道生成PWM脉冲。PWM引擎为每个通道加载八个16位灰度值，每8个扫描线一个。PWM引擎输出PWM脉冲，脉冲宽度与通道的灰度设置相匹配。对于单通道，PWM引擎电路输出通过所有八条扫描线进行循环并提供0～65535(即216)范围的灰度输出电平。图4对PWM引擎的操作做了进一步解释说明。
驱动器IC还包括吸收电流返回电路210。吸收电流返回电路210包括一个3-8解码器。它获取扫描线地址信号A0、A1和A2，并将它们转换成单个扫描线开关输入信号以控制扫描开关，并决定CX0～CX7电位。例如，当图2的驱动器IC连接到图1A或图1B的LED阵列时，CX0～CX7匹配扫描线，并由集成在驱动器IC上的扫描开关SW0～SW7进行控制。
当SW1接通，从而CX1接地时，扫描线1上的16个LED通道的所有电流通过CX1返回。当CX1断电时，扫描线1的扫描线开关选择有效关闭，关闭扫描线1上的所有LED。
根据图2，驱动器IC的实施例可能包括吸收电流返回电路210中的重影图像消除电路211。当开关断开时，由于开关两端存在剩余电容，会出现重影现象。在CX关闭扫描开关之后，开关两端的有效电容可能导致LED在下一条扫描线和随后的PWM信号开启的瞬间短时间亮起。实施重影消除电路以拉升拉扫描开关上的电压并消除重影效应。
图3示出了低功率指示器LED的示例性驱动电路。LED电路或LED驱动器300是用于给发光二极管(LED)306供电的电路。LED 306的正极端305被称为阳极，而其负极端306被称为阴极。电源302提供电流301，该电流流入LED的阳极305。LED的阴极306连接到偏置电阻器303上。LED上的电压降302在宽范围的工作电流上近似恒定。如果施加的电压稍有增加，电流增加幅度就会很大。简单电路300等用于低功率指示器发光二极管。更复杂的驱动器电路(例如，图2中的驱动器)用于驱动照明用高功率LED，其通常采用PWM引擎来调节或调制电流。
图4为PWM引擎实施例的框图，其包括偏斜控制401、11位计数器402、16组静态随机存储器(SRAM)405、灰度级加载电路404以及加法器和比较器403。
通过串行I/O接口块220向每个LED加载灰度值。每个灰度是一个16位值，对应于PWM电路支持的65536级灰度。为了支持16x8红色LED，需要16x8x16的静态随机存储器(SRAM)。在图4中，16x16x16静态随机存储器用于红色LED。这就可以保证在当前的灰度级组被转换为PWM电路时，下一组灰度级值可以同时加载。在当前的一组灰度完全实现后，下一组灰度就可以达到随时使用状态。
如图5所示，PWM引擎用于驱动三十二个刷新段(即，0～31段)中的LED。在每个刷新段期间，0～7这八条扫描线中的每一条都被驱动一次，并且每条扫描线上的LED都被刷新一次。对于单条扫描线的每个通道，16位灰度值被分成两部分。以指定用于红色LED的PWM引擎(即，红色LED PWM引擎)为例，高位的11位值对应于在单个刷新段内红色LED应该开启的GCLK的数量。较低的5位值通过32个刷新段得以实现。灰度级加载电路根据16位灰度级值的最低5位值来调整每个刷新段的11位值。灰度级加载电路的最终输出是11位值，然后将其发送到比较器。比较器从11位计数器接收另一个输入值。当载入灰度值时，具有GCLK的11位计数器开始计数。
只要11位计数器的输出小于目标时钟计数器限值，PWM_R0就会开启。一旦计数器输出值等于目标时钟计数器限值，PWM_R0就会关闭。根据其目标计数器限值，对红色LED的所有16个通道都执行此操作。11位计数器将继续增加，直到溢出到零。此时或经过一定的死区时间后，它继续为下一条扫描线生成PWM信号。计算另一个11位值的过程将在接下来的七条扫描线中重复进行。当所有八条扫描线(0-7)都经历了这种生成PWM信号的过程后，一组16组过红色LED的单个刷新段就完成了。请注意，绿色LED和蓝色LED PWM引擎的所有操作与红色LED PWM引擎的操作方式相同。
PWM电路还提供通道间的偏斜控制。通过设置不同驱动通道之间的偏斜度，它可以消除通道间驱动电流的上升沿，从而有效降低电磁干扰(EMI)效应。
图6和图7示意性说明了本实用新型的示例性电路和各种控制信号的时序。特别是，图6示出了扫描控制信号CX1 601和CX2 602、PWM信号(电流PWM脉冲)603、比较器控制信号(使能_比较器信号)604、阳极电压控制信号(使能_阳极_电压_源信号)605和阴极电压控制信号(使能_阴极_电压_源信号)606的时序。参考电压Vref是用作电压摆动减小电路中的比较器的输入的电压值，这将在后面的图中进行讨论。Vref 602的时间不受特别限制，只要当使能_比较器信号604接通时Vref602即可接通，使得比较器722可以工作。
图7示出了根据本实用新型实施例之一的一个示例性电路。它示出了电流源702，其通过公共阳极节点720连接到LED1～LEDn阳极上。LED1-n中的每一个的阴极都连接到CX1-n即CX1～CXn中相应的扫描开关上。术语CX1-n中的每一个都经由扫描开关SW1-n之一可切换地连接至地(GND)，或者经由SW1-n之一和开关730连接到阴极电压源(Vcath)上。阳极节点720经由开关712可切换地连接到阳极电压源(Vanode)以及比较器722的第一输入端。比较器722还包含连接到参考电压源Vref的第二输入端。比较器722的输出通过开关726可切换地连接到阳极节点720或接地。
参考图6，信号CX1 601和信号CX2 602分别控制扫描开关SW1和SW2的开/关状态。信号CX1 601在上升沿608开启SW1，在下降沿610关闭SW1。信号CX2 602在611接通SW2时，与610隔开。图6仅示出了SW1的扫描控制信号中608和610之间的一个完整脉冲以及602中的后续脉冲的上升沿。然而，如图1C所示，有多个连续脉冲能够以某一频率接通某个扫描开关。在任何给定时间内，只有一个扫描开关保持接通状态。
当SW1接地时，信号603中的PWM脉冲在上升沿608和下降沿610之间处于开启状态，以向LED1提供电流PWM脉冲，从而可通过PWM脉冲将LED1点亮。此外，使能_比较器信号604在电流PWM脉冲614的下降沿和CX1脉冲的下降沿610之间处于开启状态。因此，在电流PWM脉冲结束之后，LED1的电流源被切断。LED1的阳极电压可能开始下降。当阳极电压由于LED1泄漏电流而下降到或低于阈值电平(例如，LED的正向电压)时，LED1被关断。然而，在没有干预的情况下，阳极电压可能会非常缓慢地下降，使得LED1可以在电流PWM脉冲结束后保持点亮。按照惯例，LED1的阳极可以连接到电流吸收器(例如，接地)，导致阳极电压迅速变为零。然而，如果将LED像素的阳极电压降至零或过低，当LED像素需要再次点亮时，就需要对其进行再次充电，从而导致电压摆动。
参考图6和图7，为防止阳极电压降至过低，在电流PWM脉冲603的下降沿之后立即开启使能_比较器信号604，以便比较器722比较其两个输入值Vref602和公共阳极节点720上的电压。在一个实施例中，Vref在PWM脉冲结束后立即被设置为低于702中的电压值，例如0.1V、0.2V、0.3V、0.4V、0.5V、0.6V、0.7V、0.8V。702中的电压基本上保持在Vref水平。此后，在通过CX2 602接通SW2和通过616处的后续电流PWM脉冲接通发光LED2之前，信号605在622和624之间脉动以将公共阳极节点720与Vanode进行连接。这样，包括LED2在内的LED1至LEDn的阳极被充电至相同的阳极电压水平Vanode，并随时准备点亮。
使能_阴极_电压_源信号606控制开关730，以将公共阴极节点连接到公共电流接收器(如接地)或将其从公共电流接收器断开。信号606是全局信号，其确定当LED1-n中的其余LED阴极接地时，它们的阴极电压是否被拉升到预定的阴极电压水平。例如，在608和610之间的CX1脉冲期间，SW1接通，使得LED1的阴极接地。如果开关730断开，LED2-n的阴极可以是浮动的，或者当开关730闭合时可以连接至Vcath。根据图6，LED2-n的阴极连接到626和628之间的Vcath上，在此期间开关730处于闭合状态或者在628和630之间浮动。
通过将LED2-n的阴极电压拉升至Vcath水平，Vanode与Vcath之间的差异可以足够小，以防止LED2-n中的任何一个被意外点亮。由阴极电压源(Vcath)提供的阴极电压电平是可编程的，以适应阵列中LED之间的正向电压和电流要求的变化。Vcath可以在测试LED阵列之后进行设置，例如，在0.2-0.8V或0.2-0.5V间取值。628的定时没有特别限制，只要它前进到CX2602的上升沿611即可，并且628和611之间的浮动周期要足够长，这样可以使得LED2的阴极电压充分降低，保证PWM电流流过LED2并足以将LED2点亮。
在一些实施例中，阳极电压源Vanode、参考电压源Vref和阴极电压源Vcath中的一个或多个可以是精密电压源，并且可以是片上源或片外源。在一个实施例中，LDO电压调节器可以应用于Vanode、Vref和Vcath中的一个或多个。
值得注意的是，充电电路和电压摆动减小电路实际上可以灵活实现，并不限于上述部件。该实现可以使用简单的电压比较器、运算放大器、逻辑电路和低压差调节器，但是这些电路的组合可以实现所期望的结果，只要所使用的组件可以减小LED显示器的尺寸以达到更小的间距，更适用于面向消费者的显示器。
图8显示了本实用新型的另一个实施例，其采用了电流吸收源837。图8中未标记的组件与图7中所示的相同。当比较器822输出信号以接通开关826时，开关将公共阳极节点820连接到电流吸收源837上(其本身接地)，这与图7中直接将公共阳极节点接地相反。电流吸收源837是缓冲公共阳极节点并通过使用通过电流的上限来调节通过它的电流的一个装置。与开关826结合，电流吸收源837有助于公共阳极节点处的电压变化更为平滑，从而可以在驱动电路中引起更少的扰动和电压反弹。
图9示意性地示出了本实用新型的另一个实施例，其阴极电压控制结构比图7和图8所示的实施例更为简单。当LED1-n连接的扫描线没有被CXn选择时，图9中LED1-n的阴极简单地浮动，而不是如图7或8中那样在接地和Vcath之间切换。在不调节LED1-n阴极电压的情况下，电路可以更小且更造价更低。但是，这样导致的结果是无法精确控制LED像素的定时时间，而且可能需要更高的阳极电压才能点亮LED像素。
与图8中的实施例相似，图9中的实施例采用电流吸收源920。如前所述，电流吸收源920对公共阳极节点和接地起到缓冲作用，并通过使用其所通过电流的上限对通过的电流进行调节。通过与开关918结合使用，电流吸收源920促使公共阳极节点中的电压平稳下降。
图10A-10C示意性地说明了带有电流吸收源的彩色LED面板的电压控制电路1000。面板中的每个LED像素都是RGB LED像素，其集成了红色LED、蓝色LED和绿色LED。也就是说，每个RGB LED像素包含三个LED即R LED、G LED、B LED。R、G、B LED中的每一个都连接到它们各自的电流源(即1004、1008或1012)，但是共享一个公共阴极引脚，该公共阴极引脚经由相应的扫描线连接到SW1-n其中之一。通过使能_阴极_电压_源信号控制的开关1084接通或关闭公共阴极节点和Vcath源之间的连接。
与700中LED像素阳极侧的电路不同，1000中LED像素阳极侧的电路成倍增加，不仅因为1000中所示的结构控制着多列RGB LED像素(即列1088、1090和1092)，而且还因为不同颜色的LED需要不同的驱动电路和阳极侧电压控制电路。尽管列1088中的R、G、B LED的颜色不尽相同，但是它们由扫描线信号CX1进行控制，扫描线信号CX1控制SW1连接到地1080(或与接地1080断开)。同样，尽管列1090中的R、G、B LED具有不同的颜色，但是它们由扫描线信号CX2进行控制，该扫描线信号CX2接通/断开SW2以连接到地1080(或与接地1080断开),而列1092中的R、G、B LED尽管它们具有不同的颜色，但是由扫描线信号CXn 1072进行控制，该扫描线信号CXn 1072接通/断开SWn以连接到地1080(或与接地1080断开)。
列1088中的R、G、B发光二极管独立地连接到其各自的电流源。例如，列1088中的红色LED连接到由红色电流PWM信号1002控制的电流源1004；列1088中的绿色LED连接到由绿色电流PWM信号1006控制的电流源1008；列1088中的蓝色LED连接到由绿色电流PWM信号1010控制的电流源1012。信号1002、1006和1010的时序由基于图像数据的PWM数据进行控制。每个R、G或B发光二极管的控制与图6和图7关于控制的相关描述类似。
与列1088中的R、G、B发光二极管相似，列1090中的R、G、B发光二极管连接至其各自的电流源。具体而言，列1090中的红色LED连接到由红色电流PWM信号1002控制的电流源1004，列1090中的绿色LED连接到由绿色电流PWM信号1006控制的电流源1008，列1090中的蓝色LED连接到由绿色电流PWM信号1010控制的电流源1012。信号1002、1006和1010的时序即使不相同也是同步的，因为它们必须在扫描线信号CX2 1070的开启周期内保持开启状态，并且在CX2关闭之前进行关闭，类似于图7中电流PWM信号704必须在扫描线信号CX1 703的开启周期内保持开启状态，并且在CX1 703关闭之前进行关闭。
扫描线信号CX2 1070根据开启脉冲将开关1076连接到地1080，然后根据关闭脉冲将开关连接到开关1084，开关1084在使能_阴极_电压_源信号的控制下连接到Vcath电压源。
类似于同色LED所使用的独立且分离控制电路，本实用新型的许多实施例具有用于相同颜色LED的独立且分离阳极电压控制电路。例如，列1088中的LED1R、列1090中的LED2R和列1092中的LEDnR，统称为群组RED，具有由使能_阴极_电压_源_R信号1014、开关1016、Vanode R 1018、使能_比较器_R信号1020、Vref R 1022、公共阳极节点R 1024、比较器R 1050、开关1050组成的阳极_电压_控制_电路R(缩写为AVCCR)。
列1088中的LED1G、列1090中的LED2G和列1092中的LEDnG，统称为绿色组，具有由使能_阴极_电压_源_G信号1026、开关1028、Vanode G电压源1030、使能_比较器_G信号1032、VrefG 1034、公共阳极节点G 1036、比较器G 1052、开关1052组成的阳极_电压_控制_电路G(缩写为AVCCG)
列1088中的LED1B、列1090中的LED2B和列1092中的LEDnB，统称为蓝色群组，具有阳极_电压_控制_电路B(缩写为AVCCB),由使能_阴极_电压_源_B信号1038、开关1040、Vanode B电压源1042、使能_比较器_B信号1044、Vref B 1046、公共阳极节点B 1048、比较器B 1054、开关1060和电流吸收源B 1066共同组成。
AVCCR、AVCCG和AVCCB的工作方式与图7或图8中电压控制电路的工作方式相同，每个电路中的信号时序按照图6的相同顺序进行管理。
图11示意性地说明了无电流吸收源单色共阴极LED面板的电压控制电路1100。该电路在概念上可分为三列:1102、1104和1106。这三列共享由阴极节点1114、使能_阴极_电压_源1108、开关1110和Vcath 1112组成的公共电压控制电路。在1102、1104和1106三列中的每一列中，LED及其对应的驱动电路和阳极电压控制电路的布局和工作机理可能与图7中所描述的LED及其对应的驱动电路和阳极电压控制电路的布局和工作机理相同。因此，图7是LED面板(阵列)中一列LED的放大视图，而图11是LED面板(阵列)中所有LED的缩小视图。
鉴于前述说明和相关附图之教义，本领域技术人员将会考虑到本实用新型的许多修改和其他实施例。例如，控制IC可以用于驱动公共阴极或公共阳极配置的LED阵列。LED阵列中的元件可以是单色LED或RGB单元或任何其他可用形式的LED。控制IC可以按比例进行放大或缩小，以驱动各种尺寸的LED阵列。可以采用多个控制IC来驱动LED显示系统中的多个LED阵列。控制电路、充电电路和电压摆幅减小电路中的元件可以集成在单个芯片上，也可以集成在多个芯片上或PCB板上。这种变化在本实用新型的范围内。应当理解，本实用新型不限于所披露的具体实施例，并且这些修改和实施例要包括在从属权利要求的范围之内。
尽管为便于理解，已对前述实施例进行了详细描述，但本实用新型不限于所提供的细节。本实用新型可以通过许多替代方式进行实现。所披露的实施例是说明性的，而不是限制性的。
可以想象，越来越多的发光二极管将由一个驱动器进行驱动，以节省成本和物理空间。因此，累积起来，在LED的阳极和阴极都需要更多和更高的电容加载和卸载，以驱动越来越多的发光二极管。就排满大量LED灯的LED面板而言，其驱动电路中的高电压摆动至少带来了两个问题:增加了不必要的功耗，并且增加了对LED面板中LED两端的正向电压变化的脆弱性，这使得面板变得不够稳定。因此，本实用新型的实施例有助于降低LED系统的驱动器电路中的电压摆动，降低其中的噪声并节省其瞬态操作中的功耗，从而使其成为绿色显示产品。本实用新型的益处对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且这些益处的获得成本是可以接受的。

Claims (10)

1.一种LED显示面板，其特征在于，包括:
一个具有多个LED像素、多个扫描开关和多个LED列的LED矩阵，
其中每个LED像素连接到多个LED列其中的一个，
其中每个LED列中的每个LED像素的阳极连接到公共阳极节点，并且该公共阳极节点连接到电流源的输出端，
其中每个LED列中的每个LED像素的阴极经由多个扫描开关其中之一可切换地连接到电流吸收器，
其中公共阳极节点连接到比较器电路的第一输入端，并且可切换地连接到阳极电压源，
其中所述比较器电路的第二输入连接到参考电压源，并且所述比较器电路的输出端通过信号方式控制开关元件，所述开关元件将所述公共阳极节点连接到所述电流吸收器或将所述公共阳极节点从所述电流吸收器断开。
2.根据权利要求1所述的LED显示面板，其特征在于，每个LED列中的每个LED像素的阴极可切换地连接到公共阴极节点，并且所述公共阴极节点可切换地连接到阴极电压源。
3.根据权利要求1所述的LED显示面板，其特征在于，每个LED列中的所有LED像素是红色LED像素、绿色LED像素或蓝色LED像素。
4.根据权利要求1所述的LED显示面板，其特征在于，每个LED列中的每个LED像素是RGBLED像素，包括一个红色LED、一个绿色LED和一个蓝色LED，三者共享公共阴极。
5.根据权利要求4所述的LED显示面板，其特征在于，在每个RGB LED像素中，红色LED的阳极连接到第一电流源，绿色LED的阳极连接到第二电流源，蓝色LED的阳极连接到第三电流源。
6.根据权利要求4所述的LED显示面板，其特征在于，在每个RGB LED像素中，红色LED的阳极连接到一个电流源，绿色LED的阳极和蓝色LED的阳极连接到另一个电流源。
7.根据权利要求2所述的LED显示面板，其特征在于，阴极电压源、参考电压源和阳极电压源中的一个或多个是可配置的低压差调节器。
8.根据权利要求4所述的LED显示面板，其特征在于，所述电流吸收器可切换地接地。
9.根据权利要求1所述的LED显示面板，其特征在于，所述一个或多个电流源与PWM引擎相连并受其控制。
10.根据权利要求3所述的LED显示面板，其特征在于，所述公共阳极节点通过电流吸收源可切换地接地。
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