[发明专利]用于驱动LED显示屏的方法和装置

说明书

一种LED显示系统，具有耦合至驱动电路的LED显示面板。该驱动电路包括SPWM发生器、寄存器和存储器。该SPWM发生器从外部源接收图像数据，并在进行某些补偿之后，将该图像数据发送至SPWM发生器，以根据一组新规则进行分配。与现有技术相比，该LED显示系统具有许多优点，包括在低亮度下具有一致的输出光能。

技术领域

本发明总体涉及用于驱动显示屏的方法和装置。更具体地说，本发明涉及一种通过图像数据补偿以提高LED显示屏的刷新率和亮度均匀性的方法和装置。

背景技术

现代发光二极管(LED)显示面板需要更高的灰阶，以实现更高的色深以及更高的视觉刷新率从而减少闪烁。例如，RGB LED像素的16位灰阶分别允许红色、绿色和蓝色LED的16位色阶(2¹⁶＝65536)。这种RGB LED像素能够显示总共65536³种颜色。调节LED灰阶的常用方法之一是脉宽调制(“PWM”)。简而言之，PWM产生一系列电压脉冲以驱动LED。当脉冲电压高于LED的正向电压时，LED导通。否则，LED保持关断状态。相应地，当脉冲幅值超过阈值时，PWM信号的脉冲持续时间(即，脉冲宽度)决定LED的导通时间和关断时间。导通时间占导通时间与关断时间之和(即PWM周期)的百分比是占空比，该占空比决定LED的亮度。在2015年2月24日公布的美国专利8963811以及于2018年2月21日提交的美国专利申请15/901,712中详细说明了一种包括LED拓扑、电路、PWM引擎等的示例性LED显示系统的配置和操作。

LED显示屏的另一个参数是灰阶值，即，LED显示屏的亮度级别。在16位分辨率LED显示屏中，灰阶值的范围为0(全黑)至65535(最大亮度)，与0％至100％占空比对应。当灰阶值较低时，LED的亮度级别较低。相反，当灰阶值较高时，亮度级别也较高。LED显示屏常常在低灰阶值时出现性能问题。

LED显示屏的另一个参数是其灰阶时钟(“GCLK”)频率，该参数与数据帧中的最大GCLK周期数(“GCLK”)和显示屏的刷新率有关。另外，帧速率是视频源在一秒内向显示屏反馈整个新数据帧的次数。LED显示屏的刷新率是LED显示屏每秒绘制数据的次数。刷新率等于帧速率乘以段数。

PWM的优点之一是开关器件的功耗很低。当开关关断时，几乎没有电流。当开关接通时，开关上几乎没有压降。因此，两种情况下的功耗都接近于零。另一方面，PWM由占空比、开关频率和负载特性限定。当开关频率足够高时，能平滑脉冲序列，并能恢复平均模拟波形。但是，当开关频率较低时，LED的关断时间会变得很显著，对于观看者而言会表现为闪烁。

正弦波脉宽调制(“S-PWM”)改变了传统的PWM，并实现了更高的视觉刷新率。为实现这一目的，S-PWM将PWM周期中的导通时间加扰为一些较短的PWM脉冲，这些PWM脉冲依次驱动每条扫描线。换言之，总灰阶值在PWM周期内被加扰为多个PWM脉冲。在传统的PWM模式中，可能只有一个PWM脉冲，因此LED会连续点亮一段时间，而在剩余的时间内LED不点亮。相比之下，S-PWM允许LED在PWM周期内以连续的短脉冲发光，使得光脉冲在PWM周期中更均匀地分布，从而避免或减少闪烁。

一个PWM周期的GCLK周期数等于2的控制位数次方：

GCLK数目＝2^控制位数。

例如，16位灰阶具有65536个GCLK。注意，一个PWM周期中的GCLK数目等于其在最大亮度下的灰阶值(即，最大脉冲宽度)。在一些S-PWM中，GCLK的总数可划分为灰阶周期的最高有效位(MSB)和最低有效位(LSB)。每个PWM周期按以下公式划分为多个段(或子PWM周期)：

段数＝2^LSB的数值