[发明专利]全色发光二极管(LED)显示系统

说明书

技术领域

本发明涉及一个例如通过将三基色RGB(红、绿和蓝)的LED灯加以组合，来显示灰度层次丰富的多色图像的全色发光二极管(LED)显示系统。特别是，本发明涉及一个采用脉冲宽度调制方法的系统，它通过基于每一种颜色的灰度数据的已经进行脉冲宽度调制的驱动脉冲，来点亮和驱动一个LED灯。

技术背景全色LED显示系统的基本结构

随着高亮度蓝色发光二极管(LED)的开发，将三基色RGB组合在一起的全色LED显示系统开始走向普及。典型装置的规格的一个实例如下。显示屏幕的大尺寸为2.4米高和3.4米宽。在这个屏幕上，垂直地排列着480行以及在每一行上横向排列着128个点共计61,440个像素灯。每一个像素灯是一个LED多色组合灯，在其中，三基色RGB的各LED被密集地集中。用于驱动一个像素的像素数据共有24位，即，对每一种基色来说各为8位。对每一种基色来说，显示的灰度层次各为256种色调，因此，16,777,216种颜色的全色表示成为可能。

在这种类型的全色LED显示系统中，有可能使用一种NTSC视频信号(用于常规电视广播系统或磁带录像机中)作为它的视频源。已经被输入到显示控制装置的NTSC视频信号经过A/D转换，并且被转换和被处理为总共24位的数字信号，对RGB三基色来说各为8位。对应于61,440个像素灯、含有(61,440×24)位的1屏图像数据被缓存于帧存储器之中。针对一个单独的像素的24位图像数据从这个帧存储器被分别地分配到每一个像素灯的驱动电路，并且被锁存于该驱动电路的一个寄存器之中。

在像素灯驱动电路中，按照与被锁存于该寄存器的8位红色数据相对应的一种色调来驱动和点亮各红色LED。类似地，按照与8位绿色数据相对应的一种色调来驱动和点亮各绿色LED，以及按照与8位蓝色数据相对应的一种色调来驱动和点亮各蓝色LED。

用脉冲宽度调制方法进行灰度控制

通常用一种已知的脉冲宽度调制方法来进行灰度控制。连续地产生具有足够高的频率稳定度的时钟脉冲；时钟脉冲使一个(2⁸)＝8位的计数器每次加1；并且该计数器的计数数值按照一个恒定的周期Ts从全“0”变到全“1”。使用数字比较器，通过将这个8位的计算数值跟锁存在驱动电路的寄存器中的8位灰度数据的大小进行比较，从比较器输出一个驱动脉冲，其脉冲宽度对应于8位灰度数据，并且具有上述周期Ts。在驱动脉冲的脉冲宽度Tw的持续时间内，像素灯驱动电路令恒定电流流过LED并使之点亮。按照周期Ts重复地进行脉冲式的点亮。

这就是说，具有周期Ts的驱动脉冲，其脉冲宽度Tw正比于8位灰度数据的二进制数值，并且在周期Ts中的时间Tw内，通过以恒定电流对LED进行脉冲式点亮，来获得对应于8位灰度数据的显示亮度。电视信号的Gamma校正

即使在今天，主流的电视图像显示装置仍然是阴极射线管(CRT)电视机。由于CRT电视机的RGB三基色荧光物质的亮度不与输入视频信号的电压成正比，所以介于输入信号与光输出之间的关系是非线性的。众所周知，这样一种特性被称为Gamma特性。若在每一部电视机上对CRT的非线性(Gamma)进行校正，则会使电视机变得复杂和昂贵。因此，在当前的电视方法中，在发送一侧广播的是已经进行Gamma校正的信号。实际的Gamma数值成为根据测量条件和测量方法而产生很大差异的数值。在NTSC方法中，Gamma校正是在假定图像显示器件的Gamma值为2.2的条件下进行的。

然而，在LED显示系统中，介于输入信号与光输出之间的关系近似地为线性，并且不是像CRT电视机的Gamma特性那样的非线性。这种关系完全不是非线性的，但其特性显著地不同于CRT的Gamma特性。

若将一个经过Gamma校正的NTSC视频信号作为LED显示信号的视频源，则需要用某种装置来进行逆Gamma校正，并且若希望实现高质量的图像显示，则要根据LED的近似线性特性来进行灰度控制。通过非线性的脉冲宽度调制方法来进行灰度控制

在一份发表于1995年的日本专利申请公报(第7-306659号)中，公开了如下的涉及多色LED显示单元的一种技术：

(1)通过顺序地排列三基色RGB的多个LED，来形成一个LED显示单元(屏幕)。用于点亮每一个LED并调节其发光颜色和亮度的LED点亮电路被安装到该单元之中。

(2)LED点亮电路包括：一个脉冲宽度调制电路，它输出对应于输入灰度数据的驱动脉冲；以及一个LED驱动电路，它用来自脉冲宽度调制电路的驱动脉冲来点亮LED。