專利名稱：倍增led顯示驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種顯示器，特別是一種發(fā)光二極管LED顯示裝置及 其驅(qū)動電路。
技術(shù)背景到目前為止，己公知的所有LED陣列產(chǎn)品中， 一般不是共陰連接就是 共陽連接，圖6、圖7和圖8、圖9就是常見LED數(shù)碼管應(yīng)用實例。圖6、圖7是共陽LED數(shù)碼管陣列及其動態(tài)驅(qū)動電路原理，圖8、圖9 是共陰LED數(shù)碼管陣列及其動態(tài)驅(qū)動電路原理。眾所周知，LED是單向電流驅(qū)動型器件，當(dāng)從正向流過LED的電流(習(xí) 慣上稱為正向電流)大于能致使LED明顯地發(fā)光所需的最小電流(本說明 書用Imin表示，其余同)時，我們就會感覺到LED明顯地發(fā)光了，而從反 向流過LED的電流(習(xí)慣上稱為反向電流)盡管也可能大于Imin,但并沒 有能使我們感覺到LED會發(fā)光，相反卻有可能會使LED被損壞。因此在實 際應(yīng)用中，當(dāng)不需要某個LED芯片發(fā)光時,就令流過它的正向電流小于Imin，我們就稱之處于熄滅狀態(tài)(不發(fā)光)。在圖6、圖7中，當(dāng)驅(qū)動器IC的驅(qū)動端口 P10 P17全部或部份處于0 態(tài)(低電平)而另一組驅(qū)動端口 P20 P23的某位為1態(tài)(高電平)時，就會 有LED獲得足夠的正向電流(其大小與相應(yīng)的限流電阻R(K7有關(guān)，其余同) 而發(fā)光，反之就處于熄滅狀態(tài)。這就是眾所周知動態(tài)掃描顯示原理。對于共 陰應(yīng)用的圖9來說，則為當(dāng)驅(qū)動器IC的驅(qū)動端口P10 P17全部或部分處 于1態(tài)而另一組驅(qū)動端口 P20 P23的某位為0態(tài)時，也會有LED獲得足夠 的正向電流而發(fā)光，反之就處于熄滅狀態(tài)。該種LED顯示驅(qū)動電路存在以下缺點在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，往往由 于受資源緊缺方面的限制，使得當(dāng)需要多位LED作顯示器(特別是LED數(shù) 碼管)時，不得不通過擴(kuò)展I/0芯片來滿足工程需要；而擴(kuò)展I/0芯片就意 味著需要增加硬件成本；由于擴(kuò)展了I/0芯片，PCB板的面積也會相應(yīng)地需 要增大，如此一來就給小體積的嵌入式應(yīng)用增加了難度；由于擴(kuò)展了I/0芯
片，焊盤數(shù)量也會相應(yīng)地被增加，加工成本也隨之水漲船高；由于增加了芯 片和引線及焊點，相應(yīng)地也增加了故障點和維修難度；由于增加了元器件， 硬件設(shè)計與布線難度也會增加，應(yīng)用系統(tǒng)的能耗必然會增加，從而發(fā)熱量也 會增加，這給嵌入式應(yīng)用的小體積化散熱問題帶來困難。 實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種連接方式簡化、能減少應(yīng)用 系統(tǒng)的驅(qū)動器數(shù)量，從而減少焊盤數(shù)量、提高可靠性之倍增LED顯示驅(qū)動 裝置，以解決已有LED顯示驅(qū)動電路存在的上述不足之處。解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是 一種倍增LED顯示驅(qū)動裝置，包括 由作為發(fā)光元素的LED器件組成的LED顯示器陣列和驅(qū)動器電路，所述的LED顯示器陣列是一組由So、 S,、 S2、 ......Sm行、D0、 Dn D2、 D3、 ......Dn列共陽連接的LED陣列和So，、 Sr、 S2'.......Sm，行、D0，、 D,、 D2，、D3，.......Dn，列共陰連接的LED陣列并聯(lián)連接而組成的LED顯示器陣列，所述的驅(qū)動器電路是三態(tài)橋式驅(qū)動器，該并聯(lián)的LED顯示器陣列的行線S0.......Sm和S。，、 ......Sm，分別連接在一起并通過各自的限流電阻Ro、 R,、R2、 ......Rm或Rm，(當(dāng)nK:m，時，為Rm，)或者直接與一組具有三態(tài)輸出的驅(qū)動電路的輸出端口 Po、 Pt、P2.......Pm或Pm'(當(dāng)m〈m'時，為Pm')相連接，該并聯(lián)的LED顯示器陣列的列線Do、 Dp D2、 ......Dn和Do'、 D八D2'.......Dn'分別連接在一起并直接或通過各自的限流電阻Ro、 R^、R2.......Rn或Rn，(當(dāng)n〈n，時，為Rn，)與另一組具有三態(tài)輸出的驅(qū)動電路的輸出端口Po、 P2.......Pn或Pn，(當(dāng)n〈n，時，為Pn，)相連接，上述m、n和m，、 n，的取值范圍分別是l《m《4096， l《n《4096， l《m， 《4096， l《n，《4096。由于采用上述結(jié)構(gòu)，本實用新型之LED顯示裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具 有以下有益效果1、 減少了應(yīng)用系統(tǒng)的驅(qū)動器及其相應(yīng)的引線數(shù)目，從而也減少了焊盤 數(shù)量，不但可減少故障點并提高可靠性，還可以縮小PCB板面積，更有利 于嵌入式應(yīng)用。2、 簡化應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計，降低應(yīng)用系統(tǒng)對CPU的I/O數(shù)量的要求， 可節(jié)約擴(kuò)展I/O驅(qū)動電路的硬件開銷，且由于減少了擴(kuò)展I/O驅(qū)動電路系統(tǒng)， 總能耗相應(yīng)地會有所減少，從而可減少發(fā)熱量，更有利于嵌入式應(yīng)用。3、 減少材料損耗，降低生產(chǎn)成本。由于減少了 I/O擴(kuò)展電路，相應(yīng)地 減小了 LED顯示屏的公共驅(qū)動引線及焊盤數(shù)量，傳統(tǒng)驅(qū)動方法最多只能分 時驅(qū)動(m +1) x (n+i)個LED，而用三態(tài)橋式驅(qū)動器則最多可以分時驅(qū) 動2 (m +1) x (n+i)個LED，因而減少引線用量；例如可使顯示2個 16*16點陣漢字陣列由以往的16行32列共48條驅(qū)動線縮減到32條，即節(jié) 省了16條，相對地節(jié)省了33%以上，對于LED數(shù)碼顯示器陣列來說，可使 顯示22個8段LED數(shù)碼顯示器陣列由以往的30條驅(qū)動線縮減到19條，即 節(jié)省了11條，相對地節(jié)省了36.6 %以上，因而大大地減少了材料損耗，降 低了生產(chǎn)成本。4、 由于減少了驅(qū)動引線和I/O擴(kuò)展電路，因而提高了產(chǎn)品可靠性，減 輕了檢修和維護(hù)難度。下面，結(jié)合附圖和實施例對本實用新型之LED顯示裝置的技術(shù)特征作 進(jìn)一步的說明。

圖1:用8+4個三態(tài)驅(qū)動器分時驅(qū)動4位共陽連接的LED數(shù)碼管模塊 CP8s4LED和4位共陰連接的LED數(shù)碼管模塊CN8s4LED的一種應(yīng)用電路 原理圖圖2:用8+4個三態(tài)驅(qū)動器分時驅(qū)動8行、4列共陽連接的LED陣列和 8行、4列共陰連接的LED陣列的電路原理圖；圖3:用(m+l) + (n+l)個三態(tài)驅(qū)動器分時驅(qū)動S m+l行、D n+l列 共陽連接的LED陣列和S m+l' 、 D n+l'列共陰連接的LED陣列的電路原 理圖；圖4:三態(tài)橋式驅(qū)動器原理的等效電路圖；圖5:三態(tài)驅(qū)動電路的理想模型原理圖；圖6:共陽連接的8段LED數(shù)碼管接線示意圖；圖中Dn為公共端的陽極引出線，Sa、 Sb、 Sc、 Sd、 Se、 Sf、 Sg、 Sh為 各段LED的陰極引出線；圖7:已有四位共陽LED數(shù)碼管的顯示器及其動態(tài)掃描驅(qū)動電路示意圖；圖8:共陰連接的8段LED數(shù)碼管接線示意圖； 圖中Dn'為公共端的陰極引出線，Sa'、 Sb'、 Sc'、 Sd'、 Se，、 Sf5、 Sg，、
Sh'為各段LED的陽極引出線；圖9:已有四位共陰LED數(shù)碼管的顯示器及其動態(tài)掃描驅(qū)動電路示意圖。
具體實施方式
一種倍增LED顯示驅(qū)動裝置，是用8+4個三態(tài)驅(qū)動器分時驅(qū)動8行、4 列共陽連接的LED陣列和8行、4列共陰連接的LED陣列的LED顯示裝置。 包括LED顯示器陣列及構(gòu)成三態(tài)輸出橋式驅(qū)動器的IC，圖1中，CP8s4LED 是四位8段共陽LED數(shù)碼顯示器陣列，CN8s4LED是四位8段共陰LED數(shù) 碼顯示器陣列，相應(yīng)的驅(qū)動電路是由已公知的三態(tài)驅(qū)動器構(gòu)成，在圖l中用 IC表示，P10 P17及P20 P23是該IC的輸出驅(qū)動端口，所有這些端口都 是三態(tài)的；三態(tài)輸出的橋式驅(qū)動器IC的驅(qū)動端口 P10 P17分別與共陽LED數(shù)碼顯 示模塊CP8s4LED的段驅(qū)動引線So、 S,、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6及點驅(qū)動引線 S7通過限流電阻Ro R7相連，IC的驅(qū)動端口 P20 P23分別與共陽LED數(shù) 碼顯示模塊的位驅(qū)動引線(即共陽的公共端)Do、 D。 D2、 D3直接相連接， 參見圖1;三態(tài)輸出的橋式驅(qū)動器IC的驅(qū)動端口 P10 P17也分別與共陰LED數(shù) 碼顯示模塊CN8s4LED的段驅(qū)動引線So，、 S,、 S2，、 S3，、 S4，、 S5，、 S 及點 驅(qū)動引線S7，通過限流電阻R0 R7相連，IC的驅(qū)動端口 P20 P23也分別與 共陰LED數(shù)碼顯示模塊的位驅(qū)動引線(即共陰的公共端)D0'、 Dl'、 D2'、 D3'直接相連接，參見圖1。該三態(tài)輸出電路的實際模型相當(dāng)于是由上可變電阻器(如圖4所示的 ROH和R1H)和下可變電阻器(如圖4所示的ROL和R1L)構(gòu)成，它們既 可以可同時工作于高電阻值狀態(tài)(此時習(xí)慣上稱為阻態(tài)，其余同)，又可以 分時地工作于低電阻值狀態(tài)——即當(dāng)上可變電阻器(依用途也稱為上橋臂， 其余同)處于低電阻值狀態(tài)時，下可變電阻器(依用途也稱為下橋臂，其余 同)必須處于高電阻值狀態(tài)(此時習(xí)慣上稱為1態(tài)，其余同)；而當(dāng)下可變 電阻器處于低電阻值狀態(tài)時，上可變電阻器必須處于高電阻值狀態(tài)(此時習(xí) 慣上稱為O態(tài)，其余同)。三態(tài)驅(qū)動電路的理想模型如圖5所示，它相當(dāng)于一個單刀三擲機(jī)械式閘 刀開關(guān)，Q為該閘刀開關(guān)的中心接點，其引出線稱為輸出端口P。當(dāng)閘刀K
擲向H時，處于懸空狀態(tài)，輸出端口P呈現(xiàn)為阻態(tài)；當(dāng)閘刀K擲向Vcc時， 輸出端口P呈現(xiàn)為1態(tài)；當(dāng)閘刀K擲向Gnd時，輸出端口P呈現(xiàn)為O態(tài)。本實用新型中，所述的低電阻值狀態(tài)是指可以流過能使LED進(jìn)入正常 發(fā)光工作所需的電流(以后用Iwor表示，其余同)的狀態(tài)，所述的高電阻 值狀態(tài)是指不能提供致使LED明顯地發(fā)光所需的最小電流(以后用Imin表 示，其余同)的狀態(tài)。圖4是說明三態(tài)橋式驅(qū)動器原理的等效電路圖，圖中，R0H和R0L組 成三態(tài)驅(qū)動器H0，驅(qū)動端口為C， R1H和R1L組成三態(tài)驅(qū)動器H1，驅(qū)動端 口為A， H0和H1又組成了一個橋式驅(qū)動器ABCD, RL是它的負(fù)載，R0H 和R1H是上橋臂，R0L和R1L是下橋臂，端點D和B分別接電源的正極 Vcc (參考l電平)和電源的負(fù)極GND (參考0電平)，a、 b、 c、 d是各等 效可變電阻R1H、 R1L、 R0L、 R0H的滑動觸頭。當(dāng)a、 b均滑向驅(qū)動端口 A 時，三態(tài)驅(qū)動器H1處于阻態(tài)，而當(dāng)a滑向D且b滑向A時，Hl處于l態(tài)， 當(dāng)a滑向A且b滑向B時，H1處于0態(tài)；同理，當(dāng)c、 d均滑向驅(qū)動端口C 時，三態(tài)驅(qū)動器HO處于阻態(tài)，而當(dāng)d滑向D且c滑向C時，H0處于1態(tài)， 當(dāng)d滑向C且c滑向B時，H0處于0態(tài)。只有當(dāng)H0和H1的狀態(tài)互異時， 負(fù)載RL才可以有電流流過。本實用新型中，所述的具有三態(tài)輸出的驅(qū)動器電路，可以是具有三態(tài)輸 入輸出端口的微控制器(如PIC系列或AVR系列單片機(jī))，也可以是具有 三態(tài)輸入輸出特性的其它普通功率驅(qū)動電路。作為本實用新型實施例的一種變換，所述組成并聯(lián)的LED顯示器陣列 的LED數(shù)量可以增大或減少，g卩可以是一組由So、 S卜S2、 ......Sm行、Do、 D!、 D2、 D3、 ......Dn列共陽連接的LED陣列和So'、 S,、 S2，、 ......Sm，行、Do，、 D,，、 D2，、 D3，、 ......Dn，列共陰連接的LED陣列并聯(lián)連接而組成的LED顯示器陣列，該并聯(lián)的LED顯示器陣列的行線SQ.......Sm和So'.......Sm，分別連接在一起并通過各自的限流電阻Ro、 R。 R2.......Rm或Rm，(當(dāng)m〈m，時，為Rm，二或者直接與一組具有三態(tài)輸出的驅(qū)動電路的輸出端口Po、 P,、 P2.......Pm或Pm，(當(dāng)m〈m，時，為Pm，二相連接，該并聯(lián)的LED顯示器陣列的列線D。、Dt、D2.......Dn和Do，、D,，、D2，.......Dn，分別連接在一起并直接或通過各自的限流電阻Ro、R4、R2、......Rn或Rn，(當(dāng)n〈n，時，為Rn，=與另一組具有三態(tài)輸出的驅(qū)動電路的輸出端口 P。、 P,、P2、 ......Pn或Pn，(當(dāng)n〈n，時，為Pn，=相連接，上述m、 n和m，、 n，的取值范圍分別是l《m《4096， l《n《4096， l《m，《4096， l《n，《4096 (參見圖3)。圖中所顯示的是m=m，， ！^n'的特殊情況，實際應(yīng)用中，m 與m'、 n與n' 、 m與n、 m'與n'都不需要一定要相等。根據(jù)需要，m、 n和m，、 n'具體數(shù)值還可以再增大。上述并聯(lián)的LED顯示器陣列的行線或并聯(lián)的LED顯示器陣列的列線 中，只要行線或列線其中的一端有限流電阻就可以了。 下面，以本實用新型實施例用8+4個三態(tài)驅(qū)動器分時驅(qū)動8行、4列共陽連 接的LED陣列和8行、4列共陰連接的LED陣列的倍增LED顯示驅(qū)動裝置 為例，說明電路連接關(guān)系及工作原理IC的驅(qū)動端口 P10 P17分別與共陽LED數(shù)碼顯示模塊CP8s4LED的 段驅(qū)動引線S。、 S!、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6及點驅(qū)動引線S7通過限流電阻R0 R7相連，IC的驅(qū)動端口 P20 P23分別與共陽LED數(shù)碼顯示模塊的位驅(qū)動 引線(即共陽的公共端)Do、 Dp D2、 D3直接相連接(參見圖1、圖2);IC的驅(qū)動端口 P10 P17也分別與共陰LED數(shù)碼顯示模塊CN8s4LED 的段驅(qū)動引線So'、 Sr、 S2，、 S3,、 S4，、 S5，、 S6'及點驅(qū)動引線S7'通過限流電 阻R0 R7相連，IC的驅(qū)動端口 P20 P23也分別與共陰LED數(shù)碼顯示模塊 的位驅(qū)動引線(即共陰的公共端)Do'、 Dr、 D2'、 D3'直接相連接(參見圖 1、圖2);當(dāng)需要共陽LED數(shù)碼顯示模塊的某位某段點亮?xí)r，只需把該位的位驅(qū) 動引線所對應(yīng)的驅(qū)動端口置為1態(tài)，而把相應(yīng)的段驅(qū)動引線所對應(yīng)的驅(qū)動端 口置為O態(tài)即可。如要使共陽模塊的Do顯示"8"字，則驅(qū)動端口的狀態(tài)為 Pio Pi6為0態(tài)，P20為l態(tài)，Pn不為0態(tài)。于是如果限流電阻R0 R6的 電阻值取得合適(這是設(shè)計者所希望的，其余同)，則對應(yīng)于數(shù)碼段So、 S。 S2、 S3、 S4、 S5、 S6的LED便會因為有合適的工作電流流過而發(fā)光，但對應(yīng) 于^的LED因為沒能有合適的工作電流流過而仍然處于不發(fā)光的熄滅狀態(tài) (參見圖1、圖2)。當(dāng)需要共陰LED數(shù)碼顯示模塊的某位某段點亮?xí)r，只需把該位的位驅(qū) 動引線所對應(yīng)的驅(qū)動端口置為0態(tài)，而把相應(yīng)的段驅(qū)動引線所對應(yīng)的驅(qū)動端 口置為1態(tài)即可。如要使共陰模塊的D0'顯示"8"字，則驅(qū)動端口的狀態(tài)為 P10 P16為1態(tài)，P20為0態(tài)，P17'不為l態(tài)。于是如果限流電阻R0 的電阻值取得合適，則對應(yīng)于數(shù)碼段So'、 sr、 S2'、 S3'、 S4'、 S5'、 S 的LED便會因為有合適的工作電流流過而發(fā)光，但對應(yīng)于S/的LED因為沒能有合 適的工作電流流過而仍然處于不發(fā)光的熄滅狀態(tài)(參見圖l、圖2)。要點亮其它各點或各段時的驅(qū)動原理與上述相同，對于圖1中具體的某 個LED時，當(dāng)讓其獲得正向工作電流Iwor時，該LED就被點亮發(fā)光，控制 流過它的正向電流小于Imin時，該LED就處于熄滅狀態(tài)。當(dāng)采取動態(tài)掃描 驅(qū)動的方法時，由于人眼有視覺暫留現(xiàn)象的存在，只要掃描頻率足夠高，便足以得到我們所需要的多種不同信息了 。8段4位LED數(shù)碼顯示模塊實際上也相當(dāng)于8行、4列的LED顯示器 陣列(參見圖2)。上述只是舉這一常用且易見的器件作實施例來說明而已， 但并不僅限于此例中的LED數(shù)碼顯示器陣列器件。本說明書中作為發(fā)光元素的LED器件，可以是人眼能直接看到其所發(fā) 出的光線的普通LED光電器件，也可以是人眼不能直接看見其所發(fā)出的光 線的光電隔離耦合器中的LED，或是只發(fā)出非可見光的紅外光或紫外光的 LED器件，或是在光通訊領(lǐng)域中作為電光信號轉(zhuǎn)換所用的LED器件。所述的LED的個數(shù)，均是指LED象素的個數(shù)，不是特指LED芯片的個 數(shù)。 一個LED象素可以是由多個LED芯片所組成，不一定只是一個LED芯片。 例如當(dāng)2個LED芯片串聯(lián)或并聯(lián)時，就只構(gòu)成一個象素，而實際上有2個 LED芯片。
權(quán)利要求1、一種倍增LED顯示驅(qū)動裝置，包括由作為發(fā)光元素的LED器件組成的LED顯示器陣列和驅(qū)動器電路，其特征在于所述的LED顯示器陣列是一組由S0、S1、S2、......Sm行、D0、D1、D2、D3、......Dn列共陽連接的LED陣列和S0’、S1’、S2’、......Sm’行、D0’、D1’、D2’、D3’、......Dn’列共陰連接的LED陣列并聯(lián)連接而組成的LED顯示器陣列，所述的驅(qū)動器電路是三態(tài)橋式驅(qū)動器，該并聯(lián)的LED顯示器陣列的行線S0、......Sm和S0’、......Sm’分別連接在一起并通過各自的限流電阻R0、R1、R2、......Rm或Rm’或者直接與一組具有三態(tài)輸出的驅(qū)動電路的輸出端口P0、P1、P2、......Pm或Pm’相連接，該并聯(lián)的LED顯示器陣列的列線D0、D1、D2、......Dn和D0’、D1’、D2’、......Dn’分別連接在一起并直接或通過各自的限流電阻R0、R1、R2、......Rn或Rn’與另一組具有三態(tài)輸出的驅(qū)動電路的輸出端口P0、P1、P2、......Pn或Pn’相連接，上述m、n和m’、n’的取值范圍分別是1≤m≤4096，1≤n≤4096，1≤m’≤4096，1≤n’≤4096。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的倍增LED顯示驅(qū)動裝置，其特征在于所述 具有三態(tài)輸出的橋式驅(qū)動器的單元電路是由兩個具有三態(tài)輸出的驅(qū)動電路 構(gòu)成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的倍增LED顯示驅(qū)動裝置，其特征在于所述 的具有三態(tài)輸出的驅(qū)動電路，是具有三態(tài)輸入輸出端口的微控制器——-PIC 系列或AVR系列單片機(jī)的I/O端口，或是具有三態(tài)輸入輸出特性的普通功 率驅(qū)動電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的倍增LED顯示驅(qū)動裝置，其特征在于作為 發(fā)光元素的LED器件是人眼能直接看到其所發(fā)出的光線的普通LED光電器 件，或是人眼不能直接看見其所發(fā)出的光線的光電隔離耦合器中的LED，或 是只發(fā)出非可見光的紅外光或紫外光的LED器件，或是在光通訊領(lǐng)域中作 為電光信號轉(zhuǎn)換所用的LED器件。
專利摘要一種倍增LED顯示驅(qū)動裝置，包括由作為發(fā)光元素的LED器件組成的LED顯示器陣列和驅(qū)動器電路，所述的LED顯示器陣列是一組由m+1行、n+1列共陽連接的LED陣列和m+1’行、n+1’列共陰連接的LED陣列并聯(lián)連接而組成的LED顯示器陣列，所述的驅(qū)動器電路是三態(tài)橋式驅(qū)動器，該并聯(lián)的LED顯示器陣列的行線分別連接在一起，與一組具有三態(tài)輸出的驅(qū)動電路的輸出端口相連接，該并聯(lián)的LED顯示器陣列的列線分別連接在一起并與另一組具有三態(tài)輸出的驅(qū)動電路相應(yīng)的輸出端口相連接。該裝置減少了應(yīng)用系統(tǒng)的驅(qū)動端口的數(shù)目以及焊盤數(shù)量、簡化了應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計，可靠性高，并可減少材料損耗，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號G09G3/32GK201017607SQ20062016360
公開日2008年2月6日 申請日期2006年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月28日
發(fā)明者金 吳 申請人:金 吳