CN100585688C - 一种led矩阵装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于光电显示领域，提供了一种发光二极管(light emitting diode，LED)矩阵装置，包括：时序电路，数据驱动电路，扫描驱动电路，及LED矩阵。在LED矩阵的行与列交错的显示单位中，包括一个红外线LED及一个或一个以上的可见光LED。时序电路产生控制信号来控制数据驱动及扫描驱动电路，分别驱动红外线及可见光的LED。此外时序电路产生一组讯号，内含目前所推动红外线LED的行与列信息，提供给外部的光笔装置来译码目前光笔位置。装置内部可见光的LED功能和现有LED矩阵一样，红外线的LED部分则产生光笔所需的位置信息。一般LED显示可由多个LED矩阵装置串接而成，因此本发明光笔的接口也具有串接功能。

Description

一种LED矩阵装置

技术领域

本发明属于光电显示领域，尤其涉及一种具有光笔功能的LED矩阵装置。

背景技术

LED矩阵装置随着LED的单价降低和可靠性提高，被大量的用在大型的显示板上。近来，随着有机LED(organic LED)技术的发展，LED矩阵装置也用在小型的可携式产品上。但是目前的LED矩阵装置只有显示的功能而没有输入的功能。

常见的显示屏输入方式包括触控屏和光笔。触控屏无论是使用电容式或电阻式，造价都较昂贵，而且必须另外增加触控屏控制电路。并且触控屏使用一段时间后必须校正。光笔价格便宜，其前端包括光感应器，可以接受屏幕上光点的触发，另外光笔需要接收屏幕的水平及垂直同步信号，判断触发时光笔在屏幕上的位置。但在没有光的背景上光笔无法工作，因此光笔常用于单选的选择，在选项一般为反白的方块，以方便光笔选择。因此一般LED矩阵不能使用光笔。而且一般光笔，无法圈点于无光点的黑色背景上。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种LED矩阵装置，旨在解决现有技术光笔无法圈点于无光点的背景的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种LED矩阵显示装置，包括：LED矩阵，包括多个行列交接的显示单元，每个显示单元包括一个红外LED及至少一个可见光LED；行数据驱动电路，用于接收外部数据并驱动LED矩阵以产生不同的可见光LED图案，并驱动红外LED；列扫描驱动电路，包括可见光LED列扫描驱动电路和红外LED列扫描驱动电路，用于产生驱动LED矩阵的列信号；以及时序电路，用于产生供外部光笔使用的信号以及用于列扫描驱动电路和行数据驱动电路的信号。

为了使现有的LED矩阵能使用光笔，可将目前的显示水平与垂直位置信息输出。但是LED矩阵和CRT屏幕扫描不同，因为冷阴极管(Cathode RayTube，CRT)屏幕扫描是一个光点由上而下，自左而右的扫描，只要是光笔的接收感应器有接受光线触发，把根据来自屏幕的水平及垂直同步信号及频率所完成的地址计数器，就可以推断目前光笔的位置。但是LED矩阵是一次同时点亮一整排的LED，所以当光笔感应到有光线时只能判断是哪一排，但是不能判断是一排上哪一个LED所发出的光线。

因此，可在每个LED矩阵行列交错的显示单元上加摆上一个红外线的LED，相对的外部光笔的光线接受器也改为红外线接收器。在可见光的部分维持和现有的LED矩阵相同的驱动，可以是行扫描或列扫描。红外光扫描方式也可以是行扫描或列扫描，但和可见光驱动不同处，是可见光扫描一行(列)时，是整行(列)可见光一起同时驱动。本发明实施例红外光在扫描同一列(行)时，于同一列上的红外线LED，分别逐次的点亮，如此可以保证红外线LED在任何时候不会有一个以上的红外线LED是亮的。因此外部光笔根据提供的时序信号，就可以分析出触发当时红外线LED的行列位置。

为了考虑有串接LED矩阵的需求，可另外增加控制信号，使得红外光LED的部分在串接时会一个装置一个装置的逐次工作下去，而也经由这些控制信号可以得知目前是哪一个LED矩阵装置正在工作。如此可以在LED矩阵装置串接起来时，外部的光笔也能正常工作。

至于可见光与红外光的扫描频率，并不一定要相同。可以视串接的数量及红外线扫描频率决定，在不串接时，可以选择两者的扫描频率相同，如此可以简化电路。扫描红外光同一列(行)每一点逐一点亮时，是否以静态点亮或调制的方式，可以视光笔位置而定，如果光笔是直接在LED矩阵上工作，静态点亮即可，若光笔离LED矩阵有相当距离时，则以调制方式可以方便光笔内部滤波放大电路，之后再以解调电路分辨是否有接受到调制的红外光点信号。

使用红外光LED的感应方式的另一个优点，是红外光LED是不可见光因此不会干扰可见光LED的显示，可以逐列逐行的一个个全部点亮。也正因为如此，一般CRT屏幕光笔无法感应黑色无亮点部分的缺点也一起克服。因为即便是可见光LED部分全部没有点亮，但本发明光笔用红外光LED部分依然工作正常。

附图说明

图1是现有技术LED装置列扫描的电路图；

图1A是现有技术LED装置行扫描的电路图；

图2是现有技术单色显示单元的电路图；

图3是现有技术多色显示单元的电路图；

图4是本发明实施例单色显示单元的电路图；

图5是本发明实施例LED装置列扫描的电路图；

图5A是本发明实施例LED装置行扫描的电路图；

图6是现有技术列扫描驱动方式的时序图；

图7是现有技术行扫描驱动方式的时序图；

图8是本发明实施例列扫描驱动方式的时序图；

图8A是本发明实施例行扫描驱动方式的时序图；

图9是本发明实施例提供给外部光笔的信号的时序图；

图10是本发明实施例串接时提供给外部光笔的信号的时序图；以及

图11是本发明实施例串接时的示意图。

图式中元件符号说明：

时序电路的扫描线同步信号HS

时序电路的第一扫描线同步信号VS

时序电路的第一扫描装置致能同步信号FS

时序电路的外部红外装置致能输入信号EI

时序电路的下一级红外装置致能输出信号EO

扫描驱动电路第一列可见光LED驱动信号S1(列扫描实施方式)

扫描驱动电路第一行红外LED驱动信号Q1(列扫描实施方式)

扫描驱动电路第二行红外LED驱动信号Q2(列扫描实施方式)

扫描驱动电路第n行红外LED驱动信号Qn(列扫描实施方式)

数据驱动电路第一列可见光LED驱动信号S1(行扫描实施方式)

数据驱动电路第一列红外光LED驱动信号T1(行扫描实施方式)

数据驱动电路第二列红外光LED驱动信号T2(行扫描实施方式)

数据驱动电路第n列红外光LED驱动信号T1(行扫描实施方式)

数据驱动电路第一列红外LED驱动信号T1(列扫描实施方式)

数据驱动电路第一行可见光LED驱动信号P1(列扫描实施方式)

扫描驱动电路第一行红外LED驱动信号Q1(行扫描实施方式)

扫描驱动电路第一行可见光LED驱动信号P1(行扫描实施方式)

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有的LED矩阵分别有图1和图1A两种，这两种的控制方式不同，图1是列扫描方式，图1A是行扫描方式。但是两者都是一次显示一整列(行)m(n)个LED显示单元，而依次一列(行)一列(行)逐列(行)显示下去共显示n(m)列(行)。传统的LED显示单元，依单色或多色的LED矩阵，分别有一个可见光LED或一个以上的可见光LED，分别如图2及图3所显示。本发明实施例在显示单元内除一般可见光外，另加了一颗红外光LED。以单色时为例，图4中11为红外光LED，12为一般可见光LED。因为本发明实施例对传统的可见光部分，并不做更动。所加红外线LED驱动方式以行扫描或列扫描皆可，两者类似，因此说明时红外线LED扫描以列扫描为主。

传统LED矩阵以列扫描而言如果是每个LED显示单元有r个LED(一般多色的有2～3个不同颜色LED，单色则只有一个)，则每列LED共有k x r个LED，即m＝kxr。单色与多色的LED矩阵除LED显示单元内的LED个数及颜色不同，驱动方式一样，因此对本发明的说明以单色LED矩阵为主，多色LED矩阵驱动相当于较多数目的单色LED。图1方式LED矩阵扫描线S1～Sn分别依次供电，外部数据送到数据驱动电路，数据驱动电路依据不同的数据值送出P1～Pm的信号来控制LED矩阵来显示出相关的图案。图1为较常见的控制方式，图1A则见于美国专利号5,748,160的设计，此篇专利中P1～Pm会由扫描驱动电路依次产生不同的阶梯状电压，以单色的LED矩阵为例，先由P1开始给电压，然后P2，然后依序一次一行逐行而下。每次给电压的那一行，再把外部数据送到数据驱动电路产生不同的S1～Sn控制信号，分别点亮同一行上不同列的LED产生所需要的图形。

本发明实施例可以分别适用图1及图1A的可见光LED矩阵驱动方式，因为本发明实施例是多了红外光的LED，所增加的驱动电路为驱动红外光LED，而可见光的部分驱动则维持不变。本实施例将以图1的可见光LED矩阵驱动方式为例，说明如何驱动加上内嵌红外线LED的LED矩阵，如图5所示。图5A的驱动，可见光驱动扫描方式由原列扫描改为行扫描，驱动控制方式与图5有所不同。但图5A在光笔操作部分实际原理和图5相同，只是将行列调换而已。

先以图1的驱动方式来说明，图6是传统列扫描的波形，S1依序于时间t1时开始供电，P1及P2到Pm一整列电压分别依照使用者输入的外部数据来控制，产生第一列的LED灯的图案。然后依次S2依序于时间t2时开始供电，P1及P2到Pm一整列电压分别依照使用者输入的外部数据来控制，产生第二列的LED灯的图案。依序的S3，S4，...Sn，完成一整个画面的扫描。然后再自S1开始逐列扫描下一个画面。本发明实施例中的可见光LED的扫描方式与现有LED矩阵相同。但是在多出的红外LED，如图5多出的k×n个红外LED，可提供T1..Tn及Q1..Qk的驱动信号，另外对LED装置外的光笔提供信号。以便让光笔可以计算出目前红外光点所在的行列位置。

图8提出本发明实施例的列扫描方式，和可见光类似。红外LED由T1..Tn逐列扫描，图8的T1(41)供电区间和S1(31)的供电类似。但和可见光的P1..Pm(42)同时依外部数据驱动不同，红外光上Q1，Q2，..Qk(图8中的32，33，34)是依次一个个点亮，同一时间内(q1，q2，..qn)不会有一个以上的红外LED同时点亮，点亮的波形可以是静态的供电状态或某个调制频率的波形。T1供电的周期t1′和S1的t1并不一定要相同，可以根据LED矩阵大小及串连数决定。如果t1′等于t1时，则T1～Tn可以用S1～Sn一样的波形推动，如此LED矩阵的部分可以不用有T1～Tn接脚，直接于LED矩阵内部将原先接T1～Tn处，接S1～Sn即可，如此可以简化本发明实施例系统设计。

图1A是行扫描的传统LED装置，虽然扫描方式和图1有极大的差异。但是本发明行扫描时在可见光LED部分，是维持和传统方式不变的。只是配合外部数据由一列一列改由一行一行供给，而红外扫描信号由列扫描改为行扫描，如图8A为本发明实施例的行扫描实施方式。图7为现有行扫描的驱动方式，可以看到行驱动信号分别由P1，P2，至Pm，分别于t1，t2，..tm依序送出供电信号，而S1到Sn则依外部数据同时发出灯亮或灭的信号。图8A为本发明实施例行扫描的驱动方式，可以看出与图8列扫描的类似之处，重点都是扫描红外线的LED时，无论是逐行或逐列扫描，红外LED都必须一个个依次点亮如图8A中的32A、33A、34A，不能同时有一颗以上的红外LED同时点亮，如此外部光笔才能判断红外光点位置。同图8列扫描时的原理，若图8A的t1′和t1×r相同时，可以直接以P1～Pm的信号取部分(每r个取一个，即取Qi×r而i＝1～k)来推动Q1～Qk，如此可以简化系统设计。

图9是本发明提供给外部光笔的信号，TRIG为外部的光笔感应到红外光的触发信号。HS(21)及VS(22)为本发明实施例提供给外部光笔的信号。HS与列(或行)扫描信号保持同步及周期为固定比率M，Vs与列(或行)扫描的第一列(或行)供电信号保持同步及周期为固定比率N。如此以TRIG触发点上升沿与VS上升沿的时间差tg占VS周期tv的比例Y，及TRIG距离前一个HS的时间tp与th的比例X，就可以得知触发点TRIG是哪一条扫描线及哪个红外LED点所触发进而知道目前光笔位置。详细计算如下：

X＝tp/th；

Y＝tg/tv；

th＝M×t1′；(列扫描t1′参考图8，行扫描t1′参考图8A)

tv＝N×t1′×n；(列扫描时，t1′及n参考图8)

tv＝N×t1′×k；(行扫描时，t1′及k参考图8A)

因为x即触发亮点在同一列(行)中的位置，而y即那一条扫描列(行)的位置，是与t1′及t1′×n(t1′×k，行扫描时)相关。

x＝tp/t1′＝tp/(th/M)＝M×(tp/th)＝M×X；

y＝[tg/(t1′×n)]＝[tg/(tv/N)]＝[N×(tg/tv)]＝[N×Y]；([]：取整数运算)

y＝[tg/(t1′×k)]＝[tg/(tv/N)]＝[N×(tg/tv)]＝[N×Y]；(行扫描时)

依此，外部光笔即可算出光笔于LED矩阵显示的位置。其中之所以化简用X，Y，M，N来计算，是因为M，N为系统设计时已知的参数。而X，Y为TRIG点与HS，VS的相对关系，外部光笔很容易获得内部的频率，设置成计数器分别计算HS，VS，TRIG的宽度，即可得到。至于M，N的值可以为1也可以是其它固定数，以方便外部光笔的系统频率设计。

为了考虑有串接LED矩阵的需求，我们另外必须增加三个控制信号，如图10中的EI(24)及EO(25)及FS(23)。FS为FRAME同步信号与扫描面周期同步，如果有a个LED矩阵串接，则FS的周期tf为整个扫描面周期tv′的a倍。即图10中，

tv′＝t1′×n(列扫描时，t1′及n参考图8)

tv′＝t1′×k(行扫描时，t1′及k参考图8A)

tf＝a×tv′

EI是外部红外装置供电输入信号，而EO是下一级红外装置的供电输出，EO于系统重置时输出是除能状态。每当tv′周期开始且EI输入也是供电时，在这个tv′周期这个LED矩阵的红外线LED部分才会作用。当EI这个信号在这个tv′周期开始供电后，EO会在下一个tv′周期开始时供电，供下一级串接的LED矩阵可以于下一个tv′周期工作。如此红外光LED的部分会一个装置一个装置的逐次工作下去，一次工作一个tv′周期。串接的方式如图11方式，其中控制包括图9中的HS，VS信号。而HS，VS，FS则来自时序电路。在串接时，外部光笔除了需有图9的HS，VS信息以计算th，tv与tg的比例外，必须再增加计算FS周期tf与tg的比例关系，以推算TRIG是哪一个串接的LED矩阵的VS周期作用时发生。此外串接时触发点的行列位置计算与不串接时相同。

综合以上所述，本发明实施例的装置，以传统的LED矩阵的显示单元内多加入红外LED，并且于传统的可见光的驱动信号外，多增加了红外LED的驱动信号。使得任何时候红外LED都不会有一个以上处于供电的状态，再加上本发明实施例的时序信号另外提供给外界光笔的同步信号HS、VS，可以让外部光笔计算出红外光触发点的行列位置。另外在串接时，本发明也提供了工串接时使用装置的同步信号FS，可以让外部光笔计算出哪一个串接的装置所发出的红外光点。而串接时使用的外部红外装置供电输入信号EI及下一级红外装置的供电输出EO，依次如图11串接的结果则使得任何时候的LED矩阵装置红外线部分，只有一个装置是供电的。因此外部光笔才能依红外LED触发点与FS的位置关系，计算出是串接中的那个LED矩阵装置所触发。与现有的LED矩阵相比，本发明提供了原来没有的光笔接口，并且以内嵌不可见光的红外LED方式，克服了传统冷阴极管屏幕光笔无法于无亮点区感应的缺点。并且也提供了串接的信号，供串接时使用。具新颖及进步性，及商业上实用之价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种LED矩阵显示装置，其特征在于包括：

LED矩阵，包括多个行列交接的显示单元，每个所述显示单元包括一个红外LED及至少一个可见光LED；

行数据驱动电路，用于接收外部数据并驱动LED矩阵以产生不同的可见光LED图案，并驱动所述红外LED；

列扫描驱动电路，包括可见光LED列扫描驱动电路和红外LED列扫描驱动电路，用于产生驱动所述LED矩阵的列信号；以及

时序电路，用于产生供外部光笔使用的信号以及用于列扫描驱动电路和行数据驱动电路的信号。

2、如权利要求1所述的LED矩阵显示装置，其特征在于，所述行数据驱动电路以静态或固定频率调变方式依次驱动所述LED矩阵的同一列的所述红外LED，使任一时间不会有一个以上的红外LED同时被驱动。

3、如权利要求1所述的LED矩阵显示装置，其特征在于，所述列红外LED列扫描驱动电路依列固定时间逐列驱动所述红外LED，使任一时间不会有一列以上的红外LED同时被驱动。

4、如权利要求1所述的LED矩阵显示装置，其特征在于，所述时序电路供外部光笔使用的信号包括：

与扫描列同步的信号，外部光笔依光点触发点与所述信号位置计算出光点行位置；

与扫描列第一列同步的信号，外部光笔依光点触发点与所述信号位置计算出光点列位置。

5、如权利要求4所述的LED矩阵显示装置，其特征在于，在所述装置串接使用时所述供外部光笔使用的信号进一步包括：

第一扫描装置同步驱动信号，外部光笔依光点触发点与所述信号位置计算出光点装置位置；

外部红外装置驱动输入信号，用来串接上一级装置的驱动输出；

下一级红外装置驱动输出信号，用来供下一级装置驱动输入。

6、一种LED矩阵显示装置，其特征在于包括：

LED矩阵，包括多个行列交接的显示单元，每个所述显示单元包括一个红外LED及至少一个可见光LED；

列数据驱动电路，用来接收外部数据并驱动所述LED矩阵以产生不同可见光LED图案，并驱动所述红外LED；

行扫描驱动电路，包括可见光LED行扫描驱动电路和红外LED行扫描驱动电路，用于产生驱动所述LED矩阵的列信号；

时序电路，用来产生供外部光笔使用的信号，及所述行扫描驱动电路和所述列数据驱动电路的信号。

7、如权利要求6所述的LED矩阵显示装置，其特征在于，所述列数据驱动电路以静态或固定频率调变方式依次驱动所述LED矩阵的同一行的所述红外LED，使任一时间不会有一个以上的红外LED同时被驱动。

8、如权利要求6所述的LED矩阵显示装置，其特征在于，所述红外LED行扫描驱动电路依行固定时间逐行驱动红外LED，使任一时间不会有一行以上的红外LED同时被驱动。

9、如权利要求6所述的LED矩阵显示装置，其特征在于，所述时序电路供外部光笔使用的信号包括：

与扫描行同步之信号，外部光笔依光点触发点与所述信号位置计算出光点列位置；

与扫描行第一行同步的信号，外部光笔依光点触发点与所述信号位置计算出光点行位置。

10、如权利要求6所述的LED矩阵显示装置，其特征在于，在所述装置串接使用时所述供外部光笔使用的信号进一步包括：

第一扫描装置同步驱动的信号，外部光笔依光点触发点与所述信号位置计算出光点装置位置；

外部红外装置驱动输入信号，用来串接上一级装置的驱动输出；

下一级红外装置驱动输出信号，用来供下一级装置驱动输入。

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