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TW201523559A - 發光元件控制電路及控制方法 - Google Patents

發光元件控制電路及控制方法 Download PDF

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TW201523559A TW103141536A TW103141536A TW201523559A TW 201523559 A TW201523559 A TW 201523559A TW 103141536 A TW103141536 A TW 103141536A TW 103141536 A TW103141536 A TW 103141536A TW 201523559 A TW201523559 A TW 201523559A
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Yung-Chun Chuang
Chin-Hui Wang
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Abstract

本發明提出一種發光元件控制電路及控制方法，用以控制一發光元件陣列顯示電路。本發明既控制該發光元件陣列顯示電路中被選的一或多個發光元件的導通時序與導通時間，也以一可變電流源電路控制流經該被選的一或多個發光元件的發光元件電流，使得在相同時間長度的時幅中，發光元件的亮度變化解析度可以增加。

Description

發光元件控制電路及控制方法
本發明係有關一種發光元件控制電路及控制方法，特別是指一種能夠加快刷新率(refresh rate)的發光元件控制電路及控制方法。
第1A圖顯示一種先前技術發光元件控制電路110示意圖，其中發光元件控制電路110用以控制發光元件陣列顯示電路10之影像與亮度。如第1A圖所示，電源供應電路120供應電源予發光元件陣列顯示電路10，而發光元件控制電路110決定發光元件陣列顯示電路10中那些發光元件應導通發亮，以及發亮的發光元件應有何種亮度。為簡化圖面，圖中僅顯示發光元件控制電路110控制一組發光元件；實際應用中，發光元件陣列顯示電路10可包含多個發光元件，安排成陣列形式，以逐列掃描的方式顯示影像，亦即第一列中，被選的一或多個發光元件發亮，接著第二列中，被選的一或多個發光元件發亮，依此類推。發光元件控制電路110包括時序開關111、電流源電路CS1、與時序控制電路113。時序控制電路113產生控制訊號，以操作時序開關111，決定發光元件陣列顯示電路10中被選的一或多個發光元件的導通時序與時間。當時序開關111導通時，對應的電流源電路CS1提供固定的供應電流I1，也就是發光元件電流IL1，給被選的一或多個發光元件。其中，發光元件例如為發光元件二極體(light emitting diode, LED)。
控制訊號例如由一個N位元的數位訊號來決定(N為正整數)，如第1B圖所示，可將一時幅(frame)TF1分為2N 個單位時間T，而控制訊號根據該N位元的數位訊號來決定時序開關111的導通時間，以對應地控制被選的一或多個發光元件的亮度，導通時間越長，被選的一或多個發光元件的亮度越高。在單位時間T為固定的情況下，N的數目越大，表示可控制的亮度變化範圍越大，亦即解析度越高，但相對地，一時幅TF1的總時間就會變長，亦即刷新率會下降。
在先前技術中，通常單位時間T已經是硬體的極限，無法再行縮短，因此若要提高刷新率，只有縮短一時幅的時間，但如此一來就必須減低N的數目，造成亮度變化減少，也就是說在先前技術中，提高刷新率就會降低解析度，增加解析度就必須犧牲刷新率。
有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種能夠不犧牲亮度變化而加快刷新(refresh)率、或是刷新率不變而增加亮度變化的發光元件控制電路及控制方法。
就其中一個觀點言，本發明提供了一種發光元件控制電路，用以控制一發光元件陣列顯示電路，包含：一時序開關，用以與該發光元件陣列顯示電路耦接，且該時序開關由一時序操作訊號操作，以決定該發光元件陣列顯示電路中被選的一或多個發光元件的導通時序與導通時間；一可變電流源電路，與該時序開關耦接，用以根據一電流操作訊號，決定流經該被選的一或多個發光元件的發光元件電流；以及一時序與亮度控制電路，與該時序開關及該可變電流源電路耦接，用以產生該時序操作訊號及該電流操作訊號；其中，該電流操作訊號控制該可變電流源電路，以在該導通時間的至少一部分中，調整該發光元件電流，使該發光元件電流與該導通時間的其他部分不同。
就另一個觀點言，本發明提供了一種發光元件控制方法，用以控制一發光元件陣列顯示電路之亮度，包含：由一時序操作訊號操作一時序開關，以決定該發光元件陣列顯示電路中被選的一或多個發光元件的導通時序與導通時間；根據一電流操作訊號，決定流經該被選的一或多個發光元件的發光元件電流；以及在該導通時間的至少一部分中，調整該發光元件電流，使該發光元件電流與該導通時間的其他部分不同。
在其中一種較佳的實施例中，該發光元件電流有一預設正常電流值，而該發光元件電流受調整時之值低於該預設正常電流值。
在其中一種較佳的實施例中，該發光元件陣列顯示電路之亮度區分為2N 灰階解析度，且該發光元件陣列顯示電路於一時幅(frame)中刷新(refresh)一次，該一時幅均分為2(N-M) 單位時間，且該發光元件電流可被調整為2M 個變化量，其中N, M皆為正整數且N＞M。
在其中一種較佳的實施例中，一時幅均分為2Q 個子時幅(sub-frame)，每個子時幅均分為2(N-M-Q) 單位時間，且該導通時間分散為多個子導通時間，分配於對應的各個子時幅中，其中不同子導通時間彼此最多相差一個單位時間，其中Q為正整數且Q＜(N-M)。
在其中一種較佳的實施例中，一時幅均分為2Q 個子時幅(sub-frame)，每個子時幅均分為2(N-M-Q) 單位時間，且該導通時間分散為多個子導通時間，分配於對應的各個子時幅中，其中至少一個子導通時間與至少另一個子導通時間彼此相差兩個單位時間以上，其中Q為正整數且Q＜(N-M)。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
請參閱第2A-2G圖，顯示本發明的第一個實施例。第2A圖顯示本發明第一個實施例之發光元件控制電路210示意圖，其中發光元件控制電路210用以控制發光元件陣列顯示電路10之影像與亮度。如第2A圖所示，電源供應電路120供應電源予發光元件陣列顯示電路10，而發光元件控制電路110決定發光元件陣列顯示電路10中那些發光元件應導通發亮，以及發亮的發光元件應有何種亮度。為簡化圖面，圖中僅顯示發光元件控制電路110控制一組發光元件；實際應用中，發光元件陣列顯示電路10可包含多個發光元件，安排成陣列形式，以逐列掃描的方式顯示影像。發光元件控制電路210包括時序開關211、可變電流源電路CS2、與時序與亮度控制電路219。其中，時序與亮度控制電路219產生時序操作訊號，以操作時序開關211，決定發光元件陣列顯示電路10中被選的一或多個發光元件的導通時序與時間。當時序開關211導通時，可變電流源電路CS2提供可變的供應電流I2，也就是發光元件電流IL2，給被選的一或多個發光元件。其中，發光元件例如為發光元件二極體(light emitting diode, LED)。此外，時序與亮度控制電路219還產生電流操作訊號，以決定可變電流源電路CS2所提供的供應電流I2，亦即決定發光元件電流IL2。
請參閱第2B圖，根據本實施例，在一時幅(frame)TF2中，分為2N-M 個單位時間T(N, M皆為正整數且N＞M)，而時序操作訊號控制時序開關211在一時幅TF2中導通一段導通時間TON，以控制發光元件陣列顯示電路10中被選的一或多個發光元件之導通時間。除此之外，請參閱第2C圖，在導通時間TON中，電流操作訊號控制可變電流源電路CS2之供應電流I2，以控制發光元件電流IL2，增加亮度變化的解析度。舉例而言，如第2C圖所示，電流操作訊號控制可變電流源電路CS2之供應電流I2，使其在導通時間TON的其中一個單位時間T(例如但不限於最後一個單位時間T)內，可被調整為正常電流的P/2M 倍(P為小於或等於2M 的正整數)。例如，假設預設正常電流值為X，而M=3，則在導通時間TON的其中一個單位時間T之內，供應電流I2可被調整為1/8, 2/8, …, 8/8倍的X。如此一來，相較於先前技術，一時幅的時間，由先前技術的2N *T，縮短至本實施例的2N-M *T，並藉由供應電流I2的調整，可保持相同的解析度，仍為2N 。也就是說，根據本發明，既可縮短一時幅的時間，也就是提高刷新率，又能保持與先前技術相同的解析度。從另一面說，本發明可以在保持與先前技術相同刷新率的情況下，提高解析度，即發光元件的亮度變化範圍。當然，若是可變電流源電路CS2所提供之電流變化更大(大於2M )，則本發明可以既提高刷新率、又提高解析度。
請參閱第2D圖並對照第2E圖，當然，調整供應電流I2之電流量，不限於僅在單一個單位時間T之內為之，亦可在多個單位時間T之內進行，如在兩個單位時間T之內將供應電流I2調整為正常電流的1/2倍，即等於在一個單位時間T之內將供應電流I2調整為正常電流的1/4倍。在此情況下，可以減低可變電流源電路CS2的複雜度，或是，在可變電流源電路CS2的複雜度相同的情況下，可以更提高解析度、或是提高刷新率、或是兩者皆具。
須說明的是， 導通時間TON並不限於如第2A-2E圖所示，自一時幅的開始而起始，亦可以在一時幅中的中段或後段起始；並且，亦可以分開為數個不連續之多個導通時間。請參閱第2F圖並對照第2G圖，一個時幅中可以包含多個子時幅，例如將時間長度為2N-M *T的一個時幅TF2分割為的2Q 個子時幅subTF2，每個子時幅subTF2的時間長度為2N-M-Q *T(Q為正整數且Q＜(N-M))，並且將導通時間TON分散於各個子時幅subTF2中，例如將導通時間TON分散為圖示的子導通時間TON1與TON2。在較佳實施例中，導通時間TON宜平均分散於各個子時幅subTF2中(「平均」意指差距為0T或1T，因導通時間TON未必能被Q整除)，但此為較佳而非必須，亦即圖示的子導通時間TON1與TON2不必須相等(「不相等」包括差距為1T或2T以上)。再者，子導通時間TON1與TON2中，不必須(但當然也可以)以相同的方式調整供應電流I2，例如請參閱第2G圖，其中舉例示出調整供應電流I2的時間點與電流量皆不同。此外，根據本發明，一單位時間T內，並不限於連續的導通，時序操作訊號亦可以具有脈寬調變(pulse width modulation, PWM)的形式，而具有不連續的導通時間。
請參閱第3A-3B圖，顯示可變電流源電路CS2的二個實施例。在第3A圖實施例中，電流操作訊號例如可為數位訊號，以數位方式調整可變電流源電路CS2。可變電流源電路CS2中包含複數個固定電流源電路，藉由控制固定電流源電路何者導通，以控制總電流量，即供應電流I2。在第3B圖實施例中，電流操作訊號例如可為類比訊號，以類比方式調整可變電流源電路CS2中的參考電壓Vref(或是，電流操作訊號本身即提供作為參考電壓Vref)。當參考電壓Vref改變時，可變電流源電路CS2的電流，即供應電流I2，也會改變。
請參閱第4圖，顯示本發明的第二個實施例。如第4圖所示，本實施例顯示發光元件控制電路210應用於發光元件陣列看板中的一個實施例。如圖所示，發光元件陣列看板包含發光元件陣列電路11與發光元件控制電路210，而發光元件控制電路210包含複數線開關電路213、複數通道開關電路214、時序與亮度控制電路219、以及複數可變電流源電路CS2。其中，第一個實施例中的時序開關211，可以對應於本實施例中的通道開關電路214，或是對應於本實施例中的線開關電路213與通道開關電路214之組合；第一個實施例中的時序操作訊號，可以對應於本實施例中的通道選擇訊號，或是對應於本實施例中的線選擇訊號與通道選擇訊號之組合。
發光元件陣列電路11包括複數發光元件，例如但不限於如圖所示之LED (light emitting diode) 元件LED1A ~ LED4D，排列為複數通道(channel)CH1 ~ CH4與複數線(line)Line N-1 ~ Line N+2，其中，在每一線中，複數發光元件之順向端共同耦接至線節點(line node)，例如線Line N之線節點NLN；且在每一通道中，複數發光元件之逆向端共同耦接至通道節點(channel node) 例如通道CH3之通道節點NC3。複數線開關電路213，分別與複數線節點對應耦接，用以根據線選擇訊號，以將複數線節點電連接至線導通電壓VDD或放電路徑(放電路徑例如但不限於為如圖所示之線節點經由線開關電路213下方開關至接地電位或預設的低電位)。其中，線導通電壓例如但不限於為5V等一般電路供應電壓。複數通道開關電路214分別與複數通道節點對應耦接，用以根據通道選擇訊號，以決定是否將複數通道節點分別電連接至對應之複數可變電流源CS2。時序與亮度控制電路219產生線選擇訊號與通道選擇訊號，以選擇特定的發光元件，例如但不限於如圖所示之LED元件LED3B，於一時幅中，導通一段導通時間TON；時序與亮度控制電路219並在導通時間TON的至少一部分中，以電流操作訊號來調整可變電流源電路CS2之電流，以對應地調整LED元件LED3B的電流。本實施例旨在說明發光元件控制電路210可應用於發光元件陣列看板。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，各實施例中圖示直接連接的兩電路或元件間，可插置不影響主要功能的其他電路或元件；又如，發光元件不限於各實施例所示之發光二極體(LED)，亦可擴及具有順向端與逆向端之發光元件；再如，數位訊號高低位準所代表的意義可以互換，僅需對應修改電路對訊號的處理方式；又例如，發光元件陣列並非限於絕對整齊之每線皆為同等數目與每通道皆為同等數目之排列，亦可以容許其中部分線或通道之數目不等，或是部分發光元件的排列方式不按照線與通道之排列；此外又例如，圖示以單一LED元件構成的單元也可改為以複數LED元件構成一個單元。此外，調整供應電流I2之時間，不限於在導通時間的前端或末端，亦可在中間任何時間。凡此種種，皆可根據本發明的教示類推而得，因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
10‧‧‧發光元件陣列顯示電路
11‧‧‧發光元件陣列電路
110, 210‧‧‧發光元件控制電路
111, 211‧‧‧時序開關
113‧‧‧時序控制電路
120‧‧‧電源供應電路
213‧‧‧線開關電路
214‧‧‧通道開關電路
219‧‧‧時序與亮度控制電路
CS1‧‧‧電流源電路
CS2‧‧‧可變電流源電路
CH1 ~ CH4‧‧‧通道
I1, I2‧‧‧供應電流
IL1, IL2‧‧‧發光元件電流
LED1A ~ LED4D‧‧‧LED元件
Line N-1 ~ Line N+2‧‧‧線
NC3‧‧‧通道節點
NLN‧‧‧線節點
subTF2‧‧‧子時幅
T‧‧‧單位時間
TF1, TF2‧‧‧時幅
TON‧‧‧導通時間
TON1, TON2‧‧‧子導通時間
VDD‧‧‧線導通電壓
Vref‧‧‧參考電壓
［第1A圖］顯示一種先前技術發光元件控制電路110之示意圖； ［第1B圖］顯示先前技術發光元件控制電路110中控制訊號的示意圖； ［第2A-2G圖］顯示本發明的第一個實施例； ［第3A-3B圖］顯示可變電流源的二個實施例； ［第4圖］顯示本發明第二個實施例。
10‧‧‧發光元件陣列顯示電路
120‧‧‧電源供應電路
210‧‧‧發光元件控制電路
211‧‧‧時序開關
219‧‧‧時序與亮度控制電路
CS2‧‧‧可變電流源電路
I2‧‧‧供應電流
IL2‧‧‧發光元件電流

Claims (10)

  1. 一種發光元件控制電路，用以控制一發光元件陣列顯示電路，包含： 一時序開關，用以與該發光元件陣列顯示電路耦接，且該時序開關由一時序操作訊號操作，以決定該發光元件陣列顯示電路中被選的一或多個發光元件的導通時序與導通時間； 一可變電流源電路，與該時序開關耦接，用以根據一電流操作訊號，決定流經該被選的一或多個發光元件的發光元件電流；以及 一時序與亮度控制電路，與該時序開關及該可變電流源電路耦接，用以產生該時序操作訊號及該電流操作訊號； 其中，該電流操作訊號控制該可變電流源電路，以在該導通時間的至少一部分中，調整該發光元件電流，使該發光元件電流與該導通時間的其他部分不同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件控制電路，其中該發光元件電流有一預設正常電流值，而該發光元件電流受調整時之值低於該預設正常電流值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件控制電路，其中該發光元件陣列顯示電路之亮度區分為2N 灰階解析度，且該發光元件陣列顯示電路於一時幅(frame)中刷新(refresh)一次，該一時幅均分為2(N-M) 單位時間，且該發光元件電流可被調整為2M 個變化量，其中N, M皆為正整數且N＞M。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之發光元件控制電路，其中一時幅均分為2Q 個子時幅(sub-frame)，每個子時幅均分為2(N-M-Q) 單位時間，且該導通時間分散為多個子導通時間，分配於對應的各個子時幅中，其中不同子導通時間彼此最多相差一個單位時間，其中Q為正整數且Q＜(N-M)。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之發光元件控制電路，其中一時幅均分為2Q 個子時幅，每個子時幅均分為2(N-M-Q) 單位時間，且該導通時間分散為多個子導通時間，分配於對應的各個子時幅中，其中至少一個子導通時間與至少另一個子導通時間彼此相差兩個單位時間以上，其中Q為正整數且Q＜(N-M)。
  6. 一種發光元件控制方法，用以控制一發光元件陣列顯示電路之亮度，包含： 由一時序操作訊號操作一時序開關，以決定該發光元件陣列顯示電路中被選的一或多個發光元件的導通時序與導通時間； 根據一電流操作訊號，決定流經該被選的一或多個發光元件的發光元件電流；以及 在該導通時間的至少一部分中，調整該發光元件電流，使該發光元件電流與該導通時間的其他部分不同。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光元件控制方法，其中該發光元件電流有一預設正常電流值，而該發光元件電流受調整時之值低於該預設正常電流值。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之發光元件控制方法，其中該發光元件陣列顯示電路之亮度區分為2N 灰階解析度，且該發光元件陣列顯示電路於一時幅中刷新一次，該一時幅均分為2(N-M) 單位時間，且該發光元件電流可被調整為2M 個變化量。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之發光元件控制方法，其中一時幅均分為2Q 個子時幅，每個子時幅均分為2(N-M-Q) 單位時間，且該導通時間分散為多個子導通時間，分配於對應的各個子時幅中，其中不同子導通時間彼此最多相差一個單位時間。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之發光元件控制方法，其中一時幅均分為2Q 個子時幅，每個子時幅均分為2(N-M-Q) 單位時間，且該導通時間分散為多個子導通時間，分配於對應的各個子時幅中，其中至少一個子導通時間與至少另一個子導通時間彼此相差兩個單位時間以上。
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