TWI291311B - PWM illumination control circuit with low visual noise for LED - Google Patents

Description

1291311 __案號 92134517 —ΐί^η ί/ s 修正 五、發明說明（1) 發明所屬之枯術領域 本發明是有關於一種調光控制電路，且特別是有關於 一種發光二極體低視覺雜訊波束密度調光控制電路。 先前技冬& 液晶顯示器（LCD)近來已被廣泛地使用 射線^顯示器（CRT)。隨著半導體技術的改良，使潘 顯示器具有低的消耗電功率、薄型量輕、解析度高t 飽和度而、壽命長等優點，因而廣泛地應用在數位相機、 筆記型電腦、桌上型顯示器、手機、個人數位助理 (PDA)、車用電視、全球衛星定位系統（GPS)、掌麵 玩、翻譯機及電子手錶等與生活息息相關之電子產品。 在液晶顯示器中，採用發光二極體(LED)作為發光 源，可以用簡單的驅動電路實現液晶顯示器背光·一般照 明的糸統需求。因為特性的關係，發光二極體的亮度輿驅 動電流並不是呈線性關係變化，且顏色也會隨_動電流竣 化而有所不同，這對於以發光二極體作為液晶顯示器背光 或一般照明的系統，在直接利用發光二極體驅動電流y調光 的應用上產生很大的障礙。 為克服利用電流調光的缺點，目前的作法是不以改變 發光二極體驅電流振幅大小的方式調光，而是在發 體電流振幅大小固定的情況下，以變化發光二極艘電流波 束密度的方式進行調光，以便可以使發光二極體在最大的 調光範圍内呈現穩定的發光效能。 請參看第1A圖及第2圖所示，第1 A圖為習知之波束密

11987twfl.ptc 第7頁 1291311 案號 92134517 曰 修正 五、發明說明（2) 度調光控制電路示意圖，第2圖則為第1 A圖電路之亮度控 制脈波訊號與發光二極體驅動電流訊號關係示意圖。在第 1 A圖中，控制發光二極體或亮或暗的亮度控制脈波訊號 Con送入直流/直流轉換器110，以控制直流/直流轉換器 110輸出驅動發光二極體的發光二極體驅動電流訊號Id。 在第2圖中，（a)、（b)、（c)是三種受不同脈寬控制的發光 二極體驅動電流訊號Id之輸出波形圖，第2圖(a )是^-個亮 度100%的狀況，第2圖（b)是一個亮度只有全亮時的20%之 例子，而第2圖（c)則是一個亮度為全亮時的50%之例子。 為避免因為發光二極體的時亮時暗造成人眼視覺上的 干擾，通常這個亮度控制脈波訊號Con的頻率並不能太 低，一般都在200Hz以上。使用夠高頻率的亮度控制脈波 訊號Con，依據人眼視覺暫留的效應，讓人眼只感受到發 光二極體亮度的變化而不會閃爍，當然，這些控制訊號也 可以只是簡單的控制整個直流/直流轉換器啟動或關閉的 開關訊號。 習知的產生亮度控制脈波訊號Co η方式有例如第1B圖 和第1C圖兩種。 在第1Β圖中，比較器120比較用來設定發光二極體亮 度的亮度調節訊號Refa與一三角波信號RAMP，然後輪出亮 度控制脈波訊號Con。其中，不同大小的亮度調節訊號 Refa可以產生出頻率相同但工作週期不同的亮度控制脈波 訊號Con。而一但亮度調節訊號Ref a被決定固定之後，亮 度控制脈波訊號Con的頻率與工作週期也會被固定下來。

11987twfl.ptc 第8頁 1291311 案號 92134517 ，年^月丨I日修正 五、發明說明（3) 在第1 C圖中，微處理器1 3 0會接收要用來設定發光二 極體亮度的亮度調節訊號Refd。當亮度調節訊號Ref d決定 後，微處理器130會根據亮度調節訊號Ref d送出一頻率和 工作週期固定的亮度控制脈波訊號Con。當決定所妻設定 發光二極體亮度改變時，則微處理器130會根據新的亮度 調節訊號Refd而送出一頻率固定不變，但工作週期固定在 新的比例上以展現不同的亮度。在一般習知的作法中(亮 度調節訊號Ref d 可以是一連串以串列（serial ly)方式輸 入到微處理器130的數位訊號，也可以是以並列方式送入 微處理器130的數位訊號。而石英晶體13 1則配合徵處理器 120内部的電路，而可以產生所需要的固定頻率。 ^ 由於前述使用的亮度控制脈波訊號Con的頻率與工作 週期是隨著所需之亮度被固定而固定的，因此，在液晶顯 示器背光的應用中，會遭遇與視訊顯示信號中的垂直、水 平掃描訊號產生差頻干擾的問題。因為背光與視訊訊號不 同頻率的關係造成所謂的π風扇效應”，而在畫面上形成干 擾的水波紋。另外，直流/直流轉換器的啟動與關閉也會 造成供應直流/直流轉換器功率的電源併應器之負擔，而 在電源供應器產生與亮度控制脈波訊號Con同頻的漣波， 這個漣波也會再次影響視訊顯示訊號造成晝面閃爍。 為避免亮度控制脈波訊號Con與視訊顯示訊號中的垂 直、水平掃描訊號產生差頻干擾的問題，有一種作法是將 亮度控制脈波訊號C ο η與水平掃描訊號同步倍頻’但是成 本較高。另外，也可以將亮度控制脈波訊號Con的頻率提

11987twfl.ptc 第9頁 1291311 銮號 92134517

a 修正 五、發明說明⑷ —高，以ΐίΐϊίϊϊ器造成連波所形成的干摄，隹先 晶顯不1§1漸 I 的驅勢下，光二極體所消耗的功率 也越來越大’對視見雜訊要屯么 七勒綠执的业H， I r图胡* —由衣部又越來越厭格的狀況下 低雜訊、大犯圍凋先在實際生 乂 2 發明内容 生產上也變付日贫困難。 ，本發明之目的h母覺雜訊波束密度調光控制電路疋，供一種發光二極^墨 控制脈波訊號之工作週期或頻率藉^隨時間而改變翁 與頻率，以改善波束密度調光所*並維特其平均 為達上述及其他目的，本發明接之视覺雜訊韦擾。 視覺雜訊波束密度調光控制電二，一種發光二極體低 器中之發光二極體的發光亮度。此用於控制液晶顯示 波束密度調光控制電路包括：莫痒二》二極體低視覺雜訊 流/直流轉換器。其中，亮度控制脈波產生單元及直 亮度調節訊號，並依據亮度調節^號元用以接收 波訊號，且亮度控制脈波訊號之工作i 5生亮度控制脈 範圍内隨時間而變化。而直流/直流轉°換、系控制在_一孩/又 制脈波產生單元，用以依據亮度控制脈^ 光二極體。 -5 來驅動發 在一實施例中，此發光二極體低視覺 光控制電路之亮度控制脈波產生單元包私& & q枯·雜訊產生器、 類比加法器及比較器。其中，雜訊產生器用以產生雜吼訊 號’類比加法器輕接雜訊產生器1用以接收亮度調ϋ號 與雜訊訊號’並產生載上雜訊訊號之亮度調節訊號，而比

11987twfl.ptc 第10頁 1291311 案號 92134517 日 修正 五、發明說明（5) 較器則耦接類比加法器，用以將載上雜訊訊號之亮度調節 訊號與一三角波作比較，產生前述之工作週期係控制在一 預設範圍内隨時間而變化的亮度控制脈波訊號。 在一實施例中，此發光二極體低視覺雜訊波東密度調 光控制電路產生之雜訊訊號的準位係為可調整。 入^ 本發明另提供一種發光二極體低視覺雜訊波束密度調 光控制電路，可適用於控制液晶顯示器中之發光二極體的 發光亮度。此發光二極體低視覺雜訊波束密度調光控制電 路包括：亮度控制脈波產生單元及直流/直流轉換器。其 中，亮度控制脈波產生單元用以接收一亮度調節訊號，並 依據亮度調節訊號來產生亮度控制脈波訊號，且亮度控制 脈波訊號之頻率係控制在一預設範圍内隨時間變化。而直 流/直流轉換器則耦接亮度控制脈波產生單元，用以依據 亮度控制脈波訊號，來驅動發光二極體。 在一實施例中，此發光二極體低視覺雜訊波束密度調 光控制電路之亮度控制脈波產生單元係由一微處理器來實 現。 在一實施例中，此發光二極體低視覺雜訊波束密度調 光控制電路之亮度控制脈波訊號的相位也在一預設範圍内 隨時間變化。 由上述說明中可知，應用本發明所提供之一種發光二 極體低視覺雜訊波束密度調光控制電路，則可藉由隨時間 改變工作週期或頻率之亮度控制脈波訊號，並維持其平均 工作週期與頻率，來改善波束密度調光所產生之視覺雜訊

11987twf1.ptc 第11頁 1291311

案隸 92134F117 五、發明說明（6) 干擾。 下文特以較佳眘#办丨/f投 和^蘇能更明 了 乂杈住貝轭例，並配合所附圖式，長·明 作詳細 為讓本發明之上述和其他目 顯易懂 一 i 說明如下 實施方式： 請參考复其為根據本發明較隹實截 圖，此發光二極體低視覺雜訊波束密度|昝I塊 如圖所示，此發光二極體低視覺雜訊m 制電路3〇〇包括：亮度控制脈波產生象 轉換器320。其中，亮度控制脈波產生單元]驗直流 度調節訊號Ref，並依據亮度調節訊號只遍灰矣· 脈波訊號Con，且為了改善波束密度i光貪產决生亮度:控 訊干擾，故將亮度控制脈波訊號c二二工作调^之視覺雜 制在一預設範圍内隨時間變化，以避免固或頻率控 期之亮度控制脈波訊號Con與視訊題千^率或工作週 平掃描訊號產生差頻干擾，造成所直、水 晝面上形成干擾的水波紋。此外扇效應"，而在 依據亮度控制脈波產生單元3 10產生二流轉換器3 Μ Con，來驅動發光二極體。 ’u又控制脈秦·號 請參考第4圖所示，其為根據太 種亮度控制脈波產生單元電路示意圖》，士^佳實施例之^一^ '圖’此免度控制脈波產

1291311 __案號 92134517 f《丰 > 月"曰 絛正 五、發明說明（7) 生早元400是用以依據接收之党度調節訊號R ef，來產生工 作週期隨時間變動之亮度控制脈波訊號C〇n，以改善 密度調光所產生之視覺雜訊干擾。 如圖所示，此亮度控制脈波產生軍元4〇〇包括由$反 411與放大器412組成之雜訊產生器410、由電阻 423、425與放大器421組成之類比加法器42〇及比較器 ”0。雜訊產生器41〇會將電阻u丨的熱雜訊訊號 态412放大而產生雜訊訊號N〇s，此雜訊訊iN〇s將输入至 大器421與電阻42 2、42 3、42 5組成的類^ 用來控制輸出工作逍期之直流電麼的亮嘗 R^f P〇° jT中' J加，產生載上雜訊訊號N〇S的亮度調節訊號 節‘“ f二i阻422為一可變電阻，以便調整載入亮度翁 二ί ί=訊號N〇s的位準。而載上雜訊訊號之亮度 凋即汛唬Ref將輸入至比較器43〇，盘二 h .比 較，進而產生如筐rfi如-仏 …一冉波Tri作比 範圍内隨睥, 工作週期在雜訊訊號咖讀舰 訊的平均功率y都是變動的，但是因為雜 工作週期與ί;:雜：；是路獄雜· 的。 的毛先—極體売度與不添加雜訊時也是一樣 請參考第6圖所示，其為根據本發明較佳實嫌

11987twfl.ptc 第13頁 1291311 ^ ^ , _案號92134517_年/月多/日 修正 五、發明說明（8) 種亮度控制脈波產生單元的流程示意圖。當第3圖之亮度 控制脈波產生單元3 10是以微處理器來實現時，便可以使 用此流程步驟，以依據接收之亮度調節訊號Ref，來產生 頻率隨時間變動之亮度控制脈波訊號Con，以改善波束密 度調光所產生之視覺雜訊干擾。 假設第3圖中使用之亮度控制脈波訊號Con的頻率為F = 1/T，其中T為亮度控制脈波訊號Con的逍期，則可^設計11 個亮度控制脈波訊號Con的週期，例如為TO、T1、T2、 ·····、Τη-1，且（Τ0 + Τ1+Τ2+···· · + Τη- 1 ) /η = Τ 9 其中’可以 把這η個不同的亮度控制脈波訊號Con之週期用不同的順序 排列後循序出現，假設： 順序0 是{ TO, Tl，T2，…，Τη-1 } 順序1 是{ TO, Τ2，···· } 如將這η個亮度控制脈波訊號Con之週期設定成順序0、順 序1、順序2、· ·…、順序K-1等K種不重複的順序，然後利 用微處理器執行第6圖之流程，以隨時輪流輸出不同頻率 之亮度控制脈波訊號Con，便可以完成一個低视覺雜訊之 數位式的亮度控制脈波產生單元，說明如下： 在步驟S610時，首先將變數I及J設定為0，然後在步 驟s e 2 〇時，依順序j之第I個亮度控制脈波訊號之週鄭 接收之亮度調節訊號來產生亮度控制脈波訊號，之後，在 步驟S 6 3 0中將變數I加1，以準備取出順序J之下一個亮度 控制脈波訊號的週期，並進入步驟S 6 4 0以判斷I是否等於 η，當I不等於η時，流程回到步驟S6 2 0，而當I等於11時，

11987twfl.ptc 第14頁 1291311 案號 92134517 曰 修正 五、發明說明（9) 則進入步驟S 6 5 0將I設定為0，並將J之值加1，以準備取出 下一順序之第一個亮度控制脈波訊號的週期，然後進入歩 驟S 660以判斷J是否等於K，當J不等於K時，流程回到步驟 S 6 2 0，而當J等於K時，則進入步驟S6 7 0將J設定為0再回到 步驟S620 〇 以上之流程係以K個順序來說明，但如熟習此藝者所 知，當K為1時，將可大幅簡化其流裎步驟。此外，也可以 將步驟S 6 2 0產生之亮度控制脈波訊號的相位設定在一預設 範圍内隨時間變化，以產生具有更寬的頻率範爵之谈 制脈波訊號。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準α

11987twfl.ptc 第15頁 1291311 案號 92134517 日 修正 圖式簡單說明 第1A圖係顯示一種習知之波束密度調光控制電路示意 圖； 第1B圖和第1C圖係繪示習知產生亮度控制脈波訊號之 電路圖; 第2圖係顯示第1圖電路之亮度控制脈波訊號與發光二 極體驅動電流訊號關係不意亂， 第3圖係顯示根據本發明較佳實施例之一種發光二極 體低視覺雜訊波束密度調光控制電路方塊示意圖; ^ ^ 第4圖係顯示根據本發明較佳實施例之一種亮度控制 脈波產生早兀電路不意圖， 第5圖係顯示第4圖之亮度控制脈波產生單先產生的亮 度控制脈波訊號示意圖；以及 第6圖係顯示根據本發明較佳實施例之一種亮度控制 脈波產生單元的流程示意圖。 圖式標示說明： 1 1 0、3 2 0 直流/直流轉換器 12 0 :比較器 13 0 :微處理器 131 :石英晶體 3 0 0 發光二極體低視覺雜訊波束密度調光控制電路 310、400 亮度控制脈波產生單元 41 0 雜訊產生器 41 1、42 2、42 3、4 2 5 電阻 412、421 放大器

11987twfl.ptc 第16頁 1291311 案號 92134517 月幻曰 修正 圖式簡單說明 4 2 0 類比加法器 4 3 0 比較器 S610 -S 6 7 0 流程步驟

11987twfl.ptc 第17頁

Claims (1)

1291311 __MM 92134517 今f车》月3 |日 —^正 六、申請專利範圍 1· 一種發光二極體低視覺雜訊波束密度調光控制電 路，適用於控制液晶顯示器中之一發光二極體的發光亮 度，包括： 一亮度控制脈波產生單元，用以接收一亮度調節訊 號，並依據該亮度調節訊號產生一亮度控制脈波訊號，其 中該亮度控制脈波訊號之工作週期在該亮營調節訊號丨節 的情況下在一預設範圍内隨時間而變化;从及: 彳 一直流/直流轉換器，耦接該亮度控制脈波產生單 元，用以依據該亮度控制脈波訊號，以驅動該發缠二極 體。 2·如申請專利範圍第1項所述之發光二極體低視覺雜 訊波束密度調光控制電路，其中該亮度控制脈波產生單元 包括： 一雜訊產生器，用以產生該雜訊訊號; ^ 一類比加法器，耦接該雜訊產生器，用以接收該亮度 調節訊號與該雜訊訊號，並產生載上該雜訊訊號之該亮度 調節訊號；以及 一比較器，耦接該類比加法器，用食將载上該雜訊訊 號之該亮度調節訊號與一三角波作比較，產生讀亮度控制 脈波訊號。 3·如中請專利範圍第2項所述之發光二極體低視覺雜 訊波束密度調光控制電路，其中該雜訊訊號之準位為可調 〇 4. 一種發光二極體低視覺雜訊波束密度調光控制電

11987twfl.ptc 第18頁 1291311 案號 92134517 曰 修正 六、申請專利範圍 路，適用於控制液晶顯示器中之一發光二極體的發光亮 度，包括： 一亮度控制脈波產生單元，用以接收一亮度調節訊 號，並依據該亮度調節訊號產生一亮度控制脈波訊號，該 亮度控制脈波訊號之頻率在該亮度調節訊號固定的情況下 在一預設範圍内隨時間而變化；以及 一直流/直流轉換器，耦接該亮度控制脈波產生單 元，用以依據該亮度控制脈波訊號，以驅動該發光二極 體。 5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體低祝覺雜 訊波束密度調光控制電路，其中該亮度控制脈波產生單元 係由一微處理器來實現。 6. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體低視覺雜 訊波束密度調光控制電路，其中該亮度控制脈波訊號之相 位在一預設範圍内變化。

11987twfl.pt。 第19頁 _II,. 11987TW 賴讀委員！？命：本案#Ji後是¾變更原實質内« Con

第1A圖 Refd RAMP 八八八 / v v V 120

第1B圖 130 I29131lK?儿裝 11987TW Refd 〇

Con 131第1C圖 Λ Id 零準位-- Con - ⑷ Id Con ⑻ Id Con (c) 第2圖 1291311 案號 92134517 你年t月）I 曰 修正 六、指定代表圖 (一） 、本案代表圖為：第____3____圖 (二） 、本案代表圖之元件代表符號簡單說明： 3 0 0 發光二極體低視覺雜訊波束密度調光控制 電路 3 1 0 亮度控制脈波產生單元 3 2 0 直流/ 直流轉換器

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