CN103874270B

CN103874270B - 发光二极管驱动方法及装置

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Publication number: CN103874270B
Application number: CN201210548589.XA
Authority: CN
Inventors: 曹铭原; 陈科含
Original assignee: Princeton Technology Corp
Current assignee: Princeton Technology Corp
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2032-12-17
Also published as: CN103874270A

Abstract

一种发光二极管驱动方法及装置，该发光二极管驱动方法包括：接收一亮度控制信号，其中该亮度控制信号代表一发光二极管在一脉冲宽度调制周期下的工作周期，而该工作周期中包括多个连续发光时脉；将该脉冲宽度调制周期分割成多个子脉冲宽度调制周期；以及将所述连续发光时脉平均分配至各该子脉冲宽度调制周期中。本发明可大幅缩短发光二极管不发光状态间的时间间隔，借以达成降低闪烁现象。

Description

发光二极管驱动方法及装置

技术领域

本发明关于发光二极管驱动技术，特别是关于抑制发光二极管闪烁现象的驱动技术。

背景技术

驱动发光二极管(LED)的方法可分为模拟式驱动及数字式驱动两大类。模拟式驱动通过改变发光二极管上电流的方式来调整发光二极管的亮度。然而，这种驱动方式会造成发光二极管的光色变动，对亮度的控制也不够精确。因此，现今发光二极管产品多以数字方式驱动。

数字式驱动通过脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，PWM)来调整发光二极管亮度。图1是时脉信号clk与一4位亮度控制信号S_LC的关系图。由于4位可用来表示2⁴个亮度值，因此，在图1的实例中，一个4位亮度控制信号S_LC的“脉冲宽度调制周期”(即亮度控制信号的总长度)相当于16个连续的时脉。脉冲宽度调制即是通过改变发光二极管的工作周期(发光时间占整个信号时间的比例)达到调整亮度的目的。由图1可知，该亮度控制信号S_LC的工作周期为11/16，脉波宽度(图中高电平部分)相当于11个连续时脉。在前述11个连续时脉的期间中，发光二极管将导通而发光(ON)，而在之后5个连续时脉的期间中，发光二极管则关闭且不发光(OFF)。调变脉波宽度即可改变发光二极管开启及关闭的相对时间长度，而发光二极管的亮度即可获得调整。

值得注意的是，当发光二极管欲呈现低亮度时，其连续不发光的时脉数目会变得相对较多。虽然脉冲宽度调制周期通常极短，使得发光二极管的明灭变化不易为人类视觉所察觉，然而，当通过影像撷取频率较低的数字摄影机拍摄发光二极管时，仍会观察到闪烁现象(flicker)。有鉴于此，本发明提供一种改善闪烁现象的数字式发光二极管驱动技术。

发明内容

本发明提供一种发光二极管驱动方法。该方法包括：接收一亮度控制信号，其中该亮度控制信号代表一发光二极管(LED)在一脉冲宽度调制周期(pulsewidthmodulationcycle，PWMcycle)下的工作周期(dutycycle)，而该工作周期中包括多个连续发光时脉；将该PWM周期分割成多个子PWM周期；以及将所述连续发光时脉平均分配至各该子PWM周期中。

本发明另提供一种发光二极管驱动装置。该装置包括：一信号接收单元，用以接收一亮度控制信号，其中该亮度控制信号代表一发光二极管(LED)在一脉冲宽度调制周期(pulsewidthmodulationcycle，PWMcycle)下的工作周期(dutycycle)，而该工作周期中包括多个连续发光时脉；一PWM周期切割单元，耦接至该信号接收单元，用以将该PWM周期分割成多个子PWM周期；以及一时脉分配单元，耦接至该信号接收单元及该PWM周期切割单元，用以将所述连续发光时脉平均分配至各该子PWM周期中。

本发明可大幅缩短发光二极管不发光状态间的时间间隔，借以达成降低闪烁现象的效果。

附图说明

图1是一时脉信号clk与4位亮度控制信号S_LC的关系图。

图2是本发明一实施例的发光二极管驱动方法。

图3A、图3B及图3C为本发明各实施例中时脉信号与新的亮度控制信号的关系图。

图4是依据本发明一实施例的发光二极管驱动装置示意图。

图5为图4实施例的发光二极管驱动装置中的信号时序图。

附图中符号的简单说明如下：

SLC：亮度控制信号；clk：时脉信号；400：发光二极管驱动装置；402：信号接收单元；404：PWM周期切割单元；406：时脉分配单元；442：计数器；422：移位缓存器；462：比较器；464：加法器；466：多工器；408：发光二极管驱动单元；Sel：控制信号；Ct：计数值。

具体实施方式

下文为介绍本发明的最佳实施例。各实施例用以说明本发明的原理，但非用以限制本发明。本发明的范围当以后附的权利要求项为准。

发光二极管驱动方法

图2是本发明一实施例的发光二极管驱动方法。本发明的发光二极管驱动方法200包括步骤S202～S208，其目的在于修改原有的亮度控制信号而产生新的亮度控制信号。图3A、图3B及图3C为本发明各实施例中时脉信号与新的亮度控制信号的关系图。下文将配合附图说明本发明的各个步骤。

在步骤S202中，既有的亮度控制信号会被接收。其中，亮度控制信号代表发光二极管在一脉冲宽度调制周期(PWMcycle)下的工作周期(dutycycle)，而该工作周期中包括多个连续发光时脉。为方便说明，本文中的亮度控制信号皆为4位信号，而既有的亮度控制信号与时脉信号的关系可参照图1。如图1所示，既有的亮度控制信号S_LC的PWM周期相当于16个连续时脉，而此信号所指示的工作周期为11/16，长度相当于11个连续发光时脉。值得注意的是，本文虽以4位、工作周期为11/16的亮度控制信号为例，但本发明不必以此为限，本领域技术人员可依据本发明的精神应用至具有各种位数与亮度值的亮度控制信号上。

在步骤S204中，前述16个时脉的PWM周期会被分割成多个子PWM周期。在图3A、图3B及图3C的实施例中，PWM周期将会被分割成2个、4个及8个子PWM周期。

在步骤S206中，前述11个连续发光时脉会被平均分配至各个子PWM周期中。最后，在步骤S208中，前述11个连续发光时脉中未能被平均分配至子PWM周期者(即，步骤S206中平均分配后的剩余者)将会被“分别”分配至所述子PWM周期其中的一。换言之，当工作周期具有P个连续发光时脉，而PWM周期被分割成Q个子PWM周期时，平均分配至“各”子PWM周期中的连续发光时脉的数目为P除以Q的商数，而未能被平均分配至各子PWM周期的连续发光时脉的数目则为P除以Q的余数。

在图3A的实施例中，新的亮度控制信号中具有2个子PWM周期。由于11除以2的商数为5，因此，各个子PWM周期可平均分得5个连续发光时脉。由于11除以2的余数为1，因此，可将剩余的1个发光时脉分配至2个子PWM周期的其中一个，如图中斜线标示部分所示。在图3B的实施例中，新的亮度控制信号中具有4个子PWM周期。由于11除以4的商数为2，因此，各个子PWM周期可平均分得2个连续发光时脉。由于11除以4的余数为3，因此，可将剩余的3个发光时脉分配至4个子PWM周期的其中一个，如图中斜线标示部分所示。在图3C的实施例中，新的亮度控制信号中具有8个子PWM周期。由于11除以8的商数为1，因此，各个子PWM周期可平均分得1个发光时脉。由于11除以8的余数为3，因此，可将剩余的3个发光时脉分配至8个子PWM周期的其中一个，如图中斜线标示部分所示。值得注意的是，图3A～图3C中是依照子PWM周期的顺序分配剩余的发光时脉，然而，在其它实施例中不必以此为限，剩余的发光时脉亦可被随机分配至各个子PWM周期中。

除了前述发光二极管驱动方法，本发明另提供一种发光二极管驱动装置。

发光二极管驱动装置

图4是依据本发明一实施例的发光二极管驱动装置示意图；而图5为此一实施例的发光二极管驱动装置中的信号时序图。本发明的发光二极管驱动装置400包括：一信号接收单元402、一PWM周期切割单元404以及一时脉分配单元406，分别可实施前述的发光二极管驱动方法200的步骤202、204以及206～208，用以产生一新的亮度控制信号S_LC’以驱动发光二极管410。值得注意的是，有别于前述发光二极管驱动方法的实施例，下述实施例配合实体数字电路应用而以31个时脉表示32(2⁵)种亮度，其中，亮度值(灰阶值)的范围介于最小值[00000]与最大值[11111]之间。为方便说明，下述实施例的亮度控制信号S_LC的亮度值为15(即，[01110])，相当于14个连续发光时脉以及17个连续不发光时脉，如图5所示。

本发明的PWM周期切割单元404耦接至该信号接收单元402，可用以将PWM周期分割成多个子PWM周期。在一实施例中，如图4所示，本发明的PWM周期切割单元404可利用一计数器442模拟分割PWM周期的动作。明确地说，若欲将PWM周期分割成8个子周期，则该计数器442应为一8位计数器(即2^N计数器，且N值设定为3)。8位计数器442可接收时脉信号clk，并计算时脉信号clk的数目，举例而言，其计数值将从[000]数起，并在计数至[111]后归零重新计数，如图5所示。

本发明的信号接收单元402可用以接收一既有的亮度控制信号S_LC，其中该亮度控制信号S_LC代表一发光二极管(LED)在一脉冲宽度调制周期(pulsewidthmodulationcycle，PWMcycle)下的工作周期(dutycycle)，而该工作周期中包括多个连续发光时脉。在一实施例中，如图4所示，本发明的信号接收单元402还包括一移位缓存器422。更明确地说，为了接收一5位的亮度控制信号S_LC，该移位缓存器422应为一5位移位缓存器。在此实施例中，亮度值15的亮度控制信号S_LC会被移位缓存器422记录为[D+R]=[01110]，其中，D值为前两位[01]，而R值为后三位[110](与计数器442有相同位数)。值得注意的是，在本发明中，D值与R值分别为连续发光时脉数目14除以子PWM周期数目8后的商数1及余数6；而设定此D值及R值将有利于后述的时脉分配单元406的运算。

本发明的时脉分配单元406耦接至该信号接收单402元及该PWM周期切割单元404，可用以将所述连续发光时脉平均分配至各该子PWM周期中，并将所述连续发光时脉中未能被平均分配至各该子PWM周期者“分别”分配至所述子PWM周期其中之一。在图4的实施例中，本发明的时脉分配单元406包括一比较器462、一加法器464以及一多工器466。其中，比较器462可用以比较R值与8位计数器422所输出的计数值Ct，当R值[110]大于计数值Ct时，则产生低态的控制信号Sel；而当R值[110]不大于(小于或等于)计数值Ct时，则产生高态的控制信号Sel。加法器464可用以产生D+1的数值(在此实施例中为2)，而多工器466即可依据比较器462的控制信号Sel选择输出D+1或D。因此，多工器466会在控制信号Sel为低态的前六个子PWM周期中选择D+1而分别输出2个发光时脉；并在控制信号Sel为高态的末两个子PWM周期中选择D+1而分别仅输出1个发光时脉，产生与原亮度值相同的新亮度控制信号S_LC’。之后，在一实施例中，本发明时脉分配单元406所输出的亮度控制信号S_LC’可用以控制一发光二极管驱动单元408，借以进一步驱动发光二极管410。

通过本发明的发光二极管驱动技术，新的亮度控制信号可使发光二极管呈现与既有亮度控制信号完全一致的亮度，但大幅缩短发光二极管不发光状态间的时间间隔，借以达成降低闪烁现象的效果。

以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种发光二极管驱动方法，其特征在于，包括：

接收一亮度控制信号，其中该亮度控制信号代表一发光二极管在一脉冲宽度调制周期下的工作周期，而该工作周期包括多个连续发光时脉；

将该脉冲宽度调制周期分割成多个子脉冲宽度调制周期；以及

将所述连续发光时脉平均分配至各该子脉冲宽度调制周期中，

其中，在接收该亮度控制信号的步骤中，通过一移位缓存器记录该亮度控制信号的N个位，其中该N个位包括前D个位以及后R个位，该D个位所代表的数值为D值，该D值为连续发光时脉的数目除以该子脉冲宽度调制周期的数目的商数，该R个位所代表的数值为R值，该R值为连续发光时脉的数目除以该子脉冲宽度调制周期的数目的余数，

在分割该脉冲宽度调制周期的步骤中，通过一计数器以2^R为周期循环计数以产生一计数值，

在分配连续发光时脉的步骤中，通过一比较器比较该R值与该计数值而产生一控制信号，其中当该R值大于该计数值时，该控制信号具有第一态，而当该R值不大于该计数值时，该控制信号具有第二态；以及通过一多工器在该控制信号为第一态的子脉冲宽度调制周期中配置数量等于D值加1的发光时脉，并在该控制信号为第二态的子脉冲宽度调制周期中配置数量等于D值的发光时脉。

2.根据权利要求1所述的发光二极管驱动方法，其特征在于，在上述分配连续发光时脉的步骤中，将所述连续发光时脉中未能被平均分配至各该子脉冲宽度调制周期者分别分配至所述子脉冲宽度调制周期其中之一。

3.根据权利要求2所述的发光二极管驱动方法，其特征在于，当该工作周期具有P个连续发光时脉，而该脉冲宽度调制周期被分割成Q个子脉冲宽度调制周期时，平均分配至各该子脉冲宽度调制周期中的连续发光时脉的数目为P除以Q的商数，而未能被平均分配至各该子脉冲宽度调制周期的连续发光时脉的数目为P除以Q的余数。

4.根据权利要求1所述的发光二极管驱动方法，其特征在于，所述多个子脉冲宽度调制周期彼此等长。

5.根据权利要求2所述的发光二极管驱动方法，其特征在于，所述连续发光时脉中未能被平均分配至各该子脉冲宽度调制周期者依序分配至各该子脉冲宽度调制周期。

6.根据权利要求2所述的发光二极管驱动方法，其特征在于，所述连续发光时脉中未能被平均分配至各该子脉冲宽度调制周期者随机分配至各该子脉冲宽度调制周期。

7.一种发光二极管驱动装置，其特征在于，包括：

一信号接收单元，用以接收一亮度控制信号，其中该亮度控制信号代表一发光二极管在一脉冲宽度调制周期下的工作周期，而该工作周期中包括多个连续发光时脉；

一脉冲宽度调制周期切割单元，用以将该脉冲宽度调制周期分割成多个子脉冲宽度调制周期；以及

一时脉分配单元，耦接至该信号接收单元及该脉冲宽度调制周期切割单元，用以将所述连续发光时脉平均分配至各该子脉冲宽度调制周期中，

其中，该信号接收单元还包括一移位缓存器，该移位缓存器用以记录该亮度控制信号的N个位，其中该N个位包括前D个位以及后R个位，该D个位所代表的数值为D值，该D值为连续发光时脉的数目除以该子脉冲宽度调制周期的数目的商数，该R个位所代表的数值为R值，该R值为连续发光时脉的数目除以该子脉冲宽度调制周期的数目的余数，

该脉冲宽度调制周期切割单元还包括以2^R为周期循环计数以产生一计数值的一计数器，

该时脉分配单元还包括：

一比较器，用以比较该R值与该计数值而产生一控制信号，其中，当该R值大于该计数值时，该控制信号具有第一态，而当该R值不大于该计数值时，该控制信号具有第二态；以及

一多工器，用以在该控制信号为第一态的子脉冲宽度调制周期中配置数量等于D值加1的发光时脉，并在该控制信号为第二态的子脉冲宽度调制周期中配置数量等于D值的发光时脉。

8.根据权利要求7所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，根据上述比较器及上述多工器的操作，该时脉分配单元用以将所述连续发光时脉中未能被平均分配至各该子脉冲宽度调制周期者分别分配至所述子脉冲宽度调制周期其中之一。