CN104780653A - 发光元件控制电路及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种发光元件控制电路及控制方法，用以控制一发光元件阵列显示电路。本发明既控制该发光元件阵列显示电路中被选的一或多个发光元件的导通时序与导通时间，也以一可变电流源电路控制流经该被选的一或多个发光元件的发光元件电流，使得在相同时间长度的时幅中，发光元件的亮度变化分辨率可以增加。

Description

发光元件控制电路及控制方法
技术领域
本发明涉及一种发光元件控制电路及控制方法，特别是指一种能够加快刷新率(refresh rate)的发光元件控制电路及控制方法。
背景技术
图1A显示一种现有技术发光元件控制电路110示意图，其中发光元件控制电路110用以控制发光元件阵列显示电路10的影像与亮度。如图1A所示，电源供应电路120供应电源予发光元件阵列显示电路10，而发光元件控制电路110决定发光元件阵列显示电路10中那些发光元件应导通发亮，以及发亮的发光元件应有何种亮度。为简化图面，图中仅显示发光元件控制电路110控制一组发光元件；实际应用中，发光元件阵列显示电路10可包含多个发光元件，安排成阵列形式，以逐列扫描的方式显示影像，亦即第一列中，被选的一或多个发光元件发亮，接着第二列中，被选的一或多个发光元件发亮，依此类推。发光元件控制电路110包括时序开关111、电流源电路CS1、与时序控制电路113。时序控制电路113产生控制讯号，以操作时序开关111，决定发光元件阵列显示电路10中被选的一或多个发光元件的导通时序与时间。当时序开关111导通时，对应的电流源电路CS1提供固定的供应电流I1，也就是发光元件电流IL1，给被选的一或多个发光元件。其中，发光元件例如为发光元件二极管(light emitting diode,LED)。
控制讯号例如由一个N位的数字讯号来决定(N为正整数)，如图1B所示，可将一时幅(frame)TF1分为2N个单位时间T，而控制讯号根据该N位的数字讯号来决定时序开关111的导通时间，以对应地控制被选的一或多个发光元件的亮度，导通时间越长，被选的一或多个发光元件的亮度越高。在单位时间T为固定的情况下，N的数目越大，表示可控制的亮度变化范围越大，亦即分辨率越高，但相对地，一时幅TF1的总时间就会变长，亦即刷新率会下降。
在现有技术中，通常单位时间T已经是硬件的极限，无法再行缩短，因此若要提高刷新率，只有缩短一时幅的时间，但如此一来就必须减低N的数目，造成亮度变化减少，也就是说在现有技术中，提高刷新率就会牺牲亮度变化，增加就必须牺牲刷新率。
有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种能够不牺牲亮度变化而加快刷新(refresh)率、或是刷新率不变而增加亮度变化的发光元件控制电路及控制方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种发光元件控制电路及控制方法，其能够不牺牲亮度变化而加快刷新(refresh)率、或是刷新率不变而增加亮度变化。
为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种发光元件控制电路，用以控制一发光元件阵列显示电路，包含：一时序开关，用以与该发光元件阵列显示电路耦接，且该时序开关由一时序操作讯号操作，以决定该发光元件阵列显示电路中被选的一或多个发光元件的导通时序与导通时间；一可变电流源电路，与该时序开关耦接，用以根据一电流操作讯号，决定流经该被选的一或多个发光元件的发光元件电流；以及一时序与亮度控制电路，与该时序开关及该可变电流源电路耦接，用以产生该时序操作讯号及该电流操作讯号；其中，该电流操作讯号控制该可变电流源电路，以在该导通时间的至少一部分中，调整该发光元件电流，使该发光元件电流与该导通时间的其它部分不同。
为达上述目的，就另一个观点言，本发明提供了一种发光元件控制方法，用以控制一发光元件阵列显示电路的亮度，包含：由一时序操作讯号操作一时序开关，以决定该发光元件阵列显示电路中被选的一或多个发光元件的导通时序与导通时间；根据一电流操作讯号，决定流经该被选的一或多个发光元件的发光元件电流；以及在该导通时间的至少一部分中，调整该发光元件电流，使该发光元件电流与该导通时间的其它部分不同。
在其中一种较佳的实施例中，该发光元件电流有一预设正常电流值，而该发光元件电流受调整时的值低于该预设正常电流值。
在其中一种较佳的实施例中，该发光元件阵列显示电路的亮度区分为2N灰阶分辨率，且该发光元件阵列显示电路于一时幅(frame)中刷新(refresh)一次，该一时幅均分为2(N-M)单位时间，且该发光元件电流可被调整为2M个变化量。
在其中一种较佳的实施例中，一时幅均分为2Q个子时幅(sub-frame)，每个子时幅均分为2(N-M-Q)单位时间，且该导通时间分散为多个子导通时间，分配于对应的各个子时幅中，其中不同子导通时间彼此最多相差一个单位时间。
在其中一种较佳的实施例中，一时幅均分为2Q个子时幅(sub-frame)，每个子时幅均分为2(N-M-Q)单位时间，且该导通时间分散为多个子导通时间，分配于对应的各个子时幅中，其中至少一个子导通时间与至少另一个子导通时间彼此相差两个单位时间以上。
为达上述目的，就另一个观点言，本发明提供了一种发光元件控制方法，用以控制一发光元件阵列显示电路的亮度，包含：由一时序操作讯号操作一时序开关，以决定流经该发光元件阵列显示电路的一发光元件电流的时序；根据一时序控制讯号，产生该时序操作讯号；根据一电流操作讯号，决定该发光元件电流；根据一电流设定讯号，决定该电流操作讯号；将一控制讯号转换为该时序控制讯号及该电流设定讯号；以及产生该控制讯号；其中，该控制讯号包括一N位数据，且该电流设定讯号包括一M位数据，该时序控制讯号包括一N-M位数据，其中N与M皆为自然数，且N大于M。
在其中一种较佳的实施例中，其中发光元件阵列显示电路的亮度区分为2N灰阶，且该亮度与该发光元件阵列显示电路的导通时间及该发光元件电流正相关，于一时幅(frame)中，均分为2(N-M)单位时间，该时序操作讯号示意2(N-M)不同时序中的其中一设定时序，使该时序开关操作时，根据该设定时序决定该发光元件导通时间，且该电流操作讯号示意2M该发光元件电流的不同电流设定的其中一电流设定，并根据该电流设定，于该单位时间内决定该发光元件电流。
下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1A显示一种现有技术发光元件控制电路110的示意图；
图1B显示现有技术发光元件控制电路110中控制讯号的示意图；
图2A-2G显示本发明的第一个实施例；
图3A-3B显示可变电流源的二个实施例；
图4显示本发明第二个实施例。
图中符号说明
10                 发光元件阵列显示电路
11                 发光元件阵列电路
110,210            发光元件控制电路
111,211            时序开关
113,219            时序与亮度控制电路
120                电源供应电路
213                线开关电路
214                通道开关电路
CS1                电流源电路
CS2                可变电流源电路
CH1～CH4           通道
I1,I2              供应电流
IL1,IL2            发光元件电流
LED1A～LED4D       LED元件
Line N-1～Line N+2 线
NC3                通道节点
NLN                线节点
subTF2             子时幅
T                  单位时间
TF1,TF2            时幅
TON                导通时间
TON1,TON2          子导通时间
VDD                线导通电压
Vref               参考电压
具体实施方式
请参阅图2A-2G，显示本发明的第一个实施例。图2A显示本发明第一个实施例的发光元件控制电路210示意图，其中发光元件控制电路210用以控制发光元件阵列显示电路10的影像与亮度。如图2A所示，电源供应电路120供应电源予发光元件阵列显示电路10，而发光元件控制电路110决定发光元件阵列显示电路10中那些发光元件应导通发亮，以及发亮的发光元件应有何种亮度。为简化图面，图中仅显示发光元件控制电路110控制一组发光元件；实际应用中，发光元件阵列显示电路10可包含多个发光元件，安排成阵列形式，以逐列扫描的方式显示影像。发光元件控制电路210包括时序开关211、可变电流源电路CS2、与时序与亮度控制电路219。其中，时序控制电路219产生时序操作讯号，以操作时序开关211，决定发光元件阵列显示电路10中被选的一或多个发光元件的导通时序与时间。当时序开关211导通时，可变电流源电路CS2提供可变的供应电流I2，也就是发光元件电流IL2，给被选的一或多个发光元件。其中，发光元件例如为发光元件二极管(light emitting diode,LED)。此外，时序与亮度控制电路219还产生电流操作讯号，以决定可变电流源电路CS2所提供的供应电流I2，亦即决定发光元件电流IL2。
请参阅图2B，根据本实施例，在一时幅(frame)TF2中，分为2N-M个单位时间T(N,M皆为正整数且N>M)，而时序操作讯号控制时序开关211在一时幅TF2中导通一段导通时间TON，以控制发光元件阵列显示电路10中被选的一或多个发光元件的导通时间。除此之外，请参阅图2C，在导通时间TON中，电流操作讯号控制可变电流源电路CS2的供应电流I2，以控制发光元件电流IL2，增加亮度变化的分辨率。举例而言，如图2C所示，电流操作讯号控制可变电流源电路CS2的供应电流I2，使其在导通时间TON的其中一个单位时间T(例如但不限于最后一个单位时间T)内，可被调整为正常电流的P/2M倍(P为小于或等于2M的正整数)。例如，假设预设正常电流值为X，而M＝3，则在导通时间TON的其中一个单位时间T之内，供应电流I2可被调整为1/8,2/8,…,8/8倍的X。如此一来，相较于现有技术，一时幅的时间，由现有技术的2N*T，缩短至本实施例的2N-M*T，并通过供应电流I2的调整，可保持相同的分辨率，仍为2N。也就是说，根据本发明，既可缩短一时幅的时间，也就是提高刷新率，又能保持与现有技术相同的分辨率。从另一面说，本发明可以在保持与现有技术相同刷新率的情况下，提高分辨率，即发光元件的亮度变化范围。当然，若是可变电流源电路CS2所提供的电流变化更大(大于2M)，则本发明可以既提高刷新率、又提高分辨率。
请参阅图2D并对照图2E，当然，调整供应电流I2的电流量，不限于仅在单一个单位时间T之内为之，亦可在多个单位时间T之内进行，如在两个单位时间T之内将供应电流I2调整为正常电流的1/2倍，即等于在一个单位时间T之内将供应电流I2调整为正常电流的1/4倍。在此情况下，可以减低可变电流源电路CS2的复杂度，或是，在可变电流源电路CS2的复杂度相同的情况下，可以更提高分辨率、或是提高刷新率、或是两者皆具。
需说明的是，导通时间TON并不限于如图2A-2E所示，自一时幅的开始而起始，亦可以在一时幅中的中段或后段起始；并且，亦可以分开为数个不连续的多个导通时间。请参阅图2F并对照图2G，一个时幅中可以包含多个子时幅，例如将时间长度为2N-M*T的一个时幅TF2分割为的2Q个子时幅subTF2，每个子时幅subTF2的时间长度为2N-M-Q*T(Q为正整数且Q<(N-M))，并且将导通时间TON分散于各个子时幅subTF2中，例如将导通时间TON分散为图示的子导通时间TON1与TON2。在较佳实施例中，导通时间TON宜平均分散于各个子时幅subTF2中(“平均”意指差距为0T或1T，因导通时间TON未必能被Q整除)，但此为较佳而非必须，亦即图示的子导通时间TON1与TON2不必须相等(“不相等”包括差距为1T或2T以上)。再者，子导通时间TON1与TON2中，不必须(但当然也可以)以相同的方式调整供应电流I2，例如请参阅图2G，其中举例示出调整供应电流I2的时间点与电流量皆不同。此外，根据本发明，一单位时间T内，并不限于连续的导通，时序操作讯号亦可以具有脉宽调变(pulse width modulation,PWM)的形式，而具有不连续的导通时间。
请参阅图3A-3B，显示可变电流源电路CS2的二个实施例。在图3A实施例中，电流操作讯号例如可为数字讯号，以数字方式调整可变电流源电路CS2。可变电流源电路CS2中包含多个固定电流源电路，通过控制固定电流源电路何者导通，以控制总电流量，即供应电流I2。在图3B实施例中，电流操作讯号例如可为模拟讯号，以模拟方式调整可变电流源电路CS2中的参考电压Vref(或是，电流操作讯号本身即提供作为参考电压Vref)。当参考电压Vref改变时，可变电流源电路CS2的电流，即供应电流I2，也会改变。
请参阅图4，显示本发明的第二个实施例。如图4所示，本实施例显示发光元件控制电路210应用于发光元件阵列广告牌中的一个实施例。如图所示，发光元件阵列广告牌包含发光元件阵列电路11与发光元件控制电路210，而发光元件控制电路210包含多个线开关电路213、多个通道开关电路214、时序控制电路219、以及多个可变电流源电路CS2。其中，第一个实施例中的时序开关211，可以对应于本实施例中的通道开关电路214，或是对应于本实施例中的线开关电路213与通道开关电路214的组合；第一个实施例中的时序操作讯号，可以对应于本实施例中的通道选择讯号，或是对应于本实施例中的线选择讯号与通道选择讯号的组合。
发光元件阵列电路11包括多个发光元件，例如但不限于如图所示的LED(light emitting diode)元件LED1A～LED4D，排列为多个通道(channel)CH1～CH4与多个线(line)Line N-1～Line N+2，其中，在每一线中，多个发光元件的顺向端共同耦接至线节点(line node)，例如线LineN的线节点NLN；且在每一通道中，多个发光元件的逆向端共同耦接至通道节点(channel node)例如通道CH3的通道节点NC3。多个线开关电路213，分别与多个线节点对应耦接，用以根据线选择讯号，以将多个线节点电连接至线导通电压VDD或放电路径(放电路径例如但不限于为如图所示的线节点经由线开关电路213下方开关至接地电位或预设的低电位)。其中，线导通电压例如但不限于为5V等一般电路供应电压。多个通道开关电路214分别与多个通道节点对应耦接，用以根据通道选择讯号，以决定是否将多个通道节点分别电连接至对应的多个可变电流源CS2。时序控制电路219产生线选择讯号与通道选择讯号，以选择特定的发光元件，例如但不限于如图所示的LED元件LED3B，于一时幅中，导通一段导通时间TON；时序控制电路219并在导通时间TON的至少一部分中，以电流操作讯号来调整可变电流源电路CS2的电流，以对应地调整LED元件LED3B的电流。本实施例旨在说明发光元件控制电路210可应用于发光元件阵列广告牌。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，各实施例中图标直接连接的两电路或元件间，可插置不影响主要功能的其它电路或元件；又如，发光元件不限于各实施例所示的发光二极管(LED)，亦可扩及具有顺向端与逆向端的发光元件；再如，数字讯号高低位准所代表的意义可以互换，仅需对应修改电路对讯号的处理方式；又例如，发光元件阵列并非限于绝对整齐的每线皆为同等数目与每通道皆为同等数目的排列，亦可以容许其中部分线或通道的数目不等，或是部分发光元件的排列方式不按照线与通道的排列；此外又例如，图标以单一LED元件构成的单元也可改为以多个LED元件构成一个单元。此外，调整供应电流I2的时间，不限于在导通时间的前端或末端，亦可在中间任何时间。凡此种种，皆可根据本发明的教示类推而得，因此，本发明的范围应涵盖上述及其它所有等效变化。

Claims (10)

1.一种发光元件控制电路，用以控制一发光元件阵列显示电路，其特征在于，包含：
一时序开关，用以与该发光元件阵列显示电路耦接，且该时序开关由一时序操作讯号操作，以决定该发光元件阵列显示电路中被选的一或多个发光元件的导通时序与导通时间；
一可变电流源电路，与该时序开关耦接，用以根据一电流操作讯号，决定流经该被选的一或多个发光元件的发光元件电流；以及
一时序与亮度控制电路，与该时序开关及该可变电流源电路耦接，用以产生该时序操作讯号及该电流操作讯号；
其中，该电流操作讯号控制该可变电流源电路，以在该导通时间的至少一部分中，调整该发光元件电流，使该发光元件电流与该导通时间的其它部分不同。
2.如权利要求1所述的发光元件控制电路，其中，该发光元件电流有一预设正常电流值，而该发光元件电流受调整时的值低于该预设正常电流值。
3.如权利要求1所述的发光元件控制电路，其中，该发光元件阵列显示电路的亮度区分为2N灰阶分辨率，且该发光元件阵列显示电路于一时幅中刷新一次，该一时幅均分为2(N-M)单位时间，且该发光元件电流可被调整为2M个变化量。
4.如权利要求3所述的发光元件控制电路，其中，一时幅均分为2Q个子时幅，每个子时幅均分为2(N-M-Q)单位时间，且该导通时间分散为多个子导通时间，分配于对应的各个子时幅中，其中不同子导通时间彼此最多相差一个单位时间。
5.如权利要求3所述的发光元件控制电路，其中，一时幅均分为2Q个子时幅，每个子时幅均分为2(N-M-Q)单位时间，且该导通时间分散为多个子导通时间，分配于对应的各个子时幅中，其中至少一个子导通时间与至少另一个子导通时间彼此相差两个单位时间以上。
6.一种发光元件控制方法，用以控制一发光元件阵列显示电路的亮度，其特征在于，包含：
由一时序操作讯号操作一时序开关，以决定该发光元件阵列显示电路中被选的一或多个发光元件的导通时序与导通时间；
根据一电流操作讯号，决定流经该被选的一或多个发光元件的发光元件电流；以及
在该导通时间的至少一部分中，调整该发光元件电流，使该发光元件电流与该导通时间的其它部分不同。
7.如权利要求6所述的发光元件控制方法，其中，该发光元件电流有一预设正常电流值，而该发光元件电流受调整时的值低于该预设正常电流值。
8.如权利要求6所述的发光元件控制方法，其中，该发光元件阵列显示电路的亮度区分为2N灰阶分辨率，且该发光元件阵列显示电路于一时幅中刷新一次，该一时幅均分为2(N-M)单位时间，且该发光元件电流可被调整为2M个变化量。
9.如权利要求8所述的发光元件控制方法，其中，一时幅均分为2Q个子时幅，每个子时幅均分为2(N-M-Q)单位时间，且该导通时间分散为多个子导通时间，分配于对应的各个子时幅中，其中不同子导通时间彼此最多相差一个单位时间。
10.如权利要求8所述的发光元件控制方法，其中，一时幅均分为2Q个子时幅，每个子时幅均分为2(N-M-Q)单位时间，且该导通时间分散为多个子导通时间，分配于对应的各个子时幅中，其中至少一个子导通时间与至少另一个子导通时间彼此相差两个单位时间以上。
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