TW201424446A - 發光二極體驅動方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

一種發光二極體驅動方法。該方法包括：接收一亮度控制訊號，其中該亮度控制訊號代表一發光二極體在一脈波寬度調變周期下之工作周期，而該工作周期中包括複數個連續發光時脈；將該PWM周期分割成複數個子PWM周期；以及將該等連續發光時脈平均分配至各該子PWM周期中。

Description

發光二極體驅動方法及裝置
本發明係關於發光二極體驅動技術，更係關於抑制發光二極體閃爍現象之驅動技術。
驅動發光二極體(LED)的方法可分為類比式驅動及數位式驅動兩大類。類比式驅動係透過改變發光二極體上電流的方式來調整發光二極體的亮度。然而，這種驅動方式會造成發光二極體的光色變動，對亮度的控制也不夠精確。因此，現今發光二極體產品多以數位方式驅動。
數位式驅動係透過脈波寬度調變(pulse width modulation，PWM)來調整發光二極體亮度。第1圖係時脈訊號clk與一4位元亮度控制訊號SLC之關係圖。由於4位元可用來表示24個亮度值，因此，在第1圖之實例中，一個4位元亮度控制訊號SLC之「脈波寬度調變周期」(即亮度控制訊號的總長度)相當於16個連續的時脈。脈波寬度調變即是透過改變發光二極體之工作周期(發光時間佔整個訊號時間的比例)達到調整亮度的目的。由第1圖可知，該亮度控制訊號SLC之工作周期為11/16，脈波寬度(圖中高位準部分)相當於11個連續時脈。在前述11個連續時脈的期間中，發光二極體將導通而發光(ON)，而在之後5個連續時脈的期間中，發光二極體則關閉且不發光(OFF)。調變脈波寬度即可改變發光二極體開啟及關閉的相對時間長度，而發光二極體之亮度即可獲得調整。
值得注意的是，當發光二極體欲呈現低亮度時，其連續不發光的時脈數目會變得相對較多。雖然脈波寬度調變周期通常極短，使得發光二極體之明滅變化不易為人類視覺所察覺，然而，當透過影像擷取頻率較低的數位攝影機拍攝發光二極體時，仍會觀察到閃爍現象(flicker)。有鑑於此，本發明提供一種改善閃爍現象的數位式發光二極體驅動技術。
本發明提供一種發光二極體驅動方法。該方法包括：接收一亮度控制訊號，其中該亮度控制訊號代表一發光二極體(LED)在一脈波寬度調變周期(pulse width modulation cycle，PWM cycle)下之工作周期(duty cycle)，而該工作周期中包括複數個連續發光時脈；將該PWM周期分割成複數個子PWM周期；以及將該等連續發光時脈平均分配至各該子PWM周期中。
本發明另提供一種發光二極體驅動裝置。該裝置包括：一訊號接收單元，用以接收一亮度控制訊號，其中該亮度控制訊號代表一發光二極體(LED)在一脈波寬度調變周期(pulse width modulation cycle，PWM cycle)下之工作周期(duty cycle)，而該工作周期中包括複數個連續發光時脈；一PWM周期切割單元，耦接至該訊號接收單元，用以將該PWM周期分割成複數個子PWM周期；以及一時脈分配單元，耦接至該訊號接收單元及該PWM周期切割單元，用以將該等連續發光時脈平均分配至各該子PWM周 期中。
下文為介紹本發明之最佳實施例。各實施例用以說明本發明之原理，但非用以限制本發明。本發明之範圍當以後附之權利要求項為準。
發光二極體驅動方法
第2圖係本發明一實施例之發光二極體驅動方法。本發明之發光二極體驅動方法200包括步驟S202~S208，其目的在修改原有的亮度控制訊號而產生新的亮度控制訊號。第3A圖、第3B圖及第3C圖為本發明各實施例中時脈訊號與新的亮度控制訊號之關係圖。下文將配合附圖說明本發明之各個步驟。
在步驟S202中，既有的亮度控制訊號會被接收。其中，亮度控制訊號代表發光二極體在一脈波寬度調變周期(PWM cycle)下之工作周期(duty cycle)，而該工作周期中包括複數個連續發光時脈。為方便說明，本文中的亮度控制訊號皆為4位元訊號，而既有的亮度控制訊號與時脈訊號的關係可參照第1圖。如第1圖所示，既有的亮度控制訊號SLC之PWM周期相當於16個連續時脈，而此訊號所指示的工作周期為11/16，長度相當於11個連續發光時脈。值得注意的是，本文雖以4位元、工作周期為11/16之亮度控制訊號為例，但本發明不必以此為限，熟悉本技藝人士當可依據本發明之精神應用至具有各種位元數與亮度值 之亮度控制訊號上。
在步驟S204中，前述16個時脈的PWM周期會被分割成複數個子PWM周期。在第3A圖、第3B圖及第3C圖之實施例中，PWM周期將會被分割成2個、4個及8個子PWM周期。
在步驟S206中，前述11個連續發光時脈會被平均分配至各個子PWM周期中。最後，在步驟S208中，前述11個連續發光時脈中未能被平均分配至子PWM周期者(即，步驟S206中平均分配後之剩餘者)將會被「分別」分配至該等子PWM周期其中之一。換言之，當工作周期具有P個連續發光時脈，而PWM周期被分割成Q個子PWM周期時，平均分配至「各」子PWM周期中的連續發光時脈之數目為P除以Q之商數，而未能被平均分配至各子PWM周期的連續發光時脈之數目則為P除以Q之餘數。
在第3A圖的實施例中，新的亮度控制訊號中具有2個子PWM周期。由於11除以2之商數為5，因此，各個子PWM周期可平均分得5個連續發光時脈。由於11除以2之餘數為1，因此，可將剩餘的1個發光時脈分配至2個子PWM周期的其中一個，如圖中斜線標示部分所示。在第3B圖的實施例中，新的亮度控制訊號中具有4個子PWM周期。由於11除以4之商數為2，因此，各個子PWM周期可平均分得2個連續發光時脈。由於11除以4之餘數為3，因此，可將剩餘的3個發光時脈分配至4個子PWM周期的其中一個，如圖中斜線標示部分所示。在第3C圖的實施例中，新的亮度控制訊號中具有8個子PWM周期。由 於11除以8之商數為1，因此，各個子PWM周期可平均分得1個發光時脈。由於11除以8之餘數為3，因此，可將剩餘的3個發光時脈分配至8個子PWM周期的其中一個，如圖中斜線標示部分所示。值得注意的是，第3A~3C圖中係依照子PWM周期之順序分配剩餘的發光時脈，然而，在其他實施例中不必以此為限，剩餘的發光時脈亦可被隨機分配至各個子PWM周期中。
除了前述發光二極體驅動方法，本發明另提供一種發光二極體驅動裝置。
發光二極體驅動裝置
第4圖係依據本發明一實施例之發光二極體驅動裝置示意圖；而第5圖為此一實施例之發光二極體驅動裝置中之訊號時序圖。本發明之發光二極體驅動裝置400包括：一訊號接收單元402、一PWM周期切割單元404以及一時脈分配單元406，分別可實施前述之發光二極體驅動方法200之步驟202、204以及206-208，目的在產生一新的亮度控制訊號SLC’以驅動發光二極體410。值得注意的是，有別於前述發光二極體驅動方法之實施例，下述實施例係配合實體數位電路應用而以31個時脈表示32(25)種亮度，其中，亮度值(灰階值)之範圍係介於最小值[00000]與最大值[11111]之間。為方便說明，下述實施例之亮度控制訊號SLC之亮度值為15(即，[01110])，相當於14個連續發光時脈以及17個連續不發光時脈，如第5圖所示。
本發明之PWM周期切割單元404耦接至該訊號接收單 元402，可用以將PWM周期分割成複數個子PWM周期。在一實施例中，如第4圖所示，本發明之PWM周期切割單元404可利用一計數器442模擬分割PWM周期之動作。明確地說，若欲將PWM周期分割成8個子周期，則該計數器442應為一數8計數器(即2N計數器，且N值設定為3)。數8計數器442可接收時脈訊號clk，並計算時脈訊號clk之數目，舉例而言，其計數值將從[000]數起，並在計數至[111]後歸零重新計數，如第5圖所示。
本發明之訊號接收單元402可用以接收一既有的亮度控制訊號SLC，其中該亮度控制訊號SLC代表一發光二極體(LED)在一脈波寬度調變周期(pulse width modulation cycle，PWM cycle)下之工作周期(duty cycle)，而該工作周期中包括複數個連續發光時脈。在一實施例中，如第4圖所示，本發明之訊號接收單元402更包括一移位暫存器422。更明確地說，為了接收一5位元之亮度控制訊號SLC，該移位暫存器422應為一5位元移位暫存器。在此實施例中，亮度值15的亮度控制訊號SLC會被移位暫存器422記錄為[D+R]=[01110]，其中，D值為前兩位元[01]，而R值為後三位元[110](與計數器442有相同位元數)。值得注意的是，在本發明中，D值與R值分別為連續發光時脈數目14除以子PWM周期數目8後之商數1及餘數6；而設定此D值及R值將有利於後述之時脈分配單元406之運算。
本發明之時脈分配單元406耦接至該訊號接收單402元及該PWM周期切割單元404，可用以將該等連續發光時脈平均分配至各該子PWM周期中，並將該等連續發光時 脈中未能被平均分配至各該子PWM周期者「分別」分配至該等子PWM周期其中之一。在第4圖之實施例中，本發明之時脈分配單元406包括一比較器462、一加法器464以及一多工器466。其中，比較器462可用以比較R值與數8計數器422所輸出之計數值Ct，當R值[110]大於計數值Ct時，則產生低態的控制訊號Sel；而當R值[110]不大於(小於或等於)計數值Ct時，則產生高態的控制訊號Sel。加法器464可用以產生D+1之數值(在此實施例中為2)，而多工器466即可依據比較器462之控制訊號Sel選擇輸出D+1或D。因此，多工器466會在控制訊號Sel為低態的前六個子PWM周期中選擇D+1而分別輸出2個發光時脈；並在控制訊號Sel為高態的末兩個子PWM周期中選擇D+1而分別僅輸出1個發光時脈，產生與原亮度值相同的新亮度控制訊號SLC’。之後，在一實施例中，本發明時脈分配單元406所輸出之亮度控制訊號SLC’可用以控制一發光二極體驅動單元408，藉以進一步驅動發光二極體410。
透過本發明之發光二極體驅動技術，新的亮度控制訊號可使發光二極體呈現與既有亮度控制訊號完全一致的亮度，但大幅縮短發光二極體不發光狀態間的時間間隔，藉以達成降低閃爍現象的效果。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，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。
SLC‧‧‧亮度控制訊號
clk‧‧‧時脈訊號
400‧‧‧發光二極體驅動裝置
402‧‧‧訊號接收單元
404‧‧‧PWM周期切割單元
406‧‧‧時脈分配單元
442‧‧‧計數器
422‧‧‧移位暫存器
462‧‧‧比較器
464‧‧‧加法器
466‧‧‧多工器
408‧‧‧發光二極體驅動單元
Sel‧‧‧控制訊號
Ct‧‧‧計數值
第1圖係一時脈訊號clk與4位元亮度控制訊號SLC之關係圖。
第2圖係本發明一實施例之發光二極體驅動方法。
第3A圖、第3B圖及第3C圖為本發明各實施例中時脈訊號與新的亮度控制訊號之關係圖。
第4圖係依據本發明一實施例之發光二極體驅動裝置示意圖。
第5圖為第4圖實施例之發光二極體驅動裝置中之訊號時序圖。
200‧‧‧發光二極體驅動方法
S202~S208‧‧‧步驟

Claims (11)

  1. 一種發光二極體驅動方法，包括：接收一亮度控制訊號，其中該亮度控制訊號代表一發光二極體(LED)在一脈波寬度調變周期(pulse width modulation cycle，PWM cycle)下之工作周期(duty cycle)，而該工作周期中包括複數個連續發光時脈；將該PWM周期分割成複數個子PWM周期；以及將該等連續發光時脈平均分配至各該子PWM周期中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動方法，將該等連續發光時脈中未能被平均分配至各該子PWM周期者分別分配至該等子PWM周期其中之一。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體驅動方法，其中，當該工作周期具有P個連續發光時脈，而該PWM周期被分割成Q個子PWM周期時，平均分配至各該子PWM周期中的連續發光時脈之數目為P除以Q之商數，而未能被平均分配至各該子PWM周期的連續發光時脈之數目為P除以Q之餘數。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動方法，其中該等個子PWM周期彼此等長。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體驅動方法，其中該等連續發光時脈中未能被平均分配至各該子PWM周期者係依序分配至各該子PWM周期。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體驅動方法，其中該等連續發光時脈中未能被平均分配至各該子 PWM周期者係隨機分配至各該子PWM周期。
  7. 一種發光二極體驅動裝置，包括：一訊號接收單元，用以接收一亮度控制訊號，其中該亮度控制訊號代表一發光二極體(LED)在一脈波寬度調變周期(pulse width modulation cycle，PWM cycle)下之工作周期(duty cycle)，而該工作周期中包括複數個連續發光時脈；一PWM周期切割單元，用以將該PWM周期分割成複數個子PWM周期；以及一時脈分配單元，耦接至該訊號接收單元及該PWM周期切割單元，用以將該等連續發光時脈平均分配至各該子PWM周期中。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體驅動裝置，其中該時脈分配單元更用以將該等連續發光時脈中未能被平均分配至各該子PWM周期者分別分配至該等子PWM周期其中之一。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體驅動裝置，其中該訊號接收單元更包括：一移位暫存器，用以記錄該亮度控制訊號之N個位元，其中該N個位元包括前D個位元以及後R個位元，其中該D個位元所代表之數值為D值，而該R個位元所代表之數值為R值。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體驅動裝置，其中該PWM周期切割單元更包括：一計數器，其以2R為周期循環計數以產生一計數值
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體驅動 裝置，其中該時脈分配單元更包括：一比較器，用以比較該R值與該計數值而產生一控制訊號，其中，當該R值大於該計數值時，該控制訊號具有第一態；而當該R值不大於該計數值時，該控制訊號具有第二態；以及一多工器，用以在該控制訊號為第一態的子PWM周期中配置數量等於D值加一的發光時脈；並在該控制訊號為第二態的子PWM周期中配置數量等於D值的發光時脈。
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