TW201436634A - 驅動數種顏色的發光二極體串之裝置 - Google Patents

Abstract

本裝置包括紅色，綠色與藍色的發光二極體串，每一發光二極體串有一相對應的切換電路。每一發光二極體串，被分割成數個發光二極體段。三種顏色的發光二極體串形成並聯或串聯，每一發光二極體串各自有一電流源或是共用一個電流源。一個控制器控制每一切換電路，使得紅色，綠色與藍色的發光二極體串內串聯的發光二極體段之數量，可以根據一顏色設定信號和輸入電壓的電壓值而定。採用固定輸入電壓的本裝置以第一種方法來控制，而採用隨時間而週期性變化之輸入電壓的本裝置則以第二種方法來控制。

Description

驅動數種顏色的發光二極體串之裝置

本發明係有關發光二極體(LED)的照明裝置，尤其是一種用於包含有數種顏色之發光二極體串的照明設備之驅動裝置。

發光二極體(LED)是一種基於半導體的光源，經常被應用在低耗電儀表和家電的指示器，應用發光二極體在各種照明裝置也已越來越普遍。例如，高明亮度的發光二極體已被廣泛用於交通信號燈，車輛指示燈，以及剎車燈。

發光二極體之電流對電壓(IV)特性曲線類似於一般的普通二極體，當加於發光二極體的電壓小於二極體的正向電壓時，只有非常小的電流通過發光二極體。當電壓超過正向電壓時，通過發光二極體的電流則大幅增加。一般來說，在大多數操作範圍，基於發光二極體的照明裝置之發光強度是和通過的電流成正比，但操作在高電流時則不如此。通常為基於發光二極體的照明裝置設計之驅動裝置，都是以提供一個恆定的電流為主，以便能發出穩定的光和延長發光二極體的壽命。

為了提高基於發光二極體的照明裝置之亮度，通常是將多數個發光二極體串聯在一起，形成一個基於發光二極體的照明單位，而且多數個基於發光二極體的照明單位可以更進一步串聯在一起，形成一個照明裝置。例如，美國專利6777891號揭露將多數個基於發光二極體的照明單位，形成一個可由電腦控制的燈串，其中每個照明單位在燈串裡形成一個可單獨控制的節點。

每個照明裝置所需要的工作電壓，通常是取決於照明單位裡的發光二極體之正向電壓，每個照明單位裡有多少個發光二極體，每個照 明單位是如何相互接聯的，以及每個照明單位在照明裝置裡，是如何接收來自電源的電壓。因此，在大多數的應用中，都需要某種類型的電源電壓轉換裝置，來將一般較普遍的高電壓電源，轉換成較低的電壓，以提供給一個或多數個基於發光二極體的照明單位。因為需要這樣的一個電壓轉換裝置，造成基於發光二極體的照明設備效率減低，成本增高，也難以減小其體積。

美國專利7781979號提供了一個控制串聯的發光二極體的裝置。其中有兩個或兩個以上的發光二極體串聯連接，當施加電壓時，一串聯的電流即流經發光二極體。其中至少有一個發光二極體被並聯一個或多數個可控制的電流路徑，來使串聯的電流部分流經這些可控制的電流路徑，以便不需要電壓轉換裝置即可使用一般較普遍的高電壓電源。因此該裝置可使用如120V或240V的交流電壓。

美國專利公告2010/0308739號揭露了將多數個發光二極體互接串聯成多數個發光二極體段的裝置，以及多數個開關器與此多數個發光二極體段互接，來選取控制某一發光二極體段，將其從一個發光二極體串聯電流通路中串聯接入或切隔分出。

美國專利公告2011/0085619號，揭露了一用於驅動多數個不同長度的發光二極體串的選擇電路，以根據相對應的輸入交流電壓，將某些發光二極體串選擇性的打開或關閉。美國專利公告2012/0217887號，揭露了可以在交流電源的電壓變化下，提供平均的發光強度之發光二極體的照明裝置和控制方法。

因為已有越來越多的基於發光二極體的照明單位被應用在高亮度的照明設備上，如何使用牆上現有的交流電源，靈活和有效地提高發光二極體的使用率，並提供穩定性和高亮度，來驅動和連接多數個基於發光二極體的照明單位之設計方法和裝置，已經形成一種不可或缺的需求。

根據基本原理，如果將紅色，綠色和藍色的發光二極體組合在一個照明設備裡，則任何顏色的光都可以產生。為了讓照明設備可以使用現有的交流電源，設計穩定和高效率的驅動電路，給包含數種顏色的發光二極體串之照明設備，是一種新的挑戰。除了必須考慮輸入電源的電壓 值之外，還要考慮每種顏色的發光二極體串內，需要多少發光二極體，和如何來串聯或並聯這些發光二極體。

因此，為包含數種顏色的發光二極體串之照明裝置，提供靈活和高效率的驅動電路，以滿足各種不同顏色和亮度的需求，已經是基於發光二極體的照明裝置之設計和製造者，極為迫切追求的目標。

本發明提供了在輸入電源是固定電壓或隨時間而週期性變化之電壓下，能有效率的驅動數種顏色的發光二極體串之裝置。本發明提供的裝置，包含有一紅色發光二極體串，一綠色發光二極體串，和一藍色發光二極體串。每一發光二極體串被分成數個發光二極體段，並有一相對應的切換電路，接受一控制器的控制。

本發明的第一優選實施例中，紅色，綠色，和藍色之發光二極體串係互相並聯，而且每一發光二極體串各自與一電流源串聯接地。控制器發送多數個控制信號到每一切換電路，以使某些發光二極體段，在其發光二極體串內被串聯或是繞接。而每一發光二極體串內，串聯的發光二極體段之數量，係由顏色設定信號和輸入電壓的電壓值而定。

本發明的第二優選實施例中，紅色，綠色，和藍色之發光二極體串係互相串聯，然後再與一電流源串聯接地。控制器發送多數個控制信號到每一切換電路，以使某些發光二極體段，在其發光二極體串內被串聯或是繞接。而每一發光二極體串內，串聯的發光二極體段之數量，係由顏色設定信號和輸入電壓的電壓值而定。

本發明的第三優選實施例中，紅色，綠色，和藍色之發光二極體串係經由一多路轉接器與一共用的電流源串聯接地。控制器發送多數個控制信號到每一切換電路，以使某些發光二極體段，在其發光二極體串內被串聯或是繞接。控制器也發送一多路信號，來控制多路轉接器。而每一發光二極體串內，串聯的發光二極體段之數量，係由顏色設定信號和輸入電壓的電壓值而定。

本發明為上述切換電路提供了四種範例。在第一範例的切換 電路裡，每一發光二極體段與一相對應的開關器並聯。在第二範例的切換電路裡，每一發光二極體段與一相對應的發光二極體控制電路並聯。

在第三範例的切換電路裡，每一發光二極體段有一相對應的開關器，其一端連接該發光二極體段之正端，而另一端則連接到該發光二極體串內最後的發光二極體段之負端。在第四範例的切換電路裡，每一發光二極體段有一相對應的發光二極體控制電路，其一端連接該發光二極體段之正端，而另一端則連接到到發光二極體串內最後的發光二極體段之負端。

本發明又提供兩種控制方法，來控制驅動數種顏色之發光二極體串之裝置。第一種控制方法係提供給以固定電壓為輸入電壓的驅動裝置，這種控制方法較適用於本發明中切換電路之第一或第二範例，但較不適用於切換電路之第三或第四範例。

而第二種控制方法係提供給以隨時間而週期性變化之電壓為輸入電壓的驅動裝置，當第二種控制方法用在本發明的第一，第二或第三優選實施例中，根據所用切換電路是上述第一，第二，第三或第四範例之電路，控制器的電路必需隨著做適當的變化，才能有效的控制切換電路以及其相關的電流源。

101‧‧‧紅色發光二極體串

102‧‧‧綠色發光二極體串

103‧‧‧藍色發光二極體串

104‧‧‧控制器

105‧‧‧顏色設定信號

106‧‧‧多路轉接器

111：112：113：251：261：271：281‧‧‧切換電路

121‧‧‧紅色發光二極體段

122‧‧‧綠色發光二極體段

123‧‧‧藍色發光二極體段

131：132：133‧‧‧電流源

221‧‧‧發光二極體串

252：272：1301：1401‧‧‧開關器

262：282‧‧‧發光二極體控制電路

263：1302‧‧‧輸入傳播信號

264：284‧‧‧共同信號

265：285：1303：1404‧‧‧輸出傳播信號

283：1402‧‧‧第一輸入傳播信號

286：1403‧‧‧第二輸出傳播信號

601：701：901：1101‧‧‧處理器

602‧‧‧三相時脈產生器

603‧‧‧電流控制器

702：902：906：1102‧‧‧記憶元件

703：903‧‧‧類比到數位轉換器

704：904：1104‧‧‧狀態機

705：905：1105‧‧‧計時器

804：1204‧‧‧切換電壓比較單元

907：1107‧‧‧數位到類比轉換器

圖一顯示了本發明用於驅動數種顏色之發光二極體串的裝置之第一優選實施例之方塊圖。

圖二A到二D顯示本發明的切換電路之四個範例。

圖三顯示了本發明用於驅動數種顏色之發光二極體串的裝置之第二優選實施例之方塊圖。

圖四顯示了本發明用於驅動數種顏色之發光二極體串的裝置之第三優選實施例之方塊圖。

圖五顯示本發明的每一發光二極體串隨著輸入電壓之變化操作於M種不同模式。

圖六顯示本發明利用第一種控制方法來驅動數種顏色的發光二極體之裝置中的控制器的線路之方塊圖。

圖七顯示本發明之第一優選實施例，以第二種控制方法，應用第一或第三範例之切換電路，所需的控制器之線路的方塊圖。

圖八顯示本發明之第一優選實施例，以第二種控制方法，應用第二或第四範例之切換電路，所需的控制器之線路的方塊圖。

圖九顯示本發明之第二優選實施例，以第二種控制方法，應用第一或第三範例之切換電路，所需的控制器之線路的方塊圖。

圖十顯示本發明之第二優選實施例，以第二種控制方法，應用第二或第四範例之切換電路，所需的控制器之線路的方塊圖。

圖十一顯示本發明之第三優選實施例，以第二種控制方法，應用第一或第三範例之切換電路，所需的控制器之線路的方塊圖。

圖十二顯示本發明之第三優選實施例，以第二種控制方法，應用第二或第四範例之切換電路，所需的控制器之線路的方塊圖。

圖十三顯示本發明的切換電路之第二範例以第二種控制方法來控制第一或第三優選實施例，所用的發光二極體控制電路。

圖十四顯示本發明的切換電路之第四範例以第二種控制方法來控制第一或第三優選實施例，所用的發光二極體控制電路。

本說明書提供附圖，使本發明更能進一步的被理解，同時附圖也構成本說明書的一部分。該附圖顯示出了本發明的實施例，並與說明書一起，用來解釋本發明原理。

圖一顯示根據本發明的第一優選實施例，來驅動數種顏色的發光二極體串之裝置的方塊圖，該實施例的裝置，包含有一紅色發光二極體串101，一綠色發光二極體串102，和一藍色發光二極體串103互相並聯。紅色，綠色與藍色的發光二極體串101，102，和103，分別各有一各自的切換電路111，112，和113。

參照圖一，紅色發光二極體串101，包含有數個紅色發光二極體段121互相串聯，每一紅色發光二極體段121，又包含有數個紅色發光二極體，連接在紅色發光二極體段121的正端和負端之間。為了簡化圖式，圖一中每一紅色發光二極體段121，只以包含一紅色發光二極體來顯示。

輸入電壓V_IN提供電壓給紅色發光二極體串101，電流源131將最後一個紅色發光二極體段121的負端接地。切換電路111是用來控制紅色發光二極體串101內，互相串聯的紅色發光二極體段121之數量。切換電路111由控制器104來控制。電流源131可以是由控制器104控制的可變電流源，也可以是固定電流源。

從圖一可看出，在第一優選實施例中，紅色，綠色與藍色的發光二極體串都有類似的結構。綠色發光二極體串102，包含有數個綠色發光二極體段122與一電流源132串聯，藍色發光二極體串103，包含有數個藍色發光二極體段123與一電流源133串聯.然而在每一發光二極體串中的發光二極體段之數量不一定相同。

從圖一又可看出，每一切換電路111，112和113都由控制器104控制，以調整在紅色，綠色與藍色的發光二極體串101，102和103中各自串聯的發光二極體段之數量。控制器104根據一顏色設定信號105，而發送多數個控制信號到每一切換電路，以控制每一發光二極體串中，串聯的發光二極體段之數量。控制器104也由輸入電壓V_IN提供電壓。

根據本發明，切換電路111，112和113可以用不同電路製 作，圖二顯示了四種範例。圖二A顯示切換電路的第一範例251之電路圖。從第一範例可以看出，在發光二極體串中的每一發光二極體段221，都有一相對應的開關器252與該發光二極體段221相並聯。因此，每一發光二極體段221，都可以由控制器104發送出的控制信號來單獨的控制和繞接，以控制在發光二極體串內串聯的發光二極體段221之數量。

圖二B顯示切換電路的第二範例261之電路圖。從圖二B可以看出，在第二範例261的發光二極體串中的每一發光二極體段221，都有一相對應的發光二極體控制電路262與該發光二極體段221相並聯。如圖二B所顯示，每一發光二極體控制電路262接收數個由控制器104發送出的共同信號264，以及一輸入傳播信號263，並且送出一輸出傳播信號265到下一個發光二極體控制電路262。

根據本發明，發光二極體控制電路262，可由控制器104來控制，以控制繞接其相對應的發光二極體段221。每一發光二極體控制電路262送出之輸出傳播信號265成為隨後的發光二極體控制電路262之輸入傳播信號263，在最上方的第一個發光二極體控制電路262之輸入傳播信號263，係來至控制器104的一正向傳播信號。在某些應用中，在發光二極體串中最上方的第一個發光二極體段221，並不需要一發光二極體控制電路262，所以至少有一發光二極體段221可以是經常接通開亮著。

如前所述，用於第二範例261之控制器104送出數個共同信號264到每一發光二極體控制電路262，這些共同信號264包括重置信號，上/下信號，和同步信號。重置信號將所有的發光二極體控制電路262重置到其初始狀態，上/下信號表示輸入電壓V_IN是在増加或減少，同步信號使所有的發光二極體控制電路262能同步切換。值得一提的是，每一發光二極體控制電路262，只要能提供可以繞接其相對應的發光二極體段221之功能，並不一定要用同樣的電路來達成。

圖二C顯示切換電路的第三範例271之電路圖。從圖二C可以看出，在第三範例271的發光二極體串中的每一發光二極體段221，都有一相對應的開關器272與該發光二極體段221相連接。在圖2A所顯示的第一範例251中，每一開關器252係與相對應的發光二極體段221並聯，然 而在第三範例271中，每一開關器272係從相對應的發光二極體段221之正端接到發光二極體串內的最後一個發光二極體段221的負端。

換句話說，在每一發光二極體串內，所有的開關器272都有一共同端，接到最後一個發光二極體段221的負端。因此，每一個發光二極體段221是無法單獨控制的。舉例來說，如果在第三範例271中，控制器104將相對應於最上方的發光二極體段221之開關器272接通短路，則在該發光二極體串內的每一發光二極體段221都被繞接，而不照亮。

圖二D顯示切換電路的第四範例281之電路圖。從圖二D可以看出，在第四範例281的發光二極體串中的每一發光二極體段221，也都有一相對應的發光二極體控制電路282與該發光二極體段221相連接。在圖2B所顯示的第二範例261中，每一發光二極體控制電路262係與相對應的發光二極體段221並聯，然而在第四範例281中，每一發光二極體控制電路282係從相對應的發光二極體段221之正端接到發光二極體串內的最後一個發光二極體段221的負端。

在本發明的第四範例281中，控制器104發送出數個共同信號284到每一發光二極體控制電路282。如圖二D所示，除了在每個發光二極體串內的第一和最後的發光二極體控制電路282之外，每個發光二極體控制電路282接收到領先的一個發光二極體控制電路282傳來的第一輸入傳播信號283，和隨後的一個發光二極體控制電路282傳來的第二輸入傳播信號286，並且發送出一個輸出傳播信號285到領先以及隨後的兩個發光二極體控制電路282。

從圖二D可以看出，在最上方的第一個發光二極體控制電路282的第一輸入傳播信號283，係接收由控制器104發送出的正向傳播信號。而在最下方的最後一個發光二極體控制電路282的第二輸入傳播信號286，係接收由控制器104發送出的反向傳播信號。在某些應用中，在發光二極體串中最上方的第一發光二極體段221，並不需要一發光二極體控制電路282，所以至少有一發光二極體段221可以是經常接通開亮著。

與圖二B類似，用於第四範例281之控制器104送出數個共同信號284到每一發光二極體控制電路282，這些共同信號284包括重置信 號，上/下信號，和同步信號。重置信號將所有的發光二極體控制電路282重置到其初始狀態，上/下信號表示輸入電壓V_IN是在増加或減少，同步信號使所有的發光二極體控制電路282能同步切換。每一發光二極體控制電路282，只要能提供可以繞接其相對應的發光二極體段221之功能，並不一定要用同樣的電路來達成。

參照圖二D，在第四範例281中的每一發光二極體串內，所有的發光二極體控制電路282都有一共同端，接到最後一個發光二極體段221的負端。因此，每一個發光二極體段221是無法單獨控制的。舉例來說，如果在第四範例281中，控制器104將相對應於最上方的發光二極體段221之發光二極體控制電路282接通短路，則在該發光二極體串內的每一發光二極體段221都被繞接，而不照亮。

圖三顯示根據本發明的第二優選實施例，來驅動數種顏色的發光二極體串之裝置的方塊圖，該實施例的裝置，包含有一紅色發光二極體串101，一綠色發光二極體串102，和一藍色發光二極體串103互相串聯。紅色，綠色與藍色的發光二極體串101，102，和103，分別有一各自的切換電路111，112，和113。

從圖三可以看出，紅色發光二極體串101中的最後一個紅色發光二極體段121的負端，連接到綠色發光二極體串102的第一個綠色發光二極體段122的正端。綠色發光二極體串102中的最後一個綠色發光二極體段122的負端，則連接到藍色發光二極體串103的第一個藍色發光二極體段123的正端。只有藍色發光二極體串103與一電流源133串聯。

在圖三顯示的第二優選實施例中，控制器104控制每一切換電路111，112和113，來設定紅色，綠色與藍色的發光二極體串101，102，和103中各自串聯的發光二極體段之數量。控制器104根據一顏色設定信號105，而發送多數個控制信號到每一切換電路，以控制每一發光二極體串中，串聯的發光二極體段之數量。控制器104也由輸入電壓V_IN提供電壓。

圖四顯示根據本發明的第三優選實施例，來驅動數種顏色的發光二極體串之裝置的方塊圖，該實施例的裝置，包含有一紅色發光二極體串101，一綠色發光二極體串102，和一藍色發光二極體串103，經由一 多路轉接器106連接到一共同電流源133。紅色，綠色與藍色的發光二極體串101，102，和103分別有一各自的切換電路111，112，和113。

從圖四可以看出，控制器104控制多路轉接器106，來連接紅色，綠色或藍色的發光二極體串101，102，或103到共同電流源133。在圖四顯示的第三優選實施例中，控制器104控制每一切換電路111，112和113，來設定紅色，綠色與藍色的發光二極體串101，102，和103中各自串聯的發光二極體段之數量。控制器104根據一顏色設定信號105，而發送多數個控制信號到每一切換電路，以控制每一發光二極體串中，串聯的發光二極體段之數量。第一和第三優選實施例的主要不同是，在第三優選實施例中的共同電流源133，是三個發光二極體串所共用的。

根據本發明，驅動數種顏色之發光二極體串的控制方法有兩種。第一種控制方法適用於輸入電壓V_IN是一固定的電壓，在第一種控制方法裡，每個顏色的發光二極體串之亮度，先由顏色設定信號來決定。每個顏色的發光二極體串中，互相串聯的發光二極體之數量，再由其亮度來決定。最後再根據各發光二極體串中，互相串聯的發光二極體段之數量，來設定切換電路的狀態。

舉例來說，假設每個顏色的發光二極體串有N個發光二極體，被分割成k個發光二極體段，每個發光二極體段內的發光二極體之數量S₁,S₂,...,S_k，本發明可根據以下公式而設計：

在固定電流的條件之下，本發明的切換電路之第一和第二範例，可根據以上的公式提供N³種不同的顏色。

值得注意的是上述第一種控制方法，較適用於控制本發明的切換電路之第一和第二範例。如果將第一種控制方法用於本發明的切換電路之第三和第四範例，則每一發光二極體串都需要N個發光二極體段，才可形成N個不同的串聯連接。因此，第一種控制方法較不適用於本發明的切換電路之第三和第四範例。

根據本發明，驅動數種顏色之發光二極體串的裝置，又有第二種控制方法，適用於輸入電壓V_IN是一隨時間而週期性變化之電壓的狀況下。譬如說，輸入電壓V_IN是一經過整流的交流電壓，可以V_IN(t)=V_M sin(π t/2T_M)，來表示，其中V_M是最大電壓值，而交流電壓的週期是4×T_M。圖五顯示本發明的每一發光二極體串，可以隨著輸入電壓V_IN之變化，而操作於擁有不同數量的串聯發光二極體之M種不同模式。

如圖五所示，在時間T_i-1和T_i之間，輸入電壓V_IN從V_i-1增加到V_i，發光二極體串操作於模式-i。當經過整流的交流電壓達到最高值V_M時，電壓即開始下降，當輸入電壓V_IN在V_M-1與V_M之間時，發光二極體串操作於模式-M，而當輸入電壓降到V_i-1和V_i之間時，發光二極體串則又操作於模式-i。發光二極體串的亮度係與下列公式成正比：

其中N _j 是發光二極體串內串聯的發光二極體之數量，而I _j 是發光二極體串在操作於模式-j下的電流。

如果第二種控制方法用於驅動本發明的第一優選實施例之數種顏色的發光二極體串下，切換電路會根據輸入電壓，而改變每一發光二極體串內串聯的發光二極體之數量。除此之外，每一發光二極體串之電流源接通的時間，也與紅色，綠色或藍色所需要的亮度而各別成正比。

如果第二種控制方法用於驅動本發明的第二優選實施例之數種顏色的發光二極體串下，則先根據紅色，綠色或藍色，各發光二極體串所需要的亮度，計算一表格。表格內包含各發光二極體串在某時間的電壓值下的操作模式，所需要的發光二極體之數量。控制器則根據表格以輸入電壓為準而控制切換電路，以連接各發光二極體內串聯的發光二極體之數量。

如果第二種控制方法用於驅動本發明的第三優選實施例之數種顏色的發光二極體串下，切換電路會根據輸入電壓，而改變每一發光二極體串內串聯的發光二極體之數量。除此之外，每一發光二極體串經由 多路轉接器106而連接至共同電流源133的時間，也根據紅色，綠色或藍色所需要的亮度，而成正比的控制多路轉接器106，使其適當的連接相對應的發光二極體串。

圖六顯示出，本發明之使用第一種控制方法驅動數種顏色的發光二極體之裝置中的控制器的線路之方塊圖。其中包括一接收顏色設定信號以及發送多數個控制信號給相對應於紅色，綠色，及藍色發光二極體的切換電路的處理器601。如果在第一優選實施例之電流源是可變電流源，則又有一電流控制器603包含三個數位到類比轉換器，以各別控制連接到紅色，綠色和藍色發光二極體串的電流源。

如上所述，圖四所顯示的本發明之第三優選實施例中，一多路轉接器106被用來連接紅色，綠色和藍色發光二極體串101，102和03的共同電流源133。因此，第三優選實施例中的控制器104，又包括一個三相的時脈產生器602，用來產生多路信號，以控制多路轉接器106。

根據本發明之第二種控制方法來控制驅動數種顏色的發光二極體裝置時，當應用於第一，第二和第三優選實施例時，控制器104需要有一些變化。除此之外，根據所使用之切換電路是第一，第二，第三或第四範施例，控制器104也要做一些變化，才可以適當的控制切換電路。

圖七顯示出，本發明中第一優選實施例，以第二種控制方法，應用第一或第三範例之切換電路，驅動數種顏色的發光二極體串之裝置中的控制器104之線路的方塊圖。從圖七可以看出，控制器包括一接收顏色設定信號的處理器701，並有一記憶元件702用來儲存處理器701所計算的表格。

一類比到數位轉換器703將輸入電壓V_IN轉換成數位信號並送到狀態機704，狀態機704則產生數個控制信號到相對於紅色，綠色，和藍色之發光二極體串的切換電路，根據輸入電壓V_IN的電壓值來控制在每一發光二極體串內，串聯的發光二極體的數量。狀態機704也控制一個和記憶元件702相連接的計時器705。處理器701也接收由狀態機704產生的數個控制信號，並且控制三個數位到類比轉換器，在適當的時機關閉各自連接於紅色，綠色，和藍色之發光二極體串的電流源。

圖八顯示出，本發明中第一優選實施例，以第二種控制方法，應用第二或第四範例之切換電路，驅動數種顏色的發光二極體串之裝置中的控制器104之線路的方塊圖。從圖八可以看出，該控制器與圖七的控制器非常相似，但是其中有一切換電壓比較單元804取代了圖七的類比到數位轉換器703和狀態機704。

圖九顯示出，本發明中第二優選實施例，以第二種控制方法，應用第一或第三範例之切換電路，驅動數種顏色的發光二極體串之裝置中的控制器104之線路的方塊圖。從圖九可以看出，控制器包括一接收顏色設定信號的處理器901，並有一記憶元件902用來儲存處理器901所計算的信號波型表格。

一類比到數位轉換器903將輸入電壓V_IN轉換成數位信號並送到狀態機904，狀態機904控制一個和記憶元件902相連接的計時器905。另一記憶元件906則在狀態機904的控制下，儲存一切換表格。狀態機904經由記憶元件906發送數個控制信號到相對於紅色，綠色，和藍色之發光二極體串的切換電路，根據輸入電壓V_IN的電壓值來控制在每一發光二極體串內，串聯的發光二極體的數量。處理器901也可以控制一個數位到類比轉換器907，來產生控制信號，以控制在第二優選實施例中的電流源。

圖十顯示出，本發明中第二優選實施例，以第二種控制方法，應用第二或第四範例之切換電路，驅動數種顏色的發光二極體串之裝置中的控制器104之線路的方塊圖。從圖十可以看出，除了沒有狀態機之外，該控制器與圖九的控制器非常相似。其中數位轉換器903發送一數位信號到處理器901，而且用來控制相對於紅色，綠色，和藍色之發光二極體串的切換電路之數個控制信號，係由處理器901而不是記憶元件906產生及發送。

圖十一顯示出，本發明中第三優選實施例，以第二種控制方法，應用第一或第三範例之切換電路，驅動數種顏色的發光二極體串之裝置中的控制器104之線路的方塊圖。從圖十一可以看出，控制器包括一接收顏色設定信號的處理器1101，並有一記憶元件1102用來儲存處理器1101所計算的信號波型表格。

一類比到數位轉換器1103將輸入電壓V_IN轉換成數位信號並送到狀態機1104，狀態機1104產生並發送數個控制信號到相對於紅色，綠色，和藍色之發光二極體串的切換電路，根據輸入電壓V_IN的電壓值來控制在每一發光二極體串內，串聯的發光二極體的數量。狀態機1104控制一個和記憶元件1102相連接的計時器1105。處理器1101也接收由狀態機1104產生的數個控制信號，並且輸出一多路信號以控制多路轉接器。處理器1101也可以控制一個數位到類比轉換器1107，來產生控制信號，以控制在第三優選實施例中的電流源。

圖十二顯示出，本發明中第三優選實施例，以第二種控制方法，應用第二或第四範例之切換電路，驅動數種顏色的發光二極體串之裝置中的控制器104之線路的方塊圖。從圖十二可以看出，該控制器與圖十一的控制器非常相似，但是其中有一切換電壓比較單元1204取代了圖十一的類比到數位轉換器1103和狀態機1104。

先前所說明並顯示於圖2B中的切換電路之第二範例261，有一發光二極體控制電路262與發光二極體段221互相並聯。圖十三顯示了根據本發明，利用切換電路之第二範例261，以及第二種控制方法來控制第一或第三優選實施例，所用的發光二極體控制電路262。從圖十三可以看出，發光二極體控制電路262包含一開關器1301用來繞接所相對應的發光二極體段。發光二極體控制電路262接收由控制器送出的數個共同信號，包括重置信號，上/下信號，和同步信號。發光二極體控制電路262，也接收一輸入傳播信號1302，和發送一輸出傳播信號1303。

參照圖二D，本發明的切換電路之第四範例281，有一發光二極體控制電路282與發光二極體段221相對應。圖十四顯示了根據本發明，利用切換電路之第四範例281以及第二種控制方法來控制第一或第三優選實施例，所用的發光二極體控制電路282。從圖十四可以看出，發光二極體控制電路282包含一開關器1401用來繞接發光二極體段。發光二極體控制電路282接收由控制器送出的數個共同信號，包括重置信號，上/下信號，和同步信號。發光二極體控制電路282，也接收第一及第二輸入傳播信號1402，1403，和發送一輸出傳播信號1404。

以上所說明的發光二極體控制電路和控制器，只是用來說明本發明的原理。這些電路都可以用等效的電路來設計而達成一樣的功能。其中所提到的開關器，也是泛指一般包含有可以適當接通或切斷一個電路的開關元件，開關元件可以是機械式的或電力式的，也可以是用積體電路製造的半導體開關元件。

雖然以上只藉由幾個優選的實施範例來描述本發明，然而熟悉本技術領域的人，很明顯的可以了解，仍有許多未描述的變通及修改，都在不偏離以下所定義之本發明的申請專利範圍之內。

101‧‧‧紅色發光二極體串

102‧‧‧綠色發光二極體串

103‧‧‧藍色發光二極體串

104‧‧‧控制器

105‧‧‧顏色設定信號

111：112：113‧‧‧切換電路

121‧‧‧紅色發光二極體段

122‧‧‧綠色發光二極體段

123‧‧‧藍色發光二極體段

131：132：133‧‧‧電流源

Claims (41)

1. 一驅動數種顏色的發光二極體串之裝置，包括：一輸入電壓；一紅色發光二極體串包含多數個紅色發光二極體，並受控於一相對應的切換電路，該紅色發光二極體串有一正端連接到上述輸入電壓，和一負端與一電流源的第一端串聯；一綠色發光二極體串包含多數個綠色發光二極體，並受控於一相對應的切換電路，該綠色發光二極體串有一正端連接到上述輸入電壓，和一負端與一電流源的第一端串聯；一藍色發光二極體串包含多數個藍色發光二極體，並受控於一相對應的切換電路，該藍色發光二極體串有一正端連接到上述輸入電壓，和一負端與一電流源的第一端串聯；以及一控制器接收一顏色設定信號，並發送多數個控制信號到上述每一個切換電路；其中上述每一個電流源有一第二端接地，上述紅色，綠色，和藍色發光二極體串互相並聯，而且上述控制器根據上述顏色設定信號，經由相對應的切換電路來控制上述紅色，綠色，和藍色發光二極體串內，串聯之發光二極體的數量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中上述控制器包含一處理器以接收上述顏色設定信號，並且產生上述多數個控制信號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中上述控制器又包含三個受控於上述處理器的數位到類比轉換器，以產生各別的電流控制信號給上述三個電流源。
4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中上述紅色，綠色，和藍色發光二極體串的每一發光二極體串，都被分隔成多數個發光二極體段，其中的每一個發光二極體段都包含有至少一個發光二極體，而且在與其相對應的切換電路裡有一個相對應的控制電路。
5. 如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中上述相對應的控制電路是一個開關器。
6. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中上述控制器包含：一類比到數位轉換器將上述輸入電壓轉換成數位信號；一狀態機接收上述數位信號，並產生上述多數個控制信號至上述之相對應的切換電路；一記憶元件用來儲存一信號波型表格；一受上述狀態機控制的計時器，該計時器與上述記憶元件相連接；一處理器接收上述顏色設定信號和上述多數個控制信號，並與上述記憶元件相連接；以及三個受上述處理器控制而發送電流控制信號到上述三個電流源的數位到類比轉換器。
7. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中上述每一發光二極體段，與其相對應的控制電路，係連接在該發光二極體段之正端和負端之間。
8. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中上述每一發光二極體段，與其相對應的控制電路，係連接在該發光二極體段之正端，和其所屬的發光二極體串的最後一個發光二極體段的負端之間。
9. 如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中上述相對應的控制電路，每一控制電路都有一開關器，並且接收上述控制器送出的數個控制信號，接收至少一個輸入傳播信號，和發送一個輸出傳播信號。
10. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中上述控制器包含：一切換電壓比較單元接收上述輸入電壓，並產生上述多數個控制信號至上述之相對應的切換電路；一記憶元件用來儲存一信號波型表格；一受上述切換電壓比較單元控制的計時器，該計時器與上述記憶元件相連接；一處理器接收上述顏色設定信號和上述多數個控制信號，並與上述記憶元件相連接；以及三個受上述處理器控制而發送電流控制信號到上述三個電流源的數位到類比轉換器。
11. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中上述每一發光二極體段，與其相對應的控制電路，係連接在該發光二極體段之正端和負端之間。
12. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中上述每一發光二極體段，與其相對應的控制電路，係連接在該發光二極體段之正端，和其所屬的發光二極體串的最後一個發光二極體段的負端之間，並且接收兩個輸入傳播信號。
13. 一驅動數種顏色的發光二極體串之裝置，包括：一輸入電壓；第一顏色之發光二極體串包含多數個第一顏色之發光二極體，並受控於一相對應的切換電路，該第一顏色之發光二極體串有一正端連接到上述輸入電壓，和一負端；第二顏色之發光二極體串包含多數個第二顏色之發光二極體，並受控於一相對應的切換電路，該第二顏色之發光二極體串有一正端連接到上述第一顏色之發光二極體串之負端，和一負端；第三顏色之發光二極體串包含多數個第三顏色之發光二極體，並受控於一相對應的切換電路，該第三顏色之發光二極體串有一正端連接到上述第二顏色之發光二極體串之負端，和一負端與一電流源的第一端串聯；以及一控制器接收一顏色設定信號，並發送多數個控制信號到上述每一個切換電路；其中上述第一，第二，和第三顏色的發光二極體串，包含以任何順序組成的紅色，綠色，和藍色的發光二極體串，而且上述控制器根據上述顏 色設定信號，經由相對應的切換電路來控制上述第一，第二，和第三顏色之發光二極體串內，串聯之發光二極體的數量。
14. 如申請專利範圍第13項所述之裝置，其中上述控制器包含一處理器以接收上述顏色設定信號，並且產生上述多數個控制信號。
15. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中上述控制器又包含一個受控於上述處理器的數位到類比轉換器，以產生一電流控制信號給上述電流源。
16. 如申請專利範圍第13項所述之裝置，上述第一，第二，和第三顏色的發光二極體串的每一發光二極體串，都被分隔成多數個發光二極體段，其中的每一個發光二極體段都包含有至少一個發光二極體，而且在與其相對應的切換電路裡有一個相對應的控制電路。
17. 如申請專利範圍第16項所述之裝置，其中上述相對應的控制電路是一個開關器。
18. 如申請專利範圍第17項所述之裝置，其中上述控制器包含：一類比到數位轉換器將上述輸入電壓轉換成數位信號；一狀態機接收上述數位信號；第一記憶元件用來儲存一信號波型表格；一受上述狀態機控制的計時器，該計時器與上述第一記憶元件相連接；一處理器接收上述顏色設定信號，並與上述狀態機和上述第一記憶元件相連接；以及 第二記憶元件用來儲存一切換表格，以及產生上述多數個控制信號，該第二記憶元件受上述狀態機控制，並且與上述處理器相連接。
19. 如申請專利範圍第18項所述之裝置，其中上述控制器又包含一受上述處理器控制，而發送一電流控制信號到上述電流源的數位到類比轉換器。
20. 如申請專利範圍第17項所述之裝置，其中上述每一發光二極體段，與其相對應的控制電路，係連接在該發光二極體段之正端和負端之間。
21. 如申請專利範圍第17項所述之裝置，其中上述每一發光二極體段，與其相對應的控制電路，係連接在該發光二極體段之正端，和其所屬的發光二極體串的最後一個發光二極體段的負端之間。
22. 如申請專利範圍第16項所述之裝置，其中上述相對應的控制電路，每一控制電路都有一開關器，並且接收上述控制器送出的數個控制信號，接收至少一個輸入傳播信號，和發送一個輸出傳播信號。
23. 如申請專利範圍第22項所述之裝置，其中上述控制器包含：一類比到數位轉換器將上述輸入電壓轉換成數位信號；第一記憶元件用來儲存一信號波型表格；一處理器接收上述數位信號和上述顏色設定信號，並與上述第一記憶元件相連接；一受上述處理器控制的計時器，該計時器與上述第一記憶元件相連接；以及第二記憶元件與上述處理器相連接，並且用來儲存一切換表格。
24. 如申請專利範圍第23項所述之裝置，其中上述控制器又包含一受上述處理器控制，而發送一電流控制信號到上述電流源的數位到類比轉換器。
25. 如申請專利範圍第22項所述之裝置，其中上述每一發光二極體段，與其相對應的控制電路，係連接在該發光二極體段之正端和負端之間。
26. 如申請專利範圍第22項所述之裝置，其中上述每一發光二極體段，與其相對應的控制電路，係連接在該發光二極體段之正端，和其所屬的發光二極體串的最後一個發光二極體段的負端之間，並且接收兩個輸入傳播信號。
27. 一驅動數種顏色的發光二極體串之裝置，包括：一輸入電壓；一包含第一，第二和第三輸入端及一輸出端的多路轉接器；一紅色發光二極體串包含多數個紅色發光二極體，並受控於一相對應的切換電路，該紅色發光二極體串有一正端連接到上述輸入電壓，和一負端連接到上述多路轉接器之第一輸入端；一綠色發光二極體串包含多數個綠色發光二極體，並受控於一相對應的切換電路，該綠色發光二極體串有一正端連接到上述輸入電壓，和一負端連接到上述多路轉接器之第二輸入端；一藍色發光二極體串包含多數個藍色發光二極體，並受控於一相對應的切換電路，該藍色發光二極體串有一正端連接到上述輸入電壓，和一負端連接到上述多路轉接器之第三輸入端； 一電流源有第一端連接上述多路轉接器之輸出端和第二端接地；以及一控制器接收一顏色設定信號，並發送多數個控制信號到每一個切換電路和一多路轉接信號到上述多路轉接器；其中上述控制器根據上述顏色設定信號，經由上述相對應的切換電路來控制上述紅色，綠色，和藍色發光二極體串內，串聯之發光二極體的數量。
28. 如申請專利範圍第27項所述之裝置，其中上述控制器包含一處理器以接收上述顏色設定信號，並且產生上述多數個控制信號。
29. 如申請專利範圍第28項所述之裝置，其中上述控制器又包含一個受控於上述處理器的數位到類比轉換器，以產生一電流控制信號給上述電流源。
30. 如申請專利範圍第27項所述之裝置，其中上述控制器又包含一三相的時脈產生器，以產生上述多路轉接信號來控制上述多路轉接器。
31. 如申請專利範圍第27項所述之裝置，其中上述紅色，綠色，和藍色發光二極體串的每一發光二極體串，都被分隔成多數個發光二極體段，其中的每一個發光二極體段都包含有至少一個發光二極體，而且在與其相對應的切換電路裡有一個相對應的控制電路。
32. 如申請專利範圍第31項所述之裝置，其中上述相對應的控制電路是一個開關器。
33. 如申請專利範圍第32項所述之裝置，其中上述控制器包含：一類比到數位轉換器將上述輸入電壓轉換成數位信號； 一狀態機接收上述數位信號，並產生上述多數個控制信號至上述之相對應的切換電路；一記憶元件用來儲存一信號波型表格；一受上述狀態機控制的計時器，該計時器與上述記憶元件相連接；以及一處理器接收上述顏色設定信號和上述多數個控制信號，並與上述記憶元件相連接和發送上述多路轉接信號來控制上述多路轉接器。
34. 如申請專利範圍第33項所述之裝置，其中上述控制器又包含一受上述處理器控制，而發送一電流控制信號到上述電流源的數位到類比轉換器。
35. 如申請專利範圍第32項所述之裝置，其中上述每一發光二極體段，與其相對應的控制電路，係連接在該發光二極體段之正端和負端之間。
36. 如申請專利範圍第32項所述之裝置，其中上述每一發光二極體段，與其相對應的控制電路，係連接在該發光二極體段之正端，和其所屬的發光二極體串的最後一個發光二極體段的負端之間。
37. 如申請專利範圍第31項所述之裝置，其中上述相對應的控制電路，每一控制電路都有一開關器，並且接收上述控制器送出的數個控制信號，接收至少一個輸入傳播信號，和發送一個輸出傳播信號。
38. 如申請專利範圍第37項所述之裝置，其中上述控制器包含：一切換電壓比較單元接收上述輸入電壓，並產生上述多數個控制信號至上述之相對應的切換電路；一記憶元件用來儲存一信號波型表格； 一受上述切換電壓比較單元控制的計時器，該計時器與上述記憶元件相連接；以及一處理器接收上述顏色設定信號和上述多數個控制信號，並與上述記憶元件相連接和發送上述多路轉接信號來控制上述多路轉接器。
39. 如申請專利範圍第37項所述之裝置，其中上述控制器又包含一受上述處理器控制，而發送一電流控制信號到上述電流源的數位到類比轉換器。
40. 如申請專利範圍第37項所述之裝置，其中上述每一發光二極體段，與其相對應的控制電路，係連接在該發光二極體段之正端和負端之間。
41. 如申請專利範圍第37項所述之裝置，其中上述每一發光二極體段，與其相對應的控制電路，係連接在該發光二極體段之正端，和其所屬的發光二極體串的最後一個發光二極體段的負端之間，並且接收兩個輸入傳播信號。