TW201625058A - 多通道發光二極體驅動控制裝置及系統 - Google Patents

Abstract

一種多通道發光二極體驅動控制裝置，包含一移位暫存器、一緩衝器、一配置表暫存器，及一脈衝產生器。該移位暫存器於一個工作週期中的每個子週期中，接收一N位元之原始灰階資料的其中K位元並輸出為一顯示資料。該緩衝器接收該顯示資料並輸出。該配置表暫存器接收一配置表資料並輸出。該脈衝產生器根據該顯示資料及該配置表資料輸出相關的該脈衝寬度調變訊號。藉由該移位暫存器於每個子週期中只接收該原始灰階資料的其中K位元，可以使用較少的位元數目來顯示較高的解析度、提高刷新率及利用率，並節省資料傳輸量及傳輸時間。

Description

多通道發光二極體驅動控制裝置及系統

本發明是有關於一種控制裝置及系統，特別是指一種多通道發光二極體驅動控制裝置及系統。

目前發光二極體(Light-Emitting Diode，縮寫為LED)常見的驅動方法為使用脈衝寬度調變技術(Pulse Width Modulation，縮寫為PWM)，及非脈衝寬度調變技術(non-PWM)，兩者皆是藉由控制發光二極體亮(ON)暗(OFF)的時間，而達到不同灰階(gray scale)亮度的表現，前者發光二極體亮暗的比例(Duty)由N位元(bit)的灰階資料控制，而後者則是將一工作週期分為複數個子週期後，再根據不同位元分別發光固定時間。

參閱圖1，為非脈衝寬度調變技術(non-PWM)之示意圖，以5位元的灰階資料為例說明，非脈衝寬度調變技術是藉由使發光二極體驅動電路提供不同時間長度的定電流至發光二極體以達到不同的灰階表現，圖1中該發光控制訊號為低準位時，發光二極體發亮，為高準位時，發光二極體關閉(turn-off)，該資料傳送訊號的區間則為傳送各個子週期資料的時間。

由圖1中可見，在每個子週期中，只顯示灰階資料的其中一個位元，當所顯示的灰階較低時，傳送灰階資料所需的時間(即該資料傳送訊號的區間)會大於發光二極體驅動電路輸出定電流的時間(即該發光控制訊號為低準位時)，尤其目前業界普遍會將多個發光二極體驅動電路串接並共用資料傳輸線，因此傳送灰階資料所需的時間會再依串接的發光二極體驅動電路數量而往上提升，如此，會導致發光二極體的發光時間在整個工作週期內所佔的比例較低，而發光二極體的關閉時間所佔的比例則較高，另一方面，當所顯示的灰階較高時，如圖1中，第4位元須使用兩個子週期發光，但灰階資料只須一個子週期即傳輸完畢，此時發光二極體驅動電路輸出定電流所需的時間會大於傳送灰階資料所需的時間，造成傳送灰階資料時間的浪費。

如此，會導致發光二極體發光利用率(Utility，相關於發光時間在整個工作週期內所佔的比例)及刷新率(fresh rate，相關於子週期之週期時間的倒數)降低，尤其是刷新率降低將會使照相器材以較高速的快門拍攝時拍到不完整畫面(如出現黑影等)。

參閱圖2，為脈衝寬度調變技術(PWM)之示意圖，同樣以5位元的灰階資料為例說明，脈衝寬度調變技術是在工作週期內，一次將灰階資料的所有位元一起顯示，圖2中該發光控制訊號為低準位時，發光二極體發亮，為高準位時，發光二極體關閉，該資料傳送訊號的區間則為 傳送該灰階資料的時間。

由圖2中可見，5位元的灰階資料會集中在2⁰+2¹+2²+2³+2⁴個時脈內完成顯示，如此，雖然可以改善發光利用率的問題，但因每次傳送的資料量較高(5位元x通道數量x串接的發光二極體驅動電路數量)，當串接的發光二極體驅動電路數量較多時，會因傳輸資料量的限制而產生刷新率降低的情形。

參閱圖3，為了提高刷新率，目前業界普遍的作法是將灰階資料平均打散在複數個子週期中，以5位元的灰階資料打散在4個子週期為例說明，其方法是將2⁰+2¹+2²+2³+2⁴個發光的時脈打散為4組2⁰+2¹+2²個時脈再加上餘數補償，亦即將該灰階資料中的第2~4位元的(2²+2³+2⁴個時脈)分開打散到4個子週期(4*(2⁰+2¹+2²)個時脈)，餘下的第0~1位元(2⁰+2¹個時脈)再另行補償(未出現於圖3中)，以數學式表現如下：2⁰+2¹+2²+2³+2⁴=4*(2⁰+2¹+2²)+(2⁰+2¹)

然而，雖然由上式可見總發光時間不變，且打散成4個子週期可以讓刷新率提昇約4倍(4倍快門已足夠使照相器材不會拍攝到黑影)，但此方式會使所需傳送的資料量增加，例如每個通道原本只要傳送5個位元，此方式在一個工作週期間所需傳送的位元則會增加為：子週期數量x(灰階資料位元-log₂子週期數量)+log₂子週期數量=4*(5-log₂4)+log₂4=4*3+2=14個位元。

如此，仍然可能會導致傳輸資料量限制的問題 。

因此，本發明之第一目的，即在提供一種能增加刷新率及利用率且不大幅增加傳輸資料的多通道發光二極體驅動控制裝置。

於是，本發明多通道發光二極體驅動控制裝置，適用於根據一N位元的原始灰階資料輸出一組脈衝寬度調變訊號，以控制至少一發光二極體驅動電路驅動複數發光二極體發光，其中，該原始灰階資料被打散於一個工作週期中的M個子週期，N、M為正整數，該多通道發光二極體驅動控制裝置包含一移位暫存器、一緩衝器、一配置表暫存器，及一脈衝產生器。

該移位暫存器適用於串列接收該原始灰階資料，於每個子週期中，接收該原始灰階資料的其中K位元並輸出為一K位元之顯示資料，其中，K為小於N的正整數。

該緩衝器接收由該移位暫存器輸出之該顯示資料，暫存後輸出。

該配置表暫存器適用於接收一配置表資料，並將該配置表資料暫存後輸出，該配置表資料相關於該顯示資料的K位元分別為該原始灰階資料中的第幾位元。

該脈衝產生器由該緩衝器接收該顯示資料、由該配置表暫存器接收該配置表資料，並根據該顯示資料及該配置表資料輸出相關的該脈衝寬度調變訊號。

因此，本發明之第二目的，即在提供一種多通道發光二極體驅動控制系統。

於是，本發明多通道發光二極體驅動控制系統，包含一資料處理裝置，及一多通道發光二極體驅動控制裝置。

該資料處理裝置將一N位元的原始灰階資料打散於一個工作週期中的M個子週期，且於每個子週期中，輸出該原始灰階資料的其中K位元及一配置表資料，該配置表資料相關於所傳輸之該原始灰階資料的K位元分別為該原始灰階資料中的第幾位元，其中，N、M為正整數，K為小於N的正整數。

該多通道發光二極體驅動控制裝置由該資料處理裝置接收所輸出之該原始灰階資料及該配置表資料，並根據該原始灰階資料及該配置表資料輸出一組脈衝寬度調變訊號，以適用於控制至少一發光二極體驅動電路驅動複數發光二極體發光，該多通道發光二極體驅動控制裝置包括一移位暫存器、一緩衝器、一配置表暫存器，及一脈衝產生器。

該移位暫存器適用於串列接收該原始灰階資料，於每個子週期中，接收該原始灰階資料的其中K位元並輸出為一K位元之顯示資料，其中，K為小於N的正整數。

該緩衝器接收由該移位暫存器輸出之該顯示資料，暫存後輸出。

該配置表暫存器適用於接收一配置表資料，並將該配置表資料暫存後輸出，該配置表資料相關於該顯示資料的K位元分別為該原始灰階資料中的第幾位元。

該脈衝產生器由該緩衝器接收該顯示資料、由該配置表暫存器接收該配置表資料，並根據該顯示資料及該配置表資料輸出相關的該脈衝寬度調變訊號。

本發明之功效在於：藉由將N位元的該原始灰階資料打散於一個工作週期中的M個子週期，並搭配該資料處理裝置及該移位暫存器於每個子週期中只傳輸該原始灰階資料的其中K位元及相關的該配置表資料，如此，可以使用較少的位元數目來顯示較高的解析度、提高刷新率及利用率，並節省資料傳輸量及傳輸時間。

2‧‧‧資料處理裝置

3‧‧‧多通道發光二極體驅動控制裝置

31‧‧‧移位暫存器

32‧‧‧緩衝器

33‧‧‧配置表暫存器

34‧‧‧脈衝產生器

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是習知一種非脈衝寬度調變技術的示意圖；圖2是習知一種脈衝寬度調變技術的示意圖；圖3是習知一種灰階資料打散技術的示意圖；圖4是本發明多通道發光二極體驅動控制系統之一實施例之方塊示意圖；圖5是一示意圖，說明該實施例之一工作週期及複數子週期；及圖6是一示意圖，說明該實施例的一脈衝寬度調變訊號。

參閱圖4、圖5及圖6，本發明多通道發光二極體驅動控制系統之實施例包含一資料處理裝置2及一多通道發光二極體驅動控制裝置3。

該資料處理裝置2將一N位元的原始灰階資料打散於一個工作週期中的M個子週期，且於每個子週期中，輸出該原始灰階資料的其中K位元及一配置表(global_config_table)資料，該配置表資料相關於所傳輸之該原始灰階資料的K位元分別為該原始灰階資料中的第幾位元，其中，N、M為正整數，K為小於N的正整數，且K≦N-log₂M。

其中，該原始灰階資料具有一高灰位元組及一低灰位元組，於一個工作週期中，該資料處理裝置2輸出該高灰位元組中每一位元至少兩次，輸出該低灰位元組中每一位元一次，且該原始灰階資料之位元被輸出的順序與其灰階排列順序不相關。

每個子週期具有一顯示週期，於每一顯示週期開始前，該資料處理裝置2輸出該配置表資料，且每個子週期中，該資料處理裝置2所輸出的該配置表資料相關於上一個子週期中所傳輸之該原始灰階資料的K位元分別為該原始灰階資料中的第幾位元。

該多通道發光二極體驅動控制裝置3由該資料處理裝置2接收所輸出之該原始灰階資料及該配置表資料，並根據該原始灰階資料及該配置表資料輸出一組脈衝寬 度調變訊號，以適用於控制至少一發光二極體驅動電路(圖未示)驅動複數發光二極體(圖未示)發光。

於每個子週期的該脈衝寬度調變訊號中，驅動該等發光二極體發光的週期相關於個時脈數，其中，k ₀、k ₁...k _K-1為所傳輸之該原始灰階資料的K位元，t ₀、t ₁...t _K-1分別為該配置表資料中該原始灰階資料的K位元的對應值，由圖5中可見，由於每個子週期中所傳輸之該原始灰階資料的K位元並不一定相同，因此每個子週期的顯示週期時間亦不一定相同，而於一個工作週期的M個子週期中，驅動該等發光二極體發光的時脈數之總和等於。

該多通道發光二極體驅動控制裝置3包括一移位暫存器31(shift-register)、一緩衝器32(buffer)、一配置表暫存器33，及一脈衝產生器34(PWM pulse generator)。

其中，由圖5中可見，每個子週期具有該顯示週期、一傳送該配置表資料的週期，及一傳送該原始灰階資料的週期，在每一個子週期中，先進行傳送該配置表資料，再將已於上一個子週期中接收的原始灰階資料進行顯示(display)，於此同時，傳送下一個子週期所需的原始灰階資料。

該移位暫存器31由該資料處理裝置2串列接收該原始灰階資料，於每個子週期中，接收該原始灰階資料的其中K位元並輸出為一K位元之顯示資料。

該緩衝器32接收由該移位暫存器31輸出之該 顯示資料，暫存後輸出。

該配置表暫存器33由該資料處理裝置2接收該配置表資料，於每個子週期的顯示週期開始前，該配置表暫存器33接收新的該配置表資料，並於暫存後輸出至該脈衝產生器34。

該脈衝產生器34由該緩衝器32接收該顯示資料、由該配置表暫存器33接收該配置表資料，並根據該顯示資料及該配置表資料輸出相關的該脈衝寬度調變訊號。

如圖6所示，以5位元的原始灰階資料(即N=5)、打散為4個子週期(即M=4)為例說明，值得一提的是，下述之原始灰階資料的不均勻打散方式僅為其中一種方式，並不以此為限。

由於K≦N-log₂M=5-log₂4=3，因此K值可以為1~3的正整數，以K=2(即每個子週期接收2位元)作為說明，將4個子周期分配時脈的方式以數學式表示如下，原始灰階資料的5位元分別表示為n ₀~n ₄：

第1個子周期：n ₀．2⁰+n ₃．2³=9(原始灰階資料的第0、3位元之時脈)

第2個子周期：n ₁．2¹+n ₂．2²=6(原始灰階資料的第1、2位元之時脈)

第3個子周期：n ₄．2²+n ₄．2²=8(原始灰階資料的第4位元之部分時脈)

第4個子周期：n ₄．2²+n ₄．2²=8(原始灰階資料的第4位元之部分時脈)

其中，此例子中將原始灰階資料的第4位元分至該高灰位元組中，於第3、4個子周期重複傳輸該第4位元以達到所需的時脈數，並將原始灰階資料的第0~3位元分至該低灰位元組中，且於一個工作週期中只傳輸一次該第0~3位元，於此例子中，將原始灰階資料的第4位元(高灰位元組)集中在第3、4個子周期內傳送，但原始灰階資料的第4位元(高灰位元組)之時脈亦可被平均打散於各個子周期內傳送，並不以此例為限。

以第一個子周期作為說明，於此子周期開始前，該移位暫存器31會先接收該原始灰階資料的其中2位元{第0位元，第3位元}並輸出為2位元之顯示資料(假設顯示資料之值為{1,1})，於此子周期開始後，該配置表暫存器33接收新的該配置表資料，並於暫存後輸出至該脈衝產生器34，該配置表資料中，該顯示資料的對應值會為{0,3}，以對應該顯示資料的位元分別為該原始灰階資料中的第0位元及第3位元，接著，該脈衝產生器34根據該顯示資料{1,1}及該配置表資料{0,3}產生該脈衝寬度調變訊號，即產生如圖6中所示的發光控制訊號，其中，該發光控制訊號為低準位時，發光二極體發亮，為高準位時，發光二極體關閉(turn-off)，該資料傳送訊號的區間則為傳送各個子週期的資料時間，該第一個子周期的發光時間為1*2⁰+1*2³=9個時脈。

接下來的子周期運作方式類似於上述，故不再贅述，圖6中所示5位元的原始灰階資料為{1,1,1,1,1}。

藉此，於整個工作週期中所需傳輸的資料量僅為8個位元，相較於習知中灰階資料打散技術，不僅刷新率提昇約4倍，傳輸資料量也由14位元大幅減少了相近一半，且由於該等發光二極體發光的時脈數之總和並未改變(如下式所示)，因此亦不會造成灰階失真。

2⁰+2¹+2²+2³+4*(2²)=2⁰+2¹+2²+2³+2⁴

下述為原始灰階資料的不均勻打散方式之另一種方式，亦不以此為限。

該高灰位元組具有一高位元群及一中位元群，該高位元群中每一位元於一個工作週期的每個子週期中皆出現一次，該中位元群中每一位元於一個工作週期出現至少兩次。

於每個子週期中，每一較高灰的位元所分配的時脈數為其次灰的位元所分配時脈數的至少兩倍，且該高位元群中每一位元所對應的發光時脈數平均分配於一個工作週期的每個子週期。

以12位元的原始灰階資料(即N=12)、打散為4個子週期(即M=4)為例說明，由於K≦N-log₂M=12-log₂4=10，因此K值可以為1~10的正整數，以K=7(即每個子週期接收7位元)作為說明，將4個子周期分配時脈的方式以數學式表示如下，原始灰階資料的12位元分別表示為n ₀~n ₁₁：

第1個子周期：n ₇．2⁶+n ₉．2⁷+n ₁₀．2⁸+n ₁₁．2⁹+n ₈．2⁶+n ₃．2³+n ₆．2⁵

第2個子周期： n ₄．2⁴+n ₉．2⁷+n ₁₀．2⁸+n ₁₁．2⁹+n ₈．2⁶+n ₅．2⁴+n ₀．2⁰

第3個子周期：n ₇．2⁶+n ₉．2⁷+n ₁₀．2⁸+n ₁₁．2⁹+n ₈．2⁶+n ₁．2¹+n ₆．2⁵

第4個子周期：n ₂．2²+n ₉．2⁷+n ₁₀．2⁸+n ₁₁．2⁹+n ₈．2⁶+n ₅．2⁴+n _x ．0

其中，n _x 為無效位元，僅是用以填補空缺，於此例子中，該高灰位元組為原始灰階資料的第5~11位元、該高位元群為原始灰階資料的第8~11位元、該中位元群為原始灰階資料的第5~7位元、該低灰位元組為原始灰階資料的第0~4位元，如此，可以在每個子週期僅傳送7位元的情況下，即提供12位元的灰階解析度，並在未大幅提升資料傳輸量的情況下，提高刷新率近4倍(與圖2脈衝寬度調變技術相較)。

經由以上的說明，可將本實施例的優點歸納如下：藉由將N位元的該原始灰階資料打散於一個工作週期中的M個子週期，並搭配該資料處理裝置及該移位暫存器於每個子週期中只傳輸該原始灰階資料的其中K位元及相關的該配置表資料，如此，可以使用較少的位元數目來顯示較高的解析度並提高刷新率及利用率，且相較於習知技術，在相同刷新率的情況下，還可大幅節省資料傳輸量及傳輸時間。

綜上所述，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當 不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧資料處理裝置

3‧‧‧多通道發光二極體驅動控制裝置

31‧‧‧移位暫存器

32‧‧‧緩衝器

33‧‧‧配置表暫存器

34‧‧‧脈衝產生器

Claims (14)

1. 一種多通道發光二極體驅動控制裝置，適用於根據一N位元的原始灰階資料輸出一組脈衝寬度調變訊號，以控制至少一發光二極體驅動電路驅動複數發光二極體發光，其中，該原始灰階資料被打散於一個工作週期中的M個子週期，N、M為正整數，該多通道發光二極體驅動控制裝置包含：一移位暫存器，適用於串列接收該原始灰階資料，於每個子週期中，接收該原始灰階資料的其中K位元並輸出為一K位元之顯示資料，其中，K為小於N的正整數；一緩衝器，接收由該移位暫存器輸出之該顯示資料，暫存後輸出；一配置表暫存器，適用於接收一配置表資料，並將該配置表資料暫存後輸出，該配置表資料相關於該顯示資料的K位元分別為該原始灰階資料中的第幾位元；及一脈衝產生器，由該緩衝器接收該顯示資料、由該配置表暫存器接收該配置表資料，並根據該顯示資料及該配置表資料輸出相關的該脈衝寬度調變訊號。
2. 如請求項1所述的多通道發光二極體驅動控制裝置，其中，於每個子週期的該脈衝寬度調變訊號中，驅動該等發光二極體發光的週期相關於個時脈數，其中，k ₀、k ₁...k _K-1為K位元的該顯示資料，t ₀、t ₁...t _K-1分別為該配置表資料中K位元之該顯示資料的對應值。
3. 如請求項2所述的多通道發光二極體驅動控制裝置，其中，於一個工作週期的M個子週期中，驅動該等發光二極體發光的時脈數之總和等於。
4. 如請求項1所述的多通道發光二極體驅動控制裝置，其中，該原始灰階資料具有一高灰位元組及一低灰位元組，於一個工作週期中：該高灰位元組中每一位元被該移位暫存器接收至少兩次，該低灰位元組中每一位元被該移位暫存器接收一次，且該原始灰階資料之位元被接收的順序與其灰階排列順序不相關。
5. 如請求項4所述的多通道發光二極體驅動控制裝置，其中，於一個子週期中：該高灰位元組中部分位元被該移位暫存器接收至少兩次，且該原始灰階資料之位元被接收的順序與其灰階排列順序不相關。
6. 如請求項1所述的多通道發光二極體驅動控制裝置，其中：K≦N-log₂M。
7. 如請求項1所述的多通道發光二極體驅動控制裝置，其中，每個子週期具有一顯示週期，於每一顯示週期開始前，該配置表暫存器接收新的該配置表資料，並於暫存後輸出至該脈衝產生器。
8. 一種多通道發光二極體驅動控制系統，包含：一資料處理裝置，將一N位元的原始灰階資料打散於一個工作週期中的M個子週期，且於每個子週期中，輸出該原始灰階資料的其中K位元及一配置表資料，該配置表資料相關於所傳輸之該原始灰階資料的K位元 分別為該原始灰階資料中的第幾位元，其中，N、M為正整數，K為小於N的正整數；及一多通道發光二極體驅動控制裝置，由該資料處理裝置接收所輸出之該原始灰階資料及該配置表資料，並根據該原始灰階資料及該配置表資料輸出一組脈衝寬度調變訊號，以適用於控制至少一發光二極體驅動電路驅動複數發光二極體發光，該多通道發光二極體驅動控制裝置包括：一移位暫存器，適用於串列接收該原始灰階資料，於每個子週期中，接收該原始灰階資料的其中K位元並輸出為一K位元之顯示資料，其中，K為小於N的正整數；一緩衝器，接收由該移位暫存器輸出之該顯示資料，暫存後輸出；一配置表暫存器，適用於接收一配置表資料，並將該配置表資料暫存後輸出，該配置表資料相關於該顯示資料的K位元分別為該原始灰階資料中的第幾位元；及一脈衝產生器，由該緩衝器接收該顯示資料、由該配置表暫存器接收該配置表資料，並根據該顯示資料及該配置表資料輸出相關的該脈衝寬度調變訊號。
9. 如請求項8所述的多通道發光二極體驅動控制系統，其中，於每個子週期的該脈衝寬度調變訊號中，驅動該等 發光二極體發光的週期相關於個時脈數，其中，k ₀、k ₁...k _K-1為所傳輸之該原始灰階資料的K位元，t ₀、t ₁...t _K-1分別為該配置表資料中該原始灰階資料的K位元的對應值；於一個工作週期的M個子週期中，驅動該等發光二極體發光的時脈數之總和等於。
10. 如請求項9所述的多通道發光二極體驅動控制系統，其中，該原始灰階資料具有一高灰位元組及一低灰位元組，於一個工作週期中，該資料處理裝置輸出該高灰位元組中每一位元至少兩次，輸出該低灰位元組中每一位元一次，且該原始灰階資料之位元被輸出的順序與其灰階排列順序不相關。
11. 如請求項10所述的多通道發光二極體驅動控制系統，其中，該高灰位元組具有一高位元群及一中位元群，該高位元群中每一位元於一個工作週期的每個子週期中皆出現一次，該中位元群中每一位元於一個工作週期出現至少兩次。
12. 如請求項11所述的多通道發光二極體驅動控制系統，其中，於每個子週期中，每一較高灰的位元所分配的時脈數為其次灰的位元所分配時脈數的至少兩倍，且該高位元群中每一位元所對應的發光時脈數平均分配於一個工作週期的每個子週期。
13. 如請求項9所述的多通道發光二極體驅動控制系統，其中：K≦N-log₂M。
14. 如請求項9所述的多通道發光二極體驅動控制系統，其中，每個子週期具有一顯示週期，於每一顯示週期開始前，該資料處理裝置輸出該配置表資料，且每個子週期中，該資料處理裝置所輸出的該配置表資料相關於上一個子週期中所傳輸之該原始灰階資料的K位元分別為該原始灰階資料中的第幾位元。