TWI396465B - Light color mixing control system for light emitting diodes - Google Patents

Description

用於發光二極體的光混色控制系統

本發明是有關於一種發光二極體的控制系統，特別是指一種用於發光二極體的光混色控制系統。

一般液晶顯示器可以使用發光二極體以提供背光源，而為了表現出多種顏色會採用三原色混色的功能，一般發光二極體的控制系統如同美國專利第6016038號的圖9所揭露，是採用同一週期內驅動紅、藍、綠發光二極體所佔時間比例的方式，來達到各個發光二極體輸出不同飽和度的效果，經由三種不同飽和度的光線做混合，就能控制三種原色綜合所得到的光線色相，進而達到光混色的使用功效。

然而，由於每個週期內輸出到三種發光二極體的信號是連續的高電位信號，且不能個別控制單一發光二極體的發光時段，而是三者都要同時點亮以進行混色，所以當各發光二極體同時發光時，在空間上只有相鄰近之處才有較好的混色效果，邊緣處還是呈現各發光二極體的顏色，造成混色不均勻的缺點。

因此，本發明的目的，是在於提供一種可以充分達到混色均勻的用於發光二極體的光混色控制系統。

於是，本發明用於發光二極體的光混色控制系統是用於控制三個不同顏色之發光二極體，該控制系統包含一個 時脈單元、三個週期控制單元、三個脈波寬調變單元，及三個交集驅動單元。

該時脈單元是用於提供一第一時脈信號及一第二時脈信號，該第一時脈信號的頻率高於該第二時脈信號。

該等週期控制單元是分別電連接於該時脈單元，並各包括一第一計數器、一第一比較器、一第二比較器、一正反器、一第一設定值，及一第二設定值，該第一計數器配合第一時脈信號頻率輸出二計數信號，且將該等計數信號輸入到該第一、二比較器，該第一、二設定值是分別輸入到該第一、二比較器與該等計數信號做比較，上述比較結果可分別決定該第一、二比較器輸出信號的電位改變時間點，該第一、二比較器的輸出信號是分別輸入到該正反器的二輸入端，該正反器的輸入端皆為低電位時輸出低電位，其中一者為高電位時輸出高電位，皆為高電位時輸出的電位保持目前狀態，其中一週期控制單元更包括一連接該正反器的反向器，該反向器使該週期控制單元之正反器輸出電位高低改變。

該等脈波寬調變單元是分別電連接於該時脈單元，取得該第一時脈信號並各包括一配合該第一時脈信號可輸出一脈波寬調變信號之調變電路。

該等交集驅動單元各包括二輸入端及一輸出端，該等輸入端是分別接收各該週期控制單元的正反器之輸出信號與各該脈波寬調變單元的脈波寬調變信號，該輸出端的信號是該等輸入端的信號做交集，該等交集驅動單元的輸出 端是分別電連接於該等發光二極體。

本發明的有益效果在於：由於該等週期控制單元可以經由該等第一、二設定值來分別控制該等發光二極體的發光時段，所以在進行光混色時能控制該等發光二極體非同時段點亮，同時透過該等脈波寬調變單元的第三設定值能輸出可改變寬度的脈波，所以該等交集驅動單元能夠在各個發光時段內以不連續且可調整寬度的脈波供電，綜合上述能夠非同時段點亮以及脈波供電的技術，本發明能達到混色均勻的使用目的。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之數個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述前，要注意的是，以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

如圖1、2所示，本發明用於發光二極體的光混色控制系統200的第一較佳實施例是用於控制三個分別為紅色、綠色、藍色之發光二極體90，該控制系統200包含一個用於提供多數時脈信號的時脈單元20、三個週期控制單元30、三個脈波寬調變單元40、三個交集驅動單元50，及三個功率控制單元60。

該時脈單元20包括一時脈產生器21、一接收該時脈產生器21之時脈信號的多工頻率選擇器22，及一電連接於該多工頻率選擇器22的除頻器23，該多工頻率選擇器22是 用於提供一第一時脈信號，該除頻器23是接收該第一時脈信號並經過除頻以提供一第二時脈信號，該第一時脈信號的頻率高於該第二時脈信號，實際製造時，還可採用二個時脈單元20以分別提供該第一、二時脈信號。

該等週期控制單元30是分別電連接於該時脈單元20，並各包括一第一計數器31、一第一比較器32、一第二比較器33、一正反器34、一第一設定值35，及一第二設定值36。

該第一計數器31是接收該除頻器23輸出的第二時脈信號而輸出二計數信號，且將該等計數信號是輸入到該第一、二比較器32、33，該第一、二設定值35、36是分別輸入到該第一、二比較器32、33與該等計數信號做比較，上述比較結果可分別決定該第一、二比較器輸出信號的電位改變時間點，該第一、二比較器32、33的輸出信號是分別輸入到該正反器34的二輸入端X、Y。

該第一比較器32是在該第一設定值35不小於該第一計數器31的一計數值時輸出高電位，相反地則輸出低電位，該第一設定值35是決定該正反器34之輸出電位下降時間。

該第二比較器33是在該第二設定值36不大於該第一計數器31的計數值時輸出高電位，相反地則輸出低電位，該第二設定值36是決定該正反器34之輸出電位上升時間。

該正反器34的輸入端X、Y皆為低電位時輸出低電位 ，其中一者為高電位時輸出高電位，皆為高電位時輸出的電位保持目前狀態。

該等週期控制單元30的其中一者更包括一連接該正反器34的反向器，該反向器34使該週期控制單元30之正反器34輸出電位高低改變，在本實施例中，該正反器34是採用一反閘，該反閘是對應一綠色的發光二極體使用，藉以將二高電位(用以驅動紅、藍色發光二極體)之間的低電位信號轉換為高電位使用。

該等脈波寬調變單元40是分別取得該第一時脈信號並分別輸出一配合該第一時脈信號的脈波寬調變信號，該等脈波寬調變單元40各包括一第三計數器41、一第三比較器42，及一第三設定值43，在本實施例中，該第一、三計數器31、41是採用4位元計數器，該第一、二、三設定值35、36、43是採用4位元資料，因此可將每一週期的解析度分割成15個區間，運作時能平均成3等分，以及藉由不同的設定值以規劃不同的點亮時間，而如果採用2位元也可以達到將每一週期平均成3等分的使用效果。

該第三計數器41是接收該多工頻率選擇器22輸出的第一時脈信號，並具有一計數信號是與該第三設定值43輸入到該第三比較器42做比較。

該第三比較器42是在該第三設定值43不大於該第三計數器41的一計數值時輸出高電位，相反地則輸出低電位，該第三設定值43是決定該脈波寬調變信號的脈波寬。

該等交集驅動單元50各包括二輸入端51、一輸出端 52、一交集元件53，及一電子開關54。

該等輸入端51是分別接收各該週期控制單元30的正反器34之輸出信號與各該脈波寬調變單元40的脈波寬調變信號，各該輸入端51是形成在各該交集元件53，各該交集元件53可以採用邏輯閘、乘法器，在本實施例中採用及閘。

該輸出端52的信號是該等輸入端51的信號做交集，該等交集驅動單元50的輸出端52是分別電連接於該等發光二極體90，各該輸出端52是形成在各該電子開關54，該等交集元件53的輸出信號是改變該等電子開關54的導通與截止狀態，在本實施例中，該等電子開關54是採用一串聯於一電位(Vcc)與該等發光二極體90之間的電晶體電路。

該等功率控制單元60是分別電連接於該等發光二極體90，並包括一乘法模組61、一功率設定模組62，及一調節模組63。

該乘法模組60包括二乘法輸入端X1、Y1及一乘法輸出端W，該等乘法輸入端X1、Y1的其中一者X1是接收一對應於各該發光二極體90之兩端電壓差的工作電壓值V_LED ，另一者Y1是接收一對應於各該發光二極體90之工作電流的回授電壓值V_RE ，該乘法輸出端W是輸出一對應於各該發光二極體90功率的量測電壓值V_P ，該工作電壓值V_LED 會隨著溫度變化時會產生一電壓變化ΔV_LED ，因此當元件溫度變化時該工作電壓值表示為： V_LED ＋ΔV_LED

該量測電壓值V_P 是該工作電壓值V_LED ＋ΔV_LED 乘以該回授電壓值V_RE ，以方程式表示為：V_P ＝V_RE ×(V_LED ＋ΔV_LED )

該功率設定模組62包括二控制輸入端及一控制輸出端，該等控制輸入端的其中一者是接收該量測電壓值V_P ，另一者是接收一設定電壓值V_ref ，該控制輸出端是輸出一控制電壓Vc，該控制電壓V_c 是對應於該量測電壓值V_P 與該設定電壓值V_ref 的差值變化，如果以G表示該功率設定模組62的增益，該控制電壓V_c 以方程式表示為：V_c ＝G×(V_ref －V_P )

該調節模組63是電連接於各該發光二極體90與該功率設定單元62之間，並包括一與各該發光二極體90串聯的量測電阻RE、一串聯於各該發光二極體90與該量測電阻RE之間的電晶體Q，及一第三放大器631，該第三放大器631具有一電連接於該量測電阻RE的反相輸入端、一接收該控制電壓V_c 的非反相輸入端，及一電連接該電晶體Q的輸出端，該電晶體Q的工作狀態是隨著該輸出端的輸出電壓改變。

在本實施例中，該乘法模組60的其中一乘法輸入端Yl是電連接於該量測電阻RE，該回授電壓值V_RE 是取自於該量測電阻RE一端的電壓V_RE ，該電晶體Q是採用場效應電晶體(FET)，該第三放大器631的輸出端是電連接到該電晶體Q的一閘極。

使用時，如果各該發光二極體90受溫度影響導致該工作電壓V_LED 降低，則該乘法模組61所接收的電壓值也隨著降低，於是輸出的該量測電壓值V_P 會下降並輸入到該功率設定模組62，在該設定電壓值V_ref 固定時，該量測電壓值V_P 與該設定電壓值V_ref 差值所形成的該控制電壓Vc會上升，進而就能增加該電晶體Q的閘極電場，使得通過各該發光二極體90的電流I_LED 增加，於是已增加後的電流I_LED 配合受溫度影響而降低的工作電壓V_LED ，能使各該發光二極體90的功率自動維持穩定。

藉此，由於該等週期控制單元30可以經由該等第一、二設定值35、36來分別控制該等發光二極體90的發光時段，所以在進行光混色時能控制該等發光二極體90非同時段點亮，同時透過該等脈波寬調變單元40的第三設定值43能輸出可改變寬度的脈波，所以該等交集驅動單元50能夠在各個發光時段內以不連續且可調整寬度的脈波供電。

如圖3、4、5所示，舉例來說，當該等週期控制單元30的第一、二設定值35、36分別為0101與1111、0101與1010、0000與1010時，該等發光二極體90能分別分配到三分之一的工作週期，每三分之一的工作週期寬度是由該等第一、二設定值35、36決定，並與該等第三比較器(圖未示)做交集後，就可以得到點亮發光二極體的脈波，而由於對應到紅色與綠色發光二極體的工作週期為高電為(如圖4所示)，對應到藍色發光二極體的工作週期為低電位(如圖5所示)，因此必須再透過反相輸出的方式將工作週 期對應到藍色發光二極體，藉此，綜合上述工作週期寬度的控制與各個脈波寬度的控制，就能夠以非同時段點亮以及脈波供電的技術，讓三原色均勻混合，不至於出現邊緣處顏色未混合的情形，達到混色均勻的使用目的。

如圖6所示，以下將更進一步說明本發明用於發光二極體的光混色控制系統的第二較佳實施例，該第二較佳實施例與上述第一較佳實施例大致相同，其不同處在於，各該電子開關54是採用單一串聯於一電位(GND)與各該發光二極體90之間的電晶體，該乘法模組61與該功率設定模組62還可增加一放大模組64，且該調節模組63是串聯於各該發光二極體90與一電位(Vcc)之間。

惟以上所述者，僅為本發明之數個較佳實施例而已，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。

200‧‧‧控制系統

52‧‧‧輸出端

20‧‧‧時脈單元

53‧‧‧交集元件

21‧‧‧時脈產生器

54‧‧‧電子開關

22‧‧‧多工頻率選擇器

60‧‧‧功率控制單元

23‧‧‧除頻器

61‧‧‧乘法模組

30‧‧‧控制單元

V_LED ‧‧‧工作電壓值

31‧‧‧第一計數器

V_P ‧‧‧量測電壓值

32‧‧‧第一比較器

62‧‧‧功率設定模組

33‧‧‧第二比較器

V_ref ‧‧‧設定電壓值

34‧‧‧正反器

Vc‧‧‧控制電壓

35‧‧‧第一設定值

63‧‧‧調節模組

36‧‧‧第二設定值

Q‧‧‧電晶體

40‧‧‧脈波寬調變單元

RE‧‧‧量測電阻

41‧‧‧第三計數器

V_RE ‧‧‧回授電壓值

42‧‧‧第三比較器

631‧‧‧第三放大器

43‧‧‧第三設定值

64‧‧‧放大模組

50‧‧‧交集驅動單元

90‧‧‧發光二極體

51‧‧‧輸入端

I_LED ‧‧‧電流

圖1是一方塊圖，說明本發明用於發光二極體的光混色控制系統的第一較佳實施例；圖2是一示意圖，說明上述第一較佳實施例中，一時脈單元、一週期控制單元、一脈波寬調變單元、一交集驅動單元，及一功率控制單元的配置架構；圖3是一示意圖，說明上述第一較佳實施例中，一第一設定值與一第二設定值分別以不同二進位數值設定後，提供到各個發光二極體的電力波形； 圖4是一示意圖，說明上述第一較佳實施例中，一正反器輸出波形、一第三比較器輸出波形、一交集元件輸出波形的對應關係；圖5是一示意圖，說明上述第一較佳實施例中，一正反器輸出波形、一反相器輸出波形、一第三比較器輸出波形、一交集元件輸出波形的對應關係；及圖6是一示意圖，說明本發明用於發光二極體的光混色控制系統的第二較佳實施例。

200‧‧‧控制系統

50‧‧‧交集驅動單元

20‧‧‧時脈單元

60‧‧‧功率控制單元

30‧‧‧控制單元

90‧‧‧發光二極體

40‧‧‧脈波寬調變單元

Claims (12)

1. 一種用於發光二極體的光混色控制系統，是用於控制三個不同顏色之發光二極體，該控制系統包含：一個時脈單元，是用於提供一第一時脈信號及一第二時脈信號，該第一時脈信號的頻率高於該第二時脈信號；三個週期控制單元，是分別電連接於該時脈單元，並各包括一第一計數器、一第一比較器、一第二比較器、一正反器、一第一設定值，及一第二設定值，該第一計數器配合該第二時脈信號頻率輸出二計數信號，且將該等計數信號輸入到該第一、二比較器，該第一、二設定值是分別輸入到該第一、二比較器與該等計數信號做比較，上述比較結果可分別決定該第一、二比較器輸出信號的電位改變時間點，該第一、二比較器的輸出信號是分別輸入到該正反器的二輸入端，該正反器的輸入端皆為低電位時輸出低電位，其中一者為高電位時輸出高電位，皆為高電位時輸出的電位保持目前狀態，該等週期控制單元的其中一者更包括一連接該正反器的反向器，該反向器使該週期控制單元之正反器輸出電位高低改變；三個脈波寬調變單元，是分別取得該第一時脈信號並分別輸出一配合該第一時脈信號的脈波寬調變信號；三個交集驅動單元，各包括二輸入端及一輸出端，該等輸入端是分別接收各該週期控制單元的正反器之輸 出信號與各該脈波寬調變單元的脈波寬調變信號，該輸出端的信號是該等輸入端的信號做交集，該等交集驅動單元的輸出端是分別電連接於該等發光二極體。
2. 依據申請專利範圍第1項所述用於發光二極體的光混色控制系統，其中，該等週期控制單元的第一比較器是在該第一設定值不小於該第一計數器的一計數值時輸出高電位，相反地則輸出低電位，該等第二比較器是在該第二設定值不大於該第一計數器的計數值時輸出高電位，相反地則輸出低電位。
3. 依據申請專利範圍第2項所述用於發光二極體的光混色控制系統，其中，該時脈單元包括一時脈產生器、一接收該時脈產生器之一時脈信號的多工頻率選擇器，及一電連接於該多工頻率選擇器的除頻器，該等週期控制單元的第一計數器是接收該除頻器輸出的該第二時脈信號，該等脈波寬調變單元是接收該多工頻率選擇器輸出的該第一時脈信號。
4. 依據申請專利範圍第2項所述用於發光二極體的光混色控制系統，包含二個時脈單元，該等時脈單元各產生一第一、二時脈信號。
5. 依據申請專利範圍第3項所述用於發光二極體的光混色控制系統，其中，該等脈波寬調變單元還各包括一第三計數器、一第三比較器，及一第三設定值，該第三計數器具有一計數信號是與該第三設定值輸入到該第三比較器做比較。
6. 依據申請專利範圍第5項所述用於發光二極體的光混色控制系統，其中，該等脈波寬調變單元的第三比較器是在該第三設定值不大於該第三計數器的一計數值時輸出高電位，相反地則輸出低電位。
7. 依據申請專利範圍第6項所述用於發光二極體的光混色控制系統，其中，該反向器是採用一反閘。
8. 依據申請專利範圍第7項所述用於發光二極體的光混色控制系統，其中，該等交集驅動單元還包括一交集元件及一電子開關，各該交集驅動單元的輸入端是形成在各該交集元件，各該交集元件是採用邏輯閘、乘法器，各該交集驅動單元的輸出端是形成在各該電子開關，該等交集元件的輸出信號是改變該等電子開關的導通與截止狀態。
9. 依據申請專利範圍第8項所述用於發光二極體的光混色控制系統，其中，該等電子開關是採用一串聯於一電位與該等發光二極體之間的電晶體電路。
10. 依據申請專利範圍第1項或第6項所述用於發光二極體的光混色控制系統，還包含三個功率控制單元，該等功率控制單元是分別電連接於該等發光二極體，並包括一乘法模組、一功率設定模組，及一調節模組，其中：該乘法模組包括二乘法輸入端及一乘法輸出端，該等乘法輸入端的其中一者是接收一對應於各該發光二極體之兩端電壓差的工作電壓值，另一者是接收一對應於各該發光二極體之工作電流的回授電壓值，該乘法輸出 端是輸出一對應於各該發光二極體功率的量測電壓值，該量測電壓值是該工作電壓值乘以該回授電壓值；該功率設定模組包括二控制輸入端及一控制輸出端，該等控制輸入端的其中一者是接收該量測電壓值，另一者是接收一設定電壓值，該控制輸出端是輸出一控制電壓，該控制電壓是對應於該量測電壓值與該設定電壓值的差值變化；及該調節模組是電連接於該發光二極體與該功率設定單元之間，並包括一與該發光二極體串聯的量測電阻、一串聯於各該發光二極體與該量測電阻之間的電晶體，及一第三放大器，該第三放大器具有一電連接於該量測電阻的反相輸入端、一接收該控制電壓的非反相輸入端，及一電連接該電晶體的輸出端，該電晶體的工作狀態是隨著該輸出端的輸出電壓改變。
11. 依據申請專利範圍第10項所述用於發光二極體的光混色控制系統，其中，該乘法模組的其中一乘法輸入端是電連接於該量測電阻，該回授電壓值是取自於該量測電阻一端的電壓。
12. 依據申請專利範圍第11項所述用於發光二極體的光混色控制系統，其中，該調節模組的電晶體是採用場效應電晶體，該第三放大器的輸出端是電連接到該電晶體的一閘極。