TWI418239B - 發光二極體之驅動電路、調光器及其方法 - Google Patents

Description

發光二極體之驅動電路、調光器及其方法

本發明係有關於一種可精準調光的發光二極體之驅動電路、可精準調光的調光器及其方法，尤指一種藉由調整發光二極體之驅動電流的工作週期，以精準調光的發光二極體之驅動電路、精準調光的調光器及其方法。

一般說來，發光二極體背光源調光的方式可分為突發模式(burst mode)與連續模式(continuous mode)二種。其中連續模式的調光方式為調整發光二極體電流的峰值。但因為連續模式的調光方式會影響顯示幕的光學特性，故一般發光二極體的調光方式以突發模式為主。

突發模式的調光方式主要是根據脈衝寬度調變調光(PWM dimming)信號，控制驅動發光二極體的驅動電流之開啟與關閉，然後根據驅動電流的平均值，控制發光二極體的亮度。由於發光二極體的亮度與驅動電流的平均值成正比，故理想上調整脈衝寬度調變調光信號的工作週期(duty cycle)，即可線性調整發光二極體的亮度。但由於電路的先天條件與電磁干擾的設計考量，當驅動電流開啟與關閉時，驅動電流會經歷一段上升時間(rising time)與下降時間(falling time)才達到穩定狀態。請參照第1圖，第1圖係說明由於驅動電流的上升時間與下降時間，造成驅動電流的實際平均值不等於理想電流的平均值之示意圖。如第1圖所示，因為驅動電流的實際平均值不等於理想電流的平均值，所以驅動電流的實際平均值與脈衝寬度調變的調光信號之工作週期為非線性關係，導致於發光二極體的亮度與脈衝寬度調變的調光信號之工作週期為非線性關係。因此，在先前技術中，發光二極體的亮度是無法精準控制，且顯示器的畫面品質較差。

本發明的一實施例提供一種可精準調光的發光二極體之驅動電路。該驅動電路包含一電能供應單元、一串發光二極體、一電流槽及一調光單元。該電能供應單元具有一輸入端，用以接收一交流電壓/或一直流電壓，一輸出端，用以提供一直流電壓及一驅動電流；該串發光二極體包含至少一串聯之發光二極體，具有一第一端耦接該電能供應單元的輸出端，用以接收該直流電壓及該驅動電流，及一第二端；該電流槽係耦接於該串發光二極體的第二端，具有一調光控制端，用以接收一調光訊號；及該調光單元係用以根據該驅動電流及一理想電流調整一原始調光訊號之工作週期以產生該調光訊號，該調光單元具有一第一輸入端，耦接於該串發光二極體的第二端，用以感測該驅動電流，一第二輸入端，用以接收該原始調光訊號，一第三輸入端，耦接該電流槽，用以感測該理想電流，及一輸出端，用以輸出該調光訊號。

本發明的另一實施例提供一種可精準調光的發光二極體之驅動電路。該驅動電路包含一電能供應單元、複數串發光二極體、一電流槽及一調光單元。該一電能供應單元具有一輸入端，用以接收一交流電壓/或一直流電壓，一輸出端，用以提供一直流電壓及一驅動電流；該複數串發光二極體中的每一串發光二極體包含至少一串聯之發光二極體，其中該每一串發光二極體具有一第一端耦接該電能供應單元的輸出端，用以接收該直流電壓及該驅動電流，及一第二端；該電流槽係耦接於該每一串發光二極體的第二端，具有一調光控制端，用以接收一調光訊號；及該調光單元係用以根據該驅動電流及一理想電流調整一原始調光訊號之工作週期以產生該調光訊號，該調光單元具有一第一輸入端，耦接於一串發光二極體的第二端，用以感測該驅動電流，一第二輸入端，用以接收該原始調光訊號，一第三輸入端，耦接該電流槽，用以感測該理想電流，及一輸出端，用以輸出該調光訊號。

本發明的另一實施例提供一種可精準調光的調光器。該調光器包含一第一感測電路、一第二感測電路、一加法器、一調光補償器及一脈衝寬度調光訊號產生器。該第一感測電路係用以根據一驅動電流，產生一實際電壓平均值；該第二感測電路係用以根據一理想電流及一原始調光訊號，產生一理想電壓平均值；該加法器係耦接於該第一感測電路與該二感測電路，用以產生該理想電壓平均值與該實際電壓平均值之間的差值；該調光補償器係耦接於該加法器，用以根據該差值，產生一直流補償值；及該脈衝寬度調光訊號產生器係耦接於該調光補償器及該電流槽，用以根據該直流補償值，產生一調光訊號。

本發明的另一實施例提供一種可精準調光的方法。該方法包含根據一驅動電流，產生一實際電壓平均值；根據一理想電流及一原始調光訊號，產生一理想電壓平均值；根據該理想電壓平均值與該實際電壓平均值，產生該理想電壓平均值與該實際電壓平均值之間的差值；根據該差值後，產生一直流補償值；根據該直流補償值後，產生一調光訊號；及根據該調光訊號，調整該驅動電流之工作週期；其中該驅動電流係用以驅動一串發光二極體。

本發明所提供的一種可精準調光的發光二極體之驅動電路、可精準調光的調光器及其方法，根據一串發光二極體的驅動電流及一理想電流，調整一原始調光訊號之工作週期以產生一調光訊號。然後，一電流槽的開關可根據該調光訊號，調整該驅動電流的工作週期。因此，本發明提供的可精準調光的發光二極體之驅動電路、可精準調光的調光器及其方法可藉由調整該驅動電流的工作週期，精準控制至少一串發光二極體的亮度，提升顯示器的畫面品質。

請參照第2圖，第2圖係為本發明的一實施例說明可精準調光的發光二極體之驅動電路200之示意圖。驅動電路200包含一電能供應單元202、一串發光二極體204、一電流槽(current sink)206及一調光單元208。電能供應單元202具有一輸入端係用以接收一交流電壓V_AC 或一直流電壓V_DC ，一輸出端係用以提供一驅動電壓V_o 及一驅動電流I_LED ；一串發光二極體204包含至少一串聯之發光二極體，發光二極體204具有一第一端耦接於電能供應單元202的輸出端，係用以接收直流電壓V_o 及一驅動電流I_LED ；電流槽206耦接於發光二極體204的第二端，電流槽206具有一調光控制端係用以接收一調光訊號D_LED ，另外，電流槽206包含一參考電壓V_ref 與一設定電阻2062，電流槽206可根據參考電壓V_ref 與設定電阻2062，產生一理想電流I_ideal 。調光單元208係用以根據驅動電流I_LED 及理想電流I_ideal 調整一原始調光訊號OD_LED 之工作週期(duty ratio)以產生調光訊號D_LED 。調光單元208具有一第一輸入端係耦接於發光二極體204的第二端，用以感測驅動電流I_LED ，一第二輸入端係用以接收原始調光訊號OD_LED ，一第三輸入端係耦接電流槽206，用以感測理想電流I_ideal ，及一輸出端係用以輸出調光訊號D_LED ，其中調光訊號D_LED 與原始調光訊號OD_LED 係為脈衝寬度調變訊號，以及驅動電流I_LED 係為一脈衝寬度調變電流。

調光單元208包含一第一感測電路2082、一第二感測電路2084、一加法器2086、一調光補償器2088及一脈衝寬度調光訊號產生器2090。第一感測電路2082包含一第一電阻20822及一第一平均電路20824，其中第一平均電路20824係耦接第一電阻20822。第一感測電路2082透過調光單元208的第一輸入端感測驅動電流I_LED 後，第一電阻20822根據驅動電流I_LED ，產生一實際電壓V_LED (脈衝寬度調變電壓)，以及第一平均電路20824根據實際電壓V_LED ，產生一實際電壓平均值。第二感測電路2084包含一第二電阻20842、一乘法器20844及一第二平均電路20846，其中乘法器20844係耦接於第二電阻20842，第二平均電路20846係耦接乘法器20844。第二感測電路2084透過調光單元208的第三輸入端感測理想電流I_ideal 後，第二電阻20842根據理想電流I_ideal ，產生一理想電壓V_ideal ；乘法器20844透過調光單元208的第二輸入端接收原始調光訊號OD_LED ，並根據理想電壓V_ideal 調變(modulate)原始調光訊號OD_LED ，以產生一理想調光訊號；第二平均電路20846係耦接於乘法器20844，根據理想調光訊號，產生理想電壓平均值。

加法器2086耦接於第一感測電路2082與第二感測電路2084，用以產生理想電壓平均值與實際電壓平均值之間的差值diff；調光補償器2088係耦接於加法器2086，用以根據差值diff產生一直流補償值C_PWM ；脈衝寬度調光訊號產生器2090係耦接於調光補償器2088及電流槽206，用以根據直流補償值C_PWM ，產生調光訊號D_LED 。電流槽206的調光控制端係耦接於調光單元208的輸出端，用以接收調光訊號D_LED ，電流槽206另包含一開關2064，用以根據調光訊號D_LED ，調整驅動電流I_LED 的工作週期。

請參照第3A圖和第3B圖，第3A圖係說明驅動電流I_LED 調整前的工作週期和理想電流I_ideal 的工作週期之示意圖，第3B圖係說明驅動電流I_LED 調整後的工作週期和理想電流I_ideal 的工作週期之示意圖。如第3A圖所示，電流槽206還未根據調光訊號D_LED ，調整驅動電流I_LED 的工作週期時，因為驅動電流I_LED 的非理想性(具有上升時間和下降時間)，所以造成理想電流的平均值和驅動電流的平均值不同。如第3B圖所示，電流槽206根據調光訊號D_LED 調整驅動電流I_LED 的工作週期，使得調整過後的驅動電流的平均值和理想電流的平均值相同。

在第3A圖和第3B圖中，驅動電流的平均值係小於理想電流的平均值，所以增加驅動電流I_LED 的工作週期。請參照第4A圖和第4B圖，第4A圖和第4B圖係說明當驅動電流的平均值大於理想電流的平均值時，減少驅動電流I_LED 的工作週期之示意圖。因此，透過增加或是減少驅動電流I_LED 的工作週期，可以使得驅動電流的平均值和理想電流的平均值相同，達到高線性度精準調光的目的。

請參照第5圖，第5圖係為本發明的另一實施例說明可精準調光的發光二極體之驅動電路500之示意圖。驅動電路500包含一電能供應單元502、複數串發光二極體504、一電流槽(current sink)506及一調光單元508。電流槽506包含一參考電壓V_ref 、一設定電阻5062及複數個開關5064。調光單元508包含一第一感測電路5082、一第二感測電路5084、一加法器5086、一調光補償器5088及一脈衝寬度調光訊號產生器5090。第一感測電路5082包含一第一電阻50822及一第一平均電路50824；第二感測電路5084包含一第二電阻50842、一乘法器50844及一第二平均電路50846。驅動電路500和驅動電路200的差別在於驅動電路500具有複數串發光二極體504，每一串發光二極體504對應一個開關5064。因為複數串發光二極體504的材質、大小相同，因此每一串發光二極體504的驅動電流的上升時間和下降時間約略一樣。所以，調光單元508的第一輸入端僅耦接於一串發光二極體504的第二端，用以感測驅動電流I_LED ，而輸出的調光訊號D_LED 卻是傳送至電流槽506的複數個開關5064中的每一個開關5064。複數個開關5064則根據調光訊號D_LED ，調整每一串發光二極體504的驅動電流的工作週期。另外，驅動電路500的其餘操作原理皆和驅動電路200相同，在此不再贅述。

請參照第6圖，第6圖係為本發明的另一實施例說明可精準調光的調光器600之示意圖。調光器600包含一第一感測電路602、一第二感測電路604、一加法器606、一調光補償器608及一脈衝寬度調光訊號產生器610。第一感測電路602包含一第一電阻6022及一第一平均電路6024；第二感測電路604包含一第二電阻6042、一乘法器6044及一第二平均電路6046。調光器600的操作原理和調光單元208、508皆相同，在此不再贅述。

請參照第7圖，第7圖係本發明的另一實施例說明可精準調光的方法之流程圖。第7圖之方法係利用第2圖的驅動電路200說明，詳細步驟如下：步驟70：開始；步驟72：第一感測電路2082根據驅動電流I_LED ，產生實際電壓平均值；步驟74：第二感測電路2084根據理想電流I_ideal 及原始調光訊號OD_LED ，產生理想電壓平均值；步驟76：加法器2086根據理想電壓平均值與實際電壓平均值，產生理想電壓平均值與實際電壓平均值之間的差值diff；步驟78：調光補償器2088根據差值diff，產生直流補償值C_PWM ；步驟80：脈衝寬度調光訊號產生器2090根據直流補償值C_PWM ，產生調光訊號D_LED ；步驟82：電流槽206的開關2064根據調光訊號D_LED ，調整驅動電流I_LED 之工作週期；步驟84：結束。

其中驅動電流I_LED 係用以驅動一串發光二極體204。另外，在步驟72中，另包含第一電阻20822根據驅動電流I_LED ，產生實際電壓V_LED (脈衝寬度調變電壓)，以及第一平均電路20824根據實際電壓V_LED ，產生實際電壓平均值。在步驟74中，另包含第二電阻20842根據理想電流I_ideal ，產生理想電壓V_ideal ；乘法器20844透過調光單元208的第二輸入端接收原始調光訊號OD_LED ，並根據理想電壓V_ideal 調變(modulate)原始調光訊號OD_LED ，以產生理想調光訊號；第二平均電路20846根據理想調光訊號，產生理想電壓平均值。

綜上所述，本發明提供的可精準調光的發光二極體之驅動電路、可精準調光的調光器及其方法，根據發光二極體的驅動電流及一理想電流，調整一原始調光訊號之工作週期(duty ratio)以產生調光訊號。然後，電流槽的開關可根據調光訊號，調整驅動電流的工作週期。如此，本發明提供的可精準調光的發光二極體之驅動電路、可精準調光的調光器及其方法可藉由調整驅動電流的工作週期，精準控制發光二極體的亮度，改善先前技術中，無法精準控制發光二極體的亮度，且顯示器的畫面品質較差的缺點。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

200、500．．．驅動電路

202、502．．．電能供應單元

204、504．．．發光二極體

206、506．．．電流槽

208、508．．．調光單元

2062、5062．．．設定電阻

2064、5064．．．開關

2082、5082、602．．．第一感測電路

2084、5084、604．．．第二感測電路

2086、5086、606．．．加法器

2088、5088、608．．．調光補償器

2090、5090、610．．．脈衝寬度調光訊號產生器

20822、50822、6022．．．第一電阻

20824、50824、6024．．．第一平均電路

20842、50842、6042．．．第二電阻

20844、50844、6044．．．乘法器

20846、50846、6046．．．第二平均電路

600．．．調光器

V_AC ．．．交流電壓

V_DC ．．．直流電壓

V_o ．．．驅動電壓

V_ref ．．．參考電壓

V_LED ．．．實際電壓

．．．實際電壓平均值

V_ideal ．．．理想電壓

．．．理想電壓平均值

I_LED ．．．驅動電流

I_ideal ．．．理想電流

D_LED ．．．調光訊號

OD_LED ．．．原始調光訊號

diff．．．差值

CPWM．．．直流補償值

70-84．．．步驟

第1圖係說明由於驅動電流的上升時間與下降時間，造成驅動電流的實際平均值不等於理想電流的平均值之示意圖。

第2圖係為本發明的一實施例說明可精準調光的發光二極體之驅動電路之示意圖。

第3A圖和第3B圖係說明當驅動電流的平均值小於理想電流的平均值時，增加驅動電流的工作週期之示意圖。

第4A圖和第4B圖係說明當驅動電流的平均值大於理想電流的平均值時，減少驅動電流的工作週期之示意圖。

第5圖係為本發明的另一實施例說明可精準調光的發光二極體之驅動電路之示意圖。

第6圖係為本發明的另一實施例說明可精準調光的調光器之示意圖。

第7圖係本發明的另一實施例說明可精準調光的方法之流程圖。

200．．．驅動電路

202．．．電能供應單元

204．．．發光二極體

206．．．電流槽

208．．．調光單元

2062．．．設定電阻

2064．．．開關

2082．．．第一感測電路

2084．．．第二感測電路

2086．．．加法器

2088．．．調光補償器

2090．．．脈衝寬度調光訊號產生器

20822．．．第一電阻

20824．．．第一平均電路

20842．．．第二電阻

20844．．．乘法器

20846．．．第二平均電路

V_AC ．．．交流電壓

V_DC ．．．直流電壓

V_o ．．．驅動電壓

V_ref ．．．參考電壓

V_LED ．．．實際電壓

．．．實際電壓平均值

V_ideal ．．．理想電壓

．．．理想電壓平均值

I_LED ．．．驅動電流

I_ideal ．．．理想電流

D_LED ．．．調光訊號

OD_LED ．．．原始調光訊號

diff．．．差值

C_PWM ．．．直流補償值

Claims (24)

1. 一種發光二極體之驅動電路，包含：一電能供應單元，具有一輸入端，用以接收一交流電壓/或一直流電壓，一輸出端，用以提供一直流電壓及一驅動電流；一串發光二極體，包含至少一串聯之發光二極體，具有一第一端耦接該電能供應單元的輸出端，用以接收該直流電壓及該驅動電流，及一第二端；一電流槽(current sink)，耦接於該串發光二極體的第二端，具有一調光控制端，用以接收一調光訊號；及一調光單元，用以根據該驅動電流及一理想電流調整一原始調光訊號之工作週期(duty ratio)以產生該調光訊號，該調光單元具有一第一輸入端，耦接於該串發光二極體的第二端，用以感測該驅動電流，一第二輸入端，用以接收該原始調光訊號，一第三輸入端，耦接該電流槽，用以感測該理想電流，及一輸出端，用以輸出該調光訊號。
2. 如請求項1所述之驅動電路，其中該調光單元包含：一第一感測電路，用以根據該驅動電流，產生一實際電壓平均值；一第二感測電路，用以根據該理想電流及該原始調光訊號，產生一理想電壓平均值；一加法器，耦接於該第一感測電路與該第二感測電路，用以產生該理想電壓平均值與該實際電壓平均值之間的差值；一調光補償器，耦接於該加法器，用以根據該差值產生一直流補償值；及一脈衝寬度調光訊號產生器，耦接於該調光補償器及該電流槽，用以根據該直流補償值產生該調光訊號。
3. 如請求項2所述之驅動電路，其中該第一感測電路包含：一第一電阻，用以根據該驅動電流，產生一實際電壓；及一第一平均電路，耦接該第一電阻，用以根據該實際電壓，產生該實際電壓平均值。
4. 如請求項2所述之驅動電路，其中該第二感測電路包含：一第二電阻，用以根據該理想電流，產生一理想電壓；一乘法器，耦接於該第二電阻，用以根據該理想電壓調變(modulate)該原始調光訊號，以產生一理想調光訊號；及一第二平均電路，耦接該乘法器，用以根據該理想調光訊號，產生該理想電壓平均值。
5. 如請求項1所述之驅動電路，其中該調光訊號與該原始調光訊號係為脈衝寬度調變訊號。
6. 如請求項1所述之驅動電路，其中該電流槽另包含一參考電壓與一設定電阻，用以根據該參考電壓與該設定電阻，產生該理想電流。
7. 如請求項1所述之驅動電路，其中該電流槽另包含一開關，用以根據該調光訊號，調整該驅動電流的工作週期。
8. 如請求項1所述之驅動電路，其中該驅動電流係為一脈衝寬度調變電流。
9. 一種發光二極體之驅動電路，包含：一電能供應單元，具有一輸入端，用以接收一交流電壓/或一直流電壓，一輸出端，用以提供一直流電壓及一驅動電流；複數串發光二極體，每一串發光二極體包含至少一串聯之發光二極體，其中該每一串發光二極體具有一第一端耦接該電能供應單元的輸出端，用以接收該直流電壓及該驅動電流，及一第二端；一電流槽(current sink)，耦接於該每一串發光二極體的第二端，具有一調光控制端，用以接收一調光訊號；及一調光單元，用以根據該驅動電流及一理想電流調整一原始調光訊號之工作週期(duty ratio)以產生該調光訊號，該調光單元具有一第一輸入端，耦接於一串發光二極體的第二端，用以感測該驅動電流，一第二輸入端，用以接收該原始調光訊號，一第三輸入端，耦接該電流槽，用以感測該理想電流，及一輸出端，用以輸出該調光訊號。
10. 如請求項9所述之驅動電路，其中該調光單元包含：一第一感測電路，用以根據該驅動電流，產生一實際電壓平均值；一第二感測電路，用以根據該理想電流及該原始調光訊號，產生一理想電壓平均值；一加法器，耦接於該第一感測電路與該第二感測電路，用以產生該理想電壓平均值與該實際電壓平均值之間的差值；一調光補償器，耦接於該加法器，用以根據該差值，產生一直流補償值；及一脈衝寬度調光訊號產生器，耦接於該調光補償器及該電流槽，用以根據該直流補償值，產生該調光訊號。
11. 如請求項9所述之驅動電路，其中該第一感測電路包含：一第一電阻，用以根據該驅動電流，產生一實際電壓；及一第一平均電路，耦接該第一電阻，用以根據該實際電壓，產生該實際電壓平均值。
12. 如請求項9所述之驅動電路，其中該第二感測電路包含：一第二電阻，用以根據該理想電流，產生一理想電壓；一乘法器，耦接於該第二電阻，用以根據該理想電壓調變(modulate)該原始調光訊號，以產生一理想調光訊號；及一第二平均電路，用以根據該理想調光訊號，產生該理想電壓平均值。
13. 如請求項9所述之驅動電路，其中該調光訊號與該原始調光訊號係為脈衝寬度調變訊號。
14. 如請求項9所述之驅動電路，其中該電流槽另包含一參考電壓與一設定電阻，用以根據該參考電壓與該設定電阻，產生該理想電流。
15. 如請求項9所述之驅動電路，其中該電流槽另包含一開關，用以根據該調光訊號，調整該驅動電流的工作週期。
16. 如請求項9所述之驅動電路，其中該驅動電流係為一脈衝寬度調變電流。
17. 一種調光器，包含：一第一感測電路，用以根據一驅動電流，產生一實際電壓平均值；一第二感測電路，用以根據一理想電流及一原始調光訊號，產生一理想電壓平均值；一加法器，耦接於該第一感測電路與該二感測電路，用以產生該理想電壓平均值與該實際電壓平均值之間的差值；一調光補償器，耦接於該加法器，用以根據該差值，產生一直流補償值；及一脈衝寬度調光訊號產生器，耦接於該調光補償器及該電流槽，用以根據該直流補償值，產生一調光訊號。
18. 如請求項17所述之調光器，其中該第一感測電路包含：一第一電阻，用以根據該驅動電流，產生一實際電壓；及一第一平均電路，耦接該第一電阻，用以根據該實際電壓，產生該實際電壓平均值。
19. 如請求項17所述之調光器，其中該第二感測電路包含：一第二電阻，用以根據該理想電流，產生一理想電壓；一乘法器，耦接於該第二電阻，用以根據該理想電壓調變(modulate)該原始調光訊號，以產生一理想調光訊號；及一第二平均電路，用以根據該理想調光訊號，產生該理想電壓平均值。
20. 如請求項17所述之調光器，其中該調光訊號與該原始調光訊號係為脈衝寬度調變訊號。
21. 如請求項17所述之調光器，其中該驅動電流係為一脈衝寬度調變電流。
22. 如請求項17所述之調光器，其中該調光訊號係傳送至一電流槽的開關，該開關根據該調光訊號，調整用以驅動一串發光二極體的該驅動電流之工作週期。
23. 一種調光的方法，包含：根據一驅動電流，產生一實際電壓平均值；根據一理想電流及一原始調光訊號，產生一理想電壓平均值；根據該理想電壓平均值與該實際電壓平均值，產生該理想電壓平均值與該實際電壓平均值之間的差值；根據該差值後，產生一直流補償值；根據該直流補償值後，產生一調光訊號；及根據該調光訊號，調整該驅動電流之工作週期；其中該驅動電流係用以驅動一串發光二極體。
24. 如請求項23所述之方法，另包含：根據該驅動電流，產生一實際電壓；根據該實際電壓，產生該實際電壓平均值；根據該理想電流，產生一理想電壓；根據該理想電壓，調變(modulate)該原始調光訊號，以產生一理想調光訊號；及根據該理想調光訊號，產生該理想電壓平均值。