TWI746153B - 發光二極體驅動器及其預充電方法 - Google Patents

發光二極體驅動器及其預充電方法 Download PDF

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Abstract

一種發光二極體驅動器，用於驅動一發光二極體面板，包含有一脈衝寬度調變脈波偵測模塊，用來偵測下一子幀中是否有脈衝寬度調變脈波，以產生一偵測結果；以及一預充電電路，根據該偵測結果，對相對應該下一子幀之一通道進行預充電。

Description

發光二極體驅動器及其預充電方法
本發明係指一種發光二極體驅動器及其預充電方法，尤指一種可在子幀中無脈衝寬度調變脈波時，以較低電壓準位進行預充電以減少功耗的發光二極體驅動器及其預充電方法。
在發光二極體(Light-emitting diode，LED)驅動中，被動式矩陣(Passive Matrix)驅動模式把陣列中每一欄(column)的發光二極體像素的陽極(P-electrode)連接到發光二極體源極驅動器的通道，同時把每一列(row)的發光二極體像素的陰極(N-electrode)連接到掃描線(Scan Line)透過掃描開關接地。當某一特定欄和特定列被選通的時候，其交叉點的發光二極體像素即會被點亮。
一般來說，源極驅動器提供一恆流電流，再由脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)訊號之脈衝寬度決定提供發光二極體像素恆流電流之時間長短，以產生相對應亮度。在習知技術中，源極驅動器會分時驅動同一通道中多個發光二極體，因此在一幀(frame)中各發光二極體僅會分配特定數量子幀以脈衝寬度調變脈波進行驅動，並在切換驅動發光二極體時先將原本驅動通道預放電避免下行殘影，並將即將驅動之發光二極體進行預充電以加快點 亮。
然而，在發光二極體所欲顯示亮度較低時，所分配特定數量子幀中並非全部皆分配有脈衝寬度調變脈波進行點亮，此時進行預充電僅會造成不必要的能量損耗。有鑑於此，習知技術實有改進之必要。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種可在子幀中無脈衝寬度調變脈波時，以較低電壓準位進行預充電以減少功耗的發光二極體驅動器及其預充電方法。
本發明揭露一種發光二極體驅動器，用於驅動一發光二極體面板，該發光二極體驅動器包含有一脈衝寬度調變脈波偵測模塊，用來偵測下一子幀中是否有脈衝寬度調變脈波，以產生一偵測結果；以及一預充電電路，根據該偵測結果，對相對應該下一子幀之一通道進行預充電。
本發明另揭露一種預充電方法，用於一發光二極體面板之一發光二極體驅動器，該預充電方法包含有偵測下一子幀中是否有脈衝寬度調變脈波，以產生一偵測結果；以及根據該偵測結果，對相對應該下一子幀之一通道進行預充電。
10:發光二極體面板
102,402,70:發光二極體驅動器
702:脈衝寬度調變脈波偵測模塊
704:預充電電路
90:脈衝寬度調變脈波產生器
900:數位比較器
902:脈衝寬度調變計數器
SW1~SW4:開關
LED1~LED6:發光二極體
202:開關電路
CH1,CH2:通道
Cp:寄生電容
PD1~PD2:預放電電路
PC1~PC2:預充電電路
SYNC:同步訊號
DR:偵測結果
GD:灰階資料
CDmin:最小計數值
CD:計數值
PWM:脈衝寬度調變脈波
100:流程
1000~1006:步驟
第1圖為一被動式矩陣驅動發光二極體面板之部分示意圖。
第2圖為第1圖所示發光二極體於一幀中分配子幀之示意圖。
第3圖為第1圖所示發光二極體面板之另一部分示意圖。
第4圖為另一發光二極體面板之操作示意圖。
第5圖為第4圖所示之發光二極體面板之另一操作示意圖。
第6圖為第4圖及第5圖所示之發光二極體面板進行預放電及預充電之示意圖。
第7圖為本發明實施例一發光二極體驅動器之部分示意圖。
第8圖為第4圖及第5圖所示之發光二極體驅動器與第7圖所示之發光二極體驅動器之操作示意圖。
第9圖為一脈衝寬度調變脈波產生器之示意圖。
第10圖為本發明實施例一預充電流程之示意圖。
請參考第1圖，第1圖為一被動式矩陣(Passive Matrix)驅動發光二極體(Light-emitting diode，LED)面板10之部分示意圖。如第1圖所示，一發光二極體驅動器102可提供一恒流電流並搭配脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)操作，透過開關SW1~SW4依序打開將顯示時間平均分配，驅動同一通道之發光二極體LED1~LED4產生相對應亮度。在此結構下，發光二極體驅動器102可於同一通道對應於不同位置的發光二極體LED1~LED4驅動，以簡化電路設計。
詳細來說，請參考第2圖，第2圖為第1圖所示發光二極體LED1~LED4於一幀(frame)中分配子幀之示意圖。如第2圖所示，為提高視覺刷新率，於一幀中發光二極體LED1~LED4中各者的顯示時間先平均分配，然後再平均切割成 複數個子幀打散在整個幀中，以避免發光二極體LED1~LED4中各者連續1/4幀分配顯示而連續3/4幀未分配顯示時，人眼補抓到發光二極體連續長時間不點亮造成的閃爍感。由於發光二極體LED1~LED4中各者之亮度正比於脈衝寬度調變之脈波長度(即高準位)，因此每一灰階可對應於一單位顯示時間。發光二極體LED1~LED4各具有以16位元灰階為例(即65536階)，可先將發光二極體LED1~LED4中各者原來要顯示的16位元時間平均切割成64等分(每一等份為1024階，即1024個單位顯示時間)做為子幀(即一幀具有4*64*1024=4*65536個單位顯示時間)，則可透過開關SW1~SW4依序打開一子幀將顯示時間平均分配於發光二極體LED1~LED4。其中，由於一子幀的時間長度對應1024階，若發光二極體LED1~LED4在各自分配到的64子幀中，脈衝寬度調變皆為高準位，則可顯示最大亮度，若發光二極體LED1~LED4在各自分配到的64子幀中，脈衝寬度調變皆為低準位，則為最低亮度。
值得注意的是，在欲顯示低亮度時，實作上通常會先在各子幀中點亮特定數量灰階後，才將灰階值以平均或其它方式分配於子幀中。舉例來說，先在各子幀中點亮8個灰階的情況下，欲顯示504階的亮度時，前63個子幀中各8個單位顯示時間中脈衝寬度調變為高準位以分別點亮8個灰階，而第64個子幀中脈衝寬度調變為低準位不點亮，僅欲顯示256階的亮度時，則有32個子幀中脈衝寬度調變為低準位不點亮。
另一方面，請參考第3圖，第3圖為第1圖所示發光二極體面板10之另一部分示意圖。如第3圖所示，發光二極體驅動器102透過一開關電路202所包含之開關SW1~SW2分別驅動一通道CH1之發光二極體LED1~LED2，透過一開關電路202所包含之開關SW1~SW2分別驅動一通道CH2之發光二極體LED5~LED6。 在此情況下，在開關SW1導通且源極驅動器102透過通道CH2輸出而點亮發光二極體LED5後，在點亮發光二極體LED3而將開關SW2導通且發光二極體驅動器102透過通道CH1輸出時，通道CH2之一寄生電容Cp使剛驅動過的通道CH2仍維持在高準位，造成發光二極體LED6正負極跨壓被拉大而誤點亮，而造成下行殘影。
在此情況下，請參考第4圖，第4圖為一被動式矩陣驅動發光二極體面板40之操作示意圖。如第4圖所示，發光二極體面板40與第3圖所示之發光二極體面板10大致相似，因此功能相似之元件以相同符號表示，發光二極體面板40與第3圖所示之發光二極體面板10之主要差別在於，發光二極體面板40所包含之發光二極體驅動器402另包含對應於通道CH1~CH2之預放電電路PD1~PD2，以在驅動下一發光二極體前對原本通道之寄生電容進行預放電。如第4圖所示，源極驅動器402透過通道CH2輸出而點亮發光二極體LED5後，預放電電路PD2會將通道CH2拉到較低電位(如透過開關接地)以對通道CH2之寄生電容Cp放電，而可在點亮發光二極體LED3時，降低發光二極體LED6的跨壓，以消除下行殘影。
另一方面，請參考第5圖，第5圖為第4圖所示之發光二極體面板40之另一操作示意圖。如第5圖所示，發光二極體面板40所包含之發光二極體驅動器402另包含對應於通道CH1~CH2之預充電電路PC1~PC2，以對通道進行預充電。 換言之，發光二極體驅動器402在分別驅動發光二極體LED1、LED5前，分別對通道CH1~CH2進行預充電提升至特定準位(如透過負回授將通道CH1~CH2提升至特定準位)，以在分別驅動發光二極體LED1、LED5時達到快速開啟效果。
請參考第6圖，第6圖為一發光二極體面板40進行預放電及預充電之 示意圖。如第6圖所示，一同步訊號SYNC之兩脈衝間為1幀，1幀中包含複數個子幀，在兩子幀間發光二極體驅動器402會先將原本通道之寄生電容進行預放電以消除下行殘影，再對下一個欲驅動發光二極體之通道進行預充電以達到快速開啟效果。
然而，參考第2圖相關敘述可知，欲顯示低亮度時，實作上通常會先在各子幀中點亮特定數量灰階後，才將灰階值以平均或其它方式分配於子幀中，因此會有部分子幀不具有脈衝寬度調變脈波而不點亮發光二極體，此時若仍進行預充電，會造成不必要的功耗，而不利於不顯示時以極低亮度進行節能。
請參考第7圖，第7圖為本發明實施例一發光二極體驅動器70之部分示意圖。發光二極體驅動器70與發光二極體驅動器402之結構與操作大致相似，有關發光二極體驅動器70其餘操作可參考上述發光二極體驅動器402相關內容，第7圖僅繪示發光二極體驅動器70與發光二極體驅動器402之差異以求簡潔。如第7圖所示，發光二極體驅動器70包含一脈衝寬度調變脈波偵測模塊702以及一預充電電路704，脈衝寬度調變脈波偵測模塊702可偵測下一子幀中是否有脈衝寬度調變脈波，以產生一偵測結果DR，預充電電路704根據偵測結果DR，對相對應下一子幀之一通道進行預充電。在此情況下，若偵測結果DR指示下一子幀中有脈衝寬度調變脈波，預充電電路704對該相對應通道以一第一電壓準位進行預充電，若偵測結果DR指示下一子幀中無脈衝寬度調變脈波，預充電電路704對該相對應通道以一第二電壓準位進行預充電，該第二電壓準位低於該第一電壓準位，並且大於0V。如此一來，本發明可在子幀中無脈衝寬度調變脈波時，以較低電壓準位進行預充電以減少功耗。
詳細來說，請參考第8圖，第8圖為發光二極體驅動器402與發光二極體驅動器70之操作示意圖。如第8圖下半所示，發光二極體驅動器402無論子幀中是否有脈衝寬度調變脈波，皆會先對相對應通道進行預充電，而造成不必要的功耗。相較之下，如第8圖上半所示，發光二極體驅動器70在進行預放電時同時做為偵測下一子幀中是否有脈衝寬度調變脈波之偵測區間，在下一子幀中無脈衝寬度調變脈波時，預充電電路704對相對應通道以第二電壓準位進行預充電，而在下一子幀中有脈衝寬度調變脈波時，預充電電路704對相對應通道以第一電壓準位進行預充電(如第8圖右上以與發光二極體驅動器402相同準位進行預充電)。如此一來，本發明可在子幀中無脈衝寬度調變脈波時，以較低電壓準位進行預充電以減少功耗。
值得注意的是，上述實施例主要在於偵測下一子幀中是否有脈衝寬度調變脈波，再據以對一相對應通道進行預充電，而可在子幀中無脈衝寬度調變脈波時，以較低電壓準位進行預充電以減少功耗。本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，而不限於此。舉例來說，脈衝寬度調變脈波偵測模塊702偵測下一子幀中是否有脈衝寬度調變脈波之方式並不受限，而可將下一子幀所對應之灰階資料GD與下一子幀中脈衝寬度調變計數器之一最小計數值CDmin比較得到。
詳細來說，請參考第9圖，第9圖為一脈衝寬度調變脈波產生器90之示意圖。脈衝寬度調變脈波產生器90用來於第2圖所示之各子幀中產生相對應脈衝寬度調變脈波。具體而言，請一併參考第2圖及第9圖，在各子幀中，一數位比較器900會比較所對應之灰階資料GD與一脈衝寬度調變計數器902所產生之計數值CD，以產生相對應脈衝寬度調變脈波PWM。在此情況下，可適當設計脈 衝寬度調變計數器902所產生之計數值CD於各子幀分配脈衝寬度調變脈波以顯示所欲灰階資料GD。舉例來說，先在各子幀中點亮8個灰階的情況下，欲顯示256階的灰階資料GD時，可適當設計脈衝寬度調變計數器902所產生之計數值CD，使得32個子幀中脈衝寬度調變為低準位不點亮。
值得注意的是，由於子幀中灰階資料GD大於脈衝寬度調變計數器之最小計數值CDmin，即表示子幀中具有脈衝寬度調變脈波，因此脈衝寬度調變脈波偵測模塊702可比較下一子幀所對應之灰階資料GD與下一子幀中脈衝寬度調變計數器之一最小計數值CDmin，以偵測下一子幀中是否有脈衝寬度調變脈波。舉例來說，在先在各子幀中點亮8個灰階的情況下，欲顯示9階的灰階資料GD時，可適當設計脈衝寬度調變計數器902所產生之計數值CD，使得第2個子幀中最小計數值CDmin小於9階而具有脈衝寬度調變脈波，使得脈衝寬度調變脈波偵測模塊702可據以進行偵測。在此情況下，可將脈衝寬度調變脈波產生器90之脈衝寬度調變計數器902所產生之計數值CD維持在子幀中最小計數值CDmin，以實現脈衝寬度調變脈波偵測模塊702(計數值CD維持在子幀中最小計數值CDmin時，脈衝寬度調變脈波PWM即為偵測結果DR)。如此一來，本發明可利用既有脈衝寬度調變脈波產生器90實現脈衝寬度調變脈波偵測模塊702，以簡化電路設計。
因此，發光二極體驅動器70之預充電操作，可歸納為一預充電流程100，如第10圖所示，其包含以下步驟：
步驟1000：開始。
步驟1002：偵測下一子幀中是否有脈衝寬度調變脈波，以產生一偵測結果DR。
步驟1004：根據偵測結果DR，對相對應該下一子幀之一通道進行預充電。
步驟1006：結束。
預充電流程100之詳細操作可參考發光二極體驅動器70之相關內容，於此不再贅述以求簡潔。
綜上所述，本發明偵測下一子幀中是否有脈衝寬度調變脈波，再據以對一相對應通道進行預充電，而可在子幀中無脈衝寬度調變脈波時，以較低電壓準位進行預充電以減少功耗。
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。
100:流程
1000~1006:步驟

Claims (8)

  1. 一種發光二極體驅動器，用於驅動一發光二極體面板，包含有：一脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)脈波偵測模塊，用來偵測下一子幀中是否有脈衝寬度調變脈波，以產生一偵測結果；以及一預充電電路，根據該偵測結果，對相對應該下一子幀之一通道進行預充電；其中，若該偵測結果指示該下一子幀中有脈衝寬度調變脈波，該預充電電路對該通道以一第一電壓準位進行預充電，若該偵測結果指示該下一子幀中無脈衝寬度調變脈波，該預充電電路對該通道以一第二電壓準位進行預充電，該第二電壓準位低於該第一電壓準位。
  2. 如請求項1所述之發光二極體驅動器，其中該第二電壓準位大於0V。
  3. 如請求項1所述之發光二極體驅動器，其中該脈衝寬度調變脈波偵測模塊比較該下一子幀所對應之一灰階資料與該下一子幀中一脈衝寬度調變計數器之一最小計數值，以偵測該下一子幀中是否有脈衝寬度調變脈波。
  4. 如請求項3所述之發光二極體驅動器，其另包含一脈衝寬度調變脈波產生器，用來比較該下一子幀所對應之該灰階資料與該下一子幀中該脈衝寬度調變計數器之複數個計數值，以在該下一子幀中產生一相對應脈衝寬度調變脈波。
  5. 一種預充電方法，用於一發光二極體驅動器，包含有： 偵測下一子幀中是否有脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)脈波，以產生一偵測結果；以及根據該偵測結果，對相對應該下一子幀之一通道進行預充電；其中，根據該偵測結果，對相對應該下一子幀之該通道進行預充電之步驟包含有：若該偵測結果指示該下一子幀中有脈衝寬度調變脈波，對該通道以一第一電壓準位進行預充電，若該偵測結果指示該下一子幀中無脈衝寬度調變脈波，對該通道以一第二電壓準位進行預充電，該第二電壓準位低於該第一電壓準位。
  6. 如請求項5所述之預充電方法，其中該第二電壓準位大於0V。
  7. 如請求項5所述之預充電方法，其中偵測下一子幀中是否有脈衝寬度調變脈波之步驟包含有：比較該下一子幀所對應之一灰階資料與該下一子幀中一脈衝寬度調變計數器之一最小計數值，以偵測該下一子幀中是否有脈衝寬度調變脈波。
  8. 如請求項7所述之預充電方法，其另包含：比較該下一子幀所對應之該灰階資料與該下一子幀中該脈衝寬度調變計數器之複數個計數值，以在該下一子幀中產生一相對應脈衝寬度調變脈波。
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