TWI839150B - 發光二極體顯示驅動裝置及其運作方法 - Google Patents

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本發明揭露一種發光二極體顯示驅動裝置及其運作方法。發光二極體顯示驅動裝置包括脈寬調變控制器及驅動電流源。脈寬調變控制器用以產生脈寬調變信號。驅動電流源耦接脈寬調變控制器，用以根據脈寬調變信號產生複數個驅動電流，以於發光二極體導通期間內分別驅動複數個發光二極體發光。

Description

發光二極體顯示驅動裝置及其運作方法
本發明係與顯示裝置有關，尤其是關於一種發光二極體顯示驅動裝置及其運作方法。
一般而言，傳統的微發光二極體積體電路(μIC)在實際應用中仍存在著諸多缺點/問題，例如：(1)高耗能(Power consumption)；(2)低幀率(Frame rate)；(3)發光二極體在低灰階的顯示效果不佳；(4)所需接腳(Pin)之數目難以減少；以及(5)所需行/列驅動器(Row/column driver)之數目難以減少，故仍需進一步加以解決及改善。
有鑑於此，本發明提出一種發光二極體顯示驅動裝置及其運作方法，以有效解決先前技術所遭遇到之上述問題。
依據本發明之一具體實施例為一種發光二極體顯示驅動裝置。於此實施例中，發光二極體顯示驅動裝置包括：脈寬調變控制器(PWM controller)，用以產生脈寬調變信號；以及驅動電流源，耦接脈寬調變控制器，用以根據脈寬調變信號產生複數個驅動電流，以於發光二極體導通期間(LED on-time)內分別驅動複數個發光二極體發光。
於一實施例中，發光二極體顯示裝置為主動矩陣式微型發光 二極體(AM μLED)顯示驅動裝置。
於一實施例中，該複數個發光二極體單元為微型發光二極體(μLED)單元。
於一實施例中，脈寬調變控制器所產生的該脈寬調變信號為打散式脈寬調變(Scrambled PWM)信號。
於一實施例中，脈寬調變控制器係同時根據區間(Segment)及最小脈寬(Minimum pulse width)產生打散式脈寬調變信號，藉以增加刷新率(Frame rate)並同時改善該複數個發光二極體單元在低灰階的顯示效果。
於一實施例中，發光二極體顯示驅動裝置還包括：時脈產生器，耦接脈寬調變控制器，用以於發光二極體導通期間內產生複數個串列時脈(Serial clock)信號至脈寬調變控制器。
於一實施例中，該複數個串列時脈信號包括控制起始脈波(Control start pulse)信號、資料傳輸(Data transmission)信號、發光二極體顯示導通(LED display on)信號及脈寬調變致能(PWM enable)信號。
於一實施例中，發光二極體導通期間包括複數個區間。時脈產生器係於該複數個區間內分別提供具有不同頻率(週期)及數量的該複數個串列時脈信號至脈寬調變控制器；每個串列時脈信號可多加虛設時脈(Dummy clock)信號，以使該複數個發光二極體的發光亮度能變得更線性，且每個串列時脈信號的週期可加上偏移時間(Offset time)。
於一實施例中，脈寬調變控制器根據具有不同頻率(週期)及數量的該複數個串列時脈信號於該複數個區間內分別產生具有不同頻寬的 分布式脈寬調變(Distributed PWM)信號。
於一實施例中，脈寬調變控制器包括資料排列(Data arrangement)單元及比較器(Comparator)，比較器耦接資料排列電路。
於一實施例中，最高有效位元(MSB)的部分使用位元選擇(Bit select)電路且最低有效位元(LSB)的部分使用比較器(Comparator)。
於一實施例中，在最低有效位元(LSB)的部分可使用binary方式的位元選擇(Bit select)、分散式的位元選擇或比較器(Comparator)的方式，且其脈寬可往右增加(隨時間增加)或往左增加(隨時間減少)。
依據本發明之另一具體實施例為一種發光二極體顯示驅動裝置運作方法。發光二極體顯示驅動裝置運作方法用以運作發光二極體顯示驅動裝置。發光二極體顯示驅動裝置包括脈寬調變控制器及驅動電流源。脈寬調變控制器具有位元選擇(Bit select)電路架構。發光二極體顯示驅動裝置運作方法包括下列步驟：(a)於不同時間下，脈寬調變控制器選擇具有不同位元的資料來產生脈寬調變信號；(b)驅動電流源根據脈寬調變信號產生複數個驅動電流；以及(c)於發光二極體導通期間內，該複數個驅動電流分別驅動複數個發光二極體單元發光。
於一實施例中，發光二極體顯示驅動裝置為主動矩陣式微型發光二極體(AM μLED)顯示驅動裝置。
於一實施例中，該複數個發光二極體單元為微型發光二極體(μLED)單元。
於一實施例中，於步驟(a)中，脈寬調變控制器所產生的脈寬調變信號為打散式脈寬調變(Scrambled PWM)信號。
於一實施例中，於步驟(a)中，脈寬調變控制器係同時根據區間(Segment)及最小脈寬(Minimum pulse width)產生打散式脈寬調變信號，藉以增加刷新率(Frame rate)並同時改善該複數個發光二極體單元在低灰階的顯示效果。
於一實施例中，發光二極體顯示驅動裝置還包括時脈產生器，發光二極體顯示驅動裝置運作方法還包括：(d)於發光二極體導通期間內，時脈產生器產生複數個串列時脈(Serial clock)信號至脈寬調變控制器；以及(e)每個串列時脈信號可多加虛設時脈(Dummy clock)信號，以使該複數個發光二極體的發光亮度能變得更線性，且每個串列時脈信號的週期可加上偏移時間(Offset time)。
於一實施例中，於步驟(d)中，發光二極體導通期間包括複數個區間，時脈產生器係於該複數個區間內分別提供具有不同頻率(週期)及數量的該複數個串列時脈信號至脈寬調變控制器。
於一實施例中，發光二極體顯示驅動裝置運作方法還包括：(f)脈寬調變控制器根據具有不同頻率(週期)及數量的該複數個串列時脈信號於該複數個區間內分別產生具有不同頻寬的分布式脈寬調變(Distributed PWM)信號。
相較於先前技術，本發明之發光二極體顯示驅動裝置及其運作方法可達到下列優點/功效：(1)低耗能(Power consumption)；(2)高幀率(Frame rate)；(3)發光二極體在低灰階的顯示效果佳；(4)有效減少其所需接腳(Pin)之數目；以及(5)有效減少其所需行/列驅動器(Row/column driver)之數目，故能有效解決先前技術所遭遇到的問題。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
1:發光二極體顯示驅動裝置
10:重設產生器
11:時脈產生器
12:串列協定介面解碼器
13:移位暫存器
14:儲存單元
15:暫存設定單元
16:脈寬調變計數器
17:脈寬調變控制器
18:偏壓單元
19:LED電流源
SCLK_I:輸入串列時脈信號
SDI[3：0]:串列協定界面信號
RST:重設信號
SCLK:串列時脈信號
GSD_I:輸入資料信號
CT_I:輸入計數值
PWM:脈寬調變信號
REG:暫存設定
BIAS:偏壓
I1~In:驅動電流
C1~Cn:電流輸出端
D[n-1：0]、D0~D[n-1]、DL、D[L+1：0]:資料信號
A[n-1：0]、A0~A[n-1]、AL、A[L+1：0]:控制信號
MUX0~MUX(n-1)、MUXL:多工器
DFF:D型正反器
TON:LED導通期間
PWM[0000]~PWM[FFFF]:脈寬調變信號
W:脈寬調變致能信號
ST:控制起始脈波信號
[0000]~[3FFF]:計數值
t0~t10:時間
T1~T3:時間區間
VSYNC:垂直同步信號
ROW0:第零列
Bit[0]~Bit[13]:位元數
9A:脈寬調變控制器
9B:脈寬調變控制器
90:資料排列電路
92:比較器
GSD_O:輸出資料信號
CT_O:輸出計數值
BS:位元選擇電路
OR:或閘
PWM1~PWM3:脈寬調變信號
T(PWM):脈寬調變信號的週期
T(DUM):虛設時脈信號的週期
S10~S14:步驟
本發明所附圖式說明如下：圖1繪示根據本發明之一較佳具體實施例中之發光二極體顯示驅動裝置(uIC)的功能方塊圖。
圖2繪示圖1中之脈寬調變控制器(PWM controller)具有位元選擇(Bit select)電路架構之示意圖。
圖3繪示根據區間(Segment)及最小脈寬(Minimum pulse width)產生打散式脈寬調變(Scrambled PWM)信號的時序圖。
圖4至圖5分別繪示打散式脈寬調變(Scrambled PWM)信號之不同實施例。
圖6繪示根據不同頻率(週期)及數量的串列時脈(Serial clock)信號於LED導通時間(ON time)內的不同時間區間分別產生不同頻寬的分布式脈寬調變(Distributed PWM)信號的時序圖。
圖7A至圖7C及圖8A至圖8B分別繪示分布式脈寬調變(Distributed PWM)信號之不同實施例。
圖9A繪示打散式(Scrambled)脈寬調變控制器包括彼此耦接的資料排列電路及比較器之示意圖。
圖9B繪示脈寬調變控制器同時包括有位元選擇(Bit select)電路及比較器(Comparator)之示意圖。
圖9C繪示在最低有效位元(LSB)的部分可使用二元(Binary)方式的位 元選擇、分散式的位元選擇或比較器的方式，且其脈寬可往右增加(隨時間增加)或往左增加(隨時間減少)的時序圖。
圖10繪示根據本發明之另一較佳具體實施例中之發光二極體顯示驅動裝置運作方法的流程圖。
現在將詳細參考本發明的示範性實施例，並在附圖中說明所述示範性實施例的實例。在圖式及實施方式中所使用相同或類似標號的元件/構件是用來代表相同或類似部分。
依據本發明之一具體實施例為一種發光二極體顯示驅動裝置。實際上，發光二極體顯示驅動裝置可以是主動矩陣式微型發光二極體(AM μLED)顯示驅動裝置，用以驅動複數個微型發光二極體(μLED)單元發光，但不以此為限。
於此實施例中，發光二極體顯示驅動裝置至少包括有脈寬調變控制器(PWM controller)及驅動電流源。驅動電流源耦接脈寬調變控制器。脈寬調變控制器係用以產生脈寬調變信號。驅動電流源係用以根據脈寬調變信號產生複數個驅動電流，以於發光二極體導通期間(LED on-time)內分別驅動複數個發光二極體發光。實際上，此實施例中之脈寬調變控制器可具有位元選擇(Bit select)電路架構，但不以此為限。
請參照圖1，圖1繪示此實施例中之發光二極體顯示驅動裝置(uIC)的功能方塊圖。如圖1所示，發光二極體顯示驅動裝置1包括重設產生器10、時脈產生器11、串列協定介面解碼器12、移位暫存器13、儲存單元14、暫存設定單元15、脈寬調變計數器16、脈寬調變控制器17、偏壓單元 18及LED電流源19。串列協定介面解碼器12耦接至移位暫存器13。移位暫存器13分別耦接至儲存單元14及暫存設定單元15。儲存單元14及暫存設定單元15均耦接至脈寬調變控制器17。脈寬調變計數器16耦接至脈寬調變控制器17。脈寬調變控制器17耦接至LED電流源19。偏壓單元18耦接至LED電流源19。LED電流源19分別耦接至n個電流輸出端C1~Cn，n為正整數。
當發光二極體顯示驅動裝置1接收到串列時脈信號SCLK_I時，重設產生器10根據串列時脈信號SCLK_I產生重設信號RST至發光二極體顯示驅動裝置1中之各個單元，並且時脈產生器11根據串列時脈信號SCLK_I產生串列時脈信號SCLK至發光二極體顯示驅動裝置1中之各個單元。
當發光二極體顯示驅動裝置1接收到串列協定介面信號SDI[3：0]時，串列協定介面解碼器12對串列協定介面信號SDI[3：0]進行解碼後經由移位暫存器13傳送至儲存單元14及暫存設定單元15。脈寬調變控制器17接收脈寬調變計數器16提供的輸入計數值CT_I與儲存單元14及暫存設定單元15提供的輸入資料信號GSD_I並產生脈寬調變信號PWM至LED電流源19。偏壓單元18接收暫存設定REG並產生偏壓BIAS至LED電流源19。LED電流源19接收到偏壓BIAS及脈寬調變信號PWM並透過n個電流輸出端C1~Cn輸出n個驅動電流I1~In以驅動發光二極體發光。
請參照圖2，圖2繪示圖1中之脈寬調變控制器17具有位元選擇(Bit select)電路架構之示意圖。如圖2所示，脈寬調變控制器17可包括資料排列電路170、位元選擇電路BS及D型正反器DFF。位元選擇電路BS包括彼此串接的n個多工器MUX0~MUX(n-1)。資料排列電路170接收輸入計數 值CT_I及輸入資料信號GSD_I並分別產生n個資料信號D[n-1：0]及n個控制信號A[n-1：0]。多工器MUX0的兩輸入端分別接收資料信號D0及0並受控於控制信號A0。多工器MUX1的兩輸入端分別接收資料信號D1及多工器MUX0的輸出信號並受控於控制信號A1。以此類推，多工器MUX(n-2)的兩輸入端分別接收資料信號D(n-2)及多工器MUX(n-3)的輸出信號並受控於控制信號A(n-2)，多工器MUX(n-1)的兩輸入端分別接收資料信號D(n-1)及多工器MUX(n-2)的輸出信號並受控於控制信號A(n-1)。D型正反器DFF的輸入端D接收多工器MUX(n-1)的輸出信號且D型正反器DFF的輸出端Q輸出脈寬調變信號PWM。
實際上，脈寬調變控制器17中之D型正反器DFF所輸出的脈寬調變信號PWM可以是打散式脈寬調變(Scrambled PWM)信號或分布式脈寬調變(Distributed PWM)信號，端視實際需求而定。
接下來，將先以脈寬調變信號PWM為打散式脈寬調變(Scrambled PWM)信號為例進行詳細說明。
請參照圖3，圖3繪示根據區間(Segment)及最小脈寬(Minimum pulse width)產生打散式脈寬調變(Scrambled PWM)信號的時序圖。如圖3所示，LED導通期間TON可包括時間t0至t1的期間、時間t1至t2的期間、時間t2至t3的期間、時間t3至t4的期間、時間t4至t5的期間、時間t5至t6的期間、時間t6至t7的期間、時間t7至t8的期間等八個期間。
在時間t0至t1的期間，輸入計數值CT_I係由[0000]計數至[07FF]；在時間t1至t2的期間，輸入計數值CT_I係由[0800]計數至[0FFF]；在時間t2至t3的期間，輸入計數值CT_I係由[1000]計數至[17FF]；在時間t3 至t4的期間，輸入計數值CT_I係由[1800]計數至[1FFF]；其餘依此類推，直至在時間t7至t8的期間，輸入計數值CT_I係由[3800]計數至[3FFF]為止。
首先，請見圖3中之時間t0至t1的期間。在時間t0至t1的期間內，脈寬調變信號PWM[0000]均維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0001]從時間t0開始維持高位準1個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0002]~PWM[0008]從時間t0開始分別維持高位準1~8個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0009]~PWM[0040]從時間t0開始均維持高位準8個區間(亦即最小脈寬)後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0041]~PWM[0042]從時間t0開始均維持高位準9個區間後變為低位準並維持於低位準不變；其餘依此類推，直至脈寬調變信號PWM[FFFF]在時間t0至t1的期間內均維持於高位準不變為止。
其次，請見圖3中之時間t4至t5的期間。在時間t4至t5的期間內，脈寬調變信號PWM[0000]~PWM[0008]均維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0009]從時間t0開始維持高位準1個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0010]從時間t0開始維持高位準1~8個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0011]~PWM[0041]從時間t0開始均維持高位準8個區間(亦即最小脈寬)後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0042]從時間t0開始維持高位準9個區間後變為低位準並維持於低位準不變；其餘依此類推，直至脈寬調變信號PWM[FFFF]在時間t4至t5的期間內均維持於高位準不變為止。
接著，請見圖3中之時間t2至t3的期間。在時間t2至t3的期間 內，脈寬調變信號PWM[0000]~PWM[0010]均維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0011]從時間t0開始維持高位準1個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0012]~PWM[0018]從時間t0開始分別維持高位準1~8個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0019]~PWM[0042]從時間t0開始均維持高位準8個區間(亦即最小脈寬)後變為低位準並維持於低位準不變；其餘依此類推，直至脈寬調變信號PWM[FFFF]在時間t2至t3的期間內均維持於高位準不變為止。
然後，請見圖3中之時間t6至t7的期間。在時間t6至t7的期間內，脈寬調變信號PWM[0000]~PWM[0010]均維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0011]從時間t0開始維持高位準1個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0012]~PWM[0018]從時間t0開始分別維持高位準1~8個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0019]~PWM[0042]從時間t0開始均維持高位準8個區間(亦即最小脈寬)後變為低位準並維持於低位準不變；其餘依此類推，直至脈寬調變信號PWM[FFFF]在時間t2至t3的期間內均維持於高位準不變為止。
之後，請見圖3中之時間t1至t2的期間。在時間t1至t2的期間內，脈寬調變信號PWM[0000]~PWM[0020]均維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0021]從時間t0開始維持高位準1個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0022]從時間t0開始維持高位準1~8個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0023]~PWM[0042]從時間t0開始均維持高位準8個區間(亦即最小脈寬)後變為低位準並維持於低位準不變；其餘依此類推，直至脈寬調變信號PWM[FFFF]在時間t1至t2 的期間內均維持於高位準不變為止。
至於圖3中之其餘期間，例如時間t5至t6的期間、時間t3至t4的期間、時間t7至t8的期間，亦可依此類推，故於此不另行贅述。
根據上述可知：在LED導通期間TON中之不同時間區間內，脈寬調變控制器可同時根據區間及最小脈寬(例如圖3中之8個區間)來產生打散式脈寬調變信號(Scrambled PWM)，藉以增加刷新率(Frame rate)並同時改善該複數個發光二極體單元在低灰階的顯示效果。
接下來，請參照圖4至圖5。圖4至圖5分別繪示打散式脈寬調變信號之不同實施例。
如圖4所示，LED導通期間TON包括時間t0至t1的期間及時間t1至t3的期間。在時間t0至t1的期間，輸入計數值CT_I係由[0000]開始計數至[1FFF]，脈寬調變信號PWM[0000]均維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0001]從時間t0開始維持高位準1個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0002]~PWM[0004]從時間t0開始分別維持高位準2個區間後變為低位準並維持於低位準不變，依此類推，直至脈寬調變信號PWM[FFFF]在時間t0至t1的期間均維持於低位準為止。
在時間t1至t3的期間，輸入計數值CT_I係由[2000]開始計數至[3FFF]，脈寬調變信號PWM[0000]~PWM[0002]均維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0003]從時間t0開始維持高位準1個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0004]從時間t0開始分別維持高位準2個區間後變為低位準並維持於低位準不變，依此類推，直至脈寬調變信號PWM[FFFF]在時間t1至t3的期間均維持於低位準為止。
如圖5所示，LED導通期間TON可包括時間t0至t1的期間、時間t1至t2的期間、時間t2至t3的期間、時間t3至t5的期間、時間t5至t6的期間、時間t6至t7的期間、時間t7至t8的期間、時間t8至t10的期間等八個期間。
在時間t0至t1的期間，輸入計數值CT_I係由[0000]開始計數至[07FF]；在時間t1至t2的期間，輸入計數值CT_I係由[0800]開始計數至[0FFF]；在時間t2至t3的期間，輸入計數值CT_I係由[1000]開始計數至[17FF]；在時間t3至t5的期間，輸入計數值CT_I係由[1800]開始計數至[1FFF]；其餘依此類推，直至在時間t8至t10的期間，輸入計數值CT_I係由[3800]開始計數至[3FFF]為止。
首先，請見圖5中之時間t0至t1的期間。在時間t0至t1的期間內，脈寬調變信號PWM[0000]均維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0001]~PWM[0008]均從時間t0開始維持高位準1個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0010]從時間t0開始維持高位準2個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0011]~PWM[0012]從時間t0開始均維持高位準3個區間後變為低位準並維持於低位準不變；其餘依此類推，直至脈寬調變信號PWM[FFFE]~PWM[FFFF]在時間t0至t1的期間內均維持於高位準不變為止。
其次，請見圖5中之時間t5至t6的期間。在時間t5至t6的期間內，脈寬調變信號PWM[0000]~PWM[0001]均維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0002]~PWM[0008]均從時間t0開始維持高位準1個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0010]~PWM[0011]從時間t0 開始維持高位準2個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0012]從時間t0開始均維持高位準3個區間後變為低位準並維持於低位準不變；其餘依此類推，直至脈寬調變信號PWM[FFFE]~PWM[FFFF]在時間t5至t6的期間內均維持於高位準不變為止。
接著，請見圖5中之時間t2至t3的期間。在時間t2至t3的期間內，脈寬調變信號PWM[0000]~PWM[0002]均維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0003]~PWM[0008]均從時間t0開始維持高位準1個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0010]~PWM[0012]從時間t0開始維持高位準2個區間後變為低位準並維持於低位準不變；其餘依此類推，直至脈寬調變信號PWM[FFFE]~PWM[FFFF]在時間t2至t3的期間內均維持於高位準不變為止。
然後，請見圖5中之時間t7至t8的期間。在時間t7至t8的期間內，脈寬調變信號PWM[0000]~PWM[0003]均維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0004]~PWM[0008]均從時間t0開始維持高位準1個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0010]~PWM[0012]從時間t0開始維持高位準2個區間後變為低位準並維持於低位準不變；其餘依此類推，直至脈寬調變信號PWM[FFFE]~PWM[FFFF]在時間t7至t8的期間內均維持於高位準不變為止。
之後，請見圖5中之時間t1至t2的期間。在時間t1至t2的期間內，脈寬調變信號PWM[0000]~PWM[0004]均維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0005]~PWM[0008]均從時間t0開始維持高位準1個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0010]~PWM[0012]從時間t0 開始維持高位準2個區間後變為低位準並維持於低位準不變；其餘依此類推，直至脈寬調變信號PWM[FFFE]~PWM[FFFF]在時間t1至t2的期間內均維持於高位準不變為止。
然後，請見圖5中之時間t6至t7的期間。在時間t6至t7的期間內，脈寬調變信號PWM[0000]~PWM[0005]均維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0006]~PWM[0008]均從時間t0開始維持高位準1個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0010]~PWM[0012]從時間t0開始維持高位準2個區間後變為低位準並維持於低位準不變；其餘依此類推，直至脈寬調變信號PWM[FFFE]~PWM[FFFF]在時間t6至t7的期間內均維持於高位準不變為止。
之後，請見圖5中之時間t3至t5的期間。在時間t3至t5的期間內，脈寬調變信號PWM[0000]~PWM[0006]均維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0007]~PWM[0008]均從時間t0開始維持高位準1個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0010]~PWM[0012]從時間t0開始維持高位準2個區間後變為低位準並維持於低位準不變；其餘依此類推，直至脈寬調變信號PWM[FFFF]在時間t3至t5的期間內均維持於高位準不變為止。
最後，請見圖5中之時間t8至t10的期間。在時間t8至t10的期間內，脈寬調變信號PWM[0000]~PWM[0007]均維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0008]從時間t0開始維持高位準1個區間後變為低位準並維持於低位準不變；脈寬調變信號PWM[0010]~PWM[0012]從時間t0開始維持高位準2個區間後變為低位準並維持於低位準不變；其餘依此類推，直至脈寬 調變信號PWM[FFFF]在時間t8至t10的期間內均維持於高位準不變為止。
接著，將以脈寬調變信號PWM為分布式脈寬調變(Distributed PWM)信號為例進行詳細說明。
請參照圖6，圖6繪示根據不同頻率(週期)及數量的串列時脈(Serial clock)信號於LED導通時間(ON time)內的不同時間區間分別產生不同頻寬的分布式脈寬調變(Distributed PWM)信號的時序圖。
需先說明的是，由於圖2中之時脈產生器11可於發光二極體導通期間TON內產生複數個串列時脈(Serial clock)信號SCLK至脈寬調變控制器17，並且如圖6所示，該複數個串列時脈信號SCLK可包括控制起始脈波(Control start pulse)信號ST、資料傳輸(Data transmission)信號TX、發光二極體導通期間TON及脈寬調變致能(PWM enable)信號W，但不以此為限。
如圖6所示，發光二極體導通期間TON可分為不同的時間區間T1~T3，並且時脈產生器11可在不同的時間區間T1~T3內可分別根據不同頻率(週期)及數量的串列時脈信號SCLK_0產生不同頻寬的分布式(Distributed)脈寬調變信號PWM。
舉例而言，假設在時間區間T1內的串列時脈信號SCLK_0的數量為(27-1)=127且其週期為27T=128T，在時間區間T2內的串列時脈信號SCLK_0的數量為(25-1)=31且其週期為22T=4T，在時間區間T3內的串列時脈信號SCLK_0的數量為(22-1)=3且其週期為20T=T。由於時脈產生器11在發光二極體導通期間TON中之不同時間區間T1~T3內所提供的串列時脈信號SCLK_0分別具有不同的頻率(週期)及數量，故脈寬調變控制器17可據以產 生不同頻寬的分布式(Distributed)脈寬調變信號PWM。
由上述可知：時間區間T1=(127x128T)、時間區間T2=(31x4T)且時間區間T3=(3xT)，故可得到發光二極體導通期間TON=T1+T2+T3=(127x128T)+(31x4T)+(3xT)=16383T。此外，由於在不同的時間區間T1~T3內的串列時脈信號SCLK_0的數量分別為(27-1)個、(25-1)個、(22-1)個，故亦可將圖6之實施例稱為(7+5+2)模式，但不以此為限。
接著，請參照圖7A至圖7C及圖8A至圖8B。圖7A至圖7C及圖8A至圖8B分別繪示分布式脈寬調變(Distributed PWM)信號之不同實施例。
如圖7A所示，發光二極體導通期間TON可分為不同的時間區間T1~T2，並且時脈產生器11可在不同的時間區間T1~T2內可分別根據不同頻率(週期)及數量的串列時脈信號SCLK_0產生不同頻寬的分布式(Distributed)脈寬調變信號PWM。假設在時間區間T1內的串列時脈信號SCLK_0的數量為(210-1)=1023且其週期為24T=16T，在時間區間T2內的串列時脈信號SCLK_0的數量為(21-1)x4=1x4且其週期分別為23T=8T、22T=4T、21T=2T、20T=T。由於時脈產生器11在發光二極體導通期間TON中之不同時間區間T1~T2內所提供的串列時脈信號SCLK_0分別具有不同的頻率(週期)及數量，故脈寬調變控制器17可據以產生不同頻寬的分布式(Distributed)脈寬調變信號PWM。
由上述可知：時間區間T1=(1023x16T)且時間區間T2=(8T+4T+2T+T)，故可得到發光二極體導通期間TON=T1+T2=(1023x16T)+(8T+4T+2T+T)=16383T。此外，由於在不同的時間區間T1~T2內的串列時脈信號SCLK_0的數量分別為(210-1)個、(21-1)個、(21-1)個、(21- 1)個、(21-1)個，故亦可將圖7A之實施例稱為(10+1+1+1+1)模式，但不以此為限。
如圖7B所示，發光二極體導通期間TON可分為不同的時間區間T1~T2，並且時脈產生器11可在不同的時間區間T1~T2內可分別根據不同頻率(週期)及數量的串列時脈信號SCLK_0產生不同頻寬的分布式(Distributed)脈寬調變信號PWM。假設在時間區間T1內的串列時脈信號SCLK_0的數量為(210-1)=1023且其週期為24T=16T，在時間區間T2內的串列時脈信號SCLK_0的數量為(24-1)=15且其週期為20T=T。由於時脈產生器11在發光二極體導通期間TON中之不同時間區間T1~T2內所提供的串列時脈信號SCLK_0分別具有不同的頻率(週期)及數量，故脈寬調變控制器17可據以產生不同頻寬的分布式(Distributed)脈寬調變信號PWM。
由上述可知：時間區間T1=(1023x16T)且時間區間T2=(15xT)，故可得到發光二極體導通期間TON=T1+T2=(1023x16T)+(15xT)=16383T。此外，由於在不同的時間區間T1~T2內的串列時脈信號SCLK_0的數量分別為(210-1)個、(24-1)個，故亦可將圖7B之實施例稱為(10+4)模式，但不以此為限。
如圖7C所示，發光二極體導通期間TON可分為不同的時間區間T1~T2，並且時脈產生器11可在不同的時間區間T1~T2內可分別根據不同頻率(週期)及數量的串列時脈信號SCLK_0產生不同頻寬的分布式(Distributed)脈寬調變信號PWM。假設在時間區間T1內的串列時脈信號SCLK_0的數量為(210-1)=1023且其週期為24T=16T，而且每個串列時脈信號可多加一個週期為T的虛設時脈(Dummy clock)信號DUM，在時間區間T2內的 串列時脈信號SCLK_0的數量為(24-1)=15且其週期為20T=T，而且每個串列時脈信號可多加一個週期為T的虛設時脈(Dummy clock)信號DUM。加入虛設時脈信號DUM可使發光二極體的發光亮度能變得更線性。由於時脈產生器11在發光二極體導通期間TON中之不同時間區間T1~T2內所提供的串列時脈信號SCLK_0分別具有不同的頻率(週期)及數量，故脈寬調變控制器17可據以產生不同頻寬的分布式(Distributed)脈寬調變信號PWM。
由上述可知：時間區間T1=1023x(16T+T)且時間區間T2=15T(PWM)+14T(DUM)=29T，故可得到發光二極體導通期間TON=T1+T2=(1023x17T)+(29T)=17420T。於實際應用中，在時間區間T1內的串列時脈信號SCLK_0的週期16T亦可加上偏移時間(Toffset0)而變成16T+Toffset0且在時間區間T2內的串列時脈信號SCLK_0的週期T亦可加上偏移時間(Toffset1)而變成T+Toffset1，但不以此為限。
如圖8A所示，發光二極體導通期間TON可分為不同的時間區間T1~T2，並且時脈產生器11可在不同的時間區間T1~T2內可分別根據不同頻率(週期)及數量的串列時脈信號SCLK_0產生不同頻寬的分布式(Distributed)脈寬調變信號PWM。假設在時間區間T1內的串列時脈信號SCLK_0的數量為(27-1)=127且其週期為27T=128T，在時間區間T2內的串列時脈信號SCLK_0的數量為(27-1)=127且其週期為20T=T。由於時脈產生器11在發光二極體導通期間TON中之不同時間區間T1~T2內所提供的串列時脈信號SCLK_0分別具有不同的頻率(週期)及數量，故脈寬調變控制器17可據以產生不同頻寬的分布式(Distributed)脈寬調變信號PWM。
由上述可知：時間區間T1=(127x128T)且時間區間 T2=(127xT)，故可得到發光二極體導通期間TON=T1+T2=(127x128T)+(127xT)=16383T。此外，由於在不同的時間區間T1~T2內的串列時脈信號SCLK_0的數量分別為(27-1)個、(27-1)個，故亦可將圖8A之實施例稱為(7+7)模式，但不以此為限。
如圖8B所示，發光二極體導通期間TON可分為不同的時間區間T1~T2，並且時脈產生器11可在不同的時間區間T1~T2內可分別根據不同頻率(週期)及數量的串列時脈信號SCLK_0產生不同頻寬的分布式(Distributed)脈寬調變信號PWM。需說明的是，此實施例中之時間區間T1與時間區間T2係彼此交錯間隔。假設在時間區間T1內的串列時脈信號SCLK_0的數量為(27-1)=127且其週期為27T=128T，在時間區間T2內的串列時脈信號SCLK_0的數量為(27-1)=127且其週期為20T=T。由於時脈產生器11在發光二極體導通期間TON中之不同時間區間T1~T2內所提供的串列時脈信號SCLK_0分別具有不同的頻率(週期)及數量，故脈寬調變控制器17可據以產生不同頻寬的分布式(Distributed)脈寬調變信號PWM。
由上述可知：時間區間T1=(127x128T)且時間區間T2=(127xT)，故可得到發光二極體導通期間TON=T1+T2=(127x128T)+(127xT)=16383T。此外，由於在不同的時間區間T1~T2內的串列時脈信號SCLK_0的數量分別為(27-1)個、(27-1)個，故亦可將圖8B之實施例稱為(7+7)模式，但不以此為限。
於一實施例中，如圖9A所示，打散式(Scrambled)的脈寬調變控制器9A可包括資料排列電路90及比較器92。比較器92耦接資料排列電路90。資料排列電路90分別接收輸入資料信號GSD_I、輸入計數值CT_I及暫 存設定REG並提供輸出資料信號GSD_O及輸出計數值CT_O至比較器92。比較器92分別接收輸出資料信號GSD_O及輸出計數值CT_O並輸出脈寬調變信號PWM。需說明的是，此實施例採用比較器之方式明顯不同於圖2所採用之位元選擇方式。
於另一實施例中，如圖9B所示，脈寬調變控制器9B可包括資料排列電路90、比較器92、位元選擇電路BS、或閘OR及D型正反器DFF。位元選擇電路BS與比較器92均耦接至資料排列電路90的輸出端。需說明的是，位元選擇電路BS與比較器92可分別應用於資料信號的不同部分。舉例而言，位元選擇電路BS可應用於資料信號之最高有效位元(Most Significant Bit,MSB)的部分且比較器92可用於資料信號之最低有效位元(Least Significant Bit,LSB)的部分，但不以此為限。
於實際應用中，如圖9C所示，在最低有效位元(LSB)的部分可使用二元(Binary)方式的位元選擇(例如圖9C中之脈寬調變信號PWM1所示)、或是使用分散式的位元選擇(例如圖9C中之脈寬調變信號PWM2所示)、或是使用比較器的方式(例如圖9C中之脈寬調變信號PWM3所示)，且其脈寬可往右增加(亦即隨時間增加)或往左增加(亦即隨時間減少)，並無特定之限制。
依據本發明之另一具體實施例為一種發光二極體顯示驅動裝置運作方法。於此實施例中，發光二極體顯示驅動裝置運作方法係用以運作發光二極體顯示驅動裝置。發光二極體顯示驅動裝置包括脈寬調變控制器及驅動電流源。脈寬調變控制器具有位元選擇(Bit select)電路架構。實際上，發光二極體顯示驅動裝置可以是主動矩陣式微型發光二極體(AM μLED)顯示驅動裝置且該複數個發光二極體單元可以是微型發光二極體(μLED)單元，但不以此為限。
請參照圖10，圖10繪示此實施例中之發光二極體顯示驅動裝置運作方法的流程圖。如圖10所示，發光二極體顯示驅動裝置運作方法可包括下列步驟：步驟S10：於不同時間下，脈寬調變控制器選擇具有不同位元的資料來產生脈寬調變信號；步驟S12：驅動電流源根據脈寬調變信號產生複數個驅動電流；以及步驟S14：於發光二極體導通期間內，該複數個驅動電流分別驅動複數個發光二極體單元發光。
於一實施例中，於步驟S10中，脈寬調變控制器所產生的脈寬調變信號可以是打散式脈寬調變(Scrambled PWM)信號，且脈寬調變控制器可同時根據區間(Segment)及最小脈寬(Minimum pulse width)產生打散式脈寬調變信號，藉以增加刷新率(Frame rate)並同時改善該複數個發光二極體單元在低灰階的顯示效果，但不以此為限。
於另一實施例中，發光二極體顯示驅動裝置還可包括時脈產生器，發光二極體顯示驅動裝置運作方法還可包括下列步驟：於發光二極體導通期間內，時脈產生器產生複數個串列時脈(Serial clock)信號至脈寬調變控制器。於此步驟中，發光二極體導通期間可包括複數個區間，時脈產生器可於該複數個區間內分別提供具有不同頻率(週期)及數量的該複數個串列時脈信號至脈寬調變控制器，但不以此為限。於實際應用中，每個串 列時脈信號可多加虛設時脈(Dummy clock)信號，以使該複數個發光二極體的發光亮度能變得更線性，且每個串列時脈信號的週期可加上偏移時間(Offset time)，但不以此為限。
於另一實施例中，發光二極體顯示驅動裝置運作方法還可包括下列步驟：脈寬調變控制器根據具有不同頻率(週期)及數量的該複數個串列時脈信號於該複數個區間內分別產生具有不同頻寬的分布式脈寬調變(Distributed PWM)信號，但不以此為限。
相較於先前技術，本發明之發光二極體顯示驅動裝置及其運作方法可達到下列優點/功效：(1)低耗能(Power consumption)；(2)高幀率(Frame rate)；(3)發光二極體在低灰階的顯示效果良好；(4)有效減少其所需接腳(Pin)之數目；以及(5)有效減少其所需行/列驅動器(Row/column driver)之數目，故能有效解決先前技術所遭遇到的問題。
S10~S14:步驟

Claims (1)

  1. 一種發光二極體顯示驅動裝置，包括： 一脈寬調變控制器，用以產生一脈寬調變信號； 一驅動電流源，耦接該脈寬調變控制器，用以根據該脈寬調變信號產生複數個驅動電流，以於一發光二極體導通期間(LED on-time)內分別驅動複數個發光二極體發光； 一時脈產生器，耦接該脈寬調變控制器，用以於該發光二極體導通期間內產生複數個串列時脈(Serial clock)信號至該脈寬調變控制器； 其中，該複數個串列時脈信號包括控制起始脈波(Control start pulse)信號、資料傳輸(Data transmission)信號、發光二極體顯示導通(LED display on)信號及脈寬調變致能(PWM enable)信號。
TW112108336A 2021-05-11 2022-01-04 發光二極體顯示驅動裝置及其運作方法 TWI839150B (zh)

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