TWM452576U - 發光二極體驅動電路與驅動系統 - Google Patents

發光二極體驅動電路與驅動系統 Download PDF

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Description

發光二極體驅動電路與驅動系統
本創作是有關於一種發光二極體驅動電路，且特別是有關於一種可提高發光二極體利用率(effective rate)與畫面更新率(refresh rate)的發光二極體驅動電路與驅動系統。
發光二極體(Light Emitting Diode，簡稱LED)是一種固態發光元件，由P型與N型的半導體材料組成，它能產生在紫外線、可見光以及紅外線區域內的自輻射光。由於LED具有省電、壽命長、亮度高等諸多優點，近來在環保與節能省碳的趨勢下，LED的應用愈來愈廣泛，例如交通號誌、路燈、手電筒、液晶顯示的背光模組或是譬如LED燈泡之各式照明裝置等。
LED顯示屏產業目前皆以高色階解析度、高畫面刷新率、高LED利用率、高掃描數、多驅動晶片串接顆數及降低成本為發展目標。採用基本款驅動晶片價格較為便宜，但在掃描屏的應用下要達到高色階解析度、高畫面刷新率、高掃描數會造成LED利用率降低及晶片串接顆數變少的缺點。採用較貴的內建脈波寬度調變(plus width modulation,PWM)功能的驅動晶片在掃描屏的應用下雖然可以較易達到高色階解析度及高LED利用率的目標，但若要追求高畫面刷新率則必須降低晶片串接顆數與掃描數。且採用內建脈波寬度調變(plus width modulation,PWM)功能的驅動晶片成本會增加許多。
本創作實施例提供一種發光二極體驅動電路與其驅動系統，其發光二極體驅動電路具有兩個資料儲存單元，可以同時儲存一亮度設定值的兩個位元或兩筆驅動資料，並依據一輸出控制單元所輸出的選擇信號輸出該兩個資料儲存單元的值，以達到快速掃描的效果。驅動系統可以分割並且重組各位元所對應的有效時間以產生新的子週期，使單一源圖像換幀週期具有更多的子週期以提高畫面刷新率與發光二極體利用率。
本創作實施例提出一種發光二極體驅動電路，適用於驅動至少一發光二極體，包括一移位暫存單元、一第一資料儲存單元、一第二資料儲存單元、一輸出選擇單元、一輸出控制單元與一驅動單元。移位暫存單元用以接收與一亮度設定值相關之資料；第一資料儲存單元耦接於該移位暫存單元，用以儲存一第一資料；第二資料儲存單元耦接於該移位暫存單元，用以儲存一第二資料。輸出選擇單元耦接於該第一資料儲存單元與該第二資料儲存單元，根據一選擇信號選擇輸出該第一資料儲存單元所儲存的值或該第二資料儲存單元所儲存的值。輸出控制單元根據該致能信號輸出該選擇信號至該輸出選擇單元，驅動單元耦接於該輸出選擇單元，根據該第一資料儲存單元儲存的值、該第二資料儲存單元所儲存的值以及一致能信號決定該些發光二極體的一發光時間。
在本創作實施例中，其中該第一資料為該亮度設定值的一第一位元；該第二資料為該亮度設定值的一第二位元。
在本創作實施例中，其中該第一資料為一第一亮度設定值中的一個位元；該第二資料為一第二亮度設定值中的一個位元。
在本創作實施例中，上述輸出控制單元可根據該致能信號與一資料閂鎖信號之組合輸出該選擇信號至該輸出選擇單元，使該輸出選擇單元選擇輸出該第一資料儲存單元所儲存的值或該第二資料儲存單元所儲存的值。
在本創作實施例中，其中該第一資料儲存單元與該第二資料儲存單元根據相同的一資料閂鎖信號分別儲存該第一資料與該第二資料。
在本創作實施例中，其中該第一資料儲存單元根據一第一資料閂鎖信號儲存該第一資料；該第二資料儲存單元根據該第二資料閂鎖信號儲存該第二資料。
在本創作實施例中，其中該驅動單元包括至少一邏輯閘與一驅動輸出電路，該邏輯閘之輸入端耦接於該致能信號與該輸出選擇單元之輸出，該邏輯閘之輸出端耦接該驅動輸出電路。
本創作實施例另提出一種發光二極體的驅動系統，包括一控制單元與上述發光二極體驅動電路。控制單元用以輸出一致能信號和與一亮度設定值相關的資料，發光二極體驅動電路，耦接於該控制單元，根據控制單元所輸出的致能信號與該亮度設定值相關的資料決定發光二極體的發光時間。
綜上所述，本創作之驅動系統可以分割與重組各位元所對應的有效時間以產生新的子週期，使單一源圖像換幀週期具有更多的子週期以提高畫面刷新率與發光二極體利用率。另，發光二極體驅動電路具有兩個資料儲存單元，也可以應用在掃描的驅動架構中。
為讓本創作之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
在下文中，將藉由圖式說明本創作之實施例來詳細描述本創作，而圖式中的相同參考數字可用以表示類似的元件。
〔第一實施例〕
請參照圖1，圖1繪示本創作第一實施的發光二極體的驅動系統示意圖。驅動系統100包括控制單元110與發光二極體驅動電路120，控制單元110耦接於發光二極體驅動電路120，並且輸出致能信號EN與資料輸入信號DIN至發光二極體驅動電路120。發光二極體驅動電路120根據致能信號EN與資料輸入信號DIN驅動發光二極體101，用以產生色階變化。控制單元110例如為發光二極體顯示屏的控制器，可用來處理與輸出顯示資料，也可以提供資料閂鎖信號或時脈信號至發光二極體驅動電路120。依照不同的晶片規格與設計需求，控制單元110可具有不同的功能，本實施並不受限。發光二極體驅動電路120例如為發光二極體的驅動晶片，主要用來提供驅動電流以驅動發光二極體101。發光二極體驅動電路120可以利用電流大小或電流輸出時序來調整發光二極體101所產生的色階(亮度)。控制單元110與發光二極體驅動電路120可以經由印刷電路板或信號線連接，本實施例不限制控制單元110與發光二極體驅動電路120之間的連接關係。
請同時參照圖1與圖2，圖2繪示本發發明第一實施例的發光二極體驅動電路120的電路圖。發光二極體驅動電路120包括移位暫存單元210、第一資料儲存單元220、第二資料儲存單元230、輸出選擇單元240與驅動單元250。移位暫存單元210用以接收與亮度設定值相關的資料(即資料輸入信號 DIN)。第一資料儲存單元220耦接於移位暫存單元210，用以儲存一第一資料。第二資料儲存單元230耦接於移位暫存單元210，用以儲存一第二資料。輸出選擇單元240耦接於第一資料儲存單元220與第二資料儲存單元230，根據選擇信號SS選擇輸出第一資料儲存單元220所儲存的值或第二資料儲存單元230所儲存的值。驅動單元250耦接於輸出選擇單元240，根據第一資料儲存單元220儲存的值、第二資料儲存單元230所儲存的以及致能信號EN決定發光二極體101的發光時間。
移位暫存單元210主要用來暫存自控制單元110所傳送的亮度設定值相關之資料，其可以根據資料輸入信號DIN的位元順序將兩筆亮度設定值相關之資料分別儲存於兩個暫存區。第一資料儲存單元220與第二資料儲存單元230可以根據資料閂鎖信號LAT，分別閂鎖上述兩個暫存區中的資料。根據電路設計需求，移位暫存單元210可以將兩筆亮度設定值相關之資料分別儲存於兩個暫存區，或是將單筆亮度設定值相關之資料拆成兩部份，分別儲存於兩個暫存區。亮度設定值相關之資料也可以依照不同的位元排列方式，分成兩組具有位置對應關係的資料，分別儲存於移位暫存單元210的兩個暫存區中，以配合驅動時序，分別閂鎖於第一資料儲存單元220與第二資料儲存單元230。
第一與第二資料儲存單元220、230可以同時閂鎖不同筆的驅動資料，或是儲存同一掃描週期中所需的驅動資料或是位元資料。由於本實施例的發光二極體驅動電路120具有兩組料儲存單元220、230，因此可以應用在掃描(multiplexing/scan)的發光二極體顯示屏架構中，使驅動電路在相同的資料傳輸速 度情況下具有更高的畫面刷新率(refresh rate)與LED利用率。
輸出選擇單元240可以依照選擇信號SS輸出第一與第二資料儲存單元220、230中的值(資料)，其輸出方式可以同時輸出或交錯輸出，其可依照設計需求而定。
驅動單元250具有多個輸出端OUT_1~OUT_P(P為正整數)，用以耦接發光二極體101。驅動單元250可以調整輸出端OUT_1~OUT_P的電流以驅動多個發光二極體101。一般而言，驅動單元250具有多個定電流電路，可以分別控制流入輸出端OUT_1~OUT_P的電流以決定發光二極體101的發光時間與亮度。電流的方向可以依照設計需求與發光二極體101的驅動方向而定，本實施例不限制驅動單元250的電流輸出方向與其定電流電路的電路設計架構。
驅動單元250耦接於控制單元110，並且根據控制單元110所輸出的致能信號EN與輸出選擇單元240所輸出的值，決定各個輸出端OUT_1~OUT_P的電流輸出時序或電流值。
請同時參照圖3，圖3繪示本創作第一實施例的驅動單元250的電路示意圖。驅動單元250可以由多個邏輯閘與驅動輸出電路組成，例如多個及閘(AND gate)351~35P與驅動輸出電路361~36P。及閘351~35P的輸入端分別接收致能信號EN與輸出選擇單元240的輸出，及閘351~35P的輸出端耦接於驅動輸出電路361~36P，依據致能信號與輸出選擇單元240的輸出決定驅動輸出電路是否驅動發光二極體。由圖3可知，當致能信號EN為邏輯高電位且輸出選擇單元240的輸出為邏輯高電位(邏輯1)時，及閘351~35P的輸出才能致能，使驅動輸出電路361~36P輸出電流。驅動輸出電路361~36P例如為定電流輸出，可以輸出定電流以驅動發光二極體101。
此外，當所使用的控制單元110與發光二極體驅動電路120的操作電壓不同時，上述圖2中的發光二極體驅動電路120可包括電壓準位轉換電路或緩衝器，用以轉換致能信號EN與資料輸入信號DIN的電壓準位，使其電壓準位符合發光二極體驅動電路120的操作需求。電壓準位轉換電路或緩衝器可依照設計需求設置或不設置，本實施例不受限制。
〔第二實施例〕
上述發光二極體驅動電路120中的資料閂鎖信號LAT可由發光二極體驅動電路120外部提供，例如由控制單元110提供。選擇信號SS可根據致能信號EN與資料閂鎖信號LAT產生。如圖4所示，圖4繪示本創作第二實施例的發光二極體驅動電路的電路圖。發光二極體驅動電路420與上述發光二極體驅動電路120主要差異在於輸出控制單元410，其耦接於輸出選擇單元240，可根據資料閂鎖信號LAT與致能信號EN產生選擇信號SS至輸出選擇單元240。發光二極體驅動電路420可包括多個電壓準位轉換電路261、262、464、465，分別用以轉換資料輸入信號DIN、致能信號EN、資料時脈信號DCK與資料閂鎖信號LAT的電壓位準。發光二極體驅動電路420可包括緩衝器263，用以轉換移位暫存單元210的輸出，即資料輸出信號DOUT的電壓準位，以符合下一級電路的操作需求。上述電壓準位轉換電路261、262、464、465例如是史密斯觸發器，但本實施例不限制於此。
〔第三實施例〕
在上述第一實施例中，上述發光二極體驅動電路420中的第一資料儲存單元220與第二資料儲存單元230可以根據相同或不同的資料閂鎖信號來閂鎖資料。如圖5所示，圖5繪示本 創作第三實施例的發光二極體驅動電路的電路圖。發光二極體驅動電路520與發光二極體驅動電路420主要差異在於第一資料儲存單元220與第二資料儲存單元230分別根據資料閂鎖信號LAT1、LAT2來閂鎖資料，其中資料閂鎖信號LAT1、LAT2可為不同的信號。也就是說，第一資料儲存單元220與第二資料儲存單元230可以按照不同的時序來閂鎖資料，此實施例之移位暫存單元210可以縮短長度僅提供一個暫存區，並利用分時的方法將不同資料分別儲存於第一資料儲存單元220與第二資料儲存單元230。
此外，值得注意的是，上述圖2~圖5僅為本創作的發光二極體驅動電路的實施方式，其內部電路架構可以依照設計需求調整，本創作的發光二極體驅動電路不限制於圖2~圖5。
接下來，進一步說明驅動系統100驅動發光二極體101的方法，上述驅動系統100可切割亮度設定值的部份位元所對應的有效時間權重(effective time weight)為多個子有效時間權重，然後不同位元的子有效時間權重合併為新的子週期，或是將不同位元的有效權重與子有效時間權重合併以產生新的子週期，藉此提高顯示屏的畫面刷新率(refresh rate)與LED利用率(effective rate)。
本創作的發光二極體驅動電路120具有第一資料儲存單元220與第二資料儲存單元230，其可以用來儲存在同一週期中所需的兩筆驅動資料。舉例來說，當發光二極體驅動電路120需要在同一子週期中使用兩個位元的資料來決定發光二極體101的發光時間時，上述兩筆位元的資料可以預先儲存在第一資料儲存單元220與第二資料儲存單元230中，讓發光二極體驅動電路120可以在同一子週期中直接取得兩筆資料以驅 動發光二極體101。利用上述發光二極體驅動電路120的架構，本創作的發光二極體驅動電路120與其驅動系統100可以應用在各種驅動方法上，尤其是會對資料進行分割或重新整合的驅動方法上。
此外，值得注意的是，上述元件之間的耦接關係包括直接或間接的電性連接，只要可以達到所需的電信號傳遞功能即可，本創作並不受限。上述實施例中的技術手段可以合併或單獨使用，其元件可依照其功能與設計需求增加、去除、調整或替換，本創作並不受限。在經由上述實施例之說明後，本技術領域具有通常知識者應可推知其實施方式，在此不加贅述。
綜上所述，本創作提供具有兩個資料儲存單元的發光二極體驅動電路與應用其之驅動系統。發光二極體驅動電路中的兩個資料儲存單元可以在同一驅動週期中儲存兩筆資料，例如兩個位元或是兩筆驅動資料，讓發光二極體驅動電路可以在同一驅動週期使用兩筆資料來驅動發光二極體。因此本創作之發光二極體驅動電路與應用其之驅動系統可適用於多掃的發光二極體架構中以及會對不同驅動週期進行分割與重整的驅動模式。另，具有兩個資料儲存單元的發光二極體驅動電路可以在較低的頻寬下傳輸較高的資料，可提高畫面更新的速率。
雖然本創作之較佳實施例已揭露如上，然本創作並不受限於上述實施例，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作所揭露之範圍內，當可作些許之更動與調整，因此本創作之保護範圍應當以後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧驅動系統
110‧‧‧控制單元
101‧‧‧發光二極體
120、420、520‧‧‧發光二極體驅動電路
210‧‧‧移位暫存單元
220‧‧‧第一資料儲存單元
230‧‧‧第二資料儲存單元
240‧‧‧輸出選擇單元
250‧‧‧驅動單元
261、262、464、465‧‧‧電壓準位轉換電路
263‧‧‧緩衝器
351~35P‧‧‧及閘
361~36P‧‧‧驅動輸出電路
410‧‧‧輸出控制單元
EN‧‧‧致能信號
DIN‧‧‧資料輸入信號
SS‧‧‧選擇信號
LAT‧‧‧資料閂鎖信號
OUT_1~OUT_P‧‧‧輸出端
DOUT‧‧‧資料輸出信號
LAT1、LAT2‧‧‧資料閂鎖信號
DCK‧‧‧資料時脈信號
圖1繪示本創作第一實施的發光二極體的驅動系統示意 圖。
圖2繪示本發發明第一實施例的驅動系統，包括控制單元110與發光二極體驅動電路120的電路圖。
圖3繪示本創作第一實施例的驅動單元250的電路示意圖。
圖4繪示本創作第二實施例的發光二極體驅動電路的電路圖。
圖5繪示本創作第三實施例的發光二極體驅動電路的電路圖。
100‧‧‧驅動系統
110‧‧‧控制單元
120‧‧‧發光二極體驅動電路
210‧‧‧移位暫存單元
220‧‧‧第一資料儲存單元
230‧‧‧第二資料儲存單元
240‧‧‧輸出選擇單元
250‧‧‧驅動單元
DIN‧‧‧資料輸入信號
DOUT‧‧‧資料輸出信號
SS‧‧‧選擇信號
EN‧‧‧致能信號
LAT‧‧‧資料閂鎖信號
OUT_1~OUT_P‧‧‧輸出端

Claims (10)

  1. 一種發光二極體驅動電路，適用於驅動至少一發光二極體，包括：一移位暫存單元，用以接收與一亮度設定值相關之資料；一第一資料儲存單元，耦接於該移位暫存單元，用以儲存一第一資料；一第二資料儲存單元，耦接於該移位暫存單元，用以儲存一第二資料；一輸出選擇單元，耦接於該第一資料儲存單元與該第二資料儲存單元，根據一選擇信號選擇輸出該第一資料儲存單元所儲存的值或該第二資料儲存單元所儲存的值；一輸出控制單元，耦接於該輸出選擇單元，該輸出控制單元根據一致能信號輸出該選擇信號至該輸出選擇單元；以及一驅動單元，耦接於該輸出選擇單元，根據該第一資料儲存單元儲存的值、該第二資料儲存單元所儲存的值以及該致能信號決定該些發光二極體的一發光時間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體驅動電路，其中該第一資料為該亮度設定值的一第一位元；該第二資料為該亮度設定值的一第二位元。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體驅動電路，其中該第一資料為一第一亮度設定值中的一個位元；該第二資料為一第二亮度設定值中的一個位元。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體驅動電路，其中該輸出控制單元耦接於該輸出選擇單元，該輸出控制單元根據該致能信號與一資料閂鎖信號之組合輸出該選擇信號至該輸出選擇單元，使該輸出選擇單元選擇輸出該第一資料儲存單 元所儲存的值或該第二資料儲存單元所儲存的值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體驅動電路，其中該第一資料儲存單元與該第二資料儲存單元根據相同的一資料閂鎖信號分別儲存該第一資料與該第二資料。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體驅動電路，其中該第一資料儲存單元根據一第一資料閂鎖信號儲存該第一資料；該第二資料儲存單元根據一第二資料閂鎖信號儲存該第二資料。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體驅動電路，其中該驅動單元包括至少一邏輯閘與一驅動輸出電路，該邏輯閘之輸入端耦接於該致能信號與該輸出選擇單元之輸出，該邏輯閘之輸出端耦接該驅動輸出電路。
  8. 一種發光二極體的驅動系統，包括：一控制單元，用以輸出一致能信號和與一亮度設定值相關的資料；以及一發光二極體驅動電路，耦接於該控制單元，該發光二極體驅動電路包括：一移位暫存單元，用以接收與該亮度設定值相關的資料；一第一資料儲存單元，耦接於該移位暫存單元，用以儲存一第一資料；一第二資料儲存單元，耦接於該移位暫存單元，用以儲存一第二資料；一輸出選擇單元，耦接於該第一資料儲存單元與該第二資料儲存單元，根據一選擇信號選擇輸出該第一資料儲存單元所儲存的值或該第二資料儲存單元所儲存的值； 一輸出控制單元，耦接於該輸出選擇單元，該輸出控制單元根據該致能信號輸出該選擇信號至該輸出選擇單元；以及一驅動單元，耦接於該輸出選擇單元，根據該第一資料儲存單元儲存的值、該第二資料儲存單元所儲存的值以及該致能信號決定該些發光二極體的一發光時間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的驅動系統，其中該輸出控制單元根據該致能信號與一資料閂鎖信號之組合輸出該選擇信號至該輸出選擇單元，使該輸出選擇單元選擇輸出該第一資料儲存單元所儲存的值或該第二資料儲存單元所儲存的值。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的驅動系統，其中該驅動單元包括至少一邏輯閘與一驅動輸出電路，該邏輯閘之輸入端耦接於該致能信號與該輸出選擇單元之輸出，該邏輯閘之輸出端耦接該驅動輸出電路。
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