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TWI406229B - 以色序法顯色之光源裝置 - Google Patents

以色序法顯色之光源裝置 Download PDF

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TWI406229B
TWI406229B TW097149050A TW97149050A TWI406229B TW I406229 B TWI406229 B TW I406229B TW 097149050 A TW097149050 A TW 097149050A TW 97149050 A TW97149050 A TW 97149050A TW I406229 B TWI406229 B TW I406229B
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TW
Taiwan
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light
voltage
color
circuit
emitting
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TW097149050A
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English (en)
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TW201025246A (en
Inventor
Ling Li
Wen Chih Tai
Chia Lin Liu
Chi Neng Mo
Original Assignee
Chunghwa Picture Tubes Ltd
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Publication date
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Priority to US12/432,143 priority patent/US8259060B2/en
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Description

以色序法顯色之光源裝置
本發明係有關一種顯示器之發光技術，特別是關於以色序法顯色之光源裝置。
隨著高科技發展，視訊產品，諸如數位化之視訊或影像裝置，係已經成為市面上一般消費產品。基於液晶面板產業之成熟與價格之平民化，上述視訊或影像裝置目前大都採用液晶顯示器裝置，故其成為一重要元件，使用者可由液晶顯示器裝置讀取所需之資訊。典型的液晶顯示器(LCD)包含具有共用電極及彩色濾光層(color filter)之對向基板、具有薄膜電晶體陣列(thin film transistor array,TFT array)基板及複數個電極之薄膜電晶體基板，以及介置於其間的液晶層(liquid crystal layer)。施加電壓於像素電極及共用電極，其間的電壓差會產生電場。利用電場變異性會改變液晶層內之液晶分子的指向，從而改變通過液晶層的透光性。藉由調整像素電極與共用電極之間的電壓差，液晶顯示器即可顯示出所欲影像。
習知對向基板中包括一基板、多個彩色濾光圖案、黑矩陣以及透明電極層。彩色濾光圖案係配置於其基板上，且與薄膜電晶體陣列基板之畫素區域相對應，而各彩色濾光圖案之間係以黑矩陣隔開。彩色濾光圖案與黑矩陣上覆蓋有透明電極層。
美國專利第6,744,443號亦揭露一種應用於顯示器之 查表法(Look Up Table method)，其顯示器之架構包含查表(LUT)、數位類比轉換器、控制器、定時器(timer)。
透過載入對應的查表資料，顯示器可自動調節內部的色彩平衡，在所有條件下均能真實再現白色的效果，以提供白平衡功能。此種顯示器的驅動方式較為簡單，與一般外加驅動IC的驅動方式相同，但是產生全彩的影像仍需要透過彩色濾光片(color filter)，成本並未降低。
上述習知技術所揭露的裝置，皆需利用彩色濾光片產生彩色影像，製造成本較高昂。
基於上述，本發明之目的係在於提供一種用於顯示器之色序法控制顯色之光源，毋需使用彩色濾光片。
本發明係揭露一種以色序法顯色之光源裝置，包含：複數個發光區域；複數個發光單元，耦合至複數個發光區域，以提供複數個發光區域所需之光；及一色序控制電路，電性連接至複數個發光區域，以色序法控制複數個發光區域之顯色。
本發明亦揭露一種以色序法顯色之光源裝置，包含：複數個發光區域，每一發光區域包括複數個發光單元，而該些發光單元提供該發光區域所需之光；一色序控制電路，電性連接至複數個發光區域，以色序法控制複數個發光區域之顯色；以及一電荷回收電路，連接至複數個發光單元，當複數個發光單元由綠或藍發光單元轉換成紅發光單元動作時，電荷回收電路儲存第二電壓減第一電壓之電 位差，輸出第一電壓準位。
其中上述每一個發光區域包括：一雙環PWM控制電路，連接至電荷回收電路；一升壓電路，連接至複數個發光單元正極以及雙環PWM控制電路，以提供一第一電壓或一第二電壓值至複數個發光單元；以及一電位移位電路，將輸入至電位移位電路之電壓移位(shift)至另一準位之電壓值以提供至升壓電路。
可令紅發光單元之操作電壓為第一電壓，綠或藍發光單元之操作電壓為第二電壓；其中第一電壓小於第二電壓。
當發光區域之複數個發光單元由綠或藍發光單元轉換成紅發光單元動作時，電荷回收電路儲存第二電壓減第一電壓之電位差，輸出第一電壓準位。
上述色序控制電路包括一計數器(counter)；一移位暫存器(shift register)，連接至計數器；一控制信號樣式(pattern)單元，連接至計數器與移位暫存器，以提供控制信號至電流平衡電路；以及一電壓切換單元，連接至計數器，以切換電壓。
本發明之用於顯示器之色序法顯色之光源，利用色序法時序控制紅、綠、藍顏色畫面停留於顯示器的時間，藉由視覺暫留混色呈現全彩的影像，毋須使用彩色濾光片，減少了顯示器的生產成本。
本發明以硬體控制方式實現色序法控制，可將數位訊號整合於單顆IC中，且其電路架構簡單，可直接透過修改控制信號樣式(pattern)，達到實施色序法之顯色次序。
再者，本發明之色序法之光源具有電荷回收電路，於切換紅或綠、藍之光源時，提供切換電壓，以有效縮短升壓電路的充電時間，加速電壓切換速度。
本發明將配合其較佳實施例與後附之圖式詳述於下。應可理解，本發明中之較佳實施例係僅用以說明，而非用以限定本發明。此外，除文中之較佳實施例外，本發明亦可廣泛應用於其他實施例，並且本發明並不限定於任何實施例，而應視後附之申請專利範圍而定。
貫穿本說明書之「一實施例(one embodiment)」或「實施例(a embodiment)」，其意指描述關於較佳實施例之一特殊特徵、結構或特性，且包含至少一個本發明之較佳實施例。因此，於本發明書之各處出現之片語於「一實施例中(in one embodiment)」或「於實施例中(in a embodiment)」，不須完全參照相同之實施例。再者，其特殊特徵、結構或特性可以任何適當之方式結合於一個或多個較佳實施例中。
本發明係揭露一種藉由色序法顯色之顯示器。本發明利用色序法(color sequential)，透過時序控制紅、綠、藍顏色畫面停留於顯示器的時間，藉由視覺暫留，在視網膜上在視覺暫留時間內混色而呈現全彩影像，毋須使用彩色濾光片，減少了顯示器的生產成本。再者，本發明之電荷回收電路，於切換紅或綠、藍之光源時，提供額外的切換電壓，有效縮短升壓電路的充電時間，加速電壓切換速度。
參照第一圖，根據本發明之實施例，所示為以色序法顯色之光源裝置100示意圖。光源100由複數個發光區域102a、102b以及102c所組成。色序控制電路104耦合至每一個發光區域102a、102b或102c，以利於色序控制電路104利用色序法決定複數個發光區域的操作時序，而控制複數個發光區域102a、102b、102c的顯色。
每一個發光區域102a、102b或102c個別地具有升壓電路(boost circuit)108、雙環(dual loop)PWM(Pulse Width Modulation)控制電路110、電位移位(level shift)電路112、發光單元114、電流平衡電路116以及電荷回收電路118。
本實施例將以發光區域102a為說明對象，然光源100內的每一個發光區域皆為相同的配置，故有關發光區域102b及102c重複的部分將不再贅述。請先參照發光區域102a，發光單元114係由紅R1 、綠G1 及藍B1 三種發光單元所組成，以構成光源100。於較佳實施例，其紅R1 、綠G1 或藍B1 發光單元可為紅、綠或藍之發光二極體(light emitting diode,LED)。發光單元114由紅R1 、綠G1 、藍B1 發光二極體串聯路徑所組成。
升壓電路108連接至雙環PWM控制電路110、發光單元114以及電荷回收電路118。升壓電路108將輸入電壓升壓後，提供至發光單元114。升壓電路108可為一般的升壓電路，由電感、功率電晶體、二極體以及推動功率電晶體之緩衝器所組成。
升壓電路108可提供第一電壓V1 或第二電壓V2 輸出至發光單元114，其係取決於控制電路104的控制信號。舉一實施例而言，第一電壓V1 為紅光發光二極體之操作電壓；而第二電壓V2 為藍光或綠光二極體之操作電壓。第一電壓V1 低於第二電壓V2 。
控制電路104透過電位移位電路112將電壓信號傳送至電荷回收電路118。電位移位電路112係用於將控制電路104所提供之編碼之數位電壓信號(約為5V)，提高其準位(約12V)並提供至電荷回收電路118。
雙環PWM控制電路110將輸入電壓提供至升壓電路108。可藉由控制升壓電路108之輸入電壓，調整升壓電路108內的功率電晶體導通時間長短，進而決定升壓電路108內的電感充放電時間。
雙環PWM控制電路110具有過電流模式以及正常模式。於過電流模式，其避免升壓電路108之電感電流過大，導致電感飽和，則雙環PWM控制電路110產生限流信號，關閉功率電晶體。於正常模式，雙環PWM控制電路110將會拉取回授信號與前饋信號作電流比較，微調電感電流使其成為常數，並產生準確的脈波寬度調變信號。
電流平衡電路116連接至控制電路104以及紅R1 、綠G1 、藍B1 發光單元之負極。電流平衡電路116是用來保持每一路紅R1 、綠G1 或藍B1 發光單元皆保持電流平衡，藉以維持亮度平衡。具體之實施例，請參考第二圖之電流平衡電路116之電路圖。
電流平衡電路116連接發光單元114。發光單元114是由紅R1 、綠G1 、藍B1 三個發光二極體串聯路徑所組成。電流平衡電路116包括兩個運算放大器(OPA)OPA1 及OPA2 。運算放大器OPA1 的目的是用來提供電流鏡穩定電流。只要透過調整VRF1 電壓值或電阻Rext ，即可控制電流I1 。運算放大器OPA2 連接電阻(Ry1 、Ry2 及Ry3 )與金氧半導體開關(M1 、M2 及M3 )，其目的是用來以消除電流鏡所產生的通道調變效應(channel length modulation effect)。
控制閘(AND1 、AND2 及AND3 )之輸入端PWM與EN接收控制信號，控制上述發光二極體串聯路徑的操作。輸入端EN為「enable」信號，控制發光二極體串聯路徑導通或關閉；而輸入端PWM則用以控制發光二極體的路徑的導通時間。
當輸入信號「1」至輸入端EN1 ；且PWM1 導通(On)，以接收控制信號，則觸發傳輸閘TG1 導通，電流I1 則可供給至開關M1 之閘極，使開關M1 導通，如此發光二極體路徑R1 導通而發光。可透過控制輸入至PWM之信號，調整發光二極體路徑的導通時間。
回到第一圖，電荷回收電路118連接至電位移位電路112以及紅R1 、綠G1 、藍B1 發光單元之正極。電荷回收電路118可儲存第一電壓V1 與第二電壓V2 間之切換電壓。若由高電壓轉低電壓時，多餘的電荷將儲存在電荷回收電路118之電容內；若低壓轉高壓時，則電荷回收電路118將儲存的電荷釋放至輸出端Vout ，縮短了升壓電路108的充電時間。
當發光區域102a之發光單元114由綠G1 或藍B1 之發光二極體路徑轉換成紅R1 之發光二極體路徑動作時，電荷回收電路118將儲存切換電壓，以維持第一電壓V1 準位。當發光區域102a之發光單元114由紅R1 之發光二極體路徑轉換成綠G1 或藍B1 之路徑動作時，電荷回收電路118能將儲存電壓加回輸出端Vout ，使發光單元114能維持第二電壓V2 準位。
控制電路104個別地連接至發光區域102a、102b及102c之電流平衡電路116。透過控制傳送至電流平衡電路116之PWM及EN端的信號，控制電路104可控制發光二極體路徑的操作。控制電路104連接至電位移位電路112，將其控制電路104所傳送的編碼數位電壓訊號，直接提高電壓準位成高電壓以輸入至電荷回收電路118。
請參照第三圖，根據本發明之較佳實施例，為控制電路104之方塊圖。控制電路104包括計數器(counter)302、移位暫存器(shift register)304、電壓切換單元306以及控制信號樣式(pattern)單元308。
控制電路104之輸入信號包括重置信號(Reset)、起始脈波信號(STV)以及時脈信號(CPV)。重置信號的目的是清除顯示區域畫面。輸出信號包括第一控制信號S1 與第二控制信號S2 。控制信號樣式單元308之18個輸出端提供第一控制信號S1 至電流平衡電路116。第一控制信號S1 經由數位類比轉換器(DAC)編碼，提供至電流平衡電路116之PWM及EN端。18個輸出端平均分配給發光區域102a、102b及102c之電流平衡電路116，以控制光源100之顯示區域操作。其第一控制信號的定義如表一所示。
P1-P9代表輸入至發光區域102a-102c內的電路平衡電路116之PWM信號。E1-E9代表輸入至電路平衡電路116之EN信號。P1-P3及E1-E3對應至發光區域102a；P4-P6及E4-E6對應至發光區域102b；P7-P9及E7-E9對應至發光區域102c。
若PWM信號為X，EN訊號為0(低電位)，則不允許發光單元動作(表示顯示區域畫面插黑(Black Frame Insertion)進行掃描)；若PWM信號為On(表示綠/藍之週期信號)，EN信號也為1，代表顯示藍色或綠色發光單元；若PWM信號為Off(表示紅發光單元之週期信號)，EN信號為1，代表顯示紅色發光單元。
舉例而言，當第一個狀態(KBB)，三個顯示區域依序分別呈現黑色(K)、藍色、藍色，故發光區域102a不動作，即顯示區域畫面呈現黑色(插黑)。發光區域102b僅有P6及E6信號為1，表示顯示藍色發光單元。發光區域102c僅有P9及E9信號為1，亦代表顯示藍色發光單元。
又如第五個狀態(GKR)，發光區域102a-c依序顯示綠色、黑色及紅色。發光區域102a僅有P2、E2信號為1，故其畫面顯示綠色；發光區域102b沒有動作信號，故其畫面顯示黑色；發光區域102c僅P7為0，E7為1，故其畫面顯示紅色。其他狀態可依此類推，不再贅述。
電壓切換單元306有三個輸出端，提供第二控制信號S2 至電荷回收電路118，以供第一電壓V1 與第二電壓V2 之切換訊號，如表二所示。
因紅、綠、藍之發光二極體，三種不同的發光二極體只需要應用兩種操作電壓做辨別，故僅定義第一電壓V1 與第二電壓V2 。當紅光發光二極體之操作電壓為第一電壓V1 ；綠或藍光二極體之操作電壓為第二電壓V2 。若顯示區域為插黑模式時，可任意提供第一電壓V1 或第二電壓V2 。因為處於插黑模式的顯示區域，其光源會被遮斷，畫面僅顯示黑色，故任意電壓可施加之。
下述光源100操作流程，請參考第四圖的狀態圖。首先傳送重置信號至控制電路104，以清除顯示區域之畫面。隨後傳送起始脈波信號(STV)至控制電路104，控制信號樣式單元308開始傳送第一筆狀態KBB資料。電壓切換單元306傳送對應第一狀態之電壓值之控制信號至電荷回收電路118。計數器302會對時脈信號加總，若顯示器之解析度為768*1400，則每一個顯示區域總計數次數為256。當計數器302加總計數次數等於256時，控制信號樣式單元308則送出第二筆狀態資料(RKB)，此時電壓切換單元306也會更新電荷回收電路的操作電壓值。當輪過第三狀態(RRK)後，插黑程序已經完整依序掃描過三個顯示區域，此時傳送起始信號，在傳送第四筆狀態資料(KRR)，其後步驟依此類推，直到九個狀態都輪過一次後，等待重置信號清除畫面，再重新循環。
本發明利用色序法時序控制紅、綠、藍顏色畫面停留於顯示器的時間，藉由視覺暫留之方式，透過視覺暫留混色而呈現全彩的影像，具有下列幾點優點：(1)毋須使用彩色濾光片，減少了顯示器的生產成本。(2)利用本發明之顯示器不須使用彩色濾光片將可提升光穿透率。(3)本發明動態調整電壓，如此可減少驅動電路功率消耗。傳統有彩色濾光片的顯示器須由三個紅、綠、藍子畫素組成一個畫素，因此本發明之顯示器之解析度將較傳統之顯示器較高。(4)本發明使用紅、綠及藍發光二極體做為顯示器之背光，如此將可提昇影像色彩飽和度。
另外，本發明具有電荷回收電路，於切換紅或綠、藍之光源時，提供切換電壓，以有效縮短升壓電路的充電時間，加速電壓切換速度。
本發明以較佳實施例說明如上，然其並非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。
100‧‧‧光源
102a‧‧‧發光區域
102b‧‧‧發光區域
102c‧‧‧發光區域
104‧‧‧色序控制電路
108‧‧‧升壓電路
110‧‧‧雙環PWM控制電路
112‧‧‧電位移位電路
114‧‧‧發光單元
116‧‧‧電流平衡電路
118‧‧‧電荷回收電路
302‧‧‧計數器
304‧‧‧移位暫存器
306‧‧‧電壓切換單元
308‧‧‧控制信號樣式單元
上述元件，以及本發明其他特徵與優點，藉由閱讀實施方式之內容及其圖式後，將更為明顯：第一圖根據本發明之較佳實施例，為以色序法顯色之光源裝置之示意圖。
第二圖根據本發明之較佳實施例，為電流平衡電路之電路圖。
第三圖根據本發明之較佳實施例，為色序控制電路之方塊圖。
第四圖根據本發明之較佳實施例，為以色序法顯色之光源裝置操作之狀態圖。
100．．．光源
102a．．．發光區域
102b．．．發光區域
102c．．．發光區域
104．．．色序控制電路
108．．．升壓電路
110．．．雙環PWM控制電路
112．．．電位移位電路
114．．．發光單元
116．．．電流平衡電路
118．．．電荷回收電路

Claims (6)

  1. 一種以色序法顯色之光源裝置，包含：複數個發光區域，每一發光區域包括複數個發光單元，而該些發光單元提供該發光區域所需之光；一色序控制電路，電性連接至該複數個發光區域，以色序法控制該複數個發光區域之顯色；以及一電荷回收電路，連接至該複數個發光單元，當該複數個發光單元由綠或藍發光單元轉換成紅發光單元時，該電荷回收電路儲存一第二電壓減一第一電壓之電位差，輸出一第一電壓準位。
  2. 如請求項1之以色序法顯色之光源裝置，其中當該複數個發光單元由紅發光單元轉換成綠或藍發光單元動作時，該電荷回收電路將釋放電壓並提供電壓至該複數個發光單元，藉以使該複數個發光單元能維持一第二電壓準位。
  3. 如請求項1之以色序法顯色之光源裝置，其中該發光區域包括：一雙環PWM控制電路，連接至該複數個發光單元正極；一升壓電路，連接至該複數個發光單元正極，以提供該第一電壓或該第二電壓值至該複數個發光單元；一電位移位電路，將輸入至該電位移位電路之電壓移位 (shift)至另一準位之電壓值以提供至該升壓電路；以及一電流平衡電路，連接至該複數個發光單元負極以及該色序控制電路，藉以供給至該紅、綠或藍發光單元能維持電流平衡(current balance)，使降低電流誤差。
  4. 如請求項1之以色序法顯色之光源裝置，其中該紅發光單元之操作電壓為該第一電壓，該綠或藍發光單元之操作電壓為該第二電壓；其中該第一電壓小於該第二電壓。
  5. 如請求項3之以色序法顯色之光源裝置，其中該色序控制電路包括：一計數器(counter)；一移位暫存器(shift register)，連接至該計數器；一控制信號樣式(pattern)單元，連接至該計數器與該移位暫存器，以提供控制信號至該電流平衡電路；以及一電壓切換單元，連接至該計數器，以切換電壓。
  6. 如請求項1之以色序法顯色之光源裝置，其中該複數個發光單元包含發光二極體。
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