以色序法显色的光源.pdf

本发明是关于一种以色序法显色的光源，控制RGB三色发光时序，利用视觉暂留而达所欲显示的色彩。上述光源包含复数个发光区域以及色序控制电路，此发光区域的发光单元光源由红、绿及蓝的发光单元光源所提供。色序控制电路电性连接至复数个发光区域，利用色序法控制复数个发光显示区域的显色操作。

1.  一种以色序法显色的光源，包含：
复数个发光区域；
复数个发光单元，耦合至该复数个发光区域，以提供该复数个发光区域所需的光；
一色序控制电路，电性连接至该复数个发光区域，以色序法控制该复数个发光区域的显色；以及
一电荷回收电路，连接至该复数个发光单元，当该复数个发光单元由绿或蓝发光单元转换成红发光单元时，该电荷回收电路储存第二电压减第一电压的电位差，输出一第一电压准位。

2.  根据权利要求1所述的以色序法显色的光源，其特征在于：其中当该复数个发光单元由红发光单元转换成绿或蓝发光单元动作时，该电荷回收电路将释放电压并提供电压至该复数个发光单元，藉以使该复数个发光单元能维持一第二电压准位。

3.  根据权利要求1所述的以色序法显色的光源，其特征在于：其中该发光区域包括：
一双环PWM控制电路，连接至该复数个发光单元正极；
一升压电路，连接至该复数个发光单元正极，以提供该第一电压或该第二电压值至该复数个发光单元；
一电位移位电路，将输入至该电位移位电路的电压移位至另一准位的电压值以提供至该升压电路；以及
一电流平衡电路，连接至该复数个发光单元负极以及该色序控制电路，藉以供给至该红、绿或蓝发光单元能维持电流平衡，使降低电流误差。

4.  根据权利要求1所述的以色序法显色的光源，其特征在于：其中该红发光单元的操作电压为该第一电压，该绿或蓝发光单元的操作电压为该第二电压；其中该第一电压小于该第二电压。

5.  根据权利要求1所述的以色序法显色的光源，其特征在于：其中该色序控制电路包括：
一计数器；
一移位缓存器，连接至该计数器；
一控制信号样式单元，连接至该计数器与该移位缓存器，以提供控制信号至该电流平衡电路；以及
一电压切换单元，连接至该计数器，以切换电压。

6.  根据权利要求1所述的以色序法显色的光源，其特征在于：其中该复数个发光单元包含发光二极管。

以色序法显色的光源
技术领域
本发明是有关一种显示器的发光技术，特别是关于以色序法显色的光源。
背景技术
随着高科技发展，视讯产品，诸如数字化的视讯或影像装置，是已经成为市面上一般消费产品。基于液晶面板产业的成熟与价格的平民化，上述视讯或影像装置目前大都采用液晶显示器装置，故其成为一重要组件，使用者可由液晶显示器装置读取所需的信息。典型的液晶显示器(LCD)包含具有共享电极及彩色滤光层(color filter)的对向基板、具有薄膜晶体管数组(thin film transistor array，TFT array)基板及复数个电极的薄膜晶体管基板，以及介置于其间的液晶层(liquid crystal layer)。施加电压于像素电极及共享电极，其间的电压差会产生电场。利用电场变异性会改变液晶层内的液晶分子的指向，从而改变通过液晶层的透光性。藉由调整像素电极与共享电极之间的电压差，液晶显示器即可显示出所欲影像。
习知对向基板中包括一基板、多个彩色滤光图案、黑矩阵以及透明电极层。彩色滤光图案是配置于其基板上，且与薄膜晶体管数组基板的画素区域相对应，而各彩色滤光图案之间是以黑矩阵隔开。彩色滤光图案与黑矩阵上覆盖有透明电极层。
美国专利第6,744,443号亦揭露一种应用于显示器的查表法(Look Up Table method)，其显示器的架构包含查表(LUT)、数字模拟转换器、控制器、定时器(timer)。透过加载对应的查表数据，显示器可自动调节内部的色彩平衡，在所有条件下均能真实再现白色的效果，以提供白平衡功能。此种显示器的驱动方式较为简单，与一般外加驱动IC的驱动方式相同，但是产生全彩的影像仍需要透过彩色滤光片(color filter)，成本并未降低。
上述习知技术所揭露的装置，皆需利用彩色滤光片产生彩色影像，制造成本较高昂。
发明内容
基于上述，本发明的目的是在于提供一种用于显示器的色序法控制显色的光源，毋需使用彩色滤光片。
本发明是揭露一种以色序法显色的光源，包含：复数个发光区域；复数个发光单元，耦合至复数个发光区域，以提供复数个发光区域所需的光；及一色序控制电路，电性连接至复数个发光区域，以色序法控制复数个发光区域的显色。
本发明亦揭露一种以色序法显色的光源，包含：复数个发光区域；复数个发光单元，耦合至复数个发光区域，以提供复数个发光区域所需的光；一色序控制电路，电性连接至复数个发光区域，以色序法控制复数个发光区域的显色；以及一电荷回收电路，连接至复数个发光单元，当复数个发光单元由绿或蓝发光单元转换成红发光单元动作时，电荷回收电路储存第二电压减第一电压的电位差，输出第一电压准位。
其中上述每一个发光区域包括：一双环PWM控制电路，连接至电荷回收电路；一升压电路，连接至复数个发光单元正极以及双环PWM控制电路，以提供一第一电压或一第二电压值至复数个发光单元；以及一电位移位电路，将输入至电位移位电路的电压移位(shift)至另一准位的电压值以提供至升压电路。
可令红发光单元的操作电压为第一电压，绿或蓝发光单元的操作电压为第二电压；其中第一电压小于第二电压。
当发光区域的复数个发光单元由绿或蓝发光单元转换成红发光单元动作时，电荷回收电路储存第二电压减第一电压的电位差，输出第一电压准位。
上述色序控制电路包括一计数器(counter)；一移位缓存器(shift register)，连接至计数器；一控制信号样式(pattern)单元，连接至计数器与移位缓存器，以提供控制信号至电流平衡电路；以及一电压切换单元，连接至计数器，以切换电压。
本发明的用于显示器的色序法显色的光源，利用色序法时序控制红、绿、蓝颜色画面停留于显示器的时间，藉由视觉暂留混色呈现全彩的影像，毋须使用彩色滤光片，减少了显示器的生产成本。
本发明以硬件控制方式实现色序法控制，可将数字讯号整合于单颗IC中，且其电路架构简单，可直接透过修改控制信号样式(pattern)，达到实施色序法的显色次序。再者，本发明的色序法的光源具有电荷回收电路，于切换红或绿、蓝的光源时，提供切换电压，以有效缩短升压电路的充电时间，加速电压切换速度。
附图说明
上述组件，以及本发明其它特征与优点，藉由阅读实施方式的内容及其图式后，将更为明显：
第一图根据本发明的较佳实施例，为以色序法显色的光源的示意图。
第二图根据本发明的较佳实施例，为电流平衡电路的电路图。
第三图根据本发明的较佳实施例，为色序控制电路的方块图。
第四图根据本发明的较佳实施例，为以色序法显色的光源操作的状态图。
附图中主要组件符号说明：
100  光源
102a 发光区域
102b 发光区域
102c  发光区域
104   色序控制电路
108   升压电路
110   双环PWM控制电路
112   电位移位电路
114   发光单元
116   电流平衡电路
118   电荷回收电路
302   计数器
304   移位缓存器
306   电压切换单元
308   控制信号样式单元
具体实施方式
本发明将配合其较佳实施例与后附的图式详述于下。应可理解，本发明中的较佳实施例是仅用以说明，而非用以限定本发明。此外，除文中的较佳实施例外，本发明亦可广泛应用于其它实施例，并且本发明并不限定于任何实施例，而应视权利要求所述的范围而定。
贯穿本说明书的「一实施例(one embodiment)」或「实施例(a embodiment)」，其意指描述关于较佳实施例的一特殊特征、结构或特性，且包含至少一个本发明的较佳实施例。因此，于本发明书的各处出现的词组于「一实施例中(in one embodiment)」或「于实施例中(in aembodiment)」，不须完全参照相同的实施例。再者，其特殊特征、结构或特性可以任何适当的方式结合于一个或多个较佳实施例中。
本发明是揭露一种藉由色序法显色的显示器。本发明利用色序法(color sequential)，透过时序控制红、绿、蓝颜色画面停留于显示器的时间，藉由视觉暂留，在视网膜上在视觉暂留时间内混色而呈现全彩影像，毋须使用彩色滤光片，减少了显示器的生产成本。再者，本发明的电荷回收电路，于切换红或绿、蓝的光源时，提供额外的切换电压，有效缩短升压电路的充电时间，加速电压切换速度。
参照第一图，根据本发明的实施例，所示为以色序法显色的光源100示意图。光源100由复数个发光区域102a、102b以及102c所组成。色序控制电路104耦合至每一个发光区域102a、102b或102c，以利于色序控制电路104利用色序法决定复数个发光区域的操作时序，而控制复数个发光区域102a、102b、102c的显色。
每一个发光区域102a、102b或102c个别地具有升压电路(boost circuit)108、双环(dualloop)PWM(Pulse Width Modulation)控制电路110、电位移位(1evel shift)电路112、发光单元114、电流平衡电路116以及电荷回收电路118。
本实施例将以发光区域102a为说明对象，然光源100内的每一个发光区域皆为相同的配置，故有关发光区域102b及102c重复的部分将不再赘述。请先参照发光区域102a，发光单元114是由红R₁、绿G₁及蓝B₁三种发光单元所组成，以构成光源100。于较佳实施例，其红R₁、绿G₁或蓝B₁发光单元可为红、绿或蓝的发光二极管(light emitting diode，LED)。发光单元114由红R₁、绿G₁、蓝B₁发光二极管串联路径所组成。
升压电路108连接至双环PWM控制电路110、发光单元114以及电荷回收电路118。升压电路108将输入电压升压后，提供至发光单元114。升压电路108可为一般的升压电路，由电感、功率晶体管、二极管以及推动功率晶体管的缓冲器所组成。
升压电路108可提供第一电压V₁或第二电压V₂输出至发光单元114，其是取决于控制电路104的控制信号。举一实施例而言，第一电压V₁为红光发光二极管的操作电压；而第二电压V₂为蓝光或绿光二极管的操作电压。第一电压V₁低于第二电压V₂。
控制电路104透过电位移位电路112将电压信号传送至电荷回收电路118。电位移位电路112是用于将控制电路104所提供的编码的数字电压信号(约为5V)，提高其准位(约12V)并提供至电荷回收电路118。
双环PWM控制电路110将输入电压提供至升压电路108。可藉由控制升压电路108的输入电压，调整升压电路108内的功率晶体管导通时间长短，进而决定升压电路108内的电感充放电时间。
双环PWM控制电路110具有过电流模式以及正常模式。于过电流模式，其避免升压电路108的电感电流过大，导致电感饱和，则双环PWM控制电路110产生限流信号，关闭功率晶体管。于正常模式，双环PWM控制电路110将会拉取回授信号与前馈信号作电流比较，微调电感电流使其成为常数，并产生准确的脉波宽度调变信号。
电流平衡电路116连接至控制电路104以及红R₁、绿G₁、蓝B₁发光单元的负极。电流平衡电路116是用来保持每一路红R₁、绿G₁或蓝B₁发光单元皆保持电流平衡，藉以维持亮度平衡。具体的实施例，请参考第二图的电流平衡电路116的电路图。
电流平衡电路116连接发光单元114。发光单元114是由红R₁、绿G₁、蓝B₁三个发光二极管串联路径所组成。电流平衡电路116包括两个运算放大器(OPA)OPA₁及OPA₂。运算放大器OPA₁的目的是用来提供电流镜稳定电流。只要透过调整V_RF1电压值或电阻R_ext，即可控制电流I₁。运算放大器OPA₂连接电阻(R_y1、R_y2及R_y3)与金氧半导体开关(M₁、M₂及M₃)，其目的是用来以消除电流镜所产生的通道调变效应(channel length modulation effect)。
控制闸(AND₁、AND₂及AND₃)的输入端PWM与EN接收控制信号，控制上述发光二极管串联路径的操作。输入端EN为「enable」信号，控制发光二极管串联路径导通或关闭；而输入端PWM则用以控制发光二极管的路径的导通时间。
当输入信号「1」至输入端EN₁；且PWM₁导通(On)，以接收控制信号，则触发传输闸TG₁导通，电流I₁则可供给至开关M₁的闸极，使开关M₁导通，如此发光二极管路径R₁导通而发光。可透过控制输入至PWM的信号，调整发光二极管路径的导通时间。
回到第一图，电荷回收电路118连接至电位移位电路112以及红R₁、绿G₁、蓝B₁发光单元的正极。电荷回收电路118可储存第一电压V₁与第二电压V₂间的切换电压。若由高电压转低电压时，多余的电荷将储存在电荷回收电路118的电容内；若低压转高压时，则电荷回收电路118将储存的电荷释放至输出端V_out，缩短了升压电路108的充电时间。
当发光区域102a的发光单元114由绿G₁或蓝B₁的发光二极管路径转换成红R₁的发光二极管路径动作时，电荷回收电路118将储存切换电压，以维持第一电压V₁准位。当发光区域102a的发光单元114由红R₁的发光二极管路径转换成绿G₁或蓝B₁的路径动作时，电荷回收电路118能将储存电压加回输出端V_out，使发光单元114能维持第二电压V₂准位。
控制电路104个别地连接至发光区域102a、102b及102c的电流平衡电路116。透过控制传送至电流平衡电路116的PWM及EN端的信号，控制电路104可控制发光二极管路径的操作。控制电路104连接至电位移位电路112，将其控制电路104所传送的编码数字电压讯号，直接提高电压准位成高电压以输入至电荷回收电路118。
请参照第三图，根据本发明的较佳实施例，为控制电路104的方块图。控制电路104包括计数器(counter)302、移位缓存器(shift register)304、电压切换单元306以及控制信号样式(pattern)单元308。
控制电路104的输入信号包括重置信号(Reset)、起始脉波信号(STV)以及频率信号(CPV)。重置信号的目的是清除显示区域画面。输出信号包括第一控制信号S₁与第二控制信号S₂。控制信号样式单元308的18个输出端提供第一控制信号S₁至电流平衡电路116。第一控制信号S₁经由数字模拟转换器(DAC)编码，提供至电流平衡电路116的PWM及EN端。18个输出端平均分配给发光区域102a、102b及102c的电流平衡电路116，以控制光源100的显示区域操作。其第一控制信号的定义如表一所示。

表一
P1-P9代表输入至发光区域102a-102c内的电路平衡电路116的PWM信号。E1-E9代表输入至电路平衡电路116的EN信号。P1-P3及E1-E3对应至发光区域102a；P4-P6及E4-E6对应至发光区域102b；P7-P9及E7-E9对应至发光区域102c。
若PWM信号为X，EN讯号为0(低电位)，则不允许发光单元动作(表示显示区域画面插黑(Black Frame Insertion)进行扫描)；若PWM信号为On(表示绿/蓝的周期信号)，EN信号也为1，代表显示蓝色或绿色发光单元；若PWM信号为Off(表示红发光单元的周期信号)，EN信号为1，代表显示红色发光单元。
举例而言，当第一个状态(KBB)，三个显示区域依序分别呈现黑色(K)、蓝色、蓝色，故发光区域102a不动作，即显示区域画面呈现黑色(插黑)。发光区域102b仅有P6及E6信号为1，表示显示蓝色发光单元。发光区域102c仅有P9及E9信号为1，亦代表显示蓝色发光单元。
又如第五个状态(GKR)，发光区域102a-c依序显示绿色、黑色及红色。发光区域102a仅有P2、E2信号为1，故其画面显示绿色；发光区域102b没有动作信号，故其画面显示黑色；发光区域102c仅P7为0，E7为1，故其画面显示红色。其它状态可依此类推，不再赘述。
电压切换单元306有三个输出端，提供第二控制信号S₂至电荷回收电路118，以供第一电压V₁与第二电压V₂的切换讯号，如表二所示。