专利名称：色彩调变系统及其调变方法
技术领域：
本发明涉及一种色彩调变系统及其调变方法，且尤其涉及亮度及色彩信号的色彩 调变系统及其调变方法。
背景技术：
发光二极管(Light Emitting Diode, LED)是一冷光源，具有节省能源、损耗低、快 速启动、无汞及寿命长的特性。自二十世纪末突破了蓝光发光二极管技术障碍之后，就逐渐 发展出可发出高亮度光源的各色发光二极管，并且广大应用在显示器、投影机、照明设备等 各种产品上。因此发光二极管是目前备受瞩目的光源，然而由于受限于发光二极管发出的 光是单一色相，所以需要通过发出不同色相光源的发光二极管整合成为一个发光模块，才 可提供丰富色彩的光源。一般常见的组合是结合发出红、蓝、绿等三原色的发光二极管，再对这三种颜色的 发光二极管分别控制其开启的时间与亮度。但是这种控制方式仅是针对发光二极管在一般 状况下的特性而设计的，并无法解决在长时间使用过后，发光二极管会随着温度或老化的 情况影响亮度或色温稳定性的问题。目前的解决方法是在控制电路中增加检测与回授的机 制，依据测得的发光二极管发光强度个别地提供回授信号至三色发光二极管的驱动装置， 以针对各色发光二极管的现状随时对其照明亮度作对应调变。然而，要达成这样的机制需 要使用许多光检测器并需应用复杂的调变电路，反而提高成本，又产生新的问题。其他的技 术，如美国专利号7397205所公开的系统架构中，需要应用调整电流大小的方式进行亮度 校正，如此则会限制部分发光二极管的工作周期，降低整体的发光效率，亦非良好对策。因此，目前仍然需要一种改良性的调变电路，能配合应用各种颜色的发光二极管 以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的为分别调变驱动第一色发光元件及第二色发光元件发光的驱动电 流的工作周期，进而调变至少一第一色发光元件及至少一第二色发光元件的照明亮度。本发明的另一目的为分别调变驱动第一色发光元件及第二色发光元件发光的驱 动电流的工作周期，使其发出的光介于预定色温范围内，而提供色温稳定的光源。本发明的再一目的为应用感测单元感测多种颜色的色光，以提供光源强度值以供 色彩调变，从而降低电路复杂性。依据本发明，提供一种色彩调变系统，依据多个光源强度值分别调变至少一第一 色发光元件及至少一第二色发光元件的照明亮度，包括驱动单元、感测单元、控制单元及 脉宽调变单元。驱动单元产生第一驱动电流及第二驱动电流，第一驱动电流包括第一工作 周期，第二驱动电流包括第二工作周期，驱动单元并在第一工作周期驱动第一色发光元件 发出第一色光，而在第二工作周期驱动第二色发光元件发出第二色光。感测单元则是分别 感测上述的第一色光及第二色光以对应产生光源强度值。控制单元会依据所述多个光源强度值计算出第一脉宽校正值及第二脉宽校正值，第一脉宽校正值对应于第一色发光元件， 第二脉宽校正值则对应于第二色发光元件。脉宽调变单元进而依据第一脉宽校正值及第二 脉宽校正值分别调变第一工作周期及第二工作周期。依据本发明，提供一种色彩调变方法，依据多个光源强度值分别调变至少一第一 色发光元件及至少一第二色发光元件的照明亮度，包括下列步骤(A)产生第一驱动电流 及第二驱动电流，该第一驱动电流包括第一工作周期，该第二驱动电流包括第二工作周期； (B)在第一工作周期驱动第一色发光元件发出第一色光，而在第二工作周期驱动第二色发 光元件发出第二色光；(C)分别感测第一色光及该第二色光以对应产生所述多个光源强度 值；(D)依据光源强度值，计算出第一脉宽校正值及第二脉宽校正值，第一脉宽校正值对应 于第一色发光元件，第二脉宽校正值对应于第二色发光元件；及(E)依据第一脉宽校正值 及第二脉宽校正值分别调变第一工作周期及第二工作周期。是故，经由对上述的第一色光及第二色光进行感测而对应产生光源强度值后，则 可通过计算出第一脉宽校正值及第二脉宽校正值，并进而据此对第一工作周期及第二工作 周期进行调变，以调变第一色发光元件及第二色发光元件的照明亮度。优选地，通过上述调 变可使得第一色光及第二色光落在预定色温范围内，此预定色温范围可由使用者或制造商 设定，而可提供色温稳定的光源。此外，在第一工作周期及第二工作周期中，优选地可驱动 第一色发光元件与第二色发光元件分别导通预定电流，并且调变增加第一工作周期或第二 工作周期，从而增加第一色发光元件或第二色发光元件的工作周期，更优选地是增加第一 色发光元件或第二色发光元件的工作周期达60%以上。
图1为绘示本发明实施例的色彩调变系统的功能方块示意图。图2为绘示本发明实施例的时钟信号的示意图。图3为绘示本发明实施例的色彩调变方法的步骤流程图。
具体实施例方式为进一步说明各实施例，本发明乃提供有附图。此些附图乃为本创作揭露内容的 一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配 合参考这些内容，本领域技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中 的元件并未按比例绘制，而类似的元件符号通常用来表示类似的元件。首先请参考图1，其中图1为绘示本发明实施例的色彩调变系统的功能方块示意 图。如图中所示，色彩调变系统100包括驱动单元10、存储单元20、感测单元30、模拟数字 转换单元40、控制单元50、时钟取样单元60及脉宽调变单元70。在本实施例中，色彩调变 系统100选择性地包括了存储单元20、模拟数字转换单元40及时钟取样单元60，然而依据 本发明的其他实施例可选择性地省略模拟数字转换单元40及/或时钟取样单元60，或者以 其他数量的元件等效取代。色彩调变系统100可依据多个光源强度值分别调变至少一第一 色发光元件及至少一第二色发光元件的照明亮度，本实施例示范性地以三种颜色的发光二 极管为例，如红色发光二极管102、绿色发光二极管104及蓝色发光二极管106。色彩调变 系统100通过驱动单元10分别与红色发光二极管102、绿色发光二极管104及蓝色发光二极管106电连接，在感测单元30与控制单元50之间电连接有模拟数字转换单元40，控制单 元50并分别与时钟取样单元60及脉宽调变单元70电连接，时钟取样单元60及脉宽调变 单元70的输出端则与驱动单元10电连接。控制单元50在色彩调变系统100启动时可依据多个亮度参考值及多个参考时钟 控制时钟取样单元60或脉宽调变单元70，所述多个亮度参考值及参考时钟可为使用者或 制造者设定或预定的，可存储于与控制单元50电连接的存储单元之中。亮度参考值可依据 所应用的各色发光单元的电子特性不同以及使用者或制造者对色彩调变系统100发出光 源的色温的规范而设定或预定。举例来说，在本实施例中，亮度参考值分别对应色彩调变系 统100发出介于预定色温范围，如8500K 士 20%的色温范围内的光源时，红色发光二极管 102、绿色发光二极管104及蓝色发光二极管106需发出的亮度强度值。其后段落会再详细 说明提供亮度参考值至控制单元50后接续执行的操作过程。时钟取样单元60获得上述参考时钟后，会产生多个驱动时钟及多个取样时钟 并将之提供至驱动单元10，使其产生多个驱动电流，驱动电流分别包括工作周期(Duty Cycle)，在工作周期内，当提供高于导通电位的驱动电位至发光元件时，发光元件会导通而 发光。优选地，驱动单元10在工作周期中，会驱动红色发光二极管102、绿色发光二极管104 及蓝色发光二极管106导通时是以预定电流稳定地导通，因此以稳定地色度发光。在本实 施例中，驱动单元10会因应红色发光二极管102、绿色发光二极管104及蓝色发光二极管 106的导通电位有所不同，而分别产生对应的驱动电流至红色发光二极管102、绿色发光二 极管104及蓝色发光二极管106，以驱动红色发光二极管102发出红色光、绿色发光二极管 104发出绿色光以及蓝色发光二极管106发出蓝色光。所述多个工作周期优选地彼此不同 时，使得红色发光二极管102、绿色发光二极管104及蓝色发光二极管106交替地发光。另一方面，感测单元30感测发光元件发出的光后会对应产生光源强度值。本实施 例的感测单元30是宽频感测器，因此仅需设置感测单元30即可通过分时方式完成对各色 发光元件所发的光的感测，举例来说，在第一工作周期内，红色发光二极管102被驱动以发 出红色光，此时感测单元30感测此红色光的照明亮度以获得对应的光源强度值，而在第二 工作周期内，绿色发光二极管104被驱动以发出绿色光时，感测单元30则感测此绿色光的 照明亮度以获得对应的光源强度值。如此重复地执行感测，使得感测单元30获得分别对应 红色发光二极管102、绿色发光二极管104及蓝色发光二极管106的光源强度值，并将这些 感测得到的光源强度值经模拟数字转换单元40传送至控制单元50。模拟数字转换单元40在此仅是作格式上的转换过程，将感测单元30测得的模拟 格式的光源强度值转换为数字格式。控制单元50获得来自感测单元30的光源强度值后，可依据这些光源强度值及/ 或亮度参考值，计算出多个脉宽校正值。所述多个脉宽校正值分别对应于红色发光二极管 102、绿色发光二极管104及蓝色发光二极管106。此处计算脉宽校正值的公式并无限制，优 选地与红色发光二极管102、绿色发光二极管104及蓝色发光二极管106的个别发光效率及 /或前述的预定色温范围有关，发光效率可以与前述预定电流及光源强度值相关，预定色温 范围则可与亮度参考值相关。因此，控制单元50进行光源强度值与亮度参考值的比较与计 算后，再将其间的差异以脉宽校正值的电子特性，如电位、电流、频率、振幅及/或时间等 特性表示，并将脉宽校正值传送至脉宽调变单元70。
为了更了解脉宽调变单元70的作动，在此请一并参考图2，其为绘示本发明实施 例的时钟信号的示意图。当脉宽调变单元70接收来自控制单元50的脉宽校正值后，会依 据脉宽校正值分别调变对应红色发光二极管102、绿色发光二极管104及蓝色发光二极管 106的驱动电流的工作周期的高电流脉宽(Pulse width) 0通过图2的示范例，详细说明其 间的操作过程如下在图2中，横轴表示时间，纵轴表示亮度大小，其中显示的电子信号Τκ、 Tg与Tb分别对应至红色发光二极管102、绿色发光二极管104及蓝色发光二极管106的驱 动电流。图中标示的“工作周期R/’对应至红色发光二极管102在色彩调变系统100启动 时的工作周期，换言之，在工作周期Rl内的高电流脉宽中，红色发光二极管102会发出红色 光，而“工作周期G/’及“工作周期B/’类似地分别对应至绿色发光二极管104及蓝色发光 二极管106在色彩调变系统100启动时的工作周期。感测单元30在红色发光二极管102、 绿色发光二极管104及蓝色发光二极管106导通发光的期间内，如图中以箭头所示的时间 点，分别感测得到红色发光二极管102、绿色发光二极管104及蓝色发光二极管106发光的 光源强度值。为了简化说明，避免赘述，在此仅以少数个工作周期说明脉宽调变单元70的作动 的示范例。对于红色发光二极管102来说，脉宽调变单元70会依据控制单元50计算出的 脉宽校正值调变电子信号Tk在其前缘区间Ak的高电流脉宽宽度，优选地增加高电流脉宽宽 度，其增加的幅度与脉宽校正值成比例。在此举例将对应工作周期&前缘区间Ak的低电流 全部拉高为高电流，以此增加高电流脉宽宽度而形成调变后工作周期&。然而并不限于以 此比例或区间调变高电流脉宽宽度，如亦可调变工作周期R2的后缘区间的脉宽宽度或以 其他比例进行调变，优选地可调变发光元件的工作周期为大于60%，甚至可达100%。故驱 动单元10在对应工作周期&的高电流脉宽内，会驱动红色发光二极管102导通而发光，可 直观地得知红色发光二极管102发光时间增加，也对应增加红色发光二极管102的照明亮 度。对于绿色发光二极管104及蓝色发光二极管106亦是进行类似的程序，在此不再赘述。 经过分别对红色发光二极管102、绿色发光二极管104及蓝色发光二极管106进行调变之 后，可使得驱动单元10驱动红色发光二极管102、绿色发光二极管104及蓝色发光二极管 106发出的光介于前述的预定色温范围内。另请参考图3，其为绘示本发明实施例的色彩调变方法的步骤流程图。如图中所 示，色彩调变方法包括下列步骤首先，时钟取样单元依据多个参考时钟产生多个驱动时 钟，以供驱动单元产生第一驱动电流及第二驱动电流。此第一驱动电流包括第一工作周期， 第二驱动电流包括第二工作周期(步骤S310)。因此，驱动单元在第一工作周期时，会驱动 第一色发光元件发出第一色光，而在第二工作周期驱动第二色发光元件发出第二色光，优 选地驱动第一色发光元件及第二色发光元件在第一工作周期及第二工作周期中分别导通 预定电流，以此稳定色度(步骤S320)。其后，通过至少一感测单元分别感测第一色光及第 二色光后，感测单元对应产生多个光源强度值提供至控制单元(步骤S330)。控制单元获得 来自感测单元的光源强度值后，会依据这些光源强度值及/或多个亮度参考值计算出第一 脉宽校正值及第二脉宽校正值。第一脉宽校正值对应于第一色发光元件，第二脉宽校正值 对应于第二色发光元件(步骤S340)。在此可还包括步骤将光源强度值的格式进行转换，比 如说将原本的模拟格式转换为数字格式后再传送。之后，依据第一脉宽校正值及第二脉宽 校正值，脉宽调变单元分别调变第一工作周期及第二工作周期(步骤S350)，比如说脉宽调变单元调变增加第一工作周期或第二工作周期的高电流脉宽宽度使其工作周期为大于 60 %，使得第一色光及第二色光介于预定色温范围内。是故，经由对上述的第一色光及第二色光进行感测而对应产生光源强度值后，则 可通过计算出第一脉宽校正值及第二脉宽校正值，并进而据此对第一工作周期及第二工作 周期进行调变，以调变第一色发光元件及第二色发光元件的照明亮度。优选地，通过上述调 变可使得第一色光及第二色光落在预定色温范围内，此预定色温范围可由使用者或制造商 设定，而可提供色温稳定的光源。以上叙述依据本发明多个不同实施例，其中各项特征可以单一或不同结合方式实 施。因此，本发明实施方式的揭露为阐明本发明原则的具体实施例，应不拘限本发明于所揭 示的实施例。进一步言之，先前叙述及其附图仅为本发明示范之用，并不受其限制。其它元 件的变化或组合皆可能，且不悖于本发明的精神与范围。
权利要求
1.一种色彩调变系统，依据多个光源强度值分别调变至少一第一色发光元件及至少一 第二色发光元件的照明亮度，其特征在于包括驱动单元，产生第一驱动电流及第二驱动电流，所述第一驱动电流包括第一工作周期， 所述第二驱动电流包括第二工作周期，所述驱动单元并在所述第一工作周期驱动所述第一 色发光元件发出第一色光，而在所述第二工作周期驱动所述第二色发光元件发出第二色 光；感测单元，分别感测所述第一色光及所述第二色光以对应产生所述多个光源强度值；控制单元，依据所述多个光源强度值计算出第一脉宽校正值及第二脉宽校正值，所述 第一脉宽校正值对应于所述第一色发光元件，所述第二脉宽校正值对应于所述第二色发光 元件；以及脉宽调变单元，依据所述第一脉宽校正值及所述第二脉宽校正值分别调变所述第一工 作周期及所述第二工作周期。
2.如权利要求1所述的色彩调变系统，其特征在于所述脉宽调变单元调变增加所述 第一工作周期或所述第二工作周期的高电流脉宽宽度。
3.如权利要求2所述的色彩调变系统，其特征在于所述第一色发光元件或所述第二 色发光元件的工作周期大于60%。
4.如权利要求1所述的色彩调变系统，其中，所述脉宽调变单元调变所述第一工作周 期或所述第二工作周期的前缘区间或后缘区间的脉宽宽度。
5.如权利要求1所述的色彩调变系统，其特征在于所述脉宽调变单元依据所述第一 脉宽校正值及所述第一脉宽校正值分别调变所述第一工作周期及所述第二工作周期后，所 述第一色光及所述第二色光介于预定色温范围内。
6.如权利要求1所述的色彩调变系统，其特征在于还包括时钟取样单元，提供多个驱 动时钟至所述驱动单元，以供所述驱动单元产生所述第一驱动电流及所述第二驱动电流。
7.如权利要求6所述的色彩调变系统，其特征在于所述控制单元还依据多个亮度参 考值计算出所述第一脉宽校正值及所述第二脉宽校正值。
8.一种色彩调变方法，依据多个光源强度值分别调变至少一第一色发光元件及至少一 第二色发光元件的照明亮度，包括下列步骤(A)产生第一驱动电流及第二驱动电流，所述第一驱动电流包括第一工作周期，所述第 二驱动电流包括第二工作周期；(B)在所述第一工作周期驱动所述第一色发光元件发出第一色光，而在所述第二工作 周期驱动所述第二色发光元件发出第二色光；(C)分别感测所述第一色光及所述第二色光以对应产生所述多个光源强度值；(D)依据所述多个光源强度值计算出第一脉宽校正值及第二脉宽校正值，所述第一脉 宽校正值对应于所述第一色发光元件，所述第二脉宽校正值对应于所述第二色发光元件； 以及(E)依据所述第一脉宽校正值及所述第二脉宽校正值分别调变所述第一工作周期及所 述第二工作周期。
9.如权利要求8所述的色彩调变方法，其特征在于所述步骤(E)还包括调变增加所 述第一工作周期或所述第二工作周期的高电流脉宽宽度。
10.如权利要求9所述的色彩调变方法，其特征在于所述步骤(E)还包括增加所述第 一色发光元件或所述第二色发光元件的工作周期大于60%。
11.如权利要求8所述的色彩调变方法，其中所述步骤(E)还包括调变所述第一工作周 期或所述第二工作周期的前缘区间或后缘区间的脉宽宽度。
12.如权利要求8所述的色彩调变方法，其特征在于所述步骤(E)还包括调变所述第 一工作周期及所述第二工作周期以使所述第一色光及所述第二色光介于预定色温范围内。
全文摘要
本发明提供一种色彩调变系统及其调变方法，对第一色发光元件及第二色发光元件发出的第一色光及第二色光进行感测而对应产生光源强度值后，则可通过计算出第一脉宽校正值及第二脉宽校正值，并进而据此对驱动电流的第一工作周期及第二工作周期进行调变，以调变第一色发光元件及第二色发光元件的照明亮度。通过上述调变使得第一色光及第二色光落在预定色温范围内，而可提供色温稳定的光源。
文档编号H05B37/02GK102045912SQ20091020583
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月9日 优先权日2009年10月9日
发明者庄浚铭, 董子青, 邓家绅 申请人:连营科技股份有限公司