可調光紅綠藍發光二極體數位控制驅動系統開發

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行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

可調光紅綠藍發光二極體數位控制驅動系統開發研究成果報告(精簡版)

計畫類別：個別型

計畫編號： NSC 99-2622-E-011-008-CC3

執行期間： 99 年 06 月 01 日至 100 年 05 月 31 日執行單位：國立臺灣科技大學電機工程系

計畫主持人：劉益華

計畫參與人員：碩士班研究生-兼任助理人員：陳蓉賢碩士班研究生-兼任助理人員：梁文誠碩士班研究生-兼任助理人員：蔡俊嘉

公開資訊：本計畫可公開查詢

中華民國 100 年 12 月 13 日

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中文摘要：現今，高亮度的 LED 不斷的應用在新場合，像 LCD 螢幕、汽車、交通號誌燈、一般照明等等；由於發光效率提升、壽命變長和廣色域的改進，RGB LED 已逐漸取代冷陰極管光燈作為新一代的背光源。本計畫針對液晶顯示器面板提出可調輸出電壓並搭配場色序法之 RGB LED 背光模組驅動電源系統，

並將背光面板分成四個獨立區域進行區域調光控制，更進一步提高畫面對比度與影像品質。為使背光源光利用率提升，

提出場色序法顯示技術依照固定時序驅動不同順向導通電壓之 RGB LED，為達驅動不同發光二極體導通電壓提出以 dsPIC 全數位控制之四相交錯式降壓轉換器操作於不同模式達到快速變動輸出電壓，進一步減少穩流電路之功率損失及輸出電壓漣波，提高整體系統效率。區域調光機制方面本計畫以 FPGA 為核心搭配人機介面將背光源分成獨立的四個區域成功完成混色及區域調光控制。最後本計畫完成一低漣波、高調光比之數位控制型 RGB LED 背光源。

中文關鍵詞： RGB LED 背光模組驅動系統、區域調光控制、RGB LED 場色序法控制、人機介面、數位控制四相交錯式降壓轉換器英文摘要： Higher luminance efficacy, faster response, lower

power consumption, longer operation life, wider color gamut and environmental issues makes RGB LED

backlight driving system suitable for high end LCD applications. In this project, a sequential-color voltage-adaptable RGB LED backlight driving system with local dimming control for LCD panels is

proposed. Using the topology proposed in this

project, the panel can be divided into 4 individual areas. A digitally-controlled multi-phase driving system for RGB LED lamp, a current sharing method, and a human machine interface (HMI) for dimming the backlight module will be presented. The output voltage is adjustable so that RGB LED maintains the desired string current and maximizes the efficiency.

Finally, experimental results are presented to validate the effectiveness and correctness of the proposed system. Besides the presented system can successfully drive the RGB LED backlight module, and the color-mixing can be achieved using the developed HMI and driving system.

英文關鍵詞： RGB LED backlight system, area control, sequential- color control, GUI, digital-control four phase

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converter

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行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

可調光紅綠藍發光二極體數位控制驅動系統開發 Design and Implementation of a dimmable, digitally-controlled

driving system for RGB LED

計畫編號：NSC 99-2622-E-011-008-CC3 執行期限：99/06/01至100/05/31

主持人：劉益華台灣科技大學電機工程學系計畫參與人員：楊宗振，陳敬孝

現今，高亮度的 LED 不斷的應用在新場合，像 LCD摘要螢幕、汽車、交通號誌燈、一般照明等等；由於發光效率提升、壽命變長和廣色域的改進，RGB LED 已逐漸取代冷陰極管光燈作為新一代的背光源。本計畫針對液晶顯示器面板提出可調輸出電壓並搭配場色序法之 RGB

LED背光模組驅動電源系統，並將背光面板分成四個獨

立區域進行區域調光控制，更進一步提高畫面對比度與影像品質。為使背光源光利用率提升，提出場色序法顯示技術依照固定時序驅動不同順向導通電壓之 RGB

LED，為達驅動不同發光二極體導通電壓提出以 dsPIC

全數位控制之四相交錯式降壓轉換器操作於不同模式達到快速變動輸出電壓，進一步減少穩流電路之功率損失及輸出電壓漣波，提高整體系統效率。區域調光機制方面本計畫以 FPGA 為核心搭配人機介面將背光源分成獨立的四個區域成功完成混色及區域調光控制。最後本計畫完成一低漣波、高調光比之數位控制型 RGB LED 背光源。

關鍵詞：RGB LED 背光模組驅動系統、區域調光控制、RGB LED 場色序法控制、人機介面、數位控制四相交錯式降壓轉換器。

Abstract

Higher luminance efficacy, faster response, lower power consumption, longer operation life, wider color gamut and environmental issues makes RGB LED backlight driving system suitable for high end LCD applications. In this project, a sequential-color voltage-adaptable RGB LED backlight driving system with local dimming control for LCD panels is proposed. Using the topology proposed in this project, the panel can be divided into 4 individual areas. A digitally-controlled multi-phase driving system for RGB LED lamp, a current sharing method, and a human machine interface (HMI) for dimming the backlight module will be presented. The output voltage is adjustable so that RGB LED maintains the desired string current and maximizes the efficiency.

Finally, experimental results are presented to validate the effectiveness and correctness of the proposed system.

Besides the presented system can successfully drive the RGB LED backlight module, and the color-mixing can be achieved using the developed HMI and driving system.

I. 前言

市面上的筆記型電腦、手機以及 TFT-LCD 液晶螢幕均需要背光模組來提供發光來源。近年來，

TFT-LCD 液晶螢幕已大量在市場上生產。由於 TFT-LCD 材料特性的關係，液晶模組本身是無法自行發光的，因此需要藉由背光源來提供發光。然而背光模組在市面上的應用主要的特點必須符合以下幾個要求，高亮度以及均勻輝度的光源。背光

模組的光源主要可分為冷陰極螢光燈管 (Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)、紅綠藍發光二極體(Red Green Blue Light Emitting Diode，RGB LED)等。冷陰極螢光燈管內含有水銀物質，在現今社會提倡節能減炭綠色環保意識下，使得具有高發光效率、狀態快速響應、操作壽命長、色域廣的 RGB LED 逐漸取代 CCFL 當背光源。而且 RGB LED 所能展現出來色彩的演色性 (Color Rendering)、飽合度都是冷陰極螢光燈管、傳統光源無法辦到的。

此外，在 TFT-LCD 面板架構中，螢幕各點所需顏色乃藉由彩色濾光片濾出，但反而消耗大部分的功率和光利用率，然而場色序法顯示技術(Field Sequential Color, FSC)即可將彩色濾光片去除，改善採用 TFT-LCD 彩色濾光片光利用率不佳的缺點，相較之下將會提高 2.7 倍的光利用率。場色序法顯示技術為將一個架構分成 R-G-B LED 子架構，在極短時間內快速連續顯示，使用色彩的加法混色來產生全彩的圖像。

現今追求的大型 LCD 螢幕，加入區域調光技術，可將大面板分割成許多子區域，每個區域的 LED亮度均可個別控制明暗，不僅改善漏光問題，

還能進一步有效提升畫面色彩的對比度以及節能的需求。

在背光源之驅動電源部分，本計畫以數位控制之四相交錯式降壓轉換器驅動 RGB LED 面板，並搭配均流電路供應單組電源輸出驅動具有不同順向導通電壓之 RGB LED。輸出穩流調光電路除了能達到區域調光特性外，還具有固定輸出導通電流特性，此特性能避免串聯二極體單顆損毀短路或特性上的差異造成導通電流過大損害 LED，使得各區域具有均勻一致的背光源給顯示器，並發揮其產品的最大效能。

II. 研究目的

基於上述之原因，本計畫以數位控制之四相交錯式降壓轉換器並搭配均流電路驅動具有不同順向導通電壓之 RGB LED 背光面板。輸出穩流調光電路除了能達到區域調光特性外，還具有固定輸出導通電流特性，此特性能避免串聯二極體單顆損毀短路或特性上的差異造成導通電流過大損害發光二極體，使得各區域具有均勻一致的背光源，並發揮產品的最大效能。本計畫所提出的發光二極體背光驅動架構包括臨界導通模式升壓型功率因數修

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正器、四相交錯式雙向降壓式轉換器電路、數位核心控制器、以 FPGA 為核心之穩流調光控制電路等。此外，本計畫亦提供一簡單人機介面，使用者可以從人機介面輸入調光命令，透過 RS232 傳輸搭配 FPGA 核心和數位控制器轉換成調光命令送給穩流電路和電源轉換器以驅動 RGB LED。文末將提供實驗結果以驗證本計畫所提各項技術之正確性。

III. 研究方法

圖 1 為本計畫所提出之 RGB LED 背光模組驅動電源系統架構圖。其中可分為三個部份：RGB LED 背光模組、數位控制之四相交錯式驅動電源系統、區域控制穩流調光電路，將逐一介紹。

圖 1：RGB LED 背光模組驅動電源系統架構圖 a. RGB LED背光模組

本計畫所驅動之區域調光模組共分為四區，每區由 3 組並聯之 R-G-B LED 組成，每組由 20 顆 LED 串聯而成； LED 採用佑樺科技 TOP5050UR-A-6之 LED，此型號是將 R-G-B LED 封裝於同一個包裝內，因此可透過調整 R-G-B 亮度來控制 LED 輸出色彩。單顆紅光 LED 滿載電流及導通電壓為 40 mA/2.18 V。單顆綠光及藍光 LED 導通滿載電流及導通電壓為 40 mA/3.27 V。

b. 數位控制之四相交錯式驅動電源系統

驅動電源部分為兩級串接電路，包括前級之 CRM Boost PFC與後級可變輸出電壓之四相交錯是直流-直流降壓轉換器，並利用數位控制核心單元提供四相開關信號及調光命令。由於 RGB LED 具有不同的順向壓降，本計畫所提出之四相交錯式降壓轉換器藉著操作在三種動態變化模式的特性並依照 LED 時序變動輸出電壓至 LED 順向導通壓降。一般來說，N 相轉換器有 N 個相同的轉換器並聯，開關信號每相相差 360o/N，N 為總相數，

藉此電路具有減少輸出電流漣波特性，達到輸出電流穩定的功用。

控制器則由 Microchip 公司所推出之 dsPIC 系列數位信號處理器(Digital Signal Controllers, DSC) 透過軟體和高性能的整合週邊特性，可幫助設計者有效地對電源轉換電路進行全面數位控制。此控制器讀取轉換器電路的輸出電流和電壓值來補償和回授以改善電路穩定性及正確性，並可分別調整四個區域的 LED 亮度進而減低功率的消耗及提升畫面的色彩對比度。

c. 區域調光穩流電路

為提供固定時序以分別驅動 RGB LED 之場色序法和區域調光顯色背光源，透過數位控制核心 dsPIC30F2020與調光電路核心 FPGA 同步溝通，

由 FPGA 提供穩流電路 12 組 PWM 控制信號達到區域調光控制。

圖 2 為數位控制之四相交錯式驅動系統架構圖，可分為三個部份：數位控制器、前級之臨界導通模式升壓型功率因數修正器與後級可變輸出電壓之四相交錯式同步直流-直流降壓轉換器，將逐一介紹。

圖 2：數位控制驅動系統流程圖 1. 數位控制器

數位控制器負責讀取電路類比信號(輸出電壓、輸出電流)，並提供開關訊號以驅動四相交錯式降壓轉換器。控制器需同時針對發光二極體順向壓降之不同切換電路操作模式，並傳輸調光命令到區域調光穩流電路達到區域混色。本計畫所使用之數位控制器為 Microchip 公司所推出之 dsPIC30F2020，dsPIC30F2020 是針對切換式電源供應器應用所推出之微控制器，採用改良型精簡指令集(Modified RISC)，其核心由內建 16 位元的微控制單元(MCU)和數位信號處理單元(DSP)所組成。本計畫所提出之數位控制器包含數位濾波器及數位 PID 補償器。

數位濾波器採用輸出信號結果只和目前與過去輸入信號有關之 FIR 濾波器，將之 FIR 轉移函數表示為差分方程式，如(1)所示，其中 M 為濾波器階數。

1

0

[ ] [ ]

M i i

y n a x n i

−

=

∑

− (1)

PID(Proportional Integral Derivative)控制器因其結構簡單、穩定性佳及調整方便等優點而成為工業控制上主要且可靠的技術工具。其主要將誤差量以比例、積分和微分透過線性組合構成控制量對受控體進行控制。PID 屬於一種線性控制器，並根據所下的命令值與實際輸出之誤差值做系統控制，其控制法如(2)所示。

( ) _P ( ) _I ( ) _D

d

( )

u t K e t K e t dt K e t

= ⋅ +

∫

⋅ + ⋅

dt

⁽²⁾

其中 ( )e t =x t( )−y t( )為誤差值，KP為比例增益，

KI為積分增益，KD為微分增益。

透過 FIR 低通濾波器之輸出電壓、電流取樣值輸入 PID 補償器以達到改善系統之穩定度及系統閉迴路控制之目的。

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2. 前級臨界導通模式升壓型功率因數修正器雖然輸入電壓是正弦形式，但因受到負載影響，使得輸入電流會發生嚴重的失真。為減少輸入電源的功率因數失真及電磁干擾，本計畫在前級加上升壓型功率因數修正器整流後提供四相交錯式降壓轉換器穩定電壓以進行驅動。使用功率因數修正器可使得當輸入電壓為交流電源時，電感電流在每個輸入電源週期都會追隨輸入電壓，使交流端之輸入電流與電壓同相位，並達到改善功率因數目的。本計畫前級交流-直流電路採用意法半導體 (STMicroelectronics, ST)公司開發的功率因數修正器控制 IC L6561，並將其操作於臨界導通模式以達到功率因數修正之目的，使其所產生之電流諧波符合 IEC 61000-3-2 Class C 應用規範。

3. 四相交錯式降壓轉換器：

本計畫以單組輸出之四相交錯式轉換器利用場色序法方式驅動具有不同順向導通電壓之 RGB LED 負載，此轉換器之輸出電壓需具有快速動態變化之特性。因此需以數位控制器依照不同狀態調整電路工作於能量回送模式、能量傳送連續導通模式和能量傳送不連續導通模式三種操作模式。當輸出電壓由低電壓上升到高電壓之轉態區間，電路操作於能量傳送連續導通模式對輸出電容充電，如圖 3(a)所示；當輸出電壓命令必須由高電壓快速的下降到低電壓，電路操作於能量回送模式，將儲存於輸出電容之能量傳回電源端使得輸出電壓快速下降，如圖 3(b)所示。而輸出電容之容值將會影響到輸出電容充放電速度也就是輸出電壓變動速率。為了以快速頻率切換輸出電壓，輸出電容之容值不可過大，因此在轉態時必須將轉換器操作於能量傳送不連續導通模式。為了減少輸出電流漣波對發光二極體背光源之色彩精準度造成影響，本計畫降壓轉換器採用四相交錯式降壓轉換器。一般來說，N 相轉換器有 N 個相同的轉換器並聯，開關信號每相相差 360o/N，N 為總相數，此電路具有減少輸出電流漣波特性，達到輸出電流穩定的功用。如圖 3(c)所示，各相控制訊號分別錯相 90 度，可減少電感量，改善電路暫態響應。相數和漣波之間的關係式如式(1)。

( )( 1 )

( ) ( 1)

N

m m

N D D

N N K D

D D

− + −

=

−

(1)

D為開關工作週期，N 為相數，m 為相數和開關工作週期乘積後最小整數值。

S1

S2

L

Co V_o Vg

(a) 能量傳送模式

S1

S2

L

Co

Vo Vg

(b) 能量回送模式

90^o

180^o

0^o L¹

L2

L3

L4

Vg

Vo

270^o G4

G3

G2

G1

G4

G3

G2

G1 Ts

/ 4 Ts / 4 Ts Ts/ 4 Ts/ 4

(c) 四相交錯式轉換器

圖 3：雙向能量傳輸四相交錯式降壓轉換器 4. 區域調光穩流電路

為解決各組 LED 導通特性的不同及由於電流不同造成 LED 亮度不均的現象，因此將每組 LED 串聯一組線性穩流器以定電流的方式驅動達到均流目的。以定流方式驅動 LED 除了可以達到穩定電流的目的，還可以改善定電壓輸出因 LED 特性曲線改變，造成相同漣波電壓情況下因溫度上升造成漣波電流變大情況產生，因此採用脈波寬度調變 (PWM/Burst Mode)控制開關導通週期搭配固定導通電流方式調光。

Vp

VM

Vo

圖 4：均流線性穩流電路

圖 4 為功率元件 (MOSFET)與運算放大器 (Operation Amplifier, OPA)組成之均流線性穩流電路，並將其操作於線性工作模式與截止模式。當均流電路工作時，使得與 LED 串聯之 MOSFET 工作於線性區靠近飽和區之工作點，當 OPA 之非反相輸入端之均流命令Vp為高準位時，MOSFET 導通並透過電阻RS於 OPA 反向輸入端取得 LED 之導通電流大小後，產生一個直流工作準位給 MOSFET，此時 MOSFET 如同一個可變電阻調整導通電流大小；當均流命令Vp為低準位時，透過 OPA比較後將 MOSFET 截止。因此並聯 LED 具有相同均流命令時，透過線性穩流器的控制可達到均流的特性。在電路設計上為確保穩流器在導通時能

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達到均流目的，轉換器之輸出電壓Vo必須大於設計之 LED 工作點電壓，避免因各組 LED 特性不同使得 MOSFET 進入飽和區工作，線性穩流器則失去均流特性。

由於本計畫數位電源核心 dsPIC30F2020 之 PWM腳位數有所限制，不足以同時控制 RGB LED 背光源所需之 12 組獨立控制信號；而 FPGA 具有使用者自行規劃各輸出腳位功能之高自由度特性，因此採用 Xilinx 公司出品的 Spartan-3E FPGA 晶片，搭配編譯軟體 Xilinx ISE(Integrated Synthesis Environment)建立場色序與區域調光數位調光控制器。在場色序與區域調光控制器中規劃每區分別有 R、G、B 三個分量控制信號，共 12 組 PWM 調光信號分別控制四區色彩。為模擬控制器具有動態調光特性，利用 Visual Basic(VB)程式語言設計人機控制介面，以 RS232 通訊介面連接電腦端與 FPGA 以進行各區之調光控制，圖 5 為 FPGA 數位調光控制流程圖。所使用 FPGA 控制器之震盪時脈為 50 MHz，而預設調光控制信號為具有 8 位元解析度且頻率為 180Hz 之 PWM 信號。轉態區間設定為 0.33 ms，一個鋸齒波時間為 5.22 ms，因此輸出 R、G、

B切換頻率為 180 Hz，如圖 6 所示。由於 R、G、

B LED需要分時導通，因此由 dsPIC 送出場色序同步控制信號(En_R、En_G、En_B)致能各組鋸齒波與比較器之輸出。當比較器接收到致能信號時，便會將調光命令向量值 (CMD_Rx 、 CMD_Gx 、 CMD_Bx)與計數器中計數值(T_R、T_G、T_B)比較，當調光命令向量值大於計數值輸出為”High”，

反之則為”Low”。以此方式分別產生四區域共 12 組 PWM 調光控制信號。VB 人機調光控制介面如圖 7 所示，使用者可對四區之 RGB 三個分量調整調光命令達到區域調光功能。

IV. 所開發之實驗結果

本計畫所驅動之區域調光面板共分為四區，每區由 3 組並聯之 R-G-B LED 組成，每組由 20 顆 LED串聯而成。單顆紅光 LED 滿載電流及導通電壓為 40 mA/2.18 V。單顆綠光及藍光 LED 導通滿載電流及導通電壓為 40 mA/3.27 V。為避免相同規格之 LED 因製程關係使得特性些微不同，造成穩流電路工作於飽和區而無法調節串聯 LED 電流，

因此設計四相交錯式降壓轉換器之輸出電壓時需加上 10 %餘裕。本計畫設計四相交錯式降壓轉換器於串聯紅光 LED 導通時輸出電壓為 48 V，綠光及藍光 LED 導通之輸出電壓為 72 V。圖 8(a)(b)為四相交錯式降壓轉換器之各相電感電流與閘極控制信號波形圖，其各相開關切換頻率為 50 kHz，

並分別錯相 90 度，因此各相電感電流及四相上橋開關控制信號分別相移 5

µ

s。圖 9(a)(b)分別為電路規格為 48 V/12 W 與 72 V/25 W 時輸出漣波電壓波形圖，圖中 CH1 為輸出電壓Vo、CH2 為將示波器設為交流耦合模式之輸出電壓、CH3 為輸出電流、CH4 為第一相開關閘極控制信號。由圖 9 可知 50 kHz 之開關切換頻率因分別錯相 5

µ

s使得輸出電壓漣波頻率為提高為 200 kHz 之倍頻效果，並

具有輸出電感電流漣波抵銷與降低電壓漣波的特性。

圖 5：FPGA 數位調光控制流程圖

圖 6： PWM 調光控制訊號

圖 7：VB 人機調光控制介面

(a) 電感電流波形

(8)

(b) 閘極控制信號

圖 8：(a)(b)四相交錯式降壓轉換器波形圖

(a) 48 V/12 W 輸出電壓波形圖

(b) 72 V/25 W 輸出電壓波形圖圖 9：(a)(b)四相交錯式轉換器輸出電壓波形圖

V

o

圖 10：四相交錯式轉換器輸出電壓波形圖

圖 10 為提出變動輸出電壓之四相交錯式轉換器輸出電壓實驗量測波形圖，其中 R-G-B LED 個別導通週期分別為 5.22 ms，並依照不同之 LED 順向導通電壓調整輸出電壓於 48 V 與 72 V 間作變化。為使得 LED 導通時有準確輸出電壓，因此在各別 LED 週期間加入 0.33 ms 轉態區間改變輸出電壓。透過 R、G、B LED 輪流導通之混光的方式完成場色序式背光源顯示技術，而 R、G、B LED 輪流導通一個週期之更新頻率為 60 Hz。

圖 11：LED 面板各區域 RGB 實際影像圖

圖 11 為使用 VB 人機介面調整 LED 面板各區域 RGB 分量之實際影像圖。區域 I、II、III、IV 中(R、G、B)調光分量分別為(75 %、100 %、100

%)、(100 %、100 %、100 %)、(100 %、100 %、0 %)、

(100 %、75 %、100 %)。

V. 結論

本計畫提出以具有可變輸出電壓之四相交錯式降壓轉換器，利用數位控制器使電路操作於 Buck DCM mode、 Buck CCM mode 和 Boost mode，達到依照時序提供變動輸出電壓驅動不同順向導通電壓之 R-G-B LED，以減少輸出穩流電路上之功率損失，並達到場色序法驅動 R-G-B LED。為減少周邊電路元件使用，本計畫以 FIR 數位濾波器與數位 PID 補償器整合於 dsPIC 核心之數位控制器，取代以市售控制 IC 及 OPA 等濾波元件，完成全數位控制之數位電源。根據實驗結果，

本計畫提出之四相交錯式轉換器在不同輸出電壓下效率最高為 81.2%。在區域調光控制方面，本計畫提出 FPGA 為核心搭配 VB 撰寫之人機介面，提供 12 組 8 位元解析度之 PWM 區域調光控制信號，達到四區域獨立之色彩調光控制，並使用穩流電路完成並聯 LED 具有相同導通電流之均流特性，以改善 LED 特性差異或串聯 LED 損毀造成色彩不均現象產生。由於一般市電為交流電源，因此本計畫以 L6561 設計升壓電路架構之臨界導通模式 PFC，提供四相交錯式轉換器之直流輸入電源，

達到功率因數修正與整流的目的。根據實驗結果，

其在正常輸入電壓 110V 情況下，功率因數及效率都在 0.977 及 93 %以上。

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VI. 計畫自評

本計畫計產出國際期刊論文 1 篇，國際會議論文 2 篇。培育碩士級學生二名，於 100 年 7 月畢業。

成果推展性方面，所開發之 RGB LED 背光驅動系統可應用於諸如行動電話、PDA、可攜式媒體播放器以及汽車導航系統等使用液晶螢幕之小型可攜式設備以及諸如液晶電視、高階液晶顯示器等需高品質色彩再現特性之應用場合。

VII. 參考文獻

[1] Y. H. Liu, “Design and implementation of an FPGA-Based CCFL driving system with digital dimming capability,” IEEE Trans. Ind. Electron., Vol.

54, No. 6, pp. 3307 – 3316, Dec. 2007.

[2] H. J. Chiu, S. J. Cheng, “LED backlight driving system for large-scale LCD panels,” IEEE Trans. Ind.

Electron., Vol. 54, No. 5, pp. 2751 – 2760, Oct.

2007.

[3] C. C. Chen, C. Y. Wu, Y. M. Chen, T. F. Wu,

“Sequential-color LED backlight driving system for LCD panels,” IEEE Trans. Power Electron., Vol. 22, No. 3, pp. 919-925, May 2007.

[4] X. Qu, S. C. Wong, C. K. Tse, “Color control system for RGB LED light sources using junction temperature measurement,” in Proc. 2007 IEEE Industrial Electronics Society Conf., pp. 1363 – 1368.

[5] J. H. Souk, J. Lee, “Recent picture quality enhancement technology based on human visual perception in LCD TVs,” J. Display Technol., Vol. 3, No. 4, pp. 371 – 376, Dec. 2007.

[6] Y. F. Chen, C. C. Chen, K. H. Chen, “Mixed color sequential technique for reducing color breakup and motion blur effects,” J. Display Technol., Vol. 3, No.

4, pp. 377 – 385, Dec. 2007.

[7] T. F. Wu, C. C. Chen, C. Y. Wu, P. C. Lu, Y. R. Chen,

“Sequential-color LED backlight driving system for LCD panels with area control,” in 2007 IEEE Power Electronics Specialists Conf., pp. 2947 – 2952.

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國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表

日期:2010/07/21

國科會補助計畫

計畫名稱: 可調光紅綠藍發光二極體數位控制驅動系統開發計畫主持人: 劉益華

計畫編號: 99-2622-E-011-008-CC3 學門領域: 電力電子

研發成果名稱

(中文) 可調光紅綠藍發光二極體數位控制驅動系統開發

(英文) Design and Implementation of a dimmable, digitally-controlled driving system for RGB LED

成果歸屬機構

^{國立臺灣科技大學}

發明人 (創作人)

劉益華

技術說明

(中文) 平面顯示器(Flat Panel Display, FPD)是我國的重點發展項目之一。在這些平面顯示器的產業中，

設備投資資金最多以及營收最高的均為TFT-LCD產業。由於TFT-LCD 本身材料特性的關係，液晶模

組本身是無法自行發光的。因此，為了讓觀眾可以看到所需的影像，TFT-LCD 模組必須加上背光模

組。

本計畫之全程目標在於開發一高效率低漣波高調光比之數位控制型LCD RGB LED 背光源，所欲開

發之技術重點集中於達成前述目的之數位調光與控制技術之開發以及高效率背光源驅動電路之實

現，所欲開發之技術包括：

1. RGB LED背光驅動電路雛形系統

2. 以 dsPIC 以及數位訊號控制器為基礎之混光與數位控制技術 3. 以 FPGA為基礎之數位調光技術

(英文) The proliferation of laptop and notebook computers places an ever-increasing demand on display technology. LCD is one of the strongest candidates in picture quality, brightness,

efficiency, and size. LCD requires backlight units because the liquid crystal devices themselves do not inherently emit light.

This project will focus on developing high efficiency, low current ripple, and dimmable, digital

controlled backlight driving systems for RGB LEDs. The objectives of this proposal include

developing backlight driving system prototypes and digital control/dimming strategy suitable

for RGB LED applications. The developed technologies include:

1. High efficiency, low current ripple, soft switching RGB LED backlight driving system prototype

2. White light generating technique and digital control technique for RGB LED backlight driving system

3. Digital local dimming technique for RGB LED backlight driving system

產業別

^{電機及電子機械器材業}

技術/產品應用範圍

^{液晶電視，平面顯示器}

技術移轉可行性及

預期效益

可直接商品化

註：本項研發成果若尚未申請專利，請勿揭露可申請專利之主要內容。

(11)

99 年度專題研究計畫研究成果彙整表

計畫主持人：劉益華計畫編號：99-2622-E-011-008-CC3 計畫名稱：可調光紅綠藍發光二極體數位控制驅動系統開發

量化

成果項目 ^{實際已達成}

數（被接受或已發表）

預期總達成數(含實際已

達成數)

本計畫實際貢獻百

分比

單位

備註（質化說明：如數個計畫共同成果、成果列為該期刊之封面故事 ...

等）

期刊論文 0 0 100%

研究報告/技術報告 0 1 100%

研討會論文 2 3 100%

論文著作篇

專書 0 0 100%

申請中件數 1 1 100%

專利已獲得件數 0 0 100% 件

件數 1 1 100% 件

技術移轉

權利金 60000 60000 100% 千元

碩士生 3 3 100%

博士生 0 0 100%

博士後研究員 0 0 100%

國內

參與計畫人力

（本國籍）

專任助理 0 0 100%

人次

期刊論文 0 1 100%

研究報告/技術報告 1 0 0%

原計畫將國內技術報告誤植為國外技術報告，因此產出中改為國內技術報告 1，國外技術報告 0。謹此致歉。

研討會論文 2 2 100%

論文著作篇

專書 0 0 100% 章/本

申請中件數 0 0 100%

專利已獲得件數 0 0 100% 件

件數 0 0 100% 件

技術移轉

權利金 0 0 100% 千元

碩士生 0 0 100%

博士生 0 0 100%

博士後研究員 0 0 100%

國外

參與計畫人力

（外國籍）

專任助理 0 0 100%

人次

(12)

其他成果 (無法以量化表達之成果如辦理學術活動、獲得獎項、重要國際合作、研究成果國際影響力及其他協助產業技術發展之具體效益事項等，請以文字敘述填列。)

無

成果項目量化 名稱或內容性質簡述

測驗工具(含質性與量性) 0

課程/模組 0

電腦及網路系統或工具 0

教材 0

舉辦之活動/競賽 0

研討會/工作坊 0

電子報、網站 0

科教處計畫加填項

目計畫成果推廣之參與（閱聽）人數 0

(13)

本產學合作計畫研發成果及績效達成情形自評表成果項目本產學合作計畫預估研究成果及績效指標

（作為本計畫後續管考之參據）計畫達成情形

技術移轉預計技轉授權 1 項完成技轉授權 1 項

國內預估 1 件提出申請 1 件，獲得 0 件

專利

國外預估 0 件提出申請 0 件，獲得 0 件

博士 0人，畢業任職於業界0人博士 0人，畢業任職於業界0人

碩士 2人，畢業任職於業界2人碩士 3人，畢業任職於業界3人人才培育

其他 0人，畢業任職於業界0人其他 0人，畢業任職於業界0人

期刊論文 0 件發表期刊論文 0 件

研討會論文 2 件發表研討會論文 3 件

SCI論文 0 件發表SCI論文 0 件

專書 0 件完成專書 0 件

國內

技術報告 0 件完成技術報告 1 件

期刊論文 0 件發表期刊論文 0 件

學術論文 0 件發表學術論文 0 件

研討會論文 2 件發表研討會論文 2 件

SCI/SSCI論文 0 件發表SCI/SSCI論文 1 件

專書 0 件完成專書 0 件

論文著作

國外

技術報告 1 件完成技術報告 0 件

其他協助產業發展

之具體績效新公司或衍生公司 0 家設立新公司或衍生公司(名稱)：0

計畫產出成果簡述：請以文字敘述計畫非量化產出之技術應用具體效益。（限 600 字以

內）

所開發之 RGB LED 背光驅動系統可應用於諸如行動電話、PDA、可攜式媒體播放器以及汽車導航系統等使用液晶螢幕之小型可攜式設備以及諸如液晶電視、高階液晶顯示器等需高品質色彩再現特性之應用場合。由於 LED 背光模組的色再現特性，使用 RGB LED 背光模組的液晶顯示器適合應用在醫療、印刷、PC 等領域，尤其是色溫範圍 3000~9300oK 的家用液晶電視可以獲得寬廣的色彩再現範圍。