CN101079242A

CN101079242A - 使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光模块的方法与装置

Info

Publication number: CN101079242A
Application number: CN 200610087865
Authority: CN
Inventors: 陈世明; 苏子龙; 吴英村
Original assignee: Chi Mei Optoelectronics Corp
Current assignee: Chi Mei Optoelectronics Corp
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2007-11-28

Abstract

一种使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光模块的方法与装置，其步骤包括提供第一弦波并提供与第一弦波反相的第二弦波。提供一三角波。当第一弦波电压大于三角波电压，第一输出电压为第一电压。当第一弦波电压小于三角波电压，第一输出电压为第二电压。当第二弦波电压大于三角波电压，第二输出电压为第一电压。当第二弦波电压小于三角波电压，第二输出电压为第二电压。将第一输出电压减去第二输出电压得到脉冲宽度调制电压以驱动该背光模块。

Description

使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光模块的方法与装置

技术领域

本发明是有关于一种驱动液晶显示背光模块的方法，且特别是有关于一种使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光模块的装置与方法。

背景技术

冷阴极荧光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)，相较于传统的白热灯，具有效率高、寿命长等优点。因此，目前有许多液晶显示器采用冷阴极荧光灯管来产生所需的光源。冷阴极荧光灯管稳定操作时所需的电源为不含直流(DC)成份的弦波。另外，灯管稳定操作电压几近乎为常数，灯管亮度是由通过灯管的电流所决定。启动灯管则需要比平常稳定操作时电压高2到2.5倍的电压。一般，冷阴极荧光灯管是用换流器(Inverter)来驱动，其功能是将直流输入转换成交流输出。

典型的换流器是用全桥式换流器，如图1A所示。为了说明方便，我们将用于隔离与升压的变压器10忽略，将图1A改为图1B，请参照图1B。图1B中，包括了开关组件101、102、103以及104，另外还包括谐振电感105、谐振电容106、冷阴极荧光灯管107以及直流电源V_dc。典型的控制方式是用四个相同并固定的频率、相同并固定的责任周期、责任周期略小于50％，并且不同相位的方波来操作开关组件101、102、103以及104的导通与截止，并利用不同大小的相位差来产生不同大小的输出功率。

图1C示出了图1B开关101、102、103以及104栅极波形，分别为VG1、VG2、VG3、VG4，以及节点A至节点B电压波形VAB。从图上可以看到，全桥电路输出VAB为一交流方波，若将该交流方波作傅里叶转换(Fouriertransform)，可以得出主波段(弦波)与其它谐波部分。当交流方波于责任周期50％的时候，其傅里叶转换的结果为三阶谐波、五阶谐波、七阶谐波等等单数次谐波的合成波；若交流方波的责任周期非50％，则其傅里叶转换的结果为一阶谐波、二阶谐波、三阶谐波等谐波的合成波。而冷阴极荧光灯管稳定操作时所需的电源为弦波，若要将谐波滤除以产生弦波，则必须要使用较大的谐振电感105以及较大的谐振电容106，其低通滤波器，可以产生较低的截止频率(cutofffrequency)，才能将二阶以上的谐波滤除。但是，使用较大的谐振电感105以及较大的谐振电容106势必会增加谐振电感105以及谐振电容106的体积。若不使用较大的谐振电感105以及较大的谐振电容106滤除二次以上的谐波，这些谐波则会使得发光效率不佳、传导性电磁干扰，甚至变成辐射性电磁干扰。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光模块的方法，用以降低输出电压的低次谐波。

本发明提出一种使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光模块的方法，其方法步骤包括提供第一弦波并提供与第一弦波反相的第二弦波。提供一三角波。当第一弦波电压大于三角波电压，第一输出电压为第一电压。当第一弦波电压小于三角波电压，第一输出电压为第二电压。当第二弦波电压大于三角波电压，第二输出电压为第一电压。当第二弦波电压小于三角波电压，第二输出电压为第二电压。将第一输出电压减去第二输出电压得到脉冲宽度调制电压以驱动该背光模块。

依照本发明的较佳实施例所述的使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法，其中包括用全桥电路切换电流路径以产生正电压以及负电压。其中全桥电路切换频率为30KHz至70KHz。

本发明提出一种使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法，其方法步骤包括提供一弦波并提供一三角波。当弦波电压大于三角波电压，第一输出电压为第一电压。当弦波电压小于三角波电压，第一输出电压为第二电压。当弦波斜率由递减转递增，第二输出电压为第一电压。当弦波斜率由递增转递减，第二输出电压为第二电压。将第一输出电压减去第二输出电压得到脉冲宽度调制电压以驱动冷阴极荧光灯管。

本发明因采用液晶显示背光换流器的脉冲宽度调制法调制脉冲宽度，使得输出电压的低次谐波变小，因此可以使输出侧使用较小的电感与电容作二阶滤波器亦或是使用变压器漏感与电容作为二阶滤波器，可以达到节省成本的效果。

为使本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并结合附图详细说明如下。

附图说明

图1A示出了已知典型的全桥式背光换流器。

图1B示出了已知典型简化的全桥式背光换流器。

图1C示出了已知的图1B的全桥式背光换流器操作波形。

图2A示出了本发明一实施例使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的装置电路图。

图2B示出了本发明一实施例图2A电路的简化电路图。

图2C示出了本发明一实施例控制图2B电路的驱动电路方块图。

图2D示出了本发明一实施例图2B以及图2C电路操作波形。

图3示出了本发明一实施例使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法的流程图。

图4A示出了本发明一实施例控制图2B电路的驱动电路方块图。

图4B示出了本发明一实施例图2B电路另一形式的操作波形。

图5示出了本发明一实施例使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法的流程图。

附图符号说明

10、20：变压器

101、102、103、104、201、202、203、204：开关组件

105、205：谐振电感

106、206：谐振电容

107、207：冷阴极荧光灯管

V_dc：直流电源

A、B：节点

V_A：第一输出电压

V_B：第二输出电压

V_AB：脉冲宽度调制电压

300～312：本发明一实施例的步骤

500～508：本发明一实施例的步骤

具体实施方式

图2A示出了本发明一实施例的驱动液晶显示背光的装置所实施的全桥式背光换流器电路图，同样道理，为了说明的便利性，我们将用于隔离与升压的变压器20省略，并将原本次级的谐振电感、谐振电容、以及冷阴极灯管阻抗，利用线圈比反映在初级，将图改绘成为图2B。我们在图2B上面标立了六个节点，分别为节点O1、节点O2、节点O3、节点O4、节点A以及节点B。图2C示出了本发明一实施例用以控制图2B开关组件201、202、203以及204的驱动电路。此驱动电路包括三角波产生器21、弦波产生器22、以及比较电路23，比较电路23包括四个输出端OUT1、OUT2、OUT3以及、OUT4，输出端OUT1耦接至图2B的节点O1，输出端OUT2耦接至图2B的节点O2，输出端OUT3耦接至图2B的节点O3，输出端OUT4耦接至图2B的节点O4。比较电路23接收弦波产生器22产生的弦波Vsine、反相弦波-Vsine以及三角波产生器21产生的三角波Vtri，用以驱动开关组件201、202、203以及204。图2D示出了本发明一实施例图2B以及图2C的操作波形，请同时参照图2B、2C以及2D。以下分别针对图2B、2C以及2D说明。

首先，当弦波产生器22输出的正弦波Vsine的电压大于三角波产生器21输出的三角波Vtri的电压时，比较电路23驱动开关组件201导通并驱动开关组件204截止，可以看到，由于开关组件201导通204截止，导致此时节点A的电位等于直流电源V_dc。同样的，弦波产生器22输出的反相正弦波-Vsine的电压大于三角波产生器21输出的三角波Vtri的电压时，比较电路23驱动开关组件203导通并驱动开关组件202截止，使得节点B的电位等于直流电源V_dc。接下来，当三角波产生器21输出的三角波Vtri的电压大于弦波产生器22输出的反相正弦波-Vsine的电压时，比较电路23驱动开关组件203截止，并驱动另一开关组件202导通，使得节点B的电位为0。此时三角波Vtri的电压仍持续上升，当三角波产生器21输出的三角波Vtri的电压大于弦波产生器22输出的正弦波Vsine时，比较电路23驱动开关组件201截止，并驱动另一开关组件204导通，使得节点A的电位为0。如此反复操作，便能得到节点A至节点B的电压V_AB。

请观察图2D的波形V_AB，不难发现此波形为以一弦波作信号，并且以一方波作载波的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)后的波形，由于此波形相当于已经将低次谐波降低，可使输出侧使用较小的电感与电容作二阶滤波器，亦或是使用变压器漏感与背光模块上背板产生的杂散电容作为二阶滤波器便可以很容易的滤出弦波。

由上所述，本发明使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法，可以归纳为下面的方法，请参照图3。图3示出了本发明一实施例使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法的流程图，其步骤如下。首先，提供一第一弦波Vsine(步骤300)。提供与该弦波反相的第二弦波-Vsine(步骤302)。提供三角波Vtri(步骤304)。当第一弦波Vsine电压大于三角波Vtri电压，第一输出电压V_A为第一电压V_dc，当第一弦波电压Vsine小于三角波Vtri电压，第一输出电压V_A为第二电压(在本实施例约为0伏)(步骤306)。当第二弦波-Vsine电压大于三角波Vtri电压，第二输出电压V_B为第一电压V_dc，当第二弦波-Vsine电压小于三角波Vtri电压，第二输出电压V_B为第二电压(在本实施例约为0伏)(步骤308)。将第一输出电压V_A减去第二输出电压V_B得到脉冲宽度调制电压V_AB(步骤310)，最后经过变压器20升压，并且用变压器20的漏感以及谐振电容206滤波后，输出一电压以驱动冷阴极荧光灯管(步骤312)。

本发明还提出一实施例的驱动液晶显示背光的装置，电路如图2A、2B，然而驱动电路改变成如图4A。同样的，比较电路23包括四个输出端OUT1、OUT2、OUT3以及、OUT4，输出端OUT1耦接至图2B的节点O1，输出端OUT2耦接至图2B的节点O2，输出端OUT3耦接至图2B的节点O3，输出端OUT4耦接至图2B的节点O4。操作波形改变成如图4B绘示的波形，请同时参考图4A、图4B、图2A以及2B。当三角波产生器41输出的三角波的电压Vtri大于弦波产生器42输出的弦波Vsine的电压时，比较电路43驱动开关组件204导通并驱动开关组件201截止，此时节点A的电压为0电位。当弦波产生器42输出的弦波Vsine的电压大于三角波产生器41输出的三角波Vtri的电压时，比较电路43驱动开关组件204截止并驱动开关组件201导通，此时节点A的电压为输入电压V_dc电位。重复此步骤直到弦波产生器42输出的弦波Vsine小于0，此时比较电路43驱动开关组件203导通并驱动开关组件202截止，使得节点B的电压为V_dc电位。同样的，当弦波产生器42输出的弦波Vsine大于0，此时比较电路43驱动开关组件203截止并驱动开关组件202导通，使得节点B的电压为0电位。如此反复操作，便能得到节点A至节点B的电压V_AB。本领域的技术人员应当知道，本实施例提出的驱动电路图2C以及图4A，并非本发明唯一实施方式，本技术领域仍可以有许多实施方式。

同样的，请观察图4B的波形V_AB，不难发现此波形与图2C的波形V_AB相似，同样为以一弦波作信号，并且以一方波作载波的PWM波形，同样的，此波形相当于已经将低次谐波降低，可使输出侧使用较小的电感与电容作二阶滤波器，亦或是使用变压器漏感与电容作为二阶滤波器便可以很容易的滤出弦波。

根据本发明图4A以及4B的实施例，可以归纳出下述流程，示出了图5的流程图，请参考图5。首先，提供弦波Vsine以及提供三角波Vtri(步骤500)。当弦波Vsine的电压大于三角波Vtri电压，第一输出电压V_A为第一电压V_dc，当弦波Vsine的电压小于三角波Vtri电压，第一输出电压V_A为第二电压，相当约0V(步骤502)。当弦波Vsine小于0，第二输出电压V_B为第一电压V_dc，当弦波Vsine大于0，第二输出电压V_B为第二电压，相当约0V(步骤504)。将第一输出电压V_A减去第二输出电压V_B得到脉冲宽度调制电压V_AB(步骤506)。最后经过变压器20升压，并且用变压器20的漏感以及谐振电容206滤波后，输出一电压以驱动背光模块(步骤508)。

综上所述，在本发明因采用液晶显示背光换流器的脉冲宽度调制法调制脉冲宽度，使得输出电压的低次谐波变小，因此可以使输出侧使用较小的电感与电容作二阶滤波器亦或是使用变压器漏感与电容作为二阶滤波器，可以达到节省成本的效果。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，因此本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。

Claims

1.一种使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法，包括：

提供一第一弦波；

提供与该弦波反相的一第二弦波；

提供一三角波；

当该第一弦波电压大于该三角波电压，使一第一输出电压为一第一电压；

当该第一弦波电压小于该三角波电压，使该第一输出电压为一第二电压；

当该第二弦波电压大于该三角波电压，使一第二输出电压为该第一电压；

当该第二弦波电压小于该三角波电压，使该第二输出电压为该第二电压；

将该第一输出电压减去该第二输出电压得到一脉冲宽度调制电压以驱动一冷阴极荧光灯管。

2.如权利要求1所述的使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法，其中包括用一全桥电路切换电流路径以产生该第一电压以及该第二电压。

3.如权利要求2所述的使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法，其中该全桥电路切换频率为30KHz至70KHz。

4.如权利要求1所述的使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法，其中该脉冲宽度调制电压施加于一变压器的初级以升压驱动该冷阴极荧光灯管。

5.如权利要求4所述的使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法，其中该变压器的次级耦接一电容器。

6.如权利要求5所述的使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法，其中该变压器的次级漏感配合该电容器，形成一二阶滤波器，用于滤除输出电压的高次谐波。

7.一种使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法，包括：

提供一弦波；

提供一三角波；

当该弦波电压大于该三角波电压，一第一输出电压为一第一电压；

当该弦波电压小于该三角波电压，该第一输出电压为一第二电压；

当该弦波小于一预定值，一第二输出电压为该第一电压；

当该弦波大于一预定值，该第二输出电压为该第二电压；

8.如权利要求7所述的使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法，其中包括用一全桥电路切换电流路径以产生该第一电压以及该第二电压。

9.如权利要求8所述的使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法，其中该全桥电路切换频率为30KHz至70KHz。

10.如权利要求7所述的使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法，其中该脉冲宽度调制电压施加于一变压器的初级以升压驱动该冷阴极荧光灯管。

11.如权利要求10所述的使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法，其中该变压器的次级耦接一电容器。

12.如权利要求11所述的使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法，其中该变压器的次级漏感配合该电容器，形成一二阶滤波器，用于滤除输出电压的高次谐波。

13.如权利要求7所述的使用脉冲宽度调制驱动液晶显示背光的方法，其中该预定值为0。

14.一种驱动液晶显示器背光的装置，包括：

一电压源；

一切换电路，耦接该电压源，包含多个开关；

一谐振电容；

一变压器，包括初级线圈以及次级线圈，该变压器的初级线圈耦接该切换电路，该变压器次级线圈耦接该谐振电容以及该背光模块；以及

一驱动电路，提供多个切换讯号用以切换该切换电路的该多个开关，

其中利用该切换讯号切换这些开关使变压器的次级线圈输出一脉冲宽度调制讯号，该脉冲宽度调制讯号为一弦波为讯号并以一方波为载波的讯号。

15.如权利要求14所述的驱动液晶显示器背光的装置，其中该切换电路包括一全桥电路。

16.如权利要求15所述的驱动液晶显示器背光的装置，其中该全桥电路切换频率为30KHz至70KHz。

17.如权利要求15所述的驱动液晶显示器背光的装置，其中该全桥电路包括：

一第一开关，包括第一端、第二端以及控制端，该第一开关的第一端耦接该电压源，该第一开关只第二端耦接该变压器初级侧的一端，该第一开关的控制端耦接该驱动电路，该第一开关的控制端控制该第一开关的第一端与该第一开关的第二端是否导通；

一第二开关，包括第一端、第二端以及控制端，该第二开关的第一端耦接该第一开关的第二端，该第二开关的第二端接地，该第二开关的控制端耦接该驱动电路，该第二开关的控制端控制该第二开关的第一端与该第二开关的第二端是否导通；

一第三开关，包括第一端、第二端以及控制端，该第三开关的第一端耦接该电压源，该第三开关的第二端耦接该变压器初级侧的另一端，该第三开关的控制端耦接该驱动电路，该第三开关的控制端控制该第三开关的第一端与该第三开关的第二端是否导通；以及

一第四开关，包括第一端、第二端以及控制端，该第四开关的第一端耦接该第三开关的第二端，该第四开关的第二端接地，该第四开关的控制端耦接该驱动电路，该第四开关的控制端控制该第四开关的第一端与该第四开关的第二端是否导通。

18.如权利要求17所述的驱动液晶显示器背光的装置，其中该驱动电路包括：

一弦波产生器，输出一弦波以及一反相弦波，该弦波与该反相弦波相位相反；

一三角波产生器，输出一三角波；以及

一比较电路，包括一第一输出端、一第二输出端、一第三输出端以及一第四输出端，该第一输出端耦接该第一开关的控制端，该第二输出端耦接该第二开关的控制端，该第三输出端耦接该第三开关的控制端，该第四输出端耦接该第四开关的控制端，用以接收该弦波、该反相弦波以及该三角波，当该弦波电压大于该三角波电压，控制第一开关导通并控制第二开关截止，当该反相弦波大于该三角波，控制第三开关导通并控制第四开关截止，当该弦波电压小于该三角波电压，控制第一开关截止并控制第二开关导通，当该反相弦波大于该三角波，控制第三开关截止并控制第四开关导通。

19.如权利要求17所述的驱动液晶显示器背光的装置，其中该驱动电路包括：

一弦波产生器，输出一弦波；

一三角波产生器，输出一三角波；以及

一比较电路，包括一第一输出端、一第二输出端、一第三输出端以及一第四输出端，该第一输出端耦接该第一开关的控制端，该第二输出端耦接该第二开关的控制端，该第三输出端耦接该第三开关的控制端，该第四输出端耦接该第四开关的控制端，用以接收该弦波以及该三角波，当该弦波电压大于该三角波电压，控制第一开关导通并控制第二开关截止，当该弦波电压小于该三角波电压，控制第一开关截止并控制第二开关导通，当该弦波小于一预定值，控制第三开关导通并控制第四开关截止，当该弦波大于一预定值，控制第三开关截止并控制第四开关导通。

20.如权利要求19所述的驱动液晶显示器背光的装置，其中该预定值为0。