CN101174385B

CN101174385B - 背光控制电路与发光元件控制方法

Info

Publication number: CN101174385B
Application number: CN200610143926A
Authority: CN
Inventors: 廖家玮; 刘景萌
Original assignee: Richtek Technology Corp
Current assignee: Richtek Technology Corp
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2026-11-02
Also published as: CN101174385A

Abstract

本发明提出一种背光控制电路，以及一种发光元件控制方法。方法包含：提供复数条发光元件并联路径；以及将该并联路径之总电流设定为定值。本发明提出一种能自动调整发光二极管电流的背光控制电路，对总亮度达成自动补偿，可以解决若其中一个发光二极管串联路径出现故障断路时，将造成整体液晶显示装置的亮度下降的问题。

Description

背光控制电路与发光元件控制方法

技术领域

本发明涉及一种背光控制电路(Backlight Control Circuit)，特别是指一种能在部分发光二极管故障时，使背光亮度变化很小的背光控制电路。

背景技术

液晶显示装置中，以背光控制电路来控制发光二极管自液晶屏幕背后发光，以令使用者得以观看屏幕上的画面。

早期由于发光二极管背光只应用于小尺寸屏幕，所需的背光照明亮度毋须太强，因此可将所有的发光二极管全部串联或全部并联。以全串联为例，如图1所示，现有技术中的背光控制电路10包含有一个电压供应电路11，用以提供输出电压Vout给串联的发光二极管L1-LN。同时，在串联的发光二极管路径上，设有一个电阻R，藉由萃取节点Vsensel处的电压，并与参考电压Vref比较，以检查通过发光二极管串联路径上的电流是否符合所需，当电流低于默认值时，节点Vsensel处的电压下降，此时误差放大电路13送出信号15，以控制电压供应电路11拉高输出电压Vout，亦即拉升发光二极管串联路径上的电流。又，为防止电压供应电路11无限制地拉高电压(例如误差放大电路13故障或发光二极管串联路径断路)，通常会在背光控制电路10中增设一个过电压保护电路12，其侦测输出电压Vout，并于输出电压Vout过高时，发出信号控制电压供应电路11，使其停止拉高电压(视电路设计而定，可完全停止供应电压，或将电压保持在某一上限值；在背光控制电路中，一般采取第二种作法。)

过电压保护电路12的一般作法如图2所示，可从输出电压Vout萃取分压，将节点Vsense2处的电压与预先设定的参考电压Vovp比较，并根据比较结果来发出信号控制电压供应电路11。

上述全串联作法有一些缺点；其中一个明显的缺点是，若其中一个发光二极管故障，将造成全部发光二极管都无法工作，亦即整体液晶显示装置将完全无光。

再请参阅图3，此为发光二极管全并联时，现有技术背光控制电路之一例。如图所示，此背光控制电路20中各发光二极管L1-LN上的电流，分别由电流源CS1-CSN所控制。背光控制电路20包括一个最低电压选择电路21，用以选择所有发光二极管L1-LN之阴极端中，电压最低者，并将此选定电压与参考电压Vref比较，藉此控制电压供应电路11。如此，输出电压Vout将受控制，而使所有的电流源电路都有足够的工作电压可以正常工作，也使所有的发光二极管正常发亮。

背光控制电路20中，也可以包括一个过电压保护电路12，其作法与前述相同，故予省略。

上述全并联作法中，虽可藉由过电压保护电路或其它方式(例如，可参考申请人于同日申请的另一同名申请案)，以避免少数发光二极管故障时，整体电路无法工作，但整体液晶显示装置的亮度仍会下降.而且，随着液晶屏幕加大，当所需的背光照明亮度增加时，很可能会采取如图4所示之发光二极管串并联电路，以扩充发光二极管的连接数目.此时，若其中一个发光二极管串联路径故障断路，将造成整体液晶显示装置的亮度下降情况，更为严重.

因此，需要一种能在部分发光二极管故障时，使背光亮度变化较小的背光控制电路。

发明内容

有鉴于此，本发明即针对上述现有技术之不足，提出一种能自动调整发光二极管电流的背光控制电路，对总亮度达成自动补偿，以解决前述问题。

本发明之第二目的在于提供一种发光元件的控制方法。

为达上述之目的，在本发明的其中一个实施例中，提供了一种背光控制电路，包含：复数个电流匹配(Matching)电路，其分别控制一条对应发光元件路径上的电流，所述电流匹配电路是使其所在路径上的电流与其它路径上的电流保持固定比例；以及一个并联节点，与上述复数个电流匹配电路电连接，此并联节点用以与一总电流量设定电路电连接。

上述实施例中所述之总电流量设定电路，可以是共用电阻，或总控电流源。

再者，根据本发明的另一个实施例，也提供一种背光控制电路，包含：复数条发光元件路径；以及一个并联节点，与上述复数条发光元件路径电连接，此并联节点与一总控电流源电连接，此总控电流源控制该复数条发光元件路径上的总电流。

此外，根据本发明的又另一个实施例，也提供一种发光元件控制方法，包含：提供复数条发光元件并联路径；将该并联路径之总电流设定为定值；以及分别控制该复数条发光元件路径上的电流，为该复数条发光元件路径，各提供一个电流匹配电路，所述电流匹配电路是使其所在路径上的电流与其它路径上的电流保持固定比例。

上述实施例中，可使用共用电阻，或总控电流源，来控制该并联路径之总电流。

以上所有实施例中，可将各发光元件的亮度设定成低于最大亮度值。

以上所有实施例中，可使多条发光元件路径构成一发光元件阵列，并使相邻的发光元件不属于同一条发光元件路径。

以下将对具体实施例详加说明，当更容易了解本发明之目的、技术内容、特点及其所达成之功效。

附图说明：

图1为现有技术的全串联发光二极管电路与背光控制电路的示意电路图。

图2为现有技术的过电压保护电路的示意电路图。

图3为现有技术的全并联发光二极管电路与背光控制电路的示意电路图。

图4为示意电路图，示出现有技术的串并联发光二极管电路与背光控制电路的一例。

图5为根据本发明一实施例的背光控制电路的示意电路图。

图6为根据本发明一实施例的背光控制电路的较详细示意电路图。

图7A一图7C举例说明如何根据电流匹配电路的不同结构，而具体实现图6的实施例。

图8为根据本发明另一实施例的背光控制电路的示意电路图。

图9为根据本发明又另一实施例的背光控制电路的示意电路图。

图10举例说明图9实施例的具体结构。

图11举例示出将相邻各发光二极管交错连接至不同路径上的其中一种安排方式。

图12为根据本发明另一实施例之背光控制电路的示意电路图，其中设有低电流侦测电路。

图13A为示意电路图，用以说明最低电压比较放大电路的概念。

图13B与图13C举例说明两种最低电压比较放大电路的作法。

图14A与图14B举例说明电压选择比较放大电路的作法。

图中符号说明：

10 背光控制电路

11 电压供应电路

12 过电压保护电路

13 误差放大电路

15 信号

20 背光控制电路

21 最低电压选择电路

22 最高电压选择电路

25 最低电压比较放大电路

29 高低电压比较放大电路

30 背光控制电路

31-3N 低电流侦测电路

35 总电流量设定电路

40 发光二极管阵列

101-10N 发光二极管路径

111-11N 电压比较路径

CM1-CMN 电流匹配电路

CS_total 总控电流源

OPA，OPAcs 运算放大器

L1-LN 发光二极管

P 接脚

Q1-QN，Qcs 晶体管

R，Rcs，Rset，R1-RN 电阻

具体实施方式

请参考图5，其中以示意电路图的方式显示本发明的其中一个实施例.如图所示，在本实施例的背光控制电路30中，包含有复数个电流匹配电路CM1-CMN；电流匹配电路CM1-CMN的目的是使其所在路径上的电流与其它路径上的电流匹配(亦即保持固定比例；通常为相同或相近).每一电流匹配电路CM1-CMN的电路结构与电流源相似，但由于其并不能由自身来完全决定所在路径上的电流量大小，而仅能决定各路径的电流匹配比例，故本说明书中将其称为“电流匹配电路”，而不称为“电流源”.至于电流量之大小，由总电流量设定电路35所主控；如图所示，所有电流匹配电路CM1-CMN并非各自接地，而是全部连接至同一节点Nd后，通过该总电流量设定电路35而接地.此总电流量设定电路35的作用是设定电流i_total，经过设定之后，便将其保持为定值。若背光控制电路30为一颗集成电路，则总电流量设定电路35可全部或部份位于集成电路外部，经由接脚p而与集成电路内部连接，如此可便利从外部进行设定与调整；但当然，如果总电流量i_total经设定之后，并不需要再作调整，则也可将总电流量设定电路35全部设置于集成电路的内部。

上述总电流量设定电路35，其最简单的作法，可以是一个共用电阻Rset，如图6所示。

上述共用电阻Rset的作用，如参照图7A及相关说明，当可更易了解。图7A中，假设各电流匹配电路以场效晶体管制作；如图所示，电流源CM1包括共用运算放大器OPA，晶体管Q1，及电阻R1；电流源CM2包括共用运算放大器OPA，晶体管Q2，及电阻R2；以此类推。各电流匹配电路的电阻R1-RN，其下端并联后，该并联节点Nd与共用电阻Rset串接。通过运算放大器OPA的作用，可将并联节点Nd上的电压最终保持在参考电压VB；因此，共用电阻Rset上的电流i_total可保持为定值(＝VB/Rset)。

为说明方便起见，假设忽略各路径111-11N上的电流，则共用电阻Rset上的电流i_total，即为所有发光二极管并联路径101-10N上的电流的总和，亦即

i_total＝i₁₀₁+i₁₀₂+i₁₀₃+....+i_10N

而在未达发光二极管亮度上限的情况下，路径101-10N上的电流量，即大致正比于路径上发光二极管的亮度。

当发光二极管路径101-10N中，任何一条或多条故障时，例如当路径101成为断路，则因为i₁₀₁为零，故

i_total＝i₁₀₂+i₁₀₃+....+i_10N

但因为电流i_total为定值(＝VB/Rset)，故除路径101以外之所有其它路径102-10N必须同时升高电流，换言之其它路径上的发光二极管亮度将会增强，得以弥补路径101成为断路时所损失的亮度，而对总亮度提供自动补偿的作用。

各路径101-10N上的电流i₁₀₁-i_10N，理想上应均等，但因各发光二极管以及电阻R1-RN在制造时可能有所差异，因此各路径101-10N上的阻值可能也有所差异，造成电流i₁₀₁-i_10N并不完全相等，但这并不影响本发明。

若电流匹配电路系以双载子晶体管制作，则电路结构大致应如图7B所示；其概念与图7A相同，不另作说明。

事实上，各电流匹配电路CM1-CMN中的电阻R1-RN，并非绝对必要；如图7C所示，亦可将所有电流匹配电路内的电阻R1-RN全部省略，而令所有电流匹配电路CM1-CMN利用晶体管在集成电路中的匹配设计与布局方法，来达成电流一致的功能。

又，使用该共用电阻Rset的其中一个目的，系为了便利从外部设定及调整总电流量i_total；但仅就「对总亮度提供自动补偿」的作用而言，其重点是使总电流量i_total为定值，即可达成自动补偿的功能。因此，总电流量设定电路35的实施方式，并不局限于为共用电阻Rset，亦可改以其它元件来代换。例如图8所示，可使用总控电流源CS_total来控制总电流量，亦可达成相同目的.又，如图9所示，甚至可以省略各发光二极管路径101-10N上的个别电流匹配电路CM1-CMN而改以同值串联电阻做粗略电流匹配；此时，各发光二极管路径101-10N上的电流量，将无法精确一致，但优点是电路较为简单.图9实施例的详细电路结构，例如可参考图10；其中，总控电流源CS_total为由晶体管Qcs、运算放大器OPAcs、电阻Rcs所构成，而若求便利从外部进行设定调整，可将电阻Rcs设置在集成电路的外部。晶体管Qcs，图标为场效晶体管，但当然也可由双载子晶体管来替代。

由以上所述可知，只要使总电流量i_total为定值，即属本发明的概念。

在本发明的概念下，由于当其中一条发光二极管路径故障时，其它路径上的发光二极管亮度需要增强，以对总亮度达成自动补偿，因此各发光二极管的原始设定亮度，不宜达到亮度上限，而例如可为亮度上限之(N-1)/N，(N-2)/N，...(N-M)/N，等等，其中N为原始发光二极管路径的总数，且1≤M≤(N-1)，M为正实数。

此外，为避免当其中一条发光二极管路径不发亮时，在屏幕上造成明显的暗影，如图11所示，最好将发光二极管所构成的阵列40上，相邻各发光二极管交错连接至不同的路径上，以在任何一条发光二极管路径不发亮时，尽量保持屏幕照明的均匀度。当然，交错安置发光二极管的方式有无限多种，图11所示仅为其中一例而已。又，如前所述，总电流量设定电路35未必一定要设置在集成电路的外部。

此外，如图12所示，背光控制电路30中可另包括有低电流侦测电路(Under Current Detection，UCD)31-3N。此低电流侦测电路31-3N的作用是侦测各条发光二极管并联路径101-10N上，是否发生电流过低或无电流的状况。当未发生电流过低或无电流状况时，发光二极管并联路径101-10N上的电压信号，会通过低电流侦测电路31-3N，传递至对应的电压比较路径111-11N，使最低电压选择电路21得以取得这些电压信号。当发光二极管路径101-10N上有一条或多条路径电流过低或无电流时，低电流侦测电路即排除对应的电压比较路径(111-11N中的一个或多个)，使其不成为最低电压选择电路21的有效输入，亦即使最低电压选择电路21不会接受这些电压比较路径(111-11N中的一个或多个)上的电压信号。

藉由设置上述低电流侦测电路31-3N，当任何一条发光二极管路径101-10N发生断路故障或空接(floating)，此时对应的低电流侦测电路31-3N将切断对应的路径111-11N。举例而言，假设发光二极管路径101发生断路故障，则由于路径111被切断，因此最低电压选择电路21仅会从路径112-11N之中，选择最低的电压信号，输入误差放大电路13。此时，虽然路径101上的所有发光二极管无法工作，但电压供应电路11仍然能够针对正常工作的其余发光二极管来供应适当的电压，并不至于无必要地拉高输出电压Vout，以致降低供电效率、甚或烧坏电路。此外，当本发明之背光控制电路供给发光二极管的芯片接脚数目超过需求时，可简单地将多余的接脚空接或接地，并不会多耗费能量，与该接脚接触的元件也不需要使用高压元件。

除上述外，如有必要确保背光控制电路30正常启动，可在背光控制电路30中设置相关的启动电路或逻辑电路。

上述低电流侦测电路、启动电路或逻辑电路，由于具体实施方法甚多，在此不予一一赘述；有关其更深入的细节，可参考申请人于同日申请的另一同名申请案，在其中详细说明。

图5、6、8、12中的最低电压选择电路21，具体制作成实际电路时，其中一个实施方法是和误差放大电路13制作在一起，成为单一一个最低电压比较放大电路25，如图13A所示。最低电压比较放大电路25的具体作法已为本技术领域者所熟知，在此仅略举两例，如图13B(仅示出输入级电路，其后可再连接其它级电路以放大信号)和图13C。当然，如不使用MOSFET，而采用其它元件如双载子晶体管或接面晶体管，亦同样可制作最低电压比较放大电路25，此为本技术领域者所熟知，在此不予赘述；又，如将最低电压比较放大电路25和误差放大电路13分开制作，当然亦属本发明的范围。

除以上所述外，最低电压比较放大电路25的参考电压Vref，并不一定需要是个定值，而可以是个可变值；该可变值宜与路径101-10N上的萃取电压有函数关系。例如，请参阅第14A与第14B图，其中将最低电压比较放大电路25改换为高低电压比较放大电路29，在高低电压比较放大电路29中，误差放大器13的另一输入不是参考电压Vref，而是改为最高电压选择电路22的输出，根据最高电压与最低电压之间的比较结果，来产生控制信号15。有关此部份之具体作法，可参考本案申请人于同日申请的另一同名申请案；因非本案重点，在此不详细说明。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，唯以上所述者，仅系为使熟悉本技术者易于了解本发明的内容而已，并非用来限定本发明之权利范围。如前所述，对于熟悉本技术者，当可在本发明精神内，立即思及各种等效变化。例如，所有实施例中所示直接连接的两元件，可在其间插入不影响信号意义的电路，例如延迟电路等。虽然所示实施例中，所有发光二极管路径上的电流匹配电路都并联至同一节点Nd，但也可仅将部分电流匹配电路并联至同一节点，或提供数个节点与数个共用电阻，而将电流匹配电路分组分别连接至该数个节点之一，等等。此外，在图标中虽然以背光控制电路为单独一颗集成电路，但也可拆成不只一颗集成电路，或进一步在其内整合与其它电路元件。又，本发明未必仅能运用于串并联发光元件电路，亦可用于全并联电路；虽然所示发光元件为发光二极管，但也可以是其它发光元件，如有机发光二极管；所述“背光”控制电路，可以不一定是控制“背光”，而可以是任何照明，等等。故凡依本发明之概念与精神所为之均等变化或修饰，均应包括于本发明之申请专利范围内。

Claims

1.一种背光控制电路，其特征在于，包含：

复数个电流匹配电路，其分别控制一条对应发光元件路径上的电流，所述电流匹配电路是使其所在路径上的电流与其它路径上的电流保持固定比例；以及

一个并联节点，与上述复数个电流匹配电路电连接，此并联节点用以与一总电流量设定电路电连接。

2.如权利要求1所述的背光控制电路，其中该总电流量设定电路为一总控电流源，其一端与该并联节点电连接。

3.如权利要求2所述的背光控制电路，其中该背光控制电路构成一集成电路，且该总控电流源包括一电阻，此电阻位于该集成电路的外部。

4.如权利要求1所述的背光控制电路，其中该并联节点上的电压与一参考电压相比较，根据该比较结果，控制各电流匹配电路。

5.如权利要求1所述的背光控制电路，其中该复数电流匹配电路各包括一场效晶体管、一与该场效晶体管串联的电阻、及共用的运算放大器，该运算放大器的输出与各场效晶体管的栅极电连接。

6.如权利要求5所述的背光控制电路，其中该复数电流匹配电路中的每一条电路的电阻一端与每一条电路的该场效晶体管电连接，另一端电连接至所述并联节点。

7.如权利要求6所述的背光控制电路，其中该共用的运算放大器输入之一电连接至该并联节点，另一输入电连接至一参考电压。

8.如权利要求1所述的背光控制电路，其中该复数电流匹配电路各包括一双载子晶体管、一与该双载子晶体管串联的电阻、及共用的运算放大器，该运算放大器的输出与各双载子晶体管的基极电连接。

9.如权利要求8所述的背光控制电路，其中该复数电流匹配电路中的电阻一端与该双载子晶体管电连接，另一端电连接至所述并联节点。

10.如权利要求9所述的背光控制电路，其中该共用的运算放大器输入之一电连接至该并联节点，另一输入电连接至一参考电压。

11.如权利要求1所述的背光控制电路，其中该复数电流匹配电路各包括一场效晶体管、及共用的运算放大器，该运算放大器的输出与各场效晶体管的栅极电连接，且每一电流匹配电路中的场效晶体管与各电流匹配电路共用的共用电阻串联。

12.如权利要求11所述的背光控制电路，其中所述并联节点为各场效晶体管与共用电阻电连接的节点。

13.如权利要求12所述的背光控制电路，其中该共用的运算放大器输入之一电连接至该并联节点，另一输入电连接至一参考电压。

14.如权利要求1所述的背光控制电路，其所连接的每一位于发光元件路径上的发光元件，在无发光元件故障的情况下，其亮度设定值低于最大亮度值。

15.如权利要求1所述的背光控制电路，其中该复数电流匹配电路的数目为N，N为大于或等于2之整数，且该背光控制电路所连接的每一位于发光元件路径上的发光元件，在无发光元件故障的情况下，其亮度设定值为最大亮度值的(N-M)/N，其中1≤M≤(N-1)，M为正实数。

16.如权利要求1所述的背光控制电路，更包含有至少一个低电流侦测电路，与至少一条对应的发光元件路径电连接，以供侦测该对应的发光元件路径是否发生低电流或无电流状况.

17.如权利要求1所述的背光控制电路，其中在各发光元件路径上分别设有一接脚，且至少一接脚为空接或接地。

18.一种发光元件控制方法，其特征在于，包含：

(A)提供复数条发光元件并联路径；

(B)将该并联路径之总电流设定为定值；以及

(C)分别控制该复数条发光元件路径上的电流，为该复数条发光元件路径，各提供一个电流匹配电路，所述电流匹配电路是使其所在路径上的电流与其它路径上的电流保持固定比例。

19.如权利要求18所述的发光元件控制方法，其中，各电流匹配电路共用一个运算放大器。

20.如权利要求18所述的发光元件控制方法，其中，各电流匹配电路共用一个共用电阻。

21.如权利要求18所述的发光元件控制方法，其中，步骤(B)提供一个与并联路径串联的共用电阻。

22.如权利要求21所述的发光元件控制方法，其中将该共用电阻上的两端的电压差控制为定值。

23.如权利要求18所述的发光元件控制方法，更包含：(D1)在该复数发光元件路径上提供发光元件；以及(D2)在无发光元件故障的情况下，将各发光元件的亮度设定成低于最大亮度值。

24.如权利要求18所述的发光元件控制方法，更包含：(E)侦测各发光元件路径是否处于低电流或无电流状态。