CN101207952B

CN101207952B - 光源和背光源的驱动方法

Info

Publication number: CN101207952B
Application number: CN200610170012A
Authority: CN
Inventors: 石志聪; 黄世才; 蔡欣芸; 胡鸿烈
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: CN101207952A

Abstract

本发明首先设定一帧时间(FT)和一单元时间(UT)，并计算所述帧时间可容纳的单元时间的个数(M)。其次，根据复数个发光元件的开启时间(DTi)和所述单元时间(UT)，计算所述复数个发光元件的开启次数(Ni)和补偿时间(CTi)。之后，根据所述开启次数(Ni)和补偿时间(CTi)，驱动所述复数个发光元件发出光束。简单地说，本发明是将各发光元件的开启时间细分成N个单元时间和一补偿时间，再根据所述N个单元时间在所述帧时间供应电流到所述发光元件。如果所述帧时间不足以执行所述N个单元时间，那么使用所述补偿时间予以补足。本发明的驱动方法可应用于驱动光源或液晶显示器的背光源。

Description

光源和背光源的驱动方法

技术领域

本发明涉及一种光源和背光源的驱动方法，特别涉及一种可使光源和背光源的电源供应器输出准定电流(Quasi-constant current)的驱动方法。

背景技术

使用发光二极管(Light Emitting Diode，LED)构成的光源具备「高细腻度」、「高辉度」、「无水银」、「高色再现性」和「省空间」等特点，因而能够赋予许多需要光源的电子产品(例如液晶面板)更高的附加价值。随着平板电视逐渐受到消费者青睐而逐渐有取代映像管电视成为主流之际，相关业者也希望寻找色彩表现更佳的背光源，其中发光二极管由于能够呈现更光亮的色泽(color gamma)且具有使用寿命更长的优点，因而在平板电视的发展上深受关注。

图1至图2例示常规的发光二极管16A、16B和16C及其光源10。所述光源10是通过一脉宽调制(pulse width modulation，PWM)信号产生器12产生的开启信号，而驱动器(开关晶体管)18A、18B和18C则根据所述开启信号导通使得一电源供应器14的电流可流过蓝光发光元件16A、绿光发光元件16B和红光发光元件16C而分别发出蓝光光束、绿光光束和红光光束，其混合即形成白光。所述脉宽调制信号产生器12产生的开启信号可控制所述开关晶体管18A、18B和18C的开启时间，进而控制蓝光发光元件16A、绿光发光元件16B和红光发光元件16C的发光时间。

参看图2，虽然流过蓝光发光元件16A、绿光发光元件16B和红光发光元件16C的电流大小相同，但所述电源供应器14在一周期(cycle time)内，必须进行三次切换，使得输出电流并非定值。一般来说，所述电源供应器14内部包含电容和电感等储能元件，而切换动作将使得电容和电感等储能元件浪费能量，所以对所述电源供应器14来说是一个无效率的功率输出。

发明内容

本发明提供一种可使光源(白光或近似白光光源)和背光源的电源供应器输出准定电流的驱动方法。

本发明的驱动方法，首先设定一帧时间(FT)和一单元时间(UT)，并计算所述帧时间可容纳的单元时间的个数(M)。其次，根据复数个发光元件的开启时间(DTi)和所述单元时间(UT)，计算所述复数个发光元件的开启次数(Ni)和补偿时间(CTi)。之后，根据所述开启次数(Ni)和补偿时间(CTi)，驱动所述复数个发光元件发出光束。明确地说，本发明的驱动方法可应用于驱动光源或液晶显示器的背光源。

与常规技术相比，本发明是将各发光元件的开启时间细分成N个单元时间(UT)和一补偿时间，并在所述帧时间执行所述N个单元时间(UT)。如果所述帧时间不足以执行所述N个单元时间(UT)，那么使用所述补偿时间(CT)予以补足。如此，所述电源供应器在所述帧时间内的供应电流为一定值，且所述电源供应器在所述补偿时间内的供应电流也为一定值，因而可有效地降低驱动发光元件的电功率，进而达到让光源具有省能且具有高可靠度的特性。

附图说明

图1至图2例示常规发光二极管及其光源；

图3例示一液晶显示器的背光源；

图4例示本发明第一实施的背光源的驱动方法；

图5例示本发明第二实施的背光源的驱动方法；

图6至图7例示本发明的驱动信号波形图；

图8例示采用本发明的背光源的驱动信号波形图；

图9例示发光二极管的驱动电压与照明度的关系图；

图10和图11例示提升驱动电压前后的亮度；以及

图12例示本发明的驱动信号的波形图。

具体实施方式

图3例示一液晶显示器的背光源20。所述背光源20包含一用以产生控制信号的微处理器22、复数个可根据所述控制信号导通一电源供应器14的电流而驱动复数个发光模块16的驱动器18、一可根据一色彩传感器28或一温度调节器30的感测信号而产生一回馈信号的信号调整器24。所述微处理器22包含一可将所述回馈信号转换为数字信号的模拟/数字转换器22A以及一可将数字信号转换为模拟信号的数字/模拟转换器22B，而一显示装置26则用以显示所述数字/模拟转换器22B输出的模拟信号。

图4例示本发明第一实施的背光源20的驱动方法。首先，设定一帧时间(FT)和一单元时间(UT)，并根据公式M＝FT/(P×UT)计算所述帧时间可容纳的单元时间的个数(M)。其次，根据所述光源20的复数个发光元件16A、16B和16C的开启时间(DTi)和所述单元时间(UT)，计算所述复数个发光元件16A、16B和16C的开启次数(Ni)和补偿时间(CTi)。之后，根据所述开启次数(Ni)和补偿时间(CTi)，驱动所述复数个发光元件16A、16B和16C发出光束。

P是正整数，代表所述发光模块16的发光元件的个数，这一实施例包含三个发光元件16A、16B和16C，因此P＝3。所述发光元件16A可由蓝光二极管构成，所述发光元件16B可由绿光发光二极管构成，所述发光元件16C可由红光发光二极管构成，因而构成一光源。明确地说，P可大于或等于3，例如使用二个绿光发光元件、一个蓝光发光元件和一个红光发光元件，则P＝4。

所述复数个发光元件16A、16B和16C的开启次数(Ni)和补偿时间(CTi)的计算程序，首先接收所述复数个发光元件16A、16B和16C的开启时间(DTi)，并根据公式Ni＝DTi/UT计算所述复数个发光元件16A、16B和16C的开启次数(Ni)。其次，检查M是否大于所述复数个Ni的最大值，如果检查结果为真，那么设定所述复数个发光元件16A、16B和16C的补偿时间(CTi)为零。之后，如果检查结果为否且M大于等于Ni，那么设定所述补偿时间(CTi)为零；如果检查结果为否且M小于Ni，那么根据公式CTi＝(Ni-M)×UT设定所述补偿时间。

图5例示本发明第二实施的背光源20的驱动方法。图4和图5揭示的实施例差异为所述复数个发光元件16A、16B和16C的开启次数(Ni)和补偿时间(CTi)的计算程序不同。参看图5，所述复数个发光元件16A、16B和16C的开启次数(Ni)和补偿时间(CTi)的计算流程，首先执行步骤(a)接收一发光元件的开启时间(DTi)，并根据公式Ni＝DTi/UT计算一开启次数(Ni)。其次，执行步骤(b)如果M大于等于Ni那么设定一补偿时间(CTi)为零，如果M小于Ni那么根据公式CTi＝(Ni-M)×UT设定所述补偿时间。之后，重复步骤(a)和(b)一预定次数，直到i＝P，即完成所述复数个发光元件16A、16B和16C的开启次数(Ni)和补偿时间(CTi)的计算。

参看图6至图7，本发明是将各发光元件的开启时间(即工作时间，duty time)细分成N个单元时间(UT)和一补偿时间(CT)。如果M个单元时间(UT)的加总小于各发光元件的开启时间，即M小于N，那么使用所述补偿时间(CT)予以补足。明确地说，各发光元件的开启时间等于帧时间内的单元时间总和加上补偿时间。图6例示各发光元件的开启时间相同，也就是说等于5个单元时间的总和加上补偿时间。

如此，所述驱动器18在所述帧时间内仅导通所述电源供应器14的电流到所述三个发光元件16A、16B和16C之一，因而所述电源供应器14在所述帧时间内的供应电流为一定值，且所述电源供应器14在所述补偿时间(CT)内的供应电流也为一定值(I_Blue+I_Green+I_Red)，也就是说所述电源供应器14输出准定电流，如图6所示。相对地，如果M个单元时间(UT)的加总大于等于各发光元件的开启时间，即M大于等于N，那么不需使用补偿时间(CT)，所以设为零。如此，所述电源供应器14在所述帧时间内的供应电流为一定值，且所述电源供应器14在所述补偿时间(CT)内的供应电流为零，也就是说所述电源供应器14输出准定电流，如图7所示。

图8例示采用本发明的背光源20的驱动信号波形图。本发明是将各发光元件的开启时间(即工作时间，duty time)细分成N个单元时间(UT)和一补偿时间。所述发光元件16A(蓝光二极管)的开启时间较长，帧时间内的单元时间加总仍小于所述开启时间，因此使用补偿时间予以补足。相对地，所述发光元件16B(绿光发光二极管)和所述发光元件16C(红光发光二极管)的开启时间较短，小于帧时间内的单元时间加总，因此补偿时间设为零。

图9例示发光二极管的驱动电压与照明度的关系图。发光二极管的照明度随着驱动电压的提升而增加。当施加一预定电压(例如脉宽调制电压，PWM)到所述驱动器18而导通电流，所述发光元件16A、16B和16C即可发出光束。由于发光二极管的照明度随着驱动电压的提升而增加，因此本发明驱动包含发光二极管的发光元件16A、16B和16C时，如果通过提高所述预定电压1至5％，即可以大幅提高所述光源20的照明度。如图10(提升电压前)和图11(提升电压后)所示。此外，本发明提高所述驱动器18的驱动电压，也可降低驱动的单元时间而节省电能。

图12例示本发明的驱动信号的波形图。所述微处理器22将单元时间定义为33微秒，也就是说3个单元时约为100微秒；将亮度信号设定为100％(全亮)，此时测得亮度约为6000nits。根据本发明的驱动方法，帧时间包含N1＝256个单元时间的蓝光PWM信号，N2＝256个单元时间的绿光PWM信号且N3＝256个单元时间的红光PWM信号，而补偿时间均为7.3毫秒。

测量蓝光二极管的电流为0.43安，电压为3.53伏。绿光二极管的电流为0.43安，电压为3.54伏。红光二极管的电流为0.43安，电压为3.04伏。根据下列公式计算背光源20所消耗的电功率为17.4W，比一般操作的20.559W节省约15％的功率。也就是说，本发明可实际节省15％的功率，并且使所述电源供应器14减少电源切换的次数为原来的1/4以提高系统的可靠性。

P＝V_app×(I_Blue+I_Green+I_Red)+V_app×(I_Blue)

＝V_app(2I_Blue+I_Green+I_Red)

与常规技术相比，本发明是将各发光元件的开启时间(即工作时间，duty time)细分成N个单元时间(UT)和一补偿时间，而所述驱动器18则根据所述N个单元时间(UT)在所述帧时间导通使得所述电源供应器14的电流得以供应到所述发光元件。如果所述帧时间不足以执行所述N个单元时间(UT)，那么所述驱动器18使用所述补偿时间(CT)予以补足。如此，所述电源供应器14在所述帧时间(FT)内的供应电流为一定值，且所述电源供应器14在所述补偿时间(CT)内的供应电流也为一定值，因而可有效地降低驱动发光二极管阵列的电功率，进而达到使光源具有省能且具有高可靠度的特性。

上文已揭示本发明的技术内容和技术特点，然而所属领域的技术人员仍可能基于本发明的教示和揭示而作种种不背离本发明精神的替换和修改。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的范围，而是应包括各种不背离本发明的替换和修改，并由所附权利要求书所涵盖。

Claims

1.一种光源的驱动方法，其特征在于包含下列步骤：

设定一帧时间(FT)和一单元时间(UT)，并计算所述帧时间可容纳的单元时间的个数(M)；

根据所述光源的复数个发光元件的开启时间(DTi)和所述单元时间(UT)，计算所述复数个发光元件的开启次数(Ni)和补偿时间(CTi)；

根据所述开启次数(Ni)和补偿时间(CTi)，驱动所述复数个发光元件发出光束；其中

计算所述帧时间可容纳的单元时间的个数(M)是根据公式M＝FT/(P×UT)，P是一正整数；

P代表所述光源的发光元件的个数；以及

根据所述光源的复数个发光元件的开启时间(DTi)和所述单元时间(UT)计算其开启次数(Ni)和补偿时间(CTi)包含：

(a)接收一发光元件的开启时间(DTi)，并根据公式Ni＝DTi/UT计算一开启次数(Ni)；

(b)如果M大于等于Ni那么设定一补偿时间(CTi)为零，如果M小于Ni那么根据公式CTi＝(Ni-M)×UT设定所述补偿时间；以及

(c)重复步骤(a)和(b)一预定次数。

2.根据权利要求1所述的光源的驱动方法，其特征在于所述光源包含一红光发光二极管、一绿光发光二极管以及一蓝光发光二极管。

3.根据权利要求1所述的光源的驱动方法，其特征在于先根据所述开启次数(Ni)驱动所述复数个发光元件发出光束，再根据所述补偿时间(CTi)驱动所述复数个发光元件发出光束。

4.根据权利要求1所述的光源的驱动方法，其特征在于先根据所述补偿时间(CTi)驱动所述复数个发光元件发出光束，再根据所述开启次数(Ni)驱动所述复数个发光元件发出光束。

5.根据权利要求1所述的光源的驱动方法，其特征在于驱动所述复数个发光元件发出光束包含施加一预定电压到所述发光元件。

6.根据权利要求5所述的光源的驱动方法，其特征在于驱动所述复数个发光元件发出光束包含提升所述预定电压1至5％，再施加到所述发光元件。

7.一种光源的驱动方法，其特征在于包含下列步骤：

P代表所述光源的发光元件的个数；以及

接收复数个发光元件的开启时间(DTi)，并根据公式Ni＝DTi/UT计算所述复数个发光元件的开启次数(Ni)；

检查M是否大于所述复数个Ni的最大值，如果检查结果为真，那么设定所述复数个发光元件的补偿时间(CTi)为零；

如果检查结果为否且M大于等于Ni，那么设定所述补偿时间(CTi)为零；以及

如果检查结果为否且M小于Ni，那么根据公式CTi＝(Ni-M)×UT设定所述补偿时间。

8.根据权利要求7所述的光源的驱动方法，其特征在于所述光源包含一红光发光二极管、一绿光发光二极管以及一蓝光发光二极管。

9.根据权利要求7所述的光源的驱动方法，其特征在于先根据所述开启次数(Ni)驱动所述复数个发光元件发出光束，再根据所述补偿时间(CTi)驱动所述复数个发光元件发出光束。

10.根据权利要求7所述的光源的驱动方法，其特征在于先根据所述补偿时间(CTi)驱动所述复数个发光元件发出光束，再根据所述开启次数(Ni)驱动所述复数个发光元件发出光束。

11.根据权利要求7所述的光源的驱动方法，其特征在于驱动所述复数个发光元件发出光束包含施加一预定电压到所述发光元件。

12.根据权利要求11所述的光源的驱动方法，其特征在于驱动所述复数个发光元件发出光束包含提升所述预定电压1至5％，再施加到所述发光元件。

13.一种背光源的驱动方法，其特征在于包含下列步骤：

设定一帧时间(FT)和一单元时间(UT)；

计算所述帧时间可容纳的单元时间的个数(M)；

根据所述背光源的复数个发光元件的开启时间(DTi)和所述单元时间(UT)，计算所述复数个发光元件的开启次数(Ni)和补偿时间(CTi)；

所述背光源包含复数个发光模块，P代表所述发光模块的发光元件的个数；以及

根据所述背光源的复数个发光元件的开启时间(DTi)和所述单元时间(UT)计算其开启次数(Ni)和补偿时间(CTi)包含：

(c)重复步骤(a)和(b)一预定次数。

14.根据权利要求13所述的背光源的驱动方法，其特征在于所述发光模块包含一红光发光二极管、一绿光发光二极管以及一蓝光发光二极管。

15.根据权利要求13所述的背光源的驱动方法，其特征在于先根据所述开启次数(Ni)驱动所述复数个发光元件发出光束，再根据所述补偿时间(CTi)驱动所述复数个发光元件发出光束。

16.根据权利要求13所述的背光源的驱动方法，其特征在于先根据所述补偿时间(CTi)驱动所述复数个发光元件发出光束，再根据所述开启次数(Ni)驱动所述复数个发光元件发出光束。

17.根据权利要求13所述的背光源的驱动方法，其特征在于驱动所述复数个发光元件发出光束包含施加一预定电压到所述发光元件。

18.根据权利要求17所述的背光源的驱动方法，其特征在于驱动所述复数个发光元件发出光束包含提升所述预定电压1至5％，再施加到所述发光元件。

19.一种背光源的驱动方法，其特征在于包含下列步骤：

设定一帧时间(FT)和一单元时间(UT)；

计算所述帧时间可容纳的单元时间的个数(M)；

所述背光源包含复数个发光模块，P代表所述发光模块的发光元件的个数；以及根据所述背光源的复数个发光元件的开启时间(DTi)和所述单元时间(UT)计算其开启次数(Ni)和补偿时间(CTi)包含：

20.根据权利要求19所述的背光源的驱动方法，其特征在于所述发光模块包含一红光发光二极管、一绿光发光二极管以及一蓝光发光二极管。

21.根据权利要求19所述的背光源的驱动方法，其特征在于先根据所述开启次数(Ni)驱动所述复数个发光元件发出光束，再根据所述补偿时间(CTi)驱动所述复数个发光元件发出光束。

22.根据权利要求19所述的背光源的驱动方法，其特征在于先根据所述补偿时间(CTi)驱动所述复数个发光元件发出光束，再根据所述开启次数(Ni)驱动所述复数个发光元件发出光束。

23.根据权利要求19所述的背光源的驱动方法，其特征在于驱动所述复数个发光元件发出光束包含施加一预定电压到所述发光元件。

24.根据权利要求23所述的背光源的驱动方法，其特征在于驱动所述复数个发光元件发出光束包含提升所述预定电压1至5％，再施加到所述发光元件。