CN101242694A - 亮度控制电路和背光控制模块 - Google Patents

亮度控制电路和背光控制模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种亮度控制电路，适用于控制发光模块的亮度。参考电压源用以提供参考电位。感光模块根据光强度来产生流经感光模块的第一电流。充电模块连接于感光模块与地之间，并根据第一电流于电压节点产生充电电位。电压控制电路，包括比较器以及二极管，比较器具有连接于参考电压源的正输入端、连接于电压节点的负输入端，以及第一输出端，并根据参考电位以及充电电位的电压高低关系而输出对应的比较信号，二极管连接于负输入端和第一输出端之间。开关连接于电压控制电路，并根据比较信号而提供流经发光模块的第二电流。

Description

亮度控制电路和背光控制模块
技术领域
本发明涉及一种亮度控制电路，特别是关于一种使用脉冲频宽调制技术的亮度控制电路。
背景技术
目前市面上的电子产品皆大量使用显示屏来显示信息，例如：手机、数字相机、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、卫星导航(Global Positioning System，GPS)等。当在环境亮度较亮的情况下，显示屏需要以较高的亮度来显示，使得使用者容易在较亮环境下看清楚显示屏所显示的内容，另外，在环境较暗的情况下，显示屏就采以较低亮度来显示，以节省电能，并且使使用者观看显示屏时，不会因显示屏与环境的亮度差异过大而感到不适。而上述电子产品大部分是使用电池来供应电源，在一般使用情况下，电池的电压会随着使用的时间增长而逐渐下降，所以上述电子产品的显示屏必须在特定电池电压变动范围内，才能正常地为使用者提供一定的显示亮度。
图1是传统显示屏控制亮度装置100的示意图，电池50的输出电压经由直流转直流转换器(DC/DC Converter)10将电压升高，并提供一定电压值(例如：9伏特)给恒流控制器20，并藉由传感器30控制恒流控制器20输出给发光二极管40的电流量，进而控制发光二极管40的亮度，当环境亮度较亮的情况下，恒流控制器20将提供较大电流，使发光二极管40产生较亮的光，当环境较暗的情况下，恒流控制器20将提供较小电流，使发光二极管产生较暗的光。
然而，传统控制显示屏装置需要额外使用直流转直流转换器10，以提供一定电压源，和额外使用恒流控制器20以提供电流，使得电路变的较为复杂，电路成本也提高不少。
另外，传统数字相机的感光组件皆设置在镜头里，但往往因为镜头端的亮度和显示屏(镜头背后)的亮度不同，造成感光组件感测到的亮度与使用者实际感受到的亮度不同，造成传统数字相机的显示屏亮度调整结果常常过亮或是过暗，无法满足使用者需求，而显示屏过亮还会导致无谓的电能消耗。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种亮度控制电路，适用于控制发光模块的亮度，所述亮度控制电路包括：
感光模块，根据光强度来产生流经所述感光模块的第一电流；
充电模块，连接于所述感光模块与地之间，用以根据所述第一电流而于一电压节点产生一充电电位；
电压控制电路，包括：
参考电压源，用以提供一参考电位；
比较器，具有连接于所述参考电压源的正输入端、连接于所述电压节点的负输入端，以及第一输出端，用以根据所述参考电位以及充电电位的电压高低关系而输出对应的比较信号；以及
二极管，连接于所述负输入端和第一输出端之间；以及
开关，连接于所述电压控制电路，用以根据所述比较信号而提供流经所述发光模块的第二电流。
在本发明所述的亮度控制电路中，所述开关为双载子晶体管。
在本发明所述的亮度控制电路中，所述发光模块包括发光二极管。
在本发明所述的亮度控制电路中，所述感光模块为光电转换组件。
在本发明所述的亮度控制电路中，所述二极管的正极端连接于所述负输入端，其负极端连接于所述第一输出端。
本发明再提供一种亮度控制电路，适用于具有显示屏幕的电子装置，该电子装置包括一发光模块，所述亮度控制电路包括：
感光模块，根据环境光强度来产生流经所述感光模块的第一电流；
充电模块，连接于所述感光模块与地之间，用以根据所述第一电流而于一电压节点产生一充电电位；
电压控制电路，包括：
参考电压源，用以提供一参考电位；
运算放大器，具有连接于所述参考电压源的正输入端、连接于所述电压节点的负输入端，以及第一输出端，用以根据所述参考电位以及充电电位的电压高低关系而输出对应的比较信号；以及
二极管，连接于所述负输入端和第一输出端之间；以及
双载子晶体管，连接于所述电压控制电路，用以根据所述比较信号而提供流经所述发光模块的第二电流。
在本发明所述的亮度控制电路中，所述发光模块包括发光二极管。
在本发明所述的亮度控制电路中，所述感光模块为光电转换组件。
在本发明所述的亮度控制电路中，所述感光模块设置于所述显示屏幕旁。
本发明又提供一种背光控制模块，包括发光模块及其亮度控制电路，其特征在于，所述亮度控制电路包括：
感光模块，根据环境光强度来产生流经所述感光模块的第一电流；
充电模块，连接于所述感光模块与地之间，用以根据所述第一电流而于一电压节点产生一充电电位；
电压控制电路，包括：
参考电压源，用以提供一参考电位；
比较器，具有连接于所述参考电压源的正输入端、连接于所述电压节点的负输入端，以及第一输出端，用以根据所述参考电位以及充电电位的电压高低关系而输出对应的比较信号；以及
二极管，连接于所述负输入端和第一输出端之间；以及
开关，连接于所述电压控制电路，用以根据所述比较信号而提供流经所述发光模块的第二电流。
实施本发明的亮度控制电路和背光控制模块，具有如下有益效果：可直接取用电池电能，不会因为电池电压下降而影响到显示屏的亮度，电路成本低，可减少电能消耗，并可快速反应环境亮度。由于感光模块设置在显示屏旁，还可准确地检测到显示屏周边的环境光亮度。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，然其并非用以限定本发明的范围，附图中：
图1是传统显示屏控制亮度装置的示意图；
图2是根据本发明第一实施例所述的亮度控制电路的电路图；
图3是根据本发明实施例使用两不同电压源电压的输出电位Vout和负输入端电位Vin-的关系图；及
图4是将本发明应用于数字相机400上的示意图。
100～显示屏控制亮度装置        10～直流转直流转换器
20～恒流控制器                 30～传感器
40～发光二极管                 50～电池
200～亮度控制电路              210～充电模块
220～电压控制电路              221～端点
222～电压节点                  223～输出端点
224～正输入端                  225～参考电压源
226～负输入端                  230～感光模块
240～开关                      250～发光模块
Vcc～电压源                    C1～电容
Q1～光传感器                   Q2～双载子晶体管
OP1～运算放大器                I1、I2～电流
B～基极                        C～集极
E～射极                        D1～二极管
D2～发光二极管            Vcchigh、Vcclow～电压
T1、T2～间隔时间          Vin-～负输入端电位
Vout～输出电位            Vin+～正输入端电位
410～液晶显示屏           400～数字相机
420～镜头                 430～传感器
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7～电阻
具体实施方式
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
图2是根据本发明一实施例的亮度控制电路200的电路图。亮度控制电路200包括电压控制电路220、感光模块230、充电模块210、开关240和发光模块250。感光模块230包括光传感器Q1和电阻R6，并连接于充电模块210和电压源Vcc之间。光传感器Q1连接于电压源Vcc和电阻R6之间，并根据所接收到的光线强弱来产生流经感光模块230的第一电流I1，当光线较强时，提供较大电流，当光线较弱时，提供较小电流。举例而言，光传感器Q1可以是光电转换组件。
充电模块210为至少包括一电容C1的电路，但不限定只包括一电容，充电模块210连接于感光模块230和接地之间，并根据第一电流I1在电压节点222产生一充电电位Vin。
电压控制电路220至少包括参考电压源225、运算放大器OP1、二极管D1和电阻R1、R2、R3、R4和R5。参考电压源225在端点221上产生一参考电压源电位Vref。运算放大器OP1具有连接到参考电压源225的正输入端224、连接到电压节点222的负输入端226，以及输出端点223，并根据正输入端224的电位Vin+以及负输入端226的电位Vin-，在输出端点223产生一输出电位Vout。当负输入端226的电位Vin-大于正输入端224的电位Vin+时，输出电位Vout为低电位。当负输入端226的电位Vin-小于正输入端224的电位Vin+时，输出电位Vout为高电位。另外，二极管D1连接在负输入端226和输出端点223之间。电阻R4在正输入端224和输出端点223之间。电阻R5在输出端点223和开关240之间，电阻R3在正输入端224和端点221之间。
开关240连接至电压控制电路220，并根据输出电位Vout提供流经发光模块250的第二电流I2。当输出电位Vout为低电位时，开关240导通，于是提供第二电流I2给发光模块250，使发光模块250发光。当输出电位Vout为高电位时，开关240不导通，则不提供第二电流I2给发光模块250，所以发光模块250不发光。开关240可包括一双载子晶体管Q2，双载子晶体管Q2具有发射极E、基极B和集电极C，其发射极E连接电压源Vcc，其基极B连接电压控制电路220，其集电极C连接发光模块250。发光模块250至少包括一电阻R7和发光二极管D2，电阻R7连接于开关240和发光二极管D2之间。
当环境亮度较亮时，光传感器Q1会相应地产生较大电流，对电容C1加速充电，使得电压节点222的电位升高，而当运算放大器OP1的负输入端的电位Vin-大于正输入端的电位Vin+时，输出电位Vout由高电位转变为低电位，此时双载子晶体管Q2导通，导通的双载子晶体管Q2所产生的电流I2将流经发光模块250，并导致发光二极管D2发亮。反之，当环境亮度较暗时，光传感器Q1会感应较小电流，电容C1充电速度较慢，但电压节点222的电位仍会升高，并且当负输入端的电位Vin-大于正输入端的电位Vin+时，输出电位Vout由高电位转变为低电位，双载子晶体管Q2因而导通，并且产生电流I2流经发光二极管D2，发光二极管D2因而发亮。在环境光较暗的情况下，运算放大器OP1的负输入端的电位Vin-增加到大于正输入端的电位Vin+所需的时间会长于较亮的环境。
当输出电位Vout为低电位时，因为二极管D1正端(电压节点222)高于负端(输出端点223)一特定电压值时，二极管D1会导通，电容C1的电荷会经由二极管D1放电至输出端点223，于是电压节点222的电位也就跟着降低。待负输入端的电位Vin-小于正输入端的电位Vin+时，输出电位Vout则由低电位转变成高电位，二极管D1因而截止，双载子晶体管Q2也同时截止，所以没有电流I2流经发光二极管D2，发光二极管D2因此变暗。而流经光传感器Q1的第一电流I1会再次充电电容C1，使电压节点222的电位再次升高，如此一来，使得电压节点222的电压随着电容充电和放电过程，电压值会持续上升与下降，形成一锯齿波，而输出端点223因为电压节点222的电压变动而形成一脉冲波(环境亮度和电压值会影响此脉冲波频率和宽度)，而双载子晶体管Q2根据电压节点222的电压变动而切换于导通与截止状态之间，因此发光二极管D2会以一特定频率发光，当发光频率超过60赫兹，人的眼睛不会察觉发光二极管D2在闪动。而环境亮度的亮和暗会影响电容C1充电速度，进而影响双载子晶体管Q2导通和截止状态的切换频率，使得发光二极管D2发光频率会跟着环境亮度做改变，当环境亮度较亮时，由于运算放大器OP1的负输入端的电位Vin-增加到大于正输入端的电位Vin+的速度较快，因此发光二极管D2发光频率较高，使发光二极管D2较亮，反的，当环境亮度较暗时，发光二极管D2发光频率较低，使发光二极管D2较暗。
图3系显示根据本发明实施例操作于不同电压源电压的输出电位Vout和负输入端电位Vin-的关系图。图3中负输入端的电位Vin-为一锯齿波波形，输出电位Vout为一脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)波形，而本发明实施例的亮度控制电路200即利用输出电位Vout为PWM波形来控制发光二极管D2发光时间和频率。当电压源Vcc的电压为高电压Vcchigh时，输出电位Vout为低电位的时间间隔为间隔时间T1，当电压源Vcc的电压下降为低电压Vcclow时，输出电位Vout为低电位的时间间隔为间隔时间T2。如图3所示，电压源电压为Vcclow所对应的间隔时间T2较电压源电压为Vcchigh所对应的间隔时间T1长。因此，当电压源电压因为电能消耗而逐渐下降时(例如由电压源的高电压Vcchigh降至低电压Vcclow)，双载子晶体管Q2每一次导通的时间会逐渐延长，而电流I2流经发光二极管D2的间隔时间也就越长，因此发光二极管D2每一次发光的时间也就越长，以弥补因为电压源电压下降，造成发光二极管D2亮度降低的问题，维持发光二极管D2的整体发光亮度。
因此，使用本发明实施例的亮度控制电路来控制显示屏亮度，可直接取用电池电能，且不会因为电池电压下降而影响到显示屏的亮度，并且可减少直流转直流转换器的使用并避免其产生的能量损耗，依据实验测试数据大约可节省5％至10％的电能消耗，并且因为直接使用运算放大器和传感器作亮度控制，可快速反应环境亮度。并且亮度控制电路可适用于具有显示屏幕的电子装置，作为其背光源的控制模块。例如，所述具有显示屏幕的电子装置可以是液晶(LCD)电视、个人数字助理(PDA)、影像摄取装置、手机和掌上型游戏机其中的任一种。无论这些电子装置是采用LCD显示屏，还是采用未来新开发的显示屏幕，只要是以发光二极管作为背光源，都可采用本发明的亮度控制电路来控制显示屏的发光亮度。
表1是根据本发明第一实施例在不同电压源和不同环境亮度下，发光二极管D2的发光频率、输出电位Vout为低电位的间隔时间、输出电位Vout为低电位的电压值、输出电位Vout为高电位的电压值以及第二电流I2值。从表1中可以得知在环境亮度不变的情况下，当电压源的电压值越低时，发光二极管D2的发光频率会越高，流经发光二极管D2的电流I2越大，并且Vout低电位间隔时间越长，使发光二极管D2能维持一定亮度。另外，在电压源电压不变的情况下，当环境亮度较亮时，发光二极管D2的发光频率较高，流经发光二极管D2的电流I2较大，使得在较亮环境下发光二极管D2较亮，反之，当环境亮度较暗时，发光二极管D2的发光频率较低，流经发光二极管D2的电流I2较小，使得在较暗环境下不致因发光二极管D2过亮而觉得刺眼。
表1.
电压源 环境亮度 发光频率   Vout为低电位的时时间隔和电压值   Vout_的高电位值 I2
  3.0V   300lux   548Hz   39μsec(0.20V)   3.0V   192μA
  2.5V   300lux   625Hz   63μsec(0.06V)   2.5V   200μA
  2.0V   300lux   695Hz   172μsec(0.10V)   2.0V   212μA
  3.0V   约50lux   93Hz   36μsec(0.24V)   3.0V   20μA
  2.5V   约50lux   112Hz   59μsec(0.14V)   2.5V   21μA
  2.0V   约50lux   137Hz   154μsec(0.02V)   2.0V   22μA
图4是将本发明应用于数字相机400上的示意图，如图4所示，传感器(即感光模块)430设置在液晶显示屏410旁，而非传统技术般设置在镜头420里，因此得以测得真正显示屏附近的亮度，使亮度控制电路可以准确控制液晶显示屏410的亮度。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1. 一种亮度控制电路，适用于控制发光模块的亮度，其特征在于，所述亮度控制电路包括：
感光模块，根据光强度来产生流经所述感光模块的第一电流；
充电模块，连接于所述感光模块与地之间，用以根据所述第一电流而于一电压节点产生一充电电位；
电压控制电路，包括：
参考电压源，用以提供一参考电位；
比较器，具有连接于所述参考电压源的正输入端、连接于所述电压节点的负输入端，以及第一输出端，用以根据所述参考电位以及充电电位的电压高低关系而输出对应的比较信号；以及二极管，连接于所述负输入端和第一输出端之间；以及
开关，连接于所述电压控制电路，用以根据所述比较信号而提供流经所述发光模块的第二电流。
2. 如权利要求1所述的亮度控制电路，其特征在于，所述开关为双载子晶体管。
3. 如权利要求1所述的亮度控制电路，其特征在于，所述发光模块包括发光二极管。
4. 如权利要求1所述的亮度控制电路，其特征在于，所述感光模块为光电转换组件。
5. 如权利要求第1所述的亮度控制电路，其特征在于，所述二极管的正极端连接于所述负输入端，其负极端连接于所述第一输出端。
6. 一种亮度控制电路，适用于具有显示屏幕的电子装置，该电子装置包括一发光模块，其特征在于，所述亮度控制电路包括：
感光模块，根据环境光强度来产生流经所述感光模块的第一电流；
充电模块，连接于所述感光模块与地之间，用以根据所述第一电流而于一电压节点产生一充电电位；
电压控制电路，包括：
参考电压源，用以提供一参考电位；
运算放大器，具有连接于所述参考电压源的正输入端、连接于所述电压节点的负输入端，以及第一输出端，用以根据所述参考电位以及充电电位的电压高低关系而输出对应的比较信号；以及
二极管，连接于所述负输入端和第一输出端之间；以及
双载子晶体管，连接于所述电压控制电路，用以根据所述比较信号而提供流经所述发光模块的第二电流。
7. 如权利要求6所述的亮度控制电路，其特征在于，所述发光模块包括发光二极管。
8. 如权利要求6所述的亮度控制电路，其特征在于，所述感光模块为光电转换组件。
9. 如权利要求6所述的亮度控制电路，其特征在于，所述感光模块设置于所述显示屏幕旁。
10. 一种背光控制模块，包括发光模块及其亮度控制电路，其特征在于，所述亮度控制电路包括：
感光模块，根据环境光强度来产生流经所述感光模块的第一电流；
充电模块，连接于所述感光模块与地之间，用以根据所述第一电流而于一电压节点产生一充电电位；
电压控制电路，包括：
参考电压源，用以提供一参考电位；
比较器，具有连接于所述参考电压源的正输入端、连接于所述电压节点的负输入端，以及第一输出端，用以根据所述参考电位以及充电电位的电压高低关系而输出对应的比较信号；以及
二极管，连接于所述负输入端和第一输出端之间；以及
开关，连接于所述电压控制电路，用以根据所述比较信号而提供流经所述发光模块的第二电流。
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