CN101369402B - 多色背光控制电路与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多色背光控制电路，包含：多个接脚，可供与多条不同颜色的发光二极管路径连接；以及电压供应电路，其接受一输入电压，并提供单一输出电压给该多条不同颜色的发光二极管路径，其中，更包含有：第一电路，该第一电路自该多条不同颜色的发光二极管路径中萃取电压，并选择其中最低者，该第一电路更包含有低电流侦测电路，以排除所萃取电压中低于一第一参考电压者；误差放大器，将该第一电路输出的最低电压与一第二参考电压比较，并输出讯号控制所述电压供应电路。本发明也提出一种多色背光控制方法，包含：对至少两条不同颜色的发光二极管路径，提供单一输出电压。

Description

多色背光控制电路与方法

技术领域

本发明涉及一种多色背光控制电路(Backlight Control Circuit)，以及相关的控制方法。

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(LED)自液晶屏幕背后发光，以令使用者得以观看屏幕上的画面。

受背光控制电路控制的LED，目前有两类设计方式，其中一类是全部使用白光LED；另一类则是采用RGB三种颜色的LED(本发明中称为“多色背光”，其对应的控制电路，本发明中称为“多色背光控制电路”)。前者的优点是电路较为简单，但其所发出的白光，是蓝光激发萤光粉后的合成光，其演色性较差。采用RGB三种颜色的LED混光成白光可得较佳的演色性。但不论是用白光LED或RGB三种颜色的LED混光成白光来做为背光光源，其光线在穿过液晶屏幕时会受到液晶屏幕像素色滤光膜(color filter)的过滤，仅有与像素同色的光线才会穿透，换言之其能量将有部分损失而未能充分利用。有一称为色循环(color sequential)的新技术即是针对解决此问题而设，其RGB三色背光对应于液晶屏幕上的同色像素轮流发亮而不需色滤光膜，因此可以节省光能，但缺点在于电路较为复杂。色循环的新技术突显了多色背光控制电路的重要性，尤以能配合色循环技术使用的多色背光控制电路为最有价值。

详言之，RGB三种颜色的LED，其工作电压并不相同。一般而言，白光LED，其工作电压约为3.2V-3.8V；红光LED，其工作电压约为1.9V-2.6V；绿光LED，其工作电压约为2.9V-3.7V；蓝光LED，其工作电压约为3.0V-3.8V。应用于液晶屏幕背光时，通常在电路安排上需将多个LED串联在一起，故其所需的总供应电压，在不同颜色的LED串行之间，有相当大的差距，在红光LED与蓝光LED之间可能超过15V。因此，为了控制RGB三色背光相对亮度与用电效率，现有技术中必须分开设置三组背光控制电路10R、10G、10B，以供应不同的电压Vout(R)、Vout(G)、Vout(B)，如图1所示。即使这三组背光控制电路整合成同一颗集成电路，在电路中仍然需要设置三组电压供应电路及相关的反馈控制电路。

显然，以上所述作法并不经济，因此，有必要提出一种在硬件上更为精简、在成本运用上更有效率的多色背光控制电路。

发明内容

有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足与缺陷，提出一种具有精简硬件架构的多色背光控制电路。

本发明的第二目的在于，提出一种多色背光控制方法。

为达上述目的，从其中一个角度而言，本发明提供了一种多色背光控制电路，包含：多个接脚，可供与多条不同颜色的发光二极管路径连接；以及电压供应电路，其接受一输入电压，并提供单一输出电压给该多条不同颜色的发光二极管路径，其中至少两条不同颜色的发光二极管路径上，发光二极管的数目不相同，其中，更包含有：第一电路，该第一电路自该多条不同颜色的发光二极管路径中萃取电压，并选择其中最低者，该第一电路更包含有低电流侦测电路，以排除所萃取电压中低于一第一参考电压者；误差放大器，将该第一电路输出的最低电压与一第二参考电压比较，并输出讯号控制所述电压供应电路。

上述多色背光控制电路，在其所连接的至少两条不同颜色的发光二极管路径上，发光二极管的数目不相同。

根据本发明，可令不同颜色的发光二极管总数目相同、或令不同颜色的发光二极管发亮时间不相同、或令不同颜色的发光二极管的电流量不相同。

从另一个角度而言，本发明提供了一种背光控制电路，包含：多个接脚，可供与多条发光二极管路径连接；以及电压供应电路，其接受一输入电压，并提供单一输出电压给该多条发光二极管路径，其中至少两条发光二极管路径上，发光二极管的数目不相同，其中，更包含有：第一电路，该第一电路自至少两条不同数目发光二极管路径中萃取电压，并选择其中最低者，该第一电路更包含有低电流侦测电路，以排除所萃取电压中低于一第一参考电压者；误差放大器，将该第一电路输出的最低电压与一第二参考电压比较，并输出讯号控制所述电压供应电路。

上述背光控制电路可为单色或多色背光控制电路。

再从另一个角度而言，本发明提供了一种多色背光控制方法，包含：对至少两条不同颜色的发光二极管路径，提供单一输出电压，其中，更包含：自该至少两条不同颜色的发光二极管路径中萃取电压；选择所萃取电压中最低者；以及根据最低电压，控制所述输出电压，其中，更包含：排除所萃取电压中低于一参考电压者，不作为最低电压。

与前述相似地，根据本发明，可令不同颜色的发光二极管总数目相同、或令不同颜色的发光二极管发亮时间不相同、或令不同颜色的发光二极管的电流量不相同。

下面通过对具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为现有技术的示意电路图；

图2标出本发明的其中一个实施例，以单一多色背光控制电路来提供电压给不同颜色的LED路径；

图3标出使各色LED发亮时间不同的实施例；

图4为示意电路图，示出多色背光控制电路的具体结构的一例；

图5标出取样保持电路的一例；

图6标出电流源电路的一例；

图7为波形图，用以说明致能讯号EN1-EN3与讯号S1-S3之间的关系；

图8标出电流源电路的另一例；

图9为示意电路图，示出多色背光控制电路的具体结构的另一例；

图10说明低电流侦测电路的结构；

图11与图12举例说明低电流侦测电路的连接方式；

图13举例说明启动遮蔽电路的作法；

图14举例说明如何使用启动电路来确保启动；

图15为示意电路图，显示本发明的另一实施例；

图16举例说明波谷侦测电路的作法。

图中符号说明

10R，10G，10B 背光控制电路

11            电压供应电路

13            误差放大电路

15            讯号

16            计数器

17，18，19    脉冲产生器

21            最低电压选择电路

23            启动遮蔽电路

24                    遮蔽讯号

28                    启动电路

31-33                 取样保持电路

40                    低电流侦测电路

41-43                 低电流侦测电路

50                    多任务电路

60                    波谷侦测电路

62                    电流源

64                    电容器

66                    运算放大器

68                    二极管

100                   多色背光控制电路

101-103               LED路径

110                   启动输入

111-113               讯号

B1-B3                 接脚

C1                    电容器

CP41-CP43             比较器

CS1-CS3               电流源

EN1-EN3               致能讯号

G1-G3                 接脚

NA1-NA3               节点

NB1-NB3               节点

R1-R3                 接脚

RS1-RS3               电阻

S1-S3，S41-S43        讯号

SW，SW41-SW43         开关

Vin                   输入电压

Vout，Vout(R)，Vout(G)，Vout(B)输出电压

Vuc，Vref，VR1-VR3    参考电压

具体实施方式

请参考图2，在本发明中，仅提供单独一组输出电压Vout，因此仅需要单一个多色背光控制电路100；多色背光控制电路100具有多个接脚(图中举例绘示R1-R3、G1-G3、B1-B3，但数目不限于各色三条)，以分别供与不同颜色的LED路径连接。输出电压Vout，安排成等于或略大于各LED工作电压的最小公倍数。对应地，在不同颜色的LED路径上，则安排不同数目的LED，以使各条LED路径所需的电压相近，可在同一供应电压Vout之下高效率工作。需说明的是，图中将路径上RGB LED的数目分别绘为5，4，3个，仅为示意表示其数目不同；其实际数目应根据产品设计来决定。例如，红光LED的数目可为15个，而绿光和蓝光LED的数目则各为10个(假设绿光LED与蓝光LED的工作电压相近，其细微差异可以忽略)，输出电压Vout则在36V左右。输出电压Vout高于所需的电压值会降低用电效率，但只要不超过电压危险上限，并不影响LED的正常工作。

在图2的安排方式下，由于不同颜色的LED数目不同，因此必须平衡其亮度。对此，在本发明的其中一个实施例中，可将不同颜色的LED总数目安排成相同或相近，亦即不同颜色的LED路径数目不同，但总数目相同或相近。例如，假设各条红光LED路径上的LED数目为15个，而绿光和蓝光LED的数目各为10个，则可以在整体电路中安排两条红光LED路径、三条绿光LED路径、三条蓝光LED路径，而使各种颜色的LED数目均为30。

除上述变化路径数目的方式外，亦可保持不同数目的各色LED，但控制其发亮时间；例如，假设RGB LED的数目比例为3∶2∶2，则可控制其发亮时间比例为2∶3∶3，以使肉眼所接收的总和亮度相同或相近。请参阅图3，红光、绿光、蓝光LED的发亮时间分别为T1、T2、T3，其比例为2∶3∶3。脉冲时间T1、T2、T3可通过设置一个计数器16与三组脉冲产生器17、18、19来产生，计数器16根据时脉而依序轮流启动脉冲产生器17、18、19，以产生对应的脉冲时间T1、T2、T3。时脉可取自多色背光控制电路100的外部(例如取自液晶屏幕控制器)，亦可在多色背光控制电路100内部自设时脉产生器。在某些设计中，在RGB三色LED轮流发亮之后，尚安排一段短暂全暗的时间以消除残影，如此则可再增设第四组或更多脉冲产生器(未示出)，以产生全暗周期，并令计数器16根据时脉而依序轮流启动四组或更多脉冲产生器。

除上述方式外，亦可分别控制不同色LED的电流量，使不同数目的各色LED产生相同或相近的亮度。请参阅图4，此为本发明另一个实施例的示意电路图，其中为简化图面起见，不同颜色的LED路径各仅绘示一条。如图4所示，在本实施例的多色背光控制电路100中，以电流源CS1-CS3(以电路方块表示，其细节容后详述)来分别控制各条LED路径上的电流量。除此之外，电路中设有取样保持电路(S/H)31-33，以分别保持对应节点上的电压。取样保持电路31-33各自受讯号S1-S3所控制，以取样保持电路31为例，其细节请参阅图5，当讯号S1使开关SW导通时，即可取样对应节点NA1上的电压，并于开关SW切断时，将该电压储存在电容器C1之内。

回到图4，最低电压选择电路21自取样保持电路31-33的输出111-113中，选择其最低者，输入误差放大电路13中与参考电压Vref比较，并根据比较结果，产生控制讯号15，控制电压供应电路11产生适当的电压Vout。选择最低电压的目的，在于使输出电压Vout可以满足任何一条LED路径的电压需求，使每一条LED路径上的电流源都可以正常工作。电压供应电路11例如可为升压电路(boost converter)，或也可为其它类型的功率电路如降压电路(buck converter)、升降压电路(buck-boost converter)、返驰电路(flyback converter)等。

为避免输出电压Vout过高，可设置过电压保护电路，以增加多色背光控制电路的安全性；其电路实现方法与现有在白光LED背光控制电路中的电路实现方法相同，在此不再赘述。

电流源CS1-CS3的细节，请参阅图6。如图所示，除了基本的电流源结构之外，各电流源CS1-CS3尚接受致能讯号EN1-EN3的控制，当致能讯号EN1-EN3使对应的开关导通时，电流源CS1-CS3才能工作。致能讯号EN1-EN3的波形如图7所示依序轮替，以控制对应颜色的LED轮流发亮。致能讯号EN1-EN3与取样保持电路31-33中的讯号S1-S3的关系如图所示，当致能讯号EN1-EN3致能对应的电流源CS1-CS3后，取样保持电路31-33中的讯号S1-S3启动，将对应节点上的电压储存下来。

各电流源CS1-CS3分别控制不同颜色的LED路径，使不同颜色的LED路径上通过不同的电流量，以平衡各色LED的总亮度。设定电流源CS1-CS3的电流量的方式可以是：

1.设定不同的电压值VR1、VR2、VR3；

2.设定不同的电阻值RS1、RS2、RS3；

3.以上两者综合。

以上任一方式，皆可达成设定各路径上LED亮度的目的。

电流源的结构，并不限于图6所例示者；例如，亦可使用双载子晶体管来制作。致能讯号，亦可采用不同的方式设计，图8所示即为一例。此外，取样保持电路31-33的电压取样点，不限于图6中的NA1-NA3，亦可取自节点NB1-NB3。凡此种种，皆应属于本发明的范围。

在图4所示多色背光控制电路100中，为避免LED路径故障造成该路径电流过低或无电流(例如接脚误接、空接或LED烧断造成断路)，导致电压供应电路11无限制地拉高电压，可在电路中设置低电流侦测电路(Under Current Detection，UCD)41-43。低电流侦测电路41-43可如图9所示设置在取样保持电路31-33与最低电压选择电路21之间，或设置在取样保持电路31-33和对应电流源CS1-CS3之间。当LED路径未发生电流过低或无电流状况时，低电流侦测电路41-43容许最低电压选择电路21得以接收讯号111-113。当任何一条或多条LED路径电流过低或无电流时，低电流侦测电路41-43即排除对应的讯号111-113，使其不成为最低电压选择电路21的有效输入，输出电压Vout也就不至于无限制地升高。

以低电流侦测电路41为例，上述概念可参照图10，当更易于了解。LED路径101上的电流状况i₁₀₁，可将其转换成电压讯号，再与设定的参考电压Vuc进行比较。其比较结果S41即代表对电流状况的侦测结果，该侦测讯号S41可供控制开关SW41，以在路径101上的电流过低或无电流时，切断开关SW41。(当然，视开关SW41的设计而定，比较器CP41的输出可能需要予以反相。)需注意的是，本图仅供说明概念，事实上开关的位置，未必需要设置在路径111上；只要能达到等效目的即可。

将路径101上的电流状况，转换成电压讯号的具体作法有许多种，以下举两例说明。如图11所示，若电流源CS1以NMOS场效晶体管制作时，可萃取该晶体管的漏极电压讯号，输入低电流侦测电路41，与设定的参考电压Vuc进行比较。或者，如图12所示，亦可萃取该晶体管的源极电压讯号，输入低电流侦测电路41，与设定的参考电压Vuc进行比较。当然，由于萃取的电压讯号位置不同，参考电压Vuc的设定也可能对应而有所不同，以适切侦测出路径101是否电流过低或无电流。

除以上所述之外，事实上，在多色背光控制电路100外部的LED路径上适当取一个或多个节点，也可以达成相同的电流侦测功能，但需要额外的接脚，故并不是较佳作法；不过也仍应属于本发明的范围。

在设置低电流侦测电路的情况下，于电路启动时，有可能因为所有LED路径上均没有电流，致使所有的讯号111-113都不成为最低电压选择电路21的有效输入。此时，有可能造成电压供应电路11不能启动供电。如欲谨慎避免此种误动作，有多种作法可行，现举数例说明如下。

首先，在电路启动时，可以根据系统中与启动有关的讯号，例如启动重置(power on reset)讯号或软启动(soft start)讯号等等，来让低电流侦测电路41-43在启动后一段时间内不送出讯号S41-S43、或使其讯号被忽略，此开机后的一段时间可以由系统中启动结束时会产生的其它讯号(例如软启动的结束信号)，来设定该段时间结束、或是由计时电路(counter)计算固定时间后结束、或通过监控输出电压Vout(通常仅需一个比较器即可达成)，视其到达某一设定值以上后，来结束该段时间。上述内容，请参阅图13，可提供一个启动遮蔽电路23；该启动遮蔽电路23，可根据上述方式中的任何一种或其它类似方式，产生遮蔽讯号24，以在启动时间内，遮蔽低电流侦测电路41-43的讯号S41-S43，而在启动时间结束后，使讯号S41-S43恢复作用。又，图中的逻辑与门，仅为示例；可用任何其它方式，达成遮蔽功能。且遮蔽讯号24未必需要遮蔽所有的侦测讯号S41-S43，而可只遮蔽其中之一或一部份。

其次请参阅图14，亦可利用启动电路来确保启动，以解决上述问题，在本实施例中，在最低电压选择电路21中多提供一个输入，并设置一个启动电路28，将启动电路28的输出连接至该输入。此启动电路28的目的是在其它讯号111-113均被切断时，提供最低电压选择电路21一个有效的输入讯号110，以供在误差放大器13中与参考电压Vref进行比较，而得以产生正确的讯号15，启动电压供应电路11供电。换言之，启动电路28的设计，应使其能在其它讯号111-113均被切断时，产生一个比参考电压Vref为低的电压讯号，使误差放大器13得以产生讯号15，又能在电路进入正常工作范围时，不再造成任何影响。

要达成以上目的，有各种作法可行，例如，可从输出电压Vout取分压产生讯号110，或在电路启动时给予短暂时间的0V输入，之后将讯号110切换为高电压位准等等；本领域技术人员当可思及各种作法，在此不予赘述。

在以上所述图4、9、14的实施例中，使用取样保持电路31-33来保存对应的电压值，并搭配最低电压选择电路21自取样保持电路31-33的输出111-113中，选择其最低者，输入误差放大电路13中与参考电压Vref比较。但本发明并不局限于此一安排方式，例如请参阅图15，亦可利用多任务电路(MUX)50，根据致能讯号EN1-EN3而自节点NA1-NA3中选择对应的电压讯号后，输入波谷侦测电路60；波谷侦测电路60具有在一段时间内，保存局部最低电压位准的功能，因此波谷侦测电路60的输出，代表节点NA1-NA3中的最低电压位准，故也可达成选择最低电压的目的。同样地，为了安全起见，可在电路中设置低电流侦测电路40，以避免电路因错误的讯号而误动；低电流侦测电路40可如图设置在多任务电路50的右方，或设置在多任务电路50的左方。简言之，最低电压选择电路21在平行输入中选取同一时间点中的最低电压，而波谷侦测电路60则是在依序输入中选取不同时间点中的最低电压，这两种方式、甚至其综合，都属于本发明的范围。

波谷侦测电路60的结构实施例请参阅图16，小电流量的电流源62对电容器64缓慢充电，当电容器64的跨压高于输入IN的电压时，电容器64会通过左方的运算放大器66而放电，直至其电压等于输入IN的电压，故输出OUT的电压将追随输入IN的最低电压。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，但是以上所述仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围；对于本领域技术人员，当可在本发明精神内，立即思及各种等效变化。例如，本发明并不局限于应用至RGB三种颜色的背光控制电路，亦可应用至白光LED的背光控制电路，或其它任意种颜色的背光控制电路，例如红黄青(RYC，red，yellow，cyan)三色背光控制电路等；所有实施例中所示直接连接的两组件，可在其间插入不影响讯号意义的电路，例如延迟电路等；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。故凡依本发明的概念与精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本发明的权利要求书的范围内。

Claims (26)

1.一种多色背光控制电路，其特征在于，包含：

多个接脚，可供与多条不同颜色的发光二极管路径连接；以及

电压供应电路，其接受一输入电压，并提供单一输出电压给该多条不同颜色的发光二极管路径，

其中至少两条不同颜色的发光二极管路径上，发光二极管的数目不相同，

其中，更包含有：

第一电路，该第一电路自该多条不同颜色的发光二极管路径中萃取电压，并选择其中最低者，该第一电路更包含有低电流侦测电路，以排除所萃取电压中低于一第一参考电压者；

误差放大器，将该第一电路输出的最低电压与一第二参考电压比较，并输出讯号控制所述电压供应电路。

2.如权利要求1所述的多色背光控制电路，其中，至少两条不同颜色发光二极管路径上的电流量彼此不同。

3.如权利要求2所述的多色背光控制电路，其中，更包含有至少两个电流源，以分别控制该至少两条不同颜色发光二极管路径上的电流量。

4.如权利要求3所述的多色背光控制电路，其中，该至少两个电流源各具有一个电阻，可借助设定其阻值来决定电流量。

5.如权利要求3所述的多色背光控制电路，其中，该至少两个电流源各具有一个第三参考电压输入，可通过设定其电压值来决定电流量。

6.如权利要求3所述的多色背光控制电路，其中，该至少两个电流源各自受控于一个对应的致能讯号，于接收致能讯号时才正常工作。

7.如权利要求1所述的多色背光控制电路，其中，该第一电路包含有多个取样保持电路，以保持所萃取的电压。

8.如权利要求1所述的多色背光控制电路，其中，该第一电路包含有最低电压侦测电路，以自其多个输入中选择最低电压者。

9.如权利要求1所述的多色背光控制电路，其中，该第一电路包含有波谷侦测电路，以侦测并保持一段局部时间内的最低电压。

10.如权利要求9所述的多色背光控制电路，其中，该第一电路包含有多任务电路，自所萃取的电压中选择适当者输入波谷侦测电路。

11.一种背光控制电路，其特征在于，包含：

多个接脚，可供与多条发光二极管路径连接；以及

电压供应电路，其接受一输入电压，并提供单一输出电压给该多条发光二极管路径，其中至少两条发光二极管路径上，发光二极管的数目不相同，

其中，更包含有：

第一电路，该第一电路自至少两条不同数目发光二极管路径中萃取电压，并选择其中最低者，该第一电路更包含有低电流侦测电路，以排除所萃取电压中低于一第一参考电压者；

误差放大器，将该第一电路输出的最低电压与一第二参考电压比较，并输出讯号控制所述电压供应电路。

12.如权利要求11所述的背光控制电路，其中，至少两条不同数目发光二极管路径上的电流量彼此不同。

13.如权利要求12所述的背光控制电路，其中，更包含有至少两个电流源，以分别控制该至少两条不同数目发光二极管路径上的电流量。

14.如权利要求13所述的背光控制电路，其中，该至少两个电流源各具有一个电阻，可通过设定其阻值来决定电流量。

15.如权利要求13所述的背光控制电路，其中，该至少两个电流源各具有一个第三参考电压输入，可通过设定其电压值来决定电流量。

16.如权利要求11所述的背光控制电路，其中，该第一电路包含有至少两个取样保持电路，以保持所萃取的电压。

17.如权利要求11所述的背光控制电路，其中，该第一电路包含有最低电压侦测电路，以自其至少两个输入中选择最低电压者。

18.如权利要求11所述的背光控制电路，其中，该第一电路包含有波谷侦测电路，以侦测并保持一段局部时间内的最低电压。

19.如权利要求18所述的背光控制电路，其中，该第一电路包含有多任务电路，自所萃取的电压中选择适当者输入波谷侦测电路。

20.一种多色背光控制方法，其特征在于，包含：

对至少两条不同颜色的发光二极管路径，提供单一输出电压，

其中，更包含：

自该至少两条不同颜色的发光二极管路径中萃取电压；

选择所萃取电压中最低者；以及

根据最低电压，控制所述输出电压，

其中，更包含：排除所萃取电压中低于一参考电压者，不作为最低电压。

21.如权利要求20所述的多色背光控制方法，其中，更包含：在该至少两条不同颜色的发光二极管路径上，设置不同数目的发光二极管。

22.如权利要求20所述的多色背光控制方法，其中，更包含：对该至少两条不同颜色的发光二极管路径，提供不同电流量。

23.如权利要求22所述的多色背光控制方法，其中，更包含：提供至少两个电流源，以分别控制对应的该至少两条不同颜色发光二极管路径上的电流量。

24.如权利要求20所述的多色背光控制方法，其中，更包含：取样并保持所萃取的电压。

25.如权利要求20所述的多色背光控制方法，其中，该选择最低电压的步骤为选择同一时间点中的最低电压者。

26.如权利要求20所述的多色背光控制方法，其中，该选择最低电压的步骤为选择一段局部时间内的最低电压者。

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