CN102163410A - 光源系统与发光二极管驱动方法 - Google Patents

光源系统与发光二极管驱动方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种光源系统与发光二极管驱动方法。本发明所提供的光源系统包括：发光二极管模块，具有多组发光二极管串，且这些发光二极管串操作在一直流输出电压下；以及驱动单元，耦接发光二极管模块，用以采用一升压手段而提供所述直流输出电压，并且根据一设定信号而产生多组脉冲电流信号，借以分别驱动这些发光二极管串。其中，这些脉冲电流信号的频率高于一预设频率。

Description

光源系统与发光二极管驱动方法
技术领域
本发明涉及一种光源系统，且特别是有关于一种发光二极管的光源系统与驱动方法。
背景技术
近年来，随着半导体科技蓬勃发展，携带型电子产品及平面显示器产品也随之兴起。而在众多平面显示器的类型当中，液晶显示器(liquid crystal display，LCD)基于其低电压操作、无辐射线散射、重量轻以及体积小等优点，随即已成为各显示器产品的主流。一般而言，由于液晶显示面板本身并不具备自发光的特性，因此必须在液晶显示面板的下方放置背光模块，借以提供液晶显示面板所需的(背)光源。
传统的背光模块大致可以分为两类，其一为由冷阴极管(cold cathodefluorescent lamp，CCFL)所组成的背光模块，而另一类则为由发光二极管(lightemitting diode，LED)所组成的背光模块。其中，由于发光二极管背光模块可以提升液晶显示器的色域(color gamut)，故而现今各家面板业者大多以发光二极管背光模块来取代冷阴极管背光模块。
发光二极管背光模块具有多组并列在一起的发光二极管串(LED strings)，而且每一发光二极管串由多颗串接在一起的发光二极管所组成。实务上，每一发光二极管串会操作在由升压线路(boost circuit)所提供的一直流输出电压(DC output voltage)下；另外，用以驱动这些发光二极管串的驱动器会反应于系统端(system terminal)所提供的设定信号而产生多组脉冲电流信号，借以分别驱动这些发光二极管串。其中，驱动器所产生的每一脉冲电流信号的频率(frequency)与占空比(duty cycle)皆与系统端所提供的设定信号的频率与占空比一致。
然而，由于系统端所提供的设定信号的频率被限制在200Hz～20KHz，以至于升压线路中的输出电容(output capacitor，Cout)会反应于驱动器所产生的脉冲电流信号的脉冲而与印刷电路板(print circuit board，PCB)产生共振，从而发出人耳可以听到的噪音(acoustic noise)。此外，若系统端所提供的设定信号的频率(亦即脉冲电流信号的频率)接近液晶显示器的画面更新率(framerate)的倍数的话(例如：240Hz、300Hz等)，则更会使得液晶显示器所显示的影像产生不必要的斜条纹或横条纹(wave noise)，从而影响画面品质。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种光源系统与发光二极管驱动方法，借以有效地改善现有技术所述及的问题。
本发明一实施例提供一种光源系统，其包括发光二极管模块与驱动单元。发光二极管模块具有多组发光二极管串，且这些发光二极管串操作在一直流输出电压下。驱动单元耦接发光二极管模块，用以采用一升压手段而提供所述直流输出电压，并且根据一设定信号而产生多组脉冲电流信号，借以分别驱动这些发光二极管串。其中，这些脉冲电流信号的频率高于一预设频率。
本发明另一实施例提供一种适于驱动多组发光二极管串的发光二极管驱动方法，其包括：采用一升压手段而提供一直流输出电压，借以致使这些发光二极管串操作在所述直流输出电压下；以及根据一设定信号而产生多组脉冲电流信号，借以分别驱动这些发光二极管串。其中，这些脉冲电流信号的频率高于一预设频率。
在本发明的一实施例中，这些脉冲电流信号的频率可以相同或相异。
在本发明的一实施例中，每一脉冲电流信号的频率与所述预设频率具有一倍数关系，且此倍数关系可以为大于等于1的整数倍或非整数倍。
在本发明的一实施例中，所述预设频率为人耳所能听到的声波范围的一最高音频。
基于上述，本发明主要是将用以驱动每一发光二极管串的脉冲电流信号的频率设计成高于人耳所能听到的声波范围(亦即20Hz～20KHz)。如此一来，即可大幅地抑制采用升压手段所利用的输出电容与印刷电路板(PCB)产生共振所发出的噪音(acoustic noise)的强度。另外，由于用以驱动每一发光二极管串的脉冲电流信号的频率又可以被设计成不同，所以若将本发明的光源系统应用在液晶显示系统时，则可以避免液晶显示器所显示的影像产生不必要的斜条纹或横条纹(wave noise)。
应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为例示性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。
附图说明
下面的所附附图是本发明的说明书的一部分，绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起说明本发明的原理。
图1绘示为本发明一实施例的光源系统10的流程图；
图2A～图2C分别绘示为本发明一实施例的驱动器107所产生的脉冲电流信号I1～In的示意图；
图3绘示为本发明一实施例的发光二极管驱动方法的流程图。
其中，附图标记
10：光源系统               101：发光二极管模块
103：驱动单元              105：升压线路
107：驱动器                109：切换单元
LED1～LEDn：发光二极管串   Cin：输入电容
Cout：输出电容             L：电感
N：节点                    D：二极管
R1、R2：电阻               Q：开关
Vin：直流输入电压          Vout：直流输出电压
Vd：分压信号               SS：切换信号
ST：设定信号               ISET：电流设定值
I1～In：脉冲电流信号
S301、S303：本发明一实施例的发光二极管驱动方法的流程图各步骤
具体实施方式
现将详细参考本发明的实施例，并在附图中说明所述实施例的实例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。
图1绘示为本发明一实施例的光源系统(light source system)10的示意图。请参照图1，本实施例的光源系统10可以为适用于液晶显示系统(LCD system)当中的发光二极管背光模块(LED backlight module)，但并不限制于此，且其包括有发光二极管模块(LED module)101与驱动单元(driving unit)103。其中，发光二极管模块101具有多组由多颗发光二极管所串接而成的发光二极管串(LED strings)LED1～LEDn，且这些发光二极管串LED1～LEDn操作在直流输出电压(DC output voltage)Vout下。
驱动单元103耦接发光二极管模块101，用以采用一升压手段(boostmeans)而提供直流输出电压Vout给发光二极管模块101，并且根据系统端(例如时序控制器，但并不限制于此)所提供的设定信号(setting signal)ST而产生多组脉冲电流信号(pulsation current signal)I1～In，借以分别驱动发光二极管串LED1～LEDn。其中，脉冲电流信号I1～In的频率(frequency)高于一预设频率(predetermined frequency)，例如为人耳所能听到的声波范围(20Hz～20KHz)的最高音频(亦即20KHz，但并不限制于此)。
在本实施例中，驱动单元103包括升压线路(boost circuit)105与驱动器(driver)107。其中，升压线路105用以接收直流输入电压(DC input voltage)Vin，并对直流输入电压Vin进行升压处理(boost processing)后而产生直流输出电压Vout。
更清楚来说，升压线路105可以包括有输入电容(input capacitor)Cin、电感(inductor)L、切换单元(switching unit)109、开关(switch)Q、二极管(diode)D、电阻(resistor)R1与R2，以及输出电容(output capacitor)Cout。其中，输入电容Cin与电感L的一端用以接收直流输入电压Vin，而输入电容Cin的另一端则耦接至地(ground)。电感L的另一端耦接二极管D的阳极(anode)，而二极管D的阴极(cathode)则提供直流输出电压Vout。输出电容Cout的一端耦接二极管D的阴极，而输出电容Cout的另一端则耦接至地。
电阻R1与R2串接于二极管D的阴极与地之间。开关Q的第一端耦接二极管D的阳极，而开关Q的第二端则耦接至地。切换单元109耦接开关Q的控制端，用以产生切换信号(switching signal)SS以切换(亦即导通与关闭)开关Q，并且持续地侦测关联于直流输出电压Vout的分压信号Vd。
基此，反应于切换单元109对开关Q的切换，二极管D与输出电容C会对节点N上的交流电压进行整流与滤波，从而产生直流输出电压Vout给发光二极管模块101。而且，切换单元109更会依据关联于直流输出电压Vout的分压信号Vd而调整切换信号SS，借以稳定直流输出电压Vout。然而，若切换单元109侦测出关联于直流输出电压Vout的分压信号Vd大于其内部所设定的过电压保护(over voltage protection，OVP)点时，则表示升压线路105处于过压的状态。如此一来，切换单元109即会停止产生切换信号SS，从而使得升压线路105停止产生直流输出电压Vout。
另一方面，驱动器107用以接收并解析系统端所提供的设定信号ST，借以产生脉冲电流信号I1～In来分别驱动发光二极管串LED1～LEDn。而且，驱动器107还会根据系统端所提供的电流设定值ISET以调整脉冲电流信号I1～In的强度(亦即振幅)。其中，驱动器107所产生的每一脉冲电流信号I1～In的频率与前述预设频率(亦即20KHz)具有一倍数关系，且此倍数关系可以为大于等于1的整数倍或非整数倍。
于此，若将脉冲电流信号I1～In的频率分别表示成F1～Fn的话，则脉冲电流信号I1～In的频率F1～Fn可以表示成如下各式子：
F1＝20K*N1Hz；
F2＝20K*N2Hz；
·
·
·
Fn＝20K*NnHz。
其中，系数N1、N2、...、Nn即分别为脉冲电流信号I1～In的频率与前述预设频率(亦即20KHz)所具有的倍数关系，而且系数N1、N2、...、Nn都由驱动器107本身所决定，例如：以乱数、递增函数或递减函数等方式产生，但者不限制于此。
在本实施例中，假如驱动器107解析出系统端所提供的设定信号ST的频率(frequency)与占空比(duty cycle)分别例如为200Hz与75％的话，但并不限制于此，则驱动器107可以产生频率相同/相异与占空比相同/相异的脉冲电流信号I1～In。亦即，驱动器107可以产生频率同为25KHz(亦即N1、N2、...、Nn皆为1.25，但并不限制于此)与占空比同为75％的脉冲电流信号I1～In(如图2A所示)，或者可以产生频率相异(但都高于20KHz，亦即N1、N2、...、Nn皆不相同)与占空比同为75％的脉冲电流信号I1～In(如图2B所示)，甚至可以产生频率相异(但都高于20KHz，亦即N1、N2、...、Nn皆不相同)与占空比相异的脉冲电流信号I1～In(如图2C所示)。
由此可知，由于分别用以驱动发光二极管串LED1～LEDn的脉冲电流信号I1～In的频率F1～Fn都高于人耳所能听到的声波范围(亦即20Hz～20KHz)。如此一来，即可大幅地抑制升压线路105的输出电容Cout与印刷电路板(PCB)产生共振所发出的噪音(acoustic noise)的强度。另一方面，由于分别用以驱动发光二极管串LED1～LEDn的脉冲电流信号I1～In的频率F1～Fn又都可以不同，所以可以进一步地避免液晶显示器所显示的影像产生不必要的斜条纹或横条纹(wave noise)。
再者，在本发明的其他实施例中，驱动器107更可以反应于脉冲电流信号I1～In的反馈而选择脉冲电流信号I1～In中具有最大振幅的脉冲电流信号为基准，并将所选择出的对象的频率维持在20KHz或者大于20KHz的某一参考频率，而将其它未选择的对象的频率以参考频率(该参考频率其中一种可能为20KHz)的倍数进行调整。如此一来，驱动器107即不需单独调整每一发光二极管串LED1～LEDn所对应的脉冲电流信号I1～In的频率达(含或以上)20KHz，且可通过简单的除频方式而产生频率相同/相异且都大于(含)20KHz的脉冲电流信号I1～In。
另一方面，在本发明的其他实施例中，更可以通过外部输入的方式以将一设定参数输入至驱动器107。如此一来，驱动器107即可依据所输入的设定参数来调整每一发光二极管串LED1～LEDn所对应的脉冲电流信号I1～In的频率，从而使得每一发光二极管串LED1～LEDn所对应的脉冲电流信号I1～In的频率具有一固定倍率。举例来说，当脉冲电流信号I1的频率为20KHz(并不限制于此)时，则脉冲电流信号I2的频率为30KHz(即20KHz*1.5)、脉冲电流信号I3的频率为45KHz(即30KHz*1.5)、脉冲电流信号I4的频率为67.5KHz(即45KHz*1.5)，请依此类推至脉冲电流信号In，故不再加以赘述之。
除此之外，若将发光二极管模块101内的发光二极管串LED1～LEDn进行分区的话，则系统端只要通过类似I2C(inter integrated circuit)的传输机制以提供每一区的发光二极管串所对应的设定信号ST给驱动器107。如此一来，驱动器107就会提供频率相异(但都高于20KHz)与占空比相异的脉冲电流信号来驱动每一区的发光二极管串(亦即分区控制发光二极管背光模块)，借以致使光源系统10得以应用在采用高动态比(high dynamic ratio，HDR)显示技术的液晶显示器。
基于上述实施例所公开/教示的内容，图3绘示为本发明一实施例的发光二极管驱动方法的流程图。请参照图2A～图2C，本实施例的发光二极管驱动方法适于驱动多组发光二极管串，且其包括：采用升压手段而提供直流输出电压，借以致使所有发光二极管串操作在直流输出电压下(步骤S301)；以及根据设定信号而产生多组脉冲电流信号，借以分别驱动这些发光二极管串(步骤S303)。在本实施例中，所产生的脉冲电流信号的频率皆高于一预设频率，例如为人耳所能听到的声波范围(20Hz～20KHz)的最高音频(亦即20KHz，但并不限制于此)。另外，所产生的每一脉冲电流信号的频率与此预设频率具有一倍数关系，且此倍数关系可以为大于等于1的整数倍或非整数倍。再者，所产生的脉冲电流信号的频率可以相同或相异，且所产生的脉冲电流信号的占空比亦可相同或相异。
综上所述，本发明主要是将用以驱动每一发光二极管串的脉冲电流信号的频率设计成高于人耳所能听到的声波范围(亦即20Hz～20KHz)。如此一来，即可大幅地抑制采用升压手段所利用的输出电容与印刷电路板(PCB)产生共振所发出的噪音(acoustic noise)的强度。另外，由于用以驱动每一发光二极管串的脉冲电流信号的频率又可以被设计成不同，所以若将本发明的光源系统应用在液晶显示系统时，则可以避免液晶显示器所显示的影像产生不必要的斜条纹或横条纹(wave noise)。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (16)

1.一种光源系统，其特征在于，包括：
一发光二极管模块，具有多组发光二极管串，且这些发光二极管串操作在一直流输出电压下；以及
一驱动单元，耦接该发光二极管模块，用以采用一升压手段而提供该直流输出电压，并且根据一设定信号而产生多组脉冲电流信号，借以分别驱动这些发光二极管串，
其中，这些脉冲电流信号的频率高于一预设频率。
2.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，该驱动单元包括：
一升压线路，用以接收一直流输入电压，并对该直流输入电压进行升压处理后而产生该直流输出电压；以及
一驱动器，用以接收并解析该设定信号，借以产生这些脉冲电流信号。
3.根据权利要求2所述的光源系统，其特征在于，当该升压线路过压时，则停止产生该直流输出电压。
4.根据权利要求2所述的光源系统，其特征在于，该驱动器更根据一电流设定值以调整这些脉冲电流信号的强度。
5.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，这些脉冲电流信号的频率相同或相异。
6.根据权利要求5所述的光源系统，其特征在于，每一这些脉冲电流信号的频率与该预设频率具有一倍数关系。
7.根据权利要求6所述的光源系统，其特征在于，该倍数关系为大于等于1的一整数倍或一非整数倍。
8.根据权利要求7所述的光源系统，其特征在于，该预设频率为人耳所能听到的声波范围的一最高音频。
9.根据权利要求8所述的光源系统，其特征在于，这些脉冲电流信号的占空比相同或相异。
10.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，该光源系统至少为一发光二极管背光模块。
11.一种发光二极管驱动方法，其特征在于，适于驱动多组发光二极管串，而该发光二极管驱动方法包括：
采用一升压手段而提供一直流输出电压，借以致使这些发光二极管串操作在该直流输出电压下；以及
根据一设定信号而产生多组脉冲电流信号，借以分别驱动这些发光二极管串，
其中，这些脉冲电流信号的频率高于一预设频率。
12.根据权利要求11所述的发光二极管驱动方法，其特征在于，这些脉冲电流信号的频率相同或相异。
13.根据权利要求12所述的发光二极管驱动方法，其特征在于，每一这些脉冲电流信号的频率与该预设频率具有一倍数关系。
14.根据权利要求13所述的发光二极管驱动方法，其特征在于，该倍数关系为大于等于1的一整数倍或一非整数倍。
15.根据权利要求14所述的发光二极管驱动方法，其特征在于，该预设频率为人耳所能听到的声波范围的一最高音频。
16.根据权利要求15所述的发光二极管驱动方法，其特征在于，这些脉冲电流信号的占空比相同或相异。
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