CN114005414A - 背光模块及显示装置 - Google Patents

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张永霖
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Abstract

本发明公开一种背光模块及显示装置。背光模块包含多个发光单元，这些发光单元配置为多个发光单元行，且每一发光单元包含并联连接的光发射器和第一开关。在每一发光单元中，第一开关用以选择性地旁通光发射器。在同一发光单元行的光发射器为串联连接。

Description

背光模块及显示装置
技术领域
本发明涉及区域调光，且特别涉及一种具有区域调光功能的背光模块和显示装置。
背景技术
现今的液晶显示装置通常包含用以提供背光源的背光模块以显示图像。此外，区域调光技术可应用于背光模块，以增加液晶显示装置的对比度，其中特定分区的背光亮度根据欲显示图像的灰阶分布决定。在一些示例中，为了显示图像的高灰阶部分，背光模块的对应分区将输出亮度相对较高的光；而为了显示图像的低灰度部分，背光模块的对应分区将输出亮度相对较低的光。然而，对于小尺寸、零件数量多且用于区域调光的背光模块而言，高压电流路径将增加，导致显着的功耗产生。
发明内容
本发明的一方向是指一种背光模块，其包含多个发光单元，这些发光单元配置为多个发光单元行，且每一发光单元包含并联连接的光发射器和第一开关。在每一发光单元中，第一开关用以选择性地旁通光发射器。在同一发光单元行的光发射器为串联连接。
依据本发明一或多个实施例，每一这些发光单元还包含压降元件，其与位于同一发光单元中的第一开关为串联连接。
依据本发明一或多个实施例，每一这些发光单元的压降元件为电阻。
依据本发明一或多个实施例，每一这些发光单元的光发射器为至少一发光二极管(LED)。
依据本发明一或多个实施例，上述背光模块还包含控制电路，其电性连接这些发光单元的第一开关，且用以控制这些第一开关的开关状态。
依据本发明一或多个实施例，上述控制电路为微控制器(microcontroller)。
依据本发明一或多个实施例，上述背光模块还包含多个分压器，其分别连接发光单元行，且用以依据这些第一开关的开关状态对用于这些光发射器的供电电压进行分压。
依据本发明一或多个实施例，每一这些分压器用以接收供电电压且包含压降元件和第二开关。第二开关分别与压降元件为并联连接，且用以选择性地旁通压降元件。
依据本发明一或多个实施例，每一这些分压器的压降元件为电阻。
依据本发明一或多个实施例，上述控制电路电性连接这些分压器的第二开关且用以控制这些第二开关的开关状态。
本发明的另一方向是指一种显示装置，其包含显示面板和背光模块。显示面板用以基于图像数据显示图像。背光模块用以提供背光至显示面板以显示图像，其包含多个发光单元，这些发光单元配置为多个发光单元行，且每一发光单元包含并联连接的光发射器和第一开关。在每一发光单元中，第一开关用以选择性地旁通光发射器。在同一发光单元行的光发射器为串联连接。
依据本发明一或多个实施例，上述显示装置包含区域调光控制电路和背光控制电路。区域调光控制电路用以基于图像数据及发光单元的配置产生区域调光数据。背光控制电路用以基于区域调光数据产生分别用于第一开关的切换信号。
依据本发明一或多个实施例，上述区域调光控制电路与上述背光控制电路整合至单一芯片中。
依据本发明一或多个实施例，上述背光控制电路为微控制器。
依据本发明一或多个实施例，上述显示装置还包含多个分压器，其分别连接发光单元行，且用以依据这些第一开关的开关状态对用于这些光发射器的供电电压进行分压。
依据本发明一或多个实施例，每一这些分压器用以接收供电电压且包含压降元件和第二开关。第二开关分别与压降元件为并联连接，且用以选择性地旁通压降元件。
依据本发明一或多个实施例，每一这些分压器的压降元件为电阻。
依据本发明一或多个实施例，上述背光控制电路电性连接这些分压器的第二开关且用以控制这些第二开关的开关状态。
依据本发明一或多个实施例，每一这些发光单元还包含压降元件，其与位于同一发光单元中的第一开关为串联连接。
依据本发明一或多个实施例，每一这些发光单元的压降元件为电阻。
附图说明
为了更完整了解实施例及其优点，现参照结合说明书附图所做的下列描述，其中：
图1为依据本发明一或多个实施例的显示装置的示意图；
图2示例性地示出依据本发明一或多个实施例的图1中背光控制电路与背光模块加上区域调光控制电路的控制方式；
图3示例性地示出图1的显示装置的变更示意图；
图4为依据本发明一或多个示例性实施例的图1中背光控制电路与背光模块的示意图；
图5A示例性的示出将由图1的液晶显示面板显示的图像；
图5B示出图1的液晶显示面板中各分区对应图5A所示的图像的平均灰阶；
图6示例性地示出用于图5A所示图像的发光单元中开关的控制方式；
图7为依据本发明一或多个示例性实施例的图1中背光控制电路与背光模块及进一步的分压器的示意图；
图8为依据本发明一或多个实施例的图7中每一分压器的电路示意图；以及
图9示例性地示出用于图5A所示图像的图8中发光单元与分压器中开关的控制方式。
附图标记说明：
100：显示装置
110：液晶显示面板
120：数据驱动器
130：扫描驱动器
140：时序控制器
142：区域调光控制电路
150：背光控制电路
160：背光模块
170：分压器
BC：背光电路
BL(1,1)-BL(4,4)：发光单元
CS：存储电容
D：数据线
CLK：参考时钟信号
GND：接地端
I1-I4：电流
L：光发射器
LDS：区域调光数据信号
P：像素单元
R1、R21、R22、R23：压降元件
Rn：电阻
S：扫描线
SL1、SL2：信号线
SW1、SW21、SW22、SW23：开关
T：开关元件
VS：供电电压
具体实施方式
以下仔细讨论本发明的实施例。然而，可以理解的是，实施例提供许多可应用的概念，其可实施于各式各样的特定内容中。所讨论、公开的实施例仅供说明，并非用以限定本发明的范围。
在本文中所使用的用语仅是为了描述特定实施例，非用以限制权利要求。除非另有限制，否则单数形式的“一”或“该”用语也可用来表示多个形式。此外，空间相对性用语的使用是为了说明元件在使用或操作时的不同方位，而不只限于附图所示出的方向。元件也可以其他方式定向(旋转90度或在其他方向)，而在此使用的空间相对性描述也可以相同方式解读。
以下说明和权利要求可使用术语“耦接”及其衍生词。在特定实施例中，“耦接”可指二或多个元件相互直接实体或电性接触，或是不彼此直接接触。“耦接”还可指二或多个元件相互操作或动作。
为了简化和明确说明，本文可能会在各种实施例中重复使用元件符号和/或字母，但这并不表示所讨论的各种实施例及/或配置之间有因果关系。
图1为依据本发明一或多个实施例的显示装置100的示意图。显示装置100包含液晶显示面板110、数据驱动器120、扫描驱动器130、时序控制器140、背光控制电路150和背光模块160。液晶显示面板110可以是例如扭转向列模式(twisted nematic；TN)、平面切换模式(in-plane switching；IPS)或其他合适模式的液晶显示面板。此外，液晶显示面板110包含多个像素单元P、多个数据线D和多个扫描线S。在液晶显示面板110中，像素单元P形成多行及多列的矩阵。每一像素单元P包含开关元件T，其在特定时间区间内由数据线D和扫描线S驱动而导通，以对存储电容CS进行充电，使得像素单元P显示对应灰阶。数据驱动器120用以产生数据驱动信号，以分别驱动数据线D传输灰阶数据至各行像素单元P。扫描驱动器130用以产生扫描驱动信号，以驱动扫描线S控制像素单元P中开关元件T的开关状态。在每一像素单元中，开关元件T的开关状态在一些时间周期内为导通，使得像素单元P显示对应灰阶。通过视觉暂留原理，人眼可在液晶显示面板110的显示区域看到完整的图像。时序控制器140用以控制扫描驱动器130按序驱动液晶显示面板110的扫描线，且控制数据驱动器120在扫描线S按序被驱动时，按序送出对应的图像数据至液晶显示面板110。
时序控制器140亦用以指示背光控制电路150控制背光模块160。背光控制电路150可实现为微控制器(microcontroller)。背光模块160配置在液晶显示面板110的背侧，以提供光源至液晶显示面板110。背光模块160可以是直下式背光模块，其中光源配置在其背侧而不需导光板。
在一些实施例中，数据驱动器120、扫描驱动器130与时序控制器140可整合至单一芯片中。进一步地，在一些实施例中，整合数据驱动器120、扫描驱动器130和时序控制器140等功能的芯片也可对具有内嵌式(in-cell)触控感测结构或者其上方具有触控面板的液晶显示面板110提供触控感测功能。
图2示例性地示出依据本发明一或多个实施例背光控制电路150与背光模块160加上区域调光控制电路142的控制方式。在图2的示例中，背光模块160分为4×4个发光单元BL(1,1)-BL(4,4)，即4列和4行的发光单元BL(1,1)-BL(4,4)。背光控制电路150用以提供区域调光数据分别至发光单元BL(1,1)-BL(4,4)，使得至发光单元BL(1,1)-BL(4,4)依据来自区域调光控制电路142的区域调光数据信号LDS和参考时钟信号CLK发光。区域调光数据信号LDS包含由区域调光控制电路142基于将由液晶显示面板110显示的图像数据和发光单元BL(1,1)-BL(4,4)的配置所产生的区域调光数据。区域调光数据信号LDS中的区域调光数据分别代表发光单元BL(1,1)-BL(4,4)的亮度。区域调光数据信号LDS中的每一位元(位)可对应参考时钟信号CLK的一个时钟周期，使得背光控制电路150从区域调光数据信号LDS取出区域调光数据。
区域调光控制电路142可以是置入于时序控制器140中或是与时序控制器140外接的电路。特别地，在一些实施例中，区域调光控制电路142与背光控制电路150可整合至单一芯片中。
图3示例性地示出显示装置100的变更示意图。相较于图1所示的显示装置100，在图3中，时序控制器140电性连接背光模块160，以控制背光模块160发射所欲图案、照度、频率的光和/或相似者。图3中的时序控制器140可具有图3中时序控制器140和背光控制电路150的功能。换言之，时序控制器140与背光控制电路150可整合至单一芯片中。
图4为依据本发明一或多个示例性实施例的图1中背光控制电路150与背光模块160的示意图。如图4所示，每一发光单元BL(1,1)-BL(4,4)具有包含光发射器L、开关SW1和压降元件R1的背光电路BC。在每一发光单元BL(1,1)-BL(4,4)中，开关SW1与电阻R1为串联连接，且光发射器L与开关SW1及压降元件R1的组合为并联连接。开关SW1用以选择性地旁通光发射器L以进行或不进行发光。具体而言，光发射器L依据背光控制电路150控制的开关SW1的开关状态而发光或不发光。若开关SW1关断，则电流通过光发射器L，且光发射器L因而发光。相对地，若开关SW1导通，则电流通过开关SW1而非光发射器L，且光发射器L因而不发光。
在同一行发光单元BL(1,1)-BL(4,4)的光发射器L为串联连接。用以提供供电电压VS的电压源耦接第一列发光单元BL(1,1)-BL(1,4)的背光电路BC，且接地端GND耦接最后一列发光单元BL(4,1)-BL(4,4)的背光电路BC。背光控制电路150可经由信号线SL1分别电性连接发光单元BL(1,1)-BL(4,4)的开关SW1。
在各实施例中，光发射器L可以是发光二极管(LED)、灯泡或其他可发光的元件，开关SW1可以是晶体管、晶体闸流管(thyristor)或其他合适元件，且压降元件R1可以是电阻、二极管或其他合适元件。在一些实施例中，每一发光单元的光发射器个数可大于1。
图5A示例性的示出将由液晶显示面板110显示的图像，且图5B示出液晶显示面板110中各分区对应图5A所示的图像的平均灰阶。液晶显示面板110的显示区域分割为数个分区，其分别对应背光模块160的发光单元BL(1,1)-BL(4,4)。特别地，区域调光控制电路142可将图像中分别对应发光单元BL(1,1)-BL(4,4)的子图像转换为平均灰阶，且接着将这些灰阶转换为发光单元BL(1,1)-BL(4,4)的区域调光数据。如图5A和图5B所示，液晶显示面板110中分别对应相对较亮子像素的相对亮区具有高灰阶，而液晶显示面板110中分别对应相对较暗子像素的相对暗区具有低灰阶。
背光控制电路150基于区域调光数据控制每一发光单元BL(1,1)-BL(4,4)中开关SW1的开关状态。图6示例性地示出用于图5A所示图像的发光单元BL(1,1)-BL(4,4)中开关SW1的控制方式。特别地，背光控制电路150传输信号以导通分别对应液晶显示面板110所显示图像中相对亮区的发光单元的光发射器L且关断分别对应液晶显示面板110所显示图像中相对暗区的发光单元的光发射器L。如图5B和图6所示，图像中分别对应发光单元BL(1,1)-BL(1,4)、BL(2,1)-BL(2,2)、BL(3,1)-BL(3,2)的分区为相对亮区，且发光单元BL(1,1)-BL(1,4)、BL(2,1)-BL(2,2)、BL(3,1)-BL(3,2)的开关SW1因而关断，使得发光单元BL(1,1)-BL(1,4)、BL(2,1)-BL(2,2)、BL(3,1)-BL(3,2)的光发射器L发光；图像中分别对应发光单元BL(2,3)-BL(2,4)、BL(3,3)-BL(3,4)、BL(4,1)-BL(4,4)的分区为相对暗区，且发光单元BL(2,3)-BL(2,4)、BL(3,3)-BL(3,4)、BL(4,1)-BL(4,4)的开关SW1因而导通，使得发光单元BL(2,3)-BL(2,4)、BL(3,3)-BL(3,4)、BL(4,1)-BL(4,4)的光发射器L不发光。在第一行发光单元BL(1,1)-BL(4,4)中，电流I1流经发光单元BL(1,1)、BL(2,1)、BL(3,1)的光发射器L和发光单元BL(4,1)的开关SW1与压降元件R1。分别对应第二至四行发光单元BL(1,1)-BL(4,4)的电流I2-I4的流向亦示出于图6。
显示装置100可进一步包含用以对电压源提供的供电电压VS进行分压的分压器。图7为依据本发明一或多个示例性实施例的图1中背光控制电路150与背光模块160及进一步的分压器170的示意图。如图7所示，每一分压器170耦接于电压源与其中一列发光单元BL(1,1)-BL(4,4)之间。背光控制电路150可经由信号线SL2分别电性连接分压器170。再者，背光控制电路150可依据开关SW1的开关状态控制分压器170对光发射器L的供电电压进行分压。
图8为依据本发明一或多个实施例的图7中每一分压器170的电路示意图。如图8所示，分压器170包含压降元件R21-R23、开关SW21-SW23和电阻Rn。压降元件R21-R23为串联连接，开关SW21-SW23分别与压降元件R21-R23为并联连接，以选择性地旁通压降元件R21-R23，且电阻Rn连接于压降元件R23与接地端GND之间。背光控制电路150可经由信号线SL2分别电性连接分压器170的开关SW21-SW23，以控制每一开关SW21-SW23的开关状态。
在各实施例中，每一压降元件R21-R23可以是电阻、二极管或其他合适元件，且每一开关SW21-SW23可以是晶体管、晶体闸流管或其他合适元件。每一分压器170中压降元件R21-R23和电阻Rn的阻抗可依据背光模块160中光发射器L的压电材料特性决定。
图9示例性地示出用于图5A所示图像的发光单元BL(1,1)-BL(4,4)中开关SW1与分压器170中开关SW21-SW23的控制方式。发光单元BL(1,1)-BL(4,4)中光发射器L的发光状态控制方式相似于前述控制方式。此外，根据图9所示的发光单元BL(1,1)-BL(4,4)中光发射器L的发光状态，背光控制电路150经由信号线SL2传输信号，以导通分别对应第一和第二行发光单元BL(1,1)-BL(4,4)的第一和第二分压器170的开关SW21、SW22，且关断第一和第二分压器170的开关SW23及分别对应第三和第四行发光单元BL(1,1)-BL(4,4)的第三和第四分压器170的开关SW21-SW23。分别在第一和第二分压器170的输出端的电压V1、V2均为VS×Rn/(Rn+R23)，而分别在第三和第四分压器170的输出端的电压V3、V4均为VS×Rn/(Rn+R21+R22+R23)。
如图7至图9所示出，每一分压器170的输出电压可依据背光模块160中对应光发射器的发光状态调整。特别地，分压器170的输出电压随着在发光状态的对应光发射器L减少而降低，使得光发射器L的发光辉度一致。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (20)

1.一种背光模块，包含：
多个发光单元，配置为多个发光单元行，每一该些发光单元包含：
一光发射器；以及
一第一开关，与该光发射器为并联连接，且用以选择性地旁通该光发射器；
其中在同一发光单元行的光发射器为串联连接。
2.如权利要求1所述的背光模块，其中每一该些发光单元还包含一压降元件，该压降元件与该第一开关为串联连接。
3.如权利要求2所述的背光模块，其中每一该些发光单元的压降元件是一电阻。
4.如权利要求1所述的背光模块，其中每一该些发光单元的光发射器是至少一发光二极管(LED)。
5.如权利要求1所述的背光模块，还包含：
一控制电路，电性连接该些发光单元的第一开关，且用以控制该些第一开关的开关状态。
6.如权利要求5所述的背光模块，其中该控制电路是一微控制器。
7.如权利要求5所述的背光模块，还包含：
多个分压器，分别连接该些发光单元行，且用以依据该些第一开关的开关状态对用于该些光发射器的一供电电压进行分压。
8.如权利要求7所述的背光模块，其中每一该些分压器用以接收该供电电压且包含：
一或多个压降元件；以及
一或多个第二开关，分别与该一或多个压降元件为并联连接，且用以选择性地旁通该一或多个压降元件。
9.如权利要求8所述的背光模块，其中每一该些分压器的一或多个压降元件是一或多个电阻。
10.如权利要求8所述的背光模块，其中该控制电路电性连接该些分压器的第二开关且用以控制该些第二开关的开关状态。
11.一种显示装置，包含：
一显示面板，用以基于图像数据显示一图像；以及
一背光模块，用以提供背光至该显示面板以显示该图像，该背光模块包含多个发光单元，该些发光单元配置为多个发光单元行，且每一该些发光单元包含：
一光发射器；以及
一第一开关，与该光发射器为并联连接，且用以选择性地旁通该光发射器；
其中在同一发光单元行的光发射器为串联连接。
12.如权利要求11所述的显示装置，还包含：
一区域调光控制电路，用以基于该图像数据及该些发光单元的配置产生区域调光数据；以及
一背光控制电路，用以基于该区域调光数据产生多个切换信号，该些切换信号分别用于该些第一开关。
13.如权利要求12所述的显示装置，其中该区域调光控制电路与该背光控制电路整合至单一芯片中。
14.如权利要求12所述的显示装置，其中该背光控制电路是一微控制器。
15.如权利要求12所述的显示装置，还包含：
多个分压器，分别连接该些发光单元行，且用以依据该些第一开关的开关状态对用于该些光发射器的一供电电压进行分压。
16.如权利要求15所述的显示装置，其中每一该些分压器用以接收该供电电压且包含：
一或多个压降元件；以及
一或多个第二开关，分别与该一或多个压降元件为并联连接，且用以选择性地旁通该一或多个压降元件。
17.如权利要求16所述的显示装置，其中每一该些分压器的一或多个压降元件是一或多个电阻。
18.如权利要求16所述的显示装置，其中该背光控制电路电性连接该些分压器的第二开关且用以控制该些第二开关的开关状态。
19.如权利要求11所述的显示装置，其中每一该些发光单元还包含一压降元件，该压降元件与该第一开关为串联连接。
20.如权利要求19所述的显示装置，其中每一该些发光单元的压降元件是一电阻。
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