CN1835651A - 液晶显示器背光模块的驱动方法及其电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液晶显示器背光模块的驱动方法及其电路，将复数支灯管予以并联后，将并联的两节点与一中央抽头升压变压器的二次侧线端两端连接，另该二次侧的中央抽头端则连接至接地端，而升压变压器的一次侧则连接至一高频信号并由其驱动；藉此，该灯管两端即可获得高电压而于灯管两端产生相同电流，使得灯管出光更为均匀。

Description

液晶显示器背光模块的驱动方法及其电路

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器背光模块的驱动方法及其电路，尤指一种驱动背光模块呈均匀出光辉度的驱动方法及电路。

背景技术

液晶显示面板本身并不具有自发光特性，故需配置有背光模块以提供显示光源，其中大尺寸的液晶显示面板需要均匀且高亮度的背光模块，故大多采用冷阴极灯管作为发光源。

目前开发冷阴极灯管驱动电路的国内外厂商不在少数，而各家厂商所设计驱动电路的功能诉求并不相同。而随着液晶显示面板尺寸愈趋增大的同时，灯管数量亦相对增多，导致早期的灯管驱动电路不再适用。另一种作法则是强迫增加灯管连接数量，以提高亮度，但是却会产生背光模块出光不均匀的缺点。

常见灯管驱动电路主要包含一交换式电源供应器、一逆变升压电路及变压器，其中交换式电源供应器连接至交流电源，将交流电源转换为低压直流电源后输出，再由逆变升压电路及变压器将低压直流电源转换为高压交流电源，以驱动灯管点亮。如图8所示，该逆变升压变压器70的二次侧连接一支灯管71，而该逆变升压电路是借着变压器70将低压电源转换为高压电源后输出，其输出的高压电源即提供作为灯管71点亮电源。

以上灯管驱动电路的设计于实际使用上，会有以下所列缺点：

1.低电源转换效率：由于交流电源先经交换式电源供应单元转换为低压直流电源，再由变压器转换为高压高频交流电源，而使得整个驱动电路的转换效率仅有70％左右。

2.易产生高热：由于电源没被完全有效地转换，故而电源其余约30％的能量会转换为热能，使得背光模块易发热。若此一背光模块应用于液晶显示面板上，则所产生的热会加速液晶变质，缩短液晶显示面板的使用寿命，相对地增加了整个液晶显示器的故障机率，降低产品的可靠度。

3.出光辉度不均：如图8及图9所示，由于冷阴极灯管71连接于升压变压器70二次侧的两端，其中二次侧的一端连接至高压，而另一端则连接至接地端，故而一高压高频电源输入灯管71时，灯管71即被驱动点亮。然而，如此连接方式却造成阴极灯管71两端输入电流I1及输出电流I2不相同。而深究其原因发现：

灯管71与邻近的金属光罩72之间会形成杂散电容73。由于灯管71两端分别连接一高一低电压，是以，灯管于不同位置A、B、C、D、E会有不同电压分布VA＞VB＞VC＞VD＞VE，如此，对应该等位置的杂散电容73电流大小为IA＞IB＞IC＞ID＞IE，由于杂散电容73的效应而导致灯管71两端电流呈I1＞I2的不相同现象。由于灯管71不同位置所分电流不同，自然使得灯管71出光亮度呈现不均匀状态。

4.应用于驱动多支灯管，有电路复杂、组件增多、成本提高等缺点：受限于灯管71与升压变压器70之间连接关系，如图10所示，若前揭驱动电路欲连接复数灯管71，则需要并联复数个升压变压器70。由此可知，此一驱动电路若配合连接更多数量的灯管71，则需相对地增加升压变压器的数量，而提高了制作的成本。

经前列诸点说明可知，目前灯管驱动电路于驱动多灯管驱动的应用上，仍有相当多缺点待克服，因应未来更大尺寸的液晶平面显示器的发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何使背光模块连接多组灯管后，仍确保各灯管被驱动后呈现均匀的出光光源。

本发明的技术解决方案是：提供一种液晶显示器背光模块的驱动方法及其电路，能驱动多组灯管并令各灯管具有均匀出光光源。

如上所述的液晶显示器背光模块的驱动方法及其电路是将灯管的两端分别连接共地的高压高频电源，使灯管两端的管电流趋于一致，而呈现均匀的亮度。而连接复数多组灯管时，先将复数灯管予以并联连接后，再将灯管的并联节点与两高压高频电源连接，即可使各灯管两端产生均匀的管电流。

又，实施前述驱动方法的两共地高压高频电源可由一中央抽头升压变压器提供，即升压变压器的二次侧两端与灯管并联节点连接，而中央抽头端则连接至接地端，如此，该升压变压器即可提供各灯管两端的共地高频高压电源，以驱动灯管点亮。其中，该中央抽头升压变压器的实体结构可为单个中央抽头升压变压器，或是由两个以上升压变压器予以串、并联而成。

本发明的主要优点是：藉由以上揭示的驱动方法及电路，本发明能驱动复数多组灯管，并使各灯管具有均匀出光辉度，而且于驱动灯管时，驱动电路因具有高转换效率，故不易发热而损及液晶面板的液晶。

本发明的次要优点是：本案的驱动电路可再扩充有一灯管高压漏电断路及开路断路功能，即前揭升压变压器供复数灯管并联连接，使灯管与升压变压器构成一回路，而于该升压变压器的二次侧的输出端连接有一高压检测电路及一断路控制器，该断路控制器是连接于该高压检测电路的输出端及升压变压器一次侧的桥式电路连接。当有数支并联的灯管开路或是升压变压器二次侧输出异常高压，则该高压检测电路会检知到，并且输出一控制信号至该断路控制器，令该断路控制器停止该桥式电路动作，使升压变压器停止输出高频高压电源至灯管，令灯管熄灭。因此，当背光模块于点亮后突然熄灭，则可能代表有灯管未接、灯管损坏或电源出现异常高压或漏电，因此，本发明具有开路检测及高压漏电检测及保护作用。

附图说明

图1是本发明一升压变压器与一支灯管的电路连接示意图。

图2是本发明连接一支灯管及其灯罩之间所存在杂散电容的分布示意图

图3是本发明一个较佳实施例的电路方块图。

图4是本发明一个较佳实施例的电路方块图。

图5A、B是图4的详细电路图。

图6A、B是本发明与公知驱动电路分别驱动二支灯管所量测而得的辉度图。

图7是一个具有复数灯管背光模块的局部上视图，其中各点位置是对应图5A、B辉度图的量测点。

图8是一个公知变压器与灯管的连接示意图。

图9是一个公知灯管驱动电路连接一支灯管与其灯罩之间杂散电容的分布示意图。

图10是一个公知灯管区动电路变压器与二支灯管连接示意图。

附图中：

10、驱动电路

11、灯管

12、灯罩

13、杂散电容

20、主动式功率因子校正单元

30、低压直流电源电压供应单元

40、高频交变信号产生手段

41、升压变压器

42、桥式电路

43、振荡及桥式电路驱动单元

44、调光控制单元

50、异常高压监控单元

51、电压异常检知电路

52、回路保护电路

70、变压器

71、灯管

72、灯罩

73、杂散电容

具体实施方式

为能进一步了解本发明的结构特征及其它目的，兹配合附图详细说明如后：

本发明是为一种驱动灯管呈均匀出光辉度的驱动电路，主要应用于液晶显示器上。首先参阅图1所示，本发明驱动灯管方法，是令灯管11两端分别连接共地的高频高压电源，又，使为管电流更加均匀稳定，则灯管11两端分别串接有一电容CL。若连接复数多组灯管11时，是先将各灯管11两端分别串接一个电容CL后，再将复数灯管11予以并联，将并联的两节点连接至共地的两高频高压电源，使各个灯管11的两端产生均匀的管电流，而能于点亮后呈现均匀的出亮亮度。

上述提供各灯管两端的共地高频高压电源是可由一中央抽头升压变压器41实现，即将该升压变压器41二次侧的两端与灯管11两端连接，再将升压变压器41二次侧的中央抽头端连接至接地端，如此，该升压变压器41即能提供共地的高频高压电源予灯管11两端，进而驱动灯管11点亮。而该中央抽头升压变压器41的实体结构可为单一个中央抽头的升压变压器，或是由两个以上变压器串联或并联连接而成。

再请配合图2所示，当灯管11两端连接至高电压，则灯管11中间位置则视为较低电压，即灯管11不同位置A、B、C、D、E的电压分布为VA＞VB＞VC＜VD＜VE，而该各灯管11位置与其金属灯罩12之间会形成有杂散电容13。由于灯管11不同位置分布电压不同，故该等杂散电容13的电流大小为IA＞IB＞IC＜ID＜IE，又因灯管11两端的电压为最高，使得两端电流为I1＝I2。藉由灯管11分布的电流大小可知，灯管11两端电流稍较中央位置为大，能弥补冷阴极灯管11两端发光效率差的缺点，使灯管11整支的出光辉度趋近相同，达到出光亮度均匀化的目的。

请参阅图3所示，是本发明应用上述驱动方法的驱动电路10的一较佳实施例，其包含有：

一主动式功率因子校正单元20，其连接至外部交流电源，将交流电源转换为稳定高压直流电源后输出；

一低压直流电源电压供应单元30，其连接至该主动式功率因子校正单元20的输出端，以转换高压直流电源为低压直流电源；

一高频交变信号产生手段40，其连接至主动式功率因子校正单元20的输出端与低压直流电源电压供应单元30的直流电源输出端之间，将稳定高压电源转换为符合灯管驱动标准的高压/高频驱动电源；

一中央抽头升压变压器41，该升压变压器41的二次侧共有二端及一中央抽头端，该中央抽头端连接至接地端，如图1所示，而其余二端则与复数并联灯管11连接；及

一调光控制单元44，其电源端是连接至低压直流电源电压供应单元，其主要由一脉宽控制IC组成，其PWM输出端透过一光耦合器连接至该高频交变信号产生手段40，藉由控制高压/高频驱动电源输出大小不同的能量，以控制灯管的亮度；

另外，前述的主动式功率因子校正单元20、低压直流电源电压供应单元30属习知技术，则不再赘述。该高频交变信号产生手段40，请配合参阅图5A所示，其包含有：

一桥式电路42，其至少包含有两电子开关Q2/Q3，分别连接至该中央抽头升压变压器41的一次侧，以提供交变信号至一次侧；该桥式电路42可为半桥式电路及全桥式电路，于图5A中，是为一半桥式电路；及

一振荡及桥式电路驱动单元43，是提供高频振荡信号予桥式电路42，以控制电子开关Q2/Q3的导通周期，令桥式电路42提供升压变压器41一次侧高频交变信号。

由于背光模块可能因为灯管损坏开路或电源电压异常增高而导致本发明的驱动电路毁损，如图4所示，本发明的驱动电路再增设一个异常高压监控单元50，其输入端分别连接至该升压变压器41的二次侧以及低压直流电源电源供应单元30的直流电源输出端。其主要包含有一电压异常检知电路51及一回路保护电路52，其中该电压异常检知电路51连接于中央抽头升压变压器41二次侧的中间抽头端、该回路保护电路52的输入端连接低压直流电源电压供应单元30的直流电源输出端，而该回路保护电路52的输出端则是连接至该主动式功率因素校正单元20的控制器，以控制该主动式功率因素校正单元20的启/闭动作。

再请配合参阅图5A、B所示，该电压异常检知电路51是为一高压检知器，是由一变压器T6及一整流器D8~D11组成，该变压器T6的一次侧是连接至升压变压器41二次侧的中央抽头端与接地端之间，以感应升压变压器41的二次侧的不平衡电流，经由整流器D8~D11整流后输出一直流电压。

而该回路保护电路52则包含有：

一开关组件Q5，其连接于低压直流电源电压供应单元30的直流电源输出端的高/低电位间，而其控制端则连接一个齐纳二极管ZD3，该齐纳二极管ZD3是连接至该电压异常检知电路51的输出端；当该电压异常检知电路51输出正电位信号至齐纳二极管ZD3令其崩溃时，该开关组件Q5会导通；该开关组件Q5可为一硅控整流器或一晶体管；

一光耦合器，其包含有一发光二极管U1A及一光敏晶体管U1B，该发光二极管U1A连接至该低压直流电源电压供应单元30的直流电源输出端，以取得工作电源而点亮，当该开关组件Q5导通时，该发光二极管U1A会因直流电源中断而不导通，进而令该光敏晶体管U1B不导通，而该光敏晶体管U1B连接于该主动式功率因子校正单元20的控制器U2的电源端VCC1。

上述异常高压监控单元50的监控动作为：由于中间抽头升压变压器41二次侧与并联灯管11的并联节点连接，当数支灯管11因损坏而开路，此时中央抽头升压变压器41的二次侧两端会输出不平衡电流，此时，该异常高压监控单元50的变压器T6会透过整流器输出一个反应该不平衡电流的正电压信号至该回路保护电路52的齐纳二极管ZD3，令其崩溃导通后驱动开关组件Q5导通，使低压直流电源电压供应单元30的直流输出电源端短路，此时，该光耦合器的发光二极管U1A因为直流电源短路而不再导通，相对地其耦合的光敏晶体管U1B亦不再导通，由于该光敏晶体管U1B连接于该主动式功率因子校正单元20中控制器U2的电源端VCC1，当其不导通时，该主动式功率因子校正单元20会因为其控制器U2无法取得电源而停止动作，进而中断电源的输出，此时，驱动电路的其它单元电路亦因为电源的中断而全部停止动作，而灯管11即熄灭。

由此可知，当中央抽头升压变压器41二次侧的二输出端出现不平衡电流时，即会使该电压异常监控单元50激活，令整个驱动电路停止动作。是以，若外部交流电源异常变动，而同样造成中央抽头升压变压器41二次测二端出现不平衡电流，亦会使本发明的驱动电路停止动作，达到自动断电保护的目的，避免驱动电路损坏。

由上述说明可知，本发明所提供一种全新的灯管驱动方法及相关实施该驱动方法的驱动电路，能具体达成以下所列优点：

1.供复数灯管连接使用，并具有扩充能力：

由于灯管两端分别连接共地高压电源，故增加复数灯管时，可以并联方式达成的，相当容易扩充复数灯管，适合大尺寸液晶显示器的背光模块使用的。

2.各灯管呈现均匀的出光亮度：

由于灯管两端的电压相等，故设置于金属灯罩上，虽然仍会形成杂散电容，但灯管两端的电流会趋于一致，而产生相近的亮度，且整支灯管亮度亦可保持均匀的出光辉度。请参阅图7所示，是为本发明或传统驱动电路应用于一背光模块上，该背光模块是包含有十六支灯管，图中仅揭示背光模块相对两支灯管位置的局部位置，以其中对应于两灯管所设置位置的各处进行辉度测试。诚如图6A所示，本发明驱动具有十六支灯管的背光模块，其中各灯管两端出光亮度相当接近，而且与灯管中央位置的亮度差异不大，确实可证明本发明具有确实能同时驱动复数灯管，并使各灯管呈现均匀的出光辉度的功效。而与图6B比较之，传统灯管驱动电路所同时具有十六支灯管的背光模块，其中背光模块对应两支灯管位置的各处辉度值差异甚大，最明显得不外乎是各灯管的两端辉度的差异甚大，而且与近灯管中间位置的辉度差更大。是以，应用于复数灯管背光模块的传统驱动电路，并无法使背光模块具有均匀的出光辉度。

3.高转换效率：

本发明是于交流电源输入端采用主动式功率因素校正单元，故可直接将交流电源转换为高压直流电源，的后才交由高频交变信号产生手段进行高频信号的转换，故本发明的转换功率约为85％，相较习知驱动电路为高。

4.不易产热能：

本发明因具有高转换效率，故仅有少部份功率被转换为热能，当然较习用转换效率低的驱动电路不易产生热。如此，对于应用至液晶显示器上作为背光模块的其中一构件，将可避免影响液晶显示面板的使用寿命。

5.电路简单：

本发明具有容易扩充灯管数量的特性，而且亦无需随着灯管数量增加，而一对一地增加变压器或其相关电路的数量，即，本发明驱动电路的该高频交变信号产生手段及其单一变压器足以供一定数量的灯管并联使用，无需增加过多的变压器或相关电路，故本发明相当适合使用在大尺寸液晶显示器面板用的背光模块。

6.高安全性：

由于本发明增设有高压漏电检测单元，于漏电或异常高压状况发生时，实时切断灯管高压电源，可避免发生触电的危险。

综上各点说明，本发明确实改善灯管驱动电路的缺点，而且非常适用应用液晶显示器的背光模块上，有助于液晶显示器的发展。

Claims (10)

1、一种液晶显示器背光模块的驱动方法，其特征在于：提供有两共地高压高频电源于至少在一灯管的两端，使该灯管两端产生相同管电流，使得灯管出光更为均匀。

2、一种液晶显示器背光模块的驱动方法，其特征在于：先将复数支灯管予以并联后，于并联两端分别提供一个共地高压高频电源，使各灯管两端产生相同管电流，使得灯管出光更为均匀；

至少一灯管的两端产生有两共地高压高频电源，使该灯管两端产生相同管电流，使得灯管出光更为均匀。

3.根据权利要求1或2所述的液晶显示器背光模块的驱动方法，上述两共地高压高频电源是由一升压变压器产生，其特征在于：该升压变压器的二次侧具有连接至接地端的中央抽头端，以及分别与灯管两端连接的两输出端，而升压变压器的一次侧则连接至一高频信号源。

4.根据权利要求3所述的液晶显示器背光模块的驱动方法，其特征在于：各灯管两端分别透过一电容连接至二次侧的二输出端。

5.一种液晶显示器背光模块的驱动电路，其特征在于：

一升压变压器，是包含有一次侧及二次侧，其中该二次侧是包含有一中央抽头端及两输出端，该中央抽头端是连接至接地端，而二次侧的两输出端则与至少一灯管的两端连接；及

一高频交变信号产生手段，其输出端连接至升压变压器的一次侧，用以产生一高频交变信号，其输出端连接至升压变压器的一次侧，以将高频交变信号输出至该升压变压器的一次侧。

6.根据权利要求5所述的液晶显示器背光模块的驱动电路，其特征在于：该二次侧的两端分别与复数并联灯管的两并联节点连接。

7.根据权利要求5所述的液晶显示器背光模块的驱动电路，其特征在于：

该高频交变信号产生手段是包含有：

一桥式电路，其至少包含有两电子开关，分别连接至该升压变压器的一次侧，以提供交变信号予一次侧；及

一振荡及桥式电路驱动单元，其输出端连接至该桥式电路的电子开关的控制端，用以产生高频振荡信号至桥式电路，控制电子开关的导通周期，使桥式电路输出高频交变信号至升压变压器的一次侧。

8.根据权利要求5、6或7所述的液晶显示器背光模块的驱动电路，其特征在于：

该驱动电路是进一步包含有：

一主动式功率因子校正单元，其连接至输入交流电源，以将交流电源转换为稳定高压电源后输出；

一低压直流电源电压供应单元，是连接至该主动式功率因子校正单元输出端与该振荡及桥式电路驱动单元，以转换高压直流电源为低压直流电源后，主要作为该振荡及桥式电路驱动单元的工作电源；

一电压异常监控单元，其包含有：

一电压异常检知电路，其主要包含一变压器及一整流器，该变压器的一次侧连接至该中央抽头升压变压器二次侧的中央抽头端与接地端之间，以感应升压变压器的二次侧的不平衡电流，将不平衡电流经由该整流器输出直流电压输出；及

一回路保护电路，其输入端分别连接于该电压异常检知电路的输出端以及该低压直流电源电压供应单元的直流电源输出端，而其输出端则连接于该主动式功率因子校正单元，以控制该主动式功率因子校正单元启/闭动作；及

一调光控制单元，其电源端是连接至低压直流电源电压供应单元，其主要由一脉宽控制IC组成，其PWM输出端透过一光耦合器连接至该高频交变信号产生手段。

9.根据权利要求8所述的液晶显示器背光模块的驱动电路，其特征在于：该回路保护电路主要包含有：

一开关组件，其串联于低压直流电源电压供应单元直流电源输出端的高低电位之间，而其控制端则连接一个齐纳二极管，该齐纳二极管连接至该电压异常检知电路的输出端；

一光耦合器，其包含有一发光二极管及一光敏晶体管，该发光二极管连接至该低压直流电源电压供应单元的直流电源输出端，而该光敏晶体管则连接至该主动式功率因子校正单元的控制器的电源端。

10.根据权利要求第7项所述的液晶显示器背光模块的驱动电路，其特征在于：该桥式电路为一半桥式或全桥式电路，而该开关组件为一硅控整流开关或一晶体管。

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