TWI397044B - 背光模組控制系統及其控制方法 - Google Patents

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Description

背光模組控制系統及其控制方法
本發明係有關一種背光模組控制系統，尤指一種發光二極體背光模組控制系統及其控制方法。
請參考第1圖，第1圖為習知背光模組控制系統100的示意圖。背光模組控制系統100包含有一驅動電路110、一發光二極體模組120、一回授補償電路130以及一直流電壓轉換器140，此外，驅動電路110包含有複數個電流源112以及相對應之複數個開關114，發光二極體模組120包含有複數個發光二極體次模組122且每一個發光二極體次模組122均包含有複數個串聯的發光二極體。請參照第1圖，背光模組控制系統100的操作原理說明如下：首先，複數個開關114依據一脈衝寬度調變(Pulse Width Modulaton,PWM)訊號而決定導通或未導通來產生一驅動訊號，且相對應之複數個發光二極體次模組122係依據該驅動訊號而致能(enabled)或未致能(disabled)，當複數個開關114導通時(亦即複數個發光二極體次模組122致能)，回授補償電路130擷取節點Vm1、Vm2、Vm3、...、Vmn上的電壓值以提供一補償值給直流電壓轉換器140，之後直流電壓轉換器140便依據該補償值輸出背光模組控制系統100所需之一操作電壓VLED 。
然而，當複數個開關114未導通時(亦即複數個發光二極體 次模組122未致能)，因為每一個發光二極體次模組122的電容遠大於節點(Vm1、Vm2、Vm3、...、Vmn)對地的電容，因此節點Vm1、Vm2、Vm3、...、Vmn的電壓會接近操作電壓VLED 。
一般而言，複數個電流源112係採用電流槽(current sink)的方式來達成電流控制，換句話說，每一個流經發光二極體次模組122的電流係由驅動電路110內部的電晶體透過電流鏡(current mirror)的方式來控制，此外，為了降低消耗功率以及提高驅動電流的能力，大部分採用電流槽來達成電流控制的驅動電路均是採用較低的耐壓製程(約60伏特以下的製程)。然而，如上所述，節點Vm1、Vm2、Vm3、...、Vmn的電壓在發光二極體次模組122未致能時會接近操作電壓VLED ，因此操作電壓VLED 也不能大於驅動電路110之耐壓值，如此一來，每一個發光二極體次模組122就無法包含太多顆發光二極體，因此，針對需要多顆發光二極體的大尺寸顯示面板而言，會導致背光模組需要更多的驅動電路110而增加製造成本。
因此，本發明的目的之一在於提供一種背光模組控制系統及其控制方法，使得背光模組控制系統使用耐壓較低的驅動電路時，系統仍然可以使用較高的操作電壓以驅動多顆串聯的發光二極體，而不會因為驅動電路的耐壓不足而造成驅動電路的損壞。
依據本發明之一實施例，其揭露一種背光模組控制系統。該背光模組控制系統包含有：至少一背光源模組；一驅動電路，用來決定一驅動訊號以驅動該背光源模組；至少一第一開關元件，耦接於該驅動電路與該背光源模組之間，該第一開關元件係依據該驅動訊號而導通或未導通；以及一電源供應模組，耦接於該背光源模組，用來提供該背光模組控制系統所需之一操作電壓。
依據本發明之一實施例，其揭露一種用來控制一背光模組控制系統的方法。該方法包含有：提供一驅動電路以決定一驅動訊號以驅動該背光模組控制系統中至少一背光源模組；依據該驅動訊號以選擇性地將該背光源模組耦接至該驅動電路來致能該背光源模組或不將該背光源模組耦接至該驅動電路而不致能該背光源模組；以及提供該背光模組控制系統所需之一操作電壓。
依據本發明所揭露之背光模組控制系統及其控制方法，當發光二極體模組(亦即背光源模組)中的發光二極體次模組未致能時，驅動電路之輸出端的電壓不會接近背光模組控制系統之操作電壓，因此背光模組控制系統可以使用較高的操作電壓以驅動更多的發光二極體，因此針對需要多顆發光二極體的大尺寸顯示面板可以減少背光模組所需的驅動電路，進而減少製造成本。
請參考第2圖，第2圖為本發明背光模組控制系統200之一 實施例的示意圖。背光模組控制系統200包含有(但不限定於)一驅動電路210、一發光二極體模組220、複數個第一開關元件230、複數個電壓箝制電路240以及一直流電壓源250。直流電壓源250係作為一電源供應模組，用來提供背光模組控制系統200所需之一操作電壓。每一個第一開關元件230係以一N型金屬氧化半導體(N－type Metal－Oxide Semiconductor,MOS)電晶體來加以實作，且其閘極的電壓約為3.3V~5V，此外，驅動電路210包含有複數個電流源212以及相對應之複數個第二開關元件214，其中複數個電流源212係採用上述電流槽的方式來達成電流控制；發光極體模組220包含有複數個發光二極體次模組222且每一個發光二極體次模組222均包含有複數個串聯的發光二極體。
在背光模組控制系統200的操作中，複數個第二開關元件214會依據一脈衝寬度調變訊號而導通或未導通來產生一驅動訊號，且相對應之複數個發光二極體次模組222係依據該驅動訊號而致能或未致能。當複數個第二開關元件214導通時(亦即複數個發光二極體次模組222致能)，電壓箝制電路240將節點Vm1、Vm2、...、Vmn上的電壓值箝制在一接地電壓(ground voltage)而遠小於驅動電路210的耐壓值，此外，因為第一開關元件230的閘極與節點Vm1、Vm2、Vm3、...、Vmn的電壓差係大於第一開關元件230的臨界電壓(threshold voltage)Vth，因此第一開關元件230也是導通的狀態。
接著，當複數個第二開關元件214由導通轉變為未導通時，在此瞬間複數個第一開關元件230仍是導通的狀態，而節點Vm1、Vm2、...、Vmn的電壓會逐漸升高直到複數個第一開關元件230的閘極與節點Vm1、Vm2、...、Vmn的電壓差小於第一開關元件230之臨界電壓Vth，因為第一開關元件230的閘極電壓約為3.3V~5V，因此節點Vm1、Vm2、...、Vmn的電壓值最高為(5－Vth)而遠小於一般驅動電路的耐壓值(例如30V)。如上所述，驅動電路的輸出端點(亦即節點Vm1、Vm2、...、Vmn)的電壓值與操作電壓VLED 無關，如此一來，背光模組控制系統200便可以使用較高的操作電壓VLED 以驅動較多的發光二極體，亦即每一個發光二極體次模組222可以包含有更多的發光二極體，因此可以降低驅動電路210的成本。
需注意的是，在本發明中第一開關元件230係為一N型金屬氧化半導體電晶體且其閘極的電壓約為3.3V~5V僅作為範例說明之用，在實作上，只要確保當第二開關元件214導通時，第一開關元件230也會導通，以及節點Vm1、Vm2、...、Vmn的電壓在第二開關元件214導通時不會超過驅動電路210的耐壓值，第二開關元件214之閘極的電壓可以依據設計者的需求來設定，此外，第2圖所示之電路架構僅僅作為範例說明之用，而非本發明的限制條件，舉例來說，假若可得到相同的結果，於其他實施例中，第一開關元件230也可以採用其他種類的電晶體來加以實作，而這些設計上的變化均應屬於本發明的範疇。
此外，在上述節點Vm1、Vm2、...、Vmn的電壓會逐漸升高的過程中，節點Vm1、Vm2、...、Vmn會發生如第3圖所示的漣漪電壓(ripple voltage)，此時電壓箝制電路240具有延遲緩振的效果，可以避免因為漣漪電壓而使得該節點的最大電壓值(Vmax)超過驅動電路210的耐壓值。第4圖至第6圖為第2圖所示之電壓箝制電路240之三個實施例的電路示意圖。如第4圖所示，電壓箝制電路240可以是一電阻R1 串聯一齊納二極體Z1 (Zener diode)；或是如第5圖所示，經由一電阻R2 串聯一電容C2 來達到減緩節點Vm1、Vm2、...、Vmn漣漪電壓的效果；或是如第6圖所示，電壓箝制電路240包含連接到兩個電壓源VD1 、VD2 的兩個二極體D1 、D2 ，以直接箝制節點Vm1、Vm2、...、Vmn電壓在電壓VDl ~VD2 之間。
簡單歸納上述背光模組控制系統及其控制方法，首先一驅動電路依據一脈衝寬度調變訊號來產生一驅動訊號以驅動該背光模組控制系統，接著，一第一開關元件依據該驅動訊號而導通或未導通，以使得在該第一開關元件未導通時，該驅動電路輸出端點的電壓會遠小於該背光模組控制系統之一操作電壓。綜上所述，應用本發明之背光模組控制系統將可以使用較高之操作電壓以串聯更多顆發光二極體，進而降低驅動電路的成本。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範 圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、200‧‧‧背光模組控制系統
110、210‧‧‧驅動電路
112、212‧‧‧電流源
114‧‧‧開關
130‧‧‧回授補償電路
140‧‧‧直流電壓轉換器
214‧‧‧第二開關元件
120、220‧‧‧發光二極體模組
122、222‧‧‧發光二極體次模組
230‧‧‧第一開關元件
240‧‧‧電壓箝制電路
250‧‧‧直流電壓源
R1 、R2 ‧‧‧電阻
C2 ‧‧‧電容
Z1 ‧‧‧齊納二極體
D1 、D2 ‧‧‧二極體
第1圖為習知背光模組控制系統的示意圖。
第2圖為本發明背光模組控制系統之一實施例的示意圖。
第3圖為第2圖所示之節點Vm1、Vm2、...、Vmn的電壓時序圖。
第4圖為第2圖所示之電壓箝制電路之一第一實施例的電路示意圖。
第5圖為第2圖所示之電壓箝制電路之一第二實施例的電路示意圖。
第6圖為第2圖所示之電壓箝制電路之一第三實施例的電路示意圖。
200‧‧‧背光模組控制系統
210‧‧‧驅動電路
212‧‧‧電流源
214‧‧‧第二開關元件
220‧‧‧發光二極體模組
222‧‧‧發光二極體次模組
230‧‧‧第一開關元件
240‧‧‧電壓箝制電路
250‧‧‧直流電壓源

Claims (8)

  1. 一種背光模組控制系統，其包含有：至少一背光源模組；一驅動電路，用來決定一驅動訊號以驅動該背光源模組；至少一第一開關元件，耦接於該驅動電路與該背光源模組之間，該第一開關元件係依據該驅動訊號而選擇性地導通或未導通；以及一電源供應模組，耦接於該背光源模組，用來提供該背光模組控制系統所需之一操作電壓；其中該驅動電路包含有：一電流供應元件，用來提供一電流予該背光源模組；以及至少一第二開關元件，耦接於該電流源以及該第一開關元件之間，該第二開關元件係依據一脈衝寬度調變訊號而選擇性地導通或未導通來決定該驅動訊號；其中該第一開關元件與該第二開關元件係串聯連接於該背光源模組與該電流供應元件之間，且用來決定該背光源模組是否電性連接到該電流供應元件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組控制系統，其中該背光源模組係為一發光二極體模組，其包含有至少一發光二極體。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組控制系統，另包含有：至少一電壓箝制電路，耦接於該第一開關元件以及該驅動電 路，用來箝制該驅動電路之輸出端點的電壓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之背光模組控制系統，其中當該第二開關元件導通時，該第一開關元件係導通，而當該第二開關元件未導通時，該第一開關元件係未導通。
  5. 一種背光模組控制系統之控制方法，其包含有：提供一電流供應元件；提供至少一第一開關元件，其中該第一開關元件係依據一驅動訊號而選擇性地導通或未導通；提供至少一第二開關元件，其中該第二開關元件耦接於該電流供應元件以及該第一開關元件之間；依據一脈衝寬度調變訊號來控制該第二開關元件，以選擇性地將該電流供應元件耦接至一背光源模組或不將該電流供應元件耦接至該背光源模組來決定該驅動訊號；以及提供該背光模組控制系統所需之一操作電壓；其中該第一開關元件與該第二開關元件係串聯連接於該背光源模組與該電流供應元件之間，且用來決定該背光源模組是否電性連接到該電流供應元件。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之控制方法，其中該背光源模組係為一發光二極體模組，其包含有至少一發光二極體。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之控制方法，另包含有：箝制該驅動電路之輸出端點的電壓。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之控制方法，其中當該電流供應元件依據該脈衝寬度調變訊號而被耦接至該背光源模組時，該背光源模組係依據該驅動訊號而被耦接至該驅動電路，而當該電流供應元件依據該脈衝寬度調變訊號而未被耦接至該背光源模組時，該背光源模組係依據該驅動訊號而未被耦接至該驅動電路。
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