TWI403212B - 可自動調光的發光二極體裝置 - Google Patents

Description

可自動調光的發光二極體裝置

本發明係關於一種發光二極體裝置，尤指一種可自動調光以避免發光二極體因溫度改變而影響發光亮度的發光二極體裝置。

發光二極體在工作時，其溫度會上升，而溫度的升高將會使發光二極體的內阻變小，導致發光二極體的工作電流提高。惟若發光二極體的工作電流增加，則不但會讓發光二極體的亮度降低，更會加速發光二極體老化，造成色彩飽和度的喪失；此外，由於不同顏色的發光二極體即會具有不同的發光特性，導致溫度對每種顏色之發光二極體的影響均不相同，因此難以加以控制。傳統上採用定電流方式驅動發光二極體，避免因溫度上升造成發光二極體電流增大，惟由於採用定電流驅動發光二極體，需要求較為精準的前端電源電壓輸入，惟如此一來所需的成本亦較高。

因此，要如何讓發光二極體達到理想的高飽和度色彩，且讓色域範圍接近原始訊號，而不致受到發光二極體本身或週遭工作環境影響而改變，且毋須使用高成本的精準前端電源，仍有待進一步檢討，並謀求可行的解決方案。

為解決發光二極體受溫度影響之特性並調整其誤差，本發明之主要目的在提供一種可自動調光的發光二極體裝置，其可根據環境溫度而調整發光二極體燈組之發光亮度，並配合限電流驅動方式，使之得以輸出穩定亮度之光線。

為達成前述目的所採取之主要技術手段係令前述發光二極體裝置包括：一電源供應模組；一發光二極體燈組，係連接該電源供應模組以取得工作電源；一發光二極體驅動模組，係連接於該電源供應模組及該發光二極體燈組之間，供限制流經發光二極體燈組之電流不致隨著溫度上升而過大；一光偵測模組，係置於該發光二極體燈組旁，以偵測該發光二極體燈組之發光亮度，並發出對應之亮度偵測訊號；一控制模組，係連接該發光二極體驅動模組及該光偵測模組，且由該電源供應模組供應工作電源，並內建有複數個對應不同環境溫度的標準亮度值及一亮度補償程序，該亮度調整程序係令該控制模組比對該光偵測模組所發出之亮度偵測訊號和對應的標準亮度值，而據以透過控制該發光二極體驅動模組調整該發光二極體燈組之發光亮度，並限制流經發光二極體燈組之電流，使發光二極體燈組之發光亮度符合標準亮度值。

上述技術手段利用該光偵測模組取得發光二極體燈組的發光亮度，再回授由該控制模組根據環境溫度以調整發光二極體燈組之發光亮度，使之維持穩定的亮度輸出，如此一來，即可監測發光二極體之光源輝度，並對發光二極體燈組做補償控制以控制其色彩之色域範圍，而達到還原原始訊號的目的，並完成高色彩飽和度之影像輸出，且毋須使用高成本的精準前端電源；此外，該發光二極體驅動模組另可對流經發光二極體燈組之電流進行限電流之控制，以避免因發光二極體溫度上升導致工作電流上升，而工作電流上升又再令發光二極體溫度上升的「熱跑脫現象」，而達到光輸出穩定之效果。

關於本發明之第一實施例，請參閱第一圖所示，係包括一電源供應模組(10)、一發光二極體燈組、一發光二極體驅動模組、一光偵測模組及一控制模組(50)。

上述發光二極體燈組係連接該電源供應模組(10)；於本實施例中，該發光二極體燈組係包括有一紅光發光二極體燈串(21)、一綠光發光二極體燈串(22)及一藍光發光二極體燈串(23)，各發光二極體燈串(21)(22)(23)係由複數個發光二極體串聯組成。

上述發光二極體驅動模組係連接於該電源供應模組(10)及該發光二極體燈組之間；於本實施例中係包括有一第一發光二極體驅動電路(31)、一第二發光二極體驅動電路(32) 及一第三發光二極體驅動電路(33)，其係分別對應該紅光發光二極體燈串(21)、綠光發光二極體燈串(22)及藍光發光二極體燈串(23)，且各發光二極體驅動電路(31)(32)(33)係包括一半導體控制開關(311)(321)(331)，各半導體控制開關(311)(321)(331)可為P型金屬氧化物半導體(P－type metal oxide semiconductor，簡稱PMOS)或N型金屬氧化物半導體(N－type metal oxide semiconductor，簡稱NMOS)，又各半導體控制開關(311)(321)(331)之其中一電極係連接對應的發光二極體燈組(21)(22)(23)，另一電極係連接該電源供應模組(10)。

上述光偵測模組係置於該發光二極體燈組旁，以偵測該發光二極體燈組之發光亮度，並發出對應之亮度偵測訊號；於本實施例中係包括有一紅光偵測單元(41)、一綠光偵測單元(42)及一藍光偵測單元(43)，其係分別設置於該紅光發光二極體燈串(21)、綠光發光二極體燈串(22)及藍光發光二極體燈串(23)旁，又各光偵測單元(41)(42)(43)係包括：一光二極體(photodiode)(411)(421)(431)，係供偵測光的強度，並將之轉換為一亮度偵測訊號後輸出；及一濾光片(412)(422)(432)，係設置於對應的光二極體(411)(421)(431)和發光二極體燈串(21)(22)(23)之間，以分別過濾出紅色、綠色及藍色的光線予對應的光二極體(411)(421)(431)。

上述控制模組(50)係連接該發光二極體驅動模組及該 光偵測模組，且由該電源供應模組(10)供應工作電源，並內建有複數個對應不同環境溫度的標準亮度值，該控制模組(10)係藉由比對該光偵測模組所發出之亮度偵測訊號和對應的標準亮度值，而據以透過控制該發光二極體驅動模組補償該發光二極體燈組之發光亮度；請進一步參閱第二圖所示，於本實施例中，該控制模組(50)係為一單晶片微處理器，其包括：一多工器(51)，係連接該光偵測單元(41)(42)(43)，以將自該光偵測單元(41)(42)(43)接收之亮度偵測訊號切換選擇後個別輸出；一放大器(52)，係連接該多工器(51)，以將該亮度偵測訊號加以放大，藉此增加該亮度偵測訊號的解析度；一類比轉數位轉換器(53)，係連接該放大器(52)，以將類比的亮度偵測訊號轉換為數位亮度偵測訊號；一處理器(54)，係連接該類比轉數位轉換器(53)，以接收該數位亮度偵測訊號；一脈波寬度調變產生器(55)，係連接於該處理器(54)和該發光二極體驅動電路(31)(32)(33)之半導體控制開關(311)(321)(331)的一輸入極，以依據該處理器(54)之控制，而調整輸出不同脈波寬度的驅動訊號予該發光二極體驅動電路(31)(32)(33)之半導體控制開關(311)(321)(331)；一溫度感測器(56)，係供偵測該發光二極體燈組及該光二極體(411)(421)(431)周圍的溫度，並將之轉換為一溫度訊號，又該溫度感測器(56)係連接該處理器(54)，以將 該溫度訊號傳送予該處理器(54)；一記憶體(57)，係連接該處理器(54)，並儲存複數個標準亮度值及一亮度調整程序，其中該標準亮度值係表示在不同的環境溫度下，考慮到本實施例中所採用之光二極體(411)(421)(431)受到周圍溫度之影響的情況下，所得到之發光二極體應有的標準發光亮度，而該亮度調整程序則令該處理器(54)依據所接收的溫度訊號，而自該記憶體(57)中取出對應該溫度訊號的標準亮度值，並以此一標準亮度值與該數位亮度偵測訊號比對後，藉由控制該脈波寬度調變產生器(55)改變輸出予對應發光二極體驅動電路(31)(32)(33)之半導體控制開關(311)(321)(331)的驅動訊號之脈波寬度，進而調整對應發光二極體燈串(21)(22)(23)的發光亮度。

請進一步參閱第三圖所示，該亮度調整程序係包括下列步驟：取得亮度偵測訊號(600)，係取得自其中一光偵測單元(41)(42)(43)送出之亮度偵測訊號；取得溫度訊號(601)，係自溫度感測器(56)取得溫度訊號；取得對應溫度訊號的標準亮度值(602)，係依取得之溫度訊號及亮度偵測訊號自記憶體(57)中取得對應之標準亮度值，例如若所取得的是紅光發光二極體燈串(21)之亮度偵測訊號，且目前環境溫度係為攝氏27度，則應自記憶體(57)中取出對應紅光發光二極體燈串(21)及攝氏27度之 標準亮度值；判斷亮度偵測值係大於、等於或小於取得之標準亮度值(603)；若亮度偵測值係大於取得之標準亮度值，則控制脈波寬度調變產生器降低輸出予對應發光二極體驅動電路之驅動訊號的脈波寬度(604)；若亮度偵測值係等於取得之標準亮度值，則等待一延遲時間(605)後再次取得亮度偵測訊號(600)；若亮度偵測值係小於取得之標準亮度值，則控制脈波寬度調變產生器提高輸出予對應發光二極體驅動電路之驅動訊號的脈波寬度(606)。

由上述可知，本發明可利用該光偵測單元(41)(42)(43)取得發光二極體燈串(21)(22)(23)的發光亮度，再回授由該控制模組(50)根據環境溫度以調整發光二極體燈串(21)(22)(23)之發光亮度，使之維持穩定的亮度輸出；因此，當本發明應用在顯示器之背光模組時，即可利用該紅光偵測單元(41)、綠光偵測單元(42)及藍光偵測單元(43)偵測對應發光二極體燈串(21)(22)(23)之亮度，再根據該控制模組(50)中溫度感測器(56)所測得之環境溫度及儲存於記憶體(57)中的標準亮度值，判斷各發光二極體燈串(21)(22)(23)的發光亮度是否足以混合出穩定的白光，若有所偏差則透過控制該脈波寬度調變產生器(55)改變其輸出之驅動訊號的脈波寬度(如第四圖所示)，藉此調整發光二極體燈串(21)(22)(23)之發光亮度，以得到穩定的白光輸出，進而達 到混光調控的目的，且毋須使用高成本的精準前端電源。

另請參閱第五圖所示，本發明之第二實施例與第一實施例大致相同，不同之處在於各發光二極體驅動電路(31)(32)(33)係進一步包括一回授電阻(312)(322)(332)及一比較器(313)(323)(333)，其中：各回授電阻(312)(322)(332)係連接於對應之半導體控制開關(311)(321)(331)的其中一電極和電源供應模組(10)之間；各比較器(313)(323)(333)之其中一輸入端係連接對應之回授電阻(312)(322)(332)及半導體控制開關(311)(321)(331)其中一電極的連接節點，另一輸入端係連接控制模組(50)的脈波寬度調變產生器(55)，而輸出端則連接對應之半導體控制開關(311)(321)(331)的輸入極；當發光二極體燈串(21)(22)(23)之電流流經對應的回授電阻(312)(322)(332)時會產生一回授電壓，此時該比較器(313)(323)(333)即比較此一回授電壓與該脈波寬度調變產生器(55)所發出之驅動訊號的電壓準位後，並以該脈波寬度調變產生器(55)所發出之驅動訊號的電壓準位當作參考電壓，當回授電壓超過參考電壓時，比較器(313)(323)(333)即改變輸出予對應之半導體控制開關(311)(321)(331)輸入極的驅動訊號，而使對應之半導體控制開關(311)(321)(331)截止(如第六圖所示)，藉此達到限電流之效果，以限制流經發光二極體燈串(21)(22)(23)之電流不致隨著溫度上升而過大，藉此避免發光二極體產生惡性循環的「熱跑脫現 象」，而達到光輸出穩定之效果。

惟本發明雖已於前述實施例中所揭露，但並不僅限於前述實施例中所提及之內容，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

綜上所述，本發明已具備顯著功效增進，並符合發明專利要件，爰依法提起申請。

(10)‧‧‧電源供應模組

(21)‧‧‧紅光發光二極體燈串

(22)‧‧‧綠光發光二極體燈串

(23)‧‧‧藍光發光二極體燈串

(31)‧‧‧第一發光二極體驅動電路

(311)‧‧‧半導體控制開關

(312)‧‧‧回授電阻

(313)‧‧‧比較器

(32)‧‧‧第二發光二極體驅動電路

(321)‧‧‧半導體控制開關

(322)‧‧‧回授電阻

(323)‧‧‧比較器

(33)‧‧‧第三發光二極體驅動電路

(331)‧‧‧半導體控制開關

(332)‧‧‧回授電阻

(333)‧‧‧比較器

(41)‧‧‧紅光偵測單元

(42)‧‧‧綠光偵測單元

(43)‧‧‧藍光偵測單元

(411)(421)(431)‧‧‧光二極體

(412)(422)(432)‧‧‧濾光片

(50)‧‧‧控制模組

(51)‧‧‧多工器

(52)‧‧‧放大器

(53)‧‧‧類比轉數位轉換器

(54)‧‧‧處理器

(55)‧‧‧脈波寬度調變產生器

(56)‧‧‧溫度感測器

(57)‧‧‧記憶體

第一圖：係本發明之第一實施例的電路圖。

第二圖：係本發明之第一實施例中一控制模組的功能方塊圖。

第三圖：係本發明之第一實施例中一亮度調整程序的流程圖。

第四圖：係本發明之脈波寬度調變產生器所輸出的驅動訊號波形圖。

第五圖：係本發明之第二實施例的電路圖。

第六圖：係本發明之第二實施例中經比較器校正過的而輸入半導體控制開關的驅動訊號波形圖。

(10)‧‧‧電源供應模組

(21)‧‧‧紅光發光二極體燈串

(22)‧‧‧綠光發光二極體燈串

(23)‧‧‧藍光發光二極體燈串

(31)‧‧‧第一發光二極體驅動電路

(311)‧‧‧半導體控制開關

(32)‧‧‧第二發光二極體驅動電路

(321)‧‧‧半導體控制開關

(33)‧‧‧第三發光二極體驅動電路

(331)‧‧‧半導體控制開關

(41)‧‧‧紅光偵測單元

(42)‧‧‧綠光偵測單元

(43)‧‧‧藍光偵測單元

(411)(421)(431)‧‧‧光二極體

(412)(422)(432)‧‧‧濾光片

(50)‧‧‧控制模組

Claims (11)

1. 一種可自動調光的發光二極體裝置，係包括：一電源供應模組；一發光二極體燈組，係連接該電源供應模組以取得工作電源；一發光二極體驅動模組，係連接於該電源供應模組及該發光二極體燈組之間，供限制流經發光二極體燈組之電流不致隨著溫度上升而過大；一光偵測模組，係置於該發光二極體燈組旁，以偵測該發光二極體燈組之發光亮度，並發出對應之亮度偵測訊號；一控制模組，係連接該發光二極體驅動模組及該光偵測模組，且由該電源供應模組供應工作電源，並內建有複數個對應不同環境溫度的標準亮度值及一亮度補償程序，該亮度調整程序係令該控制模組比對該光偵測模組所發出之亮度偵測訊號和對應的標準亮度值，而據以透過控制該發光二極體驅動模組調整該發光二極體燈組之發光亮度，並限制流經發光二極體燈組之電流，使發光二極體燈組之發光亮度符合標準亮度值；該發光二極體燈組係包括有一紅光發光二極體燈串、一綠光發光二極體燈串及一藍光發光二極體燈串，各發光二極體燈串係由複數個發光二極體串聯組成；該發光二極體驅動模組係包括有一第一發光二極體驅動電路、一第二發光二極體驅動電路、一第三發光二極體 驅動電路及複數限電流單元，其係分別對應該紅光發光二極體燈串、綠光發光二極體燈串及藍光發光二極體燈串，又該複數限電流單元係一對一地連接該些發光二極體驅動電路；該光偵測模組係包括有一紅光偵測單元、一綠光偵測單元及一藍光偵測單元，其係分別設置於該紅光發光二極體燈串、綠光發光二極體燈串及藍光發光二極體燈串旁。
2. 如申請專利範圍第1項所述可自動調光的發光二極體裝置，各發光二極體驅動電路係包括一半導體控制開關，該半導體控制開關之其中一電極係連接對應的發光二極體燈串，另一電極係連接該電源供應模組。
3. 如申請專利範圍第2項所述可自動調光的發光二極體裝置，各限電流單元係進一步包括：一回授電阻，係連接於對應之半導體控制開關的其中一電極和電源供應模組之間；及一比較器，其一輸入端係連接對應之回授電阻及半導體控制開關其中一電極的連接節點，另一輸入端係連接控制模組，而輸出端則連接對應之半導體控制開關的輸入極，當回授電阻上的電壓超過控制模組所輸出訊號的電壓準位時，比較器即改變輸出予對應之半導體控制開關輸入極的驅動訊號，而使對應之半導體控制開關截止。
4. 如申請專利範圍第1項所述可自動調光的發光二極體裝置，各光偵測單元係包括：一光二極體，係供偵測光的強度，並將之轉換為一亮 度偵測訊號後輸出；及一濾光片，係設置於對應的光二極體和發光二極體燈串之間，以過濾僅令特定顏色的光線通過。
5. 如申請專利範圍第2項所述可自動調光的發光二極體裝置，各光偵測單元係包括：一光二極體，係供偵測光的強度，並將之轉換為一亮度偵測訊號後輸出；及一濾光片，係設置於對應的光二極體和發光二極體燈串之間，以過濾僅令特定顏色的光線通過。
6. 如申請專利範圍第3項所述可自動調光的發光二極體裝置，各光偵測單元係包括：一光二極體，係供偵測光的強度，並將之轉換為一亮度偵測訊號後輸出；及一濾光片，係設置於對應的光二極體和發光二極體燈串之間，以過濾僅令特定顏色的光線通過。
7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述可自動調光的發光二極體裝置，該控制模組係進一步包括：一多工器，係連接該紅光偵測單元、綠光偵測單元及藍光偵測單元，以將自該些光偵測單元接收之亮度偵測訊號切換選擇後個別輸出；一放大器，係連接該多工器，以將該亮度偵測訊號加以放大；一類比轉數位轉換器，係連接該放大器，以將類比的亮度偵測訊號轉換為數位的亮度偵測訊號； 一處理器，係連接該類比轉數位轉換器，以接收該亮度偵測訊號，又該處理器係執行該亮度調整程序，以調整對應之發光二極體燈串的發光亮度；一脈波寬度調變產生器，係連接於該處理器和該第一、第二及第三發光二極體驅動電路，以依據該處理器之控制，而調整輸出不同脈波寬度的驅動訊號予該些發光二極體驅動電路；一溫度感測器，係偵測環境的溫度並將之轉換為一溫度訊號，又該溫度感測器係連接該處理器，以將該溫度訊號傳送予該處理器；一記憶體，係連接該處理器，並供儲存該複數個標準亮度值及該亮度調整程序。
8. 如申請專利範圍第7項所述可自動調光的發光二極體裝置，該亮度調整程序係包括下列步驟：取得亮度偵測訊號，係取得自其中一光偵測單元送出之亮度偵測訊號；取得溫度訊號，係自溫度感測器取得溫度訊號；取得對應溫度訊號的標準亮度值，係依取得之溫度訊號及亮度偵測訊號自記憶體中取得對應之標準亮度值；判斷亮度偵測值係大於、等於或小於取得之標準亮度值；若亮度偵測值係大於取得之標準亮度值，則控制脈波寬度調變產生器降低輸出予對應發光二極體驅動電路之驅動訊號的脈波寬度； 若亮度偵測值係等於取得之標準亮度值，則等待一延遲時間後再次取得亮度偵測訊號；若亮度偵測值係小於取得之標準亮度值，則控制脈波寬度調變產生器提高輸出予對應發光二極體驅動電路之驅動訊號的脈波寬度。
9. 如申請專利範圍第2至6項中任一項所述可自動調光的發光二極體裝置，該控制模組係為一單晶片微處理器。
10. 如申請專利範圍第7項所述可自動調光的發光二極體裝置，該控制模組係為一單晶片微處理器。
11. 如申請專利範圍第8項所述可自動調光的發光二極體裝置，該控制模組係為一單晶片微處理器。