TWI412299B - 提供動態開路保護之背光模組和相關驅動方法 - Google Patents

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Description

提供動態開路保護之背光模組和相關驅動方法
本發明相關於一種背光模組和相關驅動方法，尤指一種提供動態開路保護之背光模組和相關驅動方法。
液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)具有外型輕薄、低耗電以及無輻射污染等特性，已被廣泛地應用在資訊產品上。爲調整液晶顯示器的亮度和對比，習知技術為控制液晶顯示器之背光模組中光源之驅動電壓/電流。高階顯示器更利用動態對比(dynamic contrast ratio,DCR)技術來大幅提高液晶顯示器之對比值(例如從500:1提升至50000:1)。動態對比技術是由影像處理系統偵測輸入訊號的畫面明暗度，進而動態地調整背光模組的亮度，不僅能改善在顯示黑暗畫面時的漏光問題，更大幅增加亮暗影像之間的對比度，讓影像表現出更加豐富的層次感。
請參考第1圖，第1圖為先前技術中一提供固定式開路保護之背光模組100的功能方塊圖。背光模組100包含：一光源150、一變壓器(transformer)110用以驅動光源150、一電源控制電路(inverter controller)120，和一開路保護電路(open lamp protection circuit)130。光源150可包含並聯之燈管LAMP1 ～LAMPN ，其輸入端耦接於變壓器110以接收驅動電壓。光源150之輸入端的電位由回授電壓VFB 來表示，而每一燈管之亮度分別相關於燈管電流IL1 ～ILN 之值。開路保護電路130耦接於光源150之輸出端，可依據燈管電流IL1 ～ILN 來產生一準開路電壓VOP 。電源控制電路120包含兩輸入端，分別耦接於光源150之輸入端和開路保護電路130，可比較回授電壓VFB 和準開路電壓VOP 之電壓準位並依此產生一電源控制訊號SCT 。當光源150之燈管正常運作、顯示器1在中/低對比模式時，回授電壓VFB (例如：0.9V)會小於準開路電壓VOP (例如：1.5V)。此時，電源控制電路120輸出電源控制訊號SCT 予變壓器110、變壓器110輸出驅動電壓以驅動光源。若光源150之燈管發生開路故障，回授電壓VFB 會高於準開路電壓VOP 。此時，電源控制電路120不輸出電源控制訊號SCT 以關閉變壓器110，進而關閉背光模組100。當啟動顯示器1之動態對比(高對比)功能時，為了表現出更多程度的亮度值，燈管電流IL1 ～ILN 、光源150之回授電壓VFB 、開路保護電路130之準開路電壓VOP 會降低。舉例來說，回授電壓VFB 降至0.7V、準開路電壓VOP 降至0.2V。此時，光源150被判斷為開路(因VFB >VOP )而關閉變壓器110，如此會影響液晶顯示器1的運作。
請參考第2圖，第2圖為先前技術中一無開路保護之背光模組200的功能方塊圖。背光模組200包含：一光源250、用以驅動光源250的一變壓器210和一電源控制電路220。光源250可包含並聯之燈管LAMP1 ～LAMPN ，光源250之輸入端的電位由回授電壓VFB 來表示，而每一燈管之亮度分別相關於燈管電流IL1 ～ILN 之值。電源控制電路220包含兩輸入端，分別依據一固定電壓VCC 和回授電壓VFB 來產生一電源控制訊號SCT 。先前技術之背光模組200並未提供開路保護，故顯示器2可應用極小的燈管電流IL1 ～IL1 以提供高對比模式所需之更多亮度值而不會發生開路誤判。然而，若光源250之燈管發生開路故障，背光模組200並無法被關閉，此時變壓器210會持續輸出高壓，因此容易產生電弧(arcing)現象，影響液晶顯示器2的安全性。
本發明提供一種提供動態開路保護之背光模組，其包含一光源，一變壓器，一開路保護電路，一動態補償電路，及一電源控制電路。該光源具有一輸入端及一輸出端；該變壓器係依據一電源控制訊號以輸出一驅動電壓至該光源之該輸入端；該開路保護電路係耦接於該光源之該輸出端，且係依據流經該光源之一電流以提供一準開路電壓；該動態補償電路係耦接於該開路保護電路，且係依據一模式訊號補償該準開路電壓以提供一參考電壓；該電源控制電路係耦接於該光源、該動態補償電路及該變壓器，且包含一第一輸入端，耦接於該光源之該輸入端以接收一回授電壓，一第二輸入端，耦接於該動態補償電路以接收該參考電壓，及一輸出端，耦接於該變壓器，且當該回授電壓小於該參考電壓時輸出該電源控制訊號至該變壓器。
本發明另提供一種提供動態開路保護之液晶顯示器，其包含一訊號產生器，用來提供一模式訊號，及一背光模組，接收該模式訊號。該背光模組包含一光源，一變壓器，一開路保護電路，一動態補償電路，及一電源控制電路。該光源具有一輸入端及一輸出端；該變壓器係依據一電源控制訊號以輸出一驅動電壓至該光源之該輸入端；該開路保護電路係耦接於該光源之該輸出端，且係依據流經該光源之一電流以提供一準開路電壓；該動態補償電路係耦接於該開路保護電路，且係依據該模式訊號補償該準開路電壓以提供一參考電壓；該電源控制電路係耦接於該光源、該動態補償電路及該變壓器，且包含一第一輸入端，耦接於該光源之該輸入端以接收一回授電壓，一第二輸入端，耦接於該動態補償電路以接收該參考電壓，及一輸出端，耦接於該變壓器，且當該回授電壓小於該參考電壓時輸出該電源控制訊號至該變壓器。
本發明另提供一種提供背光模組開路保護之方法，用來驅動該背光模組中之一光源，該方法包含依據流經該光源之一電流來產生一準開路電壓；若接收到對應於高對比模式之一模式訊號，將一補償電壓加入該準開路電壓以產生一參考電壓；以及若該參考電壓係大於回授自該光源之一輸入端的一回授電壓，輸出一驅動電壓至該光源。
請參考第3圖，第3圖為本發明一液晶顯示器3的功能方塊圖。液晶顯示器3包含一提供動態開路保護之背光模組300和一訊號產生器360。背光模組300包含一光源350、一變壓器310用以驅動光源350、一電源控制電路320、一開路保護電路330，和一動態補償電路(dynamic compensation circuit)340。光源350可包含並聯之燈管LAMP1 ～LAMPN ，光源350之輸入端的電位由回授電壓VFB 來表示，而每一燈管之亮度分別相關於燈管電流IL1 ～ILN 之值。開路保護電路330耦接於光源350之輸出端，可依據燈管電流IL1 ～ILN 來產生一準開路電壓VOP 。動態補償電路340可依據準開路電壓VOP 和訊號產生器360輸出的模式訊號SMODE 來輸出一參考電壓VREF ：當模式訊號SMODE 係為高準位以對應於高對比模式時，動態補償電路340會提供一補償電壓ΔV，此時輸出之參考電壓VREF 其值為準開路電壓VOP 與補償電壓ΔV之和(VOP +ΔV)；當模式訊號SMODE 係為低準位以對應於中/低對比模式時，動態補償電路340不會對準開路電壓VOP 作補償，此時輸出之參考電壓VREF 其值為準開路電壓VOP 。本發明之動態補償電路340可利用分壓串接電阻或其它電路來提供補償電壓ΔV。電源控制電路320包含第一輸入端、第二輸入端，分別耦接於光源之輸入端和動態補償電路340，可比較回授電壓VFB 和參考電壓VREF 之電壓準位並依此產生一電源控制訊號SCT 。
當液晶顯示器3在中/低對比模式下運作時，模式訊號SMODE 係為低準位，參考電壓VREF 之值為準開路電壓VOP ，且高於回授電壓VFB ，因此變壓器310會持續輸出驅動電壓；若光源350之燈管發生開路故障，參考電壓VREF 會低於回授電壓VFB ，此時變壓器310會停止輸出驅動電壓，進而關閉背光模組300。
另一方面，當液晶顯示器3在高對比模式(模式訊號SMODE 係為高準位)運作時，回授電壓VFB 會略為下降，過小的燈管電流IL1 ～ILN 仍可能造成極低之準開路電壓VOP ，因此此時本發明會提供補償電壓ΔV以加大參考電壓VREF (VOP +ΔV)，避免開路誤判。舉例來說，當液晶顯示器3從中/低對比模式切換到高對比模式時，假設回授電壓VFB 會從0.9V下降至0.7V、準開路電壓VOP 從1.5V降至0.2V，此時動態補償電路340提供大於0.5V的補償電壓△V，以確保在高對比模式中參考電壓VREF 大於回授電壓VFB 的條件成立，使電源控制電路320輸出電源控制訊號SCT 予變壓器310、變壓器310輸出驅動電壓以驅動光源350、避免開路誤判。
請參考第4圖，第4圖為本發明一實施例中動態補償電路340之示意圖。在第4圖之實施例中，動態補償電路340包含節點N1～N3、一二極體D，以及電阻R1、R1’、R2。動態補償電路340於節點N1接收模式訊號SMODE ，並於節點N3接收準開路電壓VOP 以及輸出參考電壓VREF 。當液晶顯示器3在中/低對比模式下運作時，模式訊號SMODE 具低電位，此時節點N2和N3之間的壓差不足以導通二極體D，逆偏之二極體D可視為開路，因此參考電壓VREF 之值等於準開路電壓VOP 之值(ΔV=0)。當液晶顯示器3在高對比模式下運作時，模式訊號SMODE 具高電位，此時節點N2和N3之間的壓差足以導通二極體D，順偏之二極體D可提供補償電壓ΔV，因此參考電壓VREF 之值等於準開路電壓VOP 和補償電壓ΔV之加總。第4圖所示僅為本發明動態補償電路340之一實施例，並不限定本發明之範疇。
請參考第5圖，第5圖為本發明一實施例提供背光模組開路保護之方法500的流程圖，提供背光模組開路保護之方法500包含下列步驟：
步驟502：開路保護電路330依據流經光源350之電流來產生準開路電壓VOP ；若動態補償電路340接收到訊號產生器360傳來之對應於高對比模式的模式訊號SMODE ，執行步驟504；若動態補償電路340接收到訊號產生器360傳來之對應於低對比模式的模式訊號SMODE ，執行步驟506；
步驟504：動態補償電路340將補償電壓ΔV加入準開路電壓VOP 以產生參考電壓VREF ，跳至步驟508；
步驟506：動態補償電路340直接輸出準開路電壓VOP 以提供參考電壓VREF ；
步驟508：若參考電壓VREF 係大於回授電壓VFB ，電源控制電路320提供電源控制訊號SCT 給變壓器310；
步驟510：當變壓器310接收到電源控制訊號SCT ，變壓器310會輸出驅動電壓至光源350以驅動光源350。
在第5圖實施例之步驟508中，若燈管發生開路故障、參考電壓VREF 係小於回授電壓VFB 時，電源控制電路320便不會提供電源控制訊號SCT 給變壓器310，而在步驟510中，由於變壓器310不會接收到電源控制訊號SCT ，變壓器310便不會輸出驅動電壓至光源350來驅動光源350，因此可保護光源350。
綜上所述，當液晶顯示器3在高對比模式下運作時，燈管電流IL1 ～ILN 之最小值會降低以提供更多亮度值，此時本發明之背光模組300會透過動態補償電路340來提供較大之參考電壓VREF (VOP +ΔV)，因此能避免開路保護電路330之誤動作，不會因為開路誤判而不適當地關閉變壓器310。當液晶顯示器3在中/低對比模式下運作時，本發明之背光模組300亦能提供開路保護，在光源350之燈管發生開路故障時關閉背光模組300，避免因變壓器310持續輸出高壓而產生電弧現象。
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。
SMODE ．．．模式訊號
LAMP1 ～LAMPN ．．．燈管
SCT ．．．電源控制訊號
IL1 ～ILN ．．．電流
VFB ．．．回授電壓
100、200、300．．．背光模組
VREF ．．．參考電壓
110、210、310．．．變壓器
VOP ．．．準開路電壓
130、330．．．開路保護電路
D．．．二極體
120、220、320．．．電源控制電路
VCC ．．．固定電壓
150、250、350．．．光源
ΔV．．．補償電壓
R1、R1’、R2．．．電阻
340．．．動態補償電路
N1～N3．．．節點
360．．．訊號產生器
1、2、3．．．液晶顯示器
500．．．方法
502~510．．．步驟
第1圖為先前技術中一提供固定式開路保護之背光模組的功能方塊圖。
第2圖為先前技術中一無開路保護之背光模組的功能方塊圖。
第3圖為本發明一液晶顯示器的功能方塊圖。
第4圖為本發明一實施例中動態補償電路之示意圖。
第5圖為本發明一實施例提供背光模組開路保護之方法的流程圖。
SMODE ．．．模式訊號
Vop ．．．準開路電壓
SCT ．．．電源控制訊號
IL1 ～ILN ．．．電流
VFB ．．．回授電壓
VREF ．．．參考電壓
300．．．背光模組
310．．．變壓器
320．．．電源控制電路
330．．．開路保護電路
340．．．動態補償電路
350．．．光源
360．．．訊號產生器
3．．．液晶顯示器
LAMP1 ～LAMPN ．．．燈管

Claims (8)

  1. 一種提供動態開路保護之背光模組(backlight module)，其包含：一光源，具有一輸入端及一輸出端；一變壓器(transformer)，係依據一電源控制訊號以輸出一驅動電壓至該光源之該輸入端；一開路保護電路，耦接於該光源之該輸出端，該開路保護電路係依據流經該光源之一電流以提供一準開路電壓(pseudo open circuit voltage)；一動態補償電路(dynamic compensation circuit)，耦接於該開路保護電路，該動態補償電路係依據一模式訊號補償該準開路電壓以提供一參考電壓，且包含：一第一節點，用來接收該模式訊號；一第二節點，連接一接地電位；一第三節點，用來接收該準開路電壓並提供該參考電壓；一第一電阻，耦接於該第一節點和該第二節點之間；一第二電阻，耦接於該第二節點和該接地電位之間；以及一二極體，其陽極耦接於該第二節點，而其陰極耦接於該第三節點；以及一電源控制電路(inverter controller)，耦接於該光源、 該動態補償電路及該變壓器，該電源控制電路包含：一第一輸入端，耦接於該光源之該輸入端以接收一回授電壓；一第二輸入端，耦接於該動態補償電路以接收該參考電壓；以及一輸出端，耦接於該變壓器，且當該回授電壓小於該參考電壓時輸出該電源控制訊號至該變壓器。
  2. 如請求項1所述之背光模組，其中該光源包含複數個並聯燈管。
  3. 一種提供動態開路保護之液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)，其包含：一訊號產生器，用來提供一模式訊號；以及一背光模組，接收該模式訊號，其包含：一光源，其包含一輸入端和一輸出端；一變壓器，係依據一電源控制訊號以輸出一驅動電壓至該光源之該輸入端；一開路保護電路，耦接於該光源之輸出端，該開路保護電路係依據流經該光源之一電流以提供一準開路電壓；一動態補償電路，耦接於該開路保護電路，該動態補償電路係依據該模式訊號補償該準開路電壓以提 供一參考電壓，且包含：一第一節點，用來接收該模式訊號；一第二節點，連接一接地電位；一第三節點，用來接收該準開路電壓並提供該參考電壓；一第一電阻，耦接於該第一節點和該第二節點之間；一第二電阻，耦接於該第二節點和接地電位之間；以及一二極體，其陽極耦接於該第二節點，而其陰極耦接於該第三節點；以及一電源控制電路，耦接於該光源、該動態補償電路及該變壓器，該電源控制電路包含：一第一輸入端，耦接於該光源之輸入端以接收一回授電壓；一第二輸入端，耦接於該動態補償電路以接收該參考電壓；以及一輸出端，耦接於該變壓器，且當該回授電壓小於該參考電壓時輸出該電源控制訊號至該變壓器。
  4. 如請求項3所述之液晶顯示器，其中該光源包含複數個並聯燈管。
  5. 一種提供背光模組開路保護之方法，用來驅動該背光模組中之一光源，該方法包含：依據流經該光源之一電流來產生一準開路電壓；若接收到對應於高對比模式之一模式訊號，將一補償電壓加入該準開路電壓以產生一參考電壓；以及若該參考電壓係大於回授自該光源之一輸入端的一回授電壓，輸出一驅動電壓至該光源。
  6. 如請求項5所述之方法，其另包含若該參考電壓係大於該回授電壓，提供一電源控制訊號以輸出該驅動電壓至該光源。
  7. 如請求項5所述之方法，其中若接收到對應於低對比模式之該模式訊號，直接輸出該準開路電壓以提供該參考電壓。
  8. 如請求項5所述之方法，其中該模式訊號係對應於一動態對比(dynamic contrast ratio,DCR)模式。
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