TWI473054B - 光源控制系統、方法與背光模組 - Google Patents

Description

光源控制系統、方法與背光模組

本發明是有關於一種光源控制系統、背光模組以及光源控制方法，特別是藉由光源控制方法來調整其整體輝度值的光源控制系統以及應用此光源控制系統之背光模組。

為了響應環保，目前之顯示器採用各種方法來大幅降低耗電量，而在顯示器整體耗電量中，以背光模組所佔比重最大。在背光模組之各種節能方法中，出現有所謂的區域控制(Local Dimming)法，亦即背光模組可作到不同區域、不同程度輝度明暗變化的技術。而為了背光模組中導入區域控制技術，通常會採用發光二極體(Light Emitting Diode；LED)作為背光源。LED是目前背光源中，能將區域控制技術發揮到最好的光源，其原因在於平面光源發光方式不是整片點亮，就是整片變暗，其背光無法作到小區塊、且不同輝度變化；以32吋TV用之背光模組為例，大部分需使用12根冷陰極燈管(Cold Cathode Fluorescent Lamp；CCFL)，若要作到區域控制，最多也只能畫分為12個區塊，且CCFL光源最大問題是點滅速度不夠快，若強力驅動其開關的速度，則會減損CCFL壽命。

由於顯示器在使用時，中心位置的畫面平均亮度普遍高於周圍區域之亮度，故當採用區域控制技術時，對應於顯示器中心位置之背光模組的發光區塊亮度衰減速度係較對應於顯示器周圍區域之發光區塊來的快。為了克服上述亮度衰減不均的問題，故需使用回授補償來控制每一發光區塊的輝度。

在習知之技藝中，採用區域控制技術之背光模組的每個發光區塊均使用一回授系統來做回授補償，故有線路複雜與系統昂貴之缺點。

本發明之目的在提供一種光源控制系統，藉由多個發光區塊共用一個回授系統來降低回授系統之成本。

本發明之另一目的在提供一種背光模組，使用上述之光源控制系統來降低線路設計的複雜度。

本發明之又一目的在提供一種光源控制方法，使光源控制系統中多個發光區塊共用一個回授系統。

根據本發明之一實施例，提供一種藉由回授補償調整其輝度值的光源控制系統。光源控制系統包括至少二發光區塊、訊號輸入裝置、比較控制裝置與光感測器。訊號輸入裝置依時序提供控制發光區塊呈開或關狀態的訊號組。比較控制裝置預設有發光區塊之預設輝度值，並電性連接至發光區塊與訊號輸入裝置，其中比較控制裝置以訊號輸入裝置之訊號組控制發光區塊呈開或關狀態。而光感測器除電性連接至比較控制裝置外，並可同時感測上述多個發光區塊之整體輝度值以產生分別對應上述訊號組的多個偵測值。比較控制裝置根據發光區塊之數目擷取訊號組中之多個連續者，並擷取對應於此些連續者的偵測值，以產生對應於發光區塊之數目的一組聯立方程式，而此組聯立方 程式中的每個方程式均不相依，比較控制裝置由此組聯立方程式計算出發光區塊的實際輝度值，並以實際輝度值與預設輝度值之差異對發光區塊進行回授補償。

根據本發明之另一實施例，提供一種背光模組。背光模組包括殼體與多個光源控制系統。多個光源控制系統設置於殼體中，其中每個光源控制系統藉由回授補償調整其輝度值，每個光源控制系統包括：至少二發光區塊、訊號輸入裝置、比較控制裝置與光感測器。訊號輸入裝置依時序提供控制發光區塊呈開或關狀態的訊號組。比較控制裝置預設有發光區塊之預設輝度值，並電性連接至發光區塊與訊號輸入裝置，其中比較控制裝置以訊號輸入裝置之訊號組控制發光區塊呈開或關狀態，利用開關狀態所占的時間比例，調整出所需的明暗程度。而光感測器除電性連接至比較控制裝置外，並可同時感測上述多個發光區塊之整體輝度值以產生對應於訊號組之多個偵測值。比較控制裝置根據發光區塊之數目擷取訊號組中之多個連續者，並擷取對應於此些連續者的偵測值，以產生對應於發光區塊之數目的一組聯立方程式，而此組聯立方程式中的每個方程式均不相依，比較控制裝置由此組聯立方程式計算出發光區塊的實際輝度值，並以實際輝度值與預設輝度值之差異對發光區塊進行回授補償。

根據本發明之又一實施例，提供一種光源控制方法，用以調整上述實施例之光源控制系統之輝度值，其中光源控制方法包括：訊號輸入裝置依時序提供控制發光區塊呈開或關狀態的多個訊號組至比較控制裝置；比較控制裝置以訊號組控制發光區塊呈開或關狀態；光感測器由感測到之發光區塊整體輝度值產生分別對應於訊號組的多個偵測值，並將此些偵測值提供至比較控制裝置；比較控制裝置根據發光區塊之數目擷取訊號組中之多個連續者，並擷取對應於前述之連續者的偵測值，以產生對應於發光區塊之數目的一組聯立方程式，其中此組聯立方程式之每個方程式均不相依；比較控制裝置由聯立方程式計算出對應於發光區塊的實際輝度值；以及比較控制裝置根據實際輝度值與預設輝度值間之差異對發光區塊進行回授補償。

本發明除可降低回授系統之成本以及背光模組之線路設計的複雜度外，更因為背光模組線路複雜度的降低，故可減少背光模組整體製造之時間，降低背光模組的製造成本。

接下來是本發明的詳細說明，下述說明中對本發明所沿用的現有技藝描述，僅作重點式的引用，以助本發明的闡述，故並不包括詳細的流程以及運作原理的完整描述。另外，下述內文中相關之圖示亦並未依據實際比例繪製，其作用僅在表達出本發明之特徵。

請參照第1圖，其係繪示根據本發明之一實施例之光源控制系統的示意圖。為了便於說明，僅繪示出其中一個光源控制系統；然而，熟悉該技術者當可知道如何將多數個光源控制系統組合成為一個完整的背光模組，以適用於相關之顯示器，例如液晶電視或液晶顯示器。本發明所提供之背光模組包括殼體(未繪示)以及多個光源控制系統100，其中殼體主要功能係用以容設背光模組中之光源控制系統100，並提供保護之功能，故殼體可由金屬材質製造而成，利用金屬具有較佳強度的機械材料特性來達到保護的目的，另外，在追求輕量化的前提下，殼體亦可由其他如強化塑膠等材料製造而成。

每個光源控制系統100均可藉由回授補償來調整其輝度值，且如第1圖所示，每個光源控制系統100包括至少二發光區塊(發光區塊102至發光區塊108)、訊號輸入裝置110、比較控制裝置112與光感測器114。在本實施例中，光源控制系統100包括有四個發光區塊，亦即發光區塊102、發光區塊104、發光區塊106與發光區塊108，在其他實施例中，每個光源控制系統100中所包含之發光區塊的數量可根據比較控制裝置112之計算能力或其他條件來做調整。

訊號輸入裝置110依時序提供控制發光區塊於呈開或關狀態的多個訊號組，其中所謂的開或關狀態亦即表示發光區塊之發亮狀態或者不作動之黑暗狀態；例如，在特定之時刻，對應於顯示畫面，假設發光區塊102、發光區塊104、發光區塊106與發光區塊108應分別呈現亮、暗、亮、暗之狀態，此時訊號輸入裝置110即提供一對應之訊號組至比較控制裝置112，藉以控制各個發光區塊之狀態。

比較控制裝置112於生產過程中，即預設紀錄有對應於各個發光區塊的預設輝度值，其中各個發光區塊之預設輝度值可利用各種方式來表示，例如，利用不同的光能量可產生不同的光電流原理，將輝度值轉換成以電流值來表示。如第1圖所示，比較控制裝置112電性連接至各個發光區塊以及訊號輸入裝置110，其中比較控制裝置112以訊號輸入裝置110所提供之訊號組來控制發光區塊102、發光區塊104、發光區塊106與發光區塊108，使得各個發光區塊呈現開或關狀態。

光感測器114電性連接至比較控制裝置112，其中光感測器114可同時感測發光區塊102、發光區塊104、發光區塊106與發光區塊108的整體輝度值，進而產生分別對應上述多個訊號組之多個偵測值。

如第1圖所示，在本實施例中，每個發光區塊與其他三個發光區塊互相鄰接，且光感測器114係設置於此些發光區塊互相鄰接的交界處，其中每個發光區塊為矩形發光區塊，但是並不以此矩形之幾何形狀為限。在本實施例中，光源控制系統100更包括四個驅動元件(驅動元件116至驅動元件122)，其中驅動元件116、驅動元件118、驅動元件120與驅動元件122分別與發光區塊102、發光區塊104、發光區塊106與發光區塊108相對應，且每個驅動元件電性連接至相對應之發光區塊，同時每個驅動元件分別與比較控制裝置112做電性連接；驅動元件主要功能係用於驅動發光區塊，而在其他實施例中，驅動元件亦可整合至比較控制裝置112中或分別整合至各個發光區塊中。

在特定實施例中，本發明之每個發光區塊更包括複數個發光二極體，但並不以此為限，其他之發光源如冷陰極燈管亦可應用於本發明的架構中。

在特定實施例中，本發明之背光模組更包括至少一光學膜片(未繪示)，設於殼體中且位在多個光源控制系統100上，其中光學膜片可為擴散片、稜鏡片、增亮膜、反射式增亮膜、非多層膜式反射偏光片或上述之任意組合。

請參照第1及第2圖，其中第2圖係繪示第1圖之光源控制系統之光源控制方法的流程示意圖。每個光源控制系統100係根據光源控制方法來進行回授補償。首先，進行步驟202，訊號輸入裝置110依時序提供多個訊號組至比較控制裝置112。接著，進行步驟204，比較控制裝置112以訊號組控制發光區塊102、發光區塊104、發光區塊106與發光區塊108，使得各個發光區塊可分別呈現開或關狀態。完成步驟204之後，光感測器114同時檢測各個發光區塊所產生之整體輝度值，以得到分別對應於上述訊號組的多個偵測值，並將此偵測值傳送至比較控制裝置112(步驟206)。然後進行步驟208，比較控制裝置112根據發光區塊之數目擷取訊號組中的多個連續者，並擷取對應於多個連續者的偵測值，藉以產生對應於發光區塊之數目的一組聯立方程式，且此組聯立方程式中的每個方程式均不相依。完成步驟208之後，進行步驟210，比較控制裝置112由聯立方程式計算出發光區塊102、發光區塊104、發光區塊106與發光區塊108分別對應的實際輝度值。接著，進行步驟212，比較控制裝置112根據各個發光區塊之實際輝度值與預設輝度值之差異分別對各個發光區塊進行回授補償。因此，當下一個特定時刻訊號輸入裝置110提供另一訊號組至比較控制裝置112時，各個發光區塊之實際輝度值即可與預設輝度值相同。

請再參照第1及第2圖，以下以一實際實施例來說明關於本發明中各個發光區塊之實際輝度值的詳細計算方式。光源控制系統100包括發光區塊102、發光區塊104、發光區塊106、發光區塊108、訊號輸入裝置110、比較控制裝置112與光感測器114。訊號輸入裝置110提供對應於連續性之第一特定時刻(t1)、第二特定時刻(t2)、第三特定時刻(t3)以及第四特定時刻(t4)的四個訊號組至比較控制裝置112，其中各個訊號組所表示之發光區塊開關狀態如以下表1所示。

比較控制裝置112根據以上四個訊號組控制各個發光區塊的開或關。而對應於各個特定時刻，光感測器114所感測到之偵測值如下表2所示，其中偵測值直接以輝度值來表示，各個偵測值由光感測器傳送至比較控制裝置112。

令發光區塊102、發光區塊104、發光區塊106與發光區塊108之實際輝度值分別為第一輝度值(L1)、第二輝度值(L2)、第三輝度值(L3)及第四輝度值(L4)。根據上述之說明可知，特定時刻之偵測值等於當時處於「亮」狀態之所有發光區塊之實際輝度值相加，故上述之狀況可列出以下包括四個方程式之一組聯立方程式：

M1=L1+L2+L3　(1)

M2=L2+L3+L4　(2)

M3=L3+L4+L1　(3)

M4=L4+L1+L2　(4)

由以上之聯立方程式可求解出各個發光區塊的實際輝度值(L1至L4)。當發光區塊之數目變更時，欲求解之實際輝度值數目亦隨之改變，故需進行量測之連續性特定時刻之數目亦隨之而變，藉以取得足夠之方程式數目來求解各個實際輝度值。

上述已大略描述本發明實施例的特徵，以使得熟悉此技藝者能夠更了解與其對應的詳細敘述。熟悉此技藝者將可體會到，利用本揭露作為基礎可設計或修改其他程序及結構，以達到本說明書所介紹之實施例的相同目的及/或優點。熟悉此技藝者亦可了解到在不脫離本揭露之精神及範圍之等價的架構，以及在不脫離本揭露之精神及範圍內，當可作各種的更動、替代和潤飾。

100．．．光源系統

102．．．發光區塊

104．．．光源控制系統

106．．．發光區塊

108．．．發光區塊

110．．．訊號輸入裝置

112．．．比較控制裝置

114．．．光感測器

116．．．驅動元件

118．．．驅動元件

120．．．驅動元件

122．．．驅動元件

202．．．訊號輸入裝置依時序提供訊號組至比較控制裝置。

204．．．比較控制裝置以訊號組控制發光區塊呈開或關狀態。

206．．．光感測器檢測發光區塊之整體輝度值，以得到對應於訊號組的偵測值。

208．．．比較控制裝置根據發光區塊之數目擷取連續多個訊號組及相對應的偵測值，藉以產生一組聯立方程式。

210．．．比較控制裝置由聯立方程式計算出發光區塊的實際輝度值。

212．．．比較控制裝置根據發光區塊之實際輝度值與預設輝度值之差異進行回授補償。

第1圖係繪示根據本發明之一實施例之光源控制系統的示意圖。

第2圖係繪示第1圖之光源控制系統之光源控制方法的流程示意圖。

100．．．光源控制系統

102．．．發光區塊

104．．．發光區塊

106．．．發光區塊

108．．．發光區塊

110．．．訊號輸入裝置

112．．．比較控制裝置

114．．．光感測器

116．．．驅動元件

118．．．驅動元件

120．．．驅動元件

122．．．驅動元件

Claims (13)

1. 一種光源控制系統，藉由回授補償調整其輝度值，該光源控制系統包括：至少二發光區塊；一訊號輸入裝置，依時序提供控制該些發光區塊呈開或關狀態之複數個訊號組；一比較控制裝置，預設有分別對應於該些發光區塊之至少二預設輝度值，其中該比較控制裝置電性連接至該些發光區塊與該訊號輸入裝置，該比較控制裝置以該些訊號組控制該些發光區塊呈開或關狀態；至少二驅動元件，電性連接於該至少二發光區塊以及該比較控制裝置之間，以根據該些訊號組來驅動該至少二發光區塊，其中該至少二驅動元件係分別對應於該至少二發光區塊，且每一該些驅動元件係電性連接於該些發光區塊其中一者與該比較控制裝置之間；以及一光感測器，電性連接至該比較控制裝置，其中該光感測器可同時感測該些發光區塊之整體輝度值，以產生分別對應於該些訊號組之複數個偵測值；其中該比較控制裝置根據該些發光區塊之數目擷取該些訊號組中之複數個連續者，並擷取對應於該些連續者之該些偵測值，以產生對應於該些發光區塊之數目之一組聯立方程式，其中該組聯立方程式中之每一者均不相依，該比較控制裝置由該組聯立方程式計算出對應於該些發光區塊之至少二實際輝度值，該比較控制裝置根據該些實際輝度值與該些預設輝度值間之差異對該些發光區塊進行回授 補償。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光源控制系統，該至少二發光區塊係四個發光區塊，其中每一該些發光區塊與其他三者互相鄰接，且該光感測器係設置於該些發光區塊互相鄰接之交界處。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光源控制系統，其中每一該些發光區塊為矩形發光區塊。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光源控制系統，其中該些訊號組未合成或調變。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光源控制系統，其中每一該些發光區塊更包括複數個發光二極體。
6. 一種背光模組，包括：一殼體；以及複數個光源控制系統，設置於該殼體中，其中每一該些光源控制系統藉由回授補償調整其輝度值，每一該些光源控制系統包括：至少二發光區塊；一訊號輸入裝置，依時序提供控制該些發光區塊呈開或關狀態之複數個訊號組； 一比較控制裝置，預設有分別對應於該些發光區塊之至少二預設輝度值，其中該比較控制裝置電性連接至該些發光區塊與該訊號輸入裝置，該比較控制裝置以該些訊號組控制該些發光區塊些開或關狀態；至少二驅動元件，電性連接於該至少二發光區塊以及該比較控制裝置之間，以根據該些訊號組來驅動該至少二發光區塊，其中該至少二驅動元件係分別對應於該至少二發光區塊，且每一該些驅動元件係電性連接於該些發光區塊其中一者與該比較控制裝置之間；以及一光感測器，電性連接至該比較控制裝置，其中該光感測器可同時感測該些發光區塊之整體輝度值，以產生分別對應於該些訊號組之複數個偵測值；其中該比較控制裝置根據該些發光區塊之數目擷取該些訊號組中之複數個連續者，並擷取對應於該些連續者之該些偵測值，以產生對應於該些發光區塊之數目之一組聯立方程式，其中該組聯立方程式中之每一者均不相依，該比較控制裝置該組聯立方程式計算出對應於該些發光區塊之至少二實際輝度值，該比較控制裝置根據該些實際輝度值與該些預設輝度值間之差異對該些發光區塊進行回授補償。
7. 如申請專利範圍第6項所述之背光模組，其中該至少二發光區塊係四個發光區塊，每一該些發光區塊與其他三者互相鄰接，且該光感測器係設置於該些發光區塊互相 鄰接之交界處。
8. 如申請專利範圍第7項所述之背光模組，其中每一該些發光區塊為矩形發光區塊。
9. 如申請專利範圍第6項所述之背光模組，其中該些訊號組未合成或調變。
10. 如申請專利範圍第6項所述之背光模組，其中每一該些發光區塊更包括複數個發光二極體。
11. 如申請專利範圍第6項所述之背光模組，更包括至少一光學膜片，設於該殼體中且位在該些光源控制系統上。
12. 如申請專利範圍第11項所述之背光模組，其中該至少一光學膜片為擴散片、稜鏡片、增亮膜、反射式增亮膜、非多層膜式反射偏光片或上述之任意組合。
13. 一種光源控制方法，用以調整一光源控制系統之輝度值，其中該光源控制系統包括：至少二發光區塊、一訊號輸入裝置、電性連接至該些發光區塊與該訊號輸入裝置之一比較控制裝置、電性連接於該至少二發光區塊以及該比較控制裝置之間之至少二驅動元件，以及電性連接至 該比較控制裝置之一光感測器，該比較控制裝置預設有分別對應於該些發光區塊之至少二預設輝度值，該至少二驅動元件係分別對應於該至少二發光區塊，且每一該些驅動元件係電性連接於該些發光區塊其中一者與該比較控制裝置之間，且該光感測器可同時感測該些發光區塊之整體輝度值；該光源控制方法包括：該訊號輸入裝置依時序提供控制該些發光區塊呈開或關狀態之複數個訊號組至該比較控制裝置；該比較控制裝置以該些訊號組控制該些發光區塊呈開或關狀態；該至少二驅動元件根據該些訊號組來驅動該至少二發光區塊；該光感測器由感測到之該些發光區塊之整體輝度值產生分別對應於該些訊號組之複數個偵測值，並將該些偵測值提供至該比較控制裝置；該比較控制裝置根據該些發光區塊之數目擷取該些訊號組中之複數個連續者，並擷取對應於該些連續者之該些偵測值，藉以產生對應於該些發光區塊之數目之一組聯立方程式，其中該組聯立方程式中之每一者均不相依；該比較控制裝置由該組聯立方程式計算出對應於該些發光區塊之至少二實際輝度值；以及該比較控制裝置根據該些實際輝度值與該些預設輝度值間之差異對該些發光區塊進行回授補償。