TWI605437B - 背光模組 - Google Patents

Description

背光模組

本發明係關於一種背光模組，尤指一種利用脈衝寬度調變訊號來控制背光源強弱的背光模組。

發光二極體因為其節省電力及高亮度的特性成為常見的背光模組發光元件，而一般控制發光二極體亮度的驅動方式有兩種，類比調光(Analog dimming)及數位調光(Digital diming)。類比調光係透過控制流經發光二極體的電流大小，來調整發光二極體的亮度，而數位調光則係透過脈衝訊號寬度的調變，增減發光二極體導通的時間，以達成調整明暗的目的。由於數位調光的導通電壓電流較為固定，所以在低亮度時不會發生色彩偏移的問題，也因此成為一種受歡迎的調光模式。

然而隨著使用者對於顯示器的品質要求越來越高，畫面亮暗的對比程度也成為顯示器品質的一項重要指標，顯示器因此被要求要將最高亮度做到比以前更亮，最低亮度則要做到比以前更暗，以達到較大的對比。對於利用脈衝訊號寬度調變來調整發光二極體亮度的顯示器而言，當操作在偏低亮度時，脈衝訊號的工作週期(Duty cycle)也相對較小，而脈衝訊號較小的工作週期將有可能導致發光二極體的驅動電壓不穩定，甚至造成螢幕閃爍不穩的情形。也因此如何利用脈衝訊號寬度調變操作在低亮度的情境下，並能使發光二極體維持穩定發光，成為一項挑戰。

本發明之一實施例提供一種背光模組，包含一轉換器；一組發光二極體，耦接於該轉換器，用以提供背光；一微控制器，耦接於該轉換器，用以根據一輸入訊號產生一脈衝寬度調變訊號至該轉換器；一電阻調變模組，耦接於該轉換器及該微控制器，用以根據該脈衝寬度調變訊號之一工作週期輸出一對應之阻值；及一升壓電路，耦接於該轉換器及該組發光二極體，用以將一第一直流電壓升壓至一第二直流電壓，以對該組發光二極體提供該第二直流電壓，該升壓電路包含一第一開關，該第一開關係根據該阻值對應之一操作訊號及該脈衝寬度調變訊號被開啟及關閉。

本發明之另一實施例提供一種背光模組之控制方法，其包含根據一輸入訊號產生一脈衝寬度調變訊號；根據該脈衝寬度調變訊號之一工作週期調整一電阻調變模組之一阻值；根據該阻值產生一操作訊號；及根據該操作訊號及該脈衝寬度調變訊號控制一升壓電路之一第一開關的開啟及關閉，以控制耦接於該升壓電路之一組發光二極體產生背光。

100、200‧‧‧背光模組

110‧‧‧轉換器

114‧‧‧操作訊號產生模組

120‧‧‧多串發光二極體

130‧‧‧微控制器

140、240‧‧‧電阻調變模組

142‧‧‧第一電阻

144‧‧‧第二電阻

146‧‧‧第二開關

150‧‧‧升壓電路

151‧‧‧第一開關

152‧‧‧電感

153‧‧‧齊納二極體

154‧‧‧電容

160‧‧‧直流電壓源

242‧‧‧可變電阻

第1圖係為本發明一實施例之背光模組之示意圖。

第2圖為第1圖背光模組的相關操作訊號圖。

第3圖為本發明另一實施例之背光模組之示意圖。

第4圖為第1圖及第三圖的背光模組之控制方法流程圖。

請參考第1圖，第1圖係為本發明一實施例之背光模組100之示意圖，背光模組100包含轉換器110，多串發光二極體120，微控制器130，電阻調變模組140，及升壓電路150。微控制器130電連接於轉換器110，用 以根據輸入訊號產生脈衝寬度調變訊號至轉換器110。電阻調變模組140耦接於轉換器110及微控制器130，用以根據脈衝寬度調變訊號之工作週期(Duty cycle)輸出對應之阻值。升壓電路150耦接於轉換器110及多串發光二極體120，用以將輸入電壓源160之輸入電壓Vin升壓至較高電位之輸出電壓，並對多串發光二極體120提供其輸出電壓。升壓電路150包含第一開關151，而第一開關151係根據電阻調變模組140的阻值所對應之操作訊號及脈衝寬度調變訊號被開啟及關閉。

於第1圖之實施例中，轉換器110包含操作訊號產生模組114電連接於電阻調變模組140，操作訊號產生模組114係根據電阻調變模組140的阻值來產生對應之操作訊號；轉換器110將脈衝寬度調變訊號及操作訊號以邏輯積(logical product)的方式運算產生升壓控制訊號，而升壓電路150的第一開關151即由此升壓控制訊號來控制。於此實施例中，電阻調變模組140的阻值越大時，操作訊號產生模組114對應產生之操作訊號具有越低的頻率。

於第1圖之實施例中，升壓電路150包含電感152，齊納二極體153及電容154。電感152電連接於輸入電壓源160和齊納二極體153的正端之間；齊納二極體153的負端則為升壓電路150之輸出端並與多串發光二極體120電連接；而電容154的兩端則分別與齊納二極體153的負端及接地端電連接。第一開關151為電晶體，其具有汲極、源極及閘極，其汲極耦接於齊納二極體正端，源極耦接至接地電壓，而閘極則耦接於轉換器110。於另一實施例中，第一開關151可為一電子式開關，其具有第一端，第二端及控制端，其第一端耦接於齊納二極體正端，第二端耦接至接地電壓，而控制端則耦接於轉換器110。第一開關151係根據轉換器110輸出之升壓控制訊號來導通或截止。當第一開關151導通時，將自輸入電壓Vin導入電流Ii流經電感152及第一開關151，此時導入電流Ii會對電感152充能，而電容154則 處於放能狀態；當第一開關151截止時，因為電容154的端電壓Vc高過輸入電壓Vin，直流電壓源160將不再導入電流進入電感152之中，然而由於電感的電性特性，在導通時期的導入電流Ii並不會立刻截止，而會流入電容154，此時電感152處於放能狀態，電容154則處於充能狀態，而電容154的端電壓Vc因此可維持在高於輸入電壓Vin的高電位。

多串發光二極體120係用以提供背光，其耦接於轉換器110與升壓電路150。多串發光二極體120之驅動電壓係由升壓電路150的輸出電壓提供，使發光二極體得以導通發光。於此實施例中，發光二極體的導通電流將透過回授腳位113回授給轉換器110，轉換器110根據此電流回授調整操作訊號的工作週期(duty cycle)以將驅動電壓維持在固定的電位，確保背光源的穩定。

於第1圖的實施例中，電阻調變模組140包含第一電阻142，第二電阻144和第二開關146。第二電阻144與第一電阻142並聯，且第二開關146串聯於第二電阻144。第二開關146為電晶體，其具有汲極、源極及閘極，其汲極耦接於第二電阻144，源極耦接至接地電壓，而閘極則耦接於微控制器130。於另一實施例中，第二開關146可為一電子式開關，其具有第一端，第二端及控制端，其第一端耦接於第二電阻144，第二端耦接至接地電壓，而控制端則耦接於微控制器130。

於第1圖的實施例中，在脈衝寬度調變訊號的工作週期大於或等於預定值時，微控制器130會截止電阻調變模組140的第二開關146，使得電阻調變模組140的阻值即為第一電阻142之阻值；反之，在脈衝寬度調變訊號的工作週期小於預定值時，微控制器130會導通電阻調變模組140的第二開關146，使得電阻調變模組140的阻值為第一電阻142和第二電阻144 並聯之阻值。因此，透過微控制器130對第二開關146的控制，將可改變電阻調變模組140的阻值，進而改變操作訊號的週期。

請參考第2圖，第2圖為背光模組100的相關操作訊號圖，其包含了脈衝寬度調變訊號，操作訊號，升壓控制訊號於第一時段T1、第二時段T2及第三時段T3內的狀態。於第一時段T1時背光模組100係操作在正常亮度的情況下，其脈衝寬度調變訊號的工作週期大於操作訊號週期的三倍，而升壓控制訊號仍能維持升壓電路的輸出電壓，使發光二極體穩定發光，此時第二開關146被截止，電阻調變模組140的阻值即為第一電阻142之阻值；於第二時段T2時背光模組100係操作在偏低亮度的情況下，此時脈衝寬度調變訊號的工作週期小於操作訊號週期的三倍，而升壓控制訊號的工作週期因此變得太過短暫而無法維持升壓電路150的輸出電壓，發光二極體則可能出現閃爍不穩的情形，因此在第三時段T3時，微控制器130會將第二開關146導通，電阻調變模組140的阻值因此降低，操作頻率產生模組114會對應該阻值產生頻率較高的操作訊號，而使得在第三時段T3時，脈衝寬度調變訊號的工作週期能維持大於操作訊號週期的三倍，使得升壓控制訊號能維持升壓電路的輸出電壓，而發光二極體能穩定發光。

於上述實施例中，該預定值係當電阻調變模組140的第二開關146為截止時，操作訊號產生模組114對應產生之操作訊號週期的三倍，而於此同一實施例中，當背光模組100自第三時段T3偏低亮度狀態回到正常亮度的狀態時，則當脈衝寬度調變訊號的工作週期大於上述之預定值時，微控制器130會將第二開關146截止，而電阻調變模組140的阻值會因此上升，操作訊號產生模組114會對應該阻阻值產生頻率較低的操作訊號以避免背光模組100因操作在偏高的頻率導致升壓的效率降低。須注意上述預定值乃本發明之較佳實施例，熟悉本領域者，當可根據系統運作之實際情況，修改此預定 值以符合系統需求，例如於另一實施例中，此預定值可為當電阻調變模組140的第二開關146為截止時，操作訊號產生模組114對應產生之操作訊號的週期。

請參考第3圖，第3圖為本發明另一實施例之背光模組200之示意圖，其與上述第1圖之實施例的差別僅在於電阻調變模組240。於第3圖之實施例中，電阻調變模組240包含可變電阻242。可變電阻242耦接於微控制器130，而在脈衝寬度調變訊號的工作週期大於或等於預定值時，微控制器130會調升可變電阻242之阻值，亦即電阻調變模組240之阻值，進而調降操作訊號的頻率；而於脈衝寬度調變訊號的工作週期小於預定值時，微控制器130會調降可變電阻242之阻值，亦即電阻調變模組240之阻值，進而調升操作訊號的頻率。此透過改變操作訊號的頻率來維持升壓電路150的輸出電壓的方式則與第1圖之實施例相同，在此不另贅述。

請參考第4圖，第4圖為本發明背光模組100、200之控制方法流程圖。背光模組100、200之控制方法包含下列步驟：410：微控制器130根據輸入訊號產生脈衝寬度調變訊號；420：電阻調變模組140或240根據脈衝寬度調變訊號之工作週期調整電阻調變模組140或240之阻值；430：操作訊號產生模組114根據電阻調變模組140或240之阻值產生操作訊號；440：轉換器110根據操作訊號及脈衝寬度調變訊號控制升壓電路150之第一開關151的開啟及關閉，以控制耦接於升壓電路150之多組發光二極體120產生背光。

在步驟410，輸入訊號係對應於系統所需的背光亮度，所需亮度 越強，則脈衝寬度調變訊號的工作週期越大；所需亮度越低，則脈衝寬度調變訊號的工作週期越小。步驟420係在脈衝寬度調變訊號的工作週期大於或等於預定值時，截止電阻調變模組140的第二開關146，以調升電阻調變模組140的阻值，或調升可變電阻242之阻值，以調升電阻調變模組240之阻值，而步驟430即根據此阻值，來產生一組頻率較低之操作訊號。反之，於同一實施例中，在脈衝寬度調變訊號的工作週期小於預定值時，步驟420會導通電阻調變模組140的第二開關146，以調降電阻調變模組140的阻值，或調降可變電阻242之阻值，以調降電阻調變模組240之阻值，而步驟430即根據此阻值來產生一組頻率較高之操作訊號。於一實施例中，預定值可為操作訊號週期的三倍。步驟440係根據操作訊號及脈衝寬度調變訊號控制升壓電路150之第一開關151的開啟及關閉，以控制耦接於升壓電路150之多組發光二極體120產生背光。於一實施例中，轉換器110係根據操作訊號及脈衝寬度調變訊號的邏輯積(Logical product)來控制第一開關151的開啟及關閉。

綜上所述，本發明背光模組100、200能在背光處於偏低亮度的情況下，藉由改變電阻調變模組140、240的阻值，來提高操作訊號的頻率，以穩定維持升壓電路150的輸出電壓，並解決先前技術所述於低亮度螢幕易生之閃爍不穩的問題。同時當背光處於正常亮度的情況下，本發明背光模組100、200也能降低操作訊號的頻率，以提升升壓電路150的效率。

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‧‧‧背光模組

110‧‧‧轉換器

114‧‧‧操作訊號產生模組

120‧‧‧多串發光二極體

130‧‧‧微控制器

140‧‧‧電阻調變模組

142‧‧‧第一電阻

144‧‧‧第二電阻

146‧‧‧第二開關

150‧‧‧升壓電路

151‧‧‧第一開關

152‧‧‧電感

153‧‧‧齊納二極體

154‧‧‧電容

160‧‧‧直流電壓源

Claims (8)

1. 一種背光模組，包含：一轉換器；一組發光二極體，耦接於該轉換器，用以提供背光；一微控制器，耦接於該轉換器，用以根據一輸入訊號產生一脈衝寬度調變訊號至該轉換器；一電阻調變模組，耦接於該轉換器及該微控制器，用以根據該脈衝寬度調變訊號之一工作週期輸出一對應之阻值，該電阻調變模組包含：一第一電阻；一第二電阻，並聯於該第一電阻；及一第二開關，串聯於該第二電阻且耦接於該微控制器；其中當該脈衝寬度調變訊號之該工作週期小於一預定值時，該微控制器會導通該電阻調變模組之該第二開關；及一升壓電路，耦接於該轉換器及該組發光二極體，用以將一第一直流電壓升壓至一第二直流電壓，以對該組發光二極體提供該第二直流電壓，該升壓電路包含一第一開關，其中該第一開關係根據該阻值對應之一操作訊號及該脈衝寬度調變訊號被開啟及關閉。
2. 如請求項1所述之背光模組，其中當該脈衝寬度調變訊號之該工作週期大於或等於該預定值時，該微控制器會截止該電阻調變模組之該第二開關。
3. 如請求項1所述之背光模組，其中該電阻調變模組之該第二開關係為一電晶體或一電子式開關。
4. 一種背光模組之控制方法，包含：根據一輸入訊號產生一脈衝寬度調變訊號；根據該脈衝寬度調變訊號之一工作週期調整一電阻調變模組之一阻值；根據該阻值產生一操作訊號；及根據該操作訊號及該脈衝寬度調變訊號控制一升壓電路之一第一開關的開啟及關閉，以控制耦接於該升壓電路之一組發光二極體產生背光；其中根據該脈衝寬度調變訊號之該工作週期調整該阻值包含當該脈衝寬度調變訊號之該工作週期小於一預定值時，調降該阻值，以提升該操作訊號之頻率。
5. 如請求項4所述之方法，其中該電阻調變模組包含一第一電阻、一第二電阻與一第二開關，該第一電阻與該第二電阻並聯，該第二開關與該第二電阻串聯，該阻值由該第一電阻與該第二電阻決定，調降該阻值步驟包含導通該電阻調變模組之該第二開關。
6. 如請求項4所述之方法，其中根據該脈衝寬度調變訊號之該工作週期調整該阻值包含當該脈衝寬度調變訊號之該工作週期大於或等於一預定值時，調升該阻值，以降低該操作訊號之頻率。
7. 如請求項6所述之方法，其中該電阻調變模組包含一第一電阻、一第二電阻與一第二開關，該第一電阻與該第二電阻並聯，該第二開關與該第二電阻串聯，該阻值由該第一電阻與該第二電阻決定，調升該阻值步驟包含截止該電阻調變模組之該第二開關。
8. 如請求項4所述之方法，其中根據該操作訊號及該脈衝寬度調變訊號控 制該第一開關的開啟及關閉係為根據該操作訊號及該脈衝寬度調變訊號的邏輯積(Logical product)來控制該第一開關的開啟及關閉。