TW202211193A

TW202211193A - 背光模組及其液晶顯示器

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Publication number: TW202211193A
Application number: TW109131764A
Authority: TW
Inventors: 陳伯綸; 陳俊達; 黃達人; 張建文
Original assignee: 大陸商業成科技（成都）有限公司; 大陸商業成光電（深圳）有限公司; 英特盛科技股份有限公司
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2022-03-16
Also published as: TWI738512B; CN111999938A

Abstract

本發明係一種背光模組及其液晶顯示器，包括基板、複數光源群組、複數電源轉換電路及複數電源驅動單元，各個光源群組設在基板上，並包含同一個順向偏壓範圍的複數發光二極體，且各光源群組的順向偏壓範圍各不相同，各電源轉換電路分別匹配連接其中一個光源群組，各電源驅動單元分別一對一或是多對一地電性連接其中一個電源轉換電路，各電源驅動單元分別接收各光源群組所回授的回饋訊號，令各電源驅動單元分別依據該回饋訊號調整輸出電壓，使得發光二極體所發出的光線較均勻，且可以降低電源的損耗。

Description

背光模組及其液晶顯示器

本發明有關於液晶顯示器，尤指一種以發光二極體的順向電壓分組並排列的背光模組及其液晶顯示器。

傳統液晶顯示器的背光模組依照背光模組設置在液晶顯示器的位置，可分為直下式(Direct-Type)與側光式(Edge-Type)兩種，側光式背光模組將複數發光二極體排列在基板上，並且安裝在液晶顯示器的邊框的左右兩側或者是上下兩側的位置，經過若干個光學元件(例如：導光板)形成發光面，並朝向液晶顯示器的液晶面板的方向發出光源。而直下式背光模組係在將複數發光二極體以陣列型式排列散布在基板上，並且設在液晶面板的正下方，同樣藉由若干個光學元件形成發光面，並朝向液晶顯示器的液晶面板的方向發出光源。

然而，側光式背光模組並不適合大尺寸的液晶顯示器，而且無法分區分別進行明暗調節，導致液晶顯示器的對比度和色彩飽和度會被犧牲，因此，為了提高液晶顯示器的對比度和色彩飽和度，許多的液晶顯示器採用直下式背光模組，直下式背光模組利用將發光二極體分區控制的方式，對整個背光模組的不同位置依照輸出畫面的亮度需求進行控制，使得輸出畫面的明暗更為明顯，達到提高對比度及色彩飽和度的目的。

但是直下式背光模組採用分區控制發光二極體的方式，為了要求直下式背光模組各個分區的發光二極體皆能發出均勻的光源，在多個發光二極體或多個發光二極體分區控制發光的前提下，仍有其缺點，考量液晶顯示器的色點分布及色度的問題，需要選用不同組合相近色度的發光二極體，但是以發光二極體的分類(binning)而言，發光二極體的色度的分布範圍很廣，若要指定挑選色度範圍差異較小的發光二極體，將會提高許多成本。再者，發光二極體的色度分布可能較廣，將可能導致發光的亮度較不一致。又，直下式背光模組需要使用數百顆發光二極體，甚至數千顆的發光二極體，依照上述以色度來分類的發光二極體串聯、並聯數目及其電路設計組成直下式背光模組，由於各種色度的發光二極體的順向偏壓的差異，可能因為使用的發光二極體種類越多，導致虛功耗增加越大。

基於上述的原因，如何使用以分類的發光二極體串聯、並聯數目及其電路設計組成直下式背光模組，可以達到虛功耗較小的目的，進一步達到發光亮度較為均勻，甚至更進一步達到提高對比度及色彩飽和度，乃是目前亟需解決的問題。

有鑑於先前技術的問題，本發明的目的在於，將基板上的發光二極體上以順向偏壓來分類及佈局，藉以在較少的功率耗損下，達到發出均勻的光源，並且能進一步達到提高對比度及色彩飽和度的目的。

根據本發明之目的，係提供一種背光模組，包括基板、複數光源群組、複數電源轉換電路及複數電源驅動單元，各光源群組係設在基板上，並分別設有複數發光二極體，同一光源群組內的各發光二極體之順向偏壓落在同一範圍之內，反之，不同的光源群組內的各發光二極體之順向偏壓落在不同範圍之內，各電源轉換電路分別匹配連接其中一個光源群組，各電源驅動單元分別一對一或是多對一地電性連接其中一個電源轉換電路，各電源驅動單元分別接收其連接的電源轉換電路匹配的其中一個光源群組所回授的回饋訊號，令各電源驅動單元分別依據該回饋訊號調整各電源轉換電路的輸出電壓。

其中，電源轉換電路電性連接各光源群組之所有發光二極體之正極，且所有發光二極體之負極電性連接一回授電路，回授電路傳遞回饋訊號至各電源驅動單元。

其中，各電源驅動單元提供正電流至各光源群組。

其中，各光源群組係進一步再分成複數子光源群組。

其中，各子光源群組的分組條件，是在同一組的光源群組中，再以發光二極體的色度座標分類，並依照色度座標平均化的方式，將各個不同色度座標的發光二極體設在基板上。

其中，各光源群組或各子光源群組係以陣列方式將各發光二極體排列在基板上。

其中，各子光源群組的分組條件，是各光源群組中分別以更小範圍的順向偏壓分類各發光二極體，並且將各發光二極體以更小範圍的順向偏壓分類分組排列在該基板的各光源群組中。

根據本發明之目的，係提供一種液晶顯示器，包括前述背光模組、及液晶面板，其中背光模組更包括光學單元，光學單元係設在背光模組的基板與液晶面板之間。

據上所述，本發明具有下述之一或多個功效，背光源組的各發光二極體所發出的光線的亮度更加地平均。又，背光源組可以更精準地分區地調整各發光二極體的亮度，提高對比度及色彩飽和度。再者，背光源組可以分區地提供電源，藉以降低電源的損耗。

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，但並不用於限定本發明。

請參閱圖1所示，本發明係一種背光模組，背光模組1包括基板10、複數光源群組12、複數電源轉換電路14及複數電源驅動單元16，基板10係為印刷電路板(Printed Circuit Board；簡稱：PCB)、金屬核心印刷電路板(Metal Core Printed Circuit Board；簡稱：MCPCB)，例如：鋁基板，或者是陶瓷基板…等。

一般而言，發光二極體的測試與分選是發光二極體生產過程中的一項必要工序，發光二極體可以按照波長、發光強度、發光角度、色溫、色度(通常以CIE色度座標表示)以及電力規格(包括：順向偏壓、逆向偏壓)等進行測試分選，因此，為了解決先前技術中發光二極體容易虛耗電功率的問題，在本發明中，請參閱圖2所示，各光源群組12以不同的順向偏壓範圍作為分組條件，各光源群組12係設在基板10上，並分別包含同一個順向偏壓範圍的複數發光二極體1200。發光二極體1200係可以為多色發光二極體(RGB LED)、次毫米發光二極體(Mini LED)或微發光二極體(Micro LED)。

舉例而言，請參閱圖3所示，在基板10上設有三個光源群組12，此三個光源群組12以不同的順向偏壓區間分類，各光源群組12分別有128個發光二極體1200，並且以陣列方式排列在基板10上。其中各光源群組12的順向偏壓範圍以間隔為0.1伏特~0.05伏特，或者各光源群組12的順向偏壓範圍小於0.05伏特，使得基板10上的所有發光二極體1200使用較為接近的電力驅動，而可發出較為均勻的光線。本發明在實際實施時，光源群組14的數量並非以三個為限，而且各發光群組12所具有的發光二極體的數量亦非以128為限，各光源群組12的順向偏壓範圍的間隔也並非為0.1伏特~0.05伏特或小於0.05伏特為限。

為了更進一步讓基板10上的所有發光二極體1200可發出更為均勻的光線，在本發明中，請參閱圖4所示，各光源群組12係進一步依據發光二極體1200的測試分類再分成複數子光源群組120。更進一步而言，各光源群組120的分組條件，是將各光源群組12的發光二極體1200，再以更小的順向偏壓區間進行分類，並依照各個不同順向偏壓區間的發光二極體1200設在基板10上的子光源群組120中，或者，各光源群組12中再以發光二極體1200的色度座標進行分類，並依照色度座標平均化的方式，將各個不同色度座標的發光二極體1200設在基板10上子光源群組120中。各光源群組12或子光源群組120以陣列排列發光二極體1200在基板10(如圖2~4所示)。

再請參閱圖1及5所示，各電源轉換電路14係可為交流轉直流電路或直流轉直流電路，各電源驅動單元16係可為電流驅動晶片，各電源轉換電路14分別匹配連接其中一個光源群組12，各電源驅動單元16分別以一對一電性連接其中一個電源轉換電路14(如圖1所示)，或是各電源驅動單元16以多對一地電性連接其中一個電源轉換電路14(如圖5所示)，各電源驅動單元16分別接收其連接的電源轉換電路14匹配的其中一個光源群組12所回授的回饋訊號，令各電源驅動單元16分別依據各回饋訊號調整各電源轉換電路14的輸出電壓。

再請參閱圖1及3所示，以10.1吋的液晶顯示器解析度為1800×1200，假設背光模組1需要佈設在基板10的發光二極體1200數量為24×16，設計使用3組光源群組12，此時，電源轉換電路14及電源驅動單元16的數量也是3個，又各光源群組12與各電源驅動單元16之間，進一步設有一回授電路18，在此將各光源群組12分別標記為LED_A~ LED_C，各電源轉換電路14分別標記為DCDC_A~DCDC_C、各電源驅動單元16分別標記為CDIC_A~CDIC_C及各回授電路18分別標記為FBC_A~FBC_C。

其中光源群組LED_A的輸入端與電源轉換電路DCDC_A的輸出端連接，光源群組LED_B的輸入端與電源轉換電路DCDC_B的輸出端連接，光源群組 LED_C的輸入端與電源轉換電路DCDC_C的輸出端連接。

再者，光源群組LED_A的輸出端與回授電路FBC_A的輸入端連接，光源群組LED_B的輸出端與回授電路FBC_B的輸入端連接，光源群組LED_C的輸出端與回授電路FBC_C的輸入端連接。

回授電路FBC_A的輸出端與電源驅動單元CDIC_A的輸入端連接，回授電路FBC_B的輸出端與電源驅動單元CDIC_B的輸入端連接，回授電路FBC_C的輸出端與電源驅動單元CDIC_C的輸入端連接。

而電源驅動單元CDIC_A的輸出端與電源轉換電路DCDC_A的輸入端連接，電源驅動單元CDIC_B的輸出端與電源轉換電路DCDC_B的輸入端連接，電源驅動單元CDIC_C的輸出端與電源轉換電路DCDC_C的輸入端連接。

換言之，各電源轉換電路14分別電性連接其中一個光源群組12之所有發光二極體1200之正極，且各發光二極體1200之負極電性連接其中一個回授電路18，各回授電路18傳遞回饋訊號至所匹配的各電源驅動單元16，各電源驅動單元16依照所收到的回饋訊號控制各電源轉換電路14的輸出，各電源轉換電路14提供正電流至各光源群組12，以達到節省電力的目的。

綜上所述，假設傳統的背光模組使用相同的順向偏壓驅動384個發光二極體，其中順向偏壓為2.8~2.9V，每個發光二極體1200的電流為20mA，則最大可能有3.84瓦(W)的虛耗功率。反觀本發明的光源群組LED_A 的發光二極體的順向偏壓為2.8V~2.835V，光源群組LED_B 的發光二極體的順向偏壓為2.835V~2.865V，光源群組LED_C的發光二極體的順向偏壓為2.865V~2.9V，每組的順向偏壓差大約為0.03~0.035V，如此最大可能的虛耗功率，將大幅降低為0.2688瓦(W)。

在本發明中，各電源驅動單元16所接收的回饋訊號係為電壓，各電源驅動單元16分別依據所收到的回饋訊號發出控制訊號到電源轉換電路14，令電源轉換電路14提供對應控制訊號的電壓的電源，使得各光源群組12或各子光源群組120的可以依據各自的順向偏壓被驅動，更進一步而言，電源驅動單元16控制電源轉換電路14所輸出的電源，係可以驅動發光二極體1200，並且調整發光二極體1200之亮度。

請參閱圖6所示，本發明係一種液晶顯示器，包括背光模組1、及液晶面板3，其中背光模組進一步包括光學單元2，光學單元2係設在基板10與液晶面板3之間。

在本發明中，光學單元2係在背光模組1與液晶面板3之間依序設有導光層20、第一擴散層21、第一增亮層22、第二增亮層23及第二擴散層24，導光層20、第一擴散層21、第一增亮層22、第二增亮層23及第二擴散層24係為微結構的薄膜，用以增加背光模組1的發光效率。

綜上所述，本發明的背光模組運用在液晶顯示器上，將可以降低發光所需的電功率，而且同樣可以分區控制背光模組1的發光亮度，而且背光模組1上的發光二極體1200可以進一步依照色度分類，而可進一步的提高液晶顯示器的對比度及色彩飽和度。

上列詳細說明係針對本發明的可行實施例之具體說明，惟前述的實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

1:背光模組 10:基板 12、LED_A~ LED_C:光源群組 120:子光源群組 1200:發光二極體 14、DCDC_A~DCDC_C:電源轉換電路 16、CDIC_A~CDIC_C:電源驅動單元 18:回授電路 2:光學單元 20:導光層 21:第一擴散層 22:第一增亮層 23:第二增亮層 24:第二擴散層 3:液晶面板

圖1係本發明之背光模組之一示意圖。圖2係本發明之光源群組之分布示意圖。圖3係本發明之另一光源群組之分布示意圖。圖4係圖2之光源群組及其子光源群組的分布示意圖。圖5係本發明之背光模組之另一示意圖。圖6係本發明之液晶顯示器之示意圖。

1:背光模組

10:基板

12、LED_A~LED_B:光源群組

14、DCDC_A~DCDC_C:電源轉換電路

16、CDIC_A~CDIC_C:電源驅動單元

18、FBC_A~FBC_C:回授電路

Claims

一種背光模組，包括：一基板；複數光源群組，該些光源群組佈設在該基板上，每一該光源群組包含複數同一個順向偏壓範圍的複數發光二極體，且每一該光源群組的順向偏壓範圍各不相同；複數電源轉換電路，各該電源轉換電路分別匹配連接其中一個該光源群組；以及複數電源驅動單元，分別匹配連接其中一個該光源群組，且一對一或是多對一地電性連接該些電源轉換電路；其中，各該電源驅動單元分別接收其連接的各該電源轉換電路所連接的各該光源群組所回授的一回饋訊號，令各該電源驅動單元分別依據該回饋訊號調整各該電源轉換電路的輸出電壓。
如請求項1所述的背光模組，其中該電源轉換電路電性連接該光源群組之該些發光二極體之正極，且該些發光二極體之負極電性分別連接一回授電路，該回授電路傳遞該回饋訊號至各該電源驅動單元。
如請求項1所述的背光模組，其中每一該電源驅動單元提供正電流至每一該光源群組。
如請求項1所述的背光模組，其中各該光源群組係進一步再分成複數子光源群組。
如請求項4所述的背光模組，其中各該子光源群組的分組條件，係在同一組的該光源群組中，再以該等發光二極體的色度座標分類，並依照將色度座標平均化的方式，將各個不同色度座標的該等發光二極體設在該基板。
如請求項5所述的背光模組，其中各該光源群組或各該子光源群組係以陣列形式將該等發光二極體排列在該基板。
如請求項4所述的背光模組，其中各該子光源群組的分組條件是同一組的該光源群組中以更小範圍的順向偏壓分類該等發光二極體，並且將更小範圍的順向偏壓分類的該等發光二極體以分組排列在該基板。
如請求項1所述的背光模組，其中每一該光源群組的順向偏壓範圍的間隔為0.1伏特~0.05伏特之間。
如請求項1所述的背光模組，其中每一該光源群組的順向偏壓範圍的間隔小於0.05伏特。
一種液晶顯示器，包括：如請求項1~9的任一項所述的該背光模組；以及一液晶面板；其中該背光模組進一步包括一光學單元，該光學單元係設在該基板與該液晶面板之間。