TWI391750B - 使用於發光設備中之光源單元 - Google Patents

Description

使用於發光設備中之光源單元

本發明關於用於發光設備之光源單元，尤其關於包含發光二極體(LED)之光源單元。

一般而言，係將LED或冷陰極管作為發光設備中的光源，如液晶顯示(LCD)裝置中的背光單元。通常包含專用點火電路且因此需要使用較高電壓之冷陰極管主要已用於較大尺寸LCD裝置中，如電視機或監視器。另一方面，具有相對較低亮度與較小體積之LED主要已經用於小尺寸LCD裝置中，如手機或個人資料助理(PDA)。然而，將LEDs發展成具有較大輸出功率與較高發光效率，已允許其作為大尺寸LCD裝置中的背光單元。

吾人應注意長時間中連續發光之LED承受較高的裝置溫度，因而降低其輸出功率。與較高裝置溫度相關之輸出功率的減少程度通常取決於用於LED之p－n接面中的材料，且在背光單元中之紅、綠、及藍光LEDs之間因此不同。這將對使用LEDs作為背光單元之彩色LCD裝置造成色度偏移。

在發明名稱為「”RED－LED Backlighting Monitor/TV for Reproduction of Images in Standard and Extended Color Spaces”,IDW ’04 p.683－686」之文獻中，其中所述之發光設備能修正色度與亮度。圖5顯示在該文獻中所述之發光設備的架構。發光設備40包含一導光板41；及一光源單元42，係沿著導光板41之較長邊表面加以設置。

光源單元42包含：基板45，具有面對導光板41之較長邊表面41a之主要表面；及LEDs46，形成於基板45之主要表面上，且每一LEDs皆自其中發出紅、綠、或藍光。由LEDs46所發射之光係經由較長邊表面41a導入導光板41之內部，且在導光板41內均勻地散射，以沿著與圖式頁面垂直的方向、經由導光板41之正面而發射出去。

發光設備40更包含一光感應單元43，位於發光設備40對向之導光板41之其他較長邊表面上；一LED驅動器44，用以驅動光源單元42；及一溫度感應單元47，位於基板45上用來偵測基板溫度。光感應單元43具有分別偵測紅、綠、及藍光強度的功能。

LED驅動器44監測由光感應單元43所偵測之紅、綠、及藍光每一者的強度，且控制LEDs46之輸出功率而使發光設備40輸出指定的色度與亮度。LED驅動器44亦監測由溫度感應器47所測量之發光設備40的基板溫度，以修正由基板45之溫度變化對LEDs46所造成的輸出功率之變化。

在文獻中所述之發光設備40係利用基於由感光器43與溫度感應器47所供應之信號來計算之LEDs46的輸出功率。用於修正之計算使待由功率源供應至LEDs46之功率控制變得複雜，且因此需要使用LED驅動器44之專屬IC晶片。此外，感光器單元43之成本將使發光設備40之成本提高。感光器單元43亦具有龐大占有面積，因而增加發光設備40之尺寸。因此，吾人期望簡化發出期望色度與亮度之光的發光設備。

有鑒於上述，本發明之一目的為提供一種發光設備，其適合作為能夠具有簡化結構並發出具有期望色彩與亮度之光的背光源單元。

本發明之另一目的為提供用於發光設備中的光源單元，以及包含該發光設備之LCD裝置。

本發明提供一光源單元，包含：複數個發光二極體(LEDs)，該LEDs包含至少一固定功率LED與至少一色調修正LED；及一功率控制單元，用以基於發光設備之溫度而控制色調修正LED之輸出功率，且維持固定功率LED關於發光設備之溫度的輸出功率。

本發明亦提供一發光設備，包含一光源單元及一導光板，用以接收由光源單元所發射之光並發出該接收光，該光源單元包含：複數個發光二極體(LEDs)，該LEDs包含至少一固定功率LED與至少一色調修正LED；及一功率控制單元，用以基於光源單元之溫度而控制色調修正LED之輸出功率，允許固定功率LED關於光源單元之溫度的輸出功率為固定。

本發明亦提供一液晶顯示裝置，包含發光用之發光設備；及一液晶顯示面板，用以接收由發光設備所發射之光來作為背光，該發光設備包含：一光源單元與一導光板，用以接收由光源單元所發射之光並發出該接收光，該光源單元包含：複數個發光二極體(LEDs)，該LEDs包含至少一固定功率LED與至少一色調修正LED；及一功率控制單元，用以基於發光設備之溫度而控制色調修正LED之輸出功率，且維持固定功率LED關於發光設備之溫度的輸出功率。

根據本發明之光源單元、以及用於本發明之發光設備與LCD裝置中的光源單元，由光源單元之溫度變化所造成的固定功率LED之色度偏移及/或亮度變化，可藉由基於溫度來控制色調修正LED之輸出功率而加以消除。此效果可在發光設備中不使用感光器之情況下達成，因而縮減了發光設備之尺寸。

本發明之上述與其他態樣、特徵、及優點將由下列說明、參考附圖而更為清楚。

現在，本發明將參考附圖而更為具體說明，其中相同的構成元件以相同的參考符號指示。

參考圖1，一發光設備大致上以符號10指示，包含一導光板11、及一光源單元12，沿著導光板11之較長邊表面11a加以設置。光源單元12係作為使用於LCD裝置中的背光單元。在圖1中，在LCD裝置中的LCD面板19係藉由虛線加以顯示。將LCD面板19置於發光設備10的前面以接收由發光設備10所發射之光源。

光源單元12包含一LED陣列13、及一LED驅動器14，係連接於LED陣列13。LED陣列13包含一基板15、複數個LEDs16，在位於導光板11之較長邊表面11a對向之基板15表面上排成一列、一溫度感應器17，位於基板15上用以偵測光源單元12之基板溫度。使LED驅動器14連接LEDs16與溫度感應器17。

圖2為圖1所示之光源單元12的方塊圖。在圖1中所示之LEDs16包含：複數個固定功率LEDs21，係以固定功率加以驅動；及複數個色調修正LEDs22，係基於基板15之溫度所控制的控制功率加以驅動。固定功率LEDs21包含紅光LEDs21R、綠光LEDs21G、及藍光LEDs21B，這些LEDs皆發出個別彩色光。色調修正LEDs22包含發出紅光之紅光LEDs。這些LEDs21、22係以固定間距排列在基板15上，且色調修正LEDs22與固定功率紅光LEDs21R相鄰。吾人應注意可將色調修正LEDs22設於另外基板上。

在本實施例中，溫度感應器17係藉由電熱調節器加以構成，係依據基板15之溫度而假定一電阻。因為電熱調節器本身的小尺寸與簡易排列使電熱調節器之使用為特別理想情形，因而幾乎不會影響光源單元12之尺寸與形狀。

LED驅動器14包含一功率源電路31、一修正電路32、及一電流控制電路33。使功率源電路31連接固定功率LEDs21R、21G、21B，且將固定功率供應至固定功率LEDs21R、21G、21B之每一者。

使修正電路32連接溫度感應器17與電流控制電路33，且修正電路內包含一查檢表，用來顯示溫度感應器17之電阻與待供應至電流控制電路33之控制量之間的關係。在查檢表中的溫度感應器17之電阻可藉由從該電阻所轉換之溫度感應17之終端電壓加以取代。修正電路32係基於該電阻而產生一控制信號，使溫度感應器17藉由參考查檢表而將該控制信號輸送成發光設備之溫度資訊。

使電流控制電路33連接修正電路32與色調修正LEDs22。電流控制電路33接收來自修正電路32之控制信號，基於該接收控制信號而控制待供應至色調修正LEDs22的功率。供應至色調修正LEDs22之功率的控制可利用固定電流控制技術、基於脈衝寬度模組(PWM)信號之負荷比例控制技術等。

回到圖1，導光板11經由較長邊表面11a接收藉由光源單元12所發出之光，在導光板11內散射該接收光，然後以垂直於圖式頁面之方向、經由導光板之正面而將該散射光朝向LCD面板19發射出去。

圖3顯示彩色LEDs之p－n接面之溫度與彩色LEDs之輸出功率之間的一般關係圖例。縱座標上之輸出功率係藉由在特定溫度(約25度)下之輸出功率加以正規化，且以百分比方式加以顯示。如由圖3所了解者，輸出功率中的減少程度在紅光LEDs中較大、其次為綠光LEDs、藍光LEDs則較小。儲存於修正電路32中的查檢表係基於如圖3中所示之關係加以建立，且在溫度上升時，用來改善或補充固定功率紅光LEDs21R之輸出功率的減少。

在圖3中，相較於紅光LED之情形，當溫度上升時，綠光LED與藍光LED經歷較低程度之輸出功率減少。因此，在本實施例中，色調修正紅光LEDs22將隨著溫度上升而增加其輸出功率，因而修正色調或色度偏移、且因溫度上升所引起的光亮度下降。此將提供由發光設備10所發出之光的穩定色度與亮度。

如上所述，色調修正紅光LEDs22之輸出功率係基於基板15之溫度加以控制，以修正由固定功率LEDs21R、21G、21B所發射之光的色調與亮度偏移。本實施例之發光設備10並不需要感光器與修正由溫度變化所造成的發光之色度偏移所專用之IC晶片。因此，色調與亮度修正係藉由較低成本之簡單結構加以達成。

吾人應注意色調修正LEDs22更可包含一或更多綠光LEDs與一或更多藍光LEDs，用以達成具有較精確且在較管溫度範圍內之色調與亮度修正。在此例中，發光設備10可包含綠光LEDs與藍光LEDs之另一修正電路與另一電流控制電路。

假如色調修正LEDs包含紅、綠及藍光LEDs，則紅光LEDs可在較高溫度範圍中加以運轉，而綠光及/或藍光LEDs可在較低溫度範圍中加以運轉。色調修正LEDs可僅包含藍光LEDs，在溫度上升時或較高溫度範圍中，將之控制以減低輸出功率。

圖4為根據本發明之第二實施例之另一使用於發光設備之光源單元18的方塊圖。除了光源單元18包含一輸入裝置34不同之外，光源單元18類似於圖2之光源單元17。輸入裝置34自使用者接收一輸入信號，以將相同信號傳送至電流控制電路33。

除了由來自圖1所示之溫度感應器17所供應之溫度信號控制之外，電路控制電路33係藉由輸入信號加以控制，以控制色調修正LEDs22之輸出功率。本實施例之發光設備的其他架構係類似於第一實施例之發光設備10之架構。

發光設備之使用者經由輸入裝置34輸入輸入信號，以控制電流控制電路33，用以發出具有期望色調與亮度之光。輸入裝置34可將輸入信號傳送至功率源電路31，以控制如圖2中之功率源電路31，用以控制固定功率LEDs21R、21G、21B之輸出功率。在此所用之「固定功率」名詞意指功率係相對於發光設備之溫度範圍而固定不變。

由於以上實施例僅作為範例而加以說明，所以在未脫離本發明之範疇下，本發明並未限於以上實施例以及可由熟習此項技藝者自其中輕易完成之各種修改與替換。

10．．．發光設備

11．．．導光板

11a．．．較長邊表面

12．．．光源單元

13．．．LED陣列

14．．．LED驅動器

15．．．基板

16．．．LEDs

17．．．溫度感應器

18．．．光源單元

19．．．LCD面板

21．．．固定功率LEDs

21R．．．紅光LEDs

21G．．．綠光LEDs

21B．．．藍光LEDs

22．．．色調修正LEDs

31．．．功率源電路

32．．．修正電路

33．．．電流控制電路

34．．．輸入裝置

40．．．發光設備

41．．．導光板

41a．．．較長邊表面

42．．．光源單元

43．．．感光器單元

44．．．LED驅動器

45．．．基板

46．．．LEDs

47．．．溫度感應器單元

圖1係根據本發明之第一實施例之發光設備的概略前視圖。

圖2為圖1所示之光源單元之方塊圖。

圖3顯示p－n接面之溫度與LEDs之正規化輸出功率之間的關係圖。

圖4為另一光源單元之方塊圖。

圖5為習知發光設備的方塊圖。

10．．．發光設備

11．．．導光板

11a．．．較長邊表面

12．．．光源單元

13．．．LED陣列

14．．．LED驅動器

15．．．基板

16．．．LEDs

17．．．溫度感應器

19．．．LCD面板

Claims (6)

1. 一種光源單元，包含：一基板；複數個發光二極體(LEDs)，設於該基板上，該LEDs包含至少一固定功率LED與至少一色調修正LED；一功率控制單元，用以基於一發光設備之溫度而控制該色調修正LED之輸出功率，並維持該固定功率LED關於該發光設備之該溫度的輸出功率，其中該至少一固定功率LED包含紅、綠及藍光LEDs；及一溫度感應器，設於該基板上以偵測該基板之溫度，其中該光源單元不具有感光器。
2. 如申請專利範圍第1項之光源單元，其中該至少一色調修正LED包含色調修正紅光與綠光LEDs，且該功率控制單元係隨溫度上升而增加該色調修正紅光與綠光LEDs之輸出功率，且該色調修正紅光LED之輸出功率大於該色調修正綠光LED之輸出功率。
3. 如申請專利範圍第1項之光源單元，其中該至少一色調修正LED包含一色調修正藍光LED，且該功率控制單元係隨溫度上升而減少該色調修正藍光LED之輸出功率。
4. 如申請專利範圍第1項之光源單元，更包含一用以接收控制信號之輸入裝置，該控制信號係控制該固定功率LED及/或該色調修正LED之輸出功率。
5. 一種發光設備，包含一光源單元與一導光板，用以接收由該光源單元所發射之光源且發出該接收光源，該光源單元包含：一基板；複數個發光二極體(LEDs)，設於該基板上，該LEDs包含至少 一固定功率LED與至少一色調修正LED；一功率控制單元，用以基於該光源單元之溫度而控制該色調修正LED之輸出功率，允許該固定功率LED關於該光源單元之溫度的輸出功率為固定，其中該至少一固定功率LED包含紅、綠及藍光LEDs；及一溫度感應器，設於該基板上以偵測該基板之溫度，其中該光源單元不具有感光器。
6. 一種液晶顯示裝置，包含：發光用之發光設備；及一液晶顯示面板，用以接收由該發光設備所發射之光來作為背光，該發光設備包含：一光源單元與一導光板，用以接收由該光源單元所發射之光源，且發出該接收光源，該光源單元包含：一基板；複數個發光二極體(LEDs)，設於該基板上，該LEDs包含至少一固定功率LED與至少一色調修正LED；一功率控制單元，用以基於該發光設備之溫度而控制該色調修正LED之輸出功率，並維持該固定功率LED關於該發光設備之溫度的輸出功率，其中該至少一固定功率LED包含紅、綠及藍光LEDs；及一溫度感應器，設於該基板上以偵測該基板之溫度，其中該光源單元不具有感光器。