TWI424782B - 光源系統與發光二極體驅動方法 - Google Patents

光源系統與發光二極體驅動方法 Download PDF

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TWI424782B TW099139031A TW99139031A TWI424782B TW I424782 B TWI424782 B TW I424782B TW 099139031 A TW099139031 A TW 099139031A TW 99139031 A TW99139031 A TW 99139031A TW I424782 B TWI424782 B TW I424782B
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Description

光源系統與發光二極體驅動方法
本發明是有關於一種光源系統,且特別是有關於一種發光二極體的光源系統與驅動方法。
近年來,隨著半導體科技蓬勃發展,攜帶型電子產品及平面顯示器產品也隨之興起。而在眾多平面顯示器的類型當中,液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)基於其低電壓操作、無輻射線散射、重量輕以及體積小等優點,隨即已成為各顯示器產品之主流。一般而言,由於液晶顯示面板本身並不具備自發光的特性,因此必須在液晶顯示面板的下方放置背光模組,藉以提供液晶顯示面板所需的(背)光源。
傳統的背光模組大致可以分為兩類,其一係由冷陰極管(cold cathode fluorescent lamp,CCFL)所組成的背光模組,而另一則由發光二極體(light emitting diode,LED)所組成的背光模組。其中,由於發光二極體背光模組可以提升液晶顯示器的色域(color gamut),故而現今各家面板業者大多以發光二極體背光模組來取代冷陰極管背光模組。
發光二極體背光模組具有多組並列在一起的發光二極體串(LED strings),而且每一發光二極體串係由多顆串接在一起的發光二極體所組成。實務上,每一發光二極體串會操作在由升壓線路(boost circuit)所提供的一直流輸出電壓(DC output voltage)下;另外,用以驅動這些發光二極體串的驅動器會反應於系統端(system terminal)所提供的設定訊號而產生多組脈動電流訊號,藉以各別驅動這些發光二極體串。其中,驅動器所產生的每一脈動電流訊號之頻率(frequency)與責任週期(duty cycle)皆與系統端所提供的設定訊號之頻率與責任週期一致。
然而,由於系統端所提供的設定訊號之頻率被限制在200Hz~20KHz,以至於升壓線路中的輸出電容(output capacitor,Cout)會反應於驅動器所產生的脈動電流訊號之脈動而與印刷電路板(print circuit board,PCB)產生共振,從而發出人耳可以聽到的噪音(acoustic noise)。此外,若系統端所提供的設定訊號之頻率(亦即脈動電流訊號的頻率)接近液晶顯示器之畫面更新率(frame rate)之倍數的話(例如:240Hz、300Hz等),則更會使得液晶顯示器所顯示的影像產生不必要的斜條紋或橫條紋(wave noise),從而影響畫面品質。
有鑒於此,本發明提出一種光源系統與發光二極體驅動方法,藉以有效地改善先前技術所述及的問題。
本發明一實施例提供一種光源系統,其包括發光二極體模組與驅動單元。發光二極體模組具有多組發光二極體串,且這些發光二極體串操作在一直流輸出電壓下。驅動單元耦接發光二極體模組,用以採用一升壓手段而提供所述直流輸出電壓,並且根據一設定訊號而產生多組脈動電流訊號,藉以各別驅動這些發光二極體串。其中,這些脈動電流訊號的頻率高於一預設頻率。
本發明另一實施例提供一種適於驅動多組發光二極體串的發光二極體驅動方法,其包括:採用一升壓手段而提供一直流輸出電壓,藉以致使這些發光二極體串操作在所述直流輸出電壓下;以及根據一設定訊號而產生多組脈動電流訊號,藉以各別驅動這些發光二極體串。其中,這些脈動電流訊號的頻率高於一預設頻率。
於本發明的一實施例中,這些脈動電流訊號的頻率可以相同或相異。
於本發明的一實施例中,每一脈動電流訊號的頻率與所述預設頻率具有一倍數關係,且此倍數關係可以為大於等於1的整數倍或非整數倍。
於本發明的一實施例中,所述預設頻率為人耳所能聽到之聲波範圍的一最高聲頻。
基於上述,本發明主要是將用以驅動每一發光二極體串的脈動電流訊號之頻率設計成高於人耳所能聽到的聲波範圍(亦即20Hz~20KHz)。如此一來,即可大幅地抑制採用升壓手段所利用之輸出電容與印刷電路板(PCB)產生共振所發出的噪音(acoustic noise)之強度。另外,由於用以驅動每一發光二極體串的脈動電流訊號之頻率又可以被設計成不同,所以若將本發明之光源系統應用在液晶顯示系統時,則可以避免液晶顯示器所顯示的影像產生不必要的斜條紋或橫條紋(wave noise)。
應瞭解的是,上述一般描述及以下具體實施方式僅為例示性及闡釋性的,其並不能限制本發明所欲主張之範圍。
現將詳細參考本發明之實施例,並在附圖中說明所述實施例之實例。另外,凡可能之處,在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。
圖1繪示為本發明一實施例之光源系統(light source system)10的示意圖。請參照圖1,本實施例之光源系統10可以為適用於液晶顯示系統(LCD system)當中的發光二極體背光模組(LED backlight module),但並不限制於此,且其包括有發光二極體模組(LED module)101與驅動單元(driving unit)103。其中,發光二極體模組101具有多組由多顆發光二極體所串接而成的發光二極體串(LED strings)LED1~LEDn,且這些發光二極體串LED1~LEDn係操作在直流輸出電壓(DC output voltage) Vout下。
驅動單元103耦接發光二極體模組101,用以採用一升壓手段(boost means)而提供直流輸出電壓Vout給發光二極體模組101,並且根據系統端(例如時序控制器,但並不限制於此)所提供的設定訊號(setting signal)ST而產生多組脈動電流訊號(pulsation current signal)I1~In,藉以各別驅動發光二極體串LED1~LEDn。其中,脈動電流訊號I1~In的頻率(frequency)高於一預設頻率(predetermined frequency),例如為人耳所能聽到之聲波範圍(20Hz~20KHz)的最高聲頻(亦即20KHz,但並不限制於此)。
於本實施例中,驅動單元103包括升壓線路(boost circuit)105與驅動器(driver)107。其中,升壓線路105用以接收直流輸入電壓(DC input voltage)Vin,並對直流輸入電壓Vin進行升壓處理(boost processing)後而產生直流輸出電壓Vout。
更清楚來說,升壓線路105可以包括有輸入電容(input capacitor)Cin、電感(inductor)L、切換單元(switching unit)109、開關(switch)Q、二極體(diode)D、電阻(resistor)R1與R2,以及輸出電容(output capacitor)Cout。其中,輸入電容Cin與電感L的一端用以接收直流輸入電壓Vin,而輸入電容Cin的另一端則耦接至地(ground)。電感L的另一端耦接二極體D的陽極(anode),而二極體D的陰極(cathode)則提供直流輸出電壓Vout。輸出電容Cout的一端耦接二極體D的陰極,而輸出電容Cout的另一端則耦接至地。
電阻R1與R2串接於二極體D的陰極與地之間。開關Q的第一端耦接二極體D的陽極,而開關Q的第二端則耦接至地。切換單元109耦接開關Q的控制端,用以產生切換訊號(switching signal)SS以切換(亦即導通與關閉)開關Q,並且持續地偵測關聯於直流輸出電壓Vout的分壓訊號Vd。
基此,反應於切換單元109對開關Q的切換,二極體D與輸出電容C會對節點N上的交流電壓進行整流與濾波,從而產生直流輸出電壓Vout給發光二極體模組101。而且,切換單元109更會依據關聯於直流輸出電壓Vout的分壓訊號Vd而調整切換訊號SS,藉以穩定直流輸出電壓Vout。然而,若切換單元109偵測出關聯於直流輸出電壓Vout的分壓訊號Vd大於其內部所設定的過電壓保護(over voltage protection,OVP)點時,則表示升壓線路105處於過壓的狀態。如此一來,切換單元109即會停止產生切換訊號SS,從而使得升壓線路105停止產生直流輸出電壓Vout。
另一方面,驅動器107用以接收並解析系統端所提供的設定訊號ST,藉以產生脈動電流訊號I1~In來各別驅動發光二極體串LED1~LEDn。而且,驅動器107還會根據系統端所提供的電流設定值ISET以調整脈動電流訊號I1~In的強度(亦即振幅)。其中,驅動器107所產生的每一脈動電流訊號I1~In之頻率與前述預設頻率(亦即20KHz)具有一倍數關係,且此倍數關係可以為大於等於1的整數倍或非整數倍。
於此,若將脈動電流訊號I1~In之頻率分別表示成F1~Fn的話,則脈動電流訊號I1~In之頻率F1~Fn可以表示成如下各式子:
其中,係數N1、N2、...、Nn即各別為脈動電流訊號I1~In之頻率與前述預設頻率(亦即20KHz)所具有的倍數關係,而且係數N1、N2、...、Nn都由驅動器107本身所決定,例如:以亂數、遞增函數或遞減函數等方式產生,但都不限制於此。
於本實施例中,假如驅動器107解析出系統端所提供的設定訊號ST之頻率(frequency)與責任週期(duty cycle)分別例如為200Hz與75%的話,但並不限制於此,則驅動器107可以產生頻率相同/相異與責任周期相同/相異的脈動電流訊號I1~In。亦即,驅動器107可以產生頻率同為25KHz(亦即N1、N2、...、Nn皆為1.25,但並不限制於此)與責任周期同為75%的脈動電流訊號I1~In(如圖2A所示),或者可以產生頻率相異(但都高於20KHz,亦即N1、N2、...、Nn皆不相同)與責任周期同為75%的脈動電流訊號I1~In(如圖2B所示),甚至可以產生頻率相異(但都高於20KHz,亦即N1、N2、...、Nn皆不相同)與責任周期相異的脈動電流訊號I1~In(如圖2C所示)。
由此可知,由於各別用以驅動發光二極體串LED1~LEDn的脈動電流訊號I1~In之頻率F1~Fn都高於人耳所能聽到的聲波範圍(亦即20Hz~20KHz)。如此一來,即可大幅地抑制升壓線路105之輸出電容Cout與印刷電路板(PCB)產生共振所發出的噪音(acoustic noise)之強度。另一方面,由於各別用以驅動發光二極體串LED1~LEDn的脈動電流訊號I1~In之頻率F1~Fn又都可以不同,所以可以進一步地避免液晶顯示器所顯示的影像產生不必要的斜條紋或橫條紋(wave noise)。
再者,在本發明的其他實施例中,驅動器107更可以反應於脈動電流訊號I1~In的回授而選擇脈動電流訊號I1~In中具有最大振幅者為基準,並將所選擇出的對象之頻率維持在20KHz或者大於20KHz的某一參考頻率,而將其它未選擇的對象之頻率以倍數倍進行調整。如此一來,驅動器107即不需單獨調整每一發光二極體串LED1~LEDn所對應之脈動電流訊號I1~In的頻率達(含或以上)20KHz,且可透過簡單的除頻方式而產生頻率相同/相異且都大於(含)20KHz的脈動電流訊號I1~In。
另一方面,在本發明的其他實施例中,更可以透過外部輸入的方式以將一設定參數輸入至驅動器107。如此一來,驅動器107即可依據所輸入的設定參數來調整每一發光二極體串LED1~LEDn所對應之脈動電流訊號I1~In的頻率,從而使得每一發光二極體串LED1~LEDn所對應之脈動電流訊號I1~In的頻率具有一固定倍率。舉例來說,當脈動電流訊號I1之頻率為20KHz(並不限制於此)時,則脈動電流訊號I2之頻率為30KHz(即20KHz*1.5)、脈動電流訊號I3之頻率為45KHz(即30KHz*1.5)、脈動電流訊號I4之頻率為67.5KHz(即45KHz*1.5),請依此類推至脈動電流訊號In,故不再加以贅述之。
除此之外,若將發光二極體模組101內的發光二極體串LED1~LEDn進行分區的話,則系統端只要透過類似I2 C(inter integrated circuit)的傳輸機制以提供每一區之發光二極體串所對應的設定訊號ST給驅動器107。如此一來,驅動器107就會提供頻率相異(但都高於20KHz)與責任周期相異的脈動電流訊號來驅動每一區的發光二極體串(亦即分區控制發光二極體背光模組),藉以致使光源系統10得以應用在採用高動態比(high dynamic ratio,HDR)顯示技術的液晶顯示器。
基於上述實施例所揭示/教示的內容,圖3繪示為本發明一實施例之發光二極體驅動方法的流程圖。請參照圖2,本實施例之發光二極體驅動方法適於驅動多組發光二極體串,且其包括:採用升壓手段而提供直流輸出電壓,藉以致使所有發光二極體串操作在直流輸出電壓下(步驟S301);以及根據設定訊號而產生多組脈動電流訊號,藉以各別驅動這些發光二極體串(步驟S303)。於本實施例中,所產生的脈動電流訊號之頻率皆高於一預設頻率,例如為人耳所能聽到之聲波範圍(20Hz~20KHz)的最高聲頻(亦即20KHz,但並不限制於此)。另外,所產生的每一脈動電流訊號之頻率與此預設頻率具有一倍數關係,且此倍數關係可以為大於等於1的整數倍或非整數倍。再者,所產生的脈動電流訊號之頻率可以相同或相異,且所產生的脈動電流訊號之責任週期亦可相同或相異。
綜上所述,本發明主要是將用以驅動每一發光二極體串的脈動電流訊號之頻率設計成高於人耳所能聽到的聲波範圍(亦即20Hz~20KHz)。如此一來,即可大幅地抑制採用升壓手段所利用之輸出電容與印刷電路板(PCB)產生共振所發出的噪音(acoustic noise)之強度。另外,由於用以驅動每一發光二極體串的脈動電流訊號之頻率又可以被設計成不同,所以若將本發明之光源系統應用在液晶顯示系統時,則可以避免液晶顯示器所顯示的影像產生不必要的斜條紋或橫條紋(wave noise)。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外,本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外,摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用,並非用來限制本發明之權利範圍。
10...光源系統
101...發光二極體模組
103...驅動單元
105...升壓線路
107...驅動器
109...切換單元
LED1~LEDn...發光二極體串
Cin...輸入電容
Cout...輸出電容
L...電感
N...節點
D...二極體
R1、R2...電阻
Q...開關
Vin...直流輸入電壓
Vout...直流輸出電壓
Vd‧‧‧分壓訊號
SS‧‧‧切換訊號
ST‧‧‧設定訊號
ISET‧‧‧電流設定值
I1~In‧‧‧脈動電流訊號
S301、S303‧‧‧本發明一實施例之發光二極體驅動方法的流程圖各步驟
下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分,繪示了本發明的示例實施例,所附圖式與說明書的描述一起說明本發明的原理。
圖1繪示為本發明一實施例之光源系統10的流程圖。
圖2A~圖2C分別繪示為本發明一實施例之驅動器107所產生之脈動電流訊號I1~In的示意圖。
圖3繪示為本發明一實施例之發光二極體驅動方法的流程圖。
10...光源系統
101...發光二極體模組
103...驅動單元
105...升壓線路
107...驅動器
109...切換單元
LED1~LEDn...發光二極體串
Cin...輸入電容
Cout...輸出電容
L...電感
N...節點
D...二極體
R1、R2...電阻
Q...開關
Vin...直流輸入電壓
Vout...直流輸出電壓
Vd...分壓訊號
SS...切換訊號
ST...設定訊號
ISET...電流設定值
I1~In...脈動電流訊號

Claims (12)

  1. 一種光源系統,包括:一發光二極體模組,具有多組發光二極體串,且該些發光二極體串操作在一直流輸出電壓下;以及一驅動單元,耦接該發光二極體模組,用以採用一升壓手段而提供該直流輸出電壓,並且根據一除頻器及一設定訊號而產生多組脈動電流訊號,藉以各別驅動該些發光二極體串,其中,該些脈動電流訊號的頻率相異且分別高於一預設頻率,且每一該些脈動電流訊號的頻率與該預設頻率具有一倍數關係。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光源系統,其中該驅動單元包括:一升壓線路,用以接收一直流輸入電壓,並對該直流輸入電壓進行升壓處理後而產生該直流輸出電壓;以及一驅動器,用以接收並解析該設定訊號,藉以產生該些脈動電流訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光源系統,其中當該升壓線路過壓時,則停止產生該直流輸出電壓。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之光源系統,其中該驅動器更根據一電流設定值以調整該些脈動電流訊號的強度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光源系統,其中該倍數關係為大於等於1的一整數倍或一非整數倍。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光源系統,其中該預 設頻率為人耳所能聽到之聲波範圍的一最高聲頻。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之光源系統,其中該些脈動電流訊號的責任週期相同或相異。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光源系統,其中該光源系統至少為一發光二極體背光模組。
  9. 一種發光二極體驅動方法,適於驅動多組發光二極體串,而該發光二極體驅動方法包括:採用一升壓手段而提供一直流輸出電壓,藉以致使該些發光二極體串操作在該直流輸出電壓下;以及根據一除頻器及一設定訊號而產生多組脈動電流訊號,藉以各別驅動該些發光二極體串,其中,該些脈動電流訊號的頻率相異且分別高於一預設頻率,且每一該些脈動電流訊號的頻率與該預設頻率具有一倍數關係。
  10. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體驅動方法,其中該倍數關係為大於等於1的一整數倍或一非整數倍。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體驅動方法,其中該預設頻率為人耳所能聽到之聲波範圍的一最高聲頻。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體驅動方法,其中該些脈動電流訊號的責任週期相同或相異。
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