TWI427598B - 背光模組以及設定其驅動電流之方法 - Google Patents

Description

背光模組以及設定其驅動電流之方法

本發明係相關於一種設定背光模組之驅動電流之方法，尤指一種設定背光模組之各區塊之驅動電流以均勻化背光模組之溫度之方法。

液晶顯示器因其具有高畫質、無輻射、以及高空間利用效率、低消耗功率等優點，已逐漸成為目前顯示器市場之主流。由於液晶分子本身不會發光，所以液晶顯示器必須藉由背光模組以提供液晶面板所需之光源，使得液晶面板達到顯示的效果。

一般背光模組包含發光元件以及驅動器，其中驅動器包含功率晶體、變壓器等電子元件，運作時會產生高熱，另外，發光元件發光時亦會產生熱，這兩種熱源會造成背光模組的溫度上升。而在背光模組內部發光元件與液晶面板之間有一間距作為混光空間之用，背光模組內部所產生之熱將由此間距產生空氣對流。當背光模組內部下方空氣受到發光元件與外部驅動器產生之熱加熱後，由於熱空氣密度較低產生了熱對流往上移動，在向上移動的過程中，會因為燈箱內部封閉架構上方則逐漸地累積熱量，而產生了背光模組內部上下溫差之現象。這些累積的熱能將影響背光模組中之發光元件以及驅動器散熱功能，進而影響背光模組之發光效率。

請參考第1圖，第1圖為先前技術之液晶顯示器之溫度量測之示意圖。液晶顯示器100包含背光模組110以及底座120。以直下式發光二極體之背光模組110為例，發光二極體分布於背光模組110之發光面下側，液晶顯示器100使用時通常是垂直於地面，背光模組110安裝於底座120上，當背光模組110直立時由於受到空氣對流的影響，使得背光模組110各區域之發光二極體之溫度產生差異，最大溫差可能高達數十度之多。此溫度變化將嚴重影響各區域之發光二極體之操作壽命(lifetime)，而在一般均一電流操作條件下發光二極體之操作電流往往受限於最高溫處。由於各區域之燈箱溫度差異將使得光學膜有膨脹的情形，而容易在光學膜上產生波浪的現象，將影響了畫面之品質。此外，在長時間的使用之後，背光模組110之亮度均勻值也會受到各區域之發光二極體衰減速度不同產生明顯變化，同樣嚴重影響了背光模組110的品質。

因此，本發明之一目的在於提供一種背光模組以及設定其驅動電流之方法。

本發明係提供一種設定背光模組之驅動電流之方法，包含：將一背光模組直立，由該背光模組之上方到下方定義複數個區域；以及降低該背光模組之上方之區域之驅動電流。

本發明另提供一種設定背光模組之驅動電流之方法，包含：於一背光模組定義複數個區域；於該複數個區域分別安裝一溫度感測器；以及根據該溫度感測器所量測之溫度調整該複數個區域之驅動電流。

本發明另提供一種背光模組，包含一發光模組、複數個溫度感測器以及一驅動器。該發光模組包含複數個發光區域。該複數個溫度感測器分別安裝於該複數個發光區域附近，用來量測該複數個發光區域之溫度。該驅動器電性連接於該發光模組以及該複數個溫度感測器，用來產生驅動電流以驅動該發光模組，並根據該複數個溫度感測器所量測之溫度調整該驅動電流。

請參考第2圖，第2圖為本發明設定背光模組之驅動電流之方法之示意圖。液晶顯示器200包含背光模組210以及底座220。背光模組210安裝於底座220上，當背光模組210直立時，沿著垂直方向由背光模組210之上方到下方定義複數個區域A~C，其中區域A與底座220之距離較遠，區域C與底座220之距離較近。每一區域包含複數個區塊，其中區域A包含區塊A1~A3，區域B包含區塊B1~B3，區域C包含區塊C1~C3。背光模組210由發光二極體(light-emitting diode,LED)與數片光學膜所組成，由於背光模組210之驅動電流具有可區域調控(local dimming)之特性，因此，藉由調整背光模組210之各區塊之驅動電流，使每一區塊中之發光二極體之操作溫度相近，如此可大幅提升背光模組210之整體表現。在以下的各實施例中，將以第2圖所定義之區塊來說明設定背光模組210之驅動電流之方法。

請參考第3圖，第3圖為本發明設定背光模組之驅動電流之第一實施例之示意圖。在第一實施例中，背光模組210之驅動電流根據各區域與底座220之距離進行調整。由於背光模組210直立時熱空氣上升，所以與底座220距離較遠之區域之溫度較高。因此，在設定背光模組210之驅動電流時應降低與底座220距離較遠之區域之驅動電流。換言之，驅動電流會由與底座220距離較遠之區域向與底座220距離較近之區域提升。舉例來說，假設區域A之驅動電流為基準，區域B的驅動電流提升25%，區域C的驅動電流提升40%，各區域所包含之區塊也可以再作10%的微量調整。如第3圖之驅動電流設定300所示，以區塊A2之驅動電流55mA為100%，區塊A1、A3之驅動電流60mA為109%，區塊B2之驅動電流70mA為127%，區塊B1、B3之驅動電流68mA為124%，區塊C2之驅動電流80mA為145%，區塊C1、C3之驅動電流75mA為136%。背光模組210根據第3圖之驅動電流設定300之後，量測背光模組210之各區塊之溫度與亮度，其中最大溫度差為7.2℃，亮度均勻值(最大亮度/最小亮度)為1.24，最大溫度差相較於先前技術有大幅度的改善。

請參考第4圖，第4圖為本發明設定背光模組之驅動電流之第二實施例之示意圖。在第二實施例中，設定背光模組210之各區塊之驅動電流之方法與第一實施例類似，但進一步考慮將中心局部亮度提升以及省電之設計。舉例來說，假設區域A之驅動電流為基準，區域B的驅動電流提升25%，區域C的驅動電流提升25%，各區域所包含之區塊也可以再作10%的調整。如第4圖之驅動電流設定400所示，以區塊A2之驅動電流55mA為100%，區塊A1、A3之驅動電流60mA為109%，區塊B2之驅動電流72mA為130%，區塊B1、B3之驅動電流66mA為120%，區塊C1、C2、C3之驅動電流70mA為127%。背光模組210根據第4圖之驅動電流設定400之後，量測背光模組210之各區塊之溫度與亮度，其中最大溫度差為6.1℃，亮度均勻值(最大亮度/最小亮度)為1.24，而區塊B2相較於周圍區塊之亮度有明顯提升，且相較於第一實施例來的省電(C1~C3電流較低)。

請參考第5圖，第5圖為本發明設定背光模組之驅動電流之第三實施例之示意圖。由於一般發光二極體在亮度控制上會利用脈衝寬度調變(pulse width modulation,PWM)的方式進行控制，所以在第三實施例中利用設定脈衝寬度調變之控制訊號之導通時間比例來調整背光模組210之各區塊之驅動功率，另一方面，背光模組210之各區塊還是可以在設定的導通時間內進行區域調控。舉例來說，假設各區域之驅動電流相同，藉由縮短脈衝寬度調變之控制訊號之導通時間來調整背光模組210之各區域之發光元件消耗功率，所以區域A減少20%導通時間，區域B、C不變，各區域所包含之區塊也可以再作10%的調整。如第5圖之驅動電流設定500所示，以將中心局部亮度提升為例，各區塊之驅動電流皆為75mA，區塊A2之導通時間為77%，區塊A1、A3之導通時間為80%，區塊B2之導通時間為100%，區塊B1、B3之導通時間為87%，區塊C1、C2、C3之導通時間為96%。背光模組210根據第5圖之驅動電流設定500之後，量測背光模組之各區塊之溫度與亮度，其中最大溫度差為6.1℃，亮度均勻值(最大亮度/最小亮度)為1.24。

請參考第6圖，第6圖為本發明設定背光模組之驅動電流之第四實施例之示意圖。在第四實施例中，為簡化發光二極體之電路控制方式並保持各區電流不一，在多區發光二極體並聯連接的情況下，當每一區串聯連接之發光二極體的數量愈多時，驅動電流則會下降。因此，藉由控制背光模組之每一區塊所串聯連接之發光二極體的數量，也可以達到調整各區塊之驅動電流之目的。另外，以電阻串聯連接至每一區塊所串聯連接之發光二極體時，更容易微量調整各區塊之驅動電流，並在發光二極體受熱變化時具有穩壓的效果。如第6圖所示，背光模組600包含區塊A1~A3、B1~B3、C1~C3，在不調整各區塊之驅動電流的情況下(如虛線所示)，每一區塊分別串聯連接15個發光二極體模組610，假設要達到近似於第二實施例中所設定之驅動電流之比例，則區塊A1、A3分別串聯連接16個發光二極體模組610，區塊A2串聯連接18個發光二極體模組610，區塊B1、B3分別串聯連接15個發光二極體模組610，區塊B2串聯連接13個發光二極體模組610，區塊C1、C2、C3分別串聯連接14個發光二極體模組610，並可於各區發光二極體電路之前或後端加上一電阻作為調之用。

請參考第7圖，第7圖為本發明設定背光模組之驅動電流之第五實施例之示意圖。在第一至第四實施例中藉由預先設定背光模組之各區塊之驅動電流以均勻化背光模組之溫度並最佳化背光模組之亮度。在第五實施例中，背光模組700包含發光模組710、溫度感測器720以及驅動器730。發光模組710發光二極體所組成，具有可區域調控之特性，發光模組710包含複數個區塊，每一區塊附近皆有安裝溫度感測器720，每一溫度感測器720產生之回授訊號將利用比較器740與參考電壓Vref進行比較以計算出發光元件目前的溫度值，並計算出各區合適之電流值，再由驅動器730據以控制各區之驅動電流或PWM導通比例值。例如，當溫度感測器720所量測之溫度上升時，驅動器730可降低對應區塊之驅動電流或PWM導通時間比例，最後各區塊之溫度感測器720所量測之溫度相近，以保持各區域發光二極體操作在最合適之溫度。

綜上所述，本發明提供一種設定一背光模組之驅動電流之方法，包含：將該背光模組安裝於一底座；由該背光模組之上方到下方定義複數個區域；以及降低與該底座距離較遠之區域之驅動電流。在本發明之實施例中，藉由發光二極體之驅動電流可區域調控之特性，預先將發光二極體之各區域之驅動電流或脈衝寬度調變之控制訊號之導通時間進行最佳化設定，大幅改善背光模組之整體表現。另外，本發明之實施例也提供具有溫度感測器之背光模組，如此驅動器可根據溫度感測器所量測之溫度訊號即時調整背光模組之驅動電流，使各區域之發光二極體之操作溫度相近。

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、200．．．液晶顯示器

110、210、600、700．．．背光模組

300、400、500．．．驅動電流設定

120、220．．．底座

610．．．發光二極體模組

710．．．發光模組

720．．．溫度感測器

730．．．驅動器

740．．．比較器

Vref．．．參考電壓

第1圖為先前技術之背光模組之溫度量測之示意圖。

第2圖為本發明設定背光模組之驅動電流之方法之示意圖。

第3圖為本發明設定背光模組之驅動電流之第一實施例之示意圖。

第4圖為本發明設定背光模組之驅動電流之第二實施例之示意圖。

第5圖為本發明設定背光模組之驅動電流之第三實施例之示意圖。

第6圖為本發明設定背光模組之驅動電流之第四實施例之示意圖。

第7圖為本發明設定背光模組之驅動電流之第五實施例之示意圖。

300．．．驅動電流設定

210．．．背光模組

220．．．底座

Claims (19)

1. 一種設定背光模組之驅動電流之方法，包含：將一背光模組直立，由該背光模組之上方到下方定義複數個區域；以及當該背光模組之上方之區域的溫度上升時，降低該背光模組之上方之區域之驅動電流。
2. 如請求項1所述之方法，其中該複數個區域包含一第一區域以及一第二區域沿著垂直方向排列，其中該第一區域位於該第二區域之上方。
3. 如請求項2所述之方法，其中降低該背光模組之上方之區域之驅動電流包含：降低該第一區域之驅動電流。
4. 如請求項1所述之方法，另包含：將該背光模組安裝於一底座。
5. 如請求項4所述之方法，其中降低該背光模組之上方之區域之驅動電流包含：降低與該底座距離較遠之區域之驅動電流。
6. 如請求項1所述之方法，另包含：由該背光模組之下方之區域向該背光模組之上方之區域降低該驅動電流。
7. 如請求項1所述之方法，另包含：以一固定驅動電流驅動該背光模組；量測該複數個區域之溫度；以及根據該量測之溫度調整該複數個區域之驅動電流。
8. 如請求項1所述之方法，其中降低該背光模組之上方之區域之驅動電流包含：降低該背光模組之上方之區域之驅動電流之脈衝寬度調變之控制訊號之導通時間。
9. 如請求項1所述之方法，其中降低該背光模組之上方之區域之驅動電流包含：該複數個區域之每一區域提供複數個串聯連接之發光二極體，且該背光模組之上方之區域之發光二極體之數量大於該背光模組之下方之區域，其中串聯連接之發光二極體數量越多的區域其對應的驅動電流越小；以及將該複數個區域所提供之串聯連接之發光二極體並聯連接。
10. 如請求項1所述之方法，其中降低該背光模組之上方之區域之驅 動電流包含：該複數個區域之每一區域提供複數個串聯連接之發光二極體；將電阻串聯連接於該背光模組之上方之區域之發光二極體；以及將該複數個區域所提供之串聯連接之發光二極體並聯連接。
11. 如請求項1所述之方法，另包含：於該複數個區域分別安裝一溫度感測器；以及根據該溫度感測器所量測之溫度調整該複數個區域之驅動電流。
12. 如請求項11所述之方法，其中根據該溫度感測器所量測之溫度調整該複數個區域之驅動電流包含：當該溫度感測器所量測之溫度上升時，降低對應該溫度感測器之區域之驅動電流。
13. 一種設定背光模組之驅動電流之方法，包含：於一背光模組定義複數個區域；於該複數個區域分別安裝一溫度感測器；以及當其中一溫度感測器所量測該複數個區域中之一對應區域的溫度升高時，降低該對應區域的驅動電流。
14. 如請求項13所述之方法，其中降低該對應區域的驅動電流包含：降低該對應區域之驅動電流之脈衝寬度調變之控制訊號之導通時間。
15. 一種背光模組，包含：一發光模組，包含複數個發光區域；複數個溫度感測器，分別安裝於該複數個發光區域附近，用來量測該複數個發光區域之溫度；以及一驅動器，電性連接於該發光模組以及該複數個溫度感測器，用來產生每一該些發光區域的驅動電流以驅動該發光模組，並根據該複數個溫度感測器所量測之溫度調整該些發光區域的驅動電流，而當其中一溫度感測器所量測該複數個發光區域中之一對應發光區域的溫度升高時，降低該對應發光區域的驅動電流。
16. 如請求項15所述之背光模組，其中該發光模組包含複數個發光二極體。
17. 如請求項15所述之背光模組，其中該驅動器用來調整該複數個發光區域之驅動電流使該複數個溫度感測器所量測之溫度相近。
18. 一種設定背光模組之驅動電流之方法，包含：將一背光模組直立，該背光模組由上方到下方包含m個區域，而每個區域由左方至右方包含n個區塊；以及分別調整m×n個區塊的驅動電流，當其中一區塊的溫度升高時，降低該區塊的驅動電流； 其中m≧2，n≧2。
19. 如請求項18所述之方法，其中該m個區域包含一上方區域、一中間區域及一下方區域，該中間區域設於該上方區域及該下方區域之間，該上方區域包含一第一區塊、一第二區塊及一第三區塊，該中間區域包含一第四區塊、一第五區塊及一第六區塊，而該下方區域包含一第七區塊、一第八區塊及一第九區塊；其中該第五區塊設於該第四區塊及該第六區塊之間；其中該第五區塊的驅動電流大於該第七區塊、該第八區塊及該第九區塊的驅動電流；其中該第七區塊、該第八區塊及該第九區塊的驅動電流大於該第四區塊及該第六區塊的驅動電流；以及其中該第四區塊及該第六區塊的驅動電流大於該第一區塊、該第二區塊及該第三區塊的驅動電流。