TWI429332B - 發光裝置與相關驅動方法 - Google Patents

Description

發光裝置與相關驅動方法

本發明揭露一種發光裝置與相關驅動方法，尤指一種藉由動態改變驅動發光單元之驅動電流強度以減少不必要耗電的發光裝置與該發光裝置之驅動方法。

請參閱第1圖，其為一般發光裝置100的簡略示意圖。如第1圖所示，發光裝置100包含複數組發光模組LED1、LED2、LED3、LED4、及發光驅動電路110。每一發光模組各自包含複數個串聯之發光單元Pcs，並耦接於一電壓源VLED以獲取所需之驅動電源。該些發光單元Pcs一般是以發光二極體來實施。發光驅動電路110上具有複數個驅動端CH1、CH2、CH3、CH4，各自透過發光模組LED1、LED2、LED3、LED4接收電壓VFB1、VFB2、VFB3、VFB4，以產生對應之驅動電流來驅動發光模組LED1、LED2、LED3、LED4，其中位於驅動端CH1、CH2、CH3、CH4之電壓係為VFB1、VFB2、VFB3、VFB4。

由於製程上的差異，發光模組LED1-LED4各自所包含的發光單元Pcs在運作時會產生偏壓差大小的差異，如此一來會造成某些總偏壓差較小發光模組對應之驅動端上會產生較高的電位，並連帶使得發光驅動電路110產生了多餘的功率消耗。以第1圖舉例來說，假設電壓源VLED之電位為14.1伏特，發光模組LED1包含之每一發光單元Pcs的偏壓差為3.1伏特，發光模組LED2包含之每一發光單元Pcs的偏壓差為3.2伏特，發光模組LED3包含之每一發光單元Pcs的偏壓差為3.3伏特，發光模組LED4包含之每一發光單元Pcs的偏壓差為3.4伏特，則電位VFB1會是14.1-3.1x4=1.7伏特，電位VFB2會是14.1-3.2x4=1.3伏特，電位VFB3會是14.1-3.3x4=0.9伏特，電位VFB4會是14.1-3.4x4=0.5伏特；在發光模組LED1-LED4之驅動電流強度皆相同，且發光驅動電路110僅需0.5伏特便可正確運作的前提下，發光驅動電路110在驅動端CH1、CH2、CH3會浪費多餘的功率。

若要改進上述浪費功率的缺點，一般來說會在發光模組所包含之複數個發光單元上另外設置接腳耦接至發光驅動電路110，以維持電位VFB1-VFB4都約略處於0.5伏特的狀況；然而，這樣的做法除了會使發光驅動電路110需要另外增加接腳而增加各發光模組與發光驅動電路的製造成本以外，且亦無法以動態之方式應對於發光模組之間不同的偏壓差來設計該些接腳的位置，故設計也會較為繁複。

本發明係一種發光裝置，耦接於電壓源。發光裝置包含複數組發光模組及複數個可各自獨立控制之電壓控制電路。每一電壓控制電路係耦接於複數組發光模組之一組對應的發光模組。發光模組之第一端係耦接於該電壓源。電壓控制電路係包含動態電壓控制模組、電流控制模組、及亮度控制模組。動態電壓控制模組包含第一輸入端耦接於對應之發光模組之第二端。動態電壓控制模組之第二輸入端用以接收參考電壓源。動態電壓控制模組係用來比較發光模組之該第二端的電位與參考電壓源，以輸出第一電壓。電流控制模組耦接於動態電壓控制模組，用來根據第一電壓調整流經對應之發光模組之偏壓電流。亮度控制模組耦接於動態電壓控制模組，用來比較第一電壓與時脈訊號，並根據比較結果產生脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWN)訊號，以動態地控制對應之發光模組之工作週期。

本發明另揭露一種驅動上述之發光裝置之驅動方法。驅動方法包含將電壓源輸入對應之發光模組；比較對應之發光模組之第二端的電位與參考電壓源，並據以輸出第一電壓；根據第一電壓調整流經對應之發光模組之偏壓電流；及比較第一電壓與時脈訊號，並據以產生脈衝寬度調變訊號，以動態地控制對應之發光模組之工作週期。

為了解決上述一般發光裝置在發光驅動電路上浪費較多功率的缺點，本發明揭露一種藉由改變驅動發光模組之驅動電流強度來降低發光驅動電路上的偏壓以減少功率浪費的發光裝置。

請參閱第2圖，其為本發明所揭露發光裝置200的簡略示意圖。如第2圖所示，發光裝置200包含複數個發光模組LEDN1、LEDN2、...、LEDNN，每一發光模組LEDN1-LEDNN皆包含複數個串聯之發光單元Pcs，且每一發光模組LEDN1-LEDNN之第一端皆耦接於電壓源VLED，每一發光模組LEDN1-LEDNN之第二端皆耦接於可各自獨立控制之電壓控制電路210，且該些第二端之電壓為VFBB1、VFBB2、...、VFBBN。

請再參閱第3圖，其為第2圖所示之電壓控制電路210的詳細示意圖，且為了說明上的簡潔，在此僅圖示耦接於發光模組LEDN2之電壓控制電路210，然第2圖中其他電壓控制電路210的構成與第3圖所示相同。如第2圖所示，電壓控制電路210包含動態電壓控制模組220、電流控制模組230、及亮度控制模組240。

動態電壓控制模組220包含運算放大器OP02。動態電壓控制模組220用來透過發光模組LEDN2接收電壓源VLED所提供之電壓(亦即接收第3圖所示之電壓VFBB2)。其中運算放大器OP02之第一輸入端耦接於發光模組LEDN2其中之一發光單元Pcs的一端，以接收電壓VFBB2；運算放大器OP02之第二輸入端耦接於參考電壓VCOM02；運算放大器OP02用來將電壓VFBB2與參考電壓VCOM02進行比較，以輸出電壓VCOM01。

電流控制模組230包含運算放大器OP01及電晶體Q2，並耦接於動態電壓控制模組220。電流控制模組230用來根據動態電壓控制模組220所產生之電壓VFBB2調整流經發光模組LEDN2之偏壓電流強度。電晶體Q2之第一端耦接於發光模組LEDN2，且電晶體Q2之第二端接地，其中位於電晶體Q2之電壓為VFB01。運算放大器OP01之第一輸入端耦接於電晶體Q2之第二端以接收電壓VFB01。運算放大器OP01之第二輸入端耦接於運算放大器OP02之輸出端以接收電壓VCOM01。運算放大器OP02之輸出端耦接於電晶體Q2之控制端以控制電晶體Q2之偏壓，使得電晶體Q2可根據其偏壓調整流經發光模組LEDN2的偏壓電流強度。

亮度控制模組240包含運算放大器COMP01與電晶體Q1。亮度控制模組240耦接於電流控制模組230，用來比較電壓VCOM01與具有三角波形之時脈訊號CLK，並根據兩者之比較結果產生脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)訊號PWMOUT01，並將脈衝寬度調變訊號PWMOUT01輸出於動態電壓控制模組220，以使動態電壓控制模組220根據脈衝寬度調變訊號PWMOUT01動態的控制發光模組LEDN2之工作週期。電晶體Q1之第一端耦接於發光模組LEDN2以接收電壓源VLED對應之電壓VFBB2，且電晶體Q1之第二端耦接於電晶體Q2之第一端。運算放大器COMP01之第一輸入端耦接於動態電壓控制模組220以接收電壓VCOM01。運算放大器COMP01之第二輸入端用以接收時脈訊號CLK。運算放大器COMP01之輸出端耦接於電晶體Q1之控制端以輸出脈衝寬度調變訊號PWMOUT01，以藉由脈衝寬度調變訊號PWMOUT01控制電晶體Q1之工作週期而動態的控制發光模組LEDN2的工作週期及發光亮度。

第3圖所示之電壓控制電路210之運作方式係詳述如下。當電壓控制電路210透過發光模組LEDN2接收到電壓VFBB2時，動態電壓控制模組220會將電壓VFBB2與參考電壓源VCOM02進行比較。參考電壓源VCOM02一般係為液晶面板上所使用之共模電壓，因此電壓VCOM01對應了目前用來驅動發光模組LEDN2之電壓VFBB2與液晶面板上之共模電壓的壓差。

運算放大器OP01與電晶體Q2會形成一個閉迴圈，以將電壓VFB01之電位逐漸拉近於電壓VCOM01的電位，並據此在使電晶體Q2操作於飽和區的前提下，控制電晶體Q2的閘極與源極間電位差(亦即電晶體Q2之偏壓)，並根據該電位差控制電晶體Q2的偏壓電流強度；換言之，電晶體Q2的偏壓電流強度會持續的對應於電壓VCOM01來做調整，以達成穩定偏壓電流強度的功效。觀察第3圖可知，電晶體Q2的偏壓電流亦會同時流經發光模組LEDN2，因此使電晶體Q2之偏壓電流強度保持穩定亦等同於使發光模組LEDN2的偏壓電流保持穩定，而使得發光模組LEDN2所包含之各發光單元Pcs不易因為較大的偏壓電流強度變化而損壞。

在亮度控制模組240中，運算放大器COMP01會根據電壓VCOM01與時脈訊號CLK產生對應之脈衝寬度調變訊號PWMOUT01；換言之，脈衝寬度調變訊號PWMOUT01的工作週期 (Duty Cycle)會隨著電壓VCOM01的電位高低而被動態調整。如此一來，電晶體Q1的工作週期也會隨著脈衝寬度調變訊號PWMOUT01的工作週期而被動態調整；由於發光模組LEDN2所包含之各發光單元Pcs的發光亮度與電晶體Q1的工作時間有關，因此各發光單元Pcs的亮度也會對應的得到調節，而不會出現過亮或過暗的情況。除此以外，電壓VFBB2的電位也會因為電晶體Q1的工作週期受到脈衝寬度調變訊號PWMOUT01的動態控制而被調整，因此動態電壓控制模組220在此等同於透過亮度控制模組240得到了電壓VFBB2之回授調整電壓，而達成其動態控制電壓VFBB2之電位高低的目的，而不致使電壓VFBB2之電位會產生如第1圖所示電壓VFB1、VFB2、VFB3之電位過高而造成多餘功率消耗的現象。

請參閱第4圖，其為第2圖所示發光裝置200之另一實施例的簡略示意圖。第4圖所示之發光裝置200與第2圖所示之發光裝置200僅在於各自耦接之複數組發光模組LEDN1-LEDNN內含的發光單元Pcs是以並聯的方式彼此耦接，而第2圖所示複數組發光模組LEDN1-LEDNN內含的發光單元Pcs是以串聯的方式彼此耦接。

請參閱第5圖，其為根據第2-3圖之敘述所揭露用來驅動第2圖所示發光裝置的驅動方法之流程圖。如第5圖所示，該驅動方法包含步驟如下：步驟502：將電壓源輸入一組對應之發光模組；

步驟504：比較該組對應之發光模組之該第二端的電位與參考電壓源之電位，並據以輸出第一電壓；

步驟506：根據該第一電壓調整流經該組對應之發光模組之偏壓電流；及

步驟508：比較該第一電壓與該時脈訊號，並據以產生脈衝寬度調變訊號，以動態地控制該組對應之發光模組之工作週期。

步驟502描述第3圖中發光模組LEDN2接收電壓源VLED之電源並對應產生電壓VFBB2之情況。步驟504描述動態電壓控制模組220包含之運算放大器OP02比較電壓VFBB2與參考電壓VCOM02並據以產生電壓VCOM01的過程。步驟506描述電流控制模組230根據電壓VCOM01調整電晶體Q2之偏壓，以調整發光模組LEDN2之偏壓電流強度的過程。步驟508描述亮度控制模組240包含之運算放大器COMP01比較時脈訊號CLK與電壓VCOM01之候產生脈衝寬度調變訊號PWMCOM01，並據以控制電晶體Q1之工作週期而動態地控制發光模組LEDN2的工作週期及發光亮度之過程。

請注意，以第5圖所揭露之步驟加以合理之排列組合或加上上述已揭露之各條件所衍生之不同實施例，仍應視為本發明之實施例。

本發明係揭露一種可動態改變流經發光模組之驅動電流的發光裝置與相關驅動方法。藉由將發光裝置中流經各發光模組的驅動電流動態的改變其強度並使其穩定，可以使各發光模組與各自獨立運作之電壓控制電路間的電壓具有相近之電位，並據此減少一般發光裝置中因為各發光模組之偏壓差不同所浪費的功率。

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、200．．．發光裝置

110．．．發光驅動電路

210．．．電壓控制電路

220．．．動態電壓控制模組

230．．．電流控制模組

240．．．亮度控制模組

502、504、506、508．．．步驟

VLED‧‧‧電壓源

LED1、LED2、LED3、LED4、LEDN1、LEDN2、...、LEDNN‧‧‧發光模組

Pcs‧‧‧發光單元

CH1、CH2、CH3、CH4‧‧‧驅動端

OP01、OP02、COMP01‧‧‧運算放大器

Q1、Q2‧‧‧電晶體

VCOM02‧‧‧參考電壓

CLK‧‧‧時脈訊號

VFB1、VFB2、VFB3、VFB4、VFBB1、VFBB2、...、VFBBN、VFB01、VCOM01‧‧‧電壓

PWMOUT01‧‧‧脈衝寬度調變訊號

第1圖為一般發光裝置的簡略示意圖。

第2、4圖為本發明所揭露發光裝置的簡略示意圖。

第3圖為第2圖所示電壓控制電路的詳細示意圖。

第5圖為根據第2-3圖之敘述所揭露用來驅動第2圖所示發光裝置的驅動方法之流程圖。

210．．．電壓控制電路

220．．．動態電壓控制模組

230．．．電流控制模組

240．．．亮度控制模組

VLED．．．電壓源

LEDN2．．．發光模組

Pcs．．．發光單元

OP01、OP02、COMP01．．．運算放大器

Q1、Q2．．．電晶體

VCOM02．．．參考電壓

CLK．．．時脈訊號

VFBB2、VFB01、VCOM01．．．電壓

PWNOUT01．．．脈衝寬度調變訊號

Claims (6)

1. 一種發光裝置，耦接於一電壓源，包含：複數組發光模組；及複數個可各自獨立控制之電壓控制電路，每一電壓控制電路係耦接於該複數組發光模組之一組對應的發光模組，該組發光模組之一第一端係耦接於該電壓源，該電壓控制電路係包含：一動態電壓控制模組，包含一第一運算放大器，該第二運算放大器之一第一輸入端係耦接於該組對應之發光模組之一第二端，該第二運算放大器之一第二輸入端係用以接收一參考電壓源，該動態電壓控制模組係用來比較該組發光模組之該第二端的電位與該參考電壓源，以於該第一運算放大器之一輸出端輸出一第一電壓；一電流控制模組，耦接於該動態電壓控制模組，用來根據該第一電壓調整流經該組對應之發光模組之一偏壓電流，該電流控制模組包含：一第一電晶體，其一第一端係耦接於該組對應之發光模組之該第二端，且該第一電晶體之一第二端係接地；及一第二運算放大器，其一第一輸入端係耦接於該第一電晶體之該第二端，該第二運算放大器之一第二 輸入端係耦接於該第一運算放大器之該輸出端以接收該第一電壓，且該第二運算放大器之一輸出端係耦接於該第一電晶體之一控制端以控制該第一電晶體之偏壓，以調整流經該組對應之發光模組的該偏壓電流；及一亮度控制模組，耦接於該動態電壓控制模組，用來比較該第一電壓與一時脈訊號，並根據比較結果產生一脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)訊號，以動態地控制該組對應之發光模組之一工作週期，該亮度控制模組包含：一第二電晶體，其一第一端係耦接於該組對應之發光模組之該第二端，且該第二電晶體之一第二端係耦接於該第一電晶體之該第一端；及一第三運算放大器，其一第一輸入端係耦接於該第一運算放大器之該輸出端，以接收該第一電壓，該第三運算放大器之一第二輸入端係用以接收該時脈訊號，且該第三運算放大器之一輸出端係耦接於該第二電晶體之一控制端，用以輸出該脈衝寬度調變訊號，以藉由該脈衝寬度調變訊號控制該第二電晶體之該工作週期。
2. 如請求項1所述之發光裝置，其中該組對應之發光模組包含至少一發光單元。
3. 如請求項2所述之發光裝置，其中該發光單元係為一發光二極體。
4. 如請求項2所述之發光裝置，其中該至少一個發光單元係以串聯之方式耦接。
5. 如請求項2所述之發光裝置，其中該至少一個發光單元係以並聯之方式耦接。
6. 一種驅動請求項1所述之發光裝置之驅動方法，包含：將該電壓源輸入該組對應之發光模組；比較該組對應之發光模組之該第二端的電位與該參考電壓源，並據以輸出該第一電壓；根據該第一電壓調整流經該組對應之發光模組之該偏壓電流；及比較該第一電壓與該時脈訊號，並據以產生該脈衝寬度調變訊號，以動態地控制該組對應之發光模組之該工作週期。