光源亮度控制裝置與方法以及顯示裝置的製作方法

2023-06-13 11:56:51 4

專利名稱：光源亮度控制裝置與方法以及顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光源的控制裝置及其控制方法，特別涉及一種發光二極
管(Light Emitting Diode; LED)光源的亮度控制裝置及其使用該控制裝置 的光源系統、顯示裝置及其控制方法。
背景技術：
發光二極體工作電壓低(僅1.5-3V)、能主動發光且有一定亮度，亮度 可用電壓或電流調節，同時具備耐衝擊、抗振動、壽命長(IO萬小時)的特 點，是以，發光二極體在各種終端設備中被廣泛使用，從汽車前照燈、交通 信號燈、文字顯示器、看板及大屏幕視頻顯示器，到普通及建築照明和LCD 背光等領域。
隨著發光二極體效率與亮度的增加以及成本的減少，發光二極體市場發 展曰益成熟。尤其在高端顯示領域，顯示平臺對光源亮度匹配要求很高，需 要獲得均勻、 一致的顯示色彩及亮度，保證顯示效杲始終如新。
然而，由於光源的光強度會因為光源本身的老化或溫度因素而變化(增加 或減少發光強度)，故若要維持光源的穩定，就必須知道光源的變化且反饋補 償與控制光源，最後達到維持光源穩定的目的。
現有兩種調光方式為模擬或脈寬調製(Pulse Width Modulation, P頻) 方式。其中，模擬調光是藉由改變流通過發光二極體的電流大小來調整亮度。 模擬調光方法缺點是會出現發光二極體顏色偏移，並需要採用模擬控制信號。 另一種調光方法為PWM調光，其採用固定電流驅動發光二極體，利用開啟與關 閉發光二極體的時間比率(Duty Ratio)以達到亮度調整效果。例如使用 20mA定電流來驅動發光二極體，而duty ratio為50%所產生的亮度將是duty ratio為100°/。的一半。由於採用定電流驅動發光二極體，P麗調光不會出現 色偏移問題。同時，為確保使用者的眼睛看不到開啟與關閉發光二極體的閃 爍現象，光源開啟與關閉的切換頻率應足夠快，最大PWM頻率取決於電源啟 動與響應時間，理論上只要切換頻率超過約200Hz時人眼就無法察覺。相關的現有技術亦可參閱已公告的美國專利第US6127783號，第 US6894442號，第US6495964號。
上述各種現有控制方法的共同特點是使用光傳感器來檢測光源，在光源 點亮期間(高電平期間)取得光傳感器的輸出信息，進而反饋調整光源，以達 到補償亮度的功能，其控制時序圖如圖l所示。
然而，現有控制方法受光源點亮時其驅動器所造成的系統噪聲的影響。 請先參閱本發明探討問題的圖2所示，發光二極體驅動電路在有驅動電流輸 出之時，即發光二極體光源點亮時間區域24(高電平時期)，電路系統中同時 存在較大噪聲；而光傳感器檢測的輸出信號本身為一弱電信號，現有控制方 法在存在較大噪聲的發光二極體光源點亮時期進行數據取樣，這將降低檢測 信號信噪比，影響實際中檢測結果的精度。尤其是大規模發光二極體矩陣光 源，所需驅動電流極大，電路系統中產生的噪聲更大，有可能將檢測輸出信 號淹沒，更有甚者將會無法^r測出所需的反饋信號。
有鑑於此，提供一種可有效降低噪聲幹擾、提高檢測精準度的光源亮度 控制技術，也是業者需要積極研發的方向。

發明內容
本發明提供一種可有效降低幹擾噪聲、提高檢測精準度的光源亮度控制 裝置。
本發明提供一種可有效降低幹擾噪聲、提高檢測精準度的光源亮度控制 方法。
本發明提供一種具備穩定顯示效果的光源系統。 本發明提供一種具備穩定顯示效果的顯示裝置。
本發明提供一種光源亮度控制裝置，用於獲得穩定的光源，其包括一 光傳感器，用於檢測光源的變化；以及一光源管理控制線路，用於根據光傳 感器的反饋信號向光源提供控制調節信號；其中，所迷的光源管理控制線路 是在光源關閉時取得光傳感器的輸出信號，據檢測的信號來計算與調整光源， 藉此補償光源的亮度變化。
本發明提供一種光源亮度控制方法，該控制方法包括下列步驟藉由光 傳感器檢測光源的變化；及在光源關閉時取得光傳感器的輸出信號，根據光 傳感器的反饋來補償光源亮度的變化，藉此獲得穩定的光源。本發明的光源系統，其包括光源； 一用於檢測光源變化的光傳感器； 以及一用於根據光傳感器的反饋信號向光源提供控制調節信號的光源管理控 制線路；其中，所述的光源管理控制線^^是在光源關閉時取得光傳感器的輸 出信號，據檢測的信號來計算與調整光源，藉此補償光源的亮度變化以獲得 穩定的顯示效果。
本發明的顯示裝置包括一光源系統，所述光源系統包括光源； 一用於 檢測光源變化的光傳感器；以及一用於^^艮據光傳感器的反饋信號向光源提供 控制調節信號的光源管理控制線路；其中，所述的光源管理控制線路是在光 源關閉時取得光傳感器的輸出信號，據;險測的信號來計算與調整光源，藉此 補償光源的亮度變化以獲得穩定的顯示效果。
相較於現有技術，本發明的優點包括在於本發明的光源亮度控制方法 是在光源關閉期間進行數據取樣，由於光源驅動器在光源關閉期間同時關閉， 是以可避免受光源點亮時其驅動器所引發的系統噪聲影響，提高信號的信噪 比，改善對光源變化的檢測精準度，可更有效對光源亮度進行控制，為光源 系統及顯示裝置提供穩定的光源。
為讓本發明的上述和其它目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較 佳實施例，並配合附圖，作詳細說明如下。


圖l是現有光源亮度與色彩平衡的控制時序圖。
圖2是光源狀態與光源測量信號的噪聲關係示意圖。
圖3示出了依據本發明 一 實施方式的光源亮度控制機制示意圖。
圖4示出了依據本發明一實施方式的控制時序示意圖。
圖5、 6示出了依據本發明另一實施方式的光源亮度控制機制示意圖。
圖7示出了本發明另一種實施方式的控制時序示意圖。
圖8示出了取樣點的電壓充電上升、維持、衰減的電位圖機制示意圖。
附圖符號說明
100:光源系統
102:發光二極體驅動線路 308:模擬-數字轉換電路
104:發光二極體 310:光源管理引擎
106、 220:光傳感器 312: P麗控制引擎110、 232:光源管理控制器
108、 302、 304、 306:濾波電路 230、 300:光源管理控制線路
具體實施例方式
本發明為了解決光源變化的問題，進行其問題的探究。圖2示出了光源 狀態與光源測量信號的噪聲關係示意圖。參閱圖2,以二個不同顏色的發光 二體為例，分別受電壓調製信號P麗1與P西2所控制。在時間區域20時，二 者皆處於關閉狀態，也就是說光源是完全關閉狀態。另外，在P麗l與PWM2 皆處於高電平在時間區域是全亮的狀態。光源的變化藉由光傳感器轉換成電 子信號後，經過濾波器後所得到的光強度信號， 一般是做為光源管理控制器 的輸入信號，其區域22的信號是對應發光組件全關閉的狀態20,而區域24 的信號是對應發光組件開啟的狀態。從信號的噪聲程度來看，在區域22的信 號相對區域24的信號有明顯較為穩定的值。
這裡要注意的是，即使在發光組件關閉的狀態20,由於濾波器的RC電 路仍存留有電位，其電位的衰減與發光組件發光效能有對應關係。因此，即 使在發光件關閉的狀態20下量取信號，如果固定取樣的時間點，則仍可以 判斷出發光件的發光效率是否改變。於是，從圖2的行為分析後，本發明提 出光源亮度控制機制，可達到對光源更準確的補償控制，以達到穩定的光源。 以下舉一些實施例，做為本發明特徵的描述，但是本發明不僅受限於所舉的 實施例。
圖3示出了依據本發明一實施方式的光源亮度控制機制示意圖。圖4示 出了依據本發明一實施方式的控制時序圖。請參閱圖3與圖4,其是本發明 針對光源系統100進行控制與補償的具體實施方式
。光源系統100可例如是 發光二極體的光源模塊，其例如包括發光源104及發光二極體驅動線路102。 發光源104,例如是發光二極體所發出的光不受限於白光，其也更可以例如 由紅、綠、藍的發光組件，組成白光的光源，而發光組件也不必是發光二極 管，但是本發明取發光二極體做為說明的實例。
本發明的光源控制系統包括光傳感器106與光源管理控制器110。光傳 感器106的輸出通過一恰當的濾波電路108連接至光源管理控制器110。本 發明的控制方法是藉由光傳感器106檢測發光二極體光源102的亮度變化，光源管理控制器110接收光傳感器106的檢測信號並據此向發光二極體驅動 線路102輸出控制調節信號，實現對發光二極體光源104亮度或色彩的控制 與調節。
本發明控制方法的控制時序圖如圖4所示，本發明控制方法是在發光二 極管光源104關閉期間(圖4所示低電平期間)對發光二極體光源104進行測 量，或數據取樣。光傳感器106的輸出電壓("A，，點電壓)會隨著發光二極體 光源104的光強度的改變而改變，經過適當的濾波器電路108之後，"B"點 電壓(光源管理控制器110的輸入電壓)隨著發光二極體光源104強度變化的 反應速度將會大幅降低。當發光二極體光源104開啟與關閉的切換速度夠快 時，在光源關閉的時候，"B，，點電壓將可維持穩定。根據圖2的現象，本發 明控制方法即在發光二極體光源104關閉區間，即圖4中的低電平期間進行 數據取樣，取得"B，，點電壓，以此做為修正發光二極體光源104的參考。
圖5示出了依據本發明實施例光源管理系統的完整結構示意圖。圖6示 出了依據本發明實施例，光源管理系統(圖5)中的光源管理控制線路示意圖。 請參閱圖5,其是本發明控制方法及其控制裝置的實施方式，例如是針對紅 光、綠光、藍光彩色發光二極體矩陣光源的應用，其與第一種實施方式區別 在於其光源為紅光、綠光、藍光發光二極體矩陣光源，其光傳感器220分別 檢測紅光、綠光、藍光發光二極體光源亮度變化情況，以對光源管理控制線 路230提供光學反饋信號。其光源管理控制線路230包括一光源管理控制器 232,所述光源管理控制器232是使用光傳感器220輸出的紅光、綠光、藍光 發光二極體檢測信號控制光源亮度變化。
圖6則提供了一種光源管理控制線路300的實施方式。請參閱圖6所示， 所述光源管理控制線路30Q包括:分別與紅光、綠光、藍光發光二極體連接的 濾波電路302， 304306、模擬-數字轉換電路(ADC電路)308、光源管理引 擎(Engine) 310及P窗控制引擎(PWM Dimming Control Engine) 312。此光 源管理控制線路300旨在於將光傳感器220輸出的模擬電壓轉換成數字值， 便於利用數字處理方式從這些數字值中獲得分別的亮度信息，具體工作原理 如下
(1) 藉由光傳感器檢測發光二極體亮度變化情況，將紅光、綠光、藍光 發光二極體強度轉成電壓變化；
(2) 光傳感器的輸出電壓經過適當的濾波電路302, 304, 306後，由模擬-數字轉換電路308進行模擬-數字轉換，將模擬電壓信號轉為數字數值，
提供給光源管理引擎310;
(3 )光源管理引擎310將(2)所得的數字數值與目標值做比對與運算， 最後傳送控制信號到PWM控制引擎312;
(4) PWM控制引擎312依據(3)的控制信號改變P麗的工作率，即是寬 度比率，並向發光二極體驅動線路102輸出P而控制信號調節紅光、綠光、 藍光發光二極體亮度，保證光源顯示的亮度的穩定，也因此穩定得到所要的 色彩。
本實施方式的控制時序圖如圖7所示，其控制方法與第一種實施方式相 同，即在光源關閉的低電平期間進行數據取樣，取得光傳感器220的輸出 信息，再根據此信息反饋調整光源，以達到補償色彩與亮度的功能。
綜上所述，本發明的光源亮度與色彩平衡控制方法是在光源關閉期間進 行數據取樣，由於光源驅動器在光源關閉期間同時關閉，故可避免受光源點 亮時其驅動器所引發的系統噪聲影響，提高信號信噪比，是以改善對光源變
化的檢測精準度，更有效對光源亮度進行控制。
本發明的光源亮度控制裝置及其控制方法可應用於任何需要穩定光源的 系統，如應用於發光二極體照明、背光源系統或是各種顯示裝置中，如 應用於液晶顯示裝置中、為液晶顯示裝置提供穩定的背光光源。
由此，本發明採用的光傳感器106, 220可為色彩光傳感器(Color Sensor) 或光二極體(Photodiode)或可見光傳感器(Ambient light sensor),且光傳 感器106, 220的數量無特殊限制，可依實際需求設定。
很慢(低於200Hz)或光傳感器的驅動能力強或找不到適當濾波線路的情形。 在上述的情形下，如圖3中所示的B點電壓將不會類似直流電壓(DC voltage),此時亦可藉由關閉光源後的固定時間內的電壓變化來做為判斷光 源強度的依據。關於B點電壓充電上升、維持、衰減的電位圖機制可參考圖 8。在圖8中，當PWM在開啟區間，B點會依照RC電路的特性開始充電上升， 在P簡關閉時，B點會開始放電。但是由於電路的RC常數，會有實質上固定 的衰減曲線。因此在P麵關閉後U的取樣時間點，在B點的電位於正常條 件下仍會維持某一定電位。如果條件改變，則此取樣點的電位仍會反應出不 正常的情形。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何 熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾， 因此本發明的保護範圍當視本發明的申請專利範圍所界定者為準。
權利要求
1.一種光源亮度控制裝置，用於控制一光源單元以獲得一目標光源亮度，包括一光傳感器，用於檢測光源的變化；以及一光源管理控制線路，用於根據該光傳感器的一反饋信號向該光源單元提供一控制調節信號；其中，所述的光源管理控制線路是在該光源關閉時取得該光傳感器的一輸出信號，據檢測的該輸出信號來計算與調整該光源，藉此補償該光源的亮度變化。
2. 如權利要求1所述的光源亮度控制裝置，其中，該光源包括發光二極體。
3. 如權利要求l所述的光源亮度控制裝置，其中，該光傳感器包括色彩 光傳感器、光二極體或可見光傳感器。
4. 如權利要求1所述的光源亮度控制裝置，其中，該光源管理控制線路 包括一光源管理控制器及一濾波電路，該濾波電路連接至該光傳感器的輸出 與該光源管理控制線路的輸入。
5. 如權利要求1所述的光源亮度控制裝置，其中，該光源管理控制線路 包括濾波電路、模擬-數字轉換電路、光源管理引擎及脈寬調製控制引擎。
6. —種光源系統，包括 一光源；一光傳感器，用於檢測該光源的變化；以及一光源管理控制線路，用於根據該光傳感器的一反饋信號向該光源提供 一控制調節信號；其中，所述的光源管理控制線路是在該光源關閉時取得該光傳感器的一 輸出信號，據檢測的該信號來計算與調整該光源，藉此補償該光源的亮度。
7. 如權利要求6所述的光源系統，其中，該光源包括發光二極體光源或 發光二極體顯示矩陣。
8. 如權利要求6所述的光源系統，其中，該光源包括紅、綠、藍的發光 二極體燈源。
9. 如權利要求8所述的光源系統，其中，該光源管理控制線路在同時關閉該紅、綠、藍的發光二極體燈源時取得該光傳感器的該輸出信號。
10. 如權利要求8所述的光源系統，其中，該光源管理控制線路是在關閉該紅色的發光二極體燈源時取得該光傳感器相對應於紅色的該輸出信號。
11. 如權利要求8所述的光源系統，其中，該光源管理控制線路是在關 閉該綠色的發光二極體燈源時取得該光傳感器相對應於綠色的該輸出信號。
12. 如權利要求8所述的光源系統，其中，該光源管理控制線路是在關 閉該藍色的發光二極體燈源時取得該光傳感器相對應於藍色的該輸出信號。
13. 如權利要求6所述的光源系統，其中，該光傳感器包括色彩光傳感 器、光二極體或可見光傳感器。
14. 如權利要求6所述的光源系統，其中，該光源管理控制線路包括一 光源管理控制器及一濾波電路，該濾波電路連接至該光傳感器的輸出與該光 源管理控制器的輸入。
15. 如權利要求6所述的光源系統，其中，該光源管理控制線路包括濾 波電路、模擬-數字轉換電路、光源管理引擎及脈寬調製控制引擎。
16. —種顯示裝置，該顯示裝置包括一光源系統，所述光源系統包括 一光源；一光傳感器，用於檢測該光源的變化；以及一光源管理控制線路，用於根據該光傳感器的一反饋信號向該光源提供 一控制調節信號；其中，所述的光源管理控制線路是在該光源關閉時取得該光傳感器的一 輸出信號，據檢測的該信號來計算與調整該光源，藉此補償該光源的亮度。
17. 如權利要求16所述的顯示裝置，其中，該光源包括發光二極體光源或是發光二極體顯示矩陣。
18. 如權利要求16所述的顯示裝置，其中，該光源包括紅、綠、藍的發 光二極體燈源。
19. 如權利要求18所述的顯示裝置，其中，該光源管理控制線路是在同 時關閉該紅、綠、藍的發光二極體燈源時取得該光傳感器的該輸出信號。
20. 如權利要求18所述的顯示裝置，其中，該光源管理控制線路是在關 閉該紅色的發光二極體燈源時取得該光傳感器相對應於紅色的該輸出信號。
21. 如權利要求18所述的顯示裝置，其中，該光源管理控制線路是在關 閉該綠色的發光二極體燈源時取得該光傳感器相對應於綠色的該輸出信號。
22. 如權利要求18所述的顯示裝置，其中，該光源管理控制線路是在關
23. 如權利要求16所述的顯示裝置，其中，該光源系統為一光源模塊或 背光才莫塊。
24. 如權利要求16所述的顯示裝置，其中，該顯示裝置包括一液晶顯示裝置。
25. —種光源亮度控制方法，包括 藉由一光傳感器檢測一光源的變化；及在該光源關閉時取得該光傳感器的 一輸出信號；以及； 根據該輸出信號，以產生一控制信號來補償該光源的亮度。
26. 如權利要求25所述的光源亮度控制方法，其中，該控制信號包括模 擬電壓信號或數字數值信號。
27. 如權利要求25所述的光源亮度控制方法，其中，當該光源開啟與關 閉的頻率低於一頻率值或該光傳感器驅動能力強或沒有適當的濾波線路時， 藉由關閉該光源後的一 固定時間內的電壓變化來做為判斷該光源強度的依 據。
全文摘要
本發明提供一種光源亮度控制方法及使用該控制裝置的光源系統、顯示裝置及其控制方法。本發明的光源亮度控制裝置包括一用於檢測光源變化的光傳感器，以及一用於根據光傳感器的反饋信號向光源提供控制調節信號的光源管理控制線路。其中，所述的光源管理控制線路是在光源關閉時取得光傳感器的輸出信號，據檢測的信號來計算與調整光源，藉此補償光源的亮度，從而提供穩定的光源。本發明的光源亮度控制方法可更有效對光源亮度進行控制，為光源系統及顯示裝置提供穩定的光源。
文檔編號H05B37/02GK101309535SQ200710102558
公開日2008年11月19日 申請日期2007年5月14日 優先權日2007年5月14日
發明者魏獻旺 申請人:聯詠科技股份有限公司