發光裝置與相關驅動方法
2023-05-27 22:49:16 2
專利名稱：發光裝置與相關驅動方法
技術領域：
本發明涉及一種發光裝置與相關驅動方法，特別是涉及一種通過動態改變驅動發 光單元的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的驅動方法。
背景技術：
請參閱圖1，其為一般發光裝置100的簡略示意圖。如圖1所示，發光裝置100包 含多組發光模塊1^01、1^02、1^03、1^04、及發光碟機動電路110。每一發光模塊各自包含多個 串聯的發光單元Pes，並耦接於一電壓源VLED以獲取所需的驅動電源。這些發光單元Pcs 一般是以發光二極體來實施。發光碟機動電路110上具有多個驅動端CHI、CH2、CH3、CH4，各 自通過發光模塊LED 1、LED2、LED3、LED4接收電壓VFB1、VFB2、VFB3、VFB4，以產生對應的驅 動電流來驅動發光模塊LED1、LED2、LED3、LED4，其中位於驅動端CHI、CH2、CH3、CH4的電壓 % VFBU VFB2、VFB3、VFB4。由於製程上的差異，發光模塊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塊對應的驅動端上會產 生較高的電位 ，並連帶使得發光碟機動電路110產生了多餘的功率消耗。以圖1舉例來說，假 設電壓源VLED的電位為14. 1伏特，發光模塊LEDl包含的每一發光單元Pcs的偏壓差為3. 1 伏特，發光模塊LED2包含的每一發光單元Pcs的偏壓差為3. 2伏特，發光模塊LED3包含的 每一發光單元Pcs的偏壓差為3. 3伏特，發光模塊LED4包含的每一發光單元Pcs的偏壓差 為3. 4伏特，則電位VFBl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 發光模塊LED1-LED4的驅動電流強度皆相同，且發光碟機動電路110僅需0. 5伏特便可正確 運作的前提下，發光碟機動電路110在驅動端CHI、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塊所包含的多個發光單元上 另外設置接腳耦接至發光碟機動電路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碟機動電路110需要另外增加接腳而增加各發光模塊與 發光碟機動電路的製造成本以外，且亦無法以動態的方式應對於發光模塊之間不同的偏壓差 來設計這些接腳的位置，故設計也會較為繁複。
發明內容
本發明是一種發光裝置，耦接於電壓源。發光裝置包含多組發光模塊及多個可各 自獨立控制的電壓控制電路。每一電壓控制電路耦接於多組發光模塊的一組對應的發光模 塊。發光模塊的第一端耦接於該電壓源。電壓控制電路包含動態電壓控制模塊、電流控制模 塊、及亮度控制模塊。動態電壓控制模塊包含第一輸入端耦接於對應的發光模塊的第二端。 動態電壓控制模塊的第二輸入端用以接收參考電壓源。動態電壓控制模塊用來比較發光模 塊的該第二端的電位與參考電壓源，以輸出第一電壓。電流控制模塊耦接於動態電壓控制 模塊，用來根據第一電壓調整流經對應的發光模塊的偏壓電流。亮度控制模塊耦接於動態電壓控制模塊，用來比較第一電壓與時鐘信號，並根據比較結果產生脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation, PWM)信號，以動態地控制對應的發光模塊的工作周期。所述的發光裝置，其中，該動態電壓控制模塊包含—第一運算放大器，其一第一輸入端耦接於該組對應的發光模塊的該第二端，該 第一運算放大器的一第二輸入端用以接收該參考電壓，且該第一運算放大器的一輸出端用 以輸出該第一電壓。所述的發光裝置，其中，該電流控制模塊包含一第一電晶體，其一第一端耦接於該組對應的發光模塊的該第二端，且該第一晶 體管的一第二端接地；及一第二運算放大器，其一第一輸入端耦接於該第一電晶體的該第二端，該第二運 算放大器的一第二輸入端耦接於該第一運算放大器的該輸出端以接收該第一電壓，且該第 二運算放大器的一輸出端耦接於該第一電晶體的一控制端以控制該第一電晶體的偏壓，以 調整流經該組對應的發光模塊的該偏壓電流。所述的發光裝置，其中，該亮度控制模塊包含一第二電晶體，其一第一端耦接於該組對應的發光模塊的該第二端，且該第二晶 體管的一第二端耦接於該第一電晶體的該第一端；及一第三運算放大器，其一第一輸入端耦接於該第一運算放大器的該輸出端，以接 收該第一電壓，該第三運算放大器的一第二輸入端用以接收該時鐘信號，且該第三運算放 大器的一輸出端耦接於該第二電晶體的一控制端，用以輸出該脈衝寬度調變信號，以通過 該脈衝寬度調變信號控制該第二電晶體的該工作周期。所述的發光裝置，其中，該組對應的發光模塊包含至少一發光單元。所述的發光裝置，其中，該發光單元為一發光二極體。所述的發光裝置，其中，該至少一個發光單元以串聯的方式耦接。所述的發光裝置，其中，該至少一個發光單元以並聯的方式耦接。本發明另提供一種驅動上述的發光裝置的驅動方法。驅動方法包含將電壓源輸入 對應的發光模塊；比較對應的發光模塊的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的發光模塊的偏壓電流；及比較第一電壓與時鐘信號，並 據以產生脈衝寬度調變信號，以動態地控制對應的發光模塊的工作周期。
圖1為一般發光裝置的簡略示意圖。圖2、4為本發明所提供發光裝置的簡略示意圖。圖3為圖2所示電壓控制電路的詳細示意圖。圖5為根據圖2-3的敘述所提供用來驅動圖2所示發光裝置的驅動方法的流程 圖。其中，附圖標記100、200發光裝置110發光碟機動電路210電壓控制電路
220動態電壓控制模塊230電流控制模塊240亮度控制模塊502,504,506,508步驟VLED電壓源LED 1、LED2、LED3、LED4、發光模塊LEDNl、LEDN2、· · ·、LEDNNPcs發光單元CHl、CH2、CH3、CH4驅動端OPO1、0P02、COMPO1運算放大器Q1、Q2電晶體VC0M02參考電壓CLK時鐘信號VFB1、VFB2、VFB3、VFB4、電壓
VFBBl、VFBB2、…、VFBBN、VFBO1、VC0M01PWM0UT01脈衝寬度調變信號
具體實施例方式為了解決上述一般發光裝置在發光碟機動電路上浪費較多功率的缺點，本發明提供 一種通過改變驅動發光模塊的驅動電流強度來降低發光碟機動電路上的偏壓以減少功率浪 費的發光裝置。請參閱圖2，其為本發明所提供發光裝置200的簡略示意圖。如圖2所示，發光裝 置200包含多個發光模塊LEDNl、LEDN2、. . .、LEDNN,每一發光模塊LEDN1-LEDNN皆包含多 個串聯的發光單元Pes，且每一發光模塊LEDN1-LEDNN的第一端皆耦接於電壓源VLED，每一 發光模塊LEDN1-LEDNN的第二端皆耦接於可各自獨立控制的電壓控制電路210，且這些第 二端的電壓為 VFBB1、VFBB2、. . .、VFBBN。請再參閱圖3，其為圖2所示的電壓控制電路210的詳細示意圖，且為了說明上的 簡潔，在此僅圖標耦接於發光模塊LEDN2的電壓控制電路210，然圖2中其它電壓控制電路 210的構成與圖3所示相同。如圖2所示，電壓控制電路210包含動態電壓控制模塊220、 電流控制模塊230、及亮度控制模塊240。動態電壓控制模塊220包含運算放大器0P02。動態電壓控制模塊220用來通過發 光模塊LEDN2接收電壓源VLED所提供的電壓(亦即接收圖3所示的電壓VFBB2)。其中運 算放大器0P02的第一輸入端耦接於發光模塊LEDN2其中之一發光單元Pcs的一端，以接收 電壓VFBB2 ；運算放大器0P02的第二輸入端耦接於參考電壓VC0M02 ；運算放大器0P02用來 將電壓VFBB2與參考電壓VC0M02進行比較，以輸出電壓VC0M01。電流控制模塊230包含運算放大器OPOl及電晶體Q2，並耦接於動態電壓控制模 塊220。電流控制模塊230用來根據動態電壓控制模塊220所產生的電壓VFBB2調整流經 發光模塊LEDN2的偏壓電流強度。電晶體Q2的第一端耦接於發光模塊LEDN2，且電晶體Q2的第二端接地，其中位於電晶體Q2的電壓為VFBOl。運算放大器OPOl的第一輸入端耦接於 電晶體Q2的第二端以接收電壓VFB01。運算放大器OPOl的第二輸入端耦接於運算放大器 0P02的輸出端以接收電壓VC0M01。運算放大器0P02的輸出端耦接於電晶體Q2的控制端 以控制電晶體Q2的偏壓，使得電晶體Q2可根據其偏壓調整流經發光模塊LEDN2的偏壓電 流強度。亮度控制模塊240包含運算放大器C0MP01與電晶體Q1。亮度控制模塊240耦接 於電流控制模塊230，用來比較電壓VC0M01與具有三角波形的時鐘信號CLK，並根據兩者的 比較結果產生脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation, PWM)信號PWM0UT01，並將脈衝寬 度調變信號PWM0UT01輸出於動態電壓控制模塊220，以使動態電壓控制模塊220根據脈衝 寬度調變信號PWM0UT01動態的控制發光模塊LEDN2的工作周期。電晶體Ql的第一端耦接 於發光模塊LEDN2以接收電壓源VLED對應的電壓VFBB2，且電晶體Ql的第二端耦接於晶體 管Q2的第一端。運算放大器C0MP01的第一輸入端耦接於動態電壓控制模塊220以接收電 壓VC0M01。運算放大器C0MP01的第二輸入端用以接收時鐘信號CLK。運算放大器C0MP01 的輸出端耦接於電晶體Ql的控制端以輸出脈衝寬度調變信號PWM0UT01，以通過脈衝寬度 調變信號PWM0UT01控制電晶體Ql的工作周期而動態的控制發光模塊LEDN2的工作周期及 發光亮度。圖3所示的電壓控制電路210的運作方式詳述如下。當電壓控制電路210通過發 光模塊LEDN2接收到電壓VFBB2時，動態電壓控制模塊220會將電壓VFBB2與參考電壓源 VC0M02進行比較。參考電壓VC0M2 —般為液晶面板上所使用的共模電壓，因此電壓VC0M01 對應了目前用來驅動發光模塊LEDN2的電壓VFBB2與液晶面板上的共模電壓的壓差。運算放大器OPOl與電晶體Q2會形成一個閉循環，以將電壓VFBOl的電位逐漸拉 近於電壓VC0M01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 柵極與源極間電位差(亦即電晶體Q2的偏壓)，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VC0M01來做調整，以達成 穩定偏壓電流強度的功效。觀察圖3可知，電晶體Q2的偏壓電流亦會同時流經發光模塊 LEDN2,因此使電晶體Q2的偏壓電流強度保持穩定亦等同於使發光模塊LEDN2的偏壓電流 保持穩定，而使得發光模塊LEDN2所包含的各發光單元Pcs不易因為較大的偏壓電流強度 變化而損壞。在亮度控制模塊240中，運算放大器C0MP01會根據電壓VC0M01與時鐘信號CLK 產生對應的脈衝寬度調變信號PWM0UT01 ；換言之，脈衝寬度調變信號PWM0UT01的工作周期 (Duty Cycle)會隨著電壓VCOMOl的電位高低而被動態調整。如此一來，電晶體Ql的工作 周期也會隨著脈衝寬度調變信號PWM0UT01的工作周期而被動態調整；由於發光模塊LEDN2 所包含的各發光單元Pcs的發光亮度與電晶體Ql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Ql的工作周期受到脈衝寬度調變信號PWM0UT01的動態控制而被調整，因此 動態電壓控制模塊220在此等同於通過亮度控制模塊240得到了電壓VFBB2的反饋調整電 壓，而達成其動態控制電壓VFBB2的電位高低的目的，而不致使電壓VFBB2的電位會產生如 圖1所示電壓VFB1、VFB2、VFB3的電位過高而造成多餘功率消耗的現象。請參閱圖4，其為圖2所示發光裝置200的另一實施例的簡略示意圖。圖4所示的發光裝置200與圖2所示的發光裝置200僅在於各自耦接的多組發光模塊LEDN1-LEDNN內 含的發光單元Pcs是以並聯的方式彼此耦接，而圖2所示多組發光模塊LEDN1-LEDNN內含 的發光單元Pcs是以串聯的方式彼此耦接。請參閱圖5，其為根據圖2-3的敘述所提供用來驅動圖2所示發光裝置的驅動方法 的流程圖。如圖5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的發光模塊；步驟504:比較該組對應的發光模塊的該第二端的電位與參考電壓源的電位，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的發光模塊的偏壓電流；及步驟508 比較該第一電壓與該時鐘信號，並據以產生脈衝寬度調變信號，以動態 地控制該組對應的發光模塊的工作周期。步驟502描述圖3中發光模塊LEDN2接收電壓源VLED的電源並對應產生電壓 VFBB2的情況。步驟504描述動態電壓控制模塊220包含的運算放大器0P02比較電壓VFBB2 與參考電壓VC0M02並據以產生電壓VC0M01的過程。步驟506描述電流控制模塊230根據 電壓VC0M01調整電晶體Q2的偏壓，以調整發光模塊LEDN2的偏壓電流強度的過程。步驟 508描述亮度控制模塊240包含的運算放大器C0MP01比較時鐘信號CLK與電壓VC0M01之 後產生脈衝寬度調變信號PWMC0M01，並據以控制電晶體Ql的工作周期而動態地控制發光 模塊LEDN2的工作周期及發光亮度的過程。請注意，以圖5所提供的步驟加以合理的排列組合或加上上述已提供的各條件所 衍生的不同實施例，仍應視為本發明的實施例。本發明提供一種可動態改變流經發光模塊的驅動電流的發光裝置與相關驅動方 法。通過將發光裝置中流經各發光模塊的驅動電流動態的改變其強度並使其穩定，可以使 各發光模塊與各自獨立運作的電壓控制電路間的電壓具有相近的電位，並據此減少一般發 光裝置中因為各發光模塊的偏壓差不同所浪費的功率。當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟 悉本領域的技術人員當可根據本發明做出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變 形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
一種發光裝置，耦接於一電壓源，其特徵在於，包含多組發光模塊；及多個可各自獨立控制的電壓控制電路，每一電壓控制電路耦接於該多組發光模塊的一組對應的發光模塊，該組發光模塊的一第一端耦接於該電壓源，該電壓控制電路包含一動態電壓控制模塊，包含一第一輸入端耦接於該組對應的發光模塊的一第二端，及一第二輸入端，用以接收一參考電壓源，該動態電壓控制模塊用來比較該組發光模塊的該第二端的電位與該參考電壓源，以輸出一第一電壓；一電流控制模塊，耦接於該動態電壓控制模塊，用來根據該第一電壓調整流經該組對應的發光模塊的一偏壓電流；及一亮度控制模塊，耦接於該動態電壓控制模塊，用來比較該第一電壓與一時鐘信號，並根據比較結果產生一脈衝寬度調變信號，以動態地控制該組對應的發光模塊的一工作周期。
2.根據權利要求1所述的發光裝置，其特徵在於，該動態電壓控制模塊包含一第一運算放大器，其一第一輸入端耦接於該組對應的發光模塊的該第二端，該第一 運算放大器的一第二輸入端用以接收該參考電壓，且該第一運算放大器的一輸出端用以輸 出該第一電壓。
3.根據權利要求2所述的發光裝置，其特徵在於，該電流控制模塊包含一第一電晶體，其一第一端耦接於該組對應的發光模塊的該第二端，且該第一電晶體 的一第二端接地；及一第二運算放大器，其一第一輸入端耦接於該第一電晶體的該第二端，該第二運算放 大器的一第二輸入端耦接於該第一運算放大器的該輸出端以接收該第一電壓，且該第二運 算放大器的一輸出端耦接於該第一電晶體的一控制端以控制該第一電晶體的偏壓，以調整 流經該組對應的發光模塊的該偏壓電流。
4.根據權利要求3所述的發光裝置，其特徵在於，該亮度控制模塊包含一第二電晶體，其一第一端耦接於該組對應的發光模塊的該第二端，且該第二電晶體 的一第二端耦接於該第一電晶體的該第一端；及一第三運算放大器，其一第一輸入端耦接於該第一運算放大器的該輸出端，以接收該 第一電壓，該第三運算放大器的一第二輸入端用以接收該時鐘信號，且該第三運算放大器 的一輸出端耦接於該第二電晶體的一控制端，用以輸出該脈衝寬度調變信號，以通過該脈 衝寬度調變信號控制該第二電晶體的該工作周期。
5.根據權利要求1所述的發光裝置，其特徵在於，該組對應的發光模塊包含至少一發 光單元。
6.根據權利要求5所述的發光裝置，其特徵在於，該發光單元為一發光二極體。
7.根據權利要求5所述的發光裝置，其特徵在於，該至少一個發光單元以串聯的方式 華禹接。
8.根據權利要求5所述的發光裝置，其特徵在於，該至少一個發光單元以並聯的方式華禹接。
9.一種驅動權利要求1所述的發光裝置的驅動方法，其特徵在於，包含將該電壓源輸入該組對應的發光模塊；比較該組對應的發光模塊的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的發光模塊的該偏壓電流；及 比較該第一電壓與該時鐘信號，並據以產生該脈衝寬度調變信號，以動態地控制該組 對應的發光模塊的該工作周期。
全文摘要
本發明有關於發光裝置包含多組發光模塊及多個可各自獨立控制的電壓控制電路。每一電壓控制電路包含動態電壓控制模塊、電流控制模塊、及亮度控制模塊。動態電壓控制模塊用來比較發光模塊的第二端的電位與參考電壓源，以輸出第一電壓。電流控制模塊用來根據第一電壓調整流經發光模塊的偏壓電流。亮度控制模塊用來比較第一電壓與時鐘信號，並根據比較結果產生脈衝寬度調變信號，以動態地控制發光模塊的工作周期。
文檔編號H05B37/02GK101950535SQ20101025409
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月12日 優先權日2010年8月12日
發明者王景弘, 許勝凱, 陳靜怡 申請人:友達光電股份有限公司