控制多個發光二極體串列的控制裝置與相關的光源模塊的製作方法
2023-12-07 19:36:01 1
專利名稱：控制多個發光二極體串列的控制裝置與相關的光源模塊的製作方法
技術領域：
本發明是有關於控制發光二極體的技術，尤指控制多個發光二極體串列 的控制裝置與相關的光源模塊。
背景技術：
以發光二極體(LED)作為發光源的應用越來越普遍。例如，傳統液晶顯示 面板的背光模塊多半是以冷陰極螢光燈管(cold cathode fluorescent lamp, CCFL)來作為光源。如今，隨著發光二極體的發光效率不斷提升且成本日益降 低，發光二極體逐漸有取代冷陰極螢光燈管來作為背光模塊光源的趨勢。
在已知技術中，常會將多個發光二極體串聯成一串列，以減少所需的驅 動電路數量及降低發光二極體的總驅動電流大小。然而，由於製程上的偏差， 很難確保不同串列中的所有發光二極體都有完全一致的元件參數。此外，溫 度等環境因素也可能會影響到發光二極體的元件參數。舉例而言，不同發光 二極體彼此間的順向電壓(forward voltage, VF)經常會有些許的差異。將多
顆發光二極體串聯成一 串列的架構，會將同 一 串列中所有發光二極體的順向 電壓誤差累加起來，而不同發光二極體串列所累加的總順向電壓誤差通常會 也會有所不同。
在此情況下，即使施加相同的工作電壓予不同的發光二極體串列，流經 個別發光二極體串列的電流也會因每一發光二極體串列所累加的總順向電壓 誤差不同而有所不同。如此一來，發光二極體串列彼此間將因電流不一致而 有不同的亮度。因此，利用發光二極體串列作為液晶顯示面板的背光模塊的 光源時，常會導致液晶顯示面板因背光源亮度不均勻而有色不均(Mura)的不 良現象。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的之一在於提供可控制多個發光二極體串列的亮
度的控制裝置與相關的光源模塊，以解決上述問題。
本發明提供了一種控制裝置，用來控制多個發光二極體串列，其中該多
個發光二極體串列的第一端皆電性連接於工作電壓，該控制裝置包含有多 個電晶體，皆具有控制端、第一端與第二端，其中每一電晶體的第一端是電 性連接於該多個發光二極體串列中 一相對應串列的第二端，且該多個電晶體
的第二端是分別通過多個阻抗元件接地；以及電晶體控制器，電性連接於該 多個電晶體的控制端，用以依據每一 電晶體的第二端的電壓來調整該電晶體 的控制端的輸入信號，以控制該電晶體的第 一端的電流。
本發明還提供了一種光源模塊，其包含有多個發光二極體串列，皆具 有第 一端與第二端，且該多個發光二極體串列的第 一端皆電性連接於工作電
壓；多個電晶體，皆具有控制端、第一端與第二端，其中每一電晶體的第一 端是電性連接於該多個發光二極體串列中 一相對應串列的第二端，且該多個
電晶體的第二端是分別通過多個阻抗元件接地；誤差計算電路，電性連接於 該多個電晶體的第二端，用來分別計算每一電晶體的第二端的電壓與對應參
考電壓之差；以及電晶體控制器，電性連接於該誤差計算電路與該多個晶體 管的控制端，用以依據該誤差計算電路的計算結果來控制每一電晶體的第一 端的電流。
圖1為本發明的光源模塊的一實施例簡化後的示意圖。 圖2為圖1中的電晶體控制器的一實施例簡化後的示意圖 [主要元件標號說明]
光源模塊 發光二極體串列 控制裝置 電晶體
誤差計算電路 電晶體控制器 阻抗元件 電壓源 可變電阻
100
110a
120
130a
140
150
160a
210
220
110b~ 110n
130b~ 130n
160b~ 160n230 決定單元
具體實施例方式
請參考圖1，其所繪示為本發明一實施例的光源模塊100簡化後的示意 圖。光源模塊IOO包含有多個發光二極體串列110a 110n,以及用來控制該 多個發光二極體串列的控制裝置120。在本實施例中，發光二極體串列110a ~ 11 On的第一端皆電性連接於工作電壓Vin,且發光二極體串列110a ~ llOn都 具有相同數目的同色發光二極體。光源模塊10Q中的控制裝置120是用來控 制發光二極體串列110a~110n,使發光二極體串列110a 110n能具有實質 上相同的亮度。如圖1所示，控制裝置120包含有多個電晶體130a-130n、 誤差計算電路140、電晶體控制器150以及多個阻抗元件160a ~160n。在一 較佳實施例中，阻抗元件160a-160n具有實質上相同的阻抗值，例如，阻抗 元件16Oa ~ 16On可分別用電阻值實質上相同的多個電阻單元來實現。以下將 對控制裝置120的運作方式做進一步說明。
本實施例的控制裝置120中的電晶體130a 130n皆為雙極結型電晶體 (bipolar junction transistor, BJT),且每一電晶體包含控制端、第一端與 第二端。在本實施例中，該控制端為基極(base),該第一端為集電極 (collector)而該第二端為發射極(emiUer)。如圖1所示，電晶體130a~ 130n 的集電極是分別電性連接於發光二極體串列110a-110n的第二端，而電晶體 130a ~ 130n的發射極則分別通過阻抗元件160a ~160n接地。實作上，晶體 管130a 130n宜具有實質上相同的共發射極電流增益(common-emitter current gain),且皆操作於主動區(active region),以提升效能及降低控 制上的複雜度，但本發明的實際實施方式並不局限於此。
如前所述，製程偏差或溫度等環境因素可能會導致發光二極體串列 11 Oa ~ 11 On個別所累加的總順向電壓誤差有所不同，進而造成流經發光二極 管串列110a-110n的電流Icl、 Ic2 Icn大小不一致。在本實施例中，控制 裝置120會利用電晶體130a 130n來分別控制發光二極體串列110a 110n 的電流Icl ~ Icn,以使這些發光二極體串列的亮度能趨於一致。
具體而言，控制裝置120利用誤差計算電路140來計算電晶體130a ~ 130n 中每一電晶體的發射極電壓VFi與對應參考電壓Vref之差。較佳者，誤差計 算電路140可放大每一電晶體的發射極電壓VFi與該參考電壓Vref之差，以
提升反饋信號的解析度。實作上，誤差計算電路140可用一個或多個運算放 大器來實現。例如，誤差計算電路140可為單一運算放大器，用來依序計算 電晶體130a 130n的發射極電壓與該參考電壓Vref之差。或者，誤差計算 電路140亦可利用多個運算放大器以平行處理的方式，同時計算電晶體 130a-130n的發射極電壓與該參考電壓Vref之差。舉例而言，誤差計算電 路140可利用第一運算放大器(圖未示)來計算電晶體130a的發射極電壓VF1 與該參考電壓Vref之差，並同時利用第二運算放大器(圖未示)來計算電晶體 130b的發射極電壓VF2與該參考電壓Vref之差，其中該第一與第二運算放 大器宜具有實質上相同的增益(gain)。
電晶體控制器150則會依據誤差計算電路140的計算結果，來調整晶體 管130a 130n中每一電晶體的基極電流Ibi，以使電晶體130a 130n的集 電極電流(亦即流經發光二極體串列110a-110n的電流Icl Icn)能趨近預 定值。以下將搭配圖2來進一步說明電晶體控制器150的運作與實施方式。
圖2所繪示為電晶體控制器150的一實施例簡化後的示意圖。由於晶體 管控制器150是以相同的方式與架構來調整電晶體130a 130n中每一電晶體 的基極電流與集電極電流，故以下僅舉電晶體控制器150調整電晶體130a的 基極電流Ibl的例子來進行說明。其中，圖2中除了電晶體130a及其對應的 發光二極體串列110a與阻抗元件160a以外，其它的電晶體、發光二極體串 列、及阻抗元件皆省略未顯示。如圖2所示，本實施例的電晶體控制器l50 包含電壓源210,用來輸出預定電壓Vd;可變電阻220，電性連接於電壓源 210與電晶體130a的基極之間；以及決定單元230,電性連接於誤差計算電 路140與可變電阻220，用以依據誤差計算電路140的計算結果來改變可變 電阻220的電阻值，以調整電晶體130a的基極電流Ibl。
當電晶體130a操作於主動區時，其集電極電流Icl與基極電流Ibl兩者 會呈以下的線性關係
formula see original document page 8 (1) 其中p為電晶體130a的共發射極電流增益。
誤差計算電路140計算電晶體130a的發射極電壓VFl與該參考電壓Vref 間的電壓差Verl的運作可用下式表達
Verl = A x (Vref - VF1) (2) 其中A為誤差計算電路140的增益。
假設可變電阻220的電阻值為Rl,則Rl與電晶體130a的基極電流Ibl 間的關係如下
Ibl x Rl = Verl - (VF1 + Vbe) (3)
其中Vbe為電晶體130a的基極與發射極間的跨電壓。由式(3)可知
~1 - — + 一 ,Ibl = (4)
將式(2)代入式(4)可得
^ x- m)- + 一 Ibl = "I
= ^ (5)
接著，將式(1)代入式(5)可以得到下列關係式
Icl = (6)
令K1-P xA、 K2=P x (A+l)，由於誤差計算電路140的增益A通常遠大 於l,故K1與K2會4m妄近。因此，可將式(6)改寫為下式 formula see original document page 10
(7)
式(7)中的K1、 Vbe、與P均為固定值，因此，電晶體控制器150中的決 定單元230可依據誤差計算電路140所輸出的計算結果Verl,來改變可變電 阻220的電阻值R1，以調整電晶體130a的基極電流Ibl。如此，便可達成控 制電晶體130a的集電極電流Icl的目的。在本實施例中，決定單元230會通 過調整可變電阻220的電阻值Rl的方式，將電晶體130a的集電極電流Icl 控制於預定值或預定範圍內。同樣地，電晶體控制器150可用相同的架構來 調整控制裝置120中其它電晶體130b 130n的集電極電流Ic2 ~ Icn。如此 一來，流經發光二極體串列110a ~ 110n的電流Icl、 Ic2 ~ Icn便會趨於一致， 故可大幅改善發光二極體串列110a ~ 11 On彼此間亮度不等的情形。
由上述說明可知，利用前揭的光源模塊100來作為液晶顯示面板的背光 模塊的光源，便可有效解決液晶顯示面板的色不均(Mura)現象。
雖然前述光源模塊100中每一發光二極體串列所包含的發光二極體為同 色的發光二極體，但此僅為一實施例，而非局限本發明的實際應用範圍。實 作上，發光二極體串列110a 110n彼此間的顏色亦可不同。例如，發光二極 管串列110a-110n中可包含第一顏色的至少一串列以及第二顏色的至少一 串列。實作上，不同顏色的發光二極體串列的總順向電壓值可能有所不同。 因此，誤差計算電路140可使用不同的參考電壓來比較不同顏色的發光二極 管串列所對應的反饋電壓VFi。或者，電晶體控制器150中的決定單元230 可為不同顏色的發光二極體串列分別設定不同的目標電流值，並利用前述的 反饋控制方式來控制個別發光二極體串列的亮度表現。
此外，前述控制裝置120中的局部或全部雙極結型電晶體(BJT)電晶體 130a ~ 130n可分別替換為多個絕緣柵雙極性電晶體(insulated-gate bipolar transistor, IGBT),且該等絕緣柵雙極性電晶體宜具有實質上相同 的傳導特性(Transconductance)。對絕續^冊雙才及性電晶體而言，其4空制端為 柵極(gate),而其第一端與第二端則與雙極結型電晶體相同，分別為集電極 與發射極。在此架構中，誤差計算電路140會依據每一絕緣柵雙極性電晶體
的發射極電壓計算出誤差值，而電晶體控制器150則會依據誤差計算電路WO
的計算結果來調整該絕緣柵雙極性電晶體的柵極輸入電壓，以控制該絕緣柵 雙極性電晶體的集電極電 流o
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求範圍所做的均 等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種控制裝置，用來控制多個發光二極體串列，其中該多個發光二極體串列的第一端皆電性連接於工作電壓，該控制裝置包含有多個電晶體，皆具有控制端、第一端與第二端，其中每一電晶體的第一端是電性連接於該多個發光二極體串列中一相對應串列的第二端，且該多個電晶體的第二端是分別通過多個阻抗元件接地；以及電晶體控制器，電性連接於該多個電晶體的控制端，用以依據每一電晶體的第二端的電壓來調整該電晶體的控制端的輸入信號，以控制該電晶體的第一端的電流。
2. 根據權利要求l所述的控制裝置，其還包含誤差計算電路，電性連接 於該電晶體控制器與該多個電晶體的第二端，用來計算每一電晶體的第二端 的電壓與對應參考電壓之差，其中該電晶體控制器依據該誤差計算電路的計算結杲來調整該電晶體的控制端的輸入信號。
3. 根據權利要求2所述的控制裝置，其中該誤差計算電路放大每一晶體 管的第二端的電壓與該參考電壓之差。
4. 根據權利要求2所述的控制裝置，其中該誤差計算電路包含有第一運 算放大器，用來分別計算該多個電晶體的第二端的電壓與該參考電壓之差。
5. 根據權利要求4所述的控制裝置，其中該誤差計算電路還包含第二運 算放大器，用來計算該多個電晶體中一第二電晶體的第二端的電壓與該參考 電壓之差。
6. 根據權利要求5所述的控制裝置，其中該第一與第二運算放大器具有 實質上相同的增益。
7. 根據權利要求1所述的控制裝置，其中該多個電晶體皆為雙極性電晶體。
8. 根據權利要求7所述的控制裝置，其中該多個電晶體具有實質上相同 的共發射極電流增益。
9. 根據權利要求7所述的控制裝置，其中該電晶體控制器包含有 電壓源，用來輸出預定電壓；可變電阻，電性連接於該電壓源與該多個電晶體中 一相對應電晶體的控 制端之間；以及決定單元，電性連4矣於該i吳差計算電路與該可變電阻，用以依據該誤差 計算電路的計算結果來改變該可變電阻的電阻值，以調整該相對應電晶體的 控制端的輸入電 流。
10. 根據權利要求1所述的控制裝置，其中該多個電晶體為絕緣柵雙極性電晶體。
11. 根據權利要求IO所述的控制裝置，其中該多個電晶體具有實質上相同的傳導特性。
12. 根據權利要求IO所述的控制裝置，其中該電晶體控制器依據該誤差 計算電路的計算結果來調整每一電晶體的控制端的輸入電壓，以控制該晶體 管的第一端的電流。
13. 根據權利要求1所述的控制裝置，其中該多個電晶體中包含至少一 雙極結型電晶體以及至少 一絕緣柵雙極性電晶體。
14. 根據權利要求1所述的控制裝置，其中該多個阻抗元件具有實質上 相同的阻抗值。
15. 根據權利要求1所述的控制裝置，其中該多個發光二極體串列包含 有對應於第一顏色的第一串列以及對應於第二顏色的第二串列。
16. 根據權利要求1所述的控制裝置，其中該多個電晶體皆操作於主動區。
17. 根據權利要求1所述的控制裝置，其中該控制端為基極，該第一端 為集電極，而該第二端為發射極。
18. —種光源模塊，其包含有多個發光二極體串列，皆具有第一端與第二端，其中該多個發光二極體 串列的第 一端皆電性連接於工作電壓；多個電晶體，皆具有控制端、第一端與第二端，其中每一電晶體的第一 端是電性連接於該多個發光二極體串列中 一相對應串列的第二端，且該多個 電晶體的第二端分別通過多個阻抗元件接地；誤差計算電路，電性連接於該多個電晶體的第二端，用來分別計算每一 電晶體的第二端的電壓與對應參考電壓之差；以及電晶體控制器，電性連接於該誤差計算電路與該多個電晶體的控制端，用以依據該誤差計算電路的計算結果來控制每一電晶體的第一端的電流。
19. 根據權利要求18所述的光源模塊，其中該多個電晶體為雙極性晶體
20. 根據權利要求19所述的光源模塊，其中該電晶體控制器依據該誤差 計算電路的計算結果來調整每一電晶體的控制端的輸入電流，以控制該晶體 管的第一端的電流。
21. 根據權利要求19所述的光源模塊，其中該多個電晶體具有實質上相同的共發射極電流增益。
22. 根據權利要求18所述的光源模塊，其中該多個電晶體為絕緣柵雙極 性電晶體。
23. 根據權利要求22所述的光源模塊，其中該電晶體控制器依據該誤差 計算電路的計算結果來調整每一電晶體的控制端的輸入電壓，以控制該晶體 管的第一端的電流。
24. 根據權利要求18所述的光源模塊，其中該多個發光二極體串列是對 應於相同顏色。
25. 根據權利要求18所述的光源模塊，其中該多個電晶體皆操作於主動區。
26. 根據權利要求18所述的光源模塊，其中該控制端為基極，該第一端 為集電極，而該第二端為發射極。
全文摘要
本發明是用來控制多個發光二極體串列的控制裝置與相關的光源模塊，其中該多個發光二極體串列的第一端皆電性連接於工作電壓。本發明所提出的控制裝置之一包含有多個電晶體，皆具有控制端、第一端與第二端，其中每一電晶體的第一端是電性連接於該多個發光二極體串列中一相對應串列的第二端，且該多個電晶體的第二端是分別通過多個阻抗元件接地；以及電晶體控制器，電性連接於該多個電晶體的控制端，用以依據每一電晶體的第二端的電壓來調整該電晶體的控制端的輸入信號，以控制該電晶體的第一端的電流。
文檔編號H05B33/02GK101193476SQ20061016253
公開日2008年6月4日 申請日期2006年11月27日 優先權日2006年11月27日
發明者林信彰, 趙翰楀, 陳弼先 申請人:中華映管股份有限公司