發光模塊以及發光二極體發光模塊的控制裝置的製作方法

2023-12-07 19:30:11 2

專利名稱：：發光模塊以及發光二極體發光模塊的控制裝置的製作方法
技術領域：
：本發明有關一種發光二極體發光模塊以及發光二極體發光模塊調整裝置；特別是有關於一種在驅動發光二極體發光模塊前，對發光二極體發光模塊的每一通道進行調整以提供最適當的脈波寬度調變(PWM)，使得發光二極體發光模塊能以最適當的PWM信號來控制發光二極體發光模塊的每一通道，以達到節省能源的目的，同時也可達到發光二極體發光模塊在發光照射的區域中維持亮度及彩色的一致。
背景技術：
：目前大尺寸液晶電視(LCDTV)所使用的發光模塊(backlightmodule)大多採冷陰極螢光管(ColdCathodeFluorescentLamp；CCFL)或發光二極體(LightEmittingDiode；LED)為光源的直照方式。由於CCFL燈管是使用水銀(Hg)作為發光材料，而水銀無論在生產製造或是後續回收處理均有環保的問題，同時CCFL燈管必須與外界空氣隔離，才能增加其使用壽命；以及，再加上發光二極體技術日臻完善，其發光效率已較CCFL燈管更具優勢，且發光二極體技術對其色彩、亮度控制也極為彈性、容易，因此，由發光二極體所形成的直下式發光模塊，已逐漸取代CCFL燈管成為發光模塊主要的發光元件。請參考1圖1，是一種現有的發光二極體所形成的直下式發光模塊的示意圖。如圖1所示，直下式發光裝置400是由多個發光通道G01-40n；η=整數)所形成，而每一個發光通道401由多個發光二極體500所形成。然而，以發光二極體作為直下式發光模塊的主要缺點之一是，個別發光二極體的亮度很難達到完全一致，尤其當以紅光、綠光、藍光發光二極體三者混合而產出白光時，其白光的色溫(colortemperature)是難以控制。此外，不同色光的發光二極體其亮度對於溫度變化的反應也不盡相同，當發光二極體使用一段時間後，發光二極體的溫度會隨著時間升高，且個別發光二極體的亮度差異會日漸擴大；例如，當溫度由室溫提升到溫度80°C以上時，紅光發光二極體的亮度衰減最多、其次是藍光發光二極體，再其次是綠光發光二極體。因此，這種利用多個發光二極體組成的直下式發光模塊，其容易受到個別發光二極體的變異而影響其色溫與亮度的均勻。此外，在現有技術中，用來驅動直下式發光模塊中的發光二極體的模擬電路驅動電路，大都將三角波產生器及放大器所產生的控制信號輸入至直流對直流轉換器600(DC-DCConverter)中，以控制發光二極體的開啟或關掉。特別是使用降壓型(bucktype)或升壓型(boosttype)的直流對直流轉換器。然而，當上述的直流對直流轉換器600被用來驅動具有多個被串聯成一體的發光二極體所形成的陣列(Array)時，每一個發光二極體的光通量會因每一發光二極體的順向電壓的偏差而變化，因此，無法有效控制發光二極體陣列(LEDArray)的色溫與亮度的均勻。此外，為解決每一個發光二極體的電壓變化，有些技術使用查表方式(look-uptable)來進行，然而這些方法都需要使用大量的內存，使得這技術無法整合製造成一顆晶片中。
發明內容為了解決上述問題，本發明的一主要目的在於提供一種具有調整脈波寬度功能的調變單元，用以將一模擬的PWM信號轉換為數位訊號，並經過校正單元處理後，再將校正處理後的數字控制信號轉換成相應的模擬信號，使得本發明的調變單元能夠以半導體工藝形成晶片來控制PWM模擬信號。為了解決上述問題，本發明的另一主要目的在於提供一種具有調整功能的脈波寬度調變控制裝置，用以將一模擬的PWM信號轉換為數位訊號，並經過校正單元處理後，再將校正處理後的數字控制信號轉換成相應的模擬信號，使得本發明的具有調整功能的脈波寬度調變控制裝置能夠以半導體工藝形成晶片來控制PWM模擬信號。本發明的另一主要目的在於提供一種具有調整脈波寬度功能的控制裝置，通過多條校正迴路的信息，使得控制裝置能依據LED陣列發光裝置中的每一個發光裝置的實際狀態進行PWM信號的調整，以適當的電流提供至每一個發光裝置，故可以避免LED陣列發光裝置驅動不良而造成亮度或彩色不一致情形。依據上述目的，本發明首先提供一種具有調整脈波寬度功能的調變單元，調變單元與一第一數位訊號及多個不同編碼的第二數位訊號連接，調變單元包括一有限狀態機，輸入端與第一數位訊號連接，並將第一數位訊號以一預設的控制要求進行編碼，並產生及輸出多個不同編碼的第三數位訊號；一多功單元，由多個電路元件所組成，每一電路元件的第一輸入端與多個不同的第三數位訊號連接，而每一該電路元件的一第二輸入端與多個不同編碼的第二數位訊號其中一個連接，並輸出多個不同編碼的第四數位訊號；以及一個波形產生單元，其第一輸入端與第一數位訊號連接，而第二輸入端與多個不同編碼的第四數位訊號連接，並將多個不同編碼的第四數位訊號其轉換成多個模擬信號。其中，該預設的控制要求為一等比例降低輸入脈波寬度調變信號的有效周期。其中，該有限狀態機是以並行處理方式產生該多個不同編碼的第三數位訊號。其中，該多功單元中的該些電路元件為一多任務選擇器。本發明接著提供一種具有調整脈波寬度功能的控制裝置，控制裝置與一輸入脈波寬度調變信號及多條校正迴路連接，控制裝置包括一量測單元，對輸入脈波寬度調變信號進行計數，將輸入脈波寬度轉換為多個位的第一數位訊號並輸出多個位的第一數位訊號；一校正單元，與多條校正迴路連接並產生多個不同編碼的第二數位訊號；一調變單元，其輸入端與多個位的第一數位訊號及多個不同編碼的第二數位訊號連接，並將多個位的第一數位訊號以一預設的控制要求進行編碼，並依據控制要求輸出多個模擬信號。其中，該預設的控制要求為一等比例降低輸入脈波寬度調變信號的有效周期。其中，調變單元與多個位的第一數位訊號及多個不同編碼的第二數位訊號連接，調變單元包括一有限狀態機，其一輸入端與該多個位的第一數位訊號連接，並將第一數位訊號以該預設的控制要求進行編碼，並產生及輸出多個不同編碼的第三數位訊號；一多功單元，由多個電路元件所組成，每一該電路元件的第一輸入端與多個不同的第三數位訊號連接，而每一電路元件的第二輸入端與多個不同編碼的第二數位訊號其中一個連接，並輸出多個不同編碼的第四數位訊號；以及一個波形產生單元，其第一輸入端與多個位的第一數位訊號連接，而第二輸入端與多個不同編碼的第四數位訊號連接，並將多個不同編碼的第四數位訊號其轉換成多個模擬信號。其中，該多功單元中的該些電路元件為一多任務選擇器。本發明再提供一種發光模塊，包括一電壓轉換裝置，將一個輸入電壓轉換成一個較高的輸出電壓；一控制裝置，與一輸入脈波寬度調變信號及多條校正迴路連接，該控制裝置包括一量測單元，對輸入脈波寬度調變信號進行計數，將輸入脈波寬度轉換為多個位的第一數位訊號並輸出該多個位的第一數位訊號；一校正單元，與多條校正迴路連接並產生多個不同編碼的第二數位訊號；一調變單元，其輸入端與多個位的第一數位訊號及多個不同編碼的第二數位訊號連接，並將多個位的第一數位訊號以一預設的控制要求進行編碼，並依據控制要求輸出多個模擬信號；一電流穩壓裝置，與控制裝置所輸出的多個模擬信號連接；多條校正迴路，與校正單元及電流穩壓裝置連接；以及一LED發光裝置，由多個LED發光單元所組成，每一LED發光單元與每一模擬信號連接。其中，該調變單元與該多個位的第一數位訊號及該多個不同編碼的第二數位訊號連接，該調變單元包括一有限狀態機，其一輸入端與該多個位的第一數位訊號連接，並將該第一數位訊號以該預設的控制要求進行編碼，並產生及輸出多個不同編碼的第三數位訊號；一多任務單元，由多個電路元件所組成，每一該電路元件的一第一輸入端與該多個不同的第三數位訊號連接，而每一該電路元件的一第二輸入端與該多個不同編碼的第二數位訊號其中一個連接，並輸出多個不同編碼的第四數位訊號；以及一個波形產生單元，其一第一輸入端與該多個位的第一數位訊號連接，而一第二輸入端與該多個不同編碼的第四數位訊號連接，並將該多個不同編碼的第四數位訊號其轉換成多個模擬信號。其中，該些LED發光單元為LED燈串。經由本發明所提供的具有調整脈波寬度調變功能的控制裝置以及使用本具有調整脈波寬度調變功能的控制裝置所形成的發光模塊，可以避免驅動不良而造成亮度或彩色不一致情形。圖1為一種現有的發光二極體所形成的直下式發光模塊的示意圖；圖2為本發明的LED陣列發光模塊的系統方塊示意圖；圖3為本發明的DPWM調變單元的系統方塊示意圖；圖4為本發明的DPWMFSM進行數字編碼的示意圖；圖5為本發明的多功單元的實際電路示意圖；主要元件符號說明10LED陣列發光模塊100電壓轉換裝置200P麗控制裝置210PWM量測單元230校正單元230250DPWM調變單元2510DP麗的有限狀態機2530多任務單元2550波形產生單元300電流穩壓裝置310校正迴路400LED陣列發光裝置40140nLED燈串(LEDString)500LED元件600直流對直流轉換器具體實施例方式由於本發明揭露一種發光二極體(LED)發光模塊調整裝置，特別是有關於一種在驅動LED發光模塊前，對LED發光模塊的每一通道進行調整以提供最適當的脈波寬度調變；其中所利用到的一些關於LED、LED所形成的發光模塊、電流穩壓裝置、直流對直流轉換器等，利用現有技術來達成，故在下述說明中，並不作完整描述。此外，於下述內文中的圖式，亦並未依據實際的相關尺寸完整繪製，其作用僅在表達與本發明特徵有關的示意圖。此外，在後續說明中，會將如下的名詞以英文字母來取代，例如發光二極體以LED來取代、脈波寬度調變以PWM來取代、輸入的脈波寬度調變信號以PWM_in來取代及具有調整功能的脈波寬度調變以DPWM來取代。首先，請參閱圖2，本發明的LED陣列發光模塊的系統方塊示意圖。如圖2所示，LED陣列發光模塊10包括一個電壓轉換裝置100、一個PWM控制裝置200、一個與PWM控制裝置200連接的電流穩壓裝置300以及一個與電壓轉換裝置100及電流穩壓裝置300連接的LED陣列發光裝置400所組成。如圖2所示，電壓轉換裝置100用以將一個輸入電壓Vin轉換成一個較高的輸出電壓Vout；其中此電壓轉換裝置100可以是直流對直流轉換器；接著，將轉換後的輸出電壓輸入至一個LED陣列所形成的發光裝置400，例如一種使用在液晶電視中的LED陣列背光模塊；LED陣列發光裝置400可以是由多個LED元件500所形成，或是由多個LED燈串(LEDString)401所形成，其中每一個LED燈串由多個LED元件500所形成，如圖1所示。接著，本發明的LED陣列發光模塊還包括一個具有調整功能的脈波寬度調變控制裝置200(DimmingPWMController；DPWMController)，是將一個PWM_in轉換為多個DPWM控制信號(DPWMChannel；DPWM_ch)，其中，PWM_in是由配置有LED陣列發光裝置400的顯示系統所提供；例如由液晶電視的控制器提供；其中，PWM控制裝置200由PWM量測單元210、校正單元230及DPWM調變單元250所組成。之後，DPWM控制裝置200將轉換後的每一個模擬的DPWM控制信號(即模擬的PWM信號)輸出至電流穩壓裝置300(CurrentRegulator)中，再由電流穩壓裝置300將每一個模擬的DPWM控制信號經過適當的處理後，將每一個通道的電流輸入至一個LED陣列發光裝置400中。因外，本發明的具有調整功能的脈波寬度調變控制裝置，用以將一模擬的PWM信號轉換為數位訊號，並經過校正單元處理後，再將校正處理後的數字控制信號轉換成相應的模擬信號，使得本發明的具有調整功能的脈波寬度調變控制裝置，能夠以半導體工藝形成晶片來控制PWM模擬信號。再請參考圖2，電流穩壓裝置300會將多個預設數量的回授信號與DPWM控制裝置200中的校正單元230連接，以形成一個電流互動校正迴路310(currentcalibrationhandshakeloop)；在本發明中，為了避免過於複雜的說明，本實施例的電流穩壓裝置300的預設回授信號為3個；即本發明的電流互動校正迴路310是以每通道有3條回授信號將電流穩壓裝置300與校正單元230連接，因此可以使校正單元230產生N個通道校正的信號Ch0_cal[2:0]ChN_cal[2:0]，其中[2:0]即代表每個通道有三條回授信號(即3bits)。在此要強調，本發明中的電流互動校正迴路310其可以是2條回授信號(使校正單元230產生N通道校正的信號Ch0_Cal[l:0]ChN_cal[l:0])、4條回授信號(使校正單元230產生N通道校正的信號Ch0_Cal[3:0]ChN_cal[3:0])或是其它大於四條回授信號者，對此本發明並不加以限制；而在本實施例則是以預設為3條回授信號。很明顯地，這些多條的校正的信號都是以數位訊號方式傳遞。當本發明的LED陣列發光裝置400開機後，電流互動校正迴路310即經由3條回授信號送至校正單元230，並使校正單元230產生N條校正的信號(即Ch0_cal[2:0]ChN_cal[2:0])，其主要目的是經由電流穩壓裝置300將LED陣列發光裝置400中的每一個通道的LED元件500或是多個LED燈串401的目前狀態送至PWM控制裝置200中的校正單元230，並使校正單元230產出生N條校正的數位訊號(Ch0_Cal[2:0]ChN_cal[20])，並將此N條校正的數位訊號送至DPWM調變單元250中；其中，所述的目前狀態是指每一個發光單元(例如每一通道的LED元件500或是每一個LED燈串401)的偏壓狀態不相同，因此，需要以不同的電流去驅動；特別是要以PWM來達到節省能源的目的時，更是需要視每一個發光單元的狀態而給予適當的驅動電流，以避免驅動不良而造成亮度或彩色不一致情形。在前述的電流互動校正迴路310操作的過程中，DPWM控制裝置200中的PWM量測單元210會對PWM_in的信號進行計數(counting)，以量測出DPWM控制裝置200是要以多少位來傳遞數位訊號，並將這些位的數位訊號傳遞至DPWM調變單元250中，以產生多個DPWM控制信號(即DPWM_chODPWM_chN)，並將這些DPWM控制信號傳送至電流穩壓裝置300。例如當LED陣列發光模塊10的頻率信號(timeclock)為20MHz，而PWM_in的信號有效周期(dutycycle)為IKHz時，則由當PWM量測單元210以LED陣列發光模塊10的頻率信號對PWM_in的信號進行計數後，可以數20，000次，而將20，000轉換成二進碼時，即可使用15位來表示20,000這個數字並以PWM_pulse[14:0]表示。接著，請參考圖3，本發明的DPWM調變單元的系統方塊示意圖。如圖3所示，DPWM調變單元包括一個DPWM的有限狀態機(DPWMFiniteStateMachine；DPWMFSM)2510；一個多功單元(Multiplexer)2530以及一個波形產生單元(WaveformGenerator)2550；其中，DPWMFSM2510會將由PWM量測單元210輸入的15位的數位訊號(即PWM_pulse[14:0])並依據預設的PWM信號控制要求將進行數字編碼，此一控制要求為一等比例降低PWM_in的有效周期；例如如果預設的控制要求是以將PWM_in依序降低0.4%的有效周期來提供發光單元時，則DPWMFSM2510會依序送出8個經校正之後的DPWM數位訊號(CalO_DPWM_pulse[14:0]Cal7_DPWM_pulse[14:0])，其中每一校正的DPWM控制是將PWM_in依序降低4%；則DPWMFSM2510會依序送出8個校正後的DPWM數位訊號如下權利要求1.一種具有調整脈波寬度功能的調變單元，與一第一數位訊號及多個不同編碼的第二數位訊號連接，其特徵在於，該調變單元包括一有限狀態機，其一輸入端與該第一數位訊號連接，並將該第一數位訊號以一預設的控制要求進行編碼，並產生及輸出多個不同編碼的第三數位訊號；一多功單元，由多個電路元件所組成，每一該電路元件的一第一輸入端與該多個不同的第三數位訊號連接，而每一該電路元件的一第二輸入端與該多個不同編碼的第二數位訊號其中一個連接，並輸出多個不同編碼的第四數位訊號；以及一個波形產生單元，其一第一輸入端與該第一數位訊號連接，而一第二輸入端與該多個不同編碼的第四數位訊號連接，並將該多個不同編碼的第四數位訊號其轉換成多個模擬信號。2.如權利要求1所述的調變單元，其特徵在於，該預設的控制要求為一等比例降低輸入脈波寬度調變信號的有效周期。3.如權利要求1所述的調變單元，其特徵在於，該有限狀態機是以並行處理方式產生該多個不同編碼的第三數位訊號。4.如權利要求1所述的調變單元，其特徵在於，該多功單元中的該些電路元件為一多任務選擇器。5.一種具有調整脈波寬度功能的控制裝置，與一輸入脈波寬度調變信號及多條校正迴路連接，其特徵在於，該控制裝置包括一量測單元，對該輸入脈波寬度調變信號進行計數，將該輸入脈波寬度轉換為多個位的第一數位訊號並輸出該多個位的第一數位訊號；一校正單元，與該多條校正迴路連接並產生多個不同編碼的第二數位訊號；一調變單元，其輸入端與該多個位的第一數位訊號及該多個不同編碼的第二數位訊號連接，並將該多個位的第一數位訊號以一預設的控制要求進行編碼，並依據該控制要求輸出多個模擬信號。6.如權利要求5所述的控制裝置，其特徵在於，該預設的控制要求為一等比例降低輸入脈波寬度調變信號的有效周期。7.如權利要求5所述的控制裝置，其特徵在於，該調變單元與該多個位的第一數位訊號及該多個不同編碼的第二數位訊號連接，該調變單元包括一有限狀態機，其一輸入端與該多個位的第一數位訊號連接，並將該第一數位訊號以該預設的控制要求進行編碼，並產生及輸出多個不同編碼的第三數位訊號；一多功單元，由多個電路元件所組成，每一該電路元件的一第一輸入端與該多個不同的第三數位訊號連接，而每一該電路元件的一第二輸入端與該多個不同編碼的第二數位訊號其中一個連接，並輸出多個不同編碼的第四數位訊號；以及一個波形產生單元，其一第一輸入端與該多個位的第一數位訊號連接，而一第二輸入端與該多個不同編碼的第四數位訊號連接，並將該多個不同編碼的第四數位訊號其轉換成多個模擬信號。8.如權利要求7所述的控制裝置，其特徵在於，該多功單元中的該些電路元件為一多任務選擇器。9.一種發光模塊，其特徵在於，包括一電壓轉換裝置，將一個輸入電壓轉換成一個較高的輸出電壓；一控制裝置，與一輸入脈波寬度調變信號及多條校正迴路連接，該控制裝置包括一量測單元，對該輸入脈波寬度調變信號進行計數，將該輸入脈波寬度轉換為多個位的第一數位訊號並輸出該多個位的第一數位訊號；一校正單元，與該多條校正迴路連接並產生多個不同編碼的第二數位訊號；一調變單元，其輸入端與該多個位的第一數位訊號及該多個不同編碼的第二數位訊號連接，並將該多個位的第一數位訊號以一預設的控制要求進行編碼，並依據該控制要求輸出多個模擬信號；一電流穩壓裝置，與該控制裝置所輸出的該多個模擬信號連接；多條校正迴路，與校正單元及該電流穩壓裝置連接；以及一LED發光裝置，由多個LED發光單元所組成，每一該LED發光單元與每一該模擬信號連接。10.如權利要求9所述的發光模塊，其特徵在於，該調變單元與該多個位的第一數位訊號及該多個不同編碼的第二數位訊號連接，該調變單元包括一有限狀態機，其一輸入端與該多個位的第一數位訊號連接，並將該第一數位訊號以該預設的控制要求進行編碼，並產生及輸出多個不同編碼的第三數位訊號；一多任務單元，由多個電路元件所組成，每一該電路元件的一第一輸入端與該多個不同的第三數位訊號連接，而每一該電路元件的一第二輸入端與該多個不同編碼的第二數位訊號其中一個連接，並輸出多個不同編碼的第四數位訊號；以及一個波形產生單元，其一第一輸入端與該多個位的第一數位訊號連接，而一第二輸入端與該多個不同編碼的第四數位訊號連接，並將該多個不同編碼的第四數位訊號其轉換成多個模擬信號。11.如權利要求9所述的發光模塊，其特徵在於，該些LED發光單元為LED燈串。全文摘要一種發光模塊以及發光二極體發光模塊的控制裝置，包括有限狀態機，其輸入端與第一數位訊號連接，並將第一數位訊號以一預設的控制要求進行編碼，並輸出多個不同編碼的第三數位訊號；多功單元，由多個電路元件所組成，每一電路元件的輸入端與多個不同的第三數位訊號連接，而每一電路元件的另一輸入端與多個不同編碼的第二數位訊號其中一個連接，並輸出多個不同編碼的第四數位訊號；以及波形產生單元，其輸入端與第一數位訊號連接，而另一輸入端與多個不同編碼的第四數位訊號連接，並將多個不同編碼的第四數位訊號其轉換成多個模擬信號。文檔編號H05B37/02GK102469645SQ20101053556公開日2012年5月23日申請日期2010年11月4日優先權日2010年11月4日發明者宋宏達申請人:恆耀電子股份有限公司