用于控制发光二极管的驱动电流的背光控制装置及方法

专利名称：用于控制发光二极管的驱动电流的背光控制装置及方法
技术领域：
本发明是关于 一 种薄膜液晶显示器的背光模块(TFT-LCD backlight module),尤指一种用于控制发光二极管的驱动电流的背光控制装置。
背景技术：
一般的发光二极管电流控制集成电路通常用固定的电阻来控制背光模块 的电流，以控制背光模块的亮度，其缺点是固定的电阻来控制背光模块的电 流，背光模块的驱动电流即无法调整，且长期使用电路组件可能造成背光模 块的驱动电流不可预期的变化；此外，某些种类发光二极管(LED)，例如有机 发光二极管(OLED)内的驱动电流可能因为整流器的操作温度改变而发生变 化，结果，可能不利于背光模块内发光二极管的光度。因此，需要一种可调 整的控制发光二极管系统内背光模块的驱动电流的方法及装置。
图1说明一现有用于可程序控制界面的方式来调整背光模块100内发光 二极管的光度，例如微处理器，利用使用者介面101将预定的电流值或预设 的电压值通过微处理器微控制器102输入发光二极管控制器103，依照其数字 储存暂存器所储存的预定的电流值或预设的电压值，输出预定的电流或预设 的电压至电流输出单元，其产生输出的电流104以调整发光二极管105发光。
然而上述可程序控制界面的方式来调整背光模块内发光二极管的方法， 背光并无法随显示影像的亮度做动态调整，即当一画面或画面某区域欲显示 较暗的背光亮度，现有方法无法动态调低所述的区域背光亮度，反之；同一 画面或画面某区域欲显示较亮的区域，现有方法无法动态调高所述的区域背 光亮度。由于现有方法借由使用者输入一预设的亮度，因此背光模块无法根 据影像的灰阶即时调整相对应的亮度，造成影像的亮度对比品质低落
发明内容
本发明的一实施例提供一种用于控制发光二极管的驱动电流的背光控制 装置，包含脉冲宽度调变控制单元、电流输出单元耦接于脉冲宽度调变控制 单元、及移位暂存器耦接于脉冲宽度调变控制单元，用来暂存控制脉冲宽度 调变控制单元的控制信号。本发明的另一实施例提供一种用于控制发光二极管的驱动电流的背光控 制装置，包含脉冲宽度调变控制单元、电流控制单元、电流输出单元耦接于 脉冲宽度调变控制单元与电流控制单元、选择器，其第一端耦接于脉冲宽度 调变控制单元，第二端耦接于电流控制单元，及移位暂存器，耦接于脉冲宽 度调变控制单元及电流控制单元，用来暂存控制脉冲宽度调变控制单元或电 流控制单元的控制信号。本发明的又一实施例提供一种控制发光二极管的驱动电流的方法，包含 利用电流控制单元控制电流输出单元的电流源输出预定电流，及于电流输出 单元输出预定电流之后，利用脉冲宽度调变控制单元控制电流输出单元的金 属氧化半导体晶体管的开启和关闭来调整电流输出单元输出的电流。本发明可解决背光无法均匀发光的问题亦可以随显示影像数据动态调整 背光亮度以提高对比及节省电源。


图1为现有背光模块的示意图；图2为本发明第一实施例的背光控制装置的示意图； 图3为本发明第二实施例的背光控制装置的示意图； 图4为本发明第三实施例的背光控制装置的示意图； 图5为本发明第四实施例的背光控制装置的示意图； 图6为本发明第五实施例的背光控制装置的示意图； 图7为本发明的基本操作时序图； 图8为本发明背光各通道的脉冲宽度调变时序图；图9为本发明控制红绿蓝三原色背光控制装置的示意图。附图标号100背光模块101使用者介面102微控制器103发光二极管控制器104输出电流105发光二极管200、300、400、500、 600背光控制装置206、306、406、501移位暂存器502选择器202、302、503脉冲宽度调变控制单元504电流控制单元204、304、505、605电流输出单元210、506N型金属氧化半导体晶体管208、308、507、607电流源212、312、508、510暂存器214、314、509、511控制单元310、606P型金属氧化半导体晶体管具体实施方式
请参阅图2，图2显示本发明第1实施例背光控制装置200的示意图。背 光控制装置200包含复数个脉冲宽度调变(PWM)控制单元202，脉冲宽度调变 控制单元202包含一 PWM暂存器212及一控制单元214，复数个电流输出单 元204分别耦接于脉冲宽度调变控制单元202的控制单元214，及一移位暂存 器206耦接于复数个脉冲宽度调变控制单元202的PWM暂存器212，用来暂 存控制复数个脉冲宽度调变控制单元202的控制信号。每一电流输出单元204包含电流源208及N型金属氧化半导体晶体管 210，电流源208耦接于低准位，N型金属氧化半导体晶体管210的源极耦接 于电流源208，其栅极耦接于脉冲宽度调变控制单元202。每一脉冲宽度调变 控制单元202包含PWM暂存器212及控制单元214， PWM暂存器212耦接 于移位暂存器206以储存其相关亮度播放信号，控制单元214依据PWM暂存 器212的相关亮度播放信号，输出相对应的PWM信号；其原理为控制单元 214输出PWM信号为高准位信号与低准位信号混合的周期信号，其混合的周 期信号对N型金属氧化半导体晶体管210的栅极而言，以开启和关闭N型金 属氧化半导体晶体管210的栅极时间长短方式调整电流，若储存在暂存器212 的相关播放信号的亮度越亮，控制单元214输出PWM信号为高准位信号比例 越高，开启N型金属氧化半导体晶体管210的栅极时间越长；反之，若储存 在PWM暂存器212的相关播放信号的亮度越暗，控制单元214输出PWM信 号为低准位信号比例越高，关闭N型金属氧化半导体晶体管210的栅极时间 长，如此控制单元214输出PWM信号即可随播放信号的亮度动态调整背光亮 度。控制单元214输入端耦接于PWM暂存器212，其输出端耦接于相对应的 N型金属氧化半导体晶体管210的栅极，因此，背光控制装置200可利用控 制单元214输出的PWM信号以开启和关闭N型金属氧化半导体晶体管210 的方式调整电流输出单元204输出的电流值。在此实施例中，移位暂存器206耦接于复数个脉冲宽度调变控制单元202 ， 移位暂存器206储存容量不比所有的通道(CH)的PWM暂存器212储存容量 总和大，因此，移位暂存器206会先储存某一通道的控制信号，所述的信号 为相关亮度播放信号，并使控制信号传送至属于所述的通道的PWM暂存器 212，移位暂存器206再储存下一通道的控制信号，并使控制信号传送至属于 所述的通道的PWM暂存器212，移位暂存器206会依此方式暂存每一通道的
控制信号，并依序地使控制信号传送至属于所述的通道的PWM暂存器212。 请参阅图3，图3显示本发明第2实施例背光控制装置300的示意图。背 光控制装置300与背光控制装置200的相异处在于背光控制装置300的电流 输出单元304包含电流源308及P型金属氧化半导体晶体管310，电流源308 耦接于一低准位，P型金属氧化半导体晶体管310的漏极耦接于电流源308。 如同背光控制装置200，背光控制装置300以开启和关闭P型金属氧化半导体 晶体管310的方式调整电流输出单元304输出的电流值。控制单元314输出PWM信号为高准位信号与低准位信号混合的周期信 号，其混合的周期信号对P型金属氧化半导体晶体管310的栅极而言，以开 启和关闭P型金属氧化半导体晶体管310的栅极时间长短方式调整电流，若 相关播放信号的亮度越亮，控制单元314输出PWM信号为低准位信号比例越 高，开启P型金属氧化半导体晶体管310的栅极时间越长；反之，若相关播 放信号的亮度越暗，控制单元314输出PWM信号为高准位信号比例越高，关 闭P型金属氧化半导体晶体管310的栅极时间长，如此控制单元314输出PWM信号即可随播放信号的亮度动态调整背光亮度。请参阅图4，图4显示本发明第3实施例背光控制装置400的示意图。背 光控制装置400与背光控制装置200的相异处在于背光控制装置400包含复 数个移位暂存器406。此复数个移位暂存器406分别耦接于复数个脉冲宽度调 变控制单元202。第一个移位暂存器耦接于第一个通道的脉冲宽度调变控制单元，第二个 移位暂存器耦接于第二个通道的脉冲宽度调变控制单元...如此，每一个移位 暂存器406耦接于个别不同通道的脉冲宽度调变控制单元202，也就是说，每一个移位暂存器406控制着不同通道的脉冲宽度调变控制单元202，这样移位 暂存器与脉冲宽度调变控制单元一对一的耦接关系，相对于一个移位暂存器 耦接所有通道的脉冲宽度调变控制单元202(如图2、图3及图6所示)比较简 单，此一对一的耦接关系设计上较简单。
请参阅图5，图5显示本发明第4实施例背光控制装置500的示意图。背 光控制装置500包含复数个脉冲宽度调变控制单元503，复数个电流控制单元 504，复数个电流输出单元505， 一选择器502， 一移位暂存器501，用来暂存 控制脉冲宽度调变控制单元503或电流控制单元504的控制信号。每一电流输出单元505包含电流源507及N型金属氧化半导体晶体管 506，电流源507耦接于一低准位，N型金属氧化半导体晶体管506的源极耦 接于电流源507，其栅极耦接于脉冲宽度调变控制单元503。每一脉冲宽度调 变控制单元503包含PWM暂存器508及控制单元509， PWM暂存器508的 第一输入端耦接于选择器502， PWM暂存器508的第二输入端耦接于移位暂 存器501，PWM暂存器508的输出端耦接于相对应的控制单元509的输入端， 而控制单元509的输出端耦接于相对应的N型金属氧化半导体晶体管506的 栅极，因此，背光控制装置500利用开启和关闭N型金属氧化半导体晶体管 506的方式调整电流输出单元505输出的电流值。每一电流控制单元504包含暂存器510及控制单元511，暂存器510的第 一输入端耦接于选择器502，暂存器510的第二输入端耦接于移位暂存器501， 暂存器510的输出端耦接于相对应的控制单元511的输入端，而控制单元511 的输出端耦接于相对应的N型金属氧化半导体晶体管506的源极，用来调整 N型金属氧化半导体晶体管506源极的电压以调整电流输出单元505输出的 电流值。因背光模块的电子元件个别电子特性的差异，或因长期使用电路组件可 能造成背光模块的驱动电流不可预期的变化，此外；某些种类发光二极管， 例如有机发光二极管(OLED)内的驱动电流可能因为整流器的操作温度改变 而发生变化，此电流控制单元504可以由使用者通过可程序控制界面的方式 来调整背光模块内发光二极管的光度，例如微处理器通常具I2C，为一种常见 的可程序控制界面，利用可程序控制界面将预定的电流值或预设的电压值通 过微处理器输入移位暂存器501，再输入电流控制单元504，依照其暂存器510 所储存的预定的电流值或预设的电压值，经控制单元511输出预定的电流或预设的电压至电流输出单元505，其产生输出的电流以调整发光二极管发光。 在此实施例中，移位暂存器501的第一输出端耦接于复数个脉沖宽度调 变控制单元503，第二输出端耦接于复数个电流控制单元504。移位暂存器501 的第一输出端依照选择器502的设定，以决定是否输入脉冲宽度调变控制单 元503，同理；移位暂存器501的第二输出端依照选择器502的设定，以决定 是否输入电流控制单元504。因此，移位暂存器501会依序地暂存每一通道的 控制信号，并依序地使控制信号传送至脉冲宽度调变控制单元503或电流控 制单元504。请参阅图6，图6显示本发明第5实施例背光控制装置600的示意图。背 光控制装置600与背光控制装置500的相异处在于背光控制装置600的电流 输出单元605包含电流源607及P型金属氧化半导体晶体管606，电流源607 耦接于低准位，P型金属氧化半导体晶体管606的漏极耦接于电流源607。如 同背光控制装置500，背光控制装置600以开启和关闭P型金属氧化半导体晶 体管606的方式调整电流输出单元605输出的电流值实施例。上述图5的实施例，先利用可程序控制界面的方式，由使用者来调整背 光模块内，电流控制单元504所输出自电流输出单元505的电流，来调整背 光模块内发光二极管的亮度，而使每一通道的背光在相同的灰阶影像下产生 相同的亮度，而得到一均匀发光的背光。此应用可在电脑显示器，因其画面 大多是静态的，且眼睛距离显示器只有数十公分，若背光因个别LED电子特 性的因素，而无法均匀发光，将对视觉舒适度造成不良影响；或是在医学的 特殊用途的显示装置，若背光无法均匀发光，欲显示的影像可能失真，将造 成医学上的错误判断。在图2、图3及图4的实施例中并无图5的电流控制单元504，原因是在 TV显示器中，大多是显示动态的影像，所播放的影像绝大部分不是单一灰阶 的画面，在快速的播放画面中(NTSC系统每秒播放24帧画面)人类视觉不易
察觉背光是否均匀发光，反而是对亮度的对比有较高的灵敏度。故在所播放 较暗的灰阶画面或区域，依据画面灰阶值，将所述的画面或区域的背光调暗， 反之；在所播放较亮的灰阶画面或区域，依据画面灰阶值，将所述的画面或 区域的背光调亮，如此可以得到较高的视觉对比，且播放较暗的灰阶画面时， 调暗的背光，因电流较小，有助于节省电源；但为了使TV显示器可以拥有除 了显示动态的影像亦可加上电流控制单元504，依据使用者需要，设定显示器 为动态脉冲宽度调变或电流设定调光，使显示器的影像灰阶更能准确反应出 欲显示的画面，而增加影像显示的品质。除上所述，可依据使用者需要，设定显示器为动态脉冲宽度调变或电流 设定调光外。若使用者察觉背光不均匀发光，可先设定显示器模式为电流设 定调光，依据使用者观察背光不均匀发光的区域，输入欲调整发光的通道的 背光电流值或电压值至暂存器510，经(电流)控制单元511输出其值至电流输 出单元505，其产生输出的电流以调整发光二极管发光，以满足使用者需要， 解决背光不均匀发光的问题。此时，再设定显示器模式为动态脉冲宽度调变； 欲显示影像的亮度数据先输入PWM暂存器508， PWM控制单元509依据 PWM暂存器508的影像的亮度数据，输出相对应的电压值至N型金属氧化半 导体晶体管506的栅极，利用开启和关闭N型金属氧化半导体晶体管506的 方式调整电流输出单元505输出的电流值，以达成随显示影像的亮度，达到 显示影像的亮度越亮，背光就调整越亮，显示影像的亮度背光就越暗，背光 就调整越暗，以达到增加显示对比的目的。由于现有方法借由使用者输入一预设的亮度值，因此背光模块无法根据 影像的灰阶即时调整相对应的亮度，造成影像的亮度对比品质低落，而本发 明将可视使用者须要，可以提供均匀发光的背光或高对比影像及节省电源的 动态背光调光；故本实施例除了可解决背光无法均匀发光的问题亦可以随显 示影像数据动态调整背光亮度以提高对比及节省电源。请参阅图7，图7为本发明的基本操作时序图。MODE为低准位(Logiclow)时代表程序设定电流模式，反之MODE为高准位(LogicHigh)时，代 表即时动态脉冲宽度调变模式。当DIO信号出现，则Data配合CLK开始被抓取，若此时MODE为低准 位代表程序设定电流模式，则抓取的Data为预定电流值(Current value);若此 时MODE为高准位代表即时动态脉冲宽度调变模式，则抓取的Data为显示画 面的灰阶值。当MODE信号为上升边缘(Rising edge)时则表示电流控制集 成电路(LED current sink IC)，将由程序设定电流模式转变成即时动态脉冲宽度 调变模式，此时预定电流值被锁住于电流控制单元的暂存器。在即时动态脉 冲宽度调变模式下当BLANK信号为上升边缘时，则此时data信号传送着显 示画面的灰阶值，被脉冲宽度调变(PWM)控制单元锁住于脉冲宽度调变控制 单元的暂存器。若BLANK信号为低准位时，则所有通道(channel)输出为零。 若BLANK信号为高准位时，则所有通道输出为脉冲宽度调变控制单元依所 抓取的显示画面的灰阶值数据而定；BLANK信号为下降边缘(Falling edge) 时，代表下一个画面(fmme)将出现，脉冲宽度调变控制单元的控制信号将被 重置为零，以便重新运算下一个画面的控制信号。CLK信号为脉冲宽度调变控制单元、脉冲宽度调变的暂存器与电流控制 单元的暂存器的时钟信号。请参阅图8，图8为本发明的动态脉冲宽度调变模式，各通道的脉冲宽度 调变时序图。当BLANK信号为上升边缘时，则data (灰阶值)信号锁住于脉 冲宽度调变控制单元的暂存器；BLANK信号为下降边缘时，脉冲宽度调变控 制单元的控制信号将被重置为零。请参阅图9，图9串接本发明的一实施例,以控制红(Red)、绿(Green)、蓝 (Blue)三原色。所述的红色背光控制装置、绿色背光控制装置及蓝色背光控制 装置，可视需要选择使用本发明的图2、图3、图4、图5、图6所示的任一 背光控制装置，如此即可分别控制红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三原色的背 光。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均 等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种用于控制一发光二极管的驱动电流的背光控制装置，其特征在于，所述的背光控制装置包含至少一脉冲宽度调变控制单元；至少一电流输出单元，耦接于所述的脉冲宽度调变控制单元；及一移位暂存器，耦接于所述的脉冲宽度调变控制单元，用来暂存控制所述的脉冲宽度调变控制单元的控制信号。
2，如权利要求1所述的背光控制装置，其中所述的电流输出单元包含-一电流源；及一N型金属氧化半导体晶体管，其源极耦接于所述的电流源，栅极耦接 于所述的脉冲宽度调变控制单元。
3. 如权利要求1所述的背光控制装置，其中所述的电流输出单元包含 一电流源；及一 P型金属氧化半导体晶体管，其漏极耦接于所述的电流源，栅极耦接 于所述的脉冲宽度调变控制单元。
4. 如权利要求1所述的背光控制装置，其中所述的脉冲宽度调变控制单 元包含一暂存器，耦接于所述的移位暂存器；及一控制单元，其输入端耦接于所述的暂存器，输出端耦接于所述的电流 输出单元。
5. —种用于控制一发光二极管的驱动电流的背光控制装置，其特征在于， 所述的背光控制装置包含-至少一脉冲宽度调变控制单元； 至少一电流控制单元；至少一电流输出单元，耦接于所述的脉冲宽度调变控制单元与所述的电 流控制单元； 一选择器，耦接于所述的脉冲宽度调变控制单元与所述的电流控制单元；及一移位暂存器，耦接于所述的脉冲宽度调变控制单元及所述的电流控制 单元，用来暂存控制所述的脉冲宽度调变控制单元或所述的电流控制单元的 控制信号。
6. 如权利要求5所述的背光控制装置，其中所述的电流输出单元包含-一电流源，耦接于所述的电流控制单元；及一 N型金属氧化半导体晶体管，其源极耦接于所述的电流源的输入端， 栅极耦接于所述的脉冲宽度调变控制单元。
7. 如权利要求5所述的背光控制装置，其中所述的电流输出单元包含 一电流源，耦接于所述的电流控制单元；及一 P型金属氧化半导体晶体管，其漏极耦接于所述的电流源的输入端， 栅极耦接于所述的脉冲宽度调变控制单元。
8. 如权利要求5所述的背光控制装置，其中所述的脉冲宽度调变控制单元包含一暂存器，包含一第一输入端，耦接于所述的移位暂存器； 一第二输入端，耦接于所述的选择器；及 一输出端；及一控制单元，其输入端耦接于所述的暂存器的输出端，输出端耦接于所 述的电流输出单元。
9. 如权利要求5所述的背光控制装置，其中所述的电流控制单元包含 一暂存器，包含一第一输入端，耦接于所述的移位暂存器； 一第二输入端，耦接于所述的选择器；及 一输出端；及一控制单元，其输入端耦接于所述的暂存器的输出端，输出端耦接于所 述的电流输出单元。
10. —种控制一发光二极管的驱动电流的方法，其特征在于，所述的控制 发光二极管的驱动电流的方法包含输出一预定电流，以使发光二极管均匀发光；及输出一预定电流之后，依据欲显示影像的亮度，输出相对比例的电压。
全文摘要
本发明是关于一种用于控制发光二极管的驱动电流的背光控制装置，其借由控制复数个电流输出单元的电流源输出预定的电流，可使一显示器产生预期的背光；再借由调整所述的复数个电流输出单元输出的电流，可以动态地调整复数个像素的亮度，即提升具有较高灰阶值的像素的亮度，及降低具有较低灰阶值的像素的亮度，来改善影像的对比并节省电源的功率消耗。
文档编号G09G3/34GK101162563SQ200710169360
公开日2008年4月16日 申请日期2007年11月26日 优先权日2007年11月26日
发明者杨智翔, 魏福呈 申请人:友达光电股份有限公司