專利名稱：控制多個發(fā)光二極管串列的控制裝置與相關(guān)的光源模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于控制發(fā)光二極管的技術(shù)，尤指控制多個發(fā)光二極管串列 的控制裝置與相關(guān)的光源模塊。
背景技術(shù)：
以發(fā)光二極管(LED)作為發(fā)光源的應(yīng)用越來越普遍。例如，傳統(tǒng)液晶顯示 面板的背光模塊多半是以冷陰極熒光燈管(cold cathode fluorescent lamp, CCFL)來作為光源。如今，隨著發(fā)光二極管的發(fā)光效率不斷提升且成本日益降 低，發(fā)光二極管逐漸有取代冷陰極熒光燈管來作為背光模塊光源的趨勢。
在已知技術(shù)中，常會將多個發(fā)光二極管串聯(lián)成一串列，以減少所需的驅(qū) 動電路數(shù)量及降低發(fā)光二極管的總驅(qū)動電流大小。然而，由于制程上的偏差， 很難確保不同串列中的所有發(fā)光二極管都有完全一致的元件參數(shù)。此外，溫 度等環(huán)境因素也可能會影響到發(fā)光二極管的元件參數(shù)。舉例而言，不同發(fā)光 二極管彼此間的順向電壓(forward voltage, VF)經(jīng)常會有些許的差異。將多
顆發(fā)光二極管串聯(lián)成一 串列的架構(gòu)，會將同 一 串列中所有發(fā)光二極管的順向 電壓誤差累加起來，而不同發(fā)光二極管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(fā)光二極管串列，流經(jīng) 個別發(fā)光二極管串列的電流也會因每一發(fā)光二極管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(fā)光二極管串列彼此間將因電流不一致而 有不同的亮度。因此，利用發(fā)光二極管串列作為液晶顯示面板的背光模塊的 光源時，常會導(dǎo)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(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供可控制多個發(fā)光二極管串列的亮
度的控制裝置與相關(guān)的光源模塊，以解決上述問題。
本發(fā)明提供了一種控制裝置，用來控制多個發(fā)光二極管串列，其中該多
個發(fā)光二極管串列的第一端皆電性連接于工作電壓，該控制裝置包含有多 個晶體管，皆具有控制端、第一端與第二端，其中每一晶體管的第一端是電 性連接于該多個發(fā)光二極管串列中 一相對應(yīng)串列的第二端，且該多個晶體管
的第二端是分別通過多個阻抗元件接地；以及晶體管控制器，電性連接于該 多個晶體管的控制端，用以依據(jù)每一 晶體管的第二端的電壓來調(diào)整該晶體管 的控制端的輸入信號，以控制該晶體管的第 一端的電流。
本發(fā)明還提供了一種光源模塊，其包含有多個發(fā)光二極管串列，皆具 有第 一端與第二端，且該多個發(fā)光二極管串列的第 一端皆電性連接于工作電
壓；多個晶體管，皆具有控制端、第一端與第二端，其中每一晶體管的第一 端是電性連接于該多個發(fā)光二極管串列中 一相對應(yīng)串列的第二端，且該多個
晶體管的第二端是分別通過多個阻抗元件接地；誤差計算電路，電性連接于 該多個晶體管的第二端，用來分別計算每一晶體管的第二端的電壓與對應(yīng)參
考電壓之差；以及晶體管控制器，電性連接于該誤差計算電路與該多個晶體 管的控制端，用以依據(jù)該誤差計算電路的計算結(jié)果來控制每一晶體管的第一 端的電流。


圖1為本發(fā)明的光源模塊的一實施例簡化后的示意圖。 圖2為圖1中的晶體管控制器的一實施例簡化后的示意圖 [主要元件標(biāo)號說明]
光源模塊 發(fā)光二極管串列 控制裝置 晶體管
誤差計算電路 晶體管控制器 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(fā)明一實施例的光源模塊100簡化后的示意 圖。光源模塊IOO包含有多個發(fā)光二極管串列110a 110n,以及用來控制該 多個發(fā)光二極管串列的控制裝置120。在本實施例中，發(fā)光二極管串列110a ~ 11 On的第一端皆電性連接于工作電壓Vin,且發(fā)光二極管串列110a ~ llOn都 具有相同數(shù)目的同色發(fā)光二極管。光源模塊10Q中的控制裝置120是用來控 制發(fā)光二極管串列110a~110n,使發(fā)光二極管串列110a 110n能具有實質(zhì) 上相同的亮度。如圖1所示，控制裝置120包含有多個晶體管130a-130n、 誤差計算電路140、晶體管控制器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(zhì)上相同的阻抗值，例如，阻抗 元件16Oa ~ 16On可分別用電阻值實質(zhì)上相同的多個電阻單元來實現(xiàn)。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中的晶體管130a 130n皆為雙極結(jié)型晶體管 (bipolar junction transistor, BJT),且每一晶體管包含控制端、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(fā)射極(emiUer)。如圖1所示，晶體管130a~ 130n 的集電極是分別電性連接于發(fā)光二極管串列110a-110n的第二端，而晶體管 130a ~ 130n的發(fā)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(zhì)上相同的共發(fā)射極電流增益(common-emitter current gain),且皆操作于主動區(qū)(active region),以提升效能及降低控 制上的復(fù)雜度，但本發(fā)明的實際實施方式并不局限于此。
如前所述，制程偏差或溫度等環(huán)境因素可能會導(dǎo)致發(fā)光二極管串列 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(jīng)發(fā)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會利用晶體管130a 130n來分別控制發(fā)光二極管串列110a 110n 的電流Icl ~ Icn,以使這些發(fā)光二極管串列的亮度能趨于一致。
具體而言，控制裝置120利用誤差計算電路140來計算晶體管130a ~ 130n 中每一晶體管的發(fā)射極電壓VFi與對應(yīng)參考電壓Vref之差。較佳者，誤差計 算電路140可放大每一晶體管的發(fā)射極電壓VFi與該參考電壓Vref之差，以
提升反饋信號的分辨率。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(xiàn)。例如，誤差計算電路140可為單一運算放大器，用來依序計算 晶體管130a 130n的發(fā)射極電壓與該參考電壓Vref之差?；蛘撸`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，同時計算晶體管 130a-130n的發(fā)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)來計算晶體管130a的發(fā)射極電壓VF1 與該參考電壓Vref之差，并同時利用第二運算放大器(圖未示)來計算晶體管 130b的發(fā)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(zhì)上相同的增益(gain)。
晶體管控制器150則會依據(jù)誤差計算電路140的計算結(jié)果，來調(diào)整晶體 管130a 130n中每一晶體管的基極電流Ibi，以使晶體管130a 130n的集 電極電流(亦即流經(jīng)發(fā)光二極管串列110a-110n的電流Icl Icn)能趨近預(yù) 定值。以下將搭配圖2來進一步說明晶體管控制器150的運作與實施方式。
圖2所繪示為晶體管控制器150的一實施例簡化后的示意圖。由于晶體 管控制器150是以相同的方式與架構(gòu)來調(diào)整晶體管130a 130n中每一晶體管 的基極電流與集電極電流，故以下僅舉晶體管控制器150調(diào)整晶體管130a的 基極電流Ibl的例子來進行說明。其中，圖2中除了晶體管130a及其對應(yīng)的 發(fā)光二極管串列110a與阻抗元件160a以外，其它的晶體管、發(fā)光二極管串 列、及阻抗元件皆省略未顯示。如圖2所示，本實施例的晶體管控制器l50 包含電壓源210,用來輸出預(yù)定電壓Vd;可變電阻220，電性連接于電壓源 210與晶體管130a的基極之間；以及決定單元230,電性連接于誤差計算電 路140與可變電阻220，用以依據(jù)誤差計算電路140的計算結(jié)果來改變可變 電阻220的電阻值，以調(diào)整晶體管130a的基極電流Ibl。
當(dāng)晶體管130a操作于主動區(qū)時，其集電極電流Icl與基極電流Ibl兩者 會呈以下的線性關(guān)系
<formula>formula see original document page 8</formula> (1) 其中p為晶體管130a的共發(fā)射極電流增益。
誤差計算電路140計算晶體管130a的發(fā)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(shè)可變電阻220的電阻值為Rl,則Rl與晶體管130a的基極電流Ibl 間的關(guān)系如下
Ibl x Rl = Verl - (VF1 + Vbe) (3)
其中Vbe為晶體管130a的基極與發(fā)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(guān)系式
Icl = (6)
令K1-P xA、 K2=P x (A+l)，由于誤差計算電路140的增益A通常遠大 于l,故K1與K2會4m妄近。因此，可將式(6)改寫為下式 <formula>formula see original document page 10</formula>
(7)
式(7)中的K1、 Vbe、與P均為固定值，因此，晶體管控制器150中的決 定單元230可依據(jù)誤差計算電路140所輸出的計算結(jié)果Verl,來改變可變電 阻220的電阻值R1，以調(diào)整晶體管130a的基極電流Ibl。如此，便可達成控 制晶體管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(diào)整可變電阻220的電阻值Rl的方式，將晶體管130a的集電極電流Icl 控制于預(yù)定值或預(yù)定范圍內(nèi)。同樣地，晶體管控制器150可用相同的架構(gòu)來 調(diào)整控制裝置120中其它晶體管130b 130n的集電極電流Ic2 ~ Icn。如此 一來，流經(jīng)發(fā)光二極管串列110a ~ 110n的電流Icl、 Ic2 ~ Icn便會趨于一致， 故可大幅改善發(fā)光二極管串列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(xiàn)象。
雖然前述光源模塊100中每一發(fā)光二極管串列所包含的發(fā)光二極管為同 色的發(fā)光二極管，但此僅為一實施例，而非局限本發(fā)明的實際應(yīng)用范圍。實 作上，發(fā)光二極管串列110a 110n彼此間的顏色亦可不同。例如，發(fā)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(fā)光二極管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(fā)光二極 管串列所對應(yīng)的反饋電壓VFi?；蛘?，晶體管控制器150中的決定單元230 可為不同顏色的發(fā)光二極管串列分別設(shè)定不同的目標(biāo)電流值，并利用前述的 反饋控制方式來控制個別發(fā)光二極管串列的亮度表現(xiàn)。
此外，前述控制裝置120中的局部或全部雙極結(jié)型晶體管(BJT)晶體管 130a ~ 130n可分別替換為多個絕緣柵雙極性晶體管(insulated-gate bipolar transistor, IGBT),且該等絕緣柵雙極性晶體管宜具有實質(zhì)上相同 的傳導(dǎo)特性(Transconductance)。對絕續(xù)^冊雙才及性晶體管而言，其4空制端為 柵極(gate),而其第一端與第二端則與雙極結(jié)型晶體管相同，分別為集電極 與發(fā)射極。在此架構(gòu)中，誤差計算電路140會依據(jù)每一絕緣柵雙極性晶體管
的發(fā)射極電壓計算出誤差值，而晶體管控制器150則會依據(jù)誤差計算電路WO
的計算結(jié)果來調(diào)整該絕緣柵雙極性晶體管的柵極輸入電壓，以控制該絕緣柵 雙極性晶體管的集電極電 流o
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所做的均 等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種控制裝置，用來控制多個發(fā)光二極管串列，其中該多個發(fā)光二極管串列的第一端皆電性連接于工作電壓，該控制裝置包含有多個晶體管，皆具有控制端、第一端與第二端，其中每一晶體管的第一端是電性連接于該多個發(fā)光二極管串列中一相對應(yīng)串列的第二端，且該多個晶體管的第二端是分別通過多個阻抗元件接地；以及晶體管控制器，電性連接于該多個晶體管的控制端，用以依據(jù)每一晶體管的第二端的電壓來調(diào)整該晶體管的控制端的輸入信號，以控制該晶體管的第一端的電流。
2. 根據(jù)權(quán)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 于該晶體管控制器與該多個晶體管的第二端，用來計算每一晶體管的第二端 的電壓與對應(yīng)參考電壓之差，其中該晶體管控制器依據(jù)該誤差計算電路的計算結(jié)杲來調(diào)整該晶體管的控制端的輸入信號。
3. 根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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晶體管的第二端的電壓與該參考電壓之差。
5. 根據(jù)權(quán)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，用來計算該多個晶體管中一第二晶體管的第二端的電壓與該參考 電壓之差。
6. 根據(jù)權(quán)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(zhì)上相同的增益。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中該多個晶體管皆為雙極性晶體管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制裝置，其中該多個晶體管具有實質(zhì)上相同 的共發(fā)射極電流增益。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制裝置，其中該晶體管控制器包含有 電壓源，用來輸出預(yù)定電壓；可變電阻，電性連接于該電壓源與該多個晶體管中 一相對應(yīng)晶體管的控 制端之間；以及決定單元，電性連4矣于該i吳差計算電路與該可變電阻，用以依據(jù)該誤差 計算電路的計算結(jié)果來改變該可變電阻的電阻值，以調(diào)整該相對應(yīng)晶體管的 控制端的輸入電 流。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中該多個晶體管為絕緣柵雙極性晶體管。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的控制裝置，其中該多個晶體管具有實質(zhì)上相同的傳導(dǎo)特性。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的控制裝置，其中該晶體管控制器依據(jù)該誤差 計算電路的計算結(jié)果來調(diào)整每一晶體管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(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中該多個晶體管中包含至少一 雙極結(jié)型晶體管以及至少 一絕緣柵雙極性晶體管。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中該多個阻抗元件具有實質(zhì)上 相同的阻抗值。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中該多個發(fā)光二極管串列包含 有對應(yīng)于第一顏色的第一串列以及對應(yīng)于第二顏色的第二串列。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中該多個晶體管皆操作于主動區(qū)。
17. 根據(jù)權(quán)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(fā)射極。
18. —種光源模塊，其包含有多個發(fā)光二極管串列，皆具有第一端與第二端，其中該多個發(fā)光二極管 串列的第 一端皆電性連接于工作電壓；多個晶體管，皆具有控制端、第一端與第二端，其中每一晶體管的第一 端是電性連接于該多個發(fā)光二極管串列中 一相對應(yīng)串列的第二端，且該多個 晶體管的第二端分別通過多個阻抗元件接地；誤差計算電路，電性連接于該多個晶體管的第二端，用來分別計算每一 晶體管的第二端的電壓與對應(yīng)參考電壓之差；以及晶體管控制器，電性連接于該誤差計算電路與該多個晶體管的控制端，用以依據(jù)該誤差計算電路的計算結(jié)果來控制每一晶體管的第一端的電流。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的光源模塊，其中該多個晶體管為雙極性晶體
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的光源模塊，其中該晶體管控制器依據(jù)該誤差 計算電路的計算結(jié)果來調(diào)整每一晶體管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(jù)權(quán)利要求19所述的光源模塊，其中該多個晶體管具有實質(zhì)上相同的共發(fā)射極電流增益。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的光源模塊，其中該多個晶體管為絕緣柵雙極 性晶體管。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的光源模塊，其中該晶體管控制器依據(jù)該誤差 計算電路的計算結(jié)果來調(diào)整每一晶體管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(jù)權(quán)利要求18所述的光源模塊，其中該多個發(fā)光二極管串列是對 應(yīng)于相同顏色。
25. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的光源模塊，其中該多個晶體管皆操作于主動區(qū)。
26. 根據(jù)權(quán)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(fā)射極。
全文摘要
本發(fā)明是用來控制多個發(fā)光二極管串列的控制裝置與相關(guān)的光源模塊，其中該多個發(fā)光二極管串列的第一端皆電性連接于工作電壓。本發(fā)明所提出的控制裝置之一包含有多個晶體管，皆具有控制端、第一端與第二端，其中每一晶體管的第一端是電性連接于該多個發(fā)光二極管串列中一相對應(yīng)串列的第二端，且該多個晶體管的第二端是分別通過多個阻抗元件接地；以及晶體管控制器，電性連接于該多個晶體管的控制端，用以依據(jù)每一晶體管的第二端的電壓來調(diào)整該晶體管的控制端的輸入信號，以控制該晶體管的第一端的電流。
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(yōu)先權(quán)日2006年11月27日
發(fā)明者林信彰, 趙翰楀, 陳弼先 申請人:中華映管股份有限公司