发光装置以及光产生方法与流程

发光装置以及光产生方法
【技术领域】
1.本发明是有关于一种发光装置，且特别是可以动态调整电源电压的一种发光装置。


背景技术：

2.在现有的面板技术中，包含发光元件(如发光二极管(light-emitting diode，led))的发光单元是以串联、并联或串联与并联兼具的方式平均设置于面板。面板设置有电源线，以提供固定的电源电压来驱动发光单元。图1图示为面板的发光单元的布置示意图。请见图1，为了成本考虑，电源线一般会设置在面板100的角落(例如图1所示面板的左侧)，并配线连接至多个发光单元串101、102～112中的每个发光单元1011，电源线提供电源电压vdd。
3.图2图示为图1中单一发光单元的结构示意图。请见图2，发光单元200包括发光元件210以及控制线路220。发光元件210耦接在电源电压vdd以及控制线路220之间。控制线路220耦接在发光元件210与参考接地电压gnd之间，包括串连耦接的开关221(举例而言是金氧半场效晶体管metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，mosfet或双极性晶体管bipolar junction transistor,bjt)以及电阻222，其中开关221可以脉冲宽度调变(pulse width modulation，pwm)信号来控制发光单元200的路径是否导通，进而影响发光元件210发光或不发光。用以驱动发光单元200的驱动电压为配线电压降、发光元件210的启动电压以及控制线路220的压降的总和。
4.图1仅为了简单表达面板100的配置而忽略部分线路，特别是，每一个发光单元1011可能包含一或多个串联的发光元件210，且每一个发光单元1011与耦接电源电压vdd的另一端可通过控制线路220连接至参考接地电压gnd，因此驱动电流可由电源电压vdd依序流经发光单元1011、控制线路220以及参考接地电压gnd。
5.请同时参照图1与图2，由于每个发光单元1011与源头电源电压vdd的距离不同，导致配线长度相异并且配线阻抗也不同。并且由于配线老化及损伤、发光元件210本身的老化程度以及环境温度等因素，导致每个发光单元1011实际接收到的电源电压vdd具有不同程度的压降。然而，电源电压vdd不足的话将无法驱动发光单元1011，因此，在能够应付最糟状况(worst case)的前提下，电路设计者通常会提高源头的电源电压vdd的电压值。因此一般来说，源头电源电压vdd在设计上会高于发光单元1011跨压的30％～60％。然而，最糟状况不一定会发生，因此设定的较高的电源电压vdd对于非最糟状况中的发光单元1011来说是过高的，不但耗费功率而且将导致控制线路220过热。因此，需要一个可以应付包含最糟状况在内的各种状况，使电源电压vdd足以驱动每个发光单元1011但又不会造成耗能及电路过热的解决方案。


技术实现要素：

6.本发明提供一种发光装置及光产生方法，可以解决因提供过高的电源电压所导致
的耗能及电路过热的问题。
7.本发明的其他目的和优点可以从本发明所公开的技术特征中得到进一步的了解。
8.为实现上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种发光装置，包括电源转换电路、光源模块、驱动电路以及控制电路。电源转换电路用以提供电源电压。光源模块包括多个发光单元，并耦接至电源转换电路以接收电源电压。驱动电路耦接光源模块，并用以驱动多个发光单元，以及检测流经每一个发光单元的电流值以产生电流信号。控制电路耦接电源转换电路、光源模块以及驱动电路，用以检测至少一发光单元的跨压(cross-voltage)。控制电路并依据跨压与电源电压的差值来计算电压偏移值，以依据电压偏移值以及电流信号来产生控制信号，借此控制电源转换电路调整电源电压。
9.本发明的一实施例提出一种适用于发光装置的光产生方法，其中发光装置包括电源转换电路、光源模块、驱动电路以及控制电路。光产生方法包括：由电源转换电路提供电源电压；由光源模块接收电源电压；由驱动电路驱动光源模块中的多个发光单元，并检测流经每一发光单元的电流值以产生电流信号；以及由控制电路检测至少一发光单元的跨压，并依据跨压与电源电压的差值来计算电压偏移值，以依据电压偏移值以及电流信号来产生控制信号，借此控制电源转换电路调整所述电源电压。
10.基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。本发明可以依据发光单元的电流信号以及发光单元的跨压与电源电压之间的电压偏移值，来调整电源电压的大小。借此，本发明可以在足以驱动所有发光单元的前提下，使电源电压保持在最低的限度，以避免耗能以及电路过热的问题。
11.为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
【附图说明】
12.图1图示为面板上的发光单元的布置示意图。
13.图2图示为图1中单一发光单元的结构示意图。
14.图3图示为本发明一实施例的发光装置的方框示意图。
15.图4图示为本发明一实施例的光产生方法的步骤流程图。
16.【符号说明】
17.100：面板
18.101～112：发光单元串
19.1011：发光单元
20.200：发光单元
21.210：发光元件
22.220：控制线路
23.221：开关
24.222：电阻
25.300：发光装置
26.310：光源模块
27.311：发光单元
28.320：驱动电路
29.330：控制电路
30.340：电源转换电路
31.gnd：参考接地电压
32.i：电流信号
33.v：跨压
34.vdd：电源电压
35.vdd_0：输入电压：
36.s410～s430：步骤。
【具体实施方式】
37.有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
38.图3图示为本发明一实施例的发光装置的方框示意图。请见图3，发光装置300包括光源模块310、驱动电路320、控制电路330以及电源转换电路340。光源模块310例如是图1与图2的面板上的发光单元的布置。电源转换电路340用以依据输入电压vdd_0产生电源电压vdd，并提供电源电压vdd至光源模块310。输入电压vdd_0例如是由显示器外部的电源所提供。光源模块310包括多个发光单元311，多个发光单元311例如是发光二极管(light emitting diode，led)。光源模块310耦接至电源转换电路340以使光源模块310中的每个发光单元311接收到电源电压vdd。关于发光单元311结构组成，可以参照图2所示发光单元200，在此不再赘述。驱动电路320例如是led驱动电路、或包括led驱动电路以及其他电子的驱动电路，耦接光源模块310，以通过pwm信号来驱动光源模块310中的多个发光单元311。并且，驱动电路320还用以检测流经每一个发光单元311的电流值以产生电流信号i。
39.控制电路330例如是微处理器(microprocessor)、中央处理单元(central processing unit,cpu)，或是其他可编程的通用或专用的微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digital signal processor,dsp)、可编程控制器、专用集成电路(application specific integrated circuits,asic)、可编程逻辑器件(programmable logic device,pld)或其他类似装置或该多个装置的组合。控制电路330耦接电源转换电路340、光源模块310以及驱动电路320。控制电路330耦接光源模块310，用以检测至少一发光单元311的跨压v。具体来说，跨压v是指如图2所示发光元件210或如图3所示发光单元311的跨压。跨压的定义是本领域技术人员公知常识。控制电路330依据跨压v与电源转换电路340提供给光源模块310的电源电压vdd的差值来计算电压偏移值。控制电路330可以依据电压偏移值以及驱动电路320所检测到的电流信号i来产生控制信号，借此控制电源转换电路340去调整电源电压vdd的大小。在一实施例中，控制电路330包含遥感(remote sense)功能获取跨压v，并依据跨压v以及检测到的电流信号i以调整电源电压vdd的大小。
40.具体来说，控制电路330可以将驱动电路320所检测到的各发光单元311的电流信号i与一个默认的阈值(threshold)进行比较。在电流信号i大于阈值的情况下，控制电路
330可以判定对应的发光单元311是处于正常的操作状态。反之，则判定对应的发光单元311是处于非正常操作状态，例如发光单元311接收到的电源电压vdd过低而导致发光单元311无法被驱动。
41.进一步地，控制电路330可以在确认光源模块310中所有发光单元311的电流信号i皆大于阈值的情况下，控制电源转换电路340调降电源电压vdd。相对地，控制电路330可以在确认光源模块310中任一个发光单元311的电流信号i小于阈值的情况下(代表有发光单元311无法被驱动)，控制电源转换电路340调升电源电压vdd。控制电路包括阈值。阈值可以软件或固件的方式存储于控制电路330中，但在其他实施例中，控制电路330可以另外耦接一般常用的存储装置(storage device)来存储此阈值。在本实施例中，电源转换电路340可以是一个直流转直流的降压变换器(dc-dc buck converter)。
42.在一实施例中，在电源电压vdd为5v时，驱动电路320所检测到的光源模块310中每一个发光单元311的电流信号i皆大于阈值例如为0安培(a)。其中，阈值也可以设定为100微安培(μa)，以排除因发光单元311的漏电流所造成的误判。此时，控制电路330可以向电源转换电路340发出控制信号，以控制电源转换电路340输出例如4.9v的电源电压vdd。相反地，在电源电压vdd调降至为2.5v时，驱动电路320检测到光源模块310中至少一个发光单元311的电流信号i小于阈值。此时，控制电路330可以向电源转换电路340发出控制信号，以控制电源转换电路340输出例如2.6v的电源电压vdd。也就是说，电源电压vdd的调整幅度为0.1v。
43.然而，本发明并不限于调整幅度为0.1v。在其他实施例中，控制电路330还可以依据检测到的至少一个发光单元311的跨压v与当前电源电压vdd的电压差值，来动态调整电源电压vdd的调整幅度。前述的至少一个发光单元311的数量可以是一个，其可以是离电源线(电压电源vdd端点)最远的一个发光单元311，例如为图1所示面板100的右下角的一个发光单元串112中的一个发光单元1011。在不知道面板电源线的配置情形的情况下，前述的至少一个发光单元311的数量可以是四个，其分别配置在面板四个角落，举例而言，分别位于100的右上角(发光单元串101)、右下角(发光单元串112)、左上角(图未标号)以及左下角(图未标号)内的一个发光单元，例如为图1所示面板100的四个角落的四个发光单元1011。上述的光源模块310设置于面板的区域范围中。
44.控制电路330可以采用对应四个发光单元的四个跨压v当中数值最大的一个，做为判断电源电压vdd的调整幅度的依据。然而，本发明并不限制控制电路330所检测的发光单元311的数量只能是一个或四个。在其他实施例中，考虑到面板的尺寸，控制电路330所检测的发光单元311的数量可以是六个、八个或是其他数量。此外，控制电路330所检测到的跨压v还可以做为评估面板上发光元件的老化程度的依据。
45.控制电路330可以计算检测到的至少一个发光单元311的跨压v与当前电源电压vdd的电压差值以做为电压偏移值。因此，例如采用上述对应四个发光单元的四个跨压v当中数值最大的一个做为判断电源电压vdd的调整幅度的依据，可获得电压偏移值最小者进行调整，以降低100中所有发光元件因调整幅度过大而不点亮(不导通)。控制电路330可以依据电压偏移值来决定电源电压vdd的调整幅度。举例来说，在光源模块310中所有发光单元311的电流信号i皆大于阈值的前提下，在当前电源电压vdd为5v并且跨压v为3v时，控制电路330计算出来的电压偏移值为2v。此时，控制电路330可以发出控制信号以将电源电压
vdd调降1v(即4v)。当当前电源电压vdd为4v并且跨压v为3v时，控制电路330计算出来的电压偏移值为1v。此时，控制电路330可以发出控制信号以将电源电压vdd调降0.5v(即3.5v)。当当前电源电压vdd为3.5v并且跨压v为3v时，控制电路330计算出来的电压偏移值为0.5v。此时，控制电路330可以发出控制信号以将电源电压vdd调降0.1v(即3.4v)。上述调降过程将持续到驱动电路320检测到光源模块310中的一个发光单元311的电流信号i小于阈值为止。当电流信号i小于阈值的情况发生时，控制电路330可以转而控制电源电压vdd调升例如0.1v或其他数值。
46.也就是说，控制电路330可以默认有多个级距。控制电路330在电压偏移值大于或等于2v时，设定电源电压vdd的调整幅度为1v。控制电路330在电压偏移值介于1v～1.9v之间时，设定电源电压vdd的调整幅度为0.5v。控制电路330在电压偏移值小于1v时，设定电源电压vdd的调整幅度为0.1v。然而，本发明并不限制以上述级距来决定电源电压vdd的调整幅度。在其他实施例中，设计者可以考虑面板尺寸以及配线宽度等因素来设定级距以及对应的电源电压vdd的调整幅度。
47.请重新参照图3，电源转换电路340内部设置有可变电阻(图未示)，其阻值范围例如为0～2千欧姆(kω)。电源转换电路340可以依据控制电路330所发出的控制信号以在0～2kω的范围内调整阻值。电源转换电路340所产生的电源电压vdd的电压值与可变电阻的阻值成负相关。举例来说，当控制电路330发出对应阻值为0ω的控制信号时，电源转换电路340依据此控制信号以将可变电阻调为0ω，以使输入电压vdd_0依据分压原理产生最大值的电源电压vdd，例如5v。当控制电路330发出对应阻值为2kω的控制信号时，电源转换电路340依据此控制信号以将可变电阻调为2kω，以使输入电压vdd_0依据分压原理产生最小值的电源电压vdd。在发光装置300启用时，控制电路330可以发出对应预设阻值(例如1kω)的控制信号，以使电源转换电路340产生介于中间值的电源电压vdd。
48.图4图示为本发明一实施例的光产生方法的步骤流程图。请见图4，光产生方法适用于如图3所示的发光装置，其中发光装置包括电源转换电路、光源模块、驱动电路以及控制电路。光产生方法包括步骤s410～s440。请同时参照图3与图4，步骤s410是由电源转换电路340提供电源电压vdd，并且由光源模块310接收电源电压vdd。步骤s420是由驱动电路320驱动光源模块310中的多个发光单元311，并检测流经多个发光单元中的每一发光单元311的电流值，以产生电流信号i。步骤s430是由控制电路330检测至少一发光单元311的跨压v，并依据跨压v与电源电压vdd的差值来计算电压偏移值，以依据电压偏移值以及电流信号i来产生控制信号，借此控制电源转换电路340调整输出的电源电压vdd。
49.综上所述，本发明可以在每一个发光单元的电流值皆大于阈值的前提下，使电源电压逐步调降。进一步地，本发明还可以依据至少一个发光单元的跨压与当前电源电压的差值来决定调降的幅度。因此，本发明可以在足以驱动所有发光单元的前提下，使电源电压保持在最低的限度，以避免耗能以及电路过热的问题。
50.以上所述内容仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求书及说明书所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所公开的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元
件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。