调光控制方法及使用该方法的照明系统.pdf

本发明提供一种调光控制方法及使用该方法的照明系统。该照明系统包括一输入单元，一发光单元，以及一电流控制单元，其包含：一数字控制器以及一模拟控制器，该模拟控制器包含：一电流振幅控制电路以及一箝位电路。该电源控制方法是在提供较高亮度时输出连续的电流并随亮度调整电流的振幅，以及在提供较低亮度时以箝位电路固定输出电流的振幅并随亮度调整电流的工作周期。

1.  一种照明系统的调光控制方法，该照明系统包含一输入单元，用来产生一强度控制讯号，以及一发光单元，该方法包含下列步骤：
(a)当该强度控制讯号由大于一第一预定值的第一值改变为大于该第一预定值的第二值时，调整输出至该发光单元的电流的振幅，并以相对于该第二值的振幅输出电流至该发光单元；
(b)当该强度控制讯号由小于一第二预定值的第三值改变为小于该第二预定值的第四值时，调整输出至该发光单元的电流的工作周期，并以相对于该第四值的工作周期输出电流至该发光单元；
(c)当该强度控制讯号由大于该第二预定值的第五值改变为小于该第二预定值的第六值时，将输出至该发光单元的电流的振幅固定至一第三预定值，调整输出至该发光单元的电流的工作周期，并以相对于该第六值的工作周期输出电流至该发光单元；以及
(d)当该强度控制讯号由小于该第一预定值的第七值改变为大于该第一预定值的第八值时，将输出至该发光单元的电流的工作周期固定至一第四预定值，调整输出至该发光单元的电流的振幅，并以相对于该第八值的振幅输出电流至该发光单元。

2.  如权利要求1所述的方法，其中该第一预定值大于该第二预定值，该方法还包含步骤：
(e)当该强度控制讯号由一第九值改变为小于该第一预定值且大于该第二预定值的第十值时，调整输出至该发光单元的电流的振幅以及工作周期，并以相对于该第十值的振幅以及工作周期输出电流至该发光单元。

3.  如权利要求1所述的方法，其中该第四预定值为1。

4.  如权利要求1所述的方法，其中该发光单元包含多组灯管组，该方法的步骤(b)或(c)还包含使输入不同灯管组的电流间具有相差。

5.  如权利要求2所述的方法，其中该发光单元包含多组灯管组，该方法的步骤(e)还包含使输入不同灯管组的电流间具有相差。

6.  如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)或(d)为输出一连续的交流电流。

7.  如权利要求1所述的方法，其中步骤(b)或(c)为输出一不连续的交流电流。

8.  如权利要求2所述的方法，其中步骤(e)为输出一不连续的交流电流。

9.  一种照明系统，其包含：
一输入单元，用来产生一强度控制讯号；
一发光单元，其包含至少一灯管组；以及
一电流控制单元，电连接至该输入单元以及该发光单元，用来根据该强度控制讯号输出电流至该发光单元，其包含：
一模拟控制器，其包含：
一电流振幅控制电路，用来控制输出至该发光单元的电流的振幅；以及
一箝位电路，用来使输出至该发光单元的电流的振幅不小于一预定值；
以及
一数字控制器，用来控制输出至该发光单元的电流的工作周期。

10.  如权利要求9所述的照明系统，其还包含一保护反馈单元，电连接于该发光单元以及该电流控制单元，用来执行保护电路及反馈的功能，其中该电流控制单元还根据该保护反馈单元产生的讯号输出电流至该发光单元。

11.  如权利要求9所述的照明系统，其中该数字控制器还用来控制输入不同灯管组的电流间的相差。

12.  如权利要求9所述的照明系统，其中该输入单元还用来输入一直流电压至该电流控制单元，以及该电流控制单元还用来控制输出至该发光单元的电流为交流电流。

13.  如权利要求9所述的照明系统，其中该电流控制单元输出一交流电流至该发光单元。

14.  如权利要求9所述的照明系统，其中该显示模块为一冷阴极荧光组件显示模块。

调光控制方法及使用该 方法的照明系统
技术领域
本发明涉及一种调光控制方法及使用该方法的照明系统，特别涉及一种结合连续调光技术与间断式调光技术的调光控制方法及使用该方法的照明系统。
背景技术
液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)的品质不断精进，价格持续下滑，使得液晶显示器的应用领域迅速地扩大。在计算机应用方面，液晶显示器不但让笔记型计算机的显示屏幕从早期九时的视频图形阵列(VideoGraphics Array，VGA)进展到现在以十三点一时的延伸图形阵列(ExtendedGraphics Array，XGA)为标准，而且正踏入更大尺寸的监视器领域，准备取代部份阴极射线管(cathode ray tube，CRT)显示器的市场。在民生应用方面如汽车导航系统、液晶电视等，也因为液晶显示器的低价化及高品质化而逐渐成为可行的选择方案。
由于液晶显示器为非发光性的显示装置，因此必须要藉助背光源才能达到显示的功能。背光源性能的好坏除了会直接影响液晶显示器的显像品质外，背光源模块的成本占液晶显示器的3％-5％，所消耗的电力更占液晶显示器的75％，可说是液晶显示器中相当基础而重要的零组件。高精细、大尺寸的液晶显示器，必须有高性能的背光技术与的配合，因此当液晶显示器产业努力开拓新应用领域的同时，背光技术的高性能化，如高亮度化、低成本化、低耗电化、重量与体积轻薄化等，亦扮演着幕后功臣的角色。
针对背光源模块的调光，现在主要有两种技术：一为连续调光技术，另一为间断式调光技术。连续调光技术是在调整背光源模块发出的亮度时，随之调整输出至发光单元的电流振幅，其中所输出的电流为连续的波形。请参阅图1。图1为已知的连续调光技术中输出至发光单元的电流振幅与亮度关系图。图1中，横轴方向代表背光源模块所发出的亮度，纵轴方向代表背光源模块输出至发光组件的电流振幅。A_max为背光源模块所能输出至发光单元的最大电流，对应至背光源模块所发出的最大亮度B_max。然而，因为电流输入发光组件时会有漏电流A₀的发生，因此，若背光源模块输出至发光单元的电流振幅小至A₀时，扣除漏电流后，发光组件的另一端就没有任何电流了，此时该发光组件将发生一端亮而另一端不亮的情况。为维持背光源模块所提供的背光源品质，避免如上述发光组件一端亮而另一端不亮的情形发生，通常背光源模块会设定一大于漏电流A₀的电流振幅下限A_min，此时背光源模块所能发出的亮度即定为背光源模块所预设发出的最小亮度B_min。连续调光技术最大的缺点即在于其受限于此一漏电流的存在，可输出至发光单元的电流比不足，因此背光源模块所能发出的亮度比也不足。现行技术中，连续调光技术的亮度比约仅可达3∶1左右。
至于间断式调光技术，顾名思义，是以间断式点亮发光组件的方式来调整背光源模块所发出的亮度，亦即输出固定振幅的电流至发光单元，而随调整背光源模块发出的亮度，调整输出至发光单元的电流的工作周期(dutycycle)。当背光源模块发出的亮度高时，调整输出至发光单元的电流的工作周期为高(最高可为1)；当背光源模块发出的亮度低时，调整输出至发光单元的电流的工作周期为低。相较于连续调光技术，间断式调光技术的好处在于其固定输出至发光单元的电流振幅，因此不必担心漏电流的问题，而即使当输出至发光单元的电流的工作周期调至很小而使得平均电流很低时，仍不会发生发光单元无法均匀发光的问题，如在一常见的应用中平均电流甚至可低至0.5毫安仍能正常发光；因此间断式调光技术中可输出至发光单元的平均电流比比较大，因此背光源模块的亮度比较充足。但是在间断式调光技术中，灯管不连续点亮，因此造成背光源模块具有较大的噪声，而这是连续调光技术中所没有的缺点。
随着液晶显示器制造技术的进步，产能及产量都上升，因而使得液晶显示器价格急遽下滑。液晶显示器的大幅降价对背光模块地价格亦造成相当大的冲击，制造商想尽办法降低背光模块的成本。为了降低背光模块制造的成本，制造商往往配合成本较低廉的电源，因而使得背光模块的噪声增加，此时间断式调光技术中灯管不连续点亮所造成的较大噪声则无异于雪上加霜，显得难以忍受。至此则可见传统调光技术中，低噪声与高亮度比的难以得兼的缺点。
发明内容
因此本发明的主要目的在于提供一种照明系统以及在该照明系统中所使用的调光控制方法，以改善上述问题。
根据本发明，披露了一种照明系统的调光控制方法。在本发明中，当将发光强度由大于一第一预定值的第一值改变为大于该第一预定值的第二值时，调整输出至该发光单元的电流的振幅，并以相对于该第二值的振幅输出电流至该发光单元；当将发光强度由大于一第二预定值的第三值改变为小于该第二预定值的第四值时，调整输出至该发光单元的电流的工作周期(dutycycle)，并以相对于该第四值的工作周期输出电流至该发光单元；当将发光强度由大于该第二预定值的第五值改变为小于该第二预定值的第六值时，将输出至该发光单元的电流的振幅固定至一第三预定值，调整输出至该发光单元的电流的工作周期，并以相对于该第六值的工作周期输出电流至该发光单元；以及当将发光强度由小于该第一预定值的第七值改变为大于该第一预定值的第八值时，将输出至该发光单元的电流的工作周期固定至一第四预定值，调整输出至该发光单元的电流的振幅，并以相对于该第八值的振幅输出电流至该发光单元。
根据本发明，还披露了一照明系统，其包含：一输入单元，用来产生一强度控制讯号；一发光单元，其包含至少一灯管组；以及一电流控制单元，电连接至该输入单元以及该发光单元，其包含：一数字控制器，用来控制输出至该发光单元的电流的工作周期；以及一模拟控制器，其包含：一电流振幅控制电路，用来控制输出至该发光单元的电流的振幅；以及一箝位电路，用来使输出至该发光单元的电流的振幅不小于一第五预定值。
附图说明
图1为已知的连续调光技术中输出至发光单元的电流振幅与亮度关系图。
图2为本发明的照明系统示意图。
图3为本发明的第一实施例的输出至发光单元的电流振幅及工作周期与亮度关系图。
图4为本发明的第二实施例的输出至发光单元的电流振幅及工作周期与亮度关系图。
附图符号说明
发光源模块                     200
输入单元                       210
电流控制单元                   220
模拟控制器                     230
电流振幅控制电路               232
箝位电路                       234
数字控制器                     240
驱动电路                       250A、250B
发光单元                       260
灯管组                         270A、270B
保护反馈电路                   280A、280B
具体实施方式
请参阅图2。图2为本发明的照明系统示意图。200为一发光源模块，其包含一输入单元210，用来产生一强度控制讯号；一发光单元260，其包含两灯管组270A以及270B；一电流控制单元220，电连接至输入单元210，用来根据输入单元210所输入的强度控制讯号控制输出电流的振幅及工作周期(duty cycle)，其包含：一数字控制器240，用来控制输出电流的工作周期；以及一模拟控制器230，其包含：一电流振幅控制电路232，用来控制输出电流的振幅；以及一箝位电路234，用来使输出电流的振幅不小于一预定值，该箝位电路可为一包含一二极管的限压电路或为其它电路设计。电流控制单元220将电流输出至驱动电路250A及250B，由驱动电路250A及250B分别负责以交流电源驱动灯管组270A以及270B；灯管组270A以及270B再分别电连接于保护反馈电路280A及280B，由保护反馈电路280A及280B负责执行保护电路及提供反馈讯息至电流控制单元220的功能。
请参阅图3。图3为本发明的第一实施例中输出至发光单元的电流振幅及工作周期与亮度关系图。图3的关系图中，横轴方向代表背光源模块所发出的亮度，纵轴方向代表背光源模块输出至发光组件的电流振幅以及电流的工作周期。在本发明中，背光源模块在提供较高亮度时，以连续调光技术控制输出至发光组件的电流振幅以调整亮度；而在提供较低亮度时，固定输出至发光组件的电流振幅，而以间断式调光技术，调整输出至发光组件的电流的工作周期。举例来说，电源控制方式可设计为当欲提供一大于图3所示的B₁的亮度时，以控制输出至发光组件的电流振幅的方式调整亮度，亦即使电流的工作周期固定在D_max，此例中即为1；而当欲提供一小于图3所示的B₁的亮度时，固定输出至发光组件的电流振幅为A_min，而以调整输出至发光组件的电流的工作周期的方式调整亮度，亦即使电流的工作周期调至D_max及D_min中的一值。请同时参见图2与图3。例如当欲将亮度由B_m调整为B_n时，输入单元210会产生一强度控制讯号并传送至电流控制单元220。因为B_m和B_n都大于B₁，所以数字控制器240将输出电流的工作周期维持在1，而模拟控制器230中的电流振幅控制电路232会将输出电流的振幅由对应于B_m的A_m调至对应于B_n的A_n。当欲将亮度由B_n调整为小于B₁的B_p时，输入单元210所产生的强度控制讯号会令数字控制器240控制输出电流的工作周期由1调至对应于亮度B_p的D_p，而模拟控制器230中的箝位电路234则使输出电流的振幅固定在A_min。而欲将亮度由B_p调为同样小于B₁的B_q时，箝位电路234将输出电流的振幅固定在A_min，而数字控制器240则控制输出电流的工作周期由对应于亮度B_p的D_p调至对应于亮度B_q的D_q。若欲将亮度由B_q调为亮度大于B₁的B_n时，输入单元210所产生的强度控制讯号会令数字控制器240控制输出电流的工作周期由对应于亮度B_q的Dq调至D_max，也就是1，而模拟控制器230中的电流振幅控制电路232会将输出电流的振幅由A_min调至对应于B_n的A_n。
在本发明中，对应于输出至发光单元的电流振幅由大于最小振幅A_min进入最小振幅A_min的亮度，与对应于输出至发光单元的电流工作周期由小于1进入1的亮度，可以不为同一值；亦即可有一亮度区间设计为随亮度同时改变调整电流振幅以及电流工作周期。请参阅图4。图4为本发明的第二实施例中输出至发光单元的电流振幅及工作周期与亮度关系图。如同图3，图4的关系图中，横轴方向代表背光源模块所发出的亮度，纵轴方向代表背光源模块输出至发光组件的电流振幅以及电流的工作周期。图4的关系图与图3的关系图中皆为当亮度大于B₁时，电流工作周期固定为D_max；而两关系图的不同处在于图4中当亮度小于B₂时，电流振幅固定为A_min，而B₂不等于B₁。例如当欲将亮度由小于B₁以及B₂的B_t调至介于B₂与B₁间的B_r时，输入单元210所产生的强度控制讯号传送至电流控制单元220，数字控制器240会将输出电流的工作周期由对应于亮度B_t的D_t调成对应于亮度B_r的D_r，而模拟控制器230中的电流振幅控制电路232会将输出电流的振幅由A_min调至对应于B_r的A_r。当欲将亮度由B_r调整为同样介于B₂与B₁间的B_s时，输入单元210所产生的强度控制讯号会令数字控制器240控制输出电流的工作周期由对应于亮度B_r的D_r调成对应于亮度B_s的D_s，而模拟控制器230则会同时控制输出电流的工作周期由对应于亮度B_r的A_r调成对应于亮度B_s的A_s。也就是说，当亮度改变为介于B₂与B₁间的一值时，数字控制器240与模拟控制器230都会作用以改变对应于该亮度的电流工作周期与电流振幅。在应用本发明时，可依照应用的需求而设计B₂与B₁间区间的宽度，以使得背光源模块的亮度比够大，而噪声尽量减小。
当本发明的照明系统的发光单元具有多组灯管组，且其由不同驱动电路控制驱动时，关于提供较低亮度时输出电流的工作周期的控制，可设计成输出具有不同相位的不连续电流至不同灯管组，以进一步减低背光源模块所产生的噪声。请参阅图2。图2中的背光源模块200即具有两灯管组270A以及270B，由驱动电路250A及250B分别负责驱动。当背光源模块200所欲提供的亮度为小于图3中的B₁的某亮度B_p时，电流控制单元控制驱动电路250A及250B输入灯管组270A以及270B的电流振幅为A_min，而电流工作周期为对应于B_p的D_p。而输入灯管组270A以及270B的电流可为具有180°相差，而工作周期同为D_p的不连续电流。如此一来，则整个背光源模块200于同一时间输出的电流变化量减小，其所产生的噪声也因而减小。
综上所述，本发明提供了一种照明系统结合连续调光技术以及间断式调光技术的调光控制方法，前文并在各实施例中列举不同情况下改变亮度的电流振幅及工作周期的控制方法。本发明的照明系统于提供较高亮度时，以连续调光技术控制输出至发光组件的电流振幅以调整亮度；而于提供较低亮度时，固定输出至发光组件的电流振幅，而以间断式调光技术，调整输出至发光组件的电流的工作周期，并在此时以箝位电路固定输出至发光组件的电流振幅。本发明的设计的好处在于，在提供较高亮度时输出连续电流而非工作周期小于1的间断电流，可以减低背光源模块产生的噪声；而在提供较低亮度时并调整电流工作周期，可使得背光源模块输出的平均电流比增加，并且可以将输出至不同灯管组的电流设计为互相具有相差以更进一步地降低噪声，而固定电流振幅使其不小于一预定值则可避免因漏电流的存在而使得发光单元无法均匀发光的问题。也就是说，本发明兼具有已知连续调光技术以及间断式调光技术的优点，并且在提供较高亮度时避免了已知间断式调光技术噪声过大的缺点，而提供较低亮度时则以箝位电路固定输出至发光组件的电流振幅，确保发光单元不会因漏电流的问题而无法均匀发光，改善了已知技术中的缺点。
目前笔记型计算机用液晶显示器的背光模块常使用冷阴极管等以及导光板、扩散片(diffuser)、反射板以共同组成。冷阴极荧光组件(Cold CathodeFluorescent Lamp，CCFL)因其简单的电极以及低复杂度的趋动方式，其耐久性以及使用寿命都较长，也使其成为目前笔记型计算机以及其它强调轻便性的电子装置的液晶显示屏幕(Liquid Crystal Display，LCD)常使用的背光源。本发明的背光源模块电源控制方法适用于以目前液晶显示器的主流组件冷阴极管或其它发光组件做为发光单元的显示器背光源模块。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。