CN100474208C - 发光二极管驱动设备和光功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发光二极管(LED)驱动设备，包括：驱动装置，用于驱动LED发光；以及控制装置，控制装置，用于控制从驱动装置提供给LED的驱动电流，如果LED的光功率的目标值小于预定值，则控制装置通过控制驱动电流的通/断比来执行光功率控制，如果目标值等于或大于预定值，则控制装置通过控制驱动电流的电平来执行光功率控制。

Description

发光二极管驱动设备和光功率控制方法

相关申请的交叉参考

本发明包含分别于2004年10月8日以及2005年8月5日向日本专利局提交的日本专利申请JP2004-296148以及JP2005-227965的主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(LED)驱动设备和一种控制光功率的方法。

背景技术

自身不能发光的显示器(例如，液晶显示器)配置有背光灯(backlight)。就这样的背光灯而言，一种使用冷阴极管作为光源的背光灯已经为人们所知。另外，近些年来，使用耗电更少的发光二极管(LED)的背光灯也已经为人们所知。

关于控制这种包括LED的背光灯的光功率(luminous power)的方法，已经知道两种方法。一种是电流值控制方法，用于控制提供给LED的驱动电流的电平。另一种是执行脉宽调制(PWM)控制，保持驱动电流电平恒定。

在电流值控制方法中，改变连续提供给LED的驱动电流的电平本身，从而获得目标光功率。在PWM控制中，改变每单位时间的驱动电流的通/断比，从而获得期望的光功率。

披露了相关技术的文件的例子为日本专利公开第4-134486号。

已经知道，LED的发光效率依赖其驱动电流值而变化。

将参照图7至图9描述这个方面。

图7示出了某一LED的正向电压与正向电流之间的关系图。图8示出了该LED的正向电流与光功率之间的关系图。具体而言，图7示出了当提供给LED某些值的正向电流时获得的相应的正向电压值。图8示出了当提供给LED某些值的正向电流时获得的相应的光功率值。

用光功率除以输入功率即可得到发光效率。因此，通过以下步骤获得LED的发光效率：用图7中某一正向电流值乘以相应的正向电压值，获得输入功率；之后，用图8中相应于该正向电流值的光功率值除以获得的输入功率。

图9示出了可通过上述步骤获得的发光效率与正向电流值之间的关系图。

如图所示，对于该LED，随着正向电流值从50mA增加至100mA，发光效率升高，随着正向电流值在100mA以上增加，发光效率降低。在100mA电流值附近，获得最大发光效率。

从该图中很容易知道，LED具有发光效率依赖于正向电流(驱动电流)值而改变的特性。具体而言，LED的发光效率趋向于随着驱动电流值增加而升高，直至驱动电流值达到某一电流值，而在该电流值之上，发光效率趋向于随着电流值增加而降低。

由于LED的发光效率依赖于驱动电流值而改变，接下来的问题就出现在利用上述电流值控制和PWM控制方法中的一种来控制LED发光效率的LED驱动设备上。

在电流值控制中，如果将要控制的光功率的目标值与对应于提供图9所示的最高发光效率的电流值的值相同，则可以以最高发光效率驱动LED。但是，目标值不一定对应于该值，从而，存在以低发光效率驱动LED的可能。

就PWM控制而言，控制的是电流的通/断，以保持电流值的恒定。因此，恒定电流值必须是相应于其容许范围内的最大光功率值的值。

然而容许范围内的最大光功率时的电流值也不一定对应于上述最高发光效率时的电流值。因此，在PWM控制中，也存在以低发光效率驱动LED的可能。

以低发光效率驱动LED需要比原始需要的输入功率更高的不必要的额外功率，这会导致功率消耗的增加。另外，如果以低发光效率驱动LED，则LED、其驱动电路、以及供电单元的发热量趋向于增加，例如，会导致一个问题，即防止发热的措施会妨碍设备的小型化。

发明内容

考虑到上述问题，期望提供一种具有如下结构的LED驱动设备。

具体而言，该LED驱动设备包括用于驱动LED发光的驱动装置。

此外，该LED驱动设备包括控制从驱动装置提供给LED的驱动电流的控制装置。如果LED的光功率的目标值小于存储在控制装置中的预定值，则控制装置通过控制驱动电流的通/断比来执行光功率控制。如果目标值等于或大于预定值，则控制装置通过控制驱动电流的电平来执行光功率控制。

另外，根据本发明的实施例，控制光功率的方法具有如下特征。

具体而言，关于控制LED光功率的方法，如果LED光功率的目标值小于预定值，则通过控制驱动电流的通/断比来执行光功率控制，如果目标值等于或大于预定值，则通过控制驱动电流的电平来执行光功率控制。

根据本发明的实施例，发光二极管(LED)驱动设备包括用于驱动LED发光的驱动部、以及控制从驱动部提供给LED的驱动电流的控制部。如果LED的光功率的目标值小于存储在控制部中的预定值，则控制部通过控制驱动电流的通/断比来执行光功率控制。如果目标值等于或大于预定值，则控制部通过控制驱动电流的电平来执行光功率控制。

根据本发明的实施例，LED的驱动控制方法可根据光功率的目标值，在上述电流值控制与PWM控制之间切换。具体而言，根据上述设置，如果目标值小于提供LED最高发光效率的光功率值，则控制方法能够切换至PWM控制。如果目标值等于或大于预定值，则控制方法能够切换至驱动电流控制。

如果这样的光功率控制是可能的，则当目标值小于预定值时，能够执行PWM控制，在该控制中，驱动电流电平在提供LED最高发光效率的电平上保持恒定。因此，能够以最高发光效率驱动LED。

另外，如果目标值等于或大于预定值，则切换至电流值控制就能够用尽可能小的功率获得期望的光功率。如果即使当目标值等于或大于预定值时仍执行PWM控制，则与执行电流值控制的情况相比，不可避免地需要更大的驱动电流电平。更大的电流电平导致以更低的发光效率驱动LED，这在图9的特征图中可以很容易地看出。因此，切换至电流值控制能够最有效地驱动LED。

如上所述，根据本发明的实施例，光功率控制依赖于光功率的目标值，而在PWM控制与电流值控制之间切换。因此，能够以尽可能高的发光效率驱动LED。

另外，这种控制方法的切换能够以最小的功率消耗来驱动LED，并且进一步能够使LED、其驱动电路、以及供电单元的发热量最小。因此，能够使装置小型化。

附图说明

结合附图，参照下面的描述，将看出本发明的上述及其他目的，附图中：

图1示出了配置有根据本发明的实施例的LED驱动设备的液晶显示器的结构实例的方框图；

图2示出了根据本发明的第一实施例的LED驱动设备的结构的方框图；

图3示出了LED驱动电路的内部结构的电路图；

图4示出了用于实现第一实施例的操作的处理操作的流程图；

图5示出了根据本发明的第二实施例的LED驱动设备的结构的方框图；

图6示出了用于实现第二实施例的操作的处理操作的流程图；

图7示出了某一LED的正向电压与正向电流之间的关系图；

图8示出了某一LED的正向电流与光功率之间的关系图；以及

图9示出了某一LED的正向电流与发光效率之间的关系图。

具体实施方式

下面将描述实现本发明的最佳模式(下文中的实施例)。

首先，将参照图1描述配置了根据一个实施例的发光二极管(LED)驱动设备的液晶显示器的结构实例。

参照图1，AC电源从AC电源输入端tAC输入到液晶显示器。

从AC电源输入端tAC提供AC电源给电源电路6，从而产生DC电压。然后，电源电路6将生成的DC电压作为图示的DC电源提供给信号处理电路7、面板驱动电路8、控制器2、以及LED驱动电路3。

进一步，视频信号从视频输入端tv输入到液晶显示器。视频信号被提供给信号处理电路7。信号处理电路7对提供的视频信号执行所要求的信号处理，从而获得驱动控制液晶面板5所需的信号。

信号处理电路7将对面板的驱动进行控制所需的信号提供给面板驱动电路8。面板驱动电路8以该信号为基础驱动液晶面板5。

另外，信号处理电路7从输入的视频信号中提取亮度信号，并将该亮度信号提供给控制器2。

控制器2为例如一台微型计算机，包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)等，并且执行液晶显示器的全部控制。

控制器2根据基于由信号处理电路7提供的亮度信号算出的平均图像电平(APL)(平均亮度)的信息来调整设置于背光灯4中的LED 4a的光功率。根据基于APL信息的光功率控制，当APL低于例如某电平时，将背光灯的光功率减小至预定值(例如，十分之一)，从而实现高对比度。

除了基于APL进行的调整之外，控制器2还响应由用户通过用户接口(I/F)9的操作，调整背光灯4中的LED 4a的光功率。

用户I/F9包括用来从遥控器或液晶显示器外壳的外表面上设置的操作元件接收指令信号的指令接收器。例如，用户操作设置在外壳的外表面上的用于亮度调节的按钮操作元件，从而能够将关于背光灯4的光功率的指令输入给液晶显示器。或者，用户从显示在液晶面板5的屏幕上的配置菜单中选择亮度调节选项，从而根据屏幕的指令执行操作输入。因而，能够输入关于背光灯4的光功率的指令。

如果由用户通过用户I/F 9输入了指令，则控制器2响应指令输入信息来控制背光灯4的光功率。

图2示出了图1所示结构中涉及背光灯4中的LED 4a的光功率控制的部分的方框图。

参照图2，从图1所示的电源电路6提供DC电源给LED驱动电路3，并该LED驱动电路以DC电源为基础，提供驱动电流给背光灯4中的LED 4a。

LED驱动电路3设置有电流值控制端t1以及通/断控制端t2。各个端子从如图所示的控制器2接收控制信号。通过将在下面描述的结构，LED驱动电路3响应于提供给电流值控制端t1的控制信号，改变提供给LED 4a的驱动电流的电平。另外，响应于提供给通/断控制端t2的控制信号，LED驱动电路3改变驱动电流的通/断时间，同时保持驱动电流的电平恒定。

注意，控制器2以及LED驱动电路3构成了作为图2中所示的第一实施例的LED驱动设备1。

控制器2根据基于来自图1所示的信号处理电路7的亮度信号计算出的APL信息，并且如果从用户I/F9输入关于亮度调节的指令则根据指令输入值，来设置LED 4a的光功率的目标值。控制器2随后提供控制信号给LED驱动电路3的电流值控制端t1或通/断控制端t2，从而获得目标值的光功率。

本实施例的控制器2预先存储了关于LED4a的提供最高发光效率的正向电流值(驱动电流电平)以及由该正向电流值获得的光功率值(预定值)的信息。

控制器2基于作为预定值而存储的光功率值与设定目标值之间的比较结果，在源于提供控制信号给电流值控制端t1(电流值控制)的光功率控制与源于提供控制信号给通/断控制端t2(PWM控制)的光功率控制之间进行切换。下面将详细描述该切换。

另外，在第一实施例中，对应于光功率的每一个目标值，控制器2的ROM都存储了用于获得相应光功率的驱动电流值以及驱动电流的通/断比的信息。

具体而言，如果控制器2执行电流值控制，则控制器2基于设定的目标值和所存储的相应信息，获得驱动电流值信息，并且提供该电流值信息给LED驱动电路3的电流值控制端t1，以控制光功率。当执行电流值控制时，向通/断控制端t2施加开启供给驱动电流的控制信号。

此外，如果执行PWM控制，则控制器2基于设定的目标值以及存储的相应信息，获得通/断比信息，并且以该信息为基础，提供通/断控制信号给通/断控制端t2，从而控制光功率。当执行PWM控制时，提供使电流值在提供LED 4a的最高发光效率的正向电流的值保持恒定的电流值信息给电流值控制端t1。

在这种情况下，提供这样的用于PWM控制的通/断比信息，使得接通时间段的长度除以通断时间段的总长度的比等于将光功率的目标值除以作为预定值的光功率值所得的值。

图3示出了图2所示的LED驱动电路3的内部结构。

由于电容器Ci上施加了图2所示的DC电源，所以电容器Ci上存储了DC电压。开关元件Q1、二极管D1、及扼流圈L1组成了将跨过电容器Ci的电压用作操作电源的降压转换器(downconverter)。该降压转换器的操作产生跨过平滑电容器Co的DC电压的LED驱动电压。因此，提供DC驱动电流给如图2所示的LED4a。

作为开关元件Q1，采用的是MOS-FET。

开关元件Q1由控制电路12驱动并控制。

如图所示，控制电路12从通/断控制端t2接收通/断控制信号，并基于该通/断控制信号接通和断开开关元件Q1。

另外，对控制电路12的输入还有来自误差信号放大器(E/A)11的反馈信号。

结合于LED驱动电压的输出线路中的电流检测电阻R1检测提供给LED4a的驱动电流的电平，并将该电平输入到误差信号放大器11。除了测得的电流电平以外，对误差信号放大器11的输入还有同样如图2所示电流值控制端t1输入、并已经由D/A转换器10转换成模拟信号的电流值控制信号。误差信号放大器11输出对应于输入的驱动电流电平和电流值控制信号的电平之间的差值的信号。

控制电路12根据来自误差信号放大器11的输出信号来控制开关元件Q1的操作，从而进行控制，使得提供给LED 4a的驱动电流的电平在相应于提供给电流值控制端t1的电流值控制信号的值保持恒定。

此处，如上所述，LED的发光效率依赖于提供的驱动电流(正向电流)的电平而改变。具体而言，如图9所示，发光效率趋向于随着正向电流值增加而增加，直至达到某一正向电流值，并且在该值之上，发光效率趋向于随着正向电流值增加而降低。

由于发光效率依赖于正向电流值而改变，所以上述电流值控制以及PWM控制包括以低发光效率驱动LED4a的可能性。

因此，在本实施例中，参照关于LED4a的正向电流值与发光效率之间的关系的试验结果(类似于图9中的特性图)，预先获得提供最高发光效率的正向电流值(最佳电流值)和由该正向电流值获得的光功率(预定值)。当以小于光功率预定值的光功率驱动LED4a发光时，利用PWM控制来控制光功率，以保持驱动电流值为最佳电流值。当以等于或大于预定值的光功率驱动LED 4a发光时，执行电流值控制。

因此，当以小于预定值的光功率驱动LED 4a发光时，能够以恒定不变的最佳电流值驱动LED 4a。因此，能够以最高发光效率驱动LED 4a。

另外，同样在至少以预定值的光功率来驱动LED 4a发光的情况下，能够以尽可能高的发光效率驱动LED 4a。具体而言，如果即使对于光功率值等于或大于预定值也保持PWM控制，则不可避免地必须设置PWM控制的恒定驱动电流电平要高于当执行光功率值的电流值控制时使用的驱动电流的电平。从图9的特性图中很明显知道，驱动电流电平的增加降低了光功率。因此，当至少以光功率预定值驱动LED 4a发光时，电流值控制能够以较高的发光效率驱动LED 4a。

因此，本实施例的光功率控制能够以恒定地提供尽可能高的发光效率的条件来驱动LED 4a。因此，能够使由于驱动LED 4a引起的功率消耗最小。另外，如果能够以提供尽可能恒定的高发光效率的条件来驱动LED 4a发光，则能够使LED 4a本身、LED驱动电路3、以及提供DC电源给LED驱动电路3的电源电路6(参照图1)的发热量最小。因此，避免了为解决发热问题而增加装置的尺寸。

图4示出了用于实现第一实施例操作的处理操作的流程图。

例如，图4中所示的处理操作是基于内置在控制器2中的ROM等中存储的程序执行的。

参照图4，在步骤S101中，执行比较设定的目标值与上述预定值的处理。

接下来，在步骤S102中，基于步骤S101的比较处理的结果，执行确定目标值是否小于预定值的处理。

如果在步骤S102中获得了目标值小于预定值的肯定确定结果，则处理顺序进入步骤S103，在该步骤中，执行设置PWM控制的处理。具体而言，为了执行作为PWM控制的驱动电流的通/断控制，以保持驱动电流值恒定为上述最佳电流值，可开始将表示最佳电流值的电流值控制信号提供给LED驱动电路3的电流值控制端t1。

接下来，在步骤S104中，根据作为目标值的光功率设置通/断比。具体而言，从存储于ROM等中的相应信息中取出与输入的目标值相关联的通/断比信息。然后将基于通断比信息的通/断控制信号提供给通/断控制端t2，从而通过PWM控制来控制光功率。

另外，如果在步骤S102中获得目标值不小于预定值(目标值等于或大于预定值)的否定确定结果，则在步骤S105中执行设置电流值控制的处理。具体而言，为了执行电流值控制从而连续提供驱动电流，开始向通/断控制端t2提供接通控制信号。

接下来，在步骤S106中，根据作为目标值的光功率设置电流值。具体而言，从相应信息中取出与输入的目标值相关联的电流值信息。然后将基于电流值信息的电流值控制信号提供给电流值控制端t1，从而通过电流值控制来控制光功率。

通过上面的处理操作，当目标光功率小于预定值时，可通过PWM控制来执行光功率控制，而当目标光功率等于或大于预定值时，可通过电流值控制来执行光功率控制。

图5示出了作为本发明的第二实施例的LED驱动设备20的结构。

第二实施例的LED驱动设备20也执行在第一实施例中执行的光功率控制方法的切换。此外，LED驱动设备20除了包括图2中所示的LED驱动设备1的结构之外，还包括光功率传感器21。光功率传感器21设置在背光灯4中的某一位置，从而检测LED 4a的光功率(光功率传感器21在图1中以虚线表示)。

由光功率传感器21检测的光功率信息被输入给控制器2。

控制器2基于由光功率传感器21检测并输入的光功率值，并以根据如上所述的来自信号处理电路7的亮度信号以及从用户I/F9输入的指令而设置的光功率的目标值为基础，控制LED 4a的光功率。

具体而言，通过改变提供给电流值控制端t1的电流值控制信号或改变提供给通/断控制端t2的通/断控制信号来控制光功率，使得由光功率传感器21检测并输入的光功率的值等于目标值。

由于光功率是以LED 4a的光功率的实际测量值为基础进行控制的，所以即使对于相同正向电流值在LED 4a之间存在光功率变化，仍能够较准确地实现作为目标值的光功率。

该光功率控制能够有效地防止装置之间LED 4a的光功率的变化。

图6示出了用于实现第二实施例的LED驱动设备20的操作的处理操作的流程图。

图6所示的处理操作同样基于存储于内置在控制器2中的ROM等的程序执行。

在步骤S201和S202中，与图4中所示的步骤S101和S102的处理一样，执行比较目标值与预定值的处理，以及由比较结果确定目标值是否小于预定值的处理。

接下来，如果目标值小于预定值并获得了肯定的确定结果，则与步骤S103一样，执行步骤S203中的设置PWM控制的处理。或者，如果获得目标值不小于预定值的否定确定结果，则与步骤S105一样，在步骤S205中执行设置电流值控制的处理。

在该处理操作中，在已经设置了PWM控制之后的步骤S204中，执行控制通/断比的处理，使得检测值等于目标值。具体来说，控制提供给LED驱动电路3的通/断控制端t2的通/断控制信号的比，使得设置的目标值等于来自光功率传感器21的光功率值。

此外，在已经设置电流值控制之后的步骤S206中，执行控制电流值的处理，使检测值等于目标值。具体来说，控制提供给LED驱动电路3的电流值控制端t1的电流值控制信号，使得设置的目标值等于来自光功率传感器21的光功率值。

通过上述处理操作，当实施本实施例时，在切换PWM控制和电流值控制的同时，能够基于实际测量值更精确地控制光功率。

应该注意，本发明不限于上述实施例的结构。

例如，在以上的实施例中，驱动的是液晶显示器的背光灯中的LED使其发光。但是，本发明也能够广泛应用于其他LED的光功率控制。

另外，为了方便说明，本实施例具有驱动一个LED发光的结构。但是，显而易见，用于多个LED的类似的光功率控制可以实现类似的优点。

此外，本实施例根据基于从视频信号中提取的亮度信号以及用户的操作的APL信息，设置光功率的目标值。但是，用于设置光功率目标值的要素并不限于这些要素。可以以其他要素为基础设置目标值。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种发光二极管驱动设备，包括：

驱动装置，用于驱动发光二极管发光；以及

控制装置，用于控制从所述驱动装置提供给所述发光二极管的驱动电流，如果所述发光二极管的光功率的目标值小于预定值，则所述控制装置通过控制所述驱动电流的通/断比来执行光功率控制，如果所述目标值等于或大于所述预定值，则所述控制装置通过控制所述驱动电流的电平来执行光功率控制。

2.根据权利要求1所述的发光二极管驱动设备，其中，根据由提供所述发光二极管的最高发光效率的驱动电流值获得的光功率设置所述预定值。

3.根据权利要求1所述的发光二极管驱动设备，其中，在由所述控制装置通过控制所述驱动电流的所述通/断比来执行的所述光功率控制中，所述驱动电流的电平保持恒定为提供所述发光二极管的最高发光效率的驱动电流值。

4.根据权利要求1所述的发光二极管驱动设备，其中，所述控制装置存储涉及所述目标值与所述通/断比并涉及所述目标值与所述驱动电流值的相应信息，所述控制装置通过设置与在所述相应信息中的所述目标值相关的所述通/断比或所述驱动电流值来执行所述光功率控制。

5.根据权利要求1所述的发光二极管驱动设备，进一步包括：

光功率检测装置，用于检测所述发光二极管的光功率，其中，所述控制装置通过控制所述通/断比或所述驱动电流值来执行所述光功率控制，使得由所述光功率检测装置检测并输入的所述光功率的值等于所述目标值。

6.一种发光二极管的光功率控制方法，其中，如果发光二极管的光功率的目标值小于预定值，则通过控制驱动电流的通/断比来执行光功率控制，以及如果所述目标值等于或大于所述预定值，则通过控制所述驱动电流的电平来执行光功率控制。

7.液晶显示设备，包括：

液晶显示面板；

面板驱动部，基于图像输入信号驱动所述液晶显示面板；

发光二极管，作为用于所述液晶显示面板的光源；

驱动部，用于驱动发光二极管发光；以及

控制部，用于控制从所述驱动部提供给所述发光二极管的驱动电流，如果所述发光二极管的光功率的目标值小于预定值，则所述控制部通过控制所述驱动电流的通/断比来执行光功率控制，如果所述目标值等于或大于所述预定值，则所述控制部通过控制所述驱动电流的电平来执行光功率控制。

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