CN100538475C - 显示器件的背光单元及其驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供显示器件的背光单元及其驱动电路。显示器件的背光单元包括：输出第一交流电压的交流源；由所述第一交流电压驱动并且包括多个发光二极管的至少一个发光二极管阵列；以及连接在所述交流源与所述至少一个发光二极管阵列之间的阻抗匹配元件，所述阻抗匹配元件串联连接到所述至少一个发光二极管阵列。

Description

显示器件的背光单元及其驱动电路
技术领域
本发明涉及液晶显示(LCD)器件的背光单元和所述背光单元的驱动电路，更具体地说，本发明涉及包括多个发光二极管(LED)阵列的背光单元和利用静态电流对所述背光单元进行控制的驱动电路。
背景技术
液晶显示(LCD)器件因其分辨率高、对比率高、显色性能好并且显示移动图像的性能优越而广泛地用作笔记本计算机、台式计算机和电视的监视器。LCD器件依赖于液晶的光学各向异性和偏光特性来产生图像。此外，LCD器件包括液晶板，该液晶板包括两个基板和这两个基板之间的液晶层。在这两个基板之间产生的电场对液晶层中的液晶分子的配向方向进行调节，从而造成透射率不同。
然而，由于液晶板不包括发射元件，所以通过按不同透射率进行反射来显示图像需要额外的光源。因此将具有光源的背光单元设置在液晶板的下方。LCD器件的背光单元根据光源的位置可以分成两种类型：侧光型和直接型。在侧光型背光单元中，从液晶板的至少一个背侧部分发射的光经导光板(LGP)折射并进入液晶板。在直接型背光单元中，在液晶板的背面的下方设置有多个光源，并且来自所述多个光源的光直接进入液晶板。
已经使用冷阴极荧光灯(CCFL)或者外部电极荧光灯(EEFL)作为液晶显示器件的背光单元的光源。近年来，因为发光二极管(LED)不必使用水银(Hg)即可具有优异的颜色再现性和亮度，所以将LED用作光源。包括LED的背光单元可以称为LED背光单元。
图1是示出包括根据现有技术的LED背光单元的液晶显示器件的示意性立体图。在图1中，液晶显示(LCD)器件包括液晶板10和在液晶板10下方的LED背光单元20。LED背光单元20包括各自具有多个LED24的多个印刷电路板(PCB)22。所述多个PCB 22被设置为条状。所述多个LED 24可以包括分别发射红色光、绿色光和蓝色光的红色LED、绿色LED和蓝色LED，并且按预定规则排列。当红色LED、绿色LED和蓝色LED同时点亮时，通过混合红色光、绿色光和蓝色光可以获得白色光。为了减少功耗，在各个PCB 22上重复地设置有具有红色LED、绿色LED和蓝色LED的预定混合的LED阵列，以便获得白色光。
此外，LED阵列可以由独立的驱动电路驱动。图2是根据现有技术的用于LED背光单元的驱动电路。在图2中，LED阵列30设置在输入端子32与输出端子34之间，并且控制器50设置在输入端子32与LED阵列30之间。LED阵列30包括彼此串联连接的至少一组红色LED、绿色LED和蓝色LED 38。直流(DC)电压“Vin”输入到输入端子32作为LED阵列30的驱动电力，并且控制器50对DC电压“Vin”的幅度进行调节以获得均匀的亮度。
然而，在根据现有技术的LED背光单元中，每个LED阵列30都需要独立的驱动电路。因此，LED背光单元在驱动电路的生产成本方面和驱动电路的安装空间方面具有缺陷。在对角线长度超过大约42英寸的大尺寸LCD器件中，例如可能使用几百个LED，并且LED背光单元的LED阵列30可能需要多个驱动电路。因此，增加了生产成本和安装空间，并且LCD器件很复杂，从而变得较厚。
发明内容
因此，本发明致力于液晶显示器件的背光单元和该背光单元的驱动电路，其本质上消除了由于现有技术的局限和缺点引起的一个或者更多个问题。
本发明的一个目的是提供一种背光单元，所述背光单元包括至少一个LED阵列和利用静态电流对所述至少一个LED阵列进行控制的驱动电路。
本发明的另一目的是提供一种背光单元，所述背光单元在驱动电路的数量减少的情况下提供高质量且稳定的光。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明中得以阐述，并且一部分从描述中显见，或者可以通过实施本发明而获得。可以通过在所撰写的说明书及其权利要求书以及附图中具体指出的结构来实现并且获得本发明的这些和其他优点。
为了获得这些和其他优点，并且根据本文中所具体体现和广泛描述的发明宗旨，一种显示器件的背光单元包括：输出第一AC电压的AC源；由所述第一AC电压驱动并且包括多个LED的至少一个LED阵列；以及连接在所述AC源与所述至少一个LED阵列之间的阻抗匹配元件，所述阻抗匹配元件串联连接到所述至少一个LED阵列；其中，所述交流源包括：具有初级绕组和次级绕组的变压器，并且向所述初级绕组输入第二交流电压，从所述次级绕组输出所述第一交流电压；输出所述第二交流电压的交流电压发生器；以及连接在所述交流电压发生器与所述初级绕组之间的低通滤波器。
在另一方面，用于具有至少一个LED阵列的背光单元的驱动电路包括：输出第一AC电压的AC源；和连接到所述AC源并且利用静态电流对所述至少一个LED阵列进行控制的阻抗匹配元件；其中，所述AC源包括：具有初级绕组和次级绕组的变压器，并且向所述初级绕组输入第二交流电压，从所述次级绕组输出所述第一交流电压；输出所述第二交流电压的交流电压发生器；以及连接在所述交流电压发生器与所述初级绕组之间的低通滤波器。
应该理解，前述概括描述和下文的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在提供对所要求的本发明的进一步说明。
附图说明
附图被包括进来以提供对本发明的进一步的理解并被并入且构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于说明本发明的原理。
图1是示出包括根据现有技术的LED背光单元的液晶显示器件的示意性立体图。
图2是根据现有技术的用于LED背光单元的驱动电路。
图3A是示出根据本发明第一实施例的背光单元的示意性电路图。
图3B是示出根据本发明第二实施例的背光单元的示意性电路图。
图4A是示出根据本发明第三实施例的背光单元的示意性电路图。
图4B是示出根据本发明第四实施例的背光单元的示意性电路图。
具体实施方式
现在详细描述本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。只要有可能，就使用类似的标号来表示相同或者类似的部件。
根据本发明的背光单元包括至少一个LED阵列和利用静态电流对所述至少一个LED阵列进行控制的单个驱动电路。所述至少一个LED阵列由交流(AC)电压驱动，并且施加到所述至少一个LED阵列的电流由阻抗匹配元件控制。
图3A和3B是示出分别根据本发明第一实施例和第二实施例的背光单元的示意性电路图。
在图3A和3B中，背光单元包括驱动电路和至少一个LED阵列150，所述驱动电路具有AC源110和阻抗匹配元件120。AC源110通过阻抗匹配元件120将第一AC电压输出到所述至少一个LED阵列150。阻抗匹配元件120可以包括各自串联连接到所述至少一个LED阵列150的多个电感器162。因此，所述至少一个LED阵列150通过所述多个电感器162并联连接到AC源110。
LED阵列150包括红色LED、绿色LED和蓝色LED的预定混合，以显示白色光。此外，所述至少一个LED阵列150包括并联连接到电感器162的正向LED子阵列152和反向LED子阵列154，从而所述至少一个LED阵列150可以由AC电压来驱动。由于正向LED子阵列152的二极管被设置为与反向LED子阵列154的二极管相反，所以正向LED子阵列152中的电流方向与反向LED子阵列154中的电流方向相反。正向LED子阵列152和反向LED子阵列154中的每一个都包括彼此串联连接的至少一个红色LED、至少一个绿色LED和至少一个蓝色LED，并且通过第一AC电压显示白色光。此外，正向LED子阵列152中的两个相邻LED之间的节点可以连接到反向LED子阵列154中的两个相邻LED之间的节点。作为匹配元件的电感器162串联连接到正向LED阵列152和反向LED阵列154中的每一个。
AC源110输出第一AC电压作为驱动电压。在图3A的第一实施例中，例如，AC源110可以包括AC电压发生器136、控制器142、低通滤波器(LPF)130、变压器112、电阻器114以及辅助电容器116。变压器112根据1：N(N≥1)的匝数比对输入到初级绕组的第二AC电压进行放大，从而从次级绕组输出第一AC电压。此外，电阻器114和电感器162串联连接到变压器112，由此构成串联RL(电阻器和电感器)电路。因此，通过来自AC源110的输出电流“IOUT”和电感器162的阻抗“ωL”对输入到所述至少一个LED阵列150的输入电流“IIN”进行调节。
根据本发明第一实施例的LED背光单元的驱动电路通过调节电感器162的阻抗，利用静态电流对所述至少一个LED阵列150进行控制。此外，驱动电路可以向所述至少一个LED阵列150提供相等的电流。
通过低通滤波器130调节第二AC电压以使其具有预定的频带。第二AC电压从AC电压发生器136输出，低通滤波器130连接在AC电压发生器136与变压器112的初级绕组之间。此外，低通滤波器130可以包括串联连接到AC电压发生器136的滤波器电感器132和并联连接到AC电压发生器136的滤波器电容器134。此外，在AC电压发生器136与低通滤波器130之间连接有对第二AC电压的功率进行调节的控制器。因此，由低通滤波器130去除了通过控制器142从AC电压发生器136输出的第二AC电压的高频噪声。具有预定频带的第二AC电压提供给变压器112的初级绕组，随后被变压器112放大，以从变压器112的次级绕组输出作为第一AC电压。在将第一AC电压提供给所述至少一个LED阵列150时，利用电感器162的阻抗使用静态电流对所述至少一个LED阵列150进行控制。由此，对输入到所述至少一个LED阵列150的电流进行均匀调节。
在图3B的第二实施例中，AC源110可以包括DC电压发生器138、DC/AC转换器144、低通滤波器(LPF)130、变压器112、电阻器114以及辅助电容器116。DC电压发生器138输出DC电压，DC/AC转换器144将DC电压转换成提供给变压器112的初级绕组的第二AC电压。DC/AC转换器144可以是包括多个场效应晶体管(FET)146的全桥型。全桥型DC/AC转换器144可以调节第二AC电压的功率。因此，DC电压发生器138和DC/AC转换器144用作图3A的AC电压发生器136和控制器142。
图4A和4B是示出分别根据本发明第三实施例和第四实施例的背光单元的示意性电路图。
在图4A和4B中，背光单元包括驱动电路和至少一个LED阵列150，所述驱动电路具有AC源110和阻抗匹配元件120。AC源110通过阻抗匹配元件120将第一AC电压输出到所述多个LED阵列150。阻抗匹配元件120可以包括各自串联连接到所述至少一个LED阵列150的多个电容器164。因此，多个LED阵列150通过所述多个电容器164并联连接到AC源110。
所述至少一个LED阵列150包括红色LED、绿色LED和蓝色LED的预定混合，以显示白色光。此外，所述至少一个LED阵列150包括并联连接到电容器164的正向LED子阵列152和反向LED子阵列154，从而可以通过AC电压来驱动所述至少一个LED阵列150。正向LED子阵列152和反向LED子阵列154中的每一个都包括彼此串联连接的至少一个红色LED、至少一个绿色LED和至少一个蓝色LED，并且通过第一AC电压显示白色光。此外，正向LED子阵列152中的两个相邻LED之间的节点可以连接到反向LED子阵列154中的两个相邻LED之间的节点。作为匹配元件的电容器164串联连接到正向LED阵列152和反向LED阵列154中的每一个
AC源110输出第一AC电压作为驱动电压。在图4A的第三实施例中，例如，AC源110可以包括AC电压发生器136、控制器142、低通滤波器(LPF)130、变压器112、电阻器114以及辅助电容器116。变压器112根据1：N(N≥1)的匝数比，对输入到初级绕组的第二AC电压进行放大，从而从次级绕组输出第一AC电压。此外，电阻器114和电容器164串联连接到变压器112，由此构成串联RC(电阻器和电容器)电路。因此，通过来自AC源110的输出电流“IOUT”和电容器164的阻抗“1/ωC”对输入到所述至少一个LED阵列150的输入电流“IIN”进行调节。
根据本发明第三实施例的LED背光单元的驱动电路通过调节电容器164的阻抗，利用静态电流来控制所述至少一个LED阵列150。此外，驱动电路可以向所述至少一个LED阵列150提供相等的电流。
由低通滤波器130对第二AC电压进行调节以使其具有预定频带。第二AC电压从AC电压发生器136输出，低通滤波器130连接在AC电压发生器136与变压器112的初级绕组之间。此外，低通滤波器130可以包括串联连接到AC电压发生器136的滤波器电感器132和并联连接到AC电压发生器136的滤波器电容器134。此外，在AC电压发生器136与低通滤波器130之间连接有调节第二AC电压的功率的控制器。由此，由低通滤波器130去除了通过控制器142从AC电压发生器136输出的第二AC电压的高频噪声。具有预定频带的第二AC电压提供给变压器112的初级绕组，随后被变压器112放大以从变压器112的次级绕组输出作为第一AC电压。在将第一AC电压提供给各个LED阵列150时，利用电容器164的阻抗使用静态电流对所述至少一个LED阵列150进行控制。因此，对输入到所述至少一个LED阵列150的电流进行均匀调节。
在图4B的第四实施例中，AC源110可以包括DC电压发生器138、DC/AC转换器144、低通滤波器(LPF)130、变压器112、电阻器114以及电容器116。DC电压发生器138输出DC电压，DC/AC转换器144将DC电压转换成提供到变压器112的初级绕组的第二AC电压。DC/AC转换器144可以是包括多个场效应晶体管(FET)146的全桥型。全桥型DC/AC转换器144可以调节第二AC电压的功率。因此，DC电压发生器138和DC/AC转换器144用作图4A的AC电压发生器136和控制器142。
在本发明中，由于背光单元的单个驱动电路利用静态电流对多个LED阵列进行控制，所以减少了背光单元的驱动电路的数量。由此，减少了LCD器件的制造成本并且使得LCD器件小型化。
本领域的技术人员应该理解，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，对本发明的显示器件背光单元和背光单元驱动电路进行各种修改和变型。因此，本发明旨在覆盖本发明的这些修改和变型，只要它们落入所附权利要求及其等同物的范围之内。

Claims (15)

1、一种显示器件的背光单元，该背光单元包括：
输出第一交流电压的交流源；
至少一个发光二极管阵列，其由所述第一交流电压驱动并且包括多个发光二极管；以及
阻抗匹配元件，其连接在所述交流源与所述至少一个发光二极管阵列之间，所述阻抗匹配元件串联连接到所述至少一个发光二极管阵列；
其中，所述交流源包括：
具有初级绕组和次级绕组的变压器，并且向所述初级绕组输入第二交流电压，从所述次级绕组输出所述第一交流电压；
输出所述第二交流电压的交流电压发生器；以及
连接在所述交流电压发生器与所述初级绕组之间的低通滤波器。
2、根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述至少一个发光二极管阵列包括彼此并联连接的正向发光二极管子阵列和反向发光二极管子阵列，并且所述至少一个发光二极管阵列串联连接到所述阻抗匹配元件，所述正向发光二极管子阵列中的电流方向与所述反向发光二极管子阵列中的电流方向相反。
3、根据权利要求2所述的背光单元，其中，所述正向发光二极管子阵列中的两个相邻发光二极管之间的节点连接到所述反向发光二极管子阵列中的两个相邻发光二极管之间的节点。
4、根据权利要求2所述的背光单元，其中，所述正向发光二极管子阵列和所述反向发光二极管子阵列中的每一个都包括至少一个红色发光二极管、至少一个绿色发光二极管和至少一个蓝色发光二极管。
5、根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述阻抗匹配元件包括至少一个电感器。
6、根据权利要求5所述的背光单元，其中，所述交流源包括串联连接到所述至少一个电感器的电阻器。
7、根据权利要求6所述的背光单元，其中，利用所述至少一个电感器的阻抗对输入所述至少一个发光二极管阵列的输入电流进行静态调节。
8、根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述阻抗匹配元件包括至少一个电容器。
9、根据权利要求8所述的背光单元，其中，所述交流源包括串联连接到所述至少一个电容器的电阻器。
10、根据权利要求9所述的背光单元，其中，利用所述至少一个电容器的阻抗对输入所述至少一个发光二极管阵列的输入电流进行静态调节。
11、根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述低通滤波器包括：
串联连接在所述交流电压发生器与所述初级绕组之间的滤波器电感器；以及
并联连接在所述交流电压发生器与所述初级绕组之间的滤波器电容器。
12、根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述交流源进一步包括连接在所述交流电压发生器与所述低通滤波器之间并且对所述第二交流电压的功率进行调节的控制器。
13、根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述交流源进一步包括：
输出直流电压的直流电压发生器；
连接在所述直流电压发生器与所述初级绕组之间的直流/交流转换器，所述直流/交流转换器输出所述第二交流电压。
14、根据权利要求13所述的背光单元，其中，所述直流/交流转换器为全桥型，该全桥型包括多个场效应晶体管，并且其中，所述直流/交流转换器将所述直流电压转换成所述第二交流电压并对所述第二交流电压的功率进行控制。
15、一种用于具有至少一个发光二极管阵列的背光单元的驱动电路，所述驱动电路包括：
输出第一交流电压的交流源；以及
连接到所述交流源并且利用静态电流来控制所述至少一个发光二极管阵列的阻抗匹配元件；
其中，所述交流源包括：
具有初级绕组和次级绕组的变压器，并且向所述初级绕组输入第二交流电压，从所述次级绕组输出所述第一交流电压；
输出所述第二交流电压的交流电压发生器；以及
连接在所述交流电压发生器与所述初级绕组之间的低通滤波器。
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