CN101188088A - 发光二极管驱动器及使用其的显示装置 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管驱动器及使用其的显示装置，该发光二极管驱动器用以驱动第一组发光二极管及第二组发光二极管，包括电感、主开关、第一与第二开关、及控制器。电感的一端接收输入电压。主开关耦接在电感的另一端与共同电位之间，以调节流经电感的电流。第一开关耦接在第一组发光二极管与电感的另一端之间。第二开关耦接在第二组发光二极管与电感的另一端之间。控制器分别耦接主开关、第一及第二开关的控制端，用以控制主开关、第一及第二开关的导通状态。

Description

发光二极管驱动器及使用其的显示装置

技术领域

本发明有关于一种显示器的驱动器，且特别是有关于一种发光二极管驱动器及使用其的显示装置。

背景技术

近年来的许多电子产品都有显示屏幕，例如移动电话、个人数字助理机(PDA：Personal digital assistant)、数字音乐播放机和汽车仪表板。虽然屏幕的种类和大小通常是根据应用决定，但设计工程师必须为它设计照明电路，因为包含薄膜晶体管液晶显示器在内的绝大多数显示器都需要背光照明，这样使用者才能看清屏幕上的图形和文字。发光二极管是目前电子产品常采用的照明装置。以一个彩色液晶显示屏幕的均匀背光需要3～4个或更多的发光二极管，仪表板背光源可能需要6个或更多的发光二极管。由于发光二极管需求的增多，有力地推动了发光二极管驱动器市场的增长。

图1为公知显示装置电路图。请参照图1，公知显示装置使用背光模块100。背光模块100包括发光二极管驱动器110、120及130，还有颜色分别为红色、绿色与蓝色的发光二极管组113、123及133。我们可以看出三个发光二极管驱动器110、120及130的电路皆为公知的升压(boost)电路。每一发光二极管组是由多个同一颜色的发光二极管串联组合而成。一个发光二极管驱动器只能驱动一组发光二极管组。也就是说，一个控制器117只能控制一个开关112与一个反馈电路115所构成的回路。因此，发光二极管驱动器110的升压只能进行单一个回路的驱动控制，控制单一组发光二极管组113。

上述的三个发光二极管驱动器110、120及130，它们的电路结构一样。每一个发光二极管驱动器110、120及130都能独立调节输入电压VI，使依靠的发光二极管组113、123及133有独立的调节电流。以发光二极管驱动器110为例，其包括控制器117、主开关116、电感111、开关112、反馈电路115及稳压电路114所组成。

假设欲驱动三组不同颜色的发光二极管组，因为一个发光二极管驱动器只能控制一组发光二极管组的驱动，所以三组发光二极管组就必须使用三个发光二极管驱动器。又每一组颜色发光二极管组所需的压降不一样，选择电感111、121、131的大小值是根据每一组发光二极管组所需驱动的电压而决定。

所以用先前显示装置技术要驱动一组发光二极管组需要一个独立的发光二极管驱动器电路。依此类推，我们会发现这种传统方式设计虽然很简单，但是所设计的发光二极管驱动器电路面积会跟着驱动发光二极管组数量同比例地增加，所需电路面积会成正比的倍数增加。

综合上述分析，先前的发光二极管驱动器技术主要缺点是控制器只能控制单一个回路，所以每一组发光二极管组需个别设计发光二极管驱动器，因此所需电路面积大，使得我们在应用发光二极管驱动器来设计产品时，必须思考几个问题：一是电路面积会影响到产品体积，还有是增加发光二极管驱动器所伴随而来的电路成本增加。因此，上述的公知技术会造成所需电路元件数量过多，占用电路面积大，电路板布局的复杂度增加，加上电路体积变大，使发光二极管驱动器应用的灵活度变差，并造成使用其的电子产品的竞争能力下降。

发明内容

本发明的目的就是在提供一种发光二极管驱动器，用以节省电路元件所需数量，达到驱动多组发光二极管的功效。

本发明的再一目的是提供一种显示装置，用以共用元件，达到驱动多组发光二极管的功效，进一步增加元件使用效率。

本发明提出一种发光二极管驱动器，驱动至少第一组、第二组发光二极管。该发光二极管驱动器包括电感、主开关、第一与第二开关及控制器。电感的一端接收输入电压。主开关耦接在电感的另一端与共同电位之间，以调节流经电感的电流。第一开关耦接在第一组发光二极管与电感的另一端之间。第二开关耦接在第二组发光二极管与电感的另一端之间。控制器分别耦接主开关、第一及第二开关的控制端，用以控制主开关、第一及第二开关的导通状态。

从另一观点来看，本发明提出一种显示装置，该显示装置包括背光模块。背光模块包括第一组二极管、第二组二极管、电感、主开关、第一及第二开关与控制器。电感的一端接收输入电压。主开关耦接在电感的另一端与共同电位之间，以调节流经电感的电流。第一开关耦接在第一组发光二极管与电感的另一端之间。第二开关耦接在第二组发光二极管与电感的另一端之间。控制器分别耦接主开关、第一及第二开关的控制端，用以控制主开关、第一及第二开关的导通状态。

依照本发明的较佳实施例所述的发光二极管驱动器及使用其的显示装置还包括第一与第二反馈电路。第一反馈电路的第一端耦接第一组发光二极管及控制器，其第二端耦接共同电位。第二反馈电路的第一端耦接第二组发光二极管及控制器，其第二端耦接共同电位。其中，控制器分别根据第一及第二反馈电路的第一端的电压以控制第一与第二开关的导通时间。

在一较佳实施例中，上述发光二极管驱动器及使用其的显示装置，其中共同电位为接地电位，且主开关为N型晶体管。

在一较佳实施例中，上述发光二极管驱动器及使用其的显示装置还包括第一及第二稳压电路。其中第一稳压电路耦接于第一开关的第一端与共同电位之间。第二稳压电路耦接于第二开关的第一端与共同电位之间。

在一较佳实施例中，上述发光二极管驱动器及使用其的显示装置，其中第一组及第二组发光二极管的颜色不同。

在一较佳实施例中，上述发光二极管驱动器及使用其的显示装置还包括第三开关。第三开关的第一端耦接第三组发光二极管，第三开关的第二端耦接电感的另一端，第三开关的控制端耦接控制器，其中控制器还用以控制第三开关的导通状态。

在一较佳实施例中，上述发光二极管驱动器及使用其的显示装置，其中第一组、第二组及第三组发光二极管的颜色分别是红色、绿色及蓝色。

本发明无论驱动几组发光二极管，皆仅需使用一主开关、一电感以及一组控制器。因此应用于显示装置时，使用如本发明的实施例的发光二极管驱动器作为背光模块时，会大幅度节省许多背光模块用在电路元件的成本，并减少显示装置的体积、电路成本与电路板布局的复杂度，进而更增加应用的产品竞争优势，也有利于应用设计在携带型消费电子产品上。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为公知显示装置电路图。

图2为本发明实施例的一种显示装置电路图。

图3为本发明实施例的另一种显示装置电路图。

主要元件符号说明

100、200、300：背光模块

110、120、130、210、310：发光二极管驱动器

117、212、312：控制器

116、126、136、213：主开关

111、121、131、211、311：电感

112、122、132、221、231、341：开关

113、123、133、222、232、342：发光二极管组

114、223、233、343：稳压电路

115、224、234、344：反馈电路

214、314：输出电压

225、235：回路电压

VI：输入电压

具体实施方式

由于在先前显示装置技术中，每驱动一组发光二极管组，便需要一个独立的发光二极管驱动器电路。当所驱动发光二极管组数增加时，所需的发光二极管驱动器的数量也增加，所使用的元件也跟着增加，因此电路元件布局在电路板上的面积也势必随的增加。本发明提出一种发光二极管驱动器，用以节省电路元件所需数量。以下便以实施例说明本发明。

图2为用以说明本发明实施例的一种显示装置电路图。首先请参考图2，该显示装置包括背光模块200。背光模块200包括发光二极管驱动器210、发光二极管组222与232。发光二极管驱动器210包括电感211、主开关213、开关221、231、控制器212、稳压电路223、233、与反馈电路224及234。

该背光模块200有二组发光二极管组222与232，发光二极管组222与232可以都为同一种类的发光二极管的串联，也可能是两种发光二极管组。使用同一种类的发光二极管，如使用白光的发光二极管，可以作为显示装置的白色背光灯源。不同种类的发光二极管组或是同种类但串联发光二极管颗数不同，所需驱动电压也不一样，因此，发光二极管驱动器210的控制器212，控制二个独立回路，分别控制开关221、231的不同需求的升压电位的输出回路。

因为发光二极管组222与232是将多个发光二极管串联方式而成。当电流通过同组的每一颗发光二极管的时，因电流相同，可以获得均匀的亮度。又因为在该实施例中的发光二极管是采用了多个发光二极管串联方式设计，使得每一发光二极管的正向压降相加，发光二极管组222与232需要更高的电压才能被驱动。还有，假设发光二极管驱动器210是应用于携带型电子装置，输入电压VI是电池，从电池接上电路使用时便开始会电压下降直到耗尽电能。于是，发光二极管驱动器210的驱动原理，采用直流转直流的升压(boost)方法。

因为发光二极管组222与232共用一个电感211，我们根据两组发光二极管组中的所需驱动最大电压，选用能提供额定输出电压214并且多一些安全裕度范围的电感211，以便使输入电压VI有一较宽广适当的操作范围进行升压与驱动时能获得较高效率，并且保持有很好的绝缘及用电安全。

发光二极管驱动器210内有一可编程规划的控制器212，以编程分时、轮流调节方式，调节二组发光二极管组222与232的其中一个电流进行闭回路的控制。也就是说，虽然有二组发光二极管组222与232，但控制器212每次只导通其中一组发光二极管组。控制器212为了保持能调节发光二极管组222与232的电流，不断地交替检测控制器212与反馈电路224之间的回路电压225，以及检测控制器212与反馈电路234之间的回路电压235，将回路电压225及235的反馈输进控制器212内部的逻辑电路，针对控制其中一组发光二极管组的输出电压214进行调节，并且以编程规划控制切换主开关213、开关221及231的导通时间，达到调整输出电流。

在反馈控制的设计中，控制器212根据回路电压225或235与其内部一个或多个参考电压进行误差比较。若以本实施例为例，假设发光二极管组222与232分别是不同颜色，因而导通电压有所差异，驱动电压亦需要不同，因此在上述条件下，控制器212便需要对应反馈电路224以及234分别提供两个不同的参考电压。假设回路电压225小于其对应的参考电压时，此便表示误差增加时，控制器212便根据上述误差以调整其对应开关221的导通工作时间(duty cycle)，使更多导通电流到输出。

上述的举例仅为一种实施例，在本领域具有通常知识者参考本实施例应当知道，若以上述驱动不同颜色的发光二极管组为前提下，若仅提供一个参考电压，只要改变反馈电路234与224的设计(例如改变反馈电路的电阻值)，仍可以达到上述的效果，在此不予赘述。

控制器212被编程规划成高速切换各个开关。控制器212控制主开关213的导通时间，其目的是调节流过电感211的电流，产生升压储能的功能。控制器212控制主开关213的截止，便能将电感211升压后的直流输出电压214刚好满足驱动所需的发光二极管组222或232的电位。主开关213基本上可以为晶体管形式，较佳的方式是使用N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOS：N-channel Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor)。控制器212控制开关221及231的导通时间，其目的是调节流过发光二极管组222与232的电流，产生均匀亮度的功能。因此控制器212结合了升压电源和电流调节的功能。控制器212使发光二极管驱动器210能调节独立的发光二极管组222与232的电流。控制器212也可以针对开关221或231的工作时间进行控制，例如改变设置电流百分比来调节亮度。

于该发光二极管驱动器210有两个电路保护设计。一是为了响应可能出现发光二极管组222、232的开路故障，该发光二极管驱动器210需要负载过电压保护功能，所以发光二极管驱动器210还包括有稳压电路223及233；另一是用控制器212来限制最大输出电压214。

继续说明上述电路保护作法，当发光二极管驱动器210提供每一发光二极管组有固定电流使其发光时，控制器212会将输入电压VI进行升压控制，会一直增加到达所设定的升压电位变成输出电压214。此时若无保护的稳压电路223及233，输出电压214过高对电路上的元件可能造成损害。另外，保护发光二极管驱动器210避免过电压的方法是控制器212针测反馈电路224及234的两端电压，设计控制器212来限制最大输出电压214。

上述的显示装置200当应用在需要背光调整功能时，以发光二极管组222调光功能的实作方法为例，发光二极管驱动器210的控制器212将提供完整电流给发光二极管组222，减少电流负载周期进而达成调光，例如要将亮度减少四分的一，只需75％的负载周期提供完整电流。例如要将亮度减少二分的一，只需50％的负载周期提供完整电流。

图3为本发明实施例的另一种显示装置电路图。该显示装置包括背光模块300。背光模块300包括发光二极管驱动器310、发光二极管组222、232与342。发光二极管驱动器310包括电感311、主开关213、开关221、231与341、控制器312、稳压电路223、233与343、以及反馈电路224、234与344。

请参考图3并比较图2的发光二极管驱动器210，发光二极管驱动器310的控制器312是扩增一发光二极管组342的驱动电路，控制器312控制三个独立的回路包括三个开关221、231与341的直流输出电压回路，因此控制器312驱动三组发光二极管组222、232与342。在驱动三组发光二极管组222、232、342的实施例中，一较佳实施例中使用发光二极管组222、232与342的颜色分别是红色、绿色与蓝色，如此三个颜色用在图3的显示装置可当作彩色背光灯源或其他用途。

因为发光二极管组222、232与342共用一个电感311，控制器312控制电感311有三个设定升压电位。我们根据三组发光二极管组中的所需驱动的最大电压，并且多一些安全裕度范围，选用电感311能提供额定输出电压314以便使输入电压VI有一较宽广适当的操作范围进行升压与驱动时能获得较高效率，并且保持有很好的绝缘及用电安全。

上述的显示装置300为图2显示装置200的驱动发光二极管组的扩增，因此驱动发光二极管组的方式、每一闭回路的控制方式与电路保护方法，相同于图2的实施例说明，在此不予赘述。

若要显示装置300增加驱动发光二极管组的数目时，对于在本发明相关技术领域具有通常知识者而言，藉由前面的电路实施例，仿上述步骤增加所需的驱动发光二极管组的电路，且控制器要控制每一个独立的闭回路路径包括所有开关的直流输出电压回路，可以来实施本发明的发光二极管驱动器的设计。

假设图3的红色、绿色和蓝色的发光二极管组222、232和342，是与图1红色、绿色和蓝色的发光二极管组113、123和133相同的，进一步比较图3与图1的发光二极管驱动器的电路元件的使用情形。

首先，我们比较控制器数目。传统要三个控制器117，而本发明的实施例只需要一个控制器312。控制器312集中所有开关控制与回路的侦测。

其次，我们比较电感数目。传统要三个电感111、121及131，而本发明的实施例只需要一个电感311。

接着，我们比较主开关数目。传统要三个主开关116，而本发明的实施例只需要一个主开关213。

因此，当驱动发光二极管组数增加时，仿上述步骤类推本发明的实施例的发光二极管驱动器设计方式，当发光二极管驱动器所需驱动越多种发光二极管组的颜色，或则是驱动更多以发光二极管组来当背光照明的使用时，所需的发光二极管组虽正比增加，但相较于传统方式要用很多发光二极管驱动器，而本发明方法只用一个。发光二极管驱动器占用电路面积会大幅减少，电路元件使用会更有效率。因为减少了电路板布局的复杂度，使得发光二极管驱动器应用于电子产品的灵活度变好。

综合上述实施例的说明可知，本发明的发光二极管驱动器的优点：可以独立控制二组发光二极管组，或则再依需求情形予以扩增控制数目。可以作为显示装置的驱动白色背光灯源或是驱动彩色背光灯源。可以编程规划控制器，来驱动发光二极管组。可以具有负载保护功能。可以调整发光二极管组的电流。可以高速切换主开关与各个开关。可以驱动二个以上的发光二极管串联。可以侦测过电压。本发明也改进传统发光二极管驱动器的最大缺点，如发光二极管驱动器电路元件数量的多。

本发明虽以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行更动与修改，因此本发明的保护范围以所提出的权利要求所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种发光二极管驱动器，用以驱动一第一组发光二极管以及一第二组发光二极管，该发光二极管驱动器包括：

一电感，其一端接收一输入电压；

一主开关，其第一端耦接该电感的另一端，其第二端耦接一共同电位，用以调节该电感的电流；

一第一开关，其第一端耦接该第一组发光二极管，其第二端耦接该电感的另一端；

一第二开关，其第一端耦接该第二组发光二极管，其第二端耦接该电感的另一端；以及

一控制器，分别耦接该主开关、该第一开关以及该第二开关的控制端，用以控制该主开关、该第一开关以及该第二开关的导通状态。

2.如权利要求1所述的发光二极管驱动器，还包括：

一第一反馈电路，其第一端耦接该第一组发光二极管及控制器，其第二端耦接该共同电位；以及

一第二反馈电路，其第一端耦接该第二组发光二极管及控制器，其第二端耦接该共同电位。

其中，该控制器分别根据该第一反馈电路以及该第二反馈电路的第一端的电压以控制该第一开关与该第二开关的导通时间。

3.如权利要求1所述的发光二极管驱动器，其中该共同电位为一接地电位，且该主开关为一N型晶体管。

4.如权利要求1所述的发光二极管驱动器，还包括：

一第一稳压电路，耦接于该第一开关的第一端与该共同电位之间；以及

一第二稳压电路，耦接于该第二开关的第一端与该共同电位之间。

5.如权利要求1所述的发光二极管驱动器，其中该第一组二极管以及该第二组二极管的颜色不同。

6.如权利要求1所述的发光二极管驱动器，还包括：

一第三开关，其第一端耦接该第三组发光二极管，其第二端耦接该电感的另一端，其控制端耦接该控制器，其中该控制器还用以控制该第三开关的导通状态。

7.如权利要求6所述的发光二极管驱动器，其中该第一组发光二极管、第二组发光二极管以及第三组发光二极管的颜色分别是红色、绿色以及蓝色。

8.一种显示装置，包括：

一背光模块，包括：

一第一组发光二极管；

一第二组发光二极管；

一电感，其一端接收一输入电压；

一主开关，其第一端耦接该电感的另一端，其第二端耦接一共同电位，用以调节该电感的电流；

一第一开关，其第一端耦接该第一组发光二极管，其第二端耦接该电感的另一端；

一第二开关，其第一端耦接该第二组发光二极管，其第二端耦接该电感的另一端；以及

一控制器，分别耦接该主开关、该第一开关以及该第二开关的控制端，用以控制该主开关、该第一开关以及该第二开关的导通状态。

9.如权利要求8所述的显示装置，还包括：

一第一反馈电路，其第一端耦接该第一组发光二极管及控制器，其第二端耦接该共同电位；以及

一第二反馈电路，其第一端耦接该第二组发光二极管及控制器，其第二端耦接该共同电位。

其中，该控制器分别根据该第一反馈电路以及该第二反馈电路的第一端的电压以控制该第一开关与该第二开关的导通时间。

10.如权利要求8所述的显示装置，其中该共同电位为一接地电位，且该主开关为一N型晶体管。

11.如权利要求8所述的显示装置，还包括：

一第一稳压电路，耦接于该第一开关的第一端与该共同电位之间；以及

一第二稳压电路，耦接于该第二开关的第一端与该共同电位之间。

12.如权利要求8所述的显示装置，其中该第一组二极管以及该第二组二极管的颜色不同。

13.如权利要求8所述的显示装置，还包括：

一第三组发光二极管；以及

一第三开关，其第一端耦接该第三组发光二极管，其第二端耦接该电感的另一端，其控制端耦接该控制器，其中该控制器还用以控制该第三开关的导通状态。

14.如权利要求13所述的显示装置，其中该第一组发光二极管、第二组发光二极管以及第三组发光二极管的颜色分别是红色、绿色以及蓝色。

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