CN101517626B - 背光装置和背光显示器的发光二极管元件组 - Google Patents

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Abstract

本发明处于背光装置的领域，用于所有类型的背光显示器或投影仪，诸如液晶显示器或任何类型的背光面板，如广告板。本发明涉及具有不需要提供大电流的发光二极管(31)的背光装置。根据本发明，背光装置的每个发光二极管(31)与电压转换器结合，该电压转换器能够在操作周期的部分期间存储能量并且随后在该周期的另一部分期间将该能量释放到发光二极管(31)。

Description

背光装置和背光显示器的发光二极管元件组
技术领域
本发明处于背光装置的领域，用于所有类型背光显示器或投影仪，如液晶显示器，或任何类型的背光面板，如广告板。
背景技术
人们已知配备了放电管的这种显示器或投影机在强度和色度方面难以进行控制。在发光二极管方面的显著的进展使能够实现新型背光装置。因此，背光装置包括多个发光二极管或以阵列形式组织的LED。这些二极管可能分组为基本块，从而以块为单位来进行控制，而不是单独控制。这些二极管最好动态地控制，以改善显示动作的对比度和外观。
每个二极管工作于2至5伏级的低压。这个低控制电压构成的缺点在于：当例如由二极管消耗的功率必须是100瓦并且这个功率工作于2伏时，必需的电流为50安培。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种不需要提供这种高电流的新型背光装置。
根据本发明，建议将每个发光二极管和电压转换器进行结合，该电压转换器在操作周期的一部分期间能够存储能量，然后在操作周期的另一部分期间将该能量释放到发光二极管。
本发明涉及用于背光的发光二极管元件的组，其中每个元件包括一发光二极管以及装配有降压型(step-down)电压转换器电路以便向发光二极管供电的至少一个元件。
根据一个特定实施例，电压转换器电路包括感应元件和开关，该开关被控制使得感应元件在第一操作阶段期间存储能量并且在与第一操作阶段相继的第二操作阶段期间将该能量释放到发光二极管。
本发明还涉及用于显示器(例如液晶显示器)的背光装置，包括：
-以行和列方式组织的一组发光二极管元件，每个元件包括发光二极管以及装配有降压型电压转换器以便向所述发光二极管供电的至少一个元件，和
-控制电路，控制所述一个发光二极管的电压转换器电路。
根据一个特定实施例，电压转换器电路包括感应元件和开关，该开关被控制使得感应元件在第一操作阶段期间存储能量并且在接着第一操作阶段的第二操作阶段期间将该能量放电到发光二极管。
实际上，该组发光二极管元件被组织成多行和多列，并且所述控制电路包括：选择电路，顺序地选择该组元件的行；和控制电路，触发和控制由所述选择电路选择的行的元件的第一操作阶段的时间。
最优地，发光二极管被排列成基本块，每个基本块包括至少一个发光二极管，并且由此以相同方式控制相同块的元件。在这种情况下，装置的选择电路顺序选择基本块的行，并且控制电路触发和控制由选择电路选择的块的第一操作阶段的时间。
从功能的观点，分别属于当前块的一行和下一块的一行的两个基本块的元件的第一操作阶段是不覆盖的。对于每个元件，第一操作阶段的时间是可变的。它包含在最小时间和最大时间之间。
有利地，下一行的块的第一操作阶段开始于等于在当前行的块的第一操作阶段的开始之后的所述最大时间(T)的周期的结尾。
本发明还涉及显示器，包括生成光的背光装置和由背光装置生成的光点亮以在视频帧期间显示图像的成像装置。该显示器的背光装置与之前定义的背光装置一致。
有利地，背光装置的操作周期与显示器的视频帧周期同步。视频帧周期例如是背光装置的操作周期时间的倍数。背光装置的操作周期时间优选地小于50μs(频率大于或等于20kHz)以便操作对于人耳是无声的。
附图说明
通过阅读作为非限制性例子提供的如下的描述并参考附图，将更好地理解本发明，其中：
-图1示出根据本发明的背光装置，
-图2是图1装置的基本块阵列的发光二极管元件的基本块的详细图，
-图3是图2块的AND型逻辑门的电路图的第一示例，
-图4是图3的元件的发光二极管元件的电路图的第一示例，
-图5是图3的元件的AND型逻辑门的电路图的第二示例，
-图6示出说明图3的发光二极管元件的第一操作模式的时序图，
-图7示出说明图1的背光装置的基本块阵列的顺序发光的时序图，
-图8示出说明图4或图5的逻辑门的输入和输出信号的时序图，
-图9示出说明图3的发光二极管元件的第二操作模式的时序图，
-图10是图2的块的发光二极管元件的电路图的第二示例，以及
-图11示出说明图10的发光二极管元件的操作模式的时序图。
具体实施方式
根据本发明，除了发光二极管之外，元件阵列的每个二极管元件包括降压型电压转换器，以便为二极管供电，并且更具体地在第一操作阶段存储能量并在第二操作阶段将其释放到二极管。
图1示出用于根据本发明的显示器的背光装置。它包括：
-分组成基本块20中的发光二极管元件的组10，所述基本块被组织成n行和m列的阵列；每个基本块包括至少一个发光二极管元件；元件本身被组织成基本块内的阵列；在这个实施例中，尽管不是强制性的，块的大小是相同的；这些元件中每一个所发射的光被时间调制；因此元件以PWM模式(脉宽调制)被控制。
-行选择电路11，顺序地选择组10的基本块的行；组10包括n行基本块，选择电路11包括n个输出，每个输出被设计以选择组10的块的行；在其余的描述中，Si指代意欲选择阵列10的块的行i的输出。
-控制电路12，为组10的块的每列提供控制信号，用于点亮位于选择电路11选择的行和列交叉的点处的基本块的元件；控制电路12包括m个输出，每个输出被连接到组10的基本块；在其余描述中，Cj指代连接到组10的列j的输出。
图2示出基本块20的详细图，基本块20包括n′x m′发光二极管元件30。所述基本块属于组10的行i和列j。因此块20的每个元件30连接到选择电路11的输出Si和控制电路12的输出Cj。
图3示出发光二极管元件30的第一示例的电路图。它包括发光二极管或LED 31和为LED供电的降压型电压转换器。这个转换器包括二极管32，与在接收电源电压Va的电源端子(已知作为电源端)和接收电压Vss的端子之间的晶体管型的开关33串联装配。后面的端子例如接地。晶体管33由AND逻辑门35的输出S提供的控制电压控制，所述门的第一输入E1接收来自选择电路11的输出Si的电压信号，其第二输入E2接收来自控制电路12的输出Cj的电压信号。二极管32被配置将电流传送到电源端。位于二极管32和晶体管33之间的点经由电感元件34连接到LED 31的阴极。LED 31的阳极连接到电源端。在其余的描述中，L代表电感元件34的电感，VLED代表LED31的端子的电压，VL和IL分别代表电感元件34的端子的电压和流向电感元件34的电流，VD代表二极管32的端子的电压，VT和IT分别代表开关33的端子的电压和开关33中流通的电流，并且VCRTL代表门35的输出处的开关33的控制电压。
在图4中提供了逻辑门35的第一电路图的例子。这个门包括二极管36和电阻元件37。二极管36被连接到门的输入E2和输出S之间。二极管36被配置以将电流移到输入E2。电阻元件37被连接在输出S和输入E1之间。
图5中提供了逻辑门35的第二电路图的例子。这个门是“推挽式”组件，包括NMOS类型晶体管38，与PMOS类型晶体管39串联。两个晶体管的公共输出(源极)构成逻辑门35的输出S。输入E2连接到晶体管的两个栅极，输入E1连接到晶体管38的漏极。最终，晶体管39的漏极接收Vss电压。
图6的时序图解释了发光二极管元件的第一操作模式。在这种操作模式中，在每个操作周期，电感元件被完全放电。图6(a)、6(b)、6(c)、6(d)和6(e)分别示出在控制电压VCTRL的时间T的周期期间，电流IL、电压VL、电流IT、电压VT和电压VCTRL中的变化。
在时序图中，考虑控制电压VCTRL在时间0和ta之间处于高电平，并且在时间ta和T之间处于低电平(0)。因此，开关33在时间0和ta之间闭合(电压VT为0)，并且在时间ta和T之间打开(电压VT＝Va+VD)。因此，电感元件34的端子上的电压VT在时间0和ta之间等于Va-VLED。电流IL流过元件34，所述电流线性增长直到在到达时间ta时最大值Imax等于
Figure GA20185298200780035842901D00041
因此，流过开关33的电流IT等于流过电感元件34的电流IL。当开关33打开时(在时间ta和T之间)，施加到电感元件34的端子的电压VL等于-VLED-VD，直到所述电感元件被完全放电。在时间tb完成放电操作。因此，元件34的放电电流降低直到在时间tb达到0值。当电感元件34完全放电时，在由于电感元件34以及元件32、33和34的干扰电容之间谐振导致的一些振荡后，在其端子的电压VL变为0。在时间T的结尾，相同的操作周期再次开始。
如果现在考虑图1的组10的整个操作，如图7的时序图所示，基本块的行被顺序选择。在该图中，考虑组10包括基本块的10行。因此，选择电路11包括10个输出S1到S10。因此，装置的操作周期T被划分成10个等时(T/10)的子周期，子周期被分配给输出S1到S10的任何一个。
图8示出在连接到输出S1和C1的组10的块施加的信号VCTRL以及施加到这些输出的信号。时间T1＝T/10的脉冲被施加到输出S1，如已在图7中所示。这个时间是固定的并对应于能够被应用到块的最大时间。低于或等于T1的可变时间T2的脉冲被施加到输出C1。结果是：在块施加的电压VCTRL是时间T2的脉冲(等于在输出C1上施加的一个脉冲)。时间T2定义考虑的块所需的发光级，并且在最小非零时间和最大时间T1之间。操作频率1/T优选地大于20KHz(即，T＝50μs)，以便按续寻址对于人耳是听不见的。根据阵列10中块的行数n(该数通常被预定义)，最大时间T1通过T1＝T/n与T关联。最终，发光与图像的显示同步，视频帧的周期最好是背光装置的(时间T的)操作周期的倍数。
对于临界情况ta＝T1，电感元件34的电感值L被定义并且等于：
L = 1 2 · V a - V LED I max T 1 .
可能提供一特定施例，其中在周期T的结尾，即，tb＝T，电感元件34的完全放电完成。应当被记起，在稳定状态下，对于第一近似值在电感元件的端子的平均值等于0。将注意在这种情况下，发送到LED的功率等于 P = V LED · I max 2 .
通过图9的时序图解释图3中示出的发光二极管元件的第二实施例。在这个操作模式下，在操作周期结尾，电感元件未被完全放电。图9(a)、9(b)、9(c)、9(d)和9(e)分别示出在控制电压VCTRL的时间T的周期期间，电流IL、电压VL、电流IT、电压VT和电压VCTRL中的变化。
这些时序图必须与图6的时序图进行比较。如图9(a)所示，当开关33闭合时(VT＝0)电感元件34充电，当开关33打开时(电压VT＝Va+VD)电感元件34放电到LED 31。在周期(时间T)的结尾，电感元件34中的电流不是0。这个实施例使得传输到LED 31的功率增加，而不增加开关33的导电时间。
图10示出发光二极管元件30的第二示例的电路图。图3说明的第一示例是电组件，其中组10的各LED的阳极被连接在一起(至接收电压Va的行)。这个第二实施例是一个变型，其中组10的各LED的阴极被连接在一起。该组件包括与图3的那些部件相同的部件，但其中一些放置在不同位置。相对于图3位置保持不变的部件保留与图3中使用的相同数字标记。
该组件包括发光二极管或LED 31′以及降压型电压转换器以便为LED供电。这个转换器包括电感元件34′，与在接收电源电压Va的电源端(已知作为电源端子)和接收电压Vss的端子之间的晶体管型开关33串联装配。后一端子例如接地。晶体管33由AND逻辑门35所提供的控制电压控制，所述门在其输入端接收来自选择电路11的输出Si的电压信号和来自控制电路12的输出Cj的电压信号。位于电感元件34′和晶体管33之间的点经由二极管32′连接到LED′31的阳极。二极管32′被配置以将电流流向LED 31′。LED 31′的阴极被连接到电源端。
该组件以与图3的组件相同的方式综合运行，即当开关33闭合时电感元件34′充电，当开关33打开时电感元件34′放电。然而，各部件端子处的电流和电压有些许不同。电感元件34′的完整放电的操作模式示于图11中。图11(a)、11(b)、11(c)、11(d)和11(e)分别示出了在控制电压VCTRL的时间T的周期期间电流IL、电压VL、电流IT、电压VT和电压VCTRL中的变化。
在时序图中，考虑在时间0和ta之间控制电压VCTRL处于高电平，并且在时间ta和T之间处于低电平(0)。因此，开关33在时间0和ta之间闭合(电压VT＝0)并且在时间ta和T之间打开(电压VT＝Va+VD+VLED)。因此，在时间0和ta之间，电感元件34的端子上的电压VL等于Va。电流IL流过元件34′，所述电流线性增加直到到达时间ta时最大值Imax等于
Figure GA20185298200780035842901D00061
因此，流过开关33的电流IT等于流过电感元件34′的电流IL。当开关33打开时(在时间ta和T之间)，施加到电感元件34′的端子的电压VL等于-VLED-VD直到后者完全放电。在时间tb完成放电操作。因此元件34′的放电电流降低直到在时间tb达到0值。在时间T的结尾再次开始相同的操作周期。
当然，本发明不限于在前描述的实施例。
特别地，本领域技术人员将能够实现组10，其中通过列(而不是行)来选择块。最大时间的脉冲被发送到列的块来进行选择，并且可变时间的脉冲在块的行上发送以调制该时间。此外，块可以具有不同大小。

Claims (10)

1.一种用于显示器的背光装置，其特征在于它包括：
以行和列组织的发光二极管元件的组(10)，每个发光二极管元件(30)包括发光二极管(31，31′)，以及至少一个发光二极管元件装配有降压型电压转换器以便向所述发光二极管供电，和
控制部件，用于控制所述至少一个发光二极管元件的电压转换器电路，该控制部件包括：选择电路(11)，用于顺序地选择所述组的元件的行，和控制电路(12)，用于触发并控制由所述选择电路(11)选择的行的元件的第一操作阶段的时间，
降压型电压转换器包括电感元件(34，34′)和开关(33)，所述开关被控制使得所述电感元件在第一操作阶段期间存储能量并且在与第一操作阶段相继的第二操作阶段期间将所述能量释放到所述发光二极管。
2.如权利要求1所述的装置，其中发光二极管元件被分成基本块，每个基本块包括至少一个发光二极管，该选择电路(11)顺序地选择基本块的行，并且该控制电路(12)触发和控制由选择电路所选择的块的元件的第一操作阶段的时间。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：分别属于当前块的一行和下一块的一行的两个基本块的元件的第一操作阶段不重叠。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：对于每个元件，第一操作阶段的时间(ta)是可变的。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：第一操作阶段的时间(ta)被包括在最小时间和最大时间(T)之间。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：下一行的块的第一操作阶段开始于等于在当前行的块的第一操作阶段的开始之后的所述最大时间(T)的周期的结尾。
7.一种显示器，包括用于生成光的背光装置和由背光装置生成的光点亮以在视频帧期间显示图像的成像装置，其特征在于：该背光装置是根据权利要求1至6中的任何一项所述的背光装置。
8.如权利要求7所述的显示器，其特征在于：包括所述第一操作阶段和第二操作阶段的该背光装置的操作周期与视频帧周期同步。
9.如权利要求8所述的显示器，其特征在于：视频帧的周期是背光装置的操作周期的时间(T)的倍数。
10.如权利要求9所述的显示器，其特征在于：背光装置的操作周期的时间小于50μs。
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