CN101663919A - 驱动发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于串联布置的发光二极管(D1i，D2i，D3i)串(STi)的驱动器，该发光二极管(D1i，D2i，D3i)中至少两个发射具有不同光谱的光。该驱动器包括主电源(PAi)，该主电源(PAi)具有耦合在该串(STi)两端的输出以向该串(STi)供给主电流(IAi)。辅助电源(PBi)耦合到该串(STi)中连续发光二极管(D1i，D2i)之间的至少一个节点(J1i)，以向该节点(J1i)供给或者从该节点(J1i)抽取delta电流(IBi)。该delta电流(IBi)至少比该主电流(IAi)小5倍。控制器(CO)控制该辅助电源(PBi)以产生该delta电流(IBi)，从而获得由该串(STi)发射的混合光的所需光谱组成。

Description

驱动发光二极管
技术领域
本发明涉及一种用于串联布置的发光二极管串的驱动器、一种驱动器和该发光二极管串的系统、一种用于照明显示面板的背光单元、一种包括该背光单元和该显示面板的系统以及一种包括该背光单元和该显示面板的显示设备。
背景技术
WO 02/076150 A1披露了一种控制多个光源的设备，其中该多个光源的光混合以获得预定颜色光。处理器将每个光源检测的光的数量与所需数量比较且控制光源的驱动器，使得光源产生所需的亮度级(lightlevel)。光源分别是三串红色、蓝色和绿色发光二极管(也另称为LED)。每串LED由单独的开关模式电源(也另称为SMPS)驱动。混合光的颜色通过控制由这三个SMPS供给的功率来控制。在一实施例中，公共SMPS布置在驱动不同颜色LED串的三个SMPS前面。现有技术设备的缺点在于要求三个SMPS能够驱动不同颜色的LED串，以便可以控制它们的色点。
发明内容
本发明的目的是最小化用于驱动不同颜色LED所需的主电源的数目，这些主电源同时仍能够调节所得混合光的光谱组成。
本发明的第一方面提供如权利要求1所述的用于串联布置发光二极管串的驱动器。本发明的第二方面提供如权利要求6所述的驱动器和该发光二极管串的系统。本发明的第三方面提供如权利要求9所述的用于照明显示面板的背光单元。本发明的第四方面提供如权利要求10所述的包括背光单元和显示面板的系统。本发明的第五方面提供如权利要求11所述的显示设备。优选实施例在从属权利要求中限定。
本发明第一方面的驱动器驱动串联布置的LED串。该串中至少两个LED发射具有不同光谱的光。例如，串可以具有两个LED，其中一个LED发射红光而另一个LED发射蓝光。LED也可以通过其颜色称呼，因而红色LED表示发射红光的LED。串还可以具有至少两个LED子串，每个子串的LED具有相同的颜色或光谱。例如，串可以具有2个红色LED和4个蓝色LED的串联布置。备选地，串可以具有发射蓝光、红光和绿光的3种类型LED。使用这种串，可以产生白光。备选地，串可以包括诸如在宽色域显示器中常见的多于3种类型的LED。
驱动器包括主电源，该主电源具有耦合在LED串两端的输出以向该串供给主电流。辅助电源耦合到串中连续LED之间的至少一个节点，以向该节点供给delta电流(delta current)或者从该节点抽取delta电流。控制器控制辅助电源以产生delta电流值，从而获得由该串发射的混合光的预定光谱组成。delta电流被选择为小于主电流。因此，经过串联布置的LED的电流的主要部分由主电源供给。辅助电源供给更小的delta电流，因而能够在流经不同颜色LED的电流之间产生差异。因而，与每个不同颜色的LED串都需要主电源的现有技术相比，在本发明中，具有不同颜色(或者，更一般地说：发射具有不同光谱的光)的LED仅需要单个主电源。勿庸置疑，光的光谱仍可以随时间变化或保持恒定，使得通过控制相对小的辅助电源供给或抽取的电流来获得混合光的所需光谱组成。
提供流经串的所有LED的基本电流的主电源能够控制整体亮度级，而辅助电源能够控制由串发射的光的光谱组成。
在一实施例中，主电源包括SMPS或者就是SMPS。因此，流经LED的电流的主要部分被高效地产生。这种SMPS的不利之处-笨重、昂贵、缓慢且在输出电压具有波纹-通过辅助电源减轻。需要供给相对小功率的辅助电源可以便宜、快速，且可以补偿SMPS的波纹，该辅助电源可以是线性电源。
在一实施例中，该驱动器还包括与该串串联布置的检测电阻器以及将检测电阻器两端的检测电压与参考电压进行比较的比较器。比较器的输出信号用于获得控制信号以控制SMPS的主开关，使得主电流稳定在预定水平。该预定水平依赖于流经不同颜色LED的电流的差异，因为SMPS仅供给公共电流。
在一实施例中，辅助电源包括可控线性电源。因为辅助电源供给或汲取的电流远小于第一电源供给的电流，线性电源的低效率不是问题。使用线性电源具有这一优点：即，供给电流的快速和良好限定的变化是可行的。而且，线性电源的波纹远小于SMPS的波纹。因而，线性电源的使用具有这一优点，即光谱组成的控制可以被十分精确地控制，其中该光谱组成主要由流经不同颜色LED的电流的差异决定。
在一实施例中，线性电源包括可控电流源。这种电流源可以通过电流镜在集成电路中实现。
在一实施例中，串包括至少三种不同颜色的LED以涵盖包括白光的色域。控制器控制辅助电源来改变delta电流，以获得预定的白色点。为了在控制白色点方面具有完全的自由度，流经三种不同颜色LED的所有三个电流的比例应当可控。因此，添加另一辅助电源，该另一辅助电源连接到与已提及的节点不同的另一节点。因为仅白点必须变化或保持恒定，辅助电源产生的电流可以远小于流经主电源的电流。
在一实施例中，系统还包括另一串联布置的发光二极管串，其中至少两个发光二极管发射具有不同光谱的光。另一主电源具有耦合在该另一串两端的输出以向该另一串供给另一主电流。另一辅助电源耦合到该另一串中连续发光二极管之间的至少一个节点，以向该节点供给另一delta电流或者从该节点抽取另一delta电流。该另一delta电流至少比该另一主电流小10倍。控制器也控制该另一辅助电源以改变该另一delta电流，以获得由该另一串发射的混合光的预定光谱组成。因而，对于每个串，仅需要一个主电源而不是三个主电源。尤其是如果存在很多串，本发明的本实施例的电源系统更为简单。例如，如果用于LCD的现有技术背光中存在300个(每种颜色100个)串联布置的LED串，也需要300个相对大的可控SMPS。在本发明的实施例中，仅需要100个相对大的主电源和200个相对小的辅助电源。
本发明可以在用于照射诸如LCD(液晶显示器)的显示面板的背光单元中有利地实现。这种背光单元和显示面板组合可以在显示设备中实现。
本发明的这些和其他方面将从此后描述的实施例得以显现和得到阐述。
附图说明
附图中：
图1示意性示出包括多个LED串和驱动这些串的多个电源的背光电源的框图，
图2示意性示出一背光单元，其中一串三个LED由开关模式电源和两个电流源驱动，以及
图3示意性示出具有背光单元的显示设备。
应当注意，不同附图中具有相同附图标记的项具有相同的结构特征和相同的功能，或者是相同的信号。在具体实施方式中，在解释这种项的功能和/或结构时，不必对其做重复解释。
具体实施方式
图1示意性示出包括多个LED串和驱动这些串的多个电源的背光单元的框图。举例来说，n个串STi中的每一个串包括三种不同颜色的LED D1i、D2i、D3i。第一串ST1包括三个LED D11、D12、D13的串联布置，第i串STi包括三个LED D1i、D2i、D3i的串联布置，且第n串STn包括三个LED D1n、D2n、D3n的串联布置。在下文，指数1至n用于表示n项中的具体一项。然而，一般地，指数i也用于表示项。因而，“LED D1i”一般表示LED D11至D1n，或者换句话说，“LED D1i”表示LED D11至D1n中任意一个，且“LED D11”表示具体的LED D11。
三个电源PAi、PBi和PCi与每个串STi相关联。主电源PAi与串STi串联布置且产生流经LED D3i的主电流IAi。辅助电流源PBi连接到LED D1i和D2i之间的节点J1i，辅助电源PCi连接到LED D2i和D3i之间的节点J2i。控制器CO接收控制信息CI且连接到辅助电源PBi和PCi的相应控制输入。控制信息CI可以指示完整串STi发射的光所需的颜色(或光谱)。控制器CO分别控制供给到节点J1i、J2i或从节点J1i、J2i抽取的电流IBi，ICi，从而获得所需光谱。流经LED D2i的电流是主电流IAi和电流ICi之和，且流经LED D1i的电流是主电流IAi与电流ICi和IBi之和。控制器CO还可以控制主电源PAi的主电流IAi。
因而，流经串STi的电流(IAi)的主要部分由主电源PAi供给。辅助电源PBi和PCi仅需要产生delta电流IBi和ICi以实现对由串STi发射的光的光谱控制。通过分别限制辅助电源PBi、PCi产生的电流IBi、ICi的数量，这些辅助电源PBi、PCi可以相对小且便宜。然而，具体串STi的混合光的光谱仍然可以受控或随时间保持恒定。例如，辅助电源仅需要在有限范围内受控以补偿老化或温度效应以及保持混合光的光谱基本恒定。
主电源PAi和辅助电源PBi、PCi从主电压VM馈入，该主电压VM可以是整流主电压或任意其他DC或AC电压。
图2示意性示出一背光单元，其中一串3个LED由开关模式电源和两个电流源驱动。串STi包括串联布置的三个LED D1i、D2i、D3i。三个LED D1i、D2i、D3i中的至少两个发射不同光谱且具有不同颜色。主电源PAi是SMPS且现在供给主电流IAi到串STi的二极管D1i。检测电阻器RSi与串STi的二极管D3i串联布置以检测流经二极管D3i的电流。
仅举例而言，SMPS PAi是降压变换器(buck converter)，其包括布置为间歇地连接串STi到主电压VM的主开关SMSi。降压转换器PAi还包括布置在地和节点之间的电感器L，主开关SMSi在此节点连接到串STi。SMPS PAi还包括接收检测电阻器RSi两端的检测电压VSi的SMPS控制器SMCi。控制器SMCi比较检测电压VSi与参考VRi且产生控制信号CS1i。控制信号CS1i供给到主开关SMSi的控制输入以控制主开关SMSi的闭合和/或断开周期，以稳定检测电压Vsi，由此控制流经LED D3i的电流。备选地，除了降压变换器，可以使用任意其他SMPS拓扑，例如，升降压变换器、升压变换器、降压转换器、谐振变换器或回扫电压变换器。
辅助电源PBi和PCi分别由电流镜TR11、TR21、R1和TR12、TR22、R2形成。电流镜分别连接到节点J1i和J2i。节点J1i是LED D1i和D2i之间的节点。节点J2i是LED D2i和D3i之间的节点。
电流镜PBi包括输入以从控制器CO接收控制电压V1。该控制电压V1被供给到电阻器R1，该电阻器R1的另一端连接到以二极管连接的晶体管TR21的基极/集电极，该晶体管TR21与晶体管TR11一起形成电流镜。因而，流经电阻器R1的电流被晶体管TR11镜像以获得从节点J1i抽取的电流IBi。
电流镜PCi包括输入，以从控制器CO接收控制电压V2。该控制电压V2被供给到电阻器R2，该电阻器R2的另一端连接到二极管连接的晶体管TR22的基极/集电极，该晶体管TR22与晶体管TR12一起形成电流镜。因而，流经电阻器R2的电流被晶体管TR12镜像以获得从节点J2i抽取的电流ICi。
同样，流经串STi的主电流IAi由SMPS PAi产生，同时三个LEDD1i、D2i、D3i的混合光的光谱可以分别通过改变由电流镜PBi和PCi汲取的电流IBi和ICi来调节。仅需要一个而不是三个SMPS PAi，且额外的电流源PBi和PCi例如可以集成在控制器CO中。在图2所示的示例中，所有三个LED D1i、D2i、D3i具有不同的光谱且所有它们的电流IAi、IBi、ICi可以被控制。备选地，仅一个电流(例如，IBi或ICi)可以被控制。备选地，二极管D1i、D2i、D3i中的两个二极管可以具有相同的光谱；同样，两个电流IBi、ICi或仅这些电流之一可以被控制。
LED D1i、D2i、D3i中的每一个或者其子集可以包括串联布置的LED的子串。例如，单个绿色LED D1i被包括3个绿色LED的子串代替，单个红色LED D2i被包括2个红色LED的子串代替，且LED D3i是单个蓝色LED。
备选地，串STi可以包括多于3个具有相同光谱的LED或者LED子串。所有分离的LED或者不同串的LED可以具有不同的颜色或者发射不同的光谱。例如，琥珀色、黄色或白色LED可以添加到红色、绿色和蓝色LED中。备选地，串STi可以仅包括具有不同颜色的2个LED或者LED子串，例如，LED之一具有宽光谱LED，另一LED具有单色。在一实施例中，宽光谱LED可以发射白光，另一LED发射红光。辅助电源SBi、SCi控制流经红色LED的delta电流以调节白色LED的白色点。在另一示例中，串STi包括发射带红色的白色光的暧白色LED和发射带蓝色的白色光的冷白色LED。
图3示意性示出具有背光单元的显示设备。该显示设备包括背光单元BLU、显示面板DP和处理单元PR。背光单元包括串联布置的LED的串STi。串联布置的LED的不同光谱可以相同且可以在所有串STi中具有相同的顺序。串STi发射的光照射显示面板DP。显示面板DP可以是LCD或DMD。备选地，不同串STi可以包括不同颜色的LED但是当用于LCD时，不同串的光应混合以获得显示面板DP的均匀照射。
处理单元接收图像信号IS且供给控制信号BLC到背光单元BLU并且供给数据信号DPI到显示面板DP。该控制信号BLC被控制器CO(见图1和2)使用以产生控制信号(图1中的CI，图2中的V1和V2)，该控制信号确定了由辅助电源PBi和PCi产生的delta电流IBi、ICi。在其他应用中，可能希望还控制主电源PAi供给的主电流IAi，例如，以在显示暗场景时最小化功耗。在这些应用中，控制器CO还具有向主电源PAi供给控制信号的输出。例如，在图2所示的实施例中，控制器CO可以控制参考电压VRi。供给到显示面板DP的数据信号DPI包括待显示图像信息且可以包括同步信息。
应当理解，上述实施例说明而非限制本发明，且在不偏离所附权利要求书范围的条件下，本领域技术人员将能够设计很多备选实施例。
例如，本发明不限于在背光单元中使用，还适于使用至少两个光谱上不同类型LED的LED串的通用照明应用。
在权利要求书中，置于括号之间的任何参考符号不应解读为限制该权利要求。使用动词“包括”及其变形不排除那些未在权利要求书中列出的元件或步骤的存在。在元件之前使用的冠词“一”或“一个”并不排除存在多个这样的元件。本发明可以通过包括若干不同元件的硬件以及通过适当编程的计算机实现。在枚举若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干个可以由一个且相同的硬件来实施。在互不相同的从属权利要求中记载的某些措施并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

Claims (11)

1.一种用于串联布置的发光二极管(D1i，D2i，D3i)串(STi)的驱动器，该发光二极管(D1i，D2i，D3i)中至少两个发射具有不同光谱的光，所述驱动器包括：
主电源(PAi)，所述主电源具有耦合在所述串(STi)两端的输出以向所述串(STi)供给主电流(IAi)，
辅助电源(PBi)，所述辅助电源耦合到所述串(STi)中连续发光二极管(D1i，D2i)之间的至少一个节点(J1i)，以向所述节点(J1i)供给或者从所述节点(J1i)抽取delta电流(IBi)，所述delta电流(IBi)小于所述主电流(IAi)，
控制器(CO)，所述控制器用于控制所述辅助电源(PBi)以产生所述delta电流(IBi)，从而获得由所述串(STi)发射的混合光的所需光谱组成。
2.如权利要求1所述的驱动器，其中所述主电源(PAi)包括开关模式电源。
3.如权利要求2所述的驱动器，还包括：检测电阻器(RSi)，所述检测电阻器(RSi)与所述串(STi)串联布置；以及比较器(SMCi)，所述比较器(SMCi)将所述检测电阻器(RSi)两端的检测电压(VSi)与参考电压(VRi)比较，以获得用于控制所述主电源的主开关(SMSi)的控制信号(CS1i)，从而稳定所述主电流(IAi)。
4.如权利要求1或2所述的驱动器，其中所述辅助电源(PBi)包括可控线性电源。
5.如权利要求4所述的驱动器，其中所述线性电源包括可控电流源(CS1i)。
6.一种如前述权利要求中任一项所述的驱动器和串联布置的发光二极管(D1i，D2i，D3i)串(STi)的系统。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述串(STi)包括至少三种不同颜色的发光二极管(D1i，D2i，D3i)以涵盖包括白光的色域，其中布置所述控制器(CO)以用于控制所述辅助电源(PBi)，从而改变所述delta电流(IBi)以获得预定的白色点。
8.如权利要求6所述的系统，还包括：
另一串(STn)，所述另一串(STn)包括具有不同光谱的至少两个发光二极管(D1n，D2n，D3n)的串联布置，
另一主电源(PAn)，所述另一主电源(PAn)具有耦合在所述另一串(STn)两端的输出，以用于向所述另一串(STn)供给另一主电流(IAn)，以及
另一辅助电源(PBn)，所述另一辅助电源(PBn)耦合到所述另一串(STn)中连续发光二极管(D1n，D2n)之间的至少一个节点(J1n)，以向所述节点(J1n)供给或从所述节点(J1n)抽取另一delta电流(IBn)，所述另一delta电流(IBn)比所述另一主电流(IAn)小，其中
所述控制器(CO)被调适为也控制所述另一辅助电源(PBn)，从而改变所述另一delta电流(IBn)，以获得由所述另一串(STn)发射的混合光的预定光谱组成。
9.一种用于显示面板(PD)的背光单元(BLU)，所述显示面板(PD)包括如权利要求6至8中任一项所述的系统，其中由所述串(STi)、或者所述串(STi)和所述另一串(STn)发射的光被所述背光单元(BLU)引导，以用于照射所述显示面板(DP)。
10.一种包括如权利要求9所述的背光单元(BLU)和显示面板(DP)的系统。
11.一种包括如权利要求10所述的系统的显示设备。
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