CN102338326A - 发光二极管背光源、液晶显示器及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发光二极管背光源、液晶显示器及驱动方法，其中，发光二极管背光源包括：并联在第一接线端和第二接线端之间的至少一个发光阵列，所述发光阵列由多个串联的发光单元构成，其中所述发光单元由两个反向并联的发光二极管构成；驱动电路，用于为第一接线端和第二接线端之间提供电压差，以驱动发光阵列中正向发光二极管或者反向发光二极管发光；所述驱动电路包括时序信号输入端，用于接收控制正向发光二极管和反向发光二极管发光时间的时序控制信号。本发明可以实现防ESD的功能，并且可以提高背光源的亮度及背光源的均一度。

Description

发光二极管背光源、液晶显示器及驱动方法

技术领域

本发明涉及液晶显示器的背光源技术，尤其涉及一种发光二极管背光源、液晶显示器及驱动方法。

背景技术

现有液晶显示器可以采用发光二极管(Light Emitting Diode，简称：LED)作为其背光源，主要包括侧光式和直下式两种。现有LED背光源是一种点光源，侧光式背光源中，多个LED相邻设置在一条直线上；直下式背光源中，多个LED均匀排布在一个平面上。。

如图1所示，现有LED背光源是一种静电敏感元件，当受到过高的反向高压，如发生静电放电(Electrical Static Discharge，简称：ESD)和过度电性应力(Electrical Over Stress，简称：EOS)等作用时，由于LED的PN结是直接连接在电路中，当LED的阳极和阴上的极性不同的电荷积累到一定程度且无法及时释放时，电荷能量一旦超过LED芯片最大承受值时，电荷将以极短的瞬间(纳秒级别)在LED两个电极层之间进行放电，从而造成漏电、暗亮、死灯、电性飘移等现象。

如图2所示，为了保护LED背光源免受静电损伤，现有技术中通常采用齐纳二极管作为LED的放电回路，其中，齐纳二极管(zener diode)又称为稳压二极管，是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件，而在临界击穿点上，反向电阻就会降低到一个很少的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，利用这种特性，可以与LED反向并联，以便及时释放掉LED两端的静电荷，以达到保持LED两端电压不致过高而击穿的作用。但图2所示电路的缺点在于：由于齐纳二极管在电路中仅起到静电防护作用而并不发光，如果每一个LED均并联一个齐纳二极管用于静电防护，则会增加保护电路的成本，并且，由于背光源中有一半的二极管器件没有超到发光的作用，因此容易发生萤火虫不良现象。其中，萤火虫不良现象是指由于背光源中能够发光的LED点光源分布比较松散，从而导致背光源的光线明暗不均的现象。

发明内容

本发明提供一种发光二极管背光源、液晶显示器及驱动方法，用以防止发光二极的静电损伤。

本发明一方面提供一种发光二极管背光源，其中包括：

并联在第一接线端和第二接线端之间的至少一个发光阵列，所述发光阵列由多个串联的发光单元构成，其中所述发光单元由两个反向并联、互相起稳压保护作用的发光二极管构成；

驱动电路，用于为第一接线端和第二接线端之间提供电压差，以驱动发光阵列中正向发光二极管或者反向发光二极管发光，所述正向发光二极管是指发光时电流方向由第一接线端的流向第二接线端的发光二极管，所述反向发光二极管是指发光时电流方向由第二接线端的流向第一接线端的发光二极管；

所述驱动电路包括时序信号输入端，用于接收控制正向发光二极管和反向发光二极管发光时间的时序控制信号。

本发明另一方面提供一种液晶显示器，其中包括上述发光二极管背光源。

本发明又一方面提供一种用于所述发光二极管背光源的驱动方法，其中包括：

所述正向发光二极管和所述反向发光二极管交替发光；

所述正向发光二极管发光时，与每个所述正向发光二极管反向并联的所述反向发光二极管为每个所述正向发光二极管提供稳压保护，所述反向发光二极管发光时，与每个所述反向发光二极管反向并联的所述正向发光二极管为每个所述反向发光二极管提供稳压保护。

本发明中由于每个发光单元中的两个发光二极管反向并联且互相起稳压保护作用，从而首尾连接构成环路，以实现防ESD的功能；而且，由于使用的二极管器件均为可发光的发光二极管而不使用不能发光的齐纳二极管，从而在不增加电路驱动能力的情况下，既可以提高背光源的亮度，又能够提高背光源的均一度，减少萤火虫不良现象的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有LED的一种电路图；

图2为现有LED的另一种电路图；

图3为本发明所述发光二极管背光源实施例一的结构示意图；

图4为本发明所述发光二极管背光源实施例二的结构示意图；

图5为图4所示驱动电路的一种可选电路图；

图6为图4所示驱动电路的另一种可选电路图；

图7为本发明所述发光二极管背光源的一种实际布局图；

图8为本发明所述发光二极管背光源的另一种实际布局图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图3为本发明所述发光二极管背光源实施例一的结构示意图，如图所示，该发光二极管背光源包括：并联在第一接线端13和第二接线端14之间的至少一个发光阵列10，该发光阵列10由多个串联的发光单元构成，每个发光单元由两个反向并联、互相起稳压保护作用的发光二极管，即正向发光二极管11和反向发光二极管12构成，其中，正向发光二极管11的阳极连接反向发光二极管12的阴极，正向发光二极管11的阴极连接反向发光二极管12的阳极，使二者首尾连接构成环路。通过采用上述发光单元结构，由于两个反向并联的发光二极管可以单独组装而无需进行一体封装，因此可以单独使用或更换，与现有技术中必须将发光二极管与齐纳二极管一体封装的方式相比，提高了使用的灵活性。另外，所述发光阵列10可以为多个，如图3所示，均并联于所述驱动电路40上。

另外，该发光二极管背光源还包括：驱动电路40，用于为第一接线端13和第二接线端14之间提供电压差，以驱动发光阵列10中正向发光二极管11或者反向发光二极管发光12，所述正向发光二极管11是指发光时电流方向由第一接线端13的流向第二接线端14的发光二极管，所述反向发光二极管12是指发光时电流方向由第二接线端14的流向第一接线端13的发光二极管；如图所示，该驱动电路40包括时序信号输入端41，用于接收控制正向发光二极管11和反向发光二极管12发光时间的时序控制信号。

其中，所述时序信号输入端接收的时序控制信号为周期性的脉冲信号或者也可以为非周期信号。

具体地，为了实现使发光二极管点亮发光，所述驱动电路40为所述发光阵列10的第一接线端13和第二接线端14之间提供的驱动电压的绝对差值需要为每个所述发光二极管的额定电压的整数倍，其中所述整数为所述发光阵列10中串联的所述发光单元的个数。例如，当所述发光阵列10中串联有八个发光单元，且每个发光单元中的发光二极管的额定电压为3V时，根据串联分压原理，第一接线端13和第二接线端14之间需要提供绝对差值为3X8＝24V的驱动电压，才能使八个发光单元中的正向发光二极管均被点亮发光。

用于所述驱动电路40的驱动方法为：所述正向发光二极管11和所述反向发光二极管12交替发光；所述正向发光二极管11发光时，与每个所述正向发光二极管11反向并联的所述反向发光二极管12为每个所述正向发光二极管11提供稳压保护，所述反向发光二极管12发光时，与每个所述反向发光二极管12反向并联的所述正向发光二极管11为每个所述反向发光二极管12提供稳压保护。具体地，可以通过将脉冲信号的占空比设置为50％等方式，使所述正向发光二极管和反向发光二极管交替发光的发光时间相同，从而有利于平衡工作负荷，延长使用寿命。

通过本实施例所述的背光源结构，由于每个发光单元中的两个发光二极管反向并联且互相起稳压保护作用，从而首尾连接构成环路，因此，在本实施例所述发光二极管背光源工作过程中，当其中一个发光二极管由于受到ESD反向高压而积累静电电荷时，可以通过位于同一个发光单元中的与之对应的另一个发光二极管及时释放掉静电电荷。例如，正向发光二极管11可以通过反向发光二极管12释放掉静电电荷；相应地，反向发光二极管12也可以通过正向发光二极管11释放掉静电电荷，以实现防ESD的功能。

图4为本发明所述发光二极管背光源实施例二的结构示意图，如图所示，在图3所示实施例的基础上，本实施例中的驱动电路40具体可以包括：第一驱动电路20及第二驱动电路30，其中：

所述第一驱动电路20用于在所述时序控制信号的控制下，为所述第一接线端13提供正驱动电压，同时，所述第二驱动电路30用于在所述时序控制信号的控制下，将所述第二接线端14接地；并且，所述第一驱动电路20还用于在所述时序控制信号的控制下，将所述第一接线端13接地，同时，所述第二驱动电路30还用于在所述时序控制信号的控制下，为所述第二接线端14提供所述正驱动电压。

通过所述第一驱动电路20和所述第二驱动电路30能够分时驱动所述发光阵列10中的发光二极管发光。例如，通过第一驱动电路20和第二驱动电路30的驱动，在某一持续时间内，使各个发光单元中的正向发光二极管11点亮发光，而使相应的反向发光二极管12保持熄灭状态；在另一持续时间内，使各个发光单元中的反向发光二极管12点亮发光，而使相应的正向发光二极管11保持熄灭状态。

通过本实施例所述的背光源结构，由于本实施例中使用的二极管器件均为可发光的发光二极管而不使用不能发光的齐纳二极管，因此，实际的发光元件比现有背光源多两倍，从而在不增加电路驱动能力也没有改变发光二极管空间距离的情况下，既可以提高背光源的亮度，提高发光效率，又能够提高背光源的均匀度，减少萤火虫不良现象的发生。

另外，由于本实施例中的所有发光二极管是在第一驱动电路20和第二驱动电路30的驱动作用下分时点亮而非持续点亮，因此可以大幅度的延长每个发光二极管的正常使用寿命。

图5为图4所示驱动电路的一种可选电路图，在该电路结构中，所述第一驱动电路20包括：第一场效应管M1、第二场效应管M2、第三场效应管M3及第四场效应管M4，其中，第一场效应管M1、第二场效应管M2、第三场效应管M3均为N型场效应管，第四场效应管M4为P型场效应管；其中：所述第一场效应管M1的栅级用于输入所述时序控制信号，漏极通过第一上拉电阻R21接上拉电压，源极接地；所述第二场效应管M2的栅级接第一场效应管M1的漏极，漏极通过第二上拉电阻R22及第一偏压电阻R23的串联结构接正驱动电压，源极接地；所述第三场效应管M3的栅级接所述第二场效应管M2的漏极，漏极接所述第四场效应管M4的漏极，源极接地；所述第四场效应管M4的栅级与源极并联在所述第一偏压电阻R23的两端，漏极接所述第一接线端、源极接所述正驱动电压。

相应地，所述第二驱动电路30包括：第五场效应管M5、第六场效应管M6、第七场效应管M7及第八场效应管M8，其中，第五场效应管M5与第八场效应管M8为P型场效应管、第六场效应管M6与第七场效应管M7为N型场效应管；其中：所述第五场效应管M5的栅级用于输入所述时序控制信号，源极接地，漏极通过第三上拉电阻R31接上拉电压；所述第六场效应管M6的栅级接第五场效应管M5的漏极，漏极通过第四上拉电阻R32及第二偏压电阻R33的串联结构接正驱动电压，源极接地；所述第七场效应管M7的栅级接所述第六场效应管M6的漏极，漏极所述第八场效应管M8的漏极，源极接地；所述第八场效应管M8的栅级与源极并联于所述第二偏压电阻R33的两端，漏极接所述第二接线端14，源极接所述正驱动电压。

其中，所述上拉电压可以为+3.3V，当发光阵列10中串联有八个发光单元时，所述正驱动电压为+24V，其具体工作原理如下：

当时序控制信号为高电平时，使第一驱动电路20中的第一场效应管M1的栅极为高电平而导通，从而使第二场效应管M2的栅极为低电平而截止，进而使第三场效应管M3的栅极为高电平而导通，由于没有电流过第一偏压电阻R23，因此，第四场效应管M4的栅极与源极之间的电压差为零，使第四场效应管M4截止，由于第三场效应管M3的源极接地，因此，此时第一接线端13的电压为零；相应地，当时序控制信号为高电平时，使第二驱动电路30中的第五场效应管M5的栅极为高电平而截止，从而使第六场效应管M6的栅极为高电平而导通，进而使第七场效应管M7的栅极为低电平而截止，由于第二偏压电阻R33上有电流流过，因此，第八场效应管M8的栅极与源极之间产生电压差，使第八场效应管M8导通，因此，此时第二接线端14的电压为正驱动电压，此时，位于偶数行的正向发光二极管被点亮发光。

相反，当时序控制信号为低电平时，第一接线端13的电压为正驱动电压，第二接线端14的电压为零，此时，位于奇数行的反向发光二极管被点亮发光。

本实施例采用八个金氧化物半导体场效应晶体管(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor，简称：MOSFET)构成交替的驱动电路，利用一个正电压源实现了对发光阵列10的分时驱动点亮。

图6为图4所示驱动电路的另一种可选电路图，在该电路结构中，所述第二接线端14接地；所述驱动电路40用于在所述时序控制信号的控制下，为所述第一接线端13提供驱动正向发光二极管发光的正驱动电压以及为所述第一接线端13提供驱动正向发光二极管发光的负驱动电压。具体地，如图6所示，所述驱动电路40包括：第九场效应管M9、第十场效应管M10、第十一场效应管M11及第十二场效应管M12，其中，第九场效应管M9、第十场效应管M10、第十一场效应管M11为N型场效应管，第十二场效应管M12为P型场效应管；其中：所述第九场效应管M9的栅级用于输入所述时序控制信号，漏极通过第五上拉电阻R24接上拉电压，源极接地；所述第十场效应管M10的栅级接第九场效应管M9的漏极，漏极通过第六上拉电阻R25及第三偏压电阻R26的串联结构接正驱动电压，源极接地；所述第十一场效应管M11的栅级接所述第十场效应管M10的漏极，漏极接所述第十二场效应管M12的漏极，源极接所述负驱动电压；所述第十二场效应管M12的栅级与源极并联于所述第三偏压电阻R26的两端，漏极接所述第一接线端13，源极接所述正驱动电压。相应地，所述第二驱动电路30则变得较为简单，包括接地连接线，用于将所述发第一接线端13接地。

其中，所述上拉电压可以为+3.3V，当发光阵列10中串联有八人发光单元时，所述正驱动电压为+24V，所述负驱动电压为-24V，所述负驱动电压的输出通道可以通过负电荷泵电路实现，其具体工作原理如下：

当时序控制信号为高电平时，使第一驱动电路20中的第九场效应管M9的栅极为高电平而导通，从而使第十场效应管M10的栅极为低电平而截止，进而使第十一场效应管M11的栅极为高电平而导通，由于没有电流过第三偏压电阻R26，因此，第十二场效应管M12的栅极与源极之间的电压差为零，使第十二场效应管M12截止，因此，此时第一接线端13的电压为负驱动电压。由于第二驱动电路30将所述发第一接线端13接地，因此，第一接线端13的电压为零；此时，位于偶数行的反向发光二极管被点亮发光。

相反，当时序控制信号为低电平时，使第一驱动电路20中的第九场效应管M9的栅极为低电平而截止，从而使第十场效应管M10的栅极为高电平而导通，进而使第十一场效应管M11的栅极为低电平而截止，由于第三偏压电阻R26上有电流流过，因此，第十二场效应管M12的栅极与源极之间产生电压差，使第十二场效应管M12导通，因此，此时第一接线端13的电压为正驱动电压。由于第二驱动电路30将所述发第一接线端13接地，因此，第一接线端13的电压为零。此时，位于奇数行的正向发光二极管被点亮发光。

本实施例采用四个MOSFET构成交替的驱动电路，利用一个正电压源和一个负电压源实现了对发光阵列10的分时驱动点亮。与图5所示驱动电路相比，节省了场效应管的个数，从而使电路结构更加简单，易于实现。

需要说明的是：图5及图6所示的电路结构仅用于举例说明驱动电路40的可选结构，本领域技术人员应当理解，只要能够实现驱动电路40的上述驱动功能，其具体的电路结构并不限于图5及图6所示的电路结构。

另外，图7为本发明所述发光二极管背光源的一种实际布局图，如图所示，虚线部分表示一个的发光单元，每个所述发光阵列中，所述正向发光二极管11及所述反向发光二极管12排列形成线光源，其中，每个所述正向发光二极管11相邻的发光二极管为所述反向发光二极管12，每个所述反向发光二极管12相邻的发光二极管为所述正向发光二极管11。其中，图7所示的线光源可以用作侧光式背光源。

图8为本发明所述发光二极管背光源的另一种实际布局图，如图所示，包括多个所述发光阵列，虚线部分表示一个的发光单元，其中所述正向发光二极管11及所述反向发光二极管12排列形成面光源，其中，每个所述正向发光二极管11相邻的发光二极管为所述反向发光二极管12，每个所述反向发光二极管12相邻的发光二极管为所述正向发光二极管11。其中，图8所示的面光源可以用作直下式背光源。

本发明上述各实施例所述的发光二极管背光源中均可以应用于液晶显示器中提供背光照明。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种发光二极管背光源，其特征在于，包括：

并联在第一接线端和第二接线端之间的至少一个发光阵列，所述发光阵列由多个串联的发光单元构成，其中所述发光单元由两个反向并联、互相起稳压保护作用的发光二极管构成；

驱动电路，用于为第一接线端和第二接线端之间提供电压差，以驱动发光阵列中正向发光二极管或者反向发光二极管发光，所述正向发光二极管是指发光时电流方向由第一接线端的流向第二接线端的发光二极管，所述反向发光二极管是指发光时电流方向由第二接线端的流向第一接线端的发光二极管；

所述驱动电路包括时序信号输入端，用于接收控制正向发光二极管和反向发光二极管发光时间的时序控制信号。

2.根据权利要求1所述的发光二极管背光源，其特征在于，所述时序信号输入端接收的时序控制信号为周期性的脉冲信号。

3.根据权利要求2所述的发光二极管背光源，其特征在于，所述脉冲信号的占空比为50％。

4.根据权利要求1所述的发光二极管背光源，其特征在于所述驱动电路包括第一驱动电路及第二驱动电路，其中：

所述第一驱动电路用于在所述时序控制信号的控制下，为所述第一接线端提供正驱动电压，同时，所述第二驱动电路用于在所述时序控制信号的控制下，将所述第二接线端接地；

所述第一驱动电路还用于在所述时序控制信号的控制下，将所述第一接线端接地，同时，所述第二驱动电路还用于在所述时序控制信号的控制下，为所述第二接线端提供所述正驱动电压。

5.根据权利要求4所述的发光二极管背光源，其特征在于：

所述第一驱动电路包括：第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管及第四场效应管，第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管为N型场效应管，第四场效应管为P型场效应管；其中：所述第一场效应管的栅级用于输入所述时序控制信号，漏极通过第一上拉电阻接上拉电压，源极接地；所述第二场效应管的栅级接所述第一场效应管的漏极，漏极通过第二上拉电阻及第一偏压电阻的串联结构接正驱动电压，源极接地；所述第三场效应管的栅级接所述第二场效应管的漏极，漏极接所述第四场效应管的漏极，源极接地；所述第四场效应管的栅级与源极并联在所述第一偏压电阻的两端，漏极接所述第一接线端、源极接所述正驱动电压；

所述第二驱动电路包括：第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管及第八场效应管，第五场效应管与第八场效应管为P型场效应管、第六场效应管与第七场效应管为N型场效应管；其中：所述第五场效应管的栅级用于输入所述时序控制信号，源极接地，漏极通过第三上拉电阻接上拉电压；所述第六场效应管的栅级接所述第五场效应管的漏极，漏极通过第四上拉电阻及第二偏压电阻的串联结构接正驱动电压，源极接地；所述第七场效应管的栅级接所述第六场效应管的漏极，漏极所述第八场效应管的漏极，源极接地；所述第八场效应管的栅级与源极并联于所述第二偏压电阻的两端，漏极接所述第二接线端，源极接所述正驱动电压。

6.根据权利要求1所述的发光二极管背光源，其特征在于：

所述第二接线端接地；

所述驱动电路用于在所述时序控制信号的控制下，为所述第一接线端提供驱动正向发光二极管发光的正驱动电压以及为所述第一接线端提供驱动正向发光二极管发光的负驱动电压。

7.根据权利要求6所述的发光二极管背光源，其特征在于：所述驱动电路包括：第九场效应管、第十场效应管、第十一场效应管及第十二场效应管，第九场效应管、第十场效应管、第十一场效应管为N型场效应管，第十二场效应管为P型场效应管；其中：所述第九场效应管的栅级用于输入所述时序控制信号，漏极通过第五上拉电阻接上拉电压，源极接地；所述第十场效应管的栅级接所述第九场效应管的漏极，漏极通过第六上拉电阻及第三偏压电阻的串联结构接正驱动电压，源极接地；所述第十一场效应管的栅级接所述第十场效应管的漏极，漏极接所述第十二场效应管的漏极，源极接所述负驱动电压；所述第十二场效应管的栅级与源极并联于所述第三偏压电阻的两端，漏极接所述第一接线端，源极接所述正驱动电压。所述第二驱动电路包括：接地连接线，用于将所述发第一接线端接地。

8.根据权利要求1所述的发光二极管背光源，其特征在于：每个所述发光阵列中，所述正向发光二极管及所述反向发光二极管排列形成线光源，其中，每个所述正向发光二极管相邻的发光二极管为所述反向发光二极管，每个所述反向发光二极管相邻的发光二极管为所述正向发光二极管。

9.根据权利要求1所述的发光二极管背光源，其特征在于：包括多个所述发光阵列，所述正向发光二极管及所述反向发光二极管排列形成面光源，其中，每个所述正向发光二极管相邻的发光二极管为所述反向发光二极管，每个所述反向发光二极管相邻的发光二极管为所述正向发光二极管。

10.一种液晶显示器，其特征在于，包括权利要求8或9中任一所述的发光二极管背光源。

11.一种用于如权利要求1所述发光二极管背光源的驱动方法，其特征在于包括：

所述正向发光二极管和所述反向发光二极管交替发光；

所述正向发光二极管发光时，与每个所述正向发光二极管反向并联的所述反向发光二极管为每个所述正向发光二极管提供稳压保护，所述反向发光二极管发光时，与每个所述反向发光二极管反向并联的所述正向发光二极管为每个所述反向发光二极管提供稳压保护。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述正向发光二极管和反向发光二极管交替发光的发光时间相同。

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