CN102970788A - Led驱动器装置、液晶显示器和驱动led阵列的方法 - Google Patents

Led驱动器装置、液晶显示器和驱动led阵列的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种发光二极管（LED）驱动器装置、一种液晶显示器和一种驱动LED阵列的方法。发光二极管（LED）驱动器装置包括：DC-DC转换器，被构造为向LED阵列供给驱动电压；多个LED驱动器，被构造为根据调光信号驱动所述LED阵列，其中，所述多个LED驱动器并联连接，以向所述LED阵列供给电流。

Description

LED驱动器装置、液晶显示器和驱动LED阵列的方法
本申请要求于2011年8月30日在韩国知识产权局提交的第10-2011-0087460号韩国专利申请和于2012年5月21日在韩国知识产权局提交的第10-2012-0053859号韩国专利申请的权益，出于所有目的将上述申请的全部公开内容通过引用包含于此。
技术领域
下面的描述涉及一种发光二极管（LED）驱动器装置，例如涉及可以通过使用多个恒流源向LED阵列提供稳定的恒定电流的LED驱动器装置。
背景技术
因为与许多其它类型的显示装置相比，液晶显示器（LCD）相对较薄且重量轻，并展现出较低的驱动电压且耗电少，所以LCD被广泛地使用。然而，在LCD中使用的液晶是自身不发光的非发光物质。因此，LCD需要额外的背光来将光供给到其液晶面板。
冷阴极荧光灯（CCFL）、发光二极管（LED）等通常用作LCD的背光源。然而，CCFL使用汞，因此会导致环境污染。另外，CCFL展现出慢的响应速度和低的色彩呈现。因此，CCFL不适合用于制造重量轻、纤薄、时间短和/或尺寸小的LCD。
LED不使用诸如汞的有害材料，因此对环境友好。另外，LED允许脉冲驱动。另外，用LED制成的光源展现出高的色彩呈现，能够独立地调节从红色（R）二极管、绿色（G）二极管和蓝色（B）二极管发射的光的量，以改变获取的图像的亮度、色温等。因此，LED适合用于制造重量轻、纤薄、时间短和/或尺寸小的LCD。因此，LED已经被广泛地用作LCD和其它显示设备的背光源。
在使用彼此串联连接的LED的LCD背光单元（例如，使用LED阵列的背光单元）中，通常使用DC-DC转换器来调节供给给LED的电源，并通常使用用作恒流源的驱动电路向LED供给恒定电流。
为了在背光中保持均匀的亮度和色彩，通常通过使用相同的电流来驱动LED，而不管LED的电压如何。例如，可以在LED阵列下方设置单个恒流源，从而向LED阵列供给相同的恒定电流。
然而，为了在LED电流的所需量增加的情况下供给大的恒定电流，通常利用晶体管实现恒流源。当利用晶体管实现供给大的恒定电流的恒流源时，晶体管的寄生电容分量会变得非常大。这会降低电流的稳定性和/或延长恒定电流的建立时间。在这样的电流源中，会需要大的电容来补偿寄生电容分量，并且例如来保持系统的稳定性。在这样的情况下，恒流源的稳定时间会延长，从而使实现稳定的电流所需的时间变慢。
发明内容
在一个总体方面，提供了一种发光二极管（LED）驱动器装置，其包括：DC-DC转换器，被构造为向LED阵列供给驱动电压；多个LED驱动器，被构造为根据调光信号驱动所述LED阵列，其中，所述多个LED驱动器彼此并联连接，以向所述LED阵列供给恒定电流。
LED驱动器装置的总体方面还可以包括：输入单元，被构造为从外部设备接收所述调光信号。
LED驱动器可以被构造为向所述LED阵列供给具有相同幅值的恒定电流。
LED驱动器可以被构造为向所述LED阵列供给具有不同幅值的恒定电流。
在LED驱动器装置的总体方面，每个LED驱动器可以包括：电阻器，具有接地的第一端部；开关单元，被构造为将所述LED阵列的端部选择性地连接到所述电阻器的第二端部；以及比较器，被构造为将预设的参考电压与连接到所述开关单元和所述电阻器两者的公共节点的电压进行比较。
在所述LED驱动器装置的总体方面，所述开关单元可以是场效应晶体管（FET），所述FET包括连接到所述LED阵列的端部的漏极，源极可以连接到所述公共节点，栅极可以连接到所述比较器的输出节点。
在所述LED驱动器装置的总体方面，所述比较器可以是运算放大器（Op-Amp），所述Op-Amp被构造为通过正端子接收所述参考电压，通过负端子接收所述公共节点的电压，并将所述参考电压和所述公共节点的电压之间的差输出到所述FET的栅极。
所述比较器可以被构造为根据所述调光信号而操作。
所述LED驱动器装置的总体方面还可以包括：控制器，被构造为根据所述LED阵列所需的电流的幅值来控制所述多个LED驱动器的操作。
可以在幅值在50mA和150mA之间的恒定电流下驱动所述LED阵列。
所述LED驱动器装置的总体方面还可以包括：脉宽调制（PWM）信号发生器，被构造为接收所述调光信号，并生成PWM信号，所述DC-DC转换器可以被构造为基于生成的PWM信号向所述LED阵列提供正向偏压。
在另一总体方面，提供了一种液晶显示器（LCD），其包括：液晶面板；以及背光单元，包括如上所述的LED驱动器装置。
在另一总体方面，提供了一种驱动LED阵列的方法，其包括：基于调光信号使用多个LED驱动器向LED阵列供给驱动电压，其中，所述多个发光LED驱动器从外部设备接收所述调光信号，所述多个LED驱动器彼此并联连接，以向所述LED阵列供给电流。
所述方法的总体方面还可以包括：基于所述调光信号生成脉宽调制（PWM）信号；以及向DC-DC转换器供给所述PWM信号，所述DC-DC转换器被构造为向所述LED阵列提供正向偏压。
所述LED驱动器可以被构造为向所述LED阵列供给具有相同幅值的电流。
所述方法的总体方面还可以包括：按照根据外部控制或内部计算所确定的所述LED阵列所需的电流的幅值来控制所述多个LED驱动器的操作。
在所述方法的总体方面，每个LED驱动器可以包括：电阻器，具有接地的第一端部；开关单元，被构造为将所述LED阵列的端部选择性地连接到所述电阻器的第二端部；以及比较器，被构造为将预设的参考电压与连接到所述开关单元和所述电阻器两者的公共节点的电压进行比较。
根据下面的详细描述、附图和权利要求书，其它特征和方面会是明显的。
附图说明
图1是示出发光二极管（LED）驱动器装置的示例的示图。
图2是示出LED驱动器的示例的电路图。
图3是示出LED驱动器的其它示例的电路图。
在整个附图和详细描述中，除非另有描述，否则相同的标号将理解为是指相同的元件、特征和结构。为了清楚、举例说明和方便起见，会夸大这些元件的相对尺寸和描绘。
具体实施方式
提供下面的详细描述来有利于读者增加对这里描述的方法、装置和/或系统的全面理解。因此，本领域普通技术人员将想到这里描述的系统、装置和/或方法的各种改变、修改和等同物。另外，为了提高清晰和简明起见，会省略公知的功能和构造的描述。
这里提供的是能够通过使用多个电流源向LED阵列供给稳定的电流并供给短的电流建立时间的发光二极管（LED）驱动器装置和驱动LED阵列的方法的示例。
图1示出了发光二极管（LED）驱动器装置1000的示例。
参照图1，LED驱动器装置1000包括输入单元100、脉宽调制（PWM）信号发生器200、DC-DC转换器300、LED驱动器400和LED阵列500。
输入单元100接收用于驱动LED阵列500的调光信号。可以与LED使用的数字调光方法的示例包括直接模式、固定相位模式和相移模式，但不限于此。直接模式是指通过分组打包/解包（PAD）来控制频率和占空比信号的方法。另外，固定相位模式和相移模式是指在集成电路（IC）中生成PWM频率并通过PAD仅接收占空比信号以控制PWM频率和占空比信号的方法。调光信号是指用于调节LED的亮度、色温等或用于补偿LED的色温的信号。在当前示例中，描述从外部设备接收调光信号的直接模式。外部设备是指在LED驱动器装置1000外部的设备。然而，在其它示例中，可使用诸如固定相位模式和相移模式的其它模式来获取调光信号。
PWM信号发生器200生成用于调节LED阵列500的电源的PWM信号。例如，PWM信号发生器200生成用于控制DC-DC转换器300的驱动电压的幅值的PWM信号。
DC-DC转换器300包括执行开关操作的晶体管，并根据晶体管的开关操作将驱动电压供给到LED阵列500。例如，DC-DC转换器300可以基于由PWM信号发生器200生成的PWM信号转换DC电压，并将转换的DC电压（例如，驱动电压）供给到LED阵列500。例如，DC-DC转换器300可以将与LED阵列500的正向偏压对应的电压供给到LED阵列500，从而LED阵列500在电流饱和范围内操作。
多个LED驱动器400根据调光信号驱动LED阵列500。例如，LED驱动器400可以通过使用从输入单元100输入的调光信号来调节LED阵列500的驱动电流。LED驱动器400可以将相同的恒定电流或不同的恒定电流供给到LED阵列500。稍后将参照图2进一步描述LED驱动器400的结构和操作。
控制器600根据LED阵列500所需的恒定电流的幅值来控制LED驱动器400的操作。例如，控制器600可以根据外部控制或内部计算来计算LED阵列500所需的恒定电流的幅值，并可以控制适合于在恒定电流的所计算的幅值下操作的LED驱动器400的所有部分或仅一部分。
例如，在四个LED驱动器400中的每个可以供给最大值为25mA的恒定电流且连接到四个LED驱动器的LED阵列500所需的恒定电流的最大幅值为100mA的情况下，控制器600可以控制全部四个LED驱动器400操作。然而，在LED阵列500所需的恒定电流的最大幅值为50mA的情况下，控制器600可以控制仅两个LED驱动器400操作。
如上所述，根据当前示例的LED驱动器装置1000通过使用多个LED驱动器来向LED阵列500供给恒定电流。因此，LED驱动器装置1000可以确保稳定的电流和快速的建立时间。
图2是示出根据LED驱动器装置1000的示例的多个LED驱动器的电路图。
参照图2，多个LED驱动器400-1、400-2、...、400-n彼此并联连接，并向LED阵列500供给恒定电流。从多个LED驱动器400供给到LED阵列500的恒定电流可以具有相同的幅值或可以具有不同的幅值。多个LED驱动器400-1、400-2、...、400-n分别包括开关单元410-1、410-2、...、410-n、比较器420-1、420-2、...、420-n以及电阻器430-1、430-2、...、430-n。
开关单元410-1、410-2、...、410-n分别根据比较器420-1、420-2、...、420-n的输出信号执行开关操作。例如，可以利用场效应晶体管（FET）实现开关单元410-1、410-2、...、410-n。在利用FET实现开关单元410-1、410-2、...、410-n的LED驱动器装置中，漏极可以连接到LED阵列500的端部，源极可以分别连接到电阻器430-1、430-2、...、430-n的端部，栅极可以分别连接到比较器420-1、420-2、...、420-n的输出节点。
FET可以具有相同的尺寸或不同的尺寸，并可以具有相同的可允许电流或可以具有不同的可允许电流。
比较器420-1、420-2、...、420-n将连接到开关单元410-1、410-2、...、410-n和电阻器430-1、430-2、...、430-n的公共节点的电压与预设的参考电压VREF进行比较，以控制开关单元410-1、410-2、...、410-n。例如，可以利用运算放大器（Op-Amps）实现比较器420-1、420-2、...、420-n。在利用Op-Amps实现比较器420-1、420-2、...、420-n的LED驱动器装置中，正端子可以连接到参考电压VREF，负端子可以连接到电阻器430-1、430-2、...、430-n和开关单元410-1、410-2、...、410-n之间的公共节点，并且输出端子可以连接到FET的栅极。
比较器420-1、420-2、...、420-n接收调光信号。例如，比较器420-1、420-2、...、420-n可以接收作为使能信号的调光信号。在这样的LED驱动器装置中，当调光信号是具有第一电平的信号时，比较器420-1、420-2、...、420-n可以分别控制开关单元410-1、410-2、...、410-n，以向LED阵列500供给恒定电流。另外，当调光信号是具有第二电平的信号时，比较器420-1、420-2、...、420-n可以分别控制开关单元410-1、410-2、...、410-n以切断恒定电流向LED阵列500的供给。
电阻器430-1、430-2、...、430-n分别具有连接到开关单元410-1、410-2、...、410-n的端部和接地的另一端部。电阻器430-1、430-2、...、430-n可以均具有相同的电阻值，或可以分别具有不同的电阻值。在电阻器430-1、430-2、...、430-n具有不同的电阻值的LED驱动器装置中，LED驱动器400-1、400-2、...、400-n可以向LED阵列500供给具有不同幅值的恒定电流。
由于上面描述的电路构造，多个LED驱动器400向LED阵列500供给具有幅值ILED的恒定电流。在此示例中，幅值ILED是LED驱动器400的恒定电流的幅值之和，从而满足下式：ILED=IL1+IL2+…+ILn。因为LED驱动器400的每个恒定电流具有幅值VREF/R，所以它遵循幅值ILED可用下式确定：ILED=VREF/R1+VREF/R2+…+VREF/Rn。
在LED阵列500需要100mA的恒定电流且使用一个恒流源的情况下，一个恒流源的晶体管的可允许电流为100mA或更大。因此，相应的晶体管的寄生电容增加。
然而，在使用多个LED驱动器的情况下，可以减少晶体管的寄生电容。例如，在使用四个LED驱动器的情况下，可通过使用均具有大约25mA的可允许电流的多个晶体管来驱动LED阵列500。因此，可通过使用多个LED驱动器来降低晶体管的寄生电容。因此，用于减少寄生电容的补偿电容器的尺寸不需要增大，由此确保了快速的建立时间。
应注意，在图2中描述的示例中使用三个或更多个LED驱动器400，但是也可以通过使用两个LED驱动器来实现LED驱动器装置。另外，在图2的描述中，多个LED驱动器400均向LED阵列500供给恒定电流。然而，在其它示例中，可以仅驱动多个LED驱动器400的一部分。例如，参照图3描述这样的示例。
图3示出了根据在当前描述的范围内的另一示例的多个LED驱动器的电路图。
参照图3，多个LED驱动器400彼此并联连接，并且均包括开关单元410-1和410-2、比较器420-1和420-2以及电阻器430-1和430-2。
开关单元410-1和410-2分别根据比较器420-1和420-2的输出信号执行开关操作。例如，可以利用FET实现开关单元410-1和410-2。如果利用FET实现开关单元410-1和410-2，则漏极可以连接到LED阵列500的端部，源极可以分别连接到电阻器430-1和430-2的端部，栅极可以连接到比较器420-1和420-2的输出节点。在此示例中，FET可以具有相同的尺寸或可以具有不同的尺寸。
比较器420-1和420-2将公共地连接到开关单元410-1和410-2与电阻器430-1和430-2的公共节点的电压与预设的参考电压VREF进行比较，以控制开关单元410-1和410-2。例如，可以利用Op-Amps实现比较器420-1和420-2。在利用Op-Amps实现比较器420-1和420-2的LED驱动器装置中，正端子可以连接到参考电压VREF，负端子可以连接到电阻器430-1和430-2与开关单元410-1和410-2之间的公共节点，输出端子可以分别连接到FET的栅极。
比较器420-1和420-2分别接收控制信号。例如，当比较器420-1和420-2接收控制器600的控制信号时，比较器420-1和420-2可以分别控制开关单元410-1和410-2，以将恒定电流供给到LED阵列500。响应于被截止的控制信号，比较器420-1和420-2可以分别控制开关单元410-1和410-2，以切断恒定电流向LED阵列500的供给。
电阻器430-1和430-2的一个端部连接到开关单元410-1和410-2，电阻器430-1和430-2的另一端部接地。电阻器430-1和430-2均可以具有相同的电阻值或可以分别具有不同的电阻值。在电阻器430-1和430-2分别具有不同的电阻值的情况下，LED驱动器400-1和400-2可以向LED阵列500供给具有不同幅值的恒定电流。
控制器600根据LED阵列500所需的恒定电流的幅值来控制多个LED驱动器400-1和400-2的操作。例如，控制器600可以根据外部控制或内部计算来计算LED阵列500所需的恒定电流的幅值，并控制适合于所计算的恒定电流的幅值的LED驱动器400-1和400-2中的仅仅一个来操作。例如，在两个LED驱动器400-1和400-2供给最大幅值为25mA的恒定电流并且连接的LED阵列500所需的最大恒定电流为50mA的情况下，控制器600可以控制两个LED驱动器400-1和400-2操作。另外，如果LED阵列500所需的恒定电流的最大幅值为25mA，则控制器600可以仅控制一个LED驱动器400-1操作。
控制器600接收调光信号，根据调光信号生成控制信号，并将控制信号分别供给到比较器420-1和420-2。在当前示例中，控制器600接收输入的调光信号，并将根据调光信号生成的控制信号供给到比较器420-1和420-2。然而，可以将调光信号和控制信号输入到另外的AND逻辑电路，并且AND逻辑电路的输出可以作为比较器的使能信号来提供。
在图1至图3中示出的示例中，仅向一个LED阵列供给恒定电流。然而，在其它示例中，LED驱动器装置可以通过使用多个LED驱动器分别向多个LED阵列供给多个恒定电流。
上面已经描述了许多示例。然而，将理解的是，可以做出各种修改。例如，如果以不同的顺序执行所描述的技术，和/或如果描述的系统、架构、设备或电路中的组件以不同的方式组合和/或由其它组件或它们的等价物代替或补充，则可以实现合适的结果。因此，其它实施方案在权利要求书的范围内。

Claims (17)

1.一种发光二极管驱动器装置，所述发光二极管驱动器装置包括：
DC-DC转换器，被构造为向发光二极管阵列供给驱动电压；
多个发光二极管驱动器，被构造为根据调光信号驱动所述发光二极管阵列，
其中，所述多个发光二极管驱动器彼此并联连接，以向所述发光二极管阵列供给恒定电流。
2.根据权利要求1所述的发光二极管驱动器装置，所述发光二极管驱动器装置还包括：输入单元，被构造为从外部设备接收所述调光信号。
3.根据权利要求1所述的发光二极管驱动器装置，其中，所述多个发光二极管驱动器被构造为向所述发光二极管阵列供给具有相同幅值的恒定电流。
4.根据权利要求1所述的发光二极管驱动器装置，其中，所述多个发光二极管驱动器被构造为向所述发光二极管阵列供给具有不同幅值的恒定电流。
5.根据权利要求1所述的发光二极管驱动器装置，其中，每个发光二极管驱动器包括：
电阻器，具有接地的第一端部；
开关单元，被构造为将所述发光二极管阵列的端部选择性地连接到所述电阻器的第二端部；以及
比较器，被构造为将预设的参考电压与连接到所述开关单元和所述电阻器两者的公共节点的电压进行比较，以控制所述开关单元。
6.根据权利要求5所述的发光二极管驱动器装置，其中，所述开关单元是场效应晶体管，所述场效应晶体管包括连接到所述发光二极管阵列的端部的漏极、连接到所述公共节点的源极和连接到所述比较器的输出节点的栅极。
7.根据权利要求6所述的发光二极管驱动器装置，其中，所述比较器是运算放大器，所述运算放大器被构造为通过正端子接收所述参考电压，通过负端子接收所述公共节点的电压，并将所述参考电压和所述公共节点的电压之间的差输出到所述场效应晶体管的栅极。
8.根据权利要求5所述的发光二极管驱动器装置，其中，所述比较器被构造为根据所述调光信号而操作。
9.根据权利要求5所述的发光二极管驱动器装置，所述发光二极管驱动器装置还包括：
控制器，被构造为根据所述发光二极管阵列所需的恒定电流的幅值来控制所述多个发光二极管驱动器的操作。
10.根据权利要求1所述的发光二极管驱动器装置，其中，在幅值在50mA和150mA之间的恒定电流下驱动所述发光二极管阵列。
11.根据权利要求2所述的发光二极管驱动器装置，所述发光二极管驱动器装置还包括：
脉宽调制信号发生器，被构造为接收所述调光信号，并生成脉宽调制信号，
其中，所述DC-DC转换器被构造为基于生成的脉宽调制信号向所述发光二极管阵列提供正向偏压。
12.一种液晶显示器，所述液晶显示器包括：
液晶面板；以及
背光单元，包括根据权利要求1所述的发光二极管驱动器装置。
13.一种驱动发光二极管阵列的方法，所述方法包括：
基于调光信号使用多个发光二极管驱动器向发光二极管阵列供给驱动电压，
其中，所述多个发光二极管驱动器从外部设备接收所述调光信号；以及
所述多个发光二极管驱动器彼此并联连接，以向所述发光二极管阵列供给电流。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括：基于所述调光信号生成脉宽调制信号；以及向DC-DC转换器供给所述脉宽调制信号，所述DC-DC转换器向所述发光二极管阵列提供正向偏压。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，发光二极管驱动器被构造为向所述发光二极管阵列供给具有相同幅值的电流。
16.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括：
按照根据外部控制或内部计算所确定的所述发光二极管阵列所需的电流的幅值来控制所述多个发光二极管驱动器的操作。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，每个发光二极管驱动器包括：
电阻器，具有接地的第一端部；
开关单元，被构造为将所述发光二极管阵列的端部选择性地连接到所述电阻器的第二端部；以及
比较器，被构造为将预设的参考电压与连接到所述开关单元和所述电阻器两者的公共节点的电压进行比较，以控制所述开关单元。
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