CN106023908B - 用于液晶显示装置的背光驱动电路和控制方法 - Google Patents

用于液晶显示装置的背光驱动电路和控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了用于液晶显示装置的背光驱动电路及控制方法。所述背光驱动电路包括输入端和输出端，分别用于接收直流输入电压和提供直流输出电压，用于驱动多组LED灯串，从而提供背光，所述背光驱动电路包括：至少一个切换模块，分别连接在所述输出端和所述多组LED灯串的相应一组LED灯串之间，从而根据切换信号的控制导通或断开所述输出端和所述相应一组LED灯串之间的连接。该背光驱动电路仅需要在负载端引入切换模块，从而可以采用低成本的电路满足不同显示模式的背光需求。

Description

用于液晶显示装置的背光驱动电路和控制方法
技术领域
本发明属于显示技术领域，更具体地，涉及用于液晶显示装置的背光驱动电路和控制方法。
背景技术
液晶显示装置(Liquid Crystal Display，LCD)具备轻薄、节能、无辐射等诸多优点，因此已经逐渐取代传统的阴极射线管(CRT)显示装置。目前液晶显示装置被广泛地应用于高清晰数字电视、台式计算机、个人数字助理(PDA)、笔记本电脑、移动电话、数码相机等电子设备中。
在液晶显示装置中，背光技术直接影响着液晶显示的功耗和显示质量。目前市场上最普遍的背光技术是单侧入光式的发光二极管(light-emitting diode，LED)背光。这种技术只能满足普通的显示需求，对于超高亮度需求的液晶显示装置，则需要采用新的背光技术。例如，可以使用更优的光学设计或点阵式背光技术。虽然上述新的背光技术可以有效提高面板亮度，但是成本较普通侧入式的背光也增长了很多。与单侧入光式的LED背光技术相比较，双侧入光式的LED背光技术可以获得更高的亮度，并且成本和显示效果之间有很好的平衡。
双侧入光式的LED背光技术在双视角显示装置的应用具有广泛的应用前景。双视角显示装置可以在广视角和窄视角两种模式之间切换。在广视角模式下，使用者从各个方向均可看到完整且不失真的画面。在涉及使用者的个人隐私以及重要信息时，广视角的显示装置在有些场合下的使用也会使使用者感到不便。比如，在车站等车时，使用者旁边以及后方的人极有可能窥见使用者的广视角的便携式电子显示设备的屏幕上的内容。因此，除了广视角的需求之外，在需要防窥的场合下，双视角显示装置可以切换至窄视角模式。
由于在双视角显示装置的不同显示模式下透光率不同，因此，显示模式的切换导致背光亮度的变化。在从广视角模式切换至窄视角模式的情形下，背光亮度降低，从而导致显示效果劣化。在双视角显示装置中，采用单侧入光可以满足广视角显示模式的背光亮度要求，采用双侧入光可以满足窄视角显示模式的背光亮度要求，从而在不同的显示模式下均可以达到理想的显示效果。
然而，现有的背光控制技术需要采用两个驱动芯片驱动两个独立的LED灯串。通过使能两个驱动芯片之一或二者，实现在单侧入光和双侧入光之间的切换。该背光控制技术采用两个驱动芯片，因此，背光驱动电路的结构复杂且昂贵。
因此，期待进一步改进液晶显示装置的背光驱动电路和控制方法，以降低电路成本并且满足不同的背光需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种采用负载端的切换模块实现背光切换的背光驱动电路和控制方法。
根据本发明的一方面，提供一种用于液晶显示装置的背光驱动电路，所述背光驱动电路包括输入端和输出端，分别用于接收直流输入电压和提供直流输出电压，用于驱动多组LED灯串，从而提供背光，所述背光驱动电路包括：至少一个切换模块，分别连接在所述输出端和所述多组LED灯串的相应一组LED灯串之间，从而根据切换信号的控制导通或断开所述输出端和所述相应一组LED灯串之间的连接。
优选地，所述至少一个切换模块分别包括：第一电阻、第二电阻和第一晶体管，串联连接在所述输出端和地之间，所述第一晶体管的控制端接收所述切换信号；以及第二晶体管，连接在所述输出端和所述多组LED灯串的相应一组LED灯串之间，所述第二晶体管的控制端连接至所述第一电阻和所述第二电阻的中间节点。
优选地，所述第一晶体管和所述第二晶体管为选自MOSFET和双极晶体管的一种。
优选地，所述第一晶体管为N型MOSFET，所述第二晶体管为P型MOSFET。
优选地，所述第一晶体管的控制端为栅极且源极接地，漏极连接至第二电阻，所述第二晶体管的控制端为栅极且源极连接至所述输出端，漏极连接至所述相应一组LED灯串。
优选地，还包括：控制模块；以及多个外围元件，所述控制模块和所述多个外围元件组成升压型功率变换器。
优选地，所述控制模块为型号为TPS61181A的集成电路芯片。
根据本发明的另一方面，提供一种用于液晶显示装置的背光控制方法，所述液晶显示装置包括背光驱动电路，所述背光驱动电路包括输入端和输出端，分别用于接收直流输入电压和提供直流输出电压，用于驱动多组LED灯串，从而提供背光，所述多组LED灯串包括第一组LED灯串和第二组LED灯串，所述控制方法包括：根据切换信号的控制导通或断开所述输出端和所述第二组LED灯串之间的连接。
优选地，所述液晶显示装置包括第一显示模式和第二显示模式，在所述第一显示模式中，所述第一组LED灯串连接至所述输出端，所述第二组LED灯串与所述输出端之间断开，在所述第二显示模式中，所述第一组LED灯串和所述第二组LED灯串均连接至所述输出端。
优选地，还包括所述第一显示模式和所述第二显示模式之间的过渡阶段，其中，在所述输出端停止提供所述直流输出电压，并且所述切换信号反转电平状态。
根据本发明实施例的背光驱动电路及控制方法可以在不修改系统端的LED驱动器和LED灯串连接器的情况下驱动单侧或双侧LED背光。该背光驱动电路仅需要在负载端引入切换模块，从而可以采用低成本的电路满足不同显示模式的背光需求。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出根据现有技术的液晶显示装置的结构示意图；
图2A和2B示出了根据现有技术的双视角液晶显示装置的原理示意图；
图3示出根据本发明实施例的背光驱动电路的的示意性电路图；
图4示出根据本发明实施例的背光驱动电路的工作波形图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
图1示出根据现有技术的液晶显示装置的结构示意图。
如图1所示，液晶液晶显示装置包括第一基板1、第二基板2和液晶层3。
第一基板1也即通常所称的薄膜晶体管阵列基板，其设置有以阵列方式设置的多个像素电极11和多个公共电极12。所述第一基板可以包括透明的衬底13、形成于衬底上的驱动部件(例如TFT器件)以及不同部件之间的连线等，为了便于理解本发明，上述部件未在图1中示出。所述像素电极11和公共电极12设置于衬底13上。所述像素电极11和对应的公共电极12之间可以形成水平方向的电场，从而控制一个像素区域内的液晶分子转向，调节通过的光强。像素电极11和对应的公共电极12可以利用例如氧化铟锡(ITO)等透明导电材料形成。
液晶层3设置于第一基板1和第二基板2之间。液晶层3中的液晶分子预先配向。在初始状态下，液晶层3使得透过第一基板1的偏振光无法最终通过最上层的偏光膜(图1中未示出)。
第二基板2与第一基板1相对设置，其上以阵列方式设置有多个视角控制电极21。例如，第二基板为彩色滤光片基板。例如，所述视角控制电极21为条状控制电极，所述多个视角控制电极21中的奇数位视角控制电极和偶数位视角控制电极分别用于施加极性不同的偏置电压，以调整所述液晶显示装置的视角。
图2A和2B示出了根据现有技术的双视角液晶显示装置的原理示意图，其中，图2A是第一模式即广视角模式下液晶液晶显示装置的示意图，图2B示出了第二模式即窄视角模式下液晶液晶显示装置的示意图。
如图2A所示，在广视角模式下时，视角控制电极21被施加一较低的第二幅值的交流电压。第二幅值接近于零，可以为例如0.05V。由此，液晶层3所在区域内，电场主要为像素电极11和公共电极12之间形成的水平方向的电场，沿水平方向配向的液晶分子与水平方向的倾角为零或非常小。此时，由于液晶分子进行面内翻转，因此，整个液晶显示装置具有较宽的视角。
如图2B所示，在窄视角模式下时，视角控制电极21被施加具有较高的第一幅值的电压，所述第一幅值可以为例如5V。由此，在视角控制电极21和第一基板1的像素电极11以及公共观电极12之间，会形成垂直方向上的电场。液晶分子同时受到垂直方向的电场以及水平方向电场的影响，除进行面内翻转改变偏振光的偏振方向外，还会在垂直方向翻转，增大液晶分子轴向与水平方向之间的倾角。这进一步使得斜视暗态漏光，对比下降，视角缩小。由此，整个液晶显示装置的视角缩窄。
由此，通过在液晶显示装置的第二基板(彩色滤光片基板)上设置视角控制电极，并在需要窄视角时对视角控制电极施加电压以使得其与设置在第一基板(阵列基板)上像素电极以及公共电极之间产生垂直于面板方向的电场，使得液晶分子在垂直方向产生倾角变化，从而达到斜视暗态漏光，对比下降，视角缩小，窄视角显示的目的。由此，通过调节施加给视角控制电极的电压，即可实现在宽视角和窄视角模式之间切换。
图3示出根据本发明实施例的背光驱动电路的的示意性电路图。该背光驱动电路例如用于双视角显示装置中。
背光驱动电路100包括控制模块101及外围元件、以及切换模块102。第一组LED灯串和第二组LED灯串作为背光驱动电路100的负载，连接在背光驱动电路100的输出端。第一组LED灯串包括LED11至LED1n，第二组LED灯串包括LED21至LED2n。
控制模块101例如是升压型功率变换器的控制芯片，用于根据直流输入电压Vin产生稳定的直流输出电压Vout。控制模块101例如是可以购自美国德州仪器的型号为TPS61181A的集成电路芯片。
控制模块101内置主开关管且包括多个与外围元件电连接的管脚。外围元件中的电感L1和二极管D1串联连接在输入端和输出端之间。二极管D1的阳极与电感L1连接，阴极与输出端连接。电容C1连接在输入端和地之间，电容C2连接在输出端和地之间。
进一步地，电感L1和二极管D1的中间节点连接至控制模块101的SW管脚。该SW管脚与内置的主开关管连接，使得主开关管与电感L1和二极管D1组成Boost拓扑结构。在输入端提供的直流输入电压Vin例如为4.5V至24V，在输出端产生的直流输出电压Vout例如为38V。
控制模块101的Vo管脚连接至输出端，用于监测输出端的直流输出电压。电阻R4和电容C3串联连接在输入端和地之间，二者的中间节点连接至控制模块101的Vbat管脚，用于为控制模块101提供电池电源。电容C4连接至控制模块101的Cin管脚，用于为控制模块101供电。电阻R3连接至控制模块101的Iset管脚，用于对输出端提供的输出电流进行编程。控制模块101的电源地和信号地分别经由PGND管脚和GND管脚接地。
进一步地，控制模块101的EN管脚从外部接收使能信号，Dctrl管脚从外部接收调光控制信号。第一组LED灯串的阳极连接至输出端，第二组LED灯串的阳极经由切换模块102连接至输出端。第一组LED灯串和第二组LED灯串的阴极分别连接至控制模块的Ifb1管脚和Ifb2管脚。控制模块101可以对每个LED灯串进行电流调节。
与现有技术的背光驱动电路不同，背光驱动电路100包括设置在负载端的切换模块102。该切换模块102包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第一电阻R1和第二电阻R2。
第一晶体管Q1和第二晶体管Q2分别具有第一端、第二端和控制端。在晶体管的导通状态，第一端和第二端导通。例如第一晶体管Q1和第二晶体管Q2分别为MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，第一端为源极和漏极之一，第二端为源极和漏极中的另一个，控制端为栅极。在该实施例中，第一晶体管Q1为N型MOSFET，第二晶体管Q2为P型MOSET。在替代的实施例中，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2可以分别为PNP型双极晶体管和NPN型双极晶体管。
在切换模块102中，第一电阻R1、第二电阻R2和第一晶体管Q1串联连接在背光驱动电路100的输出端Vout和地之间。第一晶体管Q1的控制端接收切换信号VS。第二晶体管Q2的第一端连接至背光驱动电路100的输出端Vout，第二端连接至第二组LED灯串的阳极。进一步地，第二晶体管Q2的控制端连接至第一电阻R1和第二电阻R2的中间节点。
图4示出根据本发明实施例的背光驱动电路的工作波形图，其中，EN和VS分别表示使能信号和切换信号随时间的变化曲线。
在时刻t0之前，在双视角显示装置的广视角模式下，使能信号EN有效(例如，高电平)而切换信号VS无效(例如，低电平)。背光驱动电路100的输出端提供直流输出电压Vout。切换模块102中的第一晶体管Q1的控制端接收切换信号VS，由于切换信号VS为低电平，因此第一晶体管Q1处于断开状态。相应地第二晶体管Q2的控制端处于高电平，从而同样处于断开状态，使得切换模块102处于断开状态，将第二组LED灯串与背光驱动电路100的输出端Vout之间断开。
在广视角模式下，第一组LED灯串连接至背光驱动电路100的输出端且接收直流输出电压，第二组LED灯串与背光驱动电路100的输出端之间断开，因而仅第一组LED灯串点亮。
在时刻t0至t1期间，双视角显示装置从广视角模式切换至窄视角模式，使能信号EN从有效(例如，高电平)转变为无效(例如，低电平)，而切换信号VS从无效(例如，低电平)转变为有效(例如，高电平)。背光驱动电路100的输出端停止提供直流输出电压Vout。切换模块102中的第一晶体管Q1的控制端接收切换信号VS，由于切换信号VS为高电平，因此第一晶体管Q1处于导通状态。相应地第二晶体管Q2的控制端处于低电平，从而同样处于导通状态，使得切换模块102处于导通状态，将第二组LED灯串连接至背光驱动电路100的输出端Vout。
在广视角模式至窄视角模式的过渡阶段，第一组LED灯串和第二组组LED灯串均连接至背光驱动电路100的输出端，但由于背光驱动电路100的输出端停止提供直流输出电压Vout，因而，第一组LED灯串和第二组LED灯串均熄灭。
在时刻t1之后，在双视角显示装置的窄视角模式下，使能信号EN从无效(例如，低电平)转变为有效(例如，高电平)，切换信号VS维持为有效(例如，高电平)。背光驱动电路100的输出端恢复提供直流输出电压Vout。背光驱动电路100的切换模块102维持导通状态。
在窄视角模式下，第一组LED灯串和第二组LED灯串均连接至背光驱动电路100的输出端且接收直流输出电压，因而，第一组LED灯串和第二组LED灯串均点亮。
在上述的实施例中描述了从广视角模式向窄视角模式的背光切换方法。在替代的实施例中，从窄视角模式向广视角模式的背光切换方法是上述过程的逆过程。在过渡阶段中，第一组LED灯串连接至背光驱动电路100的输出端且接收直流输出电压，第二组LED灯串与背光驱动电路100的输出端之间断开，但由于背光驱动电路100的输出端停止提供直流输出电压Vout，因而，第一组LED灯串和第二组LED灯串均熄灭。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种用于液晶显示装置的背光驱动电路，所述背光驱动电路包括输入端和输出端，分别用于接收直流输入电压和提供直流输出电压，用于驱动多组LED灯串，从而提供背光，所述背光驱动电路包括：
至少一个切换模块，分别连接在所述输出端和所述多组LED灯串的相应一组LED灯串之间，从而根据切换信号的控制导通或断开所述输出端和所述相应一组LED灯串之间的连接，
其中，所述至少一个切换模块分别包括：
第一电阻、第二电阻和第一晶体管，串联连接在所述输出端和地之间，所述第一晶体管的控制端接收所述切换信号；以及
第二晶体管，连接在所述输出端和所述多组LED灯串的相应一组LED灯串之间，所述第二晶体管的控制端连接至所述第一电阻和所述第二电阻的中间节点。
2.根据权利要求1所述的背光驱动电路，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管为选自MOSFET和双极晶体管的一种。
3.根据权利要求2所述的背光驱动电路，其特征在于，所述第一晶体管为N型MOSFET，所述第二晶体管为P型MOSFET。
4.根据权利要求3所述的背光驱动电路，其特征在于，所述第一晶体管的控制端为栅极且源极接地，漏极连接至所述第二电阻，所述第二晶体管的控制端为栅极且源极连接至所述输出端，漏极连接至所述相应一组LED灯串。
5.根据权利要求1所述的背光驱动电路，其特征在于，还包括：
控制模块；以及
多个外围元件，
所述控制模块和所述多个外围元件组成升压型功率变换器，
其中，所述多个外围元件包括串联连接在所述输入端和所述输出端之间的第一电感和第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第一电感连接；连接在所述输入端和地之间的第一电容；连接在所述输出端和地之间的第二电容；串联连接在所述输入端和地之间的第四电阻和第三电容，所述第四电阻和所述第三电容的中间节点连接至所述控制模块；以及分别与所述控制模块连接的第三电阻和第四电容。
6.根据权利要求5所述的背光驱动电路，其特征在于，所述控制模块为型号为TPS61181A的集成电路芯片。
7.一种用于液晶显示装置的背光控制方法，其特征在于，所述液晶显示装置包括背光驱动电路，所述背光驱动电路包括输入端和输出端，分别用于接收直流输入电压和提供直流输出电压，用于驱动多组LED灯串，从而提供背光，所述多组LED灯串包括第一组LED灯串和第二组LED灯串，所述控制方法包括：根据切换信号的控制导通或断开所述输出端和所述第二组LED灯串之间的连接，
所述液晶显示装置包括第一显示模式和第二显示模式，在所述第一显示模式中，所述第一组LED灯串连接至所述输出端，所述第二组LED灯串与所述输出端之间断开，在所述第二显示模式中，所述第一组LED灯串和所述第二组LED灯串均连接至所述输出端。
8.根据权利要求7所述的背光控制方法，其特征在于，还包括所述第一显示模式和所述第二显示模式之间的过渡阶段，其中，在所述输出端停止提供所述直流输出电压，并且所述切换信号反转电平状态。
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