TW201223323A - Light emitting diode driving circuit, and display device having the same - Google Patents

Light emitting diode driving circuit, and display device having the same Download PDF

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TW201223323A TW100135889A TW100135889A TW201223323A TW 201223323 A TW201223323 A TW 201223323A TW 100135889 A TW100135889 A TW 100135889A TW 100135889 A TW100135889 A TW 100135889A TW 201223323 A TW201223323 A TW 201223323A
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Description

201223323 40024pif 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種發光二極體驅動電路及一種包 含此發光二極體驅動電路之顯示裝置。 【先前技術】 近年來，因市場上需求環保且低功率的產品，多種不同 型態的發光科技正持續地被研究中。 現今使用之顯示裝置包含電漿顯示面板 (plasma-display panels，PDPs)、液晶顯示器（liquid_crystal displays，LCDs)、發光二極體(light-emitting-diode，LED)顯 示裝置等。LED顯示裝置為一種自我發光裝置，可對施加 於兩端之間的電壓起反應而發出光，其穩定、低加熱值及 低消耗功率之優點已受眾喝目為下一時代的科技。led顯 示裝置已使用為燈裝置及LED裝置中的背光單元。 【發明内容】 一個或多個實施例提供發光二極體
(light-emitting-diode，LED)驅動電路，其可避免流經LED 串（Strings)的電流失真且有高切換速度。 一個或多個實施例提供一 LED系統，其包含LED驅 動電路。 一個或多個實施例提供一顯示裝置，其包含LED驅 動電路。 一個或多個實施例提供一驅動LED的方法，此被驅 動的LED可避免流經LED串的電流失真且有高切換速度。 4 201223323 40024pif 一個或多個實施例可提供一 LED驅動電路，其包含 電流驅動電路、動態區間控制器（dynamic headroom controller)、及電源供應裔電路(power supply circuit)。 一個或多個實施例可提供一 LED驅動電路，此LED 驅動電路包含：電流驅動電路，可控制流經發光二極體串 (LED strings)的電流信號，以響應於包含LED電流與電流 驅動電路啟動信號之資訊的第一控制信號；動態區間控制 器(dynamic headroom controller)，可產生有電壓準位的動 態區間控制信號’所述電壓準位之改變是根據基於每個 LED串之第一端電壓信號的電流驅動電路啟動信號及電 流驅動電路啟動信號之邏輯狀態；以及電源供應器電路， 可產生根據動態區間控制信號而改變的LED驅動電壓，及 可提供LED驅動電壓於每個LED串之第二端。 此動態區間控制信號在電流驅動電路啟動信號啟動 時’可有第一電壓準位’而在電流驅動電路啟動信號非啟 動時，可有高於第一電壓準位的第二電壓準位。 動態區間控制器在電流驅動電路啟動信號非啟動時 可增加每個LED串的第一端電壓信號強度，及在電流驅動 電路啟動信號啟動時維持每個LED串的第一端電壓信號 強度’使其高於第一參考電壓(該第一參考電壓對應於每個 LED串的第一端電壓信號有最低電位的電壓信號）。 當電流驅動電路啟動信號從非啟動狀態改變成為啟 動狀態時，流經每個LED串的電流不會因此而失真。 當電流驅動電路啟動信號從非啟動狀態改變成為啟 201223323 40024pif 動狀態時，流經每個LED㈣電流麵雜定及/或 上恆定前，可線性地及/或實質上線性地增加。 動態區間控制器可包含：準位偵測器(levd和如， 用以積測每個LED串的第-端電壓之電壓信號的電壓準 位，及可產生躺的電財有最低電位的最小偵測電壓作 號；比較f路，將最小侧電壓錢與第—參考電壓做^匕 較以產生峨輸出資料；加法電路，將第—龍加於★亥比 較輸出資料以產生疊加的輸出資料；選擇電路，響應於電 二驅動電級動信號來選擇槪較輸出資料及疊加的輸出 ^料中之-者；及數位至類比轉換H，用以進行關於選擇 路之輸出彳§號的數位至類比轉換而產生動態區間控制作 號。 。 當電流驅動電路啟動信號為啟動時，該選擇電路可輸 出該比較輸出資料’且當電流驅動電路啟動信號為非啟動 時’選擇電路可輸出疊加的輸出資料。 ， 動態區間控制器可包含：準位偵測器，則貞測每個 LED串的第—端電壓錢之電壓準位，及產生躺的電位 中有最低電位的最小積測電壓信?虎；比較電路，將最小债 測，壓信號與第-參考電壓做比較以產生比較輸出資料； 補償電路’用以補償比較輸出資料的頻率特性；加法電路， 將第一資料加於該補償電路的輸出資料以產生疊加的輸出 資料；選擇電路’響應於電流驅動電路啟動信號來選擇該 比幸父輸出資料及疊加的輸出資料中之—者；及數位至類比 轉換器，用以進行關於選擇電路之輸出信號的數位至類比 6 201223323 40024pif 轉換而產生動態區間控制信號。 包含在電流驅動電路的功率電晶體，其源極與汲極之 間的電壓可根據流經LED串的電流信號改變而改變。 LED驅動電路可包含誤差放大器，用於放大對應於 LED驅動電壓的回饋電壓與動態區間控制信號之間的差 異而產生第一放大信號，及將此第一放大信號提供於電源 供應器電路。 每個LED串可包含至少一與其他LED相串聯的LED。 每個LED串的第二端可電性地彼此相連接。 電源供應器電路可為直流對直流轉換器（DC_DC converter) ° 電源供應器電路可包含電感、第一電阻、第二電阻、 及第二電阻、NMOS 功率電晶體(NMOS power transistor)、 二極體、及電容。 電流驅動電路可包含多個電流驅動器，每個電流驅動 器可包含放大器、開關、NMOS電晶體、及電阻。 在電流驅動電路中’開關可響應於電流驅動電路啟動 信號來操作，第一端施加有第一控制信號，及第二端連接 於NM0S電晶體之閘極。 一個或多個實施例可提供一種驅動LED的方法，該 方法包含：控制流經發光二極體串（LED strings)的電流信 號’以響應於包含LED電流與電流驅動電路啟動信號之資 訊的第一控制信號；感測每個LED串之第一端的電壓信 號’·產生有電壓準位的動態區間控制信號，所述電壓準位 7 201223323 40024pif 之改變是根據基於每個LED串之第一端電壓信號的電流 驅動電路啟動信號之邏輯狀態及該電流驅動電路啟動信 號；產生根據動態區間控制信號而改變的LED驅動電壓； 及提供LED驅動電壓於每個LED串之第二端。 動態區間控制信號在電流驅動電路啟動信號啟動 時’可有第一電壓準位，而在電流驅動電路啟動信號非啟 動時，可有高於第一電壓準位的第二電壓準位。 產生動態區間控制信號可包含：偵測每個LED串的 第一端電壓信號之電壓準位、及產生偵測的電位中有最低 電位的最小偵測電壓信號、比較最小偵細電壓信號與第一 參考電壓以產生比較輸出資料、疊加第一資料於比較輸出 資料以產生疊加之輸出資料、選擇該比較輸出資料及疊加 的輸出資料中之一者以響應於電流驅動電路啟動訊號、及 進行關於選擇電路之輸出信號的數位至類比轉換而產生動 態區間控制信號。 此方法可更包含補償該比較輸出資料的頻率特徵。 一個或多個實施例提供一個包含LED串的LED驅動 電路’該電路包含選擇電路以輸出其中之第—電壓及不同 於第一電壓的第二電壓，該輸出主要是基於電流 啟動信號之邏輯狀態，其中自選擇電路輸出的第一或第二 電壓被用於產生控制信號以提供於LED串。 本發明之特徵將會於附加的圖示及實施例中詳述，使 所屬領域具有通常知識者更加明晰。 【實施方式】 8 201223323 40024pif 特舉之實施例與配合所附圖式將會作詳細說明如 下。然而，其實施例可以不同形式呈現且其構造不揭限於 所示之實施例。而是’此提供之實施例使本發明之揭露更 加明確及完整’且將會完整傳達本發明的範圍於所屬技術 領域中具有通常知識者。 圖1是本發明之實施例之發光二極體 (light-emitting-diode，LED)系統 1〇〇〇 的方塊圖。參考圖 1， LED系統1〇〇〇可包含LED驅動電路11〇〇及LED陣列 1500。 LED陣列1500可發射光以響應於LED驅動電壓 VLED_A。每個LED串1510，1520及1530可包含一個 或多個串聯之LED。 LED驅動電路1100可產生有電壓準位的動態區間控 制4§ 5虎’所述電壓準位之改變是根據電流驅動電路啟動信 號CD_NE之邏輯狀態。LED驅動電路11〇〇可根據動態 區間控制信號而產生LED驅動電壓VLED_A。LED驅動 電路11〇〇可根據第一控制信號VC0Ni來控制流經LED 串1510 ’ 1520 ’ 1530的電流信號。第一控制訊號vc〇N1 可包含關於LED電流及電流驅動電路啟動信號cd εν的 資。LED電流的資訊可為目標(target)LED電流，該目標 LED電&可受包含LED驅動電路11〇〇的半導體積體電路 中控制或在半導體積體電路外經使用者控制。 LED 串 1510, 1520, 1530 的第一端 Ljci，L_K2,…， L—Κη可連接於包含於LED驅動電路11〇〇的各個功率電 201223323 40024pif 晶體的汲極上。在圖1中，第一端電壓L_K1，L Κ2 — 5 · · ·， L_Kn 被表示為 LED—Kl，VLEDJC2,…，VLED_Kn，以及 流經從各個第一端L_K1，L_K2,…，L一Kn至包含於LED驅 動電路1100的各個功率電晶體的汲極之電流被表示為 ILED1，ILED2，…，ILEDn。在圖1中，在各個LED串 1510，1520，1530之第二端l_A彼此電性連接。 圖2為圖1之LED系統1〇〇〇之實施例中LED驅動電 路1100的方塊圖。 參考圖2，LED驅動電路11〇〇可包含電源供應器電 路1110，動態區間控制器U2〇，及電流驅動電路11〇5。 電流驅動電路1105可包含電流驅動器1160，1Π0， 及1180。電流驅動電路n〇5可控制流經led串1510， 1520，1530 的電流信號 ILEm，ILED2， ，ILEDn 以響 應於電流驅動電路啟動信號CD一ΕΝ及包含LED電流資訊 的第一控制信號VCON1。第一控制信號VCON1可產生於 包含LED驅動電路11〇〇的半導體積體電路中或在半導體 積體電路外。電流驅動電路啟動信號CD_EN可為脈衝寬 度調變的信號。 動態區間控制器丨丨2〇可產生動態區間控制信號 VO一DHC，電壓準位之改變是根據基於在每個LED串的第 一端 L_K1，L_K2，·..，L_Kn 上的電壓信號 VLED_K1， VLEDJC2，…，VLEDjCn，以及電流驅動電路啟動信號 CD_EN之邏輯狀態。 電源供應器電路1110可產生根據動態區間控制信號 201223323 40024pif VO_DHC而改變的LED驅動電壓，及可提供]LED驅動i 壓VLED_A於每個LED串之第二端L__A。 圖3為圖2之LED驅動電路11〇〇之實施例中電流驅 動電路1105的電路圖。 參考圖3 ’電流驅動器1160可包含放大器1161 '開 關1162、NMOS電晶體1163、及電阻RS。電阻rs之第 一端接地。NMOS電晶體1163的汲極接於圖1之LED串 1510的第一端及源極接於電阻rs的第二端。開關1162 之第一端接於第一控制信號VCON1，且進行操作以響應 於電流驅動電路啟動信號CD_EN。放大器1161之第一輪 入端連接於開關1162之第二端，及第二輸入端連接於 NMOS電晶體1163之源極，以及輸出端連接於nm〇S電 晶體1163之閘極。 放大器1161可為差動放大器，且可放大第一控制信 號VC0N1(其包含LED電流的資訊)與回饋信號之間的差 異。電阻RS連接於NMOS電晶體1163之源極與接地端 之間，且可決定NMOS電晶體1163汲極電流的大小。 如圖3所示的電流驅動器1170、1180可有和電流驅 動器1160相同的電流結構，且可有和電流驅動器丨丨⑼相 似的操作方式。 圖3中，包含於電流驅動電路ι105之開關電晶體 11«，1173mll83可為任意的功率電晶體，諸如n型橫向 擴散MOS電晶體，功率MOS場效電晶體(MOSFETs)，絕 緣閘雙極性電晶體(IGBTs)等。 11 201223323 40024pif 圖4是說明圖1中LED系統1000之另一實施例LED 驅動電路ll〇〇a的方塊圖。大致而言，只有圖4之實施例 的LED驅動電路ll〇〇a與圖2之實施例的LED驅動電路 1100之間的差異會在以下說明。 在圖4之實施例中’ LED驅動電路1100a包含電流 驅動電路1105a。電流驅動電路可包含電流驅動器 1160、1170、1180，及輸入電路11〇6。輸入電路1106可 包含緩衝電路1107，電流鏡電路11〇8，及電阻R2。緩衝 電路1107可包含放大器1109、NMOS電晶體MN1及電阻 R1。緩衝電路1107可穩定第一控制信號VCON1。電流鏡 電路1108可包含PMOS電晶體MP1及MP2。電流鏡電 路1108可輸出與流經NMOS電晶體MN1之電流大小成 比例之電流。電阻R2可產生第二控制信號VCON2，該電 壓信號與流經PMOS電晶體MP2之電流一致。電流驅動 器1160，1170 and 1180可響應於電流驅動電路啟動信號 CD—EN及第二控制信號VC0N2。 圖5是說明圖1中LED系統1〇〇〇產生控制信] (VCON1)的電路之另一實施例之方塊圖。參考圖$，第 控制仏號VCON1可藉由根據LED電流資訊信丨 LEDINFO的參考電路而產生。
Φ s ^ 6疋說明圖3之電流驅動器（例如，1160)的NMC
! 如，1163)中汲極·源極電壓vds與 ID 之間的關係圖。 考圖6，在線性區，其汲極_源極電壓較低 12 201223323 40024pif 汲極電流IDS隨著汲極-源極電壓VDS增加而增加，且在 飽和區，汲極··源極電壓VDS相對而言較高，即使汲極-源 極電壓VDS增加，汲極電流ids維持一定值。在線性區， 當汲極-源極電壓VDS非常低時，NMOS電晶體1163於三 極體(triode)區域中操作，其汲極電流IDS直接和汲極_源 極電壓VPS成正比。在三極體區域中，NM0S電晶體1163 用作電阻。 舉例而言’當電流驅動器1160的電阻RS為5 Ω且 NM0S電晶體1163之汲極電流為40 mA日夺，跨越電阻RS 的電壓為200 mV。NM0S電晶體1163之汲極電壓（亦即 1^0串1510第一端1^1^1的電壓信號¥1^0_1：1)為50〇111¥ 時’ NM0S電晶體1163之汲極與源極之間的電壓會減少 300mV。在圖6之VDS-IDS曲線，當VDS2為300 mV及 IDS為40 mA時，如果NM0S電晶體1163之汲極電壓（亦 即LED串1510第一端L_K1的電壓信號VLEDJC1)從500 mV (VDS2)改變成400 mV (VDS 1)時，40 mA的電流將不 會流經NM0S電晶體1163。 如圖1顯示的LED驅動電路1100可改變汲極-源極 電壓使從VDS1改變至VDS2當NM0S電晶體1163的汲 極電流從IDS1改變至IDS2時。因此，如圖1顯示的LED 驅動電路1100可隨著如圖6顯示之NMOS電晶體1163的 曲線特徵來操作而不需要增加NMOS電晶體1163之大 小。因此，在一個或多個實施例中，NMOS電晶體1163 之大小可不增加，即使從外輸入之目標LED電流增加。 13 201223323 40024pif 此外，在一個或多個實施例中，LED驅動電路11〇〇 可維持LED驅動電壓VLED—A高於傳統之LED驅動電路 的電壓，即使當LED驅動電壓VLED_A減少時，因電流 驅動電路啟動信號CD_EN藉由LED驅動電路11〇〇而啟 動。因此，在LED驅動電路11〇〇中的功率電晶體(諸如： NMOS電晶體1163)之汲極-源極電壓乂]〇3可維持高於傳統 之LED驅動電路的電壓。因此，包含LED驅動電路11〇〇 的LED系統1000可有較高的操作速度。 圖7是說明圖2之LED驅動電路11〇〇之一實施例之 電路圖。 電源供應器電路1100可為直流電流(DC)_DC轉換 器，諸如升壓變換器，其接收0(:輸入電壓VIN且輸出穩 疋之高DC電壓。參考圖7，電源供應器電路111〇可包含 電感L1、第一電阻RF、n通道功率型金屬氧化半導體 (n-channel metal-oxide semiconductor，NMOS)電晶體 NMOS '二極體D卜電容α、第二電阻幻、及 R2。 操作 首先，在閘極控制信號VG之主動(active)期間 極控制信號VG處於邏輯高狀態，NM〇s功率電晶體^ 開且電流流經電感L1、NM0S功率電晶體及1 RF。在此狀態下’電感L1可;^據電流而將電能轉換, 磁能且可儲存電磁能。因此，閘極控寵號VG主如 14 201223323 40024pif 長’電感LI可儲存越多的電磁能。 丄。接著，在閘極控制信號VG之無效期間，其閘極控制 心號VG處於邏輯高低狀態，NM〇s功率電晶體被關閉， ^在開極控制信號VG主動期間儲存於電感L1中的電磁 月b可轉換成電能。亦即，電感L1可藉由依儲存電磁能大 小而定的電動勢而產生，且電流可流經二極體〇卜第二電 阻R1、及第三電阻R2。儲存在電感L1 +電磁能減少的速 度可和電磁能增加的速度相同。同時，由電感L1 動勢與輸入電壓VIN，LED驅動電壓VLED_^被產生於 輸出端，亦即在第二電阻之一端。此外，LED驅動電壓 VLED一A可充電於與電阻幻及尺2並聯的電容c卜若儲 存在電感L1中的電磁能在閘極控制信號VG主動期間為 大時，電感L1中的電動勢則較大，且因此LED驅動電. 壓VLED_A可更被提高。 接著，當閘極控制信號VG被再啟動時，電流流經 NMOS功率電晶體及第一電阻Μ，且電磁能再儲存在電 感L1中。在此時，LED驅動電壓VLED—Α之電壓準位 藉由儲存在電容C1之電壓而維持著。 如上所述’電源供應器電路111〇增加電感Li的電動 勢以增加LED驅動電壓¥1^1)_八當閘極控制信號乂〇的 負載比(dutyratio)增加時’且降低電感u的電動勢以降低 LED驅動電壓VLED_A當閘極控制信號VG的負載比降 低時。 、 如圖7所示，閘極控制信號VG的負載比可被改變， 15 201223323 40024pif 其改變是根據與流經NM〇S功率電晶體電流一致的第一 谓測電壓VDET1及LED驅動電壓VLED_A之感測電壓 的第二偵測電壓VDET2。 在一個或多個實施例中，當LED驅動電壓VLED_A 低於目標電壓時’電源供應器電路1110會增加閘極控制信 號VG之負載比，藉由增加電感L1之電動勢以驅動LED 驅動電壓VLED_A。另一方面，當LED驅動電壓VLED_A 高於目標電壓時，電源供應器電路1110會降低閘極控制信 號VG之負載比，藉由降低電感[丨之電動勢以降低lED 驅動電壓VLED_A。 圖8是說明可用在圖2中LED驅動電路11〇〇中的動 態區間控制器1120之一實施例之電路圖。 參考圖8，動態區間控制器1120可包含準位偵測器 H21、比較電路Π22、加法電路1123、選擇電路1124、 及數位至類比轉換器1125。 參考圖1及圖8，準位偵測器Π21可偵測每個led 串 1510、1520、1530 之第一端 L—Kl，L—K2,…，L一Kn 的電 壓信號VLED_K1，VLED—K2,…，VLED—Κη之電壓準位。 準位偵測器1121可產生偵測電位中有最低電位的最小偵 測電壓信號VDETJVTIN。比較電路1122將最小偵測信號 VDET_MIN與第一參考電壓VREF1做比較以產生比較輸 出資料COMO<n:0>。加法電路1123可為數位加法器，且 可將第一資料加於比較輸出資料COMO<n:〇>以產生疊加 的輸出資料ADDO<n:〇>。選擇電路lm可選擇該比=輸 16 201223323 出資料COM〇<n:〇>中之一去洛田 =:換以響應於電流驅動電路二 擇電路之_號 VODHC。 轉換而產生動態區間控制信號 圖9疋酬可使職圖2巾咖 動態區間控㈣112Ga之另—fA 中的 山口女国貫轭例之電路圖。大致而 二…、有圖9的只施例之動態區間控制器112。續 貫施例之動祕間㈣器⑽之_差異會在以下說明的 參考圖9,動態區間控制器⑴如可包含準位侦， ⑽、比較電路1122、補償器1126、加法電路ii23a、& 擇電路1124a、及數位至類比轉換器1125。 補償電路1126可補償該比較輸出資料c〇M〇<n:〇>的 頻率’該輸出資料COM〇<n:〇>為比較電路1122的輸出資 料。加法電路1123a與選擇電路1124a實質上可對應於圖 8之加法電路1123與選擇電路112心但其有從補償器1126 使用頻率補償之比較輸出資料C〇MPO<n:0>。
圖10是說明圖1之LED系統實施例操作的時序圖。 信號的標記和圖1至圖9所使用的標記相同。在圖1〇,虛 線說明如實施例中的LED系統，且實線說明傳統的LED 系統。此外，如圖10所示之VLED代表每個LED串的第 一端中之一電壓信號VLED_K1，VLED_K2, VLED—Kn，且ILED代表流經LED串的電流。 在圖10之例子中，該比較輸出資料COMO<n:0>可有 17 201223323 40024pif 值bllOO，及疊加的輸出資料ADD〇<n:〇>可有值bUi〇， 其為§亥比較輸出資料COMO<n:0>與第一資料b〇〇l〇相加 所得到的值。選擇電路1124可輸出該比較輸出資料 COMO<n:0>當電流驅動電路啟動信號CD-ΕΝ為啟動時， 且可輸出疊加的輸出資料ADDO<n:0>當電流驅動電路啟 動信號CD_EN為非啟動時。亦即，選擇電路1124可輸出 bllOO當電流驅動電路啟動信號CD_EN為啟動時，且可輸 出blllO當電流驅動電路啟動信號CD—EN為非啟動時。 動態區間控制信號VO_DHC可有第一電壓準位lev 1 當電流驅動電路啟動信號CD_EN為啟動時，且可有高於 第一電壓準位LEV1的第二電壓準位LEV2當電流驅動電 路啟動信號CD—EN為非啟動時。LED驅動電路11〇〇之 輸出信號VLED_A可大於傳統技術者，且不像傳統技術， 可不包含低越量(undershoots))。 動態區間控制器可增加每個led串的第一端電壓信 號的大小當電流驅動電路啟動信號CD_EN為非啟動時， 且當電流驅動電路啟動信號CD—EN為啟動時，可維持每 個LED串的第一端電壓信號的強度高於第一參考電壓 VREF1，該參考電壓VREF1為每個LED串的第一端電壓 中有最低電壓信號者。在一個或多個實施例中，不同於傳 統技術的是，當電流驅動電路啟動信號CD_EN從非啟動 狀態改變成啟動狀態時，流經LED串的電流ILED可不失 真。亦即，如圖10所示，當電流驅動電路啟動信號CD_EN 從非啟動狀態改變成啟動狀態時，流經LED串的電流 18 201223323 40024pif ILED在達到一定值及/或本質上達到一定值前，可線性及/ 或本質上線性地增加。 圖11是說明圖1之LED系統1〇〇〇之另一實施例中 LED驅動電路11 〇〇b的方塊圖。大致而言，只有圖η之 實施例的LED驅動電路1100b與圖2之實施例的LED驅 動電路1100之間的差異會在以下說明。 參考圖11，比較圖2之LED驅動電路u〇〇，LED驅 動電路1100b更包含電壓驅動器11〇4及誤差放大器 1103。電壓驅動器1104可包含電阻r〇i及電阻r〇2。 誤差放大器1103可放大對應於LED驅動電壓 VLED_A的回饋電壓與動態區間控制信號v〇_DHC之間 的差異而產生第一放大信號。誤差放大器1103可將第一放 大信號提供於電源供應器電路1110。 圖12是說明一實施例之背光系統16〇〇的方塊圖，其 包含LED驅動電路’諸如1100, ll〇〇a，H〇〇b，其他多個 特徵將在此詳述。 參考圖12’背光系統1600可包含背光單元(back-light unit，BLU) BLU，配電板1610包含於背光單元BLU與 LED陣列LED中。每個LED陣列LED可包含至少一個 LED串。每個LED串可包含至少一個LED。配電板1610 可包含多個LED驅動電路1611至1616。每個LED驅 動電路1611至1616可有一種結構，其包含如上所述之 一個或多個特徵，諸如LED驅動電路11〇〇，1 i〇〇a， 1100b。每個LED驅動電路1611至1616可產生動態區 19 201223323 40024pif 間控制信號VO_DHC，其電壓準位的改變是根據電流驅動 電路啟動信號CD_EN之邏輯狀態，且可產生根據動態區 間控制信號VO_DHC的LED驅動電壓VLED_A。 在一個或多個實施例中，包含LED驅動電路1611至 1616的背光系統1600可避免LED電流的失真，及/或包含 於LED驅動電路1611至1616的電流驅動電路可高速操 作。 如圖12所示之背光系統1600可施加於顯示裝置，其 包含大型顯示面板，諸如侧光式(edgetype)LED電視機。 圖13是說明包含LED驅動電路的背光系統17〇〇之 另一實施例的方塊圖。 參考圖13,背光系統1700可包含具有LED陣列LED 的BLU、控制器1720、及LED驅動器1710。LED驅動 器1710在控制器1720控制下，可驅動LED陣列LED。 每個LED陣列LED可包含至少一 LED串。LED串可包含 至少一 LED。 每個LED驅動器1710有包含上述一種或多種特徵的 結構’諸如LED驅動電路11〇〇、ii〇〇a、n〇〇b。每個LED 驅動器1710可產生動態區間控制信號v〇_DHC，其電壓 準位的改變是根據電流驅動電路啟動信號CD_EN之邏輯 狀態，且可產生根據動態區間控制信號v〇_DHC的LED 驅動電壓VLED_A。
在一個或多個實施例中，包含LED驅動電路ΠΙΟ之 背光系統1700可避免LED電流的失真，及/或包含於LED 20 201223323 40024pif 驅動電路1710的電流驅動電路可高速操作。 如圖13所示之背光系統17〇〇可施加於顯示裝置，其 包含大型顯示面板，諸如直下式(direct type)LED電視機。 圖14是說明包含LED驅動電路的背光系統1800之 另一實施例的方塊圖。 參考圖14，背光系統可包含有LED陣列LED之背光
单元BLU 1800a及外接於BLU 1800a之配電板1820。每 個LED陣列(LED) 1810可包含至少一個led串。每個LED 串可包含至少一個LED。配電板1820可包含LED驅動 電路1821，該LED驅動電路1821有和圖丨中LED驅動 電路1100相似的電路結構。每個LED驅動電路1821可 產生動態區間控制信號VO_DHC，其電壓準位的改變是根 據電流驅動電路啟動信號CD_EN之邏輯狀態，且可產生 根據動態區間控制信號VO_DHC的LED驅動電壓 VLED A 〇 在一個或多個實施例中，包含led驅動電路1821的 背光糸統1800可避免LED電流的失真，及/或包含於led 驅動電路1710的電流驅動電路可高速操作。 如圖14所示之背光系統18〇〇可施加於顯示裝置，其 包含小型顯示面板’諸如行動電話、個人數位助理(pers〇nal digital assistant，PDA)及行動式多媒體播放器（p〇rtable multimedia player，PMP)。 上述中’已說明背光驅動電路主要用於液晶顯示面板 (liquid-crystal-display panel，LCD) ’ 但實施例可應用於一般 21 201223323 40024pif 的顯示裝置’諸如電渡顯示器(plaSma display panel，PDP)、 有機發光一極體(organic light emitting diode，OLED) ' 用於 燈之LED。 圖15是說明一實施例中驅動LED方法之流程圖。 參考圖I5 ’驅動led的方法包含以下操作： 1) 控制流經發光二極體串(LED strings)的電流信號， 以響應於包含led電流與電流驅動電路啟動信號之資訊 的第一控制信號(S1); 2) 接收母個LED串間的第一端電壓之電壓信號(S2); 3) 產生有電壓準位的動態區間控制信號，所述電壓準 位之改變是根據基於每個LED串之第一端的電壓信號的 電流驅動電路啟動信號之邏輯狀態及電流驅動電路啟動信 號(S3); 句產生根據動態區間控制信號而改變的le 壓(S4);及 ‘ 5)提供LED驅動電壓於每個LED串之 圖16是說明一實施例產生如目15所示之 制信號V〇_DHC的方法之流程圖。 勒〜匕間游 包含產生動態區間控制信號V〇，c的打 準位(1=測每個LED串的第-端電壓之電壓信號之電遲 號(^2))產生制的電位中有最低電位的最如貞測電壓作 22 201223323 40024pif 3) 將最小偵測電壓信號與第一參考電壓做比較以產 生比較輸出資料(S33); 4) 將第一資料加於該比較輸出資料以產生疊加的輸 出資料(S34); 5) 選擇該比較輸出資料及該疊加的輸出資料中之一 者，以響應於電流驅動電路啟動信號(S35);及 6) 進行關於選擇電路之輸出信號的數位至類比轉換 而產生動態區間控制信號(S36)。 如上所述’包含上述一個或多個特徵的LED驅動電 路(諸如1100、ll〇〇a、ll〇〇b)之一個或多個實施例可包含 動態區間控制器以產生動態區間控制信號，其電壓準位的 改變是根據電流驅動電路啟動信號之邏輯狀態。 包含所述之一個或多個特徵的LED驅動電路(諸如 1100、1100a、1100b)可產生根據動態區間控制信號的LED 驅動電壓VLED_A。包含LED驅動電路iioo的[ED系 統可維持連接於電流驅動電路的LED串之節點電壓高於 某一疋值，以使控制流經LED串的電流的電流驅動電路即 使在LED驅動電壓VLED—A包含漣波電流時仍可操作。 因此，在此描述之一個或多個實施例包含LED驅動電路(諸 如 1100、1100a、1100b)的 LED 系統 1〇〇〇，可避免 Led 電流的失真。此外，包含LED驅動電路的LED系統1〇〇〇 可維持包含於L E D驅動電路的每個功率電晶體之汲極_源 極電壓南於傳統的LED糸統的電壓。jjgj)系統(諸如i.ooo) 的個或多個實施例包含上述之一個或多個特徵，led系 23 201223323 40024pif 統包含led驅動電路且可有較高的操作速度，該LED i:路(諸如1100、職、麵)包含-個或多個所述 =實_之發明概念可應用於顯示裝置及發光裝 置特別可用於顯示裝置之BLU上。 ^此描述之多種不同的實施例呈現在隨附的圖示 。圖不中，為清晰表明，其區域大小有經過放大。 ㈣Ϊ此已揭露詳細的實施例說明。然而在此揭露的細部 ' ° 功旎細節僅作為用以說明的代表實施例。 因此’由於實施例可經過不同的修改及呈現其他的形 2圖式中將詳述實施例之例子H眾所皆知，不該 實施例以某特定形式揭露，相反地，實施例將
‘ 有匕含於本發明的範圍内的修改物、同等物、及JL 他=代物。在财_示描述巾，油的傾意指相㈣ 凡件。 可以理解到，雖然在此使用的術語，，第一、第二”等可 用以描述乡種元件，_处元件不應被局限於這些術 f。這些術語只用於區分其他的元件。舉例而言，第二元 件P皮稱為第二元件，幼同地，第二元件可被稱為第一 =件’而不偏離本發明實施例所揭露的範圍。在此所使用 及/或”包含任何及所有—個或多種相關舉例 的組合。 可以理解到當元件被指稱為“連接(connected)”或“耗 。接上(⑽_)”㈣-個元件時，此可直接接上或耗合於 24 201223323 40024pif 另一個元件或介於元件中。相反地，當元件被指稱為“直接 連接（directly connected)” 或“直接耦合接上（directly coupled)’’於另一個元件時，則不會有其他元件介於其中。 其他描述兩元件之間的關係可以用常用之術語(諸如“在 之間(between)”對“直接在…之間（directly between)”、“相 鄰(adjacent)’’對“直接相鄰(directly adjacent)” 來解釋。 在此使用的術語僅用於描述特定的實施例且不意圖 侷限於例示性的實施例。如此處所使用，單數形式之“二個 (a、an)”及“此(the)，，亦是意圖包含多數形式，除非文件中有 明確指出時例外。將可更理解到所使用的術語“構 (comprises)，，、“ 包括（c〇mprising)”、“ 包含（indude mduding)” ，指明所出現的特徵、整數、步驟、操作、二 件及/或構成要素，辟齡增加-個或其他的特徵、^ 數、步驟，作、元件、構成要素及/或群體。可理 描述的方向外，意味涵蓋心 可不Γίΐΐ的是，在某些其他的實施例中，其功能/運作 中。舉例而言，依照所包含到心 實广張圖可一致地或可相反方向地執行。 被估：Γί接露’且儘管已使用明確的術語，复口 t用於以倾__泛性及 ^ 者可理_，形麵屬補領域巾具有通常知識 々郎上不同的改變並不脫離以下各申 月專她本發明之精朴關。 申 25 201223323 40024pif 【圖式簡單說明】 塊圖圖1疋本發明之實施例之發光二極體系統1G00的方 圖2為圖1之LED系統之實施例中LED驅動電路的 方塊圖。 圖3為圖2之led驅動電路之實施例中電流驅動電 路的電路圖。 圖4是說明圖1中LED系統之另一實施例LED驅動 電路的方塊圖。 圖5是說明圖1中LED系統產生控制信號(vc〇N1) 的電路之另一實施例之方塊圖。 圖6是說明圖3之包含於電流驅動電路的NMOS電晶 體其汲極-源極電壓VDS與汲極電流ids之間的關係圖。 圖7是說明圖2之LED驅動電路的電源供應器電路 之一實施例之電路圖。 圖8是說明圖2中LED驅動電路的動態區間控制器 之一實施例之電路圖。 圖9是說明圖2中LED驅動電路中動態區間控制器 之另一實施例之電路圖。 圖10是說明圖1之led系統的實施例操作的時序圖。 圖11是說明圖1之LED系統之另一實施例中LED驅 動電路的方塊圖。 圖12是說明包含LED驅動電路的背光系統之一實施 例之方塊圖。 26 201223323 40024pif 圖13是說明包含LED驅動電路的背光系統之另一實 施例的方塊圖。 圖14是說明包含LED驅動電路的背光系統之另一實 施例的方塊圖。 圖15是說明一實施例中驅動LED方法之流程圖。 圖16是說明一實施例產生如圖15所示之動態區間控 制信號VO_DHC的方法之流程圖。 【主要元件符號說明】 1000 :發光二極體 1100 . LED驅動電路 1100a : LED驅動電路 1100b : LED驅動電路 1103 :誤差放大器 1104 :電壓驅動器 1105 :電流驅動電路 1105a :電流驅動電路 1106 :輸入電路 1107 :緩衝電路 1108 :電流鏡電路 1109 :放大器 1110 :電源供應器電路 1120 :動態區間控制器 1120a :動態區間控制器 1121 :準位偵測器 27 201223323 40024pif 1122 ： 比較電路 1123 ： 加法電路 1123a :加法電路 1124 ： 選擇電路 1124a :選擇電路 1125 ： 數位至類比轉換器 1126 ： 補償電路 1105 ： 電流驅動電路 1160 ： 電流驅動器 1161 ： 放大器 1162 ： 開關 1163 ： NMOS電晶體 1170 ： 電流驅動器 1171 ： 放大器 1172 ： 開關 1173 ： NMOS電晶體 1180 ： 電流驅動器 1181 : 放大器 1182 ： 開關 1183 ： NMOS電晶體 1500 ： LED陣列 1510 ： LED串 1520 ： LED串 1530 ： LED串 28 201223323 40024pif 1600 :背光系統 1610 :配電板 1611 : LED驅動電路 1612 : LED驅動電路 1613 : LED驅動電路 1614 : LED驅動電路 1615 : LED驅動電路 1616 : LED驅動電路 1700 :背光系統 1700a :背光單元 1710 : LED驅動器 1720 :控制器 1800 :背光系統 1800a :背光單元 1810 : LED 陣列 1820 :配電板 1821 : LED驅動電路 Μ100 :比較輸出資料之值 Μ110 :疊加的輸出資料之值 ADDO<n:0> :疊加的輸出資料 BLU :背光單元 C1 :電容 CD :電流驅動電路 CD NE :電流驅動電路啟動信號 29
201223323 4UUZ4piI COMO<n:0> :比較輸出資料 COMPENSATOR :補償器 D1 :二極體 DAC :數位至類比轉換器 DIGITAL ADDER :數位加法器 DHC :動態區間控制 ILED :流經LED串的電流 ILED1 ,ILED2,…ILEDn :流經LED串之汲極電流 IDS :汲極電流 IDS1 :汲極電流1 IDS2 :汲極電流2 L1 :電感 L_A : LED串之第二端 LED :發光二極體
LED Driver IC : LED 驅動 1C L_K1, L_K2, ..., L_Kn ： LED 串的第一端 LEDINFO : LED電流資訊信號 LEVEL DETECTOR :準位偵測器 LINEAR REGION :線性區 MN1 : NMOS電晶體 MP1 : PMOS電晶體 MP2 : PMOS電晶體 MUXO<n:0> :選擇電路之輸出信號 NMOS : η通道功率型金屬氧化物半導體電晶體 30 201223323 40024pif POWER BOARD :配電板 POWER SUPPLY CIRCUIT :電源供應器電路 R01 :電阻01 R02 :電阻02 R1 :第二電阻 R2 :第三電阻 REFERENCE CIRCUIT :參考電路 RF :第一電阻 RS :電阻 SATURATION REGION ··飽和區 SELECTING CIRCUIT :選擇電路 VCON1 :第一控制信號 VCON2 :第二控制信號 VDD :閘極電壓接地 VDET1 :第一偵測電壓 VDET2 :第二偵測電壓 VDS :汲極-源極電壓 VDS1 :汲極-源極電壓1 VDS2 :汲極-源極電壓2 VG :閘極控制信號 VIN :輸入電壓 VLED : LED驅動電壓 VLED一A : LED驅動電壓 VLED_K 1，VLED_K2 …VLEDJCn :第一端的電壓 VO_DHC :動態區間控制信號 VREF1 :第一參考電壓 31

Claims (1)

  1. 201223323 40024pif 七、申請專利範圍·· i.一種發光二極體驅動電路，包括： 一電流驅動電路，用以控制流經發光二極體串的電流 信號，以回應於包含LED電流與電流驅動啟動電路信號之 資訊的第一控制信號； 一動態區間控制器，產生有電壓準位的動態區間控制 信號，所述電壓準位之改變是根據基於每個LED串及電流 驅動電路啟動信號之第一端的電壓信號的電流驅動電路啟 動信號之邏輯狀態；以及 一電源供應器電路，產生根據動態區間控制信號而改 變的LED驅動電壓，及提供LED驅動電壓於每個LED串 之第二端。 2. 如申請專利範圍第1項所述之LED驅動電路，其 中該動態區間控制器之動態區間控制信號在電流驅動電路 啟動信號啟動時具有第一電壓準位，而在電流驅動電路啟 動k號非啟動時’具有高於第一電壓準位的第二電壓準位。 3. 如申請專利範圍第1項所述之LED驅動電路，其 中該動態區間控制器在電流驅動電路啟動信號非啟動時用 以增加每個LED串的第一端電壓信號強度，及維持每個 LED串的第一端電壓信號強度，使其高於第一參考電壓， 在電〃IL驅動電路啟動信號啟動時，該第一參考電壓是相對 於每個LED串的第一端電壓信號有最低電壓準位者。 4. 如申請專利範圍第3項所述之LED驅動電路，其 中當電流驅動電路啟動信號從非啟動狀態改變成為啟動狀 32 201223323 40024pif 態時，流經每個LED串的電流不會因此而失真。 5. 如申請專利範圍第3項所述之LED驅動電路，其 中當電流驅動電路啟動信號從非啟動狀態改雙成為啟動狀 態時，流經每個LED串的電流在達到恆定及/或實質上恆 定的準位前線性地及/或實質上線性地增加。 6. 如申請專利範圍第1項所述之LED驅動電路，其 中動態區間控制器包含： 準位偵測益，用以偵測每個led串的第一端電壓 之電壓信號的準位，及產生偵測的電位中有最低電位的最 小偵測電壓信號； 一比敉，將隶小偵測電壓信號與第一參考電壓做 比較以產生比較輸出資料； 一加法電路，將第一資料加於該比較輸出資料以產生 疊加的輸出資料； 一選擇電路，響應於電流驅動電路啟動信號來選擇該 比較輸出資料及該疊加的輸出資料中之一者；以及 -數位至舰轉換器’以進行關於誠擇電路之輸出 4§號的數位類比轉換而產生動態區馳制信號。 7. 如申請專利範圍第6項所述之㈣驅動電路，其 中當該電流驅動電路啟動信號為啟動時，該 輸出 該比較輸出資料’且當該電輪心“二电職Μ 田成电，现驅動電路啟動信號為非啟動 時，該選擇電路可輸出該疊加的輸出資料。 8. 如申請專利範圍第1項所述之LED驅動電路，苴 中動態區間控制器包含： 切电塔'、 33 201223323 40024pif 竿位偵測器 〜以偵測每個LED串之第一端雷厭於 位’及產生偵測的電位中有最低電位的心 做比較以產生比較:出1丄偵測5虎與第-參考電麗 -補償電路’以補償觀較輸出資料的頻率特性； :加法電路，將第-資料加於該補償電路的輸出 以產生疊加的輸出資料； 1 Λ :選擇電路，響應於該電流驅動電路啟動信號來選 忒比較輸出資料及該疊加的輸出資料中之一者；以及 一數位至類比轉換器，以進行關於該選擇電路之輸出 L號的數位至類比轉換而產生動態區間控制信號。 9·如申請專利範圍第1項所述之LED驅動電路， 包含： & —誤差放大器，用於放大對應於LED驅動電壓的回 饋電壓與動態區間控制信號之間的差異而產生第一放大信 號，及將此第一放大信號提供於電源供應器電路。 10· —種驅動LED的方法，包括： 控制流經LED串的電流信號，以響應於包含LED電 流與電流驅動電路啟動信號之資訊的第一控制信號； 感測每個LED串之第一端的電壓信號； 產生有電壓準位的動態區間控制信號，所述電壓準位 之改變是根據基於每個LED串之第一端電壓信號的電流 驅動電路啟動信號之邏輯狀態及該電流驅動電路啟動信 34 201223323 40024pif 號； 產生根據動態區間控制信號而改變的LED驅動電 壓；以及 提供LED驅動電壓於每個LED串之第二端。 35
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