TWI400986B - 發光二極體的驅動電路 - Google Patents

Description

發光二極體的驅動電路

本發明是有關於一種發光二極體(Light Emitting Diode，LED)的驅動電路，且特別是有關於LED背光的驅動電路。

液晶或電漿顯示器已被大量地使用於手機、筆記型電腦、個人電腦及個人數位助理(PDA)等消費性電子產品的顯示螢幕上。然而，由於液晶或電漿顯示器之面板本身並不具有發光的功能，因此需要於面板後方配置一背光源以提供液晶面板所需要之顯示光源。目前市場上的背光源有平面螢光燈、冷陰極螢光燈(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)及發光二極體等等。其中，發光二極體因具有體積小、無熱幅射、耗電量低、壽命長和反應速度佳等優點，且能解決非常多過去平面螢光燈與冷陰極螢光燈所難以克服的問題，因而是現階段被看好的背光源。

在背光模組中，通常會包括多條由多個LED串聯所形成的LED串，在LED串的驅動方面，通常是使用相同的電壓來驅動背光模組中所有LED，然後在利用脈波寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)信號來調整各別LED的發光強度。然而，由於材料製程的差異，因此背光模組中的個別LED串在導通(點亮)時所需的電壓會有所差異，因而容易造成RGB三種色光強度的差異，而影響白光的品質。此外，若使用較高的驅動電壓來驅動所有LED串也 會造成功率消耗的問題產生。

本發明提供一種發光二極體的驅動電路，可根據LED或LED串的電性差異調整其驅動電壓，使驅動電路可適用於具有不同導通電壓的LED，並達到更佳的白光效果以及減少功率消耗。

承上述，本發明提出一種驅動電路，用於驅動複數個負載單元，每一上述負載單元包括至少一發光二極體，上述驅動電路包括一電壓調整單元、一開關單元以及一控制單元。電壓調整單元用以輸出一驅動電壓至上述負載單元之一端，開關單元電性連接於上述負載單元之另一端與一電流源之間，用以選擇性將上述負載單元之一電性連接至上述電流源。控制單元電性連接於上述電壓調整單元與上述開關單元，其中電壓調整單元根據控制單元所輸出之第一控制信號調整驅動電壓，而開關單元根據控制單元所輸出之第二控制信號選擇性導通上述負載單元之一與上述電流源。

其中，當開關單元將上述負載單元中之一第一負載單元電性連接至上述電流源時，電壓調整單元會調整驅動電壓的電壓值以對應於上述第一負載單元。

在本發明一實施例中，其中當開關單元將上述負載單元中之一第二負載單元電性連接至上述電流源時，上述電壓調整單元調整上述驅動電壓的電壓值以對應於上述第二負載單元。

在本發明一實施例中，其中上述開關單元更依序將上述負載單元電性連接至上述電流源，上述電壓調整單元則依序調整上述驅動電壓之電壓值以對應於被電性連接之上述負載單元或上述負載單元之一。

在本發明一實施例中，上述開關單元包括複數個開關以及一開關控制單元，其中上述開關分別電性連接於上述負載單元與上述電流源之間，上述開關控制單元分別電性連接於上述開關，並根據上述第二控制信號以選擇性導通上述開關。

在本發明一實施例中，其中上述開關包括N型電晶體或P型電晶體。

在本發明一實施例中，其中上述電壓調整單元包括一升壓電路或一降壓電路。

在本發明一實施例中，其中上述負載單元至少包括一發光二極體串，上述發光二極體串包括複數個彼此串聯之第一發光二極體。

在本發明一實施例中，其中上述電流源為一定電流源。

本發明因採用可調式的驅動電壓來驅動背光模組中LED或LED串，因此可根據LED或LED串的電性差異提供適當驅動電壓，藉此改善LED電性差異所造成驅動問題以及降低驅動時功率消耗。此外，當應用本發明之技術手段來驅動RGB三種色光的LED時，可使其發光強度更為均勻，達到更好的白光效果。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖1為根據本發明一實施例之驅動電路圖，圖1包括驅動電路與LED串所形成的負載單元152、154、156。驅動電路包括電壓調整單元110、控制單元120、開關單元130以及電流源140，其中開關單元130包括開關控制單元132與開關134、135以及136。開關134、135、136則可利用電晶體來形成，例如是NPN、PNP雙極接面電晶體(Bipolar Junction Transistor，簡稱BJT)或NMOS(N channel metal oxide semiconductor transistor，簡稱NMOS)、PMOS(P channel metal oxide semiconductor transistor，簡稱PMOS)等電晶體。負載單元152、154、156則例如是背光模組中的LED串。

控制單元120電性連接於電壓調整單元110與開關控制單元132之間，分別輸出第一控制信號CS1與第二控制信號CS2至電壓調整單元110與開關控制單元132。電壓調整單元110根據第一控制信號CS1調整所輸出的驅動電壓VOUT，並將驅動電壓VOUT輸出至負載單元152、154、156的一端(LED串的陽極)。開關控制單元132則電性連接於開關134、135以及136，並根據第二控制信號CS2選擇性導通開關134、135、136。電流源140電性連接於開關134、135、136的另一端與接地GND之間。電壓調整單元110的內部電路則包括例如升壓電路(Boost circuit) 或降壓電路(Buck circuit)。

當開關控制單元132導通開關134時，電壓調整單元110則會調整驅動電壓VOUT的電壓值以對應於負載單元152。依此類推，當開關控制單元132導通開關135時，電壓調整單元110則會調整驅動電壓VOUT的電壓值以對應於負載單元154。當開關控制單元132導通開關136時，電壓調整單元110則會調整驅動電壓VOUT的電壓值以對應於負載單元156。當負載單元152、154、156接收到足以導通其內部LED串的驅動電壓VOUT時，即會產生導通電流，其內部的LED即會產生對應的光強度(light luminance)。

由於負載單元152~156內的LED串可能會因為製程差異而產生不同導通電壓(點亮LED串所需的電壓)，因此可預先設定相對應的驅動電壓VOUT的電壓值，並配合開關控制單元132，使對應的負載單元152~156分別得到適當的驅動電壓VOUT以進行驅動，並在對應的時序被點亮。

控制單元120主要用來控制驅動電壓VOUT的電壓值變化以及開關134、135、136的導通時序，使驅動電壓VOUT可以隨著被導通至電流源140的負載單元152、154或156而對應調整其電壓值。換句話說，控制單元120主要是用來控制電壓調整單元110與開關控制單元132的工作時序，以對應導通開關134、135、136與調整驅動電壓VOUT來對應點亮負載單元152、154、156中的LED串。

驅動電壓VOUT與流經負載單元152、154、156的電 流I₁₅₂、I₁₅₄、I₁₅₆之間的關係則請參照圖2，圖2為根據本實施例之負載單元的驅動電壓與電流關係圖。在本實施例中，假設開關134、135、136分別於時間T1、T2、T3中被開關控制單元132導通。由於驅動電壓VOUT會隨著開關134、135、136的導通時序而調整。因此，驅動電壓VOUT在時間T1、T2、T3中的電壓值分別為V1、V2、V3。當開關134、135、136依序導通時，其對應的負載單元152、154、156即會依序產生導通電流I₁₅₂、I₁₅₄、I₁₅₆。

由圖2可知，負載單元152、154、156在時間T1、T2、T3分別接收到不同的驅動電壓VOUT，其導通電流I₁₅₂、I₁₅₄、I₁₅₆的電流值分別為I_R、I_G、I_B。負載單元152、154、156中的LED串的發光強度則由導通電流I₁₅₂、I₁₅₄、I₁₅₆的電流量所決定。當導通電流I₁₅₂、I₁₅₄、I₁₅₆為零時，表示對應的LED串未被點亮(導通)。導通時的電流值I_R、I_G、I_B則由電流源140所設定的電流值而定，在本實施例中電流源140則為定電流源，因此電流值I_R、I_G、I_B實質上會相等。

當負載單元152、154、156分別代表RGB三種色光的LED時，若使用相同的驅動電壓VOUT來驅動，則可能產生光強度不均或啟動時間不一的問題，進而影響背光模組的白光品質。因此，本實施例採用可調整式的驅動電壓VOUT來驅動LED，藉此改善因LED本身差異所造成的背光控制問題，同時也避免因使用過高的驅動電壓而造成功率浪費的問題。

此外，值得注意的是，圖1中的負載單元並不限制於三個，每個負載單元亦可包括多個LED串，其個別LED串亦可由一個或多個LED所組成，本實施例並不受限。驅動電壓VOUT的電壓值也不以電壓V1、V2、V3為限，可依照設計需求調整。再者，電壓調整單元110與開關控制單元132每次所驅動的負載單元亦不限制為一組，亦可依照設計需求同時驅動多組負載單元，其驅動模式則如上述，同樣可依照不同的負載輸出不同驅動電壓，本技術領域具有通常知識者，在經由本實例之揭露後應可輕易推知，在此不加累述。

綜上所述，本發明利用可調整的驅動電壓來驅動LED串，並根據個別LED串的電性差異調整對應的驅動電壓，藉此解決因LED導通電壓不同所造成的驅動問題。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧電壓調整單元

120‧‧‧控制單元

130‧‧‧開關單元

132‧‧‧開關控制單元

134、135、136‧‧‧開關

140‧‧‧電流源

152、154、156‧‧‧負載單元

CS1‧‧‧第一控制信號

CS2‧‧‧第二控制信號

I₁₅₂、I₁₅₄、I₁₅₆‧‧‧導通電流

I_R、I_G、I_B‧‧‧電流值

VOUT‧‧‧驅動電壓

V1、V2、V3‧‧‧電壓值

T1、T2、T3‧‧‧時間

GND‧‧‧接地

圖1為根據本發明一實施例之驅動電路圖。

圖2為根據本發明一實施例之負載單元的驅動電壓與電流關係圖。

110‧‧‧電壓調整單元

120‧‧‧控制單元

130‧‧‧開關單元

132‧‧‧開關控制單元

134、135、136‧‧‧開關

140‧‧‧電流源

152、154、156‧‧‧負載單元

CS1‧‧‧第一控制信號

CS2‧‧‧第二控制信號

I₁₅₂、I₁₅₄、I₁₅₆‧‧‧導通電流

VOUT‧‧‧驅動電壓

GND‧‧‧接地

Claims (8)

1. 一種發光二極體的驅動電路，用於驅動複數個負載單元，每一該些負載單元包括至少一發光二極體，該發光二極體的驅動電路包括：一電壓調整單元，用以輸出一驅動電壓至該些負載單元之一端；一開關單元，分別電性連接於該些負載單元之另一端與一電流源之間，用以將該些負載單元中之一電性連接至該電流源；以及一控制單元，電性連接於該電壓調整單元與該開關單元，其中該電壓調整單元根據該控制單元所輸出之一第一控制信號調整該驅動電壓，該開關單元根據該控制單元所輸出之一第二控制信號選擇性導通該些負載單元之一與該電流源；其中，當該開關單元將該些負載單元中之一第一負載單元電性連接至該電流源時，該電壓調整單元調整該驅動電壓的電壓值以對應於該第一負載單元。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的驅動電路，其中當該開關單元將該些負載單元中之一第二負載單元電性連接至該電流源時，該電壓調整單元調整該驅動電壓的電壓值以對應於該第二負載單元。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的驅動電路，其中該開關單元更依序將該些負載單元電性連接至該電流源，該電壓調整單元則依序調整該驅動電壓之電壓 值以對應於被電性連接之該些負載單元或該些負載單元之一。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的驅動電路，其中該開關單元包括：複數個開關，分別電性連接於該些負載單元與該電流源之間；以及一開關控制單元，分別電性連接於該些開關，並根據該第二控制信號以選擇性導通該些開關。
5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體的驅動電路，其中該些開關包括N型電晶體或P型電晶體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的驅動電路，其中該電壓調整單元包括一升壓電路或一降壓電路。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的驅動電路，其中該負載單元至少包括一發光二極體串，該發光二極體串包括複數個彼此串聯之第一發光二極體。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的驅動電路，其中該電流源為一定電流源。