TWI420968B - 發光二極體驅動電路及背光模組 - Google Patents

Description

發光二極體驅動電路及背光模組

本發明係關於一種發光二極體驅動電路及背光模組，尤指一種根據顯示器之一維度切換訊號進行模式切換之發光二極體驅動電路及背光模組。

與傳統的光源相比，發光二極體(LED)具備許多優點，包括工作電壓低、效能高、壽命長、色彩豐富、產生定向光以及不含采等，能夠提供極寬廣的色彩以及白光，避免紅外線(IR)或紫外線(UV)輻射的產生。LED作為光源時為人詬病的高成本及散熱問題正快速得到改善，以發光二極體取代現今的照明光源已成為趨勢。因此，在大尺寸LCD顯示器中，用LED背光的比重也不斷攀升，帶動LED產業大幅成長。

LCD顯示器現今的趨勢為3D顯示，尤其在近年來3D電影的推波助瀾之下，3D顯示的LCD顯示器已逐漸被使用者所接受。但，也由於現今的使用需求仍以2D為主，LCD顯示器必須具有顯示2D及3D的能力。然而，LCD顯示器在2D顯示與3D顯示時需要對應不同的亮度顯示，而目前的LED驅動控制器雖然大部分具有調光功能，但是並無法滿足這樣的需求，也就是在維持2D顯示的調光的同時，也能對應2D/3D切換而於3D顯示時提供不同的亮度。

鑑於先前技術中的LED驅動控制器並無法隨著顯示器進行2D/3D切換時，提供不同的亮度，本發明利用發光二極體驅動電路來提供發光二極體模組的電流平衡功能的同時，也同時根據維度切換訊號來提供不同的電流流經發光二極體模組，以達到對應不同的顯示模式供發光二極體模組可提供不同的顯示亮度。同時，也可以透過控制器根據一調光訊號來達到調光之作用。

為達上述目的，本發明提供了一種發光二極體驅動電路，包含一發光二極體模組及一電流控制元件。發光二極體模組具有複數個發光二極體串，每一複數個發光二極體串具有一驅動端。電流控制元件具有複數個電流平衡端，對應耦接至些驅動端，以平衡每一複數個發光二極體串流經之電流大小。其中，電流控制元件根據一模式切換訊號，於模式切換訊號代表一第一模式時，平衡每一複數個發光二極體串流經之電流於一第一電流值，於模式切換訊號代表一第二模式時，平衡每一複數個發光二極體串流經之電流於一第二電流值。

本發明也提供了一種背光模組，包含一發光二極體模組、一轉換電路、一電流控制元件以及一控制器。轉換電路耦接一輸入電源，以根據一控制訊號將輸入電源之電力轉換成一輸出電壓以驅動發光二極體模組。電流控制元件耦接發光二極體模組，以平衡流經發光二極體模組中發光二極體之電流大小。控制器接收代表輸出電壓之一電壓迴授訊號以穩定輸出電壓之電壓值，並根據一調光訊號以調整發光二極體模組之亮度。其中，電流控制元件根據一模式切換訊號，於模式切換訊號代表一第一模式時，控制流經發光二極體模組之電流大小於一第一電流值，於模式切換訊號代表一第二模式時，控制流經發光二極體模組之電流大小於一第二電流值。

以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。

請參見第一圖，為根據本發明之發光二極體驅動電路示意圖。發光二極體驅動電路包含了一發光二極體模組50以及一電流控制元件60。發光二極體模組50具有複數個發光二極體串，複數個發光二極體串之一端彼此耦接至一驅動電壓VDDH以接收電力，而每一複數個發光二極體串具有一驅動端。電流控制元件60具有複數個電流控制單元65，複數個電流控制單元65各自具有對應的電流平衡端D1～Dn，對應耦接至發光二極體模組50中複數個發光二極體串的複數個驅動端，以使複數個發光二極體串流經約略相同之驅動電流。在本實施例中，每一複數個電流控制單元65包含一第一電晶體開關61、一誤差放大器62以及一電阻調變單位66，其中電阻調變單位66包含一第二電晶體開關63、一第一偵測單元Rr1以及一第二偵測單元Rr2。第一電晶體開關61的一第一端作為電流平衡端，一第二端透過第一偵測單元Rr1耦接地並產生一電流偵測訊號IFB，其中電流偵測訊號IFB的準位高低代表流經對應之電流平衡端之電流大小，即，對應之發光二極體串之電流大小。第二電晶體開關63的一第一端與第一電晶體開關61的第二端耦接，其第二端透過第二偵測單元Rr2耦接地。誤差放大器62於非反向輸入端接收一參考電壓訊號Vr，於反向輸入端接收電流偵測訊號IFB，於輸出端耦接第一電晶體開關61的一控制端，並據此達到回授補償之作用而控制第一電晶體開關61之導通情況，使參考電壓訊號Vr等於電流偵測訊號IFB之準位，即，使對應發光二極體串之電流大小穩定於一電流值。第二電晶體開關63根據一模式切換訊號Ssw控制第一偵測單元Rr1以及第二偵測單元Rr2電性連接與否，在此模式切換訊號Ssw可以是控制顯示器進行2D模式/3D模式切換的一維度切換訊號。當模式切換訊號Ssw代表一第一模式，例如：高準位時，第二電晶體開關63導通，第二偵測單元Rr2及第一偵測單元Rr1並聯使其等效電阻值較低，此時第一電晶體開關61會穩定流過較大的電流使電流偵測訊號IFB之準位等於參考電壓訊號Vr。當模式切換訊號Ssw代表一第二模式，例如：為低準位時，第二電晶體開關63截止，偵測電流由第一偵測單元Rr1產生，此時第一電晶體開關61會流過較小的電流使電流偵測訊號IFB之準位仍等於參考電壓訊號Vr。上述之實施例中，每一複數個電流控制單元65均接收相同之參考電壓訊號Vr，使每一複數個發光二極體串流經之電流幾乎相同。因此，如上所述，電阻調變單位66的等效阻值會根據模式切換訊號Ssw所代表的模式進行調變，使電流平衡端之電流大小會隨模式切換訊號Ssw所代表的模式來改變。

請參見第二圖，為根據本發明之一較佳實施例之電流控制元件之電路示意圖。電流控制單元165包含一第一電晶體開關161、一第一偵測單元Rr1、一誤差放大器162以及一電流調變單位166。第一電晶體開關161之一端作為電流平衡端Dx以耦接對應發光二極體串之驅動端。誤差放大器162接收一電源電壓VDDL，並由電源電壓VDDL提供誤差放大器162運作所需之電力。值得注意的是，電源電壓VDDL可與電流控制元件的驅動電壓不同，尤以高於電流控制元件的驅動電壓為佳。如此，誤差放大器162可以提供較高準位的訊號控制第一電晶體開關161的閘極而達到降低第一電晶體開關161的導通阻抗之優點。誤差放大器162於非反向輸入端接收一參考電壓訊號Vr，且於反向輸入端接收一第一偵測單元Rr1所產生的一電流偵測訊號IFB，並據此達到回授補償之作用而控制第一電晶體開關161之狀態。電流調變單位166包含一第二電晶體開關163、一第二偵測單元Rr2以及一阻抗單元Rr3，第二電晶體開關163的一第一端耦接第一電晶體開關161與第一偵測單元Rr1的連接點，其第二端透過第二偵測單元Rr2耦接地，其控制端透過阻抗單元Rr3接收模式切換訊號Ssw。在本實施例中，第二電晶體開關為一雙載子電晶體，並根據一模式切換訊號Ssw控制流經電流平衡端Dx之電流大小。當模式切換訊號Ssw為低準位時，第二電晶體開關163截止，流經電流平衡端Dx的電流同時流經第一偵測單元Rr1以產生與參考電壓訊號Vr相同準位之電流偵測訊號IFB，在此時流經電流平衡端Dx的電流值為第一電流值。當模式切換訊號Ssw為高準位時，第二電晶體開關163導通而流經一穩定電流，使流經電流平衡端Dx的電流部分經電流調變單位166而部分流經第一偵測單元Rr1，在此時流經電流平衡端Dx的電流值為第二電流值。然而，在電流被分流的情況下，電流偵測訊號IFB仍被控制與參考電壓訊號Vr相同準位，即第二電流值等於第一電流值加上流經電流調變單位166之電流。因此，透過電流調變單位166的分流，使電流平衡端之電流大小會隨模式切換訊號Ssw所代表的模式來改變。

當然，除了上述的實施例中的電流控制元件之電路架構外，電流控制元件亦可使用其他具有均流功能之電路架構，例如：電流鏡，來控制流經每一複數個發光二極體串之電流，使得每一個電流控制單元之電流平衡端上之電流幾乎相同。

除了如上述實施例利用調整電流偵測訊號以達到切換模式之目的外，亦可透過參考電壓訊號Vr來達到相同之切換模式功能，即此時第一圖所示之實施例可省略電阻調變單位66，而第二圖所示之實施例可省略電流調變單位166。請參見第三圖，為根據本發明之一較佳實施例之參考電壓產生器之電路示意圖。參考電壓產生器包含一電流鏡271、一第一電晶體開關272、一第二電晶體開關263、一誤差放大器273、一第一偵測單元274以及參考電阻R1、R2、R3、R4。參考電阻R1、R2串聯於電源電壓VCC及地之間，參考電阻R3透過第二電晶體開關263耦接至參考電阻R1、R2之連接點以產生一分壓訊號Vb至誤差放大器273於非反向輸入端。第一電晶體開關272與第一偵測單元274串聯，其連接點產生一電流偵測訊號Va至誤差放大器273的反向輸入端。藉此，誤差放大器273於輸出端輸出訊號以控制第一電晶體開關272的等效電阻值，使電流偵測訊號Va之準位及分壓訊號Vb之準位相等進而使流經第一偵測單元274的電流穩定。電流鏡271耦接電源電壓VCC，一端透過第一電晶體開關272耦接第一偵測單元274，並於另一端透過電流鏡像作用產生與第一電晶體開關272的電流固定比例之電流流經參考電阻R4，以產生一參考電壓訊號Vr。第二電晶體開關263根據一模式切換訊號Ssw進行切換，以產生不同準位之電流偵測訊號Vb。當模式切換訊號Ssw為高準位時，第二電晶體開關263導通，此時電流偵測訊號Vb的準位較低。而當模式切換訊號Ssw為低準位時，第二電晶體開關263截止，此時電流偵測訊號Vb的準位較高。因此，透過調整電流偵測訊號Vb的準位即可調整流經參考電阻R4的電流，進而產生不同準位之參考電壓訊號Vr。於第三圖所示之參考電壓產生器，其產生的參考電壓訊號Vr可以提供至第一圖及第二圖所示之誤差放大器之非反向輸入端。

請參見第四圖，為根據本發明之一較佳實施例之背光模組之電路方塊圖。背光模組包含一轉換電路340、一發光二極體模組350、一電流控制元件360、一控制器CON以及一電壓箝制單元380。轉換電路340耦接一輸入電源Vin，以根據一控制訊號將該輸入電源Vin之電力轉換成一輸出電壓Vout以驅動發光二極體模組350。控制器CON接收代表輸出電壓Vout之一電壓回授訊號FB以穩定該輸出電壓Vout之電壓值，並根據一調光訊號DIM以調整該發光二極體模組350之亮度。電流控制元件360透過至少一電流平衡端Dx對應耦接發光二極體模組350中的發光二極體串，以穩定流經發光二極體模組350之電流大小。此外，電流控制元件360根據一模式切換訊號Ssw，於該模式切換訊號Ssw代表一第一模式時，控制流經發光二極體模組350之電流大小於一第一電流值，於模式切換訊號Ssw代表一第二模式時，控制流經發光二極體模組350之電流大小於一第二電流值。電壓箝制單元380耦接發光二極體模組350之電流平衡端Dx，可使電流平衡端Dx之電壓，即電流控制元件360的跨壓，箝制於一電壓值之內。在本實施例中，電壓箝制單元380可以包含至少一電阻，分別對應耦接至少一電流平衡端Dx，使在調光訊號DIM代表OFF時，發光二極體模組350中對應的發光二極體串之電壓落在發光的 臨界電壓附近，藉此以防止發光二極體模組350之驅動端Dx電壓過高。

如上所述，本發明完全符合專利三要件：新穎性、進步性和產業上的利用性。本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。

本發明：

340‧‧‧轉換電路

50、350‧‧‧發光二極體模組

60、360‧‧‧電流控制元件

61、161、272‧‧‧第一電晶體開關

62、162、273‧‧‧誤差放大器

63、163、263‧‧‧第二電晶體開關

65、165‧‧‧電流控制單元

66‧‧‧電阻調變單位

166‧‧‧電流調變單位

271‧‧‧電流鏡

Rr1、274‧‧‧第一偵測單元

Rr2‧‧‧第二偵測單元

R1、R2、R3、R4‧‧‧參考電阻

Rr3‧‧‧阻抗單元

380‧‧‧電壓箝制單元

CON‧‧‧控制器

Va‧‧‧電流偵測訊號

Vb‧‧‧分壓訊號

Ssw‧‧‧模式切換訊號

VDDH‧‧‧驅動電壓

VDDL、VCC‧‧‧電源電壓

Vin‧‧‧輸入電源

Vout‧‧‧輸出電源

FB‧‧‧電壓回授訊號

IFB‧‧‧電流偵測訊號

DIM‧‧‧調光訊號

D1~Dn、Dx‧‧‧電流平衡端

Vr‧‧‧參考電壓訊號

第一圖為根據本發明之一發光二極體驅動電路示意圖。

第二圖為根據本發明之一電流控制元件電路示意圖。

第三圖為根據本發明之一參考電壓產生器電路示意圖。

第四圖為根據本發明之一背光模組之電路方塊圖。

50．．．發光二極體模組

60．．．電流控制元件

61．．．第一電晶體開關

62．．．誤差放大器

63．．．第二電晶體開關

65．．．電流控制單元

Rr1．．．第一偵測單元

Rr2．．．第二偵測單元

Ssw．．．模式切換訊號

VDDH．．．驅動電壓

D1~Dn．．．電流平衡端

Vr．．．參考電壓訊號

IFB．．．電流偵測訊號

Claims (8)

1. 一種發光二極體驅動電路，包含：一發光二極體模組，具有複數個發光二極體串，每一該複數個發光二極體串具有一驅動端；以及一電流控制元件，具有複數個電流平衡端，對應耦接至該些驅動端，以平衡每一該複數個發光二極體串流經之電流大小；其中該電流控制元件根據一模式切換訊號，於該模式切換訊號代表一第一模式時，平衡每一該複數個發光二極體串流經之電流於一第一電流值，於該模式切換訊號代表一第二模式時，平衡每一該複數個發光二極體串流經之電流於一第二電流值；其中每一該電流控制單元包含一電流調變單位，耦接對應之該電流平衡端以根據該模式切換訊號將對應該電流平衡端之電流進行分流。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中該模式切換訊號為一維度切換訊號。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體驅動電路，其中該電流控制元件包含複數個電流控制單元以提供該些電流平衡端，每一該電流控制單元接收一參考電壓訊號及代表流經對應該電流平衡端之電流大小之一電流偵測訊號，以根據該參考電壓訊號穩定流經對應該電流平衡端之電流大小。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體驅動電路，其中每一該電流控制單元包含一電阻調變單位，以根據流經對應該電流平衡端之電流產生該電流偵測訊號，該電阻調變單位之一等效阻值根據該模式切換訊號進行調變。
5. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體驅動電路，其中該 電流控制元件更包含一參考電壓產生器以產生該參考電壓訊號，該參考電壓產生器根據該模式切換訊號調整該參考電壓訊號之準位。
6. 一種背光模組，包含：一發光二極體模組；一轉換電路，耦接一輸入電源，以根據一控制訊號將該輸入電源之電力轉換成一輸出電壓以驅動該發光二極體模組；一電流控制元件，耦接該發光二極體模組，以平衡流經該發光二極體模組中發光二極體之電流大小；以及一控制器，接收代表該輸出電壓之一電壓迴授訊號以穩定該輸出電壓之電壓值，並根據一調光訊號以調整該發光二極體模組之亮度；其中該電流控制元件根據一模式切換訊號，於該模式切換訊號代表一第一模式時，控制流經該發光二極體模組之電流大小於一第一電流值，於該模式切換訊號代表一第二模式時，控制流經該發光二極體模組之電流大小於一第二電流值。
7. 如申請專利範圍第6項所述之背光模組，其中該模式切換訊號為一維度切換訊號。
8. 如申請專利範圍第6項或第7項所述之背光模組，更包含一電壓箝制單元耦接該電流控制元件以箝制該電流控制元件之跨壓，該電壓箝制單元包含至少一電阻。