TWI501006B

TWI501006B - 背光單元及其驅動方法

Info

Publication number: TWI501006B
Application number: TW101119839A
Authority: TW
Inventors: Hoon Jang
Original assignee: Lg Display Co Ltd
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2015-09-21
Also published as: KR20120135031A; TW201250351A; KR101352123B1

Description

背光單元及其驅動方法

本發明係關於一種一發光二極體(LED)驅動電壓被穩定之背光單元及其驅動方法。

通常，一液晶顯示裝置透過使用一電場控制具有介電各向異性之液晶之光透射率來顯示一圖片。要做到這一點，液晶顯示裝置係提供有具有一液晶單元矩陣之一液晶面板、用於驅動液晶面板之一驅動電路、以及用於指引一光線至液晶面板之一背光單元。

近來，作為背光單元，使用一發光二極體(LED)作為一光源之一LED背光單元被大眾所關注，其相比於目前照射燈具有高亮度以及低能耗之優勢。

一習知技術LED背光單元係提供有複數個LED陣列、用於產生一驅動電壓以驅動複數個LED陣列之一電壓產生單元、用於反饋驅動電壓至電壓產生單元用以穩定驅動電壓之一反饋電路、以及回應來自一定時控制器之一調光訊號之用於控制一電流至LED陣列以控制光之亮度之一調光控制單元。

在此期間，調光訊號係為具有一預設占空比之一脉衝寬度調製訊號。但是，因為反饋電路之一切換延遲引起在調光訊號從一低狀態升至一高狀態時驅動電壓輕微降落之一波紋而存在一問題。驅動電源之這樣的一波紋影響IED驅動電流，造成亮度之缺陷。

因此，鑒於上述問題，本發明之目的在於提供一種背光單元及其驅動方法。

本發明之一目的在於提供一種一LED驅動電壓被穩定之背光單元及其驅動方法。

本發明其他的優點、目的和特徵將在如下的說明書中部分地加以闡述，並且本發明其他的優點、目的和特徵對於本領域的普通技術人員來說，可以透過本發明如下的說明得以部分地理解或者可以從本發明的實踐中得出。本發明的目的和其他優點可以透過本發明所記載的說明書和申請專利範圍中特別指明的結構並結合圖式部份，得以實現和獲得。

為了獲得本發明的這些目的和其他特徵，現對本發明作具體化和概括性的描述。依照本發明之一方面，本發明之實施例係提供了一種背光單元，包含：一發光二極體(LED)陣列，係具有複數個LED；一電壓產生單元，係用於產生一驅動電壓以回應一切換訊號驅動些LED；一放大單元，係用於反饋驅動電壓並放大反饋的驅動電壓以輸出一放大訊號；一穩定器，係用於穩定放大訊號；一比較器，係用於比較放大訊號與一參考波形以施加切換訊號至電壓產生單元；一第一切換單元，係用於回應來自一定時控制器之一脈寬調變(PWM)調光訊號切換LED陣列之一電流；以及一第二切換單元，係用於回應PWM調光訊號，切換來自比較器之切換訊號。

背光單元更包含一第三切換單元，係用於回應PWM調光訊號在放大單元和穩定器兩者之間切換。

進一步，一背光單元包含：一LED陣列，係具有複數個LED；一電壓產生單元，係用於產生一驅動電壓以回應一切換訊號驅動些LED；一放大單元，係用於反饋驅動電壓並放大反饋的驅動電壓以輸出一放大訊號；一穩定器，係用於穩定放大訊號；一比較器，係用於比較放大訊號與一參考波形以施加切換訊號至電壓產生單元；一第一切換單元，係用於回應來自一定時控制器之一PWM調光訊號切換LED陣列之一電流；以及一第二切換單元，係用於回應PWM調光訊號，在放大單元和穩定器之間切換。

第一切換單元、第二切換單元、第三切換單元在PWM調光訊號之一高週期被打開，以及在PWM調光訊號之一低週期被關閉。

參考波形具有一三角波形。

一種用於驅動一背光單元之方法，此方法包含：回應一切換訊號產生一驅動電壓以驅動一LED陣列；分配並反饋驅動電壓，並放大反饋的驅動電壓以產生一放大訊號；穩定放大訊號；回應一PWM調光訊號，控制LED陣列之一電流；比較放大訊號與一參考波形以產生切換訊號；以及回應PWM調光訊號切換切換訊號。

進一步，一種用於驅動一背光單元之方法，方法包含：回應一切換訊號產生一驅動電壓以驅動一LED陣列；分配並反饋驅動電壓，並放大反饋的驅動電壓以產生一放大訊號；穩定放大訊號；回應一PWM調光訊號，控制IED陣列之一電流；比較放大訊號與一參考波形以產生切換訊號；以及回應PWM調光訊號切換放大訊號以不穩定放大訊號。

要瞭解的是本發明之上文綜述和下文細節描述之兩者係為示例的以及解釋性的，並意圖提供如權項之本發明之進一步解釋。

現在將詳細參考在附圖中被闡述之示例之本發明之特定實施例。無論哪種可能性，整個圖示中相同的參考標號將被使用以參考相同或類似部件。

在下文中，本發明之背光單元之實施例和用於驅動背光單元之方法將參考附圖而被詳細描述。

在此期間，依照本發明之一實施例之背光單元具有應用至此之一LED作為用於指引一光至一液晶面板之一光源。在背光單元中，儘管取決於光源之一位置而具有一直下式和一邊緣式，但本發明不限於此。

「第1圖」係為依照本發明之一實施例之一背光單元之電路圖。

參考「第1圖」，背光單元包含：被劃分為複數個通道ch之一LED陣列10，每個通道具有複數個LED；回應於一切換訊號，用於驅動複數個LED以產生一驅動電壓Vled之一電壓產生單元40；用於分配驅動電壓Vled，產生一反饋電壓FB，差動放大此反饋電壓FB以產生一放大訊號之一放大單元50；用於穩定從放大單元50所輸出之放大訊號之一穩定器60；用於比較從放大單元50所輸出之放大訊號與一參考訊號(一三角波形訊號)以透過切換電壓產生單元40之一第一切換裝置T1控制一LED陣列之一電流之一比較器30；回應於從一定時控制器(未示出)所輸出之一PWM調光訊號用於切換LED陣列10之電流之一第一切換單元SW1；以及回應於從定時控制器所輸出之PWM調光訊號用於切換從比較器30所輸出之切換訊號之一第二切換單元SW2。

儘管未在圖中被示出，用於感應一電流之一檢測電阻可以被包含在第一切換裝置T1和接地GND兩者之間。

LED陣列10包含複數個通道ch，每個通道具有串聯連接之至少兩個LED。儘管「第1圖」闡述一個通道，包含在LED陣列中之通道ch之數量不被限定。LED被配置以發射一白光線至液晶面板。但是，取決於情況，LED可以被配置以發射紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)光之任意一種。

電壓產生單元40包含一感應器L、一第一切換裝置T1、一二極體D以及一第一電容C1。電壓產生單元40透過感應器L、二極體D以及第一電容C1之共振產生一直流電流(DC)電壓。換言之，第一切換裝置T1回應與從比較器30所輸出之一切換訊號之占空比而被切換，以將一輸入電壓Vin切換為具有一恒定位準之DC驅動電壓Vled，以及提供切換的驅動電源Vled至LED陣列10。在此期間，二極體D阻止被提供至LED陣列之電流沿反向流動，以及第一電容C1穩定驅動電壓Vled。放大單元50依照第一電阻R1和第二電阻R2之一電阻比率分配驅動電壓Vled以產生反饋電壓FB。在此情況下，反饋電壓FB被提供至差動放大器20上。差動放大器20放大在反饋電壓FB和參考電壓Vref兩者之間之一差值，並輸出此放大的差值。要做到這一點，差動放大器20具有接收反饋電壓FB之一反向輸入終端，以及用於接收參考電壓Vref之一非反向輸入終端。換言之，假設在反饋電壓FB和參考電壓Vref之間之差值變得更高，放大電路50輸出具有高電勢之一訊號，假設此差值變得更低，則輸出具有低電勢之一訊號。穩定器60包含一第二電容C2、一第三電容C3和一第三電阻R3。

比較器30比較從差動放大器20所輸出之差動訊號與一參考波形Ramp以產生切換訊號。要做到這一點，比較器30具有用於接收參考波形Ramp之一反向輸入終端，以及用於接收從差動放大器20所輸出之差動訊號之一非反向輸入終端。儘管，在實施例中，參考波形Ramp具有一三教波形，但是不限於此。

在此期間，從比較器30所輸出之切換訊號係為具有一預設占空比之一PWM訊號。在細節上，切換訊號隨著比較器30之比較操作而變化如下。

換言之，如果從差動放大器20所輸出之放大訊號具有比參考波形Ramp之放大訊號更高之電勢，比較器30輸出具有高位準之切換訊號。如果從差動放大器20所輸出之放大訊號具有比參考波形Ramp之放大訊號更低之電勢，比較器30輸出具有低位準之切換訊號。這裡，如果在從差動放大器20所輸出之放大訊號具有比從參考波形Ramp所輸出之放大訊號更高之電勢之時間變得更長時，切換訊號之占空比增加。但是，如果在從差動放大器20所輸出之放大訊號具有比從參考波形Ramp所輸出之放大訊號更高之電勢之時間減少時，切換訊號之占空比變小。

因此，電壓產生單元40透過使用具有不同占空比之切換訊號維持驅動電壓Vled恒定。

如之前所描述，放大單元50透過使用反饋電壓FB用以維持驅動電壓Vled恒定。

假設「第1圖」之背光單元不包含第二切換單元SW2，下面的弊端可能出現。

即，從定時控制器所提供之一PWM調光訊號以固定的間隔重複一低狀態和一高狀態。在PWM調光訊號之一高週期，第一切換單元SW1被打開以產生用於LED陣列10之一驅動電流。在PWM調光訊號之一低週期，第一切換單元SW1被關閉而不產生用於LED陣列10之驅動電流。

依照此，既然在PWM調光訊號之低週期中，在LED陣列10上沒有負載，以及由於後來所提及之延遲效應，驅動電壓Vled則在電壓產生單元40之一輸出終端上升。如果驅動電壓Vled因此上升，反饋電壓FB也上升，引起差動放大器20轉發具有低電勢之訊號。

因此，如果差動放大器20在PWM調光訊號之低週期，輸出具有低電勢之放大訊號，穩定器60之第二電容C2被放電。

在此期間，隨著第二電容C2被充電之時間，延遲係發生，這是因為如之前所描述當放大單元50放大並輸出在反饋訊號和參考訊號之差值時，在PWM調光訊號之低週期中被放電之第二電容C2被充電，，在此時間點PWM調光訊號從低狀態上升至高狀態。因此，從差動放大器20所輸出之訊號係與延遲晚一樣多時間而被提供至比較器30。

延遲之產生引起驅動電源Vled之波紋。這將詳細被描述。

「第2圖」係示出假設「第1圖」之背光單元不包含第二切換單元時用於描述在一放大單元50和一比較器30發生的延遲之波形。

「第3圖」係示出在「第2圖」中部份被放大之波形。

參考「第2圖」，第一切換單元SW1回應從定時控制器所提供之PWM調光訊號而控制LED陣列10之電流。在此情況下，PWM調光訊號係為以固定間隔重複一低狀態和一高狀態之一PWM訊號。在PWM調光訊號之一高週期中，隨著第一切換單元SW1被打開，用於LED陣列10之驅動電流被產生。在PWM調光訊號之一低週期中，隨著第一切換單元SW1被關閉，用於LED陣列10之驅動電流不被產生。

依照此，既然在PWM調光訊號之低週期中，在LED陣列10上沒有負載，以及由於延遲效應，驅動電壓Vled則在電壓產生單元40之一輸出終端上升。如果驅動電壓Vled因此上升，反饋電壓FB也上升，引起差動放大器20轉發具有低電勢之放大訊號。

既然當放大單元50放大並輸出在反饋訊號和參考訊號之差值時在PWM調光訊號之低週期中被放電之第二電容C2被充電，，在此時間點PWM調光訊號從低狀態上升至高狀態之，隨著第二電容C2被充電之時間，延遲係發生。因此，從差動放大器20所輸出之訊號係與延遲晚一樣多時間而被提供至比較器30。

比較器30比較從放大單元50所輸出之放大訊號與參考訊號(三角波形訊號，Ramp)以產生具有占空比之一切換訊號，並輸出此切換訊號至電壓產生器40之第一切換裝置T1。

如「第3圖」所示，由於延遲，當與PWM調光訊號相比較時從比較器30所輸出之切換訊號被延遲一恒定時間。即，在PWM調光訊號之上升沿切換訊號不被輸出，而在PWM調光訊號之下降沿被輸出。

因此，既然切換訊號不被輸出，儘管由於在PWM調光訊號之上升沿中之PWM調光訊號，具有發生在LED陣列10上之一負載，驅動電壓Vled立即下降。既然切換訊號被輸出，儘管由於在PWM調光訊號之下降沿中之PWM調光訊號，不具有發生在LED陣列10上之一負載，驅動電壓Vled立即上升。

由於上述原因，在PWM調光訊號之上升沿中，驅動電壓Vled暫時形成具有低電勢之波紋。驅動電壓Vled之波紋影響LED驅動電流，導致亮度之一缺陷。

為了解決上述問題，「第1圖」之實施例建議提供連接至比較器30之一輸出終端之第二切換單元SW2。第二切換單元SW2係配置以回應PWM調光訊號而被切換。

一種用於驅動在比較器30之輸出終端具有第二切換單元SW2之「第1圖」之背光單元之實施例之方法，將如下被描述。

「第4圖」係示出「第1圖」中之背光單元之驅動波形。

參考「第4圖」，依照本發明之「第1圖」之實施例之背光單元在PWM調光訊號從一低狀態升至一高狀態之時間點以及在PWM調光訊號從一低狀態升至一高狀態之時間點，阻止切換訊號之轉發延遲，致使維持驅動電源Vled恒定，能夠維持LED驅動電流穩定。

即，如參考「第2圖」和「第3圖」上文所提及，由於延遲，當與PWM調光訊號相比較時，從比較器30所輸出之切換訊號被延遲一恒定時間。換句話說，在PWM調光訊號之上升沿切換訊號不被輸出，而在PWM調光訊號之下降沿被輸出。

但是，既然第二切換單元SW2透過PWM調光訊號被切換(關閉)，調光訊號不從比較器30被輸出至電壓產生器40之第一切換裝置T1。因此，在PWM調光訊號之下降沿，在LED陣列10上沒有負載之同時，驅動電壓Vled之上升透過延遲而被阻止。

因此，既然驅動電壓Vled在PWM調光訊號之低週期不在瞬間上升，放大單元50之反饋電壓FB沒有上升，進而放大器20持續輸出具有高電勢之一放大訊號。

因此，既然差動放大器20甚至在PWM調光訊號之一低週期輸出具有高電勢之一放大訊號，穩定器60之電容器C2不被放電。進一步，由於PWM調光訊號從一低狀態上升至一高狀態之時間點，不需要充電穩定器60之第二電容C2。因此，從差動放大器20輸出至比較器30之放大訊號之延遲不會出現。

如上文所提及，既然延遲不會出現，從比較器30所輸出之切換訊號與PWM調光訊號同步。即，切換訊號在PWM調光訊號之上升沿被輸出，而在PWM調光訊號之下降沿不被輸出。

因此，在PWM調光訊號之上升沿，驅動電壓Vled之一瞬間降落可以被阻止，以及在PWM調光訊號之下降沿，驅動電壓Vled之一瞬間上升可以被阻止。同樣，背光單元可以在PWM調光訊號之上升沿阻止驅動電壓Vled之一波紋，能夠實現LED驅動電流之穩定的維持。

以及，在「第1圖」中，甚至在第二切換單元SW2係位於放大單元50和穩定器60之間的情況下，切換訊號之延遲可以被可靠地阻止。

這將詳細被描述如下。

「第5圖」係為依照本發明之一另一實施例之一背光單元之一電路圖。

除了位於放大單元50和穩定器60兩者之間之第二切換單元SW2，「第5圖」之背光單元係類似於「第1圖」之背光單元。第二切換單元SW2係配置以透過PWM調光訊號而被切換。

具有位於放大單元50和穩定器60兩者之間之第二切換單元SW2之「第5圖」之背光單元之操作將被描述如下。

如參考「第2圖」和「第3圖」所描述，既然在PWM調光訊號之低週期中，在LED陣列10上沒有負載，則在電壓產生單元40之輸出終端之驅動電壓Vled上升，進而甚至儘管差動放大器20輸出具有低電勢之一放大訊號，因為第二切換單元SW2在PWM調光訊號之低週期中被關閉，穩定器60之第二電容C2浮動，並不被放電。

而且，既然不需要充電第二電容C2，儘管在PWM調光訊號從一低狀態升至一高狀態之時間點第二切換單元SW2被打開，從差動放大器20被提供至比較器30之訊號之延遲不會出現。

因此，既然延遲不會出現，從比較器30所輸出之切換訊號與PWM調光訊號同步。即，切換訊號在PWM調光訊號之上升沿被輸出，而在PWM調光訊號之下降沿不被輸出。

在PWM調光訊號之上升沿之驅動電壓Vled之一瞬間降落可以被阻止，以及在PWM調光訊號之下降沿之驅動電壓Vled之一瞬間上升可以被阻止。同樣，背光單元可以在PWM調光訊號之上升沿阻止驅動電壓Vled之一波紋，能夠實現LED驅動電流之穩定維持。

以及在「第1圖」中，切換訊號之延遲在第三切換單元SW3被進一步包含在放大單元50和穩定器60之間的情況下可以被可靠地阻止。

這將詳細被描述如下。

「第6圖」係為依照本發明之一又一實施例之一背光單元之一電路圖。

除了進一步位於放大單元50和穩定器60兩者之間之第三切換單元SW3，「第6圖」之背光單元係類似於「第1圖」之背光單元。第三切換單元SW3係配置以透過PWM調光訊號而被切換。

進一步具有第三切換單元SW3之「第6圖」之背光單元之操作包含「第1圖」和「第5圖」中所示之背光單元之操作因此，「第6圖」之背光單元之操作之描述將被省略。

與「第1圖」和「第5圖」之實施例比較，在「第6圖」之實施例中，在PWM調光訊號之上升沿之驅動電源Vled之一瞬間降落可以更被阻止，以及在PWM調光訊號之上升沿中驅動電壓Vled之一瞬間上升可以更被阻止。同樣，背光單元可以在PWM調光訊號之上升沿阻止驅動電壓Vled之一波紋，能夠實現LED驅動電流之穩定的維持。

如已經被描述，本發明之背光單元及其驅動方法具有以下優勢。

依照本發明之背光單元之實施例，切換訊號之轉發延遲在調光訊號從低狀態上升至高狀態之時間點被阻止，致使維持驅動電源Vled恒定，能夠維持IED驅動電流穩定。本領域之技術人員應當意識到在不脫離本發明所附之申請專利範圍所揭示之本發明之精神和範圍的情況下，所作之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍之內。關於本發明所界定之保護範圍請參照所附之申請專利範圍。

10‧‧‧LED陣列

20‧‧‧差動放大器

30‧‧‧比較器

40‧‧‧電壓產生單元

50‧‧‧放大單元

60‧‧‧穩定器

C1‧‧‧第一電容

C2‧‧‧第二電容

C3‧‧‧第三電容

ch‧‧‧通道

D‧‧‧二極體

FB‧‧‧反饋電壓

GND‧‧‧接地

L‧‧‧感應器

LED‧‧‧發光二極體

R1‧‧‧第一電阻

R2‧‧‧第二電阻

R3‧‧‧第三電阻

Ramp‧‧‧參考波形

SW1‧‧‧第一切換單元

SW2‧‧‧第二切換單元

SW2‧‧‧第三切換單元

T1‧‧‧第一切換裝置

Vin‧‧‧輸入電壓

Vled‧‧‧驅動電壓

Vref‧‧‧參考電壓

第1圖係為依照本發明之一實施例之一背光單元之一電路圖；第2圖係示出假設第1圖之背光單元不包含一第二切換單元之用於描述在一放大單元和一比較器之發生的延遲之波形；第3圖係示出在第2圖中部份被放大之波形；第4圖係示出第1圖中之背光單元之驅動波形；第5圖係為依照本發明之一另一實施例之一背光單元之一電路圖；第6圖係為依照本發明之一又一實施例之一背光單元之一電路圖。