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CN102402953B - 发光二极管的驱动电路与方法及其应用的显示装置 - Google Patents

发光二极管的驱动电路与方法及其应用的显示装置 Download PDF

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CN102402953B CN201110405758.XA CN201110405758A CN102402953B CN 102402953 B CN102402953 B CN 102402953B CN 201110405758 A CN201110405758 A CN 201110405758A CN 102402953 B CN102402953 B CN 102402953B
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Abstract

本发明提供一种发光二极管的驱动电路与方法及其应用的显示装置。此驱动电路包括功率开关及调光电路。此方法包括侦测一脉冲宽度调制调光信号的占空比；当所述脉冲宽度调制调光信号的占空比大于或等于一预设占空比时，提供所述脉冲宽度调制调光信号至所述驱动电路；以及当所述脉冲宽度调制调光信号的占空比小于所述预设占空比时，提供一模拟调光信号至所述驱动电路。本发明可应用于显示装置，并可改善在调光信号的占空比太小时的噪声问题。

Description

发光二极管的驱动电路与方法及其应用的显示装置
【技术领域】
本发明涉及一种发光二极管的驱动电路与方法，特别是涉及一种可应用于背光模块与显示装置的发光二极管的驱动电路与方法。
【背景技术】
液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)已被广泛应用于各种电子产品中，液晶显示器大部分为背光型液晶显示器，其是由液晶显示面板及背光模块(backlight module)所组成。背光模块可依照光源入射位置的不同分成侧向式入光(Side-light type)与直下式入光(Direct-light type)两种，藉以提供背光源至液晶显示面板。
由于发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)具有低耗电量、低发热量、操作寿命长、耐撞击、体积小、反应速度快、以及可发出稳定波长的色光等良好光电特性，因而适合应用于背光模块的光源。
在LED的驱动电路中，通常使用脉冲宽度调制(pulse widthmodulation，PWM)调光信号来控制LED电流的开关，以控制LED的亮度。
然而，当调光信号的占空比(Duty)太小时，LED电流的开关时间很短，而容易产生噪声(noise)，且容易导致开机异常。
故，有必要提供一种发光二极管的驱动电路与方法及其应用的显示装置，以解决现有技术所存在的问题。
【发明内容】
本发明提供一种发光二极管的驱动电路与方法及其应用的显示装置，以解决在调光信号的占空比太小时的噪声问题。
本发明的主要目的在于提供一种驱动电路，用于驱动多个发光二极管，所述驱动电路包括：
功率开关，连接于所述发光二极管与第一节点之间；
第一电阻，连接于所述第一节点，并电性接地；
调光电路，连接于所述功率开关，其中所述调光电路包括：
运算放大器，具有反相输入端、非反相输入端及输出端，所述反相输入端是连接于所述第一节点，所述非反相输入端是连接于第二节点，所述输出端是连接于所述功率开关；
第二电阻，连接于参考电压与所述第二节点之间；以及
第三电阻，连接于所述第二节点之间，并电性接地；以及
第四电阻，连接于所述第一节点与时序控制器之间，其中当一用于调光的脉冲宽度调制调光信号的占空比小于一预设占空比时，一模拟调光信号是由所述时序控制器输入至所述第四电阻，所述模拟调光信号是将所述脉冲宽度调制调光信号通过反向及数模转换而成；
所述时序控制器用于依据所述脉冲宽度调制调光信号的占空比来选择性地传送所述脉冲宽度调制调光信号或模拟调光信号至所述驱动电路，以调整所述发光二极管的亮度；
当所述脉冲宽度调制调光信号的占空比大于或等于一预设占空比时，所述时序控制器用于提供所述脉冲宽度调制调光信号至所述驱动电路；
当所述脉冲宽度调制调光信号的占空比小于预设占空比时，所述时序控制器用于提供所述模拟调光信号至所述驱动电路，所述模拟调光信号是经由所述第四电阻来输入至所述驱动电路，且同时输入至所述运算放大器的所述反相输入端。
在本发明的一实施例中，所述运算放大器更包括正电源端，当脉冲宽度调制调光信号的占空比大于等于所述预设占空比时，所述时序控制器提供所述脉冲宽度调制调光信号至所述运算放大器的所述正电源端。
在本发明的一实施例中，所述预设占空比为5％、10％或20％。
本发明的又一目的在于提供一种驱动方法，用于驱动多个发光二极管，其中所述发光二极管是电性连接于一驱动电路，所述驱动方法包括：
侦测一用于调光的脉冲宽度调制调光信号的占空比；
当所述脉冲宽度调制调光信号的占空比大于或等于一预设占空比时，开启所述脉冲宽度调制调光信号传送至驱动电路的路径，并关闭模拟调光信号传送至驱动电路的路径，提供所述脉冲宽度调制调光信号至所述驱动电路，以调整所述发光二极管的亮度；以及
当所述脉冲宽度调制调光信号的占空比小于所述预设占空比时，关闭所述脉冲宽度调制调光信号传送至驱动电路的路径，并开启模拟调光信号传送至驱动电路的路径，提供一模拟调光信号至所述驱动电路，以调整所述发光二极管的亮度，所述模拟调光信号是将所述脉冲宽度调制调光信号通过反向及数模转换而成；
其中，所述脉冲宽度调制调光信号或模拟调光信号是时序控制器为调整所述发光二极管的亮度，依据所述脉冲宽度调制调光信号的占空比来选择性地传送至所述驱动电路的，所述模拟调光信号是经由所述驱动电路的第四电阻来输入至所述驱动电路，且同时输入至所述驱动电路的运算放大器的反相输入端。
在本发明的一实施例中，当提供所述模拟调光信号时，利用反向器将所述脉冲宽度调制调光信号反向，接着，利用数模转换器将反向后的脉冲宽度调制调光信号转换成所述模拟调光信号。
本发明的又一目的在于提供一种显示装置，所述显示装置包括：显示面板、时序控制器以及背光模块，背光模块包括：背板；多个发光二极管，设置于所述背板上；以及驱动电路，电性连接于所述发光二极管，用于驱动所述多个发光二极管，其中所述驱动电路包括：功率开关，连接于所述发光二极管与第一节点之间；第一电阻，连接于所述第一节点，并电性接地；调光电路，连接于所述功率开关，其中所述调光电路包括：运算放大器，具有反相输入端、非反相输入端及输出端，所述反相输入端是连接于所述第一节点，所述非反相输入端是连接于第二节点，所述输出端是连接于所述功率开关；第二电阻，连接于参考电压与所述第二节点之间；以及第三电阻，连接于所述第二节点之间，并电性接地；以及第四电阻，连接于所述第一节点与所述时序控制器之间，其中当一用于调光的脉冲宽度调制调光信号的占空比小于一预设占空比时，一模拟调光信号是由所述时序控制器输入至所述第四电阻，所述模拟调光信号是将所述脉冲宽度调制调光信号通过反向及数模转换而成；所述时序控制器用于依据所述脉冲宽度调制调光信号的占空比来选择性地传送所述脉冲宽度调制调光信号或模拟调光信号至所述驱动电路，以调整所述发光二极管的亮度；当所述脉冲宽度调制调光信号的占空比大于或等于一预设占空比时，所述时序控制器用于提供所述脉冲宽度调制调光信号至所述驱动电路；当所述脉冲宽度调制调光信号的占空比小于预设占空比时，所述时序控制器用于提供所述模拟调光信号至所述驱动电路，所述模拟调光信号是经由所述第四电阻来输入至所述驱动电路，且同时输入至所述运算放大器的所述反相输入端。
在本发明的一实施例中，所述时序控制器包括：
计数器，用于计算所述脉冲宽度调制调光信号的占空比；
比较器，用于比较计算后的所述脉冲宽度调制调光信号的占空比是否小于所述预设占空比；
第一切换器，连接于所述比较器，并设置于所述脉冲宽度调制调光信号传送至所述驱动电路的路径上；以及
第二切换器，连接于所述比较器，并设置于所述模拟调光信号传送至所述驱动电路的路径上。
在本发明的一实施例中，所述时序控制器包括：
反向器，用于将所述脉冲宽度调制调光信号反向；以及
数模转换器，连接于所述反向器，用于将反向后的所述脉冲宽度调制调光信号转换成所述模拟调光信号。
本发明的发光二极管的驱动电路与方法可改善具有小占空比的调光信号所导致的噪声及开机异常问题，以确保发光二极管的调光效果。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
【附图说明】
图1显示依照本发明的第一实施例的背光模块与显示面板的剖面示意图；
图2显示依照本发明的一实施例的驱动电路的电路图；以及
图3显示依照本发明的一实施例的时序控制器的方块图。
【具体实施方式】
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。
请参照图1，其显示依照本发明的一实施例的背光模块与显示面板的剖面示意图。本实施例的驱动电路150可用以驱动多个发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)120，这些发光二极管120可串联成一发光二极管串，以作为背光模块100的光源。此背光模块100可为侧向式入光或直下式入光，其相对于一显示面板101(例如液晶显示面板)来设置，而形成一显示装置(例如液晶显示装置)。本实施例的显示装置包括一时序控制器(TimingController，Tcon)102，用于提供影像信号至显示面板101，且提供对应的背光驱动信号至背光模块100。
如图1所示，在本实施例中，背光模块100可例如为直下式背光模块，其包括背板110、多个发光二极管(LED)120、电路板130、反射层140、驱动电路150及光学膜片160。背板110用以承载发光二极管120及电路板130，发光二极管120可设置于电路板130上，并通过电路板130来电性连接于驱动电路150，用以发光来提供光线至显示面板101。电路板130可为印刷电路板(Printed circuit board，PCB)或柔性印刷电路板(Flexible PrintedCircuits，FPC)。反射层140是形成于发光二极管120的周围(例如形成于电路板130或背板110上)，用以反射发光二极管120的光线。驱动电路150可通过电路板130来电性连接于发光二极管120。光学膜片160是设置于发光二极管120上方，用以改善发光二极管120的发光均匀性或发光效率。
在另一实施例中，本发明的驱动电路亦可应用于侧向式入光的背光模块(未显示)。
请参照图2，其显示依照本发明的一实施例的驱动电路的电路图。本实施例的驱动电路150包括功率开关Q1、第一电阻R1、调光电路103及第四电阻R4。功率开关Q1是连接于发光二极管120与第一节点N1之间。第一电阻R1是连接于所述第一节点N1，并电性接地。调光电路103是连接于所述功率开关Q1，用于接收一脉冲宽度调制(PWM)调光信号或一模拟调光信号，以调整发光二极管120的亮度。第四电阻R4是连接于所述第一节点N1与时序控制器102之间。
在本实施例中，功率开关Q1例如为耗尽型N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，其漏极是连接于发光二极管120；其源极是连接于第一电阻R1；其栅极是连接于运算放大器OP1。
如图2所示，本实施例的调光电路103包括运算放大器OP1、第二电阻R2及第三电阻R3。运算放大器OP1具有反相输入端151、非反相输入端152、输出端153、正电源端154及负电源端155。反相输入端151是连接于第一节点N1，非反相输入端152是连接于第二节点N2，输出端153是连接于功率开关Q1的栅极。第二电阻是连接于参考电压VREF与第二节点N2之间，第三电阻是连接于第二节点N2之间，并电性接地。其中，调光电路103可整合成一IC芯片。
当调整发光二极管120的亮度时，系统端(未显示)可传送一PWM调光信号至时序控制器102，而时序控制器102可依据此PWM调光信号的占空比来选择性地传送此PWM调光信号或模拟调光信号至驱动电路150，以调整发光二极管120的亮度。当系统端传来的PWM调光信号的占空比大于或等于一预设占空比时，时序控制器102可提供此PWM调光信号至驱动电路150，此时，PWM调光信号是传送至运算放大器OP1的正电源端154。当PWM调光信号的占空比小于预设占空比时，时序控制器102可提供此模拟调光信号至驱动电路150，此时，PWM调光信号是经由第四电阻R4来输入至驱动电路150，且同时输入至运算放大器OP1的反相输入端151。在本实施例中，此预设占空比为10％，然不限于此，在其实施例中，此预设占空比可为20％或5％。
请参照图3，其显示依照本发明的一实施例的时序控制器的方块图。在本实施例中，时序控制器102包括计数器171、上升沿触发器(rising edge trigger)172、下降沿触发器(falling edgetrigger)173、比较器174、第一切换器SW1、第二切换器SW2、反向器175及数模转换器(D/A converter)176。上升沿触发器172及下降沿触发器173分别连接于计数器171，接有振荡器OSC的计数器171是更连接于比较器174，比较器174是分别连接于第一切换器SW1及第二切换器SW2，第一切换器SW1是设置于PWM调光信号传送至驱动电路150的路径上，第二切换器SW2是设置于模拟调光信号传送至驱动电路150的路径上，反向器175是连接于第二切换器SW2与数模转换器176之间，用于将PWM调光信号反向，数模转换器176是连接于反向器175，用于将反向后的PWM调光信号转换成模拟信号。
如图3所示，当系统端传送PWM调光信号至时序控制器102时，PWM调光信号会先通过上升沿触发器172来触发计数器171开始计算PWM调光信号的占空比。当PWM调光信号关断时，下降沿触发器173可触发计数器171结束计算。接着，比较器174可比较计数器171的计算结果(PWM调光信号的占空比)是否小于预设占空比。当PWM调光信号的占空比大于或等于预设占空比时，比较器174可输出一高电平信号至第一切换器SW1，且输出一低电平信号至第二切换器SW2，以开启PWM调光信号传送至驱动电路150的路径，并关闭模拟调光信号传送至驱动电路150的路径，使得时序控制器102提供PWM调光信号至驱动电路150。当PWM调光信号的占空比小于预设占空比时，比较器174可输出低电平信号至第一切换器SW1，且输出高电平信号至第二切换器SW2，以关闭PWM调光信号传送至驱动电路150的路径，并开启模拟调光信号传送至驱动电路150的路径，使得时序控制器102提供模拟调光信号至驱动电路150。
如图2所示，在正常调光模式中，当时序控制器102侦测PWM调光信号的占空比大于或等于预设占空比时，时序控制器102可直接提供PWM调光信号至驱动电路150，以调整发光二极管120的亮度。此时，PWM调光信号是由时序控制器102传送至运算放大器OP1的正电源端154。如图2所示，在正常调光模式中，调光电路103的电流设定点为VREF*R3/(R2+R3)/R1，且在运算放大器OP1的反相输入端151及非反相输入端152的电压需保持相等，亦即在第一电阻R1所产生的电压需等于VREF*R3/(R2+R3)。此时，可改变功率开关Q1的阻值来改变驱动电流的大小，以确保电压相等，且可通过驱动电流的改变来调整发光二极管120的亮度。
如图2所示，在模拟调光模式中，当时序控制器102侦测PWM调光信号的占空比小于预设占空比时，时序控制器102可仅提供模拟调光信号至驱动电路150，以调整发光二极管120的亮度。其中，模拟调光信号是将PWM调光信号通过反向及数模转换而成。此时，输入至驱动电路150的模拟调光信号可通过第四电阻R4来进行压降，使得在第一电阻R1所产生的电压可等于VREF*R3/(R2+R3)，进而可改变驱动电流，以调整发光二极管120的亮度。因此，模拟调光信号可动态地改变调光电路103的电流设定点，以改变驱动电流，达到调整亮度的目的。在模拟调光模式中，不需对功率开关Q1进行开关控制，因而可避免电流突然的开通和关断，此时，驱动电路150可提供一个线性的可变电流至发光二极管120，而可改善噪声(noise)及开机异常的问题。
当利用驱动电路150来驱动发光二极管120时，本实施例的驱动方法包括：侦测PWM调光信号的占空比；当PWM调光信号的占空比大于或等于预设占空比时，提供PWM调光信号调光信号至驱动电路150，以调整发光二极管120的亮度；以及当PWM调光信号的占空比小于预设占空比时，提供一模拟调光信号至驱动电路150，以调整发光二极管120的亮度，此模拟调光信号是将PWM调光信号通过反向及数模转换而成。
由上述可知，本发明的发光二极管的驱动电路与方法可改善具有小占空比的调光信号所导致的噪声及开机异常问题，以确保发光二极管的调光效果
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种驱动电路，用于驱动多个发光二极管，其特征在于：所述驱动电路包括：
功率开关，连接于所述发光二极管与第一节点之间；
第一电阻，连接于所述第一节点，并电性接地；
调光电路，连接于所述功率开关，其中所述调光电路包括：
运算放大器，具有反相输入端、非反相输入端及输出端，所述反相输入端是连接于所述第一节点，所述非反相输入端是连接于第二节点，所述输出端是连接于所述功率开关；
第二电阻，连接于参考电压与所述第二节点之间；以及
第三电阻，连接于所述第二节点之间，并电性接地；以及
第四电阻，连接于所述第一节点与时序控制器之间，其中当一用于调光的脉冲宽度调制调光信号的占空比小于一预设占空比时，一模拟调光信号是由所述时序控制器输入至所述第四电阻，所述模拟调光信号是将所述脉冲宽度调制调光信号通过反向及数模转换而成；
所述时序控制器用于依据所述脉冲宽度调制调光信号的占空比来选择性地传送所述脉冲宽度调制调光信号或模拟调光信号至所述驱动电路，以调整所述发光二极管的亮度；
当所述脉冲宽度调制调光信号的占空比大于或等于一预设占空比时，所述时序控制器用于提供所述脉冲宽度调制调光信号至所述驱动电路；
当所述脉冲宽度调制调光信号的占空比小于预设占空比时，所述时序控制器用于提供所述模拟调光信号至所述驱动电路，所述模拟调光信号是经由所述第四电阻来输入至所述驱动电路，且同时输入至所述运算放大器的所述反相输入端。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：所述运算放大器更包括正电源端，当脉冲宽度调制调光信号的占空比大于等于所述预设占空比时，所述时序控制器提供所述脉冲宽度调制调光信号至所述运算放大器的所述正电源端。
3.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：所述预设占空比为5％、10％或20％。
4.一种驱动方法，用于驱动多个发光二极管，其中所述发光二极管是电性连接于一驱动电路，其特征在于：所述驱动方法包括：
侦测一用于调光的脉冲宽度调制调光信号的占空比；
当所述脉冲宽度调制调光信号的占空比大于或等于一预设占空比时，开启所述脉冲宽度调制调光信号传送至驱动电路的路径，并关闭模拟调光信号传送至驱动电路的路径，提供所述脉冲宽度调制调光信号至所述驱动电路，以调整所述发光二极管的亮度；以及
当所述脉冲宽度调制调光信号的占空比小于所述预设占空比时，关闭所述脉冲宽度调制调光信号传送至驱动电路的路径，并开启模拟调光信号传送至驱动电路的路径，提供一模拟调光信号至所述驱动电路，以调整所述发光二极管的亮度，所述模拟调光信号是将所述脉冲宽度调制调光信号通过反向及数模转换而成；
其中，所述脉冲宽度调制调光信号或模拟调光信号是时序控制器为调整所述发光二极管的亮度，依据所述脉冲宽度调制调光信号的占空比来选择性地传送至所述驱动电路的，所述模拟调光信号是经由所述驱动电路的第四电阻来输入至所述驱动电路，且同时输入至所述驱动电路的运算放大器的反相输入端。
5.根据权利要求4所述的驱动方法，其特征在于：当提供所述模拟调光信号时，利用反向器将所述脉冲宽度调制调光信号反向，接着，利用数模转换器将反向后的脉冲宽度调制调光信号转换成所述模拟调光信号。
6.根据权利要求4所述的驱动方法，其特征在于：所述预设占空比为5％、10％或20％。
7.一种显示装置，其特征在于：所述显示装置包括：
显示面板；
时序控制器；以及
背光模块，包括：
背板；
多个发光二极管，设置于所述背板上；以及
驱动电路，电性连接于所述发光二极管，用于驱动所述多个发光二极管，其中所述驱动电路包括：
功率开关，连接于所述发光二极管与第一节点之间；
第一电阻，连接于所述第一节点，并电性接地；
调光电路，连接于所述功率开关，其中所述调光电路包括：
运算放大器，具有反相输入端、非反相输入端及输出端，所述反相输入端是连接于所述第一节点，所述非反相输入端是连接于第二节点，所述输出端是连接于所述功率开关；
第二电阻，连接于参考电压与所述第二节点之间；以及
第三电阻，连接于所述第二节点之间，并电性接地；以及
第四电阻，连接于所述第一节点与所述时序控制器之间，其中当一用于调光的脉冲宽度调制调光信号的占空比小于一预设占空比时，一模拟调光信号是由所述时序控制器输入至所述第四电阻，所述模拟调光信号是将所述脉冲宽度调制调光信号通过反向及数模转换而成；
所述时序控制器用于依据所述脉冲宽度调制调光信号的占空比来选择性地传送所述脉冲宽度调制调光信号或模拟调光信号至所述驱动电路，以调整所述发光二极管的亮度；
当所述脉冲宽度调制调光信号的占空比大于或等于一预设占空比时，所述时序控制器用于提供所述脉冲宽度调制调光信号至所述驱动电路；
当所述脉冲宽度调制调光信号的占空比小于预设占空比时，所述时序控制器用于提供所述模拟调光信号至所述驱动电路，所述模拟调光信号是经由所述第四电阻来输入至所述驱动电路，且同时输入至所述运算放大器的所述反相输入端。
8.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于：所述预设占空比为5％、10％或20％。
9.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于：所述时序控制器包括：
计数器，用于计算所述脉冲宽度调制调光信号的占空比；
比较器，用于比较计算后的所述脉冲宽度调制调光信号的占空比是否小于所述预设占空比；
第一切换器，连接于所述比较器，并设置于所述脉冲宽度调制调光信号传送至所述驱动电路的路径上；以及
第二切换器，连接于所述比较器，并设置于所述模拟调光信号传送至所述驱动电路的路径上。
10.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于：所述时序控制器包括：
反向器，用于将所述脉冲宽度调制调光信号反向；以及
数模转换器，连接于所述反向器，用于将反向后的所述脉冲宽度调制调光信号转换成所述模拟调光信号。
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