專利名稱：驅動發光二極管的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于串聯布置的發光二極管串的驅動器、 一種驅動器和該發光二極管串的系統、 一種用于照明顯示面板的背光單元、一種包括該背光單元和該顯示面板的系統以及一種包括該背光單元和該顯示面板的顯示設備。
背景技術：
WO 02/076150 Al披露了 一種控制多個光源的設備，其中該多個光源的光混合以獲得預定顏色光。處理器將每個光源檢測的光的數量與所需數量比較且控制光源的驅動器，使得光源產生所需的亮度級(lightlevel )。光源分別是三串紅色、藍色和綠色發光二極管(也另稱為LED )。每串LED由單獨的開關模式電源(也另稱為SMPS)驅動。混合光的顏色通過控制由這三個SMPS供給的功率來控制。在一實施例中，公共SMPS布置在驅動不同顏色LED串的三個SMPS前面。現有技術設備的缺點在于要求三個SMPS能夠驅動不同顏色的LED串，以便可以控制它們的色點。

發明內容
本發明的目的是最小化用于驅動不同顏色LED所需的主電源的數目，這些主電源同時仍能夠調節所得混合光的光譜組成。
本發明的第一方面提供如權利要求1所述的用于串聯布置發光二極管串的驅動器。本發明的第二方面提供如權利要求6所述的驅動器和該發光二極管串的系統。本發明的第三方面提供如權利要求9所述的用于照明顯示面板的背光單元。本發明的第四方面提供如權利要求10所述的包括背光單元和顯示面板的系統。本發明的第五方面提供如權利要求11所述的顯示設備。優選實施例在從屬權利要求中限定。
本發明第一方面的驅動器驅動串聯布置的LED串。該串中至少兩個LED發射具有不同光譜的光。例如，串可以具有兩個LED，其中一個LED發射紅光而另 一個LED發射藍光。LED也可以通過其顏色稱呼，因而紅色LED表示發射紅光的LED。串還可以具有至少兩個LED子串，每個子串的LED具有相同的顏色或光譜。例如，串可以具有2個紅色LED和4個藍色LED的串聯布置。備選地，串可以具有發射藍光、紅光和綠光的3種類型LED。使用這種串，可以產生白光。備選地，串可以包括諸如在寬色域顯示器中常見的多于3種類型的LED。
驅動器包括主電源，該主電源具有耦合在LED串兩端的輸出以向該串供給主電流。輔助電源耦合到串中連續LED之間的至少 一個節點，以向該節點供給delta電流(delta current)或者從該節點抽取delta電流。控制器控制輔助電源以產生delta電流值，從而獲得由該串發射的混合光的預定光譜組成。delta電流被選擇為小于主電流。因此，經過串聯布置的LED的電流的主要部分由主電源供給。輔助電源供給更小的delta電流，因而能夠在流經不同顏色LED的電流之間產生差異。因而，與每個不同顏色的LED串都需要主電源的現有技術相比，在本發明中，具有不同顏色(或者，更一般地說發射具有不同光譜的光)的LED僅需要單個主電源。勿庸置疑，光的光譜仍可以隨時間變化或保持恒定，使得通過控制相對小的輔助電源供給或抽取的電流來獲得混合光的所需光譜組成。
提供流經串的所有LED的基本電流的主電源能夠控制整體亮度級，而輔助電源能夠控制由串發射的光的光譜組成。
在一實施例中，主電源包括SMPS或者就是SMPS。因此，流經LED的電流的主要部分^t高效地產生。這種SMPS的不利之處-笨重、昂貴、緩慢且在輸出電壓具有波紋-通過輔助電源減輕。需要供給相對小功率的輔助電源可以便宜、快速，且可以補償SMPS的波紋，該輔助電源可以是線性電源。
在一實施例中，該驅動器還包括與該串串聯布置的檢測電阻器以及將檢測電阻器兩端的檢測電壓與參考電壓進行比較的比較器。比較器的輸出信號用于獲得控制信號以控制SMPS的主開關，使得主電流穩定在預定水平。該預定水平依賴于流經不同顏色LED的電流的差異，因為SMPS僅供給^^共電流。
在一實施例中，輔助電源包括可控線性電源。因為輔助電源供給或汲取的電流遠小于第一電源供給的電流，線性電源的低效率不是問題。使用線性電源具有這一優點即，供給電流的快速和良好限定的變化是可行的。而且，線性電源的波紋遠小于SMPS的波紋。因而，線性電源的使用具有這一優點，即光譜組成的控制可以被十分精確地控制，其中該光譜組成主要由流經不同顏色LED的電流的差異決定。
在一實施例中，線性電源包括可控電流源。這種電流源可以通過電流鏡在集成電路中實現。
在一實施例中，串包括至少三種不同顏色的LED以涵蓋包括白光的色域。控制器控制輔助電源來改變delta電流，以獲得預定的白色點。為了在控制白色點方面具有完全的自由度，流經三種不同顏色LED的所有三個電流的比例應當可控。因此，添加另一輔助電源，該另一輔助電源連接到與已提及的節點不同的另一節點。因為僅白點必須變化或保持恒定，輔助電源產生的電流可以遠小于流經主電源的電流。
在一實施例中，系統還包括另一串聯布置的發光二極管串，其中至少兩個發光二極管發射具有不同光譜的光。另一主電源具有耦合在該另一串兩端的輸出以向該另一串供給另一主電流，另一輔助電源耦合到該另 一 串中連續發光二極管之間的至少一個節點，以向該節點供給另一 delta電流或者從該節點抽取另一 delta電流。該另一 delta電流至少比該另一主電流小10倍。控制器也控制該另一輔助電源以改變該另一 delta電流，以獲得由該另一串發射的混合光的預定光譜組成。因而，對于每個串，僅需要一個主電源而不是三個主電源。尤其是如果
存在很多串，本發明的本實施例的電源系統更為簡單。例如，如果用于LCD的現有技術背光中存在300個(每種顏色IOO個)串聯布置的LED串，也需要300個相對大的可控SMPS。在本發明的實施例中，僅需要100個相對大的主電源和200個相對小的輔助電源。
本發明可以在用于照射諸如LCD (液晶顯示器)的顯示面板的背光單元中有利地實現。這種背光單元和顯示面板組合可以在顯示設備
中實現。
本發明的這些和其他方面將從此后描述的實施例得以顯現和得到闡述。


附圖中
圖1示意性示出包括多個LED串和驅動這些串的多個電源的背光
6電源的框圖，
圖2示意性示出一背光單元，其中一串三個LED由開關模式電源 和兩個電流源驅動，以及
圖3示意性示出具有背光單元的顯示設備。
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征和相同的功能，或者是相同的信號。在具體實施方式
中，在解釋這 種項的功能和/或結構時，不必對其做重復解釋。
具體實施例方式
圖1示意性示出包括多個LED串和驅動這些串的多個電源的背光 單元的框圖。舉例來說，n個串STi中的每一個串包括三種不同顏色的 LEDDli、 D2i、 D3i。第一串ST1包括三個LEDDll、 D12、 D13的串 聯布置，第i串STi包括三個LEDDli、 D2i、 D3i的串聯布置，且第n 串STn包括三個LED Dln、 D2n、 D3n的串聯布置。在下文，指數1 至n用于表示n項中的具體一項。然而， 一般地，指數i也用于表示項。 因而，"LED Dli，，一般表示LED Dll至Dln，或者換句話說，"LED Dli，， 表示LED Dll至Dln中任意一個，且"LED Dll，，表示具體的LED Dll。
三個電源PAi、 PBi和PCi與每個串STi相關聯。主電源PAi與串 STi串聯布置且產生流經LEDD3i的主電流IAi。輔助電流源PBi連接 到LED Dli和D2i之間的節點Jli,輔助電源PCi連接到LED D2i和 D3i之間的節點J2i。控制器CO接收控制信息CI且連接到輔助電源 PBi和PCi的相應控制輸入。控制信息CI可以指示完整串STi發射的 光所需的顏色(或光譜)。控制器CO分別控制供給到節點Jli、 J2i或 從節點Jli、 J2i抽取的電流IBi， ICi，從而獲得所需光譜。流經LED D2i 的電流是主電流IAi和電流ICi之和，且流經LED Dli的電流是主電 流IAi與電流ICi和IBi之和。控制器CO還可以控制主電源PAi的主 電流IAi。
因而，流經串STi的電流(IAi)的主要部分由主電源PAi供給。 輔助電源PBi和PCi僅需要產生delta電流IBi和ICi以實現對由串STi 發射的光的光譜控制。通過分別限制輔助電源PBi、PCi產生的電流IBi、 ICi的數量，這些輔助電源PBi、 PCi可以相對小且^(更宜。然而，具體 串STi的混合光的光鐠仍然可以受控或隨時間保持恒定。例如，輔助電源僅需要在有限范圍內受控以補償老化或溫度效應以及保持混合光 的光譜基本恒定。
主電源PAi和輔助電源PBi、 PCi從主電壓VM饋入，該主電壓 VM可以是整流主電壓或任意其他DC或AC電壓。
圖2示意性示出一背光單元，其中一串3個LED由開關模式電源 和兩個電流源驅動。串STi包括串聯布置的三個LEDDli、 D2i、 D3i。 三個LEDDli、 D2i、 D3i中的至少兩個發射不同光譜且具有不同顏色。 主電源PAi是SMPS且現在供給主電流IAi到串STi的二極管Dli。檢 測電阻器RSi與串STi的二極管D3i串聯布置以檢測流經二極管D3i 的電: 危。
僅舉例而言，SMPSPAi是降壓變換器(buckconverter),其包括布 置為間歇地連接串STi到主電壓VM的主開關SMSi。降壓轉換器PAi 還包括布置在地和節點之間的電感器L，主開關SMSi在此節點連接到 串STi。 SMPS PAi還包括接收檢測電阻器RSi兩端的檢測電壓VSi的 SMPS控制器SMCi。控制器SMCi比較檢測電壓VSi與參考VRi且產 生控制信號CSli。控制信號CSli供給到主開關SMSi的控制輸入以控 制主開關SMSi的閉合和/或斷開周期，以穩定檢測電壓Vsi，由此控制 流經LEDD3i的電流。備選地，除了降壓變換器，可以使用任意其他 SMPS拓樸，例如，升降壓變換器、升壓變換器、降壓轉換器、諧振變 換器或回掃電壓變換器。
輔助電源PBi和PCi分別由電流鏡TRll、 TR21、 Rl和TR12、 TR22、R2形成。電流鏡分別連接到節點Jli和J2i。節點Jli是LED Dli 和D2i之間的節點。節點J2i是LEDD2i和D3i之間的節點。
電流鏡PBi包括輸入以從控制器CO接收控制電壓VI。該控制電 壓VI被供給到電阻器Rl ，該電阻器Rl的另 一端連接到以二極管連接 的晶體管TR21的基極/集電極，該晶體管TR21與晶體管TR11 —起形 成電流鏡。因而，流經電阻器R1的電流被晶體管TR11鏡像以獲得從 節點Jli抽取的電流IBi。
電流鏡PCi包括輸入，以從控制器CO接收控制電壓V2。該控制 電壓V2被供給到電阻器R2，該電阻器R2的另 一端連接到二極管連接 的晶體管TR22的基極/集電極，該晶體管TR22與晶體管TR12 —起形 成電流鏡。因而，流經電阻器R2的電流被晶體管TR12鏡像以獲得從節點J2i抽取的電流ICi。
同樣，流經串STi的主電流IAi由SMPSPAi產生，同時三個LED Dli、 D2i、 D3i的混合光的光i普可以分別通過改變由電流鏡PBi和PCi 汲取的電流IBi和ICi來調節。僅需要一個而不是三個SMPS PAi，且 額外的電流源PBi和PCi例如可以集成在控制器CO中。在圖2所示 的示例中，所有三個LED Dli、 D2i、 D3i具有不同的光譜且所有它們 的電流IAi、 IBi、 ICi可以被控制。備選地，僅一個電流(例如，IBi 或ICi)可以被控制。備選地，二極管Dli、 D2i、 D3i中的兩個二極管 可以具有相同的光譜；同樣，兩個電流IBi、 ICi或僅這些電流之一可 以凈皮控制。
LED Dli、 D2i、 D3i中的每一個或者其子集可以包括串聯布置的 LED的子串。例如，單個綠色LED Dli被包括3個綠色LED的子串 代替，單個紅色LED D2i被包括2個紅色LED的子串代替，且LED D3i 是單個藍色LED。
備選地，串STi可以包括多于3個具有相同光譜的LED或者LED 子串。所有分離的LED或者不同串的LED可以具有不同的顏色或者 發射不同的光譜。例如，琥珀色、黃色或白色LED可以添加到紅色、 綠色和藍色LED中。備選地，串STi可以僅包括具有不同顏色的2個 LED或者LED子串，例如，LED之一具有寬光譜LED，另一 LED具 有單色。在一實施例中，寬光譜LED可以發射白光，另一LED發射 紅光。輔助電源SBi、 SCi控制流經紅色LED的delta電流以調節白色 LED的白色點。在另一示例中，串STi包括發射帶紅色的白色光的暖 白色LED和發射帶藍色的白色光的冷白色LED。
圖3示意性示出具有背光單元的顯示設備。該顯示設備包括背光 單元BLU、顯示面板DP和處理單元PR。背光單元包括串聯布置的 LED的串STi。串聯布置的LED的不同光鐠可以相同且可以在所有串 STi中具有相同的順序。串STi發射的光照射顯示面板DP。顯示面板 DP可以是LCD或DMD。備選地，不同串STi可以包括不同顏色的 LED但是當用于LCD時，不同串的光應混合以獲得顯示面板DP的均 勻照射。
處理單元接收圖像信號IS且供給控制信號BLC到背光單元BLU 并且供給數據信號DPI到顯示面板DP。該控制信號BLC被控制器CO
9(見圖1和2)使用以產生控制信號(圖1中的CI，圖2中的VI和 V2)，該控制信號確定了由輔助電源PBi和PCi產生的delta電流IBi、 ICi。在其他應用中，可能希望還控制主電源PAi供給的主電流IAi， 例如，以在顯示暗場景時最小化功耗。在這些應用中，控制器CO還 具有向主電源PAi供給控制信號的輸出。例如，在圖2所示的實施例 中，控制器CO可以控制參考電壓VRi。供給到顯示面板DP的數據信 號DPI包括待顯示圖像信息且可以包括同步信息。
應當理解，上述實施例說明而非限制本發明，且在不偏離所附權 利要求書范圍的條件下，本領域技術人員將能夠設計很多備選實施例。
例如，本發明不限于在背光單元中使用，還適于使用至少兩個光 譜上不同類型LED的LED串的通用照明應用。
在權利要求書中，置于括號之間的任何參考符號不應解讀為限制 該權利要求。使用動詞"包括"及其變形不排除那些未在權利要求書中 列出的元件或步驟的存在。在元件之前使用的冠詞"一"或"一個，，并不 排除存在多個這樣的元件。本發明可以通過包括若干不同元件的硬件 以及通過適當編程的計算機實現。在枚舉若干裝置的設備權利要求中， 這些裝置中的若干個可以由一個且相同的硬件來實施。在互不相同的 從屬權利要求中記載的某些措施并不表示不能有利地使用這些措施的 組合。
權利要求
1.一種用于串聯布置的發光二極管(D1i，D2i，D3i)串(STi)的驅動器，該發光二極管(D1i，D2i，D3i)中至少兩個發射具有不同光譜的光，所述驅動器包括主電源(PAi)，所述主電源具有耦合在所述串(STi)兩端的輸出以向所述串(STi)供給主電流(IAi)，輔助電源(PBi)，所述輔助電源耦合到所述串(STi)中連續發光二極管(D1i，D2i)之間的至少一個節點(J1i)，以向所述節點(J1i)供給或者從所述節點(J1i)抽取delta電流(IBi)，所述delta電流(IBi)小于所述主電流(IAi)，控制器(CO)，所述控制器用于控制所述輔助電源(PBi)以產生所述delta電流(IBi)，從而獲得由所述串(STi)發射的混合光的所需光譜組成。
2. 如權利要求1所述的驅動器，其中所述主電源(PAi)包括開 關模式電源。
3. 如權利要求2所述的驅動器，還包括檢測電阻器(RSi)，所 述檢測電阻器(RSi)與所述串(STi)串聯布置；以及比較器(SMCi), 所述比較器(SMCi)將所述檢測電阻器(RSi)兩端的檢測電壓(VSi) 與參考電壓(VRi)比較，以獲得用于控制所述主電源的主開關(SMSi) 的控制信號(CSli),從而穩定所述主電流(IAi)。
4. 如權利要求1或2所述的驅動器，其中所述輔助電源(PBi) 包括可控線性電源。
5. 如權利要求4所述的驅動器，其中所述線性電源包括可控電流 源(CSli)。
6. —種如前述權利要求中任一項所述的驅動器和串聯布置的發光 二極管(Dli， D2i， D3i)串(STi)的系統。
7. 如權利要求6所述的系統，其中所述串(STi)包括至少三種 不同顏色的發光二極管(Dli, D2i， D3i)以涵蓋包括白光的色域，其 中布置所述控制器 CO)以用于控制所述輔助電源(PBi)，從而改變 所述delta電流(IBi)以獲得預定的白色點。
8. 如權利要求6所述的系統，還包括另一串(STn)，所述另一串(STn)包括具有不同光譜的至少兩個發光二極管(Dln， D2n， D3n)的串聯布置，另一主電源(PAn)，所述另一主電源(PAn)具有耦合在所述另 一串(STn)兩端的輸出，以用于向所述另一串(STn)供給另一主電 流(IAn),以及另一輔助電源(PBn)，所述另一輔助電源(PBn)耦合到所述另 一串(STn )中連續發光二極管(Dln， D2n )之間的至少一個節點(Jln )， 以向所述節點(Jln)供給或從所述節點(Jln)抽取另一 delta電流 (IBn)，所述另一 delta電流(IBn)比所述另一主電流(IAn)小，其中所述控制器(CO)被調適為也控制所述另一輔助電源(PBn)，從 而改變所述另一 delta電流(IBn),以獲得由所述另一串(STn )發射 的混合光的預定光語組成。
9. 一種用于顯示面板(PD)的背光單元(BLU)，所述顯示面板 (PD)包括如權利要求6至8中任一項所述的系統，其中由所述串 (STi)、或者所述串(STi)和所述另一串(STn)發射的光被所述背光單元(BLU)引導，以用于照射所述顯示面板(DP)。
10. —種包括如權利要求9所述的背光單元(BLU)和顯示面板 (DP)的系統。
11. 一種包括如權利要求IO所述的系統的顯示設備。
全文摘要
本發明涉及一種用于串聯布置的發光二極管(D1i，D2i，D3i)串(STi)的驅動器，該發光二極管(D1i，D2i，D3i)中至少兩個發射具有不同光譜的光。該驅動器包括主電源(PAi)，該主電源(PAi)具有耦合在該串(STi)兩端的輸出以向該串(STi)供給主電流(IAi)。輔助電源(PBi)耦合到該串(STi)中連續發光二極管(D1i，D2i)之間的至少一個節點(J1i)，以向該節點(J1i)供給或者從該節點(J1i)抽取delta電流(IBi)。該delta電流(IBi)至少比該主電流(IAi)小5倍。控制器(CO)控制該輔助電源(PBi)以產生該delta電流(IBi)，從而獲得由該串(STi)發射的混合光的所需光譜組成。
文檔編號H05B33/08GK101663919SQ200880011084
公開日2010年3月3日 申請日期2008年3月31日 優先權日2007年4月2日
發明者H·M·皮特斯, P·J·布雷默, R·范沃登伯格 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司