專利名稱：發(fā)光元件驅(qū)動裝置和顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于驅(qū)動以取決于流過其中的電流的亮度水平進行發(fā)光的發(fā)光元件 (例如發(fā)光二極管(LED)等等)的發(fā)光元件驅(qū)動裝置以及具有含有這種發(fā)光元件驅(qū)動裝置的非發(fā)光透射式顯示單元的顯示裝置。
背景技術(shù)：
液晶顯示面板的背光采用LED作為它的光源，它已經(jīng)取代了采用熒光管的 CCFL (冷陰極熒光燈)。具體地講，包括用于根據(jù)光相加色彩合成產(chǎn)生白光的獨立基本LED(例如，紅光 LED、綠光LED和藍光LED)的背光已經(jīng)在電視的應(yīng)用中得到使用，這是因為它們能夠容易地實現(xiàn)良好的色彩平衡。近些年來，色彩呈現(xiàn)得到改善的白光LED已經(jīng)廣泛地在電視應(yīng)用中得以使用。LED基本上具有如下特性它的亮度根據(jù)提供的電流進行變化并且具有根據(jù)LED 個體差異和溫度而不同的正向電壓。因此，當(dāng)LED用作液晶顯示面板的背光時，用于這些LED的驅(qū)動裝置需要具有恒流特性從而實現(xiàn)恒定均勻亮度水平。已知一種驅(qū)動裝置，它采用用于根據(jù)一定的定時打開和關(guān)閉流過LED的電流并且基于打開和關(guān)閉時段的比率調(diào)整亮度水平，以在寬動態(tài)范圍內(nèi)穩(wěn)定地調(diào)整亮度水平的PWM 控制處理。根據(jù)用于實現(xiàn)PWM控制處理的方案之一，開關(guān)元件串聯(lián)插入到LED以基于規(guī)定定時打開和關(guān)閉LED (例如，參見日本專利公開No. 2001-272938)。還已知根據(jù)PWM控制處理使用激勵信號打開和關(guān)閉與LED串聯(lián)的開關(guān)元件以控制例如增壓斬波器(boosting chopper)等等的開關(guān)電源的開關(guān)晶體管的處理。圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光元件(LED)驅(qū)動裝置的電路圖(一部分以框圖形式)。如圖1所示，LED驅(qū)動裝置1包括增壓器-斬波器型開關(guān)電源2和作為負載的多個發(fā)光器3-1到3-n(圖1中，η = 2)，該發(fā)光器包括LED陣列，每個LED陣列包括多個串聯(lián)的LED。在下文描述中假設(shè)η = 2。LED驅(qū)動裝置1還包括串聯(lián)到發(fā)光器3-1的恒流控制開關(guān)晶體管4_1和恒流電路 5-1、以及串聯(lián)到發(fā)光器3-2的恒流控制開關(guān)晶體管4-2和恒流電路5-2。LED驅(qū)動裝置1還包括開關(guān)驅(qū)動器6-1、6-2、最小電壓選擇電路7和控制電路8。開關(guān)電源2包括恒壓源V21、電感器L21、二極管D21、電存儲電容器C21、開關(guān)晶體管SW21、電流檢測電阻元件R21，以及節(jié)點ND21到ND23。電感器L21的一端連接到具有電壓VDD的恒壓源V21，另一端連接到節(jié)點ND21。二極管D21的陽極連接到節(jié)點ND21，陰極連接到節(jié)點ND22。電容器C21的一個端子(電極) 連接到節(jié)點ND22，另一個端子(電極)連接到參考電位VSS(例如，地電位)。節(jié)點ND22作為開關(guān)電源2的電壓輸出節(jié)點而連接到發(fā)光器3_1、3_2的對應(yīng)端。
開關(guān)晶體管SW21包括NMOS晶體管(例如，η溝道場效應(yīng)晶體管)。開關(guān)晶體管 Sff21的漏極連接到節(jié)點ND21，源極連接到電阻元件R21的一端。電阻元件R21的另一端連接到參考電位VSS。這樣構(gòu)造的開關(guān)電源2如下進行操作控制電路8提供PWM控制的脈沖信號以導(dǎo)通和截止開關(guān)晶體管SW21以對恒壓源V21的電壓VDD進行增壓。開關(guān)電源2將增壓的電壓VDD作為電壓Vo提供給發(fā)光器3-1、3-2的一端。發(fā)光器3-1、3-2的每一個包括LED 31到: 的串聯(lián)陣列。發(fā)光器3-1、3_2的每一個的串聯(lián)陣列的一端上的LED 31的陽極連接到開關(guān)電源 2的電壓輸出節(jié)點ND22。發(fā)光器3-1的串聯(lián)陣列的另一端上的LED 3m的陰極連接到開關(guān)晶體管4_1的漏極(一個端子)。發(fā)光器3-2的串聯(lián)陣列的另一端上的LED 3m的陰極連接到開關(guān)晶體管4_2的漏極(一個端子)。發(fā)光器3-1、3_2的每一個不限于多個LED，而是可以包括單個LED。開關(guān)晶體管4-1的源極(另一個端子)連接到恒流電路5-1的端子，該恒流電路 5-1的另一個端子連接到參考電位VSS。在經(jīng)由開關(guān)驅(qū)動器6-1提供給開關(guān)晶體管4-1的柵極的脈沖LED激勵信號LOl的有效高電平的時段中，開關(guān)晶體管4-1保持導(dǎo)通。此時，電流ILED流入從開關(guān)電源2提供電壓Vo的發(fā)光器3_1，從而對發(fā)光器3_1 的LED 31到:3m進行激勵。在脈沖LED激勵信號LOl的無效低電平的時段中，開關(guān)晶體管4_1保持截止。此時，沒有電流ILED流入從開關(guān)電源2提供電壓Vo的發(fā)光器3-1，從而對發(fā)光器3_1的LED 31到: 進行去激勵。在開關(guān)晶體管4-1受到激勵的過程中，開關(guān)晶體管4-1與恒流電路5-1之間的連接節(jié)點NDl處的監(jiān)視電壓Vsl如下通過從由開關(guān)電源2提供的電壓Vo中減去發(fā)光器3-1的所有LED31到；^的正向電壓Vf的和Σ Vf ( = VF)來計算監(jiān)視電壓Vs 1。這樣計算的監(jiān)視電壓Vsl沒有考慮開關(guān)晶體管4-1兩端的壓降。如果開關(guān)晶體管4-1包括場效應(yīng)晶體管(FET)，則通過從由開關(guān)電源2提供的電壓Vo中減去發(fā)光器3-1的所有LED 31到: 的正向電壓Vf的和Σ Vf以及作為開關(guān)晶體管4-1的FET的漏極到源極電壓Vdsl，計算連接節(jié)點NDl處的監(jiān)視電壓Vsl。恒流控制開關(guān)晶體管4-2的源極(另一個端子)連接到恒流電路5-2的一個端子， 恒流電路5-2的另一個端子連接到參考電位VSS。在經(jīng)由開關(guān)驅(qū)動器6-2提供給開關(guān)晶體管4-2的柵極的脈沖LED激勵信號L02的有效高電平的時段中，開關(guān)晶體管4-2保持導(dǎo)通。此時，電流ILED流入從開關(guān)電源2提供電壓Vo的發(fā)光器3_2，從而對發(fā)光器3_2 的LED 31到:3m進行激勵。在脈沖LED激勵信號L02的無效低電平的時段中，開關(guān)晶體管4_2保持截止。此時，沒有電流ILED流入從開關(guān)電源2提供電壓Vo的發(fā)光器3-2，從而對發(fā)光器3_2的LED31到: 進行去激勵。在開關(guān)晶體管4-2受到激勵時，開關(guān)晶體管4-2與恒流電路5_2之間的連接節(jié)點 ND2處的監(jiān)視電壓Vs2如下通過從由開關(guān)電源2提供的電壓Vo減去發(fā)光器3-2的所有LED 31到；^的正向電壓Vf的和Σ Vf ( = VF)，來計算監(jiān)視電壓Vs2。這樣計算的監(jiān)視電壓Vs2沒有考慮開關(guān)晶體管4-2兩端的壓降。如果開關(guān)晶體管4-2包括場效應(yīng)晶體管(FET)，則通過從由開關(guān)電源2提供的電壓Vo中減去發(fā)光器3-2的所有LED 31到: 的正向電壓Vf的和Σ Vf以及作為開關(guān)晶體管4-2的FET的漏極到源極電壓Vds2，來計算連接節(jié)點ND2處的監(jiān)視電壓Vs2。最小電壓選擇電路7從節(jié)點NDl和ND2處的監(jiān)視電壓Vsl和Vs2 (通過從電壓Vo 中減去發(fā)光器3-1、3-2和開關(guān)晶體管4-1、4-2兩端的壓降而計算得到)中選擇最小電壓 Vsmin,并且將選擇的最小電壓Vsmin提供給控制電路8?？刂齐娐?向開關(guān)晶體管SW21的柵極提供一個脈沖信號，該脈沖信號的脈沖持續(xù)時間取決于由最小電壓選擇電路7選擇的最小電壓Vsmin。通過利用提供給開關(guān)晶體管SW21的柵極的脈沖信號導(dǎo)通和截止開關(guān)晶體管 SW21，開關(guān)電源2對恒壓源V21的電壓VDD進行增壓。以這種方式，在最大電壓VF下的發(fā)光器3-1或3-2的恒流控制端子處的電壓被控制在恒定電平。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，由于在最大電壓VF下的發(fā)光器3-1或3-2的恒流控制端子的電壓能夠被控制在恒定電平，所以開關(guān)電源2的輸出電壓Vo能夠被控制在所需的最小電壓。結(jié)果，可以對恒流電路5-1、5_2施加足夠的電壓以通過恒定電流驅(qū)動發(fā)光器3-1、 3-2，每個發(fā)光器包括作為負載的LED陣列。然而，例如，如果每個LED的正向電壓Vf變成低于標(biāo)準(zhǔn)值的值，則施加到恒流電路 5-1、5-2的電壓增加，從而增加了恒流電路5-1、5-2的功耗并且降低了它的電功率效率。具體地講，連接到不在最大電壓VF下的發(fā)光器3-1或3-2的恒流電路5_1或5_2 的功耗的增加是導(dǎo)致電功率效率降低的主要因素，并且還易于使得恒流電路5-1或5-2產(chǎn)生過量的熱量。希望提供能夠降低恒流電路兩端的最大電壓以將恒流電路的功率損耗最小化并且減少由此產(chǎn)生的熱量的發(fā)光元件驅(qū)動裝置和顯示裝置。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種發(fā)光元件驅(qū)動裝置，包括多個發(fā)光器，每個發(fā)光器包括至少一個以取決于流過的電流的亮度水平進行發(fā)光的發(fā)光元件；電源，根據(jù)提供給開關(guān)裝置的控制端子的信號調(diào)整輸出電壓并且將輸出電壓提供給所述發(fā)光器的一端；多個電流控制晶體管，連接在所述發(fā)光器的各自的另一端與參考電位之間，通過各自的激勵信號使所述電流控制晶體管導(dǎo)通；多個恒流電路，在所述發(fā)光器的另一端與參考電位之間分別與所述電流控制晶體管串聯(lián)；電壓選擇電路，從所述電流控制晶體管與所述恒流電路之間的連接端子電壓中選擇最小電壓和最大電壓；控制電路，將脈沖持續(xù)時間取決于由所述電壓選擇電路選擇的最小電壓的信號輸出到所述開關(guān)裝置的控制端子；以及電壓控制器，產(chǎn)生控制電壓以使得由所述電壓選擇電路選擇的最大電壓等于或小于預(yù)設(shè)最大參考電壓，并且將所述激勵信號的電平設(shè)置為所述控制電壓的電平。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了一種顯示裝置，包括透射式顯示單元；照明單元，利用發(fā)射的光對所述透射式顯示單元進行照明，所述照明單元包括多個發(fā)光器，每個發(fā)光器包括至少一個以取決于流過的電流的亮度水平發(fā)射光的發(fā)光元件；以及發(fā)光元件驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動所述發(fā)光器的發(fā)光元件。所述發(fā)光元件驅(qū)動裝置包括電源，根據(jù)提供給開關(guān)裝置的控制端子的信號來調(diào)整輸出電壓并且將輸出電壓提供給所述發(fā)光器的一端；多個電流控制晶體管，連接在所述發(fā)光器的各自的另一端與參考電位之間，基于各自的激勵信號使所述電流控制晶體管導(dǎo)通；多個恒流電路，在所述發(fā)光器的另一端與參考電位之間分別與所述電流控制晶體管串聯(lián)；電壓選擇電路，從所述電流控制晶體管與所述恒流電路之間的連接端子電壓中選擇最小電壓和最大電壓；控制電路，向所述開關(guān)裝置的控制端子輸出脈沖持續(xù)時間取決于由所述電壓選擇電路選擇的最小電壓的信號；以及電壓控制器， 用于產(chǎn)生控制電壓以使得由所述電壓選擇電路選擇的最大電壓等于或小于預(yù)設(shè)最大參考電壓，并且將所述激勵信號的電平設(shè)置成所述控制電壓的電平。根據(jù)本發(fā)明，可以減小施加到恒流電路的最大電壓，以降低由恒流電路導(dǎo)致的功率損耗并且從而減少由此產(chǎn)生的熱量。


圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光元件(LED)驅(qū)動裝置的電路圖(一部分以框圖的形式)；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的發(fā)光元件(LED)驅(qū)動裝置的電路圖(一部分以框圖的形式)；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的發(fā)光元件(LED)驅(qū)動裝置的電路圖(一部分以框圖的形式)；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的發(fā)光元件(LED)驅(qū)動裝置的電路圖(一部分以框圖的形式)；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的液晶顯示裝置的框圖；以及圖6是透射式IXD面板的立體圖。
具體實施例方式在下文參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在下文中根據(jù)下面順序描述優(yōu)選實施例。1.第一實施例(發(fā)光元件(LED)驅(qū)動裝置的第一結(jié)構(gòu)例子)2.第二實施例(發(fā)光元件(LED)驅(qū)動裝置的第二結(jié)構(gòu)例子)3.第三實施例(顯示裝置)<1.第一實施例>圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的發(fā)光元件(LED)驅(qū)動裝置的電路圖(一部分以框圖形式)，圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的發(fā)光元件(LED)驅(qū)動裝置的電路圖(一部分以框圖形式)。
根據(jù)第一實施例，LED驅(qū)動裝置驅(qū)動作為發(fā)光元件的LED，LED是用于發(fā)光的電光元件，其亮度根據(jù)流過其中的電流而變化。如圖2和圖3所示，總體由100指示的LED驅(qū)動裝置包括增壓器-斬波器型開關(guān)電源Iio和作為負載的含有LED陣列的多個發(fā)光器120-1到120_n(在圖2和圖3中，η = 2)，每個LED陣列包括多個串聯(lián)的LED。在下面的描述中假設(shè)η = 2。LED驅(qū)動裝置100還包括恒流控制開關(guān)晶體管130_1和恒流電路140_1以及恒流控制開關(guān)晶體管130-2和恒流電路140-2，其中，恒流控制開關(guān)晶體管130-1和恒流電路 140-1與發(fā)光器120-1串聯(lián)，恒流控制開關(guān)晶體管130-2和恒流電路140-2與發(fā)光器120-2 串聯(lián)。LED驅(qū)動裝置100還包括開關(guān)驅(qū)動器150_1、150_2、電壓選擇電路160、控制電路 170、參考電壓源180和控制放大器190。開關(guān)驅(qū)動器150-1、150-2、參考電壓源180和控制放大器190 —起組成電壓控制
ο開關(guān)電源110包括恒壓源VIII、電感器Ll 11、二極管Dili、電存儲電容器Cl 11、開關(guān)晶體管SWl 11、電流檢測電阻元件Rl 11和節(jié)點ND111到ND113。電感器Llll的一端連接到具有電壓VDD的恒壓源VIII，而另一端連接到節(jié)點 NDlll0 二極管Dlll的陽極連接到節(jié)點ND111，陰極連接到節(jié)點ND112。電容器Clll的一個端子(電極)連接到節(jié)點ND112，另一個端子(電極)連接到參考電位VSS(例如，地電位)。節(jié)點ND112作為開關(guān)電源110的電壓輸出節(jié)點而連接到作為負載的發(fā)光器120-1、 120-2的各自的一端。開關(guān)晶體管SWlll包括NMOS晶體管，該NMOS晶體管例如是η溝道場效應(yīng)晶體管。 開關(guān)晶體管SWlll的漏極連接到節(jié)點ND111，源極連接到電阻元件Rlll的一端。電阻元件 Rlll的另一端連接到參考電位VSS。這樣構(gòu)造的開關(guān)電源110如下進行工作控制電路170提供PWM控制脈沖信號以導(dǎo)通和截止開關(guān)晶體管SW111，從而將恒壓源Vlll的電壓VDD增壓至增壓電壓Vo。開關(guān)電源110向發(fā)光器120-1、120-2的一端提供增壓電壓Vo。發(fā)光器120-1、120-2的每一個包括LED 121到12m的串聯(lián)陣列。發(fā)光器120-1、120_2各自的串聯(lián)陣列的一端上的LED 121的陽極共同連接到開關(guān)電源Iio的電壓輸出節(jié)點ND112。發(fā)光器120-1的串聯(lián)陣列的另一端上的LED 12m的陰極連接到開關(guān)晶體管130_1 的漏極(一個端子)。發(fā)光器120-2的串聯(lián)陣列的另一端上的LED 12m的陰極連接到開關(guān)晶體管130_2 的漏極(一個端子)。發(fā)光器120-1、120-2的每一個不限于多個LED，而可以包括單個LED。開關(guān)晶體管130-1的源極(另一端子)連接到恒流電路140-1的一個端子，恒流電路140-1的另一個端子連接到參考電位VSS。在經(jīng)由開關(guān)驅(qū)動器150-1提供到開關(guān)晶體管130-1的柵極的脈沖LED激勵信號 LOl的有效高電平的時段內(nèi)，開關(guān)晶體管130-1保持導(dǎo)通。
此時，電流ILEDl流入從開關(guān)電源110提供電壓Vo的發(fā)光器120_1，從而對發(fā)光器 120-1的LED 121到I^i進行激勵。在脈沖LED激勵信號LOl的無效低電平的時段內(nèi)，開關(guān)晶體管130_1保持截止。此時，沒有電流ILEDl流入從開關(guān)電源110提供電壓Vo的發(fā)光器120-1，從而對發(fā)光器120-1 的LED 121到1 an進行去激勵。在開關(guān)晶體管130-1受到激勵時，開關(guān)晶體管130-1與恒流電路140_1之間的連接節(jié)點NDll處的監(jiān)視電壓Vsl如下基本上，通過從由開關(guān)電源110提供的電壓Vo中減去發(fā)光器120-1的所有LED 121到12m的正向電壓Vf之和Σ Vf ( = VF)來計算監(jiān)視電壓Vsl。這樣計算的監(jiān)視電壓Vsl沒有考慮開關(guān)晶體管130-1兩端的壓降。例如，如果開關(guān)晶體管130-1包括場效應(yīng)晶體管(FET)，則通過從由開關(guān)電源110 提供的電壓Vo中減去發(fā)光器120-1的所有LED 121到12m的正向電壓Vf之和Σ Vf以及作為開關(guān)晶體管130-1的FET的漏極到源極電壓Vdsl，來計算連接節(jié)點NDll處的監(jiān)視電壓 Vsl0開關(guān)晶體管130-2的源極(另一個端子)連接到恒流電路140-2的一個端子，而恒流電路140-2的另一個端子連接到參考電位VSS。在經(jīng)由開關(guān)驅(qū)動器150-2提供給開關(guān)晶體管130-2的柵極的脈沖LED激勵信號 L02的有效高電平的時段內(nèi)，開關(guān)晶體管130-2保持導(dǎo)通。此時，電流ILED2流入從開關(guān)電源110提供電壓Vo的發(fā)光器120_2，從而對發(fā)光器 120-2的LED 121到1 ^ii進行激勵。在脈沖LED激勵信號L02的無效低電平時段內(nèi)，開關(guān)晶體管130_2保持截止。此時，沒有電流ILED2流入從開關(guān)電源110提供電壓Vo的發(fā)光器120-2，從而對發(fā)光器120-2 的LED 121到1 an進行去激勵。在開關(guān)晶體管130-2受到激勵時，開關(guān)晶體管130-2與恒流電路140_2之間的連接節(jié)點ND12處的監(jiān)視電壓Vs2如下基本上，通過從由開關(guān)電源110提供的電壓Vo中減去發(fā)光器120-2的所有LED 121到12m的正向電壓Vf之和Σ Vf ( = VF)來計算監(jiān)視電壓Vs2。這樣計算的監(jiān)視電壓Vs2沒有考慮開關(guān)晶體管130-2兩端的壓降。例如，如果開關(guān)晶體管130-2包括場效應(yīng)晶體管(FET)，則通過從由開關(guān)電源110 提供的電壓Vo中減去發(fā)光器120-2的所有LED 121到12m的正向電壓Vf之和Σ Vf以及作為開關(guān)晶體管130-2的FET的漏極到源極電壓Vds2，來計算連接節(jié)點ND12處的監(jiān)視電壓 Vs2。電壓選擇電路160從節(jié)點NDll和ND12處的監(jiān)視電壓Vsl和Vs2中選擇最小電壓 Vsmin和最大電壓Vsmax，這些監(jiān)視電壓Vsl和Vs2是通過從電壓Vo中減去發(fā)光器120-1、 120-2和開關(guān)晶體管130-1、130-2兩端的壓降計算的。電壓選擇電路160向控制電路170提供選擇的最小電壓Vsmin并且向控制放大器 190提供選擇的最大電壓Vsmax?？刂齐娐?70向開關(guān)晶體管SWlll的柵極提供脈沖持續(xù)時間取決于由電壓選擇電路160選擇的最小電壓Vsmin的脈沖信號。
通過使用提供到開關(guān)晶體管SWlll的柵極的脈沖信號導(dǎo)通和截止開關(guān)晶體管 SW111，開關(guān)電源110對恒壓源Vlll的電壓VDD進行增壓。以這種方式，最大電壓VF下的發(fā)光器120-1或120-2的恒流控制端子處的電壓被控制在恒定電平。控制放大器190的反相輸入端子㈠被提供有由電壓選擇電路160選擇的最大電壓Vsmax，并且正相端子(+)被提供有來自參考電壓源180的預(yù)設(shè)最大參考電壓Vrefmax?？刂品糯笃?90產(chǎn)生用于使得最大電壓Vsmax等于預(yù)設(shè)最大參考電壓Vrefmax的控制電壓Vg，并且輸出控制電壓Vg作為開關(guān)驅(qū)動器150-1、150-2的工作電壓。當(dāng)控制電壓Vg作為工作電壓而被施加到開關(guān)驅(qū)動器150-1、150_2時，開關(guān)晶體管 130-1,130-2的柵極電壓變成處于LED激勵信號LOl和L02的有效高電平的電壓。當(dāng)開關(guān)晶體管130-1和130-2導(dǎo)通時，控制電壓Vg被提供給它們的柵極。最小電壓VF下的用于發(fā)光器120-2或120-1的監(jiān)視電壓受到限制，從而沒有等于或高于預(yù)設(shè)最大參考電壓Vrefmax。由于在這種情況下Vg Φ Vrefmax，所以實現(xiàn)關(guān)系Vrefmax = Vsmax = Vg-Vgsl或 Vgs2(監(jiān)視電壓Vsl和Vs2中的最大一個)。在下文中描述這樣構(gòu)造的LED驅(qū)動裝置100的操作。開關(guān)電源110向作為負載的發(fā)光器120-1和120-2的一端提供增壓的電壓Vo。在經(jīng)由開關(guān)驅(qū)動器150-1提供給開關(guān)晶體管130-1的柵極的脈沖LED激勵信號 LOl的有效高電平時段內(nèi)，連接到發(fā)光器120-1的開關(guān)晶體管130-1保持導(dǎo)通。此時，電流ILEDl流入從開關(guān)電源110提供電壓Vo的發(fā)光器120_1，從而對發(fā)光器 120-1的LED 121到I^i進行激勵。在脈沖LED激勵信號LOl的無效低電平時段內(nèi)，開關(guān)晶體管130_1保持截止。此時，沒有電流ILED流入從開關(guān)電源110提供電壓Vo的發(fā)光器120-1，從而對發(fā)光器120-1 的LED 121到1 an進行去激勵。在開關(guān)晶體管130-1受到激勵時，開關(guān)晶體管130-1與恒流電路140_1之間的連接節(jié)點NDll處的監(jiān)視電壓Vsl被提供給電壓選擇電路160。在經(jīng)由開關(guān)驅(qū)動器150-2提供給開關(guān)晶體管130-2的柵極的脈沖LED激勵信號 L02的有效高電平時段內(nèi)，連接到發(fā)光器120-2的開關(guān)晶體管130-2保持導(dǎo)通。此時，電流ILED2流入從開關(guān)電源110提供電壓Vo的發(fā)光器120_2，從而對發(fā)光器 120-2的LED 121到1 ^ii進行激勵。在脈沖LED激勵信號L02的無效低電平時段內(nèi)，開關(guān)晶體管130_2保持截止。此時，沒有電流ILED2流入從開關(guān)電源110提供電壓Vo的發(fā)光器120-2，從而對發(fā)光器120-2 的LED 121到1 an進行去激勵。在開關(guān)晶體管130-2受到激勵時，開關(guān)晶體管130-2與恒流電路140_2之間的連接節(jié)點ND12處的監(jiān)視電壓Vs2被提供給電壓選擇電路160。電壓選擇電路160從節(jié)點NDll和ND12處的監(jiān)視電壓Vsl和Vs2中選擇最小電壓 Vsmin和最大電壓Vsmax，監(jiān)視電壓Vsl和Vs2是通過從電壓Vo中減去發(fā)光器120-1、120-2 和開關(guān)晶體管130-1、130-2兩端的壓降而計算的。電壓選擇電路160將選擇的最小電壓Vsmin提供給控制電路170，并且將選擇的最
10大電壓Vsmax提供給控制放大器190?？刂齐娐?70產(chǎn)生脈沖信號，并且將產(chǎn)生的脈沖信號提供給開關(guān)電源110的開關(guān)晶體管SWlll的柵極，其中脈沖信號的脈沖持續(xù)時間取決于由電壓選擇電路160選擇的最小電壓Vsmin與節(jié)點ND113處的電壓VN113之間的差。通過利用提供給開關(guān)晶體管SWlll的柵極的脈沖信號打開和關(guān)閉開關(guān)晶體管 SW111，開關(guān)電源110對恒壓源Vlll的電壓VDD進行增壓。以這種方式，最大電壓VF下的發(fā)光器120-1或120-2的恒流控制端子的電壓被控制在恒定電平?？刂品糯笃?90產(chǎn)生用于使得最大電壓Vsmax等于預(yù)設(shè)最大參考電壓Vrefmax的控制電壓Vg，并且輸出控制電壓Vg作為開關(guān)驅(qū)動器150-1和150-2的工作電壓。當(dāng)控制電壓Vg作為工作電壓而被施加到開關(guān)驅(qū)動器150-1和150-2時，開關(guān)晶體管130-1和130-2的柵極電壓變成處于LED激勵信號LOl和L02的有效高電平的電壓。當(dāng)開關(guān)晶體管130-1和130-2導(dǎo)通時，控制電壓Vg被提供給它們的柵極。最小電壓VF下的用于發(fā)光器120-2或120-1的監(jiān)視電壓受到限制，從而沒有等于或高于預(yù)設(shè)最大參考電壓Vrefmax。在下文中，與稱作比較例子的圖1所示的LED驅(qū)動裝置進行比較，描述由根據(jù)本發(fā)明的實施例的LED驅(qū)動裝置100導(dǎo)致的功率損耗。[根據(jù)圖1所示的比較例子的LED驅(qū)動裝置1導(dǎo)致的功率損耗]首先，在下文中描述由根據(jù)圖1所示的比較例子的LED驅(qū)動裝置1導(dǎo)致的功率損
^^ ο假設(shè)前提如下流過發(fā)光器3-1、3-2的電流ILED是500mA，發(fā)光器3_1的總正向電壓VFl是50V，發(fā)光器3-2的總正向電壓VF2是45V。還假設(shè)前提如下用于最小電壓Vsmin的控制電壓是0. 5V，開關(guān)晶體管4-1和4_2 的各自柵極到源極電壓Vgsl和Vgs2彼此相同(Vgsl = Vgs2)。還假設(shè)如下前提開關(guān)晶體管4-1和4-2各自具有1歐姆(Ω)的電阻R0(Nl)， Ro (N2) (Ro(Nl) = Ro (N2) = 1 Ω)和各自的漏極到源極電壓Vdsl和Vds2,以及恒流電路 5-1和5-2具有分別在其兩端產(chǎn)生的電壓VILEDl和VILED2。基于以上前提條件，如下計算開關(guān)電源110的輸出電壓Vo Vo = VILEDl+Vdsl+VFl= 0. 5V+(100mAXlQ)+50V= 50.6V如下計算恒流電路兩端的電壓VILED2 VILED2 = Vo-VF2_Vds2= 50. 6V-45V-(100mAXlQ)= 5. 5V由于與具有較低正向電壓VF的發(fā)光器3-2關(guān)聯(lián)的恒流電路5-2導(dǎo)致的功率損耗 Pd(ILED2)和由于開關(guān)晶體管4-2導(dǎo)致的功率損耗Pd(N2)計算如下Pd(ILED2) = 5. 5VX IOOmA = 550mffPd(N2) = (IOOmA)2Xl Ω = IOmff
由于與具有更高正向電壓VF的發(fā)光器3-1關(guān)聯(lián)的恒流電路5-1導(dǎo)致的功率損耗 Pd(ILEDl)和由于開關(guān)晶體管4-1導(dǎo)致的功率損耗Pd(Ni)計算如下Pd(ILEDl) = 0. 5VX IOOmA = 50mffPd(Nl) = (IOOmA)2Xl Ω = IOmff0因此，根據(jù)圖1所示的比較例子的LED驅(qū)動裝置1，由于與具有較低正向電壓VF的發(fā)光器3-2關(guān)聯(lián)的恒流電路5-2導(dǎo)致的功率損耗Pd(ILED2)是550mW，由于與具有更高正向電壓VF的發(fā)光器3-1關(guān)聯(lián)的恒流電路5-1導(dǎo)致的功率損耗Pd (ILEDl)是50mW。因此，與具有較低正向電壓VF的發(fā)光器3-2關(guān)聯(lián)的恒流電路5-2導(dǎo)致大得多的功率損耗(功率損耗Pd(ILED2))，它是由于恒流電路5-1導(dǎo)致的功率損耗Pd(ILEDl)的11 倍。由開關(guān)晶體管4-2導(dǎo)致的功率損耗Pd(N2)和由于開關(guān)晶體管4_1導(dǎo)致的功率損耗Pd (Ni)是IOmW并且彼此相同。[由根據(jù)本實施例的LED驅(qū)動裝置100導(dǎo)致的功率損耗]接下來，在下文中描述由根據(jù)本實施例的LED驅(qū)動裝置100導(dǎo)致的功率損耗。為了更加容易理解本實施例，各種參數(shù)由與比較例子相同的標(biāo)號進行表示。假設(shè)如下前提流過發(fā)光器120-1和120-2的電流ILEDl和ILED2是500mA，發(fā)光器120-1的總正向電壓VFl是50V，發(fā)光器120-2的總正向電壓VF2是45V。還假設(shè)如下前提用于最小電壓Vsmin的控制電壓是0. 5V，用于最大電壓Vsmax 的控制電壓是1. 0V,并且開關(guān)晶體管130-1、130-2分別具有彼此相同的柵極到源極電壓 VgsU Vgs2 (Vgsl = Vgs2)。還假設(shè)如下前提開關(guān)晶體管130-1、130_2分別具有1歐姆(Ω)的電阻Ro(Nl)、 Ro (N2) (Ro(Nl) = Ro (N2) = 1Ω)和各自的漏極到源極電壓Vdsl、Vds2，并且恒流電路 140-1、140-2分別具有在其兩端產(chǎn)生的電壓VILEDl、VILED2?；谝陨锨疤?，開關(guān)電源110的輸出電壓Vo計算如下Vo = VILEDl+Vdsl+VFl= 0. 5V+(100mAXlQ)+50V= 50. 6V恒流電路140-2兩端的電壓VILED2和開關(guān)晶體管130_2的漏極到源極電壓Vds2 計算如下VILED2 = Vsmax 控制電壓=1. OVVds2 = Vo-VF2-VILED= 50. 6V-45V-1. OV = 4. 6V由與具有較低正向電壓VF的發(fā)光器120-2關(guān)聯(lián)的恒流電路140_2導(dǎo)致的功率損耗Pd(ILED2)和由開關(guān)晶體管130-2導(dǎo)致的功率損耗Pd(N2)計算如下Pd(ILED2) = 1. OVX IOOmA = IOOmffPd(N2) = 4. 6VX IOOmA = 460mff由與具有更高正向電壓VF的發(fā)光器120-1關(guān)聯(lián)的恒流電路140_1導(dǎo)致的功率損耗Pd(ILEDl)和由開關(guān)晶體管130-1導(dǎo)致的功率損耗Pd(Ni)計算如下Pd(ILEDl) = 0. 5VX IOOmA = 50mff
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Pd(Nl) = (IOOmA)2Xl Ω = IOmff因此，基于根據(jù)本實施例的LED驅(qū)動裝置100，由與具有較低正向電壓VF的發(fā)光器 120-2關(guān)聯(lián)的恒流電路140-2導(dǎo)致的功率損耗Pd(ILED2)是IOOmW,由開關(guān)晶體管130-2導(dǎo)致的功率損耗Pd (擬)是460mW。因此，通過為最大電壓Vmax設(shè)置控制電壓，根據(jù)本發(fā)明的LED驅(qū)動裝置100使得可以對恒流(ILED)電路和開關(guān)(NMOS)分配期望功率損耗。根據(jù)本實施例，LED驅(qū)動裝置100使得熱源可以分散，并且能夠被設(shè)計為更加容易進行熱優(yōu)化。如果LED驅(qū)動裝置100具有多個恒流(ILED)電路(例如，四個通道、八個通道、等等)，則能夠有效地根據(jù)可允許損耗(熱)的立場設(shè)置期望功率損耗上限。由與具有更高正向電壓VF的發(fā)光器120-1關(guān)聯(lián)的恒流電路140_1導(dǎo)致的功率損耗Pd(ILEDl)是50mW，由開關(guān)晶體管130-1導(dǎo)致的功率損耗Pd(m)是10mW。如上所述，本發(fā)明的第一實施例具有下面優(yōu)點例如，如果每個LED的正向電壓Vf變成低于標(biāo)準(zhǔn)值的值，則根據(jù)本實施例的LED 驅(qū)動裝置100如下進行操作可以降低施加到恒流電路的電壓，從而降低恒流電路的功耗并且防止它的電功率效率降低。具體地講，可以向與沒有位于最大電壓VF下的發(fā)光器120-2或120_1關(guān)聯(lián)的恒流電路140-2或140-1分配期望的功耗比率。結(jié)果，降低了由于恒流電路導(dǎo)致的功率損耗并且從而降低了由此產(chǎn)生的熱量。<2.第二實施例〉圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的發(fā)光元件(LED)驅(qū)動裝置IOOA的電路圖(一部分以框圖形式)。根據(jù)第二實施例的LED驅(qū)動裝置IOOA與根據(jù)第一實施例的LED驅(qū)動裝置100的不同之處如下根據(jù)第一實施例的LED驅(qū)動裝置100的電源110包括增壓器-斬波器型開關(guān)電源。然而，根據(jù)第二實施例的LED驅(qū)動裝置100A具有電源110A，該電源IlOA包括具有變壓器TRSlll的電流模式回掃轉(zhuǎn)換器(flyback converter) 0根據(jù)第二實施例的LED驅(qū)動裝置100A的其它細節(jié)與根據(jù)第一實施例的LED驅(qū)動裝置100相同。根據(jù)第二實施例的LED驅(qū)動裝置100A提供的優(yōu)點與根據(jù)第一實施例的LED驅(qū)動裝置100的優(yōu)點相同。根據(jù)第一和第二實施例的LED驅(qū)動裝置100、100A適用于具有背光裝置的透射式液晶顯示裝置。<3.第三實施例〉將在下文中描述根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的液晶顯示裝置，該液晶顯示裝置包括 LED背光，圖2到圖4所示根據(jù)第一和第二實施例的LED驅(qū)動裝置100、100A可以應(yīng)用到該 LED背光。圖5是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的液晶顯示裝置200的框圖形式。
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如圖5所示，液晶顯示裝置200包括透射式液晶顯示(IXD)面板210、背光裝置 220,LED驅(qū)動裝置230和液晶驅(qū)動器(面板驅(qū)動電路)240，其中，背光裝置220用作布置于 IXD面板210之后的照明單元。液晶顯示裝置200還包括信號處理器250、調(diào)諧器沈0、控制器270、包括揚聲器 281的音頻單元280和電源四0。圖6是透射式IXD面板210的立體圖。如圖6所示，透射式IXD面板210包括TFT襯底211、對向電極襯底212和液晶層 113，其中，對向電極襯底212面對TFT襯底211，液晶層113插入在TFT襯底211與對向電極襯底212之間并且在其內(nèi)部密封了扭曲向列型(TN)液晶。TFT襯底211具有信號線214和掃描線215的矩陣、薄膜晶體管216和像素電極 217，其中，薄膜晶體管216作為開關(guān)元件布置于信號線214與掃描線215的交點，像素電極 217位于信號線214與掃描線215的交點，其中，該信號線214和掃描線215、薄膜晶體管 216和像素電極217全部位于TFT襯底211的內(nèi)表面上。薄膜晶體管216由掃描線215進行連續(xù)選擇并且將從信號線214提供的圖像信號寫入對應(yīng)的像素電極217。在對向電極襯底212的內(nèi)表面上具有對向電極218和顏色濾波器 219。透射式IXD面板210夾在兩個偏光器之間。當(dāng)使用來自位于透射式IXD面板210 后面的背光裝置220的白光對透射式LCD面板210進行照射時，可以以有源矩陣模式對透射式IXD面板210進行驅(qū)動以顯示所期望的全彩色圖像。背光裝置220包括光源221和波長選擇濾波器222。光源221包括多個LED陣列，每個LED陣列包括根據(jù)本發(fā)明的第一或第二實施例進行驅(qū)動的發(fā)光器120。背光裝置220從后面將從光源221發(fā)射的、通過波長選擇濾波器222的光施加到透射式IXD面板210。圖6所示的背光裝置220位于透射式IXD面板210的后面并且包括位于透射式 IXD面板210后面的、用于從后面對透射式IXD面板210進行照明的直接照明背光裝置。背光裝置220的光源221采用多個串聯(lián)LED作為發(fā)光源。具體地講，每個LED陣列包括布置在背光裝置220的平面內(nèi)的多個串聯(lián)LED，并且這些LED陣列也布置在背光裝置220的平面內(nèi)。由此構(gòu)造的背光裝置220由LED驅(qū)動裝置230進行驅(qū)動。LED驅(qū)動裝置230可以是圖2到圖4所示的根據(jù)第一和第二實施例的LED驅(qū)動裝置100、100A中的任何一個。在圖6中，整個光源221在被LED驅(qū)動裝置230驅(qū)動時點亮。然而，串聯(lián)LED的 LED陣列的每一個可以與單獨的LED驅(qū)動裝置進行關(guān)聯(lián)并且由其進行驅(qū)動。液晶驅(qū)動器240包括X驅(qū)動器電路、Y驅(qū)動器電路、等等。信號處理器250例如將獨立的R、G和B信號提供給X驅(qū)動器電路和Y驅(qū)動器電路以驅(qū)動LCD面板210，從而基于獨立的R、G和B信號顯示彩色圖像。信號處理器250對從調(diào)諧器260和外部源輸入的視頻信號執(zhí)行例如色度處理的信號處理，將經(jīng)過處理的視頻信號從復(fù)合信號轉(zhuǎn)換成適于驅(qū)動IXD面板210的獨立的R、G、B信號，并且將經(jīng)過轉(zhuǎn)換的獨立的R、G、B信號提供給面板驅(qū)動電路M0，該面板驅(qū)動電路240 基于該獨立的R、G、B信號驅(qū)動IXD面板210以顯示彩色圖像。信號處理器250還從輸入的視頻信號提取音頻信號并且將音頻信號提供給音頻單元觀0，該音頻單元280基于該音頻信號來激勵揚聲器觀1，以產(chǎn)生聲音。在這樣構(gòu)造的液晶顯示裝置200內(nèi)部包括圖2到圖4所示的LED驅(qū)動裝置100、 100A中的任何一個。因此，在液晶顯示裝置200中，能夠降低施加到恒流電路的電壓，從而降低恒流電路的功耗并且防止它的電功率效率降低。具體地講，可以向與沒有位于最大電壓VF下的發(fā)光器關(guān)聯(lián)的恒流電路分配所期望的功耗比率。結(jié)果，降低了由恒流電路導(dǎo)致的功率損耗并且降低了由此產(chǎn)生的熱量。本申請包含與在于2010年5月19日提交到日本專利局的日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP 2010-115239中公開的主題內(nèi)容有關(guān)的主題內(nèi)容，該日本優(yōu)先權(quán)專利申請的全部內(nèi)容以引用方式并入本文。盡管已經(jīng)詳細示出和描述了本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求范圍的情況下，能夠進行各種修改和變型。
1權(quán)利要求
1.一種發(fā)光元件驅(qū)動裝置，包括多個發(fā)光器，每個發(fā)光器包括至少一個以取決于流過的電流的亮度水平進行發(fā)光的發(fā)光元件；電源，根據(jù)提供給開關(guān)裝置的控制端子的信號調(diào)整輸出電壓并且將輸出電壓提供給所述發(fā)光器的一端；多個電流控制晶體管，連接在所述發(fā)光器各自的另一端與參考電位之間，通過各自的激勵信號使所述電流控制晶體管導(dǎo)電；多個恒流電路，在所述發(fā)光器的另一端與參考電位之間分別與所述電流控制晶體管串聯(lián)；電壓選擇電路，從所述電流控制晶體管與所述恒流電路之間的連接端子電壓中選擇最小電壓和最大電壓；控制電路，將脈沖持續(xù)時間取決于由所述電壓選擇電路選擇的最小電壓的信號輸出到所述開關(guān)裝置的控制端子；以及電壓控制器，產(chǎn)生控制電壓以使得由所述電壓選擇電路選擇的最大電壓等于或小于預(yù)設(shè)最大參考電壓，并且將所述激勵信號的電平設(shè)置為所述控制電壓的電平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件驅(qū)動裝置，其中，所述控制電路控制基于連接到在最大正向電壓下的所述發(fā)光器之一的電流控制晶體管與恒流電路之間的連接端子電壓的所述電源的輸出電壓；以及所述電壓控制器控制除了連接到在最小正向電壓下的所述發(fā)光器之一的電流控制晶體管與恒流電路之間的連接端子電壓之外的連接端子電壓，以使得不等于且不大于所述預(yù)設(shè)最大參考電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件驅(qū)動裝置，其中，所述電流控制晶體管包括場效應(yīng)晶體管，所述場效應(yīng)晶體管各自的漏極分別連接到所述發(fā)光器的對應(yīng)另一端，各自的源極分別連接到與所述電流控制晶體管串聯(lián)的各自的恒流電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件驅(qū)動裝置，其中，所述電壓控制器包括控制放大器，用于產(chǎn)生所述控制電壓，以使得由所述電壓選擇電路選擇的最大電壓等于或小于所述預(yù)設(shè)最大參考電壓；以及驅(qū)動器，響應(yīng)于作為驅(qū)動電壓而施加的所述控制電壓，用于將處于所述控制電壓電平的所述激勵信號提供給對應(yīng)電流控制晶體管的各自柵極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件驅(qū)動裝置，其中，所述電源包括開關(guān)電源，該開關(guān)電源包括電感器或變壓器、電容器和開關(guān)晶體管，用于通過導(dǎo)通和截止所述開關(guān)晶體管來調(diào)整輸出電壓。
6.一種顯示裝置，包括透射式顯示單元；照明單元，利用發(fā)射的光對所述透射式顯示單元進行照明，所述照明單元包括多個發(fā)光器，每個發(fā)光器包括至少一個以取決于流過的電流的亮度水平發(fā)射光的發(fā)光元件；以及發(fā)光元件驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動所述發(fā)光器的發(fā)光元件，其中，所述發(fā)光元件驅(qū)動裝置包括電源，根據(jù)提供給開關(guān)裝置的控制端子的信號來調(diào)整輸出電壓并且將輸出電壓提供給所述發(fā)光器的一端，多個電流控制晶體管，連接在所述發(fā)光器各自的另一端與參考電位之間，基于各自的激勵信號使所述電流控制晶體管導(dǎo)通，多個恒流電路，在所述發(fā)光器的另一端與參考電位之間分別與所述電流控制晶體管串聯(lián)，電壓選擇電路，從所述電流控制晶體管與所述恒流電路之間的連接端子電壓中選擇最小電壓和最大電壓，控制電路，向所述開關(guān)裝置的控制端子輸出脈沖持續(xù)時間取決于由所述電壓選擇電路選擇的最小電壓的信號，以及電壓控制器，用于產(chǎn)生控制電壓以使得由所述電壓選擇電路選擇的最大電壓等于或小于預(yù)設(shè)最大參考電壓，并且將所述激勵信號的電平設(shè)置成所述控制電壓的電平。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的顯示裝置，其中，所述控制電路控制基于連接到在最大正向電壓下的所述發(fā)光器之一的電流控制晶體管與恒流電路之間的連接端子電壓的所述電源的輸出電壓；以及所述電壓控制器控制除了連接到在最小正向電壓下的所述發(fā)光器之一的電流控制晶體管與恒流電路之間的連接端子電壓之外的連接端子電壓，以使得不等于且不大于所述預(yù)設(shè)最大參考電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的顯示裝置，其中，所述電流控制晶體管分別包括場效應(yīng)晶體管，所述場效應(yīng)晶體管各自的漏極連接到所述發(fā)光器的對應(yīng)另一端，各自的源極連接到與所述電流控制晶體管串聯(lián)的各自恒流電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的顯示裝置，其中，所述電壓控制器包括控制放大器，用于產(chǎn)生所述控制電壓，以使得由所述電壓選擇電路選擇的最大電壓等于或小于所述預(yù)設(shè)最大參考電壓；以及驅(qū)動器，響應(yīng)于作為驅(qū)動電壓而施加的所述控制電壓，用于向?qū)?yīng)電流控制晶體管的各自柵極提供處于所述控制電壓電平的所述激勵信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的顯示裝置，其中，所述電源包括開關(guān)電源，該開關(guān)電源包括電感器或變壓器、電容器和開關(guān)晶體管，用于通過導(dǎo)通和截止所述開關(guān)晶體管來調(diào)整輸出電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)光元件驅(qū)動裝置和顯示裝置。一種發(fā)光元件驅(qū)動裝置，包括多個發(fā)光器、電源、多個電流控制晶體管、多個恒流電路、電壓選擇電路、控制電路和電壓控制器。
文檔編號G09G3/36GK102254526SQ20111009842
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者內(nèi)藤譽博, 片山靖, 西野辰樹 申請人:索尼公司