专利名称：串联型发光二极管装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于一种发光二极管(Light-Emitting Diode，简称为LED)装置， 且特别是关于一种串联型LED装置。
背景技术：
图1为一种现有用于大尺寸液晶显示器的偏光式背光的示意图。请参见图1，偏 光式背光主要由4个设置在液晶面板1上下侧的灯条(light bar) 11 14所组成。每个 灯条(如11)上设置有多个直线排列的LED Dll Din、D21 D2n和Dml Dmn，其中m、 η为大于或等于2的整数。这些LED Dll Dmn通常采用串联方式耦接成串联型LED来驱 动，以便每个LED具有相同的电流而提供非常相近的亮度，但是这种串联型LED有单一 LED 失效即造成整个串联型LED失效的缺点。为了避免上述缺点及控制灯条(如11)驱动所需外加的电压，通常会将这些LED Dll Dmn分成多个具有相同串联数量的灯串(light string) 111 11m，其中灯串111具 有η个串联耦接的LED Dll Din、灯串112具有η个串联耦接的LED D21 D2n、...、灯 串Ilm具有η个串联耦接的LED Dml Dmn，再将这些灯串111 Ilm以并联方式耦接成并 联型LED来驱动。这种并联型LED可控制每个灯串的电流达到平衡以提供相近的亮度，且 灯条所需外加的驱动电压较低，并具有单一 LED (或灯串)失效整个并联型LED仍有灯串可 工作的优点。图1所示偏光式背光采用并联型LED，共具有(4Xm)个灯串且每个灯串具有η个 串联耦接的LED，最常见的驱动方式有采用单一 LED控制器(如图2所示)及采用多个LED 控制器(如图3所示)两种。请参见图2，并联型LED装置2采用单一 LED控制器22控制如图1所示并联型 LED背光。首先通过直流至直流(direct-current to direct-current，简称为DC/DC)转 换器21将电源供应器(图中未画出)所提供的具有5V、12V或24V等通用规格的直流电压 Vdc转换为可驱动灯串发光的直流电压Vlight，例如若设计LED工作电压为3. 3V，则直流电 压Vlight约为(3. 3VXn)。每个灯串的阳极端耦接以接收直流电压Vlight，每个灯串的阴 极端通过相应的电阻器Rj及功率晶体管Qj耦接至地，其中j为1 (4Xm)中任一整数， 因此所有灯串实质上以并联方式耦接成并联型LED。然后LED控制器22通过电阻器Rl R(4Xm)取样灯串的电流，并据以控制功率晶体管Ql Q(4Xm)在作用区的工作点以调整 其导通电阻值，进而调整灯串的电流以达到电流平衡。并联型LED装置2虽然架构简单，但 是随着灯串数量的增加，不但电阻器及功率晶体管数量会跟着增加之外，LED控制器22所 需的接脚也会跟着增加，造成电路布局的困难。请参见图3，并联型LED装置3采用多个LED控制器31 34控制如图1所示并联 型LED背光。这些LED控制器31 34已内建具有DC/DC转换功能的电路，因此每个LED 控制器可单独控制一相应的灯条的所有灯串，例如LED控制器31将直流电压Vdc转换成直 流电压Vlightl以驱动并单独控制灯条11的所有灯串.....LED控制器34将直流电压Vdc转换成直流电压Vlight4以驱动并单独控制灯条14的所有灯串。并联型LED装置3虽然 可针对每个灯条独立调整优化其直流电压，例如通过LED控制器31针对灯条11独立调整 优化其直流电压Vl ight 1，但是其所使用的LED控制器数量相等于灯条数量且LED控制器还 必须具有DC/DC转换功能而成本较高，另外各个LED控制器之间还需要沟通以便使各个灯 条中的灯串电流达到平衡，这也提高电路设计的复杂度。
实用新型内容本实用新型的目的就是提出一种串联型LED装置，架构简单，既具有并联型LED在 面临单一 LED(或灯串)失效整个串联型LED装置仍有灯串可工作的优点，还具有串联型 LED调光控制简单的优点。本实用新型提出一种串联型发光二极管装置，包括一直流至直流转换器、ρ个光源 单元以及一调光电路。直流至直流转换器用以接收第一直流电压，并根据反馈信号将第一 直流电压转换成第二直流电压。P个光源单元其中每个光源单元包括一输入端、一输出端、 m个灯串及m个均流单元，每个灯串包括η个串联耦接的发光二极管，每个灯串的阳极端耦 接至输入端，每个灯串的阴极端通过一相应的均流单元耦接至输出端。P个光源单元包括 第一光源单元至第P光源单元，第一光源单元的输入端耦接至直流至直流转换器以接收第 二直流电压，第i光源单元的输出端耦接至第(i+ι)光源单元的输入端。调光电路耦接至 第P光源单元的输出端及直流至直流转换器，用以根据第P光源单元输出的电流产生反馈 信号。其中，m、n、p为大于或等于2的整数，i为1 (p_l)中任一整数。在本实用新型的一实施例中，直流至直流转换器包括全桥式、半桥式、正激式或反 激式直流至直流转换器。在本实用新型的一实施例中，每个光源单元的m个灯串组成一灯条。所有灯条配 置做为显示设备的背光。显示设备包括液晶显示器。在本实用新型的一实施例中，第q光源单元的每个均流单元包括一晶体管，晶体 管具有第一端、第二端及控制端，每个晶体管的第一端耦接至一相应的灯串的阴极端，每个 晶体管的第二端耦接至第q光源单元的输出端，每个晶体管的控制端彼此耦接且更耦接至 所有晶体管中的一晶体管的第一端，q为1 P中任一整数。每个晶体管为双极结型晶体 管或场效应晶体管。在本实用新型的一实施例中，调光电路包括一功率开关，功率开关具有第一端、第 二端及控制端，功率开关的第一端耦接至第P光源单元的输出端，功率开关的第二端耦接 至直流至直流转换器，功率开关的控制端耦接以接收脉宽调制形式的调光信号并根据调光 信号导通或不导通。调光电路更包括一启闭开关，启闭开关具有第一端、第二端及控制端， 启闭开关的第一端耦接至功率开关的控制端，启闭开关的第二端耦接至禁能信号，启闭开 关的控制端耦接以接收启闭信号并根据启闭号导通或不导通，在启闭开关导通时禁能信号 通过启闭开关传送到功率开关的控制端并使功率开关不导通，在启闭开关不导通时禁能信 号不传送到功率开关的控制端。本实用新型先针对采用并联型LED的光源单元通过均流单元(如电流镜)达到电 流平衡，再将所有光源单元以串联方式耦接而可采用架构简单的调光电路，且具有并联型 LED在面临单一 LED(或灯串)失效整个串联型LED装置仍有灯串可工作的优点。[0014]为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下面列举较佳实 施例，并结合附图，详细说明如下。
图1为一种现有用于大尺寸液晶显示器的偏光式背光的示意图。图2为一种现有采用单一 LED控制器的并联型LED装置的电路图。图3为一种现有采用多个LED控制器的并联型LED装置的电路图。图4为依照本实用新型较佳实施例的串联型LED装置的电路图。图5为图4所示调光电路的一实施例的电路图。主要组件符号说明1 液晶面板11 14:灯条111 Ilm:灯串2、3:并联型LED装置21:DC/DC 转换器22 =LED 控制器31 34 具有DC/DC转换的LED控制器4:串联型LED装置41 44:第一至第四光源单元411、421、431、441 输入端412、422、432、442 输出端413、423、433、443 灯条414、424、434、444 电流镜45 DC/DC 转换器46:调光电路C1、C2:电容器Dll Dln、D21 D2n、Dml Dmn =LEDQ1 Q (4 X m)功率晶体管Rl R (4 Xm)电阻器Sffl 功率开关SW2:启闭开关Sl Sm:灯串Tl Tm 均流单元I in、Il 14:电流Vdc、Vlight, Vlightl Vlight4 直流电压Vdcl 第一直流电压Vdc2 第二直流电压Dim 调光信号Io 反馈信号[0050]On/Off:启闭信号具体实施方式
图4为依照本实用新型较佳实施例的串联型LED装置的电路图。请参见图4，串联 型LED装置4包括4个光源单元41 44、DC/DC转换器45以及调光电路46。DC/DC转换 器45用以接收电源供应器(图中未画出)所提供的具有5V、12V或24V等通用规格的第一 直流电压Vdcl，并根据反馈信号Io将第一直流电压Vdcl转换成可驱动光源单元41 44 发光的第二直流电压Vdc2。DC/DC转换器45例如是全桥式、半桥式、正激式或反激式DC/DC 转换器。每个光源单元包括输入端、输出端、m个灯串及m个均流单元，每个灯串包括η个 串联耦接的LED，每个灯串的阳极端耦接至输入端，每个灯串的阴极端通过一相应的均流单 元耦接至输出端。以光源单元41为例，其包括输入端411、输出端412、灯串Sl Sm及均 流单元Tl Tm，每个灯串(如Si)的阳极端耦接至输入端411，每个灯串(如Si)的阴极 端通过一相应的均流单元(如Tl)耦接至输出端412，因此所有灯串Sl Sm实质上以并联 方式耦接成并联型LED，再通过均流单元Tl Tm达到电流平衡。在一实施例中，每个光源 单元的m个灯串组成一灯条，所有灯条配置做为如液晶显示器等显示设备的背光。以光源 单元41为例，其灯串Sl Sm构成灯条413而可如图1所示灯条11设置在液晶面板1上 侧，因此所有光源单元41 44的灯条413、423、433和443可如图1所示灯条11 14设 置在液晶面板1上下侧。所有光源单元41 44包括第一光源单元41、第二光源单元42、第三光源单元43 及第四光源单元44，第一光源单元41的输入端411耦接至DC/DC转换器45以接收第二直 流电压Vdc2，第一光源单元41的输出端412耦接至第二光源单元42的输入端421，第二光 源单元42的输出端422耦接至第三光源单元43的输入端431，第三光源单元43的输出端 432耦接至第四光源单元44的输入端441，第四光源单元44的输出端442耦接至调光电路 46。因此，光源单元41 44相当于构成串联型LED，可采用架构简单的调光电路46，即在 光源单元41 44串联线路中加入一个可切换而使线路导通或不导通特性的功率晶体管作 为调光电路46，然后利用脉宽调制(Pulse-Width Modulation，简称为PWM)形式的调光信 号来控制功率晶体管的切换以达到调光目的。另外，电流Iin和Il 14的大小相等。在本实施例中，每个均流单元以npn双极结型晶体管实现，但并不以此为限，例如 还可以η通道场效应晶体管实现。以光源单元41的均流单元Tl Tm为例，均流单元Tl Tm均为npn双极结型晶体管，npn双极结型晶体管具有第一端(即集电极端)、第二端(即 发射极端)及控制端(即基极端)。其中，晶体管Tl的第一端耦接至相应的灯串Sl的阴
极端、晶体管T2的第一端耦接至相应的灯串S2的阴极端.....晶体管Tm的第一端耦接至
相应的灯串Sm的阴极端；晶体管Tl Tm的第二端均耦接至光源单元41的输出端412 ；晶 体管Tl Tm的控制端彼此耦接且更耦接至晶体管Tl Tm中的一晶体管Tl的第一端；因 此，均流单元Tl Tm构成电流镜414，所有光源单元41 44的均流单元所构成的电流镜 414、424、434和444分别用以使灯条413、423、433和443达到电流平衡。调光电路46耦接至第四光源单元44的输出端442及DC/DC转换器45，用以根据 第四光源单元44输出的电流14产生反馈信号Io，而反馈信号Io用以控制DC/DC转换器45调整输出的第二直流电压Vdc2。图5为图4所示调光电路的一实施例的电路图。请参见图5，调光电路46包括功 率开关SWl以及启闭开关SW2，其中功率开关SWl及启闭开关SW2均具有第一端、第二端及 控制端。功率开关SWl的第一端耦接至第四光源单元44的输出端442，功率开关SWl的第 二端耦接至DC/DC转换器45，功率开关SWl的控制端耦接以接收PWM形式的调光信号Dim 并根据调光信号Dim导通或不导通。启闭开关SW2的第一端耦接至功率开关SWl的控制端， 启闭开关SW2的第二端耦接至禁能信号(在本实施例中为低电平信号)，启闭开关SW2的控 制端耦接以接收启闭信号On/Off并根据启闭号On/Off导通或不导通。在启闭开关SW2导通时禁能信号通过启闭开关SW2传送到功率开关SWl的控制端 并使功率开关SWl不导通；在启闭开关SW2不导通时禁能信号不传送到功率开关SWl的控 制端，此时功率开关SWl的控制端因接收到调光信号Dim而根据调光信号Dim导通或不导 通。另外，在本实施例中，功率开关SWl以η通道场效应晶体管实现，启闭开关SW2以pnp 双极结型晶体管实现，电阻器Rl R3用以限制流入以晶体管实现的功率开关SWl及启闭 开关SW2的电流，电容器Cl C2用以滤除高频噪声。综上所述，本实用新型先针对采用并联型LED的光源单元(如图4所示41 44) 通过均流单元(如图4所示均流单元构成的电流镜414、424、434和444)达到电流平衡，再 将所有光源单元(如图4所示41 44)以串联方式耦接而可采用架构简单的调光电路(如 图5所示46)，且具有并联型LED在面临单一 LED (或灯串)失效整个串联型LED装置仍有 灯串可工作的优点。虽然本实用新型给出如上优选实施例，但其并非用于限定本实用新型，在不脱离 本实用新型的主旨和范围内，当可作些许改动与修饰，因此本实用新型的保护范围应当以 后续的申请专利范围所界定的为准。
权利要求一种串联型发光二极管装置，其特征在于，包括一直流至直流转换器，用以接收一第一直流电压，并根据一反馈信号将该第一直流电压转换成一第二直流电压；p个光源单元，其中每个光源单元包括一输入端、一输出端、m个灯串及m个均流单元，每个灯串包括n个串联耦接的发光二极管，每个灯串的阳极端耦接至该输入端，每个灯串的阴极端通过一相应的均流单元耦接至该输出端，所述p个光源单元包括一第一光源单元至一第p光源单元，该第一光源单元的输入端耦接至该直流至直流转换器以接收该第二直流电压，该第i光源单元的输出端耦接至该第(i+1)光源单元的输入端，其中m、n、p为大于或等于2的整数，i为1～(p 1)中任一整数；以及一调光电路，耦接至该第p光源单元的输出端及该直流至直流转换器，用以根据该第p光源单元输出的电流产生该反馈信号。
2.如权利要求1所述的串联型发光二极管装置，其特征在于，其中该直流至直流转换 器包括一全桥式、半桥式、正激式或反激式直流至直流转换器。
3.如权利要求1所述的串联型发光二极管装置，其特征在于，其中每个光源单元的m个 灯串组成一灯条。
4.如权利要求3所述的串联型发光二极管装置，其特征在于，其中所有灯条配置做为 一显示设备的背光。
5.如权利要求3所述的串联型发光二极管装置，其特征在于，其中该显示设备包括一 液晶显示器。
6.如权利要求1所述的串联型发光二极管装置，其特征在于，其中该第q光源单元的 每个均流单元包括一晶体管，该晶体管具有一第一端、一第二端及一控制端，每个晶体管的 第一端耦接至一相应的灯串的阴极端，每个晶体管的第二端耦接至该第q光源单元的输出 端，每个晶体管的控制端彼此耦接且耦接至所有晶体管中的一晶体管的第一端，q为1 P 中任一整数。
7.如权利要求6所述的串联型发光二极管装置，其特征在于，其中每个晶体管为双极结型晶体管。
8.如权利要求6所述的串联型发光二极管装置，其特征在于，其中每个晶体管为场效应晶体管。
9.如权利要求1所述的串联型发光二极管装置，其特征在于，其中该调光电路包括一 功率开关，该功率开关具有一第一端、一第二端及一控制端，该功率开关的第一端耦接至该 第P光源单元的输出端，该功率开关的第二端耦接至该直流至直流转换器，该功率开关的 控制端耦接以接收脉宽调制形式的一调光信号并根据该调光信号导通或不导通。
10.如权利要求9所述的串联型发光二极管装置，其特征在于，其中该调光电路更包括 一启闭开关，该启闭开关具有一第一端、一第二端及一控制端，该启闭开关的第一端耦接至 该功率开关的控制端，该启闭开关的第二端耦接至一禁能信号，该启闭开关的控制端耦接 以接收一启闭信号并根据该启闭号导通或不导通，在该启闭开关导通时该禁能信号通过该 启闭开关传送到该功率开关的控制端并使该功率开关不导通，在该启闭开关不导通时该禁 能信号不传送到该功率开关的控制端。
专利摘要一种串联型发光二极管装置，包括直流至直流转换器、p个光源单元及调光电路。直流至直流转换器接收第一直流电压并根据反馈信号转换成第二直流电压。每个光源单元包括输入端、输出端、m个灯串及m个均流单元，每个灯串包括n个串联耦接的发光二极管，每个灯串阳极端耦接至输入端，每个灯串阴极端通过均流单元耦接至输出端。第一光源单元的输入端耦接至直流至直流转换器以接收第二直流电压，第i光源单元的输出端耦接至第(i+1)光源单元的输入端。调光电路根据第p光源单元输出的电流产生反馈信号。其中，m、n、p为大于或等于2的整数，i为1～(p-1)中任一整数。此装置具有并联型LED面临单一LED失效仍有灯串可工作及串联型LED调光控制简单的优点。
文档编号H05B37/02GK201726565SQ20102017634
公开日2011年1月26日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者林立韦 申请人:冠捷投资有限公司