发光元件驱动装置和显示装置的制作方法

专利名称：发光元件驱动装置和显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于驱动以取决于流过其中的电流的亮度水平进行发光的发光元件 (例如发光二极管(LED)等等)的发光元件驱动装置以及具有含有这种发光元件驱动装置的非发光透射式显示单元的显示装置。
背景技术：
液晶显示面板的背光采用LED作为它的光源，它已经取代了采用荧光管的 CCFL (冷阴极荧光灯)。具体地讲，包括用于根据光相加色彩合成产生白光的独立基本LED(例如，红光 LED、绿光LED和蓝光LED)的背光已经在电视的应用中得到使用，这是因为它们能够容易地实现良好的色彩平衡。近些年来，色彩呈现得到改善的白光LED已经广泛地在电视应用中得以使用。LED基本上具有如下特性它的亮度根据提供的电流进行变化并且具有根据LED 个体差异和温度而不同的正向电压。因此，当LED用作液晶显示面板的背光时，用于这些LED的驱动装置需要具有恒流特性从而实现恒定均勻亮度水平。已知一种驱动装置，它采用用于根据一定的定时打开和关闭流过LED的电流并且基于打开和关闭时段的比率调整亮度水平，以在宽动态范围内稳定地调整亮度水平的PWM 控制处理。根据用于实现PWM控制处理的方案之一，开关元件串联插入到LED以基于规定定时打开和关闭LED (例如，参见日本专利公开No. 2001-272938)。还已知根据PWM控制处理使用激励信号打开和关闭与LED串联的开关元件以控制例如增压斩波器(boosting chopper)等等的开关电源的开关晶体管的处理。图1是根据现有技术的发光元件(LED)驱动装置的电路图(一部分以框图形式)。如图1所示，LED驱动装置1包括增压器-斩波器型开关电源2和作为负载的多个发光器3-1到3-n(图1中，η = 2)，该发光器包括LED阵列，每个LED阵列包括多个串联的LED。在下文描述中假设η = 2。LED驱动装置1还包括串联到发光器3-1的恒流控制开关晶体管4_1和恒流电路 5-1、以及串联到发光器3-2的恒流控制开关晶体管4-2和恒流电路5-2。LED驱动装置1还包括开关驱动器6-1、6-2、最小电压选择电路7和控制电路8。开关电源2包括恒压源V21、电感器L21、二极管D21、电存储电容器C21、开关晶体管SW21、电流检测电阻元件R21，以及节点ND21到ND23。电感器L21的一端连接到具有电压VDD的恒压源V21，另一端连接到节点ND21。二极管D21的阳极连接到节点ND21，阴极连接到节点ND22。电容器C21的一个端子(电极) 连接到节点ND22，另一个端子(电极)连接到参考电位VSS(例如，地电位)。节点ND22作为开关电源2的电压输出节点而连接到发光器3_1、3_2的对应端。
开关晶体管SW21包括NMOS晶体管(例如，η沟道场效应晶体管)。开关晶体管 Sff21的漏极连接到节点ND21，源极连接到电阻元件R21的一端。电阻元件R21的另一端连接到参考电位VSS。这样构造的开关电源2如下进行操作控制电路8提供PWM控制的脉冲信号以导通和截止开关晶体管SW21以对恒压源V21的电压VDD进行增压。开关电源2将增压的电压VDD作为电压Vo提供给发光器3-1、3-2的一端。发光器3-1、3-2的每一个包括LED 31到: 的串联阵列。发光器3-1、3_2的每一个的串联阵列的一端上的LED 31的阳极连接到开关电源 2的电压输出节点ND22。发光器3-1的串联阵列的另一端上的LED 3m的阴极连接到开关晶体管4_1的漏极(一个端子)。发光器3-2的串联阵列的另一端上的LED 3m的阴极连接到开关晶体管4_2的漏极(一个端子)。发光器3-1、3_2的每一个不限于多个LED，而是可以包括单个LED。开关晶体管4-1的源极(另一个端子)连接到恒流电路5-1的端子，该恒流电路 5-1的另一个端子连接到参考电位VSS。在经由开关驱动器6-1提供给开关晶体管4-1的栅极的脉冲LED激励信号LOl的有效高电平的时段中，开关晶体管4-1保持导通。此时，电流ILED流入从开关电源2提供电压Vo的发光器3_1，从而对发光器3_1 的LED 31到:3m进行激励。在脉冲LED激励信号LOl的无效低电平的时段中，开关晶体管4_1保持截止。此时，没有电流ILED流入从开关电源2提供电压Vo的发光器3-1，从而对发光器3_1的LED 31到: 进行去激励。在开关晶体管4-1受到激励的过程中，开关晶体管4-1与恒流电路5-1之间的连接节点NDl处的监视电压Vsl如下通过从由开关电源2提供的电压Vo中减去发光器3-1的所有LED31到；^的正向电压Vf的和Σ Vf ( = VF)来计算监视电压Vs 1。这样计算的监视电压Vsl没有考虑开关晶体管4-1两端的压降。如果开关晶体管4-1包括场效应晶体管(FET)，则通过从由开关电源2提供的电压Vo中减去发光器3-1的所有LED 31到: 的正向电压Vf的和Σ Vf以及作为开关晶体管4-1的FET的漏极到源极电压Vdsl，计算连接节点NDl处的监视电压Vsl。恒流控制开关晶体管4-2的源极(另一个端子)连接到恒流电路5-2的一个端子， 恒流电路5-2的另一个端子连接到参考电位VSS。在经由开关驱动器6-2提供给开关晶体管4-2的栅极的脉冲LED激励信号L02的有效高电平的时段中，开关晶体管4-2保持导通。此时，电流ILED流入从开关电源2提供电压Vo的发光器3_2，从而对发光器3_2 的LED 31到:3m进行激励。在脉冲LED激励信号L02的无效低电平的时段中，开关晶体管4_2保持截止。此时，没有电流ILED流入从开关电源2提供电压Vo的发光器3-2，从而对发光器3_2的LED31到: 进行去激励。在开关晶体管4-2受到激励时，开关晶体管4-2与恒流电路5_2之间的连接节点 ND2处的监视电压Vs2如下通过从由开关电源2提供的电压Vo减去发光器3-2的所有LED 31到；^的正向电压Vf的和Σ Vf ( = VF)，来计算监视电压Vs2。这样计算的监视电压Vs2没有考虑开关晶体管4-2两端的压降。如果开关晶体管4-2包括场效应晶体管(FET)，则通过从由开关电源2提供的电压Vo中减去发光器3-2的所有LED 31到: 的正向电压Vf的和Σ Vf以及作为开关晶体管4-2的FET的漏极到源极电压Vds2，来计算连接节点ND2处的监视电压Vs2。最小电压选择电路7从节点NDl和ND2处的监视电压Vsl和Vs2 (通过从电压Vo 中减去发光器3-1、3-2和开关晶体管4-1、4-2两端的压降而计算得到)中选择最小电压 Vsmin,并且将选择的最小电压Vsmin提供给控制电路8。控制电路8向开关晶体管SW21的栅极提供一个脉冲信号，该脉冲信号的脉冲持续时间取决于由最小电压选择电路7选择的最小电压Vsmin。通过利用提供给开关晶体管SW21的栅极的脉冲信号导通和截止开关晶体管 SW21，开关电源2对恒压源V21的电压VDD进行增压。以这种方式，在最大电压VF下的发光器3-1或3-2的恒流控制端子处的电压被控制在恒定电平。

发明内容
如上所述，由于在最大电压VF下的发光器3-1或3-2的恒流控制端子的电压能够被控制在恒定电平，所以开关电源2的输出电压Vo能够被控制在所需的最小电压。结果，可以对恒流电路5-1、5_2施加足够的电压以通过恒定电流驱动发光器3-1、 3-2，每个发光器包括作为负载的LED阵列。然而，例如，如果每个LED的正向电压Vf变成低于标准值的值，则施加到恒流电路 5-1、5-2的电压增加，从而增加了恒流电路5-1、5-2的功耗并且降低了它的电功率效率。具体地讲，连接到不在最大电压VF下的发光器3-1或3-2的恒流电路5_1或5_2 的功耗的增加是导致电功率效率降低的主要因素，并且还易于使得恒流电路5-1或5-2产生过量的热量。希望提供能够降低恒流电路两端的最大电压以将恒流电路的功率损耗最小化并且减少由此产生的热量的发光元件驱动装置和显示装置。根据本发明的实施例，提供了一种发光元件驱动装置，包括多个发光器，每个发光器包括至少一个以取决于流过的电流的亮度水平进行发光的发光元件；电源，根据提供给开关装置的控制端子的信号调整输出电压并且将输出电压提供给所述发光器的一端；多个电流控制晶体管，连接在所述发光器的各自的另一端与参考电位之间，通过各自的激励信号使所述电流控制晶体管导通；多个恒流电路，在所述发光器的另一端与参考电位之间分别与所述电流控制晶体管串联；电压选择电路，从所述电流控制晶体管与所述恒流电路之间的连接端子电压中选择最小电压和最大电压；控制电路，将脉冲持续时间取决于由所述电压选择电路选择的最小电压的信号输出到所述开关装置的控制端子；以及电压控制器，产生控制电压以使得由所述电压选择电路选择的最大电压等于或小于预设最大参考电压，并且将所述激励信号的电平设置为所述控制电压的电平。根据本发明的另一个实施例，提供了一种显示装置，包括透射式显示单元；照明单元，利用发射的光对所述透射式显示单元进行照明，所述照明单元包括多个发光器，每个发光器包括至少一个以取决于流过的电流的亮度水平发射光的发光元件；以及发光元件驱动装置，用于驱动所述发光器的发光元件。所述发光元件驱动装置包括电源，根据提供给开关装置的控制端子的信号来调整输出电压并且将输出电压提供给所述发光器的一端；多个电流控制晶体管，连接在所述发光器的各自的另一端与参考电位之间，基于各自的激励信号使所述电流控制晶体管导通；多个恒流电路，在所述发光器的另一端与参考电位之间分别与所述电流控制晶体管串联；电压选择电路，从所述电流控制晶体管与所述恒流电路之间的连接端子电压中选择最小电压和最大电压；控制电路，向所述开关装置的控制端子输出脉冲持续时间取决于由所述电压选择电路选择的最小电压的信号；以及电压控制器， 用于产生控制电压以使得由所述电压选择电路选择的最大电压等于或小于预设最大参考电压，并且将所述激励信号的电平设置成所述控制电压的电平。根据本发明，可以减小施加到恒流电路的最大电压，以降低由恒流电路导致的功率损耗并且从而减少由此产生的热量。


图1是根据现有技术的发光元件(LED)驱动装置的电路图(一部分以框图的形式)；图2是根据本发明的第一实施例的发光元件(LED)驱动装置的电路图(一部分以框图的形式)；图3是根据本发明的第一实施例的发光元件(LED)驱动装置的电路图(一部分以框图的形式)；图4是根据本发明的第二实施例的发光元件(LED)驱动装置的电路图(一部分以框图的形式)；图5是根据本发明的第三实施例的液晶显示装置的框图；以及图6是透射式IXD面板的立体图。
具体实施例方式在下文参照附图描述本发明的优选实施例。在下文中根据下面顺序描述优选实施例。1.第一实施例(发光元件(LED)驱动装置的第一结构例子)2.第二实施例(发光元件(LED)驱动装置的第二结构例子)3.第三实施例(显示装置)<1.第一实施例>图2是根据本发明的第一实施例的发光元件(LED)驱动装置的电路图(一部分以框图形式)，图3是根据本发明的第一实施例的发光元件(LED)驱动装置的电路图(一部分以框图形式)。
根据第一实施例，LED驱动装置驱动作为发光元件的LED，LED是用于发光的电光元件，其亮度根据流过其中的电流而变化。如图2和图3所示，总体由100指示的LED驱动装置包括增压器-斩波器型开关电源Iio和作为负载的含有LED阵列的多个发光器120-1到120_n(在图2和图3中，η = 2)，每个LED阵列包括多个串联的LED。在下面的描述中假设η = 2。LED驱动装置100还包括恒流控制开关晶体管130_1和恒流电路140_1以及恒流控制开关晶体管130-2和恒流电路140-2，其中，恒流控制开关晶体管130-1和恒流电路 140-1与发光器120-1串联，恒流控制开关晶体管130-2和恒流电路140-2与发光器120-2 串联。LED驱动装置100还包括开关驱动器150_1、150_2、电压选择电路160、控制电路 170、参考电压源180和控制放大器190。开关驱动器150-1、150-2、参考电压源180和控制放大器190 —起组成电压控制
ο开关电源110包括恒压源VIII、电感器Ll 11、二极管Dili、电存储电容器Cl 11、开关晶体管SWl 11、电流检测电阻元件Rl 11和节点ND111到ND113。电感器Llll的一端连接到具有电压VDD的恒压源VIII，而另一端连接到节点 NDlll0 二极管Dlll的阳极连接到节点ND111，阴极连接到节点ND112。电容器Clll的一个端子(电极)连接到节点ND112，另一个端子(电极)连接到参考电位VSS(例如，地电位)。节点ND112作为开关电源110的电压输出节点而连接到作为负载的发光器120-1、 120-2的各自的一端。开关晶体管SWlll包括NMOS晶体管，该NMOS晶体管例如是η沟道场效应晶体管。 开关晶体管SWlll的漏极连接到节点ND111，源极连接到电阻元件Rlll的一端。电阻元件 Rlll的另一端连接到参考电位VSS。这样构造的开关电源110如下进行工作控制电路170提供PWM控制脉冲信号以导通和截止开关晶体管SW111，从而将恒压源Vlll的电压VDD增压至增压电压Vo。开关电源110向发光器120-1、120-2的一端提供增压电压Vo。发光器120-1、120-2的每一个包括LED 121到12m的串联阵列。发光器120-1、120_2各自的串联阵列的一端上的LED 121的阳极共同连接到开关电源Iio的电压输出节点ND112。发光器120-1的串联阵列的另一端上的LED 12m的阴极连接到开关晶体管130_1 的漏极(一个端子)。发光器120-2的串联阵列的另一端上的LED 12m的阴极连接到开关晶体管130_2 的漏极(一个端子)。发光器120-1、120-2的每一个不限于多个LED，而可以包括单个LED。开关晶体管130-1的源极(另一端子)连接到恒流电路140-1的一个端子，恒流电路140-1的另一个端子连接到参考电位VSS。在经由开关驱动器150-1提供到开关晶体管130-1的栅极的脉冲LED激励信号 LOl的有效高电平的时段内，开关晶体管130-1保持导通。
此时，电流ILEDl流入从开关电源110提供电压Vo的发光器120_1，从而对发光器 120-1的LED 121到I^i进行激励。在脉冲LED激励信号LOl的无效低电平的时段内，开关晶体管130_1保持截止。此时，没有电流ILEDl流入从开关电源110提供电压Vo的发光器120-1，从而对发光器120-1 的LED 121到1 an进行去激励。在开关晶体管130-1受到激励时，开关晶体管130-1与恒流电路140_1之间的连接节点NDll处的监视电压Vsl如下基本上，通过从由开关电源110提供的电压Vo中减去发光器120-1的所有LED 121到12m的正向电压Vf之和Σ Vf ( = VF)来计算监视电压Vsl。这样计算的监视电压Vsl没有考虑开关晶体管130-1两端的压降。例如，如果开关晶体管130-1包括场效应晶体管(FET)，则通过从由开关电源110 提供的电压Vo中减去发光器120-1的所有LED 121到12m的正向电压Vf之和Σ Vf以及作为开关晶体管130-1的FET的漏极到源极电压Vdsl，来计算连接节点NDll处的监视电压 Vsl0开关晶体管130-2的源极(另一个端子)连接到恒流电路140-2的一个端子，而恒流电路140-2的另一个端子连接到参考电位VSS。在经由开关驱动器150-2提供给开关晶体管130-2的栅极的脉冲LED激励信号 L02的有效高电平的时段内，开关晶体管130-2保持导通。此时，电流ILED2流入从开关电源110提供电压Vo的发光器120_2，从而对发光器 120-2的LED 121到1 ^ii进行激励。在脉冲LED激励信号L02的无效低电平时段内，开关晶体管130_2保持截止。此时，没有电流ILED2流入从开关电源110提供电压Vo的发光器120-2，从而对发光器120-2 的LED 121到1 an进行去激励。在开关晶体管130-2受到激励时，开关晶体管130-2与恒流电路140_2之间的连接节点ND12处的监视电压Vs2如下基本上，通过从由开关电源110提供的电压Vo中减去发光器120-2的所有LED 121到12m的正向电压Vf之和Σ Vf ( = VF)来计算监视电压Vs2。这样计算的监视电压Vs2没有考虑开关晶体管130-2两端的压降。例如，如果开关晶体管130-2包括场效应晶体管(FET)，则通过从由开关电源110 提供的电压Vo中减去发光器120-2的所有LED 121到12m的正向电压Vf之和Σ Vf以及作为开关晶体管130-2的FET的漏极到源极电压Vds2，来计算连接节点ND12处的监视电压 Vs2。电压选择电路160从节点NDll和ND12处的监视电压Vsl和Vs2中选择最小电压 Vsmin和最大电压Vsmax，这些监视电压Vsl和Vs2是通过从电压Vo中减去发光器120-1、 120-2和开关晶体管130-1、130-2两端的压降计算的。电压选择电路160向控制电路170提供选择的最小电压Vsmin并且向控制放大器 190提供选择的最大电压Vsmax。控制电路170向开关晶体管SWlll的栅极提供脉冲持续时间取决于由电压选择电路160选择的最小电压Vsmin的脉冲信号。
通过使用提供到开关晶体管SWlll的栅极的脉冲信号导通和截止开关晶体管 SW111，开关电源110对恒压源Vlll的电压VDD进行增压。以这种方式，最大电压VF下的发光器120-1或120-2的恒流控制端子处的电压被控制在恒定电平。控制放大器190的反相输入端子㈠被提供有由电压选择电路160选择的最大电压Vsmax，并且正相端子(+)被提供有来自参考电压源180的预设最大参考电压Vrefmax。控制放大器190产生用于使得最大电压Vsmax等于预设最大参考电压Vrefmax的控制电压Vg，并且输出控制电压Vg作为开关驱动器150-1、150-2的工作电压。当控制电压Vg作为工作电压而被施加到开关驱动器150-1、150_2时，开关晶体管 130-1,130-2的栅极电压变成处于LED激励信号LOl和L02的有效高电平的电压。当开关晶体管130-1和130-2导通时，控制电压Vg被提供给它们的栅极。最小电压VF下的用于发光器120-2或120-1的监视电压受到限制，从而没有等于或高于预设最大参考电压Vrefmax。由于在这种情况下Vg Φ Vrefmax，所以实现关系Vrefmax = Vsmax = Vg-Vgsl或 Vgs2(监视电压Vsl和Vs2中的最大一个)。在下文中描述这样构造的LED驱动装置100的操作。开关电源110向作为负载的发光器120-1和120-2的一端提供增压的电压Vo。在经由开关驱动器150-1提供给开关晶体管130-1的栅极的脉冲LED激励信号 LOl的有效高电平时段内，连接到发光器120-1的开关晶体管130-1保持导通。此时，电流ILEDl流入从开关电源110提供电压Vo的发光器120_1，从而对发光器 120-1的LED 121到I^i进行激励。在脉冲LED激励信号LOl的无效低电平时段内，开关晶体管130_1保持截止。此时，没有电流ILED流入从开关电源110提供电压Vo的发光器120-1，从而对发光器120-1 的LED 121到1 an进行去激励。在开关晶体管130-1受到激励时，开关晶体管130-1与恒流电路140_1之间的连接节点NDll处的监视电压Vsl被提供给电压选择电路160。在经由开关驱动器150-2提供给开关晶体管130-2的栅极的脉冲LED激励信号 L02的有效高电平时段内，连接到发光器120-2的开关晶体管130-2保持导通。此时，电流ILED2流入从开关电源110提供电压Vo的发光器120_2，从而对发光器 120-2的LED 121到1 ^ii进行激励。在脉冲LED激励信号L02的无效低电平时段内，开关晶体管130_2保持截止。此时，没有电流ILED2流入从开关电源110提供电压Vo的发光器120-2，从而对发光器120-2 的LED 121到1 an进行去激励。在开关晶体管130-2受到激励时，开关晶体管130-2与恒流电路140_2之间的连接节点ND12处的监视电压Vs2被提供给电压选择电路160。电压选择电路160从节点NDll和ND12处的监视电压Vsl和Vs2中选择最小电压 Vsmin和最大电压Vsmax，监视电压Vsl和Vs2是通过从电压Vo中减去发光器120-1、120-2 和开关晶体管130-1、130-2两端的压降而计算的。电压选择电路160将选择的最小电压Vsmin提供给控制电路170，并且将选择的最
10大电压Vsmax提供给控制放大器190。控制电路170产生脉冲信号，并且将产生的脉冲信号提供给开关电源110的开关晶体管SWlll的栅极，其中脉冲信号的脉冲持续时间取决于由电压选择电路160选择的最小电压Vsmin与节点ND113处的电压VN113之间的差。通过利用提供给开关晶体管SWlll的栅极的脉冲信号打开和关闭开关晶体管 SW111，开关电源110对恒压源Vlll的电压VDD进行增压。以这种方式，最大电压VF下的发光器120-1或120-2的恒流控制端子的电压被控制在恒定电平。控制放大器190产生用于使得最大电压Vsmax等于预设最大参考电压Vrefmax的控制电压Vg，并且输出控制电压Vg作为开关驱动器150-1和150-2的工作电压。当控制电压Vg作为工作电压而被施加到开关驱动器150-1和150-2时，开关晶体管130-1和130-2的栅极电压变成处于LED激励信号LOl和L02的有效高电平的电压。当开关晶体管130-1和130-2导通时，控制电压Vg被提供给它们的栅极。最小电压VF下的用于发光器120-2或120-1的监视电压受到限制，从而没有等于或高于预设最大参考电压Vrefmax。在下文中，与称作比较例子的图1所示的LED驱动装置进行比较，描述由根据本发明的实施例的LED驱动装置100导致的功率损耗。[根据图1所示的比较例子的LED驱动装置1导致的功率损耗]首先，在下文中描述由根据图1所示的比较例子的LED驱动装置1导致的功率损
^^ ο假设前提如下流过发光器3-1、3-2的电流ILED是500mA，发光器3_1的总正向电压VFl是50V，发光器3-2的总正向电压VF2是45V。还假设前提如下用于最小电压Vsmin的控制电压是0. 5V，开关晶体管4-1和4_2 的各自栅极到源极电压Vgsl和Vgs2彼此相同(Vgsl = Vgs2)。还假设如下前提开关晶体管4-1和4-2各自具有1欧姆(Ω)的电阻R0(Nl)， Ro (N2) (Ro(Nl) = Ro (N2) = 1 Ω)和各自的漏极到源极电压Vdsl和Vds2,以及恒流电路 5-1和5-2具有分别在其两端产生的电压VILEDl和VILED2。基于以上前提条件，如下计算开关电源110的输出电压Vo Vo = VILEDl+Vdsl+VFl= 0. 5V+(100mAXlQ)+50V= 50.6V如下计算恒流电路两端的电压VILED2 VILED2 = Vo-VF2_Vds2= 50. 6V-45V-(100mAXlQ)= 5. 5V由于与具有较低正向电压VF的发光器3-2关联的恒流电路5-2导致的功率损耗 Pd(ILED2)和由于开关晶体管4-2导致的功率损耗Pd(N2)计算如下Pd(ILED2) = 5. 5VX IOOmA = 550mffPd(N2) = (IOOmA)2Xl Ω = IOmff
由于与具有更高正向电压VF的发光器3-1关联的恒流电路5-1导致的功率损耗 Pd(ILEDl)和由于开关晶体管4-1导致的功率损耗Pd(Ni)计算如下Pd(ILEDl) = 0. 5VX IOOmA = 50mffPd(Nl) = (IOOmA)2Xl Ω = IOmff0因此，根据图1所示的比较例子的LED驱动装置1，由于与具有较低正向电压VF的发光器3-2关联的恒流电路5-2导致的功率损耗Pd(ILED2)是550mW，由于与具有更高正向电压VF的发光器3-1关联的恒流电路5-1导致的功率损耗Pd (ILEDl)是50mW。因此，与具有较低正向电压VF的发光器3-2关联的恒流电路5-2导致大得多的功率损耗(功率损耗Pd(ILED2))，它是由于恒流电路5-1导致的功率损耗Pd(ILEDl)的11 倍。由开关晶体管4-2导致的功率损耗Pd(N2)和由于开关晶体管4_1导致的功率损耗Pd (Ni)是IOmW并且彼此相同。[由根据本实施例的LED驱动装置100导致的功率损耗]接下来，在下文中描述由根据本实施例的LED驱动装置100导致的功率损耗。为了更加容易理解本实施例，各种参数由与比较例子相同的标号进行表示。假设如下前提流过发光器120-1和120-2的电流ILEDl和ILED2是500mA，发光器120-1的总正向电压VFl是50V，发光器120-2的总正向电压VF2是45V。还假设如下前提用于最小电压Vsmin的控制电压是0. 5V，用于最大电压Vsmax 的控制电压是1. 0V,并且开关晶体管130-1、130-2分别具有彼此相同的栅极到源极电压 VgsU Vgs2 (Vgsl = Vgs2)。还假设如下前提开关晶体管130-1、130_2分别具有1欧姆(Ω)的电阻Ro(Nl)、 Ro (N2) (Ro(Nl) = Ro (N2) = 1Ω)和各自的漏极到源极电压Vdsl、Vds2，并且恒流电路 140-1、140-2分别具有在其两端产生的电压VILEDl、VILED2。基于以上前提，开关电源110的输出电压Vo计算如下Vo = VILEDl+Vdsl+VFl= 0. 5V+(100mAXlQ)+50V= 50. 6V恒流电路140-2两端的电压VILED2和开关晶体管130_2的漏极到源极电压Vds2 计算如下VILED2 = Vsmax 控制电压=1. OVVds2 = Vo-VF2-VILED= 50. 6V-45V-1. OV = 4. 6V由与具有较低正向电压VF的发光器120-2关联的恒流电路140_2导致的功率损耗Pd(ILED2)和由开关晶体管130-2导致的功率损耗Pd(N2)计算如下Pd(ILED2) = 1. OVX IOOmA = IOOmffPd(N2) = 4. 6VX IOOmA = 460mff由与具有更高正向电压VF的发光器120-1关联的恒流电路140_1导致的功率损耗Pd(ILEDl)和由开关晶体管130-1导致的功率损耗Pd(Ni)计算如下Pd(ILEDl) = 0. 5VX IOOmA = 50mff
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Pd(Nl) = (IOOmA)2Xl Ω = IOmff因此，基于根据本实施例的LED驱动装置100，由与具有较低正向电压VF的发光器 120-2关联的恒流电路140-2导致的功率损耗Pd(ILED2)是IOOmW,由开关晶体管130-2导致的功率损耗Pd (拟)是460mW。因此，通过为最大电压Vmax设置控制电压，根据本发明的LED驱动装置100使得可以对恒流(ILED)电路和开关(NMOS)分配期望功率损耗。根据本实施例，LED驱动装置100使得热源可以分散，并且能够被设计为更加容易进行热优化。如果LED驱动装置100具有多个恒流(ILED)电路(例如，四个通道、八个通道、等等)，则能够有效地根据可允许损耗(热)的立场设置期望功率损耗上限。由与具有更高正向电压VF的发光器120-1关联的恒流电路140_1导致的功率损耗Pd(ILEDl)是50mW，由开关晶体管130-1导致的功率损耗Pd(m)是10mW。如上所述，本发明的第一实施例具有下面优点例如，如果每个LED的正向电压Vf变成低于标准值的值，则根据本实施例的LED 驱动装置100如下进行操作可以降低施加到恒流电路的电压，从而降低恒流电路的功耗并且防止它的电功率效率降低。具体地讲，可以向与没有位于最大电压VF下的发光器120-2或120_1关联的恒流电路140-2或140-1分配期望的功耗比率。结果，降低了由于恒流电路导致的功率损耗并且从而降低了由此产生的热量。<2.第二实施例〉图4是根据本发明的第二实施例的发光元件(LED)驱动装置IOOA的电路图(一部分以框图形式)。根据第二实施例的LED驱动装置IOOA与根据第一实施例的LED驱动装置100的不同之处如下根据第一实施例的LED驱动装置100的电源110包括增压器-斩波器型开关电源。然而，根据第二实施例的LED驱动装置100A具有电源110A，该电源IlOA包括具有变压器TRSlll的电流模式回扫转换器(flyback converter) 0根据第二实施例的LED驱动装置100A的其它细节与根据第一实施例的LED驱动装置100相同。根据第二实施例的LED驱动装置100A提供的优点与根据第一实施例的LED驱动装置100的优点相同。根据第一和第二实施例的LED驱动装置100、100A适用于具有背光装置的透射式液晶显示装置。<3.第三实施例〉将在下文中描述根据本发明的第三实施例的液晶显示装置，该液晶显示装置包括 LED背光，图2到图4所示根据第一和第二实施例的LED驱动装置100、100A可以应用到该 LED背光。图5是根据本发明的第三实施例的液晶显示装置200的框图形式。
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如图5所示，液晶显示装置200包括透射式液晶显示(IXD)面板210、背光装置 220,LED驱动装置230和液晶驱动器(面板驱动电路)240，其中，背光装置220用作布置于 IXD面板210之后的照明单元。液晶显示装置200还包括信号处理器250、调谐器沈0、控制器270、包括扬声器 281的音频单元280和电源四0。图6是透射式IXD面板210的立体图。如图6所示，透射式IXD面板210包括TFT衬底211、对向电极衬底212和液晶层 113，其中，对向电极衬底212面对TFT衬底211，液晶层113插入在TFT衬底211与对向电极衬底212之间并且在其内部密封了扭曲向列型(TN)液晶。TFT衬底211具有信号线214和扫描线215的矩阵、薄膜晶体管216和像素电极 217，其中，薄膜晶体管216作为开关元件布置于信号线214与扫描线215的交点，像素电极 217位于信号线214与扫描线215的交点，其中，该信号线214和扫描线215、薄膜晶体管 216和像素电极217全部位于TFT衬底211的内表面上。薄膜晶体管216由扫描线215进行连续选择并且将从信号线214提供的图像信号写入对应的像素电极217。在对向电极衬底212的内表面上具有对向电极218和颜色滤波器 219。透射式IXD面板210夹在两个偏光器之间。当使用来自位于透射式IXD面板210 后面的背光装置220的白光对透射式LCD面板210进行照射时，可以以有源矩阵模式对透射式IXD面板210进行驱动以显示所期望的全彩色图像。背光装置220包括光源221和波长选择滤波器222。光源221包括多个LED阵列，每个LED阵列包括根据本发明的第一或第二实施例进行驱动的发光器120。背光装置220从后面将从光源221发射的、通过波长选择滤波器222的光施加到透射式IXD面板210。图6所示的背光装置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、用于从后面对透射式IXD面板210进行照明的直接照明背光装置。背光装置220的光源221采用多个串联LED作为发光源。具体地讲，每个LED阵列包括布置在背光装置220的平面内的多个串联LED，并且这些LED阵列也布置在背光装置220的平面内。由此构造的背光装置220由LED驱动装置230进行驱动。LED驱动装置230可以是图2到图4所示的根据第一和第二实施例的LED驱动装置100、100A中的任何一个。在图6中，整个光源221在被LED驱动装置230驱动时点亮。然而，串联LED的 LED阵列的每一个可以与单独的LED驱动装置进行关联并且由其进行驱动。液晶驱动器240包括X驱动器电路、Y驱动器电路、等等。信号处理器250例如将独立的R、G和B信号提供给X驱动器电路和Y驱动器电路以驱动LCD面板210，从而基于独立的R、G和B信号显示彩色图像。信号处理器250对从调谐器260和外部源输入的视频信号执行例如色度处理的信号处理，将经过处理的视频信号从复合信号转换成适于驱动IXD面板210的独立的R、G、B信号，并且将经过转换的独立的R、G、B信号提供给面板驱动电路M0，该面板驱动电路240 基于该独立的R、G、B信号驱动IXD面板210以显示彩色图像。信号处理器250还从输入的视频信号提取音频信号并且将音频信号提供给音频单元观0，该音频单元280基于该音频信号来激励扬声器观1，以产生声音。在这样构造的液晶显示装置200内部包括图2到图4所示的LED驱动装置100、 100A中的任何一个。因此，在液晶显示装置200中，能够降低施加到恒流电路的电压，从而降低恒流电路的功耗并且防止它的电功率效率降低。具体地讲，可以向与没有位于最大电压VF下的发光器关联的恒流电路分配所期望的功耗比率。结果，降低了由恒流电路导致的功率损耗并且降低了由此产生的热量。本申请包含与在于2010年5月19日提交到日本专利局的日本优先权专利申请JP 2010-115239中公开的主题内容有关的主题内容，该日本优先权专利申请的全部内容以引用方式并入本文。尽管已经详细示出和描述了本发明的某些优选实施例，本领域技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求范围的情况下，能够进行各种修改和变型。
1权利要求
1.一种发光元件驱动装置，包括多个发光器，每个发光器包括至少一个以取决于流过的电流的亮度水平进行发光的发光元件；电源，根据提供给开关装置的控制端子的信号调整输出电压并且将输出电压提供给所述发光器的一端；多个电流控制晶体管，连接在所述发光器各自的另一端与参考电位之间，通过各自的激励信号使所述电流控制晶体管导电；多个恒流电路，在所述发光器的另一端与参考电位之间分别与所述电流控制晶体管串联；电压选择电路，从所述电流控制晶体管与所述恒流电路之间的连接端子电压中选择最小电压和最大电压；控制电路，将脉冲持续时间取决于由所述电压选择电路选择的最小电压的信号输出到所述开关装置的控制端子；以及电压控制器，产生控制电压以使得由所述电压选择电路选择的最大电压等于或小于预设最大参考电压，并且将所述激励信号的电平设置为所述控制电压的电平。
2.根据权利要求1的发光元件驱动装置，其中，所述控制电路控制基于连接到在最大正向电压下的所述发光器之一的电流控制晶体管与恒流电路之间的连接端子电压的所述电源的输出电压；以及所述电压控制器控制除了连接到在最小正向电压下的所述发光器之一的电流控制晶体管与恒流电路之间的连接端子电压之外的连接端子电压，以使得不等于且不大于所述预设最大参考电压。
3.根据权利要求1的发光元件驱动装置，其中，所述电流控制晶体管包括场效应晶体管，所述场效应晶体管各自的漏极分别连接到所述发光器的对应另一端，各自的源极分别连接到与所述电流控制晶体管串联的各自的恒流电路。
4.根据权利要求1的发光元件驱动装置，其中，所述电压控制器包括控制放大器，用于产生所述控制电压，以使得由所述电压选择电路选择的最大电压等于或小于所述预设最大参考电压；以及驱动器，响应于作为驱动电压而施加的所述控制电压，用于将处于所述控制电压电平的所述激励信号提供给对应电流控制晶体管的各自栅极。
5.根据权利要求1的发光元件驱动装置，其中，所述电源包括开关电源，该开关电源包括电感器或变压器、电容器和开关晶体管，用于通过导通和截止所述开关晶体管来调整输出电压。
6.一种显示装置，包括透射式显示单元；照明单元，利用发射的光对所述透射式显示单元进行照明，所述照明单元包括多个发光器，每个发光器包括至少一个以取决于流过的电流的亮度水平发射光的发光元件；以及发光元件驱动装置，用于驱动所述发光器的发光元件，其中，所述发光元件驱动装置包括电源，根据提供给开关装置的控制端子的信号来调整输出电压并且将输出电压提供给所述发光器的一端，多个电流控制晶体管，连接在所述发光器各自的另一端与参考电位之间，基于各自的激励信号使所述电流控制晶体管导通，多个恒流电路，在所述发光器的另一端与参考电位之间分别与所述电流控制晶体管串联，电压选择电路，从所述电流控制晶体管与所述恒流电路之间的连接端子电压中选择最小电压和最大电压，控制电路，向所述开关装置的控制端子输出脉冲持续时间取决于由所述电压选择电路选择的最小电压的信号，以及电压控制器，用于产生控制电压以使得由所述电压选择电路选择的最大电压等于或小于预设最大参考电压，并且将所述激励信号的电平设置成所述控制电压的电平。
7.根据权利要求6的显示装置，其中，所述控制电路控制基于连接到在最大正向电压下的所述发光器之一的电流控制晶体管与恒流电路之间的连接端子电压的所述电源的输出电压；以及所述电压控制器控制除了连接到在最小正向电压下的所述发光器之一的电流控制晶体管与恒流电路之间的连接端子电压之外的连接端子电压，以使得不等于且不大于所述预设最大参考电压。
8.根据权利要求6的显示装置，其中，所述电流控制晶体管分别包括场效应晶体管，所述场效应晶体管各自的漏极连接到所述发光器的对应另一端，各自的源极连接到与所述电流控制晶体管串联的各自恒流电路。
9.根据权利要求6的显示装置，其中，所述电压控制器包括控制放大器，用于产生所述控制电压，以使得由所述电压选择电路选择的最大电压等于或小于所述预设最大参考电压；以及驱动器，响应于作为驱动电压而施加的所述控制电压，用于向对应电流控制晶体管的各自栅极提供处于所述控制电压电平的所述激励信号。
10.根据权利要求6的显示装置，其中，所述电源包括开关电源，该开关电源包括电感器或变压器、电容器和开关晶体管，用于通过导通和截止所述开关晶体管来调整输出电压。
全文摘要
本发明涉及发光元件驱动装置和显示装置。一种发光元件驱动装置，包括多个发光器、电源、多个电流控制晶体管、多个恒流电路、电压选择电路、控制电路和电压控制器。
文档编号G09G3/36GK102254526SQ20111009842
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月20日 优先权日2010年5月19日
发明者内藤誉博, 片山靖, 西野辰树 申请人:索尼公司