专利名称：用二线传输驱动法实现多色背光的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种实现多个背光的装置和方法，更具体地说，涉及一种利用二线传输驱动法来实现多色背光的装置和方法。
背景技术：
单色(即黑白)液晶显示器由于其高可靠性和低功耗等优点再工业领域内仍被广泛使用。为了能让用户在黑暗的环境中也能看清显示的内容，我们通常在显示器内加入了背光源，用户可根据需要开启或关闭背光。图1示出了目前液晶显示模组的背光结构。图1A示出了背光关闭时的液晶显示器；而图1B显示了背光开启时的液晶显示器。图2示出了液晶显示器的背光效果。通常液晶显示器的背光源为单色光，最常见的是白光，由若干颗发光二极管(LED)串联或并联，再通过导光板形成面光源。我们用两根传输线既可实现输电来驱动背光，其中一根为正极，一根为负极。然而在某些应用场合我们需要显示器的两根背光导线能够驱动多种颜色的背光，并根据实际情况动态切换不同的颜色，例如在正常情况下显示白色或绿色，在有报警的情况下显示红色等。图3示出了多种背光颜色可自由切换的显示器。通常一种发光二极管只能产生一种颜色的背光。若要获得三种不同颜色的背光，我们需要使用三组不同种类的发光二极管。图4是驱动三组不同颜色发光二极管的电路原理图。如图4所示， 驱动三组不同颜色发光二极管需要四根传输线(一根正极，三根负极)。图4示出了用四根传输线驱动三组不同颜色的背光的电路原理图。然而在有些产品中，由于受布线空间、线缆连接器的限制和线缆容量的限制、或者产品兼容性等的限制，我们只能使用两根传输线来实现对背光的输电和驱动。用传统驱动方法，两根传输线只能驱动一组颜色的光源，不能驱动三组及三组以上颜色的光源。不同于传统的驱动方法，本实用新型实现了用两根传输线驱动三组及三组以上颜色的光源，从而实现了用两线法驱动多色背光的目的。与本实用新型有相似功能的实现方法有以下两种。现有方法1，两组发光二极管反向并联。图5示出了两组发光二极管反相并联来驱动双色背光的电路原理图。如图5所示，第一组发光二极管(红色)的正极与第二组发光二极管(绿色)的负极相连，第一组的负极与第二组的正极相连。整个背光只有两个电极Kl和K2，当Kl高电平K2低电平时，第一组发光二极管开启，第二组关闭，整个背光显示为红色；当Kl低电平，K2高电平时，第二组开启，第一组关闭，整个背光显示为绿色。通过这种方法我们可以用两根传输线驱动两种颜色的光源，但是这种方法无法驱动三种及三种以上颜色的光源，因而不能实现真正意义上的多色背光。[0015]现有方法2，信号调制法。图6示出了信号调制法驱动多色背光的电路原理图。如图6所示，这种方法是对颜色切换的开关信号用交流载波进行调制，通过A、B两根导线传输调制后的交流信号，也有的方法用不同频率的音频信号来定义不同颜色的光源驱动信号。在光源端，通过解调器或滤波器取出光源开关信号，再通过光源驱动电路显示不同颜色的背光。这种方法看似只用A、B两根传输线实现了多种颜色背光的切换，实际上这样的解调器/滤波器以及光源驱动电路都需要外置电源来进行供电，特别是对音频信号的过滤和解调一定要用到有源滤波器，因而增加了电子线路的成本和复杂性。如果加上两根电源传输线，实际上这种方法至少需要四根传输线。所以这种方法虽然实现了多色背光的驱动，但实际上使用了四根传输线。所以以上两种方法不能同时满足多色背光和两根传输线的驱动要求。此外，现有技术中还存在一种方法3，电压甄选法。图7示出了电压甄选法驱动多色背光的电路原理图。如图7所示，在每种颜色的发光二极管之前串接电压比较器，只有符合预定阈值范围的输入电压才能通过比较器，通过设定不同电压比较器的阈值电压范围，我们就可以从不同的输入电压中甄选出符合设定的电压，驱动相对应的发光二极管，这样我们就通过改变输入电压值来点亮不同颜色的发光二极管。这种方法虽然实现了用两根传输线驱动不同颜色的背光，但是由于甄选后的驱动电压各不相同，所以每组颜色的发光二极管的数量也不相同，如果把它们做成液晶显示器的背光，会造成背光均匀度差，各种颜色亮度不均等问题。
发明内容本实用新型的另外方面和优点部分将在后面的描述中阐述，还有部分可从描述中明显地看出，或者可以在本实用新型的实践中得到。本实用新型提出了一种新的背光驱动方案，使我们仅用两根传输线就可实现多种颜色的背光颜色切换和驱动。本实用新型提供了一种用二线传输驱动法实现多色背光的装置，包括:正极传输线，用于传输一种频率的驱动电流；第一至第η发光单元，用于分别显示第一至第η颜色的光，每个发光单元具有第一端和第二端，其中η是大于I的自然数；第一至第η无源滤波器，用于分别输出第一至第η频率的驱动电流以开启第一至第η发光单元中的相应一个，其中，每个无源滤波器包括:连接到正极传输线的输入端、连接到第一至第η发光单元的相应一个发光单元的第一端的输出端、和与负极传输线连接的接地端；负极传输线，与第一至第η发光单元的第二端相连。按照本实用新型所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，每个发光单元包括多个串联或并联的一种颜色的发光二极管。按照本实用新型所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，第一至第η颜色的光为η种不同颜色的光。按照本实用新型所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，每个无源滤波器由包含电阻器、电容器、或电感器的电路构成。按照本实用新型所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，通过交替输入两个或多个不同频率的驱动电流，交替开启与传输通过这两个或多个驱动电流的无源滤波器相连接的两个或多个发光单元。按照本实用新型所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，第一至第η无源滤波器中的两个或多个是在部分频段相互重叠的滤波器。按照本实用新型所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，当正极传输线传输的驱动电流的频率处于两个或多个无源滤波器的重叠频段时，同时开启与这两个或多个无源滤波器相连接的两个或多个发光单元。按照本实用新型所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，第一至第η无源滤波器都是中低频段的滤波器。按照本实用新型所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，η为3。按照本实用新型所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，第一无源滤波器通过第一频率的驱动电流以开启第一发光单元；第二无源滤波器通过第二频率的驱动电流以开启第二发光单元；以及第三无源滤波器通过第三频率的驱动电流以开启第三发光单元。按照本实用新型所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，第一无源滤波器是第一电感器、第一电阻器和第一电容器串联电路；第二无源滤波器是第二电容器和第二电阻器串联电路；以及第三无源滤波器是第三电阻器和第三电容器构成的并联单元与第四电阻器、第四电容器串联形成的电路。按照本实用新型所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，第一无源滤波器是第五电感器、第五电阻器和第五电容器串联电路；第二无源滤波器是第第六电阻器和第电流电容器构成的并联单元与第七电阻器、第七电容器、第七电感器串联形成的电路；以及第三无源滤波器是第八电阻器和第八电感器构成的并联单元与第八电容器串联形成的电路。与以前的多色背光驱动方法相比本实用新型减少了传输线的数量(传输线减少50%)，节约了电子元件的数量和成本，降低了电子线路的复杂性，提高了背光电路的可靠性。本实用新型的特点是两线传输驱动多色背光，其使用了无源滤波技术。
通过结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细描述，本实用新型的上述和其他目的、特性和优点将会变得更加清楚，其中相同的标号指定相同结构的单元，并且在其中:图1示出了目前液晶显示模组的背光结构；图2示出了液晶显示器的背光效果；图3示出了多种背光颜色可自由切换的显示器；图4示出了用四根传输线驱动三组不同颜色的背光的电路原理图；图5示出了两组发光二极管反相并联来驱动双色背光的电路原理图；图6示出了信号调制法驱动多色背光的电路原理图；图7示出了电压甄选法驱动多色背光的电路原理图；[0044]图8示出了利用无源带宽滤波器实现频率甄选来驱动多色背光的电路原理图；图9示出了三种频段无源带宽滤波器的第一设计方案电路图；图10示出了图9所示无源滤波器的频谱图；图11示出了三种频段无源带宽滤波器的第二设计方案电路图；图12示出了图11中三种滤波器的频谱图；图13是根据图9中的三种滤波器设计出来的用两根传输线实现的多色背光系统的具体电路图；和图14是根据图11中的三种滤波器设计出来的用两根传输线实现的多色背光系统的又一案例具体电路图。
具体实施方式
下面将参照示出本实用新型实施例的附图充分描述本实用新型。然而，本实用新型可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本实用新型的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。应当理解，当称“元件” “连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件、组件或部分相互区分开来。因此，下面讨论的第一元件、组件或部分在不背离本实用新型教学的前提下可以称为第二元件、组件或部分。这里使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的，而并不意图限制本实用新型。这里使用的单数形式“一”、“一个”和“那(这个)”也意图包含复数形式，除非上下文中明确地指出不包含。应当理解，术语“包括”当用在本说明书中时指示所述特征、整数、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。除非另有定义，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本实用新型所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解，诸如在通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。本实用新型的技术实现是基于无源滤波技术，由于无源滤波器在没有外部电源的情况下也能实现频率的过滤和甄选，我们通过设计出不同频率段的无源滤波器，把这些滤波器分别与不同颜色的发光二极管串联，当我们需要其中某种颜色的背光时，只需要在电路中输入与此背光相对应的滤波器频率的驱动电流即可。下文中仅示出了三色背光驱动。但本领与技术人员应该理解，通过增加不同通过频段的无源滤波器可以实现三种以上颜色的背光驱动，其原理与下文所示类似。图8示出了利用无源带宽滤波器实现频率甄选来驱动多色背光的电路原理图。[0059]如图8所示，无源滤波器801、无源滤波器802、无源滤波器803分别甄选频率1、频率2、和频率3信号，A、B为驱动电流输入端。无源滤波器801、无源滤波器802、无源滤波器803分别开启第一发光单元804、第二发光单元805和第三发光单元806。当需要开启第一发光单元804 (红色背光)时，只需要在输入端输入频率I电流；当需要开启第二发光单元805 (黄色背光)时，只需输入频率2电流；当需要开启第三发光单元806 (绿色背光)时，只需输入频率3电流。当需要红、绿、黄混色背光时，只需交替输入不同频段的驱动电流，从而实现各种颜色的背光显示。可替换地，也可以输入各滤波器频谱重叠区的频段电流以同时开启多个不同颜色的背光。由于我们使用的是无源滤波器，不需要外部电源供电，所以只需要两根传输线就可以实现多色背光驱动。因此，根据图8，经由三个无源滤波器中的一个或多个传输通过由正极传输线传输的驱动电流以开启三个发光单元中、与传输通过驱动电流的无源滤波器相连接的一个或多个相应发光单元，从而能够实现根据本实用新型的多色背光驱动。无源滤波器可以由包含电阻器、电容器、电感器等一些无源器件的电路组成。图9示出了三种频段无源带宽滤波器的第一设计方案电路图。如图9所示，其给出了三种频段的滤波器设计。滤波器801的频率是70Hz ;滤波器802的频率是3MHz ;滤波器803的频率是20kHz。如图9，滤波器901包括电感器L5、电阻器R103以及电容器C28。滤波器901为L、R、C串联电路，其中，电感器L5是NL453232T-102J-PF型号电感器，电阻器R103的阻值是200 Ω，电容器C28的电容值为100NF。滤波器902包括电容器C2和电阻器R2。滤波器902为C、R串联电路，其中，电容器C2的电容值为0.0002 μ F，电阻器R2的阻值是5k Ω。滤波器903包括电阻器R102和R104、电容器C26和C29。滤波器903是由R104和C29构成的并联单元与R102、C26串联形成的电路构成。其中，电阻器R102和R104的阻值分别为100R和IkQ，电容器C26和C29的电容值分别为33NF和INF。从图9中可以看出，只用了为数极少的电阻器、电容器和电感器，BOM (BillofMaterial,物料清单)成本几乎可以或略不计，比起有源滤波器，本实用新型的电路大大节约了元器件的成本。图10示出了图9所示无源滤波器的频谱图。图10给出了图9所示的三种滤波器的频谱曲线。只要在各个频段选取适当的驱动电流频率，使得该频率只在其中一种滤波器中可以通过，这样就可以实现对各种颜色背光的开关控制。例如在图10中，频率I选70Hz，频率3选20kHz，频率2选3MHz，这三个频率就只能在其中一个滤波器中通过，起到了不同颜色背光选择控制的作用。在实际应用中，我们可以灵活选用无源滤波器的种类，选取不同的元器件值，得到不同频率的滤波器。图11示出了三种频段无源带宽滤波器的第二设计方案电路图。图11是三种频段的无源滤波器的又一种设计方案。此处，把三种滤波器都选在中低频段，分别为100Hz、5kHz、300kHz，避开了高频频段，使驱动电路更容易实现。如图11所示，滤波器1101包括电感器L1、电阻器R7以及电容器C6。滤波器1101为L、R、C串联电路，其中，电感器LI的电感值为60mH、电阻器R7的阻值为200 Ω以及电容器C6的电容值为3.3 μ F。滤波器1102包括电容器C3和C4、电阻器R8和R3、以及电感器L2。滤波器1102由C4和R3构成的并联单元与R8、C3、L2串联形成的电路构成。其中，电容器C3和C4的电容值分别为0.1 μ F和0.1nF,电阻器R8和R3的电阻值分别为100 Ω和2ΚΩ、以及电感器L2的电感值为10mH。滤波器1103包括电阻器R16、电感器L3、和电容器C7。滤波器1103由R16和L3构成的并联单元与C7串联形成的电路构成。其中，电阻器R16的电阻值为1ΚΩ、电感器L3的电感值为3mH、和电容器C7的电容值为InF。图12示出了图11中三种滤波器的频谱图。图12为图11中三种滤波器的频谱图，可以看到它们的频谱范围有不重叠的部分，因而可以作为甄选滤波器。在图12中，例如，频率I选100Hz，频率2选5kHz，频率3选300kHz,这三个频率就只能在其中一个滤波器中通过，起到了不同颜色背光选择控制的作用。根据实际需要，可以设计滤波器的频谱范围部分重叠而部分不重叠。这样，当驱动频率处于重叠范围时，可以同时开启两种颜色的背光，而当驱动频率处于不重叠范围时，只开启一种颜色的背光。从而，可以满足不同的实际需求。图13是根据图9中的三种滤波器设计出来的用两根传输线实现的多色背光系统的具体电路图。如图13所示，发光单元1301包含串联的红色发光二极管Rl、R2、R3 ;发光单元1302包含串联的绿色发光二极管G1、G2、G3 ;而发光单元1303包含串联的蓝色发光二极管B1、B2、B3。如图13所示，滤波器901、滤波器902和滤波器903分别与发光单元1301、发光单元1302和发光单元1303串联，并且滤波器和发光单元串联构成的3个单元相互并联。具体地，滤波器901、滤波器902和滤波器903的输入端都连接到正极传输线A。滤波器901的输出端通过阻值为50 Ω的电阻器R14连接到发光单元1301的正极；滤波器902的输出端通过阻值为300 Ω的电阻器RlO连接到发光单元1302的正极、以及滤波器903的输出端通过阻值为300 Ω的电阻器R12连接到发光单元1303的正极。滤波器901、滤波器902和滤波器903的接地端以及发光单元1301、发光单元1302和发光单元1303的负极都连接到负极传输线B。图14是根据图11中的三种滤波器设计出来的用两根传输线实现的多色背光系统的又一案例具体电路图。与图13相比，它改变了无源滤波器的电路结构和元器件值，即采用图11中所示的三种滤波器设计，因而滤波器的频率也不同，但所用的原理与图13是一样的。即滤波器1101、滤波器1102和滤波器1103分别与发光单元1301、发光单元1302和发光单元1303串联，并且滤波器和发光单元串联构成的3个单元相互并联。以上的这些电路改变都在本实用新型的保护范围内。本实用新型可用在所有带背光的单色液晶显示器模组中，也可用在广告灯箱，交通指示灯，汽车信号灯，医院信号指示灯等产品中。对于本实用新型我们还会在以下两个方面进行优化和改进，第一是在输入电流波形上，怎样优化波形，使信号在整个变化周期内都被有效利用，提高背光发光效率；第二是在滤波器元器件设计上，怎样设计元器件的值，减少有用信号的滤波损耗。[0083]本实用新型用两根传输线实现多种背光颜色的驱动和切换，用无源滤波器对驱动电流进行甄选。因而，本实用新型的电路大大节约了元器件的成本。虽然结合目前被认为是最实际和最优的实施例描述了本实用新型，但本领域技术人员应当理解本实用新型不限于所公开的实施例，相反，本实用新型旨在覆盖所附权利要求的精神和范畴之内包括的各种各样的修改和等价结构。
权利要求1.一种用二线传输驱动法实现多色背光的装置，包括: 正极传输线，用于传输一种频率的驱动电流； 第一至第η发光单元，用于分别显示第一至第η颜色的光，每个发光单元具有第一端和第二端，其中η是大于I的自然数； 第一至第η无源滤波器，用于分别输出第一至第η频率的驱动电流以开启第一至第η发光单元中的相应一个，其中，每个无源滤波器包括:连接到正极传输线的输入端、连接到第一至第η发光单元的相应一个发光单元的第一端的输出端、和与负极传输线连接的接地端; 负极传输线，与第一至第η发光单元的第二端相连。
2.如权利要求1所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，每个发光单元包括多个串联或并联 的一种颜色的发光二极管。
3.如权利要求2所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，第一至第η颜色的光为η种不同颜色的光。
4.如权利要求3所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，每个无源滤波器由包含电阻器、电容器、或电感器的电路构成。
5.如权利要求4所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，通过交替输入两个或多个不同频率的驱动电流，交替开启与传输通过这两个或多个驱动电流的无源滤波器相连接的两个或多个发光单元。
6.如权利要求4所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，第一至第η无源滤波器中的两个或多个是在部分频段相互重叠的滤波器。
7.如权利要求6所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，当正极传输线传输的驱动电流的频率处于两个或多个无源滤波器的重叠频段时，同时开启与这两个或多个无源滤波器相连接的两个或多个发光单元。
8.如权利要求5或7所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，第一至第η无源滤波器都是中低频段的滤波器。
9.如权利要求8所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于，η为3。
10.如权利要求9所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于， 第一无源滤波器通过第一频率的驱动电流以开启第一发光单元； 第二无源滤波器通过第二频率的驱动电流以开启第二发光单元；以及 第三无源滤波器通过第三频率的驱动电流以开启第三发光单元。
11.如权利要求10所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于， 第一无源滤波器是第一电感器、第一电阻器和第一电容器串联电路； 第二无源滤波器是第二电容器和第二电阻器串联电路；以及 第三无源滤波器是第三电阻器和第三电容器构成的并联单元与第四电阻器、第四电容器串联形成的电路。
12.如权利要求10所述的用二线传输驱动法实现多色背光的装置，其特征在于， 第一无源滤波器是第五电感器、第五电阻器和第五电容器串联电路； 第二无源滤波器是第第六电阻器和第电流电容器构成的并联单元与第七电阻器、第七电容器、第七电感器串联形成的电路；以及第三无源滤波器是第八电阻器和第八电感器构成的并联单元与第八电容器串联形成的电路。
专利摘要本实用新型提供了一种用二线传输驱动法实现多色背光的装置，包括正极传输线，用于传输一种频率的驱动电流；第一至第n发光单元，用于分别显示第一至第n颜色的光，每个发光单元具有第一端和第二端，其中n是大于1的自然数；第一至第n无源滤波器，用于分别输出第一至第n频率的驱动电流以开启第一至第n发光单元中的相应一个，其中，每个无源滤波器包括连接到正极传输线的输入端、连接到第一至第n发光单元的相应一个发光单元的第一端的输出端、和与负极传输线连接的接地端；负极传输线，与第一至第n发光单元的第二端相连。与以前的多色背光驱动方法相比本实用新型减少了传输线的数量，节约了电子元件的数量和成本，降低了电子线路的复杂性，提高了背光电路的可靠性。
文档编号G09G3/34GK202917147SQ20122031727
公开日2013年5月1日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者费维和, V.莫利顿, 李婵娟 申请人:施耐德电器工业公司