背光单元的驱动电路与方法 【技术领域】
本发明是有关于一种发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)的驱动电路，且特别是有关于一种以数字信号来驱动LED的驱动电路与其驱动方法。
背景技术
如图1所示，图1为根据公知技术的LED背光驱动电路图。对于背光驱动电路部分，主要由电压转换电路110与驱动单元120所构成，背光单元130由复数个发光二极管串(简称LED串)所组成(未绘示)，每一LED串均包括复数个LED。背光单元130的亮度可经由通过LED串的电流大小来调整。图1中所示的电阻R
EXT即是用来设定通过LED串的定电流值，而调光控制信号V
CTRL则是用来控制背光单元130的亮度。目前主要的LED驱动电路的调光方式主要分为两种，分别为模拟方式与频率脉波调变(PWM)方式。模拟方式主要是藉由外部电压V
CTRL来控制通过LED的电流以控制LED的亮度，如上述图1所示。但此种调光方式会因个别LED产生不同的驱动电流值不同，造成整体的光学品位(例如色温、色度等)不易控制。
另外，以频率脉波调变(PWM)信号来进行LED调光(dimming)的方式为常用的公知技术，主要是利用PWM信号的占空比(duty cycle)来调整驱动电流通过LED串行的时间长度，藉由控制LED串行的发光时间来进行调光。图2为根据公知技术的频率脉波调变方式的LED背光驱动电路图。图2与图1主要的差别在于驱动单元120会根据所接收到的PWM信号来控制LED串的发光时间(此调光方式通常称为LED DimmingControl)。如图3所示，图3为根据公知技术的PWM信号与LED使能对照图，PWM信号的周期T可分为期间T1与期间T2，当PWM信号使能时(期间T1)，LED使能(亮)，以ON表示；当PWM失能时(期间T2)，LED失能(暗)，以OFF表示。由于LED需要不断的进行亮暗的切换来形成所需的平均亮度，所以此种驱动方式会让LED的等效负载较不稳定，进而影响到电压转换电路110的转换效率。图4为根据公知技术的电压转换电路的电流波形图。如图4所示，当PWM信号进行电位切换时，电压转换电路便会进入非连续传导状态(Discontinuous Conduction Mode，简称DCM模式)而造成电压转换电路的功率消耗。
【发明内容】
本发明提出一种驱动电路，以数字信号取代模拟信号或PWM信号来达到调光目的，本发明根据数字信号来决定LED串的使能比例与其对应位置以取得所需的亮度变化。由于本发明的LED串不须持续的进行亮暗的切换，其等效负载较为稳定，因此可降低电压转换电路的功率消耗。
本发明另提出一种LED背光单元的驱动方法，可利用数字信号来进行背光单元的调光，同时也可切换不同的驱动模式来设定个别LED的导通电流值，进而增加背光单元在调光功能上的便利性。
承上述，本发明提出一种驱动电路，适用于驱动一背光单元，该背光单元包括复数个LED串，该驱动电路包括电压转换电路、驱动单元以及数字调光单元。电压转换电路用以提供一驱动电压至背光单元，驱动单元耦接于背光单元的另一端，用以控制LED串的导通电流。数字调光单元输出一数字信号至驱动电路，其中该驱动电路根据该数字信号对应使能该些LED串，并根据该些LED串的使能比例调整该背光单元的亮度。
在本发明一实施例中，上述电压转换电路为升压电路。
在本发明一实施例中，上述驱动单元更包括一缓存器，用以暂存上述数字信号。
在本发明一实施例中，上述数字调光单元更输出一位移频率信号与一拴锁信号至驱动单元，上述驱动单元根据位移频率信号暂存数字信号，并根据拴锁信号拴锁所接收的数字信号。
在本发明一实施例中，上述数字调光单元更输出一控制信号至上述驱动单元，当控制信号使能时，驱动单元根据数字信号分别调整LED串的导通电流值。
从另一个观点来看，本发明更提出一种背光单元的驱动方法，上述背光单元包括复数个LED串，本驱动方法包括下列步骤：首先，根据一位移频率信号暂存一数字信号；然后，根据一拴锁信号拴锁所接收的数字信号；以及根据数字信号对应使能上述LED串，并根据该些LED串的使能比率调整背光单元的亮度。
在本发明一实施例中，上述驱动方法，更包括下列步骤：当一控制信号使能时，根据数字信号分别调整LED串的导通电流值。
本发明因采用数字方式来进行LED背光单元的调光，并利用LED串的使能比例来调整背光单元整体的平均亮度。因此，背光单元中的LED不需依据PWM信号进行持续的亮暗切换，使得LED的等效负载较为稳定，避免电压转换电路进入DCM模式，以降低电压转换电路的功率消耗。同时，本发明可配合驱动模式的切换，以数字信号来设定个别LED串的驱动电流，使得背光单元的调光功能更具弹性。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
【附图说明】
图1为根据公知技术的LED背光驱动电路图；
图2为根据公知技术的频率脉波调变方式的LED背光驱动电路图；
图3为根据公知技术的PWM信号与LED使能对照图；
图4为根据公知技术的电压转换电路的电流波形图；
图5A为根据本发明一实施例的LED驱动电路图；
图5B为根据本实施例的电压转换电路的输出波形图；
图6为根据本发明另一实施例的驱动电路图；
图7为根据本实施例的信号波形图；
图8为根据本实施例的资料暂存时序示意图；
图9为根据本实施例的位数据bit(0)‑bit(n)与LED串L
1～L
n对照图；
图10为根据本发明另一实施例的驱动方法流程图。
【主要组件符号说明】
110：电压转换电路
130：背光单元 120：驱动单元
500：驱动电路 510：电压转换电路
520：驱动单元 530：数字调光单元
540：背光单元 R
EXT：电阻
V
CTRL：调光控制信号 T：PWM信号的周期
T1、T2：期间 ON：LED使能
OFF：LED失能 V
IN：输入电压
SIN：数字信号 SCLK：位移频率信号
XLAT：拴锁信 MODE：控制信号
L
1～L
n：LED串 bit(0)‑bit(n)：位数据
MSB：最高有效位 LSB：最低有效位
1～n：位移频率信号SCLK的频率索引值 GND：接地
S101～S103：步骤
【具体实施方式】
图5A为根据本发明一实施例的LED驱动电路图。驱动电路500是用来驱动背光单元540，其包括电压转换电路510、驱动单元520以及数字调光单元530。背光单元540包括复数个LED串(未绘示)，每一LED串中包括至少一个LED。电压转换单元510耦接于背光单元540，主要用来转换直流电压的位准，例如升压电路(Boost Circuit)或降压电路(Buck Circuit)等直流对直流电压转换器(DC‑DC converter)，将输入电压V
IN转换背光单元540所需的驱动电压。驱动单元520耦接于背光单元540的另一端与数字调光单元530之间。一般而言，驱动单元520主要用来调整LED的导通电流以及进行调光等功能，例如Dimming，目前皆可由驱动芯片所取代，因此其内部架构不在此累述。
在本实施例中，数字调光单元530会根据所需的背光亮度输出数字信号至驱动单元520。驱动单元520会将所接收到的数字信号暂存于缓存器(未绘示)中，然后根据数字信号分别控制LED串的使能与否以调整背光单元的亮度，背光单元540的亮度则对应于LED串的使能比例。驱动单元520通常藉由控制LED串的电流导通路径来使能LED串，当LED串的电流路径导通时，LED串的亮度则随其导通的电流值而定。在本实施例中，则利用LED串的使能比例来调整背光单元540的亮度。换言之，当需要的亮度为最大亮度的50％时，则轮流使能一半的LED串，使能的LED串数越多，则背光单元540的亮度愈强。
为求背光单元540的亮度均匀，可根据LED串的设置位置，以位置间隔方式使能LED串，例如先使能奇数串后再使能偶数串或者先使能前半部份的LED串，然后再使能后半部份的LED串。除了依照LED串的设置位置来设定使能的依序以外，同时也可以时间间隔的方式来调整背光单元540的亮度，使其更为均匀(例如每间隔一预设时间即改变所使能的LED串，且被使能的LED串可平均分布于整个背光单元540)。除上述的调整方式以外，本技术领域具有通常知识者在经由本发明的揭露后，应可轻易推知其余的使能方式，在此不加累述。
当背光单元540的亮度不需改变时，LED串也就不需改变其亮暗的状态，因此比较公知技术中以PWM信号作为调光的方式，本发明的LED串的等效负载可较为稳定。因此，电压转换电路510的输出波形比较不会受到LED串负载变化的影响而进入DCM模式。图5B为根据本实施例的电压转换电路的输出波形图。由图5B可知，本实施例的电压转换电路510的输出波形可落于连续传导状态(Continuous ConductionMode，简称CCM模式)，有效达到节省功率消耗。
图6为根据本发明另一实施例的驱动电路图。图6为进一步绘示图5实施例的电路细节。其中背光单元540包括LED串L
1～L
n，数字调光单元530分别输出数字信号SIN、位移频率信号SCLK、拴锁信号XLAT以及控制信号MODE至驱动单元520。数字信号SIN会配合位移频率信号SCLK传送至驱动单元520，如图7所示，图7为根据本实施例的信号波形图。数字信号SIN会随着位移频率信号SCLK的频率1～n将位数据bit(0)‑bit(n)传送到驱动单元520中的缓存器中。其中，bit(0)为最高有效位(most significant bit，MSB)，bit(n)为最低有效位(Least significantbit，LSB)，n为正整数，用来表示LED串的总数大小，同时可作为LED串、频率以及位数据的索引值。
请同时参照图8，图8为根据本实施例的资料暂存时序示意图。如图8所示，数字信号SIN的位数据bit(0)‑bit(n)会随着位移频率信号SCLK的频率1～n逐一暂存于驱动单元520中的缓存器。当所有位数据传送完毕后，拴锁信号XLAT会使能(逻辑高电位)，驱动单元520便会拴锁所有位数据bit(0)‑bit(n)，并依照位数据bit(0)‑bit(n)的『0』与『1』的信号选择性使能相对应的LED串L
1～L
n。
例如位数据bit(0)‑bit(n)分别对应于LED串L
1～L
n，当对应的位数据bit(0)‑bit(n)为『1』时，对应的LED串L
1～L
n便会使能(亮)，当位数据bit(0)‑bit(n)为『0』时，对应的LED串L
1～L
n便会失能(暗)。接下来，则以50％亮度为例加以说明，请参照图9，图9为根据本实施例的位数据bit(0)‑bit(n)与LED串L
1～L
n对照图。图9列举四种位数据bit(0)‑bit(n)的数据型态以表示四种不同的调光排列方式，均表示有半数的LED串L
1～L
n为亮，半数的LED串L
1～L
n为暗，差别仅在于所使能的LED串L
1～L
n的位置不同。第1种为前半数LED串L
1～L
n为亮，后半数LED串L
1～L
n为暗，第2种反之。第3种为亮暗交错的方式，第4种反之。在本技术领域具有通常知识者，应可推知其余可行的位数据bit(0)‑bit(n)，在此不加累述。
此外，值得注意的是，在本实施例中，驱动单元520不仅可根据数字信号SIN来个别使能LED串L
1～L
n，也可以个别调整流经LED串的电流大小，其模式的切换则由控制信号MODE所控制。请参照图7，当控制信号MODE为逻辑高电位时，驱动单元520会根据数字信号SIN分别控制LED串L
1～L
n的使能与否。当控制信号MODE使能(本实施例中为逻辑低电位)时，驱动单元520会根据数字信号SIN分别调整流经LED串L
1～L
n的大小。据此，本实施例不仅可利用LED串L
1～L
n的使能串数来进行调光，更可藉由调整个别LED串L
1～L
n的导通电流来进行细部调光，使本实施例的调光功能更具有弹性。
以数字信号SIN调整LED串L
1～L
n的导通电流的方式则例如下述，在本实施例中，以6位的位数据将每一LED串的电流分为64种等级(0‑63)，其控制方式如下：
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其中，I
OUT为LED串的导通电流，I
MAX为驱动单元520所设定的最大电流，DC
n为选择模式(对应于电流等级0～63)，由对应的位数据所决定，n表示对应的LED串(或称为LED channel数)。关于I
MAX，可由电阻R
EXT与LED驱动芯片的参数来决定，电阻R
EXT耦接于驱动单元520与接地GND之间，通常是驱动芯片用来调整LED串的定电流的调整电阻。由于I
MAX与流经电阻R
EXT的电流相关，因此I
MAX可表示如上，其中V
R‑EXT表示电阻R
EXT两端的电压差，Factor(参数)则由驱动单元520所决定，而不同的驱动芯片会有不同的设定值。
经由控制信号MODE的切换，本实施例的数字信号SIN不仅可用来分别控制LED串的使能与否，也可以用来分别调整LED串所导通的导通电流值。配合上述两种驱动模式，本实施例可更方便调整所需的背光亮度，并有效降低电压转换电路的功率消耗。
从另一个观点来看，上述实施例可归纳为一种背光单元的驱动方法，请参照图10，图10为根据本发明另一实施例的驱动方法流程图。此背光单元包括复数个LED串，上述驱动方法包括下列步骤：首先，根据一位移频率信号暂存一数字信号(步骤S101)；然后，根据一拴锁信号拴锁所接收的数字信号(步骤S102)；接着根据数字信号，分别控制LED串的使能与否以调整背光单元的亮度(步骤S103)。
在本发明另一实施例中，上述驱动方法更包括下列步骤：当一控制信号使能时，根据数字信号分别调整LED串的导通电流值。在本技术领域具有通常知识者，经由上述实施例的说明应可轻易推知本实施例驱动方法的其余细节，在此不加累述。
综合上述，本发明以数字方式来取代公知LED背光的调光方式，避免电压转换电路的输出波形进入DCM模式，进而降低其功率消耗。此外，本发明利用LED串的使能比率来进行调光，减少LED串因亮暗切换所导致的电流变化，使其色温、色度更为稳定。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。