TWI442816B

TWI442816B - 光源系統與提升靜電放電能力之發光二極體驅動方法

Info

Publication number: TWI442816B
Application number: TW100110158A
Authority: TW
Inventors: Meng Sheng Chang
Original assignee: Au Optronics Corp
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2014-06-21
Also published as: CN102262862B; CN102262862A; TW201240518A

Description

光源系統與提升靜電放電能力之發光二極體驅動方法

本發明是有關於一種光源系統，且特別是有關於一種發光二極體的光源系統與驅動方法。

近年來，隨著半導體科技蓬勃發展，攜帶型電子產品及平面顯示器產品也隨之興起。而在眾多平面顯示器的類型當中，液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)基於其低電壓操作、無輻射線散射、重量輕以及體積小等優點，隨即已成為各顯示器產品之主流。一般而言，由於液晶顯示面板本身並不具備自發光的特性，因此必須在液晶顯示面板的下方放置背光模組，藉以提供液晶顯示面板所需的(背)光源。

傳統的背光模組大致可以分為兩類，其一係由冷陰極管(cold cathode fluorescent lamp,CCFL)所組成的背光模組，而另一則由發光二極體(light emitting diode,LED)所組成的背光模組。其中，由於發光二極體背光模組可以提升液晶顯示器的色域(color gamut)，故而現今各家面板業者大多以發光二極體背光模組來取代冷陰極管背光模組。

發光二極體背光模組具有多組並列在一起的發光二極體串(LED strings)，而且每一發光二極體串係由多顆串接在一起的發光二極體所組成。實務上，每一發光二極體串會操作在一直流輸出電壓(DC output voltage)下，並且受驅動晶片(driver IC)的驅動而發光。然而，由於每一發光二極體串係會透過連接器(connector)而與驅動晶片連接在一起，故而在進行靜電放電測試(ESD test)時，較容易產生失敗的靜電放電測試結果。

而為了要解決這樣的問題，一般可以在每一發光二極體串與驅動晶片之外部間額外加入瞬態電壓抑制二極體(transient voltage suppression diode,TVS diode)，藉以提升靜電放電測試結果的成功率以及實現靜電放電的防護。然而，缺點就是因應現今大尺寸面板的需求，發光二極體背光模組內所配置的發光二極體串之總數就會越多，故而需額外加入的瞬態電壓抑制二極體之數量就會越多，進而增加製作成本。

有鑒於此，本發明提出一種光源系統與發光二極體驅動方法，藉以有效地改善先前技術所述及的問題。

本發明一實施例提供一種光源系統，其包括發光二極體模組與驅動單元。發光二極體模組具有至少一發光二極體串，且所述發光二極體串操作在一直流輸出電壓下。驅動單元耦接發光二極體模組，用以提供所述直流輸出電壓。其中，驅動單元更根據一設定訊號以驅動所述發光二極體串，並且反應於所述發光二極體串之壓降與一預設參考電壓的比較而決定是否提供一靜電放電路徑。

於本發明的一實施例中，驅動單元包括升降壓線路、驅動器，以及靜電放電單元。其中，升降壓線路耦接所述發光二極體串的陽極，用以接收一直流輸入電壓，並對所述直流輸入電壓進行升壓或降壓處理後而產生所述直流輸出電壓。驅動器耦接於所述發光二極體串的陰極與接地電位之間，用以根據所述設定訊號以驅動所述發光二極體串，並據以提供一回授訊號給升降壓線路，從而使得升降壓線路反應於所述回授訊號以調整所述直流輸出電壓。靜電放電單元耦接所述發光二極體串的陰極，用以比較所述發光二極體串的壓降與所述預設參考電壓，藉以決定是否提供所述靜電放電路徑。

本發明另一實施例提供一種適用於驅動至少一發光二極體串的發光二極體驅動方法，其包括：提供一直流輸出電壓至所述發光二極體串；根據一設定訊號以驅動所述發光二極體串；以及反應於所述發光二極體串之壓降與預設參考電壓的比較而決定是否提供靜電放電路徑。

於本發明的一實施例中，當比較出所述發光二極體串之壓降大於所述預設參考電壓時，則提供所述靜電放電路徑。反之，當比較出所述發光二極體串之壓降小於所述預設參考電壓時，則停止提供所述靜電放電路徑。

基於上述，本發明主要是在用以驅動發光二極體串的驅動單元(可視為驅動晶片)內直接配置有比較功能的靜電放電單元，藉以在有靜電放電事件發生時，提供一條靜電放電路徑以快速宣洩由靜電放電事件所引發的靜電放電電流。如此一來，由於具有比較功能的靜電放電單元可以直接配置在驅動晶片內，故而相較於以往的作法(亦即額外加入瞬態電壓抑制二極體的方式)，不但可以降低整體的製作成本，而且還可以實現靜電放電的防護。

應瞭解的是，上述一般描述及以下具體實施方式僅為例示性及闡釋性的，其並不能限制本發明所欲主張之範圍。

現將詳細參考本發明之示範性實施例，在附圖中說明所述示範性實施例之實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。

圖1繪示為本發明一實施例之光源系統(light source system)10的示意圖。請參照圖1，本實施例之光源系統10可以為適用於液晶顯示系統(LCD system)當中的發光二極體背光模組(LED backlight module)，但並不限制於此，且其包括有發光二極體模組(LED module)101與驅動單元(driving unit)103。其中，發光二極體模組101具有至少一組由多顆發光二極體所串接而成的發光二極體串(LED string)LED，且此發光二極體串LED係操作在直流輸出電壓(DC output voltage)Vout下。

驅動單元103耦接發光二極體模組101，用以提供直流輸出電壓Vout至發光二極體串LED。另外，驅動單元103更可以根據由系統端(例如時序控制器，但並不限制於此)所提供的設定訊號(setting signal)ST而產生脈動電流訊號(pulsation current signal)以驅動發光二極體串LED，並且反應於發光二極體串LED之壓降(voltage drop)VDN與預設參考電壓(predetermined reference voltage)Verf的比較而決定是否提供靜電放電路徑(ESD path)以宣洩由靜電放電事件(ESD event)所引發的靜電放電電流(ESD current)。

於本實施例中，驅動單元103可以為一驅動晶片(driver IC)，且其包括升降壓線路(boost-buck circuit)105、驅動器(driver)107，以及靜電放電單元(ESD unit)109。其中，升降壓線路105耦接發光二極體串LED的陽極(anode)Ad，用以接收直流輸入電壓(DC input voltage)Vin，並對直流輸入電壓Vin進行升壓或降壓處理(boost/buck processing)後而產生直流輸出電壓Vout。亦即，當直流輸入電壓Vin小於發光二極體串LED所需的操作電壓時，則升降壓線路105會對直流輸入電壓Vin進行升壓處理，藉以產生並提供合適的直流輸出電壓Vout給發光二極體串LED；反之，當直流輸入電壓Vin大於發光二極體串LED所需的操作電壓時，則升降壓線路105會對直流輸入電壓Vin進行降壓處理，藉以產生並提供合適的直流輸出電壓Vout給發光二極體串LED。

驅動器107耦接於發光二極體串LED的陰極(cathode)Cd與接地電位(ground potential)之間，用以根據由系統端(例如時序控制器，但並不限制於此)所提供的設定訊號ST而對應地產生脈動電流訊號以驅動發光二極體串LED發光，並據以提供回授訊號(feedback signal)FB給升降壓線路105，從而使得升降壓線路105反應於回授訊號FB以調整直流輸出電壓Vout。更清楚來說，升降壓線路105可以反應於回授訊號FB而採用例如脈寬調變(PWM)的方式來控制/調整其所提供的直流輸出電壓Vout大小，藉以致使所提供的直流輸出電壓Vout可以與預期的設定訊號ST一致。

靜電放電單元109耦接發光二極體串LED的陰極Cd，用以比較發光二極體串LED的壓降VDN與預設參考電壓Vref，藉以決定是否提供靜電放電路徑。更清楚來說，圖2繪示為本發明一實施例之靜電放電單元109的示意圖。請合併參照圖1與圖2，靜電放電單元109包括比較器(comparator)CMP與開關(switch)SW。其中，比較器CMP用以比較發光二極體串LED的壓降VDN與預設參考電壓Vref，藉以輸出第一比較訊號CS1或第二比較訊號CS2。

另外，開關SW耦接比較器CMP，用以反應於比較器CMP所輸出的第一比較訊號CS1或第二比較訊號CS2而決定是否導通以形成靜電放電路徑。而且，開關SW可以由N型電晶體(N-type transistor)所實現，例如N型金氧半導體(NMOS)電晶體，但並不限制於此，故以下將開關SW改稱為N型電晶體SW。其中，N型電晶體SW的閘極(gate)耦接比較器CMP的輸出端，N型電晶體SW 的源極(source)耦接至接地電位，而N型電晶體SW的汲極(drain)則耦接發光二極體串LED的陰極Cd。

於本實施例中，當比較器CMP比較出發光二極體串LED的壓降VDN小於預設參考電壓Vref時，則比較器CMP會輸出第一比較訊號CS1(例如邏輯低準位)。如此一來，N型電晶體(開關)SW將反應於第一比較訊號CS1而關閉(turn off)。另外，當比較器CMP比較出發光二極體串LED的壓降VDN大於預設參考電壓Vref時，則比較器CMP會輸出第二比較訊號CS2(例如邏輯高準位)。如此一來，N型電晶體(開關)SW將反應於第二比較訊號CS2而導通(turn on)。

更清楚來說，在光源系統10的運作期間，當未有靜電放電事件發生時，由於發光二極體串LED的壓降VDN並不會受靜電放電事件的影響而大幅度地抬升，所以此時發光二極體串LED的壓降VDN會小於預設參考電壓Vref。因此，比較器CMP就會輸出具有邏輯低準位的第一比較訊號CS1以致使N型電晶體(開關)SW關閉。另一方面，在光源系統10的運作期間，當有靜電放電事件發生時，由於發光二極體串LED的壓降VDN會受到靜電放電事件的影響而大幅度地抬升，所以此時發光二極體串LED的壓降VDN會大於預設參考電壓Vref。因此，比較器CMP就會輸出具有邏輯高準位的第二比較訊號CS2以致使N型電晶體(開關)SW導通。

可見得，在光源系統10的運作期間，當有靜電放電事件發生時，則比較器CMP會致使N型電晶體(開關)SW導通以形成/提供一條靜電放電路徑，進而快速宣洩由靜電放電事件所引發的靜電放電電流ESD_I至接地電位。如此一來，即可保護驅動器107的內部元件(未繪示)，進而得以與一般設計在驅動單元103(亦即驅動晶片)之輸出入(I/O)的外部靜電放電防護元件(未繪示)一起實現靜電放電的防護。此外，由於靜電放電單元109可以直接配置在驅動晶片內，所以相較於以往的作法(亦即額外加入瞬態電壓抑制二極體的方式)，更可以大幅地降低製作成本。

基於上述實施例所揭示/教示的內容，圖3繪示為本發明一實施例之發光二極體驅動方法的流程圖。請參照圖3，本實施例之發光二極體驅動方法適於驅動至少一發光二極體串，且其包括：提供直流輸出電壓至發光二極體串(步驟S301)；根據設定訊號以驅動發光二極體串(步驟S303)；以及反應於發光二極體串之壓降與預設參考電壓的比較而決定是否提供靜電放電路徑(步驟S305)。

於本實施例中，當比較出發光二極體串之壓降大於預設參考電壓時，則表示有靜電放電事件的發生，如此將需提供靜電放電路徑，藉以宣洩由靜電放電事件所引發的靜電放電電流；反之，當比較出發光二極體串之壓降小於預設參考電壓時，則表示未有靜電放電事件的發生，如此將需停止提供靜電放電路徑，藉以避免影響發光二極體串的驅動。

綜上所述，本發明主要是在用以驅動發光二極體串的驅動晶片內直接配置有比較功能的靜電放電單元，藉以在有靜電放電事件發生時，提供一條靜電放電路徑以快速宣洩由靜電放電事件所引發的靜電放電電流。如此一來，由於具有比較功能的靜電放電單元可以直接配置在驅動晶片內，故而相較於以往的作法(亦即額外加入瞬態電壓抑制二極體的方式)，不但可以降低整體的製作成本，而且還可以實現靜電放電的防護。除此之外，任何設計、製造或以類似在驅動晶片內直接配置具有比較功能之靜電放電單元以實現靜電放電防護的手段，均屬於本發明所欲保護的範疇。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

10‧‧‧光源系統

101‧‧‧發光二極體模組

103‧‧‧驅動單元

105‧‧‧升降壓線路

107‧‧‧驅動器

109‧‧‧靜電放電單元

LED‧‧‧發光二極體串

CMP‧‧‧比較器

SW(N型電晶體)‧‧‧開關

Vin‧‧‧直流輸入電壓

Vout‧‧‧直流輸出電壓

ST‧‧‧設定訊號

FB‧‧‧回授訊號

VDN‧‧‧發光二極體串的壓降

Vref‧‧‧預設參考電壓

CS1‧‧‧第一比較訊號

CS2‧‧‧第二比較訊號

Ad‧‧‧發光二極體串的陽極

Cd‧‧‧發光二極體串的陰極

ESD_I‧‧‧靜電放電電流

S301~S305‧‧‧本發明一實施例之發光二極體驅動方法的流程圖各步驟

下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分，繪示了本發明的示例實施例，所附圖式與說明書的描述一起說明本發明的原理。

圖1繪示為本發明一實施例之光源系統10的流程圖。

圖2繪示為本發明一實施例之靜電放電單元109的示意圖。

圖3繪示為本發明一實施例之發光二極體驅動方法的流程圖。