发光二极管驱动电路及发光二极管驱动电路配置的制作方法

本发明涉及一种发光二极管驱动电路及发光二极管驱动电路配置，特别是关于一种包括分流电路的发光二极管驱动电路，降低区域调光时亮区与暗区的亮度差异，以及关于发光二极管驱动电路的电路配置设计。

背景技术

在过往的显示装置当中，通常是以侧入式或直下式的方式提供背光，利用全域调光(Global dimming)的方式开启或关闭所有的背光源，但随着发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的发展，单一的背光模块朝向拆分为多个独立控制的背光区域，利用区域调光(Local dimming)的方式，配合画面控制不同区域的点亮或关闭，使得显示装置呈现的画面更为细致，提供对比度更高的显示效果。

为控制区域调光，发光二极管必须设置驱动电路来点亮或关闭发光二极管，但现有的驱动电路在开关的实际操作中，会因为电路元件的特性改变发光二极管的亮度，使得点亮的亮区与关闭发光二极管的暗区在全画面时产生明显的亮度差异，进而影响装置的显示质量。

综观前所述，本发明的发明者思索并设计一种发光二极管驱动电路及发光二极管驱动电路配置，以期针对已知技术的问题加以改善，进而增进产业上的实施利用。

技术实现要素：

有鉴于现有技术所述的问题，本发明的目的在于提供一种发光二极管驱动电路及发光二极管驱动电路配置，解决显示面板在区域调光时显示辆区与暗区在亮度差异上的问题。

基于上述目的，本发明提供一种发光二极管驱动电路，其包括控制晶体管、驱动晶体管、电容、发光二极管以及分流晶体管。控制晶体管的第一端耦接于数据线，控制晶体管的第二端耦接于第一节点，控制晶体管的控制端耦接于第一信号线。驱动晶体管的第一端耦接于第一电压源，驱动晶体管的第二端耦接于第二节点，驱动晶体管的控制端耦接于第一节点。电容的第一端耦接于第一节点，电容的第二端耦接于驱动晶体管的第一端。发光二极管的第一端耦接于第二节点，发光二极管的第二端耦接于第二电压源。分流晶体管的第一端耦接于第二节点，分流晶体管的第二端耦接于第三电压源，分流晶体管的控制端耦接于第二信号线。

在本发明的实施例中，当发光二极管驱动电路处于亮区时，第一信号线传送控制信号以开启控制晶体管，使数据线的数据信号传送至驱动晶体管的控制端，使得通过电流流过发光二极管，第二信号线关闭分流晶体管。

在本发明的实施例中，当发光二极管驱动电路处于暗区时，第一信号线关闭控制晶体管，第二信号线传送分流信号以开启分流晶体管，使通过电流由第二节点流向分流晶体管。

在本发明的实施例中，第二节点的操作电压小于发光二极管的阈值电压。

在本发明的实施例中，驱动晶体管的沟道宽度约为分流晶体管的沟道宽度的2倍。

本发明提供一种发光二极管驱动电路配置，设置在电路区块当中，电路区块的侧边包括第一信号线、数据线、第一电压源及第二电压源，发光二极管驱动电路配置包括第一晶体管、第二晶体管、电容、第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管以及第四发光二极管。第一晶体管的第一侧边耦接于数据线，第一晶体管相邻于第一侧边的第二侧边耦接于第一信号线。第二晶体管的第一侧耦接于第一电压源，第二晶体管相对于第一侧的第二侧耦接于传送线路，传送线路延伸至第二晶体管相对设置的第三侧及第四侧，且传送线路耦接于第二电压源。电容设置在第一晶体管与第二晶体管之间。第一发光二极管与第二发光二极管串联设置在第二晶体管的第三侧的传送线路上，第三晶体管与第四晶体管串联设置在第二晶体管的第四侧的传送线路上。

在本发明的实施例中，第二晶体管的沟道宽度为第一晶体管的沟道宽度的1～10倍。

在本发明的实施例中，第一晶体管的沟道宽度为3w～30w，第二晶体管的沟道宽度为30w～300w。

在本发明的实施例中，发光二极管驱动电路配置进一步包括第三晶体管，第三晶体管设置在第二晶体管与位于第二晶体管的第三侧的传送线路之间，第三晶体管的第一边耦接于第二信号线及第三电压源，第三晶体管相对于第一边的第二边耦接于传送线路。

在本发明的实施例中，第二晶体管的沟道宽度约为第三晶体管的沟道宽度的2倍。

承上所述，本发明的发光二极管驱动电路及发光二极管驱动电路配置，可通过分流晶体管的设置，让驱动晶体管在暗区时仍有电流通过，减少晶体管的电压特性朝负向漂移的问题，避免在全画面时亮区与暗区的亮度差异过大而影响显示质量。而发光二极管驱动电路的电路配置，则设计晶体管的配置位置以及晶体管之间的沟道宽度尺寸，使得晶体管元件能达到预期的驱动及分流效果，且能解决上述亮度差异的问题。

附图说明

为使本发明的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效更为显而易见，现在将本发明配合以下附图进行说明：

图1为本发明实施例的发光二极管驱动电路的示意图。

图2A及图2B为本发明实施例的发光二极管驱动电路在亮区的操作示意图。

图3A及图3B为本发明实施例的发光二极管驱动电路在暗区的操作示意图。

图4为本发明实施例的发光二极管驱动电路的电路配置图。

图5A及图5B为本发明实施例的发光二极管驱动电路当中晶体管的示意图。

图6为本发明另一实施例的发光二极管驱动电路的电路配置图。

【符号说明】

10，11，12，20，30:发光二极管驱动电路

21:电路区块

A:晶体管结构

C，C1，C2:电容

D:漏极

Data:数据线

G:栅极

I1，I2:通过电流

L，L1:传送线路

L2:分流线路

LED:发光二极管

LED1:第一发光二极管

LED2:第二发光二极管

LED3:第三发光二极管

LED4:第四发光二极管

N1:第一节点

N2:第二节点

OVDD:第一电压源

OVSS:第二电压源

OVSS2:第三电压源

S:源极

Scan1:第一信号线

Scan2:第二信号线

T1:控制晶体管

T2:驱动晶体管

T3:分流晶体管

T11，T21:第一晶体管

T12，T22:第二晶体管

T23:第三晶体管

U:晶体管单元

具体实施方式

为利了解本发明的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效，现在将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的附图，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的附图的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围，合先叙明。

在附图中，为了清楚起见，放大了基板、面板、区域、线路等的厚度或宽度。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。应当理解，当诸如基板、面板、区域或线路的元件被称为在另一元件“上”或“连接到”另一元件时，其可以直接在另一元件上或与另一元件连接，或者中间元件可以也存在。相反地，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。如本文所使用的“连接”，其可以指物理和/或电性的连接。再者，“电性连接”或“耦接”可为二元件间存在其它元件。此外，应当理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”在本文中可以用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，其用于将一个元件、部件、区域、层和/或部分与另一个元件、部件、区域、层和/或部分区分开。因此，仅用于描述目的，而不能将其理解为指示或暗示相对重要性或者其顺序关系。

除非另有定义，本文所使用的所有术语具有与本领域技术人员通常理解的含义。将进一步理解的是，诸如在通常使用的字典中定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术和本发明的上下文中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化的或过度正式的意义，除非本文中明确地如此定义。

请参阅图1，其为本发明实施例的发光二极管驱动电路的示意图。如图所示，发光二极管驱动电路10包括控制晶体管T1、驱动晶体管T2、电容C、发光二极管LED以及分流晶体管T3。控制晶体管T1的第一端耦接于数据线Data，控制晶体管T1的第二端耦接于第一节点N1，控制晶体管T1的控制端耦接于第一信号线Scan1。驱动晶体管T2的第一端耦接于第一电压源OVDD，驱动晶体管T2的第二端耦接于第二节点N2，驱动晶体管T2的控制端耦接于第一节点N1。电容C的第一端耦接于第一节点N1，电容C的第二端耦接于驱动晶体管T2的第一端。发光二极管LED的第一端耦接于第二节点N2，发光二极管LED的第二端耦接于第二电压源OVSS。分流晶体管T3的第一端耦接于第二节点N2，分流晶体管T3的第二端耦接于第三电压源OVSS2，分流晶体管T3的控制端耦接于第二信号线Scan2。

当第一信号线Scan1传送控制信号至控制晶体管T1的控制端，开启控制晶体管T1，由数据线Data传送的数据信号传送到驱动晶体管T2的控制端，控制驱动晶体管T2的栅极操作电压。由于驱动晶体管T2的第一端连接高电压的第一电压源OVDD，第二端连接低电压的第二电压源OVSS，栅极操作电压可决定由高电压端(例如20V)流向低电压端(例如0V)的通过电流，发光二极管LED藉由此通过电流流过而点亮。发光二极管LED可作为显示面板当中的背光源(back light)，在显示面板进行区域调光(local dimming)时，可分为亮区与暗区方式来提升面板的显示效果，亮区的发光二极管LED通过驱动电路点亮，暗区则无电流通过发光二极管LED而未点亮。

在暗区当中，为使电流不通过发光二极管LED，可将数据线Data的数据信号维持在低电位来关闭驱动晶体管T2，使得电流无法通过发光二极管LED。然而，当驱动晶体管T2没有电流流过，晶体管的阈值电压会朝向负向飘移，且漂移的幅度比电流通过时阈值电压朝向正向漂移的幅度还大，使得暗区与亮区产生大幅差异。当显示面板以相同的数据设定来显示全画面时，上述差异将造成亮区与暗区在显示上的亮度差异，影响显示效果。

在本实施例中，在驱动晶体管T2与发光二极管LED之间的第二节点耦接分流晶体管T3，当发光二极管驱动电路10处于暗区时，数据线Data仍旧传送数据信号以开启驱动晶体管T2，使得电流持续通过驱动晶体管T2。此时，第二信号线Scan2传送的分流信号开启分流晶体管T3，使得第二节点N2的电位高于发光二极管LED的阈值电压，让通过电流由第二节点N2进行分流，经过分流晶体管T3流向第三电压源OVSS2，不会流过发光二极管LED而维持暗区的设定。第三电压源OVSS2可为类似于第二电压源OVSS的低电压源，在另一实施例中，第三电压源OVSS2与第二电压源OVSS可为相同的低电压源。

请参阅图2A及图2B，其为本发明实施例的发光二极管驱动电路在亮区的操作示意图，其中图2A为亮区操作的信号波形图，图2B为发光二极管驱动电路对应的电流示意图。当发光二极管驱动电路11在亮区操作时，第一信号线Scan1传送扫描信号至控制晶体管T1，例如30V的高电位信号，依照时序开启控制晶体管T1，使得数据线Data传送的数据信号能传送至驱动晶体管T2，控制驱动晶体管T2的栅极操作电压(Vg)。在本实施例中，数据信号的电压为16V，与驱动晶体管T2耦接的第一电压源OVDD为20V的高电压端，第二电压源OVSS为0V的低电压端，驱动晶体管T2的漏极源极电压(Vds)为10V，栅极源极电压(Vgs)为6V，驱动晶体管T2通过栅极操作电压开启使得通过电流I1(如10mA)由高电压端流向低电压端，流过发光二极管LED而使发光二极管LED发光。

在亮区操作时，第二信号线Scan2维持-9V的低电位，使得分流晶体管T3维持关闭状态，因此上述通过电流I1仅会由通过发光二极管LED的路径通过，不会通过分流路径，发光二极管LED在亮区依据扫描信号与数据信号的驱动发光。

请参阅图3A及图3B，其为本发明实施例的发光二极管驱动电路在亮区的操作示意图，其中图3A为暗区操作的信号波形图，图3B为发光二极管驱动电路对应的电流示意图。如图所示，当发光二极管驱动电路11在暗区操作时，第一信号线Scan1同样传送扫描信号至控制晶体管T1，例如30V的高电位信号，依照时序开启控制晶体管T1，使得数据线Data传送的数据信号能传送至驱动晶体管T2，控制驱动晶体管T2的栅极操作电压(Vg)。在本实施例中，数据信号的电压为7V，与驱动晶体管T2耦接的第一电压源OVDD为20V的高电压端，第二电压源OVSS为0V的低电压端。在驱动晶体管T2收到数据信号的电压开启后，为了使通过电流I2不要流经发光二极管LED的路径，第二信号线Scan2传送分流信号至分流晶体管T3的控制端，开启分流晶体管T3，执行分流的操作。由于分流晶体管T3的第一端耦接于第二节点N2，也就是驱动晶体管T2的源极端，当分流晶体管T3开启时，由于分流晶体管T3的尺寸经过设计，使得第二节点N2的操作电压(Vs)小于发光二极管LED的阈值电压(Vth)，电流无法通过发光二极管LED，而是由分流路径通过分流晶体管T3。

在本实施例中，驱动晶体管T2的沟道宽度可为分流晶体管T3的1.5倍到3倍，举例而言，较佳比例可约为2倍，使得分流晶体管T3的阻抗不小于发光二极管LED本身，通过尺寸上的匹配设计，使得第二节点N2的操作电压，即驱动晶体管的源极操作电压，能小于发光二极管LED的阈值电压，通过电流I2不会通过发光二极管LED，但此操作电压仍大于第三电压源OVSS2，因此通过电流I2沿着分流路径通过分流晶体管T3，流向第三电压源OVSS2。分流晶体管T3可操作于线性区，其接收的分流信号需足够大以确保开启分流晶体管T3，第二信号线Scan2传送的信号可为15V。

在上述亮区与暗区的操作下，驱动晶体管T2不论在亮区或暗区的操作均会有电流通过，避免驱动晶体管T2在暗区时产生阈值电压朝向负向漂移的问题。当显示面板以全画面呈现时，暗区将不会因为电流窜升而大幅提升亮度，产生与亮区明显的亮度差异，防止亮区与暗区的亮度差异过大而影响显示的效果。

请参阅图4，其为本发明实施例的发光二极管驱动电路的电路配置图。如图所示，发光二极管驱动电路20设置在电路区块21当中，电路区块21的侧边包括第一信号线Scan1、数据线Data、第一电压源OVDD及第二电压源OVSS，第一信号线Scan1与数据线Data设置在电路区块21的右侧边，第一电压源OVDD为高电压端，设置在电路区块21的右侧边，第二电压源OVSS为低电压，设置在电路区块21的左侧边。发光二极管驱动电路20的电路配置包括第一晶体管T11、第二晶体管T12、电容C1、第一发光二极管LED1、第二发光二极管LED2、第三发光二极管LED3以及第四发光二极管LED4。

在本实施例中，第一晶体管T11的第一侧边(右侧)耦接于数据线Data，第一晶体管T11相邻于第一侧边的第二侧边(上侧)耦接于第一信号线Scan1。第二晶体管T12的第一侧(右侧)耦接于第一电压源OVDD，第二晶体管T12相对于第一侧的第二侧(左侧)耦接于传送线路L，传送线路L延伸至第二晶体管T12相对设置的第三侧(下侧)及第四侧(上侧)，且传送线路L耦接于第二电压源OVSS。电容C1设置在第一晶体管T11与第二晶体管T12之间。第一发光二极管LED1与第二发光二极管LED2串联设置在第二晶体管T12的第三侧的传送线路L上，第三发光二极管LED3与第四发光二极管LED4串联设置在第二晶体管T12的第四侧的传送线路L上。

发光二极管驱动电路20的电路示意可参考前述实施例，其中第一晶体管T11对应于控制晶体管T1，第二晶体管T12对应于驱动晶体管T2。当第一信号线Scan1传送控制信号至第一晶体管T11的控制端，开启第一晶体管T11，使得数据线Data传送的数据信号能通过第一晶体管T11传送到第二晶体管T12的控制端，控制第二晶体管T12的栅极操作电压。第二晶体管T12的第一端连接高电压的第一电压源OVDD，第二端连接低电压的第二电压源OVSS，栅极操作电压可决定由高电压端流向低电压端的通过电流，此通过电流流经传送线路L，依序通过第一发光二极管LED1、第二发光二极管LED2、第三发光二极管LED3以及第四发光二极管LED4，将上述发光二极管点亮。

在设计第一晶体管T11及第二晶体管T12的电路配置时，晶体管画设的区域面积，也就是晶体管的宽长比(W/L)，为配置的重要考虑，第二晶体管T12的沟道宽度可为第一晶体管T11的沟道宽度的1～10倍，举例来说，第一晶体管T11的沟道宽度可为3w～30w，第二晶体管T12的沟道宽度可为30w～300w。在本实施例中，第一晶体管T11的沟道宽度为6w、长度为5.5；第二晶体管T12的沟道宽度为60w、长度为5.5。

请参阅图5A及图5B，其为本发明实施例的发光二极管驱动电路当中晶体管的示意图。其中图5A为晶体管画设的示意图，图5B为晶体管结构的示意图。在前一图中的第一晶体管T11及第二晶体管T12，可采用图5A中绕弓线画设方式来设置晶体管，在此晶体管画设方式中，源极S与漏极D的线路沿着同一方向交错设置，栅极G的线路则以绕弓线的方式设置在源极S与漏极D的线路之间。在图5A中，晶体管结构A的区块可进一步由图5B的示意图结构来说明，其中，晶体管结构A可由源极S、漏极D以及控制端的栅极G组成，漏极D为类似Y型的电极，源极S为类似I型的电极，设置在栅极G的线路上。在每一晶体管单元U当中，源极S与漏极D之间的距离为沟道长度，沟道宽度则为两者间的面积除以沟道长度，由上述设置面积的调整，可调整晶体管的宽长比(W/L)。前一实施例的第一晶体管T11或第二晶体管T12，都可以类似的方式来画设以达到所需的宽长比。

由多个晶体管单元U构成的群组中，晶体管可能会产生巨幅的馈通效应(feed through effect)，因此在本公开中藉由设置足够大的电容C1来抑制上述效应，在本实施例中，电容C1的范围大约为100～1000pF。

请参阅图6，其为本发明另一实施例的发光二极管驱动电路的电路配置图。如图所示，发光二极管驱动电路30设置在电路区块31当中，电路区块31的侧边包括第一信号线Scan1、第二信号线Scan2、数据线Data、第一电压源OVDD、第二电压源OVSS及第三电压源OVSS2，第一信号线Scan1、第二信号线Scan2及数据线Data设置在电路区块31的右侧边，第一电压源OVDD为高电压端，设置在电路区块31的右侧边，第二电压源OVSS与第三电压源OVSS2为低电压，共同设置在电路区块31的左侧边。发光二极管驱动电路30的电路配置包括第一晶体管T21、第二晶体管T22、第三晶体管T23、电容C2、第一发光二极管LED1、第二发光二极管LED2、第三发光二极管LED3以及第四发光二极管LED4。

在本实施例中，第一晶体管T21的第一侧边(右侧)耦接于数据线Data，第一晶体管T21相邻于第一侧边的第二侧边(上侧)耦接于第一信号线Scan1。第二晶体管T22的第一侧(右侧)耦接于第一电压源OVDD，第二晶体管T22相对于第一侧的第二侧(左侧)耦接于传送线路L1，传送线路L1延伸至第二晶体管T22相对设置的第三侧(下侧)及第四侧(上侧)，且传送线路L1耦接于第二电压源OVSS。电容C2设置在第一晶体管T21与第二晶体管T22之间。第一发光二极管LED1与第二发光二极管LED2串联设置在第二晶体管T22的第三侧的传送线路L1上，第三晶体管LED3与第四晶体管LED4串联设置在第二晶体管T22的第四侧的传送线路L1上。与前述实施例不同的是，发光二极管驱动电路30包括第三晶体管T23，设置在第二晶体管22的下侧与传送线路L1之间，第三晶体管T23的第一边(右侧)耦接于第二信号线Scan2及分流线路L2，分流线路L2耦接于第三电压源OVSS2，第三晶体管T23的第二边(左侧)耦接于传送线路L1。

发光二极管驱动电路30的电路示意可参考前述实施例，其中第一晶体管T21对应于控制晶体管T1，第二晶体管T22对应于驱动晶体管T2，第三晶体管对应于分流晶体管T3。当亮区操作时，第一信号线Scan1传送控制信号至第一晶体管T21的控制端，开启第一晶体管T21，使得数据线Data传送的数据信号能通过第一晶体管T21传送到第二晶体管T22的控制端，控制第二晶体管T22的栅极操作电压。第二晶体管T22的第一端连接高电压的第一电压源OVDD，第二端连接低电压的第二电压源OVSS，栅极操作电压可决定由高电压端流向低电压端的通过电流，此通过电流流经传送线路L1，依序通过第一发光二极管LED1、第二发光二极管LED2、第三发光二极管LED3以及第四发光二极管LED4，将上述发光二极管点亮。

第一晶体管T21与第二晶体管T22的设置面积可参阅前述实施例，相同内容不再重复描述，在本实施例中，第二晶体管T22的沟道宽度可为第三晶体管T23的沟道宽度的2倍，举例来说，第二晶体管T22的沟道宽度为60w、长度为5.5；第三晶体管T23的沟道宽度为30w、长度为5.5。当暗区操作时，第二信号线Scan2传送分流信号至第三晶体管T23，开启第三晶体管T23，基于第二晶体管T22与第三晶体管T23的沟道宽度设计，第二晶体管T22的通过电流将不会通过传送线路L1上的第一发光二极管LED1、第二发光二极管LED2、第三发光二极管LED3以及第四发光二极管LED4，而是通过第三晶体管T23，由分流线路L2流向第三电压源OVSS2。

在本实施例中，不论在亮区或暗区的操作均会有电流通过第二晶体管T22，避免第二晶体管T22在暗区时产生阈值电压朝向负向漂移的问题。当显示面板以全画面呈现时，暗区将不会因为电流窜升而大幅提升亮度，产生与亮区明显的亮度差异，防止亮区与暗区的亮度差异过大而影响显示的效果。

以上所述仅为举例而非为限制。任何未脱离本发明的精神与范围，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于所附的权利要求书中。