專利名稱：降低功率的顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及顯示器，例如，諸如IXD平板顯示器。本發(fā)明涉及以下類型的顯示器該顯示器具有背光，背光包括諸如發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光器件的陣列；而且本發(fā)明涉及適合于應(yīng)用在這樣的顯示器中的背光。
背景技術(shù)：
諸如液晶顯示器(LCD)的某些顯示器包括被背光照亮的空間光調(diào)制器。來自背光的光與對光進(jìn)行空間調(diào)制的空間光調(diào)制器相互作用，從而將圖像呈現(xiàn)給觀看者。圖像例如可為靜態(tài)圖像或視頻圖像?？臻g光調(diào)制器可包括可控像素的陣列。在某些這樣的顯示器中，背光包括用于照亮空間光調(diào)制器的區(qū)域的多個(gè)發(fā)光器件，例如LED。這樣的發(fā)光器件或這樣的發(fā)光器件的群組可以是獨(dú)立可控的，從而可以經(jīng)由空間光調(diào)制器使背光發(fā)射的光的強(qiáng)度以期望的方式變化。本文中，這樣的顯示器被稱為雙調(diào)制顯示器。雙調(diào)制顯示器的一些示例在以下中描述了 2005年5月10日頒布的并且題為 "High Dynamic Range Display Device”的美國專利第 6891672 號，2008 年 7 月 22 日頒布的并且題為 ‘‘High Dynamic Range Display Device” 的美國專利第 7403332 號，以及 2008 年 7 月 31 日公開的并且題為"Rapid Image Rendering on Dual-ModuIation Displays” 的美國專利申請公開第2008/0180466號，其全部通過引用合并于此以用于所有目的?？赏ㄟ^被稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的技術(shù)，來控制背光上的光發(fā)射器的亮度。諸如LED的發(fā)光器件可通過接通和斷開通過該器件的適當(dāng)?shù)墓潭娏?，?00%亮度的接通狀態(tài)與0%亮度的斷開狀態(tài)之間切換。PWM通過在若干百分比的重復(fù)時(shí)間段將各個(gè)光發(fā)射器脈沖到其接通狀態(tài)來工作。如果時(shí)間段充分短(例如1毫秒)，則人類視覺系統(tǒng)檢測不到光發(fā)射器在接通狀態(tài)與斷開狀態(tài)之間循環(huán)。觀察者僅感知到平均發(fā)射光強(qiáng)度，其與器件處于接通狀態(tài)的PWM時(shí)間段的百分比成比例。該百分比被稱為PWM信號的占空比。例如，由具有75%占空比的PWM信號驅(qū)動(dòng)的光發(fā)射器在每個(gè)PWM時(shí)間段的75%被接通，并且呈現(xiàn)給觀察者好像穩(wěn)定地發(fā)射具有其最大亮度的75%亮度的光。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明具有多個(gè)方面。一個(gè)方面提供顯示器。顯示器例如可包括計(jì)算機(jī)顯示器、 電視機(jī)、視頻監(jiān)視器、家庭影院顯示器、體育場顯示器、諸如用于醫(yī)療圖像的顯示器的專用顯示器、車輛模擬器或虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的顯示器等。本發(fā)明的另一方面提供用于顯示器的背光。本發(fā)明的另一方面包括用于控制顯示器的背光的控制器和控制裝置。本發(fā)明的其它方面提供用于操作顯示器的方法和用于驅(qū)動(dòng)顯示器背光的方法。除了以上描述的示例性方面和實(shí)施例之外，通過參考附圖和通過研究下面的詳細(xì)說明，其它方面和實(shí)施例將變得明顯。


在附圖的參考圖中圖示了示例性實(shí)施例。意圖在于，本文中公開的實(shí)施例和圖被認(rèn)為是說明性的，而不是限制性的。圖IA是現(xiàn)有技術(shù)的顯示器背光的示意平面圖；圖IB圖示照亮空間光調(diào)制器的與圖IA的背光相似的背光；圖2是圖示具有相同相位的四個(gè)傳統(tǒng)PWM驅(qū)動(dòng)信號所需要的功率的波形圖；圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的具有不同相位的四個(gè)PWM驅(qū)動(dòng)信號所需要的功率的波形圖；圖4A是圖示根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的相對于顯示器的PWM循環(huán)的幀循環(huán)的時(shí)長的波形圖；圖4B是圖示根據(jù)本公開的示例實(shí)施例的與圖3的PWM驅(qū)動(dòng)信號相似的PWM驅(qū)動(dòng)信號的波形圖，其中，幀中的第一個(gè)PWM循環(huán)的時(shí)長被延長；圖5是根據(jù)本公開的示例實(shí)施例的包括光發(fā)射器方塊(tile)的背光的示意圖；圖6是圖示根據(jù)本公開的示例實(shí)施例的方法的流程圖；圖7是圖示根據(jù)本公開的可替選實(shí)施例的PWM驅(qū)動(dòng)信號的波形圖；圖8是根據(jù)本公開的可替選實(shí)施例的背光的示意圖；以及圖9A至圖9C示出可將不同組的光發(fā)射器布置在背光的陣列中的示例方式。
具體實(shí)施例方式在以下描述中，闡述了具體細(xì)節(jié)，以向本領(lǐng)域技術(shù)人員提供更透徹的理解。然而， 可能未詳細(xì)示出或描述公知的元件，以避免不必要地使本公開難理解。因此，描述和附圖被視為是在說明性的意義上而不是在限制性的意義上。圖IA圖示用于顯示器的背光20。背光20包括多個(gè)光發(fā)射器22。光發(fā)射器22例如可為LED。發(fā)射的光可包括諸如白光的寬帶光，或者可包括具有不同光譜的光的混合。例如，背光20可包括獨(dú)立的紅光發(fā)射器、綠光發(fā)射器和藍(lán)光發(fā)射器。如上所述，在雙調(diào)制顯示器的情況下，背光20可包括照亮空間光調(diào)制器的背部的單獨(dú)可控光源(例如LED)的陣列。 每個(gè)單獨(dú)可控光源可包括一個(gè)或更多個(gè)發(fā)光器件。圖IB示出顯示器30。顯示器30具有照亮空間光調(diào)制器34的背光32。背光32 包括多個(gè)光發(fā)射器33?？臻g光調(diào)制器34包括像素35的陣列，其中，像素35可被控制成將入射到像素35上的變化量的光傳遞給觀看區(qū)域。在圖示的顯示器中，空間光調(diào)制器是透射型的。空間光調(diào)制器34例如可包括IXD面板。顯示器30包括產(chǎn)生控制信號37的控制器36，該控制信號37控制背光32的光發(fā)射器33發(fā)射具有在空間光調(diào)制器34的區(qū)域上空間地變化的強(qiáng)度的光?？刂破?6還產(chǎn)生控制信號38，該控制信號38控制空間光調(diào)制器34的像素35。控制器36在輸入39處接收圖像數(shù)據(jù)，以及基于圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生控制信號37和38，以使觀看者根據(jù)圖像數(shù)據(jù)看見圖像。
圖2圖示用于驅(qū)動(dòng)背光上的四個(gè)光發(fā)射器或光發(fā)射器的群組的四個(gè)PWM驅(qū)動(dòng)信號 1「14。PWM信號I1-I4各自具有周期T、和T的75%的接通時(shí)間或占空比。所有信號彼此同相。PWM驅(qū)動(dòng)信號I1-I4各自在時(shí)刻、以電流I。n—起上升，并且在時(shí)刻、一起下降。電流 I。n對應(yīng)于將光發(fā)射器驅(qū)動(dòng)處于其接通狀態(tài)所需要的電流。為了說明的方便，在圖2中將PWM 驅(qū)動(dòng)信號I1-I4圖示為相同的；但是，在雙調(diào)制顯示器中，各個(gè)信號可以是單獨(dú)可控的，以具有特定的占空比。因此，不同的光發(fā)射器可工作于不同的亮度水平。在圖2所示的典型PWM 中，通過改變PWM循環(huán)中各個(gè)光發(fā)射器被斷開的時(shí)間，來控制亮度水平；即，從各個(gè)PWM循環(huán)的開始，對占空比進(jìn)行計(jì)時(shí)。圖2中的波形Pt。tal表示驅(qū)動(dòng)由四個(gè)PWM驅(qū)動(dòng)信號I1-I4控制的光發(fā)射器所需要的總電功率?？偣β蕄t。tal是各個(gè)這樣的光發(fā)射器在給定的時(shí)間所消耗的功率之和，由P = IV給出，其中，I是通過光發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)電流，而V是此時(shí)光發(fā)射器上的對應(yīng)電壓降。如圖 2中所看到的，Ptotal在時(shí)刻、立即跳到最大值Pmax。例如，如果驅(qū)動(dòng)光發(fā)射器的各個(gè)PWM信號I1-I4在處于接通狀態(tài)時(shí)消耗(I。n) (Von)的功率，則Pmax將等于4 (Ion) (Von)。Ptotal從時(shí)刻 to到時(shí)刻t3保持在Pmax，然后在各個(gè)PWM循環(huán)的最后四分之一，由于每個(gè)光發(fā)射器切換到斷開狀態(tài)，所以Pt。tal下降到零。類似地，四個(gè)LED從時(shí)刻、至、將消耗4(I。n)的總電流，然后在各個(gè)循環(huán)的最后四分之一消耗零的總電流。當(dāng)與多個(gè)光發(fā)射器一起使用時(shí)，PWM的缺點(diǎn)在于，在各個(gè)PWM循環(huán)的開始期間，在一些時(shí)長同時(shí)接通全部的光發(fā)射器(對于任何非零的亮度設(shè)定)。結(jié)果是，不管顯示器的有效亮度水平，顯示器的電源都必需能夠至少在短時(shí)間傳送足夠的功率以完全驅(qū)動(dòng)所有的光發(fā)射器，以及幾乎瞬間地提供該功率。該需求增加了顯示器電源的成本和復(fù)雜度，尤其是對于具有大量光發(fā)射器的背光來說。一些背光可具有數(shù)十、數(shù)百或數(shù)千單獨(dú)的光發(fā)射器。在顯示器具有顯示非常亮的圖像的能力的情況下，例如在某些高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)顯示器中， 該問題尤其嚴(yán)重。這樣的顯示器可能能夠顯示具有2000"1/!!!2或更大的局部光強(qiáng)度的圖像。 在這樣的顯示器中，發(fā)光元件可為在其接通狀態(tài)消耗相當(dāng)大電功率的類型。本發(fā)明可應(yīng)用于這樣的顯示器以及其它顯示器。在一些實(shí)施例中，通過將背光的光發(fā)射器劃分成若干組以及在時(shí)間上錯(cuò)開組中的不同組的PWM循環(huán)的起始時(shí)間，來降低這樣的瞬時(shí)功率需求?？梢砸匀魏畏奖愕姆绞綄⒐獍l(fā)射器劃分成組。圖3圖示根據(jù)示例實(shí)施例的PWM驅(qū)動(dòng)信號I1' -I/，其中，已將背光的光發(fā)射器劃分成四組。由PWM信號1/-1/之一來控制各組光發(fā)射器。如圖2中所示，各個(gè)PWM信號具有75 %的占空比，從而光發(fā)射器工作于75 %的有效亮度。但是，與圖2相比，圖3中的PWM 信號1/-14’彼此90異相。如所看出的，通過錯(cuò)開各組的PWM循環(huán)的起始點(diǎn)，四組光發(fā)射器所需要的總功率Ptotal’在第一個(gè)PWM循環(huán)期間的時(shí)刻、、、和t2逐步上升到最大值Pmax’。 然后，如所示的，總功率Pt。tal’在后續(xù)的PWM循環(huán)期間保持恒定于最大值Pmax’。用疊加在圖3中的Pt。tal’上的虛線示出圖2的波形Ptotal，以更容易地看出功率需求的不同。如所看出的，在Ptotal’中避免了與在各個(gè)PWM循環(huán)的起始處同時(shí)接通全部光發(fā)射器相關(guān)聯(lián)的Ptotal的重復(fù)功率浪涌。相反，Ptotal ’在第一個(gè)PWM循環(huán)逐步上升到水平Pmax ’， Pt。tal’保持于該水平P_’直至PWM信號改變成顯示后續(xù)圖像。錯(cuò)開光發(fā)射器的起始時(shí)間既可防止或減少功率浪涌，又可導(dǎo)致更低的給定驅(qū)動(dòng)信號集的最大功率需求。在圖示的實(shí)施例中，Pmax’ 比 Pmax 小 ΔΡ_。例如，為了簡單起見，假設(shè)各個(gè)PWM信號1/_14’驅(qū)動(dòng)當(dāng)處于接通狀態(tài)時(shí)消耗(IJ (Von)的功率的光發(fā)射器，Ptotal，在時(shí)亥Ij t0、ti和t2以(Ion) (Von)逐步增加到3 (U (Von)的最大值口_ ’。因此，最大功率Pmax ’是當(dāng)PWM信號如圖2中所示同相時(shí)所需要的4 (I。n) (Von) 的等同最大功率Pmax的75%。該構(gòu)思可延伸到提供具有任意數(shù)量的光發(fā)射器組的實(shí)施例，其中，光發(fā)射器組在其PWM信號之間具有任何適合的相對相移。例如，在某些實(shí)施例中，將光發(fā)射器劃分成N組， 其中，各組的PWM信號相對于彼此以360/N相移。背光的功率需求會取決于很多因素而變化，包括光發(fā)射器的數(shù)目、以及施加于各個(gè)光發(fā)射器的PWM信號的占空比和相偏移。如上所述，光發(fā)射器的占空比(由此，亮度水平)可以是獨(dú)立可控的。在某些實(shí)施例中，通過對PWM 信號進(jìn)行相移而獲得的優(yōu)點(diǎn)可包括這樣的優(yōu)點(diǎn)與如果同相地施加相同的PWM信號相比， 總功率更逐漸地上升，更均勻地分布，以及保持更低的最大值。只要正在顯示給定圖像，用于該給定圖像的PWM信號就可無改變地循環(huán)。當(dāng)顯示新圖像時(shí)，可更新PWM驅(qū)動(dòng)信號以反映新圖像的圖像數(shù)據(jù)。在各個(gè)新圖像的第一個(gè)PWM循環(huán)期間，可要求總功率從零上升到由更新后的PWM信號確定的最大值。如上所述，可通過將 PWM信號組配置成彼此異相來延長該初始上升時(shí)間。在同一圖像的后續(xù)PWM循環(huán)期間，總功率可保持恒定于該最大值(與圖3中圖示的示例中一樣)，或者相對于第一個(gè)PWM循環(huán)的初始上升而在一定程度上波動(dòng)。對于視頻圖像，可在各個(gè)視頻幀的起始處更新圖像數(shù)據(jù)和對應(yīng)的PWM驅(qū)動(dòng)信號。 PWM循環(huán)可比視頻幀周期短很多，使得在單個(gè)視頻幀內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)PWM循環(huán)。例如，在某些實(shí)施例中，視頻幀周期在3至16. 7毫秒的范圍內(nèi)，而PWM周期在0. 1至2毫秒的范圍內(nèi)。在圖4A中圖示表示幀周期和PWM周期的示例波形。波形50表示具有Tframe周期的示例視頻幀循環(huán)。波形52表示具有周期T的示例PWM循環(huán)。在該非限制性的示例中，波形50的各個(gè)幀循環(huán)包含波形52的12個(gè)PWM循環(huán)。根據(jù)另一實(shí)施例，圖像更新后的第一個(gè)PWM循環(huán)的時(shí)長可相對于同一圖像的后續(xù) PWM循環(huán)周期在時(shí)間上被延長。圖像可為視頻幀或靜態(tài)圖像。由于功率波動(dòng)或浪涌趨向于在第一個(gè)PWM循環(huán)期間最大(如圖3所示，功率從零上升到最大值)，相應(yīng)地，使第一個(gè)PWM 循環(huán)變長允許存在該初始功率上升的更多時(shí)間，以及降低對電源的功率浪涌需求。如果只是圖像更新后的第一個(gè)PWM循環(huán)被延長(但是相對于幀周期仍然保持為短)，則不會對光發(fā)射器亮度存在可看得見的影響。例如，更新后的第一個(gè)PWM循環(huán)周期可在時(shí)間上延長最多大約2毫秒。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，除了每個(gè)幀循環(huán)的第一個(gè)PWM循環(huán)具有比幀循環(huán)內(nèi)的后續(xù)PWM循環(huán)的周期T2長的時(shí)長Tl之外，圖4A的波形M類似于波形52?？梢允怪芷赥l 比周期T2長任意適合的數(shù)量。在某些實(shí)施例中，周期Tl是周期T2的整數(shù)倍。在某些實(shí)施例中，T1/T2的比率例如在1. 5至10的范圍內(nèi)。在圖示的實(shí)施例中，通過非限制性的示例， 周期Tl是周期T2的兩倍長(其中，T2等于波形52的周期T)。圖4B圖示組合圖3中圖示的相移和圖4A中圖示的變長的PWM循環(huán)的示例實(shí)施例。 在圖4B中，信號1廣-14”的第一個(gè)PWM循環(huán)的時(shí)長是后續(xù)的PWM循環(huán)的兩倍長。圖4B中的PWM信號1/’_14”在其它方面與圖3中所示的I/ -I4'相同。如所看見的，總功率Pt。tal”在第一個(gè)PWM循環(huán)的時(shí)刻、、t2和t4從零逐步增加到最大值Pmax” (等于圖3中的Pmax’ )。 因此，初始功率上升時(shí)間相對于圖3的實(shí)施例為雙倍。減小上升速率，如上所述的背光功率變化的幅度和頻率反過來可降低給背光供電所需要的電源的復(fù)雜度和成本。例如，在如圖3和圖4所示對PWM信號進(jìn)行偏移的情況下， 可緩解電源的各種參數(shù)，例如浪涌容量、負(fù)載調(diào)節(jié)和瞬時(shí)響應(yīng)。浪涌容量是電源能夠以給定的占空比在給定的時(shí)間段供應(yīng)的最大電流的測度。電源的浪涌容量可顯著地大于其平均輸出功率容量。負(fù)載調(diào)節(jié)是電源響應(yīng)輸出負(fù)載的變化而保持恒定輸出電壓的能力的測度。瞬時(shí)響應(yīng)是輸出電壓在輸出負(fù)載改變后穩(wěn)定到穩(wěn)定輸出電壓所花費(fèi)的時(shí)間的測度。通過緩和電源所需要的輸出電流的變化，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的背光允許電源具有更適度的浪涌容量、負(fù)載調(diào)節(jié)和/或瞬時(shí)響應(yīng)。另外，減少傳送給背光的浪涌電流可允許使用沒有復(fù)雜的浪涌保護(hù)電路的電源。而且，在如圖3和圖4中所示對PWM信號進(jìn)行偏移的情況下，可增加電源的效率和可靠性。當(dāng)電源被操作成供應(yīng)相對穩(wěn)定的電流時(shí)，電源趨向于更有效率，以及當(dāng)電源在滿負(fù)載與輕負(fù)載之間跳躍時(shí)，電源趨向于效率更低。類似地，當(dāng)從電源吸收的電流不在滿負(fù)載與輕負(fù)載之間跳躍時(shí)，電源的電部件趨向于壓力更小并且使用壽命更長。圖5圖示根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的包括光發(fā)射器64的多個(gè)方塊62的背光60的一部分。光發(fā)射器64例如可為LED。在某些實(shí)施例中，背光60包括方塊62的二維陣列，并且每個(gè)方塊包括光發(fā)射器64的二維布置。在某些實(shí)施例中，每個(gè)方塊62包括印刷電路板 (PCB)，該印刷電路板(PCB)包括LED或其它光發(fā)射器的陣列。合并有背光60的顯示器還可包括控制器66，該控制器66根據(jù)輸入圖像數(shù)據(jù)70產(chǎn)生亮度信號68。亮度信號68可為表示一個(gè)或更多個(gè)光發(fā)射器64的期望亮度水平的模擬信號或數(shù)字信號。背光60還可包括用于將亮度信號68轉(zhuǎn)換成PWM驅(qū)動(dòng)信號74的一個(gè)或更多個(gè)PWM控制器72，其可直接控制光發(fā)射器64的亮度。在某些實(shí)施例中，背光60包括多個(gè) PWM控制器72，各個(gè)PWM控制器72控制多個(gè)諸如LED的光發(fā)射器64。在某些實(shí)施例中，每個(gè)方塊62包括用于控制該方塊上的光發(fā)射器64的一個(gè)或更多個(gè)PWM控制器72。例如，方塊62包括其內(nèi)集成有PWM控制器72的PCB，該P(yáng)WM控制器72用于控制PCB上的光發(fā)射器 64。控制器66和PWM控制器72可為分離的物理裝置，或者可組合在同一物理裝置內(nèi)。PWM驅(qū)動(dòng)信號74可為包括具有給定時(shí)長、占空比和相移的循環(huán)的序列的波形。PWM 驅(qū)動(dòng)信號74可用于接通或斷開通過光發(fā)射器64的固定電流。在某些實(shí)施例中，一個(gè)方塊的PWM驅(qū)動(dòng)信號74相對于另一方塊的PWM驅(qū)動(dòng)信號74進(jìn)行相移(例如圖3中所示的)。 在某些實(shí)施例中，所顯示的圖像的第一個(gè)PWM循環(huán)的時(shí)長長于同一圖像的后續(xù)PWM循環(huán)的時(shí)長(例如圖4B中所圖示的)。在圖示的實(shí)施例中，PWM控制器72輸出多個(gè)PWM驅(qū)動(dòng)信號74，各個(gè)PWM驅(qū)動(dòng)信號 74控制分離的方塊62。在某些實(shí)施例中，方塊62上的所有光發(fā)射器64由針對該方塊產(chǎn)生的公共PWM驅(qū)動(dòng)信號74來控制。在其它實(shí)施例中，用于各個(gè)光控制器64的PWM驅(qū)動(dòng)信號 74的占空比是由一個(gè)或更多個(gè)PWM控制器72獨(dú)立可控的。在某些實(shí)施例中，控制器芯片或電路單獨(dú)控制多個(gè)光發(fā)射器。在某些實(shí)施例中， PWM控制器芯片或電路被配置成使得針對光發(fā)射器產(chǎn)生的PWM信號的起始時(shí)間相對于彼此而錯(cuò)開。在使用這樣的PWM控制器芯片或電路構(gòu)建的背光中，自動(dòng)地錯(cuò)開不同光發(fā)射器組接通的時(shí)間。背光60還包括用于給背光上的光發(fā)射器64供應(yīng)電力的電源76。電源76可被配置成滿足為產(chǎn)生光發(fā)射器64的期望范圍的亮度所需要的特定功率要求。這樣的功率要求例如可包括負(fù)載調(diào)節(jié)、瞬時(shí)響應(yīng)和/或浪涌容量。如果如圖3和圖4所示地錯(cuò)開PWM信號組的起始時(shí)間，則不在同一時(shí)間將光發(fā)射器64都接通至100%亮度，并且可如上所述地降低這樣的功率要求。特別地，在某些實(shí)施例中，電源76具有的浪涌容量小于若在同一時(shí)間接通所有光發(fā)射器64所需要的浪涌容量。電源76的浪涌容量的百分比減少可與具有相同相移的PWM信號所驅(qū)動(dòng)的光發(fā)射器數(shù)量的百分比減少成比例。在某些實(shí)施例中，電源76具有的最大浪涌容量小于若在同一時(shí)間接通所有光發(fā)射器64所需要的浪涌容量的一半。類似地，在某些實(shí)施例中，電源76能夠具有的最大輸出浪涌電流(涌出電流)小于若在同一時(shí)間接通所有光發(fā)射器64由光發(fā)射器64所需要的總涌入電流。例如，如果背光 60包括N個(gè)光發(fā)射器，并且每個(gè)光發(fā)射器在接通時(shí)要求Irash的涌入電流，則電源76在能夠供應(yīng)所需要的平均電流的同時(shí)可具有小于N(Irash)的最大涌出電流。在某些實(shí)施例中，電源 76具有小于0.75 (N) (Irash)的最大涌出電流。在某些實(shí)施例中，電源76具有小于0.75(N) (Irush)的最大涌出電流。電源76可被配置成具有這樣的容量該容量供應(yīng)足以維持背光60的期望平均亮度的連續(xù)輸出電流。在某些實(shí)施例中，電源76能夠在整個(gè)背光60上產(chǎn)生最大平均光強(qiáng)度， 其小于可在背光60的一部分上產(chǎn)生的局部光強(qiáng)度。例如，電源76能夠在背光60的一部分上產(chǎn)生2000cd/m2或更多的局部光強(qiáng)度，而在整個(gè)背光60上僅能產(chǎn)生400cd/m2的最大平均光強(qiáng)度。圖6圖示根據(jù)本公開示例實(shí)施例的產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)背光上的光發(fā)射器組的PWM信號以顯示圖像的方法100。例如可以以用于背光的一個(gè)或更多個(gè)控制器來實(shí)現(xiàn)方法100。方法100的方框102涉及基于表示要顯示的圖像的圖像數(shù)據(jù)來確定用于顯示器的背光上的所有光發(fā)射器的亮度值。在該方法中，光發(fā)射器被劃分成多組。可針對各個(gè)分離的光發(fā)射器或各個(gè)分離的組來獨(dú)立地確定亮度值，使得由背光發(fā)射的并且入射到空間光調(diào)制器上的光的強(qiáng)度可在空間光調(diào)制器上以期望的方式變化。亮度值例如可由電模擬信號或數(shù)字信號來表示。在方法100的方框104，基于方框102處確定的亮度值為各組的光發(fā)射器確定PWM 占空比。占空比例如可被表示為光發(fā)射器應(yīng)該在接通狀態(tài)以生成期望亮度水平的各個(gè)PWM 周期的百分比或比率。在方法100的方框106，具有方框104處確定的占空比和針對各個(gè)組而預(yù)定的相移的PWM驅(qū)動(dòng)信號被產(chǎn)生并被施加到每個(gè)光發(fā)射器。針對各個(gè)組施加的相移彼此不同，從而錯(cuò)開不同組的PWM循環(huán)的起始時(shí)間(如圖3所示)。例如，可以以360/N的增量來施加各個(gè)組的相移，其中，N為組的數(shù)目。在方框108，設(shè)定各個(gè)PWM循環(huán)的時(shí)長，使得圖像的第一個(gè)PWM循環(huán)長于給定圖像的后續(xù)PWM循環(huán)的時(shí)長(如圖4B所示)。例如，可以使第一個(gè)PWM循環(huán)為后續(xù)PWM循環(huán)的兩倍長。延長第一個(gè)循環(huán)的一個(gè)益處是延長光發(fā)射器消耗功率和電流所需要的上升時(shí)間。PWM循環(huán)不必總是包括連續(xù)的接通時(shí)間部分繼之以連續(xù)的斷開時(shí)間部分。對于給定的占空比，接通時(shí)間和斷開時(shí)間的模式可變化，只要保持循環(huán)內(nèi)的接通時(shí)間和斷開時(shí)間的總比率即可。例如，可使循環(huán)內(nèi)的接通時(shí)間和斷開時(shí)間的順序反向，使得光發(fā)射器在循環(huán)的某個(gè)第一部分保持?jǐn)嚅_，然后在循環(huán)的剩余部分接通。在這種情況下，具有不同亮度水平的光發(fā)射器可在同一PWM循環(huán)內(nèi)的不同時(shí)間處接通(以及在循環(huán)的結(jié)束處同時(shí)斷開)。圖7 圖示四個(gè)波形80A-80D，其表示分別具有25%、50%、75%和100%的占空比和周期T的PWM 信號，其中，各個(gè)周期的接通時(shí)間跟隨斷開時(shí)間。如圖7中所示，結(jié)果的總功率波形82在各個(gè)循環(huán)期間逐步增加到最大值84，而不是在各個(gè)循環(huán)的起始立即上升到最大值。作為另一示例，也可將接通時(shí)間在PWM循環(huán)內(nèi)居中，使得不同的功率水平在不同的時(shí)間上升和下降。接通時(shí)間和斷開時(shí)間可以以任何其它選擇的方式散布在PWM循環(huán)內(nèi)， 只要循環(huán)內(nèi)的接通時(shí)間與斷開時(shí)間的總比例保持相同即可。在為顯示器的光發(fā)射器定義離散數(shù)目的亮度水平的情況下(例如，2n個(gè)亮度水平，其中η是定義亮度的比特的數(shù)目)，各個(gè)循環(huán)可被分割成該數(shù)目的段(例如2η個(gè)段)，在段期間，光發(fā)射器可被設(shè)定成接通或斷開。 各個(gè)亮度水平可對應(yīng)于PWM循環(huán)內(nèi)的接通/斷開段的特定模式。不同的光發(fā)射器組可采用每個(gè)亮度水平的不同接通/斷開模式集，使得即使被設(shè)定成相同的亮度水平，組之間的接通時(shí)間也被錯(cuò)開。因此，總功率需求可在PWM循環(huán)上分布得更均勻。接通時(shí)間和斷開時(shí)間在PWM循環(huán)內(nèi)的分布的變化可與如上所述的PWM信號組的相移的變化相組合。例如，可通過測量從各個(gè)PWM循環(huán)的結(jié)束起的占空比，來錯(cuò)開具有共同相移的組之內(nèi)的各個(gè)光發(fā)射器的起始時(shí)間。如果使各個(gè)新圖像的第一個(gè)循環(huán)的時(shí)長長于缺省的PWM周期，則還可相應(yīng)地延長所需要的初始上升時(shí)間。圖8圖示根據(jù)另一實(shí)施例的背光120。在該實(shí)施例中，多個(gè)PWM控制器 122A-122D (集合地為PWM控制器122)各自由分離的時(shí)鐘信號124A-1MD (集合地為時(shí)鐘信號124)來控制。PWM控制器122各自為一個(gè)或更多個(gè)光發(fā)射器126的組125產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)信號123。時(shí)鐘信號IM具有共同的周期T但是彼此相移，從而錯(cuò)開由PWM控制器122產(chǎn)生的PWM循環(huán)的起始時(shí)間?？赏ㄟ^將共同的源時(shí)鐘相移不同的量來生成時(shí)鐘信號124。例如， 在圖示四個(gè)PWM控制器的所示出的示例中，時(shí)鐘信號124Α可相移0，時(shí)鐘信號124Β可相移 90，時(shí)鐘信號124C可相移180，而時(shí)鐘信號124D可相移270。在另一示例實(shí)施例中，一個(gè)或更多個(gè)PWM控制器的時(shí)鐘信號可相對于一個(gè)或更多個(gè)其它PWM控制器的時(shí)鐘信號而反相。在某些實(shí)施例中，各個(gè)時(shí)鐘信號IM可在用于所顯示的圖像的第一個(gè)PWM循環(huán)的第一時(shí)鐘信號與用于同一圖像的后續(xù)PWM循環(huán)的第二時(shí)鐘信號之間切換。第一時(shí)鐘信號可具有比相應(yīng)的第二時(shí)鐘信號更長的周期(例如，與T相比，2Τ的周期)，但是具有相同的相移。因此，第一時(shí)鐘信號可用來相對于各個(gè)顯示圖像的后續(xù)PWM循環(huán)的時(shí)長，延長同一圖像的第一個(gè)PWM循環(huán)的時(shí)長。在可替選的實(shí)施例中，可改變時(shí)鐘信號的頻率，使得第一個(gè)PWM 循環(huán)的周期長于后續(xù)PWM循環(huán)的周期。在某些實(shí)施例中，多個(gè)PWM控制器的驅(qū)動(dòng)信號在周期T內(nèi)時(shí)間復(fù)用，從而在周期T 內(nèi)不同的非交疊時(shí)間區(qū)間驅(qū)動(dòng)不同的光發(fā)射器組。以這種方式，由不同PWM控制器驅(qū)動(dòng)的光發(fā)射器的接通時(shí)間永遠(yuǎn)不交疊，因此減少背光的功率需求。圖9Α至圖9C圖示可以使不同的光發(fā)射器組對應(yīng)于背光上的不同區(qū)域的一些方式。例如，在圖9Α中，背光130包括光發(fā)射器的二維陣列。對應(yīng)于水平條帶132Α至132D (集合地為條帶13 的光發(fā)射器被各自控制為組，從而相對于其它條帶132中的光發(fā)射器131 的PWM起始時(shí)間，錯(cuò)開各個(gè)條帶132中的光發(fā)射器131的PWM起始時(shí)間。各個(gè)條帶132可包括一行或更多行光發(fā)射器131。圖9B示出背光133的另一實(shí)施例，其中，方框134A至134D(集合地為方框134) 內(nèi)的光發(fā)射器各自被控制為組。此外，對于各個(gè)組，PWM起始時(shí)間可不同。圖9C示出其中散布具有不同PWM起始時(shí)間的光發(fā)射器組的背光136的另一實(shí)施例。在這種情況下，光發(fā)射器131A被控制成在相對于其它組(如131B、131C和131D所示的)的PWM起始時(shí)間而錯(cuò)開的時(shí)間，使光發(fā)射器131A的PWM循環(huán)同時(shí)開始。本發(fā)明的某些實(shí)現(xiàn)包括執(zhí)行軟件指令的計(jì)算機(jī)處理器，其中，這些指令使處理器執(zhí)行本發(fā)明的方法。例如，顯示器的控制系統(tǒng)中的一個(gè)或更多個(gè)處理器可通過執(zhí)行處理器可訪問的程序存儲器中的軟件指令，來實(shí)現(xiàn)圖6的方法或本文中所描述的其它方法。還可以以程序產(chǎn)品的方式來提供本發(fā)明。程序產(chǎn)品可包括承載包括指令的計(jì)算機(jī)可讀信號集的任何介質(zhì)，其中指令當(dāng)被數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行時(shí)使數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行本發(fā)明的方法。根據(jù)本發(fā)明的程序產(chǎn)品可以是各種形式中的任一種。程序產(chǎn)品例如可包括物理介質(zhì)，例如包括軟盤、 硬盤驅(qū)動(dòng)器的磁數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)、包括⑶ROM、DVD的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)、包括ROM、EPR0M、 EEPR0M、閃速RAM的電數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)等。程序產(chǎn)品上的計(jì)算機(jī)可讀信號可選地可被壓縮或加密。在以上提及部件(例如，控制器、處理器、組件、裝置等)的情況下，除非另外指明， 對該部件的提及應(yīng)該被解釋為包括該部件的等同物和執(zhí)行所描述的部件的功能的任何部件(即，功能上等同)，包括結(jié)構(gòu)上不等同于所公開的結(jié)構(gòu)、執(zhí)行所示出的本發(fā)明示例性實(shí)施例中的功能的部件。盡管以上已經(jīng)討論了很多示例性方面和實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員會認(rèn)識到其特定的修改、置換、附加和子組合。所以，意圖在于，在下面所附的權(quán)利要求和此后引入的權(quán)利要求的真實(shí)精神和范圍之內(nèi)，所附的權(quán)利要求和此后引入的權(quán)利要求被解釋為包括所有這樣的修改、置換、附加和子組合。
權(quán)利要求
1.一種用于顯示器的背光，所述背光包括多個(gè)光發(fā)射器組，每組包括至少一個(gè)光發(fā)射器；電源，所述電源被配置成將電力供應(yīng)給所述光發(fā)射器組；以及一個(gè)或更多個(gè)控制器，所述控制器被配置成通過將脈沖寬度調(diào)制(PWM)驅(qū)動(dòng)信號施加到每個(gè)光發(fā)射器，來控制所述組內(nèi)的所述光發(fā)射器的亮度水平，所述PWM驅(qū)動(dòng)信號具有周期T、與所述亮度水平成比例的占空比、和在所述組之間變化的相移；其中，所述亮度水平取決于所接收到的表示要顯示的圖像的圖像數(shù)據(jù)，以及其中，至少兩個(gè)光發(fā)射器的所述亮度水平是獨(dú)立可控的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光，其中，所述圖像的所述PWM驅(qū)動(dòng)信號的第一個(gè)PWM循環(huán)期的時(shí)長可控制成不同于所述圖像的后續(xù)PWM循環(huán)的所述周期T。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的背光，其中，所述圖像的所述第一個(gè)PWM循環(huán)的所述時(shí)長可控制成2T。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光，其中，與每組關(guān)聯(lián)的所述相移可配置成相差360/N的增量，其中N是光發(fā)射器組的數(shù)目。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光，其中，每組包括方塊，所述方塊包括光發(fā)射器陣列。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的背光，其中，每個(gè)方塊包括印刷電路板。
7.一種用于控制背光的光發(fā)射器的方法，所述方法包括基于表示要顯示的圖像的圖像數(shù)據(jù)，來確定所述光發(fā)射器的組的亮度值；基于所述亮度值，來確定所述光發(fā)射器的組的PWM占空比；向所述光發(fā)射器施加PWM驅(qū)動(dòng)信號，所述PWM驅(qū)動(dòng)信號具有所確定的占空比并且具有針對每組而不同的相移；其中，所述圖像的所述PWM驅(qū)動(dòng)信號的第一個(gè)PWM循環(huán)的時(shí)長長于所述圖像的后續(xù)PWM 循環(huán)的時(shí)長。
8.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所施加的PWM驅(qū)動(dòng)信號的每個(gè)PWM循環(huán)包括第一時(shí)間百分比，其中，所述第一時(shí)間百分比對應(yīng)于在斷開狀態(tài)的剩余時(shí)間百分比之前的接通狀態(tài)的占空比。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所施加的PWM驅(qū)動(dòng)信號的每個(gè)PWM循環(huán)包括在剩余時(shí)間百分比之前的斷開狀態(tài)的第一時(shí)間百分比，其中，所述剩余時(shí)間百分比對應(yīng)于接通狀態(tài)的所述占空比。
10.一種背光，包括多個(gè)光發(fā)射器和電源，所述電源具有小于所述背光的全部所述光發(fā)射器的組合電流消耗的最大功率浪涌容量。
11.一種顯示器，包括N個(gè)光發(fā)射器，所述光發(fā)射器中的每個(gè)當(dāng)被驅(qū)動(dòng)時(shí)消耗涌入電流A ；以及電源，其被連接成將電力供應(yīng)給所述N個(gè)光發(fā)射器，所述電源具有最大涌出電流 M，其中 M < (N) (A)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的顯示器，其中，M< 0. 75 (N) (A)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的顯示器，其中，M< 0.5 (N) (A)。
14.一種顯示器，包括空間光調(diào)制器；背光，其包括用于照亮所述空間光調(diào)制器的多個(gè)光發(fā)射器組，每組包括至少一個(gè)光發(fā)射器；電源，所述電源被配置成將電力供應(yīng)給所述光發(fā)射器組；一個(gè)或更多個(gè)控制器，所述控制器被配置成通過將脈沖寬度調(diào)制(PWM)驅(qū)動(dòng)信號施加到每個(gè)光發(fā)射器，來控制所述組內(nèi)的所述光發(fā)射器的亮度水平，所述PWM驅(qū)動(dòng)信號具有周期T、與所述亮度水平成比例的占空比，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)控制器被配置成將不同的相移應(yīng)用于所述組中的每組的所述光發(fā)射器的所述PWM驅(qū)動(dòng)信號；其中，所述亮度水平取決于所接收到的表示要顯示的圖像的圖像數(shù)據(jù)，以及其中，至少兩個(gè)光發(fā)射器的所述亮度水平是獨(dú)立可控的。
15.一種包括多個(gè)PWM驅(qū)動(dòng)電路的照明設(shè)備，每個(gè)PWM驅(qū)動(dòng)電路被配置成產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)一個(gè)或更多個(gè)光發(fā)射器的PWM信號，其中，每個(gè)PWM驅(qū)動(dòng)電路的所述PWM信號被配置成具有不同的相移。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的照明設(shè)備，其中，每個(gè)PWM驅(qū)動(dòng)電路的所述相移由連接到所述PWM驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)鐘信號來控制。
17.一種包括多個(gè)PWM驅(qū)動(dòng)電路的照明設(shè)備，每個(gè)PWM驅(qū)動(dòng)電路被配置成產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)一個(gè)或更多個(gè)光發(fā)射器的PWM信號，其中，每個(gè)PWM驅(qū)動(dòng)電路的所述PWM信號被配置成時(shí)間復(fù)用的。
全文摘要
用于顯示器的背光包括多個(gè)獨(dú)立可控的光發(fā)射器組。通過由脈沖寬度調(diào)制(PWM)驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的PWM信號，光發(fā)射器組的亮度水平是可控的。不同光發(fā)射器組的PWM信號的相位被配置成位移不同的量，從而錯(cuò)開不同組的光發(fā)射器的起始時(shí)間。這樣的PWM信號的相移可導(dǎo)致這樣的總功耗與如果不對相同的PWM信號進(jìn)行相移相比，總功耗更逐漸地上升，在時(shí)間上更均勻地分布，以及保持在更低的最大值。還可使圖像的PWM信號的第一個(gè)PWM循環(huán)的時(shí)長比圖像的后續(xù)PWM循環(huán)長，從而延長初始的功率上升時(shí)間。
文檔編號G09G3/20GK102473382SQ201080031299
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者史蒂夫·馬爾熱爾姆, 尼爾·W·梅斯梅爾 申請人:杜比實(shí)驗(yàn)室特許公司