CN101639167A - 用于驱动背光组件的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于驱动背光组件的方法和设备。所述背光组件包括：脉冲宽度调制信号输出单元，接收调光信号并输出具有与调光信号相应的占空比并具有不同时间段的脉冲宽度调制信号；光源，基于脉冲宽度调制信号发射光。

Description

用于驱动背光组件的方法和设备
本申请要求于2008年7月28日提交到韩国知识产权局的10-2008-0073591号韩国专利申请的优先权，该申请全部公开于此以资参考。
技术领域
本发明总体上涉及液晶显示器。更具体地，本发明涉及驱动液晶显示器背光。
背景技术
液晶显示器是最普遍使用的平板显示器中的一种。液晶显示器通常包括具有多个像素电极的第一基底、具有公共电极的第二基底以及具有插入在第一基底与第二基底之间的介电各向异性的液晶层。液晶显示器通过在像素电极与公共电极之间施加电压以在液晶层中产生电场，来显示图像。所述场对液晶层中的液晶分子定向，以调节入射光的偏振。
液晶显示器是典型的非自发光装置。因此，在液晶显示器(LCD)面板的后面需要灯作为光源。通常通过转换器对灯提供电能以产生光，并利用脉冲宽度调制(PWM)信号以调节光的亮度。
PWM信号可与在液晶显示器中使用的各种信号重叠，导致瀑布(waterfall)噪声。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种背光组件，该背光组件包括：脉冲宽度调制信号输出单元，接收调光信号并输出具有与调光信号相应的占空比并具有不同时间段的脉冲宽度调制信号；光源，基于脉冲宽度调制信号发射光。
根据本发明的另一方面，提供了一种显示设备，包括：显示面板，接收图像信号并输出图像；背光组件，为显示面板提供光。背光组件包括：脉冲宽度调制信号输出单元，接收调光信号并输出具有与调光信号相应的占空比并具有不同时间段的脉冲宽度调制信号；光源，基于脉冲宽度调制信号发射光。
根据本发明的另一方面，一种驱动显示设备的方法包括：提供调光信号，输出具有与调光信号相应的占空比并具有不同时间段的脉冲宽度调制信号。所述方法还包括：基于脉冲宽度调制信号发射光，接收光并响应于输入图像信号显示图像。
附图说明
通过参照附图对本发明的优选实施例进行详细描述，本发明的上述和其它特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是用于解释根据本发明第一实施例的液晶显示器设备和液晶显示器的驱动方法的框图；
图2A是图1中示出的脉冲宽度调制(PWM)信号输出单元的信号示图；
图2B是图1中示出的DC-AC转换器的信号示图；
图3是图1中示出的PWM信号输出单元的框图；
图4A是图3中示出的脉冲宽度调制(PWM)信号输出单元的信号示图；
图4B是示出图4A中示出的PWM信号的图形；
图5是图3中示出的随机频率信号产生器的框图；
图6是用于解释根据本发明第二实施例的液晶显示器设备和液晶显示器的驱动方法的框图；
图7是用于解释根据本发明第三实施例的液晶显示器设备和液晶显示器的驱动方法的框图；
图8是用于解释根据本发明第四实施例的液晶显示器设备和液晶显示器的驱动方法的框图；
图9是图8中示出的背光驱动器的电路图；
图10是用于解释根据本发明第五实施例的液晶显示器设备和液晶显示器的驱动方法的框图；
图11是示出图10中示出的光源的排列的框图；
图12是示出图10中示出的液晶显示器的操作的示图。
具体实施方式
通过参照下面的优选实施例的详细描述和附图可更容易地理解本发明的优点和特点以及实现本发明的优点和特点的方法。然而，本发明可被以各种不同形式实施，而不应理解为局限于在此阐述的实施例。更确切地，提供这些实施例从而本公开将是彻底和完整的，并将本发明的构思完全传达给本领域的技术人员，本发明仅由权利要求限定。在整个说明书中，相同的标号表示相同的部件。
应该理解，当部件或层被称为“在”或“连接到”另一部件或层时，该部件可直接在或连接到另一部件或层，或者可存在中间部件或层。相反，当部件被称为“直接在”、“直接连接到”另一部件或层时，不存在中间部件或层。如这里所使用的术语“和/或”包括一个或多个关联的列出的项的任意组合或所有组合。
应该理解，虽然术语第一、第二、第三等会在这里被使用以描述各种部件、组件、区域、层和/或部分，但是这些部件、组件、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语只是用来将一个部件、组件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区分。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，以下讨论的第一部件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分可以被称作第二部件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
在此使用的术语的目的仅仅是描述特定的实施例，而不应作为本发明的限制。除非上下文另外明确指出，如以下所使用的单数形式也意味着包括复数形式。还应该理解，当在说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，指定描述的特征、整体、步骤、操作、部件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组的存在或添加。
除非另外定义，在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还应该理解，诸如在通常使用的词典中定义的术语应该被解释为具有与相关领域的语境中的含义一致的含义，除非在此特别定义，不会被解释为理想或过于形式的含义。
以下将参照作为显示器设备的示例的液晶显示器对本发明进行详细描述。
将参照图1到图3对根据本发明第一实施例的液晶显示器和液晶显示器的驱动方法进行描述。图1是示出根据本发明第一实施例的液晶显示器设备的框图。图2A是图1的脉冲宽度调制(PWM)信号输出单元的信号示图，图2B是图1的直流到交流(DC-AC)转换器的信号示图。
参照图1，液晶显示器10包括显示图像的LCD面板100和为LCD面板100提供光的背光组件500。背光组件500可包括脉冲宽度调制(PWM)信号输出单元200、DC-AC转换器300和光源400。
LCD面板100包括多个栅极线(未示出)、多个数据线(未示出)以及在栅极线与数据线相交处形成的像素电极(未示出)，从而显示图像。
脉冲宽度调制信号PWM输出单元200接收调光(dimming)信号DIM，并输出具有与DIM相应的占空比并具有不同时间段的脉冲宽度调制信号PWM。例如，如图2A所示，脉冲宽度调制信号PWM输出单元200输出具有不规则改变的时间段的脉冲宽度调制信号PWM。也就是说，如图2A所示，时间段P1、P2和P3彼此不同(P1≠P2≠P3)。然而，脉冲宽度调制信号PWM的占空比具有与调光信号DIM相应的预定电压电平。在图2A中，对于第一时间段P1，占空比是H1/P1。对于第二时间段P2，占空比是H2/P2。对于第三时间段P3，占空比是H3/P3。各个占空比满足以下关系：(H1/P1)＝(H2/P2)＝(H3/P3)。
DC-AC转换器300从外部装置(例如，数字到模拟(D/A)转换器(未示出))接收升压直流(DC)电压，当脉冲宽度调制信号PWM具有高电平时将DC电压转换为AC电压，并输出AC驱动电压Vd。更详细地，包括切换部件(未示出)的DC-AC转换器300输出如图2B所示的由PWM信号调制的AC驱动电压Vd。
光源400接收AC驱动电压Vd，从而发射光。根据脉冲宽度调制信号PWM的占空比调节光源400的亮度。这里，光源400可以是线光源400。光源400的示例包括冷阴极荧光灯(CCFL)、热阴极荧光灯(HCFL)或外置电极荧光灯(EEFL)。然而，光源400不局限于所述的线光源400，可使用任何类型的光源400，只要其能够接收AC驱动电压Vd并发射光。
概括地说，背光组件500基于具有与调光信号DIM相应的占空比的脉冲宽度调制信号PWM来提供光。这里，脉冲宽度调制信号PWM的占空比与调光信号DIM的电压相应。脉冲宽度调制信号PWM可具有不同时间段。例如，脉冲宽度调制信号PWM的时间段可以是随机的。
此外，脉冲宽度调制信号PWM可具有在预定范围内以改变方式确定的随机频率。由于频率反比于时间段，故脉冲宽度调制信号PWM的时间段与随机频率相应。
这里，最大随机频率是光源对切换速度的响应开始减小的频率。最小随机频率是在LCD面板上开始发生闪烁的频率。例如，可根据最大、最小和中心频率确定随机频率。这里，最小随机频率可以是基于中心频率的-10％，最大随机频率可以是基于中心频率的+10％。
可根据显示器设备的操作频率和/或光源的操作频率来调节中心频率。例如，显示器设备的操作频率可以与中心频率的上限关联，光源的操作频率可以与中心频率的下限关联。
如上所述，当脉冲宽度调制信号PWM的时间段不同时，也就是说，当脉冲宽度调制信号PWM的频率不规则时，瀑布噪声被减小。更详细地，在液晶显示器10中使用的各种信号具有不同的频率。例如，栅极时钟信号、AC驱动电压Vd和脉冲宽度调制信号PWM中的每一个指示LCD面板100的各个栅极线(未示出)的激活开始时序，其中，它们中的每一个也可具有不同的频率。在这些信号的频率彼此重叠的情况下，产生差拍(beat)，从而LCD面板100的亮度差以不规则的间隔改变，导致瀑布噪声。然而，如果脉冲宽度调制信号PWM的频率不规则，则可避免这些“差拍”。甚至当已经产生这些差拍时，LCD面板100的亮度差可以以规则的间隔而不发生。因此，在脉冲宽度调制信号PWM的时间段不同的情况下，也就是说，在脉冲宽度调制信号PWM的频率不规则的情况下，可减小布噪声。
以下，将参照图3到图5对图2A所示的产生脉冲宽度调制信号PWM的方法进行描述。图3是图1中示出的PWM信号输出单元200的框图。图4A是图3中的脉冲宽度调制(PWM)信号输出单元200的信号示图，图4B是示出图4A的PWM信号的图形。图5是图3中示出的随机频率信号产生器210的框图。
参照图3，脉冲宽度调制信号PWM输出单元200包括随机频率信号产生器210和比较器260。随机频率信号产生器210产生具有随机频率的随机频率信号RFS。例如，如图4A中所示，随机频率信号产生器210可产生具有彼此不同的时间段P1、P2和P3(即，P1≠P2≠P3)的三角波。以下将参照图5对随机频率信号产生器210进行描述。
比较器260将随机频率信号RFS的电压电平与调光信号DIM的电压电平进行比较，并输出比较结果。例如，如果调光信号DIM的电压电平高于随机频率信号RFS的电压电平，则比较器260输出高电平信号。如果调光信号DIM的电压电平低于随机频率信号RFS的电压电平，则比较器260输出低电平信号。也就是说，比较器260输出图4A中所示的脉冲宽度调制信号PWM。在这种情况下，虽然脉冲宽度调制信号PWM具有随机频率，但是脉冲宽度调制信号PWM的占空比是常量。这里，通过调光信号DIM的电压电平来确定脉冲宽度调制信号PWM的占空比。
更详细地，图4A中所示的随机频率信号RFS的一个循环时间段可通过如图4B所示的两条曲线y＝ax和y＝m-b(x-m/a)在坐标平面上图示性地示出。可通过等式y＝k表示调光信号DIM。
如图4B中所示，线y＝ax和y＝m-b(x-m/a)超过y＝k的持续时间可被表示为(m-k)/a+(m-k)/b，循环时间段的长度是m/a+m/b。这里，占空比是(m-k)/m。也就是说，由值m和k确定占空比，其中，m是随机频率信号RFS的幅度，k是调光信号DIM的电压电平。结果，当随机频率信号RFS的幅度是常量时，占空比与随机频率信号RFS的频率无关并根据调光信号DIM的电压电平改变。
如图3和图4A中所示，当调光信号DIM的电压电平被升压时，脉冲宽度调制信号PWM的占空比被减小。反之，当调光信号DIM的电压电平被降低时，脉冲宽度调制信号PWM的占空比可被增加。同时，PWM信号输出单元200可输出脉冲宽度调制信号PWM，该脉冲宽度调制信号PWM具有这样的占空比：当调光信号DIM的电压电平被升压时增加，当调光信号DIM的电压电平被降低时减小。这里，比较器260可包括运算放大器。
将参照图5对图3中示出的随机频率信号产生器210进行更详细的描述。然而，随机频率信号产生器210不限于以下描述中示出的示例。参照图5，随机频率信号产生器210包括计数器220、存储器230、第一D/A转换器240和压控振荡器250。
存储器230存储随机数据RD。
计数器220接收时钟信号CLOCK，对时钟信号CLOCK计数，并输出计数的结果作为指示存储器230的地址的地址信号ADDR。例如，时钟信号CLOCK可以是从外部装置独立提供的外部信号，或是在液晶显示器10中使用的内部信号中的一个。
第一D/A转换器240响应于地址信号ADDR从存储器230读出随机数据RD。例如，第一D/A转换器240读出与地址信号ADDR相应的随机数据RD。第一D/A转换器240将读出的随机数据RD转换为以模拟形式的控制电压Vcon。
压控振荡器250输出随机频率信号RFS，其频率根据控制电压Vcon的电压电平改变。由于压控振荡器250是公知电路，故不给出其操作的详细描述，应该注意本发明不局限于任何类型的压控振荡器250。
将参照图6对根据本发明第二实施例的液晶显示器设备和液晶显示器的驱动方法进行描述。图6是根据本发明第二实施例的液晶显示器设备的框图。为了描述方便，与图1中示出的功能部件相同的功能部件由相同标号表示，并将省略对其进行详细描述。
参照图6，与之前的实施例不同，根据当前实施例的背光组件501还包括反馈单元450。例如，反馈单元450用于将光源400的亮度保持在恒定等级。
更详细地，反馈单元450接收流入光源400的从光源400反馈的电流CUR，并如下调节调光信号DIM的电压电平。
如果流入光源400的电流CUR的量增加，则反馈单元450将调光信号DIM的电压电平升压。如图4中所示，如果调光信号DIM的电压电平被升压，则脉冲宽度调制信号PWM的占空比减小。如果脉冲宽度调制信号PWM的占空比减小，则AC驱动电压Vd被提供给光源400期间的时间减小，且流过光源400的电流CUR的量减小。
反之，如果流入光源400的电流CUR的量减小，则反馈单元450降低调光信号DIM的电压电平，以增加流入光源400的电流CUR的量。换句话说，反馈单元450检测流入光源400的电流CUR的量，并调节调光信号DIM的电压电平以将光源400的亮度保持在恒定等级。在示例性实施例中，包括电阻器(未示出)的反馈单元450将流过光源400的电流CUR转换为电压以输出调光信号DIM。
当过电流流入光源400时，反馈单元450可调节调光信号DIM的电压电平，从而避免AC驱动电压Vd被施加到光源400。或者，反馈单元450可通过检测施加到光源400的电压来调节调光信号DIM的电压电平。
接下来，将参照图7对根据本发明第三实施例的液晶显示器设备和液晶显示器的驱动方法进行描述。图7是根据本发明第三实施例的液晶显示器设备的框图。为了描述方便，与图1中示出的功能部件相同的功能部件由相同标号表示，并将省略对其进行详细描述。
根据当前实施例的液晶显示器11还包括信号控制单元600和第二D/A转换器700。
信号控制单元600接收R、G、B图像信号和外部控制信号CONT1，并输出图像数据信号IDAT和内部控制信号CONT2。图像数据信号IDAT可包括例如从R、G、B图像信号转换以提高响应速度和显示质量的信号。控制信号CONT1可包括例如垂直同步信号Vsync、水平同步信号、主时钟、数据使能信号等。内部控制信号CONT2用于驱动LCD面板100，其示例可包括指示栅极驱动器(未示出)的开始的垂直同步开始信号、确定栅极导通(gate-on)电压的输出时间的栅极时钟信号、确定栅极导通电压的脉冲宽度的输出使能信号、指示数据驱动器(未示出)的开始的水平同步开始信号、指示数据电压将被输出的输出指令信号等。
此外，信号控制单元600可输出用于响应于R、G、B图像信号调节光源400的亮度的数字光数据信号LDAT。例如，信号控制单元600确定光源400的亮度是否响应于R、G、B图像信号而增加或减小，并基于确定结果输出光数据信号LDAT。在R、G、B图像信号渲染暗图像的情况下，信号控制单元600输出光数据信号LDAT以减小光源400的亮度。另一方面，在R、G、B图像信号渲染亮图像的情况下，信号控制单元600输出光数据信号LDAT以增加光源400的亮度。或者，根据R、G、B图像信号渲染运动图像还是静止图像，信号控制单元600可输出光数据信号LDAT以调节光源400的亮度。
第二D/A转换器700将数字光数据信号LDAT转换为以模拟形式的调光信号DIM，并将其输出。
如上所述，背光组件500响应于调光信号DIM的电压电平输出脉冲宽度调制信号PWM，并根据脉冲宽度调制信号PWM的占空比调节光源400的亮度。如上所述，通过调光信号DIM的电压电平确定脉冲宽度调制信号PWM的占空比，脉冲宽度调制信号PWM的时间段是随机的。
信号控制单元600可被嵌入在第二D/A转换器700或背光组件500中。
将参照图8和图9对根据本发明第四实施例的液晶显示器设备和液晶显示器的驱动方法进行描述。图8是根据本发明第四实施例的液晶显示器设备的框图，图9是图8中示出的背光驱动器的电路图。为了描述方便，与图1中示出的功能部件相同的功能部件由相同标号表示，并将省略对其进行详细描述。
参照图8，根据当前实施例的背光组件502包括脉冲宽度调制信号PWM输出单元200、背光驱动器350和光源401。在以下描述中，将以发光二极管为例对本发明的光源401进行描述，但本发明不限于此。
更详细地，如图9中所示，背光驱动器350包括切换部件，该切换部件响应于脉冲宽度调制信号PWM操作发光二极管LED。
现将对背光驱动器350的操作进行描述。如果在接收高电平脉冲宽度调制信号PWM的情况下导通背光驱动器350的切换部件，则驱动电压Vd被提供到发光二极管LED，从而电流流过发光二极管LED和电感器L。这里，从电流得到的能量被存储在电感器L中。如果脉冲宽度调制信号PWM变低，则切换部件截至。随后，发光二极管LED、电感器L和二极管D组成闭合回路。这里，存储在电感器L中的能量被释放，电流的量减小。根据脉冲宽度调制信号PWM的占空比调节导通切换部件的时间，从而根据脉冲宽度调制信号PWM的占空比控制发光二极管LED的亮度。
以下，将参照图10到图12对根据本发明第五实施例的液晶显示器设备和液晶显示器的驱动方法进行描述。图10是根据本发明第五实施例的液晶显示器设备的框图。图11是示出图10中示出的光源的排列的框图，图12是示出图10中示出的液晶显示器的操作的示图。为了描述方便，与图8中示出的功能部件具有相同的功能部件由相同标号表示，并将省略对其进行详细描述。
参照图10，LCD面板100可被划分为多个显示块DB1-DB(n×m)。例如，多个显示块DB1-DB(n×m)可以以(n×m)矩阵排列。多个显示块DB1-DB(n×m)中的每一个包括多个像素。
如图11中所示，排列多个光源401以提供光。也就是说，排列多个光源401以与排列在矩阵中的显示块相应，其中，每个光源可包括至少一个发光二极管LED。多个光源401被连接到各个背光驱动器350_1-350_n，并根据在各个显示块DB1-DB(n×m)上显示的图像调节亮度，这将参照图12进行更详细的描述。
在R、G、B图像信号渲染图12中所示的图像的情况下，可确定每个显示块的亮度。例如，LCD面板100的下部的亮度是低，而LCD面板100的中部的亮度是高。因此，信号控制器601接收R、G和B图像信号并基于接收的R、G和B图像信号确定每个显示块DB1-DB(n×m)的亮度。此外，为了调节与显示块DB1-DB(n×m)相应的每个光源401的亮度，信号控制器601可输出与每个显示块DB1-DB(n×m)的亮度相应的光数据信号LDAT。
第二D/A转换器700接收光数据信号LDAT，将其转换为调光信号DIM，并将调光信号DIM输出到脉冲宽度调制信号PWM输出单元200。脉冲宽度调制信号PWM输出单元200接收调光信号DIM，并输出脉冲宽度调制信号PWM。
如上所述，背光驱动器350接收调光信号DIM并调节光源400(例如，发光二极管LED)的亮度。
在这种情况下，由于根据图像的亮度调节光源401的亮度，故增加了对比度，从而提高显示质量。
如上所述，通过调光信号的电压电平确定脉冲宽度调制信号PWM的占空比，且脉冲宽度调制信号PWM的时间段是随机的。因此，可在减小瀑布噪声的同时还提高显示质量。
虽然参照本发明的示例性实施例已经具体示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行形式和细节上的各种改变。因此，本发明的实施例在各个方面应被认为是描述性的，而不是限制性的，参照权利要求而不是以上描述来指示本发明的范围。

Claims (10)

1、一种背光组件，包括：
脉冲宽度调制信号输出单元，接收调光信号并输出具有与调光信号相应的占空比并具有不同时间段的脉冲宽度调制信号；和
光源，基于脉冲宽度调制信号发射光。
2、如权利要求1所述的背光组件，其中，脉冲宽度调制信号输出单元将具有不同时间段的随机频率信号与调光信号进行比较，并根据所述比较输出脉冲宽度调制信号。
3、如权利要求2所述的背光组件，其中，脉冲宽度调制信号输出单元包括：随机频率信号产生器，输出随机频率信号；比较器，将随机频率信号的电压电平与调光信号的电压电平进行比较。
4、如权利要求3所述的背光组件，其中，随机频率信号产生器响应于控制电压的电压电平输出随机频率信号。
5、如权利要求4所述的背光组件，其中，随机频率信号产生器还包括：存储器，存储随机数据；数字到模拟转换器，响应于地址信号从存储器读取随机数据并以模拟形式输出控制电压，所述控制电压与所述随机数据相应。
6、如权利要求1所述的背光组件，其中，脉冲宽度调制信号输出单元输出具有与调光信号的电压电平相应的占空比的脉冲宽度调制信号。
7、如权利要求6所述的背光组件，其中，脉冲宽度调制信号具有在预定频率范围内确定的随机频率，所述预定频率范围具有最大随机频率和最小随机频率，在最大随机频率光源对与脉冲宽度调制信号相应的切换速度的响应减小，在最小随机频率在与光源相应的LCD面板上开始发生闪烁。
8、如权利要求7所述的背光组件，其中，最小频率比频率范围的中心频率小10％，最大频率比中心频率大10％。
9、如权利要求6所述的背光组件，还包括：反馈单元，接收从光源反馈的电流和施加到光源的电压中的至少一个，反馈单元调节调光信号的电压电平。
10、如权利要求6所述的背光组件，还包括：数字到模拟转换器，接收是数字信号的光数据信号，并输出调光信号作为与光数据信号相应的模拟信号。
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