CN109387978B - 本地显示器背光系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“本地显示器背光系统和方法”。本主题技术的方面涉及用于发光二极管的控制电路。控制电路包括二维发光二极管(LED)阵列。控制电路可包括能够由公共驱动器或多个LED阵列操作的单个LED阵列，每个LED阵列均能够由专用LED矩阵驱动器操作。每个矩阵驱动器可接收来自公共控制器的同步信号，并且可包括可编程锁相环(PLL)，以将每个矩阵驱动器同步到同步信号。LED阵列可包括沿着串串联安装的多个LED串。每个串中的每个LED可包括旁路开关，该旁路开关用于通过脉冲宽度调制修改流过该LED的电流。

Description

本地显示器背光系统和方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2017年8月3日提交的标题为“LOCAL DISPLAY BACKLIGHTINGSYSTEMS AND METHODS”美国临时专利申请序列号62/541,034的权益，该申请据此全文以引用方式并入本文，以用于所有目的。
技术领域
本说明书整体涉及具有显示器的电子设备，并且更具体地但非排他性地涉及具有带局部背光调光的显示器的电子设备。
背景技术
电子设备诸如计算机、媒体播放器、蜂窝电话、机顶盒和其他电子设备通常具有用于显示视觉信息的显示器。显示器诸如有机发光二极管(OLED)显示器和液晶显示器(LCD)通常包括以像素行和像素列的方式布置的显示器像素阵列。液晶显示器通常包括背光单元和具有单独可控液晶显示器像素的液晶显示单元。
背光单元通常包括生成离开背光到达液晶显示单元的光的一个或多个发光二极管(LED)。液晶显示器像素可单独操作以控制背光单元的光通过该像素以显示内容诸如文本、图像、视频或显示器上的其他内容。
附图说明
本主题技术的一些特征在所附权利要求书中被示出。然而，出于解释的目的，在以下附图中阐述了本主题技术的若干实施方案。
图1示出了根据本主题技术的各个方面的具有显示器的示例性电子设备的透视图。
图2示出了根据本主题技术的各个方面的具有背光单元的电子设备显示器的侧视图的框图。
图3示出了根据本主题技术的各个方面的具有耦接至公共控制器的多个驱动器的显示器背光电路的示意图。
图4示出了根据本主题技术的各个方面的图3的各种背光驱动器的示意图。
图5示出了根据本主题技术的各个方面的包括净空电压控制电路的显示器背光电路的示意图。
图6示出了根据本主题技术的各个方面的每个具有旁路开关的发光二极管串。
图7示出了根据本主题技术的各个方面的具有旁路开关的发光二极管串的脉冲宽度调制控制信号。
图8示出了根据本主题技术的各个方面的具有旁路开关的发光二极管串的其他脉冲宽度调制控制信号。
图9A和图9B示出了根据本主题技术的各个方面的具有旁路开关的发光二极管串的开关模式和发光二极管电流波形。
图10示出了根据本主题技术的各个方面的具有旁路开关的发光二极管串的电压和电流波形。
图11示出了根据本主题技术的各个方面的具有旁路开关的发光二极管串的其他电压和电流波形。
图12示出了根据本主题技术的各个方面的具有旁路开关的发光二极管串的其他电压和电流波形。
图13示出了根据本主题技术的各个方面的包括具有旁路开关和净空电压控制电路的发光二极管串的显示器背光电路的示意图。
图14示出了根据本主题技术的各个方面的可为净空控制执行局部背光调光的示例性操作的流程图。
具体实施方式
下面示出的具体实施方式旨在作为本主题技术的各种配置的描述并且不旨在表示本主题技术可被实践的唯一配置。附图被并入本文并且构成具体实施方式的一部分。具体实施方式包括具体的细节旨在提供对本主题技术的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员来说将清楚和显而易见的是，本主题技术不限于本文示出的具体细节并且可在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些情况下，以框图形式示出了熟知的结构和部件，以便避免使本主题技术的概念模糊。
本主题公开提供了可包括显示器的电子设备诸如蜂窝电话、媒体播放器、平板电脑、膝上型计算机、机顶盒、智能手表、无线接入点以及包括发光二极管阵列诸如显示器背光单元的其他电子设备。使用显示器以呈现视觉信息和状态数据，和/或可使用显示来器收集用户输入数据。显示器包括显示器像素阵列。每个显示器像素可包括用于显示彩色图像的一个或多个彩色子像素。
每个显示器像素可包括设置在一对电极之间的液晶层，可操作所述液晶层以控制液晶的取向。控制液晶的取向可控制背光的偏振。此偏振控制与液晶层相对侧上的偏光器相组合，允许待操纵穿过像素的光以选择性地阻挡光或允许光穿过像素。
背光单元包括一个或多个发光二极管(LED)，诸如生成显示器背光的发光二极管的一个或多个串和/或阵列。在各种构型中，发光二极管串可沿着导光板的一个或多个边缘布置，所述光导板将由所述串生成的背光分配给LCD单元，或可经过布置以形成二维LED阵列。
在显示器中，耦接至显示器像素阵列和背光单元的控制电路从电子设备的系统控制电路接收显示数据，并且基于该显示数据生成控制信号，并将其提供给显示器像素阵列和背光单元LED。
在一些情况下，背光单元为显示器像素生成恒定光量，并且穿过每个像素的光量仅由液晶显示器像素的操作控制。在其他情况下，背光生成的光量基于在显示器上待显示的内容动态控制。在具有动态背光控制的一些设备中，单独控制各个背光LED或背光LED组以允许显示器的局部调光或增亮，以增强LCD像素生成的对比度。LED(例如，背光LED)的控制电路可包括多个矩阵驱动器，每个矩阵驱动器用于控制LED阵列的子阵列，并且每个矩阵驱动器与公共控制器的同步信号同步。LED的控制电路可包括每个LED的各个旁路开关，以允许在各个LED的电平上进行局部调光。
在这些公开构型中提供背光LED的局部调光(例如，使用每个专用于LED子阵列和/或使用旁路开关的各个LED调光的多个驱动器电路)，允许背光电路在待显示的图像内基于逐个区域调节亮度。例如，背光区域仅可在明亮的图像区域中被照明，并且背光区域可在图像的黑暗区域或黑色区域中被调暗或关闭。以这种方式进行局部调光有助于促进图像的高动态范围(HDR)显示，以及改善颜色、对比度、运动锐化和灰度。
在一些具体实施中，由于显示器背光单元可包括大量LED(例如，数十、数百、数千或数百万LED阵列)，因此LED背光和/或其他LED阵列的热量管理可能具有挑战性。本文所公开的LED驱动架构，其中单独控制LED和/或单个LED组，可有助于通过热耗散降低热应力和/或能量损失。并且，本文还公开了用于降低或最小化背光的净空电压的控制系统和方法，这也可提高系统效率。
根据本主题公开的各个方面，为背光LED阵列提供了多个LED矩阵驱动器，每个矩阵驱动器具有用于同步到公共同步信号诸如显示器的线路或水平同步信号的锁相环(PLL)。根据本主题公开的其他方面，为LED串中的每个LED提供了专用旁路开关。根据本主题公开的其他方面，组合提供净空反馈电路与多个矩阵驱动器和/或专用旁路开关，以进一步提高显示器效率和可靠性。
图1示出了可具有发光二极管的类型的示例性电子设备。在图1的示例中，设备100已使用外壳实现，该外壳足够小以便用户携带(例如，图1的设备100可为手持式电子设备诸如平板电脑或蜂窝电话)。如图1所示，设备100可包括显示器诸如安装在外壳106的正面上的显示器110。显示器110可基本上填充有源显示器像素，或者可具有有源部分和无源部分。显示器110可具有开口(例如，显示器110的无源部分或有源部分中的开口)诸如用于容纳按钮104的开口，和/或其他开口诸如用于容纳扬声器、光源或相机的开口。
显示器110可以是包含电容式触摸电极或其他触摸传感器部件的触摸屏，或者可以是非触敏式的显示器。显示器110可包括由以下各项形成的显示器像素：发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、等离子体单元、电泳显示器元件、电润湿显示器元件、液晶显示器(LCD)部件或其他合适的显示器像素结构。作为示例，文中有时描述使用LED像素和LED背光形成显示器110的布置。然而，这仅为示例性的。在各种具体实施中，如果需要，可使用任何合适类型的显示器技术来形成显示器110。
外壳106，有时可称为壳体，可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(例如，不锈钢、铝等)、其他合适的材料或任意两种或更多种这些材料的组合形成。
图1的电子设备100的配置仅为例示性的。在其他具体实施中，电子设备100可以是计算机，诸如集成到显示器(诸如计算机监视器)内的计算机、膝上型计算机、稍小的便携式设备(诸如腕表设备、挂式设备或其他可穿戴设备或微型设备)、媒体播放器、游戏设备、导航设备、计算机监视器、电视或其他电子设备。
例如，在一些具体实施中，外壳106可使用一体式配置形成，在该一体式配置中，外壳106中的一些或全部外壳被机械加工或模制成单一结构，或者可使用多个结构(例如，内部框架结构、形成外部外壳表面的一种或多种结构等)形成所述外壳。尽管图1的外壳106显示为单个结构，但是外壳106可具有多个部分。例如，外壳106可具有上部部分和下部部分，所述下部部分使用铰链耦接至上部部分，所述铰链允许上部部分围绕相对于下部部分的旋转轴旋转。在一些具体实施中，键盘诸如QWERTY键盘和触摸板可安装在下部外壳部分中。也可为键盘和/或设备100的其他照明部分提供LED背光阵列。
在一些具体实施中，电子设备100可通过将计算机集成到计算机监视器的形式提供。显示器110可安装在外壳106的前表面上，并且可提供支架以支撑外壳(例如，在台式计算机上)。
图2是显示器110的示意图，其中显示器具有液晶显示单元204和背光单元202。如图2所示，背光单元202生成背光208，并且在液晶显示单元204的方向发出背光208。液晶显示单元204选择性地允许背光208的一些或全部穿过其中的液晶显示器像素，以生成对用户可见的显示器光210。背光单元202包括一个或多个子部分206。
在一些具体实施中，子部分206可以是在显示器110的一些或全部上水平或垂直延伸的细长子部分(例如，在背光单元202的边缘照明构型中)。在其他具体实施中，子部分206可以是正方形或其他直线子部分(例如，二维LED阵列背光的子阵列)。因此，子部分206可由设置在该子部分中的一个或多个LED串和/或LED阵列限定。可单独控制子部分206以进行背光208的局部调光。
尽管示出了背光单元202使用液晶显示单元实现，但应当理解背光单元诸如背光单元202可在背光键盘中实现，或者用于照亮闪光设备或以其他方式为电子设备提供照明。
图3示出了包括控制电路300的示例性显示器电路的示意图，所述控制电路300可在背光单元202或其他LED照明设备中实现。在图3的示例中，控制电路300包括LED 304的多个子阵列302，可组合用于二维LED阵列。每个子阵列302可包括LED的一个或多个串，其各自包括串联的多个LED 304。子阵列302可各自包括LED的多个串，所述多个串并联耦接在该串的公共供电电压源和电流控制器之间。
每个子阵列302包括专用矩阵驱动器电路306(为方便起见，有时简称为驱动器电路)，该驱动器电路操作该阵列中的LED 304。每个矩阵驱动器电路306操作其相关联的阵列302的LED 304，以提供整个阵列的局部调光或该阵列中LED的各个串的局部调光。每个矩阵驱动器电路306提供LED 304的局部调光，这可增强由LCD单元204控制的显示器内容的相对亮度和暗度。因此，矩阵驱动器电路306可至少部分地基于使用LCD单元204显示的内容操作其相关联的阵列304的LED。
为了至少部分地基于使用LCD单元204显示的内容操作相关联的阵列304的LED，每个矩阵驱动器电路306接收公共控制器301的一个或多个控制信号。如图3的示例所示，每个矩阵驱动器306接收来自控制器301的相同的垂直同步(VSYNC)、线同步(LSYNC)、串行时钟(SCLK)和从选择(-SS)信号。VSYNC、LSYNC、SCLK和/或-SS信号可以是用于操作LCD单元204的LCD像素的信号，如同本领域的技术人员所理解的一样。例如，VSYNC信号可由控制器301提供，以指示使用LCD单元的LCD像素待显示的每个显示刷新或每个显示帧。LSYNC信号可由控制器301提供，以指示每个像素行的操作的开始。
控制器301可用于向背光单元202和LCD单元204提供控制信号诸如VSYNC和LSYNC信号，和/或其他控制信号，或者控制器301可以是从与LCD单元204相关联的另一个显示控制器接收VSYNC、LSYNC和/或其他控制信号的专用背光控制单元。
每个矩阵驱动器306可基于通常接收的VSYNC信号更新其相关联的阵列302(例如，整个阵列或阵列的子集)的亮度(例如，在收到VSYNC信号的上升边缘时可更新亮度)。在一些具体实施中，每个矩阵驱动器306可包括可编程延迟，以基于通用VSYNC信号的上升边缘设置各种LED阵列更新的相对时序。
矩阵驱动器306(在图3中标记为LED矩阵驱动器#L1R1)的第一个矩阵驱动器，也可接收并且启用信号(EN)和通用控制器301的多输出单输入信号(MOSI)。LED矩阵驱动器#L1R1将多输入单输出信号(MISO)提供给矩阵驱动器306的下一个矩阵驱动器(在图3中标记为LED矩阵驱动器#L1R2)，诸如此类直到矩阵驱动器306的最后一个矩阵驱动器(在图3中标记为LED矩阵驱动器#LMRN)。LED矩阵驱动器#LMRN再次将MISO信号提供给控制器301。
在一些具体实施中，每个矩阵驱动器306可以是具有内部时钟的集成电路。然而，由于制造集成电路中的工艺变化，每个具有其自己时钟的矩阵驱动器306阵列可能会出现问题，因为各种LED阵列302的操作可能很大程度上不同步，例如高达10％。为了确保各种阵列302的LED 304的局部调光与待显示的相关联的内容同步，矩阵驱动器306使用公共(例如，主)时钟信号SCLK进行操作，并且使用公共LSYNC信号与各种矩阵驱动器进行同步。
图4示出了矩阵驱动器306的示例性电路的示意表示。在图4的示例中，每个矩阵驱动器306包括可编程锁相环(PLL)400。每个PLL 400沿着路径404从图3的公共控制器301接收公共LSYNC信号，并且生成提供给复用器402的同步输出信号。每个复用器402还沿着路径406从公共控制器301接收时钟信号(在图4中标记为像素时钟，在图3中标记为SCLK)。
基于选择信号“选择”，每个复用器402为其相关联的矩阵驱动器306生成驱动器时钟信号，该驱动器时钟信号基于LSYNC同步PLL信号和/或时钟信号。将所选择的驱动器时钟信号提供给脉冲宽度调制(PWM)发生器408，该脉冲宽度调制(PWM)发生器408基于提供的驱动器时钟信号生成PWM信号，用于控制与该矩阵驱动器306相关联的阵列302中的LED(例如，在一个或多个串中)的亮度。
将每个矩阵驱动器306的PWM发生器408的PWM信号提供给该矩阵驱动器306的LED控制电路410，用于控制与该矩阵驱动器306相关联的该阵列302的LED 304的亮度。例如，每个矩阵驱动器306的LED控制电路410可包括DC/DC转换器或开关转换器(例如，作为降压转换器、升压转换器或逆变器实施)，用于向相关联的阵列302中的每个LED串的第一端提供供电电压。由LED控制电路410生成的供电电压基于由相关联的LED PWM发生器408提供的PWM信号。
每个矩阵驱动器306的LED控制电路410还可包括其他电路，诸如LED的每个串的第二端处的电流驱动器电路或控制电流，可包括净空电压控制电路，和/或可包括各个LED开关电路(例如，在具有旁路开关的串中的每个LED的具体实施中，如下文进一步详细描述)。
每个矩阵驱动器306还可包括净空电压控制电路，该净空电压控制电路提供LED阵列302的反馈控制，以通过减小或最小化每个LED串末端的残余电压帮助减少能量损失。图5示出了可包括在每个矩阵驱动器306中的净空电压控制电路的示例，在具体实施中每个矩阵驱动器控制布置在并联耦合LED 502的行500中的LED阵列。
在图5的示例中，LED 502的每行500包括多个单LED列，每个LED列具有接收公共供电电压VOUT的第一端，并且在第二端处耦接至控制通过该行中的所有LED的电流的公共电流驱动器504。在图5的示例中，每行500包括残余电压采样电路506(例如，模拟-数字转换器)，该残余电压采样电路506耦接在该行的LED的第二端和该行的当前驱动器之间。每个行的残余电压采样电路506对该行的残余电压进行采样。
在图5的示例中，最小净空选择电路510确定行500的所采样的残余电压的最小值。比较器512将最小残余电压与目标净空电压“净空目标”进行比较。预先确定目标净空电压以便为所有LED的操作提供足够的电压，同时减少由于过剩的残余电压造成的能量耗散。将比较结果提供给供电电压调节电路514。
供电电压调节电路514基于比较结果确定对供电电压VOUT进行校正，以增大或减小净空电压。将所确定的校正提供给供电电压电路501以生成新的公共供电电压(例如，通过修改由该矩阵驱动器的PWM发生器408生成的PWM信号的占空比)。
尽管图5示出了每个行的单个残余电压采样电路506(和单个电流驱动器504)，但应当理解可单独控制(例如，使用该行的专用电流驱动器)行中的每个LED 502(或串联耦合LED的每个串)，并且可对每个LED(或LED串)的残余电压进行采样。每行中的LED的各种所采样的残余电压的最小值可通过最小电压选择电路508确定。然后，可将该行最小电压提供给最小净空选择电路510，使得最小净空选择电路510可确定行最小电压之间的阵列最小残余电压。
根据本主题公开的一些方面，可为串中的一个或多个LED提供具有各个旁路开关的LED串(例如，由本地矩阵驱动器306控制的矩阵或阵列302中的LED串，或由公共控制电路控制的LED阵列中的LED串)。通过这种方式，即使在每个串的第一端提供公共供电电压和在每个串的第二端处提供公共电流吸收器，也可单独控制每个LED的亮度。
图6示出了具有多个LED 602的LED串600的示例，所述LED串600串联耦合在电压源V源和电流吸收器604之间，通过它可控制吸收电流i_sink以控制流过LED的电流。电流吸收器604可以是恒定或可调节的电流吸收器。如图所示，每个LED 602(在图6中标记为LED_x1、LED_x2、LED_y1、LED_y2和LED_z)具有相关联的旁路开关(在图6中标记为S_x1、S_x2、S_y1、S_y2和S_z)。可操作每个旁路开关(例如，具有期望的PWM占空比)以单独控制流过其相关联的LED的电流。通过这种方式，可提供单个LED局部调光(例如，对于显示器背光)。此外，提供可单独旁路的LED可提供改进的显示器控制效率。在一些具体实施中(例如，参见图13的示例)，提供了净空电压控制电路以帮助将期望净空电压维持在串600末端的位置606。
LED串的LED驱动效率Eff可计算为Eff＝V串/(V串+Vhr)，其中V串为施加到LED串的电压，Vhr为串的第二端的残余电压。因此，V串越高，给定固定净空电压Vhr的效率越高。表1示出了电压为6伏(V)的V串的各种净空电压Vhr的示例性效率。考虑到DC/DC分量也可能具有能量损失，因此在表1中的示例性电压下操作的背光系统可具有以下效率，例如70％。
Vhr 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
V串 6 6 6 6 6
效率 0.882 0.857 0.833 0.811 0.789
表1：LED驱动效率
然而，在图6的示例性构型中，可施加的源或串电压大于没有各个旁路开关的具体实施中的源或串电压，因为流过每个LED的电流由旁路开关S单独控制。在一个示例中，串600具有串联的12个LED 602，每个LED 602具有可单独控制的旁路开关S，所述旁路开关可使用例如36伏的串电压进行操作。在这种情况下，可在各种净空电压下实现相对较高的效率，如下表2所示。
Vhr 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
V串 36 36 36 36 36
效率 0.978 0.973 0.968 0.963 0.957
表2：具有高串电压的LED驱动效率
例如，图6的开关S_*可使用脉冲宽度调制信号控制，所述脉冲宽度调制信号具有确定流过相应LED 602的电流的占空比。图7示出了在某种情景中具有导通脉冲700的PWM信号，其中所有LED的电流低于预定的最小电流Imin。在图7的示例中，所有LED均以相同的峰值电流Imin(例如，在导通脉冲700期间实现的峰值电流)操作，但具有不同的占空比以实现该LED的期望平均电流。
在其中至少一个LED具有大于Imin的电流的操作情景中，如图8所示，可控制导通脉冲800使得所有LED具有高于Imin的公共峰值电流(例如，Iled的峰值电流max)和不同的占空比，以实现该LED的期望平均电流。
第n个LED的占空比可如下计算：
Figure BDA0001754231510000111
其中ILED_n为通过第n个LED的期望电流，max(ILED_1、ILED_2、ILED_n)为通过任何LED的最大期望电流。最大期望电流可以是待提供流过任何LED的最大直流电流，使得通过开关S_*的PWM操作减小流过其他LED的电流。
图9A和图9B示出了图6中示出的开关和LED的开关模式和相应LED波形的示例。图9A示出了当所有LED具有相对较低的电流并且在PWM模式下操作时的开关模式和LED波形。在图9A的示例中，LED 602的一半在每个PWM周期的前半部分(TPWM)吸收电流，LED 602的另一半在每个PWM周期的后半部分吸收电流。
图9B示出了当至少一个LED(例如，LED_z)具有高于Imin的电流时的开关模式和LED波形。在图9B的示例中，其他LED具有低于该Imin的电流并且将在PWM模式下操作。在这种情况下，高电流沟道LED_z在直流电控制模式下操作。对于其他LED，LED 602的一半将在每个PWM周期的前半部分吸收电流，LED 602的另一半将在每个PWM周期的后半部分吸收电流。
使用图9A和图9B的示例性开关模式操作LED 602也可有助于减少所提供的源电压的变化。例如，源电压变化可保持在最大源电压和最大源电压的50％之间，其中最大源电压基于开启所有LED时提供的电压。
例如，图10示出了在所有LED 602具有相对较高电流的操作情景中连同LED电流波形的源电压波形。在图10的示例中，LED_z(ch_z)具有连续电流。所有剩余LED具有PWM电流，所述PWM电流具有对应于相对较大电流的相对较大占空比。如图10所示，V源具有与LED的PWM信号相同频率的波纹，并且源的波纹振幅小于V源的最大值的50％。
图11示出了连同LED电流波形的源电压波形，在所有LED具有相对较低电流(例如，与图10的示例中的电流相比)的操作情景中。在图11的示例中，所有LED具有相对较小占空比的PWM电流。如图11所示，V源具有与PWM信号相同频率的波纹，并且波纹振幅大约为V源的最大值的50％。
图12示出了连同LED电流波形的源电压波形，在所有除一个LED具有相对高电流的操作情景中。在图12的示例中，低电流LED(例如，ch_x1)使用占空比较小的PWM电流操作。最高电流LED(例如，ch_z)使用连续电流操作。所有剩余LED使用占空比较大的PWM电流操作。如图12所示，V源具有与PWM信号相同频率的波纹，并且波纹振幅小于V源的最大值的50％。
根据本主题公开的各个方面，背光控制电路可包括串联耦合LED串，每个LED串具有如图6所示的旁路开关并且具有净空电压控制电路。图13示出了具有串联耦合LED 602的串600的背光控制电路的示例性实施，每个串600具有旁路开关S并且具有净空电压控制电路。
如图13所示，一个或多个LED串的净空控制电路可包括净空电压反馈电路诸如净空反馈回路1300，该净空反馈回路对串600(例如，LED_z)和电流吸收器604之间的位置1301的净空电压Vhr进行采样。尽管图6中仅示出了LED 602的单个串600，但应当理解净空反馈回路1300可被配置为对多个串600的残余电压进行采样，所述每个串600在第一端处接收公共源电压(V源)，并且在第二端处耦接至公共或专用电流吸收器604。在提供该类型的多个并行串600的具体实施中，净空反馈回路1300确定与目标净空电压的最小电压进行比较的所采样的残余电压的最小值。
净空反馈回路1300提供可在位置1304与馈送基准电压组合(例如，差异)的输出电压(例如，最小采样残余电压)。馈送基准电压可基于电路1310的每个LED的已知开关模式和LED电流。然后，可将净空反馈回路电压与馈送基准电压的组合在位置1306与预先确定的基准电压Vref进行组合，以向为一个或多个串600生成期望源电压的DC/DC电压调节回路和DC传力系1308提供控制输入。在位置1302，可提供DC反馈电压以帮助确保V源与为DC/DC电压调节回路和DC传力系1308提供的期望电压相匹配。
图14示出了根据本主题技术的各个方面的降低LED串的净空电压的示例性过程的流程图，所述每个LED串具有旁路开关。出于解释的目的，本文将参考图6和图13的部件对图14的示例性过程进行描述。进一步出于解释的目的，图14的示例性过程的框在本文中被描述为顺序地或线性地发生。然而，图14的示例性过程的多个框可并行发生。此外，图14的示例性过程的框不必按所示顺序执行并且/或者图14的示例性过程的一个或多个框不必执行。
在所描绘的示例性流程图中，在框1400，多个发光二极管串(例如，参见图6和/或图11的LED 602的串600)，至少部分地通过从公共电压源向LED的每个串提供公共供电电压，操作公共电压源(例如，在第一端处)和相关联的电流驱动器(例如，在第二端处)之间的串联耦合LED。
在框1402，多个旁路开关(例如，图6和/或图11的开关S_*)，每个旁路开关与发光二极管的一个相关联，可操作以通过单独控制通过该LED的电流降低该发光二极管的亮度。操作多个旁路开关可包括基于所述多个旁路开关中的每个旁路开关的脉冲宽度调制信号，操作所述多个旁路开关。所述旁路开关的至少一个旁路开关的脉冲宽度调制信号可具有占空比，所述占空比与所述旁路开关中的至少另一个旁路开关的脉冲宽度调制信号的占空比不同。
在框1404，从每个LED串(例如，在串中的最后一个LED和该串的当前驱动器之间)对残余电压(有时称为净空电压)进行采样。
在框1406，确定所采样的残余电压的最小值(例如，通过净空反馈回路1300)。
在框1408，基于所确定的最小值(例如，校正所确定的最小值与目标净空电压进行匹配)调节或修改供电电压。
根据主题公开的各个方面，提供了一种具有显示器的电子设备。显示器包括具有发光二极管阵列的背光单元，该阵列包括发光二极管的多个子阵列。背光单元还包括控制器，以提供用于发光二极管阵列的至少一个同步信号。背光单元还包括多个驱动器电路，每个驱动器电路被配置为控制子阵列的相关联子阵列的发光二极管，并且各自包括使子阵列的相关联子阵列的发光二极管的控制与来自控制器的同步信号同步的锁相环。
根据主题公开的其他方面，提供了一种具有显示器的电子设备。显示器包括具有电压源的背光单元。背光单元还包括发光二极管串，该发光二极管串被配置为在第一端处接收来自电压源的供电电压。背光单元还包括所述串中的每个发光二极管的旁路开关，所述每个发光二极管的旁路开关可控制到所述发光二极管的脉冲宽度调制。背光单元还包括耦接至所述串的第二端的净空电压反馈电路。
根据本主题公开的其他方面，提供了一种方法，该方法包括从电压源向多个发光二极管串提供供电电压，每个串耦接在所述电压源和至少一个电流驱动器之间。该方法还包括操作多个旁路开关，每个旁路开关与发光二极管中的一个发光二极管相关联，以降低发光二极管的亮度。该方法还包括从所述串中的每个串对残余电压进行采样。该方法还包括确定所采样的残余电压的最小值。该方法还包括基于所确定的最小值修改供电电压。
上述的各种功能可在数字电子电路、计算机软件、固件或硬件中实现。该技术可使用一个或多个计算机程序产品实现。可编程处理器和计算机可包括在移动设备中或封装为移动设备。该过程和逻辑流程可由一个或多个可编程处理器和一个或多个可编程逻辑电路执行。通用和专用计算设备以及存储设备可通过通信网络互连。
一些具体实施包括将计算机程序指令存储在机器可读或计算机可读介质(或者称为计算机可读存储介质、机器可读介质或机器可读存储介质)中的电子部件，诸如微处理器、存储装置以及存储器。此类计算机可读介质的一些示例包括RAM、ROM、只读光盘(CD-ROM)、可刻录光盘(CD-R)、可重写光盘(CD-RW)、只读数字通用光盘(例如，DVD-ROM、双层DVD-ROM)、各种可刻录/可重写DVD(例如，DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW等)、闪存存储器(例如，SD卡、mini-SD卡、micro-SD卡等)、磁性和/或固态硬盘驱动器、超密度光盘、任何其他光学或磁性介质以及软盘。计算机可读介质可存储计算机程序，该计算机程序可由至少一个处理单元执行并且包括用于执行各种操作的指令集。计算机程序或者计算机代码的示例包括机器代码，诸如由编译器所产生的机器代码，以及包括可由计算机、电子部件或微处理器使用解译器来执行的更高级别代码的文件。
虽然上述讨论主要涉及执行软件的微处理器或多核处理器，但一些具体实施由一个或多个集成电路诸如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)执行。在一些具体实施中，此类集成电路执行存储在电路自身上的指令。
如本说明书以及本专利申请的任何权利要求所使用的，术语“计算机”、“处理器”及“存储器”均是指电子或其他技术设备。这些术语排除人或者人的群组。出于本说明书的目的，术语“显示”或“正在显示”意指在电子设备上显示。如本说明书以及本专利申请的任何权利要求所使用的，术语“计算机可读介质”以及“计算机可读媒介”完全限于以可由计算机读取的形式存储信息的可触摸的有形物体。这些术语不包括任何无线信号、有线下载信号以及任何其它短暂信号。
为了提供与用户的交互，本说明书中描述的主题的具体实施可以在本文所述的具有用于向用户显示信息的显示设备以及诸如用户可用来向计算机提供输入的键盘和指向设备的计算机上实现。其他类型的设备也可用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感觉反馈，诸如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且，可通过任何形式接收用户的输入，包括声学、语音或触觉输入。
上文所述的特征和应用程序中的许多者可被实施为被指定为在计算机可读存储介质(还称为计算机可读介质)上记录的一组指令的软件过程。当这些指令由一个或多个处理单元(例如，一个或多个处理器、处理器的内核或者其他处理单元)执行时，这些指令使该一个或多个处理单元执行指令中指示的动作。计算机可读介质的示例包括但不限于CD-ROM、闪存驱动器、RAM芯片、硬盘驱动器、EPROM等。计算机可读介质不包括无线地或通过有线连接传送的载波和电信号。
在本说明书中，术语“软件”意在包括驻留在只读存储器中的固件或者存储在磁性存储设备中的应用程序，所述固件或应用程序可被读取到存储器中以用于由处理器进行处理。同样，在一些具体实施中，在保留本主题公开的不同的软件方面时，本主题公开的多个软件方面可被实现为更大程序的子部分。在一些具体实施中，还可将多个软件方面实现为独立程序。最后，共同实现本文所述的软件方面的单独程序的任何组合均在本主题公开的范围内。在一些具体实施中，当被安装以在一个或多个电子系统上运行时，软件程序定义执行和施行软件程序的操作的一个或多个特定机器具体实施。
计算机程序(也称为程序、软件、软件应用程序、脚本或代码)可以用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言、声明或过程语言，并且其可以以任何形式部署，包括作为独立的程序或者作为适于在计算环境中使用的模块、组件、子例程、对象或其他单元。计算机程序可以但不必与文件系统中的文件对应。程序可存储在保存其他程序或数据(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)的文件的一部分中、在专用于讨论中的该程序的单个文件中或在多个协调文件中(例如，存储一个或多个模块、子程序或部分代码的文件)。计算机程序可被部署在一个计算机上或位于同一站点或分布于多个站点并且通过通信网络互连的多个计算机上执行。
应当理解，本发明所公开的过程中的框的特定顺序或分级结构为示例性方法的例示。基于设计优选要求，应当理解，过程中的框的特定顺序或者分级结构可被重新布置或者所有示出的框都被执行。这些框中的一些框可被同时执行。例如，在某些情况中，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施方案中各个系统部件的划分不应被理解为在所有实施方式中都要求此类划分，并且应当理解，所述程序部件和系统可一般性地一起整合在单个软件产品中或者封装到多个软件产品中。
先前的描述被提供以使得本领域的技术人员能够实践本文所述的各种方面。这些方面的各种修改对本领域的技术人员是显而易见的，并且本文所限定的通用原则可应用于其他方面。因此，本权利要求书并非旨在受限于本文所示的方面，而是旨在使得全部范围与语言权利要求书一致，其中对奇异值中的元素的引用并非旨在意味着“一个和仅一个”，而是指“一个或多个”，除非被具体指出。除非另有说明，否则术语“一些”是指一个或多个。男性的代名词(例如，他的)包括女性和中性(例如，她的和它的)，并且反之亦然。标题和子标题(如果有的话)仅为了方便起见而使用并且不限制本主题公开。
谓词字词“被配置为”、“可操作以”以及“被编程以”并不意味着对某一主题进行任何特定的有形或无形的修改而是旨在可互换使用。例如，部件或被配置为监视和控制操作的处理器也可能意味着处理器被编程以监视和控制操作或者处理器可操作以监视和控制操作。同样，被配置为执行代码的处理器可解释为被编程以执行代码或可操作以执行代码的处理器。
短语诸如“方面”不意味此方面对本主题技术是必需的或者此方面应用于本主题技术的所有配置。与一个方面相关的公开可应用于所有构型，或者一个或多个构型。短语诸如方面可指一个或多个方面，反之亦然。短语诸如“配置”不意味此配置是本主题技术必需的或者此配置应用于本主题技术的所有配置。与一个构型相关的公开可应用于所有构型或者一个或多个构型。短语诸如构型可指一个或多个构型置并且反之亦然。
字词“示例”在本文用于意指“用作示例或者例示”。本文作为“示例”所述的任何方面或者设计不一定被理解为比其他方面或者设计优先或者有利。
本领域的普通技术人员已知或稍后悉知的贯穿本公开描述的各个方面的元素的所有结构和功能等同物通过引用明确地并入本文，并且旨在被权利要求所涵盖。此外，本文所公开的任何内容并非旨在提供给公众，而与该公开是否明确地被陈述在权利要求中无关。根据35U.S.C.§112第六段的规定，不需要解释任何权利要求元素，除非使用短语“方法用以”明确陈述了该元素，或者就方法权利要求而言，使用短语“步骤用以”陈述了该元素。此外，术语“包括”、“具有”等在一定程度上用于说明书或权利要求中，此类术语旨在以类似于术语“包括”当用作过渡字词用于权利要求中时“包括”被解释的方式包含在内。

Claims (21)

1.一种电子设备，所述电子设备具有显示器，所述显示器包括：
背光单元，所述背光单元具有发光二极管阵列，所述阵列包括所述发光二极管的多个子阵列；
控制器，所述控制器向所述发光二极管阵列提供至少一个同步信号；和
多个驱动器电路，所述多个驱动器电路各自被配置为控制所述多个子阵列中的相关联子阵列的发光二极管，并且各自包括使所述多个子阵列中的所述相关联子阵列的所述发光二极管的所述控制与来自所述控制器的所述同步信号同步的锁相环，
其中所述控制器被配置为向所有所述驱动器电路提供时钟信号，并且
其中每个驱动器电路还包括复用器，所述复用器被配置为从所述控制器接收所述时钟信号并接收所述锁相环的输出。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述同步信号是用于所述显示器的液晶显示单元的线同步信号。
3.根据权利要求1所述的电子设备，其中每个驱动器还包括脉冲宽度调制发生器，所述脉冲宽度调制发生器被配置为：
从所述复用器接收所述时钟信号或所述锁相环的所述输出；并且
基于所述接收的时钟信号或所述锁相环的所述输出，生成用于电压供应电路的脉冲宽度调制信号。
4.根据权利要求3所述的电子设备，其中每个驱动器电路还包括专用电压供应电路，所述专用电压供应电路被配置为从所述脉冲宽度调制发生器接收所述脉冲宽度调制信号。
5.根据权利要求3所述的电子设备，其中每个驱动器电路被配置为基于来自所述控制器的附加同步信号，更新所述多个子阵列中的所述相关联子阵列的所述发光二极管的至少一些发光二极管的亮度。
6.根据权利要求5所述的电子设备，其中所述附加同步信号是用于所述显示器的液晶显示单元的垂直同步信号。
7.根据权利要求1所述的电子设备，其中每个驱动器电路被配置为基于来自所述控制器的附加同步信号，更新所述多个子阵列中的所述相关联子阵列的所述发光二极管的至少一些发光二极管的亮度。
8.根据权利要求7所述的电子设备，其中所述附加同步信号是用于所述显示器的液晶显示单元的垂直同步信号。
9.根据权利要求1所述的电子设备，其中每个驱动器电路还包括净空电压控制电路，所述净空电压控制电路被配置为将与所述多个子阵列中的所述相关联子阵列的所述发光二极管的至少一个发光二极管相关联的残余电压与用于该子阵列的目标净空电压进行比较。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其中每个驱动器电路的所述净空电压控制电路包括最小电压选择电路，所述最小电压选择电路被配置为识别各自与所述多个子阵列中的所述相关联子阵列的所述发光二极管的至少一个发光二极管相关联的多个残余电压的最小量。
11.根据权利要求10所述的电子设备，其中每个驱动器电路的所述净空电压控制电路还包括多个模拟-数字转换器，所述多个模拟-数字转换器各自耦接至所述多个子阵列中的所述相关联子阵列的并联耦接的发光二极管的行，其中每个行的所述发光二极管具有耦接至公共电压源的第一端和耦接至公共电流吸收器的第二端，其中每个模拟-数字转换器耦接至相关联行的所述发光二极管的所述第二端。
12.根据权利要求9所述的电子设备，还包括：
液晶显示单元(204)，所述液晶显示单元包括显示像素阵列，所述显示像素阵列能由所述显示器的所述控制器部分地基于用于所述背光单元的所述发光二极管阵列的所述至少一个同步信号来操作；和
系统控制电路，所述系统控制电路用于向所述显示器的所述控制器提供显示数据；
其中所述控制器(301)生成并提供用于所述显示像素阵列和用于所述背光单元的所述发光二极管的控制信号，
其中所述多个驱动器电路(306)允许所述背光单元在待显示的图像内在逐个区域的基础上调节所述显示器的亮度，并且通过用于所述显示器的散热促进热应力或能量损失的降低，
其中每个子阵列包括所述发光二极管的一个或多个串，每个串包括在该串内串联的多个发光二极管，并且在所述子阵列中的所有所述一个或多个串的公共供电电压源与该串的电流控制器之间，每个串与至少一个其他串并联耦接，
其中所述驱动器电路(306)中的每个驱动器电路被配置为至少部分地基于使用所述液晶显示单元显示的内容，操作与所述驱动器电路相关联的所述子阵列的所述发光二极管，
其中每个驱动器电路(306)被配置为从控制器接收相同的垂直同步VSYNC、线同步LSYNC、串行时钟SCLK和从选择-SS信号，所述VSYNC、LSYNC、SCLK和/或-SS信号是要被用于操作所述液晶显示单元的所述显示像素的信号，所述VSYNC信号由所述控制器提供，以指示要使用所述液晶显示单元的所述显示像素显示的每个显示帧的显示刷新；并且所述LSYNC信号由所述控制器提供，以发信号通知所述显示像素阵列的每个像素行的操作的开始，
其中所述控制器向所述背光单元和所述液晶显示单元两者提供所述VSYNC和LSYNC信号和/或其他控制信号，
其中每个驱动器电路基于接收到共同接收的所述VSYNC信号的上升边缘来更新其相关联子阵列的所述亮度，其中每个驱动器电路包括可编程延迟，以基于共同接收的所述VSYNC信号的所述上升边缘来设置所述更新的相对时序，
其中所述驱动器电路中的第一个驱动器电路还从所述控制器接收启用信号EN和多输出单输入信号MOSI，并且其中所述驱动器电路中的所述第一个驱动器电路提供下一多输入单输出信号MISO到所述驱动器电路中的下一个驱动器电路，依此类推，直到驱动器电路中的最后一个驱动器电路，所述最后一个驱动器电路将MISO信号提供回所述控制器，
其中所述时钟信号是公共主时钟信号(SCLK)，并且其中使用所述公共主时钟信号SCLK操作所述驱动器电路，其中使用公共LSYNC信号使各个驱动器电路同步，
其中每个驱动器电路的所述锁相环沿着一条路径从所述控制器接收所述公共LSYNC信号，并生成所述输出，所述输出包括同步输出信号，所述同步输出信号被提供给该驱动器电路的所述复用器，
其中每个复用器还沿着另一路径从所述控制器接收所述SCLK，
其中每个复用器基于选择信号为其相关联的驱动器电路生成选择的驱动器时钟信号，所述驱动器时钟信号基于所述LSYNC同步的锁相环输出信号和/或所述时钟信号，
其中每个驱动器电路的所述选择的驱动器时钟信号被提供给该驱动器电路的脉冲宽度调制PWM发生器(408)，所述脉冲宽度调制发生器基于提供的所述驱动器时钟信号生成PWM信号，以用于控制与该驱动器电路相关联的所述子阵列中的所述一个或多个串中的所述发光二极管的所述亮度，
其中来自每个驱动器电路的所述PWM发生器的所述PWM信号被提供给该驱动器电路的LED控制电路，用于控制与所述驱动器电路相关联的所述子阵列的所述发光二极管的所述亮度，其中每个驱动器电路的所述LED控制电路包括DC/DC转换器或开关转换器，用于向所述子阵列中的每个LED串的第一端提供供电电压，所述供电电压基于由相关联的所述PWM发生器提供的所述PWM信号，并且
其中每个驱动器电路的所述LED控制电路(410)还包括用于控制每个LED串的第二端处的电流的电流驱动器电路；
其中所述多个驱动器电路(306)包括供电电压调节电路，所述供电电压调节电路被配置为部分地基于比较的结果，确定将增大或减小净空电压的对所述供电电压VOUT的校正；并且
其中确定的所述校正被提供给电压供应电路(501)以生成新的公共供电电压。
13.根据权利要求1所述的电子设备，所述显示器还包括用于每个发光二极管的旁路开关。
14.一种电子设备，所述电子设备具有显示器，所述显示器包括：
背光单元，所述背光单元具有发光二极管阵列，所述阵列包括所述发光二极管的多个子阵列；
控制器，所述控制器向所述发光二极管阵列提供至少一个同步信号；和
多个驱动器电路，所述多个驱动器电路各自被配置为控制所述多个子阵列中的相关联子阵列的发光二极管，并且各自包括使所述多个子阵列中的所述相关联子阵列的所述发光二极管的所述控制与来自所述控制器的所述同步信号同步的锁相环，其中每个驱动器电路还包括净空电压控制电路，所述净空电压控制电路被配置为将与所述多个子阵列中的所述相关联子阵列的所述发光二极管的至少一个发光二极管相关联的残余电压与用于该子阵列的目标净空电压进行比较。
15.根据权利要求14所述的电子设备，其中每个驱动器电路的所述净空电压控制电路包括最小电压选择电路，所述最小电压选择电路被配置为识别各自与所述多个子阵列中的所述相关联子阵列的所述发光二极管的至少一个发光二极管相关联的多个残余电压的最小量。
16.根据权利要求15所述的电子设备，其中每个驱动器电路的所述净空电压控制电路还包括多个模拟-数字转换器，所述多个模拟-数字转换器各自耦接至所述多个子阵列中的所述相关联子阵列的并联耦接的发光二极管的行，其中每个行的所述发光二极管具有耦接至公共电压源的第一端和耦接至公共电流吸收器的第二端，其中每个模拟-数字转换器耦接至相关联行的所述发光二极管的所述第二端。
17.根据权利要求14所述的电子设备，其中所述同步信号是用于所述显示器的液晶显示单元的线同步信号。
18.根据权利要求14所述的电子设备，其中每个驱动器还包括脉冲宽度调制发生器，所述脉冲宽度调制发生器被配置为：
从复用器接收时钟信号或所述锁相环的输出；并且
基于所述接收的时钟信号或所述锁相环的所述输出，生成用于电压供应电路的脉冲宽度调制信号。
19.根据权利要求14所述的电子设备，其中每个驱动器电路被配置为基于来自所述控制器的附加同步信号，更新所述多个子阵列中的所述相关联子阵列的所述发光二极管的至少一些发光二极管的亮度。
20.根据权利要求19所述的电子设备，其中所述附加同步信号是用于所述显示器的液晶显示单元的垂直同步信号。
21.根据权利要求14所述的电子设备，所述显示器还包括用于每个发光二极管的旁路开关。
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