CN1591109A - 显示系统中控制发光光源的驱动电流的方法及装置 - Google Patents

显示系统中控制发光光源的驱动电流的方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种可编程电流控制器，用以调整流经一发光光源的一操作驱动电流。根据对应发光光源预定操作电流的一数字参考值调整驱动电流。数字参考值可以转换成一参考电参数如电流或电压。参考电参数与一对应发光光源的操作驱动电流的操作电参数如电流或电压进行比较。根据比较结果产生一驱动偏置电流，用以调整发光光源的操作驱动电流。

Description

显示系统中控制发光光源的驱动电流的方法及装置
技术领域
本发明关于一种电流调节器，及更确切地说，关于一种液晶显示器发光光源的可编程电流调节器。
背景技术
通常，液晶显示器(LCD)组件应用在各种用途，例如事项记型计算机，移动电话，个人数字助理，汽车仪表板等。典型而言，发光光源位于LCD组件中光调制器，例如液晶层后面以利于观看影像及产生最佳发光效果。发光光源可以是荧光灯，电致发光组件，发光二极管(LED)，气态放电灯等。一般控制电路提供整流过的电流给发光光源。
图1说明一种常规用于发光光源104的电流调节器100。发光光源模块104可以位于LCD组件中的光调制器后面。发光光源模块104包括串联的发光二极管(LED)。LED电流控制综合电路(亦称为控制器)102控制发光光源模块104的驱动电流。控制器102的输出端DRV经由RC滤波器106连接至晶体管108的基极。晶体管108的集电极经连接器负荷电阻110连接至电源装置Vcc。厌晶体108的射极接地。晶体管108的集电极进一步经二极管112连接至发光光源模块104。发光光源模块104的输出端经偏置电阻114接地。发光光源模块104的输出端还连接至控制器102的端FB。电容器116使电源装置Vcc接地。另一电容器118使二极管112接地。
在另一常规电流调节器100中，偏置电阻器114决定可以流经发光光源模块104的驱动电流值。控制器102经由RC滤波器106输出固定的启动信号至晶体管108的基极。晶体管108提供给发光光源模块104一预定驱动电流。典型而言，一旦偏置电阻器114的电阻值建立，则经过发光光源模块104的驱动电流即无法调整。发光光源模块104的LED发光度与流经发光光源模块104的驱动电流成正比。长期使用电路组件可能造成发光光源模块104的驱动电流不可预期的变化。此外，某些种类LED，例如有机LED(OLED)内的驱动电流可能因为电流调节器100的操作温度改变而发生变化。结果，可能不利于发光光源模块104内LED的发光度。因此，需要一种控制LCD系统内发光光源模块的驱动电流的方法及装置。
发明内容
本发明描述一种提供发光光源经调整的驱动电流的方法及系统。发光光源可以包括一用于LCD系统的背光光源，例如用于小型LCD系统的LED背光光源。LED背光光源可以包括各种LED，例如白光LED，彩色LED及有机LED(OLED)等。在一具体实施例中，电流调节器提供发光光源一经调整的操作驱动电流。预定的参考驱动电流程序化于一存储器中作为一数字参考值。数字参考值转换成一对应的第一电参数(电压或电流)。比较器将第一电参数数值与一对应流经发光光源的操作驱动电流的第二电参数数值(电压或电流)进行比较。比较器根据比较结果产生一电流调节器的偏置驱动电流。电流调节器然后随之调整发光光源的操作驱动电流。电流调节器在各种环境与操作条件提供发光光源一固定的操作驱动电流。
附图说明
图1为一种常规用于发光光源的电流调节器的示意图；
图2A为根据本发明的一具体实施例，一种用以提供发光光源的可编程调整驱动电流的控制器方块图；
图2B为根据本发明的一具体实施例，一种利用电压比较器提供发光光源可编程调整驱动电流的控制器的示意图；
图2C为根据本发明的一具体实施例，一种利用电流检测器提供发光光源可编程调整驱动电流的控制器的示意图；
图3A为根据本发明的一具体实施例，一种二位串行总线接口控制器的示意图，其中二位(bit)串行总线接口控制器构成用于提供发光光源可编程化调整驱动电流的控制器；
图3B表示根据本发明的一具体实施例，一种图3A所示二位串行总线接口控制器的数据帧(frame)格式；
图3C为根据本发明的一具体实施例，一种三线串行总线接口控制器的示意图，其中三线串行总线接口控制器构成用于提供发光光源可编程化调整驱动电流的控制器；
图3D说明图3C所示三线串行总线接口控制器的单位元数据转移协议的时序图；
图4为根据本发明的一具体实施例，一种调整流经发光光源的驱动电流的方法流程图；
图5A为根据本发明的一具体实施例，一种可综合液晶显示系统源极驱动器方块的可编程驱动电流控制器的示意图；及
图5B为图5A所示的一种可综合液晶显示系统源极驱动器方块的可编程控制器的示意图。
组件标号说明
常规技术：
发光光源104
电流调节器100
LED电流控制综合电路(控制器)102
RC滤波器106
晶体管108
负荷电阻110
二极管112
偏置电阻114
电容器116，118
本发明：
控制器200
电源装置210
电流调节器212
发光光源214
电流检测器216
比较器218
控制器200，260，270
可编程接口单元220
数模转换器222
信号参考单元224
寄存器226
电压参考单元230
电流参考单元232
电压比较器235
电流检测器237
驱动信号DRV。
金属氧化物半导体(MOS)晶体管240
二极管D
LED 242
检测器电阻Rs，RL
电压FB
MOS晶体管252a，252b
电流检测器237
二位串行总线接口控制器310
数据帧315
三线串行总线接口控制器350
LCD系统500
LCD面板505
栅极驱动器510
源极驱动器515
可编程驱动电流控制器(″控制器″)520
可编程接口单元522
数模转换器524
电压比较器526
电流调节器530
发光组件540
检测器电阻Rs
LED542a，542b
MOS晶体管535
负荷电阻RL
保护二极管D
电压来源Vcc
旁路电容器C
步骤410测定发光光源的参考电参数(电压或电流)
步骤420参考电参数然后利用一模拟对数字转换器转换成一数字参考值，并且设入控制器
步骤430提供驱动电流给发光光源以进行正常操作
步骤440测量横跨发光光源的电参数如电流或电压以测定流经发光光源的驱动电流
步骤450将所测得知电参数与对应的参考电参数作比较
步骤460测定所测得知电参数与参考电参数之间是否有差异
步骤470如果所测得知电参数与参考电参数之间有差异，则根据差值调整流经发光光源的驱动电流
具体实施方式
图2A表示根据本发明的一具体实施例，一种提供一发光光源214一可编程调整驱动电流的控制器200。控制器200包括一用以提供发光光源214一驱动电流的电源装置210。发光光源214可以包括一用于LCD系统的背光光源，例如用于小型LCD系统的LED背光光源。电流调节器212连接电源装置210及发光光源214。电流调节器212用以提供发光光源214一经调整的驱动电流。电流调节器212可以是电阻器，例如金属氧化物半导体晶体管。电流检测器216与发光光源214连接。电流检测器216用以测量流经发光光源214的驱动电流。
比较器218与电流检测器216连接。比较器218还与信号参考单元224连接。比较器218用以将电流检测器216所测得的操作驱动电流及信号参考单元224所提供的参考信号如电流或电压进行比较。根据比较结果，比较器218产生一代表操作驱动电流与参考信号之间差值的错误信号。可编程接口单元220用以提供一代表参考信号的信号差值。数字参考值由一连接于可编程接口单元220的数模转换器222转换成模拟信号。信号参考单元224利用由数模转换器222产生的模拟信号产生参考信号。
可编程接口单元220可以包括任何可编程控制器，例如微处理器，应用特定集成电路及数字信号处理器等。使用者可以在可编程接口单元220内程序化数字差值，以提供发光光源214一特定参考驱动电流值。此外，可编程接口单元220还可以改良由使用者程序化的数字参考值。例如，可编程接口单元220可以程序化为监测控制器200的环境与操作条件并据以调整数字参考值。比较器218使用错误信号调整电流调节器212的输入偏置。电流调节器212根据输入偏置值调整发光光源214的操作驱动电流。
图2B表示根据本发明的一具体实施例，一种利用电压比较器235提供发光光源214的可编程经调整驱动电流的控制器260。控制器260包括一可编程接口单元220。可编程接口单元220连接一寄存器226。寄存器226为一用以储存发光光源214的功能参数的数据储存单元。为说明起见，寄存器226显示为独立的数据储存单元，然而，寄存器226可以并入可编程接口单元220。
可编程接口单元220与数模转换器222连接。数字对模拟转化器222将储存于寄存器226内的数字参考值转换成对应的模拟信号。使用者可以利用可编程接口单元220将数字参考值程序化于寄存器226内。数字参考值代表发光光源214的参考驱动电流。数字参考值可以由仿真发光光源214所需操作条件而得。例如，如果发光光源214的发光度与流经发光光源214的驱动电流成正比，则对应发光光源214所需发光度的较佳驱动电流值可以由仿真发光光源214所需发光度的操作条件而得。然后较佳驱动电流值可以利用模拟对数字转换器转换成数字参考值并且储存于寄存器226中。
可编程接口单元220提供数字参考值给数模转换器222。数模转换器222将数字参考值转换成模拟信号并且转呈模拟信号给一电压参考单元230。电压参考单元230用以产生对应于模拟信号的参考电压信号。为了说明起见，电压参考单元230显示为独立的单元，然而，电压参考单元230可以合并成数模转换器222。例如，数模转换器222可以用以将数字参考值转换成参考电压信号。电压比较器235与电压参考单元230连接。电压比较器235用以比较二个输入电压值并产生一对应二输入电压差值的驱动信号DRV。
电流调节器212与电压比较器235连接。电流调节器212进一步与发光光源214连接。本实施例中，电流调节器212包括金属氧化物半导体(MOS)晶体管240。MOS晶体管240用以调整发光光源214的驱动电流。MOS晶体管240的栅极端与电压比较器235并且接收驱动信号DRV。MOS晶体管240的源极端接地，MOS晶体管240的漏极端进一步经二极管D连接发光光源214。二极管D还经旁路电容器C接地。二极管D用以保护发光光源214避免控制器260故障，及用以不想要的高频率电流引流经旁路电容器C接地。
本实施例中，发光光源214包括数个串连LED 242(1)-(n)。LED 242(1)-(n)可以串连连接，并联连接，或串连与并联组合方式连接。检测器216与发光光源214连接。检测器216包括一检测器电阻Rs。检测器电阻Rs用以测定对应流经发光光源214的驱动电流的电压FB。检测器电阻Rs与电压比较器235的一输入端连接。电压比较器235接收电压FB并且将的与来自电压参考单元230的参考电压信号进行比较，并产生MOS晶体管240的栅极端的驱动信号DRV。
驱动信号DRV根据电压FB与参考电压信号之间的差值驱动MOS晶体管240的栅极端。MOS晶体管240根据驱动信号DRV调整发光光源214的驱动电流，例如，如果发光光源214中的驱动电流因某些操作及环境因素降低，则电压FB与参考电压信号之间的差值即产生一相当强的驱动信号DRV，造成发光光源214的驱动电流增加。同理，如果流经发光光源214的驱动电流增加，则电压比较器235产生相当弱的驱动信号DRV，造成发光光源214的驱动电流降低。电阻RL与RS值可以根据发光光源所要的驱动电流与对应发光度选择的。
图2C表示本发明的一具体实施例，利用电流检测器237提供发光光源214一可编程调整驱动电流的控制器270的示意图。控制器270包括可编程接口单元220，寄存器226，及数模转换器222。电流参考单元232连接于数模转换器222及电流检测器237。电流参考单元232用以提供电流检测器237一参考电流信号。为说明起见，电流参考单元232显示为一独立的单元，然而，电流参考单元232可以并入数模转换器222。例如，数模转换器222可以用以转换数字参考数据成参考电流信号。
电流检测器237用以检测参考电流与流经发光光源214的驱动电流的差值，并产生电流调节器212的驱动信号DRV。电流检测器237的功能为本领域技术人员所知。本实施例中，检测器216包括一感应电阻Rs及一对MOS晶体管252a及252b。MOS晶体管252a及252b的栅极端接地。MOS晶体管252b的漏极端与栅极端连接。MOS晶体管252a的漏极端与电流检测器237连接。
当流经发光光源214的驱动电流改变时，检测器电阻Rs两端上的电压FB还会随之改变。电压FB的改变造成MOS晶体管252a及252b的栅极偏置改变，使得流经MOS晶体管252a的漏极端的电流改变。当电流检测器237检测到流经MOS晶体管252b的电流与参考电流信号有差异时，电流检测器237即产生一对应该差值的驱动信号DRV。驱动信号DRV如前所述般调整电流调节器212的驱动电流。
图3A表示本发明的一具体实施例的二位串行总线接口控制器310，用于提供发光光源可编程调整驱动电流的控制器。控制器310为符合工业标准的二位交互集成电路(I2C)可编程串行总线接口。控制器310包括双向信号线，Clock(SCL)及Data(SDA)，供与集成电路组件通信。SCL信号线用于串行时钟信号，SDA信号线用于串行数据。I2C可编程串行总线接口可以用于需要减少控制器接脚数量的用途。I2C型控制器可以提供高达400kHz的总线速度。
图3B表示本发明的一具体实施例，图3A所示I2C二位串行总线接口控制器的典型数据帧315格式。I2C控制器根据各种集成组件之间的主从(master/slave)关系动作。主控集成组件(master integrated device)为一种控制SCL线的组件，开始及停止数据转移并且控制其它连接于I2C控制器的组件寻址的组件。从属集成组件(slave integrated device)为一种主控组件所选定的组件。典型的数据列315包括一起始位S，七个地址位，一个读/写位，三个确认位A，二个数据字节，及一个停止位P。典型而言，数据接收组件设定确认位，以指示是否收到数据。一旦8位数据的最后位已经转移，即设定一确认旗号A以确认数据转移期间没有发生错误。I2C控制器将数据从最大位转移到最小位。
图3C表示本发明的一三线串行总线接口控制器350具体实施例，该线串行总线接口控制器350可用于用以提供发光光源经调整的驱动电流的可编程电流控制器。控制器350为一种符合工业标准的三线串行总线接口控制器。控制器350包括三条双向信号线-Clock(SCLK)，Data In/Out(I/O)，及Chip Select(CS)。CS信号线选择发光用的特定组件，I/O信号线用于数据/地址的转移，SCLK信号线用以使数据转移同步化。三线型控制器可以提供高达5MHz的总线速度。
图3D表示图3C所示三线串行总线接口控制器350的单字节数据转移协议时序图。控制器350内的数据转移由CS信号控制。CS信号在进行所有数据转移时必须是高电平。开始任何数据转移时，SCLK信号应该低电平。数据在SCLK信号的上升沿经由I/O信号线计入时脉，而在SCLK信号下降沿不计入时脉。同理，群组协议(burst protocol)还可以用于控制器350，在单次数据处理中转移一事项以上的字节。相对于I2C控制器310，三线串行总线接口控制器350从最小位转移数据至最大位进行数据转移。然为了说明起见，描述二种串行总线接口，然而本领域技术人员了解任何总线接口控制器(串连，并连或其组合)亦可用于使各种组件程序化，以提供显示组件内发光光源经调整的驱动电流。
图4为调整流经发光光源的驱动电流的执行步骤流程图。为说明起见，本实施例中，以特定顺序执行各步骤，然而，若以适当电路执行时，上述步骤可以不限所述特定顺序执行，可以任何顺序同时进行或依次进行。
开始时，测定发光光源的参考电参数(电压或电流)(步骤410)。参考电参数代表发光光源的预定参考驱动电流。参考电参数的类型视电压比较器或电流检测器是否用于特别用途而定。根据本发明的一具体实施例，参考电参数可以由模拟流经发光光源的所要驱动电流量决定。参考电参数然后利用一模拟对数字转换器转换成一数字参考值，并且程序化于控制器(步骤420)。
然后提供驱动电流给发光光源以进行正常操作(步骤430)。然后测量横跨发光光源的电参数如电流或电压，以测定流经发光光源的驱动电流(步骤440)。然后将所测得的电参数与对应的参考电参数作比较(步骤450)。然后方法测定所测得的电参数与参考电参数之间是否有差异(步骤460)。如果所测得的电参数与参考电参数之间有差异，则根据差值调整流经发光光源的驱动电流(步骤470)。
可以通过程序化提供参数比较的适当参考值，将流经发光组件的驱动电流设定为几乎为定值。几乎为定值的动电流维持发光光源的发光度，并且补偿操作上或环境上的变动，例如操作温度增加，由于长期使用电路组件所造成的特性偏置改变等。根据本发明的一具体实施例，上述可编程电流控制器可以并入一般集成电路，以提供LCD系统背光模块驱动电流控制。在另一具体实施例中，可编程电流控制器可以并入LCD系统的源极驱动器方块中。
图5A表示本发明的一具体实施例，操作并入LCD系统500的源极驱动器方块的可编程驱动电流控制器方块图。LCD系统500包括一LCD面板505。LCD面板505包括一栅极驱动器510及一源极驱动器515。栅极驱动器510及源极驱动器515用以提供驱动信号给显示面板505的行列组件。源极驱动器515包括一可编程驱动电流控制器(″控制器″)520。控制器520连接至一电流调节器530及一发光光源540。本实施例中，控制器520利用一电压比较器(未示出)，然而。控制器520还可以利用电流检测器，如前所述。利用检测器电阻Rs测量代表流经发光组件的驱动电流的电压。为说明起见，发光光源540作为LCD面板505的背光模块，并且包括二个LED542a及542b。然而，发光光源540可以包括任何数量的LED，灯源及其它类似的发光组件。电流调节器530包括一MOS晶体管535，一负荷电阻RL，一保护二极管D，一电压来源Vcc，及一旁路电容器C。电流调节器530的功能如前述者。
图5B为本发明的一具体实施例，液晶显示系统500的源极驱动器方块515中的控制器520的示意图。控制器520包括一可编程接口单元522，一数模转换器524，及一电压比较器526。本实施例中，数模转换器524提供电压比较器526一参考电压。电压比较器526就来自数模转换器524的参考电压与来自检测器电阻Rs的电压FB进行比较。为比较起见，电压比较器526提供驱动偏置信号DRV给电流调节器530。流经发光光源540的驱动电流的任何改变反映在驱动偏置信号DRV，并具以调整发光光源540的驱动电流。
虽然本发明已参照较佳实施例来加以描述，将为本领域技术人员所了解的是，本发明并未受限于其详细描述内容。替换方式及修改样式已于先前描述中所建议，并且其它替换方式及修改样式将为熟习此项技艺的人士所思及。特别是，根据本发明的装置结构，所有具有实质上相同于本发明的组件结合而实现与本发明实质上相同结果者皆不脱离本发明的精神范畴。因此，所有这些替换方式及修改样式意欲落在本发明所提出的权利要求的范围及其等效物所界定的范畴之中。

Claims (21)

1.一种可编程电流控制器，包括：
一可编程接口，用以将一数字参考值程序化于一存储器内，其中该数字参考值对应至少一发光光源的预定驱动电流；
一数模转换器，连接于该可编程接口及用以转换该数字参考值成一第一电参数；
一比较器，连接于该可编程接口并用以比较该第一电参数与一对应该至少一发光光源的操作驱动电流的第二电参数，并产生一驱动偏置电流；及
一电流调节器，连接该比较器及根据该驱动偏置电流调整该至少一发光光源的操作驱动电流，其中该驱动偏置电流对应该第一电参数及该第二电参数之间的差值。
2.如权利要求1所述的可编程电流控制器，其中该比较器为一电压比较器；
该第一电参数为一对应该至少一发光光源的预定驱动电流的电压；及
该第二电参数为一对应该至少一发光光源的操作驱动电流的反馈电压。
3.如权利要求1所述的可编程电流控制器，其中该比较器为一电流检测器；
该第一电参数为一该对应至少一发光光源的预定驱动电流的电流值；及
该第二电参数为一对应该至少一发光光源的操作驱动电流的反馈电流。
4.如权利要求1所述的可编程电流控制器，还包括一检测器，该检测器连接该至少一发光光源并用以测量该第二电参数。
5.如权利要求4所述的可编程电流控制器，其中该检测器为一电阻。
6.如权利要求1所述的可编程电流控制器，其中该可编程接口为一交互集成电路串行接口。
7.如权利要求1所述的可编程电流控制器，其中该可编程接口为一三线串行接口。
8.如权利要求1所述的可编程电流控制器，其中该电流调节器还包括：
一金属氧化物半导体晶体管，其中
该金属氧化物半导体晶体管的一栅极端接收该驱动偏置电流；
该金属氧化物半导体晶体管的一漏极端连接至一电源装置；及
该金属氧化物半导体晶体管的一源极端接地。
9.如权利要求1所述的可编程电流控制器，其中该至少一发光光源包括至少一发光二极管。
10.一种显示系统，包括：
一显示面板，具有至少一发光光源；及
一可编程电流控制器，连接该至少一发光光源，其中该可编程电流控制器根据对应该预定参考驱动电流的数字参考值调整该至少一发光光源的操作驱动电流。
11.如权利要求10所述的显示系统，其中该显示面板为一液晶显示面板。
12.如权利要求10所述的显示系统，其中该可编程电流控制器包括：
一可编程接口，用以使该数字参考值程序化于一存储器中；
一数模转换器，连接于该可编程接口及用以转换该数字参考值成一第一电参数；
一比较器，连接于该可编程接口并用以比较该第一电参数与一对应该至少一发光光源的操作驱动电流的第二电参数，并产生一驱动偏置电流；及
一电流调节器，连接该比较器及根据该驱动偏置电流调整该至少一发光光源的操作驱动电流，其中该驱动偏置电流对应该第一电参数及该第二电参数之间的差值。
13.如权利要求12所述的显示系统，其中该可编程电流控制器还包括一检测器，该检测器连接至少一发光光源并用以测量该第二电参数。
14.如权利要求12所述的显示系统，其中该检测器为一电阻。
15.一种调整一显示系统至少一发光光源的操作驱动电流的方法，该方法包括：
测量一对应该至少一发光光源的操作驱动电流的第一电参数；
转换一数字参考值成一第二电参数，其中该数字参考值对应至少一发光光源的一预定驱动电流；
比较该第一电参数与该第二电参数，并根据比较结果产生一驱动偏置；及
根据该驱动偏置电流调整该至少一发光光源的操作驱动电流。
16.如权利要求15所述的方法，其中
该第一电参数为一对应至少一发光光源的操作驱动电流的反馈电压；及
该第二电参数为一对应至少一发光光源的预定驱动电流的电压。
17.如权利要求15所述的方法，其中
第一电参数为一对应至少一发光光源的操作驱动电流的反馈电流；及
第二电参数为一对应至少一发光光源的预定驱动电流的电流值。
18.如权利要求15所述的方法，其中数字参数储存于一存储器内。
19.如权利要求15所述的方法，其中驱动偏置电流对应第一及第二电参数的差值。
20.如权利要求15所述的方法，其中显示系统为一液晶显示系统。
21.如权利要求15所述的方法，其中至少一发光光源包括至少一发光二极管。
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