CN1751542A - 驱动显示设备的光源的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种驱动显示设备的光源的装置。所述装置包括：温度传感器(940)，用于传感温度并根据所传感的温度来产生输出电压；缓冲器(950)，用于产生具有取决于温度传感器(940)的输出电压的状态的输出信号；振荡器(931)，产生具有取决于缓冲器的输出信号状态的频率的振荡信号；以及逆变器(920)，用于响应来自振荡器(931)的振荡信号来执行开关操作。因此，当光源附近的温度低于预定温度时，由于振荡信号的频率增加，逆变器(920)增加施加到光源上的电压。

Description

驱动显示设备的光源的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种驱动显示设备的光源的装置和方法。
背景技术
用于监视计算机和电视机的显示设备包括诸如发光二极管(LED)、电致发光(EL)、真空荧光显示器(VFD)、场致发射显示器(FED)和等离子体平板显示器(PDP)等自发射显示器、以及诸如需要光源的液晶显示器(LCD)等非发射显示器。
LCD包括具有场发生电极的两个平板和插入其间的具有介电各向异性的液晶(LC)层。被提供电压的场发生电极在液晶层中产生电场，并且通过这些平板的光的透射率根据能够由所施加的电压控制的所施加的场强而变化。因此，通过调整所施加的电压来获得所需的图像。
光可以从配备在LCD中的光源中发出或可以是自然光。当使用所配备的光源时，通常通过调节光源的接通和断开次数的比率或调节通过光源的电流来调整LCD屏幕的总亮度。
针对LCD的光设备，即背光单元通常包括作为光源的多个荧光灯和用于驱动这些灯的逆变器，所述逆变器包括具有典型地由匝数比所确定的升压的变压器。逆变器将来自外部设备的DC(直流)输入电压转换为AC(交流)电压，然后将由变压器所升高的电压施加到所述灯以便开启这些灯并响应辉度控制信号来控制这些灯的亮度。另外，逆变器检测与这些灯中所流动的总电流相关的电压，并且根据所检测到的电压来控制施加到这些灯上的电压。
然而，由于背光单元的灯在低温下具有较高的阻抗，向该灯提供高电压来进行稳定的发光操作。特别地，在低温下，需要高得多的电压来启动该灯。
因此，背光单元的逆变器的设计集中在低温条件或启动条件而非在点亮该灯之后的正常操作状态。为此，将变压器的匝数比设置为较高，从而即使在稳定的状态下也向该灯持续施加高电压，引起了不必要的能量消耗并降低了操作效率。
特别地，有效能量消耗对于诸如便携式计算机这样具有有限容量电池的设备而言是非常重要的。
发明内容
提出了一种驱动显示设备的光设备源的装置，所述装置包括：逆变器，用于向光设备源施加电压以使其接通或断开；温度传感器，用于传感温度并根据由此所传感的传感温度来产生其输出电压；以及逆变器控制器，用于根据来自温度传感器的输出电压的状态来控制从逆变器输出的电压。
所述温度传感器可以包括具有根据所传感的温度变化的电阻的热敏电阻，并且还可以包括与所述热敏电阻相连的电阻器。此时，所述电阻器与所述热敏电阻一起充当分压器。
所述装置还可以包括缓冲器，用于产生处于根据预定电压和来自温度传感器的输出电压确定的多个状态下的输出信号，并且优选地，所述缓冲器具有迟滞特性。
优选地，所述逆变器控制器包括振荡器，用于产生具有根据来自缓冲器的输出信号的状态而变化的频率的振荡信号，并且缓冲器的输出信号的状态包括第一状态和第二状态，且第一状态是“0”电平。
优选地，所述振荡器包括电阻器和电容器，并且当缓冲器的输出信号处于第一状态时，来自振荡器的振荡信号的频率会增加。
还提出了一种驱动显示设备的光源的方法，所述方法包括：对温度进行传感；根据所传感的温度产生第一信号；产生具有取决于第一信号的幅度的多个状态的第二信号；产生具有取决于第二信号的状态的频率的第三信号；向光源施加电压；以及响应第三信号的频率来改变施加到所述光源上的电压。
附图说明
参考附图，通过详细描述其优选实施例，本发明的上述和其他优点将变得更为明显，其中：
图1是根据本发明实施例的LCD的方框图；
图2是根据本发明实施例的LCD的分解透视图；
图3是根据本发明实施例的LCD的像素的等效电路图；
图4是示出了根据本发明实施例，作为输入电压的函数的缓冲器的输出信号的曲线图；
图5是分别示出了根据本发明实施例，作为时间函数的温度、温度传感器的输出信号、以及缓冲器的输出信号的曲线图。
具体实施方式
下面将参考附图来更完全地描述本发明，其中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明能够以许多不同的形式来具体实现，并且并不应该局限于这里所提出的实施例。在全文中，相同的参考数字表示相同的元件。
在附图中，为了清楚，夸大了层和区域的厚度。在全文中，相同的参考数字表示相同的元件。应该理解，当诸如层、区域或衬底被称为位于另一元件“之上”时，其可以直接位于另一元件之上或者还可能存在插入元件。相反，当元件被称为“直接在另一元件之上”时，则不存在插入元件。
然后，将参考附图来描述根据本发明实施例的用于驱动显示设备的光源的装置和方法。
图1是根据本发明实施例的LCD的方框图；图2是根据本发明实施例的LCD的分解透视图；以及图3是根据本发明实施例的LCD的像素的等效电路图。
参考图1，根据本发明实施例的LCD包括：LC板组件300、与板组件300相连的栅极驱动器400和数据驱动器500、与数据驱动器500相连的灰度电压发生器800、用于照射LC板组件300的灯单元910、与灯单元910相连的逆变器920、温度传感器940、与温度传感器940相连的缓冲器950、连接在缓冲器950和逆变器920之间的逆变器控制器930、以及控制上述元件的信号控制器600。
在结构视图中，根据本发明实施例的LCD包括：包括显示单元330和背光单元340的LC模块350、一对前壳体和背壳体361和362、箱体363、以及包含并固定LC模块350的模制框架364，如图2所示。
显示单元330包括：LC板组件300、附加到LC板组件300上的多个栅极柔性印刷电路(FPC)膜410和多个数据FPC膜510、以及分别附加到相关的FPC膜410和510之上的栅极印刷电路板(PCB)450和数据PCB550。
在图2和3所示的结构视图中，LC板组件300包括下面板100、上面板200和诸如其间的液晶层3，同时其包括多个显示信号线G1-Gn和D1-Dm、以及与其相连并在图1和3的电路视图中实质上以矩阵排列的多个像素。
显示信号线G1-Gn和D1-Dm设置在下面板100上，并且包括多个发射栅极信号(被称为扫描信号)的栅极线G1-Gn和多个发射数据信号的数据线D1-Dm。栅极线G1-Gn实质上沿行方向延伸并实质上彼此平行，而数据线D1-Dm。实质上沿列方向延伸并实质上彼此平行。
每一个像素包括与显示信号线G1-Gn和D1-Dm。相连的开关元件Q、以及与开关元件Q相连的LC电容器CLC和存储电容器CST。如果需要，可以省略存储电容器CST。
诸如TFT等开关元件Q设置在下面板100上且具有三个端子：与栅极线G1-Gn之一相连的控制端子、与数据线D1-Dm之一相连的输入端子、以及与LC电容器CLC和存储电容器CST相连的输出端子。
LC电容器CLC包括：位于下面板100上的像素电极190、位于上面板上的公共电极270、以及作为电极190和270之间的电介质的LC层3。像素电极190与开关元件Q相连，并且公共电极270覆盖上面板100的整个表面并被提供公共电压Vcom。可选地，均为条状或带状的像素电极190和公共电极270设置在下面板100上。
存储电容器CST是LC电容器CLC的辅助电容器。存储电容器CST包括设置在下面板100上的像素电极190和单独信号线(未示出)，通过绝缘层与像素电极190重叠，并且向其提供诸如公共电压Vcom等预定电压。可选地，存储电容器CST包括像素电极190和被称为前一栅极线的相邻栅极线，其通过绝缘层与像素电极190重叠。
为了进行彩色显示，通过在由像素电极190所占用的区域中设置多个红色、绿色和蓝色滤色器230之一，每一个像素表示其自身的颜色。图3所示的滤色器230设置在上面板200的相应区域中。可选地，将滤色器230设置在位于下面板100上的像素电极190之上或之下。
参考图2，背光单元340包括：设置在LC板组件300之后的多个灯341；光导342和多个光片343，设置在板组件300和灯341之间并将来自灯341的光引导和散射到板组件300上；以及反射器344，设置在灯341的下方并将来自灯341的光反射到板组件300。
优选地，灯341包括荧光灯，例如CCFL(冷阴极荧光灯)和EEFL(外部电极荧光灯)。LED是灯341的另一示例。
可以将逆变器920、温度传感器940、缓冲器950和逆变器控制器930安装在独立的逆变器PCB(未示出)上或安装在栅极PCB 450和数据PCB 550上。
将对来自灯341的光进行偏振的一对偏振器(未示出)附加在板组件300的面板100和200的外表面上。
参考图1和2，灰度电压发生器800产生与像素的透射率相关的多个灰度电压的两个集合，并设置在数据PCB 550上。在一个集合中的灰度电压相对于公共电压Vcom具有正极性，而在另一集合中的灰度电压相对于公共电压Vcom具有负极性。
优选地，栅极驱动器400包括安装在各栅极FPC膜410上的多个集成电路(IC)芯片。栅极驱动器400与板组件300的栅极线G1-Gn相连，并合成来自驱动电压发生器700的栅极导通电压Von和栅极截止电压Voff以产生要施加到栅极线G1-Gn上的栅极信号。
优选地，数据驱动器500包括安装在各数据FPC膜510上的多个IC芯片。数据驱动器500与板组件300的数据线D1-Dm相连，并将从由灰度电压发生器800提供的灰度电压中所选的数据电压施加到数据线D1-Dm上。
根据本发明的另一实施例，将栅极驱动器400和/或数据驱动器500的IC芯片安装在下面板100上，而根据另一实施例，将驱动器400和500之一或两者与其他元件一起包括到下面板100中。在两种情况下，栅极PCB 450和/或栅极FPC膜410可以被省略。
将控制驱动器400和500等的信号控制器设置在数据PCB 550或栅极PCB 450上。
现在将详细描述LCD的操作。
向信号控制器600提供RGB图像信号R、G和B、以及用于控制其显示的输入控制信号，例如来自外部图形控制器(未示出)的垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、主时钟MCLK和数据使能信号DE。在产生栅极控制信号CONT1和数据控制信号CONT2并根据输入控制信号和输入图像信号R、G和B处理适合于操作板组件300的图像信号R、G和B之后，信号控制器600提供针对栅极驱动器400的栅极控制信号CONT1、以及针对数据驱动器500的已处理图像信号R’、G’和B’和数据控制信号CONT2。
栅极控制信号CONT1包括：用于通知帧起始的垂直同步起始信号STV、用于控制栅极导通电压Von的输出时间的栅极时钟信号CPV、以及用于定义栅极导通电压Von的宽度的输出使能信号OE。数据控制信号CONT2包括用于通知水平周期的起始的水平同步起始信号STH、用于指示向数据线D1-Dm施加适当数据电压的加载信号LOAD或TP、用于对数据电压(相对于公共电压Vcom)的极性进行反转的反相控制信号RVS、以及数据时钟信号HCLK。
数据驱动器500从信号控制器600中接收针对像素行的图像数据R’、G’和B’的分组，并且响应来自信号控制器600的数据控制信号CONT2，将图像数据R’、G’和B’转换为从由灰度电压发生器800提供的灰度电压中所选的模拟数据电压。
响应来自信号控制器600的栅极控制信号CONT1，栅极驱动器400将栅极导通电压Von施加到栅极线G1-Gn上，从而使与其相连的开关元件Q导通。
数据驱动器500在开关元件Q的导通时间内(被称为“一个水平周期”或“1H”且等于水平同步信号Hsync、数据使能信号DE和栅极时钟信号CPV的一个周期)，将数据电压施加到相应的数据线D1-Dm。然后，通过导通开关元件Q，将数据电压依次提供给相应的像素。
施加到像素上的数据电压和公共电压Vcom之间的差值表达为LC电容器CLC的充电电压，即，像素电压。液晶分子具有取决于像素电压的幅度的取向，并且这些取向确定了通过LC电容器CLC的光的偏振。偏振器将光偏振转换为光透射率。
通过重复该过程，在一帧期间，向所有栅极线G1-Gn顺序提供栅极导通电压Von，从而将数据电压施加到所有像素。当在完成一帧之后下一帧开始时，对施加到数据驱动器500上的反相控制信号RVS进行控制，从而对数据电压的极性进行反转(被称为“帧反相”)。还可以对反相控制信号RVS进行控制，从而对在一帧内在数据线中流动的数据电压的极性进行反转(被称为“线反相”)，或者对一个分组中的数据电压的极性进行反转(被称为“点反相”)。
温度传感器940产生幅度随周围温度而变化的温度传感信号，并且缓冲器950对温度传感信号进行放大并输出。
逆变器920将DC电压转换为AC电压，升高AC电压并响应来自逆变器控制器930的逆变器控制信号，将升高后的AC电压施加到灯单元910。
逆变器控制器930根据从温度传感器940经由缓冲器950提供的温度传感信号对逆变器控制信号的频率进行改变。
将参考图1、4和5来详细描述根据来自温度传感器940的温度传感信号来控制逆变器920的逆变器控制器930的操作。
图4是示出了作为输入电压的函数的根据本发明实施例的缓冲器输出信号的曲线图，而图5是示出了根据本发明实施例，作为时间函数的温度、温度传感器的输出信号和缓冲器的输出信号的曲线图。
如图1所示，温度传感器940包括分压器，连接在电源电压VCC和地之间且包括串联的热敏电阻RT1和电阻器R1。根据本发明实施例的热敏电阻RT1具有随着温度的增加而减小的电阻，并且可以安装在逆变器PCB上或灯单元910附近。然而，明显地，可以对热敏电阻RT1的操作特性或安装位置进行改变。
缓冲器950包括施密特触发器电路，并产生具有取决于来自温度传感器940的温度传感信号的电平的方波。
逆变器控制器930包括振荡器931，具有并联的电阻器R1和电容器C1。然而，振荡器930可以包括其他元件。
逆变器920包括开关单元921和与开关单元921相连的变压器922。
现在将描述上述元件的操作。
温度传感器940通过包括热敏电阻RT1和电阻器R1的分压器对电源电压VCC进行分压，并输出分压后的电压。热敏电阻RT1具有取决于其安装位置处的温度的电阻。
根据该实施例的热敏电阻RT1的电阻与所传感的温度成反比。因此，当所传感的温度增加时，热敏电阻RT1的电阻减小，而当所传感的温度减小时，热敏电阻RT1的电阻增加。
由于热敏电阻RT1的电阻与所传感的温度成反比，因此，来自温度传感器940的输出电压的幅度与所传感的温度成正比。即，来自温度传感器940的输出电压的幅度随着所传感的温度变高而增加，同时该幅度随着所传感的温度变低而减小。
根据本发明的实施例，热敏电阻RT1具有与所传感的温度成正比的电阻。
如果在诸如点亮灯单元910的条件下，温度小于预定温度，则热敏电阻RT1的电阻大于预定值。因此，来自温度传感器940的输出电压小于预定电压。在点亮灯单元910之后，灯单元910或逆变器PCB的温度逐渐增加并达到预定温度。如果温度变得高于预定温度且然后温度传感器940的输出电压变得高于预定电压，则热敏电阻RT1的电阻变得低于预定值。
将基于所传感的温度的温度传感器940的输出电压施加到缓冲器950。缓冲器950产生具有取决于来自温度传感器940的输出电压的“0”状态(低电平)或“1”状态(高电平)的信号。即，如果温度传感器940的输出电压大于预定电压，则由缓冲器950所产生的信号处于“1”状态，而如果温度传感器940的输出电压小于预定电压，则其处于“0”状态。然后，将缓冲器950的信号施加到逆变器控制器930的振荡器931。
振荡器931产生具有频率的振荡信号，根据RC时间常数的变化，如果来自缓冲器950的信号处于“1”状态则该频率减小，而如果来自缓冲器950的信号处于“0”状态则该频率增加。在背光单元的初始发光或低温发光时，优选地，施加到灯单元910上的逆变器920的输出电压为高电平。然而，当背光单元处于正常状态时，优选地，增加了逆变器920的能量效率。根据上述特征，振荡器931可以产生振荡频率，根据来自缓冲器950的信号状态，或者增加逆变器920的输出电压或者增加逆变器920的能量效率。
向逆变器920的开关单元921提供具有由施加到逆变器控制器930的振荡器931上的信号状态所确定的频率的振荡信号。
响应来自振荡器931的振荡信号对开关单元921进行导通或截止，并将来自外部设备的DC电压转换为AC电压以便施加到变压器922上。此时，AC电压的频率受到开关单元921的导通和截止的影响，并且要施加到灯单元910上的来自逆变器922的电压随着振荡频率变大而变得更大。
如上所述，由于施加到逆变器920的变压器922上的信号频率在初始发光和低温发光期间会增加，因此，施加到灯单元910上的电压高于在稳定操作下所施加的电压，并因而减小了灯单元910的发光恶化。
根据本发明实施例的缓冲器950具有图4所示的迟滞(hysterisis)特性。用于将输出信号从“0”状态转换为“1”状态的输入电压的幅度不同于用于将输出信号从“1”状态转换为“0”状态的输入电压的幅度。在本发明的一个示例中，当输入电压增加到大于大约3.0V时，缓冲器950将输出信号的状态从“0”转换为“1”；而当输入电压减小到小于大约2.0V时，缓冲器950将输出信号的状态从“1”转换为“0”。
上述缓冲器950的特性防止了由于细微温度变化而造成的振荡器931的输出信号状态的频繁改变，以便稳定逆变器920的操作。
图5的第一曲线图是示出了随着时间的温度变化的曲线图；而图5的第二和第三曲线图是示出了作为时间函数的温度传感器940和缓冲器950的输出信号的曲线图。
如图5的第一曲线图所示，当温度逐渐增加而达到预定温度，在该温度处停留一段时间，然后随着时间的过去而减小时，温度传感器940的输出电压逐渐增加，保持预定电压，并响应温度变化而减小，如图5的第二曲线图所示。如果温度传感器940的输出电压变得大于迟滞上限电压，则缓冲器950的输出信号变为“1”状态并保持在“1”状态。然而，如果温度传感器940的输出电压变得小于迟滞下限电压，则缓冲器950将信号状态从“1”改变为“0”。
根据本发明实施例，由于根据附近温度对施加到灯单元上的电压幅度进行调整，因此在初始发光和低温发光时稳定了灯单元而没有发光故障，并且增加了背光单元的可靠性。另外，当灯单元的操作稳定时，施加到灯单元上的电压减小以防止由于过量能量消耗而造成的逆变器的低效。
尽管以上已经详细描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对本领域的技术人员显而易见的、根据这里所教导的基本发明概念的许多变体和/或修改仍将落在如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内。

Claims (10)

1、一种驱动显示设备的光源的装置，所述装置包括：
逆变器，用于向光源施加电压以使其接通或断开；
温度传感器，用于传感温度并根据所传感的温度来产生第一信号；以及
逆变器控制器，用于根据温度传感器的第一信号来控制逆变器。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述温度传感器包括具有根据所传感的温度变化的电阻的热敏电阻。
3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述温度传感器还包括与所述热敏电阻相连的电阻器，并且所述电阻器与所述热敏电阻一起充当分压器。
4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于还包括缓冲器，用于根据来自温度传感器的第一信号来产生第二信号并将第二信号提供给逆变器控制器。
5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述缓冲器具有迟滞特性。
6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述逆变器控制器包括振荡器，用于产生具有根据来自缓冲器的第二信号变化的频率的振荡信号。
7、根据权利要求6所述的装置，其特征在于由缓冲器所产生的第二信号包括第一状态和第二状态，且第一状态是“0”电平。
8、根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述振荡器包括并联的电阻器和电容器，并且当由缓冲器所产生的第二信号处于第一状态时，由振荡器所产生的振荡信号的频率增加。
9、一种驱动显示设备的光源的方法，所述方法包括：
对温度进行传感；
根据所传感的温度产生第一信号；
根据所述第一信号产生第二信号；
产生具有取决于第二信号的状态的频率的第三信号；
向光源施加电压；以及
响应第三信号的频率来改变施加到所述光源上的电压。
10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于第二信号包括第一状态和第二状态，且第一状态是“0”电平。
CNA038261162A 2003-03-14 2003-08-07 驱动显示设备的光源的装置和方法 Pending CN1751542A (zh)

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