CN1898997A - 具有用于驱动器控制的集成光敏元件的光源驱动器 - Google Patents

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迈克尔·R.·邢
让－弗朗索瓦·达维耶
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Abstract

本发明公开了一种基于来自内部和外部光源的反馈自动调节发光元件强度的方法。光敏元件感测环境光并传输与环境光强度成比例的电信号至驱动器。该驱动器基于该反馈自动调节该发光元件的强度，以提供该应用的最佳状态。此外，该发光元件传输与来自该发光元件的光强度成比例的电信号至驱动器。该驱动器基于该反馈进一步调节该发光元件的强度，以提供该应用的最佳状态。

Description

具有用于驱动器控制的集成光敏元件的光源驱动器
技术领域
本申请大致上涉及光敏系统，更具体地，涉及一种基于来自内部和外部发光元件的反馈对发光元件的强度进行调节的自动化方法。
背景技术
集成电路(IC)广泛用于有效地控制传送给发光元件的功率。典型地，集成电路用于在以下情况下控制传送给发光元件的功率：物理空间有限，难以利用一组分立元件；为了有更长的不插电自持时间(unplugged autonomy)，电池的工作需要有效的功率转换；环境规范要求在使用中有效的功率转换和极低的待机功耗；或者一组分立元件的成本较高。
为了传送功率给发光元件的特定任务而开发的集成电路常常被称作发光元件的“驱动器”。例如，集成电路驱动器常用于传送功率给冷阴极荧光灯(CCFL)、电致发光(EL)灯、以及LED(发光二极管)发光器件，这些器件的一个应用是可用于给液晶显示器(LCD)提供背光。这些LCD在许多对大小敏感的用户应用诸如移动电子设备(例如，膝上型计算机、便携计算机以及蜂窝电话)、平板监视器、和电视中都可以找到。
随着节能性的环境规范变得更加严格，这些IC驱动器在更多的主流应用例如普通照明中得到了应用。驱动器的应用范围因而扩展为例如包括热阴极荧光灯(传统的“氖灯”)和低强度的夜光器件。
除了主流应用之外，IC驱动器还可以用于为不同的应用调节背光的强度。例如，在黑暗的室内环境中计算机显示器的发光元件可以变暗，从而给用户提供最适宜的图像(viewing)。同样的发光元件在阳光充足的室外环境下可以变亮。传统上，用户必须手动调节背光的强度。
发明内容
本发明提出了一种用于自动检测和调节显示屏的亮度级别(1ightinglevel)的方法。环境光到达光敏元件，该光敏元件将与环境光强度成比例的电信号传输给驱动器，该驱动器随后(in turn)自动地调节传送给内部发光元件的功率，以提供用户应用的最佳功能。
来自内部发光元件的光到达光敏元件，该光敏元件将与来自该发光元件的光强度成比例的电信号传输给驱动器，该驱动器随后调节传送给内部发光元件的功率，以提供用户应用的最佳功能。
附图说明
图1为示出单片集成电路的俯视图的示意图。
图2为示出单片集成电路的光敏区域的俯视图的示意图。
图3为示出根据本发明一实施例的接收环境光的部分的示意图。
图4为示出根据本发明一实施例的接收来自发光元件的光的部分的示意图。
图5为示出根据本发明一实施例的接收环境光和来自发光元件的光的部分的示意图。
图6为示出具有光敏反馈能力的集成光驱动器的基本工作原理的流程图。
具体实施方式
以下对于不同的实施例说明本发明。以下的说明提供了用于透彻理解本发明这些实施例并可据此实现说明的具体细节。但是，本领域技术人员应当理解即使没有这些细节也可以实施本发明。在其它例子中，公知的结构和功能未示出或详细说明，以免不必要地使本发明实施例的说明不清楚。
在下述说明中使用的术语即使是与本发明某些具体实施例的详细说明结合使用的，也要以其最宽的合理方式解释该术语。某些术语可能会在下面给予强调；但是，任何以某种受限的方式进行解释的术语将会在具体实施方式部分公开和明确地予以定义。
在此所述的光敏元件可以是通常设置于集成电路上的任何类型，例如光电二极管、针式光电二极管(pinned photodiode)、光电栅(photogate)、以及电荷耦合器件。在一个实例中，光电二极管可以简单地形成，即在p型区中形成n型区。入射光会使电荷流过光电二极管。该电荷可视作利用公知技术的电流或电压。光敏元件可以形成于集成电路上，并且，按照本发明一实施例，光敏元件与驱动器形成于同一集成电路上。
图1示出单片集成电路100的俯视图。单片半导体材料108内封装(enclose)了电功率管理电路102、第一光敏元件104、以及第二光敏元件106。光敏元件例如光电二极管广泛用于电子设备中，用以收集特定光源所发光的质量和数量信息。本实施例中，所述两个光敏元件与电功率管理电路102或者驱动器集成于同一块单片电路模板(die)上。将所述光敏元件和该电功率管理电路102集成在一起能够提供比传统的、基于分立元件的反馈方案更显著的成本、尺寸和功耗方面的优点。所述两个光敏元件提供关于局部光线状况的信息，而该电功率管理电路102响应于局部光线状况的信息来控制或者驱动发光元件的强度，从而提高特定用户应用的性能。
特定用户应用的性能提高可以通过一个或多个好处得到量化，但不限于这些好处。通过提供与用户应用相符的发光，而不管环境光的强弱或者用户应用本身的状态(例如“冷”或“热”)，用户的体验可以得到改善。响应于环境光的强弱或者用户应用本身的状态，通过连续地优化传送给发光元件的功率，用户应用的总能量效率可以得到提高。此外，通过减少被不必要地提升的功率负载(其相应地减少发光元件的总损耗)，发光元件的寿命可以得到提高。并且，通过全时段监控和与已知基准比较发光元件的性能，整个用户应用的可靠性可以得到提高，从而当该发光元件将要到达其使用寿命时，能够触发早期警告。以上实施例说明了提高特定用户应用性能的若干好处，并且不欲涵盖或限定。除了以上好处，也可具有或得到其它好处。
除了提供一些主要的好处，具有光敏元件的整体集成(fully integrated)驱动器比分立的、非集成的光敏系统还拥有一些其它优点。通过避免使用单独的分立集成电路驱动功率至发光元件，具有光敏元件的整体集成驱动器能够减少成本、尺寸和功耗。
在一替代实施例中，非单片集成电路可以用于实现具有光敏反馈能力的集成光驱动器。非单片集成电路由两个光敏元件组成，所述两个光敏元件与电功率管理电路或者驱动器集成在一个集成电路上，但是缺少封装不同种类元件的单片半导体材料。在另一替代实施例中，两个或更多集成电路可以装配在同一个封装中，以实现具有光敏反馈能力的集成光驱动器。上述实施例说明了实现具有光敏反馈能力的集成光驱动器的两种方式，并且不欲涵盖或限定。除了上述两个实施例，也可具有或利用其它选择。
图2示出集成电路100的光敏区域的俯视图。光敏区域204包括第一光敏元件104和第二光敏元件106。该光敏区域的顶部封装大部分是透明的，以使所述两个光敏元件可接收外部光源的光。所述两个光敏元件能够给电功率管理电路102提供局部光状况的信息，使其能够调节发光元件以提供最佳性能。非光敏区域202包括电功率管理电路102。
图3示出本发明的一个可能应用。在此应用中，示出例如用于计算机监视器的背光显示器。图3示出了根据本发明一实施例的用于接收环境光306的部分(section)302。该部分302是指显示器304在放大图中示出的部分。该部分302是制作于显示器304中的光学透明开口，并与其中一个光敏元件对准。该部分包含集成电路100和第一光敏元件104。第一光敏元件104接收来自显示器304外部的光源的环境光306。第一光敏元件104给电功率管理电路102提供与环境光306的强度成比例的电信号，该电功率管理电路102控制传送给发光元件的功率。电功率管理电路102利用该电信号调节传送给发光元件的电功率，以提供适于该用户应用的发光。在一实例中，发光元件在黑暗的室内环境下变暗，而在阳光充足的室外环境下变亮。在一替代实施例中，该部分和集成电路的方向可以朝向显示器304的后部，与其前部反向，从而使显示器和用户的实际视域之间的对比最优化。
图4示出根据本发明一实施例的用于接收来自内部发光元件402的光的部分302。该部分302为显示器304的一部分，其包含集成电路100和第二光敏元件106。来自发光元件402的光直接地或者通过简单的光导结构而导入第二光敏元件106。发光元件可包括(但不限于)一个或多个以下元件：CCFL(冷阴极荧光灯)、LED(发光二极管)阵列、电致发光(EL)器件、有机LED、卤素灯、白炽灯、基于激光的器件以及基于等离子体的器件。其它器件也可以用作发光元件。一旦第二光敏元件106接收到来自发光元件402的光，则该第二光敏元件106向电功率管理电路102提供与来自发光元件402的光强度成比例的电信号。电功率管理电路102利用该信息调节提供给发光元件的电功率，从而自动地提供适于该用户应用的发光。在一实例中，如果发光元件为在运行的开始几分钟内通常较暗的CCFL，则电功率管理电路102可在启动时提供较高的功率。同样地，当发光元件老化并且逐渐丧失其发光效率时，更多的功率可馈入发光元件。最后，通过与设定的基准比较发光元件的实际稳态亮度，可以向用户提供早期失效(故障)警告。
图5示出根据本发明一实施例的用于接收环境光306和来自发光元件402的光的部分302。该部分302位于显示器304内，包含集成电路100、第一光敏元件104和第二光敏元件106。第一光敏元件104接收来自外部光源的环境光306，并向电功率管理电路102提供与环境光306的强度成比例的电信号。电功率管理电路102随后基于该信息调节提供给发光元件的电功率，从而自动地提供适于该用户应用的发光。第二光敏元件106接收来自内部发光元件402的光，并提供与来自发光元件402的光强度成比例的电信号。电功率管理电路102基于该信息进一步调节提供给发光元件的电功率，从而自动地提供适于该用户应用的发光。所述两个光敏元件彼此光隔离，以避免在两个光反馈路径之间相互干扰，这两个光反馈路径一个来自外部环境，另一个来自内部发光元件。所述两个光敏元件的光隔离可以通过简单的机械装置实现。
在一替代实施例中，来自内部发光元件的、第二光敏元件106上采集的光可用于检测发光元件的工作状况以及检测早期失效警告。在另一替代实施例中，用户应用可以为便携式或者可佩带的电子设备，例如(但不限于)：膝上型计算机、便携计算机、个人数字助理、蜂窝电话、数码相机、全球定位系统(GPS)、可携式摄像机(camcorder)、个人音乐播放器、游戏机、或者眼镜型电视(video goggle)。在又一替代实施例中，用户应用可以为固定的(例如，在家中)或者其它的嵌入式(例如，在汽车中)电子设备，例如(但不限于)：计算机监视器、平板电视、游戏控制台、通用灯、低强度夜光灯、高级遥控装置、GPS、仪表板或者其一部分、或者抬头显示系统(heads-up display system)。
图6示出具有光敏反馈能力的集成光驱动器的基本工作原理。环境光306到达感知环境光的光敏元件104。该感知环境光的光敏元件104通向环境光自动调节部件602。环境光自动调节部件602将与环境光306的强度成比例的电信号通过环境光反馈和修正回路#1(606)传输给发光元件电功率传送部件608。一旦发光元件电功率传送部件608接收到来自环境光自动调节部件602的电信号，则发光元件电功率传送部件608能够调节通过电功率传送线612传输给发光元件402的功率。发光元件402发射光线至感知发光元件光线的光敏元件106，该光敏元件106通向发光元件光线自动调节及早期失效警告部件604。发光元件光线自动调节及早期失效警告部件604将与来自发光元件402的光强度成比例的电信号通过发光元件反馈和修正及早期故障警告回路#2(610)传输给发光元件电功率传送部件608。发光元件电功率传送部件608调节通过电功率传送线612传输给发光元件402的功率。
在一实施例中，同时实施发光元件亮度调节回路#1(606)和#2(610)。在一替代实施例中，实施发光元件亮度调节回路#1(606)或者发光元件亮度调节回路#2(610)。在另一替代实施例中，该集成电路可以将几个不同的单片部件结合于一个封装中。
上述本发明实施例的具体说明并非是穷尽性的或者用于将本发明限定于以上公开的准确形式。虽然本发明的具体实施例以及实例为了说明目的已揭示如上，但本领域的技术人员应当认识到，在本发明范围内的各种等同修改都是可行的。
上述具体说明中使用单数或者复数的词语也可以分别包括复数或者单数。此外，本申请中所使用的词语“这里”、“上述”、“下面”以及含有类似含义的词语应当涉及本申请的全部内容，而不是本申请的特定部分。当权利要求书中使用词语“或者”意指两个或多个条目的序列时，该词语涵盖对于该词语的所有如下解释：该序列中的任何条目，该序列中的所有条目，以及该序列中条目的任意组合。
在此提出的本发明的教导也适用于其它系统，并非必须用于在此所述的系统。根据具体说明可以对本发明做出这些以及其它变化。上述各种实施例的元件和功效可以组合以提供更多的实施例。
根据上述具体说明可以对本发明做出这些以及其它变化。虽然上述说明详述了本发明的某些实施例并说明了预期的最佳模式，但是不管上文中的说明如何详细，本发明都可以用多种方式实施。配置、功能等细节可以在具体实施中充分变化，但仍然包含于在此所公开的本发明内。如同上面所指出的，说明本发明的某些特征或者方案时使用的特定术语并非意味着该术语在此被重新定义，从而受限于该术语所关联的本发明的任何具体的特点、特征或方案。一般而言，所使用的术语不应被解释为将本发明限制于说明书中所公开的具体实施例，除非以上具体实施方式部分明确定义了此类术语。因此，本发明的实际范围不仅包含所公开的实施例，而且包含实行或实现本发明的所有等同方式。

Claims (39)

1.一种基于来自环境光源的反馈自动调节发光元件强度的方法，该方法包括：
接收来自该环境光源的光；
传输信号至驱动器；
分析传输给该驱动器的信号；以及
基于该分析，传送功率至该发光元件。
2.如权利要求1所述的方法，其中接收来自该环境光源的光包括通过光敏元件接收光。
3.如权利要求1所述的方法，其中传输信号至驱动器包括传输电信号至该驱动器。
4.如权利要求1所述的方法，其中传输信号至驱动器包括传输与该环境光强度成比例的信号至该驱动器。
5.如权利要求1所述的方法，其中分析传输给该驱动器的信号包括确定要传送给该发光元件的功率量。
6.如权利要求1所述的方法，其中传送功率至该发光元件包括基于传输给该驱动器的信号来传送功率。
7.如权利要求1所述的方法，其中传送功率至该发光元件包括通过电功率传送线来传送功率。
8.一种基于反馈自动调节发光元件强度的方法，该方法包括：
接收来自光源的光；
传输信号至驱动器；
分析传输给该驱动器的信号；以及
基于该分析，传送功率至该发光元件。
9.如权利要求8所述的方法，其中接收来自光源的光包括通过光敏元件接收光。
10.如权利要求8所述的方法，其中传输信号至驱动器包括传输电信号至该驱动器。
11.如权利要求8所述的方法，其中传输信号至驱动器包括传输与该光源强度成比例的信号至该驱动器。
12.如权利要求8所述的方法，其中分析传输给该驱动器的信号包括确定要传送给该发光元件的功率量。
13.如权利要求8所述的方法，其中传送功率至该发光元件包括基于传输给该驱动器的信号来传送功率。
14.如权利要求8所述的方法，其中传送功率至该发光元件包括通过电功率传送线来传送功率。
15.一种系统，包括：
集成电路；
驱动器，其被耦合以控制功率的传送；
第一光敏元件，其被耦合以传输信号至该驱动器；
环境光源，其被耦合以传输光至该第一光敏元件；
第二光敏元件，其被耦合以传输信号至该驱动器；以及
发光元件，其被耦合以传输光至该第二光敏元件。
16.如权利要求15所述的系统，其中该驱动器、该第一光敏元件和该第二光敏元件位于该集成电路内。
17.如权利要求15所述的系统，其中单片半导体材料封装该驱动器、该第一光敏元件和该第二光敏元件。
18.如权利要求15所述的系统，其中该第一光敏元件和该第二光敏元件被透明材料所覆盖。
19.如权利要求15所述的系统，其中该环境光源位于该集成电路的外部。
20.一种自动检测集成电路内发光元件故障的方法，该方法包括：
接收来自该发光元件的光；
分析接收自该发光元件的光；以及
基于该分析，检测该发光元件的故障。
21.如权利要求20所述的方法，其中接收来自该发光元件的光包括通过光敏元件接收光。
22.如权利要求20所述的方法，其中分析接收自该发光元件的光包括将来自该发光元件的光的实际稳态亮度与设定的基准相比较。
23.一种基于反馈自动调节发光元件强度的系统，该系统包括：
从光源接收光的装置；
传输与该光源相关联的信号至驱动器的装置；
分析传输给该驱动器的信号的装置；以及
基于该分析，传送功率至该发光元件的装置。
24.如权利要求23所述的系统，其中从光源接收光的装置包括接收环境光的装置。
25.如权利要求23所述的系统，其中从光源接收光的装置包括接收来自该发光元件的光的装置。
26.如权利要求23所述的系统，其中从光源接收光的装置包括将光导引至光敏元件的装置。
27.如权利要求23所述的系统，其中从光源接收光的装置包括检测该发光元件故障的装置。
28.如权利要求23所述的系统，其中从光源接收光的装置包括通过光敏元件接收光的装置。
29.如权利要求23所述的系统，其中传输与该光源相关联的信号至驱动器的装置包括传输电信号至该驱动器的装置。
30.如权利要求23所述的系统，其中传输与该光源相关联的信号至驱动器的装置包括传输与该光源强度成比例的信号至该驱动器的装置。
31.如权利要求23所述的系统，其中分析传输给该驱动器的信号的装置包括确定要传送给该发光元件的功率量的装置。
32.如权利要求23所述的系统，其中传送功率至该发光元件的装置包括基于传输给该驱动器的信号来传送功率的装置。
33.一种基于来自发光元件的反馈自动调节发光元件强度的方法，该方法包括：
接收来自该发光元件的光；
传输信号至驱动器；
分析传输给该驱动器的信号；以及
基于该分析，传送功率至该发光元件。
34.如权利要求33所述的方法，其中接收来自该发光元件的光包括通过光敏元件接收光。
35.如权利要求33所述的方法，其中传输信号至驱动器包括传输电信号至该驱动器。
36.如权利要求33所述的方法，其中传输信号至驱动器包括传输与来自该发光元件的光强度成比例的信号至该驱动器。
37.如权利要求33所述的方法，其中分析传输给该驱动器的信号包括确定要传送给该发光元件的功率量。
38.如权利要求33所述的方法，其中传送功率至该发光元件包括基于传输给该驱动器的信号来传送功率。
39.如权利要求33所述的方法，其中传送功率至该发光元件包括通过电功率传送线来传送功率。
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