KR20110093943A - 임베딩된 디스플레이 전력 관리 - Google Patents

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KR20110093943A
KR20110093943A KR1020117015762A KR20117015762A KR20110093943A KR 20110093943 A KR20110093943 A KR 20110093943A KR 1020117015762 A KR1020117015762 A KR 1020117015762A KR 20117015762 A KR20117015762 A KR 20117015762A KR 20110093943 A KR20110093943 A KR 20110093943A
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디미트리 고더
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인테그레이티드 디바이스 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

집적 회로가 개시되고, 패널 백라이트의 전력 소비를 제어하도록 구성된 전력 관리 회로와 결합하여 디스플레이 패널의 동작을 제어하도록 구성된 디스플레이 관리 회로를 포함한다.

Description

임베딩된 디스플레이 전력 관리{EMBEDDED DISPLAY POWER MANAGEMENT}
DMITRY GODER
관련 출원
본 출원은, 발명이 명칭이 "Embedded Digital Power Management" 로 2008 년 12 월 8 일자로 출원된 미국 가출원 제 61/120,811 호, 및 발명의 명칭이 "Embedded Display Power Management" 로 2009 년 11 월 20 일자로 출원된 미국 출원번호 제 12/623,165 호에 우선권을 주장하고, 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
배경
기술 분야
본 발명은 전력 관리의 분야, 특히 디스플레이에서의 전력 소비를 관리하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 액정 디스플레이 ("LCD") 패널 등을 포함하는 많은 디스플레이 패널들의 설계에서 전력 소비를 최적화하는 것은 전자 산업분야에서 오래된 설계 고려 사항이 되고 있다. 생산 에너지의 비용이 증가하고 디스플레이 패널 크기가 증가함에 따라, 시간이 경과하면서 디스플레이 패널의 전체 전력 소비를 감소시키는 것이 특별히 중요해지고 있다. 또한, 배터리로 작동되는 (battery-powered) 디스플레이 패널에서 전체 전력 소비를 감소시키는 것은 배터리 충전 사이클들 또는 교체들 사이에서 보다 긴 사용 지속기간을 달성하는데 있어서 중요한 고려사항이다.
종래의 디스플레이 패널들에서, 디스플레이 패널 시스템의 전력 소비는 통상적으로 디스플레이 패널 시스템의 다른 기능성들을 구현하기 위해 사용된 별개의 혼합-신호 메인 시스템으로부터 분리되는 아날로그 전력 관리 제어 회로에 의해 관리된다. 그러나, 이 별개로 집적된 아날로그 전력 관리 제어 회로는 종종 디스플레이 패널 시스템의 나머지에 의해 이용된 레일 (rail) 들로부터 분리된 추가의 전압 레일들을 필요로 한다. 또한, 아날로그 전력 관리 제어 회로를 별개로 집적하는 것은 전체 설계 복잡도 및 비용을 증가시킨다.
따라서, 설계 복잡도 및 비용을 감소시킬 수도 있는 디스플레이 패널 시스템의 전력 소비를 관리할 수 있는 전력 관리 제어 회로를 개발하는 것이 바람직하다.
본 발명의 몇몇 실시형태들에 따라, 집적 회로가 개시되고, 디스플레이 패널의 동작을 제어하도록 구성된 디스플레이 관리 회로; 및 패널 백라이트의 전력 소비를 제어하도록 구성된 전력 관리 회로를 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태들 및 양태들은 다음의 도면에 대하여 논의되고, 도면들은 본 명세서에 포함되고 일부를 구성한다.
도 1 은 본 발명의 실시형태들에 따른 전력 관리 기능을 갖는 메인 시스템 집적 회로 ("IC") 를 포함하는 액정 디스플레이 ("LCD") 패널 시스템의 일반화된 블록도를 나타낸다.
도 2 는 본 발명의 실시형태들에 따른 발광 다이오드 ("LED") 패널 백라이팅 시스템의 전력 소비를 관리하도록 구성된 예시적인 LCD 패널 시스템 메인 시스템 IC 의 도면이다.
도 3 은 본 발명의 실시형태들에 따른 LED 패널 백라이팅 시스템의 전력 소비를 관리하도록 구성된 예시적인 LCD 패널 시스템 메인 시스템 IC 의 다른 도면이다.
도 4 는 본 발명의 몇몇 실시형태들에 따른 전력 관리 회로의 실시형태를 나타낸다.
도 5 는 예를 들어 도 4 에 도시된 전력 관리 회로의 실시형태 상에서 실행될 수 있는 전력 관리 알고리즘의 실시형태를 나타낸다.
도면에서, 동일한 지정을 갖는 엘리먼트들은 동일하거나 유사한 기능을 갖는다.
도 1 은 본 발명의 실시형태들에 따른 전력 관리 기능을 갖는 메인 시스템 집적 회로 ("IC")(106) 를 포함하는 액정 디스플레이 ("LCD") 패널 시스템 (100) 의 일반화된 블록도를 나타낸다. 도 1 에 도시된 바와 같이, LCD 패널 시스템 (100) 은 LCD 패널 (102), LCD 패널 백라이트 (104), 및 메인 시스템 IC (106) 를 포함할 수도 있다. 메인 시스템 IC (106) 는 LCD 패널 (102) 및 LCD 패널 백라이트 (104) 에 커플링될 수도 있고, 본원에 개시된 본 발명의 실시형태들에 따라, LCD 패널 (102) 및/또는 LCD 패널 백라이트 (104) 의 동작을 관리 및/또는 제어하도록 구성될 수도 있다.
LCD 패널 시스템 (100) 은, LCD 패널 (102) 및/또는 LCD 패널 백라이트 (104) 의 기능을 관리 및/또는 제어하기 위한 명령들을 메인 시스템 IC (106) 에 제공하도록 구성되는, 메인 시스템 IC (106) 와 커플링된 하나 이상의 통신 채널들을 통해 외부에서 제어될 수도 있다. 예를 들어, LCD 패널 시스템 (100) 은 주요 패널 제어 통신 채널 (108) 및/또는 하나 이상의 보조 패널 제어 통신 채널(들)(110) 을 통해 외부에서 제어될 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 주요 패널 제어 통신 채널 (108) 및/또는 보조 패널 제어 통신 채널(들)(110) 은 비디오 전자 표준 협회 디스플레이포트 (DisplayPort) 표준 ("DisplayPort") 을 이용할 수도 있다. 디스플레이포트 표준은, 860 Hillview Court, Suite 150, Milpitas, CA 95035 의 비디오 전자 표준 협회 ("VESA") 로부터 이용 가능한, 2008 년 1 월 11 일에 발표된, VESA 디스플레이포트 표준, 버전 1, 개정 1a 에서 상세히 설명되고, 이것은 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다. 단지 예시를 위해, VESA 디스플레이포트 표준을 이용하는 본 발명의 실시형태들이 본원에 설명된다. 그러나, 당업자는 본 발명의 실시형태들이 다른 비디오 디스플레이 통신 표준들과 이용될 수 있음을 인지할 것이다.
LCD 패널 (102) 은 액정 ("LC") 픽셀들의 어레이 전체에 인가된 전압을 조절하도록 구성된 트랜지스터들의 어레이를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 트랜지스터들의 어레이는 박막 트랜지스터들 ("TFTs") 을 포함할 수도 있다. LC 픽셀들 전체에 걸친 전압을 바꿈으로써, 트랜지스터들의 어레이는 LC 픽셀들을 통과하는 광의 양 (예를 들어, 불투명함) 을 제어할 수 있고, 이에 의해 특정 이미지를 디스플레이할 수 있다. 컬러는, 레드, 그린, 또는 블루 광이 특정 LC 픽셀을 통과하는 것을 선택적으로 허용하도록 구성된 LCD 패널 (102) 내의 전자적으로 제어된 컬러 필터를 포함함으로써 달성될 수도 있다.
LCD 패널 (102) 에 포함된 트랜지스터들의 어레이는 일련의 행 드라이버 (row driver)(112) 및 일련의 열 드라이버 (column driver)(114) 를 통해 제어될 수도 있다. 트랜지스터들의 어레이의 행 내에서 각 트랜지스터의 게이트들은 특정 행에서의 트랜지스터들을 "온" 또는 "오프" 스위칭하도록 구성된 일련의 행 드라이버 (112) 의 대응하는 행 드라이버에 커플링될 수도 있다. 유사하게, 트랜지스터들의 어레이의 열 내의 각 트랜지스터의 소스들은 특정 열에서의 트랜지스터들에 전압을 공급하도록 구성된 일련의 열 드라이버 (114) 의 대응하는 열 드라이버에 커플링될 수도 있다. 특정 행의 트랜지스터들을 턴 "온" 하고 특정 열의 트랜지스터들에 전압을 공급함으로써, 특정 행 및 열의 교차 지점에서의 트랜지스터에 의해 제어되는 LC 픽셀의 불투명함이 변경될 수도 있다.
LCD 패널 (102) 내에 포함된 행 드라이버 (112) 및 열 드라이버 (114) 는 메인 시스템 IC (106) 를 통해 제어될 수도 있다. 메인 시스템 IC (106) 는 또한, 주요 패널 제어 통신 채널 (108) 및/또는 보조 패널 제어 통신 채널(들)(110) 을 통해 수신된 LCD 패널 (102) 의 행 드라이버 및 열 드라이버를 관리 및/또는 제어하기 위한 명령들에 의해 제어될 수도 있다. 예를 들어, 주요 패널 제어 통신 채널 (108) 은 LCD 패널 (102) 내에 포함된 행 드라이버 및 열 드라이버의 기능을 관리 및/또는 제어하기 위한 명령들을 메인 시스템 IC (106) 에 제공하기 위해 디스플레이포트 표준을 이용할 수도 있다. 디스플레이포트 표준은 3 개의 데이터 링크들: 메인 링크, 보조 채널, 및 핫 플러그 디텍트 (hot plug detect; "HPD") 를 이용한다. 몇몇 실시형태에서, 메인 IC (106) 는 디스플레이포트 메인 링크를 통해 디스플레이 데이터를 수신할 수도 있고, LCD 패널 (102) 내에 포함된 트랜지스터들의 어레이의 동작을 제어하도록 구성된 LCD 패널 (102) 내에 포함된 행 드라이버 및 열 드라이버에 신호를 제공할 수도 있다. 또한, 몇몇 실시형태에서, 메인 IC (106) 의 기능은 LCD 패널 시스템 (100) 내에 포함된 타이밍 제어기 IC ("TCON") 를 이용하여 구현될 수도 있다.
LCD 패널 백라이트 (104) 는 LCD 패널 (102) 을 밝히도록 구성될 수도 있다. 이 방식에서, LCD 패널 시스템 (100) 으로부터 발하는 광은 LCD 패널 (102) 을 통해 LCD 패널 백라이트 (104) 에 의해 제공될 수도 있다. 단지 예시의 목적으로, 발광 다이오드 ("LED") 백라이팅 기술 (예를 들어, 화이트 LED 백라이팅 기술) 을 이용하는 본 발명의 실시형태들이 본원에 설명된다. 그러나, 당업자는 본 발명의 실시형태들이, 예를 들어 백열등, 첨가제 컬러 혼합을 이용하는 레드-그린-블루 ("RGB") LCD 백라이팅, 전자발광 패널 ("ELP"), 냉음극 형광 램프 ("CCFL") 및/또는 열음극 형광 램프 ("HCFL") 와 같은 다른 백라이팅 기술들을 이용할 수도 있음을 인지할 것이다.
통상적인 LCD 패널 시스템 (100) 에서, LCD 패널 백라이트 (104) 에 의한 전력 소비는 LCD 패널 시스템 (100) 의 총 전력 소비의 대부분을 나타낼 수도 있다. 따라서, LCD 패널 시스템 (100) 의 전체 전력 소비를 최적화하기 위해, LCD 패널 백라이트 (104) 의 전력 소비를 최적화하는 것이 중요하다. LCD 백라이팅 기술을 이용하는 본 발명의 실시형태들에 따르면, LCD 패널 시스템 (100) 의 전력 소비는 LCD 패널 백라이트 (104) 시스템 내에 포함된 LED 에 제공된 동작 전류를 감소시킴으로써 감소될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, LCD 패널 백라이트 (104) 의 동작 전류를 제어하는 것은 또한, LCD 패널 시스템 (100) 의 사용자에 의해 감지된 바와 같은 LCD 패널 (102) 의 휘도 (brightness) 를 제어할 수도 있다.
메인 시스템 IC (106) 는 LCD 패널 백라이트 (104) 의 전력 소비를 최적화하도록 구성된 전술된 전력 관리 기능을 구현할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 메인 시스템 IC (106) 는 LCD 패널 시스템 (100) 의 사용자에 의해 설정된 대응하는 휘도 레벨에 기초하여 LCD 패널 백라이트 (104) 의 동작 전류를 동적으로 조정하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 디스플레이포트 표준을 이용하는 본 발명의 실시형태에서, 메인 시스템 IC (106) 는 디스플레이포트 보조 링크를 통해 사용자로부터 휘도 제어 정보를 수신하고, 이 휘도 제어 정보에 따라 LCD 패널 백라이트의 동작 전류를 제어하도록 구성된 LCD 패널 백라이트 (104) 에 신호를 제공할 수도 있다. 이 방식으로, 몇몇 실시형태에서, 메인 시스템 IC (106) 는 사용자와 LCD 패널 시스템 (100) 간의 통신을 위한 주요 게이트웨이로서 이용될 수도 있고, LCD 패널 (102) 및 LCD 패널 백라이트 (104) 의 동작을 제어하도록 구성될 수도 있다.
도 2 는 본 발명의 실시형태들에 따른 LED 패널 백라이트 (104) 의 전력 소비를 관리하도록 구성된 예시적인 LCD 패널 시스템 메인 시스템 IC (106) 의 도면을 나타낸다. 도 2 에 도시된 바와 같이, LED 패널 백라이트 (104) 전력 관리 성능은 디지털 및/또는 아날로그 전력 관리 회로 (200) 를 사용하는 메인 시스템 IC (106) 에서 구현될 수도 있다.
메인 시스템 IC (106) 는 메인 시스템 IC (106) 와 커플링된 하나 이상의 통신 채널들 (예를 들어, 주요 패널 제어 통신 채널 (108) 및/또는 하나 이상의 보조 패널 제어 통신 채널(들)(110)) 을 통해 LCD 패널 (102) 및/또는 LCD 패널 백라이트 (104) 의 기능을 관리 및/또는 제어하기 위한 명령들을 수신하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 주요 패널 제어 통신 채널 (108) 은 디스플레이포트 표준을 이용하여 LCD 패널 백라이트 (104) 의 전력 소비를 관리 및/또는 제어하기 위한 명령들을 메인 시스템 IC (106) 에 제공할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 메인 시스템 IC (106) 는 디스플레이포트 보조 링크를 통해 전력 관리 제어 명령들을 수신할 수도 있고, 수신된 전력 관리 제어 명령들을 전력 관리 회로 (200) 에 제공할 수도 있다. 전술된 바와 같이, 백라이트 LED 의 휘도 레벨에 관한 정보는 디스플레이포트 보조 채널을 이용하여 송신된다. 휘도 레벨은 디밍 (dimming) PWM 주파수 및 듀티 사이클로서 송신된다. 메인 시스템 IC (106) 내의 PWM 디밍 (202) 은 수신된 정보를 정확한 주파수 및 지속기간을 갖는 펄스로 변환한다. 펄스는 LED (212) 의 휘도를 제어하기 위해서 전력 관리 회로 (200) 를 턴 온 및 턴 오프하도록 이용될 수 있다.
다르게는, 보조 데이터 링크를 갖지 않는 비디오 디스플레이 통신 표준들을 이용하는 본 발명의 실시형태에서, 세컨더리 패널 제어 통신 채널 (예를 들어, 보조 패널 제어 통신 채널 (110)) 이 이용되어 전력 관리 제어 명령들을 메인 시스템 IC 에 제공할 수도 있다. 예를 들어, I2C 통신 표준을 이용하는 세컨더리 패널 제어 통신 채널이 이용되어 전력 관리 제어 명령들을 메인 시스템 IC (106) 에 제공할 수도 있다.
전력 관리 회로 (200) 는 전력 관리 회로 모듈들 (202-210) 을 포함한다. 예를 들어, 도 2 에 도시된 바와 같이, 전력 관리 회로 (200) 는 펄스-폭 변조 ("PWM") 디밍 회로 (202), 디지털 카운터 회로 (204), 디지털 제어 회로 (206), 아날로그-대-디지털 변환기 ("ADC") 회로 (208), 및 전류 제어 회로 (210) 를 포함할 수도 있다. PWM 디밍 회로 (202) 는 디지털 카운터 회로 (204) 와 통신 가능하게 커플링될 수도 있다. 유사하게, ADC 회로 (208) 는 디지털 제어 회로 (206) 와 통신 가능하게 커플링될 수도 있고, 디지털 제어 회로는 디지털 카운터 회로 (204) 와 통신 가능하게 커플링될 수도 있다.
LED 패널 백라이트 (104) 는 LED 어레이 (212) 를 포함한다. 도 2 에 도시된 바와 같이, LED 어레이 (212) 는 복수의 연속적으로 커플링된 LED 세그먼트들을 포함할 수도 있다. 연속적으로 커플링된 LED 세그먼트들은 또한, 서로 평행하게 커플링되어 LED 어레이 (212) 를 형성할 수도 있다.
LED 어레이 (212) 는 전압 스위치 회로 (214) 및 가변 전류 제어 트랜지스터 (216) 에 의해 구동될 수도 있다. 전압 스위치 회로 (214) 는 디지털 카운터 회로 (204) 에 의해 제어될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 전압 스위치 회로 (214) 는 n-타입 금속-산화물-반도체 ("nMOS") 전계 효과 트랜지스터를 포함할 수도 있다. nMOS 트랜지스터의 게이트는 디지털 카운터 회로 (204) 의 출력에 커플링될 수도 있다. nMOS 트랜지스터의 소스는 그라운드에 커플링될 수도 있다. nMOS 트랜지스터의 드레인은 전압 스위치 회로 (214) 내에 포함된 인덕터를 가로지르는 입력 전압 소스 Vin 에 커플링될 수도 있다. 또한, nMOS 트랜지스터의 소스는 전압 스위치 회로 (214) 내에 포함된 다이오드의 애노드 단자에 커플링될 수도 있다. 다이오드의 캐소드 단자는 LED 어레이 (212) 의 연속적으로 커플링된 LED 세그먼트들의 상부 단자 노드에 커플링될 수도 있다. 또한, 전압 스위치 회로 (214) 내에 포함된 캐패시터는 다이오드의 캐소드 단자와 그라운드 사이에 커플링될 수도 있다.
PWM 디밍 회로 (202) 는 PWM 디밍 제어 정보를 디지털 카운터 회로 (204) 에 제공한다. 특히, PWM 디밍 회로 (202) 는 펄스-폭 변조 방법을 이용함으로써 LED 어레이 (212) 의 휘도를 조정하기 위한 PWM 디밍 제어 정보를 제공할 수도 있다. 예를 들어, 펄스-폭 변조 방법을 이용하면, LED 어레이 (212) 내에 포함된 LED 의 동작 전류는 그 공칭 전류 레벨로 설정될 수도 있고, LED 어레이 (212) 의 감지 가능한 휘도를 조정하도록 변경될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 변조 구동 신호는 PWM 디밍 회로 (202) 에 의해 제공된 PWM 디밍 제어 정보에 기초하여 디지털 카운터 회로 (204) 에 의해 제공될 수도 있다.
ADC 회로 (208) 는 LED 어레이 (212) 로부터 하나 이상의 아날로그 신호들을 수신하고, 아날로그 신호(들)을 하나 이상의 디지털 신호(들)로 변환하여 메인 시스템 IC (106) 에 의해 이용되도록 구성된다. 예를 들어, 도 2 에 도시된 바와 같이, ADC 회로 (202) 는 LED 어레이 (212) 내에 포함된 연속적으로 커플링된 LED 세그먼트들의 하나 및/또는 두 종료 노드들에 대응하는 회로 노드들로부터 하나 이상의 아날로그 신호를 수신하고, 아날로그 신호 및/또는 신호들을 하나 이상의 대응하는 디지털 신호들로 변환할 수도 있다. 디지털 제어 회로 (206) 는 ADC 회로 (208) 에 의해 제공된 하나 이상의 디지털 신호들을 디지털 카운터 (204) 에 제공되는 하나 이상의 제어 신호들로 변환하는데 이용될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 하나 이상의 디지털 신호들은 ADC 회로 (208) 에 의해 수신된 하나 이상의 아날로그 신호들의 펄스-폭(들)에 관련될 수도 있고, 디지털 제어 회로 (206) 는 수신된 아날로그 펄스-폭(들)에 관련된 제어 정보를 디지털 카운터 (204) 에 제공할 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 도 2 에 도시된 바와 같이, 가변 전류 제어 트랜지스터 (216) 는 nMOS 트랜지스터일 수도 있다. 가변 전류 제어 트랜지스터 (216) 의 드레인은 LED 어레이 (212) 의 연속적으로 커플링된 LED 세그먼트들의 하부 종료 노드에 커플링될 수도 있다. 가변 전류 제어 트랜지스터 (216) 의 소스는 그라운드에 커플링될 수도 있다. 마지막으로, 가변 전류 제어 트랜지스터 (216) 의 게이트는 메인 시스템 IC (106) 의 전력 관리 회로 (200) 내에 포함된 전류 제어 회로 (210) 에 커플링될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, LED 어레이 (212) 의 각각의 연속적으로 커플링된 LED 세그먼트는 전용의 전류 제어 트랜지스터 (216) 를 포함할 수도 있다.
LED 어레이 (212) 내에 포함된 LED 의 동작 전류는 가변 전류 제어 트랜지스터 (216) 로 전류 제어 회로 (210) 에 의해 제공된 전류 제어 신호에 기초할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 이 동작 전류는 LED 어레이 (212) 내에 포함된 LED 의 공칭 동작 전류일 수도 있다. 또한, 몇몇 실시형태에서, 이 동작 전류는 LED 어레이 (212) 내에 포함된 LED 의 감지 가능한 휘도를 가변적으로 변경하도록 전류 제어 신호를 조정함으로써 변경될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 이 가변 휘도 제어는 LED 어레이 (212) 의 전력 소비를 최적화하도록 PWM 디밍 방법들과 함께 이용될 수도 있다.
도 3 은 본 발명의 실시형태에 따른 LED 패널 백라이트 (104) 의 전력 소비를 관리하도록 구성된 예시적인 LCD 패널 시스템 메인 시스템 IC (106) 의 개략도를 나타낸다. 도 3 에 도시된 바와 같이, LED 패널 백라이트 (104) 전력 관리 성능은 디지털적으로 구현된 전력 관리 회로 (300) 를 이용하여 메인 시스템 IC (106) 에서 구현될 수도 있다. 예시의 목적으로, 도 3 에 도시된 LED 패널 백라이트 (104) 의 LED 어레이 (212) 는 하나의 연속적으로 커플링된 LED 세그먼트를 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명의 실시형태들에 따라 도 3 에 도시된 LED 어레이 (212) 가 또한 도 2 에 도시된 바와 같이 서로 평행하게 또한 커플링될 수도 있는 복수의 연속적으로 커플링된 LED 세그먼트들을 포함할 수도 있음을 알 것이다.
도 2 에 도시된 실시형태들과 유사하게, 메인 시스템 IC (106) 는 메인 시스템 (106) 과 커플링된 하나 이상의 통신 채널들 (예를 들어, 주요 패널 제어 통신 채널 (108) 및/또는 하나 이상의 보조 패널 제어 통신 채널(들)(110)) 을 통해 LCD 패널 (102) 및/또는 LCD 패널 백라이트 (300) 의 기능을 관리 및/또는 제어하기 위한 명령들을 수신하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 주요 패널 제어 통신 채널 (108) 은 LCD 패널 백라이트 (104) 의 소비 전력을 관리 및/또는 제어하기 위한 명령들을 메인 시스템 IC (106) 에 제공하도록 디스플레이포트 표준을 이용할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 메인 시스템 IC (106) 는 디스플레이포트 보조 링크를 통해 전력 관리 제어 명령들을 수신하고, 수신된 전력 관리 제어 명령들을 디지털적으로 구현된 전력 관리 회로 (300) 에 제공할 수도 있다. 다르게는, 보조 데이터 링크를 갖지 않는 비디오 디스플레이 통신 표준들을 이용하는 본 발명의 실시형태에서, 세컨더리 패널 제어 통신 채널 (예를 들어, 보조 패널 제어 통신 채널 (110)) 이 이용되어 전력 관리 제어 명령들을 메인 시스템 IC 에 제공할 수도 있다. 예를 들어, I2C 통신 표준을 이용하는 세컨더리 패널 제어 통신 채널이 이용되어 메인 시스템 IC (106) 에 전력 관리 제어 명령들을 제공할 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 메인 시스템 IC (106) 의 디지털적으로 구현된 전력 관리 회로 (300) 는 제어 카운터 (302), 클록 회로 (304), 디지털적으로 조정된 펄스-폭 변조 ("DPWM") 카운터 (306), 저-주파수 펄스-폭 변조 ("LPWM") 디밍 모듈 (308), 및 DPWM 디밍 모듈 (310) 을 포함할 수도 있다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 몇몇 실시형태에서, LED 어레이 (212) 는 전압 스위치 회로 (214) 및 전류 소스 (312) 에 의해 구동될 수도 있다. 전압 스위치 회로 (214) 는 또한, 메인 시스템 IC (106) 의 디지털적으로 구현된 전력 관리 회로 (300) 에 의해 제어될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 전압 스위치 회로 (214) 는 n-MOS 트랜지스터를 포함할 수도 있다. n-MOS 트랜지스터의 게이트는 디지털 구현된 전력 관리 회로 (300) 의 출력에 커플링될 수도 있다. n-MOS 트랜지스터의 소스는 그라운드에 커플링될 수도 있다. n-MOS 트랜지스터의 드레인은 전압 스위치 회로 (214) 내에 포함된 인덕터를 가로지르는 입력 전압 소스 Vin 에 커플링될 수도 있다. 또한, n-MOS 트랜지스터의 소스는 또한 전압 스위치 회로 (214) 내에 포함된 다이오드의 애노드 단자에 커플링될 수도 있다. 다이오드의 캐소드 단자는 LED 어레이 (212) 의 연속적으로 커플링된 LED 세그먼트들의 상부 단자 노드에 커플링될 수도 있다. 또한, 전압 스위치 회로 (214) 내에 포함된 캐패시터는 다이오드의 캐소드 단자 및 그라운드 사이에 커플링될 수도 있다.
전압 스위치 회로 (214) 는 디지털적으로 구현된 전력 관리 회로 (300) 의 DPWM 디밍 모듈 (310) 에 의해 구동될 수도 있다. DPWM 디밍 모듈 (310) 에 의해 제공되는 출력 제어 신호는 펄스-폭 변조 방법을 이용하여 LED 어레이의 휘도를 조정하기 위해 PWM 디밍 제어를 제공할 수도 있는 전압 스위치 회로 (214) 의 n-MOS 트랜지스터의 게이트에 제공될 수도 있다. 특히, DPWM 디밍 모듈 (310) 의 출력 신호는 LED 어레이 (212) 의 감지 가능한 휘도를 조정하도록 변경될 수도 있는 LED 어레이 (212) 의 연속적으로 커플링된 LED 세그먼트들의 상부 단자 노드에 대해 변조된 전압 신호를 생성하도록 전압 스위치 회로 (214) 를 구동할 수도 있다.
DPWM 디밍 모듈 (310) 은 DPWM 카운터 (306) 로부터 수신된 카운터 신호 및 제어 카운터 (302) 로부터 수신된 카운터 신호에 기초하여 전압 스위치 회로 (214) 에 제공된 출력 신호를 생성할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, DPWM 카운터 (306) 는 고정된 넘버로 카운트하는 카운터 신호를 DPWM 디밍 모듈 (310) 에 제공하고, 그 다음에 리셋하도록 구성될 수도 있고, 고정된 넘버는 DPWM 카운터 (310) 에 제공된 2 개의 클록 신호들 사이의 상이한 주파수에 의해 결정된다. 또한, 몇몇 실시형태에서, 제어 카운터 (302) 는 LED 어레이 (212) 의 연속적으로 커플링된 LED 세그먼트들의 상부 및/또는 하부 단자 노드에서의 전압에 적어도 부분적으로 기초하여 증분 또는 감소하는 카운터 신호를 DPWM 디밍 모듈 (310) 에 제공할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 이 카운터 신호는 LED 어레이 (212) 의 LED 세그먼트를 구동하는 신호의 측정된 듀티 사이클에 관련될 수도 있다.
디지털 구현된 전력 관리 회로 (300) 에 포함된 클록 회로 (304) 는 하나 이상의 클록 신호들을 생성하고, 이 클록 신호들을 디지털적으로 구현된 전력 관리 회로 모듈들 (302-310) 중 하나 이상에 제공할 수도 있다. 예를 들어, 클록 회로 (304) 는 주파수 F 를 갖는 제 1 클록 신호를 생성하여 제 1 클록 신호를 DPWM 카운터 (306) 의 리셋 단자에 제공하고, 100 F 의 주파수를 갖는 제 2 클록 신호를 생성하여 제 2 클록 신호를 DPWM 카운터 (306) 의 입력 단자에 제공하고, 1/20 F 의 주파수를 갖는 제 3 클록 신호를 생성하여 제 3 클록 신호를 디지털적으로 구현된 전력 관리 회로 (300) 내에 포함된 AND 게이트들 (314 및 316) 양자 모두의 넌-인버팅 (inverting) 입력 단자들 중 하나에 제공하며, 1/100 F 의 주파수를 갖는 제 4 클록 신호를 생성하고 제 4 클록 신호를 LPWM 디밍 모듈 (308) 에 제공할 수도 있다. 그러나, 클록 회로 (304) 는 도 3 에 도시된 주파수들 외에 차이가 있는 상대적인 주파수들을 갖는 하나 이상의 클록 신호들을 생성할 수도 있다.
전술된 바와 같이, 몇몇 실시형태에서, 제어 카운터 (302) 는 LED 어레이 (212) 의 연속적으로 커플링된 LED 세그먼트들의 상부 및/또는 하부 단자 노드에서의 전압에 적어도 부분적으로 기초하여 증분 또는 감소하는 카운터 신호를 DPWM 디밍 모듈 (310) 에 제공할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 하나 이상의 1-비트 DAC 들 (예를 들어, 도 3 의 DAC (318)) 은 LED 어레이 (212) 의 연속적으로 커플링된 LED 세그먼트들의 상부 및/또는 하부 단자 노드에서의 각각의 전압에 기초하여 디지털 신호들 C1 및/또는 C2 를 생성하는데 이용될 수도 있다. 도 3 에 도시된 바와 같이, DAC (318) 는 하나 이상의 비교기들을 이용하여 구현될 수도 있다. 하나 이상의 비교기들의 양극 단자들은 기준 전압 V1 에 커플링될 수도 있다. 하나 이상의 비교기들의 음극 단자들은 LED 어레이 (212) 의 연속적으로 커플링된 LED 세그먼트들의 상부 또는 하부 단자 노드 중 어느 하나에 커플링되어 디지털 신호 C1 및/또는 C2 를 각각 생성할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 과 전압 보호 회로 (320) 가 이용되어, LED 어레이 (212) 의 연속적으로 커플링된 LED 세그먼트들의 상부 단자 노드에서 고 전력 전압 신호를 스케일 다운 (scale down) 하고, 이 스케일 다운된 전압을 DAC (318) 의 비교기들 중 하나의 음극 입력에 제공할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 과 전압 보호 회로 (320) 는 전압 분배기 회로를 이용하여 구현될 수도 있다.
전술된 바와 같이, 클록 회로 (304) 는 1/20 F 의 주파수를 갖는 제 3 클록 신호를 생성하여 제 3 클록 신호를 디지털적으로 구현된 전력 관리 회로 (300) 내에 포함된 AND 게이트들 (314 및 316) 양자 모두의 넌-인버팅 입력 단자들 중 하나에 제공할 수도 있다. 유사하게, 디지털 신호 C1 은 AND 게이트 (314) 의 다른 넌-인버팅 입력에 제공될 수도 있고, 게이트의 출력은 제어 카운터 (302) 의 증분하는 입력 단자와 커플링될 수도 있다. 디지털 신호 C1 은 또한, AND 게이트 (316) 의 인버팅 입력에 제공될 수도 있고, 게이트의 출력은 제어 카운터 (302) 의 감소하는 입력 단자와 커플링될 수도 있다. 파워-온 리셋 신호 ("POR") 는 제어 카운터 (302) 의 리셋 단자에 제공될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서 제어 카운터 (302) 의 출력 카운터 신호는 그것의 증분 및/또는 감소하는 입력 단자 및 그것의 리셋 단자에서 수신된 신호들에 의존할 수도 있고, LED 어레이 (212) 의 LED 세그먼트들을 구동하는 신호의 측정된 듀티 사이클에 관련될 수도 있다. 디지털 신호 C2 는 유사하게, 디지털 신호 C2 의 듀티 사이클에 관련된 제 2 제어 신호를 생성하는데 이용하기 위해 전력 관리 회로에 포함된 다른 제어 카운터의 증분 감소 단자에 제공될 수도 있다.
전류 소스 (312) 는 그 통상의 동작 전류로 LED 어레이 (212) 내에 포함된 LED 를 구동할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 전류 소스 (312) 는 상이한 동작 전류에서 LED 어레이 내에 포함된 LED 를 구동할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, LED 의 동작 전류는 주요 패널 제어 통신 채널 (108) 및/또는 보조 패널 제어 통신 채널 (110) 을 통해 메인 시스템 IC (106) 에 의해 수신된 전류 제어 신호에 기초하여 설정될 수도 있다. LPWM 디밍 모듈 (308) 은 LPWM 구동 신호 (322) 로 LED 어레이 (212) 의 LED 세그먼트들을 구동하도록 구성된 회로를 포함할 수도 있다.
도 4 는 본 발명의 몇몇 실시형태에 따른 LED 드라이버 (400) 를 나타낸다. 도 4 에 도시된 바와 같이, LED 드라이버 (400) 는 디지털 블록 (410), 임계 생성기 (412), 및 리셋 타이머 (414) 를 포함한다. A/D 변환기 (318) 는 변환기들 (318-1, 318-2, 318-3, 및 318-4) 을 포함하고, 변환기들은 또한 디지털 값들 C1, C2, C3, 및 C4 을 각각 생성한다. 도 3 에 대하여 논의된 바와 같이, 디지털 블록 (410) 은 제어 카운터 (302), DPWM 카운터 (306), DPWM 디밍 모듈 (310), 클록 (304), 및 LPWM 디밍 모듈 (308) 을 포함한다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 디지털 셋업 데이터, 전력, 클록, 및 LPWM 신호가 디지털 블록 (410) 으로 입력된다. DPWM 신호는 디지털 블록 (410) 으로부터 출력되고, 스위치 회로 (214) 에 제공된다. 몇몇 실시형태에서, 스위치 회로 (214) 는 IDT 칩 VPA 1100 일 수 있다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 디지털 값 C1 은 전류 소스 (312) 에서의 전압과 임계 전압 VTH3 를 비교함으로써 컨버터 (318-1) 에서 결정된다. 디지털 값 C2 는 전압 분배기 (320) 에 의해 생성된 전압과 임계 값 VTH4 을 비교함으로써 컨버터 (318-2) 에서 결정된다. 디지털 값 C3 는 전류 소스 (312) 에서의 전압과 임계 전압 VTH2 를 비교함으로써 컨버터 (318-3) 에서 결정된다. 디지털 값 C4 는 전류 소스 (312) 에서의 전압과 임계 전압 VTH1 를 비교함으로써 컨버터 (318-4) 에서 결정된다. 값들 C1, C2, C3, 및 C4 가 디지털 블록 (410) 에 표시된다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 임계 값들 (VTH1, VTH2, 및 VTH3) 은 선택 회로 (412) 에서 선택된다. 임계 값 (VTH4) 은 선택 회로 (412) 에서 생성된 값들로부터 멀티플렉서 (416) 에서 선택된다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 선택 회로 (412) 는 멀티플렉서에서 선택될 수 있는 일련의 전압들을 제공하는 저항성 분배기를 포함한다. 임의의 수의 기준 전압들이 생성될 수도 있으나, 몇몇 실시형태에서, 10 개의 기준 전압들이 선택 회로 (412) 에서 생성되는데, 8 개의 전압들로부터 VTH1, VTH2, 및 VTH3 를 선택하는 한편, VTH4 는 전압들 중 2 개로부터 선택된다. 몇몇 실시형태에서, 1.24V 소스와 그라운드 사이에 커플링된 저항성 분배기에 의해 생성된 10 개의 기준 전압들은 VREF1=0.75V, VREF2=0.70V, VREF3=0.65V, VREF=0.60V, VREF5=0.55V, VREF6=0.50V, VREF7=0.45V, VREF8=0.40V, VREF9=0.156V, 및 VREF10=O.lOV 을 포함한다. 도 4 에 도시된 바와 같이, VTH1, VTH2, 및 VTH3 는 VREF1 내지 VREF8 로부터 선택되는 한편, VTH4 는 VREF2 와 VREF9 사이에서 선택된다.
도 4 에 도시된 바와 같이, C1 은 전류 소스 (312) 에서의 전압이 전압 VTH3 초과 또는 미만인지 여부를 나타낸다. 유사하게, C3 는 전류 소스 (312) 에서의 전압이 전압 VTH2 초과 또는 미만인지 여부를 나타내고, C4 는 전류 소스 (312) 에서의 전압이 전압 VTH1 초과 또는 미만인지 여부를 나타낸다. 또한, C2 는 과전압을 나타내는 저항성 분배기 (320) 에서의 전압이 전압 VTH4 초과 또는 미만인지 여부를 나타낸다.
또한, 전류 소스 (312) 는 전류 센싱 증폭기 (210) 에 의해 제어될 수도 있다. 전류 센싱 증폭기 (240) 는 몇몇 실시형태에서 전술된 VREF10 인 임계 저압과 전류 소스 (312) 내의 저항 센서 (420) 를 지나는 전압을 비교한다. 몇몇 실시형태에서, 전류 소스 (312) 내의 트랜지스터 (418) 는 전류 소스 (312) 를 통해 흐르는 전류를 제어한다. 몇몇 실시형태에서, 전류 센싱 증폭기 (210) 는 DPWM 신호에 의해 클록되고 리셋 타이머 (414) 로 리셋되는 플립-플롭 (flip-flop)(416) 에 의해 인에이블된다.
도 5 는 도 4 에 도시된 바와 같은 LED 드라이버 (400) 상에서 동작될 수 있는 알고리즘 (500) 에 대한 흐름도를 나타낸다. 파워-업 시, LED 드라이버 (400) 의 디지털 블록 (410) 이 단계 502 로 진입하고, 여기서 임계 값 VTH4 은 멀티플렉서 (416) 에 대해 신호 S0 를 설정함으로써 보다 낮은 전압, 이 경우 VREF9 로 설정된다. 단계 504 에서, 신호 OVP 는, 입력 전압이 보다 낮은 임계치 보다 큰지 여부를 나타내도록 아날로그 컨버터 (318-2) 에 대해 디지털로 VTH4 에 대해 체크된다. 크지 않다면, 디지털 블록 (410) 은 단계 502 로 리턴한다. 크다면, 그 다음에 디지털 블록 (410) 은 단계 506 으로 진행되고, 멀티플렉서 (416) 에서 보다 높은 전압 VREF2 을 선택하기 위해서 멀티플렉서에 대해 신호 S0 를 설정한다. 디지털 블록 (506) 은 그 다음에 단계 508 로 진행된다.
단계 508 에서, LPWM 신호가 체크된다. LPWM 이 낮으면, 디지털 블록 (506) 은 단계 510 으로 진행되고, 여기서 DPWM 신호는 낮게 설정되고 전류 DPWM 듀티 사이클이 저장된다. 단계 512 에서, 신호 LPWM 이 미리설정된 기간, 예를 들어 30 ms 보다 긴 시간 동안 낮게 유지되면, 디지털 블록 (506) 은 리셋 카운터 (522) 로 진행된다. 리셋 카운터 (522) 에서, 도 3 에 도시된 바와 같은 제어 카운터 (306) 가 리셋된다. 리셋 카운터 (522) 로부터, 디지털 블록 (506) 은 그 다음에 단계 502 로 진행되어 LED 드라이버 (400) 를 재시작한다.
단계 508 에서 LPWM 이 높으면, 디지털 블록 (506) 은 단계 514 로 진행되고, 여기서 DPWM 신호의 듀티 사이클은 저장된 듀티 사이클로 설정된다. 최대 듀티 사이클이 다수의 DPWM 클록 사이클, 예를 들어 단계 520 에 나타난 바와 같이 64 사이클 동안 구동되고 있다면, 디지털 블록 (506) 은 전술된 바와 같이 동작하는 리셋 카운터 (522) 로 진행된다.
단계 520 의 컨디션이 충족되지 않으면, 디지털 블록 (506) 은 단계 516 으로 진행되고, 여기서 파라미터들 (C1, C2, C3, 및 C4) 이 획득된다. 단계 526 으로부터, 디지털 블록 (506) 은 단계 518 로 진행되고, C1, C2, C3, 및 C4 의 조합에 표시된 기능을 수행한다. 도 5 에 도시된 바와 같이, C1, C2, C3, 및 C4 가 로우이고 전류 소스에서의 전압인 피드백 전압 FB 가 모든 임계 전압들 미만이면, 제어 카운터 (302) 는 값들 (C1, C2, C3, 및 C4) 이 변할 때까지 미리설정된 시간에서 증분된다. C1, C2, C3, 및 C4 가 각각 (0,1,0,0) 이며 과전압 상황을 나타내면, 디지털 블록 (410) 은 리셋 카운터 (522) 로 진행된다. C1 이 하이로 가고 FB 가 VTH3 위로 가는 것을 나타내면, 디더 (dither) 카운터는 C1, C2, C3, 및 C4 의 값들이 변할 때까지 1 만큼 증분된다. FB 의 값이 VTH2 로 가고, C3 를 하이로 보내면, 디더는 감소된다. 몇몇 실시형태에서, 이 컨디션 하에서, 변화가 제공되지 않는다. C1, C3, 및 C4 가 하이로 가면, DPWM 은 풀리고 (disengage), 디더는 C4 가 로우로 갈때까지 감소된다. C1 및 C2 가 하이로 가면, 디지털 블록 (410) 은 리셋 카운터 (522) 로 간다. C1, C2, 및 C3 가 하이이면, DPWM 은 풀리고 디더는 C2 가 C4 의 값에 관계없이 로우로 갈 때까지 감소된다. 모든 다른 컨디션 하에서, 디지털 블록 (410) 은 리셋 카운터 단계 (522) 로 간다.
따라서, 도 4 및 도 5 에 도시된 바와 같이, DPWM 신호의 파라미터들은 OVP 및 FB 신호를 이용하여 임계 값들에 의해 설정된 가이드라인 내에서 설정된다. 디지털 블록 (410) 은 디지털화된 값들을 통해 임계 값들 OVP 및 FB 신호들 간의 관계를 모니터링할 수 있다.
본원에 설명된 실시형태들은 디지털 및/또는 아날로그 회로를 이용하여 구현될 수도 있다. 또한, 몇몇 실시형태에서, 본원에 개시된 회로들 (예를 들어, 메인 시스템 IC), 카운터들, 및/또는 모듈들은 필드 프로그래머블 게이트 어레이 ("FPGA") 를 이용하여 구현될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 메인 시스템 IC 는 주문형 집적 회로 ("ASIC") 에서 구현될 수도 있다.
상기 설명에서, 첨부된 도면들을 참조하여 각종 실시형태들이 설명되었다. 그러나, 이어지는 청구범위에 설정된 바와 같은 본 발명의 보다 넓은 범위로부터 벗어나지 않고, 각종 변형들 및 변경들이 이루어질 수도 있고, 추가의 실시형태들이 구현될 수도 있음이 자명하다. 따라서, 상세한 설명 및 도면은 제한적인 관점 보다는 예시적인 것으로 간주될 것이다.

Claims (12)

  1. 디스플레이 패널의 동작을 제어하도록 구성된 디스플레이 관리 회로; 및
    패널 백라이트로부터 측정된 과전압 및 피드백 전압으로부터 상기 패널 백라이트의 전력 소비를 제어하도록 구성된 전력 관리 회로를 포함하는, 집적 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 액정 디스플레이 ("LCD") 인, 집적 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 패널 백라이트는 발광 다이오드 ("LED") 백라이트인, 집적 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 패널 백라이트의 전력 소비를 제어하는 것은 상기 패널 백라이트의 휘도 레벨을 제어하는 것을 포함하는, 집적 회로.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전력 관리 회로는 상기 집적 회로에 의해 수신된 사용자 입력에 기초하여 상기 패널 백라이트의 전력 소비를 제어하도록 구성되는, 집적 회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 전압 및 제 1 임계 전압은 비교기에서 비교되어 제 1 디지털 신호를 생성하고, 상기 과전압은 제 2 임계 전압과 비교되어 제 2 디지털 신호를 생성하는, 집적 회로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전력 관리 회로는 상기 제 1 디지털 신호 및 상기 제 2 디지털 신호를 수신하는 디지털 블록을 더 포함하는, 집적 회로.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 디지털 블록은, 상기 제 2 디지털 신호가 과전압을 나타내는 경우 디지털 펄스 폭 변조 신호를 턴 오프하는, 집적 회로.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 디지털 신호에 응답하여 디더 (dither) 가 조정되는, 집적 회로.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 피드백 전압을 제 3 임계치 및 제 4 임계치와 각각 비교함으로써 생성된 제 3 디지털 신호 및 제 4 디지털 신호를 더 포함하는, 집적 회로.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 디지털 블록은 상기 제 1 디지털 신호, 상기 제 2 디지털 신호, 상기 제 3 디지털 신호, 및 상기 제 4 디지털 신호에 기초하여 DPWM 신호의 지속기간 및 듀티 사이클을 완전히 제어하는, 집적 회로.
  12. 디스플레이에 대한 전력을 제어하는 방법으로서,
    LED 어레이에 대한 전력공급을 시작하는 단계; 및
    저 주파수 펄스 폭 변조 (low-frequency pulse-width modulation; LPWM) 신호를 체크하는 단계로서,
    하이 컨디션에서,
    피드백 전압을 제 1 임계 전압과 비교하여 제 1 디지털 신호를 제공하고,
    과전압 신호를 제 2 임계 전압과 비교하여 제 2 디지털 신호를 제공하며,
    상기 제 1 디지털 신호 및 상기 제 2 디지털 신호에 응답하여 디지털 펄스 폭 변조 (digital pulse-width modulation; DPWM) 신호에 대한 듀티 사이클 및 디더 (dither) 를 조정하고, 그리고
    로우 컨디션에서,
    상기 DPWM 신호를 로우로 설정하며,
    SPWM 듀티 사이클을 저장하는 단계를 포함하는, 상기 저 주파수 펄스 폭 변조 신호를 체크하는 단계를 포함하는, 전력 제어 방법.
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