TW201032201A - Method and apparatus for generating a switching waveform - Google Patents

Description

201032201 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種產生一切換波形的方法與裝 置’且特別是有關於一種產生切換波形來點亮一液晶顯示 器之發光二極體背光以控制背光亮度。 【先前技術】 許多技術已經被發展來控制一液晶顯示器中的發光 二極體背光亮度。一些發光二極體背光是利用白光發光二 極體而與其他利用彩色發光二極體的結合來產生所需的白 光。於後面的例子中，所得的顏色是由發光二極體的相關 亮度所決定且發光二極體的正向電流（forward current)與 其亮度之間的關係並不是準確的線性關係。白光發光二極 體的準確顏色亦可隨正向電流來改變。為了這個理由，發 光二極體背光亮度通常是在一訊號電流中藉由施加脈衝至 發光二極體而開啟與關閉來控制且對開啟時的時間比例進 行調整。被選擇的脈衝速率可使人類眼睛的反應對所感知 的亮度有平均作用且該背光呈現無閃爍。 〇 脈寬調變（Pulse Width Modulation, PWM)常用來控 制這類顯示器之發光二極體背光的亮度。圖i繪示一種用 來控制亮度之簡單的脈寬調變波形產生器的簡單示意圖。 脈寬調變波形產生器101包括一連接至一比較器107之第 一輸入端105的亮度控制器i〇3<J脈寬調變波形產生器1〇ι 更包括一連接至比較器107之第二輸入端ill的鋸齒波產 生器109。脈寬調變波形產生器ι〇1更包括一連接至比較 4 201032201 器107之輪出端115的輸出端113。 脈寬調變波形產生器101的輸出端113連接至 =極體驅動器117的輸出。發光二極體驅動器1 : =接到至少—包括多個發光二極體119的發光二極體串 操作時，透過使用者的輸人來提供亮度控制器⑽， =如用來控制亮度位準㈤ghtnesslevel)的輸出 波產生器109相比較，輸出是透過雜齒: 產生器109及透過比較器1〇7。比較器1〇7所得之輸 寬決定的亮度位準中是可改變以符合任 :變化。然後’脈波透過發光二極體驅動器117來開 =-透過脈寬來決定週期之發光二極體u: 亮度位準有關。 扣脈見興 已知之利用-脈寬調變波形於液晶顯 m例已揭露於美國專们隨細與 參 寬調 ::舆移動式或靜止式圓案’其對顯：成： 衡、、&脈寬調變訊號是由—串列重複速率固定的脈 '、、，析度已透過調整開啟/關閉速率或訊號的工 5 201032201 JJUl/pu 作週率(duty cycle)來傳送。 此導致一頻譜的訊號在重複頻率與多重頻率時具有 較強的諧波。當利用脈寬調變來控制一液晶顯示器之發光 二極體背絲度時，職調魏波速率可紅被顯示產生 相互干涉之圖案或閃爍的影像訊號一起脈動。 、-般已知的降低可看見之雜㈣方法是使脈寬調變 脈波速率與影像光栅(raster)(影像線或畫框逮率）同步。 這樣在觀看顯示器時，將使任何相互調變的雜訊成為靜 止，因此所查覺的影像品質的受損程度少很多。 然而，使脈寬調變波形與影像光柵同步，如同於先前 技術中不排除介於脈寬調變波形與靜止式圖形或完整地移 ，圖形細節之間的脈動。這是因為靜止式與移動式圖形細 節無法有效地預測且是不受約束的（在影像系統中的空間 暫時約束下）。 此部分已被克服且揭露於美國專利2008/0111503 中，其是透過一脈寬調變波形的偽隨機調整來降低光譜含 量，因而降低電磁干擾。此技術延展了頻譜至一均勻振幅 之光譜突波（spectral spur)的串列中，以降低每一光譜突 波的振幅。也就是說，任何突波所導致的相互干涉可以被 降低，因此可降低其相互干涉。然而，在一影像光栅的頻 率或影像頻譜中，已調變之切換波形是與諧波以及子諧波 成份相互調變，產生不需要之可看見的效果。 切換波形在多種應用中常用的另一形成方法是脈波 密度調變（PDM)。 201032201 -----t— 已知產生一脈波密度調變波形的技術是利用一脈波 串列，典型上是固定週期。已重建的訊號之值透過調整開 啟與關閉脈波的比率來產生（於二位元序列中的，，與 “〇”）。一種已知產生一脈波密度調變波形的方法可參考 BBC 報導 BBC RD 1987Λ2 中 “accommodating the residue of processed or computed digital video signals within the 8 bit CCIR recommendation 601”所示的誤差回饋（err〇r feedback)。此報導揭露利用誤差回饋以從一較高精破度 ® 來變成(round to)8位元。所造成的波形被參考成脈波密度 調變波形。 圖2a至圖2c說明一脈寬調變波形產生與一脈波密度 調變波形的產生，其表示75%的直流值。圖2a說明一液晶 顯示器之發光二極體背光的亮度控制之直流值，例如是在 75%。圖2b說明一脈寬調變波形’其表示圖2a之75%的 直流值。圖2c說明一脈波密度調變波形，其表示圖2a之 75%的直流值。 ❹ 圖2b之脈寬調變波形包括多個相同脈波，其具有週 期tl，每一脈波的寬度為w，而其工作週率是75%。圖2c 之相同的脈波密度調變波形包括多個相同之具有一重複圖 案的脈波，週期為tl，每一週期tl中的脈波密度是75%。 美國專利2927962是早期之產生一脈波密以調變波形 的技術文獻。其利用誤差回饋來完成單一位元，且以低通 濾波器來形成一模擬波形（analogue waveform)，而誤差 回饋通常是有關於積分三角調變（Sigma Delta modulation ) 201032201 J3Ul/pit 或二角積分數位類比轉換器（Deita sigmaDAC)，且誤差 回鑌通常廣泛應驗音㈣換n，例如是CD播放器或音 頻放大器。 然而，當利用誤差回饋或積分三角調變來構成一訊 號’產生偽光譜突波（諧波與訊號的別名以及信號的諧 波）。這在先前技術已經透過延展能量以穿過一突波的廣 範圍來克服，例如在技術上是增加低位準噪音至“抖動 (dither) ’’該過程以使雜訊具有較多的噪音，如已揭露之 美國專利5404427中所示。此專利揭露一積分三角調變器 的形式’其透過引入低位準偽隨機嗓音至誤差回饋路徑來 延展偽頻率成份。 在一數位類比轉換器（DAC)中，透過脈波密度調變 來產生的偽頻率成份通常透過一低通復原濾波器（low pass reconstruction filter)而被抑制。脈波密度調變已經應用於 音頻放大器’此處之脈波速率選擇成高於上述說話者的反 應或人類耳朵反應的速率。在此液晶顯示器背光之事例 中’當所造成之發光二極體電流不再“開啟，，或“關閉，，時， ，動波形中的頻率成份不能透過低通復原濾波器來移除。 當亮度為可變時，此將會降低功率效率且使顏色改變。 其他先别技術，例如使用在電腦設備中者，為一延展 頻譜時脈。數位系統操作一時脈以從一暫存器至另一暫存 器而同步轉移資料。若時脈不是一具有低抖動之純頻率而 疋具有已設計的調變以延展頻譜時，每一於放射中的頻率 成份從設備可延展至一低尖峰振幅（peakamplitude)的頻 201032201 率範圍。此技術可只調變該時脈的轉 環的振幅來進行（實際上大大地不能碎保誤=循 使用脈波密度調變以調整—發光二極體 =H2G_115G3中。此揭露是使用隨機或偽隨機 序列以降低相互__訊與電磁干擾。關發了 偽隨機訊號之延展頻譜特1本發_露其它有—延展 譜的訊號如何提高其性能。 【發明内容】 本發明試圖提供-種波形以驅動一發光二極 ==___轉成份、降低的移動 根據第-觀點，可藉由產生一切換波形以驅動一液晶 =不器之發光二_背光的方法來完成，此方法包括以下 2·合成-第-訊號，其中第—訊號具有 =個緊密相間的低位準諧波但無任合非常低頻的諧^ ^變二換波形的時間特徵與已合成的第—訊號以形成 少’以及輸出已調變之切換波形以驅 發光二極體。—歹,J ’其中發光二極體串列包括多個 顧可藉由產生一切換波形以驅動-液晶 t器之發光二極體背光时置來絲，此裝置包括二 成器’用以合成-第-訊號，其中第—訊號具 σ ΐ包個緊密相間的低位準諧波但無任合非常低頻的1 波；多個調變元件，用以調變一切換波形的時間特徵2 9 201032201 JJUl/plt 合成的第一訊號’以形成切換波形的光譜能量；以及一輸 出端’用以輸出已調變之切換波形以驅動至少—發光二極 體串列’其中至少-發光二極體串列包括多個發光二極體。 具有平均分布的光譜能量的第一訊號可透過多種方 式來合成，因此其具有一頻譜’此頻譜包括多個緊密相間 的低位準諳波但無任何非常低頻的諧波，非常低頻的靖波 可導致可看見的閃爍。這可由例如是計算多個正弦曲線波 形的總和或疋藉由合成頻域（fre职encyd〇main)訊號與進 行傅立葉轉換（Fourier transforming)以得到時域（time domain)來完成。第一訊號可即時合成或儲存於一記憶體 中且讀出（read out)。 因此，產生一調變的切換波形且其具有一需要的光譜 能量’其平均地分布穿過-相較於f知切換波形高的低振 幅諸波以降低偽頻率成份。當利用驅動一發光二極體背光 時，相互調變的積亦較低，而導致有一些或較少可見看見 的圖形雜訊。雖然在波形中整體的無線電頻率（RF)能量 可高於一般傳統的切換波形，尖端光譜的突波是低的。降 低最尚光譜的突波是指降低與窄波段系統的干涉且為放射 核准時之主要參數。所揭露的方法可用於連接其他技術， 例如延展的光譜時脈。頻譜透過合成訊號的調變來形成， 因此於頻率範圍中特別可能與影像光栅互動的諧波可更進 一步地降低。 切換波形可包括一脈寬調變波形，而時間特徵可包括 切換脈寬調變波形的轉移。或是，切換波形可包括一脈波 201032201 ==變波形’而時間特徵包括脈波密度調變波形的-脈 ，種方式產生脈寬調變波形或脈波密度調變與所期 =流電或低頻率含量（應用於一發光二極體背光所需 之梵度）以及數目多报多的低位準光譜成份，例如產生一 ，展的頻譜峨。當這些與祕光柵或例如是—液晶顯示 器的圖形細節相互調變時，有著數目多很多的相互調變的 積。此導致任何脈動的圖案位於-低很多的位準，較不強 烈的圖案化因而較少被看見。因此，可提升圖案的品質與 降低移動式雜訊、圖案與閃爍。此外，降低脈動與其他周 圍頻率例如是周圍照明或其他顯示器等。再者，降低雜訊 的完成無需影像路徑的_間訊號，其中影像路徑可允許獨 立子系統的發展以及背光與顯示器技術的互通性 (interoperability)。另外，驅動發光二極體與一脈波期間 調變波形在所有亮度位準中維持發光二極體的操作點，因 此可得到穩定的色度。 Φ 已調整的切換波形亦可降低顯示器其他部分的電磁 干擾，例如液晶顯示器驅動訊號同時降低與其他裝置的電 磁干擾’而結果是需要降低的電磁屏蔽。 由於已調整的切換波形具有衰減的放射，可允許較高 的驅動電壓’且較長串列的發光二極體將被使用。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。 11 201032201 JJUi/pu 【實施方式】 以下配合圖3至圖5來描述本發明之第一實施例。 裝置30〇包括一合成器301。合成器的輸出連接至調 ^器二05的一輸入。裝置300更包括一連接至-輸入端302 的切換波形產生器3〇3。切換波形產生器3〇3的輸出連接 至調變器305的另-輸入。調變器3〇5的輸入連接至裝置 3〇〇的輪出端307。裝置300的輸出端3〇7連接至發光二極 體堪動器309。發光二極體驅動器3〇9的輸出連接至一多 個串聯連接的發光二極體311的發光二極體串列。 於操作時，合成器301合成一第一訊號，其中此第一 訊號具有-包括多個緊密相間的低位準譜波但無任何非常 低頻諧波的頻譜。亮度位準透過輸入端3〇2而輸入於切換 波形產生器303。切換波形產生器3〇3為了所 的袁' 位準而產生-切換脈寬調變（PWM)波形或脈波密度^ ⑽M)波形。經由產生器3〇3輸出的切換波形透過調變 器305而由合成的第-訊號來調變。為了所需之亮度位 準，合成的切換波形輸出至發光二極體驅動器3〇9的輪出 端307以便在所需的亮度位準時開啟與關閉發光二極體 列Ml。透過裝置3〇0來輸出的脈寬調變波形為了背光需 要而可以切換多個發光二極體串列，這透過對應的多個驅 動器（在此並未繪示）來達成。 本實施例之第-實施例的裝置3⑻更改脈寬調變波形 轉移的時間點。此擴展了光譜能量。圖4緣示一脈寬調變 波形的頻譜透過一常規手段如圖1所描述之有關一定值 12 201032201 (a*度）的例子來產生。傳統的諧波隨著增加的頻率而下 降。 如圖5所示，圖3中所示之第一實施例之透過該裝置 300而輪出之脈寬調變波形的頻譜通常被整形，使低頻率 諧波降低且於光栅頻率處的諧波亦降低。此過程使得脈寬 調變波形同步（synchronization)於多餘的影像光栅。重要 地’由於介於脈寬調變頻率與靜止式或移動式圖形細節之 間的脈動，如圖3所示之第一實施例之透過該裝置3〇〇而 調整的脈寬調變波形可降低影像雜訊。 圖3之裝置300的合成器301可利用許多不同的技術 來合成第一訊號，例如是計算多個正弦曲線波形的總和或 透過合成頻率的訊號與傅立葉轉換以得到時域。第一訊號 可即時合成或儲存於一記憶體中，隨後需要時可取出。 在合成中，第一訊號透過計算正弦曲線波形總和，光 譜線（spectral lines)的數量與頻率範圍可選擇最佳化的頻 鲁 譜特徵。舉例來說’低頻率所引出的閃爍可以避免。在影 像光柵中頻率的諧波或子諧波可互相調變 見的雜訊。頻㈣料或子磁H (Electr〇magnetlcCompatibility，EMc)很敏感，例如需避 免無線電載波。結合更多的正弦曲線且每_正弦曲線的位 準越低可更提高㈣I。歧，親可透稱立葉轉換而轉 變成時域。 計算正弦曲線波形的總和或傅立葉轉換導致一複雜 的模擬波形。為了產生所期望之二進___，仏 13 201032201 須量化成-位兀（2位準.發光二極體開啟，以及發光二極 體關閉是在輕該發光二極體驅動波形之前就是之 後。當多種光譜線相互調變時，可更改原來的頻譜，而傳 統產生的多條餘準線縣至—較寬的解範圍。此是可 預期的或是進-步的修改（例如時域濾波與再—次量化）， 可用來導出具有所期望頻率特徵的一調變串列。 圖6說明-實施例之第一訊號的即時合成。合成器刪 包括-線性回授移位暫存器（Unear feedbaek碰邮伽， LFSR) 6(M。線性回授移位暫存器6⑴的輸出連接至一滤 波器603。濾波器603的輸出連接至一量化器6〇5。量化器 6〇5的輸出連接至合成器_的輸出端6〇7。合成器_ 的輸出端607連接至圖3之裝置3〇〇的調變器3〇5。 第一訊號即時被合成。線性回授移位暫存器7〇1產生 一延展的頻譜訊號’例如一最A長度序列（Maximal Len她 Sequence)。此可透過數位濾波器7〇3來濾波（例如一有 限脈衝舰P (FinitelmpulseFiltei〇或__無限脈衝響應系 統（InfiniteImpulse Response Filter))以最佳化第一訊號 之光譜特徵。舉例來說，移除非常小頻率的譜波與那些如 圖5所繪示之在影像光柵的頻率。 一 在另一實施例中，第一訊號是利用一軟體程式來合 成，軟體程式是商業上可看見的軟體之一或客戶所寫的程 式’而完成的步驟如上所述。 或是，合成第一訊號且儲存於如圖7繪示之記憶體 中。裝置7GG包括-連接至處理器之輪入的輪入端 201032201 7〇1。、處理器703透過記憶體介面邏輯（memory interface 而連接至記憶體705 ’其例如是一唯讀記憶體 I 。記憶體介面邏輯7〇7連接至一輸出端 709。裝 # -搞出端7〇9連接至一發光二極體驅動器711與發 光一極體串列713。 操作肖提供一免度控制訊號於輸入端701。此過程 於記憶體705中亮度位準所需之調整的切換波 來輸出一所需之位址。此透過記憶體 === 以_發光二極體驅動器711之輸入 端707 k供的所需之調變的切換波形。 ❹ 實施例所述之裝置可或不利舰寬調變/脈 波讀調變脈波速㈣雜光_同步化。重要地，由於 密度醉成份與靜止式或軸式®形細節之 上述實施例之裝置大大地降低影像雜訊。這是 份的振幅分別都是非常低的振幅。雖然整體的 了能較一些先前的方式高很多，但其有減少的 繞 展，於湘—職簡時絲完成可延 展頻譜至一較寬頻率範圍，舉例來說， 成份的間隔可較寬。因此，上述實施_』 之裝置可組合一延展的頻譜時脈而有助於結果。 所有於背光中的發光二極體可透過同一訊號、各自獨 立的發光二極體或發光二極體群組來驅動，其中發光二極 201032201 33017pit 體群組可透過具有不相關的隨機訊號的獨立產生器或同一 隨機訊號的不同相位來驅動。 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何所属技術領域中具有通常知識者，在不脫離 本發明之精神和範圍内’當可作些許之更動與潤飾，故本 發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1為習知一種控制一液晶顯示器背光之發光二極體 亮度的簡單示意圖。 圖2a至圖2e朗習知—種脈寬調變波形與脈波密度 調變波形表示直流值為75%之的例子。 圖 圖3為根據本發明之一實施例之一種裝置的簡單示意 輸出：圖種切換波形的頻譜透過脈寬調變產生器 圖 為種透過圖3之裝置來輪出頻譜的簡單示意 簡單根據本發明之-實施例之圖3之一種合成器的 圖7為根據本發明之另一 意圖。 另實施例之一種裝置的簡單示 【主要元件符號說明】 1〇1 :脈寬調變波形產生器 103 :亮度控制器 α 201032201

Μ. I 105 :第一輸入端 107 :比較器 109 :鋸齒波產生器 111 :第二輸入端 113、115 :輸出端 117:發光二極體驅動器 119 :發光二極體 300 :裝置 • 301 :合成器 302 :輸入端 303 :切換波形產生器 305 :調變器 307 :輸出端 309 :發光二極體驅動器 311 :發光二極體 600 :合成器 _ 601 :線性回授移位暫存器 603 :濾波器 605 :量化器 607 ··輸出端 700 :裝置 701 :輸入端 703 :處理器 705 :記憶體 17 201032201 /pu 707 :記憶體介面邏輯 709 :輸出端 711 :發光二極體驅動器 713 :發光二極體串列

18

Claims (1)

1. 201032201 七、申請專利範圍： 極體切換波形以驅動液晶顯示器之發光一 極體，：方法’該方法包括以下步驟·· 尤- 密相=位，但多個緊 特徵，：所：二 輸出已調變之所述切換波形以驅動至少一發光二極 體串列，其中所述至少—發光二極體串列包括多個發光二 極體。 2·如申請專利範圍第丨項所述之產生-切換波形以 驅動液晶顯示H之發光二極體f光的方法，其巾合成該第 一訊號的步驟包括： 計算多個正弦曲線波形的總和。 3. 如申請專利範圍第1項所述之產生一切換波形以 驅動液晶顯示器之發光二極體背光的方法，其中合成該第 一訊號的步驟包括： 合成一頻域訊號；以及 傅立葉轉換已合成的所述頻域訊號。 4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之產生一切換 波形以驅動液晶顯示器之發光二極體背光的方法，其中合 成該第一訊號的步驟更包括： 量化已計算之該些正弦曲線波形的總和或傅立葉轉 換後的頻譜。 201032201 33017pif 5. 如申請專利範圍第〗項至第4 產生-切換波形以驅動液晶顯示任何-項所述之 法，其中合成與調整的步螺以即時方^一極體背光的方 6. 如申請專利範圍第1項至第4“，。 ί生以驅動液晶顯示器之發光Ξι體= 法，其中已調整的所述切換浊來 蚀體瀠先的方 存，且輸出已調整之所述切換波形的步驟ti而產生與儲 擁取已儲存且已調整之所述切換波形。 7. 如_請專利範圍第i項至第6項中任何 一切換波形以驅動液晶顯示器之/ =，其中所述切換波形包括一脈寬調變=== 特徵包括所述脈寬調整波形的切換轉移。㈣述時間 ^如中請專利範圍第i項至第6項中任何— J生：切換波形以驅動液晶顯示器之發光二極體背光= 、’、中所述城波形包括—脈波密度調變整，而 述時包括所述脈波密度調變波形的—脈波圖案。 Mb—種產生—切換波形以驅動液_示器之發^ 極體者光的裝置，該裝置包括： 發九一 有-^^器，用以合成一第一訊號’其中該第一訊號具 個緊密相間的低位準諧波但無任何非常低頻譜 拖*多個調整元件’用已合成的所述第一訊號來調變-切 換波形的時間特徵，以形成所述切換波形的光譜能量；以 及 20 201032201 x / 一輸出端，用以輸出已調變之切換波形以驅動至少一 發光二極體串列，其中該至少一發光二極體串列包括多個 發光二極體。 10. 如申請專利範圍第9項所述之產生一切換波形以 驅動液晶顯示器之發光二極體背光的裝置，其中所述合成 器包括： 總和元件，用以計算多個正弦曲線波形的總和。

   11. 如申請專利範圍第1〇項所述之產生一切換波形 以驅動液晶顯示器之發光二極體背光的裝置’其中所述合 成器包括： ° 處理元件，用以傅立葉轉換一頻譜。 12·如申請專利範圍第1〇項或第u項所述之產生一 切換波形以驅動液晶顯示器之發光二極體背光的裝 中所述合成器包括： ' 一線性回授移位暫存器； 一濾波器；以及 一量化器。 13.如申請專利範圍第9項至第12項中任意一項所述 之產生一切換波形以驅動液晶顯示器之發光二極體背 裝置，其中該裝置更包括： 、

   一記憶體，用以儲存多個預先產生之已調變的切換 形；以及 、 波 一介面裝置，用以擷取已儲存且已調變之所述切換 形之一且將其放置於所述輸出端。 、 21 201032201 14·如申請專利範圍第9項至第 之產生一切換波形以驅動液晶顯示器項^任何一項所述 裝置，其中所述切換波形包括一脈寬發光二極體背光的 間特徵包括所述脈寬調變波形的切換轉^波形，而所述時 的 而所 15.如申請專利範圍第9項至第1;3項中任何一 之產生一切換波形以驅動液晶顯示器之發光二所述 裝置，其中所述切換波形包括一脈波密度調變波形，光 述時間特徵包括所述脈波密度調變波形的脈波圖案。

   22