控制背光组件亮度的方法、电路及包括该电路的显示装置的制作方法
专利名称：控制背光组件亮度的方法、电路及包括该电路的显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制背光组件亮度的方法、控制背光组件亮度的电路以 及具有控制背光组件亮度的电路的显示装置。尤其是，本发明涉及一种控制 用于显示装置的背光组件的亮度的方法、控制该背光组件亮度的电路，其能 够提高亮度的均匀性，以及具有控制背光组件亮度的电路的显示装置。
背景技术：
近来，开发了能够控制背光模块亮度的液晶显示(LCD)装置。LCD装 置通过利用集成在面板上的、用来控制背光模块亮度的光感测部件对外部提 供的光线的亮度进行检测，实现对背光模块的亮度进行控制，从而优化显示 特性。
然而，该LCD装置忽略了由温度改变引起的光传感器输出的变化，以及 多个光传感器的输出之间的差异。并且，由于长时间使用导致的光传感器的 薄膜晶体管(TFT)的劣化也被忽略了。
发明内容
本发明的示例性实施例给出了 一种控制用于显示装置的背光组件亮度的 方法。
此外，本发明的示例性实施例提供一种控制上述背光组件亮度的电路， 其能够提高亮度的均匀性。
并且，本发明提供一种具有上述用于控制背光组件亮度的电路的显示装置。
根据本发明的控制背光组件亮度的方法的示例性实施例，产生不依赖于 温度变化的净光电流信号，并且利用该净光电流信号对背光组件的亮度进行 控制。或者，也可以产生依赖于温度变化的光电流信号或净光电流信号，并 且亮度控制信号中依赖于温度的部分通过釆样定时信号和该光电流信号或净 电流信号去除，从而可以形成对背光组件亮度的控制。下面对根据本发明的示例性实施例的控制背光组件亮度的方法进行说 明。背光组件的亮度可利用不依赖于温度变化的净光电流信号进行控制。设 定参考电压。根据该参考电压和由光电流传感元件和暗电流传感元件产生的 净光电流信号产生采样电压。产生的该净光电流信号的大小不依赖于温度的 变化。基于该采样电压产生亮度控制信号。利用该亮度控制信号对该背光组 件的亮度进行控制。
亮度控制信号的产生是通过将多个模拟采样电压转换成多个数字采样信 号、对该数字采样信号进行存储、并输出该存储的数字采样信号的强信号的 平均值作为亮度控制信号实现的。亮度控制信号可以在设定参考电压、生成 采样电压、产生数字采样信号、并对该数字采样信号进行存储这些步骤重复 进行多次之后产生。
下面对根据本发明示例性实施例的控制背光组件亮度的方法进行说明。 背光组件的亮度可以利用依赖于温度变化的光电流信号或净光电流信号进行 控制。校准采样定时信号。设定参考电压。参考该参考电压，根据由光电流 传感元件和/或暗电流传感元件产生的净光电流或光电流信号产生采样电压。 基于该采样电压和采样定时信号生成亮度控制信号。利用该亮度控制信号对 背光组件的亮度进行控制。
亮度控制信号的产生是通过将多个模拟采样电压转换成多个数字采样信 号、对该数字采样信号进行存储、并输出该存储的数字采样信号的强信号的 平均值作为亮度控制信号实现的。亮度控制信号可以在设定参考电压、生成 采样电压、产生数字采样信号、并对该数字采样信号进行存储这些步骤重复 进行多次之后产生。
根据该参考电压和由暗电流传感元件产生的暗电流信号产生校准电压， 将模拟校准电压转换成数字校准信号，对该数字校准信号进行编码以产生编 码信号，并根据该编码信号生成采样定时信号，从而对采样定时信号进行校准。
根据本发明示例性实施例的显示装置，在控制背光组件的亮度的电路中 产生不依赖于温度变化的净光电流信号。或者，也可以产生依赖于温度变化 的光电流信号或净光电流信号，并且产生用于控制背光组件亮度的亮度控制 信号，该信号中依赖于温度的部分可以通过采样定时信号和光电流信号或净 光电流信号予以去除。
根据本发明示例性实施例的控制背光组件亮度的电路包括光传感部分、 放大器、采样器以及模-数转换器(ADC)。背光组件的亮度可以利用不依赖 于温度变化的净光电流信号进行控制，该光传感部分包括光电流传感元件和 暗电流传感元件，以输出不依赖于光电流传感元件和暗电流传感元件的温度 变化的净光电流信号。该放大器保持施加给光传感部分的输出端的电压电平。 该放大器接收由光传感元件输出的净光电流信号，并放大该接收的净光电流 信号。该采样器与该放大器的输出端电连接，以产生采样电压并输出该采样
电压。该ADC转换器将来自采样器的模拟采样电压转换成数字采样信号。
用于控制背光组件亮度的电路进一步可以包括一个操作部分，其对多个 数字采样信号进行存储并输出这些数字采样信号的强信号的平均值以作为亮 度控制信号。该光传感部分进一步可以包括多个包含有光电流传感器和暗电 流传感器的光传感器。
根据本发明示例性实施例的用于控制背光组件亮度的电路包括光传感部 分、放大器、采样器以及ADC。该背光组件的亮度可以利用依赖于温度变化 的光电流信号或净光电流信号进行控制。该光传感部分包括光电流传感元件 和暗电流传感元件，以输出光电流信号、暗电流信号或净光电流信号。该方文 大器保持施加给该光传感部件输出端的电压电平。该放大器接收该光传感部 分的输出并放大该光传感部分的输出。该采样器与该放大器的输出端电连接 以产生校准电压或采样电压并输出该校准电压或采样电压。该ADC将来自采 样器的模拟校准电压和模拟采样电压分别转换成数字校准信号和数字采样信
—弓一
用于控制背光组件亮度的电路进一步可以包括操作部分，其对多个数字 采样信号进行存储并输出该数字采样信号的强信号的平均值作为亮度控制信 号。光传感部分还可以包括多个光传感器，所述多个光传感器包括光电流传 感器和暗电流传感器。
用于控制背光组件亮度的电路还可以包括编码器，其将ADC输出的n 比特数字校准信号编码成m比特的编码信号；以及计数器，用于根据该编码 器输出的编码信号产生采样定时信号，其中m和n是自然数。该采样器根据 该采样定时信号产生采样电压。
根据本发明示例性实施例的显示装置包括显示面板、背光组件、以及用 于控制该背光组件亮度的电路。该显示面板显示图像并具有挡光区域
(light-blocking region)。开口部分形成在挡光区域中内。用于控制背光组件 亮度的电路的光传感部件从该开口部分显露出来，以接收外界提供的光线。
根据本发明的控制背光组件亮度的方法、控制背光组件亮度的电路，以 及具有该控制背光组件亮度的电路的显示装置的示例性实施例，即使外界亮 度、温度、不同光传感器间的差异、元件的劣化发生改变，也可以最小化该 背光组件的亮度的变化。
通过下面结合附图的描述可以更详细地了解本发明的示例性实施例，其
中
图1是根据本发明示例性实施例的、控制背光组件亮度的电路的电路图； 图2A是示出图1所示的电路中使用的光传感器的示例性实施例的电路
图2B是示出施加于图2A所示的光传感器的信号的时序图3A是示出根据本发明示例性实施例的光传感器的电路图3B是施加到图3A所示的光传感器的信号的时序图4A至图4C是示出基于各个栅极源极电压Vgs和温度的变化而变化的
光电流、暗电流以及净光电流的曲线图5A是示出根据本发明示例性实施例的光传感器的电路图5B是示出施加到图5A中的光传感器的信号的时序图6A是示出根据本发明示例性实施例的光传感器的电路图6B是示出施加到图6A中的光传感器的信号的时序图7A是示出根据本发明示例性实施例的、包括有控制背光组件亮度的
电路的显示装置的平面图7B是示出图7A中所示的显示装置的屏幕的平面图8是示出根据本发明示例性实施例的控制背光组件的电路的电路以及
图9是示出施加到图8中所示的控制背光组件的电路的信号的时序图。
具体实施例方式
下面参照表示示例性实施例的附图对本发明进行^分:^笛述。然而本发明可
以以多种不同的方式来^E见，并不应该受到il^J萄述的示例性实施例的P艮制。相反 地，提供这些示例性实施例而是为了使说明书完整和完全，以将本发明的保护范围
传i^合本领域的^ii技术人员。
图1是示出根据本发明示例性实施例的控制背ifei且件的亮度的电路的电路图。 图2A是示出图1中所示的电路中^J I的光传感器的电路图。图2B是示出;^o在图 2A中所示的光传感器的信号的时序图。图3A是示出根据本发明示例性实施例的光 传感器的电路图。图3B是示出 口在图3A中所示的光传感器上的信号的时序图。
参照图1,控制背光组件(未示出)的亮度的电路包括光传感部分410、放大器 420、采样器430、信号转换器440以及操作部分450。该光传感部分410包括多个 光传感器411、 412、 413和414。如图2A所示，每个光传感器411、 412、 413和414 包括光电流传感元件Qn"和开关元件Qsw。如图3A所示，每个光传感器411、 412、 413和414仅包括光电流传感元件Qu,而不包括开关元件Qsw。
下面参照图1、图2A和图2B,对控制背iti且件的电路的^^进行如下的解释。
当光线照射到光电流传感元件Qlt的沟道部分(channel portion)的半导体上时， 价带(valenceband)中的部分电子被转移到导带(conductionband)从而形成自由电 子。当控制信号Vsw施加在开关元件Qsw的控制电极上时，开关元件Qsw的沟道被 打开，对应的输出控制开关SLO被导通，从而由输入电压V!引起的光电流I
(Temp, Lux)
被作为传感信号输出。
放大器420根据来自光传感部分410的传感信号，产生放大的采样电压Vs，以 将采样电压Vs输出给采样器430。采样器430冲艮据采样定时信号t对采样电压Vs 进行采样，以将经it^样的采样电压Vs输出^f言号转换器440。
信号转换器440包括多个比较器。信号转换器440将由釆样器430采样的才對以 采样电压Vs转换成数字采才^言号SDS,并将该数字采才ff言号SDs输出给4斜乍部分450。 操作部分450在每个预定时间段接^>]"应于四个光传感元件411、 412、 413和414 的四个凄t字采才^言号SDS,并利用^f诸部分(未示出)将接^R^的四个数字采才ff言号 Sos予以务賭。操作部分450比较四个数字采才ff言号SDs,以确定四个数字信号Sos 中的强信号作为外界亮度信号。这样，操作部件450基于外界亮度信号改变亮度控 制信号V^的电平或状态，并将该亮度控制信号V^施加于背光组件(未示出)的 控制部分。背光组件的控制部分根据该亮度控制信号V^对背光组件的亮度进行控 制，以根据外界亮度来优化背iti且件的亮度，减少功耗。
图4A、图4B和图4C是示出基于各个栅极-源极电压Vgs和温度的变化而
变化的光电流、暗电流以及净光电流的曲线图。在图4A、图4B和图4C中，栅
极-源极电压VgS彼此不同，并且显示了温度与包括光电流I(Temp,Lux)、暗电流1(1^) 和净光电流I (Lux)在内的电流之间的关系。净光电流I (Lux)^^上等于光电流I
减去暗电流I (Temp,。在图4A、图4B和图4C中，外界亮度大约为10,000 lux。
当温度增加时，光电流I(Tenp,x^)和暗电流I(T，)^i曾力口。然而，等于光电流1(t，,l^) 减去暗电流I (Temp)的净光电流I (Lux)基于栅极-源极电压VgS的变化而变化。当栅极-源极电压VgS约为-7V时，净光电流I (Lux)随着温度的增加而增加。当栅极-源极电
压Vgs约为0V时，净光电流I (Lux)随着温度的增加而保持^恒定的值。当栅极-源极电压Vgs约为15V时，净光电流I f4^r温度的增加而减小。
因此，当开关电源电压Vgs约为OV时，，即使温度变化，可以利用降低了误差 的净光电流I(Lux)对外界亮度进^^侧。然而，当栅极-源极电压Vgs约为OV时，净 光电流Io^)的量级为l(T11，以致于净光电流I(Lux)净iU文大之后，净光电流I(^)的误 差增大。此外，净光电流I(r^的量取决于光传感器之间的偏差，由于长时间^^]造 成光传感器的沟道部分劣化而使该偏差发生改变。
因此，需要高电平的栅极-源极电压Vgs，还需要具有低偏差的光传感器，以减 小误差量。当栅极-源极电压Vgs的电平提高时，净光电流I(uco取决于温度，从而 就需要对温度的变^i^抖交准。
校准如下进行。去除外界亮度的效应以产生暗电流I(Temp)，并对温度进^^佥测。 对净光电流I (Lux,求和的时间段被标准化。检测在标准化时间段内的净光电流I ,j^ ^^口的量，并产生亮度控制信号。
当进^^交准时，根据温度的变化、光传感元件之间的差异、以及由于长期<^1 导致的劣化来改变标准化时间段，从而最小化由温度、光传感元件以及损坏在控制 亮度中引起的误差。此外，虽然对外界亮度进行了冲&则，但是还可以利用^^负于温 度的输出对外界亮度进^^则。例如，可以不用净光电流I(Lux)检测外界亮度，而是
可以利用光电流I 才&则外界亮度。
图5A是示出根据本发明示例性实施例的光传感器的电路图。图5B是示出^口 到图5A中所述的光传感器的信号的时序图。
参照图5A和图5B,光传感器包括光电流传感元件Qu、暗电流传感元件QT 以及开关元件Qsw。光电流传感元件QLT、暗电流传感元件QT以及开关元件Qsw中 的每一个可包括具有半争沐沟道区域的薄膜晶体管(TFT)。该半导体沟道区域可以 包括非晶石线多晶硅。该半*沟道区域中的载^^:量可以根据亮度和温^生改
将输入电压^和用于控制光电流传感元件的控制信号Vu分别^ 口给光电流传 感元件Qu的漏电极和栅电极。光电流传感元件Qu的源电极电连接至开关元件Qsw 的漏电极。用于控制开关元件的控制信号Vsw被;^o给开关元件Qsw的栅电极，并 且该开关元件Qws的源电极通过第一节点^电连接至输出端S,和暗电流传感元件 qt的漏电极。用于控制暗电流传感元件的控制信号Vp被施加在暗电流传感元件qt 的栅电极，并且暗电流传感元件Qr的源电极电连接至恒定电压端。
挡光区域，例如黑色矩P车，包括位于光电流传感元件Qu的沟道区域的上部的 开口部分X,从而可以利用外界亮度和温度来改变形^光电流传感元件QLT的沟 道区i或内的载^l史量。
相反，暗电流传感元件Qr的沟道区域的上部被黑色矩阵遮挡，这样形成在暗电 流传感元件Qr的沟道区域中的载^lt量不随外部亮度而改变，而是随温度而改变。
因此，如图5B所示，当输入电压V!、控制光电流传感元件的控制信号Vu、控
制暗电流传感元件的控制信号VT以及控制开关元件的高电平控制信号Vsw分别^d 在光电流传感元件Qu的漏电极、光电流传感元件qlt的栅电极、暗电流传感元件
QT的栅电极以及开关元件Qsw的栅电才iLh时，^^负于光电流传感元件Qu的沟道区 域内的外界亮度和温度的光电流I向第一节点ish流动，依赖于暗电流传感元
件QT的沟道区域的温度的暗电流I (Temp)在第一节点N！和恒定端之间流动。
因此，当光电流传感元件qlt具有与暗电流传感元件qt^L相同的设计，并且
光电流传感元件Qcr的漏极-源极电压Vds与暗电流传感元件Qr的栅极-源极电压Vgs
^Jt相同时，差4^等于光电流I (Temp,Lux)减去光电流传感元件Qu的沟道区域内的温 >1^文应的净光电流I (lux,被^/t^^r出端S—out。
图6A是示出根据本发明示例性实施例的光传感器的电路图。图6B是示出;^口 给图6A中所示的光传感器的信号的时序图。
参照图6A和6B,开关元件Qsw (图5A中所示)被省略，并且光电流传感元 件Qu的源电极通过第 一节点N,直接电连接到输出端Sj)ur和暗电流传感元件Qt的 漏电极。因此，输出信号不是根据所有的控制光电流传感元件Qu的控制信号Vu、 控制暗电流传感元件的控制信号vt以^^。斜。图5A和5B所示的开关元件Qsw 的控制开关元件的脉冲型控制信号Vsw产生的，而是仅根据如图6A和6B所示的控 制光电流传感元件的脉沖型控制信号Vu和控制暗电流传感元件的控制信号VT产生 的，从而使得输出信号可以直接根据控制光电流传感元件的脉冲型控制信号Vu和
控制暗电流传感元件的控制信号Vt形成。
图7A是示出根据本发明示例性实施例的、包括用于控制背光组件亮度的电路
的显示装置的平面图。图7B是示出图7A中所示的显示装置的屏幕的平面图。
参照图7A和图7B,具有控制背iy且件(未示出)的亮度的电路的显示装置是 分区显示型。在分区显示型中，显示装置具有恒定(constant)显示区域'A，和正 常显示区域B。
用于控制背光组件(未示出)亮度的电路的光传感器包括有具有沟道区域的 TFT。 TFT的沟道区域可包括非晶硅或多晶硅。用于控制背光组件亮度的电路的光 传感器可通选蓴膜工艺直接形成在显示装置的显示J4Ui。例如，光传感器可形成 在挡光区域100内或在反射电极RE下。在挡光区域100内不显示图像。另一方面， 用于控制背iti且件亮度的电路的其射P件可^^驱动M电路200中。可选的， 用于控制背光组件亮度的整个电路可形g挡光区域100内或可以集成在驱动集成 电路200中。
挡光区域100或反射电极RE包括开口区域(未示出)，从而通过该开口区域将 光电流传感元件Qur暴露出来，并且不露出暗电流传感元件QT。例如，光电流传感 元件Qu可位于该恒定显示区域'A，中的反射电极RE下面。并且，如时间、音量、 模式、电W犬态等信息显示在恒定显示区域'A，，从而显示这些信息所需的分辨率 较低。这样，在恒定显示区域'A，内像素具有比标准显示区域B中的像素大的尺 寸。此外，恒定显示区域'A，中的像素具有M区域，从而用户不必4^f可额外的操 作就可以看到显示在恒^示区域'A，内的图像。这样，用于控制背iti且件亮度的 电路可形^il^t电极RE的下面。
当将控制背^i且件亮度的方法和电路应用^it射模式的显示装置时，背ifei且件 的亮度随着外界亮度的增加而增加。当将该控制背光组件亮度的方法和电路应用到 反射模式的显示装置时，背光组件的亮度随着外界亮度的增加而降低。这样，可改 善图像的显示质量，并降低功耗。
图8是示出根据本发明示例性实施例的用于控制背光组件的电路的电路图。
参照图8，控制背光组件(未示出)的电路包括光传感部分310、放大器320、 采样器330、才l数转换器(ADC) 340、编码器350、计数器360和操作部分370。
在图8中，多个如图6A所示的光传感部分310平行iW皮itb4目连。
或者，多个如图5A所示的光传感器可平行;^皮jtbNl连。
例如，控制光传感部分的输出的输出开关SLo可与光传感部分310的输出端电
连接。或者，可以通过佳月如图6A所示的光传感器的控制信号Vu和VT,而省略
控制光传感部分的输出的输出开关SL0。光传感部分310有选l奪地将光电流I(t，,Lux,、
暗电流I (Temp)或净光电流I (Lux)输出给放大器320。
光传感部分310的输出信号和参考电压Vref分別被施加到放大器320的第一输 入端和放大器320的第二4命入端，并JUi:大器320的输出端与采样器330的控制开 关SSI电连接。放大器320将 口给光传感部分310的输出信号进行放大，从而使得 采样器330产生放大的采样电压Vs或放大的校准电压VCAL。放大器320可进一步包 括复位开关SR，其用于将采样器330的采样电压Vs或校准电压VcAL复位为参考电
压Vref。
釆样器330包括电容Cs、控制采样器输入的输入开关SSI和控制采样器输出的 输出开关Sso。电容Cs的第一端与放大器320的输出端电连接，并且电容Cs的第二 端与恒定电压端电连接。输入开关Sa控制采样器330的输入。输出开关Sso控制采 样器330的输出。电容Cs产生采样电压Vs或校准电压VcAL,以将该采样电压Vs 或校准电压VcAL編o给ADC 340。
ADC 340接收才對以采样电压Vs或才勤財吏准电压VCAL,并产生数字采才ff言号SDS 或数字校准信号SDCAL。该数字釆才ff言号SDs通过输出控制开关Soc被;^。给背iti且
件(未示出)的控制部分，并且校准信号SDCAL通过输出控制开关Soc被^口给编码
器350。 ADC340可通过组合多个比较器而形成。或者，ADC340具有各种已知的 转换结构。
编码器350接收n比特的数字校准信号Sdcal,并输出m比特的用于产生采样 定时信号t的编码信号SE，以将m比特的编码信号SE输出给计数器360，这里m和 n都是自然数。例如，n可以大于m。或者，编码器350可具有各种已知的编码结构。
计凄t器360才艮据编^H言号SE产生采样定时信号t，以确^1于控制采样器330 输入的输入开关SSI的导通时间。或者，计数器360可具有各种已知的计数结构。
采样器330的采样电压Vs和校准电压VCAL#i^g'j ADC 340，并且数字采样 信号Sds和校准信号SocAL通过用于控制采样器330输出的输出开关Soc被^口给控 制背光组件(未示出)亮度的电路或编码器350。或者，采样器330的采样电压Vs 和校准电压VcAL通过^^控制信号分别^^/口给多个ADC (未示出)。ADC340的 输出通过^i乍部分370被^口到控制背iti且件(未示出)的电路以及被^i口到编码 器350。
根据控制背光组件所必须的精度和采样的定时，控制背光组件的电路可具有各
种结构。例如，数字采样信号SDS的大小可以为几个比特，而校准信号Sdcal可以具 有比数字采祥信号Sds大的比特数，以精确地转换采样定时信号t。这样，接"^^样
电压Vs的ADC340可以包括有几个彼此并行电连接的比较器，然而，接收校准电 压Vcal的ADC比接)R^样电压Vs的ADC的^l岸率高。
以下将参照图8和图9对控制亮度的方法进行解释。Vlo、 Vr、 Vsi、 Vso、 Vu 及VT分别表示^。给控制光传感部分310输出的输出开关SLo、复位开关SR、控制 采样器330输入的输入开关Sa、控制采样器330输出的输出开关Sso、光电流传感 元件Qlt以及暗电流传感元件Qr的控制信号。
校准时间賴义产生釆样定时信号t的时间段，使得采样定时信号的最终输出不 依赖于温度、元件之间的差异以及由于长时间使用导致的劣化。
在参考电压设定时间段，控制光传感部分310输出的输出开关Slo和控制采祥 器330输出的输出开关Sso被关断，并且复位开关Sr和控制采祥器330输入的输入 开关Sa被导通，从而将^j诸在采样器330中的参考电压Vs放电，并且将参考电压 VREF^fi者在采样器330中。
在校准电压提取时间段中，光电流传感元件qlt、控制采样器330输出的输出 开关Sso和复位开关SR被关断，而控制光传感部分输出的输出开关Slo和控制采样 器330输入的输入开关Sa被导通，从而将控制暗电流传感元件的高电平控制信号 VT^口给暗电流传感元件Qr，并利用光传感部分310的输出信号将采样器330的参
考电压VREF校准到校准电压VCAL。在预定的校准电压采样时间段tq，控制采样器330 输入的输入开关Sa被导通，并且暗电流I(Tenp)流向恒定端。这样，校准电压VcAL
用下面的等式l确定。
乙s
在采样定时信号产生阶段，控制光传感部分310输出的输出开关SLo、复位开 关SR以^^空制采样器330输入的输入开关Ss^皮关断，并且控制采样器330输出的 输出开关Sso被导通，以将校准电压VcAL^口给ADC340。
ADC 340将冲對財交准电压VcAL转换成n比特的数字校准信号Sdcal，并通过输 出控制开关Soc将数字校准信号SocAL输出给编码器350。
编码器350根才射员定算法将n比特的数字信号编码成m比特的数字信号，并将 编码信号SE传输给计数器360。 n比特数字信号和m比特数字信号之间的编码算法
是根据温度、光电流I(Temp,Lux)、暗电流I (Temp)和净光电流I (Lux)的实验数据，以及编 码器350的设计进行优化的。
计数器360接收编码信号SE并产生采样定时信号t。
为了减小由元件之间的差异以及由于长时间引起的劣^it成的采样定时信号的 偏差，利用彼此平行地电连接的光传感器对采样定时信号t进行连续釆样，并且强 信号值的平均值可被设定为采样定时信号t的输出。例如，计数器360可进一步包 括多个用于^^采样定时信号的^f诸器，并且该^f诸器的数目可以与采样定时信号 糾目等。
以下对^f乍时间段中图8的电路的才斜乍进4愤释。在才,时间段中，利用4辦 部分370根据夕卜界亮度将亮度控制信号VDta^/口给背iti且件(未示出)。
如图9所示，第一参考电压^^时间段与校准时间段的参考电压i议时间賴羞 W目同。因此，省略^f可有关上述时间段的进一步描述。
在采样电压产生时间段中，复位开关SR和控制采样器输出的输出开关Sso被关 断开，而控制光传感部分310输出的输出开关Slq和控制采祥器330输入的输入开关 Ss^皮接通，使得控制光传感元件的高电平控制信号Vu和控制暗传感元件的控制信 号V"皮关断。接通用于控制^样器330输^入的输7v开关SSI的时间长度由采样定时 信号t决定。当由光传感部分310产生的净光电流I(^,流向放大器320时，存储在 电容Cs中的采样电压Vs由下面的等式2决定。
、
在亮度控制信号产生时间段，控制采样器330输入的输入开关Sa被关断，而控 制采样器330输出的输出开关Sso被接通。为了P争低功耗，也可以将其他开关关断。 ADC 340将由采样器330输出的才對以^#电压Vs转:^^数字采才ff言号SDS。根据用 于控制数字采样电压输出的输出开关SoC的控制，将数字采样信号SDs;^。给计数器 360。数字采样信号SDS的生成和^o是利用多个光传感器通过时分的办法来实现的。 计数器270存储依次传输来的数字采样信号SDS。在将最终的数字采才科言号Sds^口 到计数器360之后，数字采才引言号SDS的强信号的平均值作为亮度控制信号V^被 操作部分370输出到背光组件(未示出)的控制部分。对光传感器重复使用上述的 时分方法，从而减小由光传感元件之间的差异以及长时间使用导致的劣化引起的误 差。 可通过串行夕卜围接口 (SPI)或^i4串行接口将亮度控制信号V^传输给背光 组件的控制系统，因此，可以省略输出引线。例如，低速串行接口包括内部M电 路总线(I2C)(未示出)。
亮度控制信号V^可根据外界亮度和功耗的变化以预定间隔进行传输。例如，
也可以参考温度的变化改变用于控制亮度的电路。
图8中，^^依赖于温度的净光电流I(Lux,对背光纽件的亮度进行控制。或者， 背光组件的亮度也可用光电流I (Temp,Lux)进行控制。当利用光电流I (Temp,Lux,对背光i且 件的亮度进行控制时，也可以改变 口给光传感部分310和编码器350的控制信号。
当利用不依赖于温度的净光电流I (w对背光i且件的亮度进行控制时，编码器
350和计数器360可以被省略，并且可以省略用于校准采样定时时间段t的时间段。 可以使用恒定的采样定时信号t。
根据本发明的示例性实施例，尽管外界亮度、温度、不同光传感器之间的差异、 元件的劣化等可能改变，仍可以最d、化背光组件亮度的变化。
参照其示例性实施例已对本发明进行了描述，然而，显然地，按照前面的描述， 多种替代改进和变型对于本领域普通技^A员是显而易见的。因此，本发明包括落 4权利要求书的宗旨和保护范围之内的所有这些^f戈改进和变型。
权利要求
1.一种控制背光组件亮度的方法，该方法包括设定参考电压；根据该参考电压和由光电流传感元件和暗电流传感元件产生的净光电流信号，产生采样电压，该净光电流信号的电平是不依赖于温度的变化产生的；根据该采样电压产生亮度控制信号；以及利用该亮度控制信号控制背光组件的亮度。
2. 根据权利要求l的方法，其中亮度控制信号是通过以下步骤产生的 将多个才對以型的采样电压转4械多个数字采才ff言号； ^j诸所述数字采才科言号；以及将数字存储的采才引言号中的强信号的平均值作为亮度控制信号输出。
3. 根据权利要求2的方法，其中亮度控制信号是在设定参考电压、产生采样 电压、将多个模拟型的采样电压转^^多个数字采#^言号以及#^诸多个数字采才ff言 号的步骤被重复多次之后产生的。
4. 一种控制背iti且件亮度的方法，该方法包括 校准采样定时信号；设定参考电压；参照该参考电压，根据由光电流传感元件和/或暗电流传感元件产生的净光电流 和光电流信号之一，产生采样电压；根据该采样电压和该采样定时信号产生亮度控制信号；以及 利用该亮度控制信号控制背ifei且件的亮度。
5. 根据权利要求4的方法，其中亮;l控制信号是通过以下步骤产生的 将多个4對以型的采样电压转^^多个数字采4ff言号； ^^者所述数字采才ff言号；以及将数字存储的采样信号中的强信号的平均值作为亮度控制信号输出。
6. 根据权利要求5的方法，其中亮度控制信号是在设定参考电压、产生采样 电压、将多个才對以型的采样电压转^^多个数字采#^言号以及##多个数字采才ff言 号的步骤被重复多次之后产生的。
7. 根据权利要求4的方法，其中采样定时信号通过以下步骤校准 根据该参考电压和由暗电流传感元件产生的暗电流信号，产生校准电压；将才對以型的校准电压转4线数字校准信号；将该数字校准信号编码以产生编码信号；以及 根据该编码信号产生采样定时信号。
8. —种控制背^y且件亮度的电路，包括光传感部分，包括光电流传感元件和暗电流传感元件，输出不依赖于光电流传 感元件和暗电流传感元件的温度变化的净光电流信号；保持由光传感部分的输出端^口的电压电平的放大器，该放大器接收由光传感 部分输出的净光电流信号并放大所接收的净光电流信号；与该放大器的输出端电连接的采样器，产生采样电压并输出该采样电压；以及搭数转换器，将来自采样器的4對以型的釆样电压樹械数字采才科言号。
9. 根据权利要求8的电路，进一步包括才剁乍部分，其^^诸多个数字采才ff言号 并将所述数字采才科言号的强信号的平均值作为亮度控制信号输出。
10. 根据权利要求9的电路，其中光传感部分进一步包括多个光传感器，所述 多个光传感器包括光电流传感器和暗电流传感器。
11. 一种控制背iti且件亮度的电路，包拾光传感部分，包括光电流传感元件和暗电流传感元件，输出光电流信号、暗电 流信号、或净光电流信号；保持由光传感部分的输出端 。的电压电平的放大器，该放大ll^收光传感部 分的输出并放大该M感部分的输出；与该放大器的输出端电连接的采样器，产生校准电压或采样电压并输出该校准 电压或采样电压；以及才秦数转换器，将来自该采样器的才對以型校准电压和模拟型采样电压分别转4R 凄t字校准信号和lt字采才ff言号。
12. 根据权利要求ll的电路，进一步包括#^乍部分，其^H诸多个数字采才ff言号 并将所述数字采才科言号的强信号的平均值作为亮度控制信号输出。
13. 根据权利要求12的电路，其中该光传感部^ii一步包括多个光传感器， 所述多个光传感器包括光电流传感器和暗电流传感器。
14. 根据权利要求ll的电路，进一步包括编码器，将来自才l数转换器的n比特的数字校准信号编码成m比特的编石M言 号，其中m和n都是自然数；以及计数器，根据来自编码器的编;M言号产生采样定时信号。
15. 根据权利要求14的电路，其中该采样器根据该采样定时信号产生采样电压。
16. 根据权利要求ll的电路，其中该才秦数转换器包括 将来自采样器的才執乂型校准电压转^^数字校准信号；以及 将来自采样器的才對以采样电压转^A数字采才f(言号。
17. —种显示装置，包括可与背光结合操作的显示面板，用于显示图像，并具有挡光区域和在该挡光区 域中形成的开口部分；以及用于控制该背光的亮度的电路，包括光传感部分，包括光电流传感元件和暗电流传感元件，输出不^l负于光电 流传感元件和暗电流传感元件的温度变化的净光电流信号，该光电流传感元件通过 该开口部分暴露出来以接^^卜^^是供的光；保持由光传感部分的输出端对其施加的电压电平的放大器，该放大器接收 光传感部分输出的净光电流信号并放^i斤接收的净光电流信号；与该放大器的输出端电连接的采样器，产生采样电压并输出该采样电压；以及搭数转换器，将来自采样器的才對以采样电压转换成数字采才W言号。
18. —种显示装置，包括可与背光结合操怍的显示面板，用于显示图像，并具有挡光区域和在该挡光区 域中形成的开口部分；以及用于控制该背光的亮度的电路，包拾光传感部分，包括光电流传感元件和暗电流传感元件，输出光电流信号、 暗电流信号或净光电流信号，该光电流传感元件通过该开口部分暴露出来以接40卜 ^C供的光；保持 0给光传感部分的输出端的电压电平的放大器，该放大器接收光传 感部分的输出并放大该光传感部分的输出；与该放大器的输出端电连接的采样器，产生校准电压或采样电压并输出 该校准电压或采样电压；以及ADC,将来自该采样器的才對以型校准电压和才對以型采样电压分别转^^ 数字校准信号和数字采样信号。
全文摘要
一种控制背光亮度的方法，其中，设定参考电压，根据该参考电压产生采样电压，并利用光电流传感元件和暗电流传感元件产生净光电流信号。净光电流信号是不依赖于温度变化而产生的。亮度控制信号是根据采样电压产生的。利用该亮度控制信号对背光组件的亮度进行控制。因此，尽管外界亮度、温度、不同光传感器之间的差异、元件的劣化等可能改变，仍能最小化背光组件亮度的变化。
文档编号G09G3/34GK101174387SQ20071019995
公开日2008年5月7日 申请日期2007年10月22日 优先权日2006年10月20日
发明者李柱亨, 鱼基汉 申请人:三星电子株式会社
技术领域：
本发明涉及一种控制背光组件亮度的方法、控制背光组件亮度的电路以 及具有控制背光组件亮度的电路的显示装置。尤其是，本发明涉及一种控制 用于显示装置的背光组件的亮度的方法、控制该背光组件亮度的电路，其能 够提高亮度的均匀性，以及具有控制背光组件亮度的电路的显示装置。
背景技术：
近来，开发了能够控制背光模块亮度的液晶显示(LCD)装置。LCD装 置通过利用集成在面板上的、用来控制背光模块亮度的光感测部件对外部提 供的光线的亮度进行检测，实现对背光模块的亮度进行控制，从而优化显示 特性。
然而，该LCD装置忽略了由温度改变引起的光传感器输出的变化，以及 多个光传感器的输出之间的差异。并且，由于长时间使用导致的光传感器的 薄膜晶体管(TFT)的劣化也被忽略了。
发明内容
本发明的示例性实施例给出了 一种控制用于显示装置的背光组件亮度的 方法。
此外，本发明的示例性实施例提供一种控制上述背光组件亮度的电路， 其能够提高亮度的均匀性。
并且，本发明提供一种具有上述用于控制背光组件亮度的电路的显示装置。
根据本发明的控制背光组件亮度的方法的示例性实施例，产生不依赖于 温度变化的净光电流信号，并且利用该净光电流信号对背光组件的亮度进行 控制。或者，也可以产生依赖于温度变化的光电流信号或净光电流信号，并 且亮度控制信号中依赖于温度的部分通过釆样定时信号和该光电流信号或净 电流信号去除，从而可以形成对背光组件亮度的控制。下面对根据本发明的示例性实施例的控制背光组件亮度的方法进行说 明。背光组件的亮度可利用不依赖于温度变化的净光电流信号进行控制。设 定参考电压。根据该参考电压和由光电流传感元件和暗电流传感元件产生的 净光电流信号产生采样电压。产生的该净光电流信号的大小不依赖于温度的 变化。基于该采样电压产生亮度控制信号。利用该亮度控制信号对该背光组 件的亮度进行控制。
亮度控制信号的产生是通过将多个模拟采样电压转换成多个数字采样信 号、对该数字采样信号进行存储、并输出该存储的数字采样信号的强信号的 平均值作为亮度控制信号实现的。亮度控制信号可以在设定参考电压、生成 采样电压、产生数字采样信号、并对该数字采样信号进行存储这些步骤重复 进行多次之后产生。
下面对根据本发明示例性实施例的控制背光组件亮度的方法进行说明。 背光组件的亮度可以利用依赖于温度变化的光电流信号或净光电流信号进行 控制。校准采样定时信号。设定参考电压。参考该参考电压，根据由光电流 传感元件和/或暗电流传感元件产生的净光电流或光电流信号产生采样电压。 基于该采样电压和采样定时信号生成亮度控制信号。利用该亮度控制信号对 背光组件的亮度进行控制。
亮度控制信号的产生是通过将多个模拟采样电压转换成多个数字采样信 号、对该数字采样信号进行存储、并输出该存储的数字采样信号的强信号的 平均值作为亮度控制信号实现的。亮度控制信号可以在设定参考电压、生成 采样电压、产生数字采样信号、并对该数字采样信号进行存储这些步骤重复 进行多次之后产生。
根据该参考电压和由暗电流传感元件产生的暗电流信号产生校准电压， 将模拟校准电压转换成数字校准信号，对该数字校准信号进行编码以产生编 码信号，并根据该编码信号生成采样定时信号，从而对采样定时信号进行校准。
根据本发明示例性实施例的显示装置，在控制背光组件的亮度的电路中 产生不依赖于温度变化的净光电流信号。或者，也可以产生依赖于温度变化 的光电流信号或净光电流信号，并且产生用于控制背光组件亮度的亮度控制 信号，该信号中依赖于温度的部分可以通过采样定时信号和光电流信号或净 光电流信号予以去除。
根据本发明示例性实施例的控制背光组件亮度的电路包括光传感部分、 放大器、采样器以及模-数转换器(ADC)。背光组件的亮度可以利用不依赖 于温度变化的净光电流信号进行控制，该光传感部分包括光电流传感元件和 暗电流传感元件，以输出不依赖于光电流传感元件和暗电流传感元件的温度 变化的净光电流信号。该放大器保持施加给光传感部分的输出端的电压电平。 该放大器接收由光传感元件输出的净光电流信号，并放大该接收的净光电流 信号。该采样器与该放大器的输出端电连接，以产生采样电压并输出该采样
电压。该ADC转换器将来自采样器的模拟采样电压转换成数字采样信号。
用于控制背光组件亮度的电路进一步可以包括一个操作部分，其对多个 数字采样信号进行存储并输出这些数字采样信号的强信号的平均值以作为亮 度控制信号。该光传感部分进一步可以包括多个包含有光电流传感器和暗电 流传感器的光传感器。
根据本发明示例性实施例的用于控制背光组件亮度的电路包括光传感部 分、放大器、采样器以及ADC。该背光组件的亮度可以利用依赖于温度变化 的光电流信号或净光电流信号进行控制。该光传感部分包括光电流传感元件 和暗电流传感元件，以输出光电流信号、暗电流信号或净光电流信号。该方文 大器保持施加给该光传感部件输出端的电压电平。该放大器接收该光传感部 分的输出并放大该光传感部分的输出。该采样器与该放大器的输出端电连接 以产生校准电压或采样电压并输出该校准电压或采样电压。该ADC将来自采 样器的模拟校准电压和模拟采样电压分别转换成数字校准信号和数字采样信
—弓一
用于控制背光组件亮度的电路进一步可以包括操作部分，其对多个数字 采样信号进行存储并输出该数字采样信号的强信号的平均值作为亮度控制信 号。光传感部分还可以包括多个光传感器，所述多个光传感器包括光电流传 感器和暗电流传感器。
用于控制背光组件亮度的电路还可以包括编码器，其将ADC输出的n 比特数字校准信号编码成m比特的编码信号；以及计数器，用于根据该编码 器输出的编码信号产生采样定时信号，其中m和n是自然数。该采样器根据 该采样定时信号产生采样电压。
根据本发明示例性实施例的显示装置包括显示面板、背光组件、以及用 于控制该背光组件亮度的电路。该显示面板显示图像并具有挡光区域
(light-blocking region)。开口部分形成在挡光区域中内。用于控制背光组件 亮度的电路的光传感部件从该开口部分显露出来，以接收外界提供的光线。
根据本发明的控制背光组件亮度的方法、控制背光组件亮度的电路，以 及具有该控制背光组件亮度的电路的显示装置的示例性实施例，即使外界亮 度、温度、不同光传感器间的差异、元件的劣化发生改变，也可以最小化该 背光组件的亮度的变化。
通过下面结合附图的描述可以更详细地了解本发明的示例性实施例，其
中
图1是根据本发明示例性实施例的、控制背光组件亮度的电路的电路图； 图2A是示出图1所示的电路中使用的光传感器的示例性实施例的电路
图2B是示出施加于图2A所示的光传感器的信号的时序图3A是示出根据本发明示例性实施例的光传感器的电路图3B是施加到图3A所示的光传感器的信号的时序图4A至图4C是示出基于各个栅极源极电压Vgs和温度的变化而变化的
光电流、暗电流以及净光电流的曲线图5A是示出根据本发明示例性实施例的光传感器的电路图5B是示出施加到图5A中的光传感器的信号的时序图6A是示出根据本发明示例性实施例的光传感器的电路图6B是示出施加到图6A中的光传感器的信号的时序图7A是示出根据本发明示例性实施例的、包括有控制背光组件亮度的
电路的显示装置的平面图7B是示出图7A中所示的显示装置的屏幕的平面图8是示出根据本发明示例性实施例的控制背光组件的电路的电路以及
图9是示出施加到图8中所示的控制背光组件的电路的信号的时序图。
具体实施例方式
下面参照表示示例性实施例的附图对本发明进行^分:^笛述。然而本发明可
以以多种不同的方式来^E见，并不应该受到il^J萄述的示例性实施例的P艮制。相反 地，提供这些示例性实施例而是为了使说明书完整和完全，以将本发明的保护范围
传i^合本领域的^ii技术人员。
图1是示出根据本发明示例性实施例的控制背ifei且件的亮度的电路的电路图。 图2A是示出图1中所示的电路中^J I的光传感器的电路图。图2B是示出;^o在图 2A中所示的光传感器的信号的时序图。图3A是示出根据本发明示例性实施例的光 传感器的电路图。图3B是示出 口在图3A中所示的光传感器上的信号的时序图。
参照图1,控制背光组件(未示出)的亮度的电路包括光传感部分410、放大器 420、采样器430、信号转换器440以及操作部分450。该光传感部分410包括多个 光传感器411、 412、 413和414。如图2A所示，每个光传感器411、 412、 413和414 包括光电流传感元件Qn"和开关元件Qsw。如图3A所示，每个光传感器411、 412、 413和414仅包括光电流传感元件Qu,而不包括开关元件Qsw。
下面参照图1、图2A和图2B,对控制背iti且件的电路的^^进行如下的解释。
当光线照射到光电流传感元件Qlt的沟道部分(channel portion)的半导体上时， 价带(valenceband)中的部分电子被转移到导带(conductionband)从而形成自由电 子。当控制信号Vsw施加在开关元件Qsw的控制电极上时，开关元件Qsw的沟道被 打开，对应的输出控制开关SLO被导通，从而由输入电压V!引起的光电流I
(Temp, Lux)
被作为传感信号输出。
放大器420根据来自光传感部分410的传感信号，产生放大的采样电压Vs，以 将采样电压Vs输出给采样器430。采样器430冲艮据采样定时信号t对采样电压Vs 进行采样，以将经it^样的采样电压Vs输出^f言号转换器440。
信号转换器440包括多个比较器。信号转换器440将由釆样器430采样的才對以 采样电压Vs转换成数字采才^言号SDS,并将该数字采才ff言号SDs输出给4斜乍部分450。 操作部分450在每个预定时间段接^>]"应于四个光传感元件411、 412、 413和414 的四个凄t字采才^言号SDS,并利用^f诸部分(未示出)将接^R^的四个数字采才ff言号 Sos予以务賭。操作部分450比较四个数字采才ff言号SDs,以确定四个数字信号Sos 中的强信号作为外界亮度信号。这样，操作部件450基于外界亮度信号改变亮度控 制信号V^的电平或状态，并将该亮度控制信号V^施加于背光组件(未示出)的 控制部分。背光组件的控制部分根据该亮度控制信号V^对背光组件的亮度进行控 制，以根据外界亮度来优化背iti且件的亮度，减少功耗。
图4A、图4B和图4C是示出基于各个栅极-源极电压Vgs和温度的变化而
变化的光电流、暗电流以及净光电流的曲线图。在图4A、图4B和图4C中，栅
极-源极电压VgS彼此不同，并且显示了温度与包括光电流I(Temp,Lux)、暗电流1(1^) 和净光电流I (Lux)在内的电流之间的关系。净光电流I (Lux)^^上等于光电流I
减去暗电流I (Temp,。在图4A、图4B和图4C中，外界亮度大约为10,000 lux。
当温度增加时，光电流I(Tenp,x^)和暗电流I(T，)^i曾力口。然而，等于光电流1(t，,l^) 减去暗电流I (Temp)的净光电流I (Lux)基于栅极-源极电压VgS的变化而变化。当栅极-源极电压VgS约为-7V时，净光电流I (Lux)随着温度的增加而增加。当栅极-源极电
压Vgs约为0V时，净光电流I (Lux)随着温度的增加而保持^恒定的值。当栅极-源极电压Vgs约为15V时，净光电流I f4^r温度的增加而减小。
因此，当开关电源电压Vgs约为OV时，，即使温度变化，可以利用降低了误差 的净光电流I(Lux)对外界亮度进^^侧。然而，当栅极-源极电压Vgs约为OV时，净 光电流Io^)的量级为l(T11，以致于净光电流I(Lux)净iU文大之后，净光电流I(^)的误 差增大。此外，净光电流I(r^的量取决于光传感器之间的偏差，由于长时间^^]造 成光传感器的沟道部分劣化而使该偏差发生改变。
因此，需要高电平的栅极-源极电压Vgs，还需要具有低偏差的光传感器，以减 小误差量。当栅极-源极电压Vgs的电平提高时，净光电流I(uco取决于温度，从而 就需要对温度的变^i^抖交准。
校准如下进行。去除外界亮度的效应以产生暗电流I(Temp)，并对温度进^^佥测。 对净光电流I (Lux,求和的时间段被标准化。检测在标准化时间段内的净光电流I ,j^ ^^口的量，并产生亮度控制信号。
当进^^交准时，根据温度的变化、光传感元件之间的差异、以及由于长期<^1 导致的劣化来改变标准化时间段，从而最小化由温度、光传感元件以及损坏在控制 亮度中引起的误差。此外，虽然对外界亮度进行了冲&则，但是还可以利用^^负于温 度的输出对外界亮度进^^则。例如，可以不用净光电流I(Lux)检测外界亮度，而是
可以利用光电流I 才&则外界亮度。
图5A是示出根据本发明示例性实施例的光传感器的电路图。图5B是示出^口 到图5A中所述的光传感器的信号的时序图。
参照图5A和图5B,光传感器包括光电流传感元件Qu、暗电流传感元件QT 以及开关元件Qsw。光电流传感元件QLT、暗电流传感元件QT以及开关元件Qsw中 的每一个可包括具有半争沐沟道区域的薄膜晶体管(TFT)。该半导体沟道区域可以 包括非晶石线多晶硅。该半*沟道区域中的载^^:量可以根据亮度和温^生改
将输入电压^和用于控制光电流传感元件的控制信号Vu分别^ 口给光电流传 感元件Qu的漏电极和栅电极。光电流传感元件Qu的源电极电连接至开关元件Qsw 的漏电极。用于控制开关元件的控制信号Vsw被;^o给开关元件Qsw的栅电极，并 且该开关元件Qws的源电极通过第一节点^电连接至输出端S,和暗电流传感元件 qt的漏电极。用于控制暗电流传感元件的控制信号Vp被施加在暗电流传感元件qt 的栅电极，并且暗电流传感元件Qr的源电极电连接至恒定电压端。
挡光区域，例如黑色矩P车，包括位于光电流传感元件Qu的沟道区域的上部的 开口部分X,从而可以利用外界亮度和温度来改变形^光电流传感元件QLT的沟 道区i或内的载^l史量。
相反，暗电流传感元件Qr的沟道区域的上部被黑色矩阵遮挡，这样形成在暗电 流传感元件Qr的沟道区域中的载^lt量不随外部亮度而改变，而是随温度而改变。
因此，如图5B所示，当输入电压V!、控制光电流传感元件的控制信号Vu、控
制暗电流传感元件的控制信号VT以及控制开关元件的高电平控制信号Vsw分别^d 在光电流传感元件Qu的漏电极、光电流传感元件qlt的栅电极、暗电流传感元件
QT的栅电极以及开关元件Qsw的栅电才iLh时，^^负于光电流传感元件Qu的沟道区 域内的外界亮度和温度的光电流I向第一节点ish流动，依赖于暗电流传感元
件QT的沟道区域的温度的暗电流I (Temp)在第一节点N！和恒定端之间流动。
因此，当光电流传感元件qlt具有与暗电流传感元件qt^L相同的设计，并且
光电流传感元件Qcr的漏极-源极电压Vds与暗电流传感元件Qr的栅极-源极电压Vgs
^Jt相同时，差4^等于光电流I (Temp,Lux)减去光电流传感元件Qu的沟道区域内的温 >1^文应的净光电流I (lux,被^/t^^r出端S—out。
图6A是示出根据本发明示例性实施例的光传感器的电路图。图6B是示出;^口 给图6A中所示的光传感器的信号的时序图。
参照图6A和6B,开关元件Qsw (图5A中所示)被省略，并且光电流传感元 件Qu的源电极通过第 一节点N,直接电连接到输出端Sj)ur和暗电流传感元件Qt的 漏电极。因此，输出信号不是根据所有的控制光电流传感元件Qu的控制信号Vu、 控制暗电流传感元件的控制信号vt以^^。斜。图5A和5B所示的开关元件Qsw 的控制开关元件的脉冲型控制信号Vsw产生的，而是仅根据如图6A和6B所示的控 制光电流传感元件的脉沖型控制信号Vu和控制暗电流传感元件的控制信号VT产生 的，从而使得输出信号可以直接根据控制光电流传感元件的脉冲型控制信号Vu和
控制暗电流传感元件的控制信号Vt形成。
图7A是示出根据本发明示例性实施例的、包括用于控制背光组件亮度的电路
的显示装置的平面图。图7B是示出图7A中所示的显示装置的屏幕的平面图。
参照图7A和图7B,具有控制背iy且件(未示出)的亮度的电路的显示装置是 分区显示型。在分区显示型中，显示装置具有恒定(constant)显示区域'A，和正 常显示区域B。
用于控制背光组件(未示出)亮度的电路的光传感器包括有具有沟道区域的 TFT。 TFT的沟道区域可包括非晶硅或多晶硅。用于控制背光组件亮度的电路的光 传感器可通选蓴膜工艺直接形成在显示装置的显示J4Ui。例如，光传感器可形成 在挡光区域100内或在反射电极RE下。在挡光区域100内不显示图像。另一方面， 用于控制背iti且件亮度的电路的其射P件可^^驱动M电路200中。可选的， 用于控制背光组件亮度的整个电路可形g挡光区域100内或可以集成在驱动集成 电路200中。
挡光区域100或反射电极RE包括开口区域(未示出)，从而通过该开口区域将 光电流传感元件Qur暴露出来，并且不露出暗电流传感元件QT。例如，光电流传感 元件Qu可位于该恒定显示区域'A，中的反射电极RE下面。并且，如时间、音量、 模式、电W犬态等信息显示在恒定显示区域'A，，从而显示这些信息所需的分辨率 较低。这样，在恒定显示区域'A，内像素具有比标准显示区域B中的像素大的尺 寸。此外，恒定显示区域'A，中的像素具有M区域，从而用户不必4^f可额外的操 作就可以看到显示在恒^示区域'A，内的图像。这样，用于控制背iti且件亮度的 电路可形^il^t电极RE的下面。
当将控制背^i且件亮度的方法和电路应用^it射模式的显示装置时，背ifei且件 的亮度随着外界亮度的增加而增加。当将该控制背光组件亮度的方法和电路应用到 反射模式的显示装置时，背光组件的亮度随着外界亮度的增加而降低。这样，可改 善图像的显示质量，并降低功耗。
图8是示出根据本发明示例性实施例的用于控制背光组件的电路的电路图。
参照图8，控制背光组件(未示出)的电路包括光传感部分310、放大器320、 采样器330、才l数转换器(ADC) 340、编码器350、计数器360和操作部分370。
在图8中，多个如图6A所示的光传感部分310平行iW皮itb4目连。
或者，多个如图5A所示的光传感器可平行;^皮jtbNl连。
例如，控制光传感部分的输出的输出开关SLo可与光传感部分310的输出端电
连接。或者，可以通过佳月如图6A所示的光传感器的控制信号Vu和VT,而省略
控制光传感部分的输出的输出开关SL0。光传感部分310有选l奪地将光电流I(t，,Lux,、
暗电流I (Temp)或净光电流I (Lux)输出给放大器320。
光传感部分310的输出信号和参考电压Vref分別被施加到放大器320的第一输 入端和放大器320的第二4命入端，并JUi:大器320的输出端与采样器330的控制开 关SSI电连接。放大器320将 口给光传感部分310的输出信号进行放大，从而使得 采样器330产生放大的采样电压Vs或放大的校准电压VCAL。放大器320可进一步包 括复位开关SR，其用于将采样器330的采样电压Vs或校准电压VcAL复位为参考电
压Vref。
釆样器330包括电容Cs、控制采样器输入的输入开关SSI和控制采样器输出的 输出开关Sso。电容Cs的第一端与放大器320的输出端电连接，并且电容Cs的第二 端与恒定电压端电连接。输入开关Sa控制采样器330的输入。输出开关Sso控制采 样器330的输出。电容Cs产生采样电压Vs或校准电压VcAL,以将该采样电压Vs 或校准电压VcAL編o给ADC 340。
ADC 340接收才對以采样电压Vs或才勤財吏准电压VCAL,并产生数字采才ff言号SDS 或数字校准信号SDCAL。该数字釆才ff言号SDs通过输出控制开关Soc被;^。给背iti且
件(未示出)的控制部分，并且校准信号SDCAL通过输出控制开关Soc被^口给编码
器350。 ADC340可通过组合多个比较器而形成。或者，ADC340具有各种已知的 转换结构。
编码器350接收n比特的数字校准信号Sdcal,并输出m比特的用于产生采样 定时信号t的编码信号SE，以将m比特的编码信号SE输出给计数器360，这里m和 n都是自然数。例如，n可以大于m。或者，编码器350可具有各种已知的编码结构。
计凄t器360才艮据编^H言号SE产生采样定时信号t，以确^1于控制采样器330 输入的输入开关SSI的导通时间。或者，计数器360可具有各种已知的计数结构。
采样器330的采样电压Vs和校准电压VCAL#i^g'j ADC 340，并且数字采样 信号Sds和校准信号SocAL通过用于控制采样器330输出的输出开关Soc被^口给控 制背光组件(未示出)亮度的电路或编码器350。或者，采样器330的采样电压Vs 和校准电压VcAL通过^^控制信号分别^^/口给多个ADC (未示出)。ADC340的 输出通过^i乍部分370被^口到控制背iti且件(未示出)的电路以及被^i口到编码 器350。
根据控制背光组件所必须的精度和采样的定时，控制背光组件的电路可具有各
种结构。例如，数字采样信号SDS的大小可以为几个比特，而校准信号Sdcal可以具 有比数字采祥信号Sds大的比特数，以精确地转换采样定时信号t。这样，接"^^样
电压Vs的ADC340可以包括有几个彼此并行电连接的比较器，然而，接收校准电 压Vcal的ADC比接)R^样电压Vs的ADC的^l岸率高。
以下将参照图8和图9对控制亮度的方法进行解释。Vlo、 Vr、 Vsi、 Vso、 Vu 及VT分别表示^。给控制光传感部分310输出的输出开关SLo、复位开关SR、控制 采样器330输入的输入开关Sa、控制采样器330输出的输出开关Sso、光电流传感 元件Qlt以及暗电流传感元件Qr的控制信号。
校准时间賴义产生釆样定时信号t的时间段，使得采样定时信号的最终输出不 依赖于温度、元件之间的差异以及由于长时间使用导致的劣化。
在参考电压设定时间段，控制光传感部分310输出的输出开关Slo和控制采祥 器330输出的输出开关Sso被关断，并且复位开关Sr和控制采祥器330输入的输入 开关Sa被导通，从而将^j诸在采样器330中的参考电压Vs放电，并且将参考电压 VREF^fi者在采样器330中。
在校准电压提取时间段中，光电流传感元件qlt、控制采样器330输出的输出 开关Sso和复位开关SR被关断，而控制光传感部分输出的输出开关Slo和控制采样 器330输入的输入开关Sa被导通，从而将控制暗电流传感元件的高电平控制信号 VT^口给暗电流传感元件Qr，并利用光传感部分310的输出信号将采样器330的参
考电压VREF校准到校准电压VCAL。在预定的校准电压采样时间段tq，控制采样器330 输入的输入开关Sa被导通，并且暗电流I(Tenp)流向恒定端。这样，校准电压VcAL
用下面的等式l确定。
乙s
在采样定时信号产生阶段，控制光传感部分310输出的输出开关SLo、复位开 关SR以^^空制采样器330输入的输入开关Ss^皮关断，并且控制采样器330输出的 输出开关Sso被导通，以将校准电压VcAL^口给ADC340。
ADC 340将冲對財交准电压VcAL转换成n比特的数字校准信号Sdcal，并通过输 出控制开关Soc将数字校准信号SocAL输出给编码器350。
编码器350根才射员定算法将n比特的数字信号编码成m比特的数字信号，并将 编码信号SE传输给计数器360。 n比特数字信号和m比特数字信号之间的编码算法
是根据温度、光电流I(Temp,Lux)、暗电流I (Temp)和净光电流I (Lux)的实验数据，以及编 码器350的设计进行优化的。
计数器360接收编码信号SE并产生采样定时信号t。
为了减小由元件之间的差异以及由于长时间引起的劣^it成的采样定时信号的 偏差，利用彼此平行地电连接的光传感器对采样定时信号t进行连续釆样，并且强 信号值的平均值可被设定为采样定时信号t的输出。例如，计数器360可进一步包 括多个用于^^采样定时信号的^f诸器，并且该^f诸器的数目可以与采样定时信号 糾目等。
以下对^f乍时间段中图8的电路的才斜乍进4愤释。在才,时间段中，利用4辦 部分370根据夕卜界亮度将亮度控制信号VDta^/口给背iti且件(未示出)。
如图9所示，第一参考电压^^时间段与校准时间段的参考电压i议时间賴羞 W目同。因此，省略^f可有关上述时间段的进一步描述。
在采样电压产生时间段中，复位开关SR和控制采样器输出的输出开关Sso被关 断开，而控制光传感部分310输出的输出开关Slq和控制采祥器330输入的输入开关 Ss^皮接通，使得控制光传感元件的高电平控制信号Vu和控制暗传感元件的控制信 号V"皮关断。接通用于控制^样器330输^入的输7v开关SSI的时间长度由采样定时 信号t决定。当由光传感部分310产生的净光电流I(^,流向放大器320时，存储在 电容Cs中的采样电压Vs由下面的等式2决定。
、
在亮度控制信号产生时间段，控制采样器330输入的输入开关Sa被关断，而控 制采样器330输出的输出开关Sso被接通。为了P争低功耗，也可以将其他开关关断。 ADC 340将由采样器330输出的才對以^#电压Vs转:^^数字采才ff言号SDS。根据用 于控制数字采样电压输出的输出开关SoC的控制，将数字采样信号SDs;^。给计数器 360。数字采样信号SDS的生成和^o是利用多个光传感器通过时分的办法来实现的。 计数器270存储依次传输来的数字采样信号SDS。在将最终的数字采才科言号Sds^口 到计数器360之后，数字采才引言号SDS的强信号的平均值作为亮度控制信号V^被 操作部分370输出到背光组件(未示出)的控制部分。对光传感器重复使用上述的 时分方法，从而减小由光传感元件之间的差异以及长时间使用导致的劣化引起的误 差。 可通过串行夕卜围接口 (SPI)或^i4串行接口将亮度控制信号V^传输给背光 组件的控制系统，因此，可以省略输出引线。例如，低速串行接口包括内部M电 路总线(I2C)(未示出)。
亮度控制信号V^可根据外界亮度和功耗的变化以预定间隔进行传输。例如，
也可以参考温度的变化改变用于控制亮度的电路。
图8中，^^依赖于温度的净光电流I(Lux,对背光纽件的亮度进行控制。或者， 背光组件的亮度也可用光电流I (Temp,Lux)进行控制。当利用光电流I (Temp,Lux,对背光i且 件的亮度进行控制时，也可以改变 口给光传感部分310和编码器350的控制信号。
当利用不依赖于温度的净光电流I (w对背光i且件的亮度进行控制时，编码器
350和计数器360可以被省略，并且可以省略用于校准采样定时时间段t的时间段。 可以使用恒定的采样定时信号t。
根据本发明的示例性实施例，尽管外界亮度、温度、不同光传感器之间的差异、 元件的劣化等可能改变，仍可以最d、化背光组件亮度的变化。
参照其示例性实施例已对本发明进行了描述，然而，显然地，按照前面的描述， 多种替代改进和变型对于本领域普通技^A员是显而易见的。因此，本发明包括落 4权利要求书的宗旨和保护范围之内的所有这些^f戈改进和变型。
权利要求
1.一种控制背光组件亮度的方法，该方法包括设定参考电压；根据该参考电压和由光电流传感元件和暗电流传感元件产生的净光电流信号，产生采样电压，该净光电流信号的电平是不依赖于温度的变化产生的；根据该采样电压产生亮度控制信号；以及利用该亮度控制信号控制背光组件的亮度。
2. 根据权利要求l的方法，其中亮度控制信号是通过以下步骤产生的 将多个才對以型的采样电压转4械多个数字采才ff言号； ^j诸所述数字采才科言号；以及将数字存储的采才引言号中的强信号的平均值作为亮度控制信号输出。
3. 根据权利要求2的方法，其中亮度控制信号是在设定参考电压、产生采样 电压、将多个模拟型的采样电压转^^多个数字采#^言号以及#^诸多个数字采才ff言 号的步骤被重复多次之后产生的。
4. 一种控制背iti且件亮度的方法，该方法包括 校准采样定时信号；设定参考电压；参照该参考电压，根据由光电流传感元件和/或暗电流传感元件产生的净光电流 和光电流信号之一，产生采样电压；根据该采样电压和该采样定时信号产生亮度控制信号；以及 利用该亮度控制信号控制背ifei且件的亮度。
5. 根据权利要求4的方法，其中亮;l控制信号是通过以下步骤产生的 将多个4對以型的采样电压转^^多个数字采4ff言号； ^^者所述数字采才ff言号；以及将数字存储的采样信号中的强信号的平均值作为亮度控制信号输出。
6. 根据权利要求5的方法，其中亮度控制信号是在设定参考电压、产生采样 电压、将多个才對以型的采样电压转^^多个数字采#^言号以及##多个数字采才ff言 号的步骤被重复多次之后产生的。
7. 根据权利要求4的方法，其中采样定时信号通过以下步骤校准 根据该参考电压和由暗电流传感元件产生的暗电流信号，产生校准电压；将才對以型的校准电压转4线数字校准信号；将该数字校准信号编码以产生编码信号；以及 根据该编码信号产生采样定时信号。
8. —种控制背^y且件亮度的电路，包括光传感部分，包括光电流传感元件和暗电流传感元件，输出不依赖于光电流传 感元件和暗电流传感元件的温度变化的净光电流信号；保持由光传感部分的输出端^口的电压电平的放大器，该放大器接收由光传感 部分输出的净光电流信号并放大所接收的净光电流信号；与该放大器的输出端电连接的采样器，产生采样电压并输出该采样电压；以及搭数转换器，将来自采样器的4對以型的釆样电压樹械数字采才科言号。
9. 根据权利要求8的电路，进一步包括才剁乍部分，其^^诸多个数字采才ff言号 并将所述数字采才科言号的强信号的平均值作为亮度控制信号输出。
10. 根据权利要求9的电路，其中光传感部分进一步包括多个光传感器，所述 多个光传感器包括光电流传感器和暗电流传感器。
11. 一种控制背iti且件亮度的电路，包拾光传感部分，包括光电流传感元件和暗电流传感元件，输出光电流信号、暗电 流信号、或净光电流信号；保持由光传感部分的输出端 。的电压电平的放大器，该放大ll^收光传感部 分的输出并放大该M感部分的输出；与该放大器的输出端电连接的采样器，产生校准电压或采样电压并输出该校准 电压或采样电压；以及才秦数转换器，将来自该采样器的才對以型校准电压和模拟型采样电压分别转4R 凄t字校准信号和lt字采才ff言号。
12. 根据权利要求ll的电路，进一步包括#^乍部分，其^H诸多个数字采才ff言号 并将所述数字采才科言号的强信号的平均值作为亮度控制信号输出。
13. 根据权利要求12的电路，其中该光传感部^ii一步包括多个光传感器， 所述多个光传感器包括光电流传感器和暗电流传感器。
14. 根据权利要求ll的电路，进一步包括编码器，将来自才l数转换器的n比特的数字校准信号编码成m比特的编石M言 号，其中m和n都是自然数；以及计数器，根据来自编码器的编;M言号产生采样定时信号。
15. 根据权利要求14的电路，其中该采样器根据该采样定时信号产生采样电压。
16. 根据权利要求ll的电路，其中该才秦数转换器包括 将来自采样器的才執乂型校准电压转^^数字校准信号；以及 将来自采样器的才對以采样电压转^A数字采才f(言号。
17. —种显示装置，包括可与背光结合操作的显示面板，用于显示图像，并具有挡光区域和在该挡光区 域中形成的开口部分；以及用于控制该背光的亮度的电路，包括光传感部分，包括光电流传感元件和暗电流传感元件，输出不^l负于光电 流传感元件和暗电流传感元件的温度变化的净光电流信号，该光电流传感元件通过 该开口部分暴露出来以接^^卜^^是供的光；保持由光传感部分的输出端对其施加的电压电平的放大器，该放大器接收 光传感部分输出的净光电流信号并放^i斤接收的净光电流信号；与该放大器的输出端电连接的采样器，产生采样电压并输出该采样电压；以及搭数转换器，将来自采样器的才對以采样电压转换成数字采才W言号。
18. —种显示装置，包括可与背光结合操怍的显示面板，用于显示图像，并具有挡光区域和在该挡光区 域中形成的开口部分；以及用于控制该背光的亮度的电路，包拾光传感部分，包括光电流传感元件和暗电流传感元件，输出光电流信号、 暗电流信号或净光电流信号，该光电流传感元件通过该开口部分暴露出来以接40卜 ^C供的光；保持 0给光传感部分的输出端的电压电平的放大器，该放大器接收光传 感部分的输出并放大该光传感部分的输出；与该放大器的输出端电连接的采样器，产生校准电压或采样电压并输出 该校准电压或采样电压；以及ADC,将来自该采样器的才對以型校准电压和才對以型采样电压分别转^^ 数字校准信号和数字采样信号。
全文摘要
一种控制背光亮度的方法，其中，设定参考电压，根据该参考电压产生采样电压，并利用光电流传感元件和暗电流传感元件产生净光电流信号。净光电流信号是不依赖于温度变化而产生的。亮度控制信号是根据采样电压产生的。利用该亮度控制信号对背光组件的亮度进行控制。因此，尽管外界亮度、温度、不同光传感器之间的差异、元件的劣化等可能改变，仍能最小化背光组件亮度的变化。
文档编号G09G3/34GK101174387SQ20071019995
公开日2008年5月7日 申请日期2007年10月22日 优先权日2006年10月20日
发明者李柱亨, 鱼基汉 申请人:三星电子株式会社
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