降低功率的显示器的制作方法
专利名称：降低功率的显示器的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及显示器，例如，诸如IXD平板显示器。本发明涉及以下类型的显示器该显示器具有背光，背光包括诸如发光二极管(LED)的发光器件的阵列；而且本发明涉及适合于应用在这样的显示器中的背光。
背景技术：
诸如液晶显示器(LCD)的某些显示器包括被背光照亮的空间光调制器。来自背光的光与对光进行空间调制的空间光调制器相互作用，从而将图像呈现给观看者。图像例如可为静态图像或视频图像。空间光调制器可包括可控像素的阵列。在某些这样的显示器中，背光包括用于照亮空间光调制器的区域的多个发光器件，例如LED。这样的发光器件或这样的发光器件的群组可以是独立可控的，从而可以经由空间光调制器使背光发射的光的强度以期望的方式变化。本文中，这样的显示器被称为双调制显示器。双调制显示器的一些示例在以下中描述了 2005年5月10日颁布的并且题为 "High Dynamic Range Display Device”的美国专利第 6891672 号，2008 年 7 月 22 日颁布的并且题为 ‘‘High Dynamic Range Display Device” 的美国专利第 7403332 号，以及 2008 年 7 月 31 日公开的并且题为"Rapid Image Rendering on Dual-ModuIation Displays” 的美国专利申请公开第2008/0180466号，其全部通过引用合并于此以用于所有目的。可通过被称为脉冲宽度调制(PWM)的技术，来控制背光上的光发射器的亮度。诸如LED的发光器件可通过接通和断开通过该器件的适当的固定电流，在100%亮度的接通状态与0%亮度的断开状态之间切换。PWM通过在若干百分比的重复时间段将各个光发射器脉冲到其接通状态来工作。如果时间段充分短(例如1毫秒)，则人类视觉系统检测不到光发射器在接通状态与断开状态之间循环。观察者仅感知到平均发射光强度，其与器件处于接通状态的PWM时间段的百分比成比例。该百分比被称为PWM信号的占空比。例如，由具有75%占空比的PWM信号驱动的光发射器在每个PWM时间段的75%被接通，并且呈现给观察者好像稳定地发射具有其最大亮度的75%亮度的光。
发明内容
本发明具有多个方面。一个方面提供显示器。显示器例如可包括计算机显示器、 电视机、视频监视器、家庭影院显示器、体育场显示器、诸如用于医疗图像的显示器的专用显示器、车辆模拟器或虚拟现实系统中的显示器等。本发明的另一方面提供用于显示器的背光。本发明的另一方面包括用于控制显示器的背光的控制器和控制装置。本发明的其它方面提供用于操作显示器的方法和用于驱动显示器背光的方法。除了以上描述的示例性方面和实施例之外，通过参考附图和通过研究下面的详细说明，其它方面和实施例将变得明显。
在附图的参考图中图示了示例性实施例。意图在于，本文中公开的实施例和图被认为是说明性的，而不是限制性的。图IA是现有技术的显示器背光的示意平面图；图IB图示照亮空间光调制器的与图IA的背光相似的背光；图2是图示具有相同相位的四个传统PWM驱动信号所需要的功率的波形图；图3是图示根据本发明的示例实施例的具有不同相位的四个PWM驱动信号所需要的功率的波形图；图4A是图示根据本发明的示例实施例的相对于显示器的PWM循环的帧循环的时长的波形图；图4B是图示根据本公开的示例实施例的与图3的PWM驱动信号相似的PWM驱动信号的波形图，其中，帧中的第一个PWM循环的时长被延长；图5是根据本公开的示例实施例的包括光发射器方块(tile)的背光的示意图；图6是图示根据本公开的示例实施例的方法的流程图；图7是图示根据本公开的可替选实施例的PWM驱动信号的波形图；图8是根据本公开的可替选实施例的背光的示意图；以及图9A至图9C示出可将不同组的光发射器布置在背光的阵列中的示例方式。
具体实施例方式在以下描述中，阐述了具体细节，以向本领域技术人员提供更透彻的理解。然而， 可能未详细示出或描述公知的元件，以避免不必要地使本公开难理解。因此，描述和附图被视为是在说明性的意义上而不是在限制性的意义上。图IA图示用于显示器的背光20。背光20包括多个光发射器22。光发射器22例如可为LED。发射的光可包括诸如白光的宽带光，或者可包括具有不同光谱的光的混合。例如，背光20可包括独立的红光发射器、绿光发射器和蓝光发射器。如上所述，在双调制显示器的情况下，背光20可包括照亮空间光调制器的背部的单独可控光源(例如LED)的阵列。 每个单独可控光源可包括一个或更多个发光器件。图IB示出显示器30。显示器30具有照亮空间光调制器34的背光32。背光32 包括多个光发射器33。空间光调制器34包括像素35的阵列，其中，像素35可被控制成将入射到像素35上的变化量的光传递给观看区域。在图示的显示器中，空间光调制器是透射型的。空间光调制器34例如可包括IXD面板。显示器30包括产生控制信号37的控制器36，该控制信号37控制背光32的光发射器33发射具有在空间光调制器34的区域上空间地变化的强度的光。控制器36还产生控制信号38，该控制信号38控制空间光调制器34的像素35。控制器36在输入39处接收图像数据，以及基于图像数据产生控制信号37和38，以使观看者根据图像数据看见图像。
图2图示用于驱动背光上的四个光发射器或光发射器的群组的四个PWM驱动信号 1「14。PWM信号I1-I4各自具有周期T、和T的75%的接通时间或占空比。所有信号彼此同相。PWM驱动信号I1-I4各自在时刻、以电流I。n—起上升，并且在时刻、一起下降。电流 I。n对应于将光发射器驱动处于其接通状态所需要的电流。为了说明的方便，在图2中将PWM 驱动信号I1-I4图示为相同的；但是，在双调制显示器中，各个信号可以是单独可控的，以具有特定的占空比。因此，不同的光发射器可工作于不同的亮度水平。在图2所示的典型PWM 中，通过改变PWM循环中各个光发射器被断开的时间，来控制亮度水平；即，从各个PWM循环的开始，对占空比进行计时。图2中的波形Pt。tal表示驱动由四个PWM驱动信号I1-I4控制的光发射器所需要的总电功率。总功率pt。tal是各个这样的光发射器在给定的时间所消耗的功率之和，由P = IV给出，其中，I是通过光发射器的驱动电流，而V是此时光发射器上的对应电压降。如图 2中所看到的，Ptotal在时刻、立即跳到最大值Pmax。例如，如果驱动光发射器的各个PWM信号I1-I4在处于接通状态时消耗(I。n) (Von)的功率，则Pmax将等于4 (Ion) (Von)。Ptotal从时刻 to到时刻t3保持在Pmax，然后在各个PWM循环的最后四分之一，由于每个光发射器切换到断开状态，所以Pt。tal下降到零。类似地，四个LED从时刻、至、将消耗4(I。n)的总电流，然后在各个循环的最后四分之一消耗零的总电流。当与多个光发射器一起使用时，PWM的缺点在于，在各个PWM循环的开始期间，在一些时长同时接通全部的光发射器(对于任何非零的亮度设定)。结果是，不管显示器的有效亮度水平，显示器的电源都必需能够至少在短时间传送足够的功率以完全驱动所有的光发射器，以及几乎瞬间地提供该功率。该需求增加了显示器电源的成本和复杂度，尤其是对于具有大量光发射器的背光来说。一些背光可具有数十、数百或数千单独的光发射器。在显示器具有显示非常亮的图像的能力的情况下，例如在某些高动态范围(HDR)显示器中， 该问题尤其严重。这样的显示器可能能够显示具有2000"1/!!!2或更大的局部光强度的图像。 在这样的显示器中，发光元件可为在其接通状态消耗相当大电功率的类型。本发明可应用于这样的显示器以及其它显示器。在一些实施例中，通过将背光的光发射器划分成若干组以及在时间上错开组中的不同组的PWM循环的起始时间，来降低这样的瞬时功率需求。可以以任何方便的方式将光发射器划分成组。图3图示根据示例实施例的PWM驱动信号I1' -I/，其中，已将背光的光发射器划分成四组。由PWM信号1/-1/之一来控制各组光发射器。如图2中所示，各个PWM信号具有75 %的占空比，从而光发射器工作于75 %的有效亮度。但是，与图2相比，图3中的PWM 信号1/-14’彼此90异相。如所看出的，通过错开各组的PWM循环的起始点，四组光发射器所需要的总功率Ptotal’在第一个PWM循环期间的时刻、、、和t2逐步上升到最大值Pmax’。 然后，如所示的，总功率Pt。tal’在后续的PWM循环期间保持恒定于最大值Pmax’。用叠加在图3中的Pt。tal’上的虚线示出图2的波形Ptotal，以更容易地看出功率需求的不同。如所看出的，在Ptotal’中避免了与在各个PWM循环的起始处同时接通全部光发射器相关联的Ptotal的重复功率浪涌。相反，Ptotal ’在第一个PWM循环逐步上升到水平Pmax ’， Pt。tal’保持于该水平P_’直至PWM信号改变成显示后续图像。错开光发射器的起始时间既可防止或减少功率浪涌，又可导致更低的给定驱动信号集的最大功率需求。在图示的实施例中，Pmax’ 比 Pmax 小 ΔΡ_。例如，为了简单起见，假设各个PWM信号1/_14’驱动当处于接通状态时消耗(IJ (Von)的功率的光发射器，Ptotal，在时亥Ij t0、ti和t2以(Ion) (Von)逐步增加到3 (U (Von)的最大值口_ ’。因此，最大功率Pmax ’是当PWM信号如图2中所示同相时所需要的4 (I。n) (Von) 的等同最大功率Pmax的75%。该构思可延伸到提供具有任意数量的光发射器组的实施例，其中，光发射器组在其PWM信号之间具有任何适合的相对相移。例如，在某些实施例中，将光发射器划分成N组， 其中，各组的PWM信号相对于彼此以360/N相移。背光的功率需求会取决于很多因素而变化，包括光发射器的数目、以及施加于各个光发射器的PWM信号的占空比和相偏移。如上所述，光发射器的占空比(由此，亮度水平)可以是独立可控的。在某些实施例中，通过对PWM 信号进行相移而获得的优点可包括这样的优点与如果同相地施加相同的PWM信号相比， 总功率更逐渐地上升，更均勻地分布，以及保持更低的最大值。只要正在显示给定图像，用于该给定图像的PWM信号就可无改变地循环。当显示新图像时，可更新PWM驱动信号以反映新图像的图像数据。在各个新图像的第一个PWM循环期间，可要求总功率从零上升到由更新后的PWM信号确定的最大值。如上所述，可通过将 PWM信号组配置成彼此异相来延长该初始上升时间。在同一图像的后续PWM循环期间，总功率可保持恒定于该最大值(与图3中图示的示例中一样)，或者相对于第一个PWM循环的初始上升而在一定程度上波动。对于视频图像，可在各个视频帧的起始处更新图像数据和对应的PWM驱动信号。 PWM循环可比视频帧周期短很多，使得在单个视频帧内出现多个PWM循环。例如，在某些实施例中，视频帧周期在3至16. 7毫秒的范围内，而PWM周期在0. 1至2毫秒的范围内。在图4A中图示表示帧周期和PWM周期的示例波形。波形50表示具有Tframe周期的示例视频帧循环。波形52表示具有周期T的示例PWM循环。在该非限制性的示例中，波形50的各个帧循环包含波形52的12个PWM循环。根据另一实施例，图像更新后的第一个PWM循环的时长可相对于同一图像的后续 PWM循环周期在时间上被延长。图像可为视频帧或静态图像。由于功率波动或浪涌趋向于在第一个PWM循环期间最大(如图3所示，功率从零上升到最大值)，相应地，使第一个PWM 循环变长允许存在该初始功率上升的更多时间，以及降低对电源的功率浪涌需求。如果只是图像更新后的第一个PWM循环被延长(但是相对于帧周期仍然保持为短)，则不会对光发射器亮度存在可看得见的影响。例如，更新后的第一个PWM循环周期可在时间上延长最多大约2毫秒。根据本发明的示例实施例，除了每个帧循环的第一个PWM循环具有比帧循环内的后续PWM循环的周期T2长的时长Tl之外，图4A的波形M类似于波形52。可以使周期Tl 比周期T2长任意适合的数量。在某些实施例中，周期Tl是周期T2的整数倍。在某些实施例中，T1/T2的比率例如在1. 5至10的范围内。在图示的实施例中，通过非限制性的示例， 周期Tl是周期T2的两倍长(其中，T2等于波形52的周期T)。图4B图示组合图3中图示的相移和图4A中图示的变长的PWM循环的示例实施例。 在图4B中，信号1广-14”的第一个PWM循环的时长是后续的PWM循环的两倍长。图4B中的PWM信号1/’_14”在其它方面与图3中所示的I/ -I4'相同。如所看见的，总功率Pt。tal”在第一个PWM循环的时刻、、t2和t4从零逐步增加到最大值Pmax” (等于图3中的Pmax’ )。 因此，初始功率上升时间相对于图3的实施例为双倍。减小上升速率，如上所述的背光功率变化的幅度和频率反过来可降低给背光供电所需要的电源的复杂度和成本。例如，在如图3和图4所示对PWM信号进行偏移的情况下， 可缓解电源的各种参数，例如浪涌容量、负载调节和瞬时响应。浪涌容量是电源能够以给定的占空比在给定的时间段供应的最大电流的测度。电源的浪涌容量可显著地大于其平均输出功率容量。负载调节是电源响应输出负载的变化而保持恒定输出电压的能力的测度。瞬时响应是输出电压在输出负载改变后稳定到稳定输出电压所花费的时间的测度。通过缓和电源所需要的输出电流的变化，根据本发明实施例的背光允许电源具有更适度的浪涌容量、负载调节和/或瞬时响应。另外，减少传送给背光的浪涌电流可允许使用没有复杂的浪涌保护电路的电源。而且，在如图3和图4中所示对PWM信号进行偏移的情况下，可增加电源的效率和可靠性。当电源被操作成供应相对稳定的电流时，电源趋向于更有效率，以及当电源在满负载与轻负载之间跳跃时，电源趋向于效率更低。类似地，当从电源吸收的电流不在满负载与轻负载之间跳跃时，电源的电部件趋向于压力更小并且使用寿命更长。图5图示根据本发明示例实施例的包括光发射器64的多个方块62的背光60的一部分。光发射器64例如可为LED。在某些实施例中，背光60包括方块62的二维阵列，并且每个方块包括光发射器64的二维布置。在某些实施例中，每个方块62包括印刷电路板 (PCB)，该印刷电路板(PCB)包括LED或其它光发射器的阵列。合并有背光60的显示器还可包括控制器66，该控制器66根据输入图像数据70产生亮度信号68。亮度信号68可为表示一个或更多个光发射器64的期望亮度水平的模拟信号或数字信号。背光60还可包括用于将亮度信号68转换成PWM驱动信号74的一个或更多个PWM控制器72，其可直接控制光发射器64的亮度。在某些实施例中，背光60包括多个 PWM控制器72，各个PWM控制器72控制多个诸如LED的光发射器64。在某些实施例中，每个方块62包括用于控制该方块上的光发射器64的一个或更多个PWM控制器72。例如，方块62包括其内集成有PWM控制器72的PCB，该PWM控制器72用于控制PCB上的光发射器 64。控制器66和PWM控制器72可为分离的物理装置，或者可组合在同一物理装置内。PWM驱动信号74可为包括具有给定时长、占空比和相移的循环的序列的波形。PWM 驱动信号74可用于接通或断开通过光发射器64的固定电流。在某些实施例中，一个方块的PWM驱动信号74相对于另一方块的PWM驱动信号74进行相移(例如图3中所示的)。 在某些实施例中，所显示的图像的第一个PWM循环的时长长于同一图像的后续PWM循环的时长(例如图4B中所图示的)。在图示的实施例中，PWM控制器72输出多个PWM驱动信号74，各个PWM驱动信号 74控制分离的方块62。在某些实施例中，方块62上的所有光发射器64由针对该方块产生的公共PWM驱动信号74来控制。在其它实施例中，用于各个光控制器64的PWM驱动信号 74的占空比是由一个或更多个PWM控制器72独立可控的。在某些实施例中，控制器芯片或电路单独控制多个光发射器。在某些实施例中， PWM控制器芯片或电路被配置成使得针对光发射器产生的PWM信号的起始时间相对于彼此而错开。在使用这样的PWM控制器芯片或电路构建的背光中，自动地错开不同光发射器组接通的时间。背光60还包括用于给背光上的光发射器64供应电力的电源76。电源76可被配置成满足为产生光发射器64的期望范围的亮度所需要的特定功率要求。这样的功率要求例如可包括负载调节、瞬时响应和/或浪涌容量。如果如图3和图4所示地错开PWM信号组的起始时间，则不在同一时间将光发射器64都接通至100%亮度，并且可如上所述地降低这样的功率要求。特别地，在某些实施例中，电源76具有的浪涌容量小于若在同一时间接通所有光发射器64所需要的浪涌容量。电源76的浪涌容量的百分比减少可与具有相同相移的PWM信号所驱动的光发射器数量的百分比减少成比例。在某些实施例中，电源76具有的最大浪涌容量小于若在同一时间接通所有光发射器64所需要的浪涌容量的一半。类似地，在某些实施例中，电源76能够具有的最大输出浪涌电流(涌出电流)小于若在同一时间接通所有光发射器64由光发射器64所需要的总涌入电流。例如，如果背光 60包括N个光发射器，并且每个光发射器在接通时要求Irash的涌入电流，则电源76在能够供应所需要的平均电流的同时可具有小于N(Irash)的最大涌出电流。在某些实施例中，电源 76具有小于0.75 (N) (Irash)的最大涌出电流。在某些实施例中，电源76具有小于0.75(N) (Irush)的最大涌出电流。电源76可被配置成具有这样的容量该容量供应足以维持背光60的期望平均亮度的连续输出电流。在某些实施例中，电源76能够在整个背光60上产生最大平均光强度， 其小于可在背光60的一部分上产生的局部光强度。例如，电源76能够在背光60的一部分上产生2000cd/m2或更多的局部光强度，而在整个背光60上仅能产生400cd/m2的最大平均光强度。图6图示根据本公开示例实施例的产生驱动背光上的光发射器组的PWM信号以显示图像的方法100。例如可以以用于背光的一个或更多个控制器来实现方法100。方法100的方框102涉及基于表示要显示的图像的图像数据来确定用于显示器的背光上的所有光发射器的亮度值。在该方法中，光发射器被划分成多组。可针对各个分离的光发射器或各个分离的组来独立地确定亮度值，使得由背光发射的并且入射到空间光调制器上的光的强度可在空间光调制器上以期望的方式变化。亮度值例如可由电模拟信号或数字信号来表示。在方法100的方框104，基于方框102处确定的亮度值为各组的光发射器确定PWM 占空比。占空比例如可被表示为光发射器应该在接通状态以生成期望亮度水平的各个PWM 周期的百分比或比率。在方法100的方框106，具有方框104处确定的占空比和针对各个组而预定的相移的PWM驱动信号被产生并被施加到每个光发射器。针对各个组施加的相移彼此不同，从而错开不同组的PWM循环的起始时间(如图3所示)。例如，可以以360/N的增量来施加各个组的相移，其中，N为组的数目。在方框108，设定各个PWM循环的时长，使得图像的第一个PWM循环长于给定图像的后续PWM循环的时长(如图4B所示)。例如，可以使第一个PWM循环为后续PWM循环的两倍长。延长第一个循环的一个益处是延长光发射器消耗功率和电流所需要的上升时间。PWM循环不必总是包括连续的接通时间部分继之以连续的断开时间部分。对于给定的占空比，接通时间和断开时间的模式可变化，只要保持循环内的接通时间和断开时间的总比率即可。例如，可使循环内的接通时间和断开时间的顺序反向，使得光发射器在循环的某个第一部分保持断开，然后在循环的剩余部分接通。在这种情况下，具有不同亮度水平的光发射器可在同一PWM循环内的不同时间处接通(以及在循环的结束处同时断开)。图7 图示四个波形80A-80D，其表示分别具有25%、50%、75%和100%的占空比和周期T的PWM 信号，其中，各个周期的接通时间跟随断开时间。如图7中所示，结果的总功率波形82在各个循环期间逐步增加到最大值84，而不是在各个循环的起始立即上升到最大值。作为另一示例，也可将接通时间在PWM循环内居中，使得不同的功率水平在不同的时间上升和下降。接通时间和断开时间可以以任何其它选择的方式散布在PWM循环内， 只要循环内的接通时间与断开时间的总比例保持相同即可。在为显示器的光发射器定义离散数目的亮度水平的情况下(例如，2n个亮度水平，其中η是定义亮度的比特的数目)，各个循环可被分割成该数目的段(例如2η个段)，在段期间，光发射器可被设定成接通或断开。 各个亮度水平可对应于PWM循环内的接通/断开段的特定模式。不同的光发射器组可采用每个亮度水平的不同接通/断开模式集，使得即使被设定成相同的亮度水平，组之间的接通时间也被错开。因此，总功率需求可在PWM循环上分布得更均勻。接通时间和断开时间在PWM循环内的分布的变化可与如上所述的PWM信号组的相移的变化相组合。例如，可通过测量从各个PWM循环的结束起的占空比，来错开具有共同相移的组之内的各个光发射器的起始时间。如果使各个新图像的第一个循环的时长长于缺省的PWM周期，则还可相应地延长所需要的初始上升时间。图8图示根据另一实施例的背光120。在该实施例中，多个PWM控制器 122A-122D (集合地为PWM控制器122)各自由分离的时钟信号124A-1MD (集合地为时钟信号124)来控制。PWM控制器122各自为一个或更多个光发射器126的组125产生PWM驱动信号123。时钟信号IM具有共同的周期T但是彼此相移，从而错开由PWM控制器122产生的PWM循环的起始时间。可通过将共同的源时钟相移不同的量来生成时钟信号124。例如， 在图示四个PWM控制器的所示出的示例中，时钟信号124Α可相移0，时钟信号124Β可相移 90，时钟信号124C可相移180，而时钟信号124D可相移270。在另一示例实施例中，一个或更多个PWM控制器的时钟信号可相对于一个或更多个其它PWM控制器的时钟信号而反相。在某些实施例中，各个时钟信号IM可在用于所显示的图像的第一个PWM循环的第一时钟信号与用于同一图像的后续PWM循环的第二时钟信号之间切换。第一时钟信号可具有比相应的第二时钟信号更长的周期(例如，与T相比，2Τ的周期)，但是具有相同的相移。因此，第一时钟信号可用来相对于各个显示图像的后续PWM循环的时长，延长同一图像的第一个PWM循环的时长。在可替选的实施例中，可改变时钟信号的频率，使得第一个PWM 循环的周期长于后续PWM循环的周期。在某些实施例中，多个PWM控制器的驱动信号在周期T内时间复用，从而在周期T 内不同的非交叠时间区间驱动不同的光发射器组。以这种方式，由不同PWM控制器驱动的光发射器的接通时间永远不交叠，因此减少背光的功率需求。图9Α至图9C图示可以使不同的光发射器组对应于背光上的不同区域的一些方式。例如，在图9Α中，背光130包括光发射器的二维阵列。对应于水平条带132Α至132D (集合地为条带13 的光发射器被各自控制为组，从而相对于其它条带132中的光发射器131 的PWM起始时间，错开各个条带132中的光发射器131的PWM起始时间。各个条带132可包括一行或更多行光发射器131。图9B示出背光133的另一实施例，其中，方框134A至134D(集合地为方框134) 内的光发射器各自被控制为组。此外，对于各个组，PWM起始时间可不同。图9C示出其中散布具有不同PWM起始时间的光发射器组的背光136的另一实施例。在这种情况下，光发射器131A被控制成在相对于其它组(如131B、131C和131D所示的)的PWM起始时间而错开的时间，使光发射器131A的PWM循环同时开始。本发明的某些实现包括执行软件指令的计算机处理器，其中，这些指令使处理器执行本发明的方法。例如，显示器的控制系统中的一个或更多个处理器可通过执行处理器可访问的程序存储器中的软件指令，来实现图6的方法或本文中所描述的其它方法。还可以以程序产品的方式来提供本发明。程序产品可包括承载包括指令的计算机可读信号集的任何介质，其中指令当被数据处理器执行时使数据处理器执行本发明的方法。根据本发明的程序产品可以是各种形式中的任一种。程序产品例如可包括物理介质，例如包括软盘、 硬盘驱动器的磁数据存储介质、包括⑶ROM、DVD的光学数据存储介质、包括ROM、EPR0M、 EEPR0M、闪速RAM的电数据存储介质等。程序产品上的计算机可读信号可选地可被压缩或加密。在以上提及部件(例如，控制器、处理器、组件、装置等)的情况下，除非另外指明， 对该部件的提及应该被解释为包括该部件的等同物和执行所描述的部件的功能的任何部件(即，功能上等同)，包括结构上不等同于所公开的结构、执行所示出的本发明示例性实施例中的功能的部件。尽管以上已经讨论了很多示例性方面和实施例，但是本领域技术人员会认识到其特定的修改、置换、附加和子组合。所以，意图在于，在下面所附的权利要求和此后引入的权利要求的真实精神和范围之内，所附的权利要求和此后引入的权利要求被解释为包括所有这样的修改、置换、附加和子组合。
权利要求
1.一种用于显示器的背光，所述背光包括多个光发射器组，每组包括至少一个光发射器；电源，所述电源被配置成将电力供应给所述光发射器组；以及一个或更多个控制器，所述控制器被配置成通过将脉冲宽度调制(PWM)驱动信号施加到每个光发射器，来控制所述组内的所述光发射器的亮度水平，所述PWM驱动信号具有周期T、与所述亮度水平成比例的占空比、和在所述组之间变化的相移；其中，所述亮度水平取决于所接收到的表示要显示的图像的图像数据，以及其中，至少两个光发射器的所述亮度水平是独立可控的。
2.根据权利要求1所述的背光，其中，所述图像的所述PWM驱动信号的第一个PWM循环期的时长可控制成不同于所述图像的后续PWM循环的所述周期T。
3.根据权利要求2所述的背光，其中，所述图像的所述第一个PWM循环的所述时长可控制成2T。
4.根据权利要求1所述的背光，其中，与每组关联的所述相移可配置成相差360/N的增量，其中N是光发射器组的数目。
5.根据权利要求1所述的背光，其中，每组包括方块，所述方块包括光发射器阵列。
6.根据权利要求4所述的背光，其中，每个方块包括印刷电路板。
7.一种用于控制背光的光发射器的方法，所述方法包括基于表示要显示的图像的图像数据，来确定所述光发射器的组的亮度值；基于所述亮度值，来确定所述光发射器的组的PWM占空比；向所述光发射器施加PWM驱动信号，所述PWM驱动信号具有所确定的占空比并且具有针对每组而不同的相移；其中，所述图像的所述PWM驱动信号的第一个PWM循环的时长长于所述图像的后续PWM 循环的时长。
8.根据权利要求8所述的方法，其中，所施加的PWM驱动信号的每个PWM循环包括第一时间百分比，其中，所述第一时间百分比对应于在断开状态的剩余时间百分比之前的接通状态的占空比。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所施加的PWM驱动信号的每个PWM循环包括在剩余时间百分比之前的断开状态的第一时间百分比，其中，所述剩余时间百分比对应于接通状态的所述占空比。
10.一种背光，包括多个光发射器和电源，所述电源具有小于所述背光的全部所述光发射器的组合电流消耗的最大功率浪涌容量。
11.一种显示器，包括N个光发射器，所述光发射器中的每个当被驱动时消耗涌入电流A ；以及电源，其被连接成将电力供应给所述N个光发射器，所述电源具有最大涌出电流 M，其中 M < (N) (A)。
12.根据权利要求11所述的显示器，其中，M< 0. 75 (N) (A)。
13.根据权利要求11所述的显示器，其中，M< 0.5 (N) (A)。
14.一种显示器，包括空间光调制器；背光，其包括用于照亮所述空间光调制器的多个光发射器组，每组包括至少一个光发射器；电源，所述电源被配置成将电力供应给所述光发射器组；一个或更多个控制器，所述控制器被配置成通过将脉冲宽度调制(PWM)驱动信号施加到每个光发射器，来控制所述组内的所述光发射器的亮度水平，所述PWM驱动信号具有周期T、与所述亮度水平成比例的占空比，其中，所述一个或更多个控制器被配置成将不同的相移应用于所述组中的每组的所述光发射器的所述PWM驱动信号；其中，所述亮度水平取决于所接收到的表示要显示的图像的图像数据，以及其中，至少两个光发射器的所述亮度水平是独立可控的。
15.一种包括多个PWM驱动电路的照明设备，每个PWM驱动电路被配置成产生驱动一个或更多个光发射器的PWM信号，其中，每个PWM驱动电路的所述PWM信号被配置成具有不同的相移。
16.根据权利要求15所述的照明设备，其中，每个PWM驱动电路的所述相移由连接到所述PWM驱动电路的时钟信号来控制。
17.一种包括多个PWM驱动电路的照明设备，每个PWM驱动电路被配置成产生驱动一个或更多个光发射器的PWM信号，其中，每个PWM驱动电路的所述PWM信号被配置成时间复用的。
全文摘要
用于显示器的背光包括多个独立可控的光发射器组。通过由脉冲宽度调制(PWM)驱动电路产生的PWM信号，光发射器组的亮度水平是可控的。不同光发射器组的PWM信号的相位被配置成位移不同的量，从而错开不同组的光发射器的起始时间。这样的PWM信号的相移可导致这样的总功耗与如果不对相同的PWM信号进行相移相比，总功耗更逐渐地上升，在时间上更均匀地分布，以及保持在更低的最大值。还可使图像的PWM信号的第一个PWM循环的时长比图像的后续PWM循环长，从而延长初始的功率上升时间。
文档编号G09G3/20GK102473382SQ201080031299
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月21日 优先权日2009年7月23日
发明者史蒂夫·马尔热尔姆, 尼尔·W·梅斯梅尔 申请人:杜比实验室特许公司
技术领域：
本发明总体上涉及显示器，例如，诸如IXD平板显示器。本发明涉及以下类型的显示器该显示器具有背光，背光包括诸如发光二极管(LED)的发光器件的阵列；而且本发明涉及适合于应用在这样的显示器中的背光。
背景技术：
诸如液晶显示器(LCD)的某些显示器包括被背光照亮的空间光调制器。来自背光的光与对光进行空间调制的空间光调制器相互作用，从而将图像呈现给观看者。图像例如可为静态图像或视频图像。空间光调制器可包括可控像素的阵列。在某些这样的显示器中，背光包括用于照亮空间光调制器的区域的多个发光器件，例如LED。这样的发光器件或这样的发光器件的群组可以是独立可控的，从而可以经由空间光调制器使背光发射的光的强度以期望的方式变化。本文中，这样的显示器被称为双调制显示器。双调制显示器的一些示例在以下中描述了 2005年5月10日颁布的并且题为 "High Dynamic Range Display Device”的美国专利第 6891672 号，2008 年 7 月 22 日颁布的并且题为 ‘‘High Dynamic Range Display Device” 的美国专利第 7403332 号，以及 2008 年 7 月 31 日公开的并且题为"Rapid Image Rendering on Dual-ModuIation Displays” 的美国专利申请公开第2008/0180466号，其全部通过引用合并于此以用于所有目的。可通过被称为脉冲宽度调制(PWM)的技术，来控制背光上的光发射器的亮度。诸如LED的发光器件可通过接通和断开通过该器件的适当的固定电流，在100%亮度的接通状态与0%亮度的断开状态之间切换。PWM通过在若干百分比的重复时间段将各个光发射器脉冲到其接通状态来工作。如果时间段充分短(例如1毫秒)，则人类视觉系统检测不到光发射器在接通状态与断开状态之间循环。观察者仅感知到平均发射光强度，其与器件处于接通状态的PWM时间段的百分比成比例。该百分比被称为PWM信号的占空比。例如，由具有75%占空比的PWM信号驱动的光发射器在每个PWM时间段的75%被接通，并且呈现给观察者好像稳定地发射具有其最大亮度的75%亮度的光。
发明内容
本发明具有多个方面。一个方面提供显示器。显示器例如可包括计算机显示器、 电视机、视频监视器、家庭影院显示器、体育场显示器、诸如用于医疗图像的显示器的专用显示器、车辆模拟器或虚拟现实系统中的显示器等。本发明的另一方面提供用于显示器的背光。本发明的另一方面包括用于控制显示器的背光的控制器和控制装置。本发明的其它方面提供用于操作显示器的方法和用于驱动显示器背光的方法。除了以上描述的示例性方面和实施例之外，通过参考附图和通过研究下面的详细说明，其它方面和实施例将变得明显。
在附图的参考图中图示了示例性实施例。意图在于，本文中公开的实施例和图被认为是说明性的，而不是限制性的。图IA是现有技术的显示器背光的示意平面图；图IB图示照亮空间光调制器的与图IA的背光相似的背光；图2是图示具有相同相位的四个传统PWM驱动信号所需要的功率的波形图；图3是图示根据本发明的示例实施例的具有不同相位的四个PWM驱动信号所需要的功率的波形图；图4A是图示根据本发明的示例实施例的相对于显示器的PWM循环的帧循环的时长的波形图；图4B是图示根据本公开的示例实施例的与图3的PWM驱动信号相似的PWM驱动信号的波形图，其中，帧中的第一个PWM循环的时长被延长；图5是根据本公开的示例实施例的包括光发射器方块(tile)的背光的示意图；图6是图示根据本公开的示例实施例的方法的流程图；图7是图示根据本公开的可替选实施例的PWM驱动信号的波形图；图8是根据本公开的可替选实施例的背光的示意图；以及图9A至图9C示出可将不同组的光发射器布置在背光的阵列中的示例方式。
具体实施例方式在以下描述中，阐述了具体细节，以向本领域技术人员提供更透彻的理解。然而， 可能未详细示出或描述公知的元件，以避免不必要地使本公开难理解。因此，描述和附图被视为是在说明性的意义上而不是在限制性的意义上。图IA图示用于显示器的背光20。背光20包括多个光发射器22。光发射器22例如可为LED。发射的光可包括诸如白光的宽带光，或者可包括具有不同光谱的光的混合。例如，背光20可包括独立的红光发射器、绿光发射器和蓝光发射器。如上所述，在双调制显示器的情况下，背光20可包括照亮空间光调制器的背部的单独可控光源(例如LED)的阵列。 每个单独可控光源可包括一个或更多个发光器件。图IB示出显示器30。显示器30具有照亮空间光调制器34的背光32。背光32 包括多个光发射器33。空间光调制器34包括像素35的阵列，其中，像素35可被控制成将入射到像素35上的变化量的光传递给观看区域。在图示的显示器中，空间光调制器是透射型的。空间光调制器34例如可包括IXD面板。显示器30包括产生控制信号37的控制器36，该控制信号37控制背光32的光发射器33发射具有在空间光调制器34的区域上空间地变化的强度的光。控制器36还产生控制信号38，该控制信号38控制空间光调制器34的像素35。控制器36在输入39处接收图像数据，以及基于图像数据产生控制信号37和38，以使观看者根据图像数据看见图像。
图2图示用于驱动背光上的四个光发射器或光发射器的群组的四个PWM驱动信号 1「14。PWM信号I1-I4各自具有周期T、和T的75%的接通时间或占空比。所有信号彼此同相。PWM驱动信号I1-I4各自在时刻、以电流I。n—起上升，并且在时刻、一起下降。电流 I。n对应于将光发射器驱动处于其接通状态所需要的电流。为了说明的方便，在图2中将PWM 驱动信号I1-I4图示为相同的；但是，在双调制显示器中，各个信号可以是单独可控的，以具有特定的占空比。因此，不同的光发射器可工作于不同的亮度水平。在图2所示的典型PWM 中，通过改变PWM循环中各个光发射器被断开的时间，来控制亮度水平；即，从各个PWM循环的开始，对占空比进行计时。图2中的波形Pt。tal表示驱动由四个PWM驱动信号I1-I4控制的光发射器所需要的总电功率。总功率pt。tal是各个这样的光发射器在给定的时间所消耗的功率之和，由P = IV给出，其中，I是通过光发射器的驱动电流，而V是此时光发射器上的对应电压降。如图 2中所看到的，Ptotal在时刻、立即跳到最大值Pmax。例如，如果驱动光发射器的各个PWM信号I1-I4在处于接通状态时消耗(I。n) (Von)的功率，则Pmax将等于4 (Ion) (Von)。Ptotal从时刻 to到时刻t3保持在Pmax，然后在各个PWM循环的最后四分之一，由于每个光发射器切换到断开状态，所以Pt。tal下降到零。类似地，四个LED从时刻、至、将消耗4(I。n)的总电流，然后在各个循环的最后四分之一消耗零的总电流。当与多个光发射器一起使用时，PWM的缺点在于，在各个PWM循环的开始期间，在一些时长同时接通全部的光发射器(对于任何非零的亮度设定)。结果是，不管显示器的有效亮度水平，显示器的电源都必需能够至少在短时间传送足够的功率以完全驱动所有的光发射器，以及几乎瞬间地提供该功率。该需求增加了显示器电源的成本和复杂度，尤其是对于具有大量光发射器的背光来说。一些背光可具有数十、数百或数千单独的光发射器。在显示器具有显示非常亮的图像的能力的情况下，例如在某些高动态范围(HDR)显示器中， 该问题尤其严重。这样的显示器可能能够显示具有2000"1/!!!2或更大的局部光强度的图像。 在这样的显示器中，发光元件可为在其接通状态消耗相当大电功率的类型。本发明可应用于这样的显示器以及其它显示器。在一些实施例中，通过将背光的光发射器划分成若干组以及在时间上错开组中的不同组的PWM循环的起始时间，来降低这样的瞬时功率需求。可以以任何方便的方式将光发射器划分成组。图3图示根据示例实施例的PWM驱动信号I1' -I/，其中，已将背光的光发射器划分成四组。由PWM信号1/-1/之一来控制各组光发射器。如图2中所示，各个PWM信号具有75 %的占空比，从而光发射器工作于75 %的有效亮度。但是，与图2相比，图3中的PWM 信号1/-14’彼此90异相。如所看出的，通过错开各组的PWM循环的起始点，四组光发射器所需要的总功率Ptotal’在第一个PWM循环期间的时刻、、、和t2逐步上升到最大值Pmax’。 然后，如所示的，总功率Pt。tal’在后续的PWM循环期间保持恒定于最大值Pmax’。用叠加在图3中的Pt。tal’上的虚线示出图2的波形Ptotal，以更容易地看出功率需求的不同。如所看出的，在Ptotal’中避免了与在各个PWM循环的起始处同时接通全部光发射器相关联的Ptotal的重复功率浪涌。相反，Ptotal ’在第一个PWM循环逐步上升到水平Pmax ’， Pt。tal’保持于该水平P_’直至PWM信号改变成显示后续图像。错开光发射器的起始时间既可防止或减少功率浪涌，又可导致更低的给定驱动信号集的最大功率需求。在图示的实施例中，Pmax’ 比 Pmax 小 ΔΡ_。例如，为了简单起见，假设各个PWM信号1/_14’驱动当处于接通状态时消耗(IJ (Von)的功率的光发射器，Ptotal，在时亥Ij t0、ti和t2以(Ion) (Von)逐步增加到3 (U (Von)的最大值口_ ’。因此，最大功率Pmax ’是当PWM信号如图2中所示同相时所需要的4 (I。n) (Von) 的等同最大功率Pmax的75%。该构思可延伸到提供具有任意数量的光发射器组的实施例，其中，光发射器组在其PWM信号之间具有任何适合的相对相移。例如，在某些实施例中，将光发射器划分成N组， 其中，各组的PWM信号相对于彼此以360/N相移。背光的功率需求会取决于很多因素而变化，包括光发射器的数目、以及施加于各个光发射器的PWM信号的占空比和相偏移。如上所述，光发射器的占空比(由此，亮度水平)可以是独立可控的。在某些实施例中，通过对PWM 信号进行相移而获得的优点可包括这样的优点与如果同相地施加相同的PWM信号相比， 总功率更逐渐地上升，更均勻地分布，以及保持更低的最大值。只要正在显示给定图像，用于该给定图像的PWM信号就可无改变地循环。当显示新图像时，可更新PWM驱动信号以反映新图像的图像数据。在各个新图像的第一个PWM循环期间，可要求总功率从零上升到由更新后的PWM信号确定的最大值。如上所述，可通过将 PWM信号组配置成彼此异相来延长该初始上升时间。在同一图像的后续PWM循环期间，总功率可保持恒定于该最大值(与图3中图示的示例中一样)，或者相对于第一个PWM循环的初始上升而在一定程度上波动。对于视频图像，可在各个视频帧的起始处更新图像数据和对应的PWM驱动信号。 PWM循环可比视频帧周期短很多，使得在单个视频帧内出现多个PWM循环。例如，在某些实施例中，视频帧周期在3至16. 7毫秒的范围内，而PWM周期在0. 1至2毫秒的范围内。在图4A中图示表示帧周期和PWM周期的示例波形。波形50表示具有Tframe周期的示例视频帧循环。波形52表示具有周期T的示例PWM循环。在该非限制性的示例中，波形50的各个帧循环包含波形52的12个PWM循环。根据另一实施例，图像更新后的第一个PWM循环的时长可相对于同一图像的后续 PWM循环周期在时间上被延长。图像可为视频帧或静态图像。由于功率波动或浪涌趋向于在第一个PWM循环期间最大(如图3所示，功率从零上升到最大值)，相应地，使第一个PWM 循环变长允许存在该初始功率上升的更多时间，以及降低对电源的功率浪涌需求。如果只是图像更新后的第一个PWM循环被延长(但是相对于帧周期仍然保持为短)，则不会对光发射器亮度存在可看得见的影响。例如，更新后的第一个PWM循环周期可在时间上延长最多大约2毫秒。根据本发明的示例实施例，除了每个帧循环的第一个PWM循环具有比帧循环内的后续PWM循环的周期T2长的时长Tl之外，图4A的波形M类似于波形52。可以使周期Tl 比周期T2长任意适合的数量。在某些实施例中，周期Tl是周期T2的整数倍。在某些实施例中，T1/T2的比率例如在1. 5至10的范围内。在图示的实施例中，通过非限制性的示例， 周期Tl是周期T2的两倍长(其中，T2等于波形52的周期T)。图4B图示组合图3中图示的相移和图4A中图示的变长的PWM循环的示例实施例。 在图4B中，信号1广-14”的第一个PWM循环的时长是后续的PWM循环的两倍长。图4B中的PWM信号1/’_14”在其它方面与图3中所示的I/ -I4'相同。如所看见的，总功率Pt。tal”在第一个PWM循环的时刻、、t2和t4从零逐步增加到最大值Pmax” (等于图3中的Pmax’ )。 因此，初始功率上升时间相对于图3的实施例为双倍。减小上升速率，如上所述的背光功率变化的幅度和频率反过来可降低给背光供电所需要的电源的复杂度和成本。例如，在如图3和图4所示对PWM信号进行偏移的情况下， 可缓解电源的各种参数，例如浪涌容量、负载调节和瞬时响应。浪涌容量是电源能够以给定的占空比在给定的时间段供应的最大电流的测度。电源的浪涌容量可显著地大于其平均输出功率容量。负载调节是电源响应输出负载的变化而保持恒定输出电压的能力的测度。瞬时响应是输出电压在输出负载改变后稳定到稳定输出电压所花费的时间的测度。通过缓和电源所需要的输出电流的变化，根据本发明实施例的背光允许电源具有更适度的浪涌容量、负载调节和/或瞬时响应。另外，减少传送给背光的浪涌电流可允许使用没有复杂的浪涌保护电路的电源。而且，在如图3和图4中所示对PWM信号进行偏移的情况下，可增加电源的效率和可靠性。当电源被操作成供应相对稳定的电流时，电源趋向于更有效率，以及当电源在满负载与轻负载之间跳跃时，电源趋向于效率更低。类似地，当从电源吸收的电流不在满负载与轻负载之间跳跃时，电源的电部件趋向于压力更小并且使用寿命更长。图5图示根据本发明示例实施例的包括光发射器64的多个方块62的背光60的一部分。光发射器64例如可为LED。在某些实施例中，背光60包括方块62的二维阵列，并且每个方块包括光发射器64的二维布置。在某些实施例中，每个方块62包括印刷电路板 (PCB)，该印刷电路板(PCB)包括LED或其它光发射器的阵列。合并有背光60的显示器还可包括控制器66，该控制器66根据输入图像数据70产生亮度信号68。亮度信号68可为表示一个或更多个光发射器64的期望亮度水平的模拟信号或数字信号。背光60还可包括用于将亮度信号68转换成PWM驱动信号74的一个或更多个PWM控制器72，其可直接控制光发射器64的亮度。在某些实施例中，背光60包括多个 PWM控制器72，各个PWM控制器72控制多个诸如LED的光发射器64。在某些实施例中，每个方块62包括用于控制该方块上的光发射器64的一个或更多个PWM控制器72。例如，方块62包括其内集成有PWM控制器72的PCB，该PWM控制器72用于控制PCB上的光发射器 64。控制器66和PWM控制器72可为分离的物理装置，或者可组合在同一物理装置内。PWM驱动信号74可为包括具有给定时长、占空比和相移的循环的序列的波形。PWM 驱动信号74可用于接通或断开通过光发射器64的固定电流。在某些实施例中，一个方块的PWM驱动信号74相对于另一方块的PWM驱动信号74进行相移(例如图3中所示的)。 在某些实施例中，所显示的图像的第一个PWM循环的时长长于同一图像的后续PWM循环的时长(例如图4B中所图示的)。在图示的实施例中，PWM控制器72输出多个PWM驱动信号74，各个PWM驱动信号 74控制分离的方块62。在某些实施例中，方块62上的所有光发射器64由针对该方块产生的公共PWM驱动信号74来控制。在其它实施例中，用于各个光控制器64的PWM驱动信号 74的占空比是由一个或更多个PWM控制器72独立可控的。在某些实施例中，控制器芯片或电路单独控制多个光发射器。在某些实施例中， PWM控制器芯片或电路被配置成使得针对光发射器产生的PWM信号的起始时间相对于彼此而错开。在使用这样的PWM控制器芯片或电路构建的背光中，自动地错开不同光发射器组接通的时间。背光60还包括用于给背光上的光发射器64供应电力的电源76。电源76可被配置成满足为产生光发射器64的期望范围的亮度所需要的特定功率要求。这样的功率要求例如可包括负载调节、瞬时响应和/或浪涌容量。如果如图3和图4所示地错开PWM信号组的起始时间，则不在同一时间将光发射器64都接通至100%亮度，并且可如上所述地降低这样的功率要求。特别地，在某些实施例中，电源76具有的浪涌容量小于若在同一时间接通所有光发射器64所需要的浪涌容量。电源76的浪涌容量的百分比减少可与具有相同相移的PWM信号所驱动的光发射器数量的百分比减少成比例。在某些实施例中，电源76具有的最大浪涌容量小于若在同一时间接通所有光发射器64所需要的浪涌容量的一半。类似地，在某些实施例中，电源76能够具有的最大输出浪涌电流(涌出电流)小于若在同一时间接通所有光发射器64由光发射器64所需要的总涌入电流。例如，如果背光 60包括N个光发射器，并且每个光发射器在接通时要求Irash的涌入电流，则电源76在能够供应所需要的平均电流的同时可具有小于N(Irash)的最大涌出电流。在某些实施例中，电源 76具有小于0.75 (N) (Irash)的最大涌出电流。在某些实施例中，电源76具有小于0.75(N) (Irush)的最大涌出电流。电源76可被配置成具有这样的容量该容量供应足以维持背光60的期望平均亮度的连续输出电流。在某些实施例中，电源76能够在整个背光60上产生最大平均光强度， 其小于可在背光60的一部分上产生的局部光强度。例如，电源76能够在背光60的一部分上产生2000cd/m2或更多的局部光强度，而在整个背光60上仅能产生400cd/m2的最大平均光强度。图6图示根据本公开示例实施例的产生驱动背光上的光发射器组的PWM信号以显示图像的方法100。例如可以以用于背光的一个或更多个控制器来实现方法100。方法100的方框102涉及基于表示要显示的图像的图像数据来确定用于显示器的背光上的所有光发射器的亮度值。在该方法中，光发射器被划分成多组。可针对各个分离的光发射器或各个分离的组来独立地确定亮度值，使得由背光发射的并且入射到空间光调制器上的光的强度可在空间光调制器上以期望的方式变化。亮度值例如可由电模拟信号或数字信号来表示。在方法100的方框104，基于方框102处确定的亮度值为各组的光发射器确定PWM 占空比。占空比例如可被表示为光发射器应该在接通状态以生成期望亮度水平的各个PWM 周期的百分比或比率。在方法100的方框106，具有方框104处确定的占空比和针对各个组而预定的相移的PWM驱动信号被产生并被施加到每个光发射器。针对各个组施加的相移彼此不同，从而错开不同组的PWM循环的起始时间(如图3所示)。例如，可以以360/N的增量来施加各个组的相移，其中，N为组的数目。在方框108，设定各个PWM循环的时长，使得图像的第一个PWM循环长于给定图像的后续PWM循环的时长(如图4B所示)。例如，可以使第一个PWM循环为后续PWM循环的两倍长。延长第一个循环的一个益处是延长光发射器消耗功率和电流所需要的上升时间。PWM循环不必总是包括连续的接通时间部分继之以连续的断开时间部分。对于给定的占空比，接通时间和断开时间的模式可变化，只要保持循环内的接通时间和断开时间的总比率即可。例如，可使循环内的接通时间和断开时间的顺序反向，使得光发射器在循环的某个第一部分保持断开，然后在循环的剩余部分接通。在这种情况下，具有不同亮度水平的光发射器可在同一PWM循环内的不同时间处接通(以及在循环的结束处同时断开)。图7 图示四个波形80A-80D，其表示分别具有25%、50%、75%和100%的占空比和周期T的PWM 信号，其中，各个周期的接通时间跟随断开时间。如图7中所示，结果的总功率波形82在各个循环期间逐步增加到最大值84，而不是在各个循环的起始立即上升到最大值。作为另一示例，也可将接通时间在PWM循环内居中，使得不同的功率水平在不同的时间上升和下降。接通时间和断开时间可以以任何其它选择的方式散布在PWM循环内， 只要循环内的接通时间与断开时间的总比例保持相同即可。在为显示器的光发射器定义离散数目的亮度水平的情况下(例如，2n个亮度水平，其中η是定义亮度的比特的数目)，各个循环可被分割成该数目的段(例如2η个段)，在段期间，光发射器可被设定成接通或断开。 各个亮度水平可对应于PWM循环内的接通/断开段的特定模式。不同的光发射器组可采用每个亮度水平的不同接通/断开模式集，使得即使被设定成相同的亮度水平，组之间的接通时间也被错开。因此，总功率需求可在PWM循环上分布得更均勻。接通时间和断开时间在PWM循环内的分布的变化可与如上所述的PWM信号组的相移的变化相组合。例如，可通过测量从各个PWM循环的结束起的占空比，来错开具有共同相移的组之内的各个光发射器的起始时间。如果使各个新图像的第一个循环的时长长于缺省的PWM周期，则还可相应地延长所需要的初始上升时间。图8图示根据另一实施例的背光120。在该实施例中，多个PWM控制器 122A-122D (集合地为PWM控制器122)各自由分离的时钟信号124A-1MD (集合地为时钟信号124)来控制。PWM控制器122各自为一个或更多个光发射器126的组125产生PWM驱动信号123。时钟信号IM具有共同的周期T但是彼此相移，从而错开由PWM控制器122产生的PWM循环的起始时间。可通过将共同的源时钟相移不同的量来生成时钟信号124。例如， 在图示四个PWM控制器的所示出的示例中，时钟信号124Α可相移0，时钟信号124Β可相移 90，时钟信号124C可相移180，而时钟信号124D可相移270。在另一示例实施例中，一个或更多个PWM控制器的时钟信号可相对于一个或更多个其它PWM控制器的时钟信号而反相。在某些实施例中，各个时钟信号IM可在用于所显示的图像的第一个PWM循环的第一时钟信号与用于同一图像的后续PWM循环的第二时钟信号之间切换。第一时钟信号可具有比相应的第二时钟信号更长的周期(例如，与T相比，2Τ的周期)，但是具有相同的相移。因此，第一时钟信号可用来相对于各个显示图像的后续PWM循环的时长，延长同一图像的第一个PWM循环的时长。在可替选的实施例中，可改变时钟信号的频率，使得第一个PWM 循环的周期长于后续PWM循环的周期。在某些实施例中，多个PWM控制器的驱动信号在周期T内时间复用，从而在周期T 内不同的非交叠时间区间驱动不同的光发射器组。以这种方式，由不同PWM控制器驱动的光发射器的接通时间永远不交叠，因此减少背光的功率需求。图9Α至图9C图示可以使不同的光发射器组对应于背光上的不同区域的一些方式。例如，在图9Α中，背光130包括光发射器的二维阵列。对应于水平条带132Α至132D (集合地为条带13 的光发射器被各自控制为组，从而相对于其它条带132中的光发射器131 的PWM起始时间，错开各个条带132中的光发射器131的PWM起始时间。各个条带132可包括一行或更多行光发射器131。图9B示出背光133的另一实施例，其中，方框134A至134D(集合地为方框134) 内的光发射器各自被控制为组。此外，对于各个组，PWM起始时间可不同。图9C示出其中散布具有不同PWM起始时间的光发射器组的背光136的另一实施例。在这种情况下，光发射器131A被控制成在相对于其它组(如131B、131C和131D所示的)的PWM起始时间而错开的时间，使光发射器131A的PWM循环同时开始。本发明的某些实现包括执行软件指令的计算机处理器，其中，这些指令使处理器执行本发明的方法。例如，显示器的控制系统中的一个或更多个处理器可通过执行处理器可访问的程序存储器中的软件指令，来实现图6的方法或本文中所描述的其它方法。还可以以程序产品的方式来提供本发明。程序产品可包括承载包括指令的计算机可读信号集的任何介质，其中指令当被数据处理器执行时使数据处理器执行本发明的方法。根据本发明的程序产品可以是各种形式中的任一种。程序产品例如可包括物理介质，例如包括软盘、 硬盘驱动器的磁数据存储介质、包括⑶ROM、DVD的光学数据存储介质、包括ROM、EPR0M、 EEPR0M、闪速RAM的电数据存储介质等。程序产品上的计算机可读信号可选地可被压缩或加密。在以上提及部件(例如，控制器、处理器、组件、装置等)的情况下，除非另外指明， 对该部件的提及应该被解释为包括该部件的等同物和执行所描述的部件的功能的任何部件(即，功能上等同)，包括结构上不等同于所公开的结构、执行所示出的本发明示例性实施例中的功能的部件。尽管以上已经讨论了很多示例性方面和实施例，但是本领域技术人员会认识到其特定的修改、置换、附加和子组合。所以，意图在于，在下面所附的权利要求和此后引入的权利要求的真实精神和范围之内，所附的权利要求和此后引入的权利要求被解释为包括所有这样的修改、置换、附加和子组合。
权利要求
1.一种用于显示器的背光，所述背光包括多个光发射器组，每组包括至少一个光发射器；电源，所述电源被配置成将电力供应给所述光发射器组；以及一个或更多个控制器，所述控制器被配置成通过将脉冲宽度调制(PWM)驱动信号施加到每个光发射器，来控制所述组内的所述光发射器的亮度水平，所述PWM驱动信号具有周期T、与所述亮度水平成比例的占空比、和在所述组之间变化的相移；其中，所述亮度水平取决于所接收到的表示要显示的图像的图像数据，以及其中，至少两个光发射器的所述亮度水平是独立可控的。
2.根据权利要求1所述的背光，其中，所述图像的所述PWM驱动信号的第一个PWM循环期的时长可控制成不同于所述图像的后续PWM循环的所述周期T。
3.根据权利要求2所述的背光，其中，所述图像的所述第一个PWM循环的所述时长可控制成2T。
4.根据权利要求1所述的背光，其中，与每组关联的所述相移可配置成相差360/N的增量，其中N是光发射器组的数目。
5.根据权利要求1所述的背光，其中，每组包括方块，所述方块包括光发射器阵列。
6.根据权利要求4所述的背光，其中，每个方块包括印刷电路板。
7.一种用于控制背光的光发射器的方法，所述方法包括基于表示要显示的图像的图像数据，来确定所述光发射器的组的亮度值；基于所述亮度值，来确定所述光发射器的组的PWM占空比；向所述光发射器施加PWM驱动信号，所述PWM驱动信号具有所确定的占空比并且具有针对每组而不同的相移；其中，所述图像的所述PWM驱动信号的第一个PWM循环的时长长于所述图像的后续PWM 循环的时长。
8.根据权利要求8所述的方法，其中，所施加的PWM驱动信号的每个PWM循环包括第一时间百分比，其中，所述第一时间百分比对应于在断开状态的剩余时间百分比之前的接通状态的占空比。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所施加的PWM驱动信号的每个PWM循环包括在剩余时间百分比之前的断开状态的第一时间百分比，其中，所述剩余时间百分比对应于接通状态的所述占空比。
10.一种背光，包括多个光发射器和电源，所述电源具有小于所述背光的全部所述光发射器的组合电流消耗的最大功率浪涌容量。
11.一种显示器，包括N个光发射器，所述光发射器中的每个当被驱动时消耗涌入电流A ；以及电源，其被连接成将电力供应给所述N个光发射器，所述电源具有最大涌出电流 M，其中 M < (N) (A)。
12.根据权利要求11所述的显示器，其中，M< 0. 75 (N) (A)。
13.根据权利要求11所述的显示器，其中，M< 0.5 (N) (A)。
14.一种显示器，包括空间光调制器；背光，其包括用于照亮所述空间光调制器的多个光发射器组，每组包括至少一个光发射器；电源，所述电源被配置成将电力供应给所述光发射器组；一个或更多个控制器，所述控制器被配置成通过将脉冲宽度调制(PWM)驱动信号施加到每个光发射器，来控制所述组内的所述光发射器的亮度水平，所述PWM驱动信号具有周期T、与所述亮度水平成比例的占空比，其中，所述一个或更多个控制器被配置成将不同的相移应用于所述组中的每组的所述光发射器的所述PWM驱动信号；其中，所述亮度水平取决于所接收到的表示要显示的图像的图像数据，以及其中，至少两个光发射器的所述亮度水平是独立可控的。
15.一种包括多个PWM驱动电路的照明设备，每个PWM驱动电路被配置成产生驱动一个或更多个光发射器的PWM信号，其中，每个PWM驱动电路的所述PWM信号被配置成具有不同的相移。
16.根据权利要求15所述的照明设备，其中，每个PWM驱动电路的所述相移由连接到所述PWM驱动电路的时钟信号来控制。
17.一种包括多个PWM驱动电路的照明设备，每个PWM驱动电路被配置成产生驱动一个或更多个光发射器的PWM信号，其中，每个PWM驱动电路的所述PWM信号被配置成时间复用的。
全文摘要
用于显示器的背光包括多个独立可控的光发射器组。通过由脉冲宽度调制(PWM)驱动电路产生的PWM信号，光发射器组的亮度水平是可控的。不同光发射器组的PWM信号的相位被配置成位移不同的量，从而错开不同组的光发射器的起始时间。这样的PWM信号的相移可导致这样的总功耗与如果不对相同的PWM信号进行相移相比，总功耗更逐渐地上升，在时间上更均匀地分布，以及保持在更低的最大值。还可使图像的PWM信号的第一个PWM循环的时长比图像的后续PWM循环长，从而延长初始的功率上升时间。
文档编号G09G3/20GK102473382SQ201080031299
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月21日 优先权日2009年7月23日
发明者史蒂夫·马尔热尔姆, 尼尔·W·梅斯梅尔 申请人:杜比实验室特许公司
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