显示系统的制作方法

专利名称：显示系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及显示系统(display system)，尤其涉及对显示系 统的控制。
背景技术：
在消费设备领域，特别是消费电子产品领域，对外观和功能性的 改进、效率和持久性的提高、成本的降低和美感的提升有着不断的需 求。工业设计已经变成一门集中于满足这种对消费产品外观、功能性 和美感持续改进的需求的高技能职业。
持续吸引着很多改进注意力的一个领域是用户显示器。为用户提 供明快、吸引人、简单大方且观感友好的显示器与信息对于许多消费 产品而言是非常重要的。然而，消费产品一直以来拉动着显示器需求 向两个相反方向发展，即， 一些产品希望更小，而其他产品则希望更 大。消费者同样还期待性能与可靠性的不断提升以及成本的不断降低。
已经开发了众多技术来满足这些需求。 一些研发策略集中于新技 术而另一些则集中于改进现有的成熟技术。对现有技术的研发有着多 种不同的方向可以选择。
一种方法使用冷阴极荧光灯(CCFL)作为液晶显示器(LCD) 的背光。CCFL方法具有许多缺点，诸如可扩缩性、亮度随时间变化、 有毒材料和鲁棒性。当前的显示器产品的范围可以从用于大型体育场 的非常大型的显示器到适于便携使用的桌面形状因数(Form factor )。 CCFL显示器架构不能很好地适应各种显示器应用所要求的大范围的 形状因数变化。CCFL方法的另一个缺点是亮度会由于许多潜在原因 (诸如发射混合降低、镇流器故障、磷光剂效率下降或者汞吸收)而 随时间流逝逐渐劣化。
9一种更为新近的方法已经尝试使用发光二极管(LED)用于显示
器。显示器中早期的LED应用可以在带有数字LED显示器的手持式
计算器中找到。近期的LED应用则是将LED用作诸如手持式设^(如
蜂窝电话和个人数字助理(PDA))的小型显示器的背光。在较大型
的显示器(诸如显示器面板)中的其它LED应用涉及与每个独立LED
的复杂连线。因此，在更宽范围的显示器中应用LED仍然存在众多挑
战，诸如复杂性增加、格式因数缩放受限、制造成本增加以及制造成 品率下降。
于是，仍然存在着为显示系统提供低成本制造、提升的成品率和 可靠性的需求。鉴于不断增加的对节约成本和改进效率的需求，找出 这些问题的答案变得越来越迫切。
对这些问题的解决方案已经找寻了很久但现有技术未曾教导或 提出任何解决方案，于是，这些问题的解决方案就成为长期困扰本领 域的技术人员的难题。

发明内容
本发明提供显示系统，包括形成显示阵列，将控制模块连接至显 示阵列，配置显示阵列与控制模块之间的通信协议，以及使用通信协 议操作显示阵列。
本发明的某些实施例具有在上文提到或显见内容之外或者作为 其代替的其它方面。这些方面对于结合附图阅读了以下详细描述的本 领域技术人员而言将变得显而易见。


图1A、 1B和IC是结合本发明实施例的显示系统的视图； 图2是在本发明的一个实施例中的图1显示系统的显示控制系统 的框图3是在本发明的一个实施例中的图2显示控制系统中的显示器
的更详细视图；图4是在本发明的一个替换实施例中的图2显示控制系统中的显
示器的更详细视图5是在本发明的另一个替换实施例中的图2显示控制系统中的 显示器的更详细视图6是在本发明又一个实施例中的图2显示控制系统中的显示器 的更详细^L图7是在本发明的再一个实施例中的图2显示控制系统中的显示 器的更详细视图；以及
图8是在本发明的 一个实施例中的用于系统制造的显示系统的流程图。
具体实施例方式
在下面的描述中，给出众多特定的细节以提供对本发明的完全理 解。然而显见的是，本发明可在没有这些特定细节的情况下实践。为 了避免模糊本发明，没有详细揭示一些周知的系统配置和过程步骤。 同样地，示出设备实施例的附图是半图解性质的并且不是按比例的， 具体而言，为了表示清楚附图中的一些维度在很大程度上被放大了 。
另外，当揭示和描述多个具有一些共同特征的实施例时，为了清楚和 方便对其的例示、描述和理解，彼此相似或相同特征通常将用相似的 标号来描述。
本文使用的术语"水平，，被定义成与常规的集成电路表面平行的 平面，而与该表面的定向无关。术语"垂直"指与刚才定义的水平相
垂直的方向。诸如"之上"、"之下，，、"底"、"顶"、"侧"(如 在"侧壁"中)、"较高"、"较低"、"上面，，、"之上"和"之
下"是相对于水平面定义的。术语"在…上"则意味着元件之间有直 接接触。
术语"系统"指本发明的方法和装置。本文使用的术语"处理" 包括材料的沉积、图案化、曝光、显影、蚀刻、清洁、成型和/或材料 的移除或者形成所描述结构所需的操作。现参考图1A、 IB和1C，其中示出了结合本发明一个实施例的 显示系统100的视图。显示系统IOO描绘了独立显示器102、具有终 端显示器106的计算设备104、以及具有小型屏幕110的手持式设备 亂
独立显示器102 (诸如发光二极管(LED)平板)可用作从不同 源(诸如有线电视或者来自计算设备104)接收图像输入的影片显示 器(cinema display)。计算设备104 (诸如膝上型计算机或者桌面计 算机)可连接至用作外部显示器面板的独立显示器102。在膝上型计 算机的情况下，计算设备104具有终端显示器106 (诸如膝上型屏幕) 以供使用而无需独立显示器102。手持式设备108 (诸如便携式音乐/ 视频播放器、个人数字助理或蜂窝电话)可连接至计算设备104或者 独立显示器102以作为信息源或者存储信息。
为了说明，示出了独立显示器102、计算设备104和手持式设备 108作为显示系统100的例子，尽管可以理解，显示系统100可以不 同，诸如可以是在体育场中使用的大型显示器。同样为了说明，将显 示系统100示出为消费产品，尽管可以理解，显示系统100可以是针 对其它市场或应用的产品，诸如企业或者军用产品。
现参考图2，其中示出在本发明的一个实施例中的图l显示系统 100的显示控制系统200的框图。显示控制系统200具有控制模块202 和显示器204。控制模块202包括电源206、定时发生器208、媒体接 口 210、显示器接口 212、控制器214和存储器216。显示器204 (诸 如有源矩阵LED显示器或者带LED背光的有源矩阵显示器)可以代 表与图1的独立显示器102、图1的终端显示器106和图1的小型屏 幕IIO相类似的各种类型的显示器。
如下文将更详细地描述的，控制模块202提供对媒体源(诸如有 线电视或计算设备)的接口以及对显示器204的接口。控制模块202 包括操作电路、配置电路、传送电路和信令电路。这些电路按照预定 协议(诸如访问协议或信息传送协议)提供对显示器204的访问或信 息传送。信令电路可以包括调制电路(诸如脉宽调制电路、幅度调制电路或者提供脉宽调制和幅度调制两者的混合电路)。上述这些电路 可以按照多种不同的方式来划分和实施。如下是用于提供上述电路的 功能的一个实现的例子。
电源206可以是提供不同电源类型的可编程或者可变电源，诸如 电压源、电流源、参考电压、参考电流、参考地或者它们的组合。电 源206向定时发生器208、媒体接口 210、显示器接口 212、控制器214、 存储器216和显示器204提供预定功率。电源206可由各种实现来实 施，诸如电池、开关电源、线性电源或不同类型的组合。
定时发生器208向显示控制系统200的功能模块提供功能信号 218 (诸如时钟或者复位)。外部参考信号220 (诸如参考时钟或者配 置设置)可以输入定时发生器208用以产生功能信号218。定时发生 器208也可以在没有外部参考信号220的情况下工作。定时发生器208 可以由各种实现来实施，诸如时钟发生器、锁相环(PLL)、压控振 荡器(VCO)或上电复位(POR)电路。
为了说明，上文将定时发生器208描述为可选地接收外部参考信 号220的输入，并且产生功能信号218，尽管可以理解，对于定时发 生器208,其它输入和输出也是可能的，诸如监视电源206的电压传 感器的用于产生硬复位的输出。同样为了说明，将定时发生器208示 出为单个模块；尽管可以理解，定时发生器208的功能可在不同的模 块中或者在其它功能模块(诸如控制器214)中实施。
媒体接口 210 (诸如视频格式器(video formatter))接收媒体信号 222(诸如视频输入)、控制信号、来自电源206的功率(未示出连接) 以及来自定时发生器208的部分功能信号218。媒体接口 210对媒体 信号222执行操作(诸如格式化或者解析)并将经处理的信息224 (诸 如视频图象信息、控制信号、状态信息、亮度信息和/或寻址信息)递 送到控制器214、存储器216和显示器接口 212。为了说明，经处理的 信息224示出为在媒体接口 210与控制模块202中的其它模块之间连 接，尽管可以理解经处理的信息224可不同地与其它模块相连。
显示器接口 212提供与显示器204相往来的物理接口。显示器接口 212从媒体接口 210接收经处理信息224并且可以在产生显示器进 入信息(display ingress information ) 226 (诸如像素地址、图象数据 或显示控制信号)给显示器204以及产生其它显示器接口信息228给 控制器214、媒体接口 210和存储器216之前执行附加处理。显示器 接口 212还可从显示器204接收显示器外出信息(display egress information) 230 (诸如电压或电流反馈信息)用于向显示控制系统 200提供反馈信息。
显示器接口 212可包括不同尺寸和驱动强度的显示驱动器(未示 出)。显示器接口 212还可以包括显示接收器(未示出，诸如电流传 感器或电压传感器)以接收显示器外出信息230。显示器接口 212可 包括转换电路(未示出，诸如模数转换器(ADC )、数模转换器(DAC ) 或者电平移动器)用以翻译显示器204与显示控制系统200的其它部 分之间不同的信令类型。
显示器接口 212可以被模块化并能根据显示器204的类型来进行 选择。例如，如果显示器204是在大型体育场中使用的大型显示器， 则显示驱动器的数量和驱动强度与用于图1的手持式设备108的图1 的小型屏幕110的显示驱动器相比完全不同。为了说明，将媒体接口 210和显示器接口 212描绘为不同的模块，尽管可以理解，功能划分 可以不同，而媒体接口 210和显示器接口 212也可以在单个设备中实 现。
控制器214(诸如处理器、微控制器、专用集成电路或计算设备) 提供对显示控制系统200的全部功能控制。控制器214与定时发生器 208、电源206、媒体接口 210和显示器接口 212交互。
控制器214可以调整电源206以向显示控制系统200的各个功能 模块提供预定的电源类型和电平。例如，控制器214可以调整电源206 以增加或减少送至显示器接口 212和显示器204的功率电平以便相应 地增高或降低亮度。控制器214还可以指导存储器216的存储器管理。 控制器214可以针对正常操作、测试或校准来调整媒体接口 210、显 示器接口 212、电源206和存储器216内的参数。
14存储器216 (诸如非易失性或易失性存储器)可以存储代码、配 置和状态。存储器216还可用作数据緩冲器用以补偿显示控制系统200 中的不同传送速率或者减轻资源冲突。为了说明，将存储器216描绘 为单独的模块，尽管可以理解，存储器216可以不以单独的装置实施， 诸如可以部分或者完全集成到控制器214中。
为了说明，将显示控制系统200示出为具有定时发生器208、电 源206、媒体接口 210、显示器接口 212、控制器214、存储器216和 显示器204的划分，尽管可以理解，显示控制系统200可以具有不同 的功能划分，诸如执行上述操作的单个集成电路设备。同样为了说明， 将显示控制系统200描绘为具有电子器件，尽管可以理解，其它类型 的专用器件或者结构可以作为显示控制系统200的一部分。此外，尽 管为了说明描述了显示控制系统200中各模块的功能和关系，但本领 域技术人员将理解，并非所有功能都得到描述并且这些功能可以不同。
现参考图3，其中示出了在本发明的一个实施例中的图2显示控 制系统200的显示器300的更详细碎见图。显示器300可以代表图2的 显示器204。显示阵列302是显示器300的一部分。控制;模块304可 以代表显示控制系统200中图2的控制冲莫块202。
显示阵列302具有呈矩阵配置的显示单元306。显示阵列302可 以用于为显示器面板提供直接显示或者背光。电源线308和串行协议 线310连接至每一个显示单元306。串行协议线310提供操作信息， 诸如列地址选择、正常操作选择、亮度信息、测试模式选择、测试数 据、校准选择、校准数据以及图像信息。串行协议线310可按显示单 元306所识别的信号协议提供各种信息类型或者命令。信号协议可以 包括具有变化的占空因数、幅度、电平、非周期性、频率或其组合的 调制方案。信号协议可以包括变化的调制方案，后者具有该信号协议 中指定划分的结构化序列。用于串行协议线310的信号的一个例子是 如由控制模块304中的波形所描绘的脉宽调制信号312。
为了说明，将串行协议线310描绘成为脉宽调制信号312提供传 输介质的串行线，尽管可以理解，串行协议线310可包括各自具有独立的串行协议的多根线。同样为了说明，尽管将串行协议线310描绘 为串行线，但可以理解，串行协议线310上携带的信息可由不同连接 拓朴中的多根线(诸如并行总线)来完成。
每个显示单元306连接至访问线314 (诸如行地址线)用于使能 由串行协议线310上的脉宽调制信号312所规定的操作。脉宽调制信 号312和访问线314上的信号是图2的显示器进入信息226的一部分。 电源线308来自图2的电源206。
控制模块304产生用于串行协议线310和访问线314的信号。控 制模块304与显示器300之间的通信链路包括串行协议线310和访问 线314，其中通信链路传送通信协议。
每个显示单元306具有激活元件316和照明元件318。激活元件 316包括访问开关320、照明开关322和存储元件324。访问开关320 (诸如场效应晶体管(FET))提供对显示单元306实例的访问以进 行串行协议线310所规定的操作，或者阻止对显示单元306实例的访 问。照明开关322 (诸如场效应晶体管(FET))提供或阻止对照明 元件318的激活。存储元件324 (诸如电容器)存储来自串行协议线 310且通过访问开关320的信息。
为了说明，将激活元件316描绘为多个元件，尽管可以理解，激 活元件316可以是提供访问开关320和照明开关322功能的单个元件。 同样为了说明，将激活元件316描绘为按功能划分成访问开关320和 照明开关322，尽管可以理解，用于每个显示单元306的激活元件316 可以不同地划分。
照明元件318(诸如非相干或相干光子发射的发光二极管(LED )) 为显示器300提供光。照明元件318可按多种不同配置来实施，诸如 单个发光二极管、发光二极管串、发光二极管树或者发光二极管矩阵。 发光二极管串典型地具有相同类型，诸如具有相似的电学特性以及基 本上相同的颜色。发光二极管树或发光二极管矩阵可具有不同类型的 发光二极管，诸如具有不同的电学特性和不同颜色，但典型地不位于 同一串中。取决于照明元件318的配置，照明元件318可代表一个像素或者多个像素。
访问线314连接至访问开关320的栅极端子。串行协议线310连 接至访问开关320的源极端子。访问开关320的漏极端子连接至照明 开关322的栅极端子和存储元件324的一个电极。存储元件324的另 一个电极连接至电源线308和照明开关322的源极端子。可替换地， 存储元件324的另一个电极可以接地。照明开关322的漏极端子连接 至照明元件318的阳极。照明元件318的阴极连接至电势低于电源线 308上电势的参考电压，诸如地。
为了说明，将访问开关320示出为晶体管，尽管可以理解，访问 开关320可以是提供开关功能的非晶体管装置，诸如专用的电气开关、 非电气开关或者两者的组合。同样为了说明，将照明开关322示出为 晶体管，尽管可以理解，照明开关322可以是提供电流源开关功能的 非晶体管装置，如专用的电气开关、非电气开关或者两者的组合。此 外为了说明，将存储元件324示出为电容器，尽管可以理解，存储元 件324可以是不同的存储装置，诸如专用的电气存储元件、非电气存 储元件或者两者的組合。
下面更详细地讨论显示阵列302中的显示单元306的操作。控制 模块304通过在访问线314上产生预定行地址来选择显示单元306的 行。不产生显示阵列302中的显示单元306的其它行的地址，因而不 选择这些行。
控制模块304在连接至显示单元306的串行协议线310上产生脉 宽调制信号312。用于显示单元306每一列的串行协议线310具有相 同或不同的信息。来自串行协议线310上的脉宽调制信号312的预定 信息传递通过由访问线314使能的访问开关320并提供对照明开关 322的控制。
脉宽调制信号312确定照明元件318的(由符号T表示的)激活 时间以及非激活时间并且控制照明元件318的亮度。脉宽调制信号312 此外可用n比特对激活时间的解析以及T/2n的脉宽调制信号312的增 量来表征。显示阵列302的每次扫描使得照明开关322或者处于"接通"或 者"断开"状态。"接通，，状态让脉宽调制信号312在照明开关322 的源极端子与漏极端子之间传递。"断开"状态阻止照明开关322的 源极端子与漏极端子之间的信息传送。 一个脉宽调制循环由显示阵列 302的2n次扫描完成。脉宽调制信号312的激活时间(诸如"接通" 状态)和非激活时间(诸如"断开"状态)的占空比确定"接通"和 "断开"扫描的数量。
串行协议线310上的脉宽调制信号312传递通过由访问线314使 能的访问开关320并存储在存储元件324上。在存储元件324中存储 的信息(诸如电荷)用作照明开关322在扫描之间的偏置电压。偏置 电压确定照明开关322的状态(诸如"接通"或者"断开")以及在 每次扫描期间电流是否流过照明开关322。通过照明开关322的电流 允许电流通过照明元件318引起光子发射，其中照明开关322用作电 流源。在激活时间(诸如T)内对照明开关322的"接通"和"断开" 状态之比的控制连同脉宽调制信号的占空比一起限定照明元件318的 亮度。
通过控制在激活时间(诸如T)内照明开关322的"接通"和"断 开"状态之比，限定脉宽调制信号312的占空比和亮度。
例如，如果T-2.56ms且n=8，按每次扫描10ps， 256次扫描完 成一个脉宽调制循环。对于以25%的占空比驱动照明元件318的照明 开关322而言，脉宽调制信号312在256次扫描中有64次扫描"接通，， 照明开关322，而在256次扫描中有192次扫描"断开"照明开关322。
控制模块304可通过多个不同过程将图2的显示器进入信息226 和显示器外出信息230转换成脉宽调制信号312。控制模块304可利 用显示控制系统200的模块以多种不同方式进行转换处理。
例如，图2的控制器214可以使用具有专用的端口的编程输入/ 输出(PIO)或者控制器214的通用输入/输出端口将显示器进入信息 226转换成串行协议线310上的脉宽调制信号312。控制器214还可具 有专用的硬件协议接口来执行转换。控制器214还可具有在显示控制系统200的其它模块之间专用的协议(诸如请求-确认握手协议)来指 导其它模块执行转换。
转换过程和装置的另一个例子是可以作为图2的媒体接口 210或 者图2的显示器接口 212的一部分以及控制器214的一部分的专用的 硬件协议接口。专用的硬件协议接口可包括n比特的计数器、实施2" 功能的n比特的移位寄存器、或以上两者。专用的硬件协议接口还可 以用可包括n比特计数器和移位寄存器或者可与其交互的有限状态机 来实施。
转换过程和装置的又一个例子是使用更模拟的电路。可以使用运 算放大器(opamp)作为比较器，其中一个输入连接至参考电压(诸 如用于使运算放大器的输出"接通"或"断开"的参考)，而另一个 输入连接至电压上升扫描(voltage ramp)。参考电压值、电压上升 扫描斜率、或两者是可编程的，以提供串行协议线310上的脉宽调制 信号312。
现在参考图4，其中示出了在本发明的一个实施例中的图2显示 控制系统200中的显示器400的更详细视图。显示器400可代表图2 的显示器204。显示阵列402是显示器400的一部分。控制模块404 可代表显示控制系统200中图2的控制模块202。
显示阵列402具有呈矩阵配置的显示单元406。显示阵列402可 用于为显示器面板提供直接显示或背光。电源线408和串行协议线410 连接至每一个显示单元406。串行协议线410提供操作信息，诸如列 地址选择、正常操作选择、亮度信息、测试模式选择、测试数据、校 准选择、校准数据以及图像信息。串行协议线410可按显示单元406 所识别的信号协议提供各种信息类型或命令。信号协议可包括具有变 化的占空因数、幅度、电平、非周期性、频率、或其组合的调制方案。 信号协议可以包括变化的调制方案，后者具有该信号协议中指定划分 的结构化序列。用于串行协议线410的信号的一个例子是如控制模块 404中的波形所描绘的幅度调制信号412。
每一个显示单元406连接至访问线414 (诸如行地址线)用于使调制信号412所规定的操作。幅度调制 信号412和访问线414上的信号是图2的显示器进入信息226的一部 分。电源线408来自图2的电源206。
控制才莫块404产生用于串行协议线410和访问线414的信号。控 制模块404与显示器400之间的通信链路包括串行协议线410和访问 线414，其中通信链路传送通信协议。
每个显示单元406具有激活元件416和照明元件418。激活元件 416包括访问开关420、照明开关422和存储元件424。访问开关420 (诸如场效应晶体管(FET))提供对显示单元406实例的访问以进 行由串行协议线410规定的操作，或者阻止对显示单元406实例的访 问。照明开关422 (诸如场效应晶体管(FET))提供或阻止照明元 件418的激活。存储元件424 (诸如电容器)存储来自串行协议线410 并通过访问开关420传送的信息。
照明元件418 (诸如非相干或相干的光子发射的发光二极管 (LED))为显示器400提供光。照明元件418可按多种不同配置来 实施，诸如单个发光二极管、发光二极管串、发光二极管树或者发光 二极管矩阵。
访问线414连接至访问开关420的栅极端子。串行协议线410连 接至访问开关420的源极端子。访问开关420的漏极端子连接至照明 开关422的栅极端子和存储元件424的一个电极。存储元件424的另 一个电极连接至电源线408和照明开关422的源极端子。照明开关422 的漏极端子连接至照明元件418的阳极。照明元件418的阴极连接至 电势低于电源线408上的电势的参考电压，诸如地。
串行协议线410对显示单元406的操作与图3的串行协议线310 对图3的显示单元306的操作相类似。如前所述，串行协议线410可 传输幅度调制信号412。可在串行协议线410上调制幅度，经调制的 幅度传递通过访问开关420并存储在存储元件424中。存储元件424 上存储的电荷取决于串行协议线410上的幅度并用作照明开关422的 模拟偏置电压。照明开关422的栅极端子上的模拟偏置电压限制通过照明开关422的信息流(诸如电流)。照明开关422用作受控电流源， 它产生照明元件418的亮度。通过照明开关422的电流可以通过显示 阵列402的每次扫描来调整。
控制模块404可通过多个不同过程将图2的显示器进入信息226 和显示器外出信息230转换成幅度调制信号412。控制模块404可利 用显示控制系统200的模块以多种不同方式进行转换处理。
例如，图2的控制器214可以使用具有专用端口的编程输入/输 出(PIO)或控制器214的通用输入/输出端口将显示器进入信息226 转换成串行协议线410上的幅度调制信号412。控制器214还可具有 专用的硬件协议接口来执行转换。控制器214还可具有在显示控制系 统200的其它模块之间专用的协议(诸如请求-确认握手协议)来指导 其它模块执行转换。
转换过程和装置的另一个例子是可作为图2的媒体接口 210或图 2的显示器接口 212的一部分以及控制器214的一部分的专用的硬件 协议接口。专用的硬件协议接口可包括n比特的计数器、实施2-功能 的n比特的移位寄存器、或以上两者。专用的硬件协议接口还可以用 可包括n比特计数器和移位寄存器或者可与其交互的有限状态机来实 施。
转换过程和装置的又一个例子是使用更为模拟的电路。可以使用 运算放大器作为比较器，其中一个输入连接至参考电压(诸如用于使 运算放大器的输出"接通，，或"断开"的参考)，而另一个输入连接 至电压上升扫描。电压参考值、电压上升扫描斜率、或以上两者是可 编程的，以提供串行协议线410上的幅度调制信号412。
现参考图5，其中示出了在本发明的一个实施例中的图2显示控 制系统200的显示器500的更详细视图。显示器500可代表图2的显 示器204。显示阵列502是显示器500的一部分。控制模块504可代 表显示控制系统200中图2的控制模块202。
显示阵列502具有实例化为矩阵配置的显示单元506。显示阵列 502可用于为显示器面板提供直接显示或者背光。电源线508和串行
21协议线510连接至每一个显示单元506。串行协议线510提供操作信 息，诸如列地址选择、正常操作选择、亮度信息、测试模式选择、测 试数据、校准选择、校准数据以及图像信息。串行协议线510可按显 示单元506所识别的信号协议提供各种信息类型或者命令。信号协议 可包括具有变化的占空因数、幅度、电平、非周期性、频率或其組合 的调制方案。信号协议可以包括变化的调制方案，后者针对该信号协 议中指定划分的结构化序列。用于串行协议线510的信号的一个例子 是如由控制模块504中的波形所描绘的串行信号512。
每个显示单元506连接至访问线514 (诸如行地址线)用于使能 由串行协议线510上的串行信号512所规定的操作。串行信号512和 访问线514上的信号是图2的显示器进入信息226的一部分。电源线 508来自图2的电源206。控制模块504产生用于串行协i义线510和访 问线514的信号。控制模块504与显示器500之间的通信链路包括串 行协议线510和访问线514，其中通信链路传送通信协议。
每个显示单元506具有激活元件516和照明元件518。激活元件 516包括访问开关520、照明开关522和存储元件524。访问开关520 (诸如场效应晶体管(FET))提供对显示单元506实例的访问以进 行串行协议线510所规定的操作，或者阻止对显示单元506实例的访 问。照明开关522 (诸如场效应晶体管(FET))提供或阻止照明元 件518的激活。存储元件524 (诸如电阻器和电容器(RC)电路)存 储来自串行协议线510并通过访问开关520传递的信息。
为了说明，将激活元件516描绘为多个元件，尽管可以理解，激 活元件516可以是提供访问开关520和照明开关522功能的单个元件。 同样为了说明，将激活元件516描绘为按功能划分为访问开关520和 照明开关522，尽管可以理解，用于每个显示单元506的激活元件可 不同地划分。
照明元件518 (诸如非相干或相干的光子发射的发光二极管 (LED))为显示器500提供光。照明元件518可按多种不同配置来 实施，诸如单个发光二极管、发光二极管串、发光二极管树或者发光二极管矩阵。
访问线514连接至访问开关520的栅极端子。串行协议线510连 接至访问开关520的源极端子。访问开关520的漏极端子连接至存储 元件524的电阻器526的一个端子。电阻器526的另一个端子连接至 照明开关522的栅极端子和存储元件524的电容器528的一个电极。 电容器528的另一个电极连接至电势低于电源线508上的电势的参考 电压，诸如地。
电源线508连接至照明开关522的源极端子。照明开关522的漏 极端子连接至照明元件518的阳极。照明元件518的阴极连接至电势 低于电源线508上的电势的参考电压，诸如地。
为了说明，将访问开关520示出为晶体管，尽管可以理解，访问 开关520可以是提供开关功能的非晶体管设备，诸如专用的电气开关、 非电气开关或两者的组合。同时为了说明，将照明开关522示出为晶 体管，尽管可以理解，照明开关522可以是提供开关功能的非晶体管 设备，如专用的电气开关、非电气开关或两者的组合。同样为了说明， 将存储元件524示出为电容器，尽管可以理解，存储元件524可以是 不同的存储设备，诸如专用的电气存储元件、非电气存储元件或两者 的组合。
串行协议线510对访问开关520、照明开关522和照明元件518 的操作与图3的串行协议线310对图3的访问开关320、照明开关322 和照明元件318的操作相类似。由电阻器526和电容器528形成的电 路是低通滤波器。低通滤波器将串行协议线510上的串行信号512转 换成近似直流(DC)的模拟电压。该DC模拟电压与串行信号512的 占空比(诸如串行协议线510上的脉宽调制信号)线性成比例。当访 问开关520 "断开，，时DC模拟电压被存储在电容器528中并控制通 过照明开关522的电流。
控制模块504在连接至显示单元506的串行协议线510上提供串 行信号512。用于显示单元506每一列的串行协议线510具有相同或 不同的信息。在串行协议线510上的预定信息(诸如脉宽调制信号的占空因数)传递通过由访问线514使能的访问开关520并提供对照明 开关522的控制。
控制模块504可通过多个不同过程(诸如在图3中描迷的那些过 程)将显示控制系统200中的图2的显示器进入信息226和显示器外 出信息230转换成串行信号512。控制模块504可利用显示控制系统 200的模块以多种不同方式进行转换过程(诸如图3描述的那些过程)。
现参考图6，其中示出了在本发明的一个实施例中的图2显示控 制系统200的显示器600的更详细视图。显示器600可代表图2的显 示器204。显示阵列602是显示器600的一部分。控制模块604可代 表显示控制系统200中图2的控制模块202。
显示阵列602具有实例化为矩阵配置的显示单元606。显示阵列 602可用于为显示器面板提供直接显示或者背光。电源线608和串行 协议线610连接至每一个显示单元606。串行协议线610提供操作信 息，诸如列地址选择、正常操作选择、亮度信息、测试模式选择、测 试数据、校准选择、校准数据以及图像信息。串行协议线610可按显 示单元606所识别的信号协议提供各种信息类型或者命令。信号协议 可包括具有变化的占空因数、幅度、电平、非周期性、频率或其组合 的调制方案。信号协议可以包括变化的调制方案，后者针对该信号协 议中指定划分的结构化序列。用于串行协议线610的信号的一个例子 是如由控制模块604中的波形所描绘的包括幅度调制和脉宽调制的混 合信号612。
每个显示单元606连接至访问线614 (诸如行地址线)用于使能 由串行协议线610上的混合信号612所规定的操作。混合信号612和 访问线614上的信号是图2的显示器进入信息226的一部分。电源线 608来自图2的电源206。
控制模块604产生用于串行协议线610和访问线614的信号。控 制模块与显示器600之间的通信链路包括串行协议线610和访问线 614，其中通信链路传送通信协议。
每个显示单元606具有激活元件616和照明元件618。激活元件
24616包括访问开关620、照明开关622和存储元件624。访问开关620 (诸如场效应晶体管(FET))提供对显示单元606实例的访问以进
行串行协议线610所规定的操作，或者阻止对显示单元606实例的访
问。照明开关622 (诸如场效应晶体管(FET))提供或阻止照明元
件618的激活。存储元件624 (诸如电容器)存储来自串行协议线610
并传递通过访问开关620的信息。
照明元件618 (诸如非相干或相干的光子发射的发光二极管 (LED))为显示器600提供光。照明元件618可用多种不同配置来
实现，诸如单个发光二极管、发光二极管串、发光二极管树或者发光
二极管矩阵。
访问线614连接至访问开关620的栅极端子。串行协议线610连 接至访问开关620的源极端子。访问开关620的漏极端子连接至照明 开关622的栅极端子和存储元件624。存储元件624还连接至照明开 关622的栅极端子。照明开关622的漏极端子连接至照明元件618的 阳极。照明元件618的阴极连接至电势低于电源线608上的电势的参 考电压，诸如地。
如前所述，访问线614包括具有幅度调制和脉宽调制的混合信号 612。照明元件618的亮度可由串行协议线610上的混合信号612来控 制。对于显示阵列602的每次扫描，照明开关622为"接通"或"断 开"。在照明开关622 "接通"时，来自串行协议线610的偏置电压 的幅度控制通过照明元件618的电流。如图3所述，对显示阵列602 的多次扫描完成一个脉宽调制循环。"接通"和"断开"扫描的数量 由脉宽调制占空比确定。混合信号612的脉宽调制部分可作为全局调 制应用于不同类型(诸如不同颜色)的照明元件618，并且对单个配 置或者基本相同类型(诸如相同颜色)的配置的照明元件618应用幅 度调制。例如，全局调制(诸如脉宽调制)可用于每一个绿色、红色 和蓝色LED串。与此同时，幅度调制可用于微调每个串的波长以改进 颜色均匀性。
控制模块604可通过多个不同过程将显示控制系统200中的图2的显示器进入信息226和显示器外出信息230转换成混合信号612。 控制模块604可利用显示控制系统200的模块以多种不同方式进行转 换处理(如图3和图4所述的处理)。
现参考图7，其中示出在本发明的又一个实施例中的图2显示控 制系统200中的显示器700的更详细视图。显示器700可代表图2的 显示器204。显示阵列702是显示器700的一部分。控制模块704可 代表显示控制系统200中图2的控制模块202。
显示阵列702具有呈矩阵配置的显示单元706。显示阵列702可 用于为显示器面板提供直接显示或背光。电源线708和串行协议线710 连接至每一个显示单元706。串行协议线710提供操作信息，诸如列 地址选择、正常操作选择、亮度信息、测试模式选择、测试数据、校 准选择、校准数据以及图像信息。串行协议线710可按显示单元706 所识别的信号协议提供各种信息类型或者命令。信号协议可包括具有 变化的占空因数、幅度、电平、非周期性、频率或其组合的调制方案。 信号协议可以包括变化的调制方案，后者针对该信号协议中指定划分 的结构化序列。用于串行协议线710的信号的一个例子是串行信号 712。
每个显示单元706连接至访问线714 (诸如行地址线)用于使能 由串行协议线710上的串行信号712所规定的操作。串行信号712和 访问线714上的信号是图2的显示器进入信息226的一部分。电源线 708来自图2的电源206。
控制模块704产生用于串行协议线710和访问线714的信号。控 制模块704与显示器700之间的通信链路包括串行协议线710和访问 线714，其中通信链路传送通信协议。
每个显示单元706具有激活元件716和照明元件718。激活元件 716包括访问开关720、照明开关722诸如电流宿和存储元件724。访 问开关720 (诸如场效应晶体管(FET))提供对显示单元706实例 的访问以进行串行协议线710所规定的操作，或者阻止对显示单元706 实例的访问。照明开关722 (诸如场效应晶体管(FET))提供或阻止照明元件718的激活。存储元件724 (诸如电容器)存储来自串行 协议线710并传递通过访问开关720的信息
照明元件718 (诸如非相干或相干的光子发射的发光二极管 (LED))为显示器700提供光。照明元件718可用多种不同配置来 实现，诸如单个发光二极管、发光二极管串、发光二极管树或者发光 二极管矩阵。
访问线714连接至访问开关720的栅极端子。串行协议线710连 接至访问开关720的源极端子。访问开关720的漏极端子连接至照明 开关722的栅极端子和存储元件724的一个电极。存储元件724的另 一个电极连接至电势低于电源线708上的电势的参考电压，诸如地。 照明开关722的源极端子连接至照明元件718的阴极。照明开关722 的漏极端子连接至电势低于电源线708上的电势的参考电压，诸如地。 照明元件718的阳极连接至参考电压，诸如电源线708。
照明元件718连接到电源线708 ，这消除了照明开关722的阈限 电压的可变性。该配置提供对照明元件718的独立的亮度控制，以改 进背光均匀性。与带有接地的照明元件718的结构相比，可以使用电 源线708上较低的功率同时允许对照明元件718的个别控制。较低的 功率减小了照明开关722的尺寸以及高压开关效应。对照明元件718 的独立亮度控制可以应用于动态背光控制，以改进显示器700的动态 范围和对比度。改进的动态范围允许在照明元件718的可接受范围内 较宽的容量，由此消除了分级(binning)处理并降低了成本。
现参考图8，其中示出了在本发明的一个实施例中的用于制造显 示系统100的显示系统800的流程图。系统800包括在框802形成显 示阵列；在框804将控制模块连接至显示阵列；在框806配置显示阵 列与控制模块之间的通信协议；以及在框808用通信协议操作显示阵 列。
已经发现本发明因而具有众多方面。
已经发现本发明提供对具有改进的均匀性和亮度控制的显示系 统的低成本制造。本发明的一个方面提供脉宽调制用于向显示单元中的存储电容 器递送电荷。脉宽调制的占空比控制为所寻址的显示单元存储的电荷。 电荷控制提供亮度控制。
本发明的另一个方面提供幅度调制用于为显示单元中的存储电 容器递送电荷。幅度值可以被调整，从而改变为所寻址的显示单元存 储的电荷。电荷控制提供亮度控制。
本发明的又一个方面提供混合的调制或者具有脉宽调制和幅度 调制的调制组合。这为控制所存储的电荷提供了附加的灵活性，并由 此进一步控制亮度。
本发明的再一个重要方面提供用RC电路(或即低通滤波器)实 施存储元件。低通滤波器为用于发光二极管的电流源提供更为平稳的 DC偏置电压。
本发明的另 一个重要方面提供将发光二极管连接至电源并将电 流宿(current sink)接地。这改进了均匀性并且消除了电流宿阈限电 压的变化。
因此本发明的这些和其它有价值的方面使技术状态至少前进到 下一级水平。
因而，已经发现本发明的显示系统方法提供了用于改进系统稳定 性的重要的且迄今为止未知、尚不可用的解决方案、能力和功能方面。 作为结果得到的过程和配置是直接的、成本效益的、简单的、高度通 用且有效的，并且可以通过调整已知的技术来实施，因而4艮容易适用 于高效经济地集成电路封装设备的制造。
尽管已经结合特定的较佳实施方式描述了本发明，但要理解，在 以上描述的启发下，很多替换、修改和变化对于本领域技术人员而言 将会是显而易见的。因此，旨在将所有这样的替换、修改和变化包括 在所附权利要求书的范围内。本文所阐明或者在附图中示出的所有内 容应当以例示性和非限制性意义来解释。
权利要求
1.一种显示系统，包括形成显示阵列；将控制模块连接至显示阵列；配置显示阵列与控制模块之间的通信协议；以及用通信协议操作显示阵列。
2. 如权利要求l所述的系统，其中形成显示阵列包括形成显示 阵列中的显示单元。
3. 如权利要求l所述的系统，其中配置通信协议包括配置控制 模块与显示阵列之间的信息传送协议。
4. 如权利要求l所述的系统，其中用通信协议操作显示阵列包 括在控制模块与显示阵列之间传送信息。
5. 如权利要求l所述的系统，其中用通信协议操作显示阵列包 括用控制模块控制显示阵列。
6. 如权利要求l所述的系统，其中形成显示阵列包括 形成激活元件；以及 将照明元件连接至激活元件。
7. 如权利要求l所述的系统，其中形成显示阵列包括 形成开关元件；将存储元件连接至开关元件；以及 将照明元件连接至存储元件。
8. 如权利要求l所述的系统，其中形成显示阵列包括 用电气装置、非电气装置或两者形成激活元件；以及 将照明元件连接至激活元件。
9. 如权利要求l所述的系统，其中形成显示阵列包括形成具有 单个、串、树或矩阵配置的显示阵列中的照明元件。
10. 如权利要求l所述的系统，其中形成控制模块包括 形成控制器；将媒体接口连接至控制器；以及 将显示器接口连接至控制器和显示阵列。
11. 如权利要求l所述的系统，其中配置通信协议包括设置控制 模块中的控制器用于通信协议。
12. 如权利要求l所述的系统，其中用通信协议操作显示阵列包 括操作控制模块中的控制器用于通信协议。
13. 如权利要求l所述的系统，其中用通信协议操作显示阵列包 括将显示器进入信息从控制模块传送到显示阵列。
14. 如权利要求l所述的系统，其中用通信协议操作显示阵列包 括将显示器外出信息从显示阵列传送至控制模块。
15. 如权利要求l所述的系统，其中配置通信协议包括配置控制 模块中的访问协议用于寻址显示阵列。
16. 如权利要求l所述的系统，其中配置通信协议包括配置控制 模块中的调制协议用于传送信息至显示阵列。
17. 如权利要求l所述的系统，其中用通信协议操作显示阵列包 括将来自通信协议的信息存储在显示阵列中。
18. 如权利要求l所述的系统，其中形成显示阵列包括形成显示 阵列中的显示单元用于提供背光。
19. 如权利要求l所述的系统，其中形成显示阵列包括形成显示 单元用于为显示阵列提供直接显示光。
20. —种显示系统，包括形成具有访问开关、存储元件、照明开关和照明元件的显示单元； 用显示单元形成显示阵列； 将控制模块连接至显示阵列和显示单元； 配置显示单元与控制模块之间的信号协议； 用信号协议寻址访问开关；将来自信号协议并通过访问开关的信息存储到存储元件上； 用存储元件控制照明开关；以及 用照明开关激活照明元件。
21. 如权利要求20所述的系统，其中形成具有访问开关和照明 开关的显示单元包括用晶体管形成访问开关；以及 用晶体管形成照明开关。
22. 如权利要求20所述的系统，其中形成具有存储元件的显示 单元包括形成电容器；将电容器的第一电极连接至照明开关的栅极端子； 将电容器的第二电极连接至照明开关的源极端子；以及 将照明开关的漏极端子连接至照明元件。
23. 如权利要求20所述的系统，其中形成具有存储元件的显示 单元包括将电阻器连接至访问开关； 将电容器连接至电阻器和参考地；以及 将照明开关连接至电阻器和电容器。
24. 如权利要求20所述的系统，其中形成显示单元包括 将电容器连接至照明开关的栅极端子； 将照明开关的源极端子连接至照明元件；以及 将照明开关的漏极端子连接至参考地。
25. 如权利要求20所述的系统，其中将来自信号协议并通过访 问开关的信息存储到存储元件上包括操作控制模块中的编程输入/输 出模块用于执行信号协议。
26. 如权利要求20所述的系统，其中将来自信号协议并通过访 问开关的信息存储到存储元件上包括操作控制模块中的有限状态机用 于执行信号协议。
27. 如权利要求20所述的系统，其中将来自信号协议并通过访 问开关的信息存储到存储元件上包括操作控制模块中的运算放大器用 于执行信号协议。
28. 如权利要求20所述的系统，还包括操作控制模块中的控制器用于指导控制模块中的其它模块执行信号协议。
29. 如权利要求20所述的系统，其中配置信号协议包括配置脉 宽调制协议。
30. 如权利要求20所述的系统，其中配置信号协议包括配置幅 度调制协议。
31. 如权利要求20所述的系统，其中配置信号协议包括配置带 有脉宽调制和幅度调制的协议。
32. 如权利要求20所述的系统，其中 形成具有照明元件的显示单元包括形成第一颜色的第一串的第一照明元件；以及 形成第二颜色的笫二串的第二照明元件； 激活照明元件还包括将用于信号协议的脉宽调制应用于第一串和第二串；以及 将用于信号协议的幅度调制应用于第一串；以及 将用于信号协议的幅度调制应用于第二串。
33. 如权利要求20所述的系统，其中形成具有照明元件的显示 单元包括形成显示单元中的一个像素。
34. 如权利要求20所述的系统，其中形成具有照明元件的显示 单元包括形成显示单元中的多个像素。
35. 如权利要求20所述的系统，其中形成具有照明元件的显示 单元包括用发光二极管形成树或矩阵配置；用信号协议个别地访问发光二极管；以及用信号协议访问发光二极管的树或矩阵配置的预定部分。
36. —种显示系统，包括 显示阵列；连接至显示阵列的控制模块；用于显示阵列与控制模块之间的通信协议的配置电路；以及 控制模块中的操作电路，用于用通信协议操作显示阵列。
37. 如权利要求36所述的系统，还包括显示阵列中的显示单元。
38. 如权利要求36所述的系统，还包括控制模块中的信息传送 协议电路，用于实施控制模块与显示阵列之间的通信协议。
39. 如权利要求36所述的系统，还包括显示阵列中的激活元 件；以及显示阵列中连接至激活元件的照明元件。
40. 如权利要求36所述的系统，还包括 显示阵列中的开关元件； 显示阵列中连接至开关元件的存储元件；以及 显示阵列中连接至存储元件的照明元件。
41. 如权利要求36所述的系统，还包括 显示阵列中的具有电气器件、非电气器件或两者的激活元件；以及显示阵列中连接至激活元件的照明元件。
42. 如权利要求36所述的系统，还包括显示阵列中的按单个、 串、树或矩阵配置的显示阵列中的照明元件。
43. 如4又利要求36所述的系统，还包括 控制模块中的控制器； 控制模块中连接至控制器的媒体接口；和 控制模块中连接至控制器和显示阵列的显示器接口。
44. 如权利要求36所述的系统，其中用于通信协议的配置电路 在控制模块内的控制器中。
45. 如权利要求36所述的系统，其中操作电路在控制模块内的 控制器中。
46. 如权利要求36所述的系统，还包括控制模块中的调制电路， 用于将信息传送至显示阵列。
47. 如权利要求36所述的系统，还包括显示阵列中的存储元件， 用于存储来自通信协议的信息。
48. 如权利要求36所述的系统，还包括显示阵列中的显示单元， 用于在显示阵列中提供背光。
49. 如权利要求36所述的系统，还包括显示阵列中的显示单元， 用于为显示阵列提供直接显示光。
50. —种显示系统，包括 显示单元；显示单元中的访问开关；显示单元中的存储元件；显示单元中的照明开关；显示单元中的照明元件；具有显示单元的显示阵列；连接至显示阵列和显示单元的控制模块；用于显示单元与控制模块之间的信号协议的配置电路；以及连接至访问开关的访问线，用于将来自控制模块且通过访问开关 连接的信息存储到存储元件上以控制照明开关并用照明开关激活照明 元件。
51. 如权利要求50所述的系统，其中访问开关是晶体管。
52. 如权利要求50所述的系统，其中照明开关是晶体管。
53. 如权利要求50所述的系统，其中显示单元中的存储元件是 电容器；电容器的第一电极连接至照明开关的栅极端子； 电容器的第二电极连接至照明开关的源极端子；以及照明开关的漏极端子连接至照明元件。
54. 如权利要求50所述的系统，其中显示单元中的存储元件还包括连接至访问开关的电阻器； 连接至电阻器和参考地的电容器；以及 连接至电阻器和电容器的照明开关。
55. 如权利要求50所述的系统，其中显示单元还包括 连接至照明开关的栅极端子的电容器； 连接至照明元件的照明开关的源极端子；以及连接至参考地的照明开关的漏极端子。
56. 如权利要求50所述的系统，还包括控制模块中的编程输入/ 输出模块，用于执行信号协议。
57. 如权利要求50所述的系统，还包括控制模块中的有限状态 机，用于执行信号协议。
58. 如权利要求50所述的系统，还包括控制模块中的运算放大 器，用于执行信号协议。
59. 如权利要求50所述的系统，还包括控制模块中的控制器， 用于指导控制模块中的其它模块执行信号协议。
60. 如权利要求50所述的系统，还包括控制模块中的脉宽调制 电路，用于产生信号协议。
61. 如权利要求50所述的系统，还包括控制模块中的幅度调制 电路，用于产生信号协议。
62. 如权利要求50所述的系统，还包括控制模块中的混合调制 电路，用于为信号协议产生脉宽调制和幅度调制。
63. 如权利要求50所述的系统，其中照明元件包括 第一颜色的第一串的第一照明元件；以及 第二颜色的第二串的第二照明元件；还包括控制模块中的混合调制电路，用于为信号协议产生脉宽调制和幅 度调制，所述信号协议应用于第一串和第二串。
64. 如权利要求50所述的系统，其中照明元件是显示单元中的 一个像素。
65. 如权利要求50所述的系统，其中照明元件具有显示单元中 的多个像素。
66. 如权利要求50所述的系统，其中照明元件是用信号协议连 接的发光二极管的树或矩阵配置，所迷信号协议用于个别地访问发光 二极管并用于访问发光二极管的树或矩阵配置的预定部分。
全文摘要
提供显示系统，它包括形成显示阵列，将控制模块连接至显示阵列，配置显示阵列与控制模块之间的通信协议，以及用通信协议操作显示阵列。
文档编号G06F3/038GK101617285SQ200880005810
公开日2009年12月30日 申请日期2008年2月22日 优先权日2007年2月22日
发明者J·洪, W·姚, W·陈 申请人:苹果公司