专利名称：显示系统及其电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及显示器，特别是涉及控制加在显示板上的信号的电路。
显示系统诸如液晶显示(LCD)系统已使用中央处理单元(CPU)、显示图象缓冲器和驱动显示板的显示驱动器实现。对于大屏幕的LCD显示器，CPU操作以便从显示图象缓冲器复制数据和将该数据以逐个象素的方式加到显示驱动器。该驱动器产生显示板上的电压，控制其上的象素具有特定的强度和降低速率。加电压的过程是以定时的间隔重复地进行的，在本领域称为“更新显示”小显示板的显示系统要求比大显示板的系统相应地小的显示图象缓冲器。许多小显示板的系统以与控制显示板的逻辑电路相同的集成电路(IC)实现显示图象缓冲器，这样的缓冲器称为内部缓冲器。这种方法取得了比使用用于该显示图象缓冲器的外部存储器件小得多的电耗。但是，可由集成缓冲器驱动的显示板的尺寸受到IC上的显示图象缓冲器的可用管芯区的限制。这个方法的另一个缺陷是CPU存取内部显示图象缓冲器被限制。因为存取受限制，显示变得越大，CPU越难足够快地改变内部显示图象缓冲器的内容以避免在滚动期间的闪烁和暂停。因此，对于大显示板采用内部缓冲器的显示系统，很难在显示板上以平滑一致的方式滚动图象。
因此需要提供以改进的电耗特性控制大显示器的系统。
图1是表示处于闭合位置的设备的前、顶和侧视图。
图2是表示处于打开位置根据图1的设备的前、顶和侧视图。
图3是表示根据图1的设备中的电路的方框图形式的电路图解。
图4是表示根据图3的电路的一部分的方框图形式的电路图解。
图5是表示根据图4的电路的另一个实施例的电路图解。
设备100包括显示区102、小键盘104、天线106和电池112。所示的设备100是一个便携通信设备，特别是一个蜂窝无线电电活机。但是，本发明可在包含显示器的其它设备中找到应用，诸如寻呼机、双向无线电设备、计算器、便携式计算机、掌上计算机、个人数字助手(PDA)、录象机等，而在这里使用的“设备”包括这些中的每一个设备和它们的等效物。
设备100的外壳107包括一个外壳部分108，它被表示为一个盖，和一个主体外壳部分110，它被表示为主体。外壳107在闭合位置(图1)和打开位置(图2)之间移动。盖108和主体110利用任何适合的连接器如铰链、便于滑动的导轨组件等移动地互连。外壳107被打开以便给用户露出显示板200的整个视区。
盖108的显示区102可用透镜如透明的聚合单元提供，或者以在盖108闭合时能够看到显示板200的至少一部分的开口提供。最好是透镜，因为在盖闭合时它保护显示板200的表面。设备100包括在盖108中的一个磁铁202和在主体110中的一个笛簧开关204。磁铁和笛簧开关提供用于检测外壳107的打开和闭合位置的检测器。该检测器可以以任何霍尔效应器件、机械开关、光器件等提供，而这里使用的“检测器”是指这些中的每一个器件和它们的等效物。
显示系统300(图3)装在主体110中。显示系统300一般包括连接到显示板200的显示控制电路301。所示的显示板200有一个全屏显示区303，它是该显示板屏幕的完全可看见的显示区。它还包括一个部分显示区305，该区是在全屏显示区303内但是比它小。部分显示区可位于该显示屏的任何区域，而且它可以移动和/或其尺寸可被改变，在下面将详细地叙述。
显示板可具有图形的能力。示例的显示板具有每个象素以4比特控制信号提供的15级灰度。该示例的显示板具有192象素×272象素及120点/英寸的显示区的全液晶显示(LCD)板屏幕。但是，该显示器的尺寸不是关键的，而且本领域的技术人员将认识到显示板可具有其它的尺寸。显示板可以以任何方便的显示板实现，诸如可从Epson公司或Optrex公司买到的显示板。显示板200可以是单行或多行显示、单色或彩色。
显示系统300包括显示控制电路301和显示板200。显示控制电路301包括中央处理单元(CPU)312，它接到显示图象缓冲器304和显示驱动器310。显示驱动器310包括一个垂直的或列驱动器311和一个水平的或行驱动器313。驱动器311和313响应来自CPU312的信号来控制加到显示板的列和行的电压。驱动器可以以任何适合的市场上可买到的驱动器实现，诸如夏普公司制造的驱动器。
显示图象缓冲器304存储显示板的图象。显示图象缓冲器304对于存储所要求数量的象素以便在显示板200的整个区域上再现象是足够大的。显示图象缓冲器304字节容量可使用下式确定字节＝G*x*y/8式中，字节＝以字节为单位的存储器容量；G＝每象素的比特数(1＝单色；2＝4级灰度；4＝15级灰度)；x＝水平行中的象素数；而y＝垂直行中的象素数。例如，对于具有192象素列、272象素行和15级灰度的显示器，要求在显示板200的整个区域上产生一个图象所要求的总存储容量是26112字节。为了缩减部件，可使用具有2兆字节容量的DRAM实现该缓冲器，而且该缓冲器将是这个存储器的一部分。DRAM的其余部分可用作与显示无关的其它目的。显示图象缓冲器304容易存取CPU312，以允许目标如图标的动态移动如滚动和实时绘图。
显示图象缓冲器304利用数据总线315接到中央处理单元(CPU)312。CPU312在显示图象缓冲器304中存储要在显示板200的全屏显示区303上显示的图象。每个象素4比特的控制信号顺序地从显示图象缓冲器304复制出并且利用CPU312加到显示驱动器310。CPU312可以使用任何适合的、市场上可买到控制器、微处理器或数字信号处理器(DSP)，如可从Cirrus Logic公司买到的CL-7110实现。
CPU312从用户输入端314接收输入，用户输入314可包括显示板200的触摸小键盘(未示出)、键盘104、该设备上的其它键、话筒(未示出)等。CPU312也从检测器316接收输入，后者可包括笛簧开关204、侧面光检测器(未示出)等。CPU312也可包括软件实现的检测器，它监视CPU的活动和提供状态信息。如在这里所使用的检测器包括CPU内部和外部的所有这样的检测器和它们的等效物。
检测器之一是笛簧开关204，在盖108打开时它闭合，而在盖108闭合时它打开。当笛簧开关204闭合时它将电压接到CPU312，这是在盖108上的磁铁从该笛簧开关上移开时发生的。因此当盖打开和在盖108不是闭合时，电压通过笛簧开关204加到CPU312。因此CPU312响应该笛簧开关来检测盖108是闭合还是打开。
CPU312还具有检测不活动性的内部检测器(未示出)。如果在预定时间期间CPU312没有接收到用户输入端314和RF电路318来的输入，则CPU可进入睡眠模式。
CPU312响应这些检测器316，在由于该处理器不工作使电话机进入“睡眠模式”时或者在盖108闭合而该电话机激活时控制显示板200只在部分显示区305中显示图象。当盖108打开时可自动地激活全显示模式，而响应该检测器的输入，在盖108闭合时可自动地进入部分显示模式。
CPU312通过总线317和319接到显示驱动器310。该显示驱动器包括水平驱动器313和垂直驱动器311。水平驱动器313控制输入到显示板200上的象素的行的电压。垂直驱动器311控制输入到显示板200上的象素的列的电压。垂直驱动器311和水平驱动器313可使用任何适合的、市场上可买到的驱动器，如可从夏普公司买到的驱动器实现。这些驱动器从CPU312接收象素控制信号和输出并行控制信号给显示板200。
除了显示系统300外，所说的便携通信设备包括接到天线106用于与基站(未示出)通信的射频(RF)电路318。RF电路318通过双向通信总线320与CPU312通信并经过天线106与基站(未示出)通信。RF电路和天线106可使用任何适合的市场上可买到的射频电路实现。
显示系统300是由电池112供电的。电池电压是由电压调节器322调节的。本领域的技术人员将认识到显示系统300消耗的功率的数量影响它耗尽电池112所用的时间量。因此希望通过减少显示系统300的功率消耗来减少显示系统300的功耗，因而在不增加电池体积的情况下增加它耗尽电池所用的时间。
参见图4，图3的CPU312包括图象控制电路400，它具有直接存储器存取(DMA)信道406、控制电路409、先进先出(FIFO)存储器416和象素填充电路418。控制电路409包括一个输入开关414、一个输出开关420和状态控制与定时逻辑422。DMA信道406从显示图象缓冲器中复制象素控制信号。在CPU312的核心不采用操作该显示器的用于操作的数据总线315的时间期间，DMA信道顺序地从显示图象缓冲器304中复制4比特象素控制信号并将它们加载入输入开关414。DMA信道最好具有符合显示图象缓冲器304数据总线315和FIFO存储器416的宽度。使用宽的总线，检索图象的象素控制信号所用的总时间减少了，这增加了为了加载图象或其它目的CPU312必须存取该存储器的机会。这提供了实现图象平滑滚动的最大可能。
输入开关414具有(连接)用于从DMA信道406输出接收顺序的象素控制信号的输入接点426。另一个输入接点428(被连接)用于接收FIFO存储器416的输出。控制输入432接收一个控制信号，响应此控制信号，输入接点426或输入接点428被选择接到输出开关420的输出430。输入开关414可使用任何适合的开关元件实现，诸如采用逻辑门的数字开关、使用晶体管元件的模拟开关、电机开关、CPU312的核心中的软件命令等。
FIFO存储器416在输入431上从输入开关414的输出430接收顺序象素控制信号。FIFO存储器416以与它们在输入431被接收的相同顺序在输出433输出信号。FIFO存储器416包含“n”存储单元，n等于在部分显示操作模式中使用的显示板200的象素数，即是在部分显示区305中的象素数。例如，FIFO存储器416中的每个象素控制信号包括与具有15灰度等级的象素相关的4比特。如果部分显示区或区域305具有120象素，则FIFO存储器416具有每个4比特的120个存储单元。使用每个象素一个比特，可取得附加的存储器容量节余，因为FIFO存储器416只需要120个1比特的存储单元，对120象素各产生一个图象。可想象到，对于在盖108闭合时的情况，将产生单色图象，因为该图象是字母数字，诸如文本和电话号码，这些非常适合于单色图象。
FIFO存储器416用于保证象素扫描控制器424可用的稳定的、连续的象素数据流以保障显示板200上的图象不闪烁。共享具有CPU312的核心的显示图象缓冲器304和数据总线315的存取特权的DMA信道406只在它已存取数据信道时移动象素控制信号。在这些存取期间DMA信道以比由象素扫描控制器424读出内容更快的速率加载FIFO存储器416。因此FIFO存储器416被加载以便通过在全显示操作模式中暂时地存储象素单元防止欠载运行。当该缓冲器没有加载供象素扫描控制器424读出的足够的象素样值时出现欠载运行，导致该象素扫描控制器忽略象素，这导致在滚动期间跳动和图象闪烁。如果不管怎样该DMA信道不以定时的方式提供象素控制信号，则FIFO存储器416的输出可由输入开关414返回到输入431。
在部分图象显示模式中，输入开关414保持在位置b，其中输入接点428接到输出430。这使得在DMA信道406和任选的显示图象缓冲器304被禁止(断电)时FIFO存储器416的内容循环。这提供了在部分显示模式中显着的功率节省。在部分显示操作模式中，因此FIFO存储器416存储该部分图象的所有象素控制信号。
输出开关420与输入开关414是相同的。它包括接到FIFO存储器416的输出433的输入接点440、接到象素填充电路418的输入接点442和接到象素扫描控制器424的输出444。用于控制输出开关420的位置的控制信号在控制输入446上输入。
象素填充电路418提供都具有相同值的连续象素样值流。选择每个象素的值以缩减象素偏移条件(off condition)，这是在部分显示区305外的显示的行和列中的显示板200上的一个空白图象。数据触发器460具有连接到CPU数据总线的数据输入，以便从该总线接收逻辑0和逻辑1信号。该数据触发器的时钟输入设定寄存器的时钟速率，而这个输入接到CPU，该CPU给它提供写允许信号。通过控制给该数据触发器在D输入的逻辑电平，该数据触发器被编程输出0、1或其组合序列，这是产生显示板200的象素的逻辑断(logicoff)信号所要求的。输出象素断(pixel off)信号的速率由寄存器的时钟速率控制，使得象素填充电路418可根据任何市场上可买到的显示板的要求进行控制或编程。
样值的实际值可编程以适应不同类型的LCD驱动器电路。象素填充电路418可利用存储象素断信号的寄存器实现，象素断信号如逻辑0，它被输出到具有每个时钟脉冲的驱动器。该寄存器可以是上面叙述的定时的触发器、定时的寄存器等。
状态控制与定时逻辑422包括用于DMA信道和象素扫描控制器424的定时信号的产生的逻辑，而且协调输入开关414与输出开关420的定时转换。通过控制输入开关414和输出开关420，定时状态控制与定时逻辑422控制在部分显示模式中使用的显示图象的尺寸与高宽比，和有效操作模式的选择。状态控制与定时逻辑422可在CPU312的核心中、该核心外的寄存器中等等实现。象素扫描控制器也可包括例如存储16字节的小FIFO缓冲器(未示出)。
象素扫描是由象素扫描控制器424控制的。象素扫描控制器424将在输出开关420的输出444上所加的象素信息变换为用于水平驱动器313和垂直驱动器311的信号。该变换过程包括用于控制编码的象素数据的负载周期(通时间/断时间)的象素信号的灰度翻译。任何常规的象素扫描控制器可用于实现象素扫描控制器424，如市场上可买到的LCD控制器等。
在操作中，该显示系统以其中只是部分显示区305显示图象的部分显示模式和其中显示板200的全屏显示区303显示图象的全显示模式进行操作。占用整个显示的图象存储在显示图象缓冲器304中。只占用部分显示区的较小的图象仅在部分显示模式初始化之前加载到FIFO存储器416。
FIFO存储器416中的图象是具有在代表象素的阵列中每个元素的二维阵列。该阵列中的象素元素可出现多达15灰度。为了这些叙述的目的，CPU312准备好存取显示图象缓冲器和根据已知的技术适当编码包含在该缓冲器中的图象。
在全显示模式输入开关414继续连接输入接点426和输出430。DMA信道406用于存取显示图象缓冲器304和通过输入开关414传递已安排为8或16比特字组的象素信号。如果加载8比特字，则两个象素信号并排加载。如果加载16比特字，则4个象素信号并排地加载。每当FIFO存储器416是半空时，DMA信道406被发信号通知从显示图象缓冲器304检索另外的样值并且将这些字写入FIFO存储器416直到它充满为止。因此DMA信道406以足够的数据加载FIFO存储器416以避免闪烁。DMA信道406准备适当的逻辑，一般以线性和顺序的方式从图象缓冲器中存取样值并且以顺序的次序提供这些样值给FIFO存储器416。
在整个全显示模式中，状态控制逻辑使输出开关420处于位置a，输入接点440接到输出444。由DMA信道406加载入FIFO存储器416的样值前进到FIFO存储器416的输出侧，同时象素扫描控制器424连续地从FIFO存储器416读出每个样值。
象素扫描控制器424从状态控制与定时逻辑422接收定时时钟信号并且使用该时钟信号将来自FIFO存储器416的并行象素字变换为顺序的象素流，分别经过水平驱动器313和垂直驱动器311加到显示板200的行和列。被编码用于灰度操作的象素被处理，如本领域公知的那样，通过控制编码的象素数据的负载周期提供适合于指定值的灰度。通过变化几个帧的象素通过象素断的比率产生中间的灰度。本领域的技术人员认识到，通过变化响应环境光源和环境温度检测器变化电源电压取得显示的对比度，因而提供室内和室外的最好对比度。另外象素扫描控制器424被编程发信号通知水平驱动器313和垂直驱动器311何时输出象素的新水平行或何时已经达到显示板200的底部，该扫描处理将从顶部重新开始。
通过连接输入开关414到FIFO存储器416输出来激活部分显示模式，使得FIFO存储器416的内容重新循环。在整个部分显示模式中输入开关414保持在这个位置。因此由于循环FIFO存储器416的内容系统地复制入象素扫描控制器424，所以该内容重新循环。这个模式不需要操作DMA信道406和重复的DMA存取大的显示图象缓冲器304。DMA信道406和显示图象缓冲器304可被断电，这导致功耗的明显减少。
当在部分显示区305顶部显示的第一行的第一象素是在FIFO存储器416的输出时，该输入开关从输入接点426移到输入接点428。这保证待显示的图象重新循环，而所需要的部分显示模式图象是正确的。
图象的高宽比率是水平对垂直的度量，它是由在该状态控制器中提供的逻辑确定的。在象素扫描控制器424扫描显示板的未使用部分期间，输出开关420被控制用于连接输入接点442到象素填充电路418。因此在部分显示模式期间输出开关420作为一个组合器组合象素断信号与部分图象象素控制信号以便控制显示板200的整个显示屏区。可使用其它的组合器代替输出开关420，诸如FIFO存储器416和象素填充电路418的软件控制以适当的顺序插入信号到公共总线中，等等。
组合器、输出开关420的使用保证部分显示区305的外部由该象素填充比特控制，该象素填充比特是象素断控制信号。通过保证在所有操作条件下AC信号加到所有象素，扫描具有象素断信号的显示器保护显示板200不受等离子效应损坏。本领域的技术人员认识到象素扫描控制器424和驱动器311及313提供交流电压给显示板200以保证AC电压总是加在显示板200。
部分显示模式通过减少显示系统300的功耗来提供能量保存。在该显示的未使用部分扫描象素断码以保证未使用部分仍然空白。部分显示区的尺寸是由FIFO存储器416的尺寸和用于表示单个象素元素(即灰度)的比特数确定的。部分显示模式中最好使用1比特字(单色)来提供有效的存储器保存，而且因为所显示的信息基本上是电话号码和适合于单色显示的文本信息。空白的行与列的控制和FIFO存储器416的插入控制着部分显示区305的位置在部分显示模式中通过控制象素断信号与FIFO存储器416内容的组合，所产生的图象可放置在该显示的任何区域中。该显示器的剩余的行和列被控制为断，因而减少了功耗。
替代的图象控制电路501包括一个部分图象存储器500(图5)和控制电路509。部分图象存储器500与来自CPU312的部分图象信号一起加载到数据总线315上。部分图象存储器500可以使用任何适合的存储器器件，诸如静态随机存取存储器(SRAM)。
在操作中，在部分显示模式的开始CPU312通过数据总线315把部分显示区305的象素控制信号加载到部分图象存储器500。输入开关414的输入接点428接到部分图象存储器500的输出。然后部分图象通过输出开关420输入到象素扫描控制器424。象素控制信号在每个时钟信号上以递增输入到该部分图象存储器的地址的方式顺序读出。例如SRAM能安排成每32比特的512个位置。每个单元存储信号二进制位。在1比特/象素模式(即单色操作)中，这相应于每个阵列单元1个象素。如果采用4比特灰度，能够提供的图象减小了4倍。为了使部分显示区305外的显示区域空白，当该象素扫描控制器在空白的行和列的象素控制信号使得该象素扫描控制器在适当的时间接收象素断信号时，输出开关420的输出444连接到输入接点442。本领域的技术人员认识到，通过选择由该象素断信号控制的行和列，部分显示区可放置在全屏显示区303的任何区域。
象素扫描控制器424可包括一个DMA信道(未示出)，用于存取部分图象存储器500，和一个小的FIFO缓冲器(未示出)，在不加载部分图象存储器500的内容时使用。数据总线315例如可以是16比特宽，和伪DMA信道可一次提取8个16比特字以便复制入小的FIFO缓冲器。在部分显示模式期间，象素扫描控制器424对其响应控制垂直驱动器311和水平驱动器313来显示图象。
这样显示控制电路301包括具有足够存储象素控制信号容量的第一显示图象缓冲器304，用于控制在显示板200的整个显示屏上的图象。第二显示图象缓冲器、FIFO存储器416或部分图象存储器500具有保存部分显示区305图象的容量。第二显示图象缓冲器比第一显示图象缓冲器小。状态控制与定时逻辑422控制输入开关414和输出开关420的工作，使得该屏幕的图象源以同步的方式从第一显示图象缓冲器转换到第二显示图象缓冲器。象素填充电路418存储用于控制待关断的部分显示区外的显示部分的象素断信号。
可选择象素断信号值符合显示驱动器310和显示板200的要求。另外，可控制输出开关420使不同的行和列空白，因此改变部分显示区305的位置。通过改变空白的行和列，来自第二缓冲器的部分显示区可放置在该显示屏的不同区域。
因此部分显示模式提供有效的功率节省，这在电池供电的设备中特别重要。实现这个功率节省对于全显示操作模式的显示系统工作无有害的影响。
权利要求
1.一种显示系统，其特征在于，该系统包括具有显示屏区的显示器，在其上产生观看的图象；和控制该显示器操作的一个图象控制电路，该图象控制电路控制该显示器，使得在第一操作模式中只可控制部分显示区产生图象以便保存功率和在第二操作模式中可控制整个显示屏区产生图象。
2.根据权利要求1的显示系统，其特征在于，该图象控制电路包括存储部分显示区的象素控制信号的第一缓冲器。
3.根据权利要求2的显示系统，其特征在于，在第二操作模式中第一缓冲器传送图象控制信号到象素扫描控制器，而在第一操作模式中存储该部分显示区的象素控制信号。
4.根据权利要求3的显示系统，其特征在于，第一缓冲器是先进先出存储器。
5.根据权利要求4的显示系统，其特征在于，该系统还包括一个开关，在部分显示模式中连接该先进先出存储器的一个输出到该先进先出存储器的一个输入。
6.根据权利要求5的显示系统，其特征在于，当出现在部分显示区中的图象的第一象素控制信号是在该先进先出存储器输出上时，该开关连接该输出到该输入。
7.根据权利要求1的显示系统，其特征在于，该系统还包括一个象素填充电路和其中第一缓冲器的输出通过一个开关接到象素扫描控制器，该开关选择地连接该象素扫描控制器到第一缓冲器的输出和该象素填充电路的输出之一，该象素填充电路产生象素断信号，和该象素断信号是该象素扫描控制器的输入以便选择该部分显示区的位置和尺寸。
8.包括根据权利要求1的显示系统的一个便携式电池供电设备，其特征在于，该电池供电设备包括第一壳体部分，该第一壳体部分包括该显示器；第二壳体部分，移动地承载在第一壳体部分上，以便在打开和闭合位置之间移动，第二壳体部分至少部分地覆盖处于闭合位置的第一壳体部分；和该图象控制电路响应处于闭合位置的第一和第二壳体部分只在部分显示区中显示图象。
9.包括根据权利要求1的显示系统的一个便携式电池供电设备，其特征在于，该图象控制电路包括一个象素扫描控制器，该图象控制电路控制该象素断信号插入到该象素扫描控制器使在该显示屏区部分周围的象素的行和列空白，并改变被空白的象素的行和列以便在该显示屏区的新区中最新安排该显示屏区的部分。
10.根据权利要求1的显示系统，其特征在于，该系统还包括一个存储器和输出象素断信号的一个象素填充电路，其中该图象控制电路被接到该存储器和该象素填充电路，该图象控制电路包括一个组合器，选择地组合来自存储器的象素信号和该象素断信号，该组合器输出在全图象模式中在象素信号输入上接收的图象序列和在部分显示模式中输出象素断信号与从该存储器来的象素信号。
全文摘要
一种显示系统包括具有全屏显示区(303)的显示板(200),在其上可产生观看的图象。图象控制电路(400、501)控制该显示板的操作,只控制部分显示区或区域(305)在第一操作模式中产生图象以便保存功率,和控制全屏显示区在第二操作模式中产生图象。
文档编号H04M1/02GK1189737SQ9712019
公开日1998年8月5日 申请日期1997年11月24日 优先权日1996年11月27日
发明者希拉M·雷德 申请人:摩托罗拉公司