专利名称：驱动显示器中光源的装置和方法
技术领域：
本发明涉及图像显示器，尤其涉及驱动用于图像显示器的光源的装置和方法。
背景技术：
显示装置例如计算机监视器、电视机等通常包括采用发光二极管(LED)、电致发光(EL)、真空荧光显示器(VFD)、场发射显示器(FED)和等离子体板显示器(PDP)的自发射显示器和采用需要光源的液晶显示器(LCD)的非发射显示装置。
LCD装置通常带有两个面板，每个面板都有场发生电极和有电介质各向异性的液晶(LC)层。LC层插在两个面板之间。给每个场发生电极提供电压以在液晶层上产生电场。LC层的光透射率随着由施加的电压控制的电场强度而变化。因此，通过调整施加的电压就可以显示想要的图像。
LCD的光由安装在LCD装置中的光源提供或者可以是自然光。在采用光源提供光的情况下，LCD装置屏幕上的亮度通常通过调整光源的接通时间和断开时间的比例或调整流过光源的电流来调整。
作为LCD装置的光源，通常使用荧光灯。荧光灯常常要求其大小通常在几千伏范围内的高交流电压并且频率在几万赫兹的范围内。流过这种荧光灯的电流具有几个毫安培的大小。由于该灯设置在LCD面板后侧并以几毫米的距离靠近面板，来自灯的电场和磁场对LCD面板的电线和薄膜晶体管(TFT)中的信号产生噪音。尤其是由于灯驱动信号的频率和LCD面板水平同步信号的频率彼此相似，而只有细微差别，因此产生差拍，从而在LCD屏幕上引起所谓瀑布的干扰，该干扰形成水平条纹。
为使灯驱动频率和水平同步信号的频率一致，以此消除这种问题，产生频率低于水平同步信号频率的三角形脉宽调制(PWM)基准信号，并且采用将被初始化的短脉冲使基准信号在同步的同时降到最低水平。
但是，在采用传统光源驱动装置和方法的显示装置中，产生三角形基准波以具有彼此对称的上升部分和下降部分。结果，就产生诸如降低使用寿命和不稳定启动灯的一些问题。
发明内容
通过根据本发明的显示装置克服或减轻了现有技术的上述或其他不利点和缺陷。在一个实施例中，驱动图像显示器的光源的装置包括，输入端，其接收水平同步信号和外部提供的控制信号；振荡器，其产生具有一频率的基准信号；控制器，其响应控制信号调制基准信号并输出调制过的信号，以及相位差检测单元，其接收水平同步信号和调制过的信号并检测水平同步信号和调制过的信号之间的相位差以产生表示相位差的输出信号，其中，振荡器响应相位差检测单元的输出信号调整基准信号的频率，以便水平同步信号和基准信号彼此同步。外部提供的控制信号包括控制图像显示器屏幕上亮度的信号。
相位差检测单元可以包括相位比较器，其比较水平同步信号和调制过的信号的相位、并产生其值基于比较而确定的输出信号，以及积分器，其产生其大小与相位比较器的输出信号的积分成比例的电压信号。该积分器可以包括具有连接在电源电压和接地点之间的电阻器的分压器、具有接收相位比较器的输出信号的反相输入端和连接于分压器的同相输入端的运算放大器、连接在运算放大器的反相输入端和输出端之间的电容器，以及响应外部提供的指令信号通过将积分器中的电容器放电初始化积分器的复位单元。
在另一个实施例中，光源驱动装置还可以包括将由控制器提供的调制过的信号的频率分频以产生分频信号的分频器。光源驱动装置还可以进一步包括连接在相位比较器和积分器之间的低通滤波器，其中，该低通滤波器滤去相位比较器输出信号的高频部分。
在另一实施例中，光源驱动装置还可以包括开关电路，其接收来自控制器的调制过的信号并通过根据调制过的信号切换电源电压产生具有接通电平(on level)和关断电平(off level)的开关信号、以及接收来自开关电路的开关信号并产生施加给光源的正弦信号的变换器。
在另一实施例中，提供了一种驱动图像显示器中的光源的方法，包括以下步骤产生具有一频率的基准信号、检测图像显示器的水平同步信号和基准信号之间的相位差以产生检测信号、响应检测信号调整基准信号的频率、以及响应调制过的基准信号给光源提供驱动信号。
检测步骤可以包括比较水平同步信号和基准信号、对从比较步骤得到的结果信号积分以产生积分电压信号作为检测信号、以及将积分步骤复位以使积分过的电压信号回到初始状态。该方法可以进一步包括相对基准信号进行脉宽调制以产生调制信号、以及将调制信号的频率分频以产生分频信号，其中，通过检测水平同步信号和分频信号之间的相位差来得到检测信号。
结合附图阅读，从随后其解释性的实施例的具体描述，可以使本发明的这些和其它目的、特征和优点变得更加清晰。
参考附图通过描述其优选实施例将使本发明的上述和其它优点更加清晰，其中图1是根据本发明实施例的图像显示器的分解透视图；图2是表示本发明的部分图像显示器的方块图；图3是根据本发明实施例的图像显示器的像素的等效电路图；图4是图2中根据本发明实施例的逆变器(inverter)的电路图；图5示出图4中的部分的输出电压的波形和提供给灯单元的灯电流。
具体实施例方式
此处公开了本发明详细的解释性实施例。但是，此处公开的具体结构性和功能性细节只是表示以描述本发明典型实施例为目的。
在附图中，为了清楚起见放大了层厚度和区域，并且相同附图标记代表相同元件。
图1是根据本发明实施例的图像显示器的分解透视图，图2是表示本发明的部分图像显示器的方块图，图3是根据本发明实施例的图像显示器的像素的等效电路图。
参考图1，本发明的图像显示器例如液晶显示(LCD)装置包括显示模件350，其包含显示单元330、背光单元340、一对前后框架361和362、底板363的以及包含和固定显示组件350的模压框364。
显示单元330包括显示面板组件300、安装栅极(gate)驱动IC的栅极(gate)带式载体封装件(package)(TCP)或薄膜上芯片(COF)型封装件510和附着于显示面板组件300的数据TCP410，以及分别附着于栅极和数据TCP510和410的栅极(gate)印刷电路板(PCB)550和数据PCB450。
背光单元340包括设置在显示面板组件300后的灯341、设置在面板组件300和灯341之间的散布板342和光学片343。散布板342将来自灯341的光引导和散射到面板组件300。背光单元340还包括设置在灯341下并向面板组件300反射来自灯341的光的反射器344。
灯341是例如象CCFL(冷阴极荧光灯)和EEFL(外部电极荧光灯)的荧光灯或LED灯。
参考图2，本发明的显示装置还包括连接于显示面板组件300的栅极驱动器400和数据驱动器500、连接于数据驱动器500的灰度电压发生器800、用于照射面板组件300的发光单元900、以及控制上述元件的信号控制器600。
显示面板组件300包括下板100、上板200和插在其间的液晶(LC)层3(参照图3)。显示面板组件300包括显示信号线G1-Gn和D1-Dm以及连接于显示信号线G1-Gn和D1-Dm并布置成矩阵形式的像素。
显示信号线G1-Gn和D1-Dm设置在下板100上并包括传输栅极信号(称为扫描信号)的栅极(gate)线G1-Gn和传输数据信号的数据线D1-Dm。栅极线G1-Gn布置在行方向且基本上互相平行，数据线D1-Dm布置在列方向并基本上互相平行。
显示器的每个像素包括连接到显示信号线G1-Gn和D1-Dm的开关元件Q、以及连接开关元件Q的电容器CLC和CST。电容器CLC是例如形成在上下板200和100之间的液晶(LC)电容器。可以省略存储电容器CST。
开关元件Q用例如薄膜晶体管来实现，并设置在下板100上。开关元件Q具有三个端连接于栅极线G1-Gn之一的控制端，连接于数据线D1-Dm之一的输入端，和连接于LC电容器CLC和存储电容器CST的输出端。
LC电容器CLC包括下板100上的像素电极190、上板200上的共用电极270和作为电极190和270之间的绝缘体的LC层3。像素电极190连接开关元件Q，共用电极270覆盖上板100的整个表面并向其提供共用电压Vcom。另外，条形或带状的像素电极190和共用电极270可都设置在下板100上。
存储电容器CST是对LC电容器CLC的辅助电容器。存储电容器CST包括像素电极190和设置在下板100上的单独信号线(未示出)。在单独信号线和像素电极190之间设置绝缘体(未示出)，并给单独信号线提供预定电压如共用电压Vcom。注意，在另一实施例中，存储电容器包括CST可以包括像素电极190和相邻的栅极线(或前一根栅极线)，其中绝缘体设置在相邻的栅极线和像素电极190之间。
对于彩色显示器，每个像素单独代表三个基色之一(即，空间分配)或每个像素代表按顺序排列的三个基色(即，时间分配)，这样三个基色的空间或时间总和就看成想要的颜色。图3示出在面对像素电极190的上板区域中每个像素带有红、绿和蓝色滤色片之一的滤色片230的空间分配的例子。另外，滤色片230可提供在下板100上的像素电极190上面或下面。
再参考图2，发光单元900包括具有图1所示的灯341的灯单元910和连接于灯单元910的逆变器920。逆变器920开、关断灯单元910并控制灯单元910的接通时间和断开时间以调整显示屏幕亮度。逆变器920可以安装在单一逆变器PCB(未示出)上或安装在栅极PCB550或数据PCB450上。下面将说明逆变器920的具体结构。
一对使从灯341发出的光偏振的偏振器(未示出)连接在面板组件300的面板100和200的外表面上。
灰度电压发生器800设置在数据PCB450上。灰度电压发生器800产生两组与像素透射率有关的灰度电压。一组中的灰度电压相对于共用电压Vcom具有正的极性，另一组中的灰度电压相对于共用电压Vcom具有负的极性。
栅极驱动器400包括安装在相应栅极TCP510上的集成电路(IC)芯片。栅极驱动器400连接于面板组件300的栅极线G1-Gn并合成来自外部装置的栅极选通(gate-on)电压Von和栅极关断(gate-off)电压Voff以产生施加给栅极线G1-Gn的栅极信号。数据驱动器500包括安装在相应数据TCP410上的IC芯片。数据驱动器500连接于面板组件300的数据线D1-Dm并将从由灰度电压发生器800提供的灰度电压中选出的数据电压提供给数据线D1-Dm。
例如，在另一实施例中，栅极驱动器400和/或数据驱动器500的IC芯片安装在下板100上。在进一步的另一实施例中，驱动器400和500中的一个或两个随其它元件一起合并入下板100。在这种实施例中可以省去栅极PCB550和/或栅极TCP510。
控制驱动器400和500等的信号控制器600设置在数据PCB450或栅极PCB550上。
以下将详细介绍图像显示器的整体运作。参考图2，给信号控制器600提供RGB图像信号R、G和B，并输入来自外部图像显示控制器(未示出)控制其显示的控制信号如垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、主时钟MCLK和数据启用(data enable)信号DE。在输入控制信号和输入图像信号R、G和B的基础上，产生栅极控制信号CONT1和数据控制信号CONT2并处理适合于面板组件300的操作的图像信号R、G和B后，信号控制器600给栅极驱动器400提供栅极控制信号CONT1、给数据驱动器500提供处理过的图像信号R′、G′和B′以及数据控制信号CONT2。
栅极控制信号CONT1包括用于通知开始帧的垂直同步驱动信号STV、用于控制栅极选通电压Von输出时间的栅极时钟信号CVP、以及用于定义栅极选通电压Von持续时间的输出启用信号OE。数据控制信号CONT2包括用于通知开始水平周期的水平同步驱动信号STH、用于指示向数据线D1-Dm施加合适的数据电压的加载(load)信号LOAD或TP、用于(相对于共用电压)转换数据电压极性的转换控制信号RVS以及数据时钟信号HCLK。
数据驱动器500接收来自信号控制器600像素行的图像数据R′、G′和B′的数据包，并响应来自信号控制器600的数据控制信号CONT2，将图像数据R′、G′和B′转换成模拟数据电压，该模拟数据电压从由灰度电压发生器800提供的灰度电压中选出。
响应来自信号控制器600的栅极控制信号CONT1，栅极驱动器400向所选的一个或多个栅极线G1-Gn施加栅极选通(gate-on)电压Von，因而接通与其连接的开关元件Q。
数据驱动器500在开关元件Q的接通时间内向相应的数据线D1-Dm施加数据电压(接通时间是所谓的“一个水平周期”或“1H”，而且等于水平同步信号Hsync、数据启用信号DE和栅极时钟信号CPV的一个周期)。然后，通过接通的开关元件Q依次将数据电压提供给相应的像素。
提供给像素的数据电压和共用电压Vcom间的差表现为LC电容器CLC的充电电压即像素电压。液晶分子具有随像素电压大小而定的取向，而且该取向确定了通过LC电容器CLC的光的偏振。偏振器将光的偏振转换成光透射率。
通过重复此过程，在一帧内向所有栅极线G1-Gn顺序提供了栅极选通(gate-on)电压Von，因而将数据电压施加给所有像素。当结束一帧开始下一帧时，控制施加给数据驱动器500的反相控制信号RVS以使数据电压的极性反相(即所谓的“帧反相”)。还可以控制反相控制信号RVS以使在一帧中在数据线内传送的数据电压极性反相(即所谓“线反相”)，或在一个数据包中的数据电压极性反相(即所谓“点反相”)。
逆变器920基于亮度控制信号Vdim、水平同步信号Hsync和用于接通和关断灯单元910的指令信号EN来驱动灯单元910。
参考图4，根据本发明实施例的逆变器920包括从灯单元910开始串联连接的变换器(TRANS)921、开关电路(SW)922；控制器(CTN)930；振荡器(OSC)940和相位差检测电路950。
相位差检测电路950包括相位比较器951、低通滤波器(LPF)952、比例积分器953、复位单元954和分频器955。相位比较器951接收水平同步信号Hsync和来自分频器955的输出，而且当输入具有不同的逻辑值时输出逻辑“0”，当输入具有相同的逻辑值时输出逻辑“1”。在本实施例中，相位比较器951用XNOR门电路实现。XNOR门电路可以用XOR门电路代替。
低通滤波器952包括在相位比较器951和接地点之间串联连接的两个电阻R1和电容器C1，其滤掉输入信号的高频部分使输入信号的低频部分通过。
比例积分器953包括运算放大器OP，其通过串联连接的积分电容器C2和电阻R5负反馈，在其反相输入端(-)处接收低通滤波器952的输出。运算放大器PP具有连接于分压器的同相输入端(+)，分压器包括在供电电压VDDA和接地点之间串联连接的一对电阻R3和R4。运算放大器OP用供电电压VDDA和地电压偏置。比例积分器953输出其大小与低通滤波器952的输出的时间积分成比例的电压。
复位单元954包括与比例积分器953相连的开关元件Q1和差动电路，该差动电路包括在开关元件Q1控制端和接收指令信号EN的输入端之间串联连接的电阻R6和电容器C3。复位单元954通过将储存在积分电容器C2中的电荷放电来初始化比例积分器953。尽管在本实施例中开关元件Q1用NPN双极型晶体管实现，但还可以用PNP双极型晶体管或MOS晶体管作为开关元件Q1。对本领域的技术人员来说，很显然在采用PNP晶体管或P沟道MOS晶体管时要进行一些设计上的调整，例如需要反相指令信号EN的值。
分频器955将控制器930的输出信号的频率分频，并将分频的信号输出到相位比较器951。例如，分频器955采用使输入到时钟端的信号的频率变为一半的T触发器。频率保持不变时可以省略分频器。
现在，参考图4和5详细说明逆变器的操作。图5示出图4中的部件的输出电压的波形图和提供给灯单元的灯电流。
接收到调光(dimming)控制信号Vdim和指令信号EN时，振荡器940产生三角形波形或锯齿形波形的基准信号OSC用于脉宽调制(PWM)。控制器930通过用预定基准电压对基准信号OSC进行脉宽调制，并将PWM信号提供给开关电路922。基准信号OSC典型的频率是水平同步信号Hsync频率的两倍。
开关电路922通过根据图5所示的PWM信号切换直流供电电压来产生具有接通(on)电平和关断(off)电平的信号SW。变换器921基于接通/关断信号SW产生正弦信号并对正弦信号变换到具有高电压。将变换器921产生的正弦信号提供给灯单元910，作为接通灯单元910的灯的灯电流LDS。如图5所示，从变换器921输出的正弦信号具有其值基本上相同分别处于正和负极性的幅值‘a’和‘b’。
复位单元954的微分器C3和R6在输入指令信号EN时在几微秒的时间内流过瞬时电流以接通开关元件Q1。然后，储存在比例积分器953的积分电容器C2中的电荷放电，比例电容器953被初始化。
控制器930的PWM信号输入到将PWM的频率分频的分频器955。被分频的信号然后被输入到相位比较器951。
在水平同步信号Hsync的值等于分频器955的输出信号时，相位比较器951输出逻辑‘1’。在输入信号具有不同值时，相位比较器951还输出逻辑‘0’。因此，两个输入信号相位一致时相位比较器951的输出具有更长持续时间的逻辑‘1’，相反，两个输入信号相位不一致时相位比较器951的输出具有更长持续时间的逻辑‘0’。结果，相位比较器951的输出代表了作为时间的函数的两个输入信号相位之间的相同和/或不同。
相位比较器951的输出通过低通滤波器952，除去了高频部分，转换成充入比例积分器953的积分电容器C2的模拟电压。由于比例积分器953的输出电压与相位比较器951的输出的时间积分成比例，这表示了相位比较器951的两个输入信号间相位差的大小。由于分压器R3和R4的适当的电阻比使得可以从所需的值开始对相位差积分，比例积分器953的输出电压表示两个输入信号的相位差和所需值之间的差。
振荡器940基于比例积分器953的输出电压改变基准信号OSC的振荡频率。即，振荡器940增加基准信号OSC的低频，同时减小基准信号OSC的高频。控制器930进行脉宽调制并输出频率改变了的PWM信号，控制器930的输出信号是二倍分频过的信号并返回到相位比较器951。
水平同步信号Hsync和分频器955的输出信号通过由反馈回路执行上述操作而变得同步。换句话说，水平同步信号Hsync和分频器955的相位变得一致。结果，在采用分配器955的情况下，振荡器940的基准信号OSC的频率变成水平同步信号Hsync的频率的两倍。
参考图5，振荡器940的基准信号OSC的频率是水平同步信号Hsync频率的两倍，因而要提供给灯单元910的灯电流LDS具有对称波形。因此，可以避免由于不对称电流引起的灯单元910寿命缩短或不稳定触发。
同时，通过基于调光控制信号Vdim调整灯单元910的接通时间和关断时间的比可以控制LCD屏幕的亮度，调光控制信号Vdim是从可以通过使用者调整的单独的输入装置输入或是从信号控制器600输入。控制器930响应指令信号EN接通或关断灯单元910。控制器930接收大小与灯单元910中的电流成比例的电压并对灯单元910进行反馈控制。
根据本发明，由于灯中电流波形的正极性部分和负极性部分基本相等，因而延长了灯的寿命，使灯稳定触发。
已对根据本发明的图像显示器的示范性实施例进行了说明，本领域技术人员可以根据上述说明的启示很容易地作出调整和改变。因此，应该理解，在附属的权利要求书的范围内，本发明可以以除了这里的具体描述之外的方式实施。
权利要求
1.一种驱动图像显示器的光源的装置，包括输入端，其接收水平同步信号和外部提供的控制信号；振荡器，其产生具有一频率的基准信号；控制器，其响应控制信号调制基准信号并输出调制过的信号；和相位差检测单元，其接收水平同步信号和调制过的信号并检测水平同步信号和调制过的信号之间的相位差以产生表示相位差的输出信号，其中，振荡器响应相位差检测单元的输出信号调整基准信号的频率，以使水平同步信号和基准信号彼此同步。
2.如权利要求1所述的装置，其中外部提供的控制信号包括控制图像显示器屏幕上的亮度的信号。
3.如权利要求1所述的装置，其中相位差检测单元包括相位比较器，其比较水平同步信号和调制过的信号的相位并产生其值基于比较而确定的输出信号；和积分器，其产生其大小与相位比较器的输出信号的积分成比例的电压信号。
4.如权利要求3所述的装置，其中该相位比较器包括XNOR逻辑栅极。
5.如权利要求3所述的装置，其中该相位比较器包括XOR逻辑栅极。
6.如权利要求3所述的装置，其中该积分器包括具有连接在电源电压和接地点之间的电阻器的分压器；运算放大器，具有接收相位比较器的输出信号的反相输入端和连接于分压器的同相输入端；和连接在运算放大器的反相输入端和输出端之间的电容器。
7.如权利要求6所述的装置，其中相位差检测单元还包括响应外部提供的指令信号通过将积分器中的电容器放电初始化积分器的复位单元。
8.如权利要求7所述的装置，其中复位单元包括一开关元件，其与具有相关于运算放大器的电容器的积分器并联连接，该开关元件由指令信号控制。
9.如权利要求1所述的装置，还包括将由控制器提供的调制过的信号的频率分频以产生分频信号的分频器。
10.如权利要求9所述的装置，其中调制过的信号的频率是分频信号的频率的两倍。
11.如权利要求1所述的装置，还包括连接在相位比较器和积分器之间的低通滤波器，该低通滤波器滤去相位比较器输出信号的高频部分。
12.如权利要求1所述的装置，还包括开关电路，其接收来自控制器的调制过的信号并通过根据调制过的信号切换电源电压产生具有接通(on)电平和关断(off)电平的开关信号。
13.如权利要求1所述的装置，还包括接收来自开关电路的开关信号并产生施加给光源的正弦信号的变换器。
14.如权利要求13所述的装置，其中该正弦信号分别在正和负极性中的幅值具有基本相同的值。
15.如权利要求1所述的装置，其中控制器进行对基准信号的脉宽调制，以产生调制过的信号。
16.如权利要求1所述的装置，其中基于调制过的信号驱动光源并基于水平同步信号驱动图像显示器。
17.一种驱动图像显示器中的光源的方法，包括产生具有一频率的基准信号；检测图像显示器的水平同步信号和基准信号之间的相位差以产生检测信号；响应检测信号调整基准信号的频率；和响应调整过的基准信号给光源提供驱动信号。
18.如权利要求17所述的方法，其中检测步骤包括比较水平同步信号和基准信号；和对从比较步骤得到的结果信号积分以产生积分电压信号作为检测信号。
19如权利要求18所述的方法，还包括复位积分步骤以使积分过的电压信号回到初始状.态。
20.如权利要求18所述的方法，还包括对基准信号进行脉宽调制以产生调制信号；和将调制信号的频率分频以产生分频信号，其中，通过检测水平同步信号和分频信号之间的相位差来得到检测信号。
21.如权利要求18所述的方法，还包括过滤掉从比较步骤中得到的结果信号的高频部分。
全文摘要
一种驱动图像显示器的光源的装置，包括输入端，其接收水平同步信号和外部提供的控制信号；振荡器，其产生具有一频率的基准信号；控制器，其响应控制信号调制基准信号并输出调制过的信号以及相位差检测单元，其接收水平同步信号和调制过的信号并检测水平同步信号和调制过的信号之间的相位差以产生表示相位差的输出信号。振荡器响应相位差检测单元的输出信号调整基准信号的频率，以使水平同步信号和基准信号彼此同步。
文档编号G02F1/133GK1540608SQ200410045140
公开日2004年10月27日 申请日期2004年3月15日 优先权日2003年3月14日
发明者张铉龙 申请人:三星电子株式会社