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Dokumentenidentifikation DE102005007109B4 21.06.2007
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Lichtintensität in einer Multilampen-Beleuchtungsvorrichtung für ein Anzeigefeld
Anmelder Texas Instruments Deutschland GmbH, 85356 Freising, DE
Erfinder Gibson, Neil, 85354 Freising, DE;
Neuhäusler, Jürgen, 83043 Bad Aibling, DE
Vertreter Prinz und Partner GbR, 80335 München
DE-Anmeldedatum 16.02.2005
DE-Aktenzeichen 102005007109
Offenlegungstag 17.08.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.06.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.06.2007
IPC-Hauptklasse G09G 3/34(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Lichtintensität in einer Multilampen-Beleuchtungsvorrichtung für ein Anzeigefeld, sowie auf ein Lampensteuergerät.

Herkömmliche Anzeigefelder, wie zum Beispiel ein LCD-Anzeigefeld mit Hintergrundbeleuchtung, verwenden ein Multilampen-Kaltkathoden-Fluoreszenzsystem. Die Lichtintensität der Hintergrundbeleuchtung wird durch eine Pulsweitenmodulation (PWM) des Lampenversorgungsstroms gesteuert. Eine Modulation der Lichtintensität in allen Lampen verursacht gleichzeitig eine konstante Emission einer elektromagnetischen Störung (EMI) unabhängig von der Lichtintensität. Das Verhältnis von Spitzen- zu Durchschnittsstrom ist ebenfalls hoch, was sich in einer teureren Systemstromversorgung niederschlägt.

EP 1489 590 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Steuerung der Lichtintensität einer Mehrzahl von Lampen für eine LCD-Hintergrundbeleuchtung. Hierfür wird ein PWM-Lichtsteuersignal an die entsprechenden Lampenschaltkreise gelegt, wobei über feste Verzögerungsschaltungen das PWM-Signal für jedes Lampensteuergerät gegenüber den anderen PWM-Signalen phasenverschoben ist. Bei z.B. drei einzelnen Lampen beträgt die fest eingestellte Phasenverschiebung zwischen den einzelnen PWM-Ansteuersignalen 120°.

EP 1 255 241 A1 offenbart ebenfalls die Ansteuerung einer Hintergrundbeleuchtung für ein LCD-Anzeigefeld mit gegeneinander phasenversetzten Steuersignalen für die einzelnen Lampen.

US 6,501,234 B2 (nächstliegender Stand der Technik) offenbart eine Methode zur Steuerung der Lichtintensität einer Mehrzahl von Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen für eine Hintergrundbeleuchtung in einem LCD-Anzeigefeld. Dabei werden die einzelnen Lampen durch pulsweitenmodulierte, gegeneinander phasenverschobene Steuersignale angesteuert. Die Phasenverschiebung der Ansteuersignale wird über ein Phasenverzögerungs-Array erreicht, das die jeweilige Phasenverschiebung in Abhängigkeit von der Pulsweite, der Anzahl der Lampen und der Modulationsfrequenz bestimmt.

US 2005/0029967 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Steuerung der Lichtintensität einer Mehrzahl von Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen für eine Hintergrundbeleuchtung eines LCD-Anzeigefeldes. Dabei ist für jede Lampe eine Regelvorrichtung vorgesehen, die den Lampenstrom mißt und eine Inverterschaltung entsprechend steuert, um einen gleichen Stromfluß für alle Lampen zu erreichen.

US 6,075,325 offenbart ebenfalls eine Vorrichtung zur Steuerung der Lichtintensität in einer Multilampen-Beleuchtungsvorrichtung. Dabei wird ein piezoelektrischer Transformer benutzt und die Treiberfrequenzen und die Lichtregelfrequenzen werden durch eine Kombination von einem Masterblock mit einem oder mehreren Slaveblöcken synchronisiert.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Steuerung der Lichtintensität in einer Multilampen-Beleuchtungsvorrichtung flexibler zu gestalten, so daß die steigenden Flanken der Lampenaktivierungssignale in ihrer Position innerhalb einer Bildrahmenperiode individuell angepaßt werden können.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit zur Steuerung der Lichtintensität in einer Multilampen-Beleuchtungsvorrichtung für ein Anzeigefeld umfassend ein Anzeigesteuergerät, das ein pulsweitenmoduliertes Intensitätssteuersignal liefert, und eine Mehrzahl von Lampensteuergeräten, von denen jedem eine Lampe des Anzeigefelds zugeordnet ist und von denen jedes das pulsweitenmodulierte Intensitätssteuersignal vom Anzeigesteuergerät empfängt. Jedes Lampensteuergerät hat einen Master-/Slave-Steuereingang und einen Phasensteuereingang. Jedes Lampensteuergerät hat auch einen Logiksteuerkreis, der das Lampensteuergerät zwischen einer Hauptbetriebsart und einer Nebenbetriebsart als Reaktion auf das Master-/Slave-Steuersignal umschaltet. Ein Ausgangsmultiplexer in jedem Lampensteuergerät hat einen Auswahleingang, der mit einem Auswahlsteuerausgang des Logiksteuerkreises verbunden ist, eine Mehrzahl von Signaleingängen und einen Lampenaktivierungsausgang, wobei einer der Signaleingänge das Intensitätssteuersignal empfängt. Eine Phasenregelschleife im Lampensteuergerät hat ein Ausgabesignal, das in der Nebenbetriebsart mit dem Intensitätssteuersignal verrastet ist. Ein Phasensteuerkreis im Lampensteuergerät hat einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang der Phasenregelschleife verbunden ist, einen zweiten Eingang, der mit dem Phasensteuereingang verbunden ist, und einen Ausgang, der mit einem Signaleingang des Ausgangsmultiplexers verbunden ist. Der Ausgangsmultiplexer leitet in der Hauptbetriebsart das Intensitätssteuersignal an den Lampenaktivierungsausgang, und in der Nebenbetriebsart leitet er an den Lampenaktivierungsausgang ein Signal, dessen Phase durch den Phasensteuerkreis bestimmt wird. Jedes Lampensteuergerät empfängt ein Master-/Slave-Steuersignal und ein Phasenregelsignal vom Anzeigesteuergerät. Somit enthält die Vorrichtung mehrere Lampensteuergeräte, die alle identisch sein können, obwohl sie in jeder der Haupt- und Nebenbetriebsarten arbeiten können und Lampenaktivierungssignale mit einer steigenden Flanke liefern können, deren Position innerhalb der Bildrahmenperiode individuell angepasst werden kann. Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist flexibel und gestattet eine Implementierung aller Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, ohne Änderung der Hardware.

Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Lampensteuergerät gemäß Anspruch 5 und ein Verfahren zur Steuerung der Lichtintensität gemäß Anspruch 6 bereit.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;

2 ein Blockdiagramm eines in der Vorrichtung verwendeten Lampensteuergeräts;

3 ein Signaldiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

4 ein Signaldiagramm zur Veranschaulichung eines weiteren Aspekts des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Unter Bezugnahme auf 1, in der ein 3-Lampen-Hintergrundbeleuchtungssystem exemplarisch dargestellt ist, hat ein Anzeigesteuergerät 10 Ausgänge zu drei identischen Lampensteuergeräten 12, 14 und 16, von denen jedes einer Kaltkathode-Fluoreszenzlampe in einer Beleuchtungsvorrichtung 18 zugeordnet ist. Ein erstes Ausgangssignal ist ein gemeinsames pulsweitenmoduliertes Intensitätssteuersignal PWM. Master-/Slave-Steuerausgänge M/S1, M/S2 und M/S3 werden an die entsprechenden Eingänge der Lampensteuergeräte 12, 14 und 16 angelegt. Phasensteuerausgänge PH1, PH2 und PH3 werden an die entsprechenden Eingänge der Lampensteuergeräte 12, 14 bzw. 16 angelegt. Jedes Lampensteuergerät 12, 14, 16 hat einen Ausgang, der mit einem entsprechenden Eingang der Beleuchtungsvorrichtung 18 verbunden ist.

Das Lampensteuergerät in 2 hat einen Master-/Slave-(Steuer)Eingang M/S, einen Eingang PWM für das pulsweitenmodulierte Intensitätssteuersignal, einen Eingang BRIGHT für ein festes Intensitätssteuersignal und einen Phasenregeleingang PH. Ein Eingangsmultiplexer 20 (MUX1) hat zwei Signaleingänge, die entsprechend mit Eingängen BRIGHT bzw. PH verbunden sind, einen Ausgang und einen Auswahleingang. Der Ausgang des Multiplexers 20 ist (optional anhand eines Pegelumsetzers) mit einem ersten Eingang eines Komparators 22 verbunden. Ein zweiter Eingang des Komparators 22 ist mit einem Ausgang eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 24 verbunden. Der VCO liefert ein sägezahnförmiges Ausgangssignal an den Komparator 22 und ist Teil einer Phasenregelschleife mit einem Phasenfrequenzdetektor (PFD) 26, einer Ladungspumpe (CP) 28 und einem Loop-Filter (LF) 30. Ein pulsförmiges Ausgangssignal des VCO 24 wird an einen Rückkopplungseingang des PFD 26 rückgekoppelt, dessen Referenzeingang mit dem PWM-Eingangssignal verbunden ist. Der Ausgang des Komparators 22 ist mit einem Eingang C von drei Signaleingängen A, B, C eines Ausgangsmultiplexers (MUX2) 32 verbunden, der einen Ausgang OUT und einen Auswahlsteuereingang Sel umfasst. Der Signaleingang B ist mit dem Eingang PWM verbunden. Ein Logiksteuerkreis 34 hat einen ersten Eingang, der mit dem Eingang M/S verbunden ist, und einen zweiten Eingang, der mit Eingang PWM verbunden ist. Der Logiksteuerkreis bestimmt anhand einer an den Eingang M/S angelegten Spannung, ob das Lampensteuergerät als Hauptgerät (Master) oder als Nebengerät (Slave) arbeiten soll, und legt an einem ersten Ausgang ein entsprechendes Auswahlsteuersignal am Auswahlsteuereingang Sel des MUX2 an. Der Logiksteuerkreis 34 enthält Schaltungen zur exakten Messung der Pulsdauer des PWM-Signals, und er hat einen zweiten Ausgang, der mit dem Signaleingang A von MUX2 verbunden ist, um ein Impulsende-Steuersignal anzulegen. Der Logiksteuerkreis 34 enthält auch Schaltungen zur Bestimmung etwaig vorhandener Pulsweitenmodulation am Eingang PWM, und er hat einen dritten Ausgang, der mit dem Auswahlsteuereingang Sel des Eingangsmultiplexers (MUX1) 20 verbunden ist.

Im Betrieb empfängt das Lampensteuergerät aus 2 die Eingangssignale M/S, PWM, BRIGHT und PH vom Anzeigesteuergerät 10 aus 1. In der Hauptbetriebsart (Master-Mode) leitet MUX2 das PWM-Eingangssignal an seinen Ausgang OUT. In der Nebenbetriebsart (Slave-Mode) ist VCO 24 mit dem PWM-Eingangssignal verrastet. MUX1 leitet das PH-Eingangssignal an den invertierenden Eingang des Komparators 22. Das sägezahnförmige VCO-Ausgangssignal wird an den nicht invertierenden Eingang des Komparators 22 angelegt. Der Ausgang des Komparators 22 wechselt dann seinen Zustand an einem Punkt in der Bildrahmenperiode, der vom Pegel des PH-Eingangssignals bestimmt wird. MUX2 verwendet eine an dessen Eingang C empfangene steigende Flanke, um einen Impuls zu starten, der an dessen Ausgang OUT geleitet wird. Die Dauer des Impulses wird durch die Messung der Pulsdauer des PWM-Signals bestimmt. Sobald vom Logiksteuerkreis 34 am Eingang PWM eine keine Pulsweitenmodulation detektiert wird, leitet MUX1 an Stelle des Eingangssignals PH das Eingangssignal BRIGHT an den invertierenden Eingang des Komparators 22.

Im Beispiel gemäß 3 ist Kurve (a) das Ausgangssignal OUT1 des Lampensteuergeräts 12, von dem hier angenommen wird, dass es in einer Hauptbetriebsart arbeitet. Dementsprechend hat Ausgangssignal OUT1 die Phase und das Tastverhältnis des Intensitätssteuersignals PWM. In diesem Beispiel hat es ein Tastverhältnis von 80%. Kurve (b) ist das Ausgangssignal OUT2 des Lampensteuergeräts 14, von dem hier angenommen wird, dass es in einer Nebenbetriebsart arbeitet. Die Phase von OUT2 ist in Bezug auf die Phase von OUT1 um einen Betrag verschoben, der durch Anzeigesteuergerät 10 bestimmt wird. Kurve (c) zeigt das Ausgangssignal OUT3 von Lampensteuergerät 16, von dem ebenfalls angenommen wird, dass es in einer Nebenbetriebsart arbeitet. Die Phase von OUT3 ist in Bezug auf die Phase von OUT1 um einen Betrag verschoben, der vom Anzeigesteuergerät 10 bestimmt wird, doppelt so groß wie OUT3. Wie in 3 ersichtlich ist, sind die Lampenaktivierungsimpulse gleichmäßig innerhalb der Bildrahmenperiode der Anzeige verteilt.

Das erfindungsgemäße Konzept unterstützt jede Phasenbeziehung zwischen den Ausgangssignalen der Lampensteuergeräte. In einem Aspekt des in 4 dargestellten erfindungsgemäßen Verfahrens ist jede Kombination von Mustern zwischen „Bildverfolgung" und „verteilte Verdunklung" möglich. Im gezeigten Beispiel hat die Vorrichtung vier Kanäle, jeder mit einem Lampensteuergerät, wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist. Kurve (a) in 4 zeigt eine LCD-Ladespannung, Kurve (b) zeigt die Phasenbeziehung der Lampenströme in den vier Kanälen CH1 bis CH4 bei einem Tastverhältnis von 40% in einer Betriebsart mit Bildverfolgung, und Kurve (c) zeigt die Phasenbeziehung der Lampenströme in den vier Kanälen CH1 bis CH4 bei einem Tastverhältnis von 40% in einer Betriebsart mit verteilter Verdunklung. Die Lampenströme können in beiden Betriebsarten einander überlappen. Auch zwischen diesen Extrema ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren jede Kombination bzw. wird jede Kombination von dem erfindungsgemäßen Lampensteuergerät unterstützt.


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Steuerung der Lichtintensität in einer Multilampen-Beleuchtungsvorrichtung (18) für ein Anzeigefeld, umfassend:

ein Anzeigesteuergerät (10), das ein pulsweitenmoduliertes Intensitätssteuersignal (PWM) liefert;

eine Mehrzahl von Lampensteuergeräten (12, 14, 16), von denen jedes einer Lampe des Anzeigefelds zugeordnet ist und von denen jedes das pulsweitenmodulierte Intensitätssteuersignal (PWM) vom Anzeigesteuergerät (10) empfängt;

jedes Lampensteuergerät (12, 14, 16) umfassend:

einen Master-/Slave-Steuereingang (M/S),

einen Phasensteuereingang (PH),

einen Logiksteuerkreis (34), der das Lampensteuergerät (12, 14, 16) zwischen einer Hauptbetriebsart und einer Nebenbetriebsart als Reaktion auf das Master-/Slave-Steuersignal umschaltet,

einen Ausgangsmultiplexer (32) mit einem Auswahleingang (Sel), der mit einem Auswahlsteuerausgang des Logiksteuerkreises (34) verbunden ist, einer Mehrzahl von Signaleingängen (A, B, C) und einem Lampenaktivierungsausgang (OUT), wobei einer der Signaleingänge das pulsweitenmodulierte Intensitätssteuersignal (PWM) empfängt,

eine Phasenregelschleife mit einem Ausgabesignal, das in der Nebenbetriebsart mit dem pulsweitenmodulierten Intensitätssteuersignal (PWM) verrastet ist,

einen Phasensteuerkreis mit einem ersten Eingang, der mit dem Ausgang der Phasenregelschleife verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Phasensteuereingang verbunden ist, und einem Ausgang, der mit einem Signaleingang des Ausgangsmultiplexers (32) verbunden ist;

wobei der Ausgangsmultiplexer (32) in der Hauptbetriebsart das pulsweitenmodulierte Intensitätssteuersignal (PWM) an den Lampenaktivierungsausgang (OUT) leitet und in der Nebenbetriebsart an den Lampenaktivierungsausgang (OUT) ein Signal leitet, dessen Phase gegenüber dem pulsweitenmodulierten Intensitätssteuersignal (PWM) durch den Phasensteuerkreis bestimmt wird;

und bei der jedes Lampensteuergerät (12, 14, 16) ein Master-/Slave-Steuersignal und ein Phasenregelsignal vom Anzeigesteuergerät (10) empfängt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem der Logiksteuerkreis (34) einen Eingang, an den das pulsweitenmodulierte Intensitätssteuersignal (PWM) angelegt wird, ein Schaltungsteil zur Messung der Pulsweite des pulsweitenmodulierten Intensitätssteuersignals (PWM) und einen Ausgang aufweist, der mit einem der Eingänge des Ausgangsmultiplexers (32) verbunden ist, um ein Impulsende-Steuersignal bereitzustellen. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Phasensteuerkreis einen Komparator (22) umfasst und die Phasenregelschleife ein sägezahnförmiges Ausgangssignal liefert, das an einen ersten Eingang des Komparators (22) angelegt wird. Vorrichtung nach Anspruch 3, umfassend einen Eingangsmultiplexer (20) mit einem ersten Signaleingang, der mit dem Phasensteuereingang (PH) verbunden ist, einem zweiten Signaleingang (BRIGHT), der ein festes Intensitätssteuersignal empfängt, einem Ausgang, der mit einem zweiten Eingang des Komparators (22) verbunden ist, und einen Auswahlsteuereingang, der mit einem Auswahlsteuerausgang des Logiksteuerkreises (34) verbunden ist; wobei der Logiksteuerkreis (34) ein Auswahlsteuersignal an den Eingangsmultiplexer (20) anlegt, um das feste Intensitätssteuersignal (BRIGHT) in Reaktion auf ein detektiertes Intensitätssteuersignal (PWM), das keine Pulsweitenmodulation aufweist, weiterzuleiten. Lampensteuergerät (12, 14, 16), umfassend:

einen Master-/Slave-Steuereingang (M/S),

einen Phasensteuereingang (PH),

einen Logiksteuerkreis (34), der das Lampensteuergerät (12, 14, 16) zwischen einer Hauptbetriebsart und einer Nebenbetriebsart als Reaktion auf das Master-/Slave-Steuersignal umschaltet,

einen Ausgangsmultiplexer (32) mit einem Auswahleingang, der mit einem Auswahlsteuerausgang des Logiksteuerkreises (34) verbunden ist, einer Mehrzahl von Signaleingängen (A, B, C) und einem Lampenaktivierungsausgang (OUT), wobei einer der Signaleingänge das pulsweitenmodulierte Intensitätssteuersignal (PWM) empfängt,

eine Phasenregelschleife mit einem Ausgabesignal, das in der Nebenbetriebsart mit dem pulsweitenmodulierten Intensitätssteuersignal (PWM) verrastet ist,

einen Phasensteuerkreis mit einem ersten Eingang, der mit dem Ausgang der Phasenregelschleife verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem Phasensteuereingang (PH) verbunden ist, und einem Ausgang, der mit einem Signaleingang des Ausgangsmultiplexers (32) verbunden ist;

wobei der Ausgangsmultiplexer (32) in der Hauptbetriebsart das pulsweitenmodulierte Intensitätssteuersignal (PWM) an den Lampenaktivierungsausgang (OUT) leitet und in der Nebenbetriebsart an den Lampenaktivierungsausgang (OUT) ein Signal leitet, dessen Phase gegenüber dem pulsweitenmodulierten Intensitätssteuersignal (PWM) durch den Phasensteuerkreis bestimmt wird.
Verfahren zur Steuerung der Lichtintensität in einer Multilampen-Beleuchtungsvorrichtung für ein Anzeigefeld, das folgende Schritte umfasst:

Bereitstellen eines pulsweitenmodulierten Intensitätssteuersignals (PWM), eines Master-/Slave-Steuersignals und eines Phasensteuersignals durch ein Anzeigesteuergerät (10);

Empfangen des Master-/Slave-Steuersignals durch einen Logiksteuerkreis (34) eines Lampensteuergeräts (12, 14, 16), wobei jeder Lampe des Anzeigefelds ein Lampensteuergerät zugeordnet ist, und Umschalten der Lampensteuergeräte (12, 14, 16) zwischen einer Hauptbetriebsart und einer Nebenbetriebsart als Reaktion auf das Master-/Slave-Steuersignal;

Empfangen des pulsweitenmodulierten Intensitätssteuersignals (PWM) durch einen Ausgangsmultiplexers (32) eines jeden Lampensteuergerätes (12, 14, 16) und

wenn das Lampensteuergerät (12, 14, 16) in einer Hauptbetriebsart ist:

Weitergabe des pulsweitenmodulierten Intensitätssteuersignals (PWM) an einen Lampenaktivierungsausgang (OUT) eines jeden Lampensteuergerätes (12, 14, 16), und

wenn das Lampensteuergerät (12, 14, 16) in einer Nebenbetriebsart ist:

Empfangen des Phasensteuersignals durch einen Phasensteuerkreis eines jeden Lampensteuergerätes (12, 14, 16),

Verrasten eines Ausgabesignals einer Phasenregelschleife, die in jedem Lampensteuergerät (12, 14, 16) vorgesehen ist, mit dem pulsweitenmodulierten Intensitätssteuersignal (PWM),

Weitergabe eines Signals, dessen Phase gegenüber dem pulsweitenmodulierten Intensitätssteuersignal (PWM) durch den Phasensteuerkreis bestimmt ist, an den Lampenaktivierungsausgang (OUT) eines jeden Lampensteuergerätes (12, 14, 16).






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