CN105405407A - 显示装置及其背光驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种显示装置及其背光驱动方法，此显示装置包括背光模块以及显示面板。背光模块包括至少一个包含红色磷光材料的发光二极管单元。在一个画面周期内发光二极管单元开启至少二次，并维持开启状态分别持续第一开启期间以及第二开启期间，其中第二开启期间小于第一开启期间。显示面板对应背光模块设置。

Description

显示装置及其背光驱动方法

技术领域

本发明是有关于一种显示装置，且特别是有关于一种具有发光二极管(Light-EmittingDiode,LED)背光源的显示装置及其背光源的驱动方法。

背景技术

发光二极管具有使用寿命长、体积小、不易破裂、低热量输出以及低能量耗损等优点，已逐渐取代传统的阴极射线显示器而成为显示器的主流。

近年来，显示器的发展趋势主要朝向多色彩以及高亮度的方向迈进。一般而言，为了得到全彩显示画面，背光模块通常会将红、绿与蓝三色可见光的发光二极管管芯组装在一起，使各种波长的可见光混合以获得白光光源。然而，此一设计需要使用数量相对较多的发光二极管封装结构，成本以及装置体积也随之增加。

目前已有一种由蓝光发光二极管管芯与掺杂红色磷光材料所组成的发光二极管单元被提出，用以取代传统多管芯组合的发光二极管单元。由于发光效率高，且单一颗发光二极管封装结构就可以提供白光光源，有助于减少发光二极管封装结构的使用数量及配置体积。

然而，使用红色磷光材料的发光二极管单元虽能提高显色度，但具有反应速度较慢的缺点，在动态状况下会使液晶显示器的影像会出现红色拖影。尤其，在以区域调光(localdimming)技术调整发光区域的亮度，以突显画面对比度(contrastratio)时，常会使影像的色度出现明显变化；当利用背光扫描技术(scanningbacklightmethod)来降低动态影像残影时，红色拖影也会影响动态影像的清晰程度，降低显示品质。

因此，有需要提供一种先进的发光二极管背光模块及其应用，以改善已知技术所面临的问题。

发明内容

本发明的一个面向是有关于一种显示装置。此一显示装置包括背光模块以及显示面板。背光模块包括至少一个包含红色磷光材料的发光二极管单元。在一个画面(frame)周期内发光二极管单元开启至少二次，并至少持续第一开启期间以及第二开启期间，其中第二开启期间小于第一开启期间。显示面板对应背光模块设置。

本发明的另一个面向是有关于一种显示装置的背光驱动方法，适用于驱动具有至少一个发光二极管单元的背光模块。此一方法包括下述步骤：首先，根据影像数据计算发光二极管单元在一个画面周期中所对应的占空比(duty)和亮度，再根据占空比和亮度来提供电流，在此一画面周期内开启发光二极管单元至少二次，并至少持续第一开启期间以及第二开启期间，其中第二开启期间小于第一开启期间。

根据上述，本发明的实施例是提供一种显示装置及其背光驱动方法。其中，显示装置包括具有至少一个发光二极管单元的背光模块、用来驱动此一背光模块的背光驱动模块以及接收背光模块所发出的光源的显示面板。借由背光驱动模块来调制电流，在一个画面周期内，开启并维持发光二极管单元的开启状态一段较久的主要开启时间，来对显示装置进行区域调光，以减轻发光二极管单元中的红色磷光材料因反应时间较长所产生的红色拖影问题；在主要开启时间之后，再短暂地开启发光二极管单元至少一次，并结合背光扫描技术，以更进一步消除红色拖影及动态影像残影，增进动态影像的清晰程度和显示品质。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是根据本发明的一实施例所绘示的一种显示装置的***方块图；

图2是根据本发明的一实施例所绘示的一种背光模块的部分结构剖面图；

图3是根据本发明的一实施例所绘示的各种白光发光二极管单元的光谱分析图；

图4是根据本发明的一实施例所绘示的背光驱动方法流程图；

图5是根据本发明的一实施例，以图4的方法驱动发光二极管单元进行区域调光所绘示的区域调光时序图；

图6是根据本发明的另一实施例，以图4的方法驱动发光二极管单元进行区域调光所绘示的区域调光时序图；

图7是根据本发明的另一实施例，绘示以图6的方法驱动发光二极管单元，并维持开启状态的占空比实质为80％时的区域调光时序图；以及

图8是根据本发明的又一实施例绘示以图4的方法驱动发光二极管单元的驱动时序图。

图中元件标号说明：

100：显示装置101：背光驱动模块

107：时序控制单元101b：电源转换电路

101c：脉冲宽度调制单元101c1：控制电路

101c2：平衡电路102：面板驱动单元

103：背光模块103a：背光基板

104：显示面板105：电源供应单元

106：发光二极管单元106a：蓝光发光二极管管芯

106b：环氧树脂封胶106c：红色磷光材料

108：背光控制信号

402：根据影像数据计算发光二极管单元在一个画面周期内对应的占空比、启闭间隔和亮度。

404：根据占空比、启闭间隔和亮度来提供电流，在此一画面周期内开启/关闭发光二极管单元至少二次，并分别维持开启状态至少持续第一开启期间以及第二开启期间，其中第二开启期间小于第一开启期间。

R：红光G：绿光

B：蓝光S2：开关元件

S3：开关元件S51：曲线

S52：曲线S53：曲线

S61：曲线S62：曲线

S63：曲线S64：曲线

S71：曲线VS：影像数据

SPI：时序控制单元输出的信号

D1：主要开启期间D2：关闭期间

D3：较短的开启期间D4：关闭期间

D5：较短的开启期间D51：占空比

D52：占空比D53：占空比

D61：占空比D6：关闭期间

D7：较短的开启期间D8：关闭期间

D9：较短的开启期间D10：关闭期间

P2：关闭时间PWM：脉波宽度信号

FB：反馈信号T：画面周期

T+1：下一个画面周期

具体实施方式

本发明是提供一种显示装置及其背光驱动方法，可以改善发光二极管单元因反应时间较长所产生的红色拖影问题，并进一步消除动态影像残影，增进动态影像的清晰程度和显示品质。为了对本发明的上述实施例及其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举数个较佳实施例，并配合附图作详细说明。

但必须注意的是，这些特定的实施案例与方法，并非用以限定本发明。本发明仍可采用其他特征、元件、方法及参数来加以实施。较佳实施例的提出，仅是用以例示本发明的技术特征，并非用以限定本发明的保护范围。该技术领域中普通技术人员，将可根据以下说明书的描述，在不脱离本发明的精神范围内，作均等的修饰与变化。在不同实施例与附图之中，相同的元件，将以相同的元件符号加以表示。

图1是根据本发明的一实施例所绘示的一种显示装置100的***方块图。如图1所绘示，显示装置100包括：时序控制单元107、背光驱动模块101、面板驱动单元102、背光模块103、显示面板104以及电源供应单元105。其中，背光驱动模块101包括电源转换电路101b及脉冲宽度调制(PluswidthModulation,PWM)单元101c。面板驱动单元102电性连接于时序控制单元107与显示面板104之间。时序控制单元107经由脉冲宽度调制单元101c以及电源转换电路101b与背光模块103电性连接。时序控制单元107、面板驱动单元102和电源转换电路101b分别与电源供应单元105电性连接。

时序控制单元107接收多个影像数据VS，并对影像数据VS进行运算处理，以控制面板驱动单元102和背光模块103等各个单元的操作。详言之，时序控制单元107接收影像数据VS，经过运算处理后，通过脉冲宽度调制单元101c将影像数据VS转换成背光控制信号108；再由电源转换电路101b依据背光控制信号108，调整背光模块103中对应于显示面板104的每一发光区域(未绘示)的发光二极管单元106，以控制每一发光区域的发光亮度。面板驱动单元102则依据时序控制单元107所输出的影像数据VS以及背光模块103所提供的光源，在显示面板104进行影像显示。

在本实施例之中，时序控制单元107可根据影像数据VS计算出每一发光二极管单元106在一个画面周期内所对应的占空比、启闭间隔以及亮度，通过串列外设接口(SerialPeripheralInterface,SPI)输出至脉冲宽度调制单元101c；再由脉冲宽度调制单元101c根据占空比、启闭间隔和亮度来决定电源转换电路101b所应提供的电流脉波宽度；电源转换电路101b则依据脉冲宽度调制单元101c所输出的脉波宽度信号PWM，来调整每一发光二极管单元106在一个画面周期内的启闭时间和电流强度，并以反馈信号FB将执行状况反馈给脉冲宽度调制单元101c。亦即是，通过利用脉波宽度调制的方式，控制发光二极管单元106在一个画面周期内的、启闭间隔、导通时间和电流强度来调整其所须的亮度以控制每一发光区域的发光亮度。

在本发明的一些实施例之中，显示面板104可以是一种自身不发光，必须配合背光模块103提供光源来显示画面的显示面板。例如液晶显示面板(LiquidCrystalDisplay,LCD)、液晶反射式投影显示面板(LiquidCrystalOnSilicon,LCOS)或高分子分散型液晶显示面板(Non-homogeneousPolymerDispersedLiquidCrystalDisplay,NPD-LCD)等。

背光模块103是利用多个发光二极管单元106来当作发光源，用以提供显示面板104影像显示所需的光源。请参照图2，图2是根据本发明的一实施例所绘示的一种背光模块103的部分结构剖面图。其中背光模块103包含至少一个位于背光基板103a上的发光二极管单元106。其中，发光二极管单元106是由至少一个蓝光发光二极管管芯106a、包覆蓝光发光二极管管芯106a的环氧树脂封胶106b以及嵌埋在环氧树脂封胶106b中并覆盖于蓝光发光二极管管芯106a上的红色磷光材料106c所构成。

在本发明的一些实施例之中，红色磷光材料106c受到由蓝光发光二极管管芯106a所发出的蓝光B激发，会释放出红光，发光二极管单元106中可再掺杂绿色萤光材料(未绘示)以发出绿光G，再与蓝光B混合后即可获得白光W。在本发明的另一些实施例之中，可使用黄色磷光材料，且黄色萤光材料受到由蓝光发光二极管管芯106a所发出的蓝光B激发，会释放出黄光(未绘示)，再与蓝光混合亦可获得白光W。在本实施例中，发光二极管单元106是红、绿和蓝三色混光的白光发光二极管单元106，较佳地，红色磷光材料106c的发光波长范围介于600纳米至750纳米之间。

请参照图3，图3是根据本发明的一实施例所绘示的各种白光发光二极管单元的光谱分析图。比较本发明的实施例所提供的红、绿、蓝三色混光的发光二极管单元106、多管芯混光发光二极管单元以及黄蓝二色混光的发光二极管单元的光谱后可发现：本发明实施例所提供的红、绿、蓝三色混光的白光发光二极管单元106在红色可见光波长范围中具有较明显的波峰。这显示：红、绿、蓝三色混光的白光发光二极管单元106的红色光，色纯度比多管芯混光发光二极管单元及黄蓝二色混光发光二极管单元高，具有提高显示器100显示亮度(brightness)与彩度(saturation)的优势。

在进行显示操作时，发光二极管单元106中红色磷光材料106c所造成的红色拖影的问题，则可借由控制前述的背光驱动模块101来加以解决。请参照图4，图4是根据本发明一实施例所绘示的背光驱动方法流程图。背光驱动模块101的驱动方法包括下述步骤：首先，根据影像数据VS计算发光二极管单元106一个画面周期内所对应的占空比、启闭间隔和亮度(请参照步骤402)。接着再根据占空比、启闭间隔和亮度来提供电流，在此一画面周期内开启发光二极管单元106至少二次，并维持开启状态至少持续第一开启期间以及第二开启期间，其中第二开启期间小于第一开启期间，更详细地说，第一开启期间与第二开启期间之间具有一第一关闭期间，且第一开启期间和第二开启期间的总和实质等于占空比(请参照步骤404)。值得一提的是，于开启期间内，显示面板104与发光二极管单元106对应的发光区域会因接收到光源而呈现影像。

请参照图5和图6，图5为已知的区域调光时序图。图6是根据本发明的另一实施例以图4的方法驱动发光二极管单元106进行区域调光所绘示的区域调光时序图。在图5和图6所绘示的实施例中，背光驱动模块101根据影像数据VS计算发光二极管单元106的占空比和启闭间隔之后，开启/关闭发光二极管单元106。

在图5中，背光驱动模块101是在一个画面周期T内，以固定电流或电压开启发光二极管单元106，在不同占空比D51、D52和D53内维持开启状态，而改变发光二极管单元106在一个画面周期T内所提供的亮度总合(由于在驱动时序图中电压与亮度呈正向关系。因此，为清楚说明起见，以下将直接以“亮度”进行说明)，对显示面板104进行调光。其中，曲线S51、S52和S53分别代表采用不同占空比D51、D52和D53进行调光时，施加于发光二极管单元106上的亮度与时间的关系。

在图6中，背光驱动模块101是在固定的占空比D6中，借由调制发光二极管单元106的导通电流强度，来改变显示面板104的亮度。其中，曲线S61、S62、S63和S64分别代表采用不同导通电流强度进行调光时，发光二极管单元106的亮度与时间的关系。

比较图5和图6的差异可发现：已知技术中采用不同占空比D51、D52和D53来对显示面板104进行调光时，随着不同的占空比，影像红色拖影的程度也不同(如图5中圈选部分所绘示，由于发光波长范围介于600～750纳米的红色磷光材料106c反应时间为毫秒(ms)等级，当占空比越大，背光模块关闭时，会产生延迟，造成红色拖影现象越严重)，如此将使得后续难以补偿此一不同程度的红色拖影现象；若采用图6中固定占空比，以调制发光二极管单元106的导通电流强度来进行区域调光，不但可以调整发光二极管单元106亮度，而且曲线S61、S62、S63和S64的拖影现象几乎一致，因此可以在不使发光二极管单元106的红色拖影问题恶化的情形下，达到调整显示面板104的区域亮度、突显画面对比度以及节省耗电的目的，后续可搭配背光扫描技术来进行操作以改善红色拖影。

因此，当时序控制单元107根据影像数据VS计算发光二极管单元106对应的占空比、启闭间隔和亮度之后，即通过脉冲宽度调制单元101c决定输出电流的脉波宽度，并借由电源转换电路101b在一个画面周期T内开启/关闭发光二极管单元106二次以上。例如，在第一次开启时，维持开启状态一段较长的主要开启时间，并且在关闭一段时间之后，再短暂地开启发光二极管单元106至少一次。

相较已知技术只由一个开关来控制发光二极管单元106的开关时序，本发明的实施例所使用的背光驱动模块101至少具有两个可用来控制发光二极管单元106开启/关闭的开关元件，以控制发光二极管单元106的开关时序，使发光二极管单元106在一个画面周期T内完成开启/关闭至少二次的动作。

在本发明的一些实施例中，发光二极管单元106在一个画面周期T内开启的次数小于等于五次。而主要开启时间和其他开启时间的总合，即等于发光二极管单元106对应的占空比。

例如，请参照图8，图8是根据本发明的又一实施例以图4的方法驱动发光二极管单元106所绘示的驱动时序图。发光二极管单元106在一个画面周期T中，维持一段主要开启期间D1之后维持一段关闭期间D2，然后再开启，并且维持一段较短的开启期间D3，随后又维持一段关闭期间D4，之后又再短暂开启/关闭三次，且每一次开启状态都维持一段开启期间D5、D7、D9后再关闭一段关闭期间D6、D8、D10，并在最后一次关闭期间D10之后进入下一个画面周期T+1。

在本发明的实施例中，主要开启期间D1会大于其他开启期间D3和D5、D7、D9。在本发明的一些实施例中，较短的开启期间D3、D5、D7和D9的总和小于主要开启期间D1。在本发明的一些实施例中，主要开启期间D1与画面周期T的比例实质介于45％至50％之间。

值得注意的是，在本发明的一些实施例中，关闭期间D2较佳小于1.67毫秒(ms)。另外，本发明的实施例对于主要开启期间D1以外的其他较短开启期间D3、D5、D7和D9的长短，以及关闭期间D2以外的其他关闭期间D4、D6、D8和D10的长短并没有特别的限制。因此，该技术领域中普通技术人员，皆可以依照显示面板104的显示需求进行调整，较佳地，开启期间D3>D5>D7>D9，如此可具有较佳的红影消除效果。另外，主要开启期间D1之前也可以包含先经过一段延迟时间(未绘示)。

借由时序控制单元先计算出一个画面周期T中所需要的占空比，再借由脉波宽度的调控，在主要开启期间D1之后，短暂地开启发光二极管单元106至少一次(即较短的开启期间D3、D5、D7和D9)，借以进一步消除人眼对于红色拖影的感受程度，可在消除动态影像残影的同时解决发光二极管单元106中的红色磷光材料106c因反应时间较久所产生的红色拖影问题，原因在于在较短的开启期间D3、D5、D7和D9中，红色磷光材料106c因需要较多的反应时间而来不及反应，所以此时发光二极管单元106所产生的光色偏青，因而补偿在主要开启期间D1中所产生的红色拖影问题，因此能增进显示面板104动态影像的清晰程度和显示品质。

根据上述，本发明的实施例是提供一种显示装置及其背光驱动方法。其中，显示装置包括具有至少一个发光二极管单元的背光模块、用来驱动此一背光模块的背光驱动模块以及对应背光模块设置的显示面板。借由背光驱动模块来调制电流，在一个画面周期内，开启并维持发光二极管单元的开启状态一段较久的主要开启时间，来对显示装置进行区域调光，以减轻发光二极管单元因反应时间较长所产生的红色拖影问题；并结合显示器的背光扫描技术，在主要开启时间之后，再短暂地开启发光二极管至少一次，以更进一步消除红色拖影及动态影像残影，增进动态影像的清晰程度和显示品质。

在此需说明的是，以图6所述的实施例进行人因实验，观察人眼对于红色拖尾的感受程度与占空比D61的长度的相对关系时发现：发光二极管单元106维持开启状态的占空比D61若小于75％以下，人眼对于红色拖尾的感受程度相当明显。但在占空比D61约等于80％时，人眼对于红色拖尾的感受程度则相当细微(如图7所绘示的曲线S71)。当占空比D61超过85％时，人眼已不易辨识红色拖尾的状况。在占空比D61等于95％时，已完全不会产生红色拖尾的问题。

因此，采用调制发光二极管单元106的导通电流强度，来调整发光二极管单元106在占空比D61中的背光亮度，并将维持开启状态的占空比D61拉长，使占空比D61实质大于80％的画面周期T且小于100％的画面周期T，可以在不改变一个画面周期T内所预设的亮度总合的前提下，更进一步消除发光二极管单元106因反应时间较长所产生的红色拖影问题。

值得注意的是，在图6和图7所述的实施例中，第二开启期间为0，占空比D61恒小于一个画面周期T。例如在图7的实施例的中，较佳地，具有一关闭期间P2，且关闭期间P2实质小于1.67毫秒(millisecond,ms)(1*0.2/120Hz)。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种显示装置，包括：

一背光模块，包括至少一发光二极管单元，该发光二极管单元包含一红色磷光材料；

其中，于一画面周期内该发光二极管单元具有一第一开启期间以及一第二开启期间，其中该第二开启期间小于该第一开启期间；以及

一显示面板，对应该背光模块设置。

2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该发光二极管单元在该画面周期内开启的次数小于等于五次。

3.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于，还包括一个第三开启期间、一第四开启期间及一第五开启期间，其中该第一开启期间大于该第三开启期间、该第四开启期间及该第五开启期间。

4.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于，该第二开启期间、该第三开启期间、该第四开启期间及该第五开启期间的总和小于该第一开启期间。

5.如权利要求2所述的显示装置，该第一开启期间与该画面周期的比例介于45％至50％之间。

6.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该发光二极管单元包括：一蓝光发光二极管管芯，该红色磷光材料覆盖于该蓝光发光二极管管芯上，且该红色磷光材料的反应时间为毫秒等级。

7.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该第二开启期间为0，且该第一开启期间大于80％且小于100％的该画面周期。

8.如权利要求7所述的显示装置，其特征在于，该画面周期中至少关闭该发光二极管单元一次，且持续一关闭期间，该关闭期间小于1.25毫秒。

9.如权利要求1所述的显示装置，还包括：

一时序控制单元，根据一影像数据计算该发光二极管单元对应的一占空比(duty)；

一背光驱动模块，驱动该背光模块且包括一脉冲宽度调制(PluswidthModulation,PWM)，根据该占空比决定输出电流的一脉波宽度；以及

一电源转换电路，根据该脉波宽度来提供电流，以开启/关闭该发光二极管单元。

10.一种显示装置的背光驱动方法，适用于驱动具有至少一发光二极管单元的一背光模块，包括：

根据一影像数据计算该发光二极管单元在一画面周期中所对应的一占空比和一亮度；以及

根据该占空比和该亮度提供一电流，借以在该画面周期内开启该发光二极管单元至少二次，并分别维持开启状态至少持续一第一开启期间以及一第二开启期间，其中该第二开启期间小于该第一开启期间。