CN105741816A - 显示装置及其自校准方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种显示装置及其自校准方法。显示装置包括测量单元、亮度误差计算单元以及亮度误差补偿单元，其中，测量单元测量像素的电流；亮度误差计算单元计算在像素的测量电流值处像素的冲击电流，并且基于该冲击电流计算像素的亮度误差；亮度误差补偿单元减少子帧周期的发射时间或者改变开启的子帧周期，以补偿像素的亮度误差。

Description

显示装置及其自校准方法
本申请要求于2014年12月26日提交的韩国专利申请第10-2014-0190752号的权益，通过参考实际上将其全部内容合并到本文中，如同在本文中完全阐述一样。
技术领域
本发明的各实施例涉及显示装置及其自校准方法。
背景技术
已经使用了各种平板显示器，诸如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、等离子显示面板(PDP)以及场发射显示器(FED)。
液晶显示器通过基于数据电压控制被施加于液晶分子的电场来显示图像。有源矩阵液晶显示器由于工艺技术和驱动技术的发展降低了制造成本并提高了性能。因此，有源矩阵液晶显示器被应用于从小型移动装置到大型电视机的几乎所有显示装置，并且已经被广泛使用。
因为OLED显示器是自发射显示装置，所以OLED显示器可以被制造成具有比需要背光单元的液晶显示器更低的功耗和更薄的外形。此外，因为OLED显示器具有宽视角和快速响应时间的优势，所以OLED显示器在与液晶显示器竞争的同时已经扩大了它的市场。
OLED显示器通过电压驱动方法或数字驱动方法而被驱动，并且可以表示输入图像的灰度级。电压驱动方法根据输入图像的数据的灰度级来调整施加于像素的数据电压，并且根据数据电压的大小来调整像素的亮度，从而表示该输入图像的灰度级。数字驱动方法根据输入图像的数据的灰度级来控制像素的发射时间，并且表示输入图像的灰度级。
数字驱动方法将一个帧周期时分(time-divide)成多个子帧周期。子帧周期的发射时间被设置为彼此不同。在数字驱动方法中，子帧周期通常被配置成在不考虑像素的开/关特性的情况下使得每个灰度级的子帧周期的发射时间线性增大。因为数字驱动方法忽视出现在像素的实际开/关特性中的不希望的亮度，并且简单地将子帧周期的发射时间设置成与灰度级成正比，所以会产生亮度误差。甚至可能产生灰度级之间的亮度反转现象。亮度误差或亮度反转现象可能在显示面板中不同地产生，因此对于显示面板不能统一地补偿。
发明内容
本发明的实施例提供了显示装置及其自校准方法，该自校准方法能够对在像素被开或关时所产生的亮度误差进行补偿。
一方面，存在一种显示装置，该显示装置包括测量单元、亮度误差计算单元以及亮度误差补偿单元，其中，测量单元被配置成测量像素的电流；亮度误差计算单元被配置成计算在发光的像素的测量电流值处该像素的冲击电流，并且基于该冲击电流计算像素的亮度误差；亮度误差补偿单元被配置成减少子帧周期的发射时间或者改变开启的子帧周期，以补偿像素的亮度误差。
另一方面，存在一种显示装置的自校准方法，该自校准方法包括测量像素的电流；计算在像素的测量电流值处发光的像素的冲击电流，并且基于该冲击电流计算像素的亮度误差，以及减少子帧周期的发射时间或者改变开启的子帧周期，以补偿像素的亮度误差。
附图说明
附图被包括以提供对本发明的进一步理解，并且被并入到本公开内容中并构成其一部分，附图图示出本发明的各实施例，并且连同说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中：
图1是根据本发明的示例性实施例的显示装置的框图；
图2是图1中示出的显示装置的像素的电路图；
图3示出了根据本发明的示例性实施例的测量单元、亮度误差计算单元、亮度误差补偿单元；
图4是示出根据本发明的示例性实施例的显示装置的自校准方法的流程图；
图5示出了用于布置子帧的方法的示例；
图6示出了在图5示出的子帧布置方法中将数据映射到子帧的方法；
图7示出了由于像素的冲击电流(rushcurrent)而出现像素的亮度误差的示例；
图8和图9示出了用于测量像素的电流的方法；
图10示出了像素的电流测量方法和亮度误差的计算方法的示例；
图11示出了子帧的重映射方法的示例；以及
图12示出了使用根据本发明的示例性实施例的自校准方法对亮度误差的补偿的结果。
具体实施方式
现在将详细介绍本发明的各实施例，在附图中图示出各实施例的示例。只要有可能，在整个附图中将使用相同的附图标记来指示相同或相似的部分。将要注意的是，如果确定已知技术会误导本发明的各实施例，则将省略对该技术的详细描述。
图1和图2示出了根据本发明的示例性实施例的显示装置。
参考图1和图2，根据本发明的实施例的显示装置包括显示面板100、将输入图像的像素数据写到显示面板100的像素矩阵上的显示面板驱动器、测量像素的电流的测量单元106、以及控制显示面板驱动器的定时控制器110。
在显示面板100的像素矩阵中，多条数据线11和多条扫描线(或栅极线)12彼此交叉。显示面板100的像素矩阵包括以矩阵形式布置并且显示输入图像的像素。每个像素包括红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素。每个像素还可以包括白色子像素。如图2中所示，每个像素可以包括多个薄膜晶体管(TFT)、有机发光二极管(OLED)、电容器等。
显示面板驱动器包括数据驱动器102和栅极驱动器104。
数据驱动器102将从定时控制器110接收的输入图像的数据转换成数据电压，并且将该数据电压输出至数据线11。在数字驱动方法中，由像素发射的光的量彼此相同，并且基于像素的发射时间表示输入图像的数据的灰度级。因此，数据驱动器102根据被映射到子帧的数据的数字值来选择像素发光的情形的电压和像素不发光的情形的电压之一，并且产生所选的数据电压。
栅极驱动器104在定时控制器110的控制下向第一扫描线12a顺序地提供与数据驱动器102的输出电压同步的扫描脉冲(或栅极脉冲)。栅极驱动器104逐线地顺序地移位扫描脉冲，并且顺序地选择应用了数据的像素。栅极驱动器104在定时控制器110的控制下向第二扫描线12b顺序地提供擦除脉冲(erasepulse)。像素响应于该擦除脉冲而停止发光。定时控制器110控制擦除脉冲的定时并控制每个子帧中像素的发射时间。
测量单元106使用光传感器或电流传感器测量像素的亮度或电流，并且将测量结果传输至定时控制器110。在本文公开的实施例中，已经测量了其亮度或电流的像素可以是在其上再现了输入图像的像素矩阵的像素，或者是被布置在显示面板100的非显示区域中的假像素(dummypixel)。
定时控制器110从主机***(未示出)接收输入图像的像素数据以及与输入图像的像素数据同步的定时信号。定时控制器110基于与输入图像的像素数据同步输入的定时信号来控制数据驱动器102和栅极驱动器104的操作定时，并且使数据驱动器102与栅极驱动器104同步。定时信号包括垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、数据使能信号DE等。
定时控制器110通过数字驱动方法控制显示面板驱动器。定时控制器110将一个帧周期分成多个子帧周期。如图5中所示，可以根据输入图像的数据位(bit)将子帧周期的发射时间设置成彼此不同。因为最高有效位(MSB)表示高灰度级，所以MSB被映射到具有长发射时间的子帧。因为最低有效位(LSB)表示低灰度级，所以LSB被映射到具有短发射时间的子帧。定时控制器110逐位地将输入图像的数据映射到子帧，并且将经映射的数据传输至数据驱动器102。
定时控制器110可以包括图3中示出的自校准装置。定时控制器110基于从测量单元106接收的测量电流值或测量亮度值使用自校准装置来计算灰度级之间的像素的亮度误差。定时控制器110调整子帧的发射时间或者执行子帧的重映射，从而补偿亮度误差。
主机***可以被实现成以下***之一：电视机***、机顶盒、导航***、DVD播放器、蓝光播放器、个人计算机(PC)、家庭影院***以及电话***。
如图2中所示，每个像素包括第一TFTT1、第二TFTT2、第三TFTT3、OLED、储能电容器C等。
响应于来自第一扫描线12a的扫描脉冲导通第一TFTT1。该第一TFTT1是响应于扫描脉冲向第二TFTT2的栅极提供数据电压DATA的开关元件。
第二TFTT2被连接在提供了高电位电源电压ELVDD的电源线与OLED之间，并且根据被施加于第二TFTT2的栅极的数据电压DATA向OLED提供电流。第二TFTT2是根据数据电压DATA使OLED发光的驱动元件。
响应于来自第二扫描线12b的擦除脉冲导通第三TFTT3，并且将第二TFTT2的栅极电压放电直到预定的偏置电压Vbias。该预定的偏置电压Vbias可以是低电位电源电压VSS。第三TFTT3是响应于擦除脉冲形成第二TFTT2的栅极放电路径的开关元件。
储能电容器C保持第二TFTT2的栅源电压Vgs。储能电容器C保持第二TFTT2的栅极电压并维持OLED的发射。
OLED可以被配置成使得包括空穴注入层HIL、空穴传输层HTL、发射层EML、电子传输层ETL、电子注入层EIL等的有机化合物层被堆叠。在电子和空穴在发射层EML中结合时OLED发光。
显示面板100的每个像素可以被配置成如图2中所示的那样，但是本发明的实施例不限于此。例如，每个像素可以具有通过数字驱动方法能够驱动的任何电路配置。每个像素还可以包括内部补偿电路。该内部补偿电路包括至少一个开关TFT和至少一个电容器。内部补偿电路初始化驱动TFT的栅极、感测该驱动TFT的阈值电压和迁移率(mobility)、以及补偿数据电压DATA。该内部补偿电路可以使用任何已知的补偿电路。
图3示出了根据本发明的实施例的自校准装置。图4是示出根据本发明的实施例的显示装置的自校准方法的流程图。
参考图3和图4，根据本发明的实施例的自校准装置包括测量单元106、亮度误差计算单元112以及亮度误差补偿单元114。该自校准装置可以被嵌入到定时控制器110中，但是本发明的实施例不限于此。例如，自校准装置可以被实现为单独的电路配置。
自校准方法包括测量像素的亮度或电流的步骤S1、计算像素的亮度误差的步骤S2、以及补偿像素的亮度误差的步骤S3。
亮度误差计算单元112分析从测量单元106接收的亮度测量或电流测量的结果，并且计算在每个灰度级处像素的亮度误差。稍后参考图7详细描述亮度误差的原因。稍后参考图10详细描述计算亮度误差的方法。
亮度误差补偿单元114从亮度误差计算单元112接收亮度误差的计算结果。亮度误差补偿单元114调整数据的LSB所映射到的子帧的发射时间，或者执行子帧的重映射，从而补偿亮度误差。因此，如图12中所示，像素的亮度随灰度级的增大而线性或非线性地增大。
可以在显示装置中先前设置的驱动时间内执行根据本发明的实施例的自校准装置和自校准方法。例如，在对显示装置通电之后立即以通电顺序执行自校准装置和自校准方法，并且在对显示装置断电之后立即以断电顺序执行自校准装置和自校准方法。此外，根据本发明的实施例的自校准装置和自校准方法可以在两个连续设置的帧之间、没有输入数据的垂直消隐周期中测量像素的亮度或电流，并且可以以事先设置的时间间隔测量像素的亮度或电流。
因为根据本发明的实施例的显示装置基于使用图3和图4中示出的自校准装置和自校准方法在每个显示面板中对像素的亮度或电流的测量结果来补偿由冲击电流导致的亮度误差，所以本发明的实施例可以适当地对每个显示面板自适应地补偿亮度误差。
图5示出了用于布置子帧的方法的示例。图6示出了用于在图5中示出的子帧布置方法中将数据映射到子帧的方法。
参考图5和图6，一个帧周期可以被分为第一子帧SF1至第五子帧SF5。每个子帧可以被再分为将数据写到像素上的寻址时间t1、像素发光的发射时间t2、以及关闭像素的擦除时间t3。用于显示面板100的一条线的寻址时间t1是一个水平周期。在一个子帧(例如，第三子帧SF3)中，将数据写到显示面板100的所有线上的寻址时间t4是一个垂直周期。定时控制器110向数据驱动器102和栅极驱动器104提供定时控制信号，并且控制子帧的寻址时间t1、发射时间t2和擦除时间t3的定时。在图5示出的示例中，从第一子帧SF1到第五子帧SF5随着时间的推移，发射时间t2的长度减少至一半。擦除时间t3不被分配给第一子帧SF1和第二子帧SF2。
第一子帧SF1包括表示24位数据的灰度级的发射时间，并且第二子帧SF2包括表示23位数据的灰度级的发射时间。第三子帧SF3包括表示22位数据的灰度级的发射时间，并且第四子帧SF4包括表示21位数据的灰度级的发射时间。第五子帧SF5包括表示20位数据的灰度级的发射时间。数据的24位MSB被映射到第一子帧SF1，并且数据的4位(23222120)LSB被映射到第二子帧SF2至第五子帧SF5。
在数字驱动方法中，逐位地将输入图像的数据映射到子帧。逐子帧地根据数据的灰度级开启和关闭像素。例如，当数据的灰度级为16G(10000)2时，像素在第一子帧SF1中被开启并发光，并且像素在剩余的第二子帧SF2至第五子帧SF5中被关闭。此外，当数据的灰度级为15G(01111)2时，像素在第一子帧SF1中不发光，并且像素在剩余的第二子帧SF2至第五子帧SF5中发光。在图6中，“o”指示像素在其中发光的子帧，并且“x”指示像素在其中不发光的子帧。
用于布置子帧的方法不限于图5。例如，可以对分配给一个帧周期的子帧的数目或者子帧的发射时间进行各种改变。
根据本发明的实施例的用于布置子帧的方法根据自校准方法的应用而调整子帧的发射时间或者执行子帧的重映射。
图7示出了由于像素的冲击电流而发生像素的亮度误差的示例。
在数字驱动方法中，多个子帧被分配给一个帧周期，并且在一个帧周期中产生大量的像素的开关操作(或者大量的转变)。当像素从关状态转变成开状态时，在像素中发生冲击电流。冲击电流是在处于关状态的像素被开启时瞬间且强烈产生的电流，该冲击电流导致像素的亮度误差。在图7中，“Ix”指示像素的冲击电流。冲击电流瞬间将像素的亮度增加到比灰度级所表示的亮度更大的值，导致灰度级之间的亮度误差和亮度反转。灰度级之间的亮度反转是低灰度级表示的亮度高于高灰度级表示的亮度的一种现象。有机发光二极管(OLED)显示器的数字驱动方法具有许多优势，但是需要解决由像素的冲击电流导致的亮度误差或亮度反转问题，以便进一步提高OLED显示器的图像质量。
在OLED显示器的电压驱动方法中，在一个帧周期中不存在像素的开关操作并且像素的电流不变。因此，几乎不产生由冲击电流导致的亮度误差。在等离子显示面板(PDP)中，通过数字驱动方法表示灰度级。然而，因为在寻址放电将数据写到像素上之后并且在维持周期(sustainperiod)之前像素被维持在等离子状态，所以在像素中不产生冲击电流。从而，因为在OLED显示器的电压驱动方法和PDP的数字驱动方法中像素的冲击电流几乎不影响图像质量，所以可以忽略冲击电流的问题。
因为在像素的OLED中流动的电流与像素的亮度成正比，所以可以通过测量像素的电流来计算亮度误差。因为显示面板的驱动特性之间存在差异，所以测量单元106测量由实际驱动像素(或假像素)产生的像素的电流。如图8中所示，测量单元106可以向显示了图像的像素矩阵AA的至少一条栅极线提供栅极脉冲，并且可以通过数字驱动方法向像素提供数据电压，从而测量一个或多个像素的电流。可替选地，测量单元106可以通过整个屏幕的若干条线的平均值来测量电流。
测量单元106可以测量来自位于非显示区域中的假像素的电流，使得不开启屏幕。假像素的结构基本上与像素矩阵的像素的结构相同，并且假像素被形成在显示面板100中。如图9中所示，假像素被形成在显示了输入图像的像素矩阵AA外部的非显示区域DA中，并且被覆盖以使得用户看不见它。
当在一个帧周期中产生通过数字驱动方法的像素的最小数目的开关操作时，测量单元106测量电流Imin，并且当在一个帧周期中产生通过数字驱动方法的像素的最大数目的开关操作时，测量电流Imax。
像素的最小开关电流Imin是像素在一个帧周期的仅一个子帧周期中发光以使得在一个帧周期中产生像素的最小数目的开关操作时所测量的电流。由冲击电流Ix导致的亮度误差可以被看成是噪声。因此，像素的最小开关电流Imin是在信噪比(SNR)大时所测量的像素的电流。在图10示出的示例中，在像素仅在第一子帧SF1中发光并且在剩余的子帧中维持关闭状态时测量像素的最小开关电流Imin。
像素的最大开关电流Imax是像素在多个子帧周期中发光以使得在一个帧周期中产生像素的最大数目的开关操作时所测量的电流。可以在信噪比小时测量像素的最大开关电流Imax。然而，像素的最大开关电流Imax被测量以反映在具有相对短的发射时间的子帧中的实际亮度误差的测量值。在图10示出的示例中，当像素在第一子帧SF1中发光、在第二子帧SF2中关闭、并且在分配了擦除周期ER的所有子帧SF3、SF4和SF5中发光时，在一个帧周期中产生像素的最大数目的开关操作。在这种状态下，测量出像素的最大开关电流Imax。
图10示出了像素的电流测量方法以及亮度误差的计算方法的示例。
参考图10，亮度误差计算单元112基于从测量单元106接收的像素的最小开关电流Imin和像素的最大开关电流Imax来计算冲击电流Ix的平均值Ix_avg。
“Imin”是在灰度级16G(10000)2测量的像素的电流，并且“Imax”是在灰度级23G(01111)2测量的像素的电流。事先确定在每个灰度级在像素的OLED中流动的电流。假设在每个灰度级像素的电流为“I_1G＝10nA,I_2G＝20nA,...,I_pG＝p*10nA”。下面描述用于计算冲击电流Ix的平均值Ix_avg的方法的示例。
Imax-Imin＝I_7G+(3*Ix).....(1)
在上面的等式(1)中，因为“I_7G”是7G(＝23F-16G)的电流，所以I_7G为70nA。“3*Ix”是从在灰度级23G(01111)2发生冲击电流的次数(＝四次)减去在灰度级16G(10000)2发生冲击电流的次数(＝一次)所得到的值。在上面的等式(1)中，因为Imax、Imin和I_7G为已知值，所以可以计算出冲击电流Ix。通过上面的等式(1)计算出的冲击电流Ix被称为“Ix1”。
Imax+Imin＝I_39G+(5*Ix)…..(2)
在上面的等式(2)中，因为“I_39G”是39G(＝23G+16G)的电流，所以I_39G为390nA。“5*Ix”是通过将在灰度级23G(01111)2发生冲击电流的次数(＝四次)与在灰度级16G(10000)2发生冲击电流的次数(＝一次)相加所得到的值。在上面的等式(2)中，因为Imax、Imin和I_39G为已知值，所以可以计算出冲击电流Ix。通过上面的等式(2)计算出的冲击电流Ix被称为“Ix2”。
亮度误差计算单元112使用Ix1和Ix2的平均值(＝(Ix1+Ix2)/2)来计算平均值Ix_avg。在像素的OLED中流动的电流与像素的亮度成正比。因此，本发明的实施例可以将由亮度误差计算单元112计算出的平均值Ix_avg转换成像素的亮度，并且可以基于该平均值Ix_avg定量地确定由冲击电流Ix导致亮度误差的平均值。因此，本发明的实施例可以基于在产生一次冲击电流Ix时所引起的亮度误差定量地计算在每个灰度级由冲击电流导致的亮度误差。
亮度误差补偿单元114反映从亮度误差计算单元112接收的亮度误差，并且减少子帧的发射时间或执行子帧的重映射。
减少子帧的发射时间的方法按照平均值Ix_avg的亮度增大来减少子帧的亮度。该方法固定具有相对长的发射时间的MSB子帧的发射时间，并且按照平均值Ix_avg的亮度增大来减少具有相对短的发射时间的LSB子帧的发射时间。
子帧的重映射改变其中产生了亮度反转的灰度级的值，并且在其中产生了亮度反转的灰度级在数据的灰度级的值之间切换。例如，如图11中所示，当由于亮度误差而在灰度级15G(01111)2和16G(10000)2产生亮度反转时，亮度误差补偿单元114将输入图像的数据的灰度级16G(10000)2变成15G(01111)2，并将输入图像的灰度级15G(01111))2变成16G(10000)2。当数据的灰度级值变化时，在子帧的映射过程中被开启的子帧中发生变化。因此，像素的亮度会变化。因此，如图12中所示，因为其中产生了亮度反转的灰度级的发射时间被反转，所以解决了亮度反转问题。
本发明的实施例描述了用于测量像素的电流以估计亮度误差的方法，但是不限于此。例如，本发明的实施例可以测量像素的亮度并且可以基于该测量结果补偿像素的亮度误差。本发明的实施例描述了用于测量电流Imin和Imax以及计算电流Imin和Imax的平均值的方法，以便增加用于测量像素的电流的方法的准确度，但是不限于此。即使准确度降低，本发明的实施例也可以通过仅使用电流Imin来估计由冲击电流导致的像素的亮度误差。
如上所述，本发明的实施例基于对使用数字驱动方法驱动的显示装置中的每个显示面板的像素的亮度或电流的测量结果来补偿由冲击电流导致的亮度误差。因此，本发明的实施例可以适当地对每个显示面板自适应地补偿亮度误差。
尽管已经参考本公开内容的许多示例性实施例描述了各实施例，但是应当理解的是，本领域的技术人员能够想出落在本公开内容的原理的范围内的大量其它修改和实施例。更具体地，在本公开内容、附图和所附权利要求的范围内的主题组合布置的部件部分和/布置的各种变化和修改是可能的。除了部件部分和/或布置的变化和修改之外，替选使用对于本领域的技术人员也是明显的。

Claims (9)

1.一种显示装置，用于将一个帧周期分成多个子帧周期，逐位地分离输入图像的数据，将所述输入图像的数据映射到所述子帧周期，以及表示所述输入图像的灰度级，所述显示装置包括：
测量单元，其被配置成测量像素的电流；
亮度误差计算单元，其被配置成计算在发光的像素的测量电流值处所述像素的冲击电流，并且基于所述冲击电流计算所述像素的亮度误差；以及
亮度误差补偿单元，其被配置成减少子帧周期的发射时间或者改变开启的子帧周期，以补偿所述像素的亮度误差。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述亮度误差补偿单元减少要被写到所述像素上的数据的最低有效位LSB将被映射到的子帧周期的发射时间。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述亮度误差补偿单元在由于所述像素的亮度误差而产生亮度反转的灰度级处在数据的灰度级值之间进行切换。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其中，当在一个帧周期中产生所述像素的最小数目的开关操作时，所述测量单元测量电流，作为最小开关电流，并且
其中，当在一个帧周期中产生所述像素的最大数目的开关操作时，所述测量单元测量电流，作为最大开关电流。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其中，所述亮度误差计算单元基于所述最小开关电流和所述最大开关电流计算所述冲击电流的平均值，并且基于所述冲击电流的平均值计算所述像素的亮度误差。
6.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述像素包括有机发光二极管。
7.一种显示装置的自校准方法，所述显示装置用于将一个帧周期分成多个子帧周期，逐位地分离输入图像的数据，将所述输入图像的数据映射到所述子帧周期，以及表示所述输入图像的灰度级，所述自校准方法包括：
测量像素的电流；
计算在像素的测量电流值处发光的像素的冲击电流，并且基于所述冲击电流计算所述像素的亮度误差；以及
减少子帧周期的发射时间或者改变开启的子帧周期，以补偿所述像素的亮度误差。
8.根据权利要求7所述的自校准方法，其中，对所述像素的亮度误差的补偿包括减少要被写到所述像素上的数据的最低有效位LSB将被映射到的子帧周期的发射时间。
9.根据权利要求7所述的自校准方法，其中，对所述像素的所述亮度误差的所述补偿包括在由于所述像素的所述亮度误差而产生亮度反转的各灰度级处的数据的灰度级值之间切换。
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