CN1711578A - 显示装置、包括此显示装置的电子设备以及显示装置的驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种显示装置及显示装置的驱动方法，其中该显示器包括多个发光元件和用于向发光元件施加驱动信号的装置。该显示装置包括用于为发光元件中的至少一个调节占空度和驱动信号的幅值的控制装置。由此，可控制显示器的均匀度，同时使显示器的亮度保持恒定。可以与显示装置功耗或改善暗图像质量的控制相关地控制显示器的均匀度。

Description

显示装置、包括此显示装置的电子设备以及显示装置的驱动方法
技术领域
本发明涉及一种包括显示器的显示装置，该显示器具有多个发光元件和用于向所述发光元件施加驱动信号的装置。
背景技术
发光元件处于衬底上或上方的显示装置越来越流行。这些发光元件可以为发光二极管(LED)，发光二极管包含在显示像素中或者构成显示像素，其中显示像素设置成行和列矩阵。如果电流通过这些材料，诸如特定聚合(PLED)或有机(OLED)材料输送的话，则这种LED中所采用的材料适于产生光。因而，必须将LED设置成，可通过这些发光材料驱动电流流动。通常，有名的有无源和有源驱动矩阵显示器。对于有源矩阵显示器，显示像素本身包括诸如一个或多个晶体管的有源电路。
在有源矩阵显示器的常规驱动方式中，所有像素在寻址时连续发光。这种状态被称作100％占空度，其中占空度定义为在一帧周期中，显示器或其发光元件发光时间的百分比。该驱动方法具有以下缺点：低平均电流通过显示像素的驱动晶体管，这对显示均匀度产生负面影响。均匀度定义为，用相等幅值的驱动电流驱动时，不同发光元件之间亮度水平的差别。此外，显示器受到采样/保持影响，会使例如视频图像模糊不清。采样/保持效应源于以下事实，即在每帧周期中，有可能在该帧周期开始时显示一幅新的图像(采样)，而在该帧周期的其余时间(通常对于60Hz的操作为16毫秒)中该图像在屏幕上保持可见(保持)。对于运动的视频图像，人眼试图在显示器上跟踪图像，同时，由于寻址的采样/保持性质，图像在物理上是静止的。用户将这种效应解释为图像模糊。
一种用于避免这些问题的方法是以脉冲模式驱动有源矩阵显示器，其中显示器或发光元件仅在帧周期中的一部分时间内发射光，即占空度减小。不过，这种按照脉冲模式驱动的有源矩阵显示器的功耗会增大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种消除或减小至少一个上述缺陷的改进的显示装置。
通过采用以下显示装置实现这一目的，在该显示装置中，提供用于针对至少一个所述发光元件，调节占空度和所述驱动信号的幅值的控制装置。通过使占空度适合，并据此改变驱动信号的幅值，可调节显示器或显示像素的均匀度，或者反之亦然。注意，通常，占空度与发光元件所传输的电流的乘积大致是恒定的，结果在特定驱动信号下可调节不同发光元件之间的亮度水平差异，同时使发光象素的平均感受亮度保持在原始水平。
在本发明的一个实施例中，控制装置用于从多种与显示器或显示像素的均匀度有关的可用模式中选择单一模式。一个优点在于，在选择与均匀度有关的一种特定模式时，可影响显示装置的功耗。另一个优点与调整显示器上图像质量的灵活性有关。
在本发明的一个实施例中，显示装置包括由用户选择可用模式中的一种的选择装置。显示装置的用户如果希望的话可改变图像的均匀度。
在本发明的一个实施例中，按照包括该显示装置的电子设备的可用或剩余电能，选择与均匀度有关的所述单一模式。该实施例的优点在于，如果为该装置提供的电能降到某一水平以下，则显示装置可自动切换到更小均匀度的显示，从而延长显示装置能使用的时间。
在本发明的一个优选实施例中，响应于要显示在该显示器的和/或所述显示装置或电子设备接收到的数据，选择所述单一模式。这样就可能根据显示器是有效使用还是处于所谓的待机模式，自动调节显示器的均匀度。此外，如果所要显示的数据引起这种调节，例如如果所要显示的图像平均起来是暗的，则可自动调节显示器的均匀度和/或功耗。此外，如果对于这种暗图像增加均匀度并减小占空比，则灰度级的数量，即可视亮度水平动态地增大。
在一个优选实施例中，根据要显示在该显示器上的数据的变化率选择所述单一模式。这样做的优点在于，对于要显示的运动图像，通过增加灰度级可以自动增大均匀度。此外，本实施例中可避免采样/保持赝像，这是因为较短的占空度(减小保持周期)，使得观看到运动目标更清晰的图像。
应当清楚的是，对于上面给出的实施例，可以由用户选择或者自动且动态地从可用模式中选择所述单一模式。由此，增强了显示装置的功能性。
在上述实施例中，假设整个显示器工作于相同的模式下，即整个显示器具有相同的均匀度。不过，在一个优选实施例中，显示器至少包括按照所述可用模式中的第一模式进行显示的第一部分，和按照所述可用模式中的第二模式进行显示的第二部分。这样做具有以下优点：如果例如在显示器的不同部分上显示不同图像，则可采用与均匀度有关的不同模式。
应当理解，可将所述实施例或其各方面组合。
本发明还涉及一种包括如前面段落中所述的显示装置的电子设备。这种电子设备可以涉及手持设备，如移动电话、个人数字助理(PDA)或便携式计算机，以及诸如个人计算机、电视机或例如汽车仪表板上的显示器之类的装置。注意，对于电池供电设备来说，功耗的问题尤其重要。
本发明还涉及一种通过驱动信号驱动显示器的方法，所述显示器具有多个发光元件，该方法包括以下步骤：对于所述发光元件中的至少一个，根据彼此调节占空度和所述驱动信号的幅值。注意，该方法不仅可应用于PLED或OLED装置，而且可更广泛地应用于其中光强由驱动晶体管输送的电流定义的装置，所述驱动晶体管的性质彼此可能不同。这些例子包括电致发光显示装置、基于场致发射技术的有源矩阵显示装置、以及电致变色或者开关反射镜型(switching mirror)显示装置。
注意，WO02/27700披露了一种包括驱动电路的显示装置，该驱动电路调节帧周期期间像素导通状态的占空度。不过，在本说明中，调整占空度是为了使用脉宽调制而不改变驱动信号的幅值来获得特定的像素亮度。显示器的均匀度并非该公开文献中讨论的问题。
US2002/084463披露了一种用于OLED显示器的CMOS驱动电路，其中通过应用占空因数来控制亮度。而且也是通过数字脉宽调制进行驱动，从而没有披露改变像素亮度的装置。此外，与采用彼此性质可能明显不同的多晶硅(p-Si)或非晶硅(a-Si)驱动晶体管的显示装置不同，对于CMOS驱动型显示装置，显示器的均匀度通常不是问题。标准的CMOS驱动器通常用于微显示器，并且不易于应付高电压。
附图说明
将参照附图进一步说明本发明，附图表示出根据本发明的优选实施例。应当理解，根据本发明的装置和方法无论如何都不限于此特定且优选的实施例。
图1表示根据本发明一个实施例的电子设备；
图2表示根据本发明一个实施例用于有源矩阵显示器的第一种配置；
图3A和B表示电压寻址有源矩阵显示器的显示像素的一个实施例，以及所述显示像素在多个灰度级下的亮度差异的特性；
图4A和B表示电流寻址有源矩阵显示器的显示像素的一个实施例，以及所述显示像素在多个灰度级下的亮度差异的特性；
图5表示有源矩阵显示器的显示像素的一个实施例，表示了用于调节显示像素的占空度的各种可供选择方案；
图6表示根据本发明一个实施例的有源矩阵显示器的第二种配置。
具体实施方式
图1表示包括显示器2的电子设备1，该显示器2具有设置成行和列的矩阵的多个显示像素3。显示器2可包括在显示器2上显示为窗口或者弹出屏幕的一个或多个部分4、5，用于显示与主显示器2不同种类或类型的信息或数据。部分4可以例如通过遥控(未示出)显示出即时菜单工具。菜单工具可以为设备1的使用者提供调节例如显示器2的亮度和/或对比度的选项。根据本发明的一个实施例，这种菜单工具还可以包括用于调节显示器2或显示像素3或显示部分5的均匀度的选项。或者，或此外，电子设备1可包括可由用户使用以调节显示器2或显示部分4、5的均匀度的操纵盘或按钮6。在单个显示器中可存在或者由使用者请求具有不同均匀度的显示部分4、5。通过在不同的占空度下操纵显示器2的不同部分4、5，可以在一个显示器2中获得多个均匀度。应当理解的是，显示器2的其余部分可以工作于与部分4、5具有不同均匀度的第三种模式下。这类应用的例子包括多媒体应用中的窗口，或者用于电视屏幕的画中画(PIP)，其中例如视频图像部分使用较低占空度，而固定图像部分工作于较高占空度下。另一个例子涉及移动电话，其中显示器2的第一部分4可以处于待机状态，显示器2的第二部分5被有效使用。注意，通常不必预先定义工作于单个特定模式下的显示器2的部分4、5，部分4、5在显示器2上的位置在帧与帧之间可能是不同的，所述位置由控制装置(参见图2)定义。
图2表示显示装置7，其包括如图1中所示的电子设备1的显示器2。显示器2包括行选择电路8和数据寄存器9。诸如通过线路10接收的且要显示在显示器2上的(视频)图像之类的信息或数据，被输入控制单元11，控制单元11随后将所述信息或数据通过线路12传输给数据寄存器9的适当部分。行选择电路8通过线路13执行显示像素3的行选择。数据从数据寄存器9通过线路14写入显示像素3。
图3A表示显示像素3的一种已知配置，包括寻址晶体管T1、存储电容器C以及用于将驱动信号施加给发光元件15的装置T2。T2可以为p-Si薄膜晶体管(TFT)，并且发光元件15可以为发光二极管，如PLED或OLED。电容器C的一个极板和T2的源电极与电源线16相连。
如果T2被加偏压成饱和状态，则其性能如同恒流源那样，流过与μfe·(VGS-VT)2成比例的电流，其中VGS为T2的栅-源电压，VT为阈值电压，μfe为T2的场效应迁移率。该恒定电流然后被驱动通过与T2相连的LED15。从而，通过设定T2栅极上的电压，将电流源编程。这通过在例如25μs的短的寻址时间周期内，经由线路13导通T1并将信号电压从数据寄存器9传送给T2的栅极而实现。然后使T1截止，并且在剩余帧时间内在T2的栅极上保持被编程的电压。存储电容器C防止该节点通过通过T1的泄漏出现明显的放电，从而在相继选择显示器2的其它行的同时形成一种允许连续LED电流的存储器。这种寻址方案工作良好，不过要求显示器2中基本上每个显示像素3的T2的性质都高度均匀，这是因为电流与(VGS-VT)2和μfe两者都成比例。该电路还易于发生某些二次水平串扰效应。这种效应产生的原因是由于，在寻址周期中，电流流过T2和LED15，并且由于输运电流的行电极具有有限的电阻。从而，沿着电流输送行方向存在电压降，不再能很好地限定T2的源电压，从而VGS的数值出现错误。在图3A所示的配置中，增加与电流源T2和PLED15串联的n-沟道晶体管(T3)。该晶体管T3在寻址周期期间切断电流，这减小了上面所述的电压编程错误。
对于驱动晶体管T2，通常观察到μfe和VT在5-10％的范围内变化。图3B表示包括图3A中所示显示像素3的显示器2的模拟结果，其中针对LED15的多个灰度级，获得不同显示像素3之间的亮度差异BV与灰度级GL的百分比的特性。灰度级或亮度水平是LED15所输送的电流量的度量，不过，不必成线性关系。从图3B中所示的模拟结果显然可以看出，不同显示像素3之间出现了明显的亮度差异，尤其是μfe和VT的差异在5-10％的。例如，在与特定电流幅值相对应的灰度级4下，在用相同的电流幅值驱动时，LED15的亮度有可能比相邻的LED15高80％(见虚线，假定用于LED15的驱动晶体管T2的特性差异在10％的范围)。注意，随着灰度级增大，即如果LED15输送更高电流，也即驱动信号具有更高幅值，则不同显示像素3之间的亮度差异BV减小。
如图4A中所示的电流反射镜像素电路，能减小T2的性质差异所造成的影响，同时依然工作于模拟模式。在寻址显示像素3和驱动LED15时都使用驱动晶体管T2。在线路14上以电流的形式而非电压的形式施加数据输入信号，由电流源I所示。在寻址周期期间，驱动晶体管T2通过寻址晶体管T1被晶体管T4按照二极管方式连接，并且通过晶体管T3将LED15与该电路隔离。在该寻址周期期间，迫使数据输入电流通过T2，同时将电容器C充电到T2的相关栅-源电压VGS此时，通过导通T1和T4并截止T3，将漏电流馈入LED15。电容器C的存储功确保LED电流与线路14上接收到的数据输入电流完全相同。
此说明对应于如图4A中所示的显示像素3的理想电路工作。实际上，例如与寻址和驱动期间驱动晶体管T2漏-源电压之间的差别有关的问题将引起错误，使得驱动电流对于各晶体管T2和LED15的性质依然具有某种依赖性。不过，这种依赖性远小于电流源像素电路的情形。电流反射镜电路的主要优点是减小VT和μfe分布带来的影响。图4B表示计算出的亮度差异。与图3B相比，观察到在显示器2上亮度差异BV改善了大约一个量级大小，不过输送更高电流的显示像素3的亮度依然更均匀。
本发明的主旨在于利用所观察到的亮度差异BV随发光元件15的灰度级GL而变的性质。通过调节驱动信号的幅值，可选择与图3B或图4B曲线上的一点对应的与所需或适当均匀度有关的模式。实际上，曲线表示与均匀度有关的可用模式，可从中选择一个或多个单一模式，或者根据形式适当选择。注意，驱动信号可以如上所述为具有特定幅值的电流，不过也可以为产生幅值由发光元件本身决定的电流的具有某一幅值的电压信号。如果T2起打开开关(open switch)的作用，则获得该电压信号。通过根据发光元件输送的电流的幅值调节占空度，可手动或自动地调节例如功耗和图像质量。
图5表示对于电压寻址有源矩阵驱动方案，调节占空度的几种方法。调节占空度的一种方法是在帧周期的一定百分比时间里向显示像素3的LED15施加适当的反向电压，如电压源17所示。如果电压源17在例如20％的帧周期内阻止LED15输送电流，则实现80％的占空度。通过适当设定电压源17向例如显示器2的所有显示像素3施加反向电压的时间，对于整个显示器2可获得所需占空度。通过类似的方式，可使电源线电压16变得可调节来限定占空度。
或者，可采用诸如功率晶体管的开关T5来阻止LED15输送电流。可通过控制单元11控制的占空度选择线18来寻址开关T5。通过经由控制单元11对占空度适当寻址，显示器2的不同部分4、5可获得不同占空度。
在另一种可选方式中，可在帧周期中引入额外的寻址脉冲(例如在一帧期间可以两次或多次寻址而非一次寻址显示器2)。由此，产生子帧。通过某些子帧中，使用与黑色象素相关的灰度级寻址显示器2、或显示器2的部分4、5，可调节显示器2的占空度。
注意，已知有多种调节占空度的其它方法。本发明不依赖于改变占空度的方法。
可通过(自动)调节显示器2的占空度来选择与显示器2的均匀度有关的模式。如果例如占空度减小，则可通过控制装置11自动增大驱动信号的幅值，即显示像素3的电流，从而使显示器2或显示像素3的平均感觉亮度保持恒定。电流幅值的增大具有两个效果。如图3B和4B中所示，曲线偏移到更高灰度级，结果显示器2的均匀度增大。此外，由于电流幅值增大，LED15的功耗通常也增大。通过这一机制，可设想出具有例如两种可用模式的显示器2，一种模式与显示器的低功耗和低均匀度有关，另一种模式与显示器的高功耗和高均匀度有关。通常，可在例如1-100％范围内连续调节的占空度，将导致无限数量的可用模式，这些模式以功率为代价获得均匀度。用户可通过几种方式选择这些模式，图1中已经对其中一些进行了讨论。
对于显示器2的均匀度与功耗之间的关系，显示装置7可以例如默认地工作在高均匀度模式下，对应于低占空度和高功耗。不过，如果电池电能下降到可由用户定义的某一水平以下，则例如通过控制装置11可将显示装置7切换到低均匀度模式，由此减小功耗。这样做的优点在于：显示装置7，尤其是当包含在电池供电的电子设备1中时，在设备1没有电之前，能使用更长时间。
均匀度模式可选择地、或此外还与显示器2的操作状态有关。如果显示器2例如处于待机状态，则显示器2的均匀度可以较低，由此减小其功耗。如果显示器2切换到有效状态，则如果关于显示器2的有效状态触发控制装置11时，通过减小占空度并增大通过发光元件的电流，显示装置可以切换到与显示器2增加的均匀度有关的另一种单一模式。
可响应于控制装置11在线路10上接收到的数据的类型或内容，自动选择显示器2的均匀度的模式。如果要显示的图像平均起来亮，则优选使用由控制装置11选择的模式，在这种模式中占空度增大，因为显示器2已经具有适当的均匀度。结果如果显示这种数据，则可节省电能。不过，如果要显示的图像平均起来暗，则优选其中显示器2的均匀度增大的模式。例如由控制装置11通过减小占空度并增大驱动信号的幅值来选择这种模式。由此，占空度还动态地调节图像的平均亮度。此外，占空度的减小增大了暗图像中可看到的灰度级的数量，同时保持要显示图像的平均亮度。如果例如占空度减小到10％，则本发明可将暗图像的可察觉亮度水平的范围划分成十分之一的部分，则如果可获得包含这些额外亮度级的数据。由此在暗图像中可产生更多灰度级，从而可明显改善图像的质量。此外，所选择的单一模式可能与数据的质量有关，例如与要显示的编码格式(例如MPEG编码)有关。
通常，如果要显示运动图像，则应该增大显示器2的均匀度。可通过用控制装置11检测要显示数据的变化率，并根据该变化率调节占空度和驱动信号的幅值使得均匀度增加，从而实现这一特征。
如针对图1所说明的，显示器2可具有几个部分4、5，对于这几个部分4、5可选择与部分4、5的均匀度有关的不同模式。这可以通过在占空度选择线18上，将不同的适当信号从控制装置11传输到构成部分4和5的显示像素3的开关T5而实现。例如，部分5可以为一个弹出窗口，在计算机监视器1的显示器2上显示视频。控制装置11检测线路10上接收到的视频数据，并指令通过占空度选择线18以更低占空度并且用更高幅值的驱动信号来驱动构成显示部分5的显示像素3。由此，增强了部分5的均匀度，同时显示器2的其余部分工作于较低均匀度模式下。
图6表示适于执行上述功能的显示装置7的示意性说明。控制装置11适于通过占空度选择线18控制显示器2或显示像素3的占空度。例如，可由用户通过控制钮6来调节此占空度。如上所述，可通过其它方法改变占空度，例如通过分析线路10上接收到的数据。控制装置11适于根据经过调节的占空度，调节要在线路14上传送的驱动信号的幅值。注意，尽管通常占空度与发光元件所输送的电流的乘积大致恒定，不过对于某些应用而言不排除占空度和流过发光元件的电流都减小或增大。

Claims (11)

1.一种包括显示器的显示装置，该显示器具有多个发光元件和用于向所述发光元件施加驱动信号的装置，其中为所述发光元件中的至少一个提供适于调整占空度和所述驱动信号幅值的控制装置。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述显示器是包括发光二极管的有源矩阵发射显示器，并且所述用于施加驱动信号的装置为驱动晶体管，每个驱动晶体管与所述发光二极管中的一个相关。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述控制装置适于从与所述显示器或所述发光元件的均匀度有关的多个可用模式中选择单一模式。
4.根据权利要求3所述的显示装置，其中所述显示装置包括诸如开关、操纵盘或菜单工具的选择装置，用于由所述显示装置的使用者选择所述可用模式中的一种。
5.根据权利要求3所述的显示装置，其中根据包括所述显示装置的电子设备的可用或剩余电能，选择所述单一模式。
6.根据权利要求3所述的显示装置，其中响应于所述显示器上要显示和/或所述装置所接收的数据，选择所述单一模式。
7.根据权利要求6所述的显示装置，其中所述占空度动态地调节用于所述显示器的平均驱动信号。
8.根据权利要求6所述的显示装置，其中根据要显示在所述显示器上的数据的变化率选择所述单一模式。
9.根据权利要求3所述的显示装置，其中所述控制装置适于至少为所述显示器的第一部分选择所述可用模式中的第一模式，以及为所述显示器的第二部分选择所述可用模式中的第二模式。
10.包括根据权利要求1-9其中任何一个所述的显示装置的电子设备。
11.一种通过驱动信号驱动显示器的方法，所述显示器具有多个发光元件，所述方法包括步骤：对于所述发光元件中的至少一个，根据彼此调节占空度和所述驱动信号的幅值。
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