CN1761988A - 一种具有扫描背光的有源矩阵显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有源矩阵显示***和操作该***的方法。该***包括有源矩阵显示面板和包括几个发光元件(3a－e)的扫描背光，当根据视频信号对一区域的像素行寻址(6a－e)并使其达到新的完全或接近完全调制状态时，每个发光元件(3a－e)以具有高光强度的完全激励状态(8)照相一像素行或该区域的像素行一有限的时间段。当在显示器上显示快速运动的物体时，这可以消除或减小所谓的“采样和保持”假象的可能性。根据本发明，在具有高光强度的两个连续的完全激励状态之间的时间段期间，发光元件(3a－e)不完全关闭。而是将它们操作成减小的、暗淡或微弱发光的状态(9)，这些状态具有低光强，即为完全激励状态的高光强度的10－50％，优选15－40％，最优选20－30％，从而提高显示器的亮度并减小闪烁。

Description

一种具有扫描背光的有源矩阵显示器

本发明涉及一种具有扫描背光的有源矩阵显示***，例如用于电视机或显示器中的有源矩阵LCD***。

本发明还涉及一种操作该有源矩阵显示***的方法。

为了用于视频应用，显示器必需满足的最重要的要求之一是提供清晰的运动图像。然而，当显示快速运动的物体时，即使使用很快的LCD面板，在例如有源矩阵LCD(液晶显示)面板的有源矩阵显示器中显示出的运动图像也仍然失去了它们的清晰度并变得模糊。其原因是动态模糊不仅由像素(图像元素)的速度引起。还由显示器保持特性的组合引起，因为每行像素在调制周期或帧时间内被调制一次，此后连续从背光透射光直到下一个调制周期，而且人眼的特性是试图跟随所述运动。这种效应被称为“采样和保持”假象，它不仅只局限于有源矩阵LC显示器。每种有源矩阵显示器都遇到同样的问题。

去除有源矩阵显示面板中的“采样和保持”假象的最有效的方法是使用所谓的扫描背光，即显示器工作时不连续发光，而是以短时间脉冲发光。在帧时间内每个像素的脉冲光曝光应当被执行一次，并且不在像素已经到达其期望透射水平之前，即，当像素已经被寻址并已经到达新的完全或者接近完全被调制的状态时执行。因为有源矩阵显示面板逐行地寻址，对于每行这个时刻是不同的。因此，必须使用与视频信号同步的扫描背光。该背光产生某一宽度的水平光带，在面板上垂直扫描。由于背光的频闪效应，因此仅当所述的像素行刚被调制完时看得到物体，这产生了清晰的视觉图像。

根据扫描背光的方法不要求快速像素响应，并且它能够有效去除运动模糊假象。它能够在像素响应时间仅在帧时间之内(对于60Hz的帧频为大约16ms，对于50Hz的帧频为大约20ms)的情况下得到完美的运动画面。也无需大量的信号处理。

本领域中还知道几种其它的去除或至少减小“采样和保持”假象的方法，但是已经证明扫描背光是能够完全去除“采样和保持”效应的唯一方法。而且，当使用该方法时，动态对比度和颜色纯度提高，这使得使用扫描背光成为用于去除“采样和保持”假象最有利的方法。

然而，扫描背光也有一些缺点。最重要的一个就是亮度损失。像素曝光时间的降低也降低了它们的发光量，使图像变暗。亮度的降低与背光的占空比，即在每个像素的“开”和“关”状态之间的时间比成比例。

扫描背光的另一个缺点是出现闪烁。由于背光的频闪特性，观看者有整个显示器以帧频的频率闪烁的印象。

作为现有技术的扫描背光装置和方法的例子，可以参考WO9501701A。

本发明的目的是提供一种具有改进的扫描背光的有源矩阵显示***。更准确地说，其目的是提高具有扫描背光的有源矩阵显示***的亮度并消除闪烁的可能性。通过根据权利要求1的有源矩阵显示***至少获得此目的。

本发明还涉及一种操作有源矩阵显示***的方法，并具有基本上和上述相同的目的，所述显示***设有扫描背光。该目的通过根据权利要求5的方法实现。

因此本发明是基于这样的理解，通过驱动扫描背光使得在像素行的两个调制操作之间的时间段中不完全切断光，可以提高亮度并可以除去闪烁的可能性，且还产生“采样和保持”假象被除去或至少减少的清晰的视觉图像。取而代之的是在像素的两个调制操作之间的时间段中使背光变暗或以低强度发光。因为在一时间段中亮度是平均光强度的函数，因此很明显如果最低的光强水平从0％增加到最大光强水平的10-50％，优选15-40％，最优选20-30％，亮度也将增加。而且，闪烁随着最大和最小光强度之间的差别减小而减少。然而，低强度背光减小到图像不变差从程度，因为在光强度低的时间段中实际上察觉不到画面的细节。因此，显示器能够提供清晰的运动画面而没有任何的“采样和保持”假象。

在具有根据本发明的扫描背光的有源矩阵显示器中，可以通过单独的发光元件照亮每行像素。然而，因为例如有源矩阵LCD显示器通常包含多于1000行，该方案将造成复杂并因此昂贵的显示器。通常，通过为例如每50到150行像素提供一个发光元件，因而对于每个显示器一般需要大约7到12个发光元件，就可以获得具有可接受的性能的显示器。

可以依次操作这些发光元件，使得每次只有一个发光元件处于光强度高的其完全激励状态。即一个发光元件从其高光强度减小到具有低光强的减小的或变暗的状态，而同时将随后的发光元件激励到其高光强状态。然而，通常发光元件的激励有一些交迭，从而两个或更多的发光元件同时处于光强度高的它们的完全激励状态。

所有透光的有源矩阵显示器，即具有背光的显示器，都可以使用根据本发明的扫描背光来去除运动假象，并且可以将所描述的根据本发明的扫描背光驱动方法的改进用于所有使用扫描背光***的***中。

而且，使用根据本发明的扫描背光，始终有电流流过发光元件。所以每当完全激励时段来临时，不必重新使背光的发光元件发光。这使发光元件的驱动更加容易，而且使得用于驱动它们的变换器结构更加简单。与普通的背光相比，在每个完全激励时段开始时不必重新使发光元件发光的事实提高了发光元件的寿命。当在两个连续的完全激励时段之间的时间段期间完全关闭发光元件时，象在普通扫描背光中一样，它们的温度低于最佳工作温度，因为在它们关闭时的非激励时段期间它们冷却。使用所提出的驱动方法，由于电流持续流过它们，发光元件的温度更高，即温度更接近最佳工作温度。

本发明包含显示光输出的增加和运动假象抑制效率之间的折衷。然而经验表明，在没有显著降低运动画面质量的情况下，可以将所提出的发光元件的偏置(bias)引入到最小的光强度并获得显著的亮度提高。

通过参考下面描述的实施方式，本发明的这些及其它方面将变得得到说明并变得显而易见。

现在将参考附图通过实例来说明本发明，其中：

图1是有源矩阵显示面板和扫描背光的示意分解透视图，其中嘴上面的发光元件处于高光强的完全激励状态；

图2是与图1类似的视图，只是第二最上发光元件处于完全激励状态；以及

图3是时序图，以时间顺序分别示出像素行的顺序寻址和发光元件的激励率。

在图中示出了设置有扫描背光2的有源矩阵显示面板1(例如有源矩阵LCD显示面板)的优选实施例。该显示面板包括大量像素，这些像素通常排列成多于一千个水平像素行。每个像素可以在从基本上不透光到最大透光状态的所需程度中连续变化。这通过每秒若干次逐行寻址像素电学完成，通常每秒50或60次。当像素处于透光状态时，它们能够将光从扫描背光透射到产生在显示器前面的观看者可以看见的图像所需的程度。通过以小的步幅和短的时间间隔改变图像，产生连续运动的图像的错觉。

为简化起见，图中的扫描背光2包括5个单独的发光元件3a-e，但应该可以理解，根据本发明，更多的发光元件可以形成显示***的一部分。每个发光元件适合于从显示面板的后面照亮包括几个像素行的水平区4a-e。这一操作持续进行，直到区域中的每个像素已经通过寻址信号被调制并且每个像素已经达到完全或接近完全被调制的状态。

根据扫描背光的原理，发光元件3a-e将从显示面板的后面依次照亮它们被分配的区域。这样，在图1中，最上的发光元件3a在高光强度下完全激励并照亮显示面板最上的区域4a，其中已将每个像素调制到所需的透光状态。当显示面板随后的区域4b中的所有像素已经被寻址并调制时，最上的发光元件进入低光强度的减小状态，而稍微在这之前，第二最上的发光元件3b被完全激励以照亮显示面板的第二最上区域的后面，如图2所示。以同样方式逐区照亮显示面板的其余部分，直到在一个帧时间内照亮整个显示面板，此后从最上区域和发光元件再一次开始全部过程。

图3的时序图示出了该过程，其中5a-e示出了发光元件3a-e的减小和完全激励状态之间的光强度的变化，而6a-e示出在帧周期期间在每一个时间点在每个区域4a-e中像素调制率的变化。如上所述，在不同的时间点依次对每个像素行寻址。因为每一个区域4a-e包含几个像素行，这意味着每个区域中的像素行也在不同的时间点被寻址。所以，曲线6a-e示出每个域区中最后像素行的寻址和调制，而同一区域的其余像素行就时间来讲稍微超前。

根据视频信号，通过来自寻址***的寻址信号，在由箭头7标记的时间点寻址每一区域，也就是说每一区域中的最后的像素行。曲线6a-e示出每一区域中的像素如何从与先前的寻址和调制相关的未变的或非调制状态进入到新的完全调制状态。该调制时间可以根据像素的快慢而变化。当一个区域的像素达到或接近完全调制状态时，该特定区的发光元件被完全激励以发出高光强度的光，如向上的矩形方块8所示。

像素保持在相同的调制状态直到接下来的寻址信号。如图所示，当那个区域中最后的像素行已经达到完全或接近完全的调制状态时，被完全激励的发光元件进入减小的状态，并且与接下来的发光元件有一些重叠，即两个相邻的发光元件同时被完全激励一个很短的时间段。

然而，根据本发明，当发光元件减小时，它们并没有完全关闭。而是它们的光强度减小到暗淡的状态或微弱发光状态，即其光强度为完全激励状态的高光强度的10-50％，优选15-40％，最优选20-30％。这由图3中的水平延伸条9示出，它限定了在两个连续的高光强度时段8之间的时间段中发光元件在减小状态下的低光强度。图3中的数字10表示在显示器的第一和最后像素行的寻址之间的帧时间。

总之，本发明涉及有源矩阵显示***和操作该***的方法。该***包括有源矩阵显示面板和包括几个发光元件3a-e的扫描背光，当根据视频信号对一区域的像素进行寻址并使其达到新的完全或接近完全调制状态时，每个发光元件3a-e处于高光强度的完全激励状态8照亮一像素行或该区域的像素行一有限的时间段。当在显示器上显示快速运动的物体时，这可以消除或减小所谓的“采样和保持”假象的可能性。根据本发明，在具有高光强度的两个连续的完全激励状态之间的时间段期间，发光元件3a-e不完全关闭。而是将它们操作成减小到暗淡的状态，或具有这样的低光强度的发光状态，即为完全激励状态的高光强度的10-50％，优选15-40％，最优选20-30％，从而提高显示器的亮度并减小闪烁。

Claims (8)

1.一种有源矩阵显示***，包括：

显示面板(1)，具有用于调制光的图像元素行，它们可以在最大透光状态和基本不透光状态之间连续变化的方式独立地被驱动，

几个发光元件(3a-e)，用于从后侧照亮显示面板，以根据每个图像元素的透光程度产生显示输出，

寻址***，用于根据视频信号依次对图像元素行寻址使得每个图像元素到达所需的透光状态，

以及驱动***，用于驱动每个发光元件处于具有高光强度的完全激励状态一有限时间段，以与寻址***同步，在每个像素已经到达其完全或接近完全调制状态的时刻照亮一个或多个图像元素行。

其特征在于在两个连续的完全激励状态之间的时间段内，将发光元件(3a-e)操作成具有低光强度的减小状态。

2.根据权利要求1所述的有源矩阵***，其特征在于处于减小状态的发光元件(3)的光强度为完全激励状态下光强度的10％到50％。

3.根据权利要求1所述的有源矩阵***，其特征在于处于减小状态的发光元件(3)的光强度为完全激励状态下光强度的15％到40％。

4.根据权利要求1所述的有源矩阵***，其特征在于处于减小状态的发光元件(3)的光强度为完全激励状态下光强度的20％到30％之间。

5.一种有源矩阵显示***的操作方法，该显示***包括：

显示面板(1)，具有用于调制光的图像元素行，

几个发光元件(3a-e)，位于面板的后侧，

寻址***，用于对图像元素寻址，

以及驱动***，用于驱动发光元件处于具有高光强度的完全激励状态，

该方法包括如下步骤：

通过根据视频信号依次逐行调制图像元素，利用寻址***以连续变化的方式将图像元素调制到最大透光状态和基本不透光状态之间的所需程度，以便与寻址***同步，从显示面板的后侧，以完全激励状态每次选择性地照亮一个或多个图像元素行一有限的时间段，从而根据每个图像元素的透光程度产生显示输出，

其特征在于如下步骤：在两个连续的完全激励状态之间的时间段内，以具有低光强度的减小状态驱动发光元件(3a-e)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于驱动发光元件，使得减小状态下的光强度为完全激励状态下光强度的10％到50％。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于驱动发光元件，使得减小状态下的光强度为完全激励状态下光强度的15％到40％。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于驱动发光元件，使得减小状态下的光强度为完全激励状态下光强度的20％到30％。

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