TWI723530B - 顯示裝置及其驅動方法 - Google Patents

Abstract

本發明關於一種顯示裝置及其驅動方法，顯示裝置包括背光模組以及於背光模組上的複數個光閘組，每個光閘組包括複數個子像素。背光模組包括多個發光陣列，發光陣列包括多個沿著第一方向排列的發光區。每個發光陣列的位置與其中一個光閘組的位置對應，且光閘組的子像素沿著第二方向排列，且第一方向與第二方向不平行。當發光陣列中的發光區照射光束時，每個發光區所提供的照明光束可以照射多個子像素。

Description

顯示裝置及其驅動方法

本發明關於一種顯示裝置及其驅動方法，特別是一種具有直下式背光的顯示裝置及其驅動方法。

在現有的顯示技術中，發光二極體(Light Emitting Diode,LED)的相關技術已經成為裡面的主角之一。在發光二極體市場中佔有主要地位的技術包括以發光二極體作為背光的液晶顯示(Liquid Crystal Display,LCD)技術以及有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode,OLED)顯示技術，人們不斷在畫面的對比、色彩的品質以及畫面的亮度等方面改善這些顯示技術。

舉例而言，以發光二極體作為面光源的背光模組時，液晶顯示技術會因為漏光等現象影響黑色的呈現，更甚還會影響到畫面的整體對比。此外，為使得顯示影像更為細緻，現有裝置更製作微小化的發光二極體來個別對每個像素提供照明。然而，因發光二極體電流大小和發光二極體的驅動電路所傳輸的控制電壓呈現非線性關係，難以藉由控制電壓訊號來調整。若增加每個子像素所對應的微小化光源，則整體電路的複雜度會隨著微型發光二極體的數量增加。因此，當顯示裝置利用微小化發光二極體作為顯示像素的光源時，顯示裝置會因為上述的問題難以增加其解析 度。因此，如何藉由發光二極體製作更佳良好的顯示技術，是顯示技術欲解決的主要問題之一。

本發明的目的在於提供一種顯示裝置，其可以在每個像素中提供多種不同的顏色以及亮暗，提供顏色更豐富的顯示畫面。

本發明的顯示裝置包括背光模組以及於背光模組上的複數個顯示像素，每個顯示像素包括複數個子像素。

背光模組包括多個發光陣列，發光陣列包括多個沿著第一方向排列的發光區。每個發光陣列的位置與其中一個顯示像素的位置對應，且顯示像素的子像素沿著第二方向排列，且第一方向與第二方向不平行。當發光陣列中的發光區照射光束時，每個發光區所提供的照明光束可以照射多個子像素。

本發明的顯示裝置包括複數個顯示單元，每個顯示單元包括發光陣列以及包括複數個子像素的顯示像素，顯示像素的這些子像素設置於發光陣列上。

發光陣列包括多個沿著第一方向排列的發光區，而這些子像素沿著第二方向排列，且第一方向與第二方向彼此不平行。當發光陣列中的發光區提供照明光束時，每個發光區所提供的照明光束可以照射多個子像素。

本發明的驅動顯示裝置的方法包含提供包括複數個灰階值的灰階資料；在每個灰階資料中取得這些灰階值的最大值；根據最大值的大小產生發光控制訊號；提供發光控制訊號至其中一個發光陣列以決定發 光陣列中發光區的點亮數量；以及提供灰階資料至發光陣列所對應的複數個子像素，這些子像素根據接收到的灰階資料中的這些灰階值調整透光度。

由上述的這些顯示像素，本發明的顯示裝置可以在色彩以及亮度的細節有良好的表現，並藉以提供細緻的顯示畫面。

A、B、C:區域

d1、d2:方向

S:顯示面

100:顯示裝置

110:顯示單元

111:子像素

111G:顯示像素

113:光閥

115:彩色濾光片

120:發光陣列

120M:背光模組

121:發光區

130:時序控制電路

131:第一資料驅動電路

132:第二資料驅動電路

133:第一資料線

134:第二資料線

135:發光二極體

136、139:開關

137、138:電源線

圖1是根據本發明第一實施例的顯示裝置的示意圖；圖2A至圖2C為本發明第一實施例的顯示像素的分解示意圖；圖3是本發明第一實施例的顯示像素的俯視示意圖；圖4A是本發明第一實施例的顯示裝置的驅動方式的流程示意圖；圖4B是本發明第一實施例的顯示裝置的系統示意圖。

本發明所提供的顯示裝置可以應用在例如是電腦、電視、廣告牆等作為顯示幕，亦可應用在例如是平板電腦、智慧型手機等可攜式裝置上。圖1是本發明的第一實施例的顯示裝置100的示意圖，其中為了清楚說明，此處在顯示裝置100的局部區域省略繪示局部元件，其中區域A省略繪示了子像素以上的元件，區域B則省略繪示了發光陣列以上的元件，區域C則放大繪示部分的區域A及區域B，以下將參照這些示意圖清楚說明本實施例的顯示裝置100中各元件的相對位置。

本發明第一實施例的顯示裝置100例如可以在顯示面S提供畫面，且畫面是由多個顯示像素111G組成。每個顯示像素111G包括複數個子像素111，發光陣列120位於這些子像素111下方。換句話說，這些顯示像 素111G的分布區域與發光陣列120的位置互相對應，發光陣列120位於可以照射顯示像素111G的這些子像素111的位置，在顯示像素111G中作為這些子像素111的光源。

舉例而言，這些發光陣列120可以共同形成一個背光模組120M，在這些子像素111排列的平面下方提供光源，亦即背光模組120M提供一種直下式光源。然而，本發明不限於這些發光陣列120的實施方式，本領域具有通常知識者更可以藉由其他的實施方式來提供相同效果的光源於顯示裝置100中。

請參照回圖1，本發明第一實施例的發光陣列120包括多個發光區121，且每個顯示像素111中的這些發光區121的排列方式和這些子像素111的排列方式不一樣。這些發光區121沿著第一方向d1排列，而這些子像素111沿著第二方向d2排列。換句話說，第一方向d1與第二方向d2不同，兩者互相不平行。

舉例而言，本實施例的子像素111例如是由光閥(Light valve)以及彩色濾光片(Color filter)組成，其中光閥較佳為例如是液晶(Liquid Crystal)的穿透式光閥。發光區121例如是由發光二極體的發光面所形成。較佳而言，本實施例的發光區121例如是由微型發光二極體(mini or micro LED,mini or μLED)、發光二極體或有機發光二極體所組成。本發明並不限於發光區121以及子像素111的元件類型，其他實施例中更可以利用其他可以提供相同光學效果的元件。

另一方面，請參照圖1中的局部放大圖，本實施例的顯示像素111G中的這些子像素111的數量以三個為例，亦即每三個子像素111在顯 示裝置100中形成對應至發光陣列120的顯示像素111G，而發光陣列120的發光區121數量也以三個為例，其中每個顯示像素111G中的三個子像素111各自具有不同的色度(Chrominance)，上述三種色度較佳對應至顯示所用的光學三原色。進一步而言，本實施例的顯示裝置包括多個顯示單元110，每個顯示單元110包括顯示像素111G以及發光陣列120。在每個顯示單元110中，這些顯示像素111G的分布區域會與發光陣列120的分布區域重疊，且上層的這些子像素111和下層的這些發光區121各自沿著不同的方向排列。

為了進一步清楚說明，以下將以單一顯示像素說明本實施例的顯示裝置的細部特徵。進一步而言，本實施例的發光陣列120可以以多種不同的照明效果來呈現顯示單元110的明亮程度，亦即灰階(Gray Level)。以下將依序說明。

圖2A-2C是本發明第一實施例中顯示單元與發光陣列的分解示意圖。請參照圖2A，發光陣列120的發光區121所提供的光束可以照射這些子像素111。以圖中所標示的子像素111為例，子像素111包括例如是液晶的光閥113以及彩色濾光片115，而來自發光區121的照明光束L依序通過這些元件。

當發光陣列120只點亮一個發光區121時，每個子像素111只有一部分區域會被照明光束L照射，因此顯示單元110可以呈現亮度較低的灰階。換句話說，點亮單顆發光區121的發光陣列120預先決定顯示單元110要呈現亮度較低的灰階，接著再藉由子像素111來進一步控制顏色以及照明光束L的穿透率，進一步提昇顯示單元110在顯示低亮度的畫面時的顏色種類以及灰階數量。

請參照圖2B，當發光陣列120只點亮二個發光區121時，每個子像素111的光閥113以及彩色濾光片115會有更大的區域被照明光束L照射，因此顯示單元110可以呈現亮度較高的灰階。

請參照圖2C，當發光陣列120點亮全部發光區121時，子像素111的光閥113以及彩色濾光片115被照明光束L照射的區域最大，因此顯示單元110可以呈現亮度最高的灰階。

換句話說，發光陣列120可以藉由控制發光區121的點亮數量來初步控制顯示單元110的灰階，接著再藉由子像素111來進一步控制顏色以及光的穿透率。因此，顯示裝置100藉由這些顯示單元110，不論是在提供低、中或高亮度畫面時，每個顯示單元110的發光陣列120都可以相對應的提供適當的光源。藉由這些子像素111進一步控制透光度，顯示單元110使顯示裝置100能提供的灰階以及顏色的數量都可以大幅提昇。

換句話說，藉由本發明所提出這些發光陣列120，影像畫面的灰階除了可以藉由液晶等顯示像素111G控制外，更可以藉由背光模組120M中每個發光陣列120的這些發光區121的點亮數量來調整背光強度，進一步調整畫面的灰階。

以下搭配另一視角說明本實施例的顯示裝置。圖3是本發明第一實施例的顯示單元110以俯視的角度繪示的示意圖，其中省略繪示了發光陣列120以上的元件。請參照圖3，在本實施例的發光陣列120中，發光區121是自一發光面發出照明光束。進一步而言，圖3是根據上述的發光面所繪示的示意圖，其中發光區121沿著第一方向d1排列，且發光區121的發光表面也實質上分布於發光面上。

上述的顯示像素設置於這些發光區121上，且顯示像素中的多個子像素111投影在發光面的區域111A與這些發光區121的分布區域重疊並交錯。舉例而言，每個子像素111在發光面的投影區域111A都會和三個發光區121的分布區域重疊，因此每個子像素111(參照投影區域111A)可以形成例如是三個子區域111B(圖中標示出其中一個)，子區域111B所對應的子像素111可以接收來自其中一個發光區121的光束，而整個子像素111可以在不同的區域接收來自不同發光區的光。因此，藉由決定發光區121的點亮數目即可決定子像素111的整體亮度。

本實施例的這些發光區121的形狀是長邊垂直於第一方向d1的矩形，橫跨於這些發光區121上方的子像素111的形狀是長邊垂直於第二方向d2的矩形，進而在子像素111上形成多個矩形或正方形的子區域111B。進一步而言，這些子區域111B例如具有相同的面積大小，因此在顯示單元110中可以提供良好的階層性亮度控制。

然而，本發明並不限於上述發光區121以及子像素111的形狀。在其他實施例中，子像素更可以形成為其他形狀，而發光區更可以對應形成為另一種形狀來同時照射這些子像素。另一方面，在本發明第一實施例的顯示單元110中，發光區121的排列方向d1與子像素111的排列方向d2垂直，藉以較佳地形成上述具有相同的面積大小的子區域111B，以提供良好的階段性亮度控制。但本發明不限於此，在其他實施例中，發光區121的排列方向和子像素111的排列方向更可以夾其他角度，本領域具有通常知識者可以隨著發光區121和子像素111的形狀或顯示像素的需求調整上述的排列方向。

進一步而言，本實施例的這些發光區121所發出的照明光束的強度相近，因此發光陣列120中的這些發光區121具有可交換性。藉由控制發光陣列120中的發光區121的點亮數量，即可調整顯示單元110的亮度範圍。

以下將進一步說明本發明所提出的顯示裝置的驅動方式。請參照圖4A所繪示的驅動方式的流程示意圖。本發明第一實施例的顯示裝置先提供一灰階資料(步驟S1)，灰階資料可以控制一個上述的顯示像素。灰階資料包括多個灰階值，這些灰階值可以各自控制顯示像素的每個子像素的透光率。本實施例的灰階值例如與子像素的透光率呈現正相關，但本發明不限於此。

另一方面，取出灰階資料中數值最大的灰階值(步驟S2)，並根據此灰階值產生一發光控制訊號(步驟S3)。舉例而言，當顯示像素的發光陣列具有三個發光區時，灰階值的數值範圍會被分為三個區間，這三個區間各自對應至要點亮一個、二個、三個發光區的發光控制訊號。因此，在取得灰階資料中的最大的灰階值後，根據此灰階值的數值落在哪個區間來提供對應的發光控制訊號，藉以控制顯示像素中發光區的點亮數量。

換句話說，本實施例的顯示裝置根據顯示像素中亮度需求最大的子像素來決定發光控制訊號。舉例而言，控制子像素的透光率的灰階值的數值範圍例如在0至255之間，而發光控制訊號的決定可例如依照以下規則：當灰階資料中的灰階值的最大值落在0至155的範圍時，發光控制訊號可以使一個發光區點亮；當灰階值的最大值落在156至212的範圍時，發光控制訊號可以使二個發光區點亮；當灰階值的最大值落在213至255的範圍時，發光控制訊號可以使三個發光區點亮。由上述的規則，每個灰階值都可以對應至一個發光控制訊號。

另一方面，請一併參照圖4B所繪示的系統示意圖，顯示裝置100的灰階資料通過例如是時序控制電路130(Timing controller)傳遞至第一資料驅動電路131，第一資料驅動電路131經由第一資料線133傳遞至每個顯示像素的子像素。同時，根據灰階資料產生的發光控制訊號亦例如經由時序控制電路130傳遞至第二資料驅動電路132，第二資料驅動電路132經由第二資料線134將發光控制訊號傳遞至每個顯示像素的發光區121(步驟S4)。換句話說，當一個灰階資料是要提供給一個顯示單元時，第一資料驅動電路131可以通過第一資料線133將灰階資料傳遞給顯示畫素；第二資料驅動電路132可以通過第二資料線134將發光控制訊號傳遞給顯示畫素的發光陣列。

請參照圖4B中的局部放大圖，本實施例的發光區121例如是由發光二極體135提供照明光束，而第二資料線134所連接的開關136連接至發光二極體135的電源線137、138之間的開關139。因此，灰階資料可以同時控制一個顯示像素中子像素的透光率，同時又可以控制顯示像素中的發光區的點亮數量，藉以提供良好的畫面。

進一步而言，本實施例的顯示裝置更可以在取得灰階值的最大值後對最大值作伽碼校正，例如是藉由Gamma 2.2的曲線作校正，進而得 到一個校正最大值。接著再根據校正最大值來產生發光控制訊號，藉以控制發光陣列中發光區的點亮數量。

舉例而言，灰階值的最大值與校正最大值之間的關係如下：Y(校正最大值)=A×X^2.2其中A為一常數，X為灰階值的最大值。灰階值的最大值可以藉由上述的關係換算出校正最大值後，再根據校正最大值的數值大小決定發光控制訊號。因此，本實施例的顯示裝置藉由上述的驅動方法可以提供最適合人眼視覺的顯示畫面。

綜上所述，由於本發明的顯示裝置藉由上述的發光陣列可以預先控制照明光束的亮度，接著再透過子像素來細分透光率。換句話說，發光陣列中發光區的點亮數量搭配子像素的透光率控制，顯示裝置可以在亮度以及顏色的細節大幅提昇。本實施例的顯示裝置的驅動方法可以直接根據要提供給子像素的灰階資料來決定每個子像素所對應的發光陣列中的發光區的點亮數量，因此可以根據現有的顯示裝置所應用的灰階資料來進一步提供更鮮艷以及細緻的顯示畫面。

d1、d2‧‧‧方向

110‧‧‧顯示單元

111‧‧‧子像素

111G‧‧‧顯示像素

113‧‧‧光閥

115‧‧‧彩色濾光片

120‧‧‧發光陣列

121‧‧‧發光區

Claims (9)

1. 一顯示裝置，包括：複數個顯示單元，每個該顯示單元包括：一發光陣列，包括複數個沿著一第一方向排列的發光區；以及一顯示像素，設置於該發光陣列上；其中，該顯示像素包含複數個子像素，該複數個子像素以一第二方向排列，該第二方向與該第一方向不平行，每個該發光區提供照明光束照射該顯示像素的所有該複數個子像素，並且每一該子像素具有複數個子區域，同一該子像素中的該些子區域分別接收所對應之該發光陣列中不同該發光區產生之照明光束。
2. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，在每個該子像素中，該複數個子區域的面積實質上相同。
3. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中在每個顯示單元中，該發光陣列的該複數個發光區自一發光面發出該照明光束；該複數個子像素投影至該發光面的區域與該複數個發光區在該發光面分布的區域重疊並互相交錯，其中每個該子像素投影至該發光面的區域與該複數個發光區在該發光面分布的區域都有重疊。
4. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該些發光區形成為矩形且分別具有一第一長邊垂直於該第一方向；該些子像素分別形成為矩形且分別具有一第二長邊垂直於該第二方向；每一該子像素係橫跨於複數該發光區之上方。
5. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該第一方向與該第二方向實 質上互相垂直。
6. 一種驅動如申請專利範圍第1項至第5項中任一所述的顯示裝置的方法，包含：提供一個灰階資料，該灰階資料包括複數個灰階值；在每個該灰階資料中取得該複數個灰階值中的最大值；根據該最大值的大小產生一發光控制訊號；提供該發光控制訊號至該複數個發光陣列的其中之一，並決定該發光陣列中該發光區的點亮數量；以及提供該灰階資料至該發光陣列所對應之該複數個子像素，該複數個子像素根據接收到的該灰階資料中的該複數個灰階值調整透光度。
7. 如申請專利範圍第6項所述的驅動方法，其中在決定該發光數量訊號的步驟中，進一步包含：對該最大值進行伽碼校正以產生一校正最大值；以及依據該校正最大值決定該發光控制訊號。
8. 如申請專利範圍第6項所述的驅動方法，其中決定該發光數量訊號的步驟另包含：在該複數個子像素的灰階值接收範圍決定複數個數值區間，該複數個數值區間各自對應至不同的該發光控制訊號；其中當決定該發光控制訊號時，根據該最大值所屬的該數值區間決定該發光控制訊號。
9. 如申請專利範圍第6項所述的驅動方法，其中該複數個子像素根據所接收到的灰階值調整過的透光度與該灰階值的大小正相關。

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