CN101484994B - 显示设备及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种显示设备(2),其包括至少一个发光元件(4)、用于向每个发光元件(4)供应电能的电源装置(6)、和用于检测环境光照(29)的辐照度的装置(24)。检测装置(24)还可以捕获环境光照(29),将其转换为电能,并向每个发光元件(4)供电以便根据环境光照(29)的辐照度来增加每个发光元件(4)的亮度水平(brightness level)。本发明涉及经过亮度变化(illumination variations)但必须保证可读性的任何显示系统,诸如计算机、交通信号灯等。
Description
技术领域
本发明涉及一种显示设备,包括:至少一个发光元件(light element)或像素;电源装置,适于向该元件或每一元件供应电能,来自每个或每一元件的光亮(light)是根据供应给每个或每一元件的电能的;以及检测环境光照的辐照度(irradiance)的装置,其中每个或每一元件能够被供应有根据环境光照的辐照度而改变的特定电能。
背景技术
已知一种显示设备,包括:由电池供电的发光元件;适当的光电二极管,用于检测环境光照的辐照度;以及控制装置,能够控制电池以便在环境光照的辐照度高于预定值时增加给发光元件供电的电能。
从文献US6028327或US2005/0260777得知现有设备。
这种显示设备使得能够根据环境光的辐照度来调整屏幕的亮度水平(luminance level)。
但是,由于当屏幕亮度增加时发光元件消耗更多的电力,因此该显示设备比标准显示设备消耗更多的电能。因此,有必要定期对电池再充电。但是,在一定数量的再充电之后,电池不再可用,且必须更换。
发明内容
本发明的目的是提出一种消耗更少电能的替代显示设备。
为了该目的,本发明的目标是一种前述类型的显示设备,其特征在于,其包括:检测装置,能够捕获环境光照,将其转换为电能且用该电能为每个或每一元件供电,以根据环境光照的辐照度来增加每个或每一元件的亮度水平。
根据具体实施例,该显示设备包括一个或多个以下特征:
-电源装置和检测装置串联连接,且显示设备包括适于将所述检测装置短路的开关装置,
-适于将检测装置短路的装置包括具有阳极和阴极的二极管,所述阳极被连接到电源装置。
-检测装置包括至少一个光电单元(photovoltaic cell),
-对于每个发光元件,检测装置包括的用于向单个发光元件供电的至少一个适当光电单元,以及
-每个发光元件是OLED型显示设备的发光元件或像素、或者LCD屏幕的发光元件。
本发明还涉及包括根据前述特征中的任何一个特征的显示设备的交通信号灯。
本发明还涉及包括根据前述特征中的任何一个特征的显示设备的计算机。
附图说明
当参考如下附图并阅读以下仅用于提供信息的描述时,将更好地理解本发明,其中:
图1图示了根据本发明的第一实施例的显示设备的示意图,
图2图示了在根据本发明的第一实施例的显示设备中使用的光电单元的示意图,
图3到5是表示在图1所示的显示设备的调制的栅极和源极处的电压、以及流经图1所示的显示设备的发光元件的强度随时间的连续变化(progression)的图,以及
图6是根据本发明的第二实施例的显示设备的概略图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的第一实施例的显示设备2。
这种显示设备被称为有源矩阵。其包括:形成行和列的网络的多个发光元件4;发光元件电源装置6;以及发光元件的发光控制装置8。为了简化的目的,图1中示出了单个发光元件4、单个电源装置6、和控制装置8的一部分。
显示设备的发光元件4是通常所知的首字母缩写OLED的有机发光二极管。有机发光二极管包括阳极和阴极。当显示设备是单色的时,每个有机发光二极管与像素相关联,当显示设备是多色时,每个有机发光二极管与子像素相关联。有机发光二极管适于发射直接与流经该有机发光二极管的电流成比例的光强度。
发光元件的电源装置6包括能够供应电压Vdd的诸如例如电池的DC发生器7。
显示设备的控制装置8包括用于每个发光元件的寻址电路10、包括行选择电极12和列选择电极14的电极网络。
寻址电路10连接到显示设备的每个发光元件4。在该电路中,发光元件4的阳极形成与有源矩阵的接口,且发光元件4的阴极连接到地电极16或负电压。
寻址电路10包括电流调制器18、开关20和存储电容器22。
电流调制器18是基于使用多晶硅(poly-Si)或非晶硅(a-Si)或单晶或微晶硅的技术、或者基于被沉积在玻璃基底上的薄层中的有机技术的薄膜晶体管。这种组件包括三个电极:漏极电极和源极电极S,在漏极电极和源极电极S之间流通经调制的漏极电流;以及栅极电极G,向该栅极电极G施加给定电压Vdata1。
TFT(薄膜晶体管)是N或P型的。图1所示的调制器18是P型的。该调制器18的源极S间接连接到电源装置6,且该调制器18的漏极直接连接到发光元件4的阳极,使得在操作中,在该调制器18的源极和漏极之间流通经调制的漏极电流。
该开关20也是基于使用多晶硅(poly-Si)或非晶硅(a-Si)或单晶或微晶硅的技术、或者基于被沉积在薄层中的有机技术的晶体管。这些电极(漏极或源极)之一连接到寻址电极14,且另一电极(漏极或源极)连接到调制器18的栅极。该开关20的栅极连接到选择电极12。
存储电容器22连接在调制器18的栅极和源极之间,以便在调制器18的栅极上维持恒定电压,且因此对于画面帧的持续时间,维持发光元件4亮度。
选择电极12和寻址电极14的网络使得能够从显示设备的一组发光元件中选择并寻址特定发光元件4。
每个选择电极12连接到一行的开关20的栅极,且能够向该行的一组发光元件4发送选择电压Vselect以开启(open)开关20。选择电压Vselect是发光元件选择的逻辑数据。
每个寻址电极14连接到一列的开关20的源极或漏极,且能够将数据电压Vdata1寻址到该列的开关20的电极(漏极或源极)之一。
发光元件4中电流的强度与被施加到寻址电极14的数据电压Vdata1的幅度成比例。
显示设备2还包括与电源装置6串联的光电单元24以及与光电单元24并联的、被连接到分支28的Schottky(肖特基)二极管26。
光电单元24能够检测并捕获环境光照29,且将其转换为电能以向发光元件4供电。
因此,光电单元24适于检测环境光照的辐照度并使用所捕获的光能29来对发光元件4供电。
环境光照29是太阳光照或来自另一光源、诸如灯的光照。
当根据本发明的显示设备装配于计算机或电话时,光源优选地独立于该计算机或电话。
根据图2所示的实施例,光电单元24包括P型半导体材料的层30和被沉积在层30上的N型半导体材料的层32。
光电单元24还包括布置在层30和32的任一侧上的电触点(contact)36和38、以及在触点36上的防反射膜40。
电触点36对应于光电单元24的负端子,且被连接到电压发生器7。电触点38对应于光电单元24的正端子,且被连接到调制器18的源极。
触点36和38能够流出(draw)由在P型半导体材料的层30和N型半导体材料的层32之间的电荷传输引起的电流。实际上,在接收光照光子29期间,电荷以及N型和P型半导体空穴移动以在触点36和38之间建立电流。
当层30和32的半导体材料由硅构成时,由光电单元24生成的电压被包括在例如0.45和0.5V之间。
在光电单元24的触点36和38之间的电压相对独立于由该单元的接收表面截取(intercept)的光照辐照度。但是,在触点36和38之间引起的电流能够随着所捕获的光照辐照度的增加而显著地增加。
具有100cm2表面的光电单元例如适于当分别经过1000Wm-2s-1600Wm-2s-1和200Wm-2s-1的光照辐照度时生成大约2.2A、1.4A和0.4A的电流和大约0.5V的电压。
分支28和二极管26构成仅准许电流从发生器7的阴极流动到调制器18的源极的装置。
根据上述实施例,Schottky二极管26具有等于例如0.2V的触发阈值VD。
Schottky二极管26的阳极连接到电源装置的正端子。Schottky二极管的阴极以如下方式连接到调制器18的源极:当光电单元不被照亮时,来自电源装置6的电流能够流经Schottky二极管26以便经由调制器18向发光元件4供电。
作为变形,若干光电单元25串联且连接到调制器18的源极以及电源装置6的正端子,以增加发光元件4的电源电压。
作为变形,若干光电单元24并联且连接到调制器18的源极以及电源装置6的正端子,以增加发光元件4的电源电流。
在操作中,在时间t1,显示设备2处于微弱光照(lit)环境,诸如在办公室内或在地下交通系统(transport system)中。
在该专利申请中,考虑微弱光照环境对应于辐照度小于100Wm-2的环境,且明亮光照环境对应于辐照度大于100Wm-2的环境。
将对应于电源装置6的电源电压的电势Vdd施加到调制器18的源极。
在初始化阶段A1期间,电压Vselect被施加到行选择电极12。并行地,数据电压Vdata1被施加到列寻址电极14。连接到所选择的行选择电极12和所寻址的列寻址电极14的开关20开启(open)。
在调制器18的栅极处和在电容器端子处的电势变得等于Vdata1。
当在调制器18的栅极和源极之间的电势差大于调制器18的触发阈值的电压时,在调制器18的漏极和源极之间建立漏极电流IOLED。在照明(illumination)阶段B1期间,该漏极电流IOLED流经发光(light up)的发光元件4。在调制器18的栅极和源极之间的电势差等于Vdd-VD-Vdata1。该流经发光元件的漏极电流IOLED等于I1。
当显示设备处于微弱光照环境中时,分支28和二极管26使得能够将光电单元24短路,后者像开路一样动作。
在时间t2,显示设备2处于诸如户外或在明亮光照的房间中的较明亮的光照环境中。
光电单元24捕获光照29并在过渡阶段(transitory phase)之后供应稳定在例如0.5V的电压Vp。
当显示设备处于明亮光照环境中时,二极管26像充电器(charge)一样动作,使得将由发生器7供应的电压和由光电单元24供应的电压加到一起。
由于光电单元24串联到电源装置6,因此等于Vdd+Vp的电势被施加到调制器18的源极。然后,调制器18的栅极和源极之间的电势差等于Vdd+Vp-Vdata1。
在照明阶段B2期间,流经发光元件4的漏极电流IOLED等于I2。由于漏极电流IOLED的强度随着调制器18的栅极和源极之间的电势差的增加而成比例地改变,因此,对于相同数据电压Vdata1,流经发光元件4的漏极电流I2具有比在阶段B1期间生成的漏极电流I1的强度大的强度。
在新的画面帧的初始化阶段A2期间,在时间t3,小于数据电压Vdata1的数据电压Vdata2被施加到寻址电极14。并行地,选择电压Vselect被施加到调制器18的栅极。开关20开启(open),使得在调制器18的栅极处和在电容器22端子处的电压等于Vdata2。
由于光电单元24仍然处于明亮光照环境中,因此在调制器18的栅极和源极之间的电势差是Vdd+Vp-Vdata2。
在照明阶段B3期间,流经发光元件4的漏极电流IOLED等于I3。然后,流经发光元件4的漏极电流I3具有比在阶段B2期间已经流过发光元件4的电流I2的强度小的强度。
在时间t4,显示设备2处于较不明亮的光照环境中。光电单元24不再生成电源电压Vp。调制器18的栅极和源极之间的电势差等于Vdd-VD-Vdata2。
对于相同数据电压Vdata2,流经发光元件4的漏极电流I4具有比在阶段B3期间生成的漏极电流I3的强度小的强度。
因此,发光元件4的亮度水平根据由光电单元24捕获的光照的辐照度而改变。
图6示出根据本发明的第二实施例的有源矩阵显示设备。
在该第二实施例中,在寻址电路10中使用的调制器18是N型的。
根据该第二实施例的显示设备包括与根据第一实施例的显示设备相同的组件。这些相同的组件用相同的附图标记标出并不再描述。
在该第二实施例中,调制器18的源极连接到发光元件4的阴极。发光元件4的阳极连接到发生器7的阴极。发生器7的阳极一部分连接到光电单元24,且另一部分连接到Schottky二极管26的阴极。光电单元24串联到发生器7。Schottky二极管26的阳极和光电单元24的各触点中的一个触点一部分连接到调制器18的漏极,且另一部分连接到电容器22。
当光电单元24处于明亮光照环境中时,调制器18的源极处的电势从显著地等于由光电单元24生成的电压的值的值开始改变。调制器18的栅极和源极之间的电势差以增加流经发光元件4和调制器18的漏极电流的方式而增加。
根据图7所示的本发明的第三实施例,电源装置6和光电单元24适于向等离子屏幕或LCD屏幕的背光设备的发光元件供电。
根据本发明的显示设备可以被用于交通信号灯、计算机、个人数字助理或电话。
光电单元24放置于OLED或LED屏幕后面。
作为变形,电流调制器18是基于有机或金属半导体基底的薄膜晶体管。
作为变形,光电单元24是有机的,且与有机有源矩阵相关。
作为变形,利用仅准许电流沿一个方向流过的半导体、诸如被装配作为二极管的晶体管或者头尾相接地布置(arranged head to tail)的一组两个晶体管来代替Schottky二极管。
有利地,光电单元24适于检测光的出现,并与照射光电单元24的辐照度成比例地向发光元件4供电。因此,显示设备2的亮度被自动调节为环境光照。当显示设备被用户置于非常明亮的光照环境中时,该显示设备能够自动地增加其明亮度和对比度,使得用户可以阅读在其上显示的信息。
有利地,屏幕亮度被适配为环境光照度(luminosity),而不减弱显示设备的电自主性(autonomy)。
有利地,该显示设备制造非常简单。
Claims (7)
1.一种显示设备(2),包括:
-至少一个发光元件(4),
-电源装置(6),适于向每个或每一元件(4)供应电能,来自每个或每一元件(4)的照度取决于供应给每个或每一元件(4)的电能,
-检测环境光照(29)的辐照度的装置(24),每个或每一元件(4)能够被供应有适于根据环境光照(29)的辐照度而改变的电能,
该检测装置(24)还能够捕获环境光照(29),将其转换为电能,并用该电能给每个或每一元件(4)供电,以便根据环境光照(29)的辐照度来增加每个元件(4)的光亮水平,
其特征在于,所述电源装置(6)和所述检测装置(24)串联连接,该设备包括适于将所述检测装置(24)短路的装置(26,28)。
2.根据权利要求1的显示设备(2),其特征在于,所述适于将所述检测装置短路的装置(28,26)包括具有阳极和阴极的二极管(26),所述阳极被连接到电源装置(6)。
3.根据权利要求1和2中的任何一项的显示设备(2),其特征在于,该检测装置(24)包括至少一个光电单元。
4.根据权利要求1到2中的任何一项的显示设备(2),其特征在于,对于每个发光元件,该检测装置(24)包括适于向单个发光元件(4)供电的至少一个光电单元(24)。
5.根据权利要求1到2中的任何一项的显示设备(2),其特征在于,每一发光元件(4)是OLED型显示设备的发光元件、或LCD屏幕的发光元件。
6.一种交通信号灯,其特征在于,其包括根据前述权利要求中的任何一项的显示设备(2)。
7.一种计算机,其特征在于,其包括根据权利要求1到5中的任何一项的显示设备(2)。
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