CN101551969A - 用于显示系统中电力循环再用的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于驱动电容性显示元件的电力循环再用方法和器件。该驱动过程涉及对该显示元件的充电和放电。该方法特别涉及在放电过程中有效地再用一部分能量。在放电过程中，显示元件中的能量从屏板流回电源，有些则随意的直接流向诸如RAM，MCU的器件。在该显示元件和一个或者多个电源之间有二极管，确保当显示元件的电压下降到低于电源电压时，该放电路径断开。从显示元件到地，或到低于显示元件显示阈值电压的电源，有电阻路径，确保在放电过程后将这些元件关闭。

Description

用于显示系统中电力循环再用的方法与装置
技术领域
本发明涉及用于驱动显示的电力循环再用方法与装置。该驱动过程涉及到对该显示元件实施充电和放电。更具体地，本发明涉及在放电过程中有效地再用一部分能量。
背景技术
典型的电致发光(EL)显示器是基于电致发光元件屏板的装置，这些元件以行列排成二维点阵。一般来说，显示器上的每个电致发光元件有两个相反极性的电极：阳极和阴极。其中一个电极接到系统中驱动电路的行线上，而另外一个则接到列线上。点阵中的每个电致发光元件都位于该特定元件行地址线和列地址线的交点处。
当电致发光元件通过电流，而该元件的阳极和阴极上加有正向电压--阳极为正电压阴极为负电压时，该元件发出光线。光线的强度由电流的大小决定，即与加于两电极的电压有关。
在运行时，采用驱动方案来在电致发光显示器的二维屏板上显示数据。用于此类电致发光显示器的典型驱动方案，需要依次激活点阵中电致发光元件的每一行或列，以扫描的方式一次一行或一列。当每一行或列激活后，经由驱动系统中所建至电源的电通路，开启所激活行或列的选定元件，从而使该元件得获能量而发光。这些可寻址的元件用重复的扫描周期按顺序激活，其速度快到足以使这些顺序点亮的元件在人眼看来像是同时和连续点亮的，从而可产生正常的可视图像。
在此类电致发光显示器中，常见的驱动方案是扫描显示元件点阵中的行。显示元件点阵的行依次顺序寻址。同时，用适当的电源或者地源来驱动元件的列，从而按照将显示的图像数据来分别激活或关闭电致发光元件。
图4为用于电致发光显示屏的传统驱动系统400的电路图。此处举例所用的屏板为64行乘132列的显示元件点阵。在此点阵中，每个元件都用元件EC.R来表示，其中下标″C″标明列，而″R″标明行。在由E1.1-E132.64组成的整个点阵中，每一列中电致发光显示元件的阳极都连接在一起，分别连到各自的阳极线A1-A132上。在类似的配置中，每一行中元件的阴极分别连接到各自的阴极线B1-B64上。
如图所示，这64行显示元件中的一行，即所示范例中的顶行，其上的元件连到阴极线B1上，通过阴极线扫描电路1中指定的阴极线扫描开关51连接至地，从而被激活。同时，所有其它阴极线B2-B64上的元件，经由其各自的阴极线扫描开关52-564连接至电源Vcc，从而保持关闭。阴极线扫描电路1实际上是一个开关阵列，其负责将显示元件的行连接到系统中的电源电压或地电压。
阳极线驱动电路2，实际上是一个将显示元件的列连接到电源Vcc的开关阵列，通过连接选定的显示元件列到其各自指定的电流源21-2132上，来将其激活。此连接通过阳极线驱动开关61-6132的开关控制来实现。需要关闭的列，则由阳极线重置电路3中的阳极线重置开关71-7132连接到地，此电路实际上是一个用来选择性连接各列到地的开关阵列。
阴极线扫描电路1中的阴极线扫描开关51-564，是以连续和循环重复的方式进行开关的。相比而言，阳极驱动电路2中的阳极线驱动开关61-6132，以及阳极线重置电路3中的开关71-7132，则是按照将显示图像的列数据而同步进行的方式进行开关的。
例如，在图4的系统400中，元件E1.1和E2.1在其它元件关闭时发光。为了使元件E1.1和E2.1能够开启并且发光，必须在所属的行，即阴极线B1上的行进行扫描时，同步开关与阳极线A1对应的开关61和71。对开关62和72也是一样。
关闭的元件包括没充电的，例如E3，1，以及已充电的，如E3，2。在图中，开启的显示元件用发光二极管的符号表示，而关闭的元件用电容的符号表示，其中充电的元件用带阴影的电容符号表示(例如E3，3)，而带部分充电和没充电的则用正常的电容表示(例如E2，3)。这些关闭的显示元件的充电及没充电的状态取决于元件电极间电势的大小。
在电致发光显示器中，显示元件中固有的寄生电容是一个主要的问题。由于线上的大电容性负载以及电荷存储效应，任一特定元件的发光持续时间会因图像的不同而在重复帧周期中变得不固定，从而使图像的显示质量下降。在大的电容性负载开关的情况下，关闭元件会因为信号交叉耦合而引发轻微发光，这种现象同样会降低显示的质量。
1998年12月1日授予Okuda等人的美国专利号5,844,368，题为“Driving system for driving luminous elements”(驱动发光元件的驱动系统)，其描述了一种系统，通过在激活元件前向行和列施加定值电源电压来获得确定的参考点，力图将此问题影响降到最低。然而，这个大的屏板电容是由电源提供的大的开关电流所充放电的。当行被扫描时，行上的这些开启的(ON)像素充电。由于这些像素中电致发光元件存在寄生电容，这些像素中存储了可观的能量。在这一行的扫描完成后，这些开启的像素放电，从而释放了这些存储的能量。如果这些存储的能量只是简单的放电到系统的地线，那么这个放电过程就浪费了相当数量的能量。
2002年12月31日授予Lai等人的美国专利号6,501,226，题为“Driving system and method for electroluminescence display”(用于电致发光显示器的驱动系统和方法)，其描述了一种保留电力及循环再用的方法。该驱动方案顺序地扫描每一条线。在扫描两条相邻线的间隙，一控制电路平均化各电致发光元件中的电荷，其通过在激活各元件前将这些元件连在一起来开启或关闭元件。在图5a中，虚线代表对应的放电过程，而实线代表充电过程。放电过程将第N行中的一像素上的电压从V1降低到V0，而充电过程将第N+1行的一像素上的电压从V0升高到V1。当此电荷循环再用的过程完成后，在开始对这些元件的充放电的过程前，这些元件上的电压接近V1和V0间的中间电压。在以上的方案中，存储的电荷大约有一半得以保留并且再用，节省了大约一半的电荷，否则这些电荷就必须由系统电源提供。但是，以上的方法对于某些显示的情况却是没有效果的。
首先，对于某些显示图像而言，有些行是没有(或只有极少)开启的像素元件。因此无法通过在相邻行中的开启像素间共享能量来有效地保留能量。
其次，以上的方法同时也无法用于脉宽调制(PWM)类型的灰阶显示。如图6所示，脉宽调制(PWM)是在像素选中后，通过对发亮时间的长短进行调制，从而驱动显示器中灰阶像素的方法。一组640个像素元件配置于行Y1到Y3和列X1到X3。像素11，12和13分别在行Y1，Y2和Y3位于列X1上。选择的电压施加于行Y1到Y3，而驱动电压信号如图所示般施加于列X1。当像素被选择电压信号中的脉冲600，610和620所选取，像素发亮时间越长，该像素显示越亮。像素发亮的时间长度取决于驱动电压信号630施加于像素的时间长度。如图6所示的情况，像素11的光亮度超过像素13，而像素13的光亮度超过像素12。可以从该选择电压的开启脉冲和驱动电压信号630中对应脉冲的脉冲宽度看出这一点。这是驱动电压信号630中相对应的脉冲宽度导致的。脉宽调制(PWM)让电致发光显示屏640可以显示灰阶图像。然而，在脉宽调制(PWM)类型的灰阶显示中，前一行的放电过程在下一行的扫描开始前发生。这样，在下一行充电以前，前一行的所有电荷都必须被释放。因此，无法在一行和下一行间进行电荷共享。
2003年4月29日授予Katayama的美国专利号6,556,177，其题为“Driver circuit for capacitive display elements”(用于电容性显示元件的驱动电路)，描述了一种保留电力并循环再用的方法。一个可以充电或放电的电容器(condenser)，连接到电致发光显示屏上。该电容器是在驱动集成电路之外的。在放电过程中，一部分能量从电致发光元件流回而对该电容器充电，以便在下一充电过程中再用。因此，能量用此方式循环再用。
由于电力可以在前一放电和下一充电的时间间隙存储起来，以上的方法使在脉冲调制(PWM)类型的灰阶显示中可以实施电荷的循环再用。然而，由于引入了电容器，一般是多个电容，其需要使用许多电路来实现，显著地增大了电路体积。而且，以上的方法在有机发光二极管(OLED)中无效，因为放电后的电压和放电速度都是固定的；而且必须对各种不同应用中电容器的电路进行特别的设计，以便保证放电后的电压比电致发光元件运行的开启电压(显示阈值电压)要低，从而在放电过程后关闭电致发光元件。
因此，需要有一个有效而简单的循环再用驱动电力的方法，使电路体积最小化并且适用于各种应用，例如电致发光显示或者有机发光二极管(OLED)显示。
发明内容
本发明的主要目的是，克服现有技术中电容性显示元件驱动方法的缺点，提供一种电力再用方法，其可以有效地再用诸如有机发光二极管(OLED)显示和电致发光(EL)显示的显示元件放电过程中的能量。
因此，本发明的几个方面基本上消除了前述的缺陷，并且提供一种并不复杂的电力循环再用电路，用来驱动电容性显示元件。
本发明涉及一种电力循环再用方法，且描述了用于驱动所述电容性显示元件的装置。该驱动过程包括对显示元件的充电和放电。该方法特别涉及在放电过程中有效地再用一些能量。
在放电过程中，显示元件中的能量从屏板流回电源，有些则随意的直接流向诸如RAM，MCU的器件。在显示元件和一个或多个电源之间的二极管，可以保证在显示元件上的电压降到比电源电压低后，该放电路径关闭。从显示元件到地，或者到比该显示元件显示阈值电压低的电源的电阻路径，可以保证元件在放电过程后关闭。
本发明的其它方面可见于以下的叙述。
附图说明
参考以下附图，本发明的实施例将在后面做更详细说明。
图1是驱动电路示意图，其用于本发明一个实施例的有机发光二极管(OLED)点阵显示；
图2是根据本发明驱动电路的一个实施例的电路图；
图3是根据本发明驱动电路的另一实施例的电路图；
图4是用于电致发光显示屏的传统驱动系统的电路图；
图5A是传统的充电和放电过程的示意图，其没有电荷循环再用方法；
图5B是根据本发明一个实施例中电荷循环再用方法充放电过程的示意图；
图6是传统的使用脉宽调制(PWM)类型灰阶显示的驱动方案，该显示上施加有选择电压信号和驱动电压信号；
图7是根据本发明一个实施例的分段放电电流和电压的示意图；
图8是根据本发明的一个实施例来实现图2和图3中的二极管和电阻构件的CMOS电路示意图；
图9是根据本发明的一个实施例来实现图8中的电阻一个电路示意图，该电阻值是可控的；
图10是根据本发明的一个实施例让放电过程速度可控的电路示意图；
图11是根据本发明的一个实施例采用图2和图8中的电路的一个显示驱动示意图；以及
图12是根据本发明一个实施例用于多个电源充放电的连接的方块图。
具体实施方式
本发明能在多种情况下有效地循环再用能量。本发明的优点包括：
·对于任何驱动方案和任何显示图像都能有效再用。
·对于所有的应用，附加电路体积小。在放电过程中，能量从屏板直接流回电源和其它器件，如RAM，MCU。因此，相对需要额外的能量存储电路(如多个大容量电容)的现有技术而言，本发明中不需要额外的能量存储电路，从而电路面积小。
·可控的放电速度和放电后可控的电压值。这使得只需设置一些参数，本发明设计就可以适用不同的应用。
图1为本发明的一个实施例，其用于显示驱动集成电路(IC)100，包含一个放电模块M1，一个放电模块M2，一个连接到模块M1的引脚/焊盘RCyc，以及连接到模块M2的引脚/焊盘RCyc-R。模块M1和M2一起连接到有机发光二极管(OLED)点阵显示120的阳极上。模块M1控制阳极和引脚RCyc间的放电路径，而模块M2控制阳极和引脚RCyc-R间的放电路径。模块M1和M2可以有不同的实施方式，而且可以用驱动IC 100的内部或者外部电路来实现。根据不同的应用，引脚RCyc和RCyc-R连接到不同的电源上或地线上。
图2为本发明的一个实现方式。模块M1用二极管D来实现，而模块M2用电阻R来实现。因此，当VSL(阳极电压)＞VRCyc(引脚RCyc的电压)+VTdiode(二极管D的阈值电压)时，从VSL到RCyc引脚的放电路径开启(导通)，从VSL到RCyc引脚的放电路径当VSL＜VRCyc+VTdiode时关闭，而从VSL到RCyc-R的放电路径则总是开启。引脚RCyc连接到电源(或电池)220和其它用电源220供电的耗电器件230，240，比如RAM 230，MCU 240以及驱动IC 200本身。电源电压220应比已充电的电致发光(EL)元件的阳极电压VSL减去二极管的阈值电压VT的值要低。另外，引脚RCyc-R可以连接到地。
发光的电致发光(EL)元件可以通过一个充电过程，用预充电器件(Vcc)和/或电流源(IS)进行充电。发光的电致发光(EL)元件上的电压必须在接下来的放电过程重置而低于一阈值电压。将SW从Vcc或IS切换至VSL后，电致发光元件开始通过电阻模块R向地(VSS)放电，该放电过程开始。只要VSL＞VDD+VTdiodes，放电电流同时流经二极管模块D到RCyc引脚和电源P 220的输出(VDD)。该放电过程的这一部分可以循环再用能量，而减少从电源P 220供应的电力。
引脚RCyc可以连接到一个电源上，该电源所供应电压要比该电致发光(EL)显示的阈值电压减掉VTdiode的值低，而引脚RCyc-R一定要连接到地或者一个电源，该电源所供应电压要比电致发光元件的显示阈值电压要低。这项要求可以保证该电致发光元件在放电过程后关闭。
将引脚RCyc-R连接到比地高的电压水平增加了电致发光元件的反应速度，这是由于在每个充电过程中，电致发光元件从一个比接地高的初始电压开始充电至发光。图3是本发明的一个实施例，其中的放电路径电阻连接到一个1.8V的电压源。
图7中显示了在放电过程中电致发光元件的阳极电压VSL，电阻电流，以及二极管电流。刚开始时，阳极电压VSL比Vpower_supply+VTdiode要高。大部分放电电流(二极管D电流)通过二极管模块D，流入了与引脚RCyc连接的电源320。当VSL的电压水平等于Vpower_supply+VTdiode后，二极管D关闭，因此没有电流流过二极管模块D。而且，无论哪种情况下，电流/电力不是从电源320抽到VSL的。在二极管D关闭后，通过经电阻R放电，电压VSL继续下降。适当的选择R的阻值，使在该重置周期结束前，该VSL电压水平降低到远低于电致发光元件上的电压VT。
二极管模块D和电阻模块R在不同的工艺中可以有不同的实现方法。图8为CMOS实现方式800。一个PMOS场效应晶体管(FET)810被用作二极管，其栅极连接到漏极，一个NMOS场效应晶体管(FET)820被用作通向地的放电路径中的电阻，其栅极连接到控制信号。该二极管和电阻模块也可以使用其它器件结构。
为了实现有效的电力再用，该放电路径中的电导值需要进行优化。最佳值取决于很多参数，包括电致发光屏板的尺寸以及电源电压Vcc。
图9给出了电路900，其通过将多个配置作电阻的PMOS场效应晶体管(FET)920A...920N并联成电阻模块R，从而提供可调的放电路径阻值。实际上，向引脚RCyc-R放电的阻值能变成程控，根据控制信号来适应不同的应用。理想的是利用更多的电阻以这种方式来作更快放电。
在一个实现方式中，可以采用不止一个引脚RCyc，从而也有不止一个电源连接到这些引脚RCyc。如图10中的实现方式1010所示，每个电源1020可以连到一个或多个引脚RCyc上。多个二极管模块D中PMOS场效应晶体管(FET)1040A-1040E等，以及引脚RCyc和电源1020的连接，提供多个选择给到引脚RCyc放电路径的电导值控制。连接到电源1020的二极管模块D越多，该放电路径的电导值越大，通过这些二极管的放电就进行的越迅速，直到这些二极管进入关闭状态。此后，继续经NMOS场效应晶体管(FET)1030，即电阻R，向地放电。
在一个实现方式中，可以将所有的引脚RCyc连接到电源，而在另一实施方式中，只有部分引脚RCyc连接到电源以降低电导。如果周边器件的耗电量低，可以通过减低此二极管的电导来减少循环再用的电力数量。
图11中是本发明的另一实施例，其为采用图4中所述驱动的驱动电路1100。模块M1和模块M2分别用开关S1和S2来实现。额外的信号ψ1和ψ2分别控制开关S1和S2的开启和关闭状态。当开关S1开启时，开关S2关闭，反之亦然。当VSL＞VRCyc时，从电压VSL到RCyc的放电路径开启，当VSL＜VRCyc时，从电压VSL到RCyc的放电路径开启关闭，而只有当电压VSL降低到低于VRCyc并且高于VRcyc-R时，从带有电压VS的L阳极到引脚RCyc-R的放电路径才会开启。这样的实现方式减少了当管脚RCyc-R连接到地时的能量损失，该损失是由于不能再用所有释放到地的能量所导致的。然而，控制信号ψ1和ψ2的引入，例如电压比较器，会增加电路的体积和复杂度。这需要在能量再用效率和电路复杂度间折衷。
图12中为按照本发明的示范实施例，引脚RCyc与多个电源连接的配置。连接到该引脚RCyc的电源可以有不同的电压水平。例如，一个有5V电压水平的电源连接到引脚RCyc1，4，和5上，而另外一个有3V电压水平的电源连接到引脚RCyc3和7上。引脚RCyc2和6空接。这样，该放电过程分成超过两个部分，在此过程中，循环再用的能量注入不同的电源中。
在本发明进一步的实施例中，引脚RCyc-R也可以有多个连接，并且可以连接到地或者至少一个电源上，只要所述的电源可以提供一个低于有机发光二极管(OLED)显示阈值电压的电压即可。连接到这些引脚RCyc-R的放电模块可以提供经引脚RCyc的放电路径以外的一个独立路径，用来将有机发光二级管(OLED)显示模块放电。利用诸如电压比较器之类的控制电路产生的控制信号，此放电模块可以选择性的开启或者关闭。
工业应用性
上述的设置，适合在电容性显示元件的驱动电路中实施能量循环再用，例如在有机发光二极管(OLED)显示或电致发光显示中，且特别能有效地再用放电过程中能量的一部分，否则这部分能量就损失了。
前述只是本发明的一部分实施例，可以在不背离本发明的范围和精神前提下做任何的修改和/或改变，这些实施例起说明作用而并非限制。

Claims (19)

1.一种用于运行电容性显示元件的装置，其包含：
一个第一放电模块，其配置成：在所述显示元件的阳极电压超过该第一电源的电压时，使所述的显示元件可向至少一个第一电源放电；并在所述显示元件的阳极电压低于所述第一电源电压时，使所述显示元件不向所述的第一电源放电；以及
一个第二放电模块，其配置成：使所述显示元件可向地或者至少一个第二电源放电；其中所述的第二电源提供的电压低于该显示元件的显示阈值电压；该放电在驱动所述显示元件的阶段关闭所述的显示元件。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括有一个有机发光二极管的显示模块，该模块用于根据将显示的图像数据来显示图像。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述的第一放电模块包含一个放电元件，该放电元件与一个第一电源电压水平相耦合。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述的第一放电模块包含多个放电元件，这些元件与多个第一电源电压水平相耦合。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述的第二放电模块包含一个放电元件，该元件与地或者所述的第二电源相耦合。
6.根据权利要求4所述的装置，其中至少一个所述的放电元件选自包括一个二极管，一个配置为二极管的MOS器件，一个MOS开关，以及上述的两者或两者以上的组合组成的组。
7.根据权利要求4所述的装置，其中至少一个所述的放电元件选自包括一个电阻，一个配置为电阻的MOS器件，一个MOS开关，以及上述的两者或两者以上的组合组成的组。
8.一种驱动电容性显示元件的方法，其包含：
第一放电步骤，从所述显示元件向至少一个第一电源释放电流；以及
随后的第二放电步骤，从所述显示元件向至少一个第二电源释放电流；
其中所述的放电步骤在驱动所述显示元件的阶段关闭所述的显示元件；
其中所述第一放电步骤的速度比所述第二放电步骤的速度快。
9.根据权利要求8所述的驱动电容性显示元件的方法，其还包括一个同时的第三放电步骤，该步骤在所述的第一放电步骤期间，从所述的显示元件向所述的第二电源释放电流。
10.根据权利要求8所述的驱动电容性显示元件的方法，其中所述第一放电步骤，由通过至少一个二极管装置放电的方式来实施。
11.根据权利要求8所述的驱动电容性显示元件的方法，其中所述第二放电步骤，由通过至少一个电阻装置放电的方式来实施。
12.根据权利要求9所述的驱动电容性显示元件的方法，其中所述第三放电步骤，由通过至少一个电阻装置放电的方式来实施。
13.根据权利要求8所述的驱动电容性显示元件的方法，其中所述的方法向有机发光二极管显示或电致发光显示提供驱动。
14.一种用于有机发光二极管显示系统的电力循环再用的方法，包含以下步骤：
有机发光二极管显示模块的第一放电，其从该有机发光二极管显示阈值电压向一个第一电源电压水平或向多个第一电源电压水平放电，其中向多个第一电源电压水平的放电是独立控制并且相互隔离的，以保持系统电源的完整，而且这些电压水平比该有机发光二极管的显示阈值电压低；
有机发光二极管显示模块的第二放电，其从所述第一电源电压水平向地水平或者向一个比有机发光二极管显示阈值电压低的第二电源电压水平放电；
其中所述的放电步骤在驱动该显示模块的阶段关闭该有机发光二极管，且其中通过将发光二极管模块中的电荷向显示系统中所述的第一电源和所述的第二电源释放，所述的方法实现电力循环再用。
15.根据权利要求14所述的有机发光二极管显示系统的电力循环再用的方法，还包括一个步骤，其按照图像数据在一有机发光二极管显示模块上显示图像。
16.根据权利要求14所述的有机发光二极管显示系统的电力循环再用的方法，其中所述的第一电源电压水平包含来自多个电源的多个电压水平。
17.根据权利要求14所述的有机发光二极管显示系统的电力循环再用的方法，其中所述放电步骤包含至少一个放电的开启步骤和一个放电的关闭步骤。
18.根据权利要求14所述的有机发光二极管显示系统的电力循环再用的方法，其中所述的放电步骤以至少一个受控的放电速度进行。
19.一种有机发光二极管显示系统，其包含：
一个有机发光二极管显示模块，其包括多个显示元件，用来按照将显示的图像数据来显示图像；
一个第一放电模块，其包括至少一个二极管装置，其配置成：使得在所述显示元件的阳极电压比该第一电源的电压高时，可让显示元件向至少一个第一电源放电；在该显示元件的阳极电压比所述的第一电源的电压低时，使所述的显示元件不向所述的第一电源电压放电；以及
一个第二放电模块，其包括至少一个电阻装置，其配置成：可让所述的显示元件向地或者向至少一个第二电源放电；所述的第二电源提供一个比该显示元件的显示阈值电压低的电压；
所述的放电在驱动所述显示元件的阶段关闭所述的显示元件；
其中通过将该有机发光二极管模块中的电荷释放回所述显示系统中所述的第一电源和所述的第二电源，所述的放电模块可提供电力循环再用。
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