CN101647051A - 具有不同灰度级模式的有源矩阵显示设备 - Google Patents

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Abstract

一种有源矩阵显示设备(1)，其具有以矩阵布置的多个像素，该有源矩阵显示设备包括：帧存储器(4)，存储图像数据的一个帧；子帧定时发生器电路(2)，控制从该帧存储器读出的数据的定时；和显示部分(7)，根据从帧存储器输出的数据执行显示。该子帧定时发生器电路(2)能够产生多个读取定时方式，每一个读取定时方式用于显示每帧不同数目的子帧，这意味着每个方式与在一个帧中将要显示数据的次数有关。模式设置信号确定要被使用的每帧的子帧数，以及根据相应的读取定时方式从该帧存储器读出数据。

Description

具有不同灰度级模式的有源矩阵显示设备
技术领域
本发明涉及其中以矩阵形式布置像素的显示设备、自发射元件和控制自发射元件的光发射的元件。
背景技术
有源矩阵显示设备由于它们的高分辨率现在被广泛地用作显示器。这里，对于每一个像素，有源矩阵显示设备需要有源元件来确定显示状态。对于电流驱动的显示器，诸如有机EL显示器，具体来说，提供能够连续地将电流提供给发光元件的驱动晶体管。当由非晶硅、多晶硅等的薄膜形成的薄膜晶体管(TFT)通常被用作这样的驱动晶体管时，确保TFT的特性的一致性仍然是问题。
已经提议了利用电路工艺校正TFT特性的几种方法，其中一种这样的方法被称为数字驱动。通过数字驱动控制有源矩阵有机EL显示器的灰度级的方法公开在WO 2005/116971 A1中。
但是对于数字驱动，一个帧被分成多个子帧周期，在每个子帧周期中写入用于控制是否要发光的位数据。因此，对于数字驱动，在一个帧周期期间必须以与子帧的数目对应的多个次数将位数据写入到像素中。
因为对于数字驱动来说，如上所述，其中一个帧被分成多个子帧并且在一个帧周期期间重复地写入对应于每个位数据的数字数据，所以线必须被更频繁地充电和放电，从而不利地了增加了功耗。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种有源矩阵显示设备，在以矩阵形式布置的多个像素的每一个像素中包括控制该像素的显示的元件，并且还包括：帧存储器，存储用于每一个像素的数据的一个帧；子帧定时发生器电路，控制从该帧存储器读出的数据的定时；和显示部分，根据从帧存储器输出的数据执行显示，其中，在该子帧定时发生器电路中，提供每帧具有不同数目的子帧的多个读取定时方式，该不同数目的子帧与在一个帧中将要显示数据的次数有关，以及在与根据模式设置信号确定的每帧的子帧数有关的读取定时处从该帧存储器读出数据。
对于上述方面，优选的是，至少对于一个帧，子帧的数目可以是对于一个帧是一个子帧或者对于一个帧是多个子帧。
此外，优选的是，至少一位的静态存储器被提供在显示部分的每个像素中，以及对于与没必要显示改变的区域对应的像素，不执行数据重写。
此外，优选的是，有机EL元件被提供在显示部分的每个像素中。
根据本发明，利用该子帧定时发生器电路，从帧存储器读出数据的定时可以根据子帧的数目而变化。因此，当子帧的数目较小时，数据被输出到显示部分的次数降低，以使得可以实现有效的显示。
附图说明
下面将基于以下的附图来详细描述本发明的优选实施例，其中：
图1是示出显示模式和子帧结构之间的对应的视图；
图2是示出根据本发明的有机EL显示器的整体结构和数据驱动器的内部结构的视图；
图3是示出动态存储器型像素的电路图；
图4是示出PMOS静态存储器型像素的电路图；
图5是示出CMOS静态存储器型像素的电路图；
图6是示出PMOS电流控制静态存储器型像素的电路图；
图7是示出有机EL显示器的整体结构的视图；
图8是栅极驱动器的结构视图；以及
图9是用于说明局部更新处理的视图。
具体实施方式
下面将参考附图详细描述本发明的优选实施例。
参考图7，示例有机EL显示器包括像素阵列24、数据驱动器1和栅极驱动器22，所述像素阵列24充当在其中以矩阵布置像素23的显示部分。这里，形成在相同的衬底上的栅极驱动器22和像素阵列24可以被总称为显示器面板。
为了向以矩阵布置的像素23的每一个像素提供选择信号和数据信号，栅极线12被布置为沿着行方向的每一行，以及数据线13被布置为沿着列方向的每一列。利用此结构，电容器元件形成在这两条线交叉之处，并且通过对该电容器充电和放电来将选择信号和数据信号适当地提供给像素23。但是，在数字驱动中，一个帧周期被分成多个子帧，并且对应于每个子帧的数据被写入到像素中，该线电容器被充电和放电的速率基本上倾向于增加。因而，子帧的数目越大，消耗的功率越大。
图1示出了根据本发明的实施例的三个显示模式。在作为文本模式的第一显示模式中，在一个帧周期(正常地在60Hz时大约为16.7ms)期间仅仅使用子帧SF0，从而执行1位显示。因而，在此文本模式下，在一个帧周期期间，SF0的数据被写入到每个像素中仅仅一次。在此显示模式下，在一个帧周期中写入的数目是一次，其明显地表示功耗被最小化。
在移动终端等中通常引入的电子邮件应用中，常常在白背景下显示黑色字符，用于显示电子消息的内容。因为这样的移动终端的典型用户使用该设备大部分是来查看和撰写电子邮件，所以这样的文本模式的积极使用能够降低功耗并且能够操作延长的时间周期。此外，通过根据需要将帧周期设置为60Hz或更小，例如30Hz(33.3ms)，可以进一步降低功耗。
在作为图形模式的第二显示模式中，子帧SF0到FS2被用来执行3位显示。在此图形模式中，当与文本模式相比子帧的数目增加从而增加功耗时，可以实现多级灰度显示。当显示待机屏幕或需要移动终端上的简单图形元素的任何屏幕时，如果在文本模式下显示图像，则灰度级可能不够。因此，借助于此图形模式，可以实现具有更多的灰度级的显示，同时导致一定程度的功耗。
在作为图片模式的第三显示模式中，子帧SF0到SF5被用来执行6位显示。在此第三显示模式下，当在第一到第三显示模式中的子帧的数目是最大并且功耗是最大时，可以产生具有最大数目的灰度级的图像。在显示更多的自然图像情况下，例如当显示由便携式摄像机捕获的图像时，需要6位或更多灰度级的显示。在这样的情况下，应当对较高的灰度级而不是对功耗给予较高的优先级，并且在图片模式中可以肯定地显示具有多值灰度级的图像。
如上所述，利用具有灰度级越大消耗功率越多的特征的数字驱动，有可能通过使用此特征灵活地根据显示内容的特征来降低功耗。
图2示出了用于在图1所示的显示模式之间切换的电路结构。数据驱动器1基于从数据总线输入的数据以及定时信号产生数字驱动的定时，并且将该定时输出到有机EL面板7。有机EL面板7包括形成在相同的衬底上的像素阵列24和栅极驱动器22，其中像素阵列24具有像素23，像素23包括如下所述被布置成矩阵的电路。由从数据驱动器1提供的信号控制栅极驱动器22，以使得适当地执行像素23的数据的选择性写入。
从数据总线输入的点单元中的数据被首先存储在对应于一条线(line)的单元中的线缓冲器(line buffer)3中。线译码器5选择帧存储器4内的与线缓冲器3上的数据对应的线，以使得线缓冲器3上的数据以线为单位被写入到帧存储器4中。当处理最多6位数据时，例如数据总线由六条线形成时，数据总线上的数据被并行捕获到线缓冲器3中。帧存储器4还可以存储对应于一个像素的6位数据，以及线缓冲器3上的数据被存储在帧存储器4的相应的线中。
用这样的方式，一旦用于一个完整的屏幕的数据被写入到帧存储器4中，线译码器5例如根据WO 2005/116971A1中公开的数字驱动的过程从帧存储器4中选择用于读取线数据的相应的线。具体地说，在文本模式下，线译码器5根据定时信号和对于每一线增加的结果的基准信号，在每条线的每个读取定时，从帧存储器4中的相应线的每个像素数据读出SF0的数据一次，而在图片模式下，在该相同的定时，必须从帧存储器4中输出对应于多达三条线的数据。因此，用于选择一条线的时间被分成三个时间周期，以及在每一个划分的时间周期中从帧存储器4的相应的像素存储器中读取不同线的数据，并且经由输出缓冲器6依次输出被读取的数据。更具体地说，对于图片模式，解码指定线的基准信号，并且在划分的三个时间周期中输出选择多达三条线的信号。换句话说，线译码器5根据模式设置信号选择模式中的一个，并且解码该基准信号以用于读取线，从而产生在图1所示的相应的模式中必需的读取线的地址。因而，从帧存储器4中读取的线数据经由输出缓冲器6被输出到有机EL面板7。这里，优选地提供两级锁存器，并且在下一定时将临时锁存的读出数据传送到后一级的锁存器，用于输出到有机EL面板7。
这里，帧存储器4可以被配置为在每个像素中分开地存储三个显示模式的数据。在如上所述三个显示模式的数据的情况下，例如，要被存储在帧存储器4中的对应于一个像素的数据量可以被设置为1+3+6＝10位，以使得可以基于模式设置信号读取对应于任何一个显示模式的数据。可替换地，要被存储在一个像素中的数据量可以被设置为仅仅6位，以使得根据模式设置信号的显示模式(比特数)从MSB依次读取相应的位数的数据。
在传统的数字驱动中，不管显示内容的性质如何，总是产生对应于相同的子帧结构的定时。根据本发明，相反地，子帧定时发生器电路2的引入使得有可能根据设置显示模式调节定时。
具体地说，对于与图1所示的第一、第二和第三模式(即文本模式、图形模式和图片模式)对应的三个不同的预定子帧定时，例如当由提供给模式设置总线的模式设置信号选择三个模式中的一个时，子帧定时发生器电路2在相应的定时控制线译码器5。例如，当选择文本模式时，在每个帧中仅仅选择帧存储器4的一条线一次，并且经由输出缓冲器6将相应的一位数据输出到有机EL面板7中。相似地，在图形模式和图片模式中，分别读取3位的数据或6位的数据，因而根据数字驱动程序将所有读取的数据输出到有机EL面板7。
例如，在子帧定时发生器电路2中预置的显示模式还可以被分成2位模式和4位模式。可替换地，子帧定时发生器电路2还可以具有分析显示内容并且自动切换显示模式的功能。更具体地说，因为可以根据数字数据的内容确定灰度级的数目，所以可以根据确定的灰度级的数目确定显示模式。此外，可以独立于显示数据在外部提供显示模式信号。
例如，可以优选地采用如图3到6所示的电路作为有机EL面板7中的像素23。
图3示出了使用存储电容器11的动态存储器型像素的例子。P型选择晶体管10的栅极端子与栅极线12连接。选择晶体管10的漏极(或源极)端子与数据线13连接，选择晶体管10的源极(或漏极)与p型驱动晶体管9的栅极端子连接，并且还经由存储电容器11与电源电压VDD的电源线14连接。p型驱动晶体管9的源极端子与电源线14连接，p型驱动晶体管9的漏极端子与有机EL元件8的阳极连接。此外，有机EL元件8的阴极与阴极电极15连接，该阴极电极15与阴极电源VSS连接。
当栅极线12被设置为低电平时，选择晶体管10导通，并且提供给数据线13的数据被写入到存储电容器11中。保持写入到存储电容器11的数据，即使在选择晶体管10变为关断也是如此。然后，根据写入到存储电容器11的数据的电流经由驱动晶体管9流入有机EL元件8中，并且有机EL元件8根据该数据发光。保持光发射直到数据被再次写入到存储电容器11中。但是，因为当存储电容器11放电时存储在存储电容器11中的数据丢失，所以必须重复地重写相同的数据以便长时间保持相同的数据。
图4示出了仅由P型晶体管形成的静态存储器型像素的例子，其中第二有机EL元件16和第二驱动晶体管17串联连接以形成用于存储数据的逆变器。更具体地说，在此像素中，不提供图3所示的存储电容器，第二驱动晶体管17的源极端子与电源线14连接，第二驱动晶体管17的漏极端子与第二有机EL元件16的阳极连接。第二有机EL元件16的阴极与阴极电极15连接。此外，第一驱动晶体管(该驱动晶体管)9和第一有机EL元件(该有机EL元件)8的阳极的连接节点与第二驱动晶体管17的栅极端子连接，以及第二驱动晶体管17和第二有机EL元件16的阳极的连接节点与第一驱动晶体管9的栅极端子连接。
当栅极线12被设置为低电平时，选择晶体管10导通，提供给数据线13的数据被提供给第一驱动晶体管9的栅极端子。如果数据处于低电平，则第一驱动晶体管9导通，以及电源电压VDD被施加于第一有机EL元件8，第一有机EL元件8然后发光。此外，第二驱动晶体管17的栅极端子处的电压基本上变为VDD，以及第二驱动晶体管17截止。第二有机EL元件16的阳极处的电压基本上变为VSS，以及保持第一驱动晶体管9的导通状态。另一方面，如果数据线13上的数据处于高电平，则第一驱动晶体管9截止并且第二驱动晶体管17导通，以及此状态被存储。
因此，即使在选择晶体管10截止之后，存储在由第一驱动晶体管9和第二驱动晶体管17形成的静态存储器中的数据也被保持，并且电流仅仅流入第一和第二有机EL元件8和16中的一个中。在此例子中，第一有机EL元件8具有相对较大的区域并且其光发射用于显示，而第二有机EL元件16具有相对小的区域，并且通过屏蔽光或不发光而不用于显示。当数据线13上的数据处于低电平时，像素被控制成发光。
图5示出了CMOS静态存储器型像素的例子，其中引入N型晶体管18从而在存储数据时降低功耗。更具体地说，当与图4所示的例子相比时，在第二有机EL元件17的位置处提供N型晶体管18。晶体管18的漏极端子与第二驱动晶体管17的漏极端子连接，晶体管18的源极端子与第二电源线19连接。N型晶体管18的栅极端子以及第二驱动晶体管17的栅极端子与第一驱动晶体管9的漏极和第一有机EL元件8的阳极的连接节点连接。因此，当第二驱动晶体管17导通时，晶体管18关断，以阻挡在导通第二驱动晶体管17的数据被写入到静态存储器时产生的电流。
图6示出了低功耗PMOS静态存储器型像素的例子，其中p型电流控制晶体管20与第二驱动晶体管17和电源线14串联连接，以便当存储数据时降低功耗。更具体地说，在图16所示的例子中，p型电流控制晶体管20插入在图14所示的结构中的第二驱动晶体管17的源极端子和电源线14之间。p型电流控制晶体管20的源极端子与电源线14连接，以及p型电流控制晶体管20的漏极端子与第二驱动晶体管17的源极端子连接。p型电流控制晶体管20的栅极端子与控制线21连接。
当数据线13上的数据处于高电平时，第二驱动晶体管17导通，以及此时产生的电流由p型电流控制晶体管20根据控制线21上的电压来限制。在这种情况下，如果第二有机EL元件16的阳极电势太低，则第一驱动晶体管9的截止状态不能被保持。因此，为了保持第一驱动晶体管9的截止状态，p型电流控制晶体管20处的电流量被确定为使得第二有机EL元件16的阳极电压等于或大于第一驱动晶体管9的阈值电压。
在图4、5以及6所示的静态存储器型像素中，因为已经写入的数据被存储，所以可以消除对周期性地以文本模式重写数据的需要，这又有可能降低功耗。尽管在图形模式和图片模式中需要通过子帧的多灰度级显示，但是因为可以仅仅在显示区域的一部分中实现局部多灰度级显示，所以与图3必须一直被刷新的动态存储器型像素相比，仍然可以降低功耗。
图8示出了用于局部重写的栅极驱动器22的内部结构。参考图8，栅极驱动器22包括：选择移位寄存器28，其与时钟同步地将选择数据移位到下一线，并且依次选择栅极线；使能移位寄存器29，用于设置使能栅极驱动器的输出的线；和使能电路(NAND电路)30。
在图8所示的栅极驱动器中，使能数据和时钟(未示出)被首先输入到使能移位寄存器29的输入ENB中，以设置使能栅极驱动器的输出的线。一旦所有线的设置已被完成，则时钟不再被输入到使能移位寄存器29中。利用此处理，对于使能移位寄存器29，可以基于存储在选择移位寄存器28中的数据选择被设置为“1”的线，而对于被设置为“0”的线，不管存储在选择移位寄存器28中的数据如何，都不会被选择。利用此设置，可以依照要求限制(设置)要被选择的线。
参考图9，其中图8所示的栅极驱动器用来执行图片模式的驱动方法仅在有限区域中显示。图9示出了提供在数据驱动器1中的、可以存储对应于一个像素的7位数据的帧存储器4，以及示出了其中存储在能够每像素存储1位数据的有机EL面板7中的图像被部分更新的例子。
在7位数据当中，E0位用于文本模式(1位)显示，其它位D0到D5用在图片模式显示的时候。因而，帧存储器4被配置为同时存储两种类型的数据。
这里，将要考虑这样的显示方法的应用：区域A被指定为图片模式显示区域，区域B被指定为文本模式显示区域。在这种情况下，因为需要连续的数据更新的显示部分可以被限制在区域A，所以与整个屏幕必须被更新时相比，可以降低功耗。
具体地说，首先数据被设置到使能移位寄存器29中，以设置要被使能的线，如上所述。这里，通过将线M到N设置为“1”并且将其它线设置为“0”，存储在选择移位寄存器28中的选择数据仅被施加于线M到N。更具体地说，即使当用于更新整个屏幕的选择数据被施加于选择移位寄存器28的输入STV上，也仅更新线M到N。
区域A具有对应于P和Q之间的距离的宽度。在上述7位存储器数据中，D0到D5的数据仅被反映在区域A中，E0的数据被反映在剩余区域中。关于从帧存储器4中读出的7位数据，E0的数据或D0到D5的数据中的哪一个将被输出到输出缓冲器6是由数据选择信号确定的。具体地说，通过仅在P到Q期间将数据选择信号设置为低电平，提取D0到D5的数据，以及通过在其它时间将数据选择信号设置为高电平，提取E0的数据。然后，提取的数据被提供给输出缓冲器6。
因而，仅在列P到Q中的线M到N的区域中，即区域A中，使用D0到D5的数据执行由于多个子帧的多灰度级显示。在除了线M到N之外的其它区域中，设置在使能移位寄存器29中的数据“0”被输入到使能电路30的一个输入中。因而，不用对数据线13充电或放电而处理数据，并且不选择除了线M到N之外的其它线，以使得先前的数据被连续地显示而不用消耗附加功率。此外，在除了列P到Q的其它列中的线M到N的区域中，在与区域A相同的定时处执行写入，相同的数据E0被再次写入，因而先前显示的数据继续被显示而不用被更新。
这里，在数字驱动中用于更新整个屏幕的定时处，选择数据可以被输入到选择移位寄存器28中。此时，仅仅那些被在使能移位寄存器29中设置为“1”的线被反映在显示器中。在这种情况下，对于除了线M到N之外的线，对于一帧执行一次数据输出，如上所述。
如上所述，根据本发明，在栅极驱动器22中提供使能移位寄存器29，以及使能移位寄存器29的输出连接到使能电路30的一个输入，从而可编程地使能或禁能栅极驱动器22的输出。因而，有可能限制其中执行图形模式显示或图片模式显示的区域。应当注意，此结构可相似地适用于其它显示模式，包括图形模式，例如简单地通过限制从帧存储器读出的位。
此外，在像素中可以提供大于1位的存储器功能(或者静态的或者动态的)。例如，通过提供每像素2位的像素存储器并且为各个位的像素存储器分配1∶2的光发射强度，可以在文本模式下通过一个帧扫描实现最多2位显示(4个灰度级显示)。这样的配置使得有可能实现多级灰度显示同时降低功耗。
元件清单
1数据驱动器
2子帧定时发生器电路
3线缓冲器
4帧存储器
5线译码器
6输出缓冲器
7有机EL面板
8有机EL元件
9驱动晶体管
10p型选择晶体管
11存储电容器
12栅极线
13数据线
14电源线
15阴极电极
16有机EL元件
17第二驱动晶体管
18晶体管
19第二电源线
20p型电流控制晶体管
21控制线
22栅极驱动器
23像素
24像素阵列
28选择移位寄存器
29使能移位寄存器
30使能电路

Claims (4)

1、一种有源矩阵显示设备，具有以矩阵形式布置的多个像素，以及元件，包括：
帧存储器，为每个像素存储一个数据帧；
子帧定时发生器电路，控制从所述帧存储器读出数据的定时；
显示部分，根据从所述帧存储器输出的数据执行显示；以及其中：
在所述子帧定时发生器电路中，提供“每帧”具有不同数目的子帧的多个读取定时的方式，该不同数目的子帧与在一帧中数据将显示多少次有关，以及在与根据模式设置信号确定的每帧的子帧数的读取定时处从该帧存储器读出数据。
2、根据权利要求1所述的有源矩阵显示设备，其中：
每帧的子帧数的值至少包括每帧一个子帧和每帧多个子帧。
3、根据权利要求1所述的有源矩阵显示设备，其中：
至少一位的静态存储器被提供在显示部分的每个像素中，以及对于对应于其中显示的图像不改变的区域的像素，不执行数据重写。
4、根据权利要求1所述的有源矩阵显示设备，其中：
有机EL元件被提供在显示部分的每个像素中。
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