CN101727865A - 有源矩阵式显示装置 - Google Patents

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Abstract

为了提供一种具有尽可能低的驱动频率的有源矩阵式显示装置，该有源矩阵式显示装置具有多个像素的阵列以及照射所述多个像素的背光源，用以显示包含多个帧的图像，并包括：多个光学快门，分别对应于所述多个像素而设置；一快门控制部，用以开关所述多个光学快门；一光源控制部，用以对该背光源所出射的光强度进行两阶段以上的多段调整；以及一同步控制部，使该光源控制部所进行的该背光源所出射的光强度的调整与该快门控制部所进行的所述多个光学快门的开关同步，以于一个特定帧中实现特定的灰阶表现。本发明使得消耗电力变小，同时避免零件劣化、发热等问题，因而延长显示装置的耐用时间。

Description

有源矩阵式显示装置
技术领域
本发明涉及具有多个像素阵列以及照射所述多个像素的背光源，用以显示包含多个帧(frame)的图像的有源矩阵式显示装置。
背景技术
在公知技术中已开发出具有以两阶段进行动作的光学快门，并根据此快门的开关控制背光源的输出光的显示器。近年来，随着微机电(MEMS；MicroElectro Mechanical Systems)技术的发展，将根据此技术所实施的快门设于薄膜晶体管(TFT)基板上，也开发出微机电显示器。
例如，在SID2008文摘的1054～1057页中有所记载，在Dan VanOstrand以及B.Tod Cox的“时间多路复用光学快门(TMOS)-优点与进步(Time Multiplexed Optical Shutter(TMOS)-Advantages &Advanced)”中，记载为了进行如上述的MEMS显示器的图像显示而采用的快门控制方法。在一个帧的时间内，依序点亮R、G、B的背光用LED灯。在分别点亮R、G、B的背光用LED灯的子帧期间内，通过控制光学快门的开关时间而达成各颜色的灰阶表现。
图5所示为根据公知技术具备光学快门的显示器装置。如图5所示，在整个子帧全体期间内，背光源的光强度固定不变。另一方面，光学快门的开启时间在一个子帧全体期间内以1∶2∶4∶8∶16∶32∶64∶128的比例进行变化。换言之，一个子帧分割成8份。如此一来，显示器装置可表现出256个灰阶。图5以一个子帧期间内依序点亮R、G、B的背光用LED灯的序列方式举例说明，当然，也可以一个帧为单位来呈现通过光学快门的开关所得的灰阶表现。
不过，在根据公知技术的显示器装置中，为了驱动光学快门需要有相当高的频率。驱动频率愈高，所消耗的电力愈大。此外，也会有因零件劣化、发热等所致装置故障的问题发生。
发明内容
有鉴于此种问题，本发明提供一种在各像素中包括有光学快门的有源矩阵式显示装置，其目的在于提供一种具有尽可能低的驱动频率的有源矩阵式显示装置。
为了达成上述目的，本发明的有源矩阵式显示装置具有多个像素阵列以及照射所述多个像素的背光源，用以显示包含多个帧(frame)的图像，并包括：多个光学快门(shutter)，分别对应于所述多个像素而设置；一快门控制部，用以开关所述多个光学快门；一光源控制部，用以对该背光源所发射的光强度进行两阶段以上的多段调整；以及一同步控制部，使该光源控制部所进行的该背光源所发射的光强度的调整与该快门控制部所进行的所述多个光学快门的开关同步，以于一个特定帧中实现特定的灰阶表现。
如此一来，在各像素中包括有光学快门的有源矩阵式显示装置中，可提供一种具有尽可能低的驱动频率的有源矩阵式显示装置。结果使得消耗电力变小，同时避免零件劣化、发热等问题，因而延长显示装置的耐用时间。
在本发明的一实施例中，若上述一个特定帧实现M×N(M、N为2以上的整数)位元的灰阶表现时，该光源控制部较佳在该一个特定帧期间内以M个阶段变化该光源所发射的光强度，该快门控制部较佳在该一个特定帧期间内以N个阶段变化该光学快门开启时间，该同步控制部较佳控制该光源控制部与该快门控制部，以分别根据下式决定该光学快门开启时间的变化比Ax以及该光源所发射的光强度变化比Iy：
Ax＝2x   (x＝0，1，…，N-1)
Iy＝2yN  (y＝0，1，…，M-1)
或
Ax＝2xM  (x＝0，1，…，N-1)
Iy＝2y   (y＝0，1，…，M-1)。
因此，在一个帧期间内该光学快门开启时间的变化比以及背光辉度的变化比可根据上式而以一定的规则求得。
在本发明的一实施例中，在该光学快门开启时，该同步控制部较佳使该光源控制部所进行的该光源所发射的光强度变化与该快门控制部所进行的该光学快门的开关同步，以使该光源控制部将该光源所发射的光强度保持在一定强度的最短时间至少比该背光源的应答时间长，且比帧率的倒数短或至少相等。
如此一来，可避免背光源的应答损失以及闪烁的问题。
此外，根据本发明的一实施例的有源矩阵式显示装置可为MEMS显示装置或强介电性液晶显示装置。
光学快门在MEMS显示装置中为机械式开关，而在强介电性液晶显示装置中为电子式开关。
根据本发明的在各像素中包括有光学快门的有源矩阵式显示装置中，可提供一种具有尽可能低的驱动频率的有源矩阵式显示装置。
附图说明
图1所示为根据本发明的一实施例的显示装置的构成方框图。
图2所示为根据本发明的第一实施例的显示装置的灰阶表现。
图3所示为根据本发明各种实施例的显示装置中，可能的灰阶表现的实例。
图4所示为根据本发明的第二实施例的显示装置的灰阶表现。
图5所示为根据公知的显示装置的灰阶表现。
上述附图中的附图标记说明如下：
1   有源矩阵式显示装置
10  像素阵列
12  背光源
14  快门控制部
16  光源控制部
18  同步控制部
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的较佳实施例。
图1所示为根据本发明的一实施例的显示装置的构成方框图。
图1的显示装置1具有多个像素的阵列10以及照射所述多个像素的背光源12，为一种用以显示包含多个帧(也即动画)的有源矩阵式显示装置。在各像素中设有光学快门，通过此光学快门的开关来控制光源12所发射光的穿透情形。光学快门可以机械方式或电子方式进行开关。以机械方式进行光学快门开关的代表例为将根据微机电(MEMS)技术实施的快门设于薄膜晶体管(TFT)基板上的MEMS显示器。而以电子方式进行光学快门开关的代表例为利用施加电场使液晶分子配向产生变化的强介电性液晶显示器。
显示装置1还包括一用以开关设于各像素内的多个光学快门的快门控制部14、一用以对该光源12所发射的光强度进行两阶段以上的多段调整的光源控制部16、以及一使快门控制部14与光源控制部16同步的同步控制部18。该同步控制部18为了在一个特定帧中，利用快门开启的时间长度与光源12所发射的光强度的组合实现特定的灰阶表现，可使光源控制部16所进行的光源12所发射的光强度的调整与该快门控制部14所进行的光学快门的开关同步。
以下举具体实施例详细说明利用快门开启的时间长度与光源12所发射的光强度的组合是否可组合实现特定的灰阶表现。
实施例1
图2所示为根据本发明的第一实施例的显示装置的灰阶表现。由于本实施例的显示装置为黑白显示方式，因此须注意图2中显示在一个帧中的控制方式。
如图2所示，快门控制部14将一个帧期间内的光学快门开启时间变化为具有1∶2∶4∶8比例的4个阶段。具体来说，将一个特定帧分割成4个子帧，若一个帧的存在时间为TF，则各子帧在帧内的存在时间分别依序配置为(1/15)×TF、(2/15)×TF、(4/15)×TF以及(8/15)×TF。
在各子帧中，光源控制部16使光源12所发射的光强度(以下称为”背光辉度”)以1∶16的比例进行两阶段的变化。具体来说，在子帧的最初一半期间中，若使背光辉度为1，则剩下那一半期间的背光辉度为最初一半期间的16倍。如此一来，则与图5所示的公知技术不同，在本实施例中，背光辉度并非一直保持一定，而是设定在1∶16的比例下的两个值交互变换。因此，在一个帧期间，光学快门开启的最短延续时间为最初的子帧的延续时间的一半，也就是(1/30)×TF。如此一来，根据本实施例的显示装置如同公知的显示装置般，可有256灰阶的表现。
另一方面，在公知的显示装置中，光学快门开启的最短延续时间可从图5明显得知为(1/255)×TF。因此，在根据本实施例的显示装置中，为了驱动光学快门所需的频率比根据公知技术的显示装置低。
如此一来，由于光学快门的开关控制与背光辉度的变化加以组合，光学快门的驱动频率可变低，因而使消耗电力变小。此外，可避免零件劣化、发热等问题，因而延长显示装置的耐用时间。
图3所示为根据本发明各种实施例的显示装置中，可能的灰阶表现的实例。在图3的表中，将根据本发明各种实施例的显示装置的灰阶表现(方式1～15)与图5所示根据公知技术的显示装置的灰阶表现一起显示其数值，以进行比较。
在图3的表中，以网状背景标示那一行(方式10)所示为根据图2所示的实施例的显示装置的灰阶表现。根据此实施例，如图2所记载，已知背光辉度的变化阶段为两阶段，一个特定帧分割成4个子帧，灰阶以8位元表示(也即256位阶)，在一个帧期间内光学快门的开启时间以1∶2∶4∶8的比例变化，而背光辉度的变化比为1∶16。在此处，灰阶位元数等于背光辉度的变化阶段数与子帧数的积。
此外，在图3所示的表中，在整个单位子帧期间内所实现的辉度根据比例表示，在根据图2所示的实施例的显示装置的灰阶表现中，已知可得0，1，16，17的辉度。在子帧中，若光学快门在最初的一半期间以及剩余的一半期间中均关闭时，光源12所发射的光不会通过像素，此像素表现出黑色，此时的辉度为0。另一方面，光学快门只在最初的一半期间或剩余的一半期间之一中开启时，整个子帧的辉度为1或16中之一。而光学快门在最初的一半期间以及剩余的一半期间均开启时，则整个子帧的辉度为17。此外，在表中另外表示出光学快门开启的最短延续时间，在根据图2所示的实施例的显示装置中，如上所述，在一个帧的延续时间为TF时，其为(1/30)×TF。
应注意的为在此情形下，背光辉度的变化阶段数若为M(≥2)，光学快门开启时间的变化阶段数，也即子帧数为N(≥2)时，同步控制部18根据下式决定光学快门开启时间的变化比A2x与背光辉度的变化比I2y，以控制光源控制部16与快门控制部14：
A2x＝2x   (x＝0，1，…，N-1)    (1-1)
I2y＝2yN  (y＝0，1，…，M-1)    (1-2)
根据此式，在根据图2所示的实施例的显示装置中，背光辉度的变化阶段数M为“2”，子帧数N为“4”，因此可求得一个帧期间内光学快门开启时间的变化比A2x为“1，2，4，8”，而可求得背光辉度的变化比I2y为“1，16”。
上述的式子(1-1)以及(1-2)适用于图3的表中所示的方式8～14，包括表示图2所示实施例的显示装置的灰阶表现的方式10。
此外，在方式1～7的例子中，背光辉度的变化阶段数同样为M(≥2)，而子帧数同样为N(≥2)时，一个帧期间内光学快门开启时间的变化比A1x与背光辉度的变化比I1y以下式决定：
A1x＝2xM  (x＝0，1，…，N-1)    (2-1)
I1y＝2y   (y＝0，1，…，M-1)    (2-2)
根据此式，以方式2为例加以说明，则背光辉度的变化阶段数M为“2”，子帧数N为“3”，因此可求得一个帧期间内光学快门开启时间的变化比A1x为“1，4，16”，而可求得背光辉度的变化比I1y为“1，2”。
如此，一个帧期间内光学快门开启时间的变化比与背光辉度的变化比可以式子(1-1)及(1-2)或式子(2-1)及(2-2)之一所表示，遵循一固定的规则求得。
但例外的是方式15，其无法以式子(1-1)及(1-2)或式子(2-1)及(2-2)之一求得。方式15的辉度以8个阶段变化，在辉度变化的各个阶段中，不管哪一个所表示出的光学快门开启时间都相同。换言之，子帧数为1。而已知上述的式子(1-1)及(1-2)以及式子(2-1)及(2-2)都是适用于背光辉度的变化阶段数M以及子帧数N均为2以上的场合。
实施例2
图4所示为根据本发明的第二实施例的显示装置的灰阶表现。由于本实施例的显示装置为黑白显示方式，因此须注意图4中显示在一个帧中的控制方式。
如图4所示，快门控制部14和图2所示的第一实施例一样，将一个帧期间内的光学快门开启时间变化为具有1∶2∶4∶8比例的4个阶段。不过，在一个帧期间内，各变化期间以1∶2∶4∶1∶2∶4∶8∶8的比例依序分配。具体来说，若一个帧的延续时间为TF，则光学快门开启的第一至第三期间分别具有(1/30)×TF、(2/30)×TF以及(4/30)×TF等不同的延续时间，接着第四至第六期间也同样分别具有(1/30)×TF、(2/30)×TF以及(4/30)×TF等不同的延续时间，而最后的第七与第八期间分别具有相同的(8/30)×TF的延续时间。
此外，也和图2所示的第一实施例一样，光源控制部16使背光辉度以1∶16的比例进行2阶段的变化。不过，背光辉度不是在两个值之间一一交互变更，而是最初的第一至第三期间固定为1，接下来的第四至第六期间固定为16，第七期间再为1，最后的第八期间为16。
如此一来，根据本实施例的显示装置也如同公知的显示装置般，可有256灰阶的表现。
光学快门开启的最短延续时间和图2所示的第一实施例一样，为(1/30)×TF。不过，光学快门开启时，光源控制部16使背光辉度保持一定的最短时间在本实施例中相当于第一至第三期间或第四至第六期间的长度，为((1+2+4)/30)×TF。此与图2所示的第一实施例相比为7倍长度。因此，使背光辉度保持一定的最短时间变长，可避免背光源12的应答损失以及闪烁的问题。
一般而言，发光二极管(LED)可用作背光源12。因为LED的启动通常需要100～200ns的时间，光源控制部16使光源12所照射的光强度保持一定的最短时间较佳至少比该启动时间(一般称之为“应答时间”)长。相反地，若此最短时间过长，会使驱动频率过低，则易发生闪烁。具体来说，为了防止闪烁的发生，较佳以比用以表示单位时间内帧的更新次数的“帧率(framerate)”大或者至少相等的频率变化背光辉度。也即，该光源控制部维持该背光源所发射的光在一定强度的最短时间至少要比该背光源的应答时间长，且比帧率的倒数短或至少相等。
为了避免背光源的应答损失以及闪烁的问题，同步控制部18决定光学快门的开关控制以及背光辉度变化的组合，使光源控制部16所进行背光辉度的变化与该快门控制部14所进行的光学快门的开关同步。
具体来说，在图4所示的例子中，和图2所示的第一实施例相同，背光辉度的变化比为1∶16的两阶段变化，光学快门的开启时间以1∶2∶4∶8的比例变化，但这些组合，也就是一个帧期间内的子帧的配置不相同。因此，利用光学快门的开关控制与背光辉度变化的组合的各种组合，不只使光学快门的驱动频率降低，也可避免背光源的应答损失以及闪烁的问题。
以上就实施本发明的最佳形态进行说明，但本发明并不限于此最佳形态所述的实施方式。可在无损于本发明的范围内进行可能的变化。
例如，本发明的上述实施例也可适用于在一个帧期间内依序点亮R、G、B的背光用LED灯的序列方式，此时R、G、B的各背光用LED灯点亮的子帧期间内，可参照图2至图4实现灰阶表现的说明。

Claims (4)

1.一种有源矩阵式显示装置，具有多个像素阵列以及照射所述多个像素的背光源，用以显示包含多个帧的图像，其包括：
多个光学快门，分别对应于所述多个像素而设置；
一快门控制部，用以开关所述多个光学快门；
一光源控制部，用以对该背光源所发射的光强度进行两阶段以上的多段调整；以及
一同步控制部，使该光源控制部所进行的该背光源所发射的光强度的调整与该快门控制部所进行的所述多个光学快门的开关同步，以于一个特定帧中实现特定的灰阶表现。
2.如权利要求1的有源矩阵式显示装置，其中于该一个特定帧中实现M×N位元的灰阶表现时，M，N为2以上的整数，
该光源控制部于该一个特定帧的期间内对该背光源所发射的光强度进行M段调整；
该快门控制部于该一个特定帧的期间内对该等光学快门的开启时间进行N段调整；
该同步控制部根据下式分别决定该光学快门的开启时间的调变比Ax以及该背光源所发射的光强度的调变比Iy，以控制该光源控制部以及该快门控制部：
Ax＝2x  (x＝0，1，…，N-1)
Iy＝2yN  (y＝0，1，…，M-1)或者
Ax＝2xM  (x＝0，1，…，N-1)
Iy＝2y  (y＝0，1，…，M-1)。
3.如权利要求1的有源矩阵式显示装置，其中该同步控制部使该光源控制部所进行的该背光源所发射的光强度的调整与该快门控制部所进行的所述多个光学快门的开关同步，以于该光学快门开启时，该光源控制部维持该背光源所发射的光在一定强度的最短时间至少要比该背光源的应答时间长，且比帧率的倒数短或至少相等。
4.如权利要求1的有源矩阵式显示装置，其为微机电系统显示器或强介电性液晶显示器。
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