CN103198790A

CN103198790A - 一种自发光显示设备和修正显示单元亮度不一致的方法

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Publication number: CN103198790A
Application number: CN2013100814607A
Authority: CN
Inventors: 向运明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2013-07-10

Abstract

目前的自发光显示设备（如有机EL显示屏，也称OLED），都存在亮度衰减的问题。而且由于显示内容的原因，常亮的地方亮度衰减大，往往留下残影，俗称“烧屏”，这成为此类显示屏的缺陷。本发明的目的在于对显示单元的衰减规律进行跟踪，通过亮度衰减与工作时间的关系进行补偿修正，解决自发光显示设备由于显示单元亮度衰减导致屏幕亮度不均匀的问题。本发明在普通自发光显示设备基础上，增加了时间记录器、修正数据存储装置，修正处理电路，其显示单元可以不作更改，只需要显示设备修正输入电流或修正输入显示数据的方式解决自发光显示设备的“烧屏”缺陷，不提高显示屏的制作工艺和成本。本发明解决方法灵活，可通过软件改进不断完善修正效果，甚至在显示屏出厂之后也能通过刷新软件调整算法和参数，使显示屏工作在接近理想状态。

Description

一种自发光显示设备和修正显示单元亮度不一致的方法

技术领域

本发明是一种自发光显示设备和修正自发光显示设备的显示单元亮度不一致的方法。

背景技术

目前的自发光显示设备（如有机EL显示屏，也称OLED），都存在亮度衰减的问题。而且由于显示内容的原因，常亮的地方亮度衰减大，往往留下残影，俗称“烧屏”，这成为此类显示屏的缺陷。

为了解决OLED亮度衰减问题，目前提出了许多方案，台湾国立成功大学林志隆提出《补偿有机发光二极体衰减与薄膜电晶体临界电压漂移之新式画素电路设计》，其设计的电路，可以通过硬件在一定程度上补偿显示单元的亮度衰减。但是这种方案每个显示单元需要3个N型薄膜电晶体管、2个P型薄膜电晶体管与1个电容，需要2条扫描线来控制此电路，像素电路复杂。目前为了追求高品质显示效果，像素密度越来越高，在狭小的空间里布置复杂的电路对制造工艺有极高的要求，成品率难以保证。而且此补偿电路是依据OLED的临界电压的变化来进行补偿，虽然OLED的临界电压和亮度都随时间改变，但它们不直接相关。

发明内容

本发明的目的在于对显示单元的衰减规律进行跟踪，通过亮度衰减与工作时间的关系进行补偿修正，解决自发光显示设备由于显示单元亮度衰减导致屏幕亮度不均匀的问题。本发明解决方法灵活，可通过改进软件不断完善修正效果，甚至在显示屏出厂之后也能通过刷新软件调整算法和参数，使显示屏工作在接近理想状态。

本发明在普通自发光显示设备基础上，增加了时间记录器、修正数据存储装置，修正处理电路，其显示单元可以不作更改，只需要显示设备修正输入电流或修正输入显示数据的方式解决自发光显示设备的“烧屏”缺陷，不提高显示屏的制作工艺和成本。

在自发光显示屏中，有机EL显示屏（OLED）是最具前景的一种，目前在移动电话上获得了较大的应用。从使用情况得知，存在“烧屏”的问题，其“烧屏”具有很大的规律性，就是在移动电话的固定显示区域如状态栏最容易出现，而处于随机显示内容的区域，其亮度均匀。这说明：1.显示单元随使用时间延长亮度衰减明显；2.显示单元的亮度衰减特性基本一致。

本发明显示设备具有记录器，可以记录显示单元的工作时间。通过记录器里面显示单元的工作时间，根据亮度衰减与时间的关系，计算出显示单元的修正参数，修正数据存入修正数据存储器里面。显示屏工作的时候，读取显示单元的修正数据，对显示数据进行修正，补偿因显示单元衰减导致的亮度不一致问题，本发明显示设备原理框图如图1。

本发明显示设备的显示单元在一定电流I下持续发光一段时间t所导致的光通量衰减，与显示单元工作在参考电流I_s下持续一段时间t_s引起的光通量衰减相同，设：

t_s=f_tI(I)*t (1)

f_tI(I)是显示单元工作在电流I下的等效时间换算系数，如图2，其表达式为：

f_tI(I)=(I/I_s)^j (2)

针对一定规格的显示单元，j为常数，可通过试验测出。

参考电流I_s可根据需要选定，一般设定为显示设备最大可用亮度时流过显示单元的电流。对于采用三原色（红色R、绿色G、蓝色B）的显示设备，由于发不同色光的显示单元特性不同，参考电流I_s分别设定为I_sR、I_sG、I_sB，常数j分别为j_R、j_G、j_B，等效时间换算系数分别为f_tISR(I)、f_tISG(I)、f_tISB(I)，由式(2):

f_tISR(I)=(I/I_sR)^j_R (3)

f_tISG(I)=(I/I_sG)^j_G (4)

f_tISB(I)=(I/I_sB)^j_B (5)

计录器针对各显示单元独立处理，按换算后的等效时间t_s进行累加,累加后的时间为tz。设显示单元工作一段时间后的累加时间为tz_n，则:

tz_n=t_s1+t_s2+…+t_sn=tz_(n-1)+t_sn (6)

t_sn为显示单元第n次等效工作时长。

计录器记录各显示单元累加后的总时间tz，不必记录已累加过的t_s。

由于显示单元光通量随着工作时间的增加而逐渐衰减，该显示设备的显示单元工作tz后在一定条件下光通量Φ_tz与同样条件下初始（tz=0）光通量Φ₀有对应关系：

Φ_tz=f(tz)*Φ₀ (7)

f(tz)是对工作tz后的显示单元光通量与初始光通量的比值,称其为光通量换算系数。f(tz)与累加时间tz的关系如图3，其表达式为：

f(tz)= e^(-k*tz) (8)

针对一定规格的显示单元，k为常数，可通过试验测出。

对于采用三原色(RGB)的显示设备，由于发不同色光的显示单元特性不同，其常数k也不同。设三原色的光通量换算系数f(tz)分别为f_R(tz)、f_G(tz)、f_B(tz)，常数k分别为k_R、k_G、k_B，由式(8)：

f_R(tz)= e^(-k_R*tz) (9)

f_G(tz)= e^(-k_G*tz) (10)

f_B(tz)= e^(-k_B*tz) (11)

显示单元工作tz后一定条件下的光通量分别为Φ_Rtz、Φ_Gtz、Φ_Btz，初始三原色光通量分别为Φ_R0、Φ_G0、Φ_B0，由式(7)得其关系为：

Φ_Rtz=f_R(tz)*Φ_R0 (12)

Φ_Gtz=f_G(tz)*Φ_G0 (13)

Φ_Btz=f_B(tz)*Φ_B0 (14)

显示单元的光通量Φ与电流I成正比关系，设：

Φ₀=m*I (15)

m为常数，由公式(7)、(15)得：

Φ_tz=f(tz)* m*I (16)

对于电流控制灰度的显示设备，通过修正输入电流的方式修正光通量。设修正后电流为I_x,修正后的光通量为Φ_x，根据上面的公式(16)，则:

Φ_x=f(tz)* m*I_x (17)

修正的目的是使光通量Φ_x等于初始光通量Φ₀，即Φ_x=Φ₀，由公式(15)、(17)得：

f(tz)* m*I_x=m*I

即：

I_x=(1/ f(tz))*I (18)

1/ f(tz)就是显示单元电流修正系数。

显示设备由M行、N列像素陈列组成，设一像素位于显示屏第x行、y列，该像素三原色（RGB）显示单元累加时间tz分别为tz_R(x,y)、tz_G(x,y)、tz_B(x,y)，其三原色(RGB)显示单元对应的电流的修正系数计算式分别为：

1/ f_R(tz_R(x,y))、1/ f_G(tz_G(x,y))、1/ f_B(tz_B(x,y)) (19)

式(19)就是采用电流控制灰度的显示设备的修正数据计算式，显示设备读取各显示单元在记录器中的tz，分别计算，然后存储在修正数据存储器里。

显示设备可通过修正输入显示数据的方法实现显示的均匀一致,此方法具有更广泛的适用性。由式（7）：

Φ₀=(1/f(tz))*Φ_tz (20)

要得到与初始值Φ₀相同的光通量，必须在Φ_tz上乘以一个修正系数1/f(tz)。可用此系数对输入的显示数据进行修正。

显示设备由M行、N列像素陈列组成，设一像素位于显示屏第x行、y列，该像素RGB值为（L_R(x,y),L_G(x,y),L_B(x,y)），显示单元累加时间tz分别为tz_R(x,y)、tz_G(x,y)、tz_B(x,y)，三原色(RGB)显示单元对应的修正系数1/f(tz)分别为1/ f_R(tz_R(x,y))、1/ f_G(tz_G(x,y))、1/ f_B(tz_B(x,y))，修正后的像素RGB值为：

（[L_R(x,y)/f_R(tz_R(x,y))+0.5],[L_G(x,y)/f_G(tz_G(x,y))+0.5],[L_B(x,y)/f_B(tz_B(x,y))+0.5]） (21)

光通量总是随工作时间不断衰减，也就是只要在显示单元工作后（tz>0），f_R(tz_R(x,y))、 f_G(tz_G(x,y))、f_B(tz_B(x,y))总是<1, 1/ f_R(tz_R(x,y))、1/ f_G(tz_G(x,y))、1/ f_B(tz_B(x,y))就总是>1，修正后的像素RGB名义数值将增大，这样就会导致饱和度溢出的问题。比如一像素采用8位色阶，原RGB值是（255,250,240）,假定f_R(tz_R(x,y))、f_G(tz_G(x,y))、f_B(tz_B(x,y))均为0.95，那么修正后的RGB值是（268,263,253）,由于8位色阶最大为(255,255,255),这样得不到我们想要的结果。

为了避免这种情况，从存储装置的所有显示单元的光通量换算系数f(tz)中，找出最小的f(tz)（就是光通量衰减最大），设其为f_min(tz)。把式(21)中的RGB值分别乘以f_min(tz)，最终修正后的RGB值为：

([L_R(x,y) *f_min(tz)/f_R(tz_R(x,y))+0.5],[L_G(x,y) *f_min(tz)/f_G(tz_G(x,y))+0.5],[L_B(x,y) *f_min(tz)/f_B(tz_B(x,y))+0.5]) (22)

一像素采用8位色阶，原RGB值是（255,250,240）,假定其f_R(tz_R(x,y))、f_G(tz_G(x,y))、f_B(tz_B(x,y))均为0.95，f_min(tz)为0.9，那么根据式(22)修正后的RGB值是（242,237,227）。

由以上可知，输入显示数据修正后会降低亮度。显示设备最大亮度一般远高出人眼的舒适亮度，故亮度降低可通过调节显示设备亮度设置来校正，只是最高亮度是显示设备初始状态最高亮度值乘以f_min(tz)。

式(22)就是显示数据的修正计算式，显示设备需要根据每一个像素的显示单元在记录器中的累加时间tz_R(x,y)、tz_G(x,y)、tz_B(x,y)，分别计算出各像素显示单元的修正数据f_min(tz) /f_R(tz_R(x,y))、f_min(tz) /f_G(tz_G(x,y))、f_min(tz) /f_B(tz_B(x,y))，然后存储在修正数据存储器里。

由于显示设备在短时间内的亮度衰减差异人眼无法觉察，故修正数据不需要实时更新。根据需要来设定更新条件，可设定显示设备每工作N小时更新一次，在待机状态下实施更新。N根据显示设备实际规格设定，但要求显示设备在显示修正数据更新之前，人眼不能发现显示不均匀现象，取满足要求的较大N值，减少更新次数。N可选取范围为100～10000。

式（2）、式（8）中的等效时间换算系数常数j、光通量换算系数常数k是修正的关键参数，如果此参数设置不当，可以通过软件更新或者在工程模式下调节。

本发明显示设备时间记录器中的tz数据如果丢失，将导致没有修正数据或错误的修正数据，可通过以下方式解决。

由式（7）得：

f(tz) =Φ_tz /Φ₀

通过专业仪器测试各显示单元Φ_tz，Φ₀可从显示设备出厂资料中得到，故可以获得f(tz)数据。由式（8）得：

tz=-ln(f(tz)) /k

f(tz)、常数k已知，故各单元tz值可以算出，通过专用设备写入到显示设备时间记录器中，恢复丢失的tz数据。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明的等效时间换算系数f_tI(I)与显示单元电流I的关系。

图3是本发明的光通量换算系数f(tz)与显示单元累加总时间tz的关系。

具体实施方式

一有源距阵有机EL显示设备（AM-OLED），具有记录显示单元工作时间的记录器、修正数据存储器，此显示设备采用子场法控制灰度。

设显示设备最大亮度时的显示单元电流为参考电流，此规格显示设备三种颜色(RGB)显示单元的等效工作时间换算系数的常数j分别为：j_R=1.6，j_G=1.4，j_B=2.0。由式(3)、式(4)、式(5)，等效工作时间换算系数与工作电流的关系为：

f_tISR(I)=(I/I_sR)^1.6

f_tISG(I)=(I/I_sR)^1.4

f_tISB(I)=(I/I_sR)^2.0

由于采用子场法控制灰度，显示单元亮度通过通电的时间（由子场通断电控制）实现。显示设备亮度设定不变，通过显示单元的电流大小也不变，其等效时间换算系数也是不变的。比如显示设备设定为中等亮度，其电流为最大亮度时的50%，此时等效时间换算系数为：

f_tISR(I)=(I/I_sR)^1.6=0.5^1.6=0.33

f_tISG(I)=(I/I_sR)^1.4=0.5^1.4=0.38

f_tISB(I)=(I/I_sR)^2.0=0.5^2.0=0.25

显示单元的工作时间就是通电的子场时间t，按式（1），乘以等效时间换算系数后就是等效时间t_s；按式（6），由t_s累加就得到该显示单元的总的等效时间tz。

此规格显示设备三种颜色(RGB)显示单元的光通量换算系数f(tz)常数k分别为：k_R=0.000016, k_G=0.000025, k_B=0.000035。由式(9)、式(10)、式(11)，光通量换算系数与该显示单元的总等效时间tz的关系为：

f_R(tz)=e^(-0.000016tz)

f_G(tz)=e^(-0.000025tz)

f_B(tz)=e^(-0.000035tz)

该显示设备中某一像素的显示单元(RGB)的等效工作时间tz分别为3000小时、4000小时、5000小时，代入上式：

f_R(tz)=e^(-0.000016*3000)=0.953

f_G(tz)=e^(-0.000025*4000)=0.905

f_B(tz)=e^(-0.000035*5000)=0.839

上述像素中的蓝色(B)显示单元本身亮度衰减较快，而且工作时间较长，发生了较大的亮度衰减，亮度降低了16%以上，如果其相邻的像素工作时间短，衰减很小，在显示纯色内容的时候，就容易出现显示不均匀现象。为解决此问题，根据式(22)进行修正。

从该显示设备的所有光通量换算系数中，找出最小的换算系数f_min(tz)，这里假定f_min(tz)=0.8。由式(22)，得:

[L_R*f_min(tz)/f_R(tz)+0.5]= [L_R*0.8/0.953+0.5]= [0.839L_R+0.5]

[L_G*f_min(tz)/f_G(tz)+0.5]= [L_G*0.8/0.905+0.5]= [0.884L_G+0.5]

[L_B*f_min(tz)/f_B(tz)+0.5]= [L_B*0.8/0.839+0.5]= [0.954L_B+0.5]

显示设备该像素为8位色深，纯白(255,255,255)，代入上式：

[0.839L_R+0.5]=214

[0.884L_G+0.5]=225

[0.954L_B+0.5]=243

修正后的RGB数据为(214,225,243)。

由上例可以看出，如果显示设备的所有显示单元中亮度衰减最大的单元只有原来亮度的80%，为了实现显示的一致性，所有的显示单元的亮度都修正到显示设备初始状态（tz=0）的80%。这样实现了显示的一致性，但亮度降低。

由于显示设备的亮度范围很宽，最大亮度一般远高出人眼的舒适亮度，故只要调节显示设备亮度设置就可校正亮度降低问题。

Claims

1.一种自发光显示设备，包括有自发光显示单元的显示屏和驱动电路，其特征是：该设备具有计录器，能够记录该显示设备的显示单元工作时间，通过该记录对显示设备由于亮度衰减导致的显示不一致进行修正。

2.根据权利要求1，其特征是：该设备的显示单元在一定电流I下持续发光一段时间t所导致的光通量衰减，与显示单元工作在参考电流I_s下持续一段时间t_s引起的光通量衰减相同，其t_s=f_tI(I)*t，f_tI(I)是显示单元工作在电流I下的时间换算系数；计录器针对各显示单元独立处理，按换算后的等效时间t_s进行累加，累加后时间为tz，其计录器分别记录各显示单元的累加时间tz。

3.根据权利要求2，其特征是：显示单元工作在电流I下的等效时间换算系数f_tI(I)=(I/I_s)^j，对于一定规格的显示单元，j为常数。

4.根据权利要求2，其特征是：该设备显示单元的光通量衰减与累加时间tz有对应关系，Φ=f(tz)*Φ₀，Φ₀为tz=0时同样外部条件下显示单元的光通量，f(tz)是显示单元工作tz时间后的光通量相对初始光通量的换算系数；存储装置记录显示单元的修正数据，显示设备可读取修正数据，对显示进行修正，使发光单元发出需要的光通量。

5.根据权利要求4，其特征是：显示单元光通量修正系数f(tz) = e^(-k*tz)，对于一定规格的显示单元，k为常数。

6.根据权利要求4，其特征是：显示设备采用电流强度控制灰度，显示单元未衰减时的理想电流为I，衰减后经过修正的电流为I_x，其关系为I_x=(1/ f(tz))*I。

7.根据权利要求6，其特征是：显示设备具有修正数据存储器，存储所有显示单元的修正数据1/ f(tz)；对于显示设备由三原色（RGB）组成的彩色显示屏，由M行、N列像素组成，三原色的光通量换算系数f(tz)分别为f_R(tz)、f_G(tz)、f_B(tz)；设一像素位于显示屏第x行、y列，该像素三原色（RGB）显示单元累加时间tz分别为tz_R(x,y)、tz_G(x,y)、tz_B(x,y)，其三原色(RGB)显示单元对应的电流的修正系数为：1/ f_R(tz_R(x,y))、1/ f_G(tz_G(x,y))、1/ f_B(tz_B(x,y))；修正数据存储器存储所有像素的三原色显示单元修正系数1/ f_R(tz_R(x,y))、1/ f_G(tz_G(x,y))、1/ f_B(tz_B(x,y))。

8.根据权利要求4，其特征是：显示设备采用修正输入数据的方式(如像素的RGB值)修正亮度衰减导致的显示不一致。

9.根据权利要求8，其特征是：显示设备的显示屏由M行、N列像素组成，设一像素位于显示屏第x行、y列，输入数据的RGB值为（L_R(x,y),L_G(x,y),L_B(x,y)），其RGB显示单元累加时间tz分别为tz_R(x,y)、tz_G(x,y)、tz_B(x,y)，光通量换算系数f(tz)分别为f_R(tz_R(x,y))、f_G(tz_G(x,y))、f_B(tz_B(x,y))；显示设备所有显示单元的光通量换算系数f(tz)中，最小的f(tz)设其为f_min(tz)，则修正后RGB值为：（[L_R(x,y) *f_min(tz) /f_R(tz_R(x,y))+0.5],[L_G(x,y) *f_min(tz) /f_G(tz_G(x,y))+0.5],[L_B(x,y) *f_min(tz) /f_B(tz_B(x,y))+0.5]）。

10.根据权利要求9，其特征是：显示设备具有修正数据存储器，存储所有像素显示单元的修正数据f_min /f_R(tz_R(x,y))、f_min /f_G(tz_G(x,y))、f_min /f_B(tz_B(x,y))。

11.根据权利要求7或9，其特征是：显示设备的修正数据不需要实时更新，根据需要设定条件更新。