CN1864193A - 场致发光显示器件 - Google Patents

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Abstract

在有源矩阵场致发光显示器中，多个像素行被照明，规定了由一个未照明的带(12)分隔开的各行的至少两个带(10)。这些像素行的带随时间沿列方向滚动，并且在任何时间点至多有75％的行被照明。这个方法实质上是双条滚动方法。通过滚动两个条，需要的峰值亮度随有效的总的忙闲度增加而减小。然而，照明的周期仍旧可以保持为短的，这样，运动感觉继续得到改进。对于相同的帧速率，滚动速度可以减半，否则可以提高帧速率，以减小闪烁。

Description

场致发光显示器件
本发明涉及场致发光显示器件，特别涉及具有与每个像素相关联的薄膜开关晶体管的有源矩阵显示器件。
采用场致发光的、发光的显示单元的矩阵显示器件是熟知的。显示单元可包括有机薄膜场致发光单元，它们例如使用聚合物材料或使用传统的III-V半导体混合物的发光二极管(LED)。在有机场致发光材料特别是聚合物材料方面的最近的开发表明了它们实际被使用于视频显示器件的能力。这些材料典型地包括夹在一对电极之间的半导体共聚聚合物的一个或多个层，其中的一个电极是透明的，另一个电极是适合于把空穴或电子注入到聚合物层的材料。
图1显示用于有源矩阵寻址的场致发光显示器件的已知的像素电路。显示器件包括具有按规则间隔像素的行和列矩阵阵列的一块板，这些像素被表示为方块1并且包括场致发光显示单元2，连同相关的开关装置一起位于行(选择)和列(数据)地址导体4和6的交叉组之间的交叉点上。为了简化，图上仅显示几个像素。实际上，可以有几百个行和列的像素。像素1通过外围驱动电路经由行和列地址导体组被寻址，该驱动电路包括连接到各个导体组的末端的行扫描驱动电路8和列数据驱动电路9。
场致发光显示单元2包括有机发光二极管，这里被表示为二极管单元(LED)和包括一对电极，在这对电极之间夹有一个或多个有机场致发光材料的工作层。阵列的显示单元连同相关联的有源矩阵电路一起被承载在绝缘支撑物的一侧。显示单元的阴极或阳极都由透明的导电材料形成。支撑物是由诸如玻璃的透明材料形成，以及最靠近基片的显示单元2的电极可以由透明的导电材料如ITO组成，使得由场致发光层生成的光通过这些电极和支撑物而发射，以使得在支撑物另一侧的观众可以看得见。
LED显示器(聚合物型和小分子型)比起现有的市场上销售的平板显示屏技术提供许多熟知的好处。这些优点包括较好的视角，较快速的固有响应时间(较好的运动图像性能)，较轻的重量，较低的功率消耗和较便宜的制造成本。
无源矩阵显示器一次照明一行像素，其结果是得到非常高的峰值亮度和大的电压摆动。功率损耗随显示器尺寸按指数增加，这样的显示器对于用现有的材料来实现超过大约8cm对角线变为不实际的。有源矩阵技术在每个像素中放置存储器单元，使得像素的各行能够用数据电压来寻址，该电压对在整个帧周期内的像素电流流动进行编程。
一个其中所有像素连续地发光的显示器(例如上面讨论的简单有源矩阵)带来一个有时被忽视的问题。如果观察者在屏幕上观看运动图像，由于他们的眼睛跟踪运动和汇集接收的光，会造成一种运动模糊的结果。众所周知，减小显示器忙闲度(duty cycle)(例如25％)将大大地减小这种形式的图像损害。
在LCD中达到这种忙闲度减小的一种演示的措施是频闪(strobe)整个背光。一种可比较的技术可以应用到有源矩阵OLED显示器；首先把场亮度数据进行编程，然后在下一个场被编程之前，使整个显示“闪烁”(通过开关公共阴极，电源干线(rail)，或某些像素内的晶体管之一)。
最终得到图像清晰得多。闪烁可能引起成为其副作用的场颤动，但这可以通过使得闪烁频率足够高而被抑制。在LCD中，接通和关断图像是通过背光执行的。LCD本身对于这样的切换不够快。
新显示器不呈现这种慢响应，光的切换可以由像素单元本身来执行，因而允许以非常低的成本建立非常灵活的控制图像的方式。像素可被编程以生成特定量的光，以及可被编程以便关断，因此建立一种以某个忙闲度来生成光的方案。
已知的寻址方案是‘寻址与闪烁’方案，其中光栅时间被划分成两个周期：一个其中每行用图像信息进行编程但不发光的寻址周期；以及一个在其中不进行寻址但显示器发光的周期。
在有源矩阵OLED型显示器中，这样使整个屏幕“闪烁”有两个基本缺点：对显示进行寻址的可用时间被减小到等于帧速率减去闪烁周期(特别是在高分辨率显示器中，你需要尽可能多的时间用于寻址)，另外，由于泄漏，在显示器的最近寻址的部分(典型地在底部)，图像的亮度或对比度特性很可能会不同于首先被寻址的部分(例如顶部)。
也曾提出过“滚动”的照明方法，这里行按传统的方式顺序地被寻址，然后在寻址后在n5行时间内被照明(行时间是是寻址一行像素所花费的时间)。这样，在任何时刻跟随在行被寻址后立即被照明的屏幕的部分例如是屏幕的四分之一(25％忙闲度)。这个方法保证每一行在寻址后同时被照明。
US 6 583 775公开一种驱动方案，其中各行被轮流寻址，但它们在场周期结束之前被关断，以便以上述的方式提供亮度控制。
图2显示这些不同的已知的驱动驱动方案。所显示的滚动技术在具有分段和顺序照明的背光的LCD上被演示。在滚动条方案中，每行被寻址两次，一次把像素接通，再一次把像素关断。这样，忙闲度可以通过调节这两个寻址步骤之间的时间而容易地控制。条的高度表示忙闲度的大小。这种寻址方案具有几个技术优点，并且是非常灵活的。
图3显示时间上的光分布，正如对于滚动条方案由每行看到的，这清楚地显示帧周期Tf的重复速率。取决于Tf的数值，大面积的闪烁将是可见的，特别是当忙闲度具有低的数值时。在选择50Hz帧速率时情形肯定是这样的。一个明显的解决方案是选择Tf数值，以使得看不到大面积闪烁。然而，这意味着帧速率的变换，并将导致诸如光晕圈的运动伪像。
在LED显示器的每个像素上产生光的电流是经由电源线供给的。因为该线具有电阻并有电流流过该像素，所以将产生电压降，这会导致串扰。而且，电压必须至少等于跨越驱动晶体管和LED二极管的电压。这对于大显示器特别是问题。
图4显示电源线电压降如何产生影响的，该影响取决于屏幕尺寸和滚动方案的忙闲度。曲线图显示在假设一个均匀的白色图像时在变化的屏幕尺寸和忙闲度的情况下电源线的最大电压降。对于大屏幕尺寸和低的忙闲度，结果表明电源线电压降如何会是一个问题，这时电源电压的典型值是15伏。
这些曲线图假设需要恒定的光输出。当忙闲度减小时，为了达到给定的亮度，在照明期间所需要的亮度更高，因此这需要更高的电流，所以产生更大的电压降。图4A显示在50％忙闲度时电压降对屏幕尺寸的曲线，以及图4B显示在30英寸(75cm)的屏幕尺寸下电压降对忙闲度的曲线。
按照本发明，提供了照明一个包括以行和列排列的显示像素的阵列的有源矩阵场致发光显示器件的方法，该方法包括，在任何时间点，照明多个像素行，这多个行规定了由一个未照明的带分隔开的至少两个带的行，该至少两个带的像素行随时间沿列方向滚动，以及其中在任何时间点至多75％的行被照明。
这个方法实质上是双条滚动方法。通过滚动两个条，需要的峰值亮度因有效的总的忙闲度的增加而减小。然而，照明的周期仍旧可以保持为短的，特别是，在小于75％的忙闲度时，从而使运动感觉继续得到改进。对于相同的帧速率，滚动速度可以减半，否则可以提高帧速率，以减小闪烁。
像素行的每个带可包括多个相邻的像素行。这样，图像中不同帧的图像数据可以在不同的带中显示，从而使得两个相邻的帧的不同的部分在任何一个时间被显示。
在优选实施例中，像素行的每个带包括多个顺序交替的像素行。这使得能实现隔行扫描的方案，由此只有奇数或偶数行出现在一个带中，这样，为显示一帧的数据需要两次滚动操作，一次用于奇数行，一次用于偶数行。这是优选的实施方案，特别是当图像数据是隔行扫描的格式时(即，每个帧由两个相继的场组成，一个场只包含偶数行，一个场只包含奇数场，并且场的内容由一个场时间在时间上分隔开)。因此不需要实际的去隔行器。
这使得每个显示区域的闪烁速率加倍。
本发明还提供一个包括以行和列排列的显示像素阵列的有源矩阵场致发光显示器件，和用于同时照明多个像素行的每一行的行驱动器电路，该多个行规定了由未照明的带分隔开的至少两个带的各行，其中行驱动器电路包括用于在至多75％的帧周期内照明每个行以使得被照明的行规定了随时间沿列方向滚动的像素行的至少两个带的装置。
为了使得图像数据能够被重新格式化为多滚动条格式，一个帧缓存器优选地被提供来用于存储图像数据。帧缓存器只需要存储相应于图像数据的单独一帧的数据量。数据然后可以按顺序逐帧地写到帧缓存器中，使得帧缓存器存储用于两个相邻的帧的部分数据，并且数据可以在两个位置同时从帧缓存器被读出。这样，这两个位置提供用于两个滚动条的图像数据。
两个位置因此优选地包含来自不同的相邻的图像数据帧的数据。
现在参照附图详细地描述本发明的例子，其中：
图1显示传统的LED显示器；
图2显示多个已知的寻址方案；
图3显示在图2的滚动条系统中用于一个像素行的光输出的时序；
图4用来解释与滚动条方案有关的问题；
图5显示本发明的第一寻址技术；
图6被使用来更详细地解释图5的技术；
图7显示本发明的第二寻址技术；
图8被使用来更详细地解释图7的技术；
图9显示在图8的滚动条系统中用于一个像素行的光输出的时序；
图10用来显示图8的技术的限制；
图11使用来解释本发明的技术的好处的曲线图；
图12(a)和12(b)用来进一步解释本发明的技术的好处的曲线图；
图13显示用于实施本发明的方法的本发明的显示器；
图14显示在图13中使用的帧缓存器的优选的结构；以及
图15用来解释帧缓存器的操作。
本发明提供一种双条滚动寻址方案。通过滚动两个带，需要的峰值亮度因有效的总的忙闲度的增加而减小。而且，生成光的行被更好地分布在显示器上。这两个因素都减少了与行导体电阻相关联的问题。然而，对于每行的照明的周期依旧是短的以给出良好的运动重现。
图5显示本发明的具有两个滚动条10的寻址方案。在被照明的行的带10之间有一个非照明的带12。打阴影线的条显示在特定的时间点显示的行，以及5个顺序的时间被显示为包括两个帧周期。光是从显示器的两个条中被发射的，两个条以半个屏幕高度被分隔。该两个条以相同的速度滚动。由于不可能真正同时寻址两个条的两行，所以各行是以交替的方式被寻址的。
已经知道，像素电路允许显示单元在帧周期内被接通和关断。例如，已经知道的像素电路包括一个阈值电压测量电路，以使得能补偿驱动晶体管的阈值电压的改变。这些电路的某些例子包括一些中断开关，它们用于阈值测量操作，但也使得显示单元能够在寻址后和在帧周期结束之前被关断。
各种像素设计对于本领域技术人员将是已知的，这些设计使得显示单元能够被关断，因此这些像素电路不在本申请中描述。
当与单条滚动系统相比较时，有几种另外的可能性。
如果帧速率保持为恒定，这些条将以较低的速度滚动，而寻址动作的数目将保持相同。这示于图5。
替换地，帧速率可被加倍，以便减小大面积闪烁，这时这些条以相同的速度滚动，但寻址步骤数也加倍。
在这两种情形下，这些条都将显示来自以后的图像帧的视频，如图6所示，这说明在输入视频帧(排序号1到4)，这些图像的显示和帧速率之间的关系。在所显示的例子中的忙闲度(在一定的时间内发光的行数的百分数)是50％。
如图所示，对于要被显示的不同的图像帧的图像数据是在不同的带中显示的。因此，每个图像从顶部到底部逐行被显示，但在同时不同的图像(前一帧或后一帧)也被显示。
由于这会增加闪光频率所以希望将帧速率加倍。典型地，如果帧速率加倍，寻址动作的数目必须被加倍。
一种隔行的加倍的滚动条方案可用来使闪光频率加倍，而同时保持寻址动作数目不变。当数据源是隔行格式时，这是特别有用的。这个技术典型地不会用于正常的逐行扫描的数据，因为它导致一半信息被丢弃，而且一个帧会被分隔成两个相继的场，它们在时间上被半个帧时间分隔开。这会对移动的物体导致双边缘，除非使用运动补偿。这个方案被显示于图7。
同样地，两个条在屏幕上滚动，但一个条只包含奇数行，而另一个条只包含偶数行。图7显示两个带的行的滚动，一个带包含奇数行，而另一个带包含偶数行。
在一个帧周期内(它相应于图7上的4个图像)，每个显示区域闪烁两次。例如，在显示的顶部的一带的行开始在偶数行闪烁(第一图像)，并且再次地在半帧周期后在奇数行闪光(第三图像)。
为了避免运动伪像，在一个条上显示的视频应当进行运动校正。
图8显示对于这个隔行扫描的双条方案如何显示接连的帧，以及显示在输入视频帧这些图像的显示和帧速率之间的关系。
一个帧的图像信息用对角线方式的淡阴影线表示，一个对角线方向用于奇数行，另一个对角线方向用于偶数行。用于下一个帧的图像信息用对角线方式的粗黑的阴影线表示，一个对角线方向用于奇数行，另一个对角线方向用于偶数行。
在任何时间，同一个图像的奇数和偶数行被显示，否则显示来自一个帧的奇数行以及来自相邻的帧的偶数行。
在本例中的忙闲度被减小为25％，因为在一个条中只有一半行发光。
当由显示器发射的光在几个相邻的行内被平均时，得到如图9所示的时间响应。
对于人的眼睛，时间刷新速率被加倍以及大面积闪烁被减小，而同时寻址动作的数目保持不变。
对于接近50％的忙闲度，会重现奇怪的运动伪像(看起来像所谓的“鱼骨”结构)。这可参照图10来解释。顶部曲线图显示偶数行的照明的顺序，以及底部曲线图显示相邻的奇数行的照明的顺序。
在箭头所示的时间，相邻的奇数和偶数行将同时显示来自不同的帧的视频。所以，隔行扫描的滚动条优选地用于低忙闲度驱动方案(具有小于50％的忙闲度)。
隔行扫描驱动方案的另一个缺点是出现行的爬行(crawl)。这是相邻的行显示来自不同帧的信息的结果，低的忙闲度和运动补偿会减小这个缺点。
这种影响具体地在矩阵显示中可看见的，因为像素被非常清晰地限定。
为了消除行爬行，对上述的隔行扫描方案的另一个修正方案，是使用具有双行寻址的隔行扫描方案。在这种情形下，每个带包括所有的相邻的行(而不是仅仅是奇数或偶数行)，但每个带用来自同一个帧的数据被寻址两次。不是只寻址偶数或奇数行，而是偶数和相邻的奇数行同时和用相同的数据寻址。结果是在被寻扯的行之间没有黑色行。然而，由于在偶数和奇数帧中的数据不是相同的，即使对于静止的图像(它们在时间上分隔开1/2行)，最终得到的图像不是完全稳定的。这仅仅在忙闲度是短的以便在偶数帧与奇数帧之间提供间隙时才行得通。
除了峰值亮度减小(两行发光，而不是一行)，时间响应将是如图9所示的隔行驱动方案的情形。
在输入视频与视频的显示之间的关系将类似于图8，除了忙闲度的2倍的差别(现在，在每条带中所有的行都生成光)以外。这意味着，看到的时间刷新速率将加倍。然而，明显的缺点是分辨率的损失。这需要对显示器的(细微的)修改。寻址行动的次数保持相同，但有两倍的行被寻址。导致分辨率的损失是因为一个帧被分割为两个场，一个用于偶数行，另一个用于奇数行。每个场因此只包含一半信息。这两个场是顺序地显示的，而整个图像在眼睛中被合并为一个图像。当观看一个特定的行时，在图像的一个场中存在的正确的数据与从相邻的行被内插在另一个场的数据由眼睛合并在一起。
工作的、并因此从电源线抽取电流的行随不同的寻址方案而变化。这将对于电源线上的电压降有影响。
图11显示以下四种不同的寻址方案的电源线电压：闪烁(“flash”)、滚动条(“scr”)、双滚动(“dbl scr”)和隔行滚动(“intscr”)。这个电压是在一个帧周期上的平均值。忙闲度是50％以及电源电压是15伏。
本发明的寻址方案对于垂直电源线是特别有利的，以及图11假设使用垂直电源线。
由于明显的原因，在电源线的中心出现最大电压降。闪烁寻址方案具有最大的电压降，因为在这个方案中所有的像素同时抽取电流。对于滚动条方案，电压降降低，而对于双滚动和隔行滚动方案，电压降甚至进一步减少。对于滚动条，仅仅一部分行(忙闲度×行数)同时抽取电流，导致在每个时刻的较小的电压降。在隔行滚动条和双滚动方案中，抽取的电流被分布在上半个和下半个屏幕。由于电源线是连接在两侧的，电压降更进一步减小。
图12显示对于变化的屏幕尺寸(图12(a))和忙闲度(图12(b))沿垂直电源线的最大电压降。使用了与如图11所示的相同的术语。
对于屏幕尺寸，所有的寻址方案对于较大的屏幕尺寸电压降增加，虽然本发明在实施大的屏幕尺寸时确实提供某些改进。
对于忙闲度，极限是在100％(即，1)忙闲度时的电压降。对于低的忙闲度，在闪烁方案中电压降快速增加，而对于双滚动和隔行滚动方案，它几乎保持恒定的。所以，双条寻址方案能够在低忙闲度下驱动AMPLED显示器。
图13显示实施双条寻址方案的可能的显示系统。显示控制器20把输入视频数据存储到帧缓存器22，并控制驱动显示器的行驱动器9和列驱动器9。显示的数据通过帧缓存器22被提供给列驱动器9。
图14和15解释数据在帧缓存器22的读出和写入。帧缓存器存储器被划分成两个区域：一个用于奇数号的帧，和另一个用于偶数号的帧。在图上画阴影线的区域表示还没有显示的数据。两个带各具有分开的读指针，它指向来自分开的帧的数据，它们被缓存器的一半高度分隔开。写指针以两倍于读指针的速度移动(在图14上表示为VW和VR)。当读指针到达一个帧的最后的图像数据时，它跳到刚以新的数据填充的正确帧的新的开始位置。
由于在每个时刻，应当被显示的总的数据量小于一个帧存储器，所以只需要一个帧缓存器。帧存储器在现有的显示器设计中是可得到的。
图15更详细地显示写入和读出在帧缓存器中的数据的过程，并显示三个时刻。在图15(1)上，写指针开始把新的数据写入到帧缓存器F0。然后，偶数读指针开始从这个缓存器读出数据。奇数读指针仍旧从上一个缓存器F-1读出已完全填满的数据。在图15(2)上，写指针仍旧在把数据写入到偶数帧缓存器，以及读指针读出可得到的数据。在图15(3)上，偶数读指针结束读出缓存器F-1，并且跳到新的缓存器，那里刚被写指针写入第一行。
如上所述，所需要的存储器空间的总量仅仅用于一个数据帧，而这个存储器空间被写指针循环地写入。
在以上的所有的例子中，描述了双条滚动方案。应当指出，本发明可被扩大到多个滚动条。
用于显示器件的具体的像素结构没有被描述，但这对于本领域技术人员是例行工作。
其它的修正方案对于本领域技术人员是显而易见的。

Claims (12)

1.一种对包括以行和列排列的显示像素的阵列的有源矩阵场致发光显示器件进行照明的方法，该方法包括，在任何时间点，对多个像素行照明，该多个行限定了由一个未照明的带所分隔开的至少两个带的各行，该至少两个带的像素行随时间沿列方向滚动，并且其中在任何时间点至多75％的行被照明。
2.如权利要求1中要求的方法，其中各像素行的每个带(10)包括多个相邻的像素行。
3.如权利要求1或2中要求的方法，其中要被显示的图像的不同帧的图像数据是在不同的带中被显示的。
4.如权利要求1中要求的方法，其中像素行的每个带(10)包括多个顺序交替的像素行。
5.如权利要求4中要求的方法，其中一个带中各行只包括奇数行，另一个带中各行只包括偶数行。
6.如任何前述权利要求中要求的方法，其中在任何时间点至多有50％的行被照明。
7.如权利要求6中要求的方法，其中在任何时间点至多有30％的行被照明。
8.一种有源矩阵场致发光显示器件，它包括以行和列排列的显示像素阵列(1)和用于同时照明多个像素行的行驱动器电路(8)，该多个行限定了由一个未照明的带(12)分隔开的至少两个各行的带(10)，其中行驱动器电路包括用于在至多75％的帧周期内照明每个行以使得被照明的行限定随时间沿列方向滚动的像素行的至少两个带(10)的装置。
9.如权利要求8中要求的器件，还包括用于存储图像数据的帧缓存器(22)。
10.如权利要求9中要求的器件，其中帧缓存器(22)存储相应于单个图像数据帧的数据量。
11.如权利要求10中要求的器件，其中数据以逐帧的顺序被写入到帧缓存器(22)，从而使帧缓存器(22)存储两个相邻帧的部分数据，并且其中数据在两个位置同时从帧缓存器被读出。
12.如权利要求11中要求的器件，其中该两个位置包含来自不同的相邻的图像数据帧的数据。
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