TWI393111B - 顯示裝置之電功率位準控制和／或對比控制方法及裝置 - Google Patents

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Description

顯示裝置之電功率位準控制和/或對比控制方法及裝置
本發明係關於一種顯示裝置中功率位準和/或對比之控制方法和裝置，具有複數發光元件，相當於圖像的圖元之色份，其中各該發光元件發生之光度，係基於供應至發光元件的訊號強度。
更具體而言，本發明密切關係到有機發光顯示器(OLED)。
在每一種顯示器技術中，即使是周圍的光條件，始終需要高峯值白色光度，以達成良好的對比比率，而對每一種有源顯示器而言，較大的峯值白色光度相當於有較高的功率，流入顯示器之電子組件內。所以，若未實施特殊管理，則對指定電子組件效率而言，增進峯值亮度，會引起功率消耗增加。
與峯值白色增進相關的每一種功率管理構想背後的主要理念，是基於峯值光度的變化，視圖像內容而定，以便使功率消耗穩定在特定值。此構想如第1圖所示。若圖像負載低，則峯值光度高，而若圖像負載高，則峯值光度低。對此圖像所述構想，得以避免顯示面板之電源供應有任何超載，以及指定圖像之最大對比。
如此構想非常適合人員視覺系統。若圖像負載低，則對比比率高，而若圖像負載高，則會眼花撩亂，且對於對比比率較不敏感。故對於全白圖像，對比比率會比對於峯值白色圖像為低。
以陰極射線管(CRT)而言，功率管理是基於所謂ABL(平均光束電流限制器)功能，係利用類比機構實施，並以圖像的平均光度為函數，降低視頻增益。
以有機發光二極體顯示器(亦稱OLED顯示器)而言，光度以及功率消耗，與流過各晶格之電流直接相關。目前尚無功率位置控制機構，以供把功率消耗穩定到目標值。
另方面，在此等顯示裝置中，係藉作用於視頻訊號的視頻標度器，調節對比。若視頻訊號以8位元寫碼，且對比減少50%，則視頻訊號可再加以標度，導致只有7位元解像度之視頻訊號，故損失視頻解像度。
本發明擬議一種顯示裝置內功率位準和/或對比之控制方法和裝置，有複數發光元件，其中各該發光元件發生之光度，係基於供應至發光元件的訊號強度，而各圖像之功率位準和/或對比，則藉調節供應至各發光元件的訊號強度加以控制。
本發明基本想法是對顯示裝置的發光元件供應訊號，其強度是基於參考訊號，並修飾此等參考訊號之位準，以調節供應至發光元件的訊號強度。
故，本發明係關於一種顯示裝置內功率位準和/或對比之控制方法，具有複數發光元件，相當於圖像的圖元之色份，其中各該發光元件發生之光度，係基於供應至發光元件的訊號強度，而各圖像之功率位準和/或對比，可藉調節供應至各發光元件的訊號強度加以調節，其特徵為，要供應至各發光強度的訊號強度，是基於參考訊號，而訊號強度之調節，係藉調節參考訊號的位準為之。
以此方法，不修飾供應至發光元件的視頻訊號之解像度。
為控制功率位準，此方法又包括以下二步驟：－對顯示裝置接收到的各圖像，計算代表顯示裝置顯示該圖像所需功率之參數；此參數係例如平均功率位準；－調節要供應至各發光元件的訊號強度，以便使顯示裝置為顯示該圖像所需功率，低於目標值。
為控制顯示裝置所顯示圖像之對比，此方法又包括下列步驟：－計算對供應至發光元件的圖像訊號強度所施之調節因數，以便使所得對比等於所需對比；和－對該參考訊號施以該調節因數。
在較佳具體例中，於調節訊號強度之前，對參考訊號施以非線性轉型，以便提高低幅參考訊號之波幅。為補償此轉型，對圖像訊號施以逆轉型。
本發明亦關係到一種顯示裝置內功率位準和/或對比之控制裝置，具有複數發光元件，相當於圖像的圖元之色份，其中各該發光元件發生之光度，係基於供應至發光元件的訊號強度，而各圖像的功率位準和/或對比，係藉調節供應至各發光元件的訊號強度加以控制，其特徵為，供應至各發光元件的訊號強度，係基於參考訊號，並包括調節機構，藉調節參考訊號之位準，以修飾訊號強度。
為控制功率位準，此裝置又包括計算機構，對顯示裝置所接收各圖像，計算參數，代表顯示裝置為顯示該圖像所需的功率，且其中調節機構調節參考訊號之位準，以便使顯示裝置為顯示各圖像所需功率，低於目標值。計算機為顯示裝置所接收各圖像，計算例如該圖像之平均功率位準。
為控制顯示裝置所顯示的圖像對比，裝置又包括計算機構，以計算對供應於發光元件的訊號強度所施調節因數，以便使所得對比等於所需對比，而其中調節機構將該調節因數施於該參考訊號。
對此二種用途，此裝置包括圖幅記憶體，把圖幅先儲存，然後傳輸至顯示裝置。
在較佳具體例中，裝置之調節機構包括對參考訊號施以非線性轉型用之機構，以提高低波幅參考訊號之幅度，而裝置包括對圖像訊號施以逆轉型用之機構。
最後，本發明亦關係到顯示裝置，包括：－複數有機發光二極體；－訊號處理機構，以處理顯示裝置所接收的圖像訊號；－驅動機構，按照訊號處理機構所處理訊號，驅動該複數之有機發光二極體；－參考發訊機構，輸出參考訊號至驅動機構；和－上述裝置，整合於訊號處理機構。
茲參見本發明圖示具體例詳述如下。
本發明係就具備有源矩陣的OLED顯示器加以說明，其中顯示器的各發光元件，係經由若干薄膜電晶體(TFT)的關聯加以控制。控制OLED元件用的電子組件一般結構，如第2圖所示。包括：－有源矩陣1，對於各OLED元件，含有若干薄膜電晶體與連接至發光元件的OLED材料之電容器關聯；電容器作為記憶體組件，於圖幅的某一部份當中，儲存發光元件值；薄膜電晶體作為開關，得以進行發光元件的選擇、電容器的儲存，以及發光元件之照明；在本結構中，電容器內儲存值決定發光元件產生之光度；－至少一橫列驅動器2，逐一橫行選擇顯示器之發光元件，以更新其內容；－至少一直行驅動器3，輸送現時選擇橫行的各發光元件內所儲存值或內容；此組件接收各發光元件用之視頻資訊；－訊號處理和驅動單位4，對視頻輸入訊號施以所需視頻和訊號處理步驟，並將所需訊號輸送至橫列和直行驅動器。
實施上驅動OLED元件有二種方式：－在電流驅動構想中，由數位處理和驅動單位4所送數位視頻資訊，利用直行驅動器3變換成電流幅度，即經由有源矩陣1供應至發光元件；－在電壓驅動構想中，由數位處理和驅動單位4所送數位視頻資訊，利用直行驅動器3變換成電壓幅度，即經由有源矩陣1供應至發光元件；但即使如此，應注意OLED元件係由電流驅動，故各電壓基礎之驅動單位，係基於電壓/電流變換器，以達成適當照明。
直行驅動器3以數位處理和驅動單位4代表電子組件之真實有源部份，可視為高階數位/類比變換器。橫列驅動器2有相當簡單的功能，因為只能應用逐一橫行選擇。多少算是移位暫存器。
該電子組件之功能作用如下：輸入視頻訊號前進到數位處理和驅動單位4，在內部處理之後，輸送橫列選擇用的時機訊號至橫列驅動器2，與送至直行驅動器3的資料同步。視所用直行驅動器3，資料可以並聯方式或串聯方式輸送。此外，直行驅動器3裝設參考發訊裝置5，以輸送參考訊號。更準確言之，此裝置在電壓驅動迴路情況下，輸送一組參考電壓，而在電流驅動迴路情況下，則輸送一組參考電流，最高參考用於最高灰級(白色)，而最低參考用於最小灰級。此等參考訊號是由直行驅動器3用於發生訊號，待供應至OLED元件。
參考訊號之一例如下，係為電壓驅動電路。使用八個參考電壓，命名為V0 至V7 ：V0＝3V V1＝2.6V V2＝2.2V V3＝1.4V V4＝0.6V V5＝0.3V V6＝0.16V V7＝0V不同的灰級可由下表界定。全表列於附錄1。
當然，此等電壓位準先變換為電流位準，才供應至OLED元件。為了從此等電壓推衍出光度值，可假設本說明書其餘部份，對OLED元件所施3V電壓，相當於400 cd/m2 光度，代表由顯示裝置的螢幕所能顯示的最大亮度。此值列為實施例。
對6.5吋(＝16.25公分)對角(尺寸13 cm×9.75 cm)，且OLED材料效能在14 Cd/A左右的4/3螢幕而言，螢幕表面為13×9.75＝126.75 cm2 ，而電流密度為40000/14000＝2.86 mA/cm2 。故，面板所需總電流為126.75×2.86＝362.1 mA。
電流值可視為太高，例如設法最大電流值為80 mA。
按照本發明，調節顯示面板的光度，使顯示面板所必要的電流值低於最大電流值。
首先評估進來圖像的功率，再調節面板的光度，把面板的功率消耗限制到最大電流值。
本發明方法的第一步驟，包含評估進來圖像的功率，決定白色位準應該使用的光度。圖像功率的計算，是經由下列方程式，計算圖像之平均功率位準(APL)： 其中I(x,y)代表圖像內座標x,y的圖元之視頻位準，C為螢幕的元件直行數，L為螢幕的元件橫行數。
在本說明書內，為了簡明起見，圖像之APL值可以圖像內白色表面之百分比表示。
在第二步驟中，為白色表面的不同百分比，決定螢幕的最大光度如下表所示。以最大電流值80 mA而言，對於上述4/3螢幕，全白影像(100%白色表面)的光度為：
由於在此實施例中的光度限於400 cd/m2 ，白色表面百分比低於22%的圖像功率消耗，即低於80 mA。對於22%白色表面百分比，得最大對比比率，等於4.5。
按照本發明重要特性，藉修飾上述參考位準值Vn，n[0,...,7]，調節螢幕的光度。螢幕的光度LUM可以所施電壓V之二次方程式得近似值：LUM (x ；y )＝44×(V (x ；y ))2 此式係舉例。下表對參考電壓V0列出不同電壓值：
其他參考位準V1至V7，可以直線方式從參考位準V0調節。例如，對指定平均功率位準APL之參考位準Vn，可計算如下：
下表列出不同APL的全部參考位準V0至V7之電壓值：
第3圖為表示此表之曲線，顯示對白色表面百分比5%、10%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%之參考電壓變化。
當最低灰級相關之參考電壓很低時，會出現問題，此情況即為圖像負載高時，上表中參考電壓V5至V6所示。實際上，在電壓驅動系統中，若電壓太低，誤差(來自相鄰發光元件間之配合不佳)會高出所需準確性，而喪失資訊。在電流驅動系統中，問題不同。在如此系統中，電流愈低，加載發光元件電容所需時間愈長。故，若所需電流太低，發光元件的書寫時間對於視頻應用會太長。
在本實施例，電壓值在0.16V以下(上表中黑體字之數值)，會產生準確性誤差。為求改進，擬按照參考位準V0，以非線性方式修飾參考電壓V1至V7。參考電壓V0的電壓值保持常值，而其他情形則以非線性數學轉型(x,y,z)加以修飾如下：Vn (APL )＝f (V 0(APL )；Vn (0%)；V 0(0%))如此轉型結果之例，載於下表：
與第3圖相較之下，第4圖以曲線表示參考電壓V0至V7的新變化。在此轉型之後，在不同的APL值間的參考電壓V6和V7幾乎不再有差別。
施於參考電壓V1至V7的非線性轉型f，應由裝置的視頻訊號處理鏈內之逆轉型f－ 1 加以補償。以此轉型(f和f－ 1 )，可得最適功率管理，而在低階梯度(低電壓/低電流)方面不會引進太多困難。
本發明功率位準控制方法要用的數位處理和驅動單位4之電路實施，列於第5圖。
輸入圖像先傳遞到功率評估方塊41，進行輸入圖像的APL位準之計算。APL值傳送至功率管理方塊42。由於此項計算結果只能在完整圖幅之後進行，故輸入圖像應儲存於圖幅記憶體43內，例如DDRAM，以設置一圖幅延遲。此記憶體可在單位4內側或外側。
根據此APL值，例如從查表選用適當組之參考訊號Refn，經由程式規劃匯流排，送至參考發訊單位5。非線性轉型f宜整合在此等訊號內。如前所示，此等參考訊號可為參考電壓或參考電流。此項程式規劃會發生在垂直遮沒，以免干擾顯示之圖像。
與此並行的是，選用非線性轉移函數f－ 1 (可為數學函數或查表)，係選用參考訊號Refn組內所積合轉型之倒數，並利用方塊44施於延遲之圖像。處理後之圖像送至標準OLED處理方塊45，再至標準OLED驅動方塊46，最後以電流圖像資訊驅動顯示器。
本發明方法可用於控制顯示裝置所顯示圖像之對比。在此情況下，方法包括計算調節因數，要應用於供應至發光元件的訊號強度，以便使對比從現值進到需要值。此項調節因數再施於參考訊號。
例如，為減少對比50%，參考訊號即從50%下降。
1．．．有源矩陣
2．．．橫列驅動器
3．．．直行驅動器
4．．．驅動單位
5．．．參考發訊單位
41．．．功率評鑑方塊
42．．．功率管理方塊
43．．．圖幅記憶體
44．．．非線性轉型方塊
45．．．標準OLED處理方塊
46．．．標準OLED驅動方塊
第1圖表示峯值光度隨顯示裝置內圖像負載而變化；第2圖表示OLED顯示器內控制電子組件之結構；第3圖表示本發明基本具體例內，按照圖像負載之參考電壓變化；第4圖表示本發明改進具體例內，按照圖像負載之參考電壓變化；第5圖表示實施本發明方法所用OLED顯示器內控制電子組件之結構。
1．．．有源矩陣
2．．．橫列驅動器
3．．．直行驅動器
4．．．驅動單位
5．．．參考發訊單位
41．．．功率評鑑方塊
42．．．功率管理方塊
43．．．圖幅記憶體
44．．．非線性轉型方塊
45．．．標準OLED處理方塊
46．．．標準OLED驅動方塊

Claims (14)

  1. 一種顯示裝置之電功率位準控制和/或對比控制方法，該顯示裝置具有複數發光元件，相當於圖像的圖元之色份，其中各該發光元件發生之光度，係基於供應至發光元件之訊號強度，而各圖像之功率位準和/或對比，係藉調節要供應至各發光元件的訊號強度，加以控制，其中要供應至發光元件的訊號強度，係根據複數參考訊號，其特徵為，對參考位準施以非線性轉型，而對圖像訊號施以逆轉型(f-1)，對於該類比參考訊號(Refn)使用預定值(0.16V)或該預定值(0.16V)以上之數值，代替在該預定值(0.16V)以下之參考位準(Vn)，避免參考位準(V5,V6)數值在零和預定值(0.16V)以下之間，以免精密度誤差者。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中為控制功率位準，又包括如下步驟：-為顯示裝置所接收的各圖像，計算參數，代表顯示裝置為顯示該圖像所需功率，以及-調節要供應至各發光元件之訊號強度，以便使顯示裝置為顯示該圖像所需功率，低於目標值者。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中代表顯示圖像用的顯示裝置所需功率之參數，係該圖像之平均功率位準者。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中為控制顯示裝置所顯示圖像對比，又包括如下步驟：-計算要對供應於發光元件的圖像訊號強度施加之調節因數，以便使所得對比等於所需對比；以及-把該調節因數施於該參考訊號者。
  5. 如申請專利範圍第1至4項之一方法，其中在訊號強度調節之前，對參考訊號施以非線性轉型(f)，以提高低幅度參考訊號之幅度，且對圖像訊號施以逆轉型(f1 )者。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中發光元件係有機發 光顯示二極體者。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中參考訊號係參考電壓或參考電流者。
  8. 一種顯示裝置之電功率位準控制和/或對比控制裝置，具有複發光元件，相當於圖像的圖元之色份，其中各該發光元件發生之光度，係基於供應至發光元件之訊號強度，而各圖像之功率位準和/或對比，係藉調節要供應至各發光元件的訊號強度，加以控制，其中要供應至發光元件的訊號強度，係基於複數參考訊號，其特徵為，包括調節機構(42)，藉調節參考訊號之位準，以修飾訊號強度，且其中對參考位準施以非線性轉型，而對圖像訊號施以逆轉型(f-1)，對於該類比參考訊號(Refn)使用預定值(0.16V)或該預定值(0.16V)以上之數值，代替在該預定值(0.16V)以下之參考位準(Vn)，避免參考位準(V5,V6)數值在零和預定值(0.16V)以下之間，以免精密度誤差者。
  9. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中為控制功率位準，又包括計算機構(41)，為顯示裝置所接收之各圖像，計算參數，代表顯示裝置為顯示該圖像所需功率，又其中調節機構(42)調節參考訊號，以便使顯示裝置為顯示各圖像所需功率，低於目標值者。
  10. 如申請專利範圍第9項之裝置，其中計算機構(41)為顯示裝置所接收之各圖像，計算該圖像之平均功率位準者。
  11. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中為控制顯示裝置所顯示圖像之對比，又包括計算機構，供計算調節因數，施加於要供應至發光元件之訊號強度，以便使所得對比等於所需對比，又其中調節機構，對該參考訊號施以該調節因數者。
  12. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中包括圖幅記憶體(43)，供儲存圖像，然後傳輸至顯示裝置者。
  13. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中調節機構(42) 包括對參考訊號施以非線性轉型(f)用之機構，其中又包括對圖像訊號施以逆轉型(f1 )用之機構者。
  14. 一種顯示裝置，包括：-複數有機發光二極體(1)；-訊號處理機構(4)，供處理由顯示裝置所接收之圖像訊號；-驅動機構(2,3)，按照訊號處理機構(4)所處理訊號，驅動該複數有機發光二極體(1)；-參考發訊機構(5)，供輸出參考訊號至驅動機構(3)，其特徵為，該訊號處理機構(4)包括申請專利範圍第8-13項之任一裝置者。
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