TWI428887B - 顯示裝置及電子產品 - Google Patents

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Description

顯示裝置及電子產品
本發明係關於藉由電流驅動配置於各像素的發光二極體來顯示影像的顯示裝置。本發明亦關於使用該顯示使用該顯示裝置的電子產品。特別是，本發明關於所謂主動矩陣顯示裝置的驅動系統，其以設於各像素電路中的絕緣閘極場效電晶體來控制流經諸如有機EL元件的發光元件號的電流量。
在顯示裝置中，例如，在液晶顯示器方面，大量的像素成矩陣狀態配置且藉著根據要被顯示之影像資訊來控制在各像素中入射光的傳輸強度或反射強度以顯示影像。此係與有機EL元件用於像素的有機EL顯示器中者相同，然而，有機EL元件是一種與液晶像素不同的自發光元件。因此，有機EL顯示器具有例如，相較於液晶顯示器有影像可視性(visibility)較高、不需要背光且反應速度較高優點。此外，各發光元件的亮度位準(灰階(gray scale))能以在各元件中流動的電流值來控制，且有機EL顯示器與屬於電壓控制型的液晶顯示器大大不同的一點在於其屬於所謂的電流控制型。
有機EL顯示器具有被動矩陣型及主動矩陣型作為其驅動系統，與液晶顯示器使用相同的方式。前者有問題，使得其結構雖然簡單，但難以實現大尺寸及高解析度的顯示器，因此，目前廣泛發展主動矩陣型。依此型式，在各像素電路中的發光元件流動的電流係由設置於像素電路中的主動元件(通常為薄膜電晶體，即)TFT)控制，其寫入於以下專利文獻。
[專利文獻1]JP-A-2003-255856
[專利文獻2]JP-A-2003-271095
[專利文獻3]JP-A-2004-133240
[專利文獻4]JP-A-2004-029791
[專利文獻5]JP-A-2004-093682
[專利文獻6]JP-A-2006-215213
在相關技藝中的顯示裝置基本上包括螢幕單元及驅動單元。螢幕單元具有數列的掃描線、數行的信號線及配置於個別掃描線及個別信號線相交的部分的矩陣狀態像素。該驅動單元係配置於螢幕單元的周邊，包括相繼供應控制信號到個別掃描線的掃描器及供應視頻信號到個別信號線的驅動器。在螢幕單元中的每一像素當根據從對應掃描線供應的控制信號而被選取時，從對應信號線取得一視頻信號，並根據該取得的視頻信號發光。
各像素包括例如作為發光元件的有機EL裝置。在發光元件中，電流/亮度特性傾向隨著時間劣化。因此，在有機EL顯示器中各像素的亮度會有隨著時間流逝而降低的問題。亮度降低的程度取決於各像素發光時間的累積。當累積的發光時間在螢幕中的個別像素中有差異時，可能會產生亮度不均勻且可能會發生被稱為「燒入(burn-in)」的影像品質故障。
有鑑於以上，提供一種能夠補償像素亮度降低的顯示器是吾人想要的。
根據本發明實施例，提供一種包括螢幕單元、驅動單元、信號處理單元及選擇器的顯示裝置。螢幕單包括數列的掃描線、數行的信號線、矩陣狀態像素電路及光感測器。驅動單元包括供應控制信號到掃描線的掃描器及供應視頻信號到信號線的驅動器。螢幕單元被分成複數個區域，各具有複數個像素電路。像素電路根據視頻信號發光。光感測器相對於各區域配置且根據該發光輸出亮度信號。選擇器藉切換該等信號供應複數個亮度信號到信號處理單元。信號處理單元根據亮度信號校正視頻信號並將該視頻信號供應到該驅動器。
較佳的是配置成對應於複數個區域的複數個光感測器被給定數目的感測器組成數個區塊，且信號處理單元由各區塊處理亮度信號。顯示裝置更包括轉換器將從光感測器輸出的類比亮度信號轉換成數位亮度信號，並將該等信號供應到信號處理單元，其中該轉換器配置成對應於各區塊。顯示裝置更包括放大器，將從光感測器輸出的亮度信號放大並將該等信號供應到信號處理單元，其中該放大器被配置成對應於各區塊。信號處理單元在視頻顯示於螢幕單元的顯示週期期間供應顯示用視頻信號，且在視頻不顯示於螢幕單元的偵測週期期間供應偵測用視頻信號。信號處理單元在每一圖框中供應該偵測用視頻信號，且只允許偵測目標的像素電路發光。信號處理單元比較於第一週期期間從光感測器輸出之第一亮度信號與該第一週期後的第二週期期間從光感測器輸出之第二亮度信號，根據該比較結果校正該視頻信號並供應該信號到驅動器。
根據本發明實施例，信號處理單元根據從光感測器輸出之亮度信號校正視頻信號，以及供應被校正的視頻信號到驅動單元的驅動器。根據此架構，能做到藉由校正視頻信號來補償像素的亮度劣化，因此，過去已成為問題之諸如「燒入」的影像品質故障可予以防止。
根據本發明實施例，光感測器偵測每一像素的發光亮度並輸出對應的亮度信號。既然發光亮度係對每一個別像素偵測，當螢幕發生部分不均勻時，部分亮度不均勻能藉由校正每一像素中的視頻信號來校正。
具體而言，於本發明實施例中，螢幕單元被劃分且光感測器針對每一部分配置。每一部分包括數個像素在對應的光感測器能偵測到發光亮度的範圍內。根據本發明的實施例，不需要提供對應於個別像素之用以偵測每一像素的發光亮度的光感測器，因此，光感測器的必要數量可大幅減少，因此，可做到簡化顯示器面板結構以及縮減顯示器面板的成本。
再者，於根據一實施例的顯示裝置中，選擇器係配置於面板與信號處理單元(例如DSP)之間。選擇器藉由切換諸信號來供應從配置成對應複數個區域的複數個光感測器輸出的亮度信號。藉由插設該選擇器可做到減少複數個光感測器與信號處理單元間的接線數。當信號處理單元包括IC晶片(例如FPGA或ASIC)時，連接到複數個光感測器的接腳數可被減少。於是，能使用一般用途IC晶片，即使是當光感測器的數量超過DSP的接腳數時。
再者，根據本發明的實施例，複數個光感測器被給定數目的感測器組成數個區塊。信號處理單元接收每一區塊的亮度信號，且基於該等亮度信號實施視頻信號的校正處理。為了處理從信號處理單元(例如DSP)中之光感測器輸出的類比亮度信號，用以放大類比亮度信號的放大器或用以將放大的亮度信號的類比資料轉換成數位資料的轉換器是有必要的。根據本發明的實施例，光感測器被給定數量的感測器組成數個區塊，從而使用由被組成數塊的光感測器共用的放大器及轉換器，實現組件數的減少。
下文將說明較佳實施例(以下說明稱為實施例)。
第一實施例
第二實施例
第三實施例
第四實施例
第五實施例
第六實施例
第七實施例
應用例
第一實施例 [面板整體架構]
圖1係顯示根據本發明實施例之顯示裝置的主要單元的面板的整體架構構。如圖所示，顯示裝置包括像素陣列單元1(螢幕單元)及驅動像素陣列單元1的驅動單元。像素陣列單元1具有數列的掃描線WS、數行的信號線SL、配置於二種線相交的部分的矩陣狀態像素2，以及配置以對應個別像素2的個別線的饋送線(電力線)VL。在本例子中，RGB三原色的任一色被指定給每一像素2以實現彩色顯示器。然而，本發明並不侷限於此且亦包括單色顯示裝置。該驅動單元包括寫入掃描器4，藉由依序施加控制信號到個別掃描線WS而逐列實施像素之線序(line-sequential)掃描；電源供應掃描器6，將在第一電壓與第二電壓間切換的電源電壓供應到個別饋送線VL以對應線序掃描；以及水平選擇器(信號驅動器)3，將要作為視頻信號的信號電位及參考電位到數列的信號線SL以對應線序掃描。
[像素電路架構]
圖2係顯示包含於圖1所示之顯示裝置之像素2的特定架構與連接關係的電路圖。如圖中所示，像素2包括以有機EL裝置等為代表的發光元件EL、取樣電晶體Tr1；驅動電晶體Trd及像素電晶體Cs。取樣電晶體Tr1的控制端(閘極)連接到對應掃描線WS，一對電流端(源極/汲極)的其中之一連接到對應信號線SL，以及電流端的另一端連接到驅動電晶體Trd的控制端(閘極G)。驅動電晶體Trd的一對電流端(源極/汲極)其中之一連接到發光元件EL，且另一電流端連接到對應饋送線。在此例中，驅動電晶體Trd係N通道型，其汲極連接到饋送線VL及源極S連接到發光元件EL的陽極作為輸出節點。發光元件EL的陰極係連接到給定陰極電位Vcath。像素電容器Cs係連接於作為驅動電晶體Trd之其中一電流端的源極S與控制端的閘極G之間。
在上述架構中，取樣電晶體Tr1根據從掃描線WS供應的控制信號而變為導通，實施從信號線SL供應之信號電位的取樣以儲存該電位於像素電容器Cs中。驅動電晶體Trd接收來自在第一電位(高電位Vdd)的饋送線VL的電源供應，根據儲存於像素電容器Cs中的信號電位允許驅動電流流進發光元件EL。寫入掃描器4輸出具有給定脈衝寬度的控制信號以控制線WS用以允許取樣電晶體Tr1在信號線SL在信號電位的時槽中變成導通，從而儲存該信號電位於像素電容器Cs以及增加對於驅動電晶體Trd對該信號電位的移動率μ的校正。之後，驅動電晶體將對應於被寫入像素電容器Cs中的信號電位Vsig的驅動電流供應到發光元件EL，進行發光操作。
像素電路2除了上述的移動率校正功能以外亦包括臨限電壓校正功能。具體而言，電源供應掃描器6將饋送線VL在取樣電晶體Tr1取樣信號電位Vsig之前的第一時序從第一電位(高電位Vdd)切換到第二電位(低電位Vss)。寫入掃描器4允許取樣電晶體Tr1在施加來自信號線SL的參考電位Vref到驅動電晶體Trd以及亦在取樣電晶體Tr1取樣信號電位Vsig之前的第二時序變導通。電源供應掃描器6在將對應於驅動電晶體Trd的臨限電壓Vth儲存於像素電容器Cs中的第二時序之後的第三時序將饋送線VL從第二電位Vss切換到第一電位Vdd。根據以上臨限電壓校正功能，顯示裝置能消除驅動電晶體Trd的臨限電壓Vth會隨著像素改變的影響。
像素電路2亦包括共益(bootstrap)功能。亦即，寫入掃描器4在當信號電位Vsig儲存於像素電容器Cs中時的階段釋出控制信號的施加到掃描線WS以允許取樣電晶體Tr1處於非導通狀態，並將驅動電晶體Trd的閘極G從信號線SL電氣斷接，從而允許閘極G的電位隨驅動電晶體Trd的源極S的電位改變而改變，並將在閘極G與源極S之間的電壓Vgs維持恆定。
[時序圖1]
圖3係說明圖2所示之像素電路2的操作。在圖式中，掃描線WS的電位改變、饋送線VL的電位改變以及信號線SL的電位改變係表示於此等線共用的時間軸。此外，驅動電晶體的閘極G及源極S的電位改變亦以平行於此等電位改變的方式來表示。
用以導通取樣電晶體Tr1的控制信號脈衝被施加到掃描線WS。控制信號脈衝在一圖框(1f)週期內被施加到掃描線WS以便對應像素陣列單元的線序掃描。控制信號脈衝在一水平掃描週期(1H)期間包括二脈衝。第一脈衝有時係稱為第一脈衝P1且接續的脈衝係稱為第二脈衝P2。饋送線VL亦在一圖框週期(1f)期間切換於高電位Vdd與低電位Vss之間。在一水平掃描週期(1H)期間切換於信號電位Vsig與參考信號Vref之間的視頻信號被供應到信號線SL。
如圖3之圖表所示者，像素從先前的圖框中的發光週期進入到在目前的圖框中的不發光週期，接著，進行到目前圖框中的發光週期。在不發光週期中，執行了準備操作、臨限電壓校正操作、信號寫入操作、移動率校正操作等。
在先前圖框的發光週期內，饋送線VL處於高電位Vdd，而驅動電晶體Trd供應驅動電流Ids到發光元件EL。驅動電流Ids從高電位Vdd的饋送線VL經由驅動電晶體Trd通過發光元件EL，流進陰極線。
隨後，在目前圖框的不發光週期中，饋送線VL在時序T1從高電位Vdd切換到低電位TVss。據此，饋送線VL被放電成Vss，且進一步地，驅動電晶體Trd的源極S被降到Vss。於是，發光元件EL的陽極電位(亦即，驅動電晶體Trd的源極電位)係處於反向偏壓狀態，因此，驅動電流不流動且光被關閉。閘極G的電位亦隨著驅動電晶體Trd的源極S的電位降低而降低。
接下來，在時序T2，取樣電晶體Tr1藉著將掃描線WS從低位準切換到高位準而變成導通。在此時，信號線SL處於參考電位Vref。因此，驅動電晶體Trd的閘極G的電位透過通的取樣電晶體Tr1而處於信號線SL的參考電位Vref。在此時，驅動電晶體Trd的源極S處於充分低於Vref的電位Vss。依以上方式，驅動電晶體Trd的閘極G與源極S之間的電壓Vgs被初始化，使得其變成大於驅動電晶體Trd的臨限電壓Vth。在從時序T1到時序T3的T1-T3週期對應於準備週期，其中驅動電晶體Trd的閘極G與源極S間的電壓Vgs事先被設為Vth或更大。
之後，在時序T3，饋送線VL從低電位Vss過渡到高電位Vdd，且驅動電晶體Trd的源極S的電位增加。接著，當驅動電晶體Trd的閘極G與源極S間的電壓Vgs變成臨限電壓Vth時，電流截止。依此方式，對應於驅動電晶體Trd之臨限電壓Vth的電壓被寫入像素電容器Cs。此為臨限電壓校正操作。在此時，陰極電位Vcath被設定以便為允許電流完全在像素電容器Cs側流動而不流進發光元件EL的目的使發光元件EL被截止。
在時序T4，掃描線WS從高位準回到低位準。換言之，施加到掃描線WS的第一脈衝P1被釋放以允許取樣電晶體被關閉。由以上說明可清楚得知，第一脈衝P1被施加到取樣電晶體Tr1的閘極以實施臨限電壓校正操作。
之後，信號線SL從參考電位Vref切換到信號電位Vsig。隨後，掃描線WS在時序T5再度從低位準提升到高位準。換言之，第二脈衝P2被施加到取樣電晶體Tr1的閘極。於是，取樣電晶體Tr1被再度導通並從信號線SL取樣信號電位Vsig。因此，驅動電晶體Trd的閘極G變為信號電位Vsig。此處，由於發光元件EL首先處於截止狀態(高阻抗狀態)，在驅動電晶體Trd的汲極與源極之間流動的電流完全流進像素電容器Cs以及發光元件EL的等效電容器以開始充電。之後，驅動電晶體Trd的源極S的電位被提昇ΔV直到時序T6當取樣電晶體Tr1被關閉時。於是，視頻信號的信號電位Vsig藉由被加到Vth而被寫入像素電容器Cs，且從儲存於像素電容器Cs的電壓減去作為移動率校正的電壓ΔV。因此，從時序T5到時序T6的週期T5-T6對應於信號寫入週期以及移動率校正週期。換言之，當第一脈衝P2被施加到掃描線WS時，實施信號寫入週期及移動率校正週期。信號寫入週期及移動率校正週期T5-T6等於第二脈衝P2的脈衝寬度。亦即，第二脈衝P2的脈衝寬度指明為移動率校正週期。
如上述，信號電位Vsig的寫入及校正量ΔV的調整在信號寫入週期T5-T6的相同時間實施。Vsig愈高，由驅動電晶體Trd供應的電流Ids變得愈高，且ΔV的絕對值變得愈高。因此，實施對應於發光亮度位準的移動率校正。當Vsig固定時，ΔV的絕對值隨驅動電晶體Trd的移動率μ愈高而變得更大。換言之，移動率μ愈高，對像素電容器Cs的負回饋量ΔV變得愈高，因此，可消除每一像素中移動率μ的變化。
最後，在時序T6，掃描線WS如上述過渡到低位準側且取樣電晶體Tr1被關閉。於是，驅動電晶體Trd的閘極G從信號線SL斷接。此時，汲極電流Ids開始在發光元件EL中流動。於是，發光元件EL的陽極電位根據驅動電流Ids而增加。發光元件EL的陽極電位的增加正好是驅動電晶體Trd的源極S的電位增加。當驅動電晶體Trd的源極S的電位增加時，驅動電晶體Trd的閘極G的電位藉由像素電容器Cs的共益操作亦增加。閘極電位的増加量將等於源極電位的增加量。因此，驅動電晶體Trd的閘極G與源極S間的電壓Vgs在發光週期期間維持恆定。閘極電壓Vgs的值已受到對信號電位Vsig的臨限電壓Vth與移動率μ的校正。驅動電晶體Trd操作於飽和區。亦即，驅動電晶體Trd輸出對應於閘極G與源極S間的輸入電壓Vgs的驅動電流Ids。閘極電壓Vgs的值已受到對信號電位Vsig的臨限電壓Vth與移動率μ的校正。
[時序圖2]
圖4係另一說明圖2所示之像素電路2的操作的時序圖。該圖式基本上與圖3所示的時序圖相同，且相同的參考代號給予相同的部分。不同點在於臨限電壓校正操作依分時(time-division)方式重複實施於多個水平週期期間。在圖4所示的例子中，在每一1H週期中Vth校正操作被實施二次。當螢幕單元變成高解析度時，像素數增加且掃描線數亦增加。藉掃描線數的增加，1H週期變短。當線序掃描以高速實施時，會有Vth校正操作在1H週期中沒有完成的情形。於是，在圖4的時序圖中，臨限電壓校正操作依分時方式實施二次，使得驅動電晶體Trd的閘極G與源極S間的電壓Vgs被可靠地初始化成Vth。重複Vth校正的次數並不侷限於二次，但分時數視需要可增加。
[顯示裝置的整體架構]
圖5係顯示根據本發明實施例之顯示裝置的整體架構的示意方塊圖。如圖式所示，顯示裝置基本上包括螢幕單元1、驅動單元及信號處理單元10。螢幕單元(像素陣列單元)1具有面板「0」，其包括數列的掃描線、數行的信號線、配置在個掃描線與個別信號線相交的部分的矩陣狀態像素以及光感測器8。驅動單元包括接續供應控制信號到個別掃描線的掃描器以及供應視頻信號到個別信號線的驅動器。本實施例中掃描器及驅動器被安裝在面板「0」以便圍繞螢幕單元1。
包括於螢幕單元1中的每一像素從對應的掃描線取得視頻信號，以及當像素根據從對應掃描線供應的控制信號而被選取時，根據該取得的視頻信號發光。光感測器8偵測一像素的發光亮度並輸出對應的亮度信號。在該實施例中，光感測器8被安裝於面板「0」的相反側。
信號處理單元(DSP)10根據從光感測器8輸出的亮度信號校正該視頻信號，並供應被校正的視頻信號到驅動單元中的驅動器。在該實施例中，AD轉換器(ADC)9被插設於光感測器8與信號處理單元10之間。ADC 9將從光感測器8輸出的類比亮度信號轉換成數位亮度信號(亮度資料)，並將該信號供應到數位信號處理單元(DSP)10。
就本發明的實施例的特性而言，面板「0」在螢幕單元(像素陣列單元)1中被劃分成複數個區域，且光感測器8被配置成與個別的區域對應。每一光感測器8偵測屬於對應區域的像素的發光亮度，並供應對應的亮度信號到信號處理單元10。光感測器8較佳地配置於對應區域的中央。
信號處理單元10於視頻顯示於螢幕單元1中的顯示週期期間供應一般視頻信號到驅動器，且包括於視頻不顯示的非顯示週期的偵測週期期間供應亮度偵測用視頻信號。信號處理單元10在每一圖框(或每一圖場)中供應偵測用視頻信號。偵測用視頻信號只允許在每一圖框(或每一圖場)中的偵測目標的像素電路發光，且允許其餘的像素處於不發光狀態。信號處理單元10計算在每一像素中發光亮度的減少量，藉著比較從在初始狀態(例如，在該產品工廠出貨時間)的光感測器8輸出的第一亮度信號與在從該初始狀態過一給定時間之後的光感測器8所輸出的第二亮度信號，以便補償算出來的發光亮度的減少量以將該量輸出到驅動單元中的驅動器。
由以上說明明顯可得知，在本發明的實施例中，光感測器8係設置於面板「0」處。每一像素的亮度劣化藉使用光感測器8來被測量且被調整以便對應該劣化程度。於是，可以做到將「燒入」被校正的影像顯示於螢幕1中。具體而言，在該實施例中，一光感測器8係針對複數個像素來配置。於是，光感測器數可大幅減少且燒入校正系統的成本可降低。
[修改例]
圖6係顯示根據圖5所示之第一實施例之顯示裝置的修改例的方塊圖。為更容易瞭解，相同的參考標號給予與圖5所示之組件相同的部分。不同點在於，光感測器8係配置於面板「0」的表面側而非相反側。當光感測器8配置於表面側上時，優點在於光接收量相較於在相反側的情形有增加。然而，當光感測器8配置於面板「0」的表面側上時，會產生的缺點是來自部分像素的發光被犧牲。
[面板架構]
圖7係顯示圖5所示之顯示裝置所包含的面板的架構的示意平面圖及橫截面圖。如圖式所示，螢幕單元(像素陣列單元)1係配置於面板「0」的中央。含有驅動器及掃描器等的驅動單元，雖然未顯示，但係安裝於圍繞螢幕單元1的面板「0」的周邊(框部位)。然而，本發明並不侷限於上述且驅動單元可遠離面板「0」來設置。
螢幕單元1被劃分成複數個區域1A。光感測器8被配置成對應個別的區域A。光感測器8偵測屬於對應區域A的像素2的發光亮度並將對應的亮度信號供應到信號處理單元(未示)。
在所示的例子中，像素係成15列及20行的矩陣狀態配置。像素陣列被劃分成十二個區域。每一區域A包括二十五個5列及5行的像素2。一光感測器8係對於二十五個像素2來配置。相較於一光感測器8對一像素2形成的情形，光感測器8的必要數目可大幅減少。
[面板橫截面架構]
圖8顯示圖7所示之面板的橫截面結構。面板「0」具有下玻璃基板101及上玻璃基板108堆疊的結構。積體電路102係以TFT製程形成於玻璃基板101之上。積體電路102係圖2所示之像素電路的聚集。在積體電路102上，發光元件EL的陽極103分開形成於每一像素中。用於將個別陽極103連接到積體電路102側的接線106亦形成。以有機EL材料等形成的發光層104係形成在陽極103之上。陰極105係另外形成於整體表面之上。陰極105、陽極103及支承於二者之間的發光層104製成發光元件。在陰極105之上，玻璃基板108透過密封層107連接。
有機EL發光元件係一種自發光裝置。發射的光大部分被導到面板「0」的表面方向(上玻璃基板108的方向)。然而，有一傾斜發射的光及重複在面板「0」內部反射及散射且穿透到面板「0」的相反側(下玻璃基板101的方向)的光。在圖5所示的例子中，光感測器係安裝於面板「0」的相反側上，其偵測從發光元件穿透到面板「0」的相反側的發射的光。在此情形中，不僅有來自光感測器正上方像素的發光而且有從該感測器正上方的位置移位的周邊像素的發光亮度能被測量。
[光感測器接收到的光量分佈]
圖9顯示代表光感測器接收的光的量的分佈圖。(X)代表列方向所接收的光的分佈。水平軸表示距光感測器以像素數表示的距離，且垂直軸表示該感測器輸出電壓。感測器輸出電壓係與所接收的光的量成比例。由圖表可明顯得知，光感測器不僅接收來自位於中央的像素(感測器正上方的像素)的發光，而且還有遠離中央某程度的像素的發光，並輸出對應的亮度信號。
(Y)代表沿著行方向被光感測器接收的光的量的分佈。可發現到，光感測器亦依顯示於(X)之列方向中接收的光的量的分佈的方式，不僅接收來自中央像素的發光，而且還有來自在行方向距某程度周邊的像素的發光，並輸出對應的亮度信號。
在本發明的實施例中，一光感測器針對複數個像素配置係藉著利用被光感測器接收的光的量的分佈在該區域中有某程度的寬度的事實。於是，可做到減少光感測器數且大幅降低燒入校正系統中的成本。考量到圖9所示之被光感測器接收的光的量的分佈(接收的光強度的分佈)，由一光感測器測量到的範圍(區域)最好是位於距該光感測器的距離在所有方向，上下左右均相等的範圍內。換言之，最好是光感測器配置於每一劃分區域的中央。
[發光亮度的偵測操作1]
圖10A係顯示發光亮度的偵測操作的順序的示意圖。如示於圖式左上部，螢幕單元1包括10列及10行的像素2，其被劃分成從區域A1到區域A4的四個區域。每一區域A包括5列及5行的像素。光感測器8係配置於每一區域A的中央。
在第一圖框1中，在屬於個別區域之像素中左上角落的像素在相同時間發光。所有其餘的像素係處於熄燈(light-out)狀態。換言之，偵測用的視頻信號被寫入位於個別區域中左上方角落的像素以允許像素在圖框1中發光，且黑階信號被寫入其餘像素以允許像素處於不發光狀態。於是，可能做到允許偵測目標的像素在個別區域發光。
從被點亮的像素發射的光被對應的光感測器8接收。在那時，來自在相鄰區域同時發光之像素的被發射的光被設定以便不會混在一起。在所示的例子中，在區域A1左上角落發光的像素的發射的光實質上不與在區域A2左上角落發光的像素的發光混合。同理，在區域A1被點亮的像素不會與相同時間在區域A3發光的像素產生干擾。在區域A4被點亮的像素不會與在區域A1被點亮的像素產生干擾。
當進行到下一圖框2時，顯示圖案被螢幕單元1的線序掃描所重寫。來自在個別區域A左上角落的第二位置的像素發光。來自同時在個別區域發光之像素的光分別被對應的光感測器8接收，且對應的亮度信號被輸出。於是，在每一區域中個別像素依點序(dot-sequential)方式被點亮，且光接收操作繼續進行。在圖框5中，在屬於個別區域之像素中右上角落的像素發光，且其餘像素進入熄燈狀態。於是，屬於個別區域中第一列的五個像素的發光亮度在圖框1到5中依點序方式被偵測。
當進行到下一圖框6時，在個別區域的第二線頂部的像素發光且其餘像素係處於熄燈狀態。之後，操作依相同方式進行到圖框7，且在個別區域之第二線中的像素的偵測操作在圖框10中完成。於是，包括於一螢幕中之像素的發光亮度可在總共25個圖框中偵測出。在具有30Hz圖框頻率的顯示器的情形中，一秒或少於一秒完成所有像素的發光亮度的偵測。
如上述，根據本發明實施例之顯示裝置的信號處理單元於視頻顯示於螢幕單元1的顯示週期期間供應一般視頻信號，而該單元於視頻信號不顯示的非顯示週期期間供應亮度偵測用視頻信號到螢幕單元1。信號處理單元在每一圖框中供應偵測用視頻信號。偵測用視頻信號在一圖框中僅允許偵測目標的像素發光且允許其餘像素處於不發光狀態。
根據本發明實施例，在一光感測器能接收光的範圍內的像素2被允許以點序方式逐像素地發光。再者，發光係在相同時間對於複數個光感測器8來實施。於是，發光操作能平行進行，其大幅減少亮度偵測時間。在偵測操作中，與光感測器8的數目相同的像素2在相同時間於一面板「0」中發光，且該發光以點序驅動重複。
在平行像素中的同時發光的控制係由要被輸入到該面板的視頻信號來實施。像素的操作時序係由掃描器以與一般顯示週期相同的方式線序掃描來控制。為防止測量錯誤的發生，黑階視頻信號被輸入到與測量目標不同的像素。根據以上操作，複數個光感測器可同時且相繼獲得複數個像素的發光亮度資料，其可大幅減少光接收時間。最好是發光亮度的偵測係以逐像素的方式實施。在彩色顯示器的情形中，每一像素包括發綠光的像素、發紅光的像素以及發藍光的像素。在此情形中，發光亮度最好是逐像素的方式偵測以防止不同色的光混在一起。考量到光感測器的光接收靈敏度，由一光感測器測量的區域最好是位於距該光感測器的距離在所有方向，上下左右均相等的範圍內。
[發光亮度的偵測操作2]
圖10B係顯示圖10A所示之發光順序的另一例子的示意圖。在此例子中，像素在個別區域處依與圖10A所示之先前例子相同的方式點序地被點亮。然而，此例子與先前的例子不同的一點在於，點序驅動的移動方向在相鄰區域間是相反的。在圖框1中，在相鄰區域發光的像素以最遠的位置彼此分開。在圖框5中，在在列方向相鄰區域同時發光的像素彼此再度靠近。在此情形中，為防止來自相鄰像素的光混在一起，可沿個別區域的截面設置遮光壁。隨後，逐圖框地進行像素的點序發光。在最後的圖框25中，最接近中央的四個像素在配置成方形的四個區域(未示)中同時發光，且包含在螢幕單元1中的所有像素均被測量。
[燒入現象]
圖11係說明作為本發明的實施例的處理目標的「燒入」的示意圖。(A1)表示將成為燒入的原因的圖案顯示。舉例說明，如示於圖式中的窗係顯示於螢幕單元1中。在白色窗的部位中的像素持續以高亮度發光，而在周邊黑色圖框部位像素進入不發光狀態。當此窗圖案顯示一段長的時間時，白色部位的像素的亮度劣化持續進行，而在黑色圖框部位亮度劣化相對緩慢地持續進行。
(A2)表示顯示於(A1)中螢幕單元1中的窗圖案被消除且實施全部的光柵顯示的一種狀態。如果沒有部分劣化，則當實施螢幕單元1中的光柵顯示可得到整個螢幕均勻的亮度分佈。然而，先前以白色顯示之在中央部位之像素的亮度劣化，事實上持續進行，因此，在中央部位的亮度變得較低於周邊部位的亮度，且出現「燒入」如圖示所示者。
[燒入校正處理]
圖12係顯示圖11所示之「燒入」的校正操作的示意圖。(O)代表從外部被輸入到顯示裝置的信號處理單元的視頻信號。在此例子中，顯示全部的視頻信號。
(A)表示當(O)中所示的視頻信號顯示於已產生圖11所示之「燒入」的螢幕單元中時的亮度分佈。即使當全部的視頻信號被輸入，會有面板的螢幕單元中的部分燒入的存在，因此，在中央的窗部位的亮度較周邊圖框部位暗。
(B)表示藉由根據個別像素的發光亮度的偵測結果，校正從外部輸入的視頻信號(O)所得到視頻信號。在(B)所示之燒入校正之後的視頻信號中，要被寫入中央窗部位之像素中的視頻信號的位準被校正成相當對較高，且要被寫入周邊圖框部位之像素中的視頻信號的位準被校正成相對較低。如上述，實施校正使得視頻信號具有顯示於(B)的正亮度分佈，用以消除由於顯示於(A)的負亮度分佈。
(C)以示意方式表示一種狀態，其中在燒入校正後的視頻信號被顯示於螢幕單元中。由於餘留在面板之螢幕單元中的燒入所造成的不均勻的亮度分佈係由用於燒入校正的視頻信號所補償，而可得到具均勻亮度分佈的螢幕。
[第一實施例的特定架構]
圖13A係代表根據本發明第一實施例之顯示裝置的特定架構的示意圖。圖13A係比較用的參考例，其表示複數個感測器的平行驅動。如圖式所示者，螢幕單元(像素陣列單元)1係形成於面板「0」中。螢幕單元1被劃分成複數個區域。在面板「0」的相反側，配置複數個光感測器8以便對應複數個區域。複數個光感測器8平行驅動於一圖框中。複數個感測器分別透過接線連接到信號處理單元(DSP)10。DSP 10包括，例如，ASIC晶片，其中連接接腳對於複數個光感測器8的數目而言是必要的。然而，當光感測器8的數目增加時，接腳數對於一般用途ASIC晶片而言實際上並不夠，且難以回應該校正。
圖13B表示第實施例的特定例子，其顯示由複數個感測器的相位移平行驅動系統。為更容易瞭解，圖13A所示之參考例的相同部分給予相同的參考標號。如圖式所示，面板「0」的螢幕單元1被劃分成複數個區域，且光感測器8配置成對應於個別的區域。每一光感測器8偵測屬於對應區域的像素的發光亮度，並輸出對應的亮度信號。就本發明的實施例的特性而言，選擇器50係插設於光感測器8與DSP 10之間。選擇器50藉著切換諸信號而將從配置成對應複數個區域的光感測器8輸出的亮度信號供應到信號處理單元(DSP)10。藉著依此方式插設選擇器50，可相較於參考例減少DSP 10外部連接用的端子數。於是，根據本發明的實施例一般用途的ASIC晶片可作為DSP 10使用。
在圖13A所示的簡單平行驅動系統中，從面板「0」側輸出的亮度信號數增加。因此，DSP 10的輸入接腳數與感測器的數目成比例。另一方面，在圖13B所示之複數個感測器的相位移平行驅動系統中，DSP 10的輸入接腳數可藉著插設選擇器50而減少。於是，可簡化面板「0」與DSP 10之間的連接處理。
如上述，光感測器8在每一圖框中輸出亮度信號。在一圖框中的時間級數一般為「ms」。另一方面，包含於DSP 10中的IC的操作速度為「ns」或「μs」。DSP 10的處理操作遠快於光感測器8的光接收操作。在本發明的實施例中，藉使用以上實施例所述者由選擇器50相繼對諸信號取樣，於一圖框期間從複數個光感測器8輸出的亮度信號被輸入到DSP 10側。換言之，選擇器50減少DSP 10的輸入接腳數以及藉實施信號的並/串轉換而有效使用DSP 10的處理能力。
[時序圖]
圖14A及14B顯示時序圖用以說明圖13A及13B所示之參考例及實施例的操作。於圖14A所示複數個感器的驅動的參考例中，屬於複數個區域1到N的像素在一圖框中同時發光。在代表發光操作的時序表中，一像素的發光週期對應一圖框。
另一方面，光感測器1到N被配置成對應於個別區域1到N以平行接收對應區域的像素的發光亮度，將結果作為亮度信號輸出。如輸出信號的時序圖所示，來自一像素的亮度輸出信號同時從一圖框中的所有感測器1到N輸出並被供應到DSP側。於是，參考例的複數個感測器的平行驅動中，發光操作及信號輸出操作於每一圖框中實施。
另一方面，在圖14B所示之複數個感測器的相位移平行驅動中，在複數個區域1到N的偵測目標的像數於移動相位時實施發光操作。一像素的發光週期依圖14A所示之參考例的相同方式對應到一圖框，然而，相位移於區域1到N。然而，本發明不侷限於此，且不需要移動在區域1到N中的發光操作的相位。較佳地，同時實施發光操作於所有的區域1到N，如圖14A所示。另一方面，光感測器側接收個別像素的發光且輸出對應的亮度信號。選擇器連續對亮度信號取樣及串列化，接著，將其供應到DSP側。在所示的例子中，N像素的亮度輸出信號藉由取樣在一圖框內被壓縮，其能增加信號處理的速度。
圖15A及15B顯示說明圖13A及13B所示之實施例的更詳細的架構及操作圖的示意圖。如圖13A所示，選擇器50包括開關電晶體，其插設於個別感測器與DSP 10的共同輸入接腳之間。選擇信號SEL1、SEL2、及SEL3從選擇器50的控制單元(未示)相繼供應到開關電晶體。
如圖15B所示，在圖框F0內，感測器1偵測像素1的發光且輸出對應的亮度信號。在下個圖框F1，感測器1輸出像素2的亮度信號，感測器2輸出像素4的亮度信號，以及感測器3輸出像素7的亮度信號。在下個圖框F2，感測器1輸出像素3的亮度信號，感測器2輸出像素5的亮度信號，以及感測器3輸出像素8的亮度信號。在下個圖框F3，感測器2輸出像素6的亮度信號，以及感測器3輸出像素9的亮度信號。
另一方面，在每一圖框F，選擇器50相繼輸出選擇信號SEL2、SEL3及SEL1，導通對應的開關電晶體，取樣來自對應感測器的亮度信號，並將該等信號輸入到DSP。在圖框F0，像素1的亮度信號被取樣且輸入到DSP 10。在下個圖框F1，像素4、像素7及像素2的亮度信號被相繼取樣且輸入到DSP 10。於是，選擇器50藉著轉換該等信號成串列信號而輸入從複數個感測器輸出的平行亮度信號。
第二實施例 [架構]
圖16係顯示第二實施例的示意方塊圖。根據第二實施例的顯示裝置基本上包括螢幕單元、驅動單元及信號處理單元(DSP)10。螢幕單元(未示)具有面板，該面板具有數列的掃描線、數行的信號線、配置於個別掃描線及個別信號線相交的部分的矩陣狀態像素及光感測器。驅動單元(未示)包括相繼供應控制信號到個別掃描線的掃描器及供應視頻信號到個別信號線的驅動器。像素(未示)當根據從掃描線供應的控制信號而被選取時，從信號線取得一視頻信號，並根據該取得的視頻信號發光。光感測器偵測每一像素的發光亮度並輸出對應的亮度信號。信號處理單元10根據從光感測器輸出的亮度信號校正視頻信號，以及將被校正的視頻信號輸入到驅動單元中的驅動器。
就特性而言，面板在螢幕單元中劃分成複數個區域，且光感測器被配置成對應個別區域。在所示的例子中，六個光感測器，即感測器1至6，被配置於面板上。個別感測器1至6偵測屬於對應區域之像素的發光亮度並輸出對應的亮度信號。複數個感測器1至6被給定數目的感測器組成數個區塊。在此例子中，三個感測器，即感測器1至3，係示意地組成以做成一區塊。同理，三個感測器，即感測器4至6，係組成一區塊。信號處理單元10交替地接收每一區塊的亮度信號並處理該等信號。
此實施例包括放大器60，其放大從個別光感測器1至6輸出的亮度信號，並供應該等信號到信號處理單元10。放大器60被配置成對應每一區塊。換言之，放大器60係由包含於一區塊中的三個感測器1至3共用。
再者，此實施例進一步包括轉換器(ADC) 9，其將從光感測器輸出之類比亮度信號轉換成數位亮度信號並將該信號供應進信號處理單元10。轉換器9係配置成對應每一區塊。換言之，轉換器(ADC) 9由屬於一區塊的三個感測器1至3共用。
光能被接收的範圍包括，例如，數百像素。當螢幕單元中的數個像素近乎一百萬時，將需要數千個感測器用來測量該螢幕所包含之所有像素的發光亮度。此等感測器輸出被放大器放大，接著，被數位化地轉換且輸入到包括FPGA等的信號處理單元(DSP) 10。於是，亦需要數千個放大器及數千個類比/數位轉換器，且將會進一步需要FPGA晶片的數千個輸入接腳。然而，一般用途的FPGA難以滿足此種大數目輸入接腳的使用。
於此實施例中，複數個光感測器被給定數目的感測器組成數個區塊。信號處理單元接收每一區塊的亮度信號。例如，數千個感測器被分成數打區塊，每一區塊具有近乎一百個感測器。信號處理單元的校正操作相繼實施於每一區塊中。於是，每一區塊號能共用放大器及類比/數位轉換器。放大器及轉換器的數目可與區塊數相同。同時，FPGA的輸入接腳可與區塊數相同。
[參考例]
圖17表示要與圖16所示之第二實施例比較之參考例。為更容易瞭解，相同的參考標號給予與圖16所示之第二實施例相同的部分。在所示的參考例中，放大器60及類比/數位轉換器(ADC) 9被設置成對應於每一光感測器。因此，當圖式中有有六個光感測器時，將需要六個放大器60，而且，需要六個ADC 9。圖17所示的參考例被簡化，用以使圖簡單，然而，當此例子應用在包含數千個光感測器的面板時，將會需相同數目的放大器及ADC，而其是不實際的。
第三實施例
圖18係顯示根據本發明第三實施的顯示裝置的示意方塊圖。相同的參考標號給予與圖16所示之第二實施例相同的部分。不同點在於每一區塊中選擇器50係插設於複數個感測器與放大器60之間。例如，當專注於第一區塊時，從三個感測器1至3平行輸出的亮度信號在選擇器50中被串列化。依此方式，放大器60能被感測器1至3共用。
第四實施例
圖19係顯示根據本發明第四實施例的顯示裝置的方塊圖。相同的參考標號給予與圖18所示之第三實施例相同的部分，以便更容易瞭解。在此實施例中，選擇器50插設於對應每一光感測器配置的放大器60與ADC 9之間。於是，ADC 9可被每一區塊中的複數個光感測器共用。然而，放大器60被設置成對應於每一感測器。
第五實施例
圖20係根據本發明第五實施例之顯示裝置的示意時序圖。信號處理單元於視頻顯示於螢幕單元中的顯示週期期間供應一般視頻信號，且在包括於視頻不顯示的非顯示週期的偵測週期期間供應亮度偵測用視頻信號。在亮度偵測用視頻信號中，給定位準的視頻信號僅被供應到每一圖框中的測量目標的像素，而黑階視頻信號被供應到其餘的像素。於是，複數個感測器1至6能於非顯示週期期間偵測包含於螢幕單元中的所有像素的發光亮度，且能供應對應的亮度信號到信號處理單元側。藉由比較從初始階段之光感測器輸出的第一亮度信號與在已過了給定時間後從光感測器輸出的亮度信號，信號處理單元計算發光亮度的減少量。再者視頻信號被校正以補償計算出的發光亮度減少量，以改善「燒入」。
如上述，燒入校正係實施於開始使用面板後已過了特定期間的時間時的階段。在特定期間的時間已過之後的校正操作係藉使用當一般視頻信號不被輸入面板時的時槽來實施。例如，該時槽是當裝置不當作為監視器操作時的期間。在筆記型個人電腦或行動電話的情形中，關閉蓋子的時槽可能是較佳的。
第六實施例 [面板架構]
圖21係顯示根據本發明第六實施例之顯示裝置的面板架構的方塊圖。為更容易瞭解，適用與圖1所示之第一實施之面板方塊圖相同的代號。顯示裝置基本上包像素陣列單元(螢幕單元)1及驅動像素陣列單元1的驅動單元。像素陣列單元1包括數列的掃描線WS、同樣地，數列的第二掃描線DS、數行的信號線SL、以及配置於個別掃描線WS及個別信號線SL相交的部分的矩陣狀態像素2。另一方面，驅動單元包括寫入掃描器4、驅動掃描器5及水平選擇器3。寫入掃描器4藉輸出控制信號到個別的第一掃描線WS來逐像素地實施像素2的線序掃描。驅動掃描器5亦藉輸出控制信號到個別的第二掃描線DS來逐像素地實施像素2的線序掃描。控制信號被輸出的時序在寫入掃描器4與驅動掃描器5中不同。驅動掃描器5係配置於驅動單元而非第一實施例中使用的電源供應掃描器6。由於電源供應掃描器6被移除，饋送線亦從像素陣列單元1移除。取而代之的是，供應固定電源供應電位Vdd的電源供應線係設置於像素陣列單元1中。水平選擇器(信號驅動器)3供應視頻信號的信號電壓及參考電壓到數行的信號線SL以便對應掃描器4中的線序掃描。
[像素電容器的架構]
圖22顯示圖21所示之第六實施例的顯示面板包含的像素架構的架構。第一實施例的像素電路具有二電晶體，而本實施例的像素包括三電晶體。如圖式中所示者，目前像素2基本發包括發光元件EL、取樣電晶體Tr1、驅動電晶體Trd、開關電晶體Tr3及像素電容器Cs。取樣電晶體Tr1的控制端(閘極)連接到掃描線WS，一對電流端(源極/汲極)的其中之一連接到信號線SL，以及電流端的另一端連接到驅動電晶體Trd的控制端(閘極G)。驅動電晶體Trd的一對電流端(源極/汲極)其中之一(汲極)連接到電源供應線Vdd且另一電流端(源極S)連接到發光元件EL的陽極。發光元件EL的陰極係連接到給定陰極電位Vcath。開關電晶體Tr3的控制端(閘極G)連接到掃描線DS，一對電流端(源極/汲極)其中之一連接到固定電位Vss且另一電流端連接到驅動電晶體Trd的源極S。點像素電容器Cs的一端連接於驅動電晶體Trd的控制端(閘極G)，而另一端連接到驅動電晶體Trd的另一電流端(源極S)。驅動電晶體Trd的另一電流端係對於發光元件EL及像素電容器Cs的輸出電流端。在目前的像素電路2中，輔助電容器Csub係連接於驅動電晶體Trd的源極S與電源供應Vdd之間，為輔助像素電容器Cs之目的。
在以上架構中，在驅動單元側的寫入掃描器4供應用以實施取樣電晶體Tr1的切換控制的控制信號到第一掃描線WS。驅動掃描器5輸出用以實施開關電晶體Tr3的切換控制的控制信號到第二掃描線DS。水平選擇器3供應切換於信號電位Vsig與參考電位Vref之間的視頻信號(輸入信號)到信號線SL。掃描線WS、DS及信號線SL的電位根據上述的線序掃描而變化，然而，電源供應線係固定在Vdd。陰極電位Vcath及固定的電位Vss亦固定。
[像素電路的操作]
圖23係說明圖22所示之像素電路之操作的時序圖。如圖式中所示者，在掃描線WS、掃描線DS及信號線SL中的電位改變係表示於此等線共用的時間軸中。取樣電晶體Tr1係一N通道型，其當掃描線WS處於高位準時被導通。開關電晶體Tr3亦為N通道型，其當掃描線DS處於高位準時被導通。另一方面，被供應到信號線SL的視頻信號在一水平週期(1H)中切換於信號電位Vsig與參考電位Vref之間。時序圖表示驅動電晶體Trd的閘極G及源極S的電位改變，使得時間軸對應到第一掃描線WS、第二掃描線DS及信號線SL的電位改變。驅動電晶體Trd的操作狀態係根據閘極G與源極S間的電位差Vgs而受到控制。
起初，當像素從先前的圖框的發光週期進入不發光週期時，掃描線DS在時序T1被切換到高位準，且開關電晶體Tr3被導通。據此，驅動電晶體Trd的源極S電位被設定為固定電位Vss。此時，固定電位Vss被設成低於發光元件EL之臨限電壓Vthel與陰極電位Vcath的總和。亦即，固定電位Vss被設成Vss<Vthel+Vcath，且發光元件EL係處於反向偏壓狀態，驅動電流Ids不流進發光元件EL。然而，從驅動電晶體Trd供應的輸出電流Ids經由源極S流到固定電位Vss。
隨後，在時序T2，取樣電晶體Tr1於信號線SL的電位是在Vref的狀態中被導通。於是，驅動電晶體Trd的閘極G被設定為參考電位Vref。於是，在驅動電晶體Trd之閘極G與源極S之間的電壓Vgs將為值Vref-Vss。此處，Vgs被設定為Vref-Vss>Vth。倘若Vref-Vss不高於驅動電晶體Trd的臨限電壓Vth，難以正常實施隨後的臨限校正操作。然而，Vgs是Vref-Vss>Vth，因此，驅動電晶體Trd係處於導通狀態且汲極電流從電源供應電位Vdd流到固定電位Vss。
之後，在時序T3，操作進入到臨限電壓校正週期，其中開關電晶體Tr3被關閉且驅動電晶體Trd的源極S從固定電位Vss截止。此處，只要源極S的電位(亦即，發光元件的陽極電位)低於藉由發光元件EL的臨限電壓Vthel加到陰極電位Vcath而得到的值，發光元件EL仍處於反向偏壓狀態，且只有微量的漏電流流動。因此，從電源供應線Vdd經由驅動電晶體Trd供應的大部分電流被用來對像素電容器Cs及輔助電容器Csub充電。由於像素電容器Cs係依此方式充電，驅動電晶體Trd的源極電位從Vss隨時間增加。驅動電晶體Trd的源極電位在一固定週期後到達位準Vref-Vth，且Vss剛好變成Vth。此時，驅動電晶體Trd被截止，且對應於Vth的電壓被寫入配置於驅動電晶體Trd的源極S與閘極G之間的像素電容器Cs。源極電壓Vref-Vth係低於藉由將發光元件EL的臨限電壓Vthel加到陰極電位Vcath而得到的值。
隨後，在時序T4，程序進行到寫入週期/移動率校正週期。在時序T4，信號線SL從參考電位Vref切換到信號電位Vsig。信號電位Vsig係一對應於灰階的電壓。由於取樣電晶體Tr1在此點處於導通狀態，在驅動電晶體Trd之閘極G的電位將會是Vsig。於是，驅動電晶體Trd被導通且電流從電源供應線Vdd流動，因此，源極S的電位隨時間增加。由於源極S的電位仍然不會超過發光元件EL的臨限電壓Vthel與陰極電壓Vcath的總和，只有微量的漏電流在發光元件EL中流動，且從驅動電晶體Trd供應的大部分電流被用來對像素電容器Cs及輔助電容器Csub充電。源極S的電位在充電程序中增加如上述。
由於驅動電晶體Trd的臨限電壓校正操作已經於寫入週期中完成，從驅動電晶體Trd供應的電流反映出移動率μ。具體而言，當驅動電晶體Trd的移動率μ為高時，由驅動電晶體供應的電流量變高，且源極S的電位快速增加。另一方面，當移動率μ為低時，驅動電晶體Trd供應的電流供應量為低且源極S的電位增加緩慢。驅動電晶體Trd的輸出電流依此方式被負回饋到像素電容器Cs，結果，在驅動電晶體Trd的閘極G與源極S間的電壓Vgs將為一個反映出移動率μ的值，且電壓Vgs將為一個移動率μ已在過一個固時間之後完成校正的值。亦即，在寫入週期中，驅動電晶體Trd的移動率μ的校正同時由將從驅動電晶體Trd流出的電流負回饋到像素電容器Cs而同時實施。
最後，當在時序T5程序進入到目前圖框的發光週期時，取樣電晶體Tr1被關閉，驅動電晶體Trd的閘極G從信號線S1被斷接。於是，閘極G的電位能增船且源極S的電位亦隨閘極G的電位增加而增加，而同時將保持於像素電容器Cs中的Vgs的值維持恆定。於是，發光元件EL的反向偏壓狀態被消除，且驅動電晶體Trd對應於Vgs的汲極電流Ids流到發光元件EL。源極S的電位增加直到電流在發光元件EL中流動，且發光元件EL發光。此處，發光元件EL的電流/電壓特性將當發光時間變長而改變。因此，源極S的電位亦改變。然而，驅動電晶體Trd之閘極與源極間的電壓Vgs藉由共益操作而維持一固定值，因此，流動於發光元件的電流不改變。於是，即使在發光元件EL的電流/電壓特性劣化的情形中，固定的電流Ids保持恆定流動且發光元件EL的亮度不改變。發光元件的亮度劣化藉由進一步併入根據本發明實施例的燒入抑制系統而被補償。
第七實施例 [顯示面板的區塊架構]
圖24係顯示根據本發明第七實施例的顯示裝置的顯示面板的方塊圖。顯示裝置基本上包括像素陣列單元1、掃描器單元及信號單元。掃描器單元及信號單元構成驅動單元。像素陣列單元1包括成列配置的第一掃描線WS、第二掃描線DS、第三掃描線AZ1及第四掃描線AZ2、成行配置的信號線SL、連接到此等掃描線WS、DS、AZ1、AZ2及信號線SL及複數個供應個別像素電路2之操作必要的第一電位Vss1、第二電位Vss2、及第三電位Vdd的電源供應線。信號單元包括水平選擇器3，其供應視頻信號到信號線SL。掃描器單元包括寫入掃描器4、驅動掃描器5、第一校正掃描器71及第二校正掃描器72，其藉供應控制信號到第一掃描線WS、第二掃描線DS、第三掃描線AZ1及第四掃描線AZ2而以逐列方式連續掃描像素電路2。
[像素電路的架構]
圖25係顯示併入圖24所示之顯示裝置的像素架構的電路圖。本實施例的像素的特徵在於包括五個電晶體。如圖式所示，像素電路2包括取樣電晶體Tr1、驅動電晶體Trd、第一開關電晶體Tr2、第二開關電晶體Tr3、第三開關電晶體Tr4、像素電容器Cs及發光元件EL。取樣電晶體Tr1根據從掃描線WS供應的信號在給定的取樣週期內變成導通，實施從像素電容器Cs之信號線SL供應的視頻信號信號電位的取樣。像素電容器Cs根據被取樣的視頻信號的信號電位施加輸入電壓Vgs到驅動電晶體Trd的閘極G。驅動電晶體Trd供應對應於輸入電壓Vgs的輸出電流Ids到發光元件EL。藉由於給定的發光週期期從驅動電晶體Trd供應的輸出電流Ids，發光元件EL以對應於視頻信號的信號電位的亮度發光。
第一開關電晶體Tr2根據從掃描線AZ1供應的控制信號變成導通且將作為驅動電晶體Trd的控制端的閘極G在取樣週期(視頻信號寫入週期)之前設定成第一電位Vss1。第二開關電晶體Tr3根據從掃描線AZ2供應的控制信號而變成導通且將作為驅動電晶體Trd之其中一電流端的源極S在取樣週期之前設定成第二電位Vss2。第三開關電晶體Tr4根據從掃描線DS供應的控制信號而變成導通且將作為驅動電晶體Trd之另一電流端的汲極在取樣週期之前連接到第三電位Vdd，藉以儲存對應於驅動電晶體Trd之臨限電壓Vth的電壓於像素電容器Cs中，以校正臨限電壓Vth的影響。第三開關電晶體Tr4進一步根據再度從掃描線DS供應的控制信號而變成導通且將驅動電晶體Trd連接到第三電位Vdd，以允許輸出電流Ids在發光元件EL中流動。
由以上說明可清楚得知，像素電路2包括五個電晶體Tr1到Tr4及Trd、一像素電容器Cs及一發光元件EL。電晶體Tr1到Tr3及Trd係N通道型多晶矽TFT。只有Tr4是P通道型多晶矽TFT。然而，本發明不侷限於此，且可能做到合適地混合N通道型與P通道型TFT。發光元件EL是，例如，包括陽極及陰極的二極體型有機EL裝置。然而，本發明並不侷限於此，且發光元件包括所有種類一般由電流驅動發光的裝置。
圖26係僅從圖25所示之顯示面板取得的部分像素電路2的示意圖。為更容易瞭解，由取樣電晶體Tr1取樣的視頻信號的信號電位Vsig、驅動電晶體Trd的輸入電壓Vgs及輸出電流Ids，更進一步，包括於發光元件EL的電容組件Coled等被寫入。本文中，根據本實施例的像素電路2的操作將參照圖27說明。
[第七實施例的操作]
圖27係顯示圖26所示之像素電路的時序圖。圖27表示供應到個別掃描線WS、AZ1、AZ2及DS沿著時間軸T的控制信號的波形。為簡化符號，控制信號以與對應的掃描線相同的符號表示。由於電晶體Tr1、Tr2及Tr3是N通道型，他們於掃描線WS、AZ1、AZ2分別處於高位準時被導通，而處於低位準時被關閉。另一方面，電晶體Tr4是P通道型，因此，其於掃描線DS處於高位準時被關閉，而處於低位準時被導通。除了個別控制信號WS、AZ1、AZ2及DS的波形以外，時序圖亦表示驅動電晶體Trd的閘極G及源極S的電位改變。
在圖27所示的時序圖中，時序T1到T8被計為圖框(1f)。在像素陣列中的個別列於一圖框被連續掃描一次。時序圖表示被施加到一列之像素的個別控制信號WS、AZ1、AZ2及DS的波形。
在目前圖框開始前的時序T0，所有的控制信號WS、AZ1、AZ2及DS係處於低位準。因此，N通道型的電晶體Tr1、Tr2及Tr3是N通道型處於關閉狀態，而只有P通道型的電晶體Tr4是處於導通狀態。由於驅動電晶體Trd透過處於導通狀態的電晶體Tr4而連接到電源供應Vdd，驅動電晶體Trd根據給定輸入電壓Vgs供應輸出電流Ids到發光元件EL。因此，發光元件EL在時序T0發光。此時，被施加到驅動電晶體Trd的輸入電壓Vgs由閘極電位(G)與源極電位(S)間的差來表示。
在當目前圖框開始時的時序T1，控制信號DS從低位準切換到高位準。於是開關電晶體Tr4被關閉，且驅動電晶體Trd從電源供應Vdd斷接，因此，發光被停止且裝置進入不發光週期。因此，所有電晶體Tr1到Tr4在時序T1被關閉。
隨後，當進行到時序T2時，控制信號AZ1及AZ2處於高位準，因此，開關電晶體Tr2及Tr3被導通。結果，驅動電晶體Trd的閘極G被連接到參考電位Vss1且源極S被連接到參考電位Vss2。此處，Vss1-Vss2>Vth被滿足，且之後將於時序T3實施的Vth校正的準備藉由允許Vss1-Vss2成為Vgs>Vth而完成。換言之，週期T2到T3對應到驅動電晶體Tr4的重置週期。當發光元件EL的臨限電壓是VthEL時，設定成VthEL>Vss2。於是，負偏壓被施加到發光元件EL，而元件變成所謂的反向偏壓狀態。反向偏壓狀態對於正常實施Vth校正操作及稍後實施的移動率校正是必要的。
在時序T3，控制信號AZ2係處於低位準且控制信號DS亦在那之後處於低位準。於是，電晶體Tr3被關閉，而電晶體Tr4被導通。結果，汲極電流Ids流進像素電容器Cs，且開始Vth校正操作。此時，驅動電晶體Trd的閘極G保持在Vss1，且電流Ids流動直到驅動電晶體Trd被截止。當驅動電晶體Trd被截止時，驅動電晶體Trd的源極電位(S)將會是Vss1-Vth。控制信號DS當汲極電流被截止時在時序T4回到高位準以允許開關電晶體Tr4被關閉。再者，控制信號AZ1亦回到低位準以允許開關電晶體Tr2被關閉。結果，Vth保持並固定於像素電容器Cs中。如上述，從時序T3到T4的週期是驅動電晶體Trd之臨限電壓Vth被偵測出的週期期間。此處，偵測週期T3到T4係稱為Vth偵測週期。
在Vth校正如上述方式實施後，控制信號WS在時序T5被切換成高位準以導通取樣電晶體Tr1以及將視頻信號Vsig寫入像素電容器Cs。相較於發光元件EL的等效電容器Coled而言，像素電容器Cs係充分小。結果，大部分的視頻信號Vsig被寫入像素電容器Cs。為求準確，Vss1與Vsig間的差Vsig-Vss1被寫入像素電容器Cs。因此，在驅動電晶體Trd之閘極G與源極S間的電壓Vgs將會藉由將此時取樣的Vsig-Vss1加到已被事先偵測且被保持的Vth而得到的位準(Vsig-Vss1+Vth)。當Vss1為了以下容易說明而假設為0V時，在閘極與源極間的電壓Vgs將會是Vsig+Vth，如圖27所示的時序圖所示。實施視頻信號Vsig的取樣直到當控制信號WS回到低位準的時序T7時。亦即，從時序T5到T7的週期對應到取樣週期(視頻信號寫入週期)。
在當取樣週期結束時的時序T7前的時序T6，控制信號DS係處於低位準且開關電晶體Tr4被導通。於是，驅動電晶體Trd被連接到電源供應Vdd，因此，像素電路從不發光週期進行到發光週期。在週期T6到T7當取樣電晶體Tr1仍處於導通狀態以及開關電晶體Tr4被導通，實施驅動電晶體Trd的移動率校正。亦即在此例子中，移動率校正係實施於週期T6到T7當取樣週期的後面部分及發光週期的最上面部分重疊時。在發光週期的最上面在當實施移動率校正時，發光元件EL係處於反向偏壓狀態，因此，元件不發光。在移動率校正週期T6到T7中，汲極電流Ids在驅動電晶體Trd的閘極G固定於視頻信號Vsig的位準的狀態時流進驅動電晶體Trd。此處，由於藉事先實施設定Vss1-Vth<VthEL，發光元件EL處於反向偏壓狀態，發光元件EL顯示簡單電容器特性，而非二極體特性。因此，流動於驅動電晶體Trd的電流Ids被寫入像素電容器C=Cs+Coled，藉將像素電容器Cs與發光元件EL的等效電容器Coled耦合在一起而得到。於是，驅動電晶體Trd的源極電位(S)增加。在圖27的時序圖中，增加量係由ΔV表示。增加量ΔV係從最後保持於像素電容器Cs的閘極與源極間的電壓Vgs減去，因此，其表示已實施負回饋。藉由依一述方式將驅動電晶體Trd的輸出電流Ids負回饋到同一驅動電晶體Trd的輸入電壓Vgs，可能做到校正移動率μ。負回饋量ΔV可藉由調整移動率校正週期T6到T7的時間寬度「t」而被最佳化。
在時序T7，控制信號WS處於低位準以允許取樣電晶體Tr1被關閉。結果，驅動電晶體Trd的閘極G從信號線SL被斷接。由於視頻信號Vsig的施加被釋出，驅動電晶體Trd的閘極電位(G)有可能隨源極電位(S)增加。保持於像素電容器Cs中的閘極與源極間的電壓Vgs在該週期期間維持一值(Vsig-ΔV+Vth)。發光元件EL的反向偏壓隨著源極電位(S)的增加而消除，因此，發光元件EL藉輸出電流Ids的入流(inflow)而實際開始發光。汲極電流Ids與閘極電壓Vgs間的關係能藉將Vsig-ΔV+Vth代入以下特性方程式而得到。
Ids=kμ(Vgs-Vth)2 =kμ(Vsig-ΔV)2
在以上方程式中，k=(1/2)(W/L)Cox。根據特性方程式，可理解到Vth這一項被消除且被供應到發光元件EL的輸出電流Ids並不取決於驅動電晶體Trd的臨限Vth。汲極電流Ids基本上由視頻信號的信號電壓Vsig來決定。換言之，發光元件EL以對應於視頻信號Vsig的亮度發光。在該時，Vsig係由負回饋量ΔV來校正。校正量ΔV有作用以便消除移正好位在特性方程式中係數位置的移動率μ的影響。因此，汲極電流Ids大體上僅僅取決於視頻信號Vsig。
最後，在時序T8，控制信號DS係處於高位準且開關電晶體Tr4關閉，接著發光結束且目前圖框結束。之後，程序進行到下一圖框，其中將重複Vth校正操作、移動率校正操作及發光校正操作。
應用例
根據本發明實施例的顯示裝置具有如圖28所示的薄膜裝置結構。在圖28中，TFT部位具有底閘極結構(閘極電極係位於通道PS層之下)。考量到TFT部位，有諸如三明治閘極結構(通道PS層係夾在上與下閘極電極中間)及頂閘極結構(閘極電極係位於通道PS層之上)的變化。圖式顯示形成在絕緣基板上的像素的示意橫截面結構。如圖式所示，像素具有含有複數個電晶體(圖式中顯示一TFT作為例子)的電晶體單元、含有像素電容器等的電容器單元、含有有機EL元件等的發光單元。在基板上，電晶體單元及電容單元係以TFT製程形成，接著，堆疊諸如有機EL元件的發光單元。再者，透明對向基板透過黏著劑接合其上以得到平坦面板。
根據本發明實施例的顯示裝置包括平坦模組形裝置，如圖29所示。舉例來說，設置一種像素陣列單元，其中每一像素具有有機EL元件、薄膜電晶體、薄膜電容器等集成地形成於矩陣狀態，且以玻璃等製成的對向基板係藉配置黏著劑而連接以圍繞像素陣列單元(像矩陣單元)而得到顯示模組。在透明對向基板中，如有需要，可設置濾色器、保護膜、光遮蔽膜等。顯示模組較佳亦可設置，例如，FPC(軟性印刷電路，flexible printed circuit)作為用以自像素陣列部位外部輸入/輸出信號等的連接器。
上述根據本發明實施例之顯示裝置包括平坦面板形，其可應用於多種電子產品，例如，數位相機、筆記型個人電腦、行動電、攝影機等。顯示裝置可應用於可顯示驅動信號的多種領域的電子產品的顯示器上，該驅動信號被輸入到電子產品或產生於該電子產品中作為影像或視頻。應用以上顯示裝置的電子產品的例子將顯示於下。電子產品基本上包括主體，用來處理資訊及顯示被輸入到該主體或該從該主體輸出之資訊。
圖30顯示應用本發明的電視機，包括視頻顯示螢幕11，其具有前面板12、濾色玻璃13等，其係藉使用根據本發明之實施例之顯示裝置作為視頻顯示螢幕11。
圖31顯示應用本發明的數位相機，其上視圖係前視圖且下視圖係後視圖。該數位相機包括成像透鏡、閃光燈15的發光單元、顯示單元16、控制開關、選單開關、快門19等，其係藉由使用根據本發明實施例之顯示裝置作為顯示單元所製造。
圖32顯示應用本發明的筆記型個人電腦，其中主體20包括鍵盤21，當輸入文字等時操作；其中主體蓋含有用以顯示影像的顯示單元22，且其係藉使用根據本發明實施例之顯示裝置作為顯示單元22。
圖33顯示應用本發明的可攜式終端裝置。左視圖代表開啟狀態且右視圖代表關閉狀態。該可攜式終端裝置包括上殼體23、下殼體24、連接單元(在此例中為樞轉單元)25、顯示器26、子顯示器27、圖片光28、相機29等。該可攜式終端裝置係藉使用根據本發明實施例的顯示裝置作為顯示器26或子顯示器27。
圖34顯示應用本發明的攝影機，其包括主體30、用以將主題成像在面向前面的側表面上的透鏡34、在成像時的開始/停止開關35、監視器36等，其係藉使用根據本發明實施例之顯示裝置作為監視器36。
本發明包含與關揭示於2008年11月7日向日本專利局提出申請之日本優先權專利申請案JP 2008-286781號中之標的物，全部內容在此併入參考。
熟知本技藝者當可了解，會因為設計需求及其他因素而產生各種改型、組合、次組合及排列，但其仍落在後附之申請專利範圍或其均等物的範圍中。
1．．．驅動像素陣列單元
2．．．像素電路
3．．．水平選擇器(驅動器)
4．．．寫入掃描器
6．．．電源供應掃描器
8．．．光感測器
9．．．AD轉換器(ADC)
10．．．信號處理單元
11．．．視頻顯示螢幕
12．．．前面板
13．．．濾色玻璃
15．．．閃光燈
16．．．顯示單元
19．．．快門
20．．．主體
21．．．鍵盤
22．．．顯示單元
23．．．顯示單元
24．．．下殼體
25．．．連接單元
26．．．顯示器
27．．．子顯示器
28．．．圖片光
29．．．相機
30．．．主體
34．．．透鏡
35．．．開始/停止開關
36．．．監視器
50．．．選擇器
60．．．放大器
71．．．第一校正掃描器
72．．．第二校正掃描器
圖1係根據本發明第一實施例之顯示裝置的面板的方塊圖；
圖2係根據本發明第一實施例之像素電路圖；
圖3係說明第一實施例之操作的時序圖；
圖4係亦說明操作的時序圖範；
圖5係顯示第一實施例之整體架構的方塊圖；
圖6係亦顯示整體架構的方塊圖；
圖7顯示面板的示意平面圖及橫截面圖；
圖8係面板的放大橫截面圖；
圖9顯示從光感測器輸出之亮度信號的分佈圖；
圖10A係說明第一實施例之操作的示意圖；
圖10B係亦說明操作的示意圖；
圖11係顯示燒入現象的示意圖；
圖12係顯示視頻信號之校正處理的示意圖；
圖13A及13B係顯示第一實施例之架構的示意圖；
圖14A及14B顯示亦說明第一實施例之操作的時序圖；
圖15A及15B顯示亦說明第一實施例之示意圖；
圖16係顯示第二實施例之方塊圖；
圖17係顯示參考例之方塊圖；
圖18係顯示第三實施例之方塊圖；
圖19係顯示第四實施例之方塊圖；
圖20係顯示第五實施例之時序圖；
圖21係顯示根據本發明第六實施例之顯示裝置之面板架構的方塊圖；
圖22係顯示像素電路之架構的電路圖；
圖23係說明操作的時序圖；
圖24係根據本發明第七實施例之顯示裝置之面板架構的方塊圖；
圖25係根據第七實施例之像素電路圖；
圖26亦係像素電路圖；
圖27係說明第七實施例之操作的時序圖；
圖28係顯示根據本發明應用例之顯示裝置的裝置結構的橫截面圖；
圖29係顯示根據本發明應用例之顯示裝置的模組結構的平面圖；
圖30係顯示包含根據本發明應用例之顯示裝置的電視機的立體圖；
圖31顯示包含根據本發明應用例之顯示裝置的數位相機的立體圖；
圖32顯示包含根據本發明應用例之顯示裝置的筆記型個人電腦的立體圖；
圖33顯示包含根據本發明應用例之顯示裝置的可攜式終端裝置的立體圖；以及
圖34顯示包含根據本發明應用例之顯示裝置的攝影機的立體圖。
0．．．面板
1．．．驅動像素陣列單元
8．．．光感測器
9．．．AD轉換器(ADC)
10．．．信號處理單元

Claims (6)

  1. 一種顯示裝置，包含：螢幕單元；驅動單元；信號處理單元；以及選擇器，其中該螢幕單元包括數列的掃描線、數行的信號線、形成矩陣的像素電路及複數個光感測器，該驅動單元包括供應控制信號到該等掃描線的掃描器，以及供應視頻信號到該等信號線的驅動器，該等像素電路被分成各具有複數個像素電路及一邊界的複數個像素區域，該像素電路根據該視頻信號發光，該等複數個光感測器的每一光感測器存在於該等複數個像素區域的個別一像素區域的該邊界內且根據該發光輸出亮度信號，該選擇器藉切換該等信號而供應複數個亮度信號到該信號處理單元，以及該信號處理單元根據該等亮度信號校正該視頻信號並供應該視頻信號到該驅動器，其中配置以便對應於該等複數個像素區域的該複數個光感測器被給定數目的該等複數個光感測器組成數個區塊，該信號處理單元處理每一區塊的該等亮度信號， 其中該顯示裝置進一步包含轉換器，其將從該等複數個光感測器輸出的類比亮度信號轉換成數位亮度信號，並將該等信號供應進該信號處理單元，其中該轉換器係配置以對應於每一區塊。
  2. 如申請專利範圍第1項之顯示裝置，進一步包含：放大器，其放大從該等複數個光感測器輸出的該等亮度信號，並供應該等信號到該信號處理單元，其中該放大器係配置以對應於每一區塊。
  3. 如申請專利範圍第1項之顯示裝置，其中該信號處理單元在視頻被顯示於該螢幕單元中的顯示週期期間供應顯示用視頻信號，且在視頻不被顯示於該螢幕單元中的偵測週期期間供應亮度偵測用視頻信號。
  4. 如申請專利範圍第3項之顯示裝置，其中該信號處理單元在每一圖框中供應該亮度偵測用視頻信號，且只允許偵測目標的像素電路發光。
  5. 如申請專利範圍第1項之顯示裝置，其中該信號處理單元比較於第一週期期間從該等複數個光感測器的一光感測器輸出之第一亮度信號與該第一週期後的第二週期期間從該等複數個光感測器的一光感測器輸出之第二亮度信號，根據該比較結果校正該視頻信號並供應該信號到該驅動器。
  6. 一種電子產品，包含：主體；以及顯示器，其顯示被輸入到該主體之資訊或該從該主體 輸出之資訊，其中該顯示器包括螢幕單元、驅動單元、信號處理單元及選擇器，該螢幕單元包括數列的掃描線、數行的信號線、形成矩陣的像素電路及複數個光感測器，該驅動單元包括供應控制信號到該等掃描線的掃描器，以及供應視頻信號到該等信號線的驅動器，該等像素電路被分成各具有複數個像素電路及一邊界的複數個像素區域，該像素電路根據該視頻信號發光，該等複數個光感測器的每一光感測器存在於該等複數個像素區域的個別一像素區域的該邊界內且根據該發光輸出亮度信號，該選擇器藉切換該等信號而供應複數個亮度信號到該信號處理單元，以及該信號處理單元根據該等亮度信號校正該視頻信號並供應該視頻信號到該驅動器，其中配置以便對應於該等複數個像素區域的該複數個光感測器被給定數目的該等複數個光感測器組成數個區塊，該信號處理單元處理每一區塊的該等亮度信號，其中該顯示裝置進一步包含轉換器，其將從該等複數個光感測器輸出的類比亮度信號轉換成數位亮度信號，並將該等信號供應進該信號處理單元， 其中該轉換器係配置以對應於每一區塊。
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