TWI791043B - 微發光二極體裝置及陣列之顯示最佳化技術 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示用以達成一微LED顯示器之一像素陣列中之所需色彩準確度、功率消耗及伽馬校正之系統及方法。該方法及系統提供：一像素陣列，其中各像素包括經配置於一矩陣中之複數個子像素；及一驅動電路，其經組態以提供一個別發射控制信號至該像素陣列中之各像素之各子像素以獨立控制各子像素之一發射時間及一工作週期。

Description

微發光二極體裝置及陣列之顯示最佳化技術
本發明大體係關於微LED顯示器，且更特定言之，係關於一種微LED顯示器系統及用於改良該微LED顯示器之動態範圍、功率消耗及色彩及伽馬校正。
簡而言之，在本文中大體描述技術來達成一微LED顯示器之一像素陣列中之所需色彩準確度、功率消耗及伽馬校正。使用本文描述之技術，可調整配置於微LED顯示器之各像素之一矩陣中之子像素之工作週期或發射時間以調諧顯示器色彩而不影響伽馬。
根據一項實施例，可提供一種顯示器裝置。該顯示器裝置可包含一像素陣列，其中各像素可包括配置於一矩陣中之複數個子像素。該顯示器裝置亦可包含一驅動電路，該驅動電路經組態以提供一個別發射控制信號至該像素陣列中之各像素之各子像素以獨立控制各子像素之一發射時間及一工作週期。
根據其他實施例，一種用於控制包括複數個子像素之一顯示器裝置之一像素電路陣列之一像素電路之方法可包含提供一個別發射控制信號至該像素電路陣列中之各像素之各子像素以獨立控制該等子像素之一發射時間及一工作週期。
以上概述僅係繪示性的且不意在以任何方式進行限制。除上文描述之繪示性態樣、實施例及特徵外，將藉由參考圖式及下列詳細描述瞭解進一步態樣、實施例及特徵。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2017年9月11日所申請之美國臨時申請案第62/556,608號之權利，該案之完整內容在此以引用之方式併入本文中。色彩共用及伽馬調整
除非另有定義，否則本文使用之所有技術及科學術語具有與本發明所屬之技術之一般技術者所通常理解相同之含義。
如在說明書及發明申請專利範圍中所使用，單數形式「一」(「a」、「an」)及「該」包含複數參考，除非背景內容另外明確指示。
本文使用之術語「包括」將理解為意指以下列清單係非窮舉性且可包含或可不包含任何其他額外適當項目(例如，酌情一或多個進一步特徵、組件及/或元件)。
在此描述中，可互換使用術語「子像素」及「微裝置」。然而，熟習此項技術者清楚此處描述之實施例獨立於裝置大小。描述中使用之各像素及子像素為一發光微裝置(微LED)。
一般言之，微LED傾向於具有依據驅動電流之一非線性電流照度效率(Cd/A)。此特性可通常包含在一特定電流位準下之效率之一峰值。一顯示器模組可由一像素陣列(主動或被動)構成。各像素其自身可包括多個子像素(RGB、RGBW、RGBY或色彩元素之其他組合(例如，具有光轉換之藍色))。為獲得一目標「白點」(Wx,y )，可需要混合特定比例之色彩元素。例如，針對給定紅色(Rx,y )、綠色(Gx,y )及藍色(Bx,y )元素，吾人可使用共用因數來基於所有組之總和產生所需要之色彩，諸如 KR .Rx,y + KG .Gx,y + KB .Bx,y = Wx,y (1) 其中Ki係三色組之共用因數，且x、y係指定一CIE色度圖上之一點之兩個色彩座標，其表示依據兩個CIE參數x及y之人類色彩感知之映射。
在一些應用中，可需要在對應於峰值效率之電流位準下驅動微LED。在此場景中，所需輸出照度位準可使用調變技術(例如，脈衝寬度調變(PWM))達成。因此，發射(EM)控制信號之一工作週期將判定照度位準。然而，為達成所需白點，吾人無法應用相同工作週期至色彩元素之各者。工作週期係指在週期/圖框之持續時間內一脈衝「開啟」之總時間量。
圖1a係展示子像素元件之EM信號之一電路圖。驅動電路100包含複數個發射控制信號(102、104、106)及延伸至具有複數個子像素元件(114、116及118)之一像素120之複數條資料線(108、110、112)。
如在圖1a中展示，替代提供各像素120之組合發射控制，可提供由針對各子像素(R 114、G 116、B 118)之三個個別EM控制信號EMR 102、EMG 104及EMB 106構成之一驅動電路100以促進色彩元素之比例組成。驅動電路100可經組態以提供一個別發射控制信號至像素陣列中之各像素之各子像素以獨立控制子像素之一發射時間及一工作週期。
藉由控制子像素而非像素之發射控制信號EMR 102、EMG 104及EMB 106，可達成一所需照度。因此，同時提供一第一發射控制信號(例如，EMR 102)至至少一列像素中之一第一色彩之各子像素，同時提供一第二發射控制信號(例如，EMG 104)至至少一列像素中之一第二色彩之各子像素，且同時提供一第三發射控制信號(例如，EMB 106)至至少像素列中之一第三色彩之各子像素。第一色彩可經提供為紅色，第二色彩可經提供為綠色且第三色彩可經提供為藍色。
在一項實施例中，可提供一第四發射控制信號至像素陣列中之至少一列像素中之一第四色彩之各子像素，其中第四色彩係青色、白色及黃色之一者。發射控制信號可為一脈衝寬度調變(PWM)信號。
圖1b係繪示藉由三個個別EM信號EMR 102、EMG 104及EMB 106產生之三個不同發射時間之一實例之一時序圖。此處，一圖框可歸因於程式化或另一需求而開始於一關閉時間。接著，啟用子像素之三個EM控制信號102、104、106。在一個情況中，可同時啟用所有三個發射信號，或可在一圖框時間120期間在不同時間啟用其等。在圖1b中示範之一實例中，第一色彩(例如，紅色)具有更長發射時間126以按其峰值效率且滿足顯示需求操作。第二色彩(例如，綠色)具有一更短之發射時間124且第三色彩(例如，藍色)亦可具有一不同發射時間122。雖然簡單，但此方法之主要挑戰可為色彩混合。
為解決此挑戰，如在圖1c中示範，在圖框時間120期間，按不同工作週期開啟且關閉各發射數次。圖1c係繪示控制各子像素之發射時間之一實例之一時序圖。如在圖1c中展示，不同工作週期132、134及136用於控制各子像素之發射時間。再者，在數個切換之一組合之前或之後可存在黑色圖框。
可調整如在圖1b及圖1c中示範之工作週期132、134、136或發射時間122、124、126以調諧顯示器色彩而不影響伽馬。例如，若針對一些應用，顯示器需要具有更朝向紅色之一白點，則紅色發射時間122 (或紅色工作週期136)可增大以提供更多紅光。
針對繪示性目的，在圖1a中明確展示僅一個像素120。應理解，其不限於一特定數目個像素列及行。例如，可使用具有在行動裝置、基於監視器之裝置及/或投影裝置之顯示器中通常可用之數個像素列及行之一顯示器螢幕實施一顯示器系統。在一多通道或彩色顯示器中，顯示器中將存在數個不同類型之像素(其等之各者負責再現一特定通道之色彩或諸如紅色、綠色或藍色之色彩)。此類型之像素亦可稱為「子像素」，此係由於其等之一群組在顯示器之一特定列及行處共同提供一所需色彩，該子像素群組亦可統稱為一「像素」。功率最佳化及動態範圍增強
經組態以顯示移動影像之一視訊回饋之顯示器通常按針對顯示之視訊回饋之各圖框之一常規頻率刷新顯示器。併入一主動矩陣之顯示器可容許在一程式化階段期間使用顯示資訊程式化個別像素電路且接著在一發射階段期間根據顯示資訊發射光。因此，顯示器配合藉由程式化階段及發射階段之相對持續時間特徵化之一工作週期操作。另外，顯示器配合藉由顯示器之刷新率特徵化之一頻率操作。顯示器之刷新率亦可受視訊串流之圖框速率影響。在此等顯示器中，顯示器可在程式化階段期間當像素電路正接收程式化資訊時變暗。因此，在一些顯示器中，顯示器按顯示器之刷新率反復變暗且變亮。顯示器之一觀看者可非合預期地感知顯示器正取決於刷新率之頻率而閃爍。
一圖框界定包含一程式化週期或階段(在其期間，使用指示一亮度之一程式化電壓來程式化顯示器系統中之各且每一像素)及一驅動或發射週期或階段(在其期間，開啟各像素中之各發光裝置以按與儲存於一儲存元件中之程式化電壓相稱之一亮度發射光)。因此，一圖框係組成顯示器系統上顯示之一完整動畫之許多靜止影像之一者。
存在用於程式化且驅動像素之至少兩個方案：逐列或逐圖框。在逐列程式化中，在程式化且驅動下一列像素之前，程式化且接著驅動一列像素。在逐圖框程式化中，首先程式化顯示器系統中之所有像素列，且同時驅動所有像素。任一方案可在各圖框之開始或結尾(在其期間像素不發射任何光)處採用一空白時間(blanking time)。
針對發射式顯示器，發射式裝置之電流藉由像素電路控制以在各圖框週期期間產生不同灰階。在一個情況中，控制電流量。此方法之主要挑戰在於一些發射式裝置(例如，微LED)具有在更低電流及更高電流密度下下降之效率曲線。另一方法係針對各灰階控制施加至像素之電流之持續時間。存在與此方法相關聯之若干問題。然而，主要問題係時序。高解析度及高圖框速率顯示器無法適應此方法所需之時序。
在一項實施例中，調整圖框時序使得發射式裝置在大多數施加依經最佳化之電流密度工作。例如，若顯示器主要按一特定亮度工作，則可調整如在圖1b及圖1c中展示之工作週期132、134、136或發射時間122、124、126，使得針對此亮度最佳化發射式裝置電流密度。例如，紅色發射式裝置最佳化電流密度可為Jr-opt 。若紅色像素在整個圖框時間期間按此電流密度開啟，則顯示器可產生亮度Br-full 。若主紅色亮度為Br‑mj ，則發射時間122可經計算為Tf *Br-full /Br-mj ，其中Tf 係圖框時間。類似地，吾人可計算紅色之工作週期132。
在另一實施例中，找到主亮度之一個方法係使用峰值亮度及應用。例如，視訊主要在30%之峰值亮度下運行。
在又一實施例中，找到最佳化工作週期132、134、136及發射時間122、124、126之另一方法係評估圖框資料以找到最佳化工作週期。在一個情況中，計算圖框之主亮度以找到工作週期或發射時間之正確值。在另一方法中，運行一最佳化演算法以找到工作週期或發射時間之一全域或一局部最佳化值。同一方法可用於多個圖框而非一個圖框。
在另一方法中，圖框可針對不同範圍之灰階之一功率消耗劃分成若干子圖框及針對各子圖框最佳化之發射時間或工作週期。此等最佳化可類似於對一單一子圖框實現之最佳化而實現。
圖2a至圖2b描繪功率最佳化顯示器驅動方案之兩個實例。一平板驅動方案包括複數個子圖框週期，其中可最佳化至少一個灰階級以達成更低功率消耗。
在圖2a之驅動方案中，一平板驅動方案200a包括具有複數個子圖框週期之一圖框，諸如在一圖框時間220期間之低灰階子圖框206l之低灰階發射時間222l及無發射208l及高灰階子圖框206h之高灰階發射時間222h及無發射208h。如在圖2a中繪示，使用針對低及高灰階範圍兩者之發射時間222l、222h最佳化。在各圖框時間220期間僅存取兩次顯示器陣列之每一列以根據最佳化視訊資料刷新該列內之像素內容。列存取間隔可藉由一或多個列時間分離。因此，在此驅動方案中，記憶體緩衝器深度需求可限於兩個連續存取間隔之間的列數目。
在圖2b之驅動方案200b中，使用工作週期最佳化。此處，針對兩個灰階範圍(例如，低及高)最佳化工作週期232l及232h以達成最低功率消耗。
根據一些實例，可提供一顯示器裝置。顯示器裝置可包括：一像素陣列，其中各像素包括經配置於一矩陣中之複數個子像素；及一驅動電路，其經組態以提供一個別發射控制信號至該像素陣列中之各像素之各子像素以獨立控制各子像素之一發射時間及一工作週期。
根據另一實施例，顯示器可進一步包含：可同時提供一第一發射控制信號至至少一列像素中之一第一色彩之各子像素，可同時提供一第二發射控制信號至至少一列像素中之一第二色彩之各子像素，且可同時提供一第三發射控制信號至至少像素列中之一第三色彩之各子像素。第一色彩可為紅色，第二色彩可為綠色且第三色彩可為藍色。
根據一些實施例，顯示器可進一步包括：可提供一第四發射控制信號至像素陣列中之一第四色彩之各子像素，其中第四色彩係青色、白色及黃色之一者。
根據進一步實施例，發射控制信號可為一脈衝寬度調變(PWM)信號且各像素及子像素可為一微發光裝置(LED)。
根據進一步實施例，第一發射控制信號、第二發射控制信號及第三發射控制信號可在一圖框時間期間同時啟用或在一不同時間啟用。可在圖框時間期間之不同工作週期開啟且關閉第一發射控制信號、第二發射控制信號及第三發射控制信號多次。
根據進一步實例，可動態調整各子像素之發射時間或工作週期以調諧顯示器裝置色彩且最佳化功率消耗。
根據一些實施例，可評估一圖框資料以找到最佳化工作週期及發射時間。可採用一最佳化演算法來計算各子像素之工作週期或發射時間之一全域或一局部最佳化值。可針對兩個灰階範圍最佳化工作週期以達成最低功率消耗。
根據其他實施例，一種用於控制一顯示器裝置之一像素電路陣列之一像素電路之方法，包括複數個子像素之像素電路可包含提供一個別發射控制信號至像素電路陣列中之各像素之各子像素以獨立控制子像素之一發射時間及一工作週期。
根據一些實施例，可動態調整各子像素之發射時間或工作週期以調諧顯示器裝置色彩且最佳化功率消耗。
根據另一實施例，可評估一圖框資料以找到最佳化之工作週期及發射時間。可採用一最佳化演算法來計算各子像素之工作週期或發射時間之一全域或一局部最佳化值。可針對兩個灰階範圍最佳化工作週期以達成最低功率消耗。
根據其他實施例，發射控制信號可為一脈衝寬度調變(PWM)信號。各像素及子像素為一微發光裝置(LED)。
根據一些其他實施例，方法可進一步包括：同時提供一第一發射控制信號至至少一列像素中之一第一色彩之各子像素，同時提供一第二發射控制信號至至少一列像素中之一第二色彩之各子像素，且同時提供一第三發射控制信號至至少像素列中之一第三色彩之各子像素。
儘管已繪示及描述本發明之特定實施例及應用，然應瞭解本發明並不限於本文中所揭示之精確構造及組合物，且可在不脫離如在隨附發明申請專利範圍中界定之本發明之精神及範疇的情況下從以上描述瞭解各種修改、改變及變化。
100‧‧‧驅動電路102‧‧‧發射控制信號104‧‧‧發射控制信號106‧‧‧發射控制信號108‧‧‧資料線110‧‧‧資料線112‧‧‧資料線114‧‧‧子像素元件116‧‧‧子像素元件118‧‧‧子像素元件120‧‧‧像素122‧‧‧發射時間124‧‧‧發射時間126‧‧‧發射時間132‧‧‧工作週期134‧‧‧工作週期136‧‧‧工作週期200a‧‧‧平板驅動方案200b‧‧‧驅動方案206h‧‧‧高灰階子圖框206l‧‧‧低灰階子圖框208h‧‧‧無發射208l‧‧‧無發射220‧‧‧圖框時間222h‧‧‧高灰階發射時間222l‧‧‧低灰階發射時間232h‧‧‧工作週期232l‧‧‧工作週期
鑑於各種實施例及/或態樣之詳細描述，熟習此項技術者將瞭解本發明之以上及額外態樣及實施例，該詳細描述係參考圖式進行，在下文提供其之一簡要描述。
圖1a係展示子像素元件之個別發射(EM)控制信號之一電路圖。
圖1b係繪示藉由三個個別EM信號產生之三個不同發射時間之一實例之一時序圖。
圖1c係繪示控制各子像素之發射時間之一實例之一時序圖。
圖2a至圖2b係一功率最佳化顯示器驅動方案之圖解繪示。
雖然本發明易受各種修改及替代形式影響，但特定實施例或實施方案已在圖式中藉由實例展示且將在本文中詳細描述。然而，應理解，本發明不旨在限於所揭示之特定形式。實情係，本發明意在涵蓋落入由隨附發明申請專利範圍定義之本發明之精神及範疇內之所有修改、等效物及替代例。
100‧‧‧驅動電路
102‧‧‧發射控制信號
104‧‧‧發射控制信號
106‧‧‧發射控制信號
108‧‧‧資料線
110‧‧‧資料線
112‧‧‧資料線
114‧‧‧子像素元件
116‧‧‧子像素元件
118‧‧‧子像素元件
120‧‧‧像素

Claims (5)

  1. 一種用以調整一微發光裝置(LED)顯示器裝置中之一圖框時序之方法，該方法包括：識別在該微LED顯示器裝置大多數時間操作時之一特定亮度；及調整工作週期(duty cycle)或發射時間(emission time)以針對該特定亮度最佳化該微LED顯示器裝置之一電流密度。
  2. 如請求項1之方法，其中當一彩色像素開啟一整個圖框時間時該經最佳化電流密度產生一全亮度(full brightness)。
  3. 如請求項2之方法，其中該彩色像素係紅色、綠色或藍色。
  4. 如請求項1之方法，其中一發射時間係該圖框時間、一色彩之該全亮度及一色彩之一主亮度之一函數。
  5. 如請求項4之方法，其中一色彩之該主亮度係導出自一應用之峰值亮度之一百分比。
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